JP2000173676A - 二次電池 - Google Patents
二次電池Info
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- JP2000173676A JP2000173676A JP11005386A JP538699A JP2000173676A JP 2000173676 A JP2000173676 A JP 2000173676A JP 11005386 A JP11005386 A JP 11005386A JP 538699 A JP538699 A JP 538699A JP 2000173676 A JP2000173676 A JP 2000173676A
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- Japan
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- battery
- secondary battery
- pressure
- internal pressure
- armor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Secondary Cells (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 二次電池の充放電時における電池内圧の測定
精度を向上することを目的としている。 【解決手段】正極板、負極板、セパレータ及び電解液か
らなる発電要素を収納した電池外装缶１と、外装缶を封
口した蓋６とを備え、外装缶１の側面を凹凸部２、３に
形成し、少なくとも凹部３の一部に電池内圧の上昇によ
る電池外装缶１の体積変化を検出する検出手段（歪みセ
ンサ７）を装着している。
精度を向上することを目的としている。 【解決手段】正極板、負極板、セパレータ及び電解液か
らなる発電要素を収納した電池外装缶１と、外装缶を封
口した蓋６とを備え、外装缶１の側面を凹凸部２、３に
形成し、少なくとも凹部３の一部に電池内圧の上昇によ
る電池外装缶１の体積変化を検出する検出手段（歪みセ
ンサ７）を装着している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池に関し、
特に充放電時の電池内圧測定の精度の向上を可能とする
二次電池に関する。
特に充放電時の電池内圧測定の精度の向上を可能とする
二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、小型、軽量であるにもかかわら
ず、電池電圧が高く、高エネルギー密度のリチウムイオ
ン二次電池が注目を集めているが、高エネルギー密度で
あるが故に電池特性に注意を払う必要がある。特に充電
に伴って電池内部に発生するガスにより電池内圧が大き
く変化するため、この電池内圧の変化を精度良く測定
し、充電を制御する必要がある。この電池内圧を測定す
るためには、電池外装缶に圧力センサを取り付ける方法
や特開平５−１５２００３号公報のように、充電に伴っ
て各素電池の内部に発生するガスによる電池内圧の変化
を検出するためのひずみゲージを各素電池の電池ケース
に取り付ける方法が採られていた。
ず、電池電圧が高く、高エネルギー密度のリチウムイオ
ン二次電池が注目を集めているが、高エネルギー密度で
あるが故に電池特性に注意を払う必要がある。特に充電
に伴って電池内部に発生するガスにより電池内圧が大き
く変化するため、この電池内圧の変化を精度良く測定
し、充電を制御する必要がある。この電池内圧を測定す
るためには、電池外装缶に圧力センサを取り付ける方法
や特開平５−１５２００３号公報のように、充電に伴っ
て各素電池の内部に発生するガスによる電池内圧の変化
を検出するためのひずみゲージを各素電池の電池ケース
に取り付ける方法が採られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
外装缶に圧力センサを取り付ける方法では、電池自身の
重量を増加させ、大型化になるという問題点があり、ま
た電池缶にひずみゲージを取り付けて電池内圧を測定す
るという方法では、電池外装缶が樹脂製の場合は弾性力
があるので、電池内圧をひずみゲージにより測定するこ
とができるが、金属製の電池外装缶の場合、電池缶の厚
みを薄くしないと測定の精度を低下させ、缶の厚みを薄
くすると逆に測定精度は向上するが、電池缶の耐圧強度
は減少するという問題点があった。
外装缶に圧力センサを取り付ける方法では、電池自身の
重量を増加させ、大型化になるという問題点があり、ま
た電池缶にひずみゲージを取り付けて電池内圧を測定す
るという方法では、電池外装缶が樹脂製の場合は弾性力
があるので、電池内圧をひずみゲージにより測定するこ
とができるが、金属製の電池外装缶の場合、電池缶の厚
みを薄くしないと測定の精度を低下させ、缶の厚みを薄
くすると逆に測定精度は向上するが、電池缶の耐圧強度
は減少するという問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
問題点に鑑みてなされたものであり、正極板、負極板、
セパレータ及び電解液からなる発電要素を収納した電池
外装缶と、外装缶を封口する蓋とよりなる二次電池であ
って、外装缶の外側面に凹凸部を形成し、少なくとも凹
部の一部に電池内圧の上昇による前記電池外装缶の体積
変化を検出する検出手段を取り付けている。また、本発
明は電池外装缶の凸部（Ａ）と凹部（Ｂ）の厚みの比
（Ａ／Ｂ）を１．５〜３としている。
問題点に鑑みてなされたものであり、正極板、負極板、
セパレータ及び電解液からなる発電要素を収納した電池
外装缶と、外装缶を封口する蓋とよりなる二次電池であ
って、外装缶の外側面に凹凸部を形成し、少なくとも凹
部の一部に電池内圧の上昇による前記電池外装缶の体積
変化を検出する検出手段を取り付けている。また、本発
明は電池外装缶の凸部（Ａ）と凹部（Ｂ）の厚みの比
（Ａ／Ｂ）を１．５〜３としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る二次電池の実
施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発
明二次電池の素電池の斜視図を示したものであり、例え
ばリチウム二次電池が使用される。このリチウム二次電
池からなる素電池は、正極板と負極板がセパレータを介
して重ねあわせられて巻回されてなる渦巻状の発電要素
が、円筒型のアルミニウムなどの金属製電池外装缶１内
に収納されている。この外装缶１は、その側面を凸部２
と凹部３に形成し、図２の断面図に示すように内周部４
の発電要素が接する部分は平滑状に形成させ、外周部５
に凸部２と凹部３として形成している。尚、図２は本発
明に使用する素電池の断面図である。
施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発
明二次電池の素電池の斜視図を示したものであり、例え
ばリチウム二次電池が使用される。このリチウム二次電
池からなる素電池は、正極板と負極板がセパレータを介
して重ねあわせられて巻回されてなる渦巻状の発電要素
が、円筒型のアルミニウムなどの金属製電池外装缶１内
に収納されている。この外装缶１は、その側面を凸部２
と凹部３に形成し、図２の断面図に示すように内周部４
の発電要素が接する部分は平滑状に形成させ、外周部５
に凸部２と凹部３として形成している。尚、図２は本発
明に使用する素電池の断面図である。
【０００６】また、この電池外装缶１は蓋６にて封口さ
れている。
れている。
【０００７】そして、この凹凸状に形成された外装缶１
の凹部３の少なくとも一部には、電池の内圧の上昇によ
る外装缶１の体積変化を検出する検出手段となる歪みセ
ンサ７を取り付けている。この歪みセンサ７からの信号
は制御回路（図示せず）に入り、制御回路内で圧力値を
判断している。
の凹部３の少なくとも一部には、電池の内圧の上昇によ
る外装缶１の体積変化を検出する検出手段となる歪みセ
ンサ７を取り付けている。この歪みセンサ７からの信号
は制御回路（図示せず）に入り、制御回路内で圧力値を
判断している。
【０００８】この上記したリチウム二次電池の素電池の
複数個を電気的に直列に接続し容器８に収納すること
で、図３に示すように組電池を構成する。図３は本発明
の二次電池８本の配置状態を示す組電池の斜視図であ
る。
複数個を電気的に直列に接続し容器８に収納すること
で、図３に示すように組電池を構成する。図３は本発明
の二次電池８本の配置状態を示す組電池の斜視図であ
る。
【０００９】本発明による電池缶Ａとして、缶直径６５
ｍｍ、長さ３００ｍｍのアルミニウム部材を使用して、
その側面に凹凸部２、３を有する電池外装缶１を形成す
る。
ｍｍ、長さ３００ｍｍのアルミニウム部材を使用して、
その側面に凹凸部２、３を有する電池外装缶１を形成す
る。
【００１０】ここで、凸部２（Ａ）の肉厚は２ｍｍ、凹
部３（Ｂ）の肉厚は０．８ｍｍであり、外装缶１におけ
る厚みの比（Ａ／Ｂ）を２．５とし、この凹部３に歪み
センサ７を取り付けている。
部３（Ｂ）の肉厚は０．８ｍｍであり、外装缶１におけ
る厚みの比（Ａ／Ｂ）を２．５とし、この凹部３に歪み
センサ７を取り付けている。
【００１１】従来法による電池缶Ｂとして、缶直径６５
ｍｍ、長さ３００ｍｍ、缶の肉厚２ｍｍのアルミニウム
部材を使用して、その側面が平滑な電池外装缶１を形成
した。そして、この缶表面の平滑部に歪みセンサ７を装
着している。
ｍｍ、長さ３００ｍｍ、缶の肉厚２ｍｍのアルミニウム
部材を使用して、その側面が平滑な電池外装缶１を形成
した。そして、この缶表面の平滑部に歪みセンサ７を装
着している。
【００１２】また、従来法による電池缶Ｃとして、缶直
径６５ｍｍ、長さ３００ｍｍ、缶の肉厚０．８ｍｍのア
ルミニウム部材を使用して、その側面が平滑な電池外装
缶１を形成した。そして、この缶表面の平滑部に歪みセ
ンサ７を装着している。
径６５ｍｍ、長さ３００ｍｍ、缶の肉厚０．８ｍｍのア
ルミニウム部材を使用して、その側面が平滑な電池外装
缶１を形成した。そして、この缶表面の平滑部に歪みセ
ンサ７を装着している。
【００１３】以上の３種類の電池缶を用いて組電池を各
々作成し、電池外装缶の耐圧試験を行い、缶内部の圧力
を測定した。
々作成し、電池外装缶の耐圧試験を行い、缶内部の圧力
を測定した。
【００１４】耐圧試験は、水圧試験装置を用いて、加圧
範囲：０〜３０ｋｇ／ｃｍ2で行った。その測定結果を
表１に示す。
範囲：０〜３０ｋｇ／ｃｍ2で行った。その測定結果を
表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１から明らかなように、電池缶Ａでは、
歪みセンサの値は、低圧から高圧の範囲の全般において
圧力センサの値とほぼ同じ値を示し、精度良く測定でき
ている。
歪みセンサの値は、低圧から高圧の範囲の全般において
圧力センサの値とほぼ同じ値を示し、精度良く測定でき
ている。
【００１７】次に電池缶Ｂでは、高圧になるに従い、歪
みセンサの値は圧力値に近い値になるが、低圧になるに
従い、歪みセンサの値の精度は低下していることがわか
る。
みセンサの値は圧力値に近い値になるが、低圧になるに
従い、歪みセンサの値の精度は低下していることがわか
る。
【００１８】また、電池缶Ｃでは、外装缶１が肉厚０．
８ｍｍと薄いため、低圧時には歪みセンサの値と圧力セ
ンサの値とが一致しているが、圧力が２０ｋｇ／ｃｍ2
の時点で外装缶が塑性変形を起こし、大きく膨れ上がり
測定不可能となった。
８ｍｍと薄いため、低圧時には歪みセンサの値と圧力セ
ンサの値とが一致しているが、圧力が２０ｋｇ／ｃｍ2
の時点で外装缶が塑性変形を起こし、大きく膨れ上がり
測定不可能となった。
【００１９】以上のように、外装缶に凹部３を形成し、
この凹部３に歪みセンサ７を装着した本発明に係る電池
缶Ａに依れば、内部圧力の変化を精度良く測定すること
が出来る。
この凹部３に歪みセンサ７を装着した本発明に係る電池
缶Ａに依れば、内部圧力の変化を精度良く測定すること
が出来る。
【００２０】次に、電池缶Ａの凸部２（Ａ）と凹部３
（Ｂ）の厚みの比（Ａ／Ｂ）を変化させて電池外装缶１
の耐圧試験を行い、そのときの缶内部の圧力を歪みセン
サ７にて測定した。この凸部２（Ａ）の肉厚は２ｍｍと
した。
（Ｂ）の厚みの比（Ａ／Ｂ）を変化させて電池外装缶１
の耐圧試験を行い、そのときの缶内部の圧力を歪みセン
サ７にて測定した。この凸部２（Ａ）の肉厚は２ｍｍと
した。
【００２１】耐圧試験は、水圧試験装置を用いて、加圧
範囲：０〜３０ｋｇ／ｃｍ2で行った。その結果を表２
に示す。
範囲：０〜３０ｋｇ／ｃｍ2で行った。その結果を表２
に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】表２から明らかなように、凸部２（Ａ）と
凹部３（Ｂ）との厚みの比（Ａ／Ｂ）が１．５より小さ
くなると、低圧時の圧力センサの指示値と歪みセンサに
よる測定値の誤差が非常に大きくなる。
凹部３（Ｂ）との厚みの比（Ａ／Ｂ）が１．５より小さ
くなると、低圧時の圧力センサの指示値と歪みセンサに
よる測定値の誤差が非常に大きくなる。
【００２４】また、厚みの比（Ａ／Ｂ）が３．０より大
きくなると、耐圧基準値が２０Ｋｇ／ｃｍ2であるにも
拘わらず、缶自身の耐圧の値が２０Ｋｇ／ｃｍ2以下に
なってしまう。
きくなると、耐圧基準値が２０Ｋｇ／ｃｍ2であるにも
拘わらず、缶自身の耐圧の値が２０Ｋｇ／ｃｍ2以下に
なってしまう。
【００２５】従って、厚みの比（Ａ／Ｂ）として１．５
〜３．０の値を用いることが好ましい。
〜３．０の値を用いることが好ましい。
【００２６】次に、電池缶Ａと電池缶Ｂを用いて円筒型
リチウムイオン電池を作製した。各々を組電池Ａ、組電
池Ｃとする。これらの電池において、２５℃中０．１２
５Ｃで４．１Ｖまで充電した後、２５℃において１Ｃで
２．７Ｖまで放電した。そのときの電池缶表面温度を測
定した。その結果を表３に示す。
リチウムイオン電池を作製した。各々を組電池Ａ、組電
池Ｃとする。これらの電池において、２５℃中０．１２
５Ｃで４．１Ｖまで充電した後、２５℃において１Ｃで
２．７Ｖまで放電した。そのときの電池缶表面温度を測
定した。その結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】表３より明らかなように、放電容量を７０
Ａｈとしたとき、組電池Ａの温度は組電池Ｂよりも低温
となるが、これは外装缶１が凹凸部２、３を有している
ために、外装缶１の表面積が実質的に増加し、電池にお
ける放熱性が向上したものと思われる。
Ａｈとしたとき、組電池Ａの温度は組電池Ｂよりも低温
となるが、これは外装缶１が凹凸部２、３を有している
ために、外装缶１の表面積が実質的に増加し、電池にお
ける放熱性が向上したものと思われる。
【００２９】さらに、この２種類の電池に対して、上述
の条件で充放電サイクルを３００サイクル行った。その
結果を図４に示す。図４は充放電サイクル数と組電池
Ａ、Ｂの電池容量との関係を示すサイクル特性図であ
る。
の条件で充放電サイクルを３００サイクル行った。その
結果を図４に示す。図４は充放電サイクル数と組電池
Ａ、Ｂの電池容量との関係を示すサイクル特性図であ
る。
【００３０】この図４から明らかなように、組電池Ａは
組電池Ｂに比べてサイクル数が増加しても電池容量の低
下が少ない。
組電池Ｂに比べてサイクル数が増加しても電池容量の低
下が少ない。
【００３１】また、その時の容量の変化を確認した。そ
の結果を表４に示す。
の結果を表４に示す。
【００３２】
【表４】
【００３３】表４より明らかなように、組電池Ｂに比
べ、組電池Ａは３００サイクル後の容量の維持率が０．
０６即ち、６％向上している。これは、組電池Ａの外装
缶が凹凸部を有する結果、外装缶の表面積が大きくなり
放熱性が高まることにより、放電時の電池の温度上昇が
小さくなり、電極の劣化が小さくなったためと思われ
る。
べ、組電池Ａは３００サイクル後の容量の維持率が０．
０６即ち、６％向上している。これは、組電池Ａの外装
缶が凹凸部を有する結果、外装缶の表面積が大きくなり
放熱性が高まることにより、放電時の電池の温度上昇が
小さくなり、電極の劣化が小さくなったためと思われ
る。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、正極板、負極板、セパ
レータ及び電解液からなる発電要素を収納した電池外装
缶と、外装缶を封口する蓋とよりなる二次電池であっ
て、外装缶の外側面に凹凸部を形成し、少なくとも凹部
の一部に電池内圧の上昇による電池外装缶の体積変化を
検出する検出手段を取り付けたので、外装缶の耐圧強度
を損ねることなく、電池内圧を精度良く検出することが
できる。
レータ及び電解液からなる発電要素を収納した電池外装
缶と、外装缶を封口する蓋とよりなる二次電池であっ
て、外装缶の外側面に凹凸部を形成し、少なくとも凹部
の一部に電池内圧の上昇による電池外装缶の体積変化を
検出する検出手段を取り付けたので、外装缶の耐圧強度
を損ねることなく、電池内圧を精度良く検出することが
できる。
【００３５】更に、凹凸部を形成することにより外装缶
の表面積が増加するので、電池の放熱性を向上させるこ
とができ、電池の温度上昇に伴う電池特性の劣化を抑制
することができる。
の表面積が増加するので、電池の放熱性を向上させるこ
とができ、電池の温度上昇に伴う電池特性の劣化を抑制
することができる。
【図１】本発明による二次電池の素電池を示した斜視図
である。
である。
【図２】本発明に係る素電池の断面図である。
【図３】本発明による二次電池の組電池を示した斜視図
である。
である。
【図４】本発明による二次電池のサイクルに伴う電池容
量の変化を示したサイクル特性図である。
量の変化を示したサイクル特性図である。
１外装缶 ２凸部 ３凹部 ４内周部 ５外周部 ６蓋 ７歪みセンサ ８容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近野 義人 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H011 AA13 DD01 5H012 AA01 CC00 JJ08 5H029 AJ12 AK00 AL00 AM00 BJ02 DJ02 DJ12 HJ15 5H030 AA03 AA10 BB01 FF32
Claims (2)
- 【請求項１】 正極板、負極板、セパレータ及び電解液
からなる発電要素を収納した電池外装缶と、前記外装缶
を封口する蓋とよりなる二次電池であって、前記外装缶
の外側面に凹凸部を形成し、少なくとも凹部の一部に電
池内圧の上昇による前記電池外装缶の体積変化を検出す
る検出手段を取り付けたことを特徴とする二次電池。 - 【請求項２】 上記電池外装缶の凸部（Ａ）と凹部
（Ｂ）の厚みの比（Ａ／Ｂ）は１．５〜３であることを
特徴とする請求項１記載の二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00538699A JP3913385B2 (ja) | 1998-09-29 | 1999-01-12 | 二次電池 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27588998 | 1998-09-29 | ||
| JP10-275889 | 1998-09-29 | ||
| JP00538699A JP3913385B2 (ja) | 1998-09-29 | 1999-01-12 | 二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000173676A true JP2000173676A (ja) | 2000-06-23 |
| JP3913385B2 JP3913385B2 (ja) | 2007-05-09 |
Family
ID=26339314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00538699A Expired - Fee Related JP3913385B2 (ja) | 1998-09-29 | 1999-01-12 | 二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3913385B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002099922A1 (en) * | 2001-06-05 | 2002-12-12 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Storage battery device and power source apparatus comprising it |
| JP2004111308A (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 密閉型二次電池及び電池モジュール |
| JP2005078805A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Toyota Motor Corp | 電池ケース及びその製造方法 |
| WO2009014070A1 (ja) | 2007-07-23 | 2009-01-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 組電池 |
| WO2009080141A1 (de) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Daimler Ag | Batterie und verfahren zum betreiben einer batterie |
| JP4580037B1 (ja) * | 2010-03-29 | 2010-11-10 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 電池システム、及び電池の安全警報システム |
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| US8758916B2 (en) | 2010-10-29 | 2014-06-24 | Empire Technology Development Llc | Energy storage apparatus |
-
1999
- 1999-01-12 JP JP00538699A patent/JP3913385B2/ja not_active Expired - Fee Related
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