JP2009135088A - 電池パックおよび電池搭載機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電池が異常をきたして熱暴走し、熱が発生した場合であっても、電池パックや電池パック内の異常をきたした電池以外の電池が高温になることを防止することができる電池パック及び電池搭載機器を提供する。
【解決手段】電池パック１の中であって筐体２と電池３との間の空間に熱吸収部材４を配置する。熱吸収部材４は１つの電池３が熱暴走しても、そこから発生する熱を吸収し、他の電池３が熱暴走することを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックおよび電池搭載機器に関し、特に複数の素電池を備え該素電池はリチウムイオン電池である電池パックおよび電池搭載機器に関するものである。

近年、電子機器の多様化にともない高容量、高電圧、高出力であって、かつ安全性の高い電池や電池パックが求められている。特に安全性の高い電池や電池パックを提供するために、電池や電池パックに、温度の上昇を防ぐためのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）や温度ヒューズ、さらには電池の内部圧力を感知して電流を遮断させる保護回路等、種々の保護手段を備える技術が知られている。また、電池が異常状態（例えば熱暴走状態）にならないように電池の充放電を制御する制御回路を電池パックに備える技術も知られている。

しかしながら、上述のような保護手段や制御回路を備えていても、電池が異常な条件下に置かれた場合、電池が高温になったり、内部から高温の可燃性ガスが噴出する可能性がある。その場合、電池を収納している電池パックの筐体が破損や溶融、過熱したり、噴出した可燃性ガスが電池パックの外部に漏れ出すおそれがある。

このような現象を防止する方法として、複数の電池を筐体に収納した電池パックにおいて、電池から放出されたガスを筐体内で拡散させながら温度と圧力を低下させて、筐体の外部へ放出する方法（例えば、特許文献１参照。）や、電池の内部の圧力が所定値以上に昇圧したときにガスを放出する安全弁を持つ単電池を複数個配列して接続した単電池群に、膨張してダクト状になるバッグを取り付け、大量のガスが発生した場合にこのバッグが膨張することでダクトが形成され、その後、電池が放出したガスを外部へ排出させ、排出ガスの圧力を低下させる方法（特許文献２参照）が提案されている。
特開２００５−３２２４３４号公報 特開２００５−３３９９３２号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載されている技術を用いても、電池からガスが放出されるような異常時の場合、電池の表面や排出されたガスはかなりの高温になる可能性が十分考えられ、電池やガスの発する熱により、隣接する電池が次々と高温になり、電池パックの内部の全ての電池が異常になったり、電池パックの筐体が熱によって溶融するようなことが考えられる。また排出されるガスは可燃性のガスであるため、さらに温度が上昇してしまう恐れがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池が異常をきたして熱暴走し、熱が発生した場合であっても、電池パックや電池パック内の異常をきたした電池以外の電池が高温になることを防止することができる電池パック及び電池搭載機器を提供することにある。

本発明に係る電池パックは、複数の素電池と、前記素電池を収納する筐体と、前記素電池から発生する熱を吸収する熱吸収部とを備え、前記素電池はリチウムイオン電池であり、前記熱吸収部は、前記素電池のうちの一つが熱暴走した際に該素電池内部から発生するガスの熱を吸収して該ガスの温度を３００℃以下にすることにより、熱暴走した該素電池に隣接する別の前記素電池の熱暴走の発生を防止する構成を備えている。ここで熱暴走というのは、素電池の内部温度が２００℃以上に上昇し且つ電池内部の化学反応が進んで電池内部の温度上昇が加速的に進む状態のことである。この場合、素電池内の正極活物質・負極活物質が熱分解されて高温の可燃性のガスが発生する。また、隣接する別の素電池の熱暴走の発生を防止するというのは、別の素電池は外部から熱を加えられてセパレータが溶融したり活物質の物理的化学的構造が変化したりすることにより熱暴走が発生するので、別の素電池に加えられる熱がセパレータの溶融や活物質の構造変化が生じる熱の量よりも少なくなるように熱伝達を抑制することをいう。

この構成によれば、熱吸収部によって、電池から発せられる熱が吸収されるので、連鎖的な熱暴走が防止され、熱による筐体の損傷も抑制される。熱吸収部は、電池が発する熱によって融解や気化などの物理的変化および化学変化の少なくとも一方が生じる物質を含んでいることが好ましい。また、熱吸収部は、物理的変化や化学的変化を生じなくても熱を速やかに電池パック外に伝達して放出する物質を含んでいてもよい。

前記筐体は、比熱が０．５Ｊ／ｇ・Ｋ以上の物質より構成されているものであるとすることもできる。

また、前記熱吸収部は前記筐体の内部に設置されている構成とすることができる。このとき熱吸収部は筐体と素電池との間の空間をほぼ充填していることが好ましい。熱吸収部は、固体であってもよく、液体であってもよく、気体であってもよい。熱吸収部が固体であれば、取り扱いが容易であるため電池パックの組み立てが容易である。熱吸収部が液体であれば、筐体と電池との間の空間の形状が複雑な場合であっても、当該空間に熱吸収部を充填することが容易となる。熱吸収部が気体であれば、電池パックを軽量化することが容易である。

前記熱吸収部は比熱が０．５Ｊ／ｇ・Ｋ以上の物質からなる構成とすることができる。

また、さらに前記ガスを前記筐体の外部へと導く排気経路を備えており、前記ガスは前記素電池に備えられた放出口から放出される構成であることが好ましい。この構成によれば、素電池の内部から放出されたガスが電池パック内の他の素電池に触れることなく電池パック外部へ放出されるため、電池パック内のほかの素電池が異常になる恐れが低減される。また、排気経路によってガスが冷却される。

本発明に係る第１の電池搭載機器は、上述の電池パックを備えている。この構成によれば、電池搭載機器が電池から発せられる熱によって損傷を被ることが防止される。

また、本発明に係る第２の電池搭載機器は、複数の素電池と、前記素電池を収納する収納室と、前記素電池から発生する熱を吸収する熱吸収部とを備え、前記素電池はリチウムイオン電池であり、前記熱吸収部は、前記素電池のうちの一つが熱暴走した際に該素電池内部から発生するガスの熱を吸収して該ガスの温度を３００℃以下にすることにより、熱暴走した該素電池に隣接する別の前記素電池の熱暴走の発生を防止する構成である。この構成によれば、電池搭載機器が電池から発せられる熱によって損傷を被ることが防止される。

また、さらに前記ガスを前記筐体の外部へと導く排気経路を備えており、前記ガスは前記素電池に備えられた放出口から放出される構成とすることができる。

本発明の電池パック及び電池搭載機器は、熱吸収部が電池から発する熱を吸収するので、熱暴走の連鎖を防止でき、電池から発する熱により電池パックが損傷することが防止されるとともに電池搭載機器の損傷を防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電池パック１の構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す電池パック１のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。また、本実施形態に係る電池搭載機器は、図１に示す電池パック１を搭載し、電源として用いる例えば携帯型パーソナルコンピュータやビデオカメラ等の電子機器、四輪車や二輪車等の車両、電動工具、その他の電池搭載機器である。電池搭載機器が車両であった場合、電池パック１は、例えば車両に搭載された電装機器の電源として用いられたり、電気自動車やハイブリッドカー等の動力用電源として用いられたりする。

図１に示す電池パック１は、略直方体の箱状の筐体２の内部に、複数の円筒形の電池３（素電池）が接続されて構成された組電池１１を収納している。各電池３には、シート状の電池缶絶縁体１３が巻装されて、隣り合う電池３，３間の絶縁が図られている。筐体２は、電池収納部７と電池パック蓋８とから構成されている。電池収納部７には電池３から放出されたガスを電池パック１の外部へ放出する開口部９（放出孔）が設けられている。

筐体２の内壁、すなわち電池収納部７と電池パック蓋８との内壁には、筐体２と組電池１１との間の空間を埋めるように形成された熱吸収部材４（熱吸収部）が取り付けられている。また、電池収納部７の外壁には、組電池１１から電気を取り出す電池パック端子１０が取り付けられている。電池収納部７と電池パック蓋８とは、例えば鉄、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅、ステンレス等、不燃材料である金属や、液晶性全芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホン、芳香族ポリアミドなどの耐熱性のある樹脂、または金属と樹脂との積層体を用いて構成されている。そして、電池収納部７が電池パック蓋８によって覆われて閉じられることにより、略直方体の箱状の筐体２が構成されるようになっている。

図３は、電池３の構造を示す概略断面図である。図３に示す電池３は、巻回構造の極板群２８を有する非水電解質二次電池、例えば円筒形１８６５０サイズのリチウムイオン二次電池である。極板群２８は、正極リード集電体１８を備えた正極板１７と、負極リード集電体２０を備えた負極板１９とが、セパレータ２１を介して渦巻き状に巻回された構造を有している。極板群２８の上部には上部絶縁板２２が、下部には下部絶縁板２３がそれぞれ取り付けられている。そして、極板群２８、及び非水電解液（図示省略）が入れられたケース２４は、ガスケット２５と封口板２６と正極端子２７とで封口されている。

図３に示す正極板１７は、例えばアルミ箔等の金属箔からなる正極集電体の表面に、正極活物質が略均一に塗着されて構成されている。正極活物質は、リチウムを含む遷移金属含有複合酸化物、例えば、非水電解質二次電池に使用されるＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等の遷移金属含有複合酸化物を含有する。これらの遷移金属含有複合酸化物の中でも、高い充電終止電圧を使用でき、また高電圧状態で添加剤がその表面に吸着あるいは分解して良質な被膜を形成しうるＣｏの一部を他の元素で置換した遷移金属含有複合酸化物が好ましい。このような遷移金属含有複合酸化物としては、具体的には、例えば、一般式Ｌｉ_ａＭ_ｂＮｉ_ｃＣｏ_ｄＯ_ｅ（ＭはＡｌ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、およびＭｏからなる群から選択される少なくとも一種の金属であり、且つ０＜ａ＜１．３、０．０２≦ｂ≦０．５、０．０２≦ｄ／ｃ＋ｄ≦０．９、１．８＜ｅ＜２．２の範囲であって、更にｂ＋ｃ＋ｄ＝１であり、０．３４＜ｃである）で表される遷移金属含有複合酸化物が挙げられる。特に、上記一般式において、Ｍが、Ｃｕ及びＦｅからなる群から選択される少なくとも一種の金属であることが好ましい。

また、図６に示す負極板１９は、例えば銅箔等の金属箔からなる負極集電体の表面に、負極活物質が略均一に塗着されて構成されている。

負極活物質としては、炭素材料、リチウム含有複合酸化物、リチウムと合金化可能な材料等、リチウムを可逆的に吸蔵放出可能な材料、及び金属リチウムを用いることができる。炭素材料としては、例えば、コークス、熱分解炭素類、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素類、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長炭素系）、不定形炭素、有機物の焼成された炭素材料等が挙げられる。これらは単独または二種以上を混合して使用してもよい。これらの中でもメソフェーズ小球体を黒鉛化した炭素材料や、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛材料が好ましい。また、リチウムと合金化可能な材料としては、例えば、Ｓｉ単体あるいはＳｉとＯとの化合物（ＳｉＯ_ｘ）等が挙げられる。これらは単独または二種以上を混合して使用してもよい。上記のようなケイ素系の負極活物質を使用することにより、さらに高容量の非水電解質二次電池が得られる。

そして、封口板２６の略中央には、略円形の溝２９が形成されており、ケース２４内でガスが発生して内部圧力が所定の圧力を超えると、溝２９が破断してケース２４内のガスを外部へ放出するようになっている。また、正極端子２７の略中央部には、外部接続用の凸部が設けられ、この凸部に電極開口部３０（放出口）が設けられており、溝２９が破断して放出されたガスを、電極開口部３０から電池３の外部へ放出させるようになっている。

図４は、組電池１１の概略構成を示す説明図である。図４に示す組電池１１は、６個の電池３が、接続板１２によって直列接続されて構成されている。接続板１２と、各電池３とは、例えば溶接されて接続されている。また、各電池３には、シート状の電池缶絶縁体１３が巻装されている。このように構成された６個の電池３による直列回路の両端部が、接続リード線１４を介して２つの電池パック端子１０にそれぞれ接続されている。

図３に示すように、極板群２８を渦巻き状に巻回することで電池３を構成すると、極板面積を増大させつつコンパクトな形状にすることが容易となる。そのため、極板群２８を渦巻き状に巻回することで電池３を構成することが、一般的に広く行われている。そして、このように極板群２８を渦巻き状に巻回して電池３を構成すると、電池３は必然的に円筒形状となる。

一方、電池パック１は、電池搭載機器の筐体内に収納されたり、あるいは電池搭載機器の外壁に取り付けられて使用されるため、機器筐体への収納のし易さ、取り付け易さから、電池パック１の筐体２は方形の箱状にされるのが一般的である。そうすると、電池３は円筒形、筐体２は方形になるため、方形の筐体２に円筒形の電池３を収納すると、互いに形状が異なるために筐体２内に電池３を詰め込んでも筐体２内部には電池３が存在しない多くの空間ができる。その空間に熱吸収部材４を充填して熱吸収部として使用することが可能となる。そこで、本実施形態の電池パック１では、筐体２の内壁と電池３との間に電池から発する熱を吸収する熱吸収部材４を取り付けることで、電池３から発する熱および電池３の電極開口部３０から出されるガスの熱（例えば熱暴走時の熱）を吸収させて、特にガスの温度が３００℃以下になるようになっている。そしてこのガスは、電池パック１の筐体２の内部のうち、各電池３の正極端子２７が位置する周囲に設けられた空間を排気経路として流れていき、開口部９から電池パック１の外部に排出される。

熱暴走時に電池３内から発生するガスは、正極及び負極活物質や電解液から生成した複数種類の可燃性ガスであり３００℃よりも高い温度になると自然発火するするおそれがある。しかし、本実施形態では熱吸収部材４によりガスの温度が３００℃以下になるよう熱が吸収され、ガスは電極開口部３０から電池パック１外部に排気される。なお、電池３の内部温度が２００℃以上になるとセパレータが溶融して内部でショートが生じるが、熱吸収部材４によりガスの温度が３００℃以下になるよう熱が吸収され、ガスは電極開口部３０から電池パック１外部に排気されれば、隣接する電池の内部最高温度は２００℃よりも低い温度となるので、内部ショートは発生しない。

上述のように形成された電池パック１は、電池３が内部短絡や過充電などで発熱し、さらに電池３内部から高温のガスが放出される熱暴走の状態に至った場合であっても、熱吸収部材４によって電池３が発する熱を吸収するため、熱によりパックが損傷したり、放出されたガスの自然発火による燃焼が防止されるため電池パック１の損傷を防止することができる。

熱吸収部材４は、電池３から熱暴走によって発生するガスの温度を３００℃以下に保つことができ且つ熱暴走によって発生する熱から隣接する電池３を守って隣接する電池３の熱暴走を防止できれば材料はどのようなものであってもよいが、例えばアルミニウムやチタンなどの金属やセラミック、砂等の不燃性の固体や水やイミダゾリウム塩系、ピリジニウム塩系、脂肪族四級アンモニウム塩系などのイオン性液体等の不燃性液体やアルゴン、窒素、二酸化炭素などの不燃性気体、あるいは、株式会社ＰＤＭ研究所製のヒートバスターＴＫ２のような不燃性断熱材や住友スリーエム株式会社の延焼防止材ファイヤーバリヤーなど比熱が０．５Ｊ／ｇ・Ｋ以上の高比熱な物質を用いることができる。例えば、アルミニウムの比熱は０．９Ｊ／ｇ・Ｋ、アルミナは０．６〜０．８Ｊ／ｇ・Ｋ、炭化珪素は０．６７Ｊ／ｇ・Ｋである。ヒートバスターＴＫ２は水を多量に含むゲル状物質であり、水の気化熱により熱吸収を行う。ファイヤーバリヤーは熱を吸収することで膨張し、膨張によって断熱効果が得られるものである。

また、本実施形態では熱吸収部材４として、固体の材料を筐体２の内壁に取り付ける例を示したが、必ずしも筐体２に取り付けられている必要はなく、筐体２内の電池３の近傍（周囲）に配置されていればよく、あるいは筐体２と一体に成形されていてもよい。

このような、不燃性の物質を熱吸収部材４として用いることで、電池３が内部短絡や過充電により熱暴走した電池３から発する熱や、電池３から放出されるガスの熱で、他の電池３が熱暴走することなく、また熱吸収部材４が燃えることなく、電池パック１が損傷することを防止することができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る電池パック１ａは、図７に示すように不燃性のゲル状の熱吸収部材４ａを筐体２と電池３との間に直接充填している。熱吸収部材４ａは比熱が０．５Ｊ／ｇ・Ｋ以上であって、充填するだけで電池３の周りを覆うので、容易に電池パック１ａを製造できる。なお、熱吸収部材４ａはゲル状物に限定されず、液体や気体であってもよい。実施形態１と同じ部分は説明を省略する。

本実施形態の電池パック１ａおよびそれを用いた電池搭載機器は製造が容易であり、それ以外に実施形態１と同じ効果を奏する。

（実施形態３）
実施形態３に係る電池パック１ｂは図５に示すように略直方体の筐体２の中に６本の電池３が並べられており、隣り合う電池３，３の間には平板状の熱吸収部材４ｂ（熱吸収部）が設置されている。熱吸収部材４ｂは比熱が０．５Ｊ／ｇ・Ｋ以上である。隣り合う２つの電池３，３間の距離はｔであり、熱吸収部材４ｂの厚みは接続板１２の厚み及び電池３を筐体２内に詰め込むための隙間の分だけｔよりも小さくなっている。電池３は電池缶絶縁体１３を介して熱吸収部材４ｂに接触しており、電池３から熱を素早く吸収できる。実施形態１，２と同じ部分は説明を省略する。

本実施形態の電池パック１ｂは簡単な構造であり、この電池パック１ｂおよびそれを用いた電池搭載機器は実施形態１と同じ効果を奏する。

（実施形態４）
実施形態４の電池パック１ｃは、図８に示すように、実施形態２の電池パック１ａに、各電池３の電極開口部３０を覆うように各電池３の封口部にガス収集部材１６を取り付け、各ガス収集部材１６と開口部９とをつなぐ排気経路５を筐体２内にさらに備えている。排気経路５の断面積は、筐体２内に配置される電池３の容量で決められる。目安として電池３の容量が２Ａｈ程度ならば１６ｍｍ^２以上、５Ａｈ程度ならば４０ｍｍ^２以上、１０Ａｈ程度ならば８０ｍｍ^２以上であることが望ましい。また、排気経路５の材質は吸熱性を考慮して銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属が好ましい。本実施形態では、排気通路５の壁部がガスの熱を吸収する熱吸収部の役割も果たしている。また、排気経路５は、内壁に突起部１５を有した形状によって構成されており、突起部１５によって吸熱効果が増大される。実施形態１，２と同じ部分は説明を省略する。

本実施形態の電池パック１ｃおよびそれを用いた電池搭載機器は電池３からガスが放出されてもそれを速やかに電池パック１ｃの外に導き出すことができ、また導き出す際にガスを冷却するので、より安全な電池パックであり、それ以外に実施形態１と同じ効果を奏する。

（実施形態５）
実施形態５の電池搭載機器は、図１０に示す複数個の電池３と回路基板５１とを搭載するＵＰＳ（無停電電源装置）であって、電池パック筐体は電池搭載機器本体の筐体２ａに含まれている。電池搭載機器の筐体２ａには銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属を材料として用い電池３の周囲に熱吸収部材４ａを配置し、さらに筐体２ａ内部に電池収納室７ａおよび排気経路５ａを設け、排気経路５ａの材質として銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属を用いている。このような構成であるので、電池３の１つが内部短絡や過充電などで発熱して熱暴走し、さらに電池３内部から高温のガスが放出された場合であっても、電池搭載機器の筐体２ａや熱吸収部材４ａ、排気経路５ａによって電池から発せられる熱が吸収され他の電池３の熱暴走を防止するため、熱により電池搭載機器が損傷することが防止され、放出されたガスによるダメージは生じない。なお、実施形態１〜４と同じ部分は説明を省略する。

本実施形態の電池パック、電池搭載機器は、実施形態４と同じ効果を奏する。

（その他の実施形態）
以上に説明した実施形態は本発明の例示であって本発明はこれらの例に限定されない。例えば図６に示すように、電池３を一列に並べるだけではなく、筐体２ｅの内部に電池３を複数の列に配列し、各列の間の配線空間に、熱吸収部材４ｅを配置してもよい。

また、電池パックは、円筒形の電池を筐体に複数収納している例を示したが、電池は円筒形に限られず、筐体に収納される電池は１個であってもよい。

熱吸収部材として不燃性の液体や気体の材料を用いる場合は、熱を伝えやすい容器、例えばアルミニウム箔製の袋にこれらの材料を封入したものを、熱吸収部として用いるようにしてもよい。また、熱吸収部材として液体の材料を用いる場合は、例えば高分子材料に含ませてゲル状物質として充填するようにしてもよい。

また、必ずしも熱吸収部材を筐体とは別に備える必要はなく、例えば筐体の素材に、熱吸収部材を練り込む等してもよい。これににより、筐体そのものが熱吸収部材の役割も果たし、筐体が電池から発する熱を吸収し、電池パックの損傷を防止することができる。

さらに電池パックを電池搭載機器に搭載する必要はなく、電池搭載機器の中に直接素電池を複数個収納する収納室を設け、その内部空間に熱吸収部材を入れてもよい。

実施形態４，５において熱吸収部材４ａを取り除き、排気経路５,５ａだけを熱吸収部としても構わない。

また、排気経路の一部として電池３が隔壁として使用されるため、電池３の外周に配置しても同様の効果が得られる。例えば電池３間に、板状の熱吸収部材４を間隔ｔに挟み込むように配置しても、電池３表面に捲き付ける様に配置してもよい。

以下、電池パックの変形例及び電池パックを搭載した機器について説明する。

図１１は、電池パック３３を搭載したノート型パソコン３４の全体構成を示す斜視図である。図１２は、図１１の電池パック３３の分解斜視図である。図１３は、図１１のXIII−XIII線断面図である。図１４は、図１３のXIV−XIV線断面図である。

各図に示すように、ノート型パソコン３４は、ディスプレイ３５を有するパソコン本体３６と、このパソコン本体３６の後部に装着された電池パック３３とを備えている。

電池パック３３は、前記電池３を６個組み合わせた組電池３７と、前記各電池３から異常時に放出されるガスの熱を吸収する熱吸収部材４と、組電池３７及び熱吸収部材４を収納する電池収納部３９と電池パック蓋４０からなる筐体３８とを備えている。

熱吸収部材４は組電池３７と筐体３８との隙間に電池３に接するように配置されている。

前記電池パック３３においても、電池３が内部短絡や過充電などで発熱し、電池３内部からガスが噴出した場合であっても、熱吸収部材４によって電池から発せられる熱が吸収され他の電池３の熱暴走を防止するため、熱により電池パックおよび電池搭載機器が損傷することが防止され、放出されたガスによるダメージは生じない。

次に、電池パックの変形例及びその電池パックを搭載した電動アシスト型の電気自転車について説明する。

図１５は、電池パック４１を搭載した電気自転車４２の全体構成を示す側面図である。図１６は、図１５の電池パック４１の分解斜視図である。図１７は、図１６のXVII−XVII線断面図である。

各図に示すように、電気自転車４２は、自転車本体４３と、この自転車本体４３に設けられたホルダ４４と、このホルダ４４に装着される電池パック４１とを備え、電池パック４１の電力により図外のモータを駆動するようになっている。

電池パック４１は、前記電池３を１２個組み合わせた組電池４５と、各電池３から異常時に放出されるガスの熱を吸収する熱吸収部材４と、組電池４５及び熱吸収部材４を収納する電池収納部４７と電池パック蓋からなる筐体４６とを備えている。

組電池４５は、直列に接続された３個の電池３を１セットとし、４セットを並列に接続したもの（図１７では２セットをそれぞれ並列に接続した状態を示している）である。

前記電池パック４１においても、電池３が内部短絡や過充電などで発熱し、電池３内部からガスが噴出した場合であっても、熱吸収部材４によって電池から発せられる熱が吸収され他の電池３の熱暴走を防止するため、熱により電池パックおよび電池搭載機器が損傷することが防止され、放出されたガスによるダメージは生じない。

次に、電池パックの変形例及びその電池パックを搭載したハイブリッド式自動車について説明する。

図１８は、電池パック４９を搭載したハイブリッド式自動車５０の全体構成を示す側面図である。図１９は、図１８の電池パック４９の分解斜視図である。図２０は、図１９のXX−XX線断面図である。

ハイブリッド式自動車５０は、複数の電池パック４９と、これら電池パック４９の電力に応じて駆動するモータ５１と、エンジン５２と、モータ５１又はエンジン５２からの動力を受けて回転駆動する車軸５３とを備えている。このハイブリッド式自動車５０は、制動時等の運動エネルギーをモータ５１により回生して各電池パック４９に充電するようになっている。

電池パック４９は、前記電池３を１５個組み合わせた組電池５４と、各電池３から異常時に排出されるガスを収集するガス収集部５５と、組電池５４及びガス収集部５５を収納する電池収納部５７と電池パック蓋５８からなる筐体５６とを備えている。

組電池５４は、直列に接続された６個の電池３を１セットとし、３セットを直列に接続したものである。

電池パック４９は、図１９に示すように、各電池３の電極開口部３０を覆うように各電池３の封口部にガス収集部材５５を取り付け、各ガス収集部材５５と開口部５９とをつなぐ排気経路６０をハイブリッド式自動車５０内にさらに備えている。排気通路６０はガスの熱を吸収する熱吸収部の役割も果たしているため電池３から異常時にガスが放出されてもそれを速やかに電池パック４９の外に導き出すことができ、また導き出す際にガスを冷却するので、他の電池３の熱暴走を防止し、熱により電池搭載機器が損傷することが防止され、放出されたガスによるダメージは生じない。

なお、図１１〜図２０においては、ノート型パソコン、電動式自転車、及びハイブリッド式電気自動車について説明したが、電池パックを搭載した機器としては、単電池で使用する携帯電話やオーディオプレーヤー、また複数の電池を使用する例としてはデジタルスチルカメラ、電動式工具などの電動機器や電子機器が挙げられる。

以上説明したように、上記実施形態によれば、電池３が内部短絡や過充電などで発熱し、さらに電池３内部から高温のガスが放出される熱暴走の状態に至った場合であっても、熱吸収部材４によって電池３が発する熱を吸収するため、熱によりパックが損傷されずに、さらには放出されたガスの自然発火による燃焼が防止されるため電池パック１の損傷を防止することができる。

図３に示す構成の電池３を、以下のようにして作製した。すなわち、正極板１７に、アルミニウム箔集電体に正極合剤を塗着したものを用い、負極板１９に、銅箔集電体に負極合剤を塗着したものを用いた。また、セパレータ２１の厚みを２５μｍとした。正極リード集電体１８と、アルミニウム箔集電体とはレーザ溶接した。また、負極リード集電体２０と、銅箔集電体とは抵抗溶接した。負極リード集電体２０は金属製有底のケース２４の底部と抵抗溶接により電気的に接続した。正極リード集電体１８はケース２４の開放端から防爆弁を有した封口板２６の金属製フィルターにレーザ溶接により電気的に接続した。それからケース２４の開放端から非水電解液を注入した。ケース２４の開放端には溝を入れて座を形成し、正極リード集電体１８を折り曲げ、ケース２４の座部に樹脂製のアウターガスケット２５と封口板２６とを装着して、ケース２４の開放端全周囲をかしめて封口した。

さらに詳細に説明する。

（１）正極板１７の作製
正極板１７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を５重量部相当となるようにして混合する。この混合物を厚み１５μｍのアルミニウム箔集電体に、塗布し、乾燥させた後、圧延して厚みが１００μｍの正極板１７を作製する。

（２）負極板１９の作製
負極板１９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重量部相当になるようにして混合する。この混合物を厚み１０μｍの銅箔集電体に、塗布、乾燥させた後、圧延して厚みが１１０μｍの負極板１９を作製する。

（３）非水電解液の調整
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る。このように調製した非水電解液を１５ｍｌ用いる。

（４）密閉型二次電池３の作製
正極板１７と負極板１９の間に厚み２５μｍのセパレータ２１を配置して捲回し、円筒状の極板群２８を構成した後、金属製有底ケース２４に挿入、非水電解液を注入し、封口して密閉型非水電解質二次電池３を得た。この電池は直径２５ｍｍ、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３に電池缶絶縁体１３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完成電池とした。

（５）組電池１１の製作
上述のように構成した円筒型リチウムイオン二次電池の電池３を６本、図４に示すように配列し、ニッケル製の厚み０．２ｍｍの接続板１２で直列接続した。さらに直列接続された電池３を電池パック端子１０と導通させるための接続リード線１４を、電池３に取り付けて組電池１１を製作した。この組電池１１を電池収納部７に収納し、以下の実施例１から５の通りの熱吸収部材を配置し、電池パック蓋８を電池収納部７の外周部に溶接した。このとき、電池収納部７と電池パック蓋８の材質はステンレス製で最薄部の板厚は０．５ｍｍである。

（実施例１）
図１、図２に示すよう構造の電池パック１をに、熱吸収部材４として住友３Ｍ製のファイヤーバリヤーを使用して構成した。

（実施例２）
図５に示すように、電池３と電池３との間隔ｔを５ｍｍとして配列し、隣接する電池３，３同士の間に配置する熱吸収部材４ｂをセラミックの板とした構成にして実施例３の電池パックを作製した。

（実施例３）
図５に示すように、電池３と電池３との間隔ｔを５ｍｍとして配列し、隣接する電池３，３同士の間に配置する熱吸収部材４として、水を充填し密閉したアルミニウム箔製の袋を用いた構成にして実施例４の電池パックを作製した。

（実施例４）
図５に示すように、電池３と電池３との間隔ｔを５ｍｍとして配列し、隣接する電池３，３同士の間に配置する熱吸収部材４として、株式会社ＰＤＭ研究所製のヒートバスターＴＫ２を充填した構成にして実施例５の電池パックを作製した。

（実施例５）
図８に示すように、電池３と電池３との間隔を５ｍｍとして配列し、銅製のガス収集部材１６と排気経路５とで、電池３の電極開口部３０から放出されるガスを開口部９へ導くようにした。

（比較例１）
図２において熱吸収部材４を取り除いた構成、即ち隣り合う電池と電池とが互いに接するように配列し、筐体内の空隙部分（筐体と電池との間の部分）は、通常の空気とした。電池パックの筐体に設けられた開口部は、そのまま外部に露出させるようにした。

以上の実施例および比較例で得られた各電池パックについて、以下の評価を行った。

（６）釘刺し試験
完成した電池パックを２５．２Ｖまで充電した。その後、温度２０℃中において図９に示す電池パック蓋８にあらかじめ設けた釘刺し用の貫通穴Ａを通して、電池パック内にある一番目の電池３の高さ方向および直径方向の中心部を通過するように、直径２ｍｍの鉄製の釘を、毎秒５ｍｍの速度で電池３を貫通するまで刺してこの電池３を熱暴走状態とした。そして、釘を刺した電池３から排出される高温のガスによって他の電池３がどれくらい影響を受けているかを確認するため、釘刺しした後の、２番目の電池３のＢ点において電池の表面温度の測定を行なった。さらには、１０分間放置した後に、電池パック内の釘刺し電池以外の電池が熱暴走したか否かを確認した。結果を表１に示す。ここで２番目の電池表面温度とは、釘刺しした後の最高温度（ピーク温度）を示している。なお、この最高温度に至る前後では短時間で大きく温度が変化し、ピーク温度が観察される時間もごく短時間である。

表１に示すように、電池から吹き出すガスの熱を何らかの手段で減少させることで、電池パック内の他の電池への熱影響をかなり低減できることが分かる。これは、電池から発せられた熱や排出された高温のガスの熱が熱吸収部によって吸収されているためである。しかし、熱を低減させる手段を講じないもの（比較例１）は、電池から発せられた熱が隣の電池に直接伝わるため、および排出された高温のガスが隣の電池の外面に直接接触するため異常（熱暴走）を引き起こしている。このように、電池から発せられた熱および排出した高温のガスの熱を吸収することで、電池パックの破損や延焼および電池パック内の他の電池の異常を防止することができる。

以上説明したように、本発明に係る電池パックは、電池パック内の電池に異常が発生し、電池から発せられる熱および高温のガスが排出されても、電池パックの破損および電池パック内の他の電池の異常を防止することができ、コンピュータや携帯電話等の電池搭載機器向けの電池パックとして有用である。

実施形態１に係る電池パックの構成を示す斜視図である。 実施形態１に係る電池パックの断面図である。 実施形態１に係る電池の内部構成を示す模式的な断面図である。 実施形態１に係る組電池の概略構成を示す図である。 （ａ）は実施形態３に係る電池パックの断面図であり、（ｂ）は蓋を外した状態の電池パックの上面図である。 他の実施形態に係る電池パックの模式図である。 実施形態２に係る電池パックの断面図である。 実施形態４に係る電池パックの断面図である。 釘刺し試験の釘刺し位置および温度測定位置を示す図である。 実施形態５に係る電池搭載機器の断面図である。 電池パックを搭載したノート型パソコンの全体構成を示す斜視図である。 図１１の電池パックの分解斜視図である。 図１１のXIII−XIII線断面図である。 図１３のXIV−XIV線断面図である。 電池パックを搭載した電気自転車の全体構成を示す側面図である。 図１５の電池パックの分解斜視図である。 図１６のXVII−XVII線断面図である。 電池パックを搭載したハイブリッド式自動車の全体構成を示す側面図である。 図１８の電池パックの分解斜視図である。 図１９のXX−XX線断面図である。

符号の説明

１、３３，４１、４９ 電池パック
１ａ 電池パック
１ｂ 電池パック
１ｃ 電池パック
２、３８、４６、５６ 筐体
２ａ 電池搭載機器筐体
２ｅ 筐体
３ 電池（素電池）
４ 熱吸収部材（熱吸収部）
４ａ 熱吸収部材（熱吸収部）
４ｂ 熱吸収部材（熱吸収部）
４ｅ 熱吸収部材（熱吸収部）
５、６０ 排気経路
６ 空隙部
７、３９、４７、５７ 電池収納部
７ａ 電池収納室
８、４０、４８、５８ 電池パック蓋
９、５９ 開口部
１０ 電池パック端子
１１、３７、４５、５４ 組電池
１２ 接続板
１３ 電池缶絶縁体
１４ 接続リード線
１５ 突起部
１６、５５ ガス収集部材
１７ 正極板
１８ 正極リード集電体
１９ 負極板
２０ 負極リード集電体
２１ セパレータ
２２ 上部絶縁板
２３ 下部絶縁板
２４ ケース
２５ ガスケット
２６ 封口板
２７ 正極端子
２８ 極板群
２９ 溝
３０ 電極開口部（放出口）
３４ ノート型パソコン
３５ ディスプレイ
３６ パソコン本体
４２ 電気自転車
４３ 自転車本体
４４ ホルダ
５０ 電気自転車
５１ モータ
５２ エンジン
５３ 車軸

Claims (8)

1. 複数の素電池と、
   前記素電池を収納する筐体と、
   前記素電池から発生する熱を吸収する熱吸収部と
   を備え、
   前記素電池はリチウムイオン電池であり、
   前記熱吸収部は、前記素電池のうちの一つが熱暴走した際に該素電池内部から発生するガスの熱を吸収して該ガスの温度を３００℃以下にすることにより、熱暴走した該素電池に隣接する別の前記素電池の熱暴走の発生を防止する、電池パック。
2. 前記熱吸収部は前記筐体の内部に設置されている、請求項１に記載されている電池パック。
3. 前記熱吸収部は比熱が０．５Ｊ／ｇ・Ｋ以上の物質からなる、請求項２に記載されている電池パック。
4. 前記筐体は、比熱が０．５Ｊ／ｇ・Ｋ以上の物質より構成されている、請求項１に記載されている電池パック。
5. さらに前記ガスを前記筐体の外部へと導く排気経路を備えており、
   前記ガスは前記素電池に備えられた放出口から放出される、請求項１から４のいずれか一つに記載されている電池パック。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載されている電池パックを備えた電池搭載機器。
7. 複数の素電池と、
   前記素電池を収納する収納室と、
   前記素電池から発生する熱を吸収する熱吸収部と
   を備え、
   前記素電池はリチウムイオン電池であり、
   前記熱吸収部は、前記素電池のうちの一つが熱暴走した際に該素電池内部から発生するガスの熱を吸収して該ガスの温度を３００℃以下にすることにより、熱暴走した該素電池に隣接する別の前記素電池の熱暴走の発生を防止する、電池搭載機器。
8. さらに前記ガスを前記筐体の外部へと導く排気経路を備えており、
   前記ガスは前記素電池に備えられた放出口から放出される、請求項７に記載されている電池搭載機器。

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