JPH06231749A - 蓄電素子 - Google Patents

蓄電素子

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JPH06231749A
JPH06231749A JP5044658A JP4465893A JPH06231749A JP H06231749 A JPH06231749 A JP H06231749A JP 5044658 A JP5044658 A JP 5044658A JP 4465893 A JP4465893 A JP 4465893A JP H06231749 A JPH06231749 A JP H06231749A
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Hisashi Tsukamoto
寿 塚本
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Japan Storage Battery Co Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/106—PTC
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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  • Secondary Cells (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】短絡時に電極集電体と電極層との間の電気抵抗
が増大し短絡電流を抑制し、短絡に起因する発熱による
蓄電素子の爆発、炎上を防止する。 【構成】正の温度抵抗係数を有する熱敏感性抵抗体を主
成分とする層が電極集電体の表面に形成され、その上に
電気エネルギーを蓄積する電極層が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄電素子に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】電気自動車の実用化や新しい
ポータブル機器の開発のために、高エネルギー密度の蓄
電素子が強く望まれている。このような蓄電素子として
は、従来の鉛電池やNi-Cd 電池の高容量化品およびNi-M
H 電池、大容量コンデンサー、リチウム電池等がある。
ここでいうリチウム電池とは、正極活物質に二酸化マン
ガン、リチウムマンガンスピネル、リチウムコバルト酸
化物、リチウムニッケル酸化物などの遷移金属酸化物、
もしくは塩化チオニル、SO2 などの硫化物を用い、負極
活物質に金属リチウム、リチウム合金もしくはリチウム
を吸蔵放出する炭素材料を用いたものである。
【０００３】これらの新開発の高性能、高容量蓄電素子
は、きわめてエネルギー密度が高い点で優れているが、
その反面誤って短絡すると大きな熱量を発生し、蓄電素
子が破裂、炎上するという安全上の問題があった。
【０００４】この問題を解決するために、従来はサーミ
スターもしくは温度ヒューズなどの安全素子を蓄電素子
と直列接続する方法、または、蓄電素子内の電池端子と
電気エネルギーを蓄積する電極とを上記の安全素子を介
して電気的に接続する方法が用いられてきた。しかし、
これらな方法では、たとえばセパレーターの溶断や電極
の膨潤や振動によるずれによって蓄電素子内部で電極同
士が直接接触して内部短絡した場合に短絡電流を効果的
に抑制することができない。このため、高エネルギー密
度の蓄電素子は、安全化が非常に難しく、特に大型の高
エネルギー型蓄電素子を実用化することは極めて困難で
あった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、正の温度抵抗
係数を有する熱敏感性抵抗体を主成分とする層を電極集
電体の表面に形成し、その上に電気エネルギーを蓄積す
る電極層を形成したことを特長とする蓄電素子を用いる
ことで上記問題点を解決するものである。
【０００６】
【作用】本発明の蓄電素子では、素子をあやまって短絡
し大電流が流れ温度が上昇すると、正の温度抵抗係数を
有する熱敏感性抵抗体を主成分とする層の抵抗値が急激
に増大して集電体と電極層との間の抵抗値を電極全面に
わたって増大させる。この結果、電極層のエネルギーが
一気に開放されることがない。この様な効果は、蓄電素
子が外部短絡した場合でも内部短絡した場合でも同様に
発現する。したがって、本発明の蓄電素子は、高エネル
ギー化した場合の安全性を著しく向上できるものであ
る。
【０００７】
【実施例】正の温度抵抗係数を有する熱敏感性抵抗体と
しては、たとえば BaTiO3 がある。 BaTiO3 は、10-12
Ωcm程度の高い抵抗率を有する絶縁体であるが、Baもし
くはTi格子に不純物陽イオンを導入すると抵抗率が10〜
10-3Ωcm程度に低下する。すなわち、Ba2+に対してLa3+
などの希土類元素を、Ti4+に対してTa5+やNb5+を置換す
るとTi4+の一部がTi3+になり過剰電子キャリアを生じて
Ｎ型半導体となり同時に異常な温度抵抗特性を示すPTC
サーミスタとなる。
【０００８】サーミスタとは、熱敏感性抵抗体(Thermal
Sensitive Resistor)のことで、温度によって抵抗値が
著しく変化する特性を有している。上記のように合成さ
れたBaTiO3 系サーミスタは、正の温度係数を有し室温
では半導体特性を有するが、度が上昇すると、たとえば
１５０℃近辺から抵抗値が１０8 Ωｃｍ程度にまで急激
に増大する。このような現象をＰＴＣ特性(Positive Te
mperature Coefficient)という。
【０００９】BaTiO3 系PTC サーミスタは、ヒステリシ
スが少なく可逆性に優れている。そのうえ、化学的に安
定なので本発明の蓄電素子のように電極集電体と電極層
との間に介在させても分解や性能低下の心配が無い。
【００１０】BaTiO3 系PTC サーミスタにおいては、Na,
K,Cs,Rb,Ag,Li,Ti,Mn,Fe など種々の添加物がPTC 特性
に及ぼす影響や焼結条件、合成時の雰囲気などの影響に
ついて非常に多く研究されている。しかし、その作動原
理は、まだ完全に説明されていない。
【００１１】以下に、好適な実施例を用いて本発明を説
明する。
【００１２】まず、本発明の蓄電素子がリチウム電池で
ある場合について述べる。本発明の電池（Ａ）を次のよ
うに試作した。電池（Ａ）は、厚み（Ｄ）が７．５ｍ
ｍ、幅（Ｗ）が４０ｍｍ、長さ（Ｈ）が４８ｍｍの角型
リチウム二次電池である。
【００１３】正極活物質にはリチウムマンガンスピネル
（LiMn2 O4 、平均粒径５μｍ）、負極活物質には人造
黒鉛（平均粒径２５μｍ）を使用した。正極活物質（８
８重量部）、導電助材のケッチェンブラック（２重量
部）と結着剤のポリフッ化ビニリデン粉末（１０重量
部）とをＮーメチルピロリドン中で混合して正極ペース
トを試作した。負極活物質（９０重量部）と結着剤のポ
リフッ化ビニリデン粉末（１０重量部）とをＮーメチル
ピロリドン中で混合して負極ペーストを製作した。
【００１４】正の温度抵抗係数を有する熱敏感性抵抗体
の粉末（たとえば BaTiO3 のBaまたはTi格子側にLa,Nb
もしくはTaなどの不純物陽イオンを導入した平均粒径３
μｍのセラミックス粉末，９５重量部）と結着剤のポリ
フッ化ビニリデン粉末（５重量部）とをＮーメチルピロ
リドン中で混合してＰＴＣペーストを製作した。
【００１５】電極集電体は、５０μｍのアルミニウム板
１（正極）もしくは同厚さの銅板２（負極）を用いた。
前記のＰＴＣペーストをグラビア印刷方式で電極集電体
に片面厚さが２０μｍになるように両面に塗布してＰＴ
Ｃ層３を形成した。さらに、その上に正極ペーストもし
くは負極ペーストを片面厚さ８０μｍに両面塗布して正
極活物質層４および負極活物質層５を試作した。これら
の帯状の電極と微多孔膜セパレータ６とを楕円状に巻回
して図１に示すような電極群７を形成した。
【００１６】前記電極群７に設けた電極端子８を短絡防
止板９を介して図２に示す様に電池端子１０に接続され
た集電片１１と接続した。電池ケース１２および電池ケ
ース蓋板１３は、クロム酸処理後両面に１５μｍのポリ
オレフィンフィルムでコーティングされた鋼板（厚み
０．２２ｍｍ）を絞り加工して製作した。この電池は、
電解液を注入後かしめ方式により封口した。
【００１７】電解液には、エチレンカーボネート、ジメ
チルカーボネートとジエチルカーボネートとを２：２：
１の体積比で混合した溶媒に、六フッ化燐酸リチウムを
１モル／リットル溶解させたものを用いた。
【００１８】上記実施例では正極活物質としてリチウム
マンガンスピネルを用いた場合を示したが、本発明をリ
チウム電池に適用した場合には、正極活物質は基本的に
限定されず、例えばリチウムコバルト複合酸化物、二硫
化チタン、二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化
物、五酸化バナジウムおよび三酸化モリブデンなど種々
のものを用いてよい。また、負極活物質も基本的に限定
されず、たとえば純リチウム、リチウム合金などを用い
てもよい。さらに、電解質も基本的に限定されず、たと
えば有機溶媒として非プロトン溶媒であるエチレンカー
ボネイトなどの環状エステル類およびテトラハイドロフ
ラン，ジオキソランなどのエーテル類を単独もしくは２
種以上を混合した溶媒を用い、支持電解質に LiAsF6 ，
LiPF6 ，LiSO3 などを１種または混合して用いればよ
い。固体電解質としては、リチウムイオン導電性で電気
絶縁性のものであれば何を用いてもよい。代表的なもの
として、ポリエチレンオキサイドやβアルミナがあげら
れる。
【００１９】なお、電池（Ａ）は、角型電池であるが、
円筒型、長円型、その他の異形電池に本発明を適用して
もよい。また、本発明を鉛電池やNi-Cd 電池、ニッケル
水素電池に適用してもよい。
【００２０】つぎに、本発明の蓄電素子が高容量電気二
重層コンデンサーの場合は、電極物質が両極とも活性炭
（たとえば椰子殻活性炭）である点、電極集電体の材質
がアルミニウムである点、電解液が４級アンモニウム塩
（たとえば N(C2 H5 ) 4 BF4 /PC ）である点などが実
施例の電池（Ａ）と異なっている。しかし、正の温度抵
抗係数を有する熱敏感性抵抗体を主成分とする層を電極
集電体上に形成する点では同一である。コンデンサーの
場合においても、大きさや外観形状は基本的に限定され
ない。
【００２１】ＰＴＣサーミスターとしては、他にポリマ
ー材料と炭素材料を混合したものもある。この薄膜を電
極集電体に張り付けてその上に電極層を形成しても本発
明の効果は得られる。
【００２２】
【発明の効果】本発明の蓄電素子は、短絡時に電極集電
体と電極層との間の電気抵抗が増大し短絡電流を抑制す
るので、短絡に起因する発熱によって蓄電素子が爆発、
炎上することを防止できる。特に本発明の蓄電素子は、
外部短絡時にも内部短絡時にも内部抵抗が効果的に増大
するので、高エネルギー密度かつ大型の蓄電素子を実用
化する際に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄電素子がリチウム二次電池である場
合の電極群を示した図。
【図２】本発明の蓄電素子がリチウム二次電池である場
合の電極群を電池ケースに収納する状態を示した図。
【符号の説明】
１ 正極 ２ 負極 ３ ＰＴＣ層 ４ 正極活物質層 ５ 負極活物質層 ６ セパレータ ７ 電極群

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】正の温度抵抗係数を有する熱敏感性抵抗体
    を主成分とする層が電極集電体の表面に形成され、その
    上に電気エネルギーを蓄積する電極層が形成されている
    ことを特長とする蓄電素子。
JP5044658A 1993-02-08 1993-02-08 蓄電素子 Pending JPH06231749A (ja)

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