JPH10172534A

JPH10172534A - 電池

Info

Publication number: JPH10172534A
Application number: JP8336619A
Authority: JP
Inventors: Hisakazu Higuchi; 久和樋口; Takefumi Inoue; 剛文井上
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1998-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JP3952093B2

Abstract

(57)【要約】【課題】外部短絡が発生した場合に、負極リード５の
みが溶断し、正極リード４は溶断させないようにして、
これら正負極リード４，５の双方の溶断による内部短絡
の発生を防止できる電池を提供する。【解決手段】負極リード５は、外部短絡電流によって
必ず溶断するような狭い幅の銅の箔で構成し、正極リー
ド４は、外部短絡電流によって溶断しないような広い幅
のアルミニウムの箔で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正負電極をセパレ
ータを介して巻回又は積層し、これらの正負電極をリー
ドを介して正負極端子に接続した電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】巻回型のリチウムイオン２次電池は、図
３に示すように、帯状の正極１と負極２と２枚のセパレ
ータ３，３を重ね合わせて巻回する。正極１は、帯状の
アルミニウム箔１ａの表裏面に正極活物質１ｂを塗布し
たものであり、負極２は、帯状の銅箔２ａの表裏面に負
極活物質２ｂを塗布したものである。そして、正極１上
辺部の適宜箇所には、複数本の正極リード４が下端部を
接続固定され、負極２の適宜箇所には、複数本の負極リ
ード５が下端部を接続固定されている。正極リード４
は、縦に細長いアルミニウムの箔からなり、負極リード
５は、縦に細長い銅の箔からなる。セパレータ３，３
は、これら正負電極１，２よりも少し幅広の帯状の薄い
絶縁性の不織布等を用いる。

【０００３】上記正負電極１，２と２枚のセパレータ
３，３は、互い違いに重ね合わせて巻回することによ
り、図４に示すような電池エレメント６を構成する。こ
の際、複数本の正負極リード４，５は、この電池エレメ
ント６の上端からランダムに突出する。そこで、図５に
示すように、正極リード４は、これらの上端部をまとめ
て、図示しない電池ケースに取り付けられた正極端子７
に接続固定する。また、複数本の負極リード５も、これ
らの上端部をまとめて、負極端子８に接続固定する。た
だし、これらの正極リード４と負極リード５は、ランダ
ムな位置から突出するので、正負極端子７，８に接続す
る際に互いに接触する場合がある。このため、これらの
正負極リード４，５は、予めポリプロピレン等の絶縁テ
ープを両面に貼って、接触による短絡を防止するように
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記リチウムイオン２
次電池は、正負極端子７，８が外部で短絡すると、電池
内部の正負極リード４，５に大きな外部短絡電流が流れ
ることになる。ところが、従来は、正負極リード４，５
がこの外部短絡電流に耐え得るような設計になっていな
かった。従って、外部短絡が発生し正負極リード４，５
に外部短絡電流が流れると、発熱によってアルミニウム
や銅の箔が溶融して切断されることにより溶断し、この
際に絶縁テープも溶融飛散するので、切断部分がむき出
しとなる。しかも、正負極リード４，５のいずれか一方
のみが溶断するとは限らず、双方が共に溶断する場合も
あるので、これら正極リード４と負極リード５の露出し
た切断部分が互いに接触して内部短絡を起こすおそれが
ある。

【０００５】このため、従来のリチウムイオン２次電池
では、外部短絡が発生した場合に、電池内部の正負極リ
ード４，５が共に溶断することがあり、このために内部
短絡を起こすおそれがあるという問題があった。

【０００６】なお、この問題は、上記巻回型のリチウム
イオン２次電池に限らず、正負極リード４，５が電池エ
レメント６の一端からランダムに突出する構造の電池一
般に共通するものであり、この電池エレメント６を楕円
状に巻回した楕円型の電池にも共通する。

【０００７】ただし、正負電極１，２とセパレータ３，
３を巻回する際に、正極リード４と負極リード５をそれ
ぞれ電池エレメント６の上端の左右に振り分けて突出さ
せた場合や、正極リード４と負極リード５をそれぞれ電
池エレメント６の上下端に分けて突出させた場合には、
上記のように正負極リード４，５が共に溶断しても、こ
れらが直接接触することはない。また、正負電極１，２
をセパレータ３，３を介して積層する積層型の電池の場
合にも、正極リード４と負極リード５の突出位置を容易
に分離できるので、これらが直接接触するのを簡単に防
止できる。しかし、このような電池であっても、正負極
リード４，５が共に溶断すると、これらの露出した切断
部分がそれぞれ異なる箇所で導電性の電池ケース等に接
触する可能性があるので、この電池ケース等を介して内
部短絡を起こすおそれがあるという問題は生じる。

【０００８】また、上記従来の電池は、外部短絡が発生
した場合に、正負極リード４，５がいずれも溶断しない
場合があり、この場合には外部短絡電流が流れ続けるこ
とになる。外部短絡のみが発生した場合には、外部短絡
電流がそれぞれ複数本ずつの正負極リード４，５に分割
されて流れるが、さらに内部短絡が発生すると、内部短
絡電流が実際に接触した１本ずつの正負極リード４，５
に集中的に流れるので、発熱量が増大し安全弁作動や電
池破裂のおそれが高くなる。従って、このような内部短
絡の発生を防止するために、従来から上記問題の解消が
強く望まれていた。しかし、外部短絡のみが発生した場
合にも、電池内部に大きな外部短絡電流が流れるので、
これによる発熱によって安全弁作動や電池破裂のおそれ
を完全に回避することはできず、このために外部短絡電
流も確実に遮断したいという要請が従来からある。そし
て、このような外部短絡電流を遮断するためにはＣＩＤ
と称される電流回路遮断装置を設ければよいが、電池内
部に別途ＣＩＤと称される電流回路遮断装置を取り付け
ると、電池スペースが圧迫されると共に、製造コストも
上昇するという問題が発生する。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、外部短絡が発生した場合に正負いずれか一方
のリードのみを積極的に溶断させることにより、双方の
リードの溶断による内部短絡の発生を防止できる電池を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、上記課
題を解決するために、正負電極がセパレータを介して
近接配置され、かつ、これらの正負電極がそれぞれ１本
又は２本以上のリードを介して正負極端子に接続された
電池において、正負いずれか一方の電極に接続されるリ
ードを、その材質と総断面積に基づく溶断限界電流が外
部短絡電流未満の値となるように設定し、他方の電極に
接続されるリードを、その材質と総断面積に基づく溶断
限界電流が外部短絡電流を超える値となるように設定し
たことを特徴とする。

【００１１】の手段によれば、電池の外部で正負極端
子間が短絡し、正負電極に接続されるリードにそれぞれ
外部短絡電流が流れると、一方の電極に接続されるリー
ドは、このリードの溶断限界電流を超える電流が流れる
ことになるので、全て溶断して電極と端子間が遮断され
る。しかし、他方の電極に接続されるリードは、外部短
絡電流が流れてもこのリードの溶断限界電流を超えるこ
とがないので、いずれも溶断することはない。従って、
外部短絡が発生すると、確実に一方の電極に接続される
リードが溶断して外部短絡電流を遮断するので、これら
のリードをヒューズとして機能させることができる。し
かも、外部短絡が発生しても、他方の電極に接続される
リードが溶断することはないので、正負電極に接続され
るリードが共に溶断して互いに直接又は電池ケース等を
介して短絡することにより内部短絡を発生するおそれも
なくすことができる。

【００１２】なお、溶断限界電流は、一方又は他方の電
極に接続される１本又は２本以上のリードが溶断に至る
限界の電流値であり、これらのリードの材質と総断面積
に基づいて定まる値である。また、外部短絡電流は、そ
の電池の端子電圧や内部抵抗によって定まる値である。

【００１３】また、正負電極がセパレータを介して近
接配置され、かつ、これらの正負電極がそれぞれ１本又
は２本以上のリードを介して正負極端子に接続された電
池において、正負いずれか一方の電極に接続されるリー
ドの材質と総断面積に基づく許容電流を、他方の電極に
接続されるリードの材質と総断面積に基づく許容電流の
半値以下となるように設定したことを特徴とする。

【００１４】の手段によれば、外部短絡の発生により
正負電極に接続されるリードにそれぞれ外部短絡電流が
流れた場合に、この外部短絡電流が一方の電極に接続さ
れるリードの許容電流を大きく超えると、これらのリー
ドが溶断して電極と端子間を遮断する。しかし、他方の
電極に接続されるリードの許容電流は一方の電極に接続
されるリードの許容電流の２倍以上あるため、この場合
にも、外部短絡電流は、他方の電極に接続されるリード
の許容電流を超えていなかったり、許容電流を超えてい
たとしても一方の電極に接続されるリードほど大幅には
超えない。従って、この他方の電極に接続されるリード
は、外部短絡電流による溶断のおそれが全くないか、又
は、これが溶断する前に一方の電極に接続されるリード
の方が先に溶断して電流を遮断するので、他方の電極に
接続されるリードの溶断を確実に回避することができ
る。このため、外部短絡が発生して一方の電極に接続さ
れるリードが溶断したとしても、他方の電極に接続され
るリードまで溶断することはないので、正負電極に接続
されるリードが共に溶断して互いに直接又は電池ケース
等を介して間接的に短絡することにより内部短絡を発生
するというおそれをなくすことができる。

【００１５】なお、許容電流は、リードに安全に電流を
流し得る最大の電流値であり、リードの材質と総断面積
に基づき定義される電流値である。

【００１６】さらに、正負電極がセパレータを介して
近接配置され、かつ、これらの正負電極がそれぞれ１本
又は２本以上のリードを介して正負極端子に接続された
電池において、少なくとも正負いずれか一方の電極に接
続されるリードの周囲を隙間を開けて絶縁部材で覆った
ことを特徴とする。

【００１７】の手段によれば、外部短絡の発生により
正負電極に接続されるリードにそれぞれ外部短絡電流が
流れて双方のリードが溶断したとしても、少なくとも一
方の電極に接続されるリードは絶縁部材内でのみ溶融し
て切断される。即ち、このリードの周囲を隙間を開けて
覆った絶縁部材は、リードとの接触部分に多少の熱損傷
を受けることはあっても、隙間によって大半は溶断の影
響をほとんど受けないので、溶断部分の絶縁を保持でき
る。従って、溶断した双方のリードが互いに直接又は電
池ケース等を介して間接的に短絡するようなおそれがな
くなり、内部短絡の発生を確実に防止することができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１９】図１〜図２は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１は巻回型のリチウムイオン２次電池に
おける電池エレメントの斜視図、図２は正負極リードを
接続固定した正負電極とセパレータの展開斜視図であ
る。なお、図３〜図５に示した従来例と同様の機能を有
する構成部材には同じ番号を付記する。

【００２０】本実施形態は、巻回型のリチウムイオン２
次電池について説明する。図２に示すように、本実施形
態のリチウムイオン２次電池も、図３に示した従来例と
同じ構成の正極１と負極２と２枚のセパレータ３，３を
用いる。また、正極１と負極２の上辺部に、それぞれ従
来例と同様の複数本の正極リード４と負極リード５が接
続固定されている。

【００２１】ただし、負極リード５は、正極リード４に
比べて箔の幅が半分以下に狭く形成されている。負極リ
ード５は、厚さ７０μｍ程度の銅の箔からなり、正極リ
ード４は、厚さ１００μｍ程度であるが、導電率が銅の
７割程度のアルミニウムの箔からなるので、箔の幅が同
じであれば、これらの許容電流もほぼ同一になる。従っ
て、実際の負極リード５の許容電流は、正極リード４の
許容電流の半分以下となる。また、正負極リード４，５
が溶断に至る限界の溶断限界電流は、それぞれの許容電
流に応じてこれよりも大きな値となるので、負極リード
５の溶断限界電流は、正極リード４の溶断限界電流より
も十分に小さくなる。そして、負極リード５の溶断限界
電流は、本実施形態のリチウムイオン２次電池が外部短
絡を発生した場合に流れる外部短絡電流よりも小さく、
かつ、正極リード４の溶断限界電流は、この外部短絡電
流よりも大きくなるように設定されている。なお、これ
ら正負極リード４，５の溶断限界電流や許容電流は、そ
れぞれ複数本ずつの各正負極リード４，５における個々
の溶断限界電流や許容電流を合計したものである。

【００２２】上記正負極リード４，５をそれぞれ接続固
定した正負電極１，２は、２枚のセパレータ３，３を介
して互い違いに重ね合わせて巻回し、図１に示すような
電池エレメント６を構成させる。そして、この電池エレ
メント６の上端からランダムに突出した正極リード４の
上端部をまとめて、正極端子７に接続固定すると共に、
同じ上端からランダムに突出した負極リード５の上端部
をまとめて、負極端子８に接続固定する。この際、各正
負極リード４，５は、従来と同様に予めポリプロピレン
等の絶縁テープを両面に貼っているので、互いに接触し
ても短絡するようなことはない。そして、これらの正負
極端子７，８の上端部のみを外部に突出させてこの電池
エレメント６を図示しない電池ケース内に収納し電解液
を充填して密封することによりリチウムイオン２次電池
を完成する。

【００２３】上記構成のリチウムイオン２次電池は、外
部で正負極端子７，８の間が短絡し外部短絡電流が流れ
ると、負極リード５に溶断限界電流を超える電流が流れ
ることになるので、これらの負極リード５が全て溶断し
て負極２と負極端子８との間が遮断される。従って、外
部短絡が発生した場合には、確実に負極リード５が溶断
して外部短絡電流を遮断するので、これらの負極リード
５を電流遮断手段として機能させることができる。ま
た、正極リード４は、溶断限界電流が外部短絡電流より
も大きいので、外部短絡が発生しても溶断することはな
い。従って、負極リード５が溶断し絶縁テープが溶融飛
散して露出した切断部分が正極リード４に接触するよう
なことがあったとしても、この正極リード４は絶縁テー
プによって被覆されているので、内部短絡が発生するお
それはない。

【００２４】なお、本実施形態では、外部短絡電流が負
極リード５の溶断限界電流と正極リード４の溶断限界電
流との間になるように設定したが、外部短絡電流とは無
関係に負極リード５の許容電流が正極リード４の許容電
流の半分以下となるように設定してもよい。この場合、
外部短絡の発生により流れる外部短絡電流が負極リード
５の許容電流を大きく超えた場合にのみ、これらの負極
リード５が溶断して負極２と負極端子８との間を遮断す
る。しかし、正極リード４の許容電流は負極リード５の
許容電流の２倍以上あるため、外部短絡電流がこの正極
リード４の許容電流を超えていたとしても、負極リード
５の方が先に溶断して外部短絡電流を遮断するので、正
極リード４の溶断は回避される。従って、この場合に
は、外部短絡が発生した場合に必ず外部短絡電流を遮断
できるとは限らないが、正負極リード４，５が共に溶断
するおそれはないので、内部短絡の発生を確実に防止す
ることができる。

【００２５】また、上記実施形態では、負極リード５側
の溶断限界電流や許容電流を小さくしたが、正極リード
４側を小さくしても同様の効果を得ることができる。正
負極リード４，５の溶断限界電流や許容電流は、本実施
例のような箔の幅だけでなく、箔の厚さや箔の材質又は
正負極リード４，５の本数によって調整することができ
る。さらに、上記実施形態では、各正負極リード４，５
をそれぞれ１枚ものの均質なアルミニウムや銅の箔で構
成したが、これらの材質は任意であり、この材質や断面
積が途中で変更されるものであってもよい。この場合、
正負極リード４，５の溶断限界電流や許容電流は、各正
負極リード４，５における個々の溶断限界電流や許容電
流が最も小さい部分に基づいて定まる。また、正極リー
ド４と負極リード５は、本実施形態のように複数本ずつ
に限らず、１本ずつのみの場合であってもよい。

【００２６】さらに、上記実施形態では、リチウムイオ
ン２次電池について説明したが、正負電極１，２を正負
極リード４，５を介して正負極端子７，８に接続する電
池であれば、他の種類の２次電池や１次電池にも同様に
実施可能である。また、巻回型に限らず楕円型の電池に
も同様に実施可能である。ただし、正負極リード４，５
をそれぞれ電池エレメント６の上端の左右に振り分けて
突出させた電池の場合や、正負極リード４，５をそれぞ
れ電池エレメント６の上下端に分けて突出させた電池の
場合、又は、正負電極１，２をセパレータ３，３を介し
て積層した積層型の電池であって正負極リード４，５を
それぞれ分離して突出させたものの場合には、もともと
正負極リード４，５の双方が溶断したとしても、これら
が直接接触して内部短絡が生じることはない。しかし、
このような電池であっても、正負極リード４，５が共に
溶断した場合には、これらの露出した切断部分がそれぞ
れ異なる箇所で導電性の電池ケース等に接触する可能性
はあるので、本発明により正負極リード４，５双方の溶
断を防止すれば、電池ケース等を介した間接的な内部短
絡を防止することができるようになる。

【００２７】さらに、上記実施形態では、正負極リード
４，５の両面に従来と同様の絶縁テープを貼り付けてい
るが、いずれか一方又は両方の正負極リード４，５の周
囲を隙間を開けて絶縁部材で覆うようにしてもよい。絶
縁部材は、正負極リード４，５の箔の幅と同じかこれよ
り大きい内径のものを用いれば、少なくともこの箔の表
裏面側に隙間を開けることができる。絶縁材としてこの
ような絶縁部材を用いると、正負極リード４，５が溶断
した場合に、箔の縁が接触する内径部分には多少の熱損
傷を受けることがあっても、隙間部分によって絶縁部材
全体が溶融するようなことはなくなるので、これら正負
極リード４，５の絶縁は保持される。従って、この場合
には、外部短絡電流により正負極リード４，５の双方が
溶断したとしても、少なくとも正負極リード４，５のい
ずれか一方の切断部分は絶縁部材で絶縁されて露出する
ことはないので、内部短絡の発生を確実に防止すること
ができる。また、この場合には、正負極リード４，５の
双方が溶断しても内部短絡を防止できるので、上記実施
形態のように正負極リード４，５のいずれか一方の溶断
限界電流や許容電流を小さくする必要もなくなる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池によれば、外部短絡が発生した場合に、いずれか
一方のリードの電流遮断機能により外部短絡電流を確実
に遮断できるので、別途電池内に電流遮断装置を設ける
必要がなくなる。

【００２９】また、外部短絡が発生してリードが溶断す
る場合に、正負電極に接続されるリードのいずれか一方
のみが溶断するようにして、双方のリードが溶断するこ
とにより内部短絡が発生するおそれをなくし、安全弁作
動や電池破裂を確実に防止することができる。

【００３０】さらに、外部短絡が発生してリードが溶断
した場合に、少なくとも正負電極に接続されるリードの
いずれか一方の周囲が隙間を開けて絶縁部材で覆われる
ので、このリードが溶断しても切断部分が露出するよう
なことがなくなり、内部短絡が発生するおそれをなくす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、巻回
型のリチウムイオン２次電池における電池エレメントの
斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、正負
極リードを接続固定した正負電極とセパレータの展開斜
視図である。

【図３】従来例を示すものであって、正負極リードを接
続固定した正負電極とセパレータの展開斜視図である。

【図４】従来例を示すものであって、正負電極とセパレ
ータを巻回して構成した電池エレメントの斜視図であ
る。

【図５】従来例を示すものであって、巻回型のリチウム
イオン２次電池における電池エレメントの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１正極２負極３セパレータ４正極リード５負極リード７正極端子８負極端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正負電極がセパレータを介して近接配置
され、かつ、これらの正負電極がそれぞれ１本又は２本
以上のリードを介して正負極端子に接続された電池にお
いて、正負いずれか一方の電極に接続されるリードを、その材
質と総断面積に基づく溶断限界電流が外部短絡電流未満
の値となるように設定し、他方の電極に接続されるリードを、その材質と総断面積
に基づく溶断限界電流が外部短絡電流を超える値となる
ように設定したことを特徴とする電池。
【請求項２】正負電極がセパレータを介して近接配置
され、かつ、これらの正負電極がそれぞれ１本又は２本
以上のリードを介して正負極端子に接続された電池にお
いて、正負いずれか一方の電極に接続されるリードの材質と総
断面積に基づく許容電流を、他方の電極に接続されるリ
ードの材質と総断面積に基づく許容電流の半値以下とな
るように設定したことを特徴とする電池。
【請求項３】正負電極がセパレータを介して近接配置
され、かつ、これらの正負電極がそれぞれ１本又は２本
以上のリードを介して正負極端子に接続された電池にお
いて、少なくとも正負いずれか一方の電極に接続されるリード
の周囲を隙間を開けて絶縁部材で覆ったことを特徴とす
る電池。