JP2017073337A - 組電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極体内の活物質にガスかみしたガスを電極体外に移動させ、ガスかみによる電池容量の低下を抑制することができる組電池を提供すること。
【解決手段】正極活物質を有する正極(21)と黒鉛を含む負極活物質を有する負極(22)とセパレータ(23)とからなる電極体(20)と、前記電極体を電解質と共に封止する外装体(26)と、前記電極体と熱交換する熱交換要素(3)と、前記熱交換要素の動作を制御する制御要素(4)と、を備える組電池(1)であって、前記外装体は前記電極体と連通するバッファ部(25)を区画し、充放電時において前記バッファ部は前記バッファ部以外の残部よりも相対的に負圧化されていること。
【選択図】図1
Description
第1実施形態に係る組電池1は、例えば内燃機関と、電池に充電された電力によって駆動されるモータと、を組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等に用いられる。組電池1を構成する複数の電池セル2は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池等である。
電池セル2の正極21は正極活物質を有する。正極活物質としては、リチウムを挿入及び脱離することが可能な遷移金属を含有した酸化物系物質を用いることが望ましい。
電池セル2の負極22は集電体の表面に負極活物質を有する。負極活物質は黒鉛を含有している。その他含有される負極活物質の種類によっては、結着材を用いる場合もある。結着材は正極21にて説明したものと同様のものが採用できる。集電体は銅等の金属から形成される金属箔などを採用することができる。黒鉛以外の負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵、析出及び放出できる化合物を単独または組み合わせて用いることができる。リチウムイオンを吸蔵、析出及び放出できる化合物の一例としてはリチウム等の金属材料、ケイ素、スズ、銅等を含有する合金系材料、グラファイト、コークス等の炭素系材料、チタン酸化物等がある。
電解質は、正極21及び負極22の間のイオン等の荷電担体の輸送を行う媒体である。電解質はリチウムイオン二次電池が使用される雰囲気下で物理的、化学的、電気的に安定なものが望ましい。例えば、カーボネート系溶媒にLiPF6等を溶解した非水電解質、ポリエチレンオキシドにLiTFSI等を含有した固体電解質等を用いることが出来る。
セパレータ23は、正極21と負極22との間に電気的な絶縁作用とイオン伝導作用とを両立する部材である。セパレータ23は、電解質を保持する役割をも果たす。セパレータ23としては、多孔質合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)やセルロース、ガラス繊維からなる多孔質膜、不織布を採用できる。
上記した複数の正極21と複数の負極22のそれぞれの間にセパレータ23を介在させた電極体20は、電解質と共に外装体26内に封止される。外装体26の形状及び材質は、特に限定されるものではなく、種々の形状及び材料で構成することができる。外装体26の材質は樹脂材料であることが望ましい。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニル、フッ素系樹脂、PBT、ポリアミド、ポリアミドイミド、ABS樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイド、フェノール、エポキシ、アクリル等の樹脂である。または、これら樹脂等とアルミ箔をラミネートしたフィルムを外装体26として使用することができる。
電池セル2は、電極体20と電解質を、正極端子21a及び負極端子22aを突出させるようにして外装体26に封止して形成されている。電極体20は、セパレータ23から突出して積層した複数の正極集電体に正極端子21aが接続され、積層した複数の負極集電体に負極端子22aが接続されている。第1実施形態では、正極端子21aと負極端子22aはそれぞれ対向するように外装体26から突出している。具体的には図2に示すように、正極端子21aと負極端子22aは電極体20の厚み方向に対して垂直な方向にそれぞれ外装体26から突出している。なお、正極端子21aと負極端子22aにおける外装体26からの突出方向は、特に限定されるものではない。
第2実施形態に係る組電池1では、制御要素4は電極体20内で発生したガスが活物質にガスかみしたことを、電池セル2のSOC(State of Charge)−OCV(Open Circuit Voltage)特性の関係から検知する。このこと以外は第一実施形態と同様の構成をとっている。したがって第2実施形態では、制御要素4のガスかみ検知手段について説明する。
2:電池セル 20:電極体 21:正極 22:負極 23:セパレータ 231:正極収容室 232:負極収容室 23b:開放部 233:正極側開放部 234:負極側開放部
25:バッファ部 26:外装体
3:熱交換要素 30:熱媒体伝達装置 31:介挿冷却部 32:バッファ冷却部
4:制御要素
Claims (10)
- 正極活物質を有する正極(21)と黒鉛を含む負極活物質を有する負極(22)とセパレータ(23)とからなる電極体(20)と、
前記電極体を電解質と共に封止する外装体(26)と、
前記電極体と熱交換する熱交換要素(3)と、
前記熱交換要素の動作を制御する制御要素(4)と、を備える組電池(1)であって、
前記外装体は前記電極体と連通するバッファ部(25)を区画し、
充放電時において前記バッファ部は前記バッファ部以外の残部よりも相対的に負圧化されている組電池。 - 前記バッファ部は、前記電極体よりも重力方向の上側に配設されている請求項1に記載の組電池。
- 前記セパレータは少なくとも1辺が開放した開放部(23b)を有するつづら折り形状又は袋形状をなし、かつ、前記正極及び前記負極を収容し前記開放部を備える収容室(231、232)を有し、
充放電に伴う膨張及び収縮が小さい方の前記正極又は前記負極側の前記収容室における前記開放部が前記バッファ部側を向くように、前記電極体は前記外装体内に配設されている請求項1又は2に記載の組電池。 - 前記熱交換要素は、複数の前記電極体間に介挿された介挿冷却部(31)と、前記バッファ部と熱交換を行うバッファ冷却部(32)とを有し、
前記バッファ部が前記残部よりも冷却されるように前記介挿冷却部と前記バッファ冷却部が前記制御要素によって制御されている請求項1〜3の何れか一項に記載の組電池。 - 前記熱交換要素は、前記バッファ部が配設される前記電極体の一方と反対側の他方に前記電極体を加熱する加熱部を有する請求項1〜4の何れか一項に記載の組電池。
- 複数積層した前記電極体を積層方向における両端部から押圧する押圧要素、及び/又は、前記電極体を振動させる振動要素を有し、
前記押圧要素及び前記振動要素は、前記制御要素によって制御されている請求項1〜5の何れか一項に記載の組電池。 - 前記制御要素は下記(A)及び/又は(B)を検知することより、前記熱交換要素を制御する請求項1〜6の何れか一項に記載の組電池。
(A) 電池使用時のSOC−OCV特性の相関図における黒鉛由来のプラトー領域Gが、初期充電時のSOC−OCV特性の相関図における黒鉛由来のプラトー領域Fよりも、SOCにおいて小さくなったこと
(B) 電池使用時のSOC−OCV特性の相関図における黒鉛由来のプラトー領域Iが、初期充電時のSOC−OCV特性の相関図における黒鉛由来のプラトー領域Hよりも、高電圧側(高OCV側)にシフトしたこと - 前記正極活物質は、Ni及びM1が6配位の局所構造を備え、Li2NiαM1 ηM2 βO4−γ(0<α+η≦2、0≦η<1、0<β≦2、0≦γ≦1、α+η+β=1〜2.1、0.8<β/(α+η)、M1:Mn、M2:Ge,Snより選ばれる少なくとも一種)、或いは、Li2NiαM1 βM2 γMnνO4-ε(0.50≦α≦1.35、0≦β<1.0、0≦γ≦0.66、0.33≦β+γ≦1.1、0≦ν≦0.66、0≦ε≦1.00、M1:Sn,Sb0.5Al0.5より選ばれる少なくとも一種、M2:Sb)と、Li2SnO3が固溶してなる複合酸化物である請求項1〜7の何れか一項に記載の組電池。
- 前記正極活物質は、Sn及び/又はGeを含有する請求項8に記載の組電池。
- 前記外装体はラミネートフィルムから構成されており、
前記バッファ部は、前記電極体から発生したガスを収容して膨張する請求項1〜9の何れか一項に記載の組電池。
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