(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の二次電池(２)を併設して、これらを互いに電気的に接続してなり、少なくとも１本の二次電池(２)は、他の二次電池(２)との位置関係によって他の二次電池(２)とは放熱性が異なる組電池において、前記複数本の二次電池(２)は、正負一対の電流取出し端子とは電気的に絶縁された部分を互いに接触させて配備され、各二次電池(２)は、正負一対の電流取出し端子とは電気的に絶縁された円筒状の電池缶(21)を有し、該電池缶(21)の外周面には、他の二次電池(２)と接触すべき平坦な接触面(22)が形成されていることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記電池缶(21)の外周面を平面研磨して接触面(22)が形成されている請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
複数本の二次電池(２)を併設して、これらを互いに電気的に接続してなる組電池において、各二次電池(２)は、正負一対の電流取出し端子とは電気的に絶縁された円筒状の電池缶(21)を有し、該電池缶(21)の外周面には、他の二次電池(２)の電池缶(21)と接触すべき平坦な接触面(22)が形成され、前記複数本の二次電池(２)は接触面(22)を互いに接触させて配備されていることを特徴とする組電池。
【請求項４】
前記電池缶(21)の外周面を平面研磨して接触面(22)が形成されている請求項３に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム電池、ニッケルカドニウム電池、ニッケル水素電池などの二次電池を複数本併設し、これらを互いに並列若しくは直列に接続してなる組電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に二次電池からなる組電池においては、充放電時に各二次電池が発熱し、温度上昇によって二次電池の容量が変化することになるが、組電池の場合、各二次電池の温度はその位置によって異なり、例えば周囲を他の電池で包囲された内側の電池は、外側の電池よりも高温となる。この様に温度が相違することによって、各電池の容量にバラツキが生じると、これらの電池を直列に接続した場合、容量が最も少ない電池が消耗すると、その時点で他の電池の容量が未だ残存していたとしても、組電池としての出力は零となる。
特に、リチウム電池においては、−２０℃〜６０℃の範囲で放電容量に大きなバラツキが生じるため、上述の問題は大きなものとなる。
【０００３】
そこで従来は、図６に示す如く筐体(１)の内部に、複数の二次電池(2a)(2b)を相互間に空間を設けて配備し、内側の二次電池(2b)の放熱性を改善することにより、外側の二次電池(2a)と内側の二次電池(2b)の温度差を出来るだけ小さくする工夫が為されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６の如く二次電池相互間に空間を設けることによって組電池全体が大型化するばかりでなく、依然として内側の二次電池(2b)は放熱性が悪いため、外側の二次電池(2a)よりも高温となり、上記の問題は解消されない。
そこで本発明の目的は、各二次電池の温度を従来よりも均一化することが可能な組電池を提供することである。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、少なくとも１本の二次電池(２)が他の二次電池(２)との位置関係によって他の二次電池(２)とは放熱性が異なる組電池において、前記複数本の二次電池(２)が、正負一対の電流取出し端子とは電気的に絶縁された部分を互いに接触させて配備されていることを特徴とする。
上記本発明に係る組電池においては、複数本の二次電池(２)が互いに接触しているため、二次電池相互間で熱伝導が生じ、これによって各二次電池の温度が均一化される。
【０００６】
具体的構成において、各二次電池(２)は、正負一対の電流取出し端子とは電気的に絶縁された円筒状の電池缶(21)を有し、該電池缶(21)の外周面には、他の二次電池(２)と接触すべき平坦な接触面(22)が形成されている。該接触面(22)は、例えば電池缶(21)の外周面を平面研磨して形成することが出来る。
該具体的構成によれば、二次電池相互間の接触面積が大きくなって、大きな熱伝導量が得られ、各二次電池の温度が効率的に均一化される。
【０００７】
本発明に係る他の組電池において、各二次電池(２)は、正負一対の電流取出し端子とは電気的に絶縁された円筒状の電池缶(21)を有し、該電池缶(21)の外周面には、他の二次電池(２)の電池缶(21)と接触すべき平坦な接触面(22)が形成され、前記複数本の二次電池(２)は接触面(22)を互いに接触させて配備されている。
上記本発明に係る組電池によれば、二次電池相互間に大きな接触面積が得られ、各二次電池の温度が効率的に均一化される。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係る組電池によれば、各二次電池の温度を従来よりも均一化することが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリチウム二次電池の組電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る組電池は、図１に示す如く、筐体(１)の内部に複数本の二次電池(２)を併設し、これらの二次電池(２)を複数の連結電極(４)によって互いに直列に接続して構成されている。電気的に両端の二次電池(２)(２)にはそれぞれ正電極片(５)及び負電極片(６)が連結されており、両電極片(５)(６)から出力電流を取り出すことが出来る。
各二次電池(２)は、電流取出し端子とは電気的に絶縁された金属製の円筒状電池缶(21)を具えている。
【００１１】
上記複数本の二次電池(２)は、図２に示す如く前記電池缶どうしが互いに直接に接触しており、これによって、内側の二次電池(2b)と外側の二次電池(2a)の温度の均一化が図られている。
【００１２】
温度の均一化を更に効率的なものとするためには、図３(ａ)に示す様に、各二次電池(２)の電池缶(21)の外周面を研磨して、平坦な接触面(22)を形成することが有効である。例えば、外径が６０ｍｍ、肉厚が２ｍｍの電池缶(21)の場合、０.７５ｍｍの深さｔまで平面研磨を施すことによって、幅Ｂが約１３ｍｍの接触面(22)が形成されることになる。
従って、図３(ｂ)の如く隣接する二次電池(２)(２)の電池缶(21)(21)の接触面(22)(22)どうしを互いに接触させることによって、両二次電池(２)(２)間に大きな熱伝導面積を形成することが出来、この結果、両二次電池(２)(２)の温度を均一化することが可能である。
【００１４】
更に、図４に示す如く外周面に平面部を有する断面長円状の二次電池(２)からなる組電池においては、前記平面部を互いに接触させて二次電池を配備することにより、二次電池間に大きな熱伝導面積を形成することが出来、これによって、各二次電池(２)の温度を均一化することが出来る。
【００１５】
尚、二次電池(２)として採用されるリチウム電池は、周知の種々の構成が採用可能であって、例えば負極材料としては、黒鉛、コークスなどの炭素材料、リチウム金属、リチウム合金、ＬｉxＦｅ2Ｏ3、ＬｉxＷＯ2などの金属酸化物、或いはポリアセチレンなどの導電性高分子が挙げられる。特に黒鉛などの炭素材料を負極に用いた場合、優れた効果が発揮される。炭素材料に用いられる黒鉛、コークスとしては、粉砕したものをそのまま用いてもよく、加熱処理(５００〜３７００℃)、酸処理、アルカリ処理、膨張化処理などの前処理を施したものを用いてもよい。又、黒鉛のｄ002値は３.３５Å以上、３.３７Å以下、Ｌｃは４００Å以上が好ましい。
正極としては、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4等の金属酸化物、及びこれらの複合酸化物が好適である。
電解質としては、リチウムイオンなどの金属イオンを含むＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3等の電解質が例示される。又、電解液の有機溶媒としては、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメトキシエタン、スルホランなどを単独で或いは混合して用いることが出来る。電解液は、これら溶媒に前記電解質を０.７〜１.５ｍｏｌ／ｌ程度の割合で溶かした溶液が例示される。
【００１６】
上記の材料を用いて、次の様にしてリチウム電池を作製した。
正極の作製
正極活物質としてのＬiＣoＯ2(リチウム複合酸化物)は、リチウムの水酸化物とコバルトの水酸化物を混合し、空気中８００℃で２４時間の焼成を施して得た。この正極活物質と導電剤としての人工黒鉛を重量比９０：５で混合し、正極合剤を作製した。次に、結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)に溶解させて、ＮＭＰ溶液を調製した。そして、正極合剤とポリフッ化ビニリデンの重量比が９５：５となる様に正極合剤とＮＭＰ溶液を混合して、スラリーを調製し、このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間乾燥して正極を作製した。
【００１７】
負極の作製
炭素塊(ｄ002＝３.３５６Å；Ｌｃ＞１０００Å)に空気流を噴射して粉砕し、これをふるいにかけて、平均粒子径１０μｍの炭素粉末を作製した。又、結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮＭＰに溶解させてＮＭＰ溶液を調製し、炭素粉末とポリフッ化ビニリデンの重量比が８５：１５となる様に混練してスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体としての銅箔の両面にドクターブレード法によって塗布し、１５０℃で２時間真空乾燥して負極を作製した。
【００１８】
電解液の調製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒に、ＬiＰＦ6を１mol／lの割合で溶解し、電解液を調製した。
【００１９】
電池の組立
セパレータとして、イオン透過性のポリプロピレン性の微多孔性膜を用い、正極と負極の間にセパレータが介在する様に、セパレータ、正極、セパレータ及び負極の４枚を重ねて渦巻き状に複数回巻いて、巻き取り電極体を作製した。そして、該巻き取り電極体を用いて、図５に示す如き二次電池(２)を組み立てた。
該二次電池(２)は、電池缶(21)内に、正極(23)、負極(24)及びセパレータ(25)からなる巻き取り電極体を収容すると共に、正極(23)には正極リード(26)を介して正極電流取出し端子(28)を接続し、負極(24)には、負極リード(27)を介して負極電流取出し端子(29)を接続して構成されている。
尚、電池缶(21)は、ポリプロピレン製パッキンによって両電流取出し端子(28)(29)とは電気的に絶縁されている。
【００２０】
組電池の作製
本発明の組電池の効果を実証するべく、上述のリチウム二次電池を８本用いて、これらを互いに接触させて配備し、図２に示す如き組電池(本発明電池１)を作製した。又、図３に示す如く電池缶(21)の外周面に平坦な接触面(22)を有する８本のリチウム二次電池を用いて組電池(本発明電池２)を作製した。
更に、８本のリチウム二次電池を図６に示す如く相互間に空間を設けて配備し、比較電池を作製した。
尚、何れの電池の電池缶も、外径が６０ｍｍ、長さが３００ｍｍに形成されている。本発明電池２の接触面(22)の幅Ｂは１３ｍｍに形成されている。又、比較電池において、電池の間隔は５ｍｍに設定されている。
【００２１】
充放電特性
そして、上記の本発明電池１、本発明電池２、及び比較電池について、室温にて充放電試験を行ない、電池温度を測定した。その結果を表１に示す。尚、充放電は定電流法を用い、充電電流３０Ａ、充電終止電圧４.１Ｖ、放電電流３０Ａ、放電終止電圧２.７Ｖにて、各組電池の放電容量を調べた。
又、各組電池について充放電サイクルを繰り返し、５００サイクル後の放電容量を調べた。更に、サイクル劣化率を下記数１の様に定義し、５００サイクル後のサイクル劣化率を算出した。その結果を表２に示す。
【００２２】
【数１】
サイクル劣化率(％／サイクル)＝(Ａ／Ｂ)／サイクル数×１００
ここで、Ａ＝初期放電容量−５００サイクル後の放電容量
Ｂ＝初期放電容量
【００２３】
【表１】
0003639439.tif 000002
【表２】
0003639439.tif 000003
【００２４】
表１の結果から明らかな様に、比較電池に比べて、本発明電池１、２では、内側の電池と外側の電池の温度差が十分に小さなものとなっており、本発明の組電池によれば、各電池の温度が十分に均一化されることが分かる。
又、表２の結果から明らかな様に、比較電池に比べて、本発明電池１、２ではサイクル劣化率が小さくなっており、本発明の組電池はサイクル特性が優れていると言える。
【００２５】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図３(ａ)(ｂ)に示す如く平坦な接触面(22)を形成する方法としては、平面研磨に限らず、プレス成型によって電池缶(21)の一部に平坦部を形成する方法も採用可能である。
又、各二次電池は、隣接する全ての二次電池と接触させる必要はなく、少なくとも１本の二次電池と接触させた構成においても、ある程度の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る組電池を表わす斜視図である。
【図２】  該組電池における複数本の二次電池の配置を示す正面図である。
【図３】  電池缶の外周面に平坦な接触面を形成した２本の二次電池の組合せを表わす拡大断面図である。
【図４】 外周面に平面部を有する二次電池からなる組電池において、複数本の二次電池の配置を示す正面図である。
【図５】 二次電池の断面図である。
【図６】 従来の組電池において、複数本の二次電池の配置を示す正面図である。
【符号の説明】
(１)  筐体
(２)  二次電池(２)
(2a)  外側の二次電池
(2b)  内側の二次電池
(21)  電池缶
(22)  接触面
【図１】
0003639439.tif 000004
【図２】
0003639439.tif 000005
【図３】
0003639439.tif 000006
【図４】
0003639439.tif 000007
【図５】
0003639439.tif 000008
【図６】
0003639439.tif 000009
【図７】
0003639439.tif 000010