JP3460138B2 - 防爆型二次電池 - Google Patents

防爆型二次電池

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JP3460138B2
JP3460138B2 JP08984596A JP8984596A JP3460138B2 JP 3460138 B2 JP3460138 B2 JP 3460138B2 JP 08984596 A JP08984596 A JP 08984596A JP 8984596 A JP8984596 A JP 8984596A JP 3460138 B2 JP3460138 B2 JP 3460138B2
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株式会社京浜理化工業
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は防爆型非水系二次電
池に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、電子機器はめざましく進歩し、携
帯用電子機器の小型化、軽量化が急速に進行している。
これらの電源となる電池にも、小型で軽量で且つ高エネ
ルギー密度が要求されている。中でもリチウムのインタ
ーカレーションの起こる炭素質材料を負極とし、遷移金
属のコバルト、ニッケル、マンガン等とリチウムと酸素
からなるリチウム複合金属酸化物を正極とした非水系二
次電池は、リチウムイオン二次電池とも呼ばれる。この
電池は高エネルギー密度を有するばかりでなく、軽量で
且つ自己放電も少ないという優れた特性を有し、ビデオ
カメラやノートブック型パソコン、携帯電話等の携帯用
電子機器の電源として使用されている。この非水系二次
電池は、平常時には、ほとんど電池缶内の圧力は高くな
らないが、過度の充放電により異常に圧力が上昇するこ
とがある為、これらの異常な圧力を逃がす為の防爆機構
が必要である。一方、両極活物質、電解液等が、水分、
酸素等と反応すると、電池の性能が低下するので、この
防爆機構には機密性も要求される。防爆機構としては、
プラスチック膜を用いた安全弁よりも、ハーメチックシ
ールした上蓋の開口部にラプチャー板を溶接した完全密
閉構造をとることが望ましい。しかしながら、完全密閉
構造を有する非水系二次電池では、密閉性が高く貯蔵期
間中の保存性に優れる反面、高熱に加熱された場合と
か、高電圧、大電流で充電された場合等の異常な条件下
では、ガスの発生により電池内部圧力が上昇した際に迅
速にラプチャーが開裂し、圧力を開放できるようにする
必要がある。従来、運搬時等に加わる外部からの振動衝
撃、組電池パックの机上製作時の落下には十分耐えて、
ラプチャーが開裂する誤動作をせず、圧力上昇時には低
い圧力で精度良く作動する金属シート状のラプチャーが
提案されている。一方、コンクリート上あるいは樫の木
上に落下する際の様な強い衝撃に対しては、ラプチャー
が開裂する誤動作が避けられず、緩衝材を使用する等の
対策を講じる必要があった。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑み、コンクリート上に落下する際の様な強い衝撃
に対して、ラプチャーが開裂する誤動作をせず、圧力で
精度良く作動する金属シート状のラプチャー構造を装着
した防爆型非水系二次電池の提供を目的とする。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる種々
の要件を満たすラプチャー構造を鋭意検討し、非水系二
次電池に応用した結果、本発明に到達した。即ち本発明
は、炭素質材料を活物質とする負極と、遷移金属とリチ
ウムと酸素からなるリチウム複合金属酸化物を活物質と
する正極と、セパレーターから構成された非水系二次電
池において、電池圧力開放開口部に溶接するラプチャー
金属シートの切欠部の外周部に折り返し部を設けたこと
を特徴とする防爆型二次電池である。例えば、図1に示
すように、電池缶上蓋の圧力解放部の開口部に溶接する
金属ラプチャーシート1の切欠部2の外周部に折り返し
部3を設けている。金属ラプチャーシート1の材質は電
解液に対する耐蝕性が要求され、ステンレススチール、
アルミニウム、鉄等が用いられる。また、必要に応じて
ニッケル、銅等のメッキを付しても良い。折り返し部の
位置、範囲、寸法、形状、および折り返し回数等は切欠
部の形状やセルの大きさに応じて適宜選択することがで
きる。ラプチャーシートの構造としては、ステンレスス
チールシートでは板厚0.02mm〜0.1mmに対し
肉厚0.02mm〜0.04mmの切欠部とその外周部
折り返し部を、アルミニウムシートでは板厚0.1m
m〜0.5mmに対し肉厚0.02mm〜0.06mm
の切欠部とその外周部に折り返し部を、鉄、SS41等
では板厚0.02mm〜0.1mmに対し肉厚0.02
〜0.04mmの切欠部とその外周部に折り返し部をつ
ける。この折り返し部は、衝撃等による瞬間的な圧力変
動に対しては、わずかに変形することで、切欠部に過大
な応力が加わることを防止し、一方、ガスの発生等のゆ
るやかな圧力変動に対しては変形が少ない為、切欠部に
応力が働く様に作用するものである。 【0005】本発明の非水系二次電池の正極活物質は、
LiCoO2をはじめとして、Mn、Ni、Fe等の遷
移金属を主成分とし、リチウム、酸素からなる、充電・
放電時にリチウムを脱離・吸蔵しうるリチウム複合金属
酸化物を使用できる。負極活物質は、石油ピッチ、石炭
ピッチ、メソフェーズピッチ小球体等、ポリパラフェニ
レン、ポリ塩化ビニール、フェノール樹脂、ポリシロキ
サン等の高分子を焼成して得られる炭素化合物、人造グ
ラファイト、天然グラファイト、繊維状グラファイト等
の炭素質材料を使用できる。電解液は、非プロトン性有
機溶媒(炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチ
ル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、ジエトキシエタ
ン、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン等の1種
または2種以上の混合物)と、電解質としてリチウム塩
(LiPF6、LiBF4、CF3SO3Li、(CF3
32NLi等の1種または2種以上の混合物)からな
るものを使用できる。 【0006】 【実施例】 【第一の実施例】LiCoO2をアルミニウム箔に塗布
し、プレス加工した正極とグラファイトを銅箔に塗布
し、プレス加工した負極とを多孔質のポリエチレンを介
して巻き取り、楕円状電極を作り、厚み14.3mm
幅34.0mm長さ48.0mmの電池缶に装着し
た。図1のラプチャー構造を有する切欠部肉厚0.03
mmのアルミニウム製のシート1を超音波溶接した上蓋
4をかぶせて溶着した。別の細口部5から電解液として
1MのLiPF6のエチレンカーボネート、エチルメチ
ルカーボネート(体積比1:3)溶液を注入し、封口し
た。4.20Vで満充電した電池を1mの高さからコン
クリート上に落下させた。その結果は表1に示す通り、
試験品10個についてどれにも漏液は認められなかっ
た。 【0007】 【第二の実施例】LiCoO2をアルミニウム箔に塗布
し、プレス加工した正極と、ピッチを変性して得られた
炭化物を銅箔に塗布し、プレス加工した負極とを多孔質
のポリエチレンとポリプロピレンとの貼合わせ膜のセパ
レーターを介して巻き取り、楕円状電極を作り、厚み1
4.3mm、幅34.0mm長さ48.0mmの電池
缶に装着した。上述した第一の実施例における図1に示
すラプチャー構造と同一の形状からなる図2のラプチャ
ー構造を有する切欠部肉厚0.02mmのステンレスス
チール製のシート1をレーザー溶接した上蓋4をかぶせ
て溶着した。別の細口部5から電解液として1MのLi
BF6の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(体積比1:1:2)溶液を注
入し、封口した。4.20Vで満充電した電池を1mの
高さからコンクリート上に落下させた。その結果は表1
に示す通り、試験品10個についてどれにも漏液は認め
られなかった。 【0008】 【第三の実施例】LiCoO2をアルミニウム箔に塗布
し、プレス加工した正極と、グラファイトを銅箔に塗布
し、プレス加工した負極とを多孔質のポリエチレンを介
して巻き取り、楕円状電極を作り、厚み14.3mm、
幅34.0mm、長さ48.0mmの電池缶に装着し
た。上述した第一の実施例における図1に示すラプチャ
ー構造と同一の形状からなる図2のラプチャー構造を有
する切欠部肉厚0.025mmのSS41製シートにニ
ッケルメッキを施したシート1を超音波溶接した上蓋4
をかぶせて溶着した。別の細口部5から電解液として1
MのLiPF6のエチレンカーボネート、メチルエチル
カーボネート(体積比1:3)溶液を注入し、封口し
た。4.20Vで満充電した電池を1mの高さからコン
クリート上に落下させた。その結果は表1に示す通り、
試験品10個についてどれにも漏液は認められなかっ
た。 【0009】 【比較例】LiCoO2をアルミニウム箔に塗布し、プ
レス加工した正極と、グラファイトを銅箔に塗布し、プ
レス加工した負極とを多孔質のポリエチレンを介して巻
き取り、楕円状電極を作り、厚み14.3mm幅3
4.0mm長さ48.0mmの電池缶に装着した。図
3のラプチャー構造を有する切欠部肉厚0.03mmの
アルミニウム製のシート1を超音波溶接した上蓋4をか
ぶせて溶着した。別の細口部5から電解液として1Mの
LiPF6のエチレンカーボネート、メチルエチルカー
ボネート(体積比1:3)溶液を注入し、封口した。
4.20Vで満充電した電池を1mの高さからコンクリ
ート上に落下させた。その結果は表1に示す通り、試験
品10個について3個に漏液が認められた。 【表1】 【0010】 【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よれば、耐衝撃性に優れた非水系二次電池が得られ、産
業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係わるラプチャー構造の一例であり、
(A)は平面図、(B)はX−Xにおける拡大断面図で
ある。 【図2】本発明に係わるラプチャー構造の他の一例の断
面図である。 【図3】従来のラプチャー構造の断面図である。 【符号の説明】 1:金属ラプチャーシート 2:切欠部 3:折り返し部 4:上蓋 5:細口部 6:正極センターピン

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 炭素質材料を活物質とする負極と、遷移
    金属とリチウムと酸素からなるリチウム複合金属酸化物
    を活物質とする正極と、セパレーターから構成された非
    水系二次電池において、電池圧力開放開口部に溶接する
    ラプチャー金属シートの切欠部の外周部に折り返し部を
    設けたことを特徴とする防爆型二次電池。
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