JPH09274934A - 非水電解液系二次電池 - Google Patents
非水電解液系二次電池Info
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Abstract
するような、物理的な衝撃があっても、電池の破裂、発
火を低減もしくは防止できる非水電解液系二次電池の安
全装置を提供する。 【解決手段】非水電解液系二次電池において、一方の電
極と電気的に接触している電池缶の外周部および/また
は内周部に、もう一方の電極と電気的に接触している導
電体がセパレート物質を介して1層以上積層されている
ことを特徴とする非水電解液系二次電池。
Description
電池に関するものであり、電池缶に対する物理的衝撃に
よる、破裂、発火を防止できる安全性の高い非水電解液
系二次電池に関する。
などのポータブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次
電池に対する需要が高まっている。現在使用されている
二次電池のほとんどはアルカリ電解液を用いたニッケル
−カドミウム電池であるが、電池電圧が約1.2Vと低
く、エネルギー密度の向上は困難である。そのため、負
極にリチウム金属を使用するリチウム二次電池、および
リチウムイオン二次電池等の非水電解液系二次電池が検
討された。
大きいため、充電状態で、電池缶に変形を伴うような物
理的な衝撃(圧壊、釘差し等)があると、正負極材や正
負極の集電体どうし、および変形した電池缶と正負極の
集電体などの直接的な短絡、または釘等の突き刺さった
導電体をかいした正負極の集電体との短絡等が発生し、
その短絡部分に集中して電流が流れ、発熱による正負極
材料の分解、電解液の沸騰および分解などが瞬時に発生
し、電池の破裂、発火が起こる場合があった。電池の安
全性に関して、特開平5−326017号公報、特開平
6−203827号公報、特開平6−215749号公
報、特開平6−325751号公報、特開平6−333
548号公報等などで安全弁、セパレーター、電解液、
巻芯空間部等の改良が報告されている。
の対策では、充電状態で電池缶に対する物理的な衝撃、
特に釘などの導電体が電池缶内に突き刺さった場合に、
電池の破裂、発火を防止する効果が小さかった。
充電状態で、電池缶に対する物理的な衝撃があっても、
電池の破裂、発火を低減もしくは防止できる非水電解液
系二次電池を提供するものである。
決するために以下の構成を有するものである。
電極と電気的に接触している電池缶の外周部および/ま
たは内周部に、もう一方の電極と電気的に接触している
導電体がセパレート物質を介して1層以上積層されてい
ることを特徴とする非水電解液系二次電池の安全装
置。」
が変形するような物理的な衝撃に対して特に有効であ
り、リチウムイオン二次電池、リチウム金属二次電池な
どのあらゆる非水電解液系二次電池に利用できる。特に
リチウムイオン二次電池に有効である。電池形態も、角
型、円筒型、カード型、コイン型など、特に制限はな
い。以下、負極と電池缶が電気的に接触している円筒型
リチウム二次電池を例に取り挙げ、詳述する。
外部から電池缶が変形するような物理的な衝撃があった
場合、正極と電気的に接触している導電体が変形し、セ
パレート物質を突き破る。そこで、正極と電気的に接触
している導電体と負極と接触している電池缶が接触し、
外部短絡が起こり、電池缶内部のエネルギーを低減する
ことができる。その後、電池缶の変形による正負極の集
電体が短絡したり、釘等の導電体を介して正負極の集電
体が短絡し、短絡部分に電流が流れても、正負極活物質
が分解するような発熱が起こりにくく、電池の破裂、発
火の程度を低減または防止できる。特に、イオンのドー
ピング、脱ドーピングに関与しない、分極電流のエネル
ギー消費に効果的である。
を示すが、負極端子である電池缶5の外周部に、絶縁性
のあるセパレート物質13を設け、その上に電池蓋7の
部分と接触した導電体14が積層された構造になってい
る。
缶5と導電体14の絶縁を保てれば特に制限はない。具
体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステ
ル、テフロン、ポリエチレングリコール(分子量100
0以上)などの重合体、弗素含有ゴム、シリコン、クロ
ロプレンゴムなどの各種ゴム類、不織布、紙類、ガラス
などからなるシート状物、塗膜、ビ−ズ状物などが等が
挙げられる。これらの中でも、加工性の観点から重合体
が好ましく利用される。
なく、作製する電池の大きさ、セパレート物質として使
用される材料などにより決められる。
周部全体に存在する必要はなく、導電体14の絶縁を保
てれば電池缶外周部の一部にあるだけでもよい。また、
外部から電池缶が変形する程度の衝撃があった場合、速
やかに電池缶5と導電体14が接触するようなものが好
ましい。また、電池缶内部がなんらかの原因により発熱
したり、電池自身が高温にさらされた場合、このセパレ
ート物質が溶融し、電池缶1と導電体14が接触しエネ
ルギーを放出できることが望ましい。
らかじめ電池缶外周部に巻き付けたり、塗布しても構わ
ないし、電池作製後に設置しても構わない。また、導電
体14にあらかじめ貼り付けたり、塗布していてもさし
つかえない。また、電池缶内周部にセパレート物質13
および導電体14を設置する方法の一例を挙げると、通
常、正極シート、セパレーターおよび負極シートを巻き
込んで、電極シートの巻き物を作製するが、正負極の巻
き込みの際、正極集電体の正極活物質の塗工していない
部分を、巻取後半に残し、その集電体のみの部分と、セ
パレーターで、少なくとも1周以上巻き、後は、通常公
知の方法で電池を作製する。これにより、電池缶が変形
したり、釘などが刺さっても、先に電池缶と、正極集電
体の正極活物質の塗工していない部分が短絡する。
よび/または内周部に、セパレート物質を介して先に積
層されており、その外周および/または内周部にもう一
方の電極と電気的に接触している導電体がセパレート物
質をかいして積層されている構成であっても、本発明の
目的が達成可能であればなんらさしつかえない。
制限はなく、金属材料、炭素質材料などが挙げられる。
特にアルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス、鉄など
の金属材料が加工性、コスト的な観点から好ましい。ま
た、これら導電体14の外周部に、熱収縮フィルムなど
通常の電池に施される保護フィルムを設けてもなんら問
題はない。
の安全機構を施していなくても、複数の非水電解液系二
次電池を直列または並列に結合された電池パックとし
て、全体または一部をセパレ−ト物質で覆い、正極と電
気的に接触している導電体を積層しても、本発明と同様
の安全機構が有効に働く状態ならなんらさしつかえな
く、本発明と同様の安全機構を施す種々の工夫が可能で
ある。
すなわちアルミ箔上にコーティングされた正極、セパレ
ーター、銅箔上にコーティングされた負極を巻き込んで
電池缶に挿入し、電池缶に負極、蓋の部分に正極を溶接
し、電解液を注入し、シールして作製される。本発明で
は、電池缶に負極を電気的に接触した電池で説明してい
るが、正負極が逆になってもさしつかえない。
遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなどの無機化合
物、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポ
リアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの共役
系高分子、ジスルフィド結合を有する架橋高分子など、
通常の二次電池において用いられる正極を挙げることが
できる。これらの中で、リチウム塩を含む非水電解液を
用いた二次電池の場合には、コバルト、マンガン、モリ
ブデン、バナジウム、クロム、鉄、銅、チタンなどの遷
移金属酸化物や遷移金属カルコゲンが好ましく用いられ
る。特に前述のように、LiX CoO2 (0<x≦1.
0)、LiX NiO2 (0<x≦1.0)およびLiX
CoY Ni1-Y O2 (0<x≦1.0、0<y≦1.
0)などが、高電位、安定性、長寿命という点から好ま
しい。
られる。炭素質材料としては、特に限定されるものでは
なく、一般に有機物を焼成したものが用いられる。形態
としても、粉末状、繊維状等でもよく、結晶性であって
も非晶性であってもさしつかえない。炭素質材料の電子
伝導性が集電の目的に対して低い場合は、導電剤を添加
してもよい。
のような形態をとっても構わないが、一軸方向に配置し
たり、もしくは布帛状やフェルト状の構造体にするなど
が、好ましい形態となる。布帛状あるいはフェルト状な
どの構造体としては、織物、編物、組物、レース、網、
フェルト、紙、不織布、マットなどが挙げられるが、炭
素繊維の性質や電極特性などの点から、織物やフェルト
などが好ましい。
いが、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、銅等の集
電体上に、結着材、活物質、導電剤を有機溶剤あるいは
水等で、混練しペーストにしたものを塗布、乾燥し、プ
レス加工してシート状に成形する。ペースト化に用いる
溶剤および固形分濃度は特に限定されないが、使用する
樹脂、塗布方法、乾燥条件などを考慮し、適宜実験的に
定められるものである。
の界面活性剤、消泡剤、分散剤、紫外線吸収剤、保存安
定性を向上するための安定剤など、各種添加剤を加える
ことができる。
特に限定されることなく従来の電解液が用いられる。例
えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、γ- ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリド
ン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、
ジメチルスルフォキシド、テトラヒドロフラン、1,3
−ジオキソラン、ギ酸メチル、スルホラン、オキサゾリ
ドン、塩化チオニル、1,2−ジメトキシエタン、ジエ
チレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジメチル
イミダゾリジノン等や、これらの誘導体が挙げられ、単
独あるいは、2種以上の混合物として用いられる。
リ金属、特にリチウムのハロゲン化物、過塩素酸塩、チ
オシアン塩、ホウフッ化塩、リンフッ化塩、砒素フッ化
塩、アルミニウムフッ化塩、トリフルオロメチル硫酸塩
などが好ましく用いられる。本発明の非水電解液系二次
電池は、その安全性からビデオカメラ、パソコン、ワー
プロ、ラジカセ、携帯電話、ハンディターミナル、CD
プレーヤー、MDプレーヤー、電気髭剃り、液晶テレ
ビ、玩具などの携帯用小型電子機器、電気自動車等に搭
載することができる。
って述べるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
ルト(2CoCO3 ・3Co(OH)2 をモル比でLi
/Co=1/1となるように秤量、ジルコニア製ボール
ミルで湿式混合(粉砕溶媒にエタノール使用)後、大気
中900℃で20時間熱処理してLiCoO2 を合成し
た。これを上記ボールミルで粉砕して、正極活物質であ
るLiCoO2 粉末を得た。
化ビニリデン(呉羽化学(株)製KFポリマー#110
0)を30g、アセチレンブラック(“デンカブラッ
ク”、電気化学(株)製)を15g秤量し、500gの
N−メチル−2−ピロリドンを加え、混練してペースト
Aにした。
箔上の片面に、電極部の幅8cm、長さ60cm、単位
面積当たりの正極活物質重量が200g/m2 になるよ
うに塗布し、100℃で15分乾燥後、もう一方の面に
も塗布し、100℃で30分乾燥し、さらに180℃で
15分乾燥しLiCoO2 電極シートを作製した。この
電極シートを幅65mmにスリットし、線圧約100k
g/cmでローラープレスしてアルミ集電体に圧着した
後、厚み190μmの電池用電極を得た。
イバー“MLD−30”東レ(株)製)を298g、ポ
リフッ化ビニリデン(呉羽化学(株)製 KFポリマー
#1100)を35g、アセチレンブラック(電気化学
(株)製)を17.5g量りとり、500gのN−メチ
ル−2−ピロリドンを加え、混練してペーストBにし
た。
の片面に、電極部の幅8cm、長さ60cm、単位面積
当たりの負極活物質重量が80g/m2 になるように塗
布し、100℃で15分乾燥後、もう一方の面に、負極
活物質重量が75g/m2 になるようにも塗布し、10
0℃で30分乾燥し、さらに200℃で15分、窒素気
流中で乾燥し短繊維状炭素繊維電極シートを作製した。
この電極シ−トを幅65mmにスリットし、線圧約10
0kg/cmでローラープレスして銅箔集電体に圧着し
た後、厚み200μmの電池用電極を得た。
示す。上記で得られた、負極1と正極2を、セパレータ
3を介して巻込み、その上下に絶縁体4を設置した状態
で電池缶5に収納してなるものである。
を介してかしめることによって取り付けられ、それぞれ
負極リード11、正極リード12を介して負極1あるい
は正極2と電気的に接続され、電池の負極あるいは正極
として機能するように構成されている。
電流遮断弁8に溶接されて取り付けられ、この電流遮断
弁8を介して電池蓋7との電気的絶縁が図られている。
この電流遮断弁8は、電池内圧が上昇するとそれに伴っ
て、押し上げられて変形するようになっており、上記正
極リード12は、この電流遮断弁8の変形によって、電
流遮断弁8と溶接された部分を残して切断されるように
なっている。
13が施され、さらにその外周部に電池蓋7と電気的に
接続された導電体14を設置した。
うに作製した。負極塗布部の幅を56mm、長さ500
mmにスリットし、正極塗布部の幅を54mm、長さ4
65mmにスリットした。これらの電極の集電体部分
に、あらかじめ、ニッケル製負極リード11、アルミニ
ウム製正極リード12を溶接した。この負極シート1と
正極シート2および厚さ25μm、幅58mmの多孔質
ポリエチレンフィルムよりなるセパレータ3(三菱化学
(株)製)を負極1、セパレータ3、正極2、セパレー
タ3の順に積層してから多数回巻き込み、外径17.1
mmのスパイラル型電極体を得た。
上下両面には絶縁板4を配置し、正極リード12を電池
蓋7に、負極リード11を電池缶5に溶接した。この電
池缶5の中に、プロピレンカーボネートとジメチルカー
ボネートとの等容量混合溶媒中に、LiPF6 を1モル
/lの割合で溶解した電解液を注入した。
スケット6を介して電池缶5をかしめることにより、電
流遮断弁8並びに電池蓋7を固定し、電池内の気密性を
保持させた。さらに、電池缶5の外周部にセパレート物
質13として、厚み20μmのポリエチレンフィルムを
貼り付け、それを、導電体14であるステンレス筒に挿
入し、ステンレス筒と電池蓋7を溶接し、円筒型非水電
解液系二次電池を組み立てた。
の条件で3時間充電を行った後、直径1cmの丸棒で電
池缶を圧壊したところ、電池缶の破裂、発火は見られな
かった。また、直径3mmの釘を突き刺しても、発熱は
見られたが、破裂、発火は見られなかった。
ロンチウム(Sr(OH)2 ・8H2 O)と塩基性炭酸
コバルト(2CoCO3 ・3Co(OH)2 )、塩基性
炭酸ニッケル(NiCO3 ・2Ni(OH)2 ・4H2
O)を用い、酸素100%の雰囲気で熱処理してLi
0.998 Sr0.002 Ni0.90Co0.10O2.00 1 を合成し、
ボールミルで粉砕して粉末状活物質を得た。
化ビニリデン(呉羽化学(株)製KFポリマー#110
0)を30g、ケッチェンブラック(“EC 600J
D”ライオン(株)製)を7.5g量りとり、500g
のN−メチル−2−ピロリドンを加え、混練してペース
トCにした。
箔上の片面に、電極部の幅8cm、長さ60cm、単位
面積当たりの正極活物質重量が220g/m2 になるよ
うに塗布し、100℃で15分乾燥後、もう一方の面に
も塗布し、100℃で30分乾燥し、さらに180℃で
15分乾燥し電極シートを作製した。この電極シ−トを
幅65mmにスリットし、線圧約100kg/cmでロ
ーラープレスしてアルミ集電体に圧着した後、厚み19
0μmの電池用電極を得た。
の負極の単位面積当たりの負極活物質重量を85g/m
2 に増量し、負極塗布部の幅を56mm、長さ487m
m、正極塗布部の幅を54mm、長さ450mmにスリ
ットした以外は、実施例1と同様に円筒型非水系電解液
電池を組み立てた。ただし、電池缶5の外周部にセパレ
ート物質13として、厚み20μmのポリエチレンフィ
ルムを貼り付けるのではなく、導電体14であるステン
レス筒の内周部にセパレート物質13であるポリエチレ
ングリコール(平均分子量2000)を20μmコーテ
ィングし、そこに、電池缶を挿入し、ステンレス筒と電
池蓋7を溶接し、円筒型非水電解液系二次電池を組み立
てた。
の条件で3時間充電を行った後、直径1cmの丸棒で電
池缶を圧壊したところ、電池缶の破裂、発火は見られな
かった。また、直径3mmの釘を突き刺しても、発熱は
見られたが、破裂、発火は見られなかった。
35mm、電極を塗布していない銅箔の部分を100m
m、正極塗布部の幅を54mm、長さ400mm、電極
を塗布していないアルミニウム箔の部分を150mm、
にスリットし、それぞれ電極を塗布していない部分が外
側に来るように、円筒型非水電解液系二次電池を作製し
た。ただし、セパレーター3がセパレ−ト物質13を兼
ね、導電体14は、正極導電体10が兼ねるることにな
るので、セパレーター3を電池缶のすぐ内周部にくるよ
うに作製した。
の条件で3時間充電を行った後、直径1cmの丸棒で電
池缶を圧壊したところ、電池缶の破裂、発火は見られな
かった。また、直径3mmの釘を突き刺しても、発熱は
見られたが、破裂、発火は見られなかった。
導電体14を設けた円筒型非水電解液系二次電池を作製
した。
の条件で3時間充電を行った後、直径1cmの丸棒で電
池缶を圧壊したところ、電池缶の破裂、発火は見られな
かった。また、直径3mmの釘を突き刺しても、発熱は
見られたが、破裂、発火は見られなかった。
ート物質13および導電体14を取り付けず、円筒型非
水電解液系二次電池を組み立てた。
1Aの条件で3時間充電を行った後、直径1cmの丸棒
で電池缶を圧壊したところ、電池缶の破裂が見られた。
また、直径3mmの釘を突き刺すと、破裂、発火が見ら
れた。
缶が変形するような、物理的衝撃があっても、内部の集
電体短絡が起こる前に、強制的に外部短絡を起こすこと
から、電池の破裂、発火を低減もしくは防止できる。
断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】非水電解液系二次電池において、一方の電
極と電気的に接触している電池缶の外周部および/また
は内周部に、もう一方の電極と電気的に接触している導
電体がセパレート物質を介して1層以上積層されている
ことを特徴とする非水電解液系二次電池。 - 【請求項2】該セパレート物質が重合体であることを特
徴とする請求項1記載の非水電解液系二次電池。 - 【請求項3】正極および/または負極として炭素繊維を
用いることを特徴とする請求項1記載の非水電解液系二
次電池。
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---|---|---|---|
JP08531396A JP4066462B2 (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 非水電解液系二次電池 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08531396A JP4066462B2 (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 非水電解液系二次電池 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09274934A true JPH09274934A (ja) | 1997-10-21 |
JP4066462B2 JP4066462B2 (ja) | 2008-03-26 |
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ID=13855124
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JP08531396A Expired - Fee Related JP4066462B2 (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 非水電解液系二次電池 |
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JP (1) | JP4066462B2 (ja) |
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