JPH07249402A

JPH07249402A - 電池

Info

Publication number: JPH07249402A
Application number: JP6079150A
Authority: JP
Inventors: Toru Nagaura; 亨永浦
Original assignee: HAIBARU KK
Current assignee: HAIBARU KK
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1995-09-26

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、非水電解液電池の安全性の改善
に関するものである。【構成】素電池単位において、電池素子を構成する電
極の正極および負極の少なくとも何れかは、その電極集
電体が一端電気的導通において分割されており、その分
割された集電体は適切な抵抗値（ａ）を有する抵抗体を
介して再び電気的に接続される。これによって電池の内
部抵抗をｒ_２だけ高くすることが出来る。従って電解液
抵抗でもたらされる温度依存性のある電池本来の内部抵
抗成分（ｒ_１）に温度依存性の無い内部抵抗成分
（ｒ_２）を加えて、電池の内部抵抗を増加することが出
来るので、内部ショートの場合の安全性も確保され、−
２０℃等の低温時の特性にも実用上支障を来たすことが
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、非水電解液電池の安
全性の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化、軽量化が進められる
中、その電源として高エネルギー密度電池の要望がさら
に強まっている。その要望は、軽い電池として特徴があ
る非水電解液電池の実用化に拍車をかけている。非水電
解液電池の弱点であった低温特性は、極めて薄い電極を
使用し、渦巻状の巻回電極構造（ジェリーロール構造）
等の積層電極構造とすることで、低温でも充分に大きな
電流で放電出来るようになり、一次電池としては負極に
金属リチウムを使用した、いわゆるリチウム電池がすで
に実用化されカメラ等に使われている。さらに二次電池
としては、カーボンへのリチウムイオンの出入りを利用
するカーボン電極を負極とする非水電解液二次電池が開
発された。この電池は本発明者等によって、リチウムイ
オン二次電池と名付けて１９９０年に初めて世の中に紹
介したもので（雑誌ＰｒｏｇｒｅｓｓＩｎＢａｔｔ
ｅｒｉｅｓ＆ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ，Ｖｏｌ．
９，１９９０，ｐ２０９参照）、現在では電池業界、
学会においても“次世代のリチウムイオン二次電池”と
呼ばれるほどに認識され、その開発は益々盛んになって
いる。代表的には正極材料にリチウム含有複合酸化物を
用い、負極にはコークスやグラファイト等の炭素質材料
が用いられる。容量が１Ａｈ程度の小型の電池としては
ビデオカメラなどの駆動用電源として実用され始めた。
非水電解液電池の弱点であった低温特性は、極めて薄い
電極を使用して多層に電極を積層した電極構造を採用す
ることで解決されたが、逆に常温では、電池が外部回路
経由で短絡した場合（外部ショート）や電池容器内で短
絡した場合（内部ショート）では、巻回電極構造等の電
池ではショート電流が流れ過ぎ、電池内で発熱し、電池
内の構成物質間の直接的な化学反応を誘発して熱暴走す
る危険性がある。そこで巻回電極構造等の重負荷使用対
応の非水電解液電池では、外部ショートに対しては正負
何れかの電極と外部端子の接続途中にＰＴＣ素子（ある
程度以上の大きい電流では、その電流による発熱によっ
て温度上昇し急激に抵抗値が増し、過剰電流を遮断する
機構を有する）を装着することによってショート電流を
遮断し、電池の安全性を確保することがすでに実用に供
されている。しかしＰＴＣ素子装着電池でも、内部ショ
ートの場合はショート電流はＰＴＣ素子を経由しないの
で、ショート電流を遮断することは出来ず、内部ショー
トに対する安全性確保には全く用を足さない。つまり従
来の電池では内部ショートに対する有効な対策は無く、
唯一、電解液の伝導度をトルエンなどを添加して下げ、
多少低温での特性を犠牲にしても、内部ショートに対す
る安全性の確保を重視して実用化せざるを得なかった。
そのため例えばビデオカメラ等が寒冷地ではうまく作動
しない等の不都合が起こっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は重負荷使用対
応の電極構造（巻回電極構造等）を採用した非水電解液
電池をその低温特性も良好に維持し、且つ内部ショート
事故に対する安全性を高めようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の手段は、電解液
抵抗でもたらされる温度依存性の高い電池本来内部抵抗
成分（ｒ_１）に温度依存性の無い内部抵抗成分（ｒ_２）
を加えて電池の内部抵抗を増加する。その具体的手段は
下記方法で達成される。本発明による電池は、正極と負
極をその間にセパレータを挟んで多層に積層した電極構
造の電池素子を非水系電解液を含浸して容器内に収納密
閉して成るものであって、前記正極および負極の少なく
とも何れかは、金属集電体上に活物質層が形成された電
極を使用し、その電極の金属集電体は２つ以上に電気的
に分割（ここでは電子伝導に基づく電気的導通を断つこ
とを意味する）しておき、分割された金属集電体は改め
てある程度の抵抗値（ａ）を持つ抵抗体を介して電気的
に接続しておくことによって電池の内部抵抗を高める。

【０００５】

【作用】図２に従来の密閉型非水電解液電池の構造原理
図を示した。従来の電池（容量ｃｎＡｈ）では、電池容
器（４）内に単位容量ｃ（Ａｈ）の正極（２）がｎ個と
単位容量ｃ（Ａｈ）の負極（１）のｎ個が電解液を含ん
だセパレーター（３）を挟んで対向し、収納密閉されて
いる。電池内では全ての正極（２）は正極リード（７）
が密閉容器（４）内で一つにまとめられるか、もしくは
全ての正極の集電体自身がつながっていて電子伝導に基
づく電気的接続が取れていて、結局全正極は密閉容器外
に露出する一個正極外部端子（８）に接続されている。
また電池内の全ての負極（１）も同様に負極リード
（５）が密閉容器内で一つにまとめらるか、もしくは全
ての負極の集電体自身がつながっていて電子伝導に基づ
く電気的接続が取れていて、結局全負極は密閉容器外に
露出する一個の負極外部端子（６）に接続されている。
さらに、外部ショートに対する安全性の確保を重視した
電池では一個のＰＴＣ素子（１６）が正負何れかの外部
端子の前に接続される。このような従来の電池では、負
極（１_１）と正極（２_１）が図２に示したＡ点で内部シ
ョートをした場合、負極（１_１）と正極（２_１）で発電
される電流（ｉ）だけでなく、負極（１_２）〜負極（１
ｎ）と正極（２_２）〜正極（２ｎ）によって発電される
電流も流れ込み、結局全ての電極で発電される電流（Ｉ
＝ｎｉ）がＡ点に集中する。このような内部ショートの
場合はショート電流はＰＴＣ素子（１６）を経由しない
ので、ＰＴＣ素子には何の役割も果たせない。電池電圧
をＶ、電池の内部抵抗がｒ／ｎのとき、Ａ点でのショー
ト抵抗（Ｒ）とショート電流（Ｉ）の関係は（１）式で
ある。Ｉ＝Ｖ／（Ｒ＋ｒ／ｎ）・・・・（１）Ａ点での発熱は（２）式となり、Ｉ^２Ｒ＝ＲＶ^２／（Ｒ＋ｒ／ｎ）^２・・・（２）Ｒ＝ｒ／ｎのとき発熱は最大値（ｎＶ^２／４ｒ）とな
る。したがって、ｎの大きい電池、つまり容量の大きい
電池で、ｒの小さい電池、つまり内部抵抗の小さい電池
では、電池の内部抵抗に近い値で内部ショートするとＡ
点での発熱が非常に大きく、Ａ点での温度は瞬時に極端
に高い温度になり、電池の熱暴走を誘発する。当然、容
量の大きい電池でも内部抵抗を大きくすれば電池の熱暴
走は免れるはずであるが、非水電解液電池の内部抵抗は
一般に使用する電解液の抵抗と電極面積で決まる。つま
り内部抵抗の大きい電池とするためには電解液の伝導度
を下げて使用するか、厚い電極を使用して電極面積を少
なくすることで達成できる。しかし、そのような電池で
は電解液の伝導度は非常に温度依存性が高いので、−２
０℃等の低温では電池特性は非常に悪くなる。つまり、
極めて薄い電極を使用し、渦巻状の巻回電極構造（ジェ
リーロール構造）等とすることで、非水電解液電池の弱
点であった低温特性を克服したことと逆行する。したが
って低温での適切な電池の作動を確保するためには、常
温では内部抵抗が必要以上に低い電池とせざるを得ない
わけで、安全性が保たれない。本発明はこの矛盾を見事
解決した。つまり、電解液抵抗でもたらされる温度依存
性の高い内部抵抗成分（ｒ_１）に温度依存性の無い内部
抵抗成分（ｒ_２）を付け加えて電池の内部抵抗（ｒ）を
大きくするものであって、非水電解液電池の安全性を高
めることに成功したものである。付加した内部抵抗成分
（ｒ_２）は温度依存性がないので、内部抵抗成分（ｒ
_２）は低温放電性能には常温放電特性への影響以上に影
響することはなく、本発明による非水電解液電池は低温
でもうまく作動する。その具体的手段は下記方法で達成
される。図１に本発明による密閉型電池の構造原理図を
示したが、本発明では電極の正極および負極の少なくと
も何れかは、電子伝導に基づく電気的つながりのない二
つ以上（ｎ）に分割し、分割した各電極は図１（ａ）お
よび（ｂ）の何れかの接続方法により再び抵抗体（１
０）を介して接続している。この抵抗体は本来の電池の
内部抵抗に対して直列に加わるため、電池の内部抵抗は
増加するが、増加分の抵抗は温度依存性が殆ど無いの
で、低温特性への影響は極めて少ない。

【０００６】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。

【０００７】実施例１図３および図４を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。図３本実施例で作成する円筒型電池の電池素子の断
面図であり、図４は本実施例で作成する円筒型電池の電
池構造を示す模式的断面図である。まず発電要素である
電池素子を次のようにして作成する。

【０００８】負極活物質とする２８００℃で熱処理を施
したメソカーボンマイクロビーズ（ｄ００２＝３．３７
Å）の８６重量部に４重量部のカーボンブラックと結着
剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部
を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンと湿式混合し
てスラリー（ペ−スト状）にする。次に、このスラリー
を負極集電体となる厚さ０．０１ｍｍの銅箔の両面に均
一に塗布し、乾燥後ローラープレス機で加圧成型して厚
さ０．１５ｍｍのシート状の負極（１）を作成する。

【０００９】正極は次のようにして用意する。市販の炭
酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ
_３）をＬｉとＣｏの原子比が１．０３：１の組成比にな
るように混合し、空気中で９００℃約１０時間焼成して
ＬｉＣｏＯ_２を得る。焼成後のＬｉＣｏＯ_２は非常に固
い塊として得られるので、これを粉砕機にかけて平均粒
径０．０１ｍｍの粉末状とする。この粉末状ＬｉＣｏＯ
_２を９１重量部、導電剤としてグラファイトを６重量
部、結合剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部を溶剤
であるＮ−メチル−２−ピロリドンと湿式混合してスラ
リー（ペースト状）にする。次に、このスラリーを正極
集電体となる厚さ０．０２ｍｍのアルミニウム箔の両面
に均一に塗布し、乾燥後ローラープレス機で加圧成型し
て厚さ０．１３ｍｍのシート状の正極（２）を作成す
る。

【００１０】以上のようにして作成した正極と負極は、
それぞれ幅、および電極長を下記のように整え、正極の
端には集電体の露出部分を設けておき、そこへアルミニ
ウムのリード（７）を超音波溶接をする。負極は集電体
の露出部はなく、ここでは負極リードは電極には取り付
けない。幅と長さを整えた上記負極の２枚（１_１および１_２）を
同じく幅、長さを整えた上記正極（２）の１枚と組合
せ、多孔質ポリプロピレン製セパレータ（３）を間に挟
んで渦巻状に巻き上げて、図３に示す構造の巻回体とし
て、電池素子を作成するが、この巻回工程で半分まで巻
回した時点で一枚目の負極（１_１）は巻回終了する。そ
の時点で図３で示すように、幅５ｍｍで厚さ０．１ｍｍ
のニッケル板を負極リード（５）として間に挟み、一枚
目負極（１_１）の電極終端と二枚目の負極（１_２）の端
を重ね合わせ、再び巻介して平均外径１５．７ｍｍの電
池素子を作成するこの電池素子からは１個の負極リード
（５）が巻回途中から突き出し、１個の正極リード
（７）が巻回体中心から負極リードとは反対側へ突き出
ている。負極リード（５）は負極（１_１）および
（１_２）とはそれらの集電体（銅箔）とは直接接触導通
はしておらず、活物質層（カーボンをバインダーで固め
た層）を挟んで電気的導通が確保され、この負極リード
（５）と負極（１_１）および（１_２）の各集電体との間
では、間に介在する活物質層が抵抗体となり約８０ミリ
オームの抵抗値を持っている。したがって同極性の電極
である負極（１_１）と（１_２）とはそれらの集電体は直
接導通はしておらず、１６０ミリオームの抵抗体を介し
て電気的導通が取られているわけで、図１（ａ）でのｎ
＝２でａ＝８０ミリオームの場合に等価である。

【００１１】次に図４に示すように、外径１６．５ｍ
ｍ、長さ６８ｍｍのニッケルメッキを施した鉄製の電池
缶（４）の底部に絶縁板（１４）を設置し、上記電池素
子を収納する。電池素子より突き出した負極リード
（５）は上記電池缶の底に溶接し、その後、電池素子の
上部にも絶縁板（１４）を設置し、ガスケット（１５）
を嵌め、電池素子の正極から取り出した正極リード
（７）は正極外部端子へ接続する防爆弁を兼ねたアルミ
ニウム製のディスク（２８）に接続する。その後、電池
缶の中に電解液として１モル／リットルのＬｉＰＦ_６を
溶解したプロピレンカーボネイト（ＰＣ）とエチレンカ
ーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）
の混合溶液を注入し、正極リードを接続したアルミニウ
ムディスク（２８）をガスケットの内側に設置し、正極
外部端子となる電池蓋体（２９）をリング状のＰＴＣ素
子（１６）を介して重ね、電池缶の縁をかしめて、図４
に示す電池構造で外径１６．５ｍｍ、高さ６５ｍｍの電
池（Ａ_１）を組み立てる。実際、電池構造としては従来
の電池と大きく変わるものではなく、図４（ｂ）は従来
電池の負極リードの缶底への溶接状態を示したものであ
るが、本発明では負極リード（５）が巻回体途中から突
き出しているので、その点で若干異なるだけである。

【００１２】実施例２本発明の他の実施例を説明する。図５は本実施例で使用
する正極の構造を示す集電体の断面図および平面図なら
びに電極の断面図である。図６は本実施例で作成する円
筒型電池の電池素子の断面図であり、殆ど従来の電池の
電池素子と同じである。まず発電要素である電池素子を
次のようにして作成する。

【００１３】微粉末のグラファイト１００重量部に結合
剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を１０〜４
０重量部加えてＮ−メチル−２−ピロリドンと湿式混合
してグラファイトとバインダーの混合比の異なる数種類
のペースト状の導電性塗料を用意する。

【００１４】次に正極集電体（４０）とする厚さ０．０
２０ｍｍで幅１５０ｍｍのアルミニウム箔を長さ１７０
ｍｍと２５０ｍｍに切断したものを用意し、１７０ｍｍ
長さのアルミニウム箔の両端に長さ２５０ｍｍ長さのア
ルミニウム箔を図５（ａ）のように、用意した導電性塗
料をアルミ箔の端約８ｍｍに塗り、重ね合わせて乾燥し
て接着する。その後接着部はローラープレスで加圧す
る。こうして図５（ａ）に示す正極集電体が用意される
が、この集電体は３枚のアルミニウム箔（４０_１、４０
_２、４０_３）が粉末の伝導剤（グラファイト）と結合剤
（ＰＶＤＦ）で構成される抵抗体（１０）を挟んで接合
さている。接着部（１０）の電気抵抗を測定し、接着部
の電気抵抗が４０〜５０オームのものを使用して、実施
例１で用意した正極スラリー（ＬｉＣｏＯ_２９１重量
部、グラファイト６重量部、結合剤３重量部および溶
剤）をこのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥
後ローラープレス機で加圧成型して厚さ０．１３ｍｍの
シート状の正極を作成する。このシート状正極はその断
面を図５（ｂ）に示すように、アルミニウム箔の集電体
は３つに分割されており、それらは導電性接着体（１
０）によって接合されており、その上に正極活物質層
（４１）が形成されたものである。

【００１５】以上のようにして作成した正極と実施例１
で作成した電極寸法調整前の負極は、それぞれ幅、およ
び電極長を下記のように整える。正極の寸法調整では１
７０ｍｍのアルミニウム集電体（４０_２）を中心にして
両側に均等な長さで電極長を整える。正極の一方の端に
は集電体の露出部分を設けておき、そこへアルミニウム
のリード（７）を超音波溶接をする。こうして調整した
正極では集電体（４０_１）に溶接した正極リード（７）
は電極中央の集電体（４０_２）とは約１２０ミリオー
ム、その先の集電体（４０_３）とは約２４０ミリオーム
の抵抗値でそれぞれ導通している。負極も電極端には集
電体の露出部分を設けておき、そこへニッケルのリード
（５）を超音波溶接をする。幅と長さを整えた上記負極（１）と上記正極（２）は多
孔質ポリプロピレン製セパレータ（３）を間に挟んで渦
巻状に巻介すれば、図６に示す構造の巻回体として平均
外径１５．７ｍｍの電池素子が出来上がる。

【００１６】この電池素子からは１個の負極リード
（５）が巻回体外周から突き出し、１個の正極リード
（７）が巻回体中心から負極リードとは反対側へ突き出
ている。そして正極リード（７）は正極（２_１）の集電
体には直接溶接されているが、正極（２_２）および（２
_３）の集電体とは途中に導電性接着体を抵抗体として挟
んで電気的に導通しているため、約１２０ミリオームお
よび２４０ミリオームの抵抗値をそれぞれ示す。従って
本実施例での電極素子は図１（ｂ）でのｎ＝３でａ＝１
２０ミリオームの場合に等価である。

【００１７】この電池素子は実施例１と同様な手順で電
池缶に収納し、後も全く同様にしてほぼ実施例１の電池
と同じ構造つまり、図４に示す電池構造で外径１６．５
ｍｍ、高さ６５ｍｍの電池（Ａ_２）を組み立てる。ここ
では負極リード（５）は巻回体外周から突き出している
ため、図４（ｂ）の状態で従来電池と同様に缶底に溶接
される。

【００１８】比較例１従来の方法で、実施例１と同じ寸法で電池（Ｂ）を作成
し、電池性能および安全性能の比較を行う。まず実施例
１で作成した電極寸法調整前の正極負極を、従来法で電
池を作成するための適切な電極寸法にそれぞれ幅、およ
び電極長を下記のように整え、それぞれの電極端には集
電体の露出部分を設けておき、そこへ負極はニッケルの
リード（５）を、正極にはアルミニウムのリード（７）
をそれぞれの超音波溶接をする。幅、長さを整えた上記負極の１枚（１）と上記正極の１
枚（２）は、実施例２の場合と全く同じように巻回すれ
ば、ほぼ実施例１および実施例２と同じ外径寸法の巻回
体となる。この巻回体の電極素子からは１個の負極リー
ド（５）が巻回体の最外周から突き出し、１個の正極リ
ード（７）が巻回体中心から負極リードとは反対側へ突
き出している。

【００１９】出来上がった電極素子は実施例と同じ要領
で、実施例で使用したと同じニッケルメッキを施した鉄
製の電池缶（４）に収納し、後も全く実施例１と同じに
して、図４に示す電池構造および図４（ｂ）の負極リー
ドの溶接状態で、外径１６．５ｍｍ、高さ６５ｍｍの電
池（Ｂ）を組み立てる。

【００２０】さらにこれまでに使用した電解液にトルエ
ンを添加し電解液の伝導度を下げた電解液を用意し、全
く上記電池（Ｂ）と同様にして、電解液だけを表１にし
たがって代え、それぞれ電池（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）も組み
立てる。

【００２１】性能テスト以上のように実施例１および２で作成した電池（Ａ_１）
および（Ａ_２）、比較例で作成した電池（Ｂ）〜（Ｅ）
は、いずれも電池内部の安定化を目的に常温で１２時間
のエージング期間を経過させる。

【００２２】各電池の充電方法何れの電池も従来どおりの充電方法で充電する。つまり
充電電流は４００ｍＡに設定し、充電上限電圧は４．１
Ｖに設定した充電器のプラス端子を電池の正極外部端子
である蓋体（２９）に、充電器のマイナス端子を電池の
負極外部端子である電池缶（４）にそれぞれ接続し、常
温で５時間の充電をする。

【００２３】各電池の放電充電完了の電池を、２１℃（常温）および−２０℃で８
００ｍＡの定電流で終止電圧２．５Ｖまで放電した場
合、各電池の放電容量は表２のとおりである。また表２
には各電池の常温における交流法における内部抵抗の測
定値も示している。本発明による電池（Ａ）は内部抵抗
値が従来の方法で作成した電池（Ｂ）の倍近い値である
が、電池（Ｂ）とほぼ同等の放電容量が得られる。電池
（Ａ）の電解液は電池（Ｂ）と同じ電解液であり、本発
明による内部抵抗の増加分は電解液の抵抗増加によるも
のではないので活物質の電極反応には影響せず、電池
（Ｂ）と同等の放電容量が得られる。電池（Ａ）の内部
抵抗の増加は約３０ｍＶ程放電電圧を電池（Ｂ）より低
くしているが、３０ｍＶは平均放電電圧３．６Ｖに対し
僅か０．９％であり、実際上の問題は全く無い。また電
池（Ａ_１）および（Ａ_２）は−２０℃における放電でも
電池（Ｂ）より約３０ｍＶの放電電圧の低下は生じる
が、放電容量には殆ど差を生じない。一方従来の方法で
作成した電池（Ｃ）〜（Ｅ）は、電解液にトルエンを加
えて電解液の伝導度を下げているため、電池（Ｂ）に比
べ内部抵抗が高く、活物質の利用率は低下し常温におけ
る放電容量が若干低い。しかし電池（Ｅ）の場合ですら
エネルギー密度にすれば２４９ｗｈ／ｌであり、既存の
高性能ニッケルカドミウム二次電池（約１５０ｗｈ／
ｌ）の１．６倍以上であり、常温における特性では全く
問題ではない。しかし低温−２０℃では電池（Ｃ）〜
（Ｅ）は電池（Ｂ）との電解液抵抗差はより大きくな
り、−２０℃での放電容量差は著しいものとなり、電池
（Ｄ）では常温での放電容量の６７％に低下し、電池
（Ｅ）に至っては全く低温（−２０℃）では機能しな
い。

【００２４】各電池の安全試験前述の充電方法にて完全充電をした後の電池（Ａ）およ
び（Ｂ）〜（Ｅ）は図７に示す装置で、本来の電池径の
１／４の厚さになるまで押しつぶして“電池の圧壊テス
ト”を行う。図７は圧壊装置の原理を示すもので、直径
１６ｍｍの丸棒（２２）が油圧プレス機で下降して、電
池（３０）を押しつぶすものである。各電池の圧壊テス
ト結果は表３の通りである。本発明による実施例１および２の電池は共に上記圧壊テ
ストでは全く発火発煙等の使用上の安全性に不安な事態
は全く起こらない。以上の圧壊結果から電池内部抵抗は
電池の発火発煙に密接に関係することがわかる。

【００２５】以上のような電池の圧壊では電池内部で確
実に内部ショートが生じ、全ての電極で発電される電流
がショート個所に集中する。このような内部ショートの
場合はショート電流はＰＴＣ素子を経由しないので、Ｐ
ＴＣ素子には何の役割も果たせない。電池電圧をＶ、電
池の内部抵抗がｒ／ｎのとき、ショート個所でのショー
ト抵抗（Ｒ）とショート電流（Ｉ）の関係はＩ＝Ｖ／（Ｒ＋ｒ／ｎ）ショート個所での発熱はＩ^２Ｒ＝ＲＶ^２／（Ｒ＋ｒ／ｎ）^２であり、Ｒ＝ｒ／ｎのとき発熱は最大値（Ｖ^２／４ｒ／
ｎ）となる。したがって、ｒ／ｎの小さい電池、つまり
内部抵抗の小さい電池では、電池の内部抵抗に近い値で
内部ショートするとショート個所での発熱が非常に大き
く、ショート個所の温度は瞬時に極端に高い温度にな
り、電池の発火、発煙を誘発するものと理解される。従
って従来の電池（Ｂ）では常温では必要以上に内部抵抗
が小さく、全ての電池が発火もしくは発煙するのに対
し、本発明の方法で電池の内部抵抗を高めた電池（Ａ）
では発火発煙に至る電池は無かった。一方電解液の伝導
度を下げて電池の内部抵抗を高めた場合、内部ショート
の場合の安全性は確保されるが、前述の放電結果から明
らかなように−２０℃等の低温時の特性が悪くなり実用
上支障を来たす。

【００２６】本実施例では抵抗体（１０）の抵抗値とし
てａ＝８０ミリオーム（実施例１）とａ＝１２０ミリオ
ーム（実施例２）を選択して電池内部抵抗を増加させた
が、抵抗体（１０）の抵抗値は電池の大きさや集電体の
分割枚数等によって適切に選択する必要があり、当然電
池内部抵抗を有効なまでに増加するに充分な抵抗値
（ａ）が必要であることは言うまでもなく、実際上ａの
値は従来電池の内部抵抗値（３０〜１００ミリオーム）
以上で実質的効果は出てくる。しかし抵抗体（１０）が
ＰＴＣ効果を有する抵抗体であれば常温におけるその抵
抗値（ａ）はその限りではない。以上の実施例では負極
に炭素材料を使用し、正極にリチウムコバルト酸化物を
使用したリチウムイオン二次電池について本発明を示し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、重負荷
放電が要求される電池には全て適用可能であってその安
全性を大きく高めるものである。実施例と同じく負極に
炭素材料を使用し、正極活物質としてはスピネル型リチ
ウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を用いるリ
チウムイオン二次電池の場合でも、上記実施例と同じ電
極構造、同じ電池構造によって、全く同様な結果が得ら
れている。活性な負極材料として代表的なリチウム金属
の箔を使用するリチウム一次電池にも、その正極に本発
明を適用して有効な効果が得られる。また実施例では正
極の分割枚数を２枚と３枚で実施して電池容量約１Ａｈ
の電池の場合で示したが、さらに電極の分割枚数を増や
せば、さらに大きい容量の電池でも、安全性の高い電池
とすることが出来る。

【００２７】

【発明の効果】本発明では正負極何れかの電極は電気的
導通において分割した集電体を適切な抵抗値（ａ）を有
する抵抗体を介して再び電気的に接続しておくことによ
って、電池の内部抵抗をｒ_２だけ高めるもので、電解液
抵抗でもたらされる温度依存性のある電池本来の内部抵
抗成分（ｒ_１）に温度依存性の無い内部抵抗成分
（ｒ_２）を加えて電池の内部抵抗を増加することにな
り、内部ショートの場合の安全性も確保され、−２０℃
等の低温時の特性にも実用上支障を来たすことがない。
この結果非水電解液電池の内部ショート時の安全性が確
保され、広範囲な用途で使用できる安全性の高い高容量
電池が提供できるようになり、その工業的価値は大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電池の構造原理図。

【図２】従来電池の構造原理図。

【図３】実施例１における電池素子の断面図。

【図４】円筒型電池の電池構造を示す模式的断面図。

【図５】３枚分割集電体の電極断面図。

【図６】実施例２における電池素子の断面図

【図７】電池の圧壊テスト装置

【符号の説明】

１は負極、２は正極、３はセパレータ、４は電池缶、５
は負極リード、６は負極外部端子、７は正極リード、８
は正極外部端子、１０は抵抗体、１４は絶縁板、１５は
プラスチックシール、１６はＰＴＣ素子、２２は金属丸
棒、２８は防爆ディスク、２９は蓋体、３０は電池であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極をその間にセパレータを挟んで
積層して構成した電池素子が非水系電解液を含浸して容
器内に収納密閉されて成る電池において、前記正極およ
び負極の少なくとも何れかは、以下の条件を満足する電
極であることを特徴とする非水電解液電池。１．金属集電体上に活物質層が形成された電極であり、２．同一容器内に収納された同極性の電極において、前
記金属集電体の電子伝導に基づく電気的導通が一端は２
つ以上に分割されており、３．前記分割された集電体は分割された他の集電体とは
抵抗体を介して再び電子伝導に基づく電気的導通が確保
されている。
【請求項２】少なくとも正負何れかの電極は２つ以上に
分割されていて、分割された電極の集電体は、粉末状炭
素を固めて構成される抵抗体を介して他の分割された電
極の集電体と再び電子伝導に基づく電気的導通が確保さ
れていることを特徴とする請求項１記載の非水電解液電
池。
【請求項３】少なくとも正負何れかの電極の集電体は、
２つ以上に分割された金属箔が粉末の伝導剤と結合剤で
構成される抵抗体を挟んで接合さていることを特徴とす
る請求項１記載の非水電解液電池。