JPS6333264B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は短絡の発生と同時に内部温度上昇およ
び過度の内部圧力形成にさらされる電気化学電池
に関し、特にかかる特性を有するリチユーム／二
酸化イオウ電池に関する。 大放電能力を有する電池の危険の１つは、短絡
が圧力の上昇を伴う抵抗エネルギの消費によつて
生ずる電池内の急速な温度上昇を惹起し得ること
である。このような圧力の増加によつて電池は激
しく爆発し、あるいは少くとも開裂してその腐蝕
性内容物を排出するおそれがある。 短絡が生じた時電池内の前記の如き状態を防止
するため多くの対策がとられて来た。これ等の対
策の内には、機械的又は電気的な手段を用いて回
路を遮断してこれ以上厄介な結果を阻止するため
の熱的に応答する要素が含まれる。これ等の熱的
制御要素には、外部のフユーズ、ダイオード、電
気的に遮断するスイツチ、低温で溶融するろう付
け接続部等がある。しかし、前記の制御装置は通
常電池の一部として又はその中に含まれてはいな
い要素を必要とするため電池の有効容積空間を小
さくし、更に殆んどの場合構成上コスト高となる
諸要素を必要とすると云う短所を有する。 従つて、本発明の目的は電池内の要素そのもの
が短絡条件から生じる厄介な問題を阻止するため
温度に応答するフユーズとして作用することがで
きる装置の提供にある。 前記およびその他の目的、特徴および長所につ
いては、添付図面と共に以下の記述を参照すれば
更に明らかになるであろう。 一般に、本発明は、短絡条件から生じる過度の
温度と圧力の上昇を防ぐ際のフユーズとして電気
化学電池内のアノード又はカソードに取付けられ
る通常に処理された金属製の電流コレクタの一部
を使用することをその内容とする。 通常、電流コレクタは長い期間短絡状態におか
れても過度の圧力形成が防止されるほどの時間で
は溶融することはない。通常は電流コレクタの温
度上昇によつて生じる液体状の電解質内の対流に
よつて内部の熱形式が電池内に放散されるため、
電流コレクタの溶融は生じない。本発明によれ
ば、電流コレクタを溶融するに十分な熱を保持す
ることができる適当寸法の電流コレクタの一部が
熱シールドにより密閉されている。このために熱
は内部に封込められて電流コレクタを急速に溶融
し、過度の圧力条件が生じる前に回路を遮断す
る。この熱シールドは、電解質が電流コレクタの
融けた場所から熱を（直接又は間接に）伝達しな
いようにすることにより電流コレクタからの熱伝
達が実質的に減衰されるように作用するのであ
る。この融けた部分に関しては、この部分が電流
コレクタが外部の端末接続部に対して取付けられ
る地点（単数又は複数）と回路が遮断できるよう
電流コレクタを電気的に電極に対して接続させる
地点（単数又は複数）との間にあることが重要と
なる。 この熱シールドは、溶融地点の周囲に熱で封止
されたポリエチレン又はポリプロピレンの如きポ
リオレフインを含むプラチツクの如き別個の断熱
性を有する材料で作られるか、あるいはもしこれ
が同様に断熱材料から作られ、溶融地点と十分に
強く接触させてこの溶融地点と電池の電解質との
間の熱的接触を防ぐならば電池のセパレータ自体
でもよい。ポリエチレンおよびポリプロピレンの
熱で封止可能なフイルムは、約0.025乃至0.254mm
（0.001乃至0.01インチ）の範囲の種々の厚さで市
販されている。厚さが約0.025mmおよび0.050mm
（0.001および0.002インチ）のポリエチレンは満
足できるもので、十分に溶融地点を遮蔽する。金
属製の電流コレクタに対するポリエチレン又はポ
リプロピレンのフイルムの熱封止措置は加熱され
たプラテンを軽く部分的に圧力を加えることによ
つて行われることが望ましい。 電流コレクタの一部がフユーズとして適正に機
能するためには、その寸法は所望の溶融電流が十
分な抵抗熱を与えて電流コレクタを空気中で溶融
するようなものでなければならない。どこも均等
な薄さの寸法を有する電流コレクタは、構造的に
一体性があるために生じる損失のため望ましくな
い。溶融される部分の寸法決定において考慮され
るべき諸要因には使用した金属の抵抗、密度およ
び融点が含まれる。表は、電流コレクタとして
一般に使用される種々の金属片を溶融するための
いくつかの巾寸法を示す。

【表】 表から、銅は融解のためには巾寸法が最も小
さいことが必要で電流コレクタとして取扱うこと
がより難かしく、従つて溶融金属としては最も望
ましくない。チタンは溶融のための巾寸法が最も
大きいため、そのコスト高の点を除けば最も望ま
しい。ニツケルとアルミニユームを比較すれば、
ニツケルは薄いリボン状にした時その機械的強度
が比較的大きいため溶融金属として望ましい。し
かし、いずれの場合でも電極とこれに関連する電
流コレクタと金属との間の共用性が電流コレクタ
に適する金属の選択における決定要因となる。必
要に応じ、この溶融部分の金属は電流コレクタの
残部と異なるものでよく、その各部間で電流コレ
クタに溶接されてもよいことに留意されたい。 熱を伝達する電解質を有する電池が短絡される
場合にこの電池内でアルミニユームとニツケルが
溶融する電流を決定するため、種々の断面積のア
ルミニユームとニツケルの電線をアセトニトリル
中にカソード減極材として使用される二酸化イオ
ウを含んだ電解溶液中に浸漬し、色々な電流負荷
を与えた。表は、空気中の遮蔽しない金属と比
較した溶液中の遮蔽した金属および遮蔽しない金
属との間の比較によるテストの結果を示してい
る。

【表】

【表】 金属を溶液中で遮蔽することによつて、溶融能
力に関する空気中の金属に比較し得る結果を得
る。更に、これ等の比較をアセトニトリル溶液中
の二酸化イオウについて行つたが、電解質の溶液
組成の如何にも拘わらず同様な結果が予期された
点に留意すべきである。 本発明の内部フユーズの形態および配置につい
ては添付図面を参照すれば更に明らかになるであ
ろう。同図において、電気化学電池１０は螺線状
に巻いた電極／セパレータ形態を有する如く示さ
れている。（しかし、この電極の形態は、セパレ
ータを熱シールドとして使用しなければ本発明の
作用に対してそれ程重要ではない。）ニツケルの
電流コレクタ１１の部分１１ａはポリプロピレン
のセパレータ１３の下方に延長して第１の電極で
あるリチユームのアノード１２と係合し、これが
電流コレクタ１１とアノード１２間の唯一の電気
的接続点で、セパレータ１３は電流コレクタ１１
の残部をアノード１２から電気的に絶縁する。断
熱装置の一例として用いられた熱を伝達しないシ
ールド１７を有する薄片部分１６を熱的に応答す
るフユーズとして機能する。シールド１７はポリ
エチレンの如き材料から作られ、短絡時の熱発成
条件において前記部分に熱を保持するために部分
１６の周囲に熱封止される。もし薄片部分１６を
有する電流コレクタ１１がセパレータ１３および
断熱部材１４に対して強く押圧され、このためア
セトニトリル電解質中の二酸化イオウのカソード
減極剤が部分１６との熱的接触状態から離される
と、シールド部材１７は不要となり、セパレータ
１３と断熱部材１４が熱シールドとして機能す
る。 電流コレクタ１１は、電池容器１の区域１８に
おいて断熱部材１４の上方で容器１と外部の端末
接続部を形成する。前記区域１８の下方で特に部
分１６と電流コレクタ１１とアノード１２の接触
区域との間では、断熱部材１４と１５は電流コレ
クタ１１と電池容器１との間の外部の電気的接続
を妨げる。このような絶縁のため、部分１６が溶
融する場合でさえ完成された電気的接続を妨げ
る。 短絡条件が生じると、特に薄い部分が比較的大
きな電気抵抗を有しているため、熱は電流コレク
タ１１の部分１６に集中する。電池内部の過度の
熱蓄積およびこれに伴う過度の圧力が生じる前
に、短絡した電気的接続の生じた熱を含んだ部分
１６が切断する。部分１６は５アンペアの電流負
荷時に溶融するような寸法とすることが望まし
い。 同様に、第２の電極である炭素を含むカソード
２０に対するアルミニユーム・カソード電流コレ
クタ２１は、熱シールドでその一部を包囲し溶融
地点を適当な寸法にすることにより電池の内部フ
ユーズとして機能することができる。 電池の構造、電流コレクタの形態、溶融地点お
よび熱シールド等を変更は頭書の特許請求の範囲
に規定した本発明の範囲から逸脱することなく可
能であることは了解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度に応答する装置を含む電
気化学電池の部分断面立面図である。 １：容器、１０：電池、１１：電流コレクタ、
１２：第１の電極の例のアノード、１６：電流コ
レクタの一部分、１７：断熱装置の例のシールド
部材、２０：第２の電極の例のカソード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容器１の中に、第１の電極１２と、第２の電
   極２０と、電解質と、前記電極の少なくとも一方
   に電気的に接続された少なくとも１つの電流コレ
   クタ１１を収容し、前記電流コレクタを前記容器
   の一部分と電気的に接続した電気化学的電池にお
   いて、 前記電流コレクタはその容器との電気的接続部
   と電極との電気的接続部との間において一部１６
   が断熱装置１７によつて包囲され、これにより前
   記電池の短絡によつて生じた前記電流コレクタ内
   の抵抗エネルギの消費により生じた過度の熱が該
   コレクタの前記一部に保持されて該部分を溶融し
   回路を遮断するような構成としたことを特徴とす
   る電池。 ２ 前記電流コレクタ１１の前記一部１６は該コ
   レクタの残部よりも小さな断面積を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電池。 ３ 前記断熱装置１７はポリエチレンおよびポリ
   プロピレンからなるグループから選択されたポリ
   オレフインからなる熱封止できるフイルムである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電
   池。 ４ 前記第１の電極がリチユームからなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電池。 ５ 前記電解質がカソード減極剤として分散され
   た二酸化イオウを含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の電池。 ６ 前記電流コレクタ１１の一部１６が５アンペ
   アの電流を流される時溶融される寸法とされてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電池。 ７ 前記電流コレクタ１１がニツケルおよびアル
   ミニユームからなるグループから選択される金属
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の電池。