JP2003308887A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
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Abstract
る。 【解決手段】 金属ラミネート樹脂フィルムからなる電
池容器2に発電要素8を収納してなる非水電解質二次電
池1において、発電要素8に設けられた正極リード端子
6にPTCサーミスタ10を設け、充電を行う際に所定
の温度で充電電流を遮断するように構成する。正極リー
ド端子6の熱伝導率は、電池容器2より高いから、正極
リード端子6は電池容器2より適切に電池内部の温度を
示す。これにより、適切に充電電流を遮断することがで
き、非水電解質二次電池1の安全性を向上できる。
Description
池に関する。
器内部に発電要素を収納したものが広く用いられてい
る。この電池では、発電要素の熱が容易に熱伝導度の高
い金属製の電池容器を伝わるため、この電池容器の外部
にサーミスタ等を取り付ければ、内部の温度を検出する
ことができる。従って、過充電などにより発電要素の温
度が上昇した場合に、電池外部のサーミスタが内部の温
度を検出して充放電電流を遮断する構成とすることによ
り、電池の安全性を確保することが可能である。
ミネート樹脂フィルム等からなる電池容器を用いた非水
電解質二次電池では、電池容器の外部にサーミスタ等を
取り付けても、樹脂の熱伝導度は金属より低いため電池
内部の温度を検出することができず、充放電電流を適切
に遮断等できない場合があった。
されたものであって、安全性に優れた非水電解質二次電
池を提供することを目的とする。
めの手段として、請求項1の発明は、可撓性を有する樹
脂フィルムにより形成された電池容器に正極板及び負極
板を備えた発電要素を収納し、この正極板及び負極板に
は正極及び負極のリード端子が接続されるとともに、こ
れらのリード端子を前記電池容器から外部に導出してな
る非水電解質二次電池において、前記リード端子の少な
くともいずれか一方に温度検出素子を設けた構成とした
ところに特徴を有する。
において、前記正極及び負極のリード端子は互いに熱伝
導度の異なった材質からなり、前記リード端子のうち熱
伝導度の低い材質からなるリード端子に前記温度検出素
子を設けたところに特徴を有する。
2に記載のものにおいて、前記正極リード端子に前記温
度検出素子を設けたところに特徴を有する。
発明によれば、リード端子には温度検出素子が設けられ
ている。リード端子の熱伝導度は、樹脂フィルムにより
形成された電池容器の熱伝導度より高くなっているか
ら、このリード端子に設けられた温度検出素子は、内部
温度の上昇をより適切に検出することができる。このた
め、より適切な電流の制御が可能となり、もって電池の
安全性を向上できる。
ば、正極及び負極のリード端子は互いに熱伝導度が異な
る材質からなり、熱伝導度が低い材質からなるリード端
子に温度検出素子が設けられている。熱伝導度の高い材
質からなるリード端子は、放熱しやすく電池内部の温度
変化を捉えにくいが、熱伝導度が低い材質からなるリー
ド端子は放熱しにくく電池内部の温度変化を適切に示し
ている。よって、熱伝導率の低いリード端子に設けられ
た温度検出素子は、内部温度の上昇をより適切に検出す
ることができるから、電池の安全性をさらに向上でき
る。
ば、正極リード端子に温度検出素子が設けられている。
過充電状態では、主に正極板において非水電解質が酸化
分解され熱が発生するから、正極リード端子に温度検出
素子を設けることによって、過充電による温度上昇を適
切に検出することができ、電池の安全性をさらに向上で
きる。
池(以下、単に「電池」と略す)を具体化した一実施形
態について、図1を参照しつつ詳細に説明する。図1
は、本発明にかかる電池1の外観を示した斜視図であ
る。電池1は、電池容器2に長円巻回型の発電要素8を
図示しない非水電解質とともに収納してなる。電池容器
2は、可撓性を有する樹脂フィルムである金属ラミネー
ト樹脂フィルムを溶着部4、5で熱溶着して、袋状に形
成されたものである。
スチック材料を用いることができ、プラスチック材料と
しては、各種ポリオレフィン、ナイロン、ポリエステ
ル、結晶性ポリエステル等が挙げられる。ポリオレフィ
ンとしては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹
脂、環状ポリオレフィンなどを用いることができ、ポリ
エチレン系樹脂として、高密度ポリエチレン、低密度ポ
リエチレン、線状低密度ポリエチレン等を用いることが
できる。
に加え、ガスバリヤー性、有機溶剤バリヤー性、水分バ
リヤー性等を改善するために、これらのプラスチック材
料からなる主材層と、エチレン−酢酸ビニル共重合体ケ
ン化物、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド類、
ポリアクリロニトリル及びその共重合体、ポリ塩化ビニ
リデン及びその共重合体、環状ポリオレフィン類、アル
ミニウム等の金属からなる少なくとも1層のガスバリヤ
ー層を含む多層構造を有するものとして構成することが
好ましい。
タとともに巻回してなり、その巻回軸中心が電池容器2
の開口面と概ね垂直になるようにして、電池容器2に収
納されている。そして、電池容器2の開口部が溶着され
て電池1が溶着部3で密封されるとともに、正極及び負
極リード端子6、7が固定されている。
形成された正極集電体の両面にリチウムイオンを吸蔵放
出可能な正極活物質を含んだ正極合剤を備えており、正
極集電体には、正極リード端子6として、アルミニウム
片が溶着されている。なお、正極リード端子6の材質と
しては、アルミニウム、ニッケルまたはチタンを等の金
属を用いることができる。
蔵放出する遷移金属酸化物は、組成式LixMO2、L
iyM2O4、NaxMO2(ただし、Mは一種類以上
の遷移金属、0≦x≦1、0≦y≦2)で表される複合
酸化物、トンネル構造または層状構造の金属カルコゲン
化物または、金属酸化物を用いることができる。その具
体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiNi
1/2Mn1/2O2、LiNi1/3Mn1/3Co
1/3O2、LiCoxNi1−xO2、LiMn2O
4、Li2Mn2O4、MnO2、FeO2、V
2O5、V6O13、TiO2またはTiS2等が挙げ
られる。
電剤、結着剤等を添加することができる。導電剤として
は、無機化合物、有機化合物を用いることができる。無
機化合物としては、カーボンブラック、グラファイトな
どを用いることができ、有機化合物としては、例えばポ
リアニリン等の導電性ポリマーを用いることができる。
結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリ
デン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、スチレン−
ブタジエンゴム、ポリアクリロニトリルなどを単独で、
あるいは混合して用いることができる。
負極集電体の両面にリチウムイオンを吸蔵放出可能な負
極活物質を含んだ負極合剤層を備えており、負極集電体
には、負極リード端子7として、銅板にニッケルメッキ
を施したものが溶着されている。なお、負極リード端子
7の材質としては、銅やニッケルなどの金属を用いるこ
とができ、銅箔にニッケルをメッキしたものが好まし
い。
Zn、Cd等とリチウムとの合金、LiFe2O3、W
O2、MoO2、SiO、CuO等の金属酸化物、グラ
ファイト、カーボン等の炭素質材料、Li5(Li
3N)等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム、また
はこれらの混合物を用いることができる。
樹脂微多孔膜等を用いることができ、特に合成樹脂微多
孔膜を好適に用いることができる。なかでも、ポリエチ
レン及びポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複
合した微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が、厚
さ、膜強度、膜抵抗等の面で好適に用いることができ
る。
のいずれを用いてもよく、併用することもできる。固体
電解質としては、公知の固体電解質を用いることがで
き、例えば無機固体電解質、ポリマー固体電解質を用い
ることができる。さらに固体電解質をセパレータと兼ね
させることもできる。また、ゲル状の高分子固体電解質
を用いる場合には、ゲルを構成する電解液と、電極板の
活物質の細孔中などに含有されている電解液とが異なっ
ていてもよい。また、合成樹脂微多孔膜と高分子固体電
解質等を組み合わせて使用することもできる。
てなり、非水溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボ
ネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニト
リル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、
1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタ
ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、ジオキソラン、メチルアセテート、ビニレンカーボ
ネートなどの極性溶媒を単独でまたは二種以上混合して
使用することができる。
6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiC
F3CO2、LiCF3(CF3)3、LiCF3(C
2F 5)3、LiCF3SO3、LiN(SO2C
F3)2、LiN(SO2CF2CF3)2、LiN
(COCF3)2、LiN(COCF2CF3)2、L
iPF3(CF2CF3)3等の塩を単独でまたは二種
以上混合して使用することができる。
部に導出された部分には温度検出素子たるPTCサーミ
スタ10が設けられており、このPTCサーミスタ10
は、一方の端子が正極リード端子6に接続されている。
そして、PTCサーミスタ10の他方の端子を充電装置
(図示しない)の正極側端子に接続し、負極リード端子
7を充電装置の負極側端子に接続することにより、電池
1の充電を行うようになっている。そして、PTCサー
ミスタ10は、その温度が上昇すると所定の温度で抵抗
値が大きく上昇して充電電流を遮断するようになってい
る。
る。本実施形態では、正極リード端子6は、アルミニウ
ム等の金属からなり、その熱伝導度が電池容器2より大
きくなっているから、電池容器2の外周面より適切に発
電要素8の温度を示す。このため、正極リード端子6に
設けられたPTCサーミスタ10は発電要素8の温度上
昇をより適切に検出でき、電流を遮断できるから、電池
1の安全性をより向上させることができる。
れる溶媒の酸化分解によってガスが発生するため、金属
ラミネート樹脂フィルムにより形成された電池容器2が
ガスの圧力により膨らみ、発電要素8と電池容器2との
間に発生したガスが溜まる場合がある。このようにして
溜まったガスは断熱層として働くから、電池容器2と発
電要素8との温度差が大きくなる。本実施形態では、電
池容器2ではなく、発電要素8に接続されている正極リ
ード端子6にPTCサーミスタ10が設けられているか
ら、発電要素8の温度上昇をより適切に検出でき、電流
を遮断できるから、電池1の安全性をより向上させるこ
とができる。
スタ10は電池容器2の外部に設けられているから、非
水電解質に触れることがない。このため、PTCサーミ
スタ10は非水電解質の影響や電池内部の酸化還元電位
による影響を受けることがないので劣化することがな
く、PTCサーミスタ10を長期にわたって確実に動作
させることができる。
タ10は、負極リード端子7より熱伝導度が低い材質か
らなる正極リード端子6に設けられている。熱伝導度の
高い材質からなる負極リード端子7は放熱しやすく電池
内部の温度変化を捉えにくいが、熱伝導度が低い材質か
らなる正極リード端子6は放熱しにくく、電池内部の温
度変化を適切に示している。従って、正極リード端子6
に設けられたPTCサーミスタ10は内部温度の上昇を
より適切に検出でき、電池の安全性を向上できる。ま
た、PTCサーミスタ10を、正極リード端子6の一方
にのみ設けているから、電池構造が簡易となる。
極活物質として備えた正極板に接続された正極リード端
子6にPTCサーミスタ10を設けている。正極活物質
として遷移金属酸化物を備えた電池は、過充電状態にお
いて、主に正極板で非水電解質の分解が起り、これによ
り生じた熱が伝わって正極リード端子6の温度が上昇す
る。このため、正極リード端子6に設けられたPTCサ
ーミスタ10により、電池内部での温度上昇を適切に検
出できるから、適切に電流の遮断ができ、電池の安全性
を向上させることができる。
てPTCサーミスタ10を用いているから、電池1を充
電装置にPTCサーミスタ10を介して接続するのみ
で、温度上昇時に充電電流を遮断することができ、充電
制御のための回路が簡易となる。
面によって説明した実施形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に
含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更して実施することができる。 (1)上記実施形態では、温度検出素子としてPTCサ
ーミスタ10を用いた例を示したが、温度検出素子は温
度により電気特性の変化するものであれば特に限定され
ず、NTCサーミスタ、熱電対などを用いてもよい。
タ10を正極リード端子6の電池容器2の外部に導出さ
れた部分(図2の符号A)に設けた例を示したが、PT
Cサーミスタを、負極リード端子7の外部に導出された
部分(図2の符号B)に設けることもできる。また、正
極リード端子6及び負極リード端子7の両方に設けても
よい。
面が長円形状である電池1について示したが、本発明に
よれば発電要素8の形状として、例えば、断面が円形
状、だ円形状及び非円形状である巻回型、あるいは、セ
パレータを介してシート状電極板を折りたたんで積層す
る型、平板型電極板を積層するスタック型など、あらゆ
る形状の発電要素8を用いることができる。
説明する。 <電池温度測定試験>まず、PTCサーミスタ10を設
けていない電池1(図2参照)を上記実施形態と同様に
して作製し、PTCサーミスタ10を設ける部分の温度
を測定して、その比較検討を行った。
面に負極活物質としてグラファイト92重量部、結着剤
としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)8重量部を混
合した負極合剤を塗付、プレス、乾燥することにより負
極合剤層を形成して作製した。負極集電体には、負極リ
ード端子7として、3mm×40mm×100μmの銅
片に2μmのニッケルメッキを施したものを超音波溶着
した。
からなる正極集電体の両面に、リチウムイオンを吸蔵放
出可能な遷移金属酸化物としてのリチウムコバルト複合
酸化物を91重量部、導電剤としてアセチレンブラック
を3重量部、結着剤としてPVdFを6重量部混合した
正極合剤を塗付し、負極板と同様にして作製した。正極
集電体には、正極リード端子6として、3mm×40m
m×100μmのアルミニウム片を超音波溶着した。こ
のように、正極リード端子6の熱伝導度は、負極リード
端子7の熱伝導度より低くなるようにした。
孔膜を用い、このセパレータを介して正極板と負極板と
を巻回し発電要素8を作製した。この発電要素8は、巻
回軸方向の長さを50mm、幅を35mm、厚みを4.
8mmとした。非水電解質として、エチレンカーボネー
ト(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積
比3:7で混合した溶媒に、LiPF6を1mol/l
溶解したものを用いた。
ミネート樹脂フィルムとして、厚さ12μmのポリエチ
レンテレフタラート(PET)フィルム、厚さ9μmの
アルミニウム箔、及び厚さ60μmの低密度ポリエチレ
ン(LDPE)フィルムをドライラミネートしてシート
状に形成したものを用いた。
Eフィルムが内側となるようにして図2の溶着部4と溶
着部5で熱溶着し、袋状の電池容器2とした。この電池
容器2に、発電要素8を収納し、非水電解質を真空注液
した後、電池容器2の溶着部3で熱溶着し、密封して電
池1を作製した。なお、発電要素8を密封した電池1の
厚みは5mm、電池1の放電容量は540mAhとし
た。
定電流定電圧で2.5時間の充電を行った後、放電電流
1C、終止電圧2.75Vの条件で放電を行った。その
後、2Cの充電電流で、12Vまで定電流充電を行い、
充電時の電池電圧、正極リード端子6の電池容器2の外
部に導出された部分(図2の符号A、以下「符号Aの部
分」と略す)、負極リード端子7の電池容器2外部に導
出された部分(図2の符号B、以下「符号Bの部分」と
略す)、及び電池容器2の外周面(図2の符号C、以下
「符号Cの部分」と略す)における温度を熱電対で測定
した。なお、雰囲気温度は26℃とした。
Bの部分の温度は、符号Cの部分の温度より高いことが
確認された。これは、正極及び負極のリード端子6、7
の熱伝導率が電池容器2よりも高いので、符号A、符号
Bの部分において過充電による電池内部の発電要素8の
温度上昇をより適切に検出できたためと考えられる。
分の温度よりも高いことが確認された。このことから、
正極リード端子6にPTCサーミスタ10を設けるとさ
らに温度上昇を適切に検出できることがわかった。
Cサーミスタ10を設けた電池1を作製し、PTCサー
ミスタ10が適切に作動するか否かについて試験を行っ
た。
池1を作製し、図2の符号Aの部分にPTCサーミスタ
10を設けた(図1参照)。このPTCサーミスタ10
を介して図示しない充電装置の正極側端子を正極リード
端子6に接続し、充電装置の負極側端子を負極リード端
子7に接続した。これにより、電池1を充電装置で充電
可能とし、PTCサーミスタ10の温度が80℃以上と
なったときにPTCサーミスタ10により充電電流が遮
断される構成とした。
ものと同じ電池1を作製し、図2の符号Bの部分にPT
Cサーミスタ10を設けた。PTCサーミスタ10を介
して充電装置の負極側端子を負極リード端子7に接続
し、充電装置の正極側端子を正極リード端子6に接続し
た。この他は、実施例1と同様の構成とした。
Cの部分にPTCサーミスタ10を設けた他は、実施例
1と同様にして電池を作製し、充電回路を構成した。
リチウム(LiNiO2)を用いた電池1を作製し、そ
の電池1を用いた他は、実施例1と同様にして充電回路
の構成を行った。
リチウム(LiNiO2)を用いた電池1を作製し、そ
の電池1を用いた他は、実施例2と同様にして充電回路
の構成を行った。
リチウム(LiNiO2)を用いた電池1を作製し、そ
の電池1を用いた他は、比較例1と同様にして充電回路
の構成を行った。
リチウム(LiMn2O4)を用いた電池1を作製し、
その電池1を用いた他は、実施例1と同様にして充電回
路の構成を行った。
リチウム(LiMn2O4)を用いた電池1を作製し、
その電池1を用いた他は、実施例2と同様にして充電回
路の構成を行った。
リチウム(LiMn2O4)を用いた電池1を作製し、
その電池1を用いた他は、比較例1と同様にして充電回
路の構成を行った。
池1について、2回目の充電電流を3Cとした他は電池
温度測定試験と同様にして充電を行った。その試験の際
における電流の遮断の有無、及び電池1の状態を観察す
るとともに、試験前及び試験後の電池容器2の厚みを測
定した。
す。試験前における電池容器2の厚みの測定値は、全て
の電池1において5.0〜5.1mmであった。
PTCサーミスタ10を設けた実施例1〜実施例6の電
池1は、全てPTCサーミスタ10により電流が遮断さ
れ、破裂、電解液の漏出などは観察されなかった。ま
た、試験後の電池容器2の厚みは、5.1〜5.2mm
であり、電池容器2の膨れも生じていなかった。
けた比較例1〜比較例3の電池1は、PTCサーミスタ
10により電流が遮断され、破裂、電解液の漏出などと
いった状態には至らなかったものの、電池容器2の厚み
が7.2mm〜8.2mmとなっており、膨れが生じて
いることが確認された。
器2の膨れ等の電池1の異常が見られなかったことか
ら、電池1の内部では非水電解質の酸化分解などが起る
前に適切に電流の遮断を行うことができたものと考えら
れる。
電池容器2に膨れが生じた。これは、PTCサーミスタ
10が電流の遮断を行った時点では既に電池1の内部で
非水電解質の酸化分解などが生じて、ガスが発生してい
たためと考えられる。従って、比較例1〜比較例3の電
池1では、適切な電流の遮断が行われなかったものと考
えられる。
ーミスタ10を正極リード端子6または負極リード端子
7に設ければ、PTCサーミスタ10を適切に作動させ
ることができ、電池1の安全性を向上させることができ
ることがわかった。
池の斜視図
す斜視図
Claims (3)
- 【請求項1】 可撓性を有する樹脂フィルムにより形成
された電池容器に正極板及び負極板を備えた発電要素を
収納し、この正極板及び負極板には正極及び負極のリー
ド端子が接続されるとともに、これらのリード端子を前
記電池容器から外部に導出してなる非水電解質二次電池
において、 前記リード端子の少なくともいずれか一方に温度検出素
子を設けたことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 【請求項2】 前記正極及び負極のリード端子は互いに
熱伝導度の異なった材質からなり、前記リード端子のう
ち熱伝導度の低い材質からなるリード端子に前記温度検
出素子を設けたことを特徴とする請求項1記載の非水電
解質二次電池。 - 【請求項3】 前記正極リード端子に前記温度検出素子
を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2記載
の非水電解質二次電池。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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