JPH09190814A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH09190814A
JPH09190814A JP8000970A JP97096A JPH09190814A JP H09190814 A JPH09190814 A JP H09190814A JP 8000970 A JP8000970 A JP 8000970A JP 97096 A JP97096 A JP 97096A JP H09190814 A JPH09190814 A JP H09190814A
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JP
Japan
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negative electrode
positive electrode
active material
secondary battery
porous heat
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JP8000970A
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Shigeki Murayama
茂樹 村山
Fuminari Itou
文就 伊藤
Yoshito Inoue
嘉人 井上
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Sony Corp
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極電極及び負極電極の直接ショートを防止
するようにし、内部ショートが拡大しないようにするこ
とを目的とする。 【解決手段】 正極活物質層4を有する正極電極2と負
極活物質層6を有する負極電極3とをセパレータ8を介
して積層してなる非水電解液二次電池において、この正
極電極2又は負極電極3あるいは双方2,3の活物質層
4,6上に所定厚の多孔質耐熱絶縁層20を形成したも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器等の電
源として利用される非水電解液二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、二次電池は、OA、FA、家電、
通信機器等のポータブル電子機器用電源として幅広く使
用されており、さらに機器に装着した場合に容積効率が
良く、機器の小型化、軽量化につながる二次電池が要求
されている。斯る二次電池として大容量、高出力、高電
圧、長期保存性に優れた非水電解液二次電池であるリチ
ウムイオン二次電池が提案されている。
【0003】リチウムイオン二次電池では、充電時はリ
チウムが正極電極の正極活物質からセパレータ中の電解
液中にリチウムイオンとして溶け出し、負極電極の負極
活物質中に入り込み、放電時は負極電極の負極活物質中
に入り込んだリチウムイオンが電解液中に放出され、正
極電極の正極活物質中に再び戻る事によって、充放電動
作を行っている。
【0004】従来のリチウムイオン二次電池はエネルギ
ー密度を上げるため、活物質を金属箔の集電体の表裏両
面に塗布し正、負極電極シートを作成し、ポリエチレン
もしくはポリプロピレン等の微多孔性のポリオレフィン
樹脂フィルムよりなるセパレータを介して所定の大きさ
の電極対を多数積層した角型電池、あるいは長尺の正、
負極電極を同上のセパレータを介して巻回した円筒型電
池構造のものがほとんどであった。
【0005】従来のリチウムイオン二次電池では、微多
孔性のポリオレフィン樹脂フィルムよりなるセパレータ
を使用しており、このセパレータは高温(140〜16
0℃)状態になると溶融し微細孔が閉塞(シャットダウ
ン)し、イオンの伝導を抑える事によって、電池が外部
ショート、内部ショートの状態になっても、電池温度の
上昇による暴走を防止するようにしていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、外部加熱、外
部ショートあるいは内部ショート等により温度が上昇
し、温度が140〜160℃を越えるような場合には対
向する正、負極電極間の微多孔性のポリオレフィン樹脂
フィルムよりなるセパレータがシャットダウンする温度
を超えてしまい、完全に熱溶融し、更に熱分解し正及び
負極電極が直接ショートする事によって内部ショートが
拡大するという不都合があった。
【0007】本発明は斯る点に鑑み、正極電極及び負極
電極の直接ショートを防止するようにし、内部ショート
が拡大しないようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明非水電解液二次電
池は正極活物質層を有する正極電極と負極活物質層を有
する負極電極とをセパレータを介して積層してなる非水
電解液二次電池において、この正極電極又は負極電極あ
るいは双方の活物質層上に所定厚の多孔質耐熱絶縁層を
形成したものである。
【0009】本発明によれば、この正極電極又は負極電
極あるいは双方の活物質層上に所定厚の多孔質耐熱絶縁
層を形成したので、外部加熱あるいは外部ショートによ
る発熱があっても正極電極及び負極電極間は、この多孔
質耐熱絶縁層により絶縁が保たれるので大面積での電極
間ショートが起こらない。
【0010】また内部ショートが発生し、セパレータが
溶融しても、この多孔質耐熱絶縁層によりショート部位
の拡大が防止されるので、直接的な大面積での電極間シ
ョートを防ぐことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明非水
電解液二次電池を円筒型のリチウムイオン二次電池に適
用した例につき説明しよう。
【0012】本例による円筒型リチウムイオン二次電池
は図1,図2,図3に示す如く、帯状の正極電極2及び
負極電極3をセパレータ8を介して渦巻状に巻回した電
極渦巻体14をニッケルメッキを施した鉄板製の円筒型
状の電池缶47に収納する如くする。
【0013】この負極電極3は次のように作製した。負
極活物質の出発原料として石油ピッチを用い、これを焼
成して粗粒状のピッチコークスを得た。この粗粒状のピ
ッチコークスを粉砕して平均粒径20μmの粉末とし、
この粉末を不活性ガス中、1000℃にて焼成して不純
物を除去し、コークス材料粉末を得た。
【0014】このコークス材料粉末を負極活物質担持体
とし、このコークス材料粉末を90重量部、結着剤とし
てポリフッ化ビニリデン(PVDF)10重量部とを混
合し、負極合剤を調製した。この負極合剤を溶剤である
N−メチルピロリドンに分散させて、スラリーとし、こ
の負極合剤スラリーを図1及び図2に示す如く厚さ10
μmの帯状の銅箔より成る負極集電体7の両面に均一に
塗布し、この溶剤を乾燥後、ローラープレス機により圧
縮成形して、負極集電体7の両面に負極活物質層6を形
成した。
【0015】本例においては、次に繊維径2μm、繊維
長10μmのアルミナ繊維を90重量部、結着剤として
ポリフッ化ビニリデンを10重量部とを混合し、この混
合物を溶剤であるN−メチルピロリドンに分散させて合
剤スラリーとし、この合剤スラリーを図2に示す如く、
両面の負極活物質層6上に溶剤の乾燥後の厚さが25μ
mとなる如く塗布し、多孔質耐熱絶縁層20を形成し
て、厚さ190μmの帯状の負極電極原板を得、これを
幅55.6mm、長さ551.5mmにカットして負極
電極3を得た。
【0016】この正極電極2は次のように作製した。炭
酸リチウム0.5モルと炭酸コバルト1モルとを混合
し、空気中、900℃で5時間焼成することによって、
LiCoO2 を得た。
【0017】このLiCoO2 を正極活物質とし、この
LiCoO2 を91重量部、導電剤としてのグラファイ
トを6重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(P
VDF)を3重量部を混合して正極合剤とし、この正極
合剤を溶剤N−メチルピロリドンに分散させてスラリー
とした。
【0018】この正極合剤スラリーを、厚さ20μmの
帯状のアルミニウム箔より成る正極集電体5の両面に均
一に塗布して乾燥し、その後、ローラープレス機により
圧縮成形して、正極集電体5の両面に正極活物質層4を
有する厚み160μmの帯状の正極電極原板を得、これ
を幅53.6mm、長さ523.5mmにカットして、
正極電極2を得た。
【0019】セパレータ8としては、厚さが25μm、
幅58.1mm、長さ555mmの微多孔性ポリプロピ
レンフィルムを使用した。
【0020】以上のようにして作製した帯状の負極電極
3、帯状の正極電極2とを、このセパレータ8を用い
て、図1に示す如く、負極電極3、セパレータ8、正極
電極2及びセパレータ8の順に積層して4層構造の積層
体とし、この積層体をその長さ方向に沿って、渦巻状に
多数回巻回し、最外周に絶縁シートを巻回して接着テー
プで固定して電極渦巻体14を形成した。
【0021】また図3に示す如く、この電極渦巻体14
の負極電極3の一側のリード部にニッケルより成る負極
リード45の一端を抵抗溶接により溶着すると共に正極
電極2の一側のリード部にアルミニウムより成る正極リ
ード46の一端を抵抗溶接により溶着する。
【0022】またニッケルメッキを施した鉄製の直径1
8mm,高さ65mmの円筒状の電池缶47aを用意
し、この電池缶47aの底部に絶縁板を挿入した後、図
3に示す如く、この電池缶47aに電極渦巻体14を挿
入収納する。この場合電池蓋47bに設けた負極端子4
9及び正極端子50に負極リード45及び正極リード4
6の夫々の他端を夫々溶接する。
【0023】そして、この電池缶47aの中にプロピレ
ンカーボネートを50重量%とジエチルカーボネートを
50重量%との混合溶媒中にLiPF6 を1mol/1
の割合で溶解させてなる非水系電解液を5.0g注入
し、この電極渦巻体14に含浸させた。その後、アスフ
ァルトを塗布した絶縁封口ガスケットを介して電池蓋4
7bを電池缶47aにかしめることで、この電池蓋47
bを固定し、円筒型のリチウムイオン二次電池を製作し
た。
【0024】また、この電池蓋47bにこの密閉型の電
池ケース47の内圧が所定値より高くなったときに、こ
の内部の気体を抜く安全弁装置48を設ける如くする。
【0025】この安全弁装置48は電池蓋47bの中央
部に設けた電解液注入口に例えば厚さ5μmのステンレ
ス箔より成る開裂板48aを開裂板ホルダ48bで密閉
固定したものである。
【0026】本例によれば負極電極3の負極活物質層6
上に多孔質耐熱絶縁層20を設けているが、この多孔質
耐熱絶縁層20は多孔質なので、このリチウムイオン二
次電池は、従来同様に充放電を行うことができる。
【0027】また本例によれば、負極電極3の負極活物
質層6上に多孔質耐熱絶縁層20を形成したので、外部
加熱あるいは外部ショートによる発熱があっても正極電
極2及び負極電極3間はこの多孔質耐熱絶縁層20によ
り絶縁が保たれるので大面積での電極間ショートが起こ
らない利益がある。
【0028】また、本例によれば内部ショートが発生
し、セパレータ8が溶融しても、この多孔質耐熱絶縁層
20によりショート部位の拡大が防止されるので、直接
的な大面積での電極間ショートを防ぐことができる。
【0029】因みに上述実施例のリチウムイオン二次電
池は、図4に実線で示す如く200℃以上になっても電
池電圧は常温時の例えば4.2Vであったが、上述実施
例の負極電極3の負極活物質層6上に多孔質耐熱絶縁層
を設けることなく、その他は上述実施例と同様に構成し
た比較例のリチウムイオン二次電池の電池電圧は図4に
破線で示す如く160℃以上では常温時の例えば4.2
Vより0Vに急激に低下した。
【0030】尚、上述実施例においては多孔質耐熱絶縁
層20としてアルミナ短繊維を用いたが、この代わりに
アルミナ−シリカ,チタン酸カリウム等のセラミック短
繊維を使用したときにも上述実施例同様の作用効果が得
られた。
【0031】上述実施例においては、多孔質耐熱絶縁層
20を負極電極3の負極活物質層6上に設けたが、この
代わりに正極電極2の正極活物質層4上及び双方に設け
るようにしても上述実施例と同様の作用効果が得られる
ことは容易に理解できよう。
【0032】また上述実施例では本発明をリチウムイオ
ン二次電池に適用した例につき述べたが本発明をその他
の非水電解液二次電池に適用できることは勿論である。
【0033】また本発明は上述実施例に限ることなく、
本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成が採
り得ることは勿論である。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、正極電極又は負極電極
あるいは双方の活物質層上に所定厚の多孔質耐熱絶縁層
を形成したので外部加熱あるいは外部ショートによる発
熱があっても正極電極及び負極電極間は、この多孔質耐
熱絶縁層により絶縁が保たれているので大面積での電極
間ショートが起こらない利益がある。
【0035】また、本発明によれば内部ショートが発生
し、セパレータが溶融しても、この多孔質耐熱絶縁層に
よりショート部位の拡大が防止されるので、直接的な大
面積での電極間ショートを防ぐことができる利益があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明非水電解液二次電池の一実施例の要部の
説明に供する拡大断面図である。
【図2】図1の要部の例を示す拡大断面図である。
【図3】非水電解液二次電池の例の分解斜視図である。
【図4】本発明の説明に供する線図である。
【符号の説明】
2 正極電極 3 負極電極 4 正極活物質層 5 正極集電体 6 負極活物質層 7 負極集電体 8 セパレータ 20 多孔質耐熱絶縁層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質層を有する正極電極と負極活
    物質層を有する負極電極とをセパレータを介して積層し
    てなる非水電解液二次電池において、 前記正極電極又は負極電極あるいは双方の活物質層上に
    所定厚の多孔質耐熱絶縁層を形成したことを特徴とする
    非水電解液二次電池。
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