JP5514971B2 - 積層電池および積層電池システム - Google Patents
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特許文献7には、シート状のヒートシンクを正極と負極に配して、セパレータと共に捲回してなる円筒型捲回電池の技術が開示されている。
リチウム二次電池発火のメカニズムは下記に示す(1)〜(6)のようであるといわれている(例えば、非特許文献2)。
(1)充電末期に黒鉛負極上でLiデンドライトや不純物金属(Cu、Fe、Niなど)が析出して微小短絡を引き起こし、温度が上昇する。
(2)80℃付近から負極表面被膜と電解液が反応開始して、温度上昇し安全装置であるPCT素子が作動して電流遮断される。
(3)80℃付近から電解液分解が開始してガス発生し、安全装置である圧力弁が作動して電流遮断される。
(5)ところが、160℃以上ではセパレータが溶解して短絡を引き起こし発熱する。
(6)さらに、220℃以上では正極材料(LiCoO2、LiMn2O4など)が熱分解して酸素放出して、有機溶媒と反応して急激な温度上昇を引き起こす。
そこで、電池の高容量化と安全性の両立が求められる。
したがって、電池内部が蓄熱されると電池の劣化を促進させ、また、安全性も低くなる。
集電体は第2電極の端子として機能する。また集電体は、電子伝導性を有しいる材料であれば特に限定されない。
本構成によれば、電解液は非水系の電解液であるところ、有機電解液がこれに相当する。アルカリ水溶液からなる電解液は水系の電解液の代表例である。
さらに、集電体と第2電極とを接着剤により接合することで組立加工時に電極が集電体から抜けてしまうのを確実に防止することができる。
<電極および主な構成部品の製造について>
ケッチェンブラックは、直径3〜500nm程度の炭素微粒子群であり、主として、電極の導電性を高める導電剤として用いられる。
集電体としては、ステンレス鋼を用いたが、電子伝導性を有し、保持した負極材料に通電し得る材料であればこれに限定されない。
蓋部材16を貫通した軸部は正極端子17dを構成する。円筒缶12は負極端子として機能する。
次に実施例1の作用および効果について説明する。
<冷却構造について>
捲回電池の総括熱伝達係数(U1)は、数3で示されるところ、本発明に係る積層電池
の総括熱伝達係数(U2)は、数4で示される。
h0 = 100 Wm-2 deg-1 , h1 = 1 Wm-2 deg-1 , ks = 1 Wm-2 deg-1 , n = 9/0.03 = 300
となり、これらの値を数3に代入して、U1 = 0.0011 Wm-2 deg-1を得る。
一方、本実施形態に係る積層電池の諸元は、
h1 = 10000 Wm-2 deg-1 , t* = 0.009m , k* = 40Wm-2 deg-1
であるので、これらの値を数4に代入して、U2 = 100 Wm-2 deg-1を得る。
両者を比較すると、本発明に係る冷却構造は、従来の捲回電池比べて10万倍近く熱伝達に優れているといえる。
<第一実施形態の変形例>
蓋部材96の中央に設けた突起96aは負極端子として機能する。また、円筒缶92は、正極端子として機能する。
<実施例2>
<組電池>
蓋部材26を貫通した集電体端部27bは負極端子27cとなる。円管22は正極端子として機能する。
本実施例の作用効果のうち、冷却構造に関する事項は、実施例1の項を参照されたい。
第1蓋部材66aを貫通した集電体端部は正極端子67dを構成する。円管62は負極端子として機能する。
本実施例の作用効果のうち、冷却構造に関する事項は、実施例1の項を参照されたい。
<変形例>
本実施例の作用効果のうち、冷却構造に関する事項に関する事項は、実施例1の項を参照されたい。
本実施例の作用効果のうち、冷却構造に関する事項に関する事項は、実施例1の項を参照されたい。
<試験結果>
<電池或いは電池システムの用途>
2 電池ケース
3 正極
4 負極
5 セパレータ
6 キャップ
7 封口板
11 円筒型積層電池
12 円筒缶(a:側部内面)
13 電極体(a:正極、b:負極、c:セパレータ)
14 絶縁板
15 外装体
16 蓋部材
17 集電体
18 軸受
20 組電池
21 パイプ積層電池
22 円管(a:内面)
23 電極体(a:正極、b:負極、c:セパレータ)
24 絶縁部材
25 外装体
26 蓋部材
27 集電体
28 軸受
29 接続金具
41 円筒型積層電池
42 円筒缶
43 電極体(a:正極、b:負極、c:セパレータ)
44 接続ピース
45 外装体
46 絶縁体
47 集電体
48 軸受
49 放熱板
51 円筒型積層電池
52 円筒缶(a:側部内面)
53 電極体(a:正極、b:負極、c:セパレータ)
54 隔壁
55 外装体
56 蓋部材
57 集電体
58 軸受
59 絶縁体
60 組電池
61 パイプ積層電池
62 円管(a:内面)
63 電極体(a:正極、b:負極、c:セパレータ)
64 ナット
65 外装体
66 蓋部材
67 集電体
68 シール材
69 ブラケット
70 組電池
71 角型積層電池
72 胴部材(a:内面)
73 蓋部材
74 電極体(a:正極,b:負極,c:セパレータ)
75 外装体
76 絶縁板
77 集電体
78 端子板
79 ファン
80 シール材
90 円筒型積層電池
91 接続板
92 円筒缶(a:内部側面、b:底部)
93 電極体(a:正極、b:負極、c:セパレータ)
94 絶縁シート
95 丸棒
96 蓋部材(a:正極端子、b:底部)
97 集電体(a:頂部、b:底部、c:ネジ部)
98 押板
99 絶縁材
Claims (12)
- 筒状の外装体の内部に、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極とが、イオンは透過するが電子を透過させないセパレータを介して、前記外装体の軸方向に積層されている、電解液を備えた電池であって、前記正極および前記負極のいずれか一方の電極であって前記外装体の内面に当接して電気的に接続されている第1電極と、他方の電極であって前記外装体の内面に接触していない第2電極とを備えていて、導電性の集電体が、前記正極と前記負極と前記セパレータとを前記外装体の軸方向に貫通していて、前記第2電極は前記集電体に当接して電気的に接続されていて、前記第1電極は前記集電体と接触しておらず、
前記外装体は、筒状金属性の胴部と、当該胴部の軸方向開口部を覆う絶縁性の第1蓋部と第2蓋部を有していて、
前記集電体は、棒部と当該棒部の一端に形成された止め部とを備え、前記止め部が前記第2蓋部に当接していて、前記棒部が前記正極と前記負極と前記セパレータとを前記外装体の軸方向に貫通していて、他端が前記第1蓋部に支持されている、積層電池。 - 前記集電体が、前記第2電極と導電性の接着剤により接合されている、請求項1に記載の積層電池。
- 前記接着剤が、前記電解液で溶解しない樹脂と炭素粉末から構成され、その混合比が、全体を100質量%とすると、前記電解液で溶解しない樹脂が30〜90質量%、炭素粉末が10〜70質量%である請求項2に記載の積層電池。
- 前記電解液で溶解しない樹脂が、ポリイミドである請求項3に記載の積層電池。
- 前記電解液が、非水系電解質を含む請求項1に記載の積層電池。
- 積層電池がリチウム二次電池である請求項5に記載の積層電池。
- 前記正極が、CMCをバインダーとするリン酸鉄リチウムを含んでいる請求項5または6のいずれか一項に記載の積層電池。
- 前記集電体の棒部の側面に溝加工が施されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の積層電池。
- 請求項8における集電体の棒部の溝がネジ溝であり、当該ネジ溝のネジの谷の径は前記第2電極に設けた前記集電体が貫通する穴の径より大きい積層電池。
- 前記外装体の軸方向に積層された前記正負極およびセパレータからなる電極群の両端に押板を配し、当該押板により前記電極群を保持してなる請求項1〜9のいずれか一項に記載の積層電池。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の積層電池を金属製のブラケットを介して複数接続してなる積層電池システムであって、
当該ブラケットは2つの穴を有していて、
隣接する一方の積層電池の前記胴部が前記ブラケットの一方の穴に取付けられており、他方の積層電池の前記棒部が前記ブラケットの他方の穴に取付けられており、前記ブラケットを介して隣接する積層電池が直列に接続される積層電池システム。 - 請求項1〜11のいずれかに一項に記載の積層電池あるいは積層電池システムを用いた電気設備。
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