(57)【要約】【課題】負極活物質として金属リチウムまたはリチウム合金の箔を用い、扁平状に電極群を構成した扁平形非水電解液一次電池において、より群圧の高い屈曲部の負極活物質であるリチウムが優先的に消費されても、負極集電体を兼ねるリチウムが寸断されることがなく、容量低下、反応面積低下に伴う出力低下を起こすことのない、放電末期まで安定した特性を持つ高信頼性電池を供給することを目的とする。【解決手段】前記負極活物質上に、電極群の屈曲部を経由してその近接する両側のストレート部とをつなぐ様に非イオン透過部を形成することを特徴とする非水電解液一次電池。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極とがセパレータを介して捲回され、平坦部と屈曲部とを備えた電極群を有する扁平形非水電解液一次電池であって、正極と負極との間で、かつ屈曲部と屈曲部に近接する両側の平坦部上の少なくとも一部に、連続した非イオン透過部を設けた扁平形非水電解液一次電池。
【請求項２】
前記非イオン透過部が負極活物質上に貼り付けられた非イオン透過性テープ、対向する正極活物質上に貼り付けられた非イオン透過性テープ、対向するセパレータのイオン透過性の孔を熱溶着などにより閉口した部分からなる群より選択される少なくとも一種である請求項１記載の扁平形非水電解液一次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極活物質として金属リチウムまたはリチウム合金の箔を用い、扁平状に電極群を構成した扁平形非水電解液一次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
負極にリチウム金属またはリチウム合金を用いる非水電解液電池は、エネルギー密度が高く、また、小型化・軽量化が可能であることから、各種電子機器の主電源やメモリーバックアップ用電源など、様々な用途に使用されている。非水電解液電池の正極材料としては、二酸化マンガン、塩化チオニル、酸化銅、硫化鉄、フッ化カーボンなどが使用されている。特に二酸化マンガンやフッ化カーボンを用いた非水電解液電池では、３．０V以上の電圧が得られるため、各種電子機器の電源として研究開発が行われてきた。近年、電子機器の小型軽量化及び薄型化の要求に対応して、電池の小型化、薄型化が求められている。電池の薄型化を達成する手段の一つとして、角形の外装ケースに扁平状に構成した電極群を入れる構成が考えられる。
【０００３】
一方従来の円筒形電池においては正極集電リード板溶接部や最外周部等にバリ防止の目的で貼られている絶縁テープに対向する部分で負極活物質の消耗が早く、特に低率放電時の放電末期ではその部分で負極集電体も兼ねる負極板が寸断されるため容量低下、反応面積低下に伴う出力低下の原因となるという課題を有していた。そのため特許文献１においてはセパレータの正極板、負極板に接する面で少なくとも正極集電リード板と当接する長手方向に連続したイオン透過性の無い絶縁部分を設けるといった構成が取られている。
【特許文献１】特開平７−１４２０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
扁平形非水電解液一次電池においても円筒形と同様に正極集電リード板と当接する長手方向に連続したイオン透過性の無い絶縁部分を設けるといった構成を取ることにより、バリ防止の目的で貼られている絶縁テープに対向する部分での負極板の寸断を防ぐことは出来る。
【０００５】
しかしながら、扁平状に電極群を構成した扁平形非水電解液一次電池の場合、構成された電極群のストレート部と屈曲部とで群圧が異なる為、放電時に反応の集中が起こり、より群圧の高い屈曲部の負極活物質であるリチウムが優先的に消費される。リチウムは負極集電体も兼ねている為、局所的な消費により寸断されると、容量低下、反応面積低下に伴う出力低下の原因となるという扁平形固有の課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の扁平形非水電解液一次電池では、正極と、金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極とがセパレータを介して捲回され、平坦部と屈曲部とを備えた電極群を有する扁平形非水電解液一次電池であって、正極と負極との間で、かつ屈曲部と屈曲部に近接する両側の平坦部上の少なくとも一部に、連続した非イオン透過部を設ける構成とする。
【０００７】
本発明の構成によれば、扁平状に電極群を構成した扁平形非水電解液一次電池においてストレート部より群圧の高い屈曲部の負極活物質であるリチウムが放電時に優先的に消費されても、電極群の屈曲部を経由してその近接する両側のストレート部とをつなぐ様に非イオン透過部が形成されており、反応せずに残った負極活物質が集電体として機能するた
め、負極板が寸断されることがない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、扁平状に電極群を構成した扁平形非水電解液一次電池の場合、より群圧の高い屈曲部の負極活物質であるリチウムが優先的に消費されても、負極集電体を兼ねるリチウムが寸断されることがなく、容量低下、反応面積低下に伴う出力低下を起こすことなく、放電末期まで安定した特性を持つ高信頼性電池を供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は上記のように、正極と、金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極とがセパレータを介して捲回され、平坦部と屈曲部とを備えた電極群を有する扁平形非水電解液一次電池であって、正極と負極との間で、かつ屈曲部と屈曲部に近接する両側の平坦部上の少なくとも一部に、連続した非イオン透過部を設ける構成とすると、ストレート部より群圧の高い屈曲部の負極活物質であるリチウムが放電時に優先的に消費されても、電極群の屈曲部を経由してその近接する両側のストレート部をつなぐ様に非イオン透過部が形成されることになり、反応せずに残った負極活物質が集電体として機能するため、負極集電体を兼ねるリチウムが寸断されることがなく、容量低下、反応面積低下に伴う出力低下を起こすことなく、放電末期まで安定した特性を持つ高信頼性電池を供給することが可能になることを見出したものである。
【００１０】
またその際、負極活物質上に非イオン透過部を形成する方法としては、負極活物質上に非イオン透過性のテープを貼り付ける、対向する正極活物質上に非イオン透過性のテープを貼り付ける、対向するセパレータのイオン透過性の孔を熱溶着などにより閉口する等の手法が有効である。
【００１１】
テープの材質はポリプロピレン、ポリエチレンやアラミド樹脂など耐有機電解液性を有するものが好ましい。
【実施例１】
【００１２】
（実施例１）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例にかかる非水電解液一次電池の断面図であり、この非水電解液一次電池を下記のように作製した。
【００１４】
まず、フッ化カーボン（ダイキン工業製、ＣＦＧＭ）に導電剤としてアセチレンブラック（電気化学工業社製、デンカブラック）をフッ化カーボン比の１０質量％加え、さらに結着剤としてポリテトラフルオロエチレン樹脂（ダイキン工業製、Ｄ−１）を５質量％加え、これに水と界面活性剤を加えて練合を行いペーストを作製し、得られたペーストをアルミニウム箔に塗工、乾燥する。得られたものを圧延ローラで圧延処理し、得られたシートを厚み０．２０ｍｍ、幅４４ｍｍ、長さ３５０ｍｍに裁断し、アルミニウム製の集電リード板をアルミニウム箔に溶接し、正極１とした。
【００１５】
次に、図２は本発明の一実施例にかかる負極板を示す図であり、この負極板を次のように作製した。リチウム金属の箔を厚み０．１２ｍｍ、幅４２ｍｍ、長さ３００ｍｍに裁断し、ニッケル製の負極集電リード板２を溶着し、群に構成した際に屈曲部となる部分にポリプロピレン製テープ（積水化学工業製、ＯＰＰテープ）を幅２ｍｍ長さ２０ｍｍに裁断した非イオン透過性テープ３を貼り付け、負極４とした。
【００１６】
上記正極１と負極４との間にポリプロピレン製のセパレータ５を配し、発電要素である
極板群を扁平形に構成し、これを正極ケース６に挿入し、封口した後γ―ブチルラクトンにＬｉＢＦ4を１ｍｏｌ／Ｌ溶解させた非水電解液を注液し、封栓して幅３０．０ｍｍ、高さ４８．０ｍｍ、厚み６．０ｍｍの扁平形非水電解液一次電池を作製し、実施例１の非水電解液一次電池とした。
【００１７】
（実施例２）
非イオン透過性のテープ３を負極４上に貼らずに、正極１上の群に構成した際に屈曲部となる部分に貼り付けた以外は実施例１と同様に作製した非水電解液一次電池を実施例２の電池とする。
【００１８】
（実施例３）
非イオン透過性のテープ３を貼らずに、群に構成した際に屈曲部となる部分に対向するセパレータのイオン透過性の孔を熱溶着により閉口した以外は実施例１と同様に作製した非水電解液電池を実施例３の電池とする。
【００１９】
（比較例１）
負極４に非イオン透過性のテープ３を貼り付けていない以外は実施例１と同様に作製した非水電解液一次電池を比較例１の電池とする。
【００２０】
《電池の評価》
これらの実施例１〜実施例３の電池および比較例１の電池について、放電温度２０℃で２．５ｍＡ定電流放電を行った。その放電カーブを図３に、放電持続時間を比較したものを表１に示す。
【００２１】
【表１】
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表１の実施例１〜実施例３の電池と比較例１の電池との比較から、群に構成した際に屈曲部となる部分に非イオン透過部を設けることによって放電持続時間が大きく改善されている。これは、実施例１〜３では群に構成した際に屈曲部となる部分に非イオン透過部を設けることによって負極４上に、電極群の屈曲部を経由してその近接する両側のストレート部とをつなぐ様に非イオン透過部が形成され、反応せずに残った負極４のリチウムが集電体として機能するため、図４に示す様に負極集電体を兼ねる負極４が寸断されることがなく、容量低下を起こすことがなかったのに対し、比較例１ではストレート部より群圧の高い屈曲部の負極活物質であるリチウムが放電時に優先的に消費されて、図５に示す様に負極２が寸断され、容量低下を起こしたものと考えられる。
【００２２】
同様に図３の実施例１〜実施例３の電池と比較例１の電池との比較から、群に構成した際に屈曲部となる部分に非イオン透過部を設けることによって放電維持電圧が放電終止まで安定している。これは、実施例１〜３では群に構成した際に屈曲部となる部分に非イオン透過部を設けることによって負極４上に、電極群の屈曲部を経由してその近接する両側のストレート部とをつなぐ様に非イオン透過部が形成され、反応せずに残った負極４のリチウムが集電体として機能するため、図４に示す様に負極集電体を兼ねる負極４が寸断されることがなく、反応面積低下に伴う出力低下を起こすことがなかったのに対し、比較例１ではストレート部より群圧の高い屈曲部の負極活物質であるリチウムが放電時に優先的に消費されて、図５に示す様に負極４が寸断され、反応面積低下に伴う出力低下を起こし、急激な電圧降下をしたものと考えられる。
【００２３】
また、実施例１と実施例２及び実施例３との比較から、負極４上に非イオン透過部を形成する方法としては、負極４上に非イオン透過性のテープを貼り付ける、対向する正極１上に非イオン透過性のテープを貼り付ける、対向するセパレータ５のイオン透過性の孔を熱溶着などにより閉口するのいずれの手法でも等しく効果がある事がわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によれば、扁平状に電極群を構成した扁平形非水電解液一次電池の場合、より群圧の高い屈曲部の負極活物質であるリチウムが優先的に消費されても、負極集電体を兼ねるリチウムが寸断されることがなく、容量低下、反応面積低下に伴う出力低下を起こすことなく、放電末期まで安定した特性を持つ高信頼性電池を供給することが可能になり、その工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の扁平形非水電解液一次電池の断面図
【図２】本実施例における扁平形非水電解液一次電池の負極板の展開図
【図３】２．５ｍＡ放電カーブ図
【図４】本実施例電池の放電末期の負極板の状態を示す図
【図５】比較例電池の放電末期の負極板の状態を示す図
【符号の説明】
【００２６】
１  正極
２  負極集電リード板
３  非イオン透過性テープ
４  負極
５  セパレータ
６  正極ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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