(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状正極板とシート状負極板とをセパレータを介して捲回した渦巻状電極群と、前記シート状負極板と負極端子を兼ねた外装缶とを電気的に接続する負極集電板とを備えた有機電解液電池において、負極集電板のシート状負極板との圧着面に、円周方向の一部に開口部を有する円筒状のエンボス突起が形成されていることを特徴とする有機電解液電池。
【請求項２】
請求項１に記載の有機電解液電池に用いる負極集電板の製造方法であって、平面形状の切り刃を有するパンチを備えたプレス金型を用いて、円周方向の一部に開口部を有する円筒状のエンボス突起を形成することを特徴とする有機電解液電池の負極集電板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦巻き状電極を備えた有機電解液電池に係わり、さらに有機電解液電池の負極集電板の製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、非水電解液電池として、リチウムやナトリウムなどのアルカリ金属を負極として用いる有機電解液電池が、高電圧，高エネルギー密度及び長期信頼性の高い電池として注目されている。例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ2 ），フッ化炭素（ＣＦ2 ）n などを正極活物質とするリチウム一次電池が、カメラ，電卓，時計の電源や、メモリーのバックアップ電池として多用されている。特に円筒形有機電解液電池では、カメラなどの電源として、大電流への要求が高まっている。そこで、この種の電池では、大電流を取り出すために、シート状の正極及び負極をセパレーターを介して渦巻き状に捲回した構造の電極群を使用し、電極の反応面積を増大させている。
【０００３】
この場合、シート状電極の集電方法として、正極側は、正極活物質自体の導電性が低いため、シート全体にわたってエキスパンデッドメタルや、パンチドメタルといった金属集電体を配置し、その一部から集電リードを介して、正極端子へ導電接続をしている。
【０００４】
一方負極側では、リチウムなどのアルカリ金属を活物質として用いているので、それ自体の導電性が高いためシート全体に集電体を配置する必要がない。さらにまた、集電体の容積を極力減らして活物質量すなわち負極電気容量を増加させる必要から、図４に示したように、負極集電板はＬ字やＩ字などの形状をした金属薄板６からなっており、その一端をシート状負極板５の一部に圧着し、さらに他端を負極リードとして前記外装缶の内面に抵抗溶接し、導電接続をしていた。
【０００５】
その場合、金属薄板のシート状負極への圧着性を高めるため、シート状負極へ圧着する箇所の負極集電板の表面の一部に、図５に示すようなエンボス状の突起を形成し、その突起をシート状負極の表面にくい込ませることにより、アンカー効果を得て、圧着強度を確保するとともに、シート状負極と負極集電板との接触を安定化させていた。このエンボス状の突起は角錐１３の一部が開口１４した形状をしており、これを形成するには、図６に示すように、プレス金型により角度を有したパンチ１５とその位置に対応したダイ１６で行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すような従来の角錐の一部が開口した形状のエンボス状突起を負極集電板に形成すると、次のような問題がある。
【０００７】
上記した角錐型エンボス状の突起は、前記したように図６に示すようなパンチ１５とダイ１６で形成されるが、該突起の開口部は剪断加工させる必要があり、パンチ１５の一面を切り刃として構成しなければならない。切り刃は磨耗して良好な剪断が維持できなくなるので、かえり（またはバリとも言う）の発生を促し、かえりによって負極集電板の負極への圧着のアンカー効果が低下する。その結果、電極群を形成する際の電極の巻ずれが生じ、それによって、絶縁不良や電池内部抵抗値のバラツキが生ずる。
【０００８】
また、角錐状の突起をプレス金型で形成する際の問題として、次のようなことがある。図７に示すように、パンチ１５は切り刃に角度を有する複雑な形状をしているため、パンチの刃先が磨耗してこれを再生しなければならないとき、高価な加工設備と熟練を必要とし、パンチを金型本体からその都度外してこれを行わなければならない。したがって、その再生に時間とコストがかかる。
【０００９】
本発明は上記状況に対処してなされたものであって、その目的は、渦巻状電極群を有する有機電解液電池において、負極集電板のシート状負極板への圧着を良好にし、電池組立ての作業効率を向上させ、さらに電池性能のバラツキを少なくして信頼性を高めることにあり、さらには、負極集電板を製造するための加工金型をより簡単なものにして、その製造の作業性を向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、本発明は、有機電解液電池において負極集電板に改良を加えたものであって、すなわち、シート状正極板とシート状負極板とをセパレータを介して捲回した渦巻状電極群と、前記シート状負極板と負極端子を兼ねた外装缶とを電気的に接続する負極集電板とを備えた有機電解液電池において、負極集電板のシート状負極板との圧着面に、円周方向の一部に開口部を有する円筒状のエンボス突起が形成されていることを特徴とする有機電解液電池に関する。
【００１１】
また、本発明は、上記有機電解液電池に用いる負極集電板の製造方法であって、平面形状の切り刃を有するパンチを備えたプレス金型を用いて、円周方向の一部に開口部を有する円筒状のエンボス突起を形成することを特徴とする有機電解液電池の負極集電板の製造方法に関する。
【００１２】
本発明の有機電解液電池は、上記したようにその負極集電板が少なくとも一部に開口部を有する円筒状のエンボス突起を有しているので、従来の角錐形状のエンボス突起よりさらに負極との圧着性がよくなる。したがって、電極を巻回して電極群を形成するときに、圧着不良によるずれ等の発生を防止することができる。また、圧着性が向上することによって、負極集電板と負極活物質との接触抵抗を低く抑えられるので、電池内部抵抗を抑え、電池性能のバラツキを抑えて品質が向上する。
【００１３】
また、エンボス突起が円筒状であることから、平面形状の切り刃を有するパンチを備えたプレス金型によってこれを製造することができる。この金型は従来の角錐形状のエンボス突起を形成するときの金型に比べて形状が簡略化しており、設備や作業効率の面で有利である。また、切り刃が磨耗した場合の対応も簡単である。さらに、かかる簡単な形状の金型によって製造する結果、製品としての負極集電板の品質が安定化し、かつコストも低減することができる。
【００１４】
なお、本発明の有機電解液電池では、正極として、例えば活物質である二酸化マンガン，フッ化炭素などを、正極集電体であるエキスパンデッドメタル，パンチドメタルの板表面に塗着したものなどが挙げられる。また、負極としては、金属リチウム箔，ナトリウム箔，リチウムアルミ合金箔などが挙げられる。
【００１５】
また、本発明において用い得る電解液としては、たとえばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル及びエチルメチルカーボネート、メチルプロピオネートの群から選ばれた少なくとも１種からなる有機溶媒（非水溶媒）に、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4 ），六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6 ）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムのイミド塩（ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ3 ）2 ）などのリチウム塩（電解質）を０．３〜１．５ｍｏｌ／ｌ程度溶解させた有機電解液が一般に挙げられる。なお、前記非水電解液の代わりにイオン導電性の固体電解質、例えば、高分子化合物にリチウム塩を複合させた高分子固体電解質などを用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係わる有機電解液電池の要部構成を示す断面図である。
【００１７】
正極活物質としてＭｎＯ2 を９０重量部と、導電剤として黒鉛粉末を５重量部と、バインダーとしてＰＴＦＥ水性ディスパージョン５重量部（固形分）とを混練して正極合剤とし、これをステンレス製のエキスパンデッドメタルへ塗着した後に、乾燥・圧延し、所定の形状に裁断し、再度乾燥してシート状正極板４とした。
【００１８】
また、負極活物質としてリチウムアルミ合金（０．１％）箔を所定の寸法に裁断してシート状負極板５とし、この負極の一部に、少なくとも一部に開口部を有する円筒状のエンボス加工が施されている略Ｌ字状のニッケルメッキ鋼板からなる厚さ０．０６ｍｍの負極集電板６の一端を圧着した。
【００１９】
負極集電板６に上記円筒状のエンボス加工が施された状態を図２に示す。図２の（ａ）は円筒状のエンボスの平面図、（ｂ）はその断面図であり、図中６はニッケルメッキ鋼板からなる負極集電板、１０は開口部である。また、図３は上記円筒状のエンボス形状をプレス金型で形成する方法を示す図であり、図中、１１はパンチ、１２はダイ、１０は開口部である。
【００２０】
パンチ１１の刃先は磨耗しても、平面研削盤等のごく一般的な加工機械で磨耗部分を平面的に削るだけでよいので、従来のようにわざわざパンチを金型本体から外す必要がない。
【００２１】
このようにして作成したシート状負極板５と前記シート状正極板４とをポロプロピレン製のマイクロポーラスフィルムからなるセパレータ９を介して、渦巻き状に捲回し、電極群３とした。
【００２２】
以上の電極群３を外装缶１に収納した後、プロピレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンの等容積の混合溶媒にトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ）を０．５ｍｏｌ／ｌ溶解した有機電解液を所定量注液し、封口体２を外装缶１の開口端でカシメ固定し、実施例１の電池を得た。
【００２３】
（比較例１）
負極集電板６を、表面に図５に示したような、角錐の一部が開口したような形状の突起を形成してシート状負極とした以外は、実施例１と同様な構成の有機電解液電池を作製し、比較例１とした。
【００２４】
（比較例２）
負極集電板６の表面に、実施例１と同径の円筒状エンボスであって、ただし開口部を有しない突起を形成した以外は実施例１と同様な構成の有機電解液電池を作製し、比較例２とした。
以上の電池をそれぞれ１００００個づつ作製し、集電板圧着不良、さらに、作製した電池の内部抵抗について調査した。結果を表１に示した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１からわかるように、比較例１では電池組立の際に、負極集電板の圧着性にバラツキがあり、集電板圧着不良が発生した。これは、負極集電板をシート状負極へ圧着した際、アンカー効果による充分な圧着強度が得られないためである。それとともに、負極集電板と負極の接触抵抗が不安定となり、内部抵抗のバラツキが非常に大きくなっていた。
比較例２でも負極集電板の圧着性にバラツキがあり、また、電池内部抵抗にバラツキが大きくなっている。
【００２７】
次にエンボス形状突起を形成する際の生産性について、上記実施例１の負極集電板と比較例１の負極集電板とを調べた。結果を表２に示す。数値は実施例１を１００としたものである。
【００２８】
【表２】
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表２から明らかなように、実施例１の一部に開口部を有する円筒形のエンボスは、金型製造においてもプレス加工性においても、大幅に生産性が向上している。
なお、上記実施例では負極集電板としてニッケルメッキ鋼板を使用したが、ニッケル薄板でも同様の効果が得られる。
【００２９】
また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を取り得る。また、正極および負極の構成成分やセパレーターの構成成分を、既に知られている正極、負極、セパレーターなどに変更した構成を採っても、同様の作用・効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の有機電解液電池では、負極集電板のシート状負極への圧着性が向上するため、渦巻状電極群を構成する際、負極集電板の圧着不良がなくなり、作業効率や生産性が向上する。さらに、負極表面との接触抵抗が安定化するため、電池内部抵抗のバラツキが減少し、性能不良が発生することもなく信頼性が高くなる。したがって本発明の有機電解液電池は、携帯型電子機器類の高信頼性化に対応した電源として有用である。
また、本発明によれば、負極集電板のエンボス加工の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である有機電解液電池の要部構成を示す縦断面図。
【図２】本発明の円筒形のエンボス突起を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図３】本発明の一部が開口した円筒形のエンボス突起を形成するプレス金型の概略構造を示す図。
【図４】従来例及び本発明の有機電解液電池のシート状負極板を示す平面略図。
【図５】従来の角錐形状のエンボス突起を形成した負極集電板を示す平面略図。
【図６】従来の負極集電板にエンボス突起を形成するためのプレス金型の概略構造を示す図。
【図７】従来のプレス金型のパンチを示す図。
【符号の説明】
１…外装缶、２…封口体、３…電極群、４…シート状正極板、５…シート状負極板、６…負極集電板、７…負極端子、８…正極端子、９…セパレーター、１０…本発明の円筒形のエンボス突起の開口部、１１…本発明で用いられるプレス金型のパンチ、１２…本発明で用いられるプレス金型のダイ、１３…従来の角錐型エンボス突起、１４…角錐形状のエンボス突起の開口部、１５…従来の角錐型エンボス突起を形成するためのプレス金型のパンチ、１６…従来の角錐型エンボス突起を形成するためのプレス金型のダイ。
【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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【図６】
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【図７】
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