JP5061406B2 - 電池パック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏平型二次電池が収納されてなる電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯用無線電話、携帯用パソコン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種電子機器が携帯可能な程度に小型化、薄型化されている。それに伴って、内蔵される電池には、偏平形状であるとともに、高エネルギー密度と高安全性・高信頼性が要求される。
【０００３】
このような要求を満たす代表的な偏平型電池として、非水電解質二次電池があり、単に液状の非水電解液を用いる非水電解質二次電池だけでなく、高分子電解質を利用した高分子固体電解質二次電池やゲル状高分子電解質二次電池も実用化されつつある。
【０００４】
これらの非水電解質二次電池の発電要素は、リチウムと遷移金属との複合酸化物等の正極活物質をその支持体である正極集電体に保持した正極板と、リチウム金属やリチウム合金、またはリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素質材料をその支持体である負極集電体に保持した負極板と、負極板と正極板との間に介在して両極間の短絡を防止する隔離体とで構成されている。非水電解液を用いた非水電解質二次電池では、隔離体にポリオレフィン樹脂などからなる微多孔膜（セパレータ）を用い、さらに、非水電解液に非プロトン性の有機溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４等のリチウム塩を溶解したものを用いている。また、高分子固体電解質を用いた二次電池では、隔離体として高分子固体電解質を用い、ゲル状高分子電解質を用いた二次電池では、高分子固体電解質に非水電解液を含有させたゲル状電解質を用いている。
【０００５】
また、偏平型の非水電解質二次電池に用いられる発電要素には、正極板および負極板を、隔離体を介して順に積層した積層型構造をもって構成されるものや、長円形状に巻回した巻回型構造をもって構成されるものがある。基本的には、巻回型構造の発電要素とする方が、正極板や負極板の厚さを薄くし、電極表面積を大きくすることができ、したがって、高率での充放電が可能となることから、広く採用されている。
【０００６】
そして、これらの非水電解質二次電池では、このような発電要素を電池外装体に収納しており、この電池外装体にはステンレス鋼や、ニッケルメッキを施した鉄またはアルミニウム等の金属製の電池外装缶が用いられている。さらに、最近では、アルミニウム等の金属箔の両面を樹脂で被覆した金属ラミネートシートからなる袋状電池外装体も実用化されてきている。
【０００７】
このような偏平型電池を携帯電子機器（例えば、携帯電話）用の電池として用いる場合、偏平型電池に端子付きの保護回路を接続し、ＰＣ−ＡＢＳ樹脂等からなる筐体に収納して、比較的堅牢な電池パックとし、携帯電子機器に組み込まれている。この電池パックの筐体は、携帯電子機器の外装カバーをも兼ね、携帯電子機器の電池収納部に嵌め込むことで携帯電子機器と一体となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
また、非水電解質二次電池を用いた携帯電子機器用の電他パックにおいては、保護回路の動作不良や誤使用等の不測の事態に対して十分な安全性を備えていることが必要である。このため、保護回路以外にも、温度ヒューズやＰＴＣ素子を備えるなどの過充電対策が行われているが、基本的には電池本体が過充電に対する十分な安全性を備えていることが重要である。この安全性を検証する試験には種々あるが、例えば、電池本体に外部から高い電圧を印加し、過大な電流を強制的に連続して流す過充電試験があり、電池本体には、このような状況にあっても破裂や発火などの不安全な状態に至ることのない高い安全性が要求されている。
【０００９】
このような過充電試験においては、電池に流れる電流が過大になるほど、発熱量が大きくなり、正極で電解液の分解が始まるため、温度上昇がさらに大きくなる。そして、正極のリチウム遷移金属複合酸化物の分解が起こり、熱暴走状態となり、安全弁開裂によるガス放出が内圧上昇に追従できないような最悪の場合には、破裂・発火を生じさせることになる。
【００１０】
上記のような過大電流が電池内を流れた場合においても熱暴走状態に至らないようにするためには、初期段階での発熱量を抑えるとともに、速やかに放熱して電池の温度上昇を抑えることが重要である。また、局所的な発熱であれば、その部分の発熱を分散させ、その部分での温度上昇を抑えることも有用であると考えられる。
【００１１】
特開平１１−３１２５０５では、電池外装体の最内側に配される樹脂層の厚さが部分的に薄くされ、内圧上昇時に外装体が開裂し、電池内部で発生したガスおよび熱をすみやかに放出し、安全性を確保することが提案されているが、これでは内圧が上昇し外装体が開裂するまで、ほとんど放熱されないという問題があった。また、外装体が開裂する時期には個体差があり、開裂が遅れた電池は、正・負極が熱逸走にいたり、破裂に至るケースがあった。
【００１２】
また、特開平１０−１５４４９４では、複数個の単電池が容器に収容され、各単電池の側面の一部が容器から露出するように収納された電池パックであって、前記単電池の露出部には容器材質より熱伝導率が大きい金属からなる部材を接触させることが提案されているが、過充電等の不具合により、電池の温度が上昇した際は、熱を電池パック外にすみやかに放出することができ、安全性を確保することができるが、車のダッシュボート等の高温環境下に放置した場合は、逆に外部の熱を電池に伝え、電池劣化の原因となっていた。
【００１３】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池温度が異常に上昇した場合、初期段階で速やかに電池外部に放熱して電池の温度上昇を抑えることにより、不測の事態においても不安全な状態に至らない、高い安全性を備えた電池パックを提供するところにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二次電池がパック外装体内に収納されてなる電池パックにおいて、パック外装体の厚さ方向に対向する内面に金属放熱体が配設され、前記金属放熱体と前記二次電池との間に、金属伝熱体、又は、感熱変形体が配されている。
【００１５】
このような構成により、パック外装体の厚さ方向に対向する内面に金属放熱体が配設され、電池から伝わった熱を分散し、電池の局所的な発熱による温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
本発明において、前記金属放熱体と、これに対向する二次電池の電池ケースの側面とは、少なくとも一つ以上の金属伝熱体を介して接触していることが好ましい。このような構成によれば、少なくとも一つ以上の金属伝熱体が電池ケース側面に取り付けられ、常時、金属放熱体に接触された状態とすることができる。
【００１７】
したがって、前記金属放熱体と、これに対向する二次電池の電池ケースの側面とが、少なくとも一つ以上の金属伝熱体を介して接触していることにより、二次電池が通常使用される条件下での温度上昇に対しても放熱が促進されている。そして、少なくとも一つ以上の金属伝熱体を介することにより、二次電池の温度にムラが生じないよう留意されている。
【００１８】
また、本発明において、前記金属放熱体に対向する二次電池の電池ケースの側面に、少なくとも一つ以上の感熱変形体が固定配置され、二次電池の温度が上昇して所定の温度を超えたときには、感熱変形体が変形して金属放熱体と接触するものとすることができる。
【００１９】
即ち、二次電池の温度が上昇して所定の温度を超えたときには、感熱変形体が金属放熱体と接触することより、二次電池の放熱が促進され、その温度上昇を穏やかなものとする。ここで、所定の温度とは、温度上昇に伴い電池性能にダメージを与えないよう温度であり、７０〜１００℃の範囲で設定されるのが好ましい。
【００２０】
また、このような構成を取ることにより、上記の所定の温度以下では感熱変形体と金属放熱体とが接触していないため、携帯用電子機器が高温下に放置されて金属放熱体の温度が上昇しても、その熱が電池に伝達されることがない。したがって、このような使用条件の下でも、電池自体が高温に保持され、その性能劣化を招くような事態は回避されることになる。
【００２１】
本発明の、前記感熱変形体の固定配置された電池パックにおいて、その感熱変形体がバイメタルまたは形状記憶合金によりなる薄板であり、昇温時の熱変形により、この感熱変形体の端部が金属放熱体と接触することが好ましい。
【００２２】
感熱変形体をバイメタルまたは形状記憶合金によりなる薄板とすることにより、一定の温度上昇により比較的大きな変形量が得られるため、常温における感熱変形体と金属放熱体との間隙を適正に設定することにより、両者が接触する温度を高い精度で制御することができる。
【００２３】
さらに、本発明において、前記感熱変形体の固定配置された電池パックにおいて、その感熱変形体が、電池ケースの側面にその両端部が固定配置された略円弧状の金属製薄板であり、昇温時の熱膨張により、この感熱変形体の中央部が押し上げられ、金属放熱体と接触することが好ましい。
【００２４】
感熱変形体を電池缶の側面にその両端部が固定配置された略円弧状の金属製薄板とすることにより、簡単な構成で感熱変形体と金属放熱体とが接触するという同様の効果を得ることができる。
【００２５】
本発明において、金属放熱体が電池パックを装着する電子機器本体に対向しない側面に配されるものであり、パック外装体に固着されて一体化されていることが好ましい。
【００２６】
金属放熱体が電子機器本体に対向しない側面、すなわち、直接外気に接する方の側面に配されることにより、放熱効率が向上する。また、パック外装体の電子機器本体に対向しない側面は、三次元的曲面を有することもあり、このような外装体側面に金属放熱体を組み込むため、金属放熱体とパック外装体の樹脂材とが一体的に成形されるのが好ましいとされる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明において、樹脂製パック外装体の厚さ方向に対向する一方の内面に金属放熱体が配設され、電池ケースの金属放熱体に対向する側面には金属伝熱体が固定配置されて金属放熱体に接触している、もしくは感熱変形体が固定配置されて昇温時の熱変形により所定温度を越えたときに金属放熱体に接触するように構成されている。
【００２８】
本発明における金属放熱体は、アルミニウム、銅などの金属製の薄板からなり、パック外装体の内面、好ましくは電子機器本体に対向しない内面に一体的に成形されて固定されている。ただし、この金属放熱体は、電子機器の長期にわたる使用においても位置ずれを起こさなければよく、他の固定手段、例えば絶縁性の接着テープ等により固定されてもよい。
【００２９】
また、本発明の金属伝熱体は、適当な寸法、形状をもって、絶縁性の接着テープ等により電池ケースの側面、またはパック外装体に配設された金属放熱体上に固定配置され、金属伝熱体を介して放熱金属板と電池ケース側面とが適度な押圧をもって弾性的に接触している。このような金属伝熱体には、アルミニウム、銅等の金属またはそれらの合金からなる薄板が好適であるが、その他にもニッケル、鉄、ステンレス、マグネシウム合金などが使用でき、さらにはこれらの金属板の上に放熱金属板や電池ケースとの接触面以外の部分に樹脂被覆を施したものが使用できる。
【００３０】
さらに、本発明の感熱変形体は、バイメタルまたは形状記憶合金からなる薄板であり、いずれも適当な寸法、形状をもち、電池ケースの側面に固定配置されている。そして、所定温度を越えたときに、その熱変形により放熱金属板に接触することになる。ここで、バイメタルとしては、インバーと青銅とを組合せて２層に構成したものや、両者の層間に中間の熱膨張率をもつ第３の金属を介在させて構成したものが使用される。また、形状記憶合金としては、ニッケル−チタン合金や、あるいはこれに他の合金成分を添加して、変形温度を調整したものが使用される。また、感熱変形体には、このようなバイメタルまたは形状記憶合金からなる薄板に、放熱金属板や電池ケースとの接触面を除き、樹脂被覆を施したものが使用されてもよい。このような感熱変形体は、電子機器の長期にわたる使用においても位置ずれを起こさなければよく、絶縁性の接着テープ等により電池ケースの側面に固定配置される。
【００３１】
また、感熱変形体に単一の金属板を用いる場合には、上記の金属伝熱体の場合と同様、種々金属またはそれらの合金からなる薄板が使用できるが、これらの中でも熱膨張率の大きな材料が好適である。
【００３２】
本発明の電池パックに収納される偏平型二次電池の代表的なものとして、非水電解質二次電池があるが、この非水電解質二次電池の電池ケースとして金属製の電池缶が用いられたものであってもよいし、また、金属ラミネート樹脂フィルムからなる袋状の電池ケースが用いられたものであってもよい。また、この二次電池の非水電解質として、液状の非水電解液が用いられたものであっても、あるいは高分子固体電解質やゲル状高分子電解質が用いられたものであってもよく、特に非水電解質の種類や性状は限定されるものではない。
【００３３】
次に、本発明になる電池パックとして、袋状電池ケースを用いた非水電解質二次電池をパック外装体内に収納した電池パックを例にとって、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
【００３４】
この非水電解質二次電池の構造を図１に示す。この非水電解質二次電池１１は、帯状の正極板と負極板とが隔離体（セパレータ）を介して長円形状に巻回された発電要素１３が、金属ラミネート樹脂フィルムからなる袋状電池ケース１２に収納されるとともに、正極板と負極板のそれぞれの電極に超音波溶接により接続固定された接続導体（リード）１４、１５が発電要素１３の巻回軸方向にある一方の端面１６から導出され、電池外装体封着部１６の外部でそれぞれ保護回路側の接続端子に固着される構造をとっている。
【００３５】
そして、この非水電解質二次電池をパック外装体２に収納して電池パックとするが、パック外装体のケース２ａ、カバー２ｂの一例を図２、図３に示す。また、その電池パックの構成を図４に示す。図４において、パック外装体（ケース）２ａの電池に対向する面に、本発明に係る金属放熱体２１が配設され、その四隅ならびに中央部２箇所の金属放熱体固定部２１ａでパック外装体２ａに一体的に固定されている。なお、この金属放熱体２１に対向して電池ケース１２には金属伝熱体２２ないしは感熱変形体２３が取り付けられているが、図４では非水電解質二次電池の下面に位置するため、図示されていない。また、図４では、この金属放熱体がパック外装体の内面側、すなわち電池に対向する面に配設されているが、パック外装体の内面の一部に金属放熱体が組み込まれ、金属放熱体がパック外装体の外面に露出するような形で構成されていてもよい。
【００３６】
金属伝熱体２２ないしは感熱変形体２３が電池ケース１２側面に取り付けられた状態を図５に示す。ここで、金属伝熱体２２、感熱変形体２３の形状は一例であり、また、これらの固定材２２ａ、２３ａとして絶縁性テープが用いられた例を示している。図５に示された金属伝熱体２２、感熱変形体２３は、薄板状の金属片が、その中央部で電池ケース側面に固定され、その両端が屈曲してパック外装体２ａの位置する側に跳ね上がった形状（以下、このような形状をもつ感熱変形体を「形態Ａ」と呼ぶ）をとっている。
【００３７】
そして、このような金属伝熱体２２ないしは感熱変形体２３が取り付けられた非水電解液二次電池１１を、金属放熱体２１をもつパック外装体２内に組み込んだときの状態を図６、図７に示す。金属伝熱体２２の場合には、図６に示すように、その両端が金属放熱体２１に接触し、感熱変形体２３の場合には、図７に示すように、その両端が金属放熱体２１に近接するような形態をとることになる。
【００３８】
金属伝熱体２２ないしは感熱変形体２３の形状としては、その両端が金属放熱体２１に接触または近接する例を図５などに示したが、図８に示すように、片端が電池ケース１２側面に固定され、その他端が屈曲してパック外装体２ａの位置する側に跳ね上がって、金属放熱体２１に接触または近接するような形状（以下、このような形状をもつ感熱変形体を「形態Ｂ」と呼ぶ）のものであってもよい。
【００３９】
また、図５では、金属伝熱体２２ないしは感熱変形体２３が２個、電池ケース１２側面のほぼ中心線上に位置するよう取り付けられた状態を示しているが、取付個数ならびに取付位置ともこれに限定されるものではない。また、図５では、金属伝熱体２２ないしは感熱変形体２３の取付面が、電池ケース１２の背封着部１７が存在しない側面となっているが、これも特に限定されるものではなく、背封着部１７の存在する側面に取り付けられてもよい。さらに、金属伝熱体２２の場合には、必ずしも電池ケース１２側面に固定配置されている必要はなく、パック外装体２ａの内面に取り付けられていてもよい。
【００４０】
次に、別の形状をもつ感熱変形体が電池ケース側面に取り付けられた状態を図９、図１０に示す。ここでの感熱変形体２３’は、単体の薄板状金属片からなるものであり、それ自体の熱膨張により中央の湾曲部が金属放熱体２１に接触するようにしたもの（以下、このような形状をもつ感熱変形体を形態Ｃと呼ぶ）である。なお、感熱変形体２３’の電池ケース１２への取付側面、位置、個数については、上記と同様、図示された状態に限定されるものではない。
【００４１】
以上、袋状の電池ケースに収納された非水電解質二次電池を用いた電池パックを例にして、本発明の実施形態を説明してきたが、最初に記したように電池の種類・形態もこれに限定されるものでなく、偏平型形状をもつ二次電池を用いる電池パックであればよい。また、非水電解質二次電池の中にも、正極、負極、隔離体に種々の材料を用いたものがあるが、本発明はこれらの材料、構成の違いに関わらず、偏平型形状をもつ非水電解質二次電池において適用可能である。以下、この点について少し説明する。
【００４２】
本発明に係る非水電解質二次電池の正極材料たるリチウムを吸蔵放出可能な化合物としては、無機化合物としては、組成式Ｌｉ _ｘ ＭＯ _２ 、またはＬｉ _ｙ Ｍ _２ Ｏ _４ （ただしＭは遷移金属、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２ ）で表される、複合酸化物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物を用いることができる。その具体例としては、ＬｉＣｏＯ _２ 、ＬｉＮｉＯ _２ 、ＬｉＭｎ _２ Ｏ _４ 、Ｌｉ２Ｍｎ _２ Ｏ _４ 、ＭｎＯ _２ 、ＦｅＯ _２ 、Ｖ _２ Ｏ _５ 、Ｖ _６ Ｏ _１３ 、ＴｉＯ _２ 、ＴｉＳ _２ などが挙げられる。また、有機化合物としては、例えばポリアニリンなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。さらに、無機化合物、有機化合物を問わず、上記各種活物質を混合して用いてもよい。
【００４３】
負極材料たる化合物としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄなどとリチウムとの合金、ＬｉＦｅ _２ Ｏ _３ 、ＷＯ _２ 、ＭｏＯ _２ などの遷移金属酸化物、グラファイト、カーボンなどの炭素質材料、Ｌｉ _５ （Ｌｉ _３ Ｎ）などの窒化リチウム、もしくは金属リチウム箔、又はこれらの混合物を用いてもよい。
【００４４】
また、本発明になる非水電解質二次電池の隔離体としては、絶縁性のポリエチレン微多孔膜に電解液を含浸したものや、高分子固体電解質、高分子固体電解質に電解液を含有させたゲル状電解質なども使用できる。また、絶縁性の微多孔膜と高分子固体電解質などを組み合わせて使用してもよい。さらに、高分子固体電解質として有孔性高分子固体電解質膜を使用する場合、高分子中に含有させる電解液と、細孔中に含有させる電解液とが異なっていてもよい。
【００４５】
本発明になる非水電解質二次電池に使用する電解液溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテートなどの極性溶媒、もしくはこれらの混合物を使用してもよい。
【００４６】
また、有機溶媒に溶解するリチウム塩としては、ＬｉＰＦ _６ 、ＬｉＣｌＯ _４ 、ＬｉＢＦ _４ 、ＬｉＡｓＦ _６ 、ＬｉＣＦ _３ ＣＯ _２ 、ＬｉＣＦ _３ ＳＯ _３ 、ＬｉＮ（ＳＯ _２ ＣＦ _３ ） _２ 、ＬｉＮ（ＳＯ _２ ＣＦ _２ ＣＦ _３ ） _２ 、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ _３ ） _２ およびＬｉＮ（ＣＯＣＦ _２ ＣＦ _３ ） _２ などの塩もしくはこれらの混合物でもよい。金属ラミネート樹脂フィルムの金属の材質としては、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン箔などを使用することができる。金属ラミネート樹脂フィルムの熱溶着部の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性高分子材料であればどのような物質でもよい。また、金属ラミネート樹脂フィルムの樹脂層や金属箔層は、それぞれ１層に限定されるものではなく、２層以上であってもかまわない。これらの上記材料で構成されたベアーセルは、一部が金属からなり、それ以外の部分は、ポリカーボネート、ポリカーボネート／ＡＢＳなどの樹脂を用いた外装体内部に組み込まれ、電池パックを構成する。なお、金属放熱体の材質としては、ニッケル、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを使用することができる。また、カーボン、導電性樹脂等の金属的な非金属材料が有効な場合がある。また、バイメタル式温度感知プレートとしては、インバーと青銅の組み合わせや、両者の間に中間の膨張率をもつ第３の金属をはさんで、湾曲の変化を円滑にすることも可能である。
【００４７】
【実施例】
次に、本発明を好適な実施例にもとづき説明する。なお、以下はあくまでも実施例として示したものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００４８】
本発明の一つの実施形態として、以下、金属ラミネート樹脂フィルムからなる電池ケースに収納された非水電解質二次電池を用いた電池パックの事例について示す。この非水電解質二次電池は、正極板と隔離体と負極板とを扁平状に巻回してなる発電要素を、金属ラミネート樹脂フィルムからなる袋状体に収納し、非水電解液を注入した後、開口部を封着して密封したものである。
【００４９】
（正極板の作製）
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物ＬｉＣｏＯ₂を用いた。正極板は、上記活物質８７重量％と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）８重量％と導電剤であるアセチレンブラック５重量％とを混合し、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を加えてペースト状に調製したものを、正極集電体の両面に塗布、乾燥し、圧延することによって製作した。正極集電体には、厚さ２０μｍのアルミニウム箔を使用した。
【００５０】
（負極板の作製）
負極板は、グラファイト（黒鉛）９２重量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）８重量％とを混合し、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を加えてペースト状に調製したものを、負極集電体の両面に塗布、乾燥し、圧延することによって製作した。負極集電体には、厚さ２０μｍの銅箔を使用した。
【００５１】
（発電要素の作製）
正極板および負極板の一方の端部にそれぞれ接続導体（リード）を超音波溶接し、正極板、隔離体、負極板の順に重ね合わせ、そして、長方形状の巻芯を中心としてその周囲に長円渦巻状に巻回するとともに、さらにこの巻回体にポリイミド製の巻き止めテープを巻回することにより、５３×３５×４ｍｍの大きさの発電要素を作製した。極板の寸法は、正極板が厚さ１８０μｍ、幅４９ｍｍ、負極板が厚さ１７０μｍ、幅５１ｍｍであり、隔離体には、ポリエチレン微多孔膜（セパレータ、厚さ２５μｍ、幅５３ｍｍ）を用いた。
【００５２】
（偏平型電池の作製）
この発電要素を、金属ラミネート樹脂フィルムの背封着部となる部分を熱溶着した筒状体に、発電要素の巻回軸方向が袋状金属ラミネート樹脂フィルムケースの開口面に対して垂直となるように装入し、次に、発電要素のリード導出側の開口部を熱溶着により封着する。そして、このリード導出側封口部の反対側の開口部から非水電解液を真空注液した後、この開口部を熱溶着することにより密封して、非水電解質二次電池とした。この電池の定格容量は５００ｍＡｈである。電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）：エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）＝５：５（体積比）の混合溶媒に、溶質としてＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌ含むものを用い、注液量は、正・負極板と隔離体とが十分湿潤し、発電要素外にフリーな電解液が存在しない程度の量とした。
【００５３】
（電池パックの作製）
［実施例１］
上記の非水電解質二次電池の電池ケース側面に、アルミニウム金属板を成形して得た前記形態Ａ状の金属伝熱体を２個取り付けた。そして、この電池を、内面にアルミニウム板（幅６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）からなる金属放熱体を取り付けたポリカーボネート（ＰＣ）／ＡＢＳ樹脂製の電池パック外装体に収納し、超音波溶着によりパック外装体のケースとカバーを固着して実施例１の電池パックとした。なお、金属放熱体と金属伝熱体とが適度な押圧をもって接触するように設計した。金属伝熱体は、その中央部が金属放熱体のほぼ中心線上に位置するように取り付け、ポリイミド粘着テープにより固定した。以下の感熱変形体における取付位置、方法も、この金属伝熱体の場合と同様である。
【００５４】
また、通常、電池パック内には、保護回路やＰＴＣ素子、温度ヒューズなどの保護素子が組み込まれるが、今回の実験は、このような保護素子が故障した場合の安全性について検証を行うことを目的としているため、上記の保護素子を取り付けず、電池の正・負極リードを電池パックの正・負極端子に直接接続して、電池パックを構成した。
【００５５】
［実施例２］
非水電解質二次電池の電池ケース側面に、インバーと青銅からなるバイメタル（幅６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を成形して得た前記形態Ａ状の感熱変形体を２個取り付けた。そして、上記実施例１と同様、この電池を、内面にアルミニウム板からなる金属放熱体を取り付けた電池パック外装体に収納して実施例２の電池パックとした。なお、電池パック形成後、金属放熱体と金属伝熱体とは０．３ｍｍの間隙をもって近接しており、温度８５℃以上で両者が接触するように設計した。
【００５６】
［実施例３］
非水電解質二次電池の電池ケース側面に、Ｎｉ−Ｔｉ合金からなる形状記憶合金（幅６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を成形して得た前記形態Ｂ状の感熱変形体を２個取り付けた。そして、上記実施例１と同様、この電池を、内面にアルミニウム板からなる金属放熱体を取り付けた電池パック外装体に収納して実施例３の電池パックとした。なお、金属放熱体と金属伝熱体とは０．３ｍｍの間隙をもって近接しており、温度８５℃以上で両者が接触するように設計した。
【００５７】
［実施例４］
非水電解質二次電池の電池ケース側面に、アルミニウム板（幅６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を成形して得た前記形態Ｃ状の感熱変形体を２個取り付けた。そして、上記実施例１と同様、この電池を、内面にアルミニウム板からなる金属放熱体を取り付けた電池パック外装体に収納して実施例３の電池パックとした。なお、金属放熱体と金属伝熱体とは０．２ｍｍの間隙をもって近接しており、温度８５℃以上で両者が接触するように設計した。
【００５８】
［実施例５］非水電解質二次電池の電池ケース側面に、インバーと青銅からなるバイメタル（幅６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を成形して得た前記形態Ａ状の感熱変形体を２個取り付けた。そして、電池パック外装体（ケース平坦面）の一部を切り抜き、その部分にニッケル板（厚さ０．３ｍｍ）からなる金属放熱体を組み込んでパック外装体とし、これに上記の非水電解質二次電池を収納して実施例５の電池パックとした。なお、電池パック形成後、金属放熱体と金属伝熱体とは０．３ｍｍの間隙をもって近接するように設計した。
【００５９】
［実施例６］上記実施例５の場合と同様、電池パック外装体（ケース平坦面）の一部を切り抜き、その部分にニッケル板からなる金属放熱体を組み込んでパック外装体とし、そして、非水電解質二次電池の電池ケース側面には何も取り付けずにパック外装体内に収納して実施例６の電池パックとした。なお、この場合、電池パック形成後、金属放熱体と電池ケース側面とは２．０ｍｍの間隙をもっており、温度８５℃以上で両者が接触するよう設計した。
【００６０】
［比較例１］
非水電解質二次電池ならびに電池パック外装体には、上記実施例で取り付けた金属伝熱体、感熱変形体、金属放熱体などの部材を取り付けず、単にこの非水電解質二次電池をパック外装体に収納して比較例１の電池パックとした。
【００６１】
以上の実施例ならびに比較例の電池パックをそれぞれ１２０個ずつ作製し、以下の試験を行った。
（過充電試験）
実施例ならびに比較例の各電池パックの正・負極端子に定電流−定電圧電源を接続し、下記の試験条件により過充電試験を行った。試験数は各電池パックにつて１００個とし、試験時の雰囲気温度は２５℃とした。
充 電：１０００ｍＡ(２ＣｍＡ相当)での定電流連続充電（設定電圧：１０Ｖ）
終了条件：３時間または何らかの異常が起こるまで
（高温放置試験）
実施例ならびに比較例の各電池パックを充電した後、雰囲気温度８０℃の下で５時間放置し、高温放置後の容量回復率を測定した。試験条件を下記に示す。充放電時の雰囲気温度は２５℃とし、試験数は各電池パックにつて２０個とした。
充 電：５００ｍＡ、４．２Ｖの定電流−定電圧充電で３時間
放 電：５００ｍＡの定電流放電で２．７５Ｖまで ［→放電容量Ｉ］
↓
充 電：５００ｍＡ、４．２Ｖの定電流−定電圧充電で３時間
放 置：８０℃で５時間放置
残存放電：５００ｍＡの定電流放電で２．７５Ｖまで
↓
充 電：５００ｍＡ、４．２Ｖの定電流−定電圧充電で３時間
放 電：５００ｍＡの定電流放電で２．７５Ｖまで ［→放電容量II］
ここで、容量回復率（％）＝放電容量II／放電容量Ｉ×１００とした。
【００６２】
（試験結果）
過充電試験の結果を、表１に示す。
【００６３】
【表１】

【００６４】
比較例１の電池パックでは、試験数１００個のうち１個で発煙、４個で漏液、また、１２個で発熱によるパック外装体の変形が生じた。なお、破裂、発火に至ったものはなかった。これに対して、実施例の１〜５の電池パックでは、破裂、発火、発煙、漏液および変形の生じたものはなかった。また、実施例６の電池パックでは、変形の生じたものが２個あったが、破裂、発火、発煙、漏液に至ったものはなかった。
【００６５】
このような結果を見ても分かるように、電池パック外装体に放熱金属体を配設し、さらには電池ケースに金属伝熱体または感熱変形体を備えることにより、過充電時に電池内部で発生した熱を電池パック外部へ放出し、電池の温度上昇を分散し、抑制すること極めて高い安全性を備えた電池パックとすることができる。
【００６６】
次に、８０℃×５時間の高温放置試験の結果を、表２に示す。表中の値は、それぞれ試験数２０個の電池パックでの平均値である。
【００６７】
【表２】

【００６８】
高温放置後の容量回復率は、比較例１の電池パックで９７％であるのに対して、実施例２〜６の電池パックでは９６〜９８％とほぼ同等であったが、実施例１の電池パックでは９４％と若干低くなった。
【００６９】
このことは、電池パック外部からの熱が電池パックの金属伝熱体を通じて電池に伝わり、電池の劣化が進んだもののと推察される。したがって、本発明の構成のなかでも、感熱変形体を用いて、通常使用される可能性のある温度範囲においては金属放熱体と感熱変形体とが接触しない構成をとった方がが良いことが分かる。
【００７０】
以上の結果から、本発明の実施例１〜６の電池パックは過充電性能に優れ、極めて高い安全性を示すとともに、実施例２〜６の電池パックは高温放置性能においても優れる特性をもっていることが分かった。
【００７１】
なお、実施例では、正極と負極とがセパレータを介して巻回された渦巻状発電要素を、袋状単電池ケースに収納した非水電解質二次電池電池を用いているが、同様の巻状発電要素を有し、電池ケースに金属缶を用いた角形電池、円筒形電池および長円筒形電池や、さらに正極と負極とがセパレータを介して交互に積層されたスタック型角形電池でも同じ効果が得られ、さらには非水電解質二次電池以外の電池においても同じ効果が得られる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明になる樹脂製パック外装体の厚さ方向に対向する一方の内面に金属放熱体を配設した電池パックは、不測の事態により過充電され、電池温度が上昇した場合において、発生した熱が電池ケースに取り付けられた金属伝熱体あるいは感熱変形体を通じて、電池パック外装体の金属放熱体から速やかに電池パック外部へ放出されるため、発煙、発火および破裂に至らず、極めて高い安全性を備えることが可能になる。
【００７３】
また、感熱変形体が電池ケースに取り付けられた電池パックの場合、高温で放置されても、電池バック外装体の金属放熱体と電池ケースとは接触していないため、外部からの熱によるダメージを受けにくく、放置後の容量回復率は高いものとなる。
【００７４】
本発明は、簡単な構成からなり、したがってその工業的価値は非常に大きいものと言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】袋状電池ケースを用いた非水電解質二次電池の斜視図。
【図２】電池パック外装体（ケース）の外観図。
【図３】電池パック外装体（カバー）の外観図。
【図４】袋状電池ケースを用いた非水電解質二次電池を収納する、本発明の電池パックの構成図。
【図５】金属伝熱体ないしは感熱変形体を電池ケース側面に固定配置した非水電解質二次電池の斜視図。
【図６】本発明の一つの実施形態として、金属伝熱体を非水電解質二次電池ケース側面に固定配置した電池パックの断面図。
【図７】本発明の一つの実施形態として、バイメタルまたは形状記憶合金からなる感熱変形体を非水電解質二次電池ケース側面に固定配置した電池パックの断面図。
【図８】本発明の別の実施形態として、バイメタルまたは形状記憶合金からなる感熱変形体を非水電解質二次電池ケース側面に固定配置した電池パックの断面図。
【図９】本発明の一つの実施形態として、薄板状金属片からなる感熱変形体を電池ケース側面に固定配置した非水電解質二次電池の斜視図。
【図１０】本発明の一つ実施形態として、薄板状金属片からなる感熱変形体を非水電解質二次電池ケース側面に固定配置した電池パックの断面図。
【符号の説明】
１ 電池パック
２ パック外装体
２ａ パック外装体（ケース）
２ｂ パック外装体（カバー）
３ 保護回路
４ 正極端子
５ 負極端子
６ サーミスタ端子
７ 銘 板
１１ 偏平型二次電池
１２ 電池ケース
１３ 発電要素
１４ 正極リード
１５ 負極リード
１６ リード導出側封着部
１７ 背封着部
１８ 底封着部
２１ 金属放熱体
２１ａ 金属放熱体固定材
２２ 金属伝熱体
２２ａ 金属伝熱体固定材
２３ 感熱変形体
２３ａ 感熱変形体固定材

Claims (2)

1. 二次電池が樹脂製パック外装体内に収納されてなる電池パックにおいて、前記外装体の厚さ方向に対向する内面に金属放熱体が配設され、前記金属放熱体と前記二次電池との間に、金属伝熱体が配され、前記金属放熱体は、前記金属伝熱体及び前記二次電池に接触していることを特徴とする電池パック。
2. 二次電池が樹脂製パック外装体内に収納されてなる電池パックにおいて、
   前記パック外装体の厚さ方向に対向する内面に金属放熱体が配設され、前記金属放熱体と前記二次電池との間に、感熱変形体が配され、前記感熱変形体は、前記二次電池に固定配置され、該二次電池に温度が上昇して所定の温度を超えたとき、前記感熱変形体が変形して前記金属放熱体と接触することを特徴とする電池パック。

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