JP7331765B2

JP7331765B2 - 電池セルを用いた組電池

Info

Publication number: JP7331765B2
Application number: JP2020073883A
Authority: JP
Inventors: 亨井上; 秀世森田; 雄司上原; 紀男小山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2040-04-17
Also published as: JP2021170513A

Description

本発明は、類焼防止性に優れた電池セル及びこれを用いた組電池に関する。

近年、携帯電話やパソコン等の電子機器のコードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として、小型、軽量で高エネルギー密度を有する二次電池の利用が高まっている。このような状況下において、充放電容量が大きく、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が注目されている。

また、使用用途の電圧又は電流量に応じて、複数の電池セルを直列又は並列に接続し供給電圧又は電流量を所望の値に設定して使用する場合がある。複数の電池を直列又は並列に接続する方法として、バスバーにより端子を接続する方法がある。

特開２０１９－１４００８２号公報国際公開ＷＯ２０１９／１５１０３６号公報

リチウムイオン二次電池として、複数のリチウムイオン二次電池セルを組み合わせてなる組電池が考案されている。しかし、リチウムイオン二次電池においては、電解液の酸化等による発熱、金属リチウムの析出等による短絡などに起因して電池セルが発熱し、燃焼ガスが発生する場合があり、他の電池セルへの類焼を防止するための類焼防止構造が必要となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、類焼防止性に優れた電池セル及びこれを用いた組電池を提供することである。

本発明による電池セルは、蓄電要素と、蓄電要素を内部に格納する格納部と、蓄電要素に接続され、格納部の外に引き出された電極端子と、格納部と連通する膨張部とを備えることを特徴とする。また、本発明において、格納部及び膨張部はラミネートフィルムにより構成されていても構わない。また、格納部及び膨張部の内部は気密に構成されていても構わない。

本発明によれば、発熱時に蓄電要素から発生するガスによって、膨張部が膨張することにより電池セル間距離が大きくなる。これによって、放熱経路が形成されることにより組電池の冷却効果が向上するため、類焼防止性を向上させることが可能となる。

本発明において、膨張部と格納部の間には、蓄電要素の発熱によりガスが発生した場合に、格納部の内部圧力の上昇により外れる仮留め部が設けられていても構わない。これによれば、発熱時に蓄電要素から発生するガスにより、格納部の内部圧力が所定の圧力まで高くなった場合に仮留めが外れて、ガスが勢いよく膨張部に流入する。これにより、膨張部が勢いよく膨張して電池セル間距離がより大きくなり、放熱経路をより大きく形成することができる。これにより組電池の冷却効果が向上するため、類焼防止性を向上させることが可能となる。

本発明において、膨張部には、膨張部の所定の領域が溶着される面溶着部が設けられていても構わない。これによれば、膨張部の膨張部分を小さくすることで、より少ないガス量により膨張部の膨張量を大きくすることができる。このため、より少ないガス量で電池セル間距離を大きくすることが可能となる。従って、放熱経路をより大きく形成することにより組電池の冷却効果が向上するため、類焼防止性を向上させることが可能となる。

本発明による組電池は、上記の電池セルを並べて組み合わせたものであって、膨張部はいずれかの隣接する電池セルの間に配置されていることを特徴とする。本発明によれば、発熱時に蓄電要素から発生するガスによって、膨張部が膨張することにより電池セル間距離が大きくなり、放熱経路を形成することができる。これにより、組電池の冷却効果が向上するため、類焼防止性を向上させることが可能となる。

このように、本発明によれば、類焼防止性に優れた電池セル及び組電池を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による電池セル３及び組電池１の外観の概略を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態による電池セル３の配列状態の概略構成を示す側面図である。図３は、本発明の第１実施形態による電池セル３の配列状態の概略構成を示す側面図であり、発熱によるガス発生時の状況の概略を示す図である。図４は、本発明の第２実施形態による電池セル１４の外観の概略を示す斜視図である。図５は、本発明の第３実施形態による電池セル１８の外観の概略を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同様の部材には同様の符号又は名称を付し、その説明については省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る電池セル３及びこれを用いた組電池１について、図１から図３を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態による電池セル３及びこれを用いた組電池１の外観の概略を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態による電池セル３の配列状態の概略構成を示す側面図である。図３は、本発明の第１実施形態による電池セル３の配列状態の概略構成を示す側面図であり、発熱によるガス発生時の状況の概略を示す図である。

図１に示すように、組電池１は、複数の電池セル３を組み合わせて並べて配置されたものであり、バスバー２ａにより電池セル３が並列又は直列となるように接続されて構成されている。電池セル３は、例えばリチウムイオン電池セルである。図２に示すように、電池セル３は、内部空洞の格納部４及び膨張部１０を備えている。格納部４の内部には、図示しない電極シート、電解質、及びセパレータ等を含む蓄電要素１２が格納されている。

電池セル３には、蓄電要素１２に接続された電極端子６が設けられており、格納部４の外に引き出されている。電極端子６の一方は正極、他方は負極となる。バスバー２ａは例えば金属銅で構成されており、基板２上に固定されている。基板２及びバスバー２ａは、電極端子６を装着するための端子差し込み口２ｂを備えている。電池セル３を組み合わせて組電池１を構成する際には、電極端子６をバスバー２ａの端子差し込み口２ｂに差し込むことにより複数の電池セル３を電気的に接続する。

格納部４及び膨張部１０はラミネートフィルムで構成されている。ラミネートフィルムは、複数のフィルムを積層させたフィルムであり、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を用いることができる。ラミネートフィルムは電池セル３の外装、すなわち、格納部４及び膨張部１０の外装となる。

実施形態に係る電池セル３では、格納部４と膨張部１０とを、ラミネートフィルムにより一体的に形成している。格納部４と膨張部１０は、内部空間が連通するように構成されている。膨張部１０は、ラミネートフィルムの端部において封止部１１が形成されており、ラミネートフィルムを溶着して内部が気密になるように閉じられている。このようにして、相互に連通する格納部４及び膨張部１０の内部空間は密閉されている。複数の電池セル３を並列させて組電池１を構成する際には、ラミネートフィルムを電池セル３の下端部で上方向に折り曲げ、膨張部１０がいずれかの隣接する電池セル３の間に配置されるように構成している。

電池セル３内の蓄電要素１２が発熱した場合には、図３に示すように、格納部４内部で発生したガスは、格納部４の内部空間から、膨張部１０の内部空間に流入する。これにより、膨張部１０は膨張する。膨張部１０は、隣接する電池セル３の間に配置されているため、膨張部１０が膨張すると、電池セル３を押し退け、隣接する電池セル３の間の距離である電池セル間距離Ｄが大きくなる。電池セル間距離Ｄが大きくなることで、隣接する電池セル３の間に放熱経路を形成することができる。これにより組電池１の冷却効果が向上し、発熱が抑制されるため、他の電池セル３への類焼が防止される。

第１実施形態に係る組電池１及び電池セル３によれば以下の効果を得る。

第１実施形態に係る電池セル３は、電極シート、電解質、及びセパレータを含む蓄電要素１２と、蓄電要素１２を内部に格納する格納部４と、電極シートに接続し、格納部４の外に引き出された電極端子６と、内部が格納部４と連通する膨張部１０とを備えている。また、格納部４及び膨張部１０はラミネートフィルムにより構成されている。また、格納部４及び膨張部１０の内部は気密に構成されている。第１実施形態に係る組電池１は、複数の電池セル３を並べて組み合わせたものであって、膨張部１０はいずれかの隣接する電池セル３の間に配置されている。

上記実施形態によれば、発熱時に電池セル３内の蓄電要素１２から発生するガスによって、膨張部１０が膨張することにより電池セル間距離Ｄが大きくなり、電池セル３間に放熱経路を形成することができる。これにより、組電池１の冷却効果が向上するため、類焼を防止することが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る電池セル１４について、図４を参照して説明する。

図４に示すように、第２実施形態に係る電池セル１４は、格納部１５及び膨張部１６を備えている。第２実施形態においては、格納部１５と膨張部１６との間に、仮留め部１７が設けられている。仮留め部１７は、電池セル１４の外装を構成するラミネートフィルムを溶着することにより構成されている。仮留め部１７は、格納部１５の内部に格納される蓄電要素の発熱によりガスが発生した場合に、格納部１５の内部圧力が所定の圧力に上昇した場合に外れる程度の強度で溶着されている。

これによれば、発熱時に格納部１５内の蓄電要素から発生するガスにより、格納部１５の内部圧力が所定の圧力まで上昇した場合に仮留めが外れて、ガスが勢いよく膨張部１６に流入する。これにより、膨張部１６が勢いよく膨張し、電池セル間距離Ｄがより大きくなるため、電池セル１４間の放熱経路をより大きく形成することができる。これにより、組電池１の冷却効果が向上するため、優れた類焼防止効果を得る。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る電池セル１８について、図５を参照して説明する。

図５に示すように、第２実施形態に係る電池セル１８は、格納部１９、及び膨張部２０を備えている。膨張部２０には、図５において左右に配置される第１膨張部２０ａ、及び、第２膨張部２０ｂが設けられている。格納部１９と、膨張部２０ａ、２０ｂの内部は連通している。膨張部２０の中央であって、第１膨張部２０ａと第２膨張部２０ｂとの間には、面溶着部２０ｃが設けられている。面溶着部２０ｃは、電池セル３の外装を構成するラミネートフィルムの所定の領域が全面的に溶着されたものであり、面溶着部２０ｃにはガスは流入することなく、溶着状態が保持される。従って、第１膨張部２０ａ及び第２膨張部２０ｂの内部に流入させることができるガス量は、第１実施形態に係る膨張部１０に比べて、より少ないガス量により膨張させることが可能となる。

これによれば、膨張部２０に面溶着部２０ｃを設けることで、膨張部分である第１膨張部２０ａと第２膨張部２０ｂを小さく構成することができる。これにより、より少ないガス量により膨張部２０の膨張量を大きくできるため、より少ないガス量で電池セル間距離Ｄを大きくすることが可能となる。このため、放熱経路をより大きく形成することにより類焼を防止する効果を向上させることが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

Ｄ電池セル間距離
１組電池
２基板
２ａバスバー
２ｂ端子差し込み口
３、１４、１８電池セル
４、１５、１９格納部
６電極端子
１０、１６、２０膨張部
１１封止部
１２蓄電要素
１７仮留め部
２０ａ第１膨張部
２０ｂ第２膨張部
２０ｃ面溶着部

Claims

複数の電池セルを並べて組み合わせた組電池であって、前記電池セルは、
蓄電要素と、
前記蓄電要素を内部に格納する格納部と、
前記蓄電要素に接続され、前記格納部の外に引き出された電極端子と、
内部が前記格納部と連通する膨張部と、を備え、
前記膨張部は、いずれかの隣接する前記電池セルの間に配置されていることを特徴とする組電池。
前記格納部及び前記膨張部はラミネートフィルムにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記格納部及び前記膨張部の内部は気密に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
前記膨張部と前記格納部の間には、前記蓄電要素の発熱によりガスが発生した場合に、前記格納部の内部圧力の上昇により外れる仮留め部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の組電池。
前記膨張部には、前記膨張部の所定の領域が溶着される面溶着部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の組電池。