JP2005285554A

JP2005285554A - 電池

Info

Publication number: JP2005285554A
Application number: JP2004097794A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Ito; 泰章伊藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】高温環境下での異常発生時の安全性を向上させることができる電池を提供する。
【解決手段】正極板４、負極板３、及び、熱収縮性を有するセパレータ５を巻回した発電要素を電池ケース６に収納した電池において、負極板３の端面と対向する電池ケース６の内面に、抵抗率が１０^-3Ωｃｍ以上、１０³Ωｃｍ以下の導電層１２を設ける。導電層１２は、前記内面に導電性接着剤などを用いて導電性シートを貼着又は導電性塗料を塗布して形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、正極板、負極板、及び熱収縮性を有するセパレータを巻回した発電要素を電池ケースに収納した電池に関する。

小型電子機器又は携帯電子機器などの駆動用電源として、例えばシート状の正極板及び負極板がセパレータを介して巻回された発電要素をアルミ製の電池ケースに収納した電池が用いられている。そして、小型電子機器又は携帯電子機器の性能向上及び小型化に伴って、電池の高エネルギ密度化が行われている。

電池の高エネルギ密度化に伴って、内部短絡による発熱の問題が大きくなっており、例えば発電要素の最外層に負極と接続された金属箔を設け、内部短絡による発熱が生じた場合の電池変形時に優先的に短絡させることにより、発熱の抑制を図った電池が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１０−２６１４２７号公報

また、発電要素においては、通常、正極から離脱したリチウムイオンが負極に挿入する際に負極板の端面に析出しないように、負極板は正極板よりも幅広サイズに設計してある。また、セパレータは、電池ケースと負極板との短絡防止のために負極板よりもさらに広幅サイズに設計してある。そのため、発電要素の巻回面（正極板、負極板、及びセパレータの端面）と対向する電池ケースの内面（以下、巻回対向内面）から見た場合、セパレータの端面が最も近く、正極板の端面が最も遠い。通常は、セパレータは電池ケースの巻回対向内面と接触している。

また、アルミ製の電池ケースは正極となっているため、電池ケースが変形した場合、セパレータが破れて負極板の端面と電池ケースの巻回対向内面とが短絡し、局部大電流が流れて熱暴走を引き起こす可能性がある。これを防ぐために電池ケースの巻回対向内面には、ポリイミドなどの耐熱性絶縁テープが貼付されている。

ただし、過充電状態の電池が、セパレータの収縮が起こらない限界温度よりも高い高温環境（例えば１５０℃）に放置された場合、セパレータの収縮により過充電状態の正極板及び負極板が短絡することにより、上記と同様に大電流が流れて熱暴走反応を引き起こす可能性がある。しかし、特許文献１の電池では、このような高温環境時の発熱には対応できない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、負極板の端面と対向する電池ケースの内面に、抵抗率が１０^-3Ωｃｍ以上１０³Ωｃｍ以下の導電層を設けることにより、高温環境下での異常発生時の安全性を向上させることができる電池を提供することを目的とする。

また、本発明は、導電性シート又は導電性塗料を導電層に用いることにより、電池ケース内面に導電層を容易に設けることができる電池を提供することを他の目的とする。

第１発明に係る電池は、正極板、負極板、及び熱収縮性を有するセパレータを巻回した発電要素を電池ケースに収納した電池において、前記発電要素の正極板、負極板及びセパレータの端面に対向する前記電池ケースの内面に、抵抗率が１０^-3Ωｃｍ以上１０³Ωｃｍ以下の導電層を有することを特徴とする。

第２発明に係る電池は、第１発明において、前記導電層は、導電性シート又は導電性塗料からなることを特徴とする。

第１発明においては、正極板、負極板及びセパレータの端面と対向する電池ケースの内面に、抵抗率が１０^-3Ωｃｍ以上１０³Ωｃｍ以下の導電層を有しており、通常時は、負極板よりもセパレータの方が幅広サイズであるため、セパレータの端面は前記導電層と接触しているが、負極板の端面は前記導電層と接触していない。一方、高温環境下においては、セパレータの収縮が生じ、セパレータよりも負極板の方が幅広サイズになる。また、高温環境下で異常が生じて電池ケースが変形した場合、前記内面は発電要素に接近し、前記導電層と負極板の端面とが接触する。これにより、前記導電層を介して正極である電池ケースと負極板とが接触するが、導電層は高抵抗なため、前記接触による大電流は流れず、急激な発熱を伴わない安全な放電状態となる。

第２発明においては、導電層は、電池ケース内面に導電性接着剤などで導電性シートを貼着したり、電池ケース内面に導電性塗料を塗布して設ける。

第１発明によれば、高温環境下で電池ケースが変形した場合、電池ケース内面の高抵抗の導電層と負極板の端面とが接触して、大電流が流れず急激な発熱を伴わない安全な放電状態となるため、高温環境下での異常発生時の安全性を向上させることができる。

第２発明によれば、電池ケース内面に導電層を容易に設けることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る電池の斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線切断断面図である。電池１は、銅集電体に負極合剤を塗布してなる負極板３、及びアルミ集電体に正極合剤を塗布してなる正極板４がセパレータ５を介して巻回された扁平巻状の発電要素２と、非水電解液とを電池ケース６に収容してなるものである。電池ケース６は、底及び側壁を有し、開口部には安全弁８及び負極端子９を備えたケース蓋７がレーザー溶接によって取り付けられている。また、負極端子９は負極リード１０を介して負極板３と接続され、正極板４は電池ケース６と電気的に接続されている。

正極ペーストは、正極活物質としてのリチウムコバルト複合酸化物LiCoO₂と、導電助剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを質量比で９５：２：３となるように混合し、これに溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を適量加えて撹拌して得た。正極板４は、前記正極ペーストを、厚さ１５μｍのアルミ箔集電体に均一に塗布して、乾燥させた後、ロールプレスで圧縮成形することにより作製した。

また、負極ペーストは、グラファイト（黒鉛）、および結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を質量比で９０：１０とした負極合剤に、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を適量加えて得た。負極板３は、前記負極ペーストを、厚さ１０μｍの銅箔集電体の両面に塗布し、乾燥後、プレスして作製した。

セパレータ５には、ポリエチレン製微多孔膜を用いた。セパレータ５は熱収縮性を有し、例えば１００℃程度から収縮が生じる。電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との体積比が３：５：２の混合溶媒に、LiPF₆を１ｍｏｌ／ｌ溶解させたものを用いた。

電池ケースは、縦幅５．２ｍｍ、横幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍのアルミ製のケースである。図３は図１のＢ−Ｂ線切断断面図である。ただし、図３では電池ケース６のみ図示している。電池ケース６は、発電要素の巻回面（正極板４、負極板３、及びセパレータ５の端面）と対向する内面（以下、巻回対向内面）に導電層１２を有する。

導電層１２は、抵抗率が例えば１Ωｃｍの層であり、カーボンテープなどの導電性シートを導電性接着剤などで巻回対向内面に貼着したり、導電性塗料を巻回対向内面に塗布することが可能である。なお、発電要素２は２つの巻回面を有し、電池ケース６は２つの巻回対向内面を有しているが、導電層１２は、両方の巻回対向内面に設けることは勿論、片方のみに設けることも可能である。

図４は図１のＢ−Ｂ線切断要部断面図であり、図５は図１のＣ−Ｃ線切断要部断面図である。ただし、図４は、正極板４、負極板３及びセパレータ５の端面の位置関係を示している。負極板３は正極板４よりも幅広サイズに設計してあり、セパレータ５は負極板３よりも広幅サイズに設計してある。そのため、電池ケース６の巻回対向内面から見た場合、セパレータ５の端面が最も近く、正極板４の端面が最も遠い。通常は、セパレータ５は電池ケース６の巻回対向内面（導電層１２）と接触している。例えば、導電層１２の厚みは０．０５ｍｍ、導電層１２から負極板３の端面までの間隔は０．９５ｍｍ、導電層１２から正極板４の端面までの間隔は１．４５ｍｍである。

高温環境下に電池をおいた場合、セパレータ５の収縮が生じる。また、過充電などの異常時は電池ケース６に変形が生じる。なお、電池ケース６の変形は、面積が最大の側面に膨れが生じ、該側面の膨れにより、底面及び他の側面にへこみが生じる。図６はセパレータ５の収縮及び電池ケース６の変形が生じた場合の図１のＢ−Ｂ線切断要部断面図であり、図７はセパレータ５の収縮及び電池ケース６の変形が生じた場合の図１のＣ−Ｃ線切断要部断面図である。ただし、図６は、正極板４、負極板３及びセパレータ５の端面の位置関係を示している。

セパレータ５に収縮が生じたことにより、セパレータ５の幅は減少し、その端面は内側に移動するため、電池ケース６の巻回対向内面から見た場合、負極板３の端面が最も近くなる。また、電池ケース６の面積が最大の側面に膨れが生じ、底面及び他の側面にへこみが生じるため、巻回対向内面は発電要素２に接近し、巻回対向内面の導電層１２と負極板３の端面とが接触する。この場合、負極板３は、導電層１２を介して、正極である電池ケース６と接触している。ただし、導電層１２は、抵抗率が１Ωｃｍであるため、前記接触による大電流が流れることはなく、急激な発熱が生じない安全な放電状態となる。

導電層１２の抵抗率は、１０^-4Ωｃｍ以下の場合は抵抗が小さく、前記接触時に負極板３及び電池ケース６が短絡した状態に近くなり、大電流が流れるため、１０^-3Ωｃｍ以上にする必要がある。また、導電層１２の抵抗率は、１０⁴Ωｃｍ以上の場合は、前記接触時に負極板３及び電池ケース６が絶縁された状態に近くなり、放電は殆ど行われないため、１０³Ωｃｍ以下にする必要がある。導電層１２の抵抗率は、例えば導電性テープに含まれるカーボン量を変えることで調整することができる。

上述した実施の形態においては、発電要素２の巻回面は、電池ケース６の面積が狭い方の側面に向けて収容されているが、発電要素２の巻回面を、電池ケース６の底面に向けて収容することも可能である。図８は、本発明に係る電池の他の例を示す斜視図である。発電要素２の巻回面は、電池ケース６の底に向けて収容されており、電池ケース６の底内面は、図示していないが導電層を有する。

本発明に係る電池の斜視図である。図１のＡ−Ａ線切断断面図である。図１のＢ−Ｂ線切断断面図である。図１のＢ−Ｂ線切断要部断面図である。図１のＣ−Ｃ線切断要部断面図である。セパレータの収縮及び電池ケースの変形が生じた場合の図１のＢ−Ｂ線切断要部断面図である。セパレータの収縮及び電池ケースの変形が生じた場合の図１のＣ−Ｃ線切断要部断面図である。本発明に係る電池の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１電池
２発電要素
３負極板
４正極板
５セパレータ
６電池ケース
７ケース蓋
８安全弁
９負極端子
１０負極リード
１２導電層

Claims

正極板、負極板、及び熱収縮性を有するセパレータを巻回した発電要素を電池ケースに収納した電池において、
前記発電要素の正極板、負極板及びセパレータの端面に対向する前記電池ケースの内面に、抵抗率が１０^-3Ωｃｍ以上１０³Ωｃｍ以下の導電層を有することを特徴とする電池。
前記導電層は、導電性シート又は導電性塗料からなることを特徴とする請求項１記載の電池。