JPWO2012143995A1 - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第2の態様による二次電池は、第1の態様による二次電池において、前記ガス排出弁の開裂時の開口面積が、前記電極群からガス排出弁まで至るガス排出流路の断面積よりも大きく設定したものである。
本発明の第3の態様による二次電池は、第1または2の態様による二次電池において、前記ガス排出流路は、前記電池外装容器と電極群との間に形成され、前記電極群から排出されるガスが前記ガス排出弁まで到達する際に垂直方向に流れる第1ガス排出流路と、前記第1ガス排出流路から流れ込んだガスが水平方向に流れる第2ガス排出流路とを有し、前記第1ガス排出流路の断面積をS1、前記第2ガス排出流路の断面積をS2、ガス排出弁の開口の断面積をS3とするとき、S1<S2<S3に設定したものである。
本発明の第4の態様による二次電池は、第3の態様による二次電池において、前記電極群は、前記セパレータを介在させて正負極板を捲回して構成され、表裏一対の平面部と前記平面部を連続する湾曲部とを有する薄型形状であり、前記集電部は圧縮された積層体とされ、前記電極群内部で発生したガスは前記湾曲部の端面から排出されるものである。
本発明の第5の態様による二次電池は、第1または2の態様による二次電池において、前記電極群は、前記セパレータを介在させて正負極板を捲回して構成され、表裏一対の平面部と前記平面部を連続する湾曲部とを有する薄型形状であり、前記集電部は圧縮された積層体とされ、前記電極群内部で発生したガスは前記湾曲部の端面から排出されるものである。
本発明の第6の態様による二次電池は、第5の態様による二次電池において、前記外装容器は、表裏一対の幅広面と左右一対の幅狭面と底面で形成される薄型直方体形状の電池缶と、前記底面と対向する電池缶の開口を覆って当該開口を封口し、前記ガス排出弁を有する電池蓋とを有し、前記薄型形状の電極群の前記平面部は前記幅広面と対向し、前記電極群の両端面は前記幅狭面と対向し、前記電極群の湾曲部は前記電池蓋と対向し、前記第1ガス排出流路は、前記電極群の両端面と前記幅狭面とが対向する空間に形成された垂直流路であり、前記第2ガス排出流路は、前記電極群の湾曲部と前記電池蓋とが対向する空間に形成された水平流路である。
本発明の第7の態様による二次電池は、第6の態様による二次電池において、前記第1ガス排出流路の断面積をS1、前記第2ガス排出流路の断面積をS2、ガス排出弁の開口断面積をS3とするとき、S1<S2<S3に設定したものである。
図1および図2に示すように、薄型リチウムイオン二次電池は、外観が略直方体の薄型形状を呈している。この二次電池は、有底の金属製の電池缶1と、電池缶1の開口部に輪郭が合致する平板状の金属製の電池蓋2とを有している。電池缶1は、例えばアルミニウム合金の素材から、一対の幅広面1Wと、一対の細長い幅狭面1Nと、底面1Bとを有する薄型直方体に作製される。
なお、本実施形態の二次電池は、電池缶1および電池蓋2が極性を持たない中性である。
捲回型電極群6は、正負極導電部材4、5により電池蓋2と一体化され、電池蓋2に片持ち状態で支持されている。
湾曲部端部6Eには、積層された複数枚の箔同士の間にガスが流れる微小な隙間が存在する。破線矢印A1は正極側湾曲端部6E内の微小隙間の流れを、破線矢印A2は負極側ガス排出部6E内の微小隙間流れを示す。すなわち、図4に破線矢印A1,A2で示すように、捲回型電極群6の内部で発生したガスは、湾曲部端部6E内で捲回型電極群6の捲回軸方向に流れる。
第1ガス排出流路FL1を流れたガスは、湾曲部6Wの上面が電池蓋2の内面と所定の間隙で対向して形成される水平流路を経由してガス排出弁3に至る。この水平流路を第2ガス排出流路FL2と呼ぶ。
S1=S1A+S1B 式(1)
と表される。
S2=S2A+S2B 式(2)
と表される。
例えば、破線矢印B1,B2で示されるガスの第1ガス排出流路FL1における最大ガス排出流量が10L/S、発生ガス量、すなわち、破線矢印A1、A2で示されるガスの流量が10L/Sであったとき、第2ガス排出流路FL2における最大ガス排出流量は10L/Sよりも少ないので、第1ガス排出流路FL1の圧力が上昇する。
同様に、ガス排出弁3の最大ガス排出量は、破線矢印C1,C2で示される第2ガス排出流路FL2における最大ガス排出量よりも少ないので、第2ガス排出流路FL2の圧力が上昇する。
ガス排出流路面積を変化させたリチウムイオン電池を製造し、異常な動作を想定した強制内部短絡試験を行い、本発明の効果を確認した。
一般に薄型リチウムイオン二次電池は開裂圧力近くの圧力に対しては安全であるが、長期間の繰り返し過熱、繰り返し応力等に曝された場合、開裂圧力近傍の圧力上昇により、電池外装容器の耐久性が低下する惧れがある。
本発明による薄型リチウムイオン二次電池の第2実施形態を、図12を参照して説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。第2実施形態は、第1実施形態におけるガス排出弁の位置を電池蓋の中央から偏倚させたものである。
以上の説明は一実施形態であり、本発明の趣旨に逸脱しない種々の構造の二次電池に本発明を適用することができる。本発明の主たる特徴は、電極群6の内部で発生したガスがガス排出弁3から排出されるまでのガス排出流路について、下流ほど断面積を大きく設定した点である。したがって、この主たる特徴を有する二次電池は、たとえば、以下のように変形して実施することができる。
Claims (7)
- ガス排出弁と正負極外部端子が設けられた電池外装容器と、
セパレータを介在させて正負極板を積層し、両端に集電部を設けた電極群と、
前記電極群の前記集電部から前記正負極外部端子に至る電流経路を構成する正負極集電体とを備え、
前記電極群の内部で発生したガスが前記ガス排出弁から排出されるガス排出流路は、下流に向かうほど断面積が大きく設定されている二次電池。 - 請求項1に記載の二次電池において、
前記ガス排出弁の開裂時の開口面積が、前記電極群からガス排出弁まで至るガス排出流路の断面積よりも大きく設定した二次電池。 - 請求項1または2に記載の二次電池において、
前記ガス排出流路は、前記電池外装容器と電極群との間に形成され、前記電極群から排出されるガス流が前記ガス排出弁まで到達する際に垂直方向に流れる第1ガス排出流路と、前記第1ガス排出流路から流れ込んだガスが水平方向に流れる第2ガス排出流路とを有し、
前記第1ガス排出流路の断面積をS1、前記第2ガス排出流路の断面積をS2、ガス排出弁の開口の断面積をS3とするとき、S1<S2<S3に設定した二次電池。 - 請求項3に記載の二次電池において、
前記電極群は、前記セパレータを介在させて正負極板を捲回して構成され、表裏一対の平面部と前記平面部を連続する湾曲部とを有する薄型形状であり、
前記集電部は圧縮された積層体とされ、前記電極群内部で発生したガスは前記湾曲部の端面から排出される二次電池。 - 請求項1または2に記載の二次電池において、
前記電極群は、前記セパレータを介在させて正負極板を捲回して構成され、表裏一対の平面部と前記平面部を連続する湾曲部とを有する薄型形状であり、
前記集電部は圧縮された積層体とされ、前記電極群内部で発生したガスは前記湾曲部の端面から排出される二次電池。 - 請求項5に記載の二次電池において、
前記外装容器は、
表裏一対の幅広面と左右一対の幅狭面と底面で形成される薄型直方体形状の電池缶と、前記底面と対向する電池缶の開口を覆って当該開口を封口し、前記ガス排出弁を有する電池蓋とを有し、
前記薄型形状の電極群の前記平面部は前記幅広面と対向し、前記電極群の両端面は前記幅狭面と対向し、前記電極群の湾曲部は前記電池蓋と対向し、
前記第1ガス排出流路は、前記電極群の両端面と前記幅狭面とが対向する空間に形成された垂直流路であり、
前記第2ガス排出流路は、前記電極群の湾曲部と前記電池蓋とが対向する空間に形成された水平流路である二次電池。 - 請求項6に記載の二次電池において、
前記第1ガス排出流路の断面積をS1、前記第2ガス排出流路の断面積をS2、ガス排出弁の開口の断面積をS3とするとき、S1<S2<S3に設定した二次電池。
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