JP2008262733A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液がケースに充填され、正極及び負極から電力を取り出す電池において内部短絡が発生し、安全弁から高温高圧の電解液が放出されたときに、安全弁を覆う排気カバーの上に設けられる配線の被覆が溶かされるのを防止できる電池を提供する。
【解決手段】ケース２０の外部において安全弁２７を覆う排気カバー２８と、安全弁２７に対応する領域を含む排気カバー２８の少なくとも一部の領域を覆う難燃性部材２９と、難燃性部材２９の上に設けられた配線３０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解液がケースに充填され、正極及び負極から電力を取り出す電池に関する。

ケースの内部に正極と負極とを備えると共に電解液が充填される電池において内部短絡が発生すると、正負極間に大きな短絡電流が流れて発熱する。その熱により電解液の分解発熱反応が異常に進行すると、電池の内部において急激な温度上昇や圧力上昇が生じる、いわゆる熱暴走現象が発生する。これにより、電池のケースが破裂して電解液が周囲に飛散してしまう場合がある。

従来、内部短絡による電池の破損を防止するために、電池のケースに圧力開放のための安全弁を設けるという技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来の安全弁付き電池の斜視図である。図５は、従来の安全弁付き電池の断面図である。図６は、従来の安全弁付き電池の上面図である。以下、図４〜図６を参照しながら説明する。単位セル１０は、中空の直方体形状のケース１１を有している。図５に示すように、ケース１１の内部には正極１２と負極１３とを備え、電解液１４が充填されている。正極１２と負極１３は、セパレータ１５によって仕切られている。電解液１４に含まれるイオンはセパレータ１５を通って移動することができる。図４及び図６に示すように、複数の単位セル１０が積層されて電池モジュールを構成している。

図４〜図６に示すように、単位セル１０のケース１１には、安全弁１６が設けられている。安全弁１６は破裂型の安全弁であり、ケース１１の内部と外部とを連通する貫通穴と、その貫通穴を塞く膜と、を含む。ケース１１の内部圧力が所定値以上になると、貫通穴を塞いでいる膜が破れ、安全弁１６の貫通穴を通じて、電解液１４が図５の矢印の方向に放出される。ケース１１には、ケース１１の外部において安全弁１６を覆う樹脂製の排気カバー１７が設けられている。排気カバー１７は、複数の単位セル１０に跨って単位セル１０の積層方向に延びている。更に、排気カバー１７の上にはゴム等の絶縁性材料で被覆された配線１８が、排気カバー１７の延設方向に沿って延びている。

特開２００３−１７８７３６号公報

安全弁１６から放出される高温高圧の電解液１４が、樹脂製の排気カバー１７の安全弁に対応する領域に接触すると、その領域が溶かされて穴が空く。そうすると、高温高圧の電解液１４がその穴を通じて外部へ放出され、排気カバー１７上の配線１８に熱影響を与えるという問題があった。例えば、配線１８の被覆が溶かされてしまう場合がある。

また、排気カバー１７の上に複数の配線１８が設けられていた場合は、被覆を溶かされた配線１８同士が短絡するおそれがある。これにより、スパークが引き起こされる場合がある。

本発明は、電解液がケースに充填され、正極及び負極から電力を取り出す電池において、ケース内の圧力が増加したときに、電解液をケースから放出するためにケースに設けられた安全弁と、ケースの外部において安全弁を覆う排気カバーと、安全弁に対応する領域を含む排気カバーの少なくとも一部の領域を覆う難燃性部材と、難燃性部材の上に設けられた配線と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、電池の内部短絡が発生したときに安全弁から放出される高温高圧の電解液によって、排気カバーの安全弁に対応する領域に穴が空いても、その穴から放出される高温高圧の電解液によって配線が受ける熱影響を軽減できる。例えば、高温高圧の電解液によって配線の被覆が溶かされてしまうことを防止できる。

本発明の電池であって、正極の端子と負極の端子は、ケースの外面からそれぞれ突出しており、安全弁と、排気カバーと、難燃性部材と、配線は、正極の端子と負極の端子との間に位置することが好適である。

かかる構成によれば、正極端子と負極端子との間のスペースを有効活用することができる。

本発明の電池であって、難燃性部材は板状の部材であって、その厚さは０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることが好適である。

かかる構成によれば、高温高圧の電解液によって配線が受ける熱影響の軽減と排気カバーと難燃性部材と配線との積層方向の高さを抑えることとの両立を達成できる。

本発明によれば、安全弁から放出される高温高圧の電解液によって、安全弁を覆う排気カバーの上に設けられる配線が受ける熱影響を軽減できる。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本実施形態に係るリチウムイオン電池の斜視図である。図２は、本実施形態に係るリチウムイオン電池の断面図であり、図３は上面図である。図１及び図３に示すように、複数の単位セル１９が互いに隣接するように配列されて電池モジュールが構成されている。以下、図１〜図３を参照しながら説明する。

単位セル１９は、中空の直方体形状のケース２０を有する。図２に示すように、ケース２０の内部には、例えばＬｉＣｏＯ₂からなる正極２１と例えば炭素からなる負極２２とを備え、リチウムイオンを含む電解液２３が充填されている。正極２１と負極２２は、セパレータ２４によって仕切られている。電解液２３に含まれるリチウムイオンはセパレータ２４を通って移動することができる。正極２１は正極端子２５に接続され、負極２２は負極端子２６に接続される。図１及び図２に示すように、正極端子２５及び負極端子２６は、ケース２０の外面からそれぞれ突出している。正極端子２５及び負極端子２６から、単位セル１９の電力を取り出すことができる。

図１〜図３に示すように、単位セル１９のケース２０には、破裂型の安全弁２７が設けられている。図２に示すように、安全弁２７は、ケース２０の内部と外部とを連通する貫通穴２７ａと、その貫通穴２７ａを塞く膜２７ｂと、を含む。単位セル１９において内部短絡が発生し、ケース２０の内部圧力が所定値以上になると、貫通穴２７ａを塞いでいる膜２７ｂが破れ、安全弁２７の貫通穴２７ａを通じて、高温高圧の電解液２３が図２の矢印の方向に放出される。図１及び図２に示すように、ケース２０には、ケース２０の外部において安全弁２７を覆う樹脂製の排気カバー２８が設けられている。図１及び図３に示すように、排気カバー２８は、複数の単位セル１９に跨って単位セル１９の配列方向に延びている。排気カバー２８の末端は外部へ連通しており、安全弁２７から放出された高温高圧の電解液２３は、排気カバー２８を通って外部へ導かれる。

図１〜図３に示すように、排気カバー２８の上には、板状の難燃性部材２９が設けられている。難燃性部材２９は鉄で構成されている。図２に示すように、難燃性部材２９の板厚ｔは１．０ｍｍに設定されており、難燃性部材２９の幅Ｗ１は、排気カバー２８の幅Ｗ２よりも大きい。図１及び図３に示すように、難燃性部材２９は、排気カバー２８の安全弁２７に対応する領域を完全に覆っている。また、図１及び図３に示すように、難燃性部材２９は、複数の単位セル１９に跨って排気カバー２８の延設方向に沿って延びている。

なお、本実施形態においては、難燃性部材２９は鉄で構成されているが、難燃性部材２９は、安全弁２７から放出される高温高圧の電解液２３によって、難燃性部材２９上の配線３０が受ける熱影響を軽減できる材料で構成されていればよく、金属であってもよいし、高耐熱性の樹脂であってもよい。難燃性部材２９は、６００〜７００℃程度の高温に耐えることができる材料で構成されるのが好ましい。また、本実施形態においては、難燃性部材２９の幅Ｗ１を排気カバー２８の幅Ｗ２よりも大きくしているが、難燃性部材２９は、排気カバー２８の安全弁２７に対応する領域を覆うものであればよく、例えば難燃性部材２９の幅Ｗ１と排気カバー２８の幅Ｗ２が同じ寸法であってもよい。

難燃性部材２９の上にはポリ塩化ビニル等の絶縁性材料で芯線を被覆された配線３０が設けられている。図１及び図３に示すように、配線３０は、排気カバー２８及び難燃性部材２９の延設方向に沿って延びている。配線３０は、例えば単位セル１９の電圧検出に用いられるものであってもよい。また、配線３０は難燃性部材２９の上に複数設けられていてもよい。

本実施形態の構成によれば、安全弁２７から高温高圧の電解液２３が放出されて、排気カバー２９の安全弁２７に対応する領域が溶け、その領域に穴が空けられたときにおいても、排気カバー２９の安全弁２７に対応する領域は難燃性部材２９で覆われているので、難燃性部材２９の上に設けられている配線３０が高温高圧の電解液２３によって受ける熱影響を軽減できる。例えば、配線３０の被覆が高温高圧の電解液２３によって溶かされることを防止できる。

特に、難燃性部材２９の上に配線３０が複数設けられていた場合において、本実施形態の構成は有効である。被覆を溶かされた配線３０同士が短絡することを防止できるためである。配線３０同士の短絡が防止されるので、スパークが引き起こされることも防止できる。

従来、正極端子と負極端子が電池ケースの単一の面からそれぞれ突出している電池においては、ケースの外部における正極端子と負極端子との間のスペースはデッドスペースとなっている。本実施形態においては、図１〜図３に示すように、ケース２０の単一の面から突出している正極端子２５と負極端子２６との間に、安全弁２７と、排気カバー２８と、難燃性部材２９と、配線３０が位置している。

本実施形態の構成によれば、ケース２０の外部における正極端子２５と負極端子２６との間のデッドスペースを有効利用することができる。特に、複数の単位セル１９が互いに隣接するように配列された電池モジュールを、電気自動車やハイブリッド車両などの電源に用いる場合において、本実施形態の構成は有効である。電気自動車やハイブリッド車両においては、車両に搭載される機器の配置スペースの制限が厳しいため、極力無駄なスペースは作らずにスペースの有効利用を図ることが好ましいためである。

本実施形態においては、難燃性部材２９は板状の部材であって、図２に示す板厚ｔは１．０ｍｍであるが、難燃性部材２９の厚さは０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。難燃性部材２９の剛性を確保するためには、難燃性部材２９の最小厚さは０．１ｍｍ程度必要であり、難燃性部材２９の質量及び体積を極力低減するためには、難燃性部材２９の厚さは３．０ｍｍ程度以下であることが好ましいためである。かかる構成によれば、排気カバー２８と難燃性部材２９と配線３０との積層方向の高さを抑えることができ、更なるスペースの有効活用を図ることができる。ここで、難燃性部材２９を鉄などの金属材料で構成するときは、その厚さを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。金属材料は樹脂等に比べて比重が大きいため、単位セル１９全体の軽量化の観点からも、その厚さは小さい方が好ましいためである。

本実施形態においては、難燃性部材２９は板状の部材であるとしているが、難燃性部材２９は、安全弁２７に対応する領域を含む排気カバー２８の少なくとも一部の領域を覆うものであればよく、その形状は種々の変更が可能である。また、排気カバー２８は、単位セル１９の外部において安全弁２７を覆うものであればよく、その形状については種々の変更が可能である。

本実施形態においては、リチウムイオン電池の例を中心に説明したが、電解液がケースに充填され、正極及び負極から電力を取り出す電池であって、圧力開放のための安全弁が設けられている電池であれば、本発明を適用することができる。

本実施形態に係るリチウムイオン電池の斜視図である。 本実施形態に係るリチウムイオン電池の断面図である。 本実施形態に係るリチウムイオン電池の上面図である。 従来の安全弁付き電池の斜視図である。 従来の安全弁付き電池の断面図である。 従来の安全弁付き電池の上面図である。

符号の説明

１０ 単位セル、１１ ケース、１２ 正極、１３ 負極、１４ 電解液、１５ セパレータ、１６ 安全弁、１７ 排気カバー、１８ 配線、１９ 単位セル、２０ ケース、２１ 正極、２２ 負極、２３ 電解液、２４ セパレータ、２５ 正極端子、２６ 負極端子、２７ 安全弁、２７ａ 貫通穴、２７ｂ 膜、２８ 排気カバー、２９ 難燃性部材、３０ 配線。

Claims (3)

1. 電解液がケースに充填され、正極及び負極から電力を取り出す電池において、
   前記ケース内の圧力が増加したときに、前記電解液を前記ケースから放出するために前記ケースに設けられた安全弁と、
   前記ケースの外部において前記安全弁を覆う排気カバーと、
   前記安全弁に対応する領域を含む前記排気カバーの少なくとも一部の領域を覆う難燃性部材と、
   前記難燃性部材の上に設けられた配線と、を備えることを特徴とする電池。
2. 請求項１に記載の電池であって、
   前記正極の端子と前記負極の端子は、前記ケースの外面からそれぞれ突出しており、
   前記安全弁と、前記排気カバーと、前記難燃性部材と、前記配線は、前記正極の端子と前記負極の端子との間に位置することを特徴とする電池。
3. 請求項１又は２に記載の電池であって、
   前記難燃性部材は板状の部材であって、その厚さは０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする電池。

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