JPH09259926A - 防爆型二次電池 - Google Patents

防爆型二次電池

Info

Publication number
JPH09259926A
JPH09259926A JP8062355A JP6235596A JPH09259926A JP H09259926 A JPH09259926 A JP H09259926A JP 8062355 A JP8062355 A JP 8062355A JP 6235596 A JP6235596 A JP 6235596A JP H09259926 A JPH09259926 A JP H09259926A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
electrode plate
battery case
explosion
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8062355A
Other languages
English (en)
Inventor
Shoichiro Watanabe
庄一郎 渡邊
Masaya Okochi
正也 大河内
Noriki Muraoka
憲樹 村岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP8062355A priority Critical patent/JPH09259926A/ja
Publication of JPH09259926A publication Critical patent/JPH09259926A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池に機械的圧力が電池内側に向かって加え
られた際の電池の発熱を構造的に防止する。 【解決手段】 正、負極、セパレータからなる極板群の
最外周を電池ケースの極と異なる正、負極いずれかの集
電体とし、電池に機械的圧力が電池内側に向かって加え
られた際に、電池ケースと極板群最外周にある集電体が
接触し、電気的に短絡する構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、防爆型二次電池
の、とくにその安全性改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、民生用電子機器のポータブル化、
コードレス化が急激に進んでいる。現在、これら電子機
器の駆動用電源としての役割を、ニッケルーカドミウム
電池あるいは密閉型小型鉛蓄電池が担っているが、ポー
タブル化、コードレス化が進展し、定着するにしたが
い、駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化、
小型軽量化の要望が強くなっている。
【0003】このような状況から、高い充放電電圧を示
すリチウム複合遷移金属酸化物、例えばLiCoO
2(例えば特開昭63−59507号公報)や、さらに
高容量を目指したLiNiO2(例えば米国特許第43
02518号)、複数の金属元素とリチウムの複合酸化
物、例えばLiyNixCo1-xO2 (特開昭63−29
9056号公報)、Lixyz2(但し、MはFe、
Co、Niの中から選ばれた少なくとも一種で、NはT
i,Mg,Cr,Mnの中から選ばれた少なくとも一
種)(特開平43−267053号公報)を正極活物質
に用い、リチウムイオンの挿入、離脱を利用した非水電
解液二次電池が提案されている。
【0004】このような二次電池の研究・開発におい
て、電池の安全性の確保は最重要課題である。このよう
な二次電池の安全性に関する課題として、電池が圧壊さ
れた際に、電池内において正・負極板が内部短絡し、電
池温度が異常に上昇するという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような温度上昇の
原因を調べたところ、電池を圧壊した際に局部的に正・
負極の活物質同士が接触・内部短絡を起こし、発生する
ジュール熱により活物質が熱分解していることが明らか
となった。
【0006】(J.R.Dahn, E.W.Fuller, M.Obrovac, U.v
on Sacken,Solid State Ionics,69,265(1994).など) つまり、内部短絡が発生した瞬間に局部的に接触してい
る活物質間に、正負極間に流れる過大な短絡電流が集中
するため瞬間的に活物質の分解温度まで達してしまう為
に、活物質の熱分解が起こり電池の発熱につながったも
のと考えられた。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は極板群の最外周には電池ケースと異なる
極の極板が配されて、活物質を付与していない集電体部
分が露出しているので、電池が圧壊された場合、まず電
池ケースと極板群最外周の集電体とが短絡状態となる。
この場合でも、通常の電池と同様に過大な短絡電流が電
池ケースと集電体の間を流れ、ジュール熱による発熱が
生じるが、短絡箇所に正・負極両方の活物質が存在しな
いため、前述したような活物質の熱分解反応は発生しな
い。
【0008】また、さらに電池が圧壊された場合、最終
的に活物質同士は接触するものの、これよりも先に電池
ケースと集電体との間で短絡電流が流れ、正・負極が電
解液のLiイオン拡散律速により、大きく分極している
ために活物質間に流れる電流はわずかなものとなり、活
物質が熱分解する温度に至らない。
【0009】この結果、圧壊試験時の電池の異常な温度
上昇をを完全に防止するに至ったものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、電池が圧壊された際に
活物質が存在しない箇所で活物質同士が接触するよりも
先に短絡現象を生じさせる構造をとるものである。
【0011】具体的に正極と負極とセパレータを備えた
極板群および電解液からなる発電要素と、この発電要素
を収納し正、負いずれか一方の極の端子をなす電池ケー
スと、この電池ケースを封口し前記他方の極とリードに
より接続されてこの他方の極の端子をなす封口板とから
なり、前記正、負極、セパレータを備えた極板群の最外
周を前記電池ケースの極と異なる極の極板を配されてい
て活物質の存在しない集電体部分が露出した構成になっ
ており、電池に機械的圧力が電池内側に向かって加えら
れた際に、電池ケースと最外周にある集電体部分が最初
に接触し、電気的に短絡する構造を有するものである。
【0012】この場合、極板群と電池ケースが電池輸送
の際の振動等により接触し短絡現象を起こすおそれがあ
るため、これを回避するために、前記電池ケースの内側
表面に非導電性の構造体を設置し、電池が内側に圧壊さ
れた際に構造体が破壊され、電池ケースと極板群最外周
の集電体が接触し、電気的に短絡する構造にするとさら
に望ましい。
【0013】また、これとは逆に極板群を非導電性の構
造体で包み、振動等による内部短絡を構造的に防止する
と共に、電池が内側に圧壊された際には電池ケースと極
板群最外周の集電体が非導電性構造体の隙間において接
触し、電気的に短絡する構造とした場合でも同様の効果
が得られる。
【0014】この場合、非導電性の構造体はより確実に
短絡現象を発生させるためネット状であることが望まし
い。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照にしながら本発明の実施例
を説明する。
【0016】(実施例1)図1に円筒形電池の縦断面図
を示す。図1において1は耐有機電解液性のステンレス
鋼板の内側にウレタン樹脂の薄い層を形成した電池ケー
ス、2は安全弁を設けた封口板、3は絶縁パッキングを
示す。4は極板群であり、正極板5および負極板6がセ
パレータ7を介して複数回渦巻状に巻回されてケース内
に収納されている。そして上記正極板5からは正極アル
ミリード5aが引き出されて封口板2に接続され、負極
板6からは負極ニッケルリード6aが引き出されて電池
ケース1の底部に接続されている。8は絶縁リングで極
板群4の上下部にそれぞれ設けられている。
【0017】以下、負極板6、電解液等について詳しく
説明する。負極板6は、黒鉛100重量部に、スチレン
ーブタジエンゴム系結着剤を混合し、カルボキシメチル
セルロース水溶液に懸濁させてペースト状にした。そし
てこのペーストを厚さ0.015mmの銅箔の表面に塗
着し、乾燥後0.2mmに圧延し、幅37mm、長さ2
80mmの大きさに切り出して負極板とした。
【0018】以後、正極板の製造法を説明する。正極板
は、まず正極活物質であるLiNi0.85Co0.152
粉末100重量部に、アセチレンブラック3重量部、フ
ッソ樹脂系結着剤5重量部を混合し、N−メチルピロリ
ドン溶液に懸濁させてペースト状にする。このペースト
を厚さ0.020mmのアルミ箔の両面に塗着し、乾燥
後0.130mmに圧延を行い、幅35mm、長さ32
5mmの大きさに切り出して正極板5とした。
【0019】図2に正極板を示す。図2に示した通り、
正極板はその端部に活物質合剤が存在しない箇所が設け
てある。
【0020】セパレータにはポリエチレン製の微多孔製
フィルムを用いた。そして正極板と負極板を、セパレー
タを介して渦巻き上に巻回し、図3に示すように正極の
活物質の存在しない端部が群の最外周になるように構成
し、直径13.8mm、高さ50mmの電池ケース1内
に収納した。
【0021】電解液にはECとEMCの等容積混合溶媒
に、六フッ化リン酸リチウム1モル/lの割合で溶解し
たものを用いて極板群4に2.7cm3注入した後、電池
を密封口し、試験電池Aとした。
【0022】(実施例2)第2実施例として、実施例1
で構成した極板群4に図4に示したようにポリプロピレ
ン製の短絡防止ネットを装着し、電池ケースと極板群と
の短絡を防止した。
【0023】短絡防止ネットがあるため、電池ケースに
は非導電性の樹脂層は不要であるため、通常のステンレ
ス製電池ケースを用いて電池を構成する他は実施例1と
同様に電池を作成し、試験電池Bとした。
【0024】(比較例)比較例として、極板群4の最外
周をセパレータが覆っている以外は全て実施例1と同様
に極板群を構成し、通常のステンレス製電池ケースを用
いて電池を構成する他は実施例1と同様に電池を作成
し、試験電池Cとした。
【0025】試験電池はそれぞれ100個ずつ作成し、
試験を行った。これらの電池A,B,Cを用いて以下の
条件下で試験を行った。
【0026】20℃の環境下で120mAで4.2Vま
で充電した後、圧壊試験を行った。圧壊試験は、直径4
mmの金属製の円柱の丸棒を用いて、この丸棒が電池の
外寸がもっとも長くなる方向に対して垂直な方向と平行
になるように電池の中央部に押しつけて、電池の厚みが
半分になるまで圧壊した。
【0027】(表1)に圧壊試験を行った後の電池の最
高到達温度の平均値を示した。
【0028】
【表1】
【0029】(表1)の結果より本発明の電池A,Bを
比較例の電池Cと比較すると明らかに電池の最高到達温
度が低く、安全であることがわかる。
【0030】これは、比較例の電池Cでは、圧壊時に極
板群内部で正・負極の活物質同士による短絡が発生する
ことによって、活物質の熱分解温度に達し、電池が異常
発熱したのに対し、実施例1の電池Aでは電池圧壊時に
ステンレス製ケースが変形することによりウレタン樹脂
が破壊され、負極側端子であるケースと極板群の最外周
のAlが最初に接触することによって、短絡初期に発生
する過大な電流を活物質の存在しないところで逃すこと
によって、活物質同士が接触した時点では活物質の分解
温度まで温度が上昇しないためである。
【0031】実施例2の電池Bの場合でも変形したケー
スがネットの隙間から最外周の正極集電体と接触し、実
施例1と同様の効果が得られる。
【0032】上記実施例においては円筒型の電池を用い
て評価を行ったが、角型など電池形状が異なっても同様
の効果が得られる。
【0033】更に、上記実施例において正極にはリチウ
ム複合ニッケル−コバルト酸化物を用いたが、LiCo
2などLixy1-y2(x:1.10≧x≧0.98、M≠N、
M、NはCo、Ni、Mn、Cr、Fe、Mg、Al、
Znのいずれか1種類以上、y:1≧y≧0)で示される活
物質を用いた場合特に効果的である。
【0034】また、通常使用時に極板群とケースとの接
触を防止する非導電性の短絡防止層にはウレタン樹脂を
用いたが、他の樹脂やセラミックス等、非導電性であれ
ば何を用いても良い。
【0035】また、本発明では、極板群の最外周を正
極、電池ケース側を負極としたが、逆であっても同様の
効果が得られることは言うまでもない。
【0036】更に、上記実施例において負極には炭素質
材料を用いたが、リチウム金属や、リチウム合金、Fe
23、WO2、WO3等の酸化物など、他の負極材料を用
いても同様の効果が得られる。
【0037】また、上記実施例において電解質として六
フッ化リン酸リチウムを使用したが、他のリチウム含有
塩、例えば過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウ
ム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、六フッ化
ヒ酸リチウムなどでも同様の効果が得られた。
【0038】さらに、上記実施例では炭酸エチレンと炭
酸ジエチルの混合溶媒を用いたが、他の非水溶媒例え
ば、プロピレンカーボネートなどの環状エステル、テト
ラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメトキシエタン
などの鎖状エーテル、プロピオン酸メチルなどの鎖状エ
ステルなどの非水溶媒や、これらの多元系混合溶媒を用
いても同様の効果が得られた。
【0039】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による構成による電池を用いれば、電池圧壊時において
も非常に安全な電池を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の円筒形電池の縦断面図
【図2】本発明の正極板を示す図
【図3】本発明の極板群を示す図
【図4】本発明の他の極板群を示す図
【符号の説明】
1 電池ケース 2 封口板 3 絶縁パッキング 4 極板群 5 正極板 5a正極リード 6 負極板 6a負極リード 7 セパレータ 8 絶縁リング 9 ウレタン樹脂層 10 ステンレスケース 11 正極合剤 12 Al集電体露出部分 13 ポリプロピレン樹脂製短絡防止ネット

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極板と負極板とセパレータを備えた極板
    群と電解液からなる発電要素と、この発電要素を収納し
    正、負いずれか一方の極の端子をなす電池ケースと、こ
    の電池ケースを封口し前記他方の極とリードにより接続
    されてこの他方の極の端子をなす封口板とからなり、 前記極板群の最外周には前記電池ケースの極と異なる極
    の極板が配されていて、活物質の付与されていない集電
    体部分が露出しており、 電池に機械的圧力が電池内側に向かって加えられた際
    に、電池ケースと極板群最外周にある集電体部分が接触
    し、電気的に短絡する構造である防爆型二次電池。
  2. 【請求項2】 前記電池ケースの内側表面に非導電性の
    構造体を設置し、電池が内側に圧壊された際に構造体が
    破壊され、電池ケースと極板群最外周の集電体が接触
    し、電気的に短絡する構造である請求項1記載の防爆型
    二次電池。
  3. 【請求項3】 極板群は非導電性の構造体で包まれてお
    り、電池が内側に圧壊された際に電池ケースと極板群最
    外周の集電体が接触し、電気的に短絡する構造である請
    求項1記載の防爆型二次電池。
  4. 【請求項4】 構造体がネット状である請求項3記載の
    防爆型二次電池。
  5. 【請求項5】 正極はLixy1-y2(x:1.10≧x≧
    0.98、M≠N、M、NはCo、Ni、Mn、Cr、F
    e、Mg、Al、Znのいずれか1種類以上、y:1≧y
    ≧0)で示される活物質を主とする正極合剤がAl集電
    体上に形成された物である請求項1記載の防爆型二次電
    池。
  6. 【請求項6】 負極はLiを充放電可能な炭素材、黒鉛
    材、もしくは金属酸化物を主構成材料とする負極合剤
    を、CuもしくはNi集電体上に塗着したものである請
    求項1記載の防爆型二次電池。
JP8062355A 1996-03-19 1996-03-19 防爆型二次電池 Pending JPH09259926A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8062355A JPH09259926A (ja) 1996-03-19 1996-03-19 防爆型二次電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8062355A JPH09259926A (ja) 1996-03-19 1996-03-19 防爆型二次電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09259926A true JPH09259926A (ja) 1997-10-03

Family

ID=13197732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8062355A Pending JPH09259926A (ja) 1996-03-19 1996-03-19 防爆型二次電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09259926A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8822070B2 (en) 2007-01-23 2014-09-02 Sony Corporation Battery with secure short-circuiting mechanism
US9362587B2 (en) 2010-02-05 2016-06-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Rectangular battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8822070B2 (en) 2007-01-23 2014-09-02 Sony Corporation Battery with secure short-circuiting mechanism
US9362587B2 (en) 2010-02-05 2016-06-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Rectangular battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6713217B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery with a polyolefin microporous membrane separator
JPH04328278A (ja) 非水電解質二次電池
KR20060035631A (ko) 적층형 리튬 이온 충전지
JPH10214638A (ja) リチウム二次電池
JP2004063343A (ja) リチウムイオン二次電池
CN111095613B (zh) 电极、非水电解质电池及电池包
JP2000077061A (ja) リチウムイオン電池
JP2002056835A (ja) 密閉型二次電池
JPH10112318A (ja) 非水電解液二次電池
JP2004303597A (ja) リチウム二次電池およびその製造方法
JP2011103181A (ja) リチウム二次電池
JP2000164206A (ja) 組電池用非水電解液二次電池
JP2001126765A (ja) 非水電解質二次電池
JP3402237B2 (ja) 非水電解質二次電池
JPH08148184A (ja) 非水電解液二次電池
JP2002289159A (ja) 非水電解質二次電池パック
JPH09129241A (ja) 非水電解液二次電池
JPH04329269A (ja) 非水電解液二次電池
JP2004152579A (ja) リチウムイオン電池およびリチウムイオン電池パック
JPH10116633A (ja) 非水電解液二次電池
JPH07272762A (ja) 非水電解液二次電池
JPH09259926A (ja) 防爆型二次電池
JP4045627B2 (ja) 防爆型非水二次電池
JPH09306545A (ja) 二次電池
JP3010973B2 (ja) 非水電解液二次電池