JP2000133215A - 非水電解質電池 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 正極と負極との短絡時に発生する熱を迅速に
分散し、電池内部への潜熱の蓄積を防ぐ。 【解決手段】ラミネートフィルムからなる封入材に素電
池が収容されてなる非水電解質電池において、封入材と
して常温における熱伝導率ｋが２３０Ｗｍ-1Ｋ-1以上の
金属材料をラミネートフィルムの構成材料として含むも
のを用いる。さらに、素電池の容量１ｍＡｈに対する封
入材の金属材料部分の体積の比Ｒを、０．０００２ｃｍ
3／ｍＡｈ≦Ｒ≦０．００３ｃｍ3／ｍＡｈとする。
分散し、電池内部への潜熱の蓄積を防ぐ。 【解決手段】ラミネートフィルムからなる封入材に素電
池が収容されてなる非水電解質電池において、封入材と
して常温における熱伝導率ｋが２３０Ｗｍ-1Ｋ-1以上の
金属材料をラミネートフィルムの構成材料として含むも
のを用いる。さらに、素電池の容量１ｍＡｈに対する封
入材の金属材料部分の体積の比Ｒを、０．０００２ｃｍ
3／ｍＡｈ≦Ｒ≦０．００３ｃｍ3／ｍＡｈとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラミネートフィル
ムからなる封入材に素電池を収容してなる非水電解質電
池に関するものである。
ムからなる封入材に素電池を収容してなる非水電解質電
池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話、ノートブック型パソコ
ンなどをはじめとする電子機器のコードレス化、ポータ
ブル化が進み、薄型、小型、軽量の携帯電子機器が次々
と開発されている。また、機器の多様化によって電力使
用量が増加し、それら電子機器のエネルギー源である電
池、特に二次電池の高容量化に対する要求が高まってい
る。
ンなどをはじめとする電子機器のコードレス化、ポータ
ブル化が進み、薄型、小型、軽量の携帯電子機器が次々
と開発されている。また、機器の多様化によって電力使
用量が増加し、それら電子機器のエネルギー源である電
池、特に二次電池の高容量化に対する要求が高まってい
る。
【０００３】従来から使用されてきた二次電池として
は、鉛畜電池、ニッケルカドミウム電池があり、新たな
二次電池としてはニッケル水素電池やリチウムイオン電
池が実用化されている。しかしながら、これらの二次電
池は電解質として液体を使用しているため、電池からの
液もれの問題がある。
は、鉛畜電池、ニッケルカドミウム電池があり、新たな
二次電池としてはニッケル水素電池やリチウムイオン電
池が実用化されている。しかしながら、これらの二次電
池は電解質として液体を使用しているため、電池からの
液もれの問題がある。
【０００４】そこで、このような問題を解決すべく開発
されたのが、電解液によって膨潤した高分子ゲルを電解
質として使用したポリマーリチウムイオン二次電池であ
る。このポリマーリチウムイオン二次電池の開発によ
り、電池からの液もれの心配がなくなり、小型、軽量、
薄型で高いエネルギー密度を有する二次電池が実現可能
である。
されたのが、電解液によって膨潤した高分子ゲルを電解
質として使用したポリマーリチウムイオン二次電池であ
る。このポリマーリチウムイオン二次電池の開発によ
り、電池からの液もれの心配がなくなり、小型、軽量、
薄型で高いエネルギー密度を有する二次電池が実現可能
である。
【０００５】上記のポリマーリチウムイオン二次電池の
構成について説明すると、アルミニウム薄板からなる正
極集電体には例えばＬｉＣｏＯ2 と黒鉛からなる活物質
が積層され、銅薄板からなる負極集電体の上にはカーボ
ン、コークス、グラファイト等からなる活物質が積層さ
れ、これらが電極を形成している。その中間にポリプロ
プレン、ポリエチレン等からなり、細孔を有する薄膜で
あるセパレーターが挟み込まれ、これら電極、セパレー
ターの間にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチ
レンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶＤＦ）のような高分子ゲル電解質が充填されたサンド
イッチ構造となっている。
構成について説明すると、アルミニウム薄板からなる正
極集電体には例えばＬｉＣｏＯ2 と黒鉛からなる活物質
が積層され、銅薄板からなる負極集電体の上にはカーボ
ン、コークス、グラファイト等からなる活物質が積層さ
れ、これらが電極を形成している。その中間にポリプロ
プレン、ポリエチレン等からなり、細孔を有する薄膜で
あるセパレーターが挟み込まれ、これら電極、セパレー
ターの間にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチ
レンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶＤＦ）のような高分子ゲル電解質が充填されたサンド
イッチ構造となっている。
【０００６】サンドイッチ構造になったこれら素電池
（ユニットセル）は、封入用容器としてアルミニウム箔
のような金属薄膜と、ナイロン、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチッ
クフィルムで構成される封入材でパッケージングされ
る。
（ユニットセル）は、封入用容器としてアルミニウム箔
のような金属薄膜と、ナイロン、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチッ
クフィルムで構成される封入材でパッケージングされ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般にこの種の電池
は、高度に部品が集積された電子機器のわずかな空間に
装着されるために、あらゆる応力に対する柔軟性に富む
外装材を用いることが望ましい。我々は既に、電池特性
を維持しながら、かつ柔軟性に富んだ封入材によって素
子を封入したカード型電池の作成方法を開発している
（特開平８−８３５９６号公報参照）。
は、高度に部品が集積された電子機器のわずかな空間に
装着されるために、あらゆる応力に対する柔軟性に富む
外装材を用いることが望ましい。我々は既に、電池特性
を維持しながら、かつ柔軟性に富んだ封入材によって素
子を封入したカード型電池の作成方法を開発している
（特開平８−８３５９６号公報参照）。
【０００８】ところで、このようなリチウム二次電池で
は、電池自体が高出力および高エネルギー密度という特
性を有するために、電池の充電装置や周辺回路の故障に
より、あるいはユーザーの使用方法の誤りなどにより正
極と負極が短絡した場合には、電池に大電流が流れ、急
激な発熱や内圧の上昇、ひいては電池破損の恐れが生じ
る。特に短絡による素電池の発熱は、重大な事故になり
かねないため、そのような場合の安全機構として、電池
本体あるいは周辺機器に瞬間的な出力電流を遮断する電
流遮断素子（例えばＰＴＣ回路、ヒューズなど）が設け
られている。
は、電池自体が高出力および高エネルギー密度という特
性を有するために、電池の充電装置や周辺回路の故障に
より、あるいはユーザーの使用方法の誤りなどにより正
極と負極が短絡した場合には、電池に大電流が流れ、急
激な発熱や内圧の上昇、ひいては電池破損の恐れが生じ
る。特に短絡による素電池の発熱は、重大な事故になり
かねないため、そのような場合の安全機構として、電池
本体あるいは周辺機器に瞬間的な出力電流を遮断する電
流遮断素子（例えばＰＴＣ回路、ヒューズなど）が設け
られている。
【０００９】しかしながら、従来の安全機構において
は、電流を遮断した後においても、発生した熱が電池内
部に蓄積する可能性があり、従来の電流遮断素子に加え
て、発熱に対する新たな安全機構の開発が求められてい
る。
は、電流を遮断した後においても、発生した熱が電池内
部に蓄積する可能性があり、従来の電流遮断素子に加え
て、発熱に対する新たな安全機構の開発が求められてい
る。
【００１０】本発明は、このような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、正極と負極との短絡時に発
生する熱を迅速に分散し、電池内部への潜熱の蓄積を防
ぐことを目的とする。
決しようとするものであり、正極と負極との短絡時に発
生する熱を迅速に分散し、電池内部への潜熱の蓄積を防
ぐことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、ラミネートフィルムからなる封入材に
素電池が収容されてなる非水電解質電池において、上記
封入材は常温における熱伝導率ｋが２３０Ｗｍ-1Ｋ-1以
上の金属材料をラミネートフィルムの構成材料として含
むことを特徴とするものであり、さらには、素電池の容
量１ｍＡｈに対する封入材の金属材料部分の体積の比Ｒ
が、０．０００２ｃｍ3／ｍＡｈ≦Ｒ≦０．０５ｃｍ3／
ｍＡｈであることを特徴とするものである。
めに、本発明は、ラミネートフィルムからなる封入材に
素電池が収容されてなる非水電解質電池において、上記
封入材は常温における熱伝導率ｋが２３０Ｗｍ-1Ｋ-1以
上の金属材料をラミネートフィルムの構成材料として含
むことを特徴とするものであり、さらには、素電池の容
量１ｍＡｈに対する封入材の金属材料部分の体積の比Ｒ
が、０．０００２ｃｍ3／ｍＡｈ≦Ｒ≦０．０５ｃｍ3／
ｍＡｈであることを特徴とするものである。
【００１２】封入材に熱伝導率の高い金属材料を用いる
ことによって、素電池からの熱の分散が促進される。
ことによって、素電池からの熱の分散が促進される。
【００１３】特に、金属材料部分の体積を適正な値とす
ることで、高エネルギー密度を維持したまま、十分な放
熱効果を得ることができる。
ることで、高エネルギー密度を維持したまま、十分な放
熱効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した非水電解
質電池の構成について、図面を参照しながら説明する。
質電池の構成について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】本発明の非水電解質電池は、例えば固体電
解質電池、あるいはゲル状電解質電池であり、図１及び
図２に示すように、正極活物質層と負極活物質層との間
に固体電解質、またはゲル状電解質を配設してなる素電
池１をラミネートフィルムよりなる封入材２に収容し、
周囲を熱溶着することにより封止されてなるものであ
る。
解質電池、あるいはゲル状電解質電池であり、図１及び
図２に示すように、正極活物質層と負極活物質層との間
に固体電解質、またはゲル状電解質を配設してなる素電
池１をラミネートフィルムよりなる封入材２に収容し、
周囲を熱溶着することにより封止されてなるものであ
る。
【００１６】上記素電池１には、素電池１を構成する負
極と電気的に接続される負極端子リード３、及び正極と
電気的に接続される正極端子リード４が設けられてお
り、これら負極端子リード３、正極端子リード４は、封
入材２の外方へと引き出されている。
極と電気的に接続される負極端子リード３、及び正極と
電気的に接続される正極端子リード４が設けられてお
り、これら負極端子リード３、正極端子リード４は、封
入材２の外方へと引き出されている。
【００１７】本発明に用いられる封入材２は、例えば図
３に示すように、金属薄膜２１に対してプラスチックフ
ィルム２２，２３を貼り合わせた構造となっており、プ
ラスチックフィルム２２，２３は、素電池１を封入する
際の熱融着による封止を目的としたもので、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等が
用いられるが、熱可塑性のプラスチック材料であればそ
の原料を問わない。また、プラスチックフィルムは金属
薄膜の片面のみ、もしくは両面のいずれに貼り合わせて
あっても構わない。
３に示すように、金属薄膜２１に対してプラスチックフ
ィルム２２，２３を貼り合わせた構造となっており、プ
ラスチックフィルム２２，２３は、素電池１を封入する
際の熱融着による封止を目的としたもので、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等が
用いられるが、熱可塑性のプラスチック材料であればそ
の原料を問わない。また、プラスチックフィルムは金属
薄膜の片面のみ、もしくは両面のいずれに貼り合わせて
あっても構わない。
【００１８】本発明では、封入材２に使用される金属薄
膜２１に特徴を有し、素電池１の短絡に由来して発生し
た熱を迅速に放熱、分散できる金属材料が望まれる。す
なわち、熱伝導率の高い金属材料である。ここで、熱伝
導率ｋは、厚さ１ｍの板の両面に１ｋの温度差があると
き、その板の面積１ｍ2 の面を通して１秒の間に流れる
熱量で表わされ、単位はＷｍ-1ｋ-1である。
膜２１に特徴を有し、素電池１の短絡に由来して発生し
た熱を迅速に放熱、分散できる金属材料が望まれる。す
なわち、熱伝導率の高い金属材料である。ここで、熱伝
導率ｋは、厚さ１ｍの板の両面に１ｋの温度差があると
き、その板の面積１ｍ2 の面を通して１秒の間に流れる
熱量で表わされ、単位はＷｍ-1ｋ-1である。
【００１９】上記封入材２に使用される金属薄膜２１の
熱伝導率ｋは、２３０以上Ｗｍ-1ｋ-1であることが好ま
しい。それ以下であると電池内部に熱を蓄積する可能性
がある。かかる材料としては、具体的にはアルミニウ
ム、銅、チタン等を挙げることができる。
熱伝導率ｋは、２３０以上Ｗｍ-1ｋ-1であることが好ま
しい。それ以下であると電池内部に熱を蓄積する可能性
がある。かかる材料としては、具体的にはアルミニウ
ム、銅、チタン等を挙げることができる。
【００２０】金属薄膜２１の厚さは２０μｍ以上、２０
０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上、５０μｍ以下で
あることがより好ましい。金属薄膜２１の厚さが２００
μｍ以上であると放熱性が低下し、２０μｍ以下である
と封入材として強度的に問題が生じる可能性がある。
０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上、５０μｍ以下で
あることがより好ましい。金属薄膜２１の厚さが２００
μｍ以上であると放熱性が低下し、２０μｍ以下である
と封入材として強度的に問題が生じる可能性がある。
【００２１】また、上記封入材２を用いて封入された固
体電解質電池（ゲル電解質電池）では、電池容量１ｍＡ
ｈに対する封入材２の金属薄膜２１部分の体積（厚さ×
表面積）の比率Ｒは、０．０００２ｃｍ3／ｍＡｈ≦Ｒ
≦０．０５ｃｍ3／ｍＡｈであることが好ましく、０．
０００３５ｃｍ3／ｍＡｈ以上、０．００３ｃｍ3／ｍＡ
ｈ以下がより好ましい（例えば、５００ｍＡｈ級の固体
電解質電池が、金属薄膜部分の厚さ５０μｍ、表面積５
０ｃｍ2の封入材（体積０．２５ｃｍ3）で封止された
時、上記Ｒは０．０００５ｃｍ3／ｍＡｈとなる。）。
体電解質電池（ゲル電解質電池）では、電池容量１ｍＡ
ｈに対する封入材２の金属薄膜２１部分の体積（厚さ×
表面積）の比率Ｒは、０．０００２ｃｍ3／ｍＡｈ≦Ｒ
≦０．０５ｃｍ3／ｍＡｈであることが好ましく、０．
０００３５ｃｍ3／ｍＡｈ以上、０．００３ｃｍ3／ｍＡ
ｈ以下がより好ましい（例えば、５００ｍＡｈ級の固体
電解質電池が、金属薄膜部分の厚さ５０μｍ、表面積５
０ｃｍ2の封入材（体積０．２５ｃｍ3）で封止された
時、上記Ｒは０．０００５ｃｍ3／ｍＡｈとなる。）。
【００２２】上記比率Ｒが０．０００２ｃｍ3／ｍＡｈ
以下では素電池が発熱した際に十分な放熱効果を得るこ
とができず、また、比率Ｒが０．０５ｃｍ3／ｍＡｈ以
上の電池構成では、容量が著しく低いか、もしくは封入
材の体積が著しく大きい構成となるため、実用上適さな
い。
以下では素電池が発熱した際に十分な放熱効果を得るこ
とができず、また、比率Ｒが０．０５ｃｍ3／ｍＡｈ以
上の電池構成では、容量が著しく低いか、もしくは封入
材の体積が著しく大きい構成となるため、実用上適さな
い。
【００２３】一方、上記素電池１であるが、例えば固体
電解質電池、またはゲル状電解質電池を考えた場合、高
分子固体電解質に使用する高分子材料としては、シリコ
ンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフ
ォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、
ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマー
や架橋ポリマー、変成ポリマーなどもしくはフッ素系ポ
リマーとして、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライ
ド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフル
オロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-c
o-テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオ
ロライド-co-トリフルオロエチレン）などおよびこれら
の混合物が各種使用できるが、勿論、これらに限定され
るものではない。
電解質電池、またはゲル状電解質電池を考えた場合、高
分子固体電解質に使用する高分子材料としては、シリコ
ンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフ
ォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、
ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマー
や架橋ポリマー、変成ポリマーなどもしくはフッ素系ポ
リマーとして、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライ
ド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフル
オロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-c
o-テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオ
ロライド-co-トリフルオロエチレン）などおよびこれら
の混合物が各種使用できるが、勿論、これらに限定され
るものではない。
【００２４】正極活物質層または負極活物質層に積層さ
れている固体電解質、またはゲル状電解質は、高分子化
合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに
可塑剤）からなる溶液を正極活物質層または負極活物質
層に含浸させ、溶媒を除去し固体化したものである。正
極活物質層または負極活物質層に積層された固体電解
質、またはゲル状電解質は、その一部が正極活物質層ま
たは負極活物質層に含浸されて固体化されている。架橋
系の場合は、その後、光または熱で架橋して固体化され
る。
れている固体電解質、またはゲル状電解質は、高分子化
合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに
可塑剤）からなる溶液を正極活物質層または負極活物質
層に含浸させ、溶媒を除去し固体化したものである。正
極活物質層または負極活物質層に積層された固体電解
質、またはゲル状電解質は、その一部が正極活物質層ま
たは負極活物質層に含浸されて固体化されている。架橋
系の場合は、その後、光または熱で架橋して固体化され
る。
【００２５】ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤
と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子か
らなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エス
テル類などを単独または可塑剤の一成分として用いるこ
とができる。
と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子か
らなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エス
テル類などを単独または可塑剤の一成分として用いるこ
とができる。
【００２６】ゲル状電解質を調整するにあたり、このよ
うな炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子とし
ては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々
の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、たとえ
ばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデ
ンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）など
のフッ素系高分子を用いることが望ましい。
うな炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子とし
ては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々
の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、たとえ
ばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデ
ンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）など
のフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００２７】高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを
溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物として
は、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエー
テル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、ア
クリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポ
リ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロ
ピレン）などのフッ素系高分子などを単独、または混合
して用いることができるが、酸化還元安定性から、たと
えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリ
デンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）な
どのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物として
は、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエー
テル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、ア
クリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポ
リ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロ
ピレン）などのフッ素系高分子などを単独、または混合
して用いることができるが、酸化還元安定性から、たと
えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリ
デンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）な
どのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００２８】このようなゲル状電解質または高分子固体
電解質に含有させるリチウム塩として通常の電池電解液
に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウ
ム化合物（塩）としては、例えば以下のものが挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。
電解質に含有させるリチウム塩として通常の電池電解液
に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウ
ム化合物（塩）としては、例えば以下のものが挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。
【００２９】たとえば、塩化リチウム臭化リチウム、ヨ
ウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭
素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テト
ラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチ
ウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフ
ォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ
3、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉ
Ｆ6等を挙げることができる。
ウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭
素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テト
ラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチ
ウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフ
ォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ
3、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉ
Ｆ6等を挙げることができる。
【００３０】これらリチウム化合物は単独で用いても複
数を混合して用いても良いが、これらの中でＬｉＰ
Ｆ6、ＬｉＢＦ4が酸化安定性の点から望ましい。
数を混合して用いても良いが、これらの中でＬｉＰ
Ｆ6、ＬｉＢＦ4が酸化安定性の点から望ましい。
【００３１】リチウム塩を溶解する濃度として、ゲル状
電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施でき
るが、好ましくは０．５から２．０モル／リットルで用
いることができる。
電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施でき
るが、好ましくは０．５から２．０モル／リットルで用
いることができる。
【００３２】本発明の電池は、上記のようなゲル状電解
質もしくは固体電解質を使用する以外は、従来のリチウ
ムイオン電池と同様に構成することができる。
質もしくは固体電解質を使用する以外は、従来のリチウ
ムイオン電池と同様に構成することができる。
【００３３】すなわち、リチウムイオン電池を構成する
場合の負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープ
できる材料を使用することができる。このような負極の
構成材料、たとえば難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の
炭素材料を使用することができる。より具体的には、熱
分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコ
ークス、石油コークス)、黒鉛類、ガラス状炭素類、有
機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等
を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活
性炭等の炭素材料を使用することができる。このほか、
リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリ
アセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2 等の酸
化物を使用することもできる。このような材料から負極
を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加すること
ができる。
場合の負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープ
できる材料を使用することができる。このような負極の
構成材料、たとえば難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の
炭素材料を使用することができる。より具体的には、熱
分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコ
ークス、石油コークス)、黒鉛類、ガラス状炭素類、有
機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等
を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活
性炭等の炭素材料を使用することができる。このほか、
リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリ
アセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2 等の酸
化物を使用することもできる。このような材料から負極
を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加すること
ができる。
【００３４】正極は、目的とする電池の種類に応じて、
金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を正極活物
質として用いて構成することができる。たとえばリチウ
ムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、Ｔ
ｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2，Ｖ2Ｏ5等のリチウムを含
有しない金属硫化物あるいは酸化物や、ＬｉＭＯ2 （式
中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状
態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下であ
る。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用するこ
とができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金
属Ｍとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ等が好ましい。このよ
うなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏ
Ｏ2，ＬｉＮｉＯ2，ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2(式中、０＜ｙ
＜１である。)、ＬｉＭｎ2Ｏ4等を挙げることができ
る。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、
エネルギー密度的に的に優れた正極活物質となる。正極
には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用しても
よい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を
形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加する
ことができる。
金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を正極活物
質として用いて構成することができる。たとえばリチウ
ムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、Ｔ
ｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2，Ｖ2Ｏ5等のリチウムを含
有しない金属硫化物あるいは酸化物や、ＬｉＭＯ2 （式
中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状
態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下であ
る。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用するこ
とができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金
属Ｍとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ等が好ましい。このよ
うなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏ
Ｏ2，ＬｉＮｉＯ2，ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2(式中、０＜ｙ
＜１である。)、ＬｉＭｎ2Ｏ4等を挙げることができ
る。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、
エネルギー密度的に的に優れた正極活物質となる。正極
には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用しても
よい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を
形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加する
ことができる。
【００３５】また、上記素電池１において、内部で発生
した熱を効率よく分散させるには、素電池１を構成する
負極や正極の集電体として、熱伝導率ｋが２３０Ｗｍ-1
ｋ-1以上の金属材料を用いることが好ましい。それ以下
であると電池内部、特に素電池中心部に熱を蓄積する可
能性がある。かかる金属材料としては、正極集電体材料
としてアルミニウムを、負極集電体材料として銅を挙げ
ることができる。
した熱を効率よく分散させるには、素電池１を構成する
負極や正極の集電体として、熱伝導率ｋが２３０Ｗｍ-1
ｋ-1以上の金属材料を用いることが好ましい。それ以下
であると電池内部、特に素電池中心部に熱を蓄積する可
能性がある。かかる金属材料としては、正極集電体材料
としてアルミニウムを、負極集電体材料として銅を挙げ
ることができる。
【００３６】集電体に用いる金属薄膜の厚さは、１０μ
ｍ以上、１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上、５
０μｍ以下がより好ましい。集電体の厚さがそれ以上で
あると却って放熱性が低下し、それ以下であると活物質
との密着性や集電体としての強度的な点で問題が生じる
可能性がある。
ｍ以上、１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上、５
０μｍ以下がより好ましい。集電体の厚さがそれ以上で
あると却って放熱性が低下し、それ以下であると活物質
との密着性や集電体としての強度的な点で問題が生じる
可能性がある。
【００３７】上記素電池１の構造としては、図４に示す
ように固体電解質１１を挟んで正極１２、負極１３を交
互に積層し、両側から正極リード１４、負極リード１５
をそれぞれ引き出した積み重ね型、図５に示すように正
極１２及び負極１３を固体電解質１１を挟んで重ね合わ
せ、これを巻き取った巻き取り型、図６に示すように正
極１２及び負極１３を固体電解質１１を挟んで重ね合わ
せ、これを交互に折りたたんだ折り畳み型等を挙げるこ
とができ、任意に選定することができるが、内部の熱を
分散するという点で、巻き取り型が好ましい。
ように固体電解質１１を挟んで正極１２、負極１３を交
互に積層し、両側から正極リード１４、負極リード１５
をそれぞれ引き出した積み重ね型、図５に示すように正
極１２及び負極１３を固体電解質１１を挟んで重ね合わ
せ、これを巻き取った巻き取り型、図６に示すように正
極１２及び負極１３を固体電解質１１を挟んで重ね合わ
せ、これを交互に折りたたんだ折り畳み型等を挙げるこ
とができ、任意に選定することができるが、内部の熱を
分散するという点で、巻き取り型が好ましい。
【００３８】
【実施例】次に、本発明を適用した具体的な実施例及び
比較例について、実験結果に基づいて説明する。
比較例について、実験結果に基づいて説明する。
【００３９】評価に使用した素電池は、正極がコバルト
酸リチウムと黒鉛、負極がグラファイト、正極集電体に
アルミニウム箔、負極集電体に銅箔、固体電解質にポリ
フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を充填したサンドイッチ
構造となっており、素電池の外寸は５ｃｍ×４ｃｍ×
０．４ｃｍ、容量は４５０ｍＡｈである。
酸リチウムと黒鉛、負極がグラファイト、正極集電体に
アルミニウム箔、負極集電体に銅箔、固体電解質にポリ
フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を充填したサンドイッチ
構造となっており、素電池の外寸は５ｃｍ×４ｃｍ×
０．４ｃｍ、容量は４５０ｍＡｈである。
【００４０】先ず、封入材としてナイロン（１００μ
ｍ）／金属箔／ポリエチレン（８０μｍ）の3層構造の
ものを使用し、金属部分の物性値が表１に示すような各
種封入材を用いて封入し、サンプルＡ〜Ｆを作製した。
ｍ）／金属箔／ポリエチレン（８０μｍ）の3層構造の
ものを使用し、金属部分の物性値が表１に示すような各
種封入材を用いて封入し、サンプルＡ〜Ｆを作製した。
【００４１】
【表１】
【００４２】これらサンプル電池について、１Ｃ、４．
３０Ｖの過充電を行い、電池を外部短絡させた際の電池
表面と素電池中心部の温度状態をモニターした。結果を
表２に示す。
３０Ｖの過充電を行い、電池を外部短絡させた際の電池
表面と素電池中心部の温度状態をモニターした。結果を
表２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】一般には、外部短絡時の電池の発熱限度は
２００℃程度とされている。放熱効果の高い材料を用い
たサンプル電池では、発熱が２００℃以下に抑制されて
おり、高い放熱効果が確認できた。
２００℃程度とされている。放熱効果の高い材料を用い
たサンプル電池では、発熱が２００℃以下に抑制されて
おり、高い放熱効果が確認できた。
【００４５】次に、先のサンプルＡと同様の封入材を使
用し、封入される素電池の集電体に各種金属材料を使用
して素電池を作製し、１Ｃ、４．３０Ｖの過充電を行
い、電池を外部短絡させた際の電池表面と素電池中心部
温度状態をモニターした。結果を表３に示す。
用し、封入される素電池の集電体に各種金属材料を使用
して素電池を作製し、１Ｃ、４．３０Ｖの過充電を行
い、電池を外部短絡させた際の電池表面と素電池中心部
温度状態をモニターした。結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】
【００４７】なお、表３において、使用したステンレス
（Ｃｒ１７．９、Ｎｉ８．０、Ｍｎ０．３）の熱伝導率
は、１６．５Ｗｍ-1ｋ-1である。
（Ｃｒ１７．９、Ｎｉ８．０、Ｍｎ０．３）の熱伝導率
は、１６．５Ｗｍ-1ｋ-1である。
【００４８】表３からも明らかなように、集電体にも熱
伝導率の高い金属材料を用いた方が効果的に発熱が抑え
られている。
伝導率の高い金属材料を用いた方が効果的に発熱が抑え
られている。
【００４９】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、正極と負極との短絡時に発生する熱を迅速
に分散し、電池内部への潜熱の蓄積を防ぐことが可能で
ある。
明によれば、正極と負極との短絡時に発生する熱を迅速
に分散し、電池内部への潜熱の蓄積を防ぐことが可能で
ある。
【図１】本発明が適用される固体電解質電池の一構成例
を示す分解斜視図である。
を示す分解斜視図である。
【図２】本発明が適用される固体電解質電池の一構成例
を示す概略斜視図である。
を示す概略斜視図である。
【図３】外装材の一構成例を示す断面図である。
【図４】積み重ね型の素電池の構成を示す模式図であ
る。
る。
【図５】巻き取り型の素電池の構成を示す模式図であ
る。
る。
【図６】折り畳み型の素電池の構成を示す模式図であ
る。
る。
１ 素電池、２ 外装材、３ 負極端子リード、４ 正
極端子リード、２１ 金属薄膜
極端子リード、２１ 金属薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八田 一人 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5H011 AA13 CC02 CC06 CC10 DD13 KK01 KK02 5H029 AJ12 AK02 AK03 AK05 AK16 AL02 AL06 AL07 AL08 AL16 AM00 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 DJ02 DJ07 EJ01 EJ12 HJ00 HJ04 HJ07 HJ19
Claims (8)
- 【請求項１】 ラミネートフィルムからなる封入材に素
電池が収容されてなる非水電解質電池において、 上記封入材は、常温における熱伝導率ｋが２３０Ｗｍ-1
Ｋ-1以上の金属材料をラミネートフィルムの構成材料と
して含むことを特徴とする非水電解質電池。 - 【請求項２】 上記素電池の容量１ｍＡｈに対する封入
材の金属材料部分の体積の比Ｒが、０．０００２ｃｍ3
／ｍＡｈ≦Ｒ≦０．０５ｃｍ3／ｍＡｈであることを特
徴とする請求項１記載の非水電解質電池。 - 【請求項３】 上記封入材の金属材料部分の厚さが２０
〜２００μｍであることを特徴とする請求項２記載の非
水電解質電池。 - 【請求項４】 上記素電池を構成する正極及び／又は負
極の集電体が、常温における熱伝導率ｋが２３０Ｗｍ-1
Ｋ-1以上の金属材料からなることを特徴とする請求項１
記載の非水電解質電池。 - 【請求項５】 上記素電池を構成する電解質が、マトリ
クス高分子及びリチウム塩を含むゲル電解質又は固体電
解質であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質
電池。 - 【請求項６】 上記素電池を構成する負極は、リチウム
をドープ、脱ドープし得る材料を含む負極であることを
特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。 - 【請求項７】 上記リチウムをドープ、脱ドープし得る
材料が炭素材料であることを特徴とする請求項６記載の
非水電解質電池。 - 【請求項８】 上記素電池を構成する正極は、リチウム
と遷移金属の複合酸化物を含む正極であることを特徴と
する請求項１記載の非水電解質電池。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30308498A JP4126711B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 非水電解質電池 |
| TW088117986A TW431013B (en) | 1998-10-23 | 1999-10-18 | Nonaqueous electrolyte battery |
| US09/421,936 US6399241B1 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-21 | Nonaqueous electrolyte battery |
| EP99121173A EP0996178B1 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | Nonaqueous electrolyte battery |
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| DE69905836T DE69905836T2 (de) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | Batterie mit nichtwässerigem Elektrolyt |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30308498A JP4126711B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 非水電解質電池 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP4126711B2 JP4126711B2 (ja) | 2008-07-30 |
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ID=17916706
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|---|---|---|---|
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