JPH02297860A

JPH02297860A - 電池

Info

Publication number: JPH02297860A
Application number: JP1116932A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Oishi; 大石　繁; Takao Abe; 孝夫阿部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-12-10
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JP2932498B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内部短絡を効果的に防止するようにした電池
の構造に関するものであって、リチウムを電荷担体とす
る二次電池に適用するのに最適なものである。

〔発明の概要〕

本発明は、負極と正極との間にセパレータを介在させて
構成した積層電極体が収納された電池外装缶と、上記電
池外装缶の一端部に設けられた開口を閉塞するための封
口板と、上記積層電極体の上記封口板側の端面に配置さ
れた隔離板とをそれぞれ具備し、上記電池外装缶の上記
一端部と上記封口板の外周囲とが封口ガスケットを介し
て結合された電池において、上記隔離板を押圧する延長部を上記封口ガスケットに連
設することによって、上記隔離板を上記積層電極体の端面に常に良好に密着さ
せて、電池の内部短絡を効果的に防止するようにしたも
のである。

〔従来の技術〕

近年、ビデオカメラやヘッドフォンステレオなどの電子
機器の高性能化、小形化には目覚ましいものがあり、同
時に、これらの電子機器の電源となる二次電池の重負荷
特性の改善や高容量化への要求が強まってきている。二
次電池としては、鉛二次電池やニッケルカドミウム電池
が従来から用−いられている、さらに、最近は、金属リ
チウムやリチウム合金もしくはコークスや有機物焼成体
などの炭素質材料のような、リチウムイオンをドープし
かつ脱ドープできる材料を負極活物質として用いた非水
電解質二次電池、いわゆるリチウム二次°電池の開発が
活発に行われている。

このようなリチウム二次電池の従来例の構成を第５図及
び第６図を用いて説明する。

第５図において、巻回電極体１２は、リチウム・コバル
ト複合酸化物（ＬｉＣｏＯｚ）などからなる帯状正極ｌ
と、コークスのような炭素質材料などからなる帯状負極
２とを、１対の帯状セパレータ３ａ、３ｂを介在させて
巻芯１１上に渦巻状に巻回することにより、構成されて
いる。上記帯状セパレータ３ａ、３ｂの幅は、上記帯状
正極ｌ及び帯状負極２よりもわずかに広くなっている。

従って、第５図に示すように、セパレータ３ａ、３ｂの
上端及び下端は、巻回電極体１２の上端面１２ａ及び下
端面１２ｂにおいて正極ｌ及び負極２かられずかに突出
している突出部４を構成している。上記帯状正極ｌには
、アルミニウム製の正極リード板９が、また、上記帯状
負極２には、ニッケル製の負極リード板ｌＯが、それぞ
れの電極の集電のために取付けられている。

上記巻回電極体１２は、この巻回電極体１２の上端面１
２ａ及び下端面１２ｂに配置される円板状の隔離板１３
．１４と共に、ニッケルめっきを施した鉄製の電池外装
缶５に収納されている。上記隔離板１３．１４は、合成
樹脂などの絶縁材料から環状に構成されていて、その中
心に中心孔１３ａ、１４ａをそれぞれ備えている。隔離
板１３は、蓋体７及び安全弁８に対して巻回電極体１２
を隔離して、両者を電気的に絶縁している。また、隔離
板１４は、電池外装缶５の底板部に対して巻回電極体１
２を隔離して、両者を電気的に絶縁している。

電池外装缶５の上端面は開放されているから、上端部１
５には上方開口が設けられている。そして、第１及び第
２の封口板を構成する閉蓋用蓋体７及び安全弁８が、上
記上方開口を閉塞するために、電池外装缶５の上端部１
５に取付けられている。即ち、蓋体７の外周囲と安全弁
８の外周囲とは互いに重ね合せられ、この重ね合せ部分
に封口ガスケット２６がはめ込まれている。そして、上
記重ね合せ部分を封口ガスケット２６を介して電池外装
缶５の上端部１５によってかしめ止めすることによって
、電池外装缶５が密封されている。

第６図は、上記密封される前の封口ガスケット材料２６
を示すものである。この封口ガスケット材料２６は、そ
の下端の内周面にフランジ部２６ａを有している。この
フランジ部２６ａの上面に、第６図の一点鎖線で示すよ
うに、安全弁８と蓋体７とを保持させる。そして、封口
ガスケット材料２６は、第６図の一点鎖線で示すように
、電池外装缶５の上端部１５の内周面にはめ込まれてか
ら、第６図の矢印ａ方向から上記上端部１５によってか
しめられ、これによって、上記電池外装缶５は密封され
る。

上記安全弁８には、電池内にガスなどが発生して電池内
圧が所定値以上に上昇した場合に開裂する薄肉の溝（図
示省略）が設けられている。上記蓋体７には、上記ガス
を逃がすためのガス抜き穴（図示省略）が設けられてい
る。正極リード板９は隔離板１３の中心孔１３ａを通っ
て安全弁９まで延び、また、負極リード板１０は電池外
装缶５の底面まで延びていて、それぞれそこで溶接され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述のようなリチウム二次電池には、充放電
を繰返している間に、電池が内部短絡してしまうという
問題点があった。これは、主に、電池の充電時において
、本来、負極表面に均一に析出するかあるいは負極内に
ドーピングされるべきリチウムが、負極２の上下端面に
金属リチウムとしてデンドライト状に析出して成長し、
このデンドライト状の金属リチウムが、第５図に示す巻
回電極体の上端面１２ａ及び下端面１２ｂにおいてセパ
レータ３ａ、３ｂの突出部４を乗り越えて正極１と接触
し、この結果、内部短絡を引き起こすからである。

巻回電極体１２の上端面１２ａ及び下端面１２ｂには、
隔離板１３．１４が配置されている。しかし、この場合
でも、上側の隔離板１３は、巻回電極体１２の上端面１
２ａに常に確実に密着して゛いるとは限らないから、上
記デンドライト状の金属リチウムは、隔離板１３側にお
いて、セパレータ３ａ、３ｂの突出部４を乗り越えてし
まう場合がある。

本発明は、積層電極体の封口板側の端面において、析出
物などの異物が一方の電極側からセパレータを乗り越え
て他方の電極側に達するのを簡単な構成で以って効果的
に阻止して、電池の内部短絡を効果的に防止するように
した電池を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明は、負極と正極との間
にセパレータを介在させて構成した積層電極体と、上記
積層電極体が収納された電池外装缶と、上記電池外装缶
の一端部に設けられた開口を閉塞するための封口板と、
上記積層電極体と上記封口板とを隔離するために、上記
積層電極体の上記封口板側の端面に配置された隔離板と
をそれぞれ具備し、上記電池外装缶の上記一端部と上記
封口板の外周囲とが封口ガスケットを介して結合された
電池において、上記隔離板を上記積層電極体の上記端面
に当接させるために、上記隔離板を押圧する延長部を上
記封口ガスケットに連設したことを特徴とするものであ
る。

本発明は、上記積層電極体として、リチウムをドープし
かつ脱ドープしえる材料を負極活物質とする帯状負極と
帯状正極とを帯状セパレータを介在させて積層した状態
で多数回巻回することにより上記帯状負極と上記帯状正
極との間に上記セパレータを介在させて構成した巻回電
極体を用いた非水電解質二次電池、いわゆるリチウム二
次電池に適用するのに最適なものである。この場合、負
極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、ポリ
アセチレンのような導電性ポリマー、コークスのような
炭素質材料などを用いることができ、これらは何れもリ
チウムをドープしかつ脱ドープしえるものである。正極
活物質としては、二酸化マンガン、五酸化バナジウムの
ような遷移金属化合物、硫化鉄などの遷移金属カルコゲ
ン化合物、ＬｉＣｏ０．などのアルカリ土類金属酸化物
などを用いることができる。また、非水電解質としては
、例えばリチウム塩を電解質としてこれを有機溶剤（非
水溶媒）に溶解した非水電解質を用いることができる。

ここで、上記有機溶剤としては、例えばプロピレンカー
ボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシ
エタン、１．２−ジェトキシエタン、Ｔ−ブチロラクト
ン、テトラヒドロフラン、１．３−ジオキソラン、４−
メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、ス
ルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピ
オニトリルなどの単独もしくは２種以上の混合溶剤を用
いることができる。上記電解質としても、従来より公知
のものがいずれも用いることが可能であって、具体的に
は、ＬｉＣＩＯ４、ＬｉＡｓＦイＬｉＰＦ６　、ＬｉＢ
Ｆ４、ＬｉＢ（ＣＪｓＬ、ＬＩＣＩ％　ＬｉＢｒ５ＣＨ
ｓＳＯｓＬＩ、　ＣＦ’３ＳＯ３Ｌｉなどを用いること
ができる。

〔作用〕

上記封口ガスケットに連設した延長部が隔離板を押圧し
て積層電極体の封口板側の端面に当接させるから、隔離
板は積層電極体の上記端面に良好に密着する。従って、
上記端面において、析出物などの異物が一方の電極側か
らセパレータを乗り越えて他方の電極側に達するのを、
効果的に阻止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した実施例について、第１図〜第４
図を参照して説明する。第５図及び第６図に示す従来例
と同一部分には、同一の符号をつけて、その説明を省略
する。

まず、負極２は次のようにして作成した。粉砕したピッ
チコークスを負極活物質として用い、このピッチコーク
ス９０重量部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデンｌ
Ｏ重量部とを混合して、負極合剤とした。この負極合剤
を溶剤Ｎ−メチルピロリドンに分散させて、スラリー（
ペースト状）にした０次に、この負極合剤スラリーを、
負極集電体１９としての厚さが例えば１０μｍの帯状の
銅箔の両面に均一に塗布して、乾燥した。乾燥後、に、
ローラープレス機により圧縮成型して、幅が例えば３５
寵の帯状負極２を作成した。この帯状負極２において、
負極活物質層１８ａ、１８ｂは、負極集電体１９の両面
に互いにほぼ同じ膜厚で形成されていた。

次に、正極ｌは次のようにして作成した。炭酸リチウム
１モルと炭酸コバルト１モルとを混合し、９００℃の空
気中で５時間焼成して、ＬｉＣｏ０□を得た。これを正
極活物質として用い、このＬｉＣｏ０ｚ　９１重量部に
、導電材としてのグラファイト６重量部と、結着剤とし
てのポリフッ化ビニリデン３重量部とを混合して、正極
合剤とした。この正極合剤を溶剤Ｎ−メチルピロリドン
に分散させて、スラリー（ペースト状）にした。次に、
この正極合剤スラリーを、正極集電体１７としての厚さ
が例えば２０μｍの帯状のアルミニウム箔の両面に均一
に塗布して、乾燥した。乾燥後に、ローラープレス機に
より圧縮成型して、帯状正極２を作成した。この帯状正
極１において、正極活物質層１６ａＳ　１６ｂは、正極
集電体１７の両面に互いにほぼ同じ膜厚で形成されてい
た。

次に、上記帯状正極１及び上記帯状負極２を用い、さら
に、一対の帯状セパレータ３ａ、３ｂを用い、これらを
互いに積層させてから多数回巻回することによって、第
２図に示す渦巻型の巻回電極体１２を作成した。

第２図は、第１図に示す電池に用いられている巻回電極
体１２の一部分の詳細な横断面を示すものである。上記
巻回電極体１２は、帯状正極１、帯状負極２及び厚さが
例えば２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムから成
る一対の帯状セパレータ３ａ、３ｂを、セパレータ３ａ
１負極２、セパレータ３ｂ、正極ｌの順序で積層してか
ら、この積層体を中空の巻芯１１に渦巻状に多数回巻回
することによって、作成された。

上述の巻回電極体１２を、第１図に示すように、内径が
例えば１３．３ｗｍの電池外装缶５に収納した。

この電池外装缶５の中に、さらに、六フッ化リン酸リチ
ウムを１モル／ｌ溶解した炭酸プロピレンと、１，２−
ジメトキシエタンとを混合してえた非水電解質を注入し
た。

第３図に環状の封口ガスケット材料６を示すが、この封
口ガスケット材料６は、円筒形状でかつ比較的径が大き
い上側環状部６ａと、円筒形状でかつこの上側環状部６
ａよりも若干径が小さい下側環状部６ｂと、これら上側
及び下側環状部６ａ、６ｂｆ連結するフランジ形状の中
間環状部６ｃとからなっている。下側環状部６ｂは、・
巻回電極体１２の上端面１２ａに隔離板１３を当接させ
るために、この隔離板１３を押圧する延長部を構成する
ものであって、その軸心方向の長さは、例えば１．２鶴
であってよい。

上述の封口ガスケット材料６を用いて、第６図の場合と
同様に、電池外装缶５の上端部１５によって封口ガスケ
ット材料６を介して蓋体７及び安全弁８をかしめること
により、電池外装缶５を密封した。このとき、セパレー
タ３ａ、３ｂの突出部４は、第１図に示すように、隔離
板１３を介して封口ガスケットの延長部６ｂによって押
圧されるため、若干傾いた状態となる。また、隔離板１
３は、巻回電極体１２の上端面１２ａに密着して固定さ
れる。同時に、巻回電極体１２の下端面ｌ２ｂにおいて
も、隔離板１４は、この下端面１２ｂに密着して固定さ
れる。

本実施例においては、その中央に突起部８ａを有する安
全弁８と、中心孔を有する円板状のり一ドストリッパ２
１と、安全弁８とリードストリッパ２１とを一体に結合
するための絶縁材料からなる中間嵌合体２２とから構成
された電流遮断装置が設けられている。上記突起部８ａ
には、正極リード板９が溶接されており、電池内圧が所
定値まで上昇すると、この溶接部において、リード板９
が剥離または破断して、電流を遮断するようになってい
る。

以上のようにして、直径が例えば１３．Ｅｈｍ、高さが
例えば４２ｆｌの円筒型リチウム二次電池を作成した。

また、比較例として、第６図に示す従来の封口ガスケッ
ト材料２６を用いた以外は上記二次電池と全く同様の構
成のリチウム二次電池を作成した。

以上の本実施例及び比較例のリチウム二次電池を、それ
ぞれ２０個づつ作成した。そして、これらの二次電池に
ついて、１９０＋Ａの電流で上限電圧４．ＩＶとして３
時間充電し、続いて１６Ωの負荷で放電終止電圧２．９
■まで放電させる充放電サイクルを１０サイクル行い、
再び前述の条件で充電した後に常温で１０日放置した。

この結果３．９ｖ以下に回路電圧が低下している二次電
池を内部短絡品として、その発生率を調査した。この結
果を次の表に示す。

上記表から、比較例の二次電池において発生した電池の
内部短絡は、本実施例の二次電池においては全く発生し
ていないことがわかる。これは、電池の充電時において
、負極２にデンドライト状の金属リチウムが析出しても
、これが成長してセパレータ３．ａ、３ｂの突出部４を
乗り越えて正極ｌまで達することができないためである
。

本発明において、上記封口ガスケット６を変形すること
も可能であって、例えば、第４図に示すように、封口ガ
スケット６の上端の内周面にフランジ部６ｄをさらに設
けてもよい。また、上述した中間嵌合体２２の外周囲の
下端に、上記封口ガスケット６に連設した環状延長部６
ｂと同様の環状延長部２２ａをさらに設けてもよく、こ
の場合、隔離板１３を巻回電極体１２の上端面１２ａに
一層確実に当、接させることができる。また、本実施例
の電池形状は必ずしも円筒型である必要はなく、角筒型
などであってもよい、また、非水電解質は固体であって
もよく、この場合、従来から公知の固体電解質を用いる
ことができる。

さらにまた、本発明は、負極と正極との間にセパレータ
を介在させて構成した積層電極体を備えた各種の電池に
適用することが可能であって、必ずしも二次電池である
必要はない。また、上記積層電極体は、必ずしも、負極
、正極及びセパレータを積層してから多数介巻回した巻
回電極体である必要はなく、これらを単に積層しただけ
のものであってもよい、また、隔離板１３を押圧するた
めに封口ガスケット６に連設した延長部６ｂは、必ずし
も完全な環状である必要はなく、間欠的に途切れた環状
であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、上述のとおりに構成されているから、積層電
極体の封口板側の端面において、析出物などの異物が一
方の電極側からセパレータを乗り越えて他方の電極側に
達するのを、簡単な構成で以って効果的に阻止すること
ができ、このために、電池の内部短絡を効果的に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明をリチウム二次電池に適用した
実施例を示すものであって、第１図はリチウム二次電池
の概略的な縦断面図、第２図゛は第１図に示す巻回電極
体の一部分の詳細な横断面図、第３図は第１図に示すリ
チウム二次電池に用いられる封口ガスケット材料の縦断
面図、第４図は同上の変形例の封口ガスケット材料の縦
断面図である。第５図は従来のリチウム二次電池の概略
的な縦断面図、第６図は第５図に示すリチウム二次電池
に用いられる封口ガスケット材料の縦断面図である。なお、図面に用いた符号において、１−・・・−−−−−−・・・・−・帯状正極２−・・
−・−・・−・−・・−・・帯状負極３ａ、３ｂ−・−
・・・・−帯状セパレータ５−・−・−−−−−・−・
−・−１電池外装缶６・−・−・−・−・・−・・・・
・封口ガスケット６ｂ−・・・・・・・・・・・・・・
−・−延長部７−・・−・・・−・−・−・・・・−蓋
体（第１の封口板）８−・−・・−・−・−−−〜−一
・・安全弁（第２の封口板）１２−・−・・−−−−−
−・−・−巻回電極体１３、１４・・−・・−・・−・
隔離板１５−・−一一−−−−−−−−−・−電池外装
缶の上端部である。

Claims

【特許請求の範囲】　負極と正極との間にセパレータを介在させて構成した
積層電極体と、　上記積層電極体が収納された電池外装缶と、上記電池
外装缶の一端部に設けられた開口を閉塞するための封口
板と、　上記積層電極体と上記封口板とを隔離するために、上
記積層電極体の上記封口板側の端面に配置された隔離板
とをそれぞれ具備し、　上記電池外装缶の上記一端部と上記封口板の外周囲と
が封口ガスケットを介して結合された電池において、　上記隔離板を上記積層電極体の上記端面に当接させる
ために、上記隔離板を押圧する延長部を上記封口ガスケ
ットに連設したことを特徴とする電池。