JP3426903B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Non-aqueous electrolyte secondary battery

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JP3426903B2
JP3426903B2 JP05630097A JP5630097A JP3426903B2 JP 3426903 B2 JP3426903 B2 JP 3426903B2 JP 05630097 A JP05630097 A JP 05630097A JP 5630097 A JP5630097 A JP 5630097A JP 3426903 B2 JP3426903 B2 JP 3426903B2
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JP
Japan
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secondary battery
ptc element
aqueous electrolyte
electrolyte secondary
aqueous
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裕之 長谷部
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Toshiba Corp
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は過大電流通電時に電
流経路を遮断する機能を有するPTC素子を備えた非水
電解液二次電池に関するものである。特に、前記PTC
素子を改良した非水電解液二次電池に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with a PTC element having a function of interrupting a current path when an excessive current is applied. In particular, the PTC
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery having an improved element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、リチウム二次電池やリチウムイオ
ン二次電池という非水電解液を使用した二次電池がニッ
ケルカドミウム二次電池や、ニッケル水素二次電池に比
較し、エネルギー密度が高く、また3V以上の高い電圧
を示すという特徴を有することから、携帯電子機器の電
源として広く使用されるようになってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, secondary batteries such as lithium secondary batteries and lithium ion secondary batteries using non-aqueous electrolytes have higher energy density than nickel-cadmium secondary batteries and nickel-hydrogen secondary batteries. Further, since it has a characteristic of showing a high voltage of 3 V or more, it has come to be widely used as a power source for portable electronic devices.

【0003】ところが、このような二次電池は、過大電
流による充電、過大電圧による充電(以下、これらの充
電を併せて過充電と称する)を行うと、電極群を構成す
る正極や負極の化学変化や、非水電解液の分解により電
池内圧が上昇し、電解液の漏液、電池の破裂や発火等に
至る恐れがある。
However, when such a secondary battery is charged by an excessive current and charged by an excessive voltage (hereinafter, these charges are collectively referred to as overcharge), the chemistry of the positive electrode and the negative electrode constituting the electrode group is The change or decomposition of the non-aqueous electrolyte may increase the internal pressure of the battery, which may lead to electrolyte leakage, battery rupture or ignition.

【0004】このようなことから、従来より、電池内圧
が上昇した際に電池内圧を低減させて電池の破裂を防止
するための安全弁機構、電池内圧の上昇を検知して電池
内圧の原因となる過大電流を遮断するための電流遮断機
構や、電池温度の上昇を検知して過大電流を遮断するた
めのPTC素子等の導入が行われている。
Therefore, conventionally, a safety valve mechanism for reducing the battery internal pressure to prevent the battery from bursting when the battery internal pressure rises, and a rise in the battery internal pressure are detected to cause the battery internal pressure. A current interruption mechanism for interrupting an excessive current and a PTC element for detecting an increase in battery temperature to interrupt an excessive current have been introduced.

【0005】例えば公称容量が650mAh、1250
mAhの非水電解液二次電池においては、25℃での直
流抵抗が40mΩ、30mΩ程度のPTC素子がそれぞ
れ使用されている。
For example, the nominal capacity is 650 mAh, 1250
In the mAh non-aqueous electrolyte secondary battery, PTC elements having direct current resistances of about 40 mΩ and 30 mΩ at 25 ° C. are used, respectively.

【0006】これらの対策の目的は全て同一であるにも
拘らず、それぞれの機構・素子の動作原理が異なるため
に動作に至るまでの時間、温度、電流範囲が違ってお
り、これらのバランスをとるために多くの試作検討が必
要となる場合が多く、製品開発のネックとなっていた。
また、非水電解液二次電池に3C以上の大電流による充
電を行った場合の電流遮断は、おおむねPTC素子によ
ってなされる。このため、PTC素子の最適化は、細心
の注意を払う必要があり、そのうえ、通常、PTC素子
の形態が電池寸法によって制限をうけるため、困難を極
めることが多い。
Although the objectives of these measures are all the same, the time, temperature, and current range until the operation is different because the operating principles of the respective mechanisms and elements are different, and these balances should be balanced. In many cases, a lot of trials and examinations are required to obtain the product, which has been a bottleneck in product development.
In addition, when the non-aqueous electrolyte secondary battery is charged with a large current of 3 C or more, the current interruption is generally performed by the PTC element. For this reason, optimization of the PTC element requires careful attention, and the shape of the PTC element is usually limited by the size of the battery, which is often extremely difficult.

【0007】一方、公開特許公報の特開平5−7449
3号の特許請求の範囲には、Li,Coを主成分とする
複合金属酸化物を正極活物質とし、炭素質材料を負極活
物質とする二次電池であって、前記二次電池に作動温度
が140℃以下であり、感応温度係数が−10〜−13
0の範囲にあるPTC素子を装着することを特徴とする
安全素子付き二次電池が開示されている。また、前記公
報には、前記PTC素子を用いると、2C程度の大電流
で充電を施した際の破裂を未然に防止できると記載され
ている。
On the other hand, Japanese Unexamined Patent Publication No. HEI 5-7449 of Japanese Unexamined Patent Publication No.
The claim of claim 3 is a secondary battery using a composite metal oxide containing Li and Co as main components as a positive electrode active material and a carbonaceous material as a negative electrode active material. The temperature is 140 ° C or lower, and the sensitive temperature coefficient is -10 to -13.
A secondary battery with a safety element is disclosed, which is equipped with a PTC element in the range of 0. Further, the publication describes that the use of the PTC element can prevent rupture when charged with a large current of about 2C.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、PT
C素子を改良することにより、過充電、特に3C以上の
過大電流での充電に対する安全性が向上された非水電解
液二次電池を提供しようとするものである。
The object of the present invention is to provide a PT
By improving the C element, it is intended to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery with improved safety against overcharging, particularly charging with an excessive current of 3 C or more.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によると、リチウ
ムイオンを吸蔵・放出する正極と、リチウムイオンを吸
蔵・放出する負極と、非水電解液と、PTC素子とを具
備した非水電解液二次電池であって、前記PTC素子
は、25℃における直流抵抗をR(mΩ)とし、前記二
次電池の公称容量をP(Ah)とした際に、次式(1)
を満たし、かつ前記PTC素子の作動温度は70℃〜1
50℃の範囲内であることを特徴とする非水電解液二次
電池が提供される。 50/P<R<167/P (1)
According to the present invention, a non-aqueous electrolytic solution comprising a positive electrode that absorbs and releases lithium ions, a negative electrode that absorbs and releases lithium ions, a non-aqueous electrolyte, and a PTC element. In the secondary battery, the PTC element has the following formula (1) when the DC resistance at 25 ° C. is R (mΩ) and the nominal capacity of the secondary battery is P (Ah).
And the operating temperature of the PTC element is 70 ° C. to 1
A non-aqueous electrolyte secondary battery is provided which is in the range of 50 ° C. 50 / P <R <167 / P (1)

【0010】本発明によると、開口部を有する有底円筒
形容器と、前記容器内に収納されたリチウムイオンを吸
蔵・放出する正極と、前記容器内に収納されたリチウム
イオンを吸蔵・放出する負極と、前記正極と前記負極の
間に配置されたセパレータと、前記容器内に収容された
非水電解液と、前記容器の前記開口部に配置され、PT
C素子を有する封口部材とを具備した非水電解液二次電
池であって、前記PTC素子は、25℃における直流抵
抗をR(mΩ)とし、前記二次電池の公称容量をP(A
h)とした際に、次式(1)を満たし、かつ前記PTC
素子の作動温度は70℃〜150℃の範囲内であること
を特徴とする非水電解液二次電池が提供される。 50/P<R<167/P (1)
According to the present invention, a bottomed cylindrical container having an opening, a positive electrode that stores and releases lithium ions stored in the container, and a lithium ion that stores and releases lithium ions stored in the container. A negative electrode, a separator arranged between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolyte contained in the container, and arranged in the opening of the container, PT
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a sealing member having a C element, wherein the PTC element has a DC resistance at 25 ° C. of R (mΩ) and a nominal capacity of the secondary battery is P (A
h), the following expression (1) is satisfied, and the PTC
There is provided a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the operating temperature of the device is in the range of 70 ° C to 150 ° C. 50 / P <R <167 / P (1)

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる非水電解液
二次電池の一例である円筒形非水電解液二次電池の一例
を図1を参照して詳細に説明する。例えば負極端子を兼
ねる有底円筒状の金属(例えば軟鋼)製容器1は、上端
を内方に折り曲げることにより形成された折曲部2と、
前記折曲部2の下方に形成された内方に突出した形状の
段部3とを有する。前記容器1のうち、前記段部3より
上方が開口部である。前記容器1内には、正極4とセパ
レータ5と負極6とを積層してスパイラル状に捲回する
ことにより作製された電極群7が収納されている。非水
電解液は、前記容器1内に収容されている。絶縁板8
は、前記容器1の底部に配置され、前記電極群7の前記
正極4が前記負極端子を兼ねる容器1と電気的に接触す
るのを防止している。前記電極群7の負極6と前記容器
1内の底部は、図示しない負極リードによって接続され
ている。防爆機構及び正極端子を兼ねる封口部材9は、
例えばポリプロピレンのような合成樹脂からなる絶縁ガ
スケット10と、正極端子を兼ねる第1の蓋体11と、
防爆機構を有する第2の蓋体12と、PTC素子13と
を備える。前記絶縁ガスケット10は、有底円筒形状を
なし、底部に円形穴14を有する。前記PTC素子13
は、前記第1蓋体11と前記第2蓋体12の間に配置さ
れている。前記第1蓋体11、前記第2蓋体12及び前
記PTC素子13は、前記絶縁ガスケット10内に配置
されている。このような絶縁ガスケット10は、前記容
器1の前記段部3に載置され、前記容器1の前記折曲部
2、前記開口部及び前記段部3により圧縮されている。
すなわち、前記第1蓋体11、前記第2蓋体12及び前
記PTC素子13は、前記容器1内の前記折曲部2と前
記段部3とにより囲まれた空間内に前記絶縁ガスケット
10を介してかしめ固定されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery, which is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, will be described in detail below with reference to FIG. For example, a bottomed cylindrical metal (eg, mild steel) container 1 also serving as a negative electrode terminal has a bent portion 2 formed by bending an upper end inward,
It has a step portion 3 formed below the bent portion 2 and having an inwardly projecting shape. The opening above the step 3 of the container 1 is an opening. In the container 1, an electrode group 7 made by stacking a positive electrode 4, a separator 5 and a negative electrode 6 and winding them in a spiral shape is housed. The non-aqueous electrolytic solution is contained in the container 1. Insulation plate 8
Is arranged at the bottom of the container 1 to prevent the positive electrode 4 of the electrode group 7 from electrically contacting the container 1 which also serves as the negative electrode terminal. The negative electrode 6 of the electrode group 7 and the bottom of the container 1 are connected by a negative electrode lead (not shown). The sealing member 9 which also functions as an explosion-proof mechanism and a positive electrode terminal,
For example, an insulating gasket 10 made of a synthetic resin such as polypropylene, a first lid 11 also serving as a positive electrode terminal,
A second lid 12 having an explosion-proof mechanism and a PTC element 13 are provided. The insulating gasket 10 has a bottomed cylindrical shape and has a circular hole 14 at the bottom. The PTC element 13
Is arranged between the first lid 11 and the second lid 12. The first lid body 11, the second lid body 12, and the PTC element 13 are arranged in the insulating gasket 10. Such an insulating gasket 10 is placed on the step portion 3 of the container 1, and is compressed by the bent portion 2, the opening and the step portion 3 of the container 1.
That is, the first lid 11, the second lid 12, and the PTC element 13 have the insulating gasket 10 in the space surrounded by the bent portion 2 and the step portion 3 in the container 1. It is fixed by crimping through.

【0012】前記第2の蓋体12は、金属製(例えばア
ルミニウム)の皿状封口板15と、可撓性薄膜から形成
された弁膜16と、金属製(例えばステンレス)補強板
17とを有する。前記皿状封口板15は、前記電極群7
と対向して配置されている。前記弁膜16は、前記封口
板15上に配置されている。前記補強板17は、前記弁
膜16上に配置され、前記封口板15周縁を内側に折り
曲げて形成した環状部18により挟持されている。前記
PTC素子13は、前記封口板15の環状部18上に配
置されている。前記PTC素子13は、リング状のPT
C素子部19の両面にリング状の集電部20a,20b
が積層された構造を有する。前記第1の蓋体11は、帽
子形状で、例えばステンレスのような金属からなる。前
記第1の蓋体11は、前記PTC素子13の集電部20
a上に周縁部を当接して配置されている。前記封口板1
5、前記補強板17、前記PTC素子13および前記第
1蓋体11には、それぞれガス抜き孔21、22、2
3、24が開口されている。正極リード25は、一端が
前記電極群7の正極4に接続され、他端が前記封口部材
11の前記封口板15の下面に接続されている。
The second lid 12 has a metal (for example, aluminum) plate-shaped sealing plate 15, a valve membrane 16 formed of a flexible thin film, and a metal (for example, stainless steel) reinforcing plate 17. . The dish-shaped sealing plate 15 is used for the electrode group 7
It is arranged opposite to. The valve membrane 16 is arranged on the sealing plate 15. The reinforcing plate 17 is arranged on the valve membrane 16 and is sandwiched by an annular portion 18 formed by bending the periphery of the sealing plate 15 inward. The PTC element 13 is arranged on the annular portion 18 of the sealing plate 15. The PTC element 13 is a ring-shaped PT.
Ring-shaped current collectors 20a and 20b on both sides of the C element part 19
Has a laminated structure. The first lid 11 has a hat shape and is made of metal such as stainless steel. The first lid 11 has a current collector 20 of the PTC element 13.
It is arranged so that the peripheral edge portion abuts on a. The sealing plate 1
5, the reinforcing plate 17, the PTC element 13, and the first lid body 11 have gas vent holes 21, 22, 2 respectively.
3, 24 are opened. One end of the positive electrode lead 25 is connected to the positive electrode 4 of the electrode group 7, and the other end is connected to the lower surface of the sealing plate 15 of the sealing member 11.

【0013】前記正極4、負極6、セパレータ5、非水
電解液及びPTC素子13について説明する。 1)正極3 前記正極3としては、例えば、活物質としてリチウムイ
オンを吸蔵・放出する正極材料,導電剤および結着剤を
適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を正極集電体に塗布、
乾燥、プレスしてすることにより作製される。
The positive electrode 4, negative electrode 6, separator 5, non-aqueous electrolyte and PTC element 13 will be described. 1) Positive electrode 3 As the positive electrode 3, for example, a positive electrode material that absorbs and releases lithium ions as an active material, a conductive agent and a binder are suspended in an appropriate solvent, and the suspension is applied to a positive electrode current collector. ,
It is produced by drying and pressing.

【0014】前記正極材料は、Lix MO2 、但し、M
は1種以上の遷移金属であり、MはCo及び/またはN
iであることが好ましく、xは0.05<x<1.10
である、で表されるリチウム複合酸化物、Lix2
4 、但し、Mは1種以上の遷移金属、MはMnであるこ
とが好ましく、xは0.05<x<1.10である、で
表されるリチウム複合酸化物を挙げることができる。具
体的には、LiCoO2 、LiNiO2 、LiMn2
4 、Lix Niy Co(1-y)2 、ただし、x,yは、
0.05<x<1.10、0<y<1をそれぞれ示す、
で表される複合酸化物を挙げることができる。
The positive electrode material is Li x MO 2 , provided that M
Is one or more transition metals, M is Co and / or N
It is preferable that i is satisfied, and x is 0.05 <x <1.10.
Li x M 2 O, a lithium composite oxide represented by
4 , provided that M is at least one transition metal, M is preferably Mn, and x is 0.05 <x <1.10. Specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O
4 , Li x Ni y Co (1-y) O 2 , where x and y are
0.05 <x <1.10 and 0 <y <1 respectively,
The complex oxide represented by

【0015】かかる複合酸化物は、例えば、リチウム、
コバルト、ニッケルの炭酸塩を出発原料とし、これら炭
酸塩を組成に応じて混合し、酸素存在雰囲気下で600
℃〜1000℃で焼成することによって作製することが
できる。また、出発原料は炭酸塩に限定されず、水酸化
物、酸化物からも同様に合成が可能である。
The composite oxide is, for example, lithium,
Cobalt and nickel carbonates are used as starting materials, and these carbonates are mixed according to the composition, and 600
It can be produced by firing at a temperature of from 1000 to 1000 ° C. Further, the starting material is not limited to carbonate, and hydroxide or oxide can be similarly synthesized.

【0016】前記導電剤としては、例えばアセチレンブ
ラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができ
る。前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエ
チレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVD
E)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPD
M)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等を用いる
ことができる。
Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, graphite and the like. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVD).
E), ethylene-propylene-diene copolymer (EPD
M), styrene-butadiene rubber (SBR) and the like can be used.

【0017】前記集電体としては、例えばアルミニウム
箔、ステンレス箔等を用いることが好ましい。 2)負極5の構成 前記負極5は、具体的には次のような方法により作製さ
れる。すなわち、前記負極5は、活物質としてリチウム
イオンを吸蔵・放出する負極材料及び結着剤を適当な溶
媒に懸濁し、この懸濁物を負極集電体に塗布し、乾燥し
た後、プレスすることにより作製される。
As the current collector, it is preferable to use, for example, aluminum foil, stainless steel foil, or the like. 2) Structure of Negative Electrode 5 The negative electrode 5 is specifically manufactured by the following method. That is, in the negative electrode 5, a negative electrode material which absorbs and releases lithium ions as an active material and a binder are suspended in an appropriate solvent, the suspension is applied to a negative electrode current collector, dried and then pressed. It is produced by

【0018】前記負極材料としては、例えば、炭素質
物、金属リチウム、リチウム合金、金属間化合物、ポリ
アセチレン、ポリピロール等を挙げることができる。前
記炭素質物としては、熱分解炭素類、コークス類(ピッ
チコークス、ニードルコークス、石油コークスなど)、
グラファイト類(天然グラファイト、人造グラファイ
ト、繊維状グラファイト、球状グラファイトなど)、ガ
ラス状炭素類、有機高分子化合物体(フェノール樹脂、
フラン樹脂等を適当な温度で焼成したもの)、特に、メ
ソフェーズピッチ系炭素が好ましい。前記メソフェーズ
ピッチ系炭素の中でも、2500℃以上で黒鉛化したメ
ソフェーズピッチ系炭素繊維、2500℃以上で黒鉛化
したメソフェーズ球状カーボンが良い。このような炭素
繊維や、球状カーボンを含む負極は、容量が高くなるた
めに好ましい。
Examples of the negative electrode material include carbonaceous materials, metallic lithium, lithium alloys, intermetallic compounds, polyacetylene, polypyrrole and the like. Examples of the carbonaceous material include pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.),
Graphites (natural graphite, artificial graphite, fibrous graphite, spherical graphite, etc.), glassy carbons, organic polymer compounds (phenolic resin,
Those obtained by firing a furan resin or the like at an appropriate temperature), particularly mesophase pitch-based carbon are preferable. Among the mesophase pitch-based carbons, mesophase pitch-based carbon fibers graphitized at 2500 ° C. or higher and mesophase spherical carbon graphitized at 2500 ° C. or higher are preferable. Such a carbon fiber or a negative electrode containing spherical carbon is preferable because it has a high capacity.

【0019】前記炭素質物は、示差熱分析で700℃以
上に発熱ピーク、より好ましくは800℃以上に発熱ピ
ークを有し、X線回折による黒鉛構造の(101)回折
ピーク(P101 )と(100)回折ピーク(P100 )の
強度比P101 /P100 が0.7〜2.2の範囲にあるこ
とが好ましい。このような炭素質物を含む負極はリチウ
ムイオンの急速な吸蔵・放出ができるため、前記二次電
池の急速充放電性能が向上される。
The carbonaceous material has an exothermic peak at 700 ° C. or higher, more preferably at 800 ° C. or higher by differential thermal analysis, and has a (101) diffraction peak (P 101 ) of a graphite structure (P 101 ) determined by X-ray diffraction. The intensity ratio P 101 / P 100 of the 100) diffraction peak (P 100 ) is preferably in the range of 0.7 to 2.2. Since the negative electrode containing such a carbonaceous material can rapidly store and release lithium ions, the rapid charge / discharge performance of the secondary battery is improved.

【0020】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン
(PVDF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、
カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いること
ができる。
Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR),
Carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used.

【0021】前記集電体としては、例えば銅箔、ステン
レス箔、ニッケル箔等を用いることが好ましい。 3)セパレータ4 前記セパレータ4は、例えば合成樹脂製不織布、ポリエ
チレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルム
等から形成することができる。
As the current collector, it is preferable to use, for example, copper foil, stainless steel foil, nickel foil, or the like. 3) Separator 4 The separator 4 can be formed of, for example, a synthetic resin non-woven fabric, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, or the like.

【0022】4)非水電解液 この非水電解液としては、非水溶媒に電解質(リチウム
塩)を溶解させたものが用いられる。
4) Non-Aqueous Electrolyte Solution As this non-aqueous electrolyte solution, a solution in which an electrolyte (lithium salt) is dissolved in a non-aqueous solvent is used.

【0023】前記非水溶媒としては、例えばエチレンカ
ーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)
などの環状カーボネート、例えばジメチルカーボネート
(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジ
エチルカーボネート(DEC)などの鎖状カーボネー
ト、ジメトキシエタン(DME)やジエトキシエタン
(DEE)、エトキシメトキシエタンなどの鎖状エーテ
ル、テトラヒドロフラン(THF)や2−メチルテトラ
ヒドロフラン(2−MeTHF)などの環状エーテルや
クラウンエーテル、γ−ブチロラクトン(γ−BL)な
どの脂肪酸エステル、アセトニトリル(AN)などの窒
素化合物、スルホラン(SL)やジメチルスルホキシド
(DMSO)などの硫黄化合物を挙げることができる。
前記非水溶媒は、単独で使用しても、2種以上混合して
使用しても良い。中でも、EC、DMC、DEC及びM
ECから選ばれる1種以上を非水溶媒として用いると良
い。このような非水溶媒を含む非水電解液を備えた非水
電解液二次電池は、過充電時の安全性をより向上するこ
とができる。
Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC).
Such as cyclic carbonates, for example, chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC) and diethyl carbonate (DEC), chain chains such as dimethoxyethane (DME), diethoxyethane (DEE) and ethoxymethoxyethane Ethers, cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF) and 2-methyltetrahydrofuran (2-MeTHF), crown ethers, fatty acid esters such as γ-butyrolactone (γ-BL), nitrogen compounds such as acetonitrile (AN), sulfolane (SL). And sulfur compounds such as dimethyl sulfoxide (DMSO).
The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more. Among them, EC, DMC, DEC and M
At least one selected from EC may be used as the non-aqueous solvent. The non-aqueous electrolyte secondary battery provided with the non-aqueous electrolyte containing such a non-aqueous solvent can further improve safety during overcharge.

【0024】前記電解質としては、例えば過塩素酸リチ
ウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(Li
PF6 )、ホウフッ化リチウム(LiBF4 )、六フッ
化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタス
ルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフル
オロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3
SO22 ]などのリチウム塩を挙げることができる。
中でも、LiPF6 及び/またはLiBF4 からなる電
解質として用いると良い。このような電解質を含む非水
電解液を備えた非水電解液二次電池は、過充電時の安全
性をより向上することができる。
Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (Li
PF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3
SO 2 ) 2 ] and the like.
Above all, it is preferable to use it as an electrolyte composed of LiPF 6 and / or LiBF 4 . The non-aqueous electrolyte secondary battery including the non-aqueous electrolyte containing such an electrolyte can further improve the safety during overcharge.

【0025】前記電解質の非水溶媒に対する溶解量は、
0.1モル/l〜3.0モル/lの範囲にすることが好
ましい。 5)PTC素子13 前記PTC素子13は、次式(1)を満たす。
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is
It is preferably in the range of 0.1 mol / l to 3.0 mol / l. 5) PTC element 13 The PTC element 13 satisfies the following expression (1).

【0026】50/P<R (1) ここで、R(mΩ)は、前記PTC素子の25℃におけ
る直流抵抗であり、P(Ah)は、前記PTC素子を有
する非水電解液二次電池の公称容量を示す。なお、前記
公称容量P(Ah)は、前記二次電池の理論容量を意味
する。
50 / P <R (1) where R (mΩ) is the DC resistance of the PTC element at 25 ° C. and P (Ah) is the non-aqueous electrolyte secondary battery having the PTC element. Indicates the nominal capacity of. The nominal capacity P (Ah) means the theoretical capacity of the secondary battery.

【0027】前記直流抵抗R(mΩ)は、直流電流に対
する抵抗である。前記直流抵抗R(mΩ)は、4線式抵
抗測定器により測定することができる。この測定は、前
記測定器にPTC素子を直立させた状態で保持させて行
う。また、リング状のPTC素子13の場合、図2に示
すように、測定点は、PTC素子の両面とも下半分の部
分、すなわち、図2において斜線で示す領域、に設定す
る。なお、4線式抵抗測定器としては、ヒューレットパ
ッカード(Hewlett Packard)社製で、
商品名がHP3456Aのものか、もしくはこれと同等
器を用いると良い。
The DC resistance R (mΩ) is a resistance to a DC current. The DC resistance R (mΩ) can be measured by a 4-wire resistance measuring device. This measurement is performed by holding the PTC element in an upright state in the measuring instrument. Further, in the case of the ring-shaped PTC element 13, as shown in FIG. 2, the measurement point is set to the lower half portion on both sides of the PTC element, that is, the shaded area in FIG. A four-wire resistance measuring device manufactured by Hewlett Packard is available.
It is recommended to use the product name HP3456A or an equivalent device.

【0028】前記PTC素子は、Positive T
hermal Coefficient特性(PTC特
性)を有する。このようなPTC素子における温度と直
流抵抗値の対数との関係の一例を図3に示す。図3に示
すように、前記PTC特性を有するPTC素子は、ある
一定温度(T0 )に上昇するまでは低い抵抗値(RL
を示し、この温度(T0 )を越えると急激に抵抗値が増
大し、温度T1 以上では高抵抗(RH )を示し、再び温
度が先の温度(T0 )まで低くなると低抵抗(RL )を
示すPTC素子を意味する。また、前記PTC素子の抵
抗値が前記低抵抗値(RL )と前記高抵抗値(RH )の
中間の抵抗値(Rt)に到達するときの温度を作動温度
T(℃)という。
The PTC element is a Positive T
It has a thermal coefficient characteristic (PTC characteristic). An example of the relationship between the temperature and the logarithm of the DC resistance value in such a PTC element is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the PTC element having the PTC characteristic has a low resistance value ( RL ) until it rises to a certain constant temperature (T 0 ).
When the temperature exceeds this temperature (T 0 ), the resistance value rapidly increases, and when the temperature is higher than the temperature T 1 , high resistance ( RH ) is exhibited, and when the temperature is lowered to the previous temperature (T 0 ), low resistance ( R L ) means a PTC element. The temperature at which the resistance value of the PTC element reaches a resistance value (Rt) intermediate between the low resistance value ( RL ) and the high resistance value ( RH ) is called the operating temperature T (° C).

【0029】前記作動温度T(℃)は、70〜150の
範囲にすると良い。これは次のような理由によるもので
ある。前記作動温度Tを70℃未満にすると、前記二次
電池に異常発熱が生じていないにもかかわらず、前記P
TC素子が作動して電池の機能が停止する恐れがある。
一方、前記作動温度Tが150℃を越えると、過充電時
における温度上昇や、内圧上昇を抑制することが困難に
なる場合があり、破裂や、発火を生じる恐れがある。ま
た、破裂や、発火を生じなくとも、前記二次電池は、過
充電の毎に繰り返し高温に晒されることとなるため、正
極や負極が熱により劣化する可能性が高くなる。より好
ましい作動温度T(℃)は、80〜130の範囲であ
る。
The operating temperature T (° C.) is preferably in the range of 70 to 150. This is due to the following reasons. When the operating temperature T is lower than 70 ° C., although the secondary battery does not generate abnormal heat, the P
There is a risk that the TC element will operate and the battery function will stop.
On the other hand, when the operating temperature T exceeds 150 ° C., it may be difficult to suppress the temperature rise and the internal pressure rise at the time of overcharging, and there is a risk of explosion or ignition. Further, even if the secondary battery is not ruptured or ignited, the secondary battery is repeatedly exposed to a high temperature each time it is overcharged, so that the positive electrode and the negative electrode are likely to be deteriorated by heat. The more preferable operating temperature T (° C) is in the range of 80 to 130.

【0030】前記PTC素子の前記PTC素子部は、例
えば、セラミックス、PTC特性を有する導電性ポリマ
ーから形成することができる。特に、かしめ固定の際に
PTC素子にひび割れ等の破損が生じるのを回避する観
点から、前記導電性ポリマーが良い。
The PTC element portion of the PTC element can be formed of, for example, ceramics or a conductive polymer having PTC characteristics. In particular, the conductive polymer is preferable from the viewpoint of avoiding damage such as cracks in the PTC element during caulking and fixing.

【0031】かかる導電性ポリマーを含むPTC素子部
は、例えば、導電性のカーボンと、ポリオレフィンやフ
ッ素樹脂のような温度変化によって膨脹収縮を繰り返す
ポリマーとを適量混合し、これらを放射線架橋させるこ
とにより作製することができる。このようなPTC素子
は、平常状態では前記ポリマー中に分散されたカーボン
が導電パスを形成して低抵抗を示し、温度が前記ポリマ
ーの融点以上になると、前記ポリマーの体積膨脹が生じ
るために前記カーボンによる導電パスが切断され、高抵
抗を示し、再び温度が低下すると前記ポリマーが凝固し
て前記カーボンによる導電パスが形成され、低抵抗を示
す性質を有する。このようなPTC素子部を有するPT
C素子としては、レイケム社製の商品名がLTPシリー
ズのPTC素子等を挙げることができる。このPTC素
子の抵抗変化率は、104 〜106 倍の範囲である。
The PTC element portion containing such a conductive polymer is prepared, for example, by mixing an appropriate amount of conductive carbon and a polymer such as polyolefin or fluororesin that repeatedly expands and contracts due to temperature change, and cross-link them by radiation. Can be made. In such a PTC element, carbon dispersed in the polymer exhibits a low resistance by forming a conductive path in a normal state, and when the temperature becomes higher than the melting point of the polymer, the volume expansion of the polymer occurs. The conductive path due to carbon is cut off to have a high resistance, and when the temperature is lowered again, the polymer is solidified to form a conductive path due to the carbon, which has a property of showing a low resistance. PT having such a PTC element part
Examples of the C element include a PTC element manufactured by Raychem under the trade name of LTP series. The rate of change in resistance of this PTC element is in the range of 10 4 to 10 6 times.

【0032】前記PTC素子の前記集電部は、例えば、
ニッケルから形成することができる。本発明者らは、3
C以上の大電流による充電時のPTC素子の動作メカニ
ズムを解析することによって、前記(1)式を満たすP
TC素子を備えた非水電解液二次電池が過充電時、特に
3C以上の大電流による充電時の安全性を向上できるこ
とを見出だした。
The current collector of the PTC element is, for example,
It can be formed from nickel. We have 3
By analyzing the operation mechanism of the PTC element at the time of charging with a large current of C or more, P satisfying the above expression (1) is obtained.
It has been found that a non-aqueous electrolyte secondary battery equipped with a TC element can improve safety when overcharged, particularly when charged with a large current of 3 C or more.

【0033】すなわち、3C以上の大電流による充電時
におけるPTC素子の動作メカニズムが以下の(a)〜
(d)の特徴を有することがわかった。 (a) 前記充電を行うと、はじめのうち電池温度は徐
々に上昇し、ある充電量を越えた時点から急上昇するこ
と。
That is, the operation mechanism of the PTC element at the time of charging with a large current of 3 C or more is as follows (a)-
It was found to have the characteristics of (d). (A) When the charging is performed, the battery temperature gradually rises at the beginning, and suddenly rises when a certain amount of charge is exceeded.

【0034】(b) PTC素子は、電池の容器内の電
極群の発熱と共に、通電されている電流による自己発熱
により加熱され、これにより抵抗が急上昇する温度に至
ること。
(B) The PTC element is heated by the self-heating of the energized current as well as the heat generation of the electrode group in the battery container, which causes the resistance to rise sharply.

【0035】(c) 非水電解液二次電池においては、
通常、大電流による充電の際、容器内の電極群の発熱量
のほうがPTC素子の発熱量に比べて圧倒的に大きくな
る。しかしながら、電極群の発熱は容器のような各種電
池構成部品を伝達してからPTC素子へと伝わるため、
PTC素子の温度上昇へ与える影響は自己発熱に比べて
小さなものとなること。
(C) In the non-aqueous electrolyte secondary battery,
Usually, when charging with a large current, the amount of heat generated by the electrode group inside the container is overwhelmingly larger than the amount of heat generated by the PTC element. However, the heat generated by the electrode group is transmitted to the PTC element after being transmitted to various battery components such as the container.
The effect on the temperature rise of the PTC element should be smaller than self-heating.

【0036】(d) 電池寸法が大きくなるほど、PT
C素子の作動が遅くても安全性を確保できること。これ
らの知見から、過充電のような異常条件下でPTC素子
を迅速に作動させるためには、従来広く言われていた電
池の容器内の電極群の発熱をPTC素子へ効率良く伝え
る構造にするよりは、PTC素子自身の発熱を効率よく
起こさせる構造や、条件を設定する方が有効であること
がわかった。
(D) The larger the battery size, the PT
Safety should be ensured even if the C element operates slowly. From these findings, in order to quickly operate the PTC element under abnormal conditions such as overcharging, a structure is used that efficiently transmits heat generated by the electrode group in the battery container, which has been widely said in the past, to the PTC element. It has been found that it is more effective to set the structure and conditions for efficiently causing heat generation of the PTC element itself.

【0037】PTC素子の自己発熱は、通電電流による
オーム損失によるジュール発熱であることから、PTC
素子インピーダンスが大きく影響するものと考えられ
る。ここで、PTC素子の25℃における直流抵抗をR
(mΩ)、通電電流をI(A)とすると、PTC素子の
自己発熱は、(I )式で表される。
Since the self-heating of the PTC element is Joule heating due to ohmic loss due to the applied current,
It is considered that the element impedance has a great influence. Here, the DC resistance of the PTC element at 25 ° C. is R
Letting (mΩ) and the energizing current be I (A), the self-heating of the PTC element is expressed by the equation (I).

【0038】I2 ・R (I ) また、過充電領域における電極群の発熱は、過充電中の
電池電圧および過充電により電池内部に生じた化学反応
量をほぼ一定と考えると、下記(II)式に示すように通
電電流I(A)に比例する。
I 2 · R (I) Further, the heat generation of the electrode group in the overcharge region is as follows, considering that the battery voltage during overcharge and the chemical reaction amount generated inside the battery due to overcharge are almost constant. ), It is proportional to the energizing current I (A).

【0039】I・K0 (II) ここで、K0 は通電電流を発熱量に換算するための定数
である。前記(I )式および前記(II)式より求められ
る発熱量のうち、PTC素子へと伝達されてPTC素子
の温度上昇を引き起こした分がPTC素子の動作を引き
起こすものと考えられる。この量は、下記(III )式で
表すことができる。
I · K 0 (II) Here, K 0 is a constant for converting the energizing current into the amount of heat generation. It is considered that, of the calorific values obtained from the equations (I) and (II), the portion that is transmitted to the PTC element and causes the temperature rise of the PTC element causes the operation of the PTC element. This amount can be represented by the following formula (III).

【0040】 I2 ・R・K1 + I・K2 (III ) ここで、K1 は、前記(I )式の発熱のうち実質的にP
TC素子に蓄積される熱量を求めるための定数である。
また、K2 は、前記(II)式における定数K0に容器内
の電極群とPTC素子との間の熱伝達率を掛け合わせた
ものである。
I 2 · R · K 1 + I · K 2 (III) where K 1 is substantially P out of the heat generated by the above formula (I).
It is a constant for obtaining the amount of heat accumulated in the TC element.
Further, K 2 is obtained by multiplying the constant K 0 in the formula (II) by the heat transfer coefficient between the electrode group in the container and the PTC element.

【0041】前記(III )式における第2項(I・K
2 )の寄与は、前記特徴(c)で記載した通り、小さい
と考えられる。前記(III )式より求められる発熱量が
ある一定値に達したときにPTC素子が作動すると考
え、この一定値をK3 とし、また、前記特徴(d)で説
明した経験則、つまり、電池容量が大きくなるとPTC
素子の作動が遅くても安全性を確保できることを考慮す
れば、この一定値K3 は電池の公称容量P(Ah)に比
例するため、下記(IV)式が成立する。
The second term (I · K) in the equation (III)
The contribution of 2 ) is considered to be small as described in the above feature (c). It is considered that the PTC element operates when the calorific value obtained from the equation (III) reaches a certain value, and this certain value is set as K 3, and the empirical rule described in the characteristic (d), that is, the battery is used. PTC as capacity increases
Considering that the safety can be secured even if the operation of the element is slow, this constant value K 3 is proportional to the nominal capacity P (Ah) of the battery, and therefore the following equation (IV) is established.

【0042】 I2 ・R・K1 + I・K2 > K3 ・P (IV) また、充放電電流をCレートで表示すると、電池の充放
電特性を検討する際に電池容量の違いを加味する必要が
ないため、充放電特性の検討が容易になる。このことか
ら、前記(IV)式に対してもCレート表示を導入する。
1Cが電池公称容量を1時間で充放電し得る電流値であ
ることから、1Cは1Pと同値になる。従って、前記
(IV)式は、 P2 ・R・K1 + P・K2 > K3 ・P (V) となる。前記(V)式において、移項し、定数をまとめ
ることによって、下記(VI)式とすることができる。
I 2 · R · K 1 + I · K 2 > K 3 · P (IV) Further, when the charge / discharge current is displayed as a C rate, the difference in battery capacity when examining the charge / discharge characteristics of the battery Since it is not necessary to consider it, it becomes easy to study charge / discharge characteristics. From this, the C rate display is also introduced to the equation (IV).
Since 1C is a current value capable of charging and discharging the battery nominal capacity in 1 hour, 1C becomes the same value as 1P. Therefore, the above formula (IV) becomes P 2 · R · K 1 + P · K 2 > K 3 · P (V). In the above formula (V), the following formula (VI) can be obtained by transposing and combining the constants.

【0043】R>K/P (VI) ここで、Kは各定数K1 〜K3 をまとめたもの{K=
(K3 −K2 )/K1 }である。
R> K / P (VI) where K is a set of constants K 1 to K 3 {K =
It is a (K 3 -K 2) / K 1}.

【0044】このようにして求められた(VI)式を満た
すPTC素子を用いることによって、つまり25℃にお
ける直流抵抗R(mΩ)が定数Kで電池公称容量P(A
h)を除した値よりも大きいPTC素子を使用すること
によって、過充電時、特に3C以上の充電時の安全性を
向上できることを本発明者らは見出だした。
By using the PTC element satisfying the formula (VI) thus obtained, that is, the DC resistance R (mΩ) at 25 ° C. is a constant K and the battery nominal capacity P (A
The present inventors have found that by using a PTC element larger than the value obtained by dividing h), safety can be improved during overcharge, particularly during charge of 3C or more.

【0045】また、前述したK1 〜K3 の値を検討し、
かつ直流抵抗R(mΩ)がK/P以下であるPTC素子
を備えた二次電池の過充電時の現象を調べることによっ
て、定数Kは50が最適であることがわかった。すなわ
ち、25℃における直流抵抗R(mΩ)を50/P以下
にすると、過充電の際、特に3C以上の大電流による充
電の際、通電電流によるPTC素子の自己発熱量が減少
するため、PTC素子による電流遮断に至までに要する
時間が長くなる。このため、電池内部での前記過充電に
伴う化学反応が進行し、電池温度上昇と共に電池内圧が
上昇してしまい、封口部からの漏液や発火が生じる恐れ
がある。前記直流抵抗R(mΩ)を50/Pよりも大き
くすることによって、過充電、特に3C以上での充電時
におけるPTC素子の自己発熱を促進することができる
ため、PTC素子を速やかに作動させ、二次電池の電流
経路を遮断することができ、過度の温度上昇や内圧上昇
を未然に防止することができる。安全性をより向上する
観点から、直流抵抗R(mΩ)は70/Pより大きいこ
とが好ましい。しかしながら、前記直流抵抗R(mΩ)
が167/P以上になると、高抵抗のPTC素子を備え
ることによる放電時の電圧降下が顕著になる恐れがあ
る。このような電圧降下は例えば、以下に説明するよう
な問題点を招く。
Further, the values of K 1 to K 3 mentioned above are examined,
Moreover, by investigating the phenomenon at the time of overcharge of the secondary battery provided with the PTC element whose DC resistance R (mΩ) is K / P or less, it was found that the constant K is optimally 50. That is, when the direct current resistance R (mΩ) at 25 ° C. is set to 50 / P or less, the self-heating amount of the PTC element due to the conduction current decreases during overcharging, particularly when charging with a large current of 3 C or more, so that the PTC The time required to cut off the current by the element becomes long. For this reason, a chemical reaction due to the overcharge inside the battery progresses, the internal pressure of the battery rises as the battery temperature rises, and there is a possibility that liquid leakage or ignition from the sealing portion may occur. By making the DC resistance R (mΩ) larger than 50 / P, it is possible to promote self-heating of the PTC element during overcharging, particularly when charging at 3 C or more, so that the PTC element can be quickly operated, The current path of the secondary battery can be cut off, and excessive temperature rise and internal pressure rise can be prevented. From the viewpoint of further improving safety, the DC resistance R (mΩ) is preferably larger than 70 / P. However, the DC resistance R (mΩ)
Is 167 / P or more, there is a possibility that the voltage drop at the time of discharge due to the provision of the high resistance PTC element becomes remarkable. Such a voltage drop causes problems as described below, for example.

【0046】すなわち、直流抵抗が前述したように大き
いPTC素子を備えた非水電解液二次電池をセルラーフ
ォーンやパーソナルコンピュータのような携帯電子機器
に組み込み、大電流(例えば3C)で放電させると、前
記PTC素子に起因する放電電圧の降下が顕著に生じ
る。例えば、抵抗が167/PのPTC素子を使用した
場合、前記電圧降下の大きさは、約0.5Vになる。こ
の二次電池を3Cで放電すると、平均端子電圧は、3.
5Vから先の0.5Vを差し引いた値、つまり3Vにな
る。その結果、まだ電池の容量が残っているにも拘ら
ず、電池の端子電圧が前記携帯電子機器の過放電禁止回
路の動作電圧(例えば3V)を下回るため、前記回路が
作動する。このため、前記電池は容量が残っているにも
拘らず放電できなくなり、結果として放電容量が低下す
るという問題点が生じる。小型民生用非水電解液二次電
池の主たる用途である前記携帯電子機器においては、3
C以下での使用が98%を占め、そのうち1C以下での
使用が80%以上を占めている。また、前記携帯電子機
器に組み込まれている過放電禁止回路の動作電圧は3V
近辺に設定されているものが多い。従って、PTC素子
の直流抵抗の上限を167/Pに設定することによっ
て、大電流で放電した際に過放電と誤認されることによ
って放電が中断されるのを回避しつつ、安全性を向上す
ることができる。特に、過放電禁止回路の動作電圧が3
V近辺に設定された携帯電子機器における3Cのような
大電流での放電で放電容量が低下するのを回避すること
ができる。また、この大電流放電特性をより向上する観
点から、直流抵抗R(mΩ)は120/Pより小さい方
が好ましい。特に、優れた大電流放電特性を保持しつ
つ、安全性をより向上する観点から、次式(2)を満た
すPTC素子を用いるのが良い。
That is, when a non-aqueous electrolyte secondary battery equipped with a PTC element having a large direct current resistance as described above is incorporated in a portable electronic device such as a cellular phone or a personal computer and discharged with a large current (for example, 3C). The discharge voltage drops remarkably due to the PTC element. For example, when a PTC element having a resistance of 167 / P is used, the magnitude of the voltage drop is about 0.5V. When this secondary battery was discharged at 3C, the average terminal voltage was 3.
It becomes a value obtained by subtracting the above 0.5V from 5V, that is, 3V. As a result, the terminal voltage of the battery falls below the operating voltage (for example, 3 V) of the over-discharge inhibiting circuit of the portable electronic device even though the capacity of the battery still remains, so that the circuit operates. Therefore, the battery cannot be discharged despite its remaining capacity, resulting in a problem that the discharge capacity is reduced. In the portable electronic device, which is a main application of a small-sized consumer non-aqueous electrolyte secondary battery,
98% is used below C, and 80% or more is used below 1C. In addition, the operating voltage of the over-discharge inhibiting circuit incorporated in the portable electronic device is 3V.
Many are set in the vicinity. Therefore, by setting the upper limit of the DC resistance of the PTC element to 167 / P, the safety is improved while avoiding the interruption of the discharge due to being mistakenly recognized as over-discharge when discharged with a large current. be able to. In particular, the operating voltage of the overdischarge inhibition circuit is 3
It is possible to prevent the discharge capacity from decreasing due to discharge with a large current such as 3C in the portable electronic device set near V. From the viewpoint of further improving this large current discharge characteristic, it is preferable that the DC resistance R (mΩ) is smaller than 120 / P. Particularly, from the viewpoint of further improving safety while maintaining excellent large current discharge characteristics, it is preferable to use a PTC element that satisfies the following expression (2).

【0047】70/P<R<120/P (2) なお、前記(VI)式は、前述した式導出過程で説明した
ように、PTC素子の自己発熱が所望の割合で素子作動
に寄与するとの仮定に基づいて導き出されている。公称
容量が40Ah以上の電気自動車用の大型非水電解液二
次電池では、電池容量に対する表面積が小さく、過充電
時に容器内の電極群が発熱すると、前記電極群の中心付
近の熱が外部に放出されずにそのまま蓄積され、この熱
によりPTC素子が加熱される。このため、前記PTC
素子は、自己発熱を生じる前、あるいは自己発熱が生じ
てから僅かの間に、高抵抗を示す温度まで加熱されるも
のと考えられる。つまり、大型非水電解液二次電池にお
いては、電極群の発熱の素子作動への寄与がPTC素子
の自己発熱の寄与に比べて十分に大きいと考えられるた
め、PTC素子の自己発熱の寄与を考慮した前記式
(1)を満たすPTC素子より低抵抗のPTC素子にて
も過充電時の安全性を確保することが可能となる場合が
生じる。
70 / P <R <120 / P (2) In the equation (VI), the self-heating of the PTC element contributes to the element operation at a desired ratio, as described in the step of deriving the equation. It is derived based on the assumption of. In a large non-aqueous electrolyte secondary battery for an electric vehicle having a nominal capacity of 40 Ah or more, the surface area with respect to the battery capacity is small, and when the electrode group in the container generates heat during overcharging, the heat near the center of the electrode group is released to the outside. The PTC element is not released but accumulated as it is, and the PTC element is heated by this heat. Therefore, the PTC
It is considered that the element is heated to a temperature exhibiting a high resistance before the self-heating occurs or shortly after the self-heating occurs. That is, in the large non-aqueous electrolyte secondary battery, it is considered that the contribution of the heat generation of the electrode group to the element operation is sufficiently larger than the contribution of the self-heat generation of the PTC element. In some cases, even a PTC element having a resistance lower than that of the PTC element satisfying the above-described formula (1) can ensure the safety during overcharge.

【0048】従って、前記二次電池の公称容量P(A
h)は、0.5〜5Ahの範囲にすることが好ましい。
このような範囲の公称容量を有する非水電解液二次電池
においては、過充電時の容器内の電極群の発熱が適度に
外部に放出され、PTC素子の自己発熱がPTC素子作
動に高い割合で寄与するため、前記式(1)を満たすP
TC素子を用いることによって高い安全性を確保するこ
とができる。より好ましい公称容量P(Ah)は、0.
5〜3Ahの範囲である。
Therefore, the nominal capacity P (A
h) is preferably in the range of 0.5 to 5 Ah.
In a non-aqueous electrolyte secondary battery having a nominal capacity in such a range, the heat generation of the electrode group inside the container during overcharge is appropriately released to the outside, and the self-heat generation of the PTC element is high in the operation of the PTC element. P that satisfies the above formula (1)
High safety can be secured by using the TC element. A more preferable nominal capacity P (Ah) is 0.
It is in the range of 5 to 3 Ah.

【0049】また、電極群として正極と負極をその間に
セパレータを介在して交互に積層された積層物を用いる
場合にはその厚さ、また、電極群として正極と負極とを
そのの間にセパレータを介在して渦巻状に捲回すること
により作製されたものを用いる場合にはその直径を0.
5〜4cmの範囲にすることが好ましい。このような厚
さもしくは直径を有する電極群を備えた非水電解液二次
電池は、過充電時の前記電極群の発熱を適度に外部に放
出させることができるため、前記式(1)を満たすPT
C素子を用いることによって高い安全性を確保すること
ができる。
When a laminate in which a positive electrode and a negative electrode are alternately laminated with a separator interposed therebetween is used as the electrode group, the thickness thereof is used, and as the electrode group, the positive electrode and the negative electrode are separated by a separator. In the case of using a product manufactured by spirally winding with the interposition of, a diameter of 0.
It is preferably in the range of 5 to 4 cm. Since the non-aqueous electrolyte secondary battery including the electrode group having such a thickness or diameter can appropriately release the heat generation of the electrode group at the time of overcharging, the above formula (1) is used. PT to meet
High safety can be secured by using the C element.

【0050】以上説明したように、本発明に係る非水電
解液二次電池は、25℃における直流抵抗R(mΩ)が
次式(1)を満たすPTC素子を備える。 50/P<R (1) (1)式において、P(Ah)は、前記PTC素子を有
する非水電解液二次電池の公称容量を示す。
As described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes the PTC element whose direct current resistance R (mΩ) at 25 ° C. satisfies the following expression (1). 50 / P <R (1) In the formula (1), P (Ah) represents the nominal capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery having the PTC element.

【0051】このような二次電池は、過充電、特に3C
以上での充電時の際、この充電電流によるPTC素子の
自己発熱量を増加させることができるため、前記PTC
素子の温度を短期間で作動温度まで上昇させることがで
きる。その結果、前記二次電池の温度が比較的低いうち
に前記二次電池の電流経路を前記PTC素子によって遮
断することができるため、過度の温度上昇や内圧上昇を
未然に防止することができ、安全性を向上することがで
きる。
Such a secondary battery is overcharged, especially 3C.
At the time of charging as described above, the amount of self-heating of the PTC element due to this charging current can be increased.
The temperature of the device can be raised to the operating temperature in a short period of time. As a result, since the current path of the secondary battery can be interrupted by the PTC element while the temperature of the secondary battery is relatively low, it is possible to prevent excessive temperature rise and internal pressure rise. The safety can be improved.

【0052】また、前記PTC素子が次式(2) 50/P<R<167/P (2) を満たすことによって、優れた放電特性を保持しつつ、
特に大電流で放電した際に過放電と誤認されて放電が中
断されるのを防止しつつ、過充電の際の安全性を向上す
ることができる。
When the PTC element satisfies the following equation (2) 50 / P <R <167 / P (2), while maintaining excellent discharge characteristics,
In particular, it is possible to improve the safety during overcharge while preventing the discharge from being interrupted due to being erroneously recognized as overdischarge when discharged with a large current.

【0053】なお、前述した図1においては、円筒形非
水電解液二次電池に適用した例を説明したが、本発明に
係る非水電解液二次電池は角形構造のものにも適用する
ことができる。この例を図4に示す。例えば軟鋼からな
る負極端子を兼ねる有底矩形筒形の容器31内には、電
極群32が収納されている。前記電極群32は、正極3
3、セパレータ34および負極35の積層物を渦巻状に
巻回して構成されている。なお、前記電極群32は籠形
の電極カバー36に収納されている。非水電解液は、前
記容器31内に収容されている。前記正極33は、前述
した正極集電体の両面に正極合剤33a、33bを形成
した構造を有する。このような正極33は、例えば、前
記集電体の両面に前述した正極材料を含む懸濁物を塗布
し、乾燥した後、プレスすることにより作製することが
できる。一方、前記負極35は、負極集電体の両面に負
極合剤35a、35bを形成した構造を有する。このよ
うな負極35は、例えば、前記集電体の両面に前述した
負極材料を含む懸濁物を塗布し、乾燥した後、プレスす
ることにより作製することができる。
Although the example applied to the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery has been described with reference to FIG. 1 described above, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is also applied to a prismatic structure. be able to. An example of this is shown in FIG. For example, an electrode group 32 is housed in a bottomed rectangular tubular container 31 that also serves as a negative electrode terminal and is made of mild steel. The electrode group 32 includes the positive electrode 3
3, a laminate of the separator 34 and the negative electrode 35 is spirally wound. The electrode group 32 is housed in a basket-shaped electrode cover 36. The non-aqueous electrolytic solution is contained in the container 31. The positive electrode 33 has a structure in which the positive electrode mixture 33a, 33b is formed on both surfaces of the positive electrode current collector described above. Such a positive electrode 33 can be produced, for example, by applying a suspension containing the above-described positive electrode material on both surfaces of the current collector, drying and then pressing. On the other hand, the negative electrode 35 has a structure in which negative electrode mixtures 35a and 35b are formed on both surfaces of a negative electrode current collector. Such a negative electrode 35 can be produced, for example, by applying a suspension containing the above-described negative electrode material on both surfaces of the current collector, drying and then pressing.

【0054】中央に円形穴37およびこの穴37に隣接
した個所に矩形状の圧力開放用孔38がそれぞれ開口さ
れた例えば軟鋼からなる封口体39は、前記容器31の
上端開口部にレーザ溶接により気密に取り付けられてい
る。例えば高クロム鋼からなる正極端子ピン40は、前
記封口体39の前記穴37内にその上下端が前記封口体
39の上下面から突出するように挿入されていると共
に、前記穴37に充填されたガラス製絶縁材41により
ハーメティクシールされている。前記正極端子ピン40
は、リード42により前記電極群32の正極33と接続
されている。
A sealing body 39 made of, for example, mild steel having a circular hole 37 in the center and a rectangular pressure releasing hole 38 at a position adjacent to the hole 37 is formed by laser welding on the upper end opening of the container 31. It is attached airtightly. For example, the positive terminal pin 40 made of high chromium steel is inserted into the hole 37 of the sealing body 39 such that the upper and lower ends thereof project from the upper and lower surfaces of the sealing body 39, and is filled in the hole 37. Hermetically sealed by a glass insulating material 41. The positive terminal pin 40
Is connected to the positive electrode 33 of the electrode group 32 by a lead 42.

【0055】例えばステンレスからなる矩形状の薄板4
3は、前記封口体39の上面に前記圧力開放用孔38を
塞ぐようにレーザ溶接により気密に取り付けられてい
る。直線部およびこの両端をV字型にした形状を有する
切り込み溝44は、前記薄板43に形成されている。P
TC素子45は、ニッケル製の帯状接続タブ46を介し
て前記容器1の底面に固定されている。前記PTC素子
45は、矩形板状のPTC素子部47の両面に矩形板状
の集電部48a,48bが積層された構造を有する。例
えばステンレスからなる矩形板状の負極端子板49は、
前記PTC素子45の集電部48bの下面に取付けられ
ている。熱収縮性樹脂からなる外装チューブ50は、前
記容器31の外周面、前記容器31の底面周縁および前
記封口体39の上面周縁を被覆している。なお、前述し
た図4においては、PTC素子は、容器の底部に配置し
たが、容器の側面に配置しても良い。
A rectangular thin plate 4 made of, for example, stainless steel
3 is airtightly attached to the upper surface of the sealing body 39 by laser welding so as to close the pressure release hole 38. A cut portion 44 having a straight portion and V-shaped ends thereof is formed in the thin plate 43. P
The TC element 45 is fixed to the bottom surface of the container 1 via a nickel strip connection tab 46. The PTC element 45 has a structure in which rectangular plate-shaped current collectors 48a and 48b are laminated on both surfaces of a rectangular plate-shaped PTC element part 47. For example, the rectangular plate-shaped negative electrode terminal plate 49 made of stainless steel is
The PTC element 45 is attached to the lower surface of the current collector 48b. The outer tube 50 made of a heat-shrinkable resin covers the outer peripheral surface of the container 31, the bottom edge of the container 31, and the top edge of the sealing body 39. Although the PTC element is arranged on the bottom of the container in FIG. 4 described above, it may be arranged on the side surface of the container.

【0056】[0056]

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図1を参照
して詳細に説明する。 実施例1 <負極の作製>繊維状グラファイトであるMCF(メソ
フェーズカーボンファイバー)87重量%と、導電助剤
として導電性グラファイト10重量%と、結着剤(スチ
レンブタジエンゴムを1.7重量%とカルボキシメチル
セルロースを1.3重量%)とを水を溶剤にして混練
し、ペーストとしたものを銅箔へ塗布し、乾燥、プレス
を行うことにより負極を作製した。 <正極の作製>一方、リチウムコバルト酸化物(LiC
oO2 )粉末97.6重量%、アセチレンブラック1.
2重量%、グラファイト1.2重量%及びフッ素ゴム2
重量%とに酢酸エチルとエチルセロソルブの混合溶液を
加えて混合し、アルミニウム箔に塗布し、乾燥、プレス
を行うことにより正極を作製した。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to FIG. Example 1 <Preparation of Negative Electrode> 87% by weight of MCF (mesophase carbon fiber) which is fibrous graphite, 10% by weight of conductive graphite as a conductive auxiliary agent, and a binder (1.7% by weight of styrene-butadiene rubber). Carboxymethyl cellulose (1.3% by weight) was kneaded with water as a solvent, a paste was applied to a copper foil, dried and pressed to prepare a negative electrode. <Production of Positive Electrode> On the other hand, lithium cobalt oxide (LiC
oO 2 ) powder 97.6% by weight, acetylene black 1.
2% by weight, graphite 1.2% by weight and fluororubber 2
A positive electrode was prepared by adding a mixed solution of ethyl acetate and ethyl cellosolve to the weight% and mixing them, coating the mixture on an aluminum foil, drying and pressing.

【0057】得られた正極及び負極の間にポリエチレン
製の多孔質セパレータを介在し、渦巻状に捲回すること
により直径が16mmの電極群を作製した。 <封口部材の作製>前述した図1および図2に示すよう
なリング形状をなし、外径が14.5mmで、内径が6
mmで、25℃における直流抵抗Rが78mΩで、作動
温度Tが110℃のPTC素子(レイケム社製;商品名
LTPシリーズ)を用意した。なお、PTC素子の25
℃における直流抵抗Rは、ヒューレットパッカード(H
ewlett Packard)社製で、商品名がHP
3456Aの4線式抵抗測定器により測定した。測定
は、前記測定器内に前記PTC素子を直立させた状態で
行った。また、測定点は、前記PTC素子の両面とも下
半分に設定した。前記PTC素子を用いて前述した図1
に示す構造を有する防爆機構及び正極端子を有する封口
部材を組み立てた。 <電池の組み立て>有底円筒形をなし、直径が17mm
で、高さが50mmで、ニッケルメッキが施された軟鋼
製の容器内に前記電極群を収納し、エチレンカーボネー
ト及びメチルエチルカーボネートの混合溶媒へLiPF
6 を1mol/l溶解させたものを非水電解液として前
記容器内に収容した。前記容器の開口部に前記第1の蓋
体、前記PTC素子及び前記第2の蓋体を前記絶縁ガス
ケットを介してかしめ固定することによって前述した図
1に示す構造を有し、公称容量が650mAhの175
00型の円筒型リチウムイオン二次電池を製造した。 実施例2 PTC素子の前記直流抵抗Rを100mΩにすること以
外は、実施例1と同様な円筒型リチウムイオン二次電池
を製造した。 比較例1 PTC素子の前記直流抵抗Rを23mΩにすること以外
は、実施例1と同様な円筒型リチウムイオン二次電池を
製造した。 比較例2 PTC素子の前記直流抵抗Rを41mΩにすること以外
は、実施例1と同様な円筒型リチウムイオン二次電池を
製造した。 比較例3 PTC素子の前記直流抵抗Rを64mΩにすること以外
は、実施例1と同様な円筒型リチウムイオン二次電池を
製造した。
A polyethylene porous separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode thus obtained and spirally wound to prepare an electrode group having a diameter of 16 mm. <Production of Sealing Member> The sealing member has a ring shape as shown in FIGS. 1 and 2 described above, an outer diameter of 14.5 mm and an inner diameter of 6
A PTC element (manufactured by Raychem Co .; trade name LTP series) having a DC resistance R of 78 mΩ at 25 ° C. and an operating temperature T of 110 ° C. was prepared. In addition, 25 of PTC element
DC resistance R at ℃ is Hewlett Packard (H
Made by EWLET PACK), and the product name is HP
It was measured by a 4-wire resistance measuring instrument of 3456A. The measurement was performed with the PTC element standing upright in the measuring instrument. The measurement points were set in the lower half of both sides of the PTC element. FIG. 1 described above using the PTC element.
The sealing member having the explosion-proof mechanism and the positive electrode terminal having the structure shown in FIG. <Battery assembly> It has a cylindrical shape with a bottom and a diameter of 17 mm.
Then, the electrode group is housed in a nickel-plated mild steel container having a height of 50 mm, and a LiPF 3 solution is added to a mixed solvent of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate.
A solution obtained by dissolving 1 mol / l of 6 was stored in the container as a non-aqueous electrolytic solution. It has the structure shown in FIG. 1 described above by caulking and fixing the first lid, the PTC element, and the second lid to the opening of the container through the insulating gasket, and the nominal capacity is 650 mAh. Of 175
A 00 type cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured. Example 2 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 1 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 100 mΩ. Comparative Example 1 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 1 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 23 mΩ. Comparative Example 2 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 1 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 41 mΩ. Comparative Example 3 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 1 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 64 mΩ.

【0058】得られた実施例1〜2及び比較例1〜3の
二次電池について、組み立て後、2日間静置した後、電
池電圧が4.2Vになるまでは1Cの定電流で、4.2
Vに達してからは4.2Vの定電圧で合計5時間充電す
ることにより初充電を施した。
The obtained secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were assembled and allowed to stand for 2 days, and then at a constant current of 1 C until the battery voltage reached 4.2 V. .2
After reaching V, initial charging was performed by charging at a constant voltage of 4.2 V for a total of 5 hours.

【0059】初充電が施された実施例1〜2及び比較例
1〜3の二次電池について、3C(1.95A),4C
(2.6A),5C(3.25A)の各電流で定電流充
電を行うことにより過充電試験を実施し、PTC素子が
作動して外観変化を生じることなく安全に電池機能が停
止した場合を〇、PTC素子が作動する前に封口部より
漏液が生じた場合を△、PTC素子が作動する前に発火
した場合を×として評価し、その結果を下記表1に示
す。 実施例3 <負極の作製>繊維状グラファイトであるMCF(メソ
フェーズカーボンファイバー)87重量%と、導電助剤
として導電性グラファイト10重量%と、結着剤(スチ
レンブタジエンゴムを1.7重量%とカルボキシメチル
セルロースを1.3重量%)とを水を溶剤にして混練
し、ペーストとしたものを銅箔へ塗布し、乾燥、プレス
を行うことにより負極を作製した。 <正極の作製>一方、リチウムコバルト酸化物(LiC
oO2 )粉末97.6重量%、アセチレンブラック1.
2重量%、グラファイト1.2重量%及びフッ素ゴム2
重量%とに酢酸エチルとエチルセロソルブの混合溶液を
加えて混合し、アルミニウム箔に塗布し、乾燥、プレス
を行うことにより正極を作製した。
Regarding the secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 which were initially charged, 3C (1.95A), 4C
When the overcharge test is carried out by performing constant current charging with each current of (2.6A) and 5C (3.25A), and the battery function is safely stopped without the appearance change due to the PTC element being activated. Is evaluated as ◯, liquid leakage from the sealing portion before the PTC element operates is evaluated as Δ, and ignition occurs before the PTC element operates as x, and the results are shown in Table 1 below. Example 3 <Preparation of Negative Electrode> 87% by weight of MCF (mesophase carbon fiber) which is a fibrous graphite, 10% by weight of conductive graphite as a conductive auxiliary agent, and a binder (1.7% by weight of styrene-butadiene rubber). Carboxymethyl cellulose (1.3% by weight) was kneaded with water as a solvent, a paste was applied to a copper foil, dried and pressed to prepare a negative electrode. <Production of Positive Electrode> On the other hand, lithium cobalt oxide (LiC
oO 2 ) powder 97.6% by weight, acetylene black 1.
2% by weight, graphite 1.2% by weight and fluororubber 2
A positive electrode was prepared by adding a mixed solution of ethyl acetate and ethyl cellosolve to the weight% and mixing them, coating the mixture on an aluminum foil, drying and pressing.

【0060】得られた正極及び負極の間にポリエチレン
製の多孔質セパレータを介在し、渦巻状に捲回すること
により直径が17mmの電極群を作製した。 <封口部材の作製>前述した図1および図2に示すよう
なリング形状をなし、外径が15.5mmで、内径が
7.5mmで、25℃における直流抵抗Rが42mΩ
で、作動温度Tが100℃のPTC素子(レイケム社
製;商品名LTPシリーズ)を用意した。なお、PTC
素子の25℃における直流抵抗Rは、前述したのと同様
にして行った。前記PTC素子を用いて前述した図1に
示す構造を有する防爆機構及び正極端子を有する封口部
材を組み立てた。 <電池の組み立て>有底円筒形をなし、直径が18mm
で、高さが65mmで、ニッケルメッキが施された軟鋼
製の容器内に前記電極群および実施例1と同様な組成の
非水電解液を収納した。前記容器の開口部に前記第1の
蓋体、前記PTC素子及び前記第2の蓋体を前記絶縁ガ
スケットを介してかしめ固定することによって前述した
図1に示す構造を有し、公称容量が1250mAhの1
8650型の円筒型リチウムイオン二次電池を製造し
た。 実施例4 PTC素子の前記直流抵抗Rを57mΩにすること以外
は、実施例3と同様な円筒型リチウムイオン二次電池を
製造した。 実施例5 PTC素子の前記直流抵抗Rを78mΩにすること以外
は、実施例3と同様な円筒型リチウムイオン二次電池を
製造した。 実施例6 PTC素子の前記直流抵抗Rを90mΩにすること以外
は、実施例3と同様な円筒型リチウムイオン二次電池を
製造した。 比較例4 PTC素子の前記直流抵抗Rを12mΩにすること以外
は、実施例3と同様な円筒型リチウムイオン二次電池を
製造した。 比較例5 PTC素子の前記直流抵抗Rを31mΩにすること以外
は、実施例3と同様な円筒型リチウムイオン二次電池を
製造した。
A polyethylene porous separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode thus obtained and spirally wound to form an electrode group having a diameter of 17 mm. <Production of Sealing Member> The sealing member has a ring shape as shown in FIGS. 1 and 2 described above, an outer diameter of 15.5 mm, an inner diameter of 7.5 mm, and a DC resistance R at 25 ° C. of 42 mΩ.
Then, a PTC element (manufactured by Raychem; trade name LTP series) having an operating temperature T of 100 ° C. was prepared. In addition, PTC
The DC resistance R at 25 ° C. of the device was measured in the same manner as described above. The PTC element was used to assemble a sealing member having an explosion-proof mechanism having the structure shown in FIG. 1 and a positive electrode terminal. <Battery assembly> Cylindrical shape with a bottom and diameter of 18 mm
Then, the electrode group and the non-aqueous electrolytic solution having the same composition as in Example 1 were housed in a nickel-plated mild steel container having a height of 65 mm. It has the structure shown in FIG. 1 described above by caulking and fixing the first lid, the PTC element, and the second lid in the opening of the container, and the nominal capacity is 1250 mAh. Of 1
An 8650 type cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured. Example 4 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 3 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 57 mΩ. Example 5 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 3 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 78 mΩ. Example 6 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 3 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 90 mΩ. Comparative Example 4 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 3 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 12 mΩ. Comparative Example 5 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 3 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 31 mΩ.

【0061】得られた実施例3〜6及び比較例4〜5の
二次電池について、組み立て後、2日間静置した後、前
述したのと同様にして初充電を行った。初充電が施され
た実施例3〜6及び比較例4〜5の二次電池について、
3C(3.75A),4C(5A),5C(6.25
A)の各電流で定電流充電を行うことにより過充電試験
を実施し、PTC素子が作動して外観変化を生じること
なく安全に電池機能が停止した場合を〇、PTC素子が
作動する前に封口部より漏液が生じた場合を△、PTC
素子が作動する前に発火した場合を×として評価し、そ
の結果を下記表2に示す。
The secondary batteries of Examples 3 to 6 and Comparative Examples 4 to 5 thus obtained were assembled and left to stand for 2 days, and then initially charged in the same manner as described above. Regarding the secondary batteries of Examples 3 to 6 and Comparative Examples 4 to 5 that were initially charged,
3C (3.75A), 4C (5A), 5C (6.25)
When the overcharge test is performed by performing constant current charging with each current of A), and the battery function is safely stopped without the appearance change due to the PTC element operating, ◯, before the PTC element operating. △, PTC when leakage occurs from the sealing part
The case where the element was ignited before operating was evaluated as x, and the results are shown in Table 2 below.

【0062】[0062]

【表1】 [Table 1]

【0063】[0063]

【表2】 [Table 2]

【0064】ここで、前述した実施例1〜2および比較
例1〜3の二次電池のPTC素子の25℃における直流
抵抗R(mΩ)について検討する。これら二次電池の公
称容量Pは0.65Ahである。従って、前記二次電池
は、PTC素子の25℃における直流抵抗Rを50/
0.65、つまり76.9mΩより大きくすれば、過充
電時の安全性を向上できることとなる。表1から明らか
なように、直流抵抗Rが76.9mΩより大きい、つま
り前述した(1)式、R>50/Pを満たすPTC素子
を備えた実施例1〜2の二次電池は、3C以上の過大電
流での充電の際に安全性を確保できることがわかる。こ
れに対し、直流抵抗Rが76.9mΩ以下、つまり前記
直流抵抗Rが50/P(mΩ)以下のPTC素子を備え
た比較例1〜3の二次電池は、前記過充電の際、PTC
素子が作動する前に封口部からの漏液や、発火を生じる
ことがわかる。
Here, the DC resistance R (mΩ) at 25 ° C. of the PTC elements of the secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 described above will be examined. The nominal capacity P of these secondary batteries is 0.65 Ah. Therefore, in the secondary battery, the DC resistance R at 25 ° C. of the PTC element is 50 /
If it is larger than 0.65, that is, 76.9 mΩ, the safety at the time of overcharge can be improved. As is apparent from Table 1, the secondary batteries of Examples 1 and 2 having a PTC element having a DC resistance R of greater than 76.9 mΩ, that is, the above-described formula (1), R> 50 / P, were 3C. It can be seen that safety can be secured during charging with the above-mentioned excessive current. On the other hand, the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 provided with the PTC element having the DC resistance R of 76.9 mΩ or less, that is, the DC resistance R of 50 / P (mΩ) or less, are
It can be seen that liquid leakage from the sealing part and ignition occur before the element operates.

【0065】また、前述した実施例3〜6および比較例
4〜5の二次電池のPTC素子の25℃における直流抵
抗R(mΩ)について検討する。これら二次電池の公称
容量Pは1.25Ahである。従って、前記二次電池
は、PTC素子の25℃における直流抵抗Rを50/
1.25、つまり40mΩより大きくすれば、過充電時
の安全性を向上できることとなる。表2から明らかなよ
うに、直流抵抗Rが40mΩより大きい、つまり前述し
た(1)式、R>50/Pを満たすPTC素子を備えた
実施例3〜6の二次電池は、3C以上の過大電流での過
充電の際に安全性を確保できることがわかる。これに対
し、直流抵抗Rが40mΩ以下、つまり前記直流抵抗が
50/P(mΩ)以下のPTC素子を備えた比較例4〜
5の二次電池は、前記過充電の際、PTC素子が作動す
る前に封口部からの漏液や、発火を生じることがわか
る。
The DC resistance R (mΩ) at 25 ° C. of the PTC elements of the secondary batteries of Examples 3 to 6 and Comparative Examples 4 to 5 described above will be examined. The nominal capacity P of these secondary batteries is 1.25 Ah. Therefore, in the secondary battery, the DC resistance R at 25 ° C. of the PTC element is 50 /
If it is larger than 1.25, that is, 40 mΩ, the safety during overcharge can be improved. As is clear from Table 2, the secondary batteries of Examples 3 to 6 provided with the PTC element having the DC resistance R larger than 40 mΩ, that is, the expression (1), R> 50 / P, were 3C or more. It can be seen that safety can be secured when overcharging with an excessive current. On the other hand, Comparative Examples 4 to 4 provided with a PTC element having a DC resistance R of 40 mΩ or less, that is, the DC resistance of 50 / P (mΩ) or less.
It can be seen that the secondary battery of No. 5 causes liquid leakage from the sealing portion and ignition before the PTC element operates during the overcharge.

【0066】従って、表1及び表2から、非水電解液二
次電池は前述した(1)式を満足するPTC素子を備え
れば、いかなる電池寸法においても3C以上の過大電流
での充電の際の破裂や、発火を回避できることがわか
る。 実施例7 PTC素子の前記直流抵抗Rを130mΩにすること以
外は、実施例3と同様な円筒型リチウムイオン二次電池
を製造した。 実施例8 PTC素子の前記直流抵抗Rを152mΩにすること以
外は、実施例3と同様な円筒型リチウムイオン二次電池
を製造した。 実施例9 PTC素子の前記直流抵抗Rを185mΩにすること以
外は、実施例3と同様な円筒型リチウムイオン二次電池
を製造した。
Therefore, from Tables 1 and 2, if the non-aqueous electrolyte secondary battery is equipped with the PTC element satisfying the above-mentioned formula (1), it can be charged with an excessive current of 3 C or more in any battery size. You can see that it is possible to avoid rupture and ignition. Example 7 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 3 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 130 mΩ. Example 8 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 3 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 152 mΩ. Example 9 A cylindrical lithium ion secondary battery similar to that of Example 3 was manufactured except that the DC resistance R of the PTC element was set to 185 mΩ.

【0067】得られた実施例7〜9の二次電池及び前記
実施例4、6の二次電池について、過放電禁止回路が3
Vに設定された携帯電子機器に組み込み、3C(375
0mA)で放電した際の放電容量を測定し、その結果を
下記表3に示す。
Regarding the obtained secondary batteries of Examples 7 to 9 and the secondary batteries of Examples 4 and 6, the overdischarge inhibiting circuit was 3
Built in a portable electronic device set to V, 3C (375
The discharge capacity when discharged at 0 mA) was measured, and the results are shown in Table 3 below.

【0068】[0068]

【表3】 [Table 3]

【0069】表3から明らかなように、25℃における
直流抵抗Rが167/P(mΩ)より小さい、つまりこ
の式にP=1.25Ahを代入して算出した133.6
mΩより小さいPTC素子を備えた実施例4,6,7の
二次電池は、3C放電の際の平均放電電圧及び放電容量
が高いことがわかる。一方、前記直流抵抗が167/P
(mΩ)以上のPTC素子を備えた実施例8〜9の二次
電池は、3C放電の際の平均放電電圧が過放電禁止回路
の動作電圧である3Vを下回り、過放電禁止回路が放電
末期に作動するため、実施例4,6,7に比べて放電容
量が低下することがわかる。従って、表2および表3か
ら、50/P<R<167/Pを満足するPTC素子を
備えた実施例3〜7の二次電池は、大電流で放電した際
に過放電と誤認され、放電容量が低下するのを防止しつ
つ、過充電の際の安全性を向上できることがわかる。
As is clear from Table 3, the DC resistance R at 25 ° C. is smaller than 167 / P (mΩ), that is, 133.6 calculated by substituting P = 1.25 Ah into this formula.
It can be seen that the secondary batteries of Examples 4, 6 and 7 including the PTC element having a size smaller than mΩ have high average discharge voltage and discharge capacity at 3C discharge. On the other hand, the DC resistance is 167 / P
In the secondary batteries of Examples 8 to 9 equipped with PTC elements of (mΩ) or more, the average discharge voltage during 3C discharge is below 3V which is the operating voltage of the overdischarge prohibition circuit, and the overdischarge prohibition circuit is in the final stage of discharge. It can be seen that the discharge capacity is reduced as compared with Examples 4, 6 and 7 because it operates in the above manner. Therefore, from Tables 2 and 3, the secondary batteries of Examples 3 to 7 equipped with the PTC element satisfying 50 / P <R <167 / P were mistakenly recognized as over-discharge when discharged with a large current, It can be seen that the safety at the time of overcharging can be improved while preventing the discharge capacity from decreasing.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上詳述したように本発明の非水電解液
二次電池によれば、25℃における直流抵抗R(mΩ)
が式50/P<Rを満足するPTC素子を備えることに
よって、過充電、特に3C以上の過大電流での充電の際
の破裂や、発火を回避することができる等の顕著な効果
を奏する。
As described in detail above, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the direct current resistance R (mΩ) at 25 ° C.
By including the PTC element satisfying the expression 50 / P <R, a remarkable effect such as rupture and ignition at the time of overcharging, particularly charging with an excessive current of 3 C or more, can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る非水電解液二次電池の一例を示す
断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.

【図2】本発明に係る非水電解液二次電池に組み込まれ
るPTC素子の25℃における直流抵抗の測定方法を説
明するための平面図。
FIG. 2 is a plan view for explaining a method for measuring DC resistance at 25 ° C. of a PTC element incorporated in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.

【図3】本発明に係る非水電解液二次電池に組み込まれ
るPTC素子における温度と直流抵抗(対数)との関係
の一例を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between temperature and DC resistance (logarithm) in a PTC element incorporated in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.

【図4】本発明に係る非水電解液二次電池の一例を示す
断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…容器、4…正極、5…セパレータ、6…負極、9…
封口部材、13…PTC素子。
1 ... Container, 4 ... Positive electrode, 5 ... Separator, 6 ... Negative electrode, 9 ...
Sealing member, 13 ... PTC element.

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 リチウムイオンを吸蔵・放出する正極
と、 リチウムイオンを吸蔵・放出する負極と、 非水電解液と、 PTC素子とを具備した非水電解液二次電池であって、 前記PTC素子は、25℃における直流抵抗をR(m
Ω)とし、前記二次電池の公称容量をP(Ah)とした
際に、次式(1)を満たし、かつ前記PTC素子の作動
温度は70℃〜150℃の範囲内であることを特徴とす
る非水電解液二次電池。 50/P<R<167/P (1)
1. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode that absorbs and releases lithium ions, a negative electrode that absorbs and releases lithium ions, a non-aqueous electrolyte solution, and a PTC element. The element has a DC resistance of R (m
Ω) and the nominal capacity of the secondary battery is P (Ah), the following expression (1) is satisfied and the PTC element operates.
The temperature is within a range of 70 ° C. to 150 ° C. A non-aqueous electrolyte secondary battery. 50 / P <R <167 / P (1)
【請求項2】 開口部を有する有底円筒形容器と、 前記容器内に収納されたリチウムイオンを吸蔵・放出す
る正極と、 前記容器内に収納されたリチウムイオンを吸蔵・放出す
る負極と、 前記正極と前記負極の間に配置されたセパレータと、 前記容器内に収容された非水電解液と、 前記容器の前記開口部に配置され、PTC素子を有する
封口部材とを具備した非水電解液二次電池であって、 前記PTC素子は、25℃における直流抵抗をR(m
Ω)とし、前記二次電池の公称容量をP(Ah)とした
際に、次式(1)を満たし、かつ前記PTC素子の作動
温度は70℃〜150℃の範囲内であることを特徴とす
る非水電解液二次電池。 50/P<R<167/P (1)
2. A bottomed cylindrical container having an opening, a positive electrode that stores and releases lithium ions stored in the container, and a negative electrode that stores and releases lithium ions stored in the container. Non-aqueous electrolysis including a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, a non-aqueous electrolytic solution housed in the container, and a sealing member having a PTC element, which is disposed in the opening of the container. A liquid secondary battery, wherein the PTC element has a DC resistance of R (m
Ω) and the nominal capacity of the secondary battery is P (Ah), the following expression (1) is satisfied and the PTC element operates.
The temperature is within a range of 70 ° C. to 150 ° C. A non-aqueous electrolyte secondary battery. 50 / P <R <167 / P (1)
【請求項3】 前記封口部材は、端子を兼ねる第1の蓋
体と、第2の蓋体とを有し、前記PTC素子は前記第1
蓋体と前記第2蓋体の間に配置されることを特徴とする
請求項2記載の非水電解液二次電池。
3. The sealing member has a first lid that also serves as a terminal, and a second lid, and the PTC element is the first lid.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the non-aqueous electrolyte secondary battery is arranged between the lid and the second lid.
【請求項4】 前記PTC素子は、次式(3)70/P<R<120/P (3) 満たすことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載
の非水電解液二次電池。
Wherein said PTC element is a non-aqueous electrolyte of the following formula (3) 70 / P <R <120 / P (3) satisfies that claim 1-3 or 1, wherein said two Next battery.
【請求項5】 前記作動温度は、80℃〜130℃の範
囲内であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項
記載の非水電解液二次電池。
5. The operating temperature is in the range of 80 ° C. to 130 ° C.
Claim 1-4 nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of which is a囲内.
【請求項6】 前記公称容量Pは、0.5Ah〜5Ah
の範囲内であることを特徴とする請求項1〜5いずれか
1項記載の非水電解液二次電池。
6. The nominal capacity P is 0.5 Ah to 5 Ah.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5 , wherein the non-aqueous electrolyte secondary battery is within the range .
【請求項7】 前記正極は、Li x MO 2 (但し、Mは1
種以上の遷移金属であり、xは0.05<x<1.1で
ある)で表されるリチウム複合酸化物と、Li x 2 4
(但し、Mは1種以上の遷移金属であり、xは0.05
<x<1.1である)で表されるリチウム複合酸化物と
から選ばれる少なくとも1種の酸化物を含むことを特徴
とする請求項1〜6いずれか1項記載の非水電解液二次
電池。
7. The positive electrode comprises Li x MO 2 (where M is 1
More than one kind of transition metal, x is 0.05 <x <1.1
Li x M 2 O 4 and a lithium composite oxide represented by
(However, M is one or more transition metals, and x is 0.05
<X <1.1) and a lithium composite oxide
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 , comprising at least one oxide selected from the group consisting of :
【請求項8】 前記負極は、メソフェーズピッチ系炭素
質物を含むことを特徴とする請求項1〜6いずれか1項
記載の非水電解液二次電池。
8. The negative electrode is mesophase pitch carbon.
Claim 1-6 nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of which comprises a pledge.
【請求項9】 前記非水電解液は、非水溶媒と、前記非
水溶媒に溶解された電解質とを含み、前記非水溶媒は、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメ
チルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、ジメトキシエタン、ジエトキシエタ
ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、スルホラン
及びジメチルスルホキシドから選ばれる少なくとも1種
類の溶媒を含むことを特徴とする請求項1〜6いずれか
1項記載の非水電解液二次電池。
9. The non-aqueous electrolytic solution comprises a non-aqueous solvent and the non-aqueous solvent.
An electrolyte dissolved in a water solvent, the non-aqueous solvent,
Ethylene carbonate, propylene carbonate, dime
Chill carbonate, methyl ethyl carbonate, diet
Carbonate, dimethoxyethane, diethoxyethane
Amine, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran
, Γ-butyrolactone, acetonitrile, sulfolane
And at least one selected from dimethyl sulfoxide
Claim 1-6 nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of which comprises a solvent like.
【請求項10】 前記電解質は、LiClO 4 、LiP
6 、LiBF 4 、LiAsF 6 、LiCF 3 SO 3 及び
[LiN(CF 3 SO 2 2 ]から選ばれる少なくとも1
種類の化合物を含むことを特徴とする請求項9記載の非
水電解液二次電池。
10. The electrolyte is LiClO 4 , LiP
F 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and
At least 1 selected from [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ]
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 9, comprising a compound of a kind .
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