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JPH06132040A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH06132040A
JPH06132040A JP4334673A JP33467392A JPH06132040A JP H06132040 A JPH06132040 A JP H06132040A JP 4334673 A JP4334673 A JP 4334673A JP 33467392 A JP33467392 A JP 33467392A JP H06132040 A JPH06132040 A JP H06132040A
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lithium
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secondary battery
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小島　　久尚
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覚 鈴木
Jun Hasegawa
順 長谷川
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NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電池が破壊されるような場合でも安全なリチウ
ム二次電池を提供する。 【構成】リチウムあるいはリチウム合金を負極活物質と
する電池本体１と所定値以上の衝撃を感知するセンサ４
とセンサ４からの入力により電池本体１の内部または周
囲にバリア流体を噴出させるバリア噴出手段３とからな
る。電池本体１が破損される大きな衝撃をうけるとセン
サ４が感知しバリア流体が電池本体の内部または周囲に
噴出。電池本体１の破損により露出するリチウムはバリ
ア流体を構成する窒素ガス、炭酸ガスで不活性化され
る。また、バリア流体を構成する発泡体原料により電池
本体１の内部または周囲に発泡体が形成されリチウムの
露出が阻止される。リチウムと水との反応が阻止される
ので安全性が高い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池、特
に電池が破壊されるような場合でも安全なリチウム二次
電池に関する。
【０００２】
【従来技術】電位が一番卑であり、単位重量および単位
体積あたりのエネルギー密度が最大となるリチウム金属
が、高エネルギー密度化を目指す二次電池系の負極活物
質として注目されている。例えば第３２回電池討論会予
稿集の３Ｂ３（２３５頁）には、リチウム二次電池用負
極として種々のＡｌ基板上に生成したリチウムーアルミ
ニウム合金の特性が報告されている。また、特開平２−
１３９８６０号公報には、リチウム二次電池が開示され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】リチウム金属は負極活
物質として優れた特性を持つが、極めて活性である。こ
のため不慮の事故や災害により、リチウム二次電池が破
損した場合、電極活物質のリチウムが外界の水分と反応
して発熱するとともに水素を発生することも想定され
る。
【０００４】そこで不慮の事故や災害に遭遇し、リチウ
ム二次電池が破損した場合でも、リチウムと外界の水分
との接触を絶ち、したがって発熱および水素発生のない
より安全なリチウム二次電池を提供することを課題とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】リチウム二次電池が破損
した場合、放出される金属リチウムを外界の水分から隔
離する方法について検討をかさね、本発明を完成したも
のである。すなわち、本発明のリチウム二次電池は、電
池槽と該電池槽内に保持されたリチウムあるいはリチウ
ム合金を負極活物質とする負極、正極および該負極と該
正極との間に介在する電解液とからなる電池本体と、所
定値以上の衝撃を感知するセンサと、該センサからの入
力により該電池本体の内部または周囲にバリア流体を噴
出させるバリア噴出手段とを具備することを特徴とす
る。
【０００６】本発明のリチウム二次電池は、電池本体と
センサとバリア噴出手段とを具備する。電池本体は、通
常リチウム二次電池として機能する電池槽とこの電池槽
内に保持された負極、正極および電解液とからなる。こ
こで負極の活物質はリチウム金属あるいはリチウム合金
で構成されている。電池本体は一組の負極、正極および
電解液からなる単位セルでも、複数のセルからなる集合
セルからなるものでもよい。さらには、集合セルが複数
個集積されたものでもよい。
【０００７】センサは所定値以上の強い衝撃を感知する
手段である。すなわち、電池本体が破壊される可能性の
ある強い衝撃を感知する。このセンサとしては、自動車
が衝突したような強い衝撃を受けたときにその衝撃を感
知し、例えば運転手とハンドルとの間にエアバックを膨
らませる、いわゆるエアバック装置に使用されるセンサ
をそのまま本発明のセンサとして使用できる。かかるセ
ンサとして、機械式、電気式および電子式のセンサが知
られているが、いずれでもよい。また、所定値以上の強
い衝撃を感知する機能を持つものであれば、従来公知の
ものでも、将来新たに開発されて使用されるようになる
ものでもいずれでもよい。
【０００８】バリア噴出手段としては、具体的には、活
性なリチウム金属あるいはリチウム合金と反応してそれ
らの表面により不活性な表面層を形成するバリアガス、
および、電池本体の周囲あるいは破壊されて電池槽から
放出されるリチウム金属あるいは合金の周囲を覆う発泡
体を形成する原料液を噴出する手段である。バリアガス
としては窒素または炭酸ガスを使用することができる。
窒素はリチウムと反応してリチウム金属または合金の表
面に化学的に比較的安定な窒化リチウムを形成する。窒
化リチウムは水と接触すると、アンモニアを発生しつつ
緩やかに反応し、徐々に分解して酸化リチウムとなる。
このため発火とか爆発の危険はない。炭酸ガスはリチウ
ムと反応してリチウム金属または合金の表面に炭酸リチ
ウムを形成する。表面が炭酸リチウムで覆われたリチウ
ム金属および合金は、水と接触しても水と反応しない。
このため水と接触しても発熱したり水素ガスを発生する
ことはない。
【０００９】窒素ガス発生手段としては、公知の窒化ナ
トリウムと酸化銅とを反応させる手段を採用できる。こ
の窒素ガス発生手段は、 ２ＮａＮ3 ＋ＣｕＯ→Ｎａ2 Ｏ＋Ｃｕ＋３Ｎ2 ↑ の反応により瞬間的（３０ｍｓｅｃ）に窒素ガスを発生
させる。炭酸ガス発生手段としては二酸化炭素ガスを充
填した小型ボンベを用いることができる。小型ボンベの
車載化については、現在エアバック膨張ガス源として不
活性ガスボンベの使用が実用化されている。また、二酸
化ガスボンベの耐久性については圧発生源として１０年
以上の耐久性が実証されている。
【００１０】窒素ガスおよび炭酸ガスの発生手段は前記
したものに限られない。バリアガス噴出手段は、前記し
たバリアガス発生源と、前記センサからの入力によりバ
リアガス発生源を開き電池本体にバリアガスを噴出する
導出部とからなる。導出部はセンサの入力でバリアガス
発生源を開く弁あるいはこの弁とバリアガスを電池本体
に導くガスパイプで構成できる。弁およびガスパイプも
エアバック装置で使用されているものを使用することが
できる。なお、弁として電磁弁のようなものから、ナイ
フで圧力容器を切り開くようなものまで含まれる。
【００１１】バリアガスを出来るだけ電池本体の内部ま
たは周囲にとどめておくために、電池本体を電池室とか
収納容器の中に収納し、これら電池室および収納容器の
中をバリアガスで満たすようにするのが好ましい。ま
た、電池室および収納容器は衝撃等により破損しないよ
うにゴムとか軟質樹脂で形成するのが良い。発泡体を形
成する原料液を噴出する手段としては、ウレタン樹脂発
泡体を形成する樹脂液と硬化液とからなる二液を原料と
するものを使用できる。例えば反応が早いことで知られ
ているラピッド成形に使用されている樹脂液と硬化液を
使用できる。また、ウレタン原料を選択することによ
り、得られるウレタン樹脂発泡体の弾性率を任意に調整
できる。例えば、電池槽がきわめて強固に構成され、ウ
レタン樹脂発泡体がさらに強度を補うようにする場合に
は、硬質のウレタン樹脂発泡体とすることもできるし、
逆に電池槽は破壊され易いため、その回りに破壊されに
くいゴムのようなウレタン樹脂発泡体を形成したい場合
には、軟質のウレタン樹脂発泡体とすることもできる。
なお、原料液はウレタンに限られない。発泡して硬化す
る発泡体を形成するものであればよい。この発泡体がリ
チウム金属あるいは合金と外部の水分との間に介在し、
リチウムと水との接触を妨げる。
【００１２】センサが感知したときに、樹脂液と硬化液
とを均一に混合しかつ電池本体の内部または周囲に噴出
させるため、樹脂液および硬化液はともに高圧ガスで圧
迫されているようにするのが好ましい。そしてセンサか
らの入力により両者のノズルを同時に開き、衝突混合に
より一瞬のうちに両者を混合するとともに、噴出圧力お
よび発泡に伴う圧力で硬化前の原料液を電池本体に吹き
付けるようにする。
【００１３】発泡体の場合も、発泡体を出来るだけ電池
本体の内部または周囲に付着させるために、電池本体を
電池室とか収納容器の中に収納し、これら電池室および
収納容器の中に発泡体で満たすようにするのが好まし
い。また、電池室および収納容器は衝撃等により破損し
ないようにゴムとか軟質樹脂で形成するのが良い。
【００１４】
【発明の作用】本発明のリチウム二次電池は、電池本体
が破損されるような強い衝撃をセンサが感知すると、セ
ンサからの入力によりバリア噴出手段が作動する。そし
て電池本体の内部または周囲にバリア流体が噴出され
る。強い衝撃により電池本体が破損され、負極活物質を
構成するリチウム金属あるいはリチウム合金が電池槽の
外部に露出した時、バリア流体がリチウム金属あるいは
リチウム合金と反応してそれら金属または合金の表面に
不活性表面層を形成し、水との急激な反応を阻止する。
あるいは、バリア流体は、硬化して電池本体の内部また
は周囲に発泡体を形成し、衝撃が直接電池本体に作用す
るのを阻止し、電池本体の破損を防ぐ、また、電池本体
が例え破損しても、発泡体が間に介在し、水分とリチウ
ム金属あるいはリチウム合金とが接触するのを阻止す
る。
【００１５】
【実施例】
実施例１ 本発明の第１実施例のリチウム二次電池の概略図を図１
に示す。このリチウム二次電池は電池本体１と電池本体
１を収納するゴム袋２と炭酸ガスボンベ３とセンサ４と
センサ４の入力により炭酸ガスボンベ３中の炭酸ガスを
ゴム袋２に導く弁５とからなる。電池本体１は陰極活物
質としてリチウム金属を用いている通常のリチウム二次
電池の複数セルからなる。
【００１６】ゴム袋２は内部に補強コードを埋設するゴ
ムシートで形成されたもので上方に開口１１が有り、こ
の開口１１より電池本体１を挿入できるようになってい
る。この開口１１は金具１２により密閉されている。炭
酸ガスボンベとしては消火用の炭酸ガスボンベをそのま
ま使用した。センサ４はエアバック装置に使用されてい
る加速度センサであり、所定加速度が感知されると信号
を出すようになっている。弁５は電磁弁で、センサ４か
らの入力により作動して弁を開く。
【００１７】本実施例のリチウム二次電池は以上の構成
よりなる。センサ４が所定値以上の強い衝撃を感知する
と、電磁弁５に信号を出す。この信号により電磁弁５が
開き、炭酸ガスボンベ３より炭酸ガスを放出する。この
炭酸ガスはゴム袋２に入り電池本体１の周囲に充満す
る。強い衝撃により電池本体１が破損され、陰極を構成
するリチウム金属が電池槽より露出しても、露出したリ
チウム金属はゴム袋２内の炭酸ガスと反応してその表面
に不活性な炭酸リチウムを形成する。これによりリチウ
ム金属は実質的に不活性となり、この後で、リチウム金
属と水とが接触してもリチウム金属と水とは反応せず、
発熱、水素発生等が生じず、リチウム二次電池破損に伴
う問題を解消できる。 実施例２ 本発明の第２実施例のリチウム二次電池の概略図を図２
に示す。このリチウム二次電池は電池本体１と電池本体
１を収納する収納室６１を形成する収納箱６と不活性ガ
スで保圧されているウレタン樹脂液ボンベ７と不活性ガ
スで保圧されている硬化液ボンベ８とセンサ４とセンサ
４の入力により栓を開く衝突混合ノズル装置９とからな
る。電池本体１およびセンサ４は実施例１のものと同じ
ものである。
【００１８】収納箱６は鋼板で形成され、電池本体１は
その収納室６１の中央にゴムスペーサ６２を敷いて配置
され、電池本体１の全周囲にはほぼ一定幅の空間が形成
されている。ウレタン樹脂液ボンベ７はイソシアネート
基を持つプリプレグ樹脂液と不活性ガスとを収納する。
硬化液ボンベ８はポリオール、硬化触媒等を含み、不活
性ガスとともに収納されている。衝突混合ノズル装置９
はいわゆるミキシングヘッドと称されているもので、中
央の栓を抜くと、相対向するノズル孔が開き、両ノズル
孔から樹脂液と硬化液とか噴出し、真っ向から衝突し、
両者は一瞬の内に均一に混合され配管を通って収納室６
１に送られる。ここで自由発泡し、ウレタン樹脂発泡体
が収納室６１を埋め、硬化する。
【００１９】本実施例のリチウム二次電池では、電池本
体１がウレタン樹脂発泡体で覆われ、かつ収納箱６内に
格納保護されている。このため、電池本体１は多少の衝
撃では破損しない。また、破損してもウレタン樹脂発泡
体で覆われているため、ウレタン樹脂発泡体および収納
箱６を突き破って陰極活物質のリチウム金属あるいは合
金が外部にでる可能性は極めて低い。
【００２０】したがって本実施例のリチウム二次電池は
衝撃に対して極めて安全である。 実施例３ 本発明の第３実施例のリチウム二次電池の概略図を図３
に示す。このリチウム二次電池は電池本体１と電池本体
１を収納する収納箱２１と炭酸ガスボンベ３と衝突のシ
ョックを検知する加速度センサ４と温度センサ４２とＣ
ＰＵ４１と炭酸ガスボンベ３中の炭酸ガスを収納箱２１
に導く弁５とからなる。電池本体１、炭酸ガスボンベ
３、加速度センサ４および弁５は実施例１のものと同じ
ものである。
【００２１】収納箱２１は鋼板あるいは樹脂で形成さ
れ、通気用の複数の窓２２をもつ。これらの窓２２には
それぞれシャッタ２４が設けられ、ガイド２３に案内さ
れ、窓２２を開閉できるように構成されている。また、
各シャッタ２４の開閉の程度はＣＰＵ４１により制御さ
れるアクチュエータ２５によりなされる。温度センサ４
２により収納箱２１内の温度が検出され、ＣＰＵ４１に
送られ、ＣＰＵ４１で各シャッタ２４の開閉の程度が計
算され、ＣＰＵ４１からの制御によりアクチュエータ２
５が駆動され、各シャッタ２４は所定量開く。即ち、収
納箱２１内の温度が高くなると、各シャッタ２４は上方
に大きく駆動され窓２２は大きく開く。逆に収納箱２１
内の温度が低くなると、各シャッタ２４は下方に駆動さ
れ、窓２２は閉じる。これにより収納箱２１内の温度を
所定温度範囲に維持できる。
【００２２】また、加速度センサ４が所定量以上の加速
度を検知した場合、ＣＰＵ４１により弁５が開き、炭酸
ガスボンベ３より炭酸ガスが放出される。また、ＣＰＵ
４１は、弁５が開き、収納箱２１内の空気が炭酸ガスに
置換されるに要する時間の後、アクチュエータ２５を駆
動し、各シャッタ２４を閉じる。これにより収納箱２１
内には炭酸ガスが充満した状態となり、炭酸ガスは電池
本体１の周囲に充満する。強い衝撃により電池本体１が
破損され、陰極を構成するリチウム金属が電池槽より露
出しても、露出したリチウム金属は収納箱２１内の炭酸
ガスと反応してその表面に不活性な炭酸リチウムを形成
する。これによりリチウム金属は実質的に不活性とな
り、この後で、リチウム金属と水とが接触してもリチウ
ム金属と水とは反応せず、発熱、水素発生等が生じず、
リチウム二次電池破損に伴う問題を解消できる。 実施例４ 本発明の第４実施例のリチウム二次電池の概略図を図４
に示す。このリチウム二次電池は電池本体１と電池本体
１を収納する収納箱３１と炭酸ガスボンベ３と衝突のシ
ョックを検知する加速度センサ４と電磁弁５とからな
る。電池本体１、炭酸ガスボンベ３、加速度センサ４お
よび弁５は実施例１のものと同じものである。
【００２３】この収納箱３１には複数の窓３２が設けら
れ、各窓３２の内側には枢軸３４で軸支された揺動弁３
３が設けられ、各揺動弁３３の窓３２と対向する側には
シールリング３５が固定されている。各シールリング３
５は揺動弁３３が窓３２を閉じるとき、窓３２の周囲の
収納箱の内側に当接し、窓３２をより確実にシールす
る。
【００２４】この実施例のリチウム二次電池は、センサ
４が所定値以上の強い衝撃を感知すると、電磁弁５に信
号を出す。この信号により電磁弁５が開き、炭酸ガスボ
ンベ３より炭酸ガスを放出する。この炭酸ガスの噴出圧
力により揺動弁３３が窓３２側に押圧され、窓３２を閉
じ、シールリング３５により窓３２を気密的にシールす
る。これにより収納箱３１内には炭酸ガスが充満保持さ
れる。これにより実施例１と同様に、リチウム二次電池
破損に伴う問題を解消できる。
【００２５】
【発明の効果】本発明のリチウム二次電池は電池本体が
破損してもバリア流体によりリチウムが不活性化され、
或いはリチウムと外界水分との間に発泡体が介在し、水
との接触が阻止される。このため、リチウムと水との急
激な反応が回避され、リチウムと水との急激な反応に起
因する問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のリチウム二次電池の構成を示す概略
図
【図２】実施例２のリチウム二次電池の構成を示す概略
図
【図３】実施例３のリチウム二次電池の構成を示す概略
図
【図４】実施例４のリチウム二次電池の構成を示す概略
図
【符号の説明】
１…電池本体 ２…ゴム袋 ３…炭酸ガス
ボンベ ４…センサ ５…電磁弁 ６…収納箱 ７…ウレタン樹脂液ボンベ ８…硬化液ボ
ンベ ９…衝突混合ノズル装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 順 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電池槽と該電池槽内に保持されたリチウム
    あるいはリチウム合金を負極活物質とする負極、正極お
    よび該負極と該正極との間に介在する電解液とからなる
    電池本体と、 所定値以上の衝撃を感知するセンサと、 該センサからの入力により該電池本体の内部または周囲
    にバリア流体を噴出させるバリア噴出手段とを具備する
    ことを特徴とするリチウム二次電池。
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