JPH10294098A

JPH10294098A - リチウム電池

Info

Publication number: JPH10294098A
Application number: JP9100131A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Okabe; 一弥岡部; Toshiaki Kojima; 敏明小島; Kenkichi Fujii; 健吉藤井; Kazuo Murata; 和雄村田
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】異常使用時の発熱を防止し、安全なリチウム
電池を提供することを目的とする。【構成】集電体に活物質が配された正極と負極、及び
セパレータから構成される極群と、極群を収納する電池
容器からなるリチウム電池において、前記正極、負極に
配されている活物質が、正極、負極の少なくとも一方に
於いて、複数の区画に分割されているリチウム電池とす
ることで、上記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車、据置式
電源等に使用される大容量の電源装置に使用される大型
リチウム電池の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】大型リチウム電池は、釘刺しなどの異常
使用を行った場合、小型リチウム電池に比較して発熱量
が大きいために局部的ではあるが急激に高熱となり、電
解液が気化又は熱分解を起こし、急激な体積膨張が発生
する。この体積膨張を起こした電解液は、周囲の電解
液、活物質片などと共に噴出し、周囲環境を汚染するだ
けでなく、場合によっては発火の原因となるなどの問題
があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の大型リチウム電
池の場合、釘刺しなどの異常使用によって極群で発熱し
た熱を放熱するために、電池容器端子に放熱フィンを設
けたり、電槽周囲に空気冷却溝などを設け冷却する構造
を採用していた。又、釘刺しなどの機械的影響で電槽が
変形しない様に電槽厚みを厚くとるなどしていた。

【０００４】しかしながら、大型電池の場合、釘差し等
の異常使用で発生する熱をこれらの方法で十分放熱する
ことができなかった。又、電槽の厚みを厚くすると重量
が増加するなどの問題があり、また逆に電槽の厚みを厚
くすると破裂時には爆発力が大きくなりかえって危険で
あった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１は、集電体
に活物質が配された正極と負極、及びセパレータから構
成される極群と、極群を収納する電池容器からなるリチ
ウム電池において、前記正極、負極に配されている活物
質が、正極、負極の少なくとも一方に於いて、複数の区
画に分割されていることを特徴とするリチウム電池であ
る。

【０００６】本発明の第２は、前記正極、負極の活物質
が分割されている区画と区画の間に、この区画を区切る
隔壁を設けたことを特徴とする請求項１記載のリチウム
電池である。

【０００７】本発明の第３は、前記正極、負極の活物質
が分割されている区画、又はこの区画を区切る隔壁が、
対極と対向する位置に配置されていることを特徴とする
請求項２記載のリチウム電池である。

【０００８】本発明の第４は、前記正極、負極の活物質
を区切る隔壁が、熱伝導性の部材から形成されており、
かつ、この隔壁の少なくとも対極と対向する面が、非電
子伝導性の層で覆われていることを特徴とする請求項２
又は３記載のリチウム電池である。

【０００９】本発明の第５は、前記正極、負極の活物質
を区切る隔壁が、不電子伝導性の部材からなり、かつ、
この隔壁が正極、負極のそれぞれの集電体との間を連結
していることを特徴とする請求項２記載のリチウム電池
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１１】金属箔集電体の両面にゲル電解質を含む活
物質層を配した片面作用の正負電極と、セパレータとし
てゲル電解質とを用いて交互に積層した極群と、極群を
収納する金属製角形電池容器からなる大型リチウム電池
において、正負電極に配されている活物質を、正極、負
極の少なくとも一方に於いて、複数の区画に分割して配
置する。

【００１２】次に、前記正極、負極の活物質が分割され
ている区画と区画の間に、区画を区切る隔壁を設ける。
また、これら正極、負極の活物質が分割されている区
画、又はこの区画を区切る隔壁を対極と対向する位置に
配置した。

【００１３】更に、活物質を区切る隔壁に熱伝導性の金
属を用い、かつ、この隔壁の対極と対向する面を不電子
伝導性の樹脂で覆って大型リチウム電池とした。

【００１４】又、活物質区画を区切る隔壁に熱伝導性の
金属の代わりに、不電子伝導性の樹脂を用い、かつ、そ
の隔壁が正極、負極のそれぞれの集電体との間を連結し
ている大型リチウム電池を得た。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、本発明の電極、電池容器のサイズ、材
料、その他の極群材料などは以下の実施例に限定される
ものではない。

【００１６】図１は活物質区画を区切る隔壁がない場合
の正極の要部斜視図、図２は活物質区画を区切る隔壁が
ない場合の電極の分解図、図３は活物質区画を区切る隔
壁がある場合の正極の要部斜視図、図４は活物質区画を
区切る隔壁が正極側にある場合の電極の分解図、図５は
活物質区画を区切る隔壁が正極側、負極側の両方にある
場合の電極の分解図、図６は活物質区画を区切る隔壁が
金属からなり、隔壁を正極側、負極側の両方に配置した
場合の電極の分解図、図７は活物質の上にゲル電解質を
配置した場合の正極の要部斜視図、図８は活物質区画を
区切る隔壁とゲル電解質を隔壁内に配置し、正負極一体
型の隔壁を配置した場合の電極の分解図、図９は本発明
の単電池の断面図、図１０は本発明の単電池の分解図、
図１１は単電池の集合モジュールの斜視図である。

【００１７】（実施例１）正極１は縦１６９ｍｍ×横３
６６ｍｍのアルミニウム箔からなる集電体４の片面に、
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）等の活物質粉末
と、アセチレンブラック等の電導剤と結着剤及びゲル電
解質である例えばポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）と
電解液である例えば６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ
₆）のプロピレンカーボネート（ＰＣ）溶液からなる電
解液の混合物からなる活物質層２を、図１に示す様な３
０ｍｍ×３０ｍｍの活物質区画に区画と区画の隙間３を
３ｍｍ開けて縦５パターン×横１１パターンの５５パタ
ーンをスクリーン印刷し配置した。

【００１８】負極は図２に示すように縦１６９ｍｍ×横
３６６ｍｍの銅箔からなる集電体６の片面に、炭素粉末
とＰＥＯ及び電解液の混合物からなる活物質層７が配置
されている。

【００１９】ゲル電解質層（セパレータ）５は正極と負
極の間に配置されており、正極側、負極側の端子を取り
出し、正極６４枚、負極６４枚積層して図１０に示すよ
うな１０３Ａｈの極群１１を得た。

【００２０】角形電池容器１２は厚さ０．３ｍｍのステ
ンレスからなる角形缶であり、極群１１の平行面に幅３
ｍｍ、高さ１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの電池容器外側面に
凸状の溝１３をプレス成形した。尚、図示していない
が、この電池容器１２には、モジュール組立を容易にす
るために電池容器の極群１１と平行な面にモジュール組
み付け位置決め用突起の凸凹をプレス成形することがで
きる。この極群１１の平行面にプレス成形済みの電池容
器１２に、同様にして極群１１に平行でない面に幅３ｍ
ｍ、高さ１ｍｍ、長さ１０ｍｍの電池容器外側面に凸状
の溝をプレス成形をした。なお、この電池容器１２の内
面には、厚さ約４０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）の樹
脂コーティングが施されている。

【００２１】次に、前記角形電池容器１２に極群１１を
挿入し、ステンレスからなる蓋１４をはめ込み、アルゴ
ン溶接を行い封口した。なお、端子１６部分にはポリエ
チレン製のパッキンを用いてボルトナット１５によって
封口し、蓋１４と極群１１とを絶縁してある。

【００２２】以上のようにして図９に示すような高さ１
７５ｍｍ、横３８８ｍｍ、幅１４．５ｍｍの評価用電池
Ａを得た。尚、評価用電池の端子は図１１のモジュール
の斜視図に示したように横方向に配置しており、端子の
高さは１５ｍｍである。

【００２３】又、評価用電池Ａとは逆に図１に示すよう
に活物質区画をパターン配置した負極と、全面に活物質
が配置された正極を用いて上記と同様に評価用電池Ｂを
得た。

【００２４】（実施例２）更に、図３に示すように前記
活物質層２をパターン配置した正極の区画と区画の３ｍ
ｍの隙間に隔壁８として幅２ｍｍのＰＰ樹脂を配置して
集電体４に対し熱溶着した。

【００２５】この正極と、全面に活物質７とセパレータ
としてゲル電解質５が配置された負極を用いて図４に示
すように配置して評価用電池Ｃを得た。又、評価用電池
Ｃとは逆に図３に示すように活物質区画をパターン配置
した負極と、全面に活物質が配置された正極を用いて上
記と同様に評価用電池Ｄを得た。

【００２６】（実施例３）更に、図５に示すように前記
活物質層２、７をターン配置し、かつ、区画と区画の間
に隔壁８としてＰＰ樹脂が熱溶着されている正極と負極
とにおいて、負極にセパレータとしてゲル電解質５を全
面に配置し、かつ、正極の隔壁８と負極の隔壁８とが対
向する位置に配置し評価用電池Ｅを得た。

【００２７】なお、評価用電池Ｅの隔壁８の対向位置が
ずれた場合、発熱抑制効果は変わらないが、正負電極の
反応面積が減少するため電池容量が減る恐れがある。

【００２８】（実施例４）次に、図６に示すように評価
用電池Ｅの正極の区画と区画を区切る隔壁９として、片
面に厚さ２０μｍのポリプロピレン９ａを熱溶着したア
ルミニウム箔９ｂをパターンに打ち抜いたものを用い、
超音波溶接で集電体４に張り付けて正極を得た。更に、
負極の区画と区画を区切る隔壁９として、片面に厚さ２
０μｍのポリプロピレン９ｃを熱溶着した銅箔９ｄをパ
ターンに打ち抜いたものを用い、スポット溶接で集電体
に張り付けて負極を得た。これらの正極、負極とを用い
て評価用電池Ｆを得た。

【００２９】（実施例５）次に、図８に示すように評価
用電池Ｅの負極の活物質層７の区画と区画の間に正極、
負極、セパレータ層、溶けしろを合計した高さのＰＰ樹
脂からなる隔壁１０を集電体６に熱溶着し、図７のよう
に正極の活物質層２の上に区画より周縁部が０．５ｍｍ
大きいゲル電解質層（セパレータ）５をスクリーン印刷
する。負極の隔壁１０であるＰＰ樹脂の正極側を加熱し
て、隔壁先端の一部を熱溶融させておき、正極のゲル電
解質層５を含む活物質区画を負極の隔壁１０で区切られ
た活物質区画にはめ込んで圧着して積層し、評価用電池
Ｇを得た。

【００３０】（比較例）比較用として、上記電極処方で
１つの電極サイズが縦１６９ｍｍ×横３６６ｍｍの全面
に活物質配置した正極６４枚と負極６４を積層して、厚
み１２．９ｍｍの極群を作成し、電池容器に収納した比
較用電池Ｈを得た。

【００３１】（各評価用電池の試験）これらの電池の電
極平面中央に向けて電槽側面から、釘を刺し、破壊試験
を行った。

【００３２】その結果、比較用電池Ｈでは釘差し部分の
温度上昇は２７０℃に達した後、温度測定不能となり、
極群の構成物質であるゲル電解液、活物質などの噴出が
確認された。これは、ゲル電解質成分であるＰＣが沸点
に達し、急激な体積変化を起こしたことが原因であると
考えられる。

【００３３】一方、同様の試験で、評価用電池Ａでは２
２０℃、評価用電池Ｂでは２４０℃に達したものの、電
極成分の噴出などは確認されなかった。これは、正極も
しくは負極の活物質が小区画に分割されているため、釘
刺しを行った場合の影響が、正常な区画へ拡大しなかっ
たものと考えられる。又、評価用電池Ｃでは１８０℃、
評価用電池Ｄでは１９０℃に達したが、評価用電池Ａ、
Ｂと同様に電極成分の噴出などは確認されなかった。

【００３４】これらのことにより、活物質区画を区切る
隔壁を設けた電極の方が、隔壁を設けなかった電極より
安全であることが確認された。尚、上記の通り正極側に
隔壁を設けた方が発熱が少なかったことから、正極側で
活物質を小区画に区切る方がより効果的であることが確
認できた。

【００３５】又、評価用電池Ｅは釘刺し後の温度上昇は
１５０℃を示したが、評価用電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと同様
に電極成分の噴出などは確認されなかった。

【００３６】これらの評価用電池の中でＥ電極が最も高
い発熱防止効果がみられたが、これは正極、負極の両電
極が隔壁で活物質区画に区切られている為に、正常な電
極区画の独立性が保たれ、異常な部分の影響が周囲に拡
大しないことによると考えられる。

【００３７】又、評価用電池Ｆでは釘刺し後の温度上昇
は１１０℃を示した。尚、評価用電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅと同様に電極成分の噴出などは確認されなかった。こ
れは、活物質部分で発熱した熱が隔壁９の金属部分で吸
収され、発熱そのものを抑制したと考えられるが、温度
上昇抑制効果の大さを説明できる理由は分かっていな
い。

【００３８】又、評価用電池Ｇでは釘刺し後の温度上昇
は９５℃を示した。尚、評価用電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆと同様に電極成分の噴出などは確認されなかっ
た。この構成の電池はすべての電池の中で最も大きな温
度上昇抑制効果が得られた。これは、電解液（ゲル電解
質）が各区画間で共通になっておらず、それぞれが独立
した電池となっているため、異常な部分が他の正常な部
分へ拡大しないことによるものと考えられる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は次に記載
する効果を奏する。

【００４０】（１）請求項１記載のリチウム電池は、正
負電極に配置されている活物質が、正極、負極の少なく
とも一方に於いて、複数の区画に分割されているため、
釘刺し等の異常使用時に異常な活物質区画部分の影響を
正常な活物質区画部分が受けにくく、発熱量を抑制する
ことができる。

【００４１】（２）請求項２記載のリチウム電池は、前
記正極、負極のいずれか、又は両方の複数の区画に分割
されている電極において、各々の電極の区画と区画の間
にこの区画を区切る隔壁を設けたため、釘刺し等の異常
使用時に活物質区画部分の独立性が保たれるため、異常
な活物質区画の影響を正常な活物質区画部分が受けにく
く、発熱量を抑制することができる。

【００４２】（３）請求項３記載のリチウム電池は、正
極、負極の各々の活物質区画、又はこの活物質区画を区
切る隔壁が、対極と対向する位置に配置されているた
め、正負電極の反応面積を確保できると共に、釘刺し等
の異常使用時に活物質区画部分の独立性が保たれるた
め、異常な活物質区画の影響を正常な活物質区画部分が
受けにくく、発熱量を抑制することができる。

【００４３】（４）請求項４記載のリチウム電池は、活
物質区画を区切る隔壁が熱伝導性の部材から形成されて
おり、かつ、この隔壁の対極と対抗する面が、不電子伝
導性の層で覆われているため、活物質区画から発熱した
熱を速やかに周囲に分散することができ、又、釘刺し等
の異常使用時に活物質区画部分の独立性が保たれるた
め、異常な活物質区画の影響を正常な活物質区画部分が
受けにくく、発熱量を抑制することができる。

【００４４】（５）請求項５記載のリチウム電池は、正
極、負極の活物質を区切る隔壁が、不電子伝導性の部材
からなり、かつ、この隔壁が正極、負極のそれぞれの集
電体との間を連結しているため、釘刺し等の異常使用時
に活物質区画部分の独立性が保たれ、異常な活物質区画
の影響を正常な活物質区画部分が受けにくく、発熱量を
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】活物質区画を区切る隔壁がない場合の正極の要
部斜視図である。

【図２】活物質区画を区切る隔壁がない場合の電極の分
解図である。

【図３】活物質区画を区切る隔壁がある場合の正極の要
部斜視図である。

【図４】活物質区画を区切る隔壁が正極側にある場合の
電極の分解図である。

【図５】活物質区画を区切る隔壁が正極側、負極側の両
方にある場合の電極の分解図である。

【図６】活物質区画を区切る隔壁が金属からなり、隔壁
を正極側、負極側の両方に配置した場合の電極の分解図
である。

【図７】活物質の上にゲル電解質を配置した場合の正極
の要部斜視図である。

【図８】活物質区画を区切る隔壁とゲル電解質を隔壁内
に配置し、正負極一体型の隔壁を配置した場合の電極の
分解図である。

【図９】本発明の単電池の断面図である。

【図１０】本発明の単電池の分解図である。

【図１１】単電池の集合モジュールの斜視図である。

【符号の説明】

１正極２、７活物質層３区画と区画の隙間４、６集電体５ゲル電解質層８、９、１０隔壁１１極群１２角形電池容器１３溝１４蓋１５ボルト１６端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村田和雄大阪府高槻市城西町６番６号株式会社ユアサコーポレーション内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集電体に活物質が配された正極と負極、
及びセパレータから構成される極群と、極群を収納する
電池容器からなるリチウム電池において、前記正極、負
極に配されている活物質が、正極、負極の少なくとも一
方に於いて、複数の区画に分割されていることを特徴と
するリチウム電池。
【請求項２】前記正極、負極の活物質が分割されてい
る区画と区画の間に、この区画を区切る隔壁を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載のリチウム電池。
【請求項３】前記正極、負極の活物質が分割されてい
る区画、又はこの区画を区切る隔壁が、対極と対向する
位置に配置されていることを特徴とする請求項２記載の
リチウム電池。
【請求項４】前記正極、負極の活物質を区切る隔壁
が、熱伝導性の部材から形成されており、かつ、この隔
壁の少なくとも対極と対向する面が、非電子伝導性の層
で覆われていることを特徴とする請求項２又は３記載の
リチウム電池。
【請求項５】前記正極、負極の活物質を区切る隔壁
が、非電子伝導性の部材からなり、かつ、この隔壁が正
極、負極のそれぞれの集電体との間を連結していること
を特徴とする請求項２記載のリチウム電池。