JP2010287490A

JP2010287490A - 二次電池

Info

Publication number: JP2010287490A
Application number: JP2009141330A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Matsumura; 一志松村; Masazumi Oishi; 正純大石; Yoichiro Nakajima; 洋一郎中島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】電池内部中央において発生した熱も好適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。
【解決手段】二次電池１０は、内部に電解液を貯蔵する容器１１と、帯状の正極板及び負極板と、正極板及び負極板との間に配されたセパレータと、が一緒に巻回され、容器１１内に配された複数の電極体１２と、容器１１と接触して電極体１２の隙間に配された放熱板（放熱体）１３と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池に関する。

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は、帯状の正極板及び負極板と、正極板及び負極板との間に配されたセパレータと、が巻回された電極体が、容器内に複数配された巻回型のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２１０７２９号公報

しかしながら、上記従来の二次電池の場合、容器外壁に直接接触しない電池内部の熱を十分に外部へ放熱させることができず、正極板、負極板及びセパレータで構成された各電極体の内部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。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、電池内部中央において発生した熱も好適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。

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、内部に電解液を貯蔵する容器と、帯状の正極板及び負極板と、前記正極板及び前記負極板との間に配されたセパレータと、が一緒に巻回され、前記容器内に配された複数の電極体と、前記容器と接触して前記電極体の隙間に配された放熱体と、を備えていることを特徴とする。

この発明は、容器と接触して電極体の隙間に配された放熱体を備えているので、容器壁から離間した、電極体の中心軸線方向中央で発生した熱であっても、放熱体を介して容器へ好適に伝導して放熱させることができる。

また、本発明に係る二次電池は、前記二次電池であって、複数の前記放熱体が、前記電極体間の隙間にそれぞれ配されていることを特徴とする。
この発明は、電極体それぞれからの発熱を好適に容器へ放熱させることができる。

また、本発明に係る二次電池は、前記二次電池であって、前記放熱体には、前記電解液を両側に流通させることが可能な孔が形成されていることを特徴とする。
この発明は、放熱体の孔に電解液を通過させることができ、電解液の性状を電極体間で均質にすることができる。

また、本発明に係る二次電池は、前記二次電池であって、前記放熱体が、シート状の放熱板と、前記容器の内面に沿った接触面を有して、該接触面にて前記放熱板が前記内面に接触した接触部と、を備えていることを特徴とする。
この発明は、放熱体と容器との接触面積を増大させ、容器への放熱量を増大させることができる。

また、本発明に係る二次電池は、前記二次電池であって、前記接触面が、前記放熱板に配された面に対して交差するように、前記接触部が配されていることを特徴とする。
この発明は、接触部の接触面と容器内面との接触面積を好適に確保することができ、放熱板からの熱量を無駄なく伝導させることができる。

また、本発明に係る二次電池は、前記二次電池であって、前記放熱体が、前記電極体の巻回中心に配されていることを特徴とする。
この発明は、放熱体を介して個々の電極体内部における熱を好適に容器へ放熱させることができる。

本発明によれば、電池内部中央において発生した熱も好適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。

本発明の一実施形態に係る二次電池を示す一部破断斜視図である。図１のII−II断面概要図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の電極体の構成を示す一部展開斜視図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の放熱板を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の放熱板の他の例を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の放熱板の他の例を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の（ａ）他の例における図２に相当する断面概要図、（ｂ）放熱板の他の例を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の放熱板の他の例を示す斜視図である。

本発明に係る一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係る二次電池１０は、図１及び図２に示すように、内部に有機材料からなる電解液を貯蔵する容器１１と、容器１１内に配された複数の電極体１２と、電極体１２間に配された放熱板（放熱体）１３と、を備えている。

容器１１は、例えば略直方体形状のアルミニウム製とされ、上部には正極端子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。電極体１２は、図３に示すように、帯状の正極板１８及び負極板２０と、正極板１８と負極板２０との間に配されたセパレータ２１と、を備え、これらが一緒に中心軸線Ｃ回りに巻回されて構成されている。本実施形態では、内周側から外周側に順に、負極板２０、セパレータ２１、正極板１８、セパレータ２１と積層された束を中心軸Ｃ回りに巻回することで、電極体１２が構成されている。なお、図３において、負極板２０を表示するために、セパレータ２１からはみ出すように積層されているが、実際には、セパレータ２１よりも小さい幅で両セパレータ２１、２１によって挟み込まれるようにして積層されている。そして、電極体１２は、容器１１の長辺方向Ｘに一列に配列されている。

正極板１８及び負極板２０には、正極端子１５及び負極端子１６側となる各縁部側に突出するように、タブ１８Ａ，２０Ａがそれぞれ接続されている。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。

放熱板１３は、図４に示すように、シート状の放熱板本体２２と、放熱板本体２２を容器１１の内面１１Ａと接触させる接触部２３と、を備え、電極体１２間の隙間に配された状態で接触部２３にて容器１１と接触している。放熱板本体２２には、電解液を両側に流通させることが可能な孔２２Ａが複数形成されている。この孔２２Ａは、放熱板本体２２に機械加工等によって穿孔されることにより形成される。

接触部２３は、容器１１の内面１１Ａに沿った接触面２３Ａを有し、容器１１の上部側以外の側面及び底面側に、かつ、接触面２３Ａと放熱板本体２２とが断面略Ｔ字状に、すなわち、接触面２３Ａが放熱板本体２２に配された面に対して直交するように配されている。

また、放熱板１３は、接触面２３Ａで容器１１の内面１１Ａを押圧するようにして容器１１内に配されている。放熱板１３を構成する放熱板本体２２及び接触部２３の各構成は、アルミニウムや銅といった熱伝導率の高い金属で構成されている。なお、放熱板本体２２と接触部２３とは、一体に形成されていてもよく、例えば押し出し成形や、互いを溶接等で接続するなどしてもよい。

この二次電池１０によれば、容器の長辺方向Ｘの電極体１２間の隙間に、容器１１と接触した放熱板１３がそれぞれ配されているので、容器１１の内面１１Ａから離間した、電極体１２の中心軸線Ｃ方向中央で発生した熱であっても、放熱板１３を介して容器１１へ好適に伝導して放熱させることができる。この際、各放熱板１３が、電極体１２それぞれからの発熱を好適に容器へ放熱させることができる。

また、放熱板１３の放熱板本体２２に孔２２Ａが形成されているので、この孔２２Ａに電解液を通過させることができ、電解液の性状を電極体１２間で均質にすることができる。

さらに、放熱板１３が、接触部２３を介して容器１１の内面１１Ａと接触されているので、充放電等の際に正極板１８及び負極板２０で発熱した場合、熱を放熱板本体２２から接触部２３を介して容器１１外へと好適に伝導させることができる。この際、接触部２３が、接触面２３Ａで容器１１の内面１１Ａに面接触し、さらに放熱板本体２２から押圧されることにより隙間を最小限として密着していることから、効率良く熱伝達させて容器１１を介して放熱することができる。

特に、接触面２３Ａが、放熱板本体２２に配された面に対して交差するように、接触部２３が配されているので、接触部２３の接触面２３Ａと容器１１の内面１１Ａとの接触面積を好適に確保することができ、放熱板本体２２からの熱量を無駄なく容器１１へ伝導させることができる。

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、接触部２３が容器１１の両側面及び底面に設けられているものとしたが、少なくとも何れかの面に設けられているものとすれば、当該接触面２３Ａを介して効果的に放熱することができる。また、一部の面に接触部２３を設けつつ、設けていない箇所で放熱板本体２２と容器１１の内面１１Ａとの間に隙間を形成してもよい。これにより、当該隙間から放熱板本体２２の両側に電解液を流通させてイオンの受け渡しが可能となり、電池効率の向上も図ることができる。

また、図５に示すように、接触面２５Ａが放熱板本体２２に対して略Ｌ字状になるように接触部２５が配された放熱板２６でもよい。この場合も、略Ｔ字状の場合と同様に、接触部２５の接触面２５Ａと容器１１の内面との接触面積を好適に確保することができる。また、このような構成とした場合には、単に板状の部材を折り曲げ加工することで、放熱板本体及び接触部を有する構成を実現することができる。

さらに、図６に示すように、孔２７Ａを有する多孔質の材質で構成される放熱板２７を選択しても良い。また、放熱板の表面に絶縁膜が配されたものでも構わない。

また、放熱体は、電極体１２間の隙間に配されるだけでなく、電極体１２の隙間に配されるものであってもよい。例えば、図７に示すように、電極体１２の中心軸線Ｃに沿って巻回中心に配される芯部２８と、芯部２８を容器１１の内面と接触した接触部３０と、を備えた放熱体３１でもよい。

この場合、放熱体３１を介して個々の電極体１２の内部における熱を好適に容器１１へ放熱させることができる。なお、本例では、電極体１２間の隙間に配する放熱板１３については設けない構成としたが、これに限るものではなく、両者を具備した構成としても良く、これにより、より効率的に放熱を行うことが可能となる。

また、図８に示すように、放熱板１３の放熱板本体２２に、消火剤収容構造体３２を固定させたものでも構わない。ここで、消火剤収容構造体３２には、粉状のＡＢＣ消火剤等からなる図示しない消火剤が収納されている。消火剤収容構造体３２は、例えば、アルミニウムが蒸着されたフィルム等からなり、消火剤をラミネートして、１００〜３００℃の温度で破壊されて消火剤を外部へ放出するように構成されている。

この場合、電極体１２内部で内部短絡等により発熱・熱暴走した場合、１００〜３００℃の温度で消火剤収容構造体３２が破壊することによって、内部に収納された消火剤を外部へ放出させることができ、内部温度が５００℃になる前の速やかな消火を、より効果的に行う事ができる。

１０二次電池
１１容器
１１Ａ内面
１２電極体
１３，２６，２７放熱板（放熱体）
１８正極板
２０負極板
２１セパレータ
２２放熱板本体
２２Ａ，２７Ａ孔
２３，２５，３０接触部
２３Ａ，２５Ａ接触面
３１放熱体

Claims

内部に電解液を貯蔵する容器と、
帯状の正極板及び負極板と、前記正極板及び前記負極板との間に配されたセパレータと、が一緒に巻回され、前記容器内に配された複数の電極体と、
前記容器と接触して前記電極体の隙間に配された放熱体と、
を備えていることを特徴とする二次電池。
複数の前記放熱体が、前記電極体間の隙間にそれぞれ配されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記放熱体には、前記電解液を両側に流通させることが可能な孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。
前記放熱体が、シート状の放熱板と、
前記容器の内面に沿った接触面を有して、該接触面にて前記放熱板が前記内面に接触した接触部と、
を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の二次電池。
前記接触面が、前記放熱板に配された面に対して交差するように、前記接触部が配されていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
前記放熱体が、前記電極体の巻回中心に配されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。