JPS636987B2 - - Google Patents

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JPS636987B2
JPS636987B2 JP56013451A JP1345181A JPS636987B2 JP S636987 B2 JPS636987 B2 JP S636987B2 JP 56013451 A JP56013451 A JP 56013451A JP 1345181 A JP1345181 A JP 1345181A JP S636987 B2 JPS636987 B2 JP S636987B2
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JP
Japan
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negative electrode
lithium
positive electrode
current collector
electrode
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JP56013451A
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Hirofumi Ooishi
Miki Aoki
Makoto Higuchi
Yoji Kajikawa
Yoshimichi Ishii
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS636987B2 publication Critical patent/JPS636987B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/10Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with wound or folded electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、帯状の正極と帯状の金属リチウムを
代表とする負極とをセパレータを間に介在して渦
巻状に巻回した電極群と、非水電解液とを備えた
円筒形非水電解液電池の改良に関し、信頼性が高
くしかもコスト的に安価な電池を提供することを
目的とする。
負極に金属リチウムを用いるこの種の電池は、
その高電圧、高エネルギー密度、長期保存性など
のすぐれた特性がエレクトロニクス技術の進歩と
相まつて実用化が進められ、現在市場で実用化さ
れている電池としては、リチウム/フツ化炭素系
電池、リチウム/二酸化マンガン系電池がある。
これらのリチウム電池は既に市場において、電子
ウオツチ、電卓、カメラ、各種の通信機器用電
源、各種メモリー用バツクアツプ電源として広く
実用化され、今後益々エレクトロニクス技術の進
歩に伴つて用途の拡大が予測される。
それに伴い効率的かつ合理的で信頼性の高いリ
チウム電池の構造、製造法が必要かつ重要な課題
となつている。
本発明はこのような要望を満たすため、電極群
が渦巻構造に形成されている円筒形リチウム電池
の主に信頼性を高めることを目的としたものであ
る。
リチウム電池には、現在正極活物質としてフツ
化黒鉛、二酸化マンガン、酸化銅、硫化銅、クロ
ム酸銀など種々のものが実用化あるいは提案され
ているが、これら正極活物質と対をなす負極活物
質としてはいずれも金属リチウムが使用されてい
る。金属リチウムは活物質それ自体が金属である
ため、電気の良伝導体である。この点から言え
ば、活物質でありながらしかも集電体をかねるこ
とが可能である。
しかしながら、リチウム電池においてはどのよ
うな正極活物質を用いた電池系においてもリチウ
ムは溶解型の反応形態であり、Li→Li++eの反
応によつて次第に消耗していく。このため通常は
リチウムに集電体としてニツケルなどの金属のネ
ツトが取り付けられている。
これは、一般的にリチウム電池においてはリチ
ウムが溶解電極であり、正極に比べて反応性が高
くほぼ100%の利用率であり、これに対し、正極
は利用率が一般的に低いため、正極と負極の容量
比率は1:1もしくは正極の充填量を負極よりも
多くして負極律則型とするのが通常であることに
も一因がある。
特に円筒形電池において電極群構造が渦巻形の
場合には薄形で長尺な帯状電極がセパレータを介
し相対して巻回されている。この電池を放電する
と長尺のリチウム負極は全面で均一に反応を開始
する。そして反応量に応じて表面から溶解してリ
チウムは次第に薄くなつていく。例えば第1図に
示すごとき長尺のリチウム負極で説明するに、図
中1は金属リチウム本体であり、2はリチウムと
電池の外部端子とをつなぐための集電片であり、
ニツケル薄板より成つている。このリチウム負極
が反応した場合を考えると、リチウムが何らかの
原因で、もし不均一に反応した場合、とくに中間
部分Aが最も早く反応した場合にはその部分が溶
解してしまい、電極全体がB部とC部とに二分割
され、B部とC部間の導通がなくなり、以後集電
片2とは離れたB部は実質的に反応に関与しなく
なり、結果的に容量の小さな電池となつてしま
う。このような問題をさけるため、実際の電池に
おいては第2図に示す如く集電片2にさらに集電
体3として、例えばニツケル等の金属より成るネ
ツトあるいはエキスパンドメタルなどを取付け、
これを金属リチウム1に埋め込み、万一リチウム
1が不均一な反応を起こしても途中でリチウムが
分断されるようなトラブルを防ぎ、リチウム全部
が反応に有効に関与できるようになされている。
この集電体3としてニツケルネツトあるいはエ
キスパンドメタルなどを用いる理由としては、こ
の集電体3がリチウムを覆つている部分は、反応
に関与しなく、リチウムの有効反応面積をその分
だけロスさせるためにできる限りこのロス分を少
なくすると同時にリチウムへの埋込みを容易にす
るためである。
実際に電池を組立てる場合には、第3図に示す
如き帯状の正極4と第2図図示の帯状の金属リチ
ウム負極1とをセパレータを間に介在して渦巻状
に巻回した電極群を、電池ケース内へ挿入するこ
とでなされる。
第4図はこのようにして構成された電池の半断
面図を示し、図中5は正極端子キヤツプ6を備え
た封口板で、中心部に透孔5aを有したポリプロ
ピレンからなり、透孔5aにニツケルメツキを施
した鉄ワツシヤ7a及びチタンよりなるワツシヤ
7bを嵌合したアルミニウムリベツト8をかしめ
つけ、さらにワツシヤ7aの上に正極端子シキヤ
ツプ6がスポツト溶接で取付けられている。1は
前述の片面全体にエキスパンドメタルからなる集
電体3を埋込んだ負極であり、4は活物質である
フツ化炭素に導電剤としてアセチレンブラツク、
結着剤としてフツ素樹脂を添加した合剤9をチタ
ンのエキスパンド10に塗着した正極である。こ
の正、負極はそれぞれ目付重量20g/m2のポリプ
ロピレン不織布11で包まれて渦巻状に巻回さ
れ、鉄にニツケルメツキを施した電池ケース12
内に挿入され、負極の集電片2、正極の集電片2
aがそれぞれ電池ケース12の上部内面部、封口
板5のチタン製ワツシヤ7bにスポツト溶接によ
り接続されている。なお電池ケース12内にはそ
の封口前に非水電解液として、r−ブチロラクト
ンに1モル/の濃度でホウフツ化リチウムを溶
解した液が注入され、密封されて電池を形成して
いる。
この電池は負極である帯状の金属リチウムの片
面全体に集電体としてエキスパンドメタルを埋込
むことにより、反応を完全に行なわせる点では問
題はないが、次のような点においては問題があつ
た。
すなわち、集電体として反応を阻害する部分を
できる限り少なくする目的でエキスパンドメタル
あるいはニツケルのネツトなどが用いられるが、
これらエキスパンドメタルあるいはネツトの切口
がバリとなつて存在する。このバリがヒゲ状に張
出したり、起き上つたりすると、セパレータを破
つて突抜け、対極である正極に接触して短絡する
という事故が多々生じていた。この短絡事故の可
能性は集電体の外周距離、換言すれば集電体が大
きくなればなる程起こる確立が高いことは当然予
測されることである。このような事故はリチウム
電池の特徴である長寿命、長期保存性の点からし
ても好ましくなく、信頼性の高い電池を作る上で
の最大の課題となつていた。
本発明はこの点を改善するために、負極集電片
を小さくしてその外周距離を短かくし短絡発生を
なくすとともに、反応が負極の金属リチウム全体
で均一かつ完全に行なわれ、小さな集電片を用い
たにもかかわらず、リチウムの帯状長手方向途中
での切断起きることのない、同じ幅の帯状正極よ
りも帯状のリチウム負極を容量面から厚く、例え
ば正極の厚みの1.1〜1.68倍として正極律則型と
した電池を提供するものである。
本発明をさらに詳しく述べれば、負極の金属リ
チウムはそれ自体良導電体であり、しかも展延性
に優れた金属であつて、必要電気量に対して計算
が容易であり、必要量が容易にコントロールでき
る点に着目したものであり、渦巻状電極群とした
場合には均一反応を確保でき、しかもリチウムの
必要量が意図的に容易にコントロールできること
にある。この負極リチウム量をコントロールする
ことにより、正極律則型でしかも小形の負極集電
片で集電が可能な、信頼性が高くエネルギー密度
の大きな円筒形非水電解液電池の提供が可能にな
つたものである。
以下実施例について説明する。
実施例 1 第5図に示す電池において、正極4としてフツ
化炭素を活物質とした合剤9をチタンよりなるエ
キスパンドメタル10に厚さ0.8mmにローラ充填
し、乾燥後ローラ圧延によつて0.35mmの厚さに圧
縮する。この正極は1cm2当り40mgのフツ化炭素を
含み、電気量換算で34.6mAhとなる。この正極
4を幅24mm、長さ180mmに切断して第3図の如く
上辺中央部に厚さ0.1mm、幅4mmのチタン製集電
片2aを取付ける。
一方、負極1として幅24mm、長さ180mm、厚さ
0.20mmの金属リチウムを用意し、第6図の如くそ
の渦巻状に巻回した際巻終り端部下部に、ニツケ
ル製の額縁状非加工部にとり囲まれたエンボス加
工部13aに厚さ0.1mm、幅4mmのリード部13
bをスポツト溶接した集電片13をエンボス加工
部13aで圧入固定する。この負極1の1cm2当り
の有効電気量は約39mAhであり、これは正極の
電気容量面での厚さの約1.12倍である。
これら正、負両極をそれぞれ前述のポリプロピ
レン不織布セパレータ11で包んで渦巻状電極群
とし、電池ケース12内へ挿入するとともに、封
口前に非水電解液2.8c.c.を注入した。
なお、負極のリード部13bは電極群下部より
電池ケース12の内底部とポリプロピレン製下部
絶縁板14との間にはさみ込んでケース内底部に
引出し、ケース内底部中央とスポツト溶接した。
このように容量面から負極の厚みが、正極のそ
れよりも厚い、正極律則型電池では負極は放電末
期においても完全には消失せず、薄い膜状で残存
するので、負極集電片13としては小形で金属リ
チウムの一部に圧入されたものであればよく、切
断口にバリ発生の問題がある集電片にあつては負
極の正極とは対向しない巻終り端部下部に内側か
ら外側に向けて圧入するのが好ましい。
実施例 2 正極4は二酸化マンガンを活物質とした合剤9
をステンレス鋼製ネツトにローラ充填し、乾燥後
ローラ圧延して0.40mmの厚みとする。この正極の
1cm2当りの電気量は約29mAhである。この正極
を幅24mm、長さ160mmに切断し、上辺中央部に集
電片2aを取付ける。対極であるリチウム負極1
は幅24mm、長さ160mm、厚さ約0.17mmで1m2当り
の電気量は約35mAhであり、正極との容量面か
らの厚さ比率は約1:1.2であつた。渦巻状電極
群の電池ケース内への挿入後、プロピレンカーボ
ネートとジメトキシエタンとの等量混合溶媒に過
塩素酸リチウムを溶解した電解液2.8c.c.を注入し
て前記同様電池を密封した。
本発明者らの検討によれば、前記正極律則型の
2種類の渦巻状電極群を備えた電池系では負極リ
チウムの均一反応を期待でき、正極:負極の容量
面からの厚み比率は1:1.1〜1.68の範囲が体積
効率、負極集電片の小形、薄型化の点で適してい
ることが判明した。この範囲内であれば、負極で
ある金属リチウムの反応に伴う分断等を生じるこ
となく、小形で薄い集電片を、負極リチウムの一
部に圧入するのみで放電末期まで十分に集電可能
である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はこれまでの電池における負極
の金属リチウム電極を示す図、第3図は対極であ
る正極を示す図、第4図はこれらを用いて構成し
たこれまでの円筒形非水電解液電池の半断面図、
第5図は本発明の実施例における円筒形非水電解
液電池の半断面図、第6図は負極集電片の一例を
拡大して示した図である。 1……金属リチウムからなる負極、2,2a…
…集電片、3……集電体、4……正極、11……
セパレータ、12……電池ケース、13……負極
の集電片、13a……エンボス加工部、13b…
…リード部、13c……額縁部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 同じ幅を有した帯状の正極と帯状の金属リチ
    ウムからなる負極とをセパレータを間に介在して
    渦巻状に巻回した電極群と、非水電解液とを備え
    た電池であつて、容量面から前記正極よりも負極
    を厚くして正極律則型とするとともに、前記帯状
    の金属リチウムからなる負極の一部に、額縁状非
    加工部にとり囲まれて金属リチウムに圧入される
    エンボス加工部とリード部とを一体に設けた金属
    薄板からなる小形の集電片を固定したことを特徴
    とする円筒形非水電解液電池。 2 前記負極の集電片が、負極の正極との非対向
    面にエンボス加工部が圧入されている特許請求の
    範囲第1項記載の円筒形非水電解液電池。
JP56013451A 1981-01-30 1981-01-30 Cylindrical non-aqueous electrolytic solution battery Granted JPS57128467A (en)

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JPS57128467A JPS57128467A (en) 1982-08-10
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006040875A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Samsung Sdi Co Ltd 電極組立体及びこれを用いたリチウム二次電池

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