(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム，ナトリウム等のアルカリ金属またはアルカリ金属の合金を有する負極板と、正極活物質を格子状に形成された多孔金属板または金属網からなる正極導電性芯体上に充填して構成した正極板とをセパレータを介して渦巻状に構成してなる有機電解液電池であって、前記正極導電性芯体の少なくとも一部分が前記正極板の前記負極板に対向する表面の片面に全面にわたって露出するとともに、対向する負極板の面に投影した前記正極導電性芯体の金属部分の形状中の最狭部幅が負極板の厚さ以上としたことを特徴とする有機電解液電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦巻状電極を備えた有機電解液電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より渦巻状電極を備えた有機電解液電池には、ふっ化黒鉛リチウム電池，二酸化マンガンリチウム電池等があり、その優れた放電特性，保存性等により、カメラ，ストロボ等の瞬間的に大電流を必要とする用途や、メモリーバックアップ等の長期間放電される用途等、多岐にわたり使用されている。近年それらの使用機器の高性能化により、有機電解液電池に対しても放電容量の一層の向上が従来にもまして要求されている。
【０００３】
これらの電池では負極板にリチウム等のアルカリ金属またはその合金の箔を使用している。そして負極活物質として導電性の金属を使用するので、電池缶等に溶接するためのリード状集電体以外には放電反応に関与しない導電性芯体を必要とせず、その分活物質の充填量を向上させることができる。しかしながら部分的な活物質量の不均一や極板にかかる圧力の不均衡等により放電反応に速度差が生じた場合、負極板の一部分が極度に消耗して集電体と負極活物質の電気的接続が保てなくなる。その結果、放電末期において負極反応面積の減少による放電電圧の急激な低下が発生する。特に低電流放電の場合に放電電圧低下が顕著に現れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、前記する従来例における渦巻状電極を備えた有機電解液電池の局部消耗を解消して放電末期の電圧降下を抑制し、放電容量が優れた高性能な有機電解液電池を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の有機電解液電池は、リチウム，ナトリウム等のアルカリ金属またはアルカリ金属の合金を有する負極板と、正極活物質を格子状に形成された多孔金属板または金属網からなる正極導電性芯体上に充填して構成した正極板とをセパレータを介して渦巻状に構成してなる有機電解液電池であって、前記正極導電性芯体の少なくとも一部分が前記正極板の前記負極板に対向する表面の片面に全面にわたって露出するとともに、対向する負極板の面に投影した前記正極導電性芯体の金属部分の形状の最狭部幅が負極板の厚さ以上としたことを特徴とするもので、正極導電性芯体の一部を正極板の負極板に対向する表面の片面に全面にわたって露出させ、その部分の放電反応を意図的に遅らせることにより放電末期まで負極板の電気的接続を保持し、放電末期の電圧降下を抑制するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明が適用される電池は、電池缶内に正極板および負極板を渦巻状に構成してなるものであり、正極板および負極板に集電体を接続し、電池缶あるいは封口板に接続したものである。さらにその正極板は格子状に形成された多孔金属板または金属網を導電性芯体として用い、その上に正極活物質を塗着または充填したものである。
【０００７】
正極板および負極板を渦巻状に構成してなる電池では、主として導電性芯体や集電体のバリによる内部短絡防止のために絶縁テープを貼付しているが、絶縁テープの端面に対向する負極活物質が、絶縁テープにより隠された部分の正極活物質と反応するため、正極と負極の電気容量に不均一が生じる。また絶縁テープや集電体の貼付部分は他の部分に比較して厚く、極板を押さえる圧力が相対的に高いため、この部分の反応速度が速まる。有機電解液電池の多くはリチウムまたはリチウム合金等の金属箔を負極として使用しているため、放電末期においてこれら放電反応が速い部分の負極が消耗し、負極板の電気的接続が保てなくなるため、反応面積の急激な低下が起こり、同時に放電電圧も急激に低下する。放電は事実上電圧低下の時点で終了するため、電気的接続が保てなくなった部分の活物質は放電反応に寄与せず、放電容量の低下を招く。
【０００８】
本発明は、正極の導電性芯体に着目することにより、負極板の電気的接続を保ち、放電末期の急激な電圧低下および放電容量の低下を防止するものである。すなわち、正極の導電性芯体として格子状に形成されたエキスパンドメタルやパンチングメタル等を使用し、その一部または全部を正極板の負極板に対向する表面の片面のみに全面にわたって露出させることにより、露出部分の放電反応を抑制する。この多孔金属板または金属網を対向する負極の面に投影した形状中で最も狭い部分を、この正極導電性芯体の金属部分の最狭部とし、この最狭部の幅が負極板の厚さより大きい場合に放電反応の抑制効果が現れる。そのため露出部分に対向する負極は他の部分と比較して放電末期まで残存するため放電電圧の急激な低下や放電容量の低下を抑制することができる。
【０００９】
【実施例】
以下に本発明の実施例について、具体的な実験結果に基づき説明する。
【００１０】
（実施例１）
試作電池として直径１７ｍｍ、高さ３４ｍｍの円筒型電池を作製した。この電池の構造を図１に示す。
【００１１】
まず負極板１を以下に示す手順により作製した。厚さ０．１６ｍｍのリチウム薄板を２３０ｍｍ×２３ｍｍの寸法に切断し、それに厚さ０．１ｍｍのニッケル製のリードを圧着し、負極集電体とした。さらに負極集電体の上に厚さ０．０５ｍｍのポリプロピレン製粘着テープ１ａを貼付した。この負極板の形状を図２に示す。
【００１２】
次に正極板２を以下に示す手順により作製した。正極活物質として電解二酸化マンガンを用い、これをカーボン，ポリテトラフルオロエチレン，イオン交換水とともに練合した。二酸化マンガン，カーボン，ポリテトラフルオロエチレンの混合比は１００：６：４とした。次に原反厚さ０．１ｍｍ，刻み幅１ｍｍ，最狭部幅０．２ｍｍのステンレス製エキスパンドメタルの正極導電性芯体上に、正極活物質を厚さ０．６ｍｍになるように１回充填し、厚さ０．４５ｍｍに圧延した。この正極板の形状を図３に、表面の状態を図４に示す。この状態で正極導電性芯体２ａが正極板表面の片面に露出している。これを２３０ｍｍ×２６ｍｍの寸法に切断して正極集電体３を抵抗溶接し、さらに正極集電体３上にガラスクロステープ３ａを絶縁材として貼付し、２５０℃において４時間乾燥した。
【００１３】
これら正極板２と負極板１を、ポリプロピレン微多孔性フィルムのセパレータ４を介して渦巻状に巻き、極板群とした。このとき負極集電体５の位置は極板群の最外周に位置する。
【００１４】
この極板群を電池缶内に収納し、負極集電体５を外装缶６に、正極集電体３を封口板７に、それぞれ溶接したのち電池缶内に電解液を注入した。電解液は溶媒としてプロピレンカーボネートとジメトキシエタンの１：１混合液を用い、溶質としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウムの０．５モル／リットル溶液を用いた。そしてガスケット８，上部絶縁封口板９，下部絶縁封口板１０を介在してさらにこれをかしめにより封口して本発明の実施例１の電池とした。
【００１５】
（実施例２）
実施例２として実施例１と同一寸法の円筒型電池を作製した。試作方法は正極板２の正極導電性芯体２ａとして原反厚さ０．１ｍｍ，刻み幅２ｂ（図４に示す）を０．５ｍｍのエキスパンドメタルを用いる以外、実施例１と同一とし、完成電池を本発明の実施例２の電池とした。
【００１６】
（比較例１）
比較例１として実施例１と同一寸法の円筒型電池を作製した。試作方法は正極板２の正極導電性芯体２ａとして線径０．１ｍｍすなわち最狭部幅を０．１ｍｍのステンレス製網を用いる以外、実施例１と同一とし、完成電池を比較例１の電池とした。
【００１７】
（比較例２）
比較例２として実施例１と同一寸法の円筒型電池を作製した。試作方法は正極板２の充填方法を除いて実施例１と同一とした。正極充填工程では、まず実施例１と同一のステンレス製エキスパンドメタルの正極導電性芯体２ａを用い、厚さ０．３ｍｍとなるように正極活物質の充填を行い、さらに裏面より厚さ０．６ｍｍとなるように再度充填を行った。さらにそれを０．４５ｍｍの厚さとなるように圧延した。この状態で正極導電性芯体２ａの極板表面には露出していない。この正極板の表面状態を図５に示す。これ以外は実施例１と同様の方法で試作を行い、完成電池を比較例２の電池とした。
【００１８】
（比較例３）
比較例３として実施例１と同一寸法の円筒型電池を作製した。試作方法は正極板２の正極導電性芯体２ａとして原反厚さ０．１ｍｍ，刻み幅２ｂが０．５ｍｍのステンレス製エキスパンドメタルを用いる以外、比較例１と同一とし、完成電池を比較例３の電池とした。
【００２０】
そして、これらの試作電池の放電容量を比較した。放電電流条件は０．９Ａ，３秒オン，２７秒オフの交番放電とし、放電温度は２０℃とした。この放電条件下での放電結果を図６に示す。実施例１，２では放電末期までなだらかに電圧が降下するのに対して、比較例１，２，３では放電末期において放電電圧が急激に降下している。そのためいずれの比較例に対しても本発明の実施例の方が放電容量が大きい。比較例１の放電結果より、正極導電性芯体２ａの最狭部幅が細い場合、充分に本発明の効果が得られない。また、比較例２，３の放電結果より、正極導電性芯体２ａの両面が活物質で覆われている場合には全く効果がない。
【００２１】
なお、本実施例では正極導電性芯体２ａを、正極板２の片面に、全面に露出させているが、立体構造を有する多孔金属板または金属網を使用した場合には、充填圧延条件により図７に示す通り正極導電性芯体２ａの最も突出した部分のみが正極板２の表面上に露出し、露出部分は不連続となることがあるが、この場合にも同様の効果が認められる。
【００２２】
【発明の効果】
負極にリチウムやナトリウム等のアルカリ金属単体またはその合金を使用し、電池缶内に正極板および負極板を渦巻状に構成してなる有機電解液電池において、本発明の正極構成、すなわち格子状に形成された正極導電性芯体にパンチングメタルのような多孔金属板またはエキスパンドメタルのような金属網を用い、その多孔金属板または金属網に正極活物質を充填し、正極導電性芯体が正極板の負極板に対向する表面の片面に一部または全部が全面にわたって露出するようにし、しかも対向する負極板の面に投影した正極導電性芯体の金属部分の形状中の最狭部幅、例えば金属網の場合であればその線径、多孔金属板の場合であれば孔間の金属部分の最狭部幅が負極板の厚さ以上とすることにより、放電末期の電圧降下を抑制し、放電容量を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池の断面図
【図２】実施例および比較例に示す負極板の正面図
【図３】実施例および比較例に示す正極板の正面図
【図４】（ａ）本発明の実施例１，実施例２に示す正極板の部分拡大正面図
（ｂ）同断面図
【図５】（ａ）比較例２に示す正極板の正面図
（ｂ）同断面図
【図６】放電試験結果を示す図
【図７】（ａ）正極導電性芯体の突出部のみ正極板表面に露出した状態の正極板の部分正面図
（ｂ）同断面図
【符号の説明】
１  負極板
１ａ  ポリプロピレン製粘着テープ
２  正極板
２ａ  正極導電性芯体
２ｂ  刻み幅
２ｃ  最狭部幅
３  正極集電体
３ａ  ガラスクロステープ
４  セパレータ
５  負極集電体
６  外装缶
７  封口板
８  ガスケット
９  上部絶縁封口板
１０  下部絶縁封口板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図４】
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【図６】
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