(57)【要約】  本発明の電池パックは、封口部を有する複数個の電池が電気的に接続された組電池と、組電池と電気的に接続され、外部に電気を取り出す端子部と、組電池の周囲の少なくとも一部に配された、熱吸収層および熱伝導層を積層した複層構造とを具備する。熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上である。熱伝導層は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。  これにより、電池パック内の電池が異常時に高温の可燃ガスを放出し、電池パック内部が高温環境下に曝された場合でも、電池パックが破損することのない、小型軽量化が可能な、安全性に優れた電池パックを提供することができる。
2010058587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
封口部を有する複数個の電池が電気的に接続された組電池と、
前記組電池と電気的に接続され、外部に電気を取り出す端子部と、
前記組電池の周囲の少なくとも一部に配された、熱吸収層および熱伝導層を積層した複層構造と、を具備し、
前記熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上であり、
前記熱伝導層は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
各電池の少なくとも前記封口部と対向する部分において、前記複層構造が形成されている請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記熱伝導層および前記熱吸収層の一方が、前記組電池を収納する筐体を形成しており、
前記熱伝導層および前記熱吸収層の他方が、各電池の少なくとも前記封口部と対向する部分において、前記筐体の被覆部を形成している請求項１記載の電池パック。
【請求項４】
前記熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上である、樹脂材料、セラミックス、または無機材料を含む請求項１記載の電池パック。
【請求項５】
前記樹脂材料は、フッ素樹脂、水酸化マグネシウム含有ポリプロピレン樹脂、または変性ポリフェニレンエーテル樹脂である請求項４記載の電池パック。
【請求項６】
前記熱吸収層は、８０℃以上で気化して潜熱により熱を吸収する性質を有する材料を含む請求項１記載の電池パック。
【請求項７】
前記材料は、ブチルゴムまたは含水ジェルである請求項６記載の電池パック。
【請求項８】
前記熱吸収層は、１００℃以上で分解して熱を吸収する性質を有する材料を含む請求項１記載の電池パック。
【請求項９】
前記材料は炭酸水素ナトリウムである請求項８記載の電池パック。
【請求項１０】
前記熱伝導層は、金属からなる請求項１記載の電池パック。
【請求項１１】
前記金属は、銅またはアルミニウムである請求項１０記載の電池パック。
【請求項１２】
前記電池から放出された高温ガスを前記電池パックの外部に排気するための機構を備え、
前記機構は、前記電池パックに設けられた開口部、前記開口部に設けられた逆止弁、および前記開口部と連通し、前記高温ガスを冷却して外部に排気するための導管からなる請求項１記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に異常が発生した場合でも安全性を確保することが可能な電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の多様化に伴い、高容量、高電圧、および高出力を有し、安全性に優れた電池および電池パックが求められている。電池および電池パックの優れた安全性を確保するため、例えば、電池には、電池温度の上昇を防ぐためのＰＴＣ（Positive temperature coefficient）素子や温度ヒューズ、さらには電池の内部圧力を感知して電流を遮断させる保護手段が設けられている。また、電池パックには、電池が異常な状態にならないように制御するための安全回路が設けられている。【０００３】
しかしながら、電池が上記のような保護手段を備えていても、電池が異常な条件下に置かれた場合、電池内部から高温高圧の可燃ガスが噴出する可能性がある。その際、電池を収納する電池パックの筐体が異常な高温環境下に曝され溶融することにより、筐体の一部が破損し、高温の可燃ガスが電池パックの外部に漏れ出す可能性がある。【０００４】
上記への対策としては、例えば、電池から外部に放出された高温の可燃ガスによる筐体の破損を防止するため、筐体材料として耐火性に優れた金属や難燃性樹脂を使用することが提案されている（特許文献１）。また、筐体内部の熱を放熱し易くするため、筐体材料に熱伝導性に優れた樹脂材料を使用することが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１―２２９９８２号公報
【特許文献２】特開２００２―３０４９７４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２記載のように筐体材料が熱伝導性に優れた樹脂材料である場合でも、電池内部から高温の可燃ガスが噴出すると、筐体は異常な高温環境下に曝されて破損する可能性がある。また、特許文献１記載のように筐体材料が金属の場合でも、高温の可燃ガスによる筐体の破損を防止するためには、筐体の厚みを大きくする必要がある。よって、電池パックの小型軽量化が困難である。【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するため、電池パック内の電池が異常時に高温の可燃ガスを放出し、電池パック内部が異常な高温環境下に曝された場合でも、電池パックが破損することのない、小型軽量化が可能な、安全性に優れた電池パック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】
【０００８】
本発明の電池パックの一局面は、
封口部を有する複数個の電池が電気的に接続された組電池と、
前記組電池と電気的に接続され、外部に電気を取り出す端子部と、
前記組電池の周囲の少なくとも一部に配された、熱吸収層および熱伝導層を積層した複層構造と、を具備し、
前記熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上であり、
前記熱伝導層は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。【０００９】
各電池の少なくとも前記封口部と対向する部分において、前記複層構造が形成されているのが好ましい。【００１０】
前記熱伝導層および前記熱吸収層の一方が、前記組電池を収納する筐体を形成しており、前記熱伝導層および前記熱吸収層の他方が、各電池の少なくとも前記封口部と対向する部分において、前記筐体の被覆部を形成しているのが好ましい。【００１１】
前記熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上である、樹脂材料、セラミックス、または無機材料を含むのが好ましい
前記樹脂材料は、フッ素樹脂、水酸化マグネシウム含有ポリプロピレン樹脂、または変性ポリフェニレンエーテル樹脂であるのが好ましい。【００１２】
前記熱吸収層は、８０℃以上で気化して潜熱により熱を吸収する性質を有する材料Ａを含むのが好ましい。
前記材料Ａは、ブチルゴムまたは含水ジェルであるのが好ましい。【００１３】
前記熱吸収層は、１００℃以上で分解して熱を吸収する性質を有する材料Ｂを含むのが好ましい。
前記材料Ｂは炭酸水素ナトリウムであるのが好ましい。
前記熱伝導層は、金属からなるのが好ましい。
前記金属は、銅またはアルミニウムであるのが好ましい。【００１４】
前記電池から放出された高温ガスを前記電池パックの外部に排気するための機構を備え、前記機構は、前記電池パックに設けられた開口部、前記開口部に設けられた逆止弁、および前記開口部と連通し、前記高温ガスを冷却して外部に排気するための導管からなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電池パック内の電池が異常時に高温の可燃ガスを放出し、電池パック内部が異常な高温環境下に曝された場合でも、電池パックが破損することのない、小型軽量化が可能な、安全性に優れた電池パックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池パックの斜視図である。
【図２】図１の電池パックの分解斜視図である。
【図３】図２の組電池の斜視図である。
【図４】図１の電池パックに用いられる導管の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一局面は、封口部を有する複数個の電池が電気的に接続された組電池と、前記組電池と電気的に接続され、外部に電気を取り出す端子部と、前記組電池の周囲の少なくとも一部に配された、熱吸収層および熱伝導層を積層した複層構造とを具備する。
【００１８】
これにより、電池温度の大幅な上昇により電池が高温の可燃ガスを放出して、電池パック内部の筐体が高温の可燃ガスにより、部分的に異常な高温環境下に曝された場合でも、電池パックは熱吸収層を有するため、放出された可燃ガスの熱による部分的かつ異常な温度上昇が抑制される。また、電池パックは熱伝導層を有するため、放出された可燃ガスの熱によって部分的に上昇した温度を拡散させることができる。これにより、電池パック内部が異常な高温環境下に曝されることによる電池パック（筐体）の破損、およびそれによる電池パック外部への可燃ガスの漏出を防ぐことができ、電池パックの安全性が向上する。
【００１９】
ここでいう、熱伝導層とは、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である層のことをいう。熱伝導層は、熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるのが好ましい。例えば、金属の中でも、優れた熱伝導性を有する銅の熱伝導率は３９８Ｗ／ｍ・Ｋである。さらに、集中的に発生した熱を効果的に分散させるためには、熱伝導層は、熱伝導率が５０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであるのがより好ましい。
【００２０】
ここでいう、熱吸収層とは、熱容量の高い材料で構成され、熱分解反応による吸熱や融解による潜熱などにより、比熱（見かけの比熱）が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上である層のことをいう。熱吸収層は、比熱が５０００Ｊ／ｋｇ・℃以下であるのが好ましい。例えば、水の比熱は比較的高く、４２００Ｊ／ｋｇ・℃である。さらに、熱をより効果的に吸収するためには、熱吸収層は、比熱が２０００〜４５００Ｊ／ｋｇ・℃であるのがより好ましい。
【００２１】
熱伝導層および熱吸収層の２層で構成される複層の厚みは、例えば、０．２〜４ｍｍである。熱伝導層は、例えば、厚み０．０１〜３ｍｍである。熱吸収層は、例えば、厚み０．１〜３ｍｍである。電池より放出された可燃ガスの熱の効率よく拡散させるためには、組電池の周囲の少なくとも３０％を熱伝導層で覆うのが好ましい。
【００２２】
熱伝導層としては、例えば、不燃材料である、鉄、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅、およびステンレス鋼のような金属、またはエンジニアリングプラスチックのような熱伝導性の高い樹脂が用いられる。上記金属のなかでも、銅またはアルミニウムが好ましい。エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が挙げられる。
【００２３】
熱吸収層を構成する材料としては、熱を吸収する性質を有する、樹脂材料、セラミックス、または無機材料が好ましい。上記樹脂材料としては、例えば、フッ素樹脂のような不燃樹脂、または水酸化マグネシウム含有ポリプロピレン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）のような難燃性樹脂、または液晶性全芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホン、芳香族ポリアミドのような耐熱性樹脂が挙げられる。
変性ＰＰＥ樹脂は、エーテル基を有する芳香族ポリエーテル樹脂（ＰＰＥ樹脂）を主体とした、ポリスチレン（ＰＳ）のようなスチレン系樹脂等の合成樹脂とのポリマーアロイである。
フッ素樹脂としては、例えば、耐熱性に優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。
樹脂成形可能な限界まで比熱を高めることができるため、水酸化マグネシウム含有ポリプロピレン樹脂は、ポリプロピレン樹脂１００重量部あたり水酸化マグネシウムを５０〜１６０重量部含有するのが好ましい。
上記セラミックスとしては、例えば、耐熱性ガラス、アルミナなどが挙げられる。上記無機材料としては、例えば、カーボンのような不燃材が挙げられる。
【００２４】
熱吸収層は、好ましい形態においては、８０℃以上の高温で気化して潜熱により熱を吸収する性質を有する材料（例えば、ブチルゴムまたは含水ジェル）を含む。
含水ジェルとしては、例えば、（株）ＰＤＭ研究所製のヒートバスターＴＫ２が用いられる。
熱吸収層は、他の好ましい形態においては、１００℃以上の高温で分解して熱を吸収する性質を有する材料（例えば、炭酸水素ナトリウムまたは水酸化アルミニウム）を含むのが好ましい。
【００２５】
上記複層は、さらに熱伝導層および熱吸収層以外の層を含んでいてもよい。例えば、熱伝導層と熱吸収層との間に、必要に応じて、熱伝導層を熱吸収層に接着させるための接着層（例えば、厚み０．２〜１．０ｍｍ）を設けてもよい。接着層に用いられる接着剤の材料については、例えば、エポキシ樹脂系接着剤やアクリル樹脂系接着剤が用いられる。例えば、ＥＭＩ社製のＵＶ硬化型接着剤（商品名「ＯＰＴＯＣＡＳＴ」）、またはハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製の商品名「アラルダイト  スタンダード」が用いられる。接着層は、熱伝導層および熱吸収層との接着性に優れ、両層による効果を阻害することのない材料であればよい。また、接着層が、熱伝導層または熱吸収層を兼ねてもよい。また、熱伝導層または熱吸収層が粘着性を有する樹脂を含む場合は、接着層を設けなくてもよい。熱伝導層および熱吸収層は、それぞれ１層でもよく、２層以上の多層でもよい。
【００２６】
高温の可燃ガスは電池の封口部から放出されるため、各電池の少なくとも封口部と対向する部分において、上記複層構造が形成されていればよい。
本発明の第１の好ましい実施の形態においては、組電地を収納する筐体が、前記熱伝導層および前記熱吸収層を有し、各電池の少なくとも封口部と対向する部分において、前記複層構造が形成されている。
本発明の第２の好ましい実施の形態においては、前記熱伝導層および前記熱吸収層の一方が、前記組電池を収納する筐体を形成しており、前記熱伝導層および前記熱吸収層の他方が、各電池の少なくとも封口部と対向する部分において、筐体の被覆部を形成している。
熱伝導層および熱吸収層を組み合わせて用いることにより、筐体の厚みを薄くすることが可能であり、電池パックの小型軽量化が可能である。
【００２７】
筐体内面に予め筐体被覆部を形成して複層構造を形成してもよく、組電池を筐体被覆部で覆い、それを筐体内に収納して、複層構造を形成してもよい。
筐体および筐体被覆部により複層構造を構成する場合は、組電池の構成、組電池を構成する電池のサイズや種類に応じて、複層構造の形態を容易に変更することができる。例えば、筐体を変更せずに、筐体被覆部の設置箇所や形状を変えることにより、複層構造の設置箇所および設置面積を容易に変更できる。
【００２８】
また、組電池を構成する複数個の電池において、隣接する電池の間に、熱伝導層または熱吸収層からなる仕切り板を配置し、仕切り板を筐体と嵌合可能な構造としてもよい。例えば、仕切り板を、筐体に設けた凹部に嵌合させ、嵌合部分において、仕切り板および筐体により、熱吸収層および熱伝導層の複層を構成してもよい。
【００２９】
電池パックは、例えば、携帯型パーソナルコンピュータやビデオカメラ等の電子機器に用いられる。また、電池パックは、例えば、四輪車や二輪車等の車両に搭載された電装機器の電源、または電気自動車やハイブリッドカー等の動力用電源として用いられる。電池には、例えば、リチウムイオン二次電池およびニッケル水素蓄電池のような二次電池が用いられる。
組電池を構成する複数個の電池は、直列または並列に接続されている。例えば、直列に接続された電池のみで組電池を構成してもよく、直列に接続された電池群の複数個を、並列に接続して組電池を構成してもよい。
【００３０】
以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池パック１の斜視図である。図２は、図１の電池パック１の分解斜視図である。図３は、図１の電池パック１に用いられる組電池３１の斜視図である。
図１および２に示すように、電池パック１は、電気的に直列に接続された５本の円筒形電池３からなる組電池３１、および組電池３１を収納する直方体状の筐体２を備える。円筒型電池３では、正極端子側の端面および負極端子側の端面のいずれか一方が、封口部となる。
図３に示すように、組電池３１を構成する５本の電池３は、正極端子および負極端子の向きを交互に変えて並列に配置されている。５本の電池３において、隣接する正極端子と負極端子とを接続板３２で接続することにより、５本の電池が直列に接続されている。筐体２は外部に電気を取り出し可能な端子部（図示せず）を有し、組電池３１は接続リード（図示せず）を介して端子部と電気的に接続されている。
【００３１】
電池３には、例えば、２６６５０サイズの円筒形リチウムイオン二次電池が用いられる。このリチウムイオン二次電池では、正極端子側の端面が、封口部となる。リチウムイオン二次電池は、正極板、負極板、および正極板と負極板との間に配されるセパレータからなる発電部を備える。
正極板は、例えば、正極集電体、および前記正極集電体に形成された、リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質を含む層を有する。正極活物質には、例えば、ＬｉＣｏＯ2およびＬｉＮｉＯ2のようなリチウム含有複合酸化物が用いられる。
リチウム含有複合酸化物の中でも、ＬｉＣｏＯ2においてＣｏの一部を異種元素で置換したリチウム含有複合酸化物が好ましい。異種元素により、高電圧状態において、活物質表面に良質な被膜が形成される。このため、充電終止電圧を高く設定することができる。
より具体的には、一般式：ＬｉaＭbＮｉcＣｏdＯe（式中、Ｍは、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、およびＭｏからなる群から選択される少なくとも一種の金属であり、０＜ａ＜１．３、０．０２≦ｂ≦０．５、０．０２≦ｄ／ｃ＋ｄ≦０．９、１．８＜ｅ＜２．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、および０．３４＜ｃである。）で表されるリチウム含有複合酸化物が好ましい。上記一般式で表されるリチウム含有複合酸化物の粒子において、粒子の内部よりも粒子の表層部に元素Ｍが多く分布する活物質が好ましい。
正極集電体は、例えば、アルミニウム箔等の金属箔からなる。
【００３２】
負極板は、例えば、負極集電体、および前記負極集電体に形成された、リチウムを可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質を含む層を有する。
負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属リチウム、リチウム含有複合酸化物、リチウムと合金化可能な材料が挙げられる。炭素材料としては、例えば、コークス、熱分解炭素類、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素類、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長炭素系）、不定形炭素、または有機物が焼成した炭素材料が挙げられる。これらを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、メソフェーズ小球体を黒鉛化した炭素材料、または天然黒鉛および人造黒鉛のような黒鉛材料が好ましい。また、リチウムと合金化可能な材料としては、例えば、Ｓｉ単体およびＳｉおよびＯを含む化合物（例えば、ＳｉＯｘ）のようなケイ素材料が挙げられる。これらを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。負極活物質にケイ素材料を使用することにより、高容量化できる。
負極集電体は、例えば、銅箔等の金属箔からなる。
セパレータには、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、またはそれらの複合体が用いられる。セパレータの一部にセラミックスや耐熱性樹脂を用いて、セパレータの熱収縮性を改善してもよい。
【００３３】
筐体２は、有底角筒状の電池収納部２１、および電池収納部２１の開口部を覆う四角板状の蓋２２からなる。蓋２２は溶接等により電池収納部２１に固定される。筐体２は、熱伝導性の高い金属（例えば、銅またはアルミニウム）からなる熱伝導層で構成される。筐体２の内面全体は熱吸収層４（筐体被覆部）で覆われている。このようにして、熱吸収層４および筐体２（熱伝導層）により複層が構成される。熱吸収層４は、例えば接着剤を用いて筐体２と接合することができる。複層は、例えば、厚み０．２〜４ｍｍである。筐体２は、例えば、厚み０．０１〜３ｍｍである。熱吸収層４は、例えば、厚み０．１〜３ｍｍである。
【００３４】
電池パックが複層を備えることにより、電池パック内の電池の内部短絡や過充電等により電池温度が大幅に上昇し、電池が高温の可燃ガスを放出して、電池パック内部が異常な高温環境下に曝された場合でも、組電池の周囲に熱吸収層が配されるため、放出された可燃ガスの熱が熱伝導層へ集中して移動するのが抑制される。また、組電池の周囲に熱伝導層が配されるため、放出された可燃ガスの熱を拡散させることができる。これにより、筐体が異常な高温環境下に曝されることによる筐体の破損、およびそれによる電池パック外部への可燃ガスの漏出を防ぐことができ、電池パックの安全性が向上する。
電池パックを、熱伝導層および熱吸収層の複層で構成することにより、熱伝導層または熱吸収層を単独で用いる場合よりも、筐体の厚みを薄くすることが可能であり、電池パックを小型軽量化することができる。耐熱性を改善することにより、筐体の厚みを、熱伝導層または熱吸収層を単独で用いる場合の１／３〜１／２の厚みにすることが可能となる。
【００３５】
熱吸収層４は、１００℃以上で分解して熱を吸収する性質を有する材料Ｂを含む樹脂で構成される。電池で発生した熱が熱吸収層４に伝わると、材料Ｂが熱分解反応を起こす。この際、熱吸収層４は電池で発生する熱を吸収する。また、熱吸収層４は、材料Ｂの熱分解に伴い発生する気体により膨張し、断熱層となる。従って、熱吸収層４により、筐体外部の電子機器への熱影響を最小限に抑制することができる。
【００３６】
熱吸収層４は、例えば粒子径が０．１〜２０μｍである粒子状の材料Ｂが分散した樹脂層からなるのが好ましい。材料Ｂは、炭酸水素ナトリウム（熱分解温度：約２００℃）および水酸化アルミニウム（熱分解温度：約４００℃）の少なくとも一方が好ましい。
熱吸収層４中の材料Ｂの含有量は、樹脂１００重量部あたり２０〜７０重量部であるのが好ましい。材料Ｂの含有量が、樹脂１００重量部あたり７０重量部超であると、樹脂が占める割合が過度に減少し、樹脂層中の材料Ｂの保持性が低下する場合がある。材料Ｂの含有量が、樹脂１００重量部あたり２０重量部未満であると、材料Ｂが占めえる割合が過度に減少し、上記の材料Ｂによる効果が不十分となる場合がある。
樹脂層は、優れた結着性および耐熱性を有するＰＴＦＥ層であるのが好ましい。
【００３７】
隣接する電池３の間には、仕切り板として板状の熱吸収材（図示しない）が配されている。熱吸収材の厚みは、例えば、０．１〜１ｍｍであり、好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。熱吸収材には、熱吸収層４と同じ材料が用いられる。
【００３８】
電池パック１は、電池から放出された高温の可燃ガスを電池パック１の外部に排気するための機構を備える。この機構は、筐体２に設けられた開口部２３、開口部２３に設けられた逆止弁２４、および開口部２３と連通し、高温ガスを冷却して外部に排気するための導管２５からなる。より具体的には、電池収納部２１は、電池３から排出された可燃ガスを電池パック１の外部へ放出する開口部２３を有する。開口部２３には逆止弁２４が設けられ、開口部２３から電池パック１の内部に大気が流入するのを防止するとともに、排出された可燃ガスが逆流するのを防止する。開口部２３には、複数の折り曲げ部を有する導管２５が溶接等により接続されている。従って、電池パック１より排出された高温の可燃ガスは、導管２５を通過中に空冷され、冷却されたガスが外部に排気される。
【００３９】
可燃ガスの冷却および排気の観点から、導管２５の直径は、３〜１０ｍｍが好ましい。図２の導管２５は、折り曲げ部が５箇所設けられているが、折り曲げ部の数はこれに限定されない。
冷却効果の観点から、折り曲げ部を有する導管は、折り曲げ部の数が１〜５箇所、および長さが２０〜５０ｃｍであるのが好ましい。より好ましくは、折り曲げ部の数は１〜４箇所である。導管が過度に細いもしくは長い、または導管の折り曲げ部の数が過度に多いと、ガスをスムーズに外部に排出することができず、電池パック（筐体）が損傷する場合がある。導管が過度に太いもしくは短い、または導管の折り曲げ部の数が過度に少ないと、ガスを効果的に冷却することができない場合がある。
【００４０】
また、導管２５の代わりに、図４に示す螺旋状の構造を有する導管３５を用いてもよい。可燃ガスの冷却および排気の観点から、導管３５の直径は、３〜１０ｍｍが好ましい。図４の導管３５は、螺旋の周回数が３回であるが、螺旋の周回数はこれに限定されない。
冷却効果の観点から、螺旋状の導管は、螺旋の周回数が１〜５回、および長さが２０〜５０ｃｍであるのが好ましい。導管が過度に細いもしくは長い、または螺旋の周回数が過度に多いと、ガスをスムーズに外部に排出することができず、電池パック（筐体）が損傷する場合がある。導管が過度に太いもしくは短い、または螺旋の周回数が過度に少ないと、ガスを効果的に冷却することができない場合がある。
【００４１】
以下、図１の電池パック１の作製手順の一例を示す。
電池収納部２１および蓋２２における、筐体構成時に内面となる部分に、接着剤を用いて、熱吸収層４を密着させる。電池収納部２１の開口部２３に導管２５の端部を溶接する。電池収納部２１内に組電池３１を設置する。組電池３１の正極端子および負極端子をそれぞれ電池収納部の端子部に接続する。隣接する電池３の間に仕切り板を配置する。電池収納部２１の開口を蓋２２で覆う。蓋２２の周縁部を電池収納部２１の開口端部に溶接する。
【００４２】
本実施形態では、筐体の内面に熱吸収層を配置して複層を構成しているが、複層はこれに限定されない。筐体を熱吸収層で構成し、筐体の内面に熱伝導層を配置してもよい。
上記では、筐体の内面全体が熱吸収層で覆われているが、電池３の封口部と対向する面（図２中のＸ面およびＹ面）のみを熱吸収層で覆ってもよい。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
電池パック内の電池が異常時に高温の可燃ガスを放出し、電池パック内が異常な高温環境下に曝された場合を想定して、以下のような安全性評価試験を実施した。【００４４】
《実験例１》
エポキシ樹脂系接着剤（ＥＭＩ社製、ＵＶ硬化型接着剤、商品名「ＯＰＴＯＣＡＳＴ」）を用いて、厚みが０．３ｍｍであるアルミニウム板（Ａ１０８５材）（熱伝導層）の片面に、耐熱材料として厚みが０．２ｍｍであるＰＴＦＥシート（日本バルカー工業（株）製、バルカロンシート  ７０２０）（熱吸収層）を貼り付け、サンプルＡ（複層）を得た。接着剤層の厚みは、０．７ｍｍであった。【００４５】
《実験例２》
厚みが０．３ｍｍであるアルミニウム板（熱伝導層）の片面に、耐熱材料として厚みが０．２ｍｍである変性ＰＰＥシート（三菱樹脂（株）、ダイアニウム  ＭＳ−９００２）（熱吸収層）を、実験例１と同様の方法で貼り付け、サンプルＢ（複層）を得た。【００４６】
《実験例３》
厚みが０．３ｍｍであるアルミニウム板（熱伝導層）の片面の全体に、吸熱材料として（株）ＰＤＭ研究所製のヒートバスターＴＫ２を塗布し、厚み０．２ｍｍの層（熱吸収層）を形成してサンプルＣ（複層）を得た。【００４７】
《実験例４》
吸熱材料として炭酸水素ナトリウムの粉末９０重量部と、ＰＴＦＥの粉末１０重量部とを乳鉢で混練し、これをシート状に成形し、厚みが０．２ｍｍである成形体を得た。厚みが０．３ｍｍであるアルミニウム板の片面に、この成形体（熱吸収層）を、実験例１と同様の方法で貼り付け、サンプルＤ（複層）を得た。【００４８】
電池パック内で高温ガスが噴出したことを想定して、サンプルＡ〜Ｄに、バーナーにて１４００℃程度の熱を３０秒間加え、サンプルＡ〜Ｄの破損箇所の有無を確認した。
また、比較例として、厚みが０．５ｍｍであるアルミニウム板のサンプルＥ（単層）、厚みが１．０ｍｍであるアルミニウム板のサンプルＦ（単層）、厚みが１．０ｍｍであるＰＴＦＥシートのサンプルＧ（単層）、および厚みが１．０ｍｍである変性ＰＰＥシートのサンプルＨ（単層）を準備し、上記と同様の試験を実施した。サンプルの一部が溶解して穴が開いた場合、破損したと判断した。各サンプルＡ〜Ｇのサイズは、４０ｍｍ×４０ｍｍとした。
上記試験結果を表１に示す。【００４９】
【表１】
2010058587.tif 000003
【００５０】
上記の試験の結果、厚み０．５ｍｍのアルミニウム板のみからなるサンプルＥは破損したが、厚み１．０ｍｍのアルミニウム板のみからなるサンプルＦは破損しなかった。このことから、アルミニウム板だけを用いて破損を防ぐためには、アルミニウム板の厚みを１．０ｍｍにする必要があることがわかった。【００５１】
これに対して、サンプルＥよりも薄い厚み０．３ｍｍのアルミニウム板に、耐熱材料または吸熱材料を塗布または貼り付けたサンプルＡ〜Ｄは破損しなかった。サンプルＡ〜Ｄで用いられた厚み０．３ｍｍのアルミニウム板が破損しなかった理由は、耐熱材料または吸熱材料に熱が移動して、アルミニウム板の温度がその融解温度である６６０℃以上に上がらなかったためであると考えられる。また、耐熱性樹脂のみからなるサンプルＧおよびＨでは、バーナーの炎が当たった部分に熱が集中して、その部分が高温となり、高温部分が溶解して穴が開き、破損した。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の電池パックは、例えば、携帯型パーソナルコンピュータやビデオカメラ等の電子機器の電源として用いられる。また、電池パックは、例えば、四輪車や二輪車等の車両に搭載された電装機器の電源、または電気自動車やハイブリッドカー等の動力用電源として用いられる。
【図１】
2010058587.tif 000004
【図２】
2010058587.tif 000005
【図３】
2010058587.tif 000006
【図４】
2010058587.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月20日(2010.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に異常が発生した場合でも安全性を確保することが可能な電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の多様化に伴い、高容量、高電圧、および高出力を有し、安全性に優れた電池および電池パックが求められている。電池および電池パックの優れた安全性を確保するため、例えば、電池には、電池温度の上昇を防ぐためのＰＴＣ（Positive temperature coefficient）素子や温度ヒューズ、さらには電池の内部圧力を感知して電流を遮断させる保護手段が設けられている。また、電池パックには、電池が異常な状態にならないように制御するための安全回路が設けられている。
【０００３】
しかしながら、電池が上記のような保護手段を備えていても、電池が異常な条件下に置かれた場合、電池内部から高温高圧の可燃ガスが噴出する可能性がある。その際、電池を収納する電池パックの筐体が異常な高温環境下に曝され溶融することにより、筐体の一部が破損し、高温の可燃ガスが電池パックの外部に漏れ出す可能性がある。
【０００４】
上記への対策としては、例えば、電池から外部に放出された高温の可燃ガスによる筐体の破損を防止するため、筐体材料として耐火性に優れた金属や難燃性樹脂を使用することが提案されている（特許文献１）。また、筐体内部の熱を放熱し易くするため、筐体材料に熱伝導性に優れた樹脂材料を使用することが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１―２２９９８２号公報
【特許文献２】特開２００２―３０４９７４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２記載のように筐体材料が熱伝導性に優れた樹脂材料である場合でも、電池内部から高温の可燃ガスが噴出すると、筐体は異常な高温環境下に曝されて破損する可能性がある。また、特許文献１記載のように筐体材料が金属の場合でも、高温の可燃ガスによる筐体の破損を防止するためには、筐体の厚みを大きくする必要がある。よって、電池パックの小型軽量化が困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するため、電池パック内の電池が異常時に高温の可燃ガスを放出し、電池パック内部が異常な高温環境下に曝された場合でも、電池パックが破損することのない、小型軽量化が可能な、安全性に優れた電池パック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】
【０００８】
本発明の電池パックの一局面は、
封口部を有する複数個の電池が電気的に接続された組電池と、
前記組電池と電気的に接続され、外部に電気を取り出す端子部と、
前記組電池の周囲の少なくとも一部に配された、熱吸収層および熱伝導層を積層した複層構造と、を具備し、
前記熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上であり、
前記熱伝導層は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【０００９】
各電池の少なくとも前記封口部と対向する部分において、前記複層構造が形成されているのが好ましい。
【００１０】
前記熱伝導層および前記熱吸収層の一方が、前記組電池を収納する筐体を形成しており、前記熱伝導層および前記熱吸収層の他方が、各電池の少なくとも前記封口部と対向する部分において、前記筐体の被覆部を形成しているのが好ましい。
【００１１】
前記熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上である、樹脂材料、セラミックス、または無機材料を含むのが好ましい。
前記樹脂材料は、フッ素樹脂、水酸化マグネシウム含有ポリプロピレン樹脂、または変性ポリフェニレンエーテル樹脂であるのが好ましい。
【００１２】
前記熱吸収層は、８０℃以上で気化して潜熱により熱を吸収する性質を有する材料Ａを含むのが好ましい。
前記材料Ａは、ブチルゴムまたは含水ジェルであるのが好ましい。
【００１３】
前記熱吸収層は、１００℃以上で分解して熱を吸収する性質を有する材料Ｂを含むのが好ましい。
前記材料Ｂは炭酸水素ナトリウムであるのが好ましい。
前記熱伝導層は、金属からなるのが好ましい。
前記金属は、銅またはアルミニウムであるのが好ましい。
【００１４】
前記電池から放出された高温ガスを前記電池パックの外部に排気するための機構を備え、前記機構は、前記電池パックに設けられた開口部、前記開口部に設けられた逆止弁、および前記開口部と連通し、前記高温ガスを冷却して外部に排気するための導管からなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電池パック内の電池が異常時に高温の可燃ガスを放出し、電池パック内部が異常な高温環境下に曝された場合でも、電池パックが破損することのない、小型軽量化が可能な、安全性に優れた電池パックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池パックの斜視図である。
【図２】図１の電池パックの分解斜視図である。
【図３】図２の組電池の斜視図である。
【図４】図１の電池パックに用いられる導管の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一局面は、封口部を有する複数個の電池が電気的に接続された組電池と、前記組電池と電気的に接続され、外部に電気を取り出す端子部と、前記組電池の周囲の少なくとも一部に配された、熱吸収層および熱伝導層を積層した複層構造とを具備する。
【００１８】
これにより、電池温度の大幅な上昇により電池が高温の可燃ガスを放出して、電池パック内部の筐体が高温の可燃ガスにより、部分的に異常な高温環境下に曝された場合でも、電池パックは熱吸収層を有するため、放出された可燃ガスの熱による部分的かつ異常な温度上昇が抑制される。また、電池パックは熱伝導層を有するため、放出された可燃ガスの熱によって部分的に上昇した温度を拡散させることができる。これにより、電池パック内部が異常な高温環境下に曝されることによる電池パック（筐体）の破損、およびそれによる電池パック外部への可燃ガスの漏出を防ぐことができ、電池パックの安全性が向上する。
【００１９】
ここでいう、熱伝導層とは、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である層のことをいう。熱伝導層は、熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるのが好ましい。例えば、金属の中でも、優れた熱伝導性を有する銅の熱伝導率は３９８Ｗ／ｍ・Ｋである。さらに、集中的に発生した熱を効果的に分散させるためには、熱伝導層は、熱伝導率が５０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであるのがより好ましい。
【００２０】
ここでいう、熱吸収層とは、熱容量の高い材料で構成され、熱分解反応による吸熱や融解による潜熱などにより、比熱（見かけの比熱）が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上である層のことをいう。熱吸収層は、比熱が５０００Ｊ／ｋｇ・℃以下であるのが好ましい。例えば、水の比熱は比較的高く、４２００Ｊ／ｋｇ・℃である。さらに、熱をより効果的に吸収するためには、熱吸収層は、比熱が２０００〜４５００Ｊ／ｋｇ・℃であるのがより好ましい。
【００２１】
熱伝導層および熱吸収層の２層で構成される複層の厚みは、例えば、０．２〜４ｍｍである。熱伝導層は、例えば、厚み０．０１〜３ｍｍである。熱吸収層は、例えば、厚み０．１〜３ｍｍである。電池より放出された可燃ガスの熱の効率よく拡散させるためには、組電池の周囲の少なくとも３０％を熱伝導層で覆うのが好ましい。
【００２２】
熱伝導層としては、例えば、不燃材料である、鉄、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅、およびステンレス鋼のような金属、またはエンジニアリングプラスチックのような熱伝導性の高い樹脂が用いられる。上記金属のなかでも、銅またはアルミニウムが好ましい。エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が挙げられる。
【００２３】
熱吸収層を構成する材料としては、熱を吸収する性質を有する、樹脂材料、セラミックス、または無機材料が好ましい。上記樹脂材料としては、例えば、フッ素樹脂のような不燃樹脂、または水酸化マグネシウム含有ポリプロピレン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）のような難燃性樹脂、または液晶性全芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホン、芳香族ポリアミドのような耐熱性樹脂が挙げられる。
変性ＰＰＥ樹脂は、エーテル基を有する芳香族ポリエーテル樹脂（ＰＰＥ樹脂）を主体とした、ポリスチレン（ＰＳ）のようなスチレン系樹脂等の合成樹脂とのポリマーアロイである。
フッ素樹脂としては、例えば、耐熱性に優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。
樹脂成形可能な限界まで比熱を高めることができるため、水酸化マグネシウム含有ポリプロピレン樹脂は、ポリプロピレン樹脂１００重量部あたり水酸化マグネシウムを５０〜１６０重量部含有するのが好ましい。
上記セラミックスとしては、例えば、耐熱性ガラス、アルミナなどが挙げられる。上記無機材料としては、例えば、カーボンのような不燃材が挙げられる。
【００２４】
熱吸収層は、好ましい形態においては、８０℃以上の高温で気化して潜熱により熱を吸収する性質を有する材料（例えば、ブチルゴムまたは含水ジェル）を含む。
含水ジェルとしては、例えば、（株）ＰＤＭ研究所製のヒートバスターＴＫ２が用いられる。
熱吸収層は、他の好ましい形態においては、１００℃以上の高温で分解して熱を吸収する性質を有する材料（例えば、炭酸水素ナトリウムまたは水酸化アルミニウム）を含むのが好ましい。
【００２５】
上記複層は、さらに熱伝導層および熱吸収層以外の層を含んでいてもよい。例えば、熱伝導層と熱吸収層との間に、必要に応じて、熱伝導層を熱吸収層に接着させるための接着層（例えば、厚み０．２〜１．０ｍｍ）を設けてもよい。接着層に用いられる接着剤の材料については、例えば、エポキシ樹脂系接着剤やアクリル樹脂系接着剤が用いられる。例えば、ＥＭＩ社製のＵＶ硬化型接着剤（商品名「ＯＰＴＯＣＡＳＴ」）、またはハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製の商品名「アラルダイト  スタンダード」が用いられる。接着層は、熱伝導層および熱吸収層との接着性に優れ、両層による効果を阻害することのない材料であればよい。また、接着層が、熱伝導層または熱吸収層を兼ねてもよい。また、熱伝導層または熱吸収層が粘着性を有する樹脂を含む場合は、接着層を設けなくてもよい。熱伝導層および熱吸収層は、それぞれ１層でもよく、２層以上の多層でもよい。
【００２６】
高温の可燃ガスは電池の封口部から放出されるため、各電池の少なくとも封口部と対向する部分において、上記複層構造が形成されていればよい。
本発明の第１の好ましい実施の形態においては、組電地を収納する筐体が、前記熱伝導層および前記熱吸収層を有し、各電池の少なくとも封口部と対向する部分において、前記複層構造が形成されている。
本発明の第２の好ましい実施の形態においては、前記熱伝導層および前記熱吸収層の一方が、前記組電池を収納する筐体を形成しており、前記熱伝導層および前記熱吸収層の他方が、各電池の少なくとも封口部と対向する部分において、筐体の被覆部を形成している。
熱伝導層および熱吸収層を組み合わせて用いることにより、筐体の厚みを薄くすることが可能であり、電池パックの小型軽量化が可能である。
【００２７】
筐体内面に予め筐体被覆部を形成して複層構造を形成してもよく、組電池を筐体被覆部で覆い、それを筐体内に収納して、複層構造を形成してもよい。
筐体および筐体被覆部により複層構造を構成する場合は、組電池の構成、組電池を構成する電池のサイズや種類に応じて、複層構造の形態を容易に変更することができる。例えば、筐体を変更せずに、筐体被覆部の設置箇所や形状を変えることにより、複層構造の設置箇所および設置面積を容易に変更できる。
【００２８】
また、組電池を構成する複数個の電池において、隣接する電池の間に、熱伝導層または熱吸収層からなる仕切り板を配置し、仕切り板を筐体と嵌合可能な構造としてもよい。例えば、仕切り板を、筐体に設けた凹部に嵌合させ、嵌合部分において、仕切り板および筐体により、熱吸収層および熱伝導層の複層を構成してもよい。
【００２９】
電池パックは、例えば、携帯型パーソナルコンピュータやビデオカメラ等の電子機器に用いられる。また、電池パックは、例えば、四輪車や二輪車等の車両に搭載された電装機器の電源、または電気自動車やハイブリッドカー等の動力用電源として用いられる。電池には、例えば、リチウムイオン二次電池およびニッケル水素蓄電池のような二次電池が用いられる。
組電池を構成する複数個の電池は、直列または並列に接続されている。例えば、直列に接続された電池のみで組電池を構成してもよく、直列に接続された電池群の複数個を、並列に接続して組電池を構成してもよい。
【００３０】
以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池パック１の斜視図である。図２は、図１の電池パック１の分解斜視図である。図３は、図１の電池パック１に用いられる組電池３１の斜視図である。
図１および２に示すように、電池パック１は、電気的に直列に接続された５本の円筒形電池３からなる組電池３１、および組電池３１を収納する直方体状の筐体２を備える。円筒型電池３では、正極端子側の端面および負極端子側の端面のいずれか一方が、封口部となる。
図３に示すように、組電池３１を構成する５本の電池３は、正極端子および負極端子の向きを交互に変えて並列に配置されている。５本の電池３において、隣接する正極端子と負極端子とを接続板３２で接続することにより、５本の電池が直列に接続されている。筐体２は外部に電気を取り出し可能な端子部（図示せず）を有し、組電池３１は接続リード（図示せず）を介して端子部と電気的に接続されている。
【００３１】
電池３には、例えば、２６６５０サイズの円筒形リチウムイオン二次電池が用いられる。このリチウムイオン二次電池では、正極端子側の端面が、封口部となる。リチウムイオン二次電池は、正極板、負極板、および正極板と負極板との間に配されるセパレータからなる発電部を備える。
正極板は、例えば、正極集電体、および前記正極集電体に形成された、リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質を含む層を有する。正極活物質には、例えば、ＬｉＣｏＯ2およびＬｉＮｉＯ2のようなリチウム含有複合酸化物が用いられる。
リチウム含有複合酸化物の中でも、ＬｉＣｏＯ2においてＣｏの一部を異種元素で置換したリチウム含有複合酸化物が好ましい。異種元素により、高電圧状態において、活物質表面に良質な被膜が形成される。このため、充電終止電圧を高く設定することができる。
より具体的には、一般式：ＬｉaＭbＮｉcＣｏdＯe（式中、Ｍは、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、およびＭｏからなる群から選択される少なくとも一種の金属であり、０＜ａ＜１．３、０．０２≦ｂ≦０．５、０．０２≦ｄ／ｃ＋ｄ≦０．９、１．８＜ｅ＜２．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、および０．３４＜ｃである。）で表されるリチウム含有複合酸化物が好ましい。上記一般式で表されるリチウム含有複合酸化物の粒子において、粒子の内部よりも粒子の表層部に元素Ｍが多く分布する活物質が好ましい。
正極集電体は、例えば、アルミニウム箔等の金属箔からなる。
【００３２】
負極板は、例えば、負極集電体、および前記負極集電体に形成された、リチウムを可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質を含む層を有する。
負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属リチウム、リチウム含有複合酸化物、リチウムと合金化可能な材料が挙げられる。炭素材料としては、例えば、コークス、熱分解炭素類、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素類、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長炭素系）、不定形炭素、または有機物が焼成した炭素材料が挙げられる。これらを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、メソフェーズ小球体を黒鉛化した炭素材料、または天然黒鉛および人造黒鉛のような黒鉛材料が好ましい。また、リチウムと合金化可能な材料としては、例えば、Ｓｉ単体およびＳｉおよびＯを含む化合物（例えば、ＳｉＯｘ）のようなケイ素材料が挙げられる。これらを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。負極活物質にケイ素材料を使用することにより、高容量化できる。
負極集電体は、例えば、銅箔等の金属箔からなる。
セパレータには、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、またはそれらの複合体が用いられる。セパレータの一部にセラミックスや耐熱性樹脂を用いて、セパレータの熱収縮性を改善してもよい。
【００３３】
筐体２は、有底角筒状の電池収納部２１、および電池収納部２１の開口部を覆う四角板状の蓋２２からなる。蓋２２は溶接等により電池収納部２１に固定される。筐体２は、熱伝導性の高い金属（例えば、銅またはアルミニウム）からなる熱伝導層で構成される。筐体２の内面全体は熱吸収層４（筐体被覆部）で覆われている。このようにして、熱吸収層４および筐体２（熱伝導層）により複層が構成される。熱吸収層４は、例えば接着剤を用いて筐体２と接合することができる。複層は、例えば、厚み０．２〜４ｍｍである。筐体２は、例えば、厚み０．０１〜３ｍｍである。熱吸収層４は、例えば、厚み０．１〜３ｍｍである。
【００３４】
電池パックが複層を備えることにより、電池パック内の電池の内部短絡や過充電等により電池温度が大幅に上昇し、電池が高温の可燃ガスを放出して、電池パック内部が異常な高温環境下に曝された場合でも、組電池の周囲に熱吸収層が配されるため、放出された可燃ガスの熱が熱伝導層へ集中して移動するのが抑制される。また、組電池の周囲に熱伝導層が配されるため、放出された可燃ガスの熱を拡散させることができる。これにより、筐体が異常な高温環境下に曝されることによる筐体の破損、およびそれによる電池パック外部への可燃ガスの漏出を防ぐことができ、電池パックの安全性が向上する。
電池パックを、熱伝導層および熱吸収層の複層で構成することにより、熱伝導層または熱吸収層を単独で用いる場合よりも、筐体の厚みを薄くすることが可能であり、電池パックを小型軽量化することができる。耐熱性を改善することにより、筐体の厚みを、熱伝導層または熱吸収層を単独で用いる場合の１／３〜１／２の厚みにすることが可能となる。
【００３５】
熱吸収層４は、１００℃以上で分解して熱を吸収する性質を有する材料Ｂを含む樹脂で構成される。電池で発生した熱が熱吸収層４に伝わると、材料Ｂが熱分解反応を起こす。この際、熱吸収層４は電池で発生する熱を吸収する。また、熱吸収層４は、材料Ｂの熱分解に伴い発生する気体により膨張し、断熱層となる。従って、熱吸収層４により、筐体外部の電子機器への熱影響を最小限に抑制することができる。
【００３６】
熱吸収層４は、例えば粒子径が０．１〜２０μｍである粒子状の材料Ｂが分散した樹脂層からなるのが好ましい。材料Ｂは、炭酸水素ナトリウム（熱分解温度：約２００℃）および水酸化アルミニウム（熱分解温度：約４００℃）の少なくとも一方が好ましい。
熱吸収層４中の材料Ｂの含有量は、樹脂１００重量部あたり２０〜７０重量部であるのが好ましい。材料Ｂの含有量が、樹脂１００重量部あたり７０重量部超であると、樹脂が占める割合が過度に減少し、樹脂層中の材料Ｂの保持性が低下する場合がある。材料Ｂの含有量が、樹脂１００重量部あたり２０重量部未満であると、材料Ｂが占めえる割合が過度に減少し、上記の材料Ｂによる効果が不十分となる場合がある。
樹脂層は、優れた結着性および耐熱性を有するＰＴＦＥ層であるのが好ましい。
【００３７】
隣接する電池３の間には、仕切り板として板状の熱吸収材（図示しない）が配されている。熱吸収材の厚みは、例えば、０．１〜１ｍｍであり、好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。熱吸収材には、熱吸収層４と同じ材料が用いられる。
【００３８】
電池パック１は、電池から放出された高温の可燃ガスを電池パック１の外部に排気するための機構を備える。この機構は、筐体２に設けられた開口部２３、開口部２３に設けられた逆止弁２４、および開口部２３と連通し、高温ガスを冷却して外部に排気するための導管２５からなる。より具体的には、電池収納部２１は、電池３から排出された可燃ガスを電池パック１の外部へ放出する開口部２３を有する。開口部２３には逆止弁２４が設けられ、開口部２３から電池パック１の内部に大気が流入するのを防止するとともに、排出された可燃ガスが逆流するのを防止する。開口部２３には、複数の折り曲げ部を有する導管２５が溶接等により接続されている。従って、電池パック１より排出された高温の可燃ガスは、導管２５を通過中に空冷され、冷却されたガスが外部に排気される。
【００３９】
可燃ガスの冷却および排気の観点から、導管２５の直径は、３〜１０ｍｍが好ましい。図２の導管２５は、折り曲げ部が５箇所設けられているが、折り曲げ部の数はこれに限定されない。
冷却効果の観点から、折り曲げ部を有する導管は、折り曲げ部の数が１〜５箇所、および長さが２０〜５０ｃｍであるのが好ましい。より好ましくは、折り曲げ部の数は１〜４箇所である。導管が過度に細いもしくは長い、または導管の折り曲げ部の数が過度に多いと、ガスをスムーズに外部に排出することができず、電池パック（筐体）が損傷する場合がある。導管が過度に太いもしくは短い、または導管の折り曲げ部の数が過度に少ないと、ガスを効果的に冷却することができない場合がある。
【００４０】
また、導管２５の代わりに、図４に示す螺旋状の構造を有する導管３５を用いてもよい。可燃ガスの冷却および排気の観点から、導管３５の直径は、３〜１０ｍｍが好ましい。図４の導管３５は、螺旋の周回数が３回であるが、螺旋の周回数はこれに限定されない。
冷却効果の観点から、螺旋状の導管は、螺旋の周回数が１〜５回、および長さが２０〜５０ｃｍであるのが好ましい。導管が過度に細いもしくは長い、または螺旋の周回数が過度に多いと、ガスをスムーズに外部に排出することができず、電池パック（筐体）が損傷する場合がある。導管が過度に太いもしくは短い、または螺旋の周回数が過度に少ないと、ガスを効果的に冷却することができない場合がある。
【００４１】
以下、図１の電池パック１の作製手順の一例を示す。
電池収納部２１および蓋２２における、筐体構成時に内面となる部分に、接着剤を用いて、熱吸収層４を密着させる。電池収納部２１の開口部２３に導管２５の端部を溶接する。電池収納部２１内に組電池３１を設置する。組電池３１の正極端子および負極端子をそれぞれ電池収納部の端子部に接続する。隣接する電池３の間に仕切り板を配置する。電池収納部２１の開口を蓋２２で覆う。蓋２２の周縁部を電池収納部２１の開口端部に溶接する。
【００４２】
本実施形態では、筐体の内面に熱吸収層を配置して複層を構成しているが、複層はこれに限定されない。筐体を熱吸収層で構成し、筐体の内面に熱伝導層を配置してもよい。
上記では、筐体の内面全体が熱吸収層で覆われているが、電池３の封口部と対向する面（図２中のＸ面およびＹ面）のみを熱吸収層で覆ってもよい。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
電池パック内の電池が異常時に高温の可燃ガスを放出し、電池パック内が異常な高温環境下に曝された場合を想定して、以下のような安全性評価試験を実施した。
【００４４】
《実験例１》
エポキシ樹脂系接着剤（ＥＭＩ社製、ＵＶ硬化型接着剤、商品名「ＯＰＴＯＣＡＳＴ」）を用いて、厚みが０．３ｍｍであるアルミニウム板（Ａ１０８５材）（熱伝導層）の片面に、耐熱材料として厚みが０．２ｍｍであるＰＴＦＥシート（日本バルカー工業（株）製、バルカロンシート  ７０２０）（熱吸収層）を貼り付け、サンプルＡ（複層）を得た。接着剤層の厚みは、０．７ｍｍであった。
【００４５】
《実験例２》
厚みが０．３ｍｍであるアルミニウム板（熱伝導層）の片面に、耐熱材料として厚みが０．２ｍｍである変性ＰＰＥシート（三菱樹脂（株）、ダイアニウム  ＭＳ−９００２）（熱吸収層）を、実験例１と同様の方法で貼り付け、サンプルＢ（複層）を得た。
【００４６】
《実験例３》
厚みが０．３ｍｍであるアルミニウム板（熱伝導層）の片面の全体に、吸熱材料として（株）ＰＤＭ研究所製のヒートバスターＴＫ２を塗布し、厚み０．２ｍｍの層（熱吸収層）を形成してサンプルＣ（複層）を得た。
【００４７】
《実験例４》
吸熱材料として炭酸水素ナトリウムの粉末９０重量部と、ＰＴＦＥの粉末１０重量部とを乳鉢で混練し、これをシート状に成形し、厚みが０．２ｍｍである成形体を得た。厚みが０．３ｍｍであるアルミニウム板の片面に、この成形体（熱吸収層）を、実験例１と同様の方法で貼り付け、サンプルＤ（複層）を得た。
【００４８】
電池パック内で高温ガスが噴出したことを想定して、サンプルＡ〜Ｄに、バーナーにて１４００℃程度の熱を３０秒間加え、サンプルＡ〜Ｄの破損箇所の有無を確認した。
また、比較例として、厚みが０．５ｍｍであるアルミニウム板のサンプルＥ（単層）、厚みが１．０ｍｍであるアルミニウム板のサンプルＦ（単層）、厚みが１．０ｍｍであるＰＴＦＥシートのサンプルＧ（単層）、および厚みが１．０ｍｍである変性ＰＰＥシートのサンプルＨ（単層）を準備し、上記と同様の試験を実施した。サンプルの一部が溶解して穴が開いた場合、破損したと判断した。各サンプルＡ〜Ｇのサイズは、４０ｍｍ×４０ｍｍとした。
上記試験結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2010058587.tif 000008
【００５０】
上記の試験の結果、厚み０．５ｍｍのアルミニウム板のみからなるサンプルＥは破損したが、厚み１．０ｍｍのアルミニウム板のみからなるサンプルＦは破損しなかった。このことから、アルミニウム板だけを用いて破損を防ぐためには、アルミニウム板の厚みを１．０ｍｍにする必要があることがわかった。
【００５１】
これに対して、サンプルＥよりも薄い厚み０．３ｍｍのアルミニウム板に、耐熱材料または吸熱材料を塗布または貼り付けたサンプルＡ〜Ｄは破損しなかった。サンプルＡ〜Ｄで用いられた厚み０．３ｍｍのアルミニウム板が破損しなかった理由は、耐熱材料または吸熱材料に熱が移動して、アルミニウム板の温度がその融解温度である６６０℃以上に上がらなかったためであると考えられる。また、耐熱性樹脂のみからなるサンプルＧおよびＨでは、バーナーの炎が当たった部分に熱が集中して、その部分が高温となり、高温部分が溶解して穴が開き、破損した。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の電池パックは、例えば、携帯型パーソナルコンピュータやビデオカメラ等の電子機器の電源として用いられる。また、電池パックは、例えば、四輪車や二輪車等の車両に搭載された電装機器の電源、または電気自動車やハイブリッドカー等の動力用電源として用いられる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
封口部を有する複数個の電池が電気的に接続された組電池と、
前記組電池と電気的に接続され、外部に電気を取り出す端子部と、
前記組電池の周囲の少なくとも一部に配された、熱吸収層および熱伝導層を積層した複層構造と、を具備し、
前記熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上であり、
前記熱伝導層は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
各電池の少なくとも前記封口部と対向する部分において、前記複層構造が形成されている請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記熱伝導層および前記熱吸収層の一方が、前記組電池を収納する筐体を形成しており、
前記熱伝導層および前記熱吸収層の他方が、各電池の少なくとも前記封口部と対向する部分において、前記筐体の被覆部を形成している請求項１記載の電池パック。
【請求項４】
前記熱吸収層は、比熱が１０００Ｊ／ｋｇ・℃以上である、樹脂材料、セラミックス、または無機材料を含む請求項１記載の電池パック。
【請求項５】
前記樹脂材料は、フッ素樹脂、水酸化マグネシウム含有ポリプロピレン樹脂、または変性ポリフェニレンエーテル樹脂である請求項４記載の電池パック。
【請求項６】
前記熱吸収層は、８０℃以上で気化して潜熱により熱を吸収する性質を有する材料を含む請求項１記載の電池パック。
【請求項７】
前記材料は、ブチルゴムまたは含水ジェルである請求項６記載の電池パック。
【請求項８】
前記熱吸収層は、１００℃以上で分解して熱を吸収する性質を有する材料を含む請求項１記載の電池パック。
【請求項９】
前記材料は炭酸水素ナトリウムである請求項８記載の電池パック。
【請求項１０】
前記熱伝導層は、金属からなる請求項１記載の電池パック。
【請求項１１】
前記金属は、銅またはアルミニウムである請求項１０記載の電池パック。
【請求項１２】
前記電池から放出された高温ガスを前記電池パックの外部に排気するための機構を備え、
前記機構は、前記電池パックに設けられた開口部、前記開口部に設けられた逆止弁、および前記開口部と連通し、前記高温ガスを冷却して外部に排気するための導管からなる請求項１記載の電池パック。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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