JPH1145740A - 非水電解質電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不測の事態により、電池の内部温度が上昇す
るのを防ぐことで、電極と電解液の反応が起きるのを未
然に防がんとするもので、電池の安全性を高めることを
目的とする。 【構成】 融点が１００〜３００℃の金属ハロゲン化物
を内蔵する非水電解質電池とすることで、上記目的を達
成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウム電池の如
き、電解質が非水系である電池に関するもので、特に電
池温度が上昇した時にも、高い安全性を維持できる電池
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、リチウムイオン電池に代表される
非水電解質系の電池が、高エネルギー密度、軽量という
利点から、携帯機器の電源として普及してきている。ま
た、電気自動車（ＥＶ）の駆動電源としても注目され、
実用化に向けて開発が進められている。

【０００３】これら民生機器の電源としての電池に真っ
先に求められるのは、電池の安全性である。特に非水電
解質電池においては、活物質の化学的活性が高いこと、
一般に使用されている電解液の溶剤が可燃性であるとこ
ろから、他の電池に比べなお一層の安全性が要求されて
いる。

【０００４】現在実用化されているリチウムイオン電池
において、電池の内部においては、内圧が上昇した場合
に回路を切断する圧力スイッチ、内圧を開放する安全
弁、温度上昇時に回路の電気抵抗を上昇させるポリスイ
ッチ、異常時に微孔が塞がり絶縁物に変わるシャットダ
ウン機能を有するセパレータ等が配置されている。電池
の外部においては、過充電、過放電、過大電流防止用の
保護回路が付加されている。

【０００５】これら以外にもまだ実用化には至っていな
いが、特開平３ー２３６１６８号に記載の如く、電解液
の不燃化あるいは難燃化の試みも行なわれている。例え
ば、釘の様な電導性物体が電池を貫通した場合、瞬間に
大きな短絡電流が流れ、その時のジュール熱により電池
内部の局部で発熱が起きる。このような不慮の事態によ
り、電池の内部温度が上昇し、内部で電極と電解液の発
熱を伴った反応が爆発的に起きる事態をも想定しておか
ねばならない。電解液の不燃化、難燃化の試みは、この
ような事態に対処する方法として、興味ある重要な試み
である。しかし、まだ実用レベルには至っていない。ま
た、電池内部で発生した熱を外部に逃すべく、電池の側
面に放熱を良くするための放熱板を取り付ける方法も提
案されているが、内部の熱の発生場所から電池表面へ熱
を導く有効な手段がなく、十分な効果を上げるに至って
いない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、不測の事態
により、電池の内部温度が上昇するのを防ぐことで、電
極と電解液の反応が起きるのを未然に防がんとするもの
で、電池の安全性を高めんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の如く、電池の内部
で短絡が発生し、ジュール熱により電池内部の温度が上
昇しようとするとき、電極と電解液の化学反応が起きる
温度に上昇する以前に発生した熱を速やかに奪って、温
度の上昇を防止すれば前記課題を解決できる。本発明
は、電極と電解液の化学反応が起きる温度より低い融点
を有する物質を内蔵しておくことで、本物質の融解熱に
より電池内で発生した熱を奪うことで、温度上昇を防止
せんとするものである。本発明に係る手段は、電池内部
の局部で発生した熱を奪うのに極めて有効な手段であ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】内蔵される物質は正極および負極
と反応しないものでなければならない。さらに電解液の
燃焼を妨げる機能を有するものであれば、安全性向上の
面で一層有効である。

【０００９】このような観点で種々の材料を対象に検討
を加えた結果、一部の金属ハロゲン化物が本目的に適す
る材料であることが判った。具体的には、１００〜３０
０℃に融点を有する金属ハロゲン化物である。例を挙げ
れば、以下のような物質である。即ち、ＭｏＣｌ₅ 、Ｎ
ｂＣｌ₅ 、ＳｂＢｒ₃ 、ＳｂＩ₃ 、ＳｅＢｒ₄ 、Ｓｉ₂
Ｂｒ₆ 、ＳｉＩ₄ 、Ｓｉ₂ Ｉ₆ 、ＳｎＦ₂ 、ＳｎＣ
ｌ₂ 、ＳｎＩ₄ 、ＴａＦ₂、ＴａＣｌ₅ 、ＴｅＦ₄ 、Ｔ
ｅＣｌ₄ 、ＷＣｌ₅ 、ＸｅＦ₂ 、ＸｅＦ₄ 、ＺｎＣ
ｌ₂ 、ＢｉＦ₅ 、ＢｉＣｌ₃ 、ＢｉＢｒ₃ 等である。中
でも、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎのハロゲン化物は
一般的であり、安価であること、また毒性が無い点から
特に望ましい材料である。前記のように内部短絡で発熱
する場所は、電流が集中する電極の短絡部分である。発
生した熱を速やかに奪うには、吸熱材料を発熱部分に配
置するのが有効である。また、融解したハロゲン化物が
活物質表面を覆い電解質との接触を遮断する効果も有る
ところから、金属ハロゲン化物は、電極内又は電極とセ
パレータの界面に配置されることが望ましい。また、急
激に熱を奪うには、吸熱材料の粒度が小さいほうが望ま
しい。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。

【００１１】図１は本発明に係る電池の要部断面図であ
る。なお、本発明の電池の形状および発電要素の材質、
構成、厚さは、以下に記載の内容に限定されるものでは
ない。

【００１２】図１に於て、１はステンレス（ＳＵＳ）製
の電槽である。２はポリオレフィン系の樹脂フィルム製
の底部絶縁板である。３は正極、セパレータ、負極の積
層体を表わしており、正極４は、活物質ＬｉＣｏＯ₂ 、
導電材アセチレンブラック、結着材ポリフッカビニリデ
ン（ＰＶＤＦ）、電解液の混合物から成り、アルミニウ
ム（Ａｌ）箔製の集電体の表面に保持されている。５は
負極で、活物質である黒鉛等の炭素粒子、結着材ＰＶＤ
Ｆ、電解液の混合物から成り、銅（Ｃｕ）箔製の集電体
の表面に保持されている。６は電解液が含浸された厚さ
約３０μｍの微孔性ＰＥフィルムから成るセパレータで
ある。電解液は、ＬｉＰＦ₆ のエチレンカーボネイト
（ＥＣ）、ジエチルカーボネイト（ＤＥＣ）の混合溶媒
の溶液である。正極４は厚さが約２００μｍである。負
極５は厚さが約２００μｍである。

【００１３】７は上部絶縁板、８は蓋である。９は正極
端子で、１０は正極４と正極端子９を接続している正極
リード、１１は弁である。

【００１４】正極４及び負極５の内部、または正極４と
セパレータ６の界面および負極５とセパレータ６の界面
に、粒径が０．１〜５μｍの金属ハロゲン化物の粉末が
配置されている。電極内にあるものは活物質粒子や導電
材粒子と混合された状態で内蔵されている。

【００１５】金属ハロゲン化物の例としては、前記Ｂ
ｉ、Ｓｎ、ＳｉまたはＺｎのフッ化物や塩化物である。
電池内に内蔵する量は、電極面積１ｃｍ² 当り０．５〜
５ｍｇが適当である。内蔵量が少ないと吸熱の効果があ
がらず、多いと電極の電導性を低下させること、及び活
物質の充填量が小さくなることから放電容量が小さくな
る欠点が生じる。

【００１６】金属ハロゲン化物を電極の中に内蔵する形
態に於て、少ない内蔵量で高い効果を得るには、電極の
内部より電極表面の金属ハロゲン化物濃度を高くした方
がよい。内部短絡で発熱する場合、電極の表面の正極と
負極の接触部分に発熱が集中するためである。具体的に
は電極を多層にして、表面の金属ハロゲン化物濃度を高
くすることが可能である。

【００１７】正極及び負極内にＳｎＣｌ₂ を内蔵する本
発明に係る電池と無添加の電池を用いて誤用テストに供
した。誤用テストに使用した電池はいずれも充電状態で
あり、その容量は１．５Ａｈである。表１は外部短絡テ
ストの結果であり、表２はオーブンで４００℃に加熱し
た結果である。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】表１、表２から明らかな通り、本発明電池
は金属ハロゲン化物を内蔵しない電池に比べ、何等かの
原因で発熱したり、高温の環境下におかれた場合の安全
性が高いことがわかる。これは前記の通り、内蔵された
金属ハロゲン化物が、吸熱、活物質と電解液の遮断及び
ハロゲン化物特有の燃焼抑止作用が有効に機能したため
と考えられる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係る非水電
解質電池は、安全性が高く、安価で生産性に優れ、工業
的価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非水電解質電池の要部断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 電槽 ２ 底部絶縁板 ３ 積層体 ４ 正極 ５ 負極 ６ セパレータ ７ 上部絶縁板 ８ 蓋 ９ 正極端子 １０ 正極リード端子 １１ 弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 融点が１００〜３００℃の金属ハロゲン
   化物を内蔵することを特徴とする非水電解質電池。
2. 【請求項２】 前記金属ハロゲン化物が、電極内又は電
   極とセパレータの界面に配置されていることを特徴とす
   る請求項１記載の非水電解質電池。