JP3286880B2 - 非水系二次電池 - Google Patents

非水系二次電池

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JP3286880B2
JP3286880B2 JP09294595A JP9294595A JP3286880B2 JP 3286880 B2 JP3286880 B2 JP 3286880B2 JP 09294595 A JP09294595 A JP 09294595A JP 9294595 A JP9294595 A JP 9294595A JP 3286880 B2 JP3286880 B2 JP 3286880B2
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和男 田川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水系二次電池に
関し、特に電極が渦巻式電極である非水系二次電池に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器はめざましく進歩し、携
帯用電子機器の小型、軽量化が急速に進行している。こ
れらの電源となる電池にも小型、軽量で且つ高エネルギ
ー密度が要求されている。一般用途の二次電池の大半は
鉛電池、ニッカド電池等の水溶液系二次電池である。こ
れらの二次電池はサイクル特性に優れるものの、電池重
量やエネルギー密度の点で十分ではない。このような水
溶液系二次電池に代わる二次電池としてリチウムあるい
はリチウム合金を負極に用いた非水電解液二次電池やリ
チウムのインターカレーションの起こる炭素質材料等を
負極とする非水電解液二次電池が提案されている。これ
らの非水電解液二次電池は、高エネルギー密度を有する
ばかりでなく軽量で且つ自己放電も少ないという優れた
特性を有し、ビデオカメラやラップトップパソコン、携
帯電話等の携帯用電子機器の電源として最適である。比
較的消費電流の大きいビデオカメラ等の電源として使用
するには電極面積を大きくした渦巻式電極を用いる非水
電解液二次電池が提案されている。この非水電解液二次
電池に使用される電極は、正極と負極をセパレーターを
介して積層し、巻き取り芯を中心に渦巻状に多数回巻い
た後巻き取り芯を取り除いて得られる。この渦巻式電極
は重負荷に耐えられることから大電流放電が要求される
電池の電極として適している。特に正極活物質にLiC
oO2、負極活物質に難黒鉛化カーボンを使用した渦巻
式電極を用いる非水電解液系二次電池では過充電(4.
4V以上まで充電した場合)の際有機溶媒が分解し、不
可逆的にガスが発生する。また押しつぶされた際に電池
缶内での正、負極間での短絡により発熱がおこり、有機
溶媒が分解しガスが発生する。かかる場合ガスの放出を
円滑にするために電極中心部にセンターピンを設置す
る。またセンターピンは充放電の繰り返しに伴い電池中
心部に加わる圧力を緩和し、電池中心部付近の電極が変
形を妨げる効果も有している。従来センターピンには絶
縁体からなる中空筒状センターピンや強度の高い金属性
の中空筒状センターピン(特開平4−332481)が
用いられてきた。これらに共通することは電極膨張に伴
うの加圧による電極変形の耐圧限界を上げることに焦点
が当てられていることにある。電極の体積膨張等の電池
自体から派生する力の場合には金属性の中空筒状のセン
ターピンを用いることで十分であるかもしれないが金属
性のセンターピンを用いても無限の圧力に耐えることは
できないため外的な力が加わると電池が変形し、電池缶
内での短絡は避けがたい。特に技術改良による電池容量
の向上に伴い従来のストレート末端部の中空円筒状セン
ターピンでは外圧による押しつぶしにより時々激しいガ
ス発生が見られるようになり、このセンターピンでは不
十分となってきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑み、外的な大きな力が電池にかかり、押しつぶさ
れた場合でも急激なガス発生を回避できる、安全性の高
い非水電解液二次電池の提供を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】従来のストレート末端部
を有するセンターピンでは電池缶内で局部的に短絡が生
じると短絡部に大電流が流れ局所的に高熱となり、この
ため有機物が分解し多量のガスが発生することになる。
そこで電池缶が押しつぶされた際、電極全体に短絡が起
こると電池缶内の熱の分布が均一になり、ガス発生につ
ながる局所的な高熱部をなくすることができる。押しつ
ぶされた際電極全体にわたって短絡を起こすためにはセ
ンターピンはセパレーター、正極、負極を突き破るだけ
の強度、形状を有する必要がある。正極と負極間の短絡
を確実なものとするため導電性があることがより好まし
い。本発明では図1(イおよびロ)に示すように筒状物
の円周方向末端に電極やセパレーターを突き通すことが
できるような形状の切り欠きを作り、電極やセパレータ
ーを突き通すことを可能にする。また、通常の場合には
切り欠き部は電極と平行に保ち、押しつぶされた際のみ
切り欠き部が電極方向に露出し突き刺さるよう筒を
のように偏心させる。筒状物に材質は導電性のあるステ
ンレススチール等の金属材料のみならずグラファイトフ
ァイバー入り熱可塑性耐熱樹脂(ポリフェニレンサルフ
ァイド等)やグラファイトファイバー入り熱硬化性樹脂
(フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等)の有機
材料も利用できる。有機材料の場合無機フィラーを混入
することにより強度を増加させることができる。非水電
解液電池の正極活物質は実施例で示したLiCoO2
他Mn、Ni、Fe等の遷移金属を主成分としリチウ
ム、酸素からなるリチウム複合金属酸化物を使用でき
る。負極材料はコークス、グラファイト、メソフェーズ
ピッチ、ポリパラフェニレン等の高分子炭素化物が使用
できる。電解液は非プロトン系有機溶媒(炭酸プロピレ
ン、炭酸エチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、γ−
ブチルラクトン等)とリチウム塩(LiBF4,LiP
6,CF3SO3Li,(CF3SO22NLi等)から
なる。
【0005】
【発明の効果】表1に本発明品と従来品の丸棒押しつぶ
し試験の結果を示す。実施例1−4の本発明品センター
ピンを挿入した非水電解液電池では20例のうち丸棒押
しつぶし試験により激しいガス噴射が認めらた例は一
例もない。一方、従来品では低容量の電池を使用したの
にも拘らず5例中4例で激しいガス噴射認められた。本
発明品は押しつぶし等の外力に対し電池の安全性をたか
めることに寄与する。
【0006】
【発明の実施の形態】
【実施例1】LiCoO2をアルミ箔に塗布し、プレス
加工した正極と炭素質材料と銅箔に塗布し、プレス加工
した負極と多孔質ポリエチレンとポリプロピレンとの貼
合わせ膜のセパレーターを巻き取り機で渦状電極とし
た。この電極と電解液(1 MLiPF6エチレンカー
ボネート−ジエチイルカーボネート(体積比1:3)溶
液を外径18mm、高さ65mm(5時間率での電池容
量1300mAh)の電池缶に最外径4mm、高さ55
mmのタイプA(図1 イ)ステンレススチール製の
極やセパレーターを突き通すことができるような形状の
切り欠きを有する偏心した筒状センターピンを挿入し、
上蓋をかぶせ密閉した。この電池を5個作り丸棒で押し
つぶしたが1例も激しいガス噴射は見られなかった。
【0007】
【実施例2】LiCoO2をアルミ箔に塗布し、プレス
加工した正極と炭素質材料と銅箔に塗布し、プレス加工
した負極と多孔質ポリエチレンとポリプロピレンとの貼
合わせ膜のセパレーターを巻き取り機で渦状電極とし
た。この電極と電解液(1 MLiPF6エチレンカーボ
ネート−ジエチイルカーボネート(体積比1:3)溶液
を外径18mm、高さ65mm(5時間率での電池容量
1300mAh)の電池缶に最外径4mm、高さ55m
mのタイプB(図1 ロ)ステンレススチール製の電極
やセパレーターを突き通すことができるような形状の
り欠きを有する偏心した筒状センターピンを挿入し、上
蓋をかぶせ密閉した。この電池を5個作り丸棒で押しつ
ぶしたが1例も激しいガス噴射は見られなかった。
【0008】
【実施例3】LiCoO2をアルミ箔に塗布し、プレス
加工した正極と炭素質材料と銅箔に塗布し、プレス加工
した負極と多孔質ポリエチレンとポリプロピレンとの貼
合わせ膜のセパレーターを巻き取り機で渦状電極とし
た。この電極と電解液(1 MLiPF6エチレンカーボ
ネート−ジエチイルカーボネート(体積比1:3)溶液
を外径18mm、高さ65mm(5時間率での電池容量
00mAh)の電池缶に最外径4mm、高さ55m
mのタイプA(図1 イ)ステンレススチール製の電極
やセパレーターを突き通すことができるような形状の
り欠きを有する偏心した筒状センターピンを挿入し、上
蓋をかぶせ密閉した。この電池を5個作り丸棒で押しつ
ぶしたが1例も激しいガス噴射は見られなかった。
【0009】
【実施例4】LiCoO2をアルミ箔に塗布し、プレス
加工した正極と炭素質材料と銅箔に塗布し、プレス加工
した負極と多孔質ポリエチレンとポリプロピレンとの貼
合わせ膜のセパレーターを巻き取り機で渦状電極とし
た。この電極と電解液(1 MLiPF6エチレンカーボ
ネート−ジエチイルカーボネート(体積比1:3)溶液
を外径18mm、高さ65mm(5時間率での電池容量
1500mAh)の電池缶に最外径4mm、高さ55m
mのタイプB(図1 ロ)ステンレススチール製の電極
やセパレーターを突き通すことができるような形状の
り欠きを有する偏心した筒状センターピンを挿入し、上
蓋をかぶせ密閉した。この電池を5個作り丸棒で押しつ
ぶしたが1例も激しいガス噴射は見られなかった。
【0010】
【比較例1】LiCoO2をアルミ箔に塗布し、プレス
加工した正極と炭素質材料と銅箔に塗布し、プレス加工
した負極と多孔質ポリエチレンとポリプロピレンとの貼
合わせ膜のセパレーターを巻き取り機で渦状電極とし
た。この電極と電解液(1 MLiPF6エチレンカーボ
ネート−ジエチイルカーボネート(体積比1:3)溶液
を外径18mm、高さ65mm(5時間率での電池容量
1200mAh)の電池缶に最外径4mm、高さ55m
mのタイプ1 ハ)ステンレススチール製の直線
状の切り欠きを有する偏心した筒状センターピンを挿入
し、上蓋をかぶせ密閉した。この電池を5個作り丸棒で
押しつぶした結果4例に激しいガス噴射が見らた。
【図面の簡単な説明】
【図1】丸棒押しつぶし試験に使用した本発明品及び従
来品の正面図
【図2】タイプA筒状物の断面図
【符号の説明】 イ タイプA(本発明品) ロ タイプB(本発明品) ハ タイプC(従来品)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 収納缶内に、負極と正極がセパレーター
    を介して中心部に空隙を有する渦巻状の固体とし、この
    固体中心空隙部に配置された中空円筒状のセンターピン
    を収納してなる非水系二次電池において、上記センター
    ピンが円周方向の両端に電極やセパレーターを突き通す
    ことができるような形状の切り欠きを有するとともに
    心していることを特徴とする非水系二次電池。
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