JP4797238B2

JP4797238B2 - 電池

Info

Publication number: JP4797238B2
Application number: JP2000356283A
Authority: JP
Inventors: 英樹増田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2002164038A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池に属する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池は、安全性が高く、しかも高エネルギー密度且つ長寿命という特徴を有するため、電気自動車やロードレベリング（電力の負荷平準化）用として要望されている。従来のリチウム二次電池を図面とともに説明する。図７はリチウム二次電池の斜視図であり、図８はそのＸＸ線断面図である。
【０００３】
この電池では、コバルト酸リチウム等の正極材料が金属箔に塗布されてなる正極板１１ａと、リチウムを吸蔵・放出可能な負極材料が金属箔に塗布されてなる負極板１１ｂと、両極板の間にあって、ＬｉＰＦ₆等のリチウム塩が溶解された非水電解液を保持するセパレータとを備え、これらを巻回してなる電極エレメント１１が電池ケース（図示省略）に収納される。電極エレメント１１の上方には、正極端子１２及び負極端子１４が設けられ、これらの端子１２、１４は、それぞれリード１３、１５を介して電極エレメント１１の正極板１１ａ及び負極板１１ｂと接続している。
【０００４】
負極のリード１５は、部分的に襞状に加工された金属板であり、襞状部分で負極板１１ｂの上端を挟み持っている。一方、正極のリード１３は、両端部が直角に折り曲げられた金属板であり、電極エレメント１１の側面に沿って設けられている。正極リード１３の下端部１３ａは、襞状に加工された部分を有し、この部分で正極板１１ａの下端を挟み持っている。また、正極リード１３の上端部１３ｂは、短絡防止のために、電極エレメント１１及び負極リード１５よりも上方まで延びている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この電池を大電流で充放電させると、リード１３、１５の温度が上昇する。特に正極リード１３の上端部１３ｂは、電極エレメント１１と接触していないため、熱を逃がしにくい。しかもこの電池では、図７に示すように上端部１３ｂの折り曲げ箇所において負極リード１５との短絡防止のため正極リード１３の幅を狭めており、そのためこの箇所での電気抵抗が大きい。従って、大電流で充放電させると、正極リード１３の上端部１３ｂはすぐに高温になる。
【０００６】
正極リード１３の上端部１３ｂが高温になると、その熱を受けて、近傍に位置する電極エレメント１１の上端部も高温になる。特に側面上端部の正極リード１３と交差する箇所はかなりの高温になることもあり、その結果、セパレータの熱により破れる、電極エレメント１１が熱暴走する等の異状を起こすこともある。
それ故、本発明の課題は、電極エレメントが高温にならず、異状を防止することができる電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池は，電池ケース上部に配された正負極端子と，電池ケース内に収納された，面上の正負極板とセパレータを含む電極エレメント及び正負極端子と正負極板とを接続する正負極リードを備えた電池において，正負極リードいずれか一方は，電極エレメントの下端部から導出され，電極エレメントの外側部と電池ケース内側部との間を経由し，電極エレメントの上方で対応する端子に接続されているとともに，当該リードと電極エレメント外側部の上部との間に断熱材が配されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電池では、電極エレメントの側面上端部とリードとの間に断熱材が配されており、従って電極エレメントの側面上端部のリードと交差する箇所が、断熱材で覆われている。そのため、たとえリードの電極エレメントと接触しない上端部が高温になったとしても、その熱が電極エレメントの前記箇所に伝わりにくくなる。よって、本発明の電池では、電極エレメントが高温になることがなく、そのため、セパレータの熱による破断、電極エレメントの熱暴走等の異状も起こさない。
【０００９】
前記断熱材としては、アルミナ、マグネシア等のセラミックや、中空を有する金属、あるいは耐熱性樹脂などを使用することができる。形状については、例えば、シート状にすると良い。断熱材を電極エレメント表面に固定する方法としては、例えば、断熱材を電極エレメントとリードとで挟む方法、上端の曲がった断熱材を使用して電極エレメントの上端面に引っ掛ける方法などがある。また、複数の固定方法を同時に採用することも可能である。断熱材は、電極エレメントの前記箇所を少なくとも覆っている必要はあるが、他の箇所を含んでいても問題はない。例えば、電極エレメントの側面上端部の全体を覆っていても良いし、電極エレメントの側面全体を覆っていても良い。さらに、電極エレメントの端面を含めるように覆っていても良い。また、電極エレメントの電極が集電体に電極材料を塗布してなる場合には、熱暴走を確実に防ぐために、電極材料塗布部の上端が含まれるように覆うのが好ましい。
【００１０】
通常電池は正極リード及び負極リードを備えるが、本発明では、そのうちの少なくとも一つが電極エレメントの側面に沿って設けらたものに適用される。このリードの形状としては、例えば、細長い板状をなし、その両端部が同方向に折り曲げられたものがある。そうすると、下端部を電極エレメントの正負いずれかの電極と接続させ、上端部をそれと同じ極性を示す電極端子と接続させやすい。さらに、リードの材質としては、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属を使用することができる。
【００１１】
電極エレメントについては、高エネルギー密度を図るため、正極板及び負極板をセパレータを介在させて積層・巻回して柱状にしたものが望ましい。正極板、負極板及びセパレータの材質等の具体的事項に関しては、電池の種類により異なる。本発明をリチウム二次電池に適用する場合には、正極板としては、アルミニウム等の金属箔に正極材料としてコバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムを保持したものを使用することができる。負極板としては、金属箔に負極材料として黒鉛等の炭素材料を保持したものを使用することができる。セパレーターについては、例えば、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の材質からなる微多孔フィルムが使用可能である。またセパレーターには、電解液を保持させる。電解液については、プロピレンカーボネート等の非水電解液にリチウム塩を含有させたものを使用すると良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
−第１実施形態−
本実施形態の電池は、図１及び図２にそれぞれ斜視図及びそのＸＸ線断面図として示すような電池セルを有する。この電池セルは、長円柱状の電極エレメント１と、電極エレメント１の上方に設けられた正極端子２及び負極端子４と、電極エレメント１と接続しつつ、正極端子２及び負極端子４と各々接続した正極リード３及び負極リード５とを備える。
【００１３】
電極エレメント１は、図３に斜視図として示すように、アルミニウム箔にコバルト酸リチウムを塗布してなる正極板１ａ及び銅箔に黒鉛を塗布してなる負極板１ｂを有し、これらをポリエチレン製のセパレータ１ｃを介在させるように積層し巻回してなる。また、電極エレメント１の下端部では正極板１ａがセパレータ１ｃよりも若干下方にはみ出しており、逆に上端部では負極板１ｂがセパレータ１ｃよりも若干上方にはみ出している。
【００１４】
図４は、リード３、５及び端子２、４を示す斜視図である。
負極リード５は銅板からなり、また部分的に襞状に加工されていて、この襞状部分で負極板１ｂの上端のはみ出し部を挟み持つ。正極リード３は、上下の端部が同方向に直角に折り曲げられた形状をなすアルミニウム板で、電極エレメント１の巻回軸と平行に且つその側面に沿って設けられる。正極リード３の下端部３ａは、負極リード５と同様に襞状に加工された部分を有し、この部分で正極板１ａの下端のはみ出し部分を挟み持つ。正極リード３の上端部３ｂは、電極エレメント１及び負極リード５と接触しないようにこれらより上方に位置する。また、この上端部３ｂの折り曲げ箇所では、幅が狭くなっている。さらに、本実施形態では、正極リード３と電極エレメント１の側面上端部との間にアルミナからなる帯状のシート８が挟まれており、電極エレメント１のおよそ半周を覆っている。
【００１５】
正極端子２及び負極端子４は、内周にネジが形成された円筒状をなし、正極リード３及び負極リード５とはそれぞれリベットにて固着されている。また、各端子２、４は、後述の蓋との固着のために金属リング６で包囲され、その金属リング６と端子２、４とを絶縁するとともに気密に封止するために両者の間にセラミックリング７が嵌合されて、金属ロウにてハーメチックシールされている。
【００１６】
電池セルは、図５に斜視図として示すように、電池ケース９に収納される。さらに、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４：６）の混合液にＬｉＰＦ₆を含有させてなる電解液を注入した後、蓋１０で封口される。封口の際には、蓋１０を、ケース９と溶接するとともに各端子２、４を包囲するリング６とも溶接する。そして、封口により電池として完成し、充放電が可能となる。
【００１７】
本実施形態の電池では、正極リード３の上端部３ｂに幅の狭い箇所があり、しかもこの箇所は電極エレメント１その他の部材と接触していない。そのため、この電池を大電流で充放電させると、正極リード３の上端部３ｂが高温になり、熱を発する。しかし、本実施形態では、電極エレメント１の側面上端部の正極リード３と交差する箇所を、断熱性を示すアルミナ製シートで覆っている。従って、電極エレメント１のこの箇所には、正極リード３の上端部３ｂのごく近傍に位置しながら、熱が伝わらない。よって本実施形態によると、電極エレメント１が熱の影響をあまり受けず、その結果、高温になるのを避けることができる。
【００１８】
−第２実施形態−
本実施形態の電池の電池セルを図６に断面図として示す。
この実施形態では、アルミナ製のシート１８の上端が直角に曲がっており、その上端によりシート１８が電極エレメント１の上端面に引っ掛けられている。この点を除いては、第１実施形態と同様である。本実施形態では、シート１８が、電極エレメント１と正極リード３とで挟まれるとともに電極エレメント１の上端面に引っ掛けられて固定されるので、シート１８がより安定する。さらに電池組立時に、シート１８を電極エレメント１に引っ掛けておくことによって、正極リード３を完全に取り付ける前にシート１８が落ちたり又はずれたりするのを防ぐことができる。よって、電池組立時の作業効率が向上する。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の電池では、大電流で充放電させても、電極エレメントは高温にならない。よって、セパレータが熱により破断することもなければ、電極エレメントが熱暴走することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電池の電池セルを示す斜視図である。
【図２】図３のＸＸ線断面図である。
【図３】第１実施形態の電池の電極エレメントを示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の電池のリード及び端子を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態の電池を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態の電池の電池セルを示す断面図である。
【図７】従来の電池を示す斜視図である。
【図８】図７のＸＸ線断面図である。
【符号の説明】
１電極エレメント
２正極端子
３正極リード
４負極端子
５負極リード
６金属リング
７リング
８、１８シート
９電池ケース
１０蓋

Claims

電池ケース上部に配された正負極端子と，電池ケース内に収納された，面上の正負極板とセパレータを含む電極エレメント及び正負極端子と正負極板とを接続する正負極リードを備えた電池において，
正負極リードいずれか一方は，電極エレメントの下端部から導出され，電極エレメントの外側部と電池ケース内側部との間を経由し，電極エレメントの上方で対応する端子に接続されているとともに，当該リードと電極エレメント外側部の上部との間に断熱材が配されていることを特徴とする電池。