JPH10241733A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JPH10241733A JPH10241733A JP3882597A JP3882597A JPH10241733A JP H10241733 A JPH10241733 A JP H10241733A JP 3882597 A JP3882597 A JP 3882597A JP 3882597 A JP3882597 A JP 3882597A JP H10241733 A JPH10241733 A JP H10241733A
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- Japan
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- battery
- refrigerant
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- pressure
- aqueous electrolyte
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- 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
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
Abstract
(57)【要約】
本発明は、中・高容量タイプの非水電解液二次電池の安
全性を高めるものである。 【課題】電池の温度上昇による発煙・発火・爆発を防止
し、電池の安全性の改善および電池の組立性の改善を図
る。 【解決手段】冷媒の封入された冷媒容器を電池ケース中
心部に設置し、電池の温度上昇時に冷媒容器の圧力が設
定値を越えると冷媒容器を開放し、冷媒の気化熱により
電池の温度上昇を防止し、安全性の高い非水電解液二次
電池を提供する。
全性を高めるものである。 【課題】電池の温度上昇による発煙・発火・爆発を防止
し、電池の安全性の改善および電池の組立性の改善を図
る。 【解決手段】冷媒の封入された冷媒容器を電池ケース中
心部に設置し、電池の温度上昇時に冷媒容器の圧力が設
定値を越えると冷媒容器を開放し、冷媒の気化熱により
電池の温度上昇を防止し、安全性の高い非水電解液二次
電池を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車，電動
カート等の移動体機器、ビデオカメラ，パソコン等の携
帯機器、停電時のバックアップ機器、及びセキュリテイ
機器等の製品の電源として使われる単電池の容量が２０
Ｗｈ以上の中容量，高容量タイプ非水電解液二次電池の
異常発熱による発火や爆発を防止する電池の安全性に関
するものである。
カート等の移動体機器、ビデオカメラ，パソコン等の携
帯機器、停電時のバックアップ機器、及びセキュリテイ
機器等の製品の電源として使われる単電池の容量が２０
Ｗｈ以上の中容量，高容量タイプ非水電解液二次電池の
異常発熱による発火や爆発を防止する電池の安全性に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の非水電解液二次電池の安全保護装
置としては、特開平７−１９２７５３に示されている通
り、正極と負極を渦巻き状に捲回する巻芯としてポリプ
ロピレン、ポリエチレン等の高分子材料を使用し、短絡
等により電池温度が急激に上昇し設定温度以上になる
と、前記高分子材料の巻芯材料が溶融し融解熱により周
囲の熱を吸熱し、電池温度の上昇を防止する方法が知ら
れている。
置としては、特開平７−１９２７５３に示されている通
り、正極と負極を渦巻き状に捲回する巻芯としてポリプ
ロピレン、ポリエチレン等の高分子材料を使用し、短絡
等により電池温度が急激に上昇し設定温度以上になる
と、前記高分子材料の巻芯材料が溶融し融解熱により周
囲の熱を吸熱し、電池温度の上昇を防止する方法が知ら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高分子
材料の巻芯が溶融する融解熱では熱容量が小さく、か
つ、融解した高分子材料が電池ケース内に封じ込められ
たままなので熱放散が十分できず、電池サイズが１８６
５０（１８Ｄ×６５Ｌ）程度の小容量の電池にしか効果
がなく、容量の大きい電池には使用出来なかった。ま
た、非水電解液に耐える高分子材料となると材質が限ら
れて、溶融温度を自由に設定することが出来ず、電池を
保護するための最適な温度で作動させられなかった。
材料の巻芯が溶融する融解熱では熱容量が小さく、か
つ、融解した高分子材料が電池ケース内に封じ込められ
たままなので熱放散が十分できず、電池サイズが１８６
５０（１８Ｄ×６５Ｌ）程度の小容量の電池にしか効果
がなく、容量の大きい電池には使用出来なかった。ま
た、非水電解液に耐える高分子材料となると材質が限ら
れて、溶融温度を自由に設定することが出来ず、電池を
保護するための最適な温度で作動させられなかった。
【０００４】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、中・高容
量タイプの熱発生量の大きい非水電解液二次電池の異常
温度上昇を抑えて安全性の向上を図ると共に、組立性の
良い非水電解液二次電池を提供することにある。
されたものであり、その目的とするところは、中・高容
量タイプの熱発生量の大きい非水電解液二次電池の異常
温度上昇を抑えて安全性の向上を図ると共に、組立性の
良い非水電解液二次電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、正極および負極をセパレータを介して対向
させて捲回した電極群に非水電解液を含浸させた発電要
素を、蜜封収納した電池ケースの中心部に、冷媒を封入
した冷媒容器を設置し、冷媒容器内の圧力が設定値を越
えると冷媒容器の密封が開放され、冷媒が大気中に蒸発
する気化熱で電池の熱を奪うことにより、非水電解液二
次電池の温度上昇を防止するものである。
するために、正極および負極をセパレータを介して対向
させて捲回した電極群に非水電解液を含浸させた発電要
素を、蜜封収納した電池ケースの中心部に、冷媒を封入
した冷媒容器を設置し、冷媒容器内の圧力が設定値を越
えると冷媒容器の密封が開放され、冷媒が大気中に蒸発
する気化熱で電池の熱を奪うことにより、非水電解液二
次電池の温度上昇を防止するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる非水電解液
二次電池の実施例を、図面を参照しながら説明する。図
１は、本発明の非水電解液二次電池の一実施例を示す構
造断面図である。同図において、１は正極であり、アル
ミ箔からなる正極集電体１ａの両面に無機リチウムイン
ターカレーション材料を正極活物質とする正極合剤１ｂ
（例えば活物質としてLiMn2O4，LiCoO2，LiNiO2等、導
電剤としてカーボン、結着剤としてポリフッ化ビニリデ
ンを混合調整したもの）を保持させたものである。２は
負極であり、銅箔からなる負極集電体２ａの両面にリチ
ウムインターカレーションカーボン材料を負極活物質と
する負極合剤２ｂ（例えば活物質として黒鉛，結着剤と
してポリフッ化ビニリデンを混合調整したもの）を保持
させたものである。３はセパレータであり、微多孔性の
ポリエチレンフィルム、またはポリプロピレンフィルム
からなる。なお、ポリエチレンフィルムは温度が上昇し
た時、フィルム自身の溶融によって前記微多孔が閉じる
シャットダウン開始温度が約１３０℃であり、ポリプロ
ピレンフィルムのシャットダウン開始温度は約１５０℃
である。上記、正極１と負極２はセパレータ３を介して
対向した状態で渦巻き状に捲回され、電極群１５を形成
し、巻芯部には電極群内径空間を有している。この場
合、セパレータ３は正極１，負極２よりも若干幅広く巻
かれており、さらに巻芯部および巻き終り部において数
回セパレータ３単独で巻かれており、正極，負極間及び
電極群周囲との絶縁性を持たせている。この電極群１５
は非水電解液（図示せず）に浸漬されて発電要素とな
る。上記非水電解液は、LiPF6，LiBF4，LiClO4，LiAsF6
等のリチウム塩を電解質として有機溶媒（プロピレンカ
ーボネート，エチレンカーボネート，ジエチルカーボネ
ート，ジメチルカーボネート等の単独または混合物）に
溶解したものが使われる。１０は電池ケースでステンレ
ス鋼，ニッケルめっき鉄やアルミニウムが使われ、上記
電極群１５と非水電解液からなる発電要素を外径部円筒
１０ａと内径部中空円筒１０ｂを有する有底二重円筒形
の容器に収納し、上蓋１１を被せて溶接または加締め方
法により蜜封したものである。また、電池ケース１０内
の上蓋１１側および容器底部１０ｃには電池内充電部と
電池ケース１０との電気絶縁性を保つために、絶縁板１
２ａ，１２ｂが設置されている。４はアルミニウム材の
正極リードであり、正極１の正極集電体１ａと正極端子
６に溶接等により接続されている。５はニッケル又は銅
材の負極リードであり、負極２の負極集電体２ａと負極
端子７に溶接等により接続されている。１３は絶縁デス
タントであり、電極群１５と上蓋部１１間に、正極リー
ド４および負極リード５を取りまとめて収納する空間１
６を確保すると共に、電極群１５が電池ケース１０内で
移動しないように押さえている。正極端子６，負極端子
７は、電池ケース１０の上蓋１１に、ガラスまたはプラ
スチック層を介在させて電気絶縁をすると共に、密封性
を持たせたハーメチックシール８により固定されてい
る。９は防爆弁であり、切り込み等の弱点部を有する金
属板や薄膜金属板からなり、電池ケース１０内の圧力が
異常温度上昇により高圧になった場合に開裂し、電池ケ
ース１０の爆発を防止する。防爆弁９の作動圧力として
は、電池ケース内の温度と、電池ケース自身および溶接
部や加締め部が先に破壊しない強度から決定され、１０
Ｋｇ／ｃｍ２〜２０Ｋｇ／ｃｍ２が望ましい。２０は冷
媒容器であり、ステンレス，ニッケルめっき鉄，銅，ア
ルミニウム等の熱伝導性の良い金属材料からなる有底円
筒形の容器である。冷媒容器２０内には、冷却媒体溶液
である冷媒２１が封入され、圧力弁機構２２がガスケッ
ト２３を介して冷媒容器２０の開口部に加締められて密
封されている。冷媒としてはオゾン層破壊係数や地球温
暖化係数の小さい地球環境に優しく、かつ、難然性であ
るＨＦＣ系冷媒（HFC-134a，HFC-143a，HFC-32，HFC-12
5等の単独または混合物）や不活性ガスの溶液が安全で
あり適している。冷媒容器２０は電池ケース１０の内径
部中空円筒１０ｂ内に圧力弁機構２２が外気と連通する
ように固定ネジ２４や中空形状の押えブッシュ２５で固
定されている。つまり、冷媒容器２０は電池ケース１０
内の発熱源である電極群１５の中心部に位置し、圧力弁
機構２２が開放した場合冷媒２１が大気中に蒸発するよ
うに設置されている。この場所は発電要素の発熱を最も
受ける位置であり、温度変化に対する応答性が良く、異
常温度感知に対する時間遅れが少ないという利点の他
に、冷媒が蒸発した時に最も冷却効果のある電池の中心
部から冷却できるという効果がある。圧力弁機構２２は
設定圧力以上になると、圧力弁が継続的に開放するもの
であり、ラッチ機構を有するバネ押圧式圧力弁や金属板
に切り込み等の弱点部を有する金属板破壊式圧力弁や金
属薄膜破壊式圧力弁等がある。
二次電池の実施例を、図面を参照しながら説明する。図
１は、本発明の非水電解液二次電池の一実施例を示す構
造断面図である。同図において、１は正極であり、アル
ミ箔からなる正極集電体１ａの両面に無機リチウムイン
ターカレーション材料を正極活物質とする正極合剤１ｂ
（例えば活物質としてLiMn2O4，LiCoO2，LiNiO2等、導
電剤としてカーボン、結着剤としてポリフッ化ビニリデ
ンを混合調整したもの）を保持させたものである。２は
負極であり、銅箔からなる負極集電体２ａの両面にリチ
ウムインターカレーションカーボン材料を負極活物質と
する負極合剤２ｂ（例えば活物質として黒鉛，結着剤と
してポリフッ化ビニリデンを混合調整したもの）を保持
させたものである。３はセパレータであり、微多孔性の
ポリエチレンフィルム、またはポリプロピレンフィルム
からなる。なお、ポリエチレンフィルムは温度が上昇し
た時、フィルム自身の溶融によって前記微多孔が閉じる
シャットダウン開始温度が約１３０℃であり、ポリプロ
ピレンフィルムのシャットダウン開始温度は約１５０℃
である。上記、正極１と負極２はセパレータ３を介して
対向した状態で渦巻き状に捲回され、電極群１５を形成
し、巻芯部には電極群内径空間を有している。この場
合、セパレータ３は正極１，負極２よりも若干幅広く巻
かれており、さらに巻芯部および巻き終り部において数
回セパレータ３単独で巻かれており、正極，負極間及び
電極群周囲との絶縁性を持たせている。この電極群１５
は非水電解液（図示せず）に浸漬されて発電要素とな
る。上記非水電解液は、LiPF6，LiBF4，LiClO4，LiAsF6
等のリチウム塩を電解質として有機溶媒（プロピレンカ
ーボネート，エチレンカーボネート，ジエチルカーボネ
ート，ジメチルカーボネート等の単独または混合物）に
溶解したものが使われる。１０は電池ケースでステンレ
ス鋼，ニッケルめっき鉄やアルミニウムが使われ、上記
電極群１５と非水電解液からなる発電要素を外径部円筒
１０ａと内径部中空円筒１０ｂを有する有底二重円筒形
の容器に収納し、上蓋１１を被せて溶接または加締め方
法により蜜封したものである。また、電池ケース１０内
の上蓋１１側および容器底部１０ｃには電池内充電部と
電池ケース１０との電気絶縁性を保つために、絶縁板１
２ａ，１２ｂが設置されている。４はアルミニウム材の
正極リードであり、正極１の正極集電体１ａと正極端子
６に溶接等により接続されている。５はニッケル又は銅
材の負極リードであり、負極２の負極集電体２ａと負極
端子７に溶接等により接続されている。１３は絶縁デス
タントであり、電極群１５と上蓋部１１間に、正極リー
ド４および負極リード５を取りまとめて収納する空間１
６を確保すると共に、電極群１５が電池ケース１０内で
移動しないように押さえている。正極端子６，負極端子
７は、電池ケース１０の上蓋１１に、ガラスまたはプラ
スチック層を介在させて電気絶縁をすると共に、密封性
を持たせたハーメチックシール８により固定されてい
る。９は防爆弁であり、切り込み等の弱点部を有する金
属板や薄膜金属板からなり、電池ケース１０内の圧力が
異常温度上昇により高圧になった場合に開裂し、電池ケ
ース１０の爆発を防止する。防爆弁９の作動圧力として
は、電池ケース内の温度と、電池ケース自身および溶接
部や加締め部が先に破壊しない強度から決定され、１０
Ｋｇ／ｃｍ２〜２０Ｋｇ／ｃｍ２が望ましい。２０は冷
媒容器であり、ステンレス，ニッケルめっき鉄，銅，ア
ルミニウム等の熱伝導性の良い金属材料からなる有底円
筒形の容器である。冷媒容器２０内には、冷却媒体溶液
である冷媒２１が封入され、圧力弁機構２２がガスケッ
ト２３を介して冷媒容器２０の開口部に加締められて密
封されている。冷媒としてはオゾン層破壊係数や地球温
暖化係数の小さい地球環境に優しく、かつ、難然性であ
るＨＦＣ系冷媒（HFC-134a，HFC-143a，HFC-32，HFC-12
5等の単独または混合物）や不活性ガスの溶液が安全で
あり適している。冷媒容器２０は電池ケース１０の内径
部中空円筒１０ｂ内に圧力弁機構２２が外気と連通する
ように固定ネジ２４や中空形状の押えブッシュ２５で固
定されている。つまり、冷媒容器２０は電池ケース１０
内の発熱源である電極群１５の中心部に位置し、圧力弁
機構２２が開放した場合冷媒２１が大気中に蒸発するよ
うに設置されている。この場所は発電要素の発熱を最も
受ける位置であり、温度変化に対する応答性が良く、異
常温度感知に対する時間遅れが少ないという利点の他
に、冷媒が蒸発した時に最も冷却効果のある電池の中心
部から冷却できるという効果がある。圧力弁機構２２は
設定圧力以上になると、圧力弁が継続的に開放するもの
であり、ラッチ機構を有するバネ押圧式圧力弁や金属板
に切り込み等の弱点部を有する金属板破壊式圧力弁や金
属薄膜破壊式圧力弁等がある。
【０００７】図２は圧力弁機構２２の一実施例を示す拡
大断面図であり、圧力弁２６は切り込み等の弱点部２６
ａを有する金属板等から成る。圧力弁２６は、設定圧力
を越えると弱点部２６ａが開裂するように、切り込み深
さや形状が決められている。２７は保護キャップでガス
抜き穴２７ａを持ち、圧力弁２６を覆い保護している。
大断面図であり、圧力弁２６は切り込み等の弱点部２６
ａを有する金属板等から成る。圧力弁２６は、設定圧力
を越えると弱点部２６ａが開裂するように、切り込み深
さや形状が決められている。２７は保護キャップでガス
抜き穴２７ａを持ち、圧力弁２６を覆い保護している。
【０００８】図３は圧力弁機構２２の他の一実施例を示
す拡大断面図でありシール板３０の中央部には吐出口３
０ａがあり、シール板３０とケース３１は、吐出口３０
ａを閉鎖するように弁３２，バネ３３を内蔵挟持し、ケ
ースを形成している。弁３２の他端には、ケース３１の
貫通穴３１ａを貫通した部分に鉤状のラッチ３２ａを有
し、ラッチ３２の外側にはラッチバネ３４が先端を外側
向きに接触している。冷媒容器２０内の圧力が設定圧力
になると、バネ３３の力に抗して弁３２が押し上げら
れ、ラッチ３２ａがラッチバネ３４に乗り上げて引っか
かり、弁３２が吐出口３０ａを開放したままとなる。弁
が開放する設定圧力は、バネの押圧力を変えることによ
り自由に設定出来る。
す拡大断面図でありシール板３０の中央部には吐出口３
０ａがあり、シール板３０とケース３１は、吐出口３０
ａを閉鎖するように弁３２，バネ３３を内蔵挟持し、ケ
ースを形成している。弁３２の他端には、ケース３１の
貫通穴３１ａを貫通した部分に鉤状のラッチ３２ａを有
し、ラッチ３２の外側にはラッチバネ３４が先端を外側
向きに接触している。冷媒容器２０内の圧力が設定圧力
になると、バネ３３の力に抗して弁３２が押し上げら
れ、ラッチ３２ａがラッチバネ３４に乗り上げて引っか
かり、弁３２が吐出口３０ａを開放したままとなる。弁
が開放する設定圧力は、バネの押圧力を変えることによ
り自由に設定出来る。
【０００９】次に、本発明による非水電解液二次電池の
組み立て方法について説明する。先ず、正極１および負
極２にそれぞれ正極リード４、負極リード５をスポット
溶接または超音波溶接により取り付けておく。このと
き、電池容量の大きさにより取り付けるリードの数は増
減される。上記正極１、負極２をセパレータ３を介して
捲回し、巻終わり部はテープ等で止めて電極群１５を作
る。有底二重円筒形容器の底部１０ｃ側から絶縁板１２
ｂ，電極群１５，絶縁デスタント１３の順に入れ、正極
リード４，負極リード５をそれぞれ束ねて纏めておく。
次に、絶縁板１２ａを上蓋１１の裏側に重ね合わせ、正
極リード４，負極リード５を上蓋１１の正極端子６，負
極端子７に溶接する。次に電池ケース１０開口部から電
解液を注入し、上蓋１１を溶接または加締めにより密封
する。最後に冷媒２１が蜜封された冷媒容器２０を電池
ケース１０の内径部中空円筒１０ｂ内に挿入し、固定ネ
ジ２４と押えブッシュ２５で取り付ける。このように、
電池が完成した後に冷媒容器２０を、電池ケースの内径
部中空円筒１０ｂ内に組み込むので作業性が良い。
組み立て方法について説明する。先ず、正極１および負
極２にそれぞれ正極リード４、負極リード５をスポット
溶接または超音波溶接により取り付けておく。このと
き、電池容量の大きさにより取り付けるリードの数は増
減される。上記正極１、負極２をセパレータ３を介して
捲回し、巻終わり部はテープ等で止めて電極群１５を作
る。有底二重円筒形容器の底部１０ｃ側から絶縁板１２
ｂ，電極群１５，絶縁デスタント１３の順に入れ、正極
リード４，負極リード５をそれぞれ束ねて纏めておく。
次に、絶縁板１２ａを上蓋１１の裏側に重ね合わせ、正
極リード４，負極リード５を上蓋１１の正極端子６，負
極端子７に溶接する。次に電池ケース１０開口部から電
解液を注入し、上蓋１１を溶接または加締めにより密封
する。最後に冷媒２１が蜜封された冷媒容器２０を電池
ケース１０の内径部中空円筒１０ｂ内に挿入し、固定ネ
ジ２４と押えブッシュ２５で取り付ける。このように、
電池が完成した後に冷媒容器２０を、電池ケースの内径
部中空円筒１０ｂ内に組み込むので作業性が良い。
【００１０】次に、本発明による非水電解液二次電池の
作用について説明する。電池は充電回路の故障により設
定電圧以上に過充電されると、リチウムインターカレー
ションとしての電池反応以外の電解液を分解する化学反
応を起こし、電池を劣化させると共に電池の温度を上昇
させる。また、放電回路の故障により設定電圧以下に過
放電されると、負極にデントライト反応によりリチウム
金属が析出し、セパレータ３を突き破り、正・負極間短
絡を起こし、短絡電流が流れて異常温度になる。さら
に、通常の電池の使用温度範囲を越えた高温での使用
や、誤使用による外部短絡、何らかの原因による電池内
の内部短絡によっても、電池は発熱し異常温度となる。
非水電解液二次電池の温度が上昇すると、正極１，負極
２間にあるセパレータ３のフィルムが１３０℃〜１５０
℃で溶融し、フィルムの微多孔が閉じて正負電極間のリ
チウムイオンの移動を停止させるシャットダウン効果に
より電流を遮断する働きがある。しかしながら、セパレ
ータの材料であるポリエチレンフィルムやポリプロピレ
ンフィルムは、更なる温度上昇により溶融収縮し、正負
電極間の絶縁性が確保出来ずに、電極間短絡に至ってし
まう場合がある。電池内温度が１５０℃を越えると、電
極に使われている正極活物質が熱暴走を起こし、発煙・
発火・爆発に至る危険な温度領域となる。つまり、正極
活物質であるLiMn2O4，LiCoO2，LiNiO2等の結晶格子か
らの酸素脱離反応により急激な発熱を伴う。酸素脱離開
始温度は活物質の種類や各元素の構成比により異なるが
１５０℃〜４００℃の範囲にある。電池が何らかの原因
により異常温度上昇すると、電池内の電解液は分解し、
また、電解液と正極，負極の活物質が化学反応を起こし
てガスを発生し、電池ケース内の圧力が急上昇する。電
池内の圧力が上昇して１０Ｋｇ／ｃｍ２〜２０Ｋｇ／ｃ
ｍ２になると、防爆弁９が開裂しガスを電池ケース外に
放出して、電池の爆発力を軽減する。しかし、防爆弁が
作動しても発煙・発火・爆発の危険性が無くなったわけ
ではない。爆発を防止する為には電池内温度を正極活物
質の酸素脱離開始温度以下に抑える必要がある。つま
り、ここが本発明の目的とするところであり、電池内の
温度に相当する冷媒容器２０内の冷媒２１の蒸気圧が、
正極活物質の酸素脱離開始温度以下の設定圧力に達する
と圧力弁機構２２が継続開放し、冷媒２１が電池の熱を
吸熱して大気中に蒸発気化することにより電池の温度上
昇を防止する。なお、圧力弁の作動下限圧力は、電池の
実用温度範囲での電池内温度上昇特性と電池の温度劣化
特性の関係から決定され、電極群１５の温度で１００℃
に相当する冷媒容器２０内の冷媒２１の蒸気圧とするの
が望ましい。圧力弁を継続的に開放させるのは、内蔵さ
れた冷媒を完全に蒸発させ、気化熱により電池の温度上
昇を確実に防止し、電池を熱暴走しない安全温度領域と
する為である。また、冷媒は大気中に蒸発気化されるの
で、電池から奪った熱は電池外に有効に排出され、冷却
効果は大きく、急速に電池の温度を下げる働きをする。
作用について説明する。電池は充電回路の故障により設
定電圧以上に過充電されると、リチウムインターカレー
ションとしての電池反応以外の電解液を分解する化学反
応を起こし、電池を劣化させると共に電池の温度を上昇
させる。また、放電回路の故障により設定電圧以下に過
放電されると、負極にデントライト反応によりリチウム
金属が析出し、セパレータ３を突き破り、正・負極間短
絡を起こし、短絡電流が流れて異常温度になる。さら
に、通常の電池の使用温度範囲を越えた高温での使用
や、誤使用による外部短絡、何らかの原因による電池内
の内部短絡によっても、電池は発熱し異常温度となる。
非水電解液二次電池の温度が上昇すると、正極１，負極
２間にあるセパレータ３のフィルムが１３０℃〜１５０
℃で溶融し、フィルムの微多孔が閉じて正負電極間のリ
チウムイオンの移動を停止させるシャットダウン効果に
より電流を遮断する働きがある。しかしながら、セパレ
ータの材料であるポリエチレンフィルムやポリプロピレ
ンフィルムは、更なる温度上昇により溶融収縮し、正負
電極間の絶縁性が確保出来ずに、電極間短絡に至ってし
まう場合がある。電池内温度が１５０℃を越えると、電
極に使われている正極活物質が熱暴走を起こし、発煙・
発火・爆発に至る危険な温度領域となる。つまり、正極
活物質であるLiMn2O4，LiCoO2，LiNiO2等の結晶格子か
らの酸素脱離反応により急激な発熱を伴う。酸素脱離開
始温度は活物質の種類や各元素の構成比により異なるが
１５０℃〜４００℃の範囲にある。電池が何らかの原因
により異常温度上昇すると、電池内の電解液は分解し、
また、電解液と正極，負極の活物質が化学反応を起こし
てガスを発生し、電池ケース内の圧力が急上昇する。電
池内の圧力が上昇して１０Ｋｇ／ｃｍ２〜２０Ｋｇ／ｃ
ｍ２になると、防爆弁９が開裂しガスを電池ケース外に
放出して、電池の爆発力を軽減する。しかし、防爆弁が
作動しても発煙・発火・爆発の危険性が無くなったわけ
ではない。爆発を防止する為には電池内温度を正極活物
質の酸素脱離開始温度以下に抑える必要がある。つま
り、ここが本発明の目的とするところであり、電池内の
温度に相当する冷媒容器２０内の冷媒２１の蒸気圧が、
正極活物質の酸素脱離開始温度以下の設定圧力に達する
と圧力弁機構２２が継続開放し、冷媒２１が電池の熱を
吸熱して大気中に蒸発気化することにより電池の温度上
昇を防止する。なお、圧力弁の作動下限圧力は、電池の
実用温度範囲での電池内温度上昇特性と電池の温度劣化
特性の関係から決定され、電極群１５の温度で１００℃
に相当する冷媒容器２０内の冷媒２１の蒸気圧とするの
が望ましい。圧力弁を継続的に開放させるのは、内蔵さ
れた冷媒を完全に蒸発させ、気化熱により電池の温度上
昇を確実に防止し、電池を熱暴走しない安全温度領域と
する為である。また、冷媒は大気中に蒸発気化されるの
で、電池から奪った熱は電池外に有効に排出され、冷却
効果は大きく、急速に電池の温度を下げる働きをする。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では 、正
極および負極をセパレータを介して対向させて捲回した
電極群と非水電解液からなる発電要素を、有底二重円筒
形容器と上蓋からなる電池ケースに密封収納した電池に
おいて、電極群の巻芯部となる中空円筒内に、冷媒を封
入した金属の冷媒容器を設置し、冷媒容器内の圧力が設
定値を越えると冷媒容器の密封が継続開放され、冷媒が
大気中に完全に蒸発するようにしたものであるから、異
常温度上昇時の温度応答性が良く、気化熱により電池の
温度上昇を防止し、電池の安全性を確実に保護できるも
のである。また、電池完成後に冷媒容器を電池ケースの
内径部中空円筒内に外から直接取り付けられるので、電
池組立の作業性が改善され、安価な非水電解液二次電池
が提供できる。
極および負極をセパレータを介して対向させて捲回した
電極群と非水電解液からなる発電要素を、有底二重円筒
形容器と上蓋からなる電池ケースに密封収納した電池に
おいて、電極群の巻芯部となる中空円筒内に、冷媒を封
入した金属の冷媒容器を設置し、冷媒容器内の圧力が設
定値を越えると冷媒容器の密封が継続開放され、冷媒が
大気中に完全に蒸発するようにしたものであるから、異
常温度上昇時の温度応答性が良く、気化熱により電池の
温度上昇を防止し、電池の安全性を確実に保護できるも
のである。また、電池完成後に冷媒容器を電池ケースの
内径部中空円筒内に外から直接取り付けられるので、電
池組立の作業性が改善され、安価な非水電解液二次電池
が提供できる。
【００１２】さらに、冷媒量を電池サイズに応じた熱容
量分封入することができると共に、圧力弁機構の設定圧
力を自由に設定出来るので、各種用途に応じた安全性の
高い非水電解液二次電池が得られる。
量分封入することができると共に、圧力弁機構の設定圧
力を自由に設定出来るので、各種用途に応じた安全性の
高い非水電解液二次電池が得られる。
【図１】本発明の非水電解液二次電池の一実施例を示す
構造断面図である。
構造断面図である。
【図２】本発明の非水電解液二次電池の圧力弁機構の一
実施例を示す構造断面図である。
実施例を示す構造断面図である。
【図３】本発明の非水電解液二次電池の圧力弁機構の他
の一実施例を示す構造断面図である。
の一実施例を示す構造断面図である。
１ ‥‥ 正極、 １ａ ‥‥ 正極集電体、 １ｂ ‥‥ 正極合剤、 ２ ‥‥ 負極、 ２ａ ‥‥ 負極集電体、 ２ｂ ‥‥ 負極合剤、 ３ ‥‥ セパレータ ４ ‥‥ 正極リード ５ ‥‥ 負極リード ６ ‥‥ 正極端子 ７ ‥‥ 負極端子 ８ ‥‥ ハーメチクシール ９ ‥‥ 防爆弁 １０ ‥‥ 電池ケース １０ａ ‥‥ 外径部円筒 １０ｂ ‥‥ 内径部中空円筒 １０ｃ ‥‥ 容器底部 １１ ‥‥ 上蓋 １２ａ，１２ｂ ‥‥ 絶縁板 １３ ‥‥ 絶縁デスタント １５ ‥‥ 電極群 １６ ‥‥ 電極群上部空間 ２０ ‥‥ 冷媒容器 ２１ ‥‥ 冷媒 ２２ ‥‥ 圧力弁機構 ２３ ‥‥ ガスケット ２４ ‥‥ 固定ネジ ２５ ‥‥ 押えブッシュ ２６ ‥‥ 圧力弁 ２６ａ ‥‥ 弱点部 ２７ ‥‥ 保護キャップ ２７ａ ‥‥ ガス抜き穴 ３０ ‥‥ シール板 ３０ａ ‥‥ 吐出口 ３１ ‥‥ ケース ３１ａ ‥‥ 貫通穴 ３２ ‥‥ 弁 ３２ａ ‥‥ ラッチ ３３ ‥‥ バネ ３４ ‥‥ ラッチバネ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 耕一 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株 式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 坂入 美千子 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株 式会社日立製作所冷熱事業部内
Claims (6)
- 【請求項１】正極および負極をセパレータを介して対向
させ、渦巻き状に捲回した電極群と非水電解液からなる
発電要素を、電池ケース内に密封収納した電池におい
て、電極群の巻芯部となる中空円筒内に、冷媒を封入し
た冷媒容器を設置し、冷媒容器内の圧力が設定値を越え
ると冷媒容器の密封が開放され、冷媒が大気中に蒸発す
ることを特徴とする非水電解液二次電池。 - 【請求項２】電極群と非水電解液からなる発電要素を、
内径部中空円筒と外径部円筒を有する有底二重円筒形の
容器からなる電池ケースに密封収納したことを特徴とす
る請求項１記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項３】冷媒容器が設定圧力を越えると密封を継続
的に開放する圧力弁機構を備えたことを特徴とする請求
項１記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項４】冷媒容器の開放する設定圧力を下限値は電
極群温度１００℃以上、上限値は正極活物質の酸素脱離
開始温度以下の電池ケース内温度に相当する冷媒の蒸気
圧としたことを特徴とする請求項１記載の非水電解液二
次電池。 - 【請求項５】冷媒容器がステンレス、アルミニウム、
鉄、銅等の金属材料からなる請求項１記載の非水電解液
二次電池。 - 【請求項６】冷媒が不燃性ガスの冷却媒体溶液である請
求項１記載の非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3882597A JPH10241733A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3882597A JPH10241733A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10241733A true JPH10241733A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12536028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3882597A Pending JPH10241733A (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10241733A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100670521B1 (ko) | 2005-04-11 | 2007-01-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지 |
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| KR100993705B1 (ko) | 2006-08-25 | 2010-11-10 | 주식회사 엘지화학 | 안전성 향상을 위한 전기화학소자용 구조체 및 이를포함하는 전기화학소자 |
| JP2013062207A (ja) * | 2011-09-15 | 2013-04-04 | Nissan Motor Co Ltd | 二次電池の冷却装置 |
| JP2013118154A (ja) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Toyota Industries Corp | 二次電池、車両、及び蓄電装置 |
| JP2017526108A (ja) * | 2014-06-27 | 2017-09-07 | ツェントゥルム フューア ゾンネンエネルギー−ウント ヴァッサーシュトッフ−フォルシュング バーデン−ヴァルテムベルク ゲマインニュッツィヒ シュティフトゥング | レドックス・シャトル添加物を用いたエネルギー貯蔵部の制御放電 |
| DE102017219553A1 (de) * | 2017-11-03 | 2019-05-09 | Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG | Sicherheitselement, Batteriezelle sowie Propagationsschutzelement |
| JP2020514956A (ja) * | 2017-11-06 | 2020-05-21 | 恵州億緯▲リ▼能股▲フン▼有限公司Ｅｖｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． | 安全で高エネルギーのｕｓｂ充電可能な電池 |
-
1997
- 1997-02-24 JP JP3882597A patent/JPH10241733A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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