JPH11233149A - 非水電解液電池 - Google Patents

非水電解液電池

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JPH11233149A
JPH11233149A JP3182098A JP3182098A JPH11233149A JP H11233149 A JPH11233149 A JP H11233149A JP 3182098 A JP3182098 A JP 3182098A JP 3182098 A JP3182098 A JP 3182098A JP H11233149 A JPH11233149 A JP H11233149A
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negative electrode
positive electrode
electrode current
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Takeshi Segawa
健 瀬川
Shigeru Fujita
茂 藤田
Hideaki Kojima
秀明 小島
Takashi Tomita
尚 富田
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電池が圧壊しても損傷を最小限に
抑えることができる非水電解液電池を提供する。 【解決手段】 本発明の非水電解液電池は、帯状の正極
集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる正極と、
帯状の負極集電体の両面に負極活物質層が形成されてな
る負極とが、セパレータを介して巻回されてなる巻回体
を有し、上記正極は、長さ方向の一端部に、両面とも正
極集電体が露呈している正極集電体露呈部分を有すると
ともに、上記負極は、長さ方向の一端部に、両面とも負
極集電体が露呈している負極集電体露呈部分を有し、上
記正極集電体露呈部分と上記負極集電体露呈部分とは、
セパレータを介して上記巻回体の外周を一周以上覆って
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解液の溶媒に非
水溶媒を用いた非水電解液電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、非水系の電解液を用いるリチウム
イオン二次電池においては、一般にアルミニウム箔にリ
チウム複合酸化物を正極活物質として塗布して正極と
し、また銅箔に炭素質材料を負極活物質として塗布して
負極とし、得られたシート状の両極間にポリエチレン微
多孔質膜等からなるセパレータを間置し、これらを巻回
積層して構成される巻回体が、外部電極（例えば外部負
極）であるステンレス缶内に収納されている。
【０００３】このようなリチウムイオン二次電池は、高
容量、高電圧、高出力等の特徴を有することから、回路
の異常等により電池の正極と負極とが短絡して電池の温
度が上昇する等の異常時に、電池の温度上昇を防ぐため
に、温度ヒューズ、電流ヒューズ、ＰＴＣ素子等の各種
保護手段を備え、電池の内圧上昇を防ぐための安全弁を
備えることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回路の
異常等により電池の正極と負極とが短絡する以外にも、
様々な異常事態が想定される。例えば、電池が外部から
の圧力により押し潰されたりする等、不慮の事態にあっ
ては、正極と負極との間のセパレータが破断または溶融
し、正極と負極とが電池内において短絡することとな
る。正極と負極とが短絡すると、発熱や発煙等により電
池全体に損傷を与えるおそれがある。
【０００５】本発明は上述したような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、電池が圧壊しても損傷を最小
限に抑えることができる非水電解液電池を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の非水電解液電池
は、帯状の正極集電体の両面に正極活物質層が形成され
てなる正極と、帯状の負極集電体の両面に負極活物質層
が形成されてなる負極とが、セパレータを介して巻回さ
れてなる巻回体を有し、上記正極は、長さ方向の一端部
に、両面とも正極集電体が露呈している正極集電体露呈
部分を有するとともに、上記負極は、長さ方向の一端部
に、両面とも負極集電体が露呈している負極集電体露呈
部分を有し、上記正極集電体露呈部分と上記負極集電体
露呈部分とは、セパレータを介して上記巻回体の外周を
一周以上覆っていることを特徴とする。
【０００７】上述したような本発明に係る非水電解液電
池では、巻回体の外周が正極集電体露呈部分と負極集電
体露呈部分とで覆われているので、電池が圧壊しても、
初めに正極集電体露呈部分と負極集電体露呈部分とが初
めに短絡する。そして、この非水電解液電池では、正極
集電体露呈部分と負極集電体露呈部分との短絡により発
生する熱を拡散するので、電極活物質層への影響はほと
んどなく、電池全体に損傷を及ぼさない。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【０００９】図１は、本発明に係る非水電解液電池の一
構成例を示す縦断面図である。
【００１０】この非水電解液電池１は、帯状の正極２
と、帯状の負極３とが、セパレータ４ａ，４ｂを介して
密着状態で巻回されてなる巻回体５が、電池缶６の内部
に装填されてなる。
【００１１】正極２は、図２に示すように、正極集電体
７の両面に正極活物質層８が形成されてなるものであ
る。この正極２を作製する際には、まず、例えばＭｎＯ
2を９１重量％と、導電剤を６重量％と、結着剤を３重
量％とを混合して正極合剤を調製する。ここで、上記導
電剤には例えばグラファイトが、上記結着剤には例えば
ポリフッ化ビニリデンが用いられる。
【００１２】次に、上記正極合剤を例えばＮ−メチル−
２−ピロリドンに分散させてスラリー状とする。そして
このスラリー状正極合剤を正極集電体７となる例えば厚
さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布、乾燥
することにより、正極活物質層８が形成されて正極２が
作製される。
【００１３】そして、この正極２は、長さ方向の一端部
に、両面とも正極活物質層８が形成されず正極集電体７
が露呈している正極集電体露呈部分９を有している。
【００１４】この正極集電体露呈部分９とされた端部
は、巻回されて巻回体５とされたときに、巻回体５の外
周側とされる。そして、この正極集電体露呈部分９は、
巻回体５の外周を少なくとも一周以上覆う。すなわち、
正極集電体露呈部分９の長さＬ1は、巻回体５の外径を
ｄとするとき、πｄ以上である。
【００１５】負極３は、図３に示すように、負極集電体
１０の両面に負極活物質層１１が形成されてなるもので
ある。この負極３は、負極活物質層１１となる例えば金
属リチウム箔を、負極集電体１０となる例えば厚さ１０
μｍの銅箔に貼り付けることにより作製される。
【００１６】そして、この負極３は、長さ方向の一端部
に、両面とも負極活物質層１１が形成されず負極集電体
１０が露呈している負極集電体露呈部分１２を有してい
る。
【００１７】この負極集電体露呈部分１２とされた端部
は、巻回されて巻回体５とされたときに、巻回体５の外
周側とされる。そして、この負極集電体露呈部分１２
は、巻回体５の外周を少なくとも一周以上覆う。すなわ
ち、負極集電体露呈部分１２の長さＬ2は、巻回体５の
外径をｄとするとき、πｄ以上である。
【００１８】巻回体５は、正極２と、セパレータ４ａ
と、負極３と、セパレータ４ｂとをこの順に積層してな
る積層体が渦巻状に巻回されてなる。
【００１９】ここで、セパレータ４ａ，４ｂには、絶縁
性であるとともに、比熱の比較的高い材料が用いられ
る。セパレータ４ａ，４ｂとして、例えば厚さ２５μｍ
の微孔性ポリプロピレンフィルムが用いられる。
【００２０】図４は、巻回体５の一構成例を示す横断面
図である。また、図５は、図４中の円Ａの部分を拡大し
て示した図である。
【００２１】巻回体５は、その外周が、正極集電体露呈
部分９と負極集電体露呈部分１２とで一周以上覆われて
いるとともに、最外周はセパレータ４ｂとされている。
【００２２】また、巻回体５は、負極３が正極２よりも
外周側に配され、負極集電体露呈部分１２が正極集電体
露呈部分９を覆っていることが好ましい。負極３を正極
２よりも外周側に配することで、後述するように、電池
内部での短絡が防止される。
【００２３】非水電解液電池１は、図１に示すように、
上述したような巻回体５が電池缶６に収納されてなる。
【００２４】巻回体５を電池缶６に収納して非水電解液
電池１とするには、まず、例えば鉄からなるとともに予
めニッケルメッキが施された電池缶６の底部に絶縁板１
３を挿入し、巻回体５を収納する。
【００２５】そして、負極３の集電をとるために、例え
ばニッケルからなる負極リード１４の一端を負極３に圧
着させ、他端を電池缶６に溶接する。これにより、電池
缶６は負極３と導通をもつこととなり、非水電解液電池
１の外部負極となる。また、正極２の集電をとるため
に、例えばアルミニウムからなる正極リード１５の一端
を正極２に取り付け、他端を電流遮断用薄板１６を介し
て電池蓋１７と電気的に接続する。この電流遮断用薄板
１６は、電池内圧に応じて電流を遮断するものである。
これにより、電池蓋１７は正極２と導通をもつこととな
り、非水電解液電池１の外部正極となる。
【００２６】このとき、巻回体５において、負極３が正
極２よりも外周側に配されていると、巻回体５の最外周
のセパレータ４ｂが万が一めくれても、負極３と導通の
ある電池缶６と、正極２とが電池内部で短絡することが
避けられるため、製造時の歩留まりを向上することがで
きる。
【００２７】次に、この電池缶６の中に非水電解液を注
入する。この非水電解液は、例えば炭酸プロピレンを５
０容量％と、ジメトキシエタンを５０容量％とを混合し
た混合溶媒中に、ＬｉＰＦ6を混合溶媒に対して１ｍｏ
ｌ／ｌで溶解させることにより作製される。
【００２８】最後に、アスファルトを塗布した絶縁封口
ガスケット１８を介して電池缶６をかしめることにより
電池蓋１７が固定されて円筒型の非水電解液電池１が作
製される。
【００２９】なお、この非水電解液電池１においては、
正極リード１５及び負極リード１４に接続するセンター
ピン１９が設けられているとともに、電池内部の圧力が
所定値よりも高くなったときに内部の気体を抜くための
安全弁装置２０及び電池内部の温度上昇を防止するため
のＰＴＣ素子２１が設けられている。
【００３０】非水電解液電池の圧壊による発熱や発煙等
の問題は、電池缶が押し潰されてまずセパレータが破
れ、電池内部で正極と負極とが短絡することにより発熱
し、この熱により反応が引き起こされて発煙するものと
考えられる。
【００３１】上述したような非水電解液電池１では、電
池が押し潰された等の異常事態が発生したときに、ま
ず、巻回体５の外周部分で正極集電体露呈部分９と負極
集電体露呈部分１２とが短絡する。正極集電体露呈部分
９と負極集電体露呈部分１２との短絡は、正極活物質層
８及び負極活物質層１１とは離れた場所で起こるととも
に、短絡場所の周囲には、比熱が比較的高いセパレータ
４ａ，４ｂが配されている。そのため、正極集電体露呈
部分９と負極集電体露呈部分１２との短絡により発熱し
ても、熱を拡散することができ、電極活物質層への影響
は少ない。
【００３２】従って、発熱や発煙等、電池全体に及ぶよ
うな損傷を最小限に抑えることができ、安全性に優れた
非水電解液電池１を得ることができる。
【００３３】このとき、正極集電体露呈部分９の長さ又
は負極集電体露呈部分１２の長さがπｄよりも小さい
と、正極集電体露呈部分９と負極集電体露呈部分１２と
が巻回体５の外周を一周以上覆うことができない。巻回
体５の外周が、正極集電体露呈部分９と負極集電体露呈
部分１２とで一周以上覆われていないと、正極集電体露
呈部分９と負極集電体露呈部分１２とで覆われていない
部分で電池が押し潰された場合、正極集電体露呈部分９
と負極集電体露呈部分１２とを初めに短絡させて、損傷
を最小限に抑えることができない。
【００３４】また、正極集電体露呈部分９又は負極集電
体露呈部分１２が片面のみであっても、正極集電体露呈
部分９と負極集電体露呈部分１２との短絡を電極活物質
層と十分離れた場所で行うことができず、電極活物質層
への影響を最小限に抑えることができない。
【００３５】従って、電極集電体露呈部分を電極の両面
に配し、その長さをπｄ以上とすることによって、非水
電解液電池１の安全性をより向上させることができる。
【００３６】上述した実施の形態では、リチウムイオン
二次電池を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、リチウムイオン二次電池以外の非
水電解液電池についても適用可能である。
【００３７】
【実施例】上述したような構成を有する非水電解液電池
を作製し、圧壊試験を行った。
【００３８】〈実施例１〉まず、正極を作製した。
【００３９】まず、ＭｎＯ2を９１重量％と、導電剤を
６重量％と、結着剤を３重量％とを混合して正極合剤を
調製した。ここで、上記導電剤にはグラファイトを用
い、上記結着剤にはポリフッ化ビニリデンを用いた。
【００４０】次に、上記正極合剤をＮ−メチル−２−ピ
ロリドンに分散させてスラリー状として、正極集電体と
なる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布
し、乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形して正極を
作製した。
【００４１】このとき、正極の一端部には両面とも正極
活物質層を形成せず、正極集電体が露呈している正極集
電体露呈部分とした。また、正極集電体露呈部分の長さ
は、πｄとした。
【００４２】次に、負極を作製した。
【００４３】負極は、負極活物質層となる金属リチウム
箔を、負極集電体となる厚さ１０μｍの銅箔に貼り付け
ることにより作製した。
【００４４】このとき、負極の一端部には両面とも負極
活物質層を形成せず、負極集電体が露呈している負極集
電体露呈部分とした。また、負極集電体露呈部分の長さ
は、πｄとした。
【００４５】次に、正極と、セパレータと、負極と、セ
パレータとをこの順に積層して密着させ、渦巻型に多数
回巻回して巻回体を構成した。ここで、セパレータには
厚さ２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムを用い
た。
【００４６】次に、予めニッケルメッキが施され、鉄か
らなる電池缶の底部に絶縁板を挿入し、さらに上記巻回
体を収納した。そして、負極の集電をとるために、ニッ
ケルからなる負極リードの一端を負極に圧着させ、他端
を電池缶に溶接した。
【００４７】また、正極の集電をとるために、アルミニ
ウムからなる正極リードの一端を正極に取り付け、他端
を電流遮断用薄板を介して電池蓋と電気的に接続した。
【００４８】次に、この電池缶の中に非水電解液を注入
した。この非水電解液は、炭酸プロピレンを５０容量％
と、ジメトキシエタンを５０容量％とを混合した混合溶
媒に、ＬｉＰＦ6を混合溶媒に対して１ｍｏｌ／ｌで溶
解させることにより作製した。
【００４９】最後に、アスファルトを塗布した絶縁封口
ガスケットを介して電池缶をかしめることにより電池蓋
を固定して、直径が約１８ｍｍ、高さが約６５ｍｍ程度
の円筒型の非水電解液電池を作製した。
【００５０】〈実施例２〉正極集電体露呈部分及び負極
集電体露呈部分の長さを２πｄとしたこと以外は、実施
例１と同様にして非水電解液電池を作製した。
【００５１】〈比較例１〉正極に正極集電体露呈部分を
設けず、また、負極に負極集電体露呈部分を設けなかっ
たこと以外は、実施例１と同様にして非水電解液電池を
作製した。
【００５２】〈比較例２〉正極の片面にのみ正極集電体
露呈部分を設けたこと以外は、実施例１と同様にして非
水電解液電池を作製した。
【００５３】〈比較例３〉負極に負極集電体露呈部分を
設けなかったこと以外は、実施例１と同様にして非水電
解液電池を作製した。
【００５４】〈比較例４〉負極の片面にのみ負極集電体
露呈部分を設けたこと以外は、実施例１と同様にして非
水電解液電池を作製した。
【００５５】〈比較例５〉正極集電体露呈部分の長さを
０．５πｄとし、負極集電体露呈部分の長さを０．５π
ｄとしたこと以外は、実施例１と同様にして非水電解液
電池を作製した。
【００５６】〈比較例６〉正極集電体露呈部分の長さを
０．５πｄとし、負極集電体露呈部分の長さをπｄとし
たこと以外は、実施例１と同様にして非水電解液電池を
作製した。
【００５７】〈比較例７〉正極集電体露呈部分の長さを
πｄとし、負極集電体露呈部分の長さを０．５πｄとし
たこと以外は、実施例１と同様にして非水電解液電池を
作製した。
【００５８】以上のようにして得られた実施例１、実施
例２、比較例１〜比較例７の非水電解液電池を所定個数
用意し、それぞれの非水電解液電池に対して、１．５Ｖ
から３．０Ｖの間で充放電を１００サイクル行った後、
３．０Ｖに充電し、圧壊試験を行った。
【００５９】電極に電極集電体露呈部分を設けないか、
電極集電体露呈部分を設けても一方の電極のみ又は片面
のみとした比較例１〜比較例３の非水電解液電池では、
発熱や発煙等、電池全体に損傷を及ぼすものがみられ
た。
【００６０】一方、電極集電体露呈部分を両電極の両面
に設けた実施例１及び実施例２の非水電解液電池につい
ては、発熱や発煙等、電池全体に及ぶような損傷はみら
れなかった。
【００６１】従って、電極集電体露呈部分を両電極の両
面に設けることで、非水電解液電池の安全性を高めるこ
とができることがわかった。
【００６２】また、実施例１、実施例２、比較例１及び
比較例５〜比較例７では、正極集電体露呈部分又は負極
集電体露呈部分の長さをそれぞれ変えて実験を行った。
【００６３】試験を行った電池の個数と、発熱や発煙等
が確認された電池の個数とを表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】表１から明らかなように、電極集電体露呈
部分の長さがπｄよりも小さい比較例１及び比較例５〜
比較例７の非水電解液電池ついては、発熱や発煙等、電
池全体に損傷を及ぼすものがみられた。
【００６６】一方、電極集電体露呈部分の長さがπｄよ
りも大きい実施例１及び実施例２の非水電解液電池につ
いては、発熱や発煙等、電池全体に及ぶような損傷は全
くみられなかった。
【００６７】従って、電極集電体露呈部分の長さをπｄ
以上とすることで、非水電解液電池の安全性をより高め
ることができることがわかった。
【００６８】
【発明の効果】本発明の非水電解液電池では、電池が押
し潰されたときに、初めに、両面に正極集電体露呈部分
と負極集電体露呈部分との短絡を起こして熱を拡散する
ため、正極活物質層や負極活物層への影響はほとんどな
く、発熱や発煙を抑えることができる。
【００６９】また、本発明の非水電解液電池では、電極
集電体露呈部分が両電極の両面に配されるとともに、集
電体露呈部分が巻回体の外周を一周以上覆っているの
で、電池が押し潰されたときの発熱や発煙をより抑える
ことができる。
【００７０】従って、本発明では電池の損傷や周囲への
影響を最小限に抑えることができ、安全性、信頼性に優
れた非水電解液電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非水電解液電池の一構成例を示す
縦断面図である。
【図２】正極の一構成例を示す斜視図である。
【図３】負極の一構成例を示す斜視図である。
【図４】巻回体の一構成例を示す横断面図である。
【図５】図４中、円Ａの部分を拡大して示す横断面図で
ある。
【符号の説明】
１ 非水電解液電池、 ２ 正極、 ３ 負極、 ４
ａ，４ｂ セパレータ、５ 巻回体、 ７ 正極集電
体、 ８ 正極活物質層、 ９ 正極集電体露呈部分、
１０ 負極集電体、 １１ 負極活物質層、 １２
負極集電体露呈部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 尚 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 帯状の正極集電体の両面に正極活物質層
    が形成されてなる正極と、帯状の負極集電体の両面に負
    極活物質層が形成されてなる負極とが、セパレータを介
    して巻回されてなる巻回体を有し、 上記正極は、長さ方向の一端部に、両面とも正極集電体
    が露呈している正極集電体露呈部分を有するとともに、 上記負極は、長さ方向の一端部に、両面とも負極集電体
    が露呈している負極集電体露呈部分を有し、 上記正極集電体露呈部分と上記負極集電体露呈部分と
    は、セパレータを介して上記巻回体の外周を一周以上覆
    っていることを特徴とする非水電解液電池。
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