JP3281057B2 - Rechargeable battery - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、二次電池に関し、
特に非水電解液を改良した新規な金属イオン二次電池に
係わる。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a secondary battery,
Particularly, the present invention relates to a novel metal ion secondary battery in which a non-aqueous electrolyte is improved.
【0002】[0002]
【従来の技術】リチウム二次電池は、負極における電気
化学的反応の違いによって、2種類に分類されている。
その一つは、負極にリチウム金属またはその合金を使用
し、充放電時に負極のリチウム金属の表面で次の二つの
反応、(1)リチウムイオンが電荷を失って金属になって
析出する反応、及び(2)リチウム金属が電荷を得てイオ
ンになり溶出する反応を行う方式の電池である。他の一
つは、負極にカーボンその他の非金属を使用し、充放電
時に負極の表面で次の二つの反応、(1)リチウムイオン
がイオン状態のまま負極材料中に侵入(インターカレー
ション)する反応、及び(2)インターカレーションした
イオンが再び電解液中に脱離する反応を行う方式の電池
である。2. Description of the Related Art Lithium secondary batteries are classified into two types according to differences in electrochemical reactions at the negative electrode.
One of them is to use lithium metal or its alloy for the negative electrode, the following two reactions on the surface of the lithium metal of the negative electrode during charge and discharge, (1) lithium ion loses charge and reacts as a metal, And (2) a battery in which a reaction is performed in which lithium metal obtains a charge and becomes an ion to be eluted. The other is to use carbon and other non-metals for the negative electrode, the following two reactions on the surface of the negative electrode during charge and discharge, (1) lithium ions penetrate into the negative electrode material in an ionic state (intercalation) And (2) a reaction in which intercalated ions are desorbed into the electrolyte solution again.
【0003】前者の反応を行う二次電池をリチウム金属
二次電池と称し、後者の反応を行う二次電池をリチウム
イオン二次電池と称して区別する。なお、リチウム以外
の金属、例えばナトリウム、カリウム等のアルカリ金
属、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属、
アルミニウム、亜鉛その他の金属を用いて同様の二次電
池を作製することができる。A secondary battery that performs the former reaction is called a lithium metal secondary battery, and a secondary battery that performs the latter reaction is called a lithium ion secondary battery. In addition, metals other than lithium, for example, alkali metals such as sodium and potassium, alkaline earth metals such as calcium and magnesium,
A similar secondary battery can be manufactured using aluminum, zinc, or another metal.
【0004】前述したようにリチウム金属二次電池とリ
チウムイオン二次電池とでは電池系内に存在する金属の
形態が異なる。リチウム金属二次電池は、負極にリチウ
ム金属やその合金を用いているため、常に電池内にリチ
ウム金属が存在する。この電池内のリチウム金属の存在
形態としては、最初から存在する電極板のほかに、充放
電により、電極上に必然的に生成するリチウム微結晶が
ある。As described above, the form of the metal present in the battery system differs between the lithium metal secondary battery and the lithium ion secondary battery. In a lithium metal secondary battery, lithium metal or an alloy thereof is used for the negative electrode, and thus lithium metal always exists in the battery. Lithium metal in the battery may be in the form of lithium microcrystals that are necessarily generated on the electrodes by charging and discharging, in addition to the electrode plates that exist from the beginning.
【0005】前記リチウムの電極板は活性で、空気や水
と反応するので、これらと接触させると危険であり、ま
た空気中で加熱すると自然発火する。また、前記リチウ
ム微結晶は、さらに活性で反応性が高く、空気に触れる
だけで容易に自然発火する。したがって電池の安全弁が
開いて内容物が排出されたり、電池が破壊されたりし
て、前記リチウム微結晶が空気に曝されると、このリチ
ウム微結晶が自然発火するため、極めて危険である。[0005] The lithium electrode plate is active and reacts with air and water, so it is dangerous to come into contact with them and spontaneously ignites when heated in air. In addition, the lithium microcrystals are more active and highly reactive, and easily spontaneously ignite simply by contact with air. Therefore, when the safety valve of the battery is opened and the contents are discharged, or the battery is destroyed, and the lithium microcrystal is exposed to air, the lithium microcrystal spontaneously ignites, which is extremely dangerous.
【0006】このようなリチウム金属二次電池に対し、
リチウムイオン二次電池は負極にカーボンその他の非金
属材料を用いているため、リチウム金属二次電池に比
べ、負極に危険なリチウム金属等や合金を用いていない
分、安全性が高い。For such a lithium metal secondary battery,
Since the lithium ion secondary battery uses carbon or other nonmetallic material for the negative electrode, the safety is higher than that of the lithium metal secondary battery because a dangerous lithium metal or the like or an alloy is not used for the negative electrode.
【0007】前記リチウムイオン二次電池においては、
電池内に存在するリチウムは通常、すべて安全なイオン
状態になっており、金属状態では存在しない。したがっ
て、理想状態では、前記リチウムイオン二次電池はリチ
ウム金属二次電池に比べ安全な二次電池であり、万一電
池が破壊されて、電池の内容物が空気に曝されても、そ
れだけで発火に至ることはない。In the above lithium ion secondary battery,
Lithium present in the battery is usually all in a safe ionic state, not in a metallic state. Therefore, in the ideal state, the lithium ion secondary battery is a safer secondary battery than the lithium metal secondary battery, and even if the battery is destroyed and the contents of the battery are exposed to air, No ignition occurs.
【0008】前記各二次電池においては、非水電解液が
用いられる。前記非水電解液は、前記各二次電池に共通
に用いることが可能である。前記非水電解液として、エ
チレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトンなどの高沸点、高誘電率の有機溶媒、およ
びテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、ジメトキシエタン、ジオキソランなどの低沸点、低
粘度の有機溶媒が用いられている。前記高誘電率の有機
溶媒は粘度が高く、前記低粘度の有機溶媒は誘電率が低
いので、両者を混合して用いることが多い。In each of the secondary batteries, a non-aqueous electrolyte is used. The non-aqueous electrolyte can be commonly used for each of the secondary batteries. As the nonaqueous electrolyte, ethylene carbonate, propylene carbonate, high boiling point, high dielectric constant organic solvent such as γ-butyrolactone, and low boiling point, low viscosity organic solvent such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethoxyethane, dioxolane Is used. The high-dielectric constant organic solvent has a high viscosity, and the low-viscosity organic solvent has a low dielectric constant.
【0009】前記有機溶剤の沸点は、前者の3つの高誘
電率の有機溶媒がそれぞれ248℃、242℃、206
℃であり、後者の4つの低粘度の有機溶媒がそれぞれ6
6℃、78℃、85℃、78℃である。これらの有機溶
剤の引火点は、前者の3つの高誘電率の有機溶媒がそれ
ぞれ152℃、132℃、93℃であり、後者の4つの
低粘度の有機溶媒がそれぞれ−14℃、−11℃、0
℃、1℃である。したがって、前者は消防法による規定
の第四類第三石油類に該当し、後者は第四類第一石油類
に該当する。The boiling points of the organic solvents are as follows: the former three high-dielectric-constant organic solvents are 248 ° C., 242 ° C., 206
° C, and the latter four low-viscosity organic solvents are 6
6 ° C, 78 ° C, 85 ° C, and 78 ° C. The flash points of these organic solvents are 152 ° C., 132 ° C. and 93 ° C. for the former three high dielectric constant organic solvents, respectively, and −14 ° C. and −11 ° C. for the latter four low viscosity organic solvents, respectively. , 0
° C and 1 ° C. Therefore, the former falls under the category of Class 4 Petroleums specified by the Fire Service Law, and the latter falls under the category of Class 4 Petroleums.
【0010】以上のように、上記リチウムイオン二次電
池等の非水電解液は引火性、可燃性である。そのため電
池内部に収容され、通常に使用されている間は問題がな
いが、何らかの理由によって外部に漏出したときには、
発火源があれば容易に燃焼し、火災に至る潜在危険性を
持っている。As described above, non-aqueous electrolytes such as the above-mentioned lithium ion secondary batteries are flammable and flammable. Therefore, it is housed inside the battery and there is no problem during normal use, but if it leaks out for any reason,
If there is a source of ignition, it burns easily and has the potential danger of fire.
【0011】ところで、前述した理想的なリチウムイオ
ン二次電池においては、原則としてリチウムが金属状態
では存在しない。例えば、外部の過充電保護回路等によ
って、過充電等が起こらないように制御することによっ
て前記理想状態を維持することが可能である。しかしな
がら、前記制御が外されて過充電等を続けると直ぐに電
池系内のリチウムイオンが金属状態に変化し、電極にリ
チウム微結晶が生成し始める。Incidentally, in the above-mentioned ideal lithium ion secondary battery, lithium does not exist in a metallic state in principle. For example, the ideal state can be maintained by controlling an overcharge protection circuit or the like so that overcharge or the like does not occur. However, as soon as the above control is released and overcharging or the like is continued, lithium ions in the battery system change to a metallic state, and lithium microcrystals begin to be formed on the electrodes.
【0012】現実のリチウムイオン二次電池において
は、前記理想状態が維持されているとは限らず、何等か
の原因(例えば、制御回路の故障、制御のばらつき、電
池製造における原料のばらつき、製造工程のばらつきな
ど)により、過充電、過放電、あるいはその他の電気化
学反応が、電池全体あるいは局所的に起こることがあ
り、その場合には、リチウム金属が電極上に生成し、リ
チウム微結晶を形成する。In an actual lithium ion secondary battery, the ideal state is not always maintained, and some cause (for example, failure of a control circuit, variation in control, variation in raw materials in battery manufacturing, Process variations), overcharging, overdischarging, or other electrochemical reactions may occur throughout the battery or locally, in which case lithium metal is formed on the electrodes and lithium microcrystals are formed. Form.
【0013】前記リチウム微結晶が生成したリチウムイ
オン二次電池は、リチウム金属二次電池と同等の危険性
を有し、電池の安全弁が開いて内容物が排出されたり、
電池が破壊されたりして、上記金属微結晶が空気に曝さ
れると、この金属微結晶がまず発火し、次いでこれが非
水電解液に引火し、火災に至る。[0013] The lithium ion secondary battery in which the lithium microcrystals are formed has the same danger as the lithium metal secondary battery, and the safety valve of the battery is opened and the contents are discharged.
When the battery is destroyed or the metal microcrystals are exposed to air, the metal microcrystals first ignite, which in turn ignites the non-aqueous electrolyte, leading to fire.
【0014】以上のように、従来のリチウムイオン二次
電池は、本質的にリチウムが金属状態で存在しない電池
ではなく、外部の制御回路によってリチウムが金属状態
で存在しないように制御されている電池であり、リチウ
ム金属が生成する潜在的な危険を常に有している。した
がって、制御回路の故障その他の原因により、リチウム
金属微結晶が生成することがあり、それによる発火の危
険があった。従来技術ではこの問題点を解決することが
できなかった。As described above, the conventional lithium ion secondary battery is not a battery in which lithium is not essentially present in a metal state, but is a battery which is controlled by an external control circuit so that lithium does not exist in a metal state. And there is always the potential danger of lithium metal formation. Therefore, lithium metal microcrystals may be generated due to a failure of the control circuit or other causes, and there is a risk of ignition. The prior art could not solve this problem.
【0015】また、前述した理由により従来のリチウム
イオン二次電池は電池単体で販売することが難しく、必
ず外部の制御回路に組み合わせた形態で販売されてい
る。これは、電池単体で販売した場合、購入者が必ずし
も専用の制御回路付きの充電器で充電してくれるとは限
らず、誤って制御回路付きでない他の充電器で充電する
可能性があるためである。Further, it is difficult to sell the conventional lithium ion secondary battery alone by the above-mentioned reason, and it is always sold in a form combined with an external control circuit. This is because when sold as a single battery, the purchaser does not always charge with a charger with a dedicated control circuit, and there is a possibility that it will be charged by another charger without a control circuit by mistake. It is.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、外部
の制御によらず、電池自体の本質的な特性としてリチウ
ム等が金属状態でまったく存在しない状態を維持できる
二次電池、つまりリチウム等の金属微結晶が生成せず、
発火の危険性がない安全な二次電池を提供しようとする
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a secondary battery capable of maintaining a state in which lithium or the like is not present in a metallic state at all as an essential characteristic of the battery itself, regardless of external control, that is, a lithium or the like. Does not produce metal microcrystals of
An object of the present invention is to provide a safe rechargeable battery having no danger of ignition.
【0017】本発明の別の目的は、外部の制御によら
ず、電池自体の自己制御によりリチウム等の金属微結晶
を電極上に生成せず、リチウム等の金属の生成量が少な
い場合には電池特性を維持する機能と、リチウム等の金
属の生成量が多い場合には正極、負極間の導通を遮断し
て電池動作を喪失する機能とを有する二次電池を提供し
ようとするものである。Another object of the present invention is to provide a method in which the microcrystals of lithium or the like are not formed on the electrode by the self-control of the battery itself, regardless of the external control, and the amount of the metal such as lithium is small. It is intended to provide a secondary battery having a function of maintaining battery characteristics and a function of losing battery operation by interrupting conduction between a positive electrode and a negative electrode when a large amount of metal such as lithium is generated. .
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明に係る二次電池
は、正極、負極および非水電解液を備え、金属イオンの
インターカレーションを利用した二次電池において、前
記負極は前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物質を
活物質として含み、かつ前記非水電解液は前記金属イオ
ンから生成された金属と反応して非金属に変換するハロ
ゲン化炭化水素を含むことを特徴とするのである。A secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and uses a metal ion intercalation. The non-aqueous electrolyte contains a carbonaceous material to be absorbed and released as an active material, and the non-aqueous electrolyte contains a halogenated hydrocarbon which is converted into a non-metal by reacting with a metal generated from the metal ion. .
【0019】前記正極としては、例えばカルコゲン化合
物を活物質として含むものが用いられる。前記カルコゲ
ン化合物としては、例えば二酸化マンガン、リチウムマ
ンガン複合酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウム
ニッケルコバルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化
バナジウム、二硫化チタン、二硫化モリブデン等を挙げ
ることができる。特に、リチウムコバルト酸化物は正極
電位を高め、電池電圧を高くすることができるために有
用である。As the positive electrode, for example, a positive electrode containing a chalcogen compound as an active material is used. Examples of the chalcogen compound include manganese dioxide, lithium manganese composite oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt oxide, amorphous vanadium pentoxide containing lithium, titanium disulfide, molybdenum disulfide and the like. . In particular, lithium cobalt oxide is useful because the potential of the positive electrode can be increased and the battery voltage can be increased.
【0020】前記負極に含有される前記炭素質物質とし
ては、例えばコークス、合成樹脂の焼結体、炭素繊維、
熱分解気相炭素物質、メソフェーズピッチ系炭素質物質
またはメソカーボンマイクロビーズ等を用いることがで
きる。前記炭素質物質としては、予めリチウムを吸蔵さ
せたものを用いてもよい。Examples of the carbonaceous substance contained in the negative electrode include coke, a sintered body of a synthetic resin, carbon fiber,
A pyrolysis gas phase carbon material, mesophase pitch-based carbonaceous material, mesocarbon microbeads, or the like can be used. As the carbonaceous substance, a substance in which lithium is stored in advance may be used.
【0021】前記金属を非金属に変換するとは、電池内
にイオン状態で存在するリチウム等の金属元素が、初期
のイオン状態から化学変化により金属微結晶を生成した
とき、反応性のハロゲン化炭化水素の作用により、生成
した金属を再び、無機塩、有機酸、金属錯体、イオン、
有機金属化合物などのような、非金属の状態に変換する
ことを意味する。The conversion of the metal to a non-metal means that when a metal element such as lithium existing in an ionic state in a battery forms a metal microcrystal by a chemical change from an initial ionic state, it reacts with a halogenated carbon. The metal produced by the action of hydrogen is returned to inorganic salts, organic acids, metal complexes, ions,
It means converting to a non-metallic state such as an organometallic compound.
【0022】前記ハロゲン化炭化水素とは、炭化水素の
水素原子が1個あるいはそれ以上ハロゲン原子(I、B
r、Cl、F)に置換された化合物である。このような
ハロゲン化炭化水素としては、例えばヨードエタン、ヨ
ードプロパン(1−ヨードプロパン、2−ヨードプロパ
ン)、ヨードブタン(1−ヨードブタン、2−ヨードブ
タン、1−ヨード−2−メチルプロパン、2−ヨード−
2−メチルプロパン)、ヨードペンタン(1−ヨードペ
ンタン他)、ヨードヘキサン(1−ヨードヘキサン
他)、ヨードオクタン(1−ヨードオクタン他)等のヨ
ウ化アルキルの各種置換体;1,1−ジヨードエタン、
1,2−ジヨードエタン、1,1−ジヨードプロパン、
1,2−ジヨードプロパン、1,3−シヨードプロパ
ン、1,1−ジヨードブタン、1,4−ジヨードブタ
ン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキ
サン、1,8−ジヨードオクタン、1−ヨード−2−ブ
ロモエタン、1−ヨード−3−ブロモプロパン、1−ヨ
ード−4−ブロモブタン、1−ヨード−5−ブロモペン
タン、1−ヨード−6−ブロモヘキサン、1−ヨード−
8−ブロモオクタン、1−ヨード−2−クロロエタン、
1−ヨード−3−クロロプロパン、1−ヨード−4−ク
ロロブタン、1−ヨード−5−クロロペンタン、1−ヨ
ード−6−クロロヘキサン、1−ヨード−8−クロロオ
クタン、1−ヨード−2−フロロエタン、1−ヨード−
3−フロロプロパン、1−ヨード−4−フロロブタン、
1−ヨード−5−フロロペンタン、1−ヨード−6−フ
ロロヘキサン、1−ヨード−8−フロロオクタン、1−
ヨード−ポリフロロエタン、1−ヨード−ポリフロロプ
ロパン、1−ヨード−ポリフロロブタン、1−ヨード−
ポリフロロペンタン、1−ヨード−ポリフロロヘキサ
ン、1−ヨード−ポリフロロオクタン、ヨードメタン、
ジヨードメタン、ヨードブロモメタン、ヨードクロロメ
タン、ヨードフロロメタン等のヨウ化アルキル;ヨード
エチレン、ヨードプロペン、ヨードブテン、ヨードペン
テン、ヨードヘキセン、ヨードオクテン、ヨードブタジ
エン等のヨウ化アルキレン,ヨウ化アルキルポリエン;
ブロモエタン、ブロモプロパン(1−ブロモプロパン、
2−ブロモプロパン)、ブロモブタン(1−ブロモブタ
ン、2−ブロモブタン、1−ブロモ−2−メチルプロパ
ン、2−ブロモ−2−メチルプロパン)、ブロモペンタ
ン(1−ブロモペンタン他)、ブロモヘキサン(1−ブ
ロモヘキサン他)、ブロモオクタン(1−ブロモオクタ
ン他)等の臭化アルキルの各種置換体;1,2−ジブロ
モエタン、1,3−ジブロモプロパン、1,4−ジブロ
モブタン、1,5−ジブロモペンタン、1,6−ジブロ
モヘキサン、1,8−ジブロモオクタン、1−ブロモ−
1−クロロエタン、1−ブロモ−2−クロロエタン、1
−ブロモ−1−クロロプロパン、1−ブロモ−2−クロ
ロプロパン、1−ブロモ−3−クロロプロパン、等の臭
化アルキル;ブロモエチレン、ブロモプロペン、ブロモ
ブテン、ブロモペンテン、ブロモヘキセン、ブロモオク
テン、ブロモブタジエン、ジブロモエチレン、ジブロモ
プロペン、ジブロモブテン、ジブロモペンテン、ジブロ
モヘキセン、ジブロモオクテン、ジブロモブタジエン、
等の臭化アルキレン,臭化アルキルポリエン;クロロプ
ロパン(1−クロロプロパン、2−クロロプロパン)、
クロロブタン(1−クロロブタン、2−クロロブタン、
1−クロロ−2−メチルプロパン、2−クロロ−2−メ
チルプロパン)、クロロペンタン(1−クロロペンタン
他)、クロロヘキサン(1−クロロヘキサン他)、クロ
ロオクタン(1−クロロオクタン他)等の塩化アルキル
の各種置換体;1,1−ジクロロプロパン、1,3−ジ
クロロプロパン、1,4−ジクロロブタン等の塩化アル
キル;ジクロロプロペン、ジクロロブテン、ジクロロブ
タジエン等の塩化アルキレン,塩化アルキルポリエン;
ヨードシクロプロパン、ヨードシクロブタン、ヨードシ
クロペンタン、ヨードシクロヘキサン、ヨードトルエ
ン、ヨードキシレン等およびこれらのポリヨード化合物
等のヨウ化環状化合物;上記ヨウ化環状化合物のヨウ素
を臭素に置換した臭化環状化合物;上記ヨウ化環状化合
物のヨウ素を塩素に置換した塩化環状化合物等がある。The above-mentioned halogenated hydrocarbon means that one or more hydrogen atoms of the hydrocarbon are halogen atoms (I, B
r, Cl, F). Examples of such halogenated hydrocarbons include iodoethane, iodopropane (1-iodopropane, 2-iodopropane), and iodobutane (1-iodobutane, 2-iodobutane, 1-iodo-2-methylpropane, 2-iodo-).
Various substituted alkyl iodides such as 2-methylpropane), iodopentane (1-iodopentane and others), iodohexane (1-iodohexane and others), and iodooctane (1-iodooctane and others); 1,1-diiodoethane ,
1,2-diiodoethane, 1,1-diiodopropane,
1,2-diiodopropane, 1,3-diiodopropane, 1,1-diiodobutane, 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane, 1,6-diiodohexane, 1,8-diiodo Octane, 1-iodo-2-bromoethane, 1-iodo-3-bromopropane, 1-iodo-4-bromobutane, 1-iodo-5-bromopentane, 1-iodo-6-bromohexane, 1-iodo-
8-bromooctane, 1-iodo-2-chloroethane,
1-iodo-3-chloropropane, 1-iodo-4-chlorobutane, 1-iodo-5-chloropentane, 1-iodo-6-chlorohexane, 1-iodo-8-chlorooctane, 1-iodo-2-fluoroethane , 1-iodo-
3-fluoropropane, 1-iodo-4-fluorobutane,
1-iodo-5-fluoropentane, 1-iodo-6-fluorohexane, 1-iodo-8-fluorooctane, 1-
Iodo-polyfluoroethane, 1-iodo-polyfluoropropane, 1-iodo-polyfluorobutane, 1-iodo-
Polyfluoropentane, 1-iodo-polyfluorohexane, 1-iodo-polyfluorooctane, iodomethane,
Alkyl iodides such as diiodomethane, iodobromomethane, iodochloromethane and iodofluoromethane; alkylene iodides such as iodoethylene, iodopropene, iodobutene, iodopentene, iodohexene, iodooctene and iodobutadiene;
Bromoethane, bromopropane (1-bromopropane,
2-bromopropane), bromobutane (1-bromobutane, 2-bromobutane, 1-bromo-2-methylpropane, 2-bromo-2-methylpropane), bromopentane (1-bromopentane, etc.), bromohexane (1- Various substituents of alkyl bromides such as bromohexane and bromooctane (1-bromooctane and others); 1,2-dibromoethane, 1,3-dibromopropane, 1,4-dibromobutane, 1,5-dibromo Pentane, 1,6-dibromohexane, 1,8-dibromooctane, 1-bromo-
1-chloroethane, 1-bromo-2-chloroethane, 1
Alkyl bromides such as -bromo-1-chloropropane, 1-bromo-2-chloropropane, 1-bromo-3-chloropropane and the like; bromoethylene, bromopropene, bromobutene, bromopentene, bromohexene, bromooctene, bromobutadiene, dibromo Ethylene, dibromopropene, dibromobutene, dibromopentene, dibromohexene, dibromooctene, dibromobutadiene,
Alkylene bromide, alkylpolyene bromide, etc .; chloropropane (1-chloropropane, 2-chloropropane),
Chlorobutane (1-chlorobutane, 2-chlorobutane,
1-chloro-2-methylpropane, 2-chloro-2-methylpropane), chloropentane (1-chloropentane, etc.), chlorohexane (1-chlorohexane, etc.), chlorooctane (1-chlorooctane, etc.), etc. Alkyl chlorides such as 1,1-dichloropropane, 1,3-dichloropropane, and 1,4-dichlorobutane; alkylene chlorides such as dichloropropene, dichlorobutene and dichlorobutadiene; and alkylpolyene chlorides;
Iodocyclopropane, iodocyclobutane, iodocyclopentane, iodocyclohexane, iodotoluene, iodoxylene and the like; iodide cyclic compounds such as polyiodo compounds thereof; bromide cyclic compounds obtained by substituting iodine of the above iodide cyclic compound with bromine; There is a chlorinated cyclic compound in which iodine of an iodinated cyclic compound is substituted with chlorine.
【0023】前記ハロゲン化炭化水素の中でもヨウ素置
換化合物が最も好ましく、特にヨウ素置換脂肪族炭化水
素が好適である。次に好ましいハロゲン化炭化水素は、
臭素置換化合物、その次は塩素置換化合物である。前記
好適な順序は、後述するようにハロゲン化炭化水素と電
池内に生成したリチウム等の金属微結晶との反応性の順
序および反応の種類の差である。すなわち、ヨウ素置換
脂肪族炭化水素が最も反応性が高く、かつ安全な反応を
行うことが可能であるため、最も好ましい。Among the halogenated hydrocarbons, iodine-substituted compounds are most preferred, and iodine-substituted aliphatic hydrocarbons are particularly preferred. Next preferred halogenated hydrocarbons are
Bromine substituted compounds, followed by chlorine substituted compounds. The preferred order is the difference in the order of reactivity and the type of reaction between the halogenated hydrocarbon and metal microcrystals such as lithium generated in the battery, as described later. That is, an iodine-substituted aliphatic hydrocarbon is the most preferable because it has the highest reactivity and can perform a safe reaction.
【0024】前記ハロゲン化炭化水素は、炭素の一部お
よび/または水素の一部または全部が、他の官能基によ
って置換されていてもよい。In the halogenated hydrocarbon, part of carbon and / or part or all of hydrogen may be substituted by another functional group.
【0025】前記ハロゲン化炭化水素は、不燃性である
ことが好ましい。不燃性であれば、万一これらの化合物
が電池外部に排出されたときでも、これらの化合物が外
部の発火源によって着火、燃焼することはない。The halogenated hydrocarbon is preferably nonflammable. If it is nonflammable, even if these compounds are discharged to the outside of the battery, these compounds will not ignite or burn by an external ignition source.
【0026】前記ハロゲン化炭化水素は、単独で電解液
として用いてもよいが、2種類以上混合して用いてもよ
い。混合する場合には、前記ハロゲン化炭化水素のみの
組み合わせでもよいが、前記ハロゲン化炭化水素と既存
のリチウム二次電池に用いられる非水溶媒(例えばプロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチ
ロラクトン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン)
との組み合わせでもよい。既存のリチウム二次電池に用
いられる非水溶媒と組み合わせる場合には、前記ハロゲ
ン化炭化水素を生成するリチウム等の金属の微結晶の量
に対応して配合することが好ましい。The above-mentioned halogenated hydrocarbons may be used alone as the electrolyte, or may be used as a mixture of two or more kinds. In the case of mixing, a combination of the halogenated hydrocarbon alone may be used, but the halogenated hydrocarbon and a non-aqueous solvent used in an existing lithium secondary battery (for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethoxyethane) , Tetrahydrofuran)
May be combined. When it is combined with a non-aqueous solvent used in an existing lithium secondary battery, it is preferable to mix it in accordance with the amount of microcrystals of a metal such as lithium which produces the halogenated hydrocarbon.
【0027】本発明に係る別の二次電池は、正極、負極
および非水電解液を備え、金属イオンのインターカレー
ションを利用した二次電池において、前記負極は前記金
属イオンを吸蔵・放出する炭素質物質を活物質として含
み、かつ前記非水電解液は前記金属イオンから生成され
た金属と反応して非金属に変換すると共にガスを発生す
るハロゲン化炭化水素を含むことを特徴とするものであ
る。Another secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and uses a metal ion intercalation. The negative electrode stores and releases the metal ions. A carbonaceous material as an active material, and wherein the non-aqueous electrolyte solution contains a halogenated hydrocarbon which reacts with a metal generated from the metal ion to convert it to a non-metal and generate gas. It is.
【0028】前記ハロゲン化炭化水素としては、前述し
たハロゲン化炭化水素の中の例えばヨードエタン、ヨー
ドプロパン(1−ヨードプロパン、2−ヨードプロパ
ン)、ヨードブタン(1−ヨードブタン、2−ヨードブ
タン、1−ヨード−2−メチルプロパン、2−ヨード−
2−メチルプロパン)等のハロゲン基を1つ有するもの
を用いることができる。このようなハロゲン化炭化水素
の中でもヨウ素置換化合物が最も好ましく、特にヨウ素
置換脂肪族炭化水素が好適である。The halogenated hydrocarbon includes, for example, iodoethane, iodopropane (1-iodopropane, 2-iodopropane) and iodobutane (1-iodobutane, 2-iodobutane, 1-iodo) among the above-mentioned halogenated hydrocarbons. -2-methylpropane, 2-iodo-
Those having one halogen group such as 2-methylpropane) can be used. Among such halogenated hydrocarbons, an iodine-substituted compound is most preferable, and an iodine-substituted aliphatic hydrocarbon is particularly preferable.
【0029】前記金属イオンから生成された金属と反応
して非金属に変換する機能とガスを発生する機能とは、
1種類のハロゲン化炭化水素で達成するようにしてもよ
いし、2種以上のハロゲン化炭化水素で達成するように
してもよい。The function of reacting with the metal generated from the metal ion to convert it to a non-metal and the function of generating a gas include:
This may be achieved by one kind of halogenated hydrocarbon, or may be achieved by two or more kinds of halogenated hydrocarbons.
【0030】本発明に係るさらに別の二次電池は、正
極、負極および非水電解液を備え、金属イオンのインタ
ーカレーションを利用した二次電池において、前記負極
は前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物質を活物質
として含み、かつ前記非水電解液は前記金属イオンから
生成された金属と反応して非金属に変換すると共に重合
性物質を生成するハロゲン化炭化水素を含むことを特徴
とするものである。Still another secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode stores and releases the metal ions. Wherein the non-aqueous electrolyte solution contains a halogenated hydrocarbon which reacts with a metal generated from the metal ion to convert it to a non-metal and generate a polymerizable substance. It is assumed that.
【0031】前記ハロゲン化炭化水素としては、前述し
たハロゲン化炭化水素の中の例えば1,1−ジヨードエ
タン、1,2−ジヨードエタン、1,1−ジヨードプロパ
ン、1,2−ジヨードプロパン、1,3−シヨードプロ
パン、1,1−ジヨードブタン、1,4−ジヨードブタ
ン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキ
サン、1,8−ジヨードオクタン、1−ヨード−2−ブ
ロモエタン、1−ヨード−3−ブロモプロパン、1−ヨ
ード−4−ブロモブタン等のハロゲン基が2つ以上有す
るものを用いることができる。このようなハロゲン化炭
化水素の中でもヨウ素置換化合物が最も好ましく、特に
ヨウ素置換脂肪族炭化水素が好適である。The halogenated hydrocarbon includes, for example, 1,1-diiodoethane, 1,2-diiodoethane, 1,1-diiodopropane, 1,2-diiodopropane, 1,3-Diiodobutane, 1,1-diiodobutane, 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane, 1,6-diiodohexane, 1,8-diiodooctane, 1-iodo-2-bromoethane , 1-iodo-3-bromopropane, 1-iodo-4-bromobutane and the like having two or more halogen groups can be used. Among such halogenated hydrocarbons, an iodine-substituted compound is most preferable, and an iodine-substituted aliphatic hydrocarbon is particularly preferable.
【0032】前記金属イオンから生成された金属と反応
して非金属に変換する機能と重合物を生成する機能と
は、1種類のハロゲン化炭化水素で達成するようにして
もよいし、2種以上のハロゲン化炭化水素で達成するよ
うにしてもよい。The function of converting to a non-metal by reacting with the metal generated from the metal ion and the function of forming a polymer may be achieved by one kind of halogenated hydrocarbon or two kinds of halogenated hydrocarbons. This may be achieved with the above halogenated hydrocarbons.
【0033】本発明に係るさらに別の二次電池は、正
極、負極および非水電解液を備え、金属イオンのインタ
ーカレーションを利用した二次電池において、前記負極
は前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物質を活物質
として含み、かつ前記非水電解液は前記金属イオンから
生成された金属と反応してイオン性の非金属に変換する
機能と、前記金属イオンから金属が生成された際に前記
金属と反応してイオン性の非金属に変換すると共に前記
正極および負極間の導通を遮断するバリア物質を生成す
る機能とから選ばれるの少なくとも一つの機能を有する
ハロゲン化炭化水素を含むことを特徴とするものであ
る。[0033] Still another secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode stores and releases the metal ions. A non-aqueous electrolyte solution that reacts with a metal generated from the metal ion to convert it to an ionic non-metal, and that a metal is generated from the metal ion. A halogenated hydrocarbon having at least one function selected from a function of forming a barrier material that reacts with the metal to convert it into an ionic nonmetal and interrupts conduction between the positive electrode and the negative electrode. It is characterized by the following.
【0034】前記ハロゲン化炭化水素としては、前述し
たハロゲン化炭化水素の中で前記金属イオンから生成さ
れた金属と反応してイオン性の非金属に変換すると共
に、ハロゲン基が1つ有するもの、またはハロゲン基が
2つ以上有するものを用いることができる。前者のハロ
ゲン化炭化水素は、ガスをバリア物質として発生し、後
者のハロゲン化炭化水素は重合物をバリア物質として生
成するものである。前者のハロゲン化炭化水素として使
用されるハロゲン化炭化水素は、ヨウ素置換化合物が最
も好ましく、特にヨウ素置換脂肪族炭化水素が好適であ
る。後者のハロゲン化炭化水素として使用されるハロゲ
ン化炭化水素は、ヨウ素置換化合物が最も好ましい。As the halogenated hydrocarbon, the above-mentioned halogenated hydrocarbon reacts with a metal formed from the metal ion to be converted into an ionic non-metal and has one halogen group. Alternatively, a compound having two or more halogen groups can be used. The former halogenated hydrocarbons generate gas as a barrier material, and the latter halogenated hydrocarbons generate polymers as barrier materials. The halogenated hydrocarbon used as the former halogenated hydrocarbon is most preferably an iodine-substituted compound, and particularly preferably an iodine-substituted aliphatic hydrocarbon. The halogenated hydrocarbon used as the latter halogenated hydrocarbon is most preferably an iodine-substituted compound.
【0035】本発明に係る二次電池は、容器に安全装置
を取り付けることを許容する。The secondary battery according to the present invention allows a safety device to be attached to the container.
【0036】前記安全装置は、電池が過充電その他の理
由により、通常の使用温度を超えて温度が上昇した場
合、また内部圧力が著しく高くなった場合に、電池が自
己制御するために設けられている。したがって、電池の
温度が危険と見なされる温度を超えた場合、あるいは危
険と見なされる内部圧力を超えた場合に、電池内部を開
放し、電池の機能を失わせる機構になっている。このよ
うな安全装置が作動することにより、電池内部を開放
し、内部の電解液を排出させる。電解液が排出されるの
で、電池の内部圧力が下がり、また電池の機能が失われ
る。そのため、過充電が停止し、電池の温度は次第に低
下する。The safety device is provided so that the battery can self-control when the temperature rises above the normal operating temperature due to overcharging or other reasons, or when the internal pressure becomes extremely high. ing. Therefore, when the temperature of the battery exceeds the temperature considered to be dangerous or exceeds the internal pressure considered to be dangerous, the inside of the battery is opened and the function of the battery is lost. By operating such a safety device, the inside of the battery is opened and the electrolyte solution inside is discharged. Since the electrolyte is discharged, the internal pressure of the battery decreases, and the function of the battery is lost. Therefore, overcharging stops, and the temperature of the battery gradually decreases.
【0037】前記安全装置は、電池の温度が危険と見な
される温度を超えた場合、あるいは危険と見なされる内
部圧力を超えた場合に作動する安全弁その他の開放機構
によって構成される。危険と見なされる温度、あるいは
危険と見なされる内部圧力の数値は、その電池の仕様を
考慮して、電池の設計者が任意に決めればよい。一般的
なリチウム二次電池の場合には、通常、80〜200
℃、あるいは3〜30kg/cm2 の範囲に設定するこ
とが多い。The safety device is constituted by a safety valve or other opening mechanism that operates when the temperature of the battery exceeds a temperature considered dangerous or exceeds an internal pressure considered dangerous. The value of the temperature considered to be dangerous or the value of the internal pressure considered to be dangerous may be arbitrarily determined by the battery designer in consideration of the specifications of the battery. In the case of a general lithium secondary battery, usually 80 to 200
° C., or often set in the range of 3~30kg / cm 2.
【0038】前記設定値に対して、安全機構が感度よく
作動することが好ましい。安全機構の精度は、それぞれ
の二次電池の危険防止の目的を達成するために必要な範
囲内で設定される。電池の温度が、ある設定数値を超え
た場合に作動する安全機構は、例えば、ある温度で融解
する低融点金属、ある温度で変形する金属、ある温度で
強度が低下する熱可塑性樹脂等、ある温度で、物性、形
状等が変化する材料を用いて、その変化を利用すること
により実現できる。It is preferable that the safety mechanism operates with high sensitivity to the set value. The accuracy of the safety mechanism is set within a range necessary to achieve the purpose of preventing danger of each secondary battery. Safety mechanisms that operate when the battery temperature exceeds a certain set value include, for example, a low melting metal that melts at a certain temperature, a metal that deforms at a certain temperature, and a thermoplastic resin whose strength decreases at a certain temperature. It can be realized by using a material whose physical properties, shape, and the like change with temperature and utilizing the change.
【0039】前記安全機構で完全密封された電池は、あ
る温度に到達するまでは、内容物が外界から遮断されて
いるが、その温度に到達すると、例えば電池の蓋をシー
ルしていた金属が溶融し、蓋が自由な状態になる。そう
すると電池内部の電解液蒸気の圧力により蓋が外れ、電
解液がガスおよび液体の形で排出される。In a battery completely sealed by the safety mechanism, the contents are shielded from the outside until a certain temperature is reached, but when the temperature reaches that temperature, for example, the metal sealing the battery lid is removed. Melts and the lid is free. Then, the lid is removed by the pressure of the electrolyte vapor inside the battery, and the electrolyte is discharged in the form of gas and liquid.
【0040】電池の圧力が、ある設定数値を超えた場合
に作動する安全機構は、例えば、ある圧力で壊れるよう
に工夫された金属フィルムや、ある圧力で外れるように
設計された弁など、材料や構造の工夫で実現することが
できる。A safety mechanism that operates when the battery pressure exceeds a certain set value includes, for example, a material such as a metal film designed to break at a certain pressure or a valve designed to release at a certain pressure. And can be realized by devising the structure.
【0041】前記安全機構で完全密封された電池は、あ
る圧力に到達するまでは、内容物が外界から遮断されて
いるが、電池内部の電解液が沸騰などにより膨張し、そ
のため電池の内部圧力が上記圧力に到達すると、その内
部圧によって、例えば電池をシールしていた金属フィル
ム製の蓋が壊れ、電解液がガスおよび液体の形で排出さ
れる。In a battery completely sealed by the safety mechanism, the contents are isolated from the outside until a certain pressure is reached, but the electrolyte inside the battery expands due to boiling or the like, so that the internal pressure of the battery is reduced. When the pressure reaches the above pressure, the internal pressure breaks the lid made of, for example, a metal film that sealed the battery, and the electrolyte is discharged in the form of gas and liquid.
【0042】前記安全機構は、一度作動すると元に戻ら
ない非復帰型、内部圧力が減少すると元に戻る復帰型の
どちらでもよい。The safety mechanism may be a non-return type that does not return to its original state once it has been activated, or a return type that returns to its original state when the internal pressure decreases.
【0043】上述した安全装置は、前記不燃性有機溶剤
を排出する機構のほかに、温度あるいは圧力に応じて電
池に流れる電流を制御する安全機構を組み合わせてもよ
い。前記安全機構は、例えば電池内部で正極リードに電
気的に接触している電極端子(安全弁)を設定圧力で動
作することができるようにしておき、内部圧力が上昇し
て設定圧力に達すると、その圧力で電極端子を動作して
正極リードと非接触状態にし、回路を遮断するものであ
る。この組み合わせにより、電池の過充電をより一層確
実に防止することが可能になる。特に、金属と反応して
ガスを発生するタイプの有機溶媒を含む電解液を用いた
二次電池に前記安全機構を付設すると、金属の生成量に
比例して発生するガスの圧力によって電流を遮断し、金
属の生成を停止させることができるので、非常に好まし
い。The above-described safety device may be combined with a safety mechanism for controlling a current flowing through the battery according to the temperature or pressure, in addition to the mechanism for discharging the nonflammable organic solvent. The safety mechanism, for example, to allow the electrode terminal (safety valve) that is in electrical contact with the positive electrode lead inside the battery to be able to operate at the set pressure, and when the internal pressure rises and reaches the set pressure, The electrode terminal is operated by the pressure to bring the electrode terminal into a non-contact state with the positive electrode lead to cut off the circuit. This combination makes it possible to more reliably prevent overcharging of the battery. In particular, when the above-described safety mechanism is attached to a secondary battery using an electrolyte containing an organic solvent of a type that generates a gas by reacting with a metal, the current is interrupted by the pressure of the gas generated in proportion to the amount of the generated metal. However, it is very preferable because the generation of metal can be stopped.
【0044】前記電流を制御する安全機構は、以下に説
明する一度作動すると元に戻らない非復帰型、内部圧
力、電池温度が減少すると元に戻る復帰型の方式があ
る。The safety mechanism for controlling the electric current includes a non-return type which does not return to its original state once it is operated, and a return type which returns to its original state when the internal pressure and the battery temperature decrease as described below.
【0045】前記非復帰型は、一度でも電池が危険な状
態に陥った場合に、その電池の機能を永続的に停止する
方式で、例えば過充電保護回路が故障した場合に、電池
の内部圧力が上昇して電池に組み込まれた非復帰型の安
全装置を作動させ、その電池を永久的に充電不能とする
ことにより、電池への過充電を防止し、その電池がさら
に危険な状態になるのを阻止する。The non-return type is a method in which the function of the battery is permanently stopped if the battery has fallen into a dangerous state even once. For example, when the overcharge protection circuit fails, the internal pressure of the battery is reduced. Rises and activates a non-recoverable safety device built into the battery, making the battery permanently unchargeable, preventing overcharging of the battery and putting the battery in a more dangerous state To block.
【0046】前記復帰型は、電池が危険な状態に陥った
場合に、その電池の機能を一時的に停止する方式で、例
えば過充電保護回路が故障した場合に、電池の温度が上
昇して内部圧力が大きくなり、電池に組み込まれた復帰
型の安全装置を作動させ、その電池を一時的に充電不能
とすることにより、電池への過充電を防止し、その電池
がさらに危険な状態になるのを阻止する。過充電が停止
したために、電池の温度が低下して内部圧力が減少する
と充電回路が復帰し、再び充電が始まるが、再度電池の
温度が上昇して内部圧力が大きくなると再び安全装置が
作動し、電池を一時的に充電不能にする。この動作を繰
り返すことにより、電池が爆発などの危険な状態になる
のを阻止する。The return type is a method in which the function of the battery is temporarily stopped when the battery falls into a dangerous state. For example, when the overcharge protection circuit breaks down, the temperature of the battery rises. The internal pressure increases, activating a reset-type safety device built into the battery and temporarily preventing the battery from being charged, thereby preventing the battery from being overcharged and causing the battery to become more dangerous. Prevent becoming. When the battery temperature drops and the internal pressure decreases due to the stop of overcharging, the charging circuit returns and charging starts again.However, when the battery temperature rises and the internal pressure increases, the safety device operates again. , Temporarily make the battery unchargeable. By repeating this operation, the battery is prevented from going into a dangerous state such as an explosion.
【0047】前記電流を制御する安全機構は、安全弁と
独立に設置しても、安全弁と組み合わせて設置してもよ
く、どのような機構を用いるかについての制限はない。
例えば、前記非復帰型の安全弁を電流回路に利用すれ
ば、安全弁の作動と同時に電流も遮断されるので、非復
帰型の電流制御機構を兼ねることができる。逆に、復帰
型の安全弁を電流回路に利用すれば、復帰型の電流制御
機構ができる。The safety mechanism for controlling the current may be installed independently of the safety valve or may be installed in combination with the safety valve, and there is no limitation on what kind of mechanism is used.
For example, if the non-return type safety valve is used in a current circuit, the current is cut off simultaneously with the operation of the safety valve, so that the non-return type current control mechanism can also be used. Conversely, if a return-type safety valve is used in the current circuit, a return-type current control mechanism can be provided.
【0048】前記電流制御方法として、ある一定圧力を
境にしてON−OFFの非連続制御する方法、圧力に比
例して連続的に電流値を減少させる方法、及びこの組み
合わせる方法(例えば、ある一定圧力まで一定電流値、
それ以上では圧力に比例して連続的に電流値を減少させ
る方法、または逆にある一定圧力まで圧力に比例して連
続的に電流値を減少させ、それ以上では電流を遮断する
方法)などを採用することができる。As the current control method, a method of discontinuous ON / OFF control at a certain pressure boundary, a method of continuously decreasing the current value in proportion to the pressure, and a method of combining these (for example, a certain constant Constant current value up to pressure,
Above that, a method of continuously decreasing the current value in proportion to the pressure, or conversely, a method of continuously decreasing the current value in proportion to the pressure up to a certain pressure and cutting off the current above that) Can be adopted.
【0049】前記電流を制御する安全機構は、特に充電
器の保護回路が壊れて電池が過充電状態になったときの
対策に有効である。The safety mechanism for controlling the current is particularly effective as a countermeasure when the protection circuit of the charger is broken and the battery is overcharged.
【0050】特に、安全弁が作動する設定温度、設定圧
力より低い温度、圧力で作動する電流制御機構を組み込
んでおけば、安全弁が作動する前に電流制御機構が作動
し、電池の過充電状態を停止させることができるので、
電池の安全対策がより確実になる。In particular, if a current control mechanism that operates at a set temperature at which the safety valve operates, and at a temperature and pressure lower than the set pressure is incorporated, the current control mechanism operates before the safety valve operates and the overcharge state of the battery is reduced. Can be stopped,
Battery safety measures become more reliable.
【0051】さらに、本発明に係る二次電池において異
常反応(特に金属イオンから生成された金属、電解液の
分解、ガスの発生、内部圧力の上昇、熱の発生、異常電
流の発生、異常電圧の発生、出力値の異常等)をセンサ
により検知してその安全性をモニタするモニタシステム
を外部に付設することを許容する。Further, in the secondary battery according to the present invention, abnormal reactions (particularly, decomposition of metal formed from metal ions, electrolytic solution, generation of gas, increase of internal pressure, generation of heat, generation of abnormal current, abnormal voltage) Is generated by a sensor, and a monitor system for monitoring the safety of the sensor is provided.
【0052】前述した安全装置が電池内部に設置されて
電池の機能を制限することによりその安全を図るのに対
し、前記モニタシステムは主に電池外部に設置されて前
記安全装置が電池機能を制限する作動がなされる前に、
電池の異常を検出して警報信号を送ったり、または自動
的に電池を含む必要な回路全体を制御して電池を保護す
るシステムである。While the above-described safety device is installed inside the battery to limit the function of the battery to ensure its safety, the monitor system is mainly installed outside the battery and the safety device limits the battery function. Before any action is taken
This system protects the battery by detecting an abnormality in the battery and sending an alarm signal, or automatically controlling the entire necessary circuit including the battery.
【0053】前記安全装置と前記モニタシステムとを比
較すると、安全装置を組み込んだ電池は前記安全装置が
作動した時に初めて使用者が前記電池の異常を気付くの
に対し、モニタシステムは前記安全装置が作動する前に
電池の異常を検出できる。このため、前記モニタシステ
ムは特に大型の二次電池を使用する場合や二次電池を重
要な設備(例えば電気自動車などの乗り物用電源、家庭
用、産業用の電力貯蔵システム、コンピュータ等の制御
システムのバックアップ用電源等)に組み込んで使用す
る場合、前記電池および設備を未然に保護することが可
能になる。When comparing the safety device with the monitor system, the battery incorporating the safety device allows the user to notice abnormality of the battery for the first time when the safety device is activated, whereas the monitor system uses the safety device. Battery malfunction can be detected before operation. For this reason, the monitor system is used especially when a large secondary battery is used or when the secondary battery is used for important equipment (for example, a power supply for vehicles such as electric vehicles, a home or industrial power storage system, and a control system such as a computer). When the battery and the equipment are incorporated in a backup power supply, the battery and the equipment can be protected.
【0054】前記モニタシステムは、電池の異常反応を
検知する手段と、その情報を処理する手段とからなる。
ここで、前記電池の異常反応とは電池が正常に作動する
ための妨げとなる全ての反応を意味する。また、前記異
常反応を検知するとは異常反応そのもの、または異常反
応によって引き起こされる現象を検知することを意味す
る。The monitor system comprises means for detecting an abnormal reaction of the battery and means for processing the information.
Here, the abnormal reaction of the battery means all reactions that hinder the normal operation of the battery. Further, detecting the abnormal reaction means detecting the abnormal reaction itself or a phenomenon caused by the abnormal reaction.
【0055】前記異常反応検知手段は、電池内部で始ま
る異常反応を安全装置が作動する前のなるべく早い時期
に検知し、信号を前記情報処理手段に送る。前記情報処
理手段は、前記信号を受けて所望の安全処置を行う。前
記安全処置は、(1)使用者に電池の状況を知らせる、(2)
自動的に電池を含む必要な回路全体を制御して電池を保
護する、などが挙げられる。場合によっては、前記安全
処置のうちの一つを行うだけでよい。The abnormal reaction detecting means detects an abnormal reaction starting inside the battery as early as possible before the safety device operates, and sends a signal to the information processing means. The information processing means performs a desired safety measure in response to the signal. The safety measures include (1) informing the user of the battery status, (2)
And automatically controlling the entire necessary circuit including the battery to protect the battery. In some cases, only one of the safety measures need be performed.
【0056】前記情報処理手段は、判断機能を有するコ
ンピュータを用いた高度のものから、簡単な伝達を行う
だけの単純なものまで、どのようなものであってもよ
い。情報処理の内容は、電池が使用されるそれぞれのシ
ステムに応じて選択されることが望ましい。使用者に電
池の状況を知らせる方法としては、ディスプレイ画像上
にメッセージ表示する方法、光、音声を含む音波、その
他の手段で伝達する方法を採用することができる。これ
らの方法を活用して電池に異常反応が発生したこと、そ
の異常反応の内容、自動的に実施した安全処置の内容と
その処置後の電池の状況、使用者が行うべき具体的な処
置法などを必要に応じて伝達する。The information processing means may be of any type, from an advanced type using a computer having a judgment function to a simple type only performing simple transmission. It is desirable that the content of the information processing be selected according to each system in which the battery is used. As a method of notifying the user of the state of the battery, a method of displaying a message on a display image, a method of transmitting light or sound waves including sound, or other methods can be adopted. Using these methods, an abnormal reaction occurred in the battery, the details of the abnormal reaction, the details of the safety measures that were automatically performed, the state of the battery after the measures, and the specific measures to be taken by the user Etc. are communicated as necessary.
【0057】前記単純な情報処理および高度な情報処理
を以下に具体的に例示するが、これらの例に制限されな
い。The simple information processing and the advanced information processing will be specifically exemplified below, but the present invention is not limited to these examples.
【0058】前記単純な情報処理の例としては、電池に
何等かの異常があったことをディスプレイに表示する、
監視パネルに警報ランプで点灯する、ブザーなどの音を
発生して警告するなどの方法で、異常発生を使用者に知
らせることが挙げられる。As an example of the above-mentioned simple information processing, it is displayed on the display that there is some abnormality in the battery.
Informing the user of the occurrence of an abnormality by, for example, turning on an alarm lamp on a monitoring panel or generating a sound such as a buzzer to warn the user.
【0059】前記高度の情報処理の例としては、種々の
センサを用いて常時多面的に電池の状況を監視し、それ
らから得られる情報を総合してコンピュータにより電池
の状況を診断する。電池に異常が見られる場合には、推
論などの手法により異常の状況を判断し、原因を確定す
る。原因を確定した後は、最適な対応策を選定し、実行
する。対応策の実行によって起きる状況を監視し、必要
に応じて次ぎの対策を実行する。これらの経過および結
果を使用者にディスプレイ画面表示、監視パネル表示、
音声などを通して伝達する。As an example of the above-mentioned advanced information processing, the state of the battery is constantly monitored from various aspects using various sensors, and the information obtained from them is integrated to diagnose the state of the battery with a computer. If an abnormality is found in the battery, the state of the abnormality is determined by a method such as inference and the cause is determined. After the cause is determined, the optimal countermeasures are selected and executed. Monitor the situation that occurs as a result of implementing the countermeasures, and take the following countermeasures as necessary. The progress and results are displayed to the user on a display screen, a monitor panel,
Communicate through voice, etc.
【0060】例えば、過充電によりリチウム等の金属が
生成した時には、ハロゲン化炭化水素との反応で生成し
たガスによる内圧上昇信号、反応熱による温度上昇信
号、電池の電極の電圧異常信号、充電電流の異常信号及
びそれらに加えて電池外部の充電回路の異常を示す信号
を総合的に判断し、充電回路の故障により電池が過充電
状態になっていることを推論し、直ちに充電を停止する
と共に、以上の経過および結果を使用者に伝達する。For example, when a metal such as lithium is generated by overcharging, an internal pressure rise signal due to a gas produced by a reaction with a halogenated hydrocarbon, a temperature rise signal due to reaction heat, a voltage abnormality signal of a battery electrode, a charging current Comprehensively judges the abnormal signal of the battery and the signal indicating the abnormality of the charging circuit outside the battery, infers that the battery is in an overcharged state due to the failure of the charging circuit, and immediately stops charging. The above process and results are transmitted to the user.
【0061】以上説明した本発明に係る二次電池は、正
極、負極および非水電解液を備え、金属イオンのインタ
ーカレーションを利用した二次電池において、前記負極
が前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物質を活物質
として含み、かつ前記非水電解液が前記金属イオンから
生成された金属と反応して非金属に変換するハロゲン化
炭化水素を含有する構成になっている。前記ハロゲン化
炭化水素は、電池内に生成したリチウム金属微結晶と反
応して前記リチウム等の金属を非金属化合物を変換する
ため、前記金属微結晶をすべて安全な化合物に変化させ
ることができる。その結果、二次電池内にリチウム等が
金属状態で存在しない状態を維持することができる。The above-described secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. In the secondary battery utilizing intercalation of metal ions, the negative electrode absorbs and releases the metal ions. The nonaqueous electrolytic solution contains a halogenated hydrocarbon which is converted into a nonmetal by reacting with the metal generated from the metal ion. The halogenated hydrocarbon reacts with lithium metal microcrystals generated in the battery to convert a metal such as lithium into a nonmetal compound, so that all of the metal microcrystals can be converted into a safe compound. As a result, a state in which lithium or the like does not exist in a metallic state in the secondary battery can be maintained.
【0062】前記反応の典型的な例は、リチウムの金属
微結晶とヨウ素置換脂肪族炭化水素との反応である。例
えば、反応性の高いヨウ化アルキルは、次式(1)に示
すWurtz反応を起こし、発火を生じない安全なリチ
ウム塩(ヨウ化リチウム)を生成する。A typical example of the above reaction is a reaction between lithium metal microcrystals and an iodine-substituted aliphatic hydrocarbon. For example, highly reactive alkyl iodide causes a Wurtz reaction represented by the following formula (1) to produce a safe lithium salt (lithium iodide) that does not cause ignition.
【0063】 2C2H5I+2Li→C4H10+2LiI …(1) 上述したようにハロゲン化炭化水素を含む非水電解液
は、電池内に生成するリチウム金属微結晶を発火性のな
い安全な化合物に変換し、電池の安全な状態を維持する
ことができる。2C 2 H 5 I + 2Li → C 4 H 10 + 2LiI (1) As described above, the non-aqueous electrolyte containing a halogenated hydrocarbon is capable of safely igniting lithium metal microcrystals generated in the battery without ignition. It can be converted into a compound to maintain a safe state of the battery.
【0064】また、リチウム金属微結晶と他のハロゲン
化炭化水素との反応は、その条件によってWurtz反
応の他に次のハロゲン置換反応が起き、中間物質として
有機リチウム化合物が生成する。例えば、次式(2)に
示すように臭化tert−ブチルはtert−ブチルリ
チウムを生成する。In the reaction between lithium metal microcrystals and another halogenated hydrocarbon, the following halogen substitution reaction occurs in addition to the Wurtz reaction depending on the conditions, and an organic lithium compound is produced as an intermediate. For example, tert-butyl bromide produces tert-butyllithium as shown in the following formula (2).
【0065】 (CH3)3CBr+2Li→(CH3)3CLi+LiBr…(2) 生成したtert−ブチルリチウムは、活性が高く、た
だちに他の電解液等と反応する。(CH 3 ) 3 CBr + 2Li → (CH 3 ) 3 CLi + LiBr (2) The produced tert-butyl lithium has a high activity and immediately reacts with another electrolytic solution or the like.
【0066】例えば、電解液がテトラヒドロフランであ
る場合には、次式(3)に示す反応が生じて、発火しな
い安全なリチウム化合物(C2H3OLi)に変化する。For example, when the electrolytic solution is tetrahydrofuran, a reaction represented by the following formula (3) occurs to change to a safe lithium compound (C 2 H 3 OLi) which does not ignite.
【0067】 (CH3)3CLi+C4H8O →C2H4+C4H10+C2H3OLi …(3) また、例えば電解液がエチレンカーボネートである場合
には、次式(4)に示す反応が生じ、同様に発火しない
安全なリチウム化合物に変化する。(CH 3 ) 3 CLi + C 4 H 8 O → C 2 H 4 + C 4 H 10 + C 2 H 3 OLi (3) When, for example, the electrolytic solution is ethylene carbonate, the following formula (4) is used. The reaction shown in (1) occurs, and the reaction is similarly changed to a safe lithium compound that does not ignite.
【0068】 2(CH3)3CLi+(CH2O)2CO →(CH3)3CCOC(CH3)3+(CH2OLi)2 …(4) さらに、電解液に例えばトリフェニルホウ素を予め溶解
しておけば、直ちに次式(5)に示す反応が起き、安全
なリチウム塩に変化する。2 (CH 3 ) 3 CLi + (CH 2 O) 2 CO → (CH 3 ) 3 CCOC (CH 3 ) 3 + (CH 2 OLi) 2 (4) Further, for example, triphenyl boron is added to the electrolytic solution. If dissolved in advance, the reaction represented by the following formula (5) occurs immediately, and the compound is converted into a safe lithium salt.
【0069】 (CH3)3CLi+(C6H5)3B →[(CH3)3C(C6H5)3B]Li …(5) 上述したように中間物質として有機リチウム化合物を経
由する方法によっても、電池内に生成するリチウム金属
微結晶を発火性のない安全な化合物に変化することがで
きる。(CH 3 ) 3 CLi + (C 6 H 5 ) 3 B → [(CH 3 ) 3 C (C 6 H 5 ) 3 B] Li (5) As described above, an organolithium compound is used as an intermediate substance. Also, the lithium metal microcrystals generated in the battery can be changed to a safe compound having no ignitability by the method of passing through.
【0070】以上の式(1)〜(5)を比べてみると、
ヨウ素化物は反応が速いことに加え、発火危険性のある
有機リチウム化合物を生成しないため、ハロゲン化炭化
水素としてヨウ素化物を用いることが最も安全である。When comparing the above equations (1) to (5),
It is safest to use iodide as the halogenated hydrocarbon, since iodide does not produce an organolithium compound having a risk of ignition in addition to the rapid reaction.
【0071】ハロゲン化炭化水素として臭素化物、塩素
化物、フッ素化物を用いると、中間生成物として、発火
危険性のある有機リチウム化合物を生成するが、これは
更に反応して発火危険性を失うので、これらを用いても
二次電池の安全性を確保できる。これらの3種のハロゲ
ン化炭化水素中では、臭素化物が金属イオンから生成さ
れたリチウム等の金属との反応が最も速く、したがっ
て、ヨウ素化物に次いで好ましい。その次に塩素化物、
フッ素化物の順になる。When a bromide, chlorinated compound or fluorinated compound is used as a halogenated hydrocarbon, an organolithium compound having a risk of ignition is produced as an intermediate product, which further reacts to lose the risk of ignition. The safety of the secondary battery can be ensured by using these. Of these three halogenated hydrocarbons, bromide reacts fastest with metals such as lithium generated from metal ions, and is therefore preferred next to iodide. Then chlorinated,
The order is fluorinated.
【0072】リチウムより活性の高いナトリウム、カリ
ウム等の金属イオンを用いた二次電池では、これらの金
属微結晶とハロゲン化炭化水素との反応は置換ハロゲン
の種類にかかわらず、迅速にWurtz反応が起こる。
これらの場合には、中間生成物として発火危険性のある
有機アルカリ化合物を生成せず、安全な塩(NaCl,
NaBr,NaI,KCl,…等)を形成する。In a secondary battery using a metal ion such as sodium or potassium which is more active than lithium, the reaction between these metal microcrystals and the halogenated hydrocarbon rapidly proceeds through the Wurtz reaction regardless of the type of substituted halogen. Occur.
In these cases, a safe salt (NaCl,
NaBr, NaI, KCl,...).
【0073】アルカリ金属以外の、カルシウム、マグネ
シウム、アルミニウム、亜鉛等の金属イオンを用いた二
次電池では、金属イオンから生成された金属とハロゲン
化炭化水素が次式(6)、(7)、(8)に示す反応が
起こる。In a secondary battery using a metal ion other than an alkali metal, such as calcium, magnesium, aluminum, or zinc, the metal generated from the metal ion and the halogenated hydrocarbon are represented by the following formulas (6), (7), The reaction shown in (8) occurs.
【0074】 2RX+2M→RR+2MX…(6) RX+2M→RM+MX …(7) RX+M→RMX …(8) ただし、式中のRXはハロゲン化炭化水素、Xはハロゲ
ン、Mは金属イオンから生成された金属を表す。2RX + 2M → RR + 2MX (6) RX + 2M → RM + MX (7) RX + M → RMX (8) where RX is a halogenated hydrocarbon, X is a halogen, and M is a metal generated from a metal ion. Represent.
【0075】前記式(6)〜(8)の反応のうち、式
(6)の反応はWurtz型の反応である。式(7)の
反応は前述の有機金属化合物を生成する型の反応であ
る。これらの金属においても、前述のリチウムの場合と
同様に、金属が安全な非金属に変換される。Among the reactions of the above formulas (6) to (8), the reaction of the formula (6) is a Wurtz type reaction. The reaction of formula (7) is of the type that produces the aforementioned organometallic compounds. In these metals, as in the case of lithium described above, the metals are converted into safe nonmetals.
【0076】前記式(8)の反応は、いわゆるグリニャ
ール試薬を生成する型の反応である。例えば、ヨードエ
タンとマグネシウムイオンから生成された金属マグネシ
ウムが反応すると、次式(9)に示すように空気に触れ
ても自然発火しない生成物を生じる。The reaction of the above formula (8) is a type of reaction that produces a so-called Grignard reagent. For example, when iodoethane reacts with metallic magnesium generated from magnesium ions, a product that does not spontaneously ignite even when exposed to air is generated as shown in the following equation (9).
【0077】 C2H5I+Mg→C2H5MgI …(9) さらに、前記生成物がヨードエタンと次式(10)に示
す反応が起こり、安全なマグネシウム塩に変化する。C 2 H 5 I + Mg → C 2 H 5 MgI (9) Further, the above-mentioned product reacts with iodoethane as shown in the following formula (10) to change into a safe magnesium salt.
【0078】 C2H5I+C2H5MgI→C4H10+MgI2 …(10) なお、他の金属元素についても同様である。C 2 H 5 I + C 2 H 5 MgI → C 4 H 10 + MgI 2 (10) The same applies to other metal elements.
【0079】以上のように前記ハロゲン化炭化水素を含
む電解液は、二次電池内に発生するリチウム金属微結晶
とただちに反応し、安全な化合物に変化させる。また、
前記ハロゲン化炭化水素は金属イオンから生成されたリ
チウム等の金属と単に反応するだけでなく、ほぼ定量的
にしかも迅速に反応して金属を非金属に変換することが
できる。このため、前記電解液を用いたリチウムイオン
二次電池にはリチウム等が金属状態で存在せず、常にリ
チウム等の金属をイオン状態に保持することができる。
したがって、本発明に係わる二次電池は発火性がなく、
安全である。As described above, the electrolytic solution containing the halogenated hydrocarbon immediately reacts with the lithium metal microcrystals generated in the secondary battery to change into a safe compound. Also,
The halogenated hydrocarbon not only reacts with a metal such as lithium generated from a metal ion but also reacts almost quantitatively and quickly to convert the metal to a nonmetal. Therefore, lithium or the like does not exist in a metal state in a lithium ion secondary battery using the electrolytic solution, and a metal such as lithium can always be kept in an ionic state.
Therefore, the secondary battery according to the present invention is not ignitable,
It is safe.
【0080】これに対し、従来の電解液はリチウム等の
金属とほとんど反応せず、僅かに反応したとしても反応
速度が遅く、金属表面のごく一部分しか反応しない。し
たがって金属イオンから生成された大部分の金属がその
まま残ってしまう点が、本発明の電解液と明らかに異な
るすなわち、金属イオンから生成されたリチウム等の金
属は活性であるため、厳密にいえば接触するほとんどの
電解液と表面反応する。しかし、従来の電解液とリチウ
ム等の金属との反応は、リチウム等の金属の表面でのみ
起こり、内部に進行しないで停止する。例えば、プロピ
レンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロ
ラクトン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフランその
他の電解液が、金属リチウムと表面反応することが知ら
れている。しかし、これらの反応は定量的なバルクの反
応でなく、表面のみ僅かに反応するにすぎない。反応の
結果、金属リチウム表面に保護膜が形成され、それ以上
の反応は停止する。したがって、金属イオンから生成さ
れたリチウム等の金属は、そのままリチウムとして残っ
てしまう。しかも、反応速度が小さいため、これらの反
応では金属リチウムの生成を防ぐことができない。On the other hand, the conventional electrolytic solution hardly reacts with metals such as lithium, and even if slightly reacted, the reaction speed is slow, and only a small part of the metal surface reacts. Therefore, the point that most of the metal generated from the metal ion remains as it is is clearly different from the electrolytic solution of the present invention, that is, since the metal such as lithium generated from the metal ion is active, strictly speaking Reacts with most electrolytes in contact. However, the conventional reaction between the electrolytic solution and the metal such as lithium occurs only on the surface of the metal such as lithium and stops without proceeding inside. For example, it is known that propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethoxyethane, tetrahydrofuran and other electrolytic solutions react with lithium metal on the surface. However, these reactions are not quantitative bulk reactions, but only surface reactions. As a result of the reaction, a protective film is formed on the surface of the metallic lithium, and further reaction stops. Therefore, a metal such as lithium generated from a metal ion remains as lithium as it is. In addition, since the reaction rate is low, formation of metallic lithium cannot be prevented in these reactions.
【0081】したがって、前述した電解液を用いたリチ
ウムイオン二次電池を過充電すると、電極上に金属リチ
ウムが生成し続け、生成量が増大していくので危険であ
る。途中で過充電を停止しても、生成した金属リチウム
量は減少せず、そのまま金属リチウムとして残留するの
で、危険な状態は継続する。Therefore, when the lithium ion secondary battery using the above-mentioned electrolytic solution is overcharged, metallic lithium is continuously generated on the electrode, and the amount of generated lithium is increased, which is dangerous. Even if overcharging is stopped halfway, the amount of generated metallic lithium does not decrease and remains as metallic lithium as it is, so that the dangerous state continues.
【0082】本発明の二次電池は、生成されたリチウム
等の金属微結晶を安全な化合物に変換するメカニズムが
組み込まれているため、電池系内にリチウム等の金属が
存在しない状態を常に維持でき、従来の二次電池とは明
確に区別される。Since the secondary battery of the present invention has a built-in mechanism for converting the generated microcrystals of metal such as lithium into a safe compound, the state where no metal such as lithium exists in the battery system is always maintained. It can be clearly distinguished from conventional secondary batteries.
【0083】本発明に係る二次電池は、電池内部を開放
する安全装置および電池内部を流れる電流を制御する機
構等の安全装置と組み合わせると、より一層その作用効
果を発揮する。The secondary battery according to the present invention exerts its function and effect even more when it is combined with a safety device for opening the inside of the battery and a safety device such as a mechanism for controlling the current flowing inside the battery.
【0084】規定温度または規定圧力で開く安全装置を
従来のリチウムイオン二次電池に装着した場合、安全弁
から引火性、可燃性の電解液が排出され、しかも、生成
したリチウム等の金属微結晶が空気に触れて発火するた
めに、電解液、電池が燃焼する危険がある。このため、
従来の安全弁付きリチウム二次電池は、爆発を防ぐこと
ができても、燃焼を防ぐことはできなかった。When a safety device that opens at a specified temperature or a specified pressure is mounted on a conventional lithium ion secondary battery, a flammable and flammable electrolyte is discharged from the safety valve, and the generated metal microcrystals such as lithium are discharged. There is a danger that the electrolyte and the battery will burn because they ignite on contact with air. For this reason,
The conventional lithium secondary battery with a safety valve could prevent the explosion but could not prevent the combustion.
【0085】これに対し、本発明の二次電池に前記安全
装置を装着すると、爆発を防ぐことはもちろん、リチウ
ム等の金属微結晶が存在しないために、燃焼、火災も防
ぐことができる効果を奏する。On the other hand, when the safety device is mounted on the secondary battery of the present invention, it is possible to prevent the explosion and, of course, the combustion and fire because of the absence of metal microcrystals such as lithium. Play.
【0086】電流を制御する機構と、本発明の二次電池
に収容される電解液を組み合わせた場合の作用効果を以
下に説明する。The operation and effect when the mechanism for controlling the current and the electrolyte contained in the secondary battery of the present invention are combined will be described below.
【0087】電流を制御する機構と従来の電解液を組み
合わせた電池の場合、過充電による電池の爆発を防ぐ効
果はあるものの、リチウム等の金属の生成を防ぐことは
できなかった。すなわち、非復帰型の電流制御機構を用
いた場合には、過充電により電流制御機構が作動した時
点でリチウム等の金属の生成も停止するが、それまでに
生成したリチウム等の金属は、そのまま残留する。In the case of a battery in which a current control mechanism is combined with a conventional electrolytic solution, although there is an effect of preventing the battery from exploding due to overcharging, formation of a metal such as lithium cannot be prevented. That is, when a non-return type current control mechanism is used, the generation of a metal such as lithium is stopped when the current control mechanism is activated due to overcharging, but the metal such as lithium generated up to that time remains unchanged. Remains.
【0088】一方、復帰型の電流制御機構を用いた場合
には、過充電状態が断続的に続くためにリチウム等の金
属の生成も断続的に続き、生成量は次第に増大してい
く。On the other hand, when a return-type current control mechanism is used, the overcharge state continues intermittently, so that the generation of metal such as lithium continues intermittently, and the amount of generation gradually increases.
【0089】これらの電池においては、生成したリチウ
ム等の金属がそのまま電池内に残っている。したがっ
て、安全装置の開放、破損などの原因で、電池の内容物
が空気に触れることがあると、金属イオンから生成され
たリチウム等の金属が発火する危険がある。In these batteries, the generated metal such as lithium remains in the batteries as they are. Therefore, when the contents of the battery come into contact with air due to the opening or breakage of the safety device, there is a risk that a metal such as lithium generated from metal ions may ignite.
【0090】これに対し、前記ハロゲン化炭化水素を含
む電解液を組み合わせた場合には生成したリチウム等の
金属は前記ハロゲン化炭化水素によりただちに安全な化
合物に変換されるため、非復帰型の電流制御機構を用い
た場合はもちろんのこと、復帰型の電流制御機構を用い
た場合でも電池内は常にリチウム等の金属が存在しない
状態が保たれ、電池の内容物が空気に触れても安全であ
る。On the other hand, when the above-mentioned electrolyte containing a halogenated hydrocarbon is used in combination, the generated metal such as lithium is immediately converted into a safe compound by the halogenated hydrocarbon. Not only when a control mechanism is used, but also when a return-type current control mechanism is used, the inside of the battery is always free of metals such as lithium, and the contents of the battery are safe even if they come into contact with air. is there.
【0091】本発明の電解液と電流制御機構とを組み合
わせないで使用した場合と、電流制御機構を組み合わせ
た場合とを比較すると、組み合わせた場合が断然有利で
ある。その有利な点は、電流制御機構により、リチウム
等の金属の生成量が制限を受けることにある。このた
め、前記ハロゲン化炭化水素の負担が軽くなり、反応が
完全に進行するのに効果があるばかりでなく、前記ハロ
ゲン化炭化水素の配合量を減らすことも可能になる。A comparison between the case where the electrolytic solution of the present invention and the current control mechanism are used without being combined and the case where the current control mechanism is combined is quite advantageous. The advantage is that the amount of metal such as lithium is limited by the current control mechanism. For this reason, the burden of the halogenated hydrocarbon is reduced, which is effective not only for the reaction to proceed completely, but also for reducing the blending amount of the halogenated hydrocarbon.
【0092】さらに、前述したように安全装置が作動し
ても危険がないということから、電池の安全装置に対す
る基本的な思想を変革することができ、従来制限されて
いた安全装置の活用を大幅に拡張することができる。す
なわち、従来は安全弁が作動すると電池が燃焼する危険
があったので、安全弁の作動を極限まで制限し、より一
層の危険性、爆発性が避けることができなくなった場
合、それが起こる寸前に作動するように設計されてい
た。つまり、一種の爆発力緩和装置だった。Further, as described above, since there is no danger even when the safety device is activated, the basic concept of the battery safety device can be changed, and the utilization of the safety device which has been conventionally restricted is greatly increased. Can be extended to In other words, in the past, there was a risk that the battery would burn when the safety valve was activated.Therefore, the operation of the safety valve was limited to the utmost limit, and if further danger or explosion could not be avoided, it was activated just before it occurred. Was designed to be. In other words, it was a kind of explosive mitigation device.
【0093】本発明においては、安全装置が作動しても
火災の危険がないため、安全装置を単なる爆発力緩和装
置としてだけではなく、広く危険を未然に防ぐ装置とし
て積極的に活用することが可能である。例えば、充電の
保護回路が故障し、電池が過充電状態になったとき、過
充電による発熱またはそれに伴う電池の内部圧力の増加
を利用して電池の安全弁を開放し、電池の機能を停止さ
せることによって、過充電を停止させ、電池が危険な状
態になるのを未然に防ぐ役割を果たすことができる。In the present invention, since there is no danger of fire even when the safety device is activated, the safety device can be actively utilized not only as a mere explosion mitigation device but also as a device for broadly preventing danger. It is possible. For example, when the charge protection circuit breaks down and the battery becomes overcharged, the battery safety valve is opened using the heat generated by overcharge or the accompanying increase in the internal pressure of the battery to stop the function of the battery. This can stop overcharging and prevent the battery from becoming dangerous.
【0094】すなわち、爆発力緩和装置から切り離し、
電池に組み込まれた単なる温度過昇防止装置、圧力過昇
防止装置として活用することができる。That is, it is separated from the explosive mitigation device,
It can be used as a simple overheat prevention device or overpressure prevention device incorporated in the battery.
【0095】以上のように、本発明の二次電池は安全弁
を活用することによって、充電の保護回路が故障した場
合にも、あるいは使用者が誤って保護回路が付いていな
い充電器で充電した場合でも、危険を未然に防ぐことが
できる。すなわち、爆発力緩和装置から切り離し、電池
に組み込まれた単なる温度過昇防止装置、圧力過昇防止
装置として活用することができる。As described above, the secondary battery of the present invention utilizes the safety valve to charge the battery even if the protection circuit for charging has failed or the user has accidentally charged the battery with a charger without the protection circuit. Even in this case, danger can be prevented. That is, the battery can be separated from the explosive power mitigation device and used as a mere device for preventing overheating and a device for preventing overheating incorporated in the battery.
【0096】特に、ガスを発生するハロゲン化炭化水素
を含む電解液を備えた二次電池と電流制御機構を組み合
わせた場合には、安全弁を開放しないで、電流を遮断し
て危険な状態に至るのを防止できるため、さらに安全度
を向上でき、好ましい。前記方式は、生成した金属を直
接検知する点、および金属生成量に比例してガスを発生
する点で他の方式にない優れた特徴があり、したがって
他の方式が不可能な条件でも正確に安全装置を起動する
ことができる。In particular, when a secondary battery provided with an electrolytic solution containing a halogenated hydrocarbon that generates gas is combined with a current control mechanism, the current is cut off without opening the safety valve, and a dangerous state is reached. Therefore, the degree of safety can be further improved, which is preferable. The above method has an excellent feature that other methods do not directly detect the generated metal and generate gas in proportion to the amount of generated metal. The safety device can be activated.
【0097】また、安全装置を活用することによって、
充電の保護回路が故障した場合にも、あるいは使用者が
誤って保護回路が付いていない充電器で充電した場合で
も、危険を未然に防ぐことができる。Also, by utilizing the safety device,
Even if the charge protection circuit breaks down, or if the user accidentally charges with a charger without a protection circuit, danger can be prevented.
【0098】従来のリチウムイオン二次電池は、使用者
が誤って保護回路が付いていない充電器で充電した場合
に危険なので、それを未然に防ぐような形態で、製造販
売されるのが一般的であった。すなわち、電池は専用充
電器とセットにして分離できないような形態で製造販売
されるか、機器内部に組み込んで、一般使用者が取り出
せないような形態で製造販売される。それに対し電池単
体での製造販売は危険を伴う。これに対し、本発明のリ
チウムイオン二次電池は安全なので、電池単体での製造
販売が可能になった。Conventional lithium ion secondary batteries are dangerous if a user accidentally charges them with a charger without a protection circuit, and are generally manufactured and sold in such a form as to prevent such a situation. It was a target. That is, the battery is manufactured and sold in a form that cannot be separated from the dedicated charger, or is manufactured and sold in a form that cannot be taken out by a general user by being incorporated into the device. On the other hand, the manufacture and sale of a single battery involves risks. On the other hand, since the lithium ion secondary battery of the present invention is safe, it is possible to manufacture and sell the battery alone.
【0099】さらに、本発明に係る二次電池は前記電解
液に含まれるハロゲン化炭化水素により金属イオンから
生成されたリチウム等の金属を非金属に変換できるた
め、金属イオンのインターカレーションを阻害する電極
上への金属生成を防止でき、良好な特性を維持できる。Further, the secondary battery according to the present invention can convert a metal such as lithium generated from a metal ion into a nonmetal by the halogenated hydrocarbon contained in the electrolytic solution, thereby inhibiting the intercalation of the metal ion. The formation of metal on the electrode can be prevented, and good characteristics can be maintained.
【0100】すなわち、金属イオンから生成されたリチ
ウム等の金属が電極上に生成され、電極表面上に保護膜
が形成されて安定的に存在すると、金属イオンのインタ
ーカレーションが妨害されるため、電極の特性を低下さ
せる。また、前記析出された金属は再イオン化し難いた
めに、除去することが困難である。さらに、前記金属の
生成のための金属イオン量が減少する。このように金属
の析出は、二次電池の特性を低下させる。That is, if a metal such as lithium generated from metal ions is formed on the electrode and a protective film is formed on the electrode surface and is stably present, the intercalation of the metal ions is hindered. Deteriorate electrode characteristics. Further, the deposited metal is difficult to be re-ionized, so that it is difficult to remove the metal. Furthermore, the amount of metal ions for the production of the metal is reduced. Thus, the deposition of metal deteriorates the characteristics of the secondary battery.
【0101】これに対し、本発明では前述したように前
記電解液に含まれるハロゲン化炭化水素により金属イオ
ンから生成されたリチウム等の金属を非金属に変換でき
るため、電極上に生成された金属が析出して電極の被覆
を未然に防止できる。したがって、金属イオンのインタ
ーカレーションを阻害することなく、良好な特性を維持
できる。On the other hand, in the present invention, as described above, a metal such as lithium generated from metal ions by the halogenated hydrocarbon contained in the electrolytic solution can be converted into a nonmetal, and thus the metal formed on the electrode can be converted. Is deposited and coating of the electrode can be prevented beforehand. Therefore, good characteristics can be maintained without inhibiting metal ion intercalation.
【0102】また、本発明に係る別の二次電池は、正
極、負極および非水電解液を備え、金属イオンのインタ
ーカレーションを利用した二次電池において、前記負極
が前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物質を活物質
として含み、かつ前記非水電解液が前記金属イオンから
生成された金属と反応して非金属に変換すると共にガス
を発生するハロゲン化炭化水素を含有する構成になって
いる。前記ハロゲン化炭化水素は、電池内に生成したリ
チウム金属微結晶と反応して前記リチウム等の金属を非
金属化合物に変換するため、前記金属微結晶をすべて安
全な化合物に変化させることができる。その結果、二次
電池内にリチウム等が金属状態で存在しない状態を維持
することができる。Another secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and uses a metal ion intercalation. The non-aqueous electrolytic solution contains a halogenated hydrocarbon which reacts with a metal generated from the metal ion to convert to a non-metal and generates a gas while containing a carbonaceous substance to be released as an active material. ing. The halogenated hydrocarbon reacts with lithium metal microcrystals generated in the battery to convert a metal such as lithium into a nonmetal compound, so that all of the metal microcrystals can be changed to a safe compound. As a result, a state in which lithium or the like does not exist in a metallic state in the secondary battery can be maintained.
【0103】また、前記ハロゲン化炭化水素は前記金属
イオンから生成された金属と反応してガスを発生する。
例えば、ハロゲン化炭化水素としてヨードエタンを用い
た場合、リチウムイオンから生成されたリチウムと前述
した式(1)に示す反応が起こってヨウ化リチウムを生
成すると共にブタンをガスとして発生する。The halogenated hydrocarbon reacts with the metal generated from the metal ion to generate a gas.
For example, when iodoethane is used as the halogenated hydrocarbon, the reaction shown in the above-described formula (1) occurs with lithium generated from lithium ions to generate lithium iodide and generate butane as a gas.
【0104】このように(a)リチウム等が金属状態で
存在しない状態を維持すること、(b)電池系内にガス
を発生することによって、リチウムイオン等の金属イオ
ンから生成されたリチウム等の金属の量に対応して次の
ような2つの機能が発揮される。As described above, (a) maintaining a state in which lithium or the like does not exist in a metallic state, and (b) generating gas in the battery system to reduce lithium or the like generated from metal ions such as lithium ions. The following two functions are exhibited according to the amount of metal.
【0105】すなわち、金属リチウムの生成、前記ハロ
ゲン化炭化水素との反応によって発火がなく、安全な非
金属に変換でき、しかも金属イオンのインターカレーシ
ョンを阻害する電極上への金属析出を防止することがで
きる。前記非金属の生成と同時に発生するガスは、前記
金属リチウムの生成量に相関し、前記金属リチウム量が
少ない場合には当然ガス発生量の少ない。このような少
量のガスは、電解液に溶解するため、気泡を生成せず、
電池の特性に悪影響を及ぼさない。したがって、前記金
属イオンのインターカレーションを阻害する電極上への
金属析出を防止できること、前記金属とハロゲン化炭化
水素との反応で生成するガスが電池に悪影響を及ぼさな
いこと等により、電池の特性が維持される第1の機能が
なされる。That is, generation of metallic lithium and reaction with the halogenated hydrocarbon do not cause ignition, can be converted into a safe nonmetal, and prevent metal deposition on the electrode which inhibits intercalation of metal ions. be able to. The gas generated simultaneously with the generation of the non-metal correlates with the generation amount of the metal lithium. When the amount of the metal lithium is small, the gas generation amount is naturally small. Since such a small amount of gas dissolves in the electrolyte, it does not generate bubbles,
Does not adversely affect battery characteristics. Therefore, the characteristics of the battery can be prevented by preventing the metal deposition on the electrode that inhibits the intercalation of the metal ions, and by preventing the gas generated by the reaction between the metal and the halogenated hydrocarbon from affecting the battery. Is maintained.
【0106】特に、前記非金属が例えば前記式(1)で
変化されたヨウ化リチウムなどのイオン性の非金属であ
る場合には、リチウムイオンとヨウ素イオンとに解離し
て再生したリチウムイオンは電解質として作用するた
め、電池特性をより良好な状態に維持する機能を実現で
きる。In particular, when the non-metal is an ionic non-metal such as lithium iodide changed in the above formula (1), lithium ion dissociated into lithium ion and iodine ion and regenerated is Since it functions as an electrolyte, a function of maintaining battery characteristics in a better state can be realized.
【0107】一方、前記金属リチウムの生成量が増大す
ると、その生成量に対応して前記ハロゲン化炭化水素が
化学理量論的に反応を継続し、大量のガスを発生する。
この際、ガス発生量が電解液への溶解度を超えるため、
前記ガスは電池系内にガス状態で存在することになる。
前記ガスは、電極表面およびセパレータ表面を覆い、ま
た電極とセパレータの間に入り込む。その結果、前記ガ
スは正極、負極間の導通を遮断するバリア物質として作
用するため、正負極間に流れる電流を抑制する。したが
って、リチウムイオンから金属リチウムを生成する機構
が停止する第2の機能、つまり電池特性を低下させる機
能がなされる。On the other hand, when the production amount of the metal lithium increases, the halogenated hydrocarbon continues the reaction stoichiometrically corresponding to the production amount, and generates a large amount of gas.
At this time, the amount of gas generated exceeds the solubility in the electrolyte,
The gas will be present in the battery system in gaseous state.
The gas covers the electrode surface and the separator surface, and enters between the electrode and the separator. As a result, the gas acts as a barrier material that blocks conduction between the positive electrode and the negative electrode, thereby suppressing a current flowing between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, a second function of stopping the mechanism for generating metal lithium from lithium ions, that is, a function of reducing battery characteristics is performed.
【0108】さらに、二次電池を内部圧力で作動する安
全装置を具備した構成にすれば、前記大量のガスによっ
て内部圧力を高めることができる。このため、安全装置
が作動し、電池内部の電流回路を改善に遮断することに
よりリチウムイオンから金属リチウムを生成する機構を
完全に停止する、第2の機能が強化される。Further, if the secondary battery is provided with a safety device that operates at the internal pressure, the internal pressure can be increased by the large amount of gas. This enhances the second function, which activates the safety device and completely shuts off the mechanism for generating lithium metal from lithium ions by improving the interruption of the current circuit inside the battery.
【0109】このように2つの機能は、電池系内に金属
イオンから生成される金属の量に応じてそれぞれ発現さ
れる。つまり、前記金属の生成量が少ない段階では前記
第1の機能が働き、金属の生成が継続された金属の生成
量が増大すると自動的に前記第2の機能が発現される。As described above, the two functions are developed according to the amount of metal generated from metal ions in the battery system. In other words, the first function operates at a stage where the amount of the metal generated is small, and the second function is automatically realized when the amount of the metal that has been continuously generated increases.
【0110】前記2つの機能は、電池および電池に係わ
るシステムを保護する。具体的には、前記第1の機能は
金属イオンから生成された金属による一時的な特性劣化
を防止して電池特性を維持すると共に、電池内部に生成
した金属を安全な非金属状態(もしくはイオン性の非金
属状態)に変換して安全性を確保するものである。前記
第2の機能は、電池を破裂や発火から保護するためであ
り、また電池動作を喪失することによってシステムが被
ったかもしれない火災などの危険から保護するためであ
る。The two functions protect the battery and the system related to the battery. Specifically, the first function is to prevent the temporary deterioration of characteristics due to the metal generated from metal ions to maintain the battery characteristics, and to reduce the metal generated inside the battery to a safe non-metal state (or ion state). (Non-metallic state) to ensure safety. The second function is to protect the battery from explosion or fire and to protect against dangers such as fire that the system may have suffered due to loss of battery operation.
【0111】以上のように、本発明に係る別の二次電池
によれば外部の制御によらず、電池自体の自己制御によ
りリチウム等が金属状態でまったく存在しないか、もし
くはリチウム等の金属微結晶が生成せず発火の危険性が
ない上、リチウム等の金属の生成量が少ない場合には前
記生成金属による一時的な特性劣化を防止して電池特性
を維持する第1の機能と、リチウム等の金属の生成量が
多い場合には正極、負極間の導通を遮断し、場合によっ
て安全装置で電池動作自体を喪失して電池特性を低下す
る第2の機能とを有し、高付加価値化を実現できる。As described above, according to another secondary battery according to the present invention, lithium or the like does not exist in a metallic state at all or does not exist due to self-control of the battery itself, regardless of external control. There is no danger of ignition due to no generation of crystals, and when the amount of metal such as lithium is small, a first function of preventing temporary deterioration of characteristics due to the generated metal and maintaining battery characteristics; If the amount of generated metal is large, the second function of interrupting the conduction between the positive electrode and the negative electrode, and in some cases, losing the battery operation itself with a safety device and deteriorating the battery characteristics is provided. Can be realized.
【0112】さらに、本発明に係る別の二次電池は、正
極、負極および非水電解液を備え、金属イオンのインタ
ーカレーションを利用した二次電池において、前記負極
が前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物質を活物質
として含み、かつ前記非水電解液が前記金属イオンから
生成された金属と反応して非金属に変換すると共に重合
性物質を生成するハロゲン化炭化水素を含有する構成に
なっている。前記ハロゲン化炭化水素は、電池内に生成
したリチウム金属微結晶と反応して前記リチウム等の金
属を非金属化合物に変換するため、前記金属微結晶をす
べて安全な化合物に変化させることができる。その結
果、二次電池内にリチウム等が金属状態で存在しない状
態を維持することができる。Further, another secondary battery according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and uses a metal ion intercalation. A structure including a carbonaceous substance to be released as an active material, and a non-aqueous electrolyte solution containing a halogenated hydrocarbon which reacts with a metal generated from the metal ion to be converted to a non-metal and generates a polymerizable substance. It has become. The halogenated hydrocarbon reacts with lithium metal microcrystals generated in the battery to convert a metal such as lithium into a nonmetal compound, so that all of the metal microcrystals can be changed to a safe compound. As a result, a state in which lithium or the like does not exist in a metallic state in the secondary battery can be maintained.
【0113】また、前記ハロゲン化炭化水素は前記金属
イオンから生成された金属と反応して重合性物質を生成
する。例えば、ハロゲン化炭化水素とし1,2−ジヨー
ドエタンを用いた場合、リチウムイオンから生成された
リチウムと前述した次式(11)に示す反応が起こって
ヨウ化リチウムを生成すると共に1,4−ジヨードブタ
ンを重合性物質として生成する。The halogenated hydrocarbon reacts with the metal generated from the metal ion to generate a polymerizable substance. For example, when 1,2-diiodoethane is used as the halogenated hydrocarbon, lithium generated from lithium ions reacts with the above-described formula (11) to produce lithium iodide and to form 1,4-diiodobutane. Is produced as a polymerizable substance.
【0114】 2C2H4I2+2Li→C4H8I2+2LiI …(11) 前記リチウムの生成が継続すると、前記1,4−ジヨー
ドブタンがさらに反応して分子量が増大していく。2C 2 H 4 I 2 + 2Li → C 4 H 8 I 2 + 2LiI (11) When the generation of lithium continues, the 1,4-diiodobutane further reacts and the molecular weight increases.
【0115】このように(a)リチウム等が金属状態で
存在しない状態を維持すること、(b)二次電池内に重
合性物質を生成することによって、リチウムイオン等の
金属イオンから生成されたリチウム等の金属の量に対応
して次のような2つの機能が発揮される。As described above, (a) maintaining a state in which lithium or the like does not exist in a metallic state, and (b) generating a polymerizable substance in a secondary battery, thereby generating lithium or other metal ions. The following two functions are exhibited according to the amount of metal such as lithium.
【0116】すなわち、金属リチウムの生成、前記ハロ
ゲン化炭化水素との反応によって発火がなく、安全な非
金属に変換でき、しかも金属イオンのインターカレーシ
ョンを阻害する電極上への金属析出を防止することがで
きる。前記非金属と共に生成する重合性物質の分子量
は、前記金属リチウムの生成量に相関し、前記金属リチ
ウム量が少ない場合には当然、前記重合性物質の分子量
も小さい。このような低分子量の重合性物質は、電解液
に溶解するため、電池の特性に悪影響を及ぼさない。し
たがって、前記金属イオンのインターカレーションを阻
害する電極上への金属析出を防止できること、前記金属
とハロゲン化炭化水素との反応で生成する重合性物質が
電池に悪影響を及ぼさないこと等により、電池の特性が
維持される第1の機能がなされる。That is, generation of metallic lithium and reaction with the halogenated hydrocarbon do not cause ignition, can be converted into a safe nonmetal, and prevent metal deposition on the electrode which inhibits intercalation of metal ions. be able to. The molecular weight of the polymerizable substance produced together with the non-metal correlates with the production amount of the metallic lithium. When the metallic lithium content is small, the molecular weight of the polymerizable substance is naturally small. Such a low molecular weight polymerizable substance dissolves in the electrolytic solution and does not adversely affect the characteristics of the battery. Therefore, the battery can be prevented from being deposited on the electrode that inhibits the intercalation of the metal ions, and the polymerizable substance generated by the reaction between the metal and the halogenated hydrocarbon does not adversely affect the battery. The first function of maintaining the characteristics of the above is performed.
【0117】特に、前記非金属が例えば前記式(11)
で変化されたヨウ化リチウムなどのイオン性の非金属で
ある場合には、リチウムイオンとヨウ素イオンとに解離
して再生したリチウムイオンは電解質として作用するた
め、電池特性をより良好な状態に維持する機能を実現で
きる。In particular, when the non-metal is, for example, the compound represented by the formula (11)
In the case of ionic non-metals such as lithium iodide changed in the above, lithium ions dissociated into lithium ions and iodine ions and act as electrolytes to maintain battery characteristics in a better state Function can be realized.
【0118】一方、前記金属リチウムの生成量が増大す
ると、その生成量に対応して前記ハロゲン化炭化水素が
化学理量論的に反応を継続し、高分子量の重合性物質を
生成する。前記高分子量の重合性物質は、電解液への溶
解度が低いために分離し、前記重合性物質はオリゴマー
またはポリマーとして電極表面およびセパレータ表面を
覆い、また電極とセパレータの間に入り込む。その結
果、前記オリゴマーまたはポリマーは正極、負極間の導
通を遮断するバリア物質として作用するため、正負極間
に流れる電流を抑制する。したがって、リチウムイオン
から金属リチウムを生成する機構が停止する第2の機
能、つまり電池特性を低下させる機能がなされる。On the other hand, when the production amount of the metallic lithium increases, the halogenated hydrocarbon continues to react stoichiometrically in accordance with the produced amount, thereby producing a high molecular weight polymerizable substance. The high molecular weight polymerizable substance separates due to low solubility in the electrolyte, and the polymerizable substance covers the electrode surface and the separator surface as an oligomer or a polymer, and enters between the electrode and the separator. As a result, the oligomer or polymer acts as a barrier material that blocks conduction between the positive electrode and the negative electrode, thereby suppressing a current flowing between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, a second function of stopping the mechanism for generating metal lithium from lithium ions, that is, a function of reducing battery characteristics is performed.
【0119】以上のように、本発明に係るさらに別の二
次電池によれば外部の制御によらず、電池自体の自己制
御によりリチウム等が金属状態でまったく存在しない
か、もしくはリチウム等の金属微結晶が生成せず発火の
危険性がない上、リチウム等の金属の生成量が少ない場
合には前記生成金属による一時的な特性劣化を防止して
電池特性を維持する第1の機能と、リチウム等の金属の
生成量が多い場合には正極、負極間の導通を遮断して電
池特性を低下する第2の機能とを有し、高付加価値化を
実現できる。As described above, according to still another secondary battery according to the present invention, lithium or the like does not exist at all in a metal state due to self-control of the battery itself, or does not depend on external control. A first function of preventing the generation of microcrystals and the danger of ignition, and, when the generation amount of a metal such as lithium is small, preventing temporary deterioration of the characteristics due to the generated metal and maintaining the battery characteristics; When a large amount of metal such as lithium is generated, the battery has a second function of interrupting conduction between the positive electrode and the negative electrode to lower battery characteristics, and can achieve high added value.
【0120】[0120]
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail.
【0121】実施例1 正極に含リチウム二酸化コバルト(LiCoO2)、負
極に炭素、セパレーターにポリエチレンの多孔質フィル
ム、電解液にプロピレンカーボネート40体積%、テト
ラヒドロフラン40体積%および不燃性のヨードエタン
20体積%の混合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リ
チウム(LiPF6)を用いた容量1000mAhの円
筒型リチウムイオン二次電池を製作した。Example 1 Lithium-containing cobalt dioxide (LiCoO 2 ) for the positive electrode, carbon for the negative electrode, polyethylene porous film for the separator, 40 vol% of propylene carbonate, 40 vol% of tetrahydrofuran and 20 vol% of nonflammable iodoethane for the electrolytic solution And a lithium ion secondary battery having a capacity of 1000 mAh using lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte.
【0122】比較例1 電解液にヨードエタンの代わりにテトラヒドロフランを
20体積%用いたほかは、実施例1と同様な円筒型リチ
ウムイオン二次電池を製作した。Comparative Example 1 A cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 20% by volume of tetrahydrofuran was used instead of iodoethane for the electrolytic solution.
【0123】前記実施例1および比較例1の電池を2C
Aの電流で1時間過充電した後、電池の内容物を取り出
した。The batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were replaced with 2C
After overcharging with the current of A for 1 hour, the contents of the battery were taken out.
【0124】その結果、実施例1の二次電池においては
生成したリチウム金属はヨードエタンと反応したため、
リチウム金属の生成がなく、空気に触れても安全であっ
た。これに対し、比較例1の二次電池はリチウム金属の
微結晶が生成しており、これが空気に触れて発火した。
さらに、テトラヒドロフランに引火し、プロピレンカー
ボネートに燃え移り、電池全体が燃焼した。As a result, in the secondary battery of Example 1, the generated lithium metal reacted with iodoethane.
There was no lithium metal generated and it was safe to touch air. On the other hand, in the secondary battery of Comparative Example 1, microcrystals of lithium metal were generated, which ignited upon contact with air.
Further, tetrahydrofuran was ignited and transferred to propylene carbonate, and the entire battery was burned.
【0125】また、前記実施例1および比較例1の電池
を、0.1CAの電流で50時間かけて過充電した後、
電池の内容物を取り出した。Further, the batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were overcharged at a current of 0.1 CA for 50 hours.
The contents of the battery were removed.
【0126】その結果、実施例1の二次電池において
は、生成したリチウム金属はヨードエタンと反応したた
め、リチウム金属の生成がなく、空気に触れても安全で
あった。これに対し、比較例1の二次電池はリチウム金
属の微結晶が生成しており、これが空気に触れて発火し
た。さらに、テトラヒドロフランに引火し、プロピレン
カーボネートに燃え移り、電池全体が燃焼した。As a result, in the secondary battery of Example 1, since the generated lithium metal reacted with iodoethane, no lithium metal was generated, and it was safe to touch air. On the other hand, in the secondary battery of Comparative Example 1, microcrystals of lithium metal were generated, which ignited upon contact with air. Further, tetrahydrofuran was ignited and transferred to propylene carbonate, and the entire battery was burned.
【0127】実施例2 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリプロピレンの多孔質フィルム、電解液にプ
ロピレンカーボネート70体積%およびヨードエタン3
0体積%の混合液、電解質に過塩素酸リチウム(LiC
lO4)を用いた容量1000mAhの円筒型リチウム
イオン二次電池に、圧力の作用で開く安全弁を取り付け
た。Example 2 Lithium-containing cobalt dioxide as a positive electrode, carbon as a negative electrode, a porous film of polypropylene as a separator, 70% by volume of propylene carbonate and iodoethane 3 as an electrolytic solution.
Lithium perchlorate (LiC)
A safety valve which was opened by the action of pressure was attached to a cylindrical lithium ion secondary battery having a capacity of 1000 mAh using 10 4 ).
【0128】前記安全弁は、通常時、図1(a)に示す
ような状態になっている。すなわち、図中の1は、電池
容器である。導電板2、3は、絶縁板4を挟んで前記容
器1の上部に配置されていると共に、これら導電板2、
3および絶縁板4に中心部には穴5が開口されている。
帽子形の電極端子6は、前記上部の導電板2に取り付け
られている。正極リード7は、前記下部の導電板3に接
続されている。金属バネ8は、前記穴5内に配置され、
かつアルミニウムからなる安全弁9は前記バネ8に付随
して取り付けられている。前記安全弁9は、電池の内容
物を外気から遮断する役割があるが、電池内の異常によ
り電池の内部圧力が高まった場合には、5kg/cm2
以上の圧力を受けたときに外れて開封されるように設定
されている。下部が開放された箱形絶縁部材10は、前
記電極端子6の内側に取り付けられている。空気孔11
は、前記電極端子6および前記絶縁部材10の上部に開
口されている。なお、前記上部の導電板2、前記絶縁板
4および前記電極端子6は、前記容器1に保持されてい
る。このような構造において、電池内の電流回路は前記
正極リード7と前記下部の導電板3が電気的に接続さ
れ、前記導電板3は前記安全弁9に付随している金属バ
ネ8によって前記上部の導電板2と電気的に接続され、
さらに前記導電板2は前記電極端子6に接続されてい
る。したがって前記安全弁8は前記正極リード7と前記
電極端子6を結ぶ電流回路を構成している。The safety valve is normally in a state as shown in FIG. 1 (a). That is, 1 in the figure is a battery container. The conductive plates 2 and 3 are disposed above the container 1 with the insulating plate 4 interposed therebetween.
A hole 5 is opened at the center of the insulating plate 3 and the insulating plate 4.
The hat-shaped electrode terminal 6 is attached to the upper conductive plate 2. The positive electrode lead 7 is connected to the lower conductive plate 3. A metal spring 8 is arranged in the hole 5;
A safety valve 9 made of aluminum is attached to the spring 8. The safety valve 9 has a function of shutting off the contents of the battery from the outside air. However, when the internal pressure of the battery is increased due to an abnormality in the battery, the safety valve 9 is 5 kg / cm 2
It is set so that it is detached and opened when it receives the above pressure. The box-shaped insulating member 10 whose lower part is opened is attached inside the electrode terminal 6. Air hole 11
Are opened above the electrode terminal 6 and the insulating member 10. The upper conductive plate 2, the insulating plate 4, and the electrode terminals 6 are held in the container 1. In such a structure, in the current circuit in the battery, the positive electrode lead 7 and the lower conductive plate 3 are electrically connected, and the conductive plate 3 is connected to the upper portion by a metal spring 8 attached to the safety valve 9. Electrically connected to the conductive plate 2,
Further, the conductive plate 2 is connected to the electrode terminal 6. Therefore, the safety valve 8 constitutes a current circuit connecting the positive electrode lead 7 and the electrode terminal 6.
【0129】開封された状態を図1(b)に示す。この
ように、電流回路を兼ねた安全弁9が開封されると、電
池内に流れる電流が遮断される。FIG. 1B shows the opened state. When the safety valve 9 also serving as the current circuit is opened, the current flowing in the battery is shut off.
【0130】実施例2の二次電池に5CAの電流を流し
て過充電試験を実施した。An overcharge test was performed by passing a current of 5 CA through the secondary battery of Example 2.
【0131】その結果、過充電の発熱で電池内部の温度
が100℃以上に上昇すると、ヨードエタンが気化し
て、電池内部の圧力が高まり、安全弁が開いて、電解液
が排出された。この時、電極が露出して空気に接触した
が、金属リチウムはヨードエタンと反応して非金属であ
るヨウ化リチウムに変換されて金属リチウムの生成がな
いため、空気に触れても発火しなかった。As a result, when the temperature inside the battery rose to 100 ° C. or more due to the heat generated by overcharging, iodoethane was vaporized, the pressure inside the battery increased, the safety valve was opened, and the electrolyte was discharged. At this time, the electrodes were exposed and contacted with air, but the metallic lithium reacted with iodoethane and was converted to non-metallic lithium iodide, so that no metallic lithium was produced, and thus, no ignition occurred even when touched with air. .
【0132】比較例2 ヨードエタンを含まないプロピレンカーボネートのみの
電解液を使用した以外、実施例2と同様な二次電池を作
製し、5C過充電試験を実施した。Comparative Example 2 A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that an electrolyte containing only propylene carbonate containing no iodoethane was used, and a 5C overcharge test was performed.
【0133】その結果、過充電による発熱で電池内部の
温度が100℃を超えたが安全弁は作動せず、200℃
を超えたところで爆発をともなって安全弁が開封した。
それによって高温の電解液が噴出した。このとき電極が
露出して空気に接触し、電極上に生成した金属リチウム
と反応して発火した。この火が電解液に引火し、電池が
燃焼した。As a result, the temperature inside the battery exceeded 100 ° C. due to heat generated by overcharging, but the safety valve did not operate,
The safety valve was opened with an explosion when it exceeded.
This caused a hot electrolyte to squirt. At this time, the electrode was exposed and came into contact with air, and reacted with metallic lithium generated on the electrode to ignite. The fire ignited the electrolyte and the battery burned.
【0134】比較例3 ヨードエタンの代わりに同体積のテトラヒドロフランを
用いた電解液を使用した以外、実施例2と同様な二次電
池を作製し、5C過充電試験を実施した。Comparative Example 3 A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 2 except that an electrolytic solution using the same volume of tetrahydrofuran instead of iodoethane was used, and a 5C overcharge test was performed.
【0135】その結果、過充電の発熱で電池内部の温度
が100℃以上に上昇すると、テトラヒドロフランが気
化して、電池内部の圧力が高まり、安全弁が開いて、電
解液が排出した。このとき電極が露出して空気に接触
し、電極上に生成した金属リチウムと反応して発火し
た。この火が電解液に引火して、電池が燃焼した。As a result, when the temperature inside the battery rose to 100 ° C. or higher due to the heat generated by overcharging, tetrahydrofuran was vaporized, the pressure inside the battery was increased, the safety valve was opened, and the electrolyte was discharged. At this time, the electrode was exposed and came into contact with air, and reacted with metallic lithium generated on the electrode to ignite. The fire ignited the electrolyte and the battery burned.
【0136】実施例3 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリプロピレンの多孔質フィルム、電解液とし
てγ−ブチロラクトン50体積%、エチレンカーボネー
ト30体積%およびヨードエタン20体積%の混合液、
電解質にヘキサフルオロリン酸リチウムを用いた容量1
000mAhの円筒型リチウムイオン二次電池に、圧力
の作用で開く安全弁を取り付けた。Example 3 A porous film of lithium-cobalt dioxide for the positive electrode, carbon for the negative electrode, polypropylene for the separator, 50 vol% of γ-butyrolactone, 30 vol% of ethylene carbonate and 20 vol% of iodoethane as the electrolytic solution,
Capacity 1 using lithium hexafluorophosphate as electrolyte
A safety valve that was opened by the action of pressure was attached to a 2,000 mAh cylindrical lithium ion secondary battery.
【0137】前記安全弁は、通常時、図2(a)に示す
ような状態になっている。すなわち、電池内の電流回路
は、正極リード7と下部の導電板3が電気的に接続さ
れ、前記導電板3は下部が開放された箱形のアルミニウ
ム製の安全弁9によって上部の導電板2と電気的に接続
され、さらに前記導電板2は電極端子6に接続されてい
る。したがって、前記安全弁9は前記正極リード7と前
記電極端子6を結ぶ電流回路を構成している。前記安全
弁9は、電池の内容物を外気から遮断する役割がある
が、電池内の異常により電池の内部圧力が高まった場合
には、10kg/cm2以上の圧力を受けたときに、外
れて開封されるように設定されている。The safety valve is normally in a state as shown in FIG. 2 (a). That is, in the current circuit in the battery, the positive electrode lead 7 and the lower conductive plate 3 are electrically connected, and the conductive plate 3 is connected to the upper conductive plate 2 by a box-shaped aluminum safety valve 9 whose lower part is opened. The conductive plate 2 is electrically connected, and the conductive plate 2 is connected to an electrode terminal 6. Therefore, the safety valve 9 forms a current circuit connecting the positive electrode lead 7 and the electrode terminal 6. The safety valve 9 has a role of shutting off the contents of the battery from the outside air. However, when the internal pressure of the battery increases due to an abnormality in the battery, the safety valve 9 comes off when receiving a pressure of 10 kg / cm 2 or more. It is set to be opened.
【0138】開封された状態を図2(b)に示す。この
ように電流回路を兼ねた安全弁10が開封されると、電
池内に流れる電流が遮断される。FIG. 2B shows the opened state. When the safety valve 10 also serving as the current circuit is opened, the current flowing in the battery is cut off.
【0139】実施例3の二次電池に0.5CAの電流で
10時間過充電試験を実施後、熱板の上に置き、徐々に
温度を上げていった。After the overcharge test was performed on the secondary battery of Example 3 at a current of 0.5 CA for 10 hours, the secondary battery was placed on a hot plate and the temperature was gradually increased.
【0140】その結果、100℃以上に上昇すると、ヨ
ードエタンが気化して、電池内部の圧力が高まり、安全
弁が開いて、電解液が排出された。この時、電極が露出
して空気に接触したが、金属リチウムはヨードエタンと
反応してヨウ化リチウムの非金属に変換されて金属リチ
ウムが存在しなかったため、空気に触れても発火しなか
った。As a result, when the temperature rose to 100 ° C. or higher, iodoethane was vaporized, the pressure inside the battery increased, the safety valve was opened, and the electrolyte was discharged. At this time, the electrode was exposed and contacted with air. However, lithium metal reacted with iodoethane and was converted to a nonmetal of lithium iodide, and no metal lithium was present.
【0141】比較例4 電解液としてヨードエタンを用いず、γ−ブチロラクト
ン50体積%、エチレンカーボネート50体積%の混合
液を使用した以外、実施例3と同様な二次電池を作製
し、0.5C過充電試験を10時間実施後、熱板加熱試
験を実施した。Comparative Example 4 A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 3 except that iodoethane was not used as the electrolytic solution and a mixed solution of γ-butyrolactone and 50% by volume of ethylene carbonate was used. After performing the overcharge test for 10 hours, a hot plate heating test was performed.
【0142】その結果、電池の温度が100℃を超えて
も安全弁は作動せず、200℃において爆発をともなっ
て安全弁が作動した。それによって高温の電解液が噴出
した。この時、電極が露出して空気に接触し、電極上に
生成した金属リチウムと反応して発火した。この火が電
解液に引火して、電池が燃焼した。As a result, even when the battery temperature exceeded 100 ° C., the safety valve did not operate, and at 200 ° C., the safety valve was activated with an explosion. This caused a hot electrolyte to squirt. At this time, the electrode was exposed and came into contact with air, and reacted with metallic lithium generated on the electrode to ignite. The fire ignited the electrolyte and the battery burned.
【0143】比較例5 電解液としてヨードエタンの代わりに同体積の1,2−
ジメトキシエタンを用いた電解液を使用した以外、実施
例3と同様な二次電池を作製し、0.5C過充電試験を
10時間実施後、熱板加熱試験を実施した。Comparative Example 5 Instead of iodoethane, the same volume of 1,2-
A secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 3 except that an electrolytic solution using dimethoxyethane was used. After performing a 0.5C overcharge test for 10 hours, a hot plate heating test was performed.
【0144】その結果、電池の温度が150℃以上に上
昇すると、1,2−ジメトキシエタンが気化して、電池
内部の圧力が高まり、安全弁が開いて、電解液が排出さ
れた。この時、電極が露出して空気に接触し、電極上に
生成した金属リチウムと反応して発火した。この火が電
解液に引火して、電池が燃焼した。As a result, when the temperature of the battery rose to 150 ° C. or higher, 1,2-dimethoxyethane was vaporized, the pressure inside the battery was increased, the safety valve was opened, and the electrolyte was discharged. At this time, the electrode was exposed and came into contact with air, and reacted with metallic lithium generated on the electrode to ignite. The fire ignited the electrolyte and the battery burned.
【0145】実施例4 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリエチレンの多孔質フィルム、電解液として
プロピレンカーボネート30体積%、テトラヒドロフラ
ン50体積%および1−ヨードプロパン20体積%の混
合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチウムを用いた
容量900mAhの角型リチウムイオン二次電池に、前
述した図2に示す安全弁を取り付けた。Example 4 Lithium-containing cobalt dioxide for the positive electrode, carbon for the negative electrode, a porous film of polyethylene for the separator, a mixed solution of 30% by volume of propylene carbonate, 50% by volume of tetrahydrofuran and 20% by volume of 1-iodopropane as the electrolytic solution, The above-described safety valve shown in FIG. 2 was attached to a rectangular lithium ion secondary battery having a capacity of 900 mAh using lithium hexafluorophosphate as an electrolyte.
【0146】実施例4の二次電池に5CAの電流を流し
て過充電試験を実施した。An overcharge test was performed by passing a current of 5 CA through the secondary battery of Example 4.
【0147】その結果、過充電による発熱で電池の温度
が120℃以上に上昇すると、1−ヨードプロパンが気
化して、電池内部の圧力が高まり、安全弁が開いて、電
解液が排出された。この時、電極が露出して空気に接触
したが、金属リチウムは1−ヨードプロパンと反応して
非金属であるヨウ化リチウムに変換されて金属リチウム
が存在しなかったため、空気に触れても発火しなかっ
た。As a result, when the temperature of the battery rose to 120 ° C. or higher due to the heat generated by overcharging, 1-iodopropane vaporized, the pressure inside the battery increased, the safety valve opened, and the electrolyte was discharged. At this time, the electrode was exposed and came into contact with air, but metallic lithium reacted with 1-iodopropane and was converted to nonmetallic lithium iodide, and there was no metallic lithium. Did not.
【0148】実施例5 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリプロピレンの多孔質フィルム、電解液とし
てプロピレンカーボネート40体積%、1,2−ジメト
キシエタン50体積%および1−ヨードブタン10体積
%の混合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチウムを
用いた容量900mAhの角型リチウムイオン二次電池
に、前述した図1に示す安全弁を取り付けた。Example 5 A porous film of lithium-cobalt dioxide for the positive electrode, carbon for the negative electrode, polypropylene for the separator, 40% by volume of propylene carbonate, 50% by volume of 1,2-dimethoxyethane and 10% by volume of 1-iodobutane as the electrolytic solution The above-mentioned safety valve shown in FIG. 1 was attached to a square lithium ion secondary battery having a capacity of 900 mAh and using lithium hexafluorophosphate as an electrolyte.
【0149】実施例5の二次電池に3CAの電流を流し
て過充電試験を行い、過充電の発熱で電池内部の温度を
100℃以上に上昇させた。An overcharge test was performed by applying a current of 3 CA to the secondary battery of Example 5, and the internal temperature of the battery was raised to 100 ° C. or more due to the heat generated by the overcharge.
【0150】その結果、1,2−ジメトキシエタンが気
化して、電池内部の圧力が高まり、安全弁が開いて、電
解液が排出された。この時、電極が露出して空気に接触
したが、金属リチウムは1,2−ジメトキシエタンと反
応して非金属であるヨウ化リチウムに変換されて金属リ
チウムが存在しなかったため、空気に触れても発火しな
かった。As a result, 1,2-dimethoxyethane was vaporized, the pressure inside the battery was increased, the safety valve was opened, and the electrolyte was discharged. At this time, the electrodes were exposed and contacted with air. However, metal lithium reacted with 1,2-dimethoxyethane and was converted to non-metallic lithium iodide, and no metal lithium was present. Also did not ignite.
【0151】比較例6 1−ヨードブタン10体積%の代わりに同体積の1,2
−ジメトキシエタンを用いて、プロピレンカーボネート
40体積%、1,2−ジメトキシエタン60体積%の電
解液を使用した以外、実施例5と同様な二次電池を作製
し、3C過充電試験を実施した。Comparative Example 6 1-Iodobutane was replaced with 10% by volume of the same volume of 1,2.
-A secondary battery similar to that of Example 5 was prepared using dimethoxyethane except that an electrolyte of 40% by volume of propylene carbonate and 60% by volume of 1,2-dimethoxyethane was used, and a 3C overcharge test was performed. .
【0152】その結果、過充電の発熱で電池内部の温度
が100℃以上に上昇すると、1,2−ジメトキシエタ
ンが気化して、電池内部の圧力が高まり、安全弁が開い
て、電解液が排出された。この時、電極が露出して空気
に接触し、電極上に生成した金属リチウムと反応して発
火した。この火が、電解液に引火して、電池が燃焼し
た。As a result, when the temperature inside the battery rises to 100 ° C. or more due to the heat generated by overcharging, 1,2-dimethoxyethane evaporates, the pressure inside the battery increases, the safety valve opens, and the electrolyte is discharged. Was done. At this time, the electrode was exposed and came into contact with air, and reacted with metallic lithium generated on the electrode to ignite. The fire ignited the electrolyte and the battery burned.
【0153】実施例6 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリプロピレンの多孔質フィルム、電解液にプ
ロピレンカーボネート60体積%およびヨードエタン4
0体積%の混合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチ
ウムを用いた容量1000mAhの円筒型リチウムイオ
ン二次電池に、圧力の作用で電池に流れる電流を制御で
きる安全装置を装着した。Example 6 A porous film of lithium-cobalt dioxide was used for the positive electrode, carbon was used for the negative electrode, polypropylene was used for the separator, 60% by volume of propylene carbonate and iodoethane 4 were used for the electrolytic solution.
A safety device capable of controlling the current flowing through the battery by the action of pressure was mounted on a 1000-mAh cylindrical lithium-ion secondary battery using a mixed solution of 0% by volume and lithium hexafluorophosphate as an electrolyte.
【0154】前記安全装置は、通常時、図3(a)に示
すような状態になっている。すなわち、図中の12は電
極端子6の穴13の周辺に立設された筒体である。蓋体
14は前記筒体12上にリング状の低融点金属板15を
介して取り付けられている。前記低融点金属板15は、
電池の温度が150℃以上になったときに溶融して開封
するようになっている。穴16を有する絶縁板17は、
前記電極端子6の下面に取り付けられている。スライダ
18は、前記電極端子6の穴13内に配置されている。
コイルスプリング19の一端は、前記スライダ18に取
り付けられ、かつ他端は前記蓋体14に取り付けられて
いる。前記スライダ18は前記コイルスプリング19に
より前記絶縁板17に向けて付勢されており、5kg/
cm2 以上の圧力を受けた時に前記付勢力に抗して動く
ように設定されている。正極リード7は、前記スライダ
18のか論に接触されている。このような構造におい
て、前記正極リード7は前記スライダー18および前記
電極端子6は電気的に接続される。The safety device is normally in a state as shown in FIG. In other words, reference numeral 12 in the figure denotes a cylindrical body that is provided upright around the hole 13 of the electrode terminal 6. The lid 14 is mounted on the cylindrical body 12 via a ring-shaped low melting point metal plate 15. The low melting point metal plate 15 includes:
When the temperature of the battery becomes 150 ° C. or higher, the battery is melted and opened. The insulating plate 17 having the holes 16
It is attached to the lower surface of the electrode terminal 6. The slider 18 is arranged in the hole 13 of the electrode terminal 6.
One end of the coil spring 19 is attached to the slider 18, and the other end is attached to the lid 14. The slider 18 is urged toward the insulating plate 17 by the coil spring 19 and has a weight of 5 kg /
It is set to move against the urging force when receiving a pressure of 2 cm 2 or more. The positive electrode lead 7 is in contact with the slider 18. In such a structure, the positive electrode lead 7 is electrically connected to the slider 18 and the electrode terminal 6.
【0155】実施例6の二次電池に3CAの電流を流し
て過充電試験を行い、過充電の発熱で電池内部の温度を
100℃以上に上昇させた。An overcharge test was performed by applying a current of 3 CA to the secondary battery of Example 6, and the internal temperature of the battery was raised to 100 ° C. or higher due to overcharged heat.
【0156】その結果、ヨードエタンが気化して、電池
内部の圧力が高まり、図3(b)に示すようにスライダ
ー18を蓋体14に向けて動かし、充電電流を切断し
た。そのため過充電による金属リチウムの生成は停止し
た。As a result, iodoethane was vaporized and the pressure inside the battery increased, and as shown in FIG. 3B, the slider 18 was moved toward the lid 14 to cut off the charging current. Therefore, generation of metallic lithium due to overcharging was stopped.
【0157】また、既に生成した金属リチウムはヨード
エタンと反応して非金属である安全なヨウ化リチウムに
変換された。Further, the already formed metallic lithium was reacted with iodoethane to be converted into nonmetallic safe lithium iodide.
【0158】実施例7 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリプロピレンの多孔質フィルム、電解液にプ
ロピレンカーボネート40体積%、ジエチルカーボネー
ト40体積%および1−ヨード−3−クロロプロパン2
0体積%の混合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチ
ウムを用いた容量1000mAhの円筒型リチウムイオ
ン二次電池に、前述した図3に示す安全装置を装着し
た。Example 7 Lithium-containing cobalt dioxide for the positive electrode, carbon for the negative electrode, a porous film of polypropylene for the separator, 40 vol% of propylene carbonate, 40 vol% of diethyl carbonate and 1-iodo-3-chloropropane 2 for the electrolytic solution.
The above-described safety device shown in FIG. 3 was attached to a cylindrical lithium ion secondary battery having a capacity of 1000 mAh and using a mixed solution of 0% by volume and lithium hexafluorophosphate as an electrolyte.
【0159】実施例7の二次電池に3CAの電流を流し
て過充電試験を行い、過充電の発熱で電池内部の温度を
140℃以上に上昇させた。An overcharge test was performed by applying a current of 3 CA to the secondary battery of Example 7, and the internal temperature of the battery was raised to 140 ° C. or more due to the heat generated by the overcharge.
【0160】その結果、1−ヨード−3−クロロプロパ
ンが気化して、電池内部の圧力が高まり、図3(b)に
示す状態になって充電電流を切断した。そのため、過充
電による金属リチウムの生成は停止した。As a result, 1-iodo-3-chloropropane vaporized, the pressure inside the battery increased, and the charging current was cut off as shown in FIG. 3B. Therefore, generation of metallic lithium due to overcharging was stopped.
【0161】また、既に生成した金属リチウムは1−ヨ
ード−3−クロロプロパンと反応して非金属である安全
なヨウ化リチウムに変換された。In addition, the already formed lithium metal was reacted with 1-iodo-3-chloropropane to be converted into a nonmetallic safe lithium iodide.
【0162】実施例8 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリプロピレンの多孔質フィルム、電解液にプ
ロピレンカーボネート40体積%、テトラヒドロフラン
40体積%、臭化tert−ブチル20体積%の混合
液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチウムを用いた容
量1000mAhの円筒型のリチウムイオン二次電池
に、10kg/cm2以上の圧力を受けたときに開封す
る安全弁を取り付けた。Example 8 A mixture of lithium-cobalt dioxide for the positive electrode, carbon for the negative electrode, a porous film of polypropylene for the separator, 40% by volume of propylene carbonate, 40% by volume of tetrahydrofuran, and 20% by volume of tert-butyl bromide for the electrolytic solution. A safety valve that opened when a pressure of 10 kg / cm 2 or more was received was attached to a cylindrical lithium ion secondary battery having a capacity of 1000 mAh using lithium hexafluorophosphate as an electrolyte.
【0163】前記安全弁は、通常時、図4(a)に示す
ような状態になっている。すなわち、互いに重ねられた
導電板2および絶縁板4には、穴5が開口され、可動弁
(安全弁)20は前記導電板2側に前記穴5を塞ぐよう
に取り付けられている。前記可動弁20は、下面側に位
置するアルミニウムとプラスチックを積層した構造にな
っている。正極リード7は、前記絶縁板4に取り付けら
れていると共に、前記可動弁(安全弁)20の下面に電
気的に接続されている。このような構造において、前記
可動弁(安全弁)20は内部圧力の増加により上方に向
けて動くように設定されており、3kg/cm2以上の
圧力を受けた時に図4(b)に示すように動き、前記正
極リード7と前記可動弁20、つまり前記導電板2との
電気的接続が遮断されるように設計されている。The safety valve is normally in a state as shown in FIG. 4 (a). That is, a hole 5 is opened in the conductive plate 2 and the insulating plate 4 that are overlapped with each other, and a movable valve (safety valve) 20 is attached to the conductive plate 2 side so as to close the hole 5. The movable valve 20 has a structure in which aluminum and plastic located on the lower surface side are laminated. The positive electrode lead 7 is attached to the insulating plate 4 and is electrically connected to the lower surface of the movable valve (safety valve) 20. In such a structure, the movable valve (safety valve) 20 is set so as to move upward due to an increase in internal pressure, and when receiving a pressure of 3 kg / cm 2 or more, as shown in FIG. And the electrical connection between the positive electrode lead 7 and the movable valve 20, that is, the conductive plate 2 is cut off.
【0164】実施例7の二次電池に0.1CAの電流を
50時間かけて流す過充電試験を実施した。An overcharge test in which a current of 0.1 CA was applied to the secondary battery of Example 7 for 50 hours was performed.
【0165】その結果、過充電が進むにつれて、リチウ
ム金属微結晶が生成し始めたが、臭化tert−ブチル
と反応して、発生したリチウム金属微結晶はtert−
ブチルリチウムに変化した。このtert−ブチルリチ
ウムは直ぐにテトラヒドラフランと反応し、発火性のな
い、安全なアルコラートに変化した。As a result, as overcharging progressed, lithium metal microcrystals began to be generated, but the lithium metal microcrystals generated by the reaction with tert-butyl bromide became tert-butyl.
Changed to butyllithium. This tert-butyllithium immediately reacted with tetrahydrafuran and turned into a safe, non-ignitable alcoholate.
【0166】試験後、電池の内容物を取り出したが、リ
チウム金属微結晶が存在しないため、安全であった。After the test, the contents of the battery were taken out, but it was safe because there was no lithium metal microcrystal.
【0167】実施例9 正極に含リチウム二酸化コバルト(LiCoO2)、負
極に炭素、セパレーターにポリエチレンの多孔質フィル
ム、電解液にプロピレンカーボネート50体積%、テト
ラヒドロフラン30体積%およびヨードエタン20体積
%の混合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチウム
(LiPF6)を用いた容量1000mAhの円筒型リ
チウムイオン二次電池を製作した。Example 9 A mixture of lithium-containing cobalt dioxide (LiCoO 2 ) for the positive electrode, carbon for the negative electrode, a polyethylene porous film for the separator, 50% by volume of propylene carbonate, 30% by volume of tetrahydrofuran and 20% by volume of iodoethane for the electrolytic solution. A 1000 mAh cylindrical lithium ion secondary battery using lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte was manufactured.
【0168】100%充電した実施例9の二次電池10
個に、さらに3CAの電流を流して、過充電試験を実施
した。そのうちの5個の二次電池は、過充電開始後10
分間停止し、残りの5個の二次電池はそのまま10時間
継続した。The secondary battery 10 of the ninth embodiment charged to 100%
An overcharge test was performed by further passing a current of 3 CA to each of the test pieces. Five of the rechargeable batteries are 10
After stopping for 5 minutes, the remaining 5 secondary batteries continued for 10 hours.
【0169】停止した5個の二次電池について、停止直
後の放電特性を測定したところ、その20%低下してい
た。しかしながら、2時間放置した後、再度放電特性を
調べたところ、元に値に復帰していた。When the discharge characteristics of the five stopped secondary batteries were measured immediately after the stop, the discharge characteristics were found to be reduced by 20%. However, when the discharge characteristics were examined again after being left for 2 hours, the values returned to the original values.
【0170】一方、継続した5個の二次電池については
内部にガスが充満して内部抵抗が高まったため、過充電
電流が制限されて危険な状態に至らなかった。On the other hand, as for the five continuous secondary batteries, the inside was filled with gas and the internal resistance increased, so that the overcharge current was limited and no dangerous state was reached.
【0171】実験終了後、すべての二次電池について内
容物を空気中に取り出したが、リチウムイオンから生成
された金属リチウムがリチウム塩(ヨウ化リチウム)に
変換されていたため、発火した電池は一つも認められな
かった。After the experiment was completed, the contents of all the secondary batteries were taken out into the air. However, since the metallic lithium generated from lithium ions was converted into lithium salt (lithium iodide), only one battery ignited. None were found.
【0172】ヨードエタンの代わりに1,3−ジヨード
プロパンを用いたい外、実施例9と同様に二次電池を作
製した。この二次電池についても実施例9と同様な過充
電試験結果が得られた。A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 9, except that 1,3-diiodopropane was used instead of iodoethane. The same overcharge test result as in Example 9 was obtained for this secondary battery.
【0173】実施例10 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリエチレンの多孔質フィルム、電解液として
プロピレンカーボネート60体積%、エチレンカーボネ
ート20体積%およびヨードエタン20体積%の混合
液、電解質に過塩素酸リチウム(LiClO4)を用い
た容量1000mAhの円筒型リチウムイオン二次電池
に、10kg/cm2以上の圧力を受けたときに開封す
る前述した図4に示す安全装置を取り付けた。Example 10 A lithium-containing cobalt dioxide film was used for the positive electrode, carbon was used for the negative electrode, a polyethylene porous film was used for the separator, a mixture of 60% by volume of propylene carbonate, 20% by volume of ethylene carbonate and 20% by volume of iodoethane was used as the electrolyte. A cylindrical lithium ion secondary battery having a capacity of 1000 mAh using lithium perchlorate (LiClO 4 ) was equipped with the safety device shown in FIG. 4 which was opened when a pressure of 10 kg / cm 2 or more was received.
【0174】100%充電した実施例10の二次電池1
0個に、さらに3CAの電流を流して、過充電試験を実
施した。そのうちの5個の二次電池は、過充電開始後1
0分間停止し、残りの5個の二次電池はそのまま100
時間継続した。Rechargeable Battery 1 of Example 10 Charged to 100%
An overcharge test was performed by further passing a current of 3 CA to 0 pieces. Five of the rechargeable batteries are 1
Stop for 0 minutes and leave the remaining 5 rechargeable batteries at 100
Continued for hours.
【0175】停止した5個の二次電池について、停止直
後の放電特性を測定したところ、その20%低下してい
た。しかしながら、2時間放置した後、再度放電特性を
調べたところ、元に値に復帰していた。When the discharge characteristics of the five stopped secondary batteries were measured immediately after the stop, they were found to be 20% lower. However, when the discharge characteristics were examined again after being left for 2 hours, the values returned to the original values.
【0176】一方、継続した5個の二次電池について
は、過充電の過程で内部に発生したガスの圧力により安
全装置が作動して電池に流れる電流が遮断されたため、
過充電電流が途中から流れなくなり、危険な状態に至ら
なかった。On the other hand, for the five continuous secondary batteries, the safety device was activated by the pressure of the gas generated in the process of overcharging, and the current flowing through the batteries was cut off.
The overcharge current stopped flowing halfway and did not lead to a dangerous state.
【0177】実験終了後、すべての二次電池について内
容物を空気中に取り出したが、リチウムイオンから生成
された金属リチウムがリチウム塩(ヨウ化リチウム)に
変換されていたため、発火した電池は一つも認められな
かった。After the experiment was completed, the contents of all the secondary batteries were taken out into the air. However, since the lithium metal produced from lithium ions was converted into lithium salt (lithium iodide), only one battery ignited. None were found.
【0178】実施例11 正極に含リチウム二酸化コバルト(LiCoO2)、負
極に炭素、セパレーターにポリエチレンの多孔質フィル
ム、電解液にプロピレンカーボネート30体積%、テト
ラヒドロフラン50体積%および不燃性のヨードエタン
20体積%の混合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リ
チウム(LiPF6)を用いた容量1000mAhの円
筒型リチウムイオン二次電池に、前述した図3に示す安
全装置を装着した。Example 11 Lithium-containing cobalt dioxide (LiCoO 2 ) for the positive electrode, carbon for the negative electrode, polyethylene porous film for the separator, propylene carbonate 30% by volume, tetrahydrofuran 50% by volume and nonflammable iodoethane 20% by volume for the electrolytic solution The above-described safety device shown in FIG. 3 was attached to a cylindrical lithium ion secondary battery having a capacity of 1000 mAh and using lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte and an electrolyte.
【0179】実施例11の二次電池に0.1CAの電流
で、温度50℃以下に保ったままか充電を行った。The secondary battery of Example 11 was charged at a current of 0.1 CA while maintaining the temperature at 50 ° C. or lower.
【0180】その結果、過充電が進に伴ってリチウム金
属微結晶が生成し始めたが、ヨードエタンと反応して前
記発生してリチウム金属微結晶が徐々に安全な無機塩に
変化した。この時、反応生成物としてブタンガスが発生
し電池内部の圧力を徐々に高めたために、図3(b)に
示すようにスライダ18を動かし、充電電流を遮断し
た。このため、過充電によるは金属リチウムの生成は停
止した。As a result, lithium metal microcrystals began to be generated as overcharging progressed, but the lithium metal microcrystals were gradually reacted with iodoethane to generate safe inorganic salts. At this time, since the butane gas was generated as a reaction product and the pressure inside the battery was gradually increased, the slider 18 was moved as shown in FIG. 3B to interrupt the charging current. For this reason, generation of metallic lithium was stopped by overcharging.
【0181】試験後、電池の内容物を取り出したが、リ
チウム金属微結晶が存在しなかったために安全であっ
た。After the test, the contents of the battery were removed, but were safe because no lithium metal microcrystals were present.
【0182】実施例12 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリエチレンの多孔質フィルム、電解液として
プロピレンカーボネート60体積%、エチレンカーボネ
ート20体積%およびヨードエタン20体積%の混合
液、電解質に過塩素酸リチウム(LiClO4)を用い
た容量1000mAhの円筒型リチウムイオン二次電池
に、10kg/cm2以上の圧力を受けたときに開封す
る前述した図4に示す安全装置を取り付けた。Example 12 A porous film of lithium-containing cobalt dioxide for the positive electrode, carbon for the negative electrode, polyethylene for the separator, a mixture of 60% by volume of propylene carbonate, 20% by volume of ethylene carbonate and 20% by volume of iodoethane as the electrolytic solution, and A cylindrical lithium ion secondary battery having a capacity of 1000 mAh using lithium perchlorate (LiClO 4 ) was equipped with the safety device shown in FIG. 4 which was opened when a pressure of 10 kg / cm 2 or more was received.
【0183】実施例12の二次電池に実施例11と同
様、0.1CAの電流で、温度50℃以下に保ったまま
過充電を行った。As in Example 11, the secondary battery of Example 12 was overcharged at a current of 0.1 CA while maintaining the temperature at 50 ° C. or lower.
【0184】その結果、過充電が進に伴ってリチウム金
属微結晶が生成し始めたが、ヨードエタンと反応して前
記生成したリチウム金属微結晶が徐々に安全な無機塩に
変化した。この時、反応生成物としてブタンガスが発生
し電池内部の圧力を徐々に高めたために、図4(b)に
示すように可動弁20を動かし、充電電流を遮断した。
このため、過充電によるは金属リチウムの生成は停止し
た。As a result, lithium metal microcrystals began to be generated as overcharging progressed, but the lithium metal microcrystals thus formed reacted with iodoethane and gradually changed to safe inorganic salts. At this time, since butane gas was generated as a reaction product and the pressure inside the battery was gradually increased, the movable valve 20 was moved as shown in FIG.
For this reason, generation of metallic lithium was stopped by overcharging.
【0185】試験後、電池の内容物を取り出したが、リ
チウム金属微結晶が存在しなかったために安全であっ
た。After the test, the contents of the battery were removed, but were safe because no lithium metal microcrystals were present.
【0186】比較例7 ヨードエタンの代わりに同体積のジメトキシエタンを用
いた電解液を使用した以外、実施例12同様な二次電池
を作製し、実施例12と同様に0.1CAの電流で、温
度50℃以下に保ったまま過充電を行った。Comparative Example 7 A secondary battery was produced in the same manner as in Example 12, except that an electrolytic solution using the same volume of dimethoxyethane instead of iodoethane was used. Overcharging was performed while maintaining the temperature at 50 ° C. or lower.
【0187】比較例7の場合には、生成したリチウム金
属微結晶は殆ど消費されずにその生成が続行され、電極
上に多量のリチウム金属微結晶が生成し、危険な状態に
なった。しかも、充電電流は遮断されずにさらに充電が
継続された。In the case of Comparative Example 7, the generated lithium metal microcrystals were hardly consumed and continued to be generated, and a large amount of lithium metal microcrystals were generated on the electrode, which was dangerous. Moreover, the charging was continued without interrupting the charging current.
【0188】試験後、電池の内容物を取り出したが、リ
チウム金属微結晶が存在し、空気に触れて発火した。After the test, the contents of the battery were taken out, but the lithium metal microcrystals were present and they ignited upon contact with air.
【0189】実施例13 実施例12の二次電池に5CAの電流を流して過充電試
験を実施した。Example 13 An overcharge test was performed by passing a current of 5 CA through the secondary battery of Example 12.
【0190】その結果、実施例12と同様、過充電が進
に伴ってリチウム金属微結晶が生成し始めたが、ヨード
エタンと反応して前記発生してリチウム金属微結晶が徐
々に安全な無機塩に変化した。この時、反応生成物とし
てブタンガスが発生し電池内部の圧力を徐々に高めたた
めに、図4(b)に示すように可動弁20を動かし、充
電電流を遮断した。このため、過充電によるは金属リチ
ウムの生成は停止した。As a result, as in the case of Example 12, lithium metal microcrystals began to be generated with the progress of overcharging. However, the lithium metal microcrystals were generated by reacting with iodoethane and gradually became safe inorganic salt. Changed to At this time, since butane gas was generated as a reaction product and the pressure inside the battery was gradually increased, the movable valve 20 was moved as shown in FIG. For this reason, generation of metallic lithium was stopped by overcharging.
【0191】また、前記過充電の発熱で電池内部の温度
が上昇したが、前記充電電流の遮断により、徐々に温度
が下がり、室温まで戻った。前記可動弁20を動かし、
充電電流を遮断したのは、ブタンガスの圧力であるた
め、電池が室温まで戻っても、充電電流は遮断されたま
まであった。Although the temperature inside the battery rose due to the heat generated by the overcharging, the temperature gradually decreased and returned to room temperature due to the interruption of the charging current. Moving the movable valve 20,
Since the charge current was interrupted by the pressure of butane gas, the charge current remained interrupted even when the battery returned to room temperature.
【0192】このようにして非復帰型の安全装置を実現
できた。Thus, a non-return type safety device was realized.
【0193】試験後、電池の内容物を取り出したが、リ
チウム金属微結晶が存在しなかったために安全であっ
た。After the test, the contents of the battery were removed, but were safe due to the absence of lithium metal microcrystals.
【0194】比較例8 比較例7の二次電池に5CAの電流を流して過充電試験
を実施した。Comparative Example 8 An overcharge test was performed by passing a current of 5 CA through the secondary battery of Comparative Example 7.
【0195】その結果、過充電の発熱で電池内部の温度
が100℃以上に上昇すると、ジメトキシエタンが帰化
して電池内部圧力が高まり、図4(b)に示すように可
動弁20を動かし、充電電流を遮断した。このため、過
充電によるは金属リチウムの生成は停止した。As a result, when the temperature inside the battery rises to 100 ° C. or more due to the heat generated by overcharging, dimethoxyethane is naturalized and the pressure inside the battery rises, and the movable valve 20 is moved as shown in FIG. The charging current was shut off. For this reason, generation of metallic lithium was stopped by overcharging.
【0196】前記前記充電電流の遮断により、徐々に温
度が下がったが、それと共にテトラヒドロフランが再び
液化したため、電池内部の圧力が低下し、前記可動弁2
0が元に戻って再び正極リード7と可動弁20とが電気
的に接続された。Although the temperature gradually decreased due to the interruption of the charging current, tetrahydrofuran was again liquefied, and the internal pressure of the battery was lowered.
The value of “0” returns to its original state, and the positive electrode lead 7 and the movable valve 20 are electrically connected again.
【0197】したがって、5CAの過充電が再開し、金
属リチウムの生成が開始され、再び過充電の発熱で電池
内部の温度が100℃以上に上昇するまで続いた。Therefore, the overcharging of 5CA was restarted and the generation of lithium metal was started, and continued until the temperature inside the battery rose to 100 ° C. or more due to the heat generated by the overcharging again.
【0198】比較例8の二次電池では、非復帰型の安全
装置を実現できず、前記過程を繰り返し継続した。前記
過程が繰り返される毎に金属リチウムの生成が断続的に
続いたため、電極上に生成された金属リチウム量は増大
し続け、危険な状態になった。With the secondary battery of Comparative Example 8, a non-return type safety device could not be realized, and the above process was repeated and continued. Since the generation of metallic lithium continued intermittently each time the above process was repeated, the amount of metallic lithium generated on the electrode continued to increase, and became dangerous.
【0199】試験後、電池の内容物を取り出すと、リチ
ウム金属微結晶が存在したため、空気に触れて発火し
た。After the test, when the content of the battery was taken out, it was ignited by contact with air due to the presence of lithium metal microcrystals.
【0200】比較例9 ヨードエタンを含まず、プロピレンカーボネート60体
積%、エチレンカーボネート40体積%の電解液を使用
した以外、実施例12同様な二次電池を作製し、実施例
12と同様に0.1CAの電流で、温度50℃以下に保
ったまま過充電を行った。Comparative Example 9 A secondary battery was produced in the same manner as in Example 12, except that an electrolyte solution containing no iodoethane and containing 60% by volume of propylene carbonate and 40% by volume of ethylene carbonate was used. Overcharging was performed at a current of 1 CA while maintaining the temperature at 50 ° C. or lower.
【0201】その結果、過充電の発熱で電池内部の温度
が100℃を超えたが、図4(b)に示すように可動弁
20が動作せず、過充電が継続されたため、電極上に生
成された金属リチウム量は増大し続け、危険な状態にな
った。As a result, the temperature inside the battery exceeded 100 ° C. due to the heat generated by overcharging, but the movable valve 20 did not operate as shown in FIG. The amount of metallic lithium produced continued to increase and became dangerous.
【0202】試験後、電池の内容物を取り出すと、リチ
ウム金属微結晶が存在したため、空気に触れて発火し
た。After the test, the contents of the battery were taken out and fired by contact with air due to the presence of lithium metal microcrystals.
【0203】実施例14 正極に含リチウム二酸化コバルト、負極に炭素、セパレ
ーターにポリプロピレンの多孔質フィルム、電解液にプ
ロピレンカーボネート40体積%、テトラヒドロフラン
40体積%、臭化tert−ブチル20体積%の混合
液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチウムを用いた容
量1000mAhの円筒型のリチウムイオン二次電池
に、前述した図1に示す安全弁を取り付けた。Example 14 A mixture of lithium-containing cobalt dioxide for the positive electrode, carbon for the negative electrode, a porous film of polypropylene for the separator, 40 vol% of propylene carbonate, 40 vol% of tetrahydrofuran, and 20 vol% of tert-butyl bromide for the electrolytic solution. The above-described safety valve shown in FIG. 1 was attached to a cylindrical lithium ion secondary battery having a capacity of 1000 mAh using lithium hexafluorophosphate as an electrolyte.
【0204】実施例14の二次電池に、0.1CAの電
流で、温度50℃以下に保ったまま過充電を行った。The secondary battery of Example 14 was overcharged at a current of 0.1 CA while maintaining the temperature at 50 ° C. or lower.
【0205】その結果、過充電が進に伴ってリチウム金
属微結晶が生成し始めたが、臭化tert−ブチルと反
応して前記生成したリチウム金属微結晶はtert−ブ
チルリチウムに変化した。このtert−ブチルリチウ
ムは、すぐにテトラヒドロフランと反応してリチウム塩
の他にエタンガスおよび2−メチルプロパンを発生し
た。これらのガスによって電池内部の圧力を徐々に高め
たために、図1(b)に示すように安全弁9を開封して
充電電流を遮断した。このため、過充電によるは金属リ
チウムの生成は停止した。As a result, lithium metal microcrystals began to be generated as overcharging proceeded, but the lithium metal microcrystals generated by the reaction with tert-butyl bromide changed to tert-butyllithium. This tert-butyllithium immediately reacted with tetrahydrofuran to generate ethane gas and 2-methylpropane in addition to the lithium salt. Since the pressure inside the battery was gradually increased by these gases, the safety valve 9 was opened to shut off the charging current as shown in FIG. For this reason, generation of metallic lithium was stopped by overcharging.
【0206】試験後、電池の内容物を取り出したが、リ
チウム金属微結晶が存在しなかったために安全であっ
た。After the test, the contents of the battery were removed, but were safe because no lithium metal microcrystals were present.
【0207】実施例15 正極に含リチウム二酸化コバルト(LiCoO2)、負
極に炭素、セパレーターにポリエチレンの多孔質フィル
ム、電解液にプロピレンカーボネート30体積%、テト
ラヒドロフラン50体積%およびヨードエタン20体積
%の混合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチウム
(LiPF6)を用いた電気自動車に搭載するための容
量2kWhの大型リチウムイオン二次電池に、前述した
図3に示す安全装置を装着すると共に、異常反応を検知
するモニタシステムを付設した。Example 15 A mixture of lithium-cobalt dioxide (LiCoO 2 ) for the positive electrode, carbon for the negative electrode, a polyethylene porous film for the separator, 30 vol% of propylene carbonate, 50 vol% of tetrahydrofuran and 20 vol% of iodoethane for the electrolytic solution. , in large lithium ion secondary battery having a capacity 2kWh for mounting on an electric vehicle using lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) in the electrolyte, as well as attaching the safety device illustrated in FIG. 3 mentioned above, it detects the abnormal reaction A monitor system for monitoring was added.
【0208】前記モニタシステムは、図5に示すように
電池21の内部圧力を測定する圧力センサ22と、前記
電池21の内部温度を測定する温度センサ23と、前記
圧力センサ22および前記温度センサ23の出力信号を
処理するコンピュータ24と、前記コンピュータ24の
指示により前記電池21に関係する回路(例えば充電回
路等)を制御する制御部25と、前記コンピュータ24
から送られる情報を表示するディスプレイ26と、警報
装置(図示せず)とから構成されている。また、図示し
ないが、前記コンピュータ24には電極電圧、電池に流
れる電流、電池の気温に関する情報が常に入力される。As shown in FIG. 5, the monitor system includes a pressure sensor 22 for measuring the internal pressure of the battery 21, a temperature sensor 23 for measuring the internal temperature of the battery 21, the pressure sensor 22 and the temperature sensor 23. A control unit 25 for controlling a circuit (for example, a charging circuit or the like) related to the battery 21 in accordance with an instruction from the computer 24;
And a warning device (not shown). Although not shown, information on the electrode voltage, the current flowing through the battery, and the temperature of the battery is constantly input to the computer 24.
【0209】個々の電池に関する回路は、コンピュータ
制御により常に適正な状態になるように、例えば充電電
圧、充電電流、充電時間等がコントロールされている
が、万一ある電池に異常が見付かった場合には、自動的
にその電池は回路から切り離されて保護される。しか
も、前記異常となった電池の代わりに予備の電池が回路
に組み込まれ、全体の電池構成が維持される。The circuit for each battery is controlled, for example, by a computer to control the charging voltage, the charging current, the charging time, etc., so as to always be in an appropriate state. However, if an abnormality is found in a certain battery, Automatically protects the battery by disconnecting it from the circuit. In addition, a spare battery is incorporated in the circuit instead of the abnormal battery, and the entire battery configuration is maintained.
【0210】異常の判定は、例えば温度補正後の電池の
内部圧力が初期値の1.2倍に上昇した場合、上昇速度
を加味した上、温度、電極電圧、電池に流れる電流等を
総合的に判断して前記コンピュータ24が行う。For example, when the internal pressure of the battery after the temperature correction rises to 1.2 times the initial value, the temperature, the electrode voltage, the current flowing through the battery, and the like are determined in consideration of the rising speed. The computer 24 performs the judgment.
【0211】これらの経過および処置の結果は、前記デ
ィイスプレイ26および警報装置を通して使用者に伝達
される。The progress and the result of the treatment are transmitted to the user through the display 26 and the alarm device.
【0212】前述したモニタシステムが付設された実施
例15では、極めて初期段階で異常が判別され、電池が
保護されるため、判別された電池もまだ十分に使用可能
であり、原因究明して必要な調整を行った後、再び使用
することができた。In the fifteenth embodiment provided with the above-described monitor system, the abnormality is determined at an extremely early stage, and the battery is protected. Therefore, the determined battery can still be used sufficiently, and the cause needs to be determined after investigating the cause. After making some adjustments, it could be used again.
【0213】実施例16 正極に含リチウム二酸化コバルト(LiCoO2)、負
極に炭素、セパレーターにポリエチレンの多孔質フィル
ム、電解液にプロピレンカーボネート40体積%、ジメ
トキシエタン50体積%およびのヨードエタン10体積
%の混合液、電解質にヘキサフルオロリン酸リチウム
(LiPF6)を用いた余剰電力を貯蔵するための家庭
用電力貯蔵システムに使用される容量2kWhの大型リ
チウムイオン二次電池に、前述した図3に示す安全装置
を装着すると共に、異常反応を検知するモニタシステム
を付設した。Example 16 Lithium-containing cobalt dioxide (LiCoO 2 ) for the positive electrode, carbon for the negative electrode, a polyethylene porous film for the separator, 40 vol% of propylene carbonate, 50 vol% of dimethoxyethane and 10 vol% of iodoethane for the electrolytic solution A large-sized lithium ion secondary battery having a capacity of 2 kWh used in a home power storage system for storing surplus power using lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) for the mixed solution and the electrolyte is shown in FIG. 3 described above. A safety device was installed, and a monitor system for detecting abnormal reactions was installed.
【0214】前記モニタシステムは、前述した図5と同
様であるが、異常反応が検知された時に電池が交換され
るだけでなく、使用電源系統を家庭用商用電源に切り替
えることができるようにもなっている。The monitor system is the same as that of FIG. 5 described above. However, not only is the battery replaced when an abnormal reaction is detected, but also the power supply system can be switched to a household commercial power supply. Has become.
【0215】実施例17 正極に含リチウム二酸化コバルト(LiCoO2)、負
極に炭素、セパレーターにポリエチレンの多孔質フィル
ム、電解液にプロピレンカーボネート90体積%および
ヨードエタン10体積%の混合液、電解質にヘキサフル
オロリン酸リチウム(LiPF6)を用いた容量10A
hの角型リチウムイオン二次電池に、前述した図3に示
す安全装置を装着すると共に、異常反応を検知するモニ
タシステムを付設した。前記電池はパーソナルコンピュ
ータの電源として使用される。Example 17 Lithium-containing cobalt dioxide (LiCoO 2 ) for the positive electrode, carbon for the negative electrode, a polyethylene porous film for the separator, a mixed solution of 90% by volume of propylene carbonate and 10% by volume of iodoethane for the electrolytic solution, and hexafluoro for the electrolyte Capacity 10A using lithium phosphate (LiPF 6 )
The safety device shown in FIG. 3 described above was mounted on the prismatic lithium ion secondary battery of h, and a monitor system for detecting an abnormal reaction was provided. The battery is used as a power source for a personal computer.
【0216】前記モニタシステムは、圧力センサと情報
処理部からなる簡単なもので、圧力センサからの出力
が、初期圧力の1.3倍になった時にディスプレイ画面
に“電池内部圧力が異常”、したがって“商用電源を切
り替えて使用すること”を勧告するメッセイジを表示す
る。The monitor system is a simple one comprising a pressure sensor and an information processing section. When the output from the pressure sensor becomes 1.3 times the initial pressure, the display screen shows “abnormal battery internal pressure”, Therefore, a message recommending “switch and use commercial power” is displayed.
【0217】使用者は、これを見て適切な処置を行なう
ことができる。[0217] The user can take appropriate measures by seeing this.
【0218】[0218]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば外
部の制御によらず、電池自体の本質的な特性としてリチ
ウム等が金属状態でまったく存在しない状態、つまりリ
チウム等の金属微結晶が生成せず、発火や火災の危険性
がない安全な二次電池を提供できる。また、本発明によ
れば外部の制御によらず、電池自体の自己制御によりリ
チウム等が金属状態でまったく存在しない状態を維持す
る、つまりリチウム等の金属微結晶が生成せず発火の危
険性がない上、リチウム等の金属の生成量が少ない場合
には電池特性を維持する機能と、リチウム等の金属の生
成量が多い場合には正極、負極間の導通を遮断して電池
動作を喪失する機能とを有する二次電池を提供すること
ができる。As described above, according to the present invention, regardless of external control, the essential characteristic of the battery itself is a state in which lithium or the like does not exist in a metal state at all, that is, a metal microcrystal such as lithium. It is possible to provide a safe secondary battery that is not generated and has no risk of ignition or fire. Further, according to the present invention, the state in which lithium or the like does not exist in a metallic state at all is maintained by the self-control of the battery itself without any external control, that is, there is no risk of ignition because metal microcrystals such as lithium are not generated. In addition, when the amount of metal such as lithium is small, the function of maintaining the battery characteristics is maintained. When the amount of metal such as lithium is large, conduction between the positive electrode and the negative electrode is interrupted, and the battery operation is lost. And a secondary battery having a function.
【図1】本発明の電池に付設される安全装置を示す部分
概略断面図。FIG. 1 is a partial schematic sectional view showing a safety device attached to a battery of the present invention.
【図2】本発明の電池に付設される安全装置を示す部分
概略断面図。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a safety device attached to the battery of the present invention.
【図3】本発明の電池に付設される安全装置を示す部分
概略断面図。FIG. 3 is a partial schematic cross-sectional view showing a safety device attached to the battery of the present invention.
【図4】本発明の電池に付設される安全装置を示す部分
概略断面図。FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view showing a safety device attached to the battery of the present invention.
【図5】本発明の電池の安全をモニタするシステムを示
す概略図。FIG. 5 is a schematic diagram showing a battery safety monitoring system according to the present invention.
1…電池容器、2、3…導電板、5…穴、6…電極端
子、7…正極リード、8…金属バネ、9…安全弁、11
…空気孔、15…低融点金属板、18…スライダ、19
…コイルスプリング、20…スライダ、21…電池、2
2…圧力センサ、23…温度センサ、24…コンピュー
タ、26…ディスプレイ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery container, 2, 3 ... Conductive plate, 5 ... Hole, 6 ... Electrode terminal, 7 ... Positive electrode lead, 8 ... Metal spring, 9 ... Safety valve, 11
... air holes, 15 ... low melting point metal plate, 18 ... slider, 19
... Coil spring, 20 ... Slider, 21 ... Battery, 2
2 ... pressure sensor, 23 ... temperature sensor, 24 ... computer, 26 ... display.
Claims (4)
属イオンのインターカレーションを利用した二次電池に
おいて、 前記負極は、前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物
質を活物質として含み、かつ前記非水電解液は、前記金
属イオンから生成された金属と反応して非金属に変換す
るハロゲン化炭化水素を含むことを特徴とする二次電
池。1. A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolytic solution and utilizing intercalation of metal ions, wherein the negative electrode contains a carbonaceous material that absorbs and releases the metal ions as an active material. And the non-aqueous electrolyte contains a halogenated hydrocarbon which reacts with a metal generated from the metal ion to convert the metal ion into a non-metal.
属イオンのインターカレーションを利用した二次電池に
おいて、 前記負極は、前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物
質を活物質として含み、かつ前記非水電解液は前記金属
イオンから生成された金属と反応して非金属に変換する
と共にガスを発生するハロゲン化炭化水素を含むことを
特徴とする二次電池。2. A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and utilizing intercalation of metal ions, wherein the negative electrode contains a carbonaceous material that absorbs and releases the metal ions as an active material. And the non-aqueous electrolyte contains a halogenated hydrocarbon which reacts with a metal generated from the metal ion to convert it to a non-metal and generate gas.
属イオンのインターカレーションを利用した二次電池に
おいて、 前記負極は、前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物
質を活物質として含み、かつ前記非水電解液は前記金属
イオンから生成された金属と反応して非金属に変換する
と共に重合性物質を生成するハロゲン化炭化水素を含む
ことを特徴とする二次電池。3. A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and utilizing intercalation of metal ions, wherein the negative electrode contains a carbonaceous material that absorbs and releases the metal ions as an active material. And the non-aqueous electrolyte contains a halogenated hydrocarbon which reacts with a metal generated from the metal ion to convert to a non-metal and generate a polymerizable substance.
属イオンのインターカレーションを利用した二次電池に
おいて、 前記負極は、前記金属イオンを吸蔵・放出する炭素質物
質を活物質として含み、かつ前記非水電解液は前記金属
イオンから生成された金属と反応してイオン性の非金属
に変換する機能と、前記金属イオンから金属が生成され
た際に前記金属と反応してイオン性の非金属に変換する
と共に前記正極および負極間の導通を遮断するバリア物
質を生成する機能とから選ばれるの少なくとも一つの機
能を有するハロゲン化炭化水素を含むことを特徴とする
二次電池。4. A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte and utilizing intercalation of metal ions, wherein the negative electrode contains a carbonaceous material that absorbs and releases the metal ions as an active material. And the non-aqueous electrolyte has a function of reacting with a metal generated from the metal ion to convert it to an ionic non-metal, and a function of reacting with the metal when the metal is generated from the metal ion to form an ionic non-metal. A secondary battery comprising a halogenated hydrocarbon having at least one function selected from a function of converting into a nonmetal and a function of generating a barrier material that blocks conduction between the positive electrode and the negative electrode.
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