JP3213962B2 - 密閉型電池 - Google Patents

密閉型電池

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、密閉型電池に関し、特
に外部ショートを防止した密閉型電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子技術の進歩により電子機器の
高性能化、小型化、ポータブル化が進み、これらの電子
機器に使用される高エネルギー密度二次電池の要求が強
まっている。従来、これらの電子機器に使用される二次
電池としては、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池等が
挙げられるが、これらの電池では、放電電位が低く、エ
ネルギー密度の高い電池を得るという点ではまだ不十分
である。
【0003】そこで、最近、リチウムやリチウム合金も
しくは炭素材料のようなリチウムイオンをドープ及び脱
ドープ可能な物質を負極として用い、また正極にリチウ
ムコバルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物を使用す
る非水電解質二次電池の研究・開発が行われている。こ
の電池は、電池電圧が高く、高エネルギー密度を有し、
自己放電も少なく、かつサイクル特性に優れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、各種
電気機器においては、小型化に向けて開発が進められて
おり、このような状況から機器に組み込まれる電池ある
いはその関連部品についても、省スペース化ができるよ
うな設計であることが要求されるようになってきてきい
る。通常、このような機器に組み込まれる電池として
は、正極,負極にそれぞれ外部端子が接続された密閉型
電池が使用されるが、上述のような省スペース化に応え
て、上記密閉型電池においても、外部端子と電池の外装
表面とが非常に接近した構成とせざるを得なくなってき
ている。
【0005】ところが、密閉型電池において、外部端子
と外装表面とが接近するような構成とされると、外部端
子と外装表面とが接触して発熱し、外装表面に設けられ
た絶縁皮膜が溶融して、外部ショートに至る可能性が高
い。また、電池を機器内に組み込む場合、電池の外部端
子と他電子部品端子との接合には、半田熔接が用いられ
るが、電池の外部端子と外装表面とが近接していると、
半田溶接の際に半田が電池外装表面にまで到達する可能
性が高くなり、絶縁皮膜が溶融して外部ショートを来す
頻度が増大する。
【0006】電池がこのように外部ショートに至った場
合、特に、前述のような高エネルギー密度電池において
は、外部ショートを介して大電流が流れ、電池内部で発
熱が起き、電池が破損したり、大電流や光熱で電子部品
や機器を破損させるおそれがある。また、外部ショート
に至った電池をそのまま使用した場合、電池がいくら高
エネルギー密度であったとしてもその性能をほとんど発
揮し得ないといった不都合が生ずる。
【0007】そこで、本発明はこのような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、外部端子と外装表面との
接触・接合があったとしても外部ショートを未然に防ぐ
ことができる密閉型電池を提供することを目的とする。
【0008】
【発明の詳細な説明】
【課題を解決するための手段】本発明者らが、上記の目
的を達成するために種々検討重ねた結果、外装表面に耐
熱絶縁性能を有する層を少なくとも1層以上設けること
で、問題が解決されることを見出した。
【0009】本発明はこのような知見に基づいて提案さ
れたものであり、負極にリチウムをドープ・脱ドープ可
能な物質を用い、正極にリチウム複合酸化物を用い、こ
れら正極と負極をセパレータを介して巻回してなる渦巻
式電極素子を備えてなる非水電解質電池と、電極から導
出され外装に沿って折り曲げられてなる外部端子を有す
る密閉型電池において、複数本の非水電解質電池が電池
長手方向が互いに平行となるように配置されるととも
に、少なくとも1つの電池の電極から上記外部端子が導
出され、当該外部端子が導出される非水電解質電池にお
いては、外部端子に近接する外装表面に外部端子の折り
曲げ長さよりも幅広で且つ電池長よりも幅狭の帯状の耐
熱絶縁層が円周状に設けられていることを特徴とするも
のである。
【0010】本発明の密閉型電池において、耐熱絶縁性
能を有する層には、耐熱性熱収縮チューブ、耐熱性粘着
テープ、耐熱性フィルム、耐熱性塗料等を用いることが
できる。これらの耐熱絶縁層の材料としては、200℃
以上、好ましくは250℃以上の環境下においても分
解、溶解、変形等の化学的,物理的変化を起きない材料
であることが望ましく、たとえば、耐熱性熱収縮チュー
ブとしては、フッ素樹脂(四フッ化エチレン樹脂、パー
フルオロ〜アルコキシ樹脂、四フッ化エチレン〜六フッ
化プロピレン共重合樹脂、二フッ化エチレン樹脂等)架
橋ポリオレフィン(ポリプロピレン、ポリエチレン等)
等を材料に用いたもの、耐熱性粘着テープとして、ポリ
イミド、フッ素樹脂、アラミド繊維、ガラスクロス等を
各々ベースフィルム材料に用いたもの、耐熱性塗料とし
て、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等を材料に用いたもの
がそれぞれ使用できる。
【0011】上記耐熱絶縁層の膜厚は、外部ショートを
十分防止する点から、5〜500μmであることが好ま
しく、10〜200μmであることがより好ましい。ま
た、上記耐熱絶縁層は、単層構成でもよいが、複数の耐
熱材料を用いて2層以上の構成としても差し支えない。
【0012】
【作用】外部端子を有する密閉型電池において、上記外
部端子に近接する外装表面に耐熱絶縁層を設けると、た
とえば、外部端子を半田熔接する際に電池表面に半田が
流出したとしても、上記耐熱絶縁層により外装表面は保
護されるとともに絶縁され、外部ショートが防止される
ことなる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について実験結
果に基づいて説明する。
【0014】実施例1 図1に本実施例で作成した密閉型電池の縦断面図を示
す。
【0015】先ず、負極を次のようにして作製した。負
極活物質として、出発原料に石油ピッチを用い、これに
酸素を含む官能基を10〜20%導入(いわゆる酸素架
橋)した後、不活性ガス気流中1000℃で焼成して、
ガラス状炭素に近い性質の難黒鉛炭素材料を得た。この
材料についてX線回折を行った結果、(002)面の面
間隔は3.76Åで真比重は1.58g/cm3 であっ
た。この材料を粉砕し、平均粒径10μmの炭素材料粉
末とした。このようにして得た炭素材料粉末を90重量
部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)1
0重量部と混合し、この負極混合物を溶剤N−メチル2
ピロリドンに分散させてスラリー状にした。そして、こ
の負極スラリーを負極集電体として厚さ10μmの帯状
の銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機
で圧縮成型し、帯状負極1を作製した。
【0016】次に正極を次のようにして作製した。正極
活物質には、炭酸リチウムと炭酸コバルトをLi/Co
(モル比)=1になるように混合し、空気中で900
℃、5時間焼成で得られたLiCoO2 を用い、この得
られたLiCoO2 99.5重量部、炭酸リチウム0.
5重量部とした混合品を91重量部、導電剤としてグラ
ファイトを6重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデ
ン(PVDF)を3重量部を混合して正極合剤を調整
し、この正極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリ
ドンに分散させてスラリー状にした。そして、このよう
にして得た正極スラリーを正極集電体として厚さ20μ
mの帯状アルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥
後、ロールプレス機で圧縮成型し、帯状正極2を作製し
た。
【0017】セパレーターとしては、微多孔性ポリプロ
ピレンフィルムを用意した。帯状負極1と帯状正極2及
びセパレーター3はそれぞれ渦巻電極素子とした場合、
それが外径20mm、高さ51mmの電池缶5中に適切
に納まる寸法となるよう予め長さ、幅を調整し、図1に
示した様な渦巻式電極を作製した。
【0018】この様にして作製した渦巻式電極をニッケ
ルメッキを施した鉄製電池缶5に収納した。渦巻式電極
上下両面には絶縁板4を配置し、アルミニウム製正極リ
ード12を正極集電体から導出して電池蓋7に、ニッケ
ル製負極リード11を負極集電体から導出して電池缶5
に熔接した。次に、この電池缶5の中にプロピレンカー
ボネート50体積部とジプロピルカーボネート50体積
部混合溶媒中にLiPF6 1mol/l溶解させた電解
液を注入した。
【0019】アスファルトを塗布した絶縁封口ガスケッ
トを介して電池缶5をかしめることで、電池蓋7を固定
し、直径20mm、高さ50mmの円筒型非水電解液二
次電池を作製した。これを素電池と呼称する。
【0020】次に、ポリ塩化ビニル熱収縮チューブ(グ
ンゼ高分子製)13の中に素子を挿入し、正極側に絶縁
ワッシャ14を組み込んだ状態で熱風炉を通し、チュー
ブを素電池外径まで熱収縮させた。この電池15,16
を2個用意した。
【0021】素電池15の電池側面正極側に円周と同長
に幅10mmのポリイミド粘着テープ17(日東電工社
製,商品名 No.360UL)を貼付した。直列接続
の組電池を作製するため、ポリスイッチ18を介して、
素電池15と素電池16の正極を接続した。続いて外部
端子19,20を図の位置に抵抗熔接した。
【0022】この組電池に、上限電圧8.20Vで1
A、8時間の定電流充電を行った後に外部端子18先端
部へ溶解半田をポリイミドテープ表面に接触するまで滴
下した。その後、組電池の開路電圧を測定したところ、
8.18Vあり電池に異常は見られなかった。
【0023】実施例2 ポリイミド結着テープをガラスクロス粘着テープ(日東
電工社製,商品名 No.188UL)に変更した以
外、実施例1と同様の組電池を作製し、同様にして充
電、半田滴下を行った。その後、組電池の開路電圧を測
定したところ、8.18Vであり、電池に異常は見られ
なかった。
【0024】実施例3 ポリイミド粘着テープをアラミド繊維粘着テープ(日東
電工社製,商品名 No.403)に変更した以外、実
施例1と同様の組電池を作製し、同様にして充電、半田
滴下を行った。その後、組電池の開路電圧を測定したと
ころ、8.18Vあり、電池に異常は見られなかった。
【0025】実施例4 ポリイミド粘着テープをフッ素樹脂粘着テープ(日東電
工社製,商品名 No.453)に変更した以外、実施
例1と同様の組電池を作製し、同様にして充電、半田滴
下を行った。その後、組電池の開路電圧を測定したとこ
ろ、8.18Vであり、電池に異常は見られなかった。
【0026】実施例5 ポリ塩化ビニル熱収縮チューブの代わりにパーフルオロ
〜アルコキシ樹脂熱収縮チューブ(グンゼ製)を使用、
またポリイミド粘着テープ未貼付以外、実施例1と同様
に組電池を作製し、同様にして充電、半田滴下を行っ
た。その後、組電池の開路電圧を測定したところ、8.
18Vあり、電池に異常は見られなかった。
【0027】実施例6 実施例1と同様に、素電池を作製し、予め素電池15の
ポリイミド粘着テープ貼付部、電池缶表面にフッ素樹脂
塗料(旭硝子製LF−100)を塗布し、ポリイミド粘
着テープ未貼付以外、実施例1と同様に組電池を作製
し、同様にして充電、半田滴下を行った。ポリ塩化ビニ
ル熱収縮チューブは、すぐに溶解したが、組電池の開路
電圧は8.18Vあり、電池に異常は見られなかった。
【0028】比較例1 ポリイミド粘着テープ未貼付以外、実施例1と同様に組
電池を作製し、同様にして充電、半田滴下を行った。半
田滴化部のポリ塩化ビニル熱収縮チューブは、すぐに溶
解し、組電池開路電圧を測定したところ、4.15Vま
で低下し、素電池15は発熱し、ポリ塩化ビニル熱収縮
チューブは溶解した。
【0029】比較例2 ポリイミド粘着テープをポリエステル粘着テープ(日東
電工社製,商品名 No.337)に変更した以外、実
施例1と同様の組電池を作製し、同様にして充電、半田
滴下を行った。その後、組電池の開路電圧を測定したと
ころ、4.20Vまで低下しており、素電池15は徐々
に発熱し、ポリ塩化ビニル熱収縮チューブが溶解した。
【0030】このように外装表面に耐熱絶縁層が設けら
れていない比較例1および比較例2の電池においては、
半田を電池表2にまで流出させた後、回路電圧を測定す
ると発熱、電圧低下等の異常が見られるが、外装表面に
耐熱絶縁層を設けた実施例1〜実施例6の電池において
は、電池表面にまで半田を流出させても、発熱、電圧低
下等の異常は認められない。したがって、このことか
ら、外装表面に耐熱絶縁層を設けることは、電池表面へ
半田が流出することによって生じる外部ショートを防止
する上で有効であることがわかった。
【0031】
【発明の効果】上述の説明からも明らかなように、本発
明の密閉型電池は、外部端子に近接する外装表面に耐熱
絶縁層が設けられているので、電池を機器に組み込む工
程に発生する外部端子他極外装との接合・接触、所謂外
部ショートを未然に防止することができ、その工業的価
値は甚だ大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例において作成した素電池の構成例を示
す概略断面図である。
【図2】素電池に外部端子および耐熱絶縁層を設けて組
電池とした場合の構成例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1 ・・・負極 2 ・・・正極 3 ・・・セパレータ 13 ・・・熱収縮チューブ 19,20・・・外部端子

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負極にリチウムをドープ・脱ドープ可能
    な物質を用い、正極にリチウム複合酸化物を用い、これ
    ら正極と負極をセパレータを介して巻回してなる渦巻式
    電極素子を備えてなる非水電解質電池と、電極から導出
    され外装に沿って折り曲げられてなる外部端子を有する
    密閉型電池において、複数本の非水電解質電池が電池長手方向が互いに平行と
    なるように配置されるとともに、少なくとも1つの電池
    の電極から上記外部端子が導出され、 当該外部端子が導出される非水電解質電池においては、
    外部端子に近接する外装表面に外部端子の折り曲げ長さ
    よりも幅広で且つ電池長よりも幅狭の帯状の耐熱絶縁層
    が円周状に設けられている ことを特徴とする密閉型電
    池。
  2. 【請求項2】 上記耐熱絶縁層は、耐熱性熱収縮チュー
    ブ、耐熱性粘着テープ、耐熱性フィルム、耐熱性塗料か
    ら選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求
    項1記載の密閉型電池。
  3. 【請求項3】 前記負極及び正極は、帯状の集電体の両
    面に塗布されてなることを特徴とする請求項1記載の密
    閉型電池。
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