JP2003197158A

JP2003197158A - 放熱性に優れた電池およびそれを用いた組電池

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Publication number: JP2003197158A
Application number: JP2001397739A
Authority: JP
Inventors: Mikiaki Tadokoro; 幹朗田所; Masao Takee; 正夫武江
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】電池および組電池の周囲の気流が効果的に電
池を冷却し、電池の温度上昇を抑制して充電特性を向上
させる。【解決手段】電池本体１４の側面が、放熱用開口部１
２を有する絶縁材１１で被覆されてなる電池。、電池本
体の側面の面積に対して、絶縁材の放熱用開口部の開口
面積の合計が占める割合が５％を超えていることが好ま
しく、さらに、絶縁材の放熱用開口部の形状が長軸と短
軸を有する細長い形状であり、かつ、その開口部の前記
長軸方向が、前記電池周囲の気流に沿う方向であること
が好ましい。とくに好適な放熱用開口部の形状は長方形
である。さらに、この電池を複数個組み合わせてなる組
電池となすこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放熱性に優れた電
池およびそれを用いた組電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル・水素電池、ニッケル・カドミ
ウム電池などの二次電池においては、充電時の電池自身
の発熱により電池温度が上昇して充電効率が低下し、そ
の結果、電池容量が低下するという問題がある。かかる
現象は短時間充電すなわち急速充電時、電池の大型化、
ならびに、単電池を複数個組み合わせて構成された組電
池の場合にとくに顕著である。

【０００３】そのため、とくに上記の二次電池を使用し
た組電池の場合には、当該組電池を収容するケースに開
口を形成し、外部から送風することによって組電池を冷
却することが一般的に行われている。具体的には、図１
６に示すように、電池１を例えば２０個３列に組み合わ
せた組電池Ａをケース２内に収容する。その、ケース２
の電池の両端面に対向する面２ａ，２ｂには、送風用の
開口部として、それぞれ複数個のスリット３が形成され
ている。

【０００４】そして、外部からの自然気流もしくは送風
が、図中矢印で示したようにケース２の下面２ａからケ
ース２内に導入され、組電池Ａにおいて互いに隣接する
単電池１の間隙を通ってこれを冷却し、ケース２の上面
の２ｂから外部に放出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電池１は正
極、負極、電解液などが容器例えば金属製の電池缶に収
容されてなる電池本体と、この電池本体を互いに絶縁す
るために当該本体の側面を被覆する絶縁材、例えば、
紙、樹脂などのチューブとから構成される。そのため、
組電池Ａを作製する場合、上述したように外部からの送
風もしくは自然気流によっても、電池１の外周面はチュ
ーブで被覆されているため、冷却風が電池本体、具体的
には、電池缶まで到達せず、その結果、効率よく冷却す
ることが困難であるという問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解消するた
めに、本発明者は種々検討を重ねる中で、電池本体の側
面を被覆する絶縁材に開口部を形成すれば、その絶縁材
で電池本体の側面を被覆しても、この開口部分から金属
製の電池缶を表出させることができるため、その領域で
暖められた空気と冷却風との交換が十分に行われ、結果
として冷却効果を増大させることができるとの着想を得
て、本発明を完成した。

【０００７】すなわち、本発明によれば、電池本体の側
面が、放熱用開口部を有する絶縁材で被覆されてなる電
池が提供される。上記の構成において、電池本体の側面
の面積に対して、前記絶縁材の放熱用開口部の開口面積
の合計が占める割合が５％を超えていることが好まし
く、さらに、絶縁材の放熱用開口部の形状が長軸と短軸
を有する細長い形状であり、かつ、その開口部の前記長
軸方向が、前記電池周囲の気流に沿う方向であることが
好ましい。とくに好適な放熱用開口部の形状は長方形で
ある。

【０００８】さらに、本発明によれば、上記の構成の電
池を複数個組み合わせてなる組電池も提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜３を参照しながら、
本発明の電池およびそれを用いた組電池について説明す
る。本発明は、一次電池、二次電池などどのような電池
にも適用することが可能であるが、なかでも、充電時の
発熱などによる温度上昇が顕著である二次電池に対して
適用すると一層効果的である。

【００１０】本発明の電池は上述した正極、負極をセパ
レータを介して巻回して作製された電極群を所定サイズ
の電池缶に挿入したのちアルカリ電解液を注入し、封口
体で密閉することにより作製された電池本体の端子接続
面を除く外周を、電池缶の絶縁を目的として、絶縁材に
より被覆したものである。図１は本発明の電池におい
て、電池本体の側面を被覆する絶縁材の構成の一例を示
すものである。図１において、絶縁材１１は例えば円筒
形の電池の側周面を覆うべくシート状に形成されてい
る。そして、この絶縁材１１の全面には複数の放熱用開
口部１２が形成されている。

【００１１】絶縁材１１の図中左右両端部にはこの絶縁
材を筒状に巻回して固定するための接着部１１ａ，１１
ｂが形成され、また、上下両端部には、筒状とされた絶
縁材に単電池を挿入した後に内方に折曲されて電池を固
定するための折曲部１１ｃ，１１ｄがそれぞれ形成され
ている。そして絶縁材１１の電池本体側面を覆う部分に
形成された放熱用開口部１２の面積の合計が、電池本体
の側面の面積、換言すれば、絶縁材１１の接着部１１
ａ，１１ｂおよび１１ｃ，１１ｄを除く領域全体に占め
る割合（以下、これを開口率という）は５％を超えるよ
うに形成することが好ましい。

【００１２】しかし、開口率があまりに大きいと、例え
ば組電池に適用した場合に、隣接する単電池の開口部同
士が重なったときに電池本体の電池缶の側面が互いに接
触して短絡するおそれがある。そのため、適切な開口率
は、開口部の形状・寸法などによっても異なるが、概ね
６０％以下であることが好ましい。さらに、好適な開口
率の範囲は、１０〜５０％である。

【００１３】なお、この放熱用開口部１２の形状は、長
軸と短軸を有する細長い形状であることが好ましく、具
体的には、三角形；長方形、台形、菱形、平行四辺形な
どの四角形；五角形以上の多角形；楕円形など、種々の
形状をあげることができるが、これらに限定されず、長
軸と短軸が認識可能で、全体として細長い形状であれば
上に列挙したいずれの形状にも属さない不定形であって
もよい。そして、この放熱用開口部１２の形状は、電池
の寸法、組電池の個数、絶縁材の開口率などにより適宜
決定されることが好ましい。

【００１４】図１では一例として長方形状の放熱用開口
部１２を示している。この開口部１２は、図示のよう
に、電池の周辺の気流方向に沿う方向、具体的には気流
と略平行となる方向に長軸すなわち長辺を有する長方形
となっている。これにより、放熱用開口部１２に露出す
る電池缶に確実に気流を接触させ、その領域の暖められ
た空気と冷却風との交換を十分に行い、電池表面を冷却
することができるという優れた効果を奏する。

【００１５】なお、本発明でいう気流とは、例えばファ
ンなどにより強制的に電池周辺に送られる送風に加え
て、電池自体の発熱により暖められた空気が上昇して生
じる自然対流なども含まれる。そして、気流方向が電池
の長手方向に沿う方向である場合は、図１のように、放
熱用開口部１２は電池の長手方向に長軸すなわち長辺を
有する長方形状となる。逆に、気流方向が電池の半径方
向に沿う場合には、電池の長手方向に短軸すなわち短辺
を有する長方形状とすることが好ましい。

【００１６】さらに、この絶縁材１１に使用される材料
としては、電気絶縁性を有し、かつ、加工性が良好で放
熱用開口部１２を容易に形成しうる材料であればよく、
また、熱伝導率の大きいものが冷却効果を向上させる上
で有効である。具体的には、例えば、紙、ＰＶＣなどを
あげることができる。しかし、これらに限定されるもの
ではなく、上記の要件を満足するものであればこれ以外
の材料を使用した場合も同様の効果を得ることが可能で
ある。

【００１７】図２は本発明の電池１３の構成の一例を示
している。電池１３は電池本体１４とこの側面を被覆す
る絶縁材１１から構成される。すなわち、筒状にした絶
縁材１１の接着部１１ａ，１１ｂを互いに接着し、その
中に電池本体１４を挿入して、上記絶縁材１１の上下の
折曲部１１ｃ，１１ｄを電池本体１４の端面側に折曲す
ることにより、これを固定した構造となっている。

【００１８】さらに、図３は本発明の組電池Ｂの構成の
一例を示し、上記の絶縁材１１で電池本体１４の側面を
被覆されてなる電池１３を、複数個例えば２０個３列に
組み合わせて構成されたものである。このとき、送風方
向（図３において、矢印で示すように下から上へ向かう
方向）に対して長方形状の放熱用開口部の１２の長軸方
向すなわち長辺方向が平行となっている。そのため、気
流が効率よく開口部１２に露出した電池本体１４の表面
まで到達し、当該電池本体１４の露出面で暖められた空
気が、そこに到達した冷却風と十分に交換されて電池１
３ひいては組電池Ｂ全体の温度上昇が有効に防止され
る。

【００１９】

【実施例】実施例１〜１１、比較例１）ニッケル・水素二次電池の製造 <正極の作製>共沈成分としてＺｎ：2.5質量％、Ｃｏ：1
質量％を含有する水酸化ニッケル粉末を硫酸コバルト水
溶液に投入し、これを撹拌しながら１ｍｏＬ／ＬのＮａ
ＯＨ水溶液を徐々に滴下し、反応中ｐＨを１１に保持す
ることにより水酸化ニッケル粒子を核とし、その表面に
水酸化コバルトの被覆層が５％形成された粒状物を作製
した。

【００２０】この粒状物を分取して洗浄、乾燥した。つ
いで、この粉末をビーカー中で撹拌しながら、これに２
５質量％のＮａＯＨ溶液を質量比で１０倍量加えて含浸
させ、８時間撹拌しながら８５℃で加熱処理する、いわ
ゆる、アルカリ熱処理を施した。これを分取し、水洗、
脱水して６５℃で乾燥することによって、水酸化コバル
ト被覆層中に１質量％のナトリウムを含有する複合体粒
子を得た。

【００２１】続いて、この複合体粒子９５質量％と水酸
化コバルト２質量％と酸化亜鉛３質量％との混合粉末
（活物質）に、ヒドロキシプロピルセルロースの０．２
質量％水溶液を前記混合粉末の５０質量％添加混合し、
活物質スラリーを調製した。この活物質スラリーを発泡
ニッケル基体（面密度（目付）：約６００ｇ／ｍ²、多
孔度：９５％、厚み：約２ｍｍ）に充填し、乾燥、圧延
を行った後、所定寸法に切断し、正極板を作製した。

【００２２】<負極の作製>市販の金属元素をＭｍＮｉ
_3.4Ｃｏ_0.8Ａｌ_0.2Ｍｎ_0.6の成分割合となるように秤量
し、高周波溶解炉にて溶解した後、得られた溶湯を鋳型
に流し込み、水素吸蔵合金のインゴットを作製した。次
に、このインゴットを予め粗粉砕した後、不活性ガス雰
囲気中で平均粒径が５０μｍ程度になるまで機械粉砕し
た。この合金粉末９９質量％に対して結着剤としてポリ
エチレンオキサイド１質量％および適量の水を添加、混
合してスラリーを調製した。表面にＮｉめっきを施した
パンチングメタルからなる集電体の両面にこのスラリー
を塗着し、乾燥した。その後圧延を行い、さらに所定寸
法に切断して負極板を作製した。

【００２３】<電池本体の作製>前記正極と負極に集電タ
ブを取り付けた後、これらを厚み約０．２ｍｍのポリプ
ロピレン製不織布からなるセパレータを介して巻回して
電極群を作製した。この電極群をＤサイズの電池缶に挿
入した後、電解液（ＬｉＯＨ、ＮａＯＨを含有した８ｍ
ｏＬ／ＬのＫＯＨ水溶液）を注入し、封口体で密閉して
公称容量８Ａｈの評価用電池本体を作製した。

【００２４】<電池本体の活性化>上記の電池本体を用い
て、まず、室温で0.1It（800ｍＡ）の電流値で１６時間
充電し、１時間の休止の後、0.2It（1600ｍＡ）の電流
値で電池電圧（放電終止電圧：E.V.，以下同様）が1.0
Ｖに達するまで室温で放電して、さらに１時間の休止を
設けた。この条件で充放電を５サイクル繰り返して、電
池本体を活性化した。

【００２５】<初期電池容量の確認>上記の活性化後の電
池本体を２５℃の送風恒温槽中で0.1Itの電流値で１６
時間充電し、１時間の休止の後、1.0Itの電流値で電池
電圧が1.0Ｖに達するまで放電した。このときの放電容
量を初期電池容量とした。２）電池本体の表面被覆（電池の作製）厚み0.25mmの紙に開口率を様々に変化させて、図１、図
４〜１３に示すような開口を形成した。この開口が形成
された紙を筒状にし（以下、これを紙管という）左右の
接着部を接着して、その中に上記の電池本体を挿入し
た。ついで、筒状の紙管の上下の折曲部を電池側へ折り
曲げることにより紙管を電池本体に固定し、電池(a)〜
（k)を製造した。

【００２６】さらに、比較例として開口の形成されてい
ない、すなわち、開口率０％の従来の紙管で被覆された
電池を電池(m)とした。表１に各電池の開口率（％）を
併せて示した。３）組電池の作製上記により作製された各電池(a)〜(m)をそれぞれ２０本
ずつ用い、図３に示した組電池Ｂを作製した。なお、図
中では正極端子を省略したが、各組電池では２０本の単
電池が直列接続となるように、正負極端子間をリード板
で接続した。

【００２７】４）評価試験 <電池の充電特性の測定>電池(a)〜(m)を２５℃の送風恒
温槽中で、３時間静置した後、以下の条件で充放電を行
い、前記初期容量（被覆前の電池の容量）に対する放電
容量の比率を算出して結果を表１および図１４に示し
た。

【００２８】充電：0.5It，−ΔV＝10mV 休止：１時間放電：１It，E.V.＝1.0V <組電池の充電特性の測定>上記３）で作製した組電池
を、25℃の送風恒温槽中で３時間静置した後、組電池の
各電池の長手方向に対して平行に風が当たるようにしな
がら、以下の条件で充放電を行い、上記と同様にして放
電容量の比率を算出して結果を表１および図１４に示し
た。

【００２９】充電：0.5It，−ΔV＝10mV 休止：１時間放電：１It，E.V.＝20.0V

【００３０】

【表１】

【００３１】表１および図１４の結果からも明らかなよ
うに、放熱用開口部が形成された紙管で被覆された電池
（実施例１〜１１）は、放熱用開口部が形成されていな
い従来の紙管で被覆された電池（比較例）に比べて充電
特性が向上することが確認された。そして、その向上効
果は電池温度が上昇しやすい組電池において、とくに顕
著である。

【００３２】また、放熱用開口部の開口率が５％を超え
る紙管で被覆されたもの（実施例１〜７）は、とくに充
電特性の向上効果が高い。さらに、本発明の電池におい
て、同じ開口率の絶縁材を使用しても、開口の形状が送
風方向に沿う方向が長辺となる長方形状のもの（実施例
３）と、送風方向に直交する方向が長辺となる長方形状
のもの（実施例６，７）とを比較すると、前者の方が冷
却効率が高く、充電特性の向上効果が高いことが分かっ
た。

【００３３】これは次のような原因によるものと考えら
れる。すなわち、図１５に示すように、開口部１２が気
流方向に十分な長さで形成されていると、この開口部１
２に露出する電池本体１４具体的には電池缶の表面に外
部からの気流すなわち冷却風が確実に接触し、この開口
部領域で上記電池缶の表面の暖められた空気と冷却風と
の交換が行われる。その結果、電池１３の温度上昇が抑
制され、充電特性が向上する。

【００３４】なお、上記実施例において使用した組電池
は、図３に示した３列２０本の組電池であるが、本発明
はこれに限定されるものではなく、組み合わされる電池
の本数、組み合わせ形状に関わらず、同様の効果を得る
ことが可能である。さらに、上記実施例においては、組
電池として電池を立てた状態で並べた例について述べた
が、電池を横にした状態で並べることにより組電池を構
成してもよく、その場合、気流が電池の半径方向に流れ
るのであれば、開口部の長軸が半径方向に沿う方向とな
るように開口部の形状を選択すれば上記と同様の効果が
得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電池本体の側面を被覆する絶縁材に開口部を
形成したので、電池周囲の気流が効果的に電池本体表面
の暖められた空気と交換されることにより、この電池本
体を冷却し、電池全体の温度上昇を抑制して、充電特性
を向上させることができる。この効果は、とくに組電池
に対して顕著である。したがって、その工業的価値は極
めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池に使用される絶縁材の一例として
開口率53.9％のものを示した平面図である。

【図２】本発明の電池の構成の一例を示す斜視図であ
る。

【図３】本発明の組電池の構成の一例を示す斜視図であ
る。

【図４】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例とし
て開口率41.0％のものを示した平面図である。

【図５】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例とし
て開口率26.2％のものを示した平面図である。

【図６】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例とし
て開口率14.0％のものを示した平面図である。

【図７】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例とし
て開口率7.0％のものを示した平面図である。

【図８】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例とし
て開口率26.2％のものを示した平面図である。

【図９】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例とし
て開口率26.3％のものを示した平面図である。

【図１０】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例と
して開口率4.7％のものを示した平面図である。

【図１１】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例と
して開口率3.5％のものを示した平面図である。

【図１２】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例と
して開口率2.3％のものを示した平面図である。

【図１３】本発明の電池に使用される絶縁材の他の例と
して開口率1.2％のものを示した平面図である。

【図１４】本発明の実施例の電池および組電池におい
て、絶縁材の開口率と電池の充電特性との関係を示すグ
ラフである。

【図１５】本発明の電池に使用される絶縁材の開口部に
おける気流の流れ方を示す概念図である。

【図１６】従来の組電池の構成の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ケース１１絶縁材 11a,11b 接着部 11c,11d 折曲部１２開口部１３電池１４電池本体Ｂ組電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H011 BB04 CC02 DD21 KK02 5H028 AA07 CC07 CC12 HH01 5H031 AA02 AA08 AA09 EE04 HH03 KK02 KK08 5H040 AA28 AT01 AY01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池本体の側面が、放熱用開口部を有す
る絶縁材で被覆されてなる電池。
【請求項２】前記電池本体の側面の面積に対して、前
記絶縁材の放熱用開口部の開口面積の合計が占める割合
が５％を超える請求項１記載の電池。
【請求項３】前記絶縁材の放熱用開口部の形状が長軸
と短軸を有する細長い形状であり、かつ、その開口部の
前記長軸方向が、前記電池周囲の気流に沿う方向である
請求項１または２記載の電池。
【請求項４】請求項１〜３に記載された電池を複数個
組み合わせてなる組電池。