JPH07130351A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池内部における過度の発熱を抑制し、単位
重量及び単位体積当りの出力密度を増大させ、更に製造
コストを大幅に低減させて歩溜りの向上を図る。 【構成】 電極部１を、複数個の巻回電極素子１１を並
列に対称形状に配置し、ベルトまたは熱収縮性を有する
チューブ３２を用いて結束して構成する。各巻回電極素
子１１には、Ｎｉを材料とする負極リード１２及び純Ａ
ｌを材料とする正極リード１３を接続し、各負極リード
１２の分岐を１本の負極リード１２に集約する。また、
各正極リード１３には、保護素子である感熱電池遮断素
子１６を直列に結合し、その先では負極リード１２と同
様に各正極リード１３の分岐を１本の正極リード１３に
集約する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液二次電池に
関し、特にその電極部の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子技術のめざましい進歩は、電
子機器の小型・軽量化を次々と実現させている。それに
伴い、移動用電源としての電池に対しても益々小型・軽
量且つ高エネルギー密度であることが求められるように
なっている。

【０００３】従来、一般用途の二次電池としては、鉛電
池、ニッケル・カドミウム電池等の水溶液系二次電池が
主流である。しかし、これらの水溶液系二次電池は、サ
イクル特性には優れるものの、電池重量やエネルギー密
度の点で十分に満足できるものとは言えない。

【０００４】そこで、最近、リチウムやリチウム合金さ
らには炭素材料のようなリチウムイオンをドープ且つ脱
ドープが可能な物質を負極として使用し、また、正極に
リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物を
使用する非水電解液二次電池の研究・開発が盛んに行わ
れている。この電池は、電池電圧が高く、高エネルギー
密度を有し、サイクル特性に優れた電池である。

【０００５】従来の非水電解液二次電池は、円筒形状の
ものを例にとると、図８に示すように、負極集電体１０
６に負極活性物質を塗布してなる負極１０１と、正極集
電体１０７に正極活性物質を塗布してなる正極１０２と
を、セパレータ１０３を介して巻回し、この巻回体の上
下に絶縁体１０４を載置した状態で電池容器１０５に収
納してなるものである。

【０００６】電池容器１０５には、電池蓋１０８が封口
ガスケット１０９をを介してかしめることによって取り
付けられ、それぞれ負極リード１１０及び正極リード１
１１を介して負極１０１或は正極１０２と電気的に接続
され、電池の負極または正極として機能するように構成
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
非水電解液二次電池においては、その大容量化を図った
場合に、使用するにつれて放電末期では電池容器内部に
おける発熱が増大し、また、電池に電子負荷等の重負荷
がかかる場合でも、電池容器内部における発熱が大き
く、電池の性能（エネルギー密度、パワー密度、サイク
ル特性等）が著しく劣化するために、結果として高性能
な電池を得ることは非常に困難である。

【０００８】さらに、上記非水電解液二次電池の大容量
化に伴って、その構成要素である電極（正極１０１及び
負極１０２）等の表面積も大きなものとなるが、大表面
積の電極等を使用することで電池内部におけるショート
の発生率が著しく増大する。しかも上記電極等が大表面
積を有するために当然製造コスト高となり、歩溜りの低
下を招くという問題がある。

【０００９】それに加えて、上記大表面積の電極をその
正極１０１及び負極１０２の密着性を保って高密度化し
つつ、しかも上記電池性能を劣化させずに高出力密度を
維持することは、技術上困難である。現在、このような
様々な問題が上記非水電解液二次電池の大容量化の実現
にとって大きな障害となっている。

【００１０】本発明は、上述の様々な課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、容易且つ安
価に大容量化が実現可能であり、しかも、電池内部にお
ける過度の発熱を抑制し、単位重量及び単位体積当りの
出力密度を増大させることができ、更に製造コストを大
幅に低減させて歩溜りの向上を図ることが可能となる非
水電解液二次電池を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極及び負極
がセパレータを介して巻回されてなる複数の巻回電極素
子を、同一電池容器内に収納し並列結合すると共に、非
水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液を注入し、
且つ、各巻回電極素子のリードには保護素子を結合し、
電池容器には電池容器内圧の異常上昇に応じて開放され
る安全弁を設けて構成する。

【００１２】この場合、上記保護素子としては、感熱電
池遮断素子及び／又はヒューズを用いて構成する。

【００１３】またこの場合、上記保護素子として上記感
熱電池遮断素子と上記ヒューズとを直列に接続して構成
してもよい。

【００１４】

【作用】本発明に係る非水電解液二次電池においては、
多数個の巻回電極素子を並列に結合して効率よく電池容
器部内に収納するので、電池全体としての電極（正極及
び負極）の表面積は非常に大きなものとなる。従って、
電池全体として大きなエネルギー密度を有するので、効
率よく出力することが可能となる。

【００１５】さらに、上記各巻回電極素子の出力リード
には保護素子（感熱電池遮断素子又はヒューズ）が結合
されているので、各々の上記巻回電極素子について高温
抑制が行われて、結果として電池全体の温度が許容範囲
内に抑制されることとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る非水電解液二次電池の実
施例を図面を参照しながら説明する。

【００１７】本実施例に係る非水電解液二次電池は、図
１に示すように、電極部１、上蓋部２、及び電池容器部
３で構成されている。

【００１８】電極部１は、複数個（図示の例では７個）
の巻回電極素子１１が並列に対称形状（図示の例では６
角形状）に配置され、図２に示すように、ベルトまたは
熱収縮性を有するチューブ３２を用いて結束されて構成
されている。各巻回電極素子１１には、Ｎｉを材料とす
る負極リード１２及び純Ａｌを材料とする正極リード１
３が接続され、各負極リード１２の分岐は１本の負極リ
ード１２に集約されている。また、各正極リード１３に
は、保護素子である感熱電池遮断素子１６が直列に結合
され、その先では負極リード１２と同様に各正極リード
１３の分岐が１本の正極リード１３に集約されている。

【００１９】各巻回電極素子１１は、銅を材料とする負
極集電体にリチウムのドープ・脱ドープが可能な炭素材
料（例えばＫＨカーボン）を塗布又は金属リチウムを貼
り合わせてなる負極と、Ａｌを材料とする正極集電体に
リチウムと遷移金属の複合酸化物であるＬｉＣｏＯ₂ を
塗布してなる正極とがポリエチレンまたはポリプロピレ
ンを材料とするセパレータを介して複数組巻回されて配
置されて構成されている。

【００２０】保護素子である感熱電池遮断素子１６とし
ては、レイケム社製の商品名ポリスイッチＰＴＣ（ポジ
ティブ・テンパレチャー・コエフィシェント）素子を用
いる。この感熱電池遮断素子１６は、図３に示すよう
に、トーラス形状を有し、Ｎｉを材料とする上板２１と
下板２３とでＰＴＣ素子２２をサンドイッチした構造を
有する。

【００２１】この感熱電池遮断素子１６は、周囲温度の
上昇により熱せられて温度が上昇すると急激に電気抵抗
が増大し、電流を電流を微妙に制限する機能を有する素
子である。この感熱電池遮断素子１６の構成要素である
ＰＴＣ素子２２は、導電体であるカーボンと絶縁体であ
るポリマーよりなる。このＰＴＣ素子２２の性質として
は、平常時においては導電体であるカーボンが連結され
ており（比喩的には、カーボンの海にポリマーの島が浮
遊している状態）、電子の通るパス（伝導路）が形成さ
れているが、加熱されてある臨界温度を越えると、各々
のポリマーが連結し、カーボンの連結が断ち切られて電
子が伝導不能となる。即ち、図４に示すように、ある臨
界温度（図示の例では１２０℃前後）に達すると、急激
に抵抗値が増大（１０万倍以上）して電流値が抑制され
る。

【００２２】上蓋部２は、円形状をなす基板２０上に、
負極端子１４及び正極端子１５が絶縁材１８及び１９を
介して設置され、これら負極端子１４及び正極端子１５
には負極リード線１２及び正極リード１３が電気的に接
続されて導通している。更に、電池使用中に電池内圧の
異常上昇に応じて開放し、内圧を軽減化するための安全
弁１７を有して上蓋部２が構成されている。

【００２３】電池容器部３は、比強度の高いポリエチレ
ン又はポリプロピレンの合成樹脂板又は鉄板に熱伝導度
の高いＮｉメッキを施したものであり、円筒形状をな
し、その上部には開口部３ａを有する。この開口部３ａ
から電池容器部３内に、各巻回電極素子１１がベルト又
は熱収縮性チューブ３２で結束された電極部１をポリエ
チレン製のシートを介して配置し、電解質を非水溶媒に
溶解してなる非水電解液を開口部３ａから注入して電極
部１を浸漬させ、開口部３ａに上蓋部２を超音波又は熱
圧着を用いて接合し固定して閉塞することで、本実施例
に係る非水電解液二次電池が構成される。

【００２４】ここで、電池容器部３の内面又は外面に放
熱性の向上を考慮してＮｉメッキを施し、Ｎｉメッキ層
を形成する際は、電池容器部３の接合部分にＮｉメッキ
が施されると接合の際に溶着し難くなるという不都合が
生じるために、この接合部分にはマスキングを施して電
池容器部３にＮｉメッキを施すことが好ましい。

【００２５】なお、上記実施例では、保護素子として感
熱電池遮断素子１６を用いたが、同様にある臨界温度以
上になると電流遮断効果を有するヒューズを保護素子と
して用いてもよい。

【００２６】上記実施例に係る非水電解液二次電池にお
いては、多数個の巻回電極素子１１を並列に結合して効
率よく電池容器部３内に収納するので、電池全体として
の電極（正極及び負極）の表面積は非常に大きなものと
なる。従って、電池全体として大きなエネルギー密度を
有するので、効率よく出力することが可能となる。

【００２７】その結果、電池の単位重量及び単位体積当
りの出力密度が大幅に増加し、電池性能の向上を図るこ
とが可能となる。

【００２８】さらに、各巻回電極素子１１の出力リード
には保護素子（感熱電池遮断素子１６又はヒューズ）が
結合されているので、各々の巻回電極素子１１について
高温抑制が行われて、結果として電池全体の温度が許容
範囲内に抑制されることとなる。

【００２９】従って、従来の非水電解液二次電池の大き
な問題であった使用時における電池内部の発熱を確実に
抑えることができ、電池性能（エネルギー密度、パワー
密度、サイクル特性等）の劣化を防止することが可能と
なる。

【００３０】次に、上記実施例のいくつかの変形例を図
面を参照しながら説明する。なお、図１と対応するもの
については同符号を記す。

【００３１】先ず、第１の変形例を図５に示す。この第
１の変形例は、上記実施例とほぼ同様の構成及び機能を
有するが、主に、上記実施例に係る非水電解液二次電池
の構成要素である電池容器部３をその形状が角型形状を
有する電池容器部３１とする点で異なる。

【００３２】すなわち、この第１の変形例においては、
角型形状をなす電池容器部３１内に、複数個（図示の例
では７個）の巻回電極素子１１が一列に設置され、上記
実施例と同様に負極リード１２及び正極リード１３が接
続され、各負極リード１２の分岐は１本の負極リード１
２に集約されて電池容器部３１の下部に設けられている
負極端子１４と接続されて導通する。また、各正極リー
ド１３には、保護素子である感熱電池遮断素子１６が直
列に結合され、その先では負極リード１２と同様に各正
極リード１３の分岐が１本の正極リード１３に集約され
て上蓋２に設けられている正極端子１５と接続され導通
する。

【００３３】この第１の変形例では、上記実施例と同様
に、複数個の巻回電極素子１１が並列接続されて電極部
１を構成し、この電極部１が電池容器部３１内に非水電
解液に浸漬されて収納され、上蓋部２で閉塞されて構成
される。

【００３４】この第１の変形例においても、上記実施例
と同様に、多数個の巻回電極素子１１を並列に結合して
効率よく電池容器部３１内に収納するので、電池全体と
しての電極（正極及び負極）の表面積は非常に大きなも
のとなる。従って、電池全体として大きなエネルギー密
度を有するので、効率よく出力することが可能となる。

【００３５】その結果、電池の単位重量及び単位体積当
りの出力密度が大幅に増加し、電池性能の向上を図るこ
とが可能となる。

【００３６】さらに、上記実施例と同様に、各巻回電極
素子１１の出力リードには保護素子（感熱電池遮断素子
１６又はヒューズ）が結合されているので、各々の巻回
電極素子１１について高温抑制が行われて、結果として
電池全体の温度が許容範囲内に抑制されることとなる。

【００３７】従って、従来の非水電解液二次電池の大き
な問題であった使用時における電池内部の発熱を確実に
抑えることができ、電池性能（エネルギー密度、パワー
密度、サイクル特性等）の劣化を防止することが可能と
なる。

【００３８】次に、第２の変形例を図６に示す。この第
２の変形例は、上記実施例とほぼ同様の構成及び機能を
有するが、主に、電極部１を更に複数個設けて電極部４
１とする点で異なる。

【００３９】すなわち、この第２の変形例では、複数個
（図示の例では３個）の感熱電池遮断素子１６を並列接
続して構成する電極部１を、更に複数個（図示の例では
３個）電池容器部３内に設置して電極部４１を構成す
る。

【００４０】ここで、各電極部１の各巻回電極素子１１
には負極リード１２及び正極リード１３が接続され、各
負極リード１２の分岐は１本の負極リード１２に集約さ
れ、各電極部１ごとの集約された負極リード１２は更に
接続されて１本の負極リード１２となり電池容器部３の
円筒形状の下部に設けられた負極端子１４と接続されて
導通する。また、各々保護素子である感熱電池遮断素子
１６が直列に結合された各正極リード１４の分岐は１本
の正極リード１４に集約され、各電極部１ごとの集約さ
れた正極リード１４は更に接続されて１本の負極リード
１２となり上蓋部２に設けられた負極端子１５と接続さ
れて導通する。

【００４１】この第２の変形例においては、多数個の巻
回電極素子１１を並列に結合した電極部１を複数個設け
て電極部４１として効率よく電池容器部３内に収納する
ので、電池全体としての電極（正極及び負極）の表面積
は非常に大きなものとなる。従って、電池全体として大
きなエネルギー密度を有するので、更に効率よく出力す
ることが可能となる。

【００４２】その結果、電池の単位重量及び単位体積当
りの出力密度が大幅に増加し、電池性能の更なる向上を
図ることが可能となる。

【００４３】さらに、上記実施例と同様に、各巻回電極
素子１１の出力リードには保護素子（感熱電池遮断素子
１６又はヒューズ）が結合されているので、各々の巻回
電極素子１１について高温抑制が行われて、結果として
電池全体の温度が許容範囲内に抑制されることとなる。

【００４４】従って、従来の非水電解液二次電池の大き
な問題であった使用時における電池内部の発熱を確実に
抑えることができ、電池性能（エネルギー密度、パワー
密度、サイクル特性等）の劣化を防止することが可能と
なる。

【００４５】次に、第３の変形例を図７に示す。この第
３の変形例は、上記実施例とほぼ同様の構成及び機能を
有するが、上記保護素子として感熱電池遮断素子１６と
ヒューズ５１を直列に接続して用いる点で異なる。

【００４６】すなわち、この第３の変形例では、各巻回
電極素子１１に接続されている正極リード１３にそれぞ
れ感熱電池遮断素子１６とヒューズ５１とが直列に接続
されている。そして各正極リード１３の分岐は１本の正
極リード１３に集約され、正極端子１５に電気的に接続
されて導通して構成されている。

【００４７】この第３の変形例においても、上記実施例
と同様に、多数個の巻回電極素子１１を並列に結合して
効率よく電池容器部３１内に収納するので、電池全体と
しての電極（正極及び負極）の表面積は非常に大きなも
のとなる。従って、電池全体として大きなエネルギー密
度を有するので、効率よく出力することが可能となる。

【００４８】その結果、電池の単位重量及び単位体積当
りの出力密度が大幅に増加し、電池性能の向上を図るこ
とが可能となる。

【００４９】さらに、上記実施例と同様に、各巻回電極
素子１１の出力リードには保護素子として感熱電池遮断
素子１６とヒューズとが直列に結合されているので、各
々の巻回電極素子１１について更に高温抑制が行われ
て、結果として電池全体の温度が許容範囲内に抑制され
ることとなる。

【００５０】従って、従来の非水電解液二次電池の大き
な問題であった使用時における電池内部の発熱を確実に
抑えることができ、更に電池性能（エネルギー密度、パ
ワー密度、サイクル特性等）の劣化を防止することが可
能となる。

【００５１】

【発明の効果】本発明に係る非水電解液二次電池によれ
ば、並列結合された複数個の、正極及び負極がセパレー
タを介して巻回されてなる巻回電極素子と、非水溶媒に
電解質が溶解されてなる非水電解液とを同一電池容器内
に収納し、且つ、各巻回電極素子の出力リードには保護
素子を結合し、且つ、電池容器には電池容器内圧の異常
上昇に応じて開放される安全弁を設けて構成したので、
容易且つ安価に大容量化が実現可能であり、しかも、電
池内部における過度の発熱を抑制し、単位重量及び単位
体積当りの出力密度を増大させることができ、更に製造
コストを大幅に低減させて歩溜りの向上を図ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の構
造を模式的に示す斜視図である。

【図２】本実施例に係る非水電解液二次電池の構成要素
である電極部を模式的に示す断面図である。

【図３】本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の保
護素子である感熱電池遮断素子を模式的に示す斜視図で
ある。

【図４】上記感熱電池遮断素子の電気抵抗と温度特性を
示す特性図である。

【図５】本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の第
１の変形例を模式的に示す斜視図である。

【図６】本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の第
２の変形例を模式的に示す斜視図である。

【図７】本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の第
３の変形例を模式的に示す斜視図である。

【図８】従来の非水電解液二次電池の構造を模式的に示
す断面図である。

【符号の説明】

１・・・電極部 ２・・・上蓋部 ３，３１・・・電池容器部 １１・・・巻回電極素子 １６・・・感熱電池遮断素子 ５１・・・ヒューズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極及び負極がセパレータを介して巻回
   されてなる複数の巻回電極素子を、同一電池容器内に収
   納し並列結合すると共に、非水溶媒に電解質が溶解され
   てなる非水電解液を注入してなり、 且つ、各巻回電極素子のリードには保護素子が結合さ
   れ、 電池容器は電池容器内圧の異常上昇に応じて開放される
   安全弁を有してなることを特徴とする非水電解液二次電
   池。
2. 【請求項２】 保護素子は、感熱電池遮断素子及び／又
   はヒューズであることを特徴とする請求項１記載の非水
   電解液二次電池。
3. 【請求項３】 保護素子として感熱電池遮断素子とヒュ
   ーズとが直列に接続されていることを特徴とする請求項
   １又は２記載の非水電解液二次電池。