JP2008027668A - Battery - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電池内圧上昇時に電池内の電流を遮断する電池に関する。 The present invention relates to a battery that cuts off current in the battery when the internal pressure of the battery increases.
近年、携帯電子技術の目覚しい発達により、携帯電話やノートブック型パーソナルコンピューター、PDA(Personal Digital Assistant;個人用携帯型情報端末機器)等の電子機器は高度情報化社会を支える基盤技術と認知されてきた。さらに、これらの機器の高機能化に関する研究開発は精力的に進められており、それに比例して電子機器の消費電力も増加の一途を辿っている。その反面、これらの電子機器は長時間駆動が求められており、必然的に駆動電源である二次電池の高エネルギー密度化が望まれてきた。 In recent years, with the remarkable development of portable electronic technology, electronic devices such as mobile phones, notebook personal computers, and PDAs (Personal Digital Assistants) have been recognized as fundamental technologies that support an advanced information society. It was. Furthermore, research and development related to the enhancement of the functionality of these devices is being pursued energetically, and the power consumption of electronic devices is steadily increasing in proportion thereto. On the other hand, these electronic devices are required to be driven for a long time, and it has been desired to increase the energy density of the secondary battery, which is a driving power source.
電子機器に内蔵される電池の占有体積や重量等の観点より、電池のエネルギー密度は高いほど望ましい。そこで現在ではこの要求に応えるべく、リチウム(Li)を電極反応物質として用いた電池、例えば、リチウム/二酸化マンガン電池、リチウム/硫化鉄電池、リチウムイオン電池が提案されている。これら電池は、正極および負極をセパレータを介して積層し、渦巻き状に巻回した巻回構造を有しており、これによって高い保存特性、低温特性、負荷特性等を示している。 From the viewpoint of the occupied volume and weight of the battery built in the electronic device, the higher the energy density of the battery, the better. Therefore, in order to meet this demand, batteries using lithium (Li) as an electrode reactant, for example, lithium / manganese dioxide batteries, lithium / iron sulfide batteries, and lithium ion batteries have been proposed. These batteries have a winding structure in which a positive electrode and a negative electrode are stacked via a separator and wound in a spiral shape, thereby exhibiting high storage characteristics, low temperature characteristics, load characteristics, and the like.
一方、電池は過充電や誤使用等により大電流が流れることにより電池内の温度が上昇する。これらの電池は電解液として非水系の溶媒を用いていることから、電池内温度上昇時に熱暴走のおそれがある。また、ガスが発生して電池内圧が上昇する可能性もある。 On the other hand, the temperature in the battery rises when a large current flows due to overcharging or misuse. Since these batteries use a non-aqueous solvent as an electrolytic solution, there is a risk of thermal runaway when the temperature in the battery rises. In addition, gas may be generated and the battery internal pressure may increase.
そこで、このような問題に対処すべく、以下の特許文献1のように、電池内温度が上昇した際や大電流が流れた際に、電池内で物理的に回路を遮断する電流遮断機構を設けた電池が提案されている。 Therefore, in order to deal with such a problem, as in Patent Document 1 below, when the temperature in the battery rises or when a large current flows, a current interruption mechanism that physically interrupts the circuit in the battery is provided. Provided batteries have been proposed.
また、以下の特許文献2のように、電流遮断機構とともに、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限する熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)が用いられている電池もある。
Further, as in
特許文献1および特許文献2では、電流遮断機構として、図1に示すような電池内圧の上昇時に内圧方向に変形を生じる感圧弁3と、感圧弁3が変形を生じる側と逆側に設けられた略中央に孔部7aを有する遮断ディスク7と、感圧弁3と遮断ディスク7の間に設けられた絶縁性を有するディスクホルダ6を有し、電極端子15が遮断ディスク7の孔部7aを通じて感圧弁3と接続された構成を有している。
In Patent Document 1 and
感圧弁3には、遮断ディスク7側に向けて突出部3aが形成されており、この突出部3aがディスクホルダ6および遮断ディスク7のそれぞれの孔部6a、7aが重ねあわされた部分に位置するように構成されている。また、ディスクホルダ6および遮断ディスク7には、略中央に設けた孔部6a、7aの他、ガス抜き孔6b、7bが設けらることもある。
The pressure
上述のような電流遮断機構を有する電池は、電池蓋2の内側面に感圧弁3を設け、感圧弁3の突出部3aと巻回電極体10から導出した電極端子15とをディスクホルダ6および遮断ディスク7の孔部6a、7aを通じて接続した後、巻回電極体10を収容した電池缶1と、電池蓋2とを、電池缶1の開放端部内側に設けたリング状の絶縁封口ガスケット5を介してかしめることにより作製される。
The battery having the current interruption mechanism as described above is provided with the pressure-
図2Aおよび図2Bに、このような電池の電流遮断機構の電流遮断前後の動作を示す。図2Aのように構成された電流遮断機構は、電池内圧上昇時に図2Bに示すように、感圧弁3が内圧方向に変形し、感圧弁3と接続されていた電極端子15との接点部が剥離したり、電極端子15が破断して電流が遮断され、それ以上の発熱および内圧上昇が抑制される。
2A and 2B show operations before and after current interruption of such a current interruption mechanism of the battery. As shown in FIG. 2B, when the battery internal pressure rises, the current cutoff mechanism configured as shown in FIG. 2A is deformed in the internal pressure direction, and the contact portion with the
しかしながら、このような電流遮断機構は用いられる部品点数が多く構造が複雑であり、また、電流遮断のための多くの部品を嵌めあいで作製するため、部品のそれぞれが高い寸法精度を必要することから製造コストが高いという問題があり、一次電池では使用されていない。 However, such a current interrupting mechanism uses a large number of parts and has a complicated structure. In addition, since many parts for current interrupting are fitted together, each part must have high dimensional accuracy. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost is high, and it is not used in a primary battery.
したがって、この発明の目的は、上記問題点に鑑み、簡素な構成を有し、かつ安全性の高い電池を提供することにある。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a battery having a simple configuration and high safety.
上記課題を解決するために、この発明は、発電要素と、電池缶と、電流遮断機構とを備え、電流遮断機構は、電池缶の内圧上昇により変形する感圧弁と、孔部を有するディスク部およびディスク部の外周縁部に立設された絶縁封口部とを有し、ディスク部が感圧弁と発電要素との間に設けられる絶縁封口ガスケットとを備え、感圧弁と発電要素に設けられた電極端子とは、ディスク部の孔部を介して電気的に接続され、電極端子は発電要素と絶縁封口ガスケットのディスク部との間の空間に屈曲部を有し、電極端子の屈曲部および終端の少なくとも一方がディスク部の孔部の外側に配設されていることを特徴とする電池である。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a power generation element, a battery can, and a current interrupting mechanism. The current interrupting mechanism is a pressure-sensitive valve that is deformed by an increase in the internal pressure of the battery can, and a disk part having a hole. And an insulating sealing portion erected on the outer peripheral edge of the disk portion, and the disk portion includes an insulating sealing gasket provided between the pressure-sensitive valve and the power generation element, and is provided on the pressure-sensitive valve and the power generation element. The electrode terminal is electrically connected through a hole in the disk portion, and the electrode terminal has a bent portion in a space between the power generating element and the disk portion of the insulating sealing gasket, and the bent portion and the terminal end of the electrode terminal. The battery is characterized in that at least one of the batteries is disposed outside the hole of the disk portion.
上述の電池では、ディスク部の孔部の直径が3mm以上であり、かつ電極端子の屈曲部と終端との距離に対して75%以下であることが好ましい。 In the battery described above, it is preferable that the diameter of the hole in the disk portion is 3 mm or more and 75% or less with respect to the distance between the bent portion and the terminal end of the electrode terminal.
また、電極端子の先端部が折り返されることにより、さらに先端折り返し部が設けられるようにしてもよい。このような場合も、ディスク部の孔部の直径が3mm以上であり、かつ電極端子の屈曲部と、先端折り返し部との距離に対して75%以下であることが好ましい。 Further, the tip end folded portion may be provided by folding the tip end portion of the electrode terminal. Also in such a case, it is preferable that the diameter of the hole of the disk portion is 3 mm or more and 75% or less with respect to the distance between the bent portion of the electrode terminal and the tip folded portion.
この発明では、感圧弁の変形により電極端子が絶縁封口ガスケットに引っかかり、感圧弁と電極端子とが剥離することにより、電流を遮断することができる。 In this invention, the electrode terminal is caught by the insulating sealing gasket due to the deformation of the pressure sensitive valve, and the pressure sensitive valve and the electrode terminal are separated, whereby the current can be cut off.
また、絶縁封口ガスケットに電極端子が引っかかるような構成とすることにより、少ない部品点数で電流遮断機構を構成することができる。 Further, by adopting a configuration in which the electrode terminal is caught by the insulating sealing gasket, the current interrupting mechanism can be configured with a small number of parts.
この発明によれば、簡素な構成でありながら安全性の高い電池を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a highly safe battery with a simple configuration.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図3は、この発明の一実施形態による非水電解質一次電池の一例であるリチウム硫化鉄一次電池20を示す。図3に示すリチウム硫化鉄一次電池20は、いわゆる円筒型と呼ばれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶21の内部に発電要素である巻回電極体30を有している。巻回電極体30は、正極活物質を有する帯状の正極31と、負極活物質を有する帯状の負極32とが、イオン透過性を有するセパレータ33を介して多数回巻回されてなる。
FIG. 3 shows a lithium iron sulfide
電池缶21は、例えばニッケルメッキが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され、他端部が開放されている。電池缶21の内部には、巻回電極体30を挟み込むように、周面に対して垂直に一対の絶縁板27および絶縁板28がそれぞれ配置されている。
The battery can 21 is made of, for example, iron plated with nickel, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 21, a pair of
電池缶21の開放端部には、電池蓋22と、この電池蓋22の内側に設けられた熱感抵抗素子24と、感圧弁23および絶縁封口ガスケット25からなる電流遮断機構26とが備えられている。この電流遮断機構26は、感圧弁23および熱感抵抗素子24とが、絶縁封口ガスケット25を介してかしめられることにより取り付けられて構成され、リチウム硫化鉄一次電池20の内部は密閉されている。
At the open end of the battery can 21, there is provided a
電池蓋22は、略中央部に電池外部方向に突出した突起22aを有するように構成されており、リチウム硫化鉄一次電池20の使用時には、突起22aが電子機器の+端子に接触される。電池蓋22は、例えば電池缶21と同様の材料により構成される。
The
熱感抵抗素子24は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものであり、例えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構成されている。
When the temperature rises, the heat
以下、電流遮断機構26および電流遮断機構26と接続される正極端子35について、図4および図5を参照して詳しく説明する。なお、図4は、電池缶21の開放端部の構成を示す断面図であり、図5は電池缶21の開放端部に設けられる各部品の半部の斜視図である。
Hereinafter, the
電流遮断機構26は、巻回電極体30から導出された正極端子35が接続された感圧弁23と絶縁封口ガスケット25とからなる。
The
感圧弁23は、導電性を有する金属材料等からなり、例えば熱感抵抗素子24を介して電池蓋22と電気的に接続されている。感圧弁23は、略中央部が巻回電極体30側に突出した突出部23aを有する円板状であり、突出部23aの外側面は、正極端子35が接続されるようになされた接触面とされている。この突出部23aは、内部短絡または外部からの加熱、加圧等により電池の内圧が一定以上となった場合に反転して、電池蓋2の方向に変形可能なように構成される。
The pressure
絶縁封口ガスケット25は、孔部25cを有するリング状部材からなるディスク部25bの外周縁部に絶縁封口部である側壁部25aが立設されてなる絶縁部材で構成されており、例えばアスファルトが塗布されている。アスファルトは、少なくとも側壁部25aの表面に塗布される。
The insulating
絶縁封口ガスケット25の側壁部25aは、電池缶21の開放端部内側に沿うように設けられ、電池蓋22をかしめてリチウム硫化鉄一次電池20を作製した際に、極性の異なる電池缶21と電池蓋22とを絶縁するとともに、リチウム硫化鉄一次電池20を密閉し、外部からの水分およびガス等の流入や、リチウム硫化鉄一次電池20内の非水電解液の漏れ等を防止する。また、ディスク部25bは、感圧弁23と巻回電極体30との間に配設され、孔部25cを通じて感圧弁23と正極端子35とが、例えば抵抗溶接により接続されることにより、電池内圧上昇時に感圧弁23が変形した際、正極端子35がディスク部25bに引っかかるように構成されている。なお、ディスク部25bには、孔部25cの周りにガス抜き孔が形成されていてもよい。
The
図4および図5に示すように、絶縁封口ガスケット25と、感圧弁23と、熱感抵抗素子24と、電池蓋22とが、電池缶2の底面部方向から開放端部に向けて順に設けられている。また、絶縁封口ガスケット25の孔部25cには感圧弁23の突出部23aが嵌合されるようにして配設され、孔部25cを通じて突出部23aと正極端子35とが接続される。
As shown in FIGS. 4 and 5, an insulating
正極端子35は、ある程度剛性の高い材料を用いることが好ましく、例えばアルミニウム(Al)が選択される。これは、感圧弁23が電池蓋22方向に変形した際、正極端子35が孔部25cに引き込まれるのを防止するためである。
The
正極端子35は、巻回電極体30から絶縁体28を通じて導出された後、電池缶2に近づくように配設され、再度電池中心部方向に向けて折り返された屈曲部である折り返し部35bを有し、この折り返し部35bと電極端子35の終端35aとがそれぞれ絶縁封口ガスケット25の孔部25cの外側に位置するように設けられる。これにより、感圧弁23が変形した際に、折り返し部35bと終端35aとがディスク部25bに引っかかる。
The
また、図4に示すように、正極端子35が感圧弁23と接続される部分では、正極端子35が感圧弁23の突出部23aに近づくように屈曲されて構成されているが、正極端子35はこのような構成に限ったものではなく、折り返し部35bから終端35aまでが略一直線状に設けられてもよい。
As shown in FIG. 4, the
正極端子35の剛性が十分に高い場合、折り返し部35bおよび終端35aのいずれか一方が絶縁封口ガスケット25の孔部25cの外側に位置するように設けられてもよい。感圧弁23の変形時にいずれか一方がディスク部25bに引っかかるだけで、正極端子35が感圧弁23の変形に追随することなく接続部の解除がなされるためである。
When the rigidity of the
ここで、図4の参照符号Lで示される孔部25cの直径は、3mm以上とされることが好ましい。孔部25cの直径が3mm未満の場合、感圧弁23と正極端子35との溶接や加工が困難となり、接続強度が得られなくなるおそれがある。
Here, it is preferable that the diameter of the
また、孔部25cの直径Lは、図4の参照符号lで示される正極端子35の折り返し長さの75%以下となるようにすることが好ましい。ここで、折り返し長さとは、折り返し部35bから終端35aまでの距離である。孔部25cの直径Lが正極端子35の折り返し長さlの75%を超える長さとなった場合、電池内圧上昇時に正極端子35が孔部25cに引き込まれ易くなり、接続を解除することができなくなるおそれがある。孔部25cの直径を正極端子35の折り返し長さの75%以下となるようにすることで、感圧弁23と正極端子35との接続を確実に解除して、電流の遮断を起こすことができる。
In addition, the diameter L of the
また、図6に示すように、正極端子35の先端部をさらに折り返した先端折り返し部35cを設けて感圧弁23と接続することにより、さらに孔部25cに引き込まれにくくすることもできる。この場合、先端折り返し部35cから終端35aまでの長さは特に限定されず、数mm程度の折り返しで高い効果を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 6, by providing a tip folded
図6のような構成の場合も図4のような構成の場合と同様に、孔部25cの直径は、3mm以上とされることが好ましく、また、正極端子35の折り返し長さの75%以下とされることが好ましい。なお、図6のように先端折り返し部35cを設けた場合の正極端子35の折り返し長さは、折り返し部35bから先端折り返し部35cまでの距離である。
In the case of the configuration as shown in FIG. 6 as well, as in the case of the configuration as shown in FIG. 4, the diameter of the
また、正極端子35の幅が、孔部25cの直径と略同等またはより広くなるように構成してもよい。上述のような正極端子35の構成を組み合わせることも可能であり、これによってより確実に電流の遮断を起こすことができる。
Moreover, you may comprise so that the width | variety of the
上述のような構成を有する電流遮断機構26は、以下のような動作により電流を遮断する。
The current interrupt
このような電流遮断機構26を設けたリチウム硫化鉄一次電池20では、電池内圧上昇時に感圧弁23が電池蓋2の方向に変形を生じ、電極端子35との接続が解除されることにより電流が遮断される。図7Aに示すように、孔部25cを通じて感圧弁23と接続されていた正極端子35は、電池内圧が上昇すると図7Bに示すように感圧弁23が電池蓋22の方向に反転して変形する。
In the lithium iron sulfide
このとき、折り返し部35bおよび終端35aのそれぞれが絶縁封口ガスケット25のディスク部25bに引っかかり、感圧弁23の変形に追随することなくと正極端子35との接続部分の剥離が生じる。これにより電池内部の電流を遮断して、それ以上の発熱および内圧上昇が抑制される。
At this time, each of the folded
以下、巻回電極体30について説明する。
Hereinafter, the
[巻回電極体]
巻回電極体30の正極31には、アルミニウム等よりなる正極端子35が接続されており、負極32には、ニッケル等よりなる負極端子36が接続されている。正極端子35は、感圧弁23に溶接されることにより電池蓋22と電気的に接続されている。負極端子36は、電池缶21に溶接され電気的に接続されている。
[Wound electrode body]
A
また、正極31と負極32との間のセパレータ33には、非水電解質として、例えば非水電解液が含浸されている。セパレータ33は、正極31と負極32との間に配されることにより、正極31と負極32の物理的接触を防ぐ機能を有する。さらに、セパレータ33は、非水電解液を吸収することにより非水電解液を保持するとともに、放電時にリチウムイオンが通過できるものである。
In addition, the
[正極]
正極31は、帯状の形状を有する正極集電体と、この正極集電体の両面に形成された正極合剤層とからなる。正極集電体は、例えばアルミニウム(Al)箔、ニッケル(Ni)箔、ステンレス(SUS)箔等の金属箔である。
[Positive electrode]
The
正極合剤層は、例えば、正極活物質である二硫化鉄(FeS2)と、導電剤と、結着剤とからなる。正極活物質である二硫化鉄は、主に自然界に存在する黄鉄鉱(Pyrite)を粉砕したものが用いられるが、化学合成、例えば、塩化第一鉄(FeCl2)を硫化水素(H2S)中にて焼成して得られる二硫化鉄なども使用可能である。 The positive electrode mixture layer includes, for example, iron disulfide (FeS 2 ) that is a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. Iron disulfide, which is a positive electrode active material, is obtained by pulverizing pyrite (Pyrite) that exists mainly in nature. Chemical synthesis, for example, ferrous chloride (FeCl 2 ) is converted to hydrogen sulfide (H 2 S). Iron disulfide obtained by firing inside can also be used.
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等が用いられる。また、導電剤としては、正極活物質に適量混合して導電性を付与できる材料を用い、例えば、グラファイト、カーボンブラックなどの炭素粉末を用いることができる。 As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene or the like is used. Further, as the conductive agent, a material that can be mixed with an appropriate amount of the positive electrode active material to impart conductivity, for example, carbon powder such as graphite and carbon black can be used.
[負極]
負極32は、帯状の形状を有する金属箔からなる。この負極活物質でもある金属箔の材料としては、リチウム金属またはリチウムにアルミなどの合金元素を添加したリチウム合金などが挙げられる。
[Negative electrode]
The
[電解液]
電解液は、非水溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、一般的に使用される材料が使用可能である。
[Electrolyte]
The electrolytic solution is a solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent, and generally used materials can be used.
非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリルあるいはプロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、絡酸エステルあるいはプロピオン酸エステル等が好ましく、これらのうちのいずれか1種または2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-dimethoxyethane, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane. , Diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile or propionitrile, anisole, acetic acid ester, tangled acid ester or propionic acid ester, etc. are preferred, and any one of these or a mixture of two or more may be used. it can.
電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられ、アニオンには、Cl-、Br-、I-、SCN-、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -等が用いられる。具体的には、例えばLiCl、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiBr、CH3SO3Li、CF3SO3Li、N(CnF2n+1SO2)2Liなどがあり、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられている。中でも、LiPF6を主として用いることが好ましい。また、電解質塩濃度としては、上記非水溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して0.4mol/kg以上、2.0mol/kg以下の範囲であることが好ましい。 As the electrolyte salt, one that dissolves in the non-aqueous solvent is used, and a combination of a cation and an anion is used. Alkali metal or alkaline earth metal is used as the cation, and Cl − , Br − , I − , SCN − , ClO 4 − , BF 4 − , PF 6 − , CF 3 SO 3 − or the like is used as the anion. It is done. Specifically, for example, LiCl, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiBr, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, N (CnF 2n + 1 SO 2 ) 2 Li and the like, and any one of these or a mixture of two or more thereof is used. Among them, it is preferable to mainly use LiPF 6 . The electrolyte salt concentration is not a problem as long as it can be dissolved in the non-aqueous solvent, but the lithium ion concentration is 0.4 mol / kg or more and 2.0 mol / kg or less with respect to the non-aqueous solvent. A range is preferable.
[セパレータ]
セパレータ33は、例えばポリプロピレン(PP)あるいはポリエチレン(PE)などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
[Separator]
The
セパレータ33の厚みは5μm以上50μm以下が好ましく、7μm以上30μm以下がより好ましい。セパレータ33は、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。
The thickness of the
上述の構成を有するリチウム硫化鉄一次電池20は、例えば以下のようにして作製することができる。
The lithium iron sulfide
[正極の作製]
上述の正極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドン等の溶剤中に分散させ、必要に応じてボールミル、サンドミル、二軸混練機等によりスラリー状にする。次に、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体31bの両面に均一に塗布する。さらに、常温もしくは高温で乾燥させて溶剤を飛ばした後、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより正極活物質層31aが形成される。なお、このとき、シート状に形成した正極合剤を正極集電体31bに貼り付けることにより、正極活物質層31aを形成してもよい。
[Production of positive electrode]
The above-mentioned positive electrode active material, binder, and conductive agent are uniformly mixed to form a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, and a ball mill, a sand mill is used as necessary. Then, the slurry is made into a slurry using a biaxial kneader or the like. Next, this slurry is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 31b by a doctor blade method or the like. Furthermore, after drying at room temperature or high temperature to drive off the solvent, the positive electrode
なお、溶剤としては、電極材料に対して不活性であり、かつ結着剤を溶解し得るものであれば特に限定はなく、無機溶剤、有機溶剤のいずれも用いることができる。 The solvent is not particularly limited as long as it is inert to the electrode material and can dissolve the binder, and any of inorganic solvents and organic solvents can be used.
また、塗布装置については特に限定されず、スライドコーティングやエクストルージョン型のダイコーティング、リバースロール、グラビア、ナイフコーター、キスコーター、マイクログラビア、ロッドコーター、ブレードコーターなどが使用できる。また、乾燥方法についても特に制限はないが、放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できる。 The coating apparatus is not particularly limited, and slide coating, extrusion type die coating, reverse roll, gravure, knife coater, kiss coater, micro gravure, rod coater, blade coater and the like can be used. Also, the drying method is not particularly limited, but standing drying, blower dryer, hot air dryer, infrared heater, far infrared heater, and the like can be used.
正極31の一端部には、抵抗溶接または超音波溶接により正極端子35が溶接される。正極端子35は、正極31の端部に設けられた正極集電体露出部に溶着されるようにすることが好ましい。
A
[負極の作製]
リチウム金属もしくはリチウム合金からなる負極32の一端部には、正極31と同様に抵抗溶接または超音波溶接、圧着等により負極端子36が溶接される。負極端子36は、例えば銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)またはステンレス(SUS)等、リチウムと合金を形成しない材料により構成されていることが好ましく、中でも銅(Cu)が好ましい。リチウムと銅は接触抵抗が小さいため、電池の内部抵抗を低減し、電圧および負荷特性を向上させることができる。
[Production of negative electrode]
A
[リチウム硫化鉄一次電池の作製]
次に、上述のようにして得られた帯状の形状を有する正極31と、負極32と、セパレータ33とを、例えば正極31、セパレータ33、負極32、セパレータ33の順に積層し、長手方向に多数回巻回して巻回電極体30を作製する。
[Production of lithium iron sulfide primary battery]
Next, the
次に、底部に絶縁板27が予め挿入され、内側に例えばニッケルメッキが予め施された電池缶21に、巻回電極体30を収納する。その後、負極32の集電をとるために負極端子36の端部を電池缶21に溶接する。これにより、電池缶21は負極32と導通をもつことになり、外部負極となる。
Next, the
次に、巻回電極体30の上面に絶縁板28を配設する。その後、正極31の集電をとるために、正極端子35の端部を電池蓋22の一面に熱感抵抗素子24を介して設けられた感圧弁23の突出部23aに接続する。正極端子35は、絶縁封口ガスケット25の孔部25cを通じて突出部23aと接続されるようにする。これにより、電池蓋22は正極31と導通をもつこととなり、外部正極となる。
Next, the insulating
さらに、この電池缶21の中に非水電解液を注入した後、絶縁封口ガスケット25、感圧弁23、が巻回電極体30および感圧弁23の間に位置するように配置し、この絶縁封口ガスケット25を介して電池蓋22をかしめる。
Further, after injecting the nonaqueous electrolyte into the battery can 21, the insulating sealing
以上により、電池蓋22が固定された円筒型のリチウム硫化鉄一次電池が作製される。このようにして作製されたリチウム硫化鉄一次電池20は、簡素な構成を有する電流遮断機構26を用いるため、製造コストを低減し、かつ高い安全性を有する。また、電流遮断機構26が構成する部品が少ないため、製造工程を簡略化することができる。さらに、従来程の寸法精度を必要としないこの発明の電流遮断用部品を用いても電流の遮断を実現することができる。
Thus, a cylindrical lithium iron sulfide primary battery with the
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
この実施例では、電流遮断機構の構成を変化させてリチウム硫化鉄一次電池を作製し、電流の遮断状態を確認した。 In this example, a lithium iron sulfide primary battery was manufactured by changing the configuration of the current interruption mechanism, and the current interruption state was confirmed.
<サンプル1>
[正極の作製]
正極活物質として二硫化鉄を、導電剤として黒鉛を、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを用い、二硫化鉄95重量%と、黒鉛2重量%と、ポリフッ化ビニリデン3重量%とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに十分に分散させて正極合剤スラリーとした。
<Sample 1>
[Production of positive electrode]
Using iron disulfide as the positive electrode active material, graphite as the conductive agent, and polyvinylidene fluoride as the binder, mixing 95% by weight of iron disulfide, 2% by weight of graphite, and 3% by weight of polyvinylidene fluoride, It was sufficiently dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to obtain a positive electrode mixture slurry.
次に、正極合剤スラリーを厚さ20μmの帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、温度120℃で2時間乾燥させてN−メチル−2−ピロリドンを揮発させた後、一定圧力で圧縮成型して帯状の正極を作製した。さらに、この正極に、アルミニウム箔からなる正極端子を溶接した。 Next, the positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried at 120 ° C. for 2 hours to volatilize N-methyl-2-pyrrolidone, A belt-like positive electrode was produced by compression molding at a constant pressure. Furthermore, the positive electrode terminal which consists of aluminum foil was welded to this positive electrode.
[巻回電極体の作製]
続いて、上述のようにして作製された帯状の正極と、ニッケル箔からなる負極端子を溶接した厚さ150μmの金属リチウムからなる負極とを、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層してから多数回巻回し、巻回電極体を作製した。
[Production of wound electrode body]
Subsequently, after laminating the belt-like positive electrode produced as described above and the negative electrode made of 150 μm thick metal lithium welded to the negative electrode terminal made of nickel foil in this order, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator. A number of turns were wound to produce a wound electrode body.
[リチウム硫化鉄一次電池の作製]
以上のようにして得られた巻回電極体を、ニッケルメッキを施した鉄製電池缶に収納した。このとき、巻回電極体の下面に絶縁板が配設されるようにした。次に、ニッケル製の負極端子を電池缶に溶接した。続いて、巻回電極体の上面にも絶縁板を配設した後、電池蓋に熱感抵抗素子を介して感圧弁を設け、さらにアスファルトが表面に塗布された、図3に示すようなディスク部を有する形状の絶縁封口ガスケットを、絶縁封口ガスケットの孔部に感圧弁の凸部が位置するように配置し、孔部を通じて正極端子と凸部とを溶接した。
[Production of lithium iron sulfide primary battery]
The wound electrode body obtained as described above was accommodated in a nickel-plated iron battery can. At this time, an insulating plate was disposed on the lower surface of the wound electrode body. Next, a nickel negative electrode terminal was welded to the battery can. Subsequently, after an insulating plate is also provided on the upper surface of the wound electrode body, a pressure sensitive valve is provided on the battery lid via a heat sensitive element, and further, asphalt is coated on the surface, as shown in FIG. The insulating sealing gasket having a shape having a portion was disposed so that the convex portion of the pressure-sensitive valve was positioned in the hole portion of the insulating sealing gasket, and the positive electrode terminal and the convex portion were welded through the hole portion.
次に、1,3−ジオキシラン(DOL)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)が体積比で2:1の混合溶媒にヨウ化リチウム(LiI)を添加して、ヨウ化リチウムのモル濃度が1.0mol/lとなるように調整した非水電解液を、電池缶に注入した。 Next, lithium iodide (LiI) was added to a mixed solvent of 1,3-dioxirane (DOL) and 1,2-dimethoxyethane (DME) in a volume ratio of 2: 1 to obtain a molar concentration of lithium iodide. A non-aqueous electrolyte adjusted to 1.0 mol / l was poured into the battery can.
最後に電池蓋をかしめることにより、感圧弁、熱感抵抗素子および電池蓋を固定して電池内の気密性を保持させた。なお、このとき用いる絶縁封口ガスケットは、その孔部の直径が正極端子の折り返し長さの75%となるように構成した。以上により、円筒型のリチウム硫化鉄一次電池を作製した。 Finally, the battery lid was caulked to fix the pressure sensitive valve, the heat sensitive resistance element, and the battery lid to maintain the airtightness in the battery. The insulating sealing gasket used at this time was configured such that the diameter of the hole was 75% of the folded length of the positive electrode terminal. As described above, a cylindrical lithium iron sulfide primary battery was produced.
<サンプル2>
電池蓋に熱感抵抗素子を介して感圧弁を設けた後、図1に示すようにディスクホルダおよび遮断ディスクを配置し、ディスクホルダおよび遮断ディスクのそれぞれの孔部を通じて正極端子と感圧弁の凸部とを溶接した。さらに非水電解液を注入した後、孔部の直径が正極端子の折り返し長さの75%である絶縁封口ガスケットを介して電池蓋をかしめた以外は、サンプル1と同様にして円筒型のリチウム硫化鉄一次電池を作製した。
<
After the pressure sensitive valve is provided on the battery lid via the heat sensitive resistance element, the disc holder and the shut-off disc are arranged as shown in FIG. 1, and the positive terminal and the convex of the pressure-sensitive valve are inserted through the respective holes of the disc holder and the shut-off disc. The part was welded. Further, after injecting a non-aqueous electrolyte, a cylindrical lithium was formed in the same manner as in Sample 1 except that the battery lid was caulked through an insulating sealing gasket whose hole diameter was 75% of the folded length of the positive electrode terminal. An iron sulfide primary battery was produced.
<サンプル3>
絶縁封口ガスケットの孔部の直径が正極端子の折り返し長さの80%となるように構成した以外は、サンプル1と同様にして円筒型のリチウム硫化鉄一次電池を作製した。
<
A cylindrical lithium iron sulfide primary battery was fabricated in the same manner as Sample 1, except that the diameter of the hole of the insulating sealing gasket was 80% of the folded length of the positive electrode terminal.
[電流遮断機構の評価]
上述のようにして作製したサンプル1〜サンプル3のリチウム硫化鉄一次電池について、遮断圧力を評価した。なお、各サンプルでは、それぞれ100個のリチウム硫化鉄一次電池を作製した。
[Evaluation of current interruption mechanism]
With respect to the lithium iron sulfide primary batteries of Samples 1 to 3 produced as described above, the cutoff pressure was evaluated. In each sample, 100 lithium iron sulfide primary batteries were produced.
(a)遮断圧力の測定
電池内圧を油圧により制御して、電流が遮断される遮断圧力を測定した。各サンプルのリチウム硫化鉄一次電池に穴を開け、手動油圧発生機によりリチウム硫化鉄一次電池内に油を注入して電池内圧を徐々に増加させ、電流の遮断が生じる圧力を測定した。各サンプルごとに100個のリチウム硫化鉄一次電池を作製し、全ての電池に電流の遮断が起こった圧力を遮断圧力とした。また、内圧の上昇は感圧弁に開裂が生じる40kgfまでとし、40kgfの圧力をかけて感圧弁に開裂が生じたリチウム硫化鉄一次電池については、遮断が起こらなかったものとする。
(A) Measurement of cutoff pressure The internal pressure of the battery was controlled by hydraulic pressure, and the cutoff pressure at which the current was interrupted was measured. A hole was made in the lithium iron sulfide primary battery of each sample, oil was injected into the lithium iron sulfide primary battery by a manual hydraulic pressure generator, the battery internal pressure was gradually increased, and the pressure at which current interruption occurred was measured. 100 lithium iron sulfide primary batteries were prepared for each sample, and the pressure at which current interruption occurred in all batteries was defined as the cutoff pressure. Further, the increase in the internal pressure is up to 40 kgf at which the pressure-sensitive valve is cleaved, and it is assumed that the lithium iron sulfide primary battery in which the pressure-sensitive valve has been cleaved by applying a pressure of 40 kgf has not been blocked.
以下の表1に、サンプル1〜サンプル3のそれぞれの評価結果を示す。 Table 1 below shows the evaluation results of Samples 1 to 3.
上記結果から分かるように、この発明による電流遮断機構を用いたサンプル1のリチウム硫化鉄一次電池は、従来の電流遮断機構を用いたサンプル2と略同等の条件下で電流の遮断が可能であることが分かる。
As can be seen from the above results, the lithium iron sulfide primary battery of Sample 1 using the current interruption mechanism according to the present invention can interrupt current under substantially the same conditions as
また、サンプル3のように絶縁封口ガスケットの孔部の直径が正極端子の折り返し長さの80%となるように構成した場合、遮断確率が著しく低下する。これは、正極端子が孔部に引き込まれて遮断が起こらないためである。
Further, when the hole diameter of the insulating sealing gasket is configured to be 80% of the folded length of the positive electrode terminal as in
以上の結果から、サンプル1のように、孔部の直径が正極端子の折り返し長さの80%となるように構成した側壁部を有する絶縁封口ガスケットを用いることが好ましい。 From the above results, it is preferable to use an insulating sealing gasket having a side wall configured such that the diameter of the hole is 80% of the folded length of the positive electrode terminal, as in Sample 1.
なお、絶縁封口ガスケットの孔部の直径が3mm未満となると感圧弁と正極端子との接続が困難となり、電池の作製が難しくなった。このため、絶縁封口ガスケットの孔部の直径は3mm以上とすることが好ましい。 When the diameter of the hole portion of the insulating sealing gasket was less than 3 mm, it was difficult to connect the pressure sensitive valve to the positive electrode terminal, and it was difficult to produce a battery. For this reason, it is preferable that the diameter of the hole part of an insulating sealing gasket shall be 3 mm or more.
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 The embodiment of the present invention has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
例えば、遮断ディスクの機能を有する絶縁封口ガスケットは、上述の一実施形態で示した形状に限られたものではない。 For example, the insulating sealing gasket having the function of the blocking disk is not limited to the shape shown in the above-described embodiment.
また、上述の一実施形態において挙げた数値および材料はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値および材料を用いてもよい。また、この発明の電流遮断機構は、リチウム硫化鉄一次電池以外の円筒形構造を有する一次電池はもちろんのこと、円筒形の二次電池にも適用することが可能である。 The numerical values and materials given in the above-described embodiment are merely examples, and different numerical values and materials may be used as necessary. The current interrupting mechanism of the present invention can be applied not only to a primary battery having a cylindrical structure other than a lithium iron sulfide primary battery but also to a cylindrical secondary battery.
1、21・・・電池缶
2、22・・・電池蓋
3、23・・・感圧弁
3a、23a・・・突出部
4、24・・・熱感抵抗素子
5、25・・・絶縁封口ガスケット
6・・・ディスクホルダ
6a、7a・・・孔部
7・・・遮断ディスク
8、9、27、28・・・絶縁板
10、30・・・巻回電極体
11、31・・・正極
11a、31a・・・正極活物質層
11b、31b・・・正極集電体
12、32・・・負極
13、33・・・セパレータ
14、34・・・センターピン
15、16・・・電極端子
20・・・リチウム硫化鉄一次電池
25a・・・側壁部
25b・・・ディスク部
25c・・・孔部
26・・・電流遮断機構
35・・・正極端子
36・・・負極端子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記電流遮断機構は、
上記電池缶の内圧上昇により変形する感圧弁と、
孔部を有するディスク部と、上記ディスク部の外周縁部に立設された絶縁封口部とを有し、上記ディスク部が、上記感圧弁と上記発電要素との間に設けられる絶縁封口ガスケットと
を備え、
上記感圧弁と上記発電要素に設けられた電極端子とが、上記ディスク部の孔部を介して電気的に接続され、
上記電極端子は、上記発電要素と上記絶縁封口ガスケットのディスク部との間の空間に屈曲部を有し、
上記電極端子の屈曲部および終端の少なくとも一方が、上記ディスク部の孔部の外側に配設されていることを特徴とする電池。 A power generation element, a battery can, and a current interruption mechanism;
The current interruption mechanism is
A pressure-sensitive valve that is deformed by an increase in the internal pressure of the battery can;
A disk part having a hole part, and an insulating sealing part erected on the outer peripheral edge of the disk part, wherein the disk part is provided between the pressure-sensitive valve and the power generation element; With
The pressure sensitive valve and the electrode terminal provided in the power generation element are electrically connected through the hole of the disk portion,
The electrode terminal has a bent portion in a space between the power generation element and the disk portion of the insulating sealing gasket,
A battery, wherein at least one of the bent portion and the terminal end of the electrode terminal is disposed outside the hole of the disk portion.
かつ上記屈曲部と上記電極端子の終端との距離に対して75%以下であることを特徴とする請求項1に記載の電池。 The diameter of the hole of the disk part is 3 mm or more,
2. The battery according to claim 1, wherein the battery is 75% or less with respect to a distance between the bent portion and an end of the electrode terminal.
かつ上記屈曲部と上記先端折り返し部との距離に対して75%以下であることを特徴とする請求項4に記載の電池。 The diameter of the hole of the disk part is 3 mm or more,
5. The battery according to claim 4, wherein the battery is 75% or less with respect to a distance between the bent portion and the tip folded portion.
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