JPH06325796A - 過充電の際に起動する遮断装置を備えた電池 - Google Patents
過充電の際に起動する遮断装置を備えた電池Info
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- JPH06325796A JPH06325796A JP6068719A JP6871994A JPH06325796A JP H06325796 A JPH06325796 A JP H06325796A JP 6068719 A JP6068719 A JP 6068719A JP 6871994 A JP6871994 A JP 6871994A JP H06325796 A JPH06325796 A JP H06325796A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 過充電の際に確実に動作する安全遮断装置を
有する電池を得る。 【構成】 Ｌｉx ＭＯ2 からなり、該式においてｘが
１．１以下であり、ＭがＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎまたはこれら
の組み合わせからなる正極と、（ｂ）炭素質負極と、
（ｃ）１つ以上の非水有機溶媒に溶解した１つ以上のリ
チウム塩からなる電解液とからなり、過充電の際に負極
に析出する金属リチウムによって生じる液圧の増加によ
って起動される遮断装置とを備えた再充電性電池。 【効果】 気体圧力の増加で起動するものに比べて安
全、確実に動作する。
有する電池を得る。 【構成】 Ｌｉx ＭＯ2 からなり、該式においてｘが
１．１以下であり、ＭがＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎまたはこれら
の組み合わせからなる正極と、（ｂ）炭素質負極と、
（ｃ）１つ以上の非水有機溶媒に溶解した１つ以上のリ
チウム塩からなる電解液とからなり、過充電の際に負極
に析出する金属リチウムによって生じる液圧の増加によ
って起動される遮断装置とを備えた再充電性電池。 【効果】 気体圧力の増加で起動するものに比べて安
全、確実に動作する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、過充電の際に起動する
遮断安全装置が組み込まれた新規な電池に関する。より
詳しく言うと、本発明は、電池の過充電の際の固体の容
積の増加により液圧起動される遮断安全装置が組み込ま
れた新規な電池構造に関する。
遮断安全装置が組み込まれた新規な電池に関する。より
詳しく言うと、本発明は、電池の過充電の際の固体の容
積の増加により液圧起動される遮断安全装置が組み込ま
れた新規な電池構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ロッキングチェア理論と称されるリチウ
ムイオンを利用した新しい種類の再充電性電池が、カム
コーダ、携帯電話、携帯コンピュータなどの電源のよう
な消費用途の分野において市場に参入している。かかる
電池を構成する単位電池は、３Ｖ以上の高い動作電圧、
エネルギ密度およびサイクル寿命に関して、競合する装
置をしのぐ利点を有している。しかしながら、全ての貯
蔵エネルギ装置と同様に、正しく使用しない場合には問
題を生じることが知られている。かかるリチウムイオン
電池では、推奨されている充電電圧をはるかに越える程
度まで過充電された場合に、発火の問題が生じる。この
ような状況においては、電池は、何らかの安全装置が組
み込まれていないと、昇温し、孔があき、発火が起こ
る。リチウム再充電性電池は、ある再充電状態では安全
性が損なわれる。充電器の制御は保護を与えるためには
有効であるが、電池は、別の保護手段として内部圧によ
り起動される遮断装置を内蔵することができる。過充電
の際の特定の位置において遮断装置を起動させることが
できる信頼のおける手段が待望されている。過充電の際
に発生する気体を使用することができ、これまでもいろ
いろ説明されてきた。
ムイオンを利用した新しい種類の再充電性電池が、カム
コーダ、携帯電話、携帯コンピュータなどの電源のよう
な消費用途の分野において市場に参入している。かかる
電池を構成する単位電池は、３Ｖ以上の高い動作電圧、
エネルギ密度およびサイクル寿命に関して、競合する装
置をしのぐ利点を有している。しかしながら、全ての貯
蔵エネルギ装置と同様に、正しく使用しない場合には問
題を生じることが知られている。かかるリチウムイオン
電池では、推奨されている充電電圧をはるかに越える程
度まで過充電された場合に、発火の問題が生じる。この
ような状況においては、電池は、何らかの安全装置が組
み込まれていないと、昇温し、孔があき、発火が起こ
る。リチウム再充電性電池は、ある再充電状態では安全
性が損なわれる。充電器の制御は保護を与えるためには
有効であるが、電池は、別の保護手段として内部圧によ
り起動される遮断装置を内蔵することができる。過充電
の際の特定の位置において遮断装置を起動させることが
できる信頼のおける手段が待望されている。過充電の際
に発生する気体を使用することができ、これまでもいろ
いろ説明されてきた。
【０００３】大石等の発明に係るソニー社の米国特許明
細書第４，９４３，４９７号には、かかる電池における
過充電に関する問題が説明されているとともに、保護の
方法が提供されている。内部スイッチあるいは遮断装置
が組み込まれ、過充電の際の適宜の点において電池の回
路を開くのに使用される。電池の内部圧の上昇を利用し
て、装置を起動させる。電圧の上昇による正極における
電解液の分解により生ずる気体は、圧力発生手段として
使用される。
細書第４，９４３，４９７号には、かかる電池における
過充電に関する問題が説明されているとともに、保護の
方法が提供されている。内部スイッチあるいは遮断装置
が組み込まれ、過充電の際の適宜の点において電池の回
路を開くのに使用される。電池の内部圧の上昇を利用し
て、装置を起動させる。電圧の上昇による正極における
電解液の分解により生ずる気体は、圧力発生手段として
使用される。
【０００４】上記した米国特許には、防爆弁を有する電
池が開示されており、この弁は、電池の内部圧が上昇し
たときに変形して、弁と電池に内蔵された発電要素を接
続しているリード線を遮断している。充電電流の供給
は、電池の内部圧が異常に上昇したときに遮断され、適
宜の正極活物質を選択することにより、内部圧を徐々に
増加させることができる。
池が開示されており、この弁は、電池の内部圧が上昇し
たときに変形して、弁と電池に内蔵された発電要素を接
続しているリード線を遮断している。充電電流の供給
は、電池の内部圧が異常に上昇したときに遮断され、適
宜の正極活物質を選択することにより、内部圧を徐々に
増加させることができる。
【０００５】米国特許明細書第４，９４３，４９７号に
開示されている電池構造体は、過充電の際に内部的に十
分に保護される商業上有用な製品を作ることができると
いう点においては極めて良好に動作する。遮断装置を起
動する気体発生機構は、電池の電圧、温度および時間に
依存している。気体発生の速度は一定ではないが、電池
の電圧および温度とともに大きくなる。実際に電池を使
用する場合に特に重要なことは、気体の発生が、所定の
電圧および温度においては時間の経過にともなって継続
するということである。かくして、気体の発生により、
過充電の際に電池の安全な動作の停止を確保することが
必要となるが、通常の操作の際には長引く気体の発生を
避けなければならない。気体の発生を避けることができ
ないと、気体分解生成物が時間の経過にともなって蓄積
し、気体の圧力が上昇するので、遮断装置は正常な使用
の際に作動してしまう可能性がある。
開示されている電池構造体は、過充電の際に内部的に十
分に保護される商業上有用な製品を作ることができると
いう点においては極めて良好に動作する。遮断装置を起
動する気体発生機構は、電池の電圧、温度および時間に
依存している。気体発生の速度は一定ではないが、電池
の電圧および温度とともに大きくなる。実際に電池を使
用する場合に特に重要なことは、気体の発生が、所定の
電圧および温度においては時間の経過にともなって継続
するということである。かくして、気体の発生により、
過充電の際に電池の安全な動作の停止を確保することが
必要となるが、通常の操作の際には長引く気体の発生を
避けなければならない。気体の発生を避けることができ
ないと、気体分解生成物が時間の経過にともなって蓄積
し、気体の圧力が上昇するので、遮断装置は正常な使用
の際に作動してしまう可能性がある。
【０００６】実際に、電解液と正極物質の正しい選択に
関する要件を満足させることができる。しかしながら、
これらの要件は、コスト、複雑性、エネルギ密度などの
ような別の理由により有利である選択を妨害する。更
に、気体の発生が、その他の点で完全に密閉された電池
において継続する場合には、遮断機能の最大寿命が制限
を受ける。
関する要件を満足させることができる。しかしながら、
これらの要件は、コスト、複雑性、エネルギ密度などの
ような別の理由により有利である選択を妨害する。更
に、気体の発生が、その他の点で完全に密閉された電池
において継続する場合には、遮断機能の最大寿命が制限
を受ける。
【０００７】上記した大石らの米国特許明細書には、過
充電の際に十分な気体の発生が行なわれるようにした正
極活性物質の組み合わせを使用して、過充電に対して安
全な遮断を行なうようにした電池が開示されている。こ
の米国特許に説明されている実施例においては、１００
％ＬｉＣｏＯ2 からなる正極を備えて構成された電池だ
けが、過充電の際に９０％の故障を経験しており、説明
されている条件の下では、１００％ＬｉＣｏＯ2 の正極
を使用して満足のいく電池をつくることができなかっ
た。
充電の際に十分な気体の発生が行なわれるようにした正
極活性物質の組み合わせを使用して、過充電に対して安
全な遮断を行なうようにした電池が開示されている。こ
の米国特許に説明されている実施例においては、１００
％ＬｉＣｏＯ2 からなる正極を備えて構成された電池だ
けが、過充電の際に９０％の故障を経験しており、説明
されている条件の下では、１００％ＬｉＣｏＯ2 の正極
を使用して満足のいく電池をつくることができなかっ
た。
【０００８】本出願人による特願平５−１９７０５０号
（米国特許出願第９２７，８２４号）には、改良された
電池遮断装置が開示されている。この電池は、電流の流
れを阻止する電流遮断手段を備えている。電流遮断手段
は、危険な爆発が電池内で生ずるのを防止する破裂可能
な出口を有している。電流遮断手段は、第１の所定の圧
力を越える圧力が作用すると動作を行なう。破裂可能な
ベントは、ダイヤフラムに直接作用する圧力が、第１の
所定の圧力を越える第２の所定の圧力を越えて印加され
ると動作を行なう。
（米国特許出願第９２７，８２４号）には、改良された
電池遮断装置が開示されている。この電池は、電流の流
れを阻止する電流遮断手段を備えている。電流遮断手段
は、危険な爆発が電池内で生ずるのを防止する破裂可能
な出口を有している。電流遮断手段は、第１の所定の圧
力を越える圧力が作用すると動作を行なう。破裂可能な
ベントは、ダイヤフラムに直接作用する圧力が、第１の
所定の圧力を越える第２の所定の圧力を越えて印加され
ると動作を行なう。
【０００９】また、特開平６４−２９４３７３号公報に
は、遮断装置を備えた電池の空隙構成が開示されてい
る。この電池は、（ａ）仮焼された有機体からなる負極
と、（ｂ）Ｌｉx ＭＯ2 （ＭはＣｏおよびＮｉの少なく
とも１種を示し、ｘは０．０５以上で１．１０以下であ
る）を含む正極と、（ｃ）電解質溶液とを収容する容器
から構成されている。電池は、１Ａｈあたり０．３ｃｃ
以上の容積を有する空間を有している。
は、遮断装置を備えた電池の空隙構成が開示されてい
る。この電池は、（ａ）仮焼された有機体からなる負極
と、（ｂ）Ｌｉx ＭＯ2 （ＭはＣｏおよびＮｉの少なく
とも１種を示し、ｘは０．０５以上で１．１０以下であ
る）を含む正極と、（ｃ）電解質溶液とを収容する容器
から構成されている。電池は、１Ａｈあたり０．３ｃｃ
以上の容積を有する空間を有している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、リチウムイ
オン電池の過充電の際に電池内の電気的接続を安全確実
に遮断することができる遮断装置を有する電池を提供す
ることを課題とするものである。
オン電池の過充電の際に電池内の電気的接続を安全確実
に遮断することができる遮断装置を有する電池を提供す
ることを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、過充電の際に
生ずる固形分の固有の正味の容積増加を利用して、電流
遮断安全装置を起動させる再充電性安全電池構造体に関
し、過充電の際に起動する遮断安全装置を備えた電池に
おいて、（ａ）式Ｌｉx ＭＯ2 を有し、該式においてｘ
は１．１以下であり、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎまたはこれ
らの組み合わせである正極と、（ｂ）炭素質負極と、
（ｃ）１つ以上の非水有機溶媒に溶解した１つ以上のリ
チウム塩からなる電解液と、（ｄ）過充電の際に液圧に
より起動される遮断安全装置とを備えた電池である。
生ずる固形分の固有の正味の容積増加を利用して、電流
遮断安全装置を起動させる再充電性安全電池構造体に関
し、過充電の際に起動する遮断安全装置を備えた電池に
おいて、（ａ）式Ｌｉx ＭＯ2 を有し、該式においてｘ
は１．１以下であり、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎまたはこれ
らの組み合わせである正極と、（ｂ）炭素質負極と、
（ｃ）１つ以上の非水有機溶媒に溶解した１つ以上のリ
チウム塩からなる電解液と、（ｄ）過充電の際に液圧に
より起動される遮断安全装置とを備えた電池である。
【００１２】また、遮断装置がセルの破壊の前の過度の
過充電の際に作動するが通常のフロート充電または高温
での保管の際には作動しないように正極と負極の活物質
の比率、電池内部の空隙容積を設定した前記の電池であ
る。また、過充電の際の負極容量が使い尽くされた後に
めっきされたリチウムの容積が液圧起動に使用される前
記の電池である。正極はＬｉＣｏＯ2 であり、負極はコ
ークス状炭素であり、電解液は等容量のプロピレンカー
ボネートとジエチルカーボネートに溶解した１ＭのＬｉ
ＰＦ6 である前記の電池である。遮断装置は、所定の力
を受けると破裂するダイヤフラムと、ダイヤフラムの上
方に位置して設けられた圧力開放孔を有する蓋体と、ダ
イヤフラムに接続されかつ前記所定の力を受けるとダイ
ヤフラムから分離するとともに正極に対する接続を遮断
するようになっている板から構成されている前記の電池
である。
過充電の際に作動するが通常のフロート充電または高温
での保管の際には作動しないように正極と負極の活物質
の比率、電池内部の空隙容積を設定した前記の電池であ
る。また、過充電の際の負極容量が使い尽くされた後に
めっきされたリチウムの容積が液圧起動に使用される前
記の電池である。正極はＬｉＣｏＯ2 であり、負極はコ
ークス状炭素であり、電解液は等容量のプロピレンカー
ボネートとジエチルカーボネートに溶解した１ＭのＬｉ
ＰＦ6 である前記の電池である。遮断装置は、所定の力
を受けると破裂するダイヤフラムと、ダイヤフラムの上
方に位置して設けられた圧力開放孔を有する蓋体と、ダ
イヤフラムに接続されかつ前記所定の力を受けるとダイ
ヤフラムから分離するとともに正極に対する接続を遮断
するようになっている板から構成されている前記の電池
である。
【００１３】正極、負極および電解液を有する再充電性
電池の危険な過充電を防止する方法であって、過充電が
起こると増加する正味の固形分による液圧の増大により
起動されて正極または負極を電気的に遮断する遮断装置
を電池に組み込む工程を備える過充電防止方法である。
正極はＬｉx ＭＯ2 であり、該式においてｘは１．１以
下であり、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎおよびこれらの組み合
わせよりなる群から選ばれ、負極は炭素質材料であり、
電解液は１つ以上の非水有機溶媒に溶解した１つ以上の
リチウム塩である前記の過充電防止方法である。遮断装
置が電池の破壊の前の過度の過充電の際に作動するが通
常のフロート充電または高温での保管の際には作動しな
いように正極と負極の活物質の比率、電池内部の空隙容
積を設定した前記の過充電防止方法である。
電池の危険な過充電を防止する方法であって、過充電が
起こると増加する正味の固形分による液圧の増大により
起動されて正極または負極を電気的に遮断する遮断装置
を電池に組み込む工程を備える過充電防止方法である。
正極はＬｉx ＭＯ2 であり、該式においてｘは１．１以
下であり、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎおよびこれらの組み合
わせよりなる群から選ばれ、負極は炭素質材料であり、
電解液は１つ以上の非水有機溶媒に溶解した１つ以上の
リチウム塩である前記の過充電防止方法である。遮断装
置が電池の破壊の前の過度の過充電の際に作動するが通
常のフロート充電または高温での保管の際には作動しな
いように正極と負極の活物質の比率、電池内部の空隙容
積を設定した前記の過充電防止方法である。
【００１４】過充電の際の負極容量が使い尽くされた後
のめっきされたリチウムの容積が液圧起動に使用される
前記の過充電防止方法である。
のめっきされたリチウムの容積が液圧起動に使用される
前記の過充電防止方法である。
【００１５】正極はＬｉＣｏＯ2 であり、負極はコーク
ス状炭素であり、電解液は等容量のプロピレンカーボネ
ートとジエチルカーボネートに溶解した１ＭのＬｉＰＦ
6 である前記の過充電防止方法である。すなわち、商業
的に入手することができるようなリチウムイオン再充電
性電池は、過充電が異常に長時間に亘って、また例え
ば、１時間につき２Ｃの速度のように異常に急速に行な
われると、炎をともなって激しくガスを吹き出す可能性
がある。かかる時間（図１０においては約１／２時間）
の途中で遮断手段が起動すると、電池の遮断が安全に行
なわれる。
ス状炭素であり、電解液は等容量のプロピレンカーボネ
ートとジエチルカーボネートに溶解した１ＭのＬｉＰＦ
6 である前記の過充電防止方法である。すなわち、商業
的に入手することができるようなリチウムイオン再充電
性電池は、過充電が異常に長時間に亘って、また例え
ば、１時間につき２Ｃの速度のように異常に急速に行な
われると、炎をともなって激しくガスを吹き出す可能性
がある。かかる時間（図１０においては約１／２時間）
の途中で遮断手段が起動すると、電池の遮断が安全に行
なわれる。
【００１６】負極物質に対する活性正極のモル比として
定義される電池バランスにより、充電の際にリチウムを
含むことができる負極の能力が、最終的に使い尽くされ
る場合がある。更に充電を行なうと、低密度金属リチウ
ムによるめっきを開始する。したがって、充電および過
充電の際に固形分容積の正味の増加が多くの場合に生
じ、負極容積の増加は多くの場合正極容積の減少に比べ
て大きく、リチウムのめっきが行なわれるので、一層顕
著な容積の増加が起こる。集成された電池の電池バラン
ス、絶対電極量および空隙容量を適宜選択することによ
り、過充電における所望の点で遮断装置を起動させる
が、通常の作動温度範囲および長期間の保管においては
遮断装置を起動させない電池を得ることができる。
定義される電池バランスにより、充電の際にリチウムを
含むことができる負極の能力が、最終的に使い尽くされ
る場合がある。更に充電を行なうと、低密度金属リチウ
ムによるめっきを開始する。したがって、充電および過
充電の際に固形分容積の正味の増加が多くの場合に生
じ、負極容積の増加は多くの場合正極容積の減少に比べ
て大きく、リチウムのめっきが行なわれるので、一層顕
著な容積の増加が起こる。集成された電池の電池バラン
ス、絶対電極量および空隙容量を適宜選択することによ
り、過充電における所望の点で遮断装置を起動させる
が、通常の作動温度範囲および長期間の保管においては
遮断装置を起動させない電池を得ることができる。
【００１７】本発明は、固形分の容積の正味の増加を利
用して遮断装置を起動させる再充電性安全電池に関す
る。これは、気体の分解により起動される先行技術の装
置に対して重要な改良となるものである。分解は通常の
電池動作の際にはある程度まで起こり、その速度は高温
でのフロート充電の際に最大となるので、信頼性が得ら
れる。かくして、時間と電池の履歴が、気体バックグラ
ウンドに影響を及ぼす。これに対して、固形分の容積
は、主として、充電状態の関数であり、時間あるいは電
池の履歴によっては影響を受けない。かくして、通常の
状態と過度の過充電状態の双方において、信頼性を改善
することができる。更に、所定の電池履歴の場合におい
ても、保護のためには十分にガス抜きが行なわれるが、
通常の使用の際には適度に行なうことができるように、
分解を行なわせることは困難である。
用して遮断装置を起動させる再充電性安全電池に関す
る。これは、気体の分解により起動される先行技術の装
置に対して重要な改良となるものである。分解は通常の
電池動作の際にはある程度まで起こり、その速度は高温
でのフロート充電の際に最大となるので、信頼性が得ら
れる。かくして、時間と電池の履歴が、気体バックグラ
ウンドに影響を及ぼす。これに対して、固形分の容積
は、主として、充電状態の関数であり、時間あるいは電
池の履歴によっては影響を受けない。かくして、通常の
状態と過度の過充電状態の双方において、信頼性を改善
することができる。更に、所定の電池履歴の場合におい
ても、保護のためには十分にガス抜きが行なわれるが、
通常の使用の際には適度に行なうことができるように、
分解を行なわせることは困難である。
【００１８】本発明では、気体状分解生成物は、起動動
作に必要とはされないので、一層広範囲に亘って電池を
選択することができる。本発明は、リチウムイオン再充
電性電池に直接適用されているが、この種の電池に基本
的に限定されるものではない。
作に必要とはされないので、一層広範囲に亘って電池を
選択することができる。本発明は、リチウムイオン再充
電性電池に直接適用されているが、この種の電池に基本
的に限定されるものではない。
【００１９】本発明は、構成素子の材料の特性、特に、
温度およびリチウム化、すなわち充電状態の関数として
支配される容積に基づいて、リチウムイオン型電池の遮
断装置を起動させるようになっている。したがって、気
体の発生は必要とはされない。電池の寿命は、電解液の
分解を最小とすることにより最大にすることができる。
更に、時間は、遮断装置の起動機構において重要な因子
とはならないので、電解液および正極を選択する場合に
広範囲に亘って選択を行なうことができる。
温度およびリチウム化、すなわち充電状態の関数として
支配される容積に基づいて、リチウムイオン型電池の遮
断装置を起動させるようになっている。したがって、気
体の発生は必要とはされない。電池の寿命は、電解液の
分解を最小とすることにより最大にすることができる。
更に、時間は、遮断装置の起動機構において重要な因子
とはならないので、電解液および正極を選択する場合に
広範囲に亘って選択を行なうことができる。
【００２０】本発明に係る電池は、双方の活性電極材料
にインターカレート化合物を使用して構成されている。
式Ｌｉx ＭＯ2 を有し、該式においてＸ＜１．１であ
り、Ｍは１つ以上の遷移金属である化合物が正極として
使用され、一方、コークス、グラファイト、ピッチなど
のような炭素質材料が負極として使用される。これらの
材料は、主として１〜５０μｍの範囲の粒度を有する粉
末の形態で使用され、適宜の結合剤を使用して集電基体
に結合される。電気接続を形成するため、一般に導電性
希釈剤およびグラファイトまたはカーボンブラックが、
活性電極材料およびバインダと混合される。
にインターカレート化合物を使用して構成されている。
式Ｌｉx ＭＯ2 を有し、該式においてＸ＜１．１であ
り、Ｍは１つ以上の遷移金属である化合物が正極として
使用され、一方、コークス、グラファイト、ピッチなど
のような炭素質材料が負極として使用される。これらの
材料は、主として１〜５０μｍの範囲の粒度を有する粉
末の形態で使用され、適宜の結合剤を使用して集電基体
に結合される。電気接続を形成するため、一般に導電性
希釈剤およびグラファイトまたはカーボンブラックが、
活性電極材料およびバインダと混合される。
【００２１】図１は、本発明に係る特定の電池構造体を
示す断面図である。図１に示すように、ニッケルめっき
鋼から形成される電池容器３が、頂部にヘッダ集成体１
を備えている。ヘッダ集成体１と容器３は、シール１０
により封止されている。第１の絶縁円盤２がシール１０
とヘッダ集成体１のすぐ下に画定されている細径部１１
の直下に配置されている。第２の絶縁円盤７が、容器３
の底部に配置されている。図３に関して以下において説
明するように構成されているゼリーロール集成体４が、
電池容器３の内容積のほとんどを占めている。正極タブ
５は、電池容器３の中央領域を垂直方向に延びるように
図示されている。負極タブ５が、電池容器３の外部領域
を垂直方向に延びるように図示されている。上部の水平
方向に延びる破線１２は、負極の上縁を示す。上部の水
平方向に延びる破線１３は、正極の上縁を示す。
示す断面図である。図１に示すように、ニッケルめっき
鋼から形成される電池容器３が、頂部にヘッダ集成体１
を備えている。ヘッダ集成体１と容器３は、シール１０
により封止されている。第１の絶縁円盤２がシール１０
とヘッダ集成体１のすぐ下に画定されている細径部１１
の直下に配置されている。第２の絶縁円盤７が、容器３
の底部に配置されている。図３に関して以下において説
明するように構成されているゼリーロール集成体４が、
電池容器３の内容積のほとんどを占めている。正極タブ
５は、電池容器３の中央領域を垂直方向に延びるように
図示されている。負極タブ５が、電池容器３の外部領域
を垂直方向に延びるように図示されている。上部の水平
方向に延びる破線１２は、負極の上縁を示す。上部の水
平方向に延びる破線１３は、正極の上縁を示す。
【００２２】下部の水平方向に延びる破線１４は、正極
の下縁を示す。下部の水平方向に延びる破線は１５、負
極の下縁を示す。電解液８は、電池容器３の内部の電解
液を示している。垂直方向に延びるスペーサ９が、破線
により電池容器の中央領域に示されている。
の下縁を示す。下部の水平方向に延びる破線は１５、負
極の下縁を示す。電解液８は、電池容器３の内部の電解
液を示している。垂直方向に延びるスペーサ９が、破線
により電池容器の中央領域に示されている。
【００２３】図２は、本発明の電池構造体において使用
されるヘッダ集成体１を詳細に示す断面図である。図２
に示すように、外部の金属蓋体１６は、導電性ダイヤフ
ラム１７により周囲がかしめられている。ダイヤフラム
１７は、本実施例の場合にはアルミニウムのような正極
適合材料から構成しなければならない。薄肉の溝付領域
がダイヤフラム１７に形成され、十分な物理的な力が印
加されたときに破裂するようになっている。かくして、
ダイヤフラム１７は、圧力開放弁として作用する。蓋体
１６は、典型的には、ステンレス鋼から構成され、圧力
開放弁が作動した場合に気体および／または液体を放出
することができるように、ある種の開放孔２５を有して
いる。
されるヘッダ集成体１を詳細に示す断面図である。図２
に示すように、外部の金属蓋体１６は、導電性ダイヤフ
ラム１７により周囲がかしめられている。ダイヤフラム
１７は、本実施例の場合にはアルミニウムのような正極
適合材料から構成しなければならない。薄肉の溝付領域
がダイヤフラム１７に形成され、十分な物理的な力が印
加されたときに破裂するようになっている。かくして、
ダイヤフラム１７は、圧力開放弁として作用する。蓋体
１６は、典型的には、ステンレス鋼から構成され、圧力
開放弁が作動した場合に気体および／または液体を放出
することができるように、ある種の開放孔２５を有して
いる。
【００２４】ダイヤフラム１７はまた、臨界溶接部１９
によりアルミニウム板１８に電気的に接続されている。
電気絶縁ガスケット２０が、プレート１８をダイヤフラ
ムに対して位置決めしている。ガスケット２０は、正極
側のヘッダ集成体２を負極側の容器３から電気的に分離
している。更に、ガスケット２０は、電池の内容物と外
部環境との間にシールを提供するのに使用されている。
によりアルミニウム板１８に電気的に接続されている。
電気絶縁ガスケット２０が、プレート１８をダイヤフラ
ムに対して位置決めしている。ガスケット２０は、正極
側のヘッダ集成体２を負極側の容器３から電気的に分離
している。更に、ガスケット２０は、電池の内容物と外
部環境との間にシールを提供するのに使用されている。
【００２５】正極タブ５（図１および３参照）は、臨界
溶接部１９以外の部位でアルミニウム板１８に取り付け
られている。アルミニウム板１８には孔２６が形成さ
れ、液体および／または気体が孔を介して流れてダイヤ
フラム１７に物理的な力を印加することができるように
している。アルミニウム板１８は、ガスケット２０に対
して所定の位置に有効に固定されている。孔２６を介し
てダイヤフラム１７に十分な内部の力が印加されると、
臨界溶接部１９が破壊する。次いで、ダイヤフラム１７
は自由となり、アルミニウム板１８から上方へ離隔する
ように動く。これにより、外側の蓋体１６とアルミニウ
ム板１８との間の電気通路が破断され、圧力遮断作用が
得られる。
溶接部１９以外の部位でアルミニウム板１８に取り付け
られている。アルミニウム板１８には孔２６が形成さ
れ、液体および／または気体が孔を介して流れてダイヤ
フラム１７に物理的な力を印加することができるように
している。アルミニウム板１８は、ガスケット２０に対
して所定の位置に有効に固定されている。孔２６を介し
てダイヤフラム１７に十分な内部の力が印加されると、
臨界溶接部１９が破壊する。次いで、ダイヤフラム１７
は自由となり、アルミニウム板１８から上方へ離隔する
ように動く。これにより、外側の蓋体１６とアルミニウ
ム板１８との間の電気通路が破断され、圧力遮断作用が
得られる。
【００２６】図３は、電池を詳細に示す水平横断面図で
ある。正極２１と、負極２２と、セパレータ２３とから
なる螺旋状のゼリーロール構造が示されている。更に、
電池容器３、スペーサ９、正極タブ５および負極タブ６
が示されている。これらの電池は、多くのサイクルにわ
たって大容量の電気エネルギを供給することができる。
かかる特定の構成は、４Ｖまでの迅速充電ないしは２時
間充電後の電池の寿命期間中４００ｍＡ（Ｃ／２）の放
電速度で８００ｍＡｈの容量（１００％ＤＯＤ）を供給
するように定格される。かかる電池の充電器の最大充電
電流は、１．６Ａ（２Ｃ）定格とされた。かくして、こ
れらの試料電池を試験するために、過充電試験は安全な
遮断あるいは電池の破壊が起こるまで一定の２Ｃ定格で
行なわれた。
ある。正極２１と、負極２２と、セパレータ２３とから
なる螺旋状のゼリーロール構造が示されている。更に、
電池容器３、スペーサ９、正極タブ５および負極タブ６
が示されている。これらの電池は、多くのサイクルにわ
たって大容量の電気エネルギを供給することができる。
かかる特定の構成は、４Ｖまでの迅速充電ないしは２時
間充電後の電池の寿命期間中４００ｍＡ（Ｃ／２）の放
電速度で８００ｍＡｈの容量（１００％ＤＯＤ）を供給
するように定格される。かかる電池の充電器の最大充電
電流は、１．６Ａ（２Ｃ）定格とされた。かくして、こ
れらの試料電池を試験するために、過充電試験は安全な
遮断あるいは電池の破壊が起こるまで一定の２Ｃ定格で
行なわれた。
【００２７】遮断装置の液圧起動の所望の結果を得るた
めには、数多くの因子を考慮しなければならない。上記
した説明および以下に記載する実施例においては、遮断
装置の起動を考慮することなく、材料、電極構造および
作動条件の選択を先づ行なった。電池内の空隙の容積を
変えることにより、性能と遮断装置の起動の双方の目的
を簡単に達成することができた。しかしながら、当業者
にとって自明であるように、材料、電極構造および／ま
たは作動条件に関して他の選択を行なう場合には、その
他のパラメータの調整が必要となる。これらのパラメー
タはいずれも独立して変えることはできず、空隙の調整
により簡単に補償することはできないが、全ての可能な
電池構造を包含することにより、負極容量が使い尽くさ
れた後にめっきされたリチウムの容積を使用して遮断装
置の液圧起動を行なうことが本発明の範囲であり、特許
請求の範囲である。
めには、数多くの因子を考慮しなければならない。上記
した説明および以下に記載する実施例においては、遮断
装置の起動を考慮することなく、材料、電極構造および
作動条件の選択を先づ行なった。電池内の空隙の容積を
変えることにより、性能と遮断装置の起動の双方の目的
を簡単に達成することができた。しかしながら、当業者
にとって自明であるように、材料、電極構造および／ま
たは作動条件に関して他の選択を行なう場合には、その
他のパラメータの調整が必要となる。これらのパラメー
タはいずれも独立して変えることはできず、空隙の調整
により簡単に補償することはできないが、全ての可能な
電池構造を包含することにより、負極容量が使い尽くさ
れた後にめっきされたリチウムの容積を使用して遮断装
置の液圧起動を行なうことが本発明の範囲であり、特許
請求の範囲である。
【００２８】本発明に係る電池は一般に、組み立てた状
態では、所定の温度において、最大の内部空隙を有する
状態にある。充電を行なうと、リチウム原子は、正極ホ
ストから負極へ移動させられる。一般には、正味の電極
固形分容積は、この工程において増加する。正極が占め
る容積は、リチウムが取り出されるとしばしば減少する
が、負極により占められる容積はリチウムが挿入される
と増加する。容積の正味の変化は、通常、充電が行なわ
れると正になる。可逆状態に近い状態が、その後の放電
−充電サイクルにおいて存在する。原則的には、この正
味の容積の増加を利用して通常の充電の際の、あるいは
好ましくは過充電の状況にあるときの所望の点において
遮断装置を液圧により起動させる電池構造体を構成する
ことができる。
態では、所定の温度において、最大の内部空隙を有する
状態にある。充電を行なうと、リチウム原子は、正極ホ
ストから負極へ移動させられる。一般には、正味の電極
固形分容積は、この工程において増加する。正極が占め
る容積は、リチウムが取り出されるとしばしば減少する
が、負極により占められる容積はリチウムが挿入される
と増加する。容積の正味の変化は、通常、充電が行なわ
れると正になる。可逆状態に近い状態が、その後の放電
−充電サイクルにおいて存在する。原則的には、この正
味の容積の増加を利用して通常の充電の際の、あるいは
好ましくは過充電の状況にあるときの所望の点において
遮断装置を液圧により起動させる電池構造体を構成する
ことができる。
【００２９】しかしながら、電池は、広い温度範囲にわ
たって使用され、多くの場合、０〜６０℃の温度範囲に
亘って作動することができるものでなければならないこ
とを認識することが重要である。内容物の正味の容積
は、一般に、温度が上昇すると容器の内容積よりも一層
迅速に増大する。したがって、電池を通常の温度上昇状
態で使用するときに液圧によって遮断装置が起動しない
ように構成するのが重要である。実際には、温度がこの
正常な作動範囲を越えて上昇したときの正味の容積の増
加は、充電の際に電極構成素子において見られる正味の
容積の増加と類似したものとなるので、電池性能と遮断
装置の液圧による起動の双方の目的をこのようにして達
成することは困難である。
たって使用され、多くの場合、０〜６０℃の温度範囲に
亘って作動することができるものでなければならないこ
とを認識することが重要である。内容物の正味の容積
は、一般に、温度が上昇すると容器の内容積よりも一層
迅速に増大する。したがって、電池を通常の温度上昇状
態で使用するときに液圧によって遮断装置が起動しない
ように構成するのが重要である。実際には、温度がこの
正常な作動範囲を越えて上昇したときの正味の容積の増
加は、充電の際に電極構成素子において見られる正味の
容積の増加と類似したものとなるので、電池性能と遮断
装置の液圧による起動の双方の目的をこのようにして達
成することは困難である。
【００３０】しかしながら、負極の容量が過充電の際の
適宜の時間に使い尽くされた場合には、状況が変化す
る。この場合においては、負極はもはやリチウムをイン
ターカレートすることができず、代わりにリチウム金属
の析出が負極において生じることとなる。リチウム金属
は、単位リチウムあたりの対応するリチウム−炭素イン
ターカレート化合物よりも密度が充分に小さいので、正
味の容積変化の速度はこの場合には著しく増加する。め
っきされたリチウムの場合には、モルあたり１３ｃｍ3
の容積の増加に対して、Ｊ．ＤａｈｎのＬｉx Ｃ6 の相
ダイヤグラムと題する論文（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，４
４，（１７）ｐ９１７０（１９９１））に提示されてい
るＬｉx Ｃ6 格子パラメータから得られるインターカレ
ートリチウムのモルあたり約３．３ｃｍ3 の容積の増加
となることを示している。このようにリチウムがインタ
ーカレートしたグラファイトの膨張の速度が大きく異な
っていることがわかる。そして、リチウムめっきが発火
をともなう電池の破壊に先立ち過充電の状態において行
なわれるように構成する場合には、関連する正味の容積
の増加を利用して安全遮断装置を起動させることが実際
に可能となる。
適宜の時間に使い尽くされた場合には、状況が変化す
る。この場合においては、負極はもはやリチウムをイン
ターカレートすることができず、代わりにリチウム金属
の析出が負極において生じることとなる。リチウム金属
は、単位リチウムあたりの対応するリチウム−炭素イン
ターカレート化合物よりも密度が充分に小さいので、正
味の容積変化の速度はこの場合には著しく増加する。め
っきされたリチウムの場合には、モルあたり１３ｃｍ3
の容積の増加に対して、Ｊ．ＤａｈｎのＬｉx Ｃ6 の相
ダイヤグラムと題する論文（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，４
４，（１７）ｐ９１７０（１９９１））に提示されてい
るＬｉx Ｃ6 格子パラメータから得られるインターカレ
ートリチウムのモルあたり約３．３ｃｍ3 の容積の増加
となることを示している。このようにリチウムがインタ
ーカレートしたグラファイトの膨張の速度が大きく異な
っていることがわかる。そして、リチウムめっきが発火
をともなう電池の破壊に先立ち過充電の状態において行
なわれるように構成する場合には、関連する正味の容積
の増加を利用して安全遮断装置を起動させることが実際
に可能となる。
【００３１】また、正極のリチウム容量が負極のリチウ
ム容量を越えなければならないという条件が必要とな
る。負極のモル数に対する正極のモル数の比は、バラン
スと呼ばれる。本明細書に記載の電池は、約１．５の好
ましいバランスを有する。一般には、炭素質負極の容量
の上限は、炭素６原子あたり１モルのリチウムとされ
る。しかしながら、この限界は、コークス状炭素の場合
には一層低く、ある種のホウ素置換炭素物質のような改
質炭素の場合には一層高くすることができる。かくし
て、好ましいバランスは、電極に使用される材料に多く
依存する。他の必要条件として、めっきに利用すること
ができるリチウムが電池の空隙容積を越えなければなら
ないとともに、遮断装置を起動させるのに別の容積が必
要となることが挙げられる。
ム容量を越えなければならないという条件が必要とな
る。負極のモル数に対する正極のモル数の比は、バラン
スと呼ばれる。本明細書に記載の電池は、約１．５の好
ましいバランスを有する。一般には、炭素質負極の容量
の上限は、炭素６原子あたり１モルのリチウムとされ
る。しかしながら、この限界は、コークス状炭素の場合
には一層低く、ある種のホウ素置換炭素物質のような改
質炭素の場合には一層高くすることができる。かくし
て、好ましいバランスは、電極に使用される材料に多く
依存する。他の必要条件として、めっきに利用すること
ができるリチウムが電池の空隙容積を越えなければなら
ないとともに、遮断装置を起動させるのに別の容積が必
要となることが挙げられる。
【００３２】電池の内容物の正味の容積は、材料の選
択、温度、リチウム化の状態および構成成分の相対的な
量をはじめとする構成成分の相対的な容積に影響を及ぼ
す全ての因子の関数であることがわかる。当業者は、正
確な好ましい構造体を予測することを困難にする種々の
因子を承知している。これらには、電池の初期充電の際
に生ずるリチウムの不可逆的な損失、最少限度に抑えら
れるとしても存在する気体分解生成物およびその他の因
子がある。通常は、次に、実験的方法を使用した微調整
が必要とされる。
択、温度、リチウム化の状態および構成成分の相対的な
量をはじめとする構成成分の相対的な容積に影響を及ぼ
す全ての因子の関数であることがわかる。当業者は、正
確な好ましい構造体を予測することを困難にする種々の
因子を承知している。これらには、電池の初期充電の際
に生ずるリチウムの不可逆的な損失、最少限度に抑えら
れるとしても存在する気体分解生成物およびその他の因
子がある。通常は、次に、実験的方法を使用した微調整
が必要とされる。
【００３３】
【作用】リチウムイオンの反応を利用した再充電性電池
において、電池の過充電の際にリチウムイオンがリチウ
ム金属として析出するようにし、析出した金属リチウム
に起因する体積増加による電池の液圧の増大によって起
動する遮断安全装置を設けたので、過度の過充電の際に
は電池の動作を安全確実に停止することができる。
において、電池の過充電の際にリチウムイオンがリチウ
ム金属として析出するようにし、析出した金属リチウム
に起因する体積増加による電池の液圧の増大によって起
動する遮断安全装置を設けたので、過度の過充電の際に
は電池の動作を安全確実に停止することができる。
【００３４】
実施例１ 正極活物質としてＬｉＣｏＯ2 （日本化学工業製）を、
ＫＳ１５グラファイト（ＬＯＮＺＡ製）を導電性希釈剤
として、またポリフッ化ビニリデン（呉羽化学工業製）
を結合剤として使用して作製することができる。これら
の成分のスラリは、Ｎ−メチルーピロリドン（ＮＭＰ）
を溶媒として使用し、ＬｉＣｏＯ2 ：グラファイト：ポ
リフッ化ビニリデンを重量比で９１：６：３として作っ
た。次に、スラリをアルミニウム箔の基体（２０μの肉
厚）の両側に塗布、乾燥し、さらに圧縮し２５．５ｍｇ
／ｃｍ2 の固形分を両面に有する全肉厚が１８０μｍの
電極を得た。同様にして、負極を、メソカーボンマイク
ロビーズ（大阪ガス製）を一次負極材料として使用し、
カーボンブラック（Ｅｎｓａｇｒｉ 製Ｓｕｐｅｒ
Ｓ）を導電希釈剤として使用し、ポリフッ化ビニリデン
（呉羽化学工業製）を結合剤として使用して作製した。
メソカーボンマイクロビーズ：カーボンブラック：ポリ
フッ化ビニリデンを重量部比で８８：２：１０にして適
量のＮ−メチルーピロリドンに溶解することにより、こ
れらの材料からスラリを作った。次に、このスラリを銅
箔の基体（肉厚１０μｍ）の両側に塗布、乾燥し、さら
に圧縮し１２ｍｇ／ｃｍ2 の固形分を両面に有する全肉
厚が２００μｍの電極を得た。
ＫＳ１５グラファイト（ＬＯＮＺＡ製）を導電性希釈剤
として、またポリフッ化ビニリデン（呉羽化学工業製）
を結合剤として使用して作製することができる。これら
の成分のスラリは、Ｎ−メチルーピロリドン（ＮＭＰ）
を溶媒として使用し、ＬｉＣｏＯ2 ：グラファイト：ポ
リフッ化ビニリデンを重量比で９１：６：３として作っ
た。次に、スラリをアルミニウム箔の基体（２０μの肉
厚）の両側に塗布、乾燥し、さらに圧縮し２５．５ｍｇ
／ｃｍ2 の固形分を両面に有する全肉厚が１８０μｍの
電極を得た。同様にして、負極を、メソカーボンマイク
ロビーズ（大阪ガス製）を一次負極材料として使用し、
カーボンブラック（Ｅｎｓａｇｒｉ 製Ｓｕｐｅｒ
Ｓ）を導電希釈剤として使用し、ポリフッ化ビニリデン
（呉羽化学工業製）を結合剤として使用して作製した。
メソカーボンマイクロビーズ：カーボンブラック：ポリ
フッ化ビニリデンを重量部比で８８：２：１０にして適
量のＮ−メチルーピロリドンに溶解することにより、こ
れらの材料からスラリを作った。次に、このスラリを銅
箔の基体（肉厚１０μｍ）の両側に塗布、乾燥し、さら
に圧縮し１２ｍｇ／ｃｍ2 の固形分を両面に有する全肉
厚が２００μｍの電極を得た。
【００３５】次に、負極および正極を一緒に螺旋状に巻
き上げ、２枚の微孔質膜（Ｃｅｌｇａｒｄ ２４００
Ｃｅｌａｎｅｓｅ社）がセパレータとして存在する「ゼ
リーロール」を形成することにより、電池集成体をつく
った。負極は長さが４０ｃｍで幅が５７．５ｍｍであ
り、正極は長さが３７ｃｍで幅が５４．５ｍｍであっ
た。次に、上記のゼリーロールを通常の４／３Ａサイズ
の電池容器（高さ６６．４ｍｍ、外径１６．６ｍｍ）に
挿入した。適宜の絶縁片を組み込み、適宜のタブ接続を
電池容器とヘッダとに対して行なった。使用したヘッダ
は、圧力開放弁と圧力作動の遮断装置とを組み込んだ特
定の構造を有するものであった。このヘッダは、同時に
係属する特願平５−１０７０５０号（米国特許出願第０
７／９２７，８２４号）の要旨となっている。遮断圧力
は、約１０．５ｋｇ／ｃｍ2 （１５０ｐｓｉ）に設定さ
れ、圧力開放弁の作動圧力を約２４．６ｋｇ／ｃｍ2
（３５０ｐｓｉ）に設定した。
き上げ、２枚の微孔質膜（Ｃｅｌｇａｒｄ ２４００
Ｃｅｌａｎｅｓｅ社）がセパレータとして存在する「ゼ
リーロール」を形成することにより、電池集成体をつく
った。負極は長さが４０ｃｍで幅が５７．５ｍｍであ
り、正極は長さが３７ｃｍで幅が５４．５ｍｍであっ
た。次に、上記のゼリーロールを通常の４／３Ａサイズ
の電池容器（高さ６６．４ｍｍ、外径１６．６ｍｍ）に
挿入した。適宜の絶縁片を組み込み、適宜のタブ接続を
電池容器とヘッダとに対して行なった。使用したヘッダ
は、圧力開放弁と圧力作動の遮断装置とを組み込んだ特
定の構造を有するものであった。このヘッダは、同時に
係属する特願平５−１０７０５０号（米国特許出願第０
７／９２７，８２４号）の要旨となっている。遮断圧力
は、約１０．５ｋｇ／ｃｍ2 （１５０ｐｓｉ）に設定さ
れ、圧力開放弁の作動圧力を約２４．６ｋｇ／ｃｍ2
（３５０ｐｓｉ）に設定した。
【００３６】電解液の加える量を変えた電池を作製し
た。等容量のポリプロピレンカーボネートおよびジエチ
ルカーボネートに溶解したＬｉＰＦ6 の１Ｍ溶液を電解
液として溶液５．９ｇを加えた。次に、ヘッダを所定の
位置にかしめてシールした。
た。等容量のポリプロピレンカーボネートおよびジエチ
ルカーボネートに溶解したＬｉＰＦ6 の１Ｍ溶液を電解
液として溶液５．９ｇを加えた。次に、ヘッダを所定の
位置にかしめてシールした。
【００３７】以上のように組み立てた電池を、電池の性
能の試験のために、起動圧がほんのわずか減少するが内
部的に遮断を起こさないように遮断装置をバイパスし
た。電池には更に、小さな管を溶接して低容積圧力変換
器が装着された。この装置は、電池の内容積を約０．８
ｍｌ増加させた。集成体全体の空隙は、０．４ｍｌに調
整した。電池に充電を行ない、２１℃において、一度、
通常の４Ｖ上限までサイクルに供した。図４は、この電
池に関する時間に対する電池電圧と内部圧との関係を示
す。電池は、８００ｍＡでの放電の際に０．８７Ａｈを
供給した。次に、電池に、２Ｃの速度で周囲温度におい
て上記したようにして過充電を行なった。図５は、この
電池に関する時間に対する電池の電圧、充電電流、外部
の電池温度および内部圧の関係を示す。遮断装置の起動
点が、約０．４５時間において圧力曲線にくぼみによっ
て示されている。これは、内部空隙をわずかに増加させ
るダイヤフラムの動きによるものである。圧力開放が
０．７時間の直前に行なわれた。最後に、電池が、試験
に入って０．９時間の直前に発火を起こした。かくし
て、遮断装置が起動すれば、この電池は安全に無能力と
なるものであった。
能の試験のために、起動圧がほんのわずか減少するが内
部的に遮断を起こさないように遮断装置をバイパスし
た。電池には更に、小さな管を溶接して低容積圧力変換
器が装着された。この装置は、電池の内容積を約０．８
ｍｌ増加させた。集成体全体の空隙は、０．４ｍｌに調
整した。電池に充電を行ない、２１℃において、一度、
通常の４Ｖ上限までサイクルに供した。図４は、この電
池に関する時間に対する電池電圧と内部圧との関係を示
す。電池は、８００ｍＡでの放電の際に０．８７Ａｈを
供給した。次に、電池に、２Ｃの速度で周囲温度におい
て上記したようにして過充電を行なった。図５は、この
電池に関する時間に対する電池の電圧、充電電流、外部
の電池温度および内部圧の関係を示す。遮断装置の起動
点が、約０．４５時間において圧力曲線にくぼみによっ
て示されている。これは、内部空隙をわずかに増加させ
るダイヤフラムの動きによるものである。圧力開放が
０．７時間の直前に行なわれた。最後に、電池が、試験
に入って０．９時間の直前に発火を起こした。かくし
て、遮断装置が起動すれば、この電池は安全に無能力と
なるものであった。
【００３８】リチウムめっきの開始は、利用することが
できる全主電極材料と、最大負極容量として炭素６原子
あたり１モルのリチウムにもっぱら基づいて、試験に入
って約０．３時間であった。すなわち、初期状態では、
正極はＬｉ0.55 ＣｏＯ2 であり、負極はＬｉ0.7Ｃ6で
ある。負極が使い尽くされた状態では、実質上Ｌｉ0.34
ＣｏＯ2 とＬｉ1 Ｃ6 である。理論的には、めっきの
ために利用される初期負極のモルあたり最大で０．３４
モルのリチウムとなり、これは遮断装置を起動させる約
０．４ｍｌの容積の増加に相当する。
できる全主電極材料と、最大負極容量として炭素６原子
あたり１モルのリチウムにもっぱら基づいて、試験に入
って約０．３時間であった。すなわち、初期状態では、
正極はＬｉ0.55 ＣｏＯ2 であり、負極はＬｉ0.7Ｃ6で
ある。負極が使い尽くされた状態では、実質上Ｌｉ0.34
ＣｏＯ2 とＬｉ1 Ｃ6 である。理論的には、めっきの
ために利用される初期負極のモルあたり最大で０．３４
モルのリチウムとなり、これは遮断装置を起動させる約
０．４ｍｌの容積の増加に相当する。
【００３９】実施例２ 空隙を０．２ｍｌに調整した点を除いて、実施例１と同
様にして電池を組み立て、サイクル試験に供し、同様の
過充電試験を実施した。図６は、遮断装置の起動が０．
１５時間後、圧力開放が０．３５時間後であり、実施例
１に比較して早く行なわれていることを示している。こ
の実施例においても、発火が、試験に入って約０．９時
間で生じた。遮断装置が起動すれば、この電池は安全に
無能力となるものであった。
様にして電池を組み立て、サイクル試験に供し、同様の
過充電試験を実施した。図６は、遮断装置の起動が０．
１５時間後、圧力開放が０．３５時間後であり、実施例
１に比較して早く行なわれていることを示している。こ
の実施例においても、発火が、試験に入って約０．９時
間で生じた。遮断装置が起動すれば、この電池は安全に
無能力となるものであった。
【００４０】実施例３ 空隙を０．６ｍｌとした点を除いて、実施例１と同様に
して電池を組み立て、サイクル試験に供し、同様の過充
電試験を実施した。図７は、試験中に０．８時間を過ぎ
て遮断装置の起動と圧力開放が行なわれ、実施例１と比
較して遅くなっていることを示している。この実施例に
おいても、発火が、試験に入って０．９時間の直後に生
じた。この試験では、遮断装置が起動しても、過充電保
護のための安全率は不十分なものであることを示してい
る。本実施例においては、空隙は０．６ｍｌよりも小さ
いことが必要である。
して電池を組み立て、サイクル試験に供し、同様の過充
電試験を実施した。図７は、試験中に０．８時間を過ぎ
て遮断装置の起動と圧力開放が行なわれ、実施例１と比
較して遅くなっていることを示している。この実施例に
おいても、発火が、試験に入って０．９時間の直後に生
じた。この試験では、遮断装置が起動しても、過充電保
護のための安全率は不十分なものであることを示してい
る。本実施例においては、空隙は０．６ｍｌよりも小さ
いことが必要である。
【００４１】実施例４ 実施例１と同様にして電池を組み立て、図８に示すよう
に、２１℃で１１回の更なるサイクル試験に供した。そ
の後、電池を６０℃の恒温装置に配置し、電圧を一定の
４Ｖに保持してフロ−ト充電を行った。図９は、時間に
対する圧力とフロ−ト充電電流の関係を示す。圧力曲線
上のノイズは、恒温装置のドアを１日に多数回開けたと
きの温度変動の結果である。得られた圧力は、遮断装置
の起動圧力よりも十分に低く、時間とともに減少してい
る。この減少は、一部は、平衡過程とプラスチックのシ
−ルに対する気体の透過の結果によるものと考えられ
る。シ−ルは、新しい電池の最初の充電で主として発生
する水素に対して最も透過性があった。これは正極にお
いて生じ、その発生源は電池の発電要素の内部の水であ
る。気体状の分解生成物がある程度生ずることが考えら
れるが、有意の圧力の蓄積は生じない。
に、２１℃で１１回の更なるサイクル試験に供した。そ
の後、電池を６０℃の恒温装置に配置し、電圧を一定の
４Ｖに保持してフロ−ト充電を行った。図９は、時間に
対する圧力とフロ−ト充電電流の関係を示す。圧力曲線
上のノイズは、恒温装置のドアを１日に多数回開けたと
きの温度変動の結果である。得られた圧力は、遮断装置
の起動圧力よりも十分に低く、時間とともに減少してい
る。この減少は、一部は、平衡過程とプラスチックのシ
−ルに対する気体の透過の結果によるものと考えられ
る。シ−ルは、新しい電池の最初の充電で主として発生
する水素に対して最も透過性があった。これは正極にお
いて生じ、その発生源は電池の発電要素の内部の水であ
る。気体状の分解生成物がある程度生ずることが考えら
れるが、有意の圧力の蓄積は生じない。
【００４２】実施例５ 空隙を０．２ｍｌに設定した点を除いて、実施例４と同
様にして電池を組み立て、サイクル試験に供した。この
電池もまた、開路で６０℃の恒温装置に配置した。フロ
−ト充放電試験がまさに開始する前、設置の０．２時間
以内に圧力開放弁が起動し、電解液が漏出した。圧力
は、電池成分の熱膨張の結果すばやく増加するのが見ら
れた。従って、この電池は、通常の温度範囲を越える使
用には許容することができないものである。
様にして電池を組み立て、サイクル試験に供した。この
電池もまた、開路で６０℃の恒温装置に配置した。フロ
−ト充放電試験がまさに開始する前、設置の０．２時間
以内に圧力開放弁が起動し、電解液が漏出した。圧力
は、電池成分の熱膨張の結果すばやく増加するのが見ら
れた。従って、この電池は、通常の温度範囲を越える使
用には許容することができないものである。
【００４３】これらの実施例は、電池が許容することが
できる性能を備えて構成することができ、めっきされた
リチウムを使用して過充電の際に遮断装置を液圧起動さ
せることができる例を示すものである。
できる性能を備えて構成することができ、めっきされた
リチウムを使用して過充電の際に遮断装置を液圧起動さ
せることができる例を示すものである。
【００４４】実施例６ ０．４ｍｌの空隙と遮断装置とを有する電池７１個を、
実施例１に記載のようにして構成した。全ての電池を先
づ、実施例１と同様にしてサイクル試験に供した。全て
の電池を、実施例１と同様にして過度の過充電に供し
た。全ての電池の遮断装置は、試験に入って０．９時間
よりも充分前に起動した。その後の発火は生じなかっ
た。図１０は、これらの電池の１つの電圧と外部温度を
示す。遮断装置の起動が、約０．６５時間で行なわれ
た。この実施例は、本発明の電池を使用することにより
信頼性のある過充電保護が得られることを示している。
これらの電池は、正極に関してのみＬｉＣｏＯ2 を含ん
でいた。
実施例１に記載のようにして構成した。全ての電池を先
づ、実施例１と同様にしてサイクル試験に供した。全て
の電池を、実施例１と同様にして過度の過充電に供し
た。全ての電池の遮断装置は、試験に入って０．９時間
よりも充分前に起動した。その後の発火は生じなかっ
た。図１０は、これらの電池の１つの電圧と外部温度を
示す。遮断装置の起動が、約０．６５時間で行なわれ
た。この実施例は、本発明の電池を使用することにより
信頼性のある過充電保護が得られることを示している。
これらの電池は、正極に関してのみＬｉＣｏＯ2 を含ん
でいた。
【００４５】上記説明に照らせば当業者にとって明らか
なように、本発明を実施する場合に、本発明の精神およ
び範囲から逸脱することなく数多くの変更と修正を行な
うことができるものである。従って、本発明の範囲は、
特許請求の範囲によって規定されている内容に従って解
釈されるべきである。
なように、本発明を実施する場合に、本発明の精神およ
び範囲から逸脱することなく数多くの変更と修正を行な
うことができるものである。従って、本発明の範囲は、
特許請求の範囲によって規定されている内容に従って解
釈されるべきである。
【００４６】
【発明の効果】本発明は、過充電の際に負極に析出する
リチウムによる体積増加による液圧の増加によって起動
する遮断装置を設けたので、従来の電池内部での基体の
圧力増加による遮断装置の起動に比べて、安全確実に電
池の動作を停止することができる。
リチウムによる体積増加による液圧の増加によって起動
する遮断装置を設けたので、従来の電池内部での基体の
圧力増加による遮断装置の起動に比べて、安全確実に電
池の動作を停止することができる。
【図１】本発明の電池の断面図である
【図２】本発明の電池のヘッダ集成体の断面図である。
【図３】本発明の電池の水平横断面図である。
【図４】本発明の電池の時間に対する電池電圧と内部圧
の関係を示す説明する図である。
の関係を示す説明する図である。
【図５】過充電された再充電性電池に関する、時間に対
する電池電圧、充電された電流、外部電池温度および内
部圧の関係を説明する図である。
する電池電圧、充電された電流、外部電池温度および内
部圧の関係を説明する図である。
【図６】第１の手順に従ってサイクル試験に供された再
充電性電池に関する、時間に対する電池電圧、充電され
た電流、外部電池温度および内部圧の関係を説明する図
である。
充電性電池に関する、時間に対する電池電圧、充電され
た電流、外部電池温度および内部圧の関係を説明する図
である。
【図７】第２の手順に従って組み立てられサイクル試験
に供された再充電性電池に関する、時間に対する電池電
圧、充電された電流、外部電池温度および内部圧の関係
を説明する図である。
に供された再充電性電池に関する、時間に対する電池電
圧、充電された電流、外部電池温度および内部圧の関係
を説明する図である。
【図８】１１回のサイクル試験に供された再充電性電池
に関する、時間に対する電圧と圧力の関係を説明する図
である。
に関する、時間に対する電圧と圧力の関係を説明する図
である。
【図９】第４の手順に従って組立られかつサイクルに供
された再充電性電池に関する、時間に対する圧力とフロ
ート電流の関係を説明する図である。
された再充電性電池に関する、時間に対する圧力とフロ
ート電流の関係を説明する図である。
【図１０】本発明の再充電性電池に関する時間に対する
電圧と外部電池温度の関係を説明する図である。
電圧と外部電池温度の関係を説明する図である。
１…ヘッダ集成体、２…第１の絶縁円盤、３…電池容
器、４…ゼリーロール集成体、５…正極タブ、６…負極
タブ、７…第２の絶縁円盤、８…電解液、９…スペー
サ、１０…シール、１１…細径部、１２…負極の上縁、
１３…正極の上縁、１４…正極の下縁、１５…負極の下
縁、１６…蓋体、１７…ダイヤフラム、１８…アルミニ
ウム板、１９…臨界溶接部、２０…ガスケット、２１…
正極、２２…負極、２３…セパレータ、２５…開放孔、
２６…孔
器、４…ゼリーロール集成体、５…正極タブ、６…負極
タブ、７…第２の絶縁円盤、８…電解液、９…スペー
サ、１０…シール、１１…細径部、１２…負極の上縁、
１３…正極の上縁、１４…正極の下縁、１５…負極の下
縁、１６…蓋体、１７…ダイヤフラム、１８…アルミニ
ウム板、１９…臨界溶接部、２０…ガスケット、２１…
正極、２２…負極、２３…セパレータ、２５…開放孔、
２６…孔
Claims (10)
- 【請求項１】 過充電の際に起動する遮断安全装置を備
えた電池において、 （ａ）式Ｌｉx ＭＯ2 を有し、該式においてｘは１．１
以下であり、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎまたはこれらの組み
合わせである正極と、 （ｂ）炭素質負極と、 （ｃ）１つ以上の非水有機溶媒に溶解した１つ以上のリ
チウム塩からなる電解液と、 （ｄ）過充電の際に液圧により起動される遮断安全装置
とを備えたことを特徴とする電池。 - 【請求項２】 遮断装置が電池の破壊の前の過度の過充
電の際に作動するが通常のフロート充電または高温での
保管の際には作動しないように正極と負極の活物質の比
率、電池内部の空隙容積を設定したことを特徴とする請
求項１に記載の電池。 - 【請求項３】 過充電の際の負極容量が使い尽くされた
後にめっきされたリチウムの容積が液圧起動に使用され
ることを特徴とする請求項１に記載の電池。 - 【請求項４】 正極はＬｉＣｏＯ2 であり、負極はコー
クス状炭素であり、電解液は等容量のプロピレンカーボ
ネートとジエチルカーボネートに溶解した１ＭのＬｉＰ
Ｆ6 であることを特徴とする請求項１に記載の電池。 - 【請求項５】 遮断装置は、所定の力を受けると破裂す
るダイヤフラムと、ダイヤフラムの上方に位置して設け
られた圧力開放孔を有する蓋体と、ダイヤフラムに接続
されかつ前記所定の力を受けるとダイヤフラムから分離
するとともに正極に対する接続を遮断する板から構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の電池。 - 【請求項６】 正極、負極および電解液を有する再充電
性電池の危険な過充電を防止する方法であって、過充電
が起こると増加する正味の固形分による液圧の増大によ
り起動されて正極または負極を電気的に遮断する遮断装
置を電池に組み込む工程を備えることを特徴とする過充
電防止方法。 - 【請求項７】 正極はＬｉx ＭＯ2 であり、該式におい
てｘは１．１以下であり、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎおよび
これらの組み合わせよりなる群から選ばれ、負極は炭素
質材料であり、電解液は１つ以上の非水有機溶媒に溶解
した１つ以上のリチウム塩であることを特徴とする請求
項６に記載の過充電防止方法。 - 【請求項８】 遮断装置が電池の破壊の前の過度の過充
電の際に作動するが通常のフロート充電または高温での
保管の際には作動しないように正極と負極の活物質の比
率、電池内部の空隙容積を設定したことを特徴とする請
求項６または７に記載の過充電防止方法。 - 【請求項９】 過充電の際の負極容量が使い尽くされた
後のめっきされたリチウムの容積が液圧起動に使用され
ることを特徴とする請求項６または７に記載の過充電防
止方法。 - 【請求項１０】 正極はＬｉＣｏＯ2 であり、負極はコ
ークス状炭素であり、電解液は等容量のプロピレンカー
ボネートとジエチルカーボネートに溶解した１ＭのＬｉ
ＰＦ6 であることを特徴とする請求項６または７に記載
の過充電防止方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA002093763A CA2093763C (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Battery incorporating hydraulic activation of disconnect safety device on overcharge |
| CA2093763 | 1993-04-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06325796A true JPH06325796A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=4151444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6068719A Pending JPH06325796A (ja) | 1993-04-08 | 1994-04-06 | 過充電の際に起動する遮断装置を備えた電池 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5464705A (ja) |
| JP (1) | JPH06325796A (ja) |
| CA (1) | CA2093763C (ja) |
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| WO1998038689A1 (en) * | 1997-02-26 | 1998-09-03 | Rohm Co., Ltd. | Battery device |
| JP2009301893A (ja) * | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Ntt Docomo Inc | 電池試験装置及び電池試験方法 |
| WO2010131520A1 (ja) * | 2009-05-15 | 2010-11-18 | トヨタ自動車株式会社 | 密閉型二次電池 |
| JP2021530841A (ja) * | 2018-07-13 | 2021-11-11 | ハイドロ−ケベック | バッテリ安全ベント組立体 |
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| JP3555240B2 (ja) * | 1995-05-12 | 2004-08-18 | ソニー株式会社 | 密閉型電池 |
| US5741606A (en) * | 1995-07-31 | 1998-04-21 | Polystor Corporation | Overcharge protection battery vent |
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1993
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1994
- 1994-02-24 US US08/201,349 patent/US5464705A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-06 JP JP6068719A patent/JPH06325796A/ja active Pending
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