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JP3489381B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JP3489381B2
JP3489381B2 JP05580397A JP5580397A JP3489381B2 JP 3489381 B2 JP3489381 B2 JP 3489381B2 JP 05580397 A JP05580397 A JP 05580397A JP 5580397 A JP5580397 A JP 5580397A JP 3489381 B2 JP3489381 B2 JP 3489381B2
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正也 大河内
雅規 北川
崇 竹内
薫 井上
秀 越名
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Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、長尺状の極板を用
いて構成した極板群を備えた非水電解液二次電池の安全
性に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、リチウム二次電池としては、正極
活物質に遷移金属酸化物や硫化物、例えば二酸化マンガ
ン、二硫化モリブデンなどを、負極活物質には金属リウ
チムを用いた電池系が提案されてきた。しかし、この電
池では、充電時に析出する負極のリチウムの形状が針状
や苔状になり、これがセパレータを貫通して正極と接触
し、内部短絡や発火の原因となるなど安全性に問題があ
る。
【0003】そこで、負極にリチウムをインターカレー
ション、デインターカレーションする化合物を用いた電
池が提案されてきた。この電池では充電時にリチウムが
負極上に析出することはなく安全性が向上することが期
待できるとともに急速充電特性にも優れており現在さか
んに研究開発が行われている。
【0004】上述の電池では、正極活物質としてはLi
CoO2やLiNiO2等のリチウム含有金属酸化物が用
いられ、負極活物質には可逆的にリチウムをインターカ
レーション、デインターカレーションできる炭素材等が
用いられている。
【0005】しかし、これらの電池は導電率の低い有機
系の電解液を用いているので大電流での放電特性を確保
するためには電極面積を大きくする必要があり、現在で
は正極、負極活物質を金属箔上に塗布した長尺状の薄い
極板をポリオレフィン樹脂製のセパレータを介して渦巻
状に構成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】満充電状態の電池がゴ
ミ収集車に巻き込まれた場合や自動車に踏み潰された場
合を仮定して電池を圧壊する実験を行うと、数多くの電
池の中で発火あるいは破裂にいたるものがあった。発火
にいたる基因を調べると電池を圧壊することにより、セ
パレータが破れ正極板と負極板が接触、短絡し発熱する
ためであった。
【0007】本発明はこの課題を解決するためのもので
あり、電池が潰された場合も発火あるいは破裂すること
のない安全性に優れた非水電解液二次電池を提供するも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極活物質に
リチウム含有遷移金属酸化物を負極に炭素材をそれぞれ
用い、これらをそれぞれ金属箔上に塗着した正極板およ
び負極板をセパレータとともに渦巻状に巻回した非水電
解液二次電池において、正極板は最外周部側が最外周以
上の長さにわたって両面に活物質層を形成しない金属箔
露出部分となっており、電池側面が押圧された際には、
前記金属箔が露出した部分と負極板とがセパレータを破
って接触するように構成したものである(ただし、負極
板が、その巻回終端部に前記負極活物質が塗布されず前
記金属箔からなる負極集電体がむき出しの無塗布部を備
え、巻回によって前記負極板の前記無塗布部が前記セパ
レータを介して前記正極板と相互に対向しながら前記電
極群の外周を周回している場合を除く)。
【0009】
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の、正極板および負極板を
セパレータとともに渦巻状に巻回した極板群を収納した
非水電解液二次電池では、正極板の一部の正極活物質を
塗着しない部分は、電池を潰して電池内部で短絡が生じ
た場合でも正極活物質が塗着された部分と比較して極端
に電気抵抗が小さいためにジュール熱による発熱が抑え
られ電池が発火することはない。さらに、正極活物質と
塗着しない部分の長さを極板群の最外周以上の長さにす
ることにより電池がどのような潰れ様をした場合でも、
この部分で短絡が起こるのでジュール熱による発熱が抑
えられ、電池が発火するようなことはない。従って、正
極板の一部に正極活物質を塗着しない部分を設けた正極
板を用いて構成した電池は、電池が潰れて内部短絡を生
じた場合でも発火せず、安全性を向上させることができ
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図1に本発明の効果を示すために試作
した円筒形リチウム二次電池の構造を示す。この電池の
寸法は、直径20mm、総高70mmである。
【0012】(実施例)図1において正極板1は、炭酸
リチウム(Li2CO3)と四酸化三コバルト(Co
34)を混合して空気中において900℃で焼成したコ
バルト酸リチウム(LiCo32)を活物質とし、これ
に導電剤として人造黒鉛を5重量%混合した後、結着剤
としてポリ四フッ化エチレン樹脂の水性ディスパージョ
ンを5重量%練合してペースト状とした合剤を、アルミ
ニウム箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥し圧延した
後、幅57mm、長さ520mmの大きさに切り出した
ものである。ただし上記正極板1は、図2のように長さ
方向の端から57mm部分は極板の両面に正極活物質2
を塗着しておらずアルミニウム箔露出部分3を設けてい
る。またこの部分の逆端部に正極リード片4をスポット
溶接している。
【0013】負極板5は、人造黒鉛(平均粒系:3μ
m)を活物質とし、結着剤として活物質に対して5重量
%のスチレンブタジエンゴムを混合した後、カルボキシ
メチルセルロース水溶液に懸濁させてペースト状とした
合剤を、銅箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥し圧延し
て、厚さ0.2mm、幅59mm、長さ550mmの大
きさに切り出したものである。またこの負極板の端部に
は負極リード片7をスポット溶接している。
【0014】セパレータ6はポリプロピレンからなる多
孔性フィルムを、正極板1および負極板5よりも幅広く
裁断して用いた。
【0015】正極板1はリード片4の側から、負極板5
はリード片7とは逆側を中心として、セパレータととも
に全体を渦巻状に巻回して、セパレータが極板群の外周
部分を1周覆うように構成した。この極板群の直径は1
8mmである。
【0016】次に上記極板群の上下部を温風で加熱し、
セパレータ6を熱収縮させた後、極板群の下側に下部絶
縁リング8を装着し、直径20mm、高さ70mmの電
池ケース9に収納して負極リード片7を電池ケース9に
スポット溶接した。また極板群の上側には上部絶縁リン
グ10を装着し、電池ケース9の上部に溝入れした後、
非水電解液を注入した。電解液にはエチレンカーボネー
ト(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を体積比
で1:1で混合し、1モル/1の六フッ化リン酸リチウ
ム(LiPF6)を溶解させたものを用いた。あらかじ
めガスケットが組み込まれた組立封口板11と正極リー
ド片4をスポット溶接した後、組立封口板11を電池ケ
ース9に装着し、封口し本発明の電池Aとした。
【0017】(実施例2)図3のように正極板1の正極
活物質を塗着しない部分の長さを30mmとしたこと以
外は(実施例1)と同等の電池を構成し本発明の電池B
とした。
【0018】(実施例3)図4のように正極板1として
実施例1と同等な方法で作製した正極板の正極活物質を
塗着しない部分と同じ側の端部に正極リード片4をスポ
ット溶接した正極板を用い、この正極板1と実施例1と
同等な方法で作製した負極板5を、正極板1はリード片
の側から、負極板5はリード片とは逆側を中心として、
セパレータとともに全体を渦巻き状にして巻回して極板
群を構成した。この後は(実施例1)と同様な方法で電
池を構成し、本発明の電池Cとした。
【0019】(実施例4)図5のように正極板1の正極
活物質を塗着しない部分の長さを30mmとしたこと以
外は(実施例3)と同等な方法で電池を構成し本発明の
電池Dとした。
【0020】(比較例)図6のように正極板1として
(実施例1)と同等な方法で作製した合剤を、アルミニ
ウム箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥し圧延した後、
幅57mm、長さ520mmに切り出した後、端部に正
極リード片4をスポット溶接した。この正極板1と実施
例1と同等な方法で作製した負極板5と正極板1はリー
ド片の側から負極板5はリード片とは逆側を中心とし
て、セパレータとともに全体を渦巻き状に巻回して極板
群を構成した。この後は(実施例1)と同等な方法で電
池を構成し、比較例の電池Eとした。
【0021】本発明の電池A、B、C、D、と比較例の
電池Eを50セルずつ用意し、20℃で充電電圧4.2
V、充電時間2時間、制限電流800mAの定電圧・定
電流充電を行い電池の圧壊試験を行った。
【0022】圧壊試験は、直径10mmの金属製の円柱
の丸棒を用いて、この丸棒が電池の外寸が最も長くなる
方向に対して垂直な方向と平行になるように電池の中央
部に押しつけて、電池の厚みが半分になるまで潰した。
(表1)に圧壊試験による電池の発火率を示す。
【0023】
【表1】
【0024】(表1)より本発明の電池A、B、C、
D、の発火率を比較例の電池Eと比較すると本発明の効
果は明らかである。正極板の最外周に正極活物質を塗着
しない部分を30mmの長さ分だけ設けた正極板を用い
て作製した電池Bは、電池を圧壊した場合、電池の発火
率を減少させる効果があった。さらに正極活物質を塗着
しない部分の長さを57mmとし、正極活物質がない部
分の長さを極板群の最外周以上の長さ(56.5mm)
にした正極板を用いた電池Aは圧壊試験を行っても電池
が発火する事はなく本発明の効果が最も現れた。また正
極板の巻芯部に正極活物質を塗着しない部分を設けた電
池C、Dも電池の発火率を低減させる効果があった。
【0025】なお、本実施例では正極活物質にLiCo
2を用いたが、この他にLiMnO2,LiNiO2
LiFeO2またはLiM24(MはCo,Mn,N
i,Feのいずれか)であっても同様の効果が得られ
る。また本発明の効果は円筒形電池に限定するものでは
なく角形電池においても同等の効果が得られる。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明の非水電解液二次
電池は、長尺状の金属箔をそれぞれ用いた正極板と負極
板をセパレータを介して渦巻状に巻回した極板群を用い
ており、前記正極板の最外周部に最外周以上の長さにわ
たって両面に、正極活物質を塗着しない金属箔露出部分
を設け、電池側面が押圧された場合には前記正極板の金
属箔露出部分と負極板とがセパレータを破って接触する
ように構成したものであるので(ただし、負極板が、そ
の巻回終端部に前記負極活物質が塗布されず前記金属箔
からなる負極集電体がむき出しの無塗布部を備え、巻回
によって前記負極板の前記無塗布部が前記セパレータを
介して前記正極板と相互に対向しながら前記電極群の外
周を周回している場合を除く)、電池が潰された場合で
もジュール熱による発熱が小さく電池の発火を防止する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の正極板を含有する円筒形電池の断面図
【図2】本発明の一実施態様を示す正極板を示す図
【図3】本発明の一実施態様を示す正極板を示す図
【図4】本発明の一実施態様を示す正極板を示す図
【図5】本発明の一実施態様を示す正極板を示す図
【図6】比較例に用いた正極板を示す図
【符号の説明】
1 正極板 2 正極活物質 3 アルミニウム箔露出部分 4 正極リード片 5 負極板 6 セパレータ 7 負極リード片 8 下部絶縁リング 9 電池ケース 10 上部絶縁リング 11 組立封口板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 薫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 越名 秀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−180761(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 4/00 - 4/62 H01M 6/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 遷移金属を少なくとも1種含むリチウム
    複合酸化物を活物質として含む正極と、炭素材料を活物
    質として含む負極と、非水電解液と、セパレータとを備
    え、該正極及び負極は活物質層を金属箔上に形成したシ
    ートであり、それら正負極の間にセパレータを介して渦
    巻き状に巻回して電極群とする電池において、正極板は
    最外周部側が最外周以上の長さにわたって両面に活物質
    層を形成しない金属箔露出部分となっており、電池側面
    が押圧されてセパレータを破って正負極が接触する場
    合、前記金属箔露出部分と負極とが接触するように構成
    した非水電解液二次電池(ただし、負極板が、その巻回
    終端部に前記負極活物質が塗布されず前記金属箔からな
    る負極集電体がむき出しの無塗布部を備え、巻回によっ
    て前記負極板の前記無塗布部が前記セパレータを介して
    前記正極板と相互に対向しながら前記電極群の外周を周
    回している場合を除く)。
  2. 【請求項2】 正極活物質は、一般式LiMO2あるい
    はLiM24(但しMはコバルト、マンガン、ニッケ
    ル、鉄のうちの1種以上)を単独かもしくは混合してな
    るリチウム含有複合酸化物である請求項1記載の非水電
    解液二次電池。
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