(57)【要約】【課題】簡単な構成にして、重力により降下して引き起こされる上側の電解液の枯渇を抑制し、偏劣化による蓄電量の低下を軽減することの可能な二次電池を提供する。【解決手段】正極と負極とを層状に束ねた電池エレメント(5)と、電池エレメントに浸透し、充放電に寄与する電解液(6)と、電池エレメントを収容するとともに、電池エレメントに浸透しない電解液の一部を底部に貯留させる電池ケース(4)と、電池ケースの少なくとも一つの側壁(4a)の内面に形成され、外力を受けて電池ケース内で揺動し側壁の内面に沿い上昇する電解液を側壁から内方に向けて受け流すよう表面が傾斜してなる返し部(9)とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とを層状に束ねた電池エレメントと、
前記電池エレメントに浸透し、充放電に寄与する電解液と、
前記電池エレメントを収容するとともに、前記電池エレメントに浸透しない前記電解液の一部を底部に貯留させる電池ケースと、
前記電池ケースの少なくとも一つの側壁の内面に形成され、外力を受けて前記電池ケース内で揺動し前記側壁の内面に沿い上昇する前記電解液を前記側壁から内方に向けて受け流すよう表面が傾斜してなる返し部と、
を備えた二次電池。
【請求項２】
前記返し部の前記表面が円弧状である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記返し部の形成された側壁の内面と前記底壁の内面とが交差する角部に、前記底壁の内面から前記側壁の内面に向けて表面が傾斜してなるスロープ部を形成した、請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記スロープ部の前記表面が円弧状である、請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記返し部及び前記スロープ部の形成された側壁の内面と該側壁と隣り合う他の側壁の内面とが交差する角部に、前記側壁の内面から前記他の側壁の内面に向けて表面が傾斜してなる受け流し部を形成した、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項６】
前記受け流し部の前記表面が円弧状である、請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記返し部と前記スロープ部とが、前記側壁の内面上で連続してなる、請求項３〜６のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記側壁の内面を挟んで隣り合う受け流し部同士が、前記側壁の内面上で連続してなる、請求項５〜７のいずれか一項に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に係り、特に偏劣化による蓄電量の低下を軽減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池に蓄電した電力を利用して電気モータを作動させて走行する電気自動車が普及している。このような電気自動車では、いかに高い蓄電量を得るかが課題となっている。その蓄電量の低下につながる要因のひとつに、二次電池の劣化がある。
二次電池は、電池ケース内に正極材と負極材とからなる電極が多孔質のセパレータを挟んで積層され、正極材と負極材との間、ひいてはセパレータの多孔質内に電解液が充填されて構成されている。これにより、二次電池では、電解液を介して正極−負極間でイオンが移動し、これにより電子が正極或いは負極へ移動することで、蓄電及び放電を行うことが可能である。
ところで、電解液は、通常、毛細管現象によって正極材と負極材との間、ひいてはセパレータの多孔質内に浸透しているが、重力により上側の電解液が枯渇して電池ケースの底部に溜まり易く、下側の電極が局所的に充放電を繰り返し、偏劣化することで、二次電池の蓄電量が低下するという問題がある。この場合、電解液を常に電極全体に供給するために、電池ケース内に封入する電解液の量を増加させることが考えられる。
また、電池ケースの下部を上部よりも強く押圧することで、劣化による電池ケースの膨張を防止し、電池ケースの底部に溜まる電解液の量を低減させる技術が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１１８８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように電解液の量を増やすことは、二次電池の重量増となり、好ましいことではない。
また、上記特許文献１に開示される技術では、電池ケースが膨張するまでは効果がなく、重力により降下して引き起こされる上側の電解液の枯渇を抑制することができないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成にして、重力により降下して引き起こされる上側の電解液の枯渇を抑制し、偏劣化による蓄電量の低下を軽減することの可能な二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の二次電池は、正極と負極とを層状に束ねた電池エレメントと、電池エレメントに浸透し、充放電に寄与する電解液と、電池エレメントを収容するとともに、電池エレメントに浸透しない電解液の一部を底部に貯留させる電池ケースと、電池ケースの少なくとも一つの側壁の内面に形成され、外力を受けて電池ケース内で揺動し側壁の内面に沿い上昇する電解液を側壁から内方に向けて受け流すよう表面が傾斜してなる返し部と、を備えたことを特徴とする。
これにより、側壁の内面に返し部を設けたことで、電池ケースの底部に溜まった電解液は、車両の加速や制動その他の外力による挙動によって揺動し、側壁の内面に沿って上昇し、返し部で側壁の内面から離間する方向に受け流され、電池エレメントの上端にかかるので、電解液が枯渇しがちな電池エレメントの上側に、電解液を供給することが可能とされる。
【０００７】
その他の態様として、返し部の表面が円弧状であることを特徴とする。これにより、返し部と側壁の内面とが滑らかに接続されることにより、側壁の内面に沿って上昇する電解液の勢いを妨げないので、車両の挙動による電解液の揺動が小さく側壁の内面に沿って上昇する電解液の勢いが小さい場合であっても電解液を受け流すことが可能とされる。
その他の態様として、返し部の形成された側壁の内面と底壁の内面とが交差する角部に、底壁の内面から側壁の内面に向けて表面が傾斜してなるスロープ部を形成したことを特徴とする。これにより、スロープ部によって、側壁の内面と底部の内面の角がスロープ構造になることで、車両の挙動による電解液の揺動が小さく、底部の内面に向けて移動する電解液の勢いが小さい場合であっても、電解液を少ない抵抗で上昇方向へと向きを変えて受け流すことが可能とされる。
【０００８】
その他の態様として、スロープ部の表面が円弧状であることを特徴とする。これにより、側壁の内面と底部の内面とスロープ部とが滑らかに接続されることにより、車両の挙動による電解液の揺動が小さく、底部の内面に向けて移動する電解液の勢いがより小さい場合であっても、良好に電解液を少ない抵抗で上昇方向へと向きを変えて受け流すことが可能とされる。
【０００９】
その他の態様として、返し部及びスロープ部の形成された側壁の内面と該側壁と隣り合う他の側壁の内面とが交差する角部に、側壁の内面から他の側壁の内面に向けて表面が傾斜してなる受け流し部を形成したことを特徴とする。これにより、複雑な車両の揺れによって電解液が他の側壁の内面から側壁の内面に向けて斜めに上昇する場合であっても、他の側壁の内面から側壁の内面に向けて移動する電解液を少ない抵抗で側壁の内面へと受け流すことが可能とされる。
【００１０】
その他の態様として、受け流し部の表面が円弧状であることを特徴とする。これにより、車両の挙動による電解液の揺動が小さく、複雑な車両の揺れによって他の側壁の内面から側壁の内面に向けて斜めに上昇する電解液の勢いが小さい場合であっても、他の側壁の内面から側壁の内面に向けて移動する電解液をより少ない抵抗で側壁の内面へと受け流すことが可能とされる。
【００１１】
その他の態様として、返し部とスロープ部とが、側壁の内面上で連続してなることを特徴とする。これにより側壁の内面上の返し部とスロープ部の電解液に接する面が一連になるように滑らかに接続されるので、車両の挙動による電解液の揺動が小さく、電解液の勢いがより小さい場合であっても、良好に電解液を受け流すことが可能とされる。
その他の態様として、側壁の内面を挟んで隣り合う受け流し部同士が、側壁の内面上で連続してなることを特徴とする。これにより、隣り合う受け流し部同士の電解液に接する面が一連になるように滑らかに接続されるので、側壁の内面に沿って上昇する電解液を、受け流し部と隣り合う受け流し部の接続部分近傍に集中させることができ、上昇する電解液の勢いを一点に集中させ、返し部に電解液を到達させることが可能とされる。
【００１２】
特に、返し部とスロープ部とが側壁の内面上で連続してなるとともに、側壁の内面を挟んで隣り合う受け流し部同士が側壁の内面上で連続してなるように組み合わせて構成することにより、車両の挙動による電解液の揺動が小さく、電解液の勢いがより小さい場合であっても、上昇する電解液の勢いを一点に集中させながら、良好に返し部に電解液を到達させることが可能とされる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の二次電池によれば、側壁の内面に返し部を設けたことで、電池ケースの底部に溜まった電解液は、車両の加速や制動その他の外力による挙動によって揺動し、側壁の内面に沿って上昇するが、この際、電解液を返し部で側壁の内面から離間する方向に受け流すようにして電池エレメントの上端にかかるようにでき、電解液が枯渇しがちな電池エレメントの上側に良好に電解液を供給することができる。
【００１４】
これにより、簡単な構成にして、重力により降下して引き起こされる上側の電解液の枯渇を抑制し、二次電池の偏劣化による蓄電量の低下を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の二次電池を搭載した車両の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る、二次電池の構成を模式的に表した概略構成図である。
【図３】図２の二次電池のケースの内壁構造を縦断面で示した斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る、二次電池のケースの内壁構造を縦断面で示した斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る、返し部、スロープ部、受け流し部を結合した返し部集合体を採用したケースを横断面で示す斜視図である。
【図６】図５のI−I断面の断面図である。
【図７】図５及び図６のII−II断面の断面図（ａ）、III−III断面の断面図（ｂ）、IV−IV断面の断面図（ｃ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の二次電池２を搭載した車両１の概略構成図である。
車両１は電気自動車であり、車両１に搭載された複数の二次電池２の集合体から電力の供給を受けて動くモータ３を搭載している。モータ３は、所謂モータジェネレータであって、車両１の走行時にはモータとして機能し、回生ブレーキ時には発電機として機能して二次電池２に蓄電することが可能に構成されている。なお、ここではモータ３を前輪用と後輪用に複数設けているが、モータ３は単数でもよい。また、車両１が電気自動車の場合、二次電池２への蓄電は給電所での給電によって行われるが、車両１が内燃機関をも搭載したハイブリッド車両である場合には、内燃機関によりモータ３を駆動して発電することで二次電池２に蓄電することも可能である。
［第１実施形態］
図２を参照すると、本発明に係る二次電池２の構成を模式的に表した概略構成図が示されており、図３を参照すると、図２の二次電池２のケース４の内壁構造を示した斜視図が縦断面図として示されており、これら図２、３に基づき第１実施形態について説明する。
【００１７】
二次電池２は、例えば車両１に搭載されたリチウムイオン二次電池であり、ケース（電池ケース）４内に電池エレメント５を配設し、電池エレメント５に電解液６を浸透させて構成されている。
ケース４は、例えば直方体で構成され、長尺方向で対向する一対の側壁４ａ、４ａ、底壁４ｂ、短尺方向で対向する一対の側壁４ｃ、４ｃ及び上壁をなす蓋部材４ｄで構成されている。
【００１８】
電池エレメント５は、正極と負極及び正極−負極間に介装されるセパレータとを順次繰り返し積層して構成されている。正極は、例えばアルミニウム箔にリチウム金属酸化物であるコバルト酸リチウムを塗布した部材で構成され、負極は、例えば銅箔に炭素材料を塗布した部材で構成され、セパレータは、絶縁体として機能しかつリチウムイオンが通過可能な多孔質のポリオレフィンであるポリプロピレンをシート状にした部材で構成されている。
【００１９】
正極の端部には正極リード７が、負極の端部には負極リード８がケース上部の蓋部材４ｄから突き出るよう配設され、構成されている。
電解液６には、例えばリチウムイオンを含む溶質を用いた有機電解質として、六フッ化リン酸リチウムが用いられる。電解液６は、毛細管現象により電池エレメント５に浸透し、正極−負極間をリチウムイオン、ひいては電子が移動することによって、正極リード７や負極リード８を介して充放電が行われる。
【００２０】
電解液６は、例えば二次電池２を搭載した車両１を長時間作動させないとき、上述したように電池エレメント５の上側に浸透している電解液６が重力によって徐々に降下し、ケース４の底部に溜まる一方、電池エレメント５の上側で電解液６が枯渇し易いという問題がある。
以下、二次電池２の本発明に係る構成について詳しく説明する。
【００２１】
ケース４には、側壁４ａの電池エレメント５上端より高い位置に、側壁４ａの内面から突出して返し部９が形成されている。詳しくは、返し部９は、上側がケース４の内方に向けて突出し、下側が側壁４ａの内面に向けて滑らかに傾斜するような略直角三角形の断面形状を有している。より詳しくは、返し部９の傾斜する表面は、図２及び図３に示すように、外方に向け円弧状に湾曲する凹面をなすよう構成されている。なお、返し部９の傾斜する表面は、凹面でなく平面であってもよい。
【００２２】
また、返し部９が形成された側壁４ａの内面と底壁４ｂの内面とが直交する角部に、底壁４ｂの内面から側壁４ａの内面に向けて滑らかに傾斜するスロープ部１１が形成されている。ここでは、スロープ部１１の傾斜する表面についても、図２及び図３に示すように、外方に向け円弧状に湾曲する凹面をなすよう構成されているが、スロープ部１１の傾斜する表面は、凹面でなく平面であってもよい。
【００２３】
なお、返し部９については、側壁４ａの内面と蓋部材４ｄの内面とが直交する角部に、側壁４ａの内面と蓋部材４ｄの内面を凹面或いは平面で滑らかに傾斜するよう形成してもよい。
また、ここでは返し部９とスロープ部１１とを形成する場合を説明しているが、返し部９だけを形成し、スロープ部１１については必ずしも形成しなくてもよい。
【００２４】
返し部９、スロープ部１１は、ケース４と一体であっても別体であってもよい。別体である場合には、二次電池２が高温になっても変形せず、電解液６で溶解せず、絶縁性の高い材料、例えば、ケース４と同様の材料や、耐熱性および耐溶解性の高い樹脂材料で構成されることが望ましい。
このように、ケース４の側壁４ａの内面の電池エレメント５上端より高い位置に返し部９を形成することで、車両１が加速や制動その他の外力による挙動によって揺れると、この揺れに伴いケース４の底部に溜まった電解液６が揺動して側壁４ａの内面に沿って上昇し、このように上昇した電解液６を返し部９で側壁４ａの内面から離間する方向、即ちケース４の内方の電池エレメント５の上端に向けて受け流すようにできる（図３中に矢印で示す）。特に、図１に示すように、二次電池２の長尺方向が車両１の走行方向に沿うように二次電池２を設置することにより、車両１の加速時や制動時において、電解液６を二次電池２の長尺方向で揺動させて側壁４ａの内面に沿い上昇させ、返し部９によって電池エレメント５の上端に向けて受け流すことが可能である。これにより、電解液６が枯渇する傾向にある電池エレメント５の上側の部分に電解液６を効率よく供給することができ、電池エレメント５の偏劣化を防ぐことができる。
【００２５】
また、返し部９の傾斜する表面、即ち電解液６と接する面を円弧状にすることで、流動する電解液６の流れをスムーズにすることができ、電池エレメント５の上端に向けて電解液６を良好に受け流すことができる。
また、ケース４の側壁４ａの内面と底壁４ｂの内面とが直交する部分にスロープ部１１を形成することで、車両１の揺れに伴って揺動し側壁４ａの内面に向けて移動する電解液６を少ない抵抗で上昇方向へと向きを変えて受け流すことができる（図３中に矢印で示す）。
【００２６】
また、スロープ部１１の傾斜する表面、即ち電解液６に接する面を円弧状にすることで、やはり電解液６をより良好に側壁４ａの内面に受け流すことができる。
［第２実施形態］
図４を参照すると、図３と同様に二次電池２のケース４の内壁構造を示した斜視図が縦断面図として示されており、図４に基づき第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と共通の構成については説明を省略し、ここでは第１実施形態と異なる部分について説明する。
【００２７】
第２実施形態では、側壁４ａの内面と側壁（他の側壁）４ｃの内面とが直交する角部に、側壁４ａの内面から側壁４ｃの内面に向けて滑らかに傾斜する受け流し部１３が形成されている。詳しくは、受け流し部１３の傾斜する表面は、外方に向け円弧状に湾曲する凹面をなすよう構成されている。なお、受け流し部１３の傾斜する表面は、凹面でなく平面であってもよい。
【００２８】
受け流し部１３は、ケース４と一体であっても別体であってもよい。別体である場合には、返し部９やスロープ部１１と同様、二次電池２が高温になっても変形せず、電解液６で溶解せず、絶縁性の高い材料、例えば、ケース４と同様の材料や、耐熱性および耐溶解性の高い樹脂材料で構成されることが望ましい。
このように、側壁４ａの内面と側壁４ｃの内面とが直交する角部に受け流し部１３を形成することで、ケース４の底部に溜まった電解液６が複雑な車両１の揺れによって側壁４ｃの内面から側壁４ａの内面に向けて斜めに上昇する場合であっても、側壁４ｃの内面から側壁４ａの内面に向けて移動する電解液６を少ない抵抗で側壁４ａの内面へと受け流すことができる（図４中に矢印で示す）。これにより、側壁４ｃの内面から側壁４ａの内面に向けて斜めに上昇する電解液６についても、側壁４ａの内面に形成した返し部９によって電池エレメント５の上端に向けて受け流すことが可能である。
【００２９】
また、受け流し部１３の傾斜する表面、即ち電解液６に接する面を円弧状にすることで、やはり電解液６の流れをスムーズにでき、より良好に電解液６を返し部９に到達させることができる。
［第３実施形態］
次に、図５〜７を用いて、本発明の第３実施形態について説明する。
【００３０】
図５を参照すると、返し部９、スロープ部１１、受け流し部１３を結合した返し部集合体１５を採用したケース４の斜視図が横断面図として示されている。
返し部集合体１５は、返し部９とスロープ部１１の円弧部分が側壁４ａ上で互いに接続し、一連をなすよう構成され、さらに隣り合う受け流し部１３同士も同様に側壁４ａ上で互いに接続し、一連をなすよう構成されており、これらが組み合わさり重なり合うようにして図５に示す内面形状が形成されている。
【００３１】
図６を参照すると、図５のI−I断面の断面図が示されている。同図に示すように、側壁４ａの内面上における返し部集合体１５の返し部９とスロープ部１１の電解液６に接する面は、側壁４ａの内面の中央部分で一連になるように滑らかに接続され、全体として円弧状をなしている。
また、図７を参照すると、図５及び図６のII−II断面の断面図（ａ）、III−III断面の断面図（ｂ）、IV−IV断面の断面図（ｃ）が示されている。図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、側壁４ａの内面上の返し部９とスロープ部１１の電解液６に接する面が一連になるように滑らかに接続され、隣り合う受け流し部１３同士の電解液６に接する面が一連になるように滑らかに接続され、これらが組み合わされ重ね合わせられることで、横断面が楕円形をなし側壁４ａの外方に向けて円弧形状をなす凹面が形成されている。
【００３２】
即ち、返し部集合体１５は、側壁４ａの内面上において、電解液６に接する面が側壁４ａの外方に向けて断面楕円形の略スプーン状の形状を有して凹むように形成されている。
このように返し部集合体１５が形成されていると、ケース４の底部からスロープ部１１を経て返し部９まで上昇する電解液６が返し部９の上端部分において集合するように流れ、電解液６の流速が上昇する。従って、例えば車両１の揺れが小さく、故に二次電池２内での電解液６の揺動の度合いが小さく、側壁４ａの内面を上昇する電解液６の量が少ない場合であっても、上昇する電解液の勢いを一点に集中させながら、電解液６をケース４の内方に位置する電池エレメント５の上端に向けて良好に受け流すことが可能である。
【００３３】
これにより、効率よく、電解液６が枯渇する傾向にある電池エレメント５の上側の部分に電解液６を供給することができ、電池エレメント５の偏劣化を防ぐことができる。
なお、第３実施形態では、返し部９とスロープ部１１の表面が共に円弧形状の凹面である返し部集合体１５を例に説明したが、返し部集合体１５において、返し部９とスロープ部１１の表面は平面であってもよいし、返し部９及びスロープ部１１の何れか一方を円弧形状の凹面とし他方を平面として構成してもよい。同様に、受け流し部１３の表面についても円弧形状の凹面として説明したが、受け流し部１３についても凹面に限られず平面であってもよい。
【００３４】
以上で本発明に係る二次電池の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、電気自動車やハイブリット車両に搭載する二次電池について説明したが、二次電池を搭載し、二次電池に揺れが生じる限り、例えば、鉄道車両や船舶等に搭載した二次電池に本発明を適用することも可能である。
【００３５】
また、上記実施形態では、リチウムイオン二次電池を例に説明したが、二次電池はリチウムイオン二次電池でなくてもよく、電解液を有する限り、例えば、鉛蓄電池やアルカリ蓄電池等であってもよい。
また、上記実施形態では、ケース４を直方体で構成するようにしたが、直方体でなくてもよく、円筒状であってもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、返し部９を側壁４ａの内面に形成する場合を説明したが、返し部９については、側壁４ｃの内面に形成してもよい。同様に、スロープ部１１についても、側壁４ｃの内面と底壁４ｂの内面とが直交する角部に形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、返し部９を電池エレメント５の上端より高い位置に形成したが、これに限られるものではなく、電池エレメント５の上端より低い位置に形成するようにしてもよい。即ち、電池エレメント５の電解液６が枯渇しやすい箇所に電解液６を供給することができるものであれば、電解液６を受け流す位置は電池エレメント５の上端に限られない。例えば電池エレメント５の中腹に電解液６を受け流すように返し部９を形成し、毛細管現象によって電解液６が枯渇しやすい箇所に電解液６を浸透させるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  車両
２  二次電池
３  モータ
４  ケース（電池ケース）
４ａ  側壁
４ｂ  底壁
４ｃ  側壁（他の側壁）
４ｄ  蓋部材
５  電池エレメント
６  電解液
７  正極リード
８  負極リード
９  返し部
１１  スロープ部
１３  受け流し部
１５  返し部集合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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