JP2002324587A - 円筒型リチウム二次電池 - Google Patents
円筒型リチウム二次電池Info
- Publication number
- JP2002324587A JP2002324587A JP2001131104A JP2001131104A JP2002324587A JP 2002324587 A JP2002324587 A JP 2002324587A JP 2001131104 A JP2001131104 A JP 2001131104A JP 2001131104 A JP2001131104 A JP 2001131104A JP 2002324587 A JP2002324587 A JP 2002324587A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- battery
- lithium secondary
- secondary battery
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
- 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
-
- 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
Landscapes
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高容量、高出力でありながらも、極めて安全
性の高いリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】 円筒型リチウム二次電池２０は、中空円
筒状の軸芯１４の周りに、正極２及び負極３をセパレー
タ１を介して捲回した電極群１５を備えている。負極３
の端部から安全弁１１側にはみ出したセパレータ１のは
み出し量Ａ（ｍｍ）が、８０゜Ｃ以上におけるセパレー
タ１の幅方向の熱収縮量Ｂ（ｍｍ）に対しＡ＜２Ｂとな
るように、はみ出し量Ａ（ｍｍ）が設定されている。
性の高いリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】 円筒型リチウム二次電池２０は、中空円
筒状の軸芯１４の周りに、正極２及び負極３をセパレー
タ１を介して捲回した電極群１５を備えている。負極３
の端部から安全弁１１側にはみ出したセパレータ１のは
み出し量Ａ（ｍｍ）が、８０゜Ｃ以上におけるセパレー
タ１の幅方向の熱収縮量Ｂ（ｍｍ）に対しＡ＜２Ｂとな
るように、はみ出し量Ａ（ｍｍ）が設定されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池に
係り、特に、所定圧で内圧を開放する内圧低減機構を有
する電池容器内に、正極活物質にリチウムマンガン複酸
化物を用いた正極と負極活物質に炭素材を用いた負極と
をセパレータを介して捲回した電極群と、この電極群を
浸潤する非水電解液と、を収容した円筒型リチウム二次
電池に関する。
係り、特に、所定圧で内圧を開放する内圧低減機構を有
する電池容器内に、正極活物質にリチウムマンガン複酸
化物を用いた正極と負極活物質に炭素材を用いた負極と
をセパレータを介して捲回した電極群と、この電極群を
浸潤する非水電解液と、を収容した円筒型リチウム二次
電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、再充電可能な二次電池の分野で
は、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水
素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしなが
ら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネル
ギー密度を有するリチウム二次電池が着目され、その研
究、開発及び商品化が急速に進められた結果、現在で
は、携帯電話やノートパソコン向けに小型民生用リチウ
ム二次電池が広く普及している。
は、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水
素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしなが
ら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネル
ギー密度を有するリチウム二次電池が着目され、その研
究、開発及び商品化が急速に進められた結果、現在で
は、携帯電話やノートパソコン向けに小型民生用リチウ
ム二次電池が広く普及している。
【０００３】一方、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電
気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助す
るハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカ
ーで開発され、その電源に用いられる電池には、より高
容量で高出力な二次電池が求められるようになってき
た。このような要求に合致する電源として、高電圧を有
する非水溶液系のリチウム二次電池が注目されている。
気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助す
るハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカ
ーで開発され、その電源に用いられる電池には、より高
容量で高出力な二次電池が求められるようになってき
た。このような要求に合致する電源として、高電圧を有
する非水溶液系のリチウム二次電池が注目されている。
【０００４】リチウム二次電池の負極材には一般的に炭
素材が用いられる。炭素材には、天然黒鉛や鱗片状、塊
状等の人造黒鉛、メソフェーズピッチ系黒鉛等の黒鉛系
材料とフルフリルアルコール等のフラン樹脂等を焼成し
た非晶質炭素材料が用いられている。
素材が用いられる。炭素材には、天然黒鉛や鱗片状、塊
状等の人造黒鉛、メソフェーズピッチ系黒鉛等の黒鉛系
材料とフルフリルアルコール等のフラン樹脂等を焼成し
た非晶質炭素材料が用いられている。
【０００５】また、正極材には一般的にリチウム遷移金
属酸化物が用いられており、中でも容量やサイクル特性
等のバランスからコバルト酸リチウムが広く用いられて
いるが、原料であるコバルトは資源量が少なくコスト高
となることから、電気自動車用やハイブリッド電気自動
車用電池の正極材としてはマンガン酸リチウム等のリチ
ウムマンガン複酸化物が有望視され開発が進められてい
る。
属酸化物が用いられており、中でも容量やサイクル特性
等のバランスからコバルト酸リチウムが広く用いられて
いるが、原料であるコバルトは資源量が少なくコスト高
となることから、電気自動車用やハイブリッド電気自動
車用電池の正極材としてはマンガン酸リチウム等のリチ
ウムマンガン複酸化物が有望視され開発が進められてい
る。
【０００６】更に、セパレータには、一般的にリチウム
イオンの通過を許容するポリオレフィン系の多孔質膜、
例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等の単層膜が使用されて
いる。セパレータは、捲回方向（高さ方向）及び捲回方
向に垂直な幅方向に、正極及び負極より長く調製されて
おり、両極端部の接触による短絡が防止されている。
イオンの通過を許容するポリオレフィン系の多孔質膜、
例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等の単層膜が使用されて
いる。セパレータは、捲回方向（高さ方向）及び捲回方
向に垂直な幅方向に、正極及び負極より長く調製されて
おり、両極端部の接触による短絡が防止されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リチウ
ム二次電池の場合、電池の高容量化、高出力化に伴い安
全性が重視される傾向にあり、特に電気自動車やハイブ
リッド電気自動車用の電源に用いられるような高容量、
高出力の二次電池ともなると、大電流充電、大電流放電
が行われるので、小型民生用リチウム二次電池で一般に
採用されているような、異常時の電池内圧上昇に応じて
電気的に作動する電流遮断機構を電池構造内に設けるこ
とは難しい。
ム二次電池の場合、電池の高容量化、高出力化に伴い安
全性が重視される傾向にあり、特に電気自動車やハイブ
リッド電気自動車用の電源に用いられるような高容量、
高出力の二次電池ともなると、大電流充電、大電流放電
が行われるので、小型民生用リチウム二次電池で一般に
採用されているような、異常時の電池内圧上昇に応じて
電気的に作動する電流遮断機構を電池構造内に設けるこ
とは難しい。
【０００８】人を乗せて走行する電気自動車やハイブリ
ッド電気自動車では、充放電制御システムが故障してし
まった場合の過充電時、不慮の衝突事故の場合に遭遇す
る可能性のある電池のクラッシュ時、異物突き刺し時、
外部短絡時等の電池異常時に電池自体の安全性を確保す
ることは、最低限必要かつ非常に重要な電池特性であ
る。ここでいう電池の安全性とは、電池が異常な状態に
さらされたときの電池挙動が、人体に被害を与えないこ
とは当然のことながら、車両への損害を最小限に抑える
ことを意味する。
ッド電気自動車では、充放電制御システムが故障してし
まった場合の過充電時、不慮の衝突事故の場合に遭遇す
る可能性のある電池のクラッシュ時、異物突き刺し時、
外部短絡時等の電池異常時に電池自体の安全性を確保す
ることは、最低限必要かつ非常に重要な電池特性であ
る。ここでいう電池の安全性とは、電池が異常な状態に
さらされたときの電池挙動が、人体に被害を与えないこ
とは当然のことながら、車両への損害を最小限に抑える
ことを意味する。
【０００９】例えば電池が過充電状態に陥ると、発熱に
より電池の温度は徐々に上昇し、セパレータが破断して
内部短絡が生じ、その短絡電流によって電池温度が急上
昇する。このときの発熱量によっては正極活物質の熱暴
走反応が生ずる。特に、内部短絡箇所が電極群中心部の
場合には、電極群中心部から離れた内圧低減機構側で内
部短絡が生ずる場合に比べ、内部短絡箇所周辺に正極活
物質が多く存在するので、熱暴走反応を引き起こす可能
性が高い。このような場合でも、電池を穏やかに使用不
能状態とすることができれば、電池の安全性が確保され
る。
より電池の温度は徐々に上昇し、セパレータが破断して
内部短絡が生じ、その短絡電流によって電池温度が急上
昇する。このときの発熱量によっては正極活物質の熱暴
走反応が生ずる。特に、内部短絡箇所が電極群中心部の
場合には、電極群中心部から離れた内圧低減機構側で内
部短絡が生ずる場合に比べ、内部短絡箇所周辺に正極活
物質が多く存在するので、熱暴走反応を引き起こす可能
性が高い。このような場合でも、電池を穏やかに使用不
能状態とすることができれば、電池の安全性が確保され
る。
【００１０】本発明は上記事案に鑑み、高容量、高出力
でありながらも、極めて安全性の高い円筒型リチウム二
次電池を提供することを課題とする。
でありながらも、極めて安全性の高い円筒型リチウム二
次電池を提供することを課題とする。
【００１１】
【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、所定圧で内圧を開放する内圧低減機構を
有する電池容器内に、正極活物質にリチウムマンガン複
酸化物を用いた正極と負極活物質に炭素材を用いた負極
とをセパレータを介して捲回した電極群と、この電極群
を浸潤する非水電解液と、を収容した円筒型リチウム二
次電池において、前記負極の端から前記内圧低減機構側
にはみ出したセパレータのはみ出し量Ａが、８０゜Ｃ以
上におけるセパレータの幅方向の熱収縮量Ｂに対しＡ＜
２Ｂであることを特徴とする。
に、本発明は、所定圧で内圧を開放する内圧低減機構を
有する電池容器内に、正極活物質にリチウムマンガン複
酸化物を用いた正極と負極活物質に炭素材を用いた負極
とをセパレータを介して捲回した電極群と、この電極群
を浸潤する非水電解液と、を収容した円筒型リチウム二
次電池において、前記負極の端から前記内圧低減機構側
にはみ出したセパレータのはみ出し量Ａが、８０゜Ｃ以
上におけるセパレータの幅方向の熱収縮量Ｂに対しＡ＜
２Ｂであることを特徴とする。
【００１２】本発明では、負極の端から内圧低減機構側
にはみ出したセパレータのはみ出し量Ａを、８０゜Ｃ以
上におけるセパレータの幅方向の熱収縮量Ｂに対しＡ＜
２Ｂとしたので、電池異常時に電池温度が８０゜Ｃ以上
になると、セパレータの熱収縮によりセパレータのはみ
出し量Ａが減少して、電極群の内圧低減機構側の端部で
内部短絡が生じ易くなる。このため、電極群中心部での
短絡による正極活物質の熱暴走反応が事前に防止され、
穏やかに電池を使用不能状態とすることができる。この
とき、８０゜Ｃ以下の温度で熱収縮を開始してしまうセ
パレータでは、例えばハイブリッド電気自動車での使用
を考慮した場合に頻繁な充放電による発熱のため電池異
常でないときにも内部短縮が早期に生じてしまい、ま
た、１８０゜Ｃを超える温度で熱収縮を開始するセパレ
ータでは内部短絡位置を内圧低減機構側に偏倚させても
正極活物質の熱暴走反応が生じてしまう場合があるの
で、熱収縮量Ｂが１ｍｍ以上となる熱収縮開始温度が８
０゜Ｃ以上１８０゜Ｃ以下のセパレータを用いることが
好ましい。
にはみ出したセパレータのはみ出し量Ａを、８０゜Ｃ以
上におけるセパレータの幅方向の熱収縮量Ｂに対しＡ＜
２Ｂとしたので、電池異常時に電池温度が８０゜Ｃ以上
になると、セパレータの熱収縮によりセパレータのはみ
出し量Ａが減少して、電極群の内圧低減機構側の端部で
内部短絡が生じ易くなる。このため、電極群中心部での
短絡による正極活物質の熱暴走反応が事前に防止され、
穏やかに電池を使用不能状態とすることができる。この
とき、８０゜Ｃ以下の温度で熱収縮を開始してしまうセ
パレータでは、例えばハイブリッド電気自動車での使用
を考慮した場合に頻繁な充放電による発熱のため電池異
常でないときにも内部短縮が早期に生じてしまい、ま
た、１８０゜Ｃを超える温度で熱収縮を開始するセパレ
ータでは内部短絡位置を内圧低減機構側に偏倚させても
正極活物質の熱暴走反応が生じてしまう場合があるの
で、熱収縮量Ｂが１ｍｍ以上となる熱収縮開始温度が８
０゜Ｃ以上１８０゜Ｃ以下のセパレータを用いることが
好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に搭載される円筒型
リチウム二次電池に適用した実施の形態について説明す
る。
ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に搭載される円筒型
リチウム二次電池に適用した実施の形態について説明す
る。
【００１４】図１に示すように、本実施形態の円筒型リ
チウム二次電池２０は、中空円筒状の軸芯１４の周り
に、正極２及び負極３をセパレータ１を介して捲回した
電極群１５を備えている。
チウム二次電池２０は、中空円筒状の軸芯１４の周り
に、正極２及び負極３をセパレータ１を介して捲回した
電極群１５を備えている。
【００１５】正極２は、リチウムマンガン複酸化物とし
て代表的なマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）を正
極活物質とし、正極活物質９０重量部に対して、導電剤
として鱗片状黒鉛１０重量部と、結着剤としてポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）５重量部と、を添加し、これ
に分散溶媒としてＮ−メチルピロリドンを添加、混練し
たスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均
一に塗布し、乾燥させた後、プレス、裁断して得られた
ものである。
て代表的なマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）を正
極活物質とし、正極活物質９０重量部に対して、導電剤
として鱗片状黒鉛１０重量部と、結着剤としてポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）５重量部と、を添加し、これ
に分散溶媒としてＮ−メチルピロリドンを添加、混練し
たスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均
一に塗布し、乾燥させた後、プレス、裁断して得られた
ものである。
【００１６】一方、負極３は、負極活物質の炭素材とし
て非晶質炭素粉末９０重量部に、結着剤としてポリフッ
化ビニリデン１０重量部を添加し、これに分散溶媒とし
てＮ−メチルピロリドンを添加、混練したスラリを、厚
さ１０μｍの圧延銅箔の両面に塗布し、乾燥させた後、
プレス、裁断して得られたものである。正極２及び負極
３の一側は、等間隔かつ矩形状に切り欠かれており、短
冊状の正極タブ２ａ、負極タブ３ａが形成されている。
なお、負極３は正極２に比べ若干幅長とされている。
て非晶質炭素粉末９０重量部に、結着剤としてポリフッ
化ビニリデン１０重量部を添加し、これに分散溶媒とし
てＮ−メチルピロリドンを添加、混練したスラリを、厚
さ１０μｍの圧延銅箔の両面に塗布し、乾燥させた後、
プレス、裁断して得られたものである。正極２及び負極
３の一側は、等間隔かつ矩形状に切り欠かれており、短
冊状の正極タブ２ａ、負極タブ３ａが形成されている。
なお、負極３は正極２に比べ若干幅長とされている。
【００１７】セパレータ１には、厚さ４０μｍのポリエ
チレン（以下、ＰＥという。）製微多孔膜が用いられて
いる。このポリエチレン製微多孔膜は熱によって１ｍｍ
以上の収縮を開始する熱収縮開始温度が８０゜Ｃ以上１
８０゜Ｃ以下に設定されている。ここで、セパレータの
熱収縮量は、ＪＩＳ Ｃ２３３０に示される加熱収縮率
試験に準拠し、試験片（セパレータ）の幅方向の長さを
電池で用いる絶対量とし、恒温槽の温度を種々の温度に
変化させて幅方向の熱収縮量（長さ）Ｂを測定し、熱収
縮量Ｂが１ｍｍとなるときの温度を熱収縮開始温度とし
た。
チレン（以下、ＰＥという。）製微多孔膜が用いられて
いる。このポリエチレン製微多孔膜は熱によって１ｍｍ
以上の収縮を開始する熱収縮開始温度が８０゜Ｃ以上１
８０゜Ｃ以下に設定されている。ここで、セパレータの
熱収縮量は、ＪＩＳ Ｃ２３３０に示される加熱収縮率
試験に準拠し、試験片（セパレータ）の幅方向の長さを
電池で用いる絶対量とし、恒温槽の温度を種々の温度に
変化させて幅方向の熱収縮量（長さ）Ｂを測定し、熱収
縮量Ｂが１ｍｍとなるときの温度を熱収縮開始温度とし
た。
【００１８】正極タブ２ａ及び負極タブ３ａは、それぞ
れ電極群１５の互いに反対側の両端面に位置するように
配置されている。図２に示すように、電極群１５の上端
側では、負極３の端部からセパレータ１がはみ出してい
る。このはみ出し量Ａ（ｍｍ）は、熱収縮量Ｂ（ｍｍ）
との関係がＡ＜２Ｂとなるように設定されている。同様
に、電極群１５の下端側でも、はみ出し量Ａ（ｍｍ）が
熱収縮量Ｂ（ｍｍ）との関係がＡ＜２Ｂとなるように設
定されている。
れ電極群１５の互いに反対側の両端面に位置するように
配置されている。図２に示すように、電極群１５の上端
側では、負極３の端部からセパレータ１がはみ出してい
る。このはみ出し量Ａ（ｍｍ）は、熱収縮量Ｂ（ｍｍ）
との関係がＡ＜２Ｂとなるように設定されている。同様
に、電極群１５の下端側でも、はみ出し量Ａ（ｍｍ）が
熱収縮量Ｂ（ｍｍ）との関係がＡ＜２Ｂとなるように設
定されている。
【００１９】図１に示すように、正極タブ２ａ及び負極
タブ３ａは円環状の集電体１３、１７の周面にそれぞれ
溶接されており、電極群１５は有底円筒状の電池缶１６
に挿入されている。電池缶１６内には非水電解液が所定
量注入されており、上蓋１２と電池缶１６とがカシメ封
口されることにより円筒型リチウム二次電池２０が組み
立てられている。上蓋１２は電池内部の圧力が所定圧力
に達するとガスを放出する内圧低減機構としての安全弁
１１を有して構成されている。なお、非水電解液には、
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート
（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積
比で１：１：１に混合した混合有機溶媒中に、電解質と
して６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／
リットル溶解したものが用いられている。また、安全弁
１１の破断（開放）圧は１０６Ｐａ程度に設定されてい
る。
タブ３ａは円環状の集電体１３、１７の周面にそれぞれ
溶接されており、電極群１５は有底円筒状の電池缶１６
に挿入されている。電池缶１６内には非水電解液が所定
量注入されており、上蓋１２と電池缶１６とがカシメ封
口されることにより円筒型リチウム二次電池２０が組み
立てられている。上蓋１２は電池内部の圧力が所定圧力
に達するとガスを放出する内圧低減機構としての安全弁
１１を有して構成されている。なお、非水電解液には、
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート
（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積
比で１：１：１に混合した混合有機溶媒中に、電解質と
して６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／
リットル溶解したものが用いられている。また、安全弁
１１の破断（開放）圧は１０６Ｐａ程度に設定されてい
る。
【００２０】本実施形態では、セパレータ１に熱収縮開
始温度が８０゜Ｃ以上のＰＥ製微多孔膜を用いて、はみ
出し量Ａ（ｍｍ）及び熱収縮量Ｂ（ｍｍ）の関係をＡ＜
２Ｂとなるように、はみ出し量Ａを調整して電極群１５
を作製することで、セパレータ１の温度が熱収縮開始温
度８０゜Ｃになったときに、セパレータ１の熱収縮によ
りセパレータのはみ出し部が収縮し負極３端部より短く
なる。このため、安全弁１１近傍に内部短絡箇所を偏倚
させることが可能となるので、電極群１５内部での短絡
による正極活物質の熱暴走反応への移行前に安全弁１１
が破断して電池内のガスを外部へ逃がし、穏やかに電池
を使用不能状態にすることができる。また、回生電力に
よるによる充電が頻繁に行われ電池温度の上昇を伴うＨ
ＥＶでの電池使用状況を考慮した場合、熱収縮開始温度
が８０゜Ｃ以上のセパレータ１を使用することで、充電
等による発熱で電池異常状態でないときに、電極群１５
の安全弁１１側で内部短絡が発生することもない。
始温度が８０゜Ｃ以上のＰＥ製微多孔膜を用いて、はみ
出し量Ａ（ｍｍ）及び熱収縮量Ｂ（ｍｍ）の関係をＡ＜
２Ｂとなるように、はみ出し量Ａを調整して電極群１５
を作製することで、セパレータ１の温度が熱収縮開始温
度８０゜Ｃになったときに、セパレータ１の熱収縮によ
りセパレータのはみ出し部が収縮し負極３端部より短く
なる。このため、安全弁１１近傍に内部短絡箇所を偏倚
させることが可能となるので、電極群１５内部での短絡
による正極活物質の熱暴走反応への移行前に安全弁１１
が破断して電池内のガスを外部へ逃がし、穏やかに電池
を使用不能状態にすることができる。また、回生電力に
よるによる充電が頻繁に行われ電池温度の上昇を伴うＨ
ＥＶでの電池使用状況を考慮した場合、熱収縮開始温度
が８０゜Ｃ以上のセパレータ１を使用することで、充電
等による発熱で電池異常状態でないときに、電極群１５
の安全弁１１側で内部短絡が発生することもない。
【００２１】また、電池異常時に安全弁１１近傍に内部
短絡箇所を偏倚させるようにしたので、万一電池内圧が
急上昇したときでも、速やかに電池内圧を低減させるこ
とが可能である。
短絡箇所を偏倚させるようにしたので、万一電池内圧が
急上昇したときでも、速やかに電池内圧を低減させるこ
とが可能である。
【００２２】更に、本実施形態では、負極３は正極２に
比べ若干幅長とされており、電極群１５の上端側では、
正極２端部と負極３端部との位置が異なるため（図２参
照）、電池異常時には、セパレータ１の熱収縮により負
極３端部側面と正極２端部側面とが内部短絡を起こすの
で、確実かつ穏やかに電池を使用不能状態にすることが
できる。従って、正極活物質の熱暴走反応を確実に抑制
でき、極めて安全性の高い電池を実現することができ
る。
比べ若干幅長とされており、電極群１５の上端側では、
正極２端部と負極３端部との位置が異なるため（図２参
照）、電池異常時には、セパレータ１の熱収縮により負
極３端部側面と正極２端部側面とが内部短絡を起こすの
で、確実かつ穏やかに電池を使用不能状態にすることが
できる。従って、正極活物質の熱暴走反応を確実に抑制
でき、極めて安全性の高い電池を実現することができ
る。
【００２３】一方、電極群１５の温度が１８０゜Ｃを超
えると、内部短絡箇所を安全弁１１近傍に偏倚させて
も、正極活物質の熱暴走反応を抑えることが困難となる
場合があるので、熱収縮開始温度を１８０゜Ｃ以下のセ
パレータ１を使用することが好ましく、セパレータ１の
温度を１８０゜Ｃ以下で熱収縮させ、熱暴走反応への移
行が生じる前に、穏やかに電池を使用不能状態にして、
安全性を確保している。
えると、内部短絡箇所を安全弁１１近傍に偏倚させて
も、正極活物質の熱暴走反応を抑えることが困難となる
場合があるので、熱収縮開始温度を１８０゜Ｃ以下のセ
パレータ１を使用することが好ましく、セパレータ１の
温度を１８０゜Ｃ以下で熱収縮させ、熱暴走反応への移
行が生じる前に、穏やかに電池を使用不能状態にして、
安全性を確保している。
【００２４】以上のように、本実施形態の円筒型リチウ
ム二次電池２０では、セパレータ１のはみ出し量Ａを８
０゜Ｃ以上における熱収縮量Ｂに対してＡ＜２Ｂとした
ので、高容量、高出力でありながらも電池異常時の安全
性の高い電池とすることができる。
ム二次電池２０では、セパレータ１のはみ出し量Ａを８
０゜Ｃ以上における熱収縮量Ｂに対してＡ＜２Ｂとした
ので、高容量、高出力でありながらも電池異常時の安全
性の高い電池とすることができる。
【００２５】なお、本実施形態では、セパレータとして
ＰＥ製微多孔膜を用いた例を示したが、一般的にポリオ
レフィン系の多孔質膜、例えば、ポリエチレン（Ｐ
Ｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）等の単層膜やこれらの多層膜、例え
ば、ＰＥ、ＰＴＦＥ、ＰＥをこの順に積層した三層膜を
用るようにしてもよい。また、セパレータの厚さが４０
μｍのものを用いた例を示したが、厚さもこれに限定さ
れるものではなく、一般的に数十μｍのセパレータを用
いることができる。
ＰＥ製微多孔膜を用いた例を示したが、一般的にポリオ
レフィン系の多孔質膜、例えば、ポリエチレン（Ｐ
Ｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）等の単層膜やこれらの多層膜、例え
ば、ＰＥ、ＰＴＦＥ、ＰＥをこの順に積層した三層膜を
用るようにしてもよい。また、セパレータの厚さが４０
μｍのものを用いた例を示したが、厚さもこれに限定さ
れるものではなく、一般的に数十μｍのセパレータを用
いることができる。
【００２６】また、本実施形態では、非水電解液に、Ｅ
ＣとＤＭＣとＤＥＣとを体積比で１：１：１に混合した
混合有機溶媒中に、電解質としてＬｉＰＦ６を１モル／
リットル溶解したものを用いたが、用いられるリチウム
塩や有機溶媒は特に制限されるものはなく、例えば、電
解質としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６，ＬｉＰＦ
６，ＬｉＢＦ４，ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）、ＣＨ３ＳＯ３Ｌ
ｉ，ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いること
ができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタ
ン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３
−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、
ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、ア
セトニトリル、プロビオニトリル等またはこれらの２種
類以上の混合溶媒を用いることができる。
ＣとＤＭＣとＤＥＣとを体積比で１：１：１に混合した
混合有機溶媒中に、電解質としてＬｉＰＦ６を１モル／
リットル溶解したものを用いたが、用いられるリチウム
塩や有機溶媒は特に制限されるものはなく、例えば、電
解質としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６，ＬｉＰＦ
６，ＬｉＢＦ４，ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）、ＣＨ３ＳＯ３Ｌ
ｉ，ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いること
ができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタ
ン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３
−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、
ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、ア
セトニトリル、プロビオニトリル等またはこれらの２種
類以上の混合溶媒を用いることができる。
【００２７】
【実施例】次に、上記実施形態に従って作製した実施例
の電池について説明する。なお、比較のために作製した
比較例の電池についても併記する。
の電池について説明する。なお、比較のために作製した
比較例の電池についても併記する。
【００２８】（実施例１）下表１に示すように、実施例
１では、セパレータ１に、はみ出し量Ａが３（ｍｍ）、
収縮量２Ｂが６（ｍｍ）（熱収縮量Ｂ＝３ｍｍ）、熱収
縮開始温度が８０（゜Ｃ）、材質がＰＥ製の微多孔膜を
用いて、容量４．０Ａｈの円筒型リチウム二次電池を作
製した。
１では、セパレータ１に、はみ出し量Ａが３（ｍｍ）、
収縮量２Ｂが６（ｍｍ）（熱収縮量Ｂ＝３ｍｍ）、熱収
縮開始温度が８０（゜Ｃ）、材質がＰＥ製の微多孔膜を
用いて、容量４．０Ａｈの円筒型リチウム二次電池を作
製した。
【００２９】
【表１】
【００３０】（実施例２、３）表１に示すように、実施
例２及び実施例３では、セパレータ１のはみ出し量Ａを
それぞれ４（ｍｍ）、５（ｍｍ）とした以外は実施例１
と同様に円筒型リチウム二次電池を作製した。
例２及び実施例３では、セパレータ１のはみ出し量Ａを
それぞれ４（ｍｍ）、５（ｍｍ）とした以外は実施例１
と同様に円筒型リチウム二次電池を作製した。
【００３１】（実施例４）表１に示すように、実施例４
では、セパレータ１のはみ出し量Ａを５（ｍｍ）、収縮
量２Ｂを８（ｍｍ）（熱収縮量Ｂ＝４ｍｍ）とした以外
は実施例１と同様に円筒型リチウム二次電池を作製し
た。
では、セパレータ１のはみ出し量Ａを５（ｍｍ）、収縮
量２Ｂを８（ｍｍ）（熱収縮量Ｂ＝４ｍｍ）とした以外
は実施例１と同様に円筒型リチウム二次電池を作製し
た。
【００３２】（実施例５〜７）表１に示すように、実施
例５〜実施例７では、セパレータ１の熱収縮開始温度を
それぞれ１２０、１８０、２００（゜Ｃ）、材質をそれ
ぞれＰＰ、ＰＥ／ＰＴＦＥ／ＰＥ、ＰＥとした以外は実
施例１と同様に円筒型リチウム二次電池を作製した。こ
こで、ＰＥ／ＰＴＦＥ／ＰＥとは、ポリエチレン、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレンをこの順に積層
した三層膜である。
例５〜実施例７では、セパレータ１の熱収縮開始温度を
それぞれ１２０、１８０、２００（゜Ｃ）、材質をそれ
ぞれＰＰ、ＰＥ／ＰＴＦＥ／ＰＥ、ＰＥとした以外は実
施例１と同様に円筒型リチウム二次電池を作製した。こ
こで、ＰＥ／ＰＴＦＥ／ＰＥとは、ポリエチレン、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレンをこの順に積層
した三層膜である。
【００３３】（比較例１、２）表１に示すように、比較
例１及び比較例２では、セパレータ１のはみ出し量Ａを
共に３（ｍｍ）、収縮量２Ｂをそれぞれ２（ｍｍ）、３
（ｍｍ）（熱収縮量Ｂ＝１．０、１．５ｍｍ）とした以
外は実施例１と同様に円筒型リチウム二次電池を作製し
た。
例１及び比較例２では、セパレータ１のはみ出し量Ａを
共に３（ｍｍ）、収縮量２Ｂをそれぞれ２（ｍｍ）、３
（ｍｍ）（熱収縮量Ｂ＝１．０、１．５ｍｍ）とした以
外は実施例１と同様に円筒型リチウム二次電池を作製し
た。
【００３４】＜試験・評価＞以上のように作製した実施
例及び比較例の電池について、過充電試験を実施し、そ
のときの現象と電池缶表面の最高到達温度についての比
較した。過充電試験は、初期安定化運転後に満充電状態
から１時間率（１Ｃ）で定電流充電し、現象発生まで充
電する条件とした。下表２に過充電試験の試験結果を示
す。
例及び比較例の電池について、過充電試験を実施し、そ
のときの現象と電池缶表面の最高到達温度についての比
較した。過充電試験は、初期安定化運転後に満充電状態
から１時間率（１Ｃ）で定電流充電し、現象発生まで充
電する条件とした。下表２に過充電試験の試験結果を示
す。
【００３５】
【表２】
【００３６】熱収縮開始温度が８０゜Ｃでセパレータ１
のはみ出し量Ａと熱収縮量ＢとがＡ＜２Ｂの関係にある
実施例１〜３の電池では、現象発生時の電池表面の最高
到達温度は１２０゜Ｃ以下であり、現象も僅かに白煙が
発生するのみで、いずれも安全性に優れた電池であっ
た。また、熱収縮開始温度が高くなった場合においても
Ａ＜２Ｂであれば最高到達温度は僅かに上昇するもの
の、正極活物質であるマンガン酸リチウムの熱暴走反応
が生じずに穏やかに使用不能となった（実施例４〜
７）。しかしながら、Ａ＝２Ｂ及びＡ＞２Ｂの関係にあ
る比較例１〜２の電池は、現象発生時の電池表面の最高
到達温度が３８０〜４００゜Ｃに達し、内圧低減機構の
開裂口から激しく白煙と共に内容物を噴出した。
のはみ出し量Ａと熱収縮量ＢとがＡ＜２Ｂの関係にある
実施例１〜３の電池では、現象発生時の電池表面の最高
到達温度は１２０゜Ｃ以下であり、現象も僅かに白煙が
発生するのみで、いずれも安全性に優れた電池であっ
た。また、熱収縮開始温度が高くなった場合においても
Ａ＜２Ｂであれば最高到達温度は僅かに上昇するもの
の、正極活物質であるマンガン酸リチウムの熱暴走反応
が生じずに穏やかに使用不能となった（実施例４〜
７）。しかしながら、Ａ＝２Ｂ及びＡ＞２Ｂの関係にあ
る比較例１〜２の電池は、現象発生時の電池表面の最高
到達温度が３８０〜４００゜Ｃに達し、内圧低減機構の
開裂口から激しく白煙と共に内容物を噴出した。
【００３７】以上の結果から、セパレータはみ出し量Ａ
を８０゜Ｃ以上における熱収縮量Ｂに対しＡ＜２Ｂとし
た実施例１〜７の電池の場合、過充電時における電池の
最高到達温度を低く抑え、現象も穏やかな、安全性に優
れた電池とすることができることが分かった。
を８０゜Ｃ以上における熱収縮量Ｂに対しＡ＜２Ｂとし
た実施例１〜７の電池の場合、過充電時における電池の
最高到達温度を低く抑え、現象も穏やかな、安全性に優
れた電池とすることができることが分かった。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負極の端から内圧低減機構側にはみ出したセパレータの
はみ出し量Ａを、８０゜Ｃ以上におけるセパレータの幅
方向の熱収縮量Ｂに対し、Ａ＜２Ｂとしたので、電池異
常時に電池温度が８０゜Ｃ以上になると、セパレータの
収縮によりセパレータはみ出し量Ａが減少して、電極群
の内圧低減機構側の端部で内部短絡が生じ易くなり、電
極群中心部での短絡による正極活物質の熱暴走反応が事
前に防止され、穏やかに電池を使用不能状態とすること
ができる、という効果を得ることができる。
負極の端から内圧低減機構側にはみ出したセパレータの
はみ出し量Ａを、８０゜Ｃ以上におけるセパレータの幅
方向の熱収縮量Ｂに対し、Ａ＜２Ｂとしたので、電池異
常時に電池温度が８０゜Ｃ以上になると、セパレータの
収縮によりセパレータはみ出し量Ａが減少して、電極群
の内圧低減機構側の端部で内部短絡が生じ易くなり、電
極群中心部での短絡による正極活物質の熱暴走反応が事
前に防止され、穏やかに電池を使用不能状態とすること
ができる、という効果を得ることができる。
【図１】本発明が適用可能な実施形態の円筒型リチウム
二次電池の断面図である。
二次電池の断面図である。
【図２】図１のＣ部の拡大断面図である。
１ セパレータ ２ 正極 ３ 負極 １１ 安全弁（内圧低減機構） １２ 上蓋（電池容器の一部） １５ 電極群 １６ 電池缶（電池容器の一部） ２０ 円筒型リチウム二次電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H021 AA06 CC00 CC17 EE04 HH03 HH06 5H029 AJ12 AK03 AL06 AL08 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 DJ04 EJ12 HJ04 HJ14
Claims (2)
- 【請求項１】 所定圧で内圧を開放する内圧低減機構を
有する電池容器内に、正極活物質にリチウムマンガン複
酸化物を用いた正極と負極活物質に炭素材を用いた負極
とをセパレータを介して捲回した電極群と、この電極群
を浸潤する非水電解液と、を収容した円筒型リチウム二
次電池において、前記負極の端から前記内圧低減機構側
にはみ出したセパレータのはみ出し量Ａが、８０゜Ｃ以
上におけるセパレータの幅方向の熱収縮量Ｂに対しＡ＜
２Ｂであることを特徴とする円筒型リチウム二次電池。 - 【請求項２】前記熱収縮量Ｂが１ｍｍ以上となる熱収縮
開始温度が８０゜Ｃ以上１８０゜Ｃ以下であることを特
徴とする請求項１に記載の円筒型リチウム二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001131104A JP4186430B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 円筒型リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001131104A JP4186430B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 円筒型リチウム二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002324587A true JP2002324587A (ja) | 2002-11-08 |
| JP4186430B2 JP4186430B2 (ja) | 2008-11-26 |
Family
ID=18979348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001131104A Expired - Fee Related JP4186430B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 円筒型リチウム二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4186430B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007053055A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Toyota Motor Corp | 電池 |
| JP2008091269A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-04-17 | Nissan Motor Co Ltd | 薄型電池 |
-
2001
- 2001-04-27 JP JP2001131104A patent/JP4186430B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007053055A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Toyota Motor Corp | 電池 |
| JP2008091269A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-04-17 | Nissan Motor Co Ltd | 薄型電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4186430B2 (ja) | 2008-11-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6582605B2 (ja) | 非水電解質二次電池及びその製造方法 | |
| JP5822089B2 (ja) | 密閉型リチウム二次電池 | |
| JP5300274B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
| EP3142173B1 (en) | Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2008243729A (ja) | 非水電解質電池、電池パック及び自動車 | |
| JP2000311676A (ja) | 円筒形リチウムイオン電池 | |
| JP5053044B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2004006264A (ja) | リチウム二次電池 | |
| KR20110131164A (ko) | 리튬이온전지 | |
| JP4892842B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP2004095383A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2017054739A (ja) | 二次電池 | |
| JP4455008B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP5618156B2 (ja) | 密閉型リチウム二次電池の製造方法 | |
| JP2001185223A (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP2006244833A (ja) | リチウム二次電池およびその製造方法 | |
| JP4351858B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP5503882B2 (ja) | リチウムイオン電池 | |
| JP4191969B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP4688527B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP4186430B2 (ja) | 円筒型リチウム二次電池 | |
| JP2002352788A (ja) | 円筒型リチウム二次電池 | |
| JP5639903B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
| JP2004327371A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2004319308A (ja) | リチウム二次電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051125 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080625 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080819 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080901 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4186430 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110919 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110919 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120919 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130919 Year of fee payment: 5 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |