JP5442978B2 - Heat dissipation component - Google Patents
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Description
本発明は、放熱部品及び二次電池に関する。 The present invention relates to a heat dissipation component and a secondary battery.
二次電池は携帯機器の電源としてのみならず、各種電源のバックアップとしての用途にも注目されている。このようなバックアップ用途では携帯機器の消費電力を上回る電力を長時間供給する必要があるため、バックアップ用途の二次電池にはエネルギー密度が大きい二次電池が用いられる。 Secondary batteries are attracting attention not only as a power source for portable devices but also as a backup for various power sources. In such a backup application, since it is necessary to supply power exceeding the power consumption of the portable device for a long time, a secondary battery having a large energy density is used as a secondary battery for the backup application.
エネルギー密度が大きい二次電池の1つにリチウムイオン二次電池があるが、リチウムイオン二次電池では、正極にリチウム酸化物、負極にカーボン、電解液にEC(エチレンカーボネート)とDMC(ジメチルカーボネート)の混合液等の有機溶媒が用いられており、これらの電極材料や電解液は可燃性であるため、何らかの原因により二次電池内部の温度が上昇した場合には、これらの電極材料や電解液等に着火することがあった。 One of the secondary batteries with high energy density is a lithium ion secondary battery. In the lithium ion secondary battery, lithium oxide is used as a positive electrode, carbon is used as a negative electrode, EC (ethylene carbonate) and DMC (dimethyl carbonate) are used as an electrolyte. ) And other electrode materials and electrolytes are flammable. If the temperature inside the secondary battery rises for some reason, these electrode materials and electrolytes The liquid may ignite.
そこで、従来では下記の特許文献1に記載されているように、二次電池の温度上昇を防止するために、複数の単電池を連結した組電池内において、単電池の側面に平板ヒートパイプを配設することを提案しているものがある。
しかしながら、従来の技術では、二次電池の表面を冷却するに留まり、二次電池の内部の熱を効果的に放熱させることができなかった。 However, in the conventional technique, the surface of the secondary battery is only cooled, and the heat inside the secondary battery cannot be effectively radiated.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的の一つは、二次電池の内部の熱を外部に効果的に放熱させることができる放熱部品及び二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of the objects of the present invention is to provide a heat dissipation component and a secondary battery that can effectively dissipate the heat inside the secondary battery to the outside. There is to do.
上記目的を達成するために、本発明に係る放熱部品は、電極シートと、電解液と、熱伝導性を有し前記電極シートと接続する集電体と、を収めた容器と、前記容器の少なくとも一面に設けられ、前記集電体と接続する電極と、を含む二次電池に用いられる放熱部品であって、前記電極に固定して設けられることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a heat dissipation component according to the present invention includes a container containing an electrode sheet, an electrolytic solution, and a current collector that has thermal conductivity and is connected to the electrode sheet; A heat dissipating component used in a secondary battery including at least one surface and an electrode connected to the current collector, wherein the heat dissipating component is fixed to the electrode.
また、本発明の一態様では、前記放熱部品は、前記電極を他の電極と接続する接続部品を固定する際に用いられる機械要素であることを特徴とする。 In one aspect of the present invention, the heat dissipation component is a mechanical element used when fixing a connection component that connects the electrode to another electrode.
また、本発明の一態様では、前記電極は極柱であり、前記放熱部品は、前記接続部品とナットとの間に設けられるワッシャーであり、前記ワッシャーは、前記極柱が貫通する孔と、当該孔の外周に設けられ前記ナットと接し固定する固定部と、当該固定部の外周に設けられた放熱フィンとを備えることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the electrode is a pole column, the heat dissipation component is a washer provided between the connection component and a nut, and the washer includes a hole through which the pole column passes, A fixing portion provided on the outer periphery of the hole to be in contact with and fixed to the nut, and a radiating fin provided on the outer periphery of the fixing portion.
また、本発明の一態様では、前記電極は極柱であり、前記放熱部品は、前記接続部品を前記極柱に固定するナットであり、前記ナットは、前記極柱が貫通する孔と、当該孔の外周に設けられた放熱フィンとを備えることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the electrode is a pole column, the heat dissipation component is a nut that fixes the connection component to the pole column, and the nut includes a hole through which the pole column passes, And a heat dissipating fin provided on the outer periphery of the hole.
また、本発明の一態様では、前記放熱部品は、少なくとも表面が絶縁体であることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, at least the surface of the heat dissipation component is an insulator.
また、本発明の一態様では、前記放熱部品は、前記電極を他の二次電池の電極と接続する接続部品であることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the heat dissipation component is a connection component that connects the electrode to an electrode of another secondary battery.
また、本発明の一態様では、前記電極は極柱であり、前記接続部品は、前記極柱が貫通する孔と、放熱フィンとを備えることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the electrode is a pole column, and the connection component includes a hole through which the pole column penetrates and a radiation fin.
また、本発明の一態様に係る二次電池は、電極シートと、電解液と、熱伝導性を有し前記電極シートと接続する集電体と、を収めた容器と、前記容器の少なくとも一面に設けられ、前記集電体と接続する電極と、前記電極に固定して設けられる放熱部品と、を含むことを特徴とする。 In addition, a secondary battery according to one embodiment of the present invention includes a container containing an electrode sheet, an electrolytic solution, and a current collector that has thermal conductivity and is connected to the electrode sheet, and at least one surface of the container And an electrode connected to the current collector, and a heat dissipating component fixed to the electrode.
本発明の一態様によれば、二次電池の容器内部の熱を電極に伝達し、電極に設けられた放熱部品により二次電池外部に放熱することで、二次電池の内部の熱を効果的に放熱させることができる。 According to one aspect of the present invention, heat inside a secondary battery container is transferred to an electrode, and heat is radiated to the outside of the secondary battery by a heat radiating component provided on the electrode, thereby effecting the heat inside the secondary battery. Heat can be released.
本発明の一態様によれば、電極に接続部品を固定するとともに、二次電池の放熱を効果的に行うことができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to effectively dissipate the secondary battery while fixing the connection component to the electrode.
本発明の一態様によれば、電極に接続部品を固定する際に用いられるワッシャーにより二次電池の放熱を効果的に行うことができる。 According to one aspect of the present invention, the secondary battery can be effectively dissipated by the washer used when fixing the connection component to the electrode.
本発明の一態様によれば、電極に接続部品を固定する際に用いられるナットにより二次電池の放熱を効果的に行うことができる。 According to an aspect of the present invention, the secondary battery can be effectively dissipated by the nut used when fixing the connection component to the electrode.
本発明の一態様によれば、放熱部品の表面が絶縁されていることにより、外部との接触による短絡等の恐れを低減することができる。 According to one embodiment of the present invention, since the surface of the heat dissipation component is insulated, the risk of a short circuit due to contact with the outside can be reduced.
本発明の一態様によれば、電極と電極とを接続する接続部品を放熱部品として設け、二次電池の内部の熱を効果的に放熱させることができる。 According to one embodiment of the present invention, a connection component that connects electrodes to each other can be provided as a heat dissipation component, and heat inside the secondary battery can be effectively dissipated.
本発明の一態様によれば、接続部品による放熱をより効果的に行うことができる。 According to one aspect of the present invention, heat dissipation by the connecting component can be performed more effectively.
本発明の一態様によれば、二次電池の容器内部の熱が伝達された電極から放熱することで、二次電池の内部の熱を効果的に放熱させることができる。 According to one embodiment of the present invention, the heat inside the secondary battery can be effectively radiated by radiating heat from the electrode to which the heat inside the container of the secondary battery is transmitted.
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments (hereinafter referred to as embodiments) for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本実施形態に係る二次電池10(単電池)の構成図を示す。図1に示されるように、二次電池10は、電極シートや電解液を収容する電池容器20と、電池容器20の上蓋20Aに設けられた電極30(正極30A、負極30B)とを含む。
In FIG. 1, the block diagram of the secondary battery 10 (unit cell) which concerns on this embodiment is shown. As shown in FIG. 1, the
電池容器20は、直方体状の形状をしており、内部にも直方体状の収容空間が設けられている。電池容器20は、例えばABS(Acrylonitrile Butadie Styrene)やPP(Polypropylene)等の樹脂により構成することとしてもよいし、ステンレス、アルミニウム等により構成することとしてもよい。電池容器20は、設置面に対向する上蓋20Aに電極30が設けられており、電極30は上蓋20Aを貫通するボルト状の極柱により構成されることとしてよい。電池容器20の収容空間には、正極シート、負極シート、セパレータ等からなる電極群40、電解液、集電体(正極集電体50A,負極集電体50B)等が収容される。
The
正極シートは、アルミニウム箔に正極活物質を塗布して構成される。例えば正極シートには、正極活物質、導電材及び結着剤を含む合剤を、厚さ10μmのアルミニウム薄膜集電体上に塗布したものを用いることとしてよい。正極活物質には、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料であるV,Mn,Fe,Co,Ni等の遷移金属を少なくとも1種含むリチウム複合酸化物や、スピネル型構造を母体とするリチウムマンガンスピネル複合酸化物を用いることとしてよい。なお、正極活物質は、アルミニウム薄膜集電体の両面に20μm程度の厚みで形成することとしてよい。 The positive electrode sheet is configured by applying a positive electrode active material to an aluminum foil. For example, the positive electrode sheet may be obtained by applying a mixture containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder onto an aluminum thin film current collector having a thickness of 10 μm. Examples of positive electrode active materials include lithium composite oxides containing at least one transition metal such as V, Mn, Fe, Co, and Ni, which are materials capable of doping and undoping lithium ions, and lithium based on a spinel structure. A manganese spinel composite oxide may be used. The positive electrode active material may be formed with a thickness of about 20 μm on both sides of the aluminum thin film current collector.
負極シートは、銅箔に負極活物質を塗布して構成される。例えば負極シートには、天然黒鉛を、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の結着剤と溶媒(N−メチルピロリドン)を加えてペースト状とし、これを厚さ10μmの銅薄膜の集電体上の両面に20μm程度の厚さで塗布したものを用いることとしてよい。 The negative electrode sheet is configured by applying a negative electrode active material to copper foil. For example, for the negative electrode sheet, natural graphite is made into a paste by adding a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and a solvent (N-methylpyrrolidone), and this is formed on a copper thin film current collector having a thickness of 10 μm. It is good to use what apply | coated to thickness of about 20 micrometers on both surfaces.
正極シートと負極シートとは、両者の間にセパレータを配置して両者がショートしないようにした状態で巻回して電極群40を構成する。電極群40は、正極シート、セパレータ、負極シート、セパレータの4層を巻回することにより構成される。セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂等の材料からなる多孔性シートを用いることとしてよい。
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet are wound in a state in which a separator is disposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet so that they are not short-circuited to constitute the
集電体は、電極群40の正極シートと接続される正極集電体50Aと、負極シートと接続される負極集電体50Bとを含み、集電体には熱伝導性を有する材料を用いる。正極集電体50Aには、例えばアルミニウムを用いることとしてよく、また、負極集電体50Bには、例えば銅を用いることとしてよい。これらの集電体は各金属をシート状に形成してもよいし、棒状に形成してもよい。
The current collector includes a positive
電池容器20の上蓋20Aには、正極端子である正極の極柱30Aと、負極端子である負極の極柱30Bとが設けられており、各極柱は上蓋20Aを貫き、正極の極柱30Aの一端は正極集電体50Aと接続され、負極の極柱30Bの一端は負極集電体50Bと接続される。正極の極柱30Aや、負極の極柱30Bは、ステンレス材により構成されることとしてよい。
The
電極群40と集電体50A,50Bとを電池容器20に収容した状態で、電池容器20の内部に電解液を注入する。電解液は、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートを混合した有機溶媒にLiPF6を添加したものを用いることとしてよい。そして、上蓋20Aを閉じて電池容器20を密閉する。
In a state where the
本実施形態では、二次電池10の電極30(極柱)に放熱部品を取り付けることにより、二次電池10の内部の熱を効果的に放熱させることとしている。以下、放熱部品の具体的な実施形態を説明する。まず、第1の実施形態は、二次電池10の電極同士を接続する接続板を固定する際に用いられるワッシャーを放熱部品として構成した例である。
In the present embodiment, heat inside the
図2Aには、本発明の一実施形態に係るワッシャー100の構成例を示した。図2Aの(a)はワッシャー100の上面からの図であり、(b)はX−Xにおける断面図である。図2Aに示されるように、ワッシャー100は、極柱30を貫通させる孔102と、孔102の外周に設けられた固定部104と、固定部104の外周に設けられた放熱フィン106とを含み構成される。
FIG. 2A shows a configuration example of a
図2Bに示されるように、ワッシャー100は、ナット110と接続板120との間に配置され、固定部104は、ナット110と接する部位であり、固定部104の径はナット110の径に応じて定めることとしてよい。そして、放熱フィン106は、空気との接触面が大きくなるように、複数の羽を含み構成されるものであるが、放熱フィン106の形状は図示したものに限られず他の形態のものであってもよい。
As shown in FIG. 2B, the
ワッシャー100は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムを用いることとしてよく、さらにその表面にはエポキシ系材料を塗装して絶縁性を持たせることとしてよい。表面を絶縁塗装することにより、組電池を構成した際、外部との接触による短絡等の恐れを低減させることができる。
The
図2Cには、本実施形態に係るワッシャー100を用いて接続された組電池400の一例を示す。組電池400は、複数の単電池10を接続して構成され、1つの単電池10の正極と他の単電池10の負極とを接続板120により接続し、その正極の接続箇所に上述したワッシャー100を用いたものである。図2Cに示した例では、正極の固定箇所のみにワッシャー100を用いているが、正極と負極の双方にワッシャー100を設けてもよいし、負極のみにワッシャー100を設けることとしても構わない。
FIG. 2C shows an example of an assembled
次に、放熱部品の第2の実施形態を説明する。図3Aには、放熱部品の第2の実施形態であるナット200の構成例を示した。図3A(a)には、ナット200を上面から見た図を、図3A(b)には、ナット200のY−Yにおける断面図を示した。図3Aに示されるように、ナット200は、中心部に極柱の径に適合した孔202が開いており、この孔202には雌ねじ202Aが切られており、ナット200の上面部の差し込み孔204に図3Bに示したナット固定工具210の先端部212を差し込み回転させることで、ナット200が極柱に取り付けられる。ナット200の孔202の外周には放熱フィン206が設けられている。
Next, a second embodiment of the heat dissipation component will be described. In FIG. 3A, the structural example of the
ナット200は、例えば銅を材料として構成した本体にニッケルメッキを施して形成することとしてよい。ナット200は、二次電池10内部の熱が伝達された極柱から熱を吸収するとともに、放熱フィン206によりさらに二次電池10外部に熱を放出する。
The
次に、放熱部品の第3の実施形態を説明する。第3の実施形態に係る放熱部品は、単電池と単電池とを接続する接続板に放熱機構を設けたものである。 Next, a third embodiment of the heat dissipation component will be described. In the heat dissipation component according to the third embodiment, a heat dissipation mechanism is provided on a connection plate that connects the cells.
図4Aには、第3の実施形態に係る放熱部品である接続板300の一構成例を示す。図4Aに示されるように、接続板300は、極柱を固定するための孔302と、放熱フィン304とを備える。孔302は、極柱の径に応じて大きさを定めることとしてよく、放熱フィン304は、接続板300の中央部に設けることとしてよい。
FIG. 4A shows a configuration example of the
接続板300は、例えば銅を材料として構成した本体にニッケルメッキを施して形成することとしてよい。接続板300は、導電性を有する材料を用いて形成するが、放熱フィン304については熱伝導性の高い材料であれば導電性を有さない材料を用いて形成してもよい。
The
図4Bには、上記の接続板300により単電池10を接続した組電池500の一例を示す。図4Bに示されるように、各単電池10を直列接続して組電池500を構成しており、各単電池10の電極に単電池内部から伝達される熱を放熱フィンが設けられた接続板300により吸収し、外部に放出することができる。
FIG. 4B shows an example of an assembled
以上説明した本実施形態に係る二次電池10の放熱部品によれば、二次電池10の容器内部の熱を電極に伝達し、電極に設けられた放熱部品により二次電池10の外部に放熱することで、二次電池10の内部の熱を効果的に放熱させることができる。
According to the heat radiating component of the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば上記のワッシャー100と放熱フィンが設けられた接続板300とを同時に用いることとしても構わないし、その他にも本分野の通常の知識を有する当業者によって多様な変更、変形又は置換が可能であることはもちろんである。
In addition, this invention is not limited to said embodiment, For example, it is good also as using said connecting
10 二次電池(単電池)、20 電池容器、20A 上蓋、30 電極(極柱)、30A 正極(正極の極柱)、30B 負極(負極の極柱)、40 電極群、50A 正極集電体、50B 負極集電体、100 ワッシャー、102 孔、104 固定部、106 放熱フィン、110 ナット、120 接続板、200 ナット、202 孔、202A 雌ねじ、204 差し込み孔、206 放熱フィン、210 ナット固定工具、212 先端部、300 接続板、302 孔、304 放熱フィン、400 組電池、500 組電池。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ワッシャーの底部に設けられた、前記1の二次電池の極柱が貫通する孔と、
前記底部の上における前記孔の外周に設けられた、前記孔を貫通した極柱に取り付けた前記ナットを収容して固定する固定部と、
前記底部の上であって前記固定部の外側の全周に渡って環状に設けられた放熱フィンと、
を備えることを特徴とするワッシャー。 An electrode sheet, and the electrolyte, a current collector connected to said electrode sheet has a thermal conductivity, a container matches, provided on at least one surface of the container is the electrode connected to the collector among the plurality of secondary batteries comprising a pole, respectively, it is used to connect components for connecting the first secondary battery pole column and the other secondary battery pole pillar, when fixing with nut A washer ,
A hole provided in a bottom portion of the washer, through which the pole of the secondary battery of 1 passes,
A fixing portion that is provided on an outer periphery of the hole on the bottom portion and that accommodates and fixes the nut attached to a pole column penetrating the hole;
A radiating fin provided in an annular shape over the entire circumference of the outer side of the fixed part on the bottom part;
Washer, characterized in that it comprises a.
前記1の二次電池の極柱が貫通する孔であって、底面から上面に渡って雌ねじが切られた孔と、
前記孔より外側の前記ナットの本体部における前記上面に設けられた、前記ナットを回転させる器具を差し込む2つの差し込み孔と、
前記ナットの本体部における外側の全周に渡って環状に設けられた放熱フィンと、
を備えることを特徴とするナット。 A container containing an electrode sheet, an electrolytic solution, and a current collector having thermal conductivity and connected to the electrode sheet; and an electrode provided on at least one surface of the container and connected to the current collector A plurality of secondary batteries each including a pole column, wherein a connecting component that connects a pole column of one secondary battery and a pole column of another secondary battery is used as the pole column of the secondary battery A nut used for fixing,
A hole through which the pole column of the secondary battery of 1 passes, wherein a female screw is cut from the bottom surface to the top surface;
Two insertion holes provided on the upper surface of the nut body outside the hole, into which an instrument for rotating the nut is inserted;
A heat dissipating fin provided in an annular shape over the entire outer periphery of the main body of the nut;
A nut characterized by comprising .
導電性を有する材料により形成された金属板と、A metal plate formed of a conductive material;
前記金属板に設けられた、前記1の二次電池の極柱が貫通する第1の孔と、A first hole provided in the metal plate and through which the pole of the first secondary battery penetrates;
前記金属板に設けられた、前記他の二次電池の極柱が貫通する第2の孔と、A second hole provided in the metal plate, through which the pole of the other secondary battery passes,
前記金属板上の前記第1の孔と前記第2の孔との間に設けられた、放熱フィンと、A radiating fin provided between the first hole and the second hole on the metal plate;
を備えることを特徴とする接続部品。A connection component comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のワッシャー。
Washer according to claim 1, characterized in that the insulating coating of the surface of the washer.
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