JPH10125353A - スパイラル形非水電解液電池 - Google Patents

スパイラル形非水電解液電池

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JPH10125353A
JPH10125353A JP8274978A JP27497896A JPH10125353A JP H10125353 A JPH10125353 A JP H10125353A JP 8274978 A JP8274978 A JP 8274978A JP 27497896 A JP27497896 A JP 27497896A JP H10125353 A JPH10125353 A JP H10125353A
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JP
Japan
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aqueous electrolyte
sheet
negative electrode
positive electrode
battery
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JP8274978A
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Yoshiro Harada
吉郎 原田
Hideaki Nagura
秀哲 名倉
Minoru Inagaki
稔 稲垣
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FDK Corp
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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
    • 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
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短絡時に大きな電流が流れて温度が上昇する
ことを確実に防止し、且つ正常な充放電時における電池
特性を低下させることのないスパイラル形非水電解液電
池を提供する。 【解決手段】 シート状の正極及び負極の間にセパレー
タを挟んで巻回した発電要素に非水電解液を添加してな
る非水電解液電池であって、前記正極又は前記負極はシ
ート状集電体12の表面に活物質層を形成したもので、
この集電体はシート状絶縁フィルム12a上の長手方向
に多数の導電部12bが幅狭の間隔を以て間欠的に設け
られ、これら導電部間には正温度係数抵抗部12cが設
けられてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスパイラル形非水電
解液電池に関し、特にシート状の正極及び負極の間にセ
パレータを挟んで巻回した発電要素に非水電解液を添加
してなる電池に関する。
【0002】
【従来の技術】シート状電極を巻回したスパイラル形の
非水電解液電池の代表的なものとして、例えばリチウム
イオン二次電池が挙げられる。この電池の構造として
は、図2の縦断面図に示すように、それぞれシート状の
正極1,負極2の間にポリプロピレン製多孔質フィルム
からなるセパレータ3を挟んでスパイラル状に巻回する
ことにより、発電要素を形成している。
【0003】この発電要素の上部には正極1側に接続す
るアルミニウム製正極リード板5を突出させるととも
に、その下部には負極2側に接続するニッケル製負極リ
ード板9を突出させた状態で中央に透孔を有するポリプ
ロピレン製絶縁板13を介して有底筒形の電池ケース4
内に収装している。そして、負極リード板9をケース4
の内底面中心にスポット溶接し、また正極リード板5を
安全弁10を挟んで正極端子板7に接続された内部端子
板6の下面にスポット溶接し、その後非水電解液をケー
ス4内に注液し、正極端子板7をポリプロピレン製封口
ガスケット8を介してケース4の開口に嵌め付け、カシ
メ付けることによって電池を完成している。
【0004】先ず正極1について説明すると、コバルト
酸リチウム(LiCo O2 )やニッケル酸リチウムに
(LiNiO2 )対して導電材と結着剤を適宜な割合で
混合し、混練して正極活物質とする。この活物質を厚さ
30μm のアルミニウム箔からなる正極集電体11の両
面に塗着して活物質層とした後、乾燥及び圧延して所定
の大きさに切断して帯状の正極シートとし、この正極シ
ートをその長手方向に直交して合剤の一部をかきとり、
ここに正極リード板5をスポット溶接する。
【0005】つぎに負極2について説明すると、リチウ
ム担持体として黒鉛系炭素粉末と結着剤としてPTFE
の水性ディスパージョンとを適宜な重量比で混合し、水
でペースト状に混練してこれを負極活物質とする。負極
集電体12を構成する厚さ20μm の銅箔の両面にこの
負極活物質を塗着して活物質層とした後、乾燥及び圧延
して所定の大きさに切断して帯状の負極シートとする。
この負極シートをその長手方向に直交して合剤の一部を
かきとり、ここに負極リード板5をスポット溶接する。
【0006】また非水電解液としては、プロピレンカー
ボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)
の混合溶媒中にLi PF6 を適宜な割合で溶解したもの
を用いる。
【0007】以上のようなスパイラル構造の電池にあっ
ては、各正負の電極1、2が電解液に対してきわめて大
きな接触面積を確保するとともに正負極間の対向間隔が
密である。したがって、容量が大きく且つ内部抵抗が小
さくなるため大きな電流を取り出すことができる。
【0008】しかしながら、例えば電池が何等かの理由
によって潰れて、電池が径方向に大きく圧縮されると、
セパレータが一部破れて正極と負極とが直接接触し、内
部短絡が起きる可能性が決してないとは言い切れない。
この時、発電要素全体から大きな電流がその短絡箇所に
集中し、急激な温度上昇やこれに伴う様々な不具合が起
きることが考えられる。
【0009】そこで特開平6−231749号では、こ
の短絡電流を抑制する目的で集電体に対してPTC(Po
sitive Temperature Coefficient,正温度係数)層を設
け、発電要素全体から電流が短絡箇所に集中することを
防止するようにしている。具体的には、金属箔からなる
集電体の両面全体に亘ってPTC層を形成し、このPT
C層の上に正極あるいは負極の活物質層を形成してい
る。そして短絡が起きて大電流が流れ温度が上昇する
と、PTC層の抵抗値が急激に増大して集電体と活物質
層との間の抵抗値を電極全面に亘って増大させるのであ
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た集電体の両面全体に亘ってPTC層を形成したものに
あっては、正常な充放電状態におけるPTC層の抵抗値
は、これが短絡して温度上昇した時に比べれば大幅に小
さい。ところが、このPCTはポリオレフィン系の樹脂
にカーボンブラックなどの導電材を含ませたものであ
り、金属の抵抗値に比べれば遥かに大きいのである。こ
のため、正常な充放電状態では内部抵抗が過大となり、
取り出せる電流値や容量の低下などの特性劣化をもたら
してしまうのである。
【0011】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的は、短絡時に大きな
電流が流れて温度が上昇することを確実に防止し、且つ
正常な充放電時における電池特性を低下させることのな
いスパイラル形非水電解液電池を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明はシート状の正極及び負極の間にセパレータ
を挟んで巻回した発電要素に非水電解液を添加してなる
非水電解液電池であって、前記正極又は前記負極はシー
ト状集電体の表面に活物質層を形成したもので、この集
電体はシート状絶縁基材上の長手方向に多数の導電部が
幅狭の間隔を以て間欠的に設けられ、これら導電部間に
は正温度係数抵抗部が設けられてなる。
【0013】この正温度係数抵抗部(以後、PTC部と
称する)は、温度の上昇とともに抵抗値が増大するとい
ったPTC特性を有するもので、短絡が起きて所定の温
度に達すると抵抗値が急激に大きくなる。
【0014】以上のような本発明のスパイラル形非水電
解液電池によれば、多数の導電部間に設けられたPTC
部は幅狭であって、導電部全体に対してその表面積は小
さい。
【0015】したがって、正常な充放電反応時ではPT
C部の抵抗値は微小である。このため充放電反応にほと
んど影響がなく電池特性の低下は起こらない。
【0016】一方、短絡が起きて大電流が流れ発熱し、
温度が上昇するとPTC部の抵抗値が増大する。したが
って、集電体上の導電部間に設けられたPTC部によっ
て正極又は負極は多数に電気的に絶縁分離された状態に
近くなる。このため、短絡箇所を中心として集電が行わ
れるだけに留まり、発電要素全体から短絡箇所に大きな
電流が流れ込んで温度が上昇するといったことを確実に
防止できる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明のスパイラル形非水
電解液電池につき、その実施の形態について添付図面に
基づき詳述する。なお、前述した図2の従来例と共通す
る部分についての詳しい説明は省略し、相違点を中心に
詳述する。
【0018】図2の従来例と相違する本発明の特徴点
は、図1に示すように、負極を構成するシート状負極集
電体12の構造である。即ちこの集電体12は、シート
状絶縁フィルム12aを基材とし、この絶縁フィルム1
2aの両面においてその長手方向に矩形の導電部12
b,…,12bが多数、間欠的に形成されている。これ
ら導電部12b間にはPTC部12c,…,12cが形
成されている。これら多数の導電部12b及びPTC部
12cが絶縁フィルム12aの両面を露出させることな
く全面的に覆っている。そして、このPTC部12cは
導電部12bと面一となっており、集電体12の両面は
一様に平坦となっている。
【0019】絶縁フィルム12aは厚さ20μmのPE
T(ポリエチレンテレフタレート)から構成されてい
る。また、導電部12bは5μmの厚さで銅メッキされ
たものであって、その長辺の長さが絶縁フィルム12a
の短手方向の長さ40〜50mmと一致している。そし
て、導電部12bの短辺の長さが20〜30mmである
のに対して、これら導電部12bの間隔は2〜3mmと
小さく幅狭となっている。また、集電体12の片面側で
あって図1における最右端の導電部12b上には負極リ
ード9がスポット溶接されている。
【0020】PTC部は、カーボンからなる導電材と例
えばポリオレフィンからなる絶縁材との混合物からな
り、PTCポリマと呼ばれる周知のPTC材料である。
このPTC材料は80℃の温度付近で急激にその抵抗値
が大きくなるようになっている。また、このような幅狭
のPTC部12cは導電部12b全体に比べてその表面
積は小さい。
【0021】以上の構造の負極集電体12に対し、従来
技術の項で説明したように、その両面にこの負極活物質
を塗着して活物質層とした後、乾燥及び圧延して所定の
大きさに切断し負極シートとする。そして、正極シート
やセパレータとともに巻回して発電要素とし、これを電
池ケースに収装し電解液を注入した後に封口し、前述し
た図2のような非水電解液電池を作製する。
【0022】このような構成の非水電解液電池にあって
は、導電部12b全体に対してPTC部12cの表面積
は小さいため、その抵抗値は正常な充放電反応時におい
て微小である。このため充放電反応にほとんど影響がな
く電池特性の低下は起こらない。
【0023】一方、内部や外部の短絡が起きて大電流が
流れ発熱し、温度が上昇して80℃付近に達するとPT
C部12cの抵抗値が急激に増大する。したがって、導
電部12b間に設けられたPTC部12cによって図1
の負極2は多数に電気的に絶縁分離された状態に近くな
る。このため、短絡箇所を中心として集電が行われるだ
けに留まり、発電要素全体から短絡箇所に大きな電流が
流れ込んで温度が上昇するといったことを確実に防止で
きる。
【0024】またこのとき、温度が下降してPTC部1
2cの抵抗値が小さくなっても、それまでに短絡部分を
中心として短絡電流が少しずつ流れでたことにより電池
エネルギーは消費されている。このため、発電要素全体
から短絡箇所に再度大きな電流が流れることは起きな
い。
【0025】さらに本発明の電池の製造にあたり、本発
明の集電体12を予め作製しておけば、既存の生産設備
をそのまま用いて全く同じ組立手順でこれを製造するこ
とができる。したがって、電池の信頼性を容易に得るこ
とができ、コスト上昇も余り気にしないで済む。
【0026】なお、本発明のスパイラル形非水電解液電
池にあっては、次のイ〜ニの変形のいずれか、あるいは
これらの適宜な組み合わせが可能である。
【0027】イ.集電体の片面のみについて、前述した
導電部及びPTC部を形成してその上に活物質層を塗工
し、反対面は絶縁基材が露出するようにする。そして、
長手方向の中心で半分に折り、絶縁基材が露出した面を
内側に対向させて二つ折りとし、外面側に活物質層を露
出させた状態でこれを巻回するようにする。
【0028】ロ.正極のみについて本発明を適用し、絶
縁基材に導電部やPTC部を形成したものを正極集電体
とする。
【0029】ハ.正負極ともに本発明を適用し、双方の
集電体を前述した構成とする。
【0030】ニ.他のスパイラル形電池、例えばリチウ
ム一次電池に本発明を適用する。この一次電池では負極
に金属リチウムを用いるため正極側の集電体において本
発明に係る集電体の構成を適用する。
【0031】なお、上に述べた発明の実施の形態は一つ
の実施例であり、導電部12bの長辺、短辺の長さ、そ
の間隔、銅メッキの厚さなどは、使用目的に応じて適宜
最適な寸法に設定されることは言うまでもない。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るスパ
イラル形非水電解液電池によれば、集電体上に設けたP
TC部により内外部の短絡が起き温度上昇しても、発電
要素全体から大電流が短絡箇所に集中する不具合を確実
に防止できる。しかも、これらPTC部は集電体上の多
数の導電部間において幅狭に設けたので、正常な充放電
反応に影響がなく電池特性を低下させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る集電体の平面図及びその一部断面
拡大図である。
【図2】本発明に係り、従来と共通したスパイラル形非
水電解液電池の内部構造を示した縦断面図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 電池ケース 5 正極リード 6 内部端子板 7 正極端子板 8 ガスケット 9 負極リード 11 正極集電体 12 負極集電体 12a 絶縁フィルム(基
材) 12b 導電部 12c PTC部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート状の正極(1)及び負極(2)の
    間にセパレータ(3)を挟んで巻回した発電要素に非水
    電解液を添加してなる非水電解液電池であって、該正極
    又は該負極はシート状集電体(11,12)の表面に活
    物質層を形成したもので、この集電体はシート状絶縁基
    材(12a)上の長手方向に多数の導電部(12b)が
    幅狭の間隔を以て間欠的に設けられ、これら導電部間に
    は正温度係数抵抗部(12c)が設けられてなることを
    特徴とするスパイラル形非水電解液電池。
JP8274978A 1996-10-17 1996-10-17 スパイラル形非水電解液電池 Pending JPH10125353A (ja)

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