(57)【要約】【課題】ビン形リチウム電池において、発電エネルギー密度が高く、長期保存性能にすぐれるというボビン形リチウム電池の特長を確保しながら、大電流放電性能を高める。【解決手段】有底筒状の正極缶１１内に、筒状にコア成型された正極合剤２１と、この正極合剤２１にセパレータ２２を介して対向する筒状の負極リチウム２３とを有するボビン形リチウム電池において、上記正極合剤２１を、上記負極リチウム２３の外側面にセパレータ部２２１を介して対向する外側正極コア部２１１と、上記負極リチウム２３の内側面にセパレータ部２２２を介して対向する内側正極コア部とによって構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の正極缶内に、筒状にコア成型された正極合剤と、この正極合剤にセパレータを介して対向する筒状の負極リチウムとを有するボビン形リチウム電池において、上記正極合剤は、上記負極リチウムの外側面にセパレータを介して対向する外側正極コア部と、上記負極リチウムの内側面にセパレータを介して対向する内側正極コア部とからなることを特徴とするボビン形リチウム電池。
【請求項２】
請求項１において、上記外側正極コア部は正極缶内側面に圧接状態で装填されることによりその正極缶が正極集電体を形成し、上記内側正極コア部はそのコア孔に棒状の正極集電子が圧入されているとともにその集電子の基端が正極缶の底部に導電接続されていることを特徴とするボビン形リチウム電池。
【請求項３】
請求項１または２において、上記セパレータは、シート状セパレータ素材をＵ字状に二つ折りするとともに、そのＵ字の両幅面をなす一対のシート部を筒状に丸めることにより形成されていることを特徴とするボビン形リチウム電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有底筒状の正極缶内に、筒状にコア成型された正極合剤と、この正極合剤にセパレータを介して対向する筒状の負極リチウムとを有するボビン形リチウム電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボビン形リチウム電池は、図３に示すように、有底円筒状の正極缶１１、円筒状にコア成形された正極合剤２１、円筒カップ状のセパレータ２２、円筒状の負極リチウム２３、封口体を兼ねる負極端子３０などによって構成されている（たとえば特許文献１，２参照）。
【０００３】
正極缶１１は金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねる。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。この正極缶１１内に、正極合剤２１、セパレータ２２、および負極リチウム２３が順次装填されて中空筒状の電極体が形成されている。
【０００４】
負極リチウム２３は金属リチウム板を丸めたものであって、その一部に負極リード３３の一端部があらかじめ取り付けられている。この負極リード３３は帯状の金属薄板で形成され、負極集電体を兼ねる。その他端部は封口体を兼ねる負極端子３０にスポット溶接接続されている。
【０００５】
負極端子３０は金属製の負極端子板３１と封口板３２からなり、負極リード３３の他端部はその封口板３２の内側（電池内側）にスポット溶接されている。負極リード３３が負極端子３０に溶接された後、正極缶１１内に非水電解液（図示省略）が注液される。この注液の後、負極端子３０はガスケット４１とともに正極缶１１の開口部内側に装着される。そして、その正極缶１１開口部を内方にかしめ加工（カール加工）することにより、正極缶１１が密閉封口される。
【０００６】
このボビン形リチウム電池は、負極活物質として金属リチウムを用いることにより発電エネルギー密度は高いが、大電流放電性能が低いという特性があった。このため、たとえばデジタル・カメラのような大電流負荷機器には適さなかった。
【０００７】
しかし、他の形式のリチウム電池あるいは非水電解液電池にくらべて長期保存性能が特異的にすぐれている。このため、たとえばガスメータに組み込まれてガス使用状態の監視や地震時の緊急ガス遮断制御などを行うマイコン（マイクロ回路化されたコンピュータ）システムのように、外部からの電源供給がない無電源条件下にて長期間無交換／無保守で運用するシステムや装置では、上記ボビン形リチウム電池をすることが多い。
【特許文献１】特開２００１−２７３９１１
【特許文献２】特開２００３−２０８９０６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、ボビン形リチウム電池は小電流だが長期保存性にすぐれていることから、長期間無交換／無保守で使用される電子機器での使用には適している。しかし、近年の電子機器はマイコンなどのデジタル機器が大勢を占めており、これらのデジタル機器では平均的な消費電流は小さくても、瞬間的にはある程度以上の大電流を必要とするものが多い。
【０００９】
従来のボビン形リチウム電池において、瞬間的な大電流需要を補うためには、たとえばキャパシタによる蓄電手段を併用することが考えられる。しかし、キャパシタによる蓄電手段は、瞬間的な大電流需要を補う場合には有効であるが、その大電流需要が一定時間以上継続するような場合には対応が困難である。この場合は、キャパシタを大容量化すればよいが、そうすると、キャパシタが大型化してリチウム電池とキャパシタを合わせた電源全体の容積に対するエネルギー密度が実効的に低下してしまうという背反が生じる。
【００１０】
また、キャパシタは放電に先立って充電が必要であるが、この充電の速度はボビン形リチウム電池の放電性能に依存する。充電電流に制約がある場合、瞬間的な大電流需要が生じるときには、その前に一定時間以上の充電期間を置かなければならない。このため、大電流需要が不規則あるいは不確定的に発生する負荷機器では、キャパシタによる蓄電手段を設けても対応が困難となる。
【００１１】
本発明は以上のような技術背景を鑑みてなされたもので、その目的は、発電エネルギー密度が高く、長期保存性能にすぐれるというボビン形リチウム電池の特長を確保しながら、大電流放電性能を高めることができる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面にてあきらかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明が提供する解決手段は以下のとおりである。  
（１）有底筒状の正極缶内に、筒状にコア成型された正極合剤と、この正極合剤にセパレータを介して対向する筒状の負極リチウムとを有するボビン形リチウム電池において、上記正極合剤は、上記負極リチウムの外側面にセパレータを介して対向する外側正極コア部と、上記負極リチウムの内側面にセパレータを介して対向する内側正極コア部とからなることを特徴とするボビン形リチウム電池。  
（２）上記手段（１）において、上記外側正極コア部は正極缶内側面に圧接状態で装填されることによりその正極缶が正極集電体を形成し、上記内側正極コア部はそのコア孔に棒状の正極集電子が圧入されているとともにその集電子の基端が正極缶の底部に導電接続されていることを特徴とするボビン形リチウム電池。  
（３）上記手段（１）または（２）において、上記セパレータは、シート状セパレータ素材をＵ字状に二つ折りするとともに、そのＵ字の両幅面をなす一対のシート部を筒状に丸めることにより形成されていることを特徴とするボビン形リチウム電池。
【発明の効果】
【００１４】
ボビン形リチウム電池において、発電エネルギー密度が高く、長期保存性能にすぐれるというボビン形リチウム電池の特長を確保しながら、大電流放電性能を高めることができる。  
上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面にてあきらかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の一実施形態をなすボビン形リチウム電池の要部断面を示す。同図に示すボビン形リチウム電池は、有底筒状の正極缶１１内に、筒状にコア成型された正極合剤２１と、この正極合剤２１にセパレータ２２を介して対向する筒状の負極リチウム２３とを有する。
【００１６】
ここで、正極合剤２１は二酸化マンガン等の正極活物質を黒鉛等の導電助剤とともに筒状にコア成型したものであって、負極リチウム２３の外側に配置される外側正極コア部２１１と、負極リチウム２３の内側に配置される内側正極コア部２１２とによって形成されている。
【００１７】
負極リチウム２３は板状の金属リチウムを筒状に丸めて形成されている。セパレータ２２は外側セパレータ部２２１と内側セパレータ部２２２とを有するとともに、両セパレータ部２２１，２２２の間に環状の収納部が形成されている。この環状収納部に負極リチウム２３が収容されている。
【００１８】
これにより、外側正極コア部２１１と負極リチウム２３の間には外側セパレータ部２２１が介在し、内側正極コア部２１２と負極リチウム２３の間には内側セパレータ部２２２が介在している。
【００１９】
正極缶１１は金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねる。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。この正極缶１１内に、上記正極合剤２１（コア部２１１，２１２）、セパレータ２２（セパレータ部２２１，２２２）、および上記負極リチウム２３が装填されて同軸構造の電極体が形成されている。
【００２０】
外側正極コア部２１１は正極缶１１の内側面に圧接する状態で装填されることにより、その正極缶１１により集電されるようになっている。つまり、正極缶１１が正極集電体を兼ねている。内側正極コア部２１２は、そのコア孔に棒状の金属製正極集電子１３が圧入されるとともに、その集電子１３の基端が正極缶の底部に金属製底板１４を介して導電接続されることにより集電されるようになっている。これにより、外側と内側の正極コア部２１１，２１２が共に正極端子部１２に集電されるようになっている。
【００２１】
正極集電子１３の基端は金属製底板１４上にあらかじめスポット溶接されている。この集電子１３は、複数の分割形成された内側正極コア部２１２を積み重ねて正極缶１１内に装填する際の治具としての機能も持つことができる。
【００２２】
負極リチウム２３は負極リード３３の一端部があらかじめ取り付けられている。この負極リード３３は帯状の金属薄板で形成され、負極集電体を兼ねる。その他端部は封口体を兼ねる負極端子３０にスポット溶接接続されている。
【００２３】
負極端子３０は金属製の負極端子板３１と封口板３２からなり、負極リード３３の他端部はその封口板３２の内側（電池内側）にスポット溶接されている。負極リード３３が負極端子３０に溶接された後、正極缶１１内に非水電解液（図示省略）が注液される。この注液の後、負極端子３０はガスケット４１とともに正極缶１１の開口部内側に装着される。そして、その正極缶１１開口部を内方にかしめ加工（カール加工）することにより、正極缶１１が密閉封口される。
【００２４】
セパレータ２２は、図２の（ａ）に示すように、透液性および保液性を有するシート状セパレータ素材２２０をＵ字状に二つ折りするとともに、同図の（ｂ）に示すように、そのＵ字の両幅面をなす一対のシート部を筒状に丸めることにより形成されている。
【００２５】
上述したボビン形リチウム電池は、有底筒状の正極缶１１内に、筒状にコア成型された正極合剤２１と、この正極合剤２１にセパレータ２２を介して対向する筒状の負極リチウム２３とを有する電極構造により、従来のボビン形リチウム電池と同様、発電エネルギー密度が高く、長期保存性能にすぐれた特長を備えることが確認された。
【００２６】
これに加えて、上述したボビン形リチウム電池では、正極合剤２１と負極リチウム２３間での発電反応が、筒状の負極リチウム２３の外側面だけではなく、その内側面でも行われるようになっている。つまり、外側正極コア部２１１と負極リチウム２３の外側面との間、および内側正極コア部２１１と負極リチウム２３の内側面との間でそれぞれに放電反応が行われる。これにより、放電反応が筒状の負極リチウムの外側面だけで行われる従来のボビン形リチウム電池にくらべて、大電流放電性能を大幅に高めることが可能になった。
【００２７】
また、負極リチウム２３の外側と内側にそれぞれ正極合剤２１（コア部２１１，２１２）が装填されることにより、正極缶１１内の発電物質量は従来よりも大幅に増やすことができる。これにより、電池の容積サイズに対する発電総量を増大させ、発電エネルギー密度を実効的に高めることが可能となった。
【００２８】
以下、本発明の実施例として、直径１７ｍｍ、高さ４５ｍｍの電池缶サイズを有する上記構造の電池を作成した。以下の表１に同じサイズの従来の電池（従来品）と本実施例の電池（発明品）の仕様を示した。
【表１】
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【００２９】
表１において、従来品の正極合剤は、３個の正極コアから成り、本発明品は３個の外側正極コアと、３個の内側コアから成っている。
【００３０】
表中の仕様に関わる数値は、従来品のサイズを１００としたときの相対値である。この表から、従来品本発明の実施例に係る電池では、反応面積が従来の電池に比べて約１．５倍となっていることがわかる。したがって、電流密度は従来の電池の２／３になり、出力される電流が１．５倍となる。
【００３１】
なお、発明品の正極合剤および負極リチウムは、図１に示したように、セパレータ２２の高さよりやや低い位置まで充填されており、表１にあるように、発明品の正極の高さは、従来品の１００に対して９１と低い。にもかかわらず、反応面積は従来品の約１．５倍に達し、しかも、正極の高さが低い分、正極缶１１の上方空間により多くの電解液を充填することも可能となった。
【００３２】
また、上述した本発明に係るボビン形リチウム電池において、筒状の負極リチウム２３の外側と内側に位置する正極合剤２１（コア部２１１，２１２）は、その負極リチウム２３の位置決めと保形を行う一種の治具としての効果を有し、これにより、耐振動性などの機械的な強度あるいは安定性も向上させることができる。このとき、正極集電子１３は内側正極コア部２１２からの集電を確実にするとともに、電極体の保形および安定化をさらに確実する効果を奏する。
【００３３】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、内側正極コア部２１２をコア成型する際に、そのコア孔を金属製の棒状中子を用いて形成し、成型後はその中子をそのまま正極集電子１３として利用するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
ボビン形リチウム電池において、発電エネルギー密度が高く、長期保存性能にすぐれるというボビン形リチウム電池の特長を確保しながら、大電流放電性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態をなすボビン形リチウム電池の要部を示す縦断面図とそのＡ−Ａ矢視部分の切断面図である。
【図２】本発明での使用に適したセパレータの形成例を示す斜視図である。
【図３】従来のボビン形リチウム電池の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  正極缶
１２  正極端子部
１３  正極集電子
１４  金属製底板
２１  正極合剤
２１１  外側正極コア部
２１２  内側正極コア部
２２  セパレータ
２２０  セパレータ素材
２２１  外側セパレータ部
２２２  内側セパレータ部
２３  負極リチウム
３０  封口体を兼ねる負極端子
３１  負極端子板
３２  封口板
３３  負極リード
４１  ガスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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