JPS6138584B2 - - Google Patents
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- JPS6138584B2 JPS6138584B2 JP53125002A JP12500278A JPS6138584B2 JP S6138584 B2 JPS6138584 B2 JP S6138584B2 JP 53125002 A JP53125002 A JP 53125002A JP 12500278 A JP12500278 A JP 12500278A JP S6138584 B2 JPS6138584 B2 JP S6138584B2
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- battery
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- current collector
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- Y02E60/12—
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- Cell Separators (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は電池に関する。さらに詳しくは、本発
明はリチウム又はリチウム合金の負極(以下アノ
ードと言う)、塩化チオニル活性正極減極剤電
池、およびその性能をを増強するための特定のフ
イルムの使用に関する。
エネルギー用に動力電池を必要とする携帯用電
子製品における最近の発展は、要求される応用に
対し現存の動力電池の欠点を目立たせてきた。電
池技術を改良する努力において、一般に、リチウ
ム電池と呼ばれるものを完成するために多くの注
意がむけられてきた。さらに詳しくは、このこと
は種々の正極(以下カソードと言う)および電解
質と組合せた、リチウムのような高反応性アノー
ドを使う電池を意味する。事実、文献には様々な
カソードおよび電解質を有するリチウムアノード
電池の数多くの例が記載されている。この種電池
技術における関心は、このような電池が、理論
上、一層高いエネルギー密度、一層高い電圧、一
層広い温度作動範囲、一層長い貯蔵寿命、一層低
い経費を与えるという認識に由来している。
リチウムアノードと種々のカソードおよび電解
質とのすべての公知の組合せのうちで、最高エネ
ルギー密度と電流放出能力を有すると考えられる
ものは活性カソード減極剤としてある種の無機液
体を使用している。電池化学において、この型は
ふつう液体カソードと呼ばれる。
活性カソード減極剤として液体を使うことは、
従来の電池技術からの根本的な離脱である。最近
までは、活性カソード減極剤は、決して直接アノ
ードと接触できないという一般に考えられてい
た。しかし、ある種活性カソード物質は、活性ア
ノード金属とカソード物質との界面において、み
とめうる程度には活性アウノード金属と化学的に
反応しないので、カソード物質を直接にアノード
に接触できることが最近叛見された。
初期の液体カソード電池は液体二酸化硫黄活性
カソード減極剤を使用しており、マリクル
(Maricle)らの米国特許第367515号(1971年3月
2日)に記載されているが、二酸化硫黄は常温常
圧で液体ではないから、処理するには困難である
ことがわかつた。室温で液体であり、一般にオキ
シハロゲン化物と呼ばれる1組の無機物質の発見
は、液体カソード電池の開発に対す大きな進歩で
あつた。これらの物質は活性カソード減極剤の機
能を果す。さらに、これらの物質は電解質溶剤と
しても使用できる。オキシハゲン化物を用いる液
体カソードを電池はオーボン(Auborn)の米国
特許第392669号(1975年12月16日)およびブロム
グレン(BIomgren)らの英国特許第1409307号
(1975年10月18日)に記載されている。上記オキ
シハロゲン化物の少なくとも一つ、塩化チオニル
(SOC2)は、上記一般特性をもつ以外に、実
質上エネルギー密度と電流放出能力をも追加す
る。
しかし、液体カソード系は、その広範な使用を
妨害してきた2つの重大な問題を包含していた。
第1に、液体カソード系はある状況下では危険で
あるということであり、第2に良好な長期の貯蔵
特性を有する高い電流密度(rate)の電池を製造
できなかつたということである。
この第1の問題は、ルイズ R ジヤチノ
(Lbuis R.Giattino)の名で提出され、本出願と
同一譲り受け人に譲渡された係属中の出願第
828493号によて提示されている。
第2の問題は本出願の課題である。この問題は
2つの形成で現れる。第1に、高温で貯蔵後に電
圧の遅延がある。すなち、電池を室温を起える温
度で貯蔵した後、適度な放電負荷下での電池電圧
が、貯蔵前は瞬間的に達してた水準に近づくため
にあると時間、即ち数秒から数時間の作動をを必
要とする。第2に、7mA/cm2またはそれ以上の
電流密度を確実に放出し得る電池をうることが困
難である。この2つの問題をひつくるめて、一般
に不動態化現象と呼ばれている。
研究によつて、不動態化は、リチウムアノード
表面上にコンパウンドが付着することから生じる
ことがわかつた。このコンパウンドは現在のとこ
ろよくわかつていないが一般には、リチウムと電
解質溶剤、電解質溶質、または不純物、特に鉄の
うちの一つまたはそれ以上との間の反応生成物と
考えられている。
電池を注意深く組立てると、新しい電池では、
不動態化を最小にできる。しかし、貯蔵特に高温
での貯蔵は不動態化を迅速に起こす。
この他にも、種々の方法で、不動態化の問題を
解決することが試みられている。1つの解決法
は、貯蔵前に、電池を部分放電することであつ
た。第2の解決方法は、組立前にエツチングによ
つてアノードの粗さ因子(roughness factor)を
増すことであたつた。第3の解決法はカソード集
電装置を前処理して不純物を除去することであつ
た。水および二酸化硫黄のようなある種の無機質
の導入を含む他の解決法を試みられた。しかしな
がら現在のところすべての公知の解決法は不動態
化の問題に対して殆んど影響を与えなかつた。
そこで本発明の目的はリチウム又はリチウム合
金アノード、塩化チオニル液体カソード電池にお
ける不動態化現象を減少することである。
本発明の別の目的はリチウム又はリチウム合金
アノード、塩化チオニル液体カソード電池の電圧
の遅延改良することである。
本発明の別の目的はリチウム又はリチウム合金
アノード、化チオニル液体カソード電池に対し改
良された電流密度放出能力を与えることである。
最後に本発明の目的はリチウム又はリチウム合
金アノード、塩化チオニル液体カソード電池に対
し改良された貯蔵特性を与えることである。
本発明の基礎は、シアノアクリル酸の低級アル
キルエステルの重合体よりなる有機フイルムをア
ノードまたはセパレーター物質に適用することに
より不動態化の問題が著しく軽減するという発見
である。本発明に従えば、アノード上でのコンパ
ウンドの形成を抑制し、一方リチウムイオンを透
過し得る、電池の化学作用(CeII chemistry)
と相互作用するアノードに接触して置かれた、コ
ーテイングによつて、不動態化が減少される。特
に、液体から密着性フイルムに硬化する有機化合
物を、組立前に、アノードおよび(または)セパ
レーターに適用できる。リチウムアノード、塩化
チオニルカソード減極剤電池においては、シアノ
アクリル系として知られている種類の有機化合物
が非常に有効である。
アノードはリチウムまたはリチウム合金であ
る。カソード減極剤でももある電極質溶剤は塩化
チオニルである。
当該電解質溶質は溶剤に溶かしたときにイオン
導伝性溶液を形成する単純塩または複塩であるこ
とができる。好ましい溶質は無機または有機ルイ
ス酸と無機電離性塩との錯体である。有用である
ための必要条件は、塩が、単純塩または複塩どち
らであつても、使う溶剤と相容性であつてかつイ
オン導伝性溶液を生成することである。酸および
塩基のルイス概念または電子的概念によれば、活
性水素を全く含まない多くの物質が酸すなわち受
容体または電子ダブレツト(electron
doublets)として働き得る。米国特許第3542602
号には、ルイス酸と電離性塩の間で形成される錯
体または複塩はどちらの成分単独のものよりも一
層安定な実在物(entity)を生成することが示唆
されている。
本発明で使うのに適した代表的ルイス酸は塩化
アルミニウム、五塩化アンチモン、四塩化ジルコ
ニウム、五塩化リン、フツ化ホウ素、塩化ホウ
素、臭化ホウ素である。
ルイス酸との組合せで有用な電離性塩はフツ化
リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、硫化リ
チウム、フツ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭
化ナトリウム、フツ化カリウム、塩化カリウム、
臭化カリウムを含む。
ルイス酸と無機電離性塩によつて形成される複
塩は複塩そのものとして使用でき、または個々の
成分を別々に溶剤に添加して塩を形成してもよ
い。たとえば、上記複塩の一つは塩化アルミニウ
ムと塩化リチウムとを組合せて形成される四塩化
アルミニウムリチウムである。
アノード、活性カソード減極剤、イオン導伝性
電解質のほかに、この電池はカソード集電装置を
必要とする。
一般に、実質上導電性で電池内で不活性ないず
れの相容性固体も、カソード集電装置として使用
できる。なぜならば集電装置の機能は、活性カソ
ード物質を外部電気接触させることにあるからで
ある。液体カソードと集電装置との間にできるだ
け広い表面接触を有することが望ましい。そこ
で、多孔性物質は、液体カソード物質との高い表
面積界面を与えるので好ましい。集電装置は金属
であることができ、金属膜、スクリーン、または
プレスした粉末のような物理形態であることがで
きる。幾つかの適当な金属集電装置の例は、オー
ボーンの特許の第2表に示されている。集電装置
は一部分または全体をカーボンからつくることも
できる。
電流が外部回路を流れなければカソードまたは
アノードの反応が起らないことを保証するため
に、集電装置とアノードとの電気的隔離を必要と
する。集電装置は電解質に不溶であり、アノード
は電解質と自発的には反応しないから、機械的セ
パレーターを使用できる。この機能に有用な材料
はオーボーンの特許に記載されている。
ブロムグンおよびオーボーンの特許に記載の
種々の電池が実現でき、本発明をそれに適用でき
るが、現在の興味の多くは、活性カソード減極剤
かつ電解質溶剤として塩化チオニルを使う電池に
ある。これは他の液体カソード系よりも一層大き
いエネルギー密度と電流放出能力を塩化チオニル
が明らかに有していることの結果である。塩化チ
オニル電池は液体カソード系のなかでもは最もも
すぐれた性能をもつたことがわかつているが、そ
の性能はなお不動態化をうけている。
次の実施例と表は本発明が活性カソード減極剤
として塩化チオニルを使う電池に対して行なつた
改良を示す。この実施例とデータは例としてのみ
示したもので、本発明を何等制限するものではな
い。
本発明の主題である特別の化学コーテイングお
よびこのコーテイングを電池部材に適用する方法
の特殊性以外、次の実施例のすべては同一方法で
製造されまた実際上同一のものに近い。
実施例は外径2.24cm(0.880インチ)、最大高さ
0.381cm(0.150インチ)を有し、公称内容積0.574
cm2(0.035立方インチ)を有するステンレススチ
ールかんを有するボタン型電池であつた。アノー
ドは直径1.73cm(0.680インチ)××厚さ0.508cm
(0.20インチ)のリチウムの単一デイスクであつ
た。セパレーターは500℃で焼いた市販で入手で
きる95%A2O3セラミツクペーパーであつた。
集電装置はペレツトにコンパクト化したアセチレ
ンブラツクである。電解質は、1.4モル濃度の四
塩化アルミニウムリチウムの塩化チオニル溶液で
ある。電池は高品位セラミツク―金属シールによ
つて密閉される。上記の基本電池に、種々のコー
テイングを導入した。基本的製造法は常法によつ
て部品を単純に組立てることを含んでいる。組立
前に、コーテイングを特定の部材に適用するのが
最も便利である。組立直後、コーテイングを有す
る電池はコーテイングのない電池よりも高い内部
インピーンスを示し得る。コーテイングを有する
電池をある時間、高温にさらすことからなる「熱
処理」(burn in)操作によつてこの現象を除去で
きる。暴露温度と時間は相互に関係し、各コーテ
イングについて実験的に決める必要がある。この
ことは、単に、ある適当な温度で超過時間試料電
池の内部インピーダンスを監視することによつ
て、遂行できる。一般的にいえば、電池をさらす
べき暴露時間と温度との間には逆の関係がある。
推奨される温度は71℃である。以下の実施例の
各々は特定のコーテイング、その適用法、熱処理
操作を記載した。
実施例 1
シアノアクリル酸メチルの薄層をリチウムデイ
スクの両面に置き、組立前に硬化させた。この薬
品は硬化前は薄い液体であり、任意の方法で適用
して、薄い均一なコーテイングを形成できる。薄
い均一コーテイングの適用を助けるために、この
物質をメチルエチルケトンで希釈できる。組立
後、電池を71℃で約12時間熱処理した。
実施例 2
本実施例では、組立前にシアノアクリル酸メチ
ルをセパレーター物質上だけに置き、乾燥させ
た。好ましい適用法は浸漬法である。組立後、電
池を71℃で約12時間熱処理した。
実施例 3
本実施例では、組立前にシアノアクリル酸メチ
ルをリチウムアノードおよびセパレーター物質の
両者に適用し、硬化させた。組立後、電池を71℃
で約12時間熱処理した。
実施例 4
本実施例では、組立前に、シアノアクリル酸エ
チルをリチウムに適用し、硬化させた。組立後、
蓄電池を71℃で約48時間熱処理した。
実施例 5
本実施例では、組立前に、シアノアクリル酸エ
チルをセパレーターだけに適用し、硬化させた。
組立後、電池を71℃で約48時間熱処理した。
実施例 6
本実施例では、組立前に、シアノアクリル酸エ
チルをアノードおよびセパレーター物質の両者に
適用し、硬化させた。組立後、電池を71℃で約48
時間熱処理した。
各実施例の相当数の電池を作製し、試験した。
試験操作は全実施例の全電池に対し同一であつ
た。熱処理直後、電池を放電し初期寿命を測定し
た。放電割合は10ミリアンペア、試験温度は25
℃、実用寿命測定のためのカツトオフ電圧は2.4
ボルトであつた。熱処理後、電池を71℃なる制御
温度にある炉内で貯蔵した。電池を周期的にとり
出し、その実用寿命を上記のように測定した。さ
らに、電圧の遅延を測定した。
この試験結果を第1表に示す。
The present invention relates to batteries. More particularly, the present invention relates to lithium or lithium alloy negative electrodes (hereinafter referred to as anodes), thionyl chloride active positive electrode depolarizer cells, and the use of certain films to enhance their performance. Recent developments in portable electronic products that require power batteries for energy have highlighted the shortcomings of existing power batteries for the required applications. In an effort to improve battery technology, much attention has been devoted to perfecting what are commonly referred to as lithium batteries. More specifically, this refers to batteries that use highly reactive anodes, such as lithium, in combination with various positive electrodes (hereinafter referred to as cathodes) and electrolytes. In fact, the literature describes numerous examples of lithium anode batteries with various cathodes and electrolytes. Interest in this type of battery technology stems from the recognition that such batteries theoretically offer higher energy density, higher voltage, wider temperature operating range, longer shelf life, and lower cost. Of all the known combinations of lithium anodes and various cathodes and electrolytes, those considered to have the highest energy density and current emission capabilities use certain inorganic liquids as active cathode depolarizers. In battery chemistry, this type is usually called a liquid cathode. The use of liquids as active cathode depolarizers
This is a fundamental departure from conventional battery technology. Until recently, it was generally believed that active cathode depolarizers could never come into direct contact with the anode. However, it has recently been discovered that some active cathode materials do not chemically react with the active anode metal to any appreciable extent at the interface between the active anode metal and the cathode material, allowing the cathode material to be contacted directly with the anode. Ta. Early liquid cathode batteries used liquid sulfur dioxide-activated cathode depolarizers, as described in Maricle et al., U.S. Pat. No. 367,515 (March 2, 1971); It turned out that it was difficult to treat because it was not a liquid at normal pressure. The discovery of a set of inorganic materials that are liquid at room temperature and commonly referred to as oxyhalides was a major advance in the development of liquid cathode batteries. These materials act as active cathode depolarizers. Furthermore, these materials can also be used as electrolyte solvents. Liquid cathode batteries using oxyhalides are described in U.S. Pat. No. 392,669 to Auborn (December 16, 1975) and British Pat. ing. At least one of the oxyhalides mentioned above, thionyl chloride ( SOC2 ), besides having the general properties mentioned above, also has substantial additional energy density and current emitting capability. However, liquid cathode systems have involved two significant problems that have hindered their widespread use.
First, liquid cathode systems are dangerous under certain circumstances, and second, it has not been possible to produce high current rate cells with good long-term storage characteristics. This first issue arises from a pending application filed in the name of Lubuis R. Giattino and assigned to the same assignee as this application.
No. 828493. The second problem is the subject of this application. This problem appears in two formations. First, there is a voltage lag after storage at high temperatures. That is, after a battery is stored at a temperature above room temperature, it takes some time, from several seconds to several hours, for the battery voltage under a moderate discharge load to approach the level that it reached instantaneously before storage. operation is required. Second, it is difficult to obtain batteries that can reliably deliver current densities of 7 mA/cm 2 or higher. These two problems are collectively called the passivation phenomenon. Studies have shown that passivation results from the deposition of compounds on the lithium anode surface. This compound is currently poorly understood, but is generally believed to be a reaction product between lithium and one or more of the following: electrolyte solvents, electrolyte solutes, or impurities, particularly iron. When assembling the battery carefully, a new battery will
Passivation can be minimized. However, storage, especially at high temperatures, rapidly causes passivation. In addition to this, various methods have been attempted to solve the passivation problem. One solution has been to partially discharge the battery before storage. A second solution was to increase the roughness factor of the anode by etching before assembly. A third solution was to pre-treat the cathode current collector to remove impurities. Other solutions have been tried including the introduction of water and certain minerals such as sulfur dioxide. However, to date all known solutions have had little impact on the passivation problem. It is therefore an object of the present invention to reduce the passivation phenomenon in lithium or lithium alloy anode, thionyl chloride liquid cathode cells. Another object of the present invention is to improve the voltage delay of lithium or lithium alloy anode, thionyl chloride liquid cathode cells. Another object of the present invention is to provide improved current density delivery capability for lithium or lithium alloy anode, thionyl oxide liquid cathode cells. Finally, it is an object of the present invention to provide improved storage properties for lithium or lithium alloy anode, thionyl chloride liquid cathode cells. The basis of the invention is the discovery that the passivation problem is significantly alleviated by applying an organic film consisting of a polymer of lower alkyl esters of cyanoacrylic acid to the anode or separator material. According to the invention, a cell chemistry (CeII chemistry) that suppresses the formation of compounds on the anode, while allowing lithium ions to pass through.
Passivation is reduced by a coating placed in contact with the anode that interacts with the anode. In particular, an organic compound that hardens from a liquid to an adhesive film can be applied to the anode and/or separator prior to assembly. In lithium anode, thionyl chloride cathode depolarizer cells, a class of organic compounds known as cyanoacrylics are very effective. The anode is lithium or lithium alloy. The electrolyte solvent, which is also the cathode depolarizer, is thionyl chloride. The electrolyte solute can be a simple or double salt that forms an ionically conductive solution when dissolved in a solvent. Preferred solutes are complexes of inorganic or organic Lewis acids and inorganic ionizable salts. A prerequisite to being useful is that the salt, whether a simple or double salt, be compatible with the solvent used and produce an ionically conductive solution. According to the Lewis or electronic concept of acids and bases, many substances that do not contain any active hydrogen have an acid or acceptor or electron doublet.
doublets). US Patent No. 3542602
The issue suggests that complexes or double salts formed between Lewis acids and ionizable salts produce entities that are more stable than either component alone. Representative Lewis acids suitable for use in the present invention are aluminum chloride, antimony pentachloride, zirconium tetrachloride, phosphorus pentachloride, boron fluoride, boron chloride, and boron bromide. Ionizable salts useful in combination with Lewis acids include lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, lithium sulfide, sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, potassium fluoride, potassium chloride,
Contains potassium bromide. The double salt formed by a Lewis acid and an inorganic ionizable salt can be used as the double salt itself, or the individual components can be added separately to a solvent to form the salt. For example, one of the double salts is lithium aluminum tetrachloride, which is formed by combining aluminum chloride and lithium chloride. In addition to the anode, active cathode depolarizer, and ionically conductive electrolyte, the cell requires a cathode current collector. Generally, any compatible solid that is substantially electrically conductive and inert within the cell can be used as the cathode current collector. This is because the function of the current collector is to bring the active cathode material into external electrical contact. It is desirable to have as wide a surface contact as possible between the liquid cathode and the current collector. Porous materials are therefore preferred because they provide a high surface area interface with the liquid cathode material. The current collector can be metal and can be in physical form such as a metal film, screen, or pressed powder. Examples of some suitable metal current collectors are shown in Table 2 of the Orborn patent. The current collector can also be made partially or entirely from carbon. Electrical isolation of the current collector and anode is required to ensure that no cathode or anode reaction occurs unless current flows through the external circuit. A mechanical separator can be used since the current collector is insoluble in the electrolyte and the anode does not react spontaneously with the electrolyte. Materials useful for this function are described in the Orborn patent. Although a variety of cells described in the Blomgung and Orborn patents are possible and to which the present invention can be applied, much of the current interest is in cells that use thionyl chloride as the active cathode depolarizer and electrolyte solvent. This is a result of thionyl chloride's apparent greater energy density and current emitting ability than other liquid cathode systems. Although thionyl chloride cells have been found to have the best performance of liquid cathode systems, their performance is still subject to passivation. The following examples and tables demonstrate the improvements the present invention has made to cells that use thionyl chloride as the active cathode depolarizer. This example and data are given by way of example only and are not intended to limit the invention in any way. Other than the specificity of the particular chemical coating that is the subject of this invention and the method of applying this coating to the battery component, all of the following examples were manufactured by the same method and are nearly identical in nature. Example has an outer diameter of 2.24 cm (0.880 inch) and a maximum height
0.381cm (0.150 inch) with a nominal internal volume of 0.574
It was a button cell with a stainless steel can having a diameter of 0.035 cubic inches. Anode is 1.73 cm (0.680 inch) in diameter × 0.508 cm thick
(0.20 inch) lithium single disk. The separator was commercially available 95% A 2 O 3 ceramic paper baked at 500°C.
The current collector is acetylene black compacted into pellets. The electrolyte is a 1.4 molar solution of lithium aluminum tetrachloride in thionyl chloride. The battery is sealed with a high grade ceramic-metal seal. Various coatings were introduced into the basic cell described above. The basic manufacturing method involves simply assembling the parts by conventional methods. It is most convenient to apply the coating to a particular member prior to assembly. Immediately after assembly, a battery with a coating can exhibit a higher internal impedance than a battery without a coating. This phenomenon can be eliminated by a "burn in" operation, which consists of exposing the cell with the coating to high temperatures for a period of time. Exposure temperature and time are interrelated and must be determined experimentally for each coating. This can be accomplished simply by monitoring the internal impedance of the sample cell over time at some suitable temperature. Generally speaking, there is an inverse relationship between the exposure time and the temperature to which the battery is exposed.
The recommended temperature is 71°C. Each of the following examples describes a particular coating, its method of application, and heat treatment operations. Example 1 A thin layer of methyl cyanoacrylate was placed on both sides of a lithium disk and allowed to cure before assembly. The chemical is a thin liquid before curing and can be applied by any method to form a thin, uniform coating. This material can be diluted with methyl ethyl ketone to aid in applying a thin, uniform coating. After assembly, the battery was heat treated at 71°C for approximately 12 hours. Example 2 In this example, methyl cyanoacrylate was placed only on the separator material and allowed to dry prior to assembly. The preferred method of application is the dipping method. After assembly, the battery was heat treated at 71°C for approximately 12 hours. Example 3 In this example, methyl cyanoacrylate was applied to both the lithium anode and separator material and cured prior to assembly. After assembly, heat the battery to 71℃
It was heat treated for about 12 hours. Example 4 In this example, ethyl cyanoacrylate was applied to the lithium and cured prior to assembly. After assembly,
The storage battery was heat treated at 71°C for about 48 hours. Example 5 In this example, ethyl cyanoacrylate was applied to the separator only and cured prior to assembly.
After assembly, the battery was heat treated at 71°C for approximately 48 hours. Example 6 In this example, ethyl cyanoacrylate was applied to both the anode and separator materials and cured prior to assembly. After assembly, store the battery at 71℃ for approx.
Heat treated for hours. A number of cells of each example were made and tested.
Test procedures were the same for all cells in all examples. Immediately after the heat treatment, the battery was discharged and its initial lifespan was measured. The discharge rate is 10mA, the test temperature is 25
°C, cut-off voltage for practical life measurement is 2.4
It was hot with bolts. After heat treatment, the cells were stored in a furnace at a controlled temperature of 71°C. The batteries were removed periodically and their service life was measured as described above. Additionally, the voltage delay was measured. The test results are shown in Table 1.
【表】
実施例 7
Li/SOcl2電池のビニルポリマーによるアノー
ド・コーテイングと、本発明のシアノアクリル酸
エチルのポリマーによるアノードコーテイング
(以下Zコーテイングと呼ぶ)とを高温貯蔵後の
電圧遅延と容量について比較し、評価した。
評価は、アルタス(AItus)社製D―電池の電
気的性能を基準としたものである。
この比較のために、本発明の電池群と、比較の
ための電池群との2群の電池を作つた。
本発明の電池群は、Zコーテイングアノードの
アルタス社製の標準Dけ電池であり、比較群の電
池は、公開公報昭51―119936号に記載された
VYHH(ユニオンカーバイド社商品:塩化ビニル
と酢酸ビニルのコポリマー)でアノードをコーテ
イングした電池である。
新しい電池の場合も、高温貯蔵後の電池の場合
も、電圧の遅延と容量の測定は室温で行なつた。
貯蔵状態は3種類とした。すなわち71℃で1週
間、及び55℃で29日間である。(第2表参照)
一つの例外を除いては、室温で2オームの負荷
で、電池の電圧の遅延の容量のテストを行つた。
71℃で2週間貯蔵された電池の容量は、2.5オー
ムの負荷で行つた。
次に実験の方法と結果を、さらに詳細に述べ
る。
(A) 電池の作製方法
両群の電池のすべてのアノードアセンブリー
はアルタス社の標準作製指針に従つて作製し
た。
本発明のアセンブリーはZコーテイングされ
たが、これもアルタス社の標準作製指針に従つ
た。比較群電池のアセンブリーは、公開公報昭
51―119936号に記載されているように、PVC
―PVA(VYHH)のコポリマーでコーテイン
グするために、製造工程から取り出して、乾燥
室にいれた。VYHH(白い粉末)は蒸留したた
塩化チオニルに溶かして、前記の公開公報で特
定されている範囲(0.5―6.0w/o)のほぼ真
中の3.1重量パーセントの溶液を作つた。前記
アノードアセンブリーを1分間その溶液に浸漬
し、取り出して乾燥した。浸漬が良好に行なわ
れたかどうかは溶液のIRスペクトルをとり、
確認した。ついで本発明の電池群と比較の電池
群は、一単位のロツトとして最終組み立てを行
なつた。
(B) 試験結果―1(第2表参照)
第2表のデータは、本発明のZコーテイング
が新しい電池においてさえも優れた性能を示す
ことを明示している。[Table] Example 7 Voltage delay and capacity after high temperature storage of Li/SOcl 2 battery anode coating with vinyl polymer and anode coating with polymer of cyanoethyl acrylate of the present invention (hereinafter referred to as Z coating) compared and evaluated. The evaluation was based on the electrical performance of the D-battery manufactured by AItus. For this comparison, two groups of batteries were made: a battery group of the present invention and a battery group for comparison. The battery group of the present invention is a standard D battery manufactured by Altus with a Z-coated anode, and the comparative group batteries are those described in Japanese Patent Publication No. 119936/1983.
This is a battery whose anode is coated with VYHH (Union Carbide product: a copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate). Voltage delay and capacity measurements were made at room temperature for both new cells and cells after high temperature storage.
There were three storage conditions. That is, one week at 71°C and 29 days at 55°C. (See Table 2) With one exception, the batteries were tested for voltage delay capacity with a 2 ohm load at room temperature.
Capacity of cells stored for two weeks at 71° C. was tested at a load of 2.5 ohms. Next, the experimental method and results will be described in more detail. (A) Battery Fabrication Methods All anode assemblies for both groups of batteries were fabricated according to Altus' standard fabrication guidelines. The assemblies of the present invention were Z-coated, again following Altus' standard fabrication guidelines. The assembly of the comparison group battery is shown in the published publication
PVC as described in No. 51-119936
-It was removed from the manufacturing process and placed in a drying room for coating with PVA (VYHH) copolymer. VYHH (white powder) was dissolved in distilled thionyl chloride to make a 3.1 weight percent solution, approximately in the middle of the range specified in the above publication (0.5-6.0 w/o). The anode assembly was immersed in the solution for 1 minute, removed and dried. To determine whether the immersion was successful, take an IR spectrum of the solution.
confirmed. The battery group of the present invention and the comparative battery group were then final assembled as a single unit lot. (B) Test Results-1 (See Table 2) The data in Table 2 demonstrate that the Z coating of the present invention exhibits excellent performance even in new cells.
【表】【table】
【表】
すなわち新しい電池において、本発明の電池
群の電圧遅延は2.5Vに達するまでに平均1.1秒
だつたが、比較群の平均は5.8秒であつた。ま
た71℃で1週間貯蔵後の電池の場合の平均の遅
延は、本発明の電池群で30秒だつたが、比較群
の遅延は様々であつた。すなわち最短では67秒
が計測されたが、或る電池は210秒以上を示し
た。
さらに71℃で2週間貯蔵後の電池の場合、本
発明の電池群の平均の電圧遅延は61秒だつた
が、比較群で計測された最短時間は228秒とい
う大きな値であつた。
また55℃で4週間貯蔵後の電池の場合、本発
明の電池群の平均の遅延は30秒で、比較群は36
〜63秒の範囲だつた。
次に、容量(Ah)のデータもまた、両電池
間で大きないのあることが判つた。すなわち、
本発明の電池は、新しいもので平均容量
10.3Ah、71℃で1週間貯蔵後の平均容量は
9.4Ahだつた。一方、71℃で1週間貯蔵後の比
較群の場合は3つのテスト電池のうちたゞ一つ
だけが2.5V以上の計測可能な容量をを持つて
いた。なおこの電池は新しい比較群電池の
10.2Ahに比べて4.99Ahの容量を持つているに
すぎなかつた。
さらに71℃で2週間貯蔵後の場合についてみ
るに、本発明の電池は平均7.9Ahだつたが、比
較群電池のすべては、2.5V以上で何らの容量
も示さなかつた。さらに、55℃で4週間貯蔵後
の場合、本発明の電池は平均して(3.15Vで)
9.3Ahだつたが、比較群電池は(2.64Vで)
5.42Ahであつた。
(C) 試験結果―(第1図及び第2図参照)
第1図より明らかな如く、本発明の電池の新
しいものは、約1秒で2.5Vに達し、約12秒で
3.0Vに達している。一方比較の電池は、2.5V
に達するのに約6秒を必要とし、負荷がかけら
れても18秒以内には3.0Vに達しなかつた。
本発明の電池は、高温で貯蔵されたバツチに
おいても、より明確にその優秀性を示した。す
なわち、第2図において、本発明の電池は33秒
で2.5Vに達したが、比較電池は1分後も1Vに
さえ達しなかつた。なおこれらの電池は、71℃
で1週間貯蔵されたものであつた。
(D) 試験結果―(第3図及び第4図参照)
電池の放電性を比較した。
第3図は71℃で1週間貯蔵した電池を比較し
たものである。本発明の電池は、新しい電池と
等しい平均電圧で新しい電池の91%の容量を保
持していた。なお、71℃で2週間貯蔵の後でさ
え、本発明の電池は公称の平均電圧の77%を保
持していた(図示せず)。
第4図は55℃で4週間貯蔵後の放電特性を示
すものである。比較電池は、図に示すように容
量と作動電圧の激しい落ち込みを見せた。一
方、本発明の電池は、標準電圧で新しい電池の
容量の90%を保持した。[Table] That is, for new batteries, the voltage delay of the battery group of the present invention was 1.1 seconds on average to reach 2.5V, while the average of the comparison group was 5.8 seconds. Also, the average delay for the batteries after one week of storage at 71°C was 30 seconds for the inventive battery group, but the delays for the comparison groups varied. In other words, the shortest time measured was 67 seconds, but some batteries showed more than 210 seconds. Further, in the case of the batteries after two weeks of storage at 71° C., the average voltage delay of the battery group of the present invention was 61 seconds, while the shortest time measured in the comparison group was a large value of 228 seconds. Furthermore, for the batteries after storage for 4 weeks at 55°C, the average delay for the inventive battery group was 30 seconds, compared to 36 seconds for the comparison group.
It was in the range of ~63 seconds. Next, it was also found that there was a large difference in capacity (Ah) data between the two batteries. That is,
The battery of the present invention has an average capacity when new.
The average capacity after storage for 1 week at 10.3Ah and 71℃ is
It was 9.4Ah. On the other hand, in the comparison group after one week of storage at 71°C, only one of the three test cells had a measurable capacity of 2.5V or more. This battery is a new comparison group battery.
It only had a capacity of 4.99Ah compared to 10.2Ah. Further, after two weeks of storage at 71° C., the batteries of the present invention had an average of 7.9 Ah, while all of the comparative batteries showed no capacity above 2.5V. Furthermore, after 4 weeks of storage at 55°C, the batteries of the invention average (at 3.15V)
It was 9.3Ah, but the comparison group battery (at 2.64V)
It was 5.42Ah. (C) Test results - (See Figures 1 and 2) As is clear from Figure 1, the new battery of the present invention reached 2.5V in about 1 second and reached 2.5V in about 12 seconds.
It has reached 3.0V. On the other hand, the comparison battery is 2.5V
It took about 6 seconds to reach 3.0V, and even when a load was applied, it did not reach 3.0V within 18 seconds. The cells of the invention showed their superiority more clearly even in batches stored at high temperatures. That is, in FIG. 2, the battery of the present invention reached 2.5V in 33 seconds, but the comparative battery did not even reach 1V even after 1 minute. Please note that these batteries are heated to 71°C.
It had been stored for one week. (D) Test results - (See Figures 3 and 4) The discharge performance of the batteries was compared. Figure 3 compares batteries stored at 71°C for one week. The batteries of the invention retained 91% of the capacity of a new battery at an average voltage equal to that of a new battery. Note that even after two weeks of storage at 71° C., the cells of the invention retained 77% of their nominal average voltage (not shown). Figure 4 shows the discharge characteristics after storage at 55°C for 4 weeks. As shown in the figure, the comparison battery showed a sharp drop in capacity and operating voltage. On the other hand, the battery of the present invention retained 90% of the capacity of a new battery at standard voltage.
第1図は、本発明の新しい電池と比較例の新し
い電池との電圧遅延カーブを、夫々示すものであ
る。(室温:2オーム負荷)第2図は、本発明の
電池と比較例の電池との、夫々示すものである。
(室温:2オーム負荷)第3図は、本発明の電池
と比較例の電池との、71℃、1週間貯蔵後の放電
カーブを、夫々示すものである。第4図は、本発
明の電池と比較例の電池との55℃、4週間貯蔵後
の放電カーブを、夫々示すものである。
FIG. 1 shows the voltage delay curves of a new battery of the present invention and a new battery of a comparative example, respectively. (Room temperature: 2 ohm load) FIG. 2 shows a battery of the present invention and a battery of a comparative example, respectively.
(Room temperature: 2 ohm load) FIG. 3 shows the discharge curves of the battery of the present invention and the battery of the comparative example after storage for one week at 71°C. FIG. 4 shows the discharge curves of the battery of the present invention and the battery of the comparative example after storage at 55° C. for 4 weeks.
Claims (1)
て置かれているリチウム又はリチウム合金から
なるアノードと、 (d) 該アノードおよび該カソード集電装置と物理
的に接触している、塩化チオニルに溶かしたイ
オン導伝性溶質の溶液からなるイオン導伝性電
解質と、 (e) 該アノードまたはセパレーターの少なくとも
一方に接触している、シアノアクリル酸の低級
アルキルエステルの重合体よりなる不動態化制
限フイルム、 とからなることを特徴とする電池。 2 リチウム又はリチウム合金からなるアノー
ド、該アノードから間隔を保つて置かれたカソー
ド集電装置、塩化チオニルに溶かしたイオン導伝
性溶質の溶液からなるイオン導伝性電解質からな
る電池の製造法において、 (a) 組立前に、該アノードを、硬化して密着性フ
イルムとなる液状の、シアノアクリル酸の低級
アルキルエステルで被覆し、 (b) それを硬化し、 (c) 該被覆したアノードを電池に組込み、ついで (d) 熱処理する、 各種工程を含む上記製造法。 3 リチウム又はリチウム合金のアノード、カソ
ード集電装置、該アノードと該カソード集伝装置
との間に間隔を保つて置かれたセパレーター、お
よび塩化チオニルに溶かしたイオン導伝性溶質の
溶液からなるイオン導伝性電解質からなる電池の
製造法において、 (a) 組立前に、当該セパレーターを、硬化して密
着性フイルムとなる液状の、シアノアクリル酸
の低級アルキルエステルで被覆し、 (b) それを硬化し、 (c) 該セパレーターを電池に組込み、ついで (d) 熱処理する、 の各種工程を含む上記製造法。Claims: 1. (a) a cathode current collector; (b) a thionyl chloride active cathode depolarizer; and (c) a lithium or an anode comprising a lithium alloy; (d) an ionically conductive electrolyte comprising a solution of an ionically conductive solute in thionyl chloride in physical contact with the anode and the cathode current collector; ) a passivation limiting film made of a polymer of a lower alkyl ester of cyanoacrylic acid, in contact with at least one of the anode or the separator. 2. A method for producing a battery comprising an anode made of lithium or a lithium alloy, a cathode current collector spaced from the anode, and an ionically conductive electrolyte consisting of a solution of an ionically conductive solute dissolved in thionyl chloride. (a) prior to assembly, coating the anode with a liquid lower alkyl ester of cyanoacrylic acid that cures into an adhesive film; (b) curing it; and (c) coating the coated anode with a liquid lower alkyl ester of cyanoacrylic acid. The above manufacturing method includes various steps of incorporating it into a battery and then (d) heat-treating it. 3. An ion system consisting of a lithium or lithium alloy anode, a cathode current collector, a separator spaced between the anode and the cathode current collector, and a solution of an ionically conductive solute in thionyl chloride. A method of manufacturing a battery comprising a conductive electrolyte includes: (a) coating the separator before assembly with a liquid lower alkyl ester of cyanoacrylic acid that cures into an adhesive film; (c) incorporating the separator into a battery; and (d) heat-treating the separator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12500278A JPS5553073A (en) | 1978-10-11 | 1978-10-11 | Lithium anode* thionyl chloride active cathode electrochemical battery coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12500278A JPS5553073A (en) | 1978-10-11 | 1978-10-11 | Lithium anode* thionyl chloride active cathode electrochemical battery coating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5553073A JPS5553073A (en) | 1980-04-18 |
| JPS6138584B2 true JPS6138584B2 (en) | 1986-08-29 |
Family
ID=14899439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12500278A Granted JPS5553073A (en) | 1978-10-11 | 1978-10-11 | Lithium anode* thionyl chloride active cathode electrochemical battery coating |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5553073A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0587946A (en) * | 1991-09-26 | 1993-04-09 | Sanyo Electric Co Ltd | Tablet detector |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5763773A (en) * | 1980-09-22 | 1982-04-17 | Binsento Oouen Katanzariito | Electrochemical cell |
| JPS598275A (en) * | 1982-07-02 | 1984-01-17 | Japan Storage Battery Co Ltd | Thionyl chloride-lithium battery |
| JPS598274A (en) * | 1982-07-02 | 1984-01-17 | Japan Storage Battery Co Ltd | Thionyl chloride-lithium battery |
-
1978
- 1978-10-11 JP JP12500278A patent/JPS5553073A/en active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0587946A (en) * | 1991-09-26 | 1993-04-09 | Sanyo Electric Co Ltd | Tablet detector |
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|---|---|
| JPS5553073A (en) | 1980-04-18 |
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