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JP3394484B2 - Lithium secondary battery and design method thereof - Google Patents
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JP3394484B2 - Lithium secondary battery and design method thereof - Google Patents

Lithium secondary battery and design method thereof

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JP3394484B2
JP3394484B2 JP34752699A JP34752699A JP3394484B2 JP 3394484 B2 JP3394484 B2 JP 3394484B2 JP 34752699 A JP34752699 A JP 34752699A JP 34752699 A JP34752699 A JP 34752699A JP 3394484 B2 JP3394484 B2 JP 3394484B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、内部短絡や外部
短絡等による電池エネルギーの急激な開放に伴って電池
温度が上昇した場合であっても、爆発や火事等の災害に
つながらないように、電池の最高上昇温度が制限された
安全性に優れるリチウム二次電池及びその設計方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery that does not lead to a disaster such as an explosion or a fire even when the battery temperature rises due to a rapid release of battery energy due to an internal short circuit or an external short circuit. The present invention relates to a lithium secondary battery having a limited maximum temperature rise and excellent in safety, and a method for designing the lithium secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】 近年、リチウム二次電池は、携帯電
話、VTR、ノート型コンピュータ等の携帯型電子機器
の電源用電池として、広く用いられるようになってきて
いる。また、リチウム二次電池は、単電池電圧が4V程
度と、従来の鉛蓄電池等の二次電池よりも高く、しかも
エネルギー密度が大きいことから、前記携帯型電子機器
のみならず、最近の環境問題を背景に、低公害車として
積極的に一般への普及が図られている電気自動車(E
V)或いはハイブリッド電気自動車(HEV)のモータ
駆動電源としても注目を集めている。また、自動車のヘ
ッドライトやパワーウインドウ等の電装品用電源として
も、適用が検討されている。
2. Description of the Related Art In recent years, lithium secondary batteries have come to be widely used as power source batteries for portable electronic devices such as mobile phones, VTRs, and notebook computers. In addition, since the lithium secondary battery has a cell voltage of about 4 V, which is higher than that of conventional secondary batteries such as lead storage batteries, and has a large energy density, not only the portable electronic device but also recent environmental problems. Against this background, electric vehicles (E
V) or a hybrid electric vehicle (HEV) as a motor drive power source. Further, application is also being considered as a power source for electric components such as automobile headlights and power windows.

【0003】 リチウム二次電池には、一般的に、正極
活物質にリチウム遷移金属複合酸化物が、負極活物質に
炭素質材料が、電解液にLiイオン電解質を有機溶媒に
溶解した非水電解液が用いられる。電池反応を行う部分
である電極体としては、サンドイッチ型、捲回型、積層
型といった種々の形態のものがあるが、いずれの構造も
セパレータで正極板と負極板を隔てた構造を有してい
る。
In a lithium secondary battery, generally, a lithium transition metal composite oxide is used as a positive electrode active material, a carbonaceous material is used as a negative electrode active material, and a lithium ion electrolyte is dissolved in an organic solvent as a non-aqueous electrolyte. A liquid is used. There are various forms such as a sandwich type, a wound type, and a laminated type as an electrode body that is a part that performs a battery reaction. In any structure, a positive electrode plate and a negative electrode plate are separated by a separator. There is.

【0004】 ここで、EV・HEV用の電池について
は、モータ駆動等に大きなパワーを必要とすることか
ら、1本当たりに、ある程度大きな容量が必要とされ
る。そこで、このような用途には捲回型又は積層型の電
極体を用いることが好ましく、これらの電極体の形成に
は、一般的に金属からなる集電基板の表面に電極活物質
層を形成してなる電極板(正極板及び負極板を指す。)
が用いられる。
Here, the EV / HEV battery requires a large amount of power for driving a motor and the like, and therefore, a certain amount of capacity is required for each battery. Therefore, it is preferable to use a wound-type or laminated-type electrode body for such an application. To form these electrode bodies, an electrode active material layer is generally formed on the surface of a collector substrate made of metal. Electrode plate formed (referring to positive electrode plate and negative electrode plate)
Is used.

【0005】 ここで、捲回型や積層型の電極体を用い
たリチウム二次電池に、内部短絡や外部短絡、過充電等
が起きた場合には、電極体の有する内部抵抗に起因して
生ずるジュール熱によって電池温度が上昇する。このと
き、電極体に大電流が急激に流れた場合には当然に温度
上昇が著しいものとなり、電池の爆発事故、更には災害
へと発展する危険性がある。
Here, when an internal short circuit, an external short circuit, overcharge, or the like occurs in a lithium secondary battery using a wound type or laminated type electrode body, it is caused by the internal resistance of the electrode body. The battery temperature rises due to the Joule heat generated. At this time, when a large current suddenly flows through the electrode body, the temperature rises naturally, and there is a risk of explosion of the battery or even a disaster.

【0006】 電池の温度上昇には、内的原因と外的原
因とが考えられる。例えば、内的原因としてはセパレー
タに破れ等の損傷箇所があった場合、電気良導体である
金属ゴミが捲回体等の製造中に混入してセパレータを貫
通した場合等が考えられ、いずれの場合でも電池内で電
極板間が短絡することとなるために大電流が流れること
となる。このときの発生したジュール熱は非水電解液を
加熱、蒸発させるために電池内圧が上昇し、電池の発
火、爆発が起こる危険性がある。
The temperature rise of the battery is considered to have an internal cause and an external cause. For example, as an internal cause, when there is a damaged portion such as a break in the separator, metal dust which is a good electric conductor is mixed in during the manufacturing of the wound body and penetrates the separator, etc. However, since a short circuit occurs between the electrode plates in the battery, a large current will flow. The Joule heat generated at this time heats and evaporates the non-aqueous electrolyte, so that the internal pressure of the battery rises and there is a risk of ignition and explosion of the battery.

【0007】 一方、外的原因としては、電池内部を釘
等の電気良導体が貫通した場合が考えられるが、この場
合は内部短絡と同様の現象が起こる。また、電池の正負
極端子間が短絡した場合が想定されるが、この場合には
外部短絡時の負荷(抵抗)の大きさによって発熱の程度
が異なることとなる。その他にも、充電装置の故障によ
って過充電が生じた場合、エンジン等の発熱装置の近く
に載置されて加熱された場合等が考えられる。
On the other hand, as an external cause, it is conceivable that a good electrical conductor such as a nail penetrates the inside of the battery. In this case, a phenomenon similar to an internal short circuit occurs. Further, it is assumed that the positive and negative terminals of the battery are short-circuited, but in this case, the degree of heat generation varies depending on the magnitude of the load (resistance) at the time of external short circuit. In addition, it is considered that overcharge occurs due to a failure of the charging device, or the device is placed near a heat generating device such as an engine and heated.

【0008】 発明者らは、このような種々の電池の温
度上昇原因について検討し、Journal of Power Sources
81−82(1999)887−890において、2
5Ahの容量を有するリチウム二次電池について、釘刺
し試験、外部短絡試験、過充電試験、外部加熱試験を行
ったときの電池の温度変化を調べた結果を公表してい
る。この中で、最も温度上昇の大きいものは釘刺し試
験、即ち内部短絡が生じた場合であり、約400℃に至
る温度上昇を確認している。
The inventors have investigated the causes of temperature rise of such various batteries, and have reported that the Journal of Power Sources
81-82 (1999) 887-890, 2
Regarding the lithium secondary battery having a capacity of 5 Ah, the results of examining the temperature change of the battery when subjected to a nail penetration test, an external short circuit test, an overcharge test, and an external heating test have been published. Among these, the one with the largest temperature rise is the nail penetration test, that is, the case where an internal short circuit occurs, and the temperature rise up to about 400 ° C. is confirmed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】 さて、このような容
量の大きいリチウム二次電池には、電池内圧が上昇した
ときに所定の圧力で電池内圧を外気圧に開放する放圧弁
が設けられており、電池の温度上昇に基づく爆発を防止
している。しかしながら、電池の内圧上昇が急速で放圧
が追いつかない場合、放圧弁の作動不良が生じた場合等
には、電池の爆発は避けられない。また、電池が満充電
に近い状態にあるほど、より放出されるエネルギーも大
きくなることから、短絡等による電池の温度上昇は大き
なものとなる。
A lithium secondary battery having such a large capacity is provided with a pressure relief valve that releases the battery internal pressure to the external pressure at a predetermined pressure when the battery internal pressure rises. , To prevent explosion due to battery temperature rise. However, when the internal pressure of the battery rises rapidly and the release pressure cannot catch up, or when the release valve malfunctions, the battery explosion is inevitable. Further, the closer the battery is to a fully charged state, the more energy is released, so that the temperature rise of the battery due to a short circuit or the like becomes large.

【0010】 そこで発明者らは、上述のように電池の
温度が上昇する原因は数多くあるが、詰まるところ、電
池に蓄積されているエネルギーによって電池自体が加熱
されることとなっている場合が殆どであり、また、内部
短絡時に最も電池温度が上昇することに着目した。即
ち、電池に蓄積可能なエネルギー量と電池自体の比熱
又は熱容量)との間に所定の条件を満足させることに
より、電池温度の上昇を一定温度以下に抑制することが
できると考え、本発明に到達した。
Therefore, although the inventors have many causes for the temperature rise of the battery as described above, in most cases, the battery itself is heated by the energy stored in the battery. It was also noted that the battery temperature rises most during an internal short circuit. That is, by satisfying a predetermined condition between the amount of energy that can be stored in the battery and the specific heat ( or heat capacity) of the battery itself, it is considered that the increase in battery temperature can be suppressed below a certain temperature. Reached

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、複数箇所から集電する構造の集電基板上に、正極活
物質層及び負極活物質層のいずれかがそれぞれ形成され
た正極板及び負極板を、セパレータを介して捲回又は
層してなる電極体を備え、非水電解液を用いたリチウム
二次電池であって、当該電池の満充電時における単位重
量当たりのエネルギー量をE0(J/g)、当該電池の
比熱をCp(J/℃・g)、当該電池の通常使用温度を
1(℃)、当該電池の最高上昇温度をT2(℃)とし、
また、当該電池が熱により不安全な状態となる最低温度
をt(℃)としたときに、当該電池が、下記式、E0
/Cp+T1=T2<t ・・・式、の関係を満足する
ことを特徴とするリチウム二次電池、が提供される。
That is, according to the present invention , a positive electrode active material is provided on a current collecting substrate having a structure for collecting current from a plurality of locations.
Either the material layer or the negative electrode active material layer is formed.
A lithium secondary battery including a positive electrode plate and a negative electrode plate, which are wound or laminated with a separator interposed therebetween, using a non-aqueous electrolyte, and when the battery is fully charged. The energy amount per unit weight at E 0 (J / g), the specific heat of the battery is Cp (J / ° C · g), the normal operating temperature of the battery is T 1 (° C), and the maximum temperature rise of the battery is T 2 (℃),
When the minimum temperature at which the battery is in an unsafe state due to heat is t (° C.), the battery has the following formula, E 0
There is provided a lithium secondary battery characterized by satisfying a relationship of / Cp + T 1 = T 2 <t.

【0012】 ここで、最高上昇温度T2は、非水電解
液の沸点以下とすることが好ましい。また、最高上昇温
度T2は、非水電解液の主要成分の各沸点中の最も低い
温度以下としてもよい。更に、最高上昇温度T2を、セ
パレータの主要構成材料の融点中で最も高い温度以下と
することも好ましい。
Here, it is preferable that the maximum rise temperature T 2 be equal to or lower than the boiling point of the non-aqueous electrolyte. Further, the maximum rising temperature T 2 may be lower than or equal to the lowest temperature among the boiling points of the main components of the non-aqueous electrolyte. Further, it is also preferable that the maximum rise temperature T 2 is equal to or lower than the highest temperature among the melting points of the main constituent materials of the separator.

【0013】 本発明のリチウム二次電池は、満充電時
の電池容量が2Ah以上の電池に好適に用いられる。ま
た、本発明のリチウム二次電池は、電気自動車又はハイ
ブリッド電気自動車用の電源として、好適に用いられ
る。また、複数箇所から集電する構造の集電基板上に正
極活物質層及び負極活物質層のいずれかがそれぞれ形成
された正極板及び負極板をセパレータを介して捲回又は
積層してなる電極体を備え非水電解液を用いたリチウム
二次電池を設計する方法であって、前記非水電解液を含
む、前記リチウム二次電池の不安全性に関与する材料の
熱的特性を考慮して、前記リチウム二次電池が熱により
不安全な状態となる最低温度:t(℃)を定め、次に、
前記リチウム二次電池の最高上昇温度:T 2 (℃)を安
全係数を考慮して決定するとともに、前記リチウム二次
電池の通常使用温度:T 1 (℃)を使用方法や配設位置
により決定し、次に、前記リチウム二次電池の比熱:C
p(J/℃・g)を決定し、次に、試験的に、前記比
熱:Cp(J/℃・g)が公知である材料を用い、ま
た、各部材の重量を記録して第1試験品を作製し、得ら
れた前記第1試験品の比熱:Cp 1 (J/℃・g)及び
前記第1試験品の満充電時における単位重量当たりのエ
ネルギー量:E 01 (J/g)を求め、得られた各値から
0 /Cp 1 を算出し、更にT 1 を考慮して、前記第1試
験品の理論的な最高上昇温度:T 21 '(℃)を求め、こ
のT 21 'が先に決定したT 2 よりも高い場合又は低い場合
には、所定の方法を用いることにより、T 21 'をT 2 との
差を許容範囲内に納めるようにして、第2試験品を作製
し、得られた前記第2試験品の比熱:Cp 2 (J/℃・
g)及び前記第2試験品の満充電時における単位重量当
たりのエネルギー量:E 02 (J/g)を測定して、前記
第2試験品の理論的な最高上昇温度:T 22 '(℃)を求
め、先に決定したT 2 と比較し、前記第2試験品が下記
式、E 02 /Cp 2 +T 1 =T 22 '<t・・・式の関係
を満足するか否かを判断する工程を含むことを特徴とす
るリチウム二次電池の設計方法、が提供される。この場
合、前記第2試験品が前記式の関係を満足しない場
合、必要に応じて前記工程を所定回数繰り返すことが好
ましい。さらに、前記T 21 'が先に決定したT 2 よりも高
い場合における所定の方法が、前記E 02 が小さくなるよ
うに、使用する前記正極板及び前記負極板の面積を小さ
くする方法であること、及び前記T 21 'が先に決定した
2 よりも低い場合における所定の方法が、電池の温
上昇が起こり難くなるように電池の熱容量を大きくする
方法であることが好ましい。
The lithium secondary battery of the present invention is suitably used for a battery having a battery capacity of 2 Ah or more when fully charged. Moreover, the lithium secondary battery of the present invention is suitably used as a power source for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle. In addition, the positive electrode is placed on the current collecting board, which has a structure to collect current from multiple
Either the active material layer or the active material layer is formed
The positive electrode plate and the negative electrode plate are wound with a separator or
Lithium with non-aqueous electrolyte provided with laminated electrode bodies
A method of designing a secondary battery, comprising the step of including the non-aqueous electrolyte solution.
Of the materials involved in the unsafety of the lithium secondary battery,
Considering thermal characteristics, the lithium secondary battery is
Determine the lowest temperature: t (° C) that will be in an unsafe state, and then
The maximum temperature rise of the lithium secondary battery: T 2 (℃)
It is determined in consideration of all coefficients and the lithium secondary
Normal operating temperature of battery: T 1 (° C)
Then, the specific heat of the lithium secondary battery: C
p (J / ° C · g), and then, experimentally, the ratio
Heat: Use a material whose Cp (J / ° C · g) is known,
Also, record the weight of each member, make the first test product, and obtain
Specific heat of the above-mentioned first test product: Cp 1 (J / ° C · g) and
The energy per unit weight of the first test product when fully charged.
Energy amount: E 01 (J / g) was calculated, and from each obtained value
Calculate E 0 / Cp 1 and further consider T 1
Calculate the theoretical maximum temperature rise of the sample: T 21 '(℃)
T 21 'is higher or lower than the previously determined T 2
, T 21 ′ is replaced with T 2 by using a predetermined method .
The second test product is manufactured so that the difference is within the allowable range.
Then, the specific heat of the obtained second test product: Cp 2 (J / ° C.
g) and unit weight per full charge of the second test item
Energy amount of sardine: E 02 (J / g) was measured and
Obtain the theoretical maximum temperature rise of the second test product: T 22 '(℃)
Because, as compared to T 2 in which the previously determined, the second specimen is below
Formula, E 02 / Cp 2 + T 1 = T 22 '<t ... Relation of formula
And a step of determining whether or not
A method for designing a lithium secondary battery is provided. This place
If the second test product does not satisfy the relationship of the above formula,
If this is the case, it is preferable to repeat the above steps a predetermined number of times as necessary.
Good Furthermore, the T 21 'is higher than the previously determined T 2.
Predetermined method when There are, the E 02 is smaller
The area of the positive electrode plate and the negative electrode plate used is small.
And the T 21 'was decided first.
Predetermined method when less than T 2 is the temperature of the battery
Increase the heat capacity of the battery so that it will not rise easily
Preferably it is a method.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】 本発明のリチウム二次電池(電
池)は、正極板及び負極板をセパレータを介して捲回
積層してなる電極体を備え、非水電解液を用いたもの
である。但し、各1枚の正極板と負極板でセパレータを
挟み込んだ電極体を備えたコイン型電池ではあるが、そ
の電池容量が大きなものに適用することを妨げるもので
はない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The lithium secondary battery of the present invention (battery) is Kai wound the positive plate and negative electrode plate via a separator also
Includes an electrode body formed by laminating, in which using a non-aqueous electrolyte. However, although it is a coin-type battery including an electrode body in which a separator is sandwiched between one positive electrode plate and one negative electrode plate, it does not prevent application to a battery having a large battery capacity.

【0015】 図1は捲回型電極体(以下「捲回体」と
いう。)1の概略構造を示した斜視図である。捲回体1
は、集電用タブ(タブ)56が複数取り付けられた電
極板23(正極板2、負極板3)をセパレータ4を介
して巻芯13の外周に捲回した構造を有している。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a wound electrode body (hereinafter referred to as “wound body”) 1. Rolled body 1
Has a structure in which electrode plates 2 and 3 (positive electrode plate 2 and negative electrode plate 3) to which a plurality of current collecting tabs 5 and 6 are attached are wound around the outer periphery of the winding core 13 via a separator 4. ing.

【0016】 ここで、正極板2は集電基板の両面に正
極活物質を塗工して、正極活物質層を形成することによ
って作製される。集電基板としては、アルミニウム箔や
チタン箔等の正極電気化学反応に対する耐蝕性が良好で
ある金属箔が好適に用いられる。なお、箔の代わりにパ
ンチングメタル或いはメッシュ(網)を用いることもで
きる。また、正極活物質としては、コバルト酸リチウム
(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNi
2)、マンガン酸リチウム(LiMn24)等のリチ
ウム遷移金属複合酸化物を用いることができる。
Here, the positive electrode plate 2 is manufactured by applying a positive electrode active material on both surfaces of a current collecting substrate to form a positive electrode active material layer. As the current collector substrate, a metal foil such as an aluminum foil or a titanium foil, which has good corrosion resistance to a positive electrode electrochemical reaction, is preferably used. A punching metal or a mesh can be used instead of the foil. Further, as the positive electrode active material, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNi
O 2 ), lithium transition metal composite oxides such as lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) can be used.

【0017】 これら各種の正極活物質の集電基板(金
属箔)への塗工は、正極活物質粉末に溶剤やバインダ等
を添加して作製したスラリー或いはペーストを、ドクタ
ーブレード法、ロールコータ法等を用いて、集電基板に
塗布・乾燥することで行われる。なお、正極活物質層の
形成に当たっては、通常、これら正極活物質粉末にアセ
チレンブラック或いはカーボンブラック等の炭素微粉末
が導電助材として加えられる。
Coating of these various positive electrode active materials on a current collecting substrate (metal foil) is carried out by using a slurry or paste prepared by adding a solvent, a binder or the like to the positive electrode active material powder, a doctor blade method or a roll coater method. It is carried out by applying and drying the current collecting substrate using the above. In forming the positive electrode active material layer, fine carbon powder such as acetylene black or carbon black is usually added to these positive electrode active material powders as a conduction aid.

【0018】 負極板3は、正極板2と同様にして作製
することができる。負極板3の集電基板としては、銅箔
又はニッケル箔等の負極電気化学反応に対する耐蝕性が
良好な金属箔が好適に用いられる。勿論、パンチングメ
タルやメッシュを用いてもよい。負極活物質としては、
ソフトカーボンやハードカーボンといったアモルファス
系炭素質材料や、人造黒鉛や天然黒鉛等の高黒鉛化炭素
質粉末が用いられる。
The negative electrode plate 3 can be manufactured in the same manner as the positive electrode plate 2. A copper foil is used as the current collector substrate of the negative electrode plate 3.
Alternatively, a metal foil such as a nickel foil having good corrosion resistance against the negative electrode electrochemical reaction is preferably used. Of course, punching metal or mesh may be used. As the negative electrode active material,
Amorphous carbonaceous materials such as soft carbon and hard carbon, and highly graphitized carbonaceous powder such as artificial graphite and natural graphite are used.

【0019】 セパレータ4としては、マイクロポアを
有するLiイオン透過性のポリエチレンフィルム(PE
フィルム)を、多孔性のLiイオン透過性のポリプロピ
レンフィルム(PPフィルム)で挟んだ3層構造とした
ものが好適に用いられる。これは、捲回体1の温度が上
昇した場合に、PEフィルムが約130℃で軟化してマ
イクロポアが潰れ、Liイオンの移動即ち電池反応を抑
制する安全機構を兼ねたものである。そして、このPE
フィルムをより軟化温度の高いPPフィルムで挟持する
ことによって、PEフィルムが軟化した場合において
も、PPフィルムが形状を保持して正極板2と負極板3
の接触・短絡を防止し、電池反応の確実な抑制と安全性
の確保が可能となる。
As the separator 4, a Li ion permeable polyethylene film (PE having micropores) is used.
A film having a three-layer structure in which a porous Li ion permeable polypropylene film (PP film) is sandwiched is preferably used. This is because the PE film is softened at about 130 ° C. and the micropores are crushed when the temperature of the wound body 1 rises, and also serves as a safety mechanism for suppressing the movement of Li ions, that is, the battery reaction. And this PE
By sandwiching the film with the PP film having a higher softening temperature, the PP film retains its shape even when the PE film is softened, and the positive electrode plate 2 and the negative electrode plate 3 are retained.
It is possible to prevent battery contact and short circuit, and to surely suppress battery reaction and ensure safety.

【0020】 電極板23とセパレータ4を巻芯13
周りに捲回する作業の際に、電極板23において電極
活物質が塗工されていない集電基板の露出した部分に
電用部材(タブ)6がそれぞれ取り付けられる。
のように、集電基板は複数箇所から集電する構造を有し
ている。このため、電極板23は、集電基の幅方向
の少なくとも一端に活物質層が形成されていないストラ
イプ構造とすることが好ましい。なお、巻芯13は、金
属、樹脂、セラミック等種々の材質のものを用いること
ができ、導電性材料を用いる場合には、電極板23と
の絶縁を確保しなければならない。
The electrode plates 2 and 3 and the separator 4 are wound around the core 13.
During the work of winding the electrode around the electrode plates 2 and 3, the electrode active material is not coated on the exposed portion of the current collecting substrate.
Electrical members (tabs) 5 and 6 are attached, respectively. This
Like, the current collector substrate has a structure that collects current from multiple locations.
ing. Therefore, the electrode plates 2, 3 is preferably a stripe structure in which an active material layer on at least one end of the width direction of the current Denmoto plate is not formed. The winding core 13 can be made of various materials such as metal, resin, and ceramic. When a conductive material is used, it is necessary to ensure insulation from the electrode plates 2 and 3.

【0021】 タブ56としては、それぞれの電極板
3の集電基板と同じ材質からなる箔状のものが好適
に用いられる。タブ56の電極板23への取り付け
は、超音波溶接やスポット溶接等を用いて行うことがで
きる。このとき、図1に示されるように、捲回体1の一
端面に一方の電極のタブが配置されるようにタブ5
をそれぞれ取り付けると、タブ56間の接触を防止す
ることができ、好ましい。
As the tabs 5 and 6, foil-shaped ones made of the same material as the current collecting substrates of the electrode plates 2 and 3 are preferably used. The tabs 5 and 6 can be attached to the electrode plates 2 and 3 by ultrasonic welding, spot welding or the like. At this time, as shown in FIG. 1, the tabs 5 and 6 are arranged so that the tab of one electrode is arranged on one end surface of the wound body 1.
It is preferable to attach each of them so that contact between the tabs 5 and 6 can be prevented.

【0022】 上述の通りにして作製された捲回体1を
用いて、電池を組み立てるに当たっては、先ず、電流を
外部に取り出すための正負極端子とタブ56との導通
をそれぞれ確保しつつ、作製された捲回体1を電池ケー
スに挿入して安定な位置にホールドする。その後、捲回
体1に非水電解液を含浸させた後に、電池ケースを封止
することで電池を作製することができる。本発明におい
て、電池ケースの形状や構造、或いは捲回体1における
タブ56と正負極端子との接続の形態には何ら制限が
ないことはいうまでもない。
When assembling a battery using the wound body 1 manufactured as described above, first, while ensuring electrical connection between the positive and negative terminals for taking out a current and the tabs 5 and 6, respectively. The prepared wound body 1 is inserted into a battery case and held at a stable position. After that, the wound body 1 is impregnated with the non-aqueous electrolytic solution, and then the battery case is sealed to manufacture a battery. In the present invention, it goes without saying that there is no limitation on the shape or structure of the battery case or the form of connection between the tabs 5 and 6 of the wound body 1 and the positive and negative electrode terminals.

【0023】 なお、非水電解液としては、六フッ化リ
ン酸リチウム(LiPF6)やホウフッ化リチウム(L
iBF4)等のリチウム錯体フッ素化合物、或いは過塩
素酸リチウム(LiClO4)といったリチウムハロゲ
ン化物等から選ばれた1種類又は2種類以上の電解質
を、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネ
ート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プ
ロピレンカーボネート(PC)といった炭酸エステル系
溶媒やγ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、アセ
トニトリル等の単独溶媒又は混合溶媒に溶解してなるも
のが好適に用いられる。
As the non-aqueous electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or lithium borofluoride (L
A lithium complex fluorine compound such as iBF 4 ), or one or more electrolytes selected from lithium halides such as lithium perchlorate (LiClO 4 ), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), Those dissolved in a carbonate ester solvent such as dimethyl carbonate (DMC) or propylene carbonate (PC) or a single solvent such as γ-butyrolactone, tetrahydrofuran or acetonitrile, or a mixed solvent are preferably used.

【0024】 次に、図2に積層型電極体(以下「積層
体」という。)7の斜視図を示す。積層体7は、正極板
8と負極板9とを、セパレータ10を介しながら交互に
積層した構造を有しており、電極板89の1枚1枚に
タブ1112が取り付けられている。このように、電
極板8、9は複数箇所から集電する構造を有している。
図2では電極板89等の面形状は四角形であるが、円
形、楕円形等種々の形状とすることができる。
Next, FIG. 2 shows a perspective view of the laminated electrode body (hereinafter referred to as “laminated body”) 7. The laminated body 7 has a structure in which the positive electrode plates 8 and the negative electrode plates 9 are alternately laminated with the separators 10 interposed therebetween, and the tabs 11 and 12 are attached to the electrode plates 8 and 9 one by one. There is. Thus,
The electrode plates 8 and 9 have a structure in which current is collected from a plurality of locations.
The surface shape of the electrode plate 8, 9, etc. in FIG. 2 is a quadrangle, it can be circular, elliptical or the like various shapes.

【0025】 なお、電極板89の作製には、前述し
た捲回体1に用いられる電極板23と同様の方法を用
いることが可能である。また、積層体7を収容する電池
ケースの形状や電池の端子位置、電池の外形について制
限がないことはいうまでもなく、セパレータや非水電解
液についても、捲回体1を用いた場合と同様のものを用
いることができる。
For manufacturing the electrode plates 8 and 9, it is possible to use the same method as the electrode plates 2 and 3 used for the wound body 1 described above. Needless to say, there is no limitation on the shape of the battery case accommodating the laminated body 7, the terminal position of the battery, and the outer shape of the battery, as well as the case where the wound body 1 is used for the separator and the non-aqueous electrolyte. The same can be used.

【0026】 さて、本発明においては、上述した捲回
体1又は積層体7を用いて、下記式、 E0/Cp+T1=T2<t ・・・式 但し、E0(J/g):電池の満充電時における単位重
量当たりのエネルギー量、 Cp(J/℃・g):電池の比熱、 T1(℃):電池の通常使用温度、 T2(℃):電池の最高上昇温度、 t(℃):電池が熱により不安全な状態となる最低温
度、 の関係が満足されるように、電池を構成する。
In the present invention, by using the above-described wound body 1 or laminated body 7, the following equation, E 0 / Cp + T 1 = T 2 <t, where E 0 (J / g) : Energy amount per unit weight when the battery is fully charged, Cp (J / ° C · g): Specific heat of battery, T 1 (° C): Normal operating temperature of battery, T 2 (° C): Maximum rising temperature of battery , T (° C.): the minimum temperature at which the battery is in an unsafe state due to heat, and the battery is configured so that the relationship:

【0027】 ここで、実際に電池に充填された単位重
量当たりのエネルギー量をE(J/g)とすると、E≦
0の関係が成り立つから、式は充電状態には依存せ
ずに成立することとなる。電池の比熱Cp(J/℃・
g)は、電池全体の比熱を指し、電極体のみの比熱を指
すものではない。なお、E0の代わりに電池全体のエネ
ルギー量E0’(J)を、Cpの代わりに電池全体の熱
容量C(J/℃)を用いても、式は同様に成立するこ
とは明らかである。電池に蓄えられるエネルギー量は、
電池の充電容量(放電可能容量)から求めることができ
る。
Here, when the energy amount per unit weight actually filled in the battery is E (J / g), E ≦
Since the relationship of E 0 is established, the equation is established regardless of the state of charge. Specific heat of battery Cp (J / ℃ ・
g) refers to the specific heat of the entire battery, not the specific heat of only the electrode body. Incidentally, the amount of energy E 0 of the entire battery '(J) instead of E 0, even by using a heat capacity of the entire battery in place of Cp C (J / ℃), wherein it is clear that similarly valid . The amount of energy stored in the battery is
It can be calculated from the charge capacity (dischargeable capacity) of the battery.

【0028】 電池の比熱Cpは、恒温乾燥器等の中に
載置することにより電池内部まで一定の所定温度保持さ
れた電池を、デュワー瓶中に蓄えられた水の中へ投下し
て、その上昇水温を測定する方法等により求めることが
できる。なお、比熱公知の材料塊を用いて、デュワー瓶
からの放熱による熱損失を予め求めておけば、より正確
な電池の比熱を測定することができる。
The specific heat Cp of the battery is determined by placing the battery, which is kept in a constant temperature inside the battery by placing it in a constant temperature dryer, into the water stored in the Dewar bottle, It can be determined by a method of measuring the rising water temperature. In addition, if the heat loss due to heat dissipation from the Dewar bottle is obtained in advance using a material block having a known specific heat, the specific heat of the battery can be measured more accurately.

【0029】 通常使用温度T1(℃)は、多くの場合
は室温であるが、例えば、自動車等のヘッドライト、パ
ワーウインドウ等の電装品用電源として用いられる場合
には、エンジンが載置されているボンネット内に置かれ
る場合が多いことから、ボンネット内での載置される部
分における温度と定めることができる。
The normal operating temperature T 1 (° C.) is usually room temperature in many cases, but when it is used as a power source for electric components such as headlights of automobiles and power windows, for example, an engine is mounted. Since it is often placed inside the hood, it can be defined as the temperature at the portion to be placed inside the bonnet.

【0030】 最高上昇温度T2(℃)は、式から明
らかなように、電池に蓄積されたエネルギーによって、
電池自体が温められて到達する電池温度を指している。
また、電池が熱により不安全な状態となる最低温度t
(℃)とは、例えば、非水電解液が蒸発する温度、セパ
レータが溶融することによって正極板と負極板が短絡す
る温度、電池構成成分の発熱反応により反応が急激に開
始する温度等をいう。ここで、非水電解液の沸点は、非
水電解液を形成する溶媒の種類や混合比率等によって異
なり、また、使用するセパレータも材質が異なれば溶融
する温度も異なることから、tは電池の設計(構造や使
用材料等)によって異なるものとなる。
As is clear from the equation, the maximum temperature rise T 2 (° C.) depends on the energy stored in the battery,
It refers to the battery temperature reached when the battery itself is heated.
Also, the minimum temperature t at which the battery becomes unsafe due to heat
(° C.) means, for example, the temperature at which the non-aqueous electrolyte solution evaporates, the temperature at which the positive electrode plate and the negative electrode plate are short-circuited due to the melting of the separator, the temperature at which the reaction rapidly starts due to the exothermic reaction of the battery constituents, etc. . Here, the boiling point of the non-aqueous electrolytic solution varies depending on the type and mixing ratio of the solvent forming the non-aqueous electrolytic solution, and the melting temperature also varies depending on the material of the separator used, so t is the value of the battery It depends on the design (structure, materials used, etc.).

【0031】 次に、式を満足するように電池を設計
する方法について、以下に説明する。先ず、使用される
非水電解液等の電池の不安全性に関与する材料の熱的特
性を考慮してtを定める。次に、T2を安全係数等を考
慮して任意に定める。T1は使用方法や配設位置により
決定される。
Next, a method of designing a battery so as to satisfy the formula will be described below. First, t is determined in consideration of the thermal characteristics of the materials such as the non-aqueous electrolyte used that are involved in the unsafety of the battery. Next, T 2 is arbitrarily set in consideration of the safety factor and the like. T 1 is determined by the method of use and the position of arrangement.

【0032】 Cpを決定するに当たっては、先ず、電
池ケースや電池端子等の電極体を除いた他の部分のみの
比熱を、先に述べたデュワー瓶を用いた方法等によって
求め、次に、電極体のみの比熱を同様の方法により求め
る。更に、電極体が捲回体の場合には、巻芯の比熱も単
独で求めておくと好ましく、これにより、正極板と負極
板並びにセパレータからなる部分の比熱を求めることが
できる。
In determining Cp, first, the specific heat of only the other parts excluding the electrode body such as the battery case and the battery terminal is obtained by the above-mentioned method using the Dewar bottle, and then the electrode. The specific heat of the body alone is determined by the same method. Further, when the electrode body is a wound body, it is preferable to determine the specific heat of the winding core alone, whereby the specific heat of the portion composed of the positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator can be determined.

【0033】 次に、試験的に、上述したように比熱が
公知である材料を用い、また、各部材の重量を記録して
電池を作製し、実際にできあがった電池(第1試験品)
Cp 1 及び 01 を求める。求められた各値から 01
Cp 1 を算出し、更にT1を考慮すると、第1試験品の理
論的な電池の最高上昇温度(以下、「 21 '」と表
す。)が求められる。この 21 'が先に定めたT2よりも
高くなる場合には、大きくは次の2通りの少なくともい
ずれかの方法を用いることにより、 21 'をT2との差を
許容範囲内に納めることができる。
Next, as a test, a material whose specific heat is known as described above was used, and the weight of each member was recorded to prepare a battery, and the actually completed battery (first test product)
Cp 1 and E 01 of From each value obtained, E 01 /
When Cp 1 is calculated and T 1 is further taken into consideration, the theoretical maximum battery temperature rise of the first test product (hereinafter referred to as “ T 21 ”) can be obtained. The T 21 'when a higher than T 2 which defines first, large by using at least one of two ways:, T 21' to within an acceptable range the difference between T 2 You can pay.

【0034】 このときの1つの方法は、 01 は電極体
における正極板の面積に比例すると考えることができる
から、 01 が小さくなるように、使用する電極板の面積
を小さくする、つまり電極体を小型化する方法である。
例えば、電池ケース等の電極体以外の部品について第1
試験品と同じものを用いるならば、電極体の重量が減少
すること、電極体の重量の減少に伴って充填される非水
電解液の量が減少すること、電極体を電池ケース内で安
定に保持するために巻芯の径を大きくする場合には巻芯
の重量増に伴って熱容量が変化すること等を考慮して、
予め計算により好適な正極板の面積を算出し、再び電池
(第2試験品)を作製する。
One method at this time is that E 01 can be considered to be proportional to the area of the positive electrode plate in the electrode body, so that the area of the electrode plate to be used is made smaller so that E 01 becomes smaller, that is, the electrode It is a method to make the body smaller.
For example, regarding parts other than the electrode body such as a battery case,
If the same test product is used, the weight of the electrode body will decrease, the amount of non-aqueous electrolyte that will be filled will decrease as the weight of the electrode body decreases, and the electrode body will be stable in the battery case. In the case of increasing the diameter of the winding core in order to hold the core, considering that the heat capacity changes as the weight of the winding core increases,
A suitable area of the positive electrode plate is calculated in advance, and a battery (second test product) is manufactured again.

【0035】 なお、第1試験品を作製するに当たって
使用した部材から求められる平均的なCpと作製された
第1試験品から求められた実際の電池のCp 1 とを比較
して、前述した第2試験品を作製するに当たって行う計
算の補正をすることも好ましい。
The average Cp obtained from the members used for producing the first test product and the actual battery Cp 1 obtained from the first test product produced were compared and the above-mentioned It is also preferable to correct the calculation performed in producing the two test products.

【0036】 別の方法は、電池の温度上昇が起こり難
くなるように電池の熱容量を大きくする方法であり、具
体的には、電池ケースを大型化する、使用部材(材質)
を変更する、電池内空間或いは電池外周に適度な熱伝導
性を有する材料を付加する等の方法である。しかしなが
ら、このような方法は、電池自体の重量増、即ち重量エ
ネルギー密度の低下につながることも多く、従って、試
験品の 21 'とT2の差が小さい場合にのみ用いることが
好ましい。なお、上述した2つの方法を併用すること
も、当然に可能である。
Another method is to increase the heat capacity of the battery so that the temperature rise of the battery is less likely to occur. Specifically, the battery case is made larger, and the member (material) used.
And a method of adding a material having an appropriate thermal conductivity to the space inside the battery or the outer periphery of the battery. However, such a method often leads to an increase in the weight of the battery itself, that is, a decrease in the weight energy density. Therefore, it is preferable to use it only when the difference between T 21 and T 2 of the test product is small. Of course, it is also possible to use the above two methods together.

【0037】 このような方法により再び作製した電池
(第2試験品)のCp 2 02 を測定して 22 'を求め、
予め定められたT2と比較し、条件(E 02 /Cp 2 +T 1
=T 22 '<t・・・式の関係)に適合しているか否か
を判断する。このような作業は、先の正極板の面積見直
しの際の計算等の精度によっても異なるが、少なくとも
数回行えば、電池の正確な設計条件を得ることができ
る。なお、電池ケース等のサイズを変更する場合には、
サイズ変更に伴う熱容量の変化をも考慮することが好ま
しい。
Cp 2 and E 02 of the battery (second test product) manufactured again by such a method are measured to obtain T 22 ,
Compared with a predetermined T 2 , the condition (E 02 / Cp 2 + T 1
= T 22 '<t ... Relation of formula) is determined. Although such work varies depending on the accuracy of calculation etc. at the time of reviewing the area of the positive electrode plate, accurate work conditions for the battery can be obtained by performing the work at least several times. In addition, when changing the size of the battery case etc.,
It is preferable to consider the change in heat capacity due to the size change.

【0038】 ところで、第1試験品における 21 '
定めたT2よりも低い場合には、電極体を大型化するこ
とも可能であり、このときに、電池ケース等を大型化す
る必要がある場合には、電池ケース等の大型化に伴う熱
容量の変化を考慮すればよい。
By the way, when T 21 in the first test product is lower than T 2 set, it is possible to increase the size of the electrode body. At this time, it is necessary to increase the size of the battery case or the like. In some cases, it is sufficient to consider the change in heat capacity that accompanies the increase in size of the battery case or the like.

【0039】 次に、最高上昇温度T2の決定の形態に
ついて説明する。1つの方法は、最高上昇温度T2を非
水電解液の沸点以下に設定することである。例えば、非
水電解液に用いられる溶媒の沸点は、前述したPCで2
41℃、ECで248℃、DECで127℃、DMCで
90℃である。このような溶媒を混合した場合には、分
子間相互作用によって沸点が上昇する場合があるが、そ
れぞれの成分が沸点で蒸発を始める場合も起こり得る。
Next, a mode of determining the maximum temperature rise T 2 will be described. One method is to set the maximum rising temperature T 2 to be equal to or lower than the boiling point of the non-aqueous electrolyte. For example, the boiling point of the solvent used for the non-aqueous electrolyte is 2 in PC.
41 ° C., 248 ° C. by EC, 127 ° C. by DEC, 90 ° C. by DMC. When such a solvent is mixed, the boiling point may increase due to intermolecular interaction, but it may occur that each component starts to evaporate at the boiling point.

【0040】 従って、本発明で定義する非水電解液の
沸点とは、非水電解液から、少なくとも非水電解液を構
成する一成分が蒸発を始める温度を指すものとする。沸
点は外圧によって変化するが、電池内の非水電解液にか
かる外圧とはいうまでもなく電池内圧であり、通常は1
気圧である。但し、電池外温度、電池封止時の不活性ガ
ス圧力等により変化し得る。
Therefore, the boiling point of the non-aqueous electrolytic solution defined in the present invention refers to the temperature at which at least one component constituting the non-aqueous electrolytic solution starts to evaporate from the non-aqueous electrolytic solution. Although the boiling point changes depending on the external pressure, it goes without saying that the external pressure applied to the non-aqueous electrolyte in the battery is the internal pressure of the battery, and is usually 1
Atmospheric pressure. However, it may change depending on the temperature outside the battery, the pressure of the inert gas at the time of sealing the battery, and the like.

【0041】 別の形態は、最高上昇温度T2を、非水
電解液の主要成分の各沸点中で最も低い温度以下に設定
する方法である。これは、微量成分の蒸発が、直ちに電
池の破裂等に至るような内圧上昇を引き起こすとは考え
難いことよる。なお、非水電解液の主要成分とは、具体
的に何%以上含まれる成分のことを指すものではない。
例えば、溶媒Aと溶媒Bの等量混合物では両溶媒A・B
が主要成分であることはいうまでもなく、溶媒Aが20
%、溶媒Bが80%の場合にも溶媒Aは主要成分と考え
ることができる。これに対して、溶媒Aが98%であ
り、溶媒Bが2%といった混合溶媒では、主要成分は溶
媒Aのみと考えることができる。主要成分であるか否か
については、他のどの成分に対しても相対的に1/20
以下の含有量しか含まれていな成分は主要成分でないと
し、この条件を判断基準とすることができる。
Another form is a method of setting the maximum rise temperature T 2 to be equal to or lower than the lowest temperature among the boiling points of the main components of the non-aqueous electrolyte. This is because it is unlikely that the vaporization of the trace components causes an increase in internal pressure that immediately causes the battery to burst. In addition, the main component of the non-aqueous electrolyte does not specifically mean a component that is contained in an amount of several percent or more.
For example, in an equivalent mixture of solvent A and solvent B, both solvents A and B
Needless to say that is the main component, solvent A is 20
%, And the solvent B is 80%, the solvent A can be considered as the main component. On the other hand, in a mixed solvent in which the solvent A is 98% and the solvent B is 2%, the main component can be considered to be only the solvent A. Whether or not it is a major component is 1/20 relative to any other component.
A component containing only the following contents is not a main component, and this condition can be used as a criterion.

【0042】 さて、更に別の形態は、最高上昇温度T
2の基準を、セパレータの主要構成材料の融点中で最も
高い温度以下とする方法である。例えば、前述した3層
構造を有するPP/PE/PPフィルムからなるセパレ
ータでは、融点が高く、セパレータの骨格をなすPPフ
ィルムが溶融すると、正極板と負極板の直接接触の危険
性が高くなることから、T2をPPフィルムの溶融温度
以下とすれば、電池の安全性が確保され、好ましい。
By the way, yet another form is the maximum temperature rise T
The second criterion is a method in which the temperature is not higher than the highest temperature among the melting points of the main constituent materials of the separator. For example, the above-mentioned separator made of a PP / PE / PP film having a three-layer structure has a high melting point, and when the PP film forming the skeleton of the separator is melted, the risk of direct contact between the positive electrode plate and the negative electrode plate increases. From the above, it is preferable to set T 2 to be equal to or lower than the melting temperature of the PP film because the safety of the battery is secured.

【0043】 ところで、上述した式は、電池が外部
環境に対して断熱状態にあることを前提としているが、
実際には電池温度が上昇したときには電池表面から外部
へ熱が放出されることとなるから、もし、電池に蓄積さ
れたエネルギーによって電池自体が加熱されても、電池
の温度が設定されたT2に達することは現実には起こり
得ないと言ってもよい。このことは、逆に言えば、電池
の上昇温度がT2よりも低い温度に抑えられるというこ
とを示していることから、式の条件を満たす電池は、
より安全性が高められた状態となっていることを示して
いる。
By the way, the above equation is based on the assumption that the battery is in a heat insulating state with respect to the external environment.
In reality, when the temperature of the battery rises, heat is released from the surface of the battery to the outside. Therefore, even if the battery itself is heated by the energy stored in the battery, the temperature of the battery set at T 2 It can be said that reaching to is impossible in reality. In other words, this means that the temperature rise of the battery can be suppressed to a temperature lower than T 2 , so that the battery satisfying the formula is
It shows that the safety is improved.

【0044】 上記式を満足する本発明のリチウム二
次電池の構成は、満充電時の電池容量が2Ah以上、特
には5Ah以上の大容量電池に好適に用いられるが、2
Ah以下の容量の電池に用いることも、勿論可能であ
る。そして、電池の用途に制限はないことはいうまでも
ないが、安全性の確保が要求される電気自動車又はハイ
ブリッド電気自動車用のモータ駆動用電源或いは電装品
用電源として、特に好適に用いられる。
The structure of the lithium secondary battery of the present invention satisfying the above formula is suitably used for a large capacity battery having a battery capacity of 2 Ah or more, particularly 5 Ah or more when fully charged.
Of course, it can be used for a battery having a capacity of Ah or less. Needless to say, the use of the battery is not limited, but particularly as a power source for driving a motor or a power source for electric components for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle that is required to ensure safety. It is preferably used.

【0045】[0045]

【発明の効果】 以上、本発明のリチウム二次電池によ
れば、短絡事故等により電池が自己発熱した場合であっ
ても、蓄積エネルギーが電池の比熱との関係で制限され
ているために、電池温度が所定温度以上に上昇すること
がない。従って、電池の爆発、発火等が回避されて安全
性が確保されるという優れた効果が得られる。
As described above, according to the lithium secondary battery of the present invention, even when the battery self-heats due to a short circuit accident or the like, the stored energy is limited in relation to the specific heat of the battery, The battery temperature never rises above a predetermined temperature. Therefore, it is possible to obtain an excellent effect that the explosion and the ignition of the battery are avoided and the safety is secured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 捲回型電極体の概略構造を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a wound electrode body.

【図2】 積層型電極体の概略構造を示す斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic structure of a laminated electrode body.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…捲回型電極体、2…正極板、3…負極板、4…セパ
レータ、56…集電用部材(タブ)、7…積層型電極
体、8…正極板、9…負極板、10…セパレータ、1
12…集電用部材(タブ)、13…巻芯。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wound type electrode body, 2 ... Positive electrode plate, 3 ... Negative electrode plate, 4 ... Separator, 5 , 6 ... Collection member (tab) , 7 ... Laminated electrode body, 8 ... Positive electrode plate, 9 ... Negative electrode plate 10 ... Separator, 1
1 , 12 ... Current collecting member (tab) , 13 ... Core.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 10/40

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数箇所から集電する構造の集電基板上
に、正極活物質層及び負極活物質層のいずれかがそれぞ
れ形成された正極板及び負極板を、セパレータを介して
捲回又は積層してなる電極体を備え、非水電解液を用い
たリチウム二次電池であって、 当該電池の満充電時における単位重量当たりのエネルギ
ー量をE0(J/g)、当該電池の比熱をCp(J/℃
・g)、当該電池の通常使用温度をT1(℃)、当該電
池の最高上昇温度をT2(℃)とし、また、当該電池が
熱により不安全な状態となる最低温度をt(℃)とした
ときに、 当該電池が、下記式、 E0/Cp+T1=T2<t ・・・式 の関係を満足することを特徴とするリチウム二次電池。
1. A current collecting substrate having a structure for collecting current from a plurality of locations.
Either the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, respectively.
A positive electrode plate and a negative electrode plate thus formed are wound or laminated with a separator interposed therebetween, and a lithium secondary battery using a non-aqueous electrolyte, which is a unit when the battery is fully charged. The amount of energy per weight is E 0 (J / g) and the specific heat of the battery is Cp (J / ° C).
-G), the normal operating temperature of the battery is T 1 (° C), the maximum temperature rise of the battery is T 2 (° C), and the minimum temperature at which the battery becomes unsafe due to heat is t (° C) ), The battery satisfies the following equation: E 0 / Cp + T 1 = T 2 <t.
【請求項2】 前記最高上昇温度T2が、前記非水電解
液の沸点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。
2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the maximum rise temperature T 2 is not higher than the boiling point of the non-aqueous electrolyte.
【請求項3】 前記最高上昇温度T2が、前記非水電解
液の主要成分の各沸点中の最も低い温度以下であること
を特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池。
3. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the maximum rising temperature T 2 is equal to or lower than the lowest temperature among the boiling points of the main components of the non-aqueous electrolyte.
【請求項4】 前記最高上昇温度T2が、前記セパレー
タの主要構成材料の融点中で最も高い温度以下であるこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のリ
チウム二次電池。
4. The lithium secondary according to claim 1, wherein the maximum rise temperature T 2 is equal to or lower than the highest temperature among melting points of main constituent materials of the separator. battery.
【請求項5】 満充電時の電池容量が2Ah以上である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の
リチウム二次電池。
5. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the battery capacity when fully charged is 2 Ah or more.
【請求項6】 電気自動車又はハイブリッド電気自動車
用の電源として用いられることを特徴とする請求項1〜
5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
6. Use as a power source for an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
5. The lithium secondary battery according to any one of 5 above.
【請求項7】 複数箇所から集電する構造の集電基板上7. A current collecting substrate having a structure for collecting current from a plurality of locations
に正極活物質層及び負極活物質層のいずれかがそれぞれEither the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer is
形成された正極板及び負極板をセパレータを介して捲回Winding the formed positive electrode plate and negative electrode plate through the separator
又は積層してなる電極体を備え非水電解液を用いたリチAlternatively, a lithium battery using a non-aqueous electrolyte with an electrode body formed by stacking
ウム二次電池を設計する方法であって、A method of designing a secondary battery, 前記非水電解液を含む、前記リチウム二次電池の不安全Unsafety of the lithium secondary battery including the non-aqueous electrolyte
性に関与する材料の熱的特性を考慮して、前記リチウムIn consideration of the thermal characteristics of the material involved in the
二次電池が熱により不安全な状態となる最低温Minimum temperature at which the secondary battery becomes unsafe due to heat 度:tDegree: t
(℃)を定め、(℃), 次に、前記リチウム二次電池の最高上昇温度:TNext, the maximum temperature rise of the lithium secondary battery: T
22 (℃)を安全係数を考慮して決定するとともに、前記(℃) is determined in consideration of the safety factor and
リチウム二次電池の通常使用温度:TNormal operating temperature of lithium secondary battery: T 11 (℃)を使用方How to use (℃)
法や配設位置により決定し、Determined by the method and placement position, 次に、前記リチウム二次電池の比熱:Cp(J/℃・Next, the specific heat of the lithium secondary battery: Cp (J / ° C.
g)を決定し、g), 次に、試験的に、前記比熱:Cp(J/℃・g)が公知Next, as a test, the specific heat: Cp (J / ° C · g) is known.
である材料を用い、また、各部材の重量を記録して第1Use the material that is
試験品を作製し、得られた前記第1試験品の比熱:CpA specific heat of the first test product obtained by making a test product: Cp
11 (J/℃・g)及び前記第1試験品の満充電時におけ(J / ° C · g) and when the first test product is fully charged
る単位重量当たりのエネルギー量:EEnergy amount per unit weight: E 0101 (J/g)を求Find (J / g)
め、得られた各値からETherefore, from each obtained value E 00 /Cp/ Cp 11 を算出し、更にTAnd then T 11 To
考慮して、前記第1試験品の理論的な最高上昇温度:TConsidering the above, the theoretical maximum temperature rise of the first test product: T
21twenty one '(℃)を求め、'(℃), このTThis T 21twenty one 'が先に決定したT'That was decided earlier 22 よりも高い場合又は低い場Higher or lower than
合には、所定の方法を用いることにより、TIn this case, by using a predetermined method, T 21twenty one 'をT'To T 22 When
の差を許容範囲内に納めるようにして、第2試験品を作The second test product is manufactured so that the difference between
製し、Made, 得られた前記第2試験品の比熱:CpSpecific heat of the obtained second test product: Cp 22 (J/℃・g)(J / ℃ ・ g)
及び前記第2試験品の満充電時における単位重量当たりAnd per unit weight when the second test product is fully charged
のエネルギー量:EEnergy amount: E 0202 (J/g)を測定して、前記第2(J / g) and measure the second
試験品の理論的な最高上昇温度:TTheoretical maximum temperature rise of test product: T 22twenty two '(℃)を求め、'(℃),
先に決定したTT decided earlier 22 と比較し、Compared to 前記第2試験品が下記式、The second test product is the following formula, E 0202 /Cp/ Cp 22 +T+ T 11 =T= T 22twenty two '<t ・・・式'<T ... expression の関係を満足するか否かを判断する工程を含むことを特It includes a step of determining whether or not the relationship of
徴とするリチウム二次電池の設計方法。The method of designing a lithium secondary battery.
【請求項8】8. 前記第2試験品が前記式の関係を満足The second test product satisfies the relation of the above formula
しない場合、必要に応じて前記工程を所定回数繰り返すIf not, repeat the above steps as many times as necessary
ことを特徴とする請求項7に記載のリチウム二次電池のThe lithium secondary battery according to claim 7, wherein
設計方法。Design method.
【請求項9】9. 前記TThe T 21twenty one 'が先に決定したT'That was decided earlier 22 よりも高いHigher than
場合における所定の方法が、前記EThe predetermined method in the case is the above-mentioned E 0202 が小さくなるようSo that
に、使用する前記正極板及び前記負極板の面積を小さくIn addition, the area of the positive electrode plate and the negative electrode plate used is reduced.
する方法であることを特徴とする請求項7又は8に記載9. The method according to claim 7, wherein the method is
のリチウム二次電池の設計方法。Design method for lithium secondary battery.
【請求項10】10. 前記TThe T 21twenty one 'が先に決定したT'That was decided earlier 22 よりも低Lower than
い場合における所定の方法が、電池の温度上昇が起こりIf the temperature rises in the battery,
難くなるように電池の熱容量を大きくする方法であるこIt is a way to increase the heat capacity of the battery so that it becomes difficult.
とを特徴とする請求項7又は8に記載のリチウム二次電The lithium secondary battery according to claim 7 or 8,
池の設計方法。How to design a pond.
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