(57)【要約】【課題】ガス排出弁から高温のガスが排出されることを抑制すること。【解決手段】電池１００は、ガス排出弁３を有する電池ケース１０、電池ケース１０内に配置されている電極群２０、および電池ケース１０内に配置されている吸熱剤を備える。ガス排出弁３と電極群２０との間に空間３０がある。空間３０に接する部材に、吸熱剤が保持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス排出弁を有する電池ケース、
前記電池ケース内に配置されている電極群、および
前記電池ケース内に配置されている吸熱剤
を備え、
前記ガス排出弁と前記電極群との間に空間があり、
前記空間に接する部材に、前記吸熱剤が保持されている、
電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−０３１１８７号公報（特許文献１）は、吸熱剤を含有する外装フィルムによって電池ケースが覆われている二次電池を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０３１１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に電池は、電池ケース、および電池ケース内に配置されている電極群を備える。電極群は、電池の発電要素である。電池ケースには、電池ケースの内圧が上昇した際に、内部ガスを排出するためのガス排出弁が設けられることがある。
【０００５】
特許文献１は、吸熱剤を含有する外装フィルムが、電池ケースを覆うことにより、電池が発熱した際に、異常反応の進行が抑制されるとしている。吸熱剤を含有する外装フィルムが、電池から熱を奪うためであると考えられる。
【０００６】
しかしながら、電池ケース内の電極群で異常反応が起こると、高温のガスが発生する可能性がある。電池ケース内のガスと、電池ケース外の外装フィルムとの間では、熱伝達が起こり難い。そのため、ガス排出弁から、高温のガスが排出される可能性がある。電池から高温のガスが排出されると、電池の周囲に配置される部材が損傷する可能性がある。
【０００７】
そこで本開示は、ガス排出弁から高温のガスが排出されることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の電池は、ガス排出弁を有する電池ケース、電池ケース内に配置されている電極群、および電池ケース内に配置されている吸熱剤を備える。ガス排出弁と電極群との間に空間がある。空間に接する部材に、吸熱剤が保持されている。
【０００９】
本開示の電池では、ガス排出弁と電極群との間に空間が設けられている。ガス排出弁が開いた時（以下「開弁時」と記される）、電極群から発生したガスは、ガス排出弁と電極群との間の空間を通過して、ガス排出弁に至る。すなわち開弁時、ガス排出弁と電極群との間の空間は、ガス流路を構成することになる。この空間（ガス流路）に接する部材は、ガス排出弁へ向かって流れるガスと接触する。本開示の電池では、この空間に接する部材に、吸熱剤が保持されている。そのため、電極群から発生したガスは、ガス排出弁に至るまでの間に、吸熱剤によって冷却される。これにより、ガス排出弁から高温のガスが排出されることが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施形態に係る電池の構成の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施形態（以下「本実施形態」と記される）が説明される。ただし、以下の説明は、本開示の発明を限定するものではない。
【００１２】
＜電池＞
本実施形態の電池は、一次電池であってもよいし、二次電池であってもよい。本実施形態の電池は、水系電池（たとえば、ニッケル水素電池等）であってもよいし、非水系電池（たとえば、リチウムイオン電池等）であってもよい。本実施形態の電池は、たとえば、車載用電池である。ただし、本実施形態の電池は、車載用途に限られず、あらゆる用途に適用され得る。
【００１３】
《電池ケース》
図１は、本実施形態に係る電池の構成の一例を示す概略断面図である。電池１００は、電池ケース１０を備える。電池ケース１０の外形は、角形（扁平直方体）である。電池ケース１０は、円筒形等であってもよい。電池ケース１０は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）合金製である。
【００１４】
電池ケース１０は、ケース本体１１および蓋１２を含む。蓋１２は、たとえば、レーザ溶接によって、ケース本体１１と接合されている。蓋１２には、ガス排出弁３が設けられている。すなわち、電池ケース１０は、ガス排出弁３を有する。ガス排出弁３は、電池ケース１０の内圧が閾値以上になると開くように構成されている。ガス排出弁３は、たとえば、内圧が閾値以上になると開裂するラプチャーディスク等を含んでいてもよい。内圧の閾値（すなわちガス排出弁３の作動圧）は、電池容量、電池ケース１０の内容積等に応じて適宜設定される。
【００１５】
蓋１２には、正極端子１４および負極端子１５が設けられている。図示されていないが、電池ケース１０には、注液孔、電流遮断機構（ＣＩＤ）等が設けられていてもよい。電池ケース１０内には、電極群２０および電解液（図示されず）が配置されている。
【００１６】
《電極群》
電極群２０は、集電板２によって、正極端子１４および負極端子１５と電気的に接続されている。電極群２０は、正極、負極およびセパレータを含む。電極群２０は、巻回型の電極群であってもよい。すなわち、電極群２０は、帯状の正極と帯状の負極とが、それらの間にセパレータを挟んで積層され、さらに巻回されて構成されていてもよい。電極群２０は、積層型の電極群であってもよい。すなわち、電極群２０は、矩形状の正極と矩形状の負極とが、それらの間にセパレータを挟みながら、交互に積層されて構成されていてもよい。
【００１７】
《吸熱剤》
ガス排出弁３と電極群２０との間には空間３０が設けられている。空間３０は、電池ケース１０の内容積のうち、たとえば、５〜２０％程度を占有する。開弁時、空間３０は、ガス流路を構成することになる。吸熱剤は、空間３０に接する部材に保持されている。開弁時、電極群２０から発生したガスは、ガス流路内に配置されている吸熱剤に冷却されながら、ガス排出弁３へと流れる。これにより、ガス排出弁３から高温のガスが排出されることが抑制される。
【００１８】
また本実施形態では、電池ケース１０内の空間３０に吸熱剤が配置されるため、電池パックの体積エネルギー密度が高く維持され得る。これに対して、電池ケース１０外の外装フィルムに吸熱剤を保持させると、その分外装フィルムが厚くなるため、電池パックの体積エネルギー密度が低下することになる。
【００１９】
吸熱剤は、たとえば、スクリーン１に保持されていてもよい。スクリーン１は、電極群２０がガス排出弁３に接近することを阻害する部材である。スクリーン１は、たとえば、樹脂製の板材である。スクリーン１は、空間３０内に配置されており、空間３０に接している。スクリーン１は、複数の貫通孔等を有していてもよい。
【００２０】
吸熱剤は、たとえば、集電板２に保持されていてもよい。前述のように、集電板２は、正極端子１４および負極端子１５と、電極群２０とを電気的に接続する部材である。集電板２は、たとえば、金属製の板材である。集電板２は、空間３０に接している。
【００２１】
吸熱剤は、たとえば、蓋１２の内表面４に保持されていてもよい。蓋１２の内表面４は、空間３０に接している。ガス排出弁３の内側部分にも、吸熱剤が保持されていてもよい。ガス排出弁３の内側部分も、空間３０に接している。吸熱剤は、複数の部材に保持されていてもよい。吸熱剤が保持されている部分の表面積の合計が大きくなるほど、冷却効果の向上が期待される。
【００２２】
吸熱剤は、たとえば、９０℃〜１５０℃程度の温度で吸熱反応を起こす物質である。吸熱剤としては、たとえば；硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）の水和物；水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）等の水酸化物；炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）等の炭酸塩；マンニトール、キシリトール、ソルビトールおよびマルチトール等の糖アルコール；等が挙げられる。吸熱剤は、一種単独で使用されてもよいし、二種以上が組み合わされて使用されてもよい。すなわち吸熱剤は、ここで列記された物質の群から選択される少なくとも一種であってもよい。
【００２３】
各部材に吸熱剤を保持させる方法は、特に限定されない。吸熱剤は、たとえば、バインダと共に、部材の表面に塗着されてもよい。バインダとしては、たとえば、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等が挙げられる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例が説明される。ただし、以下の例は、本開示の発明を限定するものではない。
【００２５】
＜電池の製造＞
以下のようにして、実施例および比較例に係る電池（リチウムイオン電池）が製造された。
【００２６】
《比較例》
１．正極の作製
以下の材料が準備された。
正極活物質：３元系リチウム含有複合酸化物〔Ｌｉ（ＮｉＣｏＭｎ）Ｏ2〕
導電材    ：アセチレンブラック（ＡＢ）
バインダ  ：ＰＶｄＦ
溶媒      ：Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）
正極集電箔：アルミニウム箔
【００２７】
正極活物質、導電材、バインダおよび溶媒が、所定の配合で混練されることにより、正極ペーストが調製された。正極ペーストが正極集電箔の表面に塗工され、乾燥された。これにより正極集電箔の表面に正極活物質層が形成された。正極活物質層および正極集電箔が圧延された。正極活物質層および正極集電箔が所定の寸法に裁断された。このようにして、正極が作製された。この正極は、正極集電箔、および正極集電箔の表面に形成されている正極活物質層を含む。
【００２８】
２．負極の作製
以下の材料が準備された。
負極活物質：黒鉛
バインダ  ：ＣＭＣおよびＳＢＲ
溶媒      ：水
負極集電箔：銅箔
【００２９】
負極活物質、バインダおよび溶媒が、所定の配合で混練されることにより、負極ペーストが調製された。負極ペーストが負極集電箔の表面に塗工され、乾燥された。これにより負極集電箔の表面に負極活物質層が形成された。負極活物質層および負極集電箔が圧延された。負極活物質層および負極集電箔が所定の寸法に裁断された。このようにして、負極が作製された。この負極は、負極集電箔、および負極集電箔の表面に形成されている負極活物質層を含む。
【００３０】
３．電極群の作製
セパレータが準備された。セパレータは、ポリエチレン（ＰＥ）製の多孔質膜とされた。正極、負極およびセパレータを含む電極群２０が作製された。電極群２０において、セパレータは、正極と負極との間に配置された。
【００３１】
４．電解液の調製
エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が、体積比で「ＥＣ：ＥＭＣ：ＤＭＣ＝３０：４０：３０」となるように混合された。これにより、混合溶媒が調製された。混合溶媒に、ＬｉＰＦ6（１．１ｍоｌ／Ｌ）が溶解された。これにより、電解液が調製された。
【００３２】
５．組み立て
電池ケース１０が準備された。電池ケース１０は、ケース本体１１および蓋１２を含むケースとされた。蓋１２には、ガス排出弁３、正極端子１４および負極端子１５が設けられた。電池ケース１０内に、電極群２０および電解液が配置された。正極端子１４および負極端子１５に集電板２が溶接された。電極群２０が集電板２に溶接された。すなわち、集電板２によって、電極群２０が正極端子１４および負極端子１５と電気的に接続された。ガス排出弁３と電極群２０との間には、空間３０が設けられた。空間３０に、スクリーン１が配置された。レーザ溶接により、蓋１２がケース本体１１と接合された。
【００３３】
６．吸熱剤を保持する部材の作製
吸熱剤として、硫酸カルシウム二水和物およびマンニトールが準備された。バインダとして、ブタジエンゴムが準備された。これらの材料および溶媒が、所定の配合で混合されることにより、吸熱剤含有塗料が調製された。ポリプロピレン（ＰＰ）製の外装フィルムが準備された。外装フィルムに、吸熱剤含有塗料が塗工され、乾燥された。これにより、吸熱剤を保持する外装フィルム（図示されず）が作製された。電池ケース１０の外壁が、外装フィルムによって覆われた。
【００３４】
以上より、比較例に係る電池１００が製造された。本例において、電池１００の最高電圧は、４．１Ｖに設定されている。
【００３５】
《実施例１》
スクリーン１に吸熱剤含有塗料が塗工され、乾燥された。これにより、吸熱剤を保持するスクリーン１が作製された。このスクリーン１が使用され、かつ外装フィルムが使用されないことを除いては、比較例と同じ手順により、実施例１に係る電池１００が製造された。
【００３６】
《実施例２》
集電板２に吸熱剤含有塗料が塗工され、乾燥された。これにより、吸熱剤を保持する集電板２が作製された。この集電板２が使用され、かつ外装フィルムが使用されないことを除いては、比較例と同じ手順により、実施例２に係る電池１００が製造された。
【００３７】
《実施例３》
ガス排出弁３の内側部分（空間３０に接する部分）に吸熱剤含有塗料が塗工され、乾燥された。これにより吸熱剤を保持する蓋１２が作製された。この蓋１２が使用され、かつ外装フィルムが使用されないことを除いては、比較例と同じ手順により、実施例３に係る電池１００が製造された。
【００３８】
《実施例４》
蓋１２の内表面４の全面に吸熱剤含有塗料が塗工され、乾燥された。これにより吸熱剤を保持する蓋１２が作製された。この蓋１２が使用され、外装フィルムが使用されないことを除いては、比較例と同じ手順により、実施例４に係る電池１００が製造された。
【００３９】
《実施例５〜８》
下記表１に示されるように、複数の部材に吸熱剤が保持されることを除いては、実施例１〜４と同じ手順により、実施例５〜８に係る電池１００が製造された。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
＜評価＞
以下のようにして、各電池１００が評価された。
電極群２０において、異常反応を生起させるために、釘刺し試験が実施された。電池１００が満充電された。ガス排出弁３から３０ｍｍ離れた位置に、シース熱電対（Ｋ型）が配置された。２５℃環境において、電極群２０を貫通するように、電池１００に釘が差し込まれた。ガス排出弁３が開いてから１０秒間、排出ガスの温度が測定された。測定データから、排出ガスの最高温度（単位［Ｋ］）が抽出された。測定結果は、上記表１に示されている。
【００４２】
上記表１の「排出ガス温度（差分）」の欄に示されている値は、各例の排出ガスの最高温度から、比較例の排出ガスの最高温度が差し引かれた値である。値が負であることは、比較例（基準値）よりも温度が低いことを示している。温度が低い程、高温のガスが排出されることが抑制されている。
【００４３】
上記表１に示されるように、ガス排出弁３と電極群２０との間に空間３０があり、空間３０に接する部材に、吸熱剤が保持されている実施例では、ガス排出弁３から高温のガスが排出されることが抑制されていた。開弁時にガス流路となる空間３０に、吸熱剤が配置されているためであると考えられる。
【００４４】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の発明の範囲は、上記された実施形態および実施例ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４５】
１  スクリーン、２  集電板、３  ガス排出弁、４  内表面、１０  電池ケース、１１  ケース本体、１２  蓋、１４  正極端子、１５  負極端子、２０  電極群、３０  空間、１００  電池。
【図１】
2018010775.tif 000004