JPH11204140A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH11204140A
JPH11204140A JP10002100A JP210098A JPH11204140A JP H11204140 A JPH11204140 A JP H11204140A JP 10002100 A JP10002100 A JP 10002100A JP 210098 A JP210098 A JP 210098A JP H11204140 A JPH11204140 A JP H11204140A
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JP
Japan
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center pin
projection
battery
lithium secondary
electrode group
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Application number
JP10002100A
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English (en)
Inventor
Manabu Ochita
学 落田
Koji Higashimoto
晃二 東本
Kaoru Shoji
馨 庄司
Yosuke Matsuda
陽介 松田
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Resonac Corp
Original Assignee
Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11204140A publication Critical patent/JPH11204140A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

(57)【要約】 【課題】振動によって上蓋6の変形がなく、プロジェク
タイル試験において安全でありかつ、生産性の高いリチ
ウム二次電池を製造する。 【解決手段】渦巻き状電極群の中心部分に、中空で突起
(7)を有する樹脂製のセンターピン(5)を突起
(7)の部分が前記電極群の中心部分の内壁面に接触す
るように挿入する。前記した突起(7)は、前記電極群
の中心部分へのセンターピンの挿入方向に対して、後方
に位置する突起後部の突出度合の方が、前方に位置する
突起前部の突出度合よりも大きくなるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池に
関し、特に正極、負極とをセパレータを介して渦巻き状
に巻いて作製するリチウム二次電池の安全性向上に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年の電子機器の小形・軽量化に伴い、
使用される電池も小形・軽量化が進んでいる。このよう
な状況の下で、金属リチウムやリチウム合金を負極と
し、リチウムを用いたリチウム二次電池が開発された。
しかしながら、金属リチウムやリチウム合金を負極に使
用した二次電池は、充放電を繰り返すうちにデンドライ
ト状の微細な金属リチウムが負極に析出し、それがセパ
レータの細孔をつきぬいて正極とショートを起こすとい
う問題点がある。そこで、これらの問題点を防止するた
めに、以下に示すような手段が提案されている。
【0003】(a)負極に黒鉛などのカーボン粉末を使
用して、金属リチウムの析出によるショートを防止す
る。
【0004】(b)ショート、その他の原因によりセパ
レータの温度が120℃付近まで到達した場合には、セ
パレータを構成する原材料が溶解し、セパレータの細孔
を塞ぐことによって電解質の拡散を防止して電極反応を
停止させる。
【0005】(c)単電池の温度上昇とともに、抵抗が
増加する素子を単電池に装着して充放電時の電流値を制
限する。
【0006】(d)単電池の内部圧力が設定値を超えた
場合に、通電を機械的に遮断する圧力スイッチを上蓋に
設ける。
【0007】(e)充放電制御回路を備えることによ
り、過充電や過放電を防止する。
【0008】しかしながら、これらの手段を用いたリチ
ウム二次電池においても、完全に安全ではないことが明
らかになってきた。すなわち加熱、過充電、高温放置及
び機械的な変形などによって、これらのリチウム二次電
池が発火する場合が認められている。特に、最も過酷な
試験条件として知られているUL1642やUL205
4に記載されているプロジェクタイル試験(または、投
射試験とも呼ばれている)、すなわち電池を誤って火の
中に落とすような誤用した場合を想定した試験におい
て、電池が発火する場合が報告されている。
【0009】リチウム二次電池の安全性を向上させる方
法としてリン酸エステルを電解液に添加する方法が、特
開平4−184870号公報や特開平8−88023号
公報などで開示されている。しかしながら、リン酸エス
テルを電解液に添加すると電池は発火しにくくなるもの
の、電解液のイオン導伝率が悪くなり、電池の内部抵抗
が高くなり、電池の放電容量が低下するという問題点が
ある。
【0010】本発明では、渦巻き状の電極群の中心部分
に中空で、突起7を有する樹脂製のセンターピン5を挿
入するようにした(図1〜3)。なお、この渦巻き状電
極群の中心部にセンターピン5を配置している例とし
て、特開平1−175176号公報で棒状のセンターピ
ンの使用が、特開平7−335249号公報でスリット
状の割りのあるセンターピンの使用がそれぞれ記載され
ており、いずれもサイクル寿命を長くする効果が報告さ
れている。しかしながら、前記した公報で開示されてい
る形状のセンターピンを用いると、以下に示すような問
題点があることが明らかになった。すなわち、渦巻き状
の電極群を有するリチウム二次電池は、主として携帯電
話やノート形パソコンに見られるような持ち運びが容易
な機器に用いられているため、加速度を受けやすい状況
で使用されている。そして、特開平1−175176号
公報に開示されているようなセンターピンを使用した電
池は、急激な加速度が加わると、センターピンが電池内
部を移動し、電池の上蓋6を変形させ、前記した圧力ス
イッチを破壊するという問題点がある。一方、特開平7
−335249号公報に見られる電池では、スリット状
の割りのあるセンターピンにセパレータをはさんだ後に
電極を渦巻き状に巻いていくため、電池の製造が容易で
ないという問題点がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
に鑑みてなされたものであり、安全性が高く、電池の上
蓋を変形させることがなく、かつ製造に容易なリチウム
二次電池を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は充電、放電が繰り返し可能な帯状の正極、負
極とをセパレータを介して巻き取った渦巻き状の電極群
を有するリチウム二次電池において、中空で突起を有す
る樹脂製のセンターピン(5)を突起(7)の部分が前
記電極群の中心部分の内壁面に接触するように挿入する
ことを特徴としている。そして前記した突起は、前記電
極群の中心部分へのセンターピンの挿入方向に対して、
後方に位置する突起後部の突出度合の方が、前方に位置
する突起前部の突出度合よりも大きくなるようにした。
【0013】
【実施例】以下に本発明の実施形態の一例を、渦巻き状
の電極群を有する円筒形リチウム二次電池で説明する
(図1)。 (実施例1) 1)正極の作製 平均粒径が10μmのコバルト酸リチウム、平均粒径が
3μmの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデ
ン(商品名:KF#120、呉羽化学工業(株)製)と
を80:10:10のwt.%比率で、溶媒であるN−
メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状の溶液
を作製する。このスラリーを集電体である厚みが20μ
mのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥した後、プレス
して一体化する。その後、幅が54mm、長さが450
mmに切断して短冊状の正極を作製した。
【0014】2)負極の作製 平均粒径が20μmの炭素粒子と、結着剤としてポリフ
ッ化ビニリデン(商品名:KF#120、呉羽化学工業
(株)製)とを90:10のwt.%比率で溶媒である
N−メチル−2−ピロリドンに投入し混合して、スラリ
ー状の溶液を作製する。このスラリーを集電体である厚
みが10μmの銅箔の両面に塗布、乾燥した後、プレス
して一体化する。その後、幅が56mm、長さが500
mmに切断して短冊状の負極を作製した。
【0015】3)センターピンの作製 電極群の中心部に挿入するセンターピンとして、ポリイ
ミド製樹脂を用いた。この樹脂を金形に入れた後、加熱
・成形して図2〜4に示す形状のセンターピン作製し
た。センターピンの寸法は、外径4mm、内径3mm、
長さ52mmの円筒状のものである。これらのセンター
ピンにおいて図2に示すように高さ0.3mmの突起を
1個有するもの、図3に示すように高さ0.3mmの突
起を2個有するもの、くさび状の突起のないもの(図は
省略)及び中空でない棒状のもの(図は省略)を作製し
て以下の実施をした。
【0016】4)電池の組立て及び試験 作製した正極1と負極2とを組み合わせ、厚さが25μ
m、幅が58mmのポリエチレン多孔膜からなるセパレ
ータ3を介して渦巻き状に巻いた電極群を作製する。こ
の電極群を電池缶4に挿入し、負極集電体の端子を電池
缶4の底部に溶接した後、ポリイミド樹脂製のセンター
ピン5を電極群の中心部分に挿入した。次に、プロピレ
ンカーボネートとジメチルカーボネートを体積比で1:
1に混合した溶液にLiPF6を1mol/lの濃度で
溶解した電解液を4ml注液する。次に正極集電体の端
子を上蓋6に溶接した後、この部分をかしめて密閉し、
直径が18mmで高さが65mmの円筒形電池を作製し
た。作製した電池の初期容量は、1400mAhであ
る。振動試験方法として、振幅5mm、最大加速度5m
/s2で10分間振動させた後、電池を解体してセンタ
ーピン5の移動による上蓋6の変形状態を観察した。
【0017】作製したリチウム二次電池は25℃のもと
で、4.15Vの定電圧(ただし、制限電流1A)で3
時間充電した後、プロジェクタイル試験で安全性を試験
した。このプロジェクタイル試験とは、以下のようなも
のである。すなわち、バーナーの上部38.1mmの位置にス
テンレス製10メッシュ網を置いて、それに前記した条件
で充電した電池を針金で固定して置く。電池の周囲は八
角柱のアルミニウム製17メッシュ網で覆われている。炎
の温度は700〜740℃とし、電池が発火または破裂するま
で加熱する。前記したUL1642やUL2054規格
では、試験終了後に発火または破裂した電池の部品がア
ルミニウム製17メッシュ網から外部に出ていないことを
合格としている。
【0018】(実施例1)図2に示すように突起7を1
個有するセンターピン5を挿入した10個のリチウム二
次電池を前記した条件で作製した。それを用いて振動試
験及びプロジェクタイル試験をした結果を表1に示す。
【0019】(実施例2)図3に示すような突起7を2
個有するセンターピン5を挿入した10個のリチウム二
次電池を作製した。それ以外の電池の作製条件は、前記
した条件と同一である。作製したリチウム二次電池を用
い、振動試験及びプロジェクタイル試験をした結果を表
1に示す。
【0020】(比較例1)突起を有しない中空のセンタ
ーピン5を挿入した10個のリチウム二次電池を作製し
た。それ以外の電池の作製条件は前記した条件と同一で
ある。作製したリチウム二次電池を用い、振動試験及び
プロジェクタイル試験をした結果を表1に示す。
【0021】(比較例2)中空でなく棒状の、突起を有
しないのセンターピン5を挿入した10個のリチウム二
次電池を作製した。それ以外の電池の作製条件は前記し
た条件と同一である。作製したリチウム二次電池を用
い、振動試験及びプロジェクタイル試験をした結果を表
1に示す。
【0022】(比較例3)センターピンを挿入していな
い10個のリチウム二次電池を作製した。それ以外の電
池を作製条件は前記した条件と同一である。作製したリ
チウム二次電池を用い、振動試験及びプロジェクタイル
試験をした結果を表1に示す。
【0023】表1から判るように、本発明のセンターピ
ン5を挿入することによって、プロジェクタイル試験に
おける安全性が向上していることがわかる。また、振動
試験において、センターピン5に突起7を設けることに
よって、センターピン5のずれが起こらず、上蓋6の変
形が認められなかった。
【0024】
【表1】
【0025】実施例では、ポリイミド製で突起を有する
中空のセンターピン5を用いたが、材質としては、その
他の絶縁材料、たとえばポリプロピレン、ポリエチレン
又はテフロンなどの樹脂であってもよい。センターピン
5の形状としても、渦巻き状の電極群の中心部分から抜
けないことが重要であり、図4に示すようなセンターピ
ン5の底部に突起を有する構造であってもよい。なお、
センターピン5が図4に示すような構造をしている場合
には、渦巻き状に巻いた電極群の中心部にセンターピン
5を挿入し、その電極群を電池缶に挿入した後に、負極
の集電体端子を容器の底に溶接する。
【0026】
【発明の効果】本発明は、突起を有する中空のセンター
ピン5を該捲回状電極群の中心部分に配置ことを特徴と
しており、電池に急激な加速度がかかった場合において
もセンターピン5のずれを抑制できる。また、プロジェ
クタイル試験において安全性に優れ、かつ生産性に優れ
たリチウム二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池の断面図である。
【図2】本発明のセンターピンの主要部分の拡大斜視図
である。
【図3】本発明のセンターピンの主要部分の拡大斜視図
である。
【図4】本発明のセンターピンの主要部分の拡大斜視図
である。
【符号の説明】
1:正極、 2:負極、 3:セパレータ、 4:電池
缶、 5:センターピン、6:上蓋、 7:突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 陽介 東京都中央区日本橋本町2丁目8番7号 新神戸電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】充電、放電が繰り返し可能な帯状の正極、
    負極とをセパレータを介して巻き取った渦巻き状の電極
    群を有し、該電極群の中心部分にセンターピンを配置し
    たリチウム二次電池において、前記センターピンは中空
    であり、その外側面に樹脂製の突起を有し、該樹脂製の
    突起は前記電極群の中心部分の内壁面に接触しているこ
    とを特徴とするリチウム二次電池。
  2. 【請求項2】前記突起は、前記電極群の中心部分へのセ
    ンターピンの挿入方向に対して、後方に位置する突起後
    部の突出度合の方が、前方に位置する突起前部の突出度
    合よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のリチウ
    ム二次電池。
JP10002100A 1998-01-08 1998-01-08 リチウム二次電池 Pending JPH11204140A (ja)

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