(57)【要約】【課題】電池ケースの内部で生じる不要な電気化学反応を適切に抑制することが可能な電池パックを提供する。【解決手段】電池パックは、電池セル（単電池）２、外装体４、および反応抑制液６を備える。外装体４は、有底形状であり、電池セル２を収容する。反応抑制液６は、外装体４の内部に充填される。反応抑制液６は、電池セル２の内部に流入することで、電池セル２の電気化学反応を抑制する。電池セル２は、電池ケースと弁部３５を備える。電池ケースは、電極体と電解液を密閉状態で内部に収容する。弁部３５は、電池ケースのうち、外装体４に充填された反応抑制液６の液面よりも低い位置に設けられ、電池ケース内の圧力が基準レベル以上に上昇した場合に開放される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電池セルと、
前記少なくとも１つの電池セルを収容する有底形状の外装体と、
前記外装体の内部に充填され、前記電池セルの内部に流入することで前記電池セルの電気化学反応を抑制する反応抑制液と、
を備え、
前記電池セルは、
電極体と電解液を密閉状態で内部に収容する電池ケースと、
前記電池ケースのうち、前記外装体に充填された前記反応抑制液の液面よりも低い位置に設けられ、前記電池ケース内の圧力が基準レベル以上に上昇した場合に開放される弁部と、
を備えたことを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解液を備えた電池を備える電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の二次電池は、軽量で高いエネルギー密度が得られることから、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはＥＶ（電気自動車）、ＨＶ（ハイブリッド自動車）、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド自動車）等の車両駆動用電源として広く用いられている。
【０００３】
二次電池の一例として、電極体と電解液を電池ケースに密閉状態で収容した二次電池が知られている。電極体と電解液を備えた二次電池では、各種の電気化学反応（例えば、充電に伴う化学反応等）の影響でガスが発生する場合がある。電極体と電解液が電池ケースの内部に密閉されている場合、内部でガスが発生すると、電池の内圧が上昇する。例えば、特許文献１に記載の二次電池は、電池の内圧が高くなった場合に内部のガスを外部に排出するためのガス排出弁を備える。これにより、電池の内圧が上昇することの抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の二次電池では、内圧が上昇した際にガス排出弁によってガスが外部に排出された以後も、ガスを発生させる原因となっていた不要な電気化学反応が継続してしまう場合がある。不要な電気化学反応が継続すると、二次電池に不具合（例えば過度の温度上昇等）が生じることも考えられる。
【０００６】
本発明の典型的な目的は、電池ケースの内部で生じる不要な電気化学反応を適切に抑制することが可能な電池パック構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を実現するべく、ここに開示される一態様の電池パックは、少なくとも１つの電池セル（単電池ともいう）と、該少なくとも１つの電池セルを収容する有底形状の外装体と、該外装体の内部に充填され、前記電池セルの内部に流入することで前記電池セルの電気化学反応を抑制する反応抑制液と、を備え、上記電池セルは、電極体と電解液を密閉状態で内部に収容する電池ケースと、該電池ケースのうち、上記外装体に充填された上記反応抑制液の液面よりも低い位置に設けられ、上記電池ケース内の圧力が基準レベル以上に上昇した場合に開放される弁部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成の電池パックでは、外装体に収容される電池セル（単電池）の弁部が反応抑制液の液面よりも低い位置に設けられている。従って、電池ケース内の圧力（内圧）が基準レベル以上に上昇して弁部が開放されると、ガスが電池ケースの内部から外部へ排出されると共に、反応抑制液が電池ケースの内部に流入する。その結果、電池セルの内部で発生している不要な電気化学反応が、反応抑制液によって適切に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電池パック１の概略構成を示す図である。
【図２】電池セル（単電池）２の内部構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示における典型的な実施形態の１つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１１】
本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池（すなわち化学電池）の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（すなわち物理電池）を包含する。以下、電解液を用いた二次電池の一種である扁平角形のリチウムイオン二次電池を採用した場合を例示して、本開示に係る二次電池について詳細に説明する。ただし、本開示に係る二次電池を、以下の実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。
【００１２】
図１を参照して、本実施形態の電池パック１の構成について説明する。電池パック１は、電池セル（単電池）２、外装体４、および反応抑制液６を備える。詳細は後述するが、電池セル２は、電極体２０および電解液１０（図２参照）を内部に備え、単体で二次電池として機能する電池である。一例として、本実施形態では、互いに電気的に接続された複数の電池セル２を備える電池パック１（組電池）を例示して説明を行う。ただし、本開示で例示する技術の少なくとも一部は、電池セルを１つ備えた電池パックにも適用できる。一例として、本実施形態の電池パック１は、互いに電気的に接続された１０個の電池セル２を備える。しかし、電池パック１を組電池とする場合、電池セル２の数を適宜変更できることは言うまでもない。
【００１３】
外装体４は、電池セル２（本実施形態では複数の電池セル２）と反応抑制液６を内部に収容する有底形状（本実施形態では有底箱状）に形成されている。外装体４の形状は、収容されている電池セル２および反応抑制液６の全周を覆う形状であってもよいし、一部（例えば上面）が開放された形状であってもよい。外装体４の材質には、充填された反応抑制液６を保持することが可能な各種材質のいずれかを適宜選択できる。例えば、外装体４の材質として、金属または樹脂が採用されてもよい。外装体４は、剛性を有していてもよいし、適度な可撓性を有していてもよい。なお、図１では、電池パック１の構成の理解を容易にするために、外装体４の材質を透明とした状態で各構成が図示されている。しかし、外装体４の材質は透明である必要は無い。
【００１４】
反応抑制液６は、有底形状の外装体４の内部に充填されている。つまり、反応抑制液６は、電池セル２の少なくとも底部の外周を覆っている。反応抑制液６は、電池セル２の内部に流入した際に、電池セル２の内部で生じるガスの発生反応を抑制する。ガスの発生反応とは、ガスと発生させる原因となる不要な電気化学反応を言う。例えば、電池セル２の一部の不具合等の影響で、電極における電気化学反応が活性化された状態となり、不要なガスを発生させる場合があり得る。この場合、反応抑制液６は、電気化学反応の活性状態を抑制することで、ガスの発生反応を抑制する。一例として、本実施形態の反応抑制液６は、電池セル２の内部に流入して短絡を発生させて放電させることで、電池電圧を低下させて（例えば０Ｖ近くまで低下させて電池を失活させ得る。）ガスの発生反応を抑制する。反応抑制液６の材質には、電気化学反応を抑制することが可能な種々の材質を採用することができる。例えば、凝固点が低く、且つ融点が高いエチレングリコールを主成分とするクーラント等の液状冷却材を、反応抑制液６として使用することができる。また、水等が反応抑制液６として使用されてもよい。
【００１５】
図２を参照して、電池セル２について説明する。本実施形態に係る電池セル２は、電極体２０、電解液１０、および電池ケース３０を備えた密閉型のリチウムイオン二次電池である。ただし、電池セル２として、リチウムイオン二次電池以外の二次電池（例えばニッケル水素二次電池等）が採用されてもよい。
【００１６】
電池ケース３０は、電極体２０および電解液１０を内部に密閉した状態で収容する。本実施形態における電池ケース３０の形状は、扁平な角形である。電池ケース３０は、一端（本実施形態では上端）に開口部を有する箱型の本体３１と、該本体の開口部を塞ぐ板状の蓋体３２を備える。電池ケース３０（詳細には、電池ケース３０の蓋体３２）には、外部接続用の正極端子４２および負極端子４４が設けられている。また、電池ケース３０には、電解液１０を内部に注入するための注入口（図示せず）が設けられている。電池ケース３０の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料等を使用することができる。また、電池ケース３０の形状は、角形以外の形状（例えば円筒状等）であってもよい。
【００１７】
電池ケース３０は、弁部３５を備える。弁部３５は、電池ケース３０内の圧力が基準レベル以上に上昇した場合に開放される。弁部３５が設けられる位置、および弁部３５の機能の詳細については後述する。
【００１８】
電池ケース３０の外周部には、電気絶縁性を有する絶縁部３８が設けられている。絶縁部３８は、電池ケース３０のうち、少なくとも反応抑制液６（図１参照）の液面Ｈから下方の部分の外周面の全体を覆う。従って、電池ケース３０と反応抑制液６を介した電池セル２間の短絡が、絶縁部３８によって抑制される。
【００１９】
絶縁部３８の具体的な構成は、適宜選択できる。一例として、本実施形態では、絶縁性を有する材質（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂材料等）によって形成された絶縁フィルムによって、電池ケース３０の底面および側面の全体が覆われることで、絶縁部３８が形成されている。この場合、絶縁部３８のうち少なくとも弁部３５に対向する位置が、弁部３５が開放されることで破断されるように、絶縁部３８および弁部３５の少なくとも一方が形成されていてもよい。例えば、弁部３５は、開放時に一部を外側に突出させて絶縁部３８を破断してもよい。その結果、弁部３５が開放されることで、反応抑制液６が弁部３５に到達する。また、絶縁部３８と電池ケース３０の外周面の間に反応抑制液６が充填されていてもよい。この場合、絶縁部３８は、内側と外側の間で反応抑制液６の移動を禁止することで、電池セル２間の短絡を防止してもよい。また、弁部３５を含む電池ケース３０の少なくとも外周面が、絶縁性を有する材質によって形成されることで、絶縁部３８が形成されていてもよい。また、電池パック１が、１つの電池セル２のみ備えた場合には、絶縁部３８は省略されてもよい。
【００２０】
本実施形態の電極体２０には、長尺状の正極体（正極シート）５０、長尺状の負極体（負極シート）６０、および、２枚の長尺状のセパレータ（セパレータシート）７０が重ね合わされて長手方向に捲回された捲回電極体が採用されている。詳細には、正極体５０では、長尺状の正極集電体５２の片面または両面（本実施形態では両面）に、長手方向に沿って正極活物質層５４が形成されている。負極体６０では、長尺状の負極集電体６２の片面または両面（本実施形態では両面）に、長手方向に沿って負極活物質層６４が形成されている。なお、電極体２０の捲回軸方向（上記長手方向に直交するシート幅方向）の両側から外方にはみ出すように形成された、正極活物質層非形成部分５２Ａ（即ち、正極活物質層５４が形成されずに正極集電体５２が露出した部分）と、負極活物質層非形成部分６２Ａ（即ち、負極活物質層６４が形成されずに負極集電体６２が露出した部分）には、それぞれ、正極集電板４２Ａおよび負極集電板４４Ａが接合されている。正極集電板４２Ａには正極端子４２が電気的に接続され、負極集電板４４Ａには負極端子４４が電気的に接続されている。なお、電極体の構成を変更することも可能である。例えば、捲回電極体の代わりに積層型の電極体が用いられてもよい。
【００２１】
電極体２０の正負極を構成する材料、部材は、従来の一般的な二次電池に用いられるものと同様のものを制限なく使用可能である。例えば、正極集電体５２には、良好な導電性を有する金属材（アルミニウム、ニッケル、チタン、またはステンレス鋼等）を採用できる。正極活物質層５４の正極活物質としては、例えば層状構造やスピネル構造等のリチウム複合金属酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４，ＬｉＣｒＭｎＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４等）が挙げられる。また、負極集電体６２には、良好な導電性を有する金属材（銅、または銅を主体とする合金等）を採用できる。負極活物質層６４の負極活物質としては、例えば、少なくとも一部にグラファイト構造（層状構造）を含む粒子状（或いは球状、鱗片状）の炭素材料、リチウム遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のリチウムチタン複合酸化物）、リチウム遷移金属複合窒化物等が挙げられる。セパレータ７０としては、従来公知の多孔質シートからなるセパレータを特に制限なく使用することができる。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂から成る多孔質シート（フィルム、不織布等）が挙げられる。
【００２２】
電極体２０とともに電池ケース３０に収容される電解液１０は、典型的には溶媒と支持塩を含む。溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の非水溶媒を用いることができる。支持塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩等を用いることができる。
【００２３】
図１および図２を参照して、電池ケース３０が備える弁部３５について詳細に説明する。弁部３５は、電池ケース３０のうち、外装体４に充填された反応抑制液６の液面の高さＨよりも低い位置に設けられている。換言すると、外装体４に充填される反応抑制液６の量は、電池ケース３０の弁部３５を浸す量以上の量とされる。
【００２４】
本実施形態では、扁平な角形の電池ケース３０の４つの側面のうち、他の電池セル２の電池ケース３０と対向しない２つの側面の各々に設けられている。従って、弁部３５が開放された場合に、反応抑制液６が適切に弁部３５から電池ケース３０の内部に流入する。しかし、弁部３５の位置および数の少なくとも一方を変更することも可能である。例えば、弁部３５は、他の電池セル２の電池ケース３０と対向しない２つの側面の一方にのみ設けられていてもよい。また、電池ケース３０の底面も反応抑制液６に接触している場合には、電池ケース３０の底面に弁部３５が設けられていてもよい。
【００２５】
前述したように、弁部３５は、電池ケース３０内の圧力が基準レベル以上に上昇した場合に開放される。弁部３５が開放されると、電池ケース３０内で発生したガスが、弁部３５を通じて外部へ排出される。その結果、電池ケース３０の内圧の上昇が抑制される。また、弁部３５は反応抑制液６の液面の高さＨよりも低い位置に設けられているので、弁部３５が開放されると、反応抑制液６が弁部３５を通じて内部へ流入する。その結果、電池セル２の内部で発生している不要な電気化学反応（例えばガスの発生反応）が、反応抑制液６によって適切に抑制される。従って、不要な電気化学反応が継続することで生じる不具合が、適切に抑制される。
【符号の説明】
【００２６】
１    電池パック
２    電池セル
４    外装体
６    反応抑制液
１０    電解液
２０    電極体
３０    電池ケース
３５    弁部
【図１】
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【図２】
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