JPH0945371A

JPH0945371A - リチウム二次電池

Info

Publication number: JPH0945371A
Application number: JP7191486A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nagura; 秀哲名倉; Kohei Yamamoto; 浩平山本; Yoshiro Harada; 吉郎原田; Takushi Ogawa; 琢司小川
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-07-27
Also published as: JP3433580B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電流遮断機構を素早く作動させるようにし
た信頼性の高いリチウム二次電池を提供する。【解決手段】電池異常時の電池内圧の上昇に応じて
作動する電流遮断機構を備えたリチウム二次電池に於い
て、正極集電体６に正極合剤を塗布して成る正極１と負
極集電体７に負極合剤を塗布して成る負極２とを有し、
充電・放電を行う第一電極と、所定の電池電圧で分解
し、ガス発生を起こす材料から成る第二電極１１とを備
た構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池内圧の上昇で
作動する電流遮断機構を備えたリチウム二次電池に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、二次電池は過充電状態が続く
と電池電圧が高くなり、電池内の電解液や活物質が分解
してガスが発生し、電池内圧や電池温度が上昇する。

【０００３】このため、二次電池のような充電可能な電
池には電池内圧の上昇に応じて作動する電流遮断機構が
備えられている。係る電池では、過充電が進んで電池内
圧が上昇し始めると、この電流遮断機構が作動して電流
路を遮断し、過電流による異常反応を阻止することで電
池温度の上昇や電池内圧の上昇が防止される。

【０００４】しかしながら、過充電となった時、電池温
度は急上昇するが、電池内圧の上昇はこれに比べて緩や
かであることから、電池内圧が電流遮断機構の作動ポイ
ントに達した時には既に電池自体が異常発熱していると
いうように、上記安全機構が有効に機能していない場合
が生ずる。

【０００５】そこで、係る不都合の解消策として、正極
中に予め異常電圧でガス発生を起こす物質、例えばＬｉ
2 ＣＯ3 、Ｌｉ2 Ｃ2 Ｏ4 、Ｋ2 ＣＯ3 等を含有させ、
そのガス圧で過充電時の電池内圧の上昇を加速させ、内
蔵の電流遮断機構に即断性を持たせる方法が考えられ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、正極中
に上述のようなリチウム塩を添加する方法では、合剤
塗布時にスラリーがゲル化を起こし易い。電池のサイ
クル特性が劣化する。正極の特性が変わってしまい、
充放電反応の制御がねらい通りできなくなる。異常電
圧に対するガス発生の応答が悪い等の欠点が有る。

【０００７】本発明は、通常の充放電を行う第一電極と
は別にガス発生専用の第二電極を設けることで上記欠点
を解消し、電流遮断機構の即断性を向上させた信頼性の
高いリチウム二次電池を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明では、電池
異常時の電池内圧の上昇に応じて作動する電流遮断機構
を備えたリチウム二次電池に於いて、正極集電体（６）
に正極合剤を塗布して成る正極（１）と負極集電体
（７）に負極合剤を塗布して成る負極（２）とを有し、
充電・放電を行う第一電極と、所定の電池電圧で分解
し、ガス発生を起こす材料から成る第二電極（１１）と
を備た構成とする。

【０００９】又、本発明では、第二電極（１１）がＬ
ｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｋ、Ｎａの固体の塩である構成
とする。

【００１０】又、本発明では、第二電極（１１）が正極
（１）の一部、又は正極集電体（６の一部、又は前記第
一電極が収納されるケース（８）に形成された構成とす
る。

【００１１】更に、本発明では、第二電極（１１）が正
極集電体（６）に設けられた電流取り出し用の正極リー
ド板（４）の近傍に形成された構成とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明が適用されるスパイ
ラル構造の円筒型リチウム二次電池の一実施例を示す内
部構造図である。

【００１３】先ず、この円筒型リチウム二次電池の構造
とその組立てについて説明すれば、１は正極であり、こ
の正極１は正極活物質のＬｉＣｏＯ2 と導電材の黒鉛粉
末と結着材のＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を混合
して正極合剤を作成し、これをスラリー状に混練したも
のを正極集電体６であるアルミニウム箔に両面塗布し乾
燥、圧延して帯状の＋のシート電極としたものである。
この正極１（正極シート１）の端部を正極合剤の無塗布
部分とし、露出させた正極集電体６上に正極リード板４
をスポット溶接で取り付けた。

【００１４】２は負極で、リチウムをドープ・脱ドープ
する炭素質粉末と結着材であるＰＶＤＦを混合して負極
合剤とし、これを混練したものを負極集電体７である銅
箔に両面塗布し、帯状の負極２（負極シート２）を作成
した。次いで、この負極シート２の無塗装部分の負極集
電体７上に負極リード板５をスポット溶接で取り付け
た。

【００１５】これら、正極シート１と負極シート２をポ
リプロピレン製の多孔質セパレータ３を介して重ね合わ
せ、正極リード板４側を軸心に渦巻状に巻回し、更にこ
の巻回体を円筒型のケース８内に収納し、収納後、正極
リード板４の他端部を薄板状の感圧板９の凸部にスポッ
ト溶接し、正極シート１がこの感圧板９を介して正極端
子１０と電気的に接続されるようにした。

【００１６】この感圧板９は、電池内圧の上昇で変形
し、これに接続される固定板１２との接続部を切断して
電流路を遮断する、所謂ゆる電流遮断機構を構成してい
る。

【００１７】又、負極リード板５の他端部は負極端子と
成るケース８の円形底面にスポット溶接した。

【００１８】１１は後述する本発明の特徴である第二電
極である。

【００１９】図２に示すように、本発明の実施例では、
Ｌｉ2 ＣＯ3 ７３重量部、黒鉛１５重量部、ＰＶＤＦ１
２重量部をＮ−メチルピロリドンに溶解して塗料とし、
アルミニウム箔に片面塗布した後、乾燥、圧延して縦・
横約４０ｍｍ、厚さ約１５０μｍの第二電極１１を作製
した。次に、図１で説明した正極シート１端部の合剤無
塗布部分Ａに上記第二電極１１を重ね、既述した従来通
りの組立て手順にてセパレータ３、負極シート２と共に
巻回し、円筒型のリチウム二次電池を作成した又、これ
とは別に、Ｌｉ2 ＣＯ3 を８％添加した正極合剤を塗布
した正極シート１を用いて従来型の電池を組み立てた。

【００２０】これら２種類のリチウム二次電池を満充電
させた後、更に２Ａの定電流充電を行って、過充電状態
とした時の電池電圧と電池内圧の変化を調べ、その結果
を図３に示した。

【００２１】図３によれば、従来品の場合は、電池内圧
の上昇が比較的緩やかであるため、電流遮断機構の作動
開始時間は満充電から約１０分を要したが、本発明の場
合は満充電直後より電池内圧が急上昇し、電流遮断機構
の作動開始時間は約５分と従来品の１／２に短縮され
た。これらの結果から、第二電極１１からの発生ガスが
電流遮断機構の即断性向上に極めて効果的に作用するこ
とが実証された。

【００２２】次に、図４に充放電条件を共に０．５Ｃと
した時のリチウム二次電池のサイクル特性を示し、従来
品と本発明を比較した。

【００２３】図４より、本発明が優れたサイクル特性を
示していることが分かる。これは、正極合剤にＬｉ2 Ｃ
Ｏ3 を添加する従来品では、このリチウム塩が正極特性
に影響を及ぼすのに対し、正極１にガス発生専用の第二
電極１１を設けた本発明の構成では、上記リチウム塩の
影響を無くすことができるため、正極特性が最良の状態
に維持されたものと考えられる。

【００２４】このように、本発明によれば、電池のサイ
クル特性を劣化させることなく過充電時の電池内圧を効
果的に上昇できるのである。

【００２５】又、図５に第二電極１１作成の際の黒鉛添
加率を２％、１５％、２５％、３０％の４通りに設定し
た場合の電流遮断機構の作動開始時間の変化を示した。

【００２６】図５によれば、黒鉛の添加量が増えるに従
い電流遮断機構の作動開始時間が短かくなり、添加率２
０〜３０％では充電電流１Ａの場合が約９分（従来品で
は、約２４分）、充電電流２Ａの場合が約４分（従来品
では、約９分）と従来品の場合の半分以下に短縮され
た。

【００２７】このように、添加する黒鉛の量を適格な比
率に設定することで、第二電極１１のガス発生が促進さ
れ、電池内圧の上昇をより効果的に制御できることとな
り、即断性に優れた電流遮断機構の実現が可能となる。

【００２８】又、本実施例では、第二電極１１にリチウ
ム塩を使用したが、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｋ、Ｎａ等の炭
酸塩、炭酸水素塩、シュウ酸塩等の固体塩を使用しても
同様の効果を得ることができる。

【００２９】又、本発明に於いて、第二電極１１の形成
場所は電流路であれば何処であっても良いが、実施例で
は電極形成が容易な正極シート１の端部、即ち正極リー
ド板４の近傍に設定し、作業性の向上を図った。

【００３０】又、このように、電極形成場所を正極リー
ド板４に近ずける程、第二電極１１の電気抵抗を小さく
できるため、充電時の電圧効果が小さくなってガス発生
電位も下がり、電流遮断機構の作動開始時間を早めるこ
とができる。

【００３１】尚、リチウム二次電池に備えられる電流遮
断機構は、電池内圧に応じて電流路が遮断される構造で
あればいかなるものでも適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、正
極にガス発生専用の第二電極を設けることで、電池異常
時の電池内圧の上昇が加速され、電流遮断機構の作動が
早まるため、電池温度の急激な上昇が防止される。その
結果、発熱による周辺機器への悪影響や、使用者が手を
触れた場合の危険等が解消され、安全性が一段と向上す
る。しかも、正極特性は最良の状態に維持されるため、
従来方式で問題となったサイクル特性の劣化等が改善さ
れる。

【００３３】又、本発明によれば、第二電極の形成場所
を正極の一部、又は正極集電体の一部、又は正極缶等、
正極の端部に設定することによって電極形成が容易とな
り、作業性が向上する。

【００３４】更に、本発明によれば、第二電極を正極リ
ード板の近傍とすると、作業性が向上するだけでなく、
形成される第二電極の電気抵抗を小さくすることができ
る。これによって充電電流による電圧降下も少なくな
り、ガス発生電位を低くできるため、電流遮断機構の作
動が早まって即断性がアップする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるリチウム二次電池の内部構
造を示す概略断面図である。

【図２】正極シート上に本発明に係る第二電極を形成し
た状態を示す図である。

【図３】過充電時の電池電圧と電池内圧の変化を示す図
である。

【図４】リチウム二次電池のサイクル特性を示す図であ
る。

【図５】第二電極の黒鉛添加率を変えた場合の電流遮断
機構の作動開始時間の変化を示す図である。

【符号の説明】

１正極２負極４正極リード板６正極集電体７負極集電体８ケース１１第二電極

フロントページの続き (72)発明者小川琢司東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池異常時の電池内圧の上昇に応じて
作動する電流遮断機構を備えたリチウム二次電池に於い
て、正極集電体（６）に正極合剤を塗布して成る正極（１）
と負極集電体（７）に負極合剤を塗布して成る負極
（２）とを有し、充電・放電を行う第一電極と、所定の電池電圧で分解し、ガス発生を起こす材料から成
る第二電極（１１）とを備えたことを特徴とするリチウ
ム二次電池。
【請求項２】第二電極（１１）がＬｉ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ａｌ、Ｋ、Ｎａの固体の塩である請求項１記載のリ
チウム二次電池。
【請求項３】第二電極（１１）が正極（１）の一
部、又は正極集電体（６の一部、又は前記第一電極が収
納されるケース（８）に形成されて成る請求項１又は請
求項２記載のリチウム二次電池。
【請求項４】第二電極（１１）が正極集電体（６）
に設けられた電流取り出し用の正極リード板（４）の近
傍に形成されて成る請求項１、又は請求項２記載のリチ
ウム二次電池。