JPH10255757A - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
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- JPH10255757A JPH10255757A JP9057538A JP5753897A JPH10255757A JP H10255757 A JPH10255757 A JP H10255757A JP 9057538 A JP9057538 A JP 9057538A JP 5753897 A JP5753897 A JP 5753897A JP H10255757 A JPH10255757 A JP H10255757A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- negative electrode
- temperature
- lithium secondary
- short
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- 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
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】電解液のイオン伝導度を低下させず、かつ、電
池が充電状態で極端な高温にさらされても激しい爆発が
起こるのを抑制したリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】充電、放電が繰り返し可能な正極、負極活
物質と有機電解液を備えたリチウム二次電池において、
電池温度が60℃を越えたとき正極と負極を短絡させる
機構を有する。
池が充電状態で極端な高温にさらされても激しい爆発が
起こるのを抑制したリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】充電、放電が繰り返し可能な正極、負極活
物質と有機電解液を備えたリチウム二次電池において、
電池温度が60℃を越えたとき正極と負極を短絡させる
機構を有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
の改良に関し、殊に安全性の向上に関する。
の改良に関し、殊に安全性の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】電子技術の進歩により、電子機器は、性
能が向上し、小型、ポータブル化が進み、その電源とし
て高エネルギー密度の電池が望まれている。従来の二次
電池としては、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池が
挙げられるが、エネルギー密度の高さという点では未だ
不十分である。そこで、これらの電池に代わるものとし
て、高エネルギー密度のリチウム二次電池が開発され、
急速に普及している。しかし、リチウム二次電池は通
常、電解液に可燃性の有機溶媒を使用している。従っ
て、電池が過充電になったときや、電池が火中投下され
たときなど、電池温度が上昇した場合は、電解液が燃焼
し、電池が激しく爆発するおそれがある。そのため、特
開平4−184870号公報では、電解液に自己消化性
のあるリン酸エステル類を含有させる技術が、特開平8
−88023号公報では、電解液に自己消化性のあるハ
ロゲン原子置換リン酸エステル化合物を含有させる技術
が提案されている。また、特開平8−45544号公報
では、電解液そのものに塩素置換エステル化合物を用い
ることで、引火点を高くして安全性を確保する技術が提
案されている。
能が向上し、小型、ポータブル化が進み、その電源とし
て高エネルギー密度の電池が望まれている。従来の二次
電池としては、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池が
挙げられるが、エネルギー密度の高さという点では未だ
不十分である。そこで、これらの電池に代わるものとし
て、高エネルギー密度のリチウム二次電池が開発され、
急速に普及している。しかし、リチウム二次電池は通
常、電解液に可燃性の有機溶媒を使用している。従っ
て、電池が過充電になったときや、電池が火中投下され
たときなど、電池温度が上昇した場合は、電解液が燃焼
し、電池が激しく爆発するおそれがある。そのため、特
開平4−184870号公報では、電解液に自己消化性
のあるリン酸エステル類を含有させる技術が、特開平8
−88023号公報では、電解液に自己消化性のあるハ
ロゲン原子置換リン酸エステル化合物を含有させる技術
が提案されている。また、特開平8−45544号公報
では、電解液そのものに塩素置換エステル化合物を用い
ることで、引火点を高くして安全性を確保する技術が提
案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の自己消化性のある物質や、引火点の高い物質を電解
液に含有させると、電解液のイオン伝導度が低下するた
め、電池の高率放電特性や低温特性が低下してしまう。
また、このような手法を用いても、充電状態(特に満充
電状態)で電池が火中投下されると、爆発することがわ
かった。つまり電解液を難燃化する技術を採用しても、
充電状態で電池を極端に加熱した場合、激しい爆発を防
止することは困難である。本発明が解決しようとする課
題は、電解液のイオン伝導度を低下させず、かつ、リチ
ウム二次電池が充電状態で極端な高温にさらされても激
しい爆発が起こらないようにすることである。
来の自己消化性のある物質や、引火点の高い物質を電解
液に含有させると、電解液のイオン伝導度が低下するた
め、電池の高率放電特性や低温特性が低下してしまう。
また、このような手法を用いても、充電状態(特に満充
電状態)で電池が火中投下されると、爆発することがわ
かった。つまり電解液を難燃化する技術を採用しても、
充電状態で電池を極端に加熱した場合、激しい爆発を防
止することは困難である。本発明が解決しようとする課
題は、電解液のイオン伝導度を低下させず、かつ、リチ
ウム二次電池が充電状態で極端な高温にさらされても激
しい爆発が起こらないようにすることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のリチウム二次電池は、電池温度が60℃を越
えたときに正極と負極を短絡させる機構を有することを
特徴とする。上記機構を有することでリチウム二次電池
の安全性を確保できる理由を説明する。充電状態(特に
満充電状態)の正、負極活物質は、加熱等で高温になる
と、分解や崩壊を起こし、その際に発生するエネルギー
により激しい爆発を起こすと考えられる。そこで電池温
度が、通常の電池使用温度(−20℃〜60℃)を越え
たとき正、負極を短絡させれば、電池が放電する。する
と正、負極活物質のエネルギーが減少するので、さらに
電池温度が高くなったときに激しい爆発を起こす力を低
下させることができる。上記電池温度は、発電要素を収
納する電池容器外面、内面等、通常の電池温度を測定す
る際の箇所を適宜選択して測定されるものである。ま
た、電池容器内面や正極、負極、電解液等の各発電要素
の1つ以上の温度を測定する手段があればその手段を採
用して電池温度を測定しても構わない。
に本発明のリチウム二次電池は、電池温度が60℃を越
えたときに正極と負極を短絡させる機構を有することを
特徴とする。上記機構を有することでリチウム二次電池
の安全性を確保できる理由を説明する。充電状態(特に
満充電状態)の正、負極活物質は、加熱等で高温になる
と、分解や崩壊を起こし、その際に発生するエネルギー
により激しい爆発を起こすと考えられる。そこで電池温
度が、通常の電池使用温度(−20℃〜60℃)を越え
たとき正、負極を短絡させれば、電池が放電する。する
と正、負極活物質のエネルギーが減少するので、さらに
電池温度が高くなったときに激しい爆発を起こす力を低
下させることができる。上記電池温度は、発電要素を収
納する電池容器外面、内面等、通常の電池温度を測定す
る際の箇所を適宜選択して測定されるものである。ま
た、電池容器内面や正極、負極、電解液等の各発電要素
の1つ以上の温度を測定する手段があればその手段を採
用して電池温度を測定しても構わない。
【0005】また本発明は、従来のように電解液組成、
電解液成分を操作する技術ではないため、電解液のイオ
ン伝導度を低下させない。
電解液成分を操作する技術ではないため、電解液のイオ
ン伝導度を低下させない。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を、円
筒形リチウムイオン二次電池(18650タイプ)を例
に図面を参照しながら説明する。 (正極の作製)まず、直径10μmのコバルト酸リチウ
ムと3μmの炭素粉末とポリフッ化ビニリデンとを8
5:7:8wt%の比率でN−メチルピロリドンに投
入、混合して、スラリを作製する。次いで、20μmの
アルミニウム箔の両面に前記スラリを塗布、乾燥、圧
延、その後54mm幅、長さ400mmに切断して短冊
状の正極シートを作製する。
筒形リチウムイオン二次電池(18650タイプ)を例
に図面を参照しながら説明する。 (正極の作製)まず、直径10μmのコバルト酸リチウ
ムと3μmの炭素粉末とポリフッ化ビニリデンとを8
5:7:8wt%の比率でN−メチルピロリドンに投
入、混合して、スラリを作製する。次いで、20μmの
アルミニウム箔の両面に前記スラリを塗布、乾燥、圧
延、その後54mm幅、長さ400mmに切断して短冊
状の正極シートを作製する。
【0007】(負極の作製)まず、粒径20μmの炭素
材とポリフッ化ビニリデンとを重量比で90:10でN
−メチルピロリドンに投入、混合して、スラリを作製す
る。次いで、10μmの銅箔の両面に前記スラリを塗
布、乾燥、圧延し、その後56mm幅、長さ480mm
に切断して短冊状の負極シートを作製する。
材とポリフッ化ビニリデンとを重量比で90:10でN
−メチルピロリドンに投入、混合して、スラリを作製す
る。次いで、10μmの銅箔の両面に前記スラリを塗
布、乾燥、圧延し、その後56mm幅、長さ480mm
に切断して短冊状の負極シートを作製する。
【0008】(電池の組立)上記正極シートと負極シー
トとを、厚さ25μm、幅58mmのポリエチレン微多
孔膜からなるセパレータを介して捲回し、スパイラル状
の捲回群6を作製する。この捲回群を電池缶3に挿入
し、予め負極集電体である銅箔に溶接しておいたニッケ
ルタブ端子を電池缶3の底に溶接する。次にプロピレン
カーボネートとジメチルカーボネートを体積比で1:1
に混合した溶液にLiPF6を1mol/lの濃度で溶
解した電解液を電池缶3内に5ml注入した。次に、予
め正極集電体であるアルミニウム箔に溶接したアルミニ
ウムタブ端子を蓋2に溶接して、蓋2を絶縁性のガスケ
ット4を介して電池缶3の上部に配置し、この部分をか
しめて電池を密閉化する。
トとを、厚さ25μm、幅58mmのポリエチレン微多
孔膜からなるセパレータを介して捲回し、スパイラル状
の捲回群6を作製する。この捲回群を電池缶3に挿入
し、予め負極集電体である銅箔に溶接しておいたニッケ
ルタブ端子を電池缶3の底に溶接する。次にプロピレン
カーボネートとジメチルカーボネートを体積比で1:1
に混合した溶液にLiPF6を1mol/lの濃度で溶
解した電解液を電池缶3内に5ml注入した。次に、予
め正極集電体であるアルミニウム箔に溶接したアルミニ
ウムタブ端子を蓋2に溶接して、蓋2を絶縁性のガスケ
ット4を介して電池缶3の上部に配置し、この部分をか
しめて電池を密閉化する。
【0009】図1は上述した、電池の組立の際に、形状
記憶合金1を蓋2の底部に接するように配置し、常温で
電池缶3に接触しないようにガスケット4に埋設して設
置した例である。このような構造のリチウム二次電池
は、火中投下等で電池温度が60℃を越える状態にまで
加熱されると、図2に示すように、形状記憶合金1が加
熱されたことで変形し、電池缶3と接触する機構を備え
ている。これにより蓋2に接続されている正極と電池缶
3に接続されている負極とを短絡させることができる。
そのため、充電状態のリチウム二次電池は急激に放電さ
れ、正、負極活物質のエネルギーが減少する。従って、
電池温度がさらに高くなったときに激しい爆発を防ぐこ
とができる。
記憶合金1を蓋2の底部に接するように配置し、常温で
電池缶3に接触しないようにガスケット4に埋設して設
置した例である。このような構造のリチウム二次電池
は、火中投下等で電池温度が60℃を越える状態にまで
加熱されると、図2に示すように、形状記憶合金1が加
熱されたことで変形し、電池缶3と接触する機構を備え
ている。これにより蓋2に接続されている正極と電池缶
3に接続されている負極とを短絡させることができる。
そのため、充電状態のリチウム二次電池は急激に放電さ
れ、正、負極活物質のエネルギーが減少する。従って、
電池温度がさらに高くなったときに激しい爆発を防ぐこ
とができる。
【0010】もう一つの例を図3に示す。図3は上述し
た、電池の組立の際に電池缶3の側面に短絡装置7を配
置し、正極外部端子を兼ねる蓋2と、負極外部端子を兼
ねる電池缶3に短絡装置7から出ているリード線を溶接
した構成である。当然ながら、溶接する部分以外のリー
ド線は絶縁フィルムで被覆されている。短絡装置7を設
置した図3に示す電池は、火中投下等で電池温度が60
℃を越える状態にまで加熱されると、図3に示す形状記
憶合金8が加熱されたことで変形して、対になっている
金属板9に接触する機構を備えている。これにより、正
極外部端子を兼ねる蓋2に接続されている正極と、負極
外部端子を兼ねる電池缶3に接続されている負極とを短
絡させることができる。そのため充電状態のリチウム二
次電池は急激に放電され、正、負極活物質のエネルギー
が減少する。従って、電池温度がさらに高くなったとき
に激しい爆発を防ぐことができる。
た、電池の組立の際に電池缶3の側面に短絡装置7を配
置し、正極外部端子を兼ねる蓋2と、負極外部端子を兼
ねる電池缶3に短絡装置7から出ているリード線を溶接
した構成である。当然ながら、溶接する部分以外のリー
ド線は絶縁フィルムで被覆されている。短絡装置7を設
置した図3に示す電池は、火中投下等で電池温度が60
℃を越える状態にまで加熱されると、図3に示す形状記
憶合金8が加熱されたことで変形して、対になっている
金属板9に接触する機構を備えている。これにより、正
極外部端子を兼ねる蓋2に接続されている正極と、負極
外部端子を兼ねる電池缶3に接続されている負極とを短
絡させることができる。そのため充電状態のリチウム二
次電池は急激に放電され、正、負極活物質のエネルギー
が減少する。従って、電池温度がさらに高くなったとき
に激しい爆発を防ぐことができる。
【0011】上記いずれの例においても、短絡による急
激な放電による温度上昇はみられるが、その温度上昇だ
けによって電池が爆発することはない。
激な放電による温度上昇はみられるが、その温度上昇だ
けによって電池が爆発することはない。
【0012】図1〜図3に示す形状記憶合金8は60℃
を越える温度で変形する材料であれば、電池の用途、目
的とする使用環境により適宜選択可能である。また形状
記憶合金を使用しないで、本発明の構成を備えることが
できればそれでも構わない。
を越える温度で変形する材料であれば、電池の用途、目
的とする使用環境により適宜選択可能である。また形状
記憶合金を使用しないで、本発明の構成を備えることが
できればそれでも構わない。
【0013】また図1、図3の例は正極と負極を短絡さ
せる際に、比較的急激な放電をさせるものである。この
ような構成は電池が火中投下される場合等電池温度が急
激に上昇するおそれのある場合に最適に作用すると考え
られる。その理由は電池温度が60℃を越えると早期に
正極活物質、負極活物質を放電状態にすることができ、
さらに電池温度が上昇する前に、正極活物質、負極活物
質を不活性な状態にすることができるためである。上記
構成以外に、前記短絡(放電)を比較的穏やかに行わせ
ることを許容できる場合には、抵抗を介して正極と負極
を短絡させても良い。例えば、電池温度が60℃を越え
てさらに上昇するときに、その上昇速度が緩やかな場合
である。抵抗を介して正極と負極を短絡させることが許
容できれば、短絡に起因するジュール熱の発生を抑えな
がら、正極活物質、負極活物質を不活性な状態に導くこ
とができる。
せる際に、比較的急激な放電をさせるものである。この
ような構成は電池が火中投下される場合等電池温度が急
激に上昇するおそれのある場合に最適に作用すると考え
られる。その理由は電池温度が60℃を越えると早期に
正極活物質、負極活物質を放電状態にすることができ、
さらに電池温度が上昇する前に、正極活物質、負極活物
質を不活性な状態にすることができるためである。上記
構成以外に、前記短絡(放電)を比較的穏やかに行わせ
ることを許容できる場合には、抵抗を介して正極と負極
を短絡させても良い。例えば、電池温度が60℃を越え
てさらに上昇するときに、その上昇速度が緩やかな場合
である。抵抗を介して正極と負極を短絡させることが許
容できれば、短絡に起因するジュール熱の発生を抑えな
がら、正極活物質、負極活物質を不活性な状態に導くこ
とができる。
【0014】
【実施例】実施の形態で記述した、図1に示すような蓋
2の下部に高温により変形する形状記憶合金1を配置し
た電池(実施例1)と、図3に示すような短絡装置を電
池の側面に設置した電池(実施例2)と、蓋2の下部に
何も配置させず、また、短絡装置も設置していない以外
は実施例1、2と同条件で作製した電池(従来例)につ
いて比較検討した。作製したこれらの電池の初期容量
は、1400mAhである。実施例1、2、従来例の電
池について、充電を1400mA、4.2V、2.5
h、放電を1400mA、終止電圧2.5Vして容量確
認した後、充電を1400mA、4.2V、3hと14
00mA、4.4V、3h行い、UL規格に準じた投射
(火中投下)試験を実施した。すべで10個の電池で試
験を行い、その結果を表1に示す。合格した数を表中に
示す。
2の下部に高温により変形する形状記憶合金1を配置し
た電池(実施例1)と、図3に示すような短絡装置を電
池の側面に設置した電池(実施例2)と、蓋2の下部に
何も配置させず、また、短絡装置も設置していない以外
は実施例1、2と同条件で作製した電池(従来例)につ
いて比較検討した。作製したこれらの電池の初期容量
は、1400mAhである。実施例1、2、従来例の電
池について、充電を1400mA、4.2V、2.5
h、放電を1400mA、終止電圧2.5Vして容量確
認した後、充電を1400mA、4.2V、3hと14
00mA、4.4V、3h行い、UL規格に準じた投射
(火中投下)試験を実施した。すべで10個の電池で試
験を行い、その結果を表1に示す。合格した数を表中に
示す。
【0015】
【表1】
【0016】表1から判るように、本発明は、通常の充
電電圧(4.2V)の投射試験は言うまでもなく過充電
の電圧(4.4V)の投射試験においても、すべて合格
しており、激しい爆発を抑制し安全性を高めている。ま
た、60℃までの充放電特性やサイクル特性や、その他
の電池の通常使用範囲条件の電池特性には、実施例1、
2と従来例とでは同様の結果が得られた。一方、本発明
の短絡させる機構は、実施例以外でも温度によって制御
できる方法であれば特に限定しない。例えば、融点が7
0℃程度のセパレータを用いて、セパレータを溶融させ
ることで正極と負極を短絡させても、同様の効果が得ら
れる。この場合は、正極と負極の接触が局部的に起こら
ないようにし、正極と負極が大部分の面で接触すること
が好ましい。その理由は短絡の際の電流が局部に集中す
ると、当該部分で過渡の温度上昇、それに伴う電解液の
発火の心配があるためである。また、短絡をさせる温度
を60℃以上にした理由は、電池の通常使用温度は−2
0℃〜60℃であるため、60℃を越えたらできるだけ
早く作動させる方が安全性に好ましいからである。
電電圧(4.2V)の投射試験は言うまでもなく過充電
の電圧(4.4V)の投射試験においても、すべて合格
しており、激しい爆発を抑制し安全性を高めている。ま
た、60℃までの充放電特性やサイクル特性や、その他
の電池の通常使用範囲条件の電池特性には、実施例1、
2と従来例とでは同様の結果が得られた。一方、本発明
の短絡させる機構は、実施例以外でも温度によって制御
できる方法であれば特に限定しない。例えば、融点が7
0℃程度のセパレータを用いて、セパレータを溶融させ
ることで正極と負極を短絡させても、同様の効果が得ら
れる。この場合は、正極と負極の接触が局部的に起こら
ないようにし、正極と負極が大部分の面で接触すること
が好ましい。その理由は短絡の際の電流が局部に集中す
ると、当該部分で過渡の温度上昇、それに伴う電解液の
発火の心配があるためである。また、短絡をさせる温度
を60℃以上にした理由は、電池の通常使用温度は−2
0℃〜60℃であるため、60℃を越えたらできるだけ
早く作動させる方が安全性に好ましいからである。
【0017】
【発明の効果】本発明は、電池の周囲温度が60℃を越
えた場合に正極と負極を短絡させる機構を有することを
特徴とするため、電池特性には何ら影響せずに、電池が
充電状態で高温においても激しい爆発を抑制するリチウ
ム二次電池を提供することができる。
えた場合に正極と負極を短絡させる機構を有することを
特徴とするため、電池特性には何ら影響せずに、電池が
充電状態で高温においても激しい爆発を抑制するリチウ
ム二次電池を提供することができる。
【図1】本発明の実施例の電池を説明する図である。
【図2】本発明の実施例の機構を説明する図である。
【図3】本発明の実施例の電池を説明する図である。
1.形状記憶合金 2.蓋 3.電池缶 4.ガスケット 5.パッキン 6.捲回群 7.短絡装置 8.形状記憶合金 9.金属板
Claims (1)
- 【請求項1】充電、放電が繰り返し可能な正極、負極活
物質と有機電解液を備えるリチウム二次電池において、
電池温度が60℃を越えたとき正極と負極を短絡させる
機構を有することを特徴とするリチウム二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05753897A JP3468015B2 (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05753897A JP3468015B2 (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | リチウム二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10255757A true JPH10255757A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3468015B2 JP3468015B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=13058549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05753897A Expired - Fee Related JP3468015B2 (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | リチウム二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3468015B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001102088A (ja) * | 1999-07-29 | 2001-04-13 | Bridgestone Corp | 非水電解液電池 |
| JP2001217006A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-08-10 | Bridgestone Corp | 非水電解液二次電池 |
| JP2001217005A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-08-10 | Bridgestone Corp | 非水電解液二次電池 |
| JP2001217007A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-08-10 | Bridgestone Corp | 非水電解液二次電池 |
| JP2001357895A (ja) * | 2000-04-12 | 2001-12-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2002008628A (ja) * | 2000-06-23 | 2002-01-11 | Toyota Motor Corp | 電極捲回型二次電池 |
| US6805993B2 (en) | 2000-04-12 | 2004-10-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Rechargeable battery with temperature controlled switch |
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| CN101997131A (zh) * | 2009-08-14 | 2011-03-30 | Sb锂摩托有限公司 | 电池模块 |
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| CN115621580A (zh) * | 2022-07-07 | 2023-01-17 | 荣耀终端有限公司 | 电池 |
| EP4164085A2 (en) | 2021-10-08 | 2023-04-12 | Eagle Technology, LLC | High temperature hybrid battery pack |
-
1997
- 1997-03-12 JP JP05753897A patent/JP3468015B2/ja not_active Expired - Fee Related
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