JPH07254401A

JPH07254401A - 密閉形電池

Info

Publication number: JPH07254401A
Application number: JP6068989A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Asami; 義明阿左美; Jun Suzuki; 純鈴木
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は電池の過充放電時においても、電解
液、電解液蒸気及び電解液分解ガスに触れない場所で、
充放電電流を遮断することにより、電流遮断時のスパー
クが発生しても、発火、破裂を起こさない安全な密封形
電池を提供することを目的とする。【構成】本発明は正極、セパレータ、負極とからなる
発電要素を挿入した外装容器と、封口蓋群とを有する密
閉形電池において、該封口蓋群の電解液または電解液蒸
気、電解液分解ガスと接触しない場所に、電池内圧力感
応式の電流遮断装置を設けたことを特徴とする密閉形電
池である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は密閉形電池の破裂防止構
造の改良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、負極活物質とし
て、リチウムまたはリチウム合金を用い、正極活物質と
してモリブデン、バナジウム、チタン、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良、向上させたスピネル型Ｌ
ｉＭｎ₂Ｏ₄、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、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、リチウム基板上に針状のリチウムデンドライト析
出物を形成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
結晶構造の崩れとともに、負極側に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
規定され、２００サイクル以上の寿命と長期間にわたる
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に、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る。中でも、炭
素質物材料を負極担持体とし、正極活物質として３．５
Ｖ程度の平均作動電圧を示すＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ
₂、ＬｉＣｏ_XＮｉ_1-XＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等が検討
されている。

【０００６】前述したような非水電解液電池は、外部も
しくは内部より何らかのエネルギーが働くことで、電池
内に収容されている電極群と電解液の間に化学反応が起
こり電池内圧が上昇し、発火、破裂を生ずる場合があ
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が供給され、過充電の状態に
なったり、何らかの原因で短絡状態になり大電流が流れ
たりすると、電解液が分解され、ガスが発生して電池内
圧が上昇し、発火、破裂の原因になる場合がある。

【０００７】そこで、従来の技術として前述した発火、
破裂を回避するため、図４のように、電池端面の封口蓋
群に防爆用の安全弁（４２）が設けられている。安全弁
装置は、ガス抜き孔を持つ内蓋（４１）と同様な孔を持
つ第１補強板（４３）に、接着もしくは圧着によって挟
持されている安全弁（４２）からなっている。また、図
４の封口蓋群は、前述した安全弁装置にガス抜き孔を配
した第２補強板（４４）を重ね、最外端にやはりガス抜
き孔を配する端子板（４５）を具備している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述する封口構造によ
る密閉形電池では、外装缶（４６）に収容されている電
極群（４７）が、電池内部および外部よりの因子によっ
て化学変化を起こすと、電池内部ではガスが発生して内
圧が上昇し、電池内壁全体に圧力がかかる。さらに内圧
が高まり所定の値に達すると安全弁が破壊されて、電池
内部で発生したガスは、封口蓋群の各々のガス抜き孔を
経て電池外部に排気され、電池の破裂は回避される。し
かしながら、安全弁の破壊後も電流は流れ続け、電解液
の分解が続き、充電時には負極にリチウムの析出が続
く。安全弁が破壊された状態でリチウムの析出が起こる
と、空気中の酸素とリチウムが反応して発火を起こすと
いう問題点があった。

【０００９】このような、過充電、短絡が起こった場
合、発火、破裂を防止するよう、特開平２−１１２１５
１、特開平２−２８８０６３号公報には電池内圧の上昇
によって作動する安全装置が提案されている。この安全
装置を有する電池を図５に示す。この電池の安全装置
は、電池内圧の上昇により変形する安全弁（５１）と、
極板から安全弁に接続されているリード（５４）と、リ
ード（５４）と安全弁（５１）とを剥離または破断する
リードストリッパ（５２）とを備えている。このような
構成により、電池内圧の上昇が起こった場合、安全弁が
内圧方向に変形し、この変形が所定以上になると安全弁
（５１）とリード（５４）とがリードストリッパ（５
２）により剥離または破断される。これにより電流が遮
断され、これ以上の危険性を高める反応は中断される。
ところが、図５に示す安全装置を有する防爆密閉形電池
は、電流が流れている時にリードを剥離または破断する
ため、剥離または破断時にスパークを発生する。このス
パークが電池内圧を上昇させている電解液の分解ガスに
着火することで発火、破裂の危険性があるという問題点
があった。

【００１０】そこで本発明は、過充放電時に、電解液、
電解液蒸気および電解液分解ガスに接触しない場所で電
流を遮断させることで、電流遮断時のスパークが飛んで
も発火、破裂を起こさない安全な密閉形電池を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は正極、セパレー
タ、負極とからなる発電要素を挿入した外装容器と、封
口蓋群とを有する密閉形電池において、該封口蓋群の電
解液または電解液蒸気、電解液分解ガスと接触しない場
所に、電池内圧力感応式の電流遮断装置を設けたことを
特徴とする密閉形電池である。

【００１２】本発明は図１に示すように、正極、セパレ
ータ、負極とからなる電極群（１６）を挿入した外装缶
（１５）と封口蓋群を有し、その封口蓋群は電池内圧の
上昇にともない、内圧方向に変形する電流遮断弁（１
１）と、電流遮断弁（１１）の突起（１９）と通常は電
気的に接続されている遮断端子（１３）と、電流遮断弁
（１１）と遮断端子（１３）に挟持されガス抜き孔を有
する絶縁体（１２）と、遮断端子（１３）と電気的に接
続されている電池端子（１４）とを有し、電池内圧が所
定の値に達したとき、電解液、電解液蒸気および電解液
分解ガスに接触しない電流遮断弁（１１）の上側で、電
流遮断弁（１１）と遮断端子（１３）とが剥離または破
断して、電流を遮断することによって、過充電および短
絡時に生じる発火、破裂などの危険を回避しつつ、電解
液の電池外への漏れも防止できるようにしたものであ
る。

【００１３】ここで、電流遮断弁の突起（１９）は図２
に示すように、電池内圧が上昇し遮断端子（１３）と剥
離または破断したとき絶縁を保てる構造になっている。
また、電流遮断弁（１１）は電池内圧による変形を起こ
し易いように肉薄部（１７）を作成することがより好ま
しい。電流遮断弁（１１）の突起（１９）と遮断端子
（１３）との接触部（１６）は、圧入または溶接によ
り、電池内圧上昇による電流遮断弁（１１）の変形時
に、剥離又は破断する強度に固定されている。

【００１４】

【作用】本発明によれば、過充電および短絡による電池
内部の電極群と電解液の化学反応によりガスが発生して
電池内圧が上昇すると、電流遮断弁が内圧方向に変形す
る。この作用によって、絶縁体を挟持させている電流遮
断弁の突起部と遮断端子が、引火性のガスの存在してい
ない場所で剥離もしくは破断し、電池内部において電流
を遮断する。即ち、前述した電池に対する過充電および
短絡からなる電池内での化学反応によるガス発生を、電
池内部の電流遮断によって、化学反応を初期の段階で停
止させ、電流遮断後はガスの発生を抑えることができ
る。

【００１５】また、電流遮断部分が電解液、電解液蒸気
および電解液分解ガスなどに接触していないため、電流
遮断時に発生するスパークがあっても引火を起こすこと
がなく、安全性が高まる。以上の点から、充電電流およ
び短絡電流から起こる電池内部の化学反応による電池の
温度上昇を抑え、電池の破裂および発火を回避すること
ができる。

【００１６】

【実施例】図１〜３を参照にして、本発明の実施例を説
明する。本実施例に係わる非水電解液電池は、図１に示
すように電解液、電極群（１６）からなる発電要素が収
納される円筒状の外装缶（１５）と、この外装缶上端部
に設けられた電流遮断装置を備えている封口蓋群を、か
しめ密封することで構成されている。封口蓋群は電池の
最内側に、接触用突起を持つ電流遮断弁（１１）が配置
され、遮断端子（１３）は絶縁樹脂などで作られている
絶縁体（１２）を挟持する格好で、接触用突起（１９）
に接触させて取り付けられ、封口蓋群の最外側に電池端
子（１４）が配されている。これらの封口蓋部品は外装
缶（１５）との絶縁と電池の密封を目的とする絶縁性樹
脂製のガスケット（１８）に挿入され構成されている。

【００１７】以下、具体的な電池での実験結果にもとず
いて説明する。正極板として、リチウムとコバルトの複
合酸化物ＬｉＣｏＯ₂を９０ｗｔ％、導電材としてアセ
チレンブラックを７ｗｔ％、バインダーとしてポリふっ
化ビニリデン３ｗｔ％を混合し、アルミニウム基板に塗
布、乾燥、圧延してシート状にしたものを用い、負極板
として、リチウムを担持しうる炭素材９５ｗｔ％にバイ
ンダーであるスチレン−ブタジエンの共重合体ゴムを５
ｗｔ％加えて混合し、銅基板に塗布、乾燥、圧延してシ
ート状にしたものを用い、セパレータとしてポリプロピ
レン製多孔質フィルムを介在させ巻き込み電極群を構成
した。次に、電極群をステンレス製の外装缶に収容し、
電解液として、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、電解
質として１ｍｏｌ／ｌの六弗化リン酸リチウム（ＬｉＰ
Ｆ₆）を溶解して注液した。そして、図１で示す電流遮
断装置を持つ封口蓋群を使ってかしめ、密閉封口した外
形１８ｍｍ、総高６５ｍｍ、容量１０００ｍＡｈの円筒
形の実施例電池を製造した。

【００１８】また、比較例１の電池として、図４に示す
ような安全弁（４２）と第１補強板（４３）からなる安
全弁装置を持つ正極端子蓋板（４１）にガス抜き孔を配
した第２補強板（４４）を重ね、最外端にやはりガス抜
き孔を配する端子板（４５）を具備している。このよう
に電流遮断装置を持たない封口蓋群を使用すること以外
は実施例と全く同じ構造の電池を製造した。

【００１９】同様に比較例２の電池として、図５に示す
ような内圧方向に変形する遮断弁（５１）と電極群（５
５）から導かれ遮断弁（５１）に接触させて取り付けら
れているリード（５４）とリードを遮断弁から剥離もし
くは破断を行なうストリッパ（５２）を具備し、図１と
異なる電流遮断装置を持つこと以外は実施例と全く同じ
構造の電池を製造した。

【００２０】製造したそれぞれの電池において、充電電
流２．５Ａで過充電を行ったときの電池電圧と電池温度
の経時変化を図３に示す。図３に示したように、所定の
電池内圧に達しても電流遮断しない電池は、充電が停止
しないために過充電状態が続き、ある時点で急激に電圧
と電池温度が上昇して破裂もしくは発火にまで及んだ。
過充電によって電池内圧が上昇して電流遮断装置が作動
した電池は、それ以上電池内に電流を流すことなく、電
池内でのガス発生は止まり、電池の発火、破裂は回避さ
れた。

【００２１】また、製造したそれぞれの電池各２０本に
ついて、充電電流２．５Ａの過充電を行い、電池の挙動
を観察したところ、実施例の電池では過充電した２０個
全ての電池において発火、破裂が起こることなく、電池
温度も約６０℃以上にはならなかった。また、電解液の
電池外への漏出も認められず電池が危険な状態に陥るこ
となく、電池の安全性を確保できた。

【００２２】一方、比較例１の電池では、過充電をした
２０個全ての電池で発火し、発火した電池のうち１２個
に電池が破裂にまで及んだ。そして、電池温度も２００
℃以上に達し、２０個全ての電池で電解液の電池外への
吹き出しが認められた。これらのことより、比較例１の
電池では例外なく全ての電池が危険な状態に陥ったとい
える。

【００２３】さらに、比較例２の電池では、過充電した
２０個のうち７個の電池で電流遮断弁が作動したのにも
かかわらず発火した。その他１３本の電池は実施例電池
のように電流遮断が作動したので、発火、破裂が起こる
ことなく、電解液の漏出も認められず、電池温度も６０
℃以上にはならなかった。このことより、比較例２の電
池が持つ電流遮断装置では電流遮断の作動は起こるが、
電流遮断時にスパークが飛び、電池内圧を上昇させてい
る電解液分解ガスに着火し発火に至ったものと考えら
れ、電池の安全性を完全に確保できたとはいえない。

【００２４】

【発明の効果】上述のように構成された本発明では、電
池内圧の上昇にともない内圧方向に変形するとともに導
通用の突起を有する電流遮断弁と、電流遮断弁の突起と
通常は電気的に接続されている遮断端子と、遮断端子と
電気的に接続されている電池端子とを有し、電池内圧が
所定の値に達したとき、電解液、電解液蒸気および電解
液分解ガスに接触しない部分で電流遮断弁突起部と遮断
端子とが剥離または破断して電流を遮断することによっ
て、過充電および短絡時に生じる発火、破裂などの危険
を回避しつつ、電解液の電池外への漏れも防止できるよ
うにした安全性および信頼性の高い密閉形電池を提供で
きるものである。

【００２５】さらに本発明は、円筒形だけでなくそのほ
か角形、楕円形などいろいろな形状の密閉形非水電解液
一次、二次電池においても効果がある。また、異常充放
電電流により、引火性の水素または酸素が発生するアル
カリ二次電池、同一次電池、密閉形鉛電池等広く応用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電流遮断装置を備えた非水電解液電池
の実施例の要部断面図である。

【図２】本発明の電流遮断装置の作動時の断面図であ
る。

【図３】過充電時の電池電圧と電池温度の経時変化図で
ある。

【図４】比較例１の電流遮断装置を備えた同種電池の要
部断面図である。

【図５】比較例２の電流遮断装置を備えた同種電池の要
部断面図である。

【符号の説明】

１１電流遮断弁１２絶縁体１３遮断端子１７薄肉部１９突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極、セパレータ、負極とからなる発電
要素を挿入した外装容器と封口蓋群とを有する密閉形電
池において、該封口蓋群の電解液または電解液蒸気、電解液分解ガス
と接触しない場所に、電池内圧力感応式の電流遮断装置
を設けたことを特徴とする密閉形電池。
【請求項２】該封口蓋群が、導通用の突起を有する電
流遮断弁と、電流遮断弁の突起と通常は電気的に接続し
ている遮断端子と、遮断端子と電気的に接続している電
池端子とを有し、該突起と遮断端子とが電池内圧上昇に
より破断または剥離する構造を有することを特徴とする
請求項１記載の密閉形電池。
【請求項３】該電流遮断弁に、肉薄部を設けているこ
とを特徴とする請求項１、２記載の密閉形電池。