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JP3059842B2 - 非水電解液電池 - Google Patents

非水電解液電池

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JP3059842B2
JP3059842B2 JP4305298A JP30529892A JP3059842B2 JP 3059842 B2 JP3059842 B2 JP 3059842B2 JP 4305298 A JP4305298 A JP 4305298A JP 30529892 A JP30529892 A JP 30529892A JP 3059842 B2 JP3059842 B2 JP 3059842B2
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Japan
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battery
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aqueous electrolyte
spiral electrode
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豊治 町田
満紀 原
和郎 森脇
啓一 辻奥
徹 雨堤
日義 玉置
康弘 山内
訓 生川
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、渦巻電極体を備えた高
出力型の非水電解液電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、非水電解液電池は、高電圧で優れ
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。
【0003】ところで、この種電池の正極缶材料として
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。
【0004】そこで、正極缶の腐食を防止するために、
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。
【0005】しかしながら、高出力を得るために電極面
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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上記のよ
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明は、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ものである。
【0008】また、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が好ましい。
【0009】さらに、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が
好ましい。
【0010】さらにまた、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)の関係であることが好まし
い。
【0011】
【作用】外装缶や芯体に使用される材料としては、白
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。
【0012】そこで、本願発明は、充電状態の電圧が
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。
【0013】さらに、渦巻電極体の最外周を正極とし、
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。
【0014】また、比重の小さいアルミニウムを外装缶
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。
【0015】
【表1】
【0016】表1より、ステンレスと比較してアルミニ
ウムでは、重量エネルギー密度は約50%増となる。
【0017】さらにまた、非水電解液電池等を使用機器
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。
【0018】しかしながら、ここで矩形の外装缶に渦巻
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。
【0019】ここで、長円形状の渦巻電極の短径a及び
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。
【0020】この理由は、長円形状渦巻電極体には真円
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。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0022】図1−aは本発明にかかる渦巻電極体の部
分断面図、図1−bは渦巻電極体の斜視図である。
【0023】[正極の作製]活物質としてのコバルト酸
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。
【0024】[負極の作製]400メッシュパスのグラ
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。
【0025】[渦巻電極体の作製]上記正極1と、負極
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。
【0026】図2は、非水電解液電池の分解構成斜視図
である。
【0027】上記渦巻電極体4をアルミニウム製有底矩
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。
【0028】次に、外装缶内周の短径をA、長径をB、
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。
【0029】このような上記の関係にあるときは、渦巻
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。
【0030】また、(a/A)=(b/B)且つ、(A
−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。
【0031】本発明電池A2は、外装缶内周の短径と渦
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。
【0032】次に、(a/A)<(b/B)且つ、(A
−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。
【0033】この場合、渦巻電極体の短径方向の寸法が
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。
【0034】[実験1]次に、本発明電池A1及びA2
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。
【0035】
【表2】
【0036】このように本発明電池A1及びA2では、
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。
【0037】[実験2]図7及び図8に、本発明電池A
1及びA2と比較電池Xとの電池特性の比較を示す。
【0038】図7は、本発明電池A1、A2及び比較電
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。
【0039】図7より、本発明電池A1及びA2の方
が、比較電池Xよりも放電容量が大きいことが判る。
【0040】また、図8は、サイクル特性を示した図で
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。
【0041】図8より、本発明電池A1及びA2は、比
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。
【0042】
【発明の効果】本発明は、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
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。
【0043】また、矩形の外装缶を用いると共に、長円
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明電池の渦巻電極体の構成図である。
【図2】本発明電池の分解構成図である。
【図3】a 本発明電池A1の渦巻電極体断面図であ
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。
【図4】a 本発明電池A2の渦巻電極体断面図であ
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。
【図5】a 比較電池Xの渦巻電極体断面図である。 b 外装缶の断面図である。 c 比較電池Xの断面図である。
【図6】渦巻電極体の復元力の説明図である。
【図7】放電特性をを示す図である。
【図8】サイクル特性を示す図である。
【符号の説明】
1・・・・・・正極 1−1・・・・正極芯体 1−2・・・・正極活物質 2・・・・・・セパレータ 3・・・・・・負極 3−1・・・・負極芯体 3−2・・・・負極活物質 4・・・・・・渦巻電極体 5・・・・・・アルミニウム外装缶 A1・・・・・本発明電池 A2・・・・・本発明電池 X・・・・・・比較電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻奥 啓一 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 雨堤 徹 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 玉置 日義 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 山内 康弘 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 生川 訓 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−86622(JP,A) 特開 昭61−82665(JP,A) 特開 平4−147572(JP,A) 実開 昭58−44759(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/20 - 2/34 H01M 2/02 H01M 10/40 H01M 6/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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
    正極芯体の少なくとも一部分が露出して位置して
    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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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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