JP2024510159A

JP2024510159A - 電池パックと電力消費装置

Info

Publication number: JP2024510159A
Application number: JP2023554049A
Authority: JP
Inventors: 建福何; ▲倩▼ ▲劉▼; 永煌叶; 全国李; ▲暁▼富徐; ▲海▼族金
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-06
Also published as: CN115832591A; EP4310983A1; CN115832591B; US20240047813A1; WO2023065932A1; KR20230156769A

Abstract

本出願は、電池パックと電力消費装置を提供する。本出願の電池パックは、単位構造で繰り返し並ぶ複数の電池セルを含み、単位構造は、Ｎ１個の第一の電池セルとＮ２個の第二の電池セルによって構成され、Ｎ１個の第一の電池セルは、Ｎ２個の第二の電池セルを取り囲み、ここで、Ｎ１、Ｎ２は、１以上の整数であり、且つＮ１＞Ｎ２であり、第一の電池セルの体積エネルギー密度をＤ１とし、直流インピーダンスをＲ１とし、第二の電池セルの体積エネルギー密度をＤ２とし、直流インピーダンスをＲ２とすると、単位構造の熱安定因子μ＝（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）は、０．２≦μ≦１を満たす。

Description

本出願は、２０２１年１０月２１日に中国国家知識産権局に提案され、特許出願番号が２０２１１１２２６４１８．０である特許出願の優先権と権益を主張しており、その内容のすべては、援用によりここに取り込まれる。

本出願は、電池分野に関し、特に熱暴走を抑制することができる電池パックと、この電池パックを含む電力消費装置に関する。

近年、リチウムイオンなどの二次電池技術が絶えず発展しているにつれて、二次電池は、水力、火力、風力と太陽光発電所などのエネルギー貯蔵電源システム、及び電動工具、電動自転車、電動バイク、電気自動車、軍装備品、航空宇宙などの多くの分野に広く応用されている。

上記分野では、二次電池セルの容量が使用上の需要を満たすことができない場合があり、この場合、複数の同じ二次電池セルを直列接続又は並列接続して電池パックを構成する必要がある。

高エネルギー密度を追求するために、電池パックにおける二次電池セルは、緊密に並べられ、電池パックに過充電や過放電、機械的衝突などの状況が発生した場合、電池パック内の電池セルの熱暴走を引き起こすことがある。電池パック内のある一つ又はいくつかの電池セルの熱暴走は、隣接する電池セルに急速に伝播し、深刻な安全上の懸念をもたらす。そのため、どのように電池パックの安全性能を向上させるかは、早急な解決の待たれる重要な技術的課題となっている。

本出願は、上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱伝播を抑制できる、二次電池から構成される電池パックと、この電池パックを含む電力消費装置とを提供することである。

上記目的を達成するために、本出願の第一の態様によれば、電池パックを提供し、この電池パックは、単位構造で繰り返し並ぶ複数の電池セルを含み、前記単位構造は、Ｎ１個の第一の電池セルとＮ２個の第二の電池セルによって構成され、前記Ｎ１個の第一の電池セルは、前記Ｎ２個の第二の電池セルを取り囲み、ここで、Ｎ１、Ｎ２は、１以上の整数であり、且つＮ１＞Ｎ２であり、前記第一の電池セルの体積エネルギー密度をＤ１とし、直流インピーダンスをＲ１とし、前記第二の電池セルの体積エネルギー密度をＤ２とし、直流インピーダンスをＲ２とすると、前記単位構造の熱安定因子μ＝（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）は、０．２≦μ≦１を満たし、選択的に、０．２≦μ≦０．８を満たす。

これにより、本出願は、第一の電池セルで第二の電池セルを取り囲む単位構造を電池パック内に並べるとともに、単位構造の熱安定因子μ＝（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）が０．２≦μ≦１を満たし、選択的に、０．２≦μ≦０．８を満たすようにすることによって、エネルギー密度を維持し、電池パックの熱伝播の発生を抑制することができる。

任意の実施の形態では、前記第一の電池セルの正極極板の開始放熱ピーク温度をＴ１とし、総放熱量をＱ１とし、且つ前記第二の電池セルの正極極板の開始放熱ピーク温度をＴ２とし、総放熱量をＱ２とすると、前記単位構造は、１℃≦Ｔ１－Ｔ２≦１００℃、且つ０．０１≦Ｑ１／Ｑ２≦０．９９を満たす。これにより、電池パックの熱伝播の発生をさらに抑制することができる。

任意の実施の形態では、前記第一の電池セルの負極極板の開始放熱ピーク温度をＴ３とし、総放熱量をＱ３とし、前記第二の電池セルの負極極板の開始放熱ピーク温度をＴ４とし、総放熱量をＱ４とすると、前記単位構造は、１℃≦Ｔ３－Ｔ４≦１００℃、且つ０．０１≦Ｑ３／Ｑ４≦０．９９を満たす。これにより、電池パックの熱伝播の発生をさらに抑制することができる。

任意の実施の形態では、前記第一の電池セルの容量をＣ１とし、前記第二の電池セルの容量をＣ２とすると、前記第二の電池セルの容量Ｃ２と前記第一の電池セルの容量Ｃ１との比αは、１≦α≦１．５を満たし、選択的には、１．０５≦α≦１．３０を満たす。これにより、電池パック全体の放電エネルギーを向上させることができる。

任意の実施の形態では、前記第一の電池セルの１５％変形時の押圧力をＦ１とし、前記第一の電池セルの半径をｒ１とし、前記第二の電池セルの１５％変形時の押圧力をＦ２とし、前記第二の電池セルの半径をｒ２とし、前記第一の電池セル半径ｒ１と前記第二の電池セル半径ｒ２との比をβとすると、０．１≦β≦１の場合、前記第二の電池セルの押圧力Ｆ２と前記第一の電池セルの押圧力Ｆ１との比δは、１．５≦δ≦２を満たし、１＜β≦２の場合、前記δは、１．０１≦δ＜１．５を満たす。これにより、第一の電池セルによって衝突時のエネルギーを吸収することができ、それによって電池パック全体の衝突安全性を向上させる。

任意の実施の形態では、前記第一の電池セルと第二の電池セルは、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池又はカリウムイオン電池である。これにより、様々な需要に応じて様々な化学系の二次電池を広く応用することができる。

任意の実施の形態では、Ｎ１＝４、且つ、Ｎ２＝１である。これにより、第二の電池セルの四つの角は、いずれも第一の電池セルによって被覆され、熱伝播をさらに抑制し、衝突安全性を向上させることができる。

任意の実施の形態では、Ｎ１とＮ２との差を△Ｎとすると、１≦△Ｎ≦３の場合、前記βは、０．１≦β≦０．８を満たし、△Ｎ＞３の場合、前記βは、０．８＜β≦２を満たす。これにより、安全性とエネルギー密度を両立させることができる。

任意の実施の形態では、鉛直方向又は水平方向に複数の前記単位構造が積層される。これにより、電池パック全体の安全性を向上させることができる。

本出願の第二の態様によれば、電力消費装置を提供し、この電力消費装置は、本出願の第一の態様の電池パックを含む。

これにより、本出願の第二の態様の電力消費装置は、エネルギー密度を維持し、電池パックの熱伝播の発生を抑制することができる。

本出願の実施例を採用し、電池パック筐体内部に、第一の電池セルで第二の電池セルを囲む単位構造を並べることによって、エネルギー密度を維持し、熱伝播の発生を抑制できる電池パックと、この電池パックを含む電力消費装置とを提供することができる。

本出願の一実施の形態による電池パック全体の構造の分解概略図である。図１に示す本出願の一実施の形態による電池パックの筐体を除いた後の平面構造概略図である。本出願の一実施の形態による電池セル（二次電池）の分解概略図である。本出願の別の実施の形態による電池パック全体の構造の分解概略図である。本出願の一実施の形態による電池パックにおける電池セルの単位構造を示す概略図である。本出願の一実施の形態による電池パックにおける電池セルの単位構造を示す概略図である。本出願の一実施の形態による電池パックにおける電池セルの単位構造を示す概略図である。本出願の一実施の形態による電池パックにおける電池セルの単位構造を示す概略図である。本出願の一実施の形態による電池パックを電源として使用する電力消費装置の概略図である。

以下、図面を適宜参照しながら、本出願の電池パックと電力消費装置を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。しかしながら、必要のない詳細な説明を省略する場合がある。例えば、周知の事項に対する詳細な説明、実際に同じである構造に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に長くなることを回避し、当業者に容易に理解させるためである。なお、図面及び以下の説明は、当業者に本出願を十分に理解させるために提供するものであり、特許請求の範囲に記載されたテーマを限定することを目的とするものではない。

本出願に開示された「範囲」は、下限と上限の形式で限定され、与えられた範囲は、一つの下限と一つの上限を選定することで限定されるものであり、選定された下限と上限は、特定の範囲の境界を限定した。このように限定される範囲は、端点値を含むか又は含まないものであってもよく、且つ任意の組み合わせが可能であり、即ち任意の下限は、任意の上限と組み合わせて、一つの範囲を形成することができる。例えば、特定のパラメータに対して６０～１２０と８０～１１０の範囲がリストアップされている場合、６０～１１０と８０～１２０の範囲も想定できると理解される。なお、最小範囲値として１と２がリストアップされたとともに、最大範囲値として３、４と５がリストアップされた場合、１～３、１～４、１～５、２～３、２～４と２～５という範囲は、すべて想定できる。本出願において、特に断りのない限り、「ａ～ｂ」という数値範囲は、ａからｂの間の任意の実数の組み合わせの短縮表現を表し、ここで、ａとｂは、いずれも実数である。例えば、数値範囲「０～５」は、本明細書に「０～５」の間のすべての実数がリストアップされていることを意味し、「０～５」は、これらの数値の組み合わせの短縮表現だけである。また、あるパラメータが≧２の整数であると表現すると、このパラメータが例えば、整数２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２などであることを開示していることに相当する。

特に説明のない場合、本出願のすべての実施の形態及び選択的な実施の形態は、互いに組み合わせて新たな技術案を形成することができる。

特に説明のない場合、本出願のすべての技術的特徴及び選択的な技術的特徴は、互いに組み合わせて新たな技術案を形成することができる。

特に説明のない場合、本出願のすべてのステップは、順番に行われてもよく、ランダムに行われてもよく、例えば、順番に行われてもよい。例えば、前記方法がステップ（ａ）と（ｂ）とを含むことは、前記方法が、順番に行われるステップ（ａ）と（ｂ）とを含んでもよく、順番に行われるステップ（ｂ）と（ａ）とを含んでもよいことを示す。例えば、前記方法がさらにステップ（ｃ）を含んでもよいことに言及した場合、ステップ（ｃ）が任意の順番で前記方法に追加されてもよいことを示し、例えば、前記方法は、ステップ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を含んでもよく、ステップ（ａ）、（ｃ）及び（ｂ）を含んでもよく、ステップ（ｃ）、（ａ）及び（ｂ）を含んでもよいなどである。

特に説明のない場合、本出願で言及された「含む」と「含有」は、開放型を表し、閉鎖型であってもよい。例えば、前記「含む」と「含有」は、リストアップされていない他の成分をさらに含み又は含有してもよく、リストアップされている成分のみを含み又は含有してもよいことを表すことができる。

特に説明のない場合、本出願では、用語である「又は」は包括的である。例を挙げると、「Ａ又はＢ」というフレーズは、「Ａ、Ｂ、又はＡとＢとの両方」を表す。より具体的には、Ａが真であり（又は存在し）且つＢが偽である（又は存在しない）条件と、Ａが偽である（又は存在しない）が、Ｂが真である（又は存在する）条件と、ＡとＢがいずれも真である（又は存在する）条件とのいずれも「Ａ又はＢ」を満たしている。

現在、市場形式の発展から見ると、動力電池の応用は、ますます広くなっている。動力電池は、水力、火力、風力と太陽光発電所などのエネルギー貯蔵電源システムに応用されるだけでなく、電動自転車、電動バイク、電気自動車などの電動交通工具、及び軍装備品と航空宇宙などの複数の分野にも広く応用されている。動力電池応用分野が絶えず拡大しているにつれて、その市場の需要量も絶えず増えている。

本出願の発明者は、二次電池セルによって構成される電池パックにおいて、同じ電池セルが密に並べられるため、電池パックに過充電や過放電、機械的乱用、熱的乱用などの状況が発生した場合、電池パック内の電池セルの熱暴走を引き起こすことに気づいた。電池パック内のある一つ又はいくつかの電池セルの熱暴走は、隣接する電池セルに急速に伝播し、深刻な安全上の懸念をもたらす。

すると、本出願の発明者は、電池セルの単位構造を設計しており、この単位構造において、第一の電池セルで第二の電池セルを取り囲むとともに、単位構造の熱安定因子μ＝（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）が一定の範囲を満たすようにすることによって、電池パックの熱伝播の発生を抑制する効果を達成する。

電池パック
図１は、本出願の一実施の形態による電池パック全体の構造の分解概略図である。図２は、図１に示す本出願の一実施の形態による電池パックの筐体を除いた後の平面構造概略図である。図３は、本出願の一実施の形態による電池セル（二次電池）の分解概略図である。

本出願の電池パック１は、図１に示すように、電池パック１には、電池ボックス２０と、電池ボックス２０に設置される複数の電池セル１１と、１２とが含まれてもよい。電池ボックス２０は、上部筐体２１と、下部筐体２２とを含み、上部筐体２１は、下部筐体２２に被せて設置されて、電池セル１１、１２を収容するための密閉空間を形成することができる。

本出願の一つの実施の形態では、図１に示すように、電池パック１は、単位構造１０で繰り返し並ぶ複数の電池セル１１と、１２とを含み、単位構造１０は、Ｎ１個の第一の電池セル１１とＮ２個の第二の電池セル１２によって構成され、Ｎ１個の第一の電池セル１１は、Ｎ２個の第二の電池セル１２を取り囲み、ここで、Ｎ１、Ｎ２は、１以上の整数であり、且つＮ１＞Ｎ２であり、第一の電池セル１１の体積エネルギー密度をＤ１とし、直流インピーダンスをＲ１とし、第二の電池セル１２の体積エネルギー密度をＤ２とし、直流インピーダンスをＲ２とすると、単位構造１０の熱安定因子μ＝（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）は、０．２≦μ≦１を満たす。

本出願では、電池セルの体積エネルギー密度は、下記方法を採用して測定される。

Ｄ：電池セル初期放電容量＊放電電圧プラットフォーム／電池セル体積
電池セル初期放電容量は、２５℃において各電池セルのカットオフ上限電圧から０．３３Ｃで各電池セルのカットオフ下限電圧に達するまで放電する容量と定義され、
放電電圧プラットフォームは、２５℃において各電池セルのカットオフ上限電圧から０．３３Ｃで各電池セルのカットオフ下限電圧に達するまで放電する平均放電電圧と定義される。

本出願では、電池セルの直流抵抗は、下記方法を採用して測定される。

Ｒ：直流インピーダンス
ＥＩＳインピーダンスメータを使用してテストし、電池セルが５０％ＳＯＣ状態であり、２５℃で一定のレートで３０ｓ放電する直流インピーダンスの大きさである。

メカニズムがまだ明らかではないが、本出願の発明者は、本出願が、第一の電池セルで第二の電池セルを取り囲む単位構造を電池パック内に並べるとともに、単位構造の熱安定因子μ＝（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）が０．２≦μ≦１を満たすようにすることによって、電池パックの熱伝播の発生を抑制できることを意外にも発見した。本出願の発明者の推測によると、抵抗Ｒは、電池の内部短絡発生時の発熱量と発熱レートに影響し、これは、熱暴走又は衝突時にセル内部に正負極の短絡が発生し、抵抗Ｒが大きいほど発熱が速くなり熱量が高くなるが、抵抗Ｒが小さいほど発熱が遅くなり熱量が少なくなるからであり、Ｄは、電池熱暴走発生後の激しさ及び周囲の電池への熱放射に影響し、Ｄが小さければ、セルに熱暴走が発生しても、全体的な暴走の激しさが低いため、周囲の電池に対する熱伝達が少なく、熱伝播をトリガーする確率を低減させる。そのため、（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）を適切な範囲に制御することによって、熱伝播の発生を抑制することができる。

図１に示すように、第一の電池セル１１と第二の電池セル１２は、筐体内に立設される。即ち、単位構造１０は、Ｘ方向とＹ方向に沿って並べられ、そして複数の単位構造は、Ｚ方向に積層されてもよい。本出願は、二次電池の形状に対して特に限定せず、それは、円筒型、四角形又は他の任意の形状であってもよい。図３は、本出願の一実施の形態による電池セル（二次電池）の分解概略図である。図３は、一例としての円筒型構造の二次電池である。電池セル１１、１２は、ケース３１と、エンドキャップ３２と、ケース３１に設置される一つ又は複数の電極アセンブリ３３とを含んでもよい。ケース３１は、中空の円筒体であってもよく、且つケース３１は、開口を有して一つ又は複数の電極アセンブリ３３をケース３１内に置くことを容易にする。ケース３１の端面は、開口面であってもよく、即ちこの端面は、壁体を有しないことによってケース３１の内外を連通させる。エンドキャップ３２は、開口を覆うとともに、ケース３１に接続されて、電極アセンブリ３３を置くための密閉キャビティを形成する。正極極板、負極極板とセパレータは、捲回プロセス又は積層プロセスを経て電極アセンブリ３３を形成することができる。電極アセンブリ３３は、キャビティ内にパッケージングされる。ケース３１内には、電解質、例えば電解液が充填される。

様々な電力需要に応じて、単位構造１０の数は、任意の数に設定されてもよく、即ち電池セル１１、１２の数は、任意の数に設定されてもよい。複数の電池セル１１、１２は、比較的大きい容量又はパワーを実現するために直列接続、並列接続又は直並列接続の方式で接続されてもよい。

いくつかの実施の形態では、前記第一の電池セルの正極極板の開始放熱ピーク温度をＴ１とし、総放熱量をＱ１とし、且つ前記第二の電池セルの正極極板の開始放熱ピーク温度をＴ２とし、総放熱量をＱ２とすると、前記単位構造は、１℃≦Ｔ１－Ｔ２≦１００℃、且つ０．０１≦Ｑ１／Ｑ２≦０．９９を満たす。

本出願では、電池セルの開始放熱ピーク温度Ｔは、下記方法を採用して測定される。

ＤＳＣ分析装置を採用して極板のＤＳＣテストを行い、満充電状態の電池セルを分解した正極極板又は負極極板を採用し、テスト開始温度を３５℃にし、テスト終了温度を５００℃にし、昇温レートを１０℃／ｍｉｎにする。ＤＳＣ曲線における開始放熱ピークの温度を読み取ることで開始放熱ピーク温度Ｔを決定する。ＤＳＣ曲線面積積分により、総放熱量を計算し、３５℃から５００℃の区間の反応面積を切り取り、機器自動システムにより積分面積を精算する（ネッチＳＴＡ４４９Ｆ３示差走査量熱量計ＤＳＣ）。

開始放熱ピーク温度Ｔは、極板が反応を開始する開始温度を表し、温度が高いことは、材料がこの温度より低い時に反応せず、この温度より高い場合にのみ反応を開始することを表し、即ち、開始放熱ピーク温度が大きいほど、材料の熱安定性が良くなり、安全性が高くなる。総放熱量Ｑは、全体的に反応するプロセスで放出されるエネルギーを表し、放出されるエネルギーが低いほど、材料に含有されるエネルギーが少なくなり、熱暴走発生後の外部への熱伝達が少なくなり、熱安定性が良くなり、安全性が高くなることを表す。単位構造が上記範囲を満たすようにすることによって、熱暴走の伝播をさらに抑制することができる。

いくつかの実施の形態では、前記第一の電池セルの負極極板の開始放熱ピーク温度をＴ３とし、総放熱量をＱ３とし、前記第二の電池セルの負極極板の開始放熱ピーク温度をＴ４とし、総放熱量をＱ４とすると、前記単位構造は、１℃≦Ｔ３－Ｔ４≦１００℃、且つ０．０１≦Ｑ３／Ｑ４≦０．９９を満たす。これにより、電池パックの熱伝播の発生をさらに抑制することができる。

いくつかの実施の形態では、前記第一の電池セルの容量をＣ１とし、前記第二の電池セルの容量をＣ２とすると、前記第二の電池セルの容量Ｃ２と前記第一の電池セルの容量Ｃ１との比αは、１≦α≦１．５を満たし、選択的に、１．０５≦α≦１．３０を満たす。電池パックシステムは、バケツ原理に基づいて作動し、電池パックにおける放出エネルギーが最も低い電池セルにより、すべての他の電池セルの放電エネルギーが決められる。そのため、第二の電池セルの容量は、第一の電池セルの容量以上である必要があり、このように電池パック全体の放電エネルギーを向上させることができる。しかし、第二の電池セルの容量が高すぎると、第二の電池セルにおける余剰エネルギーが多くなりすぎて、電池パック全体の放電エネルギーの向上に不利になる。

いくつかの実施の形態では、前記第一の電池セルの１５％変形時の押圧力をＦ１とし、前記第一の電池セルの半径をｒ１とし、前記第二の電池セルの１５％変形時の押圧力をＦ２とし、前記第二の電池セルの半径をｒ２とし、前記第一の電池セル半径ｒ１と前記第二の電池セル半径ｒ２との比をβとすると、０．１≦β≦１の場合、前記第二の電池セルの押圧力Ｆ２と前記第一の電池セルの押圧力Ｆ１との比δは、１．５≦δ≦２を満たし、１＜β≦２の場合、前記δは、１．０１≦δ＜１．５を満たす。

本出願では、電池セルの押圧力Ｆは、下記方法を採用して測定される。

ＧＢ３８０３１－２０２０『電気自動車用動力蓄電池安全要求』のテスト方法に基づき、１５％変形量の時の押圧力を記録する。

押圧力が小さいほど衝突時に変形量が大きくなり、より多くの衝突エネルギーを吸収することができ、第一の電池セルの安全性が高く、失効が発生しにくいため、衝突エネルギーをできるだけ第一の電池セルに吸収させることで、安全性能の比較的低い第二の電池セルへの伝達を減らし、衝突の高安全性を実現する。第一の電池セルの半径が大きい場合、第二の電池セルの押圧力を適宜減らしてもよく、このような場合、第一の電池セルは、比較的大きいエネルギーを吸収することができため、第二の電池セルのケースの強度を低減させてもよく、それによってコストを低減させる。第一の電池セルの半径が小さい時、この場合、第一の電池セルで吸収できるエネルギーが比較的小さいため、第二の電池セルの押圧力をできるだけ大きくして、安全性を向上させる。これにより、第一の電池セルで衝突時のエネルギーを吸収することによって、電池パック全体の衝突安全性を向上させることができる。

いくつかの実施の形態では、前記第一の電池セルと第二の電池セルは、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池又はカリウムイオン電池である。これにより、様々な需要に対応して様々な化学系の二次電池を広く応用することができる。

いくつかの実施の形態では、鉛直方向又は水平方向に複数の前記単位構造が積層される。これにより、電池パック全体の安全性を向上させることができる。図４は、本出願の別の実施の形態による電池パック１Ａ全体の構造の分解概略図である。図４に示すように、第一の電池セル１１と第二の電池セル１２は、筐体内に水平に設置される。即ち、単位構造１０は、Ｘ方向とＺ方向に沿って並ぶとともに、複数の単位構造は、Ｙ方向に積層される。

いくつかの実施の形態では、図１、２に示すように、４つの第一の電池セルは、１つの第二の電池セルを取り囲む。即ち、Ｎ１＝４、且つ、Ｎ２＝１である。これにより、第二の電池セルの四つの角は、いずれも第一の電池セルによって被覆され、熱伝播をさらに抑制し、衝突安全性を向上させることができる。しかしながら、第一の電池セルと第二の電池セルの数は、適切に変更されてもよい。図５に示すように、３つの第一の電池セルが１つの第二の電池セルを取り囲むことであってもよい。図６に示すように、５つの第一の電池セルが１つの第二の電池セルを取り囲むことであってもよい。図７に示すように、６つの第一の電池セルが１つの第二の電池セルを取り囲むことであってもよい。図８に示すように、６つの第一の電池セルが３つの第二の電池セルを取り囲むことであってもよい。

いくつかの実施の形態では、Ｎ１とＮ２との差を△Ｎとすると、１≦△Ｎ≦３の場合、前記βは、０．１≦β≦０．８を満たし、△Ｎ＞３の場合、前記βは、０．８＜β≦２を満たす。これにより、安全性とエネルギー密度を両立させることができる。

△Ｎの数が比較的少なく、例えば１～３である場合、第一の電池セルの第二の電池セルに対する被覆効果は、比較的悪く、この場合、第二の電池セルの半径を第一の電池セルに比べて十分小さく制御する必要があり、このように、防護効果をより高くすることができる。△Ｎの数が比較的多く、例えば３以上である場合、第一の電池セルの第二の電池セルに対する被覆効果は、比較的良く（四つの角の方位がすべて覆われる）、この場合、より高いエネルギー密度を実現し、又はより広い範囲の化学系を組み合わせるように、第二の電池セルの半径を大きくしてもよい。

また、以下では、図面を適宜参照しながら本出願の二次電池、電池パックと電力消費装置を説明する。

本出願の一つの実施の形態では、二次電池を提供する。

一般的には、二次電池は、正極極板と、負極極板と、電解質と、セパレータとを含む。電池の充放電中に、活性イオンは、正極極板と負極極板との間を往復して吸蔵し放出される。電解質は、正極極板と負極極板との間でイオンを伝導する役割を果たす。セパレータは、正極極板と負極極板との間に設置され、主に正負極の短絡を防止する役割を果たすとともに、イオンを通過させることができる。

［正極極板］
正極極板は、正極集電体及び正極集電体の少なくとも一つの表面に設置される正極膜層を含み、前記正極膜層は、本出願の第一の態様の正極活物質を含む。

例として、正極集電体は、それ自体の厚さ方向において対向する二つの表面を有し、正極膜層は、正極集電体の対向する二つの表面のうちのいずれか一つ又は両方に設置される。

いくつかの実施の形態では、前記正極集電体は、金属箔シート又は複合集電体を採用してもよい。例えば、金属箔シートとして、アルミニウム箔を採用してもよい。複合集電体は、高分子材料基層と、高分子材料基層の少なくとも一つの表面に形成される金属層とを含んでもよい。複合集電体は、金属材料（アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、銀及び銀合金など）を高分子材料基材（例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの基材）に形成することによって形成されてもよい。

いくつかの実施の形態では、正極活物質は、当分野で公知の電池用の正極活物質を採用してもよい。例として、正極活物質は、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩と、リチウム遷移金属酸化物と、それぞれの改質化合物とのうちの少なくとも一つの材料を含んでもよい。しかし、本出願は、これらの材料に限定されず、電池正極活物質として使用できるその他の従来の材料を使用してもよい。これらの正極活物質は、単独で一つのみを使用してもよく、二つ以上を組み合わせて使用してもよい。ここで、リチウム遷移金属酸化物の例は、リチウムコバルト酸化物（例えばＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（例えばＬｉＮｉＯ_２）、リチウムマンガン酸化物（例えばＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（例えばＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２（ＮＣＭ_３３３と略称されてもよい）、ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．３Ｏ_２（ＮＣＭ_５２３と略称されてもよい）、ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．２５Ｍｎ_０．２５Ｏ_２（ＮＣＭ_２１１と略称されてもよい）、ＬｉＮｉ_０．６Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．２Ｏ_２（ＮＣＭ_６２２と略称されてもよい）、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２（ＮＣＭ_８１１と略称されてもよい））、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（例えばＬｉＮｉ_０．８５Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２）及びその改質化合物などのうちの少なくとも一つを含んでもよいが、それらに限らない。オリビン構造のリチウム含有リン酸塩の例は、リン酸鉄リチウム（例えばＬｉＦｅＰＯ_４（ＬＦＰと略称されてもよい））、リン酸鉄リチウムと炭素との複合材料、リン酸マンガンリチウム（例えばＬｉＭｎＰＯ_４）、リン酸マンガンリチウムと炭素との複合材料、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウムと炭素との複合材料のうちの少なくとも一つを含んでもよいが、それらに限らない。

いくつかの実施の形態では、正極膜層は、さらに選択的に、接着剤を含む。例として、前記接着剤は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン－プロピレン三元共重合体、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン三元共重合体、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体及びフッ素含有アクリル酸エステル樹脂のうちの少なくとも一つを含んでもよい。

いくつかの実施の形態では、正極膜層は、さらに選択的に、導電剤を含む。例として、前記導電剤は、超伝導カーボンと、アセチレンブラックと、カーボンブラックと、ケッチェンブラックと、カーボンドットと、カーボンナノチューブと、グラフェンと、カーボンナノファイバーとのうちの少なくとも一つを含んでもよい。

いくつかの実施の形態では、以下の方式で正極極板を製造することができる。正極極板を製造するための上記成分、例えば正極活物質、導電剤、接着剤と任意の他の成分を溶媒（例えばＮ－メチルピロリドン）に分散させて、正極スラリーを形成し、正極スラリーを正極集電体に塗覆し、乾燥、冷間プレスなどの工程を経て、正極極板を得ることができる。

［負極極板］
負極極板は、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一つの表面に設置される負極膜層とを含み、前記負極膜層は、負極活物質を含む。

例として、負極集電体は、それ自体の厚さ方向において対向する二つの表面を有し、負極膜層は、負極集電体の対向する二つの表面のうちのいずれか一つは両方に設置される。

いくつかの実施の形態では、前記負極集電体は、金属箔シート又は複合集電体を採用してもよい。例えば、金属箔シートとして、銅箔を採用してもよい。複合集電体は、高分子材料基層と、高分子材料基材の少なくとも一つの表面に形成される金属層とを含んでもよい。複合集電体は、金属材料（銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、銀及び銀合金など）を高分子材料基材（例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの基材）に形成することで形成されてもよい。

いくつかの実施の形態では、負極活物質は、当分野で公知の電池用の負極活物質を採用してもよい。例として、負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、シリコン系材料、スズ系材料とチタン酸リチウムなどのうちの少なくとも一つの材料を含んでもよい。前記シリコン系材料は、シリコン単体と、ケイ素酸化合物と、シリコン炭素複合体と、ケイ素窒素複合体と、シリコン合金とのうちの少なくとも一つから選ばれてもよい。前記スズ系材料は、単体スズと、スズ酸化合物と、スズ合金とのうちの少なくとも一つから選ばれてもよい。しかし、本出願は、これらの材料に限定されず、電池負極活物質として使用できる他の従来の材料を使用してもよい。これらの負極活物質は、単独で一つのみを使用してもよく、二つ以上を組み合わせて使用してもよい。

いくつかの実施の形態では、負極膜層は、さらに選択的に、接着剤を含む。前記接着剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）と、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）と、ポリアクリル酸ナトリウム（ＰＡＡＳ）と、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）と、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と、アルギン酸ナトリウム（ＳＡ）と、ポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）と、カルボキシメチルキトサン（ＣＭＣＳ）とのうちの少なくとも一つから選ばれてもよい。

いくつかの実施の形態では、負極膜層は、さらに選択的に、導電剤を含む。導電剤は、超伝導カーボンと、アセチレンブラックと、カーボンブラックと、ケッチェンブラックと、カーボンドットと、カーボンナノチューブと、グラフェンと、カーボンナノファイバーとのうちの少なくとも一つから選ばれてもよい。

いくつかの実施の形態では、負極膜層は、さらに選択的に、他の助剤、例えば増粘剤（例えばカルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ－Ｎａ））などを含む。

いくつかの実施の形態では、以下の方式で負極極板を製造することができる。負極極板を製造するための上記成分、例えば負極活物質、導電剤、接着剤と任意の他の成分を溶媒（例えば脱イオン水）に分散させて、負極スラリーを形成し、負極スラリーを負極集電体に塗覆し、乾燥、冷間プレスなどの工程を経て、負極極板を得ることができる。

［電解質］
電解質は、正極極板と負極極板との間でイオンを伝導する役割を果たす。本出願は、電解質の種類に対して具体的に限定せず、需要に応じて選択してもよい。例えば、電解質は、液体、ゲル状又は全固体であってもよい。

いくつかの実施の形態では、前記電解質として、電解液を採用する。前記電解液は、電解質塩と、溶媒とを含む。

いくつかの実施の形態では、電解質塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウムと、テトラフルオロホウ酸リチウムと、過塩素酸リチウムと、ヘキサフルオロヒ酸リチウムと、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミドと、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドと、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムと、ジフルオロリン酸リチウムと、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウムと、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウムと、ジフルオロビス（オキサラト）リン酸リチウムと、テトラフルオロ（オキサラト）リン酸リチウムとのうちの少なくとも一つから選ばれてもよい。

いくつかの実施の形態では、溶媒は、エチレンカーボネートと、プロピレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジエチルカーボネートと、ジメチルカーボネートと、ジプロピルカーボネートと、メチルプロピルカーボネートと、エチルプロピルカーボネートと、ブチレンカーボネートと、フルオロエチレンカーボネートと、ギ酸メチルと、酢酸メチルと、酢酸エチルと、酢酸プロピルと、プロピオン酸メチルと、プロピオン酸エチルと、プロピオン酸プロピルと、酪酸メチルと、酪酸エチルと、１，４－ブチロラクトンと、スルホランと、ジメチルスルホンと、エチルメチルスルホンと、ジエチルスルホンとのうちの少なくとも一つから選ばれてもよい。

いくつかの実施の形態では、前記電解液は、さらに選択的に、添加剤を含む。例えば、添加剤は、負極膜形成添加剤と、正極膜形成添加剤とを含んでもよく、さらに、電池のいくつかの性能を改善できる添加剤、例えば、電池過充電性能を改善する添加剤、電池の高温又は低温性能を改善する添加剤などを含んでもよい。

［セパレータ］
いくつかの実施の形態では、二次電池には、セパレータがさらに含まれる。本出願は、セパレータの種類に対して特に限定せず、任意の公知の良好な化学的安定性と機械的安定性を有する多孔質構造セパレータを選択してもよい。

いくつかの実施の形態では、セパレータの材質は、ガラス繊維と、不織布と、ポリエチレンと、ポリプロピレンと、ポリビニリデンフルオライドとのうちの少なくとも一つから選ばれてもよい。セパレータは、単層フィルムであってもよく、多層複合フィルムであってもよく、特に制限されない。セパレータが多層複合フィルムである場合、各層の材料は、同じであってもよく、又は異なってもよく、特に制限されない。

いくつかの実施の形態では、正極極板、負極極板とセパレータは、捲回プロセス又は積層プロセスによって電極アセンブリを製造することができる。

いくつかの実施の形態では、二次電池は、外装体を含んでもよい。この外装体は、上記電極アセンブリ及び電解質をパッケージングするために用いられてもよい。

いくつかの実施の形態では、二次電池の外装体は、硬質ケース、例えば硬質プラスチックケース、アルミニウムケース、鋼製ケースなどであってもよい。二次電池の外装体は、パウチ、例えば袋状のパウチであってもよい。パウチの材質は、プラスチックであってもよく、プラスチックとして、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート及びポリブチレンサクシネートなどが挙げられる。

また、本出願は、電力消費装置をさらに提供し、前記電力消費装置は、本出願による二次電池、電池モジュール、又は電池パックのうちの少なくとも一つを含む。前記二次電池、電池モジュール、又は電池パックは、前記電力消費装置の電源として使用されてもよく、前記電力消費装置のエネルギー貯蔵ユニットとして使用されてもよい。前記電力消費装置は、移動体機器（例えば携帯電話、ノートパソコンなど）、電動車両（例えば純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電動自転車、電動スクータ、電動ゴルフカート、電動トラックなど）、電気列車、船舶及び衛星、エネルギー貯蔵システムなどを含んでもよいが、これに限らない。

前記電力消費装置として、その使用上の需要に応じて二次電池、電池モジュール又は電池パックを選択することができる。

図９は、一例としての電力消費装置である。この電力消費装置は、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグインハイブリッド電気自動車などである。この電力消費装置の二次電池の高パワーと高エネルギー密度に対する需要を満たすために、電池パック又は電池モジュールを採用することができる。

別の例としての装置は、携帯電話、タブレットパソコン、ノートパソコンなどであってもよい。この装置は、一般的には、薄型化が要求され、二次電池を電源として採用することができる。

実施例
以下、本出願の実施例を説明する。以下に記載の実施例は、例示的なものであり、本出願を解釈するためにのみ用いられるが、本出願に対する制限として理解されるべきではない。実施例において具体的な技術又は条件が明記されていない場合、当分野内の文献に記述された技術又は条件に従い、又は製品の取扱説明書に従って行う。使用される試薬又は計器について、メーカーが明記されていないものは、いずれも市販で購入できる通常の製品である。

（一）電池セルの製造
Ｉ．第一の電池セルの製造
［製造例Ｉ－１］
１）正極極板の製造
正極活物質としての第一の正極活物質ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．３Ｏ_２と、導電剤としての超伝導カーボンブラックＳＰと、接着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを、溶媒としてのＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に分散させて均一に混合し、正極スラリーを得て、正極スラリーを正極集電体アルミニウム箔に均一に塗覆し、乾燥、冷間プレス、スリット、裁断を経て、正極極板を得る。

ここで、正極活物質、導電性カーボンブラック、接着剤ＰＶＤＦの質量比は、９６：２：２であり、正極活物質の単位面積のコーティング重量は、０．２５ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２である。

２）負極極板の製造
負極活物質である黒鉛と、導電剤としての超伝導カーボンブラックＳＰと、接着剤としてのＳＢＲと、増粘剤としてのＣＭＣ－Ｎａとを、質量比９６：１：１：２で溶媒としての脱イオン水に分散させて均一に混合し、負極スラリーを得て、負極スラリーを負極集電体銅箔に均一に塗覆し、乾燥、冷間プレス、スリット、裁断を経て、負極極板を得る。

３）セパレータ
ポリエチレンフィルムをセパレータとして選択する。

４）電解液の製造
エチレンカーボネート（ＥＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）と、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、体積比１：１：１で均一に混合して有機溶媒を得て、そして十分に乾燥したリチウム塩ＬｉＰＦ_６を混合後の有機溶媒に溶解させ、濃度が１ｍｏｌ／Ｌである電解液を調製する。

５）電池セルの製造
上記正極極板、セパレータ、負極極板を順番に積層し、セパレータを正極極板と負極極板との間に位置させて隔離の役割を果たし、そして捲回してベアセルを得て、ベアセルを外装体ケースに入れ、乾燥した後に、電解液を注入し、真空パッケージング、静置、化成、整形などの工程を経て、第一の電池セルＩ－１を得る。第一の電池セルＩ－１の半径は、３２ｍｍである。

［製造例Ｉ－２］
正極活物質としてＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２を使用すること以外、製造例Ｉ－１の操作と同様であり、第一の電池セルＩ－２を得る。

［製造例Ｉ－３］
正極活物質として第一の正極活物質Ｌｉ_２ＭｎＯ_３と第二の正極活物質ＬｉＮｉ_{０．２５５}Ｃｏ_{０．２５５}Ｍｎ_{０．４３９}Ｏ_２を使用し、且つ第二の正極活物質ＬｉＮｉ_{０．２５５}Ｃｏ_{０．２５５}Ｍｎ_{０．４３９}Ｏ_２と第一の正極活物質Ｌｉ_２ＭｎＯ_３との質量比が６５．０：３５．０であり、正極活物質の単位面積のコーティング重量が０．３０ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２であること以外、製造例Ｉ－１の操作と同様であり、第一の電池セルＩ－３を得る。

［製造例Ｉ－４］
正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ_４を使用し、正極活物質の単位面積のコーティング重量が０．３５ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２であること以外、製造例Ｉ－１の操作と同様であり、第一の電池セルＩ－４を得る。

［製造例Ｉ－５］
正極活物質としてＮａ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３を使用し、導電剤として導電性カーボンＣＮＴを使用し、正極活物質と、導電性カーボンＣＮＴと、接着剤ＰＶＤＦとの質量比が９７：１：２であり、正極活物質の単位面積のコーティング重量が０．４５ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２であり、負極活物質としてハードカーボンを使用し、電解液にＮａＰＦ_６を使用すること以外、製造例Ｉ－１の操作と同様であり、第一の電池セルＩ－５を得る。

［製造例Ｉ－６］
正極活物質の単位面積のコーティング重量が０．２０ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２であること以外、製造例Ｉ－５の操作と同様であり、第一の電池セルＩ－６を得る。

［製造例ＩＩ－１］
１）正極極板の製造
正極活物質としてのＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２と、導電剤としての超伝導カーボンブラックＳＰと、接着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを、溶媒としてのＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に分散させて均一に混合し、正極スラリーを得て、正極スラリーを正極集電体アルミニウム箔に均一に塗覆し、乾燥、冷間プレス、スリット、裁断を経て、正極極板を得る。

ここで、正極活物質と、導電性カーボンブラックと、接着剤ＰＶＤＦとの質量比は、９６．５：１．５：２であり、正極活物質の単位面積のコーティング重量は、０．３０ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２である。

５）電池セルの製造
上記正極極板、セパレータ、負極極板を順番に積層し、セパレータを正極極板と負極極板との間に位置させて隔離の役割を果たし、そして捲回してベアセルを得て、ベアセルを外装ケースに入れ、乾燥した後に、電解液を注入し、真空パッケージング、静置、化成、整形などの工程を経て、第二の電池セルＩＩ－１を得る。第二の電池セルＩＩ－１の半径は、３０ｍｍである。

［製造例ＩＩ－２］
正極活物質の単位面積のコーティング重量が０．３５ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２であること以外、製造例ＩＩ－１の操作と同様であり、第二の電池セルＩＩ－２を得る。

［製造例ＩＩ－３］
正極活物質として第一の正極活物質Ｌｉ_２ＭｎＯ_３と第二の正極活物質ＬｉＮｉ_{０．２５５}Ｃｏ_{０．２５５}Ｍｎ_{０．４３９}Ｏ_２を使用し、且つ第二の正極活物質ＬｉＮｉ_{０．２５５}Ｃｏ_{０．２５５}Ｍｎ_{０．４３９}Ｏ_２と第一の正極活物質Ｌｉ_２ＭｎＯ_３との質量比が６５．０：３５．０であり、正極活物質の単位面積のコーティング重量が０．２８ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２であること以外、製造例ＩＩ－１の操作と同様であり、第二の電池セルＩＩ－３を得る。

［製造例ＩＩ－４］
ケース強度（１５％変形時の押圧力）を１００Ｎに低減させること以外、製造例ＩＩ－３の操作と同様であり、第二の電池セルＩＩ－４を得る。

［製造例ＩＩ－５］
電池セル半径が３６ｍｍであり、ケース強度（１５％変形時の押圧力）を１５０Ｎに低減させること以外、製造例ＩＩ－２の操作と同様であり、第二の電池セルＩＩ－５を得る。

［製造例ＩＩ－６］
正極活物質の単位面積のコーティング重量が０．３３ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２であり、電池セル半径が３６ｍｍであり、ケース強度（１５％変形時の押圧力）を１５０Ｎに低減させること以外、製造例ＩＩ－３の操作と同様であり、第二の電池セルＩＩ－６を得る。

［製造例ＩＩ－７］
正極活物質の単位面積のコーティング重量が０．３２ｇ／１５４０．２５ｍｍ^２であり、電池セル半径が２４ｍｍであること以外、製造例ＩＩ－１の操作と同様であり、第二の電池セルＩＩ－７を得る。

（二）電池パックの組み立て
［実施例１］
４つの第一の電池セルＩ－１と、１つの第二の電池セルＩＩ－１とを用いて、単位構造を構成し、単位構造を長手方向と幅方向に並べ、電池パックを組み立てる。

［実施例２］
第一の電池セルＩ－１の代わりに第一の電池セルＩ－４を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［実施例３］
第一の電池セルＩ－１の代わりに第一の電池セルＩ－５を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［実施例４］
第二の電池セルＩＩ－１の代わりに第二の電池セルＩＩ－３を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［実施例５］
第一の電池セルＩ－１の代わりに第一の電池セルＩ－４を用いること以外、実施例４の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［実施例６］
第一の電池セルＩ－１の代わりに第一の電池セルＩ－５を用いること以外、実施例４の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［実施例７］
第二の電池セルＩＩ－１の代わりに第二の電池セルＩＩ－５を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［実施例８］
第二の電池セルＩＩ－１の代わりに第二の電池セルＩＩ－６を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［比較例１］
第一の電池セルＩ－１の代わりに第一の電池セルＩ－２を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［比較例２］
第一の電池セルＩ－１の代わりに第一の電池セルＩ－３を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［比較例３］
第一の電池セルＩ－１の代わりに第一の電池セルＩ－６、第二の電池セルＩＩ－１の代わりに第二の電池セルＩＩ－２を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［比較例４］
第一の電池セルＩ－１の代わりに第一の電池セルＩ－６、第二の電池セルＩＩ－１の代わりに第二の電池セルＩＩ－４を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［比較例５］
第二の電池セルＩＩ－１の代わりに第二の電池セルＩＩ－４を用いること以外、実施例１の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

［実施例９］
６つの第一の電池セルＩ－１と、１つの第二の電池セルＩＩ－１とを用いて、単位構造を構成し、単位構造を長手方向と幅方向に並べ、電池パックを組み立てる。

［実施例１０～１７］
それぞれ使用される第一の電池セルと第二の電池セルの種類及び数は、表８に示すとおりであり、実施例９の操作と同様であり、電池パックを組み立てる。

（三）電池セルと電池パックの性能テスト結果
１、電池セルの性能テスト結果
上記方法を利用して測定し、第一の電池セルＩ－１からＩ－６の各性能パラメータを測定し、各電池セルの測定と計算結果を正負極組成とともに表１、表２に示す。

また、第２の電池セルＩＩ－１からＩＩ－７に対して同様に上記測定と計算を行い、これらの電池セルの測定と計算結果を正負極組成とともに表３、表４に示す。

２、電池パックの性能テスト結果
（１）熱暴走評価
実施例１～８と比較例１～４の電池パックに対して熱暴走評価を行い、
ここで、熱暴走評価ステップは、以下のとおりである。

１）ＧＢ３８０３１－２０２０『電気自動車用動力蓄電池安全要求』を参照しながら展開する。２）Ｘ方向に押圧し、押圧速度を２ｍｍ／ｓ以下にし、押圧方向における全体的なサイズ変形が３０％に達するまで押圧し、１０ｍｉｎ維持する。３）感温線を第二の電池セルの極柱位置に配置し、実験中の第二の電池セルの温度上昇状況を記録する。４）肉眼で第一と第二の電池セルが熱暴走したか否かを識別する。

ここで、第二の電池セルの容量余剰の計算論理は、以下のとおりである。

（第二の電池セルの容量Ｃ２－第一の電池セルの容量Ｃ１）／第二の電池セルの容量Ｃ２、
容量テスト方法：電池セル初期放電容量は、２５℃において各電池セルのカットオフ上限電圧から０．３３Ｃで各電池セルのカットオフ下限電圧に達するまで放電する容量と定義される。

（２）衝突評価
実施例１～８と比較例５の電池パックに対して衝突評価を行い、評価結果を表７に示す。

また、実施例９～１７の電池パックに対して衝突評価を行い、評価結果を表８に示す。

ここで、衝突評価のステップは、以下のとおりである。

ＧＢ３８０３１－２０２０『電気自動車用動力蓄電池安全要求』に基づいて電池パックの模擬衝突実験を展開する。

（四）各実施例と比較例のテスト結果比較
上記表５の結果から分かるように、実施例１～８では、単位構造の熱安定因子μ＝（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）は、０．２≦μ≦１を満たし、いずれも熱伝播をトリガーしていない。しかし、比較例１～２において、μ＞１であり、単位構造の熱安定性は、比較的悪く、中心領域の第二の電池セルの熱暴走をトリガーした。一方で、比較例３～４において、熱伝播をトリガーしていないが、第二の電池セルの余剰容量が５０％よりも大きいことにより、単位構造内のエネルギー密度の分布が不均一になり、電池パック全体のエネルギー密度を向上させることができない。

また、実施例１～８では、熱安定因子μが０．８３である実施例７の第二の電池セルの最大温度上昇は、１００℃も超えている。熱安定因子μが０．２～０．８の範囲内である実施例１～６、８の第二の電池セルの最大温度上昇は、いずれも１００℃以下である。そのため、安全性の観点から、熱安定因子μは、さらに０．２～０．８として選択される。

また、上記表６の結果から分かるように、実施例１～８では、１℃≦Ｔ１－Ｔ２≦１００℃、且つ０．０１≦Ｑ１／Ｑ２≦０．９９を満たし、選択的に、１℃≦Ｔ１－Ｔ２≦８０℃、且つ０．０１≦Ｑ１／Ｑ２≦０．８であり、いずれも熱伝播をトリガーしていない。しかし、比較例１において、Ｔ１－Ｔ２＝０℃、Ｑ１／Ｑ２＝１であり、中心領域の第二の電池セルの熱暴走をトリガーした。なお、実施例１～８において、１℃≦Ｔ３－Ｔ４≦１００℃、且つ０．０１≦Ｑ３／Ｑ４≦０．９９を満たし、いずれも熱伝播をトリガーしていない。しかし、比較例１、２において、Ｑ３／Ｑ４≧１であり、中心領域の第二の電池セルの熱暴走をトリガーした。

また、上記表６の結果から分かるように、実施例１～８では、第二の電池セルの容量Ｃ２と前記第一の電池セルの容量Ｃ１との比αは、１≦α≦１．５、選択的に、１．０５≦α≦１．３を満たし、いずれも熱伝播をトリガーしておらず、そして、第二の電池セルの容量余剰は、２５％以下である。しかし、比較例１、２において、α＜１であり、即ち、第二の電池セルの容量Ｃ２が第一の電池セルの容量Ｃ１よりも低い場合、バケツ原理によると、第二の電池セルの電気エネルギーが無くなった後、第一の電池セルのエネルギーは、効果的に利用できなくなる。一方で、比較例３、４において、αが大きすぎることにより、第二の電池セルにおいて多すぎる余剰容量を利用できなくなり、電池パック全体のエネルギー密度を向上させることができない。

また、上記表７の結果から分かるように、β＜１を満たす実施例１～６では、第二の電池セルの押圧力Ｆ２と第一の電池セルの押圧力Ｆ１の比δは、δ＞１．５を満たし、β＞１を満たす実施例７、８では、第二の電池セルの押圧力Ｆ２と第一の電池セルの押圧力Ｆ１の比δは、１．０１≦δ＜１．５を満たす。実施例１～８において、第二の電池セルには、いずれも凹み又は液漏れが発生していない。しかし、比較例５において、β＜１であり、且つ第二の電池セルの押圧力Ｆ２と第一の電池セルの押圧力Ｆ１との比δは、１よりも小さく、第二の電池セルには、凹み又は液漏れが発生した。

また、上記表８の結果から分かるように、実施例９～１０、１２～１３では、Ｎ１とＮ２との差△Ｎは、△Ｎ＞３を満たし、βは、０．８＜β≦２を満たし、これらの実施例において、第二の電池セルには、いずれも凹み又は液漏れが発生していない。実施例１５～１６において、１≦△Ｎ≦３であり、且つβは、０．１≦β≦０．８を満たし、これらの実施例において、第二の電池セルには、いずれも凹み又は液漏れが発生していない。しかし、実施例１１、１４において、β＞０．８、△Ｎ＝２であり、第二の電池セルに凹み又は液漏れが発生しており、これは、第一の電池セルの第二の電池セルに対する保護が不十分であることを示している。実施例１７において、β＜０．８、△Ｎ＝４であり、第一の電池セルだけを並べる電池パックと比べて、エネルギー密度は、かえって低下した。これは、△Ｎが４である場合、第一の電池セルの第二の電池セルに対する被覆効果が比較的良いからであり、この場合、より高いエネルギー密度を実現するために、第二の電池セルの半径を大きくしてもよい。

説明すべきこととして、本出願は、上記実施の形態に限らない。上記実施の形態は、例にすぎず、本出願の技術案の範囲内に技術的思想と実質的に同じ構成を有し、同じ作用効果を奏する実施の形態は、いずれも本出願の技術範囲内に含まれる。なお、本出願の趣旨を逸脱しない範囲内で、実施の形態に対して当業者が想到できる様々な変形を加え、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構筑された他の方式も、本出願の範囲内に含まれる。

１電池パック
２０電池ボックス
２１上部筐体
２２下部筐体
１０単位構造
１１第一の電池セル
１２第二の電池セル
３１ケース
３２エンドキャップ
３３電極アセンブリ

Claims

電池パックであって、
単位構造で繰り返し並ぶ複数の電池セルを含み、
前記単位構造は、Ｎ１個の第一の電池セルとＮ２個の第二の電池セルによって構成され、前記Ｎ１個の第一の電池セルは、前記Ｎ２個の第二の電池セルを取り囲み、ここで、Ｎ１、Ｎ２は、１以上の整数であり、且つＮ１＞Ｎ２であり、
前記第一の電池セルの体積エネルギー密度をＤ１とし、直流インピーダンスをＲ１とし、
前記第二の電池セルの体積エネルギー密度をＤ２とし、直流インピーダンスをＲ２とすると、
前記単位構造の熱安定因子μ＝（Ｄ１＊Ｒ１）／（Ｄ２＊Ｒ２）は、０．２≦μ≦１を満たす、電池パック。
前記第一の電池セルの正極極板の開始放熱ピーク温度をＴ１とし、総放熱量をＱ１とし、且つ
前記第二の電池セルの正極極板の開始放熱ピーク温度をＴ２とし、総放熱量をＱ２とすると、
前記単位構造は、１℃≦Ｔ１－Ｔ２≦１００℃、且つ０．０１≦Ｑ１／Ｑ２≦０．９９を満たす、請求項１に記載の電池パック。
前記第一の電池セルの負極極板の開始放熱ピーク温度をＴ３とし、総放熱量をＱ３とし、
前記第二の電池セルの負極極板の開始放熱ピーク温度をＴ４とし、総放熱量をＱ４とすると、
前記単位構造は、１℃≦Ｔ３－Ｔ４≦１００℃、且つ０．０１≦Ｑ３／Ｑ４≦０．９９を満たす、請求項１又は２に記載の電池パック。
前記第一の電池セルの容量をＣ１とし、前記第二の電池セルの容量をＣ２とすると、
前記第二の電池セルの容量Ｃ２と前記第一の電池セルの容量Ｃ１との比αは、１≦α≦１．５を満たす、請求項１から３のいずれか１項に記載の電池パック。
１．０５≦α≦１．３０である、請求項４に記載の電池パック。
前記第一の電池セルの１５％変形時の押圧力をＦ１とし、前記第一の電池セルの半径をｒ１とし、前記第二の電池セルの１５％変形時の押圧力をＦ２とし、前記第二の電池セルの半径をｒ２とし、前記第一の電池セル半径ｒ１と前記第二の電池セル半径ｒ２との比をβとすると、
０．１≦β≦１の場合、前記第二の電池セルの押圧力Ｆ２と前記第一の電池セルの押圧力Ｆ１との比δは、１．５≦δ≦２を満たし、
１＜β≦２の場合、前記δは、１．０１≦δ＜１．５を満たす、請求項１から５のいずれか１項に記載の電池パック。
前記第一の電池セルと第二の電池セルは、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池又はカリウムイオン電池である、請求項１から６のいずれか１項に記載の電池パック。
Ｎ１＝４、且つ、Ｎ２＝１である、請求項１から７のいずれか１項に記載の電池パック。
Ｎ１とＮ２との差を△Ｎとすると、１≦△Ｎ≦３の場合、前記βは、０．１≦β≦０．８を満たし、
△Ｎ＞３の場合、前記βは、０．８＜β≦２を満たす、請求項１から８のいずれか１項に記載の電池パック。
鉛直方向又は水平方向に複数の前記単位構造が積層される、請求項１から９のいずれか１項に記載の電池パック。
請求項１から１０のいずれか１項に記載の電池パックを含む、電力消費装置。