JPH10270005A - 蓄電装置 - Google Patents
蓄電装置Info
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- JPH10270005A JPH10270005A JP9090281A JP9028197A JPH10270005A JP H10270005 A JPH10270005 A JP H10270005A JP 9090281 A JP9090281 A JP 9090281A JP 9028197 A JP9028197 A JP 9028197A JP H10270005 A JPH10270005 A JP H10270005A
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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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
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高容量で安全な蓄電装置を提供する。
【解決手段】正負の電極１，３と、これら電極１，３の
間に存在して電極の間隔を定めるとともに電解質を保持
する多孔質のセパレータ２とを備えた蓄電装置におい
て、セパレータ２の表面に電子伝導性の膜Ｍが形成され
ていることを特徴とする。
間に存在して電極の間隔を定めるとともに電解質を保持
する多孔質のセパレータ２とを備えた蓄電装置におい
て、セパレータ２の表面に電子伝導性の膜Ｍが形成され
ていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池等の蓄電池、あるいは電気二重層キャパシタ等の
蓄電装置全般に属する。
次電池等の蓄電池、あるいは電気二重層キャパシタ等の
蓄電装置全般に属する。
【０００２】
【従来の技術】一般に電気化学電池の構造は、正極及び
負極と、両極間に介在する電解質とを備え、これらが電
池ケースに収容されている。電池ケースには安全弁が設
けられて、爆発時に安全弁のみが破裂してケース全体の
飛散を防止している。電解質が液体の場合は、正負両極
の短絡防止のための多孔質のセパレータが両極間に介在
させられ、そのセパレータの気孔内部に電解液が浸透さ
せられる。固体電解質の場合は、それが両極の間隔を維
持するので、セパレータに代わって短絡防止機能も有す
る。いずれの場合も正極及び負極は、電気化学反応に直
接関与する活物質、あるいは電気化学反応に関与するイ
オンを吸蔵及び放出する物質（以下、「ホスト物質」と
いう。）に結着剤などを混ぜ合わせた合剤を導電性の正
極又は負極の集電体に保持したものとされる。
負極と、両極間に介在する電解質とを備え、これらが電
池ケースに収容されている。電池ケースには安全弁が設
けられて、爆発時に安全弁のみが破裂してケース全体の
飛散を防止している。電解質が液体の場合は、正負両極
の短絡防止のための多孔質のセパレータが両極間に介在
させられ、そのセパレータの気孔内部に電解液が浸透さ
せられる。固体電解質の場合は、それが両極の間隔を維
持するので、セパレータに代わって短絡防止機能も有す
る。いずれの場合も正極及び負極は、電気化学反応に直
接関与する活物質、あるいは電気化学反応に関与するイ
オンを吸蔵及び放出する物質（以下、「ホスト物質」と
いう。）に結着剤などを混ぜ合わせた合剤を導電性の正
極又は負極の集電体に保持したものとされる。
【０００３】例えば、近年携帯電話、携帯用パソコン等
の小型携帯電子機器用の電源として広範な利用が期待さ
れているリチウムイオン電池においては、リチウムイオ
ンを吸蔵及び放出できる炭素をホスト物質として含む負
極合剤を負極集電体に保持してなる負極板と、リチウム
コバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物のよ
うにリチウムイオンと可逆的に電気化学反応をする正極
活物質を含む正極合剤を正極集電体に保持してなる正極
板と、電解質を保持するとともに負極板と正極板との間
に介在して両極の短絡を防止するセパレータとを備えて
いる。電解質は通常ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6等のリチウ
ム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒からなるが、固
体電解質でも良い。ただし、電解質が固体の場合は前述
の通りセパレータは必須でない。極板の集電体として
は、それ自体の導電性が必要であることから、銅、アル
ミニウムなどの金属の箔が一般的に用いられている。
の小型携帯電子機器用の電源として広範な利用が期待さ
れているリチウムイオン電池においては、リチウムイオ
ンを吸蔵及び放出できる炭素をホスト物質として含む負
極合剤を負極集電体に保持してなる負極板と、リチウム
コバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物のよ
うにリチウムイオンと可逆的に電気化学反応をする正極
活物質を含む正極合剤を正極集電体に保持してなる正極
板と、電解質を保持するとともに負極板と正極板との間
に介在して両極の短絡を防止するセパレータとを備えて
いる。電解質は通常ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6等のリチウ
ム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒からなるが、固
体電解質でも良い。ただし、電解質が固体の場合は前述
の通りセパレータは必須でない。極板の集電体として
は、それ自体の導電性が必要であることから、銅、アル
ミニウムなどの金属の箔が一般的に用いられている。
【０００４】上記従来の電気化学電池においては、セパ
レータが多孔質の樹脂フィルムからなり（例えば特開平
５−３３１３０６号）、異常電流により電池の内部温度
が上昇した場合には、所定温度で溶けて無孔質構造に変
質し、その電気抵抗の増大により電池反応を遮断し、過
度の温度上昇を防止しようとしていた。これを一般にセ
パレータのシャットダウン機能と呼ぶ。また、その他の
電池の安全対策として、設定電圧外での過充電又は過放
電を防止する保護回路を電池の外装面に付属させること
もある。
レータが多孔質の樹脂フィルムからなり（例えば特開平
５−３３１３０６号）、異常電流により電池の内部温度
が上昇した場合には、所定温度で溶けて無孔質構造に変
質し、その電気抵抗の増大により電池反応を遮断し、過
度の温度上昇を防止しようとしていた。これを一般にセ
パレータのシャットダウン機能と呼ぶ。また、その他の
電池の安全対策として、設定電圧外での過充電又は過放
電を防止する保護回路を電池の外装面に付属させること
もある。
【０００５】一方、ＩＣやメモリのバックアップ用の小
電力直流電源として使用されている電気二重層キャパシ
タの場合、その構成は、活性炭のような表面積の大きい
材料と結着剤とで成形した２枚の電極を、多孔質のセパ
レータを介して対向させて配置し、セパレータに電解液
を浸透させたものである。
電力直流電源として使用されている電気二重層キャパシ
タの場合、その構成は、活性炭のような表面積の大きい
材料と結着剤とで成形した２枚の電極を、多孔質のセパ
レータを介して対向させて配置し、セパレータに電解液
を浸透させたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電気化学電池
にしろ電気二重層キャパシタにしろ、電極材料はいずれ
も上記の如く粉末であるから、たとえ板状に成形されて
いても、極表面においては凹凸を有する。このため電極
の厚さ方向の電気抵抗は、電極の面方向の位置によって
様々である。その結果、面方向で充放電時の電流分布が
異なり、例えば負極の充電時に抵抗の高い部分では完全
充電となっていても電極全体としては完全充電となって
いないので、充電が続けられ、局部的に過充電となる。
そして、電極や電解質の種類にもよるが、過充電は電解
液の分解やリチウム金属の電析（リチウム電池の場合）
等の不可逆反応を伴い、容量を低下させる。また、電析
したリチウム金属は、放電しないから異常高温時に溶け
て正極へ移動し爆発する危険がある。上記電流分布の不
均一は、放電時においても局部的な過放電を生じる原因
となる。そこで、従来は局部的な過充電過放電を防止す
るために、充電容量を負極の理論容量の５０〜８０％に
抑制しなければならなかった。
にしろ電気二重層キャパシタにしろ、電極材料はいずれ
も上記の如く粉末であるから、たとえ板状に成形されて
いても、極表面においては凹凸を有する。このため電極
の厚さ方向の電気抵抗は、電極の面方向の位置によって
様々である。その結果、面方向で充放電時の電流分布が
異なり、例えば負極の充電時に抵抗の高い部分では完全
充電となっていても電極全体としては完全充電となって
いないので、充電が続けられ、局部的に過充電となる。
そして、電極や電解質の種類にもよるが、過充電は電解
液の分解やリチウム金属の電析（リチウム電池の場合）
等の不可逆反応を伴い、容量を低下させる。また、電析
したリチウム金属は、放電しないから異常高温時に溶け
て正極へ移動し爆発する危険がある。上記電流分布の不
均一は、放電時においても局部的な過放電を生じる原因
となる。そこで、従来は局部的な過充電過放電を防止す
るために、充電容量を負極の理論容量の５０〜８０％に
抑制しなければならなかった。
【０００７】更にまた、上記従来の電気化学電池では、
セパレータへの熱伝搬の速度や保護回路への信号伝搬速
度が電池の温度上昇の速度に比べて遅いために、シャッ
トダウン機能や保護回路のスイッチ機能が発揮される前
に安全弁が破裂することがあった。もともと安全弁は電
池の異常時に破裂させるために設けられているものであ
るが、破裂しないで温度が低下する方が好ましいのはい
うまでもない。それ故、本発明の目的は、従来のセパレ
ータと異なる構成により、高容量で安全な蓄電装置を提
供することにある。
セパレータへの熱伝搬の速度や保護回路への信号伝搬速
度が電池の温度上昇の速度に比べて遅いために、シャッ
トダウン機能や保護回路のスイッチ機能が発揮される前
に安全弁が破裂することがあった。もともと安全弁は電
池の異常時に破裂させるために設けられているものであ
るが、破裂しないで温度が低下する方が好ましいのはい
うまでもない。それ故、本発明の目的は、従来のセパレ
ータと異なる構成により、高容量で安全な蓄電装置を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、本発明の蓄電装置は、正負の電極と、これら電極の
間に存在して電極の間隔を定めるとともに電解質を保持
する多孔質のセパレータとを備えた蓄電装置において、
セパレータの表面に電子伝導性の膜が形成されているこ
とを特徴とする。この電子伝導性の膜が形成されるセパ
レータの表面は、正極側でも負極側でも両側でも良い。
ただし、いずれか一方の側にだけ形成されるときは、い
ずれの側に形成されるかで若干作用が異なる。
に、本発明の蓄電装置は、正負の電極と、これら電極の
間に存在して電極の間隔を定めるとともに電解質を保持
する多孔質のセパレータとを備えた蓄電装置において、
セパレータの表面に電子伝導性の膜が形成されているこ
とを特徴とする。この電子伝導性の膜が形成されるセパ
レータの表面は、正極側でも負極側でも両側でも良い。
ただし、いずれか一方の側にだけ形成されるときは、い
ずれの側に形成されるかで若干作用が異なる。
【０００９】本発明の第一の作用を図面とともに説明す
る。図１は、蓄電装置の断面図である。既述の通り、負
極１の厚さ方向の抵抗は面方向位置によって異なる。即
ち、図中の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは値が異なる。しか
し、本発明の蓄電装置においては、セパレータ２の表面
に形成された電子伝導性の膜Ｍにより回路的に抵抗Ｒ１
と抵抗Ｒ２とを短絡させている。従って、充電時の電流
分布が面方向に均一化され、局部的な過充電がなくな
り、充電容量を増やすことができる。リチウムイオン二
次電池において、万一リチウムイオンが電析しても、電
析によって負極に生じるリチウム金属は面方向に均一で
微細なものに止まり、放電可能である。従って、安全で
ある。
る。図１は、蓄電装置の断面図である。既述の通り、負
極１の厚さ方向の抵抗は面方向位置によって異なる。即
ち、図中の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは値が異なる。しか
し、本発明の蓄電装置においては、セパレータ２の表面
に形成された電子伝導性の膜Ｍにより回路的に抵抗Ｒ１
と抵抗Ｒ２とを短絡させている。従って、充電時の電流
分布が面方向に均一化され、局部的な過充電がなくな
り、充電容量を増やすことができる。リチウムイオン二
次電池において、万一リチウムイオンが電析しても、電
析によって負極に生じるリチウム金属は面方向に均一で
微細なものに止まり、放電可能である。従って、安全で
ある。
【００１０】なお、正極側の表面に電子伝導性の膜Ｍが
形成されたときは、同様に放電時の電流分布が面方向に
均一化され、局部的な過放電が無くなる。このため、放
電容量も増やすことができる。
形成されたときは、同様に放電時の電流分布が面方向に
均一化され、局部的な過放電が無くなる。このため、放
電容量も増やすことができる。
【００１１】次に、本発明の第二の作用を説明する。電
子伝導性の膜Ｍは金属から成るものとする。仮に負極１
側から矢印で示すように正極３に向かって釘が刺される
等の異常が発生したとする。金属膜Ｍが存在しなけれ
ば、釘は負極１を貫通した後、正極３に到達して始めて
短絡する。電極は既述の通り粉末を成形したものである
から、金属ほど熱伝導性に優れていない。従って、短絡
により発した熱は、その場に止まり局部的に高温とな
る。しかし、本発明では金属膜Ｍが存在するので、釘が
正極３に達する前に金属膜Ｍに到達した時点で短絡す
る。そして、金属膜Ｍは、金属であるから短絡により発
した熱を素早く面方向に逃がすことができる。しかもセ
パレータ上で発熱するから、シャットダウン機能が速や
かに起こる。従って、安全である。
子伝導性の膜Ｍは金属から成るものとする。仮に負極１
側から矢印で示すように正極３に向かって釘が刺される
等の異常が発生したとする。金属膜Ｍが存在しなけれ
ば、釘は負極１を貫通した後、正極３に到達して始めて
短絡する。電極は既述の通り粉末を成形したものである
から、金属ほど熱伝導性に優れていない。従って、短絡
により発した熱は、その場に止まり局部的に高温とな
る。しかし、本発明では金属膜Ｍが存在するので、釘が
正極３に達する前に金属膜Ｍに到達した時点で短絡す
る。そして、金属膜Ｍは、金属であるから短絡により発
した熱を素早く面方向に逃がすことができる。しかもセ
パレータ上で発熱するから、シャットダウン機能が速や
かに起こる。従って、安全である。
【００１２】
【発明の実施の形態】前記セパレータは、例えばポリプ
ロピレンやポリエチレン等の有機高分子からなる多孔質
フィルムであり、それに電解液が浸透させられる。電解
質としてポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル
等の固体電解質を用いる場合は、それ自体が電極の間隔
を定めてセパレータを兼ねるので、別個のセパレータは
必要でない。ただし、その場合も電解液を固体電解質に
浸透させておくと電池反応の効率上良い。
ロピレンやポリエチレン等の有機高分子からなる多孔質
フィルムであり、それに電解液が浸透させられる。電解
質としてポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル
等の固体電解質を用いる場合は、それ自体が電極の間隔
を定めてセパレータを兼ねるので、別個のセパレータは
必要でない。ただし、その場合も電解液を固体電解質に
浸透させておくと電池反応の効率上良い。
【００１３】電子伝導性の膜は、それが金属から成ると
きはセパレータの表面に蒸着又は無電解メッキによって
形成される。導電性高分子からなるときは、導電性高分
子を溶剤に溶かしてペースト状にし、そのペーストをセ
パレータの表面に塗布した後、溶媒を揮発させることに
よって形成される。
きはセパレータの表面に蒸着又は無電解メッキによって
形成される。導電性高分子からなるときは、導電性高分
子を溶剤に溶かしてペースト状にし、そのペーストをセ
パレータの表面に塗布した後、溶媒を揮発させることに
よって形成される。
【００１４】前記蓄電装置として好適なものは、リチウ
ムイオン二次電池である。本発明によりリチウムイオン
の電析が防止されるか又は電析しても均一で微量に止ま
るからである。また、前記蓄電装置は電気二重層キャパ
シタであっても良い。電気二重層キャパシタの電極の極
表面も凹凸を有するが、本発明により電気二重層キャパ
シタの過充電過放電も防止されるからである。
ムイオン二次電池である。本発明によりリチウムイオン
の電析が防止されるか又は電析しても均一で微量に止ま
るからである。また、前記蓄電装置は電気二重層キャパ
シタであっても良い。電気二重層キャパシタの電極の極
表面も凹凸を有するが、本発明により電気二重層キャパ
シタの過充電過放電も防止されるからである。
【００１５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蓄電装
置を高容量で安全なものとすることができるので、携帯
用電子機器の部品として有益である。
置を高容量で安全なものとすることができるので、携帯
用電子機器の部品として有益である。
【図１】 本発明の作用を説明するための蓄電装置の要
部断面図である。
部断面図である。
１ 負極 ２ セパレータ ３ 正極 Ｍ 電子伝導性の膜
Claims (5)
- 【請求項１】正負の電極と、これら電極の間に存在して
電極の間隔を定めるとともに電解質を保持する多孔質の
セパレータとを備えた蓄電装置において、 セパレータの表面に電子伝導性の膜が形成されているこ
とを特徴とする蓄電装置。 - 【請求項２】前記セパレータが固体電解質である請求項
１に記載の蓄電装置。 - 【請求項３】前記蓄電装置がリチウムイオン二次電池等
の非水電解質二次電池である請求項１又は２に記載の蓄
電装置。 - 【請求項４】前記蓄電装置が電気二重層キャパシタであ
る請求項１に記載の蓄電装置。 - 【請求項５】前記電子伝導性の膜が金属である請求項１
〜４のいずれかに記載の蓄電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9090281A JPH10270005A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 蓄電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9090281A JPH10270005A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 蓄電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270005A true JPH10270005A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=13994144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9090281A Pending JPH10270005A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 蓄電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270005A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001035468A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-02-09 | Teijin Ltd | 無機薄膜が形成されたポリオレフィン多孔質膜及びその製造方法 |
| WO2011021644A1 (ja) * | 2009-08-19 | 2011-02-24 | 三菱化学株式会社 | 非水系電解液二次電池用セパレータ及び非水系電解液二次電池 |
| EP2888771B1 (de) * | 2012-08-27 | 2017-11-08 | Karlsruher Institut für Technologie | Mehrlagiger separator für eine elektrochemische zelle |
| US10727490B2 (en) | 2016-12-28 | 2020-07-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Battery |
-
1997
- 1997-03-24 JP JP9090281A patent/JPH10270005A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001035468A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-02-09 | Teijin Ltd | 無機薄膜が形成されたポリオレフィン多孔質膜及びその製造方法 |
| WO2011021644A1 (ja) * | 2009-08-19 | 2011-02-24 | 三菱化学株式会社 | 非水系電解液二次電池用セパレータ及び非水系電解液二次電池 |
| JP2011065984A (ja) * | 2009-08-19 | 2011-03-31 | Mitsubishi Chemicals Corp | 非水系電解液二次電池用セパレータ及び非水系電解液二次電池 |
| EP2888771B1 (de) * | 2012-08-27 | 2017-11-08 | Karlsruher Institut für Technologie | Mehrlagiger separator für eine elektrochemische zelle |
| US10727490B2 (en) | 2016-12-28 | 2020-07-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Battery |
| US10991947B2 (en) | 2016-12-28 | 2021-04-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Battery |
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