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JPH0551143B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0551143B2
JPH0551143B2 JP62114220A JP11422087A JPH0551143B2 JP H0551143 B2 JPH0551143 B2 JP H0551143B2 JP 62114220 A JP62114220 A JP 62114220A JP 11422087 A JP11422087 A JP 11422087A JP H0551143 B2 JPH0551143 B2 JP H0551143B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
cmd
separator
elongation
breaking strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62114220A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63279562A (ja
Inventor
Toyoji Machida
Satoshi Ubukawa
Minoru Fujimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP62114220A priority Critical patent/JPS63279562A/ja
Publication of JPS63279562A publication Critical patent/JPS63279562A/ja
Publication of JPH0551143B2 publication Critical patent/JPH0551143B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/494Tensile strength
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
イ 産業上の利用分野 本発明は例えば円筒型の非水電解液電池或いは
アルカリ蓄電池のように、正負極板をセパレータ
を介して巻回してなる渦巻電極体を備えた電池に
関するものである。 ロ 従来の技術 一般に電池の高率放電特性を向上させるために
は渦巻状の電極体構成とし正負極板の対向面積を
大としている。 このような渦巻状の電極体を備えた電池は大電
流を取出すには好都合であるが、反面外部短絡が
生じた場合には電流のジユール熱のために電池の
温度が上昇し、セパレータが溶融して内部短絡を
引起し、更に電池温度が上昇し電解液の蒸発や分
解によるガス化等によつて電池内圧が高まり電池
の破壊に至る恐れがある。 そこで外部短絡時の安全性を確保するために、
例えば特開昭60−23954号公報に開示されている
ようにセパレータとして微多孔膜を用い、外部短
絡時にセパレータが溶融して絶縁フイルム化する
ことにより内部短絡を防止したり、或いは組電池
においてはPTC素子を組込んで安全性を確保し
ている。 ところが電池を落下させた場合のように機械的
外力により電池が変形し、セパレータが破断して
正負極が接触することによる内部短絡は上記従来
構成では阻止することはできない。 ハ 発明が解決しようとする問題点 本発明では機械的外力による電池の変形によつ
てセパレータが破断して内部短絡が生じたとして
も、電池温度の急激な上昇を抑え電池の破壊にま
では至らないようにしようとするものである。 ニ 問題点を解決するための手段 セパレータとして巻回方向に対して垂直方向の
破断強度と破断伸びの積と、水平方向の破断強度
と破断伸びの積との比率が、0.67以上1.5以下で
ある絶縁性の微多孔膜を用いる。 ホ 作用 一般に渦巻電極体に用いられるセパレータは破
断強度及び破断伸びに方向性を持つている。即ち
巻回に対応するために巻回方向と水平の方向は垂
直の方向より破断強度及び破断伸びが大であるセ
パレータ部材を用いている。ここでこのセパレー
タに機械的外力が加わると、機械的強度が弱い部
分、即ち水平の方向に局部的に破断されることに
なる。この破断部分、云い換えれば正負極板が接
触する部分の面積は小であるため短絡電流が集中
して局部的に温度が異常上昇することになる。 これに対して本発明電池に用いたセパレータの
ように巻回方向に対して垂直方向の破断強度と破
断伸びの積と、水平方向の破断強度と破断伸びの
積との比率が、0.67以上1.5以下である絶縁性の
微多孔膜であれば、機械的外力が加わつた場合、
巻回方向と水平の方向或いは垂直の方向という特
定の方向に限定されずほぼ同時に破壊されるた
め、破断部分の面積は大となり短絡電流が局部に
集中することがないので温度の異常上昇は抑制さ
れる。 ヘ 実施例 以下本発明の実施例につき円筒型非水電解液電
池を例にとり詳述する。 実施例 1 セパレータとしてポリエチレンの含有量が99重
量%以上の微多孔膜を用い、破断強度及び破断伸
度を計測した。ここで、破断極度及び破断伸度の
計測方法は、JIS K−7113に準じ、幅10mm、長さ
100mmのサンプルを作製して、チヤツク部分の長
さを両側で各25mmとし、その両面にチヤツクによ
るノツチ破断防止のためのセロハンテープを貼
り、これを試験片とした。この試験片を温度23±
2℃、引張速度200mm/minの条件で、破断強度
及び破断伸度を測定した。以下の破断強度及び破
断伸度の計測は、上記と同様にして起つた。この
微多孔膜の破断強度は巻回方向と水平の方向(以
下MDと云う)が1100Kg/cm2、垂直の方向(以下
CMDと云う)が100Kg/cm2、又破断伸びはMDが
50%、CMDが500%である。そして、MD方向の
破断強度と破断伸びの積をPMD、CMD方向の破断
強度と破断伸びの積をPCMDと表わすと、実施例1
において、PMDは55000、PCMDは50000となる。さ
らに、PMDとPCMDの比率PCMD/PMDを計算すると、
0.91となる。尚、膜厚は20μである。 正極板は二酸化マンガン活物質と導電剤として
のアセチレンブラツク及び結着剤としてのフツ素
樹脂を85:10:5の重量比で混合したる活物質ペ
ーストをステンレス製のラス板よりなる集電板に
塗着、乾燥後、数回圧延処理して所定厚みに成形
後熱処理したものを用いた。 第1図は本発明電池の半断面図を示し、前記正
極板1と、前記セパレータ2で被覆したリチウム
負極板3とを重ねて巻取り渦巻電極体を構成し、
この渦巻電極体を正極端子兼用の外装缶4に挿入
後、プロピレンカーボネートと1,3ジオキソラ
ンとの混合溶媒に過塩素酸リチウムを溶解してな
る電解液を注液し、ついで負極端子兼用の封口蓋
6と可撓性薄板11とからなる安全弁装置を絶縁
パツキング5を介して外装缶の開口部に封口して
完成電池とする。この電池をA1とする。尚、
7,8は正負極リード片、9,10は絶縁ワツシ
ヤである。又、安全弁装置の弁作動を説明する
と、封口蓋6の中央には、切刃12が形設されて
おり、内部短絡等により電池内圧が異常に上昇し
た場合、可撓性薄板11が電池内部の圧力により
持ち上げられ、上方に撓み切刃12により可撓性
薄板11が破断されることになる。この弁作動に
より、電池内部のガスを外部に放出して電池の破
壊を未然に防止するものである。 実施例 2 セパレータとしてポリプロピレンの含有量が99
重量%以上で、破断強度はMDが730Kg/cm2
CMDが60Kg/cm2であり、破断伸びはMDが20%、
CMDが300%の膜厚35μの微多孔膜を用い、他は
実施例1と同様である。この電池をA2とする。
尚、電池A2のPMDは14600、PCMDは18000であり、
PCMD/PMDは1.23となる。 実施例 3 セパレータとしてポリエチレンの含有量が99重
量%以上で、破断強度はMDが400Kg/cm2、CMD
が300Kg/cm2であり、破断伸びはMDが200%、
CMDが300%の膜厚25μの微多孔膜を用い、他は
実施例1と同様である。この電池をA3とする。
尚、電池A3のPMDは80000、PCMDは90000であり、
PCMD/PMDは1.13となる。 比較例 セパレータとしてポリプロピレンの含有量が99
重量%以上で、破断強度はMDが1000Kg/cm2
CMDが120Kg/cm2であり、破断伸びはMDが80
%、CMDが20%の膜厚25μの微多孔膜を用い、他
は実施例1と同様である。この電池をBとする。
尚、電池BのPMDは80000、PCMDは2400であり、
PCMD/PMDは0.03となる。 これらの電池を第2図に示す如く治具Xを用い
て電池Yを電池径の1/2まで変化させた。下表は
その結果を示す。尚、弁作動の有無は、電池内圧
の上昇により、可撓性薄板11が切刃12によ
り、破断され電池内のガスを外部に放出したかど
うかを調べたものである。
【表】 * 電池の側面温度を測定
これらの電池を変形後分解したところ、電池
A1,A2,A3では変形部においてセパレータの破
断部は円状或いは楕円状を呈していたのに対し、
電池Bでは巻回方向と水平の方向に線状を呈して
いた。 この破断部の形状の相違は次の理由による。即
ち電池A1及びA2に用いたセパレータは、MD方
向には強度は大であるが伸びが小さく、一方
CMD方向には強度は小であるが伸びが大きいと
いう特性を有している。そのためセパレータに荷
重が加わる初期では先づ強度の小なるCMD方向
が伸び始める。しかし破断伸びが大きいのでこの
時点では破れない。そして荷重が大きくなつてく
るとMD方向も伸び始める。この時CMD方向も
伸び続け、やがて或る荷重を超えるとセパレータ
が破れるがMD方向及びCMD方向ともほぼ同時
に破れるために破断部はほぼ円状或いは楕円状と
なる。又、電池A3に用いたセパレータは破断強
度及び破断伸びがほぼ等方性を有しているのでこ
の場合も破断部はほぼ円状或いは楕円状となる。 これに対して、電池Bに用いたセパレータは
MD方向には強度が大で且伸びも大であるが、
CMD方向には強度が小で且伸びも小さい特性を
有している。そのためセパレータに荷重が加わる
とMD方向に線状に破断することになる。 そして電池Bでは内部短絡時の接触面積が小で
あるため、電流が集中して温度が異常上昇し、電
解液の蒸発や分解による発生ガスによつて電池内
圧が高まり弁作動に至るのに対し、電池A1,A2
A3では内部短絡時の接触面積が大きく、そのた
め電池Bの場合と同程度の電流が流れても電流密
度は小さくなるので温度上昇はあるものの異常現
象までは至らない。 尚、セパレータの材質としては温度上昇時に溶
融して絶縁化しリチウムイオンの拡散を阻止して
電流が流れないようにするものが良く、低融点の
ものが好ましい。一方融点が低すぎると電池の通
常使用時における電池特性に悪影響を与えること
になる。それ故、例えば実施例で示したポリエチ
レンやポリプロピレンなどのように融点が100〜
175℃の範囲のものが適しており、好ましくは融
点が120〜150℃の範囲のもの、例えばポリメチレ
ン、ポリブテン−1、ポリ−5−メチルヘキセン
−1や前記ポリエチレンなどが好適し、これらは
単独で用いても混合物或いは共重合体として用い
ても有効である。 又、セパレータの破断強度及び破断伸びに関し
て、破断強度は或る方向に対しこれと垂直の方向
が1〜30倍、破断伸びが0.05〜1倍の範囲が望ま
しく、これをPCMD/PMDで表わすと、MD方向の
破断強度及び破断伸びが、それぞれCMD方向の
30倍及び0.05倍であるとき、PCMDが1に対して
PMDは1.5となり、PCMD/PMDは0.67となる。又、
逆の場合、即わちCMD方向の破断強度及び破断
伸びが、それぞれMD方向の30倍及び0.05倍であ
るときは、PMDが1に対してPCMDが1.5となり、
PCMD/PMDは1.5となる。 以上のように、PCMDとPMDの比率が0.67以上1.5
以下が好ましいことが判る。 更に、又、セパレータとしての微多孔膜の膜厚
は余り厚すぎると電極間距離が大きくなつて電池
特性が劣化することになるので100μ以下、好ま
しくは50μ以下が望ましい。 尚、実施例で示した各種微多孔膜の破断強度及
び破断伸びの値は、引張り速度200mm/minの時
の値である。 ト 発明の効果 本発明電池によれば、機械的外力による電池の
変形によつてセパレータが破断して内部短絡が生
じたとしても電池温度の急激な上昇を抑えること
ができ安全性の向上が計れるものであり、その工
業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明電池の半断面図、第2図は電池
変形試験の概略図を夫々示す。 1……正極板、2……セパレータ、3……負極
板、4……外装缶、5……絶縁パツキング、6…
…封口蓋、7,8……正負極リード片、9,10
……絶縁ワツシヤ、11……可撓性薄板、12…
…切刃。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 正負極板をセパレータを介して巻回してなる
    渦巻電極体を備えた電池において、セパレータと
    して巻回方向に対して垂直方向の破断強度と破断
    伸びの積と、水平方向の破断強度と破断伸びの積
    との比率が、0.67以上1.5以下である絶縁性の微
    多孔膜を用いることを特徴とする電池。
JP62114220A 1987-05-11 1987-05-11 電池 Granted JPS63279562A (ja)

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JP62114220A JPS63279562A (ja) 1987-05-11 1987-05-11 電池

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Publication Number Publication Date
JPS63279562A JPS63279562A (ja) 1988-11-16
JPH0551143B2 true JPH0551143B2 (ja) 1993-07-30

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ID=14632234

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