JP2012160315A

JP2012160315A - 電池

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Publication number: JP2012160315A
Application number: JP2011018550A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamoto; 武志中本; Hirokazu Kamibayashi; 広和上林
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP5707980B2

Abstract

【課題】電池容器の側周面に絶縁シートを巻回して覆う場合に、簡易な構造で電池の冷却性を確保する。
【解決手段】発電要素を収容した電池容器２の側周壁２ｂに絶縁シート１１を巻きつける。絶縁シート１１巻き始め１１ｃと巻き終わり１１ｄの重なり代１１ｅは電池容器２の側周壁２ｂのうち短側壁２ｃに配置されている電池を複数個備え、隣接する２個の電池は、電池容器２の側周面のうち互いに対向する超側面同士が対向するように配置されて電池モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は非電解質二次電池等の電池に関する。

非水電解質二次電池等の電池は、帯状の正極と負極をセパレータを介して巻回した発電要素を収容すると共に、電解液が充填された電池容器を備える。一般に電池容器の外観は概ね直方体状であり、その４つの側周面（平面視では概ね長方形の４辺）は絶縁シートを巻き付けて覆っている（特許文献１，２参照）。また、この種の電池には熱収縮性の樹脂シートで覆ったものもある（特許文献３参照）。

特開２００８−２９３９３９号公報（図２Ｂ）特開２００９−１３４８７５号公報（図４〜図６）特開２００３−２２３８７２号公報（図６）

通常、絶縁シートの両端部のうち最初に側面周に巻き付けられる端部（巻き始め）の上に最後に側面周に巻き付けられる端部（巻き終わり）が重なるような態様で、電池容器の側周面に対して絶縁シートが巻き付けられる。巻き始めの上に巻き終わりが重なった部分（重ね代）は、側周面に巻き付けられた絶縁シートの他の部分よりも厚みが大きい。言い換えれば、絶縁シートの重ね代は電池容器の側周面の他の部分よりも突出している。この突出した重ね代は、電池容器の周囲の空気流れを乱し電池の冷却の妨げとなる。

特許文献１には電池容器の側周面の一部に段差を設け、この段差に絶縁シートの重ね代を配置することが記載されている。しかし、電池容器の側周面に設けた段差は電池容器の周囲の空気流れを乱し電池の冷却の妨げとなる。また、段差を設けることは電池容器の容積減少と強度低下につながる。

特許文献２では複数層構造の絶縁シートの両端で各相の位置をずらし、それによって絶縁シートの両端を階段状に形成している。そして、この階段状の両端を重ね合わせることで、重ね代を他の部分と同じ厚みになるようにしている。しかし、両端を階段状とすることは絶縁シートの構造を複雑化させる。また、階段状とした両端を正確に位置合わせして重ねる必要があるので、絶縁シートを電池容器に巻き付ける際の作業性が極めて低い。

特許文献３のように電池を熱収縮性シートで覆う場合、熱収縮のための加えた熱が電池内部に悪影響を及ぼすので好ましくない。

従来の電池では、特許文献１から３に記載のものを含め、電池の外装体（例えば電池容器と蓋体で構成される。）の側周面に巻き付ける絶縁シートについて電池の冷却の観点から具体的に検討されてない。

本発明は、外装体の側周面を絶縁シートを巻回して覆う場合に、簡易な構造で電池の冷却性を確保することを課題とする。

本発明の第１の態様は、発電要素を収容した直方体状の外装体と、前記外装体の側周面に巻き付けられ、端部の重なり代が前記外装体の側周面のうち互いに対する一対の短側面の少なくともいずれか一方に配置されている絶縁シートとを備える電池を提供する。

直方体状の外装体の４つの側周面は、平面視で長方形状の底面の４辺から延びる。側周面のうち平面視で底面が構成する長方形の一対の長辺から延びる面である長側面は、側周面のうち平面視で底面が構成する長方形の一対の短辺から延び面である短側面よりも面積が大きい。従って、長側面は短側面よりも電池の冷却に対する寄与度も高いので、その周囲の空気流れが乱れると電池の冷却効率の低下につながる。絶縁シートの端部の重なり代は、直方体状の外装体の４つの側周面のうち長側面ではなく短側面のいずれか一方に配置されているので、長側面の周囲では空気流れが乱されることなく円滑であり、電池の良好な冷却性を確保できる。

絶縁シートの重なり代を外装体の側周面の短側面に配置することで冷却性を確保している。従って、外装体に段差を設けて絶縁シートの重なり代を配置する必要も、例えば両端が階段状であるような特殊な構造の絶縁シートを使用する必要もない。つまり、きわめて簡易な構成で電池の良好な冷却性を確保できる。

本発明の第２の態様は、発電要素を収容した直方体状の外装体と、前記外装体の側周面に巻き付けられ、端部の重なり代は前記外装体の側周面のうち互いに対する一対の短側面の少なくともいずれか一方に配置されている絶縁シートとを備える電池を複数個備え、前記複数個の電池のうち隣接する２個の電池は、前記外装体の側周面のうち互いに対向する長側面どうしが対向するように配置されている電池モジュールを提供する。

具体的には、前記複数個の電池のうち隣接する２個の電池の対向する前記長側面の間には間隔が設けられている。

外装体の長側面が互いに対向するように複数個の電池を配列して電池モジュールとして使用する場合、長側面に絶縁シートの重ね代が位置していると、個々の電池容器の周囲の空気流れが乱されることによる電池の冷却効率の低下が著しい。本発明の電池モジュールでは、シートの端部の重なり代は、直方体状の外装体の４つの側周面のうち長側面ではなく短側面に配置されているので、長側面の周囲では空気流れが乱されることなく円滑であり、電池の良好な冷却性を確保できる。

代案としては、前記複数個の電池のうち隣接する２個の電池の対向する前記長側面が当接する。

重ね代は短側面に配置されており、長側面には重ね代が配置され全面が概ね平坦である。そのため、隣接する２個の電池の対向する前記長側面を互いに密接した状態で当接させることができる。

本発明の電池は、絶縁シートの端部の重なり代を直方体状の外装体の短側面に配置するというきわめて簡易な構成で、電池の良好な冷却性を確保できる。また、本発明の電池を長側面が対向するように配置した電池モジュールでは、長側面の間に間隔を設けた場合には良好な冷却性を確保でき、これらの長側面を当接させる場合には互いに密接させてガタの安定した状態で保持できる。

本発明の第１実施形態に係る電池の斜視図。図１のII−II線での断面図。比較例の電池を長側面が間隔をあけて対向するように配列した電池モジュールの断面図。第１実施形態の電池を長側面が間隔をあけて対向するように配列した電池モジュールの断面図。比較例の電池を長側面が互いに当接するように配列した電池モジュールの断面図。第１実施形態の電池を長側面が当接するように配列した電池モジュールの断面図。本発明の第２実施形態に係る電池の斜視図。第２実施形態の電池を長側面が間隔をあけて対向するように配列した電池モジュールの断面図。第２実施形態の電池を長側面が当接するように配列した電池モジュールの断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る非水電解質二次電池１（以下、単に電池という）を示す。この電池１は、アルミニウムやアルミニウム合金等で構成された電池容器２内に発電要素６（図１に模式的に示す。）を収容し、電池容器２の上端開口を蓋体３で封止したものである。蓋体３の外部には負極外部端子４と正極外部端子５の上部が露出している。これらの外部端子４，５は、それぞれ図示しない集電体によって発電要素６に電気的に接続されている。

電池容器２は上端が開口した直方体状であり、長方形状の底壁（底面）２ａの４辺から上方に延びる側周壁（側周面）２ｂを備える。ここで「直方体状」とは、幾何学的な意味での直方体に限定されず、電池容器として実質的に直方体と同様の形状も含む。側周壁２ｂは、互いに対向する一対の長側壁（長側面）２ｃ，２ｃと、これらの長側壁２ｃ，２ｃよりも面積が小さい互いに対向する一対の短側壁（短側面）２ｄ，２ｄとを備える。長側壁２ｃ，２ｃは、電池容器２を平面視したときの底壁２ａが構成する長方形の一対の長辺から延びている。一方、短側壁２ｄ，２ｄは、電池容器２を平面視したときの底壁２ａが構成する長方形の一対の短辺から延びている。電池容器２の上端開口２ｅを封止する蓋体３も概ね長方形状であり、電池容器２と蓋体３により概ね直方体状の外装体が構成されている。

本実施形態では、電池容器２の側周壁２ｂの外周面は、１枚の絶縁シート１１を巻き付けて覆っている。本実施形態における絶縁シート１１は、ＰＥＴ、ビニル系樹脂等の少なくとも絶縁性を有する材料からなる基材層１１ａと、粘着層１１ｂとを備え、厚みは５０μｍ〜３ｍｍ程度である。絶縁シート１１は粘着層１１ａを側周壁２ｂの外周面に貼り付けている。本実施形態における絶縁シート１１の幅は、側周壁２ｂの高さと同様に設定しており、側周壁２ｂの外周面全体が絶縁シート１１で覆われるようにしている。電池容器２に貼り付け可能であると共に、絶縁性を含む必要な機能が得られる限り、絶縁シート１１の具体的な層構造は特に限定されない。また、厚み、幅等の寸法も特に限定されない。

図２に明瞭に示すように、絶縁シート１１の両端部のうち電池容器２の側周壁２ｂに対して最初に巻き付けられる端部である巻き始め１１ｃの上に、絶縁シート１１の両端部のうち電池容器２の側周壁２ｂに対して最後に巻き付けられる端部である巻き終わり１１ｄが重ねられている。この巻き始め１１ｃと巻き終わり１１ｄの重なり代１１ｅ電池容器２の側周壁２ｂのうち互いに対する一対の短側壁２ｄ，２ｄのいずれか一方に配置されている。

直方体状の電池容器２が備える側周壁２ｂのうち長側壁２ｃは短側２ｄよりも面積が大きく電池１の冷却に対する寄与度も高いので、その周囲の空気流れが乱れると電池１の冷却効率の低下につながる。本実施形態の電池１では、電池１の冷却に対する寄与度の高い長側壁２ｃには重なり代１１ｅが配置されていないので、その周囲の空気流れの乱れを防止でき、高い冷却効率を実現できる。また、電池を熱収縮性の樹脂シートで覆う場合とは異なり、樹脂シート１１を電池容器２に対して固定するための加熱は不要であり、電池容器２の内部の発電要素６や電解液が熱による悪影響を受けることもない。

図３は、長側壁２ｃに絶縁シート１１の重ね代１１ｅが電池容器２の長側壁２ｃに位置している比較例の電池１’を、複数個（この図で２個）配列した電池モジュール７’を示す。隣接する電池１’の長側壁２ｃが間隔をあけて互い対向している。この電池モジュール７’では、長側壁２ｃに位置している絶縁シート１１の重ね代１１ｅにより、矢印Ａ１で概念的に示すように個々の電池容器２の周囲の空気流れが乱され、電池１の冷却効率の低下が著しい。

一方、図４は、短側壁２ｃに絶縁シート１１の巻き始め１１ｃと巻き終わり１１ｄの重なり代１１ｅが位置する本実施形態の電池１を複数個（この図では２個）配置した電池モジュール７を示す。この電池モジュール７も、図３の電池モジュール７’と同様に、隣接する電池容器２の長側壁２ｃが間隔をあけて互い対向している。この電子モジュール１では、直方体状の外装体の側周壁２ｄのうち長側壁２ｃではなく短側壁２ｄに重なり代１１ｅが配置されているので、矢印Ａ２で概念的に示すように長側壁２ｃの周囲では空気流れが乱されることなく円滑であり、電池１の良好な冷却性を確保できる。

以上のように、電池容器２の長側壁２ｃが互いに間隔をあけて対向するように複数個の電池１を配列して電池モジュールとして使用する場合、本実施形態の電池１のように短側壁２ｄに絶縁シート１１の重ね代１１ｅが位置していることで、個々の電池容器２の周囲の空気流れが乱されず、電池１の効率的な冷却が可能となる。

本実施形態の電池１では、絶縁シート１１の重なり代１１ｅを電池容器２の側周壁２ｂのうちの短側壁２ｅに配置することで冷却性を確保している。従って、電池容器の側周壁２ｂに段差を設けて絶縁シートの重なり代を配置する必要も、例えば両端が階段状であるような特殊な構造の絶縁シートを使用する必要もない。つまり、きわめて簡易な構成で電池の良好な冷却性を確保できる。

図５は、長側壁２ｃに絶縁シート１１の重ね代１１ｅが電池容器２の長側壁２ｃに位置している比較例の電池１’を、複数個（この図で２個）配列した電池モジュール７’を示す。隣接する電池１’の長側壁２ｃは互いに当接している。この電池モジュール７’では、長側壁２ｃに絶縁シート１１の重ね代１１ｅがあるため、２個の電池１’の長側壁２ｃを互いに密接するように当接させることができず、２個の電池１’をガタのない安定した状態で固定することができない。

一方、図６は、短側壁２ｃに絶縁シート１１の巻き始め１１ｃと巻き終わり１１ｄの重なり代１１ｅが位置する本実施形態の電池１を複数個（この図では２個）配置した電池モジュール７を示す。隣接する電池１の長側壁２ｃは互いに当接している。重なり代１１ｅは直方体状の外装体の側周壁２ｂのうち短側壁２ｄに配置されており、長側壁２ｃでには重なり代１１ｅは配置されておらず全面が概ね平坦である。そのため、隣接する２個の電池１の対向する長側面２ｃを互いに密接した状態で当接させることができ、２個の電池１をガタのない安定した状態で固定できる。

（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態に係る電池１を示す。図８は複数個（この図では２個）の第２実施形態に係る電池１を、隣接する電池容器２の長側壁２ｃが間隔をあけて互い対向するように配置した電池モジュール７を示す。

本実施形態では、電池容器２の側周壁２ｂの外周面は、２枚の絶縁シート２１，２２を巻き付けて覆っている。一方の絶縁シート２１の端部２１ａ，２１ｂに他方の絶縁シート２２の端部２２ａ，２２ｂが重ねられ、２つの重なり代２３ａ，２３ｂが形成されている。一方の重なり代２３ａは電池容器２が備える側周壁２ｂのうちの一対の短側壁２ｄのうちの一方（図において左側の短側壁２ｄ）に配置され、他方の重なり代２３ｂは一対の短側壁２ｄのうちの他方（図において右側の短側壁２ｄ）に配置されている。２つの重なり代２３ａ，２３ｂの一方又は両方で絶縁シート２２の上に絶縁シート２１を重ねてもよい。電池容器２が備える側周壁２ｂのうちの一対の長側壁２ｃのいずれにも絶縁シート２１，２２の重なり代は配置されておらず、これら長側壁２ｃは全面が概ね平坦である。

本実施形態の電池１では、短側壁２ｄよりも面積が大きく電池１の冷却に対する寄与度の高い長側壁２ｃに重なり代１１ｅが配置していないので、その周面の空気流れの乱れを防止し、高い冷却効率を実現できる。また、電池を熱収縮性の樹脂シートで覆う場合とは異なり、樹脂シート１１を電池容器２に対して固定するための加熱は不要であり、電池容器２の内部の発電要素６や電解液が熱による悪影響を受けることもない。

図８の電池モジュール７では、直方体状の外装体の側周壁２ｄのうち長側壁２ｃではなく短側壁２ｄに重なり代２３ａ，２３ｂが配置されているので、矢印Ａ２で概念的に示すように長側壁２ｃの周囲では空気流れが乱されることなく円滑であり、電池１の良好な冷却性を確保できる。

図９は短側壁２ｃに絶縁シート２１，２２の重なり代２３ａ，２３ｂが位置する本実施形態の電池１を複数個（この図では２個）配置した電池モジュール７を示す。隣接する電池１’の長側壁２ｃは互いに当接している。重なり代２３ａ，２３ｂは直方体状の外装体の側周壁２ｂのうち短側壁２ｄに配置されており、長側壁２ｃでには重なり代２３ａ，２３ｂは配置されておらず全面が概ね平坦である。そのため、隣接する２個の電池１の対向する長側面２ｃを互いに密接した状態で当接させることができ、２個の電池１をガタのない安定した状態で固定できる。

第２実施形態のその他構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素に同一の符号を付して説明を省略する。

本発明は実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、重なり代が短側壁に配置される限り、３枚以上の絶縁シートで電池容器の側周壁を覆ってもよい。

１，１’ 電池
２電池容器
２ａ底壁
２ｂ側周壁
２ｃ長側壁
２ｄ短側壁
３蓋体
４負極外部端子
５正極外部端子
６発電要素
７，７’ 電池モジュール
１１，２１，２２絶縁シート
１１ａ基材層
１１ｂ粘着層
１１ｃ巻き始め
１１ｄ巻き終わり
１１ｅ，２３ａ，２３ｂ重なり代
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ端部

Claims

発電要素を収容した直方体状の外装体と、
前記外装体の側周面に巻き付けられ、端部の重なり代が前記外装体の側周面のうち互いに対する一対の短側面の少なくともいずれか一方に配置されている絶縁シートと
を備える電池。
発電要素を収容した直方体状の外装体と、前記外装体の側周面に巻き付けられ、端部の重なり代は前記外装体の側周面のうち互いに対する一対の短側面の少なくともいずれか一方に配置されている絶縁シートとを備える電池を複数個備え、
前記複数個の電池のうち隣接する２個の電池は、前記外装体の側周面のうち互いに対向する長側面どうしが対向するように配置されている電池モジュール。
前記複数個の電池のうち隣接する２個の電池の対向する前記長側面の間には間隔が設けられている、請求項２に記載の電池モジュール。
前記複数個の電池のうち隣接する２個の電池の対向する前記長側面が当接している、請求項２に記載の電池モジュール。