JPH07230797A

JPH07230797A - 非水電解液電池

Info

Publication number: JPH07230797A
Application number: JP6039275A
Authority: JP
Inventors: Jun Suzuki; 純鈴木; Yoshiaki Asami; 義明阿左美
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】落下等の外的衝撃の影響がなく、過充電や短
絡等による内圧上昇時に破裂を防止する。【構成】内部蓋体１０の底面部が、括れ部８と電極体
１の上端部との間に位置し、その底面部と上端部との間
隔が、１．５ｍｍ以下である非水電解液電池。この電池
は、正極と負極との間にセパレータを介して渦巻状に巻
回した電極体１と、非水電解液と、外装缶の上端開口部
に絶縁ガスケット７により気密にかしめ固定された防爆
機能を有する正極端子を兼ねる封口蓋群９とを具備し、
蓋群９は電極体１と対向して配置されたＡｌまたはＡｌ
合金からなる内部蓋体１０と、蓋体１０上に弁膜を介し
て配置され蓋体１０周縁を内部に折り曲げて形成した環
状部により挟持された補強板と、蓋体１０の環状部に周
縁部を当接して配置された外部蓋体１５と、蓋体１０、
補強板及び蓋体１５にそれぞれ開口されたガス抜き孔と
から構成され、蓋体１０とガスケット７の下部に環状の
括れ部８を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防爆機能及び正極端子
を兼ねる封口蓋体の内部蓋体の形状を改良した非水電解
液電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の発達に伴い、小型で軽
量、かつエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電
が可能な非水電解液を用いた二次電池の開発が要望され
ている。この種の二次電池としては、負極活物質にリチ
ウムまたはリチウム合金を用い、正極活物質にモリブデ
ン、バナジウム、チタン及びニオブなどの酸化物、硫化
物、セレン化物等を用いたものが知られている。また、
最近では高エネルギー密度を有するマンガン酸化物のサ
イクル特性を改善・向上させたスピネル型ＬｉＭｎ₂Ｏ
₄、他のリチウムマンガン酸化物についての検討が活発
に行われている。

【０００３】これらのリチウムマンガン酸化物を正極活
物質とし、リチウムを負極活物質とする二次電池系にお
いては、充放電サイクルを繰り返すことによって負極活
物質であるリチウムの溶解・析出反応が繰り返され、や
がてリチウム基板状に針状のリチウムデンドライト析出
物を成形するという問題が生じる。そのため、これら二
次電池系においては、正極活物質中で徐々に進行する結
晶構造の崩れと共に、負極側で起きるリチウムデンドラ
イトの生成と溶媒の分解反応によって電池寿命は規制さ
れ、２００サイクル以上の寿命と長期にわたる信頼性を
有する二次電池の製造は非常に困難であった。

【０００４】このような問題を回避するため、負極に各
種の有機化合物を焼成した炭素質物にリチウムまたはリ
チウムを主体とするアルカリ金属を担持させて構成する
二次電池の開発が試みられている。このような負極を用
いることにより、リチウムデンドライトの析出が防止さ
れサイクル特性が向上し、かつ金属リチウムを使用して
いないため安全性についても向上されてきている。

【０００５】一方、正極には、前述したマンガン酸化物
と異なる反応形態である層状化合物のインターカレーシ
ョンまたはドーピング現象を利用した電極活物質が注目
を集めている。これらの電極活物質は、充放電反応時に
おいて複雑な反応を起こさないことから、極めて優れた
充放電サイクル特性を有することが期待されている。な
かでも、炭素質物材料を負極担持体とし、正極活物質と
して３．５Ｖ程度の平均作動電圧を示すＬｉＣｏＯ₂，
ＬｉＮｉＯ₂及びＬｉＣｏ_xＮｉ_1-xＯ₂等が検討され
ている。

【０００６】ところで、前述した二次電池は、外装缶内
に収納された正極及び負極を備える電極体が化学反応を
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、前述した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、いわゆる過充電の状態に
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き
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、外装缶の内圧が上昇すると、発
火・破裂の原因になる場合がある。

【０００７】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、防爆機能を有する正極端子を
兼ねた封口蓋体を備えた非水電解液電池が知られてい
る。この電池について図２を用いて説明する。負極端子
を兼ねる外装缶３１内には電極体３２が収納されてい
る。この電極体３２には正極３３、セパレータ３４及び
負極３５を渦巻状に巻回した構成になっている。絶縁板
３６は外装缶３１の底面に配置され、正極３３が負極端
子を兼ねる外装缶３１と電気的に接触するのを防止して
いる。非水電解液は外装缶３１内に収納されている。

【０００８】防爆機能を有する正極端子を兼ねた封口蓋
体３７は、外装缶３１の上端開口部に絶縁ガスケット３
８を介してかしめ固定されている。ガス抜き孔３９を設
けた電極体押え板４０は、絶縁ガスケット３８の下部付
近の外装缶３１にかしめ固定により形成された環状の括
れ部４１と、電極体３２の上端部との間に配置されてい
る。ガス抜き孔３９は、電極体３２の巻芯空間部４２と
対向する電極体押え板４０部分に開口されている。封口
蓋体３７は、電極体３２と対向して配置された皿状の内
部蓋体４３と、内部蓋体４３上に可撓性薄板から形成さ
れた弁膜４４を介して配置され内部蓋体４３周縁を内側
に折り曲げて形成した環状部４５により狭持された補強
板４６と、内部蓋体４３の環状部４５上に配置された導
電性を有する保護板４７と、内部蓋体４３の環状部４５
上に周縁部を当接して配置された帽子形の外部蓋体４８
とから構成されている。内部蓋体４３、補強板４６、保
護板４７及び外部蓋体４８には、それぞれガス抜き孔４
９，５０，５１，５２が開口されている。可撓性薄板
は、金属層と合成樹脂層との複合部材から構成されてい
る。正極タブ５３は、一端が電極体３２の正極３３に接
続され、他端が封口蓋体４３の底面部に接続されてい
る。

【０００９】上記のような構成の非水電解液電池におい
て、過充電や短絡等により外装缶内で発生したガスは、
セパレータの表面に沿って外装缶開口部の方に移動する
か、あるいはセパレータの表面に沿って外装缶底部へと
流れ、電極体の中心部の巻芯空間部を通過して外装缶開
口部の方へ移動することにより、内部蓋体に開口された
ガス抜き孔を通じてガス抜き孔の上下に配置された弁膜
に圧力を加え、所定の圧力に達すると弁膜は破断する。
そしてガスは弁膜の破断箇所、補強板及び外部蓋体にそ
れぞれ開口されたガス抜き孔を通じて外部に逃散し、そ
の結果、電池の破裂が未然に防止される。

【００１０】また、ガスの圧力が電極体の正極、負極及
びセパレータの重ね合わせ方向に加わり巻芯空間部が潰
れると、ガスが巻芯空間部及びガス抜き孔を通過して封
口蓋体群側に移動することが困難になるため、ガスの大
部分は外装缶底部に閉じ込められる。その結果、電池内
圧が局所的に上昇するため、ガスの圧力により電極体及
び電極体押え板が封口蓋体群に向かって押し上げられ
る。この際、電極体押え板は括れ部の下端に当接して上
下移動を規制するストッパとして機能する。したがっ
て、電極体が封口蓋体群と共に外部に押し出されて破裂
するのを防止することが可能になる。前記電極体押え板
は、過充電や短絡等に起因して外装缶内で発生したガス
の内圧及び内圧上昇時に発生する熱により変形せず、電
解液等と反応しない材料から形成される。このような材
料としては例えば、フェノール、ポリイミド、ポリイミ
ドアミド及びＰＰＳ等の樹脂を挙げることができ、ま
た、ステンレス、鉄及びニッケル等の金属板に少なくと
も電極体と対向する面に絶縁層を被覆したものも挙げる
ことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
非水電解液電池において前記のフェノール、ポリイミ
ド、ポリイミドアミド及びＰＰＳ等の樹脂を用いた電極
体押え板は、落下等の外的衝撃により電極体押え板が割
れたり、欠けたりすることがあり、その後、過充電等に
よりガスが外装缶内に発生すると電極体の上方への規制
するストッパとして機能しないという問題があった。ま
た、前記のステンレス、鉄及びニッケル等の金属板を用
いた電極体押え板は強度的には問題ないが、電極体と対
向する面に絶縁層を被覆しなければならなく、例えばポ
リイミド製シールを貼るなど、製造工程的に問題があっ
た。

【００１２】本発明は落下等の外的衝撃の影響がなく、
過充電や短絡等による内圧上昇時に破裂を防止した非水
電解液電池を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、外装缶内に収
納され、正極と負極との間にセパレータを介して渦巻状
に巻回した電極体と、前記外装缶内に収納された非水電
解液と、外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットにより気
密にかしめ固定された防爆機能を有する正極端子を兼ね
る封口蓋群とを具備し、前記封口蓋群は電極体と対向し
て配置されたＡｌまたはＡｌ合金からなる内部蓋体と、
前記内部蓋体上に弁膜を介して配置され内部蓋体周縁を
内側に折り曲げて形成した環状部により狭持された補強
板と、内部蓋体の環状部上に配置された導電性を有する
保護板と、内部蓋体の環状部に周縁部を当接して配置さ
れた外部蓋体と、前記内部蓋体、補強板、保護板及び外
部蓋体にそれぞれ開口されたガス抜き孔とから構成さ
れ、前記内部蓋体と絶縁ガスケットの下部付近に位置す
る外装缶に形成された環状の括れ部とを備えた非水電解
液電池であって、前記内部蓋体の底面部が、括れ部と電
極体の上端部との間に位置し、内部蓋体の底面部と電極
体の上端部との間隔が、１．５ｍｍ以下であることを特
徴とする非水電解液電池である。

【００１４】

【作用】本発明は、絶縁ガスケットにより気密にかしめ
固定された防爆機能を有する封口蓋群の一部である器状
の内部蓋体の底面部を、絶縁ガスケットの下部に形成さ
れた環状の括れ部と、電極体の上端部との間に位置させ
ることによって、過充電または誤使用により短絡でガス
が発生しても、落下等の外的衝撃の影響がなく安全性を
確保することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１を用いて説明す
る。実施例１，２負極端子を兼ねる円筒形の外装缶１（外形１８ｍｍ、高
さ５０ｍｍ）内の底面に絶縁板６を配置し、電極体２を
収納すると共に、プロピレンカーボネートとジエチルカ
ーボネートとの混合溶媒（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。電極体２は、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整
した正極合剤をＡｌ基盤に塗布し、乾燥して作製したシ
ート状の正極３と、ポリプロピレン製多孔質フィルムか
らなるセパレータ４と、リチウムを担持した炭素物質に
バインダを添加した負極合剤をステンレス基板に塗布、
乾燥して作製したシート状の負極５とからなる積層物
を、渦巻状に巻回した構造のものを用いた。前記電極体
２の中心にはガスの通過経路になる巻芯空間部２１が設
けられている。また、正極３にはＡｌからなる正極タブ
２０が取り付けられている。

【００１６】次いで、絶縁ガスケット７で周縁が覆われ
た防爆機能を有する正極端子を兼ねた封口蓋群９を用意
した。封口蓋群９は、電極体２と対向する側にＡｌ膜と
合成樹脂膜の複合材からなる弁膜１１を介して配置され
たＡｌからなる器状の内部蓋体１０と、内部蓋体１０周
縁を内側に折り曲げて形成した環状部１２により狭持さ
れた補強板１３と、環状部１２上に配置された導電性を
有する保護板１４と、環状部１２に周縁部を当接して配
置された帽子形の外部蓋体１５とから構成されている。
内部蓋体１０、補強板１３、保護板１４及び外部蓋体１
５に、それぞれガス抜き孔１６，１７，１８，１９が開
口されている。続いて、正極タブ２０の先端を封口蓋体
１０の底面部に溶接した。その後、封口蓋群９を絶縁ガ
スケット７と共に外装缶２の上端開口部に挿入し、外装
缶２の上端開口部をかしめることにより、円筒形の非水
電解液電池を組み立てた。また、括れ部８はかしめ加工
により外装缶２の上端開口部に形成されている。ここ
で、電極体２の上端部と、内部蓋体１０の底面部との間
隔を、１．０ｍｍと、１．５ｍｍとした実施例１，２の
非水電解液電池を組み立てた。

【００１７】比較例１前記電極体２の上端部と内部蓋体１０の底面部との間隔
を、２．０ｍｍにした以外、実施例１と同様の非水電解
液電池を組み立てた。

【００１８】比較例２実施例で用いた電極体の上下の高さを、電極体押え板の
スペース分短くした渦巻状の電極体と、皿状の内部蓋体
と対向する箇所にガス抜き孔を開口させた電極体押え板
とを、電極体の上部に配置した以外、実施例１と同様の
非水電解液電池を組み立てた。

【００１９】実施例１，２及び比較例１，２について、
電池をそれぞれ２０個作製し、３Ａの電流を８時間流す
過充電試験をし、破裂を生じた電池の個数を調べた。そ
の結果を下記表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】実施例１，２及び比較例１，２について、
電池をそれぞれ２０個作製し、１．９ｍの高さから５回
落下させた後、３Ａの電流を８時間流す過充電試験を
し、破裂を生じた電池の個数を調べた。その結果を下記
表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】実施例１，２及び比較例１，２について、
電池をそれぞれ２０個作製し、２５０℃の高温で電池内
にガスを発生させるホットプレート試験をし、破裂を生
じた電池の個数を調べた。その結果を下記表３に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】実施例１，２及び比較例１，２について、
電池をそれぞれ２０個作製し、１．９ｍの高さから５回
落下させた後、同じく２５０℃のホットプレート試験を
実施し、破裂を生じた電池の個数を調べた。その結果を
下記表４に示す。

【００２６】

【表４】

【００２７】上記の表１〜４を検討すると、比較例２で
は過充電等によるガス発生に対しては効果があるが、外
的衝撃を受けると破裂などを起こす確率が高く、危険で
ある。しかし、実施例１，２では過充電等によるガス発
生はもちろん外的衝撃に対しても影響せず、全く破裂を
起こさなかった。また、電極体のセパレータは正極、負
極よりも長めで、渦巻状に巻回しているため短絡も起こ
さなかった。比較例１においては、電極体の上端部と内
部蓋体の底面部との間隔を２．０ｍｍとしたので、落下
等の外的衝撃により電極体のずれが起こったり、過充電
等により電極缶内でガスが発生した際に、ガスが電極体
を押し上げ、電極体が竹の子状になってしまい、ガス抜
き孔を塞いで電池が破裂したと考えられる。したがっ
て、電極体の上端部と内部蓋体の底面部との間隔を、
１．５ｍｍ以下にするのがよいということがわかった。

【００２８】以上の結果により、本発明は落下等による
外的衝撃に影響なく、過充電や短絡等による内圧上昇時
の破裂を防止し、優れた安全性を確保していることは明
らかである。

【００２９】なお、本発明では電極体の巻芯空間部２１
に何も配置しなかったが、ガスの通過経路になる巻芯空
間部２１の潰れを防止する目的で、ステンレス等の金属
またはプラスチックからなるパイプを配置してもよい。

【００３０】また、本発明では保護板１４と外部蓋体１
５との間に何も配置しなかったが、例えば過充電状態に
より大電流が与えられ、温度が急激に上昇したときに抵
抗が温度上昇に伴って急激に増加し、内部蓋体１０と外
部蓋体１５との間に流れる電流を遮断する機能を有する
ＰＴＣ素子を介してもよい。

【００３１】本発明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、角型等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。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、落
下等による外的衝撃に影響なく、過充電や短絡等による
内圧上昇時の破裂を防止することが可能な安全性の高い
非水電解液電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非水電解液電池を示す断面図である。

【図２】従来例の非水電解液電池を示す断面図である。

【符号の説明】

１電極体８括れ部９封口蓋群１０内部蓋体１３補強板１５外部蓋体２１巻芯空間部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外装缶内に収納され、正極と負極との間
にセパレータを介して渦巻状に巻回した電極体と、前記
外装缶内に収納された非水電解液と、外装缶の上端開口
部に絶縁ガスケットにより気密にかしめ固定された防爆
機能を有する正極端子を兼ねる封口蓋群とを具備し、前
記封口蓋群は、電極体と対向して配置されたＡｌまたは
Ａｌ合金からなる内部蓋体と、前記内部蓋体上に弁膜を
介して配置され内部蓋体周縁を内側に折り曲げて形成し
た環状部により狭持された補強板と、前記内部蓋体の環
状部に周縁部を当接して配置された外部蓋体と、前記内
部蓋体、補強板及び外部蓋体にそれぞれ開口されたガス
抜き孔とから構成され、前記内部蓋体と、絶縁ガスケッ
トの下部付近に位置する外装缶に形成された環状の括れ
部とを備えた非水電解液電池であって、前記内部蓋体の
底面部が、括れ部と電極体の上端部との間に位置し、内
部蓋体の底面部と電極体の上端部との間隔が、１．５ｍ
ｍ以下であることを特徴とする非水電解液電池。