JP6908261B2 - 密閉型電池、組電池及びエンジン始動用電池 - Google Patents

密閉型電池、組電池及びエンジン始動用電池 Download PDF

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Description

本発明は、密閉型電池、組電池及びエンジン始動用電池に関する。
ラミネートフィルムからなる外装体の内部に正極、負極、セパレータ及び電解質を収容したパウチ型電池が実用化されている。パウチ型電池では、リード端子の一部が外装体の内部に位置しこの部分が正極又は負極と接続し、リード端子の一部が外装体の外部に位置しこの部分が外部配線と接続する。また、外装体の周縁部においてラミネートフィルムをリード端子に接着し、外装体の内部を密閉している。また、外装体の内部の密閉性を向上させるために、ラミネートフィルムとリード端子との間に端子接着用テープを介在させている（例えば、特許文献１参照）。この接着用テープは、ラミネートフィルムをヒートシールする際に溶融しラミネートフィルムとリード端子との間の間隙を埋める。
一方、車や自動二輪車などにエンジン始動用のバッテリーが搭載されている。エンジンを始動させるためには大電力が必要とされるため、バッテリーは短時間に大電力を出力する必要がある（例えば、特許文献２参照）。
ＷＯ２０１２／０２０７２１Ａ１ 特開平５−２０２８３４号公報
しかし、パウチ型電池をエンジン始動用のバッテリーに使用すると、エンジンを始動させる際にリード端子に大電流が流れ、リード端子が発熱する。この発熱により、端子接着部が溶融し電池の密閉性が低下する場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池の密閉性が低下することを抑制することができる密閉型電池を提供する。
本発明は、正極、負極及びセパレータを含む電極積層体と、電解質と、前記電極積層体及び前記電解質を収容する外装体と、第１リード端子と、第２リード端子とを備え、第１及び第２リード端子は、それぞれ前記外装体の内部において前記正極又は前記負極に接続する電極接続部と、前記外装体の外部に配置された外部接続部と、接着層を介して前記外装体が接着された封止部とを備え、第１又は第２リード端子は、前記封止部と前記外部接続部の間の導電経路となる導電部を備え、前記導電部は、前記導電部の少なくとも一部が前記外装体の外面に直接的に接触するように設けられる又は前記導電部の少なくとも一部が中間層を介して前記外装体の外面に間接的に接触するように設けられ、前記外装体は、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下であり、前記外装体に収容された前記電極積層体及び前記電解質は、定常状態における有効熱伝導率が１０W/(m・K)以上１００W/(m・K)以下であることを特徴とする密閉型電池を提供する。
本発明の密閉型電池は正極、負極及びセパレータを含む電極積層体と、電解質と、前記電極積層体及び前記電解質を収容する外装体と、第１リード端子と、第２リード端子とを備え、第１及び第２リード端子は、それぞれ前記外装体の内部において前記正極又は前記負極に接続する電極接続部と、前記外装体の外部に配置された外部接続部とを備える。このため、第１リード端子の外部接続部と、第２リード端子の外部接続部との間に端子電圧を発生させることができ、電力を機器や車などに供給することができる。
第１及び第２リード端子は、それぞれ接着層を介して前記外装体が接着された封止部を備える。このため、外装体の内部の密閉性を向上させることができ、外装体の内部の電解質が漏液することを防止することができる。
第１又は第２リード端子は、前記封止部と前記外部接続部の間の導電経路となる導電部を備える。このため、外部接続部を封止部から離れた箇所に配置することが可能になり、本発明の密閉型電池を様々な機器に対応させることが可能になる。
前記導電部は、前記導電部の少なくとも一部が前記外装体の外面に直接的に接触するように設けられる又は前記導電部の少なくとも一部が中間層を介して前記外装体の外面に間接的に接触するように設けられる。このため、密閉型電池が大電流で放電し第１又は第２リード端子が発熱したとしても、外装体にリード端子の熱を放熱することができる。
前記外装体は、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下であり、前記外装体に収容された前記電極積層体及び前記電解質は、定常状態における有効熱伝導率が１０W/(m・K)以上１００W/(m・K)以下である。このため、リード端子の熱を外装体を介して電極積層体及び電解質に放熱することができ、第１又は第２リード端子の温度が高くなりすぎることを防止することができる。この結果、封止部の接着層が溶融することを防止することができ、電池の密閉性が低下することを抑制することができる。
本発明の一実施形態の密閉型電池の概略斜視図である。 図１の破線Ｘ−Ｘにおける密閉型電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の密閉型電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の組電池又はエンジン始動用電池の概略上面図である。 (ａ)〜（ｆ）は、通電実験で用いたリード端子の説明図である。 通電実験の結果を示すグラフである。
本発明の密閉型電池は、正極、負極及びセパレータを含む電極積層体と、電解質と、前記電極積層体及び前記電解質を収容する外装体と、第１リード端子と、第２リード端子とを備え、第１及び第２リード端子は、それぞれ前記外装体の内部において前記正極又は前記負極に接続する電極接続部と、前記外装体の外部に配置された外部接続部と、接着層を介して前記外装体が接着された封止部とを備え、第１又は第２リード端子は、前記封止部と前記外部接続部の間の導電経路となる導電部を備え、前記導電部は、前記導電部の少なくとも一部が前記外装体の外面に直接的に接触するように設けられる又は前記導電部の少なくとも一部が中間層を介して前記外装体の外面に間接的に接触するように設けられ、前記外装体は、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下であり、前記外装体に収容された前記電極積層体及び前記電解質は、定常状態における有効熱伝導率が１０W/(m・K)以上１００W/(m・K)以下であることを特徴とする。
本発明の密閉型電池に含まれる外装体、電極積層体及び電解質の全体の１ｇあたりの熱容量は０．５J/(g・K)〜２．０J/(g・K)であることが好ましい。このため、導電部が外装体、電極積層体及び電解質に対し放熱できる放熱量を大きくすることができ、リード端子の温度が高くなることを抑制することができる。
本発明の密閉型電池に含まれる導電部は、導電部の６０％以上が外装体の外面に直接的又は間接的に接触するように設けられることが好ましい。このことにより、リード端子の外装体と接触していない部分の温度が高くなりすぎることを抑制することができる。
本発明の密閉型電池に含まれる中間層は、グリース層であることが好ましい。このことにより、導電部とグリース層との接触面積を広くすることができ、かつ、グリース層と外装体の外面との接触面積を広くすることができる。このため、リード端子の熱を効率よく外装体に放熱することができる。また、中間層は絶縁体層であることが好ましい。このことにより、外装体の外面が導電体である場合であっても、リーク電流が流れることを抑制することができる。
本発明の密閉型電池に含まれる導電部は、前記導電部の少なくとも一部が前記電極積層体上に前記外装体を介して重なるように配置されることが好ましい。このことにより、実質的に平らな外装体の外面上に実質的に平らな導電部を直接的又は間接的に接触させることができ、リード端子の熱を効率よく外装体に放熱することができる。
第１リード端子は、外装体の内部において正極に接続する第１電極接続部と、外装体の外部に配置された第１外部接続部と、第１接着層を介して外装体が接着された第１封止部とを備えることが好ましい。また、第２リード端子は、外装体の内部において負極に接続する第２電極接続部と、外装体の外部に配置された第２外部接続部と、第２接着層を介して外装体が接着された第２封止部とを備えることが好ましい。さらに、電極積層体は、第１封止部と第２封止部との間に配置されることが好ましい。このことにより、第１リード端子を外装体の一方の端から導出し、第２リード端子を反対側の端から導出することができる。このため、第１導電部及び第２導電部の両方を外装体の外面に直接的又は間接的に接触させたとしても、第１リード端子と第２リード端子の間隔が狭くなることを抑制することができ、リーク電流が流れることを抑制することができる。また、第１リード端子及び第２リード端子の熱を、電極積層体及び電解質に均一に分散させることができる。
前記外装体に収容された前記電極積層体及び前記電解質の有効熱伝導率は、前記外装体の熱伝導率又は見かけの熱伝導率以上であることが好ましい。このことにより、外装体の熱を素早く電極積層体及び電解質に伝えることができ、放熱時間が長くなった場合などでも、外装体に熱が蓄積されこの熱によりセパレータが損傷することを抑制することができる。
前記外装体はラミネートフィルムからなることが好ましい。このことにより、外装体の温度が局所的に上昇しセパレータが損傷することを抑制することができる。
本発明は、本発明の密閉型電池を複数備え、第１密閉型電池に含まれる外部接続部と、第２密閉型電池に含まれる外部接続部とが電気的に接続された組電池も提供する。組電池では、密閉型電池を直列接続できるためより高い電圧を出力することができる。また、組電池では、密閉型電池を並列接続することができるため、容量を大きくすることができる。
本発明の組電池に含まれる第１密閉型電池に含まれる導電部は、この導電部の少なくとも一部が第２密閉型電池に含まれる外装体の外面に直接的に接触するように設けられる又はこの導電部の少なくとも一部が中間層を介して第２密閉型電池に含まれる外装体の外面に間接的に接触するように設けられることが好ましい。このことにより、第１密閉型電池のリード端子の熱を外装体を介して第２密閉型電池の電極積層体及び電解質に放熱することができ、第１又は第２リード端子の温度が高くなりすぎることを防止することができる。
本発明は、第１密閉型電池及び第２密閉型電池を備え、第１及び第２密閉型電池は、それぞれ正極、負極及びセパレータを含む電極積層体と、電解質と、前記電極積層体及び前記電解質を収容する外装体と、第１リード端子と、第２リード端子とを備え、第１及び第２リード端子は、それぞれ前記外装体の内部において前記正極又は前記負極に接続する電極接続部と、前記外装体の外部に配置された外部接続部と、接着層を介して前記外装体が接着された封止部とを備え、第１又は第２リード端子は、前記封止部と前記外部接続部の間の導電経路となる導電部を備え、第１密閉型電池に含まれる導電部は、この導電部の少なくとも一部が第２密閉型電池に含まれる外装体の外面に直接的に接触するように設けられる又はこの導電部の少なくとも一部が中間層を介して第２密閉型電池に含まれる外装体の外面に間接的に接触するように設けられ、第２密閉型電池に含まれる外装体は、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下であり、第２密閉型電池に含まれる前記外装体に収容された前記電極積層体及び前記電解質は、定常状態における有効熱伝導率が１０W/(m・K)以上１００W/(m・K)以下であることを特徴とする組電池も提供する。
また、本発明は、本発明の組電池を含むエンジン始動用電池も提供する。
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
図１は本実施形態の密閉型電池の概略斜視図であり、図２は図１の破線Ｘ−Ｘにおける密閉型電池の概略断面図である。図３は本実施形態の密閉型電池の概略断面図であり、図１の破線Ｘ−Ｘにおける密閉型電池の概略断面図に対応する。図２は、導電部と外装体の外面とが直接接触するように設けられた密閉型電池を示しており、図３は、導電部と外装体の外面とが中間層を介して間接的に接触するように設けられた密閉型電池を示している。図４は本実施形態の組電池又はエンジン始動用電池の概略上面図である。
本実施形態の密閉型電池４０は、正極３、負極４及びセパレータ５を含む電極積層体６と、電解質７と、電極積層体６及び電解質７を収容する外装体１と、第１リード端子８と、第２リード端子９とを備え、第１リード端子８及び第２リード端子９は、それぞれ外装体１の内部において正極３又は負極４に接続する電極接続部１１、１２と、外装体１の外部に配置された外部接続部１４、１５と、接着層３２、３３を介して外装体１が接着された封止部１７、１８とを備え、第１リード端子８又は第２リード端子９は、封止部１７、１８と外部接続部１４、１５の間の導電経路となる導電部２０、２１を備え、導電部２０、２１は、導電部２０、２１の少なくとも一部が外装体１の外面に直接的に接触するように設けられる又は導電部２０、２１の少なくとも一部が中間層３５を介して外装体１の外面に間接的に接触するように設けられ、外装体１は、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下であり、外装体１に収容された電極積層体６及び電解質７は、定常状態における有効熱伝導率が１０W/(m・K)以上１００W/(m・K)以下であることを特徴とする。
本実施形態の組電池５０又はエンジン始動用電池５１は、本実施形態の密閉型電池４０を複数備え、第１密閉型電池４０に含まれる外部接続部１４と、第２密閉型電池４０に含まれる外部接続部１５とが電気的に接続することを特徴とする。
以下、本実施形態の密閉型電池、組電池及びエンジン始動用電池について説明する。
本実施形態の密閉型電池４０は、電解質が外気から完全に遮断され、貯蔵中又は放電中に漏液しない密閉構造になっている電池である。本実施形態の密閉型電池４０は、二次電池であってもよく、非水電解質二次電池であってもよい。本実施形態の密閉型電池４０は例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル・水素電池、ニッケル・カドミウム電池などである。
また、本実施形態の組電池５０又は本実施形態のエンジン始動用電池５１が複数の密閉型電池４０により構成されてもよい。例えば、図４に示した組電池５０（エンジン始動用電池５１）のように、複数の密閉型電池４０ａ〜４０ｄを直列接続することにより組電池５０、エンジン始動用電池５１を形成することができる。
外装体１は、正極３、負極４及びセパレータ５を含む電極積層体６と、電解質７とを収容する容器である。外装体１の材料は、例えば、ラミネートフィルム、プラスチック、金属などである。外装体１は、電極積層体６と電解質７とを収容する密閉空間を内部に形成するように設けることができる。外装体１の材料がラミネートフィルムである場合、本実施形態の密閉型電池４０は、パウチ型電池である。この場合、外装体１は、その周縁部にラミネートフィルムを重ねて溶着させた溶着部３０を有することができる。ラミネートフィルムは、例えば、金属フィルムの両面上に樹脂フィルムを積層させたものである。ラミネートフィルムの厚さは、例えば５０〜２００μｍとすることができる。
電極積層体６は、正極３、負極４及びセパレータ５を含む。電極積層体６は、セパレータ５を介して配置された正極３および負極４を重ね合わせた積層構造を有してもよく、セパレータ５を介して配置された正極３および負極４を巻いた巻回構造を有してもよい。例えば、電極積層体６は、つづら折りされた１枚のセパレータ５と、セパレータ５の各谷溝に配置され、かつ、セパレータ５を介して交互に配置された正極３および負極４とを備えることができる。なお、１つの電極積層体６に含まれる正極３または負極４の積層数は、必要な電池容量に合わせて適宜設計することができる。また、密閉型電池４０は、複数の電極積層体６を有してもよい。
セパレータ５は、シート状であり、正極３と負極４との間に配置される。セパレータ５は、正極３と負極４との間に短絡電流が流れることを防止することができ、電解質が透過可能なものであれば特に限定されないが、例えばポリオレフィン又はポリエチレンの微多孔性フィルムとすることができる。
正極３は、正極集電体２４と、正極集電体２４上に設けられた正極活物質層２３と備えることができる。正極３は、例えば、方形の正極集電体２４の両面上に正極活物質層２３を形成することにより作製することができる。正極３はシート状であってもよい。正極３は、第１リード端子８の第１電極接続部１１に接続するための端子接続部を有することができ、この端子接続部は、正極３の端部の正極集電体２４の両面上に正極活物質層２３を形成しないことで設けることができる。また、正極集電体２４の１つの端部に、この端部から外部へ突出した凸状の耳部を形成し、該耳部に正極活物質層２３を形成しないことで端子接続部を設けることもできる。
正極集電体２４は、電気伝導性を有し、表面上に正極活物質層２３を備えることができれば、特に限定されないが、例えば、金属箔である。好ましくはアルミニウム箔である。正極集電体２４の厚さは、例えば、１００μｍ〜４００μｍである。
正極活物質層２３は、正極活物質に導電剤、結着剤などを添加し、塗布法などにより正極集電体２４の上に形成することができる。正極活物質は、例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なリチウム遷移金属複合酸化物である。具体的には、正極活物質は、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＮｉxＣｏ1-xＯ2（ｘ＝０．０１〜０．９９）、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏxＭｎyＮｉzＯ2（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）又はオリビン型のＬｉＦｅＰＯ4やＬｉxＦｅ1-yＭyＰＯ4（但し、０．０５≦ｘ≦１．２、０≦ｙ≦０．８であり、ＭはＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂのうち少なくとも１種以上である）などが一種単独もしくは複数種を混合して使用することができる。
負極４は、負極集電体２７と、負極集電体２７上に設けられた負極活物質層２６と備えることができる。負極４は、例えば、方形の負極集電体２７の両面に負極活物質層２６を形成することにより作製することができる。負極４はシート状であってもよい。負極４は、第２リード端子９の第２電極接続部１２に接続するための端子接続部を有することができ、端子接続部は、負極４の端部の負極集電体２７の両面上に負極活物質層２６を形成しないことで設けることができる。また、負極集電体２７の１つの端部に耳部を形成し、該耳部に負極活物質層２６を形成しないことで端子接続部を設けることもできる。
負極集電体２７は、電気伝導性を有し、表面上に負極活物質層２６を備えることができれば、特に限定されないが、例えば、金属箔である。好ましくは銅箔である。負極集電体２７の厚さは、例えば、１００μｍ〜４００μｍである。
負極活物質層２６は、負極活物質に導電剤、結着剤などを添加し、塗布法などにより負極集電体２７の上に形成することができる。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池の場合、グラファイト、部分黒鉛化した炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、ＬｉＴｉＯ4、Ｓｎ合金等を一種単独もしくは複数種混合して使用することができる。
電解質７は、溶媒としてカーボネート類、ラクトン類、エーテル類、エステル類などを使用することができ、これら溶媒の２種類以上を混合して用いることもできる。これらの中では特に環状カーボネートと鎖状カーボネートを混合して用いることが好ましい。電解質７は、例えば、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＮ(ＣＦ3ＳＯ2)2、ＬｉＮ(Ｃ2Ｆ5ＳＯ2)等のリチウム塩溶質を有機溶媒に溶解した溶液である。また、必要に応じてＶＣ（ビニレンカーボネート）、ＰＳ（プロパンスルトン）、ＶＥＣ（ビニルエチルカーボネート）、ＰＲＳ（プロペンスルトン）、難燃剤等の添加剤を単独または複数種を混合して配合してもよい。
第１リード端子８は、外装体１の内部において正極３に接続する第１電極接続部１１と、外装体１の外部に配置された第１外部接続部１４と、第１接着層３２を介して外装体１が接着された第１封止部１７とを備える。また、第２リード端子９は、外装体１の内部において負極４に接続する第２電極接続部１２と、外装体１の外部に配置された第２外部接続部１５と、第２接着層１３を介して外装体１が接着された第２封止部１８とを備える。このような第１リード端子８、第２リード端子９を設けることにより、第１外部接続部１４と、第２外部接続部１５との間に端子電圧を発生させることができ、電力を機器や車などに供給することができる。また、第１外部接続部１４と第２外部接続部１５との間に電圧を印加することにより、密閉型電池４０を充電することができる。
第１電極接続部１１は、例えば、第１リード端子８に正極集電体２４が溶接された部分である。また、第２電極接続部１２は、例えば、第２リード端子９に負極集電体２７が溶接された部分である。
外部接続部１４、１５は、外部配線と接続する部分である。外部接続部１４、１５は、配線端子に接続してもよく、他の電池の外部接続部に接続してもよく、機器の電池接続端子３７に接続してもよい。
例えば、図４に示した組電池５０（エンジン始動用電池５１）のように、密閉型電池４０ａの外部接続部１５ａが密閉型電池４０ｂの外部接続部１４ｂと接続してもよい。また、密閉型電池４０ｄの外部接続部１５ｄが機器の電池接続端子３７ｂと接続してもよい。
第１封止部１７は、第１接着層３２により外装体１と第１リード端子８とを接着する部分である。第２封止部１８において第２接着層３３により外装体１と第２リード端子９とを接着する部分である。リード端子８、９と外装体１との間に接着層３２、３３を介在させることにより、リード端子８、９と外装体１との間の間隙を埋めることができ、外装体１の内部の密閉性を向上させることができる。また、封止部１７、１８は、外装体１の周縁部に設けることができる。接着層３２、３３は、接着用テープであってもよく、接着剤層であってもよい。
リード端子８、９は、例えば、厚さが１００μｍ〜５００μｍの金属板とすることができる。この金属板は、プレス加工されていてもよく、折り曲げられていてもよい。また、この金属板はメッキ等で表面処理がされていても良い。例えば、第１リード端子８は、アルミニウム板とすることができ、第２リード端子９は、銅板とすることができる。リード端子８、９は、例えば、方形であってもよく、Ｌ字形であってもよい。また、リード端子８、９は、外部接続部１４、１５となる耳部を有してもよい。また、リード端子８、９は、一枚の金属板を加工して形成したものであってもよい。
第１リード端子８は、第１封止部１７と第１外部接続部１４の間の導電経路となる第１導電部２０を備えることができる。第２リード端子９は、第２封止部１８と第２外部接続部１５の間の導電経路となる第２導電部２１を備えることができる。導電部２０、２１を設けることにより、外部接続部１４、１５を封止部１７、１８から離れた箇所に配置することが可能になり、密閉型電池４０を様々な機器に対応させることが可能になる。なお、導電部は、少なくとも第１リード端子８及び第２リード端子９の少なくとも一方に設けられていればよい。
導電部２０、２１は、リード端子８、９の５０％以上、６０％以上、７０％以上又は８０％以上を占めるように設けることができる。このことにより、外部接続部１４、１５を封止部１７、１８から離れた箇所に配置することができる。
導電部２０、２１は、導電部２０、２１の少なくとも一部が外装体１の外面に直接的に接触するように設けられる又は導電部２０、２１の少なくとも一部が中間層３５を介して外装体１の外面に間接的に接触するように設けられる。このため、密閉型電池４０が大電流で放電し第１又は第２リード端子が発熱したとしても、外装体１にリード端子８、９の熱を放熱することができる。例えば、図１、２に示した密閉型電池４０のように、導電部２０、２１が外装体１の外面に直接的に接触するように設けることができる。このことにより、リード端子８、９の熱を外装体１に直接的に放熱することができる。
例えば、図３に示した密閉型電池４０のように、導電部２０、２１が中間層３５を介して外装体１の外面に間接的に接触するように設けることができる。中間層３５は、外装体の外面に直接接触するように設けることができ、かつ、導電部２０、２１に直接接触するように設けることができる。
中間層３５は、グリース層であってもよい。導電部２０、２１と外装体１の外面との間にグリース層を介在させることにより、導電部２０とグリース層との接触面積を広くすることができ、かつ、グリース層と外装体１の外面との接触面積を広くすることができる。このため、リード端子８、９の熱を効率よく外装体１に放熱することができる。グリース層は、熱伝導グリース層であることが好ましい。熱伝導グリースは、グリースにアルミナや亜鉛酸化物などの金属酸化物粉末、ダイヤモンドやシリカや炭化ケイ素などの無機粒子、または、銀やアルミなどの金属粉末を混ぜたものが挙げられる。
中間層３５は、絶縁体層であってもよい。導電部２０、２１と外装体１の外面との間に絶縁体層を介在させることにより、外装体１の外面が導電体である場合であっても、リーク電流が流れることを抑制することができる。
中間層３５は、外装体と一体としてみた場合に見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上となるような材質を選ぶことが好ましい。
導電部２０、２１は、導電部２０、２１の６０％以上が外装体１の外面に直接的又は間接的に接触するように設けることができる。このことにより、導電部２０、２１の外装体１の外面に直接的又は間接的に接触しない部分の温度が高くなることを抑制することができる。また、導電部２０、２１は、導電部２０、２１の６５％以上、７０％以上、７５％以上又は８０％以上が外装体１の外面に直接的又は間接的に接触するように設けることができる。
また、リード端子８、９が外装体１の外面または中間層３５に接触する位置は、電極接続部側端部からの長さが、密閉型電池４０の厚さの１．５倍以内とすることができる。
導電部２０、２１を、導電部２０、２１の少なくとも一部が電極積層体６上に外装体１を介して重なるように配置することができる。このことにより、実質的に平らな外装体１の外面上に実質的に平らな導電部２０、２１を直接的又は間接的に接触させることができ、リード端子８、９の熱を効率よく外装体１に放熱することができる。この場合、電極積層体６はスタック構造を有することができる。
電極積層体６は、第１封止部１７と第２封止部１８との間に配置することができる。このことにより、第１リード端子８を外装体１の一方の端から導出し、第２リード端子９を反対側の端から導出することができる。このため、第１導電部２０及び第２導電部２１の両方を外装体１の外面に直接的又は間接的に接触させたとしても、第１リード端子８と第２リード端子９の間隔が狭くなることを抑制することができ、リーク電流が流れることを抑制することができる。また、第１リード端子８及び第２リード端子９の熱を、電極積層体６及び電解質７に均一に分散させることができる。
第１導電部２０を外装体１の一方の外面に直接的又は間接的に接触させ、第２導電部２１を外装体１の反対側の外面に直接的又は間接的に接触させることができる。このことのより、第１導電部２０と第２導電部２１との間に電極積層体６を介在させることができ、リード端子８、９の温度が高くなることを抑制することができる。
第１密閉型電池４０に含まれる導電部２０、２１の少なくとも一部が第２密閉型電池４０に含まれる外装体１の外面に直接的に接触するように設けられてもよい。また、第１密閉型電池４０に含まれる導電部２０、２１の少なくとも一部が中間層３５を介して第２密閉型電池４０に含まれる外装体１の外面に間接的に接触するように設けられてもよい。このことにより、第１密閉型電池４０が大電流で放電し第１リード端子８又は第２リード端子９が発熱したとしても、第２密閉型電池４０の外装体１にリード端子８、９の熱を放熱することができる。例えば、図４に示した組電池５０（エンジン始動用電池５１）に含まれる密閉型電池４０ｄのように、リード端子９ｄの導電部が、隣接する密閉型電池４０ｃの外装体１の外面に直接的又は間接的に接触することができる。さらに、第１密閉型電池４０に含まれる導電部２０、２１の少なくとも一部が第１密閉型電池４０及び第２密閉型電池４０によって挟み込まれても良い。
外装体１は、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下である。このことにより、外装体１が熱を伝えることができ、リード端子８、９の熱を外装体１、電解質７、電極積層体６などに放熱することが可能になる。外装体１は、その厚さ方向において、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下であってもよい。また、外装体１は、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上１００W/(m・K)以下であってもよい。上記の熱伝導率又は見かけの熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により得られたものであってもよい。結果とシミュレーションによって算出したところ、１０W/(m・K)以上であれば良いことが分かった。
レーザーフラッシュ法では、外装体１を構成する平板状の試料の一方の主要面にレーザー光を照射し瞬間的に加熱し、レーザー光を照射した面の裏面の温度上昇に基づき熱拡散率、熱伝導率を算出することができる。なお、外装体１が単一材料からなる場合熱伝導率が算出され、外装体１が複合材料からなる場合見かけの熱伝導率が算出される。
外装体１に収容された電極積層体６及び電解質７は、定常状態における有効熱伝導率が１０W/(m・K)以上１００W/(m・K)以下である。このことのより、導電部２０、２１から外装体１に放熱された熱を電極積層体６全体及び電解質７全体に伝えることができる。従って、導電部２０、２１、外装体１、電極積層体６及び電解質７が局所的に高温になることを抑制することができる。ここでは、電極積層体６及び電解質７の有効熱伝導率は、外装体１に収容された状態で測定し、その結果から算出する。そのため、電極積層体６及び電解質７を分離して取り扱うのではなく、電極積層体６及び電解質７を一体のものとして有効熱伝導率を算出している。定常状態における有効熱伝導率は、例えば、密閉型電池４０に含まれる外装体１の一方の外面をホットプレートなどで加熱し、外装体１の反対側の外面を常温に冷却し、密閉型電池４０の内部の定常状態の温度勾配を測定することにより算出することができる。有効熱伝導率は、外装体の結果を考慮し、シミュレーションによって算出したところ、１０W/(m・K)以上であれば良いことが分かった。
外装体１に収容された電極積層体６及び電解質７の定常状態における有効熱伝導率は、外装体１の熱伝導率又は見かけの熱伝導率以上であってもよい。このことにより、外装体１の熱を素早く電極積層体６及び電解質７に伝えることができ、時間が長くなったとしても、外装体１に熱が蓄積されこの熱によりセパレータ５が損傷することを抑制することができる。
外装体１、電極積層体６及び電解質７の全体の１ｇあたりの熱容量が０．５J/(g・K)〜２．０J/(g・K)である。このため、導電部２０、２１が、外装体１、電極積層体６及び電解質７に対し放熱できる放熱量を大きくすることができ、リード端子８、９の温度が高くなることを抑制することができる。このため、リード端子８、９の熱により封止部１７、１８の接着層３２、３３が溶融することを抑制することができ、外装体１の内部の密閉性が低下することを抑制することができる。
実施例の試験用電池作製実験
正極活物質であるリン酸鉄リチウム粉末、導電助剤であるアセチレンブラック、バインダーであるポリフッ化ビニリデン（PVdF）を用いてペーストを調製し、このペーストを正極集電体であるアルミニウム箔の両面上にそれぞれ塗工し、乾燥させてアルミニウム箔の両面上に正極活物質層が設けられた正極を作製した。
負極活物質であるソフトカーボン、バインダーであるスチレン-ブタジエン共重合体（SBR）、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース（CMC）を用いてペーストを調製し、このペーストを負極集電体である銅箔の両面にそれぞれ塗工し、乾燥させ、プレスして銅箔の両面上に負極活物質層が設けられた負極を作製した。
ポリエチレン系材料からなるセパレータ（厚み：１６μｍ）を挟んで隣接する正極活物質層と負極活物質層とが向かい合うように３０枚の正極、セパレータ、３１枚の負極を積層し、正極及び負極の周囲をセパレータで一重に覆った。３０枚の正極に含まれる正極集電体を第１リード端子に溶接し、３１枚の負極に含まれる負極集電体を第２リード端子に溶接した。第１リード端子には、図５（ａ）に示したようなサイズの２００μｍ厚のアルミニウム板を用い、第２リード端子には、図５（ａ）に示したようなサイズの２００μｍ厚の銅板を用いた。電極積層体をラミネートフィルムで覆い、ラミネートフィルムの周縁部を溶着させることにより外装体を作製した。また、ラミネートフィルムとリード端子との間には接着層を配置し、リード端子と接着層とをラミネートフィルムに溶着した。その後、注液口から外装体内に電解液（非水溶媒：EC / DEC / EMC = 27.5 / 5 / 67.5（添加剤VC０．７%、FEC０．３%）、リチウム塩：LiPF6１．２mol/L）を注入し、電極積層体に電解液を含浸させた後、外装体内を脱気し注液口を塞いだ。このようにして、容量４．５Ａｈの実施例の試験用電池を作製した。なお、ラミネートフィルムには、アルミニウム層の外側にポリエチレンテレフタラート層と内側にポリエチレン層とが積層されたものを用いた。
比較例の試験用電池作製実験
ラミネートフィルムの材料を代えて、比較例の試験用電池を作製した。ラミネートフィルムの材料を代えたこと以外は、実施例の試験用電池と同様に試験用電池を作製した。比較例では、ラミネートフィルムには、ステンレス鋼層の外側にポリエチレンテレフタラート層と内側にポリエチレン層とが積層されたものを用いた。
熱伝導率測定
試験用電池の作製に用いたラミネートフィルムの熱伝導率をレーザーフラッシュ法で測定した。実施例の試験用電池の作製に用いたラミネートフィルムの厚さ方向の熱伝導率は、約１７W/(m・K)であった。比較例の試験用電池の作製に用いたラミネートフィルムの厚さ方向の熱伝導率は、約９．２W/(m・K)であった。
実施例の試験用電池に含まれる電極積層体及び電解質の熱伝導率を定常法を用いて測定した。具体的には、実施例の試験用電池に含まれる外装体の一方の外面をホットプレートで加熱し、外装体の反対側の外面を空冷し、ホットプレートと外装体の外面との間の温度、外装体の内面と電極積層体との間の温度、空冷している外装体の外面の温度を定常状態で測定することにより得られた温度勾配より電極積層体及び電解質の熱伝導率を算出した。電極積層体及び電解質の熱伝導率は、約１７．９W/(m・K)であった。
熱容量の算出
実施例の試験用電池の作製に用いた材料の比熱、密度、質量などから、外装体、電極積層体及び電解質の全体の１ｇあたりの熱容量を算出した。算出された熱容量は、０．９２１J/(g・K)であった。
１５０Ａ通電実験
実施例の試験用電池の作製に用いた第１リード端子と同様のアルミニウム板（試料（ｂ）〜（ｆ））に２５℃の恒温室内で１５０Ａの直流電流を２４０秒間流してアルミニウム板の温度を測定した。なお、１５０Ａは、二輪自動車用鉛蓄電池の工業規格（JISD5302:2004）において最も大きい電流値である。
試料（ｂ）では、図５（ｂ）に示したように、リード端子８（アルミニウム板）の外部接続部１４以外の部分（リード端子８の主要面の９０．６％）を２つの試験用電池（実施例）で挟んだ状態で直流電流を流した。リード端子８に電流を流すことにより生じる熱は、リード端子８と試験用電池（実施例）とが接触している部分を介して試験用電池４１に放熱される。試料（ｃ）では、リード端子８の主要面の７６．６％を２つの試験用電池（実施例）で挟んだ状態で直流電流を流した。試料（ｄ）では、リード端子８の主要面の６３．４％を２つの試験用電池（実施例）で挟んだ状態で直流電流を流した。試料（ｅ）では、リード端子８の主要面の５２．８％を２つの試験用電池（実施例）で挟んだ状態で直流電流を流した。試料（ｆ）では、図５（ｆ）に示したようにリード端子８を試験用電池で挟んでいない状態で直流電流を流した。測定結果を図６に示す。
試料（ｆ）では、約８０秒間電流を流し続けると、リード端子の温度が８０℃を超えた。また、リード端子と試験用電池（実施例）との接触面積が狭い試料（ｅ）では、約１４０秒間電流を流し続けると、リード端子の温度が８０℃を超えた。これに対し、試料（ｄ）（ｃ）（ｂ）では、電流を２４０秒間流し続けてもリード端子の温度は８０℃まで上昇しなかった。従って、リード端子の６０％以上を電池の外装体の外面に接触させることにより、リード端子の温度上昇を抑制することができることがわかった。
放電実験
２５℃の恒温室内において、実施例の試験用電池の第１及び第２導電部の片面が外装体の外面に接触するようにリード端子を折り曲げて、導電部を外装体の外面上に絶縁テープで固定した。その際、リード端子の面積の約６０％が外装体の外面に接触するようにした。そして、リード端子に約１５０Ａの電流が流れるように実施例の試験用電池を約２４０秒間放電させた。放電後、実施例の試験用電池の封止部を確認したところ、第１及び第２封止部のいずれからも電解液の漏液は確認されなかった。
２５℃の恒温室内において、比較例の試験用電池の第１及び第２導電部の片面が外装体の外面に接触するようにリード端子を折り曲げて、導電部を外装体の外面上に絶縁テープで固定した。その際、リード端子の面積の約６０％が外装体の外面に接触するようにした。そして、リード端子に約１５０Ａの電流が流れるように比較例の試験用電池を約２４０秒間放電させた。放電後、比較例の試験用電池の封止部を確認したところ、電解液の漏液が確認された。
１：外装体 ３：正極 ４：負極 ５：セパレータ ６：電極積層体 ７：電解質 ８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ：第１リード端子 ９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ：第２リード端子 １１：第１電極接続部 １２：第２電極接続部 １４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ：第１外部接続部 １５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ：第２外部接続部 １７：第１封止部 １８：第２封止部 ２０：第１導電部 ２１：第２導電部 ２３：正極活物質層 ２４：正極集電体 ２６：負極活物質層 ２７：負極集電体 ３０：溶着部 ３２：第１接着層 ３３：第２接着層 ３５、３５ａ、３５ｂ：中間層 ３７、３７ａ、３７ｂ：電池接続端子 ４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ：密閉型電池 ４１：試験用電池 ５０：組電池 ５１：エンジン始動用電池

Claims (13)

  1. 正極、負極及びセパレータを含む電極積層体と、電解質と、前記電極積層体及び前記電解質を収容する外装体と、第１リード端子と、第２リード端子とを備え、
    第１及び第２リード端子は、それぞれ前記外装体の内部において前記正極又は前記負極に接続する電極接続部と、前記外装体の外部に配置された外部接続部と、接着層を介して前記外装体が接着された封止部とを備え、
    第１又は第２リード端子は、前記封止部と前記外部接続部の間の導電経路となる導電部を備え、
    前記導電部は、前記導電部の少なくとも一部が前記外装体の外面に直接的に接触するように設けられる又は前記導電部の少なくとも一部が中間層を介して前記外装体の外面に間接的に接触するように設けられ、
    前記外装体は、伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下であり、
    前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体上に設けられた正極活物質層と備え、
    前記正極集電体は、アルミニウム箔であり、
    前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられた負極活物質層と備え、
    前記負極集電体は、銅箔であることを特徴とする密閉型電池。
  2. 前記外装体、前記電極積層体及び前記電解質の全体の１ｇあたりの熱容量が０．５J/(g・K)〜２．０J/(g・K)である請求項１に記載の密閉型電池。
  3. 前記導電部は、前記導電部の６０％以上が前記外装体の外面に直接的又は間接的に接触するように設けられた請求項１又は２に記載の密閉型電池。
  4. 前記中間層は、グリース層又は絶縁体層である請求項１〜３のいずれか１つに記載の密閉型電池。
  5. 前記導電部は、前記導電部の少なくとも一部が前記電極積層体上に前記外装体を介して重なるように配置された請求項１〜４のいずれか１つに記載の密閉型電池。
  6. 第１リード端子は、前記外装体の内部において前記正極に接続する第１電極接続部と、前記外装体の外部に配置された第１外部接続部と、第１接着層を介して前記外装体が接着された第１封止部とを備え、
    第２リード端子は、前記外装体の内部において前記負極に接続する第２電極接続部と、前記外装体の外部に配置された第２外部接続部と、第２接着層を介して前記外装体が接着された第２封止部とを備え、
    前記電極積層体は、第１封止部と第２封止部との間に配置された請求項１〜５のいずれか１つに記載の密閉型電池。
  7. 前記外装体に収容された前記電極積層体及び前記電解質の有効熱伝導率は、前記外装体の熱伝導率又は見かけの熱伝導率以上である請求項１〜６のいずれか１つに記載の密閉型電池。
  8. 前記外装体は、ラミネートフィルムからなる請求項１〜７のいずれか１つに記載の密閉型電池。
  9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の密閉型電池を複数備え、
    第１密閉型電池に含まれる外部接続部と、第２密閉型電池に含まれる外部接続部とが電気的に接続された組電池。
  10. 第１密閉型電池に含まれる導電部は、この導電部の少なくとも一部が第２密閉型電池に含まれる外装体の外面に直接的に接触するように設けられる又はこの導電部の少なくとも一部が中間層を介して第２密閉型電池に含まれる外装体の外面に間接的に接触するように設けられた請求項９に記載の組電池。
  11. 第１密閉型電池及び第２密閉型電池を備え、
    第１及び第２密閉型電池は、それぞれ正極、負極及びセパレータを含む電極積層体と、電解質と、前記電極積層体及び前記電解質を収容する外装体と、第１リード端子と、第２リード端子とを備え、
    第１及び第２リード端子は、それぞれ前記外装体の内部において前記正極又は前記負極に接続する電極接続部と、前記外装体の外部に配置された外部接続部と、接着層を介して前記外装体が接着された封止部とを備え、
    第１又は第２リード端子は、前記封止部と前記外部接続部の間の導電経路となる導電部を備え、
    第１密閉型電池に含まれる導電部は、この導電部の少なくとも一部が第２密閉型電池に含まれる外装体の外面に直接的に接触するように設けられる又はこの導電部の少なくとも一部が中間層を介して第２密閉型電池に含まれる外装体の外面に間接的に接触するように設けられ、
    第２密閉型電池に含まれる外装体は、熱伝導率又は見かけの熱伝導率が１０W/(m・K)以上２５０W/(m・K)以下であり、
    第２密閉型電池に含まれる前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体上に設けられた正極活物質層と備え、
    前記正極集電体は、アルミニウム箔であり、
    第２密閉型電池に含まれる前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられた負極活物質層と備え、
    前記負極集電体は、銅箔であることを特徴とする組電池。
  12. 第２密閉型電池に含まれる前記外装体、前記電極積層体及び前記電解質の全体の１ｇあたりの熱容量が０．５J/(g・K)〜２．０J/(g・K)である請求項１１に記載の組電池。
  13. 請求項９〜１２のいずれか１つに記載の組電池を含むエンジン始動用電池。
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