JPS6386358A - 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ある。

〈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、外部短絡時の電池内部よりの発熱あ
るいは火中投入時などにおける外部よりの加熱などによ
り電池温度が高まった場合、更には複数個直列接続して
使用する際に誤ってそのうちの１つの極性を逆にしてし
まった時のように外部からの通電をされた場合などにお
いて、電池内圧が異常に高まった時には、端子板に形成
したガス恢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
うにした技術もある。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ざぜた発
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封入した
耐電解液性の容器を発電要素に近接させて電池内に収納
したことを要旨とする。

上記のように容器を発電要素に近接させて収納する具体
例としては、発電要素に形成される中空部の中に容器を
位置させたり、あるいは発電要素上部の端子板との間に
形成される空間に容器を位置させ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
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（塩化物やフッ化物など）、あるいは炭酸塩、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°Ｃ以上まで
実質的に熱分解しないものがよい。

更に上記容器としては、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のような耐電解液性樹脂
製のもので、負極のアルカリ金属あるいはアルカリ土類
金属の溶融温度以下で熱溶融する材質の袋状のものでも
よいし、あるいは、例えばステンレス類の容器の開口部
を、Ｐｂ−３ｎ系合金のような低融点合金（上記溶融温
度以下で溶融するもの）で蓋をしたものなどが挙げられ
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上記容器の少なくとも一部が破
壊され、容器内の粉末状の無水塩がこれら金属の表面に
達す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おるが、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熱により無
水塩が溶解し、この溶融物が金属表面を覆うことで、不
活性にすると同時に空気と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。

実施例１ ０．１ｍｍ厚のポリエチレン製の袋状容器１に塩化リチ
ウムＬｉＣλを第１図（Ａ）のように入れ、袋状容器の
開口部を第１図（８）のように熱シールして封着した（
図中１８は熱シール部）。次いで、第１図（Ｃ）のよう
に、ポリプロピレン不織布からなるセパレータ４を介し
てリチウム負極５と正極合剤６とを交互に積重後に巻回
して作製した渦巻状発電要素２の中空部２ａ内に上記の
袋状容器１を入れ、これらを−緒に正極缶３内に収納す
るなどして、第１図ＣＤ）に示すスパイラル型のリチウ
ム電池を作った。また、第１図（Ｄ）で７は非水電解液
、８はリード板、９は端子板である。

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、上記袋状容器１の溶融温度以上
になると、袋状容器１が熱溶融し、容器内の塩化リチウ
ムＬ　ｒ　ｃ、ｃが非水電解液中に分散し、直ちにリチ
ウム負極５の表面に達する。そして、この塩化リチウム
Ｌ　＋　ｃ、ｃによって電池内圧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、
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。

上記のように袋状容器を収納して作ったスパイラル型リ
チウム電池（本発明電池Ａ）と、この袋状容器を入れな
い他は同じ電池（従来電池Ｂ）とを、第２図に示すよう
に表面温度２００　’Ｃのホットプレート１０の上に立
て、これら電池の安全性試験を行なった。すると、電池
破裂時、従来電池Ｂでは炎が高く上がって１０秒以上燃
えたのに対し、本発明電池の場合は炎も低く、また数秒
程度燃えたのみであり、本発明電池の安全性が高いこと
が確認された。

実施例２ 第３図（Ａ）において、底部に正極端子を兼ねた突起を
一体に形成した有底円筒状の電池缶１１には、中空円筒
状の正極合剤１２の内側にセパレータ１３を介してリチ
ウム負極１４を配してなる発電要素が収納されている。

そして、発電要素の中空部には、塩化リチウムＬ　＋　
ｃ、ｃを封入したオレフィン系樹脂製の棒状容器１５が
位置している。

そして、このインサイドアウト型のリチウム電池では、
上記実施例と同じく、火中投入時などにおいて電池温度
が上昇した場合は棒状容器１５が熱溶融し、内部の塩化
リチウムＬｉＣλがリチウム負極１４の表面に直ちに付
着する。

このため、電池が破裂するなどした場合でもリチウム負
極表面の塩化リチウムＬｉＣλによってリチウムの発火
は抑制されて火災発生が防止できる。

Ｘ度叢旦− 第３図（８）は、この発明を渦巻状発電要素を用いて作
製したスパイラル型リチウム電池に適用した他側を示し
たもので、セパレータ４、リチウム負極５並びに正極合
剤６とから構成される渦巻状発電要素２の上面と、電池
缶３の開口部に位置する端子板９との間には、オレフィ
ン系樹脂製でドーナツ状の袋内に塩化リチウムＬｉＣλ
を入れて作製したドーナツ状容器１６が位置している。

このドーナツ状容器１６の中央の開口には、発電要素２
の一方の電極である正極合剤６と端子板９とを電気的に
接続するリード板８が通っている。

この実施例では、上記実施例１，２と同じく、電池温度
上昇時には熱溶融したドーナツ状容器１６内の塩化リチ
ウムＬ　ｉ　ＣＡによってリチウムの火災発生が防止さ
れる。

尚、本発明の構成を、電池缶開口部に防爆構造を有する
電池に応用した場合、外部ショート時や火中投入時にお
いて電池内圧が異常上昇し上記防火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際のリチウムの
発火が抑制されて火災発生が防止できることは勿論でお
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、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）、　（［３）は実施例に用いる袋状容器の
製造工程を示した説明図、第１図（Ｃ）、　（Ｄ）はこ
の袋状容器を用いてなる実施例の電池の製造工程を示し
た説明図、第２図は本発明電池と従来電池の安全性試験
の説明図、第３図（Ａ）、ＣＢ）はそれぞれ他側の要部
断面図でおる。 １・・・袋状容器、２・・・渦巻状発電要素、３゜１１
・・・正極缶、５，１４・・・リチウム負極、６゜１２
・・・正極合剤、１５・・・棒状容器、１６・・・ドー
ナツ状容器。

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封入した耐電解液性の容器を発電要
   素に近接させ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、前記容器を発電要素の中空部に設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の非水電解液電池。 ３、前記容器を発電要素上部に設け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、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
   温度以下で前記容器の少なくとも一部が熱破壊されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または第
   ３項記載の非水電解液電池。 ５、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項または第４項記載の
   非水電解液電池。