JP2009238705A - リチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池内の異常発熱が大きい場合にも、セパレータ全体でセパレータシャットダウンが確実に作動するリチウム二次電池を得る。
【解決手段】正極３と、負極７と、正極３及び負極７間に配設されたセパレータ８とを有するリチウム二次電池において、融点が６５℃以上１００℃未満、および融解熱が吸熱である吸熱剤を添加した。
【選択図】図１
【解決手段】正極３と、負極７と、正極３及び負極７間に配設されたセパレータ８とを有するリチウム二次電池において、融点が６５℃以上１００℃未満、および融解熱が吸熱である吸熱剤を添加した。
【選択図】図１
Description
この発明は、過充電時の異常発熱を抑制するリチウム二次電池に関するものである。
従来のリチウム二次電池では、電池内圧の上昇に応じて作動する電流遮蔽手段を設け、過充電状態が進んで電池内部の化学変化によりガス発生・充満して電池内圧が上昇すると当該電流遮蔽手段が作動して充電電流を遮断する。特許文献１のリチウム二次電池では、正極を構成する正極活性物質に炭酸リチウムを添加し、炭酸リチウムの分解によりガスを発生させて電池内圧を上昇させることにより電流遮蔽手段を作動させる。これにより、過充電で電池内圧がそれほど上昇する前での急激な温度上昇を伴う発熱や比較的急速な破損を防止すると共に、比較的緩やかに電池内圧を上昇させて電流遮蔽手段を作動させて充電電流を遮断している。
従来のリチウム二次電池は以上のように構成されているので、過充電による異常発熱や、外部衝撃などにより内部短絡が発生してこの短絡部分に大電流が集中して異常発熱した場合に、約１００℃からセパレータシャットダウンの実行が開始されたとしても、セパレータ全体をシャットダウンするには時間を要し、セパレータの大部分でシャットダウンが完了しているが、ある一部分のセパレータのシャットダウンが実行されていない場合が存在する。この場合、部分的に温度が１６０℃を超えて電解液が分解し、さらに３００℃を超えると正極が分解して酸素が発生してこの酸素と負極が化学反応を起こしてリチウム二次電池に不具合が生じるという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、異常発熱が大きい場合にも、セパレータ全体でセパレータシャットダウンが確実に作動するリチウム二次電池を得ることを目的とする。
この発明に係るリチウム二次電池は、正極と、負極と、前記正極及び前記負極間に配設されたセパレータとを有するリチウム二次電池において、融点が６５℃以上１００℃未満、および融解熱が吸熱である吸熱剤を添加したものである。
この発明によれば、正極と、負極と、前記正極及び前記負極間に配設されたセパレータとを有するリチウム二次電池において、融点が６５℃以上１００℃未満、および融解熱が吸熱である吸熱剤を添加するように構成したので、セパレータシャットダウンが実行される前に吸熱剤が固体から液体に融解して吸熱することによりリチウム二次電池内の温度上昇速度を減少させることができる。これにより、セパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することが可能になり、不具合が生じるのを抑制することができる。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るリチウム二次電池の電極体の構成を示す断面図である。
実施に形態１のリチウム二次電池は、正極活性物質層１を正極集電板２に接合してなる正極３、正極３の上に積層される吸熱剤層４、負極活性物質層５を負極集電板６に接合してなる負極７、吸熱剤層４と負極７との間に配置され、電解液を保持するセパレータ８で構成されている。これらを図１に示すように積層し、渦巻状に捲回して電池缶（図示せず）に挿入する。負極端子を電池缶に溶接し、正極端子は電池蓋に溶接する。この電池缶内に電解液を注入して角電池を作成する。
図１は、この発明の実施の形態１に係るリチウム二次電池の電極体の構成を示す断面図である。
実施に形態１のリチウム二次電池は、正極活性物質層１を正極集電板２に接合してなる正極３、正極３の上に積層される吸熱剤層４、負極活性物質層５を負極集電板６に接合してなる負極７、吸熱剤層４と負極７との間に配置され、電解液を保持するセパレータ８で構成されている。これらを図１に示すように積層し、渦巻状に捲回して電池缶（図示せず）に挿入する。負極端子を電池缶に溶接し、正極端子は電池蓋に溶接する。この電池缶内に電解液を注入して角電池を作成する。
次に、この実施の形態１に係るリチウム二次電池の具体的な構成について説明する。正極活性物質層１は、正極活性物質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、導電剤黒鉛及び結着剤のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）で形成する。このＬｉＣｏＯ２、導電剤黒鉛及びＰＶＤＦを９１：６：３の重量比で秤量し、らいかい機で約二時間混練し、正極集電板２である厚さ２０ミクロンのアルミニウム箔の両面に塗布する。これにより正極３が作成される。この正極３上に粉末吸熱剤であるトリフェニルメタン（融点９３℃）を正極３の厚みに対して３％の厚みで塗布して吸熱剤層４を積層させる。なお、粉末吸着剤であるトリフェニルメタンは、正極活性物質内に分散混合してもよい。
負極活性物質層５は、負極活性物質の人造黒鉛及び結着剤のＰＶＤＦを９４：６の重量比で混練し、負極集電板６である厚さ４０ミクロンの銅箔の両面に塗布する。これにより負極７が作成される。正極３及び負極７は、プレス機で圧延成形した後、５０℃で８時間乾燥させた。正極３上に積層された吸熱剤層４がセパレータ８と接するように、正極３、負極７及びセパレータ８を図１に示すように積層し、渦巻状に捲回して電池缶に挿入した。注入する電解液は、電解質であるＬｉＰＦ６濃度が１ｍｏｌ／Ｌとなるようにエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒に溶解したものを用いた。
以上のようにして得られたリチウム二次電池を用いた過充電試験の結果を図２に示す。比較として吸熱剤層４を有しない従来のリチウム二次電池に対しても同様の過充電試験を行った。通常容量７００ｍＡｈのリチウム二次電池は充電電圧４．２Ｖ及び充電電流７００ｍＡで充電するのに対して、この過充電試験では完全に放電したリチウム二次電池に対して充電電圧５．４Ｖ及び充電電流１．１４ＩｔｍＡ（８００ｍＡ）を与えた。図２は、実施の形態１のリチウム二次電池と従来のリチウム二次電池各１０個に対して行った結果であり、リチウム二次電池内の温度上昇を時間と共にトレースした。
また、実線Ａ及びＢは、実施の形態１のリチウム二次電池の温度変化を示した実施例１及び実施例２である。点線Ｃ及びＤは、従来のリチウム二次電池の温度変化を示した従来例１及び従来例２である。図中（ａ）及び（ｂ）は電解液の分解による温度上昇を示し、リチウム二次電池の特性のばらつきにより温度上昇が大きい場合（図中（ａ）参照）と温度上昇が小さい場合（図中（ｂ）参照）が存在した。
まず、温度上昇が大きい場合（ａ）において、点線Ｃで示した従来例１では１００℃以下までの温度上昇速度が大きく、セパレータシャットダウンによる温度上昇速度の減速（図中（ｘ）参照）が間に合わずに温度が１５０℃を超え、リチウム二次電池に不具合が生じた。一方、実線Ａで示した実施例１では１００℃以下までの温度上昇速度が大きいものの、約９３℃で吸熱剤であるトリフェニルメタンが融解して温度上昇速度が減速（図中（ｙ）参照）し、さらにセパレータシャットダウン動作により温度上昇速度が減速（図中（ｘ）参照）した。そのため、実施例１では温度が１５０℃付近まで上昇するものの従来例１のように不具合が生じることはなかった。
次に温度上昇が小さい場合（ｂ）において、点線Ｄで示した従来例２では１００℃以下までの温度上昇が小さく、セパレータシャットダウン動作が間に合い温度上昇速度が減速（図中（ｘ）参照）したが、その後温度は１５０℃付近まで上昇して不具合が生じる温度範囲に近づいた。一方、実線Ｂで示した実施例２では温度上昇が小さく、さらに約９３℃で吸熱剤であるトリフェニルメタンが融解して温度上昇速度が減速（図中（ｙ）参照）し、さらにセパレータシャットダウン動作により温度上昇速度が減速（図中（ｘ）参照）した。この実施例２の最大温度は１１０℃であった。
このように、従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態１に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約９３℃を越えると吸熱剤層４のトリフェニルメタンが融解して融解熱２３９Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇の速度が減速したためである。
以上のように、この実施の形態１によれば、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を積層させるように構成したので、粉末吸熱剤が固体から液体に融解する際に吸熱し、電池内の温度上昇速度を減速させることができる。これにより、温度が急上昇する前にセパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することができ、電池内に異常発熱による不具合が生じるのを抑制することができる。
また、この実施の形態１によれば、粉末吸熱剤として融点が９３℃のトリフェニルメタンを用いるように構成したので、セパレータシャットダウン動作前に電池内の温度上昇速度を減速させることができる。
なお、上記実施の形態１のリチウム二次電池では吸熱剤としてトリフェニルメタンを用いる例を示したが、鎖状有機物を基本骨格とする例えば、プロピオン酸（融点８３℃、融解熱１０．７ｋＪ／ｍｏｌ）、アセトアミド（融点７０℃、融解熱１４．２ｋＪ／ｍｏｌ）、ｃｉｓ１，２−シクロヘキサンジオール（融点９９℃、融解熱３．３ｋＪ／ｍｏｌ）、ｃｉｓ−ポリイソプレン（融点７４℃、融解熱１４．２ｃａｌ／ｇ）などで構成してもよい。また、ｔｒａｎｓ１，４−ポリイソプレン（融点６８℃）、ｃｉｓ１，４−ポリクロプレン（融点７０℃）、イソタクト−ポリαオレフィン（融点７０℃〜８０℃）、ビシクロオクタン、メチルヘプタンなどで構成してもよい。
なお、上記実施の形態１のリチウム二次電池では、正極の上に粉末吸熱剤であるトリフェニルメタンを塗布して吸熱剤層を形成する例を示したが、図３に示すように正極及び負極の上に塗布して吸熱剤層を形成するように構成してもよい。また、図４に示すように負極の上に塗布して吸熱剤層を形成するように構成してもよい。
実施の形態２．
この実施の形態２では、正極３の上に粉末吸熱剤としてスレイトール（融点８８℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態２に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態２に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約８８℃を越えると吸熱剤層４のスレイトールが融解して融解熱２４０Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
この実施の形態２では、正極３の上に粉末吸熱剤としてスレイトール（融点８８℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態２に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態２に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約８８℃を越えると吸熱剤層４のスレイトールが融解して融解熱２４０Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
以上のように、この実施の形態２によれば、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を積層させるように構成したので、粉末吸熱剤が固体から液体に融解する際に吸熱し、電池内の温度上昇速度を減速させることができる。これにより、温度が急上昇する前にセパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することができ、電池内に異常発熱による不具合が生じるのを抑制することができる。
また、この実施の形態２によれば、吸熱剤として実施の形態１のトニフェニルメタンよりも融点の低いスレイトールを用いるように構成したので、より低い温度から温度上昇を抑制することができ、粉末吸熱剤の重量及び体積を少なくすることができる。これにより、正極の軽量化及び薄型化を実現することができる。
なお、上記実施の形態２のリチウム二次電池では、吸熱剤としてスレイトールを用いる構成を示したが、例えば同類のＬ−リボース（融点８５〜８７℃）などで構成してもよい。
実施の形態３．
この実施の形態３では、正極３の上に粉末吸熱剤としてキシリトール（融点８５℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態３に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態３に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約８５℃を越えると吸熱剤層４のキシリトールが融解して融解熱１３０Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
この実施の形態３では、正極３の上に粉末吸熱剤としてキシリトール（融点８５℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態３に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態３に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約８５℃を越えると吸熱剤層４のキシリトールが融解して融解熱１３０Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
以上のように、この実施の形態３によれば、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を積層させるように構成したので、粉末吸熱剤が固体から液体に融解する際に吸熱し、電池内の温度上昇速度を減速させることができる。これにより、温度が急上昇する前にセパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することができ、電池内に異常発熱による不具合が生じるのを抑制することができる。
また、この実施の形態３によれば、吸熱剤として実施の形態１のトニフェニルメタンよりも融点の低いキシリトールを用いるように構成したので、より低い温度から温度上昇を抑制することができ、粉末吸熱剤の重量及び体積を少なくすることができる。これにより、正極の軽量化及び薄型化を実現することができる。
なお、上記実施の形態３のリチウム二次電池では、吸熱剤としてキシリトールを用いる構成を示したが、キシリトールよりも融点が高くなるが鎖状有機物を基本骨格とするメソキシリトール（融点９３〜９５℃、融解熱５５Ｊ／ｇ）などを用いて構成してよい。
実施の形態４．
この実施の形態４では、正極３の上に粉末吸熱剤としてナフタレン（融点８１℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態４に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態４に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約８１℃を越えると吸熱剤層４のナフタレンが融解して融解熱１３６Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
この実施の形態４では、正極３の上に粉末吸熱剤としてナフタレン（融点８１℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態４に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態４に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約８１℃を越えると吸熱剤層４のナフタレンが融解して融解熱１３６Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
以上のように、この実施の形態４によれば、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を積層させるように構成したので、粉末吸熱剤が固体から液体に融解する際に吸熱し、電池内の温度上昇速度を減速させることができる。これにより、温度が急上昇する前にセパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することができ、電池内に異常発熱による不具合が生じるのを抑制することができる。
また、この実施の形態４によれば、吸熱剤として実施の形態１のトニフェニルメタンよりも融点の低いナフタレンを用いるように構成したので、より低い温度から温度上昇を抑制することができ、粉末吸熱剤の重量及び体積を少なくすることができる。これにより、正極の軽量化及び薄型化を実現することができる。
なお、上記実施の形態４のリチウム二次電池では、吸熱剤としてナフタレンを用いる構成を示したが、ナフタレンよりも融点が高くなるがナフタレンを基本骨格とする１−ナフトール（融点９３℃、融解熱１６０J／ｇ）、その他２，３−ジメチルナフタレン、２，４−ジメチルナフタレンなどを用いて構成してもよい。
さらに、ベンゼン環など環状有機物を基本骨格とする例えば、１，２，４，５−テトラメチルベンゼン（融点８９．４℃、融解熱２１ｋＪ／ｍｏｌ）、アゾベンゼン（融点８９℃、融解熱２３９Ｊ／ｇ）、ビフェニル（融点６９℃、融解熱１２１Ｊ／ｇ）、フェナントレン（融点９９℃、融解熱２５０Ｊ／ｇ）、フェノール（融点９１℃、融解熱１１．５ｋＪ／ｍｏｌ）、ε−カプロラクタム（融点６９℃、融解熱１６６Ｊ／ｇ）、ヘキサメチルベンゼン、パラジクロロキシレン、フルオレン、ぺレン、ベンズアントラセン、ベンゾピレン、フィニレンピレンなどを用いて構成してもよい。
実施の形態５．
この実施の形態５では、正極３の上に粉末吸熱剤としてノルマルパラフィン（融点８１℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態５に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態５に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約８１℃を越えると吸熱剤層４のノルマルパラフィンが融解して融解熱２５１Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
この実施の形態５では、正極３の上に粉末吸熱剤としてノルマルパラフィン（融点８１℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態５に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態５に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約８１℃を越えると吸熱剤層４のノルマルパラフィンが融解して融解熱２５１Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
以上のように、この実施の形態５によれば、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を積層させるように構成したので、粉末吸熱剤が固体から液体に融解する際に吸熱し、電池内の温度上昇速度を減速させることができる。これにより、温度が急上昇する前にセパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することができ、電池内に異常発熱による不具合が生じるのを抑制することができる。
また、この実施の形態５によれば、吸熱剤として実施の形態１のトニフェニルメタンよりも融点の低いノルマルパラフィンを用いるように構成したので、より低い温度から温度上昇を抑制することができ、粉末吸熱剤の重量及び体積を少なくすることができる。これにより、正極の軽量化及び薄型化を実現することができる。
実施の形態６．
この実施の形態６では、正極３の上に粉末吸熱剤としてポリイソプレン（融点７４℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態６に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態６に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約７４℃を越えると吸熱剤層４のポリイソプレンが融解して融解熱１８９Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
この実施の形態６では、正極３の上に粉末吸熱剤としてポリイソプレン（融点７４℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態６に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態６に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約７４℃を越えると吸熱剤層４のポリイソプレンが融解して融解熱１８９Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
以上のように、この実施の形態６によれば、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を積層させるように構成したので、粉末吸熱剤が固体から液体に融解する際に吸熱し、電池内の温度上昇速度を減速させることができる。これにより、温度が急上昇する前にセパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することができ、電池内に異常発熱による不具合が生じるのを抑制することができる。
また、この実施の形態６によれば、吸熱剤として実施の形態１のトニフェニルメタンよりも融点の低いポリイソプレンを用いるように構成したので、より低い温度から温度上昇を抑制することができ、粉末吸熱剤の重量及び体積を少なくすることができる。これにより、正極の軽量化及び薄型化を実現することができる。
実施の形態７．
この実施の形態７では、正極３の上に粉末吸熱剤としてポリエチレンオキシド（融点６６℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態７に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態７に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約６６℃を越えると吸熱剤層４のポリエチレンオキシドが融解して融解熱１９０Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
この実施の形態７では、正極３の上に粉末吸熱剤としてポリエチレンオキシド（融点６６℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。
この実施の形態７に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態７に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約６６℃を越えると吸熱剤層４のポリエチレンオキシドが融解して融解熱１９０Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
以上のように、この実施の形態７によれば、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を積層させるように構成したので、粉末吸熱剤が固体から液体に融解する際に吸熱し、電池内の温度上昇速度を減速させることができる。これにより、温度が急上昇する前にセパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することができ、電池内に異常発熱による不具合が生じるのを抑制することができる。
また、この実施の形態７によれば、吸熱剤として実施の形態１のトニフェニルメタンよりも融点の低いポリエチレンオキシドを用いるように構成したので、より低い温度から温度上昇を抑制することができ、粉末吸熱剤の重量及び体積を少なくすることができる。これにより、正極の軽量化及び薄型化を実現することができる。
実施の形態８．
この実施の形態８では、正極３の上に粉末吸熱剤としてポリ乳酸（融点７０℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。なお、この実施の形態８においては、セパレータ８を吸熱剤であるポリ乳酸単体、ポリ乳酸とポリエチレンの混合物または重合体などで構成してもよい。
この実施の形態８に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態８に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約７０℃を越えると吸熱剤層４のポリ乳酸が融解して融解熱４５Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
この実施の形態８では、正極３の上に粉末吸熱剤としてポリ乳酸（融点７０℃）を塗布して吸熱剤層４を積層するように構成した。その他は、実施の形態１と同様の構成及び手順で角型のリチウム二次電池を作成した。なお、この実施の形態８においては、セパレータ８を吸熱剤であるポリ乳酸単体、ポリ乳酸とポリエチレンの混合物または重合体などで構成してもよい。
この実施の形態８に係るリチウム二次電池を用いて実施の形態１と同様の過充電試験を行った。従来のリチウム二次電池にはいずれにも発熱に起因する不具合が見られたのに対して、実施の形態８に係るリチウム二次電池には発熱に起因する不具合を抑制する効果が確認された。これは、約７０℃を越えると吸熱剤層４のポリ乳酸が融解して融解熱４５Ｊ／ｇを吸熱することにより、異常発熱による温度上昇速度が減速したためである。
以上のように、この実施の形態８によれば、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を積層させるように構成したので、粉末吸熱剤が固体から液体に融解する際に吸熱し、電池内の温度上昇速度を減速させることができる。これにより、温度が急上昇する前にセパレータ全体でセパレータシャットダウンを確実に実行することができ、電池内に異常発熱による不具合が生じるのを抑制することができる。
また、この実施の形態８によれば、吸熱剤として実施の形態１のトニフェニルメタンよりも融点の低いポリ乳酸を用いるように構成したので、より低い温度から温度上昇を抑制することができ、粉末吸熱剤の重量及び体積を少なくすることができる。これにより、正極の軽量化及び薄型化を実現することができる。
なお、上述した実施の形態２−８では、正極の上に粉末吸熱剤を塗布して吸熱剤層を形成する例を示したが、図３に示すように正極及び負極の上に塗布して吸熱剤層を形成するように構成してもよい。また、図４に示すように負極の上に塗布して吸熱剤層を形成するように構成してもよい。さらに、粉末吸着剤は正極活性物質内に分散混合してもよい。
なお、上述した実施の形態１−８では、正極活性物質層に正極活性物質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）を用いる例を示したが、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏ１−ｘＭｅｘＯ２、ＬｉＮｉ１−ｘＭｅｘＯ２，ＬｉＭｎ２-ｘＭｅｘＯ４（Ｍｅ：遷移金属または３Ｂ元素の中から少なくとも１種)、ＬｉＣｏｘＮｉｙＭｎ１−ｘ−ｙＯ２、ＬｉＣｏｘＮｉｙＭｎｚＭｅ１−ｘ−ｙ−ｚＯ２（Ｍｅ：遷移金属または３Ｂ元素の中から少なくとも１種) などで構成してもよい。また、負極活性物質層に負極活性物質の人造黒鉛を用いる例を示したが、黒鉛系炭素材、ＭＣＭＢなどの非晶質系炭素材などで構成してもよい。
さらに、上述した実施の形態１−８では、電解液にエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒を用いる構成を示したが、プロピレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ‐ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、テトラヒドロフラン、１，３？ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキシド、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリメチル、リン酸トリエステル、トリメトキシエタン、ジオキソランジエチルエーテル、スルホランなどで構成してもよい。
また、上述した実施の形態１−８では、電解質にＬｉＰＦ６を用いる構成を示したが、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＢ１０Ｃ１０、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩなどで構成してもよい。
１ 正極活性物質層、２ 正極集電板、３ 正極、４ 吸熱剤層、５ 負極活性物質層、６ 負極集電板、７ 負極、８ セパレータ。
Claims (5)
- 正極と、負極と、前記正極及び前記負極間に配設されたセパレータとを有するリチウム二次電池において、
融点が６５℃以上１００℃未満、および融解熱が吸熱である吸熱剤を添加したことを特徴とするリチウム二次電池。 - 吸熱剤は、正極または／及び負極上に塗布および積層されて吸熱剤層を形成することを特徴とする請求項１記載のリチウム二次電池。
- 吸熱剤は、正極または／及び負極内に混合されることを特徴とする請求項１記載のリチウム二次電池。
- 吸熱剤は、トリフェニルメタン、スレイトール、キシリトール、ナフタレン、ノルマルパラフィン、ポリイソプレン、ポリエチレンオキシド、またはポリ乳酸であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のリチウム二次電池。
- 吸熱剤は、ポリ乳酸であり、
セパレータは、ポリ乳酸単体、またはポリ乳酸及びポリエチレンの混合物または重合体で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のリチウム二次電池。
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