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図面 (8)

課題

二次電池における非水系電解液の液不足を回避する。

解決手段

二次電池10を構成する容器11は、巻回電極14を収容する器部12と、器部12の上部の開口120を塞ぐ蓋13とから構成されている。蓋13の裏面131には熱伝達部材24が止着されている。熱伝達部材24の下面には収容室111に露出して蓋13側から下方へ向かう第1傾斜面26と第2傾斜面27とが形成されている。第1傾斜面26と第2傾斜面27とは、下方へ向かうにつれて互いに接近してゆき、第1傾斜面26の下縁と第2傾斜面27の下縁とは、交差している。

概要

背景

特許文献1に開示されるこの種の二次電池では、充放電に伴う電極発熱によるサイクル性能電池寿命の低下の問題がある。特許文献1に開示の二次電池では、電池セル内で生じた熱を正極蓋に伝えると共に、正極蓋の熱を放熱フィン放熱するようになっており、電池セル内の高温化の抑制が図られている。

概要

二次電池における非水系電解液の液不足を回避する。二次電池10を構成する容器11は、巻回電極14を収容する器部12と、器部12の上部の開口120を塞ぐ蓋13とから構成されている。蓋13の裏面131には熱伝達部材24が止着されている。熱伝達部材24の下面には収容室111に露出して蓋13側から下方へ向かう第1傾斜面26と第2傾斜面27とが形成されている。第1傾斜面26と第2傾斜面27とは、下方へ向かうにつれて互いに接近してゆき、第1傾斜面26の下縁と第2傾斜面27の下縁とは、交差している。

目的

本発明は、二次電池や蓄電装置における非水系電解液の液不足を回避することを目的とする

効果

実績

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請求項1

シート状の正極と、シート状の負極と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを重ねた電極層と、前記電極層に含浸された非水系電解液とを有し、前記電極層及び前記非水系電解液が容器収容室に配設されている二次電池において、前記容器の天井部から前記収容室側へ突出する熱伝達部材が設けられており、前記熱伝達部材は、前記天井部側から前記収容室側へ向かう誘導面を有している二次電池。

請求項2

前記誘導面は、第1傾斜面と第2傾斜面とからなり、前記第1傾斜面と前記第2傾斜面との交差部が稜線を形成する請求項1に記載の二次電池。

請求項3

前記第1傾斜面及び前記第2傾斜面は、いずれも平面である請求項2に記載の二次電池。

請求項4

前記天井部の外面には吸熱部材が連結されている請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の二次電池。

請求項5

前記熱伝達部材は、前記天井部の前記収容室側に連結されている請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の二次電池。

請求項6

前記容器は、上部に開口を有する器部と、前記天井部であって前記開口を閉じる蓋とを備えている請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の二次電池。

請求項7

二次電池を搭載した車両において、前記二次電池は、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の二次電池である車両。

請求項8

発電部と非水系電解液とを有し、前記発電部及び前記非水系電解液が容器の収容室に配設されている蓄電装置において、前記容器の天井部から前記収容室側へ突出する熱伝達部材が設けられており、前記熱伝達部材は、前記天井部側から前記収容室側へ向かう誘導面を有している蓄電装置。

技術分野

0001

本発明は、シート状の正極と、シート状の負極と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを重ねた電極層と、前記電極層に含浸された非水系電解液とを有し、前記電極層及び前記非水系電解液が容器収容室に配設されている二次電池、二次電池を搭載した車両、及び蓄電装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1に開示されるこの種の二次電池では、充放電に伴う電極発熱によるサイクル性能電池寿命の低下の問題がある。特許文献1に開示の二次電池では、電池セル内で生じた熱を正極蓋に伝えると共に、正極蓋の熱を放熱フィン放熱するようになっており、電池セル内の高温化の抑制が図られている。

先行技術

0003

特開2001−143769号公報

発明が解決しようとする課題

0004

有機電解液(非水系電解液)の最低蒸発温度は100°C程度であり、有機電解液(非水系電解液)が蒸発して液不足がもたらされると、電池性能が低下する。車両に搭載されている二次電池の場合には、夏場の高い気温による蓄熱によって100°C程度まで上昇する可能性があり、特に夏場での電解液不足による電池性能の低下の可能性がある。

0005

発電部と非水系電解液とを有する蓄電装置(例えば電解コンデンサ)においても、有機電解液(非水系電解液)が蒸発して液不足がもたらされる可能性がある。
本発明は、二次電池や蓄電装置における非水系電解液の液不足を回避することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

請求項1乃至請求項6の発明は、シート状の正極と、シート状の負極と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを重ねた電極層と、前記電極層に含浸された非水系電解液とを有し、前記電極層及び前記非水系電解液が容器の収容室に配設されている二次電池を対象とし、請求項1の発明では、前記容器の天井部から前記収容室側へ突出する熱伝達部材が設けられており、前記熱伝達部材は、前記天井部側から前記収容室側へ向かう誘導面を有している。

0007

非水系電解液の蒸気が熱伝達部材の誘導面に付着すると、蒸気の熱が熱伝達部材を介して外部へ放熱され、この放熱によって蒸気が液化する。この液化して誘導面に付着している非水系電解液は、誘導面を伝って下方へ流れてゆく。誘導面を伝って下方へ流れる非水系電解液は、集合して誘導面から離れて落ちる。これにより電解液不足が回避される。

0008

好適な例では、前記誘導面は、第1傾斜面と第2傾斜面とからなり、前記第1傾斜面と前記第2傾斜面との交差部が稜線を形成する。
充放電の繰り返しによって活物質膨張収縮を繰り返し、電池中央部の非水系電解液が押し出されて電池中央部で液不足が生じやすい。又、最も高温化し易い電池中央部での非水系電解液の蒸発によって液不足が生じやすい。互いに接近してゆく一対の傾斜面の交差部を上下方向に見て収容室の中央部付近に位置させれば、誘導面で蒸気を液化した後の非水系電解液が収容室の中央部付近に集中して戻され、電池中央部での非水系電解液の液不足が回避される。

0009

好適な例では、前記第1傾斜面及び前記第2傾斜面は、いずれも平面である。
互いに接近してゆく一対の平面形状の傾斜面は、誘導面として簡便である。
好適な例では、前記天井部の外面には吸熱部材が連結されている。

0010

熱伝達部材の熱の一部は、吸熱部材に吸収される。天井部に連結された吸熱部材は、誘導面での蒸気の液化を促進する。
好適な例では、前記熱伝達部材は、前記天井部の前記収容室側に連結されている。

0011

好適な例では、前記容器は、上部に開口を有する器部と、前記天井部であって前記開口を閉じる蓋とを備えている。
蓋は、熱伝達部材を設ける場所として好適である。

0012

請求項7の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の二次電池を搭載した車両である。
請求項8の発明は、発電部と非水系電解液とを有し、前記発電部及び前記非水系電解液が容器の収容室に配設されている蓄電装置を対象とし、前記容器の天井部から前記収容室側へ突出する熱伝達部材が設けられており、前記熱伝達部材は、前記天井部側から前記収容室側へ向かう誘導面を有している。

0013

発電部としては例えばコンデンサが含まれる。

発明の効果

0014

本発明の二次電池や蓄電装置は、非水系電解液の液不足を回避することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0015

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。
図1(a)のB−B線断面図。
分解斜視図。
第2の実施形態を示す斜視図。
第3の実施形態を示し、(a)は、断面図。(b)は、図5(a)のC−C線断面図。
別の実施形態を示す分解斜視図。
別の実施形態を示す分解斜視図。

実施例

0016

以下、車両に搭載されている二次電池に本発明を具体化した第1の実施形態を図1図3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、上に開口する直方体形状の器部12と、器部12の上部の開口120を塞ぐ蓋13とから構成されている。開口120を塞ぐ蓋13は、容器11の天井部である。

0017

図2に示すように、器部12は、長方形形状の底壁121と、底壁121の一対の長辺から立ち上がる一対の長辺側壁122,123と、底壁121の一対の短辺から立ち上がる一対の短辺側壁124,125とから構成されている。器部12内の収容室111には巻き回された巻回電極14及び非水系電解液が収容されている。巻回電極14は、非水系電解液に浸漬されている。非水系電解液としては、例えば、リチウム塩電解質としてこれを有機溶媒に溶解したものが用いられる。

0018

巻回電極14は、シート状の負極15と、シート状の正極16と、負極15と正極16との間に介在されたセパレータ17とから構成されている。巻回電極14は、負極15と正極16とセパレータ17とを層状に重ねた電極層である。

0019

図1(a)に示すように、負極15には負極リード28が電気的に接続されており、負極リード28は、器部12に電気的に接続されている。正極16には正極リード29が電気的に接続されており、正極リード29は、蓋13に電気的に接続されている。器部12は、例えば銅製であり、蓋13は、例えばアルミニウム製である。なお、器部12と蓋13とは、図示しない絶縁部材によって絶縁されている。

0020

図2に示すように、負極15は、シート状の負極集電体18と、負極集電体18の両面に負極活物質を塗布されて形成された負極活物質層19,20とから構成されている。正極16は、シート状の正極集電体21と、正極集電体21の両面に正極活物質を塗布されて形成された正極活物質層22,23とから構成されている。

0021

正極集電体21は、例えばアルミニウム製であり、正極活物質層22,23は、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物とを正極活物質として含有している。リチウム複合酸化物には例えば黒鉛導電剤として加えられており、バインダとしては例えばポリフッ化ビニリデンが用いられる。負極集電体18は、例えば銅製である。負極活物質層19,20は、例えば、リチウムイオン吸蔵及び放出が可能なケイ素酸化物及び炭素系材料を負極活物質として含有している。

0022

図1(b)に示すように、蓋13の裏面131(下面)には、蓋13(天井部)から収容室111側へ突出するように熱伝達部材24が止着されている。本実施形態では、熱伝達部材24は、アルミニウム製である。蓋13の外面132(上面)には吸熱部材としてのペルチェ素子25が止着されている。ペルチェ素子25は、二次電池10から電流供給を受けて蓋13の熱を吸収する。

0023

図3に示すように、長方形形状の蓋13の裏面131に連結される熱伝達部材24は、蓋13よりも小さい長方形の略板形状に形成されている。熱伝達部材24の下面には収容室111に露出して蓋13側から下方へ向かい、蓋13から収容室111側へ向かう第1傾斜面26と第2傾斜面27とが形成されている。第1傾斜面26及び第2傾斜面27は、いずれも平面形状に形成された誘導面である。第1傾斜面26は、下方へ向かうにつれて熱伝達部材24の一方の長辺241側から他方の長辺242側へ向かう下り勾配の形状に形成されている。第2傾斜面27は、下方へ向かうにつれて熱伝達部材24の長辺242側から長辺241側へ向かう下り勾配の形状に形成されている。

0024

第1傾斜面26と第2傾斜面27とは、下方へ向かうにつれて互いに接近してゆき、第1傾斜面26の下縁と第2傾斜面27の下縁とは、交差している。第1傾斜面26と第2傾斜面27との交差部240は、直線形状の稜線を形成している。直線形状の交差部240は、上下方向に見て一対の長辺側壁122,123の中間に位置する。つまり、交差部240は、上下方向に見て収容室111の中央部付近に位置している。

0025

次に、第1の実施形態の作用を説明する。
二次電池10が充放電を繰り返すと、負極活物質層19,20及び正極活物質層22,23が膨張・収縮を繰り返す。負極活物質層19,20及び正極活物質層22,23の膨張・収縮の繰り返しは、巻回電極14の巻き回し中央部における非水系電解液が巻回電極14の巻き回し中央部から押し出す。又、二次電池10の巻き回し中央部付近の温度が非水系電解液の蒸発温度に達すると、巻き回し中央部付近の非水系電解液が蒸気になる。蒸気の一部は、第1傾斜面26及び第2傾斜面27に付着する。

0026

第1傾斜面26及び第2傾斜面27に付着した蒸気の熱は、熱伝達部材24を介して蓋13に伝達し、蓋13の熱は、ペルチェ素子25によって吸熱される。これにより、第1傾斜面26及び第2傾斜面27に付着した蒸気が液化する。第1傾斜面26に付着している非水系電解液は、第1傾斜面26を伝いながら降下してゆき、第2傾斜面27に付着している非水系電解液は、第2傾斜面27を伝いながら降下してゆく。傾斜面26,27を降下してゆく非水系電解液は、交差部240から下方へ滴下する。交差部240から下方へ滴下する非水系電解液は、巻回電極14の巻き回し中央部に供給される。

0027

第1の実施形態では以下の効果が得られる。
(1)互いに接近してゆく一対の傾斜面26,27の交差部240が上下方向に見て収容室111の中央部付近に位置しているため、傾斜面26,27で蒸気を液化した非水系電解液が収容室111の中央部付近に集中して戻される。その結果、二次電池10の中央部(巻回電極14の巻き回し中央部)での非水系電解液の液不足が回避される。

0028

(2)互いに接近してゆく一対の平面形状の傾斜面26,27は、形成容易な誘導面の形状である。
(3)容器11の収容室111の上方(巻回電極14の上方)にある蓋13は、熱伝達部材24を設ける場所として好適である。

0029

(4)蓋13の外面132に連結されているペルチェ素子25は、傾斜面26,27での蒸気の液化促進に寄与する。
(5)車両に搭載されている二次電池10は、夏場の高い気温による蓄熱によって100°C程度まで上昇する可能性がある。非水系電解液の蒸発による二次電池10の中央部(巻回電極14の巻き回し中央部)での液不足は、車両に搭載されている二次電池10において特に顕著になりやすい。つまり、車両に搭載されている二次電池10は、本発明の適用対象として特に好適である。

0030

次に、図4の第2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。
熱伝達部材24Aは、蓋13の下面に止着される平板形状の基板30と、基板30の下面に垂下形成された多数の誘導ピン301,302,303,304とから構成されている。誘導ピン301,302,303,304は、この順に長い長さに形成されている。複数の誘導ピン301は、基板30の長手方向に直列に配列されており、複数の誘導ピン302は、基板30の長手方向に直列に配列されている。複数の誘導ピン303は、基板30の長手方向に直列に配列されており、複数の誘導ピン304は、基板30の長手方向に直列に配列されている。

0031

誘導ピン301,302は、巻回電極14の巻き回し中央部を指向している。誘導ピン301,302,303,304の周面は、誘導面となり、誘導ピン301,302,303,304の周面に付着した非水系電解液の蒸気は、誘導ピン301,302,303,304の周面上で液化する。誘導ピン301,302,303,304の周面上で液化した非水系電解液は、誘導ピン301,302,303,304の周面を伝って降下し、誘導ピン301,302,303,304の先端から落下する。

0032

巻回電極14(図2参照)の巻き回し中央部を指向する誘導ピン301,302の周面を伝う非水系電解液は、巻回電極14の巻き回し中央部に供給される。
第2の実施形態では、第1の実施形態における(1),(5)項と同様の効果が得られる。又、誘導ピン301,302,303,304の本数あるいは誘導ピン301,302,303,304の径を増すことによって誘導ピン301,302,303,304の周面の総面積を増やすことができる。これは、非水系電解液の蒸気の付着面積増して液化を促進するのに寄与する。

0033

次に、図5(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。
図5(a)に示すように、二次電池31を構成する容器11の収容室111内にはシート状の複数の負極32とシート状の複数の正極33とを交互に積層した電極層34が配設されている。電極層34は、U字形状に折り曲げられた形状に形成されている。隣接する負極32と正極33との間には絶縁性のセパレータ35が介在されている。セパレータ35は、負極32と正極33との電気的接触を阻止する。

0034

図5(b)に示すように、正極33と負極32とを交互にセパレータ35を介在させて積層した電極層34は、U字形状に折り返されている。電極層34は、非水系電解液に含浸されている。

0035

各負極32には集電端子36が電気的に接続されており、集電端子36には負極リード端子37が電気的に接続されている。負極リード端子37は、蓋13を貫通して容器11外へ突出している。各正極33には集電端子38が電気的に接続されており、集電端子38には正極リード端子39が電気的に接続されている。正極リード端子39は、蓋13を貫通して容器11外へ突出している。

0036

負極32は、シート状の負極集電体40と、負極集電体40の両面に負極活物質を塗布されて形成された負極活物質層41,42とから構成されている。正極33は、シート状の正極集電体43と、正極集電体43の両面に正極活物質を塗布されて形成された正極活物質層44,45とから構成されている。

0037

蓋13の下面には熱伝達部材46が下方に突出する形状に一体形成されている。熱伝達部材46は、第1の実施形態における一対の傾斜面26,27と同形状の一対の傾斜面47,48を有している。

0038

第3の実施形態では、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。
図6に示すように、薄板を折り曲げて一対の誘導片49,50を形成した熱伝達部材51を用いてもよい。誘導片49,50の下面及び上面は、収容室に露出して蓋13側から下方へ向かう誘導面となる。この実施形態では、誘導面の総面積が第1の実施形態における誘導面の総和の2倍程度になり、非水系電解液の蒸気の液化促進が第1の実施形態の場合よりも更に向上する。

0039

図7に示すように、蓋13側から収容室111側へ向かう頂点を形成する四角錐形状の熱伝達部材52を用いてもよい。4つの錐面521,522,523,524は、収容室に露出して蓋13側から下方へ向かう誘導面となる。

0040

○第1,3,4の実施形態における誘導面を曲面にしてもよい。
○平板に複数のパンチ孔をあけ、このときに生じるバリの表面を誘導面としてもよい。
○ペルチェ素子の代わりに、磁気冷凍素子スピンゼーベック効果を利用した吸熱手段を用いてもよい。

0041

○ペルチェ素子の代わりに、放熱フィンを用いてもよい。
○発電部と非水系電解液とを有する蓄電装置(例えば電解コンデンサ)に本発明を適用してもよい。発電部及び非水系電解液は、容器の収容室に配設されており、容器の天井部から収容室側へ突出する熱伝達部材が設けられており、熱伝達部材は、天井部側から収容室側へ向かう誘導面を有している。

0042

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)前記熱伝達部材は、前記天井部に一体形成されている請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の二次電池。

0043

10,31…二次電池。11…容器。111…収容室。12…器部。120…開口。13…天井部である蓋。131…裏面。132…外面。14…電極層としての巻回電極。15…負極。16…正極。17…セパレータ。24,24A,46,51,52…熱伝達部材。240…交差部。25…吸熱部材としてのペルチェ素子。26…誘導面としての第1傾斜面。27…誘導面としての第2傾斜面。32…負極。33…正極。35…セパレータ。

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