特許 6192467 組電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6192467

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】組電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6567 20140101AFI20170828BHJP

   H01M 2/18 20060101ALI20170828BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20170828BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20170828BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20170828BHJP

   H01M 10/6555 20140101ALI20170828BHJP

   H01M 10/6561 20140101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/6567

   H01M2/18 R

   H01M10/613

   H01M10/647

   H01M10/653

   H01M10/6555

   H01M10/6561

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-203944(P2013-203944)

(22)【出願日】2013年9月30日

(65)【公開番号】特開2015-69873(P2015-69873A)

(43)【公開日】2015年4月13日

【審査請求日】2016年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002174

【氏名又は名称】積水化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100147267

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 真紀子

(74)【代理人】

【識別番号】100119091

【弁理士】

【氏名又は名称】豊山 おぎ

(72)【発明者】

【氏名】安宅 元晴

【審査官】 杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−４８８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−７３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３５１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９０８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０８８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−９６４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−３３７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００２６３００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／０３２６９７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／０２

Ｈ０１Ｍ ２／１８

Ｈ０１Ｍ １０／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質を介して正極板と負極板とが交互に積層された蓄電素子を複数備え、
前記複数の蓄電素子が間隔を置いて配列されるとともに、前記複数の蓄電素子同士の間に冷却機能を有する平板状のセパレータが介装され、
前記セパレータは、互いに隣り合って配置された前記蓄電素子同士の対向面の全面に当接し、
前記セパレータには、前記セパレータの厚さ方向に直交する方向に貫通する貫通孔が前記セパレータの断面の全体にほぼ均等に分散するように形成されていることを特徴とする組電池。

【請求項2】

電解質を介して正極板と負極板とが交互に積層された蓄電素子を複数備え、
前記複数の蓄電素子が間隔を置いて配列されるとともに、前記複数の蓄電素子同士の間に冷却機能を有する平板状のセパレータが介装され、
前記セパレータは、互いに隣り合って配置された前記蓄電素子同士の対向面の全面に当接し、
前記セパレータは、ハニカム構造に形成されていることを特徴とする組電池。

【請求項3】

前記蓄電素子と前記セパレータとの間に発熱手段を有しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。

【請求項4】

前記蓄電素子は、ラミネートを備えた外装材により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の組電池。

【請求項5】

前記蓄電素子は、筒状型の蓄電素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の組電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、組電池に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、リチウムイオン二次電池（以下、「蓄電素子」と称する）は、電池の容量を上げるために複数の蓄電素子を連結させ、電気モジュール（組電池）にして用いられている。この組電池は、体積当たりのエネルギー密度を上げるために複数の蓄電素子を密接又は可及的に近接させて構成されている。
しかし、複数の蓄電素子が互いに密着又は近接すると、充放電時に発熱して高温となり、組電池の寿命が短くなるおそれがある。特に組電池においては、内部の各蓄電素子に熱がこもり易く、寿命が短くなりやすかった。

【0003】

そこで、従来より、例えば特許文献１に示されているように放熱を考慮した組電池が提案されている。
特許文献１の組電池は、ラミネートにより形成された外装材から正極端子と負極端子とを突出形成させ、端子の突出部分が隣り合って配置された蓄電素子に向けてＬ字状に折り曲げられている。
互いに隣り合う蓄電素子同士は間隔を空けて配列され、一方の蓄電素子の正極端子と、他方の蓄電素子の負極端子の折り曲げ部分とを向き合わせて接続させている。

【0004】

そして、特許文献１においては、蓄電素子に冷却風を送風し、この冷却風を正極端子及び負極端子の折り曲げ部分の比較的広い面に当てることにより、全ての蓄電素子及び組電池を冷却している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１９０８８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１においては、隣り合う蓄電素子同士の間が、端子同士でのみ連結された構成であるため、組電池が外部からの衝撃を受けた場合、連結した端子に局所的に荷重がかかり、連結部が破損しやすく組電池の構造の安定性が悪かった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱による蓄電素子の劣化を防止しつつ、各蓄電素子を有効に保護して構造が安定した組電池を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の組電池は、電解質を介して正極板と負極板とが交互に積層された蓄電素子を複数備え、前記複数の蓄電素子が間隔を置いて配列されるとともに、前記複数の蓄電素子同士の間に冷却機能を有する平板状のセパレータが介装され、前記セパレータは、互いに隣り合って配置された前記蓄電素子同士の対向面の全面に当接し、前記セパレータには、前記セパレータの厚さ方向に直交する方向に貫通する貫通孔が前記セパレータの断面の全体にほぼ均等に分散するように形成されていることを特徴とする。
本発明の組電池によれば、各蓄電素子をセパレータにより冷却することができるとともに、セパレータが、蓄電素子の対向面の全面に当接するため、蓄電素子の全体を略均等に支持することができる。
また、上述の構成によれば、セパレータに伝導させた熱を貫通孔を形成する内壁面より効率的に放熱することができる。

【0008】

本発明に係る組電池は、前記蓄電素子と前記セパレータとの間に発熱手段を有しないことが好ましい。

【0010】

本発明の組電池は、電解質を介して正極板と負極板とが交互に積層された蓄電素子を複数備え、前記複数の蓄電素子が間隔を置いて配列されるとともに、前記複数の蓄電素子同士の間に冷却機能を有する平板状のセパレータが介装され、前記セパレータは、互いに隣り合って配置された前記蓄電素子同士の対向面の全面に当接し、前記セパレータは、ハニカム構造に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、セパレータに伝導させた熱を効率的に放熱することができる。

【0011】

本発明に係る組電池の蓄電素子は、ラミネートを備えた外装材を備えていてもよい。
この構成によれば、外装材が可撓性を有するラミネートを備えているため、セパレータの形状に追従させセパレータに効率的に当接させることができる。

【0012】

本発明に係る組電池の蓄電素子は、筒状型の蓄電素子であってもよい。
この構成によれば、筒状型電池の熱による劣化を防止することができるとともに、蓄電素子を有効に保護することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、蓄電素子から生じる熱のセパレータを用いた除去により蓄電素子が劣化（ないし短寿命化）することを防止することができるとともに、セパレータにより各蓄電素子を有効に保護して組電池の構造の安定性を保持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】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る組電池を模式的に示した断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る組電池を構成するセパレータの変形例を示した断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る組電池を構成するセパレータの変形例を示した断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る組電池の変形例を示す模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る組電池の変形例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る実施形態の組電池について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の組電池１は、複数の蓄電素子２，２・・と、複数の蓄電素子２，２の間に介装され冷却機能を具備したセパレータ４ａとを備えている。本実施形態では、蓄電素子２とセパレータ４ａとが積層方向に交互に積層されている。

【0016】

蓄電素子２は、図示しない電解質を介して交互に積層された正極板と負極板とをラミネートを備えた外装材５により封止し、外装材５の両端から正極端子６及び負極端子７を突出させたものである。

【0017】

蓄電素子２は、その厚さ方向に複数間隔を置いて配置されており、その積層方向（厚さ方向でもある）に隣り合う蓄電素子２，２の間には冷却機能を具備したセパレータ４ａが介装されている。
各外装材５から突出した正極端子６及び負極端子７は、正極端子６又は負極端子７毎に一つに束ねられて並列接続とされ一の組電池１を形成している。

【0018】

セパレータ４ａは、蓄電素子２に対向する両表面が平坦な板面に形成され、これら両表面間の厚さが所定寸法に形成された平板状の部材であり、熱伝導性の高いアルミ等の金属やセラミック，シリコン、ガラス、カーボンナノチューブ含有樹脂板等の材料により中実に形成されている。
セパレータ４ａを平面視した表面の外形寸法は、蓄電素子２の外装材５を平面視した外形寸法と略同じ大きさに形成されている。

【0019】

この構成の下に、セパレータ４ａは、積層方向に間隔をおいて位置し、これらセパレータ４ａ，４ａ同士の間に蓄電素子２を挟み込んで蓄電素子２の外装材５の表面（対向面）の全面に略隙間なく当接している。その結果、蓄電素子２は、積層方向に隣り合うセパレータ４ａ，４ａ同士の間で常に全体として一定の厚さ寸法に保つように支持されている。

【0020】

次に、上記構成を有する組電池１の放熱作用について説明する。
組電池１に通電し、電気を充放電すると、各蓄電素子２が発熱し昇温しようとする。しかし、組電池１は、蓄電素子２，２・・同士の間に外装材５の表面に密着して蓄電素子２から受熱することのできるセパレータ４ａが介装されているため、蓄電素子２の熱を素早く除去して蓄電素子２の昇温を防止し又は冷却することができる。そして、蓄電素子２と当接していないセパレータ４ａの端部において蓄電素子２から得た熱を放熱することができる。
なお、セパレータ４ａの放熱は、セパレータ４ａに空気その他の冷媒と連結させることにより効率的に蓄電素子２を放熱させることができる。

【0021】

また、セパレータ４ａ，４ａは、蓄電素子２，２・・同士の間に介装され、外装材５の表面全体に密着しているため、蓄電素子２の厚さ寸法を常にほぼ一定に維持しつつ支持することができる。
したがって、組電池１によれば、蓄電素子２，２・・間に介装されたセパレータ４ａ，４ａ・・により効果的に放熱すなわち冷却することができるとともに、蓄電素子２の厚さをほぼ一定に保って保持することができるという効果が得られる。また、組電池１は、外装材５が可撓性を有するラミネートを備えているため、セパレータ４ａの形状に追従させてセパレータ４ａに効率的に当接させることができるという効果が得られる。

【0022】

次に、本発明の一実施形態の変形例について説明する。以下に説明する変形例１〜４において、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、上記実施形態と異なる構成を中心に説明する。

【0023】

（変形例１）
まず、変形例１について図２を用いて説明する。
変形例１の組電池は、図１に示す組電池１のセパレータ４ａに図２に示すように貫通孔３ｂ，３ｂ・・が形成されている点で上記一実施形態と異なっている。

【0024】

本変形例１のセパレータ４ｂには、図２に示すように、セパレータ４ｂの厚さ方向に直交する方向（すなわちセパレータ４ｂの表面の延在方向に平行）に断面円形の内周面により形成された貫通する貫通孔３ｂ，３ｂ・・が形成されている。

【0025】

貫通孔３ｂ，３ｂ・・は、セパレータ４ｂの断面の全体にほぼ均等に分散するように形成されている。貫通孔３ｂは、冷却空気や冷却水等の冷却媒体を挿通させて蓄電素子２の放熱を促進させることが可能な流路を構成しているとともに、セパレータ４ｂの内部に空間を形成することにより、セパレータ４ｂに弾性を付与している。そして、セパレータ４ｂは、蓄電素子２の表面全体とほぼ同じ大きさに形成されている。
一方、セパレータ４ｂの表面は平坦な板面に形成され、蓄電素子２の外装材５の全面に略密着することができるようになっている。

【0026】

したがって、本変形例１のセパレータ４ｂを備えた組電池１によれば、蓄電素子２において生じた熱をセパレータ４ｂの表面で効率的に受熱するとともに、貫通孔３ｂ，３ｂ・・を形成するセパレータ４ｂの内周面からより効率的に放熱することができる。また、組電池１に衝撃力等が加わった場合に、衝撃力をセパレータ４ｂの全体で受け、かつ、この外力を吸収又は分散することにより緩和することができる。よって、蓄電素子２を高温化させることによる蓄電素子２の劣化をより効果的に防止することができるとともに、衝撃力が加わった場合に蓄電素子２への影響を緩和して保護することができるという効果が得られる。

【0027】

（変形例２）
次に、本発明の変形例２について図３を用いて説明する。
変形例２の組電池は、図１に示す組電池１のセパレータ４ａが図３に示すようにハニカム構造に形成されている点で上記一実施形態と異なっている。セパレータ４ｃは、内部に断面六角形の内壁に囲まれて形成された貫通孔３ｃが形成されている点を除いて、変形例１と同様の構成を備えている。

【0028】

この構成によれば、セパレータ４ｃがハニカム構造に形成されているため、セパレータ４ｃに貫通孔３ｃ，３ｃ・・を効率的に多数形成することができるとともに、セパレータ４ｃにより形成された貫通孔３ｃの断面積を効率よく大きく形成することができる。また、セパレータ４ｃの強度を上げることができる。
一方、セパレータ４ｃの表層部は、外面が平坦でハニカムの形状に沿った凹凸のある厚さを有する板部材により形成されている。

【0029】

したがって、セパレータ４ｃを備えた組電池１によれば、セパレータ４ｃの表面を蓄電素子２の外装材５の全面に当接させて効率よく受熱するとともに、ハニカム構造に形成された内部に素早く熱を伝達し、更に、寸法効率よく形成された貫通孔３を形成する内壁面より効率よく放熱することができる。
したがって、上記変形例１の有する効果が得られると同時に、変形例１よりも更に効率よく蓄電素子２の熱を除去し、かつ、衝撃力をハニカム構造のセパレータ４ｃに均一に分散させて蓄電素子２を保護することができるという効果が得られる。

【0030】

（変形例３）
次に、図４を用いて変形例３の組電池１０について説明する。
変形例３の組電池１０は、セパレータ４ｄの形状が波状に形成され、蓄電素子２と部分的に接触しているとともに、波形のセパレータ４ｄと蓄電素子２，２の外装材５との間に一方向に貫通する貫通孔３ｄを形成している。
具体的には、貫通孔３ｄは、セパレータ４ａの凹条部１１と、外装材５との間に形成されている。

【0031】

また、セパレータ４ｄは、外装材５の表面（対向面）との間で、全体に亘って接触部分が分散するように部分的に当接している。より具体的には、セパレータ４ｄは、貫通孔３ｄの形成方向に交叉する方向に外装材５と略一定間隔おきに当接している。言い換えると、セパレータ４ｄは、蓄電素子２を外装材５の全面に亘って一定間隔おきに支持している。

【0032】

この組電池１０の構成によれば、波形のセパレータ４ｄを通じて蓄電素子２の熱を除去するとともに、大きく形成された貫通孔３ｄに効率よく放熱することができる。また、波形に形成されたセパレータ４ｄは、変形例１，２のセパレータ４ｂ，４ｃよりも弾性力を発揮することができるため、より緩衝力が高い。
したがって、組電池１０の熱による劣化を防止することができるとともに、組電池１０をより効果的に保護することができるという効果が得られる。

【0033】

（変形例４）
次に、図５を用いて変形例４の組電池１２について説明する。
図５は、組電池１２を平面視した図である。本変形例４の組電池１２は、所定の間隔を置いて配列した筒状型の蓄電素子１３を複数列並べ、これらの蓄電素子１３，１３同士の間にセパレータ４ｅ，４ｆを介装させて構成されている。

【0034】

セパレータ４ｅは、所定の厚さ寸法を有する矩形の平板状の部材である。セパレータ４ｅの板面の縦（高さ）寸法（紙面奥行き方向の寸法）は、蓄電素子１３の高さ寸法（筒形状の軸線方向の寸法）と同寸法となっており、横（幅）寸法は、隣り合って配列させた複数の蓄電素子１３の両端部間の寸法により適宜設定されている。本変形例では、蓄電素子１３を２列に並べた際にこれら２つの蓄電素子１３に当接させることができる寸法で形成されている。

【0035】

また、セパレータ４ｆは、セパレータ４ｅよりも幅寸法が大きく形成されている点を除き、セパレータ４ｅと同様に形成されている。
セパレータ４ｅ，４ｆの内部構造としては、上記一実施形態のセパレータ４ａ又は変形例１〜３のセパレータ４ｂ〜４ｄを適宜使用することができ、貫通孔３ｂ〜３ｄを備えたセパレータ４ｂ〜４ｄを適用する場合には、貫通孔３ｂ〜３ｄに適宜冷媒を挿通させて放熱効率を上げることができる。

【0036】

以上の構成の下に、セパレータ４ｅ，４ｆは、それぞれを立設させた状態で、平面視で略格子状に組まれている。蓄電素子１３，１３・・は、セパレータ４ｅ，４ｆに当接する面が可及的に大きくなるようにこれらセパレータ４ｅ，４ｆの間に形成された空間Ｓに配置されている。
以上の構成を有する本変形例４の組電池１２によれば、一実施形態の組電池１又は変形例で述べた組電池１０と同様に、筒状型の蓄電素子１３の発熱による劣化を防止するとともに、筒状型の蓄電素子１３の衝撃力からの保護を図ることができるという効果が得られる。

【0037】

以上、本発明の組電池の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態で示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
例えば、上記実施形態及び変形例１〜３において、セパレータ４ａ〜４ｄは蓄電素子２の外装材５の表面積とほぼ同じ大きさに形成された例を説明したが、セパレータ４ａ〜４ｄは、外装材５の表面積よりも大きく形成され、蓄電素子２をセパレータ４ａ〜４ｄにより挟み込んだ際に、蓄電素子２の外端からセパレータ４ａ〜４ｄの端部が突出するように構成されていてもよい。

【0038】

このように構成することで、蓄電素子２と当接していないセパレータ４ａ〜４ｄの端部から効率的に蓄電素子２の熱を放出することができるという効果が得られる。
また、組電池１，１０，１２は、複数の蓄電素子２，２・・間にセパレータ４ａ〜４ｄのうちそれぞれ同種類のものを用いた構成とされているが、セパレータ４ａ〜４ｄは、組電池１、１０の昇温分布、受熱効率及び放熱効率を適宜考慮して２種類以上組み合わせて用いられてもよい。
また、本発明は、セパレータ４ａ〜４ｄの外形を図１，図５の平板状の蓄電素子２又は筒状型の蓄電池１３以外の蓄電素子の形状に合わせることで、蓄電素子２，１３以外の例えば角形やボタン型等にも適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１，１０，１２…組電池， ２…蓄電素子， ３…流路， ４ａ〜４ｆ…セパレータ， ５…外装体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】