JP2019023971A

JP2019023971A - 電池および電池モジュール

Info

Publication number: JP2019023971A
Application number: JP2017142813A
Authority: JP
Inventors: 素宜奥村; Motoyoshi Okumura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-07-24
Also published as: JP6939183B2

Abstract

【課題】電解液が漏洩したとしても、ショートの発生や、各活電部位間の絶縁抵抗の低下に繋がることを抑制可能なアルカリ二次電池を得る。【解決手段】アルカリ二次電池１００は、封止部材４０が外装缶１０の開口部１０Ｈを封止している部分を外装缶１０の外側から覆うように設けられた被覆材５０を備える。被覆材５０のうち、上記部分を外装缶１０の外側から覆うように設けられている部分５２には少なくとも、イオン捕捉剤が設けられている。【選択図】図２

Description

本開示は、電池および電池モジュールに関する。

特開２０１４−０３８７９１号公報（特許文献１）は、アルカリ電池において、負極集電棒の表面の特定箇所をゴム製のシール剤で被覆することにより、耐漏液性を長期にわたって維持できると述べている。特開２０１５−０７４７３０号公報（特許文献２）は、絶縁電線を構成している絶縁被覆が、ハロゲンフリーの難燃剤とイオン捕捉剤とを含有していることにより、難燃性および耐熱水性を向上させることができると述べている。

特開２０１４−０３８７９１号公報特開２０１５−０７４７３０号公報

特開２０１４−０３８７９１号公報（特許文献１）に開示されているように、電池において耐漏液性を維持できるような構成を採用したとしても、電池を長期間にわたって使用した場合には、電解液が電池の内部から外部に漏洩する可能性がある。電解液が漏液した場合、ショートの発生や、各活電部位間の絶縁抵抗の低下に繋がる可能性がある。

本開示は、電解液が漏洩したとしても、ショートの発生や、各活電部位間の絶縁抵抗の低下に繋がることを抑制可能な構成を備えた電池および電池モジュールを開示することを目的としている。

本開示の電池は、開口部を有する外装缶と、上記外装缶の中に収納された発電要素と、上記外装缶の中に注入された電解液と、上記外装缶の上記開口部を封止するように設けられた封止部材と、上記封止部材が上記開口部を封止している部分を上記外装缶の外側から覆うように設けられた被覆材と、を備え、上記被覆材のうち、上記部分を上記外装缶の外側から覆うように設けられている部分には少なくとも、イオン捕捉剤が設けられている。

上記構成を備えた電池によれば、外装缶の内部から外部に電解液が漏洩したとしても、その電解液由来の導電性溶液（Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋等）をイオン捕捉剤によって効果的に捕捉することが可能となり、漏洩した電解液の電導度を低下させることで、ショートが発生したり活電部位間の絶縁抵抗が低下したりすることを抑制することが可能となる。

本開示の電池モジュールは、端子部を有し、電解液が注入された電池と、上記端子部に電気接続された配線部材と、を備え、上記配線部材は、導電部と、上記導電部の周囲を被覆する被覆部と、を含み、上記導電部は、上記被覆部から露出している部分を含み、当該部分にはイオン捕捉剤が設けられている。

上記構成を備えた電池モジュールによれば、電池の内部から外部に電解液が漏洩し、その電解液が端子部に到達したとしても、その電解液由来の導電性溶液（Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋等）をイオン捕捉剤によって効果的に捕捉することが可能となり、漏洩した電解液の電導度を低下させることで、ショートが発生したり活電部位間の絶縁抵抗が低下したりすることを抑制することが可能となる。

上記構成によれば、電解液が漏洩したとしても、ショートが発生したり活電部位間の絶縁抵抗が低下したりすることを抑制することが可能となる。

実施の形態１における電池を示す断面斜視図である。実施の形態１における電池を示す断面図である。実施の形態２における電池モジュールの分解した様子を示す斜視図である。実施の形態２の別の構成における電池モジュールを示す斜視図である。実施の形態２の別の構成における電池モジュールの端子部と配線部材の一端部との接続構成を示す断面図である。実施の形態２の別の構成における電池モジュールに接続された配線部材の他端部の構成を示す断面図である。

実施の形態における電池ついて、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

以下の実施の形態は、電池の一例であるアルカリ電池に基づき説明する。アルカリ電池とは、電解液にアルカリ水溶液を含む電池の総称である。アルカリ電池は、たとえば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル亜鉛電池、およびニッケル鉄電池である。以下の説明では、アルカリ電池の一例として、アルカリ二次電池が開示される。以下の実施の形態で開示する思想は、アルカリ電池やアルカリ二次電池への適用に限られない。以下の実施の形態で開示する思想は、電池に用いられている電解液が、イオン捕捉剤によって捕捉されるイオンを含有したものであれば、いわゆるイオン電池であっても適用可能である。

［実施の形態１］
図１および図２はそれぞれ、実施の形態１におけるアルカリ二次電池１００を示す断面斜視図および断面図である。アルカリ二次電池１００は、円筒形電池である。アルカリ二次電池１００は、角形電池であってもよいし、ラミネート形電池であってもよい。アルカリ二次電池１００は、外装缶１０、発電要素２０（電極群）、電解液３０、封止部材４０、および被覆材５０を備える。

外装缶１０は、有底筒状に形成され、開口部１０Ｈを端部に有する。外装缶１０の底部は、正極端子１２（図１）を構成する。外装缶１０は、ガス排出弁および電流遮断機構等を備えていてもよい。

外装缶１０の中に、発電要素２０が収納される。発電要素２０は、正極２１、負極２２およびセパレータ２３を含む。発電要素２０は、正極２１、セパレータ２３、負極２２、およびセパレータ２３がこの順序に積層され、さらにこれらが渦巻状に巻回されることによって構成されている。

外装缶１０の中には、電解液３０が注入される。電解液３０は、アルカリ水溶液を含む。電解液３０は、たとえば溶媒およびＬｉ塩を含む。溶媒は、非プロトン性である。溶媒は、たとえば、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒でよい。Ｌｉ塩は支持電解質として機能する。電解液は、溶媒およびＬｉ塩に加えて、各種の機能性添加剤をさらに含んでもよい。

封止部材４０は、外装缶１０の開口部１０Ｈを封止するように設けられる。具体的には、外装缶１０の開口部１０Ｈの内側に、負極端子１４および支持部材１６が配置される。外装缶１０のうちの開口部１０Ｈを形成している部分は、封止部材４０を介して内側に折り曲げられる。

外装缶１０のうちの内側に折り曲げられた上記部分と負極端子１４との間（隙間）、および外装缶１０のうちの内側に折り曲げられた上記部分と支持部材１６との間（隙間）に、封止部材４０が配置される。封止部材４０の存在により上記隙間が塞がれ、外装缶１０の開口部１０Ｈは封止される。支持部材１６は、封止の際に負極端子１４が変形することを防ぐとともに、封止部材４０を内側から支持する。

被覆材５０は、外装缶１０の外側に設けられる。被覆材５０は、電気絶縁性を有する。被覆材５０としては、たとえば、ポリエステル系樹脂と熱伝導性フィラーとを組み合わせて一体成形された熱収縮チューブを用いることができる。被覆材５０は、封止部材４０が開口部１０Ｈを封止している部分を外装缶１０の外側から覆うように設けられる。

外装缶１０の中に充填されている電解液３０は、封止部材４０が開口部１０Ｈを封止している部分を通して漏洩する可能性がある。電解液３０はたとえば、封止部材４０と負極端子１４との間の部分Ｐ１（図２）を通過して漏洩しようとしたり、封止部材４０と外装缶１０の内表面との間の部分Ｐ２（図２）を通して漏洩しようとしたりする。被覆材５０は、これらの部分Ｐ１，Ｐ２を外装缶１０の外側から覆うように設けられる。

被覆材５０のうち、封止部材４０が開口部１０Ｈを封止している部分（たとえば部分Ｐ１，Ｐ２）を外装缶１０の外側から覆うように設けられている部分５２（図２）には少なくとも、イオン捕捉剤が設けられている。この部分５２に限られず、被覆材５０の全体に、イオン捕捉剤が設けられていてもよい。イオン捕捉剤は、電解液３０に由来するＫ^＋、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋等を効果的に捕捉することができる。

ここでいう「設けられている」という用語の技術的意義には、被覆材５０を構成している部材そのものがイオン捕捉剤を一体的に含んでいる場合と、被覆材５０を構成している部材の表面に、イオン捕捉剤が別体として設けられている場合との両方が含まれる。すなわちイオン捕捉剤の形態は特に限定されない。イオン捕捉剤は、粉末状、シート状、網状等であり得る。イオン捕捉剤はたとえば、樹脂製の基材に保持されて使用されてもよい。

イオン捕捉剤は、陰イオン捕捉剤であってもよいし、陽イオン捕捉剤であってもよいし、両イオン捕捉剤であってもよい。両イオン捕捉剤は、陰イオンおよび陽イオンの両方を捕捉し得る。１種のイオン捕捉剤が単独で使用されてもよいし、２種以上のイオン捕捉剤が組み合わされて使用されてもよい。たとえば、陰イオン捕捉剤および陽イオン捕捉剤が組み合わされて使用されてもよい。

イオン捕捉剤は、天然物であってもよいし、人工物であってもよい。イオン捕捉剤は、無機化合物であってもよいし、有機化合物であってもよい。イオン捕捉剤は、ハイドロタルサイト、水酸化アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、リン酸ジルコニウム、酸化アンチモン、および酸化ビスマスからなる群より選択される少なくとも１種を含むものであってもよい。

市販のイオン捕捉剤が使用されてもよい。市販のイオン捕捉剤としては、たとえば、「キョーワード（登録商標、以下同じ）２００、水酸化アルミニウム系イオン捕捉剤、協和化学工業社製」、「キョーワード５００、ハイドロタルサイト系イオン捕捉剤（陰イオン捕捉剤）、協和化学工業社製」、「キョーワード６００、ケイ酸マグネシウム系イオン捕捉剤（両イオン捕捉剤）、協和化学工業社製」、「キョーワード７００、ケイ酸アルミニウム系イオン捕捉剤（陽イオン捕捉剤）、協和化学工業社製」、「ＫＷ−２０００（商品名）、酸化アルミニウム−酸化マグネシウム固溶体系イオン捕捉剤（両イオン捕捉剤）、協和化学工業社製」、「ＤＨＴ−４Ａ（登録商標）、ハイドロタルサイト系イオン捕捉剤（陰イオン捕捉剤）、協和化学工業社製）」、「ＩＸＥ（登録商標、以下同じ）−１００、リン酸ジルコニウム系イオン捕捉剤（陽イオン捕捉剤）、東亞合成社製」、「ＩＸＥ−３００、酸化アンチモン系イオン捕捉剤（陽イオン捕捉剤）、東亞合成社製」、「ＩＸＥ−５００、酸化ビスマス系イオン捕捉剤（陰イオン捕捉剤）、東亞合成社製」、「ＩＸＥ−６００、酸化アンチモン−酸化ビスマス系イオン捕捉剤（両イオン捕捉剤）、東亞合成社製」、「ＩＸＥＰＬＡＳ（登録商標、以下同じ）−Ａ１、東亞合成社製」、「ＩＸＥＰＬＡＳ−Ａ２、東亞合成社製」および「ＩＸＥＰＬＡＳ−Ｂ１、東亞合成社製」等が挙げられる。

実施の形態１のアルカリ二次電池１００は、以上のような構成を備えている。アルカリ二次電池１００はたとえば、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の駆動用電源として使用され得る。これらに限られずアルカリ二次電池１００は、あらゆる用途に適用され得る。

一般的に、アルカリ電池を長期間にわたって使用した場合には、電解液が外装缶の内部から外部に漏洩する可能性がある。電解液が漏液した場合、ショートの発生や、各活電部位間の絶縁抵抗の低下に繋がる可能性がある。

これに対して実施の形態１のアルカリ二次電池１００によれば、外装缶１０の内部から外部に電解液３０が漏洩したとしても、その電解液由来の導電性溶液（Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋等）を被覆材５０によって効果的に捕捉することができるため、漏洩した電解液３０の電導度を低下させることで、ショートが発生したり活電部位間の絶縁抵抗が低下したりすることを抑制することが可能となる。

［実施の形態２］
図３は、実施の形態２における電池モジュール２００の分解した様子を示す斜視図である。電池モジュール２００は、複数のアルカリ二次電池１００と、ケース６１，６２，６３と、複数の配線部材６４とを備える。アルカリ二次電池１００は、上述の実施の形態１におけるアルカリ二次電池１００と同様の構成を備え得る。

ケース６１，６２，６３は、絶縁性を有し、たとえば樹脂製である。ケース６１，６２，６３は、いわゆるバスバーケースとしても機能し得る。ケース６１，６２，６３のうち、複数のアルカリ二次電池１００を保持（拘束）している部分には少なくとも、イオン捕捉剤が設けられているとよい。

配線部材６４は、アルカリ二次電池１００の電圧を検出するための電圧検出線として機能したり、アルカリ二次電池１００の温度を計測するための温度計測線として機能したりすることができる。配線部材６４は、電力の送電や受電に用いられる、いわゆるパワーケーブルとして用いられてもよい。

配線部材６４は、アルカリ二次電池１００の端子部に電気的に接続される導電部６５と、導電部６５の周囲を被覆する被覆部６６とを含む。導電部６５は、被覆部６６から露出している部分（アルカリ二次電池１００の端子部に接続される素線部分）を含み、当該素線部分にはイオン捕捉剤が設けられている。配線部材６４のうち、導電部６５を被覆している被覆部６６に、イオン捕捉剤が設けられていてもよい。

実施の形態２の電池モジュール２００によれば、アルカリ二次電池１００から電解液が漏洩したとしても、その電解液由来の導電性溶液（Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋等）を、各所に設けられたイオン捕捉剤によって効果的に捕捉することができるため、漏洩した電解液３０の電導度を低下させることで、ショートが発生したり活電部位間の絶縁抵抗が低下したりすることを抑制することが可能となる。

図４は、実施の形態２の別の構成における電池モジュール２００を示す斜視図である。電池モジュール２００は、各々が筐体６７内に収容された複数のアルカリ二次電池１００と、配線部材６４とを含む。配線部材６４の一端部６４Ａは、アルカリ二次電池１００に設けられた端子部１３に接続されている。配線部材６４の他端部６４Ｂは、コネクタ６８に接続されている。複数のアルカリ二次電池１００は、配線部材６４およびコネクタ６８を介してＥＣＵ３００に接続される。

図５は、端子部１３と配線部材６４の一端部６４Ａとの接続構成を示す断面図である。図４および図５を参照して、配線部材６４の一端部６４Ａには、端子金具１３Ａが設けられており、かしめ構造により端子金具１３Ａは配線部材６４の一端部６４Ａ側の導電部６５に固定されている。端子金具１３Ａは、締結具１３Ｂを利用して端子部１３に固定されている。当該構成において、導電部６５は、被覆部６６から露出している素線部分（ここでは端子金具１３Ａによりかしめられている素線部分Ｒ１）を含み、当該部分Ｒ１には、たとえば含浸処理またはコート処理によって、イオン捕捉剤が設けられている。

図６は、配線部材６４の他端部６４Ｂの構成を示す断面図である。図４および図６を参照して、配線部材６４の他端部６４Ｂにも、端子金具１３Ｃが設けられており、かしめ構造により端子金具１３Ｃは配線部材６４の他端部６４Ｂ側の導電部６５に固定されている。端子金具１３Ｃを介して、配線部材６４の他端部６４Ｂはコネクタ６８に固定される。当該構成において、導電部６５は、被覆部６６から露出している素線部分（ここでは端子金具１３Ｃによりかしめられている素線部分Ｒ２）を含み、当該部分Ｒ２には、たとえばたとえば含浸処理またはコート処理によって、イオン捕捉剤が設けられている。

上記の構成によっても、アルカリ二次電池１００から電解液が漏洩したとしても、その電解液由来の導電性溶液（Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋等）を、各所に設けられたイオン捕捉剤によって効果的に捕捉することができるため、漏洩した電解液３０の電導度を低下させることで、ショートが発生したり活電部位間の絶縁抵抗が低下したりすることを抑制することが可能となる。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０外装缶、１０Ｈ開口部、１２正極端子、１３端子部、１３Ａ，１３Ｃ端子金具、１３Ｂ締結具、１４負極端子、１６支持部材、２０発電要素、２１正極、２２負極、２３セパレータ、３０電解液、４０封止部材、５０被覆材、５２，Ｐ１，Ｐ２部分、６１，６２，６３ケース、６４配線部材、６４Ａ一端部、６４Ｂ他端部、６５導電部、６６被覆部、６８コネクタ、１００アルカリ二次電池（電池）、２００電池モジュール、３００ＥＣＵ、Ｒ１，Ｒ２素線部分。

Claims

開口部を有する外装缶と、
前記外装缶の中に収納された発電要素と、
前記外装缶の中に注入された電解液と、
前記外装缶の前記開口部を封止するように設けられた封止部材と、
前記封止部材が前記開口部を封止している部分を前記外装缶の外側から覆うように設けられた被覆材と、を備え、
前記被覆材のうち、前記部分を前記外装缶の外側から覆うように設けられている部分には少なくとも、イオン捕捉剤が設けられている、
電池。
端子部を有し、電解液が注入された電池と、
前記端子部に電気接続された配線部材と、を備え、
前記配線部材は、導電部と、前記導電部の周囲を被覆する被覆部と、を含み、
前記導電部は、前記被覆部から露出している部分を含み、当該部分にはイオン捕捉剤が設けられている、
電池モジュール。