JPH0570908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、密閉型電池の安全性を向上させるこ
とに関するものである。

従来の技術 ニカド蓄電池や鉛蓄電池等のように充電→放電
→充電を繰返すことによつて再生使用可能な二次
電池及びリチウム／二酸化マンガン、チリウム／
（CF）ｎ、アルカリマンガン電池等のように放電
すれば再生できない一次電池から安全に電気エネ
ルギーを取り出すために、種々の工夫がなされて
いる。例えば、これら電池を複数個直列に接続し
たり、またはこのように直列に接続した電池群
を、さらに複数個並列に接続したりして組電池と
し、機器の電源に用いる機会が、最近多くみられ
る。このような場合、各電池の性能を把握し、基
準性能からの許容範囲内にある電池を選択して組
電池とする方法をとるが、さらに安全性を高める
のに出力端子にサーモスイツチや温度ヒユーズ等
を接続するといつた方法が有効とされている。す
なわち、これらの方法はいずれも電池外に電池を
保護する保護機能素子を設けるものである。

発明が解決しようとする問題点 従来技術はいずれも電池外における電気的短絡
や二次電池における過充電及び過放電を電池外に
設けた保護機能素子で検出し、外部回路を遮断す
る方法がとられているが、電池で最も危険な事態
は電池内部で発生する正極と負極の直接接触であ
る。この電極同志の接触が発生すると電池内部で
大電流が流れるため、ほとんどジユール熱によつ
て熱が発生し、電池内部温度が急上昇する。温度
が非常に短かい時間で上昇すると電池構成部品の
破損または焼損、電池内部圧力の急上昇をもたら
し、爆発を起こすことになるが、従来の技術では
この種の危険性を未然に防ぐことはできず、発生
した後で安全処理を施すことができない。

第６図は電池を複数個直列に接続した組電池の
ブロツク図であるが、この接続で組電池を強制的
に放電すると、電子性能の悪い電池では極性と
極性が逆転するいわゆる転極が発生する。この
事態を防ぐため各電池に並列にダイオードを接続
することが知られている。ここで、電池が転極
した場合、電池に並列に接続されたダイオード
には順方向に電流が流れるので電池はダイオー
ドの順方向電圧降下分以上には深く転極しない。
すなわち、電流のほとんどは電池を流れず、ダ
イオードを流れる。したがつて、強制放電しても
電池の温度はそれ程上昇しないが、この方法は
電池外での電気短絡や過放電に対して電池性能の
低い電池を保護するだけで、電気内部における電
極の接触短絡に対しては有効な手段となり得ない
ことは明らかである。すなわち、密閉した電池内
での短絡防止については有効な対策がなされてい
ないのが現状である。

本発明は電池内での電気短絡を素早く検出し、
損傷を抑制することによつて電池の安全性を飛躍
的に向上させようとするものである。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、電極を小面積の複
数個の部分電極から構成して部分電池とし、各部
分電池から電池の出力端子に所定電流以上の電流
が流れた時に断線する保護機能素子例えばフユー
ズで接続するようにしたものである。

作 用 これにより、部分電池で電気短絡した場合、こ
の部分電池の内部抵抗が極めて小さくなることに
よつて、この部分電池と並列に接続されている他
の部分電池から大きな電流が流れ込むが、この瞬
間に保護機能素子が断線するので、電気短絡した
部分電池を他の部分電池から切り離すことができ
る。

実施例 本発明の一実施例を説明する。

電池は負極にリチウム、正極にカーボン電極を
用い、電解液に正極活物質である塩化チオニール
と四塩化アルミニウム酸リチウムの混合非水溶液
を用いたものである。第１図は本発明になる正極
活物質を還元するカーボン電極を示し、カーボン
電極１とリチウム電極を電気的に絶縁するセパレ
ータ２とカーボン電極１を重ね合せた構造を示し
ている。セパレータ２は上記混合非水溶液に対し
て化学的及び機械的にも安定な無機質繊維ででき
ており、寸法は幅43mm、長さ500mm、厚さ0.2mmで
ある。カーボン電極１は次のようにして製作す
る。まずカーボン粉末と適当量の水の混合物にポ
リテトラフルオロエチレンデイスパージヨンをポ
リテトラフルオロエチレンに換算して全重量の３
〜50％の範囲に入るように添加して混練する。こ
の混練物をニツケルまたはステンレス金網に塗布
し、乾燥後、加圧成型した後空気中、280〜340℃
の範囲の温度で焼成すると多孔質のカーボン電極
１が得られる。カーボン電極１の寸法は幅40mm、
長さ86mm、厚さ0.5mmで、これらカーボン電極１
を５枚、セパレータ２上に５mmの間隔をおいて重
ねてある。カーボン電極１には図に示したように
ニツケルまたはステンレス金網に抵抗溶接機で保
護機能素子３が溶接されている。カーボン電極１
の上側にさらにもう一枚セパレータを重ね、加圧
成型して一体化する。この加圧成型によりカーボ
ン電極１は上下セパレータ２にくい込むことにな
るので、カーボン電極１と上下セパレータ２は空
隙が生じることなく完全に一体化される。これを
第２図に示すように、リチウム電極７に重ね、リ
チウム電極７が捲きはじめに内側に位置するよう
にスパイラル状に捲くと電極群５が構成される。
この電極群５からはカーボン電極１用の端子を兼
ねた保護機能素子３が５個、リチウム電極７用に
純粋に電気を取出すための端子６が出ている。本
実施例では１０Ａ以上の電流が流れた時に断線す
る保護機能素子３を用いた。第３図は電極群５を
収納缶１２に収納し、５個の保護機能素子３を電
池蓋８の中央部にセラミツク１１で絶縁した出力
端子９に、リチウム電極７用の端子６を収納缶１
２の内壁に溶接し、電池蓋８で収納缶１２を密封
したリチウム−塩化チオニール電池を示す。

電池蓋８にはもう１つ予備端子１０がセラミツ
ク１１で絶縁されて設けられているが、これには
第１図で示した５枚のカーボン電極１のうちＡ点
からの端子４を接続している。したがつて、電池
外部で予備端子１０と収納缶１２を接続すると、
５枚のうちの１枚のカーボン電極１とリチウム電
極７が電池内部で電気的に短絡したことになる。
第３図の電池においては、電池蓋８と収納缶１２
の周辺合せ部はレーザ溶接機で連続溶融溶接され
ている。電池蓋８の中央部の出力端子９は金属性
のチユーブ状になつており、電池蓋８と収納缶１
２と周辺合せ部を溶接後、この出力端子９から電
解液を注入し、その開口部を封止すると電池が完
成する。ただし、電池を製品として製作する場合
には予備端子１０は必要ない。

発明の効果 第４図は本発明になるリチウム−塩化チオニー
ル電池で、予備端子１０と収納缶１２を電気的に
短絡した時の電池内部温度の上昇を示したもの
で、従来電池の短絡結果をあわせて示している。
これによると、従来電池では約９分後にリチウム
の融点に近い160℃まで上昇している。すなわち、
従来電池の内部で電気的短絡が発生した場合、電
池内部温度の上昇は抑えることは難しく、リチウ
ムが溶融して爆発の危険性が極めて高くなる。こ
れに対して、本発明になる電池では20分経過後で
も約95℃までしか上昇せず、しかも飽和の傾向を
示していることから安全性の高い電池であること
が証明された。

第５図は本発明になる電池と従来電池におい
て、それぞれ予備端子１０と収納缶１２を故意に
電気的に短絡させ電池内部での短絡をジユレート
させた時の電池電圧の経時変化を示したものであ
る。ただし、従来電池には保護機能素子は入つて
いない。電流検出器の一端を予備端子に接続し、
他端を収納缶１２に短絡させた時の電流を測定し
た。電気的に短絡させると約15秒後に電流は10A
に達し、本発明になる電池ではその直後に3.6V
の開路電圧に復帰している。これは、短絡したカ
ーボン電極１の保護機能素子３が断線したことを
示している。

上述のように本発明電池は価格的にみても従来
電池に比べてほぼ同等で、且つ安全性が極めて高
い点でコストパーフオーマンスに優れており、そ
の工業的価値の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる電池に用いるカーボン極
をセパレータに重ねた状態を示す正面図、第２図
は本発明になる電池の電極群を示す平面図、第３
図は本発明になるリチウム−塩化チオニール電池
を示す平面図、第４図は従来と本発明におけるリ
チウム−塩化チオニール電池をそれぞれ予備端子
と収納缶を短絡させ電池内部での短絡をシミユレ
ートさせた時の電池内部温度上昇の比較図、第５
図は同じく電池電圧の比較図、第６図は組電池の
ブロツク図である。 １はカーボン電極、２はセパレータ、３は保護
機能素子、４は端子、５は電極群、６は端子、７
はリチウム電極、８は電池蓋、９は出力端子、１
０は予備端子、１１はセラミツク、１２は収納
缶。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 正極、負極およびセパレータからなる電極群
   を収納缶に収納し、収納缶の開口部を電池蓋で密
   封し、電池蓋の中央部に絶縁体で電池蓋と電気的
   に絶縁した端子を設け、該正極およびもしくは負
   極を小面積の複数個の部分電極から構成し、該部
   分電極からの端子板を前記端子に接続し、該端子
   板を所定電流以上の電流が流れた時に断線する保
   護機能素子から構成したことを特徴とする密閉型
   電池。