JP7105081B2 - 組電池、及び、これに用いられる二次電池 - Google Patents
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Description
正極活物質としてのリチウム遷移金属複合酸化物(LiNi0.35Co0.35Mn0.3O2)と、ガス発生剤としての炭酸リチウムと、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンがN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中に分散された分散液を混合し、正極活物質スラリーとした。ここで、正極活物質:ガス発生剤:導電剤:結着剤を質量比で95.8:0.9:2.1:1.2とした。この正極活物質スラリーを、アルミニウム合金製の正極芯体(厚さ15μm)の両面に塗布した。このとき、正極芯体の長手方向に沿う一方の端部(両面ともに同一方向の端部)には正極活物質スラリーを塗布せず、正極芯体を露出させて正極芯体露出部を形成した。この極板を乾燥し、正極活物質中のNMPを除去した。この後、圧延ロールで圧延し、所定のサイズに裁断することで、正極板を作製した。
負極活物質としての天然黒鉛と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴムと、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースとを、質量比98:1:1で混合し、さらに水と混合して負極活物質スラリーとした。この後、この負極活物質スラリーを銅製の負極芯体(厚さ8μm)の両面に塗布した。このとき、負極芯体の長手方向に沿う一方の端部(両面とも同一方向の端部)には負極活物質スラリーを塗布せず、負極芯体を露出させて、負極芯体露出部を形成した。この極板を乾燥し、負極活物質スラリー中の水を除去した。この後、圧延ロールで圧延し、所定のサイズに裁断した。この後、アルミナと、アクリロニトリル系の結着剤と、NMPとを、質量比30:0.9:69.1で混合して保護層スラリーとし、この保護層スラリーを負極活物質層上に塗布した。この極板を乾燥し、保護層スラリー中のNMPを除去して、保護層が形成された負極板を作製した。なお、保護層の厚さは、2μmとした。
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比(25℃、1気圧)で3:3:4となるように混合した混合溶媒を作製した。この混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lとなるように添加し、さらに非水電解質の総質量に対してビニレンカーボネート(VC)を0.3質量%添加して非水電解液とした。
上記正極板および負極板を、正極芯体露出部と負極芯体露出部とがそれぞれ対向する電極の合剤層と重ならないようにずらし、セパレータを挟んで互いに絶縁した状態で巻回し、扁平状にプレス成形することにより、扁平状の巻回型電極体を作製した。セパレータとしては、好ましくはポリオレフィン製の微多孔性膜が2枚あるいは長尺状の1枚を折り畳んで使用される。セパレータの幅は正極合剤層を被覆できるとともに負極合剤層の幅よりも大きいものが使用されている。
上記のように作製した実施例1の角形二次電池を2個準備した。そして、図10に示すように、2つの角形二次電池10の間に絶縁性のセパレータ9を挟んで積層した。そして、各角形二次電池の封口板上に絶縁プレート7を配置し、正極の電極端子同士をアルミニウム製のバスバー5aで並列に接続し、負極の電極端子同士を銅製のバスバー5aで並列に接続した。バスバー5aは、レーザー溶接によって電極端子に溶接した。このようにして実施例1の角形二次電池の電池ユニットを作製した。同様にして、実施例2の角形二次電池を2個含む電池ユニットを作製した。
図10に示すように、上面視で四角形状をなす厚み20mmの2枚のステンレス板30,32の間に電池ユニットを挟んで配置した。そして、2枚のステンレス板30,32を4本のボルト34で締結して電池ユニットを固定した。ステンレス板30の中央部には直径3mmの貫通孔36が形成されており、この貫通孔36から上側に位置する角形二次電池Aに直径1.2mmの金属製の釘38を刺して内部短絡による熱暴走(異常発熱)を生じさせた。そして、トリガー電池である上側の角形二次電池Aに隣接する下側の角形二次電池Bに熱暴走が連鎖しないかどうか、及び、封口板12の膨らみで絶縁プレート7が押し上げられてバスバー5aが電極端子13から分離されるかどうかを観察した。下側の角形二次電池Bに熱暴走が誘発されたか否かは、角形二次電池Bが発煙したかどうかで判断した。
以下の表1に試験結果を示す。下記の表1に示すように、実施例1および2のいずれの角形二次電池を用いた電池ユニットにおいても、ガス放出弁14が開弁する前に、トリガー電池Aの封口板12の膨らみ長Pが1.5mm以上となって絶縁プレート7を押し上げ、その結果、バスバー5aが絶縁プレート7を介して押し上げられて電極端子13から分離した。これにより、実施例1および2の角形二次電池10を用いた組電池によれば、トリガー電池Aの封口板12を介して並列電池Bが外部短絡するのを有効に防止でき、熱暴走の連鎖を防止できることが確認できた。
Claims (5)
- 封口板に正極および負極の各電極端子が設けられた二次電池を複数含んだ電池ユニットと、
前記二次電池同士を並列接続するバスバーと、
前記二次電池の封口板と前記バスバーとの間に配置された絶縁プレートと、を備え、
前記封口板は前記二次電池の内圧上昇によって外側に膨らんで前記絶縁プレートが押し上げられ、前記絶縁プレートを介して前記バスバーが押し上げられることで、並列接続された前記二次電池間導電経路を遮断する短絡遮断部を有し、
前記封口板には所定の作動圧以上の圧力が加わったときに開放されるガス放出弁が設けられており、
前記封口板は可撓性を有する長方形状の板材で構成され、前記封口板の長辺長さ/短辺長さであるアスペクト比が6以下であり、前記封口板の厚さが2.5mm以下であり、前記封口板に設けられたガス放出弁の前記作動圧が0.9MPa以上であり、
前記二次電池内の圧力が前記作動圧に達したとき、前記封口板において最も膨らみが大きい部分が、前記封口板の外周縁部よりも1.5mm以上外側に突出する、組電池。 - 前記二次電池内の圧力が前記作動圧に達したとき、前記封口板において最も膨らみが大きい部分は、前記封口板の中央部である、請求項1に記載の組電池。
- 前記短絡遮断部は、前記絶縁プレートを介して前記バスバーが押し上げられることで、前記バスバーが前記電極端子から分離されるか、あるいは前記バスバーが切断される、請求項1又は2に記載の組電池。
- 前記封口板のアスペクト比が5~6であり、前記封口板の厚みが1.0~2.5mmであり、前記封口板に設けられたガス放出弁の作動圧が0.9~2.5MPaである、請求項3に記載の組電池。
- 前記封口板はアルミニウムもしくはアルミニウム合金製の板材である、請求項1~4のいずれか一項に記載の組電池。
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