JPH0750601B2 - 非水電解液電池 - Google Patents
非水電解液電池Info
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- JPH0750601B2 JPH0750601B2 JP62145589A JP14558987A JPH0750601B2 JP H0750601 B2 JPH0750601 B2 JP H0750601B2 JP 62145589 A JP62145589 A JP 62145589A JP 14558987 A JP14558987 A JP 14558987A JP H0750601 B2 JPH0750601 B2 JP H0750601B2
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- aqueous electrolyte
- separator
- electrolyte battery
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- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
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- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M2200/10—Temperature sensitive devices
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- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は非水電解液電池に関して、殊にそのセパレータ
に関する。
に関する。
従来の技術 リチウム等の軽金属を負極とする非水電解液電池は高エ
ネルギー密度を有し、自己放電が少ないという利点を備
えているが、近年この非水電解液電池の電極体として、
正極と負極との間にセパレータを介挿させ、これら正
極、セパレータ、負極の３者を巻回して構成した渦巻電
極体が用いられるようになってきている。
ネルギー密度を有し、自己放電が少ないという利点を備
えているが、近年この非水電解液電池の電極体として、
正極と負極との間にセパレータを介挿させ、これら正
極、セパレータ、負極の３者を巻回して構成した渦巻電
極体が用いられるようになってきている。
この渦巻電極体を備えた非水電解液電池は、正極と負極
の対向面積を広くとることができるため大電流を取り出
すには非常に優れているが、その反面、外部短絡を起こ
した場合には次のような問題点があった。即ち、外部短
絡が起こると、電池内に大きな短絡電流が流れてジュー
ル熱が発生し、電池内で温度上昇が起こり、それに伴い
非水電解液が蒸発したり或いは分解してガス化し、この
ガスが電池内に蓄積されて電池内の圧力の上昇が起こ
る。こうして電池内に蓄積されるガスは可燃性のもので
あるため危険であり、特にリチウムのように活性の高い
軽金属を負極活物質に使用する場合は、その危険性がよ
り高いものとなるという問題点があった。
の対向面積を広くとることができるため大電流を取り出
すには非常に優れているが、その反面、外部短絡を起こ
した場合には次のような問題点があった。即ち、外部短
絡が起こると、電池内に大きな短絡電流が流れてジュー
ル熱が発生し、電池内で温度上昇が起こり、それに伴い
非水電解液が蒸発したり或いは分解してガス化し、この
ガスが電池内に蓄積されて電池内の圧力の上昇が起こ
る。こうして電池内に蓄積されるガスは可燃性のもので
あるため危険であり、特にリチウムのように活性の高い
軽金属を負極活物質に使用する場合は、その危険性がよ
り高いものとなるという問題点があった。
そこで、上述のような問題点を解消して非水電解液電池
の安全性を確保するために、出願人は特開昭60-23954号
公報（HO1M 2/16）に見られる如く、セパレータに微多
孔膜を用いる非水電解液電池を既に提案している。該非
水電解液電池によれば、短絡電流によるジュール熱の発
生で電池の温度上昇が起こっても、電池内の温度がセパ
レータの溶融点に達すると、セパレータが溶融して微多
孔を閉塞して、正負両極間のイオンの移動を阻止する。
その結果、電流は流れ難くなり、電池の温度上昇が抑制
され、該非水電解液電池は、安全性もある程度改善され
たものとなった。
の安全性を確保するために、出願人は特開昭60-23954号
公報（HO1M 2/16）に見られる如く、セパレータに微多
孔膜を用いる非水電解液電池を既に提案している。該非
水電解液電池によれば、短絡電流によるジュール熱の発
生で電池の温度上昇が起こっても、電池内の温度がセパ
レータの溶融点に達すると、セパレータが溶融して微多
孔を閉塞して、正負両極間のイオンの移動を阻止する。
その結果、電流は流れ難くなり、電池の温度上昇が抑制
され、該非水電解液電池は、安全性もある程度改善され
たものとなった。
発明が解決しようとする問題点 ところで、上述のような非水電解液電池によれば、外部
短絡が起こった場合、セパレータが溶融して電池の温度
上昇は抑制されるが、セパレータの有する全ての微多孔
が閉塞されるとは限らず、僅かではあるが電流の流れ続
ける可能性がある。
短絡が起こった場合、セパレータが溶融して電池の温度
上昇は抑制されるが、セパレータの有する全ての微多孔
が閉塞されるとは限らず、僅かではあるが電流の流れ続
ける可能性がある。
そしてこのように僅かに電流が流れた場合、１個の電池
のときは通常の放電反応と考えられ、特に問題点は生じ
ないが、複数個の電池が直列に接続された状態で上述の
ような外部短絡を起こした場合には、次のような問題点
が生じる。
のときは通常の放電反応と考えられ、特に問題点は生じ
ないが、複数個の電池が直列に接続された状態で上述の
ような外部短絡を起こした場合には、次のような問題点
が生じる。
即ち、上記複数個の各電池はその内部構造が物理的に完
全に同一ということは殆どあり得ず、僅かではあるがバ
ラツキがあるのが普通であり、複数個の非水電解液電池
が直列に接続された状態で外部短絡を起こすと、各電池
内のセパレータは同時に且つ同じ割合で溶融して微多孔
を閉塞するということは殆どあるえない。従って、たと
えば２個の非水電解液電池を直列に接続した場合を例に
とって説明すると、２個の電池のうち、セパレータが先
に溶融し始めて微多孔を閉塞し電流を通し難くなった一
方の電池（以下、「電池Ｉ」と称す）は、セパレータが
溶融を始めていない他方の電池（以下、「電池II」と称
す）に対して抵抗として作用するが、電池IIは放電を続
けるので、２個の電池I,IIを直列に接続した場合の系全
体としての電圧は0Vであっても、各々の電池の電圧は0V
ではなく、例えば電池Ｉの電圧が−3Vであれば、電池II
の電圧は＋3Vとなっている。そして、この電池I,IIは上
述のように各セパレータの有する全ての微多孔が閉塞さ
れているとは限らないので、１個の電池が外部短絡を起
こした場合と同じく僅かに電流が流れ続ける。この状態
において、電池IIは正常な放電反応を行なうが、セパレ
ータが先に溶融し始めた電池Ｉは電池内の非水電解液が
分解しガスを発生すると共に、正極上に負極成分が電析
する。
全に同一ということは殆どあり得ず、僅かではあるがバ
ラツキがあるのが普通であり、複数個の非水電解液電池
が直列に接続された状態で外部短絡を起こすと、各電池
内のセパレータは同時に且つ同じ割合で溶融して微多孔
を閉塞するということは殆どあるえない。従って、たと
えば２個の非水電解液電池を直列に接続した場合を例に
とって説明すると、２個の電池のうち、セパレータが先
に溶融し始めて微多孔を閉塞し電流を通し難くなった一
方の電池（以下、「電池Ｉ」と称す）は、セパレータが
溶融を始めていない他方の電池（以下、「電池II」と称
す）に対して抵抗として作用するが、電池IIは放電を続
けるので、２個の電池I,IIを直列に接続した場合の系全
体としての電圧は0Vであっても、各々の電池の電圧は0V
ではなく、例えば電池Ｉの電圧が−3Vであれば、電池II
の電圧は＋3Vとなっている。そして、この電池I,IIは上
述のように各セパレータの有する全ての微多孔が閉塞さ
れているとは限らないので、１個の電池が外部短絡を起
こした場合と同じく僅かに電流が流れ続ける。この状態
において、電池IIは正常な放電反応を行なうが、セパレ
ータが先に溶融し始めた電池Ｉは電池内の非水電解液が
分解しガスを発生すると共に、正極上に負極成分が電析
する。
このような状態で長時間短絡を続けると、直列接続され
た２個の電池の内、セパレータが先に溶融し始めた電池
Ｉの非水電解液は、ガス化し、該ガスが電池内に蓄積さ
れ続けると共に、正極上への負極成分の電析が続き、場
合によってはこの電析した負極成分がセパレータを突き
破り、そして正極と負極を内部短絡させる。このように
内部短絡を起こすと、短絡した部分に集中して大電流が
流れることとなり、この部分に於いて急激な温度上昇が
生じる。また、内部短絡が起きた際にガスが充満した電
池内にスパークが発生すると、このスパークが着火源と
なって電池の発火を引き起こす可能性が生じると考えら
れる。
た２個の電池の内、セパレータが先に溶融し始めた電池
Ｉの非水電解液は、ガス化し、該ガスが電池内に蓄積さ
れ続けると共に、正極上への負極成分の電析が続き、場
合によってはこの電析した負極成分がセパレータを突き
破り、そして正極と負極を内部短絡させる。このように
内部短絡を起こすと、短絡した部分に集中して大電流が
流れることとなり、この部分に於いて急激な温度上昇が
生じる。また、内部短絡が起きた際にガスが充満した電
池内にスパークが発生すると、このスパークが着火源と
なって電池の発火を引き起こす可能性が生じると考えら
れる。
上述の問題点は３個以上の複数個の非水電解液電池が直
列接続状態で外部短絡を起こした場合にも生じるという
ことはいうまでもない。
列接続状態で外部短絡を起こした場合にも生じるという
ことはいうまでもない。
この問題点は、セパレータの膜を厚くすることで解消で
きるようにも思えるが、セパレータは限られた電池容器
内で正負両極の対向面積を大きくするために、できるだ
け薄いもの（膜厚50μｍ以下）が望ましいので、セパレ
ータの厚膜化は望めない。
きるようにも思えるが、セパレータは限られた電池容器
内で正負両極の対向面積を大きくするために、できるだ
け薄いもの（膜厚50μｍ以下）が望ましいので、セパレ
ータの厚膜化は望めない。
本発明は上記のような問題点に鑑みなされたもので、複
数個の非水電解液電池が直列状態で外部短絡しても電池
内で部分的に急激な温度上昇がない。
数個の非水電解液電池が直列状態で外部短絡しても電池
内で部分的に急激な温度上昇がない。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、酸化力を有する金
属化合物を活物質とする正極と、軽金属を活物質とする
負極と、前記正負極間に介挿されたセパレータとを捲回
構成した渦巻電極体と、非水電解液とを備えた非水電解
液電池において、前記セパレータは融点の異なるポリプ
ロピレンを主体とする微多孔膜と、ポリエチレンを主体
とする微多孔膜とを張り合わせて袋状にして、この袋状
内に正負極のどちらか一方を挿入することを特徴として
いる。
属化合物を活物質とする正極と、軽金属を活物質とする
負極と、前記正負極間に介挿されたセパレータとを捲回
構成した渦巻電極体と、非水電解液とを備えた非水電解
液電池において、前記セパレータは融点の異なるポリプ
ロピレンを主体とする微多孔膜と、ポリエチレンを主体
とする微多孔膜とを張り合わせて袋状にして、この袋状
内に正負極のどちらか一方を挿入することを特徴として
いる。
作用 上記構成によれば、電池が外部短絡を起こして、電池温
度上昇が起こると、セパレータのポリエチレンを主体と
する微多孔膜よりなる部分は溶融してセパレータの微多
孔を閉塞し絶縁体となる。このことより、電池の反応面
積（正負両極の対向面積）が減少して電池内を流れる電
流は減少すると共に、それ以上電池の温度上昇は起こら
なくなる。一方、セパレータのポリプロピレンを主体と
する微多孔膜よりなる部分は、電池の温度上昇が抑えら
れるので、溶融することなく、セパレータ本来の機能を
保持する。
度上昇が起こると、セパレータのポリエチレンを主体と
する微多孔膜よりなる部分は溶融してセパレータの微多
孔を閉塞し絶縁体となる。このことより、電池の反応面
積（正負両極の対向面積）が減少して電池内を流れる電
流は減少すると共に、それ以上電池の温度上昇は起こら
なくなる。一方、セパレータのポリプロピレンを主体と
する微多孔膜よりなる部分は、電池の温度上昇が抑えら
れるので、溶融することなく、セパレータ本来の機能を
保持する。
実施例 第１図は本発明の一実施例に係る非水電解液電池の一部
破断正面図である。図において、１は非水電解液電池で
あって、正極２と負極３と前記正負極両極間に介挿され
たセパレータ４とが巻回されてなる渦巻電極体７と、絶
縁性樹脂からなる上下一対の絶縁スリーブ８（下側絶縁
スリーブは不図示）と、非水電解液（不図示）と、下端
に正極端子部5aが形成されると共に上記渦巻電極体７等
を内有する上面開放のステンレス製筒状容器５と、絶縁
性樹脂からなる絶縁パッキング10を介して装着される凸
状のステンレス製蓋体６とからなる。
破断正面図である。図において、１は非水電解液電池で
あって、正極２と負極３と前記正負極両極間に介挿され
たセパレータ４とが巻回されてなる渦巻電極体７と、絶
縁性樹脂からなる上下一対の絶縁スリーブ８（下側絶縁
スリーブは不図示）と、非水電解液（不図示）と、下端
に正極端子部5aが形成されると共に上記渦巻電極体７等
を内有する上面開放のステンレス製筒状容器５と、絶縁
性樹脂からなる絶縁パッキング10を介して装着される凸
状のステンレス製蓋体６とからなる。
また、前記蓋体６は、負極端子6aが形成された上蓋6c
と、一端が負極３に接続されたニッケル製の負極タブ９
と電気的に接続される下蓋6bと、からなる。8aは前記負
極タブ９が貫通する空洞部である。
と、一端が負極３に接続されたニッケル製の負極タブ９
と電気的に接続される下蓋6bと、からなる。8aは前記負
極タブ９が貫通する空洞部である。
前記セパレータ４は、厚さ25μｍのポリエチレン微多孔
膜4aと厚さ25μｍのポリプロピレン微多孔膜4bとを２枚
張り合わせて袋状にしたもので、その中に負極３を挿入
して正極２と共に巻回して渦巻電極体７を形成してい
る。該渦巻電極体７の最外側に位置する正極２は前記容
器５の内側壁と接触状態とされると共に、渦巻電極体７
の下面に於いては正極２のリードが前記絶縁スリーブを
介して導出され容器５の内部面にスポット溶接されてい
る。
膜4aと厚さ25μｍのポリプロピレン微多孔膜4bとを２枚
張り合わせて袋状にしたもので、その中に負極３を挿入
して正極２と共に巻回して渦巻電極体７を形成してい
る。該渦巻電極体７の最外側に位置する正極２は前記容
器５の内側壁と接触状態とされると共に、渦巻電極体７
の下面に於いては正極２のリードが前記絶縁スリーブを
介して導出され容器５の内部面にスポット溶接されてい
る。
前記正極２としては酸化力を有する金属化合物の一例と
しての二酸化マンガンを活物質とし、黒鉛を導電剤と
し、四フッ化エチレンを結着剤として各々容量％で二酸
化マンガン：黒鉛：四フッ化エチレン＝90:6:4の割合で
混合し、該混合物に水を加えてペースト状としたものを
ステンレスのラス板に塗布し、熱処理を行なって乾燥さ
せたものを使用した。
しての二酸化マンガンを活物質とし、黒鉛を導電剤と
し、四フッ化エチレンを結着剤として各々容量％で二酸
化マンガン：黒鉛：四フッ化エチレン＝90:6:4の割合で
混合し、該混合物に水を加えてペースト状としたものを
ステンレスのラス板に塗布し、熱処理を行なって乾燥さ
せたものを使用した。
前記負極は軽金属の一例としてのリチウムを活物質とし
たものを使用した。
たものを使用した。
また、前記非水電解液にはプロピレンカーボネートと1,
2-ジメトキシエタンとの混合溶媒（体積比1:1）に過塩
素酸リチウムを溶解させたものからなり、該過塩素酸リ
チウムの濃度が0.75Mとなるように調整したものを使用
した。
2-ジメトキシエタンとの混合溶媒（体積比1:1）に過塩
素酸リチウムを溶解させたものからなり、該過塩素酸リ
チウムの濃度が0.75Mとなるように調整したものを使用
した。
第２図は本発明の非水電解液電池と、ポリプロピレンの
微多孔膜をセパレータとして使用している従来の非水電
解液電池とを、各々２個づつ直列に接続して外部短絡を
起こした場合の電圧（Ｖ）と時間との関係を示す特性図
である。実線は本発明の非水電解液電池を示し、破線は
従来の非水電解液電池を示す。また、マイナス側に示さ
れている曲線はセパレータが先に溶融し始めた一方の電
池Ｉの特性を示し、プラス側に示されている曲線はセパ
レータが溶融し始めていない他方の電池IIの特性を示
す。
微多孔膜をセパレータとして使用している従来の非水電
解液電池とを、各々２個づつ直列に接続して外部短絡を
起こした場合の電圧（Ｖ）と時間との関係を示す特性図
である。実線は本発明の非水電解液電池を示し、破線は
従来の非水電解液電池を示す。また、マイナス側に示さ
れている曲線はセパレータが先に溶融し始めた一方の電
池Ｉの特性を示し、プラス側に示されている曲線はセパ
レータが溶融し始めていない他方の電池IIの特性を示
す。
この第２図から明らかなように、従来の非水電解液電池
は短絡後、一方の電池の電圧が短絡前と殆ど変わらない
のに対して、本発明の非水電解液電池は、電池Ｉと電池
IIとが共に、電圧が速やかに0Vに近づき、短時間で電池
の持つ容量が消費されることが確認された。
は短絡後、一方の電池の電圧が短絡前と殆ど変わらない
のに対して、本発明の非水電解液電池は、電池Ｉと電池
IIとが共に、電圧が速やかに0Vに近づき、短時間で電池
の持つ容量が消費されることが確認された。
また、第３図は電流（Ａ）と時間との関係を示す特性図
である。
である。
この第３図をみてわかるように、従来の非水電解液電池
は、外部短絡が起こって初期の大電流が急速に減じた
後、殆ど電流が流れなくなるのに対して、本発明の非水
電解液電池は、通常の放電反応で起こる程度の電流を流
すことができることが確認され、電池の温度上昇は起こ
らず、非水電解液電池の発火や破裂が生じる虞れもな
い。
は、外部短絡が起こって初期の大電流が急速に減じた
後、殆ど電流が流れなくなるのに対して、本発明の非水
電解液電池は、通常の放電反応で起こる程度の電流を流
すことができることが確認され、電池の温度上昇は起こ
らず、非水電解液電池の発火や破裂が生じる虞れもな
い。
このように、本発明の非水電解液電池は、セパレータが
融点の異なるポリプロピレンの微多孔膜とポリエチレン
の微多孔膜で形成されているので、融点の低いポリエチ
レンからなる部分が先に溶融してポリエチレンの微多孔
を閉塞して絶縁体となり、電池内の温度上昇を抑える。
また、融点の高いポリプロピレンからなる部分は溶融せ
ずにセパレータ本来の機能を有する。従って、非水電解
液の分解や負極成分の電析も起こり難くなり、セパレー
タのポリエチレンからなる部分が溶融した後もある程度
の電流（通常の放電反応で起こる程度の電流）を流すこ
とができ、比較的短時間で電池のもつ容量を消費して放
電が終了し、電池の温度上昇が抑制でき、発火したり、
破裂したりする慮のない安全性の高い非水電解液電池が
得られ、所期の目的が達成できる。
融点の異なるポリプロピレンの微多孔膜とポリエチレン
の微多孔膜で形成されているので、融点の低いポリエチ
レンからなる部分が先に溶融してポリエチレンの微多孔
を閉塞して絶縁体となり、電池内の温度上昇を抑える。
また、融点の高いポリプロピレンからなる部分は溶融せ
ずにセパレータ本来の機能を有する。従って、非水電解
液の分解や負極成分の電析も起こり難くなり、セパレー
タのポリエチレンからなる部分が溶融した後もある程度
の電流（通常の放電反応で起こる程度の電流）を流すこ
とができ、比較的短時間で電池のもつ容量を消費して放
電が終了し、電池の温度上昇が抑制でき、発火したり、
破裂したりする慮のない安全性の高い非水電解液電池が
得られ、所期の目的が達成できる。
尚、本発明は上記実施例に限るものではなく、例えばセ
パレータが融点の異なる複数種類の材質で形成された微
多孔膜からなる非水電解液電池であれば、上記と同様な
効果が得られることはいうまでもない。
パレータが融点の異なる複数種類の材質で形成された微
多孔膜からなる非水電解液電池であれば、上記と同様な
効果が得られることはいうまでもない。
発明の効果 上記構成によれば、本発明に係る非水電解液電池はセパ
レータが融点の異なる複数種類の材質で形成された微多
孔膜からなるので、複数個直列に接続された状態で外部
短絡を起こしても、電池の温度上昇が抑制でき電池が発
火したり、破裂したりする虞がなく、安全性の高い非水
電解液電池を得ることができるという効果がある。
レータが融点の異なる複数種類の材質で形成された微多
孔膜からなるので、複数個直列に接続された状態で外部
短絡を起こしても、電池の温度上昇が抑制でき電池が発
火したり、破裂したりする虞がなく、安全性の高い非水
電解液電池を得ることができるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例に係る非水電解液電池の一部
破断正面図、第２図は２個の非水電解液電池を直列に接
続して外部短絡させたときの電圧と時間との関係を示す
図、第３図は２個の非水電解液電池を直列に接続して外
部短絡させたときの電流と時間との関係を示す特性図で
ある。 ２……正極、３……負極、４……セパレータ。
破断正面図、第２図は２個の非水電解液電池を直列に接
続して外部短絡させたときの電圧と時間との関係を示す
図、第３図は２個の非水電解液電池を直列に接続して外
部短絡させたときの電流と時間との関係を示す特性図で
ある。 ２……正極、３……負極、４……セパレータ。
Claims (1)
- 【請求項１】酸化力を有する金属化合物を活物質とする
正極と、軽金属を活物質とする負極と、前記正負極間に
介挿されたセパレータとを捲回構成した渦巻電極体と、
非水電解液とを備えた非水電解液電池において、前記セ
パレータは融点の異なるポリプロピレンを主体とする微
多孔膜と、ポリエチレンを主体とする微多孔膜とを張り
合わせて袋状にして、この袋状内に正負極のどちらか一
方を挿入することを特徴とする非水電解液電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145589A JPH0750601B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 非水電解液電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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1987
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