JP2015008067A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低温下での二次電池の性能低下を検知することのできる蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池10は、電極組立体12と電解液が収容されたケース11を備えている。ケース11の蓋体14は、ケース11内の圧力をケース11外に開放させる圧力開放弁20を有している。ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bの、圧力開放弁20の弁体21上の両面を含む部分には、クロムめっき層24,25がある。【選択図】図1

Description

この発明は、蓄電装置に関する。
EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。例えば、特許文献1に記載の二次電池は、金属箔に負極活物質を塗布した負極電極と金属箔に正極活物質を塗布した正極電極との間をセパレータで絶縁し、層状に積層した電極組立体を有する。そして、この二次電池のケースには電極組立体と電解液が収容されており、ケースの壁面にはケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁(ガス排出弁)が設けられている。また、特許文献1に記載の二次電池では、圧力開放弁はケースの壁面と一体化して形成されており、ケースの壁面及び圧力開放弁はアルミニウム製である。
特開2011−181214号公報
ところで、極低温下で二次電池を使用する場合では、通常温度下で用いられる二次電池よりも低温で二次電池の性能が低下するおそれがあるため、低温下で二次電池の性能低下を検知することが望まれていた。
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、低温下での二次電池の性能低下を検知することのできる蓄電装置を提供することにある。
上記課題を解決するための蓄電装置は、電極組立体と電解液が収容されたケースを備えるとともに、ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁をケースの壁面に有し、圧力開放弁を有するケースの壁面の、少なくとも圧力開放弁上の面の一部にはクロムめっき層があるものである。
クロムは低温で弾性係数が極端に小さい値となる性質を有する(技術資料 金属材料の弾性係数 The Modulus of Elasticity of Metals and Alloys 昭和55年10月31日初版発行 社団法人日本機械学会発行 182ページ目〜184ページ目を参照)。上記構成によれば、クロムの弾性係数の低下に伴って、圧力開放弁が想定した作動圧で開放しやすくなり、低温下での二次電池の性能低下を検知することができる。
圧力開放弁が開裂溝を有する場合には、開裂溝を含む部分をクロムめっき層とすることも可能である。
圧力開放弁の開裂溝部分は厚さが薄く、圧力開放弁の他の部分と比較して強度が低い。上記構成によれば、想定した作動圧で圧力開放弁を確実に開放させることができる。したがって、低温下での二次電池の性能低下をより正確に検知することができる。
クロムめっき層が形成される部分としては、例えば、圧力開放弁上の全面が挙げられる。
上記構成によれば、想定した作動圧で圧力開放弁を確実に開放させることができる。したがって、低温下での二次電池の性能低下をより正確に検知することができる。
クロムめっき層は、圧力開放弁を有するケースの壁面の両面に、かつ少なくとも圧力開放弁を含む部分に形成することも可能である。
上記構成によれば、想定した作動圧で圧力開放弁を確実に開放させることができる。したがって、低温下での二次電池の性能低下をより正確に検知することができる。
圧力開放弁がアルミニウム製である場合には、圧力開放弁を有するケースの壁面の、少なくとも圧力開放弁を含む部分とクロムめっき層との間を中間層とすることも可能である。
アルミニウムの表面にはクロムめっき層が形成しにくい。上記構成によれば、圧力開放弁がアルミニウム製であっても、中間層が下地処理層として機能することにより、圧力開放弁にクロムめっき層を形成しやすくすることができる。
蓄電装置としては、例えば二次電池が挙げられる。
本発明によれば、低温下での二次電池の性能低下を検知することができる。
二次電池の外観を示す斜視図。 圧力開放弁の表面を示す平面図。 図2の3−3線断面図。 クロムの弾性係数の温度依存性を示したグラフ。
以下、蓄電装置を具体化した一実施形態について図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、ケース11に電極組立体12が収容されている。また、ケース11には、電極組立体12とともに電解液も収容されている。ケース11は、有底筒状のケース本体13と、ケース本体13に電極組立体12を挿入する開口部13aを閉塞する平板状の蓋体14とからなる。ケース本体13と蓋体14とがケース11として組み立てられた状態において、蓋体14の表面14aがケース11の外側に位置する面となっており、蓋体14の裏面14bがケース11の内側に位置する面となっている。そして、ケース11においては、蓋体14の裏面14bにおける外周部分とケース本体13の開口部13aとが互いに接合された接合部14cとなっている。ケース本体13と蓋体14は、何れもアルミニウム製である。また、この実施形態の二次電池10は、ケース本体13が有底四角筒状であり、蓋体14が矩形平板状であることから、その外観が角型をなす角型電池である。また、この実施形態の二次電池10は、リチウムイオン電池であり、低温下で用いられる。そして、ケース11に収容される電解液として環状シロキサンやシロキサンオリゴマー等、低温下でガスを発生する溶液が採用されている。
電極組立体12は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極を絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔(アルミニウム箔)の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔(銅箔)の両面に負極活物質を塗布して構成される。そして、電極組立体12は、複数の正極電極と複数の負極電極を交互に積層するとともに、両電極の間にセパレータを介在した積層構造とされている。また、電極組立体12には、正極端子15と負極端子16が電気的に接続されている。これらの正極端子15と負極端子16の各一部分は、蓋体14からケース11外に露出している。また、正極端子15及び負極端子16には、ケース11から絶縁するためのリング状の絶縁リング17aがそれぞれ取り付けられている。
また、ケース11には、ケース11内の圧力が上昇し過ぎないように、ケース11内の圧力が所定の圧力である開放圧に達した場合に開裂し、ケース11内の圧力をケース11外に開放させる圧力開放弁20が設けられている。この実施形態において圧力開放弁20は、ケース11の壁面としての蓋体14に位置している。また、圧力開放弁20の開放圧は、ケース11自体やケース本体13と蓋体14の接合部14cに亀裂や破断などが生じ得る前に開裂し得る圧力に設定されている。そして、圧力開放弁20は、蓋体14の板厚よりも薄い薄板状の弁体21を有する。弁体21は、蓋体14の表面14aに凹設された凹部22の底に位置しており、蓋体14と一体的に成形されている。すなわち、圧力開放弁20は、弁体21上の表面21aがケース11の蓋体14の表面14aの一部となっており、弁体21上の裏面21b(図3)が蓋体14の裏面14bの一部となっている。また、圧力開放弁20はケース11と同様にアルミニウム製である。
図2に示すように、この実施形態の圧力開放弁20は、平行な2つの直線部26,27を弧部28,29で繋いだトラック形状の周縁を有する。なお、圧力開放弁20の弁体21は、圧力開放弁20の周縁に繋がっており、圧力開放弁20と同様にトラック形状である。また、弁体21の表面21aは、開裂溝を有する。開裂溝は、交差溝31と、弧部28,29に沿う複数の弧状溝32,33と、直線部26,27に沿う複数の直線状溝34,35と、からなる。交差溝31は、開裂起点としての交差部Pで交差する2本の直線溝36,37からなる。この実施形態において、交差溝31と、弧状溝32,33と、直線状溝34,35とは、何れもV字形溝である。
そして、図2に示すように、弁体21の表面21aには、交差溝31に沿う仮想直線Y1,Y2を想定したとき、仮想直線Y1,Y2と圧力開放弁20の周縁によって囲まれる複数の領域S1,S2,S3,S4が想定される。領域S1と領域S2は、直線部26,27を含む領域であり、互いに仮想直線Y1と仮想直線Y2の交差点を対称の中心として点対称である。領域S3と領域S4は、弧部28,29を含む領域であり、互いに仮想直線Y1と仮想直線Y2の交差点を対称の中心として点対称である。
図1に示すように、ケース11の蓋体14は、表面14aと裏面14bとの両面にクロムめっき層24,25を有する。この実施形態のケース11では、蓋体14の裏面14bにおける接合部14cと、蓋体14の表面14aにおける外周部分とにはクロムめっき層24,25を有しておらず、これらの部分を除く蓋体14の表面14a及び裏面14bの全面にクロムめっき層24,25を有している。
図3に示すように、この実施形態では、圧力開放弁20の弁体21の表面21aの全面にもクロムめっき層24を有している。ここで、弁体21の表面21aにおいて、クロムめっき層24は、弁体21の表面21aの開裂溝と、弁体21の表面21aにおける開裂溝以外の部分と、にある。弁体21の表面21aの開裂溝は、溝面全体にクロムめっき層24を有する。図3には、直線溝36におけるクロムめっき層24を示しているが、それ以外の開裂溝である直線溝37、弧状溝32,33、及び直線状溝34,35の各溝面にも、クロムめっき層24を有する。更に、圧力開放弁20は、ケース11の蓋体14の裏面14bの一部である弁体21の裏面21bの全面にも、クロムめっき層25を有する。
そして、この実施形態では、圧力開放弁20の弁体21の表面21a及び裏面21bを含む、ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bとクロムめっき層24,25との間に中間層44,45がある。具体的には、ケース11の蓋体14の裏面14bにおける接合部14cと、蓋体14の表面14aにおける外周部分とを除く、蓋体14の表面14a及び裏面14bの全体に中間層44,45がある。更に、圧力開放弁20の弁体21の表面21aの開裂溝と、弁体21の表面21aにおける開裂溝以外の部分と、に中間層44がある。要するに、ケース11の蓋体14におけるクロムめっき層24,25の全形成範囲において、圧力開放弁20の弁体21の表面21a及び裏面21bを含む、ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bは、クロムめっき層24,25との間に中間層44,45を有している。また、この実施形態の中間層44,45は、ニッケルめっき層である。
尚、圧力開放弁20の弁体21において、表面21a及び裏面21bのクロムめっき層24,25を除いた厚さは、開裂溝部分における弁体21の厚さW2が、開裂溝以外の部分における弁体21の厚さW1と比較して薄い。そして、圧力開放弁20の弁体21の表面21a及び裏面21bにおけるクロムめっき層24,25の厚さW3と中間層44,45の厚さW4とは、例えば厚さW1や厚さW2よりも薄くなっている。厚さW2と厚さW3は、例えば、厚さW2と厚さW3との比率が2:1となる関係にある。
次に、この実施形態の作用について図4を参照して説明する。尚、図4は、技術資料 金属材料の弾性係数 The Modulus of Elasticity of Metals and Alloys(昭和55年10月31日初版発行 社団法人日本機械学会発行)の183ページ記載の図2・419に基づくグラフである。
図4に示すように、クロムは37℃付近といった低温で弾性係数が極端に小さい値となる性質を有する。クロムのこうした性質により、圧力開放弁20の弁体21の表面21aや裏面21bにクロムめっき処理を施したこの実施形態では、圧力開放弁20を37℃付近で開放させることができる。そして、この実施形態の二次電池10では、低温下で電解液からガスが発生し、想定した作動圧で圧力開放弁20が開放される。
次に、二次電池10の製造方法について、主にケース11の蓋体14へのクロムめっき層24,25の形成方法を説明する。
ケース11の蓋体14にめっき処理を施す前に、まず、圧力開放弁20の弁体21の表面21aに交差溝31、弧状溝32,33、及び直線状溝34,35といった開裂溝を形成する。開裂溝の形成後、ケース11の蓋体14及び圧力開放弁20へのニッケルめっき処理を開始する。尚、ニッケルめっき処理に際しては、ケース11のケース本体13との接合部14cとして機能する蓋体14の裏面14bの外周部分と、蓋体14の表面14aの外周部分とにマスキングを施す。また、ニッケルめっき処理は、圧力開放弁20が一体形成されたアルミニウム製のケース11の蓋体14を処理浴に含浸する、いわゆる無電解めっきにより行う。そして、ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bと、圧力開放弁20の弁体21の表面21a及び裏面21bと、にニッケルめっき層からなる中間層44,45が形成される。中間層44,45の形成が完了したら、ケース11の蓋体14及び圧力開放弁20へのクロムめっき処理を開始する。尚、クロムめっき処理も、ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bに上記マスキングを施した状態で行う。また、クロムめっき処理は、圧力開放弁20が一体形成されたアルミニウム製のケース11の蓋体14を処理浴に含浸して通電する、いわゆる電気めっきにより行う。クロムめっき層24,25の形成が完了すると、圧力開放弁20の弁体21の表面21a及び裏面21bを含む、ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bと、クロムめっき層24,25との間に、中間層44,45が位置した状態となる。そして、クロムめっき層24,25の形成が完了したら、ケース11のケース本体13の開口部13aと蓋体14の外周部分とが、例えばレーザー溶接によって接合される。これにより、ケース11のケース本体13と蓋体14が接合部14cによって接合される。
したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)圧力開放弁20は、弁体21の表面21aや裏面21bの全面にクロムめっき層24,25を有している。このため、圧力開放弁20は37℃付近で開放しやすくなる。したがって、低温下での二次電池10の性能低下を検知することができる。
(2)圧力開放弁20の弁体21の開裂溝部分は、厚さW2が開裂溝以外の部分の厚さW1と比較して薄く、開裂溝以外の部分と比較して強度が低い。本実施形態によれば、圧力開放弁20の弁体21における開裂溝にクロムめっき層24,25を形成することにより、想定した作動圧で圧力開放弁20を確実に開放させることができる。したがって、低温下での二次電池の性能低下をより正確に検知することができる。
(3)ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bと、圧力開放弁20の弁体21の表面21a及び裏面21bと、のうち、蓋体14の表面14aの外周部分と裏面14bの外周部分とを除く部分にクロムめっき処理を行うため、ケース11の蓋体14の両面の大部分にクロムめっき層24,25が形成される。これにより、例えばケース11の蓋体14の片面にのみクロムめっき層24,25を形成する場合と比較してマスキングを施す部分を少なくすることができるため、クロムめっき層24,25の形成工程を簡略化させることができる。
(4)アルミニウムの表面にはクロムめっき層24,25が形成しにくい。本実施形態では、圧力開放弁20がアルミニウム製であるが、中間層44,45が下地処理層として機能することにより、圧力開放弁20にクロムめっき層24,25を形成しやすくすることができる。
(5)ケース11の蓋体14及び圧力開放弁20へのクロムめっき処理及びニッケルめっき処理に際して、蓋体14とケース本体13との接合部14cとして機能する蓋体14の裏面14bの外周部分にマスキングを施している。このため、この蓋体14の裏面14bの外周部分にはクロムめっき層24,25及び中間層44,45が形成されない。したがって、ケース11のケース本体13と蓋体14とが溶接される際に、クロムめっき層24,25及び中間層44,45が異物となってケース11のケース本体13と蓋体14との接合部14cの接合が弱くなることが抑制される。
(6)圧力開放弁20の弁体21の表面21aに交差溝31、弧状溝32,33、及び直線状溝34,35といった開裂溝を形成してから、ケース11の蓋体14及び圧力開放弁20へのクロムめっき処理及びニッケルめっき処理を行っている。仮に、クロムめっき処理後やニッケルめっき処理後の圧力開放弁20の弁体21の表面21aに開裂溝を形成するようにすると、開裂溝の形成部分のクロムめっき層24,25や中間層44,45が剥がれるおそれがあるが、本実施形態ではこうした問題が生じることを抑制することができる。
尚、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
○ ケース11の蓋体14の表面14aの外周部分にクロムめっき層24や中間層44が形成されていても接合部14cの接合への影響が小さい場合には、蓋体14の表面14aの外周部分へのマスキングを省略してもよい。
○ 中間層44,45の材料は、亜鉛等、アルミニウム及びクロムと接合しやすい性質を有するニッケル以外の材料に変更してもよい。
○ 中間層44,45を形成するためのめっき処理を、電気めっきにより行うようにしてもよい。
○ ケース11の蓋体14は、ケース本体13との接合部14cにクロムめっき層24,25や中間層44,45を有していてもよい。但し、接合部14cの接合がクロムめっき層24,25や中間層44,45によって低下することを抑えるためには、クロムめっき層24,25や中間層44,45を接合部14cの一部に形成することが望ましい。
○ ケース11の蓋体14において、中間層44,45の形成範囲は、ケース11の蓋体14におけるクロムめっき層24,25の形成範囲よりも狭くてもよいし、広くてもよい。但し、ケース11の蓋体14や圧力開放弁20にクロムめっき層24,25を形成しやすくするために、ケース11の蓋体14において、少なくともクロムめっき層24,25の全形成範囲に中間層44,45を設けることが望ましい。
○ ケース11の蓋体14や圧力開放弁20において、中間層44,45を省略してもよい。
○ ケース11の蓋体14は、ケース11の蓋体14の表面14aの外周部分や蓋体14の裏面14bの外周部分よりも広い範囲にクロムめっき層24,25を有しない形態としてもよい。例えば、圧力開放弁20の弁体21の表面21aや裏面21bはクロムめっき層24,25を有するとともに、ケース11の蓋体14の表面14aや裏面14bのうち、圧力開放弁20以外の部分はクロムめっき層24,25を有しない形態としてもよい。要するに、ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bに、かつ少なくとも圧力開放弁20の弁体21の表面21a及び裏面21bを含む部分に、クロムめっき層24,25を有していればよい。
○ 圧力開放弁20は、弁体21上の表面21aや裏面21bの一部にクロムめっき層24,25を有していてもよい。但し、37℃付近といった低温で圧力開放弁20を開放させるためには、圧力開放弁20の弁体21上の表面21aや裏面21bのうち、大部分にクロムめっき層24,25を有するようにすることが望ましい。
○ 圧力開放弁20の形状は円形状等、トラック形状以外の形状であってもよい。
○ 圧力開放弁20の開裂溝の形状や配設箇所を変更してもよい。
○ 圧力開放弁20の開裂溝の断面形状を変更してもよい。
○ 圧力開放弁20をケース11の蓋体14とは別体部品とし、圧力開放弁20をケース11の蓋体14に接合してもよい。接合は、例えばレーザー溶接等で行う。
○ 圧力開放弁20の弁体21は、裏面21bに開裂溝を有していてもよい。
○ 圧力開放弁20の弁体21は、表面21aや裏面21bの開裂溝のみにクロムめっき層24,25を有していてもよい。尚、こうした形態において、圧力開放弁20が弁体21の表面21aに開裂溝を有している形態では、弁体21の表面21aでは開裂溝にのみクロムめっき層24を有することとなる。また、圧力開放弁20が弁体21の裏面21bに開裂溝を有している形態では、弁体21の裏面21bでは開裂溝にのみクロムめっき層25を有することとなる。
○ 圧力開放弁20の弁体21の開裂溝の形成を省略してもよい。この形態では、ケース11の蓋体14の表面14a及び裏面14bの、少なくとも圧力開放弁20の弁体21上の表面21a及び裏面21bの一部にクロムめっき層24,25を形成する。
○ ケース11の蓋体14は、表面14a及び裏面14bのいずれか一方の面にのみクロムめっき層24,25を有していてもよい。尚、ケース11内の圧力が高くなると、圧力開放弁20の弁体21の表面21aに引っ張り応力が作用するようになる。このため、圧力開放弁20の弁体21の表面21aを含む、蓋体14の表面14aがクロムめっき層24を有するようにすることが望ましい。
○ 圧力開放弁20は、ケース11のケース本体13の壁面に形成してもよい。この形態では、ケース11のケース本体13の壁面の表面や裏面において、少なくとも圧力開放弁20の弁体21上の表面21aや裏面21bの一部にクロムめっき層24,25があれば、クロムめっき層24,25の形成範囲は自由に設定可能である。
○ ケース11の形状を変更してもよい。例えば、ケース11は円筒型でもよい。
○ ケース11及び圧力開放弁20はアルミニウム製であったが、これに限らず他の軽合金製であってもよい。また、ケース11と圧力開放弁20とが異なる軽合金製であってもよい。
○ 電極組立体12は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型でもよい。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであれば良い。また、蓄電装置としてキャパシタでもよい。
○ 二次電池10は、車両電源装置として自動車に搭載しても良いし、産業用車両に搭載してもよい。また、定置用の蓄電装置に適用してもよい。
10…二次電池、11…ケース、12…電極組立体、13…ケース本体、14…蓋体、14a…(蓋体の)表面、14b…(蓋体の)裏面、20…圧力開放弁、21…弁体、21a…(弁体の)表面、21b…(弁体の)裏面、24,25…クロムめっき層、31…交差溝、32,33…弧状溝、34,35…直線状溝、36,37…直線溝、44,45…中間層。

Claims (6)

  1. 電極組立体と電解液が収容されたケースを備えるとともに、前記ケース内の圧力を前記ケース外に開放させる圧力開放弁を前記ケースの壁面に有する蓄電装置において、
    前記圧力開放弁を有する前記ケースの壁面の、少なくとも前記圧力開放弁上の面の一部にはクロムめっき層があることを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記圧力開放弁は、開裂溝を有し、
    前記クロムめっき層は、前記開裂溝を含む部分にある請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記クロムめっき層は、前記圧力開放弁上の全面にある請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。
  4. 前記クロムめっき層は、前記圧力開放弁を有する前記ケースの壁面の両面に、かつ少なくとも前記圧力開放弁を含む部分にある請求項1〜請求項3のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
  5. 前記圧力開放弁はアルミニウム製であり、
    前記圧力開放弁を有する前記ケースの壁面の、少なくとも前記圧力開放弁を含む部分と前記クロムめっき層との間に中間層がある請求項1〜請求項4のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
  6. 前記蓄電装置は、二次電池である請求項1〜請求項5のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
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