JPH11144766A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安定した性能を持ち、かつ、安全性の高い二次
電池を提供する。 【解決手段】放熱器の比表面積が、３０ｍ² ／ｍ³ 以上
の放熱器を備えていることを特徴とする二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水系電解液を用
いた二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ、携帯電話、ＰＨ
Ｓ、ノート型パソコン等のポータブル機器の普及に伴
い、小型かつ軽量で高容量の二次電池に対する需要が高
まりつつある。現在使用されている二次電池の多くはア
ルカリ電解液を用いたニッケル−カドミウム電池である
が、平均電池電圧が１．２Ｖと低いため、エネルギー密
度を高くすることは困難である。そのため、負極に最も
卑な金属であるリチウム金属を使用して、高エネルギー
二次電池の研究が行われてきた。

【０００３】ところが、リチウム金属を使用した二次電
池では、充放電の繰り返しによって、リチウムが樹枝状
（デンドライト）に成長し、短絡を起こして発火する危
険性がある。また、活性の高い金属リチウムを使用する
ため、本質的に危険性が高く、民生用として使用するに
は問題が多い。

【０００４】近年、このような安全性の問題を解決し、
かつリチウム電池特有の高エネルギーが可能なものとし
て、各種炭素質材料を負極活物質として用いたリチウム
イオン二次電池が考案されている。この方法では、充電
時、炭素質材料にリチウムイオンが吸蔵（ドーピング）
され、金属リチウムと同電位になり、金属リチウムの代
わりに負極に使用することができることを利用したもの
である。また、放電時には、ドープされたリチウムイオ
ンがドーピングされた炭素質材料を負極として用いた場
合には、デンドライト生成の問題も小さく、また金属リ
チウムが存在しないため、金属リチウム電池よりも安全
性にも優れているという長所があり、現在、活発に研究
が行われている。

【０００５】上記の炭素質材料へのリチウムイオンの吸
蔵を利用した電極を利用した二次電池としては、特開昭
５７−２０８０７９号公報、特開昭５８−９３１７６号
公報、特開昭５８−１９２２６６号公報、特開昭６２−
９０８６３号公報、特開昭６２−１２２０６６号公報、
特開平２−６６８５６号公報等が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、研究が進むに
つれ安全性の向上が課題となってきた。正極、負極活物
質の改良、開発が行われ、高エネルギー化が進んできた
が、リチウムイオン二次電池は高エネルギーであり、さ
らに非水系の電解液を使用しているので、万一の事故の
際に破裂、発火する危険性がある。さらに、充放電を行
う際に熱が発生するという問題がある。これは、電池を
充放電する際、電池パックに熱がこもり周辺機器に悪影
響を及ぼすと共に、電池性能、安全性にも影響を与える
と考えられる。

【０００７】本発明は、上記従来電池の技術の欠点を解
決しようというものであり、安定した性能を保ち、かつ
安全性の高い二次電池を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、放熱器を取り
付けることを特徴とする電池により基本的に達成され
る。すなわち、本発明は、比表面積が、３０ｍ² ／ｍ³
以上の放熱器を備えていることを特徴とする二次電池で
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】リチウムイオンを放出・吸蔵可能
なリチウム・遷移金属複合酸化物を用いた非水溶媒系二
次電池を使用しているノートパソコンやビデオカメラの
パック化した状態の電池は、充放電を行う際、熱がこも
り、高温状態になる。そこで、電池容器に本発明に述べ
る放熱器を取り付けることにより、電池が発熱する際、
放熱器の熱伝導による放熱作用により熱がこもるのを防
ぎ、電池の温度を従来より低下させることが可能にな
る。この様にすることによって、安定した温度で充放電
が可能となり、周辺機器に及ぼす影響を従来より軽減さ
せ、電池性能の低下を防ぎ、かつ安全性を高めることが
可能になる。

【００１０】本発明の放熱器の製造方法は、特に限定さ
れるものではないが、機械加工、または、鋳造により製
造することが出来る。

【００１１】また、市販されているリチウムイオン二次
電池の比表面積は、ほとんどのものは、２０〜４０ｍ²
／ｍ³ の間である。放熱器の比表面積は、放熱作用を促
進するために、本発明では、電池容器の比表面積よりは
大きくするものであり、検討の結果、比表面積は３０ｍ
² ／ｍ³ 以上とするものである。これによって、効率よ
く放熱を行うことができるのである。また、大きくする
としても、電池容器の比表面積の１０倍程度にすること
が好ましい。すなわち、大きくするぶん、放熱作用が大
きくなるので特に規定はしないが、放熱器を取り付ける
際のスペースやコスト面から１０倍程度までにすること
が好ましい。

【００１２】具体的な例を下記に記載する。例えば、円
筒形の電池１８６５０サイズでは、比表面積が約２５ｍ
² ／ｍ³ であり、放熱器の比表面積は、３０〜３００ｍ
² ／ｍ³ の範囲であれば効率よく放熱出来るので好まし
い。円筒形の電池１４５００サイズでは、比表面積が約
２９ｍ² ／ｍ³ となるので、この場合は、３５〜３００
ｍ² ／ｍ³ の範囲にすることが好ましい。角形電池８３
４４８サイズでは、約３５ｍ² ／ｍ³ となるのでこの場
合は、４０〜３００ｍ² ／ｍ³ の範囲にすることが好ま
しい。角形電池１４３４５０サイズでは、約２５ｍ² ／
ｍ³ となるのでるのでこの場合は、３０〜３００ｍ² ／
ｍ³ の範囲にすることが好ましい。

【００１３】また、放熱器の断面形状は、特に限定する
ものではないが、多角形あるいは、円形であることが好
ましい。断面が円形である場合の本発明の放熱器の一例
を図１に示す。

【００１４】図１は、本発明に係る放熱器付き電池容器
の一例を示す後部からみた概略図であり、リチウムイオ
ン二次電池５の外周に放熱器１がネジ３とナット４によ
り取付けられている。放熱効率を上げるために、図１に
示すように、放熱フィン２を設けることが好ましい。こ
のようにすることにより、放熱器の表面積が大きくなる
ので、結果として効率よく放熱することが可能となる。

【００１５】接触面については、熱伝導から考えると、
電池容器と放熱器の接触面が図１の様に隙間のない形態
が好ましい。これは、電池容器と放熱器の接触面積が大
きくなるので、効率よく放熱ができるからである。

【００１６】また、放熱器の材料としては、熱伝導性の
良好な材料が好ましく、金属の場合、金、銀、銅、アル
ミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、またはこれらを含
む合金が好ましい。さらにコスト面から、アルミニウ
ム、銅、鉄、ニッケルが好ましい。

【００１７】また、本発明に述べる二次電池とは、特に
限定するものではないが、正極用活物質としてリチウム
イオンを放出・吸蔵可能なリチウム・遷移金属複合酸化
物が用いられているものが好ましい。負極材、正極材、
電解液等について、特に限定するものではないが、負極
材としては炭素材料を用い、正極材としてアルカリ金属
を含む遷移金属複合酸化物や遷移金属カルコゲンを用い
ることが好ましい。また、電解液としては、酸あるいは
アルカリ水溶液、または非水溶媒などを用いることがで
きる。二次電池の形態も限定するものではないが、集電
体の片面または両面に正極剤、負極剤を積層した正極シ
ートと負極シートをセパレータとともにスパイラル状に
巻き込んだ形態が好ましく用いられる。

【００１８】

【実施例】以下実施例をもって本発明を更に具体的に説
明する。ただし、本発明はこれにより限定されるもので
はない。

【００１９】実施例１、比較例１ 正極活物質として、ＬｉＣｏＯ₂ ：“セルシード”Ｃ−
５（日本化学工業（株）製）８５ｗｔ％、導電材として
アセチレンブラック：“デンカブラック”（電気化学工
業（株）製：）５ｗｔ％、結着材として、ポリフッ化ビ
ニリデン：“ＫＦポリマー”＃１０００（呉羽化学工業
（株）製）のＮ−メチル−２−ピロリドン溶液（濃度：
３０ｗｔ％）１０ｗｔ％、溶媒にＮ−メチル−２−ピロ
リドンを使用し、まず最初に、溶媒中に導電材を分散
し、次に正極活物質を添加し混練分散し（以上サンドミ
ル使用）、最後に結着材を添加し混練分散する（ホモジ
ナイザー使用）という順序で、正極材料合剤を調製し
た。

【００２０】そして、この正極材料合剤を集電体である
厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、
乾燥させた後、ロールプレスを行うことによって、正極
を得た。

【００２１】次に負極活物質として、天然黒鉛粉末：Ｋ
Ｓ−２５（ロンザ社製）を８５ｗｔ％、結着材として、
ポリフッ化ビニリデン：“ＫＦポリマー”＃１１００
（呉羽化学工業（株）製）のＮ−メチル−２−ピロリド
ン溶液１５ｗｔ％をホモジナイザーで混練分散すること
により負極材料合剤を調製した。そして、この負極材料
合剤を集電体である厚さ１６μｍの銅箔の両面に均一に
塗布し、乾燥させた後、ロールプレスを行うことによっ
て、負極を得た。

【００２２】次に、正極に、厚さ１００μｍ、幅３ｍｍ
のアルミニウム板を、負極に厚さ１００μｍのニッケル
板をリードとして溶接した後、セパレータとして、ポリ
プロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレン積層多孔質
フィルム：“ユーポア”ＵＰ３０１５（宇部興産（株）
製）を介して、正極を内側となるように重ね合わせ、巻
回することにより、スパイラル状の電極体を作製した。
なお、スパイラル状電極体の中心空隙部の内径は３．７
ｍｍである。その電極体を１８ｍｍ径６５ｍｍ長の円筒
型電池缶に装填し、電解液として１Ｍ−リンフッ化リチ
ウムを含有するプロピレンカーボネートとジメチルカー
ボネートの１：１混合液を使用した電池を作製した。ま
た、放熱器については材質がアルミニウムのものを使用
した。

【００２３】また、放熱器は下記の方法で製造した。

【００２４】直径３０ｍｍ×長さ６５ｍｍサイズの円筒
形のアルミニウムインゴットに二次電池の側面と同様の
形状にするために直径１８ｍｍの円形の穴を開け、旋盤
加工を施して突起部分を成形し、上部にドリルでネシ゛
用の穴を開け、図１のような形状にした。前述のリチウ
ムイオン二次電池を放熱器有りを実施例１とし、放熱器
無しを比較例１として試験を行った。また、該放熱器の
比表面積は１００ｍ²／ｍ³ である。充電条件は、雰囲
気２５℃、充電電流１Ａ、定電圧値４．２Ｖ、充電時間
２．５時間で定電流定電圧充電し、放電電流２．５Ａ、
放電終止電圧２．７５Ｖで放電した時の電池の温度変化
を調べた。

【００２５】充電を行う前の温度は、実施例１（放熱器
有り）・比較例１（放熱器無し）共に２６℃であった
が、充電を開始してから放電終了までの間では、比較例
１（放熱器無し）では最高温度４２℃、実施例１（放熱
器有り）では最高温度３１℃であった。温度上昇の速度
については、比較例１（放熱器無し）では１５分を経過
したあたりから温度が急激に上昇していった。この原因
としては、放熱器なしでは、電池容器以外に熱の逃げ場
がなく、熱がこもってしまうことによるものと考えられ
る。これに対し、実施例１（放熱器有り）では、温度の
上昇速度は極めて緩やかであった。放熱器を取り付けた
方が放熱器の放熱作用により熱がこもることもなく、安
定した条件で充放電ができた。

【００２６】実施例２、比較例２ 実施例１と同様の形態のリチウムイオン二次電池と放熱
器を用いて、放熱器有りを実施例２とし、無しを比較例
２とし、ともに１０本ずつ釘刺し試験を行った。本釘刺
し実験は、日本蓄電池工業会が制定した安全性ガイドラ
インに沿って実施した。それぞれの電池を雰囲気温度２
５℃、電流２５ｍＡ、定電圧値４．２Ｖ、充電時間２．
５時間で充電した後にすぐに試験を行った。また、試験
前の電池温度は、実施例２（放熱器有り）では３０℃、
比較例２（放熱器無し）では４２℃であった。試験結果
として、実施例２（放熱器有り）では１０本中、１本に
発煙が見られたものの残りの９本については、破裂、発
火はなかった。比較例２（放熱器無し）では、１０本
中、１０本とも破裂した。また、実施例２（放熱器有
り）では、釘刺し時の最高温度が８１℃であるのに対
し、比較例２（放熱器無し）では、１０８℃であった。
釘を刺した時の温度上昇が比較例２（放熱器無し）より
も実施例２（放熱器有り）の方が遅く、温度上昇抑制効
果が認められた。

【００２７】この結果から放熱器を取り付けることによ
り、釘刺し時の発熱が従来型よりも抑えられ、安全性が
向上したと言える。

【００２８】

【発明の効果】本発明により、安定な電池性能を持ち、
安全性に優れた電池を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放熱器付き電池容器の一例を示す
後部からみた概略図である。

【符号の説明】

１：放熱器 ２：放熱フィン ３：ネシ゛ ４：ナット ５：リチウムイオン二次電池

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】比表面積が、３０ｍ² ／ｍ³ 以上の放熱器
   を備えていることを特徴とする二次電池。
2. 【請求項２】該放熱器の比表面積が、３０〜３００ｍ²
   ／ｍ³ であることを特徴とする請求項１記載の二次電
   池。
3. 【請求項３】放熱器の材質が、アルミニウム、銅、鉄、
   ニッケル、またはこれらを含む合金であることを特徴と
   する請求項１記載の二次電池。
4. 【請求項４】正極用活物質としてリチウムイオンを放出
   ・吸蔵可能なリチウム・遷移金属複合酸化物が用いられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の二次電池。