JP2002373706A - 非水電解質型二次電池 - Google Patents
非水電解質型二次電池Info
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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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温時における安全性に優れる非水電解液型
二次電池を提供する。 【解決手段】 正極用電極板１１と負極用電極板１２と
がセパレータ１３を介して空心状に巻回されて電極体１
４が構成されており、その電極体１４の空心部に、熱溶
融性の樹脂によって形成された中空構造の樹脂容器２１
と、この樹脂容器２１内に充填される電池反応抑制剤２
２とからなる芯材２０が設けられている。電池内温度が
上昇すると、芯材２０の樹脂容器２１が溶融するととも
に電池反応抑制剤２２が流出して電池内に拡散し、電池
反応を抑制する。
二次電池を提供する。 【解決手段】 正極用電極板１１と負極用電極板１２と
がセパレータ１３を介して空心状に巻回されて電極体１
４が構成されており、その電極体１４の空心部に、熱溶
融性の樹脂によって形成された中空構造の樹脂容器２１
と、この樹脂容器２１内に充填される電池反応抑制剤２
２とからなる芯材２０が設けられている。電池内温度が
上昇すると、芯材２０の樹脂容器２１が溶融するととも
に電池反応抑制剤２２が流出して電池内に拡散し、電池
反応を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解質型二次電
池に関し、特に、電池温度が上昇した際に電池反応を抑
制して事故を防止する、安全性の高い非水電解質型二次
電池に関する。
池に関し、特に、電池温度が上昇した際に電池反応を抑
制して事故を防止する、安全性の高い非水電解質型二次
電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウム二次電池等の非水電解質型二次
電池の電解液は、有機溶媒を使用しているため、一般的
に熱安定性に劣る。例えば、短絡や誤用等により大電流
が流れると、電池温度が急上昇し、可燃性の液体や分解
ガスが噴出したり、さらに発火する等の可能性がある。
電池の電解液は、有機溶媒を使用しているため、一般的
に熱安定性に劣る。例えば、短絡や誤用等により大電流
が流れると、電池温度が急上昇し、可燃性の液体や分解
ガスが噴出したり、さらに発火する等の可能性がある。
【０００３】電池の高温安全性を確保するためには、こ
れまでにも様々な機構が提案されてきている。例えば、
特開平７−１９２７５３号公報に示されるように、発電
要素を渦巻き状に巻回させて構成される電極体の巻芯と
して、電池温度が急激に上昇し始める温度未満の温度で
融解して周囲の熱を融解熱として吸収し得る高分子材料
を使用することにより、電池の温度上昇を防止するもの
が提案されている。また、特開平１１−２６０４１３号
公報に示されるように、加熱により変性する熱硬化性樹
脂を電解液中に含有させるとともに、その熱硬化性樹脂
の硬化剤および／あるいは熱硬化促進触媒を電解液中に
添加したり、あるいは高温時に溶融する厚さ数μｍのカ
プセル内に封入して電池内に分散させておくことによ
り、電池内温度が異常に上昇した際に熱硬化性樹脂を電
解液とともに固化もしくはゲル化させて、電池反応を抑
制するものも提案されている。
れまでにも様々な機構が提案されてきている。例えば、
特開平７−１９２７５３号公報に示されるように、発電
要素を渦巻き状に巻回させて構成される電極体の巻芯と
して、電池温度が急激に上昇し始める温度未満の温度で
融解して周囲の熱を融解熱として吸収し得る高分子材料
を使用することにより、電池の温度上昇を防止するもの
が提案されている。また、特開平１１−２６０４１３号
公報に示されるように、加熱により変性する熱硬化性樹
脂を電解液中に含有させるとともに、その熱硬化性樹脂
の硬化剤および／あるいは熱硬化促進触媒を電解液中に
添加したり、あるいは高温時に溶融する厚さ数μｍのカ
プセル内に封入して電池内に分散させておくことによ
り、電池内温度が異常に上昇した際に熱硬化性樹脂を電
解液とともに固化もしくはゲル化させて、電池反応を抑
制するものも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような、周囲の熱を融解熱として吸収し得る高分子材
料で電極体の巻芯を構成する方法では、高分子材料の流
動性が低いため、巻芯の周囲の熱は吸収し得るものの、
電極体の外側付近の熱を吸収し難く、安全性を充分に確
保できない。また、熱硬化性樹脂とその硬化剤および／
あるいは熱硬化促進触媒とを電解液中に直接に添加する
方法では、保存安定性が不十分である。さらに、硬化剤
および／あるいは熱硬化促進触媒をマイクロカプセルに
内包させる方法では、電極の加工時の応力でマイクロカ
プセルが破壊され易いため、電池製造時の不良が多くな
ったり、充放電時の電極活物質の膨張収縮によってマイ
クロカプセルが破壊されて熱硬化性樹脂の反応が開始さ
れてしまうという誤動作が起こり易いという問題があ
る。このように、現状においても電池の安全性が充分に
確立されたとは言い難く、さらなる効果的な技術が希求
されている。
たような、周囲の熱を融解熱として吸収し得る高分子材
料で電極体の巻芯を構成する方法では、高分子材料の流
動性が低いため、巻芯の周囲の熱は吸収し得るものの、
電極体の外側付近の熱を吸収し難く、安全性を充分に確
保できない。また、熱硬化性樹脂とその硬化剤および／
あるいは熱硬化促進触媒とを電解液中に直接に添加する
方法では、保存安定性が不十分である。さらに、硬化剤
および／あるいは熱硬化促進触媒をマイクロカプセルに
内包させる方法では、電極の加工時の応力でマイクロカ
プセルが破壊され易いため、電池製造時の不良が多くな
ったり、充放電時の電極活物質の膨張収縮によってマイ
クロカプセルが破壊されて熱硬化性樹脂の反応が開始さ
れてしまうという誤動作が起こり易いという問題があ
る。このように、現状においても電池の安全性が充分に
確立されたとは言い難く、さらなる効果的な技術が希求
されている。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、より安全性に優れる非水電解質型二次電池を
提供することを目的とするものである。
であって、より安全性に優れる非水電解質型二次電池を
提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１の発明は、発電要素を空心状に巻回して電極
体が構成され、その電極体内の電池反応によって充放電
が行われる非水電解質型二次電池において、電極体の空
心部には、熱溶融性の樹脂によって形成された中空構造
の樹脂容器と、この樹脂容器内に充填されその樹脂の溶
融に伴い流出することにより前記電極体内の電池反応を
抑制する電池反応抑制剤とからなる芯材が設けられてい
るところに特徴を有する。
の請求項１の発明は、発電要素を空心状に巻回して電極
体が構成され、その電極体内の電池反応によって充放電
が行われる非水電解質型二次電池において、電極体の空
心部には、熱溶融性の樹脂によって形成された中空構造
の樹脂容器と、この樹脂容器内に充填されその樹脂の溶
融に伴い流出することにより前記電極体内の電池反応を
抑制する電池反応抑制剤とからなる芯材が設けられてい
るところに特徴を有する。
【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の非水電解質型二次電池であって、電極反応抑制剤は電
極体内に含浸された非水電解質を凝固させる凝固剤であ
るところに特徴を有する。
の非水電解質型二次電池であって、電極反応抑制剤は電
極体内に含浸された非水電解質を凝固させる凝固剤であ
るところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用および効果】上記請求項１の発明によれ
ば、例えば過充電等により電池内温度が異常に上昇した
場合には、まず電極体の空心部に設けられた芯材の樹脂
容器が加熱によって溶融される。すると、樹脂容器内に
充填されている電池反応抑制剤が流出して電池内に拡散
し、電池反応を抑制する。このように、本発明において
は、電池反応抑制剤を電池内に広く行き渡らせて電池反
応を抑制することが可能であるから、電池内温度の異常
上昇を効果的に防止でき、ひいては事故の発生を確実に
防止して安全性の高い非水電解質型二次電池を得ること
ができるという優れた作用効果を奏する。しかも、電池
反応抑制剤は、低温時には樹脂容器内に充填されている
状態であるので、例えば低温時に電池反応を阻害した
り、電極の加工時の応力や充放電時の電極活物質の膨張
収縮によって樹脂容器が破壊されて電池反応抑制剤が流
出してしまうようなことはなく、保存安定性に優れてい
る。また、電池反応抑制剤を充填した芯材は電極体のデ
ッドスペースである空心部に収納する構成であるから、
迅速に反応を抑制するために充分な量を安定的に保持さ
せることができ、その面からも安全性が高くなる。
ば、例えば過充電等により電池内温度が異常に上昇した
場合には、まず電極体の空心部に設けられた芯材の樹脂
容器が加熱によって溶融される。すると、樹脂容器内に
充填されている電池反応抑制剤が流出して電池内に拡散
し、電池反応を抑制する。このように、本発明において
は、電池反応抑制剤を電池内に広く行き渡らせて電池反
応を抑制することが可能であるから、電池内温度の異常
上昇を効果的に防止でき、ひいては事故の発生を確実に
防止して安全性の高い非水電解質型二次電池を得ること
ができるという優れた作用効果を奏する。しかも、電池
反応抑制剤は、低温時には樹脂容器内に充填されている
状態であるので、例えば低温時に電池反応を阻害した
り、電極の加工時の応力や充放電時の電極活物質の膨張
収縮によって樹脂容器が破壊されて電池反応抑制剤が流
出してしまうようなことはなく、保存安定性に優れてい
る。また、電池反応抑制剤を充填した芯材は電極体のデ
ッドスペースである空心部に収納する構成であるから、
迅速に反応を抑制するために充分な量を安定的に保持さ
せることができ、その面からも安全性が高くなる。
【０００９】なお、上記樹脂容器としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、およびこれらの誘導体等、電池の
温度が異常に上昇し始める温度に到達した場合に溶融す
る樹脂材料を使用することができる。
ン、ポリプロピレン、およびこれらの誘導体等、電池の
温度が異常に上昇し始める温度に到達した場合に溶融す
る樹脂材料を使用することができる。
【００１０】また、電池反応抑制剤としては、電解液を
ゲル化あるいは固化させるもの、または、電極活物質や
電解液と反応するもの等が使用でき、要は電池反応を抑
制できればよい。上記請求項２の発明のように、電池反
応抑制剤として、電極体内に含浸された非水電解質を凝
固させる凝固剤を使用した場合には、凝固剤は樹脂容器
の溶融により電池内全体に流出し、電解液と反応して電
解液をゲル化あるいは固化させるため、電池反応を速や
かに抑制して電池内温度の急激な上昇を防止することが
可能である。
ゲル化あるいは固化させるもの、または、電極活物質や
電解液と反応するもの等が使用でき、要は電池反応を抑
制できればよい。上記請求項２の発明のように、電池反
応抑制剤として、電極体内に含浸された非水電解質を凝
固させる凝固剤を使用した場合には、凝固剤は樹脂容器
の溶融により電池内全体に流出し、電解液と反応して電
解液をゲル化あるいは固化させるため、電池反応を速や
かに抑制して電池内温度の急激な上昇を防止することが
可能である。
【００１１】なお、上記凝固剤としては、具体的にはエ
ポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン
樹脂等の熱により重合して電解液のイオン伝導性を失わ
せる熱硬化性樹脂等を使用することができる。これらの
熱硬化性樹脂には、硬化促進剤、開始剤、安定剤等を適
宜混入させてもよく、その場合には非水溶媒や、ＬｉＰ
Ｆ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 等の塩との反応性が低
いものが好ましい。また、電池反応抑制剤としては、上
記凝固剤の他にも、例えば正負の電極活物質と反応して
電池反応を抑制する物質を使用することができる。例え
ばリチウム二次電池であれば、金属リチウムと反応する
ジメチルナフタレン、またはアルコール類、アセトニト
リル、アセトン、カルボン酸等を使用することができ
る。
ポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン
樹脂等の熱により重合して電解液のイオン伝導性を失わ
せる熱硬化性樹脂等を使用することができる。これらの
熱硬化性樹脂には、硬化促進剤、開始剤、安定剤等を適
宜混入させてもよく、その場合には非水溶媒や、ＬｉＰ
Ｆ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 等の塩との反応性が低
いものが好ましい。また、電池反応抑制剤としては、上
記凝固剤の他にも、例えば正負の電極活物質と反応して
電池反応を抑制する物質を使用することができる。例え
ばリチウム二次電池であれば、金属リチウムと反応する
ジメチルナフタレン、またはアルコール類、アセトニト
リル、アセトン、カルボン酸等を使用することができ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態について図１および図２を参照して説明する。本実
施形態の非水電解質型二次電池１０は、図１に示すよう
に、正極用電極板１１と負極用電極板１２とをセパレー
タ１３を介して空心状に巻回することで渦巻き状に積層
された電極体１４が構成され、この電極体１４が電池缶
１５内に収容された周知の構成であるが、電極体１４の
空心部に棒状の芯材２０が設けられているところが特徴
的である。なお、電池缶１５は円筒容器状の負極ケース
１６の開放口を正極キャップ１７によって閉じて構成さ
れ、図示はしないが内部に非水電解質が充填されてい
る。また、正極用電極板１１からは正極リード１８が導
出されて正極キャップ１７に電気的に接続され、負極用
電極板１２からは負極リード１９が導出されて負極ケー
ス１６に接続されている。
形態について図１および図２を参照して説明する。本実
施形態の非水電解質型二次電池１０は、図１に示すよう
に、正極用電極板１１と負極用電極板１２とをセパレー
タ１３を介して空心状に巻回することで渦巻き状に積層
された電極体１４が構成され、この電極体１４が電池缶
１５内に収容された周知の構成であるが、電極体１４の
空心部に棒状の芯材２０が設けられているところが特徴
的である。なお、電池缶１５は円筒容器状の負極ケース
１６の開放口を正極キャップ１７によって閉じて構成さ
れ、図示はしないが内部に非水電解質が充填されてい
る。また、正極用電極板１１からは正極リード１８が導
出されて正極キャップ１７に電気的に接続され、負極用
電極板１２からは負極リード１９が導出されて負極ケー
ス１６に接続されている。
【００１３】上記正極用電極板１１は、詳細に図示はし
ないが、例えば厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる
集電体の両面に正極合剤を保持させてなる。これは例え
ば遷移金属のリチウム含有酸化物であるリチウムコバル
ト酸化物（Ｌi Ｃo Ｏ2 ）に結着剤としてのポリ弗化ビ
ニリデンと導電材としてのアセチレンブラックとを添加
してペースト状となるように混練し、それを集電体の両
面に塗布して乾燥及び圧延して所定幅に切断した帯状を
なす。なお、前記正極リード１８は正極用電極板１１の
巻始め端に位置して正極合剤が塗布されていない集電体
に接続されている。
ないが、例えば厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる
集電体の両面に正極合剤を保持させてなる。これは例え
ば遷移金属のリチウム含有酸化物であるリチウムコバル
ト酸化物（Ｌi Ｃo Ｏ2 ）に結着剤としてのポリ弗化ビ
ニリデンと導電材としてのアセチレンブラックとを添加
してペースト状となるように混練し、それを集電体の両
面に塗布して乾燥及び圧延して所定幅に切断した帯状を
なす。なお、前記正極リード１８は正極用電極板１１の
巻始め端に位置して正極合剤が塗布されていない集電体
に接続されている。
【００１４】一方、負極用電極板１２は、例えば厚さ１
２μｍの銅箔からなる集電体の両面に電極合剤としての
グラファイト粉末を結着剤と共に混練したペーストを塗
布し、これを乾燥及び圧延して所定幅に切断した帯状を
なす。
２μｍの銅箔からなる集電体の両面に電極合剤としての
グラファイト粉末を結着剤と共に混練したペーストを塗
布し、これを乾燥及び圧延して所定幅に切断した帯状を
なす。
【００１５】セパレータ１３としては、例えばポリエチ
レン不織布を使用する。また、セパレータに含浸させる
電解液としては、例えばエチレンカーボネイト（Ｅ
Ｃ）、ジエチルカーボネイト（ＤＥＣ）及びジメチルカ
ーボネイト（ＤＭＣ）を２：１：２の割合に混合した混
合液に１ｍｏｌ／ｌの六弗化リン酸リチウムを添加した
ものを使用する。
レン不織布を使用する。また、セパレータに含浸させる
電解液としては、例えばエチレンカーボネイト（Ｅ
Ｃ）、ジエチルカーボネイト（ＤＥＣ）及びジメチルカ
ーボネイト（ＤＭＣ）を２：１：２の割合に混合した混
合液に１ｍｏｌ／ｌの六弗化リン酸リチウムを添加した
ものを使用する。
【００１６】さて、上記芯材２０は、図２の断面図に示
すように、例えばポリエチレン等の熱溶融性の樹脂によ
って形成される中空構造の樹脂容器２１と、この樹脂容
器２１内に充填される例えば熱硬化性エポキシ樹脂等の
電池反応抑制剤２２とから構成されている。
すように、例えばポリエチレン等の熱溶融性の樹脂によ
って形成される中空構造の樹脂容器２１と、この樹脂容
器２１内に充填される例えば熱硬化性エポキシ樹脂等の
電池反応抑制剤２２とから構成されている。
【００１７】上記構成の非水電解質型二次電池１０にお
いて、例えば過充電により電池内の温度が異常に上昇し
始めた場合には、まず、芯材２０の樹脂容器２１が加熱
により溶融する。すると、樹脂容器２１内に充填されて
いるエポキシ樹脂２２が電極体１４の空心部から流出し
て電池内全体に拡散し、電解液と混ざり合う。さらに温
度が上昇すると、エポキシ樹脂２２は硬化を開始し、電
解液とともにゲル化あるいは固化される。このため、電
池反応が抑制され、電池の温度上昇が防止される。
いて、例えば過充電により電池内の温度が異常に上昇し
始めた場合には、まず、芯材２０の樹脂容器２１が加熱
により溶融する。すると、樹脂容器２１内に充填されて
いるエポキシ樹脂２２が電極体１４の空心部から流出し
て電池内全体に拡散し、電解液と混ざり合う。さらに温
度が上昇すると、エポキシ樹脂２２は硬化を開始し、電
解液とともにゲル化あるいは固化される。このため、電
池反応が抑制され、電池の温度上昇が防止される。
【００１８】このように、本実施形態の非水電解質型二
次電池１０によれば、電池温度が異常に上昇し始めると
樹脂容器２１内の電池反応抑制剤２２が流出して電池内
全体に拡散し、その後電解液を凝固させて電池反応を抑
制する構成であるから、安全性の高い電池を得ることが
できるという優れた作用効果を奏する。また、電池反応
抑制剤２２を充填した芯材２０は電極体１４のデッドス
ペースである空心部に収納する構成であるから、迅速に
反応を抑制するために充分な量を安定的に保持させるこ
とができ、その面からも安全性が高くなる。
次電池１０によれば、電池温度が異常に上昇し始めると
樹脂容器２１内の電池反応抑制剤２２が流出して電池内
全体に拡散し、その後電解液を凝固させて電池反応を抑
制する構成であるから、安全性の高い電池を得ることが
できるという優れた作用効果を奏する。また、電池反応
抑制剤２２を充填した芯材２０は電極体１４のデッドス
ペースである空心部に収納する構成であるから、迅速に
反応を抑制するために充分な量を安定的に保持させるこ
とができ、その面からも安全性が高くなる。
【００１９】＜他の実施形態＞本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に
含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更して実施することができる。 （１） 上記実施形態では、非水電解質型二次電池とし
て円筒型のものを使用したが、これに限らず、角型であ
ってもよく、要は電池内部に芯材を収容できる形状のも
のであれば特に制約はない。
面によって説明した実施形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に
含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更して実施することができる。 （１） 上記実施形態では、非水電解質型二次電池とし
て円筒型のものを使用したが、これに限らず、角型であ
ってもよく、要は電池内部に芯材を収容できる形状のも
のであれば特に制約はない。
【図１】本発明の一実施形態の非水電解質型二次電池の
斜視図
斜視図
【図２】（ａ）同じく芯材の縦断面図 （ｂ）同じく芯材の横断面図
１０…非水電解質型二次電池 １１…正極用電極板（発電要素） １２…負極用電極板（発電要素） １３…セパレータ １４…電極体 ２０…芯材 ２１…樹脂容器 ２２…電池反応抑制剤
Claims (2)
- 【請求項１】 発電要素を空心状に巻回して電極体が構
成され、その電極体内の電池反応によって充放電が行わ
れる非水電解質型二次電池において、 前記電極体の空心部には、熱溶融性の樹脂によって形成
された中空構造の樹脂容器と、この樹脂容器内に充填さ
れその樹脂の溶融に伴い流出することにより前記電極体
内の電池反応を抑制する電池反応抑制剤とからなる芯材
が設けられていることを特徴とする非水電解質型二次電
池。 - 【請求項２】 前記電極反応抑制剤は前記電極体内に含
浸された非水電解質を凝固させる凝固剤であることを特
徴とする請求項１に記載の非水電解質型二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001183940A JP2002373706A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 非水電解質型二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001183940A JP2002373706A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 非水電解質型二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002373706A true JP2002373706A (ja) | 2002-12-26 |
Family
ID=19023794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001183940A Pending JP2002373706A (ja) | 2001-06-18 | 2001-06-18 | 非水電解質型二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002373706A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100449758B1 (ko) * | 2002-03-21 | 2004-09-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 안전성이 개선된 리튬전지 |
| JP2006286624A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-19 | Samsung Sdi Co Ltd | 円筒形リチウムイオン二次電池 |
| JP2008034391A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Lg Chem Ltd | 過充電及び高温安全性に優れた電気化学素子 |
| KR100835812B1 (ko) | 2006-07-12 | 2008-06-09 | 주식회사 엘지화학 | 안전성 향상을 위한 전기화학소자용 구조체 및 이를포함하는 전기화학소자 |
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