JPH10302762A - サーマルスイッチを有するリチウム二次電池 - Google Patents
サーマルスイッチを有するリチウム二次電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】リチウム二次電池に異常が生じたときに充電状
態で放置されることを防ぎ、かつリチウム二次電池内の
圧力が低下したときにも安全装置が作動できる、安全性
がさらに改善されたリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】正極１と負極２とをセパレーター３を介し
て積層して電池缶８内に収納してなるリチウム二次電池
において、電池温度の上昇にともなって正極と負極が活
物質含有層以外の部位で電気的に接続されるサーマルス
イッチ７を有するリチウム二次電池。
態で放置されることを防ぎ、かつリチウム二次電池内の
圧力が低下したときにも安全装置が作動できる、安全性
がさらに改善されたリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】正極１と負極２とをセパレーター３を介し
て積層して電池缶８内に収納してなるリチウム二次電池
において、電池温度の上昇にともなって正極と負極が活
物質含有層以外の部位で電気的に接続されるサーマルス
イッチ７を有するリチウム二次電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、正極と負極とをセ
パレーターを介して積層して電池缶内に収納してなるリ
チウム二次電池に関する。
パレーターを介して積層して電池缶内に収納してなるリ
チウム二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウム二次電池は、一般にリチウム複
合酸化物を正極活物質として集電箔上に正極活物質含有
層を形成したシート状の正極と、炭素質材料またはリチ
ウム複合酸化物などを負極活物質として集電箔上に負極
活物質含有層を形成したシート状の負極とを、リチウム
イオン導電性を有し、電子絶縁性のセパレーターを介し
て積層して、金属製の電池缶内に正極と負極とが電気的
に接続されないように収納して密閉してなる構造を有
し、高容量、高電圧、高出力等の特徴を有している。
合酸化物を正極活物質として集電箔上に正極活物質含有
層を形成したシート状の正極と、炭素質材料またはリチ
ウム複合酸化物などを負極活物質として集電箔上に負極
活物質含有層を形成したシート状の負極とを、リチウム
イオン導電性を有し、電子絶縁性のセパレーターを介し
て積層して、金属製の電池缶内に正極と負極とが電気的
に接続されないように収納して密閉してなる構造を有
し、高容量、高電圧、高出力等の特徴を有している。
【０００３】このような高エネルギー密度を有するリチ
ウム二次電池は、一般に異常時の安全性を確保するため
に各種の防爆安全機構が組み込まれている。例えば、電
池缶内の圧力が異常上昇した時に変形して内部圧力を緩
和または内部ガスを安全に外部に放出する安全弁機構
（特開平２−２８８０６３号公報）、異常充電や異常放
電などにより電池缶内の圧力が異常上昇した時に電池内
部回路を切り離してその継続を防ぐ感圧遮断機構（特開
平２−２８８０６３号公報）、異常充電や異常放電など
により電池温度が異常上昇した時に電池内部回路の抵抗
を上昇させてその継続を防ぐ感温遮断機構（特開平５−
７４４９３号公報）などが挙げられる。
ウム二次電池は、一般に異常時の安全性を確保するため
に各種の防爆安全機構が組み込まれている。例えば、電
池缶内の圧力が異常上昇した時に変形して内部圧力を緩
和または内部ガスを安全に外部に放出する安全弁機構
（特開平２−２８８０６３号公報）、異常充電や異常放
電などにより電池缶内の圧力が異常上昇した時に電池内
部回路を切り離してその継続を防ぐ感圧遮断機構（特開
平２−２８８０６３号公報）、異常充電や異常放電など
により電池温度が異常上昇した時に電池内部回路の抵抗
を上昇させてその継続を防ぐ感温遮断機構（特開平５−
７４４９３号公報）などが挙げられる。
【０００４】しかし、前記のような圧力や温度による電
池内部回路の遮断機構は、例えば満充電状態で異常が生
じて動作した場合には電池内部回路が遮断されているた
め電池外部端子部では電圧を示さないにもかかわらず電
池内部の電極アセンブリーは満充電状態で放置されるた
め、この電池に釘等の導電体が刺されたり、外部からの
圧力でつぶされたり、外部より加熱されたりすると異常
に圧力上昇する可能性があるという問題があった。これ
に対して、電池内圧の上昇にともなって変形するダイヤ
フラム弁によって正極と負極の端子が電気的に接続され
る電池が考案された（特開平７−２０１３７２号公
報）。しかし、この圧力による短絡機構は、前記圧力動
作の安全弁機構が先に動作した場合には電池缶内の圧力
が低下してしまい、目的の短絡機構は動作しない可能性
があった。
池内部回路の遮断機構は、例えば満充電状態で異常が生
じて動作した場合には電池内部回路が遮断されているた
め電池外部端子部では電圧を示さないにもかかわらず電
池内部の電極アセンブリーは満充電状態で放置されるた
め、この電池に釘等の導電体が刺されたり、外部からの
圧力でつぶされたり、外部より加熱されたりすると異常
に圧力上昇する可能性があるという問題があった。これ
に対して、電池内圧の上昇にともなって変形するダイヤ
フラム弁によって正極と負極の端子が電気的に接続され
る電池が考案された（特開平７−２０１３７２号公
報）。しかし、この圧力による短絡機構は、前記圧力動
作の安全弁機構が先に動作した場合には電池缶内の圧力
が低下してしまい、目的の短絡機構は動作しない可能性
があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リチ
ウム二次電池に異常が生じたときに充電状態で放置され
ることを防ぎ、かつリチウム二次電池内の圧力が低下し
たときにも安全装置が作動できる、安全性がさらに改善
されたリチウム二次電池を提供することにある。
ウム二次電池に異常が生じたときに充電状態で放置され
ることを防ぎ、かつリチウム二次電池内の圧力が低下し
たときにも安全装置が作動できる、安全性がさらに改善
されたリチウム二次電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
問題を解決するために種々の検討を行った結果、リチウ
ム二次電池内部の温度上昇により、安全装置が動作する
新たな機構を見出し、本発明を完成するに至った。
問題を解決するために種々の検討を行った結果、リチウ
ム二次電池内部の温度上昇により、安全装置が動作する
新たな機構を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】即ち、本発明は、正極と負極とをセパレー
ターを介して積層して電池缶内に収納してなるリチウム
二次電池において、電池温度の上昇にともなって正極と
負極が活物質含有層以外の部位で電気的に接続されるサ
ーマルスイッチを有するリチウム二次電池に係るもので
ある。
ターを介して積層して電池缶内に収納してなるリチウム
二次電池において、電池温度の上昇にともなって正極と
負極が活物質含有層以外の部位で電気的に接続されるサ
ーマルスイッチを有するリチウム二次電池に係るもので
ある。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のリチウム二次電池に用いる正極としては、リチ
ウム複合酸化物を正極活物質として金属集電箔上に正極
活物質含有層を形成してなる正極が挙げられ、特にシー
ト状の正極が好ましい。本発明のリチウム二次電池に用
いる負極としては、炭素質材料またはリチウム複合酸化
物などを負極活物質として金属集電箔上に負極活物質含
有層を形成してなる負極が挙げられ、特にシート状の負
極が好ましい。本発明のリチウム二次電池は、正極と負
極とをセパレーターを介して積層してなるものであり、
該セパレーターは、リチウムイオン導電性を有し電子絶
縁性を有するものである。
本発明のリチウム二次電池に用いる正極としては、リチ
ウム複合酸化物を正極活物質として金属集電箔上に正極
活物質含有層を形成してなる正極が挙げられ、特にシー
ト状の正極が好ましい。本発明のリチウム二次電池に用
いる負極としては、炭素質材料またはリチウム複合酸化
物などを負極活物質として金属集電箔上に負極活物質含
有層を形成してなる負極が挙げられ、特にシート状の負
極が好ましい。本発明のリチウム二次電池は、正極と負
極とをセパレーターを介して積層してなるものであり、
該セパレーターは、リチウムイオン導電性を有し電子絶
縁性を有するものである。
【０００９】本発明のリチウム二次電池に用いる正極活
物質は、電池の正極電位において電気化学的にリチウム
を放出・吸蔵できるものであり、例えばコバルト、ニッ
ケル、マンガンなどの遷移金属とリチウムとの複合酸化
物や、これらに他の元素を添加したリチウム複合酸化物
を用いることができる。
物質は、電池の正極電位において電気化学的にリチウム
を放出・吸蔵できるものであり、例えばコバルト、ニッ
ケル、マンガンなどの遷移金属とリチウムとの複合酸化
物や、これらに他の元素を添加したリチウム複合酸化物
を用いることができる。
【００１０】本発明のリチウム二次電池に用いる正極の
金属集電箔は、正極の電位で電気化学的に安定なもので
あり、例えばアルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス
箔、チタン箔などを用いることができる。
金属集電箔は、正極の電位で電気化学的に安定なもので
あり、例えばアルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス
箔、チタン箔などを用いることができる。
【００１１】本発明のリチウム二次電池に用いる負極活
物質は、電池の負極電位において電気化学的にリチウム
を吸蔵・放出できるものであり、例えば炭素質材料、正
極活物質よりも電位の低いリチウム複合酸化物などを用
いることができる。
物質は、電池の負極電位において電気化学的にリチウム
を吸蔵・放出できるものであり、例えば炭素質材料、正
極活物質よりも電位の低いリチウム複合酸化物などを用
いることができる。
【００１２】本発明のリチウム二次電池に用いる負極の
金属集電箔は、負極の電位で電気化学的に安定なもので
あり、例えば銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔、チタン
箔などを用いることができる。
金属集電箔は、負極の電位で電気化学的に安定なもので
あり、例えば銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔、チタン
箔などを用いることができる。
【００１３】本発明のリチウム二次電池に用いるセパレ
ーターは、リチウムイオン導電性を有する電子絶縁性の
ものであり、例えば多孔質フィルムに非水系電解質を含
ませたものや、固体状または半固体状の電解質などを用
いることができる。ここで非水系電解質とは、有機溶媒
中にＬｉＰＦ6やＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＣＦ3ＳＯ 3
Ｌｉなどのリチウム化合物を溶解させたものである。
ーターは、リチウムイオン導電性を有する電子絶縁性の
ものであり、例えば多孔質フィルムに非水系電解質を含
ませたものや、固体状または半固体状の電解質などを用
いることができる。ここで非水系電解質とは、有機溶媒
中にＬｉＰＦ6やＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＣＦ3ＳＯ 3
Ｌｉなどのリチウム化合物を溶解させたものである。
【００１４】本発明のリチウム二次電池で用いるサーマ
ルスイッチは、電池温度の上昇にともなって正極と負極
が活物質含有層以外の部位で電気的に接続される機構を
有する。活物質含有層の部位で電気的に接続されると、
接続局部の正極活物質温度が上昇してしまうため、充電
状態の場合には正極活物質から酸素が放出されやすくな
り安全性を低下させるので好ましくない。
ルスイッチは、電池温度の上昇にともなって正極と負極
が活物質含有層以外の部位で電気的に接続される機構を
有する。活物質含有層の部位で電気的に接続されると、
接続局部の正極活物質温度が上昇してしまうため、充電
状態の場合には正極活物質から酸素が放出されやすくな
り安全性を低下させるので好ましくない。
【００１５】該サーマルスイッチの動作温度は、８０℃
〜１４０℃が好ましく、９０℃〜１１０℃がさらに好ま
しい。該動作温度が８０℃未満であると電池の使用中に
動作する恐れがあり、１４０℃を超えると充電状態の正
極活物質から酸素が放出されやすくなる。
〜１４０℃が好ましく、９０℃〜１１０℃がさらに好ま
しい。該動作温度が８０℃未満であると電池の使用中に
動作する恐れがあり、１４０℃を超えると充電状態の正
極活物質から酸素が放出されやすくなる。
【００１６】本発明のリチウム二次電池に用いるサーマ
ルスイッチは、電池缶内にあってもよく、また電池缶外
にあってもよい。ここで、電池缶内とは電池缶と電池蓋
で囲まれ密封された空間を意味し、電池缶外とは電池缶
内以外の部分を意味する。例えば電池缶外の場合は、サ
ーマルスイッチを電池缶や電池蓋に配置することなどが
挙げられる。サーマルスイッチが電池缶内にある時は、
該電池缶内の酸素濃度が、該電池缶内の可燃性ガスが燃
焼しない酸素濃度の最大値以下であることを特徴とす
る。また、サーマルスイッチが電池缶外にある時は、該
サーマルスイッチ部分の酸素濃度が、該サーマルスイッ
チ部分の可燃性ガスが燃焼しない酸素濃度の最大値以下
であることを特徴とする。ここでサーマルスイッチ部分
とは、サーマルスイッチ本体を配置した近傍を意味し、
サーマルスイッチが密封されているときは密封された空
間を意味する。
ルスイッチは、電池缶内にあってもよく、また電池缶外
にあってもよい。ここで、電池缶内とは電池缶と電池蓋
で囲まれ密封された空間を意味し、電池缶外とは電池缶
内以外の部分を意味する。例えば電池缶外の場合は、サ
ーマルスイッチを電池缶や電池蓋に配置することなどが
挙げられる。サーマルスイッチが電池缶内にある時は、
該電池缶内の酸素濃度が、該電池缶内の可燃性ガスが燃
焼しない酸素濃度の最大値以下であることを特徴とす
る。また、サーマルスイッチが電池缶外にある時は、該
サーマルスイッチ部分の酸素濃度が、該サーマルスイッ
チ部分の可燃性ガスが燃焼しない酸素濃度の最大値以下
であることを特徴とする。ここでサーマルスイッチ部分
とは、サーマルスイッチ本体を配置した近傍を意味し、
サーマルスイッチが密封されているときは密封された空
間を意味する。
【００１７】本発明のリチウム二次電池に用いる非水系
電解質は、可燃性有機溶媒を含んでいる場合が多く、そ
の溶媒の蒸気圧分の可燃性ガスや、初期の充放電時に発
生する低級炭化水素等が存在する。該低級炭化水素等と
して、使用する溶媒にもよるがメタン、一酸化炭素、エ
チレン等が挙げられる。また、非水系電解質を含む電極
アセンブリーは、製造する環境によって異なるが、極微
量の水分を含有しているので電池の充電段階で電気分解
されて微量の水素ガスも存在する場合がある。
電解質は、可燃性有機溶媒を含んでいる場合が多く、そ
の溶媒の蒸気圧分の可燃性ガスや、初期の充放電時に発
生する低級炭化水素等が存在する。該低級炭化水素等と
して、使用する溶媒にもよるがメタン、一酸化炭素、エ
チレン等が挙げられる。また、非水系電解質を含む電極
アセンブリーは、製造する環境によって異なるが、極微
量の水分を含有しているので電池の充電段階で電気分解
されて微量の水素ガスも存在する場合がある。
【００１８】ここで、該酸素濃度の最大値とは、該可燃
性ガスと酸素および不活性ガスの混合系において、温度
が上昇した場合でも可燃性ガスが燃焼しない最大の酸素
濃度のことを言う。該不活性ガスとしては、窒素や二酸
化炭素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。可燃性
ガスが燃焼しない酸素濃度の最大値は、温度や圧力、不
活性ガスの添加量などによって変化するが、例えばメタ
ンガスの場合には、炭酸ガスを添加した常温、大気圧下
で１４．６体積％である（静電気ハンドブック、静電気
学会編、Ｐ７４３）。本発明における酸素濃度の最大値
は、１０体積％未満であることが好ましく、極微量では
あるが、水素ガスの存在まで考慮に入れると、該酸素濃
度の最大値は、５体積％未満であることがさらに好まし
い。
性ガスと酸素および不活性ガスの混合系において、温度
が上昇した場合でも可燃性ガスが燃焼しない最大の酸素
濃度のことを言う。該不活性ガスとしては、窒素や二酸
化炭素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。可燃性
ガスが燃焼しない酸素濃度の最大値は、温度や圧力、不
活性ガスの添加量などによって変化するが、例えばメタ
ンガスの場合には、炭酸ガスを添加した常温、大気圧下
で１４．６体積％である（静電気ハンドブック、静電気
学会編、Ｐ７４３）。本発明における酸素濃度の最大値
は、１０体積％未満であることが好ましく、極微量では
あるが、水素ガスの存在まで考慮に入れると、該酸素濃
度の最大値は、５体積％未満であることがさらに好まし
い。
【００１９】本発明のリチウム二次電池内の酸素濃度を
制御する方法としては、電池蓋で密封する工程における
作業雰囲気中の酸素濃度を制御する方法が工業的に容易
なので好ましい。例えば、電池蓋で密封する工程を密閉
ボックスとし、このボックス内の大気（窒素７９体積
％、酸素２１体積％程度）を、酸素濃度を測定しなが
ら、窒素や、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素などの不
活性ガスで置換することにより、密閉ボックス中の酸素
濃度を制御することができる。
制御する方法としては、電池蓋で密封する工程における
作業雰囲気中の酸素濃度を制御する方法が工業的に容易
なので好ましい。例えば、電池蓋で密封する工程を密閉
ボックスとし、このボックス内の大気（窒素７９体積
％、酸素２１体積％程度）を、酸素濃度を測定しなが
ら、窒素や、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素などの不
活性ガスで置換することにより、密閉ボックス中の酸素
濃度を制御することができる。
【００２０】本発明のリチウム二次電池において、電池
温度の上昇にともなって正極と負極が活物質含有層以外
の部位で電気的に接続されるサーマルスイッチは、適当
な抵抗を有した温度感応機構であればなんでもよいが、
形状記憶合金、熱膨張材、バネ、感温フェライトおよび
バイメタルからなる群から選ばれた少なくとも一つの材
料が適用されていることが好ましい。これらの材料は、
接続する電極部の電位で電気化学的に安定であることが
好ましい。例えば、形状記憶合金の場合は、チタン／ニ
ッケル合金などが挙げられ、熱膨張材の場合は、電気化
学的に安定な金属と樹脂との積層板などが挙げられる。
バネの場合は、熱可塑性樹脂との組合せ等が挙げられ
る。感温フェライト、バイメタル等も電気化学的に安定
なものを用いることが好ましいが、電解質と接触しない
ような構造であればこの限りではない。また、電池温度
の上昇にともなって正極と負極が活物質含有層以外の部
位で電気的に接続されるサーマルスイッチの抵抗は、
０．０１Ω〜１００Ωが好ましく、さらに好ましくは
０．１Ω〜１０Ωである。
温度の上昇にともなって正極と負極が活物質含有層以外
の部位で電気的に接続されるサーマルスイッチは、適当
な抵抗を有した温度感応機構であればなんでもよいが、
形状記憶合金、熱膨張材、バネ、感温フェライトおよび
バイメタルからなる群から選ばれた少なくとも一つの材
料が適用されていることが好ましい。これらの材料は、
接続する電極部の電位で電気化学的に安定であることが
好ましい。例えば、形状記憶合金の場合は、チタン／ニ
ッケル合金などが挙げられ、熱膨張材の場合は、電気化
学的に安定な金属と樹脂との積層板などが挙げられる。
バネの場合は、熱可塑性樹脂との組合せ等が挙げられ
る。感温フェライト、バイメタル等も電気化学的に安定
なものを用いることが好ましいが、電解質と接触しない
ような構造であればこの限りではない。また、電池温度
の上昇にともなって正極と負極が活物質含有層以外の部
位で電気的に接続されるサーマルスイッチの抵抗は、
０．０１Ω〜１００Ωが好ましく、さらに好ましくは
０．１Ω〜１０Ωである。
【００２１】
【実施例】以下、本発明について図面を用いてさらに詳
細に説明する。 実施例１ 図１に、本発明のリチウム二次電池の一つの実施態様を
示す。アルミニウム製正極リード４を電気的に接続した
ニッケル酸リチウムを主成分とする活物質含有正極シー
ト１とニッケル製負極リード５を電気的に接続した黒鉛
材を主成分とする活物質含有負極シート２とをポリプロ
ピレン製セパレーター３を介して積層巻取りして電極ア
センブリーを作製し、ニッケルメッキ鋼製電池缶８内に
収納した。その後負極リード５と電池缶８、および正極
リード４と、電池缶内の圧力が異常上昇した時に作動し
て内部ガスを外部に放出する安全弁機構および異常充電
や異常放電などにより電池温度が異常上昇した時に電池
内部回路の抵抗を上昇させてその継続を防ぐ感温遮断機
構を備えた電池蓋９とを電気的に接続し、アルゴン環境
（酸素濃度は１％以下）のボックス中で有機溶媒系電解
質を注液含浸した。そして、予め直径０．５ｍｍφのチ
タン／ニッケル合金製の直線記憶の形状記憶合金７（本
体抵抗は約０．２Ω）をコイル状にしてステンレス製の
チューブ６内に収納したものを電極アセンブリーの中心
空間部に配置した後、電池蓋９を絶縁パッキンを介して
電池缶８に取付て、密封型の円筒型電池を作製した。
細に説明する。 実施例１ 図１に、本発明のリチウム二次電池の一つの実施態様を
示す。アルミニウム製正極リード４を電気的に接続した
ニッケル酸リチウムを主成分とする活物質含有正極シー
ト１とニッケル製負極リード５を電気的に接続した黒鉛
材を主成分とする活物質含有負極シート２とをポリプロ
ピレン製セパレーター３を介して積層巻取りして電極ア
センブリーを作製し、ニッケルメッキ鋼製電池缶８内に
収納した。その後負極リード５と電池缶８、および正極
リード４と、電池缶内の圧力が異常上昇した時に作動し
て内部ガスを外部に放出する安全弁機構および異常充電
や異常放電などにより電池温度が異常上昇した時に電池
内部回路の抵抗を上昇させてその継続を防ぐ感温遮断機
構を備えた電池蓋９とを電気的に接続し、アルゴン環境
（酸素濃度は１％以下）のボックス中で有機溶媒系電解
質を注液含浸した。そして、予め直径０．５ｍｍφのチ
タン／ニッケル合金製の直線記憶の形状記憶合金７（本
体抵抗は約０．２Ω）をコイル状にしてステンレス製の
チューブ６内に収納したものを電極アセンブリーの中心
空間部に配置した後、電池蓋９を絶縁パッキンを介して
電池缶８に取付て、密封型の円筒型電池を作製した。
【００２２】その後、充放電を行い電池容量８００ｍＡ
Ｈの状態で外部加熱試験を実施した。加熱試験は、電池
を銅ブロック内に配置して、電池電圧を監視しながら５
℃／分の速度で昇温したところ、約１００℃の温度で電
池電圧が低下し始めた。該電池は、２００℃を超えても
破裂発火が見られなかった。なお、２００℃での電池電
圧は約０．５Ｖを示していた。
Ｈの状態で外部加熱試験を実施した。加熱試験は、電池
を銅ブロック内に配置して、電池電圧を監視しながら５
℃／分の速度で昇温したところ、約１００℃の温度で電
池電圧が低下し始めた。該電池は、２００℃を超えても
破裂発火が見られなかった。なお、２００℃での電池電
圧は約０．５Ｖを示していた。
【００２３】該リチウム二次電池は、図１に示すコイル
状の直線記憶形状記憶合金７が図２に示すように直線上
に変形して正極と負極が活物質のない電池缶底部（負
極）と電池蓋（正極）との部位で電気的に接続され、サ
ーマルスイッチ機構が動作したものである。該機構が動
作した後の電池は、どの温度の時点で中断されて放置さ
れても自己放電して電池容量が低下するので安全性がさ
らに高い状態になる。
状の直線記憶形状記憶合金７が図２に示すように直線上
に変形して正極と負極が活物質のない電池缶底部（負
極）と電池蓋（正極）との部位で電気的に接続され、サ
ーマルスイッチ機構が動作したものである。該機構が動
作した後の電池は、どの温度の時点で中断されて放置さ
れても自己放電して電池容量が低下するので安全性がさ
らに高い状態になる。
【００２４】実施例２ 図３と図４に、本発明のリチウム二次電池の別の実施態
様を示す。図３は、動作前の模式図であり、図４は動作
後の模式図である。直線記憶の形状記憶合金７が正極リ
ード４に電気的に接続し、負極と電気的に絶縁して配置
している。電池の温度上昇にともなって直線記憶の形状
記憶合金７が変形し、負極である電池缶壁に電気的に接
続するものである。
様を示す。図３は、動作前の模式図であり、図４は動作
後の模式図である。直線記憶の形状記憶合金７が正極リ
ード４に電気的に接続し、負極と電気的に絶縁して配置
している。電池の温度上昇にともなって直線記憶の形状
記憶合金７が変形し、負極である電池缶壁に電気的に接
続するものである。
【００２５】比較例１ 電池缶内の圧力が異常上昇した時に作動して内部ガスを
外部に放出する安全弁機構、異常充電や異常放電などに
より電池温度が異常上昇した時に電池内部回路の抵抗を
上昇させてその継続を防ぐ感温遮断機構および電池缶内
の圧力が異常上昇した時に電池内部回路を切り離す感圧
遮断機構を備えた電池を準備し、充放電したところ放電
容量は１１００ｍＡＨであった。その後、充放電を行い
電池容量１０５０ｍＡＨの状態で、実施例１と同様に外
部加熱試験を実施したところ、約１６０℃で少量の白煙
が見られた後、電池電圧が０Ｖとなった。これは、安全
弁の電池内圧の動作により電池内部回路が遮断されたも
のと見られる。このような圧力による電池内部回路の遮
断機構は、例えば充電回路の異常などにより充電末期に
動作した場合には，電池回路が遮断されているため電池
外部端子部では電圧を示さないにもかかわらず電池内部
の電極アセンブリーは、満充電状態で放置されるため、
この電池は危険性の高い状態であると言える。これに対
して本発明のリチウム二次電池は、サーマルスイッチ機
構が動作して内部で自己放電して放電状態となるため、
さらに安全性の改善された電池である。
外部に放出する安全弁機構、異常充電や異常放電などに
より電池温度が異常上昇した時に電池内部回路の抵抗を
上昇させてその継続を防ぐ感温遮断機構および電池缶内
の圧力が異常上昇した時に電池内部回路を切り離す感圧
遮断機構を備えた電池を準備し、充放電したところ放電
容量は１１００ｍＡＨであった。その後、充放電を行い
電池容量１０５０ｍＡＨの状態で、実施例１と同様に外
部加熱試験を実施したところ、約１６０℃で少量の白煙
が見られた後、電池電圧が０Ｖとなった。これは、安全
弁の電池内圧の動作により電池内部回路が遮断されたも
のと見られる。このような圧力による電池内部回路の遮
断機構は、例えば充電回路の異常などにより充電末期に
動作した場合には，電池回路が遮断されているため電池
外部端子部では電圧を示さないにもかかわらず電池内部
の電極アセンブリーは、満充電状態で放置されるため、
この電池は危険性の高い状態であると言える。これに対
して本発明のリチウム二次電池は、サーマルスイッチ機
構が動作して内部で自己放電して放電状態となるため、
さらに安全性の改善された電池である。
【００２６】
【発明の効果】本発明のリチウム二次電池は、リチウム
二次電池に異常が生じたときに充電状態で放置されるこ
とを防ぎ、かつリチウム二次電池内の圧力が低下したと
きにも安全装置が作動できる、安全性がさらに改善され
たリチウム二次電池であるので、工業的価値が大きい。
二次電池に異常が生じたときに充電状態で放置されるこ
とを防ぎ、かつリチウム二次電池内の圧力が低下したと
きにも安全装置が作動できる、安全性がさらに改善され
たリチウム二次電池であるので、工業的価値が大きい。
【図１】本発明の実施例１におけるサーマルスィッチ作
動前の状態を示す断面図。
動前の状態を示す断面図。
【図２】本発明の実施例１におけるサーマルスィッチ作
動後の状態を示す断面図。
動後の状態を示す断面図。
【図３】本発明の実施例２におけるサーマルスィッチ作
動前の状態を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）。
動前の状態を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）。
【図４】本発明の実施例２におけるサーマルスィッチ作
動後の状態を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）。
動後の状態を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）。
１・・・正極シート ２・・・負極シート ３・・・セパレーター ４・・・正極リード ５・・・負極リード ６・・・サーマルスイッチ（形状記憶合金）を収納する
チューブ ７・・・サーマルスイッチ（形状記憶合金） ８・・・電池缶 ９・・・電池蓋 １０・・・電極アセンブリー
チューブ ７・・・サーマルスイッチ（形状記憶合金） ８・・・電池缶 ９・・・電池蓋 １０・・・電極アセンブリー
Claims (6)
- 【請求項１】正極と負極とをセパレーターを介して積層
して電池缶内に収納してなるリチウム二次電池におい
て、電池温度の上昇にともなって正極と負極が活物質含
有層以外の部位で電気的に接続されるサーマルスイッチ
を有することを特徴とするリチウム二次電池。 - 【請求項２】サーマルスイッチが電池缶内にあり、かつ
該電池缶内の酸素濃度が、該電池缶内の可燃性ガスが燃
焼しない酸素濃度の最大値以下であることを特徴とする
請求項１記載のリチウム二次電池。 - 【請求項３】サーマルスイッチが電池缶外にあり、かつ
該サーマルスイッチ部分の酸素濃度が、該サーマルスイ
ッチ部分の可燃性ガスが燃焼しない酸素濃度の最大値以
下であることを特徴とする請求項１記載のリチウム二次
電池。 - 【請求項４】酸素濃度の最大値が、１０体積％未満であ
ることを特徴とする請求項２または３記載のリチウム二
次電池。 - 【請求項５】サーマルスイッチとして、形状記憶合金、
熱膨張材、バネ、感温フェライトおよびバイメタルから
なる群から選ばれた少なくとも一つが適用されているこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリチウ
ム二次電池。 - 【請求項６】サーマルスイッチの抵抗が、０．０１Ω〜
１００Ωであることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載のリチウム二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10031285A JPH10302762A (ja) | 1997-02-28 | 1998-02-13 | サーマルスイッチを有するリチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4594297 | 1997-02-28 | ||
| JP9-45942 | 1997-02-28 | ||
| JP10031285A JPH10302762A (ja) | 1997-02-28 | 1998-02-13 | サーマルスイッチを有するリチウム二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10302762A true JPH10302762A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=12733340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10031285A Pending JPH10302762A (ja) | 1997-02-28 | 1998-02-13 | サーマルスイッチを有するリチウム二次電池 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6045939A (ja) |
| EP (1) | EP0862231A1 (ja) |
| JP (1) | JPH10302762A (ja) |
| KR (1) | KR19980071780A (ja) |
| CA (1) | CA2230575A1 (ja) |
| TW (1) | TW360986B (ja) |
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