專利名稱：非水系電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非水系電池。特別涉及具有用于確保安全性的特定構(gòu)造的非水系電池。
使用非水系電解液的鋰離子蓄電池，由于其高電壓、高輸出、重量輕，而被作為便攜式電子機器的電源采用。這樣的鋰離子蓄電池，一般，在作為負(fù)極的圓筒形的不銹鋼電池筒內(nèi)，包含有使具有細(xì)微孔徑的多孔質(zhì)樹脂膜作為隔離材料介于正極板和負(fù)極板之間卷繞成螺旋形的電極板積層體。作為正極板，使用涂覆了包含鋰復(fù)合氧化物(LiCoO2等)的材料作為正極活性物質(zhì)的鋁箔集電體，作為負(fù)極板，使用涂覆了包含碳的材料作為負(fù)極活性物質(zhì)的銅箔集電體。
目前流通的鋰離子蓄電池的電極板積層體其構(gòu)成是，使在鋁箔兩面上有活性物質(zhì)覆膜的一張正極板、在銅箔的兩面上有活性物質(zhì)覆膜的一張負(fù)極板、兩張隔膜，按照隔膜、正極板、隔離材料的順序重疊，并且使負(fù)極在外側(cè)以螺旋型卷繞形成，或者按照隔膜、在鋁箔的一面是有活性物質(zhì)的兩張正極板(配置成鋁箔之間合并，使活性物質(zhì)覆膜一側(cè)朝外)、隔膜的順序，并且使負(fù)極板在外側(cè)，以螺旋形卷繞形成。
在這樣的鋰離子蓄電池中，在因電路的異常和錯誤的使用方法等，電池的正極和負(fù)極短路，電池內(nèi)部的溫度上升的情況下，為了確保安全性，以往，配備了安全閥、溫度保險絲、PTC元件等，但是，為了防備各種使用環(huán)境和以外事故，需要進(jìn)一步的安全方案。
例如，在充電狀態(tài)中，當(dāng)釘子等銳利的導(dǎo)電體刺入電池筒、從外部被異常加熱、在電極板積層體的積層方向上壓壞電池等時，不斷地在內(nèi)部引起急速的溫度上升。
在上述那樣的情況下，很明顯是因在電池內(nèi)部正極和負(fù)極的短路引起的，但是，為什么引起急速的溫度升高確不清楚。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)是由以下的原因引起如此現(xiàn)象，從而完成了本發(fā)明。
如果作為導(dǎo)電體的釘子等刺入電池，則該釘子的尖端由于在貫通作為負(fù)極的電池筒成為負(fù)極的狀態(tài)下與內(nèi)部的正極板接觸，因此通過該釘子產(chǎn)生短路。另外，當(dāng)電池從外部被異常加熱時，由于作為有機材料的隔膜首先熔化，因此由該隔膜絕緣的正極板和負(fù)極板接觸產(chǎn)生短路。進(jìn)而，當(dāng)電池在電極板積層體的積層方向被壓壞時，在電池板積層體的內(nèi)周側(cè)產(chǎn)生大的應(yīng)力，隔膜破斷，正極板和負(fù)極板接觸產(chǎn)生短路。
在如此短路時，由于在構(gòu)成電極板積層體的部件中鋰復(fù)合氧化物(正極活性物質(zhì))的電阻值比較高，所以當(dāng)短路電流通過時，鋰復(fù)合氧化物的溫度容易上升。而后，由于此溫度產(chǎn)生的熱容易使電池內(nèi)部的有機溶劑產(chǎn)生分解反應(yīng)。另外，如果這樣的短路產(chǎn)生于充電狀態(tài)的電池，則在充電狀態(tài)中的鋰復(fù)合氧化物由于鋰作為離子處于某種程度脫離的不穩(wěn)定狀態(tài)，所以容易因溫度上升分解發(fā)生活性氧。這種活性氧容易使包覆鋰復(fù)合氧化物的鋁箔和有機溶劑發(fā)生反應(yīng)。
本發(fā)明提供一種非水系電池，其即使在外部被異常加熱的情況下、被釘子等銳利的導(dǎo)體刺入電池筒的情況下和電池在電池板積層體的積層方向上被壓壞的情況下，也很難產(chǎn)生正極活性物質(zhì)和負(fù)極的短路，或即使產(chǎn)生短路的情況下，也可以抑制隨之引起的正極活性物質(zhì)的溫度上升，可以確保安全性。
本發(fā)明提供一種非水系電池，其在電池筒內(nèi)包含由只在集電體箔的一面上有正極活性物質(zhì)的正極板、只在集電體箔的一面上有負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極板以及隔膜構(gòu)成的單位電池層，正極板的有正極活性物質(zhì)的面和負(fù)極板的有負(fù)極活性物質(zhì)的面經(jīng)隔膜相對，正極板的沒的正極活性物質(zhì)的面和負(fù)極板的沒有活性物質(zhì)的面經(jīng)絕緣膜相對。
作為具有上述結(jié)構(gòu)的具體例子有以下3種卷繞型，其包含單位電池層經(jīng)絕緣膜卷繞積層的電極板積層體；簡單積層型，其包含多個單位電池層經(jīng)絕緣膜積層的電極板積層體；折疊積層型，其包含經(jīng)絕緣膜積層的多個單位電池層經(jīng)多次折疊積層后的電極板積層體。
本發(fā)明的非水系電池的構(gòu)造是，正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)夾著隔膜相對，沒有活性物質(zhì)的負(fù)極集電體箔面之間夾著絕緣膜相對。因而，來自外部的異常加熱和電池積層方向的壓壞，或因釘子刺入等發(fā)生正極活性物質(zhì)和負(fù)極的短路時，沒有活性物質(zhì)的正極的集電體箔面之間必然也發(fā)生短路。因為集電體箔的電阻值，比正極活性物質(zhì)的電阻值低，所以，即使在短路部分中，電流也是主要流過電阻值低的集電體箔，流過正極活性物質(zhì)的電流減少。因此，可以在短路時抑制正極活性物質(zhì)的異常溫升。
電池筒也可以是即不是成為負(fù)極的物質(zhì)，也不是成為正極的物質(zhì)的如樹脂那樣的不導(dǎo)電的物質(zhì)。當(dāng)電池筒是如樹脂那樣的不導(dǎo)電的物質(zhì)時，可以在電池筒上設(shè)置外部電極。當(dāng)電池筒作為負(fù)極時，最好使沒有活性物質(zhì)的正極板的面與電池筒通過絕緣膜相對。這是因為在這種情況下，當(dāng)發(fā)生釘子刺入事故時，釘子的尖端在貫通作為負(fù)極的電池筒成為負(fù)極的狀態(tài)下，在內(nèi)部與正極板接觸短路，而當(dāng)釘子等的尖端僅刺入少許時，由于其尖端在與正極活性物質(zhì)接觸前必然接觸集電體箔，所以在正極活性物質(zhì)上幾乎沒有電流流過。
正極板和負(fù)極板的集電體箔，可以在整個單面上包覆活性物質(zhì)，也可以單面的部分上包覆活性物質(zhì)，在整個單面上包覆活性物質(zhì)由于容易制造所以是理想的方法。在另一面上，絲毫不包覆活性物質(zhì)，需要在整個面上呈集電體面。
作為正極的集電體箔，有鋁、鈦、不銹鋼等的金屬箔，其中鋁最理想。正極集電體箔的厚度一般是5～100μm，理想的厚度是8～50μm，最理想的是10～50μm。
作為負(fù)極集電體箔，有銅、鎳以及不銹鋼等的金屬箔，銅、不銹鋼理想。負(fù)極集電體箔的厚度一般是6～50μm，理想的是8～25μm。
正極、負(fù)極的集電體箔的形狀可以是多孔金屬網(wǎng)、穿孔金屬的形狀，也可以是使用作為金屬均衡體的碳布、碳紙等。
正極、負(fù)極的活性物質(zhì)的厚度理想的是30～300μm，最理想的是70～130μm。
作為正極活性物質(zhì)可以使用Li、Na、Co等的堿金屬或堿土金屬、與Co、Ni、Mn、Fe等的復(fù)合氧化物，或者與上述堿金屬或堿土金屬和過渡性金屬和非過渡性金屬的復(fù)合氧化物。
作為負(fù)極活性物質(zhì)，可以使用焦炭、石墨、非晶體碳等的碳粒子，其形狀可以是破碎狀、鱗片狀、球狀等某種形狀。
非水的電解質(zhì)不特別限定，例如可以將LIClO4、LiBF4、LiAsF6、CF3SO3Li等的電解質(zhì)溶解于醚類、酮類、碳酸鹽類的有機溶劑作為有機電解液使用。
作為隔膜，可以使用沒有電傳導(dǎo)功能但具有離子傳導(dǎo)功能，有機溶劑耐性高，具有微細(xì)孔徑的多孔制膜，例如可以列舉由聚乙烯、聚丙烯等的聚烯類的樹脂構(gòu)成的多微孔膜，或織成聚烯類的多孔制纖維或其無紡布等。
作為絕緣膜也可以使用沒有電傳導(dǎo)性但具有離子傳導(dǎo)功能的與上述隔膜同樣的膜。但是，沒有離子傳導(dǎo)功能的絕緣膜與有離子傳導(dǎo)功能的絕緣膜相比，因為不僅價格便宜，強度高，而且即使做成很薄的薄膜，也可以保持需要的強度，所以最好是沒有離子傳導(dǎo)性、電子傳導(dǎo)功能，有機溶劑的耐性高的膜，例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯·丙烯共聚物等的聚烯類的合成樹脂膜。
如果絕緣膜的厚度比隔膜的厚度薄，則與絕緣膜和隔膜厚度相同的情況相比，可以使在同樣大小的電池筒中可以積層的單位電池層的總長度增加。因而，希望絕緣膜的厚度比隔膜的厚度薄。
另外，希望絕緣膜的熔點比上述隔膜的熔點低。這是因為當(dāng)電池被從外部異常加熱時，由于絕緣膜一方比隔膜先熔化，所以通過絕緣膜相對的正極、負(fù)極的集電極箔之間的短路，比通過隔膜相對的正極、負(fù)極的活性物質(zhì)之間的短路先引起。
作為絕緣膜，希望其熔點比隔膜的熔點低5～150℃左右。如果該熔點的差比5℃小，則由于通常存在于電池筒內(nèi)的溫度分布，隔膜一方有可能先熔化，如果比150℃大，則有可能在通常使用狀態(tài)下的電池內(nèi)溫度(-20～100℃)范圍內(nèi)熔化。
卷繞型的非水系電池由使重合單位電池和絕緣膜并由卷繞機卷繞成螺旋型等的方法制成，簡單積層型的非水系電池由使單位電池和絕緣膜夾著平行重合的方法制成，折疊積層型的非水系電池由使單位電池和絕緣膜重合的疊層在規(guī)定寬度上折疊并平行地配置的方法等制成。
沒有活性物質(zhì)的正極板的面在電池筒上通過絕緣膜相對的結(jié)構(gòu)，在卷繞型中的制造方法是，使單位電池層的正極板一側(cè)朝外地卷繞，至少通過在其外周上卷繞絕緣膜制造。在簡單積層型中的制造方法例如是，使多個單位電池層的正極板一側(cè)和負(fù)極板一側(cè)相對，在其間夾著絕緣膜積層，配置該積層使得在積層方向的中心該負(fù)極板一側(cè)重合，至少在各單位電池層的兩端面和電池筒之間配置絕緣膜，如果需要，也可以在電極板積層體的最上面和電池筒之間、最下面和電池筒之間配置絕緣膜。在折疊積層型中的制造方法是，在電池筒的內(nèi)側(cè)面中，使正極板配置在與折疊單位面平行的內(nèi)側(cè)面上折疊單位電池層，至少在配置于上述內(nèi)側(cè)面上的正極板和該內(nèi)側(cè)面之間配置絕緣膜。
本發(fā)明的電池，在卷繞型的情況下，也可以在電極板積層體的卷繞中心具有中心軸。
中心軸最好是在外周面上有開口的筒體、在外周面上有在圓周方向上連續(xù)的凹部的棒材或螺旋彈簧。如果該電池在電池板積層體的積層方向(與軸交叉的方向)被壓壞，則在電池板積層體的內(nèi)周側(cè)上產(chǎn)生大的應(yīng)力，隔膜破壞，正極板和負(fù)極板接觸產(chǎn)生短路，這時，中心軸也崩潰，筒體的開口部分的邊緣開向外側(cè)，或者在棒材的凹部或螺旋彈簧的線材間隙中，電極板積層體侵入其內(nèi)周側(cè)，電極板積層體從內(nèi)周側(cè)斷裂。由此，由于促使短路在大范圍上產(chǎn)生，所以與該正極活性物質(zhì)的單位體積相當(dāng)?shù)亓鞒龅碾娏鳒p少，可以抑制該正極活性物質(zhì)的溫升。
所謂筒體，就是中空的軸方向的兩端開放的管狀體，與軸方向垂直的斷面外形不限定于圓。筒體的厚度不特意限定，但是設(shè)置成兼顧開口的面積，在通常時可以保持規(guī)定的強度，并且在積層方向上施加規(guī)定的破壞壓力時同時破壞的厚度。
所謂開口部分，意味著從筒體的外周面到內(nèi)周面貫通的貫通孔。開口部分也可以是從筒體的軸方向一端至另一端的開口，還可以是只至一端不至兩端的開口。最好開口部分沿著筒體軸方向平行，并且至少有2個。特別是在沿著筒體的軸方向平行延伸的開口有3個以上時，無論擠壓破壞方向在哪個方向上，由于必然有某個開口部分的邊緣向外側(cè)張開，因此，可以確實得到上述作用。另外，當(dāng)開口部分為2個時，通過將開口配置在以筒體的軸為中心不相對的位置上，則無論擠壓破壞方向在哪個積層方向上，都必然有某個開口的邊緣向外側(cè)張開，可以確實得到上述作用。
缺口部分最好在與筒體軸方向交叉的方向上延伸。開口部分可以與軸方向正交，也可以斜向交叉。作為開口方向的例子，在筒體是圓筒時，可以列舉沿著其斷面的圓弧形成的開口，以及在圓周面上螺旋地形成的開口等。這種情況下，由于不論擠壓破壞方向是與軸交叉的哪個方向，開口部分的邊緣都必然向外側(cè)張開，因此可以確實得到上述作用。
另外，開口的邊緣面上最好形成波浪形。所謂波浪形，意味著對于基準(zhǔn)線有起伏的凹凸，其形狀可以是矩形波、正弦波等某種波形。這種情況下，由于破壞后向外側(cè)張開的開口的邊緣呈波浪形突起，所以電極板積層體容易被破壞，同時斷裂部分分散。
作為中心軸在圓周面上有在圓周方向上連續(xù)的凹部的棒材的例子，可以列舉如螺旋軸那樣在棒材的外周面上以螺旋形形成規(guī)定寬度的凹部的棒材，和不是螺旋形而是在棒材的長方向上形成多個沿著棒材斷面圓形的周向溝的棒材等。
棒材可以是實心的，也可以是空心的，如果是空心的，則比較理想，這是因為當(dāng)內(nèi)部壓力上升時，電池筒內(nèi)的氣體可以從其中空部分向安全閥方向?qū)С?。進(jìn)而，在棒材是中空情況下的上述凹部，限定其深度，使其從外周面向內(nèi)周面一側(cè)形成但不貫通內(nèi)周面。
凹部的深度，由于凹部越深上述侵入程度越高，所以希望凹部深。
當(dāng)中心軸是螺旋彈簧時，希望螺距比線材直徑大，并且在無負(fù)荷時相鄰的線材之間有間隙。螺旋彈簧相鄰的線材之間的間隙最好是線材直徑的2～3倍。
線材的斷面形狀無需特意限定，可以是圓形也可以是菱形等的多角形。如果在外周形成有鋸齒形的凹部如線材斷面是菱形的螺旋那樣，則是理想的中心軸，這是因為即使是在無負(fù)荷時相鄰的線材之間沒有間隙的螺旋彈簧，也可以在上述擠壓破壞時使電極板積層體的內(nèi)周部分容易侵入其凹部的緣故。
中心軸的材質(zhì)不特意限定，但最好是作為兼有耐腐蝕性和強度的金屬的不銹鋼。
圖1是本發(fā)明的第1實施例的電極板積層體是卷繞型的非水系電池的斷面圖。
圖2是說明圖1的電池對于擠壓破壞的作用的橫斷面圖。
圖3是說明圖1的電池對于導(dǎo)電體刺入的作用的橫斷面圖。
圖4是本發(fā)明第2實施例的電極板積層體是卷繞型的非水系電池的橫斷面圖。
圖5是本發(fā)明第3實施例的電極板積層體是卷繞型的非水系電池的橫斷面圖。
圖6是說明中心軸3a作用的圖。
圖7是第3中心軸3b的正面圖。
圖8是圖7的A-A線斷面。
圖9是說明中心軸3b作用的圖。
圖10是第4中心軸3c的正面圖。
圖11是第5中心軸3D的正面圖。
圖12是說明第5中心軸3d的開口部分的圖。
圖13是第6中心軸3e的正面圖。
圖14是展示第7中心軸3f的斜視圖。
圖15是本發(fā)明的電極板積層體是簡單積層型的非水系電池的橫斷面圖。
圖16是本發(fā)明的電極板積層體是折疊積層型的非水系電池的橫斷面圖。
以下，根據(jù)


本發(fā)明的實施例。
圖1是本發(fā)明的第1實施例的電極板積層體是卷繞型的非水系電池的橫斷面圖。
該電池是將卷繞型的電池板積層體1收納在圓筒形的電池筒2中的鋰離子蓄電池。另外在電池板積層體1的卷繞中心插入有細(xì)圓筒形的中心軸3。該中心軸3在電池筒2內(nèi)的內(nèi)部壓力上升時，具有使電池筒2內(nèi)氣體向安全閥方向?qū)С龅牧髀返淖饔茫刹讳P鋼等形成。
電極板積層體1由以下部分構(gòu)成正極板，只在由鋁制成的集電體箔11a的一面上涂布包含LiCoO2的材料作為正極活性物質(zhì)11b；負(fù)極板，只在由銅制成的集電體箔12a的一面上涂布包含碳粒子的材料作為負(fù)極活性物質(zhì)12b；隔膜13，其被配置在正極活性物質(zhì)12a和負(fù)極活性物質(zhì)12b之間由聚烯多微孔膜構(gòu)成；絕緣膜14，其被配置在之間一側(cè)集電體箔11a和負(fù)極一側(cè)集電體箔12a之間由與上述隔膜13同樣的膜構(gòu)成。
該電極板積層體1通過以下步驟制成，即，按照正極側(cè)集電體箔11a、正極活性物質(zhì)11b、隔膜13、負(fù)極活性物質(zhì)12b、負(fù)極側(cè)集電體箔12a、絕緣膜14的順序積層，將絕緣膜14置于內(nèi)側(cè)(即將正極側(cè)集電體箔11a置于外側(cè))，由卷繞機卷繞成螺旋形，在最外周卷繞絕緣膜14。由此，電極板積層體1的層結(jié)構(gòu)為從電池筒2一側(cè)向內(nèi)側(cè)按順序排列絕緣膜14，正極側(cè)集電體箔11a，正極活性物質(zhì)11b，隔膜13，負(fù)極活性物質(zhì)12b，負(fù)極側(cè)集電體箔12a，絕緣膜14，正極側(cè)集電體箔11a…。
另外，在該電極板積層體1中，在由正極活性物質(zhì)11b和負(fù)極活性物質(zhì)12b相對配置的正極11以及負(fù)極12、在其間配置的隔膜13構(gòu)成的單位電池層4內(nèi)產(chǎn)生電池作用，在絕緣膜隔著的單位電池層4之間(即，正負(fù)集電體箔11a、12a之間)不產(chǎn)生電池作用。
因而，如圖2所示，當(dāng)電池在積層方向上被擠壓破壞時，一般由于與中心軸3相鄰的最內(nèi)周的隔膜13以及絕緣膜14受到的應(yīng)力最大，因而由此順序向外周方向隔膜13以及絕緣膜14被破壞，例如在圖2的B、C中，正極活性物質(zhì)11b和負(fù)極活性物質(zhì)12b發(fā)生短路，而與之幾乎同時，在A、D中的正負(fù)集電體箔11a、12a之間也發(fā)生短路。因此，由于短路部分的電流幾乎全部流入集電體箔11a、12a，安全地在內(nèi)部放電，所以流入到由LiCoO2構(gòu)成的正極活性物質(zhì)11b中的電流減少，從而抑制了LiCoO2的溫升。
因此，即使在充電狀態(tài)下短路，由于可以抑制伴隨LiCoO2溫升產(chǎn)生的氧以及因該氧產(chǎn)生的鋁(正極側(cè)集電體箔)和有機溶劑(電解質(zhì)溶劑)的反應(yīng)，所以可以防止在電池內(nèi)部產(chǎn)生大的能量，全部電池的安全性。
另外，如圖3所示，當(dāng)由銳利的釘子等構(gòu)成的導(dǎo)電體5穿破電池筒2進(jìn)入電池內(nèi)部時，在貫通電池筒2時變?yōu)樨?fù)極的導(dǎo)電體5的尖端，按照絕緣膜14，正極側(cè)集電體箔11a，正極活性物質(zhì)11b，隔膜13，負(fù)極活性物質(zhì)12b，負(fù)極側(cè)集電體箔12a，絕緣膜14…的順序貫通并與之接觸。這樣，通過導(dǎo)電體5正極活性物質(zhì)11b和負(fù)極活性物質(zhì)12b短路，如上所述，幾乎與此同時正負(fù)集電體11a、12a之間也發(fā)生短路，因此短路部分的電流幾乎全部流入集電體11a、12a，被安全放電。因而，即使與上述同樣的在充電狀態(tài)下短路，也可以抑制在電池內(nèi)部產(chǎn)生大的能量，全部電池的安全性。
再有，當(dāng)釘子等導(dǎo)電體5從電池筒2刺入到中心軸3跟前時，該導(dǎo)電體5由于在與正極活性物質(zhì)11B接觸前必然與正極側(cè)的集電體11a接觸，所以即使在短路部分，電流的大部分也流向正極側(cè)的集電體11a，而幾乎不流向正極活性物質(zhì)11b。因而，該電池在僅稍微刺入積層方向時具有優(yōu)異的安全性。
進(jìn)而，在第1實施例中，由于使用與隔膜13同樣的膜作為配置在單位電池層4之間(即，在之間側(cè)集電體箔11a和負(fù)極側(cè)集電體箔12a之間)的絕緣膜14，所以在單位電池層4之間不產(chǎn)生電池作用，由此與確保電池安全性相反，不能避免電容量的下降。即，與以往的結(jié)構(gòu)相比，在使上述結(jié)構(gòu)的正負(fù)極板卷繞同樣長度的情況下，容量變?yōu)橐话?，即使使活性物質(zhì)對于正負(fù)極都只包覆在一面上，使正負(fù)極板加長卷繞時，也不能保持同樣的容量。
于此相反，如圖4所示，通過使用比隔膜13薄的膜作為絕緣膜14，就可以在同樣大小的電池筒2內(nèi)使可以積層的單位電池層4的長度加長，因此在可以確保如上所述的電池安全性的同時，還可以增大電容量。例如，在一般的電池中所使用的隔膜的厚度是25～35μm，但是，作為絕緣膜通過使用12μm的絕緣膜(例如聚丙烯樹脂膜)代替35μm的隔膜，在電池筒2的直徑為18mm，高為65mm的情況下，可以增加約8～10％的初期容量。
另外，在第1實施例中，由于電池筒2和正極板12通過絕緣膜14相對，所以如果絕緣膜有離子傳導(dǎo)功能，則在正極板12和作為負(fù)極的電池筒2之間引起充放電，有可能在充電時，在電池筒中析出金屬鋰，在過放電時，電池筒材料溶出。因此，通過使用例如聚丙烯樹脂膜等的沒有離子傳導(dǎo)功能的膜作為絕緣膜，就可以防止在充電時金屬鋰向電池筒析出，以及在過放電時電池筒材料2溶出。
進(jìn)而，使絕緣膜14的材料比隔膜13的材料的熔點低，則在電池受到外部異常加熱時，絕緣膜14比隔膜13先熔化，通過絕緣膜14相對的正負(fù)集電體箔11a、12a之間的短路，比通過隔膜13相對的正負(fù)活性物質(zhì)11b、12b之間的短路先引起。由此，由于短路電流只流過集電體箔11a、12a而不流向正極活性物質(zhì)11b，所以在上述實施例的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)絕緣膜14的熔點比隔膜13的熔點低時，從外部異常加熱電池情況下的安全性特別優(yōu)異。
在第1實施例中的電極板積層體1是將由負(fù)極板12、隔膜13、以及正極板11組成的單位電池4和絕緣膜14如上所述那樣重合，由卷繞機卷繞成螺旋型等的卷繞型，但是在本發(fā)明的電極板積層體中，也可以如圖15所示是使單位電池4夾著絕緣膜14平行地重合的簡單積層型，或者如圖16所示是使單位電池層4和絕緣膜14重合后的結(jié)構(gòu)在規(guī)定寬度上折疊并平行地配置的折疊積層型等的某種結(jié)構(gòu)。
另外，在第1實施例中，說明了有關(guān)鋰離子蓄電池，但是即使對于除此之外的非水系蓄電池或非水系一次電池，在活性物質(zhì)的電阻值比較高的情況下，由上述同樣的作用，也可以確保電池的安全性。
圖5是代替圖1的中心軸，插入具有在中空的圓筒形的周面上沿著軸方向平行延伸的規(guī)定寬度(當(dāng)圓筒體的外徑是4.0mm，厚度是0.4mm的情況下，例如是0.3mm)的開口部分31的第2中心軸3a的非水系電池的橫斷面圖。當(dāng)電池在積層方向上被擠壓破壞時，如圖6假象線所示，中心軸3a也被破壞，開口部分31的邊緣向外側(cè)張開，使電極板積層體1從內(nèi)部破壞，因此，促進(jìn)了正負(fù)極的集電體箔11a、12a之間的短路在大范圍上產(chǎn)生。
圖7是第3中心軸3b的正面圖，圖8是圖7的A-A線斷面圖。另外，圖8是說明中心軸3b的作用的圖。
該中心軸3b由SUS304等的不銹鋼制成，從圖7和圖8可知，不僅具有與上述開口部分31一樣的，在中空的圓筒體的周面上沿著軸方向平行的規(guī)定寬度(當(dāng)圓筒體的外徑是4.0mm，厚度是0.4mm時，例如是0.3mm)的開口32，而且還具有以同樣的寬度在軸方向上延伸但不達(dá)到圓筒體的端面的切口33a～33c、34a～34c。
切口33a～33c沿著與軸線方向平行的一直線，以規(guī)定的間隔串列配置，切口34a～34c沿著與軸線平行的另一直線，以規(guī)定的間隔串列配置。開口32和這些切口33a～33c、34a～34c以該圓周的3等分地配置在中心軸3b的斷面圓上。
當(dāng)具有該中心軸3B的圖1的電池在積層方向上被擠壓破壞時，中心軸3b也被破壞，開口32以及切口33a～33c、34a～34c的邊緣向外側(cè)張開，由于從內(nèi)側(cè)破壞電極板積層體1，所以促進(jìn)了上述短路在大范圍上產(chǎn)生。
特別是如圖9假象線所示，當(dāng)電池的擠壓破壞方向與中心軸3b的開口部分之一(這里是開口32)一致時，開口邊緣縮入內(nèi)側(cè)，電極板積層體1未被破壞，但由于此外的切口33a～33c、34a～34c的邊緣向外側(cè)張開，所以雖然在擠壓破壞方向上未破斷，但是電極板積層體1確實被破壞。另外，該中心軸3b與中心軸3a相比，在電極板積層體1的圓周方向上產(chǎn)生很多的短路。
圖10是第4中心軸3c的正面圖。從圖中可知，該中心軸3c相當(dāng)于中心軸3a的開口部分31的邊緣，除了在長方向兩端部分外形成三角波浪形。即，該中心軸3c的開口部分35由長方向兩端部分的平行部分35a和中間部分的波浪形部分35b構(gòu)成。另外，在該中心軸3c上，為了容易插入電極板積層體的卷繞中心，在長方向兩端部分形成有向兩端部分直徑減小的錐度部分36。
因而，當(dāng)隨著在電極板積層體的積層方向上的擠壓破壞，該中心軸3c破壞時，向外側(cè)張開的波浪形部分35b的邊緣變?yōu)殇忼X形突起，電極板積層體比第1實施例更容易破壞，同時破壞部分容易分散。
圖11是第5中心軸3d的正面圖。從該圖可知，該中心軸3d在圓筒體的圓周面上，沿著與該軸方向L0傾斜交叉的L1方向(實際為螺旋方向)延伸，從長方向的一端至另一端形成螺旋形的開口37，由與該L1方向平行的長方向兩端部分的平行部分37a、37b和在中間部分的開口邊緣上形成三角波浪的波浪部分37c構(gòu)成。另外，如圖12所示，該開口部分37的螺旋是從長方向一端37A到另一端37B之間旋轉(zhuǎn)90°構(gòu)成。再有，在該中心軸3c上，為了容易插入電極板積層體的卷繞中心，也在長方向兩端部分形成有向兩端部分直徑減小的錐度部分36。
因而，當(dāng)伴隨在電極板積層體的積層方向的擠壓破壞該中心軸3d破壞時，無論擠壓破壞方向是在軸交叉的哪個方向，開口部分都必然向外側(cè)張開，因此，電極板被確實地破壞。加之，向外側(cè)張開的波形部分37c的邊緣呈鋸齒形突起，所以電極板積層體更容易被破壞，同時破壞部分容易分散。另外，與在圓周方向設(shè)置多個沿著軸方向的開口的情況相比，由于在可以使圓周面的開口面積減小的同時，可以與軸交叉的任何方向的擠壓破壞對應(yīng)，所以即使減小厚度，也容易確保通常情況下的中心軸的強度。
圖13是第6中心軸3e的正面圖。該中心軸3e是直徑約4mm，螺距0.7mm實心的螺旋軸，在周面上具有螺旋形的凹部31。該凹部31的深度((「螺旋外徑」-「螺旋內(nèi)徑」)/2)約是0.5mm。
當(dāng)電池在積層方向擠壓破壞時，電極板積層體1的內(nèi)周部分侵入中心軸3d的凹部，破壞范圍寬。
圖14是展示第7中心軸3f的斜視圖。中心軸3f如圖13所示，是由斷面為圓形的線材構(gòu)成的不銹鋼制的螺旋彈簧，線材的直徑是0.6mm，螺距是1.6mm。因此，在無負(fù)荷時在相鄰的線材之間有1.0mm的間隙。
因而，當(dāng)該電池在積層方向上被擠壓破壞時，電極板積層體1的內(nèi)周部分?jǐn)D壓在螺旋彈簧3f上，螺旋彈簧3f由于邊使該部分侵入相鄰的線材間的間隙的狀態(tài)下破壞，邊沿著軸線方向在電極板積層體1內(nèi)傾斜(螺旋彈簧3f的中心軸偏離卷繞中心)，所以使電極板積層體1從內(nèi)側(cè)大范圍破壞。如上所述，如果采用本發(fā)明的非水系電池，則在充電狀態(tài)下，即使由來自外部的異常加熱和積層方向上的擠壓破壞，或由釘子刺破等使正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生短路，由于也可以抑制內(nèi)部的急速溫升，因而可以確保電池的安全性。
權(quán)利要求
1.一種非水系電池，該電池在電池筒內(nèi)包括由只在集電體箔的一面上具有正極活性物質(zhì)的正極板、只在集電體箔的一面具有負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極板和隔膜構(gòu)成的單位電池，正極板的有正極活性物質(zhì)的面和負(fù)極板有負(fù)極活性物質(zhì)的面通過隔膜相對，正極板的沒有正極活性物質(zhì)的面和負(fù)極板的沒有負(fù)極活性物質(zhì)的面通過絕緣膜相對。
2.如權(quán)利要求1的非水系電池，其中，正極板通過作為負(fù)極的電池筒和絕緣膜相對。
3.如權(quán)利要求1或2的非水系電池，其中，絕緣膜不具有電子傳導(dǎo)功能和離子傳導(dǎo)功能。
4.如權(quán)利要求1或2的非水系電池，其中，絕緣膜是比隔膜的厚度薄的膜。
5.如權(quán)利要求1或2的非水系電池，其中，絕緣膜包含比隔膜的熔點低的熔點。
6.如權(quán)利要求1的非水系電池，其中，正極板在集電體箔的整個單面上有正極活性物質(zhì)，負(fù)極板在集電體箔的整個單面上有負(fù)極活性物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6的非水系電池，其中，單位電池層之間通過絕緣膜卷繞積層。
8.如權(quán)利要求7的非水系電池，其中，非水系電池是蓄電池。
9.如權(quán)利要求8的非水系電池，其中，正極板通過作為負(fù)極的電池筒和絕緣膜相對。
10.如權(quán)利要求7或8的非水系電池，其中，絕緣膜是比隔膜的厚度薄的膜。
11.如權(quán)利要求7或8的非水系電池，其中，絕緣膜的熔點比隔膜的熔點低。
12.如權(quán)利要求7或8的非水系電池，其中，在卷繞中心上包含中心軸。
13.如權(quán)利要求12的非水系電池，其中，中心軸是在周面上形成有開口的筒體。
14.如權(quán)利要求13的非水系電池，其中，中心軸的開口與筒體的軸線方向平行至少設(shè)置2個。
15.如權(quán)利要求13的非水系電池，其中，開口被設(shè)置在與筒體的軸線方向交叉的方向上。
16.如權(quán)利要求13，14或15的非水系電池，其中，開口包括波浪形的邊緣。
17.如權(quán)利要求12的非水系電池，其中，中心軸是在周面上有在其周向上連續(xù)的凹部的棒材。
18.如權(quán)利要求12的非水系電池，其中，中心軸是螺旋彈簧。
全文摘要
本發(fā)明提供這樣一種非水系電池,在電池筒內(nèi)包含由只在集電體箔的一面有正極活性物質(zhì)的正極板、只在集電體箔的一面有負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極板和隔膜構(gòu)成的單位電池,正極板的有正極活性物質(zhì)的面和負(fù)極板的有負(fù)極活性物質(zhì)的面提供隔膜相對,正極板的沒有正極活性物質(zhì)的面和負(fù)極板的沒有活性物質(zhì)的面提供絕緣膜相對。如果采用本發(fā)明,則即使因來自外部的異常加熱和在電池的積層方向的擠壓破壞,或由釘子刺破等使正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生短路,由于也可以抑制在內(nèi)部的急速溫升,因而可以確保電池的安全性。
文檔編號H01M10/42GK1176023SQ96192027
公開日1998年3月11日 申請日期1996年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月27日
發(fā)明者山下昌哉 申請人:旭化成工業(yè)株式會社