JP5691932B2

JP5691932B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP5691932B2
Application number: JP2011177670A
Authority: JP
Inventors: 加藤　崇行; 崇行加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-08-15
Also published as: JP2013041741A

Description

本発明は、シート状の正極と、シート状の負極と、セパレータとを備え、前記正極と前記負極とは交互に前記セパレータを介在させて積層してなる積層セルと、前記積層セルに含浸された電解液とを有する二次電池に関する。

特許文献１，２に開示されるこの種の二次電池では、充放電に伴う電極の発熱によるサイクル性能や電池寿命の低下の問題がある。
特許文献２に開示の二次電池では、積層された平板形状の正極板と平板形状の負極板との間に放熱板が介在されている。放熱板は、正極板、負極板及び電解液を収納する容器に連結されている。電極の熱の一部は、電解液及び放熱板を経由して容器に伝えられて放熱され、電極の高温化が抑制される。

特開２０００−５８１２９号公報特開２０１０−２８７４９１号公報

しかし、平板形状の正極板及び負極板は、適度な間隔を置いて単に平行状態に並設されているだけであり、平行状態の正極板と負極板との間に放熱板を介在する構成では、正極板及び負極板に関するスペース効率が良いとは言えない。

本発明は、二次電池におけるシート状の正極及びシート状の負極に関するスペース効率を高めつつ電極の高温化の抑制を確保できるようにすることを目的とする。

本発明は、シート状の正極と、シート状の負極と、セパレータとを備え、前記正極と前記負極とは交互に前記セパレータを介在させて積層してなる積層セルと、前記積層セルに含浸された電解液とを有する二次電池を対象とし、請求項１の発明では、前記積層セルは、前記積層セルの面が間を空けて対向する態様に折り返されており、折り返された前記積層セルの間に前記積層セルからの熱を吸収可能な熱吸収部が設けられており、該熱吸収部は、温度相転移物質を備えている。

シート状の正極とシート状の負極とを折り返した構成は、シート状の正極及びシート状の負極に関するスペース効率の向上に寄与する。折り返された内側は、高温化し易い箇所であり、このような折り返された内側に熱吸収部を設けた構成は、電極の高温化の抑制に有利である。

電極の熱の一部は、折り返された内側の温度相転移物質に蓄熱され、電極の高温化が抑制される。

本発明の二次電池は、シート状の正極と、シート状の負極と、セパレータとを備え、前記正極と前記負極とは交互に前記セパレータを介在させて積層してなる積層セルと、前記積層セルに含浸された電解液とを有する二次電池において、前記積層セルは、前記積層セルの面が間を空けて対向する態様に折り返されており、折り返された前記積層セルの間に前記積層セルからの熱を吸収可能な熱吸収部が設けられており、前記二次電池は、さらに前記積層セル及び前記電解液が収容される容器を有し、前記熱吸収部は、前記容器に連結された銅またはアルミニウムからなる熱伝達部材を備えている。

電極の熱の一部は、折り返された内側の熱伝達部材を介して容器から放熱される。
本発明の二次電池は、シート状の正極と、シート状の負極と、セパレータとを備え、前記正極と前記負極とは交互に前記セパレータを介在させて積層してなる積層セルと、前記積層セルに含浸された電解液とを有する二次電池において、前記積層セルは、前記積層セルの面が間を空けて対向する態様に折り返されており、折り返された前記積層セルの間に前記積層セルからの熱を吸収可能な熱吸収部が設けられており、該熱吸収部は、冷媒が流通される流通管が備えられている。
電極の熱の一部は、冷媒を介して運ばれる。

本発明の二次電池は、シート状の正極及びシート状の負極に関するスペース効率を高めつつ電極の高温化の抑制を確保できるという効果を奏する。

第１の実施形態を示し、（ａ）は、断面図。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。第２の実施形態を示し、（ａ）は、断面図。（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。第３の実施形態を示し、（ａ）は、断面図。（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。第４の実施形態を示す断面図。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、二次電池１０を構成する容器１１は、上に開口する器部１２と、器部１２の上部開口を塞ぐ蓋１３とから構成されている。

図１（ｂ）に示すように、器部１２内にはシート状の複数の負極１４とシート状の複数の正極１５とを交互に積層した積層セル１６が収納されている。積層セル１６は、Ｕ字形状に折り返された形状に形成されている。積層セル１６は、積層セル１６が含浸された電解液とともに容器１１に収容されている。隣接する負極１４と正極１５との間には絶縁性のセパレータ２５が介在されている。セパレータ２５は、負極１４と正極１５との電気的接触を阻止する。正極１５と負極１４とを交互にセパレータ２５を介在させて積層してなる積層セル１６は、積層セル１６の一方の面１６１が間を空けて対向する態様に折り返されている。積層セル１６は、図示しない電解液に含浸されている。

各負極１４には集電端子１７が電気的に接続されており、集電端子１７には負極リード端子１８が電気的に接続されている。負極リード端子１８は、蓋１３を貫通して容器１１外へ突出している。各正極１５には集電端子１９が電気的に接続されており、集電端子１９には正極リード端子２０が電気的に接続されている。正極リード端子２０は、蓋１３を貫通して容器１１外へ突出している。

面１６１が間を空けて対向する態様となるＵ字形状の積層セル１６の凹部２１（折り返された内側）には一対の平板２２，２３と、両平板２２，２３間で平板２２，２３に連結された波板形状の熱伝達部材２４とが配設されている。平板２２，２３は、絶縁部材で作られており、熱伝達部材２４は、熱伝導率の高い部材（例えば銅、アルミニウム）で作られている。平板２２，２３は、積層セル１６と熱伝達部材２４との電気的な接触を阻止している。

図１（ａ）に示すように、熱伝達部材２４の左右両端は、器部１２の側壁１２１，１２２に接合されている。
次に、第１の実施形態の作用を説明する。

積層セル１６で生じる熱の一部は、器部１２に接合された熱伝達部材２４を介して器部１２に伝達されて放熱される。積層セル１６をＵ字形状に折り返した構成は、正極１５及び負極１４に関する容器１１内のスペース効率の向上に寄与する。スペース効率の向上のための積層セル１６の折り返しによって生じる凹部２１内は、高温化し易い箇所であり、このような凹部２１に熱伝達部材２４を配設した構成は、二次電池１０の高温化の抑制、及び容器１１内の温度分布の不均一化の抑制に寄与する。又、高温化し易い凹部２１に熱伝達部材２４を配設した構成は、放熱効率を高める。

熱伝達部材２４は、積層セル１６の折り返しによって形成された凹部２１に設けられた熱吸収部である。つまり、熱伝達部材２４は、積層セ１６ルからの熱を吸収可能である。
第１の実施形態では以下の効果が得られる。

（１）積層セル１６の折り返しによって生じる凹部２１内に熱伝達部材２４を配設した構成は、容器１１内の温度分布の不均一化の抑制、及び放熱効率を高める。
次に、図２（ａ），（ｂ）の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ校正部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。なお、セパレータの図示は省略している。

凹部２１内には密封器２６が配設されており、密封器２６内には相転移によって熱容量が変化する温度相転移物質２７が収納されている。温度相転移物質２７は、例えば硫酸ナトリウム十水和物である。硫酸ナトリウム十水和物の融点は、３２°Ｃ程度であり、気温が３２°Ｃを超える高温になっても、温度相転移物質２７は、溶融して３２°Ｃ程度に保たれる。密封器２６及び温度相転移物質２７は、熱吸収部としての蓄熱部材２８を構成しており、蓄熱部材２８は、二次電池１０の高温化、及び容器１１内の温度分布の不均一化を抑制する。

次に、図３（ａ），（ｂ）の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。なお、セパレータの図示は省略している。

凹部２１内には複数本の流通管２９が並列状態に配設されている。複数本の流通管２９は、平板形状の一対の絶縁板３０，３１によって挟まれている。複数本の流通管２９の一端は、器部１２の側壁１２１を貫通して容器１１外側へ突出しており、複数本の流通管２９の他端は、器部１２の側壁１２２を貫通して容器１１外へ突出している。側壁１２１の外面には流入管３２が配設されており、複数本の流通管２９の一端が流入管３２に接続されている。側壁１２２の外面には流出管３３が配設されており、複数本の流通管２９の他端が流出管３３に接続されている。

流入管３２、流通管２９及び流出管３３は、循環路を構成しており、冷媒がこの循環路を循環して流通管２９を流通する。冷媒が熱吸収部としての流通管２９を流通することにより、二次電池１０の高温化、及び容器１１内の温度分布の不均一化が抑制される。

次に、図４の第４の実施形態を説明する。第２の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。なお、セパレータの図示は省略している。
負極１４と正極１５とを交互に積層した積層セル１６Ａは、Ｗ字形状に折り返された形状に形成されている。積層セル１６Ａは、積層セル１６Ａの一方の面１６１が間を空けて対向する態様に２箇所で折り返されていると共に、他方の面１６２間を空けて対向する態様に１箇所で折り返されている。面１６１が間を空けて対向する態様となる積層セル１６Ａの凹部２１Ａ，２１Ｂ（折り返された内側）、及び面１６２が間を空けて対向する態様となる積層セル１６Ａの凹部２１Ｃ（折り返された内側）には蓄熱部材２８が配設されている。蓄熱部材２８は、積層セル１６Ａによって蓄熱部材２８を挟み込んで積層セル１６Ａに予め固定されている。

第４の実施形態では第２の実施形態と同じ効果が得られる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１の実施形態において、折り返された積層セル１６によって熱伝達部材２４及び平板２２，２３を挟み込んで積層セル１６に予め固定しておいてもよい。

○第２の実施形態において、折り返された積層セル１６，１６Ａによって蓄熱部材２８を挟み込んで積層セル１６，１６Ａに予め固定しておいてもよい。
○第３の実施形態において、流通管２９に外気を流すようにしてもよい。

前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
（イ）前記積層セルは、１回のみ折り返された形状に形成されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。

１０…二次電池。１１…容器。１４…負極。１５…正極。１６，１６Ａ…積層セル。１６１，１６２…面。２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…凹部。２４…熱吸収部としての熱伝達部材。２５…セパレータ。２７…温度相転移物質。２８…熱吸収部としての蓄熱部材。２９…熱吸収部としての流通管。

Claims

シート状の正極と、シート状の負極と、セパレータとを備え、前記正極と前記負極とは交互に前記セパレータを介在させて積層してなる積層セルと、前記積層セルに含浸された電解液とを有する二次電池において、
前記積層セルは、前記積層セルの面が間を空けて対向する態様に折り返されており、折り返された前記積層セルの間に前記積層セルからの熱を吸収可能な熱吸収部が設けられており、該熱吸収部は、温度相転移物質を備えている二次電池。
シート状の正極と、シート状の負極と、セパレータとを備え、前記正極と前記負極とは交互に前記セパレータを介在させて積層してなる積層セルと、前記積層セルに含浸された電解液とを有する二次電池において、
前記積層セルは、前記積層セルの面が間を空けて対向する態様に折り返されており、折り返された前記積層セルの間に前記積層セルからの熱を吸収可能な熱吸収部が設けられており、前記二次電池は、さらに前記積層セル及び前記電解液が収容される容器を有し、前記熱吸収部は、前記容器に連結された銅またはアルミニウムからなる熱伝達部材を備えている二次電池。
シート状の正極と、シート状の負極と、セパレータとを備え、前記正極と前記負極とは交互に前記セパレータを介在させて積層してなる積層セルと、前記積層セルに含浸された電解液とを有する二次電池において、
前記積層セルは、前記積層セルの面が間を空けて対向する態様に折り返されており、折り返された前記積層セルの間に前記積層セルからの熱を吸収可能な熱吸収部が設けられており、該熱吸収部は、冷媒が流通される流通管が備えられている二次電池。