JP3059842B2 - 非水電解液電池 - Google Patents
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Description
出力型の非水電解液電池に関するものである。
た特性を有し、この特性が生かされて多用途に使用され
ている。
は、ステンレスが一般的に用いられているが、特に3.
5V以上の高電圧電池は、長期間保存すると、正極缶の
一部に腐食孔があいて液漏れする問題点等がある。この
正極缶が腐食するのは、正極缶材料に用いられているス
テンレス中の鉄成分が鉄イオンとなって、溶解するから
であり、この溶解反応が続くと、最終的には正極缶に腐
食孔があいて電解液が漏出することになる。
正極缶にアルミニウムを使用したリチウム一次電池が開
発されている。この場合、アルミニウムはステンレスに
比較して溶解電圧が高いので、正極缶の腐食を防止する
ことができる。
積を大きくした渦巻電極体を用いた非水電解液電池にお
いて、アルミニウム正極缶と渦巻電極体との接触により
電流を取り出す場合、正極缶と渦巻電極体最外周の正極
活物質との接触であるために、電気的接続が悪く、内部
抵抗が増加して、電池特性に悪影響を生じるという問題
点がある。そのため、正極より、別途タブリードを取り
出し、これを正極缶と接続するといった複雑な構造が必
要であった。
うな問題点を解決し、高耐食性、軽量、簡単な電気接続
構造であって、放電容量やサイクル特性の優れた非水電
解液電池を提供するものである。
極と、セパレータとからなる渦巻電極体と、非水電解液
と、外装缶とから構成される電池電圧が3.5V以上
5.0V以下の非水電解液電池において、前記非水電解
液は溶媒とLiPF 6 を含む溶質とからなり、前記正極
の芯体と外装缶材料がアルミニウムからなり、前記渦巻
電極体の最外周部の外面には前記正極芯体の少なくとも
一部分が露出して位置しており、前記外装缶内面と芯体
露出部分との接触により電気的接続するものである。
物であり、前記負極はリチウムイオンを吸蔵、放出でき
る炭素質材料であることが好ましい。
長円形であり、前記渦巻電極体が長円形状であることが
好ましい。
は、短径をa、長径をb、前記外装缶の開口部内周の短
径をA、長径をBとすると、(a/A)≧(b/B)且
つ、(A−a)≦(B−b)の関係であることが好まし
い。
金、チタン、アルミニウム等が考えられるが、耐食性の
面や工業的スケール(資源及び材料コスト等)等を考慮
すると、使用される材料が規制され、安価で導電性も良
好なアルミニウムが最適であることが判る。
3.5V以上5.0V以下の非水電解液電池において、
正極缶などの腐食を防止するために、正極缶材料をアル
ミニウムとし、さらに、正極側の芯体や端子材料におい
ても同様な影響があるので、正極芯体にもアルミニウム
を使用するものであり、高耐食性が得られる。
正極の最外周端部の正極活物質を脱落させ、少なくとも
一部分アルミニウム芯体を露出させることにより、外装
缶と正極芯体とは同金属であるため、接触方式による簡
単な電気接続構造で、良好な集電が可能となる。
や芯体として用いることにより、軽量化において、優れ
た効果を得ることができる。例えば、正極缶として、ス
テンレスとアルミニウムを用いた場合の重量エネルギー
密度の一比較例を表1に示す。
ウムでは、重量エネルギー密度は約50%増となる。
等に組み込む時は限られた空間しかなく、その空間をよ
り有効に使用するためには、電池の外観は円筒形ではな
く角形で、特に矩形または長円形にする方が非常に有効
である。
電極体を挿入するには、渦巻電極体は真円ではなく長円
形状でなくてはならない。このとき、長円形状の渦巻電
極体は、外装缶に挿入した後に真円に近い方へ戻ろうと
するために(図6)、外装缶の短径及び長径に復元力が
作用する。この復元力を利用して、外装缶と渦巻電極体
との接触圧を高め、良好な電気的接続を維持することが
本願のさらなる目的である。
長径bと外装缶開口部内周の短径A及び長径Bとが、
(a/A)≧(b/B)且つ、(A−a)≦(B−b)
のような関係にあれば、主として短径方向で渦巻電極間
での緊迫度及び外装缶と最外周芯体との接触集電効果の
両方が最適に確保することができる。
に近い方向への復元力が働き、長円形状渦巻電極体の長
径方向は縮む方向へ、短径方向は伸びる方向へ復元力が
作用するために良好な緊迫及び接触が得られることと、
短径方向のほうが渦巻電極体と外装缶とがフラットに近
い部分で接触する面積が大きいことによるものである。
する。
分断面図、図1−bは渦巻電極体の斜視図である。
リチウムと、導電剤としてのアセチレンブラック及び結
着剤としてのフッ素樹脂ディスパージョンをそれぞれ重
量比で90:6:4の比率で混練して正極合剤1−2を
得た。次いで、この正極合剤を芯体1−1としてのアル
ミニウム製のラス板に圧延して、これを250℃で2時
間真空熱処理して正極1を作製した。 尚、正極の最外
周端部は正極合剤1−2を脱落させて、少なくとも芯体
1−1を一部分露出させている。
ファイト粉末と、結着剤としてのフッ素樹脂ディスパー
ジョンとをそれぞれ重量比で95:5の比率で混合し
て、負極合剤3−2を得た。次いで、この負極合剤を銅
製の芯体3−1に圧延して、これを250℃で2時間真
空下で熱処理して負極3を作製した。
3とをポリエチレン製微孔性薄膜のセパレータ2を介し
て卷回し、渦巻電極体4を作製した。
である。
形外装缶5中に収納する。次いで、溶媒として、エチレ
ンカーボネートと、ジメチルカーボネートとを体積比で
1:1の比率で混合して、溶質として、LiPF6を1
モル/リットルを混合溶媒に溶かした非水電解液を注液
し、外装缶開口部に安全弁装置を設けた封口体(図示し
ない)を溶接し、密閉して容積約10ccの非水電解液
電池を作製した。
渦巻電極体の短径をa、長径をbとして、(a/A)>
(b/B)且つ、(A−a)<(B−b)の関係がある
ときの電池を本発明電池A1として図3に示す。図3−
aは渦巻電極体の断面図、図3−bは外装缶の断面図、
図3−cは本発明電池A1の断面図である。
電極体は図6に示すような復元力が渦巻電極体の短径方
向にかかるために、外装缶短径方向において、外装缶短
径方向と渦巻電極体短径方向との良好な緊迫度が得られ
る。
−a)=(B−b)のような関係のときの電池を本発明
電池A2とし、図4に示す。図4−aは渦巻電極体の断
面図、図4−bは外装缶の断面図、図4−cは本発明電
池A2の断面図である。
巻電極体の短径、外装缶内周の長径と渦巻電極体の長径
とがそれぞれ等しいときである。この場合は、外装缶内
周の短径及び長径に渦巻電極体の短径及び長径がそれぞ
れに接している状態になる。
−a)>(B−b)のような関係のときの状態の電池を
比較電池Xとして図5に示す。図5−aは渦巻電極体の
断面図、図5−bは外装缶の断面図、図5−cは比較電
池Xの断面図である。
外装缶内周の短径方向の寸法よりも小さいために、短径
方向では接触しない状態になる。これでは、長径方向で
しか緊迫度が得られないために電池特性に悪影響を及ぼ
す。
と、比較電池Xのそれぞれ10個の初期内部抵抗とショ
ート電流とを測定し、それらの平均値を表2に示した。
渦巻電極体の緊迫度が高くなることで、外装缶と渦巻電
極体との接触強度も増加し、さらに、電極間距離も小さ
くなり、初期内部抵抗も小さくなり電池特性が向上す
る。
1及びA2と比較電池Xとの電池特性の比較を示す。
池Xの放電特性を示した図であり、測定条件は、200
mAの電流で電池電圧が4.2Vに達するまで充電した
後、200mAの電流で電池電圧が2.7Vに達するま
で放電した曲線を示したものである。
が、比較電池Xよりも放電容量が大きいことが判る。
あり、測定条件は200mAの電流で電池電圧が4.2
Vに達するまで充電した後、200mAの電流で電池電
圧が2.7Vに達するまで放電するというサイクルを繰
り返すものである。
較電池Xと比べて、サイクル特性が向上していることが
判る。
とからなる渦巻電極体と、非水電解液と、外装缶とから
構成される電池電圧が3.5V以上5.0V以下の非水
電解液電池において、前記非水電解液は溶媒とLiPF
6 を含む溶質とからなり、前記正極の芯体と外装缶材料
がアルミニウムからなるため、充電状態における高電圧
に対する耐食性が向上し、且つ電池自身の軽量化を計る
ことができる。また、渦巻電極体の最外周部の外面には
前記正極芯体の少なくとも一部分が露出して位置してお
り、外装缶内面と芯体露出部分との接触により電気的接
続するものであり、正極タブを別途設ける必要もなく、
外装缶と正極芯体との接触により良好な集電ができる。
形状の渦巻電極体を用い、短径方向での電気接続を双方
の接触、緊迫を主として行うため、外装缶と渦巻電極体
とは良好な緊迫度が保持でき、渦巻電極間距離も小さく
なり、また、外装缶との接触強度も増加するために、放
電特性やサイクル特性といった電池特性の向上をはかる
ことができる。
る。 b 外装缶の断面図である。 c 本発明電池A1の断面図である。
る。 b 外装缶の断面図である。 c 本発明電池A2の断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 正極と、負極と、セパレータとからなる
渦巻電極体と、非水電解液と、外装缶とから構成される
電池電圧が3.5V以上5.0V以下の非水電解液電池
において、前記非水電解液は溶媒とLiPF 6 を含む溶
質とからなり、前記正極の芯体と外装缶材料がアルミニ
ウムからなり、前記渦巻電極体の最外周部の外面には前
記正極芯体の少なくとも一部分が露出して位置してお
り、前記外装缶内面と芯体露出部分との接触により電気
的接続することを特徴とする非水電解液電池。 - 【請求項2】 前記正極活物質はリチウム含有化合物で
あり、前記負極はリチウムイオンを吸蔵、放出できる炭
素質材料であることを特徴とする請求項1記載の非水電
解液電池。 - 【請求項3】 前記外装缶の開口断面が矩形又は長円形
であり、前記渦巻電極体が長円形状であることを特徴と
する請求項1もしくは請求項2記載の非水電解液電池。 - 【請求項4】 前記長円形状の渦巻電極体は、短径を
a、長径をb、前記外装缶の開口部内周の短径をA、長
径をBとすると、(a/A)≧(b/B)且つ、(A−
a)≦(B−b)の関係であることを特徴とする請求項
3記載の非水電解液電池。
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