JPH09306545A - 二次電池 - Google Patents
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- JPH09306545A JPH09306545A JP8114540A JP11454096A JPH09306545A JP H09306545 A JPH09306545 A JP H09306545A JP 8114540 A JP8114540 A JP 8114540A JP 11454096 A JP11454096 A JP 11454096A JP H09306545 A JPH09306545 A JP H09306545A
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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
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】電池が機械的に内側に圧壊された際に発生する
異常発熱を構造的に防止する。 【解決手段】電池巻き芯空間部に部品を設置し、且つ、
正、負極板は最内周の部分において集電体が露出してい
ると共に、露出した集電体が少なくとも1周回分は最内
周部分においてセパレータを介して対向しており、電池
が機械的に内側に圧壊された際には、巻き芯空間部の部
品によって極板群最内周にある正、負極の露出した集電
体同士が互いに押しつけられて接触し、電気的に短絡す
る構造とするものである。
異常発熱を構造的に防止する。 【解決手段】電池巻き芯空間部に部品を設置し、且つ、
正、負極板は最内周の部分において集電体が露出してい
ると共に、露出した集電体が少なくとも1周回分は最内
周部分においてセパレータを介して対向しており、電池
が機械的に内側に圧壊された際には、巻き芯空間部の部
品によって極板群最内周にある正、負極の露出した集電
体同士が互いに押しつけられて接触し、電気的に短絡す
る構造とするものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の、とく
にその安全性改善のための防爆機構に関するものであ
る。
にその安全性改善のための防爆機構に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、民生用電子機器のポータブル化、
コードレス化が急激に進んでいる。現在、これら電子機
器の駆動用電源としての役割を、ニッケルーカドミウム
電池あるいは密閉型小型鉛蓄電池が担っているが、ポー
タブル化、コードレス化が進展し、定着するにしたが
い、駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化、
小型軽量化の要望が強くなっている。
コードレス化が急激に進んでいる。現在、これら電子機
器の駆動用電源としての役割を、ニッケルーカドミウム
電池あるいは密閉型小型鉛蓄電池が担っているが、ポー
タブル化、コードレス化が進展し、定着するにしたが
い、駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化、
小型軽量化の要望が強くなっている。
【0003】このような状況から、高い充放電電圧を示
すリチウム複合遷移金属酸化物、例えばLiCoO
2(例えば特開昭63−59507公報)や、さらに高
容量を目指したLiNiO2(例えば米国特許第430
2518号明細書)、複数の金属元素とリチウムの複合
酸化物(例えばLiyNixCo1-xO2 :特開昭63−2
99056号公報、LixMyNzO2(但し、MはFe、
Co、Niの中から選ばれた少なくとも一種で、NはT
i,Mg,Cr,Mnの中から選ばれた少なくとも一
種):特開平43−267053号公報)を正極活物質
に用い、リチウムイオンの挿入、離脱を利用した非水電
解液二次電池が提案されている。
すリチウム複合遷移金属酸化物、例えばLiCoO
2(例えば特開昭63−59507公報)や、さらに高
容量を目指したLiNiO2(例えば米国特許第430
2518号明細書)、複数の金属元素とリチウムの複合
酸化物(例えばLiyNixCo1-xO2 :特開昭63−2
99056号公報、LixMyNzO2(但し、MはFe、
Co、Niの中から選ばれた少なくとも一種で、NはT
i,Mg,Cr,Mnの中から選ばれた少なくとも一
種):特開平43−267053号公報)を正極活物質
に用い、リチウムイオンの挿入、離脱を利用した非水電
解液二次電池が提案されている。
【0004】このような二次電池の研究・開発におい
て、電池の安全性の確保は最重要課題である。このよう
な二次電池の安全性に関する課題として、電池が圧壊さ
れた際に、電池内において正・負極板が内部短絡し、電
池温度が異常に上昇するという問題があった。
て、電池の安全性の確保は最重要課題である。このよう
な二次電池の安全性に関する課題として、電池が圧壊さ
れた際に、電池内において正・負極板が内部短絡し、電
池温度が異常に上昇するという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような温度上昇の
原因を調べたところ、電池を圧壊した際に局部的に正・
負極の活物質同士が接触・内部短絡を起こし、発生する
ジュール熱により活物質が熱分解していることが明らか
となった。
原因を調べたところ、電池を圧壊した際に局部的に正・
負極の活物質同士が接触・内部短絡を起こし、発生する
ジュール熱により活物質が熱分解していることが明らか
となった。
【0006】(このような現象は例えばJ.R.Dahn, E.W.
Fuller, M.Obrovac, U.von Sacken,Solid State Ionic
s,69, 265(1994).などに報告されている)つまり、内部
短絡が発生した瞬間に局部的に接触している活物質間
に、過大な短絡電流が集中し瞬間的に活物質の分解温度
まで達してしまう為に、活物質の熱分解が起こり電池の
発熱につながったものと考えられた。
Fuller, M.Obrovac, U.von Sacken,Solid State Ionic
s,69, 265(1994).などに報告されている)つまり、内部
短絡が発生した瞬間に局部的に接触している活物質間
に、過大な短絡電流が集中し瞬間的に活物質の分解温度
まで達してしまう為に、活物質の熱分解が起こり電池の
発熱につながったものと考えられた。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために、本発明は、電池が圧壊された際に活物質が存
在しない箇所で活物質同士が接触するよりも先に短絡現
象を生じさせることとした。
るために、本発明は、電池が圧壊された際に活物質が存
在しない箇所で活物質同士が接触するよりも先に短絡現
象を生じさせることとした。
【0008】つまり、具体的に本発明は正極と負極がセ
パレータを介して巻回してなる極板群および電解液から
なる発電要素と、この発電要素を収納し正、負いずれか
一方の極の端子をなす電池ケースと、この電池ケースを
封口し前記他方の極とリードにより接続されてこの他方
の極の端子をなす封口板と、極板群の巻き芯空間部内に
設置された部品からなり、前記正、負極板は共に極板群
の最内周の部分の集電体が露出しており、この正、負極
の露出した集電体が極板群の最内周部分においてセパレ
ータを介して対向し、電池が機械的に内側に圧壊された
際に、前記最内周部分の正、負極の露出した集電体が巻
き芯空間部において前記部品に押しつけられセパレータ
を破って接触し、電気的に短絡する構造を持たせたもの
である。
パレータを介して巻回してなる極板群および電解液から
なる発電要素と、この発電要素を収納し正、負いずれか
一方の極の端子をなす電池ケースと、この電池ケースを
封口し前記他方の極とリードにより接続されてこの他方
の極の端子をなす封口板と、極板群の巻き芯空間部内に
設置された部品からなり、前記正、負極板は共に極板群
の最内周の部分の集電体が露出しており、この正、負極
の露出した集電体が極板群の最内周部分においてセパレ
ータを介して対向し、電池が機械的に内側に圧壊された
際に、前記最内周部分の正、負極の露出した集電体が巻
き芯空間部において前記部品に押しつけられセパレータ
を破って接触し、電気的に短絡する構造を持たせたもの
である。
【0009】この場合、前記部品は金属製であるか、表
面に電気伝導性を持たせたものであればより確実に短絡
現象を実現できる。
面に電気伝導性を持たせたものであればより確実に短絡
現象を実現できる。
【0010】また、前記部品に極板群の円周方向に対し
て突起部を持たせることにより、更に確実に短絡現象を
実現できる。
て突起部を持たせることにより、更に確実に短絡現象を
実現できる。
【0011】電池圧壊時の異常発熱を防止する手段とし
て例えばこのほかに極板群の最外周において正、負極の
集電体もしくは、電池ケースと一方の極の集電体を接触
させる方法も考えられるが、この場合、極板群と電池ケ
ースが電池輸送の際の振動等により接触し短絡現象を起
こすおそれがある。また、最外周部では極板群全てを集
電体で覆い尽くす場合、最内周に集電体部を設置する場
合と比較して電池内を占有する体積が大きく、電池容量
を減少させてしまう。
て例えばこのほかに極板群の最外周において正、負極の
集電体もしくは、電池ケースと一方の極の集電体を接触
させる方法も考えられるが、この場合、極板群と電池ケ
ースが電池輸送の際の振動等により接触し短絡現象を起
こすおそれがある。また、最外周部では極板群全てを集
電体で覆い尽くす場合、最内周に集電体部を設置する場
合と比較して電池内を占有する体積が大きく、電池容量
を減少させてしまう。
【0012】このような理由からも本発明は電池容量の
減少を極力抑えた上で、安全性を確保しうる画期的なも
のである。
減少を極力抑えた上で、安全性を確保しうる画期的なも
のである。
【0013】突起部を有する部品としては、本発明の主
旨である電池圧壊時に最内周の正、負極集電体がその突
起によって接触し、電気的に短絡する構造であればどの
ような形であってもかまわない。
旨である電池圧壊時に最内周の正、負極集電体がその突
起によって接触し、電気的に短絡する構造であればどの
ような形であってもかまわない。
【0014】例えば一例としてネジや、歯車等を用いた
場合にもっとも確実に実現可能である。
場合にもっとも確実に実現可能である。
【0015】金属製部品を用いた場合には電池内では正
極端子と触れれば電気化学的な酸化雰囲気におかれるた
め、溶解を避けるためにその端部は非導電性で保護すれ
ば、なお好ましい。
極端子と触れれば電気化学的な酸化雰囲気におかれるた
め、溶解を避けるためにその端部は非導電性で保護すれ
ば、なお好ましい。
【0016】本発明は正、負極がセパレータを介して巻
回された極板群を有する構造の電池であれば、いずれの
場合も効果的であるが、特に活物質が熱分解を起こしや
すい物、例えば正極活物質としてはLixMyN1-yO
2(x:1.10≧x≧0.50、M≠N、M、NはCo、Ni、M
n、Cr、Fe、Mg、Al、Znのいずれか1種類以
上、y:1≧y≧0)で示される活物質、負極活物質として
は、Liを充放電可能な炭素材、黒鉛材、もしくは金属
酸化物からなる活物質である場合に特に効果的である。
回された極板群を有する構造の電池であれば、いずれの
場合も効果的であるが、特に活物質が熱分解を起こしや
すい物、例えば正極活物質としてはLixMyN1-yO
2(x:1.10≧x≧0.50、M≠N、M、NはCo、Ni、M
n、Cr、Fe、Mg、Al、Znのいずれか1種類以
上、y:1≧y≧0)で示される活物質、負極活物質として
は、Liを充放電可能な炭素材、黒鉛材、もしくは金属
酸化物からなる活物質である場合に特に効果的である。
【0017】巻き芯空間部内に短絡用部品を設置する例
として、実開平1−155262号公報や特開平1−1
75176号公報、特開平6−196138号公報、特
開平6−187958号公報、特開平6−187959
号公報、特開平6−163018号公報に示されている
ように電池中心部の変形による内部短絡を防止や、過充
電時のガス排出を容易にするために、絶縁体の棒状もし
くは中空筒上のセンターピン、パイプ等を用いる事が報
告されている。
として、実開平1−155262号公報や特開平1−1
75176号公報、特開平6−196138号公報、特
開平6−187958号公報、特開平6−187959
号公報、特開平6−163018号公報に示されている
ように電池中心部の変形による内部短絡を防止や、過充
電時のガス排出を容易にするために、絶縁体の棒状もし
くは中空筒上のセンターピン、パイプ等を用いる事が報
告されている。
【0018】また、このような部品の熱変形を防止する
目的で特開平4−332481号公報や米国特許第49
43497号明細書には金属製のセンターピンを入れる
事が報告されている。
目的で特開平4−332481号公報や米国特許第49
43497号明細書には金属製のセンターピンを入れる
事が報告されている。
【0019】これらの電池を圧壊した場合、巻き芯空間
部に金属製部品が存在しても、その周囲に活物質層が存
在するために活物質同士が接触してしまい、異常発熱に
至ってしまう。
部に金属製部品が存在しても、その周囲に活物質層が存
在するために活物質同士が接触してしまい、異常発熱に
至ってしまう。
【0020】また、特開昭63−69152号公報、特
開平3−219568号公報では巻きはじめ部分に集電
体を露出させると共に巻き芯を集電体として用いる例が
報告されているが、このような片方の電極の集電体が露
出しているだけでは電池圧壊時の異常発熱を防止できな
い。
開平3−219568号公報では巻きはじめ部分に集電
体を露出させると共に巻き芯を集電体として用いる例が
報告されているが、このような片方の電極の集電体が露
出しているだけでは電池圧壊時の異常発熱を防止できな
い。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明による構造を有する防爆型
電池を用いた場合、電池が圧壊された際に、巻き芯部に
設置された部品に、極板群最内周にセパレータを介して
ある正、負極の露出した集電体が押しつけられ、セパレ
ータが破れることによって正、負極集電体が短絡状態と
なる。この場合でも、通常の電池と同様に過大な短絡電
流が集電体の間を流れ、ジュール熱による発熱が生じる
が、短絡箇所に正・負極両方の活物質が存在しないた
め、前述したような活物質の熱分解反応は発生しない。
電池を用いた場合、電池が圧壊された際に、巻き芯部に
設置された部品に、極板群最内周にセパレータを介して
ある正、負極の露出した集電体が押しつけられ、セパレ
ータが破れることによって正、負極集電体が短絡状態と
なる。この場合でも、通常の電池と同様に過大な短絡電
流が集電体の間を流れ、ジュール熱による発熱が生じる
が、短絡箇所に正・負極両方の活物質が存在しないた
め、前述したような活物質の熱分解反応は発生しない。
【0022】また、さらに電池が圧壊された場合、最終
的に活物質同士は接触するものの、これよりも先に集電
体間で短絡電流が流れ、正・負極が電解液のLiイオン
拡散律速により、大きく分極しているために活物質間に
流れる電流はわずかなものとなり、活物質が熱分解する
温度に至らない。
的に活物質同士は接触するものの、これよりも先に集電
体間で短絡電流が流れ、正・負極が電解液のLiイオン
拡散律速により、大きく分極しているために活物質間に
流れる電流はわずかなものとなり、活物質が熱分解する
温度に至らない。
【0023】この結果、圧壊試験時の電池の異常発熱を
完全に防止するに至ったものである。
完全に防止するに至ったものである。
【0024】この現象は、金属製の部品を用いるか、も
しくは表面に導電性を持たせた部品を用いることによっ
てより確実に作動させることができる。
しくは表面に導電性を持たせた部品を用いることによっ
てより確実に作動させることができる。
【0025】この現象は更に短絡用部品に極板群に向か
う突起部を持たせることによってより確実に作動させる
ことが可能となる。
う突起部を持たせることによってより確実に作動させる
ことが可能となる。
【0026】異常発熱を確実に防止するためには、本発
明のように金属製部品が存在すると共に、正、負極の集
電体の両方が最内周部で露出した状態で存在していなけ
ればならない。
明のように金属製部品が存在すると共に、正、負極の集
電体の両方が最内周部で露出した状態で存在していなけ
ればならない。
【0027】また、確実に作動させるために金属製部品
を用いるか表面に導電性を持たせることが望ましい。
を用いるか表面に導電性を持たせることが望ましい。
【0028】また、更に信頼性を確実にするために部品
には極板群に向かう突起を持っていることが望ましい。
には極板群に向かう突起を持っていることが望ましい。
【0029】また、このような突起部を有する部品を巻
き芯部に持つため、電池極板群の膨張により巻き芯空間
部が変形し内部短絡を起こす可能性があるため、短絡用
部品の径は巻き芯空間部の径の90%以下であることが
望ましい。
き芯部に持つため、電池極板群の膨張により巻き芯空間
部が変形し内部短絡を起こす可能性があるため、短絡用
部品の径は巻き芯空間部の径の90%以下であることが
望ましい。
【0030】
【実施例】以下、図面を参照にしながら本発明の実施例
を説明する。
を説明する。
【0031】(実施例1)図1に本実施例1で用いた円
筒系電池の縦断面図を示す。図1において3は耐有機電
解液性のステンレス鋼板製電池ケース、1は安全弁を設
けた封口板を示す。極板群は、正極板5および負極板6
がポリエチレン製の微多孔性膜セパレータ7を介して複
数回渦巻状に巻回されてケース内に収納されている。そ
して上記正極板5からは正極アルミリード2が引き出さ
れて封口板2に接続され、負極板6からは負極ニッケル
リード8が引き出されて電池ケース3の底部に接続され
ている。4は絶縁リングで極板群の上下部にそれぞれ設
けられている。
筒系電池の縦断面図を示す。図1において3は耐有機電
解液性のステンレス鋼板製電池ケース、1は安全弁を設
けた封口板を示す。極板群は、正極板5および負極板6
がポリエチレン製の微多孔性膜セパレータ7を介して複
数回渦巻状に巻回されてケース内に収納されている。そ
して上記正極板5からは正極アルミリード2が引き出さ
れて封口板2に接続され、負極板6からは負極ニッケル
リード8が引き出されて電池ケース3の底部に接続され
ている。4は絶縁リングで極板群の上下部にそれぞれ設
けられている。
【0032】正、負極の最内周部は図3に示したように
集電体が露出しており、セパレータを介して対向してい
る。
集電体が露出しており、セパレータを介して対向してい
る。
【0033】極板群を電池ケース3に挿入、負極のリー
ド8を電池ケースにスポット溶接により接続した後、円
柱状の塩化ビニル製部品もしくはステンレス製部品を巻
き芯空間部に設置した。
ド8を電池ケースにスポット溶接により接続した後、円
柱状の塩化ビニル製部品もしくはステンレス製部品を巻
き芯空間部に設置した。
【0034】本実施例では、巻き芯径はφ3.5mmであ
り、円柱状の部品の径はφ2.0mmである。
り、円柱状の部品の径はφ2.0mmである。
【0035】以下、負極板6、電解液等について詳しく
説明する。負極板6は、黒鉛100重量部に、スチレン
ーブタジエンゴム系結着剤を混合し、カルボキシメチル
セルロース水溶液に懸濁させてペースト状にした。そし
てこのペーストを厚さ0.015mmの銅箔の表面に塗
着し、乾燥後0.2mmに圧延し、幅37mm、長さ2
80mmの大きさに切り出して負極板とした。図3に負
極板を示す。図3に示した通り、負極板は極板群におい
ては最内周に当たる端部に、集電体である銅箔が露出し
た箇所が設けてある。
説明する。負極板6は、黒鉛100重量部に、スチレン
ーブタジエンゴム系結着剤を混合し、カルボキシメチル
セルロース水溶液に懸濁させてペースト状にした。そし
てこのペーストを厚さ0.015mmの銅箔の表面に塗
着し、乾燥後0.2mmに圧延し、幅37mm、長さ2
80mmの大きさに切り出して負極板とした。図3に負
極板を示す。図3に示した通り、負極板は極板群におい
ては最内周に当たる端部に、集電体である銅箔が露出し
た箇所が設けてある。
【0036】以後、正極板の製造法を説明する。正極板
は、まず正極活物質であるLiNi0.85Co0.15O2の
粉末100重量部に、アセチレンブラック3重量部、フ
ッソ樹脂系結着剤5重量部を混合し、N−メチルピロリ
ドン溶液に懸濁させてペースト状にする。このペースト
を厚さ0.020mmのアルミ箔の両面に塗着し、乾燥
後0.130mmに圧延を行い、幅35mm、長さ32
5mmの大きさに切り出して正極板5とした。
は、まず正極活物質であるLiNi0.85Co0.15O2の
粉末100重量部に、アセチレンブラック3重量部、フ
ッソ樹脂系結着剤5重量部を混合し、N−メチルピロリ
ドン溶液に懸濁させてペースト状にする。このペースト
を厚さ0.020mmのアルミ箔の両面に塗着し、乾燥
後0.130mmに圧延を行い、幅35mm、長さ32
5mmの大きさに切り出して正極板5とした。
【0037】図3に正極板を示す。図3に示した通り、
正極板は極板群においては最内周に当たる端部に、集電
体であるアルミ箔が露出した箇所が設けてある。
正極板は極板群においては最内周に当たる端部に、集電
体であるアルミ箔が露出した箇所が設けてある。
【0038】セパレータにはポリエチレン樹脂製の微多
孔製フィルムを用いた。そして正極板と負極板をそれぞ
れの集電体が露出した部分からセパレータを介して渦巻
き状に巻回し、直径13.8mm、高さ50mmの電池
ケース1内に収納した。
孔製フィルムを用いた。そして正極板と負極板をそれぞ
れの集電体が露出した部分からセパレータを介して渦巻
き状に巻回し、直径13.8mm、高さ50mmの電池
ケース1内に収納した。
【0039】電解液にはECとEMCの等容積混合溶媒
に、六フッ化リン酸リチウム1モル/lの割合で溶解し
たものを用いて極板群4に2.7cm3注入した後、電池
を密封口し、塩化ビニル製部品を用いた試験電池Aおよ
びステンレス製部品を用いた電池Bをそれぞれ100個
作成した。
に、六フッ化リン酸リチウム1モル/lの割合で溶解し
たものを用いて極板群4に2.7cm3注入した後、電池
を密封口し、塩化ビニル製部品を用いた試験電池Aおよ
びステンレス製部品を用いた電池Bをそれぞれ100個
作成した。
【0040】(実施例2)第2実施例として、実施例1
と同様に構成した極板群に円柱状の部品の代わりに、図
2、図3に示したように両端部を非導電性の塗料で被覆
したネジ状の塩化ビニル製部品もしくはステンレス製部
品を設置する他は実施例1と同様に試験電池C、Dをそ
れぞれ100個作成した。
と同様に構成した極板群に円柱状の部品の代わりに、図
2、図3に示したように両端部を非導電性の塗料で被覆
したネジ状の塩化ビニル製部品もしくはステンレス製部
品を設置する他は実施例1と同様に試験電池C、Dをそ
れぞれ100個作成した。
【0041】(実施例3)第3実施例として、実施例1
と同様に構成した極板群に円柱状の部品の代わりに、図
4に示したように両端部を非導電性の塗料で被覆した横
断面歯車状の円柱状の塩化ビニル製部品もしくはステン
レス製部品を設置する他は実施例1と同様に試験電池
E,Fをそれぞれ100個作成した。
と同様に構成した極板群に円柱状の部品の代わりに、図
4に示したように両端部を非導電性の塗料で被覆した横
断面歯車状の円柱状の塩化ビニル製部品もしくはステン
レス製部品を設置する他は実施例1と同様に試験電池
E,Fをそれぞれ100個作成した。
【0042】(比較例1)第1比較例として、正、負極
板に集電体の露出部を設けない他は全て実施例2と同様
に電池を構成し、ねじ状のステンレス製部品を設置した
試験電池Gを100個作成した。
板に集電体の露出部を設けない他は全て実施例2と同様
に電池を構成し、ねじ状のステンレス製部品を設置した
試験電池Gを100個作成した。
【0043】(比較例2)第2比較例として、巻き芯空
間部に部品を設置しない他は全て実施例1と同様に試験
電池Hを100個作成した。
間部に部品を設置しない他は全て実施例1と同様に試験
電池Hを100個作成した。
【0044】これらの電池A〜Hを用いて以下の条件下
で試験を行った。20℃の環境下で120mAで4.2
Vまで充電した後、圧壊試験を行った。
で試験を行った。20℃の環境下で120mAで4.2
Vまで充電した後、圧壊試験を行った。
【0045】圧壊試験は、直径4mmの金属製の円柱の
丸棒を用いて、この丸棒が電池の外寸がもっとも長くな
る方向に対して垂直な方向と平行になるように電池の中
央部に押しつけて、電池の厚みが半分になるまで圧壊し
た。
丸棒を用いて、この丸棒が電池の外寸がもっとも長くな
る方向に対して垂直な方向と平行になるように電池の中
央部に押しつけて、電池の厚みが半分になるまで圧壊し
た。
【0046】(表1)に圧壊試験を行った場合の異常発
熱を生じた電池個数を示した。
熱を生じた電池個数を示した。
【0047】
【表1】
【0048】なお、異常発熱しない電池の最高到達温度
は90〜110℃であるのに対し、異常発熱した電池に
ついては200℃以上の温度に達した。
は90〜110℃であるのに対し、異常発熱した電池に
ついては200℃以上の温度に達した。
【0049】(表1)の結果より本発明の電池A〜Fを
比較例の電池G、Hと比較すると、比較例の従来の構成
の電池がほぼ100%異常発熱を起こすのに対し、本発
明の電池では明らかに異常発熱を防止できていることが
わかる。
比較例の電池G、Hと比較すると、比較例の従来の構成
の電池がほぼ100%異常発熱を起こすのに対し、本発
明の電池では明らかに異常発熱を防止できていることが
わかる。
【0050】特に、突起部を持つ金属製部品を用いた電
池D、Fでは完全に電池の異常発熱を防止することがで
きた。
池D、Fでは完全に電池の異常発熱を防止することがで
きた。
【0051】これは、比較例の電池G、Hでは、圧壊時
に極板群内部で正・負極の活物質同士による短絡が発生
することによって、活物質の熱分解温度に達し、電池が
異常発熱したのに対し、実施例1〜3の電池A〜Fでは
電池圧壊時に巻き芯部に設置された部品に、極板群最内
周にセパレータを介してある正、負極の露出した集電体
が押しつけられ、セパレータが破れることによって正、
負極集電体が短絡状態となり、短絡電流が集電体の間を
流れ、ジュール熱による発熱が生じるが、短絡箇所に正
・負極両方の活物質が存在しないため、前述したような
活物質の熱分解反応は発生しない為、異常発熱にいたら
ないものである。
に極板群内部で正・負極の活物質同士による短絡が発生
することによって、活物質の熱分解温度に達し、電池が
異常発熱したのに対し、実施例1〜3の電池A〜Fでは
電池圧壊時に巻き芯部に設置された部品に、極板群最内
周にセパレータを介してある正、負極の露出した集電体
が押しつけられ、セパレータが破れることによって正、
負極集電体が短絡状態となり、短絡電流が集電体の間を
流れ、ジュール熱による発熱が生じるが、短絡箇所に正
・負極両方の活物質が存在しないため、前述したような
活物質の熱分解反応は発生しない為、異常発熱にいたら
ないものである。
【0052】また、さらに電池が圧壊された場合、最終
的に極板群全体の破壊により活物質同士は接触するもの
の、これよりも先に集電体間で短絡電流が流れ、正・負
極が電解液のLiイオン拡散律速により、大きく分極し
ているために活物質間に流れる電流はわずかなものとな
り、活物質が熱分解する温度に至らない。
的に極板群全体の破壊により活物質同士は接触するもの
の、これよりも先に集電体間で短絡電流が流れ、正・負
極が電解液のLiイオン拡散律速により、大きく分極し
ているために活物質間に流れる電流はわずかなものとな
り、活物質が熱分解する温度に至らない。
【0053】比較例1の電池のように巻き芯空間部に金
属製部品を設置しただけでは圧壊時において活物質同士
が最初に接触するため熱分解による異常発熱が生じる。
属製部品を設置しただけでは圧壊時において活物質同士
が最初に接触するため熱分解による異常発熱が生じる。
【0054】また、比較例2のように正、負極に集電体
露出部を持っていたとしても、巻き芯空間部に部品が存
在しなければ、電池圧壊時にこの空間につぶされた群が
逃げるために集電体同士は短絡できず、活物質同士が最
初に接触するため熱分解による異常発熱が生じてしま
う。
露出部を持っていたとしても、巻き芯空間部に部品が存
在しなければ、電池圧壊時にこの空間につぶされた群が
逃げるために集電体同士は短絡できず、活物質同士が最
初に接触するため熱分解による異常発熱が生じてしま
う。
【0055】このように本発明の示したように、正、負
極の両方の露出した集電体がセパレータを介して対向し
ていると共に、巻き芯空間部に本発明の部品が設置され
ている場合にのみ、電池圧壊時の異常発熱を防止するこ
とができる。
極の両方の露出した集電体がセパレータを介して対向し
ていると共に、巻き芯空間部に本発明の部品が設置され
ている場合にのみ、電池圧壊時の異常発熱を防止するこ
とができる。
【0056】本発明の短絡用部品は金属製であるか表面
に伝導性があるものが好ましい。さらに、本実施例で
は、短絡用部品に円柱、ねじ、横断面歯車状の円柱を用
いたが、これ以外に円柱部の側面に多段でリング状に突
起部を有するものでもよく、またこれ以外の形状であっ
ても極板群に向かって突起部を有するものであれば同様
の効果を得ることができる。
に伝導性があるものが好ましい。さらに、本実施例で
は、短絡用部品に円柱、ねじ、横断面歯車状の円柱を用
いたが、これ以外に円柱部の側面に多段でリング状に突
起部を有するものでもよく、またこれ以外の形状であっ
ても極板群に向かって突起部を有するものであれば同様
の効果を得ることができる。
【0057】また、金属製部品は正、負極端子と接触す
る可能性があるため、酸化溶解等による電池への悪影響
を避けるため、ステンレスやチタン等の耐酸化性に優れ
た材質を用いるか、あるいは実施例2、3で示したよう
にその端部を塗料で被覆するか、もしくはテープで覆う
など非導電性であることが望ましい。
る可能性があるため、酸化溶解等による電池への悪影響
を避けるため、ステンレスやチタン等の耐酸化性に優れ
た材質を用いるか、あるいは実施例2、3で示したよう
にその端部を塗料で被覆するか、もしくはテープで覆う
など非導電性であることが望ましい。
【0058】上記実施例においては円筒型の電池を用い
て評価を行ったが、角型など電池形状が異なっても同様
の効果が得られる。
て評価を行ったが、角型など電池形状が異なっても同様
の効果が得られる。
【0059】更に、上記実施例において正極にはリチウ
ム複合ニッケル−コバルト酸化物を用いたが、LiCo
O2などLixMyN1-yO2(x:1.10≧x≧0.98、M≠N、
M、NはCo、Ni、Mn、Cr、Fe、Mg、Al、
Znのいずれか1種類以上、y:1≧y≧0)で示される活
物質を用いた場合特に効果的である。
ム複合ニッケル−コバルト酸化物を用いたが、LiCo
O2などLixMyN1-yO2(x:1.10≧x≧0.98、M≠N、
M、NはCo、Ni、Mn、Cr、Fe、Mg、Al、
Znのいずれか1種類以上、y:1≧y≧0)で示される活
物質を用いた場合特に効果的である。
【0060】また、本発明では、群の最外周を正極、ケ
ース側を負極端子としたが、逆であっても同様の効果が
得られることは言うまでもない。
ース側を負極端子としたが、逆であっても同様の効果が
得られることは言うまでもない。
【0061】また、上記実施例において電解質として六
フッ化リン酸リチウムを使用したが、他のリチウム含有
塩、例えば過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウ
ム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、六フッ化
ヒ酸リチウムなどでも同様の効果が得られた。
フッ化リン酸リチウムを使用したが、他のリチウム含有
塩、例えば過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウ
ム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、六フッ化
ヒ酸リチウムなどでも同様の効果が得られた。
【0062】さらに、上記実施例では炭酸エチレンと炭
酸ジエチルの混合溶媒を用いたが、他の非水溶媒例え
ば、プロピレンカーボネートなどの環状エステル、テト
ラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメトキシエタン
などの鎖状エーテル、プロピオン酸メチルなどの鎖状エ
ステルなどの非水溶媒や、これらの多元系混合溶媒を用
いても同様の効果が得られた。
酸ジエチルの混合溶媒を用いたが、他の非水溶媒例え
ば、プロピレンカーボネートなどの環状エステル、テト
ラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメトキシエタン
などの鎖状エーテル、プロピオン酸メチルなどの鎖状エ
ステルなどの非水溶媒や、これらの多元系混合溶媒を用
いても同様の効果が得られた。
【0063】
【発明の効果】以上のように、本発明の電池を用いれ
ば、電池圧壊時においても非常に安全な電池を提供する
ことが出来る。
ば、電池圧壊時においても非常に安全な電池を提供する
ことが出来る。
【図1】本発明の実施例1で用いた電池の縦断図
【図2】(A)本発明の実施例2で用いた電池の縦断面
図 (B)同電池の要部拡大図
図 (B)同電池の要部拡大図
【図3】(A)本発明の実施例で用いた正、負極板を示
す図 (B)本発明の実施例で用いた短絡用部品
す図 (B)本発明の実施例で用いた短絡用部品
【図4】(A)本発明の実施例3で用いた電池の縦断面
図 (B)同電池の要部拡大図
図 (B)同電池の要部拡大図
1 防爆封口板 2 正極リード板 3 電池ケース 4 絶縁板 5 正極板 6 負極板 7 セパレータ 8 負極リード板 9 短絡用部品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大河内 正也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小林 茂雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (10)
- 【請求項1】集電体上に活物質が塗着された正、負極を
セパレータを介して巻回してなる極板群および電解液か
らなる発電要素と、この発電要素を収納し正、負いずれ
か一方の極の端子をなす電池ケースと、この電池ケース
を封口し前記他方の極とリードにより接続されてこの他
方の極の端子をなす封口板と、極板群の巻き芯空間部内
に設置された短絡用部品からなり、 前記正、負極板は共に極板群の最内周に位置する集電体
が露出していて集電体の露出部分の内側に前記短絡用部
品が配されており、正、負極板の集電体の露出部分が前
記極板群の最内周部分においてセパレータを介して対向
し、電池が圧壊された際、前記正、負極板の集電体露出
部分が前記短絡用部品によって互いに押しつけられてセ
パレータを破って短絡するように構成した二次電池。 - 【請求項2】短絡用部品は金属製もしくは表面に電気伝
導性を有するものである請求項1記載の二次電池。 - 【請求項3】短絡用部品は、極板群の内周面に向かって
突出した突起部を有する請求項1記載の二次電池。 - 【請求項4】短絡用部品は、その側面にらせん状または
多段状の突起部を備えた柱状物である請求項3記載の二
次電池。 - 【請求項5】短絡用部品は、その横断面形状が歯車状の
柱状物である請求項3記載の二次電池。 - 【請求項6】短絡用部品の端部の少なくとも一方が非導
電性である請求項2記載の二次電池。 - 【請求項7】短絡用部品の径は巻き芯空間部の径の90
%以下である請求項1記載の二次電池。 - 【請求項8】セパレータはポリオレフィン樹脂製微多孔
性膜である請求項1記載の二次電池。 - 【請求項9】正極はLixMyN1-yO2(x:1.10≧x≧0.5
0、M≠N、M、NはCo、Ni、Mn、Cr、Fe、
Mg、Al、Znのいずれか1種類以上、y:1≧y≧0)
で示される活物質を主とする正極合剤がAl集電体上に
形成されたものである請求項1記載の二次電池。 - 【請求項10】負極はLiを充放電可能な炭素材、黒鉛
材、もしくは金属酸化物からなる活物質を主とする負極
合剤が、CuもしくはNi集電体上に形成されたもので
ある請求項1記載の二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8114540A JPH09306545A (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8114540A JPH09306545A (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09306545A true JPH09306545A (ja) | 1997-11-28 |
Family
ID=14640329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8114540A Pending JPH09306545A (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09306545A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006196340A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
JP2006310294A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-09 | Samsung Sdi Co Ltd | 缶型リチウム二次電池 |
JP2007214106A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-08-23 | Sony Corp | 電池 |
JP2011071052A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | リチウムイオン二次電池 |
-
1996
- 1996-05-09 JP JP8114540A patent/JPH09306545A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006196340A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
JP4747583B2 (ja) * | 2005-01-14 | 2011-08-17 | パナソニック株式会社 | 非水電解液二次電池 |
JP2006310294A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-09 | Samsung Sdi Co Ltd | 缶型リチウム二次電池 |
JP4499684B2 (ja) * | 2005-04-25 | 2010-07-07 | 三星エスディアイ株式会社 | 缶型リチウム二次電池 |
JP2007214106A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-08-23 | Sony Corp | 電池 |
US7972717B2 (en) | 2006-01-13 | 2011-07-05 | Sony Corporation | Battery |
JP2011071052A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | リチウムイオン二次電池 |
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