JPH07249405A

JPH07249405A - 電池

Info

Publication number: JPH07249405A
Application number: JP6079149A
Authority: JP
Inventors: Toru Nagaura; 亨永浦
Original assignee: HAIBARU KK
Current assignee: HAIBARU KK
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1995-09-26
Also published as: US5534369A

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、大型サイズの電池の安全性の改
善に関するものである。【構成】素電池単位において、電池素子を構成する電
極の正極および負極の少なくとも何れかは、電子伝導に
おいてつながりのない二つ以上に分割された電極とし、
分割された各電極からはそれぞれの電極リードを電池容
器外へ取り出して、同極性の外部端子として２個以上を
備える。また複数の同極性の外部端子はそれぞれＰＴＣ
効果を有する抵抗体を介して電気的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電池の安全性の改善
に関するものであって、特に安全で大きい容量の非水電
解液電池を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化、軽量化が進められる
中、その電源として高性能な電池の要望がさらに強まっ
ている。更にはガソリンを燃料とする自動車の排ガスが
地球環境破壊の大きな原因の一つに考えられ、１９９８
年から米カリフォルニア州で新しい排ガス規制法案が始
まり、この規制では自動車メーカーごとに総販売台数の
２％を排ガスを全く出さない電気自動車等にすることを
義務ずけている。電気自動車を構成する主要な技術の一
つは二次電池であり、二次電池の性能が自動車の基本性
能、すなわち加速性能や１回の充電での走行距離を決め
てしまうので、ここでもやはり大型の高性能な二次電池
が求められている。高性能電池への期待が高い非水電解
液電池は重負荷特性や低温特性が悪いことが弱点であっ
たが、薄い電極を使用して渦巻状の巻回電極構造（ジェ
リーロール構造）等を取り入れることで、低温でも充分
に大きな電流で放電出来るようになり、高性能電池とし
て非水電解液電池も実用され始めた。一次電池としては
負極に金属リチウムを使用した、いわゆるリチウム電池
がすでに実用化されカメラ等に使われている。また非水
電解液二次電池としては、カーボンへのリチウムイオン
の出入りを利用するカーボン電極を負極とする二次電池
が開発された。この電池は本発明者等によって、リチウ
ムイオン二次電池と名付けて１９９０年に初めて世の中
に紹介したもので（雑誌ＰｒｏｇｒｅｓｓＩｎＢａ
ｔｔｅｒｉｅｓ＆ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ，Ｖｏ
ｌ．９，１９９０，ｐ２０９参照）、現在では電池業
界、学会においても“次世代のリチウムイオン二次電
池”と呼ばれるほどに認識され、その開発に多くの人が
乗り出している。代表的には正極材料にリチウム含有複
合酸化物（ＬｉＣｏＯ_２やＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を用い、
負極にはコークスやグラファイト等の炭素質材料が用い
られ、電池構造は重負荷使用や低温使用への対応のた
め、渦巻状の巻回電極構造（ジェリーロール構造）が取
り入れられている。電子機器や電気自動車に搭載する高
性能電池はエネルギー密度が高いだけでは不充分で、安
全であることが絶対条件である。しかし、高性能な電池
であるほど又大容量の電池であるほど、もし電池がショ
ートをした場合には、電池内での大きな発熱により電池
内の構成物質間の直接的な化学反応を誘発し、熱暴走す
る危険性が大きくなる。さらに非水電解液電池では高エ
ネルギー密度を達成するのに有利な活性な材料（例えば
リチウム金属やリチウムがドープされた炭素）が使用さ
れるため、重負荷使用対応の電極構造とした非水電解液
電池ではショートによる熱暴走の危険性はさらに高い。
そこで外部ショートに対する安全対策としては正負何れ
かの電極と外部端子の接続途中にＰＴＣ抵抗体素子（あ
る程度以上の大きい電流では、その電流による発熱で急
激に抵抗値が増し、過剰電流を遮断する機構を有する）
を装着することによってショート電流を遮断し、電池の
安全性を確保することがすでに実用に供されている。し
かし従来のＰＴＣ素子装着方法では、内部ショートの場
合はショート電流はＰＴＣ素子を経由しないので、ショ
ート電流を遮断することは出来ず、内部ショートに対す
る安全性確保にはまだ有効な手段がない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は大型電池でも
内部ショートに対する安全性が確保される電池構造を提
供するものであり、特にエネルギー密度の高い電池とし
て期待される非水電解液電池を大きい電池サイズでも安
全に使用できるものにしようとする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、素電池単位
において、電池素子を構成する電極の正極および負極の
少なくとも何れかは、電子伝導に基づく電気的つながり
のない二つ以上に分割し、分割した各電極からはそれぞ
れの電極リードを電池素子の収納された密閉容器外へ取
り出して、電池容器の外側に同極性の外部端子として２
個以上を設ける。

【０００５】

【作用】図２に従来の密閉型電池の構造原理図を示し
た。容量ｎｃ（Ａｈ）の従来の密閉型電池では、単位容
量ｃ（Ａｈ）の正極（２）と負極（１）が電解液を含ん
だセパレーター（３）を挟んで対向し、そのｎ組が電池
容器（４）内に収納密閉されている。電池内の全ての正
極（２_１〜ｎ）は正極リード（７）が密閉容器（４）内
で一つにまとめられるか、もしくは全ての正極の集電体
がつながっていて電子伝導に基づく電気的接続が取れて
いて、密閉容器外に露出する１個の正極外部端子（８）
に接続されている。また電池内の全ての負極
（１_１〜ｎ）も同様に負極リード（５）が密閉容器内で
一つにまとめらるか、もしくは全ての負極の集電体がつ
ながっていて電子伝導に基づく電気的接続が取れてい
て、密閉容器外に露出する１個の負極外部端子（６）に
接続されている。さらに外部ショートに対する安全性の
対策を施した電池では一個のＰＴＣ素子（１０）が正負
何れかの外部端子の前に接続される。このような従来の
電池では、負極（１_１）と正極（２_１）が図２に示した
Ａ点で内部ショートをした場合には、負極（１_１）と正
極（２_１）で発電される電流（ｉ）だけでなく、負極
（１_２）負極（１ｎ）と正極（２_２）〜正極（２ｎ）に
よって発電される電流も流れ込み、結局全ての電極で発
電される電流（Ｉ＝ｎｉ）がＡ点に集中する。従来のＰ
ＴＣ素子装着の方法では内部ショートの場合はショート
電流はＰＴＣ素子（１０）を経由しないので、ＰＴＣ素
子には何の役割も果たせない。従って容量の大きい電池
ではＡ点での温度が非常に高くなり、電池の熱暴走を誘
発する。特に非水電解液電池の場合はさほど大きくない
電池（１〜２Ａｈ程度）でも激しく発煙したり発火した
りする。一方、図１に本発明による密閉型電池の構造原
理図を示したが、本発明では容量ｎｃ（Ａｈ）の電池に
おいて、電極の正極および負極の少なくとも何れかは、
電子伝導に基づく電気的つながりのない二つ以上（ｎ）
に分割し、分割した各電極からはそれぞれの電極リード
を電池素子の収納された密閉容器外へ取り出して、電池
容器の外側に二個以上の同極性の外部端子を別々に設け
ている。図１の場合をより具体的に説明すれば、正極
（２_１）〜（２_ｎ）はそれぞれ電子伝導による電気的つ
ながりは無い。したがって負極（１_１）と正極（２_１）
が図１に示したＡ点で内部ショートをした場合、負極
（１_１）と正極（２_１）で発電される電流（ｉ）だけが
Ａ点におけるショート電流であり、負極（１_２）〜（１
ｎ）と正極（２_２）〜（２ｎ）とで発電される電流はＡ
点への流入経路、つまり正極リード（７_２〜７ｎ）と正
極リード（７_１）を経由して流入する経路が繋がってい
ないため、Ａ点へは流入しない。よってｎの大きい電
池、つまり容量の大きい電池でもＡ点での温度は電池内
部での熱暴走を誘発するほどの高温にはならず、内部シ
ョートによる危険は免れる。単純にｎ＝２に正極もしく
は負極の何れかの電極を分割しただけでもＡ点での発熱
は従来電池の１／４となり、ｎ＝４では発熱は１／１６
となり本発明の効果が理解される。また本発明による電
池の放電や充電は電池容器の外側に設けている負極外部
端子（６）と正極外部端子（８）との間で正極外部端子
を（８_１）〜（８ｎ）へと切り替えて行うことができ
る。しかもこの方法で放電を行えば、現在どの正極外部
端子で放電を行っているかを知るだけで残存の電池容量
を知ることができる。つまりｍ番目の端子が放電してい
る場合は全容量の（ｎ−ｍ）／ｎが残存容量である。さ
らに本発明の電池では図３（ａ）に示すように、電池
（３０）に設けられた同極性の外部端子（８_１〜８ｎ）
はそれぞれＰＴＣ効果を有する抵抗体（１０）を介して
接続しておけば、図１におけるＡ点で内部ショートをし
た場合には、負極（１_２）〜（１ｎ）と正極（２_２）〜
（２ｎ）とで発電される電流はＡ点への流入経路、つま
り正極リード（７_２〜７ｎ）と正極リード（７_１）を経
由して流入する経路に必ずＰＴＣ効果を有する抵抗体
（１０）がある。従って本発明のＰＴＣ装着方法であれ
ば、負極（１_２）〜（１ｎ）と正極（２_２）〜（２ｎ）
とで発電される電流はＰＴＣ抵抗体（１０）によってカ
ットされ、負極（１_１）と正極（２_１）で発電される電
流（ｉ）が結局Ａ点におけるショート電流のほとんどで
あり、ｎの大きい電池、つまり容量の大きい電池でもＡ
点での温度は電池内の熱暴走を誘発するほど高温にはな
らず、内部ショートによる危険はやはり免れられる。こ
の場合は電池の放電や充電は電池容器の外側に設けてい
る負極外部端子（６）とＰＴＣ効果を有する抵抗体（１
０）を介して一つに集められた正極集合端子（９）との
間で全く従来の電池と同じ要領で行うことができる。

【０００６】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。

【０００７】実施例１図４、図５および図７を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図４は本実施例で作成する円筒型電池の電池
素子の断面図であり、図５は本実施例で作成する円筒型
電池の電池構造を示す模式的断面図である。また図７は
本実施例で電極素子を作成するために使用する帯状正極
の断面図と平面図である。まず発電要素である電池素子
を次のようにして作成する。

【０００８】負極活物質とする２８００℃で熱処理を施
したメソカーボンマイクロビーズ（ｄ００２＝３．３７
Å）の８６重量部に４重量部のカーボンブラックと結着
剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部
を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンと湿式混合し
てスラリー（ペースト状）にする。次に、このスラリー
を負極集電体となる厚さ０．０１ｍｍの銅箔の両面に均
一に塗布し、乾燥後ローラープレス機で加圧成型して厚
さ０．１５ｍｍのシート状の負極（１）を作成する。

【０００９】更に正極は次のようにして用意される。市
販の炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）と炭酸コバルト（Ｃ
ｏＣＯ_３）をＬｉとＣｏの原子比が１．０３：１の組成
比になるように混合し、空気中で９００℃約１０時間焼
成してＬｉＣｏＯ_２を得る。焼成後のＬｉＣｏＯ_２は非
常に固い塊として得られるので、これを粉砕機にかけて
平均粒径０．０２ｍｍの粉末状とする。この粉末状Ｌｉ
ＣｏＯ_２を９１重量部、導電剤としてグラファイトを６
重量部、結合剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部を
溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンと湿式混合して
スラリー（ペースト状）にする。次に、このスラリーを
正極集電体となる厚さ０．０２ｍｍのアルミニウム箔の
両面に均一に塗布し、乾燥後ローラープレス機で加圧成
型して厚さ０．１３ｍｍのシート状の正極（２）を作成
する。

【００１０】以上のようにして作成した正極と負極は、
それぞれ幅、および電極長を下記のように整え、それぞ
れの電極端には集電体の露出部分を設けておき、そこへ
負極はニッケルのリード（５）を、正極にはアルミニウ
ムのリード（７）をそれぞれの超音波溶接をする。幅と長さを整えた上記正極の２枚（２_１および２_２）を
図７のように絶縁テープ（４３）で貼り付けて１枚の帯
状電極として準備する。このとき２枚の電極の集電体
（４０）はお互いに接触はしておらず、２枚の電極には
電子伝導による電気的導通は無く、電気的には分割され
ている。２枚の電極は共に電極端で活物質層（４１）か
ら集電体（４０）が露出し、そこにそれぞれ正極リード
（７_１、７_２）が溶接されているので、ここで用意され
た正極には２つの正極リードが付いているが、両リード
には当然電気的導通はない。次に上記２枚を一つに繋い
だ帯状の正極（２_１、２_２）は同じく幅、長さを整えた
上記負極（１）と組合せ、多孔質ポリプロピレン製セパ
レータ（３）を間に挟んで渦巻状に巻き上げて、図４に
示す構造の巻回体として、平均外径１５．７ｍｍの電池
素子を作成する。この電池素子からは１個の負極リード
（５）と当然２個の正極リード（７_１、７_２）が突き出
ている。

【００１１】次に図５に示すように、外径１６．５ｍ
ｍ、長さ６８ｍｍのニッケルメッキを施した鉄製の電池
缶（４）の底部に絶縁板（１４）を設置し、上記電池素
子を収納する。電池素子より突き出した負極リード
（５）は上記電池缶の底に溶接し、その後、電池素子の
上部にも絶縁板（１４）を設置し、あらかじめ準備した
蓋体に取り付けられている３個の正極外部端子（８_１、
８_２、８_３）の内の２個（８_１、８_２）を選び、その２
個の正極外部端子を被覆しているそれぞれの端子カバー
（１６）に電池素子より突き出た二つの正極リード（７
_１、７_２）をそれぞれ溶接する。

【００１２】次に電池缶の中に１モル／リットルのＬｉ
ＰＦ_６を溶解したエチレンカーボネイト（ＥＣ）とジエ
チルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶液を電解液として
注入する。その後蓋体を電池容器に嵌合し、電池缶の縁
をかしめて、図５に示す電池構造で外径１６．５ｍｍ、
高さ６５ｍｍの電池（Ａ）を組み立てる。

【００１３】なお蓋体はプラスチックのシール（１５）
と金属カバー（１９）と防爆ディスク（２０）および３
個の正極外部端子（８_１、８_２、８_３）を組み立てたも
のである。正極外部端子（８）はアルミニウム製の端子
カバー（１６）にニッケル鍍金のステンレス棒を圧入し
たものなので、正極端子の電池内に露出する部分はアル
ミニウムで被覆されている。プラスチックのシール（１
５）に設けた３つの突起（１５ａ）を防爆ディスク（２
０）と金属カバー（１９）に設けた３つの穴へ嵌めて、
プラスチックのシール（１５）と防爆ディスク（２０）
および金属カバー（１９）を重ね合わせ、プラスチック
シールの突起（１５ａ）の中央穴へ、この穴径よりやや
大きい径で用意されている前記アルミニウムで被覆した
正極外部端子（８）を圧入する。この時、突起（１５
ａ）の外周は金属カバーの穴によって規制されているた
めプラスチックは圧縮され、端子とプラスチックの間は
機密が保たれる。さらに蓋体は過充電などの異常事態に
より、もし電池内圧が上昇した場合には、プラスチック
シールの中央部と共にアルミニウムの板で作られた防爆
ディスク（２０）が膨らみ、金属カバーから下へ突き出
した三角形の刃（２３）が防爆ディスクおよびプラスチ
ックシールの中央部を突き破り、内圧を安全に外へ逃が
すための機構も備えている。

【００１４】比較例１従来の方法で電池素子を作成して、実施例１と同じ寸法
で電池（Ｂ）を作成し、安全性能の比較を行う。まず実
施例１で作成した電極寸法調整前の正極負極を、従来法
で電池素子を作成するための適切な電極寸法にそれぞれ
幅、および電極長を下記のように整え、それぞれの電極
端には集電体の露出部分を設けておき、そこへ負極はニ
ッケルのリード（５）を、正極にはアルミニウムのリー
ド（７）をそれぞれの超音波溶接をする。幅、長さを整えた上記負極の１枚（１）と上記正極の１
枚（２）は、実施例１の場合と全く同じように巻回すれ
ば、ほぼ実施例１と同じ外径寸法の巻回体となる。この
巻回体の電極素子からは１個の負極リード（５）と１個
の正極リード（７）が突き出ている。出来上がった電極
素子は実施例１と同じ要領で、実施例１で使用したと同
じニッケルメッキを施した鉄製の電池缶（４）に収納
し、後も全く実施例１と同じにして、ほぼ実施例１の電
池と同じ構造つまり、図５に示す電池構造で外径１６．
５ｍｍ、高さ６５ｍｍの電池（Ｂ）を組み立てる。但
し、あらかじめ準備した実施例１で使用した蓋体は、３
個の正極外部端子を備えているが、ここでは電池素子よ
り取り出した正極リードは１個であるので蓋体の正極外
部端子はその１個のみを使用し、その１個の外部端子
（８_１）を被覆している端子カバー（１６）に、電池素
子より突き出た１個の正極リード（７）を溶接する。

【００１５】安全性能テスト結果１以上のように実施例１および比較例１で作成した電池
（Ａ）および（Ｂ）は、いずれも電池内部の安定化を目
的に常温で１２時間のエージング期間を経過させる。こ
こで実施例１の電池（Ａ）は３つの組にわけ、一組の電
池は実施例１で作成したままの電池（Ａ_１）、二組目の
電池（Ａ_２）は図３（ａ）の接続となるように、２つの
正極外部端子（８_１、８_２）がそれぞれＰＴＣ抵抗体
（例えばＲａｙｃｈｅｍ社のポリスイッチ）（１０_１、
１０_２）を１個づつ介して一つの集合正極端子（９）へ
接続する。従って二組目の電池（Ａ_２）では二つの正極
端子はお互いにＰＴＣ抵抗体（１０_１、１０_２）を２個
直列に介して接続することになる。３組目の電池
（Ａ_３）は図３（ｂ）の接続となるように、２つの正極
外部端子（８_１、８_２）の間にＰＴＣ抵抗体（１０_２）
を介して接続した電池（Ａ_３）とする。

【００１６】各電池の充電方法まず比較例による電池（Ｂ）は従来どおりの充電方法で
充電する。つまり充電電流は４００ｍＡに設定し、充電
上限電圧は４．１Ｖに設定した充電器のプラス端子を電
池（Ｂ）の正極外部端子（８）に、充電器のマイナス端
子を電池（Ｂ）の負極外部端子である電池缶にそれぞれ
接続し、常温で８時間の充電する。実施例１の電池（Ａ
_１）は、充電電流を４００ｍＡに、充電上限電圧は４．
１Ｖにそれぞれ設定した充電器のマイナス端子は負極外
部端子である電池缶に接続し、プラス端子をまず正極外
部端子（８_１）に接続して、常温で４時間充電し、次い
で充電器プラス端子の接続を次の正極外部端子（８_２）
に切り替えて同じく４時間充電して充電を完了する。電
池（Ａ_２）および（Ａ_３）は電池（Ｂ）と全く同じ要領
で充電する。まず充電器は充電電流は６００ｍＡに、充
電上限電圧は４．１Ｖにそれぞれ設定する。充電器のプ
ラス端子は集合正極外部端子（９）に、充電器のマイナ
ス端子を負極外部端子である電池缶にそれぞれ接続し、
常温で８時間の充電する。

【００１７】各電池の放電充電完了の電池を、常温で３００ｍＡの定電流で終止電
圧３．０Ｖまで放電した場合、何れの電池も約１０５０
ｍＡｈの放電容量が得られ、本発明による電池（Ａ）は
何れも従来の方法で作成した電池（Ｂ）と変わらず良好
な性能を示すことが確認される。但し、電池（Ａ_１）で
は、放電回路をまず正極外部端子（８_１）に接続して、
常温で他の電池と同じ３００ｍＡの定電流で放電し、端
子（８_１）の端子電圧が終止電圧３．０Ｖに達すると放
電回路の接続を次の正極外部端子（８_２）に切り替えて
同じく放電し、外部端子（８_２）の端子電圧が３．０Ｖ
に達した時点で放電が完了することになる。従って、電
池（Ａ_１）の放電容量は２番目の正極外部端子（８_２）
で放電が終了するまでの合計容量で与えられることにな
る。

【００１８】各電池の安全試験前述の充電方法にて完全充電をした後の電池（Ａ_１）、
（Ａ_２）、（Ａ_３）および（Ｂ）を図９に示す装置で、
本来の電池径の１／４の厚さになるまで押しつぶして
“電池の圧壊テスト”を行う。図９は圧壊装置の原理を
示すもので、直径１６ｍｍの丸棒（２２）が油圧プレス
機で下降して、電池（３０）を押しつぶすものである。
各電池の圧壊テスト結果は表１の通りである。従来法に
よる電池（Ｂ）は圧壊テストの結果発火したり激しく発
煙するものがある。これは電池が押し潰されたとき、電
池内部で内部ショートが起こり、電池内の全ての電極で
発電される電流がショート個所に集中し、ショート個所
ではショート抵抗（Ｒ）とショート電流（Ｉ）の二乗と
の積（Ｉ^２Ｒ）で発熱し高温に達するため、電池内の活
性な材料（例えばリチウムがドープされた炭素や電解液
等）が急激に反応し始めて発火したり、発煙したりする
ものと思われる。

【００１９】一方本発明による電池（Ａ_１）では正極
（２_１）と（２_２）はそれぞれ電子伝導による電気的つ
ながりは無い。したがってショート個所に集中する電流
は正極（２_１）もしくは（２_２）だけで発電される電流
であり、この電流は電極面積に比例するので、従来電池
の半分であり、ショート個所での発熱は従来電池の１／
４となる。従って電池内の活性な材料の急激な反応を誘
発する温度には到達せず、発火発煙は免れるものと考え
られる。さらに電池（Ａ_２）（Ａ_３）においても、２つ
の正極外部端子（８_１、８_２）はＰＴＣ抵抗体（１０）
を介してのみ接続しているので、他の電極からショート
個所へ流入する電流はＰＴＣ抵抗体でカットされ、実質
的には電池（Ａ_１）と同じ結果となる。

【００２０】実施例２実施例１で作成した電極寸法調整前の正極負極を、下記
のように電極幅と電極長を整える。寸法調整後のそれぞ
れの電極は電極端の集電体露出部へ、負極はニッケルの
リード（５）を、正極にはアルミニウムのリード（７）
をそれぞれの超音波溶接をする。幅、長さを整えた上記負極の３枚（１_１、１_２、１_３）
と上記正極の３枚（２_１、２_２、２_３）は、図６（ａ）
に示すように、巻回機の巻取り軸（２１）に数回巻き付
けた６枚の多孔質ポリプロピレン製セパレータ（３_１、
３_２、３_３、３_４、３_５、３_６）の間に１枚づつ配置
し、矢印の方向に巻き上げて、図６（ｂ）に示す構造の
巻回体として、平均外径１５．７ｍｍの電池素子を作成
する。この電池素子からは３個の負極リード（５）と３
個の正極リード（７）が突き出ている。そしてこの正負
３個ずつのリードはお互いに電子伝導に基づく電気的導
通はない。

【００２１】出来上がった電極素子は実施例１の電池缶
とは同じ外径で長さでは異なる（φ１６．５ｍｍ×９５
ｍｍ）ニッケルメッキを施した鉄製の電池缶（４ｂ）の
中に実施例１と同じ要領で収納し、電池素子より突き出
した３個の負極リード（５）は全て電池缶の底に溶接
し、その後電池素子の上部にも絶縁板（１４）を設置
し、実施例１で使用したと同じ蓋体を使用し、蓋体に取
り付けられている３個の正極外部端子（８_１、８_２、８
_３）に電池素子より突き出た３個の正極リード（７_１、
７_２、７_３）をそれぞれ溶接する。次に電池缶の中に１
モル／リットルのＬｉＰＦ_６を溶解したエチレンカーボ
ネイト（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混
合溶液を電解液として注入する。その後蓋体を電池容器
に嵌合し、電池缶の縁をかしめて、図５に示す電池構造
（但し、ここでは実施例１とは正極外部端子（８）に接
続される正極リードの数と電池高さが異なる）で外径１
６．５ｍｍ、高さ９２ｍｍの電池（Ｃ）を組み立てる。

【００２２】比較例２従来の方法で電池素子を作成して、実施例２と同じ寸法
で電池（Ｄ）を作成し、安全性能を比較する。まず実施
例１で作成した電極寸法調整前の正極負極を、従来法で
電池素子を作成するための適切な電極寸法にそれぞれ
幅、および電極長を下記のように整え、これまでと同じ
ようにそれぞれの電極端には集電体の露出部分を設けて
おき、そこへ負極はニッケルのリード（５）を、正極に
はアルミニウムのリード（７）をそれぞれの超音波溶接
をする。幅、長さを整えた上記負極の１枚（１）と上記正極の１
枚（２）は、実施例１の場合と全く同じように巻回すれ
ば、断面構造は図４に示すものと同じになり、外径１
５．７ｍｍの巻回体の電極素子となる。ここでは電池素
子からは１個の負極リード（５）と１個の正極リード
（７）が突き出ている。

【００２３】出来上がった電極素子は、実施例２と同じ
く外径１６．５ｍｍ、長さ９５ｍｍのニッケルメッキを
施した鉄製の電池缶（４ｂ）に同じ要領で収納し、全く
実施例２と同じにして、図５に示す電池構造で外径１
６．５ｍｍ、高さ９２ｍｍの電池（Ｄ）を組み立てる。
ここでも使用する蓋体は、３個の正極外部端子を備えて
いるが、ここでは電池素子より取り出した正極リードは
１個であるので、蓋体の正極外部端子はその１個のみを
使用し、その１個の外部端子（８_１）に電池素子より突
き出た１個の正極リード（７）を溶接する。

【００２４】安全性能テスト結果２以上のように実施例２および比較例２で作成した電池
（Ｃ）および（Ｄ）は、いずれも電池内部の安定化を目
的に常温で１２時間のエージング期間を経過させる。こ
こで実施例２の電池（Ｃ）は３つの組にわけ、一組の電
池は実施例２で作成したままの電池（Ｃ_１）、二組目の
電池（Ｃ_２）は図３（ａ）の接続となるように、３つの
正極外部端子（８_１、８_２、８_３）をそれぞれＰＴＣ抵
抗体（例えばＲａｙｃｈｅｍ社のポリスイッチ）（１０
_１、１０_２、１０_３）を１個づつ介して一つの集合正極
端子（９）へ接続する。従って電池（Ｃ_２）では全ての
端子がＰＴＣ抵抗体を２個ずつ直列に介して接続してい
る。三組目の電池（Ｃ_３）は図３（ｂ）の接続となるよ
うに、３つの正極外部端子（８_１、８_２、８_３）の内１
つ（８_１）は直接集合正極端子（９）に接続し、他の２
つはＰＴＣ抵抗体（１０_２、１０_３）を一個づつ介して
集合正極端子（９）へ接続する。従って電池（Ｃ_３）で
は端子（８_１）は端子（８_２）とはＰＴＣ抵抗体（１０
_２）を介して、端子（８_３）とはＰＴＣ抵抗体（１
０_３）を介してそれぞれ接続し、端子（８_２）と端子
（８_３）はＰＴＣ抵抗体（１０_２）と（１０_３）を直列
に介して接続している。

【００２５】各電池の充電方法まず比較例による電池（Ｄ）は従来どおりの充電方法で
充電する。つまり充電電流は６００ｍＡに設定し、充電
上限電圧は４．１Ｖに設定した充電器のプラス端子を電
池（Ｄ）の正極外部端子（８）に、充電器のマイナス端
子を電池（Ｄ）の負極外部端子である電池缶にそれぞれ
接続し、常温で８時間の充電する。実施例２の電池（Ｃ
_１）は、充電電流を６００ｍＡに、充電上限電圧は４．
１Ｖにそれぞれ設定した充電器の、マイナス端子は負極
外部端子である電池缶に接続し、プラス端子をまず正極
外部端子（８_１）に接続して、常温で３時間充電し、次
いで充電器プラス端子の接続を次の正極外部端子
（８_２）に切り替えて同じく３時間充電し、最後に充電
器プラス端子の接続を３番目の正極部端子（８_３）に切
り替えて同じく３時間の充電を終えて充電を完了する。
電池（Ｃ_２）および（Ｃ_３）は電池（Ｄ）と全く同じ要
領で充電する。まず充電器は充電電流は６００ｍＡに、
充電上限電圧は４．１Ｖにそれぞれ設定する。充電器の
プラス端子は集合正極外部端子（９）に、充電器のマイ
ナス端子を負極外部端子である電池缶にそれぞれ接続
し、常温で８時間充電する。

【００２６】各電池の放電充電完了の電池を、常温で５００ｍＡの定電流で終止電
圧３．０Ｖまで放電した場合の、それぞれの電池の放電
カーブをを図８に示す。初期容量は何れの電池も約１５
００ｍＡｈが得られ、本発明による電池（Ｃ）は何れも
従来の方法で作成した電池（Ｄ）と同等な性能を示すこ
とが確認される。但し、電池（Ｃ_１）の放電カーブが他
のものと異なり、３つに別れているのは電池（Ｃ_１）の
放電では、放電回路をまず正極外部端子（８_１）に接続
して、常温で他の電池と同じ５００ｍＡの定電流で放電
し、端子（８_１）の端子電圧が終止電圧３．０Ｖに達す
ると放電回路の接続を次の正極外部端子（８_２）に切り
替えて同じく放電し、結局３番目の正極外部端子
（８_３）の端子電圧が３．０Ｖに達した時点で全ての放
電が完了するためである。しかし、電池（Ｃ_１）の放電
容量は３番目の正極外部端子（８_３）の放電が終了する
までの合計容量であることは当然である。逆に本発明の
電池はこの方法で放電を行えば、現在どの正極外部端子
（ｍ）で放電しているかを知るだけで全容量の（ｎ−
ｍ）／ｎが残存容量であることを知ることができる。つ
まり上記電池（Ｃ_１）の場合、２番目の端子が放電して
いる場合であれば、少なくとも（３−２）／３の容量が
残されていることがわかる。

【００２７】各電池の安全試験前述の充電方法にて完全充電した電池（Ｃ_１）、
（Ｃ_２）、（Ｃ_３）および（Ｄ）を図９に示す装置で、
本来の電池径の１／４の厚さになるまで押しつぶして
“電池の圧壊テスト”を行う。各電池の圧壊テスト結果
は表２の通りである。従来の電池（Ｄ）は圧壊テストの
結果、全数が発火もしくは発煙する。これは電池が押し
潰されたとき、電池内の全ての電極で発電される電流は
比較例１の電池（Ｂ）より電極面積から考えて、さらに
５０％も多いためと考えられる。つまり、ショート個所
の発熱は電流の二乗で増えるため、電池（Ｂ）の場合の
（１．５）^２倍の発熱となり、発火、発煙に至る頻度は
急増するものと思われる。

【００２８】一方、本発明による電池（Ｃ_１）では正極
（２_１）、（２_２）、（２_３）はそれぞれ電子伝導によ
る電気的つながりは無い。分割された電極の面積はほぼ
実施例１の電池（Ａ）のそれと同じであり、ショート個
所に集中する電流はしたがって実施例１の電池（Ａ）の
場合と同じになる。実施例１の電池（Ａ）や比較例１の
電池（Ｂ）に対して電池容量が５０％大きい電池である
にもかかわらず、ショート個所での発熱は電池（Ｂ）に
対しては電池（Ａ）と同じく１／４となり、電池（Ｄ）
に対しては１／９となるため、発煙発火を免れると考え
られる。さらに電池（Ｃ_２）、（Ｃ_３）においても、３つの正極
外部端子（８_１、８_２、８_３）はＰＴＣ抵抗体（１０）
を介してのみ接続しているので、他の電極からショート
個所へ流入する電流は殆どＰＴＣ抵抗体でカットされ、
実質的には電池（Ａ）や電池（Ｃ_１）と同じ安全な結果
が得られる。

【００２９】以上の実施例では負極に炭素材料を使用
し、正極にリチウムコバルト酸化物を使用したリチウム
イオン二次電池について本発明を示したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、重負荷放電が要求される
電池には全て適用可能であってその安全性を大きく高め
るものである。実施例と同じく負極に炭素材料を使用
し、正極活物質としてはスピネル型リチウムマンガン複
合酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を用いるリチウムイオン二
次電池の場合でも、上記実施例と同じ電池構造によっ
て、全く同様な結果が得られている。活性な負極材料と
して代表的なリチウム金属の箔を使用するリチウム一次
電池にも、特に有効に適用できる。また実施例では正極
の分割枚数を２枚と３枚で実施して、電池素子を収納し
た密閉容器外に正極外部端子として２個および３個を設
けて、電池容量１〜１．５Ａｈの電池の場合で示した
が、さらに大きい容量の電池でも、さらに電極の分割枚
数を増やせば、安全性の高い電池とすることが出来る
し、分割する電極は正極に限らず、負極でも同じ結果と
なり、場合によっては正極も負極も共にその外部端子を
２個以上もつ電池としても本発明の効果は当然期待され
るものである。また本実施例では丸型の巻回体を作成し
て円筒形電池としたが、角型の電池においても本発明は
適用可能である。

【００３０】

【発明の効果】電池素子を構成する電極の正極および負
極の少なくとも何れかは、二つ以上（ｎ）に電気的に分
割し、それぞれの電極リードを電池容器外へ取り出して
ｎ個の外部端子を設けておけば、内部ショートの場合に
はショート個所に集中する電流が従来の１／ｎとなり、
ショート個所での発熱は（１／ｎ）^２となり、電池の発
煙発火を誘発しない。この結果大きい容量の電池でも安
全性が確保され、広範囲な用途で使用できる高容量電池
が提供できるようになり、その工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電池の構造原理図。

【図２】従来電池の構造原理図。

【図３】本発明電池へのＰＴＣ接続図。

【図４】巻回電極構造の電池素子断面図。

【図５】円筒型電池の電池構造を示す模式的断面図。

【図６】３枚分割電極の巻回体断面図。

【図７】２枚接合正極の断面図および平面図。

【図８】試作電池の放電カーブ

【図９】電池の圧壊テスト装置

【符号の説明】

１は負極、２は正極、３はセパレータ、４は電池缶、５
は負極リード、６は負極外部端子、７は正極リード、８
は正極外部端子、９は集合正極端子、１０はＰＴＣ抵抗
体、１４は絶縁板、１５はプラスチックシール、１６は
アルミニウム被覆体、１９は金属カバー、２０は防爆デ
ィスク、２１は巻取り芯、２２は金属丸棒、２３は三角
刃、３０は電池である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極の間にセパレータを挟んで構成
された電池素子が電解液を含浸して容器内に収納密閉さ
れてなる電池であって、その素電池単位において、前記
電池素子を構成する電極の正極および負極の少なくとも
何れかは、電子伝導に基づく電気的つながりのない二つ
以上に分割された電極であって、前記分割された各電極
からはそれぞれの電極リードが電池素子の収納された密
閉容器外へ取り出されて、電池素子の収納された密閉容
器外に同極性の外部端子として２個以上を備えているこ
とを特徴とする電池。
【請求項２】素電池単位において、電池素子の収納され
た密閉容器の外に備えられた二つ以上の同極性の外部端
子はそれぞれＰＴＣ効果を有する抵抗体を介して電気的
に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電
池。