JPS584261A - 電気化学電池における改良 - Google Patents

電気化学電池における改良

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JPS584261A
JPS584261A JP57104643A JP10464382A JPS584261A JP S584261 A JPS584261 A JP S584261A JP 57104643 A JP57104643 A JP 57104643A JP 10464382 A JP10464382 A JP 10464382A JP S584261 A JPS584261 A JP S584261A
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JP
Japan
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cell
additive
battery
anode
pressure
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JP57104643A
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English (en)
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マツツリアク・バ−バイ
ジヨナサン・ア−ル・ゴ−ルドスタイン
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TADEIRAN ISURAERU ELECTONICS I
TADEIRAN ISURAERU ELECTONICS IND Ltd
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TADEIRAN ISURAERU ELECTONICS I
TADEIRAN ISURAERU ELECTONICS IND Ltd
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • 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
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Primary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は外部短絡もしくは内部短絡または火の中での処
理の知合不都合に曝されたと舎爆発を紡出するための手
段を設けた新規な高エネルギー電気化学電池に関する。
電気および電子装置の小型化は、長期間貯蔵でき、広い
温度範囲にわたって安全に動作しつる信頼性ある高エネ
ルギー密度電気化学電池の開発をもたらした。近年開発
されたかかる要件を満たす電気化学電池は、リチウムま
たはカルシウム等の如き高度に活性な陽極材料、非水性
液体減極剤材料、上記減極剤中に溶解した適当な塩、＃
よび不活性炭素または同様の陰極集電装置を有する。市
販されている電池の中に、すき非水性電解質、および塩
化リチウムアルミニウムの如き溶解した塩を有する電池
を挙げることがで會る。塩化スルフリル、塩化クロミル
、オキシミ塩化バナジウム、オキシ塩化りん、臭化チオ
ニル、オキシ塩化セレン等の知合関連減極剤を使用した
同様の各種電池が発表されている。リチウム／塩化チオ
ニル／四塩化リチウムアルミニウム／多孔性炭素型の電
池は低電力形状、即ち陽極および陰極の比較的小さい表
面積を特長としているボビン形状で市場で入手できる。
かかる電池は誤用条件下で比較的安全である＠らせん状
に巻いた形状を有する電極の知音大表面積の電極を有す
る。高電力密度の同様の電池は、誤用条件下では非常に
竜験なものである＠特にひどい誤用の形には、電池白成
分がリチウム陽極の融点以上の臨界温度に達するときの
外部加熱および短絡がある。ξのことは、かかる高エネ
ルギー密度電池を、故意にしろ過失にしろかか番電池の
圧縮を生ぜしめるか、他の変形（６） を生ぜしめる外部短絡または内部短絡に曝されたとき生
ずるようである。内部短絡は臨界温度を越えた熱点を作
ることがあり、かくして電池の爆発を生ぜしめる。米国
特許第４１１１４０１０号には、約３５０　ｐｓｉに達
する内部圧力を開放するようにしたガス抜きを設けた電
気化学電池が記１１されている。かかるガス抜きは外部
短絡には適切であるかもしれないが、多分内部短絡およ
び火ての処理による誤用に対しては適切ではない。例え
ば釘がかかる電池の枠に入り込んだとき、形成された内
部短絡は、かかる圧力の応答が適切でない条件を生ぜし
めるであろう。
本発明は、誤用が例えば一定の臨界温度以上に内部成分
を加熱することにより電池の爆発を生ぜしめることのあ
る種類の高エネルギー密度電池に使用するための安全装
置に関する一新規な安全装置は特殊な種類の電池または
電池構造Ｅｌｌられることなく、それは火の中で処理す
るとき爆発し易いかまたは内部または外部短絡条件に曝
されたとき爆発することのある別の電池（６） にも有効に使用で舎る◎ 本発明による新規な装置は、一定の予め定められた圧力
に達した時応答するようにした圧力抜きを含み、電池に
は温度変化したとき圧力変化の高い係数を有する物質を
設ける。上記添加成分は温度変化に曝されたと６、圧力
の急激なそして突然な変化を受は墨ガスまたは圧縮液化
ガスであるのが好ましい。ガス抜きは機械的なもの！あ
り、それは一定の内部圧力に達したとき開くようにした
電池ケーシングの破裂盤または弱（した構造であること
がｒ！会る。かかるガスまたは液化ガスをかかる電池中
に含有させたとき、それらは電池の全ての他の成分と相
溶性でなければならない。一般に新規電池は加圧される
であろう、即ち常温で電池の内部圧力は大気−庄原上で
ある。ガスまたは液化ガスは温度が上昇したと會圧力の
迅速変化を有しなければならない、従って温度が上昇し
たとき、機械的圧力シールを破裂するのく適切である一
定の圧力に迅速に達する◎ガス抜きが開いたと舎、−電
池（７） の内容物は急速に放出される、これはまたジュール−ト
ムソン効果によりある程度の冷却も生ぜしめる。ガス抜
きが破裂される圧力は予め定めることができ、一般にこ
れは約３５０１ｓｉである。
温度の上昇と共に内部圧力の急速上昇を与えるために電
池に加える材料は、電池の成分と相溶性でなければなら
ない。それは電池の性能を改良する物質を使用するのが
有利である、従って例えば一定の種類の電池に使用され
るオキシパライトまたはチオハライド主減極剤に対する
補助的な陰極減極剤として作用する材料を加えるのが有
利である。容易に液化または固化さえされるガスを使用
す名のが有利である、これらは製造中かかる電池中に容
易に導入することができる。この目的の用途に好適な物
質の中には、二酸化硫黄、塩・素、二酸化窒素、六弗化
硫黄、弗素化炭化水素または物理的および化学的要件を
満たす他の無機または有機物質を挙げることができる。
加える材料は電気化学電池の構成成かかる電池の使用温
度初よび貯蔵温度範囲にわたって要求される物理的特性
を有していなければならない。
電池ケーシングには、−走の圧力に達したとき内部圧力
を急激に除来するようにするガス抜きまたは圧力開放孔
を設ける。ガス抜きは一定圧力に達したとき瞬間に破裂
されるように設計し、かくして電池を爆発させることな
く電池内容物の排除のために充分な大きさの開口を与え
るようにする。例えば電池内容物を排出させるための要
件を満たすガス抜きは、電池内に一定の圧力が生じたと
き破裂し、破裂したとき電池の流体内容物を排出させる
に充分な大きさである電池壁内の予め決められた大きさ
詔よび深の溝を有する。残りの壁の厚さ、溝の角度セよ
び材料は破裂圧力および排出特性を決定する。
ガス抜舎破裂盤または溝の形、大きさ＄よび構造は選択
条件であり、これらは電池の全体的な大会さ、忽よび災
難が生じたときの所望の排（９） 出途度によって決る。本発明の基本的特長は、電池の内
部温度が上昇したと舎圧力の急激上昇を生ぜしめる添加
剤と排出装置の組合せにある。
圧力排出として作用する弱められた構造は、約０．０３
〜０．０７　ｍの壁厚の、約１〜５■の長さおよび約０
．０２〜１ｍの幡（これは電池の大きさによって決る）
の溝であることがで舎る。
構造は、一定の圧力に達する前に破裂するようにする。
これは約６００〜７００　Ｐ＠ｉである。
電池の底部材に、金属部材を用いるどとができ、それは
上記底部材に、ガラスによって金属シールに保持し、金
属部材はかかる一定圧力に達する前に噴出されるであろ
う。
本発明を下記実施例で説明する、これらは本発明を限定
するものではない。
実施例　１ ４１１のＤサイズ電池を、リチウム陽極、炭素陰極集電
装置、および塩化チオニルと四塩化リチウムアル文ニウ
ムを含有する電解質から作った、各電極はその間にかラ
スセパレーターを有（ｌＯ） する４　０　ｃｍ　Ｘ　４．２　ａｍの寸法を有し、ら
せん状に巻いた。これらの成分をニッケルメッキした冷
間圧延鎖容器中に入れた、この容器には長さ２箇、幅０
．２５腸のガス抜きとして作用する溝を設け、ケーシン
グの残りの壁の厚さは０．０５　ｗｍとした。溝はＶ＠
切込みによって両端で停止させた。リチウム陽極はニッ
ケルタブを介して容器に接続し、一方炭素集電装置はガ
ラス対金属シー＃によって絶縁した、セルカバー中の正
極として作用する中央に装置したニッケル充填チューブ
に接続した◎カバーは電池の頂部にろう中の５０重量襲
二酸化硫黄の電解質を充填した。
充填後チューブを折り、ろう接して密封した。
常温でのかかる電池の内圧は約２８〜４２　ｐｓｉであ
った。４個の電池を火の中に入れた、全て爆発すること
なく詔だやかに排出された。二醗化硫黄を含有しない同
様の電池は火の中に入れたと爆発した。出力に悪い影響
はなかった。
ＬｌｌＪ 実施例　２ 実施例１と同様にして８個の電池を作った、ただし、こ
れらの中の４個曇こは塩化チオニル中に６０重量襲の二
酸化硫黄を導入し、他の４個には全く二酸化硫黄を導入
しなかった。各電池番、電池の筒状容器に対し直角の方
向、即ち電極組立に対して直角の方向で、空気駆動ピス
トンを用いて二つの金属プレートの間で押し潰した電池
は始めの直径の５０％に押し潰した。二酸化硫黄を含有
する電池はおだやかに排気したが、ＳＯ，を用いない電
池は爆発した。
実施例　３ 実施例１と同様にして８個の電池を作った。
これらには１．２Ｍの一１ム１０１４を含有する塩化チ
オニル中に６０重量襲の二酸化硫黄を含有させた。８個
の同様の電池を二酸化硫黄を含有させずに作った。空気
プレスを用いて％３１１１の釘を長芋方向軸に対して直
角に電池中に突きさした。
ＳＯ，を含有する電池は全てしずかに排出したが、１０
、を含有しない電池は全て爆発した。
１．２Ｍのち１ム１０１４を含有する塩ｆヒナオニル中
に５０重量−の二酸化硫黄を含有させて、実施例１と同
様にして作った電池を、１．５オームの抵抗器を介して
放電させ、２ｖのカットオフ電圧に対し′％４．８ム菖
を４えた。二酸化硫黄を含有しない第二の電池は、２ｖ
のカットオフ電圧に対し、５．０ムｈを４えた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、機械的排出装置と、電池温度が上昇したと舎添加剤
    が急激圧力上昇を受けるよう−こした、電池溝を成分と
    相溶性の液体またはガス状添加剤とを組合せたことを特
    徴とする高エネルギー密度電気化学電池用安全装置。 ２、機械的排出装置が、一定の圧力に達したと会破裂す
    るような適切な大きさおよび厚さの、電池ケーシング中
    のパルプまたは満である特許請求のｔｓ第１１記載の安
    全装置。 ３、添加剤を二酸化硫黄、墳素、二酸化窒素、六弗化硫
    黄および弗素化炭化水素から選択する、塩化チオニルま
    たは同様オキシクロライドまたはチオクロライド電解質
    を有するリチウム陽極またはカルシウム陽極電池に使用
    する特許請求の範囲第１項または１１１２項記載の安全
    装置。 ４、炭素または不活性金属集電装置、博鱗した溶質を含
    有する無機オキシハライドまたはチオ（２） ハライド型の非水性電解質を有するアルカリ金属または
    アルカリ土類金属種のらせん状に巻いた電極を含む型の
    高エネルギー密度電気化学電池において、機械的排出装
    置、および電池構成成分六相溶性であって、電池温度が
    上昇したとき急激圧力上昇を受ける添加剤を設けた電気
    化学電池。 ５、陽極がリチウム陽極であり、集電線量が多孔性炭素
    から作られ、電解質がチオニル爺よび溶解した四塩化リ
    チウムアルミニウムを含有する特許請求の範囲第４項記
    載の電気化学電池・６、長さ約１〜５諺、帽ＱＪ〜１諺
    の溝を約０．０３〜０．０７■の壁厚で設けた特許請求
    の範囲第４項または第５項重職の電気化学電池。 ７、添加剤が電解質の約２０〜７０重量弧からなるニー
    化硫黄である特許請求の範囲第６項記載の電池。 ８、添加剤が電解質の４０〜６０重量−からなる二酸化
    硫黄である特許請求の範囲第７項記載の電池。 （３） ９．排出装置を、圧力が約６００１ｓｉを越える前に破
    裂するようにした特許請求の範１ｆｆｉ第４項〜第８項
    の何れか一つに記載の電池。 １０、　　排出装置を２００１ａｔの圧力を越える前に
    破裂するようにした特許請求の範囲第４項〜第９項の何
    れか一つに記載の電池。
JP57104643A 1981-06-18 1982-06-17 電気化学電池における改良 Pending JPS584261A (ja)

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DE (1) DE3222294A1 (ja)
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GB (1) GB2101394B (ja)
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