(57)【要約】【課題】集電体に正極活物質を保持させた正極と、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巻回され、電極群を構成した非水電解液一次電池において、低率放電時においても、負極集電体を兼ねる金属リチウムまたはリチウム合金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容量・高信頼性電池を供給することを目的とする。【解決手段】負極板上に備え付けた負極集電リード板の正極板と対向する部分に金属リチウムまたはリチウム合金の箔を設けた構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体に正極活物質を保持させた正極と、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巻回され、電極群を構成した非水電解液一次電池であって、負極板上に備え付けた負極集電リード板の正極板と対向する部分に金属リチウムまたはリチウム合金の箔を設けたことを特徴とする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た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一次電池は、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。
【０００３】
これらの非水電解液電池の中には高率放電を可能とするため、集電体に正極活物質を保持させた帯状の正極板と、リチウム金属またはリチウム合金よりなる帯状の負極板とをセパレータを介して巻回して形成された渦巻状電極体を有するものがある。
【０００４】
この渦巻状電極体を有する非水電解液一次電池では、正極と負極が互いに両面で対向するような構成となるが、一般に最外周に負極が位置するような構成が採用されている。このため、最外周の負極は内周側のみが正極と対向することになる。
【０００５】
ところでリチウム一次電池の放電反応は負極集電体も兼ねるリチウム活物質を消耗しながら進行する。その際、最外周の負極が内周側のみで正極と対向するような構成にすると、図４に示す様に最外周の負極はリチウム活物質が片面反応となり消耗しきらないで残存する部分２が生じる。このようにリチウム活物質の一部が残存すると、完全放電後に新旧混合使用などにより強制放電されると、正極表面にリチウムが析出して内部短絡が発生する場合がある。
【０００６】
この問題を解決する為には様々な対策が採られているが、渦巻状電極体の最外周部に正極を配置するとともに、この最外周の正極が負極を覆うような構成としたものが提案されている。
【０００７】
この方法によると、負極は必ず正極と両面で対向するような構成となるため、図４の２のようなリチウム残存部分が生じず、強制放電時の正極表面へのリチウム析出などの問題は生じなくなる。
【特許文献１】特開平５−２９０８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この方法によると、図５に示すように負極集電リード板３の絶縁テープ４の周囲での反応速度の違いにより、絶縁テープ４の周囲にリチウム活物質が早く消耗する部分５が生じ、負極集電リード板３が負極板６と寸断されてしまうために容量低下、反応面積低下に伴う出力低下の原因となると言う課題があった。これは絶縁テープ４に対向する部分の正極が本来対向すべきリチウム活物質と反応できないため、一番近い絶縁テープ４の周囲のリチウム活物質と反応しようとするために起こる。このため、絶縁テープ４の周囲のリチウム活物質が早く消耗しても負極集電リード板３が負極板６と寸断されないように、面積あたりの負極／正極の容量比を１．１以上とするなど設計上に制約が生じ、電池の容量を犠牲になくてはならないと言う課題を有していた。ここで、面積あたりの負極／正極の容量比とは面積あたりの負極理論容量を面積あたりの正極理論容量で割った値である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明では、集電体に正極活物質を保持させた正極と、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巻回され、電極群を構成した非水電解液一次電池であって、負極板上に備え付けた負極集電リード板の正極板と対向する部分に金属リチウムまたはリチウム合金の箔を設けた構成とする。
【００１０】
本発明の構成によれば、非水電解液一次電池において負極板上及びその対向する面に放電反応の速度の不均一さの原因となる絶縁テープの類が無く、負極板の全面において、放電反応の速度の差により負極集電リード板が負極板と寸断されることがない。
【００１１】
このため、面積あたりの負極／正極の容量比を１．１以上とする必要がなくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成によれば、容量低下、反応面積低下に伴う出力低下を起こすことがない、放電末期まで安定した特性を持つ高容量・高信頼性の非水電解液一次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】
【００１３】
本発明は上記のように、集電体に正極活物質を保持させた正極と、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巻回され、電極群を構成した非水電解液一次電池であって、負極板上に備え付けた負極集電リード板の正極板と対向する部分に金属リチウムまたはリチウム合金の箔を設けた構成とすると、負極板上及びその対向する面に不均一反応の原因となる絶縁テープの類が無く、放電反応の速度の差により負極集電リード板が負極板と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がない、放電末期まで安定した特性を持つ高容量・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。
【００１４】
本発明の正極活物質としては、二酸化マンガン、酸化銅、硫化鉄、フッ化カーボンなどが用いられる。
【実施例１】
【００１５】
（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。
【００１６】
図１は本発明の一実施例にかかる扁平形非水電解液一次電池１の断面図であり、この扁平形非水電解液一次電池を下記のように作製した。
【００１７】
まず、フッ化カーボンに導電剤としてアセチレン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、正極集電リード板の切断バリが露出しないように非イオン透過性のポリプロピレン（ＰＰ）製テープを貼り付け、正極板８とした。
【００１８】
次に、負極板６の作製法について図２を用いて説明する。リチウム金属の箔を厚み０．１２ｍｍ、幅４２ｍｍ、長さ３００ｍｍに裁断し、ニッケル製の厚み０．１ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ３３ｍｍの負極集電リード板３を溶着し、電極群として巻回時に正極板８と対向する際に負極集電リード板３の切断バリが露出しないように、厚み０．１２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ２５ｍｍに裁断したリチウム金属の箔７を貼り付け負極板６とした。
【００１９】
この正極板８と負極板６との面積あたりの負極／正極の容量比は１．１５である。
【００２０】
上記正極板８と負極板６との間にＰＰ製のセパレータ９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１０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１を作製し、実施例１の非水電解液一次電池とした。
【００２１】
（実施例２）
面積あたりの負極／正極の容量比を１．０５とした結果、正極板の厚みを０．２２ｍｍ、負極板の厚みを０．１１ｍｍとした以外は実施例１と同様に作製した扁平形非水電解液一次電池を実施例２の電池とする。
【００２２】
（比較例１）
リチウム金属の箔７の代わりにＰＰ製の非イオン透過性のテープを負極集電リード板上に貼り付けた以外は実施例１と同様に作製した扁平形非水電解液一次電池を比較例１の電池とする。
【００２３】
（比較例２）
リチウム金属の箔７の代わりにＰＰ製の非イオン透過性のテープを負極集電リード板上に貼り付けた以外は実施例２と同様に作製した扁平形非水電解液一次電池を比較例２の電池とする。
【００２４】
《電池の評価》
これらの実施例１〜２の電池および比較例１〜２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。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１の実施例１の電池と比較例１の電池との比較から、共に放電末期まで正常に放電が進行していることが分かる。また、若干であるが実施例１の方が放電持続時間が改善されている。これは、実施例１では負極集電リード板の切断バリが露出しないようにリチウム金属の箔７を貼り付ける事によってバリによる内部短絡防止としての機能を果たしていると共に、比較例１では絶縁テープに妨げられて放電反応に寄与しなかったリチウムも実施例１では反応に寄与する事により放電持続時間が改善されたと考えられる。
【００２７】
同様に表１の実施例１の電池と実施例２の電池との比較から、実施例２の方が約１０％と大きく放電持続時間が改善されている事がわかる。これは実施例２の方が負極／正極容量比を１．０５とし、正極板の厚みを増やしたことにより、実施例１では負極板の寸断を防ぐために厚いリチウム金属の箔を用いることにより電池内にあった放電に寄与しない余分なリチウムを減らし、代わりに正極の活物質量を増やす事が出来た事によると考えられる。
【００２８】
また、表１の実施例２と比較例２との比較および図３の２．５ｍＡ定電流放電カーブから、比較例２では放電末期に電圧が急激に降下した結果、放電持続時間が大幅に低下していることが分かる。これは実施例２と同じ負極／正極容量比とすると、負極集電リード板の絶縁保護テープの周りで放電反応の速度に差が生じ、放電末期では負極集電リード板が負極板と寸断されたことにより急激な電圧降下を起こしたと考えられる。
【００２９】
本実施例では、負極としてリチウム金属の箔を用いた場合について、説明したが、負極としてリチウムアルミニウム合金のようなリチウム合金を用いた場合には、負極集電リード板の正極板と対向する部分にリチウム合金の箔を設けることにより、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、金属の箔に正極活物質を保持させた正極と、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巻回され、電極群を構成した非水電解液一次電池であって、負極板上に備え付けた負極集電リード板の正極板と対向する部分に金属リチウムまたはリチウム合金の箔を設けた構成とすると、負極板上及びその対向する面に不均一反応の原因となる絶縁テープの類が無く、放電反応の速度の差により負極集電リード板が負極板と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がない、放電末期まで安定した特性を持つ高容量・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】
【００３１】
【図１】本発明の扁平形非水電解液一次電池の断面図
【図２】同電池の負極板の平面図
【図３】２．５ｍＡ定電流放電カーブの図
【図４】従来の負極最外周構成における負極板の活物質残存部を示す説明図
【図５】従来の正極最外周構成における負極板の活物質残存部を示す説明図
【符号の説明】
【００３２】
１    扁平形非水電解液一次電池
２    負極板のリチウム活物質残存部分
３    負極集電リード板
４    絶縁テープ
５    絶縁テープの周囲にリチウム活物質が早く消耗する部分
６    負極板
７    リチウム金属の箔
８    正極板
９    セパレータ
１０  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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