JP2000188133A - 密閉形非水電解液二次電池 - Google Patents

密閉形非水電解液二次電池

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JP2000188133A
JP2000188133A JP10366572A JP36657298A JP2000188133A JP 2000188133 A JP2000188133 A JP 2000188133A JP 10366572 A JP10366572 A JP 10366572A JP 36657298 A JP36657298 A JP 36657298A JP 2000188133 A JP2000188133 A JP 2000188133A
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JP
Japan
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battery
filler
gap
electrolyte
electrolyte secondary
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JP10366572A
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English (en)
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Takefumi Inoue
剛文 井上
Hiroaki Yoshida
吉田  浩明
Shinya Kitano
真也 北野
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】可燃性である有機電解液の注入量を減らし、電
池の安全性能を向上させる。 【解決手段】電極体と電解液で構成される発電要素を電
池容器に収納してなる密閉形非水電解液電池内部の隙間
部に充填物を配する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、密閉形非水電解液
二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ノート型パソコン等の携帯情報機
器、カメラ一体型VTR、液晶テレビ等のAV機器、携
帯電話などの移動通信機器、そして電気自動車などの動
力源としての電池に対して、大電流、高出力の必要性の
高まりから、より高エネルギー密度化が要望されてい
る。中でも、非水電解液二次電池はその要望に応えられ
る電池として注目され、技術の進歩が著しい。
【0003】一般に、非水電解液二次電池では、正極活
物質に遷移金属複合酸化物など、負極にリチウムやリチ
ウムを主体とする合金あるいは天然黒鉛、コークス、炭
素繊維や樹脂焼成炭素など、セパレータにはポリエチレ
ン樹脂やポリプロピレン樹脂製の微多孔膜など、電解液
には六フッ化燐酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムな
どの電解質をエチレンカーボネート、プロピレンカーボ
ネート、ジエチルカーボネートなどの混合溶媒に溶かし
た有機電解液が使用されている。前述の正極、負極、セ
パレータ、電解液の収納にはステンレス、アルミ、鉄な
どの金属製のケースが用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】製作した電池において
は、電池容器内の上部もしくは底部、または側部、巻回
式電極体からなる電池においてはその巻芯部など、場合
によってはそれら複数箇所に隙間部を有している。これ
ら隙間部は、発電要素が存在しない空隙であるか、ある
いは電解液に満たされた状態となっている。
【0005】上記のごとく隙間部を有するため、その隙
間部に電解液が流れ込み、従ってその体積だけ電解液を
増量しなければならないという問題と、加えて電解液が
可燃性物質であるため、外部短絡のような過酷な異常状
態などに遭遇してひとたび発火したならば、その時の被
害が甚大なものとなるという安全上の問題がある。
【0006】また、水系電解液と異なり、一般的に非水
電解液は高価であるため、電解液量が増加すればコスト
が増大するという問題にもつながる。
【0007】さらに、上記電解液の重量分だけ電池全体
の重量が増加するため、エネルギー密度が低下してしま
うこともさけられない事実である。
【0008】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであり、安全性能を高めるとともに、エネルギー密度
向上、コスト削減をも可能とする電池を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに、本発明は、電極体と電解液で構成される発電要素
を電池容器に収納してなる密閉形非水電解液電池であっ
て、前記電池容器内部の隙間部に隙間を埋めるための充
填物を有することを特徴とする密閉形非水電解液二次電
池を提供する。これにより可燃性である有機電解液の注
入量を減らすことができる。
【0010】前記充填物が融点80℃以上150℃以下
の物質を含んでなるものが好ましい。電池が熱逸走を起
こすなどして、何らかの原因で内部にガスが発生したと
き、該充填物が融解して液状となり、ガス排出を円滑に
行うことができるからである。
【0011】また、前記充填物が中空体または非連続気
孔を有する多孔体が好ましく、さらに、充填物の融点が
80℃以上150℃以下の物質を含んでなるものであれ
ばより好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明にかかる密閉形非水電解液
二次電池は、正極、負極、セパレータ、電解液を金属製
容器内に収納し、隙間部に充填物を配して密閉構造とし
たものである。また、必要に応じて安全性確保のためそ
の内部または外部に安全弁をはじめ各種の保護機能を一
体装備してもよい。
【0013】電池の材質、形状など、本発明の実施にあ
たっては特に限定するものではないが、正極活物質とし
ては、例えばコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニ
ッケル酸リチウム(LiNiO2)、スピネル型マンガ
ン酸リチウム(LiMn2O4)あるいはこれらの複合
酸化物など、あるいはマンガン酸化物(LixMnO
2)、バナジウム酸化物(V3O8、V2O5、V6O
13)、二硫化チタン(TiS2)、二硫化鉄(FeS
2)、二硫化モリブデン(MoS2)などを用いること
ができる。
【0014】負極材料としては、例えばリチウムやリチ
ウムを主体とする合金などや、天然黒鉛、人造黒鉛、難
黒鉛化炭素、コークス、熱分解樹脂などの炭素材料を用
いることができる。
【0015】セパレータは、ポリエチレンやポリプロピ
レン製の微多孔膜、あるいはポリエチレンとポリプロピ
レンや他の樹脂膜とを貼り合わせた2層、3層のものな
どを用いることができる。
【0016】非水電解液は、混合溶媒を主体とする有機
電解液であるが、支持電解質のリチウム塩を溶解させる
ためには、高誘電率でリチウムイオンとの適度な溶媒和
能力を持ち、イオンの移動を妨げない低粘度の有機溶媒
が好ましい。また、電池の作動温度で液体でなければな
らず、凝固点は低く、沸点は高いことが必要である。正
極と負極の活物質に対して化学的に安定であることは当
然で、さらに電池内での充放電反応にともなう厳しい酸
化還元雰囲気にも耐えなければならないものが必要であ
る。これらの条件を満たすため、性質の異なる複数の溶
媒を混合して使用する。例えば、高誘電率溶媒として、
エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネー
ト(PC)、γ‐ブチロラクトン(γ‐BL)、ジメチ
ルスルホキシド(DMSO)、低粘度溶媒としてジメチ
ルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(D
EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメト
キシエタン(DME)、などである。支持電解質は電解
液にイオン電導性を与えるために必要で、六フッ化リン
酸リチウム(LiBF6)、過塩素酸リチウム(LiC
lO4)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六
フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)のようなリチウム
塩などである。
【0017】電池容器の材質についても、特に限定され
るものではなく最適なものを用いればよいが、例えば
鉄、ニッケル、ステンレス、アルミニウムなどの金属を
用いることができる。また、必要に応じて種々の材質を
混合させて複合材料としたり、多層構造としても良い。
【0018】電極体の構造は、平板状の正極、負極とセ
パレータの組み合わせを複数枚積み重ねてなる積層式電
極体や、正極と負極とセパレータとを断面円形または楕
円形状に巻回してなる巻回式電極体などを用いることが
できる。これら電極体を電池容器に挿入するわけである
が、本発明にかかる充填物はその電極体挿入前に、あら
かじめ電池容器内部の電池容器と電極体との隙間部にな
るであろう位置に配するか、もしくは電極体挿入後、電
池容器と電極体との隙間部に配する。充填物の材質は、
使用する電解液に対して化学的安定性を有し、かつ電池
を構成するにあたって物理的安定性を有するものであれ
ばどのようなものであってもよい。好ましくは、融点が
80℃以上150℃以下のものである。通常電池使用時
における温度範囲として高い状態で約60℃、電池安全
弁は150℃を超えたあたりで作動するようにし、安全
性を確保できる温度を約80℃以上150℃以下と設計
することが好ましく、従って融点を80℃以上150℃
以下とすることで、充填物が異常温度上昇時に適切に融
解して液状となり、電池の内圧上昇を引き起こすガスを
電池にあらかじめ設けた安全弁から円滑に放出すること
ができる状態となる。融点が150℃より高い物質であ
れば、電池の温度上昇時に適切に融解しない。さらに好
ましくは、充填物に充填物の材質の密度が電解液の密度
より小さいものを用いる。電池製作時の電池の重量を軽
減することができ、電池の重量エネルギー密度を向上さ
せることができる。好ましくは充填物を粒状とする。容
易に作製することができ、また、隙間部に配することも
簡単であるからである。
【0019】好ましくは前記粒状の充填物の粒径を10
mm以下、特に好ましくは1〜3mmとする。粒の形状
を保ったままでも、電池の温度上昇時には開放された安
全弁からガスの排出が可能だからである。
【0020】また、好ましい充填物の形状は中空体また
は非連続気孔を有する多孔体である。これらの形状とす
ることにより、少ない材料で体積を大きくすることがで
き、充填物の体積あたりの重量を低減することが可能で
ある。中空体の形状は球状かそれに準ずるもの、あるい
は直方体のような立体であって角に曲面を有するものが
よい。角のない形状とすることで、電極体などに損傷を
もたらすことがないからである。
【0021】非連続気孔を有する多孔体としては、例え
ばスポンジなどである。スポンジであれば、隙間部の形
状や大きさに適宜合わせて使用することが容易であり好
ましい。また、巻芯部などのように隙間部の形などが決
まっているものに対しては、充填物として内部が中空の
袋状のものでもよい。あらかじめ製作しておくことがで
き、充填においても容易で手間がかからず、コスト減に
もつながるからである。
【0022】また好ましくは、中空体の粒径が0.1m
m以上10mm以下である。粒径が0.1mmより小さ
いと充填時に電池の重量を増大させてしまい、10mm
より大きいと隙間部に対して充填効率が悪くなる。ま
た、上記粒径の範囲内から電池の形状や大きさに応じて
好適な粒径を選択するとよい。
【0023】さらに好ましくは、中空体、スポンジまた
は袋状のものの内部に不燃物質や不活性物質、あるいは
熱的安定性を有する物質などを有するものである。電池
の内部温度が異常上昇した場合に、安定性を保持するこ
とができ、発火を防止するなどの電池の安全性を向上さ
せることができるからである。電池の重量を軽減するた
めには、前述物質は気体がよい。
【0024】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図を参照しなが
ら、説明する。
【0025】図2に、長円筒形リチウムイオン電池7の
構造を示す。1は正極端子、2は安全弁、3は負極端
子、4は発電要素、5は電池容器である。電極体は、扁
平状に巻き取ることにより組み立てた。
【0026】上記電池の電極は組成の異なる2層の合剤
層で構成した。正極の合剤層は、正極活物質(LiCo
0.98Mg0.02O2)とバインダー(ポリフッ化
ビニリデン(PVdF))と導電助剤(カーボンブラッ
ク)との混合物からなり、この合剤をアルミニウム箔上
に形成させた。負極合剤層は、炭素材料(黒鉛)とバイ
ンダ(PVdF)との混合物からなり、銅箔上に形成さ
せ負極とした。上記帯状正極板と負極板とをセパレータ
を介して扁平形に巻き取った後、長円筒形の有底アルミ
ニウム容器に挿入し、電極体の巻芯部に充填物をつめた
後、封口、注液して製造した。容器の封口には二重巻き
締め法を適用した。そのときのA−A´横断面図を図1
に示す。
【0027】10が前記充填物であり、融点105℃の
低密度ポリエチレン製の粒径2mm、中空の球体で、内
部にアルゴンガスを有したものを用いた。これを、巻回
した電極体を電池容器に挿入した後、該巻回式電極体の
中心にできる隙間部に流し込むように詰め込んだ。この
結果、封口した後に注液する電解液の量を約15%削減
することができた。
【0028】また参考のため、別の実施例として角形電
池であって、巻芯部のみならず、電池容器の角に位置す
る隙間部にも充填物を配したものを図3に示す。角の隙
間部はかなり体積が大きいため、粒径5mmと大きい充
填物(10a)を用い、さらにその粒子間の隙間にも粒
径1.5mmの中空の球体を配した。この結果、封口し
た後に注液する電解液量を約30%削減することがで
き、これにより電池全体の重量で約5%の軽量化が達成
できた。
【0029】製作した電池を、外部短絡試験、釘刺し試
験にかけたが、従来の充填物を有さないものが発火に至
るような条件でも、本発明による電池では発火せず、電
池表面の最大到達温度も大幅に低減でき、安全性が向上
することがわかった。また、試験後の電池を分析したと
ころ、もとの中空の球体の形状を有する充填物は見られ
ず、従って試験中の温度の異常上昇時に融解し、これに
より、電池内部におけるガス排出経路が確保され、安全
性の向上に寄与したものと考えられる。
【0030】
【発明の効果】本発明にかかる充填物を有する非水電解
液二次電池においては、注入すべき電解液の量を少なく
することができる。このため、安全性の向上、コストの
削減が可能となる。
【0031】また、充填物の融点を80℃以上150℃
以下とすることにより、何らかの原因で電池の温度が高
まり、容器内でガスが発生した場合でも、充填物が融解
し、ガス排出経路を確保することができる。このため、
電池内でガスが発生した場合でも、大きな爆発を防ぐこ
とができ、安全性を高めることができる。
【0032】さらに、充填物を球状の中空体、非連続気
孔を有するスポンジまたは袋状のものとすることによ
り、効率よく非水電解液量を減らすことができる。ま
た、該充填物中に不活性ガスなど異常時に電池内部での
反応を抑制する物質を有するものなど、必要に応じて好
適な形態の充填物を選択することにより、電池の安全
性、エネルギー密度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の電池のA−A´横断面図。
【図2】本発明実施例の電池の構造を示す図。
【図3】本発明別の実施例の電池の横断面図。
【符号の説明】
1 正極端子 2 安全弁 3 負極端子 4 発電要素 5 電池容器 10 充填物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ12 AK02 AK03 AK05 AL06 AL07 AL12 AM03 AM07 BJ00 DJ01 DJ13 DJ16 EJ11 HJ14

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極体と電解液で構成される発電要素を電
    池容器に収納してなる密閉形非水電解液電池であって、
    前記電池容器内部の隙間部に隙間を埋めるための充填物
    を有することを特徴とする密閉形非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】前記充填物が融点80℃以上150℃以下
    の物質を含んでなることを特徴とする請求項1記載の密
    閉形非水電解液二次電池。
  3. 【請求項3】前記充填物が中空体または非連続気孔を有
    する多孔体であることを特徴とする請求項1または請求
    項2記載の密閉形非水電解液二次電池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009025199A1 (ja) * 2007-08-23 2009-02-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 電池およびその製造方法
EP2430695A1 (en) * 2009-06-26 2012-03-21 BYD Company Limited Lithium ion battery

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