JP2010262792A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery.
充放電を繰り返し行うことができる二次電池は、近年、各種の分野で広範囲にわたって利用されている。例えば、小型タイプであれば、携帯電話やビデオカメラ等の電子機器の電源として利用され、大型タイプであれば、電気自動車の電源や家庭用の蓄電装置等として利用されている。このような二次電池として、積層型のリチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池が開発されている(例えば、特許文献1,2参照。)。 In recent years, secondary batteries that can be repeatedly charged and discharged have been widely used in various fields. For example, a small type is used as a power source for an electronic device such as a mobile phone or a video camera, and a large type is used as a power source for an electric vehicle or a household power storage device. As such a secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a stacked lithium ion secondary battery has been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
このような二次電池は、正極板及び負極板の少なくとも一方がセパレータで包装された状態で、正極板及び負極板が互いに交互に積層されて積層体を構成している。そして、正極板及び負極板を収納する容器外壁及び端子部分から、充放電等の際に正極板や負極板などで発生する熱を放熱させている。
この放熱の際の伝熱経路は、容器と積層体との接触部を介した経路、電解液を介した経路、容器と積層体との間に充填された気体(乾燥空気又は窒素)を介した経路がある。
In such a secondary battery, at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate is packaged with a separator, and the positive electrode plate and the negative electrode plate are alternately laminated to form a laminate. And the heat | fever which generate | occur | produces in a positive electrode plate, a negative electrode plate, etc. in the case of charging / discharging etc. is radiated from the container outer wall and terminal part which accommodate a positive electrode plate and a negative electrode plate.
The heat transfer path at the time of this heat dissipation is through a path through the contact portion between the container and the laminate, a path through the electrolytic solution, and a gas (dry air or nitrogen) filled between the container and the laminate. There is a route.
しかしながら、上記従来の二次電池の場合、積層体中央に発生した熱を外部へ十分に放熱させることができず、積層体の温度が上昇してサイクル寿命を低下させてしまうといった問題がある。 However, in the case of the above-described conventional secondary battery, there is a problem in that the heat generated at the center of the laminated body cannot be sufficiently dissipated to the outside, and the temperature of the laminated body rises to reduce the cycle life.
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、積層体中央において発生した熱も良好に外部へ放熱して熱暴走を抑え、サイクル寿命を向上させることができる二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a secondary battery capable of improving the cycle life by suppressing the heat runaway by favorably dissipating the heat generated at the center of the laminate to the outside. With the goal.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る二次電池は、正極端子及び負極端子を有する容器と、この容器の内部に設けられ、前記正極端子に接続された正極板と前記負極端子に接続された負極板とがセパレータを介して交互に重ねられた積層体とを備え、前記容器の内部には、電解液が貯蔵されると共に、高熱伝導率ガスが充填されていることを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The secondary battery according to the present invention includes a container having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and a positive electrode plate provided in the container and connected to the positive electrode terminal and a negative electrode plate connected to the negative electrode terminal. The container is characterized in that an electrolyte solution is stored and a high thermal conductivity gas is filled in the container.
この構成によれば、容器内部に高熱伝導率ガスが充填されているので、積層体で発生した熱が高熱伝導率ガスを介して、効率よく容器に伝熱される。
すなわち、積層体から高熱伝導率ガスへの熱流束が大きくなると共に、高熱伝導率ガスから容器への熱流束が大きくなる。換言すれば、積層体から高熱伝導率ガスへの伝熱量が大きくなると共に、高熱伝導率ガスから容器への伝熱量が大きくなる。そして、容器外壁から外部へと放熱がなされる。
一方、積層体においては、積層体の表面から高熱伝導ガスへと熱が移動することにより積層体表面側の温度が低下するので、相対的に高温となった積層体中央の熱が積層体表面側へと移動する。そして、この積層体表面側に移動した熱が、積層体の表面から高熱伝導率ガスへと移動し、容器を介して最終的に外部へと放熱される。
従って、積層体の中央において発生した熱を好適に外部へ放熱することができる。
According to this configuration, since the container is filled with the high thermal conductivity gas, the heat generated in the laminated body is efficiently transferred to the container via the high thermal conductivity gas.
That is, the heat flux from the laminate to the high thermal conductivity gas is increased, and the heat flux from the high thermal conductivity gas to the container is increased. In other words, the amount of heat transferred from the laminate to the high thermal conductivity gas is increased, and the amount of heat transferred from the high thermal conductivity gas to the container is increased. Then, heat is radiated from the outer wall of the container to the outside.
On the other hand, in the laminated body, the temperature at the surface of the laminated body is lowered due to heat transfer from the surface of the laminated body to the high thermal conductivity gas. Move to the side. And the heat which moved to this laminated body surface side moves from the surface of a laminated body to high thermal conductivity gas, and is finally thermally radiated outside via a container.
Therefore, the heat generated at the center of the laminate can be suitably radiated to the outside.
また、本発明に係る二次電池は、前記高熱伝導率ガスは、大気圧よりも高い圧力で充填されていることを特徴とすることを特徴とする。
この構成によれば、高熱伝導率ガスが大気圧以上の圧力で充填されているので、大気圧と同一の圧力で高熱伝導率ガスを充填した場合と比べて、積層体から高熱伝導率ガスへの伝熱量を大きくすることができる。
The secondary battery according to the present invention is characterized in that the high thermal conductivity gas is filled at a pressure higher than atmospheric pressure.
According to this configuration, since the high thermal conductivity gas is filled at a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure, compared with the case where the high thermal conductivity gas is filled at the same pressure as the atmospheric pressure, the laminate is changed to the high thermal conductivity gas. The amount of heat transfer can be increased.
また、本発明に係る二次電池は、前記容器は、前記高熱伝導率ガスを注入可能なガス供給孔を有し、このガス供給孔に逆止弁が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、ガス供給孔に逆止弁が設けられているので、高熱伝導率ガスの充填を容易に行うことができる。
In the secondary battery according to the present invention, the container has a gas supply hole into which the high thermal conductivity gas can be injected, and a check valve is provided in the gas supply hole.
According to this configuration, since the check valve is provided in the gas supply hole, the high thermal conductivity gas can be easily filled.
前記高熱伝導率ガスは、ヘリウムガス又は水素ガスであることを特徴とする。
この構成によれば、高熱伝導率ガスが、ヘリウムガス又は水素ガスであるので、比較的に高い熱伝導率となる。
The high thermal conductivity gas is helium gas or hydrogen gas.
According to this configuration, since the high thermal conductivity gas is helium gas or hydrogen gas, the thermal conductivity is relatively high.
本発明によれば、積層体内部中央において発生した熱も良好に外部へ放熱して熱暴走を抑え、サイクル寿命を向上させることができる二次電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat | fever generate | occur | produced in the laminated body internal center can also be thermally radiated outside, a thermal runaway can be suppressed, and the secondary battery which can improve cycle life can be provided.
本発明に係る一実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
本実施形態に係る二次電池10は、内部に有機溶剤からなる電解液S(図2参照)を貯蔵する容器11と、容器11内に配された積層体12とを備えている。
An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The
図1に示すように、容器11は、アルミニウム製の箱型に形成されたものである。
この容器11は、その上部11aに正極端子15、負極端子16、及び、アルミニウム製の安全弁17がそれぞれ配されている。また、容器11の一側壁部11bの下方には、ガス供給孔11cが形成されており、このガス供給孔11cに逆止弁30が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the
The
安全弁17は、二次電池10の熱暴走時に作動して、二次電池10の安全性を確保している。この安全弁17により、万一容器11の内部における温度や圧力が極度に上昇したとしても、容器11の内部のガスを外部に放出することによって、二次電池10の安全性を確保している。
この安全弁17は、容器11の上部11aに掘り込み加工がなされて、容器11の内圧が所定の圧力以上となった場合に開裂するようになっている。
The
The
逆止弁30は、容器11の外部から内部(順方向)には流体を流し、逆方向に流れようとすると自動的に閉弁するように構成されている。
The
積層体12は、電解液Sに下方が浸漬するようにして交互に複数積層された正極板18及び負極板20と、正極板18及び負極板20との間に配された複数のセパレータ21とを備えている。なお、図1及び図2では、正極板18、負極板20及びセパレータ21は、図を見やすくするために十分に厚さを有するものとして表示されているが、何れもシート状に構成されており、それぞれ密接している。
The
正極板18及び負極板20の各シート縁部のうち上部11a側の縁部には、タブ18A,20Aがそれぞれ配されている。ここで、正極板18及び負極板20において、各タブ18A,20Aは、縁部中央から何れかの側に偏るように配されている。そして、正極板18及び負極板20は、互いのタブ18A,20Aが縁部中央から異なる側に偏って重ならないようにして積層されている。このような構成により、正極板18のタブ18Aは正極端子15と、負極板20のタブ20Aは負極端子16と、それぞれ接続されている。
セパレータ21は、隣り合う正極板18と負極板20とを絶縁するためのものであり、例えば、ポリプロピレン等のシート状の樹脂製とされている。なお、正極板18及び負極板20の少なくとも一方が、タブ18A又はタブ20Aを突出させた状態でセパレータ21に封着されることで、隣り合う正極板18と負極板20とを絶縁するようにしてもよい。
The
このような構成の積層体12は、図2に示すように、その下部が電解液Sに浸漬している。そして、正極板18及び負極板20及びセパレータ21のそれぞれの接面間には、電解液Sが拡散している(毛細管現象)。
As shown in FIG. 2, the lower portion of the laminated
この容器11の内部には、電解液Sと共に、ヘリウムガス(高熱伝導率ガス)Gが充填されている。
ヘリウムガスGは、大気圧よりも高い圧力で充填されている。なお、上記の安全弁17は、ヘリウムガスGの圧力を基準に、温度や圧力が極度に上昇した場合を想定して設計されている。
このヘリウムガスGは、まず、容器11を真空引きにした後に、ガス供給孔11cから逆止弁30を介して、電解液Sと共に充填されたものである。なお、電解液SとヘリウムガスGとを別工程で充填することも可能である。
The
The helium gas G is filled at a pressure higher than atmospheric pressure. In addition, said
The helium gas G is first filled with the electrolyte solution S from the
次に、上記構成からなる二次電池10の放熱作用について説明する。
まず、二次電池10が充放電すると、各正極板18と各負極板20とにおいて熱が発生し、積層体12が昇温する。この積層体12の熱は、積層体12と容器11との接触部や電解液S、あるいはヘリウムガスGを介して容器11に熱移動し、主に容器11の外壁から外部へと放熱される。
Next, the heat radiation effect of the
First, when the
ヘリウムガスGは、高い熱伝導率を有しており、積層体12及び容器11の各熱流束が比較的に大きくなる。換言すれば、積層体12の表面からヘリウムガスGへの伝熱量が大きくなり、ヘリウムガスGから容器11への伝熱量が大きくなる。容器11の熱は、外部へと放熱される。
The helium gas G has a high thermal conductivity, and the heat fluxes of the
積層体12の表面からヘリウムガスGに熱が流れると、積層体12の表面側の温度が低下する。この積層体12の表面側に対して、積層体12の中央側(内方側)の温度が高くなり、積層体12において中央側の熱が表面側に移動する。この表面側に移動した熱は、ヘリウムガスGに流れて容器11を介して外部へと放熱される。
When heat flows from the surface of the stacked
以上説明したように、本実施形態によれば、積層体12からヘリウムガスGへの熱流束が大きくなると共に、ヘリウムガスGから容器11への熱流束が大きくなる。換言すれば、積層体12からヘリウムガスGへの伝熱量が大きくなると共に、ヘリウムガスGから容器11への伝熱量が大きくなる。要するに、積層体12の表面の熱が、容器11に良好に伝熱する。そして、容器11外壁から外部へと放熱がなされる。
一方、積層体12においては、積層体12の表面からヘリウムガスGへと熱が移動することにより積層体12表面側の温度が低下するので、相対的に高温となった積層体12中央の熱が積層体12表面側へと移動する。そして、この積層体12表面側に移動した熱が、積層体12の表面から高熱伝導率ガスへと移動し、容器11を介して最終的に外部へと放熱される。
従って、積層体内部中央において発生した熱を好適に外部へ放熱することができる。
As described above, according to the present embodiment, the heat flux from the stacked
On the other hand, in the
Therefore, the heat generated at the center inside the laminate can be suitably radiated to the outside.
このヘリウムガスGに代えて、相対的に熱伝導率が低い窒素や乾燥空気を充填した場合には、積層体12から容器11へのガスを介した伝熱量は、小さいものとなる。このため、積層体12の中央側の熱が内部に篭り易く、積層体12が過熱する恐れがあった。
これに対して、本実施形態では、積層体12中央において発生した熱も良好に外部へ放熱して熱暴走を抑えることができると共に、サイクル寿命を向上させることができる。
When nitrogen or dry air having a relatively low thermal conductivity is filled in place of the helium gas G, the amount of heat transferred from the laminate 12 to the
On the other hand, in this embodiment, the heat generated at the center of the laminate 12 can be radiated well to the outside to suppress thermal runaway, and the cycle life can be improved.
また、ヘリウムガスGが大気圧以上の圧力で充填されているので、大気圧と同一の圧力でヘリウムガスGを充填した場合と比べて、積層体12からヘリウムガスGへの伝熱量を大きくすることができる。これにより、積層体12の中央において発生した熱を良好に外部へ放熱することができる。
Further, since the helium gas G is filled at a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure, the heat transfer amount from the stacked
また、ガス供給孔11cに逆止弁30が設けられているので、ヘリウムガスGの充填を容易に行うことができる。
Further, since the
また、ヘリウムガスGによれば、各種ガスのうち比較的に熱伝導率が高いので、積層体12の熱を要綱に外部へと放熱することができる。また、不活性であるので、容器11内において電解液Sや積層体12に変質を生じさせることがない。
Further, according to the helium gas G, since the thermal conductivity is relatively high among various gases, the heat of the stacked
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、容器11の形状は、箱型に限定されることなく、他の形状を採用することができ、また、材質もアルミニウムに限定されないのは、当然である。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the shape of the
また、上述した実施形態では、高熱伝導率ガスとしてヘリウムガスGを用いた構成としたが、水素ガスを用いてもよい。この高熱伝導率ガスとしては、熱伝導率が乾燥空気及び窒素ガスよりも高いものを用いることができるが、不活性のものであればより良好である。 In the above-described embodiment, the helium gas G is used as the high thermal conductivity gas, but hydrogen gas may be used. As this high thermal conductivity gas, those having higher thermal conductivity than dry air and nitrogen gas can be used, but an inert gas is better.
10…二次電池
11…容器
11c…ガス供給孔
12…積層体
15…正極端子
16…負極端子
18…正極板
20…負極板
21…セパレータ
30…逆止弁
G…ヘリウムガス(高熱伝導率ガス)
S…電解液
DESCRIPTION OF
S ... Electrolyte
Claims (4)
この容器の内部に設けられ、前記正極端子に接続された正極板と前記負極端子に接続された負極板とがセパレータを介して交互に重ねられた積層体とを備え、
前記容器の内部には、電解液が貯蔵されると共に、高熱伝導率ガスが充填されていることを特徴とする二次電池。 A container having a positive terminal and a negative terminal;
Provided inside this container, comprising a laminate in which a positive electrode plate connected to the positive electrode terminal and a negative electrode plate connected to the negative electrode terminal are alternately stacked via a separator,
The secondary battery is characterized in that an electrolytic solution is stored in the container and is filled with a high thermal conductivity gas.
Priority Applications (1)
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JP2009111659A JP2010262792A (en) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | Secondary battery |
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Publications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110957545A (en) * | 2019-12-16 | 2020-04-03 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | Detection method for thermal runaway diffusion in battery |
-
2009
- 2009-04-30 JP JP2009111659A patent/JP2010262792A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110957545A (en) * | 2019-12-16 | 2020-04-03 | 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 | Detection method for thermal runaway diffusion in battery |
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