JP2015118811A

JP2015118811A - 二次電池

Info

Publication number: JP2015118811A
Application number: JP2013261757A
Authority: JP
Inventors: 慶孝増馬; Yoshitaka Masuma
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-25

Abstract

【課題】電池内部で発生したガスが、高温のまま電池外部に排出されることを抑制できる二次電池を提供する。【解決手段】二次電池３０は、電池本体部１０、外装体４０およびガス排出部５０を有する。電池本体部１０は、電力を発生する。外装体４０は、電池本体部１０を収容する。ガス排出部５０は、外装体４０の周縁部に設けられ、電池本体部１０から排出されるガスの流速を低減しつつ外部に排出する。【選択図】図３

Description

本発明は、二次電池に関する。

近年、環境保護を目的として二酸化炭素排出量の低減のため、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入に大きな注目が集まっている。これらの車両の動力源として、たとえば、大電流かつ環境負荷の少ないリチウムイオン二次電池が知られている。

リチウムイオン二次電池は、電力を発生する発電要素と、当該発電要素を内部に収容する容器とを有する。リチウムイオン二次電池においては、電池の充放電を繰り返して電池が劣化した場合や、電池を高温状態で使用した場合等に、発電要素から高温のガスが発生することがある。発生したガスによって電池の容器の内圧が高まり、容器が膨張して破損することもある。これを防止するために、電池の容器にガスを排出するガス排出口を設け、所定の内圧でガス排出口が開裂してガスを排出する技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−３１９３０８号公報

しかしながら、上記の技術においては、発生したガスが、高温のまま、ガス排出口から電池容器の外部に排出されてしまうことになる。これでは、隣接する他の部品に高温のガスを吹き付けてしまうことになり、当該他の部品の温度を上昇させてしまう虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電池内部で発生したガスが、高温のまま電池外部に排出されることを抑制できる二次電池を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

二次電池は、電池本体部、外装体およびガス排出部を有する。電池本体部は、電力を発生する。外装体は、電池本体部を収容する。ガス排出部は、外装体の周縁部に設けられ、電池本体部から排出されるガスの流速を低減しつつ外部に排出する。

電池の外装体の周縁部にガス排出部を設け、電池本体部から排出されるガスの流速を低減しつつ外装体の外部に排出する。これにより、排出されるガスの熱伝達率を低下させ、高温のガスが排出されることを抑制できる。

本実施形態において用いられるセルの外観を示す斜視図である。本実施形態において用いられるセルの構造の一例を模式的に示す概略断面図である。本実施形態の電池の概略構成を模式的に示す概略断面図である。縮小部および拡大部の対の数と熱伝達率比との関係を示す図である。本実施形態の電池を複数並べた様子を示す図である。従来の電池を複数並べた様子を示す図である。隣接する電池の温度の時間変化の様子を示す図である。本実施形態において用いられるセルの構造の他の例を模式的に示す概略断面図である。本実施形態の電池を複数並べた様子を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。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。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本実施形態において用いられるセルの外観を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の電池セル（以下、単に「セル」という）１０は、扁平な矩形形状を有しており、正極リード１１および負極リード１２がシート部材１３の端部から導出されている。シート部材１３の内部には、充放電反応が進行する発電要素（電池要素）２０が収容されている。

図２は、本実施形態において用いられるセルの構造の一例を模式的に示す概略断面図である。

図２に示すように、セル１０は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素２０が、シート部材１３であるラミネートシートの内部に封止された構造を有する。

発電要素２０は、一枚の集電体（集電箔）２１の一方の面に正極電極２２が形成され他方の面に負極電極２３が形成されてなる双極型電極２４ａが、セパレータ２５を介して複数直列に積層されて構成される。したがって、発電要素２０は、セパレータ２５を挟んで設けられた一対の正極電極２２および負極電極２３からなる単電池２４ｂが、電気的に直列接続された構造ともいえる。このように、セル１０は、いわゆる双極型とよばれる構造を形成している。なお、図２に示す例では、５層分の単電池２４ｂが積層されているが、これに限定されず、所望する出力電圧に応じて調整してよい。

セル１０からは、たとえば、電解液の蒸発ガス等のガスが発生する。発生するガスとしては、エチレンカーボネイトやプロピレンカーボネイト等の高沸点ガスや、ジエチルカーボネイト、ジメチルカーボネイト、エチルメチルカーボネイト等の低沸点ガスが挙げられる。また、ガスには、電極構成材料である粉体等も含まれることがある。

［集電体２１］
集電体２１は、高分子材料を含む集電箔と、導電性を有する導電材とによって構成されている。たとえば、集電体２１は、導電材が集電箔上に配置される構造としてもよいし、二枚の集電箔の間に導電材を挟む構造としてもよい。ここで、高分子材料は必ずしも導電性を有している必要はないが、集電箔全体では、集電箔としての機能を果たすために導電性を有していなければならない。したがって、高分子材料が導電性を持たない場合には、集電箔には、高分子材料の他に、導電性を有する導電性フィラー（導電性粒子）が当然に含まれる。

導電性フィラーとしては、導電性を有するが、電荷移動媒体として用いられるイオンに関しては伝導性を有さない材料から選択される。当然のことながら、導電性フィラーは、印加される正極電位および負極電位に耐えうる材料から選択されなければならない。導電性フィラー（導電性粒子）は、金属粒子およびカーボン粒子の少なくともいずれかであり、たとえば、アルミニウム粒子、ＳＵＳ粒子、銀粒子、金粒子、銅粒子、チタン粒子、カーボン粒子、カーボンナノチューブなどが用いられる。

また、高分子材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、またはこれらの混合物である。

また、集電体２１として、電池用の集電体材料として従来用いられている部材が適宜採用されてもよい。一例を挙げると、集電体２１としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン、または銅が挙げられる。

なお、複数の集電体２１のうち最外層に位置する集電体を、以下では最外層集電体２１ａ、２１ｂと称する。ただし、セル１０の正極側の最外層集電体を正極側最外層集電体２１ａとし、負極側の最外層集電体を負極側最外層集電体２１ｂとして区別する。

正極側最外層集電体２１ａは、図２に示すように、最外層の正極電極２２を介して、正極リード１１に接合している。また、負極側最外層集電体２１ｂは、最外層の負極電極２３を介して、負極リード１２に接合している。なお、この構成に限定されず、正極側最外層集電体２１ａは、片面のみに負極電極２３が形成される構成としてもよい。この場合、最外層の正極電極２２は設けられず、正極側最外層集電体２１ａは、直接、正極リード１１に接合される。また、負極側最外層集電体２１ｂについても、片面のみに正極電極２２が形成される構成としてもよい。この場合、最外層の負極電極２３は設けられず、負極側最外層集電体２１ｂは、直接、負極リード１２に接合される。

また、発電要素２０は、集電体２１の外周縁と接するシール部２６を有している。シール部２６は、絶縁性のシール材によって形成してある。シール部２６は、集電体２１の外周部である端部に固定されると共に、二つのセパレータ２５の間に配置される。

［正極電極２２］
正極電極２２は、正極活物質、導電助剤、バインダー、支持塩（リチウム塩）などを含む正極活物質層が形成されている。

正極電極２２に含まれる正極活物質は、電極反応において正極電極２２と負極電極２３との間を往来する物質（イオン）を蓄積および放出できる正極材料である。たとえば、セル１０がリチウムイオン二次電池である場合には、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ_２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ_２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ_４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＭｏＯ_３などの遷移金属酸化物や硫化物、ＰｂＯ_２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。また、場合によっては、二種以上の正極活物質が併用されてもよい。

正極電極２２に含まれる導電助剤は、正極活物質の導電性を改善する機能を有し、たとえば、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）などの種々の炭素繊維により構成される。

正極電極２２に含まれるバインダーは、集電体２１と正極電極２２との結着材としての機能を有する。たとえば、バインダーとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの混合物が挙げられる。

正極電極２２に含まれる支持塩は、支持電解質としての機能を有する。たとえば、支持塩としては、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ（ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎなどが挙げられる。

［負極電極２３］
負極電極２３は、負極活物質、導電助剤、バインダー、支持塩などを含む負極活物質層が形成されている。

負極電極２３に含まれる負極活物質は、電極反応において正極電極２２と負極電極２３との間を往来する物質（イオン）を蓄積および放出できる負極材料である。たとえば、負極活物質としては、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料（黒鉛）、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボンなどが挙げられる。より好ましくは、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛である。天然黒鉛は、たとえば、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛などが使用できる。人造黒鉛としては塊状黒鉛、気相成長黒鉛、鱗片状黒鉛、繊維状黒鉛が使用できる。これらの中で、特に好ましい材料としては、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛である。鱗片状黒鉛、塊状黒鉛を用いた場合、充填密度が高くなるため、特に有利である。また、場合によっては、二種以上の負極活物質が併用されてもよい。

負極電極２３に含まれる導電助剤は、負極活物質の導電性を改善する機能を有し、たとえば、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）などの種々の炭素繊維により構成される。

負極電極２３に含まれるバインダーは、集電体２１と負極電極２３との結着材としての機能を有し、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）によって構成されている。また、ポリフッ化ビニリデンのような溶剤系バインダー以外に、ポリマー微粒子、ゴム材料を水に分散させた水系バインダー（たとえば、スチレン−ブタジエンゴム）を用いてもよい。

負極電極２３に含まれる支持塩は、支持電解質としての機能を有する。たとえば、負極電極２３の支持塩には、正極電極２２に含まれる支持塩と同一の物質が用いられる。

［正極リード１１および負極リード１２］
正極リード１１および負極リード１２は、図２に示すように、発電要素２０の最外層において発電要素２０と電気的に接続されつつ、シート部材１３の外部に導出される。たとえば、正極リード１１および負極リードには、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、ステンレス鋼、これらの合金などが用いられる。

［セパレータ２５および電解液］
セパレータ２５は、正極電極２２と負極電極２３の間に設けられ、正極電極２２と負極電極２３を電気的に隔離している。セパレータ２５は、正極電極２２と負極電極２３との間に電解液を保持して、イオンの伝導性を担保している。たとえば、セパレータ２５は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン製の多孔質膜、セラミック製の多孔質膜などが用いられる。また、耐熱性を有するアラミドなどが用いられてもよい。

電解液は、非水（系）電解液である。電解液を介して正極電極２２と負極電極２３の間をイオンが移動することで、発電要素２０に蓄電された電気が充放電される。たとえば、電解液は、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩等が溶解した形態である。有機溶媒としては、支持塩を十分に溶解させ得るものであればよく、たとえば、（１）プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類、（２）ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、（３）テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類、（４）γ−ブチロラクトン等のラクトン類、（５）アセトニトリル等のニトリル類、（６）プロピオン酸メチル等のエステル類、（７）ジメチルホルムアミド等のアミド類、（８）酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから一種類または二種以上を混合した非プロトン性溶媒等の可塑剤などが挙げられる。これら有機溶媒は、単独で用いても二種類以上を組み合わせて用いてもよい。支持塩としては、従来公知のものが用いられる。たとえば、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ（ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等が用いられる。

［シート部材１３］
シート部材１３は、たとえば、内部に金属板を備えたラミネートシートから構成され、発電要素２０を両側から被覆して封止する。これにより、シート部材１３は、発電要素２０を収容する。

図３は、本実施形態の電池の概略構成を模式的に示す概略断面図である。図３において、（Ａ）は電池全体の概略断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。

図３（Ａ）に示すように、電池３０は、外装体であるケース４０の内部に、電池本体部である複数のセル１０が収容されて構成される。ケース４０に収容されるセル１０の数は、複数に限定されず、一つでもよい。ケース４０は、たとえば、缶状の容器や樹脂成形された容器等である。

ケース４０は、周縁部に、セル１０から排出されるガスをケース４０の外部に排出するためのガス排出部５０を有する。ガス排出部５０は、ケース４０を封止する部分に設けられる。

図３（Ｂ）に示すように、ガス排出部５０は、排出されるガスが蛇行して進行するように形成されるガス流路Ｐを有する。ガス排出部５０は、ガス流路Ｐの断面積を縮小する縮小部５２と、縮小部５２によって縮小されたガス流路Ｐの断面積を拡大する拡大部５４とを有する。また、ガス排出部５０は、ガスとともに噴出される粒子を捕捉する粒子溜まり５６を有する。

縮小部５２は、ケース４０の一方の壁面Ｗ１から他方の壁面Ｗ２に向かって、長く延びて形成される隔壁である。拡大部５４は、壁面Ｗ２から壁面Ｗ１に向かって、短く延びて形成される隔壁である。縮小部５２と、拡大部５４とは、対をなしてガスの排出方向に並んで設けられる。

縮小部５２は、ケース４０の壁面Ｗ１との間に狭い隙間Ｓ１を形成することにより、ガス流路Ｐの断面積を縮小する。拡大部５４は、ケース４０の壁面Ｗ２との間に広い隙間Ｓ２を形成することにより、縮小部５２によって縮小されたガス流路Ｐの断面積を拡大する。縮小部５２がケース４０の壁面Ｗ１との間に形成するガス流路Ｐの隙間Ｓ１の幅Ｌ１は、２ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましい。縮小部５２および拡大部５４の並ぶ間隔Ｌ２は、縮小部５２が形成する隙間Ｓ１の幅Ｌ１の大きさ以上であることが好ましい。ガス排出部５０のガスの排出方向における長さは、２５ｍｍ程度とすることができる。また、ガス排出部５０のセル１０の積層方向における長さは、３５ｍｍ程度とすることができる。

次に、本実施形態の電池３０が、セル１０から発生したガスを排出する場合の作用および効果について説明する。

図３（Ａ）に示すように、セル１０から発生したガスは、ケース４０の内部に放出された後、ガス排出部５０を介してケース４０の外部に排出される。図３（Ｂ）に示すように、排出されるガスが、ガス排出部５０を通過する際、ガス流路Ｐの断面積は、ケース４０の最も内側にある縮小部５２が形成する隙間Ｓ１において縮小される。ガスは、ガス流路Ｐに沿って進み、ケース４０の最も内側にある拡大部５４が形成する隙間Ｓ２において、ガス流路Ｐの断面積は拡大される。このようなガス流路Ｐの断面積の縮小および拡大により、排出されるガスの圧力損失を発生させ、ガスの流速を低減させる。ここで、縮小部５２が形成するガス流路Ｐの隙間の幅Ｌ１が小さいほど、ガスの圧力損失はより大きくなり、ガスの流速をより低減させる。

さらに、縮小部５２および拡大部５４の対の数に応じて、上記のガス流路Ｐの断面積の縮小および拡大が繰り返される。縮小部５２および拡大部５４の対の数が多いほど、ガス流路Ｐの断面積の縮小および拡大は多く行われる。その結果、ガスの圧力損失はより大きくなり、ガスの流速をより低減させる。図３の例では、縮小部５２および拡大部５４の対が４つ設けられているため、上記のようなガス流路Ｐの断面積の縮小および拡大が、４回繰り返される。複数のガス流路Ｐの断面積の縮小および拡大による圧力損失の値は、ケース４０の容器強度と同等以下とすることが好ましい。

図４は、縮小部および拡大部の対の数と熱伝達率比との関係を示す図である。図４において、熱伝達率比とは、排出されるガスの熱伝達率について、ケース４０のガス排出部５０に縮小部５２および拡大部５４の対が設けられていない場合の熱伝達率を１とした場合の、熱伝達率の比を示す数値である。

図４に示す縮小部５２および拡大部５４の対の数と熱伝達率比との関係は、以下の数式に基づいて算出した。

数式１より、熱伝達率は、ガス流速の４／５乗に比例する。数式２より、熱流束は、熱伝達率と、温度差と、伝熱面積とを掛けあわせた値である。数式３より、流量Ｇは、ラビリンスの絞り段数ｎが増加すると、減少する。本実施形態において、数式３の絞り段数ｎは、縮小部５２がケース４０の壁面Ｗ１との間に形成する隙間Ｓ１の数に相当する。また、数式３より、流量Ｇは、絞り部の隙間面積Ｆに比例する。本実施形態において、数式３の絞り部の隙間面積Ｆは、隙間Ｓ１の面積に相当する。

上述のとおり、熱伝達率は、ガス流速の４／５乗に比例する。また、ガス流速は、流路の形状が一定であれば、流量Ｇに比例する。したがって、熱伝達率は、流量Ｇの４／５乗に比例する。また、流量Ｇは、絞り段数ｎが増加すると、減少する。したがって、絞り段数ｎが増加すると、熱伝達率は減少する。ここで、絞り段数ｎは、隙間Ｓ１の数に相当する。したがって、隙間Ｓ１の数が増加すると、熱伝達率は減少する。

図４に示すように、縮小部５２および拡大部５４の対の数が増えると、熱伝達率比は低くなる。たとえば、縮小部５２および拡大部５４の対の数が２つの場合、熱伝達率比は、約０．３５であることが示されている。すなわち、縮小部５２および拡大部５４の対を２つ設けた場合、ガス排出部５０の熱伝達率は、約６５％低減されることになる。また、縮小部５２および拡大部５４の対の数が４つの場合、熱伝達率比は、約０．３であることが示されている。すなわち、縮小部５２および拡大部５４の対を４つ設けた場合、ガス排出部５０の熱伝達率は、約７０％低減されることになる。

図４の例において、隙間Ｓ１の幅Ｌ１は１ｍｍに設定されている。ただし、数式１〜３より、熱伝達率は、流量Ｇの４／５乗に比例し、流量Ｇは、絞り部の隙間面積Ｆに比例することが示される。よって、熱伝達率は、絞り部の隙間面積Ｆの４／５乗に比例する。ここで、絞り部の隙間面積Ｆは、隙間Ｓ１の幅Ｌ１に比例するため、隙間Ｓ１の幅Ｌ１が減少すると、熱伝達率は減少することがわかる。したがって、隙間Ｓ１の幅Ｌ１はできるだけ小さいことが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましい。

次に、本実施形態の電池３０を複数並べた場合の効果について、従来の電池との比較により説明する。

図５は、本実施形態の電池を複数並べた様子を示す図である。図６は、従来の電池を複数並べた様子を示す図である。図７は、隣接する電池の温度の時間変化の様子を示す図である。

図５に示すように、本実施形態の電池３０を複数並べて組電池として構成した場合、一つの電池３０から排出されるガスが、他の電池３０に吹きつけられる。ここで、電池３０においては、排出されるガスの流速が低減され、排出されるガスの熱伝達率が低減されている。したがって、電池３０から排出されるガスが他の電池３０に与える熱量は小さくなり、他の電池３０の温度を上昇させることを抑制できる。

一方、図６に示すように、従来の電池３００を複数並べた場合、一つの電池３００の内圧が増加しガス排出口が開裂すると、排出されたガスは流速が低減されず、熱伝達率も高いままとなる。したがって、排出されるガスの吹き付けにより他の電池３００に大きな熱量を与えて、他の電池３００の温度を上昇させてしまう。

これらの結果として、図７に示すように、本実施形態の電池３０においては、時間が経過しても、隣接する電池３０の温度の上昇を抑制できている。一方、従来の電池３００においては、時間の経過にともない、隣接する電池３００の温度は上昇して高温に達する。これにより、電池３００の劣化や破損等が生じやすくなる。

以上のように、本実施形態の電池３０によれば、外装体の周縁部にガス排出部５０を設け、電池本体部から排出されるガスの流速を低減しつつ外装体の外部に排出する。これにより、排出されるガスの熱伝達率を低下させ、高温のガスが排出されることを抑制できる。その結果、他の部品に高温のガスを吹き付けて、他の部品の温度を上昇させることを抑制できる。特に、電池３０に隣接した他の電池がある場合には、他の電池に高温のガスを吹き付けることを抑制できる。その結果、温度上昇により劣化等の影響が生じやすい電池について、温度を上昇させることを抑制できる。

また、ガスが流速を低減されつつ外装体の外部に排出されるため、隣接した他の部品に反射して電池３０自体に吹き付けられることも抑止できる。これにより、電池３０自体の温度を上昇させることも抑制できる。

また、ガス排出部５０は、外装体を封止する部分に設けられる。これにより、外装体を封止する部分は、元々開口している部分であるため、ガス排出部５０の取り付けが容易となる。

また、ガス排出部５０は、ガス流路Ｐの断面積を縮小する縮小部５２と、縮小部５２よりガス流路Ｐの断面積を拡大する拡大部５４とを含み、縮小部５２および拡大部５４は、ガスが蛇行して進むようにガス流路Ｐを形成する。これにより、ガス流路Ｐの断面積の縮小および拡大が行われる。したがって、ガス排出部５０を通過するガスに圧力損失を与え、ガス流速を低減できる。結果として、排出されるガスの熱伝達率を低下させ、高温のガスが排出されることを抑制できる。

また、縮小部５２が形成するガス流路Ｐの隙間Ｓ１の幅Ｌ１は、１ｍｍ以下とする。これにより、隙間Ｓ１の断面積をより小さくし、ガス流路Ｐの断面積の縮小および拡大の比率を大きくできる。したがって、ガス排出部５０を通過するガスにより大きな圧力損失を与え、ガス流速を低減できる。結果として、排出されるガスの熱伝達率をより低下させ、高温のガスが排出されることを抑制できる。

また、縮小部５２および拡大部５４は、対をなしてガスの排出方向に並び、ガス排出部５０には、複数の縮小部５２および拡大部５４の対が設けられる。これにより、ガス流路Ｐの断面積の縮小および拡大が繰り返される。したがって、ガス排出部５０を通過するガスにより大きな圧力損失を与え、ガス流速を低減させることができる。結果として、排出されるガスの熱伝達率をより低下させ、高温のガスが排出されることを抑制できる。

また、縮小部５２および拡大部５４の並ぶ間隔は、縮小部５２におけるガス流路Ｐの隙間Ｓ１の幅Ｌ１以上である。これにより、ガス排出部５０を通過するガスにより大きな圧力損失を与え、ガス流速を低減させることができる。結果として、排出されるガスの熱伝達率をより低下させ、高温のガスが排出されることを抑制できる。

電池本体部は、電極とセパレータとを含む発電要素２０をシート部材１３により密封した一つ以上のセル１０であり、外装体は、セル１０を収容するケース４０である。これにより、ケース４０に収容された電池を複数並べた場合でも、ケース４０から排出されるガスによって、他の電池の温度を上昇させることを抑制できる。

なお、本実施形態では、ケース４０を外装体、セル１０を電池本体部、ケース４０の内部にセル１０を収容したものを電池として説明したが、これに限定されない。セル１０のシート部材１３を外装体、発電要素２０を電池本体部、セル１０を電池とし、外装体であるシート部材１３にガス排出部５０を設けてもよい。これにより、セル１０からも高温のガスが排出されることを抑制できる。その結果、たとえば、ケース４０内に複数のセル１０が収容された場合においても、セル１０から排出されるガスによって他のセル１０の温度を上昇させることを抑制できる。

また、本実施形態では、セル１０は、双極型（内部直列接続タイプ）の電極構造を有する電池として説明したが、これに限定されない。セル１０は、たとえば、双極型でない内部並列接続タイプの電極構造を有する積層型電池であってもよい。

図８は、本実施形態において用いられるセルの構造の他の例を模式的に示す概略断面図である。

図８に示すように、セル１０は、シート部材１３の内部に充放電を行う発電要素２０を密封した構造を有する。発電要素２０は、正極電極２７ａと負極電極２８ａとセパレータ２５とが積層されて構成されている。正極電極２７ａと負極電極２８ａとは、セパレータ２５を介して交互に積層されており、一対の正極電極２７ａおよび負極電極２８ａからなる単電池が電気的に並列接続されている。

正極電極２７ａは、正極集電体２７の両面に正極活物質層２２が形成されてなる。負極電極２８ａは、負極集電体２８の両面に負極活物質層２３が形成されてなる。なお、図８に示す例では、３つの正極電極２７ａと、４つの負極電極２８ａとが交互に積層されているが、これに限定されず、所望する出力電圧に応じて調整してよい。

このように、セル１０は、矩形双極型電池または矩形積層型電池としてもよい。これにより、高出力な電池においても、高温のガスが排出されることを抑制できる。

また、本実施形態では、セル１０の構造は、扁平形電池として説明したが、これに限定されない。セル１０の構造は、扁平型（積層型）電池、巻回型（円筒型）電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。ここで、巻回型電池は、円筒型形状のものでもよく、長方形状の扁平な形状にしたものでもよい。巻回型電池の外装材としては、ラミネートフィルムを用いてもよく、円筒缶（金属缶）を用いてもよい。

また、本実施形態では、セル１０の電解質の形態は、非水電解液をセパレータに含浸させた液体電解質型電池として説明したが、これに限定されない。セル１０の電解質の形態は、たとえば、ポリマー電池とも称される高分子ゲル電解質型電池および固体高分子電解質（全固体電解質）型電池等を適用してもよい。本実施形態では、高分子ゲル電解質および固体高分子電解質に関しても、これら高分子ゲル電解質や固体高分子電解質をセパレータに含浸させたものを使用することができる。

また、本実施形態では、ガス排出部５０は、電池３０を複数並べた場合に、各電池３０において他の電池に対向する位置にも設けられる。この場合にも、ガス排出部５０によって高温のガスが排出されることが抑制され、他の電池の温度を上昇させることを抑制できる。しかし、ガス排出部５０は、電池３０を複数並べた場合に、各電池３０において他の電池に対向しない位置に設けられてもよい。

図９は、本実施形態の電池を複数並べた様子を示す図である。

図９に示すように、複数並べられた電池３０を含む組電池において、それぞれの電池３０に設けられるガス排出部５０は、他の電池３０に対向しない位置に設けられている。

このように、他の電池３０に対向しない位置にガス排出部５０を設けることにより、電池３０から排出されるガスが、他の電池３０に直接吹き付けられることがなくなり、他の電池の温度を上昇させることを、より一層抑制できる。

１０セル、
１１正極リード、
１２負極リード、
１３シート部材、
２０発電要素、
２１集電体、
２２正極電極（正極活物質層）、
２３負極電極（負極活物質層）、
２４ａ双極型電極、
２４ｂ単電池、
２５セパレータ、
２６シール部、
２７正極集電体、
２７ａ正極電極、
２８負極集電体、
２８ａ負極電極、
３０電池、
４０ケース、
５０ガス排出部、
５２縮小部、
５４拡大部、
Ｓ１、Ｓ２隙間、
３００電池。

Claims

電力を発生する電池本体部と、
前記電池本体部を収容する外装体と、
前記外装体の周縁部に設けられ、前記電池本体部から排出されるガスの流速を低減しつつ外部に排出するガス排出部と、
を有する二次電池。
前記ガス排出部は、前記外装体を封止する部分に設けられる請求項１に記載の二次電池。
前記ガス排出部は、ガスの流路の断面積を縮小する縮小部と、前記縮小部よりガスの流路の断面積を拡大する拡大部と、を含み、
前記縮小部および前記拡大部は、ガスが蛇行して進む流路を形成する請求項１または請求項２に記載の二次電池。
前記縮小部が形成するガス流路の隙間は１ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池。
前記縮小部および前記拡大部は、対をなして前記ガスの排出方向に並び、
前記ガス排出部には、複数の前記対が設けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池。
前記対における前記縮小部および前記拡大部の並ぶ間隔は、前記縮小部におけるガス流路の隙間以上の大きさである請求項５に記載の二次電池。
前記電池本体部は、電極とセパレータとを含む発電要素をシート部材により密封した一つ以上のセルであり、
前記外装体は、前記セルを収容する容器である請求項１〜６のいずれか一項に記載の二次電池。
前記セルは、矩形の集電体の一面に正極活物質層、他面に負極活物質層が形成された複数の双極型電極がセパレータを介して積層されてなる矩形双極型電池、または矩形の集電体の両面に正極活物質層が形成された正極と集電体の両面に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して交互に積層されてなる矩形積層型電池である請求項７に記載の二次電池。
前記電池本体部は、電極とセパレータとを含む発電要素であり、
前記外装体は、前記発電要素を電解液とともに密封するシート部材である請求項１〜６のいずれか一項に記載の二次電池。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の二次電池を複数並べた組電池であって、
各電池の前記ガス排出部は、各電池において他の電池に対向しない位置に設けられる組電池。