JP3386698B2 - 電 池 - Google Patents

電 池

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JP3386698B2
JP3386698B2 JP22832497A JP22832497A JP3386698B2 JP 3386698 B2 JP3386698 B2 JP 3386698B2 JP 22832497 A JP22832497 A JP 22832497A JP 22832497 A JP22832497 A JP 22832497A JP 3386698 B2 JP3386698 B2 JP 3386698B2
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電池に関する。
【0002】
【従来の技術】高い電池容量をもつ電池としてリチウム
二次電池が最近注目を集めている。こうしたリチウム二
次電池では、正極板及び負極板の積層体である電極積層
体と、該電極積層体を収納し該正極板及び該負極板のい
ずれか一方と導通する電池缶と、該正極板及び該負極板
の他方と導通し該電池缶と絶縁状態で該電池缶の外部に
導出された端子と、を備えるものが一般的となってい
る。
【0003】このような構成は、リチウム二次電池に限
られることなく多くの電池にも採用されているが、何ら
かの原因によって電極の活物質(正極でも負極でもどち
らの電極のものでもよいが)を介して短絡が生じると、
活物質には抵抗が高いものが使われていることが多いた
め、電気抵抗によって活物質で高熱が発生することが考
えられる。この高熱は危険であるばかりでなく、活物質
によっては高温で分解されて酸素ガスなどを放出した
り、電解質などから異常ガスが発生したりする。特にリ
チウム二次電池などの高容量の電池では、その反応活性
が高いゆえに異常な電池反応が急激に生じ、破裂が起こ
ることも想定される。
【0004】そこで従来より、こうした電池には、電流
路を遮断して異常電流を止めるヒューズや電池缶内で発
生したガスを外部に逃がす安全弁などの安全装置を備え
付けることにより、破裂などの事故防止がなされてい
る。ところで、電池を装填している機器の機体が衝突な
どの強い押圧を受けるなどして破損した場合には、金属
などの導体からなりかつ鋭利な先端部をもつ破損部が、
電池に刺さってしまうようなことが考えられる。このよ
うな鋭利な導体が電池に刺さる場合として、例えば次の
2通りの刺さり方が挙げられる。
【0005】一つは、鋭利な導体が電池缶を突き抜けて
電極積層体の内部まで刺さった場合である。この場合で
は、刺さった導体を介して、正極板の集電体、負極板の
集電体及び電池缶とがそれぞれ短絡する。もう一つは、
電池缶は突き抜けたけれども電極積層体の最外周面のと
ころまでしか鋭利な導体が刺さらなかった場合である。
これには、鋭利な導体の先端が電極積層体の最外周面に
しっかり刺さらず接触している状態も含む。この場合、
最外周面に活物質層があると、この活物質層を通じて電
極積層体と電池缶とが短絡し、活物質で高熱が発生す
る。
【0006】以上の例のように、安全弁やヒューズを備
え付けるだけでは、鋭利な導体が電池に刺さった場合の
安全対策として不十分である。このような問題に対し、
特開平8−203562号公報では、電池缶を負極に導
通させ、かつ電極積層体の側周面を正極の集電体を延長
させた露呈集電体で覆い、さらにその周囲に電極積層体
と電池缶とを絶縁する絶縁体膜を設けた構造の電池を開
示している。この電池においては、鋭利な導体が電池の
絶縁体膜及び露呈集電体の配設されているところに刺さ
り、その導体の先端部が露呈集電体に刺さるか、あるい
は接触した場合、この刺さった鋭利な導体を介して露呈
集電体と電池缶とが短絡する。この場合、活物質で高熱
が発するすべもなく、安全性が確保される。
【0007】しかし、この電池には、絶縁体膜及び露呈
集電体が配設されているのは電極積層体の側周面を覆う
部分に限られ、例えば巻回積層型円筒型電池での底面方
向や上面方向というように電極積層体の両端面を覆う部
分には設けられていない。従って、電極積層体の両端面
方向から鋭利な導体が電池に刺さった場合、先の例で挙
げたように、刺さった導体の先端部が電極活物質に刺さ
るか、あるいは接触したときには電池の安全性が危ぶま
れる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、電池のどの方向から鋭利な導
体が刺さっても安全に短絡できる電池を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の電池は、正極板
及び負極板の積層体である電極積層体と、該電極積層体
を収納し該正極板及び該負極板のいずれか一方と導通す
る電池缶と、該正極板及び該負極板の他方と導通し該電
池缶と絶縁状態で該電池缶の外部に導出された端子と、
を備える電池であって、該電池缶の内周面に沿って該電
極積層体の側周面及び両端面を実質的に覆うように配設
され該正極板及び該負極板の該他方と導通された等電位
体と、該等電位体の周囲を完全に包み込み該電池缶及び
該電極積層体から絶縁する袋状の絶縁体と、を設けたこ
とを特徴とする。
【0010】前記等電位体及び前記絶縁体は、前記電池
缶の内周面に一体的に形成されていてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の電池は、電池の種類で特
に限定されるものではなく、リチウム二次電池など公知
の電池に適用できる。また、電池の全体形状も特に限定
されるものではなく、角型や円筒型の電池とすることが
できる。次に、各部品に分けて電池の形態を説明する。
【0012】正極板及び負極板の積層体である電極積層
体については、その積層形態で特に限定されず、公知の
ものを用いることができるが、例えば、それぞれ帯状の
正極板及び負極板を間にセパレータを介在させて巻回し
て形成したものや、あるいはそれぞれ方形状の正極板及
び負極板を間にセパレータを介在させて積層したものを
用いることができる。
【0013】正極板については、板状の正極集電体の少
なくとも片面に正極活物質を塗布して形成した電極を用
いることができる。正極集電体は公知の材料から構成す
ることができ、例えばアルミニウム、チタン、ステンレ
ス等の金属箔を用いることができる。正極活物質にも公
知の物質を用いることができ、例えばLiCoO2や、
Mn、Ni及びFeなどのリチウム複合酸化物、カルコ
ゲナイド等を用いることができる。
【0014】負極板については、板状の負極集電体の少
なくとも片面に負極活物質を塗布して形成した電極を用
いることができる。負極集電体は公知の材料から構成す
ることができ、例えば銅等の金属箔を用いることができ
る。負極活物質にも公知の物質を用いることができ、例
えばグラファイトや非晶質カーボン等の炭素質物質を用
いることができる。この炭素質物質の形状も特に限定さ
れず、球状、鱗片状、塊状及び繊維状などとすることが
できる。
【0015】等電位体の材料については導電性があれば
特に限定されないが、電位的に問題のない材料、例えば
リチウム電池の正極側で用いる時には、アルミニウム、
チタン、ステンレス等の導電性に優れた金属導体を用い
ることが好ましい。その厚さについては特に限定され
ず、適宜選択することができる。絶縁体の材料について
も電気絶縁性があれば特に限定されず、例えば、ポリエ
チレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンやアラミド
等の合成樹脂膜や、紙、セラミック膜等の絶縁性に優れ
た絶縁体を用いることができる。その厚さについても特
に限定されず、適宜選択することができる。
【0016】電解液としては、エチレンカーボネート、
プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、エチ
ルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の混合
有機溶媒に、LiPF6、LiBF4等のリチウム塩を溶
質として溶解させたものを用いることができる。
【0017】
【作用】本発明の電池では、どの方向から鋭利な導体が
刺さっても、ほとんどの短絡電流は、電極の活物質より
も導電性の高い電極集電体、等電位体及び電池缶を流れ
るため、活物質で電気抵抗によって高温が発生すること
がない。従って、電池のどの方向から鋭利な導体が刺さ
っても安全に短絡できる。
【0018】例えば、電池缶を突き抜けて電極積層体の
側周面及び両端面に鋭利な導体が刺さった場合でも、電
極積層体の周囲にある等電位体と電池缶とを短絡電流が
流れるため、電極活物質には短絡電流がほとんど流れる
ことがない。これは導体の先端が電極積層体内の電極活
物質の層まで達している場合でも、短絡電流は鋭利な導
体を介して等電位体と電池缶とを流れる。
【0019】従って、電極活物質での短絡電流による高
熱の発生が防止され、こうした高熱に起因する破裂等の
電池の事故を防ぐことができる。
【0020】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、以下の説明では、参照図中の上下でもって上
下方向を定義する。 (実施例1)本実施例の電池は、図1にその縦断面図を
示すように、巻回積層型の電極積層体110と、電極積
層体110を収納し負極板114と導通する電池缶12
0と、正極板112と導通し電池缶120と絶縁状態で
電池缶120の外部に導出された端子130と、を備え
た円筒型のリチウム二次電池である。
【0021】このリチウム二次電池100は、電池缶1
20の内周面に沿って電極積層体110の側周面及び両
端面を実質的に覆うように配設され正極板112と導通
された等電位体140a、140b、140cと、等電
位体140a、140b、140cの周囲に配設され電
池缶120及び電極積層体110から絶縁する絶縁体1
50a、150b、150cと、が設けられている。図
2に、電池缶120を透視したときの等電位体140
a、140b、140c及び絶縁体150a、150
b、150cの立体的様子を模式的に示す。
【0022】電極積層体110は、それぞれ帯状の正極
板112と負極板114とを間にセパレータ116を介
在させて重ね合わせ、これを巻回して形成した。なお、
正極板112は、20μmの厚さのアルミニウム箔から
なる集電体112aの両面に、LiCoO2を主成分と
する正極活物質112bを80μmの厚さで塗布して形
成したものである。一方、負極板114は、18μmの
厚さの銅箔からなる集電体114aの両面に、炭素質物
質よりなる負極活物質114bを90μmの厚さで塗布
して形成したものである。また、セパレータ116に
は、厚さ25μmのポリエチレン多孔膜を使用した。
【0023】電池缶120は、ニッケルメッキ鋼よりな
る円筒形の底付き容器の本体部122と、ニッケルメッ
キ鋼よりなる蓋部124と、から構成されている。蓋部
124の中心部には端子130を嵌入できる貫通孔があ
る。電池缶120は、電極積層体110の最外面にある
負極に導電部材160を介して電気的に接続されてい
る。端子130は、アルミニウムよりなって円柱形状を
している正極端子である。その側周面で蓋部124の貫
通孔に絶縁材料からなる固定材132で接合固定されて
いる。
【0024】等電位体140aは、厚さ100μmの円
盤状のアルミニウム板からなる。一方、電極積層体11
0の中心部にある集電体112aは上方に延長した延長
部をもち、この延長部の先端部が等電位体140aを通
して端子130に接合されている。等電位体140a
は、端子130の下面及び正極集電体112aの延長部
と接して正極112と等電位になっている。
【0025】等電位体140bは、厚さ150μmの帯
状のアルミニウム箔を電極積層体110の周囲に巻いた
ものである。この等電位体は、電極積層体110の最外
周に位置する正極集電体112aに接続され、正極板1
12と等電位になっている。等電位体140cは、厚さ
100μmの円盤状のアルミニウム板からなる。この等
電位体は、導電部材162を介して等電位体140aと
電気的に接続され、正極板112と等電位になってい
る。
【0026】絶縁体150a、150b、150cは、
いずれもポリエチレンからなって袋状をしており、等電
位体140a、140b、140cを完全に包み込んで
いる。いずれの絶縁体も、一層あたり25μmの厚さを
もつ。導電部材162も、これら絶縁体と同じポリエチ
レンからなる絶縁膜164で包み込まれている。電解液
(図示せず)としては、エチレンカーボネートとジエチ
ルカーボネートの混合有機溶媒に1mol/lのLiP
6を溶質として溶解させたものを用いた。
【0027】この電池100では、鋭利な導体が電池缶
120を突き抜けて電極積層体110の側周面及び両端
面に刺さった場合でも、電極積層体の周囲に配設した等
電位体と電池缶120とを短絡電流が流れる。例えば、
鋭利な導体が電池缶120の本体部122を突き抜けて
電極積層体110の側周面に刺さった場合、等電位体1
40bと電池缶120の本体部122とを短絡電流が流
れる。このとき、導体の先端部が電極積層体110の最
外面にある負極活物質114bの層まで達した場合であ
っても、短絡電流のほとんどは等電位体140bと本体
部122とを流れ、電極活物質114bにおいて高温の
電気抵抗熱が発生することはない。さらに、鋭利な導体
が電極積層体内の複数の電極板にわたって刺さっても、
短絡電流はそれら電極板の集電体に鋭利な導体を介して
流れるので、これらの電極の電極活物質で高温の電気抵
抗熱が発生することはない。
【0028】また、鋭利な導体が電池缶120の蓋部1
24を突き抜けて電極積層体110の上端面に刺さった
場合には、等電位体140aと電池缶120の蓋部12
4とを短絡電流が流れる。電極積層体110の下端面に
刺さった場合には等電位体140cと電池缶120の本
体部122の底部とを短絡電流が流れる。 (実施例2)本実施例の電池は、図3の縦断面図及び図
4の横断面図に示すように、単純積層型の電極積層体2
10と、電極積層体210を収納し負極板214と導通
する電池缶220と、正極板212と導通し電池缶22
0と絶縁状態で電池缶220の外部に導出された端子2
30と、を備えた角型のリチウム二次電池である。
【0029】このリチウム二次電池200は、電池缶2
20の内周面に沿って電極積層体210の側周面及び両
端面を実質的に覆うように配設され正極板212及び負
極板214の他方と導通された等電位体240a、24
0b、240cと、等電位体240a、240b、24
0cの周囲に配設され電池缶220及び電極積層体21
0から絶縁する絶縁体250a、250b、250c
と、が設けられている。
【0030】電極積層体210は、それぞれ方形の正極
板212と負極板214とを間にセパレータ216を介
在させながら積み重ねて形成したものである。正極板2
12は、厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体
212aの両面に、LiCoO2を主成分とする正極活
物質212bを80μmの厚さで塗布して形成した。一
方、負極板214は、18μmの厚さの銅箔からなる集
電体214aの両面に、炭素質物質よりなる負極活物質
214bを90μmの厚さで塗布して形成した。また、
セパレータ216には、厚さ25μmのポリエチレン多
孔膜を使用した。この電極積層体210の各負極板21
4は、それぞれの集電体を下方に延長させて負極接続体
218を介して電気的に接続されている。
【0031】電池缶220は、ステンレスよりなる直方
体の底付き容器の本体部222と、ステンレスよりなる
蓋部224と、から構成されている。蓋部224の中心
部には端子230を嵌入できる貫通孔がある。電池缶2
20は、負極接続体218に導電部材260を介して電
気的に接続されている。なお、導電部材260はポリエ
チレン膜で等電位体240cと絶縁されている。
【0032】端子230は、アルミニウムよりなって円
柱形状をしている正極端子で、その側周面で蓋部224
の貫通孔に接合固定されている。その側周面で蓋部22
4の貫通孔に絶縁材料からなる固定材232で接合固定
されている。等電位体240aは方形状のアルミニウム
箔からなる。各正極集電体212aは上方に延長した延
長部分をもち、それらの先端部がこの等電位体の下面に
接合されて等電位体240aは正極板212と等電位に
なっている。また、端子230は等電位体240aの上
面と接し、この等電位体240aを介して正極板212
と導通している。
【0033】等電位体240b、240cは、ともに厚
さ150μmの方形状のアルミニウム箔からなる。これ
らの等電位体は、それぞれ上端部で等電位体240aの
端部に接合され、正極板212と等電位になっている。
等電位体240cは、厚さ150μmの断面コの字形状
のアルミニウム板からなり、図4にはコの字の上方に延
びた等電位体240cの断面が示されている。この等電
位体240cの底部の一箇所に貫通孔が設けられてお
り、この貫通孔に負極等電位体218と電池缶220と
を導通する導電部材260が嵌入されている。
【0034】絶縁体250aは、2枚のポリエチレン膜
を等電位体240aの両面に重ね、それらの両端を同じ
くポリエチレンで封止したものである。絶縁体250
b、250cは、いずれもポリエチレンからなって袋状
をしており、等電位体240a、240b、240cを
完全に包み込んでいる。いずれも、一層あたり25μm
の厚さをもつ。
【0035】電解液(図示せず)としては、エチレンカ
ーボネート及びプロピレンカーボネートの混合有機溶媒
に1mol/lのLiPF6を溶質として溶解させたも
のを用いた。 (実施例3)本実施例の電池は、図5にその縦断面図を
示すように、巻回積層型の電極積層体310と、電極積
層体310を収納し負極板314と導通する電池缶32
0と、正極板312と導通し電池缶320と絶縁状態で
電池缶320の外部に導出された端子330と、を備え
た円筒型のリチウム二次電池である。
【0036】電極積層体310については実施例1と同
じものであり、正極板312の集電体312a及び正極
活物質312b、負極板314の集電体314a及び負
極活物質314b、並びにセパレータ316からなる。
また、電極積層体310の中心部にある集電体312a
が上方に延長した延長部をもつが、この延長部の先端部
は等電位体340aに接続されている。端子330も実
施例1のものと同じ正極端子であり、等電位体340a
と接して正極312と導通している。
【0037】このリチウム二次電池300では、等電位
体340a、340b、340c及び絶縁体350a、
350b、350cが電池缶320の内周面に一体的に
形成されている点が実施例1の電池と異なるが、電池缶
320の内周面に沿って電極積層体310の側周面及び
両端面を実質的に覆うように配設され正極板312及び
負極板314の他方と導通された等電位体340a、3
40b、340cと、等電位体340a、340b、3
40cの周囲に配設され電池缶320及び電極積層体3
10から絶縁する絶縁体350a、350b、350c
と、が設けられているといえる。
【0038】電池缶320は、電極積層体310を収納
する本体部322と、電池内を密閉する蓋部324と、
からなる。本体部322は、ステンレスからなる基材3
22aと、アルミニウム箔からなる等電位体340b、
340cと、ポリエチレンからなる絶縁体350b、3
50cと、を一体的にしたものであり、蓋部324は、
ステンレスからなる基材324aと、アルミニウム箔か
らなる等電位体340aとポリエチレンからなる絶縁体
350aと、を一体的にしたものである。基材324a
には、その中心部に貫通孔が設けられて端子330が絶
縁材料からなる固定材332によって基材324aに取
り付けられている。
【0039】蓋部324の基材324aは、ここでは図
示していないが、本体部322の基材322aに電気的
に接続されている。また、等電位体340aは、電池缶
320の本体部322と蓋部324との間に設けられた
導電部材360を介して、電池缶320の本体部322
の基材322aに電気的に接続されている。等電位体3
40b、340cは、導電部材362を介して等電位体
340aと導通している。
【0040】従って、電池缶320の本体部322及び
蓋部324とも、外側から順に、負極と等電位の基材、
絶縁体層、正極と等電位の層、絶縁体層が配置されてい
ることになる。この電池は次の要領で作製した。先ず、
電池缶320の本体部322は、基材322aの内面に
絶縁体層、等電位体、絶縁体層とを順次設けて形成し
た。また、電池缶320の蓋部324は、端子330が
取り付けられた基材326の内面に絶縁体層、等電位
体、絶縁体層を順次設けて形成した。
【0041】実施例1の電極積層体110と同様にして
形成した電極積層体310をこの電池缶320の蓋部3
24と一体的に結合させて、電解液(図示せず)が注ぎ
入れれた電池缶320内に挿入して所定位置に固定し
た。最後に、電池缶320の本体部322と蓋部324
とを接合して電池を完成した。 (実施例4)本実施例の電池は、図6にその縦断面図を
示すように、電池缶420の蓋部424の構造が異なる
以外は実施例3の電池と同じ構造をもつリチウム二次電
池である。
【0042】蓋部424は、アルミニウムからなる基材
424aと、ステンレスからなる等電位体440aと、
ポリエチレンからなる絶縁体450aと、からなり、基
材424aに実施例1の正極端子と同じ端子430が取
り付けられている。この蓋部424は、基材424aの
片面に絶縁体層、等電位体層、絶縁体層を順次形成した
ものである。
【0043】等電位体層440aは、電池缶420の本
体部422と蓋部424との間に設けられた導電部材4
60を介して、電池缶420の本体部422の基材42
2aに電気的に接続されている。一方、電極積層体41
0の中心部にある正極の集電体412aは上方に延長し
た延長部をもち、この延長部の先端部が基材424aに
接続されているが、この延長部の途中部分には導電部材
462が取り付けられており、この導電部材462を介
して、等電位体層440bは正極集電体412aと導通
して等電位にある。
【0044】従って、この電池の電池缶420の本体部
422は、実施例3と同様に外側から順に、負極と等電
位の層、絶縁体層、正極と等電位の層、絶縁体層が配置
されていることになるが、蓋部424では、外側から順
に、正極と等電位の層、絶縁体層、負極と等電位の層、
絶縁体層が配置されていることになる。
【0045】
【効果】本発明の電池は、電池のどの方向から鋭利な導
体が刺さっても安全に短絡できるため、電池の破裂など
が起こらない。例えば、電池を装填している機器の機体
が衝突などの強い押圧を受けるなどして破損し、金属な
どの導体からなりかつ鋭利な先端部をもつ破損部が電池
に刺さっても、電池の破裂などの二次的な事故が起こる
ことはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この図は、実施例1の電池の縦断面を模式的に
示した縦断面図である。
【図2】この図は、実施例1の電池の等電位体及び絶縁
体の立体的様子を模式的に示した図である。
【図3】この図は、実施例2の電池の縦断面を模式的に
示した縦断面図である。
【図4】この図は、実施例2の電池の横断面を模式的に
示した横断面図である。
【図5】この図は、実施例3の電池の縦断面を模式的に
示した縦断面図である。
【図6】この図は、実施例4の電池の縦断面を模式的に
示した縦断面図である。
【符号の説明】
100:リチウム二次電池 110:電極積層体 11
2:正極板 114:負極板 120:電池缶 13
0:端子 140a、140b、140c:等電位体
150a、150b、150c:絶縁体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−153542(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 2/02 H01M 2/22

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極板及び負極板の積層体である電極積
    層体と、該電極積層体を収納し該正極板及び該負極板の
    いずれか一方と導通する電池缶と、該正極板及び該負極
    板の他方と導通し該電池缶と絶縁状態で該電池缶の外部
    に導出された端子と、を備える電池であって、 該電池缶の内周面に沿って該電極積層体の側周面及び両
    端面を実質的に覆うように配設され該正極板及び該負極
    板の該他方と導通された等電位体と、該等電位体の周囲
    を完全に包み込み該電池缶及び該電極積層体から絶縁す
    袋状の絶縁体と、を設けたことを特徴とする電池。
  2. 【請求項2】 前記等電位体及び前記絶縁体は、前記電
    池缶の内周面に一体的に形成されている請求項1に記載
    の電池。
  3. 【請求項3】 前記電池は角型である請求項1に記載の
    電池。
  4. 【請求項4】 前記電池は円筒型である請求項1に記載
    の電池。
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