JPH06215760A - 非水電解液電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過充電時や短絡時における破裂の防止と発生
した可燃性の分解ガスの電流遮断時における引火を防止
した非水電解液電池を提供する。 【構成】 外装缶に収納され、正極、セパレータおよび
負極からなる電極体および非水電解液と、外装缶の上端
開口部に絶縁ガスケットにより気密にカシメ固定された
防爆機能および端子を兼ねる封口蓋群とを具備した非水
電解液電池において、前記封口蓋群は、ガス抜き穴を有
する内部蓋体と、内部蓋体上に配置された弁膜、ガス抜
き穴を有するた内側絶縁パッキング層と、前記パッキン
グ層上に周縁部が配置され、内部蓋体周縁およびパッキ
ング層の周縁部て挟持されたガス抜き穴を有する帽子形
の外部蓋体と、一端が内部蓋体とパッキング層の間に、
他端がパッキング層のガス抜き穴を通して前記パッキン
グ層と前記外部蓋体の間に延出して挟持された電流遮断
リードとを備えることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明、防爆機能を兼ねる封口蓋
体を備えた非水電解液電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、非水電解液を使用したリチウム電
池やリチウムイオン電池等の非水電解液を用いた二次電
池が携帯電子機器等に広く使用されつつある。このよう
な二次電池は、従来の電池とは異なり、３Ｖ、４Ｖとい
った高い起電力を有するという特徴があり、その優れた
性能が注目されている。

【０００３】ところで、前述した二次電池は、外装缶内
に収納された正極および負極を備える電極体が化学変化
を起こして内圧が高くなり、破裂を生じる場合がある。
例えば、リチウム二次電池のような非水電解液電池に通
常以上の電流を与える、いわゆる過充電状態にしたり、
誤使用により短絡状態になって大電流が流れたりすると
前記電極体の中の非水電解液が分解されてガスが発生す
る場合がある。このようなガスが前記外装缶内に次第に
充満し、外装缶内の内圧が上昇すると、最後には電池が
破裂する。

【０００４】このようなことから、従来では前述した電
池の破裂を防止するために図５に示すように防爆機能お
よび端子を兼ねた封口蓋群を備えた非水電解液電池が知
られている。すなわち、負極端子を兼ねる有底円筒形の
外装缶２１内には電極体２２が収納されている。前記電
極体２２は、正極２３、セパレータ２４および負極２５
の積層物を渦巻状に巻回した構成になっている。防爆機
能および端子を兼ねる封口蓋群２６は、前記外装缶２１
の上端開口部に絶縁ガスケット２７を介してカシメ固定
されている。

【０００５】前記封口蓋群２６は、中央部に下方に向か
う突起部２８および前記突起部２８の外側に形成された
下方に向かう環状突起部２９を有する中間蓋３０を備え
ている。複数の線状溝３１は、前記突起部２８と前記環
状突起部２９間に位置する前記中間蓋３０の上面部分に
放射状に形成されている。なお、前記線状溝３１の底の
部分は弁膜として機能する。ガス抜き穴３２を有する帽
子形の閉塞用蓋３３の周縁部は前記中間蓋３０上に配置
され、前記中間蓋３０周縁を内側に屈曲させることによ
り前記閉塞用蓋３３が前記中間蓋３０に挟持されてい
る。前記中間蓋３０および前記閉塞用蓋３３の周縁は前
記絶縁ガスケット２７を介して前記外装缶２１の上端開
口部に気密にカシメ固定されている。有底筒形の絶縁材
料からなるリードストッパ３４は、前記中間蓋３０の環
状突起部２９に嵌合されている。前記リードストッパ３
４の中心には、前記中間蓋３０の突起部２８が挿入され
る挿入用穴３５が開口されている。複数のガス抜き穴３
６は、前記リードストッパ３４に前記挿入用穴３５を中
心にして同心円状に穿設されている。正極リード板３７
は、前記リードストッパ３４の裏面に少なくとも前記挿
入用穴３５を塞ぐように取り付けられ、かつ前記挿入用
穴３５に挿入された前記中間蓋３０の突起部２８が溶接
により接続されている。正極リード３８は、一端が前記
電極体の正極２３に接続され、かつ他端が前記正極リー
ド板３７に接続されている。したがって、前記電極体２
２の正極２３は前記正極リード３８、正極リード板３
７、前記リードストッパ３４の挿入用穴３５を通して前
記正極リード板３７に溶接された前記中間蓋３０の前記
突起部２８を経由して前記閉塞用蓋３３に接続されてい
る。

【０００６】このような構成の非水電解液電池におい
て、通常以上の電流、例えば過充電状態により大電流が
与えられ、その大電流により分解ガスが発生すると、前
記分解ガスは前記リードストッパ３４のガス抜き穴３６
を通して前記リードストッパ３４と前記中間蓋３０との
空間に侵入されてその内圧を上昇する。その結果、前記
内圧により前記中間蓋３０が前記閉塞用蓋３３側に押圧
されるため、前記リードストッパ３４の挿入用穴３５を
通して前記正極リード板３７に溶接された前記中間蓋３
０の前記突起部２８が外れて正極の電流パスが遮断され
る。また、前記内圧により前記中間蓋３０の複数の線状
溝３１に対応する前記弁膜が破断され、前記分解ガスは
前記弁膜の破断個所および前記閉塞用蓋３３に開口され
たガス抜き孔３２を通して外部に逃散する。したがっ
て、前記電流遮断および分解ガスの電池外部へ逃散によ
り電池の破裂が未然に防止される。

【０００７】しかしながら、前述した従来の防爆機能お
よび端子を兼ねる封口蓋群２６を備えた非水電解液電池
では前記内圧上昇に伴って前記正極リード板３７から外
れる前記中間蓋３０の前記突起部２８が可燃性の前記分
解ガスの雰囲気に曝されるため、前記正極リード板３７
から前記突起部２８が外れる時のスパーク発生に伴って
前記分解ガスに引火するするという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、過充
電時や短絡時に起きる急激な内圧上昇による破裂を防止
すると共に、発生した可燃性の分解ガスの電流遮断時に
おける引火を防止することが可能な非水電解液電池を提
供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる非水電解
液電池は、外装缶と、前記外装缶内に収納され、正極、
セパレータおよび負極からなる電極体と、前記外装缶内
に収容された非水電解液と、前記外装缶の上端開口部に
絶縁ガスケットにより気密にカシメ固定された防爆機能
および端子を兼ねる封口蓋群とを具備した非水電解液電
池において、前記封口蓋群は、前記電極体と対向して配
置されたガス抜き穴を有する内部蓋体と、前記内部蓋体
上に配置された弁膜と、前記弁膜を含む前記内部蓋体上
に配置されたガス抜き穴を有するた内側絶縁パッキング
層と、前記パッキング層上に周縁部が配置され、前記内
部蓋体周縁および前記パッキング層の周縁部をそれぞれ
内側に折り曲げて形成した環状部分により挟持されたガ
ス抜き穴を有する帽子形の外部蓋体と、一端が前記内部
蓋体と前記パッキング層の間に挟持され、他端が前記パ
ッキング層の前記ガス抜き穴を通して前記パッキング層
と前記外部蓋体の間に延出して挟持された電流遮断リー
ドとを備えることを特徴とするものである。

【００１０】以下、本発明に係わる非水電解液電池を図
１および図２を参照して詳細に説明する。

【００１１】例えば負極端子を兼ねる有底円筒形の外装
缶１内には、電極体２が収納されている。前記電極体２
は、正極３、セパレータ４および負極５の積層物を渦巻
状に巻回した構成になっている。

【００１２】防爆機能および端子を兼ねる封口蓋群６
は、前記外装缶１の上端開口部に絶縁ガスケット７を介
してカシメ固定されている。前記封口蓋群６は、前記電
極体２と対向して配置され、中央付近に大きな径のガス
抜き穴８を有する皿状の内部蓋体９を備えている。可撓
性薄膜から形成された弁膜１０は、前記内部蓋体９上に
配置されている。中央付近に大きな径のガス抜き穴１１
を有する内側絶縁パッキング層１２は、前記弁膜１０を
含む前記内部蓋体９上に配置されている。ガス抜き穴１
３を有する帽子形の外部蓋体１４は、周縁部が前記パッ
キング層１２上に配置され、かつ前記外部蓋体１４は前
記内部蓋体９の周縁立上がり部および前記パッキング層
１２の周縁立上がり部をそれぞれ内側に折り曲げて形成
した環状部分により挟持されている。なお、前記環状部
分は前記絶縁ガスケット７により前記外装缶１にカシメ
固定されている。帯状の電流遮断リード１５は、一端が
前記内部蓋体９と前記パッキング層１２の間に挟持さ
れ、他端が前記パッキング層１２の前記ガス抜き穴１１
を通して前記パッキング層１２と前記外部蓋体１４の間
に延出して挟持されている。前記電流遮断リード１５
は、例えば図２に示すように幅方向に切除部１６が形成
され、前記電流遮断リード１５は前記内部蓋体９の前記
ガス抜き穴８の中心上方に前記切除部１６が位置するよ
うに配置されている。複数のガス抜き穴１７を有する押
え板１８は、前記電極体２上に配置されている。正極リ
ード１９は、一端が前記押え板１８の周縁切欠部を通し
て前記電極体２の正極３に接続され、他端が前記封口蓋
群６の前記内部蓋体９の下面に接続されている。したが
って、前記電極体２の正極３は前記正極リード１９、前
記内部蓋体９および前記電流遮断リード１５を通して前
記外部蓋体１４に接続される。

【００１３】前記弁膜１０は、Ａｌなどの金属薄膜と合
成樹脂薄膜を積層した複合膜を用いることが好ましい。

【００１４】前記電流遮断リード１５は、図２に示す形
状のものの他に、例えば図３に示すように帯状金属板の
一端から他端にかけてその中心部にスリットを形成し、
前記スリットを中心に左右に分離された２つの片の一方
を１８０゜屈曲させて立上がり結合部２０を境に前記片
を反対方向に延出させた形状の電流遮断リード１５´を
用いてもよい。

【００１５】図１に示すように前記正極３、前記セパレ
ータ４および前記負極５の積層物を渦巻状に巻回して電
極体２構成した場合、その巻芯空間部に分解ガスの流通
経路になる前記巻芯空間部の潰れを防止する目的でステ
ンレスなどの金属またはプラスチックからなるパイプを
配置することを許容する。

【００１６】

【作用】本発明に係わる非水電解液電池は、ガス抜き穴
８を有する内部蓋体９、弁膜１０、ガス抜き穴１１を有
する内側絶縁パッキング層１２、ガス抜き穴１３を有す
る外部蓋体１４および一端が前記内部蓋体９と前記パッ
キング層１２の間に挟持され、他端が前記パッキング層
１２の前記ガス抜き穴１１を通して前記パッキング層１
２と前記外部蓋体１４の間に延出して挟持された帯状の
電流遮断リード１５を備える封口蓋群６を外装缶１に絶
縁ガスケット７を介して取付けた構成になっている。

【００１７】このような構成の非水電解液電池におい
て、通常以上の電流、例えば過充電状態により大電流が
与えられ、前記外装缶１内に分解ガスが発生して内圧が
上昇すると、前記内圧は前記内部蓋体９のガス抜き孔８
を通してその上の弁膜１０の中央部に伝えられる。前記
弁膜１０の周縁部は、前記内部蓋体９と前記パッキング
層１２により挟持されているため、前記内圧が所定の値
に達すると図４に示すように前記内部蓋体９のガス抜き
孔８に対応する前記弁膜１０が上方に押し上げられた状
態になり、前記弁膜１０の上方に配置された前記電流遮
断リード１５も同様に上方に押し上げられる。前記電流
遮断リード１５は、例えば図２に示すようにその幅方向
に切除部１６が形成され、前記切除部１６は前記内部蓋
体９のガス抜き孔８の中心に対向するように位置されて
いるため、前記弁膜１０による押し上げにより前記電流
遮断リード１５の前記切除部１６に対する応力限界が越
えるとその部分で前記電流遮断リード１５が破断されて
正極の電流パスが遮断される。なお、図３に示す形状の
電流遮断リード１５´を用いた場合には、その結合部２
０に対する応力限界を越えた時に切断されて、前記結合
部２０を境にして反対方向に延出された２つの片が分離
され、正極の電流パスが遮断される。

【００１８】前記電流遮断リード１５は、前記弁膜１０
により可燃性の前記分解ガスが発生した雰囲気から隔離
されているため、前記電流遮断リード１５の破断に際し
てスパークが発生しても、その周囲に前記分解ガスが存
在することに起因する引火を防止できる。

【００１９】また、前記内圧がさらに上昇すると、前記
弁膜１０自体が破断されるため、前記分解ガスは前記弁
膜１０の破断個所および前記外部蓋体１４に開口された
前記ガス抜き孔１３を通して外部に円滑に逃散される。

【００２０】したがって、前記電流遮断および分解ガス
の電池外部へ逃散により電池の破裂が未然に防止でき、
しかも発生した可燃性の分解ガスの電流遮断時における
引火を防止することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図１〜図３
を参照して詳細に説明する。

【００２２】実施例１ リチウムとコバルトの複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂ ）に導
電剤、バインダを加えて調製した正極合剤をアルミニウ
ム基板に塗布し、乾燥してシート状の正極を作製した。
リチウムを担持した炭素質物にバインダを添加した負極
合剤をステンレス基板に塗布、乾燥してシート状の負極
を作製した。前記シート状の正極および負極の間にポリ
プロピレン製多孔質フィルムからなるセパレータを挟ん
で渦巻状に巻回して電極体を製造した。

【００２３】次いで、ステンレス製の有底円筒形外装缶
内に前記電極体を収納し、プロピレンカーボネートとγ
−ブチルラクトンとの混合溶媒（体積比率５０：５０）
に四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）を溶解した電
解液を収容した。つづいて、防爆機能および正極端子を
兼ねる封口蓋群の内部蓋体と前記外装缶内に収納した電
極体の正極とを正極リードで接続し、前記封口蓋群を前
記外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットを介して気密に
カシメ固定することにより図１に示す構造を有し、外径
１８ｍｍ、総高さ５０ｍｍ、容量が７５０ｍＡｈの円筒
形非水電解液電池を組み立てた。なお、前記封口蓋群を
構成する電流遮断リード１５は図２に示す幅方向に切除
部１６が形成されたものを用いた。

【００２４】実施例２ 図３に示す形状の電極リード１５´を用いた以外、実施
例１と同様な円筒形非水電解液電池を組み立てた。

【００２５】得られた実施例１、２の円筒形非水電解液
電池および図５に示す従来の円筒形非水電解液電池（従
来例）をそれぞれ１００個用意し、これら電池について
１０Ｃ、１０Ｖの条件で過充電し、引火した電池の個数
を調べた。その結果を下記表１に示す。

【００２６】 表１ 充電条件 引火した電池の個数 実施例１ １０Ｃ、１０Ｖ ０／１００ 実施例２ １０Ｃ、１０Ｖ ０／１００ 従来例 １０Ｃ、１０Ｖ ３／１００ また、実施例１、２および従来例の電池２０個につい
て、３Ｃ、１０Ｖの条件で過充電した時の電流遮断到達
時間の平均値を測定した。その結果を下記表２に示す。

【００２７】 表２ 充電条件 電流遮断到達平均時間 実施例１ ３Ｃ、１０Ｖ 約３７秒 実施例２ ３Ｃ、１０Ｖ 約３４秒 従来例 ３Ｃ、１０Ｖ 約４２秒 前記表１から明らかなように実施例１、２の電池は電流
遮断時における引火を確実に防止できることがわかる。
また、前記表２から明らかなように実施例２の電池に組
み込まれた図３に示す形状の電流遮断リードは実施例１
の電池に組み込まれた図２に示す形状の電流遮断リード
に比べて破断されやすいために電流遮断到達時間が短く
なることがわかる。

【００２８】なお、前記実施例では渦巻き状に巻回した
電極体を組み込んだ非水電解液電池について説明した
が、正極、セパレータおよび負極を積層して電極体を構
成してもよい。

【００２９】前記実施例では、円筒形の非水電解液電池
に適用した例を説明したが、コイン形、角形、楕円形な
ど各種の形状の非水電解液電池にも同様に適用すること
ができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述しように、過充電時や短絡時に
起きる急激な内圧上昇による破裂を防止できると共に、
発生した可燃性の分解ガスの電流遮断時における引火を
防止できる極めて安全な非水電解液電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる円筒形非水電解液電池を示す要
部断面図。

【図２】図１の電池に組み込まれた電流遮断リードを示
す斜視図。

【図３】電流遮断リードの他の形態を示す斜視図。

【図４】図１の電池の作用を説明するための要部断面
図。

【図５】従来の円筒形非水電解液電池を示す要部断面
図。

【符号の説明】

１…外装缶、２…電極体、３…正極、５…負極、６…封
口蓋群、７…絶縁ガスケット、９…内部電極、１０…弁
膜、１２…内側絶縁パッキング層、１４…外部蓋体、１
５、１５´…電流遮断リード、１９…正極リード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 洋司 東京都品川区南品川３丁目４番10号 東芝 電池株式会社内 (72)発明者 阿左美 義明 東京都品川区南品川３丁目４番10号 東芝 電池株式会社内 (72)発明者 村野 豊 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 松坂 英二郎 神奈川県川崎市川崎区夜光１丁目３番１号 旭化成工業株式会社内 (72)発明者 井上 克彦 神奈川県川崎市川崎区夜光１丁目３番１号 旭化成工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外装缶と、前記外装缶内に収納され、正
   極、セパレータおよび負極からなる電極体と、前記外装
   缶内に収容された非水電解液と、前記外装缶の上端開口
   部に絶縁ガスケットにより気密にカシメ固定された防爆
   機能および端子を兼ねる封口蓋群とを具備した非水電解
   液電池において、 前記封口蓋群は、前記電極体と対向して配置されたガス
   抜き穴を有する内部蓋体と、前記内部蓋体上に配置され
   た弁膜と、前記弁膜を含む前記内部蓋体上に配置された
   ガス抜き穴を有するた内側絶縁パッキング層と、前記パ
   ッキング層上に周縁部が配置され、前記内部蓋体周縁お
   よび前記パッキング層の周縁部をそれぞれ内側に折り曲
   げて形成した環状部分により挟持されたガス抜き穴を有
   する帽子形の外部蓋体と、一端が前記内部蓋体と前記パ
   ッキング層の間に挟持され、他端が前記パッキング層の
   前記ガス抜き穴を通して前記パッキング層と前記外部蓋
   体の間に延出して挟持された電流遮断リードとを備える
   ことを特徴とする非水電解液電池。