JPH1055789A - 有機電解液電池用シール剤、それを含む組成物、及びそれを用いた電池 - Google Patents
有機電解液電池用シール剤、それを含む組成物、及びそれを用いた電池Info
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Abstract
提供。 【解決手段】 重量平均分子量が10,000〜1,5
00,000のジエン系ゴムを主成分として使用。
Description
られる高温時の密閉性に特に優れたシール剤に関するも
のである。
いた酸・鉛電池やニッケル・カドミウム電池は、電化製
品が小型化されている現在、その大きさや重量に限界が
来ている。近年、二次電池として、小型で軽量な上、高
出力、高エネルギー密度化が可能な有機電解液電池を用
いることが提案され、現在はリチウム二次電池またはリ
チウムイオン二次電池がその主流となっている。この有
機電解液電池は、その発電要素が金属容器に収納され密
閉されたものである。発電要素とは、支持電解質と有機
系電解液溶媒とからなる電解液、正極用および負極用の
活物質、セパレーターなどである。電解液を構成する支
持電解質は、例えば、LiPF6 、LiBF4 、LiC
lO4 などのリチウム系化合物などのような水と反応し
て加水分解しやすい化合物が用いられている。また有機
電解液溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等の
可燃性有機化合物が用いられている。このような電池の
中に水が入ると、サイクル特性等の電池性能が大幅に劣
化される。このため、水の電池内部への侵入を防止し、
かつ電解液の液漏れを防止する必要があり、これらの電
池には高い密閉性が要求されている。ところで、有機電
解液電池は、その発電要素を密閉のために金属容器に収
納して成るが、正極と負極の短絡を防止するために、正
極端子と負極端子の間を絶縁する必要がある。通常、正
−負極間の絶縁及び密閉のため、発電要素を収納した金
属容器の開口部に絶縁材料からなるガスケットが使用さ
れている。絶縁材料としては、樹脂製絶縁ガスケットを
使用することが知られており(特公昭57−45028
号公報など)、その樹脂材料としてはポリエチレン(特
開昭59−205153号公報など)、フッ素樹脂(特
開昭59−205152号公報など)、弾性率が12,
000〜18,000Kg/cm2 のポリオレフィン樹
脂(特開平7−130341号公報など)などが知られ
ている。
らに強化するため、絶縁ガスケットとシール剤とを併用
することも提案されている(特開昭55−030148
号公報、特開昭55−016352号公報、特開昭59
−112565公報など)。このシール剤を絶縁ガスケ
ットまたは金属容器に塗布し、絶縁ガスケットを金属容
器に装着することで、絶縁ガスケットと金属容器との間
の密閉性を高めている。このようなシール剤としては、
コールタール、アスファルト等のピッチ系材料、ピッチ
系材料にポリマーを改質剤として添加した材料(特開昭
56−032671号公報、特開昭58−010365
号公報、特開昭59−091660号公報、特開平6−
124694号公報、特開平6−005270号公報等
など)があり、このほかピッチ系材料以外に、ブチルゴ
ム(特開昭55−030148号公報など)、ポリオレ
フィン系接着剤(特開昭56−032672号公報な
ど)、ポリフッ化ビニリデン樹脂(特開平1−0404
69号公報など)などが提案されている。しかしなが
ら、これらのシール剤は高温条件下で劣化しやすく、今
後さらに広く電化製品等に搭載される電池には、より高
温での安定性が求められている。
と、発明者らは、高温でも安定な有機電解液電池用シー
ル剤を得るべく鋭意検討した結果、ある種のジエン系ゴ
ムが高温での密閉性に優れ、かつ操作性に優れているこ
とを見い出し、本発明を完成するに到った。
ば、重量平均分子量が10,000〜1,500,00
0のジエン系ゴムを主成分とする有機電解液電池用シー
ル剤が提供され、また、当該シール剤を炭素数5〜15
の有機溶媒に溶解させてなるシール剤組成物が提供さ
れ、さらに当該シール剤が発電要素を収納した金属容器
(以下、単に金属容器という)の開口部に装着された絶
縁ガスケットと金属容器との間、および/又は絶縁ガス
ケットと封口体との間に用いられている有機電解液電池
が提供される。
0,000〜1,500,000、好ましくは20,0
00〜800,000、より好ましくは50,000〜
700,000のジエン系ゴムを主成分とするものであ
る。重量平均分子量が1,500,000を超えると、
ジエン系ゴムを有機溶媒に溶解させ、シール剤組成物と
したとき、粘度が高くなりすぎて、絶縁ガスケットに塗
布する際のシール剤層の厚さの制御が困難となり、逆に
重量平均分子量が10,000未満になると、シール剤
としての強度が弱く、絶縁ガスケットを装着する際、シ
ール剤層に亀裂が入り、シール効果が悪くなる。シス体
含量が30%未満になると、反発弾性が低下し、絶縁ガ
スケット装着時に変形し、亀裂が入る場合があるので注
意を要する。本発明のシール剤の主成分となるジエン系
ゴムは、ジエン系モノマーの単独重合体、二種以上のジ
エン系モノマーの共重合体、またはジエン系モノマーと
非極性重合性モノマーとの共重合体の何れであっても構
わないが、ジエン系モノマーと非極性重合性モノマーと
の共重合体では、非極性重合性モノマーの割合は、通常
ジエン系モノマー全量に対して300重量%以下、好ま
しくは100重量%以下で使用する。ジエン系ゴムの原
料となるジエン系モノマーとしては、ブタジエン、イソ
プレン、ピペリレン、1,3−ペンタジエンなどが挙げ
られ、非極性重合性モノマーの具体例としてはスチレ
ン、エチレン、プロピレン、イソブチレンなどが例示さ
れる。これらのモノマーを常法、例えば溶液重合、配位
重合、乳化重合などにより反応させて、本発明でシール
剤の主成分となるジエン系ゴムを得ることができる。但
し、乳化重合で乳化剤として石鹸等を用いて得たゴムに
ついては、これらを洗浄により除去されたものである方
が好ましい。このようなジエン系ゴムとしては、ブタジ
エンゴム、イソプレンゴム、ピペリレンゴム、1,3−
ペンタジエンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、スチ
レン−ブタジエンゴム、イソブチレン−イソプレンゴ
ム、エチレン−プロピレン−ジエンモノマー(ブタジエ
ンなど)ゴムなどが挙げられる。またジエン系ゴムのシ
ス体含量が好ましくは30%以上、より好ましくは50
%以上、更に好ましくは80%以上のものを主成分とす
るものである。シス体含量が高い方がシール性の良いシ
ール剤が得られる傾向があるので好ましい。また、本発
明のシール剤は電解液と接触している場合が多いため、
シール剤の性質として電解液に不溶・不活性、かつ膨潤
しない耐性が必要である。さらに本発明のシール剤は、
絶縁ガスケットの性能を劣化させず、電解液と反応およ
び溶解しない老化防止剤・紫外線吸収剤・着色剤等、通
常ゴムに使用される添加剤を添加することができる。
物は、上述したジエン系ゴムを有機溶媒に溶解したもの
であり、この組成物を金属容器や絶縁ガスケットに塗布
乾燥し、絶縁ガスケットと金属容器との密閉性を高める
シールとなる。ここで用いられる有機溶媒としては、上
述のジエン系ゴムが溶解可能な通常炭素数5〜15の有
機溶媒が好ましく、更に好ましくは炭素数6〜12の炭
化水素溶媒・含窒素系有機溶媒・含酸素系有機溶媒など
であり、特にベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族
炭化水素系溶媒やn−ヘキサン、シクロヘキサン、メチ
ルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなどの飽和炭
化水素系溶媒が好ましい例である。炭素数5以下、特に
炭素数1〜2の有機溶媒例えば四塩化炭素等は好ましく
ない。本発明のシール剤組成物中のジエン系ゴムの割合
は、有機溶媒に対して、1重量%〜50重量%、好まし
くは2重量%〜40重量%、より好ましくは5重量%〜
30重量%である。ジエン系ゴムの濃度が50重量%を
超える量では、組成物の粘度が高くなり、塗布性が低下
する傾向がある。逆に1重量%未満の濃度では、組成物
の溶媒量が多すぎ、シール成形性に劣る傾向がある。さ
らに本発明のシール剤組成物には、必要に応じて着色剤
などの添加剤を添加することも可能である。添加可能な
着色剤としては、電解液と反応せず、また電解液に溶解
しないものであるのが望ましく、各種の有機系・無機系
の顔料が挙げられる。なかでもカーボンブラック、特に
ファーネスブラック、チャンネルブラック等の粒径0.
1μm以下のカーボンブラックが好ましい。このような
着色剤を添加する場合、組成物中で十分均一に溶解また
は分散させる必要があり、造粒されているものや凝集構
造を持ったものを用いる場合は、ボールミル、サンドミ
ルや超音波などで分散させるのがよい。このような着色
剤などの添加剤の添加量は、必要に応じ任意の量でよい
が、ジエン系ゴムに対して通常0.01重量%〜20重
量%、好ましくは0.01重量%〜5重量%、より好ま
しくは0.02重量%〜3重量%である。添加剤の添加
量が20重量%を超えるとシール剤の柔軟性が小さくな
り、ひび割れの原因となることがある。
池は、金属容器と絶縁ガスケットとの間に上述してきた
本発明のシール剤層が設けられた有機電解液電池であれ
ばよく、その金属容器の素材、発電要素、絶縁ガスケッ
トは、一般に使用されているものでよい。この有機電解
液電池は、その発電要素を金属容器に収納され密閉され
たものである。発電要素とは、支持電解質と有機系電解
液溶媒とからなる電解液、正極用および負極用の活物
質、セパレーターなどである。電解液を構成する支持電
解質は、例えば、LiPF6 、LiBF4 、LiClO
4 などのリチウム系化合物などのような水と反応して加
水分解しやすい化合物が用いられている。また有機電解
液溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エ
チレンカーボネート、ジエチルカーボネート等の可燃性
有機化合物が用いられている。絶縁ガスケットとして
は、一般に耐電解液性が高いと言われるポリエチレン、
ポリプロピレン、エチレン共重合ポリプロピレン等のポ
リオレフィン樹脂、特にその強度と弾性率のバランスの
良さからエチレン共重合ポリプロピレンを用いるのが好
ましい。さらに、ポリオレフィン樹脂は、JIS K7
207により測定される熱変形温度が90〜200℃、
好ましくは90〜150℃、より好ましくは95〜13
0℃であるものを用いるのがよい。200℃より高いと
常温での曲げ弾性率が高すぎて絶縁ガスケット装着時の
変形が起こり、亀裂や割れの原因となることがあり、9
0℃に満たない温度では、高温での絶縁ガスケットの耐
性が劣り、密閉性が低下する。本発明の有機電解液電池
のシール剤層は、例えば次の手順で形成すればよい。即
ち、本発明のシール剤組成物を、金属容器表面および/
または絶縁ガスケット表面に、エアー駆動の定量ディス
ペンサー、ローラーポンプ、ギアポンプ等の定量ポンプ
で所定量を送液し塗布する。塗布後、これらの塗布物を
前記シール剤組成物が片寄らないよう水平を維持した状
態で自然乾燥をおこない、有機溶剤を除去しジエン系ゴ
ムの薄層を形成する。ただし、塗布に際しては、定量ポ
ンプを用いる方法に限定されることはなく、少量であれ
ば刷毛を用いて人手で行うことも可能である。また、乾
燥も加熱装置により強制乾燥を行うことによりより短時
間での乾燥が可能となり、工業的にはより適した工程と
することができることは説明するまでもない。このよう
な方法で設けられたシール剤層の厚さは、金属容器と絶
縁ガスケットの大きさにより任意に選択すれば良く、通
常0.1μm〜1000μmである。層の厚さが不足す
ると電解液の液漏れや水分の侵入の問題が生じたり、層
が切断されてしまう可能性があり、逆に厚いと層形成が
困難となることがある。
有機電解液電池用シール剤が得られ、また同シール剤を
用いた電池は幅広い環境で使用可能な電池として有用で
ある。
的に説明する。なお、各例中の部及び%は、特に断りな
い限り重量基準である。また、重量平均分子量(以下、
Mwという)は、テトラヒドロフランを溶媒としたゲル
パーミエーションクロマトグラフィーにより測定された
値である。 (実施例1)10リットルの攪拌機付きオートクレーブ
にトルエン5000g、ブタジエン810gを加え、十
分攪拌した後、ジエチルアルミニウムクロライド0.2
7mol、塩化クロム・ピリジン錯体0.6mmolを
加え、60℃で3時間攪拌しながら重合した。その後、
メタノール100mlを加えて重合を停止した。重合停
止後、室温まで冷却した後、重合液を取り出した。得ら
れた重合液を水蒸気凝固した後、60℃で48時間真空
乾燥して固体状のポリマー780gを得た。得られたポ
リマーのMwは390,000であった。また、13C−
NMRスペクトルの結果からこのポリマーのシス体含量
は94%であった。このポリマーをエチルシクロヘキサ
ンに溶解させ、濃度10重量%のシール剤組成物を調製
した。その後、ポリプロピレン製の絶縁ガスケット表面
に定量ディスペンサーを使用して乾燥後のシール剤層厚
が15μmとなるように塗布、乾燥を行い、シール剤層
を形成した。
MCFをバインダーとともに水を溶剤として混練し、ペ
ーストとしたものを銅箔へ塗布し、乾燥・プレスを行う
ことにより負極を作成した。また正極はLiCoO2 を
バインダーとともに混練ペースト化したものを、アルミ
箔へ塗布し、乾燥・プレスを行って作成した。これら
を、ポリエチレン製の多孔質セパレータとともに、捲回
して電極群を構成した。ついで前記電極群を、内径16
mm、高さ50mm(17500型)のニッケルメッキ
を施した鉄缶へ挿入し、開口部近傍に封口部固定のた
め、ビードを形成した。このビード部の絶縁ガスケット
と接触する部分へ、前記シール剤を定量ディスペンサー
を使用して乾燥後のシール剤層厚が15ミクロンとなる
ように塗布、乾燥を行い、シール剤層を形成した。その
後、真空乾燥器に投入し電極群に吸着している水分を完
全に乾燥させ、エチレンカーボネートとメチルエチルカ
ーボネートの混合溶媒へLiPF6 を1M溶解させたも
のを電解液として注入後、封口して電池とした。電池構
成図を図1に示す。これらの電池を電解液注液、封口後
2日間静置した後、電池電圧が4.2Vになるまでは1
Cの定電流で、4.2Vに達してからは4.2Vの定電
圧で合計5時間充電することにより初充電を行った。こ
の4.2Vに充電されている電池5個を95℃の恒温槽
で48時間加熱し、加熱前後の重量変化を求めた。ま
た、同じく4.2Vに充電されている電池5個を1.9
mの高さから任意方向に10回落下させて、落下前後の
重量変化を求めた。その結果、恒温放置試験、落下試験
のいずれにおいても、有意な重量変化は観察されず、十
分に電池内容物を密閉していることが確認された。
ートクレーブに、トルエン5000g、ブタジエン71
0g、スチレン100gを加え、十分攪拌した後、N,
N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンのトル
エン溶液(濃度は0.05mol/リットル)を10m
l、チーグラー触媒(0.2mmol)を加え、60℃
で4時間攪拌しながら重合した。その後、メタノール1
00mlを加えて重合を停止した。重合停止後、室温ま
で冷却した後、重合液を取り出す。得られた重合液を水
蒸気凝固した後、60℃で48時間真空乾燥して固体状
のポリマー750gを得た。得られたポリマーのMwは
280,000であった。また、13C−NMRスペクト
ルの結果からこのポリマーのシス体含量は93%であっ
た。次いで、このポリマーをトルエンに溶解させ、濃度
15重量%のシール剤組成物を調製した。実施例1と同
様の方法により円筒形の絶縁ガスケット表面にシール剤
層を形成した。この層の厚さは17μmであった。この
シール剤層の塗布された絶縁ガスケットを用いて、実施
例1と同様の試験を行った結果、10個の電池は、いず
れも有為な重量変化が検知されず、十分に内容物を密閉
していることが確認された。
ートクレーブに、トルエン5000g、ブタジエン71
0gを加え、十分に攪拌した後、n−ブチルリチウムの
トルエン溶液(濃度は0.01mol/リットル)を2
0ml加え、重合を停止した。重合停止後、室温まで放
冷した後、重合液を取り出した。得られた重合液を水蒸
気凝固した後、60℃で48時間真空乾燥して固体状の
ポリマー650gを得た。得られたポリマーのMwは2
30,000であった。また、13C−NMRスペクトル
の結果からこのポリマーのシス体含量は35%であっ
た。次いで、このポリマーをメチルシクロヘキサンに溶
解させ、濃度10重量%のシール剤組成物を調製した。
実施例1と同様の方法により円筒形の絶縁ガスケット表
面にシール剤層を形成した。この層の厚さは10μmで
あった。このシール剤層の塗布された絶縁ガスケットを
用いて、実施例1と同様の試験を行った結果、恒温放置
試験、落下試験のいずれにおいても有為な重量変化は観
察されず、十分に電池内容物を密閉していることが確認
された。
として繊維状グラファイトであるMCFを、正極活物質
としてLiCoO2 を、また電解液としてエチレンカー
ボネートとメチルエチルカーボネートの混合溶媒へLi
PF6 を1M溶解させたものを使用したが、それ以外に
下記のような物が使用可能である。負極活物質として
は、リチウムを吸蔵、放出可能な物であれば良く、熱分
解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコー
クス、石油コークス等)、グラファイト類(天然グラフ
ァイト、人造グラファイト、繊維状グラファイト、球状
グラファイト等)、ガラス状炭素類、有機高分子化合物
体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成
したもの)、あるいは、金属リチウム、リチウム合金、
金属含有化合物、金属酸化物、あるいはポリアセチレ
ン、ポリピロール等のポリマーも使用可能である。正極
活物質としては、Lix MO2 (ただし、Mは1種以上
の遷移金属、好ましくは、CoまたはNiの少なくとも
一種を表し、0.05<x<1.10である)または、
Lix M2 O4 (ただし、Mは1種以上の遷移金属、好
ましくは、Mnを表し、0.05<x<1.10であ
る)を含んだ活物質が使用される。かかる活物質として
は、LiCoO2 以外に、LiNiO2 、LiNiy C
o(1-y ) O2 (ただし、0.05<x<1.10、0<
y<1)、LiMn2 O4 で表される複合酸化物があげ
られる。上記複合酸化物は、たとえばリチウム、コバル
ト、ニッケルの炭酸塩を出発原料として、これら炭酸塩
を組成に応じて混合し、酸素存在雰囲気下で600〜1
000℃で焼成することにより得られる。また出発原料
は炭酸塩に限定されず、水酸化物、酸化物からも同様に
合成可能である。電解液としては、プロピレンカーボネ
ート、エチレンカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ
−ブチルラクトン、テトラヒドロフラン等の単独もしく
は、混合溶媒をベースとして、LiClO4 、LiAs
F6 、LiPF6 、LiBF4 等を適宜混合した物が使
用可能である。
ートクレーブに、シクロヘキサン5000g、ブタジエ
ン800gを加え、十分に攪拌した後、n−ブチルリチ
ウムのトルエン溶液(濃度は1.65mol/リット
ル)を100ml加え、60℃で1時間重合した後、メ
タノールで重合を停止した。重合停止後、室温まで放冷
した後、重合液を取り出した。得られた重合液をBHT
/メタノール/アセトン溶液で凝固した。凝固後、60
℃で48時間真空乾燥して粘稠状のポリマー800gを
得た。得られたポリマーのMwは9,000であった。
また、13C−NMRスペクトルの結果からこのポリマー
のシス体含量は35%であった。このポリマーをトルエ
ンに溶解させ、濃度10重量%のシール剤組成物を調製
した。実施例1と同様の方法により円筒形の絶縁ガスケ
ット表面にシール剤層を形成した。この層の厚さは10
μmであった。このシール剤層の塗布された絶縁ガスケ
ットを用いて、実施例1と同様の試験を行った。その結
果、5個の電池の重量減少の最大値と最小値はそれぞ
れ、2.04%と1.01%であり、電池内容物の密閉
が不十分であることが確認された。
れ深度20〜40のブローンアスファルト100部とト
ルエン400部とを混合した組成物を用い、実施例と同
様の厚さにシール剤層を形成し、実施例1と同様の試験
を行った。その結果、高温保存液を行った電池のうち2
本、落下試験を行った電池1本から電解液由来の臭気が
発生していることが確認されるとともに、それぞれ、2
0〜40mgの重量減少が認められた。また、これらの
電池を室温で10日間保管後、電解液中の水分量をカー
ルフィシャー法により測定したところ、数100ppm
の水分が観察され、電池の密閉性が低下していることが
確認された。
量平均分子量が10,000未満のジエン系ゴムを主成
分とするシール剤や従来のシール剤と比較して、本発明
のシール剤は優れた密閉性を示すことが判った。
示す。
Claims (7)
- 【請求項1】 重量平均分子量が10,000〜1,5
00,000のジエン系ゴムを主成分とする有機電解液
電池用シール剤。 - 【請求項2】 ジエン系モノマー単独重合体、二種以上
のジエン系モノマーの共重合体、またはジエン系モノマ
ーと非極性重合性モノマーとの共重合体であって、かつ
重量平均分子量が20,000〜800,000のジエ
ン系ゴムを主成分とする有機電解液電池用シール剤。 - 【請求項3】 ジエン系ゴムのシス体含有量が30%以
上である請求項1又は2記載の有機電解液電池用のシー
ル剤。 - 【請求項4】 ジエン系ゴムがブタジエンの重合体また
は共重合体である請求項1〜3記載のシール剤。 - 【請求項5】 請求項1〜4記載のシール剤を炭素数5
〜15の有機溶媒に溶解させてなるシール剤組成物。 - 【請求項6】 発電要素を収納した金属容器の開口部に
装着された絶縁ガスケットと金属容器との間、および/
又は絶縁ガスケットと封口体との間に請求項1〜5記載
のシール剤層が設けられている有機電解液電池。 - 【請求項7】 有機電解液電池がリチウム二次電池また
はリチウムイオン二次電池である請求項6記載の電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21007996A JP3574276B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 有機電解液電池用シール剤、それを含む組成物、及びそれを用いた電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21007996A JP3574276B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 有機電解液電池用シール剤、それを含む組成物、及びそれを用いた電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1055789A true JPH1055789A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3574276B2 JP3574276B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=16583479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21007996A Expired - Lifetime JP3574276B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 有機電解液電池用シール剤、それを含む組成物、及びそれを用いた電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3574276B2 (ja) |
Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
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