JP2004022394A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池缶１の内面に貼り付けた熱活性樹脂シート４の熱活性樹脂層４ｂによってセパレータ３ｃを固着することにより、このセパレータ３ｃの熱収縮を抑制することができる電池を提供する。
【解決手段】両端面からセパレータ３ｃの側端部が突出した長円筒形巻回型の発電要素３を電池缶１に収納した電池において、発電要素３の両端面から突出した双方のセパレータ３ｃが接触する電池缶１の内面にそれぞれ熱活性樹脂シート４が貼り付けられた構成とする。また、この熱活性樹脂シート４の熱活性樹脂層４ｂが所定温度以上になると急激に粘度が高くなる熱活性を有するものである構成とする。
【選択図】　　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正負の電極をセパレータを介して巻回又は積層した発電要素を電池外装体に収納した電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長円筒形巻回型の発電要素を用いた小型の非水電解質二次電池の従来の構造を図３に示す。この非水電解質二次電池は、薄い箱型容器状のアルミニウム製の電池缶１の開口部にアルミニウム板からなる蓋板２を嵌め込み溶接することにより電池外装体を構成している。この電池缶１の内部には、発電要素３が収納される。発電要素３は、正極３ａと負極３ｂをセパレータ３ｃを介して長円筒形に巻回したものである。正極３ａは、集電体基材である帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させたものであり、負極３ｂは、集電体基材である帯状の銅箔の表面に負極活物質を担持させたものである。なお、非水電解質二次電池の正極３ａの活物質は必ず負極３ｂの活物質に対向していなければならないので、この負極３ｂの銅箔は正極３ａのアルミニウム箔よりもわずかに幅の広いものが使用される。
【０００３】
上記セパレータ３ｃは、ポリエチレン樹脂の微多孔膜からなり、これら正極３ａと負極３ｂとの間の絶縁を図るために、負極３ｂの銅箔よりもさらに十分に幅の広い帯状のものが用いられる。このセパレータ３ｃは、温度が１２０°Ｃ以上に上昇すると、微孔が閉じてシャットダウンを起こすことにより電解液の流通を阻止するので、電池温度が異常に上昇した場合に発電要素３の発電を停止させて安全を図る機能を有する。このセパレータ３ｃは、正極３ａと負極３ｂの間に挿入して巻回される。この際、セパレータ３ｃの両側端部は、発電要素３の両端面から十分に両側にはみ出すようにして巻回され、この両端面から正極３ａや負極３ｂが突出して短絡が発生することがないようにしている。
【０００４】
上記発電要素３は、巻回の終端部で正極３ａと負極３ｂにおける活物質が未塗工となったアルミニウム箔と銅箔がそれぞれ互いに重なり合わないように幅を狭めてセパレータ３ｃの終端から突出し、蓋板２の裏面の両端部に取り付けられた正極集電接続板２ａと負極集電接続板２ｂにそれぞれ接続固定される。また、正極３ａは、活物質が未塗工となったアルミニウム箔を負極３ｂよりもさらに外周側に１回多く巻回し、このアルミニウム箔が発電要素３の最外周で露出するようになっている。
【０００５】
上記蓋板２は、裏面の一端側に正極集電接続板２ａを直接接続固定することにより、この蓋板２自体も正極３ａに接続される。また、この蓋板２には、表面に端子２ｃが絶縁して取り付けられると共に、この端子２ｃの突出端部を絶縁貫通させて、裏面の他端側に絶縁して取り付けた負極集電接続板２ｂに接続固定することにより、この端子２ｃを負極３ｂに接続している。
【０００６】
上記発電要素３は、図３の矢印に示すように、蓋板２を接続した状態で、反対側の端から電池缶１の内部に挿入される。この際、発電要素３の最外周の正極３ａのアルミニウム箔は電池缶１の内面に接触することになる。しかし、負極３ｂは、この正極３ａのアルミニウム箔の内側のセパレータ３ｃに覆われると共に、両側端も発電要素３の両端面からはみ出したしたセパレータ３ｃに覆われるので、電池缶１とは絶縁される。そして、発電要素３が電池缶１に完全に収納されると、蓋板２をこの電池缶１の開口部に嵌め込んで周囲を溶接により塞ぐことにより非水電解質二次電池としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、セパレータ３ｃは、シャットダウンを起こすような温度に上昇すると、ポリエチレン樹脂膜の機械流れ方向や横方向に熱収縮し、発電要素３の端面からはみ出していた側端部が内側に引き戻されるため、正極３ａよりも幅の広い負極３ｂがこの端面に露出し電池缶１の内面に接触したり、この正極３ａにも直接接触して内部短絡が発生するおそれがあるという問題が生じていた。
【０００８】
また、従来は、この問題を解消するために、セパレータ３ｃのポリエチレン樹脂膜の膜厚を厚くしたり、ポリエチレンの分子量を大きくし、又は、ポリプロピレンとのサンドイッチ構造の樹脂膜を使用して、熱収縮率を小さくする方法が検討されていた。しかしながら、非水電解質二次電池は、高密度高容量化の要請が強いため、セパレータ３ｃの膜厚が厚くなったり重量が増したのでは、正極活物質の電池容積や重量に対する密度が低下してこの高密度高容量化に反することになるという新たな問題が発生する。
【０００９】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、セパレータを電池外装体の内面に粘着剤等によって固着することにより、このセパレータの熱収縮を抑制することができる電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、正極と負極とセパレータを備えた発電要素を電池外装体に収納した電池において、発電要素の極板端面からはみ出したセパレータと電池外装体の内面との間に接着剤又は粘着剤が介在されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によれば、セパレータが電池外装体の内面に接着剤又は粘着剤を介して接着又は粘着されるので、電池の内部温度の上昇に伴って熱収縮しようとするセパレータの端部が電池外装体の内面に固着されることになり、このセパレータが収縮して内部短絡が発生するのを防止できるようになる。なお、発電要素の対向する端面からそれぞれはみ出すセパレータを電池外装体の内面に固着すれば、このセパレータを両側から引っ張ることができるので、さらに確実に熱収縮を抑制することができるようになる。
【００１２】
請求項２の発明は、前記粘着剤が、所定温度以上になると粘度が高くなる熱活性を有するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明によれば、電池の内部温度が異常に上昇した場合にのみ粘着剤が粘着性を発揮させるようにすることができるので、電池の組み立て時の常温では粘着性を生じさせないようにすることができ、電池外装体に発電要素を挿入する組み立て作業の障害にならないようにすることができる。
【００１４】
なお、このような熱活性を有する粘着剤は、例えばシート状のものをセパレータと電池外装体との間に配置したり、電池外装体の内面に塗布し、又は、発電要素の端面からはみ出したセパレータの端部に塗布して担持させることにより、粘着剤のみを介在させることができる。また、例えば熱活性を有する粘着剤の層を両面に形成したシート状の基材をセパレータと電池外装体との間に配置したり、常温でも粘着性を有する両面テープを介して電池外装体の内面に貼り付けられたシート状の基材の内面に、熱活性を有する粘着剤の層を形成するようにして、この粘着剤を基材等と共に介在させることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１〜図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は非水電解質二次電池の横断面平面図、図２は電池缶の内面に貼り付けた熱活性樹脂シートの構成を示す部分拡大横断面平面図である。なお、図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１７】
本実施形態は、従来例と同様に、長円筒形巻回型の発電要素を用いた小型の非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池の電池缶１及び蓋板２からなる電池外装体と発電要素３の構成は従来例と同じである。ただし、本実施形態では、図１に示すように、電池缶１の側面側の内面に熱活性樹脂シート４が貼り付けられている。
【００１８】
上記熱活性樹脂シート４は、図２に示すように、ＰＥＴベースシート４ａの表面に熱活性樹脂層４ｂを形成すると共に、このＰＥＴベースシート４ａの裏面に両面テープ４ｃを貼り付けたものである。ＰＥＴベースシート４ａは、熱活性樹脂シート４の基材となるポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）製のシートであり、両面テープ４ｃは、樹脂シートの両面に常温でも粘着性を発揮する粘着剤が塗布されたシートである。また、熱活性樹脂層４ｂは、温度上昇に伴ってリニアに粘度が高くなるのではなく、所定温度以上になると急激に粘度が高くなる熱活性を有する粘着性樹脂である。このような熱活性を有する粘着性樹脂としては、アクリル系やポリエステル系等のものがあり、例えば温度が４０°Ｃ、６０°Ｃ又は８０°Ｃ以上等の常温よりは高い所定温度以上に上昇すると、急激に粘度が高くなって強い粘着性を発揮するようになる。
【００１９】
上記熱活性樹脂シート４は、両面テープ４ｃを介して電池缶１の内面における狭い方の両側面に粘着させることにより貼り付けられる。従って、この電池缶１の内面における狭い方の両側面には、熱活性樹脂シート４の熱活性樹脂層４ｂが内側に露出することになる。なお、通常は、この電池缶１の狭い方の側面の開口部付近に注液口を設けている場合が多いので、この場合には、注液口の周囲は避けて熱活性樹脂シート４が貼り付けられる。
【００２０】
従来例で示したように予め蓋板２を接続した発電要素３は、上記熱活性樹脂シート４が貼り付けられた電池缶１に挿入される。この組み立て作業は、常温環境下で行われるので、熱活性樹脂シート４の熱活性樹脂層４ｂは非活性となり粘着性を発揮しない。従って、発電要素３の両端面にはみ出すセパレータ３ｃがこの電池缶１の内面の熱活性樹脂シート４の熱活性樹脂層４ｂに接触しても、これらが粘着して挿入作業の障害になるというようなことは生じない。
【００２１】
上記発電要素３が電池缶１に完全に収納されると、従来例と同様に、蓋板２をこの電池缶１の開口部に嵌め込んで周囲を溶接により塞ぐ。また、電池缶１の注液口から電解液を注入した後に予備充電を行い、この注液口を封口することにより非水電解質二次電池が完成する。
【００２２】
上記非水電解質二次電池は、過充電等により内部温度が異常に上昇し１２０°Ｃのシャットダウン温度付近になると、発電要素３のセパレータ３ｃがシャットダウンを起こし正極３ａと負極３ｂの間の電解液の流通を妨げ充電電流を遮断するので、内部温度が上昇しすぎてガスが発生し電池缶１と蓋板２からなる電池外装体が破壊されるのを防止することができる。また、ポリエチレン樹脂膜からなるセパレータ３ｃは、シャットダウン温度付近の温度になると、熱収縮により帯状の幅方向や長さ方向に収縮しようとする。しかしながら、非水電解質二次電池の内部がこのシャットダウン温度付近まで上昇すると、熱活性樹脂シート４の熱活性樹脂層４ｂが粘着性を発揮するので、発電要素３の両端面からはみ出したセパレータ３ｃの両端部に粘着し両側から電池缶１の内面に固着するので、このセパレータ３ｃの幅方向の収縮を抑制することができる。従って、このセパレータ３ｃが幅方向に収縮して発電要素３の端面に負極３ｂの端部が露出し電池缶１の内面に直接接触したり、この負極３ｂと共に正極３ａが端面から突出して互いに接触し、非水電解質二次電池の内部短絡が発生するのを防止することができるようになる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、熱活性樹脂層４ｂをＰＥＴベースシート４ａの表面に形成し、両面テープ４ｃを介して電池缶１の内面に貼り付ける場合を示したが、この熱活性樹脂層４ｂを電池缶１の内面に塗布等により直接形成することもできる。また、例えばシート状の熱活性樹脂を発電要素３の端面からはみ出したセパレータ３ｃと電池缶１の内面との間に挿入して配置するだけでもよい。さらに、発電要素３の端面からはみ出したセパレータ３ｃの端部に塗布等により担持させたり、常温でも粘着性を発揮する粘着剤等によって貼り付けるようにすることもできる。
【００２４】
また、上記実施形態では、熱活性を有する粘着性樹脂を用いる場合を示したが、樹脂以外の熱活性を有する粘着剤を用いることもできる。例えば結晶質の素材が所定温度以上になると非晶質（アモルファス）に変化することにより急激に粘着性を発揮するものもあり、このような粘着剤を用いることもできる。さらに、発電要素３を電池缶１に挿入可能であれば、熱活性を有するものに限らず、常温でも粘着性を発揮する通常の粘着剤を用いることができる。例えばセパレータ３ｃが電池缶１の底と蓋板２側にはみ出すような方向で発電要素３を挿入する場合は、通常の粘着剤をこの電池缶１の内面の底と蓋板２の裏側に配置しても、挿入作業の障害になることはない。さらに、発電要素３の端面からはみ出したセパレータ３ｃと電池外装体の内面との間に、粘着剤に代えて接着剤を配置することもできる。この接着剤は、非水電解質二次電池の完成時にセパレータ３ｃと電池外装体の内面とが接着されているようになっていてもよいし、温度が異常に上昇したときにのみ接着するようなものであってもよい。
【００２５】
また、上記実施形態では、長円筒形巻回型の発電要素３を用いる場合について示したが、円筒形の発電要素の場合にも同様に実施可能であり、円筒形の両端面にはみ出すセパレータ３ｃの収縮を抑制することができる。さらに、積層型の発電要素の場合にも同様に実施可能であり、四方の対向する２組の側端面にそれぞれはみ出すセパレータの収縮を対向する二方又は四方で固着して抑制することができる。さらに、いずれか一方の端面にのみはみ出すセパレータを固着するだけでも、このセパレータの熱による収縮を抑制する効果は得られる。
【００２６】
また、上記実施形態では、小型の非水電解質二次電池について示したが、大型の非水電解質二次電池でも同様であり、他の種類の電池にも同様に実施可能である。
【００２７】
【実施例】
上記実施形態で示したシャットダウン温度が１２０°Ｃのセパレータ３ｃを熱活性温度が４０°Ｃと６０°Ｃと８０°Ｃの３種類の熱活性樹脂層４ｂを用いて粘着させた場合の実施例と、熱活性樹脂シート４を貼り付けていない従来例について、容量の異なる３種類の非水電解質二次電池を３個ずつ作製しそれぞれ過充電試験を行った結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
この結果、従来例では、容量が大きい非水電解質二次電池では過充電により発煙・発火が生じる確率が極めて高かったものが、熱活性樹脂層４ｂを使用した実施例ではこの発煙・発火を防ぐことができるようになった。ただし、熱活性温度が最高温（８０°Ｃ）となる熱活性樹脂層４ｂを用いた最大容量（１．５Ｃ）の非水電解質二次電池の場合には、発煙・発熱を生じるものが現れたため、この熱活性温度は常温を十分に超えるできるだけ低い温度であることが好ましいことが分かる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、発電要素の端面からはみ出したセパレータの端部が粘着剤等によって電池外装体の内面に固着されるので、電池の内部温度の異常な上昇に伴うセパレータの熱収縮を抑制し内部短絡の発生を防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の横断面平面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、電池缶の内面に貼り付けた熱活性樹脂シートの構成を示す部分拡大横断面平面図である。
【図３】小型の非水電解質二次電池の構造を示す組み立て斜視図である。
【符号の説明】
１　　電池缶
２　　蓋板
３　　発電要素
３ｃ　セパレータ
４　　熱活性樹脂シート
４ａ　ＰＥＴベースシート
４ｂ　熱活性樹脂層
４ｃ　両面テープ

Claims (2)

1. 正極と負極とセパレータを備えた発電要素を電池外装体に収納した電池において、
   発電要素の極板端面からはみ出したセパレータと電池外装体の内面との間に接着剤又は粘着剤が介在されたことを特徴とする電池。
2. 前記粘着剤が、所定温度以上になると粘度が高くなる熱活性を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の電池。

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