JPH11273692A - 渦巻状電極体を備えた電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極を渦巻状電極体の最外周に配置しても負
極切れを防止して、放電時の電圧低下および放電容量減
少が生じない電池が得られるようにする。 【解決手段】 二酸化マンガン正極１０はリチウム負極
３０よりＸだけ長く形成する。この部分は渦巻状電極体
とされたされた際の延長部１１ａとなる。この正極板１
０とリチウム負極板３０とをセパレータ４０を間にして
積層し、リチウム負極板３０が内側になるようにすると
ともに、延長部１１ａの絶縁体１４が貼着された部分が
最外周になるなるようにして渦巻状に卷回して、渦巻状
電極体ａを作製する。これにより正極板１０の絶縁体１
４が貼着された部分の内周部側にはリチウム負極板３０
が存在しなが、この部分は他の部分と同様に同量の正極
活物質と放電反応するようになるので、リチウム負極板
３０の全体で均一に放電反応が進行するようになり、負
極切れが防止できるようなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、負極活物質とな
るリチウムまたはリチウム合金を帯状に形成した負極と
帯状に形成した正極とをセパレータを介して渦巻状に卷
回して形成した渦巻状電極体の構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、密閉型電池は帯状に形成した
負極と帯状に形成した正極とをセパレータを介して渦巻
状に卷回して渦巻状電極体を形成し、この渦巻状電極体
を正極または負極の一方の外部端子となる金属製の外装
缶に収納し、この金属製の外装缶を密閉して構成されて
いる。

【０００３】このうち、リチウムまたはリチウム合金を
負極活物質とする非水電解液電池における渦巻状電極体
は、一般的に、リチウムまたはリチウム合金をシート状
に形成して帯状負極とし、この帯状負極と帯状正極とを
セパレータを介してその最外周に負極が位置するように
渦巻状に卷回して渦巻状電極体とする方法が採用されて
いる。このため、正極と負極が互いに両面で対向するよ
うな構成となるが、最外周の負極は内周側のみが正極と
対向する構成となる。

【０００４】ところで、リチウム一次電池のリチウム活
物質は放電反応が進行するに伴い、徐々に消耗してやが
ては消滅することとなるが、このように、最外周に位置
する負極が内周側のみで正極に対向する構成にすると、
完全放電した後の負極の消耗状態は以下のようになる。
即ち、最外周に位置する負極はリチウム活物質の全てが
消耗しきらないで一部が残存するとともに、放電反応が
必ずしも全ての対向面で一様でないため、最外周以外で
も部分的にリチウム活物質の一部が残存する。

【０００５】このように、負極にリチウム活物質の一部
が残存すると、放電反応が完全放電に至るに伴い、放電
反応がリチウム活物質が多く存在する最外周に集中する
ようになるため、ときには正極の表面にリチウムが析出
して内部短絡が発生するという問題を生じた。

【０００６】このような問題を解決するために、渦巻状
電極体の最外周部に正極を配置するようにするととも
に、この最外周部の正極が負極を覆うような構成とした
ものが、特開平５−２９０８２６号公報において提案さ
れた。この特開平５−２９０８２６号公報において提案
された電池は、図７（なお、図７は渦巻状電極体の横断
面の半分を示している）に示すように、予め帯状に形成
された負極２と、この負極２より長さがＸだけ長くなる
ように予め帯状に形成された正極１との間にセパレータ
３を介在させて積層体を形成し、この積層体を負極２が
内周部になるようにして（即ち、正極１が外周部になる
ようにして）渦巻状に巻回して渦巻状電極体Ｂを形成す
るようにしている。

【０００７】そして、渦巻状電極体Ｂの正極１より延出
する正極集電タブ（図示せず）は外周部側に配置され、
負極２より延出する負極集電タブ２ａは内周部側に配置
されている。これにより、予め負極２より長さがＸだけ
長く形成された正極１は渦巻状電極体Ｂの最外周におい
て負極２より延長した延長部１ａが形成されるため、負
極２の外周側端部を覆うこととなる。このため、外周に
位置する負極２にリチウム活物質の一部が残存するとい
う問題は生じなくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−２９０８２６号公報において提案された渦巻状電極
体にあっては、渦巻状電極体Ｂの最外周において負極２
より延長した延長部１ａが形成されるため、この延長部
１ａは負極２とは対向せず、その内周部の正極１と対向
することになる。このため、この部分（図７のＸ部分）
の正極活物質は他部の正極活物質と比較して相対的に活
物質量が増大するようになり、Ｘ部の正極と対向する負
極２ｂに放電反応が集中するようになる。

【０００９】この結果、Ｘ部の正極と対向する負極２ｂ
は他部の負極２より早い速度で消耗し、放電末期に至る
に伴って、負極活物質が残存しない状態が生じて、いわ
ゆる負極切れの現象が出現するようになる。このような
負極切れが出現すると、負極２ｂより外周部側に位置す
る負極２は、負極集電タブ２ａと接続されなくなるた
め、急激に電圧が低下するとともに放電容量が減少する
という問題を生じた。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】そ
こで、本発明の目的は、正極を渦巻状電極体の最外周に
配置しても負極切れを防止して、放電時の電圧低下およ
び放電容量減少が生じない電池が得られるようにするこ
とにある。

【００１１】この目的を達成するために、本発明の渦巻
状電極体は、その最外周部に位置するように配置した正
極の巻終わり端が負極の巻終わり端を覆うように負極よ
り延長する延長部を備え、この延長部と渦巻状電極体の
内周部の正極とが対向する部分に絶縁体を備えるように
している。このように、延長部と渦巻状電極体の内周部
の正極とが対向する部分に絶縁体を備えるようにする
と、この絶縁体により延長部の正極と内周部の正極とが
対向しなくなるため、この絶縁体に対向する負極に放電
反応が集中するというようなことはなくなる。このた
め、負極切れが生じることが防止されるようになって、
放電時に電圧低下および放電容量減少が生じない電池が
得られるようになる。この結果、急激に電池電圧が低下
することが防止できるようになり、放電電圧が向上し
て、長寿命の非水電解液電池が得られるようになる。

【００１２】そして、絶縁体を延長部の内周部の正極と
の対向面に貼着して備えるようにすると、単に延長部あ
るいはこの延長部の内周部にこの絶縁体を貼着するだけ
で両正極間を絶縁できるようになるので、この種の渦巻
状電極体を容易に製造できるようになる。さらに、絶縁
体を合成樹脂製の粘着テープとすることにより、さらに
容易にこの種の渦巻状電極体を製造できるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。なお、図１は本発明の実施例の二
酸化マンガン正極の一例を示す図であり、図２は比較例
の二酸化マンガン正極を示す図である。また、図３はリ
チウム負極を示す図であり、図４は実施例の二酸化マン
ガン正極２とリチウム負極を渦巻状に巻回した渦巻状電
極体の横断面の半分を示す図である。図５は図４の渦巻
状電極体を外装缶に収納して構成した非水電解液電池の
断面を示す図である。

【００１４】１．正極板の作製 （ａ）実施例 正極活物質としての二酸化マンガン、導電剤としての炭
素系導電剤、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）、および水を所定の割合に混合・混練し
て、適度の粘性を有する正極合剤を作製する。この正極
合剤をステンレス製のエキスパンドメタル１１に塗布
し、ローラで圧延した後、切断して、例えば、長さ１８
０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚み０．６ｍｍの圧延正極板を作
製する。この圧延正極板を乾燥処理した後、後に渦巻状
に巻回された際に最外周部となる位置の正極合剤の一部
を剥離して、エキスパンドメタル１１を露出させ、この
露出部分にステンレス薄板からなる正極集電タブ１２を
スポット溶接する。

【００１５】この後、この正極集電タブ１２を保護する
ために正極集電タブ１２の先端部近傍付近を除いて、そ
の上面を覆うようにしてガラス製の粘着テープ１３を貼
り付ける。この後、後に渦巻状に巻回された際に最外周
部となる位置で後述する負極２０と対向しない端部側に
電気絶縁性を有する合成樹脂（例えば、ポリエチレンテ
レフタラート）製の、例えば、長さ４０ｍｍ、幅３０ｍ
ｍの粘着テープ１４を貼り付け、２００℃に加熱して脱
水し、実施例の二酸化マンガン正極１０を作製する。な
お、このようにして作製された二酸化マンガン正極１０
は、後述するリチウム負極３０よりＸ（例えば４０ｍ
ｍ：図１参照）だけ長く形成され、このＸだけ長く形成
された部分は渦巻状電極体とされたされた際の延長部１
１ａとなる。

【００１６】（ｂ）比較例 上述の実施例と同様に作製した正極合剤をステンレス製
のエキスパンドメタル２１に塗布し、ローラで圧延した
後、切断して、例えば、長さ１８０ｍｍ、幅３０ｍｍ、
厚み０．６ｍｍの圧延正極板を作製する。この圧延正極
板を乾燥処理した後、後に渦巻状に巻回された際に最外
周部となる位置の正極合剤の一部を剥離して、エキスパ
ンドメタル２１を露出させ、この露出部分にステンレス
薄板からなる正極集電タブ２２をスポット溶接する。こ
の後、この正極集電タブ２２を保護するために正極集電
タブ２２の先端部近傍付近を除いて、その上面を覆うよ
うにしてガラス製の粘着テープ２３を貼り付けた後、２
００℃に加熱し、脱水して、比較例の二酸化マンガン正
極板２０を作製する。なお、このようにして作製された
二酸化マンガン正極２０は、後述するリチウム負極３０
よりＸ（例えば４０ｍｍ：図２参照）だけ長く形成さ
れ、このＸだけ長く形成された部分は渦巻状電極体とさ
れたされた際の延長部２１ａとなる。

【００１７】２．リチウム負極板の作製 まず、リチウム金属あるいはリチウム合金板３１（例え
ば、その厚みは０．３ｍｍである）を、二酸化マンガン
正極板１０，２０よりＸ（例えば４０ｍｍ：図１，２参
照）だけ短くなるように、例えば、長さ１４０ｍｍ、幅
２８ｍｍに切断した後、その中央部より端部側にニッケ
ル薄板からなる負極集電タブ３２を圧着して固着する。
この負極集電タブ３２の先端部近傍付近を除いて、その
上面を覆うようにして合成樹脂製の粘着テープ３３を貼
り付けてリチウム負極板３０を作製する。

【００１８】３．渦巻状電極体の作製 （ａ）実施例 上述したように作製した実施例の二酸化マンガン正極板
１０とリチウム負極板３０とをセパレータ４０を間にし
て積層して積層体を形成する。なお、この積層体を形成
するに際しては、正極集電タブ１２と負極集電タブ３２
とが互いに同一方向を向くようにして配置する。

【００１９】ついで、この積層体を二酸化マンガン正極
板１０を内側、リチウム負極板３０を外側になるように
するとともに、二酸化マンガン正極板１０の合成樹脂製
の粘着テープ１４が貼着された部分（延長部１１ａ）が
最外周になるなるようにして渦巻状に卷回して、図４に
示すような渦巻状電極体ａを作製する。これにより、二
酸化マンガン正極板１０のリチウム負極板３０より長く
形成された部分（延長部１１ａ）は渦巻状電極体Ａの最
外周に配置されるようになるとともに、二酸化マンガン
正極板１０の合成樹脂製の粘着テープ１４が貼着された
部分の内周部側にはリチウム負極板３０が存在しないこ
ととなる。

【００２０】（ｂ）比較例 上述したように作製した比較例の二酸化マンガン正極板
２０とリチウム負極板３０とをセパレータ４０を間にし
て積層して積層体を形成する。なお、この積層体を形成
するに際しては、正極集電タブ２２と負極集電タブ３２
とが互いに同一方向を向くようにして配置する。つい
で、この積層体を二酸化マンガン正極板１０を内側、リ
チウム負極板３０を外側になるようにして渦巻状に卷回
して、実施例と同様に渦巻状電極体（図示せず）を作製
する。これにより、リチウム負極板３０より長く形成さ
れた二酸化マンガン正極板２０は渦巻状電極体の最外周
に配置されるようになるとともに、この二酸化マンガン
正極板１０の最外周の端部側の部分の内周部側にはリチ
ウム負極板３０が存在しないこととなる。

【００２１】４．非水電解液電池の作製 まず、エチレンカーボネート（ＥＣ）とブチレンカーボ
ネート（ＢＣ）と１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）
とを体積比で１５：１５：７０となる割合で混合した有
機溶媒に、溶質（電解質）としてのトリフルオロメタン
スルフォン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）を０．５モル
／リットルとなる割合で溶解させて非水電解液を作製す
る。

【００２２】実施例１ ついで、図５に示すように、正極外部端子を兼ねるステ
ンレス製の外装缶（例えば、直径１７ｍｍで高さが４５
ｍｍの円筒缶）５０内に、中心部に孔５１ａを有する底
側絶縁板５１と、上述した実施例の渦巻状電極体ａと、
中心部とその周辺部に孔５２ａ，５２ｂを有するととも
に、突起部５２ｃを備えた絶縁リング５２を挿入する。
ついで、中心部に絶縁ガスケット６１を介して負極端子
６２が固着された封口体６０を用意する。

【００２３】この後、渦巻状電極体Ａのリチウム負極３
０のリチウム板３１に圧着して固着された負極集電タブ
３２の先端部を負極端子６２の底部にスポット溶接する
とともに、二酸化マンガン正極板１０の正極集電タブ１
２を外装缶５０の内部側壁にスポット溶接する。つい
で、上述のように作製した非水電解液を外装缶５０内に
注入した後、封口体６０を外装缶５０の開口部に載置
し、外装缶５０の開口部と封口体６０の周縁部をレーザ
ー溶接して密閉して、実施例の非水電解液電池Ａを作製
する。なお、この外装缶５０の底部には電池内圧が所定
の圧力に上昇した際に作動して電池内のガスを電池外部
に排出する安全弁５３が設けられている。

【００２４】比較例 同様に、正極外部端子を兼ねるステンレス製の外装缶
（例えば、直径１７ｍｍで高さが４５ｍｍの円筒缶）５
０内に、中心部に孔５１ａを有する底側絶縁板５１と、
上述した比較例の渦巻状電極体と、中心部とその周辺部
に孔５２ａ，５２ｂを有するとともに、突起部５２ｃを
備えた絶縁リング５２を挿入する。ついで、渦巻状電極
体のリチウム負極３０のリチウム板３１に圧着して固着
された負極集電タブ３２の先端部を、実施例と同様に、
負極端子６２の底部にスポット溶接するとともに、二酸
化マンガン正極板２０の正極集電タブ２２を外装缶５０
の内部側壁にスポット溶接した後、非水電解液を外装缶
５０内に注入し、封口体６０を外装缶５０の開口部に載
置して、外装缶５０の開口部と封口体６０の周縁部をレ
ーザー溶接して密閉して、比較例の非水電解液電池Ｂを
作製する。

【００２５】５．実験結果 上述のように作製した非水電解液電池Ａ，Ｂを用いて、
外気温度を２５℃として、これらの各非水電解液電池
Ａ，Ｂに５６０Ωの定抵抗を接続して放電試験を行う
と、図６に示すような結果となった。なお、図６におい
て、曲線Ａは実施例の非水電解液電池Ａの放電特性を示
し、曲線Ｂは比較例の非水電解液電池Ｂの放電特性を示
している。また、これらの各非水電解液電池Ａ，Ｂが完
全に放電した後、これらの非水電解液電池Ａ，Ｂを分解
すると、非水電解液電池Ａにおいては負極切れは観察さ
れなかったが、非水電解液電池Ｂにおいては、負極３０
の巻終わり端側に負極切れが観察され、最外周の正極１
０の内側の負極３０が残存していた。

【００２６】図６から明らかなように、比較例の非水電
解液電池Ｂは放電時間が３００時間を経過すると極端に
電池電圧が低下するが、実施例の非水電解液電池Ａは放
電時間が３００時間を経過しても、比較例の非水電解液
電池Ｂのようには電池電圧が低下しないことが分かる。

【００２７】これは、二酸化マンガン正極板１０のリチ
ウム負極板３０より長く形成された部分（延長部１１
ａ）は渦巻状電極体ａの最外周に配置され、かつ、この
延長部１１ａの内周部側にはリチウム負極板３０が存在
しないこととなる。しかしながら、この延長部１１ａに
は合成樹脂製の粘着テープ（絶縁体）１４が貼着されて
いるので、この内周部のリチウム負極板３０（図４のＸ
の部分）は他の部分と同様に同量の正極活物質と放電反
応することとなる。このため、リチウム負極板３０の全
体で均一に放電反応が進行するようになり、内周部のリ
チウム負極板３０（図４のＸの部分）には負極切れが生
じなかったためと考えられる。この結果、リチウム負極
板３０の全てのリチウム活物質が有効に放電反応して、
電池電圧の低下および放電容量が減少しない電池が得ら
れるようになる。

【００２８】なお、上述した実施形態においては、円筒
型電池を作製する例について説明したが、円筒型電池に
限らず、角形等の他の形状の電池にも適用できることは
明らかである。また、封口部をレーザー溶接により形成
する例について説明したが、レーザー溶接に代えて、封
口体を外装缶にかしめるようにして封口する封口方法を
採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の二酸化マンガン正極の一例を示す図
である。

【図２】 比較例（従来例）の二酸化マンガン正極を示
す図である。

【図３】 リチウム負極を示す図である。

【図４】 本発明の渦巻状電極体の横断面の半分を示す
図である。

【図５】 渦巻状電極体を外装缶に収納して構成した非
水電解液電池の断面を示す図である。

【図６】 非水電解液電池の放電特性を示す図である。

【図７】 従来例の渦巻状電極体の横断面の半分を示す
図である。

【符号の説明】

１０，２０…二酸化マンガン正極板、１１ａ，２１ａ…
延長部、１１，２１…エキスパンドメタル、１２，２２
…正極集電タブ、１３，２３…粘着テープ、１４…粘着
テープ（絶縁体）、３０…リチウム負極板、３１…リチ
ウム合金板、３２…負極集電タブ、２３…粘着テープ、
４０…セパレータ、５０…外装缶、５１…底側絶縁板、
５２…絶縁リング、５３…安全弁、６０…封口体、６１
…絶縁ガスケット、６２…負極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成瀬 悟 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状に形成した負極と帯状に形成した正
   極とをセパレータを介して渦巻状に卷回して形成した渦
   巻状電極体を備えた電池であって、 前記正極が前記渦巻状電極体の最外周部に位置するよう
   に配置するとともに、同正極の巻終わり端が前記負極の
   巻終わり端を覆うように同負極より延長する延長部を備
   え、 前記延長部と前記渦巻状電極体の内周部の正極とが対向
   する部分に絶縁体を備えるようにしたことを特徴とする
   渦巻状電極体を備えた電池。
2. 【請求項２】 前記絶縁体を前記延長部の前記内周部の
   正極との対向面に貼着して備えるようにしたことを特徴
   とする請求項１に記載の渦巻状電極体を備えた電池。
3. 【請求項３】 前記絶縁体は合成樹脂製の粘着テープで
   あることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   渦巻状電極体を備えた電池。