JPH10233237A

JPH10233237A - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JPH10233237A
Application number: JP4846497A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Osawa; 康彦大澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】短絡発生時に、発熱を吸収し温度上昇を抑制
できる非水電解液二次電池を提供する。【解決手段】正極１は、集電体１１の両面に正極活物
質層１２を有し、正極活物質層１２の外側には吸熱層１
３が設けられている。吸熱層１３は十分乾燥した炭酸マ
グネシウムの粉末などを用い多孔性でイオンの行き来を
阻害しない構成となっている。電池が短絡した場合、吸
熱層の炭酸マグネシウムは炭酸ガスを放出しながら吸熱
反応が発生し、正極１を冷却する。その冷却がさらに電
解液、負極に伝わり電池全体の温度上昇を抑さえる。そ
して正極１は吸熱層と密接状態にあるので、正極１の冷
却効果が高く、加熱により発熱に至らしめる危険が少な
くなり、高エネルギー密度性を損なわずに電池を冷却す
る効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液二次電
池の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車用電源などの大容量電
源として高エネルギー密度が達成できる非水系二次電池
が盛んに研究開発され、とりわけ活物質にリチウムを用
いるリチウムイオン電池は、高い起電力と広範囲作動温
度などの自動車用に好適な性質を備えているため、開発
の重点に置かれ実用されつつある。リチウムイオン電池
は、様々の化合物を用いてリチウムイオンを含む非水系
の電解液の中で還元したり、酸化したりすることによっ
て充放電を行なう。還元されたリチウムは湿気などに触
れると高熱となるため完全密閉方式がとられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】二次電池は交互の充放
電プロセス中に発熱する。その発熱は通常の使用では、
設計された電池の容器などにより十分の放熱がなされる
が、電池の短絡等により急激な発熱が発生するときには
通常の放熱では十分に機能できず、電池温度が許容温度
を越えて温度上昇する。

【０００４】その発熱メカニズムとしては、大容量で高
出力の電池の場合、例えば釘のような先鋭な金属が正負
極の積層電極に突き刺さったときに、短絡部分では瞬間
的にかなりの電流が流れて発熱すると考えられる。ま
た、充電状態においては正極が加熱されると重量減を伴
ないながら発熱するとの報告例がある。このように瞬間
的大電流の発生と、加熱により引き起こされた正極の発
熱が同時に作用すると電池の発熱がかなり大きく、電池
がたちまち高温となる。その結果セパレータが溶け、
正、負極が直接接触して、さらに発熱が進行してしまう
恐れがある。この発明は、上記の問題点に鑑み、内部短
絡の発生時に、それに伴なって発生する熱を吸収し、発
熱を最小限にとどめるとともに連鎖的な発熱を生じさせ
ない非水電解液二次電池を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明は、集電体に負極活物質塗布層を積層してなる負
極と集電体に正極活物質塗布層を積層してなる正極と該
正負電極を分離するセパレータと非水電解液を有する非
水電解液二次電池において、少なくとも一方の電極に吸
熱材が設けられ、該吸熱材は温度の上昇により吸熱反応
を起こして吸熱を行なうものとした。

【０００６】前記吸熱材は前記正極活物質の表面に塗布
されて、構成されるのが望ましい。前記吸熱材は絶縁性
の物質で、その吸熱反応生成物も絶縁性を持つものが望
ましい。前記吸熱材は所定の温度に達するまでは吸熱反
応を起こさないことが望ましい。前記吸熱材は原子価が
２価以上、４価以下の金属炭酸イオンを含む化合物とす
ることが可能である。

【０００７】

【作用】本発明によれば、非水電解液二次電池が短絡し
た場合に、電池が発熱し温度上昇するが、その温度上昇
が吸熱材の吸熱反応を起こさせるから、電池の温度上昇
が緩和される。一方吸熱材は電極に設けらているため、
ダメージを受けやすい電極、セパレータ、電解液に冷却
効果を発揮し、正極が発熱反応に加わって発熱すること
なく電池の発熱を最小限にとどめることができる。

【０００８】そして、電池内における反応で最も発熱す
る部位は正極近傍であり、吸熱材を正極に設けた場合、
正極に高い冷却効果が図られ、全体としてバランスのと
れた冷却となる。また、吸熱材が吸熱反応前後とも絶縁
性を有する物質であると、セパレータ溶けといった異常
状態でも正負極が直接に接触することなく、安全性が一
層高められる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を実施例
により説明する。図１は、本発明の実施例の構成を示
す。円型のステンレス製の電池缶５の内側および底部に
セパレータ４、絶縁板１４が設けられている。シート状
の正極１とシート状の負極２をセパレータ３を挟んで渦
巻状とし電池缶５に底部まで挿入するとともに、電極の
上方を底部と同じ形状の絶縁板１４で覆う。セパレータ
４と絶縁板１４が電極と電池缶の間の電気的絶縁を行な
うとともに、電解液の貯蔵空間を作る。セパレータ３は
厚さ２５ミクロンの微孔性ポリピレンフィルムで構成さ
れる。

【００１０】電池缶５の開口部は縁部を内側に折り曲
げ、ガスケットを装着したのち金属製の蓋６を取り付け
る。蓋６には安全弁８が取り付けられている。安全弁８
は不測の事由により内圧が異常に増加したときに、一時
的にガスを放出し、圧力が降下すればまた閉じる作用を
有する。正負極１、２の先端から伸びている集電体が夫
々のリード線９、１０に結ばれている。蓋６はリード線
９と接続して正極の出力端子とし、電池缶５は底部でリ
ード線１０と接続して負極の出力端子とする。

【００１１】このようにして、電極を装着し、出力端子
との接続を行なった後、電池缶内部を真空引きし電解液
を注入して電池を構成する。電解液としては、例えばプ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、ジメチルカーボネートなどからなる混
合非水溶媒にＬｉＰＦ６やＬｉＢＦ４等のリチウム塩を
１モル／リットル程度溶解した電解液を用いる。

【００１２】次に、電極の構成について説明する。図２
は正極１の詳細構成を示す断面図である。厚さ２０ミク
ロンのアルミニウムの集電体１１の両面に正極活物質層
１２を有し、正極活物質層１２の外側には吸熱層１３が
設けられている。正極活物質としてはコバルト酸リチウ
ムを用い、電子伝導助材としての黒鉛粉末、接着剤ポリ
フッカビニリデン、溶媒のＮ−メチルピロリドンを加え
て調製した正極合材のスラリー（重量比、９１：６：
３）を集電体１１に塗布して伝導性を向上させた正極活
物質層１２を作る。乾燥した正極活物質層１２の表面に
は、吸熱材としてさらに約１５０℃にて十分乾燥した炭
酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）の粉末を、接着剤のポリ
フッカビニデン、溶媒のＮ−メチルピロリドンを用いて
調製したスラリーを塗布する。スラリーを乾燥させ、吸
熱層１３を形成させた後にプレスする。

【００１３】このようにして両面に夫々厚さ約９０ミク
ロンの正極活物質層１２と、２０ミクロンの吸熱層１３
を有する正極１が構成される。正極活物質層１２と吸熱
層１３はともに多孔性であり、正極活物質層は電解液と
最大の接触面積を保持し、吸熱層はイオンの行き来を阻
害しない構成となる。

【００１４】負極２は図３のように構成され、軟黒鉛化
性カーボンに、接着剤としてのポリフッカビニリデンを
加え、溶媒Ｎ−メチルピロリドンを用いて調製したスラ
リーを厚さ１５ミクロンの銅集電体２１に塗布する（重
量比、９０：１０）。スラリーを乾燥させるとリチイム
イオンの出入りに伴なって充放電できる負極活物質層２
２が得られる。上記の正負極を用いることによって平均
電圧３．５Ｖ、容量２０Ａｈの電池が得られた。正極活
物質としてコバルト酸リチウムの他にも、ニッケル、マ
ンガンのリチウムとの複合酸化物を用いることができ
る。負極活物質としては、リチウムイオンの出入りによ
って充放電できる様々のカーボン材料を用いることがで
きる。

【００１５】本実施例は以上のように構成され、正極１
の活物質層の表面にさらに吸熱層を設けたので、電池が
例えば釘などで刺され電極間に短絡を起こした場合、吸
熱層の炭酸マグネシウムは炭酸ガスを放出しながら吸熱
反応が発生し正極１を冷却する。その冷却がさらに電解
液、負極に伝わり、電池全体の温度上昇が抑さえられ
る。そして正極１は吸熱層と密接状態にあるので、冷却
効果が高く、加熱により発熱に至らしめる危険が少なく
なり、高い冷却効果が得られる。

【００１６】さらに、条件にもよるが吸熱層の炭酸マグ
ネシウムは吸熱反応が３５０℃程度から始まり、その吸
熱量は２４．２５ｋｃａｌ／ｍｏｌであるため、短絡部
分での初期発熱が小さく吸熱反応開始温度より低い温度
で、セパレータが溶けた場合でも、炭酸マグネシウムは
絶縁体であるので、正負極の直接接触を防止する。さら
に温度上昇すると、吸熱反応を起こし温度上昇を抑制す
る。吸熱反応後の生成物も絶縁性を有するから、正負極
間の分離が維持され、電池の放熱が最小限にとどめる効
果が得られる。なお、本実施例では、吸熱材としてＭｇ
ＣＯ３を用いたが、これに限らず例えばＭｇＣａ（ＣＯ
３）２を用いても、上記と同様の効果が得られる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、非水電解液二次電池が
短絡した場合に、電池が発熱し温度上昇するが、その温
度上昇が吸熱材の吸熱反応を起こさせるから、電池の温
度上昇が緩和される。一方吸熱材は電極に設けらている
ため、ダメージを受けやすい電極、セパレータ、電解液
に冷却効果を発揮し、正極が発熱反応に加わって発熱す
ることなく、電池の発熱を最小限にとどめることができ
る。これによって電池が破裂して活動性の高い活物質が
放出されることがなくなり、電気自動車用にも実用度が
高められる。そして、電池内における反応で最も発熱す
る正極に吸熱材を設けた場合、正極に高い冷却効果が図
られ、全体としてバランスのとれた冷却となる。これに
より所要の吸熱材が少なくなり、非水電解液二次電池の
高エネルギー密度性を損なわずに済む。また、吸熱材が
吸熱反応前後とも絶縁性を有する物質であると、セパレ
ータ溶けといった異常状態でも正負極が直接に接触する
ことなく、安全性がより高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】正極の詳細構造を示す図である。

【図３】負極の詳細構造を示す図である。

【符号の説明】

１正極２負極３セパレータ４絶縁板５電池缶６蓋７ガスケット８安全弁９正極リード１０負極リード１１、２１集電体１２正極活物質層１３吸熱層１４絶縁板２２負極活物質層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集電体に負極活物質塗布層を積層してな
る負極と集電体に正極活物質塗布層を積層してなる正極
と該正負電極を分離するセパレータと非水電解液を有す
る非水電解液二次電池において、少なくとも一方の電極
に吸熱材が設けられ、該吸熱材は前記二次電池の温度の
上昇により吸熱反応を起こし前記電極ないし二次電池を
冷却することを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】前記吸熱材は前記正極活物質の表面に厚
さ１μｍ〜１００μｍの吸熱層として設けられているこ
とを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】前記吸熱材は絶縁性の物質で、その吸熱
反応生成物も絶縁性を持つものであることを特徴とする
請求項１または２記載の非水電解液二次電池。
【請求項４】前記吸熱材は所定の温度に達するまでは
吸熱反応を起こさいことを特徴とする請求項１、２また
は３非水電解液二次電池。
【請求項５】前記吸熱材は原子価が２価以上、４価以
下の金属炭酸イオンを含む化合物であることを特徴とす
る請求項１、２、３または４記載の非水電解液二次電
池。