JPH06101322B2 - 有機電解質電池 - Google Patents
有機電解質電池Info
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- JPH06101322B2 JPH06101322B2 JP61182223A JP18222386A JPH06101322B2 JP H06101322 B2 JPH06101322 B2 JP H06101322B2 JP 61182223 A JP61182223 A JP 61182223A JP 18222386 A JP18222386 A JP 18222386A JP H06101322 B2 JPH06101322 B2 JP H06101322B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/44—Fibrous material
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- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、リチウム等の活性軽金属を負極活物質に用い
た有機電解質電池（以下リチウム電池という）のセパレ
ータの改良に関するものである。
た有機電解質電池（以下リチウム電池という）のセパレ
ータの改良に関するものである。
従来の技術 リチウム電池は、高電圧高エネルギー密度であるという
優れた性能を有するため、近年その用途は多様化してお
り、各種民生用機器にも利用されている。しかし活物質
材料にリチウムのような活性軽金属を用いるため、電池
としてはその安全性が極めて重要であり、種々の方法が
検討されている。特に電池が短絡した場合には、内部温
度が急激に上昇して内圧が高まり、電池内容物が噴出す
るという事態が起こり得る可能性があった。万一そのよ
うな事態になれば、電池のみならず、この電池を用いた
使用機器をも損傷することになる。そこでこれを未然に
防止する有効な方法として、短絡時の温度上昇により一
方の電極を包み込んだセパレータを溶融させ、セパレー
タの微細な孔部を塞いで電極間に電流を流れなくし、そ
の結果それ以上の温度上昇を抑えて上述の異常事態の発
生を防ぐことが考えられた。
優れた性能を有するため、近年その用途は多様化してお
り、各種民生用機器にも利用されている。しかし活物質
材料にリチウムのような活性軽金属を用いるため、電池
としてはその安全性が極めて重要であり、種々の方法が
検討されている。特に電池が短絡した場合には、内部温
度が急激に上昇して内圧が高まり、電池内容物が噴出す
るという事態が起こり得る可能性があった。万一そのよ
うな事態になれば、電池のみならず、この電池を用いた
使用機器をも損傷することになる。そこでこれを未然に
防止する有効な方法として、短絡時の温度上昇により一
方の電極を包み込んだセパレータを溶融させ、セパレー
タの微細な孔部を塞いで電極間に電流を流れなくし、そ
の結果それ以上の温度上昇を抑えて上述の異常事態の発
生を防ぐことが考えられた。
この方法に有効なセパレータとしては従来において、平
均繊維径が３μ以上のポリプロピレンのメルトブロー法
による繊維の不織布や微孔性樹脂フィルムがあった。
均繊維径が３μ以上のポリプロピレンのメルトブロー法
による繊維の不織布や微孔性樹脂フィルムがあった。
発明が解決しようとする問題点 しかし微孔性樹脂フィルムの場合、ポリプロピレン繊維
製不織布に比べ、その厚みがポリプロピレン繊維製不織
布の約1/10と薄いため、発熱による微孔の閉塞には安定
した効果が期待できるが、スケールメリットで成り立つ
電池産業の材料としては、コストが高かった。また厚み
も数十ミクロンと薄く、機械的強度が弱いため、電極を
包み込む作業時に破損を生じないように十分な注意を払
う必要があり、製造上の使いこなしが極めて難しかっ
た。
製不織布に比べ、その厚みがポリプロピレン繊維製不織
布の約1/10と薄いため、発熱による微孔の閉塞には安定
した効果が期待できるが、スケールメリットで成り立つ
電池産業の材料としては、コストが高かった。また厚み
も数十ミクロンと薄く、機械的強度が弱いため、電極を
包み込む作業時に破損を生じないように十分な注意を払
う必要があり、製造上の使いこなしが極めて難しかっ
た。
一方、ポリプロピレン繊維製不織布は、コスト的に安価
であり、しかし微孔性樹脂フィルムに比べて、繊維間に
生じる孔径が大きいため、この孔が電池は発熱時の熱に
よって溶融して完全に塞がるには150℃以上の温度が必
要であり、このような高温に電池をおくことは、安全性
からみて、特に低沸点の有機溶媒を使用した有機電解質
電池にとっては極めて危険である。これを抑制するた
め、ポリプロピレン繊維製不織布の坪量を増やし、繊維
間に生じる孔径を小さくする方法が考えられるが、この
場合においては、セパレータの厚みが厚くなり、かつセ
パレータ自身の固有抵抗も高くなって、電池の放電性能
を低下させてしまうという問題があった。
であり、しかし微孔性樹脂フィルムに比べて、繊維間に
生じる孔径が大きいため、この孔が電池は発熱時の熱に
よって溶融して完全に塞がるには150℃以上の温度が必
要であり、このような高温に電池をおくことは、安全性
からみて、特に低沸点の有機溶媒を使用した有機電解質
電池にとっては極めて危険である。これを抑制するた
め、ポリプロピレン繊維製不織布の坪量を増やし、繊維
間に生じる孔径を小さくする方法が考えられるが、この
場合においては、セパレータの厚みが厚くなり、かつセ
パレータ自身の固有抵抗も高くなって、電池の放電性能
を低下させてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するもので電池の特性
を低下させることなく、セパレータの微孔を閉塞する際
の溶融温度を下げ、電池の安全性を向上させることを目
的とするものである。
を低下させることなく、セパレータの微孔を閉塞する際
の溶融温度を下げ、電池の安全性を向上させることを目
的とするものである。
問題点を解決するための手段 前記の問題点を解決するために本発明は、プロピレン以
外のα−オレフィン成分を含有するポリプロピレン系樹
脂の繊維からなる不織布でセパレータを構成したもので
ある。
外のα−オレフィン成分を含有するポリプロピレン系樹
脂の繊維からなる不織布でセパレータを構成したもので
ある。
ここで、プロピレン以外のα−オレフィン成分を含有す
るポリプロピレン系樹脂とは、プロピレン−エチレン共
重合体、プロピレン−ブテン−１共重合体、プロピレン
−ヘキセン−１共重合体、プロピレン−エチレン−ブテ
ン−１共重合体等のプロピン−αオレフィン１共重合体
又はポリプロピレンとポリエチレンの混合物からなる重
合体組成物等を挙げることができる。これらのうち原料
としての入手の容易さ、コスト面からプロピレン−エチ
レン共重合体及びポリプロピレンとポリエチレンの混合
組成物を用いるのが好ましい。
るポリプロピレン系樹脂とは、プロピレン−エチレン共
重合体、プロピレン−ブテン−１共重合体、プロピレン
−ヘキセン−１共重合体、プロピレン−エチレン−ブテ
ン−１共重合体等のプロピン−αオレフィン１共重合体
又はポリプロピレンとポリエチレンの混合物からなる重
合体組成物等を挙げることができる。これらのうち原料
としての入手の容易さ、コスト面からプロピレン−エチ
レン共重合体及びポリプロピレンとポリエチレンの混合
組成物を用いるのが好ましい。
α−オレフィン成分としてエチレンを用いる場合には、
エチレン含有量は１〜５重量％が好ましい。
エチレン含有量は１〜５重量％が好ましい。
共重合体中のエチレン含有量が１重量％未満では不織布
の溶融温度を下げる効果が乏しく、逆に５重量％よりも
多量になると不織布の融点が低くなりすぎ、早期のフィ
ルム化現象によりセパレータ表面にクラックの発生を生
じ、このクラック部分より再度電流が流れて電池内に短
絡回路を形成して好ましくない。また不織布を構成する
繊維はその平均繊維径を1.5μｍ以下の極細とすること
により、不織布の孔径を小さくすることができ、発熱時
の熱で容易に繊維間に生じた孔を塞ぐことができる。
の溶融温度を下げる効果が乏しく、逆に５重量％よりも
多量になると不織布の融点が低くなりすぎ、早期のフィ
ルム化現象によりセパレータ表面にクラックの発生を生
じ、このクラック部分より再度電流が流れて電池内に短
絡回路を形成して好ましくない。また不織布を構成する
繊維はその平均繊維径を1.5μｍ以下の極細とすること
により、不織布の孔径を小さくすることができ、発熱時
の熱で容易に繊維間に生じた孔を塞ぐことができる。
作用 このようなセパレータであれば、繊維間に形成された孔
が塞がる温度を130℃以下に抑えて電池の安全性を向上
させることができる。また、平均繊維径を従来の３μｍ
以上から1.5μｍ以下にすることによりセパレータにお
ける孔部の占有面積はほぼ同一であるが、孔径を小さく
することができ、従来のポリプロピレン繊維製不織布に
比べ坪量を減らすことができ、電池特性も向上させるこ
とが可能となった。
が塞がる温度を130℃以下に抑えて電池の安全性を向上
させることができる。また、平均繊維径を従来の３μｍ
以上から1.5μｍ以下にすることによりセパレータにお
ける孔部の占有面積はほぼ同一であるが、孔径を小さく
することができ、従来のポリプロピレン繊維製不織布に
比べ坪量を減らすことができ、電池特性も向上させるこ
とが可能となった。
実施例 以下、本発明を実施例により詳述する。第１図におい
て、発電要素は、それぞれ帯状に形成された正極合剤
（１）と負極（２）を、本発明の特徴とするプロピレン
−エチレン共重合体樹脂繊維で構成される不織布製セパ
レータ（３）を相互間に介挿し、全体をスパイラル状に
巻回形成したものであり、この発電要素は電池ケース
（４）内に中央に孔を有した円板状絶縁板（５）を上下
に配して収納されている。そして、電池ケース（４）内
に非水電解液、例えばジオキソラン、ジメトキシエタ
ン、γ−ブチロラクトンなどの溶媒に無機電解質を溶解
した電解液を注入し、合成樹脂封口板（６）によって、
電池ケース（４）の開口部が密封される。樹脂封口板
（６）は、その中央部に設けた孔に、耐食性金属から構
成されるリベット端子（７）を圧入固定し、その内面に
は、正極の集電体（８）が電気的に接続されている。従
って、リベット端子（７）は正極端子を兼ねる。金属リ
チウムからなる負極（２）は、そのリチウム表面に集電
体（９）を圧着し、その集電体のリード部は、電池ケー
ス（４）の内底面に電気的に接続され、従って電池ケー
ス（４）は負極端子を兼ねる。次に本発明のセパレータ
の詳細ならびにエチレンの添加量と電池特性、短絡時に
おける安全性について比較検討した結果を示す。
て、発電要素は、それぞれ帯状に形成された正極合剤
（１）と負極（２）を、本発明の特徴とするプロピレン
−エチレン共重合体樹脂繊維で構成される不織布製セパ
レータ（３）を相互間に介挿し、全体をスパイラル状に
巻回形成したものであり、この発電要素は電池ケース
（４）内に中央に孔を有した円板状絶縁板（５）を上下
に配して収納されている。そして、電池ケース（４）内
に非水電解液、例えばジオキソラン、ジメトキシエタ
ン、γ−ブチロラクトンなどの溶媒に無機電解質を溶解
した電解液を注入し、合成樹脂封口板（６）によって、
電池ケース（４）の開口部が密封される。樹脂封口板
（６）は、その中央部に設けた孔に、耐食性金属から構
成されるリベット端子（７）を圧入固定し、その内面に
は、正極の集電体（８）が電気的に接続されている。従
って、リベット端子（７）は正極端子を兼ねる。金属リ
チウムからなる負極（２）は、そのリチウム表面に集電
体（９）を圧着し、その集電体のリード部は、電池ケー
ス（４）の内底面に電気的に接続され、従って電池ケー
ス（４）は負極端子を兼ねる。次に本発明のセパレータ
の詳細ならびにエチレンの添加量と電池特性、短絡時に
おける安全性について比較検討した結果を示す。
なお、実験に使用した電池は、直径17.5mm、高さ33.5m
m、電気容量1200mAhの筒型リチウム電池とした。リチウ
ム電池の構成としては、正極活物質にフッ化炭素、電解
液としてγ−ブチロラクトンとジメトキシエタンとの混
合溶媒にホウフッ化リチウムを１モル/l溶解したものを
用いた。
m、電気容量1200mAhの筒型リチウム電池とした。リチウ
ム電池の構成としては、正極活物質にフッ化炭素、電解
液としてγ−ブチロラクトンとジメトキシエタンとの混
合溶媒にホウフッ化リチウムを１モル/l溶解したものを
用いた。
次表はＡ〜Ｋの種類のセパレータの繊維内容とプロピレ
ン以外のα−オレフィン含有量と、不織布を構成する繊
維の平均繊維径、短絡時における電池表面温度及び短絡
に伴う電池内容物噴出割合（各1000個当り）をそれぞれ
示す。
ン以外のα−オレフィン含有量と、不織布を構成する繊
維の平均繊維径、短絡時における電池表面温度及び短絡
に伴う電池内容物噴出割合（各1000個当り）をそれぞれ
示す。
表の結果から明らかなように、Ａ及びＨで示したプロピ
レン単独重合体の融点は160℃であるのに対し、プロピ
レンとエチレンのランダム共重合体、例えば、エチレン
含有量3.6wt％のそれは140℃と低く、エチレン含有量に
より融点は変化するが、それでもプロピレン単独重合体
のそれよりも低い温度である。
レン単独重合体の融点は160℃であるのに対し、プロピ
レンとエチレンのランダム共重合体、例えば、エチレン
含有量3.6wt％のそれは140℃と低く、エチレン含有量に
より融点は変化するが、それでもプロピレン単独重合体
のそれよりも低い温度である。
又、I,Jのポリプロピレンとポリエチレンとの混合組成
物からなる不織布の実質的な微孔閉塞温度は、プロピレ
ン−エチレン共重合体よりも若干（５〜６℃）高まる
が、それでもプロピレン単独重合体樹脂のそれよりは低
融点である。
物からなる不織布の実質的な微孔閉塞温度は、プロピレ
ン−エチレン共重合体よりも若干（５〜６℃）高まる
が、それでもプロピレン単独重合体樹脂のそれよりは低
融点である。
上記以外にα−オレフィンとしてブテン−１を使用し、
プロピレンとの共重合体樹脂からなる不織布についても
検討したところ、ほぼ同様の結果が得られた。
プロピレンとの共重合体樹脂からなる不織布についても
検討したところ、ほぼ同様の結果が得られた。
第２図はＡ〜Ｋの各セパレータを備えたリチウム電池を
20℃において、負荷抵抗60Ωで放電した時の放電特性を
示す。
20℃において、負荷抵抗60Ωで放電した時の放電特性を
示す。
第３図は前記の各電池を85℃の高温に７日保存した後、
負荷抵抗60Ωで放電した時の放電特性を示す。両図から
明らかな通り、従来のＨのセパレータを用いた電池に比
べ、Ａ〜Ｇ及びＩ〜Ｋのセパレータを用いた電池は電圧
特性、保存特性面で優れている。
負荷抵抗60Ωで放電した時の放電特性を示す。両図から
明らかな通り、従来のＨのセパレータを用いた電池に比
べ、Ａ〜Ｇ及びＩ〜Ｋのセパレータを用いた電池は電圧
特性、保存特性面で優れている。
なお、表中のＨを除く不織布は、プロピレン単独重合
体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレ
ン−ブテン−１共重合体及びポリプロピレンとポリエチ
レンとの混合物よりなる溶融組成物を溶融紡糸し、これ
を高速の気体によって微細な繊維として移動している捕
集板上に吹きつけて不織布を製造する、いわゆるメルト
ブロー法によって平均繊維1.5μ、坪量20g/m2、厚さ60
μｍの不織布としたものである。
体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレ
ン−ブテン−１共重合体及びポリプロピレンとポリエチ
レンとの混合物よりなる溶融組成物を溶融紡糸し、これ
を高速の気体によって微細な繊維として移動している捕
集板上に吹きつけて不織布を製造する、いわゆるメルト
ブロー法によって平均繊維1.5μ、坪量20g/m2、厚さ60
μｍの不織布としたものである。
従来品Ｈの平均繊維径のみを1.5μｍに変更したエチレ
ン含有量なしのセパレータＡを使用した電池において
は、電池表面温度は下がる反面、電池内容物噴出割合は
1.0％となり、従来品Ｈよりは良好であるが、本発明品
のエチレンの含有ポリプロピレン系樹脂繊維の不織布か
らなるセパレータを使用するものに比べ、悪い傾向を示
した。又エチレン含有ポリプロピレン系樹脂の繊維でも
エチレン含有量が0.5wt％、5.5wt％、6.wt％の場合B,F,
Gでは内容物の噴出があり、電池安全面からは好ましく
なかった。
ン含有量なしのセパレータＡを使用した電池において
は、電池表面温度は下がる反面、電池内容物噴出割合は
1.0％となり、従来品Ｈよりは良好であるが、本発明品
のエチレンの含有ポリプロピレン系樹脂繊維の不織布か
らなるセパレータを使用するものに比べ、悪い傾向を示
した。又エチレン含有ポリプロピレン系樹脂の繊維でも
エチレン含有量が0.5wt％、5.5wt％、6.wt％の場合B,F,
Gでは内容物の噴出があり、電池安全面からは好ましく
なかった。
エチレンの好ましい含有量は、表及び図の結果から1.0
〜5.0wt％である。
〜5.0wt％である。
又、不織布を構成する繊維の平均繊維径は1.0μｍとし
ても、1.5μｍとほぼ同様な結果が得られた。
ても、1.5μｍとほぼ同様な結果が得られた。
発明の効果 以上のように、本発明によるセパレータ、つまりエチレ
ン等のプロピレン以外のα−オレフィン成分を１〜5wt
％含有するポリプロピレン系樹脂繊維から構成される不
織布は、電池の安全性、及び放電特性等において勝れる
ものである。
ン等のプロピレン以外のα−オレフィン成分を１〜5wt
％含有するポリプロピレン系樹脂繊維から構成される不
織布は、電池の安全性、及び放電特性等において勝れる
ものである。
第１図は本発明の一実施例による有機電解質電池の断面
略図、第２図は保存前の各種セパレータを備えた電池の
放電特性を示す図、第３図は85℃に保存した時の各種セ
パレータを備えた電池の放電特性を示す図である。 １……正極合剤、２……負極、３……セパレータ、４…
…電池ケース、５……絶縁板、６……樹脂封止板、７…
…リベット端子、8,9……集電体。
略図、第２図は保存前の各種セパレータを備えた電池の
放電特性を示す図、第３図は85℃に保存した時の各種セ
パレータを備えた電池の放電特性を示す図である。 １……正極合剤、２……負極、３……セパレータ、４…
…電池ケース、５……絶縁板、６……樹脂封止板、７…
…リベット端子、8,9……集電体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 豊次 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 鈴木 真 神奈川県横浜市磯子区田中１−15―15
Claims (3)
- 【請求項１】フッ化炭素、二酸化マンガン又は他の金属
酸化物を活物質とした正極と、リチウム等の活性軽金属
を活物質とした負極と、この正負極間に介在したセパレ
ータと、有機電解質とからなる電池であって、セパレー
タがプロピレン以外のα−オレフィン成分を含有するポ
リプロピレン系樹脂よりなり平均繊維径が1.5μｍ以下
の繊維の不織布からなることを特徴とした有機電解質電
池。 - 【請求項２】プロピレン以外のα−オレフィン成分がエ
チレンである特許請求の範囲第１項記載の有機電解質電
池。 - 【請求項３】α−オレフィン成分としてのエチレンの含
有量が１〜５重量％である特許請求の範囲第１項又は第
２項記載の有機電解質電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61182223A JPH06101322B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 有機電解質電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61182223A JPH06101322B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 有機電解質電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6337560A JPS6337560A (ja) | 1988-02-18 |
| JPH06101322B2 true JPH06101322B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=16114492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61182223A Expired - Lifetime JPH06101322B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 有機電解質電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101322B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0750601B2 (ja) * | 1987-06-10 | 1995-05-31 | 三洋電機株式会社 | 非水電解液電池 |
| EP0898316A4 (en) * | 1997-01-16 | 2005-05-25 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | SEPARATOR FOR NONAQUEOUS ELECTROLYTE BATTERIES, NONAQUEOUS ELECTROLYTE BATTERIES USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING SAID SEPARATOR |
| KR100563032B1 (ko) * | 1999-04-16 | 2006-03-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이온 폴리머전지 |
| JP2002170540A (ja) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Tonen Tapyrus Co Ltd | セパレータ |
| HUE036950T2 (hu) | 2009-03-09 | 2018-08-28 | Asahi Chemical Ind | Poliolefin mikropórusos membrán, amely villamosenergia-tároló eszköz elválasztóelemeként használható |
-
1986
- 1986-08-01 JP JP61182223A patent/JPH06101322B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6337560A (ja) | 1988-02-18 |
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