JP2003242963A - Battery - Google Patents

Battery

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JP2003242963A
JP2003242963A JP2002040951A JP2002040951A JP2003242963A JP 2003242963 A JP2003242963 A JP 2003242963A JP 2002040951 A JP2002040951 A JP 2002040951A JP 2002040951 A JP2002040951 A JP 2002040951A JP 2003242963 A JP2003242963 A JP 2003242963A
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battery
battery element
positive electrode
electrode
material layer
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JP2002040951A
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Japanese (ja)
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Iwao Soga
巌 曽我
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery which is improved in safety in the external destruction test or the like without sacrificing the battery performance. <P>SOLUTION: This is a battery which houses in a packaging body a flat lamination type battery element that laminates plural layers of a unit battery element comprising a flat-shape positive electrode made of a collector and an electrode material layer containing an active material, a flat-shape negative electrode made of a collector and an electrode material layer containing an active material, a separator, and an electrolyte. Out of the unit battery elements constituting the flat lamination type battery element, the thickness of the electrode material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element in which short-circuit of the positive electrode and negative electrode may happen firstly by an impact from the outside is made thinner than at least one of the thickness of the electrode material layer of the positive electrode and negative electrode in the unit battery elements other than the first unit battery element. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電池に関し、詳し
くは、電池特性に優れ、加熱、外部破壊などにおける安
全性が高められた電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery, and more particularly to a battery having excellent battery characteristics and improved safety in heating, external breakdown and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】電池は、通常、集電体と活物質を含有す
る電極材料層とからなる平板状の正極、及び集電体と活
物質を含有する電極材料層とからなる平板状の負極の電
極と、正極と負極との間に介設された平板状のセパレー
タとを有し、正極、負極の電極及びセパレータのそれぞ
れに電解質を含浸してなる単位電池要素を基本として形
成される。この単位電池要素を積層して形成される平板
積層型電池要素を外装体に収納してなる平板型の形状を
有する電池は、例えばリチウム二次電池として広く用い
られている。特に前記外装体としてラミネートフィルム
を用いる平板型リチウム二次電池は軽量であることから
今後の採用が見込まれる。
2. Description of the Related Art A battery is usually a plate-shaped positive electrode composed of a current collector and an electrode material layer containing an active material, and a plate-shaped negative electrode composed of a current collector and an electrode material layer containing an active material. And a flat plate-shaped separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is formed on the basis of a unit battery element formed by impregnating each of the positive electrode, the negative electrode and the separator with an electrolyte. A battery having a flat plate shape in which a flat plate laminated battery element formed by stacking the unit battery elements is housed in an exterior body is widely used as, for example, a lithium secondary battery. In particular, since the flat plate type lithium secondary battery using a laminate film as the outer package is lightweight, it is expected to be adopted in the future.

【0003】電池は、容量が大きく長時間機器を駆動で
きる等、高性能な電池特性を有することが必要である。
これに加えて、電池が用いられる機器の用途は多岐に亘
るため、使用される機器が不慮の衝撃等を受け電池が破
壊された場合においても、電池が発火、爆発等しないよ
うにすることも重要である。このような不慮の衝撃に対
する電池の安全性を確保すべく、例えばリチウム二次電
池においては、外部破壊試験の一つとして、釘刺し試
験、すなわち、平板型リチウム二次電池の厚さ方向に所
定サイズの釘を侵入させてリチウム二次電池を破壊し、
その際、温度上昇、発煙、発火などの現象を観察し、そ
れにより、外部からリチウム二次電池が破壊された場合
の安全性を評価する試験が行なわれる。また外部破壊試
験の別の試験として、外部衝撃試験、すなわち、落下、
落槌などによりリチウム二次電池に外部から衝撃を与
え、その際、温度上昇、発煙、発火などの現象を観察
し、リチウム二次電池の安全性を評価する試験も行なわ
れる。
Batteries are required to have high performance battery characteristics such as large capacity and ability to drive devices for a long time.
In addition to this, since the application of the device in which the battery is used is wide-ranging, it is also possible to prevent the battery from igniting or exploding even if the device used is accidentally shocked and destroyed. is important. In order to ensure the safety of the battery against such an unexpected impact, for example, in a lithium secondary battery, as one of the external destruction tests, a nail penetration test, that is, a predetermined direction in the thickness direction of the flat plate type lithium secondary battery is used. Intruding a size nail to destroy the lithium secondary battery,
At that time, a test for observing phenomena such as temperature rise, smoke generation, and ignition, and thereby evaluating the safety when the lithium secondary battery is destroyed from the outside is conducted. Also, as another test of the external destructive test, an external impact test, that is, a drop,
A test is conducted to evaluate the safety of the lithium secondary battery by observing phenomena such as temperature rise, smoke emission, and ignition when the lithium secondary battery is impacted from the outside by a hammer or the like.

【0004】従来、リチウム二次電池の分野において
は、上記のような試験における安全性を高める方法とし
て、電解液の材料を工夫する等の提案がなされている。
しかしながら、前記提案による安全性の向上は往々にし
て電池の性能を相対的に低下させる問題があり、安全性
を高めるための別の方法が求められている。
Heretofore, in the field of lithium secondary batteries, proposals such as devising the material of the electrolytic solution have been made as a method of enhancing the safety in the above tests.
However, there is a problem that the improvement of the safety by the above-mentioned proposal often causes the performance of the battery to be relatively lowered, and another method for enhancing the safety is demanded.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みなされたものであり、その目的は、電池性能を損な
わずして、外部破壊における安全性が高められた電池を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a battery with enhanced safety against external damage without impairing battery performance. is there.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は、平板積層型
電池要素を構成する単位電池要素のうち、外部からの衝
撃により、正極と負極との短絡が最初に起こる単位電池
要素における短絡電流による発熱と、それに伴う電極材
料層中の活物質の自己分解反応による発熱とを抑制すれ
ば、外部衝撃により電池が破壊された場合においても、
電池の発火、爆発等が起こらないことを見出し、本発明
を完成した。
The present inventors have found that among the unit battery elements constituting the flat plate type battery element, the short-circuit current in the unit battery element in which the short circuit between the positive electrode and the negative electrode first occurs due to an external impact. By suppressing the heat generation due to the heat generation and the heat generation due to the self-decomposition reaction of the active material in the electrode material layer accompanied therewith, even when the battery is destroyed by an external impact,
The present invention has been completed by finding that the battery does not ignite or explode.

【0007】すなわち、本発明の要旨は、集電体と活物
質を含有する電極材料層とからなる平板状の正極、集電
体と活物質を含有する電極材料層とからなる平板状の負
極、セパレータ及び電解質を有する単位電池要素を複数
積層した平板積層型電池要素を外装体に収納した電池に
おいて、前記平板積層型電池要素を構成する単位電池要
素のうち、外部からの衝撃により正極と負極との短絡が
最初に起こる第一単位電池要素における正極又は負極の
少なくとも一方の電極材料層の膜厚が、前記第一単位電
池要素以外の単位電池要素における正極及び負極の電極
材料層の膜厚の少なくとも1つよりも薄いことを特徴と
する電池に存する。
That is, the gist of the present invention is to provide a plate-shaped positive electrode composed of a current collector and an electrode material layer containing an active material, and a plate-shaped negative electrode composed of a current collector and an electrode material layer containing an active material. In a battery in which a flat-plate laminated battery element in which a plurality of unit battery elements having a separator and an electrolyte are laminated is housed in an outer package, a positive electrode and a negative electrode of the unit battery element constituting the flat-plate laminated battery element due to an external impact The thickness of the electrode material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element where a short circuit with the first occurs is the thickness of the electrode material layer of the positive electrode and the negative electrode in the unit battery element other than the first unit battery element. A battery characterized by being thinner than at least one of

【0008】本発明においては、平板積層型電池要素を
構成する単位電池要素のうち、外部からの衝撃により、
正極と負極との短絡が最初に起こる第一単位電池要素に
おける正極又は負極の少なくとも一方の電極材料層の膜
厚を、前記第一単位電池要素以外の単位電池要素におけ
る正極及び負極の電極材料層の膜厚の少なくとも1つよ
りも薄くすることにより、前記第一単位電池要素の正極
と負極との短絡が起きた場合に、電池に流れる短絡電流
による発熱と、その発熱によって引き起こされる電極材
料層に含有される活物質の自己分解反応による発熱を大
幅に軽減することができる。そして、この結果、電池が
発火、爆発することが無くなり、電池の安全性が確保さ
れるようになる。
In the present invention, among the unit battery elements constituting the flat plate type battery element, an impact from the outside causes
The thickness of the electrode material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element in which a short circuit between the positive electrode and the negative electrode first occurs is defined as the electrode material layer of the positive electrode and the negative electrode in the unit battery element other than the first unit battery element. When at least one of the positive electrode and the negative electrode of the first unit battery element is short-circuited, the heat generated by the short-circuit current flowing through the battery and the electrode material layer caused by the heat generation The heat generation due to the self-decomposition reaction of the active material contained in can be significantly reduced. As a result, the battery does not ignite or explode, and the safety of the battery is ensured.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】1.外部破壊における電池の発熱
機構とその抑制による安全性の向上 本発明においては、集電体と活物質を含有する電極材料
層とからなる平板状の正極、集電体と活物質を含有する
電極材料層とからなる平板状の負極、セパレータ及び電
解質を有する単位電池要素を複数積層した平板積層型電
池要素を外装体に収納した電池において、前記平板積層
型電池要素を構成する単位電池要素のうち、外部からの
衝撃により正極と負極との短絡が最初に起こる第一単位
電池要素における正極又は負極の少なくとも一方の電極
材料層の膜厚が、前記第一単位電池要素以外の単位電池
要素における正極及び負極の電極材料層の膜厚の少なく
とも1つよりも薄いことを特徴とする。このような電池
構造とすることにより、外部より電池が破壊された場合
においても電池が発火や爆発等を起こさず、安全な電池
となる理由を、外部破壊が起きた場合の電池の発熱機構
と併せて以下に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 1. In the present invention, a plate-shaped positive electrode comprising a current collector and an electrode material layer containing an active material, and an electrode containing a current collector and an active material are provided. A battery in which a flat plate-type negative electrode consisting of a material layer, a separator and a flat plate-type battery element having a plurality of unit battery elements having an electrolyte are housed in an outer package, among the unit battery elements constituting the flat-plate type battery element The thickness of the electrode material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element in which a short circuit between the positive electrode and the negative electrode first occurs due to an impact from the outside, and the positive electrode in the unit battery element other than the first unit battery element is And thinner than at least one of the film thicknesses of the electrode material layer of the negative electrode. With such a battery structure, even if the battery is destroyed from the outside, the battery will not ignite or explode, and the reason why it becomes a safe battery is that the mechanism of heat generation of the battery in the case of external destruction occurs. It will be described below together.

【0010】充電状態の平板積層型電池要素を有する電
池が外部より破壊され、この平板積層型電池要素を構成
する単位電池要素の1つにおいて正極と負極との短絡が
生じると、電池が放電することによる短絡電流が流れ、
この短絡電流による発熱が生じる。短絡電流は抵抗を介
さない放電となるため電流量が極めて大きくなる。ま
た、正・負極の短絡の極初期においては、極めて限られ
た部分においてのみ短絡による導通が生じるので発熱は
局所的になる。この現象をより具体的に説明するために
図1を参照する。図1は、平板積層型電池要素を有する
電池が外部より破壊される具体例の一つとして、平板積
層型電池要素のうちの第一単位電池要素に釘が刺さり始
めた状態の断面図を模式的に示すものである。図1
(a)は、従来の平板積層型電池要素に釘が刺さった状
態の断面図、図1(b)は、本発明に用いる平板積層型
電池要素に釘が刺さった状態の断面図である。
When a battery having a flat-plate laminated battery element in a charged state is destroyed from the outside and a short circuit occurs between the positive electrode and the negative electrode in one of the unit battery elements constituting this flat-plate laminated battery element, the battery is discharged. Short circuit current due to
Heat is generated due to this short-circuit current. Since the short-circuit current is a discharge that does not pass through a resistor, the amount of current becomes extremely large. Further, in the very early stage of the short circuit between the positive and negative electrodes, conduction occurs due to the short circuit only in a very limited portion, so that heat is locally generated. To more specifically explain this phenomenon, refer to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a nail has started to be pierced into a first unit battery element of flat plate stacked battery elements as one specific example in which a battery having flat plate stacked battery elements is destroyed from the outside. It is intended to be shown. Figure 1
FIG. 1A is a sectional view showing a state where a nail is stuck in a conventional flat plate type battery element, and FIG. 1B is a sectional view showing a state where a nail is stuck to a flat plate type battery element used in the present invention.

【0011】図1(a)において、平板積層型電池要素
10に釘50が刺さることにより電池の破壊が進行する
場合、短絡は電池の外側に位置する第一単位電池要素8
aの正極100−負極300間で生じる。そして、この
短絡によって電池が放電を開始し、この放電時に流れる
電流(本明細書においてはこの電流を短絡電流という場
合がある。)により発熱が起こり、活物質を含有する電
極材料層ひいては電池の温度が上昇することとなる。こ
の発熱が発生する時間は極めて短いが、短絡によって流
れる電流量が大きいこと、及び発熱の発生が局所的に起
こることから、その発熱量は短絡部の微少な体積を充分
に加熱することが可能な程度となる。
In FIG. 1A, when the battery 50 is destroyed by the nail 50 sticking into the flat plate type battery element 10, a short circuit occurs in the first unit cell element 8 located outside the battery.
It occurs between the positive electrode 100 and the negative electrode 300 of a. Then, the battery starts discharging due to this short circuit, and heat is generated due to a current flowing during this discharging (this current may be referred to as a short circuit current in this specification), which causes an electrode material layer containing an active material and thus a battery. The temperature will rise. Although this heat generation time is extremely short, the amount of current flowing due to a short circuit is large and the heat generation occurs locally, so the heat generation amount can sufficiently heat the minute volume of the short circuit part. It will be about.

【0012】一方、充電状態における電池の電極材料層
に含有される活物質は熱的に不安定であり、正極、負極
いずれにおいても200℃を越えるような温度では発熱
を伴う自己分解反応が進行する。例えば、正極に用いる
活物質(以下、正極活物質という場合がある。)として
リチウムニッケル複合酸化物系の材料を用いると、これ
ら材料は、示差熱走査熱量計(DSC)による測定にお
いて200℃近辺に極めて鋭いピーク(これは200℃
付近で急激な発熱が発生することを意味する)を示すこ
とが知られている。従って、上記短絡電流に伴う発熱に
よって誘起される活物質の自己分解反応に伴う発熱が熱
暴走を引き起こし、結果的に電池が発火、爆発するので
ある。つまり、短絡による放電で流れる電流によって消
費される電池容量は、全体の電池容量の極一部である。
これは、短絡が生じても活物質は充分に充電された状態
のままであることを意味し、短絡電流による発熱が所定
の量を超えると活物質が自己分解し得ることを意味す
る。そして、外部破壊による電池の発火や爆発等の危険
性は、活物質の熱分解反応による発熱が熱暴走を引き起
こすことにより生じるのである。
On the other hand, the active material contained in the electrode material layer of the battery in the charged state is thermally unstable, and the self-decomposition reaction accompanied by heat generation proceeds at a temperature exceeding 200 ° C. in both the positive electrode and the negative electrode. To do. For example, when a lithium nickel composite oxide-based material is used as an active material used for the positive electrode (hereinafter, may be referred to as a positive electrode active material), these materials have a temperature of around 200 ° C. when measured by a differential scanning calorimeter (DSC). Very sharp peak (this is 200 ℃
It means that sudden heat generation occurs in the vicinity). Therefore, the heat generated by the self-decomposition reaction of the active material induced by the heat generated by the short-circuit current causes thermal runaway, and as a result, the battery ignites and explodes. That is, the battery capacity consumed by the current flowing by the discharge due to the short circuit is a very small part of the total battery capacity.
This means that even if a short circuit occurs, the active material remains in a sufficiently charged state, and if the heat generation due to the short circuit current exceeds a predetermined amount, the active material can self-decompose. The danger of the battery igniting or exploding due to external destruction is caused by the heat generated by the thermal decomposition reaction of the active material, causing thermal runaway.

【0013】ここで留意すべき点は、正極と負極とが短
絡することによって流れる電流による発熱は、短絡によ
り形成される電池の放電回路を考慮した際に抵抗が存在
する部分で発生する点である。短絡放電回路は閉回路で
あるから、流れる電流は一定である。従って、発熱Wを
決定するI×V(I×I×R)は抵抗の大きさに比例す
ることとなる。すなわち、正極と負極とが短絡した場合
においても、抵抗値Rが小さい状態となれば、発熱Wを
小さく抑えることができる。これを図1(a)を用いて
説明すれば、釘50の先端が第一単位電池要素8aにお
ける負極の電極材料層4aを貫通して負極集電体3に達
すると、破壊による短絡は、正極集電体1と負極集電体
3との短絡となるが、一般に正・負極集電体は導電性の
高い材料であるため、上記短絡は極めて抵抗の低い状態
となる。そして、この状態における電池からの発熱は、
電池の内部抵抗に依存して生じる。ここで、電池の内部
抵抗は電池全体に分布しているため、結果として発熱は
電池内部で分散されるようになる。従って、この内部抵
抗に基づく発熱に由来した電極材料層の温度上昇は小さ
くなるため、活物質の自己分解が起こらないか又は起こ
ったとしてもその発熱量が少なく、電池が熱暴走するこ
とはない。尚、これは電池を外部短絡させる試験におい
て電池が熱暴走しない点からも明らかである。以上か
ら、図1(a)において、釘50の先端が第一単位電池
要素8aの負極集電体3に接して、第一単位電池要素8
aの正極集電体1と負極集電体3とが短絡した状態にな
れば、電池が熱暴走するようなことはなくなる。
The point to be noted here is that the heat generated by the current flowing due to the short circuit between the positive electrode and the negative electrode occurs in the portion where the resistance exists when the discharge circuit of the battery formed by the short circuit is taken into consideration. is there. Since the short-circuit discharge circuit is a closed circuit, the flowing current is constant. Therefore, I × V (I × I × R) that determines the heat generation W is proportional to the magnitude of the resistance. That is, even when the positive electrode and the negative electrode are short-circuited, if the resistance value R is small, the heat generation W can be suppressed to be small. This will be described with reference to FIG. 1A. When the tip of the nail 50 penetrates the electrode material layer 4a of the negative electrode in the first unit battery element 8a and reaches the negative electrode current collector 3, a short circuit due to breakdown is caused. A short circuit occurs between the positive electrode current collector 1 and the negative electrode current collector 3, but since the positive and negative electrode current collectors are generally highly conductive materials, the short circuit results in an extremely low resistance. And the heat generated from the battery in this state is
It occurs depending on the internal resistance of the battery. Here, since the internal resistance of the battery is distributed throughout the battery, heat is dispersed in the battery as a result. Therefore, since the temperature rise of the electrode material layer due to the heat generation based on the internal resistance is small, the self-decomposition of the active material does not occur, or even if it occurs, the calorific value is small, and the battery does not run into thermal runaway. . It should be noted that this is also clear from the fact that the battery does not run out of heat in the test in which the battery is externally short-circuited. From the above, in FIG. 1A, the tip of the nail 50 is in contact with the negative electrode current collector 3 of the first unit battery element 8a, and the first unit battery element 8
When the positive electrode current collector 1 and the negative electrode current collector 3 of a are in a short-circuited state, the battery does not run into thermal runaway.

【0014】これに対し、正極と負極とが短絡した場合
においても、抵抗値Rが大きい状態となると発熱Wも大
きくなるため、活物質の自己分解反応が引き起こされ、
最終的に電池が熱暴走することとなる。すなわち外部破
壊によって正極と負極とが短絡した場合に、危険が大き
いのは、正極集電体と負極集電体との相互の接触が生じ
る前の段階、すなわち、図1(a)、(b)に示すよう
な、電極材料層を通じた短絡が生じている状態である
(以下、このような状態を部分短絡と表現する場合があ
る。)。電極材料層を通じた部分短絡の程度が小さい場
合(図1(a)において、釘50の先端がセパレータ5
を突き破って、第一単位電池要素8aの負極300の電
極材料層4aに到達した時点)は、短絡電流も小さいの
で発熱は小さく問題はない。これに対し、部分短絡がか
なり進行した場合(図1(a)において、釘50の先端
がセパレータ5を突き破ってさらに下方向に進んだ場
合)で、かつ集電体相互の短絡には至らない(図1
(a)において、釘50の先端が負極集電体3に到達し
ない)状態で流れる短絡電流による発熱が極めて問題と
なる。この短絡電流は、釘50が第一単位電池要素8a
の負極材料層4aを通過する間の極短時間の間しか流れ
ないものの、この短絡電流による発熱は無視できない。
On the other hand, even when the positive electrode and the negative electrode are short-circuited, when the resistance value R becomes large, the heat generation W also becomes large, so that the self-decomposition reaction of the active material is caused,
Eventually, the battery will run out of heat. That is, when the positive electrode and the negative electrode are short-circuited due to external breakdown, the danger is great before the mutual contact between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector occurs, that is, in FIGS. ) Is a state in which a short circuit occurs through the electrode material layer (hereinafter, such a state may be referred to as a partial short circuit). When the degree of partial short circuit through the electrode material layer is small (in FIG. 1A, the tip of the nail 50 is the separator 5).
When the electrode material layer 4a of the negative electrode 300 of the first unit battery element 8a is reached), the short-circuit current is also small, so that heat generation is small and there is no problem. On the other hand, when the partial short circuit progresses considerably (in FIG. 1 (a), the tip of the nail 50 pierces the separator 5 and further proceeds downward), and the short circuit between the current collectors does not occur. (Fig. 1
In (a), heat generation due to a short-circuit current flowing in a state where the tip of the nail 50 does not reach the negative electrode current collector 3 becomes a serious problem. As for this short-circuit current, the nail 50 is the first unit battery element 8a.
Although it flows only for a very short time while passing through the negative electrode material layer 4a, the heat generation due to the short circuit current cannot be ignored.

【0015】以上をまとめると、短絡電流による局所的
な発熱が最も進行しやすいのは、図1(a)において、
釘50が、第一単位電池要素8aの正極100及びセパ
レータ5を貫通し、第一単位電池要素8aの負極300
の表面に接触してから、同負極300の負極集電体3に
到達するまで(以下、この時間を短絡時間という場合が
ある。)である。そして、短絡電流による局所的な発熱
が進行すると、活物質の自己分解反応による発熱が発生
し、電池が熱暴走する危険性が高くなる。一方、釘50
が負極集電体3に到達すると抵抗が低下して、短絡電流
による発熱は、内部抵抗による電池全体への発熱に移行
するようになり、この時点における電池の熱暴走の危険
性は低下する。
To summarize the above, the local heat generation due to the short-circuit current is most likely to proceed in FIG.
The nail 50 penetrates the positive electrode 100 and the separator 5 of the first unit battery element 8a, and the negative electrode 300 of the first unit battery element 8a.
From the time of contact with the surface of the negative electrode 300 to the time at which the negative electrode current collector 3 of the negative electrode 300 is reached (hereinafter, this time may be referred to as a short circuit time). When the local heat generation due to the short-circuit current progresses, heat generation occurs due to the self-decomposition reaction of the active material, which increases the risk of thermal runaway of the battery. On the other hand, nail 50
When reaches the negative electrode current collector 3, the resistance decreases, and the heat generation due to the short-circuit current shifts to the heat generation to the entire battery due to the internal resistance, and the risk of thermal runaway of the battery at this point decreases.

【0016】本発明者は、電池が外部から衝撃を受けて
破壊された場合の電池からの発熱について鋭意検討した
結果、上記機構を見出し、上記機構に基づいて電池の安
全性を確保する手法をも見出した。すなわち、本発明者
の検討によれば、外部からの電池の破壊による熱暴走を
防ぐためには、上記部分短絡による局所発熱が活物質の
熱分解反応を引き起こさないようにするか、熱分解反応
が発生しても反応の程度を抑制することが肝要なのであ
る。
As a result of earnest studies on the heat generation from the battery when the battery is destroyed by being shocked from the outside, the present inventor has found the above mechanism, and based on the above mechanism, a method for ensuring the safety of the battery is found. Also found. That is, according to the study by the present inventor, in order to prevent thermal runaway due to destruction of the battery from the outside, the local heat generation due to the partial short circuit should not cause the thermal decomposition reaction of the active material, or the thermal decomposition reaction should not occur. Even if it occurs, it is essential to suppress the degree of reaction.

【0017】熱暴走を開始する温度は、活物質の種類に
依存し、固有の値となるため変更又は制御することがで
きない。そして、正極と負極とが短絡することにより流
れる電流は、電池内部で起こるため、流れる電流値を小
さくするには抵抗で抑制する必要がある。従って、電池
の内部抵抗を高くする必要があるが、これは電池特性を
著しく低下させるため現実的ではない。また電池の外部
からの破壊における短絡の程度は都度異なり、内部抵抗
を高くするという制御は難しい。
The temperature at which thermal runaway starts is dependent on the type of active material and has a unique value, which cannot be changed or controlled. Since the current flowing due to the short circuit between the positive electrode and the negative electrode occurs inside the battery, it is necessary to suppress the flowing current value with a resistor. Therefore, it is necessary to increase the internal resistance of the battery, but this is not realistic because it significantly deteriorates the battery characteristics. In addition, the degree of short-circuiting when the battery is destroyed from the outside is different each time, and it is difficult to control the internal resistance to be high.

【0018】本発明者は、上記状況に鑑み、制御可能な
因子である短絡時間、短絡電流による局所発熱範囲、及
び温度上昇の程度に着目した。すなわち、短絡時間が短
ければ短絡電流による発熱量は低下し、放熱が良ければ
温度上昇が抑制され同一の発熱量があっても、活物質の
自己分解反応による発熱によって暴走開始温度まで昇温
しにくくなることを見出し本発明を完成したのである。
つまり、本発明における平板積層型電池要素のうちの第
一単位電池要素における正極又は負極の少なくとも一方
の電極材料層の膜厚を、前記第一単位電池要素以外の単
位電池要素における正極及び負極の電極材料層の膜厚の
少なくとも1つよりも薄くする構成は、かかる効果を効
率的、かつ電池特性の低下を伴わずに実現するものであ
る。
In view of the above situation, the present inventor has focused on the controllable factors such as the short-circuit time, the local heat generation range due to the short-circuit current, and the degree of temperature rise. That is, if the short-circuit time is short, the amount of heat generated by the short-circuit current decreases, and if the heat dissipation is good, the temperature rise is suppressed and even if the same amount of heat is generated, the temperature rises to the runaway start temperature due to the heat generated by the self-decomposition reaction of the active material. The inventors have found that it becomes difficult, and have completed the present invention.
That is, the film thickness of at least one of the positive electrode and the negative electrode of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element of the flat plate type battery element in the present invention is the same as the positive electrode and the negative electrode in the unit battery elements other than the first unit battery element. The configuration in which the thickness of the electrode material layer is made thinner than at least one achieves such an effect efficiently and without lowering battery characteristics.

【0019】電池が外部から衝撃を受けて破壊された場
合に、最初に正極と負極との短絡が起こる第一単位電池
要素は、上述のように外部破壊において最初に破壊され
る部分であり、部分短絡による熱暴走を引き起こしやす
い部位である。本発明においては、前記第一単位電池要
素の電極材料層の厚みを薄くしているため、第一に部分
短絡に留まる時間(短絡時間)が短くなり短絡電流によ
る発熱量が低減される。これを図1(b)を用いて説明
する。図1(b)は、本発明に用いる一例である平板積
層型電池要素10に釘が刺さった状態を示す模式的な断
面図である。本発明においては、第一単位電池要素8a
における正極100の電極材料層2aの膜厚及び負極3
00の電極材料層4aの膜厚がそれぞれ、第一単位電池
要素8a以外の単位電池要素8における正極100の電
極材料層2の膜厚及び負極300の電極材料層4の膜厚
の少なくとも1つよりは薄くなっているため、釘50が
最外の第一単位電池要素8aの正極集電体1から負極集
電体3に到達する時間が短くなるのである。
When the battery is destroyed by the impact from the outside, the first short circuit between the positive electrode and the negative electrode first occurs, and the first unit battery element is the portion which is first destroyed in the external breakdown as described above. This is a part that is prone to thermal runaway due to a partial short circuit. In the present invention, since the thickness of the electrode material layer of the first unit battery element is made thin, the time to stay in the partial short circuit (short circuit time) is shortened first and the amount of heat generated by the short circuit current is reduced. This will be described with reference to FIG. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing a state in which a nail is stuck in the flat plate type battery element 10 which is an example used in the present invention. In the present invention, the first unit battery element 8a
Of the electrode material layer 2a of the positive electrode 100 and the negative electrode 3 in
00 is at least one of the thickness of the electrode material layer 2 of the positive electrode 100 and the thickness of the electrode material layer 4 of the negative electrode 300 in the unit cell elements 8 other than the first unit cell element 8a. Since the nail 50 is thinner, the time required for the nail 50 to reach the negative electrode current collector 3 from the positive electrode current collector 1 of the outermost first unit battery element 8a is shortened.

【0020】第二に、本発明においては、第一単位電池
要素の電極材料層の厚みが薄いため、短絡電流によって
発生した熱、及び活物質の自己分解反応がたとえ起こっ
たとしてもそれによって発生した熱は熱の良導体である
集電体に放散されやすく温度上昇が抑制される。さらに
第三に、熱暴走が起こるためには、活物質の自己分解反
応の連鎖が必要であるが、本発明においては、第一単位
電池要素における電極材料層の厚みが薄いため、上記連
鎖の3次元的な広がりが制限され、上記連鎖は2次元的
な広がりが主となる。そしてこの反応の連鎖の2次元的
な広がりに対しては、2次元方向に広がっている集電体
などの熱容量により放熱が促進されるため、自己分解反
応が消衰しやすい。これら3つの理由により外部破壊に
よる電池の熱暴走は効果的に抑制される。
Secondly, in the present invention, since the thickness of the electrode material layer of the first unit battery element is thin, the heat generated by the short-circuit current and the self-decomposition reaction of the active material, if any, occur. The generated heat is easily dissipated to the current collector, which is a good conductor of heat, and the temperature rise is suppressed. Thirdly, in order for thermal runaway to occur, a chain of self-decomposition reaction of the active material is necessary, but in the present invention, since the thickness of the electrode material layer in the first unit battery element is thin, The three-dimensional spread is limited, and the chain is mainly a two-dimensional spread. With respect to the two-dimensional spread of this reaction chain, heat dissipation is promoted by the heat capacity of the current collector spreading in the two-dimensional direction, so that the self-decomposition reaction is easily extinguished. Due to these three reasons, thermal runaway of the battery due to external breakdown is effectively suppressed.

【0021】本発明は単位電池要素の構成を一部変更す
ることのみで問題を解決するものであり、新規の材料を
電池内へ組み込むものではないので化学的安定性が損な
われることはない。換言すれば、本発明には、新規材料
の導入による電池特性への悪影響等を考慮する必要がな
い利点がある。また、電池の安全性を確保する部位が単
位電池要素であるため、電池の外部からの破壊が起きな
い限りは電池特性に寄与する利点があるだけでなく、例
えば、特開2001−68156号公報で紹介されてい
るような短絡形成兼放熱促進ユニットのように鋭利なエ
ッジを有する金属箔が対向して形成されている部材で生
じうる意図しない欠陥による短絡等の懸念も少ない。
The present invention solves the problem only by partially changing the configuration of the unit cell element, and does not impair the chemical stability because no new material is incorporated into the cell. In other words, the present invention has an advantage that it is not necessary to consider the adverse effect on the battery characteristics due to the introduction of the new material. Further, since the unit that secures the safety of the battery is the unit battery element, not only is there an advantage that it contributes to the battery characteristics unless the battery is broken from the outside, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-68156. There is little concern about a short circuit or the like due to an unintended defect that may occur in a member formed by facing metal foils having sharp edges such as the short circuit formation and heat dissipation promotion unit as introduced in.

【0022】さらに本発明は、第一単位電池要素の電極
材料層の厚みを薄くすることによってその目的を達成し
ており、この電極材料層の厚みは基本的には任意に設定
することができるので、第一単位電池要素の厚みは自由
に制御することができる。従って、本発明では、外装体
と第一単位電池要素を除く平板積層型電池要素との間の
余剰スペースに第一単位電池要素を設置すればよく、前
記余剰スペースを有効に利用できる利点もある。
Furthermore, the present invention achieves its object by reducing the thickness of the electrode material layer of the first unit battery element, and the thickness of this electrode material layer can basically be set arbitrarily. Therefore, the thickness of the first unit battery element can be freely controlled. Therefore, in the present invention, it is sufficient to install the first unit battery element in the extra space between the outer package and the flat plate type battery element excluding the first unit battery element, and there is also an advantage that the extra space can be effectively used. .

【0023】第一単位電池要素以外の単位電池要素は、
電池性能を大きく左右する重要な要素であり、それら単
位電池要素の電極材料層の厚みは、電池に要求される特
性、使用される材料、特に電解質の特性によって制限さ
れ任意に変更することは難しい。通常、電極材料層は一
定の厚み以下としないと、電池のレート特性が低下し所
定の性能を満足することができなくなる。このことは単
位電池要素を複数積層した平板積層型電池要素において
以下の制約を与える。すなわち、例えば、単位電池要素
が利用できる外装体内の空間の厚みが1mmであった場
合、最も容量的に有利なのは厚みが1mmの単位電池要
素1個を使用することである。これによれば集電体は一
組、セパレータは1枚であり容量に寄与しない部材の厚
みは最小になり、電池の堆積密度は最大となる。しか
し、高いサイクル特性やレート特性が求められる高性能
な仕様の電池においては、このような構成の電池を用い
ることは難しい。実際は、単位電池要素が利用できる外
装体内の空間の厚みよりも薄い厚みの単位電池要素を複
数積層して平板積層型電池要素を構成する。例えばレー
ト特性を満足するために、単位電池要素の厚みは0.1
mmが上限であるとすると、上記1mmの空間厚みを満
たすためには、0.1mm厚みの単位電池要素を10層
積層して平板積層型電池要素を構成する。しかし、電池
を電源として用いる機器の仕様によって要求される電池
のサイズは多様である。従って、上記単位電池要素が利
用できる外装体内の空間の厚みが、単位電池要素を整数
枚積層することによりちょうど満たすことができる厚み
であるとは限らない。例えば、単位電池要素が利用でき
る空間の厚みが0.95mmであるような電池を要求さ
れる場合、0.1mm厚みの単位電池要素を9層積層し
て電池を構成することになり、0.05mmの空間は無
駄になる。本発明によれば、第一単位電池要素の電極材
料層の厚みは任意に薄くすることができるため、上記無
駄となる空間を有効利用することが可能となるのであ
る。 2.本発明の電池の構造 本発明の電池は、集電体と活物質を含有する電極材料層
とからなる平板状の正極、集電体と活物質を含有する電
極材料層とからなる平板状の負極、セパレータ及び電解
質を有する単位電池要素を複数積層した平板積層型電池
要素を外装体に収納した電池において、前記平板積層型
電池要素を構成する単位電池要素のうち、外部からの衝
撃により正極と負極との短絡が最初に起こる第一単位電
池要素における正極又は負極の少なくとも一方の電極材
料層の膜厚が、前記第一単位電池要素以外の単位電池要
素における正極及び負極の電極材料層の膜厚の少なくと
も1つよりも薄いことを特徴とする。
The unit battery elements other than the first unit battery element are
It is an important factor that greatly affects battery performance, and the thickness of the electrode material layer of these unit battery elements is limited by the characteristics required for the battery and the materials used, especially the characteristics of the electrolyte, and it is difficult to change it arbitrarily. . In general, unless the electrode material layer has a certain thickness or less, the rate characteristic of the battery is deteriorated and the predetermined performance cannot be satisfied. This gives the following restrictions in a flat plate type battery element in which a plurality of unit cell elements are laminated. That is, for example, when the thickness of the space inside the outer package in which the unit battery element can be used is 1 mm, the most advantageous capacity is to use one unit battery element having a thickness of 1 mm. According to this, the thickness of the member that does not contribute to the capacity is minimized and the deposition density of the battery is maximized because there is one set of current collectors and one separator. However, it is difficult to use a battery having such a structure in a battery having high performance specifications that requires high cycle characteristics and rate characteristics. Actually, a flat plate type battery element is configured by stacking a plurality of unit battery elements having a thickness smaller than the thickness of the space inside the outer casing where the unit battery elements can be used. For example, in order to satisfy the rate characteristic, the unit cell element has a thickness of 0.1
If mm is the upper limit, in order to satisfy the space thickness of 1 mm, 10 unit battery elements having a thickness of 0.1 mm are laminated to form a flat plate laminated battery element. However, the size of the battery required varies depending on the specifications of the device that uses the battery as a power source. Therefore, the thickness of the space inside the exterior body in which the unit battery element can be used is not always the thickness that can be exactly satisfied by stacking an integral number of unit battery elements. For example, when a battery having a space thickness of 0.95 mm that can be used as a unit battery element is required, a unit battery element having a thickness of 0.1 mm is laminated in nine layers to form a battery. The space of 05 mm is wasted. According to the present invention, since the thickness of the electrode material layer of the first unit battery element can be arbitrarily reduced, it is possible to effectively use the wasted space. 2. Structure of Battery of the Present Invention The battery of the present invention has a flat plate-shaped positive electrode composed of a current collector and an electrode material layer containing an active material, and a flat plate-shaped positive electrode composed of a current collector and an electrode material layer containing an active material. In a battery in which a flat plate laminated battery element in which a plurality of unit battery elements having a negative electrode, a separator and an electrolyte are laminated is housed in an outer package, among the unit battery elements constituting the flat plate laminated battery element, a positive electrode is generated by an external impact. The film thickness of the electrode material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element in which a short circuit with the negative electrode first occurs is the film of the electrode material layer of the positive electrode and the negative electrode in the unit battery element other than the first unit battery element. Characterized by being thinner than at least one of the thicknesses.

【0024】電池が外部から衝撃を受けた場合に、正極
と負極との短絡が最初に起こる第一単位電池要素の電極
構成を、平板積層型電池要素を構成するその他の単位電
池要素の電極構成に対して上記のようにすることによ
り、外部からの破壊が起こった場合の電池の安全性が向
上する理由は、1.において述べた通りである。平板積
層型電池要素は、単位電池要素を積層することによって
形成されている。従って、積層する各単位電池要素の形
状や大きさを適宜変更することにより、平板積層型電池
要素の形状を自由に設計することができる。よって平板
積層型電池要素を用いる電池においては、電池形状を電
子機器の電源スペースに合わせた形状とすることができ
るメリットがある。本発明においては、平板積層型電池
要素を用いる電池において、外部からの衝撃により最初
に正極と負極とが短絡を起こす第一単位電池要素の電極
材料層の膜厚を薄くする。
When the battery receives an impact from the outside, the electrode structure of the first unit battery element in which a short circuit between the positive electrode and the negative electrode first occurs is changed to the electrode structure of the other unit battery elements constituting the flat plate type battery element. On the other hand, the reason why the safety of the battery in the case of external damage is improved by the above is as follows. As described in. The flat plate stack type battery element is formed by stacking unit battery elements. Therefore, the shape of the flat plate type battery element can be freely designed by appropriately changing the shape and size of each unit battery element to be stacked. Therefore, in the battery using the flat plate type battery element, there is an advantage that the shape of the battery can be made to match the power source space of the electronic device. In the present invention, in the battery using the flat plate type battery element, the film thickness of the electrode material layer of the first unit battery element in which the positive electrode and the negative electrode are first short-circuited by an external impact is made thin.

【0025】図6は、単位電池要素の大きさが一つずつ
異なる平板積層型電池要素の断面図である。図6に示す
ように、外部からの衝撃として、釘50が矢印500の
方向に平板積層型電池要素10に刺さった場合、正極と
負極との短絡が最初に起こる単位電池要素は、図6にお
いて下から三番目に積層された単位電池要素となる。こ
のような場合、この単位電池要素が第一単位電池要素8
aとなる。従って、前記下から三番目に積層された第一
単位電池要素8aの電極材料層を薄くすればよい。つま
り、平板積層型電池要素において、外部からの衝撃がま
ず最初に集中する部分に第一単位電池要素を設置すれば
よいのである。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a flat plate type battery element in which the unit cell elements have different sizes. As shown in FIG. 6, when the nail 50 stabs the flat plate stack type battery element 10 in the direction of the arrow 500 as a shock from the outside, the unit battery element in which the short circuit between the positive electrode and the negative electrode first occurs in FIG. It is the unit cell element that is stacked third from the bottom. In such a case, this unit battery element is the first unit battery element 8
a. Therefore, the electrode material layer of the third unit battery element 8a stacked third from the bottom may be thinned. That is, in the flat plate type battery element, the first unit battery element may be installed in a portion where the external impact is first concentrated.

【0026】ところで、現在一般に採用されている平板
積層型電池要素は略直方体の形状を有するものである
が、平板積層型電池要素が上記略直方体の形状を有する
場合、外部からの衝撃がまず最初に集中する部分は、通
常平板積層型電池要素の最上面又は最下面となる。従っ
て、平板積層型電池要素が図2〜図4に示すような略直
方体の形状を有する場合には、第一単位電池要素を、平
板積層型電池要素を構成する単位電池要素のうちの最上
及び/又は最下に位置させることが好ましい。すなわ
ち、第一単位電池要素が、平板積層型電池要素の厚み方
向(積層方向)の最上及び/又は最下の単位電池要素で
あることが好ましい。
By the way, the flat plate type battery element generally used at present has a substantially rectangular parallelepiped shape. However, when the flat plate type battery element has the above-mentioned substantially rectangular parallelepiped shape, an impact from the outside is first. The portion concentrated in the area is usually the uppermost surface or the lowermost surface of the flat plate type battery element. Therefore, when the flat plate type battery element has a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIGS. 2 to 4, the first unit battery element is the uppermost one of the unit battery elements constituting the flat plate type battery element. It is preferable to locate it at the lowest position. That is, it is preferable that the first unit battery element is the uppermost and / or lowermost unit battery element in the thickness direction (stacking direction) of the flat plate type battery element.

【0027】以下、平板積層型電池要素が略直方体の形
状を有する場合において、添付図面に基づき本発明の電
池の具体例について説明する。尚、「平板積層型電池要
素が略直方体の形状を有する」とは、平板積層型電池要
素が完全な直方体形状を有する必要があることをのみを
意味するものではなく、単位電池要素の形状がほぼ同一
であり、これを積層した平板積層型電池要素の形状がほ
ぼ直方体の形状を有するような場合をも含む意味であ
る。例えば、図3においては電極タブ6、7が存在する
ため、平板積層型電池要素10の形状は厳密には直方体
ではない。しかし、図3の平板積層型電池要素10は、
ほぼ直方体の形状であるといえるため、この平板積層型
電池要素10は略直方体の形状を有するという。
Hereinafter, a specific example of the battery of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings when the flat plate type battery element has a substantially rectangular parallelepiped shape. It should be noted that "the flat plate stacked battery element has a substantially rectangular parallelepiped shape" does not only mean that the flat plate stacked battery element needs to have a perfect rectangular parallelepiped shape, but the shape of the unit battery element is It is almost the same, and is meant to include the case where the flat plate type battery element in which these are stacked has a substantially rectangular parallelepiped shape. For example, in FIG. 3, since the electrode tabs 6 and 7 are present, the shape of the flat plate stack type battery element 10 is not strictly a rectangular parallelepiped. However, the flat plate battery element 10 of FIG.
Since it can be said that the flat plate type battery element 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape, it is said that the flat plate stacked battery element 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape.

【0028】図2は、平板積層型電池要素が略直方体の
形状を有する場合における電池の断面図の模式図の一例
を示す。なお、図2において、各要素は、見易さの便宜
上実際とは異なり、分離して記載されている。また、図
2は、平板積層型電池要素を外装体に収納した電池の断
面の下側一方のみを示し、上側を省略してある。図2に
おいて、第一単位電池要素8a又は単位電池要素8は、
正極集電体1に正極の電極材料層2又は2aを積層した
構造を有する平板状の正極100、負極集電体3に負極
の電極材料層4又は4aを積層した構造を有する平板型
の負極300、及び正極と負極との間に介設された平板
状のセパレータ5のそれぞれに電解質(不図示)を含浸
してなる。そして、この第一単位電池要素8a及び単位
電池要素8が複数積層されて平板積層型電池要素10が
構成され、ケース40に収納されて電池が形成されてい
る。
FIG. 2 shows an example of a schematic diagram of a cross-sectional view of a battery when the flat plate type battery element has a substantially rectangular parallelepiped shape. Note that, in FIG. 2, each element is illustrated separately for convenience of view, unlike actual elements. Further, FIG. 2 shows only one lower side of the cross section of the battery in which the flat plate type battery element is housed in the exterior body, and the upper side is omitted. In FIG. 2, the first unit battery element 8a or the unit battery element 8 is
A plate-shaped positive electrode 100 having a structure in which a positive electrode current collector 1 is laminated with a positive electrode material layer 2 or 2a, and a flat plate negative electrode having a structure in which a negative electrode current collector 3 is laminated with a negative electrode material layer 4 or 4a. An electrolyte (not shown) is impregnated in each of 300 and the flat plate-shaped separator 5 provided between the positive electrode and the negative electrode. A plurality of the first unit battery elements 8a and the unit battery elements 8 are stacked to form a flat plate type battery element 10, which is housed in a case 40 to form a battery.

【0029】図2に示す平板積層型電池要素は、第一単
位電池要素8aの正極100における電極材料層2aの
膜厚が、前記第一単位電池要素8a以外の単位電池要素
8の正極100における電極材料層2の膜厚の少なくと
もいずれか一つよりも薄くなっている。同様に、第一単
位電池要素8aの負極300における電極材料層4aの
膜厚が、前記第一単位電池要素8a以外の単位電池要素
8の負極300における電極材料層4の膜厚の少なくと
もいずれか一つよりも薄くなっている。
In the flat plate type battery element shown in FIG. 2, the thickness of the electrode material layer 2a of the positive electrode 100 of the first unit battery element 8a is the same as that of the positive electrode 100 of the unit battery element 8 other than the first unit battery element 8a. It is thinner than at least one of the film thicknesses of the electrode material layer 2. Similarly, the film thickness of the electrode material layer 4a in the negative electrode 300 of the first unit battery element 8a is at least one of the film thicknesses of the electrode material layers 4 in the negative electrodes 300 of the unit battery elements 8 other than the first unit battery element 8a. It is thinner than one.

【0030】尚、図2に例示した電池の場合、図示され
た下側には、単位電池要素の正極が位置しているが、負
極を位置させてもよい。また、電極材料層を薄くした第
一単位電池要素は、図2においては、最下側に位置して
いるが、図示が省略された上側の最上側にも形成するの
が好ましい。そして、平板積層型電池要素10の最上面
と最下面とを同極にしても異極にしてもよい。さらに、
図2においては、平板積層型電池要素の最外に位置する
正極100以外の正極100は、正極集電体1の両面に
正極の電極材料層2が形成されている。また負極300
も、負極集電体3の両面に負極の電極材料層4が形成さ
れている。このように、集電体の両面に電極材料層が形
成された電極を用いる場合、正極100の中央に位置す
る正極集電体1の厚みの略半分の位置から、前記正極1
00とセパレータ5を介して相対する負極300の中央
に位置する負極集電体3の厚みの略半分の位置までが単
位電池要素8となる。
In the case of the battery illustrated in FIG. 2, the positive electrode of the unit battery element is located on the lower side of the drawing, but the negative electrode may be located. Further, the first unit battery element having a thin electrode material layer is located on the lowermost side in FIG. 2, but it is also preferable to form it on the uppermost upper side which is not shown. The top surface and the bottom surface of the flat plate stack type battery element 10 may have the same pole or different polarities. further,
In FIG. 2, in the positive electrode 100 other than the positive electrode 100 located on the outermost side of the flat plate type battery element, the positive electrode material layer 2 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 1. Also, the negative electrode 300
Also, the negative electrode material layer 4 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 3. As described above, when the electrode having the electrode material layers formed on both surfaces of the current collector is used, the positive electrode 1 is formed from a position approximately half the thickness of the positive electrode current collector 1 located in the center of the positive electrode 100.
00 and the separator 5 are located in the center of the negative electrode 300, and the unit battery element 8 extends to a position approximately half the thickness of the negative electrode current collector 3.

【0031】ここで、第一単位電池要素における正極又
は負極の少なくとも一方の電極材料層の膜厚が、平板積
層型電池要素を構成する全ての単位電池要素の正極及び
負極の電極材料層の膜厚の中で最も薄くなっていること
が好ましい。具体的には、第一単位電池要素8aの正極
100の電極材料層2aの膜厚が、平板積層型電池要素
10を構成する第一単位電池要素8a及び単位電池要素
8の正極100の電極材料層2a及び電極材料層2の膜
厚の中で最も薄いことが好ましく、第一単位電池要素8
aの負極300の電極材料層4aの膜厚が、平板積層型
電池要素10を構成する第一単位電池要素8a及び単位
電池要素8の負極300の電極材料層4a及び電極材料
層4の膜厚の中で最も薄いことが好ましい。これは、電
極材料層の厚みは厚くした方が電池の容量が大きくなる
利点があるため、外部破壊に対する安全性確保を向上さ
せる目的で存在させる第一単位電池要素8a以外の単位
電池要素8においては容量向上の目的から電極材料層
2、4の厚みを厚くするのが好ましい一方で、最外に位
置する第一単位電池要素8aにおいては外部破壊に対す
る安全性確保の目的から電極材料層2a、4aの厚みを
薄くした方が効果的だからである。
Here, the thickness of the electrode material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element is the film of the electrode material layer of the positive electrode and the negative electrode of all the unit battery elements constituting the flat plate type battery element. It is preferable that the thickness is the thinnest. Specifically, the film thickness of the electrode material layer 2a of the positive electrode 100 of the first unit battery element 8a is such that the electrode material of the positive electrode 100 of the first unit battery element 8a and the unit battery element 8 constituting the flat plate stack type battery element 10. It is preferable that the thickness of the layer 2a and the electrode material layer 2 is the thinnest.
The film thickness of the electrode material layer 4a of the negative electrode 300 of a is the film thickness of the electrode material layer 4a and the electrode material layer 4 of the first unit battery element 8a and the negative electrode 300 of the unit battery element 8 which constitute the flat plate battery element 10. Of these, the thinnest is preferable. This is because the thicker the electrode material layer is, the larger the capacity of the battery is. Therefore, in the unit battery elements 8 other than the first unit battery element 8a that is present for the purpose of improving the safety assurance against external damage. It is preferable to increase the thickness of the electrode material layers 2 and 4 for the purpose of improving the capacity, while in the outermost first unit battery element 8a, the electrode material layers 2a and 2a are for the purpose of ensuring safety against external damage. This is because it is more effective to reduce the thickness of 4a.

【0032】この他、本発明において好ましい電極構成
として、例えば以下3つの態様を挙げることができる。
第一に、平板積層型電池要素を構成する単位電池要素の
うち、第一単位電池要素における電極の電極材料層の膜
厚を最も薄くし、それ以外の単位電池要素における電極
の電極材料層の膜厚は一定とするような態様を挙げるこ
とができる。
In addition to the above, as preferred electrode configurations in the present invention, for example, the following three modes can be mentioned.
First, of the unit battery elements that constitute the flat plate type battery element, the film thickness of the electrode material layer of the electrode in the first unit battery element is the thinnest, and the electrode material layer of the electrodes in the other unit battery elements is the same. A mode in which the film thickness is constant can be mentioned.

【0033】第二に、平板積層型電池要素を構成する単
位電池要素のうち、第一単位電池要素とそれに隣接する
単位電池要素における電極の電極材料層の膜厚をそれぞ
れ最も薄くし、それ以外の単位電池要素における電極の
電極材料層の膜厚は一定とするような態様を挙げること
ができる。第三には、平板積層型電池要素を構成する単
位電池要素のうち、第一単位電池要素における電極の電
極材料層の膜厚を最も薄くし、それ以外の単位電池要素
における電極の電極材料層の膜厚は、第一単位電池要素
に隣接して積層される単位電池要素、この単位電池要素
にさらに隣接して積層される単位電池要素・・・の順に
(図2においては、第一単位電池要素8aから図面の上
方に積層される単位電池要素の順に)、電極材料層の膜
厚を段々と厚くしていく態様を挙げることができる。
Secondly, among the unit cell elements constituting the flat plate type cell element, the electrode material layers of the electrodes of the first unit cell element and the unit cell element adjacent thereto are made the thinnest, respectively. In the unit battery element, the film thickness of the electrode material layer of the electrode can be constant. Thirdly, among the unit battery elements constituting the flat plate type battery element, the electrode material layer of the electrode in the first unit battery element is made thinnest, and the electrode material layer of the electrode in the other unit battery elements is made the thinnest. The film thickness of is in the order of a unit battery element stacked adjacent to the first unit battery element, a unit battery element stacked further adjacent to this unit battery element (in FIG. 2, the first unit battery element). In the order from the battery element 8a to the unit battery elements stacked in the upper part of the drawing), the thickness of the electrode material layer may be gradually increased.

【0034】尚、上記3つの態様は、それぞれあくまで
本発明の好ましい態様の一例である。つまり、本発明に
おいては、外部からの衝撃により、正極と負極との短絡
が最初に起こる第一単位電池要素における電極の電極材
料層の膜厚が、前記第一単位電池要素以外の単位電池要
素における電極の電極材料層の膜厚の少なくとも1つよ
りも薄ければよく、この条件を満たすような電極構成を
任意に採用することができる。
The above three aspects are merely examples of preferred aspects of the present invention. That is, in the present invention, the thickness of the electrode material layer of the electrode in the first unit battery element in which the short circuit between the positive electrode and the negative electrode first occurs due to an impact from the outside is a unit battery element other than the first unit battery element. It suffices that the thickness is smaller than at least one of the electrode material layers of the electrodes in (1), and an electrode configuration that satisfies this condition can be arbitrarily adopted.

【0035】第一単位電池要素における正極の電極材料
層の膜厚は、通常1μm以上、好ましくは5μm以上、
より好ましくは10μm以上、通常200μm以下、好
ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以
下、特に好ましくは30μm以下である。この範囲とす
ることによって、電池内部空間を有効に利用することに
より電池の体積容量を向上させるとともに、短絡時間の
低減、放熱の促進による安全性向上が可能となる。特
に、正極の電極材料層の膜厚を30μm以下とした場合
は、集電体による熱放散が大きくなり、熱暴走連鎖を効
果的に抑止できる。
The thickness of the electrode material layer of the positive electrode in the first unit cell element is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more,
It is more preferably 10 μm or more, usually 200 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, particularly preferably 30 μm or less. Within this range, the volume capacity of the battery can be improved by effectively using the internal space of the battery, and the safety can be improved by reducing the short circuit time and promoting heat dissipation. In particular, when the thickness of the electrode material layer of the positive electrode is 30 μm or less, the heat dissipation by the current collector becomes large, and the thermal runaway chain can be effectively suppressed.

【0036】また、第一単位電池要素以外の単位電池要
素の正極の電極材料層の膜厚は、通常10μm以上、好
ましくは30μm以上、より好ましくは50μm以上、
通常1000μm以下、好ましくは500μm以下、よ
り好ましくは200μm以下、特に好ましくは100μ
m以下である。この範囲とすることによって、レート特
性を維持しながら容量を高くすることが可能となる。
The thickness of the electrode material layer of the positive electrode of the unit cell elements other than the first unit cell element is usually 10 μm or more, preferably 30 μm or more, more preferably 50 μm or more,
Usually 1000 μm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, particularly preferably 100 μm.
m or less. Within this range, the capacity can be increased while maintaining the rate characteristic.

【0037】第一単位電池要素の正極の電極材料層の膜
厚と、第一単位電池要素以外の単位電池要素の正極の電
極材料層の膜厚との比は、1未満であれば特に制限はな
いものの、通常は0.83以下、好ましくは0.71以
上、より好ましくは0.5以下である。第一単位電池要
素の正極における電極材料層の膜厚を薄くすることによ
り、部分短絡の短絡時間短縮及び放熱促進、双方の面か
ら電池の安全性が高くなるため、第一単位電池要素の正
極における電極材料層の膜厚と、第一単位電池要素以外
の単位電池要素の正極における電極材料層の膜厚との比
は、乗数的に電池の安全性向上に寄与する。
The ratio of the thickness of the positive electrode material layer of the first unit battery element to the thickness of the positive electrode material layer of the unit battery element other than the first unit battery element is particularly limited as long as it is less than 1. However, it is usually 0.83 or less, preferably 0.71 or more, and more preferably 0.5 or less. By reducing the film thickness of the electrode material layer in the positive electrode of the first unit battery element, the short-circuit time of partial short-circuiting is shortened and heat dissipation is promoted. The ratio of the film thickness of the electrode material layer to the film thickness of the electrode material layer on the positive electrode of the unit cell element other than the first unit cell element contributes to improving the safety of the cell as a multiplier.

【0038】一方、第一単位電池要素の負極における電
極材料層の膜厚は、通常1μm以上、好ましくは5μm
以上、より好ましくは10μm以上、通常200μm以
下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μ
m以下、特に好ましくは30μm以下である。この範囲
とすることによって、電池内部空間を有効に利用するこ
とにより電池の体積容量を向上させるとともに、短絡時
間の低減、放熱の促進による安全性向上が可能となる。
On the other hand, the thickness of the electrode material layer in the negative electrode of the first unit battery element is usually 1 μm or more, preferably 5 μm.
Or more, more preferably 10 μm or more, usually 200 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm
m or less, particularly preferably 30 μm or less. Within this range, the volume capacity of the battery can be improved by effectively using the internal space of the battery, and the safety can be improved by reducing the short circuit time and promoting heat dissipation.

【0039】また、第一単位電池要素以外の単位電池要
素の負極における電極材料層の膜厚は、通常10μm以
上、好ましくは30μm以上、より好ましくは50μm
以上、通常1000μm以下、好ましくは500μm以
下、より好ましくは200μm以下、特に好ましくは1
00μm以下である。この範囲とすることによって、レ
ート特性を維持しながら容量を高くすることが可能とな
る。
The thickness of the electrode material layer in the negative electrode of the unit cell elements other than the first unit cell element is usually 10 μm or more, preferably 30 μm or more, more preferably 50 μm.
As described above, usually 1000 μm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, and particularly preferably 1
It is not more than 00 μm. Within this range, the capacity can be increased while maintaining the rate characteristic.

【0040】第一単位電池要素の負極における電極材料
層の膜厚と、第一単位電池要素以外の単位電池要素の負
極における電極材料層の膜厚との比は、1未満であれば
特に制限はないものの、通常は0.83以下、好ましく
は0.71以下、より好ましくは0.5以下である。
尚、正極材料層と負極材料層は容量バランスの点から一
定の比率を保つことが好ましいため、第一単位電池要素
の正極における電極材料層の膜厚と負極における電極材
料層の膜厚とは、他の単位電池要素の正・負極における
電極材料層の膜厚から同程度薄くすることが好ましい。 3.本発明の好ましい態様のおける電池の材料 本発明の電池はリチウム二次電池であることが好まし
い。リチウム二次電池は、携帯電話等の民生機器用の電
源として広く実用化されているため、機器を落とした
り、足で踏んだり等の外部からの衝撃を受ける場合が多
い。従って、リチウム二次電池において、外部からの破
壊に対して電池の安全性を高くすることは特に重量とな
る。
The ratio of the thickness of the electrode material layer in the negative electrode of the first unit battery element to the thickness of the electrode material layer in the negative electrode of the unit battery element other than the first unit battery element is particularly limited as long as it is less than 1. However, it is usually 0.83 or less, preferably 0.71 or less, more preferably 0.5 or less.
Since the positive electrode material layer and the negative electrode material layer preferably maintain a constant ratio from the viewpoint of capacity balance, the film thickness of the electrode material layer in the positive electrode and the film thickness of the electrode material layer in the negative electrode of the first unit battery element are It is preferable to reduce the thickness of the electrode material layers of the positive and negative electrodes of the other unit battery elements to the same extent. 3. Material of Battery in Preferred Embodiment of Present Invention The battery of the present invention is preferably a lithium secondary battery. Lithium secondary batteries are widely used as a power source for consumer devices such as mobile phones, and are often subject to external shock such as dropping the device or stepping on it. Therefore, in the lithium secondary battery, increasing the safety of the battery against external damage is particularly heavy.

【0041】以下、図2〜5を用い、リチウム二次電池
に用いる材料やその要素の詳細な構造について説明す
る。図2は、前述の通り本発明に用いる電池の断面図の
模式図の一例である。図3は、本発明に用いる電池にお
ける平板積層型電池要素10のタブ構造の説明図、図4
は、本発明に用いる電池における積層され且つ平板状ケ
ースに収納された平板積層型電池要素の端子構造の説明
図、図5は、本発明に用いる電池の外観の一例の説明図
である。
The detailed structures of the materials used for the lithium secondary battery and the elements thereof will be described below with reference to FIGS. FIG. 2 is an example of a schematic diagram of a cross-sectional view of a battery used in the present invention as described above. FIG. 3 is an explanatory view of a tab structure of the flat plate type battery element 10 in the battery used in the present invention, and FIG.
FIG. 5 is an explanatory view of a terminal structure of a flat plate type battery element stacked in a battery used in the present invention and housed in a flat case, and FIG. 5 is an explanatory view of an example of an external appearance of the battery used in the present invention.

【0042】リチウム二次電池においては、単位電池要
素8、8aに用いる集電体の材料としては、アルミニウ
ム、ニッケル、銅、SUS等の金属を用いた導電性箔が
挙げられる。集電体の厚さは通常0.1〜100μmで
ある。特に、正極集電体1としては、通常アルミニウム
が用いられ、負極集電体1としては、通常銅が用いられ
る。
In the lithium secondary battery, as the material of the current collector used for the unit cell elements 8 and 8a, a conductive foil made of a metal such as aluminum, nickel, copper or SUS can be used. The thickness of the current collector is usually 0.1 to 100 μm. In particular, aluminum is usually used for the positive electrode current collector 1, and copper is usually used for the negative electrode current collector 1.

【0043】正極の電極材料層2、2a及び負極の電極
材料層4、4aには、活物質と通常バインダーとが含有
され、必要に応じて導電剤も含有される。正極活物質と
しては、例えば、コバルト、ニッケル、マンガンの群か
ら選ばれる1種以上の金属とリチウムとの複合酸化物が
挙げられる。これらは通常1〜30μmの粒径で使用さ
れる。
The positive electrode material layers 2 and 2a and the negative electrode material layers 4 and 4a contain an active material and a normal binder, and if necessary, a conductive agent. Examples of the positive electrode active material include a composite oxide of one or more metals selected from the group of cobalt, nickel and manganese and lithium. These are usually used in a particle size of 1 to 30 μm.

【0044】本発明において正極活物質として好ましい
のは、リチウムコバルト複合酸化物及び/又はリチウム
ニッケル複合酸化物である。リチウムコバルト複合酸化
物及び/又はリチウムニッケル複合酸化物はリチウムマ
ンガン複合酸化物と比較して容量が高いという特徴を有
するが、充電状態における熱的安定性は低い。そのため
本発明の効果による特性改善がもっとも大きい。特にリ
チウムニッケル複合酸化物は熱的安定性が低く、熱暴走
を生じやすいため完全の効果が著しい。
In the present invention, the positive electrode active material is preferably a lithium cobalt composite oxide and / or a lithium nickel composite oxide. The lithium-cobalt composite oxide and / or the lithium-nickel composite oxide has a characteristic that the capacity is higher than that of the lithium-manganese composite oxide, but the thermal stability in a charged state is low. Therefore, the characteristic improvement due to the effect of the present invention is the largest. In particular, the lithium nickel composite oxide is low in thermal stability and is prone to thermal runaway, so that the complete effect is remarkable.

【0045】リチウムコバルト複合酸化物は、放電曲線
が平坦であるためレート特性に優れる有用な正極材活物
質である。リチウムコバルト複合酸化物としては、例え
ば、層状構造を有するLiCoO2等を挙げることがで
きる。また、リチウムコバルト複合酸化物は、Coが占
めるサイトの一部をCo以外の元素で置換したものであ
ってもよい。Coサイトを他元素で置換することによ
り、電池のサイクル特性・レート特性が向上する場合が
ある。Coが占めるサイトの一部をCo以外の元素で置
換する際の、置換元素としては、Al、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、G
a、Zr、Sn、Sb、Ge等が挙げられ、好ましくは
Al、Cr、Fe、Li、Ni、Mg、Ga、Zr、S
n、Sb、Ge更に好ましくはAl、Mg、Zr、Sn
である。なお、Coサイトは2種以上の他元素で置換さ
れていてもよい。
The lithium-cobalt composite oxide is a useful positive electrode active material having excellent rate characteristics because it has a flat discharge curve. Examples of the lithium-cobalt composite oxide include LiCoO 2 having a layered structure. The lithium-cobalt composite oxide may be one in which some of the sites occupied by Co are replaced with an element other than Co. By substituting the Co site with another element, the cycle characteristics and rate characteristics of the battery may be improved. When substituting part of the site occupied by Co with an element other than Co, the substituting elements include Al, Ti, V, and C.
r, Mn, Fe, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, G
a, Zr, Sn, Sb, Ge and the like, and preferably Al, Cr, Fe, Li, Ni, Mg, Ga, Zr, S.
n, Sb, Ge, more preferably Al, Mg, Zr, Sn
Is. The Co site may be substituted with two or more other elements.

【0046】置換元素によりCoサイトを置換する場
合、その割合は通常Co元素の0.03モル%以上、好
ましくは0.05モル%以上であり、通常Co元素の3
0モル%以下、好ましくは20モル%以下である。置換
割合が少なすぎると結晶構造の安定性向上が充分ではな
い場合があり、多すぎると電池にした場合の容量が低下
してしまう場合がある。
When substituting the Co site with the substituting element, the proportion thereof is usually 0.03 mol% or more, preferably 0.05 mol% or more of the Co element, and usually 3% of the Co element.
It is 0 mol% or less, preferably 20 mol% or less. If the substitution ratio is too small, the stability of the crystal structure may not be sufficiently improved, and if it is too large, the capacity of the battery may decrease.

【0047】リチウムコバルト複合酸化物は、通常、充
電前の基本的な組成としてLiCoO2で表されるが、
前記したようにCoサイトの一部を他の元素で置換して
もよい。また、上記組成式において、少量の酸素欠損、
不定性があっても良く、酸素サイトの一部が硫黄やハロ
ゲン元素で置換されていてもよい。さらには、上記組成
式において、リチウム量を過剰又は不足にしたりするこ
とができる。
The lithium-cobalt composite oxide is usually represented by LiCoO 2 as a basic composition before charging,
As described above, part of the Co site may be replaced with another element. In the above composition formula, a small amount of oxygen deficiency,
It may have indefiniteness, and a part of the oxygen site may be replaced with sulfur or a halogen element. Furthermore, in the above composition formula, the amount of lithium can be made excessive or insufficient.

【0048】リチウムコバルト複合酸化物の比表面積
は、通常0.01m2/g以上、好ましくは0.1m2
g以上、より好ましくは0.4m2/g以上であり、ま
た通常10m2/g以下、好ましくは5.0m2/g以
下、より好ましくは2.0m2/g以下である。比表面
積が小さすぎるとレート特性の低下を招き、場合によっ
ては容量の低下をも招き、大きすぎると電解液等と好ま
しくない反応を引き起こし、サイクル特性を低下させる
ことがある。比表面積の測定はBET法に従う。
The specific surface area of the lithium cobalt composite oxide is usually 0.01 m 2 / g or more, preferably 0.1 m 2 /
g or more, more preferably 0.4 m 2 / g or more, and usually 10 m 2 / g or less, preferably 5.0 m 2 / g or less, more preferably 2.0 m 2 / g or less. If the specific surface area is too small, the rate characteristics are deteriorated, and in some cases, the capacity is also decreased, and if it is too large, an undesired reaction with an electrolytic solution or the like is caused, and cycle characteristics may be deteriorated. The specific surface area is measured according to the BET method.

【0049】リチウムコバルト複合酸化物の平均粒径
は、通常0.1μm以上、好ましくは0.2μm以上、
さらに好ましくは0.3μm以上、最も好ましくは0.
5μm以上であり、通常300μm以下、好ましくは1
00μm以下、さらに好ましくは50μm以下、最も好
ましくは20μm以下である。平均粒径が小さすぎると
電池のサイクル劣化が大きくなったり、安全性に問題が
生じたりする場合があり、大きすぎると電池の内部抵抗
が大きくなり、出力が出にくくなる場合がある。
The average particle size of the lithium cobalt composite oxide is usually 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more,
More preferably 0.3 μm or more, most preferably 0.
5 μm or more, usually 300 μm or less, preferably 1
The thickness is 00 μm or less, more preferably 50 μm or less, and most preferably 20 μm or less. If the average particle size is too small, the cycle deterioration of the battery may be large, or a safety problem may occur. If the average particle size is too large, the internal resistance of the battery may be large and the output may be difficult to output.

【0050】リチウムニッケル複合酸化物は、単位重量
あたりの電流容量が大きく、電池容量を高くすることが
できるので、有用な正極活物質である。しかしながら、
リチウムニッケル複合酸化物は、上記リチウムコバルト
複合酸化物よりもより自己分解反応しやすいため熱暴走
しやすく、外部からの破壊が起きた場合、電池がより危
険な状態にさらされやすくなる。従って、リチウムニッ
ケル複合酸化物を正極活物質に含有させた場合に、本発
明の効果が顕著に発揮されるようになる。リチウムニッ
ケル複合酸化物は、少なくともリチウム及びニッケルを
含有する酸化物である。リチウムニッケル複合酸化物と
しては、例えば、α−NaCrO2構造等の層状構造を
有する、LiNiO2のようなリチウムニッケル複合酸
化物が好ましい。具体的な組成としては、例えば、Li
NiO2、Li2NiO2、LiNi24等を挙げること
ができる。この場合、リチウムニッケル複合酸化物は、
Niが占めるサイトの一部をNi以外の元素で置換した
ものであってもよい。Niサイトの一部を他の元素で置
換することによって、結晶構造の安定性を向上させるこ
とができ、繰り返し充放電する際のNi元素の一部がL
iサイトに移動して発生する容量低下が抑制されるた
め、サイクル特性も向上する。さらに、Niサイトの一
部をNi以外の元素で置換することによって、DSC
(Differential Scanning Ca
lorimetry:示差走査熱量測定)の発熱開始温
度が高温側にシフトするため、電池の温度が上昇した場
合のリチウムニッケル複合酸化物の熱暴走反応も抑制さ
れ、結果として外部破壊及び高温保存時の安全性の向上
につながる。
The lithium nickel composite oxide is a useful positive electrode active material because it has a large current capacity per unit weight and can increase the battery capacity. However,
The lithium-nickel composite oxide is more likely to undergo a self-decomposition reaction than the lithium-cobalt composite oxide, and thus is more prone to thermal runaway, and when external damage occurs, the battery is more likely to be exposed to a more dangerous state. Therefore, when the lithium nickel composite oxide is contained in the positive electrode active material, the effect of the present invention is remarkably exhibited. The lithium-nickel composite oxide is an oxide containing at least lithium and nickel. As the lithium nickel composite oxide, for example, a lithium nickel composite oxide such as LiNiO 2 having a layered structure such as α-NaCrO 2 structure is preferable. As a specific composition, for example, Li
Mention may be made of NiO 2, Li 2 NiO 2, LiNi 2 O 4 or the like. In this case, the lithium nickel composite oxide is
A part of the site occupied by Ni may be replaced with an element other than Ni. By substituting a part of the Ni site with another element, the stability of the crystal structure can be improved, and a part of the Ni element during repeated charge and discharge is L
Since the capacity decrease caused by moving to the i-site is suppressed, the cycle characteristics are also improved. Furthermore, by substituting a part of the Ni site with an element other than Ni, DSC
(Differential Scanning Ca
Lorimetry: Differential scanning calorimetry) shifts the heat generation start temperature to the high temperature side, so the thermal runaway reaction of the lithium nickel composite oxide when the battery temperature rises is also suppressed, resulting in safety during external destruction and high temperature storage. It leads to improvement of sex.

【0051】Niが占めるサイトの一部をNi以外の元
素で置換する際の、該元素(以下、置換元素と表記す
る)としては、例えば、Al、Ti、V、Cr、Mn、
Fe、Co、Li、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr等が
挙げられる。無論、Niサイトは2種以上の他元素で置
換されていてもよい。好ましくはAl、Cr、Fe、C
o、Li、Mg、Ga、Mnが挙げられ、更に好ましく
はAl、Coが挙げられる。Ni元素の一部をCo、A
lで置換することにより、サイクル特性、安全性の改善
効果が大きくなる。
When a part of the site occupied by Ni is replaced with an element other than Ni, the element (hereinafter referred to as a replacement element) is, for example, Al, Ti, V, Cr, Mn,
Fe, Co, Li, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr and the like can be mentioned. Of course, the Ni site may be substituted with two or more kinds of other elements. Preferably Al, Cr, Fe, C
O, Li, Mg, Ga and Mn are mentioned, and more preferably Al and Co are mentioned. Part of Ni element is Co, A
Substitution with l enhances the effect of improving cycle characteristics and safety.

【0052】置換元素によりNiサイトを置換する場
合、その割合は通常Ni元素の2.5モル%以上、好ま
しくは5モル%以上であり、通常Ni元素の50モル%
以下、好ましくは30モル%以下である。置換割合が少
なすぎるとサイクル特性等の改善効果が充分ではない場
合があり、多すぎると電池にした場合の容量が低下して
しまう場合がある。
When substituting the Ni site with a substituting element, the ratio is usually 2.5 mol% or more, preferably 5 mol% or more of the Ni element, and usually 50 mol% of the Ni element.
It is preferably 30 mol% or less. If the replacement ratio is too small, the effect of improving cycle characteristics may not be sufficient, and if the replacement ratio is too large, the capacity of the battery may decrease.

【0053】また、Liの一部がAl等の元素で置換さ
れていてもよい。尚、上記の組成において、少量の酸素
欠損、不定比性を持っていてもよい。また、酸素サイト
の一部が硫黄やハロゲン元素で置換されていてもよい。
リチウムニッケル複合酸化物は、下記一般式(1)で表
される、無置換又はNiサイトがCo及びAlで置換さ
れる化合物であることが特に好ましい。
A part of Li may be replaced with an element such as Al. The above composition may have a small amount of oxygen deficiency or nonstoichiometry. Further, part of the oxygen site may be replaced with sulfur or a halogen element.
The lithium nickel composite oxide is particularly preferably a compound represented by the following general formula (1), which is unsubstituted or whose Ni site is replaced with Co and Al.

【0054】[0054]

【数1】 LiαNiXCoYAlZ2 (1)## EQU1 ## Liα Ni X Co Y Al Z O 2 (1)

【0055】一般式(1)中、αは電池内での充放電の
状況により変化する数であり、通常、0≦α≦1.1、
好ましくは、0.2≦α≦1.1の範囲の数である。ま
た、Xは、通常、0.5≦X≦1、好ましくは、0.7
≦X≦0.9の範囲の数である。Yは、通常、0≦Y≦
0.5、好ましくは、0.1≦Y≦0.3の範囲の数で
ある。この範囲以上とすると容量が低下する一方、この
範囲以下とすると効果が不十分となる。Zは、通常、0
≦Z≦0.1、好ましくは、0≦Z≦0.05の範囲の
数である。この範囲以上とすると容量が低下する一方、
この範囲以下とすると効果が不十分となる。尚、上記の
X、Y、Zは、X+Y+Z=1.0の関係を満たすが、
材料中の結晶(格子)欠陥等の存在により、1.0から
若干(具体的には±0.1程度)ずれた値となってもよ
い。本発明においては、Ni元素の一部をCoで置換す
ることにより、前記した通り、サイクル特性、及び安全
性の改善効果が大きくなるが、さらにNi元素の一部を
Alで置換することによりサイクル特性、及び安全性の
向上がさらに達成される。
In the general formula (1), α is a number that changes depending on the charging / discharging condition in the battery, and usually 0 ≦ α ≦ 1.1,
The number is preferably in the range of 0.2 ≦ α ≦ 1.1. Further, X is usually 0.5 ≦ X ≦ 1, preferably 0.7.
It is a number in the range of ≦ X ≦ 0.9. Y is usually 0 ≦ Y ≦
It is a number in the range of 0.5, preferably 0.1 ≦ Y ≦ 0.3. When it is more than this range, the capacity is lowered, while when it is less than this range, the effect becomes insufficient. Z is usually 0
≦ Z ≦ 0.1, preferably 0 ≦ Z ≦ 0.05. If it exceeds this range, the capacity will decrease,
If it is below this range, the effect becomes insufficient. Although the above X, Y, and Z satisfy the relationship of X + Y + Z = 1.0,
The value may deviate slightly from 1.0 (specifically, about ± 0.1) due to the presence of crystal (lattice) defects in the material. In the present invention, by substituting part of the Ni element with Co, the effect of improving the cycle characteristics and safety becomes large as described above, but by substituting part of the Ni element with Al, the cycle is improved. Further improvements in properties and safety are achieved.

【0056】本発明で用いるリチウムニッケル複合酸化
物の比表面積は、通常0.01m2/g以上、好ましく
は0.1m2/g以上、より好ましくは0.5m2/g以
上であり、また通常10m2/g以下、好ましくは5m2
/g以下、より好ましくは2m2/g以下である。比表
面積が小さすぎるとレート特性の低下、容量の低下を招
き、大きすぎると電解液等と好ましくない反応を引き起
こし、サイクル特性を低下させることがある。比表面積
の測定はBET法に従う。
The specific surface area of the lithium nickel composite oxide used in the present invention is usually 0.01 m 2 / g or more, preferably 0.1 m 2 / g or more, more preferably 0.5 m 2 / g or more, and Usually 10 m 2 / g or less, preferably 5 m 2
/ G or less, more preferably 2 m 2 / g or less. If the specific surface area is too small, rate characteristics and capacity are deteriorated, and if it is too large, an undesired reaction with the electrolytic solution or the like is caused, and cycle characteristics may be deteriorated. The specific surface area is measured according to the BET method.

【0057】本願発明で用いるリチウムニッケル複合酸
化物の平均粒径は、通常0.1μm以上、好ましくは
0.2μm以上、さらに好ましくは0.3μm以上、最
も好ましくは0.5μm以上であり、通常300μm以
下、好ましくは100μm以下、さらに好ましくは50
μm以下、最も好ましくは20μm以下である。平均粒
径が小さすぎると電池のサイクル劣化が大きくなった
り、安全性に問題が生じたりする場合があり、大きすぎ
ると電池の内部抵抗が大きくなり、出力が出にくくなる
場合がある。
The average particle size of the lithium nickel composite oxide used in the present invention is usually 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, and most preferably 0.5 μm or more. 300 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50
It is not more than μm, most preferably not more than 20 μm. If the average particle size is too small, the cycle deterioration of the battery may be large, or a safety problem may occur. If the average particle size is too large, the internal resistance of the battery may be large and the output may be difficult to output.

【0058】本発明においては、リチウムコバルト複合
酸化物とリチウムニッケル複合酸化物とを混合して正極
活物質としてもよい。両方の複合酸化物を用いることに
より、両者の材料の利点を生かして、初期効率及びエネ
ルギー密度が高く、かつ放電曲線の傾きをある程度抑
え、さらには低温の出力特性に優れるたバランスのとれ
たリチウム二次電池を得ることができる。
In the present invention, a lithium cobalt composite oxide and a lithium nickel composite oxide may be mixed to form a positive electrode active material. By using both composite oxides, the advantages of both materials are utilized, the initial efficiency and energy density are high, the slope of the discharge curve is suppressed to a certain extent, and further, the well-balanced lithium having excellent low-temperature output characteristics is obtained. A secondary battery can be obtained.

【0059】リチウムニッケル複合酸化物とリチウムコ
バルト複合酸化物との重量比は特に制限されないが、リ
チウムニッケル複合酸化物とリチウムコバルト複合酸化
物との総重量に対するリチウムニッケル複合酸化物の割
合は、通常1〜99重量%であり、好ましくは40〜9
0重量%である。上記範囲とすることで両方の材料の利
点が生かされるようになる。
The weight ratio of the lithium nickel composite oxide and the lithium cobalt composite oxide is not particularly limited, but the ratio of the lithium nickel composite oxide to the total weight of the lithium nickel composite oxide and the lithium cobalt composite oxide is usually 1 to 99% by weight, preferably 40 to 9
It is 0% by weight. With the above range, the advantages of both materials can be utilized.

【0060】一方、図2において負極材料層4又は4a
に含有される負極活物質としては、例えば、グラファイ
ト、コークス等の炭素質物質が挙げられる。これらは通
常1〜30μmの粒径で使用される。バインダーとして
は、例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリ
アクリロニトリル、ポリビニリデンシアニド等のCN基
含有ポリマーが挙げられる。上記のバインダーの使用量
は、活物質100重量部に対し、通常0.1〜30重量
部であり、上記の溶媒の使用量は、塗料中の濃度として
通常10〜90重量%である。
On the other hand, in FIG. 2, the negative electrode material layer 4 or 4a
Examples of the negative electrode active material contained in are carbonaceous materials such as graphite and coke. These are usually used in a particle size of 1 to 30 μm. Examples of the binder include fluororesins such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, and CN group-containing polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide. The amount of the binder used is usually 0.1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material, and the amount of the solvent used is usually 10 to 90% by weight as a concentration in the coating material.

【0061】導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の
黒鉛や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニ
ードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料を挙げるこ
とができる。正極100、負極300は、電極材料層
4、4a又は電極材料層2、2aを形成する上記材料を
乳鉢等も用いて混練した後に、これを正極集電体1又は
負極集電体3に圧着することにより形成することができ
る。また、上記材料を溶解させた塗料を正極集電体1上
又は負極集電体3上に塗布・乾燥することによって電極
材料層4、4a又は電極材料層2、2aを形成すること
もできる。この場合、上記塗料に用いられる溶媒として
は、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムア
ミド等が挙げられる。
Examples of the conductive agent include graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and carbon material such as amorphous carbon such as needle coke. The positive electrode 100 and the negative electrode 300 are kneaded with the above materials forming the electrode material layers 4 and 4a or the electrode material layers 2 and 2a using a mortar or the like, and then pressed onto the positive electrode current collector 1 or the negative electrode current collector 3. Can be formed. Alternatively, the electrode material layers 4, 4a or the electrode material layers 2, 2a can be formed by applying and drying a coating material in which the above materials are dissolved on the positive electrode current collector 1 or the negative electrode current collector 3. In this case, examples of the solvent used for the coating material include N-methylpyrrolidone and dimethylformamide.

【0062】図2において、正極100、負極300、
セパレータ5に含浸される電解質としては、例えば流動
性の高い電解液、及び非流動性電解質を挙げることがで
きる。ここで非流動性電解質は、電解液を含有するのが
通常である。電解液は、通常リチウム塩を支持電解質と
してこれを非水系溶媒に溶解させた液体の性状を有す
る。
In FIG. 2, the positive electrode 100, the negative electrode 300,
Examples of the electrolyte with which the separator 5 is impregnated include a highly fluid electrolyte solution and a non-fluid electrolyte. Here, the non-fluidic electrolyte usually contains an electrolytic solution. The electrolytic solution usually has a liquid property in which a lithium salt is used as a supporting electrolyte and is dissolved in a non-aqueous solvent.

【0063】電解液を構成するリチウム塩(支持電解
質)としては、LiPF6、LiClO4等が挙げられ、
非水系溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレ
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、エチルメチルカーボネート等のカーボネート
類やガンマブチロラクトン等のラクトン類が挙げられ
る。これらの中でも、エチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート、ガンマブチロラクトンを使用すること
が好ましい。また、支持電解質の電解液中の濃度は通常
0.5〜2mol/Lである。
Examples of the lithium salt (supporting electrolyte) constituting the electrolytic solution include LiPF 6 and LiClO 4 .
Examples of the non-aqueous solvent include carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, and lactones such as gamma butyrolactone. Among these, it is preferable to use ethylene carbonate, propylene carbonate, and gamma butyrolactone. The concentration of the supporting electrolyte in the electrolytic solution is usually 0.5 to 2 mol / L.

【0064】本発明においては、電解質は非流動性電解
質であることが好ましい。非流動性電解質を使用すれ
ば、電解質のケース外部への漏れをより有効に防止する
ことが可能となる。特に、リチウム二次電池を軽量化す
るために、平板積層型電池要素を収納するケースとして
形状可変性を有する材質のものを用いる場合には、ケー
スの機械的強度が不十分となりやすく、外部からの衝撃
等によりケースが破れる場合がある。このようなケース
の破れが発生じた場合、電解質がケース外部に漏れるこ
ととなるが、非流動性電解質はその性状が固体状又はゲ
ル状ゆえ、上記電解質の漏れが軽減される。そして、そ
の結果リチウム二次電池の安全性が向上することとな
る。
In the present invention, the electrolyte is preferably a non-fluidic electrolyte. By using the non-fluidic electrolyte, it becomes possible to more effectively prevent the electrolyte from leaking to the outside of the case. In particular, in order to reduce the weight of the lithium secondary battery, when using a material having shape changeability as the case for accommodating the flat plate type battery element, the mechanical strength of the case tends to be insufficient, and The case may be torn by the impact of. When such a case breakage occurs, the electrolyte leaks to the outside of the case, but since the non-fluidic electrolyte has a solid or gel property, the leakage of the electrolyte is reduced. As a result, the safety of the lithium secondary battery is improved.

【0065】非流動性電解質としては、高分子固体電解
質、ゲル状電解質、無機固体電解質等各種の性状のもの
を用いることができる。本発明においては、ゲル状電解
質を用いることが好ましい。ゲル状電解質は、固体状の
電解質と比較して、リチウムイオン伝導度が高いため電
池特性に優れるようになるだけでなく、電解質がゲル化
されているため加熱等に対する安定性も高い。
As the non-fluidic electrolyte, those having various properties such as a polymer solid electrolyte, a gel electrolyte and an inorganic solid electrolyte can be used. In the present invention, it is preferable to use a gel electrolyte. The gel electrolyte has a higher lithium ion conductivity than the solid electrolyte and thus has excellent battery characteristics. In addition, the gel electrolyte has a high stability against heating due to the gelled electrolyte.

【0066】ゲル状電解質は、通常重合性モノマーを熱
又は光によって重合させたポリマー又は加熱溶融可能な
ポリマーと上記の電解液とを含有する。ゲル状電解質
(以下、ポリマー電解質という場合がある。)の調製に
使用する重合性モノマーとしては、熱、紫外線、電子線
などによって重合可能なモノマー、すなわち、例えば、
アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、アリル
基などの官能基を有する各種のモノマーが挙げられ、加
熱溶融液用のポリマーとしては、前述のフッ素樹脂、C
N基含有ポリマーの他、ポリメタクリル酸などのアクリ
ル誘導体系ポリマー、ポリ酢酸ビニル等のポリビニルア
ルコール系ポリマー、ポリ塩化ビニル等のハロゲン含有
ポリマーが挙げられる。
The gel electrolyte usually contains a polymer obtained by polymerizing a polymerizable monomer by heat or light or a polymer meltable by heating and the above-mentioned electrolytic solution. The polymerizable monomer used for the preparation of the gel electrolyte (hereinafter, sometimes referred to as polymer electrolyte) is a monomer polymerizable by heat, ultraviolet rays, electron beams, etc., that is, for example,
Examples thereof include various monomers having functional groups such as acryloyl group, methacryloyl group, vinyl group, and allyl group. Examples of the polymer for heating and melting liquid include the above-mentioned fluororesin, C
In addition to N group-containing polymers, acrylic derivative-based polymers such as polymethacrylic acid, polyvinyl alcohol-based polymers such as polyvinyl acetate, and halogen-containing polymers such as polyvinyl chloride can be mentioned.

【0067】非流動性電解質を電極及びセパレータに含
浸させる方法としては、加熱溶解可能なポリマーを高温
で電解液に溶解し、これを電極及びセパレータに含浸さ
せた後に常温に戻す方法を挙げることができる。また、
重合性モノマーを用いる場合は、重合性モノマー、重合
開始剤、及び電解液を含有する溶液を準備し、この溶液
を電極及びセパレータに含浸させ、その後、熱又は光に
より、前記重合性モノマーを重合させる方法を挙げるこ
とができる。
As a method of impregnating the non-fluidic electrolyte into the electrode and the separator, a method of dissolving a heat-dissolvable polymer in an electrolytic solution at a high temperature, impregnating this into the electrode and the separator, and then returning the temperature to room temperature can be mentioned. it can. Also,
When a polymerizable monomer is used, a solution containing a polymerizable monomer, a polymerization initiator, and an electrolytic solution is prepared, and the electrode and the separator are impregnated with this solution, and then the polymerizable monomer is polymerized by heat or light. The method of making it possible can be mentioned.

【0068】図2におけるセパレータ5は、正極と負極
との間に設けられた多孔性の膜であり、正極と負極とを
隔離すると共に、電解質を含浸する。このセパレータの
材料としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリ
オレフィン類や、これらの水素原子の一部又は全部がフ
ッ素原子で置換されたポリオレフィン類、ポリアクリロ
ニトリル、ポリアラミド等の高分子を挙げることができ
る。好ましくは、ポリオレフィンやフッ素置換されたポ
リオレフィン類である。具体的には、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリテトトラフルオロエチレン、ポリフ
ッ化ビニリデン等を挙げることができる。無論、上記ポ
リマーのモノマーユニットを含む共重合体や、ポリマー
の混合物であってもよい。セパレータは、1軸延伸や2
軸延伸によって形成された延伸フィルムであってもよ
く、また、不織布であってもよい。セパレータの膜厚
は、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、さ
らに好ましくは30μm以下、最も好ましくは20μm
以下である。膜厚が大きすぎると電池のレート特性や体
積エネルギー密度が低下する傾向にある。また、薄すぎ
る場合は、剛性不足によって切断が困難になる傾向にあ
り、また短絡が生じやすいので、通常5μm以上、好ま
しくは7μm以上、さらに好ましくは8μm以上であ
る。セパレータの空隙率は、通常45〜90%、好まし
くは45〜75%である。空隙率が大きすぎると機械的
強度が不足し、小さすぎると電池のレート特性等が低下
する傾向にある。
The separator 5 in FIG. 2 is a porous film provided between the positive electrode and the negative electrode, which separates the positive electrode from the negative electrode and impregnates with the electrolyte. Examples of the material of the separator include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyolefins in which some or all of hydrogen atoms thereof are substituted with fluorine atoms, and polymers such as polyacrylonitrile and polyaramid. Preferred are polyolefins and fluorine-substituted polyolefins. Specific examples include polyethylene, polypropylene, polytetotrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride and the like. Needless to say, it may be a copolymer containing monomer units of the above polymers or a mixture of polymers. The separator is uniaxially stretched or 2
It may be a stretched film formed by axial stretching, or may be a non-woven fabric. The thickness of the separator is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and most preferably 20 μm.
It is the following. If the film thickness is too large, the rate characteristics and the volume energy density of the battery tend to decrease. If it is too thin, it tends to be difficult to cut due to insufficient rigidity, and a short circuit is likely to occur. Therefore, the thickness is usually 5 μm or more, preferably 7 μm or more, more preferably 8 μm or more. The porosity of the separator is usually 45 to 90%, preferably 45 to 75%. If the porosity is too large, the mechanical strength will be insufficient, and if it is too small, the rate characteristics of the battery will tend to deteriorate.

【0069】図2において、平板積層型電池要素を収納
する外装体(本明細書においては、ケースという場合も
ある。)40の材料としては、例えば図2に示すよう
に、ガスバリア層41とその両面に配置された合成樹脂
層42から構成されるラミネートフィルム等の可撓性を
有する、形状可変性のフイルムが挙げられる。ラミネー
トフィルムの場合、ガスバリア層としては、通常金属又
は金属酸化物層を用いる。ここで、金属としてはアルミ
ニウムやケイ素が通常用いられる。また、上記合成樹脂
層のうち、リチウム二次電池の外側に位置する外層合成
樹脂としては、ポリアミドやポリエステル、平板積層型
電池要素を被包する側に位置する内層合成樹脂として
は、ポリエチレンやポリプロピレンが好適である。ラミ
ネートフィルムは、ガスバリア性が良好であり、しか
も、軽量・薄型化できるため、電池のエネルギー密度向
上の点で好適である。さらに、従来最も汎用的に使用さ
れている金属缶に比べると、上記ラミネートフィルム
は、釘刺し等に対して強度が劣る傾向にある。従って、
ラミネートフィルムを使用した場合の本発明の効果は特
に顕著である。
In FIG. 2, as a material of an outer package (sometimes referred to as a case in the present specification) 40 for accommodating the flat plate type battery element, for example, as shown in FIG. An example of the flexible film is a flexible film such as a laminated film composed of the synthetic resin layers 42 arranged on both sides. In the case of a laminated film, a metal or metal oxide layer is usually used as the gas barrier layer. Here, aluminum or silicon is usually used as the metal. Among the synthetic resin layers, the outer layer synthetic resin located outside the lithium secondary battery is polyamide or polyester, and the inner layer synthetic resin located on the side encapsulating the flat plate laminated battery element is polyethylene or polypropylene. Is preferred. The laminated film has a good gas barrier property and can be made lighter and thinner, so that it is suitable for improving the energy density of the battery. Further, the above-mentioned laminated film tends to be inferior in strength against nail penetration and the like, as compared with a metal can that has been used most generally in the past. Therefore,
The effect of the present invention when a laminated film is used is particularly remarkable.

【0070】尚、以上の説明においては、ラミネートフ
ィルムのような形状可変性を有するケースを用いる電池
の具体例として、リチウム二次電池を挙げた。しかし、
形状可変性ケースは、リチウム二次電池に限らず本発明
に用いることができるその他の種類の電池(例えば、ニ
ッケル水素電池)の外装体として用いることが好ましい
ことは言うまでもない。形状可変性ケースは、剛性が弱
く外部からの衝撃に対して破れやすいため、外部からの
電池の破壊が起きやすい。従って、形状可変性ケースを
外装体に用いた場合において、平板積層型電池要素の電
極構成を工夫することにより電池の安全性を確保するこ
とができるようになる。
In the above description, a lithium secondary battery is given as a specific example of a battery using a case having a shape changeable property such as a laminated film. But,
It is needless to say that the shape-variable case is preferably used as an exterior body of not only the lithium secondary battery but also other types of batteries (for example, nickel-hydrogen battery) that can be used in the present invention. Since the shape-variable case has low rigidity and is easily broken by an external impact, the external battery is easily broken. Therefore, when the shape-variable case is used for the outer casing, the safety of the battery can be ensured by devising the electrode configuration of the flat plate type battery element.

【0071】本発明の電池は、例えば、図2〜図4に示
すように、単位電池要素8a、8が厚さ方向に積層され
てなる平板積層型電池要素10が、ケース40に収納さ
れてなる。そして、例えば図5に示す様な外観を有す
る。図2〜図5中、符号6及び7は正極、負極から相互
に集合してなる電極タブ、20及び30は電極タブに接
合した、ケース外部に電流を取り出すための取り出し端
子である。
In the battery of the present invention, for example, as shown in FIGS. 2 to 4, a flat plate type battery element 10 in which unit battery elements 8a, 8 are stacked in the thickness direction is housed in a case 40. Become. And, for example, it has an appearance as shown in FIG. 2 to 5, reference numerals 6 and 7 are electrode tabs formed by mutually assembling from a positive electrode and a negative electrode, and 20 and 30 are lead-out terminals joined to the electrode tabs for taking out an electric current to the outside of the case.

【0072】平板積層型電池要素は複数の単位電池要素
を積層してなるが、単位電池要素が3組以上積層された
構造であることが好ましい。3組以上積層されると、釘
刺し試験等において発熱量が大きくなるため、本発明の
効果が顕著となる。単位電池要素の積層数は、より好ま
しくは6層以上であり、最も好ましくは10層以上であ
る。電池の電池容量を大きくする点からは、積層数が多
ければ多いほど好ましいが、単位電池要素の積層数とし
ては、現実的には50層以下である。 4.本発明の電池の用途 本発明の電池が電源として使用される電気機器としては
特に限定されない。上記電気機器として、例えば、ノー
トパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電
子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子
機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファック
ス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレ
オ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナ
ー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、
トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携
帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モー
ター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディシ
ョナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメ
ーカー、補聴器、肩もみ機など)等を挙げることができ
る。
The flat plate type battery element is formed by stacking a plurality of unit battery elements, but preferably has a structure in which three or more unit battery elements are stacked. When three or more sets are laminated, the amount of heat generated in the nail penetration test or the like becomes large, so that the effect of the present invention becomes remarkable. The number of stacked unit battery elements is more preferably 6 layers or more, and most preferably 10 layers or more. From the viewpoint of increasing the battery capacity of the battery, the larger the number of laminated layers, the more preferable, but the number of laminated unit battery elements is actually 50 layers or less. 4. Uses of the Battery of the Present Invention There is no particular limitation on the electric equipment in which the battery of the present invention is used as a power source. Examples of the electric device include a laptop computer, a pen input computer, a mobile computer, an electronic book player, a mobile phone, a cordless phone handset, a pager, a handy terminal, a mobile fax, a mobile copy, a mobile printer, a headphone stereo, a video movie, a liquid crystal display. TV, handy cleaner, portable CD, mini disk, electric shaver,
Walkie-talkie, electronic organizer, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, backup power supply, motor, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioner, clock, strobe, camera, medical equipment (pacemaker, hearing aid, shoulder massager, etc.) Etc. can be mentioned.

【0073】[0073]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、実施例に
限定されるものではない。なお、以下の実施例において
は、次の評価及び試験を行なった。 (1)電池容量:0.6Cの電流密度で4.2Vまで定
電流充電した後、4.2Vの電圧でC/25の電流密度
まで定電圧充電することによって充電させた電池につい
て、0.2Cの電流密度で3.0Vまで定電流放電して
測定する。尚、1Cとは、電池の定格容量を1時間で放
電できるような電流値をいう。 (2)外部破壊試験:0.6Cの電流密度で4.0Vま
で定電流充電した後、4.0Vの電圧でC/25の電流
密度まで定電圧充電することによって充電させた電池に
ついて、平板状ケースの厚さ方向に、第一単位電池要素
が位置する側から、直径2.5mmの釘を侵入させて電
池を破壊させ、その際の挙動を観察する。そして、変化
なし(釘が貫通するのみ)、発煙、発火に区分して評価
した。 実施例1 先ず、以下の表−1及び表−2の配合組成に従い、各成
分を混練機により2時間処理して、正極の電極材料層形
成用塗料及び負極の電極材料層形成用塗料を調製した。
また、以下の表−3の配合組成に従い、各成分を混合攪
拌して溶解し電解質形成用塗料を調製した。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist. In the following examples, the following evaluations and tests were carried out. (1) Battery capacity: A battery charged by constant current charging to a voltage density of 4.2 V at a current density of 0.6 C and then to a current density of C / 25 at a voltage of 4.2 V. It is measured by discharging with a constant current up to 3.0 V at a current density of 2C. In addition, 1 C means a current value capable of discharging the rated capacity of the battery in 1 hour. (2) External breakdown test: A battery charged by constant-current charging to a voltage of 4.0 V at a constant current of C / 25 after constant-current charging to a voltage of 4.0 V at a current density of 0.6 C. A battery having a diameter of 2.5 mm is penetrated from the side where the first unit battery element is located in the thickness direction of the case to destroy the battery, and the behavior at that time is observed. Then, there was no change (only the nail penetrates), smoke and ignition were classified and evaluated. Example 1 First, each component was treated with a kneading machine for 2 hours in accordance with the composition of Tables 1 and 2 below to prepare a positive electrode material layer forming coating material and a negative electrode material layer forming coating material. did.
In addition, according to the composition of Table 3 below, each component was mixed and stirred and dissolved to prepare a coating material for forming an electrolyte.

【0074】[0074]

【表1】 [Table 1]

【0075】[0075]

【表2】 [Table 2]

【0076】[0076]

【表3】 [Table 3]

【0077】エクストルージョン型のダイコータによ
り、厚さ15μmのアルミニウム製タブ付正極集電体上
に正極塗料を塗布した後、これを乾燥し、多孔質な膜で
ある正極の電極材料層を集電体の片面に結着させた。同
様に、エクストルージョン型のダイコータにより、厚さ
10μmの銅製タブ付負極集電体上に負極塗料を塗布し
た後、これを乾燥し、多孔質な膜である負極の電極材料
層を集電体の片面に結着させた。
An extrusion type die coater was used to apply a positive electrode coating material on a positive electrode current collector made of aluminum and having a thickness of 15 μm and then dried to collect a positive electrode material layer of a porous film. I attached it to one side of my body. Similarly, after applying a negative electrode coating material on a negative electrode current collector with a copper tab having a thickness of 10 μm by an extrusion type die coater, the negative electrode coating material is dried to form a porous electrode material layer of the negative electrode current collector. It was attached to one side of.

【0078】次いで、ロールプレス(カレンダー)によ
り、上記の正極の電極材料層及び負極の電極材料層にそ
れぞれ圧密処理を施した後、所定のサイズに裁断し、平
板状の正極αcと負極αaとした。このようにして得ら
れた正極の電極材料層の膜厚は53.4μm、負極の電
極材料層の膜厚は62.5μmであった。別に、正極材
料層及び負極材料層の厚みだけを変えた正極βc及び負
極βaを作製した。ここで、正極βcの正極材料層の厚
みが26μm、負極βaの負極材料層の厚みが30μm
となるようにした。
Then, by a roll press (calender), the positive electrode material layer and the negative electrode material layer are each subjected to a consolidation treatment, and then cut into a predetermined size to obtain a flat plate-shaped positive electrode αc and negative electrode αa. did. The film thickness of the positive electrode material layer thus obtained was 53.4 μm, and the film thickness of the negative electrode material layer was 62.5 μm. Separately, a positive electrode βc and a negative electrode βa were manufactured by changing only the thickness of the positive electrode material layer and the negative electrode material layer. Here, the thickness of the positive electrode material layer of the positive electrode βc is 26 μm, and the thickness of the negative electrode material layer of the negative electrode βa is 30 μm.
So that

【0079】上記の正極αcと負極αaとに上記電解質
形成用塗料を塗布し、別途に調製した電解質形成用塗料
を含浸させた高分子多孔質フイルム(セパレータ)を間
に挟んで積層し、90℃で10分間加熱することにより
電解質を非流動化し、ゲル状電解質を形成した。そし
て、正極αc、負極αa及び非流動性の電解質層を有す
る平板状の単位電池要素αを得た。
The positive electrode αc and the negative electrode αa are coated with the above-mentioned electrolyte-forming coating material, and a polymer porous film (separator) impregnated with the separately prepared electrolyte-forming coating material is sandwiched between them to form a laminate. The electrolyte was non-fluidized by heating at 0 ° C for 10 minutes to form a gel electrolyte. Then, a flat unit battery element α having the positive electrode αc, the negative electrode αa, and the non-fluidic electrolyte layer was obtained.

【0080】正極βc、負極βaにおいても同様の作業
を行い、単位電池要素αよりも電極材料層を薄くした平
板状の単位電池要素β(第一単位電池要素)を作製し
た。得られた単位電池要素αを22個、負極集電体が上
下の最外面となる順序で交互に積層した。このように積
層した単位電池要素を下面から順に、「単位電池要素α
−1」、「単位電池要素α−2」・・「単位電池要素α
−21」、「単位電池要素α−22」と呼ぶ。次に、単
位電池要素α−1の下に単位電池要素βを積層し、単位
電池要素α−22の上に単位電池要素βを積層した。つ
いで正極及び負極にそれぞれ電流を取り出す端子を接続
し、図3に示すような平板積層型電池要素を作製した。
The same operation was performed for the positive electrode βc and the negative electrode βa to produce a flat unit battery element β (first unit battery element) having an electrode material layer thinner than that of the unit battery element α. Twenty-two obtained unit battery elements α were alternately laminated in the order in which the negative electrode current collectors were the upper and lower outermost surfaces. The unit battery elements stacked in this way are sequentially referred to as “unit battery element α
-1 "," unit battery element α-2 "..." Unit battery element α
-21 "and" unit battery element α-22 ". Next, the unit battery element β was stacked under the unit battery element α-1, and the unit battery element β was stacked over the unit battery element α-22. Then, terminals for extracting current were connected to the positive electrode and the negative electrode, respectively, to produce a flat plate type battery element as shown in FIG.

【0081】その後、図4に示すように、アルミニウム
層とその両面に配置された合成樹脂層から構成されるラ
ミネートフィルムをプリフォーム成形したケースに、上
記の平板積層型電池要素を収納して真空シールして、図
5のような外観を有するリチウム二次電池を作製した。
得られたリチウム二次電池の評価及び試験結果を表−4
に示す。
Then, as shown in FIG. 4, the above flat plate type battery element was housed in a vacuum in a case in which a laminate film composed of an aluminum layer and synthetic resin layers arranged on both sides thereof was preform-molded. After sealing, a lithium secondary battery having an appearance as shown in FIG. 5 was produced.
Table 4 shows the evaluation and test results of the obtained lithium secondary battery.
Shown in.

【0082】比較例1 実施例1において、単位電池要素β(第一単位電池要
素)の積層を省略した以外は、実施例1と同様にしてリ
チウム二次電池を得た。得られたリチウム二次電池の評
価及び試験結果を表−4に示す。 実施例2 実施例1において、単位電池要素αの積層順序を正極が
上下の最外面となる順序で交互に積層した。単位電池要
素α−1の下面には単位電池要素βを2組積層した。ま
た単位電池要素α−22の上に単位電池要素βを2組積
層した。つまり、平板積層型電池要素の最外2層の単位
電池要素における電極材料層の膜厚を、最外2層以外の
単位電池要素の電極材料層の膜厚よりも薄くしたリチウ
ム二次電池を作製したこと以外は、実施例1と同様にし
てリチウム二次電池を得た。ここでは、平板積層型電池
要素の上下の最外に位置する単位電池要素βが第一単位
電池要素となる。得られたリチウム二次電池の評価及び
試験結果を表−4に示す。
Comparative Example 1 A lithium secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the unit cell element β (first unit cell element) was omitted. Table 4 shows the evaluation and test results of the obtained lithium secondary battery. Example 2 In Example 1, the unit battery elements α were alternately stacked in the order in which the positive electrodes were the upper and lower outermost surfaces. Two sets of the unit battery element β were laminated on the lower surface of the unit battery element α-1. Further, two sets of the unit battery element β were laminated on the unit battery element α-22. That is, a lithium secondary battery in which the film thickness of the electrode material layers in the unit battery elements of the outermost two layers of the flat plate type battery element is smaller than the film thickness of the electrode material layers of the unit battery elements other than the outermost two layers A lithium secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the lithium secondary battery was produced. Here, the unit battery elements β located at the upper and lower outermost sides of the flat plate type battery element are the first unit battery elements. Table 4 shows the evaluation and test results of the obtained lithium secondary battery.

【0083】[0083]

【表4】 [Table 4]

【0084】表−4の結果から、リチウム二次電池の平
板積層型電池要素を構成する単位電池要素のうち、少な
くとも最外に位置し、外部破壊試験により最初に単位電
池要素の正極と負極との短絡が起こる単位電池要素にお
ける電極材料層の膜厚を、それ以外の単位電池要素にお
ける電極材料層の膜厚よりも薄くすることによって、外
部からの破壊試験に対する電池の安全性が格段に向上す
ることがわかる。
From the results shown in Table 4, among the unit battery elements constituting the flat plate type battery element of the lithium secondary battery, the unit battery elements are located at least at the outermost position, and the positive electrode and the negative electrode of the unit battery element are first tested by the external breakdown test. By making the film thickness of the electrode material layer in the unit battery element where the short circuit occurs at a smaller thickness than the film thickness of the electrode material layer in the other unit battery elements, the safety of the battery against external destructive tests is significantly improved. I understand that

【0085】[0085]

【発明の効果】本発明によれば、平板積層型電池要素を
構成する単位電池要素のうち、外部からの衝撃により、
正極と負極との短絡が最初に起こる第一単位電池要素に
おける電極の電極材料層の膜厚を、前記第一単位電池要
素以外の単位電池要素における電極の電極材料層の膜厚
の少なくとも1つよりも薄くすることにより、電池の容
量やレート特性、サイクル特性等の基本的な電池性能を
損なうことなく、電池が外部から破壊を受けた場合の電
池の安全性を格段に向上させることができる。
According to the present invention, among the unit battery elements constituting the flat plate type battery element, an impact from the outside causes
The thickness of the electrode material layer of the electrode in the first unit battery element in which the short circuit between the positive electrode and the negative electrode first occurs is at least one of the thicknesses of the electrode material layers of the electrodes in the unit battery elements other than the first unit battery element. By making it thinner than the above, it is possible to significantly improve the safety of the battery when the battery is externally damaged without impairing the basic battery performance such as the battery capacity, rate characteristics and cycle characteristics. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】平板積層型電池要素に釘が刺さって、電池が外
部から破壊される際の模式的説明図
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram when a battery is destroyed from the outside by a nail piercing a flat plate type battery element.

【図2】本発明の電池の一例における断面図の模式的説
明図
FIG. 2 is a schematic explanatory view of a cross-sectional view of an example of the battery of the present invention.

【図3】積層された平板積層型電池要素のタブ構造の説
明図
FIG. 3 is an explanatory view of a tab structure of stacked flat plate type battery elements.

【図4】積層され且つケースに収納された平板積層型電
池要素の端子構造の断面図の説明図
FIG. 4 is an explanatory view of a cross-sectional view of a terminal structure of flat plate type battery elements that are stacked and housed in a case.

【図5】電池の外観の一例の斜視図FIG. 5 is a perspective view of an example of the appearance of a battery.

【図6】平板積層型電池要素に釘が刺さって、電池が外
部から破壊される際の他の模式的説明図
FIG. 6 is another schematic explanatory diagram when the battery is destroyed from the outside by the nail being stuck in the flat plate type battery element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:正極集電体 2:正極の電極材料層 2a:第一単位電池要素の正極の電極材料層 3:負極集電体 4:負極の電極材料層 4a:第一単位電池要素の負極の電極材料層 5:セパレータ 6:電極タブ 7:電極タブ 8:単電池要素 8a:第一単位電池要素 10:平板積層型電池要素 20:取り出し端子 30:取り出し端子 40:ケース 50:釘 100:正極 300:負極 500:矢印 1: Positive electrode current collector 2: Positive electrode material layer 2a: Electrode material layer of the positive electrode of the first unit battery element 3: Negative electrode current collector 4: Negative electrode material layer 4a: Electrode material layer of the negative electrode of the first unit battery element 5: Separator 6: Electrode tab 7: Electrode tab 8: Single cell element 8a: First unit battery element 10: Flat plate type battery element 20: Takeout terminal 30: Takeout terminal 40: Case 50: nail 100: Positive electrode 300: Negative electrode 500: Arrow

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 10/40 H01M 10/40 Z Fターム(参考) 5H011 AA13 CC10 5H029 AJ12 AK03 AL06 AL07 AM00 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 HJ04 5H050 AA15 BA18 CA08 CB07 CB08 DA02 DA03 EA10 EA23 EA24 FA02 HA04 HA12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 10/40 H01M 10/40 ZF term (reference) 5H011 AA13 CC10 5H029 AJ12 AK03 AL06 AL07 AM00 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 HJ04 5H050 AA15 BA18 CA08 CB07 CB08 DA02 DA03 EA10 EA23 EA24 FA02 HA04 HA12

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 集電体と活物質を含有する電極材料層と
からなる平板状の正極、集電体と活物質を含有する電極
材料層とからなる平板状の負極、セパレータ及び電解質
を有する単位電池要素を複数積層した平板積層型電池要
素を外装体に収納した電池において、前記平板積層型電
池要素を構成する単位電池要素のうち、外部からの衝撃
により正極と負極との短絡が最初に起こる第一単位電池
要素における正極又は負極の少なくとも一方の電極材料
層の膜厚が、前記第一単位電池要素以外の単位電池要素
における正極及び負極の電極材料層の膜厚の少なくとも
1つよりも薄いことを特徴とする電池。
1. A flat plate-shaped positive electrode composed of a current collector and an electrode material layer containing an active material, a flat plate-shaped negative electrode composed of a current collector and an electrode material layer containing an active material, a separator and an electrolyte. In a battery in which a flat plate laminated battery element in which a plurality of unit battery elements are laminated is housed in an outer package, a short circuit between a positive electrode and a negative electrode is first caused by an external impact among the unit battery elements constituting the flat plate laminated battery element. The film thickness of at least one of the electrode material layers of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element that occurs is at least one of the film thicknesses of the electrode material layers of the positive electrode and the negative electrode in the unit battery element other than the first unit battery element. A battery characterized by being thin.
【請求項2】 前記平板積層型電池要素が略直方体の形
状を有し、前記第一単位電池要素が平板積層型電池要素
を構成する単位電池要素のうちの最上及び/又は最下に
位置する請求項1に記載の電池。
2. The flat plate type battery element has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the first unit battery element is located at the top and / or the bottom of unit battery elements forming the flat plate type battery element. The battery according to claim 1.
【請求項3】 前記第一単位電池要素における正極又は
負極の少なくともいずれか一方の電極材料層の膜厚が、
平板積層型電池要素を構成する全ての単位電池要素の正
極及び負極の電極材料層の膜厚の中で最も薄くなってい
る請求項1又は2に記載の電池。
3. The thickness of the electrode material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode in the first unit battery element is
The battery according to claim 1 or 2, which is the thinnest of the film thicknesses of the electrode material layers of the positive electrode and the negative electrode of all the unit battery elements constituting the flat plate stack type battery element.
【請求項4】 第一単位電池要素の正極の電極材料層の
膜厚が、1〜200μmである請求項1乃至3のいずれ
かに記載の電池。
4. The battery according to claim 1, wherein the film thickness of the electrode material layer of the positive electrode of the first unit battery element is 1 to 200 μm.
【請求項5】 第一単位電池要素の負極の電極材料層の
膜厚が、1〜200μmである請求項1乃至4のいずれ
かに記載の電池。
5. The battery according to claim 1, wherein the thickness of the electrode material layer of the negative electrode of the first unit battery element is 1 to 200 μm.
【請求項6】 電池がリチウム二次電池である請求項1
乃至5のいずれかに記載の電池。
6. The battery is a lithium secondary battery.
6. The battery according to any one of 1 to 5.
【請求項7】 正極の電極材料層が正極活物質として、
リチウムコバルト複合酸化物及び/又はリチウムニッケ
ル複合酸化物を含有することを特徴とする請求項1乃至
6のいずれかに記載の電池。
7. The positive electrode material layer as a positive electrode active material,
The battery according to claim 1, further comprising a lithium cobalt composite oxide and / or a lithium nickel composite oxide.
【請求項8】 電池を収納する外装体が形状可変性を有
するケースである請求項1乃至7のいずれかに記載の電
池。
8. The battery according to claim 1, wherein the outer casing for accommodating the battery is a case having variable shape.
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