JPH10233198A

JPH10233198A - 非水電解液電池

Info

Publication number: JPH10233198A
Application number: JP9033985A
Authority: JP
Inventors: Soichi Hanabusa; 聡一花房; Yoji Ishihara; 洋司石原
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】過充電時などで起こる電池内ガス圧の開放、
電流遮断が容易に行われとともに、電解液の漏出を確実
に阻止できる信頼性の高い有機電解液電池の提供。【解決手段】負極構成部材、セパレータ部材、正極構
成部材、および非水系電解液から成る発電要素７と、前
記発電要素７を内蔵し、かつ一方の端子となる一端開口
型の外装缶６と、前記外装缶６の開口を絶縁的に封口
し、かつ他方の端子となる端子板8aを有する封口蓋体８
とを備えた非水電解液電池において、前記封口蓋体８
は、端子板8aの内側周縁部に対接・配置された環状の電
流加熱保護素子8b、前記電流加熱保護素子8bの内側周縁
部に対接・配置され、かつ通気孔8c′が設けられた金属
薄板8c、前記金属薄板8cの内側周縁部で絶縁体層8dを介
在し、一部で金属薄板8cに対接して配置されかつ発電要
素７の一方の電極に電気的に接続するた圧力弁体8e、お
よび前記圧力弁体8eに対接する金属薄板8cの領域8c″に
形設され、かつ電池内圧の上昇で金属薄板8cを破断して
電流を遮断する切り込み部8fを有することを特徴とする
非水電解液電池である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非水電解液電池に係
り、さらに詳しくは安全性の向上を図った非水電解液電
池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、非水電解液電池として、リチウム
やナトリウムなどの軽金属を負極活物質とする負極、金
属の酸化物，硫化物もしくはハロゲン化物を正極活物質
とする正極、および非水電解液を発電要素（電池発電要
素）として備えた電池が、高電圧，高エネルギー密度お
よび長期信頼性の高い電池として注目されている。たと
えば、二酸化マンガン（ MnO₂），フッ化炭素（CF₂）
_n，塩化チオニル（SOCl₂）などを正極活物質として成
るリチウムイオン電池が、電卓，時計の電源やメモリの
バックアップ電池として多用されている。

【０００３】すなわち、リチウムイオン電池などの非水
電解液電池は、銀電池やアルカリ電池に比べて自己放電
が小さいため、長期間の使用に耐えることから、前記電
卓，時計などの電源に使用されている。そして、この非
水電解液電池については、駆動される電子機器類の発
達，発展に対応して、長期間に亘る安定した放電特性が
要求されている。ここで、安定した放電特性を確保する
ためには、電池自身の信頼性および安全性が重要視され
る。

【０００４】一方、携帯用電話機や携帯型撮像機など各
種の機器システムに組込み、作動電源として使用されて
いる二次電池においても、携帯用電話機や携帯型撮像機
などの小形化，軽量化に伴って、電源として高エネルギ
ー密度の高いリチウムイオン電池などが要求されてい
る。なお、この種の非水電解液電池では、Li，Coを主成
分とするような複合金属酸化物を正極活物質に、また、
コークスや有機焼成体などの単素質材料を負極活物質に
に用い、さらに、炭酸プロピレン，炭酸エチレン，1,2-
ジメトキシエタン，γ -ブチロラクトン，テトラヒドロ
フランなどの有機溶剤中に、 LiCl0₄，LiBF₄， LiAsF
₆などのリチウム塩を溶解させて成る有機電解液（非水
電解液）が用いられている。

【０００５】ところで、電池の出力特性は、セパレータ
を介して対向する正極および負極の対向面積に比例する
ので、大電流を取り出すためには、正極および負極をセ
パレータを介して複数層積み重ねたり（積層型）、ある
いはロール状に捲装（巻回）して対向面積を広く設定し
ている。

【０００６】また、上記有機電解液電池については、長
期間に亘って安定した密閉性，気密性が要求されてお
り、密閉度の高い封口構造の開発が進められている。こ
の封口構造の高い密閉度化は、電池の内部短絡や外部短
絡、もしくは過放電時などに対する安全性の上で問題を
提起する。すなわち、前記短絡や過充電によって電池内
部でガスが発生したとき、その気密性に伴って電池内圧
が上昇し、外装缶などが破壊，破裂される恐れがある。

【０００７】上記の安全性問題に対して、短絡や過放電
時の電流を遮断し、電池内圧の上昇を防止するため、電
池封口部の導電回路に電流加熱保護用の環状型 PTC素子
を配置する一方、電池封口部に肉薄な圧力弁体を設けて
おき、電池内圧の上昇で圧力弁体を破損させ、電池内の
ガスを放出して爆発・損傷を回避することが知られてい
る（実開平 2-50957号公報など）。

【０００８】図３は，一つの対応策を示したもので、１
は有機電解液系の発電要素（電池発電要素）２を内装し
た負極端子を兼ねた外装缶、３は前記発電要素２を内装
した外装缶１の開口を絶縁性パッキング材４を介してカ
シメ固定によって気密に封止する正極端子板3aを有する
封口蓋体である。ここで、封口蓋体３は、中央部に設け
た圧力弁口3bに対応する圧力弁体3cおよび絶縁体層（ス
ペーサー）3dの周縁部をカシメ固定で装着した周辺平坦
な皿状封口板3eと、前記皿状封口板3eの周辺平坦面上に
配置された圧力弁体3cに対応する部分を切欠させた環状
の電流加熱保護素子（ PTC素子板）3fと、前記電流加熱
保護素子3f面に周辺平坦部が積層配置され、かつ皿状封
口板3eの圧力弁口3bに対応する領域が突設して、この突
設部にガス抜き孔3a′を設けた正極端子板（キャップ）
3aとを有する構成を成している。なお、５は前記封口蓋
体３および発電要素２の正極側を電気的に接続するリー
ド片である。

【０００９】また、他の対応策として、電池内の圧力上
昇に伴って、発電要素２側と封口蓋体３の正極端子板3a
側との電気的な接続を行っているリード片５を離す方式
も採られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記短
絡や過放電時の電流を遮断し、電池内圧の上昇を防止す
る一方、電池内の上昇圧ガスを放出して爆発・損傷を回
避する対策を採った場合でも、なお次のような問題があ
る。すなわち、前記安全機構は、過充電時や短絡時の電
流遮断効果は十分であるが、電池の封口蓋体３の限られ
たスペース内に構成されるため、他の面での信頼性を損
なう恐れが見受けられる。たとえば、電池に対する振動
や落下衝撃などによって電流を遮断する機構が破壊した
り、あるいは封口の気密性が劣り電解液漏れを招来する
などの問題が懸念される。

【００１１】また、従来の電流遮断機構は、一般的に、
電池内で発生したガス抜き孔を介した圧力に対応して電
流経路の剥離・遮断、もしくは電流経路の破断であり、
剥離・遮断端子や破断端子が電解液中に浸漬する恐れも
ある。ここで、電解液自体は抵抗を有するものの導電体
であるため、完全な電流遮断が達成され難いという問題
がある。

【００１２】なお、電池の使用形態としては、単一の場
合と複数個をパック化した（組み電池）場合とがあり、
特に、携帯用電源としては電池パックの形態で使用され
るが、この場合、電池パック内の１個の素電池でも液漏
れなど起こすと、周辺機器の破壊・損傷などを引き起こ
す恐れもある。

【００１３】本発明はこのような事情に対処してなされ
たもので、低コスト化やコンパクト化など図る一方、過
充電時などで起こる電池内ガス圧の開放、電流遮断が容
易に行われとともに、電解液の漏出を確実に阻止できる
信頼性の高い有機電解液電池の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、負極
構成部材、セパレータ部材、正極構成部材、および非水
系電解液から成る発電要素と、前記発電要素を内蔵し、
かつ一方の端子となる一端開口型の外装缶と、前記外装
缶の開口を絶縁的に封口し、かつ他方の端子となる端子
板を有する封口蓋体とを備えた非水電解液電池におい
て、前記封口蓋体は、端子板の内側周縁部に対接・配置
された環状の電流加熱保護素子、前記電流加熱保護素子
の内側周縁部に対接・配置され、かつ通気孔が設けられ
た金属薄板、前記金属薄板の内側周縁部で絶縁体層を介
在し、一部で金属薄板に対接して配置されかつ発電要素
の一方の電極に電気的に接続するた圧力弁体、および前
記圧力弁体に対接する金属薄板の領域に形設され、かつ
電池内圧の上昇で金属薄板を破断して電流を遮断する環
状の切り込み部を有することを特徴とする非水電解液電
池である。

【００１５】請求項２の発明は、負極構成部材、セパレ
ータ部材、正極構成部材、および非水系電解液から成る
発電要素と、前記発電要素を内蔵し、かつ一方の端子と
なる一端開口型の外装缶と、前記外装缶の開口を絶縁的
に封口し、かつ他方の端子となる端子板を有する封口蓋
体とを備えた非水電解液電池において、前記封口蓋体
は、端子板の内側周縁部に対接・配置された環状の電流
加熱保護素子、前記電流加熱保護素子の内側周縁部に対
接・配置され、かつ通気孔が設けられた金属薄板、前記
金属薄板の内側周縁部で絶縁体層を介在し、一部で金属
薄板に対接して配置されかつ発電要素の一方の電極に電
気的に接続するた圧力弁体、および前記金属薄板と圧力
弁体とが相互に対接する領域にそれぞれ形設され、かつ
電池内圧の上昇で金属薄板と圧力弁体とをそれぞれ破断
して電流を遮断する環状の切り込み部を有することを特
徴とする非水電解液電池である。

【００１６】本発明において、発電要素を内蔵し、かつ
一方の端子（正極端子もしくは負極端子）となる外装缶
は、たとえばステンレス鋼製、鉄製もしくはアルミニウ
ム性であり、また、封口蓋体の構成部材で、かつ他方の
端子（負極端子もしくは正極端子）となる端子板も、た
とえばステンレス鋼製、鉄製もしくはアルミニウム性で
ある。

【００１７】さらに、通気孔付き金属薄板（たとえば厚
さ 0.1〜 0.3mm程度）、圧力弁体および圧力弁体と発電
要素を接続するリード線（リード片）は、たとえばアル
ミニウム、ニッケル、銅、鉄などの金属製であり、圧力
弁体と通気孔付き金属薄板とが対接する一部接合は、圧
力弁体の破断強度よりも強度の低い接合を形成すること
が好ましい。

【００１８】本発明において、正極活物質としては、リ
チウムを脱ドープし、かつドープできる活物質、たとえ
ばリチウムやコバルトを含む複合酸化物（ LiCoO₂、 L
iNiO₂、LiMn₂O ₄）などが挙げられる。また、負極活
物質としては、たとえばグラファイト、ニードルコーク
ス、メソフェーズ小球体カーボン、メソフェーズピッチ
系カーボン繊維、有機高分子の焼成体が挙げられる。そ
して、これらの活物質を、集電体箔、たとえば厚さ 5〜
50μm の銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼な
どの金属箔の少なくとも一方の面に塗着して、正極、負
極は薄板状もしくはテープ状に構成されている。

【００１９】一方、本発明において用いる非水電解液と
しては、たとえばエチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネート、ブチレンカーボネート、γ- ブチロラクト
ン、スルホラン、アセトニトリル、1,2-ジメトキシメタ
ン、1,3-ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テト
ラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、炭酸ジ
メチル、炭酸ジエチルおよびエチルメチルカーボネート
の群れから選ばれた少なくとも１種から成る有機溶剤
（非水溶媒）に、過塩素酸リチウム（ LiClO₄）、六フ
ッ化リン酸リチウム（LiPF₆）、ホウフッ化リチウム
（LiBF₄）、六フッ化ヒ素リチウム（ LiAsF₆）、トリ
フルオロメタンスルホン酸リチウム（LiCF₃SO₃）など
のリチウム塩（電解質）を 0.5〜 1.5 mol／l 程度溶解
させた非水電解液が一般的に挙げられる。

【００２０】なお、前記非水電解液の代わりにイオン伝
導性の固体電解質、たとえば高分子化合物にリチウム塩
を複合させた高分子固体電解質などを用いることもでき
る。さらに、負極および正極間を絶縁離隔するセパレー
タとしては、たとえばポリエチレン、ポリプロピレンな
どのポリオレフィン系樹脂の不織布や多孔膜などを用い
得る。

【００２１】請求項１の発明では、正常時においてはす
ぐれた気密性により液漏れなどが防止され、また、電池
内圧が上昇したときには、発電要素と圧力弁体とを接続
しているリード線が、封口蓋体の端子板側に変位して金
属薄板の破断領域を容易に破断する。そして、前記金属
薄板の一部破断によって電池内圧を開放する一方、圧力
弁体と金属薄板との電気的な接続を遮断（断線）する。
すなわち、過充電時などにおける電池内圧の上昇に対応
して、ガス圧を開放して電池の爆発・破損など回避する
とともに、電流回路を遮断して電流に起因する事故など
確実にの防止できるので、信頼性および安全性の図られ
た非水電解液電池として機能する。

【００２２】請求項２の発明では、さらに圧力弁体の一
部破断がリード線の変位に追随的に助長されるので、前
記安全対策が向上した非水電解液電池として機能する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図１および図２を参照して実
施例を説明する。

【００２４】図１は、第１の実施例に係る円筒型の有機
電解液電池の要部構成を拡大して示す断面図である。図
１において、６は有機電解液系の発電要素７を内装した
負極端子を兼ねた鉄製の外装缶、８は前記発電要素７を
内装した外装缶６の開口を合成樹脂製の絶縁性パッキン
グ材９を介してカシメ固定によって気密に封止する正極
端子を成す端子板8aを有する封口蓋体である。また、10
は前記封口蓋体８端子板8aおよび発電要素７の正極側を
電気的に接続するリード線である。

【００２５】上記構成において、発電要素７は、リチウ
ムやコバルトを含む複合酸化物、たとえば LiCoO₂、 L
iNiO₂、LiMn₂O ₄などを、厚さ〜30μm の銅箔の少な
くとも片面に塗布して成る正極構成材、たとえばメソフ
ェーズピッチ系カーボン繊維などを厚さ〜30μm の銅箔
の少なくとも片面に塗布して成る負極構成材、たとえば
ポリプロピレン樹脂製多孔質膜から成るセパレータ構成
材を捲回体（捲装体）化し、これに、たとえばエチレン
カーボネートを溶剤とした有機電解液を含浸させた構成
を成している。つまり、電池容量700mAh程度（電池規格
17500）の円筒型リチウム二次電池に準じた規格の非水
電解液電池を構成している。

【００２６】さらに、前記封口蓋体８は、端子板8aの内
側周縁部に対接・配置された環状の電流加熱保護素子層
8bと、前記電流加熱保護素子8bの内側周縁部に対接・配
置され、かつ通気孔8c′が設けられた厚さ 0.1〜 0.3mm
程度の金属薄板8cと、前記金属薄板8cの内側周縁部で絶
縁体層8dを介在し、一部で金属薄板8cに対接して配置さ
れた凸型の圧力弁体8eとを備えている。そして、圧力弁
体8eには発電要素７の一方の電極がリード線10によって
電気的に接続しており、また、前記圧力弁体8eに対接す
る金属薄板8cの領域8c″には、電池内圧の上昇で金属薄
板8cを破断して電流を遮断する切り込み部8fが形設され
た構成と成っている。

【００２７】上記非水電解液電池は、たとえば定電流充
電で充電を行って過充電状態になったり、あるいは発電
要素７部で短絡が生じて、電池内でガスが発生して電池
内のガス圧が上昇した場合など、ガス圧の上昇に応答し
て圧力弁体8e変位して、この圧力弁体8eに対接している
金属薄板領域8c″の切り込み部8fで容易に破断する。す
なわち、電池内ガス圧の上昇に伴って自動的に圧力弁体
8e変位し、この圧力弁体8eの変位によって金属薄板領域
8c″破断し、端子板8aのガス抜き孔8a′を介してガス圧
を開放する。一方、前記金属薄板領域8c″の破断によっ
て、電流加熱保護素子8b側との電流回路が遮断されるの
で、電池内部で発生するガス、さらには充電続行などに
起因する非水電解液電池の損傷、その他の事故発生など
が抑制・防止され、信頼性および安全性の高い非水電解
液電池が提供されることになる。図２は、第２の実施例
に係る円筒型の有機電解液電池の要部構成を拡大して示
す断面図である。この実施例の場合は、図１に図示した
構成の一部を変更して、上記安全対策が、より効果的に
行われるようにしたものである。すなわち、充電過程で
過充電状態になったり、あるいは発電要素７部で短絡が
生じて、電池内でガスが発生して電池内のガス圧が上昇
した場合、そのガス圧の上昇に応答して圧力弁体8eが変
位して、この圧力弁体8eに対接している金属薄板領域8
c″の切り込み部8fを破断するとき、圧力弁体8eの所定
領域も同様に破断するように、圧力弁体8eにも予め破断
用の切り込み部8f′を形設したものである。なお、図２
において、図１の場合と同じ構成部材ないし構成部は、
図１の場合と同じ符号で示してある。

【００２８】なお、上記では円筒型非水電解液電池の例
示について説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲で
いろいろの変形を採ることができる。たとえば正極や負
極の活物質、正極や負極の構成、セパレータ、二次電池
の形状など前記例示の以外の組み合わせ・形態などを採
ることができる。

【００２９】

【発明の効果】上記説明したように、本発明によれば、
正常時、すぐれた気密性により液漏れなどが防止され、
高い信頼性を保持する一方、過充電などによって電池内
圧が上昇したときには、電池内ガス圧を容易に開放する
だけでなく、発電要素と端子板との電気的な接続が確実
に遮断（断線）する構成と成っている。したがって、過
充電時などでの電池内ガス圧の上昇に起因する電池の爆
発・破損なども回避され、また、電流回路も遮断される
ので電流に起因する事故など確実にの防止できる。つま
り、信頼性および安全性のすぐれた非水電解液電池を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る非水電解液電池の要部構成
を拡大して示す断面図。

【図２】第１の実施例に係る非水電解液電池の要部構成
を拡大して示す断面図。

【図３】従来の非水電解液電池の要部構成例を示す断面
図。

【符号の説明】

１，６……外装缶２，７……発電要素３，８……封口蓋体 3a，8a……端子板 3a′，8a′……端子板のガス抜き孔 3b……圧力弁口 3c，8e……圧力弁体 3d，8d……絶縁体層 3e……皿状封口板 3f，8b……電流加熱保護素子 8c……金属薄板 8c′……金属薄板の通気孔 8c″……金属薄板の破断領域 8f……金属薄板の破断用切り込み部 8f′……圧力弁体の破断用切り込み部４，９……絶縁性パッキング材５，10……リード線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負極構成部材、セパレータ部材、正極構
成部材、および非水系電解液から成る発電要素と、前記発電要素を内蔵し、かつ一方の端子となる一端開口
型の外装缶と、前記外装缶の開口を絶縁的に封口し、かつ他方の端子と
なる端子板を有する封口蓋体とを備えた非水電解液電池
において、前記封口蓋体は、端子板の内側周縁部に対接・配置され
た環状の電流加熱保護素子、前記電流加熱保護素子の内側周縁部に対接・配置され、
かつ通気孔が設けられた金属薄板、前記金属薄板の内側周縁部で絶縁体層を介在し、一部で
金属薄板に対接して配置されかつ発電要素の一方の電極
に電気的に接続するた圧力弁体、および前記圧力弁体に
対接する金属薄板の領域に形設され、かつ電池内圧の上
昇で金属薄板を破断して電流を遮断する環状の切り込み
部を有することを特徴とする非水電解液電池。
【請求項２】負極構成部材、セパレータ部材、正極構
成部材、および非水系電解液から成る発電要素と、前記発電要素を内蔵し、かつ一方の端子となる一端開口
型の外装缶と、前記外装缶の開口を絶縁的に封口し、かつ他方の端子と
なる端子板を有する封口蓋体とを備えた非水電解液電池
において、前記封口蓋体は、端子板の内側周縁部に対接・配置され
た環状の電流加熱保護素子、前記電流加熱保護素子の内側周縁部に対接・配置され、
かつ通気孔が設けられた金属薄板、前記金属薄板の内側周縁部で絶縁体層を介在し、一部で
金属薄板に対接して配置されかつ発電要素の一方の電極
に電気的に接続するた圧力弁体、および前記金属薄板と
圧力弁体とが相互に対接する領域にそれぞれ形設され、
かつ電池内圧の上昇で金属薄板と圧力弁体とをそれぞれ
破断して電流を遮断する環状の切り込み部を有すること
を特徴とする非水電解液電池。