JP2017525108A - 燃焼に対する安全性が改善されたリチウムイオン電池 - Google Patents

燃焼に対する安全性が改善されたリチウムイオン電池 Download PDF

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Abstract

本発明は、電気化学的活性領域とそのための筐体と有するリチウムイオン電池を改良するためのプロセスを提供するものであり、該プロセスでは、前記筐体内に前記電気化学的活性領域と分離した少なくとも１つの小室を形成し、燃焼緩和剤が前記電気化学的活性領域と接触しないように、前記小室内に燃焼緩和剤を配置し、前記小室は感圧性及び／又は感熱性であり、それにより、前記電気化学的活性領域が過熱する場合に前記小室が破られ、前記燃焼緩和剤が前記電気化学的活性領域と接触して前記電気化学的活性領域の燃焼を緩和する。その場合、燃焼緩和剤の例は、液体フルオロポリエーテルを含む組成物であり、感圧性又は感熱性を示す小室の例が、小室の構造材料内のポリビニルアルコールなどの低融点の不燃性ポリマーを含むことである。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１４年７月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／０２４，１１７号、及び２０１４年１０月７日に出願された米国特許仮出願第６２／０６０，７４９号の利益を請求し、これらの出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる。
（発明の分野）
本発明は、リチウムイオン電池の燃焼の緩和に関する。
米国特許出願公開第２０１４／００６５４６１号は、リチウムイオン電池の燃焼の緩和に使用されるフッ化材料を開示している。開示されたフッ化材料は、様々な特質と様々な形態（状態）、すなわち固体と半固体を有する。リチウムイオン電池に関しては、複数のフッ化材料が使用される配置を含む種々のフッ化材料の配置が開示されている。図１、図２、図３、図４、図５ａ、図５ｂ、図５ｃは、電池の缶の外側の配置を開示しており、図６は、角柱型のリチウムイオン電池の金属箔筐体内のフルオロポリマーフィルムの配置を開示している。内部配置は、燃焼の原因となる可能性があるリチウムイオン電池内の過熱源の近くに燃焼緩和効果を提供する利点を有する。
米国特許出願公開第２０１１／０２６２７８３号（Ｔｅｓｌａに付与された）は、ゼリーロール構成のリチウムイオン電池の電気化学活性領域内の中心ピンの被覆を開示しており、この被覆は、必要に応じて非膨張材料の重層を有する膨張材料である。米国特許第８，３０９，２４０号は、電気化学的に不活性な材料内に密封され、密封された球体をリチウムイオン電池の電解質又はアノード層及び／若しくはカソード層と混合する難燃性材料を開示している。代替として、難燃性材料は、多孔質マンドレル（中心ピン）の孔に吸収され材料で被覆密封される。したがって、密封された難燃性材料は、電池の電気化学的活性領域内に設置される。密封材料は、過熱されて密封材料が溶融するまで難燃性材料を電解質及び電極と接触させず、過熱時に難燃性材料が密封状態から放出されるように開示されている。
米国特許仮出願第６２／０２４，１１７号 米国特許仮出願第６２／０６０，７４９号 米国特許出願公開第２０１４／００６５４６１号 米国特許出願公開第２０１１／０２６２７８３号 米国特許第８，３０９，２４０号
電池内で利用可能な難燃性材料が燃焼を緩和することを可能にする更なる方法及びリチウムイオン電池構造が必要である。
本発明は、内部の燃焼を緩和するために電池内の内部から利用可能な燃焼緩和剤を製造するための方法及びリチウムイオン電池構造を提供する。
本発明の一実施形態によれば、電気化学的活性領域とそのための筐体とを有するリチウムイオン電池を改良するためのプロセスであって、前記筐体内に前記電気化学的活性領域と分離した少なくとも１つの小室を形成し、燃焼緩和剤が前記電気化学的活性領域と接触しないように、前記小室内に燃焼緩和剤を配置し、前記小室が感圧性及び／又は感熱性であり、それにより、前記電気化学的活性領域が過熱する場合に前記小室が破られ、前記燃焼緩和剤が前記電気化学的活性領域と接触して前記電気化学的活性領域の燃焼を緩和する、プロセスが提供される。好ましくは、前記小室は、前記小室の感熱性及び／又は感圧性を与える薄膜を有し、それにより前記薄膜が、前記電気化学的活性領域の過熱時に破られる。
本発明の別の実施形態は、リチウム電池であって、筐体と、前記筐体内に配置されたリチウムイオン電気化学的活性領域を画定する構造と、を有し、前記構造は、１つの前記電極から別の前記電極にリチウムイオンを引き付けるための互いに逆に帯電した電極を有し、前記構造は、前記筐体内に前記電気化学的活性領域と分離した少なくとも１つの小室を画定し、前記リチウムイオン電気化学的活性領域が、前記リチウムイオン電気化学的活性領域内で生じる短絡による過熱に曝され、前記小室が、前記リチウムイオン電気化学的活性領域から分離して維持された燃焼緩和剤を収容し、前記燃焼緩和剤を収容する前記小室を画定する前記構造が、前記過熱によって破れることにより前記燃焼緩和剤を前記電気化学的活性領域内に放出して内部の燃焼を緩和する薄膜を有する、リチウム電池である。本実施形態の別の態様は、リチウム電池であって、筐体と、前記筐体内に配置されたリチウムイオン電気化学的活性領域を画定する構造と、を有し、前記構造は、１つの前記電極から別の前記電極にリチウムイオンを引き付けるための互いに逆に帯電した電極を有し、前記構造は、前記筐体内に前記電気化学的活性領域と分離した少なくとも１つの小室を画定し、前記リチウムイオン電気化学的活性領域が、前記リチウムイオン電気化学的活性領域内で生じる短絡による過熱に曝され、前記小室が、前記リチウムイオン電気化学的活性領域から分離して維持された燃焼緩和剤を収容し、前記燃焼緩和剤を収容する前記小室を画定する前記構造が、前記過熱によって破れることにより前記燃焼緩和剤を前記電気化学的活性領域内に放出して内部の燃焼を緩和する薄膜を有し、ただし、前記薄膜が燃焼緩和剤を含む場合には、前記小室内の前記燃焼緩和剤の存在が任意選択である、リチウムイオン電池である。この実施形態の各態様における薄膜は、感熱性及び／又は感圧性であり、前記電気化学的活性領域内の過熱によって破れることができる。
燃焼の緩和又はこれに類似する表現は、リチウムイオン電池の破損が暴走発熱反応が予想されるようなものであっても燃焼が決して起こらず、又は燃焼が始まった場合でも燃焼の強さが低下するか火が素早く消されることを意味する。低下した強さとは、電池パックのケース内に複数のリチウムイオン電池が存在する場合に、燃焼が破損した電池だけに限定される傾向があることを意味する。
感圧性又は感熱性とは、熱及び／又は圧力が小室の破裂を引き起こすことを意味する。この意味は、過熱により破れる薄膜にも当てはまる。
前述の両方の実施形態では、筐体は、（ｉ）リチウムイオン電池が角型電池である場合には金属箔、又は（ｉｉ）リチウムイオン電池の電気化学的活性領域がゼリーロール構成である場合には缶を含むことができる。したがって、電池の筐体は、電池を電池外部の環境から分離するものである。筐体は、米国特許出願公開第２０１４／００６５４６１号に開示されるような複数電池用の容器である電池ケースと異なる。
いずれの実施形態においても、小室の電気化学的活性領域からの分離は、小室が電気化学的活性領域の外部に配置されることによって達成されることが好ましい。
いずれの実施形態においても、燃焼低減剤は、好ましくは、液体フルオロポリエーテルを含む。フルオロポリエーテルは、半固体となる固体材料との混合物でもよい。固体材料は、異なる燃焼低減剤及び／又は単に増粘剤でよい。フルオロポリエーテルは、液体状態か、液体状態を保持するか半固体になる固体材料との混合物かに関わらず、分解触媒を含むことができる。したがって、プロセスとリチウムイオン電池の両方に適用可能な実施形態の本発明の好ましい態様は、以下の通りである。
燃焼緩和剤が、液体フルオロポリエーテルを含む組成物である。この組成物は、更に、好ましくは微粒子状の分解触媒及び／又は固体材料を含む。この固体材料は、更なる燃焼緩和剤であり、すなわち、液体フルオロポリエーテルに追加される。この液体フルオロポリエーテルとこの固体材料とから生じる組成物は、半固体である。液体フルオロポリエーテルと分解触媒とを含む組成物は、通常条件下で液体状態である。通常条件下の液体状態及び半固体（状態）は、以下に定義される。
本発明のリチウムイオン電池の好ましい態様（プロセス及び製品の実施形態の両方）は、以下を含む。
薄膜は、薄膜の溶融を引き起こす過熱又は電気化学的活性領域内で上昇した圧力による裂けなどによる薄膜の破裂によって破れることができる。
燃焼緩和剤を収容する前記小室は、前記筐体と、前記リチウムイオン電気化学的活性領域を画定する構造との間に配置される。
前記筐体は、前記リチウムイオン電池電気化学的活性領域内で過熱が生じる際に圧力を解放する通気孔を有し、燃焼緩和剤を収容する小室が、前記通気孔と前記リチウムイオン電気化学的活性領域との間に配置される。通気孔は、圧力の解放を可能にするように開くクロージャを有し、通気孔の開放が薄膜の破裂をともなう。
通気孔は、筐体の一端に配置され、過熱により破れることができる薄膜を有するとともに燃焼緩和剤を収容した更なる小室が、通気孔とリチウムイオン電気化学的活性領域との間に配置された小室から離隔して配置され、それにより、小室のそれぞれからの燃焼緩和剤が、過熱時にリチウムイオン電気化学的活性領域内に放出されることによりリチウムイオン電気化学的活性領域内の燃焼が緩和される。
リチウムイオン電池の概略側面断面図であり、電池の筐体内に電気化学的活性領域から分離して配置され、燃焼緩和剤を収容する小室の一実施形態を示す。 図１の小室の破れる部分の一実施形態の線２−２に沿った断面図である。 リチウムイオン電池の概略側面断面図であり、リチウムイオン電池の筐体内に電気化学的活性領域から分離して配置され、燃焼緩和剤を収容する小室の別の実施形態を示す。 燃焼緩和剤を収容する小室の構造の一実施形態の概略平面図である。 図４の小室の概略断面端面図である。 電池の筐体内に電気化学的活性領域と分離して配置されて図４と図５の小室を有するリチウムイオン電池の概略側面断面図である。 角型リチウムイオン電池内にあり電気化学的活性領域から分離して燃焼緩和剤を収容する小室を有する材料層の概略等角図である。 本発明の別の実施形態を示すように改良された図１のリチウムイオン電池の上蓋部分の概略断面図である。 図８に示された薄膜の平面図である。
図１では、内部でリチウムイオン電気化学的活性が生じるリチウムイオン電池は、筐体４を有し、筐体４は、缶６と、電池の正極である電池上蓋８とを有している。缶６は、電池の負極である。２つの極は、互いに接近した正極と負極の間に配置されたＵ形絶縁体リング１０によって互いに絶縁されている。絶縁体リング１０のＵ形内には、中に開口部１４を有する円盤１２と、開口部１４のクロージャを構成する破裂板１６とが配置されている。要素８、１２及び１６は、分かりやすくするために互いに分離して示されている。実際には、これらの要素は、図示されたように缶６を取り囲むかしめ部１８によって、直接又はシム（図示せず）の存在を介して圧締されている。
缶６の側面とシート絶縁体２２及び２４とは、電気化学的活性領域の筐体を構成する構造を画定している。電気化学的活性領域２０は、電解質を含むセパレータを介して、リチウムイオンを一方の電極から他方の電極に引き付けるために互いに逆に帯電された電極を含む電極アセンブリで構成されている。この電極集合体は、図示されたように中空の中心ピン２６の周囲にゼリーロールのように巻回される。これは、絶縁体２２及び２４の上下にそれぞれ突出する中心ピン２６の長さが、電気化学的活性領域２０の外部にあることを除き、電気化学的活性領域２０を画定する構造である。ゼリーロール集合体の電極は、缶と電池上蓋に適切に接続されて、それらの正の極性と負の極性を提供する。典型的には、缶６と電気化学的活性領域２０との間に絶縁性シート（図示せず）が配置される。単純にするために、電気化学的活性領域の詳細は、図１（及び図３と図６）には示されていない。この電極アセンブリは、図７の電池５５の層５８〜６６の外観と構成を有するが、重ねて巻回されている（ゼリーロール）。
電池２の筐体４（缶６と電池上蓋８）、絶縁体リング１０、破裂板１６及び上部絶縁体２２を含む構造の組み合わせは、短絡による過熱に曝される電気化学的活性領域２０とは別の小室２８を画定する構造である。燃焼緩和剤は、この小室内に配置及び収容され、図１と残りの図では点描によって表わされている。小室２８は、電池の筐体、詳細には缶６と電池上蓋８と、電気化学的活性領域２０との間に配置され、電気化学的活性領域２０の大部分と重なって同一の広がりを有する。好ましくは、中心ピン２６の中空内部は、燃焼緩和剤を収容しない。中空中心ピン２６は、燃焼緩和剤が中心ピンの内部に侵入するのを防ぐために、必要に応じて塞がれてもよい。この侵入は、小室２８内の燃焼緩和剤の高さを、中心ピン２６が小室２８内に突出する高さより小さく制御することによって防止されうる。上部絶縁体２２は、小室２８の感圧性及び／又は感熱性薄膜として働く。破裂板１６は、主に感圧性であることが好ましい。小室２８の下側を構成する上部絶縁体２２は、電気化学的活性領域が過熱して、上部絶縁体２２を破れさせ、それにより、燃焼緩和剤が電気化学的活性領域と接触して燃焼を緩和するまで、燃焼緩和剤を電気化学的活性領域と接触させず、したがってその領域から分離された状態に維持する。
中心ピン２６は、電極アセンブリによって取り囲まれているので、電気化学的活性領域内にあり、それによって、中心ピンの外側表面及び中空内部の両方は、電気化学的活性領域２０から分離していない。本発明により燃焼緩和剤が中に配置された小室は、中心ピンと実質的に分離している。したがって、図１の小室２８内への中心ピン２６のわずかな突出は、小室２８から電気化学的活性領域２０内の電極集合体上に燃焼緩和剤を放出することによって得られる燃焼緩和効果に必須ではない。更に、小室２８内への中心ピン２６のこのわずかな突出は、電気化学的活性領域２０の外部にある。
動作時に、リチウムイオン電池が電気化学的活性領域内で破損する際、この領域が過熱し、この過熱は圧力上昇をともなう。過熱と圧力上昇は、個々に、又は組み合わせで、上部絶縁体２２に破れを生じる。この破れによって、燃焼緩和剤が小室２８から電気化学的活性領域２０内に放出され、燃焼緩和剤がこの燃焼を緩和することを可能にする。電気化学的活性領域内に生じた圧力は、破裂板１６を破るのに充分なことがあり、それにより、破裂板によって覆われた開口部１４は、電池から圧力を解放するための通気孔として働く。電気化学的活性領域内で起こる過熱によって引き起こされたこの圧力上昇にともなう揮発性ガスは、電池上蓋８の開口部（図示せず）によって電池から流出することができる。
電気化学的活性領域２０と通気孔（開口部１４）の間に小室２８を配置することによって、電池内から結合圧力を解放する効果が得られ、燃焼緩和剤を電気化学的活性領域内に放出して燃焼を緩和することができる。
上部絶縁体２２の破れを支援するために、絶縁体２２には、図２に示されるように中心ピン２６が嵌まる開口部３２から延びる多数の線３０が刻まれている。この刻み目は、絶縁体２２を脆くし、それにより、電池の破損によって生じる電気化学的活性領域内の熱／圧力に応じて、絶縁体２２の破れを容易にする。
電気化学的活性領域内の過熱の大きさと圧力の高まりにより、破裂板１６が裂けて、揮発物が電気化学的活性領域から小室２８を通って流出することもできる。上部絶縁体２２が、電気化学的活性領域内で生じた圧力を解放する働きをするので、破裂板１６の存在は、任意選択である。破裂板が存在しない場合、開口部１４が、電池の内部圧力を解放する働きをする。しかしながら、破裂板１６の存在は、保管、取り扱い及び使用中に小室２８に不純物が入るのを防ぐ働きをする。燃焼緩和剤は、破裂板１６がある場合、破裂板１６の取り付け前に小室２８に充填されてもよい。
破裂板１６は、その破裂を助ける刻み目が付けられてもよい。代替として、上部絶縁体２２と破裂板１６の一方又は両方は、低融点材料のものでもよく、それにより、電気化学的活性領域内の過熱は、上部絶縁体又は破裂板が、この場合そうであるように、溶融するのに充分となる。上部絶縁体２２の溶融によって、燃焼緩和剤が電気化学的活性領域上に放出され、破裂板１６の溶解によって、揮発物が電池から流出することができるようになる。当然ながら、この流出は、小室２８からの燃焼緩和剤が電気化学的活性領域２０内の燃焼を緩和することによって緩和され、不要となる。また、上部絶縁体２２の溶融も、電池の破損時に電気化学的活性領域内の圧力が上昇した際に上部絶縁体２２の破裂を容易とする。
上部絶縁体シート２２及び破裂板１６を作製できる構造材料の例としては、電気絶縁性で融点より高い温度に加熱されると炭化する低融点ポリマー（融点１８０℃〜１９０℃）であるポリビニルアルコールなどの炭化水素ポリマーがある。上部絶縁体シート及び破裂板を作製できる材料の別の例としては、耐炎性でかつ燃焼を支援しない低融点ポリマー（１７０℃の低い融点）であるポリフッ化ビニリデンがある。使用できる低融点絶縁性ポリマーは、１００℃を超える温度で溶融するポリエチレンやポリプロピレンなどの炭化水素ポリマーである。ポリアミドなどのより融点が高い炭化水素ポリマーを使用することができ、その場合、刻み目付けによって実現される圧力感度が、絶縁体２２又は破裂板１６を破る主たる機構となる。好ましくは、前述の炭化水素ポリマーは難燃性であり、すなわち、ポリマーに不燃性を与えるのに有効な１種類以上の難燃剤を含む。難燃剤の例としては、デカブロモジフェニルエーテルなどの臭素を含むもの、ジメチルメチルホスホナートなどのリンを含むもの、及び三水和アルミナなどの鉱物が挙げられる。好ましくは、上部絶縁体２２及び破裂板１６の構成材料は、少なくとも１００℃の融点を有する。好ましくは、融点は、３５０℃以下、より好ましくは２００℃以下である。好ましくは、少なくとも上部絶縁体２２の構成材料は、通常動作で電気化学的活性領域内で生じるリチウムイオン電気化学的活性に対して不活性であり、電気絶縁性である。あるいは、破裂板は、刻み目が付けされるか開口部１４を架橋する感圧性アタッチメントを有する金属でよい。
残りの図で図１と同じ番号が付けられた要素は、図１と同じものである。図３では、図１の電池が、筐体４内の電池の底に、缶の底と、缶の底からシム（図示せず）などによって離間された下部絶縁体２４とによって画定された第２の小室４２を有する電池４０に改変されている。第２の小室４２は、実際には、例えば電池通気孔を画定する開口部１４及び小室２８から離隔した電池用筐体４内（一方の端）、例えば電池の反対側の端部に配置される。燃焼緩和剤は、電気化学的活性領域２０を缶６内に設置する前に小室４２に充填されてもよい。小室４２は、電池２内に、小室２８と組み合わせで存在してもよく、小室２８の代わりに存在してもよい（すなわち、小室２８は設けられない）。燃焼緩和剤が、小室２８及び４２の両方の中に配置される場合、上部小室２８と開口部１４に向かう揮発物の作用によって、燃焼緩和剤が下部小室４２から電気化学的活性領域２０内に引き込まれ、その結果、燃焼緩和剤が両方の小室から電気化学的活性領域内に放出される。これにより、この領域内の燃焼が緩和される。下部絶縁体２４は、図２に示されるような上部絶縁体２２と同様の刻み目が付けられてもよく、また小室４２の感熱性及び／又は感圧性薄膜として働く上部絶縁体２２と同じか又は異なる構造材料でもよい。小室４２は、電気化学的活性領域２０の大部分と同一の広がりを有する。図１及び図３に示されるように、小室２８及び４２は、電気化学的活性領域２０の上部と下部（すなわち、両端）と同一の広がりを有する。
図４は、電気化学的活性領域と離間しかつ電池の筐体４内にある小室を提供する異なる実施形態を対象とする。図４には、図５に最も分かりやすく示されるような燃焼緩和剤で満たされた小室５４を構成するために、下側フィルム５０と下側フィルムから離間した上側フィルム５２とを含む多層シート４８が示されている。この小室を構成するためには、燃焼緩和剤を下側フィルム５０に均一層として塗布して、フィルム５０の側辺境界部分をきれいな状態（覆われていない状態）に維持することができる。次に、上側フィルム５２を燃焼緩和剤層の上に配置し、その後で各フィルムの重なり合った側辺境界部分同士を熱シールすることができる。熱シールされた境界は、小室５４を構成する分離されたフィルム層より薄くなる。必要に応じて、境界領域の厚さを小室領域と同じにするために、フィルム５０及び５２と同じポリマーのストリップ（図示せず）を境界長部分に熱シール（接着して）ことができる。熱シールの代わりに、フィルム５０及び５２の重なり合った境界部分とフィルムストリップとを接着剤で接着してもよい。フィルム５０及び５２の構造材料は、上部絶縁体２２を形成するものと同じでもよい。したがって、フィルム５０及び５２は、電気化学的活性領域内の過熱により破れることによって燃焼緩和剤を電気化学的活性領域２０内に放出することができる薄膜である。
図６では、多層シート４８が、リチウムイオン電池内で、缶６と、電気化学的活性領域２０を構成するゼリーロール集合体の外側表面との間に配置されている。小室２８及び４２と同様、小室５４は、電池筐体４内部でかつ電気化学的活性領域２０の外側に配置され、電気化学的活性領域２０の大部分と同一の広がりを有している。これにより、電気化学的活性領域２０の側面を取り囲む燃焼緩和剤の円筒状シースが提供される。図６に示されるように、この実施形態は、燃焼緩和剤を電気化学的活性領域２０の上下に配置した図１及び図３の実施形態と組み合わせることができ、これにより、電気化学的活性領域を燃焼緩和剤が入った小室で取り囲むことができる。代替として、小室５４を、小室２８及び４２のいずれか一方のみと組み合わせてもよく、いずれとも組み合わせなくともよい。電気化学的活性領域に面するフィルム５０は、小室５４の感熱性及び／又は感圧性薄膜であり、電気化学的活性領域２０内の過熱に応じて破れるのを支援するために刻み目付けされてもよい（図示せず）。
小室２８、４２及び５４などの小室を画定する構造は、画定構造とは異なる燃焼緩和剤を収容する空間又は空隙を画定する。画定構造自体が、小室に収容された燃焼緩和剤とは異なる燃焼緩和剤を含むことができる。
図７は、本発明の別の実施形態を示し、電池は、以下のような材料層の積層体で構成された角型電池５５である。すなわち、
・電池５５の最上層と最下層を構成する金属箔５６、
・各金属箔層と隣接し、燃焼緩和剤が充填された小室５４をそれぞれ構成する多層シート４８、
・層４８の一方に隣接したアノード集電体層５８、
・アノード集電体層５８に隣接したイオン活性層６０、
・他方の多層シート層４８に隣接したカソード集電体層６２、
・カソード集電体層６２に隣接したイオン活性層６４、
・層６０と６４の間に配置された多孔性セパレータ層６６。
単純にするために、他の層の側面を取り囲んで電池５５の筐体（パウチ）を構成する金属箔層５６は示されておらず、電気的接続のためにパウチを貫通するアノード及びカソード集電体のタブは示されていない。
金属箔層５６は、好ましくはアルミニウムのものであり、好ましくは電気的絶縁のために両面（上下）がポリマーで被覆される（図示せず）。金属箔層に更に言及すると、金属箔層の金属箔上に存在するこれらのポリマー被覆の選択が含まれる。電池の外側に面する金属箔層５６の表面上のポリマー被覆は、好ましくはポリアミドであり、電池の内側に面する金属箔層の表面のポリマー被覆は、好ましくはポリプロピレンである。アノード集電体層５８は、好ましくは銅であり、カソード集電体６２は、好ましくはアルミニウムである。多層薄膜４８は、それぞれの集電体層５８及び６２と接触することができる。多層薄膜４８は、それぞれの金属箔層５６と接触することもできる。多層薄膜４８は、隣接した金属箔層及び／又は隣接した集電体層と分離していて（すなわち結合されてなくても）もよい。図７の理解を助けるため、すなわち、多層薄膜４８で形成された層を図７に示される他の層と区別するため、多層薄膜４８は、図７では、燃焼緩和剤をそれぞれの小室５４に収容したものとして示されている。イオン活性層６０及び６４は、それぞれの集電体層５８及び６２上の被覆であることが好ましい。層６０の例は、リチオ化グラファイトとバインダであり、層６４の例は、リチオ化金属酸化物とバインダである。層５８と６０及び層６２と６４の組み合わせは、電池の電極を構成する。多孔性セパレータ層６６は、電解質を含む多孔質材料であり、孔は、放電中にリチウムイオンの通過を可能にする。多孔質材料セパレータはポリマーでよく、ポリマーは、それ自体が親水性であるか、孔を含むセパレータの表面に親水性被覆を有する。電気化学的活性領域２０内の過熱によって、多層薄膜４８を構成する薄膜が溶融及び／又は破裂し（裂けにより）、それにより燃焼緩和剤が放出されて電池の燃焼が緩和される。層５８〜６６は、電池５５の層５６によって構成された筐体内の電気化学的活性領域２０を表わしている。燃焼緩和剤を含む層４８は、この筐体の内部でかつ電気化学的活性領域２０の外側に配置され、電気化学的活性領域２０の境界は、層５８及び６２によって画定されている。これにより、電池の通常動作時に、燃焼緩和剤は、電気化学的活性領域と分離される。
絶縁体２２及び絶縁体２５が、それぞれ上部絶縁体及び下部絶縁体（図１及び図３）として示され、多層シート４８が図７の角型電池の最上層と最下層に隣接して存在するものとして示されているが、これは、これらの図に描かれた電池の向きに対してである。この向き及び異なる電池の向きに関して、上の位置及び下の位置はそれぞれ、電池の一方の端部及び電池の反対側の端部として識別することができる。電池の端を識別した後で、燃焼緩和剤を収容する小室を配置するための残りの位置を、電池の側として識別することができる。
前述の小室２８、４２、５４などの小室に加えて、リチウムイオン電池は、消弧装置などの他の安全機能を装備することができる。
小室２８、４２及び５４が電気化学的活性領域２０の大部分と同一の広がりを有することは、電気化学的活性領域の両面の大部分と同一の広がりを有することを含む。好ましくは、各小室を画定する構造に含まれる感熱性及び／又は感圧性薄膜は、電気化学的活性領域２０の外側表面と接しており、好ましくは電気化学的に不活性である（すなわち、その通常動作で電気化学的活性領域の正常電気化学的活性に悪影響を及ぼさない）。好ましくは、本発明の実施形態が適用可能なリチウムイオン電池は、二次電池であり、すなわち充電可能である。また、これらの実施形態は、一次リチウムイオン電池にも適用可能である。
図８のリチウムイオン電池７０は、これらの原理を採り入れている。電池７０は、缶７２を有し、缶７２内に、中心ピン２６を取り囲む電気化学的活性領域２０が収容されている。上部絶縁体７４が、電気化学的活性領域２０の上に配置され、缶７２の側面のかしめ部７３によって電気化学的活性領域２０に締着されている。上部絶縁体７４は、平らな周辺部分７６とドーム形の中心部分７８とを有している。上部絶縁体は、図９に最も分かりやすく示されるように形が環状であり、ドーム形中心部分７８は、破損した場合に電気化学的活性領域２０からの熱及び圧力に曝される際に破裂を容易にする刻み目線８０を有する。
また、電池は、電池の正極として働く電池上蓋８８を有している。上蓋８８は、かしめ部７３とフランジ８２間の締め付けによって適所に保持されている。上蓋８８は、ショートスタックによって境界が定められた上蓋内の円筒形開口の形の通気孔８４を有している。圧力解放クロージャ８６が、ショートスタックの上部の開口に対して与えられており、従来の手段（図示せず）によって通気孔８４又は上蓋８８のショートスタックに固定されている。
上部絶縁体７４又は少なくともドーム形中心部分７８は、熱不安定化可能なフルオロポリマーなどの燃焼緩和剤で形成されることが好ましく、その例は、後述されており、上部絶縁体構造に組み込むことができる。これは、電気化学的活性領域２０内の過熱によって破れることができる薄膜として働く。この過熱は、図１、図３、図６及び図７の電池の実施形態の特徴である、電気化学的活性領域内の破損によって生じる、この領域内部の圧力上昇をともなう。この結果、刻み目線８０に沿った破裂によって上部絶縁体が破れる。図８の実施形態では、刻み目線に沿った破裂は、電気化学的活性領域２０の内部で高まった圧力を解放すること以外の機能も有する。上部絶縁体７４又は少なくともドーム形中心部分７８を形成する熱不安定化可能なフルオロポリマーなどの燃焼緩和剤が、破損条件下で反応して揮発性可燃物を枯渇させることで、燃焼緩和に寄与するか又は燃焼緩和を実現する。その結果、圧力によってクロージャ８６が外れる際に、通気孔８４を通って上蓋８８を介して電池から出る揮発物は不燃性である。熱不安定化可能なフルオロポリマーなどの燃焼緩和剤の溶融が燃焼緩和に更に寄与し、その結果、溶融した燃焼緩和剤が電気化学的活性領域２０に入って燃焼緩和を提供する。
一実施形態では、上部絶縁体７４又は少なくともドーム形中心部分７８の厚さによって、燃焼緩和を達成するのに充分な熱不安定化可能なフルオロポリマーなどの燃焼緩和剤が与えられる。刻み目線８０の厚さは、電気化学的活性領域２０による過熱に応じて破れるようにするのに充分な深さである。
別の実施形態では、上部絶縁体７４、電池上蓋８８、及び電池缶７２のかしめ部７３によって構成（画定）される電池７０内の空小室９０が、燃焼緩和剤（図８に示されていない）を収容する。燃焼緩和剤は、電池上蓋８８を電池に取り付ける前に小室９０に加えることができる。小室９０に加えられる燃焼緩和剤の量は、上部絶縁体７４の上に層を形成する量から、上蓋８８を電池缶７２に取り付ける過程において可能な程度に小室９０を充填する量までの範囲とすることができる。小室９０内にあるが図８に示されていない燃焼緩和剤は、少なくとも上部絶縁体７４の燃焼緩和効果を補う。
図８の小室９０は、図１と図６の電池内の小室２８と類似しているが、１つの違いは、図１、図３及び図６の電池には小室２８内に破裂板１６があるが、図８の電池にはないことである。小室９０を画定する構造から明らかなように、破裂板１６は、小室２８を画定する構造から省かれてもよく、その結果、揮発物が、小室２８から直接、図１、図３及び図６の電池上蓋８の通気孔（図示せず）を通る。代替として、破裂板１６は、図８の電池７０の構造に組み込まれてもよく、それにより小室９０の最上部になる。
熱不安定化可能なフルオロポリマーは、燃焼緩和剤自体として、下部絶縁体２４（図１、図３及び図６）並びに薄膜５０及び５２（図５）を形成できる別の構造材料である。
図８の小室９０を空とする（すなわち、燃焼緩和剤がない）選択肢は、それぞれの絶縁体が、燃焼緩和効果を与える熱不安定化可能なフルオロポリマーなどの燃焼緩和剤を含む場合に、電池（図１、図３及び図６）の最上部及び最下部のそれぞれの小室２８及び４２にも適用することができる。絶縁体２２及び２４は、それぞれの小室の過熱で破れる薄膜を構成する。したがって、これらの薄膜のいずれかが、熱不安定化可能なフルオロポリマーなどの燃焼緩和剤を含む場合、小室内の燃焼緩和剤の存在は任意である。しかしながら、電池の最上部及び／又は最下部にある小室が燃焼緩和剤を収容することが好ましい。燃焼緩和剤は、図４及び図５の実施形態の小室５４内にある。
図８に示されるように中心ピン２６の端部を覆うドーム形中心部分７８を有する上部絶縁体７４の設計は、図１、図３及び図６の電池内の上部絶縁体２２の代わりなど、本発明の他の電池実施形態で使用されうる。この設計の使用は、熱不安定化可能なフルオロポリマーである構造材料に限定されない。構造材料は、上部絶縁体２２用の構造材料として前述の材料のいずれでもよい。当然ながら、燃焼緩和剤自体は不燃性である。
燃焼緩和剤は、破損したリチウムイオン電池に燃焼緩和効果を提供する単一材料又は材料混合物でよい。そのような材料は、（ｉ）熱吸収、（ｉｉ）可燃物の希釈、（ｉｉｉ）膨張、（ｉｖ）炭化物の形成、及び／又は（ｖ）可燃物の枯渇を含む作用形態など、燃焼緩和効果を提供する１つ以上の作用形態を呈することができる。燃焼緩和剤は、複数の作用形態でリチウムイオン電池の破損に応じることができる。
作用形態（ｉ）に関して、熱を吸収する燃焼緩和剤は、リチウムイオン電池内の潜在的又は実際的な燃焼箇所から熱を除去することによって燃焼の緩和に寄与する。熱は、燃焼反応を促進する。この熱の除去は、燃焼を緩和する。（ｉｉ）に関して、可燃物の希釈は、通常では燃焼プロセスを支援する酸素や水素などの燃焼性化学種の組み合わせを除外することによって燃焼反応を遅らせる。（ｉｉｉ）と（ｉｖ）に関して、これらの作用形態は、充分に加熱されたときに燃焼緩和剤が呈する膨張の結果が炭素化作用であることに関連付けられる。しかしながら、膨張は、炭素化なしに得ることができる。いずれの場合も、燃焼の広がりが妨げられるか、外部酸素（空気）が燃焼ゾーンに入らないように絞られる。したがって、炭化物と膨張構造が、燃焼に対する障壁となる。（ｖ）に関して、燃焼緩和剤によって放出される不燃性揮発物は、酸素や水素などの燃焼性活性種と結合してそれらを不燃性にする。
一実施形態では、好ましい燃焼緩和剤は、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）で、通常条件（１５℃〜２５℃）下、好ましくはリチウムイオン電池の通常動作（最高８０℃の温度）下で液体であるフルオロポリエーテルである。この液体状態は、フルオロポリエーテルが、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）で、４０℃以下、場合によっては５０℃以下又は６０℃以下、更には８０℃以下の温度で揮発物を放出しないことを意味する。フルオロポリエーテルの沸点は、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）で、好ましくは少なくとも８０℃、より好ましくは少なくとも１００℃、及びより頻繁には少なくとも１５０℃である。
液体状態は、固体フルオロポリマーの分子量より低い分子量を有するフルオロポリエーテルから生じる。固体フルオロポリマーは、一般に、少なくとも５０，０００の分子量を有するが、フルオロポリエーテルは、一般に、８００〜１５，０００又は１，２００〜１５，０００の範囲の分子量を有する。好ましいフッ化ポリエーテル（ＦＰＥ）は、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）である。本明細書におけるフルオロポリエーテル（ＦＰＥ）の言及は、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）を含む。フルオロポリエーテルは、異なる分子量の混合物である。ＰＦＰＥでは、鎖状炭素原子上のすべての１価置換基はフッ素である。ＦＰＥは、鎖状構造を有する特徴を有し、分子の主鎖内の酸素原子は、１〜３個の炭素原子を有する飽和フルオロカーボン基、好ましくはＰＦＰＥの場合にはペルフルオロカーボン基によって分離される。複数のタイプのフルオロカーボン基が、ＦＰＥ分子内に存在してもよい。代表的構造は、以下の通りである。
（−ＣＦＣＦ3−ＣＦ2−Ｏ−）n （Ｉ）
（−ＣＦ2−ＣＦ2−ＣＦ2−Ｏ−）n （ＩＩ）
（−ＣＦ2−ＣＦ2−Ｏ−）n−（−ＣＦ２-Ｏ−）m （ＩＩＩ）
（−ＣＦ2−ＣＦＣＦ3−Ｏ−）n−（−ＣＦ2−Ｏ−）m （ＩＶ）
これらの構造物は、Ｋａｓａｉ ｉｎ Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉ．５７，７９７（１９９５）によって考察されており、特定のＫＲＹＴＯＸ（登録商標）とＦＯＭＢＬＩＮ（登録商標）潤滑油として市販されている。好ましくは、ＦＰＥは、ＦＰＥの鎖状構造の一端又は両端にカルボキシル基を有する。モノカルボン酸ＦＰＥの場合、分子の他端は、通常、ＰＦＰＥの場合のようにペルフルオロ化されているが、水素原子を含まなくてもよい。ＦＰＥは、カルボキシル基を一端又は両端に有するかに関わらず、少なくとも２個のエーテル酸素、より好ましくは少なくとも４個のエーテル酸素、更に好ましくは少なくとも６個のエーテル酸素を有し、すなわち、上記の式内のｎが少なくとも２、４又は６、及び上記の式内のｍが少なくとも１、２又は３である。好ましくは、エーテル酸素を分離するフルオロカーボン基の少なくとも１個と、より好ましくはそのようなフルオロカーボン基の少なくとも２個が、２個又は３個の炭素原子を有する。更に好ましくは、エーテル酸素を分離するフルオロカーボン基の少なくとも５０％が、２個又は３個の炭素原子を有する。また、好ましくは、ＦＰＥは、合計少なくとも９個の炭素原子を有する。上記式内のｎとｍの最大値は、好ましくは、組成物が通常条件下、好ましくリチウムイオン電池の通常動作状態で液体である分子量を超えないものである。本発明の半固形組成物に複数のＦＰＥを使用することができるが、そのようなＦＰＥは好ましくは１つだけである。ＦＰＥは、様々な分子量の混合物、組成物であり、示されたｎ又はｍの値は、ＦＰＥ内にあるｎ及びｍ個の基の平均数である。
ＦＰＥ及び特にＰＦＰＥは、高温安定性を有する。ＦＰＥ内にカルボキシルなどの熱不安定な末端基がある場合、破損したリチウムイオン電池によって与えられる熱が、ＦＰＥ（及びＰＦＰＥ）を脱カルボキシル化させる。この脱カルボキシル化によって、燃焼を緩和する不燃性揮発物ができる。また、破損した電池の過熱によって、フルオロポリエーテルが分解することがあり、それにより、酸素や水素などの燃焼性活性種と結合する不燃性揮発物が放出されて燃焼性活性種が不燃性になる（作用形態（ｖ））。液体フルオロポリエーテルは、燃焼が始まる前に燃焼箇所に存在するとき、燃焼が起こることを防ぐ更なる燃焼緩和効果を示すことがある。
分解触媒をフルオロポリエーテルに添加することによって、液体フルオロポリエーテルの熱安定性を低下させることができる。分解触媒は、熱的に作用し、すなわち、リチウムイオン電池の破損時に起こるようなフルオロポリエーテルの加熱に応じて作用する。分解触媒は、フルオロポリエーテルの分解温度を低下させ、その結果、リチウムイオン電池の燃焼を緩和する不燃性揮発物の放出が早期になる。好ましい分解触媒は、ＡｌＣｌ3、ＢＦ3、ＦｅＣｌ3及びＴｉＣｌ4などのルイス酸である。好ましくは、これらは、リチウムイオン電池の通常動作条件下で粒子状固体である。破損したリチウムイオン電池によって加熱されたときにフルオロポリエーテルを分解するには小量の触媒だけでよい。フルオロポリエーテル内にあるルイス酸などの触媒の量は、フルオロポリエーテルの重量を基準に０．１〜２重量％である。
別の実施形態では、燃焼緩和剤は、リチウムイオン電池の動作条件下で、通常は微粒子形態の固体であり、典型的には無機化合物でよい。
燃焼緩和剤の例には、熱誘導分解時に水、窒素、二酸化窒素、二酸化炭素又は二酸化硫黄を放出する化合物が挙げられ、この化合物は、作用形態（ｉ）及び（ｉｉ）に寄与する。これらの化合物の例には、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩、亜硫酸水素塩及び重硫酸塩が挙げられる。特定の化合物には、Ａｌ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏとして表されることがあるＡｌ（ＯＨ）3、Ｍｇ（ＯＨ）2、ホウ酸ナトリウム（Ｎａ2Ｂ2Ｏ7・１０Ｈ2Ｏ）、Ｚｎ硼酸塩、及び海泡石（水和ケイ酸マグネシウムである鉱物）が挙げられる。水酸化物からの水の放出は、分解と見なされる。Ａｌ（ＯＨ）3は、例えば、約１８０℃まで加熱したときに水を放出する。
燃焼緩和剤である更なる化合物には、ナトリウム、カリウム、カルシウム及びマグネシウム炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩、亜硫酸水素塩及び重硫酸塩などの、アルカリ及びアルカリ土類金属炭酸塩類、重炭酸塩類、硫酸塩類、亜硫酸水素塩類、及び重硫酸塩類が挙げられる。化合物を放出する二酸化窒素の例には、メラミン及びメラミンシアヌール酸塩が挙げられる。
燃焼緩和剤は、加熱時（形態（ｉｉｉ）及び（ｉｖ））に炭化物になりかつ／又は膨張を示すことができ、そのような燃焼緩和剤は、ケイ酸ナトリウム、バーミキュライト及びグラファイトを含む。グラファイトを除いて、これらの化合物は無機であることが好ましい。燃焼緩和剤は、炭素などの熱吸収固体でもよい。炭素は、単に、前述の無機化合物と区別されるような単一元素化合物と考えられうる。
燃焼緩和剤は、ポリリン酸アンモニウム（［ＮＨ4ＰＯ4］x）、アルカリ金属又はアルカリ土類金属オルトリン酸塩又はピロリン酸塩などのリン含有（好ましくは）無機物でよく、この無機物は、作用形態（Ｖ）によって燃焼緩和に寄与する。燃焼緩和剤は、臭素を含むような有機化合物でよく、その例は、四臭化炭素、テトラブロモビスフェノールＡ、トリ（トリブロモネオペンチル）ホスフェートなどの有機臭素含有化合物である。
以上のことから、燃焼緩和剤が、無機化合物、炭素又は有機化合物、及び好ましくは非重合体であることが明らかである。これらは、後述するような熱的に不安定化されたフルオロポリマー以外の燃焼緩和剤である。
別の実施形態では、燃焼緩和剤は、不燃性で、破損したリチウムイオン電池によって過熱された状況で分解して、燃焼を緩和する揮発性化学種を放射する固体フルオロポリマーである。固体フルオロポリマーは、リチウムイオン電池の破損に応じてこの分解を提供するために熱不安定化可能であることが好ましい。このフルオロポリマーは、以下に述べる種々様々の特質を有することができ、それらはすべて固体状態である。一般に、フルオロポリマーは、ポリマー鎖として炭素原子鎖：例えば−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃｘ−を含み、ここで、ｘは、ポリマー鎖上の置換基と共に、フルオロポリマーに必要な分子量を提供し、フルオロポリマーを固体にするために存在する追加炭素原子の数である。少なくとも５０，０００（Ｍｎ）の分子量を有するフルオロポリマーが市販されており、本発明の混合物でそのようなフルオロポリマーを熱不安定化可能な形態で使用するのに好都合である。好ましいフルオロポリマーは、例えば（重合によって）誘導された少なくとも４０〜９９ｍｏｌ％のテトラフロオルエチレン（ＴＦＥ）繰り返し単位と、少なくとも１つの他のコモノマーから誘導された１〜６０ｍｏｌ％の単位を含む溶融加工性テトラフロオルエチレンコポリマーのものである。ＴＦＥと共にペルフルオロポリマーを構成するのに好ましいコモノマーは、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、及び／又は直鎖若しくは分枝状アルキル基が１〜５個の炭素原子を含むペルフルオロ（アルキルビニルエーテル）（ＰＡＶＥ）などの３〜８個の炭素原子を含むペルフルオロオレフィンである。そのようなＴＦＥコポリマーと前述のようなものにおける好ましいＰＡＶＥモノマーは、アルキル基が１、２、３、又は３個の炭素原子を含むものであり、コポリマーは、幾つかのＰＡＶＥモノマーを使用して形成されうる。好ましいＴＦＥコポリマーには、ＦＥＰ（ＴＦＥ／ＨＦＰコポリマーとＴＦＥ／ＨＦＰ／ＰＡＶＥコポリマー）及びＰＦＡ（ＴＦＥ／ＰＡＶＥコポリマー）が挙げられ、ここで、ＰＡＶＥは、最も好ましくはペルフルオロ（エチルビニルエーテル）（ＰＥＶＥ）若しくはペルフルオロ（プロピルビニルエーテル）（ＰＰＶＥ）、又はペルフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＰＭＶＥ）とＰＰＶＥの組み合わせ、すなわち、ＴＦＥ／ＰＭＶＥ／ＰＰＶＥコポリマー（この分野ではＭＦＡと呼ばれることがある）である。ＴＨＶ（ＴＦＥ／ＨＦＰ／ＶＦ2コポリマー）などのポリマー鎖に−ＣＨ2−単位を含むフルオロポリマーはあまり好ましくない。ＦＥＰは、好ましくは、５〜１７重量％のＨＦＰを含み、残りの部分は、存在する場合はＦＥＰの全重量を基準にして０．２〜２重量％のＰＡＶＥを含むＴＦＥである。ＰＦＡは、好ましくは、少なくとも２重量％のＰＡＶＥを含み、残りの部分は、ＰＦＡの全重量を基準にしてＴＦＥである。
フルオロポリマーは、ポリマー鎖（末端基を除く）の全重量を基準にして、少なくとも５０重量％のフッ素、好ましくは少なくとも６０重量％、及びより好ましくは少なくとも７０重量％のフッ素である。本発明の一実施形態では、ポリマー鎖を構成する繰り返し単位内に水素がある場合、−ＣＨ2−の存在がフルオロポリマーの不燃性を損なう可能性があるので、ポリマー鎖を構成する任意の炭素原子上又はポリマー鎖に結合された任意の側基内で水素だけが一置換されることが好ましい。好ましくは、水素含有量は、もしある場合、フルオロポリマーの全重量を基準にして、２重量％以下、より好ましくは１重量％以下、最も好ましくは０．５重量％以下である。ポリマー鎖に沿った少量の水素は、フルオロポリマーを熱的に不安定にする有益な効果があり、それによりその燃焼緩和効果が支援される。フルオロポリマー内にある少量の水素は、作用形態（ｖ）による燃焼の緩和に寄与する。本発明の別の実施形態では、フルオロポリマーは、ペルフルオロポリマーである。ペルフルオロポリマーは、ポリマーのポリマー鎖を構成する炭素原子上の１価の置換基が、場合によっては末端基を除いて、すべてフッ素原子であることを意味する。
液体状態のフルオロポリエーテル燃焼緩和剤とは対照的に、フルオロポリマーは、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）で、４０℃以下、場合によっては５０℃以上まで、例えば６０℃以下、更には８０℃以下の少なくともリチウムイオン電池が置かれる通常動作条件で固体状態である。これより高い温度では、フルオロポリマーは溶融することがある。しかしながら、好ましくは、フルオロポリマーの融点は、少なくとも２００℃かつ３１５℃以下である。あるいは、フルオロポリマーは、明確な融点を有するものではなく、加熱で軟化するものでよい。いずれの場合も、フルオロポリマーは、好ましくは溶融流動性である。しかしながら、フルオロポリマーは、リチウムイオン電池の通常動作条件で固体のままである。溶融流動性は、特定のフルオロポリマーに関して規定された溶融ポリマーの融点と重量の条件下で、少なくとも０．１ｇ／１０分、少なくとも０．０１ｇ／１０分、より好ましくは少なくとも５ｇ／１０分、又は少なくとも１０ｇ／１０分のメルトフローレイト（ＭＦＲ）（ＡＳＴＭ Ｄ １２３８に従って測定された）を特徴とすることができる。ＰＦＡとＦＥＰに関して、所定の温度と重量はそれぞれ３７２℃と５ｋｇである。
フルオロポリマーの熱的安定性は既知であり、熱的安定性は、特にフルオロポリマー内で支配的な炭素原子とフッ素原子間の強い化学結合から生じる。しかしながら、一般的に、アズポリメライズド固体フルオロポリマーは、重合反応の際に水性重合媒体中で遊離基を提供する成分から生じる熱不安定な部分、特に不安定な末端基を有する。多数すなわち合計少なくとも３００個を超える不安定な末端基として、少なくとも４００個のそのような末端基−ＣＯＯＨ、−ＣＯＦ及び／又は−ＣＯＮＨ2があることが多い。アズポリメライズドフルオロポリマー内には、１０6個を超える炭素原子が存在することができる。例えば、水性重合媒体中の一般的な過硫酸塩重合開始剤によって、ポリマー鎖上にカルボキシル末端基−ＣＯＯＨが形成される。これらの基は、高い温度で分解し、フルオロポリマーの熱不安定性を示す。分解は、反応基ＣＦ2 -を残すカルボキシル末端基の分離であり、これにより、新しい不安定な末端基ペルフルオロビニル−ＣＦ＝ＣＦ2が形成されポリマー鎖に拡張されうる。そのような不安定化可能なフルオロポリマーが、メーカーから市販される前に、フルオロポリマーは、不安定な末端基を安定な末端基と置換する安定化プロセスにかけられる。例えば、ＦＥＰは、不安定な末端基を安定な−ＣＦ2Ｈ末端基と置換するために高温の湿潤熱処理にかけられる。ＦＥＰとＰＦＡは両方とも、不安定な末端基を安定な−ＣＦ3末端基と置換するためにフッ化処理にかけられる。
本発明で燃焼緩和剤として使用される不安定化可能なフルオロポリマーは、好ましくは安定化された末端基ではなく、その代りに、その熱不安定化可能な形態で使用され、すなわち、フルオロポリマー内に、不安定な末端基などの熱不安定な部分が存在する。不適切な充電や短絡などの破損によって生じるリチウムイオン電池による加熱によって、フルオロポリマーが加熱され不安定な部分が分解する。この分解の結果、フルオロポリマーから不燃性揮発物が放出される。これらの揮発物は、燃焼を緩和し、燃焼が起こるのを防ぐか、燃焼が起きた場合にそれを制限するか、火を瞬間的に消す。燃焼揮発物は、燃焼緩和において少なくとも作用形態（ｖ）を提供する。
好ましい不安定化可能なフルオロポリマーは、前述のＦＥＰであるが、前述の不安定な末端基を有するように、安定化されない末端基を有する。
熱不安定化可能なフルオロポリマーの別の実施形態は、フルオロポリマーに可燃性を与えることなくフルオロポリマーの熱分解を提供する−ＣＨ2−ＣＨ2−又は−ＣＨ2−などの熱不安定化可能な基を、前述のようにポリマー鎖で少量含むフルオロポリマーである。そのような熱不安定な基は、前述のように熱不安定な末端基との組み合わせで存在してもよい。少なくともポリマー（主）鎖の熱不安定性を含む熱不安定化可能なフルオロポリマーは、ＴＦＥ、ＨＦＰ及びエチレンのコポリマーであり、コポリマー内のエチレンの量は、前述の好ましい最大水素含有量を満たすほどわずかである。ＴＦＥ／ＨＦＰ／エチレンコポリマーのＴＦＥ及びＨＦＰ含有量は、前述のＦＥＰジポリマーのものと同じでよい。
熱不安定化可能なフルオロポリマーは、好ましくは、破損したリチウムイオン電池によって提供される加熱により流動性になるものである。融点を有するフルオロポリマーの場合、そのような加熱は、融点を超える。フルオロポリマーは、溶融し流動性になるか溶けて溶融流動性になる加熱時に充分に柔らかくなる。破損した電池によって提供される加熱は、フルオロポリマーを固体状態から液体状態に変化させる。フルオロポリマーのこの流動性は、過熱した電解質から生じる可燃性蒸気からの酸素の排除、及び／又は火の閉じ込めに寄与する。溶融流は、他の状況では可燃性蒸気が流出するリチウムイオン電池を封止するのに充分なことがある。
熱不安定化可能なフルオロポリマーは、フルオロポリマーの融点より少し高い温度の圧縮成形などによって、上部及び下部絶縁体２２及び２４（図１、図３及び図６）や上部絶縁体７４などの絶縁体として使用されうるシートに製造されてもよい。
本発明の別の実施形態では、本発明で使用される燃焼緩和剤は、燃焼緩和剤の組み合わせである。この組み合わせは、破損したリチウムイオン電池、破損が生じている電気化学的活性領域２０を、燃焼を緩和する複数の作用形態に曝すことができる。この組み合わせは、液体のフルオロポリエーテル燃焼緩和剤を使用することができるが、リチウムイオン電池内で利用するのにより好都合な半固体形態で使用することもできる。液体状態から半固体状態へのこの変換は、前述のような液体フルオロポリエーテル粒子状燃焼緩和剤（半固体状態にするのに有効な量の無機化合物、有機化合物又は固体フルオロポリマー）と混合することによって行われる。
半固体（状態）とは、組成物が、前述の温度と圧力の通常条件下で液体でないことを意味する。好ましくは、この半固体状態は、電池が充電式電池の時、充電を含む、リチウムイオン電池の通常動作で遭遇するより高い温度で持続する。電池の通常動作は、周囲温度（１５〜２５℃）と４０℃以下のより高い温度、場合によっては５０℃以下と更に高い温度、例えば６０℃以下と更には８０℃以下の温度を含み、単純にするために１ａｔｍの圧力下である。組成物の半固体状態は、これらの温度と圧力条件のいずれでも流動性でないため、液体状態と異なる。これと対照的に、液体状態は、その容器の形状をとると同時に一定体積を有するように流動性を示す。流動性の代わりに、組成物の半固体状態は、組成物が剛性を有し、それにより電池に対して配置されたままであることを意味する。組成物のこの配置は、混合物の半固体状態の特性によって容易になり、すなわち、混合物は、電池に対して所望の面と密接し、例えば小室２８、４２及び５４などの小室の充填を達成するための圧力下で充分な流動性である。加えられる圧力は、所望の接触又は充填を達成するために半固体を塗布するか広げるか詰めるために使用される手ごての圧力だけでよい。塗布され圧力が除去された後、フッ化材料が半固体状態なので、フッ化材料は、リチウムイオン電池の通常条件下で塗布位置から流れ出なくなる。半固体である特性、この半固体状態の組成物は、蝋、パン生地又はパテの粘度を有し、その剛性は、例えば、フルオロポリエーテルの分子量、厚くして半固体状態にするための合成組成物への固体添加物の量、及びフルオロポリエーテルと固体添加物（前述のような燃焼緩和剤でよい）を混合したときの固体添加物の粒径によって制御されうる。いずれの場合も、フルオロポリエーテルの分子量は、通常条件下、好ましくはリチウムイオン電池の通常動作条件下で液体状態になるのに充分に低く、それにより液体フルオロポリエーテルは、８０℃を超える沸点（１ａｔｍで）を有するようになる。半固体状態は、ゼロの引張強度を呈すること、典型的には、引張強度を試験するのに充分な完全性を有する引張試験試料を形成できないという特徴を有する。
液体フルオロポリエーテルに添加することでその粘度を高めて半固体状態を有する混合物を形成するができる別の固体フルオロポリマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と区別するために、前述の溶融状態で流れないようなポリマー量を有する低分子量ポリテトラフルオロエチレン（一般にＰＴＦＥ微粉末として知られる）がある。ＰＴＦＥ微粉末の分子量はＰＴＦＥより低いが、固体ポリマーを提供するのに充分な高さである。固体ポリマーとして、ＰＴＦＥ微粉末は、パテ状にならずに粉末状態を維持する粉末として市販されており、すなわち、ＰＴＦＥ微粉末は半固体状態ではない。その代わりに、粉末形態のＰＴＦＥ微粉末は、粉末形態のＰＴＦＥ微粉末が自由に流動するのに充分な硬さの粒子からなる。ＰＴＦＥ微粉末の分子量がＰＴＦＥより低い結果、ＰＴＦＥ微粉末は、溶融状態で流動性となり、すなわち、溶融流動性になる。ＰＴＦＥ微粉末の溶融流動性は、溶融ポリマーに関して５ｋｇの重りを用いて３７２℃でＡＳＴＭ Ｄ １２３８に準拠して測定したとき、少なくとも０．０１ｇ／１０分、好ましくは少なくとも０．１ｇ／１０分、より好ましくは少なくとも５ｇ／１０分、更により好ましくは少なくとも１０ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）によって特徴付けられ得る。ＰＴＦＥ微粉末は単独で溶融加工性がなく、すなわち、ＰＴＦＥ微粉末の溶融からモールド成形された物品は、極めて脆いため役に立たない。ＰＴＦＥ微粉末は、分子量が低いので（非溶融流動性ＰＴＦＥに対して）、強度がない。ＰＴＦＥ微粉末の押出フィラメントは、極めて脆いので、屈曲時に壊れる。
材料の組み合わせである燃焼緩和剤は、材料を混合することによって形成することができ、好ましくは前述のような半固体状態で合成組成物を得るために、好ましくは、そのような材料のうちの１つが液体フルオロポリエーテルであり、好ましくは、混合物の少なくとも１つの他の構成要素が異なる燃焼緩和剤である。固体フルオロポリマー及び／又は分解触媒が組成物中に存在する場合、それらを混合工程で含めることができる。固体フルオロポリマーの粒子は、フルオロポリマーを形成する重合プロセスから生じるものでよい。例えば、水性分散重合によって、典型的には、レーザー光散乱によって測定されたときに０．５マイクロメートル以下の平均粒径を有するフルオロポリマー粒子が形成される。水性重合媒体からフルオロポリマー粒子を回収することにより、重合プロセスからの一次粒子が凝集して凝集一次粒子の二次粒子が形成され、この二次粒子は、典型的には、レーザー光散乱によって測定されたとき（ＡＳＴＭ Ｄ ４４６４）、２００〜８００マイクロメートルの平均粒径を有する。化合物、固体フルオロポリマー及び触媒として添加される燃焼緩和剤の粒径は、好ましくは、液体フルオロポリエーテルとの均質な半固体混合物を形成するのに有効なものである。好ましくは、そのような構成要素の平均粒子径（ＡＳＴＭ Ｄ ４４６４に準拠した光散乱による）は、０．１〜８００マイクロメートルの範囲にある。
混合工程は、便宜上、周囲温度（１５〜２５℃）で行われうる。混合は、手又は機械手段によって行うことができる。各成分を混合容器に加え、混合にかける。微粒子状固体が好ましくは液体と混合される場合、いずれの成分の凝集も目に見えなくなった時点で混合物が完成する。その代わりに、均質に見える混合物（好ましくは半固体）が生じる。リチウムイオン電池の寿命を超える組成物の使用中に均質さが保持されることが好ましいが、この均質さは、組成物がリチウムイオン電池に対して閉じ込め状態で適用されたときは不要になりうる。組成物の閉じ込めは、閉じ込め空間（小室）内で分離されたときでも組成物の成分の存在を維持する。
組成物としての燃焼緩和剤中の成分の比率に関して、組成物中にある粒子状固体材料又は単に粒子状固体の量、フルオロポリマー以外の燃焼緩和剤又はそのような燃焼緩和剤とフルオロポリマーの組み合わせ、熱不安定化可能又は単なるフルオロポリマーシックナーは、フルオロポリエーテルの液体状態を半固体状態に変換するのに有効であることが好ましい。この量は、フルオロポリエーテルの分子重量と、存在する固体の粒径及び混合される固体の量に依存する。フルオロポリエーテルは分子量が高いほど粘性が高くなり、すなわち、半固体状態への変換に必要な粒子状固体が少なくなる。粒子状固体の粒径が小さくなるほど、この変換を行うために必要な固体が少なくなる。フルオロポリマー以外の燃焼緩和剤である粒子状固体に対して、半固体組成物が、少なくとも７０重量％、より好ましくは少なくとも６０重量％、及び最も好ましくは少なくとも５０重量％の液体フルオロポリエーテルを含み、合計１００重量％に対する残りの部分は粒子状固体であることが好ましい。また、組成物の少なくとも３、４又は５重量％が、粒子状固体を含み、合計１００重量％に対する残りの部分が液体フルオロポリエーテルであり、液体フルオロポリエーテルの最大量はそれぞれ、９７重量％、９６重量％及び９５重量％であることが好ましい。に適用可能な粒子状固体の更なる好ましい最小量は、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも３５重量％又は少なくとも４０重量％であり、合計１００重量％に対する残りの部分は、液体フルオロポリエーテルと粒子状固体の組み合わせである。一実施形態では、そのような組成範囲は、合計１００重量％に対して、粒子状固体として液体フルオロポリエーテルとフルオロポリマー以外の燃焼緩和剤との組み合わせに適用される。別の実施形態では、これらの組成範囲は、液体フルオロポリエーテルと、粒子状固体としてフルオロポリマー以外の燃焼緩和剤及び／又はフルオロポリマーとの組み合わせ（ＰＴＦＥ微粉末か熱不安定化可能なフルオロポリマーかどうかに関わらず）に適用され、この組み合わせは、液体フルオロポリエーテルと共に、これらの成分の組成の合計１００重量％になる。この実施形態によれば、前述の粒子状固体の重量％は、フルオロポリマー以外の燃焼緩和剤とフルオロポリマーとの組み合わせに適用される。しかしながら、液体フルオロポリエーテル、フルオロポリマー以外の燃焼緩和剤、及びフルオロポリマーの総合重量の少なくとも３、４若しくは５重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも２５重量％又は少なくとも３０重量％は、フルオロポリマー以外の燃焼緩和剤であることが好ましい。好ましくは、フルオロポリマー成分は、少なくとも５０重量％の熱不安定化可能なフルオロポリマーを含む。組成物中の分解触媒量は、存在する場合、これらの組成範囲に含まれない。触媒量は、前述のようにフルオロポリエーテルの重量を基準にする。
（実施例１）
ＬｉＭｎ０．３３Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏ2電極粉末、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）ポリマーバインダ、及び１−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）中にスラリー化されたグラファイトの混合物からリチウム円筒形電池用のカソード電極を製造した。グラファイト、ＰＶＤＦ及びＮＭＰからアノード電極を製造した。アルミニウム集電体箔上とアノード電極用の銅集電体箔上にスラリーからカソード電極をキャスティングした。電解質は、エチレンカーボネート（ＥＣ）：ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）中に１Ｍ ＬｉＰＦ6であった。電池コアを巻回するプロセスではポリプロピレンセパレータを使用した。巻回されたコア要素（ゼリーロール）を図１に示された金属缶に入れ、閉じて封止した。図１に示されるような金属缶アセンブリは、スチール缶６と、電池の正極であるスチール電池上蓋８とを有する。缶６は、電池の負極である。２つの極は、互いに近くにある正極と負極の間に配置されたＵ形ポリマー絶縁体リング１０によって互いから絶縁される。絶縁体リング１０のＵ形状内に、開口部１４を有する円盤１２と、開口部１４のクロージャを形成する刻み目付きポリアミド破裂板１６が配置され、これらはすべて、図示されるように缶６を取り囲むかしめ部１８によって圧締される。電池内の巻回コア要素（電気化学的活性領域２０）は、缶６の絶縁側面と、巻回コア要素のそれぞれ上部と下部を覆うシート絶縁体２２及び２４の内側に収まる。中心ピン２６は、巻回コア要素の中心に収まる。絶縁体２２及び２４は両方とも、難燃性ポリビニルアルコールシートである。上部絶縁体２２と破裂板１６の間の空間は、燃焼緩和剤を収容する小室２８を構成する。
組み立てられた電池を完全に充電し、次に爪を缶の側面に折り込み、それにより、爪が巻回コア要素内を途中まで貫通して充電済み電池を短絡させ、その結果、電池内で急激な温度上昇が起こる。電池缶アセンブリ内の圧力は、上部絶縁体２２が破損して、小室２８内の燃焼緩和材料（この場合、ＰＦＰＥとＡｌ（ＯＨ）3，の８０：２０（重量で）混合物）が、温度が１００℃以上に急上昇する巻回コア要素に曝されるまで高まる。電池内の短絡プロセスによるアーク発生によって点火されたと思われる煙と炎が生じる。燃焼緩和材料が炎を素早く消し、巻回コア要素が冷却し始めた。電池アセンブリ全体の温度が、数分以内に、１００℃より低くなり、火災の危険がなくなった。
この実施例の実験と残りの実施例の実験で使用されるＰＦＰＥは、米国特許出願公開第２０１４／００６５４６１号の実施例１で使用されたＰＦＰＥ（フッ素化組成物）である。
（実施例２）
巻回コア要素（ゼリーロール）は、実施例１と同じであった。巻回されたコア要素（ゼリーロール）を図１に示された金属缶に入れ、閉じて封止した。図１に示されるような金属缶アセンブリは、スチール缶６と、電池の正極であるスチール電池上蓋８とを有する。缶６は、電池の負極である。２つの極は、互いに近くにある正極と負極の間に配置されたＵ形ポリマー絶縁体リング１０によって互いに絶縁される。絶縁体リング１０のＵ形状内に、開口部１４を有する円盤１２と、開口部１４のクロージャを構成する刻み目付きポリアミド破裂板１６が配置され、これらはすべて、図示されるように缶６を取り囲むかしめ部１８によって圧締される。電池内の巻回コア要素（電気化学的活性領域２０）は、缶６の絶縁側面と、巻回コア要素のそれぞれ上部と下部を覆うシート絶縁体２２及び２４内の内側に収まる。中心ピン２６は、巻回コア要素の中心に収まる。絶縁体２２及び２４は両方とも、難燃性ポリビニルアルコールシートである。更なる小室４２が含まれ、小室２８と同じ燃焼緩和剤で満たされる。
組み立てられた電池を完全に充電し、次に爪を缶の側面に折り込み、それにより、爪が巻回コア要素内を途中まで貫通して充電済み電池を短絡させ、その結果、電池内で急激な温度上昇が起こる。電池缶アセンブリ内の圧力は、上部及び下部絶縁体２２及び２４が壊れて、小室２８及び４２内の燃焼緩和材料（この場合、ＰＦＰＥとＡｌ（ＯＨ）3，の８０：２０（重量で）混合物）が、温度が１００℃以上に急上昇する巻回コア要素に曝されるまで高まる。電池内の短絡プロセスによるアーク発生によって点火されたと思われる煙と炎が生じる。燃焼緩和材料が炎を素早く消し、巻回コア要素が冷却し始めた。電池アセンブリ全体の温度が、数分以内に、１００℃より低くなり、火災の危険がなくなった。
（実施例３）
巻回コア要素（ゼリーロール）は、実施例１と同じであった。小室２８が空で燃焼緩和剤を収容していないことを除き、巻回コア要素（ゼリーロール）を図３に示された金属缶に入れ、閉じて封止した。燃焼緩和剤は、小室４２内にのみある。図３に示されるような金属缶アセンブリは、スチール缶６と、電池の正極であるスチール電池上蓋８とを有する。缶６は、電池の負極である。２つの極は、互いに近くにある正極と負極の間に配置されたＵ形ポリマー絶縁体リング１０によって互いから絶縁される。絶縁体リング１０のＵ形状内に、中に開口部１４を有する円盤１２と、開口部１４のクロージャを形成する刻み目付きポリアミド破裂板１６が配置され、これらはすべて、図示されたように缶６を取り囲むかしめ部１８によって圧締される。電池内の巻回コア要素（電気化学的活性領域２０）は、缶６の絶縁側面と、巻回コア要素のそれぞれ上部と下部を覆うシート絶縁体２２及び２４との内側に収まる。中心ピン２６は、巻回コア要素の中心に収まる。絶縁体２２及び２４は両方とも、難燃性ポリビニルアルコールシートである。
組み立てられた電池を完全に充電し、次に爪を缶の側面に折り込み、それにより、爪が巻回コア要素内を途中まで貫通して充電済み電池を短絡させ、その結果、電池内で急激な温度上昇が起こる。電池缶アセンブリ内の圧力は、上部及び下部絶縁体２２及び２４が壊れて、小室４２内の燃焼緩和材料（この場合、ＰＦＰＥとＡｌ（ＯＨ）3，の８０：２０（重量で）混合物）が、温度が１００℃以上に急上昇する巻回コア要素に曝されるまで高まる。破裂板１６が壊れてガスが電池缶の上部を通って流出し始めた後で小室２８内に部分真空ができ、これにより、小室４２内の燃焼剤が吸い込まれ、電気化学的活性領域２０内の巻回コア要素と接触する。電池内の短絡プロセスによるアーク発生によって点火されたと思われる煙と炎が生じる。燃焼緩和材料が炎を素早く消し、巻回コア要素が冷却し始めた。数分以内に、電池アセンブリ全体の温度が、１００℃より低くなり、火災の危険がなくなった。
（実施例４）
巻回コア要素（ゼリーロール）は、実施例１と同じであった。小室２８が空で燃焼緩和剤を含んでいないことを除き、巻回コア要素（ゼリーロール）を図１に示された金属缶に入れ、閉じて封止した。図４と図５に示されるような燃焼緩和剤を含む多層シート４８を巻回コア要素のまわりに配置した後で缶に入れ、次に缶を閉じ封止した。難燃性ポリビニルアルコールであるフィルム５０及び５２でシート４８を形成し、小室５４を燃焼緩和剤で満たした。電池全体は、スチール缶６と、電池の正極であるスチール電池上蓋８とを有する。缶６は、電池の負極である。２つの極は、互いに近くにある正極と負極の間に配置されたＵ形ポリマー絶縁体リング１０によって互いから絶縁される。絶縁体リング１０のＵ形状内に、開口部１４を有する円盤１２と、開口部１４のクロージャを形成する刻み目付きポリアミド破裂板１６とが配置され、これらはすべて、図示されたように缶６を取り囲むかしめ部１８によって圧締される。電池内の巻回コア要素（電気化学的活性領域２０）は、缶６の絶縁側面と、巻回コア要素のそれぞれ上部と下部を覆うシート絶縁体２２及び２４との内側に収まる。中心ピン２６は、巻回コア要素の中心に収まる。絶縁体２２及び２４は両方とも、難燃性ポリビニルアルコールシートである。
組み立てた電池を完全に充電し、次に爪を缶の側面に折り込み、それにより、爪が巻回コア要素内を途中まで貫通して充電済み電池を短絡させ、その結果、電池内で急激な温度上昇が起こる。電池缶アセンブリ内の温度と圧力は、上部及び下部絶縁体２２と２４及び難燃性ポリビニルアルコール５０と５２が壊れて、燃焼緩和材料（この場合、ＰＦＰＥとＡｌ（ＯＨ）3，の８０：２０（重量で）混合物）が、温度が１００℃以上に急上昇する巻回コア要素に曝されるまで高まる。破裂板１６が壊れガスが電池の上部を通って流出し始めた後で小室２８内に部分真空ができて、燃焼剤が吸い込まれ、電気化学的活性領域２０内の巻回コア要素と接触しやすくなる。電池内の短絡プロセスによるアーク発生によって点火されたと思われる煙と炎が生じる。燃焼緩和材料が炎を素早く消し、巻回コア要素が冷却し始めた。電池アセンブリ全体の温度が、数分以内に、１００℃より低くなり、火災の危険がなくなった。
（実施例５）
巻回コア要素（ゼリーロール）は、実施例１と同じであった。巻回されたコア要素（ゼリーロール）を図１に示された金属缶に入れ、閉じて封止した。図１に示されるような金属缶アセンブリは、スチール缶６と、電池の正極であるスチール電池上蓋８とを有する。缶６は、電池の負極である。２つの極は、互いに近くにある正極と負極の間に配置されたＵ形ポリマー絶縁体リング１０によって互いから絶縁される。絶縁体リング１０のＵ形状内に、開口部１４を有する円盤１２と、開口部１４のクロージャを形成する刻み目付きポリアミド破裂板１６とが配置され、これらはすべて、図示されたように缶６を取り囲むかしめ部１８によって圧締される。電池内の巻回コア要素（電気化学的活性領域２０）は、缶６の絶縁側面と、巻回コア要素のそれぞれ上部と下部を覆うシート絶縁体２２及び２４との内側に収まる。中心ピン２６は、巻回コア要素の中心に収まる。絶縁体２２及び２４は両方とも、難燃性ポリビニルアルコールシートである。上部絶縁体２２と破裂板１６の間の空間は、燃焼緩和剤を収容する小室２８を構成する。
組み立てられた電池を完全に充電し、次に爪を缶の側面に折り込み、それにより、爪が巻回コア要素内を途中まで貫通して充電済み電池を短絡させ、その結果、電池内で急激な温度上昇が起こる。電池缶アセンブリ内で圧力は、上部絶縁体２２が壊れて、小室２８内の燃焼緩和材料（この場合、ＰＦＰＥとＡｌ（ＯＨ）3，の８０：２０（重量で）混合物とこの混合物中に均一に分散された少量のルイス酸ＢＦ3）が、温度が１００℃以上に急上昇する巻回コア要素に曝されるまで高まる。電池内の短絡プロセスによるアーク発生によって点火されたと思われる煙と炎が生じる。燃焼緩和材料が炎を素早く消し、巻回コア要素が冷却し始めた。電池アセンブリ全体の温度が、数分以内に、１００℃より低くなり、火災の危険がなくなった。
（実施例６）
巻回コア要素（ゼリーロール）は、実施例１と同じであった。巻回されたコア要素（ゼリーロール）を図１に示された金属缶に入れ、閉じて封止した。図１に示されるような金属缶アセンブリは、スチール缶６と、電池の正極であるスチール電池上蓋８とを有する。缶６は、電池の負極である。２つの極は、互いに近くにある正極と負極の間に配置されたＵ形ポリマー絶縁体リング１０によって互いから絶縁される。絶縁体リング１０のＵ形状内に、開口部１４を有する円盤１２と、開口部１４のクロージャを形成する刻み目付きポリアミド破裂板１６とが配置され、これらはすべて、図示されたように缶６を取り囲むかしめ部１８によって圧締される。電池内の巻回コア要素（電気化学的活性領域２０）は、缶６の絶縁側面と、巻回コア要素のそれぞれ上部と下部を覆うシート絶縁体２２及び２４との内側に収まる。中心ピン２６は、巻回コア要素の中心に収まる。絶縁体２２及び２４は両方とも、難燃性ポリビニルアルコールシートである。上部絶縁体２２と破裂板１６の間の空間は、燃焼緩和剤を収容する小室２８を構成する。
組み立てられた電池を完全に充電し、次に爪を缶の側面に折り込み、それにより、爪が巻回コア要素内を途中まで貫通して充電済み電池を短絡させ、その結果、電池内で急激な温度上昇が起こる。電池缶アセンブリ内の圧力は、上部絶縁体２２が壊れて、小室２８内の燃焼緩和材料（この場合、ＰＦＰＥと、熱不安定化可能なフルオロポリマー、すなわち安定化されておらず、それにより熱不安定な末端基を有するＦＥＰとの６０：４０（重量）混合物）が、温度が１００℃以上に急上昇する巻回コア要素に曝されるまで高まる。電池内の短絡プロセスによるアーク発生によって点火されたと思われる煙と炎が生じる。燃焼緩和材料が炎を素早く消し、巻回コア要素が冷却し始めた。電池アセンブリ全体の温度が、数分以内に、１００℃より低くなり、火災の危険がなくなった。
（実施例７）
巻回コア要素（ゼリーロール）は、ゼリーロールが角型電池の典型的形状に平坦化されたことを除き、組成及び電極／セパレータ構造が実施例１と同じであった。電気化学的活性２０の平坦化された巻回コア素子領域を、図４と図５に示したような多層シート４８で構成されたパウチに入れ、閉じて封止した。シート４８のフィルム５２は、ポリアミドの外側層と内側にポリプロピレン層とを有するアルミ箔であり、小室５４は燃焼緩和剤を収容する。フィルム５０は、電気化学的活性領域を構成する巻回コア要素に面し接する難燃性ポリビニルアルコールのフィルムである。別個の金属タブを巻回コア要素に接続し、これらの金属タブは、「角型」電池の正極と負極のためにパウチ外部に個々に突出する。
組み立てた電池を完全に充電し、次に爪をパウチの側面に折り込んで、それにより、爪が巻回コア要素内を途中まで貫通して充電済み電池を短絡させ、その結果、電池内で急激な温度上昇が起こる。電池パウチアセンブリ内の温度と圧力が上昇するにしたがって、難燃性ポリビニールアルコールフィルム５２が裂けて燃焼緩和剤（この場合、ＰＦＰＥとＡｌ（ＯＨ）3の８０：２０（重量）混合物）が露出する。電池内の短絡プロセスによるアーク発生によって点火されたと思われる煙と炎が生じる。燃焼緩和材料が炎を素早く消し、巻回コア要素が冷却し始めた。電池アセンブリ全体の温度が、数分以内に、１００℃より低くなり、火災の危険がなくなった。
上記の実施例の実験では、実験で使用した燃焼緩和剤を、以下の各組成物、すなわち、（ａ）９５重量％のＰＦＰＥと５重量％の含水ケイ酸マグネシウム、及び（ｂ）実施例６で使用した６７重量％のＰＦＰＥと３３重量％の熱不安定化可能なフルオロポリマーで別々に置き換えた場合にも本質的に同じ結果が得られた。

Claims (15)

  1. 電気化学的活性領域とそのための筐体とを有するリチウムイオン電池を改良するためのプロセスであって、
    前記筐体内に前記電気化学的活性領域と分離した少なくとも１つの小室を形成し、
    燃焼緩和剤が前記電気化学的活性領域と接触しないように、前記小室内に前記燃焼緩和剤を配置し、
    前記小室が感圧性及び／又は感熱性であり、それにより、前記電気化学的活性領域が過熱する場合に前記小室が破られ、前記燃焼緩和剤が前記電気化学的活性領域と接触して前記電気化学的活性領域の燃焼を緩和する、プロセス。
  2. 前記筐体が、金属箔を含む、請求項１に記載のプロセス。
  3. 前記筐体が、缶である、請求項１に記載のプロセス。
  4. 前記燃焼緩和剤が、液体フルオロポリエーテルを含む組成物である、請求項１に記載のプロセス。
  5. 前記組成物が、更に、分解触媒及び／又は固体材料を含む、請求項４に記載のプロセス。
  6. 前記固体材料が、更なる燃焼緩和剤である、請求項５に記載のプロセス。
  7. 前記液体フルオロポリエーテルと前記固体材料とから生じる前記組成物が、半固体である、請求項５に記載のプロセス。
  8. リチウムイオン電池であって、
    筐体と、
    前記筐体内に配置されたリチウムイオン電気化学的活性領域を画定する構造と、を有し、
    前記構造は、１つの前記電極から別の前記電極にリチウムイオンを引き付けるための互いに逆に帯電した電極を有し、
    前記構造は、前記筐体内に前記電気化学的活性領域と分離した少なくとも１つの小室を画定し、
    前記リチウムイオン電気化学的活性領域が、前記リチウムイオン電気化学的活性領域内で生じる短絡による過熱に曝され、
    前記小室が、前記リチウムイオン電気化学的活性領域から分離して維持された燃焼緩和剤を収容し、
    前記燃焼緩和剤を収容する前記小室を画定する前記構造が、前記過熱によって破れることにより前記燃焼緩和剤を前記電気化学的活性領域内に放出して内部の燃焼を緩和する薄膜を有し、
    ただし、前記薄膜が燃焼緩和剤を含む場合には、前記小室内の前記燃焼緩和剤の存在が任意選択である、リチウムイオン電池。
  9. 前記薄膜が、前記過熱によって破れて前記薄膜の破裂を引き起こすことができる、請求項８に記載のリチウムイオン電池。
  10. 前記薄膜が、前記過熱によって破れて前記薄膜の溶融を引き起こすことができる、請求項８に記載のリチウムイオン電池。
  11. 前記薄膜が、前記リチウムイオン電気化学的活性領域内で生じるリチウムイオン電気化学的活性に対して不活性である、請求項８に記載のリチウムイオン電池。
  12. 前記燃焼緩和剤を収容する前記小室が、前記筐体と、前記リチウムイオン電気化学的活性領域を画定する構造との間に配置されている、請求項８に記載のリチウムイオン電池。
  13. 前記筐体が、前記リチウムイオン電池電気化学的活性領域内で前記過熱が生じる際に圧力を解放する通気孔を有し、前記燃焼緩和剤を収容する前記小室が、前記通気孔と前記リチウムイオン電気化学的活性領域との間に配置されている、請求項８に記載のリチウムイオン電池。
  14. 前記通気孔が、前記圧力の解放を可能にするように開くクロージャを有し、前記通気孔の開放が前記薄膜の破裂をともなう、請求項１２に記載のリチウムイオン電池。
  15. 前記通気孔が、前記筐体の一端に配置され、前記過熱により破れることができる薄膜を有するとともに燃焼緩和剤を収容する更なる小室が、前記通気孔と前記リチウムイオン電気化学的活性領域との間に配置された前記小室から離隔して配置され、それにより、各前記小室からの前記燃焼緩和剤が、前記過熱時に前記リチウムイオン電気化学的活性領域内に放出されることにより前記リチウムイオン電気化学的活性領域内の燃焼が緩和される、請求項１２に記載のリチウムイオン電池。
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