JPS6386355A - 非水電解液電池 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、リチウムやナトリウムなどのアルカリ金属
あるいはアルカリ土類金属を負極活物質として用いる非
水電解液電池に関するものでおる。

〈従来の技術〉 上記のような非水電解液電池、例えばリチウム電池では
、プロピレンカーボネートやγ−ブチロラクトン等の有
機溶媒に、イオン導電性をもたせるための過塩素酸リチ
ウム等のアルカリ金属塩を電解質として溶解させた有機
電解液が用いられている。そして、スパイラル型リチウ
ム電池のような大電流出力用のタイプのものでは、負極
や正極合剤をシート状に形成し、ポリプロピレン不織布
などからなるセパレータを介して渦巻状に巻回するなど
して電極面積を拡大した発電要素を、またインサイドア
ウト型リチウム電池などでは、中空円筒状正極合剤の内
側にセパレータを介して負極を設けた発電要素を、それ
ぞれ電池缶内に密封収納する構造を採っている。

この種の電池では、外部短絡などの誤使用時において電
池内部で発生した多量のガス、あるいは電池の火中投入
時などにおける加熱によって電池内圧が異常に高まった
場合、端子板に形成したガス扱き孔から異常ガス圧を電
池外部に放出し、こうして電池の防爆を図るようにした
構造を用いている。このような防爆構造としては、例え
ば、発電要素を収納した有底円筒状の電池缶の開口部に
封口体を配し、また電池缶開口部に載置した端子板には
この封口体の方向に向けた切刃を設けておき、電池内圧
上昇によって膨出した封口体を切刃によって破断させる
構造のものが知られている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記防爆構造を具備した電池では、電池
内圧上昇時の防爆には有効なものの、外部短絡時の大電
流に伴う発熱あるいは火中投入時などの外部よりの加熱
により電池温度が著しく上昇し、この温度上昇によって
例えばリチウム電池の場合電池内のリチウムの反応性が
高まり、電池破裂時や防爆時に外部の空気と接触したり
、あるいは防爆時に溶融状態で異常ガス圧と共に外部に
放出されて空気と接触した場合などの、リチウムの発火
による火災には何ら対処できないという問題がある。

一方、セパレータの一部または全部として、ポリエチレ
ンなどの比較的低い温度で熱溶融する材質のものを用い
、電池温度異常上昇時にはこのポリエチレン部分を溶融
させてセパレータ内のイオン通路を減少させ、もって内
部抵抗を急激に高めて電池内を流れる電流を制限するよ
うにした技術もおる。そして、この技術を用いれば外部
ショート時における短絡電流値を低く制限できて電池発
熱が抑制でき、リチウムの反応性が抑えられるので上記
のような火災発生を有効に防止しうる。しかしながら、
この場合でも火中投入などのように外部が高温になった
場合の火災防止には全く役に立たないという問題がある
。

〈問題点を解決するための手段〉 この発明の非水電解液電池は、リチウム、ナトリウムな
どのアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を活物質と
する負極をセパレータを介して正極合剤と対向させた発
電要素を用いてなる非水電解液電池において、前記アル
カリ金属おるいはアルカリ土類金属の無水塩を耐電解液
性のマイクロカプセル内に封入して電池内に収納したこ
とを要旨とする。

上記のようにマイクロカプセルを電池内に収納するため
の具体的な手段としては、このマイクロカプセルをセパ
レータの負極対向側の面に塗着させたり、マイクロカプ
セルを電解液中に分散するといったことが挙げられる。

また上記無水塩としては、アルカリ金属塩やアルカリ土
類金属塩などの粉末、具体的には、これらの金属のハロ
ゲン化物（塩化物ヤフッ化物など）、おるいは炭酸塩、
モリブデン塩などを用いることができる。更にこの無水
塩は電池に用いるアルカリ金属あるいはアルカリ土類金
属の溶融温度以上でも熱分解しないものを用いるのが好
ましく、例えばリチウム電池に用いられる無水塩として
は、リチウムが溶融する温度である約１８４℃以上まで
実質的に熱分解しないものがよい。

一方、上記マイクロカプセルとしては、例えば、ポリエ
チレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂を用い
る。またこのようなマイクロカプセルは、大きざが直径
５〜１００　Ａ１ｍ程度で、また上記溶融温度以下で熱
破壊されるものである。

〈作　用〉 上記手段を用いることで、外部ショート時や火中投入時
などにおいて電池発熱によりアルカリ金属またはアルカ
リ土類金属が溶ける前にマイクロカプセルが破壊され、
カプセル内の粉末状の無水塩がこれら金属の表面に拡が
ることによりその金属の表面の活性が低下する。また、
この無水塩はアルカリ金属またはアルカリ土類金属の発
火に対する消火力もあり、これらの金属が空気と接触し
て万一火災が生じた場合でも、これを速やかに鎮火する
ことができる。この無水塩によるアルカリ金属あるいは
アルカリ土類金属の消火機構は不明であるが、現象的に
は、発火しているアルカリ金属あるいはアルカリ土類金
属の表面を無水塩が粉末状あるいは溶融状態で覆い、こ
れら金属の表面を不活性にすると同時に、空気を遮断す
ることにより消火するものと考えられる。

〈実施例〉 次にこの発明をリチウム電池に適用した例について説明
する。

丈思■ユ 塩化リチウムＵＣＺを封入したポリエチレン製のマイク
ロカプセルを分散させたポリエチレンエマルジョン樹脂
１を、第１図（Ａ）に示すようにポリプロピレン不織布
２上に塗着し、ドライヤー３によって乾燥させ巻取った
。このようにしてマイクロカプセル塗着処理をしたポリ
プロピレン不織布２を所定寸法に熱切断したものをセパ
レータ４として用い、リチウム負極５と正極合剤６とを
セパレータ４を介して積重俊に渦巻状に巻回して発電要
素を作製し、これを有底円筒状の電池缶７に収納するな
どして第２図に示すスパイラル型のリチウム電池を作っ
た。

尚、上記積重はセパレータ４のマイクロカプセル塗着面
１２がリチウム負極５に対向するようにした。また、第
１図（Ｂ）で８は非水電解液、９はリード板、１０は端
子板、１１は絶縁ガスケットである。

このスパイラル型リチウム電池を誤って外部ショートさ
せた時や火中投入した場合、電池温度は急激に上昇する
。そして、電池温度が、セパレータ４に塗着したマイク
ロカプセルの溶融温度以上になると、このカプセルが熱
破壊し、カプセル内の塩化リチウムＬｉＣβがリチウム
負極５の表面に拡がる。そして、電池内圧上昇や電池温
度上昇などにより電池が破裂し、電池内のリチウムが空
気に接触した場合でも、この塩化リチウムＬ　ｒ　ｃ、
ｃによってリチウムの発火は有効に抑えられて火災発生
を防ぐことができる。

Ｘ思廻２ 第２図において、有底円筒状の電池缶１４には、中空円
筒状の正極合剤１５の内側にセパレータ１６を介してリ
チウム負極１７を配してなる発電要素が収納されている
。電池缶１４の開口部には薄肉金属板製の封口体１８及
び切刃１９ａを有する端子板１９が載置され、上記発電
要素の一方の電極から導出したリード板２２を封口体１
８に抵抗溶接などにより結線した後、非水電解液２０を
注入し、また電池缶開口部を絞りかしめることで、合成
樹脂製の絶縁ガスケット２１を介してこれらの周縁部を
一体に挟圧して電池缶開口部の封口を行なっている。上
記の非水電解液２０には塩化リチウムＬｉＣβを封入し
たポリエチレン製のマイクロカプセル２３（直径５〜１
００μｍ）が混入し分散されている。

この実施例の電池では、外部ショート時や火中投入時な
どにおいて電池温度が上昇した場合は電解液中のマイク
ロカプセル２３が熱破壊し、内部の塩化リチウムＬ　ｉ
　ＣＡがリチウム負極１７の表面に直ちに付着する。こ
のため、電池内圧の上昇により、上記封口体１８と切刃
１９ａとから構成される防爆機構が作動して電池の内外
が連通し、外部の空気が侵入した場合でもすチウム負極
表面の塩化リチウムＬｉＣ，ｆｆｉによってリチウムの
発火は抑制されて火災発生が防止される。

〈発明の効果〉 以上の構成よりなるこの発明の非水電解液電池では、外
部ショートや火中投入時などにおけるアルカリ金属やア
ルカリ土類金属の発火による火災発生を有効に防止でき
て、安全性の高い電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は実施例に用いるセパレータの製造工程を
示した説明図、第１図（Ｂ）はこのセパレータを用いて
作製した実施例の電池を示した断面図、第２図は他側の
断面図である。 １・・・ポリエチレンエマルジョン樹脂、２・・・ポリ
プロピレン不織布、４，１６・・・セパレータ、５．１
７・・・リチウム負極、８，２０・・・非水電解液、２
３・・・マイクロカプセル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属あるいは
   アルカリ土類金属を活物質とする負極をセパレータを介
   して正極合剤と対向させた発電要素を用いてなる非水電
   解液電池において、前記アルカリ金属あるいはアルカリ
   土類金属の無水塩を耐電解液性のマイクロカプセル内に
   封入して電池内に収納したことを特徴とする非水電解液
   電池。 ２、前記マイクロカプセルをセパレータの負極対向側の
   面に塗着させることで電池内に収納したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の非水電解液電池。 ３、前記マイクロカプセルを電解液中に分散させること
   で電池内に収納したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の非水電解液電池。 ４、マイクロカプセルがオレフィン系樹脂製であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または第３
   項記載の非水電解液電池。 ５、前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属の溶融温
   度以上まで前記無水塩が熱分解しないと共に、この溶融
   温度以下で前記マイクロカプセルが熱破壊されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項また
   は第４項記載の非水電解液電池。 ６、防爆構造を有した電池であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項または第５
   項記載の非水電解液電池。