JPH11154500A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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JPH11154500A
JPH11154500A JP9337960A JP33796097A JPH11154500A JP H11154500 A JPH11154500 A JP H11154500A JP 9337960 A JP9337960 A JP 9337960A JP 33796097 A JP33796097 A JP 33796097A JP H11154500 A JPH11154500 A JP H11154500A
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JP
Japan
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battery
electrode body
safety valve
core
lid
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Application number
JP9337960A
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English (en)
Inventor
Hisakazu Higuchi
久和 樋口
Shogo Fujimoto
彰吾 藤本
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より安全性に優れた非水電解質二次電池を提
供する。 【解決手段】 本発明になる非水電解質二次電池は、巻
回された電極体が電池容器に収納されており、電池蓋又
は/及び電池容器と電極体上部端面とで囲まれる第1の
空間と、電池蓋又は/及び電池容器と電極体下部短面と
で囲まれる第2の空間と、第2の空間に面する電池蓋又
は/及び電池容器に設けられた安全弁と、前記安全弁の
設けられていない第1の空間に設けられた正極端子と負
極端子と、前記第1の空間と第2の空間とを連通する連
通手段を備えており、前記連通手段が、中空状の電極体
巻芯であって、かつその端部周面に少なくとも1つの圧
力逃げ部が設けられてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池に関し、特に安全性の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の発展に伴って、高エネ
ルギー密度の電池が市場から強く求められており、ニッ
ケル・水素電池、リチウムイオン電池などのエネルギー
密度の高い二次電池が実用化されてきた。また、自動車
の排気ガスによる環境問題などから、電気自動車の開発
が盛んにおこなわれており、電気自動車用の高エネルギ
ー密度大型二次電池の開発も併せて各社で進められてい
る。一個の電池を大容量とした場合には、複数の小容量
の電池を並列に接続した場合よりも、容量当たりのコス
トを削減することができ、また、電池全体に占める電池
ケースの体積、重量の比を小さくすることができるた
め、より高エネルギー密度の電池を提供することができ
る。よって、非水電解質二次電池は、高エネルギー密度
に優れるという特徴を有しており、携帯電話等の電子機
器用電源から、さらには電動車両用電源等に好適であ
る。
【0003】このような非水電解質二次電池において、
充電状態で釘差し試験、圧壊試験などの安全性試験をお
こなった場合、内部短絡箇所に流れる電流は電極表面積
に比例して大きくなるので、とくに電極表面積の大きい
大型の高エネルギー密度電池では、電池内の短絡箇所に
非常に大きな電流が流れて急激な発熱が生じる。そし
て、電解液が気化して電池の内圧が急速に上昇し、電池
の破損に至る可能性があった。一般に、大型の非水電解
質二次電池では、次のように作製される。すなわち上述
の正極活物質および負極材料にそれぞれ結着剤を混合
し、ペースト状にしてそれぞれ金属箔に塗布、乾燥す
る。そして、圧延し、所定の寸法にカットする。次に、
セパレータ等の隔離体を介して渦巻状に巻回し、その電
極体の最外周をテープで巻き止めする。この電極体を円
筒状の電池ケースに収納し、円筒両端を電池蓋により密
封する。このとき、電池蓋の一方に正極端子が、もう一
方に負極端子が設けられており、密封前に、電極に接続
された複数の集電リードを束ね、それぞれの端子にその
リードを接続している。したがって、電池蓋内面と電極
端面との間には、リードを接続する端子とリード自身の
占有空間が必要となるため、電池の両端にそれぞれ前記
の占有空間が存在することとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題する】このような構造を
有する非水電解質二次電池では、前記のように、万一の
不測の事態が起こったときに電池の破損を防ぐため、電
池両端の電池蓋に安全弁を設ける必要がある。しかしな
がら、安全弁を設けたとしても、安全弁を設ける電池蓋
には端子があるため、十分な開口面積を採ることができ
ないといった問題があり、より安全性を求めるためには
複数個の安全弁を設けなければならないといった問題も
生じる。
【0005】それに加えて、安全弁に面する機器に対し
ても、安全弁作動時の対策を取る必要がある。しかし、
機器側の制約から十分な対策が取り難いといった問題も
ある。
【0006】そこで、本発明は、上記問題点を解決する
ためになされたものであり、電極表面積の大きい大型電
池においてさえ、万一の不測の事態が生じた場合でも、
内部短絡による急激な発熱で誘引される、電池の内圧を
電池内部で均一にかけることができるとともに、安全弁
の作動をより確実に作動させることができる、安価で、
より安全性の優れた非水電解質二次電池を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、巻回された電
極体が電池容器に収納されてなる非水電解質二次電池に
おいて、電池蓋又は/及び電池容器と電極体上部端面と
で囲まれる第1の空間と、電池蓋又は/及び電池容器と
電極体下部端面とで囲まれる第2の空間と、第2の空間
に面する電池蓋又は/及び電池容器に設けられた安全弁
と、前記安全弁の設けられていない第1の空間に面する
電池蓋又は/及び電池容器に設けられた正極端子及び負
極端子と、前記第1の空間と第2の空間とを連通する連
通手段とを備えており、前記連通手段が、中空状の電極
体巻芯であって、かつその端部周面に少なくとも1つの
圧力逃げ部が設けられてなることを特徴とする。
【0008】第2の本発明は、巻回された電極体が電池
容器に収納されてなる非水電解質二次電池において、電
池蓋又は/及び電池容器と電極体上部端面とで囲まれる
空間と、前記空間に面する電池蓋又は/及び電池容器に
設けられた正極端子及び負極端子と、電極体下部端面に
対向する電池蓋又は/及び電池容器に設けられた安全弁
と、前記空間から前記安全弁内側へ連通させる連通手段
とを備えており、前記連通手段が、中空状の電極体巻芯
であって、かつその端部周面に少なくとも1つの圧力逃
げ部が設けられてなることを特徴とする。
【0009】なお、中空状電極体巻芯の端部とは、その
巻芯の両端であってもよいし、一方だけであってもよ
い。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明を好適な一実施の形態
に基づき詳述する。
【0011】図1は、直径66mm、高さ250mm、設計
容量50Ahの本発明になる非水電解質二次電池の断面
説明図である。
【0012】正極板3は、次のように作製した。すなわ
ち、厚み20ミクロンのアルミ箔の両面にコバルト酸リ
チウム85重量部と導電剤であるグラファイト7重量部
および結着剤としてポリテトラフルオロエチレン8重量
部とを混合し、溶媒としてのn−メチル−2−ピロリド
ンを適宜加え、ペースト状にして塗布、乾燥した。そし
て圧延を施して幅185mm、厚み0.25mmの寸法に
し、この極板の長手方向端部の活物質層を一部除去して
アルミニウム製の正極リード7を一定の間隔で複数個、
超音波溶接機にて取り付けた。
【0013】負極板4は、次のように製作した。すなわ
ち、厚み18ミクロンの銅箔の両面にリチウムをドープ
・脱ドープ可能な人造黒鉛90重量部と結着剤としてポ
リフッ化ビニリデン10重量部を混合し、溶媒としての
n−メチル−2−ピロリドンを適宜加え、ペースト状に
して塗布、乾燥した。そして圧延して幅200mm、厚み
0.2mmの寸法にし、この極板の長手方向端部の活物質
層を一部除去して銅箔からなる負極リード8を複数個、
超音波溶接機にて取り付けた。
【0014】電極体2は次のように製作した。すなわ
ち、正極板3と負極板4とを真空中にて120℃で10
時間乾燥した後、セパレータ5を介して渦巻状に巻回
し、粘着テープで巻き止めし、電極体2を作製した。な
お、セパレータ5は幅210mm、厚み45ミクロンのポ
リエチレン樹脂製微多孔膜を用いた。
【0015】このとき、電極体の巻芯30としてステン
レスよりなる、長さ220mm、内径12mm中空状のパイ
プを用い、かつ中空状パイプの電極体2の上部端面側に
位置する端部周面には、パイプ内面に連通した10mm径
の円形状貫通孔、すなわち圧力逃げ部20が対向するよ
う、2個形成されている。ここでは円形状であるが、こ
れに限るものでなく、楕円形状、四角形状、U字状、V
字状などが例示される。
【0016】非水電解質二次電池1は、次のように製作
した。すなわち、電極体2を電池ケース10内に挿入し
て、正極リード7および負極リード8をそれぞれ束ね、
蓋板11の端子31,32にそれぞれ溶接にて取り付
け、それらの端子31,32を蓋板11に取付けた。そ
して、蓋板11を電池容器10に溶接し、電解液を真空
注液して密封した。(注液口は図示せず)このとき、電
池容器底面12に安全弁が設けられている。これを本発
明になる電池とする。ここでは電池容器が有底筒状体で
あるが、筒体に底面電池蓋を溶接して有底筒状体として
もよい。
【0017】なお、安全弁40は直径60mm、厚さ
0.25mmの円形状ステンレス製薄膜であって、その
周縁が蓋板に溶接されたものである。
【0018】なお、電解液には、エチレンカーボネート
とジエチルカーボネートとの混合溶媒中に六フッ化リン
酸リチウムを1モル/lの割合で溶解したものを用い
た。
【0019】[比較例1]正極3と負極4とをセパレー
タ5を介して渦巻状に巻回し、粘着テープで巻き止めし
て本発明電池と同様にして電池を組み立てた。ただし、
電極体巻芯の端部周面に圧力逃げ部20が設けられてい
ない点で相違する。この電池を比較例電池とする。
【0020】[実験]本発明になる電池及び従来から公
知の比較例の電池とを用いて、つぎのような安全性の比
較試験をおこなった。これらの電池を、室温において、
7時間かけて4.1Vまで定電流定電圧充電した後、1
mm径の針を電池に刺して貫通させた。その結果、本発
明になる電池においては速やかに安全弁が作動するとと
もに発煙はみられなかった。しかしながら、従来から公
知の電池においては安全弁の付いていない方の電池蓋及
び電池容器の形状が歪み、続いて安全弁が作動した。よ
って、本発明になる電池では、従来から公知の比較例電
池よりも安全性に優れていることがわかるとともに、機
器への安全弁対策も安全弁の付いている側だけに施せば
足りる。また、電池の正負極端子が同一空間に面する電
池蓋又は/及び電池容器に設けられているため、電池の
スペース効率に優れるとともに、かつ端子と安全弁との
設置場所が異なるため、安全弁の開口面積を増やすこと
ができる。なお、巻芯30の中空内面に螺旋状の溝を設
けることにより、安全弁の作動時間をさらに短縮するこ
とができた。
【0021】本発明においては、非水電解質二次電池の
構成としては、上述の正極、負極及びセパレータとの渦
巻状電極体と非水電解液との組み合わせの他に、正極、
負極及び有機固体電解質との渦巻状電極体と非水電解液
との組み合わせであってもよいし、特に限定されるもの
ではない。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明になる非水電
解質二次電池は、電極表面積の大きい大型電池において
さえ、万一の不測の事態が生じた場合でも、内部短絡に
よる急激な発熱で誘引される電池の内圧を電池内部で均
一にかけることができるとともに、安全弁の作動をより
確実にすることができる。加えて、スペース効率に優
れ、しかも安価な高容量非水電解質二次電池を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる一実施例にかかる円筒形非水電解
質二次電池の断面模式図である。
【符号の説明】
1 円筒形非水電解質二次電池 2 電極体 3 正極板 4 負極板 5 セパレータ 7 正極リード 8 負極リード 10 電池容器 11 電池蓋 20 圧力逃げ部 30 巻芯 31 正極端子 32 負極端子 40 安全弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 巻回された電極体が電池容器に収納され
    てなる非水電解質二次電池において、 電池蓋又は/及び電池容器と電極体上部端面とで囲まれ
    る第1の空間と、電池蓋又は/及び電池容器と電極体下
    部端面とで囲まれる第2の空間と、第2の空間に面する
    電池蓋又は/及び電池容器に設けられた安全弁と、前記
    安全弁の設けられていない第1の空間に面する電池蓋又
    は/及び電池容器に設けられた正極端子及び負極端子
    と、前記第1の空間と第2の空間とを連通する連通手段
    とを備えており、 前記連通手段が、中空状の電極体巻芯であって、かつそ
    の端部周面に少なくとも1つの圧力逃げ部が設けられて
    なることを特徴とする非水電解質二次電池。
  2. 【請求項2】 巻回された電極体が電池容器に収納され
    てなる非水電解質二次電池において、 電池蓋又は/及び電池容器と電極体上部端面とで囲まれ
    る空間と、前記空間に面する電池蓋又は/及び電池容器
    に設けられた正極端子及び負極端子と、電極体下部端面
    に対向する電池蓋又は/及び電池容器に設けられた安全
    弁と、前記空間から前記安全弁内側へ連通させる連通手
    段とを備えており、 前記連通手段が、中空状の電極体巻芯であって、かつそ
    の端部周面に少なくとも1つの圧力逃げ部が設けられて
    なることを特徴とする非水電解質二次電池。
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