(57)【要約】【課題】積層体内部中央において発生した熱も良好に外部へ放熱して熱暴走を抑え、サイクル寿命を向上させることができる二次電池を提供する。【解決手段】正極端子１５及び負極端子１６を有する容器１１と、この容器１１の内部に設けられ、正極端子１５に接続された正極板１８と負極端子１６に接続された負極板２０とがセパレータ２１を介して交互に重ねられた積層体１２とを備え、容器１１の内部には、電解液が貯蔵されると共に、高熱伝導率ガスが充填されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子及び負極端子を有する容器と、
この容器の内部に設けられ、前記正極端子に接続された正極板と前記負極端子に接続された負極板とがセパレータを介して交互に重ねられた積層体とを備え、
前記容器の内部には、電解液が貯蔵されると共に、高熱伝導率ガスが充填されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記高熱伝導率ガスは、大気圧よりも高い圧力で充填されていることを特徴とすることを特徴とする二次電池。
【請求項３】
前記容器は、前記高熱伝導率ガスを注入可能なガス供給孔を有し、このガス供給孔に逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記高熱伝導率ガスは、ヘリウムガス又は水素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電を繰り返し行うことができる二次電池は、近年、各種の分野で広範囲にわたって利用されている。例えば、小型タイプであれば、携帯電話やビデオカメラ等の電子機器の電源として利用され、大型タイプであれば、電気自動車の電源や家庭用の蓄電装置等として利用されている。このような二次電池として、積層型のリチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池が開発されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
このような二次電池は、正極板及び負極板の少なくとも一方がセパレータで包装された状態で、正極板及び負極板が互いに交互に積層されて積層体を構成している。そして、正極板及び負極板を収納する容器外壁及び端子部分から、充放電等の際に正極板や負極板などで発生する熱を放熱させている。
この放熱の際の伝熱経路は、容器と積層体との接触部を介した経路、電解液を介した経路、容器と積層体との間に充填された気体（乾燥空気又は窒素）を介した経路がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４５４９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２７３３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の二次電池の場合、積層体中央に発生した熱を外部へ十分に放熱させることができず、積層体の温度が上昇してサイクル寿命を低下させてしまうといった問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、積層体中央において発生した熱も良好に外部へ放熱して熱暴走を抑え、サイクル寿命を向上させることができる二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る二次電池は、正極端子及び負極端子を有する容器と、この容器の内部に設けられ、前記正極端子に接続された正極板と前記負極端子に接続された負極板とがセパレータを介して交互に重ねられた積層体とを備え、前記容器の内部には、電解液が貯蔵されると共に、高熱伝導率ガスが充填されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、容器内部に高熱伝導率ガスが充填されているので、積層体で発生した熱が高熱伝導率ガスを介して、効率よく容器に伝熱される。
すなわち、積層体から高熱伝導率ガスへの熱流束が大きくなると共に、高熱伝導率ガスから容器への熱流束が大きくなる。換言すれば、積層体から高熱伝導率ガスへの伝熱量が大きくなると共に、高熱伝導率ガスから容器への伝熱量が大きくなる。そして、容器外壁から外部へと放熱がなされる。
一方、積層体においては、積層体の表面から高熱伝導ガスへと熱が移動することにより積層体表面側の温度が低下するので、相対的に高温となった積層体中央の熱が積層体表面側へと移動する。そして、この積層体表面側に移動した熱が、積層体の表面から高熱伝導率ガスへと移動し、容器を介して最終的に外部へと放熱される。
従って、積層体の中央において発生した熱を好適に外部へ放熱することができる。
【０００９】
また、本発明に係る二次電池は、前記高熱伝導率ガスは、大気圧よりも高い圧力で充填されていることを特徴とすることを特徴とする。
この構成によれば、高熱伝導率ガスが大気圧以上の圧力で充填されているので、大気圧と同一の圧力で高熱伝導率ガスを充填した場合と比べて、積層体から高熱伝導率ガスへの伝熱量を大きくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係る二次電池は、前記容器は、前記高熱伝導率ガスを注入可能なガス供給孔を有し、このガス供給孔に逆止弁が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、ガス供給孔に逆止弁が設けられているので、高熱伝導率ガスの充填を容易に行うことができる。
【００１１】
前記高熱伝導率ガスは、ヘリウムガス又は水素ガスであることを特徴とする。
この構成によれば、高熱伝導率ガスが、ヘリウムガス又は水素ガスであるので、比較的に高い熱伝導率となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、積層体内部中央において発生した熱も良好に外部へ放熱して熱暴走を抑え、サイクル寿命を向上させることができる二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池を示す一部破断斜視図である。
【図２】図１のII−II線断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係る二次電池１０は、内部に有機溶剤からなる電解液Ｓ（図２参照）を貯蔵する容器１１と、容器１１内に配された積層体１２とを備えている。
【００１５】
図１に示すように、容器１１は、アルミニウム製の箱型に形成されたものである。
この容器１１は、その上部１１ａに正極端子１５、負極端子１６、及び、アルミニウム製の安全弁１７がそれぞれ配されている。また、容器１１の一側壁部１１ｂの下方には、ガス供給孔１１ｃが形成されており、このガス供給孔１１ｃに逆止弁３０が取り付けられている。
【００１６】
安全弁１７は、二次電池１０の熱暴走時に作動して、二次電池１０の安全性を確保している。この安全弁１７により、万一容器１１の内部における温度や圧力が極度に上昇したとしても、容器１１の内部のガスを外部に放出することによって、二次電池１０の安全性を確保している。
この安全弁１７は、容器１１の上部１１ａに掘り込み加工がなされて、容器１１の内圧が所定の圧力以上となった場合に開裂するようになっている。
【００１７】
逆止弁３０は、容器１１の外部から内部（順方向）には流体を流し、逆方向に流れようとすると自動的に閉弁するように構成されている。
【００１８】
積層体１２は、電解液Ｓに下方が浸漬するようにして交互に複数積層された正極板１８及び負極板２０と、正極板１８及び負極板２０との間に配された複数のセパレータ２１とを備えている。なお、図１及び図２では、正極板１８、負極板２０及びセパレータ２１は、図を見やすくするために十分に厚さを有するものとして表示されているが、何れもシート状に構成されており、それぞれ密接している。
【００１９】
正極板１８及び負極板２０の各シート縁部のうち上部１１ａ側の縁部には、タブ１８Ａ，２０Ａがそれぞれ配されている。ここで、正極板１８及び負極板２０において、各タブ１８Ａ，２０Ａは、縁部中央から何れかの側に偏るように配されている。そして、正極板１８及び負極板２０は、互いのタブ１８Ａ，２０Ａが縁部中央から異なる側に偏って重ならないようにして積層されている。このような構成により、正極板１８のタブ１８Ａは正極端子１５と、負極板２０のタブ２０Ａは負極端子１６と、それぞれ接続されている。
【００２０】
セパレータ２１は、隣り合う正極板１８と負極板２０とを絶縁するためのものであり、例えば、ポリプロピレン等のシート状の樹脂製とされている。なお、正極板１８及び負極板２０の少なくとも一方が、タブ１８Ａ又はタブ２０Ａを突出させた状態でセパレータ２１に封着されることで、隣り合う正極板１８と負極板２０とを絶縁するようにしてもよい。
【００２１】
このような構成の積層体１２は、図２に示すように、その下部が電解液Ｓに浸漬している。そして、正極板１８及び負極板２０及びセパレータ２１のそれぞれの接面間には、電解液Ｓが拡散している（毛細管現象）。
【００２２】
この容器１１の内部には、電解液Ｓと共に、ヘリウムガス（高熱伝導率ガス）Ｇが充填されている。
ヘリウムガスＧは、大気圧よりも高い圧力で充填されている。なお、上記の安全弁１７は、ヘリウムガスＧの圧力を基準に、温度や圧力が極度に上昇した場合を想定して設計されている。
このヘリウムガスＧは、まず、容器１１を真空引きにした後に、ガス供給孔１１ｃから逆止弁３０を介して、電解液Ｓと共に充填されたものである。なお、電解液ＳとヘリウムガスＧとを別工程で充填することも可能である。
【００２３】
次に、上記構成からなる二次電池１０の放熱作用について説明する。
まず、二次電池１０が充放電すると、各正極板１８と各負極板２０とにおいて熱が発生し、積層体１２が昇温する。この積層体１２の熱は、積層体１２と容器１１との接触部や電解液Ｓ、あるいはヘリウムガスＧを介して容器１１に熱移動し、主に容器１１の外壁から外部へと放熱される。
【００２４】
ヘリウムガスＧは、高い熱伝導率を有しており、積層体１２及び容器１１の各熱流束が比較的に大きくなる。換言すれば、積層体１２の表面からヘリウムガスＧへの伝熱量が大きくなり、ヘリウムガスＧから容器１１への伝熱量が大きくなる。容器１１の熱は、外部へと放熱される。
【００２５】
積層体１２の表面からヘリウムガスＧに熱が流れると、積層体１２の表面側の温度が低下する。この積層体１２の表面側に対して、積層体１２の中央側（内方側）の温度が高くなり、積層体１２において中央側の熱が表面側に移動する。この表面側に移動した熱は、ヘリウムガスＧに流れて容器１１を介して外部へと放熱される。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、積層体１２からヘリウムガスＧへの熱流束が大きくなると共に、ヘリウムガスＧから容器１１への熱流束が大きくなる。換言すれば、積層体１２からヘリウムガスＧへの伝熱量が大きくなると共に、ヘリウムガスＧから容器１１への伝熱量が大きくなる。要するに、積層体１２の表面の熱が、容器１１に良好に伝熱する。そして、容器１１外壁から外部へと放熱がなされる。
一方、積層体１２においては、積層体１２の表面からヘリウムガスＧへと熱が移動することにより積層体１２表面側の温度が低下するので、相対的に高温となった積層体１２中央の熱が積層体１２表面側へと移動する。そして、この積層体１２表面側に移動した熱が、積層体１２の表面から高熱伝導率ガスへと移動し、容器１１を介して最終的に外部へと放熱される。
従って、積層体内部中央において発生した熱を好適に外部へ放熱することができる。
【００２７】
このヘリウムガスＧに代えて、相対的に熱伝導率が低い窒素や乾燥空気を充填した場合には、積層体１２から容器１１へのガスを介した伝熱量は、小さいものとなる。このため、積層体１２の中央側の熱が内部に篭り易く、積層体１２が過熱する恐れがあった。
これに対して、本実施形態では、積層体１２中央において発生した熱も良好に外部へ放熱して熱暴走を抑えることができると共に、サイクル寿命を向上させることができる。
【００２８】
また、ヘリウムガスＧが大気圧以上の圧力で充填されているので、大気圧と同一の圧力でヘリウムガスＧを充填した場合と比べて、積層体１２からヘリウムガスＧへの伝熱量を大きくすることができる。これにより、積層体１２の中央において発生した熱を良好に外部へ放熱することができる。
【００２９】
また、ガス供給孔１１ｃに逆止弁３０が設けられているので、ヘリウムガスＧの充填を容易に行うことができる。
【００３０】
また、ヘリウムガスＧによれば、各種ガスのうち比較的に熱伝導率が高いので、積層体１２の熱を要綱に外部へと放熱することができる。また、不活性であるので、容器１１内において電解液Ｓや積層体１２に変質を生じさせることがない。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態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において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、容器１１の形状は、箱型に限定されることなく、他の形状を採用することができ、また、材質もアルミニウムに限定されないのは、当然である。
【００３２】
また、上述した実施形態では、高熱伝導率ガスとしてヘリウムガスＧを用いた構成としたが、水素ガスを用いてもよい。この高熱伝導率ガスとしては、熱伝導率が乾燥空気及び窒素ガスよりも高いものを用いることができるが、不活性のものであればより良好である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…二次電池
１１…容器
１１ｃ…ガス供給孔
１２…積層体
１５…正極端子
１６…負極端子
１８…正極板
２０…負極板
２１…セパレータ
３０…逆止弁
Ｇ…ヘリウムガス（高熱伝導率ガス）
Ｓ…電解液
【図１】
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【図２】
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