JP2003243037A

JP2003243037A - リチウムイオン電池

Info

Publication number: JP2003243037A
Application number: JP2002040482A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Suzuki; 克典鈴木; Kenji Hara; 賢二原; Takeshi Nakano; 剛中野
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-02-18
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】高容量、高出力でありながらも、極めて安全
性の高いリチウムイオン電池を提供する。【解決手段】電池２０は、軸芯１１を中心として正極
板、負極板を、ポリエチレン製セパレータＳ１を介して
捲回した電極捲回群６’を有しており、電極捲回群６’
の外周はセパレータＳ１が１周以上捲回されている。こ
の外周に、約半周、セパレータＳ１よりも溶融温度の低
いセパレータＳ２を介してアルミニウム箔２１と銅箔２
２とを配置した第２の電極対２５が配され、セパレータ
Ｓ１が更に１周以上捲回されている。アルミニウム箔２
１、銅箔２２はそれぞれ正極板、負極板に電気的に接続
されている。電池温度が上昇すると、セパレータＳ２が
溶融してアルミニウム箔２１と銅箔２２とが短絡する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオン電池
に係り、特に、正極活物質に充放電によりリチウムイオ
ンを吸蔵・放出可能なリチウム遷移金属複酸化物を用い
た正極と、充放電によりリチウムイオンを放出・吸蔵可
能な負極と、をセパレータを介して対峙させた電極群を
電解液に浸潤させて電池容器内に収容したリチウムイオ
ン電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン２次電池は、高エネルギ
ー密度であるメリットを活かして、主にＶＴＲカメラや
ノートパソコン、携帯電話等のポータブル機器の電源に
使用されている。このリチウムイオン２次電池の内部構
造は通常以下に示されるような捲回式にされている。電
極は正極、負極共に活物質が金属箔に塗着された帯状で
あり、セパレータを挟んで正極、負極が直接接触しない
ように断面が渦巻状に捲回され、捲回群を形成してい
る。そして電池容器となる円筒形の缶に捲回群が収納さ
れ、電解液注液後、封口されている。

【０００３】一般的な円筒型リチウムイオン２次電池の
寸法は、直径が１８ｍｍ、高さが６５ｍｍとされ、１８
６５０型と呼ばれ小形民生用リチウムイオン２次電池と
して広く普及している。１８６５０型リチウムイオン２
次電池の正極活物質には、高容量、長寿命を特徴とする
コバルト酸リチウムが主として用いられており、電池容
量は、おおむね１．３Ａｈ〜１．７Ａｈ、出力はおよそ
１０Ｗ程度である。

【０００４】一方、自動車産業界においては環境問題に
対応すべく、排出ガスのない、動力源を完全に電池のみ
にした電気自動車や、内燃機関エンジンと電池との両方
を動力源とするハイブリッド（電気）自動車の開発が加
速され、一部実用化の段階にきている。電気自動車の電
源となる電池には当然高出力、高エネルギーが得られる
特性が要求され、この要求にマッチした電池としてリチ
ウムイオン電池が注目されている。このような要求特性
を満たすために、例えば、特許第２７０１３４７号に
は、リチウム複合酸化物を用いた正極活物質層の厚さと
炭素質材料を用いた負極活物質層の厚さとを所定範囲と
することにより、エネルギー密度の高い非水電解液２次
電池を得る技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リチウ
ムイオン電池の場合、高出力になればなるほど安全性が
低下する傾向にあり、特に電気自動車用電源に用いられ
るような高容量、高出力のリチウムイオン電池において
は、必ずしも上述した特許第２７０１３４７号に記載さ
れている範囲で安全性が確保されるとは限らない。人を
乗せて走る電気自動車の場合、充電制御システムが故障
してしまった場合の過充電時、不慮の衝突事故の場合に
遭遇する可能性のある電池のクラッシュ時あるいは、異
物突き刺し時、外部短絡時等の電池自体の安全性を確保
することは、最低限必要な、非常に重要な電池特性であ
る。ここで言う電池の安全性とは、電池が異常な状態に
さらされた場合の電池の挙動が、人に身体的損害を与え
ないことは当然のことながら、車両への損傷を最小限に
抑えることを意味する。

【０００６】また、高容量、高出力のリチウムイオン電
池ともなると、大電流充電、大電流放電がなされるた
め、一般に１８６５０型リチウムイオン電池に採用され
ているような、異常時の電池内圧上昇に応じて作動する
電流遮断機構（一種の切断スイッチ）を電池構造内に設
けることは実質的に不可能である。

【０００７】本発明は上記事案に鑑み、高容量、高出力
でありながらも、極めて安全性の高いリチウムイオン電
池を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の態様は、正極活物質に充放電により
リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム遷移金属複
酸化物を用いた正極と、充放電によりリチウムイオンを
放出・吸蔵可能な負極とがセパレータを介した電極群を
電解液に浸潤させて電池容器内に収容したリチウムイオ
ン電池において、前記セパレータより溶融温度の低い第
２のセパレータを介して前記正極及び前記負極にそれぞ
れ電気的に接続されリチウムイオンを吸蔵・放出しない
第２の電極対を備えたことを特徴とする。

【０００９】本態様では、正極活物質に充放電によりリ
チウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム遷移金属複酸
化物を用いた正極と、充放電によりリチウムイオンを放
出・吸蔵可能な負極とがセパレータを介した電極群を電
解液に浸潤させて電池容器内に収容することで、リチウ
ムイオン電池の高出力、高容量を確保している。通常充
放電時には、第２の電極対は第２のセパレータにより絶
縁されており、電池異常時には、電解液と活物質との化
学反応で電池温度が上昇することにより電極群のセパレ
ータより溶融温度の低い第２のセパレータが早く溶融し
第２の電極対間が短絡して正負極間の電流の流れが阻止
されるので、電解液と活物質との化学反応が促進されな
いためリチウムイオン電池の安全性を確保することがで
きる。

【００１０】また、上記課題を解決するために、本発明
の第２の態様は、正極活物質に充放電によりリチウムイ
オンを吸蔵・放出可能なリチウム遷移金属複酸化物を用
いた正極と、充放電によりリチウムイオンを放出・吸蔵
可能な負極とがセパレータを介した電極群を電解液に浸
潤させて電池容器内に収容したリチウムイオン電池にお
いて、リチウムイオンを吸蔵・放出しない第２の電極対
を備え、該電極対は、前記セパレータの熱収縮率より大
きく電池異常時に前記電極対を短絡させる熱収縮率を有
する第２のセパレータを介して前記正極及び前記負極に
それぞれ電気的に接続されたことを特徴とする。

【００１１】本態様では、リチウムイオンを吸蔵・放出
しない第２の電極対が、電極群のセパレータの熱収縮率
より大きく電池異常時に第２の電極対を短絡させる熱収
縮率を有する第２のセパレータを介して正極及び負極に
それぞれ電気的に接続されているので、通常充放電時に
は、第２の電極対は第２のセパレータにより絶縁されて
おり、電池異常時には、電解液と活物質との化学反応で
電池温度が上昇することにより、電極群のセパレータよ
り熱収縮率の大きい第２のセパレータが熱収縮し第２の
電極対間が短絡して正負極間の電流の流れが阻止され
る。従って、上述した第１の態様と同様の効果を得るこ
とができる。

【００１２】上記第１の態様及び第２の態様において、
電極群が中心に導電性軸芯を有する捲回電極群であり、
該軸芯を第２の電極対のいずれか一方の電極とすれば、
軸芯が第２の電極対のいずれか一方の電極を兼ねるの
で、第２の電極対の占める体積が小さくなりエネルギー
密度を高めることができる。また、第２の電極対の少な
くとも一方の電極を金属箔とすることで、第２の電極対
の占める体積を小さくすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、図面を参
照して、本発明を電気自動車用に用いられる円筒型リチ
ウムイオン電池に適用した第１の実施の形態について説
明する。

【００１４】（正極板の作製）正極活物質としてのマン
ガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）粉末１００重
量部に対し、導電剤として１０重量部の鱗片状黒鉛（平
均粒径２０μｍ）と、結着剤として１０重量部のポリフ
ッ化ビニリデンとを混合し、これに分散溶媒のＮ―メチ
ルー２―ピロリドンを添加、混練した正極合剤（スラ
リ）を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し
た。このとき、正極板長寸方向の一方の側縁に幅５０ｍ
ｍの未塗布部を残した。その後乾燥、プレス、裁断して
幅３００ｍｍ、所定長さ、正極合剤塗布部所定厚さの正
極板を得た。正極合剤層のかさ密度は２．６５ｇ／ｃｍ
^３とした。上記未塗布部に切り欠きを入れ、切り欠き残
部をリード片とした。隣り合うリード片を２０ｍｍ間隔
とし、リード片の幅を１０ｍｍとした。

【００１５】（負極板の作製）負極活物質の非晶質炭素
粉末（呉羽化学工業株式会社製、商品名；カーボトロン
Ｐ）９２重量部に結着剤として８重量部のポリフッ化ビ
ニリデンを添加し、これに分散溶媒のＮ―メチルー２一
ピロリドンを添加、混練した負極合剤（スラリ）を厚さ
１０μｍの圧延銅箔の両面に塗布した。このとき、負極
板長寸方向の一方の側縁に幅５０ｍｍの未塗布部を残し
た。その後乾燥、プレス、裁断して幅３０５ｍｍ、所定
長さ、負極合剤塗布部所定厚さの負極板を得た。負極合
剤層のかさ密度は１．０ｇ／ｃｍ^３とした。上記未塗布
部に正極板と同様に切り欠きを入れ、切り欠き残部をリ
ード片とした。隣り合うリード片を２０ｍｍ間隔とし、
リード片の幅を１０ｍｍとした。

【００１６】（第２の電極対の作製）厚さ２０μｍのア
ルミニウム箔を、幅３００ｍｍ、長さ１００ｍｍに裁断
し、アルミニウム箔の長さ方向の一方の側縁に切り欠き
を入れて、幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍのリード片を２０
ｍｍ間隔で形成した。一方、厚さ１０μｍの銅箔を、幅
３００ｍｍ、長さ１００ｍｍに裁断し、銅箔の長さ方向
の一方の側縁に切り欠きを入れ、幅１０ｍｍ、長さ５０
ｍｍのリード片を２０ｍｍ間隔で形成した。図２（Ａ）
に示すように、リード片が形成されたアルミニウム箔２
１と銅箔２２とを、厚さ１５μｍの第２のセパレータと
してのポリエチレン製のフィルム状セパレータＳ２を介
して配置し、第２の電極対２５を作製した。セパレータ
Ｓ２には、後述する電極捲回群６’に用いられるセパレ
ータＳ１より溶融温度が低いセパレータを用いた。セパ
レータＳ２とセパレータＳ１との溶融温度を調製するに
は、セパレータＳ１の材質より融点の低い材質をセパレ
ータＳ２の材質として選択してもよいし、セパレータＳ
１、Ｓ２を同一融点の材質（同一材質）としてセパレー
タＳ２の厚さをセパレータＳ１の厚さより薄くする（例
えば、１／２以下の厚さとする）ようにしてもよい。

【００１７】（捲回群の作製）図１に示すように、正極
板Ｐ及び負極板Ｎを、ポリエチレン製の軸芯１１を中心
として、正極板Ｐと負極板Ｎとが直接接触しないよう
に、２枚の厚さ４０μｍ、長さ１５０ｍｍのポリエチレ
ン製セパレータＳ１を介して捲回した電極捲回群６’を
作製した。セパレータＳ１の捲回開始端は軸芯１１に熱
溶着した。このとき、電極捲回群６’の外周にはセパレ
ータＳ１が１周以上捲回されており、電極捲回群６’に
捲回された正極板Ｐ及び負極板Ｎからは、それぞれ電極
捲回群６’の互いに反対側にリード片９が導出されてい
る。

【００１８】図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、セパレ
ータＳ１が１周以上捲回された電極捲回群６’の外周
に、上記第２の電極対２５を約半周に亘って捲回し、更
に、セパレータＳ１を１周以上捲回して捲回群６を作製
した。セパレータＳ１の捲回終了端は片面テープでセパ
レータＳ１に接着した。従って、捲回群６は、電極捲回
群６’の外周となる２層のセパレータＳ１の間に第２の
電極対２５が挿入・捲回された構成を有している。第２
の電極対２５は両面テープでセパレータＳ１に接着し
た。第２の電極対２５のアルミニウム箔２１及び銅箔２
２から導出されたリード片は、電極捲回群６’の両極か
ら導出されたリード片９と同様に、それぞれ捲回群６の
互いに反対側に位置させた。捲回群６の直径を、正極板
Ｐ、負極板Ｎ、セパレータＳ１の長さを調整すること
で、６５±０．１ｍｍとした。

【００１９】（電池の作製）正極板Ｐから導出されたリ
ード片９及びアルミニウム箔２１から導出されたリード
片を変形させ、その全て（以下、全リード片という。）
を、軸芯１１のほぼ延長線上にある極柱（正極外部端子
１）周囲から一体に張り出した鍔部７周面付近に集合、
接触させた後、全リード片と鍔部７周面とを超音波溶接
して全リード片を鍔部７周面に接続して固定した。これ
により、正極板Ｐとアルミニウム箔２１とは電気的に接
続される。

【００２０】負極外部端子１’と、負極板Ｎ及び銅箔２
２から導出されているリード片との接続も、正極と同様
に行った。これにより、負極板Ｎと銅箔２２とは電気的
に接続される。

【００２１】その後正極外部端子１及び負極外部端子
１’の鍔部７周面全周に絶縁被覆８を施した。この絶縁
被覆８は、捲回群６の外周面全周にも及ぼした。絶縁被
覆８には、基材がポリイミドで、その片面にヘキサメタ
アクリレートからなる粘着剤を塗布した粘着テープを用
いた。この粘着テープを鍔部７周面から捲回群６外周面
に亘って何重にも巻いて絶縁被覆８とした。捲回群６の
最大径部が絶縁被覆８存在部となるように巻き数を調整
し、該最大径をステンレス製の電池容器５内径よりも僅
かに小さくして捲回群６を電池容器５内に挿入した。電
池容器５には、外径６７ｍｍ、内径６６ｍｍのものを用
いた。

【００２２】次いで、第２のセラミックワッシャ３’
（アルミナ製、電池蓋４裏面と当接する部分の厚さ２ｍ
ｍ、内径１６ｍｍ、外径２５ｍｍ）を、先端が正極外部
端子１を構成する極柱、先端が負極外部端子１’を構成
する極柱にそれぞれ嵌め込んだ。また、第１のセラミッ
クワッシャ３を電池蓋４に載置し、正極外部端子１、負
極外部端子１’をそれぞれ第１のセラミックワッシャ３
に通した。その後円盤状電池蓋４周端面を電池容器５開
口部に嵌合し、双方の接触部全域をレーザ溶接した。こ
のとき、正極外部端子１、負極外部端子１’は、電池蓋
４の中心にある穴を貫通して電池蓋４外部に突出してい
る。そして、平状の第１のセラミックワッシャ３（アル
ミナ製、厚さ２ｍｍ、内径１６ｍｍ、外径２８ｍｍ）、
ナット２底面よりも平滑な金属ワッシャ１４を、この順
に正極外部端子１、負極外部端子１’にそれぞれ嵌め込
んだ。電池蓋４には、電池の内圧上昇に応じて開裂する
開裂弁１０が配設されている。開裂弁１０の開裂圧を、
１．３〜１．８ＭＰａに設定した。

【００２３】次に、金属製のナット２を正極外部端子
１、負極外部端子１’にそれぞれ螺着し、第２のセラミ
ックワッシャ３’、第１のセラミックワッシャ３、金属
ワッシャ１４を介して電池蓋４を鍔部７とナット２の間
で締め付けにより固定した。このときの締め付けトルク
値は６８６Ｎ・ｃｍとした。締め付け作業が終了するま
で金属ワッシャ１４は回転しなかった。この状態で、電
池容器５内部の発電要素は、電池蓋４裏面と鍔部７との
間に介在させたゴム（ＥＰＤＭ）製Ｏリング１６の圧縮
により外気から遮断されている。

【００２４】その後、電池蓋４に形成した注液口１３か
ら電解液を所定量電池容器５内に注入し、注液口１３を
封止することにより円筒型リチウムイオン電池２０を完
成させた。なお、電解液にはエチレンカーボネートとジ
メチルカーボネートとジエチルカーボネートの体積比
１：１：１の混合溶媒中へ６フッ化リン酸リチウム（Ｌ
ｉＰＦ_６）を１モル／リットル溶解したものを用いた。
また、円筒型リチウムイオン電池２０は、電池内圧の上
昇に応じて作動する電流遮断機構は有していない。

【００２５】次に、本実施形態の円筒型リチウムイオン
電池２０の作用について説明する。電池２０は、正極活
物質にマンガン酸リチウムを用いた正極板Ｐと負極活物
質に非晶質炭素を用いた負極板Ｎとを捲回した電極捲回
群６’を備えており、設計容量が７０〜９０Ａｈ程度、
設計出力が３５００〜４５００Ｗ程度の電池特性を有し
ている。また、電池２０は、アルミニウム箔２１と銅箔
２２との間に、セパレータＳ１より溶融温度の低いセパ
レータＳ２を有している。このため、電池２０の通常の
充放電時に、リチウムイオンを吸蔵・放出しない第２の
電極対２５を構成するアルミニウム箔２１及び銅箔２２
間はセパレータＳ２により絶縁されている。電池２０が
過充電等の電池異常状態に至ると、電解液と活物質との
化学反応により電池２０内の温度が上昇し、電池容器５
内でガスが発生して電池内圧が上昇する。電池温度が上
昇することにより、電解液と活物質との化学反応は更に
促進され、急激な温度上昇（熱暴走）を起こし、これに
伴い電解液が分解して急激かつ大量にガスが発生するた
め電池内圧も急激に上昇する。温度が上昇したときに、
電池２０では、セパレータＳ２がセパレータＳ１より早
く溶融するので、アルミニウム箔２１と銅箔２２とが短
絡し第２の電極対２５間に電流が流れ、正極板Ｐと負極
板Ｎとの間の電流の流れが阻止される。従って、外部か
ら投入され続けている電力は、第２の電極対２５の短絡
のために、電解液と活物質との化学反応をそれ以上は促
進しない。また、電池内圧が上述した設定圧に至ると、
開裂弁１０が開裂して内圧は外部に解放される。このた
め、円筒型リチウムイオン電池２０は、電池異常時に、
熱暴走状態が終了し穏やかに電池の機能を失うので、安
全性を確保することができる。

【００２６】また、電池２０では、第２の電極対２５を
構成するアルミニウム箔２１、セパレータＳ２、銅箔２
２の厚さは、それぞれ、２０μｍ、１５μｍ、１０μｍ
であり、第２の電極対２５の厚さは４５μｍである。従
って、第２の電極対２５がセパレータＳ１に挿入されて
も、電池容器５内で第２の電極対２５の占める体積は小
さいので、電池２０は高エネルギー密度を確保すること
ができる。換言すれば、正極板Ｐ、負極板Ｎの体積削減
することがないので、高容量、高出力でありながらも、
安全性を確保することができる。

【００２７】（第２実施形態）次に、本発明を円筒型リ
チウムイオン電池に適用した第２の実施の形態について
説明する。本実施形態は、第２のセパレータに、セパレ
ータＳ１より熱収縮率の大きなセパレータを用いたもの
である。なお、本実施形態以下の実施形態において、第
１実施形態と同一の部材には同一の符号を付してその説
明を省略し、異なる箇所のみ説明する。

【００２８】本実施形態の円筒型リチウムイオン電池で
は、セパレータＳ２として、第１実施形態の溶融温度の
低いセパレータＳ２に代えて、厚さ１５μｍで１２０°
Ｃにおける熱収縮率が５０％のポリエチレン製セパレー
タが用いられている。このセパレータは、電極捲回群
６’のセパレータＳ１よりも熱収縮率が大きく、電池異
常時に第２の電極対を短絡させるように熱収縮する。

【００２９】通常の充放電時には、第２の電極対２５は
熱収縮率５０％のセパレータにより絶縁されている。電
池異常時に、電解液と活物質との化学反応により電池温
度及び電池内圧が急激に上昇すると、熱収縮率５０％の
セパレータが熱収縮してアルミニウム箔２１と銅箔２２
とを短絡させる。従って、本実施形態の電池は、第１実
施形態の電池２０と同様に、安全性を確保することがで
きる。

【００３０】（第３実施形態）次に、本発明を円筒型リ
チウムイオン電池に適用した第３の実施の形態について
説明する。本実施形態は、金属製の軸芯１１を用いて捲
回群６を作製したものである。

【００３１】図３に示すように、本実施形態の円筒型リ
チウムイオン電池２０’は、第１実施形態のポリエチレ
ン製の軸芯１１に代えて、金属製の軸芯１１が用いられ
ている。本実施形態では、予めセパレータＳ１より溶融
温度の低いセパレータＳ２で両面を覆った厚さ１０μｍ
の銅箔２２（以下、絶縁負極電極という。）が準備され
る。軸芯１１の外周に、２枚のセパレータＳ１の捲回開
始端が片面テープで接着され、軸芯１１に絶縁負極電極
が両面テープで接着された後、セパレータＳ１が、絶縁
負極電極を挿入した状態で１周以上捲回される。その
後、２枚のセパレータＳ１を介して所定長さの正極板Ｐ
と負極板Ｎとをこれらが接触しないように挿入され、正
極板Ｐ、負極板Ｎ、セパレータＳ１が捲回されて捲回群
６が形成される。捲回群６の最外周にはセパレータＳ１
が１周以上捲回され、セパレータＳ１の捲回終了端は捲
回群６の最外側面にテープで固定されている。なお、軸
芯１１内に挿入された負極外部端子１’の極柱との間に
は、正負極間の短絡を防止するために、図示しない絶縁
部材を介在させている。

【００３２】本実施形態の円筒型リチウムイオン電池２
０’では、軸芯１１が第２の電極対２５の正極を兼ねる
と共に、第２の電極対２５の負極には銅箔２２が用いら
れている。このため、電池容器５内で第２の電極対２５
の占める体積が小さくなるので、電池２０’は高エネル
ギー密度を確保することができる。

【００３３】なお、上記実施形態では電気自動車用電源
等に用いられる大形の２次電池を例示したが、本発明
は、電池の大きさ、電池容量に限定されるものではな
い。また、有底筒状容器（缶）に電池上蓋がかしめによ
って封口されている構造の円筒型電池にも適用可能であ
る。特に、電気自動車用電源に用いる電池は、比較的高
容量、高出力な特性が要求されるため、本発明の適用は
好ましい。更に、電池形状についても上記実施形態に例
示した円筒型に制限されるものではなく、角型や多角形
状としてもよい。

【００３４】また、上記実施形態では、第２の電極対２
５の負極として銅箔２２を用いた例を示したが、第２の
電極対２５には導電性を有する材質が絶縁状態で用いら
れればよいので、銅箔に限ることなく、例えば、ステン
レス箔、ニッケル箔等の他の金属箔を使用してもよい。

【００３５】更に、上記第１、第２実施形態では、正極
板Ｐと負極板Ｎとを捲回した後に電極捲回群６’の外周
に第２の電極対２５を挿入した例を示したが、本発明
は、第２の電極対２５の挿入（配置）位置に制限される
ものではない。例えば、第３実施形態に示したように、
軸芯１１の直近に位置するようにしてもよい。軸芯１１
の近くでは、電池異常時に捲回群６の外周部より高温と
なり、第２の電極対２５を捲回群６の外周部に配置した
場合に比べ、第２の電極対２５が短時間で短絡させるこ
とができる（熱感応性を向上させることができる）。更
に、第１、第２実施形態では、捲回式の捲回群６を例示
したが、本発明は、積層式の捲回群にも適用可能であ
る。

【００３６】また、上記第１実施形態では、セパレータ
Ｓ２として厚さ１５μｍのポリエチレン製セパレータを
例示したが、電池動作に影響がなく、電池異常時にセパ
レータＳ１の溶融温度より低い温度で溶融するものであ
ればよく、材質としては、例えば、ポリプロピレン等で
あってもよい。更に、第２実施形態では、セパレータＳ
２に１２０°Ｃで熱収縮率５０％のポリエチレン製セパ
レータを例示したが、本発明はこれに限定されることな
く、上記特許請求の範囲に記載のものであればよい。

【００３７】更に、上記第３実施形態では、軸芯１１を
正極とした例を示したが、軸芯１１を負極とし、セパレ
ータＳ２を介してアルミニウム箔を捲回するようにして
もよい。この場合には、軸芯１１内に挿入された正極外
部端子１の極柱との間に、絶縁部材を介在させればよ
い。もっとも、軸芯１１内に挿入される正極外部端子１
の極柱の部分を絶縁性の樹脂とするようにしてもよい。

【００３８】更にまた、上記実施形態では、正極活物質
としてマンガン酸リチウム、負極活物質として非晶質炭
素を用いた例を示したが、正極活物質としては、電池の
充放電によりリチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウ
ム遷移金属複酸化物であればよく、例えば、リチウム・
コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル複合酸化物等
を用いてもよい。また、負極活物質としては、電池の充
放電によりリチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料であ
ればよく、例えば、天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コ
ークスなどの炭素質材料等でよく、その粒子形状におい
ても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等を用いてもよい。

【００３９】また更に、上記実施形態では、絶縁被覆８
に、基材がポリイミドで、その片面にヘキサメタアクリ
レートからなる粘着剤を塗布した粘着テープを用いた例
を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、基
材がポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン
で、その片面又は両面にヘキサメタアクリレートやブチ
ルアクリレート等のアクリル系粘着剤を塗布した粘着テ
ープや、粘着剤を塗布しないポリオレフィンやポリイミ
ドからなるテープ等も好適に使用することができる。

【００４０】また、上記実施形態では、結着剤としてポ
リフッ化ビニリデン、電解液としてエチレンカーボネー
トとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートの体
積比１：１：１の混合溶媒中へ６フッ化リン酸リチウム
を１モル／リットル溶解したものを例示したが、本発明
のリチウムイオン電池の製造方法には特に制限はなく、
通常用いられているいずれのものも使用可能である。上
記実施形態以外で用いることのできる結着剤としては、
例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポ
リエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴ
ム、ニトリルゴム、スチレン／ブタジエンゴム、多硫化
ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各
種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ
化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン
等の重合体及びこれらの混合体などが挙げられる。

【００４１】更に、上記実施形態以外で用いることので
きる電解液としては、一般的なリチウム塩を電解質と
し、これを有機溶媒に溶解した電解液を用いることがで
き、用いられるリチウム塩や有機溶媒は特に制限されな
い。例えば、電解質としては、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓ
Ｆ_６、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ
_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ等や
これらの混合物が挙げられる。また、有機溶媒として
は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
１，２―ジメトキシエタン、１，２―ジエトキシエタ
ン、γ―ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３
―ジオキソラン、４―メチルー１，３―ジオキソラン、
ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、ア
セトニトリル、プロピオニトリル等又はこれら２種類以
上の混合溶媒が挙げられ、混合配合比についても限定さ
れるものではない。

【００４２】

【実施例】次に、上述した第１実施形態に従い捲回群６
内で第２の電極対２５の位置を変えて作製した円筒型リ
チウムイオン電池２０の実施例について説明する。な
お、比較のために作製した比較例の電池についても併記
する。

【００４３】（実施例１）実施例１では、第２の電極対
２５を、軸芯１１にセパレータＳ１を３０ｍｍ捲回した
後にセパレータＳ１の間に挿入した。実施例１の円筒型
リチウムイオン電池２０では、第２の電極対２５は軸芯
１１の直近に挿入されている。

【００４４】（実施例２）実施例２では、第２の電極対
２５を、電極捲回群６’の外周部にセパレータＳ１の間
に挿入した。

【００４５】（比較例１）比較例１では、第２の電極対
を装着しない以外は実施例１と同様に円筒型リチウムイ
オン電池を作製した。

【００４６】（測定／試験）次に、このようにして完成
した実施例及び比較例の電池について、以下の測定、試
験を行った。

【００４７】室温にて充電した後放電し、放電容量を測
定した。充電条件は、４．２Ｖ定電圧、制限電流８０
Ａ、３．５時間とした。放電条件は、２０Ａ定電流、終
止電圧２．５Ｖとした。その後、室温にて８０Ａ定電流
で連続充電試験を行い、電池挙動を観察した。連続充電
時には、電池の開裂弁１０が開裂した後、ガス放出の現
象が起こる。このガス放出の程度を示すために、現象発
生後の電池重量を測定し、試験開始前の電池重量に対す
る百分率（単位％）で示した。また、ガス放出後、電池
容器の変形の有無を確認し、過充電時の内部短絡に至る
時間も測定した。下表１に測定、評価結果を示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】表１に示すように、実施例１及び実施例２
の円筒型リチウムイオン電池２０では、それぞれ４１
分、５３分の早期に内部短絡現象が起こった。開裂弁１
０の開裂後はガスの穏やかな放出のみで、電池の変形も
なく、電池重量は８０％以上を保持していた（電池内容
物は殆ど放出されていなかった）。従って、実施例１及
び実施例２の電池は、異常時に極めて穏やかな挙動を示
した。更に、これらの電池では、連続充電時の挙動に差
はなかったが、内部短絡に至る時間については、実施例
１の電池の方が若干短かい。実施例１の電池は、第２の
電極対２５の挿入位置が、過充電時の温度上昇が早い電
池中心部に近い位置であるためと考えられる。これに対
し、比較例１の電池では、開裂弁１０の開裂後、開裂弁
１０から電池内容物の一部の放出を伴って比較的激しく
ガスを放出した。現象後の電池重量は７１％となり、電
池容器が変形した。

【００５０】以上の試験結果から、セパレータＳ１より
も溶融温度の低いセパレータＳ２が過充電時の電池温度
の上昇により溶融し、第２の電極対２５が早期に内部短
絡を起こすので、円筒型リチウムイオン電池２０が異常
な状態にさらされた場合の挙動が極めて穏やかで、安全
性を確保することができることが判明した。

【００５１】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、正極
活物質に充放電によりリチウムイオンを吸蔵・放出可能
なリチウム遷移金属複酸化物を用いた正極と、充放電に
よりリチウムイオンを放出・吸蔵可能な負極とがセパレ
ータを介した電極群を電解液に浸潤させて電池容器内に
収容することで、リチウムイオン電池の高出力、高容量
を確保することができると共に、通常充放電時には、第
２の電極対が第２のセパレータにより絶縁され電池機能
が保持され、電池異常時には、電解液と活物質との化学
反応で電池温度が上昇することで電極群のセパレータよ
り溶融温度の低い第２のセパレータが早く溶融し第２の
電極対間が短絡して正負極間の電流の流れが阻止される
ので、電解液と活物質との化学反応が促進されないため
リチウムイオン電池の安全性を確保することができる、
という効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１の実施の形態の円筒型リ
チウムイオン電池の側断面図である。

【図２】第１の実施の形態の円筒型リチウムイオン電池
のセパレータの位置を模式的に示し、（Ａ）は図１の２
（Ａ）部の拡大図、（Ｂ）は図１の２（Ｂ）−２（Ｂ）
線断面図である。

【図３】本発明を適用した第３の実施の形態の円筒型リ
チウムイオン電池の、図２（Ｂ）に対応する断面図であ
る。

【符号の説明】

５電池容器６捲回群６’ 電極捲回群（電極群）１１軸芯２０円筒型リチウムイオン電池２１アルミニウム箔２２銅箔２５第２の電極対Ｓ１セパレータＳ２第２のセパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野剛東京都中央区日本橋本町２丁目８番７号新神戸電機株式会社内Ｆターム(参考） 5H021 AA06 CC15 EE04 HH06 5H029 AJ12 AK03 AL06 AL08 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 BJ27 CJ13 DJ04 DJ06 EJ01 EJ04 EJ12 HJ14 5H050 AA15 BA17 CA09 CB07 CB09 DA19 EA09 EA24 FA01 FA05 GA13 HA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極活物質に充放電によりリチウムイオ
ンを吸蔵・放出可能なリチウム遷移金属複酸化物を用い
た正極と、充放電によりリチウムイオンを放出・吸蔵可
能な負極とがセパレータを介した電極群を電解液に浸潤
させて電池容器内に収容したリチウムイオン電池におい
て、前記セパレータより溶融温度の低い第２のセパレー
タを介して前記正極及び前記負極にそれぞれ電気的に接
続されリチウムイオンを吸蔵・放出しない第２の電極対
を備えたことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】正極活物質に充放電によりリチウムイオ
ンを吸蔵・放出可能なリチウム遷移金属複酸化物を用い
た正極と、充放電によりリチウムイオンを放出・吸蔵可
能な負極とがセパレータを介した電極群を電解液に浸潤
させて電池容器内に収容したリチウムイオン電池におい
て、リチウムイオンを吸蔵・放出しない第２の電極対を
備え、該電極対は、前記セパレータの熱収縮率より大き
く電池異常時に前記電極対を短絡させる熱収縮率を有す
る第２のセパレータを介して前記正極及び前記負極にそ
れぞれ電気的に接続されたことを特徴とするリチウムイ
オン電池。
【請求項３】前記電極群は中心に導電性軸芯を有する
捲回電極群であり、前記軸芯を前記第２の電極対のいず
れか一方の電極としたことを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】前記第２の電極対の少なくとも一方の電
極が金属箔であることを特徴とする請求項１乃至請求項
３のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。