JPH08255615A

JPH08255615A - 非水電解質電池

Info

Publication number: JPH08255615A
Application number: JP6068295A
Authority: JP
Inventors: Naoki Ueda; 直樹植田
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】電池の外形形状を変えずに、放熱性を大きく向
上させることができる積層形の非水電解質電池を提供す
る。【構成】正極１、固体電解質３、負極２を積層状態とし
た非水電解質電池である。固体電解質３内に熱伝導性の
優れた電気絶縁性無機物４が含有されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放熱性を改善した非水
電解質電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウム電池等の非水電解質電池は、一
般に、エネルギー密度が高く、比較的大きい電流が流れ
るため、放電時又は充電時の化学反応により、或は電流
によるオーム損等により、電池内部から熱が発生する。

【０００３】特に、正極、電解質、負極を積層状態（積
層、巻回、折畳みを含む）とした集合形の非水電解質電
池は、大電流が流れると共に、電解質又はセパレータが
熱伝導性の低い有機物で形成されているため、電池の積
層方向に熱が伝わりにくく、内部で発生した熱が電池内
にこもりやすい。このため、電解質や活物質を劣化さ
せ、或は内部でガスを発生させる等の問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来、電池の
両面に熱伝導性の良い金属板（薄層材）を、電池の活物
質と接触して取着し、さらに、その金属板の両端を電池
の側部から突出させ、放熱性を良くした非水電解質電池
が提案されている（特開平４−７９１６２号公報参
照）。

【０００５】しかし、この種の非水電解質電池の放熱構
造は、正極、電解質、負極を積層状態とした集合形の非
水電解質電池においては、その放熱性能がそれ程期待で
きず、また、金属板が外部に突出する構造となるため、
外形が大形化し、小形電池として使用しにくい問題があ
った。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、電池の外形形状を変えずに、放熱性を大きく向上さ
せることができる非水電解質電池を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は正極、固体電解質、負極を積層
状態とした非水電解質電池において、固体電解質内に熱
伝導性の優れた電気絶縁性無機物が含有されていること
を特徴とする。

【０００８】また、請求項２又は３の発明は正極、有
機電解液、セパレータ、及び負極からなる非水電解質電
池において、セパレータ又は有機電解液内に熱伝導性の
優れた電気絶縁性無機物が含有されていることを特徴と
する。

【０００９】ここで、電気絶縁性無機物は、酸化物及び
／又は窒化物から形成することができ、また、それらの
無機物は、固体電解質又はセパレータの厚さより小さい
径の粒子、繊維、又は燐片から構成することができる。

【００１０】

【作用・効果】このような構造の非水電解質電池では、
固体電解質、セパレータ、有機電解液内に、熱伝導性の
優れた電気絶縁性無機物が含有されるため、電池内部で
発生した熱を積層方向にも伝わりやすくし、容器を通し
て電池内部の熱を逃しやすくすることができる。また、
放熱のための部分が電池の外部に突出しないため、電池
の形状が大形化することがない。

【００１１】このため、放電時又は充電時の化学反応に
より、或は電流によるオーム損等により、電池内部から
熱が発生した場合でも、電池内で熱がこもりにくくな
り、電池内の温度上昇を抑制し、熱による電解質や活物
質の劣化、或はガスの発生を低減することができる。

【００１２】また、電気絶縁性無機物を酸化物又は窒化
物或はそれらの混合物とすれば、固体電解質、有機電解
液又はセパレータの熱伝導率が高くなり、電池内部で発
生した熱を外部に効率良く発散させることができる。さ
らに、電気絶縁製無機物を、固体電解質又はセパレータ
の厚さより小さい径の粒子、繊維、又は燐片とすれば、
良好な電解質の機能を保持しながら、熱の発散性を良く
し、内部の温度上昇を抑えることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】図１は積層形の非水電解質電池の断面図を
示している。この非水電解質電池は、負極端子を兼ねた
容器５内に、複数の正極１、固体電解質３、負極２を積
層状態（積層、巻回、折畳みを含む）として収容し、容
器５の内側と負極２間に絶縁体６を充填し、各正極１を
容器５の先端に絶縁・固定された正極端子９に正極リー
ド７を介して接続し、各負極２を容器５に負極リード８
を介して接続し、積層電池として構成される。

【００１５】正極１は、例えば、集電体としてアルミニ
ウム、活物質としてコバルト酸リチウム又は二酸化マン
ガンリチウム、及び導電助材と結着材を混合して形成さ
れる。負極２は、例えば、リチウム金属又は炭素材から
形成される。

【００１６】固体電解質３は、例えば、ポリエチレンオ
キサイド又はエポキシ樹脂に、６フフッ化リン酸リチウ
ム又は過塩素酸リチウム等の電解質塩を混合すると共
に、熱伝導性の優れた電気絶縁性無機物（粒子）４を混
合し、硬化剤で固化させて形成される。

【００１７】熱伝導性の優れた電気絶縁性無機物４に
は、熱伝導率が約３０×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ℃ｓ以上
で、絶縁抵抗値が１０¹⁰Ωｃｍ以上の酸化物、例えばシ
リカ、アルミナ、マグネシア、ベリリア、酸化チタン、
ジルコニア等を単体で又は混合して使用することがで
き、或は窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等
の窒化物を、単体で又は混合して使用することができ
る。

【００１８】さらに、好ましくは、熱伝導率が約３００
×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ℃ｓ以上ある結晶シリカ、アルミ
ナ、マグネシアを使用すると効果的である。

【００１９】また、これらの電気絶縁性無機物４は、粒
子状の他、繊維状、或は燐片状にしてポリエチレンオキ
サイド又はエポキシ樹脂等の基材に分散・混合させのが
好ましい。

【００２０】また、これらの電気絶縁性無機物４の粒子
径、繊維径、又は燐片厚さは、固体電解質３の厚さと同
等或はそれ以下とし、粒子等が電解質の厚さ方向に連な
って位置することにより、熱が粒子状、繊維状、或は燐
片状の電気絶縁性無機物４を通して電解質の厚さ方向に
も伝わりやすくする。

【００２１】容器５内面と負極２間に充填する絶縁体６
には、例えば、ポリプロピレンを使用することでき、こ
の絶縁体６内にも、上記のような熱伝導性に優れた電気
絶縁性無機物４が分散して含有される。これにより、電
池内部の熱が容器５に伝わりやくすなり、放熱性を向上
させることができる。なお、容器５内面と負極２間に
は、絶縁体６に代えて、電気絶縁性無機物４を含有した
固体電解質３を配設することもできる。

【００２２】ポリエチレンオキサイド又はエポキシ樹脂
等の有機物を基材とした通常の固体電解質の熱伝導率
は、約１×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ℃ｓのオーダーである
が、上記のように、その中に熱伝導性に優れた電気絶縁
性無機物４を分散・混合させることにより、数十倍の熱
伝導率を電解質３にもたせることができる。

【００２３】即ち、図２の表は、エポキシ樹脂内に、電
気絶縁性無機物としてアルミナ、シリカ、窒化ケイ素を
各々混合した実験例の、試験片の熱伝導率を示したもの
である（比較例は電気絶縁性無機物を混合しない場合で
ある）が、この実験結果から、アルミナ、シリカ、窒化
ケイ素を混合した試験片が、混合しない場合に比べ、そ
の熱伝導性が大幅に向上していることがわかる。

【００２４】このように、固体電解質３内に、熱伝導性
の優れた電気絶縁性無機物を分散・含有させることによ
り、電池内部で発生した熱を積層方向にも伝わりやすく
し、容器５を通して電池内部の熱を逃しやすくする。こ
のため、電池内で熱が発生した場合でも、電池内で熱が
こもりにくくなり、熱による電解質や活物質の劣化、或
はガスの発生を低減することができる。つまり、明らか
に積層方向にも熱が伝わりやすくなる。

【００２５】図３〜図５は、有機電解液を使用した非水
電解質電池の実施例を示している。有機電解液を使用す
る非水電解質電池の場合、多孔膜状のセパレータと電極
を積層し全体に有機電解液を含浸させるが、そのセパレ
ータや電解液内に、上記のような熱伝導性の優れた電気
絶縁性無機物（粒子、繊維、或は燐片状のもの）を混合
・含有させる。

【００２６】即ち、図３は有機電解液を使用した非水電
解質電池の部分断面図を示すが、この図に示す如く、正
極１と負極２の間に介挿されるセパレータ１３内には、
上記と同様な熱伝導性の優れた粒子状の電気絶縁性無機
物４が分散して含有される。

【００２７】この場合、セパレータ１３はポリエチレン
或はポリプロピレンの膜から形成されるが、そのセパレ
ータ１３を成形する際、電気絶縁性無機物４を混合して
成膜・形成する。そして、その全体に電解液が含浸され
る。電解液としては、例えば、炭酸プロピレンと炭酸ジ
エチルを混合した有機溶媒に、塩として６フッ化リン酸
リチウムを溶解させた液体が使用される。

【００２８】このように、セパレータ１３内に、熱伝導
性の優れた電気絶縁性無機物を分散・含有させることに
より、電池内部で発生した熱を積層方向にも伝わりやす
くし、容器を通して電池内部の熱を逃しやすくすること
ができる。

【００２９】また、図４に示すように、不織布で構成し
たセパレータ２３に、熱伝導性の優れた電気絶縁性無機
物１４を混合して使用することができる。この場合、セ
パレータ２３は、ポリプロピレン、或はポリエチレン製
の不織布で形成され、その不織布製のセパレータ２３
に、熱伝導性の優れた繊維状の電気絶縁性無機物１４を
分散して混合させる。

【００３０】このようなセパレータ２３を有する非水電
解質電池は、セパレータ２３に熱伝導性の優れた電気絶
縁性無機物を分散・含有されるため、電池内部で発生し
た熱を積層方向にも伝わりやすくし、容器を通して電池
内部の熱を逃しやすくすることができる。

【００３１】さらに、図５に示すように、熱伝導性の優
れた電気絶縁性無機物４は、成形された後で、セパレー
タ３３の孔３３ａに挿入するように、含有させることも
できる。この場合、成形時にセパレータ３３上に比較的
大径の孔３３ａを形成しておき、これらの孔３３ａに熱
伝導性の優れた電気絶縁性無機物４を挿入するように含
有させる。また、電極間だけでなく、ケース５と正極
１、負極２間の電解液内にも電気絶縁性無機物４を含浸
させる。

【００３２】このような非水電解質電池は、セパレータ
３３の孔３３ａに含有された良熱伝導性の電気絶縁性無
機物４により、電池内部で発生した熱を積層方向にも伝
わりやすくし、また、容器と電極間の熱も伝わりやすく
なり、容器を通して電池内部の熱を逃しやすくし、放熱
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す非水電解質電池の断面
図である。

【図２】熱伝導率の実験結果を示す図表である。

【図３】他の実施例を示す非水電解質電池の部分断面図
である。

【図４】他の実施例を示す非水電解質電池の部分断面図
である。

【図５】他の実施例を示す非水電解質電池の部分断面図
である。

【符号の説明】

１−正極、２−負極、３−固体電解質、４−電気絶縁性無機物、５−容器、１３、２３、３３−セパレータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極、固体電解質、負極を積層状態とし
た非水電解質電池において、該固体電解質内に熱伝導性の優れた電気絶縁性無機物が
含有されていることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項２】正極、有機電解液、セパレータ、及び負
極からなる非水電解質電池において、該セパレータ内に熱伝導性の優れた電気絶縁性無機物が
含有されていることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項３】正極、有機電解液、セパレータ、及び負
極からなる非水電解質電池において、該有機電解液に熱伝導性の優れた電気絶縁性無機物が含
有されていることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項４】前記電気絶縁性無機物が、酸化物及び／
又は窒化物からなる請求項１乃至３の何れかに記載の非
水電解質電池。
【請求項５】前記電気絶縁性無機物が、前記固体電解
質の厚さより小さい径の粒子、繊維、又は燐片からなる
請求項１又は３記載の非水電解質電池。
【請求項６】前記電気絶縁性無機物が、前記セパレー
タの厚さより小さい径の粒子、繊維、又は燐片からなる
請求項２乃至４の何れかに記載の非水電解質電池。
【請求項７】前記酸化物が、シリカ、アルミナ、マグ
ネシア、ベリリア、酸化チタン、ジルコニアの何れか又
はそれらの混合物からなる請求項４記載の非水電解質電
池。
【請求項８】前記窒化物が、窒化ホウ素、窒化ケイ
素、窒化アルミニウムの何れか又はそれらの混合物から
なる請求項４記載の非水電解質電池。
【請求項９】正極、セパレータ、及び負極を積層状態
とした請求項２乃至４又は６乃至８の何れかに記載の非
水電解質電池。