JP2012146435A

JP2012146435A - 二次電池

Info

Publication number: JP2012146435A
Application number: JP2011002843A
Authority: JP
Inventors: Naoto Suzuki; 直人鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: KR101279255B1; KR20120081560A; JP5644517B2

Abstract

【課題】二次電池の正極と負極が内部短絡を起こした場合、短絡部位に電流が流れて発熱を生じて電解液の沸騰又は分解によるガスが発生し、電池容器を構成している第一外装部材と第二外装部材の外周部の接合が剥れてしまう。
【解決手段】第一外装部材と第二外装部材を別体のシール材と連結して密閉した電池容器において、シール材と第一外装部材が接合している面の裏面は、電池容器内にあって電池容器と接合されていない面があり、シール材と第二外装部材が接合している面の裏面も、電池容器内にあって電池容器と接合されていない面があることとする。
【選択図】図２ｂ

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の二次電池に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車用の二次電池は、扁平形状の正極と負極と、両極の短絡を防止するセパレータを積層した電池要素を、電解液と共に電池容器に収納して密閉した構成を有している。電池容器は第一外装部材と第二外装部材の外周部を接合することで機能している。外装部材としては例えばアルミラミネートシートが使用される。

この種の二次電池として以下の特許文献１記載のものが知られている。この特許文献１記載の二次電池は、第一外装部材と第二外装部材の接合部の端部断面部に、外側から覆うようにシール材を接合しており、電池容器内から電解液が散逸する経路を封じて電解液の散逸を抑制している。

特開平１１−２９７２８０

ところで、例えば、何らかの原因で異物が電池容器内に混入することによるセパレータの損傷や走行時の振動によるセパレータのずれ等により正極と負極が内部短絡を起こした場合、短絡部位に電流が流れて発熱を生じ、電解液の沸騰又は分解によるガス発生が起きる可能性がある。

しかしながら、上記特許文献１記載の二次電池のようなシール材の接合構造とすると、電池容器内にガスが発生した場合、上昇した内部の圧力は前記シール材を第一外装部材と第二外装部材から剥がす方向に働くため、前記シール材が剥れてしまう可能性ある。

本発明は、第一外装部材と第二外装部材を別体のシール材と連結して密閉した電池容器において、シール材と第一外装部材が接合している面の裏面は、電池容器内にあって電池容器と接合されていない面があり、シール材と第二外装部材が接合している面の裏面も、電池容器内にあって電池容器と接合されていない面があることとする。

本発明によれば、電池容器内にガスが発生した場合、上昇した内部の圧力は前記シール材を第一外装部材と第二外装部材に押し付ける方向に働くため、前記シール材と外装部材の接合力が増して前記シール材は容易に剥れない。

本発明の実施の形態に係る二次電池の構成を示す斜視図。ガス放出弁を有する辺の形態に係る二次電池の断面図。本実施の第一の形態に係る二次電池の断面図。図２ｂの外周部の拡大図。図３ａにおいて電池容器内にガスが発生した図。本実施の第二の形態に係る二次電池の断面図。本実施の第三の形態に係る二次電池の断面図。本実施の第四の形態に係る二次電池の断面図。図２ｂにおいてシール材を反対向きにして本実施の第一の形態と比較した図。図７ａを上から見た図。図２ｂにおいてシール材を外側から覆って本実施の第一の形態と比較した図。

以下、図１から図８を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係る二次電池の実施形態を示す斜視図である。ハイブリッド自動車や電気自動車用の二次電池は、外装部材１、２の外周部３を接合して内部を密閉するための電池容器４と外部に電気を出し入れするための正極、負極の電極タブ５、６と内部に溜まったガスを外部に放出するための弁７で構成される。なお外装部材１、２は別体に限らず、例えば１枚の外装部材を二つ折りにしたものを用いてもよい。

外装部材は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなどのシート材からなる。接合は、熱溶着や超音波溶着、溶接を適用することができる。

何らかの原因で異物が電池容器４内に混入することによるセパレータの損傷や、走行時の振動によるセパレータのずれ等により正極と負極が内部短絡を起こした場合、電池容器４内にガスが発生して内部の圧力が増加する。そこで電池容器４は四辺の内、少なくても一辺にガス放出弁７を有しているが、ガス放出弁７を有しない辺は、電池容器４内にガスが発生した場合でも外周部３の接合が剥れないよう接合強度を強くする必要がある。

図２ａは、ガス放出弁７を有する辺の形態に係る図１Ａ−Ａ断面図であり、外装部材１、２は外周部３で直接接合されている。一般に電池容器４内には電池要素８と電解液９が共に収納されている。電池要素８は、扁平形状の正極と負極を、両極の短絡を防止するためのセパレータを介して交互に積層したものである。正極は、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のリチウム−遷移金属複合酸化物からなる正極活物質層を有する。負極は、例えば、カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質層を有する。セパレータは、例えば、電解質を浸透し得る通気性を有するポーラス状のＰＥ（ポリエチレン）から形成される

図２ｂは、本実施の第一の形態に係る図１Ｂ−Ｂ断面図であり、ガス放出弁７を有する辺と比較して、外装部材１、２の間には別体のシール材１０が連結して電池容器４を形成している。

図３ａは、図２ｂの外周部３を拡大した図である。なお外装部材１、２とシール材１０は接合されて密着しているが、説明の便宜上、両者の間には隙間を設けている。
シール材１０としてシート状のものを用いており、二つに折り畳むと外面１３、１４を有する。ここでシール材１０の外面１３と外装部材１の内面１５を接合して、その裏面１１は電池容器４内にあって電池容器４と接合していない面を有するようにし、シール材１０の外面１４と外装部材２の内面１６を接合して、その裏面１２は電池容器４内にあって電池容器４と接合していない面を有するようにする。

またシール材１０と外装部材１、２の接合面は、電池要素８の扁平形状の積層面の延長面３５と平行となるよう配置することでガス放出弁７を有する辺と同じ方向から接合でき、接合工程の増加を抑制できる。

更に、シール材１０の内面１１、１２を、シール材１０と外装部材１、２の接合面よりも弱い接合力で接合することで、電池容器４内にガスが発生した場合、シール材１０同士の接合部から先に剥がすことができるため、電解液９の収納部分を小さくでき、余分な電解液９を減らすことができる。

図３ｂは、図３ａにおいて電池容器４内にガスが発生したときの図である。電池容器４を膨張させる力１７は、シール材１０を外装部材１、２に押し付ける。よってシール材１０と外装部材１、２の間の接合力は向上し、摩擦力１８も働くことから接合面積を拡げることなく接合強度を強くすることができ、電池容器４の大型化を抑制できる。

図４は、本実施の第二の形態に係る二次電池の断面図である。なお外装部材１、２とシール材１９は接合されて密着しているが、説明の便宜上、両者の間には隙間を設けている。シール材１９としてシート状のものを用いており、四つに折り畳むと外面２０、２１を有する。ここでシール材１９の外面２０と外装部材１の内面１５を接合して、その裏面２２は電池容器４内にあって電池容器４と接合していない面を有するようにし、シール材１９の外面２１と外装部材２の内面１６を接合して、その裏面２３は電池容器４内にあって電池容器４と接合していない面を有するようにすることで、二つに折り畳むシール材１０の場合と同じ効果が得られる。更に、四つに折り畳むことで、シール材１９には大きいものを用いることができ電池容器４の膨張できる体積も増加するため、二つに折り畳んだシール材１０と比較して、同じ量のガスが発生した場合でもシール材１９が受ける力を小さくでき剥れにくくなる。

図５は、本実施の第三の形態に係る二次電池の断面図である。シール材２４と外装部材１、２の接合面２５が、電池要素８の積層面の延長面３５と交差するよう配置する。また接合面２５の裏面２６は電池容器４内にあって電池容器４と接合していない面を有するようにすることで、シート状のシール材を用いた場合と同じように接合強度を強くできる。更に、電解液９の収納部分を小さくでき、余分な電解液９を減らすことができる他、外周部３も小さくできるため電池容器４を小型化できる。

図６は、本実施の第四の形態に係る二次電池の断面図である。電池要素８のセパレータの外周部２７をシール材１０と外装部材１、２の間に挟み、シール材１０、外装部材１、２と共に接合することで、セパレータ２７が保持材として作用し、電池容器４の膨張が抑えられる。また通常時においても走行時の振動によるセパレータ２７のずれを防止することができる。

図７ａは、図２ｂの第一の実施形態においてシール材１０を反対向きにした図である。図７ｂは、図７ａを上から見た図である。なお外装部材１、２とシール材１０は接合されて密着しているが、説明の便宜上、両者の間には隙間を設けている。二つに折り畳んだシール材１０の外面１３と外装部材１の内面１５を接合して、その裏面１１は電池容器４内になく、シール材１０の外面１４と外装部材２の内面１６を接合して、その裏面１２も電池容器４内にない形態を示している。この場合、外周部３では、接合している部分２８と接合していない部分２９の間に境界線３０があって、電池容器４を膨張させる力３１は、境界線３０においてシール材１０を剥がす方向に働くため、本実施の形態と比較して同じ接合力であってもシール材１０は剥れやすい。

図８は、図２ｂの第一の実施形態においてシール材１０を外周部３の外側から覆う形態に
し、電池容器４内にガスが発生した図である。電池容器を膨張させる力３３は、シール材３２を外装部材１、２から剥がす方向に働く。よってシール材３２と外装部材１、２の間には隙間３４が発生して、本発明の実施の形態と比較して同じ接合力であってもシール材３２は剥れやすい。よって接合強度を強くするためには接合面積を拡げる必要があり、電池容器４の大型化を招いてしまう。

今回はガス放出弁を有した二次電池の例を用いたが、本発明はガス放出弁を有さない二次電池においても利用ができる。

1…第一外装部材
2…第二外装部材
3…外装部材の外周部
4…電池容器
7…電池要素
8…電解液の収納部分
9…二つに折り畳んだシート状のシール材
19…四つに折り畳んだシート状のシール材
24…折り畳まないシール材
27…セパレータ

Claims

密閉型の電池容器内に、正極と負極とセパレータを積層した発電要素を電解液と共に収納した二次電池において、電池容器は第一外装部材と第二外装部材で構成され、別体のシール材と連結して密閉しており、前記シール材の第一外装部材と接合している面の裏面は、電池容器内にあって電池容器と接合されていない面があり、前記シール材の第二外装部材と接合している面の裏面も、電池容器内にあって電池容器と接合されていない面があることを特徴とする。
請求項１に記載の二次電池において、前記シール材はシート状であって少なくても二つに折りたたまれており、前記シール材と電池容器との接合面は電池要素の積層面を延長した面と平行であることを特徴とする二次電池。
請求項２に記載の二次電池において、前記シール材の折りたたんだ内側は、前記シール材と電池容器の接合面よりも弱い接合力で接合されていることを特徴とする二次電池。
請求項１に記載の二次電池において、前記シール材の電池容器との接合面が、電池要素の積層面を延長した面と交わっていることを特徴とする二次電池。
請求項１に記載の二次電池において、前記セパレータの外周部を前記シール材と電池容器の間に挟みこみ、前記シール材と電池容器と共に接合することを特徴とする二次電池。