JPH0624118B2 - 非水電解液電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明はリチウム、ナトリウムなどの軽金属を活物質と
する負極と、金属の酸化物、硫化物、ハロゲン化物など
を活物質とする正極と、非水電解液とを備えた一次或い
は二次電池に関するものである。

ロ 従来の技術 この種電池において正極活物質と直接或いは間接的に接
する正極構成部材、例えば正極缶や正極集電体の材料と
してはニツケル含有量が約３〜２０重量％の所謂オース
テナイト系ステンレス鋼が一般に用いられているが、電
池の保存中に特に正極に電気接続された正極缶や正極集
電体はその構成金属が電解液中に溶解し負極上に析出し
て内部抵抗を増大させ、又極端な場合には穴あき現象を
生じることがある。この原因はステンレス鋼に含まれる
ニツケル量に依存すると考えられニツケル量が大なるほ
ど顕著であつた。

そこで、例えば特公昭５５−１５０６７号公報に開示さ
れているように正極構成部材としてニツケルをほとんど
含まず応力下での割れ感受性の少ないフエライト系ステ
ンレス鋼を用いることが提案されたが、この場合にも高
温で長期間保存すると正極構成部材の溶解現象が認めら
れた。

さて、この種電池は従来の銀電池、アルカリ電池に比し
て自己放電が小さいため長期間の使用に耐えうるもので
あり、そのため最近では使用機器側のエレクトロニクス
の発展と相俟つて、微少電流による長期に亘る放電特性
の安定性が求められるようになつてきた。ここで述べる
微少電流とは高々数μＡであるが、このような微少電流
放電下において長期間安定した放電特性を得るためには
電池自身の高信頼性が要求される。

又、近年においては比水電解液電池の二次系も開発が活
発化したおり、充電時に正極構成部材が溶解して正極構
成金属イオンが負極に析出すると負極の充放電効率が低
下しサイクル特性が劣化することになるため、溶解し難
い、云い換えれば耐蝕性に優れた正極構成部材が求めら
れている。

ハ 発明が解決しようとする問題点 非水電解液を備えた一次或いは二次電池において、高温
保存時或いは充電時における正極構成部材の溶解を因と
する電池特性の劣化を抑制しようとするものである。

ニ 問題点を解決するための手段 正極構成部材としてアルミニウムを０．５〜１０．０重
量％、硅素を１．２〜５．０重量％含有するフエライト
系ステンレス鋼を用いることを特徴とする。

ここでフェライト系ステンレス鋼とは、Ｆｅ−Ｃｒを主
体とする合金であり、組成的には、Ｃｒ１１〜２７％含
有し、炭素含有量が０．２％以下のものである。また組
織的には、α（体心立方格子）またはα＋γ（面心立方
格子）の範囲に入るもので、焼入硬化性が殆どないもの
を指す。

ホ 作 用 本発明によれば、アルミニウムは貴な電位でも不活性な
金属であり電位的に溶解（腐蝕）現象を抑制することが
でき、また硅素は粒界腐蝕感受性を低下させる効果があ
り、これらアルミニウム及び硅素の相乗効果によつてフ
エライト系ステンレス鋼の耐蝕性は飛躍的に向上する。

尚、含有量についてはアルミニウムの場合には、０．５
〜１０．０重量％、硅素の場合には１．２〜５．０重量
％の範囲においてその効果は顕著である。

ヘ 実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づき説明するに、第１
図は電池の半断面図を示し、(1)はリチウム圧延板を所
定形状に打抜いた負極であつてオーステナイト系ステン
レス鋼（ＳＵＳ３０４）よりなる負極缶(2)の内面に固
着せる負極集電体(3)に圧着されている。(4)は活物質と
しての二酸化マンガンに、導電剤としてのカーボン粉末
及び結着剤としてのフツ素樹脂粉末を８５：１０：５の
重量比で混合し、この混合物を成型して得た正極であつ
て、正極缶(5)の内面に固着せる正極集電体(6)に圧接さ
れている。

ここで正極缶(5)および正極集電体(6)はアルミニウムを
２．０重量％、硅素を２．０重量％含有するフエライト
系ステンレス鋼で構成されている。

尚、(7)は非水電解液を含浸せるセパレータ、(8)は絶縁
パツキングである。

下表は各種ステンレス鋼を正極缶および正極集電体とし
て用いた電池を６０℃において３ケ月保存後、周波数１
ＫＨＺで測定した内部インピーダンスを比較したもので
あり、(A)は本発明電池、(B)はアルミニウムおよび硅素
をほとんど含まないフエライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ
４３０）を用いた第１の比較電池、(C)はオーステナイ
ト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた第２の比較
電池の場合を夫々示す。

上記より本発明電池によると高温、保存後の内部インピ
ーダンスを低く、且バラツキも小さいことがわかる。
尚、測定後の各電池の正極缶を走査型電子顕微鏡で観察
したところ比較電池(B)(C)の正極缶では腐蝕が見られた
が、本発明電池(A)の正極缶では腐蝕現象は認められな
かつた。

第２図は硅素の含有量を０．７重量％、１．２重量％、
２．０重量％、５．０重量％及び７．０重量％とした時
の、アルミニウムの含有量と、６０℃で３ケ月保存後の
電池を周波数１ＫＨＺで測定した時の内部インピーダン
スの平均値との関係を示す。第２図からアルミニウムの
含有量が０．５〜１０．０重量％、硅素の含有量が１．
２〜５．０重量％の時に高温保存時における内部インピ
ーダンスは低いことがわかる。

次に、作成直後のこれら電池(A)(B)(C)の充放電試験を
行なつた。充放電条件は充電；３．６ｍＡ×４Ｈｒ、終
止電圧４．０Ｖ、放電；３．０ｍＡ×４Ｈｒ終止電圧
２．０Ｖとした。

第３図に示す結果をみると本発明電池(A)のサイクル寿
命は著しく向上していることがわかる。充放電試験終了
後の電池を分解し、内部を観察したところ比較電池(B)
(C)ではセパレータに褐色の付着物が見られ分析の結
果、ステンレスの成分が認められたが本発明電池では付
着物が認められなかつた。

第４図は硅素の含有量を０．７重量％、１．２重量％、
２．０重量％、５．０重量％及び７．０重量％とした時
のアルミニウムの含有量と、充放電試験におけるサイク
ル寿命の平均値との関係を示す。第４図からアルミニウ
ムの含有量が０．５〜１０．０重量％、硅素の含有量が
１．２〜５．０重量％の時に優れたサイクル特性を示す
ことがわかり、アルミニウム及び硅素の含有量としては
第２図における高温保存時の内部インピーダンスの場合
と同じ結果が得られた。

ト 発明の効果 上述した如く、正極構成部材としてアルミニウムを０．
５〜１０．０重量％、硅素を１．２〜５．０重量％含有
したフエライト系ステンレス鋼を用いることにより、非
水電解液中で貴な電位に対して安定なアルミニウムと、
粒界腐蝕感受性を低下させる硅素との相乗効果によつて
正極構成部材の溶解を有効に抑制することができるの
で、高温保存特性に加えて、二次電池系についてはサイ
クル特性に優れた非水電解液電池を得ることができるも
のであり、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電池の半断面図、第２図は硅素の含有量
を変化させた時のアルミニウム含有量と電池の内部イン
ピーダンスとの関係を示す図、第３図は電池のサイクル
特性比較図、第４図は硅素の含有量を変化させた時のア
ルミニウム含有量と電池のサイクル数との関係を示す図
である。 (1)……負極、(2)……負極缶、(3)……負極集電体、(4)
……正極、(5)……正極缶、(6)……正極集電体、(7)…
…セパレータ、(8)……絶縁パツキング、。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リチウム、ナトリウムなどの軽金属を活物
   質とする負極と、非水電解液と、正極とを備え、正極活
   物質と直接或いは間接的に接する正極構成部材としてア
   ルミニウムを０．５〜１０．０重量％、硅素を１．２〜
   ５．０重量％含有するフエライト系ステンレス鋼を用い
   ることを特徴とする非水電解液電池。