JPWO2012081311A1

JPWO2012081311A1 - 電池

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Publication number: JPWO2012081311A1
Application number: JP2012548694A
Authority: JP
Inventors: 一博阿部
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: EP2654096B1; EP2654096A4; EP2654096A1; JP5333684B2; CN103262289B; WO2012081311A1; US20130280576A1; CN103262289A

Abstract

発電要素を収容した筐体からの放熱を速やかに行うことが可能で、正極活物質や電解質の急速な熱分解などの発生を効率よく防止することが可能な電池を提供する。正極部材と、負極部材と、筐体と、伝熱板とを具備する電池において、伝熱板３０を、筺体２０の外表面と接触する領域３０ａと、伝熱板を筐体の外表面に接合するための接合材（両面テープ５０ａ）が配設される領域３０ｂとを備えた構成として、筺体の外表面と直接に接触する領域３０ａから筐体（外装体）の熱を効率よく放散させる。伝熱板の、接合材が配設される領域３０ｂを、伝熱板の筺体に接触する領域よりも高さの低い段差部とする。また、伝熱板の接合材が配設される領域を貫通孔３２ａ，３２ｂとし、貫通孔に充填された接合材により、伝熱板を筐体の外表面に結合させる。

Description

この発明は、電池に関し、詳しくは、例えば、リチウムイオン二次電池などのような、セパレータを介して複数の正極部材と負極部材とが積層された積層体を筐体内に収容してなる電池に関する。

近年、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータなどの携帯用電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池などに代表される二次電池が広く用いられるようになっている。

ところで、セパレータを介して複数の正極部材と負極部材とが積層された積層体を筐体内に収容してなる二次電池（以下、単に「電池」ともいう）においては、過充電や過剰な外部圧力などによって内部短絡を起こす場合がある。そして、このような短絡箇所において局所的に発生した熱が蓄積される（滞留する）と、電池全体が過熱状態となって正極活物質や電解質の急速な熱分解などが生じるおそれがある。

そこで、このような問題を解決するものとして、正極および負極を備えた電極ユニットが扁平形状の外装体（フィルム外装体）内に収容されたリチウム電池において、外装体の外表面（扁平面）に接して放熱板を配設するようにしたフィルム外装型リチウム電池が提案されている（特許文献１参照）。

そして、この特許文献１には、放熱板を、接着剤（ホットメルト型接着剤、湿気硬化型接着剤、感圧性接着剤）などにより外装体に接合して配設することが記載されており（段落００１８）、また、実施例（段落００３３）にも、放熱板の、リチウム電池素子（外装体）に面する側の中央部が、接着剤（ここでは、ＥＶＡ系のホットメルト型接着剤を使用）を用いて外装体の表面に接合した構成が開示されている（特許文献１の図２参照）。

しかしながら、特許文献１の構成では、外装体と放熱板との間に接着層が介在するため、電池素子の発熱は接着層を介して伝熱板に伝わり放熱されることになり、伝熱効率が低く、必ずしも十分な放熱を行うことができない場合がある。すなわち、接着剤は、通常、樹脂が主体であるため（特許文献１の段落００３３では、例えば、ＥＶＡ系ホットメルト接着剤が用いられている）、金属よりも熱の伝導が悪く、十分な放熱を行うことが困難になりやすい。

なお、熱伝導率（伝熱効率）を向上させるために、接着剤に金属粉末を添加することも考えられるが、金属粉末を配合した接着剤を用いるとコストの増大を招くばかりでなく、接着剤の接着強度が低下するため、好ましくないという問題点がある。

特開２００７−１８７４６号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、発電要素が収容された筐体（外装体）からの放熱を速やかに行うことが可能である。その結果、過熱状態となることによる正極活物質や電解質の急速な熱分解などの発生を効率よく防止することが可能な、信頼性の高い電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電池は、
正極活物質と集電体とを有する正極部材と、負極活物質と集電体とを有する負極部材とが、セパレータ部材を介して互いに対向するように積層され、電解質とともに筐体内に収容され、かつ、前記筐体の外表面に接合するように伝熱板が配設された構造を有する電池であって、
前記伝熱板は、前記筺体の外表面と直接に接触する領域と、前記伝熱板を前記筐体の外表面に接合するための接合材が配設される領域とを備えていること
を特徴としている。

本発明の電池においては、前記伝熱板の、前記接合材が配設される領域は、前記伝熱板の前記筺体に接触する領域よりも高さの低い段差部となっており、前記段差部に配設された接合材により、前記伝熱板が前記筐体の外表面に接合されていることが好ましい。

また、前記伝熱板の前記接合材が配設される領域は貫通孔であり、前記貫通孔に充填された前記接合材により、前記伝熱板が前記筐体の外表面に接合されていることが好ましい。

本発明の電池は、筐体からの熱を外部に放散することを促進するための伝熱板を、筺体の外表面と直接に接触する領域と、伝熱板を筐体の外表面に接合するための接合材が配設される領域とに分かれているため、上述の接合材が配設されるべき領域に配設された接合材により伝熱板を筐体の外表面に確実に接合することが可能になるとともに、伝熱板の、筺体の外表面と直接に接触する領域において、筐体からの熱を外部に効率よく放散させることが可能になる。
その結果、発電要素を収容した筐体（外装体）からの放熱を速やかに行うことが可能で、電池全体が過熱状態となって正極活物質や電解質が熱分解することを効果的に抑制、防止することが可能な、信頼性の高い電池を提供することが可能になる。

また、伝熱板の、接合材が配設される領域を、伝熱板の筺体に接触する領域よりも高さの低い段差部とした場合、筺体の外表面と直接に接触する領域を確保しつつ、前記段差部に配設された接合材により伝熱板を筐体の外表面に確実に接合することが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。

また、伝熱板の接合材が配設される領域を貫通孔とし、貫通孔に充填された接合材により、伝熱板が筐体の外表面に接合されるように構成した場合も、筺体の外表面と直接に接触する領域を確保しつつ、前記貫通孔に充填された接合材により伝熱板を筐体の外表面に接合することが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。

本発明の一実施例（実施例１）にかかる電池の構成を模式的に示す分解斜視図である。本発明の一実施例（実施例１）にかかる電池の構成を模式的に示す正面断面図である。伝熱板を取り付けていない状態の、本発明の一実施例（実施例１）にかかる電池（電池本体）の平面図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。図３のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の他の実施例（実施例２）にかかる電池の構成を模式的に示す分解斜視図である。本発明の他の実施例（実施例２）にかかる電池の構成を模式的に示す正面断面図である。本発明の実施例（実施例２）にかかる電池の変形例を模式的に示す正面断面図である。

以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施例（実施例１）にかかる電池（リチウムイオン二次電池）の構成を模式的に示す分解斜視図、図２はその正面断面図である。
図１，２に示すように、本発明の一実施例にかかる電池１００は、発電要素１０（図３〜５参照）と、発電要素１０を収容して封止する筐体（外装体）２０と、複数の集電部材４１（図５参照）を介して発電要素１０に接続されて筐体（外装体）２０の外周縁から導出された正極端子４０ａおよび負極端子４０ｂを備えている。

そして、発電要素１０は、図３〜５に示すように、正極活物質と集電体とを有する複数の正極部材１１と、負極活物質と集電体とを有する複数の負極部材１２と、セパレータ部材１３と、電解質として非水電解液１４とを含み、複数の正極部材１１と複数の負極部材１２とがセパレータ部材１３を介して交互に積層されている。なお、ここでは発電要素１０が積層構造のものを例にとって説明しているが、発電要素は正極部材と負極部材がセパレータを介して積層されたものを巻回する巻回構造のものであってもよい。

この実施例１では、正極部材（正極板）１１として、例えば、正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、導電助剤であるアセチレンブラックとを含有する正極合剤を、アルミニウム箔からなる集電体の表面上に塗布、乾燥して、正極活物質層を集電体の表面上に形成することにより形成された板状の正極部材が用いられている。なお、集電体としてのアルミニウム箔の端部には、正極合剤を塗布せずに、アルミニウム箔の表面が露出した部分が設けられている。

また、負極部材（負極板）１２として、例えば、負極活物質であるグラファイト系材料と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを含有する負極合剤を、銅箔からなる集電体の表面上に塗布、乾燥して、負極活物質層を集電体の表面上に形成することにより形成された板状の負極部材が用いられている。なお、集電体としての銅箔の端部には、負極合剤を塗布せずに、銅箔の表面が露出した部分が設けられている。

また、セパレータ部材１３としては、微孔性ポリエチレンフィルムからなるシート状のセパレータ部材が用いられている。

さらに、筐体２０としては、樹脂からなる外側の保護層と、アルミニウムからなる中間のガスバリア層と、樹脂からなる内側の接着層とを積層して一体化したアルミニウムラミネートフィルムを用いてなる筐体が用いられている。なお、筺体２０としてはアルミニウムラミネートフィルムに限らず、金属ケース等であっても同様に用いることができる。

また、電解質としての非水電解液１４には、支持塩を非水溶媒に溶解して調製したものが用いられている。この実施例１では、非水電解液として、ＬｉＰＦ₆を、炭酸プロピレンと炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを体積比で５：２５：７０の割合で混合した非水溶媒に、１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解したものが用いられている。なお、非水溶媒や支持塩はこれに限らず、従来の電池に用いられる材料を限定なく用いることができる。また、電解質は、ゲル状または固体状の電解質であってもよい。

さらに、図５に示すように、複数の負極部材１２は複数の集電部材４１を介して負極端子４０ｂに接続されている。なお、図５には示されていないが、複数の正極部材１１も同様に、集電部材を介して正極端子４０ａ（図３）に接続されている。

そして、この実施例の電池１００においては、筐体２０の外表面、すなわち、この実施例１では筐体２０の下面に、筐体２０内部（すなわち発電要素１０）で発生する熱を外部に放散させるための伝熱板３０が接合されている。

伝熱板３０としては、中央部分を占める、筺体２０の外表面と直接に接触する領域（中央領域）３０ａと、周縁部分を占める、伝熱板３０を筐体２０の外表面に接合するための接合材として、例えば、両面テープ５０ａが配設される領域、すなわち、伝熱板３０と筐体２０の下面との間に接合材を介在させるための領域（周縁領域）３０ｂとを備えたものが用いられている。

具体的には、伝熱板３０の周縁領域３０ｂ、すなわち、接合材（この実施例１では両面テープ５０ａ）が配設される領域３０ｂは、伝熱板３０の筺体２０に接触する領域（中央領域）３０ａよりも高さの低い段差部とされており、この周縁領域（段差部）３０ｂに配設された接合材（両面テープ５０ａ）の表面が、接合後に、伝熱板３０の筺体２０に接合する領域（中央領域）３０ａの表面と同じ高さとなるように構成されている。なお、中央領域３０ａを周縁領域３０ｂより高くする方法として、伝熱板３０において中央領域３０ａ部分の板厚を周縁領域３０ｂの板厚よりも厚くしたり、平板をプレス加工等によって中央領域３０ａとなる部分を凸形状になるように加工したりする方法が挙げられる。

なお、伝熱板３０として、この実施例ではアルミニウム板を用いている。伝熱板３０に用いられる材料としては、熱伝導率が高く、経済性にも優れた、アルミニウム、銅などが好適な材料として挙げられるが、伝熱板３０を構成する材料はこれらに限定されるものではなく、他の材料を用いることも可能である。
また、伝熱板３０は、伝熱専用の部材であってもよいが、複数の電池１００を収容するケースの一部を、伝熱板３０として兼用することも可能である。

また、この実施例では接合材として両面テープ５０ａが用いられている。
なお、両面テープ５０ａの種類に特別の制約はなく、伝熱板３０を筐体２０の外表面に固着することが可能な粘着力を有しているものであればよい。

この実施例１の電池１００は、伝熱板３０の周縁領域（段差部）３０ｂに両面テープ５０ａを貼り付け、その上に電池本体１００ａを重ねて貼り付けることにより形成されている。

上述のように構成された電池１００においては、接合後の接合材（両面テープ５０ａ）の厚さが、伝熱板３０の中央領域３０ａと周縁領域３０ｂとの差と同じであることから、伝熱板３０の中央領域３０ａが筐体２０の主面と直接接触するとともに、周縁部分３０ｂが接合材（両面テープ５０ａ）を介して筐体２０の下面に確実に接合されている。なお、伝熱板３０の中央領域３０ａと筺体２０の主面との接触が確保できるのであれば、接合後の接合材の厚さは段差と同じなくてもよい。

したがって、中央領域３０ａが筺体２０の外表面（筐体２０の下面中央領域）と直接に接触した伝熱板３０を経て、筐体２０の内部で発生する熱を、外部に効率よく放散させることが可能になる。

その結果、発電要素１０を収容した筐体２０からの放熱を速やかに行うことが可能で、電池全体が過熱状態となって正極活物質や電解質の急速な熱分解などが発生することを確実に抑制、防止することが可能な、信頼性の高い電池１００を提供することが可能になる。

なお、上述のような構成を備えた電池１００は、例えば、以下の手順で作製される。
(１)まず、アルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材（筐体２０）の内部に、複数の正極部材１１と複数の負極部材１２とがセパレータ部材１３を介して交互に積層された積層体を収納する。
(２)それから、外装部材の外周部のうち、一部を非水電解液を注入するための電解液注入口として開放状態のままにしておき、それ以外の外装部材（筐体２０）の外周部を熱溶着する。
(３)それから、上記の電解液注入口からノズルを挿入して、外装部材の内部に非水電解液１４を注入した後、電解液注入口として用いた外周部の一部を仮封止し、所定の条件下で初充電を実施した後、仮封止を再び開放し、減圧しながら熱溶着して本封止する。これにより、図３〜５に示すような電池本体１００ａ（伝熱板を配設する前の電池）が得られる。
(４)そして、この電池本体１００ａに、上述のような構成を有する伝熱板３０の段差部（周縁領域３０ｂ）に、接合材として両面テープ５０ａを貼り付け、その上に筐体２０を重ねて貼り付ける。
これにより図１，２に示すような構造を有する、伝熱板３０を備えた電池１００が得られる。

図６，７は、本発明の他の実施例（実施例２）にかかる電池を示す図であり、図６は分解斜視図、図７は正面断面図である。また、図８は図６，７に示した電池の変形例を示す正面断面図である。

図６，７に示すように、この実施例２の電池２００は、上述の実施例１の電池１００（図１および２参照）の場合と同様に、筐体２０の外表面、すなわち、筐体２０の下面に、筐体２０内部（発電要素）で発生する熱を外部に放散させるための伝熱板３０が接合された構造を有している。

そして、この実施例２の電池２００においては、伝熱板３０として、平板状で、略長方形の平面形状を有し、長手方向の両端側に貫通孔３２ａ，３２ｂが設けられたものが用いられており、伝熱板３０は、図６，７に示すように、伝熱板３０の下面側から粘着テープ５０ｂを、貫通孔３２ａ，３２ｂを含む領域に貼り付けることにより、筐体２０の下面側に貼り付けられている。

すなわち、この実施例２の電池２００においては、伝熱板３０の下面側から貫通孔３２ａ，３２ｂを含む領域に貼り付けられた粘着テープ５０ｂの一部が、貫通孔３２ａ，３２ｂを経て、筐体２０の下面に達し、粘着テープ５０ｂの粘着力により、伝熱板３０が筐体２０に接合され、伝熱板３０の、筐体２０の下面と対向する領域のうち、貫通孔３２ａ，３２ｂが形成されていない領域３０ｃが筐体２０の下面に直接に接触している。

なお、この実施例２の電池２００は、上述のように、伝熱板３０として、長手方向の両端側に貫通孔３２ａ，３２ｂが設けられた平板状の伝熱板が用いられていることを除いて、上記実施例１の電池１００と同様の構成を有している。

この実施例２の電池２００の場合、粘着テープ５０ｂにより、伝熱板３０が筐体２０に確実に固着されるとともに、伝熱板３０の貫通孔３２ａ，３２ｂが形成されていない領域３０ｃを筺体２０の外表面と直接に接触させることにより、筐体２０の内部（発電要素１０）で発生する熱を、伝熱板３０を経て、外部に効率よく放散させることが可能になる。

その結果、発電要素１０を収容した筐体２０からの放熱を速やかに行うことが可能で、電池全体が過熱状態となって正極活物質や電解質の急速な熱分解などが発生することを確実に抑制、防止することが可能な、信頼性の高い電池２００を提供することが可能になる。

なお、図６，７では、粘着テープ５０ｂを用いて伝熱板３０を筐体２０の下面に接合した電池２００を示したが、図８に示すように、他の種類の接合材として接着剤（図８の例では、ＥＶＡ系ホットメルト接着剤））５０ｃを伝熱板３０の貫通孔３２ａ，３２ｂにポッティングして、伝熱板３０を接着剤５０ｃで、筐体２０に接合することも可能である。
なお、上述のように、接着剤を用いて伝熱板を筐体に接合するように構成する場合の接着剤の種類は、上述のものに限定されるものではなく、他の種類の接着剤を用いてもよい。そして、その場合にも、同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、正極部材および負極部材を構成する活物質や集電体の種類、セパレータ部材の構成材料、筐体の構成材料や形状、伝熱板を構成する材料や取り付け方法、伝熱板の、筺体の外表面に直接に接触する領域と伝熱板を筐体の外表面に接合するための接合材が配設される領域との関係などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１０発電要素
１１正極部材
１２負極部材
１３セパレータ部材
１４非水電解液
２０筐体（外装体）
３０伝熱板
３０ａ伝熱板の中央領域
３０ｂ伝熱板の周縁領域（段差部）
３０ｃ伝熱板の貫通孔が形成されていない領域
３２ａ，３２ｂ貫通孔
４０ａ正極端子
４０ｂ負極端子
４１集電部材
５０ａ接合材（両面テープ）
５０ｂ接合材（粘着テープ）
５０ｃ接合材（接着剤）
１００，２００電池
１００ａ電池本体

Claims

正極活物質と集電体とを有する正極部材と、負極活物質と集電体とを有する負極部材とが、セパレータ部材を介して互いに対向するように積層され、電解質とともに筐体内に収容され、かつ、前記筐体の外表面に接合するように伝熱板が配設された構造を有する電池であって、
前記伝熱板は、前記筺体の外表面と直接に接触する領域と、前記伝熱板を前記筐体の外表面に接合するための接合材が配設される領域とを備えていること
を特徴とする電池。
前記伝熱板の、前記接合材が配設される領域は、前記伝熱板の前記筺体に接触する領域よりも高さの低い段差部となっており、前記段差部に配設された接合材により、前記伝熱板が前記筐体の外表面に接合されていることを特徴とする請求項１記載の電池。
前記伝熱板の前記接合材が配設される領域は貫通孔であり、前記貫通孔に充填された前記接合材により、前記伝熱板が前記筐体の外表面に接合されていることを特徴とする請求項１記載の電池。