JPH02170356A - 円筒形非水電解液電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は円筒形非水電解液電池に関し、さらに詳しくは
、放電容量が大きく、放電特性が優れた、渦巻状電極群
を備えた円筒形非水電解液電池に関する。

（従来の技術） 従来、この種の円筒形非水電解液電池に用いる渦巻状電
極群は、金属導電基板上に活物質を担持した正極板と、
リチウム等の金属からなる負極板とをセパレータを介し
て渦巻状に巻回して形成されている。そして、負極板と
して金属リチウムそのものを用いているので、負極の集
電に際しては、任意形状の負極集電体を負極の任意の部
分に配設し、それを負極端子に接続することにより行な
うことができる。

電池の内部短絡を抑制する必要があること、及びリチウ
ム自身が導電性に富むことを考慮すると、通常、集電体
は負極板の終端部に着設される。

かかる構成を有する渦巻状電極群を備えた円筒形非水電
解液電池としては、例えば、前記負極板の巻回終端部に
電極群の外周を覆うとともに負極集電体を兼ねる金属薄
板を着設したものがある（特開昭６２−３５４６０号公
報）。

通常用いられている渦巻状電極群を備えた円筒形電池に
ついて、第３図及び第５図を参考にして説明する。

まず、第３図において、■は長尺状の金属リチウムから
なる負極板であり、その一端に２で示される金属薄板（
集電体）が圧着等の手段により着設されている。

次に、第５図において電池の構成を説明する。

ｌは負極板であり、上記したように金属薄板２が着設さ
れている構成を有する。

３は正極板であり、長尺状のステンレス製ラスメタル等
の網状導電基材（３ａ）に、例えば、二酸化マンガンの
ような金属酸化物やフッ化炭素のようなハロゲン化合物
等の正極活物質と導電材、結着剤等からなる正極合剤（
３ｂ）を担持させて構成されている。

また、４はセパレータであり、例えばポリプロピレン製
の長尺状微孔性樹脂フィルムに、非水電解液、例えばプ
ロピレンカーボネート、１．２−メトキシエタンのよう
な非水溶媒に、過塩素酸リチウムのような電解質を溶解
した非水電解液を含浸させである。

５は集電棒であり、前記正極板の端部に接続固定されて
いる。

負極板１に、セパレータ４を介して正極板３を対峙させ
て載置し、さらにその上にセパレータ４を載置したもの
を、集電棒５を巻回中心として、負極板１が外側となり
、さらに最外周が金属薄板２で覆われるように巻回して
、渦巻状電極群が構成される。

上記渦巻状電極群は、前記金属薄板２と電池容器内壁と
が密着するように、底部に絶縁板を配置した電池容器に
収納されている。

電池容器に収納された渦巻状電極群の上に、絶縁板、次
いで中央に正極端子板を嵌合した封口体を載置し、容器
開口部の縁を内側へ湾曲させることにより全体が封口さ
れ、電池が形成される。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記構成のものにあっては、次のような問題
がある。すなわち、第１には、負極板の大部分が金属リ
チウムで構成されているため、機械的強度が不足すると
いう問題である。すなわち、リチウム薄板の終端部に金
属薄板を着設すると、着設操作により、着設部近傍が他
のリチウム部分よりも延ばされて薄くなり、負極板の強
度の低下が生じ、電池製造時、特に渦巻状電極巻回末期
工程において負極板が変形したり、破損したりする原因
となる。

また、第２には、金属薄板着設部近傍における金属リチ
ウムの消耗が大きいために、リチウムの分断が生じやす
いという問題である。負極活物質である金属リチウムは
放電反応に伴い消耗していくので、負極板の厚みは放電
反応が進むに伴い薄くなっていく、特に、金属薄板着設
部近傍では、活性なリチウム面が露出しているうえ、電
流が集中する部分であるため、金属リチウムの消耗は比
較的大きなものとなり、放電末期にはリチウムの分断が
生じることになる。

このように、金属リチウムに分断が生じると、その時点
で集電不能となり、未反応のリチウムが残存して放電容
量が低下してしまう。

本発明は、かかる問題点を解決して、放電容量が低下せ
ず、放電性能が優れた円筒形非水電解液電池を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意検討を
重ねた結果、リチウム負極板と金属薄板との着設部を絶
縁性の物質で補強すれば、機械的強度も向上し、また、
放電反応における着設部近傍のリチウムの分断も防止で
きることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明の円筒形非水電解液電池は、長尺状の
金属導電基板上に活物質を担持した正極板と、一方の端
部に金属薄板を着設した長尺状の負極板とを、前記金属
薄板が最外周となるようにセパレータを介して渦巻状に
巻回した渦巻状電極群を備えた円筒形非水電解液電池に
おいて、該負極板の内周面側の金属薄板着設部に、負極
根面から金属薄板面にかかるように、電気絶縁性の補強
層を設けたことを特徴とする特 本発明の電池は、負極板と負極集電体である金属薄板と
の着設部分に補強層を設けたことに特徴を有し、その他
の要素は従来の渦巻状電極群を備えた円筒形非水電解液
電池と同じであってもよい。

本発明にかかる補強層の素材としては、上記目的から明
らかな如（、まず電気絶縁性を有するものであることが
必要であるが、当該電池に用いる電解液が有機溶媒であ
ることから耐有機溶媒性の素材でなければならないこと
は言うまでもない。

かかる要求に合致する素材としては、例えばポリエチレ
ンやポリプロピレン等のオレフィン系樹脂が好適である
。特に好ましくはポリプロピレンである。

また、補強層の厚さは、０．０２〜０．２０ｍｍが好ま
しく、さらに好ましくは０．０４〜０．１０ｍｍ、特に
好ましくは０．０５〜０．０８ｍｍである。

上記補強層は、負極板の内周面側の金属薄板着設部にお
いて、負極板面から金属薄板面にかかるように設けられ
る。放電反応を抑制することなく、また金属薄板着設部
近傍の金属リチウムの消耗を抑制するという点からは、
金属薄板側端を中心として両側すなわち負極根側と金属
薄板側とに、それぞれ３〜８ｍｍの巾になるように設け
られるのが好ましい、さらに好ましくは両側にそれぞれ
４〜６ｎｕｎの巾である。

このような補強層の設置方法としては、例えば上記補強
層となる樹脂のシートを着設部に載置し熱圧着する方法
、耐有機溶媒性の接着剤を用いて着設部に接着する方法
等の周知既存の方法を用いることができる。

本発明の電池は、上記したような、金属薄板着設部に補
強層が形成された負極板を、前記の公知の正極板及びセ
パレータと組合せて、通常の方法で、これらの発電要素
を集電棒の回りに巻回して渦巻状電極群とし、これを電
池容器に収納し、密封することにより得られる。

（作用） 本発明の円筒形非水電解液電池は、負極板の巻回末端の
金属薄板との着設部に補強層を設けたので、負極板と金
属薄板との着設部の機械的強度が改善され、渦巻状電極
群製造時の巻回末期における負極板の変形や破損を抑制
することができる。

さらに、活性なリチウム面が露出した、すなわち他のリ
チウム部分より消耗速度が速い着設部近傍は、補強層に
より正極側と電気的に絶縁されるので、反応による金属
リチウムの消耗は、微小なものとなり、放電末期におけ
る金属リチウムの分断を抑制できる。

（発明の実施例） 以下、本発明を円筒形二酸化マンガン／リチウム電池に
適用した実施例に基づいて説明する。

実施例 負極活物質である長さ２４０　ｍｍ、幅２３ｍｍ、厚さ
０．１６ｍｍの金属リチウム板（負極板）１の端部に、
長さ７０ｍｍ、幅２３ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍの５ＵＳ
３０４ステンレス製金属薄板２を重ねてプレス型上下よ
り押圧して圧着により着設した。この着設端を中心とし
、リチウム側及び金属薄板側にそれぞれ５ＩＩＩ！１１
の幅となるように、ポリプロピレン製の長さ１０關、幅
２３１１ＩＩ＋、厚さ０．０６ｍｍの絶縁テープの片面
にシリコンゴム接着剤が塗布された補強層６を、接着剤
面がリチウムと金属薄板とに接着するようにして設けた
。

次に、長さ２３０ｍｍ、幅２６＋ｎｍ、厚さ０．１５ｒ
ａｍのＳＵＳステンレス製ラスメタル網体からなる長尺
状の導電基材（３ａ）上に、二酸化マンガン及び黒鉛を
重量比で９２＝８の割合で混合したもの１００重量部に
対してポリテトラフルオロエチレンを３重量部混合し、
これにさらに蒸留水１１８重量部を加えて得たペースト
状の正極合剤（３ｂ）を塗布し、１００℃の熱風で１０
分間乾燥させた後、圧延ローラブレスにより０．４５ｍ
ｍの厚さとなるようにして、正極板３を製造した。

この正極板の端部に、長さ３１．５ｍｍ、径１ｍｍの５
ＵＳ３０４ステンレス製正極集電捧５を、スポット溶接
により接続固定した。

上記負極板１、ポリプロピレン製微孔性樹脂フィルム（
ジュラガード２４００、セラニーズ■製）からなる長さ
４８０＋ｎｍ、幅２９ｍｒｎ、厚さ０．０２５ｍｍの帯
状のセパレータ４、上記正極板及び前記と同一のセパレ
ータ４をこの順に載置し、負極ＩＮＩが外側となるよう
にして正極集電棒５の周囲に巻回して、第４図に示す外
周が前記金属薄板２で覆われた渦巻状電極群を製造した
。

なお、前記セパレータ４には、プロピレンカーボネート
と１，２−ジメトキシエタンとを体積比１：１で混合し
た混合液に過塩素酸リチウムを０．５モル／Ｉ２の濃度
に溶解した電解液を予め含浸しておいた。

次いで、上記渦巻状電極群を、底部にポリプロピレン製
の絶縁板を配置した円筒形電池容器の中に収納し、前記
金属薄板２と容器内壁とを密着させた。この電池容器は
、負極端子を兼ねる有底円筒状の容器で、鉄鋼板を絞り
加工したものからなっている。

そして、上記容器内の渦巻電極群の上にポリプロピレン
製の絶縁板を配置した後、容器の開口部を、中央に正極
端子板を嵌合したポリプロピレン製の封口体を載置し、
開口部の縁を内側へ湾曲させることにより密閉封口して
、外径１６．０＋＋ｕｎ。

高さ３３．２＋ｎｍの円筒形二酸化マンガン／リチウム
電池を製造した。

なお、前記正極集電棒５と正極端子板とはリード線によ
り接続した。

上記の電池を５００個試作した。電池製造の際、渦巻状
電極群作成の巻回末期工程において、負極板の変形や破
損による不良品は１つもなかった。

さらにこれらの電池すべてについて、常温において、１
００Ωの条件で連続放電試験を行なったところ１本発明
の電池は全て、第６図に示したような放電特性曲線（実
線）を示した。

比較例 金属リチウム板の金属薄板着設部に補強層を形成しない
点を除き実施例と同様の部材と構成からなる同一寸法の
円筒形二酸化マンガン／リチウム電池を５００個試作し
た。

上記電池製造の際、渦巻状電極群作成の巻回末期工程に
おいて、負極板の変形や破損による不良品が１５個発生
していた。

さらに、かかる不良品の電池を除＜４８５個の電池を用
いて、実施例と同一条件の連続放電試験を行なったとこ
ろ、９９％の電池が第６図に示したような放電特性曲線
（破線）を示した。

実施例電池の放電特性曲線は正常なカーブを描いている
が、比較例電池の放電特性曲線は放電末期において、急
激な落ち込みを示している。これは、金属リチウムの分
断により、集電不能となったためである。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の円筒形非水電解
液電池は、負極板の機械的強度が改善され、また、放電
時のリチウムの分断も抑制されているので、良品の歩留
りが非常に優れ、かつ放電容量が大きく、放電性能が優
れた電池である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における円筒形非水電解液
電池の負極板の平面図であり、第２図はその縦断面図で
ある。第３図は比較例として示した従来の円筒形非水電
解液電池の負極板の縦断面図である。第４図は、本発明
の円筒形非水電解液電池の渦巻状電極群の要部を示す横
断面図、第５図は、比較例として示した従来の円筒形非
水電解液電池の渦巻状電極群の要部を示す横断面図であ
る。第６図は、実施例及び比較例にかかる円筒形非水電
解液電池の放電特性曲線図である。 １・・・負極板（金属リチウム板） ２・・・金属薄板 ４・・・セパレータ ５・・・集電棒 ６・・・補強層 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　長尺状の金属導電基材上に活物質を担持した正極板と
   、一方の端部に金属薄板を着設した長尺状の負極板とを
   、前記金属薄板が最外周となるようにセパレータを介し
   て渦巻状に巻回した渦巻状電極群を備えた円筒形非水電
   解液電池において、該負極板の内周面側の金属薄板着設
   部に、負極板面から金属薄板面にかかるように、電気絶
   縁性の補強層を設けたことを特徴とする円筒形非水電解
   液電池。