Lithium battery
专利汇可以提供Lithium battery专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To prevent firing of a battery and enhance the safety by encapsulating the power generating elements such as lithium negative electrode, positive electrode. separator, and electrolytic solution in a case for a lithium battery, and adding a fire-retardant agent into this battery case.
CONSTITUTION: Power generating elements 5 consist of a separator 2, lithium negative electrode 3, and positive electrode 4, each of which is embodied in sheet form, and they are placed one over another with the separator 2 interposed in the middle and are wound spirally. The negative electrode 3 assumes a sheet of metal lithium and is connected with a negative electrode can 1 through a negative electrode lead 9. The positive electrode 4 assumes a sheet prepared using a band-shaped porous current collecting body as a core, to whose both surfaces a paste-form positive electrode black mix is applied in layers, followed by drying and solidification. This positive electrode 4 is connected with a positive electrode terminal plate 7 through a positive electrode lead 8. The power generating elements 5 are encapsulated in a case, into which a fire-retardant against is added, which hinders firing even in the case of servicing in the high temperature condition to ensure the safety.
COPYRIGHT: (C)1993,JPO&Japio，下面是Lithium battery专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、リチウムを負極活物質とし有機電解液を使用するリチウム電池に関し、特に、誤使用や何らかの事故を起こした場合にも電池の熱的な暴走による発火を防止するための技術改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウム電池、特に正極と負極をセパレータを介してスパイラル状に巻回したスパイラル形リチウム電池では、大きな負荷電流を取り出すことができるという特徴を有している。 その反面、誤使用や使用機器の不測のトラブルによって電池が発熱して異常な高温となり、時には発火することがあった。
【０００３】そこで従来から、誤使用や使用機器のトラブルがあってもリチウム電池の安全性を高めるべく各種の対策が施されている。 最も一般的なのは安全弁式の防爆構造である。 リチウム電池のケースの一部に各種構造の安全弁を設け、電池内部の圧力が異常に高くなると安全弁が作動し内部のガスを放出するようになっている。
また、電池の過電流による発熱の防止対策として、電池内の電流経路に低融点合金からなる温度ヒューズを介在させたり、正特性サーミスタからなる感温抵抗体を介在させている。 何らかの異常によって電池に大電流が流れると、温度ヒューズの場合は溶断して電流経路を遮断し、感温抵抗体の場合は発熱により抵抗値が急増して放電電流を絞り込む。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述の安全弁式の防爆構造や温度ヒューズあるいは感温抵抗体による過電流対策はリチウム電池の発熱を防ぐのに有効であるが、状況によってはこれらの対策によっても電池の発火事故を完全に防止することができないことがある。 例えば、外部から熱を加えた場合などは、安全弁が作動して電池内のガスや電解液を放出したとしても、負極活物質であるリチウムの融点（１８０℃）近くまで加熱されると、リチウムが溶融して外部空気に触れ、発火に至ることがある。 また、スパイラル形リチウム電池を複数個直列に接続した組電池を誤って短絡したり、誤って過放電した場合にも発火することがある。 さらに、リチウム電池を誤って充電した場合にも発火する恐れがある。
【０００５】この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、従来の安全弁式の防爆構造や過電流防止回路でも止めることができなかった電池の発火を防ぎ、リチウム電池の安全性を高めることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこでこの発明では、リチウム電池のケース内に難燃化剤を添加した。 また、シート状の負極とセパレータと正極を重ねてスパイラル状に巻回してなる発電要素をケースに収納したスパイラル形リチウム電池において、正極合剤に難燃化剤を添加して乾燥工程を経てシート状正極を構成するようにした。
【０００７】
【作用】電池が内部において、発火を起こすような危険な高温状態になったとき、ケース内に添加されている難燃化剤が作用して発火を阻止する。
【０００８】
【実施例】先ず、スパイラル形リチウム電池の基本的な構成について図１に従って説明する。 この電池は、負極缶１と正極端子板７およびガスケット６からなる円筒形の電池ケース内にスパイラル構造の発電要素５を有機電解液１１とともに絶縁底板１０を介在させて密封入したものである。 発電要素５は、それぞれシート状に形成されたセパレータ２、リチウム負極３、正極４からなり、
リチウム負極３と正極４との間にセパレータ２が挾み込まれるようにこれらが重ね合わされて、スパイラル状に巻かれている。 負極３は金属リチウムのシートであり、
これと負極缶１が負極リード板９で接続されている。 正極４は、多孔性の帯状集電体を芯材としてその両面にペースト状の正極合剤を薄層状に塗布してシート状に形成し、それを乾燥固化させたものである。 正極合剤は、二酸化マンガンを主体とする正極活物質に導電剤であるカーボンを混合し、さらに結着剤を加えて混練したものである。 この正極４と正極端子板７が正極リード板８で接続されている。 なお、この実施例におけるガスケット６
と正極端子板７には前述した安全弁式の防爆構造が組み込まれているが、ここでは説明しない。
【０００９】この発明を実施するに際して使用する難燃化剤としては、有機系と無機系の化合物があるが、具体的には次の表１に示すような製品を用いることができる。
【００１０】
【００１１】この種の難燃化剤を図１のスパイラル形リチウム電池のケース内に適宜に添加するわけであるが、
具体的には、難燃化剤を正極４に添加する方法と有機電解液１１に添加する方法などが考えられる。
【００１２】難燃化剤を正極４に添加する場合、ペースト状の正極合剤に適量の難燃化剤を添加し、それを芯材の両面に薄層状に塗布してシート状に形成し、乾燥固化する。 この乾燥工程で難燃化剤に含まれる溶剤などの不要な成分が除去され、放電性能などの本来の電池特性に不要成分が悪影響を与えるのを防止することができる。
【００１３】表１に示す４種類の難燃化剤Ａ〜Ｄを、ペースト状の正極合剤に対して５重量％添加して図１に示す構造のスパイラル形リチウム電池を試作した。 難燃化剤Ａ〜Ｄを使用した本発明の実施例による４種類の電池をＮｏ１〜Ｎｏ４とする。 また同じ構成の電池で難燃化剤をまったく添加していない従来の電池をＮｏ５とする。 なお、試作したスパイラル形リチウム電池の外径は１７mm、高さは３３．５mmである。
【００１４】前記の５種類の電池Ｎｏ１〜Ｎｏ５について、これを外部から１６５℃まで加熱してその状態を観察した。 この加熱試験の結果は次の表２の通りであった。
【００１５】
【００１６】また、前記の各電池Ｎｏ１〜Ｎｏ５のそれぞれについて、５本直列にした組電池を４８時間短絡状態に保ち、その状態を観察した。 この直列短絡試験の結果は次の表３の通りである。
【００１７】
【００１８】また、前記の各電池Ｎｏ１〜Ｎｏ５について、これを充電電流１Ａで２４時間充電し、その状態を観察した。 この充電試験の結果は次の表４の通りである。
【００１９】
【００２０】なお、前記の実施例の電池Ｎｏ１〜Ｎｏ４
では、難燃化剤の添加量は正極に対して５重量％であったが、２〜３０重量％でも有効である。 また有機系の難燃化剤は電解液中に添加しても同等の効果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明によれば、リチウム電池のケース内に難燃化剤を適宜に添加するという簡単な改良手段で、誤使用や使用機器のトラブルなどによって電池が危険な高温状態になっても、
難燃化剤の作用によって発火が抑制されるので、リチウム電池の安全性が向上する。
【図１】この発明の実施対象となるスパイラル形リチウム電池の構成図である。
１ 負極缶 ２ セパレータ ３ リチウム負極 ４ 正極 ５ 発電要素 ６ ガスケット ７ 正極端子板 ８ 正極リード板 ９ 負極リード板 １０ 絶縁底板 １１ 有機電解液
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