JP2011090830A

JP2011090830A - ２次電池

Info

Publication number: JP2011090830A
Application number: JP2009242173A
Authority: JP
Inventors: Yuki Tominaga; 由騎冨永; Takeshi Fujino; 健藤野; Eisuke Komazawa; 映祐駒澤; Minoru Noguchi; 実野口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】電解液の分解ガスを排出するための配管を付加的に設けることなく、分解ガスが電池ケース外部に放出されて車室内に逆流するのを抑制することが可能な構造を有し、かつ大型で高エネルギー密度な電池のための有効な冷却構造を兼ね備えた２次電池を提供する。
【解決手段】正極と、負極と、正極と負極との間に電気的に接続され非水系電解液を有する電池要素と、電池要素を収容する電池ケースと、電池ケースを貫通し冷却風を流通させる中空芯を備えた２次電池であって、中空芯により形成される空間と、電池ケース内の空間はそれぞれ独立しており、かつ中空芯により形成される空間は外部に通じており、中空芯には、電池ケース内の空間が所定の圧力に達した際に、中空芯により形成される空間と電池ケース内の空間を連通させる安全弁を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば自動車駆動用電源に用いて好適なリチウムイオン電池に係り、特に、電池内部において電解液の分解ガスが発生した際に、電池を破裂させることなくガスを排出させ、かつ人のいる車室内へガスが逆流することを抑制する技術に関する。

車載用のリチウムイオン２次電池においては、それぞれ正極、負極、セパレータおよび電解液を有する単電池（セル）が複数個直列に配置されてケースに収納され、充放電制御のためのセルコントローラが接続され、必要な電圧が得られる組電池として利用されている。

リチウムイオンの単電池においては、例えば充電制御が正常にできず、電池が過充電された場合、電解液の分解により電池内部で急激にガスが発生して充満し、この分解ガスの圧力によって電池ケースが破裂することがあった。

この問題に対して、電池ケースに、電池内部圧力を開放する排気弁を設け、電解液の分解ガスが蓄積して内部圧力が上昇した際に、弁を設計動作圧で開弁させることで分解ガスを外部に逃がし、電池ケースの破裂を防止する技術が一般的に知られている。

しかしながら、このような従来の電池ケースでは、電池の冷却風を流通させる通路を分解ガスが逆流し、冷却風を取り入れている車室内へ到達してしまう虞がある。

また、電池ケースが分解ガスにより破裂するという問題に対して、各単電池ケース外部に、排出ガス通路の一部を構成する金属製の管状部材を設けて、これら単電池を接続して組電池とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、単電池を組電池に組んだ際に、各単電池が有する管状部材どうしが連結されて、各単電池からの排出ガスを１つにまとめて流通させる排出ガス通路を構成することができ、これにより排出ガスを電池外部に放出せずに、排出ガス通路を介して一括で回収することができる。

しかしながら、特許文献に記載の金属製の配管で接続する方法では、配管自体の重量が増加するだけでなく、配管の信頼性を確保するための接続部品や固定部品を必要とする。つまり、配管の耐振動性を高めるために、モジュールの拘束構造が別途必要であり、重量、体積が増加することになる。また、配管の接続信頼性の観点で、個々の単電池が有する配管接続とガス漏れを確認する必要があるため、組み立て工数がかかり、モジュール製造コスト増にもつながる。さらに、モジュールの落下や軽衝突であっても、排気信頼性の確保のため、モジュール交換を要することになり、コスト高となる。

また、特許文献に記載の技術では、電極端子部が両サイドに突き出ており、この面は防水の構造を取る。よって冷却風を流すための流路は上下へ抜ける方向になるが、配管の存在により冷却風が妨げられるために、圧損となるため、冷却風を送風するファン容量が大きくする必要があったり、風切り音が発生する等の問題がある。

ところで、角型電池においては、エネルギー密度の観点からは電池を大型化（厚く）して金属ケース比率を低下させることが好ましいが、電池は充放電に伴う発熱により電池内の温度が上昇する為、電池の厚み方向を薄型化し、素子中心部の温度上昇を抑える必要がある。しかしながら、薄型化すると、長細くなるため金属ケース比率が大きくなり、エネルギー密度が向上できないという問題がある。

そのため、電気自動車用途のような大型電池を作成する際に、電解液の分解ガスを車室外に排出できる信頼性の高い構造と、大型で高いエネルギー密度な電池のための有効な冷却方法をかねそろえた軽量なセルやモジュールが求められていた。

特開２００２−２１６７３１号公報

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、可燃性を有する電解液の分解ガスを排出するための配管を付加的に設けることなく、分解ガスが電池ケース外部に放出されて車室内に逆流するのを抑制することが可能な構造を有し、かつ大型で高いエネルギー密度を有する電池のための有効な冷却構造を兼ね備えた２次電池を提供することを目的としている。

本発明の２次電池は、正極と、負極と、正極と負極との間に電気的に物理的に極板同士を接触させないセパレータと、非水系電解液を有する電池要素と、電池要素を収容する電池ケースと、電池ケースを貫通し冷却風を流通させる中空芯を備えた２次電池であって、中空芯により形成される空間と、電池ケース内の空間はそれぞれ独立しており、かつ中空芯により形成される空間は外部に通じており、中空芯には、電池ケース内の空間が所定の圧力に達した際に、中空芯により形成される空間と電池ケース内の空間を連通させる安全弁を有することを特徴としている。

上記構成の２次電池にあっては、電池を貫通する中空芯に安全弁が設けられているので、電解液の分解ガスにより電池の内圧が上昇して一定の圧力に達した際に、安全弁を開放して分解ガスを中空芯内の空間に排出して、電池の内圧を低下させ、電池の破裂を抑制することができる。また、排出後の分解ガスは、中空芯内の空間をそのまま配管として流通させることができる。したがって、本発明の２次電池を複数配列した場合、中空芯内の空間が接続されて１本の配管として機能するので、その配管の最下流側において分解ガスを回収することができる。さらに、電池を貫通する中空芯は外部に通じているので、中空芯内の空間を外気が流通し、平常運転時は中空芯を電池の冷却のために機能させることができる。

本発明の２次電池においては、中空芯の一方の端部には、冷却風導入手段を備え、冷却風導入手段には、逆流防止弁を備え、逆流防止弁は、安全弁が開放するなどの異常状態の際に閉まることを好ましい態様としている。

上記構成の２次電池にあっては、中空芯の一方の側に冷却風導入手段が設けられているので、電池の平常運転時には中空芯に冷却風を導入して電池を効率的に冷却することができる。また、冷却風導入手段には、逆流防止弁が設けられているので、電池の内圧が上昇して分解ガスが排出された場合には、逆流防止弁を閉じることにより、冷却風を取り入れる上流の車室側に分解ガスが逆流することを防止することができる。

本発明の２次電池においては、逆流防止弁は、冷却風を流通させるためのファンの上流に設けられ、かつファンは、安全弁の下流に設けられたことを好ましい態様としている。

上記構成の２次電池にあっては、安全弁が開放され分解ガスが中空芯内に放出されると、上流側の逆流防止弁が閉じる。このとき、安全弁の下流側のファンが駆動し続けているので、閉じた逆流防止弁より下流側すなわち中空芯内の気体密度を下げる。これにより、電池ケース内に残留している分解ガスが、電池内より気圧の低下した中空芯内に引き出され、ファンの方向へ排出される。このように、分解ガスの排出をより確実に行うことができる。

本発明の２次電池においては、中空芯は、水平方向から傾斜していることを好ましい態様としている。

上記構成の２次電池にあっては、分解ガスが中空芯に流入してその一部が凝縮して中空芯内に付着した場合、中空芯が傾斜していることによって、所望の方向へ凝縮液を排出することができる。特に、下流側へ傾斜させることによって、上流側である車室内への逆流を防止することができる。

本発明の２次電池においては、電池要素は、シート状の電極およびセパレータからなる電極群を中空芯に巻回したものであり、安全弁は、中空芯のうち、電極群の非巻回領域に設けられたことを好ましい態様としている。

上記構成の２次電池にあっては、中空芯を電極群の巻芯としても利用しているため、スペースを有効利用することにより、電池容量をより大きくすることができる。

本発明によれば、電解液の分解ガスを排出する配管を電池ケース外に付加的に設ける必要がなく、電池ケース内部を貫通する中空芯内の空間に分解ガスを排出し、電池の破裂を防止することができる。これにより、組電池の組み立ては容易になり、容量減少を最小限に抑えた軽量化と小型化ができる。また、平常時は、中空芯内の空間に冷却風を通して電池の冷却に利用することができ、別途の排気経路が要らなくなる。これにより、放熱性の高い厚セルにでき、長寿命化と高エネルギー密度化の両立ができる。

本発明の一実施形態に係る２次電池の透視斜視図である。本発明の一実施形態に係る２次電池の分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る２次電池を複数配列した例を示す透視斜視図である。電池ケースおよび中空芯の変更例を示す透視斜視図である。（ａ）は本発明の２次電池を複数配列した例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）をさらに複数列設けて自動車等に搭載した例を示す平面図である。本発明の２次電池を複数配列した例を示す斜視図である。本発明の冷却風導入手段の具体例を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る２次電池の分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る２次電池の分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る２次電池を複数配列した例を示す透視斜視図である。本発明の一実施形態に係る２次電池を複数配列した例を示す透視斜視図である。実施例における単電池の中空芯を示す図である。実施例における単電池の電池要素を示す図である。実施例における単電池の電池蓋を示す図である。実施例における単電池の組み立てを示す図である。実施例における単電池の組み立てを示す図である。実施例における単電池を示す斜視図である。実施例における単電池の断面図である。実施例における単電池を複数配列した組電池を示す斜視図である。実施例における単電池を複数配列した組電池の断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る単電池を示す透視図であり、図２は、この単電池の分解斜視図である。単電池Ｃは、リチウムイオン２次電池等であって、筒状に成型された電池ケース１０内を有し、電池ケース１０内には、中空芯２０の周囲にシート状電極およびセパレータが巻回されるかあるいは積層されてなる電池要素２１が収容されている。中空芯２０には、電池ケース内の内圧が上昇して、所定の圧力になった際に開放される安全弁２２が設けられている。この安全弁２２は、中空芯２０を形成する際に、周囲の部分よりも薄く形成するか、破断起点としての溝部を形成する等の手段により弱化部として、安全弁２２が優先的に破壊されやすくなるように形成されている。電池ケース１０の両開口部には、電池蓋１１および１２が嵌められて、溶接等の手段により、電池ケース１０内の空間は密封されている。また、電池ケース１０の上部には、電池要素２１と電気的に接続された正極３０および負極３１が接続されている。中空芯貫通孔２０ａによって、単電池Ｃには電池内部を貫通する空間が形成され、また、開口部１１ａおよび１２ａにより、この空間は外部に通じている。

このような単電池Ｃは、図３に示すように複数個が配列されて組電池とされ、図示しない充放電制御装置に接続されて、自動車等の駆動用電源として利用される。このとき、各単電池Ｃの貫通孔２０ａは、図に示すようにそれぞれ連結されて、組電池を貫通する１本の配管となる。

本発明の２次電池によれば、図１および３に示すように、平常運転時においては、貫通孔を通る流通経路Ａおよび電池外部を通る流通経路Ｂに冷却風を流通させて、電池の冷却を内側と外側から行うことができる。また、過充電によって電解液が分解されて分解ガスが発生し、これが蓄積して電池ケース１１内の内圧が異常に上昇した場合は、所定の圧力で安全弁２２が開放され、分解ガスが電池ケース１１内から中空芯２０の貫通孔２０ａに排出される。これにより、その分電池ケース１１の内圧が減少して、電池ケースの破裂を抑制することができる。排出された分解ガスは、貫通孔２０ａを配管として、流通経路Ａに沿って冷却風によって下流側に流され、外部に放出されるか、必要に応じて回収することができる。

以上説明したように、本実施形態では、電池ケース内部を貫通する中空芯内の空間を平常時は冷却に使用するので、放熱効率が向上するため、電池を厚く形成することができる。また、安全弁の開放時には分解ガスを排出することができるので、従来のように分解ガスを排出する配管や配管固定部材を電池ケース外に付加的に設ける必要がなく、電池モジュールの軽量化・小型化が可能である。

図４は、本発明の２次電池における電池ケースおよび中空芯の変更例を示す図である。図４（ａ）は、上記で説明した矩形のケースおよび矩形の中空芯を有するものであるが、本発明の２次電池はこの形状のみに限定されず、例えば（ｂ）〜（ｄ）に例示するように、電池ケースおよび中空芯の形状は、矩形、円形、楕円形等、限定されない。また、（ｅ）に示すように、１つの電池ケース内に２つ以上の中空芯を貫通させ、それぞれの芯に電池要素を設けた態様でも構わない。

図５は、第１実施形態の２次電池の単電池をサブモジュール化およびパック化して自動車に設置した状態を示す模式図である。図５（ｂ）に示すように、単電池Ｃは、複数個が接続されてサブモジュール化され、隣接する単電池の中空芯が接続され、１本の配管になっている。また、このサブモジュールはさらに複数列配置され、パック化されている。各サブモジュール間には、冷却風流通経路Ｂのための隙間が設けられた状態で、パックケースにボルト等の手段で固定されている。符号４１は固定部材であり、拘束構造４０によって拘束されている。

図において左側である上流の図示しない車室内から冷却風導入手段（車室側ダクト）により冷却風が取り入れられ、冷却風導入手段内にて流通経路ＡおよびＢの２経路に分けられ、２次電池のサブモジュールに供給される。このとき、図５（ａ）に示すように、流通経路Ａは、２次電池の中空芯を通過して２次電池を内側から冷却するものであり、流通経路Ｂは、例えば２次電池の上方から供給されて２次電池を外側から冷却するものである。

このような２次電池サブモジュールあるいは２次電池パックにおいても、電池の過充電によって電解液が分解されて分解ガスが発生し、これが蓄積して電池ケース内の内圧が異常に上昇した場合は、所定の圧力で安全弁が開放され、分解ガスが電池ケース内から中空芯の貫通孔に排出される。これにより、その分電池ケースの内圧が減少して、電池ケースの破裂を抑制することができる。排出された分解ガスは、貫通孔を配管として、流通経路Ａに沿って冷却風と混合されて下流側のファン５０を通過し、排気側ダクト５１に排出され、必要に応じて回収することができる。

本発明においては、冷却風の流通経路は、上述した中空芯を通過する経路と電池上方から供給される経路のみには限定されない。例えば一変更例として、図６に示すように、一方の流通経路Ａは中空芯を通過し、他方の流通経路Ｂは電池の下流側から流通経路Ａと反対の方向に供給される態様でもよい。

図７は、本発明の２次電池の上流側に設けられる冷却風導入手段である、車室側ダクトの例を示している。車室側ダクト５２は、車室内から冷却風を取り入れて流通経路ＡおよびＢの２系統に分割して２次電池に供給するものであるが、この例では、流通経路Ａ側に逆流防止弁５３が設けられていることが好ましい。この逆流防止弁５３は、下流に接続された２次電池のうちの１つにおいて内圧が異常に上昇して安全弁が開放され、電解液の分解ガスが排出された場合に、それを検知して弁を閉じる機能を備えている。

この逆流防止弁５３によれば、排出された分解ガスが管を遡って人のいる車室内に逆流することを防止することができる。なお、安全弁の開放を検知する手段としては、例えば歪みゲージを安全弁に取り付け、安全弁の開放を電気的な信号に置き換えて逆流防止弁５３を作動させるようにすればよい。歪みゲージの他にも、公知のセンサー等を使用することができる。

このような逆流防止弁５３を設ける態様においては、さらに、逆流防止弁が冷却風を流通させるためのファンの上流に設けられ、かつファンが安全弁の下流に設けられることが好ましい。

上記構成によれば、安全弁が開放され分解ガスが中空芯内に放出されると、上流側の逆流防止弁が閉じる。このとき、安全弁の下流側のファンが駆動し続けているので、閉じた逆流防止弁より下流側すなわち中空芯内の気体密度を下げる。これにより、電池ケース内に残留している分解ガスが、電池内より気圧の低下した中空芯内に引き出され、ファンの方向へ排出される。このように、分解ガスの排出をより確実に行うことができるからである。

図８は、本発明の２次電池の変更例を示すものである。図に示すように、電池ケース１３内には電池を貫通する貫通孔を形成する中空芯が設けられているのはこれまでと同様であるが、電池要素２１は、中空芯に直接巻き付けられずに電池ケース１３内の空間に挿入されている。このように、本発明の２次電池は、中空芯に電池要素を巻き付けた例に限定されず、中空芯とは独立に巻回あるいは積層されて製造された電池要素を、電池ケース空間内に単に挿入する態様をも含む。

図９および１０は、中空芯に電池要素が巻回されていない実施形態における変更例を示すものである。図９に示すように、電池ケース１４は、断面が凹型をなしており、中空芯の一側面（電池ケース１４の底部）が外部に開放されていることが好ましい。このような態様によれば、図１０に示すように複数の単電池を配列して組電池とする際に、別途作製した金属または樹脂等からなる封止部材１７を嵌め込んで、貫通孔１５ａを形成することができる。この態様のメリットとしては、図８に示す電池ケース１３では貫通孔部を形成するのに溶接工程を要するのに対して、断面が凹型の電池ケース１４では成型が容易であるという点が挙げられる。

図１１は、本発明の２次電池の変更例を示すものである。図１１に示すように、各中空芯はそれぞれ傾斜して形成され、また、各電池蓋は中空芯貫通孔に合わせた開口部が形成されており、単電池を組電池とした際に形成される１本の配管が、一様に傾斜した配管となるように構成されていることが好ましい。このような態様によれば、中空芯内に排出された分解ガスが凝縮して中空芯に付着した場合、所望の方向へ凝縮液を排出することができる。具体的には、上流である車室側に凝縮液が逆流することは好ましくないので、中空芯を下流側へ傾斜させることによって、車室側への逆流を防止することができる。

以下、本発明の各構成要素について詳細に説明する。
シート状正極層
電池要素を構成するシート状正極層は、アルミニウムからなる正極集電体の両面に正極材料が結着した構造を有する。本実施例の正極材料としては、Ｌｉ酸化物を用い、導電フィラーとして、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ＶＧＣＦなど挙げられる。

シート状負極層
電池要素を構成するシート状負極層は、銅などからなる負極集電体の両面に負極材料が結着した構造を有する。本実施例の負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料やＬｉと金属化合物を形成する合金を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、活性炭、低温炭素体（有機前駆体、例えば、易黒鉛性炭素前駆体として、ピッチ、メソフェーズピッチ、難黒鉛化性炭素前駆体として、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ＰＰＳ、セルロース等）を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素などが挙げられる。

シート状セパレータ層
電池要素を構成するシート状セパレータ層は、ポリオレフィン系微多孔質セパレータ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンを用いることができる。

非水電解液
非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用しても良い。電解質としては、例えば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、四フッ化ホウ素リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_３）_２］等のリチウム塩を挙げることができる。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、通常は０．２ｍｏｌ／Ｌ〜２ｍｏｌ／Ｌ程度である。またＬｉＴＦＳＩなど種々のイオン性液体を混合してもよい。加えて、電解液の保持する、ゲル電解質としてもよくその保持材料としては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）やヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）またはその誘導体、または共重合体を用いることができる。

巻軸
金属や樹脂の剛材、例えばＳＵＳやアルミニウム、ＡＢＳ、中央を樹脂にして両端を金属にした複合構造などを用いることができる。

素子作成
正極板、負極板、セパレータからなり、正極と負極が物理的に接触しないようにセパレータを挟んで対にした極板対を巻回することで極板群とする。巻回体は円筒巻、扁平巻でもよく、また、積層形でも可能である。

安全弁
中空芯材にラプチャーディスクを装着するか、圧力開放のスリットをいれ、１．０〜１．２Ｍｐａ以上で変形・開放させセルの破裂を防止する。

電池ケース
主に金属などの剛材、例えばＳＵＳやアルミニウム、ＰＰ（樹脂）、ＡＢＳ（樹脂）などを用いることができるが、インパクト成型、トランスファープレス加工によって作製したアルミニウム合金が好ましい。

電極端子
正極および負極の電極端子には、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレスといった金属またはこれらを含む合金も使用可能である。集電箔と端子部分の接合面積を稼ぐためには、板状であることが好ましい。

電極端子接続方法
電極群の両端からそれぞれ出た、正負極の集電箔をリードなどを用いてセルの蓋部に用意された端子に溶接し、電気的に接続させる。

封口方法
溶接により、セル内の系と外界が完全に切り離された密閉構造とする。

モジュール化方法
各セルが持つ、中空部分をつなぎ合わせ、モジュールとして一つの配管を成型するように、セルを接続していく。セルの間にはガスケットの役割をするＯリングなどの弾性体を用いてもよい。

車室側逆流防止弁
車室側のダクトに逆流防止弁を設置しておき、異常時の排ガスが発生した場合、弁を閉めることでガスの逆流を防ぐ。これにより、電池の排ガスは車室外にのみ排気され車室内への逆流による人体への影響を防ぐ。

電池パックの体積効率
従来構造の場合、電池の異常時の排ガス経路の為の配管（部材）が必用であった。更にその配管（部材）は通常時では意味を持たず無駄なものであった。しかしながら、本発明の中空芯構造にした場合、それぞれの経路は通常時は冷却経路として、異常時には中空経路を排ガス経路として使用でき、従来構造で必要になっていた通常状態時での無駄なスペースがいらなくなる。

例えば、後述する実施例で使用している単電池の一般的な寸法例であるＬ１００ｍｍ、Ｈ１００ｍｍ、Ｗ４０ｍｍの単電池において比較する場合、電池の体積は４０００００ｍｍ^３となり、その上部についた配管に必要な高さを２０ｍｍとすると、さらに８００００ｍｍ^３分の空間が追加されて、従来の単電池では占有体積は合計４８００００ｍｍ^３となる。本発明の電池構造を使用した場合、従来配管に必要であった上部の２０ｍｍも単電池の容積に使える。但し、中空部分の体積をあける必要があり、その分を差し引くと、本発明の単電池の内容積は４３４４００ｍｍ^３となり、排ガス構造を作る必要のある電池パックを考えると、同サイズのパック体積で約８〜１０％の電池容量向上が可能となる。

以下、本発明の具体的な作製例について説明する。

セル作成
図１２に示す樹脂製の中空巻芯６０（中空寸法５ｍｍ×５０ｍｍ×１００ｍｍ、巻芯寸法７ｍｍ×５２ｍｍ×１００ｍｍ）の周囲に、図１３に示すようにシート状正極層、セパレータ層、シート状負極層からなる極板群６１を巻回した。上記巻回体を、図１５に示すように対向する２面が開口した角型筒状ケース７４に挿入した。（ケース寸法Ｌ１００ｍｍ×Ｈ１００ｍｍ×Ｗ４０ｍｍ）。巻回体の正極箔６２および負極箔６３をそれぞれ束ねて、中空巻芯６０に溶接し、それぞれケース７４外部に連通する正極８０および負極８１に接続した。上記開口部分に、図１４に示すケース材７０、絶縁体７１およびアルミニウム材７２からなる電池蓋７５をした。電池蓋７５は中央部分（中空巻芯６０が当たる部分に穴７３（寸法７ｍｍ×５２ｍｍ）が形成され、中空巻芯６０の中空部分を塞がないようになっている。図１６に示すように、電池ケース７４と電池蓋７５、中空巻芯６０と電池蓋７５をそれぞれ溶接した。

サブモジュール作成
モジュール化に当たっては、本実施例では、電池同士を固定する部位が無いため、モジュール化した際、両端から押し付け構造が必要であった。そこで、モジュール端のセルを両側から固定し拘束した。なお、図２０に示すように、隣接するセル同士が接する電池蓋７５の箇所に溝部を形成し、樹脂製Ｏリング９０を緩衝材として挟んだ。向かい合う電池蓋の面同士を押し付けて、Ｏリングを潰して機密性を持たせた。

パック化
モジュール両端セルの貫通孔部分（経路Ａ）に対しては、貫通孔入口は冷却風ダクトに接続し、（車室内のエアコン風を冷却風として取り入れるため、エアコンに接続）、貫通孔出口を排気ダクトに接続した（排ガスを車室外に排気するため）。モジュール外側（経路Ｂ）に対しては、入口は同様に冷却風ダクトに接続し、出口は内気循環ダクトに接続した（排ガス経路にならない為、車室外に排気する必要なし）。どちらの経路も入口は同じエアコンからの配管であるが、中空芯を通る経路Ａに向かうダクトの入り口には、逆流防止弁を設けた。異常時（電池からの分解ガス排出時）は逆流防止弁が閉まり、車室内に分解ガスが逆流するのを防ぐ。パックケースにボルトで固定した。

実施例で作製したＬ１００ｍｍ、Ｈ１００ｍｍ、Ｗ４０ｍｍ、体積４０００００ｍｍ^３の寸法を有する単電池が従来の分解ガス排出用配管を有する電池であるとすると、その上部の配管のために必要な高さは２０ｍｍであり、８００００ｍｍ^３分の空間が追加されて、従来の電池の占有体積は合計４８００００ｍｍ^３となる。実施例で作製した電池は、外形が４０００００ｍｍ^３で、そのうち中空部分の体積を除いた電池要素部分の体積は３６２０００ｍｍ^３であったので、これを４８００００ｍｍ^３の従来の電池に換算すると、４３４４００ｍｍ^３となった。このように、約８％の体積向上すなわち電池容量向上が可能であった。

本発明によれば、電池の貫通孔を平常時は冷却風の流通経路として利用し、異常時は分解ガスの排出に利用して車室へのガスの逆流を抑制するから、車載用リチウムイオン２次電池システムに適用して極めて有望である。

Ａ…冷却風流通経路（電池内側）、
Ｂ…冷却風流通経路（電池外側）、
Ｃ…単電池、
１０、１３、１４、７４…電池ケース、
１１、１２、１５、１６、７５…電池蓋、
１１ａ、１２ａ、１５ａ、１６ａ…電池蓋開口部、
１７…封止部材、
２０、６０…中空芯、
２０ａ、２０ｂ、７３…貫通孔、
２１、６１…電池要素、
２２…安全弁、
３０、８０…正極、
３１、８１…負極、
４０…拘束構造、
４１…固定部材、
５０…ファン、
５１…排気側ダクト、
５２…車室側ダクト（冷却風導入手段）、
５３…逆流防止弁、
６２…正極集電箔、
６３…負極集電箔、
６４…安全弁
７０…ケース材、
７１…絶縁体、
７２…金属材、
９０…Ｏリング。

Claims

正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に電気的に接続され非水系電解液を有する電池要素と、前記電池要素を収容する電池ケースと、前記電池ケースを貫通し冷却風を流通させる中空芯を備えた２次電池であって、
前記中空芯により形成される空間と、前記電池ケース内の空間はそれぞれ独立しており、かつ前記中空芯により形成される空間は外部に通じており、
前記中空芯には、前記電池ケース内の空間が所定の圧力に達した際に、前記中空芯により形成される空間と前記電池ケース内の空間を連通させる安全弁を有することを特徴とする２次電池。
前記中空芯の一方の端部には、冷却風導入手段を備え、
前記冷却風導入手段には、逆流防止弁を備え、
前記逆流防止弁は、前記安全弁が開放した際に閉まることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
前記逆流防止弁は、前記冷却風を流通させるためのファンの上流に設けられ、かつ前記ファンは、前記安全弁の下流に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の２次電池。
前記中空芯は、水平方向から傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
前記電池要素は、シート状の電極およびセパレータからなる電極群を前記中空芯に巻回したものであり、
前記安全弁は、前記中空芯のうち、前記電極群の非巻回領域に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。