JP5380321B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に係り、特に、大容量のリチウムイオン二次電池に発生する熱を放出するための電池構造を組み込んだリチウムイオン二次電池に関するものである。

近年、ハイブリッド自動車や電気自動車、およびハイブリッド鉄道車両などの電源として、また電力貯蔵などの産業用蓄電池として、リチウムイオン二次電池の開発が進められている。

このようにリチウムイオン二次電池の用途が広がるにつれ、より一層の大充放電容量化の要求が強まり、リチウムイオン二次電池の大型化が必要不可欠になってきている。

リチウムイオン二次電池は、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に捲回して成る捲回体，電解液、及びこれらを収容する電池ケースを有する。

このようなリチウムイオン二次電池を大型化すると、充放電時に伴う発熱量が増加し、熱の放散が悪くなるため、充放電時の電池の温度上昇が大きくなり、捲回体の温度分布も大きくなることから、局所劣化や性能低下の問題が発生するといわれている。

このため、例えば、特許文献１に記載のように、捲回体を冷却するリチウムイオン二次電池が考えられている。

特許文献１に開示されたリチウムイオン二次電池は、捲回体の内部に半径方向に離間して放熱板が配置され、放熱板の間に正極，負極およびセパレータを積層状に重ねた捲回体の一部が挟まれている。

放熱板は、正極，負極およびセパレータを超えて伸び、放熱板の端面が外部に露出し、リチウムイオン二次電池で発生した熱は、放熱板の伸延方向の端面を通して、電池ケースの外部に放出される。

更に、放熱板には外部に連通する貫通孔が形成され、放熱板が外気と直接接触できる面積を大きくしている。

特開２００８−１３５３１２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるリチウムイオン二次電池では、捲回体の内部に放熱板が形成されているため、リチウムイオン二次電池の重量が増加し、重量当たりのエネルギー密度，重量当たりの容量密度が小さくなる。
そこで本発明は、捲回体の内部に放熱板を設けることなく、冷却性能を向上させ、信頼性の高い電池を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池（以下「電池」と称する）は、正極板，負極板，セパレータを有するものであって、前記正極板と前記負極板とが前記セパレータを介して積層された発電要素体を収納する第１の電池ケースと、前記第１の電池ケースの外側の全周囲にわたって周囲を取り囲み、前記発電要素体を収納する第２の電池ケースと、前記第１の電池ケースと前記第２の電池ケースとの間であって、前記第１の電池ケースの外側の全周囲にわたって周囲を取り囲む空間部が形成されていることを特徴とする。

正極板と負極版とがセパレータを介して積層された発電要素体では、積層方向の熱伝導率が極めて悪いため、積層方向に大きな温度分布が生じる。

電池ケースを発電要素体の積層方向に二つに分離することにより、それぞれの電池ケースに収納された発電要素体の積層方向における熱伝導距離を短くすることができる。

そして、空間部に通気することにより、発電要素体と熱的に直接接している電池ケースの表面で強制対流熱伝達が生じ、第１の電池ケースおよび第２の電池ケースの両電池ケースの内部の発電要素体で発生した熱を効率よく持ち去ることになる。

また、熱伝導距離が短くなったことで、両電池ケースの内部の発電要素体の積層方向における温度勾配が小さくなり、発電要素体の温度分布を均一化する効果がある。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記第２の電池ケースの外側の全周囲にわたって周囲を取り囲み、前記発電要素体を収納する第３の電池ケースを有し、前記第２の電池ケースと前記第３の電池ケースとの間であって、前記第２の電池ケースの外側の全周囲にわたって周囲を取り囲む空間部が形成されていることが好ましい。

さらに、第３の電池ケースの外側に全周囲にわたって、第２の電池ケースと第３の電池ケースと同様の配置関係で、第４の電池ケース，第５の電池ケース等を、発電要素体の積層方向の外側に向かって順次配列することも可能である。

これにより、電池の容量が増加し、電池が大型化する場合であっても、電池ケースの数を抑え、電池の収納スペースを最大限に有効に使用しつつ、各電池ケースの内部の発電要素体の積層方向の熱伝導距離を許容範囲に収めることができる。

この結果、電池の容量が増加しても、発電要素体の温度分布を均一化することができる。

電池を分割する方法は他にも考えることができる。

例えば、仮に温度分布の改善の面から、所定の熱伝導距離Δｒを設定したとする。

同じ容量の円筒型の電池（セル）で構成することを考えた場合、半径Δｒの円筒型セルを複数個並べたものと本実施形態の電池とを比較すると、設置面積はほぼ同じであっても、半径Δｒの円筒型セルを複数個並べたものに対して、本実施形態の電池の電池ケースの数は、１／３以下と少なくなる。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記空間部が、外気と通気していることが好ましい。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記第１の電池ケースが円筒形または中空円筒形であり、前記第２の電池ケースが中空円筒形であることが好ましい。

これにより、発電要素体の形状が、帯状になった正極，負極，セパレータを捲回して構成することができ、円筒型の発電要素体に対応することができる。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記第１の電池ケースが方形柱状または中空方形柱形であり、前記第２の電池ケースが中空方形柱形であることが好ましい。

これにより、発電要素体の形状が、帯状になった正極，負極，セパレータを捲回して構成された角型の発電要素体に対応することができる。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記第１の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部と、前記第２の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部とを有し、前記第１の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および前記第２の電池ケースの両端部に形成される正極端子部、または／および、前記第１の電池ケースの両端部に形成される負極端子部および前記第２の電池ケースの両端部に形成される負極端子部を、板状支持材を用いて固定することが好ましい。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記第１の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部と、前記第２の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部と、前記第３の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部とを有し、前記第１の電池ケースの両端部に形成される正極端子部，前記第２の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および前記第３の電池ケースの両端部に形成される正極端子部、または／および、前記第１の電池ケースの両端部に形成される負極端子部，前記第２の電池ケースの両端部に形成される負極端子部および前記第３の電池ケースの両端部に形成される負極端子部を、板状支持材を用いて固定することが好ましい。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記板状支持材が集電端子部材であることが好ましい。

これにより、分離された各電池ケースを固定することができ、板状支持材を各電池ケースの端子からの電流を集電する機能を有することにより、部品点数を抑えることができる。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記空間部に通気可能かつ延び縮み可能な部材が挿入され、前記部材は、前記空間部の内周を形成する前記第１の電池ケースの外壁面、および、前記空間部の外周を形成する前記第２の電池ケースの内壁面に、接着あるいは固定されていることが好ましい。

また、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池は、前記空間部に通気可能かつ延び縮み可能な部材が挿入され、前記部材は、前記空間部の内周を形成する前記第１の電池ケースの外壁面、および、前記空間部の外周を形成する前記第２の電池ケースの内壁面、ならびに、前記空間部の内周を形成する前記第２の電池ケースの外壁面、および、前記空間部の外周を形成する前記第３の電池ケースの内壁面に、接着あるいは固定されていることが好ましい。

なお、空間部には、通気ができるように延び縮み可能な部材が配置される。

また、延び縮み可能な部材としては、たとえば、バネのような弾性体，金属や樹脂から形成された発泡体，多孔質体，網目状の部材等が用いられる。

集電端子機能を兼ねた板状支持材は、長時間運転によるヒートサイクルによる電池ケースの熱的変形や機械的振動などにより力が掛かるが、延び縮み可能な部材を用いることにより、板状支持材の負担を軽減することができ、耐久性の向上が図られる。

こうして本発明は、捲回体の内部に放熱板を設けることなく、冷却性能を向上させ、信頼性の高い電池を提供することが可能となる。

本発明の第一実施例を示すもので円筒形電池の外観の斜視図である。 本発明の第一実施例を示すもので円筒形電池の外観の上平面図である。 本発明の第一実施例を示すもので図１のＡＡ断面図である。 本発明の第一実施例を示す電池に用いられる電池ケースの斜視図である。 温度分布の改善効果について温度分布を解析した結果を示すグラフである。 本発明の第二実施例を示すもので電池ケース間の配列を示す斜視図である。 本発明の第三実施例を示すもので電極端子間が接続された円筒形電池の正面図である。 本発明の第四実施例を示すもので電池ケース間に支持材が挿入された円筒形電池の上平面図である。 本発明の第四実施例の変形例を示すもので電池ケース間に支持材が一部挿入された円筒形電池の上平面図である。 本発明の第五実施例を示すもので角形電池の外観の上平面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

図１，図２，図３，図４を用いて、本発明の第１の実施例によるリチウムイオン二次電池の構造を説明する。

図１は、円筒形電池の外観の斜視図、図２は、円筒形電池の外観の上平面図、図３は、図１のＡＡ断面図、図４は、電池ケースの斜視図である。

実施例１に示す電池は、正極板，負極板，セパレータを有するものである。

そして、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された発電要素体を収納する第１の電池ケース１と、第１の電池ケース１の外側の全周囲にわたって周囲を取り囲み、発電要素体を収納する第２の電池ケース２と、第１の電池ケース１と第２の電池ケース２との間であって、第１の電池ケース１の外側の全周囲にわたって周囲を取り囲む空間部３とが形成されている。

つまり、図１に示すように、中央部に円筒形の第１の電池ケース１が配置され、その外側周囲を囲むように中空円筒形（円環状）の第２の電池ケース２が配置されている。そして、図２に示すように、第１の電池ケース１と第２の電池ケース２との間には、円環型の空間部３が軸方向に沿って形成されている。

第１の電池ケース１には、帯状の正極，負極，セパレータが積層され、図３に示すように、鉛直方向を軸芯方向とした捲回軸４に捲回された発電要素体、すなわち捲回体５が第１の電池ケース１の内壁と密着する形で収納されている。

なお、捲回軸４の材質としては樹脂が絶縁性の観点から好ましい。

第２の電池ケース２は、図４に示すように、円環状の形状をしており、かつ、少なくとも上部６が開放された電池ケースとなっている。

ここに内部が中空構造である捲回軸部７に捲回された、第１の電池ケース１と同様の発電要素体、すなわち捲回体８が捲回軸部７と一緒に第２の電池ケース２の円環状の空間部９に上から挿入され、第２の電池ケース２の内部の外側及び内側の内壁１００，１０１と密着するように収納されている。

ここで捲回軸部７と接する捲回体８の最内側はセパレータであることが好ましい。捲回体８が挿入された後、電池上蓋５０が取り付けられ、第２の電池ケース２は密閉される。

第２の電池ケース２の内周側の内壁１０１には、捲回軸部７の外壁面が接する。また、第２の電池ケース２の外周側の内壁１００と接する捲回体８の最外周部には絶縁材であるセパレータが巻かれている。

なお、電池ケースは、第１と第２とで形状は異なるが、捲回体はどちらも円環型をしている。

第１の電池ケース１および第２の電池ケース２の内部の捲回体５および捲回体８の上部には、図３に示す正極側の集電部１０（第１の電池ケース１に対応）および集電部１１（第２の電池ケース２に対応）がそれぞれ備わり、捲回体５および捲回体８の下部には、負極側の集電部１２（第１の電池ケース１に対応）および集電部１３（第２の電池ケース２に対応）がそれぞれ備わる。

正極側の集電部１０は、電池上蓋５０の端面から突出した正極端子１４ａが接続され、正極側の集電部１１は、電池ケースの上部端面から突出した正極端子１４ｂが接続され、正極端子１４ａと正極端子１４ｂとは、電気的につながっている。

なお、正極端子１４ａおよび正極端子１４ｂと、第１の電池ケース１および第２の電池ケース２とは、その上部端面の封口体１５にて絶縁されている。

また、第１の電池ケース１および第２の電池ケース２の上端面に備わる正極端子１４ａおよび正極端子１４ｂについて、第１の電池ケース１の正極端子１４ａは円筒状の形状であり、第２の電池ケース２の正極端子１４ｂは円環状の形状である。

一方、捲回体５および捲回体８の下部の負極側の集電部１２および集電体１３は、第１の電池ケース１および第２の電池ケース２ともに、捲回体の挿入時に、第１の電池ケース１および第２の電池ケース２の下部端面１５０と電気的な接続が行われるようになっている。

第１の電池ケース１と第２の電池ケース２とに対応する正極端子１４ａと正極端子１４ｂとは、正極用端子間接続板１６ａおよび正極用端子間接続板１６ｂにて接続されている。

負極側においては、正極側のような電池ケースの端面から突出した端子は有していないが、第１の電池ケース１および第２の電池ケース２のそれぞれ電池ケースの下部端面１５０にて、負極用端子間接続板１７にて電気的に接続される。

正極用端子間接続板１６ａおよび正極用端子間接続板１６ｂ、ならびに負極用端子間接続板１７は、各電池ケース間の電気的な接続以外に、各電池ケースを物理的な意味で接続し、各電池ケースの支持材としての役割を有しており、これにより各電池ケースが固定される。

なお、正極端子と負極端子との接続、および、正極用端子間接続板と負極用端子間接続板との接続は、溶接あるいはねじ止めされ、確実に固定される。

正極端子間接続板のサイズおよび本数は、運転時の最大電流値にもとづいて適切に設定されると同時に、支持・固定という観点から強度面にも配慮されている。

次に、図３に示す第１の電池ケース１と第２の電池ケース２との間に形成された空間部３は、電池の外気と通気している。

すなわち、この空間部３には空気等のガスや冷却用媒体などを流すことができる。

また、第２の電池ケース２の外側空間部１８も外気と通気しており、空気等のガスや冷却用媒体などを流すことができる。

すなわち、第１の電池ケース１と第２の電池ケース２との内部に形成される捲回体５および捲回体８にて発生した熱は、負極側２０から流入し、空間部３および外側空間部１８を流れる空気を始めとする冷却用媒体１９によって奪われ、各電池ケースの上端面２１と正極用端子間接続板１６ａとの間から電池の系外に排出される。

この電池の冷却において重要なことは、電池の捲回体の温度を所定の温度範囲に保つことであり、そのため冷却用媒体の流量調節により、発電要素体の内部の最大温度を制御する。

なお、温度が最も高くなる領域は冷却媒体から最も離れたところである。

図５は、温度分布の改善効果について温度分布を解析した結果を示すグラフであり、本実施例において、円環状の捲回体の温度分布について、捲回体の半径方向の厚さΔｒと捲回体の外周半径Ｒとの比Δｒ／Ｒと、このときの捲回体の半径方向の温度分布との関係を解析した結果である。

まず、図５より、Δｒが５ｍ，１０mm，１５mmにおける最高温度と最低温度との差であるΔＴを比較すると、Δｒが小さい程ΔＴも小さくなることが判る。

本実施例では、円筒電池を内側と外側とに２分割にすることにより、半径方向の厚さΔｒを小さくしている。また、同じΔｒでもΔｒ／Ｒが小さい程、更にΔＴが小さくなる。

すなわち、第２の電池ケースに見られるような円環型の電池では径を大きくして、半径方向の厚さΔｒが小さい程好ましい。

なお、電池の寿命や劣化抑制の観点から許容されるべきΔＴが決まれば、図５のような解析を行うことにより、電池容量と設置スペースとに応じて、外周半径Ｒ，半径方向の厚さΔｒ、および長さＬを決定することができる。

また、冷却効率の向上の観点から、図４に示す第２の電池ケース２に収納される捲回体８については、中空の捲回軸部７の材料として熱伝導性の良い材料、例えば銅やアルミニウムを用いることにより、捲回体と電池ケースとの間の熱抵抗を小さくすることができ、その結果、捲回体と冷却媒体との間の熱伝達が向上する。

本実施例によれば、発電要素体の積層方向の熱伝導距離が短くなり、かつ、各電池ケース間に設けられた空間部を通気することにより、効果的に捲回部の温度分布を均一にできるため、温度に依存する内部抵抗分布が小さくなり、充放電時の電流密度分布及び電流密度に依存するＳＯＣ（充電状態）変化幅も小さくなる。

すなわち、電池全体にわたって均一な電気化学反応が行えることになり、劣化の抑制，寿命向上につながる。

また、径を太くした円筒型セルでは、半径方向の温度差が大きくなるため、これまで単電池にはアスペクト比の制限もあり、径を太くできなかったが、本実施例では最外側の径に特に温度面からの制限がなくなることから、よりフレキシブルなレイアウト設計が可能となる。

実施例２は、実施例１のような２段では容量が足りない場合の対応策を示すものであり、３段分割を示した実施例である。

図６は、第二実施例を示すもので電池ケース間の配列を示す斜視図である。

図６に示すように、中央に円筒形の第１の電池ケース３０、その外側に円環型の第２の電池ケース３１、更にその外側に同じく円環型の第３の電池ケース３３が配されている。

実施例１のような２段では容量が大きくなると、必要な容量を得るために第２の電池のΔｒを大きくせざるを得なくなる（長さＬを長くすればΔｒを大きくしなくても対応は可能であるが、長さにも制限がある場合には対応できない）。

本実施例では分割数を増やすことにより、Δｒを制限内に維持しながら容量もカバーすることができる。

ちなみに３つの電池ケースにおいて、第２，第３の電池ケース３１，３２のΔｒはおおよそ同じであるが、外周径が大きくなる第３の電池ケース３２は第２電池ケース３１よりもΔｒを大きくしてもよい。

また、円筒形の第１の電池ケース３０については、実施例１でも触れたが、中心部に捲回軸を有しているため、捲回体はやはり円環型になっているが、第２，第３の電池ケースと同じΔｒではΔｒ／Ｒが大きくなる。

従って、第２，第３と同じ温度差ΔＴに収めるためには、第１の電池ケース３０のΔｒは、第２，第３の電池ケースよりも小さくすることが望ましい（図５参照）。

なお、できるだけスペースを有効に使い、電池として体積当たりのエネルギー密度を高めるためには、それぞれの電池ケース間の空間部３３，３４の幅を小さくすればよい。

ただし、空間部３３，３４の幅が小さくなることは、冷却流体を流した時の圧損が大きくなるため、必要な流量を得るためには、例えば媒体を流す送風機仕様などに留意するなど工夫が必要である。

図７は、第三実施例を示すものであり、電極端子間が接続された円筒形電池の正面図である。

図７は、実施例２の電池において、各電池ケース間の電極端子の接続方法を示したものであり、隣り合う電池ケース間において電池ケース内に収められた捲回体の正極，負極の向きが反対になるように構成されている。

すなわち、第１の電池ケース３０に関しては、上端面に正極端子１４ａが、下端面に負極端子４０ｃが備わり、隣り合う第２の電池ケース３１に関しては、上端面に円環状の負極端子４０ｂが、下端面に円環状の正極端子１４ｂが備わる。

最外側の第３の電池ケース３２に関しては、上端面に円環状の正極端子１４ｃが、下端面に円環状の負極端子４０ａが備わる。

負極端子４０ｃと正極端子１４ｂとが端子間接続板１６ｃにて接続され、負極端子４０ｂと正極端子１４ｃとが端子間接続板１６ｄにて接続されている。

これにより電池ケース３０，３１，３２に収納された電池は直列につながり、充放電電流は第１の電池ケース３０の正極端子１４ａと第３の電池ケース３２の負極端子４０ａを介して外部電源や負荷とつながる。

本実施例にあるように隣り合う正極，負極の端子を接続することにより、各電池ケースに収納された電池は直列につながることになり、電池の電圧を高めることが可能となる。

ただし、この場合、各電池ケースに収められた捲回体の電極面積を等しくすることが電池寿命の面から重要となる。もし各電池ケース間で電極面積が異なると、電極面積の小さな電池の電流密度が高くなることから、その電池には他の電池よりも大きな負荷が掛かることになり、結果的に劣化が進み易くなるからである。

本実施例においては、電池ケースに収められた円環状の捲回体の円環の断面積を等しくすることにより、電極面積が等しいという条件を実現させている。

なお、図７中の符号３３，３４は、電池ケース間の空間部である。

以上、実施例１から実施例３の本質部分は、第１の電池ケースと第２の電池ケースとの間に形成される第１の電池ケースの外側の周囲を取り囲む空間部、または／および、第２の電池ケースと第３の電池ケースとの間に形成される第２の電池ケースの外側の周囲を取り囲む空間部には、放熱板等の部材を介在させず、空間部としている点である。

これにより、重量が増加し、重量当たりのエネルギー密度，容量密度が小さくなることはなく、放熱板等の部材が新たに捲回部に加わることなく、部品点数が増えることによるコストアップもない。

また、放熱板等の部材が電池ケースとの間に介在しないため、外気が直接、電池ケースに接触せず、冷却効果が向上する。つまり、放熱板等の部材の性質（熱伝導性等）に影響を受けることなく、電池ケースを冷却することができる。

また、空間部を形成しているため、電池ケース間における短絡の可能性もない。

さらに、空間部であるため、電解液の漏れを防ぐためのシール箇所も増加することがなく、シール面積も増加することもない。また、シール構造も複雑になることもない。

つまり、これら実施例の本質部分は、空間部に供給される冷却媒体が電池ケースに直に接触するように形成されている点である。これにより、冷却効率が向上する。

また、これら実施例の本質部分は、電池ケースの全周囲にわたって、空間部を有することである。これにより、電池ケースの全周囲にわたって、ほぼ均一に冷却することが可能となり、電池の安定的な使用が可能となる。

また、これら実施例の本質部分は、強制対流熱伝達のみにて電池の放熱を行うものである。

強制対流熱伝達を最も効果的なものとするため、発熱体に直接あるいは最も近接して冷却媒体を接触させることが望ましい。

これら実施例では、放熱板等の部材を用いることなく、薄い電池ケースを介することのみで、つまり最も近接して、発熱体である捲回体に冷却媒体を供給することができ、強制対流熱伝達を極めて有効に利用できる。

本実施例では各電池ケースの支持固定方法について説明する。

図８は、第４実施例を示すもので電池ケース間に支持材が挿入された円筒形電池の上平面図である。

図８は、中央の第１の電池ケース１とその外側を取り囲む第２の電池ケース２とが備わり、両電池ケース間に空間部３が形成されている。

この空間部３の一部分あるいは全体に、支持材２００が挿入され、両電池ケースを支持固定化している。

電池は、充放電時において充電と放電あるいは放電と充電の間に休止状態をとることがある。休止状態時は発熱しないので電池温度は充放電中に比べて低下する。

すなわち、充放電サイクルを実施するとそれに合わせて温度もサイクリックに変動する。この時、電池の捲回体も体積変化を生じ、膨張と収縮とを繰り返す。

この結果、電池ケースも捲回体の体積変化によって膨張したり縮小したりする。特に、大型電池になるほど電池ケースに生じる変形量はケース中央部において大きくなる。

本実施例では、支持材２００が両電池ケース間の変形を吸収することにより、長時間の充放電サイクルにおいても、変形によって発生する応力によって支持部の近傍におけるケースの損傷を未然に防止することができる。

支持材２００の一例として、板バネやコイルバネ，弾力性のある発泡性樹脂や網目状の金属体など両電池ケースの膨張収縮に伴う空間部３の変形に追従できる部材であることが望ましい。

空間部３の全周を支持材２００で埋める場合には、支持材２００は通気できることが絶対条件である。

図９は、第４実施例の変形例を示すものであり、電池ケース間に支持材が一部挿入された円筒形電池の上平面図である。

図９に示すように、空間部３の一部で支持固定する場合は、通気できる方が好ましいが、通気できない部材２０１であっても構わない。

また、支持材２００あるいは支持材２０１は、熱伝導性に優れた材料、例えば銅やアルミであれば電池ケース表面からの熱が支持材２００あるいは支持材２０１に伝わるため、より冷却効果が増す。

なお、図８および図９中にて使用された符号であって、本実施例において説明されなかったものは、図２で説明したものと同様である。

また、本実施例は、空間部に介在物を形成するものであるが、放熱に関係する部材ではなく、通気可能であり、延び縮み可能な部材であり、単電池間の支持材である。

これまでに述べた実施例はいずれも円筒形セルが提示されていたが、本実施例は、円筒形に限るものではない。捲回軸の形状を円筒形から角型柱状にしても本実施例の効果が損なわれることはない。

図１０は、第５実施例を示すもので角形電池の外観の上平面図である。

図１０に角型電池を上から見た平面図を示すが、本電池の上側は正極側になっており、正極端子１４ｄ，１４ｅが中空状の電池ケース１Ａ，２Ａの上部端部にそれぞれ設けられている。

図示していないが、それぞれの電池ケースには角型の捲回軸により内から外に向かって捲回された発電要素体がそれぞれ備わっている。

本電池では中央の電池ケース１Ａも中空状態となっており空間部３Ａも通気により冷却通路を構成する。電池ケースが中実な場合に比べて放熱面積が増すため、冷却効率が向上する。

また、各辺から計４本の正極用端子間接続板１６ｅにより、集電機能と電池ケース１Ａ，２Ａの支持固定の役割を果たしている。

なお、符号３Ｂは空間部である。

本発明は、大容量のリチウムイオン二次電池に発生する熱を放出するための電池構造を組み込んだリチウムイオン二次電池に関するものであり、ハイブリッド自動車や電気自動車、および、ハイブリッド鉄道車両などの電源として、また、電力貯蔵などの産業用蓄電池として利用可能である。

１，３０ 第１の電池ケース
２，３１ 第２の電池ケース
３ 空間部
５，８ 捲回体
７ 第２の電池ケースの捲回軸部
１４ａ 正極端子
１６ａ 正極用端子間接続板
１７ 負極用端子間接続板
１９ 冷却用媒体
３２ 第３の電池ケース
５０ 電池上蓋
２００ 支持材

Claims (10)

1. 正極板、負極板、セパレータを有するリチウムイオン二次電池であって、
   前記正極板と前記負極板とが前記セパレータを介して積層された第１の発電要素体を収納する第１の電池ケースと、
   前記第１の電池ケースの外側の周囲を取り囲み、前記正極板と前記負極板とが前記セパレータを介して積層された第２の発電要素体を収納する第２の電池ケースと、
   前記第１の電池ケースと前記第２の電池ケースとの間であって、前記第１の電池ケースの外側の周囲を取り囲む空間部が形成され、
   前記第１の発電要素体と、前記第２の発電要素体とは直列に接続されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
2. 請求項１に記載のリチウムイオン二次電池であって、
   前記第２の電池ケースの外側の周囲を取り囲み、前記正極板と前記負極板とが前記セパレータを介して積層された第３の発電要素体を収納する第３の電池ケースを有し、
   前記第２の電池ケースと前記第３の電池ケースとの間であって、前記第２の電池ケースの外側の周囲を取り囲む空間部が形成され、
   第１の発電要素体と、第２の発電要素体と、第３の発電要素体と、は直列に接続されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
3. 請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池であって、
   前記空間部が、外気と通気していることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
4. 請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池であって、
   前記第１の電池ケースが円筒形または中空円筒形であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
5. 請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池であって、
   前記第１の電池ケースが方形柱状または中空方形柱形であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
6. 請求項１に記載のリチウムイオン二次電池であって、
   前記第１の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部と、前記第１の電池ケースと正極端子部および負極端子部の向きが反対になるように前記第２の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部とを有し、
   隣り合う一組の正極端子部及び負極端子部を、板状支持材を用いて固定し、前記板状支持材で固定されない正極端子部および負極端子部を外部電源または負荷の少なくともいずれかに接続することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
7. 請求項２に記載のリチウムイオン二次電池であって、
   前記第１の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部と、前記第１の電池ケースと正極端子部および負極端子部の向きが反対になるように前記第２の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部と、前記第２の電池ケースと正極端子部および負極端子部の向きが反対になるように前記第３の電池ケースの両端部に形成される正極端子部および負極端子部とを有し、
   前記第１の電池ケースと前記第２の電池ケースにおいて隣り合う一組の正極端子部と負極端子部、及び、前記第二の電池ケースと前記第三の電池ケースにおいて隣り合う一組の正極端子部と負極端子部を、板状支持材を用いて固定し、前記板状支持材で固定されない正極端子部および負極端子部を外部電源または負荷の少なくともいずれかに接続することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
8. 請求項６または７に記載のリチウムイオン二次電池であって、
   前記板状支持材が集電端子部材であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
9. 請求項１に記載のリチウムイオン二次電池であって、
   前記空間部に通気可能かつ延び縮み可能な部材が挿入され、
   前記部材は、前記空間部の内周を形成する前記第１の電池ケースの外壁面、および、前記空間部の外周を形成する前記第２の電池ケースの内壁面に、接着あるいは固定されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
10. 請求項２に記載のリチウムイオン二次電池であって、
    前記空間部に通気可能かつ延び縮み可能な部材が挿入され、
    前記部材は、前記空間部の内周を形成する前記第１の電池ケースの外壁面、および、前記空間部の外周を形成する前記第２の電池ケースの内壁面、ならびに、前記空間部の内周を形成する前記第２の電池ケースの外壁面、および、前記空間部の外周を形成する前記第３の電池ケースの内壁面に、接着あるいは固定されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。

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