JPH10241738A - 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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- JPH10241738A JPH10241738A JP4329197A JP4329197A JPH10241738A JP H10241738 A JPH10241738 A JP H10241738A JP 4329197 A JP4329197 A JP 4329197A JP 4329197 A JP4329197 A JP 4329197A JP H10241738 A JPH10241738 A JP H10241738A
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- Japan
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- battery
- refrigerant
- aqueous 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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- 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】電池の温度上昇による発煙・発火・爆発を防止
し、電池の安全性および電池の組立性の改善を図る。 【解決手段】冷媒２１の封入された冷媒容器２０を電池
ケース１０の中心部に設置することにより、電池の温度
上昇時に冷媒容器２０の温度が設定値を越えると、温度
作動弁機構２２により冷媒容器２０を開放し、冷媒２１
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。
し、電池の安全性および電池の組立性の改善を図る。 【解決手段】冷媒２１の封入された冷媒容器２０を電池
ケース１０の中心部に設置することにより、電池の温度
上昇時に冷媒容器２０の温度が設定値を越えると、温度
作動弁機構２２により冷媒容器２０を開放し、冷媒２１
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】本発明は非水電解液二次電池
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の非水電解液二次電池の安全保護装
置は、特開平７−１９２７５３号公報に示されている通
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、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。
置は、特開平７−１９２７５３号公報に示されている通
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、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、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１８６５０（１
８Ｄ×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。
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１８６５０（１
８Ｄ×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】本発明の目的は、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り、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。
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り、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、冷媒容器の温度が設定値を越
えると温度作動弁機構が働き、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。
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、冷媒容器の温度が設定値を越
えると温度作動弁機構が働き、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。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の非水電解液二次電
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。同図で、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。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。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。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で数回
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。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。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、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。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１２ａ，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１６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、１０Ｋｇ／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、温度作
動弁機構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-143
a，HFC-32，HFC-125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内に温度作動弁機構
２２が外気と連通するように固定ねじ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、温度作動弁機構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。温度作動弁機構２２は設定温度以上になると、
バイメタルによる反転力や形状記憶合金の温度変態や温
度可溶体の溶融変形を利用して弁が継続的に開放する。
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。同図で、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。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。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。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で数回
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。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。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、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。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１２ａ，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１６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、１０Ｋｇ／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、温度作
動弁機構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-143
a，HFC-32，HFC-125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内に温度作動弁機構
２２が外気と連通するように固定ねじ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、温度作動弁機構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。温度作動弁機構２２は設定温度以上になると、
バイメタルによる反転力や形状記憶合金の温度変態や温
度可溶体の溶融変形を利用して弁が継続的に開放する。
【０００７】図２は温度作動弁機構２２の一実施例を示
す断面図であり、２６は薄膜金属板等から成るシール膜
で容易に突き破ることができる。保護板２７は中央部に
ガス抜き孔２７ａを持ち、冷媒容器２０内の圧力を受け
シール膜２６を保護している。バイメタル２８は、熱膨
張率の異なった二種の金属が貼り合わされた金属板で、
通常は外側に湾曲しており、温度上昇により設定温度に
なると急激に内側に反転する。バイメタル２８の内側中
央部にはニードル２８ａが、ガス抜き孔２７ａを覗いて
シール膜２６に対向している。また、バイメタル２８に
は部分的に透かし孔２８ｂが開けられている。シール膜
２６、保護板２７、バイメタル２８の順に積層された温
度作動弁機構２２は、冷媒容器開口部にガスケット２３
を介して加締め等により、冷媒容器２０内に冷媒２１を
密封している。つまり、バイメタル方式温度作動弁機構
は、冷媒容器２０の温度、つまりバイメタル２８の温度
が設定値になると、バイメタル２８が内側に反転してニ
ードル２８ａがシール膜２６を突き破り、冷媒が冷媒容
器から大気中に蒸発する。
す断面図であり、２６は薄膜金属板等から成るシール膜
で容易に突き破ることができる。保護板２７は中央部に
ガス抜き孔２７ａを持ち、冷媒容器２０内の圧力を受け
シール膜２６を保護している。バイメタル２８は、熱膨
張率の異なった二種の金属が貼り合わされた金属板で、
通常は外側に湾曲しており、温度上昇により設定温度に
なると急激に内側に反転する。バイメタル２８の内側中
央部にはニードル２８ａが、ガス抜き孔２７ａを覗いて
シール膜２６に対向している。また、バイメタル２８に
は部分的に透かし孔２８ｂが開けられている。シール膜
２６、保護板２７、バイメタル２８の順に積層された温
度作動弁機構２２は、冷媒容器開口部にガスケット２３
を介して加締め等により、冷媒容器２０内に冷媒２１を
密封している。つまり、バイメタル方式温度作動弁機構
は、冷媒容器２０の温度、つまりバイメタル２８の温度
が設定値になると、バイメタル２８が内側に反転してニ
ードル２８ａがシール膜２６を突き破り、冷媒が冷媒容
器から大気中に蒸発する。
【０００８】図３は温度作動弁機構２２の他の一実施例
を示す拡大断面図である。シール板３０の中央部には吐
出口３０ａがあり、シール板３０とケース３１は、吐出
口３０ａを閉鎖するように弁３２と押圧力を持った形状
記憶合金３３を内蔵挟持し、互いに結合されている。ケ
ース３１には貫通孔３１ａを有し、大気中にガスを放出
できるようにしてある。形状記憶合金３３は、通常は膨
張したコイル形状をしており押圧力を持ったばね力を有
し、設定温度を越えると形状が変態してコイルが収縮す
るようにしてある。つまり、この形状記憶合金方式温度
作動弁機構は、形状記憶合金３３の温度が設定温度にな
ると、コイル形状の形状記憶合金が変態収縮し、弁３２
への押圧力が釈放され、吐出口３０ａが開放される。形
状記憶合金の変態温度には、ヒステリシス特性があるの
で再び弁３２が閉じるまでには時間がかかり、吐出口３
０ａはしばらくの間継続して開放している。
を示す拡大断面図である。シール板３０の中央部には吐
出口３０ａがあり、シール板３０とケース３１は、吐出
口３０ａを閉鎖するように弁３２と押圧力を持った形状
記憶合金３３を内蔵挟持し、互いに結合されている。ケ
ース３１には貫通孔３１ａを有し、大気中にガスを放出
できるようにしてある。形状記憶合金３３は、通常は膨
張したコイル形状をしており押圧力を持ったばね力を有
し、設定温度を越えると形状が変態してコイルが収縮す
るようにしてある。つまり、この形状記憶合金方式温度
作動弁機構は、形状記憶合金３３の温度が設定温度にな
ると、コイル形状の形状記憶合金が変態収縮し、弁３２
への押圧力が釈放され、吐出口３０ａが開放される。形
状記憶合金の変態温度には、ヒステリシス特性があるの
で再び弁３２が閉じるまでには時間がかかり、吐出口３
０ａはしばらくの間継続して開放している。
【０００９】図４は温度作動弁機構２２の更に他の一実
施例を示す拡大断面図である。シール板３０の中央部に
は吐出口３０ａがあり、シール板３０とケース３１は、
吐出口３０ａを閉鎖するように弁３２、可溶体３５およ
び板ばね３６を内蔵挟持し、互いに結合されている。ケ
ース３１には貫通孔３１ａを有し、大気中にガスを放出
できるようにしてある。可溶体３５は、設定温度を越え
ると溶融する低融点の合金材料または高分子材料からで
きている。つまり、この可溶体方式温度作動弁機構は、
可溶体３５の温度が設定温度になると、溶融して弁３２
への押圧力が釈放され、吐出口３０ａが開放される。
施例を示す拡大断面図である。シール板３０の中央部に
は吐出口３０ａがあり、シール板３０とケース３１は、
吐出口３０ａを閉鎖するように弁３２、可溶体３５およ
び板ばね３６を内蔵挟持し、互いに結合されている。ケ
ース３１には貫通孔３１ａを有し、大気中にガスを放出
できるようにしてある。可溶体３５は、設定温度を越え
ると溶融する低融点の合金材料または高分子材料からで
きている。つまり、この可溶体方式温度作動弁機構は、
可溶体３５の温度が設定温度になると、溶融して弁３２
への押圧力が釈放され、吐出口３０ａが開放される。
【００１０】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。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１２ｂ、
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、固定ねじ
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。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１２ｂ、
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、固定ねじ
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。
【００１１】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、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／ｃｍ2 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の温度が、正極活物質の酸素脱離開
始温度以下の設定温度に達すると温度作動弁機構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、温度作動弁機構２２の作動下限温度は、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の温度とするのが望ましい。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、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／ｃｍ2 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の温度が、正極活物質の酸素脱離開
始温度以下の設定温度に達すると温度作動弁機構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、温度作動弁機構２２の作動下限温度は、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の温度とするのが望ましい。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。
【００１２】
【発明の効果】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で、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、冷媒容器の温度が設定値を越えると冷媒容器の密封
が温度作動弁機構の働きにより継続開放され、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。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。
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で、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、冷媒容器の温度が設定値を越えると冷媒容器の密封
が温度作動弁機構の働きにより継続開放され、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。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。
【００１３】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、温度作動弁機構の設
定温度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、温度作動弁機構の設
定温度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
断面図。
断面図。
【図２】本発明の非水電解液二次電池の温度作動弁機構
の一実施例を示す断面図。
の一実施例を示す断面図。
【図３】本発明の非水電解液二次電池の温度作動弁機構
の他の一実施例を示す断面図。
の他の一実施例を示す断面図。
【図４】本発明の非水電解液二次電池の温度作動弁機構
の更に他の一実施例を示す断面図。
の更に他の一実施例を示す断面図。
１…正極、 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…温度作動弁機構、 ２３…ガスケット、 ２４…固定ねじ、 ２５…押えブッシュ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (7)
- 【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
温度作動弁機構により密封した冷媒容器を設置し、上記
冷媒容器の温度が設定値を越えると上記冷媒容器の密封
が温度作動弁機構により開放され、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】上記電極群と上記非水電解液からなる上記
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請
求項１に記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項３】上記冷媒容器が設定温度を越えると上記冷
媒容器の密封を継続的に開放する温度作動弁機構を備え
た請求項１に記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項４】上記温度作動弁機構の作動源体がバイメタ
ルまたは形状記憶合金または温度可溶体である請求項１
または請求項３に記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項５】上記冷媒容器の開放する設定温度を下限値
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容
器の温度とした請求項１に記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項６】上記冷媒容器がステンレス、アルミニウ
ム、鉄、銅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７】上記冷媒が不燃性ガスの冷却媒体溶液であ
る請求項１に記載の非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4329197A JPH10241738A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4329197A JPH10241738A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10241738A true JPH10241738A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12659702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4329197A Pending JPH10241738A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10241738A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1107342A2 (en) * | 1999-12-07 | 2001-06-13 | Ngk Insulators, Ltd. | Lithium secondary battery and transportation method thereof |
| KR100670521B1 (ko) | 2005-04-11 | 2007-01-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지 |
| JP2009301798A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 二次電池 |
| JP2010182460A (ja) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 二次電池 |
| CN102437370A (zh) * | 2010-09-29 | 2012-05-02 | 比亚迪股份有限公司 | 一种锂离子电池 |
| JP2013118154A (ja) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Toyota Industries Corp | 二次電池、車両、及び蓄電装置 |
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| CN107644954A (zh) * | 2017-09-18 | 2018-01-30 | 江苏万达新能源科技股份有限公司 | 一种防爆锂电池顶盖板及应用 |
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| CN109326845A (zh) * | 2017-08-01 | 2019-02-12 | 罗伯特·博世有限公司 | 电池组模块和这种电池组模块的应用 |
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| WO2021002712A1 (ko) * | 2019-07-03 | 2021-01-07 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치 |
| CN115133216A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-30 | 上海交通大学 | 基于形状记忆合金圆环的电池包安全阀及电池包 |
| WO2023050391A1 (zh) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池单体、电池以及用电装置 |
-
1997
- 1997-02-27 JP JP4329197A patent/JPH10241738A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1107342A2 (en) * | 1999-12-07 | 2001-06-13 | Ngk Insulators, Ltd. | Lithium secondary battery and transportation method thereof |
| EP1107342A3 (en) * | 1999-12-07 | 2006-01-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Lithium secondary battery and transportation method thereof |
| KR100670521B1 (ko) | 2005-04-11 | 2007-01-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지 |
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| CN107069140B (zh) * | 2017-03-30 | 2019-05-14 | 天津市捷威动力工业有限公司 | 新能源汽车锂离子电池包热失控控制***及电池包 |
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