JPH06150973A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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Abstract
ることによって、電池の熱暴走を防止し、安全性の向上
を図った非水電解液二次電池を提供する。 【構成】 帯状の正極4、5と、帯状のリチウムあるい
はリチウムイオンを活物質6とする負極と、帯状のセパ
レータ3と、非水電解液とを用いる、渦巻き電極構造の
円筒型のリチウム非水電解液二次電池において、正極お
よび負極活物質6より長い金属箔を負極基板2とし、基
板の両側に負極活物質6を配置した三層構造を取る負極
を用い、渦巻き電極の最外周を負極基板6とする構造を
特徴とす。 【効果】 電池内部で発熱した熱が効率良く電池外部に
放散するため電池の安全性を向上させることができ、そ
の工業的価値は極めて大である。
Description
びリチウムイオンを活物質とする負極と、非水電解液よ
りなる、非水電解液二次電池に関するものであり、特に
渦巻き電極構造を持つ円筒型リチウム二次電池におい
て、熱放散の良い電池構造に改良することにより、異常
使用等における安全性を向上させるものである。
その電源として高エネルギー密度電池の開発が要請され
ている。このような要求に応える電池として、負極とし
てリチウム金属、アルミニウム等とのリチウム合金、ま
たは炭素等のリチウムイオンを放出、吸収する電極を用
いた電池の開発が進められている(本明細書では、これ
らのリチウムあるいはリチウムイオンを活物質とした負
極をリチウム負極、リチウム負極を用いた充放電可能な
電池のことを、リチウム二次電池と称する)。
質に用いた電池で報告されているように、リチウム二次
電池をオーブンで加熱すると、リチウム負極と電解液と
の化学反応による自発的な発熱が起こり、熱暴走状態と
なって電池の発火が起こり得る(Extended Abstracts o
f Electrochemical Society Fall Meeting, Seattle,Wa
shington, p-85, 1990)。上記報告は、オーブン加熱で
電池温度が上昇する例であるが、電池においては、外部
ショート、内部ショート、逆充電、過充電等でも、電池
温度が上昇することが予想され、これら、異常状態にお
ける安全性の確保が、リチウム二次電池を商品化する上
で極めて重要である。
は、主にリチウム負極と電解液との反応によって起こる
と考えられているので、電池の安全性を向上させるため
には、リチウムと反応し難い電解液を用いれば良い。こ
れらの観点から、スルフォラン等を電解液溶媒に用いた
電解液が提案されているが(電気化学協会第59回大会
予稿集p−238)、リチウム二次電池の安定性、サイ
クル性には、リチウム負極と電解液との反応性生物もま
た影響しているため(Lithium Batteries, Edited by
J.P.Gabano, Academic Press, New York, p-195(198
8))、充放電サイクル特性の劣化等、マイナスの効果が
出てしまう。
は、電池内部の発熱と、電池からの熱拡散のバランスが
崩れることによって、電池内部に熱が蓄積し起こる現象
と考えられるから、できるだけ熱放散に優れた電池構造
を設計することによって、電池の安全性を向上すること
が可能と考えられる。熱放散に優れた電池構造等は、塩
化チオニルを用いたリチウム1次電池で検討がなされて
いるが(J. Power Sources, 18, 109(1986))フィンを
付ける特殊な構造のため、実用電池の構造としては適さ
ない。
め、本発明による非水電解液二次電池は、帯状の正極
と、帯状のリチウムあるいはリチウムイオンを活物質と
する負極と、帯状のセパレータと、非水電解液とを用い
る、渦巻き電極構造の円筒型リチウム非水電解液二次電
池において、正極および負極活物質より長い金属箔を基
板とし、基板の両側に負極活物質を配置した三層構造を
取る負極とを用い、渦巻き電極の最外周を負極基板とす
る構造を特徴とする。
発的な発熱は、主にリチウム負極と電解液の反応による
ことに注目し、リチウム負極の基板に熱伝導性の高い金
属箔を用い、その基板を負極ケースに直接接触させるこ
とによって、電池内部で発生した熱を効率良く外部に拡
散させる構造を特徴としている。
の両側にリチウム(負極活物質)6を配した三層構造よ
りなる負極を用いる。ここで、リチウム負極に基板2を
用いる理由は、リチウム金属やリチウム合金は、熱伝導
性が良いとは言えないことと、充放電サイクルを繰り返
すことにより、リチウム負極が欠落した場合、熱伝導が
その部分で極めて小さくなってしまうためである。
基板2の両側にリチウム6を配した三層構造の負極をセ
パレータ3を介して正極基板4に正極活物質5を配した
正極を重ね合わせて渦巻き形状にし電池缶1内に収納し
ている。この渦巻き形状を有する円筒型電池の最外周
に、負極活物質の付いていない負極基板2が位置し、負
極基板2が、電池缶1に直接接触する構造を有すること
により、電池内部で発生した熱を効率良く外部に放散さ
せることができる。また、最外周の負極基板2に負極活
物質が付いていると、発熱源の増加による熱安定性の低
下および、コストの上昇の点から好ましくない。この最
外周の負極基板は、セパレータ3の外周方向の最終端よ
り、少なくとも2周以上余分に巻くのが好ましい。外部
への熱の放散性を良好にするためである。
既に特開平2−51875号で公知であるが、特開平2
−51875号の図2および図3においては、負極の外
周方向の最終端と、正極の外周方向の最終端とが接近し
ている。これに対し、本発明では負極基板を正極の最終
端よりさらに少なくとも2周余分に巻くことを特徴とし
ている。本発明における構造上の特徴は以下の理由によ
る。
による充放電サイクル寿命の低下を防ぐことが目的であ
ったため、電池缶に負極リードを電気的に接続しただけ
で十分な効果が期待できたが、本研究の目的は電池内部
での発熱を効率良く外部に放散させることが目的である
ため、負極リードのみの電池缶への接続では不十分であ
る。したがって、負極リードばかりでなく負極基板全体
で電池缶と接触していることが必要となる。しかしなが
らこの場合には、渦巻き電極を電池缶に挿入するとき、
負極の捲れ等による正極と電池缶との接触の危険性があ
るため、負極基板を余分に巻いて渦巻き電極全体を被い
保護する必要がある。
して合金化せずかつ熱導電性の良い金属であれば、特に
限定されるものではない。例えば、銅、ニッケル、ステ
ンレス網等を材料とした、10マイクロメータ厚程度の
箔が望ましい。
電池においては、何らかの異常使用により電池温度が上
昇した場合でも、効率的に熱を放散させることができる
ため、安全性を向上させることができる。
正極活物質とし、基板に幅42mm、厚さ10μmの帯
状の銅箔を用い、その両側に基板と同じ幅で、60μm
厚のリチウム金属を配置した電極を負極として、正極と
負極を平均孔径0.15μm、厚さ50μmのポリエチ
レンセパレータで電気的に絶縁し、電解液として炭酸プ
ロピレンと炭酸エチレンの混合溶媒系電解液を用いた電
池A(負極基板を電池缶に接触させてある)、および、
正極とセパレータ、電解液はAと同一であるが、負極に
130μm厚のリチウム金属を用い、電池の最外周をセ
パレータで包んだ構造の電池Bとを、室温から−7℃の
恒温槽に投入したときの、電池中心部の温度変化を図4
に示す。図から明らかなように、負極基板を電池缶に直
接接触させることにより、温度伝達が早くなっている。
正極活物質とし、基板に幅42mm、厚さ10μmの帯
状の銅箔を用い、その両側に基板と同じ幅で、60μm
厚のリチウム金属を配置した電極を負極として、正極と
負極を平均孔径0.15μm、厚さ50μmのポリエチ
レンセパレータで電気的に絶縁し、電解液として炭酸プ
ロピレンと炭酸エチレンの混合溶媒系電解液を用いた電
池A(負極基板を電池缶に接触させてある)、および、
正極とセパレータ、電解液はAと同一であるが、負極に
130μm厚のリチウム金属を用い、電池の最外周をセ
パレータで包んだ構造の電池Bとを、60mAで25回
充放電した後、約40mΩの抵抗を介した短絡試験およ
び、リチウム1次電池のUL規格の加熱試験(室温から
毎分5℃で165℃まで昇温し、165℃で10分間維
持)を行い、発火の有無を比較した。結果を図5及び表
1に示す。短絡試験においては、電池A、Bともに発火
しなかった。しかし、加熱試験においてはBの電池が発
火しているのに対し、Aの電池では発火せず(図5)、
電池の安全性に関して効果の大きいことがわかる。
板の両側に負極活物質を配置した三層構造をとる負極と
を用い、負極基板を渦巻き電極の外周方向の最終端より
少なくとも2周以上余分に巻いた電池においては、電池
内部で発熱した熱が効率良く電池外部に放散するため電
池の安全性を向上させることができ、その工業的価値は
極めて大である。
斜視図。
槽に投入したときの電池の中心部の温度変化を示す図。
図
Claims (2)
- 【請求項1】帯状の正極と、帯状のリチウムあるいはリ
チウムイオンを活物質とする負極と、帯状のセパレータ
と、非水電解液とを用いる、渦巻き電極構造の円筒型の
リチウム非水電解液二次電池において、正極および負極
活物質より長い金属箔を基板とし、基板の両側に負極活
物質を配置した三層構造を取る負極を用い、渦巻き電極
の最外周を負極基板とする構造を特徴とする非水電解液
二次電池。 - 【請求項2】上記負極基板を、正極および正極と負極を
分離するセパレータの、渦巻き電極の外周方向の最終端
よりさらに、少なくとも2周以上余分に巻くことを特徴
とする非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31939292A JP3166880B2 (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31939292A JP3166880B2 (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 非水電解液二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06150973A true JPH06150973A (ja) | 1994-05-31 |
JP3166880B2 JP3166880B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=18109663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP31939292A Expired - Lifetime JP3166880B2 (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
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-
1992
- 1992-11-04 JP JP31939292A patent/JP3166880B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPWO2019065871A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2020-10-22 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 円筒形二次電池 |
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