JPH06150975A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JPH06150975A JPH06150975A JP4319393A JP31939392A JPH06150975A JP H06150975 A JPH06150975 A JP H06150975A JP 4319393 A JP4319393 A JP 4319393A JP 31939392 A JP31939392 A JP 31939392A JP H06150975 A JPH06150975 A JP H06150975A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
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- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
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- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
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Abstract
(57)【要約】
【目的】電池温度が上昇した時に、反応物質である電解
液が効率良く外部に放出することによって熱暴走を防止
した非水電解液二次電池を提供する。 【構成】正極と、リチウムおよびリチウムイオンを活物
質とする負極と、カーボネート系の溶媒を含む非水電解
液とを用いる非水電解液二次電池において、電池内部に
前記非水電解液に溶解しやすく、かつ不燃性の充填ガス
を圧入したことを特徴とする。 【効果】 二酸化炭素で電解液を加圧充填した、リチウ
ム二次電池においては、何らかの異常使用により電池温
度が上昇した場合でも、電解液を効率的に電池外に排出
できるため、安全性を向上させることができ、その工業
的価値は極めて大である。
液が効率良く外部に放出することによって熱暴走を防止
した非水電解液二次電池を提供する。 【構成】正極と、リチウムおよびリチウムイオンを活物
質とする負極と、カーボネート系の溶媒を含む非水電解
液とを用いる非水電解液二次電池において、電池内部に
前記非水電解液に溶解しやすく、かつ不燃性の充填ガス
を圧入したことを特徴とする。 【効果】 二酸化炭素で電解液を加圧充填した、リチウ
ム二次電池においては、何らかの異常使用により電池温
度が上昇した場合でも、電解液を効率的に電池外に排出
できるため、安全性を向上させることができ、その工業
的価値は極めて大である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非水電解液二次電池、さ
らに詳細にはリチウムを活物質とする負極と、非水電解
液よりなる、非水電解液二次電池に関するものである。
らに詳細にはリチウムを活物質とする負極と、非水電解
液よりなる、非水電解液二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型軽量化、携帯化が進み、
その電源として高エネルギー密度電池の開発が要請され
ている。このような要求に応える電池として、負極とし
てリチウム金属、アルミニウム等とのリチウム合金、ま
たは炭素等のリチウムイオンを放出、吸収する電極を用
いた電池の開発が進められている（本明細書では、これ
らのリチウムあるいはリチウムイオンを活物質とした負
極をリチウム負極、リチウム負極を用いた充放電可能な
電池のことを、リチウム二次電池と称する）。
その電源として高エネルギー密度電池の開発が要請され
ている。このような要求に応える電池として、負極とし
てリチウム金属、アルミニウム等とのリチウム合金、ま
たは炭素等のリチウムイオンを放出、吸収する電極を用
いた電池の開発が進められている（本明細書では、これ
らのリチウムあるいはリチウムイオンを活物質とした負
極をリチウム負極、リチウム負極を用いた充放電可能な
電池のことを、リチウム二次電池と称する）。
【０００３】しかしながら、二酸化マンガンを正極活物
質に用いた電池で報告されているように、リチウム二次
電池をオーブンで加熱すると、リチウム負極と電解液と
の化学反応による自発的な発熱が起こり、熱暴走状態と
なって電池の発火が起こり得る（Extended Abstracts o
f Electrochemical Society Fall Meeting, Seattle,Wa
shington, p-85, 1990）。上記報告は、オーブン加熱で
電池温度が上昇する例であるが、電池においては、外部
ショート、内部ショート、逆充電、過充電等でも、電池
温度が上昇することが予想され、これら、異常状態にお
ける安全性の確保が、リチウム二次電池を商品化する上
で極めて重要である。
質に用いた電池で報告されているように、リチウム二次
電池をオーブンで加熱すると、リチウム負極と電解液と
の化学反応による自発的な発熱が起こり、熱暴走状態と
なって電池の発火が起こり得る（Extended Abstracts o
f Electrochemical Society Fall Meeting, Seattle,Wa
shington, p-85, 1990）。上記報告は、オーブン加熱で
電池温度が上昇する例であるが、電池においては、外部
ショート、内部ショート、逆充電、過充電等でも、電池
温度が上昇することが予想され、これら、異常状態にお
ける安全性の確保が、リチウム二次電池を商品化する上
で極めて重要である。
【０００４】リチウム二次電池内における自発的な発熱
は、主にリチウム負極と電解液との反応によって起こる
と考えられているので、電池の安全性を向上させるため
には、リチウムと反応し難い電解液を用いれば良い。こ
れらの観点から、スルフォラン等を電解液溶媒に用いた
電解液が提案されているが（電気化学協会第５９回大会
予稿集ｐ−２３８）、リチウム二次電池の安定性、サイ
クル性には、リチウム負極と電解液との反応性生物もま
た影響しているため（Lithium Batteries, Edited by
J.P.Gabano, Academic Press, New York, p-195(198
8)）、充放電サイクル特性の劣化等、マイナスの効果が
出てしまう。
は、主にリチウム負極と電解液との反応によって起こる
と考えられているので、電池の安全性を向上させるため
には、リチウムと反応し難い電解液を用いれば良い。こ
れらの観点から、スルフォラン等を電解液溶媒に用いた
電解液が提案されているが（電気化学協会第５９回大会
予稿集ｐ−２３８）、リチウム二次電池の安定性、サイ
クル性には、リチウム負極と電解液との反応性生物もま
た影響しているため（Lithium Batteries, Edited by
J.P.Gabano, Academic Press, New York, p-195(198
8)）、充放電サイクル特性の劣化等、マイナスの効果が
出てしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一方、前述したように
電池の熱暴走は、リチウム負極と電解液との化学反応に
よる自発的な発熱が原因になっていると考えられるか
ら、電池温度が上昇した時に、反応物質である電解液が
効率良く外部に放出されれば、それ以上の発熱は抑制さ
れ、熱暴走状態には至らない。しかしながら、通常の安
全弁では、電解液を効率良く電池外部に放出できない。
それは、電解液が正極活物質や負極の微細孔に充填され
ているため、安全弁が開いた程度では、これら微細孔の
電解液を放出するには不十分だからである。
電池の熱暴走は、リチウム負極と電解液との化学反応に
よる自発的な発熱が原因になっていると考えられるか
ら、電池温度が上昇した時に、反応物質である電解液が
効率良く外部に放出されれば、それ以上の発熱は抑制さ
れ、熱暴走状態には至らない。しかしながら、通常の安
全弁では、電解液を効率良く電池外部に放出できない。
それは、電解液が正極活物質や負極の微細孔に充填され
ているため、安全弁が開いた程度では、これら微細孔の
電解液を放出するには不十分だからである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明による非水電解液二次電池は、正極と、リチ
ウムおよびリチウムイオンを活物質とする負極と、カー
ボネート系の溶媒を含む非水電解液とを用いる非水電解
液二次電池において、電池内部に前記非水電解液に溶解
しやすく、かつ不燃性の充填ガスを圧入したことを特徴
とする。
め、本発明による非水電解液二次電池は、正極と、リチ
ウムおよびリチウムイオンを活物質とする負極と、カー
ボネート系の溶媒を含む非水電解液とを用いる非水電解
液二次電池において、電池内部に前記非水電解液に溶解
しやすく、かつ不燃性の充填ガスを圧入したことを特徴
とする。
【０００７】本発明では、電池内反応における電池の自
発的な発熱は、主にリチウム負極と電解液の反応による
ことに注目し、電池温度が上昇した時に、反応物質であ
る電解液が効率良く外部に放出され、更なる反応による
発熱を回避することを特徴としている。
発的な発熱は、主にリチウム負極と電解液の反応による
ことに注目し、電池温度が上昇した時に、反応物質であ
る電解液が効率良く外部に放出され、更なる反応による
発熱を回避することを特徴としている。
【０００８】具体的には、電池内部に電解液に良好に溶
解し、かつ不燃性のガスを充填している。このような
充填ガスに求められる特性としては、電解液に良く溶
け、不燃性であり、かつ電池の充放電サイクル特性を劣
化させないものでなくてはならない。このような特性を
示すガスとして、二酸化炭素が挙げられる。二酸化炭素
は、カーボネート系の溶媒、例えばプロピレンカーボネ
ート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、
ジエチルカーボネート等、特にプロピレンカーボネート
に良く溶け（溶剤ハンドブック、浅原照三ほか編、ｐ−
６２７、講談社）、不燃性で、かつ添加によって充放電
特性が向上するという報告がある（Extended Abstracts
of 6th International Meeting on Lithium Batterie
s, p-228(1992)）。
解し、かつ不燃性のガスを充填している。このような
充填ガスに求められる特性としては、電解液に良く溶
け、不燃性であり、かつ電池の充放電サイクル特性を劣
化させないものでなくてはならない。このような特性を
示すガスとして、二酸化炭素が挙げられる。二酸化炭素
は、カーボネート系の溶媒、例えばプロピレンカーボネ
ート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、
ジエチルカーボネート等、特にプロピレンカーボネート
に良く溶け（溶剤ハンドブック、浅原照三ほか編、ｐ−
６２７、講談社）、不燃性で、かつ添加によって充放電
特性が向上するという報告がある（Extended Abstracts
of 6th International Meeting on Lithium Batterie
s, p-228(1992)）。
【０００９】電池内部の充填ガスの常温における圧力
は、好ましくは５ｋｇ／ｃｍ2以上１５ｋｇ／ｃｍ2以下
であるのがよい。５ｋｇ／ｃｍ2未満であると、電解液
が含浸しにくくなる恐れがあり、一方１５ｋｇ／ｃｍ2
を越えると、圧力が高くなり過ぎ、安全弁が作動する恐
れを生じる。
は、好ましくは５ｋｇ／ｃｍ2以上１５ｋｇ／ｃｍ2以下
であるのがよい。５ｋｇ／ｃｍ2未満であると、電解液
が含浸しにくくなる恐れがあり、一方１５ｋｇ／ｃｍ2
を越えると、圧力が高くなり過ぎ、安全弁が作動する恐
れを生じる。
【００１０】本発明による非水電解液二次電池を製造す
るにあたっては、図１に示すように正極、セパレータ、
負極を重ね合わせて、巻き込み、電池缶に挿入する。こ
の後、電池缶をロータリーポンプで真空引きし、好まし
くは３ｍｍＨｇ以下にしたのち、電解液を注液する。電
解液を注液する際に、電池を真空に引いた後、電解液に
溶け易い充填ガスを用いて、電解液を加圧充填する。こ
のとき上記と同様の理由により注液圧力は５〜１５ｋｇ
／ｃｍ2であるのがよい。
るにあたっては、図１に示すように正極、セパレータ、
負極を重ね合わせて、巻き込み、電池缶に挿入する。こ
の後、電池缶をロータリーポンプで真空引きし、好まし
くは３ｍｍＨｇ以下にしたのち、電解液を注液する。電
解液を注液する際に、電池を真空に引いた後、電解液に
溶け易い充填ガスを用いて、電解液を加圧充填する。こ
のとき上記と同様の理由により注液圧力は５〜１５ｋｇ
／ｃｍ2であるのがよい。
【００１１】本発明による非水電解液二次電池は、外部
短絡等何らかの原因で電池温度が上昇した場合、電解液
中に溶けていたガスは気化し、電池の内圧を上昇させ迅
速に安全弁を作動させるばかりでなく、正極あるいは負
極の微細孔中の電解液も効率良く電池外部に放出する。
短絡等何らかの原因で電池温度が上昇した場合、電解液
中に溶けていたガスは気化し、電池の内圧を上昇させ迅
速に安全弁を作動させるばかりでなく、正極あるいは負
極の微細孔中の電解液も効率良く電池外部に放出する。
【００１２】
【作用】上記のように二酸化炭素で電解液を加圧充填し
た、リチウム二次電池においては、何らかの異常使用に
より電池温度が上昇した場合でも、電解液を効率的に電
池外に排出できるため、安全性を向上させることができ
る。
た、リチウム二次電池においては、何らかの異常使用に
より電池温度が上昇した場合でも、電解液を効率的に電
池外に排出できるため、安全性を向上させることができ
る。
【００１３】
【実施例】以下本発明の実施例について詳述する。
【００１４】
【実施例１】Ｐ2Ｏ5を５モル％添加した非晶質Ｖ2Ｏ5を
正極活物質とし、負極に１３０μｍ厚のリチウム金属を
用い、正極と負極を平均孔径０．１５μｍ、厚さ５０μ
ｍのポリエチレンセパレータで電気的に絶縁して巻き込
み、電池缶に挿入する。その電池缶をロータリーポンプ
で３ｍｍＨｇまで真空引きした後（図参照）、電解液と
してプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートの
混合溶媒系電解液を、１２ｋｇ／ｃｍ2の圧力で充填し
た電池において、充填ガスにアルゴンを用いた場合
（１）、および二酸化炭素を用いた場合（２）について
比較を行った。（１）、（２）を、６０ｍＡで２５回充
放電した後、約４０ｍΩの抵抗を介した短絡試験およ
び、リチウム１次電池のＵＬ規格の加熱試験（室温から
毎分５℃で１６５℃まで昇温し、１６５℃で１０分間維
持）を行い、発火の有無を調べた。結果を表１に示す。
短絡試験においては、電池（１）、（２）共に発火しな
かったが、（２）で安全弁が作動しているのに対し、
（１）では作動しなかった。しかし、加熱試験において
は（１）の電池が発火しているのに対し、（２）の電池
では安全弁の早期作動により発火せず、電池の安全性に
関して効果の大きいことがわかる。
正極活物質とし、負極に１３０μｍ厚のリチウム金属を
用い、正極と負極を平均孔径０．１５μｍ、厚さ５０μ
ｍのポリエチレンセパレータで電気的に絶縁して巻き込
み、電池缶に挿入する。その電池缶をロータリーポンプ
で３ｍｍＨｇまで真空引きした後（図参照）、電解液と
してプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートの
混合溶媒系電解液を、１２ｋｇ／ｃｍ2の圧力で充填し
た電池において、充填ガスにアルゴンを用いた場合
（１）、および二酸化炭素を用いた場合（２）について
比較を行った。（１）、（２）を、６０ｍＡで２５回充
放電した後、約４０ｍΩの抵抗を介した短絡試験およ
び、リチウム１次電池のＵＬ規格の加熱試験（室温から
毎分５℃で１６５℃まで昇温し、１６５℃で１０分間維
持）を行い、発火の有無を調べた。結果を表１に示す。
短絡試験においては、電池（１）、（２）共に発火しな
かったが、（２）で安全弁が作動しているのに対し、
（１）では作動しなかった。しかし、加熱試験において
は（１）の電池が発火しているのに対し、（２）の電池
では安全弁の早期作動により発火せず、電池の安全性に
関して効果の大きいことがわかる。
【００１５】
【００１６】
【実施例２】実施例１と同様の構成の電池の充填圧を５
ｋｇ／ｃｍ2とした電池において、充填ガスにアルゴン
を用いた電池（３）および二酸化炭素を用いた電池
（４）について、６０ｍＡで２５回充放電した後、約４
０ｍΩの抵抗を介した短絡試験および、リチウム１次電
池のＵＬ規格の加熱試験（室温から毎分５℃で１６５℃
まで昇温し、１６５℃で１０分間維持）を行い、発火の
有無を調べた。結果を表２に示す。短絡試験において
は、電池（３）、（４）共に発火しなかった。また、加
熱試験においては（３）の電池が発火しているのに対
し、（４）の電池では安全弁の早期作動により発火せ
ず、電池の安全性に関して効果の大きいことがわかる。
ｋｇ／ｃｍ2とした電池において、充填ガスにアルゴン
を用いた電池（３）および二酸化炭素を用いた電池
（４）について、６０ｍＡで２５回充放電した後、約４
０ｍΩの抵抗を介した短絡試験および、リチウム１次電
池のＵＬ規格の加熱試験（室温から毎分５℃で１６５℃
まで昇温し、１６５℃で１０分間維持）を行い、発火の
有無を調べた。結果を表２に示す。短絡試験において
は、電池（３）、（４）共に発火しなかった。また、加
熱試験においては（３）の電池が発火しているのに対
し、（４）の電池では安全弁の早期作動により発火せ
ず、電池の安全性に関して効果の大きいことがわかる。
【００１７】
【００１８】
【発明の効果】上述したように、二酸化炭素で電解液を
加圧充填した、リチウム二次電池においては、何らかの
異常使用により電池温度が上昇した場合でも、電解液を
効率的に電池外に排出できるため、安全性を向上させる
ことができ、その工業的価値は極めて大である。
加圧充填した、リチウム二次電池においては、何らかの
異常使用により電池温度が上昇した場合でも、電解液を
効率的に電池外に排出できるため、安全性を向上させる
ことができ、その工業的価値は極めて大である。
【図１】本発明の非水電解液二次電池の製造方法を説明
するためのブロック図。
するためのブロック図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市村 雅弘 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】正極と、リチウムおよびリチウムイオンを
活物質とする負極と、カーボネート系の溶媒を含む非水
電解液とを用いる非水電解液二次電池において、電池内
部に前記非水電解液に溶解しやすく、かつ不燃性の充填
ガスを圧入したことを特徴とする非水電解液二次電池。 - 【請求項２】上記充填ガスは二酸化炭素ガスであり、上
記カーボネート系溶媒が、プロピレンカーボネート、エ
チレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチル
カーボネートであることを特徴とする請求項１記載の非
水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4319393A JPH06150975A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4319393A JPH06150975A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06150975A true JPH06150975A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=18109676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4319393A Pending JPH06150975A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06150975A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07176323A (ja) * | 1993-12-21 | 1995-07-14 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Ｌｉ二次電池用電解液及び負極 |
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| CN111717032A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-29 | 蜂巢能源科技有限公司 | 抑制锂电池热失控的方法及设备、电动汽车 |
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| EP4276862A4 (en) * | 2021-02-22 | 2025-04-09 | GS Yuasa International Ltd. | POWER STORAGE ELEMENT |
-
1992
- 1992-11-04 JP JP4319393A patent/JPH06150975A/ja active Pending
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