JP2008117765A - 電池パック及び電池搭載機器並びに電池パックの接続構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池から放出されたガスを流通させる排気ダクト1Cを有し、排気ダクト1Cでガスの温度を低下させて外部に排出する。排気ダクト1Cの流路面積は、電池の容量1Ah当たり0.5mm2以上で、かつ15mm2以下の範囲である。排気ダクト1Cには、ガス冷却部1L及び火花トラップ部1Mが設けられている。
【選択図】図1
Description
正極板2Aは以下のようにして作製する。正極合剤として、コバルト酸リチウム粉末を85重量部、導電剤として炭素粉末を10重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略す)のN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す)溶液をPVDFが5重量部相当を混合する。この混合物を厚み15μmのアルミニウム箔集電体に塗布して乾燥させた後、圧延する。これにより厚みが100μmの正極板2Aを作製した。
負極板2Bは以下のようにして作製する。負極合剤として人造黒鉛粉末を95重量部、及び結着剤としてPVDFのNMP溶液をPVDFが5重量部相当を混合する。この混合物を厚み10μmの銅箔集電体に塗布して乾燥させた後、圧延する。これにより厚みが110μmの負極板2Bを作製した。
非水電解液は以下のように調製する。非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比1:1で混合し、これに溶質として、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)が1mol/Lになるように溶解させた。このように調製した非水電解液を4.5ml用いる。
正極板2Aと負極板2Bの間に厚み25μmのセパレータ2Cを配置して捲回し、円筒状の極板群2Dを構成した後、金属製有底ケース2Gに挿入して封口した。これにより密閉型非水電解質二次電池を得た。この電池は直径18mm、高さ65mmの円筒型電池で、電池の設計容量は2000mAhであった。完成した電池に電池缶絶縁体として、厚み80μmのポリエチレンテレフタレート製の熱収縮チューブを頂面外縁部まで覆い、90℃の温風で熱収縮させ電池として完成させた。
(実施例1A)
図1に示す組電池1Dと排気ダクト1Cとを電池パック1A,1B内部に収納し、電池パック1A,1Bの外周部を溶接した。このとき、完成した電池パックを充電時の最大電流を3A、充電終了電流を0.1Aとして通常12.6V充電のところパックの過充電保護回路とセルの電流遮断(CID)をバイパスすることにより13.5Vまで定電流定電圧の充電を行い、実施例1Aの電池パックとした。
火花トラップ部1Mの内部に厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Bの電池パックとした。
火花トラップ部1Mの内部に厚み1mmのゲルシート(積水化成品工業株式会社製)を貼り付けた。ゲルシートの配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Cの電池パックとした。
火花トラップ部1Mの内部に銅メッシュ(線径40μm、目開き45×45μm)を厚み1mmとなるように重ね合わせて貼り付けた。銅メッシュの配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Dの電池パックとした。
火花トラップ部1Mの内部にアルミメッシュ(線径40μm、目開き45×45μm)を厚み1mmとなるように重ね合わせて貼り付けた。アルミメッシュの配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Dと同様にして電池パックを作製し、実施例1Eの電池パックとした。
火花トラップ部1Mの内部にSUS316メッシュ(線径40μm、目開き45×45μm)を厚み1mmとなるように重ね合わせて貼り付けた。SUSメッシュの配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Dと同様にして電池パックを作製し、実施例1Fの電池パックとした。
厚み1mmのセメント板を作製し、これを火花トラップ部1Mの内部に貼り付けた。セメント板の配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Mの電池パックとした。
厚み1mmの石膏板を作製し、これを火花トラップ部1Mの内部に貼り付けた。石膏板の配設位置は、連絡管1Nが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例1Nの電池パックとした。
水分を含ませた厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)をガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。多孔質セラミック板の配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Aの電池パックとした。
水分を含ませた厚み1mmのガラスウールをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ガラスウールの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Bの電池パックとした。
ガス冷却部1Lの内部に含水ゲル(ヒートバスター 株式会社PDM研究所製)を厚み1mmで塗布した。含水ゲルの塗布位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Cの電池パックとした。
ガス冷却部1Lの内部に厚み1mmの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Dの電池パックとした。
ガス冷却部1Lの内部に厚み1mmのアルミ板を貼り付けた。アルミ板の配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Eの電池パックとした。
ガス冷却部1Lの内部に厚み1mmのSUS316板を貼り付けた。SUS板の配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Fの電池パックとした。
リン酸二水素アンモニウムの粉末(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Gの電池パックとした。
炭酸水素ナトリウム(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Hの電池パックとした。
水酸化アルミニウム(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Iの電池パックとした。
炭酸マグネシウム(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Jの電池パックとした。
硫酸銅(II)五水和物(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は、実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Kの電池パックとした。
水酸化カルシュウム(関東化学株式会社製 特級(G))90%重量部とPTFEの粉末10%重量部とを乳鉢で混練し、1mm厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部1Lの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部1Iが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は、実施例1Aと同様にして電池パックを作製し、実施例2Lの電池パックとした。
排気ダクト1Cを排除した以外は実施例1Aと同様に電池パックを作製し、比較例1とした。
排気ダクト1Cを排除し、セル間を詰め、筐体寸法を14.4mm短くした以外は実施例1と同様に電池パックを作製し、比較例2とした。
完成した電池パックを10個、環境温度20℃中において、直径2.5mmの鉄製の釘を用い、釘刺し試験を行った。この釘刺し試験は、毎秒5mmの速度で電池パック蓋にあらかじめ設けた釘刺し用の貫通穴を通して電池(セル)を貫通するまで釘を刺すことにより行った。釘を刺した電池は、電池パック内においてガス冷却部と反対側にあるセットのうちの片方の電池である。釘は電池の高さ方向および直径方向の中心部を通過するように刺した。そして、高速カメラを用いてパックの外部に放出される火花と炎の観察を行った。パック外部において、炎が0.5秒以上継続して確認された場合に出火有りとし、また火花が0.1秒間に10点以上確認された場合に火花有りと判定した。なお、釘刺し部分は耐熱性のシール材を介し、この部分からのガス、火花、炎の漏れが無いように構成した。
(1)正極板の作製
NiSO4水溶液に所定比率のCoおよびAlの硫酸塩を加え、飽和水溶液を調製した。この飽和水溶液を撹拌しながら、水酸化ナトリウム溶液をこの飽和溶液にゆっくりと滴下した。これにより飽和溶液が中和され、その結果、三元系の水酸化ニッケルNi0.7Co0.2Al0.1(OH)2の沈殿物を生成することができた(共沈法)。生成された沈殿物をろ過した後に水洗し、80℃で乾燥させた。得られた水酸化ニッケルの平均粒径は、約10μmであった。
(2)負極板の作製
具体的には、人造黒鉛を3kgと、スチレン−ブタジエン共重合体からなるゴム粒子(結着剤)の水溶液(固形分の重量は40重量%)を75gと、カルボキシメチルセルロース(CMC;carboxymethylcellulose)を30gとを、適量の水とともにプラネタリーミキサーにおいて混練し、スラリー状の負極合剤を作製した。この負極合剤を、厚みが10μmであり幅が150mmである銅箔上に塗布した。このとき、銅箔の幅方向における一端には、幅が5mmである未塗工部(露出部)を形成した。その後、負極合剤を乾燥させ、銅箔の上に負極合剤層を形成した。そして、負極合剤層の厚みと銅箔の厚みの合計厚が110μmとなるようにプレスした後、円筒形18650サイズのリチウムイオン二次電池用の負極板Aと、タブレス集電構造の電池用の負極板Bとを作成した。タブレス集電構造の電池用の極板は、極板の幅が110mmであり合剤塗布部の幅が105mmになるように切断し、タブレス集電構造の負極を作製した。
(3)円筒型18650サイズの密閉型電池の作製
正極板Aと負極板Aとを用いた以外は、実施例1Aと同様の方法で公称容量2.4Ahの円筒型18650サイズの密閉型電池Aを作製した。
(4)タブレス集電構造の密閉型電池の作製
作製した正極と負極との間にポリエチレン製のセパレータを挟み、セパレータの端面から正極の露出部と負極の露出部とを互いに逆向きに突出させた。その後、正極、負極およびセパレータを捲回して円筒形とした。
円筒型18650サイズの密閉型電池Aを用いて、図5及び図6に示すような電池搭載機器であるノート型PCを準備した。具体的には、排気ダクト(接続管部10H、主管部10I及び接続部10P)を有する電池パック10と、市販のノート型PCであって前記外経路(ガス冷却部10L、連通路10Z、火花トラップ部10M及び排気口10Y)を後から形成したノート型PCとを準備した。ガス冷却部10Lには、内部に厚み1mmの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、主管部10Iが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部10Mには、内部に厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、連絡管10Zが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製したノート型PC11を実施例3Aの電池搭載機器とした。
タブレス集電構造の密閉型電池Bを用いて、図7〜図9に示すような電池搭載機器である電気自転車14を準備した。具体的には、排気ダクト(接続管部12H、ガス冷却部12L、接続部12P)を有する電池パック12と、市販の電気自転車であって外経路(火花トラップ部12M及び排気口12Y)を後から形成した電気自転車とを準備した。ガス冷却部12Lには、内部に厚み1mmの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、接続管部12Hが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部12Mには、内部に厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、接続部12Pが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製した電気自転車12を実施例3Bの電池搭載機器とした。
タブレス集電構造の密閉型電池Bを用いて、図10〜12に示すような電池搭載機器であるハイブリッド式電気自動車を準備した。具体的には、排気ダクト(パック本体15A、導出管15B、集中管15C及び接続部15D)を有する電池パック15と、市販の電気自動車であって外経路(ガス冷却部16A、火花トラップ部16B、排気管16C)を後から形成した電気自動車とを準備した。ガス冷却部16Aには、内部に厚み1mmの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、接続部15Dが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部16Bには、内部に厚み1mmの多孔質セラミック板(産業用セラミックハニカム;日本ガイシ社製)を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、ガス冷却部16Aが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製したハイブリッド式電気自動車を実施例3Cの電池搭載機器とした。
排気ダクト(接続管部10H、主管部10I及び接続部10P)を有しない電池パックと、市販のノート型PCであって外経路(ガス冷却部10L、連通路10Z、火花トラップ部10M及び排気口10Y)を後から形成したノート型PCとを準備し、比較例3の電池搭載機器とした。
排気ダクト(接続管部12H、ガス冷却部12L及び接続部12P)を有しない電池パックと、市販の電気自転車であって外経路(火花トラップ部12M及び排気口12Y)を後から形成した電気自転車とを準備し、比較例4の電池搭載機器とした。
排気ダクト(導出管15B、集中管15C及び接続部15D)を有しない電池パックと、市販の電気自動車であって外経路(ガス冷却部16A、火花トラップ部16B及び排気管16C)を後から形成した電気自動車とを準備し、比較例5の電池搭載機器とした。
完成した電池搭載機器を環境温度20℃中において、1セルあたりの充電時の最大電流を0.7It(1Itは、電池容量が5Ahのとき5Aとなる)、充電終了電流を0.05Itとして通常4.2V充電のところパックの過充電保護回路とセルの電流遮断(CID)をバイパスすることにより4.5Vまで定電流定電圧の充電を行った。その後に、前記した釘刺し試験と同様の要領で試験及び評価を行った。
1C 排気ダクト
1D 組電池
1E 接続板
1F 電池端子
1G 接続リード
1H 接続管部
1I 主管部
1L ガス冷却部
1M 火花トラップ部
1N 連絡管
1P 排気口
2A 正極板
2B 負極板
2C セパレータ
2D 極板群
2E 正極リード集電体
2F 負極リード集電体
2G 有底ケース
2H 封口板
2I フィルター
2J アウターガスケット
Claims (23)
- 筐体内に電池が収納された構成の電池パックであって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路で前記ガスの温度を低下させて外部に排出するように構成されている電池パック。
- 前記経路としてダクトが設けられている請求項1に記載の電池パック。
- 筐体内に電池が収納された構成の電池パックであって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路は、ガスの流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させる構成とされている電池パック。
- 前記経路としてダクトが設けられている請求項3に記載の電池パック。
- 前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれている請求項3記載の電池パック。
- 前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量1Ah当たり0.5mm2以上で、かつ15mm2以下の範囲である請求項3に記載の電池パック。
- 前記経路に、前記ガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段が設けられている請求項1又は3に記載の電池パック。
- 前記経路に、前記ガス中で生ずる火花をトラップする手段が設けられている請求項1又は3に記載の電池パック。
- 前記経路には、複数の電池からのガスが流入可能に各電池のガス放出部が接続されている請求項1又は3に記載の電池パック。
- 筐体内に電池が収納され、前記電池の電力によって所定の機能を果たす構成の電池搭載機器であって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路で前記ガスの温度を低下させて外部に排出するように構成されている電池搭載機器。
- 前記経路としてダクトが設けられている請求項10に記載の電池搭載機器。
- 筐体内に電池が収納され、前記電池の電力によって所定の機能を果たす構成の電池搭載機器であって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路には、ガスの流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させる構成とされている電池搭載機器。
- 前記経路としてダクトが設けられている請求項12に記載の電池搭載機器。
- 前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれている請求項12記載の電池搭載機器。
- 前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量1Ah当たり0.5mm2以上で、かつ15mm2以下の範囲である請求項12に記載の電池搭載機器。
- 前記経路に、前記ガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段が設けられている請求項10又は12に記載の電池搭載機器。
- 前記経路に、前記ガス中で生ずる火花をトラップする手段が設けられている請求項10又は12に記載の電池搭載機器。
- 前記経路には、電池または電池パックを電池搭載機器から脱着するための接続部が存在する請求項10又は12に記載の電池搭載機器。
- 前記経路には、複数の電池パックからのガスが流入可能に各電池パックのガス放出部が接続されている請求項10又は12に記載の電池搭載機器。
- 請求項1又は3に記載の電池パックと、この電池パックの搭載対象となる電池搭載機器に設けられ、当該電池パックの前記経路と連通可能な外経路とを備えた電池パックの接続構造であって、前記外経路の排気口が、電池搭載機器の使用者と向かい合う側面と異なる面に配置されていることを特徴とする電池パックの接続構造。
- 前記ガスを外部に放出させる排気口が、電子搭載機器の使用者と向かい合う側面と異なる面に配置されていることを特徴とする請求項10又は12に記載の電池搭載機器。
- 前記電池と前記経路とが互いに着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項1又は3に記載の電池パック。
- 前記電池と前記経路とが互いに着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項10又は12に記載の電池搭載機器。
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