JP3632968B2

JP3632968B2 - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP3632968B2
Application number: JP10469296A
Authority: JP
Inventors: 福永　　孝夫
Original assignee: 日本電池株式会社
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2016-04-01
Also published as: JPH09270272A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解質二次電池に関し、特に安全性の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非水電解質二次電池は、高エネルギー密度に優れるという特徴を有し、携帯電話等の電子機器用電源から、さらには電動車両用電源等に好適である。
【０００３】
特に、リチウムイオン二次電池の電解液としては、リチウム塩を溶解し得るものであれば制限されないが、特に非プロトン性の誘電率が大きい有機溶媒が好ましい。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、ジメチルカーボネート、アセトニトリル等である。これらの溶媒を単独あるいは適宜混合して用いることが可能である。
【０００４】
また、電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム、六フッ化アンチモン酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム等の安定なアニオンを生成するリチウム塩が使用される。
【０００５】
正極活物質としては、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）やリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）等のリチウム複合金属酸化物を用いることができる。負極活物質としては、リチウムをドープ、脱ドープ可能な炭素材料が使用され、例えば、人造黒鉛や天然黒鉛等が挙げられる。そして、セパレータとしてはポリオレフィン系の微多孔膜が一般に使用される。また、電池ケースや電池を密封する蓋板は、ステンレス鋼、アルミもしくはアルミ合金や鉄にニッケルメッキを施したものが用いられる。
【０００６】
一般に、非水電解質二次電池では、次のように作製される。すなわち上述の正極活物質および負極活物質に結着剤を混合し、ペースト状にしてそれぞれ金属箔に塗布、圧延し、所定の寸法にカットする。次に、セパレータ等の隔離体を介して渦巻き状に巻回し、その電極体の最外周をテープで巻き止めする。あるいは金属箔等に圧延されたリチウム金属又は合金と、正極合剤ペーストが塗布、乾燥、圧延された金属箔とをセパレータを介して渦巻き状に巻回し、その電極体の最外周をテープで巻き止めする。できた電極体を電池ケースに収納し、電解液を注液後、蓋板で密封固着して組み立てられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の電池が機器に実装される場合、不用意に半田ゴテ等が電池ケースに触れて電池が加熱されることがある。この種の電池は、電池上部の蓋板が多少加熱されても、電極体と蓋板には間隔があるため、電極体が熱により損傷することはほとんどない。また、電池ケース底部においても、電極体と電池ケースとを絶縁する絶縁板が具備されているため、電極体が損傷することはない。
【０００８】
しかしながら、電池ケース側部は、電極体と電池ケースとが直接接触しているため、たとえ数秒の加熱であっても電極体が損傷を受け、セパレータ等の隔離体が溶解して正極と負極とが短絡してしまう。
【０００９】
また、電池を機器に実装する場合のみならず、実際の使用時においても、電池が加熱された場合には、上述のようなことが起こる恐れがある。
【００１０】
そこで、本発明は、電池側部において、たとえ加熱されても電極体が損傷することのない熱耐久性に優れた非水電解質二次電池を提供するとともに製造工程で生じる不良率の低減をも目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明である非水電解質二次電池は、渦巻き状に巻回された電極体（２）の最外周がポリフェニレンサルファイド樹脂のシート（６）で巻回されていることを特徴とし、上記ポリフェニレンサルファイド樹脂シート（６）を巻き止めする巻き止め用粘着テープとしてポリフェニレンサルファイド樹脂を基材とするテープ（９）を用いることを特徴とし、上記ポリフェニレンサルファイド樹脂シート（６）の巻き方向に対して垂直な方向の長さが、上記渦巻き状電極体のその長さよりも長くしたことを特徴し、そしてこれらを組み合わせることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、渦巻き状電極体の最外周がポリフェニレンサルファイド樹脂のシートで巻回されているため、電池が加熱されても電極体がポリフェニレンサルファイド樹脂のシートで保護され、電極体の破損がない。また、この巻回した樹脂シートの巻き止めもポリフェニレンサルファイド樹脂を基材としたテープを用いると、熱がテープに加わっても熱によるテープの剥がれないので、電極体を巻回ているポルフェニレンサルファイドのシートが緩むこともない。テープを用いずにシートの巻き終わり部分に接着剤を塗布してシートを固定してもよい。
【００１３】
このポリフェニレンサルファイド樹脂は、耐熱温度が１５５℃、融点が２８７℃であるため、ポリプロピレン、ポリエチレンに比べて、電池が加熱されても熱が直接電極体に伝わらず、セパレータ等の隔離体の溶融による短絡が良好に防止できる。
【００１４】
加えて、この樹脂シートの幅が電極体の幅よりも長くすることにより、上述の効果は言うまでもないが、電極体を電池ケースに収納する際に、電極体上部及び下部を破損させることがほとんどなくなるとともに破損しないように収納するためのガイド的な役割も同時に果たす。しかも、電極体の周壁に巻回するのみの構成により、電極体上面がこのシートで一部分も覆われることがないため、非水電解液電池特有の初充電による発生ガスを極板間から確実に逃がすことができるので、極板間のガス溜まり生成に起因するリチウムデンドライトの生成を防げる。
【００１５】
さらに、電極体を電池ケースに収納した後に電解液を注液する場合においても、電極体上面が完全露出しているために注液速度を低下させることなく、かつ均一に注液できる。
【００１６】
以上のことより、熱耐久性に優れた非水電解質二次電池を提供するとともに製造工程で生じる不良率の低減をも図ることができる。
【００１７】
本発明においては、リチウムイオン二次電池に限られるものではなく、また、その構成として正極、負極及びセパレータとの渦巻き状電極体と非水電解液との組み合わせ、あるいは正極、負極及び有機固体電解質との渦巻き状電極体と非水電解液との組み合わせであってもよい。
【００１８】
【実施例】
［実施例１］
以下本発明を好適な実施例に基づき詳述する。
【００１９】
図１は正極３、図２は負極４の外観図である。
【００２０】
正極体３は、次のように作製した。すなわち、厚み０．０２ｍｍのアルミ箔の両面にコバルト酸リチウム８５重量部と導電剤であるグラファイト７重量部および結着剤としてポリテトラフルオロエチレン８重量部をペースト状にして塗布、乾燥、圧延を施した。これを幅５４ｍｍ、厚み０．１８８ｍｍ、長さ５４０ｍｍの寸法にし、このアルミ箔の端部にアルミニウム製の正極リード７を超音波溶接機にて取り付けた。
【００２１】
負極体４は、次のように製作した。すなわち、厚み０．０１ｍｍの銅箔の両面にリチウムをドープ・脱ドープ可能な天然黒鉛９０重量部と結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０重量部を混合し、ペースト状にして塗布、乾燥、圧延した。これを幅５６ｍｍ、厚み０．１６０ｍｍ、長さ４９０ｍｍの寸法にし、この銅箔の端部にニッケル製の負極リード８を超音波溶接機にて取り付けた。
【００２２】
電極体２は、次のように製作した。すなわち、正極３と負極４を真空中にて１２０℃で１０時間乾燥した後、セパレータ５を介して渦巻き状に巻回し、幅６０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚み０．０５ｍｍのポリフェニレンサルファイド樹脂のシート６で巻回した。そして、これにポリフェニレンサルファイド樹脂を基材とした粘着テープ９で巻き止めし、電極体２を作製した。なお、セパレータ５は幅５８ｍｍ、厚み０．０２５ｍｍのポリエチレン樹脂製微多孔膜を用いた。
【００２３】
図４は、電極体２を用いて組み立てた、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ、電池容量１０００ｍＡｈの本発明になる円筒形リチウムイオン二次電池１の断面模式図である。
【００２４】
リチウムイオン二次電池１は、次のように製作した。すなわち、電極体２を電池ケース１０内に挿入して、正極リード７および負極リード８を蓋板１１および電池ケース１０の底に溶接機にて取り付けた。そして、電解液を注液後、絶縁パッキング１２を介して蓋板１１で密封固着した。これを実施例電池とする。
【００２５】
電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒の中に六フッ化リン酸リチウムを１モル／ｌの割合で溶解したものを用いた。
【００２６】
［比較例１］
正極３と負極４とをセパレータ５を介して渦巻き状に巻回し、ポリイミド樹脂の粘着テープで巻き止めして実施例と同様にして電池を組み立てた。ただし、最外周をポリフェニレンサルファイド樹脂シートで巻回していない点で相違する。
【００２７】
この電池を比較例電池とする。
【００２８】
［実験］
実施例電池１０個と比較例電池５個とを用いて、２５０℃に加熱された半田ゴテの先端を電池ケース側部中央に１０秒間接触させ、電極の破損状況を調べた。破損状況は電池の端子電圧を測定し、短絡の有無を確認した。なお、電池は安全上、２．７Ｖまで放電してから実験に供した。
【００２９】
その結果、実施例電池では、半田ゴテを電池ケースに接触する前後で電池の端子電圧が１０個とも変わらなかったが、比較例電池では半田ゴテを接触した後、電池の端子電圧が５個とも０．３Ｖになった。この電池を解体調査したところ、熱によりセパレータが溶融し、正極体と負極体とが接触して短絡していた。本発明においては、電池の形状は、円筒形に限定されることなく、角形等であってもよい。加えて、渦巻状電極体の巻き軸に水平な断面形状は円形に限られるものではなく楕円形、楕円状、偏平楕円状等であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明である非水電解質二次電池は、渦巻き状に巻回された電極体（２）の最外周がポリフェニレンサルファイド樹脂のシート（６）で巻回されていることを特徴とし、上記ポリフェニレンサルファイド樹脂シート（６）を巻き止めする巻き止め用粘着テープとしてポリフェニレンサルファイド樹脂を基材とするテープ（９）を用いることを特徴とし、上記ポリフェニレンサルファイド樹脂シート（６）の巻き方向に対して垂直な方向の長さが、上記渦巻き状電極体のその長さよりも長くしたことを特徴し、そしてこれらを組み合わせることを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、電池ケースが加熱されても電極体がポリフェニレンサルファイド樹脂のシートで保護されているため、電極体が破損することなく、もって電池の短絡を防止できる。また、この巻回されたポリフェニレンサルファイド樹脂シートの巻き止めもポリフェニレンサルファイド樹脂を基材としたテープを用いているため、熱がテープに加わっても熱によるテープの溶融や収縮がないので、電極体を巻回しているポルフェニレンサルファイド樹脂シートが緩むこともない。
【００３２】
そして、電極体を電池ケースに挿入する際、従来は電池ケース開口部に電極体が当たって電極体が損傷することがあったが、本発明の場合には電極体の最外周がポリフェニレンサルファイド樹脂シートで保護されているため、電極体が損傷することも解消できる。
【００３３】
また、電動車両用等の電源の電池においては、例えば、容量１００Ａｈ級で電池寸法が直径６７ｍｍ、長さ４１０ｍｍになり、電池ケース外径の寸法ばらつきも、０．５〜０．８ｍｍになる。そのため電極体を電池ケースに挿入した場合、電池によっては、電極体と電池ケースとの間に大きなクリアランスが発生し、電極体が電池ケース内で動き、電極体が損傷する場合があったが、ポリフェニレンサルファイド樹脂シートの巻回する長さを調整することにより、電池ケースと電極体との間のクリアランスをなくし、電極体を確実に固定できる。
【００３４】
以上のことより、本発明の工業的価値は極めて大である。
【００３５】
【図面の説明】
【００３６】
【図１】正極体の外観図である。
【００３７】
【図２】負極体の外観図である。
【００３８】
【図３】実施例にかかる電極体の外観図である。
【００３９】
【図４】本発明になる一実施例にかかる円筒形リチウムイオン二次電池の断面模式図である。
【００４０】
【符号の説明】
１円筒形リチウムイオン二次電池
２電極体
３正極
４負極
５セパレータ
６ポリフェニレンサルファイド樹脂シート
７正極リード
８負極リード
９ポリフェニレンサルファイド樹脂粘着テープ
１０電池ケース
１１蓋板
１２絶縁パッキング
１３缶上部絶縁板
１４缶底絶縁板
１５超音波溶接個所

Claims

渦巻き状に巻回された電極体（２）の最外周が、ポリフェニレンサルファイド樹脂のシート（６）で巻回されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
上記ポリフェニレンサルファイド樹脂シート（６）を巻き止めする巻き止め用粘着テープとしてポリフェニレンサルファイド樹脂を基材とするテープ（９）を用いることを特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池。