JPH11144704A - 全固体電池 - Google Patents
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- JPH11144704A JPH11144704A JP9305424A JP30542497A JPH11144704A JP H11144704 A JPH11144704 A JP H11144704A JP 9305424 A JP9305424 A JP 9305424A JP 30542497 A JP30542497 A JP 30542497A JP H11144704 A JPH11144704 A JP H11144704A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】電池内の発電要素が占める体積の減少を最小限
に止めてエネルギー密度を確保すると共に、過大電流充
放電、短絡等による電池および外部負荷回路の過熱を防
止でき、安全機構作動後も再使用できる電池を提供する
こと。 【解決手段】この課題を解決するために、電池内で電解
質が固定され、蒸発することもない固体電解質の特質に
注目し、固体電解質を用いる全固体電池の電槽内部にお
いて、電解質とＰＴＣ素子或いはヒューズとの格別の隔
離手段を設けることなく、正極端子あるいは負極端子の
少なくとも一方の端部と当該端子と接続される電極との
間にＰＴＣ素子、あるいはＰＴＣ素子とヒューズを併用
して接続して高エネルギー密度で安全性と実用性に優れ
た電池を構成する。
に止めてエネルギー密度を確保すると共に、過大電流充
放電、短絡等による電池および外部負荷回路の過熱を防
止でき、安全機構作動後も再使用できる電池を提供する
こと。 【解決手段】この課題を解決するために、電池内で電解
質が固定され、蒸発することもない固体電解質の特質に
注目し、固体電解質を用いる全固体電池の電槽内部にお
いて、電解質とＰＴＣ素子或いはヒューズとの格別の隔
離手段を設けることなく、正極端子あるいは負極端子の
少なくとも一方の端部と当該端子と接続される電極との
間にＰＴＣ素子、あるいはＰＴＣ素子とヒューズを併用
して接続して高エネルギー密度で安全性と実用性に優れ
た電池を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は全固体電池の安全性
と信頼性の向上に関するものである。
と信頼性の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータ・携帯電
話等のポータブル機器の開発にともない、その電源とし
て電池の需要は非常に大きなものとなっている。特に、
これら機器に用いられる電池の高エネルギー密度化・高
容量化に対する市場要望は非常に高いものとなってきて
おり、小型二次電池としては、ニカド電池に次いで、新
電池としてリチウムイオン電池やニッケル水素電池が実
用化され普及しつつあり、更に高エネルギー密度化を目
指した各種のリチウム二次電池が研究されている。ま
た、一次電池では、フッ化黒鉛リチウム電池や二酸化マ
ンガンリチウム電池など各種のリチウム一次電池が高エ
ネルギー密度の電池として実用化されている。
話等のポータブル機器の開発にともない、その電源とし
て電池の需要は非常に大きなものとなっている。特に、
これら機器に用いられる電池の高エネルギー密度化・高
容量化に対する市場要望は非常に高いものとなってきて
おり、小型二次電池としては、ニカド電池に次いで、新
電池としてリチウムイオン電池やニッケル水素電池が実
用化され普及しつつあり、更に高エネルギー密度化を目
指した各種のリチウム二次電池が研究されている。ま
た、一次電池では、フッ化黒鉛リチウム電池や二酸化マ
ンガンリチウム電池など各種のリチウム一次電池が高エ
ネルギー密度の電池として実用化されている。
【０００３】しかし、強アルカリ性溶液などの水溶液系
電解液や有機溶媒に溶質を溶解した有機電解液などのこ
れら液体電解液を用いた各種電池を実用化するために
は、多くの場合、電池が誤使用された場合でも安全性を
確保できる安全機構を電池に設置する必要がある。
電解液や有機溶媒に溶質を溶解した有機電解液などのこ
れら液体電解液を用いた各種電池を実用化するために
は、多くの場合、電池が誤使用された場合でも安全性を
確保できる安全機構を電池に設置する必要がある。
【０００４】そのために、電池が短絡もしくは過大電流
で充放電された場合の電池や外部負荷回路の温度上昇、
或いは過充電、逆充電などをされた場合の電池の温度上
昇や急激な内圧上昇、変形などの安全性に関する信頼性
を高めるための対策として下記のような種々の方法が採
られ、或いは提案されている。
で充放電された場合の電池や外部負荷回路の温度上昇、
或いは過充電、逆充電などをされた場合の電池の温度上
昇や急激な内圧上昇、変形などの安全性に関する信頼性
を高めるための対策として下記のような種々の方法が採
られ、或いは提案されている。
【０００５】たとえば、構成電池内の素電池と出力端子
の間に、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient）
素子を接続し、短絡・過充電・逆充電等の誤使用によ
り、電池温度が上昇した際にＰＴＣ素子の抵抗の増大に
より電流を制限・遮断する機構を持たせる方法（特開平
５−３２５９４２号公報）、あるいは構成電池内に上記
ＰＴＣ素子とともに低融点合金からなるヒューズを設け
て電流遮断する方法（特開平６−３４９４８０号公
報）、短絡・過充電・逆充電等により内圧が上昇した際
に機械的な方法で電気回路を遮断するとともに密封状態
を解除して内圧を減少させ、電池の温度上昇や急激な内
圧上昇を防止し、封口板から内圧を逃がすような構造
（特開平６−３３８３０５号公報）等が提案されてい
る。
の間に、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient）
素子を接続し、短絡・過充電・逆充電等の誤使用によ
り、電池温度が上昇した際にＰＴＣ素子の抵抗の増大に
より電流を制限・遮断する機構を持たせる方法（特開平
５−３２５９４２号公報）、あるいは構成電池内に上記
ＰＴＣ素子とともに低融点合金からなるヒューズを設け
て電流遮断する方法（特開平６−３４９４８０号公
報）、短絡・過充電・逆充電等により内圧が上昇した際
に機械的な方法で電気回路を遮断するとともに密封状態
を解除して内圧を減少させ、電池の温度上昇や急激な内
圧上昇を防止し、封口板から内圧を逃がすような構造
（特開平６−３３８３０５号公報）等が提案されてい
る。
【０００６】上記のように、主として液体電解液を用い
た電池の安全性を確保するための種々の方策が検討され
てきたが、一方では電池の発電要素自体の安全性を高め
るため固体状の電解質を用いた電池の研究開発が進めら
れている。特に、不燃性物質である無機系固体電解質を
用いた全固体電池は短絡、過大電流充放電、過放電、逆
充電等の誤使用時において過熱されても温度上昇や急激
な内圧上昇の可能性が殆どなく、更にこうした誤使用の
場合や長期の保存、長期使用の期間においてもガス発生
がないので内圧上昇に起因する電池の変形などの心配が
なく、安全性と信頼性を高めるために最適の特性を備え
た電池系として提案されている（特開平６−２７５２５
４号公報等）。
た電池の安全性を確保するための種々の方策が検討され
てきたが、一方では電池の発電要素自体の安全性を高め
るため固体状の電解質を用いた電池の研究開発が進めら
れている。特に、不燃性物質である無機系固体電解質を
用いた全固体電池は短絡、過大電流充放電、過放電、逆
充電等の誤使用時において過熱されても温度上昇や急激
な内圧上昇の可能性が殆どなく、更にこうした誤使用の
場合や長期の保存、長期使用の期間においてもガス発生
がないので内圧上昇に起因する電池の変形などの心配が
なく、安全性と信頼性を高めるために最適の特性を備え
た電池系として提案されている（特開平６−２７５２５
４号公報等）。
【０００７】このように、上記の固体状電解質を用いた
電池は前記の液体状電解液に比較して安全性を確保する
ために有利な条件を備えている。しかし、上記の誤使用
時や、電池に接続された負荷回路の異常により短絡もし
くはこれに近い状態になって過大電流が負荷回路に流れ
た場合に、電池或いは外部負荷の温度が異常に上昇する
場合が想定され、より高度な安全性を確保するためには
更なる改良が必要とされる。
電池は前記の液体状電解液に比較して安全性を確保する
ために有利な条件を備えている。しかし、上記の誤使用
時や、電池に接続された負荷回路の異常により短絡もし
くはこれに近い状態になって過大電流が負荷回路に流れ
た場合に、電池或いは外部負荷の温度が異常に上昇する
場合が想定され、より高度な安全性を確保するためには
更なる改良が必要とされる。
【０００８】このために、全固体電池内部のリード部に
低融点合金からなるヒューズを挿入し、異常な大電流が
流れた際に電流を遮断する機構を設け、電池或いは外部
負荷回路の発熱を防止することが提案されている（特開
平８−２０３４８２号公報）。
低融点合金からなるヒューズを挿入し、異常な大電流が
流れた際に電流を遮断する機構を設け、電池或いは外部
負荷回路の発熱を防止することが提案されている（特開
平８−２０３４８２号公報）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
液体状電解液を用いる電池では、ＰＴＣ素子やヒューズ
が電解液との直接接触やその蒸気に触れることによって
腐食が生じやすいために、電解液またはその蒸気とＰＴ
Ｃ素子やヒューズとを隔離して電池内に設置する必要が
ある。そのため、電槽内部に直接に設置することはでき
ず、素電池の封口板内や構成電池内に設けた素電池内の
空隙に前記のＰＴＣ素子やヒューズを設ける必要があ
り、安全機構が複雑な構造となる上に、電池の発電要素
を収納するスペースが減少するため、電池の製造コスト
低減とエネルギー密度の向上の妨げになっていた。
液体状電解液を用いる電池では、ＰＴＣ素子やヒューズ
が電解液との直接接触やその蒸気に触れることによって
腐食が生じやすいために、電解液またはその蒸気とＰＴ
Ｃ素子やヒューズとを隔離して電池内に設置する必要が
ある。そのため、電槽内部に直接に設置することはでき
ず、素電池の封口板内や構成電池内に設けた素電池内の
空隙に前記のＰＴＣ素子やヒューズを設ける必要があ
り、安全機構が複雑な構造となる上に、電池の発電要素
を収納するスペースが減少するため、電池の製造コスト
低減とエネルギー密度の向上の妨げになっていた。
【００１０】また、固体状電解質を用いた全固体電池に
低融点合金をヒューズとして用いた上記の従来技術の場
合には、電池そのものは異常な温度上昇などは防止でき
るが、外部負荷回路の異常や、誤って電池を短絡させた
際の過大電流により、外部負荷回路や電池の過熱を防止
する信頼性を高めるためにはヒューズの溶断温度を低く
設計する必要があった。
低融点合金をヒューズとして用いた上記の従来技術の場
合には、電池そのものは異常な温度上昇などは防止でき
るが、外部負荷回路の異常や、誤って電池を短絡させた
際の過大電流により、外部負荷回路や電池の過熱を防止
する信頼性を高めるためにはヒューズの溶断温度を低く
設計する必要があった。
【００１１】しかしながら、溶断温度を低くすると、通
常使用される電流や温度をわずかに越えた場合にでもヒ
ューズが溶断して電気回路が遮断されたままとなり、そ
の後、電池として再び使用できなくなるといった実用面
での問題があった。
常使用される電流や温度をわずかに越えた場合にでもヒ
ューズが溶断して電気回路が遮断されたままとなり、そ
の後、電池として再び使用できなくなるといった実用面
での問題があった。
【００１２】本発明は、電池の体積効率を減少させるこ
と無く、簡便な安全機構によって、上記のような誤使用
による過熱、急激な内圧上昇、変形などを高い信頼性で
防止し、より高い信頼性と安全性を確保するとともに、
安全機構が作動後も継続して使用できる実用性の高い、
高エネルギー密度電池を得ることを課題とするものであ
る。今一つの課題は上記の安全機構が万が一に作動しな
い場合でも過大電流を遮断してより高度な安全性を確保
することである。
と無く、簡便な安全機構によって、上記のような誤使用
による過熱、急激な内圧上昇、変形などを高い信頼性で
防止し、より高い信頼性と安全性を確保するとともに、
安全機構が作動後も継続して使用できる実用性の高い、
高エネルギー密度電池を得ることを課題とするものであ
る。今一つの課題は上記の安全機構が万が一に作動しな
い場合でも過大電流を遮断してより高度な安全性を確保
することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために、全固体電池の素電池の電槽内部において
正極端子あるいは負極端子の少なくとも一方と当該端子
と接続される電極との間に正温度係数抵抗装置（ＰＴＣ
素子）を接続したものである。また、更に安全の信頼性
を高めるために、ＰＴＣ素子とヒューズを併用して接続
したものである。
決するために、全固体電池の素電池の電槽内部において
正極端子あるいは負極端子の少なくとも一方と当該端子
と接続される電極との間に正温度係数抵抗装置（ＰＴＣ
素子）を接続したものである。また、更に安全の信頼性
を高めるために、ＰＴＣ素子とヒューズを併用して接続
したものである。
【００１４】本発明は、固体状の電解質を用いた全固体
電池、とりわけ無機系固体電解質を用いた全固体電池が
発火および燃焼し難く、電池内でガス発生しないという
前記の特性と、さらに、電解質が極板間或いは極板内に
固定され、かつ蒸発することもない特質に着目してなさ
れたもので、これにより、ＰＴＣ素子やヒューズと電解
液との隔離手段を設けること無く、ＰＴＣ素子やヒュー
ズを腐食させることのない簡便な安全機構を設置するこ
とを可能にし、高エネルギー密度で安全性が高く、実用
性の優れた電池が得られる。
電池、とりわけ無機系固体電解質を用いた全固体電池が
発火および燃焼し難く、電池内でガス発生しないという
前記の特性と、さらに、電解質が極板間或いは極板内に
固定され、かつ蒸発することもない特質に着目してなさ
れたもので、これにより、ＰＴＣ素子やヒューズと電解
液との隔離手段を設けること無く、ＰＴＣ素子やヒュー
ズを腐食させることのない簡便な安全機構を設置するこ
とを可能にし、高エネルギー密度で安全性が高く、実用
性の優れた電池が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は
固体電解質を用いる全固体電池の素電池の電槽内の、正
極端子または負極端子の少なくとも一方と該端子と接続
される電極との間にＰＴＣ素子を設けたものである。
固体電解質を用いる全固体電池の素電池の電槽内の、正
極端子または負極端子の少なくとも一方と該端子と接続
される電極との間にＰＴＣ素子を設けたものである。
【００１６】これらの固体電解質は素電池内に収納され
た場合に極板群内（電極間もしくは電極内）に固定され
た状態が維持される。即ち、液体状の電解液のように極
板群に含浸される以外に素電池内の空隙に腐食性の電解
液が流動したり、温度上昇によって腐食性のガスが蒸発
することはなく、ＰＴＣ素子を腐食性させることがな
い。
た場合に極板群内（電極間もしくは電極内）に固定され
た状態が維持される。即ち、液体状の電解液のように極
板群に含浸される以外に素電池内の空隙に腐食性の電解
液が流動したり、温度上昇によって腐食性のガスが蒸発
することはなく、ＰＴＣ素子を腐食性させることがな
い。
【００１７】従って、安全機構を素電池内の空隙に設置
する場合に電解液との接触を防ぐための格別の隔離手段
を講ずることなく、ＰＴＣ素子を直接的に電槽内部で端
子と電極の間に接続することができ、安全機構を簡略化
できる。これにより、液体状電解液を用いた電池の場合
に比較して、電池内の発電要素が占める体積比率を高め
ることができ、電池の高エネルギー密度化に寄与するこ
とができる。
する場合に電解液との接触を防ぐための格別の隔離手段
を講ずることなく、ＰＴＣ素子を直接的に電槽内部で端
子と電極の間に接続することができ、安全機構を簡略化
できる。これにより、液体状電解液を用いた電池の場合
に比較して、電池内の発電要素が占める体積比率を高め
ることができ、電池の高エネルギー密度化に寄与するこ
とができる。
【００１８】また、外部短絡等により通常の作動電流よ
り大きな過大電流が流れる場合には素電池内部の温度上
昇によりＰＴＣ素子の抵抗が増大し、電流を制限する。
これにより、過大電流による外部負荷回路および電池自
体の過熱を防止できる。また、再び通常の電流値に戻っ
た際にはＰＴＣ素子の抵抗が減少して電池は再び使用す
ることができ、高い信頼性の安全性と実用性を備えた電
池が得られる。
り大きな過大電流が流れる場合には素電池内部の温度上
昇によりＰＴＣ素子の抵抗が増大し、電流を制限する。
これにより、過大電流による外部負荷回路および電池自
体の過熱を防止できる。また、再び通常の電流値に戻っ
た際にはＰＴＣ素子の抵抗が減少して電池は再び使用す
ることができ、高い信頼性の安全性と実用性を備えた電
池が得られる。
【００１９】本発明の請求項２記載の発明は固体電解質
を用いる全固体電池の正極端子または負極端子の少なく
とも一方と該端子と接続される電極との間にＰＴＣ素子
と低融点合金からなるヒューズを直列に接続して設けた
ものである。これにより、上記と同様の理由で安全機構
が簡略化され体積効率が高まるので、液体電解液を用い
た電池より高エネルギー密度化に有利となる。
を用いる全固体電池の正極端子または負極端子の少なく
とも一方と該端子と接続される電極との間にＰＴＣ素子
と低融点合金からなるヒューズを直列に接続して設けた
ものである。これにより、上記と同様の理由で安全機構
が簡略化され体積効率が高まるので、液体電解液を用い
た電池より高エネルギー密度化に有利となる。
【００２０】また、過大電流が流れた際にＰＴＣ素子の
抵抗の増大により電流制限をかけ、外部負荷での発熱を
抑制することができ、このＰＴＣ素子の作動領域内の電
流では溶断しないヒューズを接続することにより、ＰＴ
Ｃ素子の作動領域内の過大電流が流れても安全性が確保
され、再使用も可能であるばかりでなく、万一、ＰＴＣ
素子の許容限度を超える大電流が流れたり、ＰＴＣ素子
に不都合があって不作動の場合には、ヒューズが溶断し
て電流を遮断され、より高度な安全性を確保することが
できる。
抵抗の増大により電流制限をかけ、外部負荷での発熱を
抑制することができ、このＰＴＣ素子の作動領域内の電
流では溶断しないヒューズを接続することにより、ＰＴ
Ｃ素子の作動領域内の過大電流が流れても安全性が確保
され、再使用も可能であるばかりでなく、万一、ＰＴＣ
素子の許容限度を超える大電流が流れたり、ＰＴＣ素子
に不都合があって不作動の場合には、ヒューズが溶断し
て電流を遮断され、より高度な安全性を確保することが
できる。
【００２１】本発明の請求項３の発明は固体電解質を用
いる全固体電池の正極端子または負極端子の一方と該端
子と接続される電極との間にＰＴＣ素子を接続し、他方
の端子とこれに接続される電極との間に低融点合金から
なるヒューズを接続して設けたものである。これによ
り、請求項２の発明と同様の作用効果が得られる。
いる全固体電池の正極端子または負極端子の一方と該端
子と接続される電極との間にＰＴＣ素子を接続し、他方
の端子とこれに接続される電極との間に低融点合金から
なるヒューズを接続して設けたものである。これによ
り、請求項２の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２２】本発明の請求項４記載の発明は請求項１〜
３のいずれかに記載の電池に無機固体電解質をもちいた
ものである。
３のいずれかに記載の電池に無機固体電解質をもちいた
ものである。
【００２３】固体電解質には大別してＬｉ2Ｓ−ＳｉＳ2
系ガラスや、Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4などの無機材料を
用いた無機固体電解質と、たとえばポリエチレンオキサ
イド（ＰＥＯ）等の高分子に支持塩として過塩素酸リチ
ウム（ＬｉＣｌＯ4）等の溶質を加えた高分子固体電解
質があり、一般的に前者は不燃性であり、後者は有機電
解液ほどの燃焼性はないが可燃性もしくは難燃性の物質
である。従って、本発明を適用して、より一層高い信頼
性と安全性を確保するためには、固体電解質の内でも不
燃性物質である無機系の固体電解質を用いるのが効果的
である。
系ガラスや、Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4などの無機材料を
用いた無機固体電解質と、たとえばポリエチレンオキサ
イド（ＰＥＯ）等の高分子に支持塩として過塩素酸リチ
ウム（ＬｉＣｌＯ4）等の溶質を加えた高分子固体電解
質があり、一般的に前者は不燃性であり、後者は有機電
解液ほどの燃焼性はないが可燃性もしくは難燃性の物質
である。従って、本発明を適用して、より一層高い信頼
性と安全性を確保するためには、固体電解質の内でも不
燃性物質である無機系の固体電解質を用いるのが効果的
である。
【００２４】
【実施例】本発明の比較例と実施例として作成した電池
の構成について説明する。
の構成について説明する。
【００２５】（比較例１）図１はＰＴＣ素子を内蔵しな
い比較例の全固体電池であり、電槽１の内部で正極端子
２の下端部と正極板３に接続された正極リード片４がス
ポット溶接により直接に接続されている。一方、負極端
子５の下端部も正極端子と同様に負極板６に接続された
負極リード片７が電槽１の内部でスポット溶接により直
接に接続されている。これらの正極板３と負極板６は固
体電解質シート８を挟んで対峙するように極板群を構成
している。この極板群をＡＢＳ樹脂製の電糟１に収容
し、電糟１の開口部をエポキシ樹脂接着剤により電池蓋
９を接着して密封し、電池を構成した。
い比較例の全固体電池であり、電槽１の内部で正極端子
２の下端部と正極板３に接続された正極リード片４がス
ポット溶接により直接に接続されている。一方、負極端
子５の下端部も正極端子と同様に負極板６に接続された
負極リード片７が電槽１の内部でスポット溶接により直
接に接続されている。これらの正極板３と負極板６は固
体電解質シート８を挟んで対峙するように極板群を構成
している。この極板群をＡＢＳ樹脂製の電糟１に収容
し、電糟１の開口部をエポキシ樹脂接着剤により電池蓋
９を接着して密封し、電池を構成した。
【００２６】（比較例２）図１の正極リード片４をスポ
ット溶接により低融点合金からなるヒューズの一方の端
子に接続し、他方の端子を正極端子２の下端部に接続さ
せることにより、電槽１にヒューズを納めた以外は比較
例１の電池と同様の方法で構成した。
ット溶接により低融点合金からなるヒューズの一方の端
子に接続し、他方の端子を正極端子２の下端部に接続さ
せることにより、電槽１にヒューズを納めた以外は比較
例１の電池と同様の方法で構成した。
【００２７】（実施例１）図２は本発明の実施例１の全
固体電池の構造を示したものであり、電糟内にＰＴＣ素
子を接続した場合の実施例である。電槽１０の内部で正
極端子１１の下端部と正極板１２に接続された正極リー
ド片１３の間にＰＴＣ素子１４をスポット溶接により接
続する構成をとっている。これ以外は図１に示した比較
例１の電池と同様の方法で構成した。
固体電池の構造を示したものであり、電糟内にＰＴＣ素
子を接続した場合の実施例である。電槽１０の内部で正
極端子１１の下端部と正極板１２に接続された正極リー
ド片１３の間にＰＴＣ素子１４をスポット溶接により接
続する構成をとっている。これ以外は図１に示した比較
例１の電池と同様の方法で構成した。
【００２８】（実施例２）図２に示した実施例１で用い
た電池において正極端子１１の下端部と正極リード片１
３の間にＰＴＣ素子１４を接続した代わりに、ヒューズ
およびＰＴＣ素子を直列に接続したものを正極端子１１
の下端部と正極リード片１３の間に接続した。
た電池において正極端子１１の下端部と正極リード片１
３の間にＰＴＣ素子１４を接続した代わりに、ヒューズ
およびＰＴＣ素子を直列に接続したものを正極端子１１
の下端部と正極リード片１３の間に接続した。
【００２９】この正極板３，１２あるいは負極板６，１
７の一端には、活物質層を剥離して露出させた集電体の
表面にステンレススチール製の正極リード片４，１３あ
るいは負極リード片７，１６をスポット溶接により接続
した。これらの正負極板で固体電解質シート８，１５を
挟んで極板群を構成した。
７の一端には、活物質層を剥離して露出させた集電体の
表面にステンレススチール製の正極リード片４，１３あ
るいは負極リード片７，１６をスポット溶接により接続
した。これらの正負極板で固体電解質シート８，１５を
挟んで極板群を構成した。
【００３０】電糟蓋９，１９はＡＢＳ樹脂製の基体に設
けた穴に貫通して固定されたニッケルめっきされた鉄製
の正極端子２，１１と負極端子５，１８からなってい
る。
けた穴に貫通して固定されたニッケルめっきされた鉄製
の正極端子２，１１と負極端子５，１８からなってい
る。
【００３１】実施例１，２で用いたＰＴＣ素子１４は熱
可塑性樹脂に導電剤としてのカーボンを含有した薄膜状
（厚さ０．５ｍｍ，長さ１０ｍｍ，幅５ｍｍ）の素子の
両面にニッケルリード片が取り付けられた構造をしてい
る。
可塑性樹脂に導電剤としてのカーボンを含有した薄膜状
（厚さ０．５ｍｍ，長さ１０ｍｍ，幅５ｍｍ）の素子の
両面にニッケルリード片が取り付けられた構造をしてい
る。
【００３２】ＰＴＣ素子は、素子を流れる電流によるジ
ュール熱のために素子を構成する熱可塑性樹脂が体積膨
張し、含有した導電剤の接触が減少するにつれてその抵
抗が増大する特性を有する。したがって、素子を流れる
電流が増加するほどその抵抗が高くなるものである。
ュール熱のために素子を構成する熱可塑性樹脂が体積膨
張し、含有した導電剤の接触が減少するにつれてその抵
抗が増大する特性を有する。したがって、素子を流れる
電流が増加するほどその抵抗が高くなるものである。
【００３３】実施例１，２に用いたＰＴＣ素子の定格
は、比較例１のＰＴＣ素子やヒューズを接続していない
電池の短絡電流が１．９Ａであることを基準に下記の特
性を備えたものを選択した。
は、比較例１のＰＴＣ素子やヒューズを接続していない
電池の短絡電流が１．９Ａであることを基準に下記の特
性を備えたものを選択した。
【００３４】即ち、０．５Ａ以下の電流でＰＴＣ素子の
抵抗は１５ｍΩ〜２Ω程度であり、０．５Ａ以上では急
激に抵抗が増大し、１Ａを超えると１０ＭΩにまで抵抗
が増大し、２Ａを超えると通常は静電破壊して絶縁状態
になる。そしてこのＰＴＣ素子は２Ａ以下の電流では復
帰可能で可逆性を有するが、２Ａを越える電流が一旦流
れると可逆性が無くなり再使用できない。上記の特性は
周囲温度によって若干変化するが、通常の電池の使用温
度範囲内では大きな変化はない。
抵抗は１５ｍΩ〜２Ω程度であり、０．５Ａ以上では急
激に抵抗が増大し、１Ａを超えると１０ＭΩにまで抵抗
が増大し、２Ａを超えると通常は静電破壊して絶縁状態
になる。そしてこのＰＴＣ素子は２Ａ以下の電流では復
帰可能で可逆性を有するが、２Ａを越える電流が一旦流
れると可逆性が無くなり再使用できない。上記の特性は
周囲温度によって若干変化するが、通常の電池の使用温
度範囲内では大きな変化はない。
【００３５】これにより、実施例１では０．５Ａ以下の
正常な使用電流範囲ではＰＴＣ素子の低抵抗レベルが維
持され電池の内部抵抗を上昇させることはなく、これを
越えた過大電流領域（最大は電池の短絡電流）では抵抗
値が急激に上昇して過大電流が流れず、電池の安全性が
確保され、しかも過大電流（約０．５〜約２Ａ）が流れ
て一旦ＰＴＣ素子の抵抗が増大した後も電池の再使用が
可能となるように設計した。また、この電池では万が
一、外部電源によって短絡電流以上の約２Ａ以上の電流
が電池に流された場合にはＰＴＣ素子は靜電破壊して絶
縁状態となり電流が完全に遮断される。この場合、ＰＴ
Ｃ素子の復帰性はなくなるので電池の再使用はできない
が、万一、著しく過大な電流が誤って流された場合でも
安全性が得られる。
正常な使用電流範囲ではＰＴＣ素子の低抵抗レベルが維
持され電池の内部抵抗を上昇させることはなく、これを
越えた過大電流領域（最大は電池の短絡電流）では抵抗
値が急激に上昇して過大電流が流れず、電池の安全性が
確保され、しかも過大電流（約０．５〜約２Ａ）が流れ
て一旦ＰＴＣ素子の抵抗が増大した後も電池の再使用が
可能となるように設計した。また、この電池では万が
一、外部電源によって短絡電流以上の約２Ａ以上の電流
が電池に流された場合にはＰＴＣ素子は靜電破壊して絶
縁状態となり電流が完全に遮断される。この場合、ＰＴ
Ｃ素子の復帰性はなくなるので電池の再使用はできない
が、万一、著しく過大な電流が誤って流された場合でも
安全性が得られる。
【００３６】また、およびＰＴＣ素子の２つを直列に接
続する実施例２の場合には、実施例１と同様のＰＴＣ素
子を用い、これに直列に接続したヒューズは、電池の短
絡電流を越えた電流（約２Ａ）で溶断する低融点合金か
ら成るヒューズを選択した。その狙いは、短絡電流を越
えた電流が流れたときの電流遮断をより確実にし、実施
例１を上回る高度の信頼性をもって安全性を確保するこ
とにある。
続する実施例２の場合には、実施例１と同様のＰＴＣ素
子を用い、これに直列に接続したヒューズは、電池の短
絡電流を越えた電流（約２Ａ）で溶断する低融点合金か
ら成るヒューズを選択した。その狙いは、短絡電流を越
えた電流が流れたときの電流遮断をより確実にし、実施
例１を上回る高度の信頼性をもって安全性を確保するこ
とにある。
【００３７】前記のように、ＰＴＣ素子が所定電流以上
で通常は絶縁状態となり電流は遮断されるが、場合によ
っては、素子を構成する樹脂が軟化し、樹脂を挟んでい
るリード片が短絡する等により、短絡状態になる場合も
ある。実施例２ではこの様な場合でもＰＴＣ素子と直列
に接続したヒューズを溶断させることによって、電流を
確実に遮断できるようにしたものである。
で通常は絶縁状態となり電流は遮断されるが、場合によ
っては、素子を構成する樹脂が軟化し、樹脂を挟んでい
るリード片が短絡する等により、短絡状態になる場合も
ある。実施例２ではこの様な場合でもＰＴＣ素子と直列
に接続したヒューズを溶断させることによって、電流を
確実に遮断できるようにしたものである。
【００３８】これにより、実施例１と同様な正常電流で
の正常な作動と短絡電流以下の過大電流での復帰可能な
安全性の確保はもとより、これに加えて、短絡電流を越
えるような過大電流が外部から強制的に電池に流されて
ＰＴＣ素子が短絡状態となったような異常事態が発生し
た場合にも電流が遮断されて安全性を確保できるように
した。
の正常な作動と短絡電流以下の過大電流での復帰可能な
安全性の確保はもとより、これに加えて、短絡電流を越
えるような過大電流が外部から強制的に電池に流されて
ＰＴＣ素子が短絡状態となったような異常事態が発生し
た場合にも電流が遮断されて安全性を確保できるように
した。
【００３９】この様にして作製した実施例１，２の電池
と比較例１，２の電池とについて、過大電流を通じた場
合の安全性と過大電流解除後の特性を下記に示す実施例
３，４および比較例３，４のように評価した。
と比較例１，２の電池とについて、過大電流を通じた場
合の安全性と過大電流解除後の特性を下記に示す実施例
３，４および比較例３，４のように評価した。
【００４０】（比較例３）電池の正極端子と負極端子を
ポリプロピレン製チューブで被覆した２Ω・定格４Ｗの
ニクロム線で短絡させたところ、ポリプロピレン製チュ
ーブが溶融し、ニクロム線が赤光した。この時、ニクロ
ム線の温度を熱電対で測定すると、２５０℃にまで上昇
していた。
ポリプロピレン製チューブで被覆した２Ω・定格４Ｗの
ニクロム線で短絡させたところ、ポリプロピレン製チュ
ーブが溶融し、ニクロム線が赤光した。この時、ニクロ
ム線の温度を熱電対で測定すると、２５０℃にまで上昇
していた。
【００４１】（比較例４）電池の正極端子と負極端子の
間を比較例１で用いたものと同様のニクロム線で短絡さ
せたところ、ポリプロピレン製の被覆チューブが溶融す
ることはなかった。試験後、電池の再充電を試みたとこ
ろ、充電不能であったため、分解して解析したところ、
ヒューズが溶断しているのが確認された。
間を比較例１で用いたものと同様のニクロム線で短絡さ
せたところ、ポリプロピレン製の被覆チューブが溶融す
ることはなかった。試験後、電池の再充電を試みたとこ
ろ、充電不能であったため、分解して解析したところ、
ヒューズが溶断しているのが確認された。
【００４２】尚、この比較例４の電池では短絡電流の約
１／２に相当する１．０Ａ以上の電流で溶断するヒュー
ズを選んで用いた。
１／２に相当する１．０Ａ以上の電流で溶断するヒュー
ズを選んで用いた。
【００４３】（実施例３）電池の正極端子と負極端子を
比較例３で用いたものと同じニクロム線で短絡させたと
ころ、ポリプロピレン製チューブが溶融することも、ニ
クロム線が赤光することもなかった。この時、ニクロム
線の温度を熱電対で測定すると、８０℃であった。
比較例３で用いたものと同じニクロム線で短絡させたと
ころ、ポリプロピレン製チューブが溶融することも、ニ
クロム線が赤光することもなかった。この時、ニクロム
線の温度を熱電対で測定すると、８０℃であった。
【００４４】さらにこの試験後のこの電池を再充電する
と短絡前と同様の充放電特性を示した。
と短絡前と同様の充放電特性を示した。
【００４５】（実施例４）電池の正極端子と負極端子を
比較例３で用いたものと同じニクロム線で短絡させたと
ころ、ポリプロピレン製チューブが溶融することも、ニ
クロム線が赤光することもなかった。この時、ニクロム
線の温度を熱電対で測定すると、８０℃であった。
比較例３で用いたものと同じニクロム線で短絡させたと
ころ、ポリプロピレン製チューブが溶融することも、ニ
クロム線が赤光することもなかった。この時、ニクロム
線の温度を熱電対で測定すると、８０℃であった。
【００４６】さらに試験後のこの電池を再充電すると短
絡前と同様の充放電特性を示した。ついで、この電池を
０．１Ωのポリプロピレン製チューブで被覆したアルミ
ニウム線（線径０．５ｍｍ，長さ１０ｃｍ）で短絡させ
たところ、ポリプロピレン製チューブが溶融することも
アルミニウム線が赤光することもなかった。また、この
時のアルミニウム線の温度を熱電対で測定したところ、
７３℃まで上昇したが、その後、温度は下降した。
絡前と同様の充放電特性を示した。ついで、この電池を
０．１Ωのポリプロピレン製チューブで被覆したアルミ
ニウム線（線径０．５ｍｍ，長さ１０ｃｍ）で短絡させ
たところ、ポリプロピレン製チューブが溶融することも
アルミニウム線が赤光することもなかった。また、この
時のアルミニウム線の温度を熱電対で測定したところ、
７３℃まで上昇したが、その後、温度は下降した。
【００４７】さらに試験後のこの電池を再充電すると短
絡前と同様の充放電特性を示した。また、上記の試験と
は別に、５個の電池について、外部から短絡電流の約
１．５倍に相当する電流（３Ａ）を強制印加して放電さ
せたところ、３秒間以内で何れの電池も電流が遮断さ
れ、電池の発熱もほとんど認められなかった。試験後、
再充電しようとしたが、充電不能であった。これら５個
の電池を分解した結果、ＰＴＣ素子が絶縁状態でヒュー
ズが溶断していないものが４個、ＰＴＣ素子が短絡状態
でヒューズが溶断しているものが１個であることが確認
された。
絡前と同様の充放電特性を示した。また、上記の試験と
は別に、５個の電池について、外部から短絡電流の約
１．５倍に相当する電流（３Ａ）を強制印加して放電さ
せたところ、３秒間以内で何れの電池も電流が遮断さ
れ、電池の発熱もほとんど認められなかった。試験後、
再充電しようとしたが、充電不能であった。これら５個
の電池を分解した結果、ＰＴＣ素子が絶縁状態でヒュー
ズが溶断していないものが４個、ＰＴＣ素子が短絡状態
でヒューズが溶断しているものが１個であることが確認
された。
【００４８】このことから、実施例３，４の電池がＰＴ
Ｃ素子、あるいはＰＴＣ素子とヒューズとの併用の作用
により、過大電流が継続的に流れることが防止されて安
全性が確保され、しかも、その後の電池特性にも全く支
障なく再使用できること、及び短絡電流を越えた過大電
流が、万が一、流れた場合でも安全性が確保できること
が確認された。
Ｃ素子、あるいはＰＴＣ素子とヒューズとの併用の作用
により、過大電流が継続的に流れることが防止されて安
全性が確保され、しかも、その後の電池特性にも全く支
障なく再使用できること、及び短絡電流を越えた過大電
流が、万が一、流れた場合でも安全性が確保できること
が確認された。
【００４９】なお、本発明の実施例における全固体電池
として、正極材料にコバルト酸リチウム、負極材料に金
属インジウム箔、固体電解質に硫化リチウムと二硫化珪
素を主体とするリチウムイオン導電性固体電解質を用い
た全固体リチウム二次電池で説明を行ったが、本発明は
上記の電池材料を用いた場合に限定するものではなく、
液体状の電解液を含まず、固体状の電解質と固体状の電
極材料を用いた全固体電池に広く適用することができ
る。
として、正極材料にコバルト酸リチウム、負極材料に金
属インジウム箔、固体電解質に硫化リチウムと二硫化珪
素を主体とするリチウムイオン導電性固体電解質を用い
た全固体リチウム二次電池で説明を行ったが、本発明は
上記の電池材料を用いた場合に限定するものではなく、
液体状の電解液を含まず、固体状の電解質と固体状の電
極材料を用いた全固体電池に広く適用することができ
る。
【００５０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、全固体電
池の電槽内部において正極端子あるいは負極端子の少な
くとも一方と当該端子と接続される電極との間にＰＴＣ
素子を接続することにより、外部短絡等により通常使用
する電流より大きい過大電流が流れる場合にはＰＴＣ素
子の作用により電流を制限して安全性を確保できる。ま
た、再び通常の電流値に戻った際には電池を再び使用す
ることができる。さらに、ＰＴＣ素子とヒューズを併用
して接続することにより、上記の安全性と実用性が確保
できる上に、万一の場合、外部から強制的に過大電流が
通じられた場合にも安全性がより高い信頼性をもって得
られる。
池の電槽内部において正極端子あるいは負極端子の少な
くとも一方と当該端子と接続される電極との間にＰＴＣ
素子を接続することにより、外部短絡等により通常使用
する電流より大きい過大電流が流れる場合にはＰＴＣ素
子の作用により電流を制限して安全性を確保できる。ま
た、再び通常の電流値に戻った際には電池を再び使用す
ることができる。さらに、ＰＴＣ素子とヒューズを併用
して接続することにより、上記の安全性と実用性が確保
できる上に、万一の場合、外部から強制的に過大電流が
通じられた場合にも安全性がより高い信頼性をもって得
られる。
【００５１】また、全固体電池は電解液や腐食性ガスの
発生がないので、ＰＴＣ素子やヒューズを電解液やガス
から隔離する手段を高じることなく簡便に電槽内部に設
けることができ、体積効率の減少を最小限に抑制した高
エネルギー密度の安全性の高い電池を得ることができ
る。
発生がないので、ＰＴＣ素子やヒューズを電解液やガス
から隔離する手段を高じることなく簡便に電槽内部に設
けることができ、体積効率の減少を最小限に抑制した高
エネルギー密度の安全性の高い電池を得ることができ
る。
【図１】従来の全固体電池を示す図
【図２】本発明の実施の一つの形態である電槽内部にＰ
ＴＣ素子を設けた全固体電池を示す図
ＴＣ素子を設けた全固体電池を示す図
１ 電槽 ２ 正極端子 ３ 正極板 ４ 正極リード片 ５ 負極端子 ６ 負極版 ７ 負極リード片 ８ 固体電解質シート ９ 電槽蓋 １０ 電槽 １１ 正極端子 １２ 正極板 １３ 正極リード片 １４ 正温度係数抵抗装置（ＰＴＣ素子） １５ 固体電解質シート １６ 負極リード片 １７ 負極板 １８ 負極端子 １９ 電槽蓋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 繁雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】正極、負極が固体電解質を介して電槽に内
蔵された全固体電池において、該電池の正極端子あるい
は負極端子の少なくとも一方と当該端子と接続される電
極との間にＰＴＣ素子を電槽内で接続したことを特徴と
する全固体電池。 - 【請求項２】正極、負極が固体電解質を介して電槽に内
蔵された全固体電池において、該電池の正極端子あるい
は負極端子の少なくとも一方と当該端子と接続される電
極との間にＰＴＣ素子および低融点合金からなるヒュー
ズを電槽内で直列に接続したことを特徴とする全固体電
池。 - 【請求項３】正極、負極が固体電解質を介して電槽に内
蔵された全固体電池において、該電池の正極端子あるい
は負極端子の少なくとも一方と当該端子と接続される電
極との間にＰＴＣ素子を電槽内で接続し、さらに他方の
端子と当該他方の端子に接続される電極との間に低融点
合金からなるヒューズを電槽内で接続したことを特徴と
する全固体電池。 - 【請求項４】固体電解質が無機材料からなるイオン導電
性固体電解質であることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の全固体電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9305424A JPH11144704A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 全固体電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9305424A JPH11144704A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 全固体電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11144704A true JPH11144704A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17944975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9305424A Pending JPH11144704A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 全固体電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11144704A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003015195A1 (fr) * | 2001-08-07 | 2003-02-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile secondaire a electrolyte non aqueux |
| JP2003051304A (ja) * | 2001-08-07 | 2003-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2004253146A (ja) * | 2002-12-27 | 2004-09-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電気化学素子 |
| CN107482140A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-12-15 | 长沙锂安能电子科技有限公司 | 一种外置双保险保护装置的电池盖板 |
| EP3407406A1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-11-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrode current collector and all-solid-state battery |
| US10249880B2 (en) | 2016-01-18 | 2019-04-02 | Toyota Jidosha Kabushikia Kaisha | Method for manufacturing current collector and method for manufacturing solid battery |
| WO2019216018A1 (ja) * | 2018-05-07 | 2019-11-14 | 本田技研工業株式会社 | 非水電解質二次電池 |
| CN115295797A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-11-04 | 深圳市德方创域新能源科技有限公司 | 铁系正极补锂材料及其制备方法与应用 |
-
1997
- 1997-11-07 JP JP9305424A patent/JPH11144704A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003051304A (ja) * | 2001-08-07 | 2003-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| CN1319189C (zh) * | 2001-08-07 | 2007-05-30 | 松下电器产业株式会社 | 非水电解质二次电池 |
| KR100867068B1 (ko) | 2001-08-07 | 2008-11-04 | 파나소닉 주식회사 | 비수전해질 2차전지 |
| WO2003015195A1 (fr) * | 2001-08-07 | 2003-02-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile secondaire a electrolyte non aqueux |
| JP2004253146A (ja) * | 2002-12-27 | 2004-09-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電気化学素子 |
| US7547489B2 (en) | 2002-12-27 | 2009-06-16 | Panasonic Corporation | Electrochemical device |
| US10249880B2 (en) | 2016-01-18 | 2019-04-02 | Toyota Jidosha Kabushikia Kaisha | Method for manufacturing current collector and method for manufacturing solid battery |
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| CN107482140A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-12-15 | 长沙锂安能电子科技有限公司 | 一种外置双保险保护装置的电池盖板 |
| WO2019216018A1 (ja) * | 2018-05-07 | 2019-11-14 | 本田技研工業株式会社 | 非水電解質二次電池 |
| CN112042038A (zh) * | 2018-05-07 | 2020-12-04 | 本田技研工业株式会社 | 非水电解质二次电池 |
| JPWO2019216018A1 (ja) * | 2018-05-07 | 2021-04-22 | 本田技研工業株式会社 | 非水電解質二次電池 |
| US11417874B2 (en) | 2018-05-07 | 2022-08-16 | Honda Motor Co., Ltd. | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| CN112042038B (zh) * | 2018-05-07 | 2024-03-08 | 本田技研工业株式会社 | 非水电解质二次电池 |
| CN115295797A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-11-04 | 深圳市德方创域新能源科技有限公司 | 铁系正极补锂材料及其制备方法与应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040831 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050105 |