JP2016085849A - Battery and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異常発生時に電流を遮断する機能を有し、これによって過剰な発熱を防止する電池に関する。 The present invention relates to a battery having a function of interrupting current when an abnormality occurs, thereby preventing excessive heat generation.
リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池は、エネルギー密度が高い、自己放電が小さい、長期信頼性に優れる等の利点により、ノート型パソコンや携帯電話などの電池としてすでに実用化されている。しかし、近年では電子機器の高機能化や電気自動車への利用が進み、よりエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が求められている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries have already been put to practical use as batteries for notebook computers and mobile phones due to their advantages such as high energy density, low self-discharge, and excellent long-term reliability. Yes. However, in recent years, electronic devices have been enhanced in functionality and used in electric vehicles, and development of lithium ion secondary batteries with higher energy density has been demanded.
一方、電池のエネルギー容量やエネルギー密度が高くなるほど、外部からの衝撃や回路の不具合により短絡が生じた際や、過充電状態になった場合、電池の温度上昇が起こる。このとき、活物質の酸素放出反応や電解液の熱分解反応が生じ、電池はさらに発熱する。電池が過剰に発熱すると、場合によっては、温度制御が不能となる熱暴走に至ることもある。 On the other hand, as the energy capacity or energy density of the battery increases, the temperature of the battery increases when a short circuit occurs due to an external impact or a circuit failure or when an overcharge state occurs. At this time, the oxygen release reaction of the active material and the thermal decomposition reaction of the electrolytic solution occur, and the battery further generates heat. If the battery generates excessive heat, in some cases, it may lead to thermal runaway that makes temperature control impossible.
電池の発熱に対する解決策として、従来、様々な遮断機構が開示されている。例えば、特許文献1には、所定の電圧以上で酸化される化合物を電解液に添加することが開示されている。この化合物は、酸化時の発熱により電解液構成成分の分解または気化を誘発し、電池の内圧を上昇させ、圧力上昇により作動する安全手段(CID;Current Interrupt Device)を有効に機能させる。特許文献2には、電流出力導体に熱ヒューズを組み込んだ遮断機構が開示されている。特許文献3には、電極アセンブリを収納する電池ケースを、電極リードの引き出し方向に伸長可能な構造とし、電池の内圧が上昇することによって電池ケースが伸長し、電極リードと電極タブとの結合部が分離するようにした遮断機構が開示されている。
Conventionally, various blocking mechanisms have been disclosed as solutions for battery heat generation. For example,
特許文献4には、電極アセンブリを収納する電池ケースを、熱融着性フィルム製の袋体で形成した電池において、袋体の内部が、電極アセンブリを収納する主室と、この主室に隣接しており電極リードが通る副室とに分けた構造を有する電池が開示されている。主室と副室を区画する仕切りシール部は弱シール部を有している。また、副室の内部において、電極リードには、内圧上昇により接続が切り離される遮断機構が設けられている。このような構成の電池によれば、異常発生などによって主室の内圧が上昇すると、弱シール部が開放されて副室が膨張し、これによって電極リードの接続が切り離される。 In Patent Document 4, in a battery in which a battery case that houses an electrode assembly is formed of a bag made of a heat-fusible film, the inside of the bag is adjacent to a main chamber that houses the electrode assembly, and the main chamber. A battery having a structure divided into a subchamber through which electrode leads pass is disclosed. The partition seal portion that partitions the main chamber and the sub chamber has a weak seal portion. Further, in the sub chamber, the electrode lead is provided with a blocking mechanism for disconnecting the connection due to an increase in internal pressure. According to the battery having such a configuration, when the internal pressure of the main chamber rises due to an abnormality or the like, the weak seal portion is opened and the sub chamber expands, thereby disconnecting the electrode lead.
電池は大きく2つに分類することが出来る。一つは内部の電極が捲回されている円筒型電池や角型電池と呼ばれるもので、もう一つは電極を積層した積層型電池である。大型の電池では、放熱性能を重視して積層型が用いられる傾向にある。また、外装は、軽量化や放熱性能、さらにコストの点から、金属による筐体から、金属箔を樹脂フィルムでコートしたラミネートフィルムにより製造される傾向にある。 Batteries can be broadly classified into two types. One is called a cylindrical battery or a square battery in which an internal electrode is wound, and the other is a stacked battery in which electrodes are stacked. In a large battery, a stacked type tends to be used with emphasis on heat dissipation performance. Moreover, the exterior tends to be manufactured from a metal casing and a laminated film obtained by coating a metal foil with a resin film from the viewpoint of weight reduction, heat dissipation performance, and cost.
この傾向を踏まえて上述した従来技術を見ると、特許文献1に記載された発明は、ガスの発生による電池の内圧の上昇を利用して安全手段を作動させるものである。よって、金属筐体などの変形しない外装体を持つ電池の場合に効果的に機能するが、フィルムを外装とする電池では十分に効果を発揮することができない。
Looking at the above-described prior art based on this tendency, the invention described in
特許文献2に記載の構造は、放熱性の高い積層型の電極を持つ電池で、ラミネートフィルムを外装とする電池に関するものであるが、大電流が流れる大型の電池では、熱ヒューズはヒューズ部分の抵抗値が高くなるため、エネルギーロスが生じる恐れがある。 The structure described in Patent Document 2 relates to a battery having a laminated electrode with high heat dissipation and a laminate film as an exterior, but in a large battery through which a large current flows, a thermal fuse is a fuse part. Since the resistance value becomes high, there is a risk of energy loss.
特許文献3に記載の構造は、ラミネート外装において異常時に発生するガスを検知して、電気回路の遮断を行うことが出来るため、上述のようなエネルギーロスがなく優れている。しかしながら、外装ラミネートを折りたたんだ構造のため、電極が振動でずれる恐れがあり、電極間の接触による発火に至る可能性がある。また、電池に異常がなくとも内部の電解液が環境温度によりわずかに揮発する場合や、長期に渡り電池を使用する場合、電解液の電気分解等により揮発成分が発生する。この場合、やはり電極が振動でずれる恐れが生じる。電池を運搬する際や自動車用途に用いる場合にこのような現象が起きると、電池性能が低下するだけでなく、電極の短絡による熱暴走を引き起こす恐れがある。 The structure described in Patent Document 3 is superior in that there is no energy loss as described above because it can detect a gas generated in an abnormal condition in the laminate exterior and shut off the electric circuit. However, since the outer laminate is folded, the electrodes may be displaced by vibration, and there is a possibility of ignition due to contact between the electrodes. In addition, even when the battery is normal, the internal electrolyte solution slightly volatilizes due to the environmental temperature, or when the battery is used for a long time, volatile components are generated due to electrolysis of the electrolyte solution. In this case, there is a possibility that the electrode is also displaced by vibration. When such a phenomenon occurs when the battery is transported or used for an automobile, not only the battery performance is deteriorated, but also there is a risk of causing a thermal runaway due to a short circuit of the electrode.
特許文献4に記載の構造は、主室内で発生したガスが弱シール部を破壊し、そこを通過して副室に侵入し、さらに副室を膨張させる必要があることから、主室の内圧上昇から電流遮断までのタイムラグが大きくなってしまう。そのため、確実に熱暴走を防ぐことは難しく、特に高エネルギーの電池では、活物質の熱暴走速度が速くなることから、十分な効果を得ることが難しい。 The structure described in Patent Document 4 requires that the gas generated in the main chamber breaks the weak seal portion, passes through it, enters the sub chamber, and further expands the sub chamber. The time lag from ascent to current interruption increases. For this reason, it is difficult to reliably prevent thermal runaway, and particularly in a high-energy battery, it is difficult to obtain a sufficient effect because the thermal runaway speed of the active material is increased.
本発明は、異常発生による昇温時に確実に電流を遮断し、過剰な発熱を防止することを目的とする。 An object of the present invention is to reliably cut off a current at the time of temperature rise due to occurrence of abnormality and prevent excessive heat generation.
本発明の一態様によれば、電池要素と、
前記電池要素を封止する第一室と、
前記第一室の内部と隔離された内部を持つ1つまたは2つの第二室と、
前記電池要素に接続された一対の第1端子であって、少なくとも一方が先端部を前記第二室内に位置させて配置され一対の第1端子と、
前記第二室内に先端部が位置し、前記第二室内に位置する前記第1端子と前記第二室内で接触して前記第二室の内部と外部とにまたがって配置された第2端子と、
前記第二室内に封入された、前記一対の第1端子間の電位差が所定の値以上となることによりガスを発生する混合物と、
を有する電池が提供される。
According to one aspect of the invention, a battery element;
A first chamber for sealing the battery element;
One or two second chambers having an interior isolated from the interior of the first chamber;
A pair of first terminals connected to the battery element, wherein at least one of the pair of first terminals is disposed with a tip portion positioned in the second chamber;
A second terminal having a distal end portion located in the second chamber, the first terminal located in the second chamber and the second terminal disposed in contact with the second chamber and extending between the inside and the outside of the second chamber; ,
A mixture that is sealed in the second chamber and generates a gas when a potential difference between the pair of first terminals is equal to or greater than a predetermined value;
A battery is provided.
上記本発明において、前記混合物は、前記一対の第1端子間の電位差が前記所定の値以上となると発熱するレドックスシャトル剤と、所定の温度以上でガスを発生するガス発生材料と、を含むことが好ましい。また、発生した前記ガスにより前記第二室が膨張し、それによって前記第1端子と前記第2端子とが離間するように構成することができる。 In the present invention, the mixture includes a redox shuttle agent that generates heat when a potential difference between the pair of first terminals is equal to or higher than the predetermined value, and a gas generating material that generates gas at a predetermined temperature or higher. Is preferred. Further, the second chamber is expanded by the generated gas, whereby the first terminal and the second terminal can be separated from each other.
また、本発明の他の態様によれば、一対の第1端子が接続された電池要素と、前記電池要素を封止する第一室と、前記第一室の内部と隔離された内部を持つ1つまたは2つの第二室を有する電池の製造方法であって、
一対の前記第1端子のうち少なくとも一方の第1端子に対し、その先端部と接触可能に第2端子を配置する工程と、
前記第1端子と前記第2端子とが接触可能に配置された部分と、前記一対の第1端子間の電位差が所定の値以上となることによりガスを発生する混合物とを、前記第1端子と前記第2端子とを接触させた状態で、前記第二室内に封入する工程と、
を有する電池の製造方法が提供される。
Moreover, according to the other aspect of this invention, it has the battery element to which a pair of 1st terminal was connected, the 1st chamber which seals the said battery element, and the inside isolated from the inside of the said 1st chamber. A method of manufacturing a battery having one or two second chambers,
Arranging at least one first terminal of the pair of first terminals such that the second terminal can be brought into contact with the tip;
A portion where the first terminal and the second terminal are arranged so as to be in contact with each other, and a mixture that generates gas when a potential difference between the pair of first terminals is equal to or greater than a predetermined value. And in a state of contacting the second terminal with the second terminal,
A method of manufacturing a battery having
本発明によれば、レドックスシャトル剤の反応により第二室内にガスを発生させ、このガスの発生による第二室の膨張を利用して過充電を防止することができる。 According to the present invention, gas can be generated in the second chamber by the reaction of the redox shuttle agent, and overcharge can be prevented by utilizing the expansion of the second chamber due to the generation of this gas.
図1を参照すると、電池要素10と、電池要素10を封止する外装体13と、電流遮断機構15と、を有する、本発明の一実施形態による電池1の模式図が示される。電池要素10は、正極、負極、セパレータおよび電解液を有する。外装体13は、溶着可能な外装材であるラミネートフィルムから形成されており、熱溶着または超音波溶着などによって接合することによって形成されたシール部13cによって、電池要素10を封止する第一室13aと、第一室13aの内部と隔離された内部を持つ第二室13bとに区画されている。第一室13aおよび第二室13bは、図示するように互いに隣接していてもよいし、離れていてもよい。外装材の接合方法は、溶着に限らず、接着剤を用いた接合であってもよい。接着剤により接合するか、または接着剤による接合と溶着による接合を併用することで、外装材の材料の選択範囲が広くなる。
Referring to FIG. 1, there is shown a schematic diagram of a
電池要素10からは、正極および負極にそれぞれ接続された一対の第1端子11が延びている。一対の第1端子11は、少なくとも一方がその一部を第二室13b内に位置させて延びており、第二室13bを経由して外部配線と電気的に接続可能となるように配置されていれば任意に配置されていてよい。図示した例では、1つの第1端子11が第二室13b内に延び、他方は第二室13bを経由しないで外装体13の外部に引き出されるように、電池要素10の片側に配置されている。
A pair of
電流遮断機構15は、正極と負極との間の電位差が所定の値以上となると作動し、電池要素10と外部配線との電流を遮断するように構成されている。上記の一対の第1端子11のうち第二室13b内に延びる第1端子11は、電流遮断機構15の一部を構成する。電流遮断機構15は、その他に、第二室13b内で一方の第1端子11と電気的に遮断可能に接続されるように第1端子11と協働する第2端子12と、第二室13b内に封入された混合物14と、もう一方の第1端子11と電気的に接続されて第二室13b内に配置された補助端子16と、を有する。
The current interrupting
混合物14は、正極と負極との間の電位差が所定の値以上となるとガスを発生するように構成される。そのような混合物14としては、正極と負極との間の電位差が所定の値以上となると酸化還元反応を生じ、発熱するレドックスシャトル剤と、所定の温度以上でガスを発生するガス発生材料と、を含むことができる。
The
ここで、「所定の値」とは、レドックスシャトル剤に酸化還元反応を生じさせる、レドックスシャトル剤に固有の反応電位を意味する。また、ガス発生材料は、常温では固体または液体で存在しているが、常温より高く、かつ電池の熱暴走が生じない所定の温度以上の温度でガスを発生する材料であり、ガスの発生により第二室13bを膨張させることができる。ここで、「常温」とは、JIS Z 8703に規定される、20±15℃(すなわち5℃〜35℃)の温度範囲をいう。本形態では、第二室13bは、膨張することによって、第2端子12が引き出される方向(矢印A方向)に伸長するように構成されている。本発明において「端子方向」とは、この第2端子12が引き出される方向を意味する。
Here, the “predetermined value” means a reaction potential specific to the redox shuttle agent that causes the redox shuttle agent to undergo an oxidation-reduction reaction. In addition, the gas generating material is a material that generates a gas at a temperature higher than the normal temperature and higher than a predetermined temperature that does not cause thermal runaway of the battery, although it exists as a solid or liquid at normal temperature. The
第2端子12は、先端部が第二室13b内に位置する第1端子11と、電池1の外部の電気配線とを接続する端子であり、一端部を第二室13b内で第1端子11と接触させて、第二室13bの内部と外部とにまたがって配置されている。さらに、第2端子12は、第二室13bが伸長する前は、一端部が第1端子11と重なり合って接触しているが、第二室13bが伸長するにつれて第2端子12が移動し、第1端子11から離れるように、外装体13に固定されている。したがって、第1端子11と第2端子12とが互いに離れることによって、電池要素と外部の電気配線との電気的接続が遮断される。第二室13bが伸長する前の、第1端子11と第2端子12との接触をより確実にするために、混合物14がガスを発生する前は、第二室13b内において外装材の対向する内面同士が密着する程度に第二室13b内が真空状態であることが好ましい。このような真空状態は、第二室13bを形成するための外装材の接合を減圧下で実施することで実現できる。
The
補助端子16は、第二室13b内で一対の第1電極11間の電位差と等しい電位差を生じさせることのできる構成を有していれば、配置および構造等は任意であってよい。例えば、図1に示したように、補助端子16の全体が第二室13b内に配置され、適宜の配線を介して、第二室13bを通らずに引き出されている第1端子11と電気的に接続されることができる。あるいは、補助端子16を、その一部を第二室13bの外に引き出して配置し、第二室13bの外に引き出された補助端子16の部分を第1端子11と電気的に接続した構成とすることもできる。
As long as the
上記のとおり構成された電池1によれば、電池1が充電中に過充電となり、一対の第1端子11間の電位差がレドックスシャトル剤の反応電位以上となると、第二室13bの内部で第1端子11と補助端子16との間で酸化還元反応を繰り返す。この酸化還元反応の繰り返しによってレドックスシャトル剤が発熱する。発熱により第二室13b内の温度が所定の温度以上になると、ガス発生材料からガスが発生し、第二室13bが膨張する。第二室13bが膨張すると、第二室13bは矢印A方向に伸長し、これによって、図2に示すように、第1端子11と第2端子12とが離間するので、第1端子11と第2端子12との間で電流が遮断される。その結果、電池1の過充電を防止することができる。
According to the
電流遮断機構15は、第二室13bの膨張によって第1端子11と第2端子12とが離間するように構成されていれば、上述した形態に示した構造に限らず任意の構造を採用することができる。以下に、本発明で用いることのできる電流遮断機構15の様々な形態を説明する。なお、以下に示す形態では、第二室の内部または第二室の周辺の構造を中心に説明するが、他の部分は上述した形態と同様に構成することができる。また、以下に示す形態は、電流遮断機構の一例として示すものであり、本発明は以下の形態に限定されるものではない。
As long as the
第二室13bは、図3に示すように、外装材の対向方向である第二室13bの厚み方向に膨張するように構成することもでき、この場合、第1端子11および第2端子12を第二室13bの厚み方向に離間させることができる。そのためには、第二室13b内において、対向する外装材の一方の内面に第1端子11を接合するとともに、他方の内面に第2端子12を接合することができる。ガス発生による第二室13bの膨張前は、第1端子11と第2端子12とは、重なり合った状態で接触しており、電気的に接続されている(A)。第二室13b内にガスが発生し、第二室13bが膨張すると、第二室13b内では外装材がその対向方向に離間する。これによって第1端子11および第2端子12が離間し、両者間で電流が遮断される。
As shown in FIG. 3, the
外装材への第1端子11および第2端子12の接合には、一般的な接着剤を用いることが可能である。接着剤の種類は任意であってよく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、アクリル樹脂やスチレン樹脂あるいはブタジエン樹脂を主剤とする柔軟な接着剤は、外装材への追随性に優れることや柔軟性に優れることから好ましい。また、イソシアネート系のウレタン樹脂などは、加工時間が短くなることから好ましい。また、エポキシ樹脂やアミド樹脂などを用いれば耐熱性に優れることから好ましい。また、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂で熱溶着すれば、きわめて短時間で接合できることから好ましい。この場合、これらの樹脂を内面にコートした外装材を用いれば、熱溶着による接合を容易に行えるため、好ましい。
A general adhesive can be used for joining the
第1端子11の材料は、電池1内で腐食しない材料であることが好ましい。具体的には、負極と接続される第1端子11であれば、金、白金、銅、炭素、ステンレス、ニッケル等を用いることができる。正極と接続される第1端子11であれば、アルミ等を用いることができる。第2端子12については、導電性がある材料であれば特に限定されるものではないが、銅やアルミなどは、導電性が高く安価であり好ましい。また、ニッケル、鉄、ステンレスなどを用いれば、強度の高い電池タブとすることができるので好ましい。
The material of the
電流遮断機構15の他の形態として、互いに接触した状態で仮止めされることによって電気的に接続された第1端子11と第2端子12とを用いることもできる。仮止めの強度は、第二室13bの膨張によって第1端子11と第2端子12との仮止めが外れる程度の強度とされる。仮止めには、第1端子11と第2端子12との摩擦力を利用することができる。
As another form of the
電流遮断機構を、仮止めにより第1端子11と第2端子12とが電気的に接続された構造とする場合、例えば、図4に示すように、複数本の導線の束で第1端子11および第2端子12を構成することができる。第1端子11および第2端子12は、それぞれの端部で導線の束が解されており、この解された導線の部分で第1端子11の導線と第2端子12の導線とを絡み合わせることによって、両者を電気的に接続させた状態で仮止めすることができる。第二室は、第1端子11と第2端子12との接続方向に膨張することができるように構成されており、第二室が膨張すると第2端子12は第1端子11から離れる方向に引っ張られる。第2端子12が引っ張られることによって、導線の絡み合いが解け、第1端子11と第2端子12との間で電流が遮断される。
When the current interrupting mechanism has a structure in which the
また、図5に示すように、板状の導体で第1端子11および第2端子12を構成した場合であっても、第1端子11および第2端子12の互いの対向面(接触面)を、「やすり」のように多数の凹凸を有する粗面に形成して両者を仮止めすることもできる。第1端子11および第2端子12が互いの対向面に多数の凹凸を有することにより、両者が対向面同士を接触させた状態では、両者間の摩擦力によって第1端子11と第2端子12とが横滑りしにくくなる。その結果、第二室が膨張して第1端子11と第2端子12とが離れるまで、両者の接触状態を良好に保持することができる。このように、第1端子11と第2端子12とを、多数の凹凸による摩擦力を利用して互いの接触状態を維持するように構成する場合、第二室が膨張する前は第二室内が減圧状態(真空状態)であるようにすることにより、第1端子11および第2端子12をより確実に接触させることができる。
Moreover, as shown in FIG. 5, even if it is a case where the
また、第1端子11および第2端子12が板状である場合は、第1端子11および第2端子12に互いに噛み合う、または嵌合する凹凸を形成することが好ましい。これによって第1端子11と第2端子12との間の摩擦力が増し、平常時に第1端子11と第2端子12とが離れることをより効果的に防止できる。凹凸の例としては、図6に示すような、第1端子11および第2端子12の一部を互いに噛み合う波形に曲げ加工したものや、図7に示すような、互いに嵌合する凹部111および凸部121などが挙げられる。
Moreover, when the
第1端子11および第2端子12を波形に曲げ加工する場合、第1端子11および第2端子12の曲げ回数、波形の周期、波形の高低差などは任意であってよい。第1端子11および第2端子12に凹部111および凸部121を形成する場合、凹部111/凸部121の数、凹部11の深さ、凸部121の高さ、凹部111/凸部121の形状などは任意であってよい。凹部111および凸部121は、第1端子11および第2端子12のどちら側に形成してもよいし、混在していてもよい。また、凹部111は、図7に示したように穴によって形成されていてもよいし、窪みによって形成されていてもよい。凹部111を穴によって形成した場合は、第1端子11と第2端子12とをより強く結合させることができる。凹部111を窪みによって形成した場合は、加工が容易である。
When the
第1端子11と第2端子12とを互いに接触した状態で仮止めする他の形態として、図8に示すように、第1端子11の先端部および第2端子12の先端部を折り返し、この折り返された部分同士をフックのように係合させた構造とすることもできる(A)。第二室が膨張することによって、第1端子11および第2端子12が互いに離れる向きに引っ張られ、これによって両者の係合が外れ、両者間での電流が遮断される(B)。図8に示す形態の場合も、第二室を減圧状態で封止し、外装材が受ける大気圧によって第1端子11および第2端子12が互いに密着するようにすることが好ましい。これにより、第1端子11と第2端子12との位置ずれを防止することができる。
As another form of temporarily fixing the
電流遮断機構は、図9に示すように、第1端子11と第2端子12とを仮止めするクリップ20を有していてもよい。クリップ20は、互いに接触している第1端子11と第2端子12とが位置ずれしないように補助するものである。したがって、クリップ20としては、第1端子11および第2端子12の重なり合った部分を挟むことによって両者を互いに接触させた状態とすることができるものであれば任意のクリップであってよい。クリップ20を用いた場合、端子が引き出される方向に第二室が膨張するように構成されている場合に有効に作用する。クリップ20は、第1端子11および第2端子12に凹凸が形成されている場合にも適用することができる。
As shown in FIG. 9, the current interruption mechanism may have a
あるいは、電流遮断機構は、図10Aおよび10Bに示すように、第1端子11と第2端子12とを仮止めするスナップ30を有していてもよい。スナップ30は、互いに嵌合する雄コネクタ31および雌コネクタ32を有し、一方が第1端子11に電気的に接続されて固定され、他方が第2端子12に電気的に接続されて固定されている。電気的接続という観点からは、第1端子11に電気的に接続されているコネクタは第1端子11の一部を構成し、第2端子12に電気的に接続されているコネクタは第2端子12の一部を構成しているということもできる。したがって、第1端子11と第2端子12がスナップ30で仮止めされた構成においても、第二室13bの膨張前は、第1端子11と第2端子12は第二室13b内で接触している。
Or the electric current interruption mechanism may have the
雄コネクタ31と雌コネクタ32とは、第二室13bが膨張する前は互いに嵌合し、第1端子11と第2端子12とが電気的に接続されている。一方、第二室が電池の厚み方向に膨張することによって、雄コネクタ31と雌コネクタ32との嵌合が外れ、第1端子11と第2端子12との間の電流が遮断される。
The
スナップ30としては、2つの部材同士が解除可能に嵌合できれば任意の構造を有することができる。また、スナップ30はホックとも呼ばれ、雄コネクタ31と雌コネクタ32との固定方式にはマグネット式およびばね式などがあるが、本発明においてはいずれの固定方式のものも使用できる。スナップ30の取り付け構造も任意であってよく、図10Aおよび10Bに示す形態では、雄コネクタ31および雌コネクタ32はそれぞれ、外装体13の第二室13bとなる部位において、互いに対向する位置で外装体13を貫通して外装体13に固定されている。また、第1端子11と第2端子12との電気的接続は雄コネクタ31と雌コネクタ32とが嵌合することになされるので、第1端子11と第2端子12とが直接接触している必要はない。そこで本実施形態では、第2端子12を外装体13の外側に配置し、外装体13のシール部において外装体13の間に介在する部品の数を少なくしている。これによって、第二室13bの気密性を良好に維持することができる。ただし、前述した形態と同様、第2端子12を第二室13b内に配置することもできる。
The
また、本形態では、第二室13bが膨張したときに雄コネクタ31と雌コネクタ32との嵌合が解除され易くするために、第二室13bは、スナップ30が配置された部位と第一室13aとの間にバッファ部13dを有している。バッファ室13dは、外装体13が山折りとされて形成された部分であり、第二室13bが膨張する前は、ほぼ扁平状態とされている。第二室13bの膨張によって、図10Cに示すようにバッファ部13dが膨らみ始め、最終的には、図10Dに示すように、第二室13bはバッファ部13dを有する側が大きく膨らみ、雄コネクタ31と雌コネクタ32との嵌合が解除される。このように、第二室13bがバッファ部13dを有することで、第二室13bをより大きく膨張させることができ、結果的に、第二室13bの膨張による電流の遮断をより確実に行うことができる。
Further, in this embodiment, the
スナップ30を用いた仮止めでは、雄コネクタ31と雌コネクタ32との嵌合方向に垂直な方向での結合力は比較的高い。したがって、スナップ30を用いた仮止めは、電池の厚み方向に垂直な面内方向での振動に対して高い耐性を持つ。言い換えれば、この方向に強い振動が作用しても、第1端子11と第2端子12とがずれにくい構造を得ることができる。なお、外装材の接合による第二室の形成を減圧下で行うことにより、大気圧によってスナップ30の結合力を補助することができる。よって、この場合は、雄コネクタ31と雌コネクタ32との嵌合方向、すなわち電池の厚み方向についても、振動に対して高い耐性を持たせることができる。
In the temporary fixing using the
第1端子11および第2端子12の、重なり合って接触している部分を覆うように外側から熱可塑性樹脂でコーティングすることによって、第1端子11と第2端子12とを両者が互いに接触した状態で仮止めすることもできる。この場合、仮止めのためにコーティングされる熱可塑性樹脂、すなわち仮止め樹脂は、融点が、電池が正常に作動しているときの電池要素10の温度より高く、かつ、第二室内に封止されている混合物が作用する温度以下であることが好ましい。これにより、電池が正常に作動している間は、第1端子11と第2端子12との電気的接続状態が維持される。一方、異常発生により混合物がガスを発生する温度まで電池が昇温すると、仮止め樹脂が溶融するとともに、第二室が膨張し、これによって第1端子11と第2端子12との間の電流を遮断することができる。
A state in which the
安全性を早い段階、すなわち電池の温度が活物質の熱暴走温度より十分に低い温度の段階で電流遮断機構を働かせることが好ましく、そのためには、仮止め樹脂は、融点が200℃未満であることが好ましい。また、第二室にガスを充満させるためには、仮止め樹脂の融点は、外装材のシール層として用いられる樹脂の融点以下であることが好ましい。例えば、外装材のシール層としてポリプロピレン樹脂を用いた場合、仮止め樹脂の融点は、ポリプロピレン樹脂の融点である160℃以下、好ましくは150℃以下、より好ましくは140℃以下である。外装材のシール層としてエチレン樹脂を用いた場合は、仮止め樹脂の融点は、エチレン樹脂の融点である120℃以下、好ましくは110℃以下、より好ましくは100℃以下である。 It is preferable to operate the current interruption mechanism at an early stage of safety, that is, when the temperature of the battery is sufficiently lower than the thermal runaway temperature of the active material. For this purpose, the temporary fixing resin has a melting point of less than 200 ° C. It is preferable. In order to fill the second chamber with a gas, the melting point of the temporary fixing resin is preferably equal to or lower than the melting point of the resin used as the sealing layer of the exterior material. For example, when a polypropylene resin is used as the sealing layer of the exterior material, the melting point of the temporary fixing resin is 160 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower, more preferably 140 ° C. or lower, which is the melting point of the polypropylene resin. When ethylene resin is used as the sealing layer of the exterior material, the melting point of the temporary fixing resin is 120 ° C. or lower, preferably 110 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower, which is the melting point of the ethylene resin.
一方、電池の安定性を考慮した場合、異常が発生していない段階で仮止め樹脂が溶融するのは好ましくない。したがって、仮止め樹脂の融点は、50℃以上であることが好ましく、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは80℃以上である。 On the other hand, when the stability of the battery is taken into consideration, it is not preferable that the temporary fixing resin melts at a stage where no abnormality has occurred. Accordingly, the melting point of the temporary fixing resin is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher, and further preferably 80 ° C. or higher.
仮止め樹脂は、上述のように、外装材のシール層として用いる樹脂の種類や、電流遮断機構を作動させる温度などに応じて、適宜の融点を有する樹脂から選択することができる。 As described above, the temporary fixing resin can be selected from resins having an appropriate melting point depending on the type of resin used as the sealing layer of the exterior material, the temperature at which the current interrupting mechanism is operated, and the like.
図11に、第二室が端子方向に伸長するように構成された外装体13の具体例を示す。以下、図11等を参照して、第1端子および第2端子が引き出される方向に伸長する外装体13について説明する。以下の説明において外装材の方向をいうとき、「端子方向」と直角な方向を「幅方向」という。
FIG. 11 shows a specific example of the
図11に示す例では、外装体13は、外装材として、電池要素(図11では不図示)を上下から挟んで対向配置される一対のメインシート131と、第二室となる位置で一対のメインシート131の間に配置される一対の側部シート132と、を有する。これら一対のメインシート131および一対の側部シート132は、片面のみが溶着可能な面として形成されており、一対のメインシート131は、溶着可能な面同士を向かい合わせて配置される。一対の側部シート132は、溶着可能な面を外側にして半分に折られ、折り目を向かい合わせて、第二室となる位置でメインシート131の幅方向両端部においてメインシート131の間に配置される。
In the example illustrated in FIG. 11, the
上記のように配置されたメインシート131および側部シート132は、メインシート131の外周縁全周にわたる部位および第一室と第二室との境界となる部位で溶着される。側部シート132が配置されていることで、側部シート132によって第二室の側壁が構成される。そして、第二室の部分でメインシート131を、山部133が外装体13の表面側および裏面側に形成されるようにメインシート131の幅方向に沿って山折りにする。これにより、第二室は、端子方向の長さが短くなる。この状態で第二室内にガスを発生させることによって、第二室を端子方向に伸長させることができる。
The
図12に、図11に示す外装体を適用した電池の一例を示す。電池の外装体として図11に示す外装体を適用する場合、第2端子12は、第二室が伸長する前は第1端子11と接触しているが、第二室が伸長することによって第1端子11から離れるように第1端子11との位置関係が定められて外装体13に固着される。また、第二室内には上述した混合物が封入される。
FIG. 12 shows an example of a battery to which the exterior body shown in FIG. 11 is applied. When the exterior body shown in FIG. 11 is applied as the exterior body of the battery, the
本形態のように、第二室が端子方向に伸長できるように外装材を折り畳むことで、第二室の膨張により第1端子11と第2端子12とを確実に遮断でき、かつ、遮断後に両者が再度接触する可能性は極めて低い。その結果、電池の安全性をより向上させることができる。また、第二室を第一室に対して折り曲げることで、第二室の伸長方向を任意に変更することが可能となる。例えば図13に示すように、第二室を第一室に向けて折り曲げれば、第二室の伸長による電池の占有スペースの増加分を少なくすることができる。特に折り曲げ角度を90度とすれば、第一室の厚み方向に第二室を伸長させることができる。実際の電池では、電極の積層数が多く電池要素の厚みが厚いため、第二室に比べて第一室の厚みが極めて厚い。したがって、第二室が第一室の厚み方向に伸長する構造とすれば、第二室が伸長した場合であっても電池が占める実質的なスペースの増加はほとんどなく、最小限の設置スペースで設置できる安全な電池システム(電池パック)を提供できる。
As in this embodiment, by folding the exterior material so that the second chamber can extend in the terminal direction, the
図11〜13では、1つの山部133を第二室に形成した例を示した。しかし、複数の山部133を端子方向に配列した蛇腹構造とすることもできる。また、第二室に複数の山部133を形成することによって、山部133の高さを低くしつつ、大きな伸長量を得ることができる。山部133の高さを低くできることは、折り畳まれた状態での第二室の厚みを小さくすることができ、好ましい。また、第二室を端子方向に伸長させるための外装体13の折り方についても、図11〜13に示した方法に限られず、例えば、前述した特許文献4に開示された方法を適用し、第二室の部分で外装材を端子方向に折り込んだ構造とすることもできる。この場合も、折り込み箇所は1箇所であってもよいし複数箇所であってもよい。
11-13, the example which formed the one
以上、電流遮断機構の幾つかの形態を説明したが、以下に、電流遮断機構に関連して、電流遮断機構が配置される第二室13b、および混合物14が含有することができる材料であるレドックスシャトル剤、ガス発生材料について補足説明する。
As mentioned above, although several forms of the electric current interruption mechanism were demonstrated, it is the material which the
(第二室)
上述した各形態では、一方の第1端子11側のみに第二室13bを有する形態を示したが、もう一方の第1端子11側にも別の第二室13bを有していてもよい。この場合、両方の第二室13bのそれぞれが電流遮断機構15を備えることは、正極側および負極側の両方に安全装置を有することとなるため、より好ましい。
(Second room)
In each form mentioned above, although the form which has the
一対の第1端子11が電池要素10の同じ辺から引き出されている場合は、1つの第二室で正極側および負極側の両方に電流遮断機構を付与することができる。このことは、安全性向上の点で好ましい。また、一対の第1端子11が同じ第二室内に配置されるので、補助端子16は不要である。さらに、第二室の数が1つでよいので、膨張時に端子方向に伸長する第二室構造を採用した場合、第二室が伸長した後の電池の占有スペースの増加量が2つの第二室を有する場合と比べて少なくてすむ。よって、より小さな設置スペースで設置できる安全な電池システム(電池パック)を提供できる。
In the case where the pair of
(レドックスシャトル剤)
レドックスシャトル剤としては、非水電解質中に均一に溶解もしくは分散し得る化合物であって、正極活物質の通常使用する最大の(SOC100%の)電位よりも高い酸化電位を有する化合物を用いることができる。
ただし、レドックスシャトル剤は正極活物質の使用する最大の電位に応じて適宜選択することが好ましい。レドックスシャトル剤の酸化電位は、正極の最大電位より0.1〜2V高いことが好ましく、0.2〜1V高いことが更に好ましい。レドックスシャトル剤の酸化電位が上記の範囲内にある場合、二次電池を通常の電圧で動作させている時にはレドックスシャトル剤の反応を抑制することができ、かつ過充電などの異常時には速やかにレドックスシャトル剤が反応し、二次電池の動作を停止させることができる。
(Redox shuttle agent)
As the redox shuttle agent, a compound that can be uniformly dissolved or dispersed in the non-aqueous electrolyte and has an oxidation potential higher than the maximum (SOC 100%) potential normally used for the positive electrode active material is used. it can.
However, the redox shuttle agent is preferably selected as appropriate according to the maximum potential used by the positive electrode active material. The oxidation potential of the redox shuttle agent is preferably 0.1 to 2 V higher than the maximum potential of the positive electrode, and more preferably 0.2 to 1 V higher. When the oxidation potential of the redox shuttle agent is within the above range, the reaction of the redox shuttle agent can be suppressed when the secondary battery is operated at a normal voltage, and the redox shuttle agent can be quickly reduced in the event of an abnormality such as overcharge. The shuttle agent reacts to stop the operation of the secondary battery.
レドックスシャトル剤として使用できる化合物の種類としては、芳香族化合物、複素環錯体、フェロセン等のメタロセン錯体、Ce化合物、ラジカル化合物などが挙げられる。また、レドックスシャトル剤は一種のみを単独で用いることができ、または二種以上を組み合わせて用いることもできる。 Examples of the compound that can be used as the redox shuttle agent include aromatic compounds, heterocyclic complexes, metallocene complexes such as ferrocene, Ce compounds, and radical compounds. Moreover, a redox shuttle agent can be used individually by 1 type, or can also be used in combination of 2 or more type.
具体的な化合物としては、例えば、3,4−ジフルオロアニソール、2,4−ジフルオロアニソール、1−メトキシ−2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゼン、2,3,5,6−テトラフルオロアニソール、4−(トリフルオロメトキシ)アニソール、3,4−ジメトキシベンゾニトリル、1,2,3,4−テトラクロロ−5,6−ジメトキシベンゼン、1,2,4,5−テトラクロロ−3,6−ジメトキシベンゼン4−フルオロ−1,2−ジメトキシベンゼン、4−ブロモ−1,2−ジメトキシベンゼン、2−ブロモ−1,4−ジメチルベンゼン、1−ブロモ−3−フルオロ−4−メトキシベンゼン、2−ブロモ−1,3−ジフルオロ−5−メトキシベンゼン、4,5−ジフルオロ−1,2−ジメトキシベンゼン、2,5−ジフルオロ−1,4−ジメトキシベンゼン、1,2,3,4−テトラクロロ−5,5−ジメトキシシクロペンタジエン、1,2,4−トリメトキシベンゼン、1,2,3−トリメトキシベンゼン、2,5−ジ−tert−ブチル−1,4−ジメトキシベンゼン、4−tert−ブチル−1,2−ジメトキシベンゼン、1,4−ジテトラブチル−2,5−トリフルオロメトキシベンゼン、1,2−ジテトラブチル−4,5−トリフルオロメトキシベンゼン、等の1つ以上の電子吸引性もしくは電子供与性の置換基を有する単素環式化合物;4−クロロ−1,2−メチレンジオキシベンゼン、4−ブロモ−1,2−メチレンジオキシベンゼン、3,4−メチレンジオキシベンゾニトリル、4−ニトロ−1,2−メチレンジオキシベンゼン、2−クロロ−5−メトキシピラジン等の複素環式化合物;ニトロキシルラジカル化合物等のラジカル化合物;硝酸セリウム等のセリウム化合物;フェロセン錯体等のメタロセン錯体;等のうち、1種または2種以上を混合して用いることができる。 Specific examples of the compound include 3,4-difluoroanisole, 2,4-difluoroanisole, 1-methoxy-2,3,4,5,6-pentafluorobenzene, 2,3,5,6-tetra Fluoroanisole, 4- (trifluoromethoxy) anisole, 3,4-dimethoxybenzonitrile, 1,2,3,4-tetrachloro-5,6-dimethoxybenzene, 1,2,4,5-tetrachloro-3 , 6-Dimethoxybenzene 4-fluoro-1,2-dimethoxybenzene, 4-bromo-1,2-dimethoxybenzene, 2-bromo-1,4-dimethylbenzene, 1-bromo-3-fluoro-4-methoxybenzene 2-bromo-1,3-difluoro-5-methoxybenzene, 4,5-difluoro-1,2-dimethoxybenzene, 2,5-difluoro -1,4-dimethoxybenzene, 1,2,3,4-tetrachloro-5,5-dimethoxycyclopentadiene, 1,2,4-trimethoxybenzene, 1,2,3-trimethoxybenzene, 2,5 -Di-tert-butyl-1,4-dimethoxybenzene, 4-tert-butyl-1,2-dimethoxybenzene, 1,4-ditetrabutyl-2,5-trifluoromethoxybenzene, 1,2-ditetrabutyl-4, A monocyclic compound having one or more electron-withdrawing or electron-donating substituents such as 5-trifluoromethoxybenzene; 4-chloro-1,2-methylenedioxybenzene, 4-bromo-1, 2-methylenedioxybenzene, 3,4-methylenedioxybenzonitrile, 4-nitro-1,2-methylenedioxybenzene, 2-chloro-5 A heterocyclic compound such as methoxypyrazine; a radical compound such as a nitroxyl radical compound; a cerium compound such as cerium nitrate; a metallocene complex such as ferrocene complex; .
レドックスシャトル剤は、非水電解質中に均一に溶解もしくは分散し得る化合物であって、必要とされる正極の最大電位に応じて適宜選択することができる。これらの化合物は、それぞれ化合物に応じた反応電位をもち、その電位より高くなると酸化反応速度が大幅に増大する。例えば、2,5−ジ−tert−ブチル−1,4−ジメトキシベンゼンは、約3.9V、4−ブロモ−1,2−ジメトキシベンゼンは約4.3V程度の反応電位を有する。 The redox shuttle agent is a compound that can be uniformly dissolved or dispersed in the nonaqueous electrolyte, and can be appropriately selected according to the required maximum potential of the positive electrode. Each of these compounds has a reaction potential corresponding to the compound, and the oxidation reaction rate greatly increases when the potential becomes higher than that potential. For example, 2,5-di-tert-butyl-1,4-dimethoxybenzene has a reaction potential of about 3.9V, and 4-bromo-1,2-dimethoxybenzene has a reaction potential of about 4.3V.
定電流での充電時において、電池1の正負極間が高電圧となって、第二室13bの中にあるレドックスシャトル剤が反応電位よりも高い電位に曝された場合、レドックスシャトル剤が反応し、負極との間で酸化還元反応を繰りかえす。その反応量に応じて発熱し、第二室13bの内部を温度上昇させる。
When charging at a constant current, the voltage between the positive and negative electrodes of the
なお、1つ以上のアルコキシ基を有する芳香族化合物(メトキシベンゼン類やジメトキベンゼン類)は、酸化反応により生じる酸化体の化学的安定性が優れているため、副反応等で電池性能が低下することを抑制し得る。また、ハロゲン原子を有する化合物は、レドックス反応電位が高く、より酸化還元電位の高い正極、すなわちより高エネルギー密度の二次電池に適用することができる。 In addition, aromatic compounds having one or more alkoxy groups (methoxybenzenes and dimethoxybenzenes) have excellent chemical stability of the oxidant produced by the oxidation reaction, resulting in a decrease in battery performance due to side reactions and the like. It can be suppressed. A compound having a halogen atom has a high redox reaction potential and can be applied to a positive electrode having a higher redox potential, that is, a secondary battery having a higher energy density.
(ガス発生材料)
第二室内に封入されるガス発生材料として、揮発性の材料を用いることが可能である。レドックスシャトル剤の作用により第二室内の温度が上昇することによって、第二室内に予め入れておいた揮発性の材料が第二室内で膨張する。揮発性の材料は電池に異常な発熱が起きるまでは、第二室内に存在する。このため、仮に第一室内の電池の電池特性に影響を与えるような材料であっても、電池特性への悪影響を危惧することなく用いることが可能である。
(Gas generating material)
A volatile material can be used as the gas generating material enclosed in the second chamber. As the temperature in the second chamber rises due to the action of the redox shuttle agent, the volatile material previously placed in the second chamber expands in the second chamber. Volatile materials remain in the second chamber until abnormal heat generation occurs in the battery. For this reason, even if it is a material which affects the battery characteristic of the battery in a 1st chamber, it can be used without worrying about the bad influence on a battery characteristic.
固体の揮発性材料としては、ガスを吸着した吸着剤が挙げられる。たとえば、水分を吸着したシリカゲルやゼオライトを用いれば、熱で吸着剤が水分等のガスを放出し、第二室を膨張させることができる。また、ガス発生材料として金属水和物も利用可能である。たとえば、水酸化アルミは、加熱されると水分が放出される。これらの材料は、電池の使用温度域においても電解液に水分が移るため、電気分解が生じるなどリチウムイオン電池を破壊する結果となるため、第一室に入れることはできない。しかし、第一室とは別に第二室を設けることで、これらの材料を第二室内に入れることが可能となる。よって、これらの材料を第二室内に入れておくことにより、電池の特性に影響を与えることなく、異常発生による昇温持に電流を遮断することができる。 An example of the solid volatile material is an adsorbent that has adsorbed a gas. For example, if silica gel or zeolite adsorbed with moisture is used, the adsorbent releases gas such as moisture with heat, and the second chamber can be expanded. Metal hydrates can also be used as the gas generating material. For example, when aluminum hydroxide is heated, moisture is released. These materials cannot be put in the first chamber because moisture moves to the electrolyte even in the operating temperature range of the battery, resulting in destruction of the lithium ion battery such as electrolysis. However, by providing the second chamber separately from the first chamber, these materials can be placed in the second chamber. Therefore, by putting these materials in the second chamber, it is possible to cut off the current while maintaining the temperature rise due to the occurrence of abnormality without affecting the characteristics of the battery.
ガス発生材料として液体を用いることも可能である。液体を構成する少なくとも1つの溶媒が揮発すれば、ガスを発生することができる。安全性を早い段階、すなわち電池の温度が活物質の熱暴走温度より十分に低い温度の段階で電流遮断機構を働かせることが好ましく、そのためには、溶媒の揮発温度は200℃未満であることが好ましい。また、第二室にガスを充満させるためには、溶媒の揮発温度は、外装材のシール層として用いられる樹脂の融点以下であることが好ましい。例えば、外装材のシール層としてポリプロピレン樹脂を用いた場合、溶媒の揮発温度は、ポリプロピレン樹脂の融点である160℃以下、好ましくは150℃以下、より好ましくは140℃以下である。外装材のシール層としてエチレン樹脂を用いた場合は、溶媒の揮発温度は、エチレン樹脂の融点である120℃以下、好ましくは110℃以下、より好ましくは100℃以下である。 It is also possible to use a liquid as the gas generating material. If at least one solvent constituting the liquid is volatilized, gas can be generated. It is preferable to operate the current interruption mechanism at an early stage of safety, that is, when the temperature of the battery is sufficiently lower than the thermal runaway temperature of the active material, and for this purpose, the volatilization temperature of the solvent should be less than 200 ° C. preferable. In order to fill the second chamber with gas, the volatilization temperature of the solvent is preferably not higher than the melting point of the resin used as the sealing layer of the exterior material. For example, when a polypropylene resin is used as the sealing layer of the exterior material, the volatilization temperature of the solvent is 160 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower, more preferably 140 ° C. or lower, which is the melting point of the polypropylene resin. When ethylene resin is used as the sealing layer of the exterior material, the volatilization temperature of the solvent is 120 ° C. or lower, preferably 110 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower, which is the melting point of the ethylene resin.
一方、電池の安定性を考慮した場合、異常が発生していない段階で溶媒が揮発するのは好ましくない。したがって、溶媒の揮発温度は、50℃以上であることが好ましく、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは80℃以上である。 On the other hand, when considering the stability of the battery, it is not preferable that the solvent volatilizes at a stage where no abnormality has occurred. Accordingly, the volatilization temperature of the solvent is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher, and further preferably 80 ° C. or higher.
溶媒として具体的には水を用いることができる。水の中でも特に純水が好ましい。純水は、第二室内に正極側および負極側の第1端子が存在する場合でも、電気分解によるガスが発生しない。 Specifically, water can be used as the solvent. Of the water, pure water is particularly preferable. The pure water does not generate gas due to electrolysis even when the first terminal on the positive electrode side and the negative electrode side exists in the second chamber.
また、溶媒として、非水系の溶媒、例えば後述する電解液成分を用いることも可能である。電解液成分を用いることにより、仮に第一室と第二室とを隔てるシール部が破損し、第二室から液体が第一室へ漏出したとしても、第一室を非水状態に保つことができる。また、第二室の液体が第一室の電解液と同じ構成であれば、第二室の液体が第一室に漏出しても、電池の機能を維持することができる。 Moreover, it is also possible to use a non-aqueous solvent, for example, the electrolyte component mentioned later as a solvent. By using the electrolyte component, even if the seal section separating the first chamber and the second chamber is damaged and liquid leaks from the second chamber to the first chamber, the first chamber should be kept in a non-aqueous state. Can do. Moreover, if the liquid in the second chamber has the same configuration as the electrolyte in the first chamber, the function of the battery can be maintained even if the liquid in the second chamber leaks into the first chamber.
このような非水系の溶媒として、例えば、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等を挙げることができる。また、電流遮断機構を動作させるためのガスは、不燃性あるいは難燃性ガスであることが好ましいことから、フッ素やリン原子を含むものが好ましい。例えば、メチルフルオロエチルカーボネートなどのフッ素化エステル類、フッ素化カーボネート類やテトラフルオロエチルテトラフルオロプロピルエーテル、デカフルオロプロピルエーテル、オクタフルオロベンチルテトラフルオロエチルエーテルなどのフッ素化エーテル、リン酸エステル類などを挙げることができる。 Examples of such non-aqueous solvents include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and the like. Moreover, since the gas for operating the current interruption mechanism is preferably a nonflammable or flame retardant gas, a gas containing fluorine or phosphorus atoms is preferable. For example, fluorinated esters such as methylfluoroethyl carbonate, fluorinated ethers such as fluorinated carbonates, tetrafluoroethyl tetrafluoropropyl ether, decafluoropropyl ether, and octafluorobenzyl tetrafluoroethyl ether, and phosphate esters Can be mentioned.
[電池の付加的構成]
次に、本発明の電池において、電池の安全性をより向上させるために付加することのできる構成について説明する。
[Additional battery configuration]
Next, the structure which can be added in order to improve the safety | security of a battery in the battery of this invention is demonstrated.
図14に示すように、第二室13b内に配置されている第1端子11が1つのみであり、補助端子16が第二室13b内に配置されている場合、第二室13b内に配置されていないもう一方の第1端子11と補助端子16との間に直列接続された、非線形の電流電圧特性(IV特性)を持つ素子40をさらに備えることが好ましい。
As shown in FIG. 14, when there is only one
そのような素子40としては、例えば、ダイオード、ツェナーダイオード、バリスタなど、非線形のIV特性を持つ任意の素子を用いることができる。また、素子40の数は任意であってよく、1つであってもよいし必要に応じて複数とすることができる。
As such an
このように、非線形のIV特性を持つ素子40を備えることで、レドックスシャトル剤の酸化還元反応を、レドックスシャトル剤の持つ反応電位とは異なる電圧で生じさせることができる。このことは、例えば、反応電位が3.8Vのレドックスシャトル剤を用いた場合であっても、それよりも高い、例えば4.3V以上といった比較的高い電圧でレドックスシャトル剤を機能させることができることを意味する。これにより、様々な駆動電圧の電池に対応することが可能となり、また、レドックスシャトル剤の材料選択の自由度が高くなる。さらに、酸化還元電位が高いレドックスシャトル剤は劣化し易い傾向があるため、低い酸化還元電位を有するレドックスシャトル剤を使用できるということは、電流遮断機構15の高寿命化の点でも有利である。
Thus, by providing the
使用する素子40の特性は、目的とする動作電圧および回路を流れる電流の大きさなどに応じて決定することができる。例えば、素子40の特性として重要なことの一つは、想定している充電電流で動作可能なことである。また、素子40は、非線形性が高いこと、すなわち、IV特性が変化するある電圧(閾値電圧)以下では電流が十分に小さく、かつ、閾値電圧以上では電流が十分に高いことが好ましい。1個の素子40ではIV特性が変化する閾値電圧以上において十分な電流が得られない場合は、複数の素子40を並列に接続した回路を構成して最大電流を増やすことができる。また、素子40は正負極間に接続されることを考慮し、設計に応じて適切な閾値電圧(通常は、1.5V程度以下)で動作するものを選択することが好ましい。必要に応じて素子21を複数直列に接続し、閾値電圧を高くすることができる。また、通常動作時でのリーク電流を小さくするためには、素子40は、閾値電圧以下でのリーク電流が小さいことが求められる。
The characteristics of the
以上、本発明について代表的な形態を挙げて説明した。本発明は、上述した形態に限定されるものではないが、好ましくはリチウムイオン二次電池に適用することができる。 The present invention has been described with reference to typical embodiments. Although this invention is not limited to the form mentioned above, Preferably it can apply to a lithium ion secondary battery.
二次電池は、電極の構造や形状等により、円筒型、扁平捲回角型、積層角型、コイン型、扁平捲回ラミネート型および積層ラミネート型等、種々のタイプがある。本発明はこれらの何れのタイプにも適用可能である。これらのうち、本発明が適用される二次電池の形状は、セパレータが破れ難い観点から、積層ラミネート型であることが好ましい。以下、積層ラミネート型の二次電池について説明する。 There are various types of secondary batteries such as a cylindrical type, a flat wound rectangular type, a laminated rectangular type, a coin type, a flat wound laminated type, and a laminated laminated type, depending on the structure and shape of the electrode. The present invention is applicable to any of these types. Among these, the shape of the secondary battery to which the present invention is applied is preferably a laminated laminate type from the viewpoint that the separator is not easily broken. Hereinafter, a laminated laminate type secondary battery will be described.
積層ラミネート型の二次電池は、電池要素と、電池要素を封止した外装体とを有する。図15に示すように、電池要素は、複数の負極aと複数の正極cとを、セパレータbを間に挟んで交互に積層した構成を有することができる。電解液は、これら負極a、正極cおよびセパレータbとともに、外装体内に封止される。負極aは、セパレータbから突き出ている延長部(タブともいう)を有している。延長部は、負極aが有する負極集電体dの正極活物質に覆われていない端部である。正極cも同様、正極cの正極集電体eの正極活物質に覆われていない端部である延長部(タブ)がセパレータbから突き出ている。正極cの延長部と負極aの延長部は、正極cと負極aとを積層したときに互いに干渉しない位置に形成されている。すべての負極aの延長部は一つに集められて、負極端子gに溶接により接続される。負極端子gは、前述した第1端子11の他方であってもよいし、負極端子gに第1端子11の他方が接続されてもよい。正極cも同様に、すべての正極cの延長部が一つに集められて、正極端子fに溶接によって接続される。正極端子fは、前述した第1端子11の一方であってもよいし、正極端子fに第1端子11の一方が電気的に接続されてもよい。
A laminated laminate type secondary battery includes a battery element and an outer package in which the battery element is sealed. As shown in FIG. 15, the battery element can have a configuration in which a plurality of negative electrodes a and a plurality of positive electrodes c are alternately stacked with separators b interposed therebetween. The electrolytic solution is sealed in the exterior body together with the negative electrode a, the positive electrode c, and the separator b. The negative electrode a has an extension (also called a tab) protruding from the separator b. The extension portion is an end portion of the negative electrode current collector d included in the negative electrode a that is not covered with the positive electrode active material. Similarly, in the positive electrode c, an extension portion (tab) that is an end portion of the positive electrode current collector e of the positive electrode c that is not covered with the positive electrode active material protrudes from the separator b. The extension part of the positive electrode c and the extension part of the negative electrode a are formed at positions that do not interfere with each other when the positive electrode c and the negative electrode a are laminated. The extensions of all negative electrodes a are collected together and connected to the negative terminal g by welding. The negative terminal g may be the other of the
以下、これらの各要素について、リチウムイオン二次電池を例に挙げて詳細に説明する。 Hereinafter, each of these elements will be described in detail by taking a lithium ion secondary battery as an example.
<セパレータ>
セパレータとしては、有機材料からなるウェブおよびシート、例えば、セルロースなどの織布、不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系、ポリイミド、多孔性ポリフッ化ビニリデン膜等の多孔性ポリマー膜、またはイオン伝導性ポリマー電解質膜等を用いることができる。これらは単独または組み合わせで使用することができる。
<Separator>
As separators, webs and sheets made of organic materials, for example, woven fabrics such as cellulose, non-woven fabrics, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyimides, porous polymer membranes such as porous polyvinylidene fluoride membranes, or ion conductive polymers An electrolyte membrane or the like can be used. These can be used alone or in combination.
また、セパレータとして、セラミックやガラスなどの無機材料からなるセパレータを使用することもできる。無機セパレータとしては、アルミナ、アルミナ−シリカ、チタン酸カリウム等のセラミック短繊維からなる不織布セパレータ、または、織物、不織布、紙または多孔質のフィルムからなる基材と耐熱性含窒素芳香族重合体およびセラミック粉末を含む層とからなるセパレータ、または、表面の一部に耐熱層が設けられており、この耐熱層が、セラミック粉末を含有する多孔質薄膜層、耐熱性樹脂の多孔質薄膜層、またはセラミック粉末と耐熱性樹脂の複合体からなる多孔質薄膜層セパレータ、または、セラミック物質の1次粒子の一部が焼結もしくは溶解再結晶結合されてなる2次粒子がバインダーによって結合されてなる多孔膜の層を備えるセパレータ、または、ポリオレフィン多孔質膜から成る基材層と、この基材層の片面又は両面に形成された耐熱絶縁層を備え、この耐熱絶縁層が、耐酸化性セラミックス粒子と耐熱性樹脂を含むセパレータ、または、セラミックス物質とバインダーが結合して形成される多孔性膜を含み、セラミックス物質として、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、ジルコニウム酸化物(ZrO2)、チタン酸化物(TiO2)、シリコン(Si)の窒化物、アルミニウム(Al)の水酸化物、ジルコニウム(Zr)のアルコキシド化物、チタン(Ti)のケトン化合物を用いたセパレータ、または、ポリマー基材と、このポリマー基材に形成されたAl2O3、MgO、TiO2、Al(OH)3、Mg(OH)2、Ti(OH)4のセラミック含有コーティング層を含むセパレータなどが挙げられる。 Moreover, the separator which consists of inorganic materials, such as a ceramic and glass, can also be used as a separator. As an inorganic separator, a nonwoven fabric separator made of ceramic short fibers such as alumina, alumina-silica, potassium titanate, or a base material made of a woven fabric, a nonwoven fabric, paper, or a porous film, a heat-resistant nitrogen-containing aromatic polymer, and A separator comprising a layer containing ceramic powder, or a heat resistant layer is provided on a part of the surface, and this heat resistant layer is a porous thin film layer containing ceramic powder, a porous thin film layer of a heat resistant resin, or Porous thin film layer separator made of a composite of ceramic powder and heat-resistant resin, or porous made by binding secondary particles formed by sintering or dissolving and recrystallizing a part of primary particles of a ceramic material by a binder A separator provided with a membrane layer or a base material layer made of a polyolefin porous membrane, and formed on one or both sides of the base material layer The heat-resistant insulating layer includes a separator containing oxidation-resistant ceramic particles and a heat-resistant resin, or a porous film formed by combining a ceramic substance and a binder, Silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), nitride of silicon (Si), hydroxide of aluminum (Al), zirconium (Zr ) Alkoxide, a separator using a titanium (Ti) ketone compound, or a polymer substrate, and Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , Al (OH) 3 , Mg ( Examples thereof include a separator including a ceramic-containing coating layer of OH) 2 and Ti (OH) 4 .
<負極>
負極は、金属箔で形成される負極集電体と、負極集電体の両面に塗工された負極活物質とを有する。負極活物質は負極用結着材によって負極集電体を覆うように結着される。負極集電体は、負極端子と接続する延長部を有して形成され、この延長部には負極活物質は塗工されない。
<Negative electrode>
The negative electrode has a negative electrode current collector formed of a metal foil, and a negative electrode active material coated on both surfaces of the negative electrode current collector. The negative electrode active material is bound so as to cover the negative electrode current collector with a negative electrode binder. The negative electrode current collector is formed to have an extension connected to the negative electrode terminal, and the negative electrode active material is not applied to the extension.
本実施形態における負極活物質は、特に制限されるものではなく、例えば、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料、リチウムと合金可能な金属、およびリチウムイオンを吸蔵、放出し得る金属酸化物等が挙げられる。 The negative electrode active material in the present embodiment is not particularly limited. For example, a carbon material that can occlude and release lithium ions, a metal that can be alloyed with lithium, a metal oxide that can occlude and release lithium ions, and the like. Is mentioned.
炭素材料としては、例えば、炭素、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブ、またはこれらの複合物等が挙げられる。ここで、結晶性の高い炭素は、電気伝導性が高く、銅などの金属からなる負極集電体との接着性および電圧平坦性が優れている。一方、結晶性の低い非晶質炭素は、体積膨張が比較的小さいため、負極全体の体積膨張を緩和する効果が高く、かつ結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくい。 Examples of the carbon material include carbon, amorphous carbon, diamond-like carbon, carbon nanotube, or a composite thereof. Here, carbon with high crystallinity has high electrical conductivity, and is excellent in adhesiveness and voltage flatness with a negative electrode current collector made of a metal such as copper. On the other hand, since amorphous carbon having low crystallinity has a relatively small volume expansion, it has a high effect of relaxing the volume expansion of the entire negative electrode, and deterioration due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects hardly occurs.
金属としては、例えば、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La、またはこれらの2種以上の合金等が挙げられる。また、これらの金属又は合金は2種以上混合して用いてもよい。また、これらの金属又は合金は1種以上の非金属元素を含んでもよい。 Examples of the metal include Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, or alloys of two or more thereof. Moreover, you may use these metals or alloys in mixture of 2 or more types. These metals or alloys may contain one or more non-metallic elements.
金属酸化物としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、またはこれらの複合物等が挙げられる。負極活物質として酸化スズ若しくは酸化シリコンを含むことが好ましく、酸化シリコンを含むことがより好ましい。これは、酸化シリコンは、比較的安定で他の化合物との反応を引き起こしにくいからである。また、その全部または一部がアモルファス構造を有することが好ましい。アモルファス構造は、結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する要素が比較的少ないと考えられる。なお、金属酸化物の全部または一部がアモルファス構造を有することは、エックス線回折測定(一般的なXRD測定)にて確認することができる。具体的には、金属酸化物がアモルファス構造を有しない場合には、金属酸化物に固有のピークが観測されるが、金属酸化物の全部または一部がアモルファス構造を有する場合が、金属酸化物に固有ピークがブロードとなって観測される。 Examples of the metal oxide include silicon oxide, aluminum oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, lithium oxide, and composites thereof. The negative electrode active material preferably contains tin oxide or silicon oxide, and more preferably contains silicon oxide. This is because silicon oxide is relatively stable and hardly causes a reaction with other compounds. Moreover, it is preferable that the whole or one part has an amorphous structure. An amorphous structure is considered to have relatively few elements due to non-uniformity such as grain boundaries and defects. It can be confirmed by X-ray diffraction measurement (general XRD measurement) that all or part of the metal oxide has an amorphous structure. Specifically, when the metal oxide does not have an amorphous structure, a peak specific to the metal oxide is observed. However, the metal oxide may have a case where all or part of the metal oxide has an amorphous structure. Inherent peaks are broad and observed.
なお、炭素材料、金属、金属酸化物を単独で用いずに、混合して用いることもできる。例えば、黒鉛と非晶質炭素のように、同種の材料同士を混合しても良いし、黒鉛とシリコンのように、異種の材料を混合しても構わない。 In addition, a carbon material, a metal, and a metal oxide can be mixed and used independently. For example, the same kind of materials such as graphite and amorphous carbon may be mixed, or different kinds of materials such as graphite and silicon may be mixed.
負極用結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド等を用いることができる。使用する負極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、負極活物質100質量部に対して、0.5〜25質量部が好ましい。 As the binder for the negative electrode, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer rubber, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, Polyimide, polyamideimide, or the like can be used. The amount of the binder for the negative electrode used is 0.5 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material from the viewpoints of “sufficient binding force” and “higher energy” which are in a trade-off relationship. Is preferred.
負極集電体としては、電気化学的な安定性から、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、クロム、銅、銀、およびそれらの合金が好ましい。その形状としては、箔、平板状、メッシュ状が挙げられる。 As the negative electrode current collector, aluminum, nickel, stainless steel, chromium, copper, silver, and alloys thereof are preferable from the viewpoint of electrochemical stability. Examples of the shape include foil, flat plate, and mesh.
<正極>
正極は、金属箔で形成される正極集電体と、正極集電体の両面に塗工された正極活物質とを有する。正極活物質は正極用結着剤によって正極集電体を覆うように結着される。正極集電体は、正極端子と接続する延長部を有して形成され、この延長部には正極活物質は塗工されない。
<Positive electrode>
The positive electrode has a positive electrode current collector formed of a metal foil, and a positive electrode active material coated on both surfaces of the positive electrode current collector. The positive electrode active material is bound so as to cover the positive electrode current collector with a positive electrode binder. The positive electrode current collector is formed to have an extension connected to the positive electrode terminal, and the positive electrode active material is not applied to the extension.
正極活物質としては、LiMnO2、LixMn2O4(0<x<2)、Li2MnO3、LixMn1.5Ni0.5O4(0<x<2)等の層状構造を持つマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、LiCoO2、LiNiO2またはこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2などの特定の遷移金属が半数を超えないリチウム遷移金属酸化物、これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもLiを過剰にしたもの、LiFePO4などのオリビン構造を有するもの、等が挙げられる。また、これらの金属酸化物に、Al、Fe,P,Ti,Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等により一部置換した材料も使用することができる。特に、LiαNiβCoγAlδO2(1≦α≦2、β+γ+δ=1、β≧0.7、γ≦0.2)またはLiαNiβCoγMnδO2(1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、β≧0.6、γ≦0.2)が好ましい。正極活物質は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。 The positive electrode active material has a layered structure such as LiMnO 2 , LixMn 2 O 4 (0 <x <2), Li 2 MnO 3 , Li x Mn 1.5 Ni 0.5 O 4 (0 <x <2). Lithium manganate or lithium manganate having a spinel structure, LiCoO 2 , LiNiO 2 or a part of these transition metals replaced with other metals, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, etc. Lithium transition metal oxides whose specific transition metals are less than half, those in which these lithium transition metal oxides have an excess of Li over the stoichiometric composition, those having an olivine structure such as LiFePO 4 , etc. It is done. Further, these metal oxides were partially substituted with Al, Fe, P, Ti, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, etc. Materials can also be used. In particular, Li α Ni β Co γ Al δ O 2 (1 ≦ α ≦ 2, β + γ + δ = 1, β ≧ 0.7, γ ≦ 0.2) or Li α Ni β Co γ Mn δ O 2 (1 ≦ α ≦ 1.2, β + γ + δ = 1, β ≧ 0.6, γ ≦ 0.2). A positive electrode active material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
また、ラジカル材料等を正極活物質として用いることも可能である。 A radical material or the like can also be used as the positive electrode active material.
正極用結着剤としては、負極用結着剤と同様のものと用いることができる。使用する正極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、正極活物質100質量部に対して、2〜15質量部が好ましい。 As the positive electrode binder, the same binder as the negative electrode binder can be used. The amount of the binder for the positive electrode to be used is preferably 2 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material from the viewpoints of “sufficient binding force” and “high energy” in a trade-off relationship. .
正極集電体24としては、負極集電体と同様のものを用いることができる。 As the positive electrode current collector 24, the same one as the negative electrode current collector can be used.
正極活物質の塗工層には、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を添加してもよい。導電補助材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子が挙げられる。 A conductive auxiliary material may be added to the coating layer of the positive electrode active material for the purpose of reducing impedance. Examples of the conductive auxiliary material include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black.
正極集電体としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、銀、又はそれらの合金を用いることができる。正極集電体の形状としては、例えば、箔、平板状、メッシュ状が挙げられる。正極集電体としては、アルミニウム箔を好適に用いることができる。 As the positive electrode current collector, for example, aluminum, nickel, silver, or an alloy thereof can be used. Examples of the shape of the positive electrode current collector include a foil, a flat plate, and a mesh. As the positive electrode current collector, an aluminum foil can be suitably used.
<電解液>
本実施形態で用いる電解液は、リチウム塩(支持塩)と、この支持塩を溶解する非水溶媒を含む非水電解液を用いることができる。
<Electrolyte>
As the electrolytic solution used in the present embodiment, a nonaqueous electrolytic solution containing a lithium salt (supporting salt) and a nonaqueous solvent that dissolves the supporting salt can be used.
非水溶媒としては、炭酸エステル(鎖状又は環状カーボネート)、カルボン酸エステル(鎖状又は環状カルボン酸エステル)、リン酸エステル等の非プロトン性有機溶媒を用いることができる。 As the non-aqueous solvent, an aprotic organic solvent such as a carbonic acid ester (chain or cyclic carbonate), a carboxylic acid ester (chain or cyclic carboxylic acid ester), or a phosphoric acid ester can be used.
炭酸エステル溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類;プロピレンカーボネート誘導体が挙げられる。 Examples of carbonate solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), and vinylene carbonate (VC); dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate. (EMC), chain carbonates such as dipropyl carbonate (DPC); and propylene carbonate derivatives.
カルボン酸エステル溶媒としては、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類が挙げられる。 Examples of the carboxylic acid ester solvent include aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, and ethyl propionate; and lactones such as γ-butyrolactone.
これらの中でも、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(MEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の炭酸エステル(環状または鎖状カーボネート類)が好ましい。 Among these, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (MEC), dipropyl carbonate Carbonic acid esters (cyclic or chain carbonates) such as (DPC) are preferred.
リン酸エステルとしては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリオクチル、リン酸トリフェニル等が挙げられる。 Examples of the phosphate ester include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, trioctyl phosphate, and triphenyl phosphate.
また、非水電解液に含有できる溶媒としては、その他にも、例えば、エチレンサルファイト(ES)、プロパンサルトン(PS)、ブタンスルトン(BS)、Dioxathiolane−2,2−dioxide(DD)、スルホレン、3−メチルスルホレン、スルホラン(SL)、無水コハク酸(SUCAH)、無水プロピオン酸、無水酢酸、無水マレイン酸、ジアリルカーボネート(DAC)、2,5−ジオキサヘキサンニ酸ジメチル、2,5−ジオキサヘキサンニ酸ジメチル、フラン、2,5−ジメチルフラン、ジフェニルジサルファイド(DPS)、ジメトキシエタン(DME)、ジメトキシメタン(DMM)、ジエトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン、クロロエチレンカーボネート、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテル、ジプロピルエーテル、メチルブチルエーテル、ジエチルエーテル、フェニルメチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTHF)、テトラヒドロピラン(THP)、1,4−ジオキサン(DIOX)、1,3−ジオキソラン(DOL)、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、イソプロピルアセテート、ブチルアセテート、メチルジフルオロアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、プロピルプロピオネート、メチルフォルメイト、エチルフォルメイト、エチルブチレート、イソプロピルブチレート、メチルイソブチレート、メチルシアノアセテート、ビニルアセテート、ジフェニルジスルフィド、ジメチルスルフィド、ジエチルスルフィド、アジポニトリル、バレロニトリル、グルタロニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、イソブチロニトリル、ビフェニル、チオフェン、メチルエチルケトン、フルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、カーボネート電解液、グライム、エーテル、アセトニトリル、プロピオンニトリル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルスルホキシド(DMSO)イオン液体、ホスファゼン、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類、又は、これらの化合物の一部の水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられる。 Other solvents that can be contained in the non-aqueous electrolyte include, for example, ethylene sulfite (ES), propane sultone (PS), butane sultone (BS), dioxathilane-2,2-dioxide (DD), and sulfolene. 3-methylsulfolene, sulfolane (SL), succinic anhydride (SUCAH), propionic anhydride, acetic anhydride, maleic anhydride, diallyl carbonate (DAC), dimethyl 2,5-dioxahexanoate, 2,5 -Dioxahexaneniate dimethyl, furan, 2,5-dimethylfuran, diphenyl disulfide (DPS), dimethoxyethane (DME), dimethoxymethane (DMM), diethoxyethane (DEE), ethoxymethoxyethane, chloroethylene carbonate , Dimethyl ether, methyl ether Ether, methyl propyl ether, ethyl propyl ether, dipropyl ether, methyl butyl ether, diethyl ether, phenyl methyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2-MeTHF), tetrahydropyran (THP), 1,4-dioxane (DIOX), 1,3-dioxolane (DOL), methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, methyl difluoroacetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl formate , Ethyl formate, ethyl butyrate, isopropyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl cyanoacetate, vinyl acetate, diphenyl Disulfide, dimethyl sulfide, diethyl sulfide, adiponitrile, valeronitrile, glutaronitrile, malononitrile, succinonitrile, pimonitrile, suberonitrile, isobutyronitrile, biphenyl, thiophene, methyl ethyl ketone, fluorobenzene, hexafluorobenzene, carbonate electrolyte, glyme , Ether, acetonitrile, propiononitrile, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, dimethyl sulfoxide (DMSO) ionic liquid, phosphazene, methyl formate, methyl acetate, ethyl propionate and other aliphatic carboxylic acid esters, or these compounds In which a part of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms.
本実施形態における支持塩としては、LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2等の通常のリチウムイオン電池に使用可能なリチウム塩を用いることができる。支持塩は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。 As the supporting salt in the present embodiment, LiPF 6 , LiAsF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN ( CF 3 SO 2) 2 normal lithium salt which can be used in lithium ion batteries or the like can be used. The supporting salt can be used alone or in combination of two or more.
非水溶媒は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。 A non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
<外装体>
外装体としては、電解液に安定で、かつ十分な水蒸気バリア性を持つものであれば、適宜選択することができる。例えば、積層ラミネート型の二次電池の場合、外装体としては、アルミニウムと樹脂のラミネートフィルムを用いることが好ましい。外装体は、単一の部材で構成してもよいし、複数の部材を組み合わせて構成してもよい。
<Exterior body>
The exterior body can be appropriately selected as long as it is stable to the electrolytic solution and has a sufficient water vapor barrier property. For example, in the case of a laminated laminate type secondary battery, it is preferable to use a laminate film of aluminum and resin as the outer package. An exterior body may be comprised with a single member and may be comprised combining several members.
本発明の電池要素は、以上のリチウムイオン二次電池の電池要素に限られるものではなく、本発明はどのような電池にも適用可能である。但し、放熱の問題は、多くの場合、高容量化した電池において問題になることが多いため、本発明は、高容量化した電池、特にリチウムイオン二次電池に適用することが好ましい。 The battery element of the present invention is not limited to the battery element of the above lithium ion secondary battery, and the present invention can be applied to any battery. However, since the problem of heat dissipation often becomes a problem in a battery with an increased capacity, the present invention is preferably applied to a battery with an increased capacity, particularly a lithium ion secondary battery.
以上説明したように、本発明の一実施形態による電池1は、
電池要素10と、
電池要素10を封止する第一室13aと、
第一室13aの内部と隔離された内部を持つ1つまたは2つの第二室13bと、
電池要素10に接続された一対の第1端子11であって、少なくとも一方が先端部を第二室13b内に位置させて配置され一対の第1端子11と、
第二室13b内に先端部が位置し、第二室13b内で第1端子11と接触させて第二室13bの内部と外部とにまたがって配置された第2端子12と、
第二室13b内に封入された、一対の第1端子11間の電位差が所定の値以上となることによりガスを発生する混合物14と、
を有する。
As described above, the
A
A
One or two
A pair of
A
A
Have
上記の電池1において、混合物14は、一対の第1端子11間の電位差が前記所定の値以上となると発熱するレドックスシャトル剤と、所定の温度以上でガスを発生するガス発生材料と、を含むことができる。また、電池1は、発生したガスにより第二室13bが膨張し、それによって第1端子11と第2端子12とが離間するように構成されていることが好ましい。
In the
以下に、本発明の電池の製造方法の一形態について説明する。 Below, one form of the manufacturing method of the battery of this invention is demonstrated.
電池の製造方法の一形態は、
一対の第1端子11が接続された電池要素10と、電池要素10を封止する第一室13aと、第一室13aの内部と隔離された内部を持つ1つまたは2つの第二室13bを有する電池の製造方法であって、
一対の第1端子11のうち少なくとも一方の第1端子11に対し、その先端部と接触可能に第2端子12を配置する工程と、
第1端子11と第2端子12とが接触可能に配置された部分と、一対の第1端子11間の電位差が所定の値以上となることによりガスを発生する混合物とを、第1端子11と第2端子12とを接触させた状態で、第二室13b内に封入する工程と、
を有する。
One form of battery manufacturing method is:
A
A step of disposing the
The
Have
上記の製造方法において、第1端子11と第2端子12とが接触可能に配置された部分と混合物14とを第二室13b内に封入する工程を減圧雰囲気下で行うことが好ましい。また、第2端子12を配置する工程は、第1端子11と第2端子12とを、互いに接触した状態で仮止めすることが好ましい。
In the above manufacturing method, it is preferable that the step of enclosing the portion where the
本発明による電池は、例えば、電源を必要とするあらゆる産業分野、ならびに電気的エネルギーの輸送、貯蔵および供給に関する産業分野にて利用することができる。具体的には、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源;電気自動車、ハイブリッドカー、電動バイク、電動アシスト自転車などの電動車両を含む、電車や衛星や潜水艦などの移動・輸送用媒体の電源;UPSなどのバックアップ電源;太陽光発電、風力発電などで発電した電力を貯める蓄電設備;などに、利用することができる。 The battery according to the invention can be used, for example, in all industrial fields that require a power source, as well as in industrial fields related to the transport, storage and supply of electrical energy. Specifically, power supplies for mobile devices such as mobile phones and notebook computers; power supplies for transportation and transportation media such as trains, satellites, and submarines, including electric vehicles such as electric cars, hybrid cars, electric bikes, and electric assist bicycles A backup power source such as a UPS; a power storage facility for storing power generated by solar power generation, wind power generation, etc .;
上記の各種機器および蓄電設備の一例として、図16および図17に、それぞれ電気自動車200および蓄電設備300を示す。電気自動車200および蓄電設備300は、それぞれ組電池210、310を有する。組電池210、310は、上述した電池1を複数、直列および並列に接続し、必要とされる容量および電圧を満たすように構成したものである。
As an example of the various devices and the power storage facility, FIGS. 16 and 17 show an
1 電池
10 電池要素
11 第1端子
12 第2端子
13 外装体
13a 第一室
13b 第二室
14 混合物
15 電流遮断機構
16 補助端子
20 クリップ
30 スナップ
31 雄コネクタ
32 雌コネクタ
40 (非線形の電流電圧特性を持つ)素子
111 凹部
121 凸部
131 メインシート
132 側部シート
133 山部
200 電気自動車
210、310 組電池
300 蓄電設備
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記電池要素を封止する第一室と、
前記第一室の内部と隔離された内部を持つ1つまたは2つの第二室と、
前記電池要素に接続された一対の第1端子であって、少なくとも一方が先端部を前記第二室内に位置させて配置され一対の第1端子と、
前記第二室内に先端部が位置し、前記第二室内に位置する前記第1端子と前記第二室内で接触して前記第二室の内部と外部とにまたがって配置された第2端子と、
前記第二室内に封入された、前記一対の第1端子間の電位差が所定の値以上となることによりガスを発生する混合物と、
を有する電池。 A battery element;
A first chamber for sealing the battery element;
One or two second chambers having an interior isolated from the interior of the first chamber;
A pair of first terminals connected to the battery element, wherein at least one of the pair of first terminals is disposed with a tip portion positioned in the second chamber;
A second terminal having a distal end portion located in the second chamber, the first terminal located in the second chamber and the second terminal disposed in contact with the second chamber and extending between the inside and the outside of the second chamber; ,
A mixture that is sealed in the second chamber and generates a gas when a potential difference between the pair of first terminals is equal to or greater than a predetermined value;
Having a battery.
一対の前記第1端子のうち少なくとも一方の第1端子に対し、その先端部と接触可能に第2端子を配置する工程と、
前記第1端子と前記第2端子とが接触可能に配置された部分と、前記一対の第1端子間の電位差が所定の値以上となることによりガスを発生する混合物とを、前記第1端子と前記第2端子とを接触させた状態で、前記第二室内に封入する工程と、
を有する電池の製造方法。 A battery element having a battery element to which a pair of first terminals are connected, a first chamber for sealing the battery element, and one or two second chambers having an interior isolated from the interior of the first chamber. A manufacturing method comprising:
Arranging at least one first terminal of the pair of first terminals such that the second terminal can be brought into contact with the tip;
A portion where the first terminal and the second terminal are arranged so as to be in contact with each other, and a mixture that generates gas when a potential difference between the pair of first terminals is equal to or greater than a predetermined value. And in a state of contacting the second terminal with the second terminal,
The manufacturing method of the battery which has this.
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