JP4036273B2 - 非水溶媒電池の製造方法 - Google Patents
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- Y02E60/12—
Landscapes
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- Primary Cells (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水溶媒電池の製造方法に関し、さらに詳しくは該製造方法において、電池の缶体の内周面に負極活物質を圧着させる方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負極活物質としてリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属を用いた非水溶媒電池は、エネルギー密度が大きく、貯蔵特性に優れ、しかも作動温度範囲が広いという特徴をもち、電卓、時計、メモリのバックアップ電源として多用されている。
【０００３】
ところで、上述した電池は、一般にボビン型構造をとっており、負極はリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属を負極活物質とし、正極は金属の酸化物、硫化物もしくはオキシハロゲン化物を正極活物質として用いている。例えば、二酸化マンガン、フッ化黒鉛、塩化チオニルなどを正極活物質としたリチウム電池が知られている。
【０００４】
図２に従来の非水溶媒電池の構造を示す。このような非水溶媒電池は、負極物質であるアルカリ金属を一極性端子を兼ねる金属製有底円筒形の缶体の内周面へ直接収納しているので、アルカリ金属は、金属製負極缶の内周面へ均一かつ強固に圧着されることが必要である。かかる電池の製造方法を次に示す。
【０００５】
まず、一極性端子を兼ねる例えばステンレス製の有底円筒形の缶体１の内周面に、金属リチウムからなる負極２をステンレス製の円柱形ローラーにより圧着する。負極２の内側には、セパレータ４（例えばガラス繊維製不織布からなる）が配置され、缶体１の底面全体には底紙５が配置されており、このセパレータ４と底紙５を介して正極３が負極２の内側に収納されている。
【０００６】
正極３は通常、ポリテトラフルオロエチレン１０重量％を結着剤としたアセチレンブラックからなる筒状の多孔質炭素体３ａと、該炭素体３ａの中空部内面に配置されたニッケル製エキスパンドメタルからなる金属集電体３ｂとから構成されている。また、前記正極３内には、後述する方法により、電解液例えば塩化チオニル溶液（例えば濃度１．８モル／ｌの四塩化アルミニウムリチウムＬｉＡｌＣｌ4 を含む）が注入され、含浸されている。
【０００７】
次いで下端にリード線６が取付けられた多極性端子を兼ねる注液用金属パイプ７を該リード線を介して前記金属集電体３ｂに接続した後、該パイプ７を正極３上方の絶縁紙８の孔に挿通させる。つづいて、金属パイプ７をステンレス製の蓋体９の中心孔１０に挿通させ、蓋体９を缶体１の上部開口部に嵌合させ、蓋体９の外周縁と缶体１の接触箇所とを、レーザ溶接して封口する。なお、蓋体９の中心孔１０とパイプ７との隙間に、例えばガラス製シール材１１を介在させ、該シール材１１によりパイプ７と蓋体９は予めハーメティックシールして封着してある。このようにして電解液が収容されていない状態の電池前駆体を組み立てる。
【０００８】
次いで、前述した電解液を前記パイプ７を通して缶体１内に所定量注入し、電解液１２を収容する。つづいて、前記パイプ７内にステンレス製の栓体１３を挿入した後、該栓体１３のパイプ７との接触箇所全体を直接レーザ溶接して一体化し、液密に封口する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような製造方法では次のような問題があった。
すなわち、一極性端子を兼ねる有底円筒形の缶体の内周面にアルカリ金属からなる負極を圧着させるには、前述したように円柱形ローラーを使用するが、その方法は、図１に示すように、２本の円柱形ローラーを用い、その内の１本の円柱形ローラーにアルカリ金属からなる負極を巻き付け、これを有底円筒形の缶体の内側に入れ、他の１本の円柱形ローラーを缶体の外側に置いて、この２本の円柱形ローラーで缶体の外周壁を挟んで自転させる。
【００１０】
ところが、円柱形ローラーに巻き付けたアルカリ金属が該ローラーに付着して缶体の内周面に圧着されない場合や、圧着されてもそれが強固ではない場合が生じ、そのため放電反応が進行するにしたがいアルカリ金属が消耗していくと、放電電圧が不規則に変化し、電池特性が低下する。また、円柱形ローラーにアルカリ金属が付着するので頻繁に円柱形ローラーを清掃する必要が生じ、量産の点でも問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題に対処してなされたもので、非水溶媒電池の製造方法において、缶体の内周面にアルカリ金属からなる負極を圧着する際に、アルカリ金属の円柱形ローラーへの付着を防止し、アルカリ金属を缶体内壁へ強固に圧着して、放電特性の優れた電池を提供し、かつ量産性を向上させることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、有底円筒形の缶体の内周面にアルカリ金属からなる負極活物質を、前記缶体の内外にある２本の円柱形ローラーを用いて圧着する工程を有する非水溶媒電池の製造方法において、２本の円柱形ローラーのうち、缶体の内側にあって負極活物質に接しているほうの円柱形ローラーの材質を対鋼摩擦係数が０．２以下である、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレンおよびポリアミドから選ばれた結晶性熱可塑性樹脂とすることを特徴とする非水溶媒電池の製造方法に関する。
【００１４】
負極活物資としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属を、正極活物質としては、二酸化マンガン、フッ化黒鉛、塩化チオニル、硫化鉄、酸化銅などの金属酸化物、硫化物もしくはオキシハロゲン化物等が挙げられる。
【００１５】
本発明においては、アルカリ金属に接する円柱形ローラーの材質を上記の結晶性熱可塑性樹脂としたので、円柱形ローラーへアルカリ金属が付着せず、量産性が向上する。また、円柱形ローラーへアルカリ金属が付着しないことによって、アルカリ金属が強固に缶体の内周面に圧着され、その結果、放電電圧の安定性に優れた信頼性の高い非水溶媒電池を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
図１は本発明の製造方法を示す図である。図においてＡは板状に切断したリチウム金属を巻き付けて缶体１内に挿入し、自転する円柱形のローラーであり、Ｂは缶体１の外周面を空気圧、油圧等で押し圧するローラーである。ローラーＡおよびローラーＢをそれぞれ回転させることによって、この図に示すようにリチウム金属２は缶体１の内周面に圧着される。
【００１７】
（実施例１）
図１のローラーＡの材質をポリアセタールとした。このローラーＡにリチウム金属を巻き付け、ステンレス製の有底円筒形缶体１の内周面に圧着した。このようにリチウム金属を缶体へ圧着した後、図２に示す非水溶媒電池を製造した。
【００１８】
（実施例２）
ローラーＡの材質を超高分子量ポリエチレンとした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００１９】
（実施例３）
ローラーＡの材質をポリアミドとした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００２０】
（比較例１）
ローラーＡの材質をステンレス製とした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００２１】
（比較例２）
ローラーＡの材質をＡＢＳ樹脂とした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００２２】
（比較例３）
ローラーＡの材質をフェノール樹脂とした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００２３】
上記実施例１〜３および比較例１〜３によりリチウム金属を内周面に圧着した缶体それぞれ５００個について、リチウム金属が缶体の内周面に圧着されていないものや、ローラーＡにリチウム金属が付着しているものの数を調べた結果を表１に示す。
【００２４】
また、缶体内周面にリチウム金属が圧着されているものにより組み立てたそれぞれ１００個の非水溶媒電池を、３００Ω負荷で放電し、図３のＡのように放電終止まで平坦な電圧を維持した良品と、図３のＢのように放電終止まで平坦な電圧を維持し得なかった不良品の電池の数を調べた。その結果を表２に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
表１および表２から明らかなように、本発明により製造した電池は、従来のステンレス製のローラーＡを使用して製造した電池や、本発明以外の材質のローラーＡを使用して製造した電池に比べて、有底円筒形の缶体へのリチウム金属の圧着が強固であり、また放電電圧の安定性の点でも優れていた。また、本発明によればリチウム金属がローラーＡに付着することも防止でき、量産性にも優れていた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、非水溶媒電池の有底円筒形の缶体の内周面へアルカリ金属からなる負極を強固に圧着することができるので、電池特性の安定した信頼性の高い非水溶媒電池を提供することができ、しかも量産性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を示す説明図。
【図２】リチウム・塩化チオニル電池の断面図。
【図３】リチウム・塩化チオニル電池における放電電圧の時間経過に伴う変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１…有底円筒形の缶体、２…負極、３…正極、４…セパレータ、５…底紙、６…リード線、７…パイプ、８…絶縁紙、９…蓋体、１１…ガラス製シール材、１２…電解液、１３…栓体、Ａ…負極活物質に接するほうの円柱形ローラー、Ｂ…缶体の外側から押し圧する円柱形ローラー。
【発明の属する技術分野】
本発明は非水溶媒電池の製造方法に関し、さらに詳しくは該製造方法において、電池の缶体の内周面に負極活物質を圧着させる方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負極活物質としてリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属を用いた非水溶媒電池は、エネルギー密度が大きく、貯蔵特性に優れ、しかも作動温度範囲が広いという特徴をもち、電卓、時計、メモリのバックアップ電源として多用されている。
【０００３】
ところで、上述した電池は、一般にボビン型構造をとっており、負極はリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属を負極活物質とし、正極は金属の酸化物、硫化物もしくはオキシハロゲン化物を正極活物質として用いている。例えば、二酸化マンガン、フッ化黒鉛、塩化チオニルなどを正極活物質としたリチウム電池が知られている。
【０００４】
図２に従来の非水溶媒電池の構造を示す。このような非水溶媒電池は、負極物質であるアルカリ金属を一極性端子を兼ねる金属製有底円筒形の缶体の内周面へ直接収納しているので、アルカリ金属は、金属製負極缶の内周面へ均一かつ強固に圧着されることが必要である。かかる電池の製造方法を次に示す。
【０００５】
まず、一極性端子を兼ねる例えばステンレス製の有底円筒形の缶体１の内周面に、金属リチウムからなる負極２をステンレス製の円柱形ローラーにより圧着する。負極２の内側には、セパレータ４（例えばガラス繊維製不織布からなる）が配置され、缶体１の底面全体には底紙５が配置されており、このセパレータ４と底紙５を介して正極３が負極２の内側に収納されている。
【０００６】
正極３は通常、ポリテトラフルオロエチレン１０重量％を結着剤としたアセチレンブラックからなる筒状の多孔質炭素体３ａと、該炭素体３ａの中空部内面に配置されたニッケル製エキスパンドメタルからなる金属集電体３ｂとから構成されている。また、前記正極３内には、後述する方法により、電解液例えば塩化チオニル溶液（例えば濃度１．８モル／ｌの四塩化アルミニウムリチウムＬｉＡｌＣｌ4 を含む）が注入され、含浸されている。
【０００７】
次いで下端にリード線６が取付けられた多極性端子を兼ねる注液用金属パイプ７を該リード線を介して前記金属集電体３ｂに接続した後、該パイプ７を正極３上方の絶縁紙８の孔に挿通させる。つづいて、金属パイプ７をステンレス製の蓋体９の中心孔１０に挿通させ、蓋体９を缶体１の上部開口部に嵌合させ、蓋体９の外周縁と缶体１の接触箇所とを、レーザ溶接して封口する。なお、蓋体９の中心孔１０とパイプ７との隙間に、例えばガラス製シール材１１を介在させ、該シール材１１によりパイプ７と蓋体９は予めハーメティックシールして封着してある。このようにして電解液が収容されていない状態の電池前駆体を組み立てる。
【０００８】
次いで、前述した電解液を前記パイプ７を通して缶体１内に所定量注入し、電解液１２を収容する。つづいて、前記パイプ７内にステンレス製の栓体１３を挿入した後、該栓体１３のパイプ７との接触箇所全体を直接レーザ溶接して一体化し、液密に封口する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような製造方法では次のような問題があった。
すなわち、一極性端子を兼ねる有底円筒形の缶体の内周面にアルカリ金属からなる負極を圧着させるには、前述したように円柱形ローラーを使用するが、その方法は、図１に示すように、２本の円柱形ローラーを用い、その内の１本の円柱形ローラーにアルカリ金属からなる負極を巻き付け、これを有底円筒形の缶体の内側に入れ、他の１本の円柱形ローラーを缶体の外側に置いて、この２本の円柱形ローラーで缶体の外周壁を挟んで自転させる。
【００１０】
ところが、円柱形ローラーに巻き付けたアルカリ金属が該ローラーに付着して缶体の内周面に圧着されない場合や、圧着されてもそれが強固ではない場合が生じ、そのため放電反応が進行するにしたがいアルカリ金属が消耗していくと、放電電圧が不規則に変化し、電池特性が低下する。また、円柱形ローラーにアルカリ金属が付着するので頻繁に円柱形ローラーを清掃する必要が生じ、量産の点でも問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題に対処してなされたもので、非水溶媒電池の製造方法において、缶体の内周面にアルカリ金属からなる負極を圧着する際に、アルカリ金属の円柱形ローラーへの付着を防止し、アルカリ金属を缶体内壁へ強固に圧着して、放電特性の優れた電池を提供し、かつ量産性を向上させることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、有底円筒形の缶体の内周面にアルカリ金属からなる負極活物質を、前記缶体の内外にある２本の円柱形ローラーを用いて圧着する工程を有する非水溶媒電池の製造方法において、２本の円柱形ローラーのうち、缶体の内側にあって負極活物質に接しているほうの円柱形ローラーの材質を対鋼摩擦係数が０．２以下である、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレンおよびポリアミドから選ばれた結晶性熱可塑性樹脂とすることを特徴とする非水溶媒電池の製造方法に関する。
【００１４】
負極活物資としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属を、正極活物質としては、二酸化マンガン、フッ化黒鉛、塩化チオニル、硫化鉄、酸化銅などの金属酸化物、硫化物もしくはオキシハロゲン化物等が挙げられる。
【００１５】
本発明においては、アルカリ金属に接する円柱形ローラーの材質を上記の結晶性熱可塑性樹脂としたので、円柱形ローラーへアルカリ金属が付着せず、量産性が向上する。また、円柱形ローラーへアルカリ金属が付着しないことによって、アルカリ金属が強固に缶体の内周面に圧着され、その結果、放電電圧の安定性に優れた信頼性の高い非水溶媒電池を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
図１は本発明の製造方法を示す図である。図においてＡは板状に切断したリチウム金属を巻き付けて缶体１内に挿入し、自転する円柱形のローラーであり、Ｂは缶体１の外周面を空気圧、油圧等で押し圧するローラーである。ローラーＡおよびローラーＢをそれぞれ回転させることによって、この図に示すようにリチウム金属２は缶体１の内周面に圧着される。
【００１７】
（実施例１）
図１のローラーＡの材質をポリアセタールとした。このローラーＡにリチウム金属を巻き付け、ステンレス製の有底円筒形缶体１の内周面に圧着した。このようにリチウム金属を缶体へ圧着した後、図２に示す非水溶媒電池を製造した。
【００１８】
（実施例２）
ローラーＡの材質を超高分子量ポリエチレンとした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００１９】
（実施例３）
ローラーＡの材質をポリアミドとした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００２０】
（比較例１）
ローラーＡの材質をステンレス製とした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００２１】
（比較例２）
ローラーＡの材質をＡＢＳ樹脂とした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００２２】
（比較例３）
ローラーＡの材質をフェノール樹脂とした以外は実施例１と同様にして非水溶媒電池を製造した。
【００２３】
上記実施例１〜３および比較例１〜３によりリチウム金属を内周面に圧着した缶体それぞれ５００個について、リチウム金属が缶体の内周面に圧着されていないものや、ローラーＡにリチウム金属が付着しているものの数を調べた結果を表１に示す。
【００２４】
また、缶体内周面にリチウム金属が圧着されているものにより組み立てたそれぞれ１００個の非水溶媒電池を、３００Ω負荷で放電し、図３のＡのように放電終止まで平坦な電圧を維持した良品と、図３のＢのように放電終止まで平坦な電圧を維持し得なかった不良品の電池の数を調べた。その結果を表２に示す。
【００２５】
【表１】
【表２】
表１および表２から明らかなように、本発明により製造した電池は、従来のステンレス製のローラーＡを使用して製造した電池や、本発明以外の材質のローラーＡを使用して製造した電池に比べて、有底円筒形の缶体へのリチウム金属の圧着が強固であり、また放電電圧の安定性の点でも優れていた。また、本発明によればリチウム金属がローラーＡに付着することも防止でき、量産性にも優れていた。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、非水溶媒電池の有底円筒形の缶体の内周面へアルカリ金属からなる負極を強固に圧着することができるので、電池特性の安定した信頼性の高い非水溶媒電池を提供することができ、しかも量産性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を示す説明図。
【図２】リチウム・塩化チオニル電池の断面図。
【図３】リチウム・塩化チオニル電池における放電電圧の時間経過に伴う変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１…有底円筒形の缶体、２…負極、３…正極、４…セパレータ、５…底紙、６…リード線、７…パイプ、８…絶縁紙、９…蓋体、１１…ガラス製シール材、１２…電解液、１３…栓体、Ａ…負極活物質に接するほうの円柱形ローラー、Ｂ…缶体の外側から押し圧する円柱形ローラー。
Claims (1)
- 有底円筒形の缶体の内周面にアルカリ金属からなる負極活物質を、前記缶体の内外にある２本の円柱形ローラーを用いて圧着する工程を有する非水溶媒電池の製造方法において、２本の円柱形ローラーのうち、缶体の内側にあって負極活物質に接しているほうの円柱形ローラーの材質を対鋼摩擦係数が０．２以下である、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレンおよびポリアミドから選ばれた結晶性熱可塑性樹脂とすることを特徴とする非水溶媒電池の製造方法。
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