(57)【要約】【課題】電池パックに収納された電池が異常時に高温のガスを放出しても燃焼状態になることなく安全性を確保できる電池パックを提供する。【解決手段】電池から放出されたガスを流通させる排気ダクト１Ｃを有し、排気ダクト１Ｃでガスの温度を低下させて外部に排出する。排気ダクト１Ｃの流路面積は、電池の容量１Ａｈ当たり０．５ｍｍ２以上で、かつ１５ｍｍ２以下の範囲である。排気ダクト１Ｃには、ガス冷却部１Ｌ及び火花トラップ部１Ｍが設けられている。【選択図】図１
2008117765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に電池が収納された構成の電池パックであって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路で前記ガスの温度を低下させて外部に排出するように構成されている電池パック。
【請求項２】
前記経路としてダクトが設けられている請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
筐体内に電池が収納された構成の電池パックであって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路は、ガスの流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させる構成とされている電池パック。
【請求項４】
前記経路としてダクトが設けられている請求項３に記載の電池パック。
【請求項５】
前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれている請求項３記載の電池パック。
【請求項６】
前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量１Ａｈ当たり０．５ｍｍ２以上で、かつ１５ｍｍ２以下の範囲である請求項３に記載の電池パック。
【請求項７】
前記経路に、前記ガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段が設けられている請求項１又は３に記載の電池パック。
【請求項８】
前記経路に、前記ガス中で生ずる火花をトラップする手段が設けられている請求項１又は３に記載の電池パック。
【請求項９】
前記経路には、複数の電池からのガスが流入可能に各電池のガス放出部が接続されている請求項１又は３に記載の電池パック。
【請求項１０】
筐体内に電池が収納され、前記電池の電力によって所定の機能を果たす構成の電池搭載機器であって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路で前記ガスの温度を低下させて外部に排出するように構成されている電池搭載機器。
【請求項１１】
前記経路としてダクトが設けられている請求項１０に記載の電池搭載機器。
【請求項１２】
筐体内に電池が収納され、前記電池の電力によって所定の機能を果たす構成の電池搭載機器であって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路には、ガスの流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させる構成とされている電池搭載機器。
【請求項１３】
前記経路としてダクトが設けられている請求項１２に記載の電池搭載機器。
【請求項１４】
前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれている請求項１２記載の電池搭載機器。
【請求項１５】
前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量１Ａｈ当たり０．５ｍｍ２以上で、かつ１５ｍｍ２以下の範囲である請求項１２に記載の電池搭載機器。
【請求項１６】
前記経路に、前記ガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段が設けられている請求項１０又は１２に記載の電池搭載機器。
【請求項１７】
前記経路に、前記ガス中で生ずる火花をトラップする手段が設けられている請求項１０又は１２に記載の電池搭載機器。
【請求項１８】
前記経路には、電池または電池パックを電池搭載機器から脱着するための接続部が存在する請求項１０又は１２に記載の電池搭載機器。
【請求項１９】
前記経路には、複数の電池パックからのガスが流入可能に各電池パックのガス放出部が接続されている請求項１０又は１２に記載の電池搭載機器。
【請求項２０】
請求項１又は３に記載の電池パックと、この電池パックの搭載対象となる電池搭載機器に設けられ、当該電池パックの前記経路と連通可能な外経路とを備えた電池パックの接続構造であって、前記外経路の排気口が、電池搭載機器の使用者と向かい合う側面と異なる面に配置されていることを特徴とする電池パックの接続構造。
【請求項２１】
前記ガスを外部に放出させる排気口が、電子搭載機器の使用者と向かい合う側面と異なる面に配置されていることを特徴とする請求項１０又は１２に記載の電池搭載機器。
【請求項２２】
前記電池と前記経路とが互いに着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は３に記載の電池パック。
【請求項２３】
前記電池と前記経路とが互いに着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１０又は１２に記載の電池搭載機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に仮に異常が発生した場合であっても外部に炎や煙を出すことなく安全性を確保できる電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の多様化にともない高容量、高電圧、高出力で安全性の高い電池や電池パックが求められている。特に安全な電池や電池パックを提供するための手段としては、一般的に電池には電池温度の上昇を防ぐためのＰＴＣ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等が備えられている。また、電池パックには安全回路が搭載され電池が異常にならないように制御されている。
【０００３】
しかしながら、従来のような保護手段を備えていても、万が一電池の内部に異常が発生し、電池内部から高温高圧のガスが噴出することがある。その場合、電池を収納しているパックの筐体が破損や溶融、燃焼し高温高圧のガスが電池パックの外部に漏れ出したり、高温高圧のガスが燃えて電池パック内部、外部で延焼し被害が大きくなることが考えられる。
【０００４】
このような現象を防止する方法として、複数の電池をケースに収納した電池モジュールにおいて、電池から放出された高温高圧のガスをケース内で拡散しながら温度と圧力を低下させ、ケースの外部へ放出する方法（特許文献１）や、あるいは電池内部の圧力が所定値以上に昇圧したときにガスを放出する安全弁を持つ単電池を複数個接続して単電池群とするとともに、単電池が放出したガスを外部へ排出するダクトに膨張可能なバッグを設け、大量のガスが発生した場合にバッグが膨張することで排出ガスの圧力を低下させ、ダクトの破損を生じることなく外部へガスを排出させる方法（特許文献２）が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−３２２４３４号公報
【特許文献２】特開２００５−３３９９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電池から排出されたガスは高温高圧でかつ可燃性が高いため、大気中の酸素と接触、混合されると発火する場合がある。したがって、特許文献１、２に記載の排出ガスを空間内で温度と圧力を緩和させるという手段を用いた場合、複数の電池を収納したケース内や排気ダクト内においてガスが酸素と混合され、これにより着火したガスはさらに高温高圧状態となる。このため、他の電池までもが熱暴走を開始し、電池パック全体が破損し被害が大きくなるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の目的は、電池パックに収納された電池が異常時に高温のガスを放出しても燃焼状態になることなく安全性を確保できる電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明は、筐体内に電池が収納された構成の電池パックであって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路で前記ガスの温度を低下させて外部に排出するように構成されている。
【０００８】
本発明では、ガスが外部に排出される前に燃焼に至らない程度の温度までガス温度が低下するので、外部に排出されたガスが燃焼するのを抑止することができる。
【０００９】
前記経路としてダクトが設けられているのが好ましい。この態様では、ダクトによってガスの流通経路を規制することができる。このため、ガスが酸素と混合されるのを抑制することができ、ガス温度が低下する前に燃焼状態に移行してしまうのを効果的に抑止することができる。
【００１０】
また本発明は、筐体内に電池が収納された構成の電池パックであって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路は、ガスの流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させる構成とされている。
【００１１】
本発明では、ガス流速が所定値以下に低下することなくガスが流れるので、主配管内でガスが酸素と接触するのを抑制できる。このため、ガスが高温であっても燃焼に至るのを抑制することができる。
【００１２】
ここで、前記経路としてダクトが設けられているのが好ましい。この態様では、ダクトによってガスの流通経路を規制することができる。このため、ガスが酸素と混合されるのを抑制することができ、ガスが燃焼状態に移行してしまうのを効果的に抑止することができる。
【００１３】
また、前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれているのが好ましい。この態様では、ガスから火花が発生する場合に、屈曲部においてガスの流れる方向と火花の噴出する方向を分離することができる。この結果、ガスが火花を伴って流れるのを抑制でき、ガスが燃焼に至るのを抑制することができる。
【００１４】
また、前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量１Ａｈ当たり０．５ｍｍ２以上で、かつ１５ｍｍ２以下の範囲であるのが好ましい。この態様では、経路内においてガスが空気中の酸素と接触するのが抑制され、経路内での燃焼が抑制される。
【００１５】
また、前記経路に、前記ガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段が設けられているのが好ましい。この態様では、ガスが燃焼しない温度までガス温度を効率よく低下させることができる。
【００１６】
また、前記経路に、前記ガス中で生ずる火花をトラップする手段が設けられているのが好ましい。この態様では、着火の原因となる火花を取り除くことにより、ガスの燃焼を確実に抑止することができる。
【００１７】
また、前記経路には、複数の電池からのガスが流入可能に各電池のガス放出部が接続されているのが好ましい。この態様では、１つの電池からガスが放出された場合でも、ガスが燃焼に至るのが抑制されることにより、他の電池が高温に曝されて延焼してしまうという事態を回避することができる。
【００１８】
また本発明は、筐体内に電池が収納され、前記電池の電力によって所定の機能を果たす構成の電池搭載機器であって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路で前記ガスの温度を低下させて外部に排出するように構成されている。
【００１９】
この電池搭載機器において、前記経路としてダクトが設けられているのが好ましい。
【００２０】
また本発明は、筐体内に電池が収納され、前記電池の電力によって所定の機能を果たす構成の電池搭載機器であって、前記電池から放出されたガスを流通させる経路を有し、前記経路には、ガスの流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させる構成とされている。
【００２１】
この電池搭載機器において、前記経路としてダクトが設けられているのが好ましい。
【００２２】
また、前記電池搭載機器において、前記経路には、ガスの流通方向を折り曲げる屈曲部が含まれているのが好ましい。
【００２３】
また、前記電池搭載機器において、前記経路の横断面積は、この経路に連通するガス放出部を有する電池の容量１Ａｈ当たり０．５ｍｍ２以上で、かつ１５ｍｍ２以下の範囲であるのが好ましい。
【００２４】
また、前記電池搭載機器において、前記経路に、前記ガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段が設けられているのが好ましい。
【００２５】
また、前記電池搭載機器において、前記経路に、前記ガス中で生ずる火花をトラップする手段が設けられているのが好ましい。
【００２６】
また、前記電池搭載機器において、前記経路には、電池または電池パックを電池搭載機器から脱着するための接続部が存在するのが好ましい。
【００２７】
また、前記電池搭載機器において、前記経路には、複数の電池パックからのガスが流入可能に各電池パックのガス放出部が接続されているのが好ましい。
【００２８】
また、本発明は、電池パックと、この電池パックの搭載対象となる電池搭載機器に設けられ、当該電池パックの前記経路と連通可能な外経路とを備えた電池パックの接続構造であって、前記外経路の排気口が、電池搭載機器の使用者と向かい合う側面と異なる面に配置されていることを特徴とする電池パックの接続構造を提供する。
【００２９】
また、前記電池搭載機器において、前記ガスを外部に放出させる排気口が、電子搭載機器の使用者と向かい合う側面と異なる面に配置されていることが好ましい。
【００３０】
また、前記電池パックもしくは電池搭載機器において、前記電池と前記経路とが互いに着脱可能に構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、電池から排出された高温のガスの燃焼を抑制でき、より安全性の高い電池パックとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
本実施形態に係る電池パックは、複数個の電池が筐体内に配置された電池パックである。電池は、異常時に高温のガスを高速で放出する可能性があるが、電池パックは、電池から放出されたガスを外部に排出する経路を有し、前記経路でガスの温度を低下させ、外部に排出するように構成されるものである。
【００３４】
この電池パックでは、電池パック内の電池が内部短絡や過充電などで発熱し、電池内部から高温のガスが噴出しても、ガスの温度を低下させた上で電池パック外部に放出させる。このため、ガスの燃焼を抑制し、被害を最小限にすることが可能である。通常、高温のまま電池外部にガスが放出されると、ガスは電池外部の酸素と混合されて燃焼に至る。しかし、本実施形態の電池パックのように、空気と混合される前にガス温度が低下すると、その後ガスが空気と混合されても燃焼することはない。すなわちここで言う「ガスの温度を低下させ」とは、ガスが空気と混合しても燃焼しない温度までガスの温度を低下させることを意味する。
【００３５】
また、ガスの温度が低下するまでに空気と混合することを抑制する手段としては、筐体内部にダクトを設けることによってガスの経路を形成したり、筐体内部に仕切り板を配置してガスの経路を形成するのが有効である。これは、排出ガスの流れを一つにまとめ、それが分散しないように流れを規制することが目的である。もし、ガスの流れ方向が規制されていなければ、ガスが筐体内で無方向に分散することになり、これによって筐体内の酸素と適度な混合が起こってしまい、ガスの温度が低下する前に燃焼状態に入ってしまう。そして、放出されたガスがダクトから漏れ出さないようにダクトの密閉性を確保することが重要である。また、電池間の隙間やダクトの径が狭くなり過ぎないように電池を配置することが有効である。
【００３６】
筐体内部の仕切り板やダクトの材料としては、アルミや銅、チタンなどの金属やセラミック、砂等の不燃性の固体を用いることができる。又、不燃性の固体を用いない場合、含水化合物やイミダゾリウム塩系、ピリジニウム塩系、脂肪族四級アンモニウム塩系などのイオン性液体等の不燃性材料などを、ガスが通る経路の全部もしくは一部に、被覆・積層して用いることによって排気経路が熱による損傷を受けないようにすることが可能となる。
【００３７】
また、ガスが通る経路にガスの温度を低下させる熱交換手段または吸熱手段を設けることでより効果的なものにすることができる。熱交換手段または吸熱手段は、例えば金属などの高熱伝導材料やセラミックなどの高比熱材料によって構成することができ、また、半田、ろう、低融点ガラス、水などの熱により溶融、昇華することで潜熱として熱を吸収する材料、あるいは炭酸マグネシュウムや水酸化アルミニウム等の分解して熱を吸収する材料などによって構成することも可能である。また、経路の途中で発火していない他のセルにガスの熱を分散させてもよい。また、ダクトにフィンを設けることによって熱交換手段または吸熱手段を構成してもよい。
【００３８】
ガスを自然発火しない温度まで低下させても、ガス中に火花が含まれるとガスに着火して燃焼する可能性がある。そのためガスが空気と混合する前に、ガス中に含まれる火花を取り除く必要がある。ガスが通る経路でガス中に含まれる火花をトラップする手段として、ガスが通る経路を長い導管構造にすることで火花のトラップが実現可能である。またガス経路の構成として、九十九折やらせん状等の屈曲部を有する状態にダクトを構成したり、ガス経路に複数の突起を設けることによって屈曲部を実現するようにしてもよい。また、屈曲部に火花が入り込むポケットを設けることも効果的である。ただし、ガスの排出を妨げないようにダクトの内径や屈曲部の角度・個数に配慮が必要である。ダクトの材質は放熱性、耐熱性を考慮して銅、アルミ、ステンレスなどの金属が好ましい。またダクト構造以外にも、単純に経路に屈曲部を設けたり、セラミック・金属板に排出ガスを吹きつけさせてもよい。
【００３９】
ガス経路の流路面積は、電池パック内に配置される電池１セルあたりの容量で決められる。すなわち、電池１セルあたりの容量に応じて電池から放出されるガス量が決まるため、ガス経路の流路面積を電池容量に対する比によって決定すれば、ガス流速が所定値以下に低下しないようにガスを流通させることができる。このガス流速の所定値とは、酸素がガス経路内に進入するのを抑制して、ガスと酸素が接触するのが抑制されるようなガス流速を意味している。かかる観点より、ガスの流路面積は、電池の容量１Ａｈ当たり０．５ｍｍ２以上で、かつ１５ｍｍ２以下の範囲であるのが好ましい。なお、ガス経路がダクトによって形成される場合には、前記流路面積は、ダクトの流路面積となる。
【００４０】
ガスの冷却機構や火花のトラップ機構はガスが通過する経路であれば、電池パックの開口部に設けても電池パック内の各電池に設けてもよく、あるいは電池を搭載する機器側に設けてもよい。この場合には、ガス経路を機器外部にガスを放出できるように構成することが必要となる。
【００４１】
次に、本発明に係る電池パックの一実施形態について説明する。この実施形態に係る電池パックは、図１に示すように、円筒形１８６５０サイズのリチウムイオン二次電池２本を１セットとして並列配置し、それを３セット直列に接続した６本の電池を用いた組電池１Ｄを収容するものである。また、本発明の一実施形態に係る電池搭載機器は、図１に示す電池パックを搭載し、それを電源として用いる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、四輪車や二輪車等の車両、その他の電池搭載機器である。電池搭載機器が車両であった場合、電池パックは、例えば車両に搭載された電装機器の電源として用いられたり、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たりする。
【００４２】
電池パックは、電池パック筐体１Ａ、１Ｂと、電気を取り出す電池パック端子（図示せず）と、排気ダクト１Ｃとを備えている。筐体１Ａ、１Ｂは、ポリカーボネート製であり、排気ダクト１Ｃは、厚み０．３ｍｍの鉄製である。なお、排気ダクト１Ｃは、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅、ステンレス等の金属、液晶性全芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホン、芳香族ポリアミド等の耐熱性のある樹脂、または金属と樹脂との積層体等の材料で構成されていてもよい。
【００４３】
１セットを構成する２本の電池は、電池端子１Ｆと電池底部にそれぞれ接続板１Ｅが溶接されている。したがって、この２本の電池は並列接続となっている。この接続板１Ｅは接続リード１Ｇを介して他のセットの接続板１Ｅと導通し、また接続リード１Ｇを介して電池パック端子とを導通している。なお、図１では、最上位の１セットのみ接続板１Ｅが示されているが、それ以外のセットの電池についても同様に接続板１Ｅが設けられている。
【００４４】
排気ダクト１Ｃは、接続管部１Ｈと、主管部１Ｉと、ガス冷却部１Ｌと、火花トラップ部１Ｍと、排気口１Ｐとを備える。主管部１Ｉは、横断面積が略一定の直管状に構成されており、電池の長手方向と平行になるように配設されている。
【００４５】
本実施形態では、各セットを構成する電池が２個ずつなので、主管部１Ｉは、それに応じて２つ設けられている。すなわち、筐体１Ａ，１Ｂの幅方向に電池が２つ並んでいて、その状態で長手方向に電池が３つ並んでいる。それに応じ、各主管部１Ｉは、筐体１Ａ，１Ｂの長手方向に隣接する３つの電池に接続されている。そして、図２に示すように、各主管部１Ｉは、並設された２つの電池と、筐体１Ａ，１Ｂとの間に形成された空間を利用して配設されている。これにより、筐体１Ａ，１Ｂ内の空間が大きくなるのが抑制されている。なお、主管部１Ｉは、直管状に限られるものではなく、組電池１Ｄの配置関係に応じて屈曲部を有するものであってもよい。
【００４６】
接続管部１Ｈは、電池のガス放出部と主管部１Ｉとを接続する。接続管部１Ｈは、電池のガス放出部から排出されるガスを漏らさず導けるように高耐熱性の接着剤等によって電池端子１Ｆに密着されている。
【００４７】
なお、電池端子１Ｆと接続管部１Ｈとの接続は、図１３〜図１７に示すように、Ｏリングを用いたフランジ継手やワンタッチジョイント、袋ナットによる接続などを用いて着脱可能にすることもできる。図１３〜図１７の具体的構成については後に詳述する。
【００４８】
ガス放出部は、電池端子１Ｆに設けられた排気口によって構成されるものであり、電池内部で発生したガスを電池の外部に逃がすために設けられている。なお、このガス放出部は、通常塞がれており、異常時に電池内で所定圧力以上のガスが発生すると破断してガスを放出する。
【００４９】
接続管部１Ｈは、電池端子１Ｆから電池の幅方向に延びるように配設されており、外端部において主管部１Ｉに連通されている。したがって、接続管部１Ｈは主管部１Ｉに対して屈曲された屈曲部としても機能する。
【００５０】
接続管部１Ｈにおける流路面積は、主管部１Ｉにおける流路面積とほぼ同じに設定されている。そして、これらの流路面積は、電池から放出されてダクト１Ｃ内を流れるガスの流速が所定以下にならないように設定されている。具体的に、本実施形態で用いられている円筒形１８６５０サイズのリチウムイオン二次電池の電池容量は２Ａｈであり、接続管部１Ｈ及び主管部１Ｉにおける流路面積は、５ｍｍ２以上で、かつ２０ｍｍ２以下となっている。
【００５１】
ガス冷却部１Ｌは、接続管部１Ｈとは反対側の主管部１Ｉの端部に接続されている。ガス冷却部１Ｌは、両主管部１Ｉに接続されている。したがって、何れの主管部１Ｉを流れたガスもこのガス冷却部１Ｌ内に流入する。ガス冷却部１Ｌは、ダクト１Ｃを流れたガスを当該ダクト１Ｃ外に導出する前に冷却するためのものである。ガス冷却部１Ｌは、内壁面に高熱伝動材料、高比熱材料等の熱吸収剤が設けられた構造である。ガス冷却部１Ｌは、例えば高さが３．６ｍｍ、内部空間高さが３．０ｍｍに形成されている。
【００５２】
火花トラップ部１Ｍはガス冷却部１Ｌに隣接して配置されており、図３に示すように、火花トラップ部１Ｍとガス冷却部１Ｌとは連絡管１Ｎを通じて連通している。火花トラップ部１Ｍは、ガス中の火花を捕集するために設けられるものであり、内壁面に多孔質セラミック板、ゲルシート、銅メッシュ、アルミメッシュ、ＳＵＳメッシュ、セメント板又は石膏板が設けられた構成のものである。火花トラップ部１Ｍに排気口１Ｐが設けられており、火花トラップ部１Ｍを通過したガスが、この排気口１Ｐを通ってダクト１Ｃ外に排出される。したがって、電池より排出されたガスは、接続管部１Ｈから主管部１Ｉへと導かれ、主管部１Ｉを通過した後にガス冷却部１Ｌを通過し、その後に火花トラップ部１Ｍを通過して排気口１Ｐを通して筐体外部に放出される。排気口１Ｐは、電池搭載機器に設けられた外経路（図示省略）に対して脱着するための接続部としても機能する。
【００５３】
なお、本実施形態では、ガス冷却部１Ｌから火花トラップ部１Ｍにガスが流れる構成としたが、火花トラップ部１Ｍからガス冷却部１Ｌにガスが流れる構成としてもよい。また、ガス冷却部１Ｌと火花トラップ部１Ｍは、隣接配置されている構成に限られるものではない。またこれらを一体的に形成してもよく、あるいはこれらを接続管部１Ｈ内または主管部１Ｉ内に設けるようにしてもよい。
【００５４】
図４は本発明の実施の形態における電池の概略縦断面図である。図４において円筒型リチウムイオン電池は、渦巻き状に巻かれた円筒状の極板群２Ｄを備えている。この極板群２Ｄは、アルミニウム箔集電体に正極合剤が塗着された正極板２Ａと、銅箔集電体に負極合剤が塗着された負極板２Ｂと、それら両極間に配置された厚み２５μｍのセパレータ２Ｃとからなる。
【００５５】
アルミニウム箔集電体には正極リード集電体２Ｅがレーザ溶接されている。銅箔集電体には負極リード集電体２Ｆが抵抗溶接されている。極板群２Ｄは金属製有底ケース２Ｇに収納されている。負極リード集電体２Ｆは有底ケース２Ｇの底部と抵抗溶接されて、電気的に接続されている。正極リード集電体２Ｅは有底ケース２Ｇの開放端から防爆弁を有した封口板２Ｈの金属製フィルター２Ｉにレーザ溶接されて、電気的に接続されている。
【００５６】
有底ケース２Ｇの開放端から非水電解液を注入する。有底ケース２Ｇの開放端には溝を入れて座が形成され、正極リード集電体２Ｅを折り曲げ、有底ケース２Ｇの座部に樹脂製アウターガスケット２Ｊと封口板２Ｈが装着され、有底ケース２Ｇの開放端全周囲をかしめて封口されている。
【００５７】
ここで、図１３〜図１７に示す接続管部１Ｈと電池端子１Ｆとを着脱可能に接続するための構造について説明する。まず、図１３及び図１４には、接続管部１Ｈの端末に形成されたフランジ部５Ａが封口板２Ｈに対してボルトＢ１によって固定されることにより、封口板２Ｈの内側と接続管部１Ｈの内側とが封口板２Ｈに形成された開口５Ｃを介して連通した状態で、当該封口板２Ｈと接続管部１Ｈとが連結される構成が開示されている。これらフランジ部５Ａと封口板２Ｈとの間には、前記ボルトＢ１の内側位置にＯリング５Ｂが挟持されており、このＯリング５Ｂによって封口板２Ｈと接続管部１Ｈとの間のガスの流通が阻止されている。
【００５８】
図１５には、封口板２Ｈに突出形成された雄ねじ部６Ａと、前記接続管部１Ｈの端末に形成された雌ねじ部６Ｂとを互いに螺合することにより、接続管部１Ｈを電池端子１Ｆに取り付け可能な構成が開示されている。各ねじ部６Ａ、６Ｂの螺合状態においては、雄ねじ部６Ａの端面と雌ねじ部６Ｂの底面との間でパッキン６Ｃが挟持されており、このパッキン６Ｃによって封口板２Ｈと接続管部１Ｈとの間のガスの流通が阻止されている。
【００５９】
図１６には、封口板２Ｈに突出形成された内筒部７Ａの外側に接続管部１Ｈの端末に形成された外筒部７Ｂを被せることにより、これら両筒部７Ａ、７Ｂにそれぞれ形成された爪部７Ｃ、７Ｄがそれぞれ係合して封口板２Ｈに対し接続管部１Ｈが抜け止めされる構成が開示されている。この抜け止め状態においては、内筒部７Ａの端面と外筒部７Ｂの底面との間でパッキン７Ｅが挟持されており、このパッキン７Ｅによって封口板２Ｈと接続管部１Ｈとの間のガスの流通が阻止されている。なお、各爪部７Ｃ、７Ｄの係合は外筒部７Ｂの外側への弾性変形を経て実現するように構成することができるが、このように構成した場合、外筒部７Ｂの弾性変形を規制して両爪部７Ｃ、７Ｄの係合状態を保持するための拘束筒７Ｆを外筒部７Ｂのさらに外側に設けることが好ましい。
【００６０】
図１７には、封口板２Ｈに突出形成された雌ねじ部８Ａと、接続管部１Ｈの端末に形成された雌ねじ部８Ｂとのそれぞれに対してスリーブ８Ｃの両端部を螺合させることにより、接続管部１Ｈと封口板２とが連結される構成が開示されている。この連結状態においては、スリーブ８Ｃの長手方向の途中部に形成された大径部８Ｄと各雌ねじ部８Ａ、８Ｂの端面との間にそれぞれパッキン８Ｅが挟持されており、このパッキン８Ｅによって封口板２Ｈと接続管部１Ｈとの間のガスの流通が阻止されている。
【００６１】
次に図１に示すように、完成した６本の円筒型リチウムイオン二次電池を配列しニッケル製の厚み０．２ｍｍの接続板１Ｅで直列接続し、さらに電池パックを構成する電池パック端子と導通させるための接続リード１Ｇを接続板１Ｅに取り付けて組電池１Ｄを製作した。
【００６２】
続いて、本発明に係る電池搭載機器の実施形態１について説明する。この実施形態１は、図５及び図６に示すように、円筒形１８６５０サイズのリチウムイオン二次電池２本を１セットとして並列配置し、それを３セット直列に接続した６本の電池を用いた電池パック１０を装着するノートブック型パーソナルコンピュータ（以下ノート型ＰＣと称す）１１である。
【００６３】
この実施形態１の電池パック１０は、前記実施形態の電池パックと異なり、排気ダクトとして、接続管部１０Ｈと、主管部１０Ｉと、接続部１０Ｐとを備えている。換言すると、ガス冷却部１０Ｌ、連通路１０Ｚ、火花トラップ部１０Ｍ及び排気口１０Ｙは、外経路として電池搭載機器側、すなわちノート型ＰＣの本体側に装着されている。
【００６４】
すなわち、電池パック１０をノート型ＰＣ１１に装着することにより電池パック１０側の排気ダクト（接続部１０Ｐ）とノート型ＰＣ１１側の外経路（ガス冷却部１０Ｌ）とが接合箇所Ｐ１で接合される。異常時に発生したガスは、電池パック１０の排気口１０Ｐから接合箇所Ｐ１を経由してノート型ＰＣ１１に送られ、ノート型ＰＣ１１に設けられたガス冷却部１０Ｌ、連通路１０Ｚ、火花トラップ部１０Ｍ、及び排気口１０Ｙを順に経由してノート型ＰＣ１１の使用者側の側面と反対側の側面側へ放出される。つまり、本実施形態のノート型ＰＣ１１では、ノート型ＰＣ１１の使用者側の向きＹ１と反対の向きＹ２に向けてガスが排出される。
【００６５】
また、排気口１Ｐ、１０Ｙを向ける方向としては、使用者側の向きＹ１と反対の向きＹ２に限定されることはなく、少なくとも前記向きＹ１と異なる向きであればよい。例えば、使用者側の向きと直交する向きＹ３、Ｙ４とすることができる。
【００６６】
電池パックに異常事態が発生したときに、安全面での人体に及ぼす影響を最小限に抑制するための人体保護の立場に立った場合、機器の使用者が電池パック装着機器に最も近くにいる可能性が高い。すなわち、排気口を使用者側の向きと異なる向きとすることが人的被害を最小限にできる確率が高い。
【００６７】
前記経路を通過し排気口より排出されたガスは、大気中へ放出されることでさらに急激に温度が低下するため、電池パック搭載機器に最も近い人にガスが直接吹き付けられなければ十分に安全を確保できると考えられる。
【００６８】
次に、本発明に係る電池搭載機器の実施形態２について説明する。この実施形態２は、図７〜図９に示すように、直径３２ｍｍ、高さ１２０ｍｍのサイズの円筒形のリチウムイオン二次電池２本を１セットとして並列配置し、それを３セット直列に接続した６本の電池を用いた電池パック１２を装着する電池搭載機器としての電動アシスト型の電気自転車１４である。
【００６９】
実施形態２における電池パック１２は、前記各実施形態の電池パックと異なり、排気ダクトとして、接続管部１２Ｈと、ガス冷却部１２Ｌと、接続部１２Ｐとを備えている。換言すると、火花トラップ部１２Ｍ及び排気口１２Ｙは、外経路として電池搭載機器側、すなわち電気自転車１４の本体側に装着されている。
【００７０】
すなわち、電池パック１２を電気自転車１４に装着することにより電池パック１２側の排気ダクト（接続部１２Ｐ）と電気自転車１４側の外経路（ガス冷却部１２Ｌ）とが接合箇所Ｐ２で接合される。異常時に発生したガスは、電池パック１２側のガス冷却部１２Ｌと接合箇所Ｐ２を経由して電気自転車１４の乗員側の側面（上方）と反対側の電気自転車１４の底部側（下方）へ放出される。
【００７１】
次に、本発明に係る電池搭載機器の実施形態３について説明する。この実施形態３は、図１０〜図１２に示すように、直径３２ｍｍ、高さ１２０ｍｍのサイズの円筒型のリチウムイオン二次電池６本を１セットとして直列配線の並列配置し、これを１０セット直列に接続した６０本の電池を用いた電池パック１５を装着したハイブリッド型の電気自動車１６である。
【００７２】
電池パック１５は、前記６本の電池が収納された１０個のパック体１５Ａと、これらパック体１５Ａにそれぞれ設けられ当該各パック体に収納された各電池から排出されたガスをパック体１５Ａの外側へ導出可能な導出管１５Ｂと、これら導出管１５Ｂ同士を合流させる集中管１５Ｃと、この集中管１５Ｃに設けられた接続部１５Ｄとを備えている。
【００７３】
電気自動車１６は、前記接続部１５Ｄと接続可能なガス冷却部１６Ａと、このガス冷却部１６Ａに接続された火花トラップ部１６Ｂと、この火花トラップ部１６Ｂに接続されるとともに、エンジンの排気ガスとともに電池パック１５から導かれたガスを車外へ排気するための排気管１６Ｃと、この排気管１６Ｃの途中部に設けられたマフラー１６Ｄと、このマフラー１６Ｄの下流側でガスを排気する排気口１６Ｅとを備えている。
【００７４】
つまり、本実施形態の電池パック１５は、排気ダクトとして導出管１５Ｂ、集中管１５Ｃ及び接続部１５Ｄを備えている一方、電気自動車１６は、ガス冷却部１６Ａ、火花トラップ部１６Ｂ、排気管１６Ｃ及び排気口１６Ｅを外経路として備えている。
【００７５】
本実施形態では、電池パック１５を電気自動車１６に装着することにより電池パック１５の排気ダクト（接続部１５Ｄ）と電気自動車１６の外経路（ガス冷却部１６Ａ）とが接合部Ｐ３で接合され、異常時に発生したガスは、電池パック１５から接合部Ｐ３、ガス冷却部１６Ａ、火花トラップ部１６Ｂ、排気管１６Ｃ及び排気口１６Ｅを経由して、自動車の乗員側の側面（前面）と反対側の側面（後面）側へ放出される。
【実施例】
【００７６】
以下、電池パックの実施例について説明する。
【００７７】
（１）正極板の作製
正極板２Ａは以下のようにして作製する。正極合剤として、コバルト酸リチウム粉末を８５重量部、導電剤として炭素粉末を１０重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略す）のＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略す）溶液をＰＶＤＦが５重量部相当を混合する。この混合物を厚み１５μｍのアルミニウム箔集電体に塗布して乾燥させた後、圧延する。これにより厚みが１００μｍの正極板２Ａを作製した。
【００７８】
（２）負極板の作製
負極板２Ｂは以下のようにして作製する。負極合剤として人造黒鉛粉末を９５重量部、及び結着剤としてＰＶＤＦのＮＭＰ溶液をＰＶＤＦが５重量部相当を混合する。この混合物を厚み１０μｍの銅箔集電体に塗布して乾燥させた後、圧延する。これにより厚みが１１０μｍの負極板２Ｂを作製した。
【００７９】
（３）非水電解液の調整
非水電解液は以下のように調製する。非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比１：１で混合し、これに溶質として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）が１ｍｏｌ／Ｌになるように溶解させた。このように調製した非水電解液を４．５ｍｌ用いる。
【００８０】
（４）密閉型二次電池の作製
正極板２Ａと負極板２Ｂの間に厚み２５μｍのセパレータ２Ｃを配置して捲回し、円筒状の極板群２Ｄを構成した後、金属製有底ケース２Ｇに挿入して封口した。これにより密閉型非水電解質二次電池を得た。この電池は直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型電池で、電池の設計容量は２０００ｍＡｈであった。完成した電池に電池缶絶縁体として、厚み８０μｍのポリエチレンテレフタレート製の熱収縮チューブを頂面外縁部まで覆い、９０℃の温風で熱収縮させ電池として完成させた。
【００８１】
（５）電池パックの製作
（実施例１Ａ）
図１に示す組電池１Ｄと排気ダクト１Ｃとを電池パック１Ａ，１Ｂ内部に収納し、電池パック１Ａ，１Ｂの外周部を溶接した。このとき、完成した電池パックを充電時の最大電流を３Ａ、充電終了電流を０．１Ａとして通常１２．６Ｖ充電のところパックの過充電保護回路とセルの電流遮断（ＣＩＤ）をバイパスすることにより１３．５Ｖまで定電流定電圧の充電を行い、実施例１Ａの電池パックとした。
【００８２】
（実施例１Ｂ）
火花トラップ部１Ｍの内部に厚み１ｍｍの多孔質セラミック板（産業用セラミックハニカム；日本ガイシ社製）を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、連絡管１Ｎが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例１Ｂの電池パックとした。
【００８３】
（実施例１Ｃ）
火花トラップ部１Ｍの内部に厚み１ｍｍのゲルシート（積水化成品工業株式会社製）を貼り付けた。ゲルシートの配設位置は、連絡管１Ｎが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例１Ｃの電池パックとした。
【００８４】
（実施例１Ｄ）
火花トラップ部１Ｍの内部に銅メッシュ（線径４０μｍ、目開き４５×４５μｍ）を厚み１ｍｍとなるように重ね合わせて貼り付けた。銅メッシュの配設位置は、連絡管１Ｎが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例１Ｄの電池パックとした。
【００８５】
（実施例１Ｅ）
火花トラップ部１Ｍの内部にアルミメッシュ（線径４０μｍ、目開き４５×４５μｍ）を厚み１ｍｍとなるように重ね合わせて貼り付けた。アルミメッシュの配設位置は、連絡管１Ｎが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ｄと同様にして電池パックを作製し、実施例１Ｅの電池パックとした。
【００８６】
（実施例１Ｆ）
火花トラップ部１Ｍの内部にＳＵＳ３１６メッシュ（線径４０μｍ、目開き４５×４５μｍ）を厚み１ｍｍとなるように重ね合わせて貼り付けた。ＳＵＳメッシュの配設位置は、連絡管１Ｎが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ｄと同様にして電池パックを作製し、実施例１Ｆの電池パックとした。
【００８７】
（実施例１Ｍ）
厚み１ｍｍのセメント板を作製し、これを火花トラップ部１Ｍの内部に貼り付けた。セメント板の配設位置は、連絡管１Ｎが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例１Ｍの電池パックとした。
【００８８】
（実施例１Ｎ）
厚み１ｍｍの石膏板を作製し、これを火花トラップ部１Ｍの内部に貼り付けた。石膏板の配設位置は、連絡管１Ｎが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例１Ｎの電池パックとした。
【００８９】
（実施例２Ａ）
水分を含ませた厚み１ｍｍの多孔質セラミック板（産業用セラミックハニカム；日本ガイシ社製）をガス冷却部１Ｌの内部に貼り付けた。多孔質セラミック板の配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ａの電池パックとした。
【００９０】
（実施例２Ｂ）
水分を含ませた厚み１ｍｍのガラスウールをガス冷却部１Ｌの内部に貼り付けた。ガラスウールの配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｂの電池パックとした。
【００９１】
（実施例２Ｃ）
ガス冷却部１Ｌの内部に含水ゲル（ヒートバスター  株式会社ＰＤＭ研究所製）を厚み１ｍｍで塗布した。含水ゲルの塗布位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｃの電池パックとした。
【００９２】
（実施例２Ｄ）
ガス冷却部１Ｌの内部に厚み１ｍｍの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｄの電池パックとした。
【００９３】
（実施例２Ｅ）
ガス冷却部１Ｌの内部に厚み１ｍｍのアルミ板を貼り付けた。アルミ板の配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｅの電池パックとした。
【００９４】
（実施例２Ｆ）
ガス冷却部１Ｌの内部に厚み１ｍｍのＳＵＳ３１６板を貼り付けた。ＳＵＳ板の配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｆの電池パックとした。
【００９５】
（実施例２Ｇ）
リン酸二水素アンモニウムの粉末（関東化学株式会社製  特級（Ｇ））９０％重量部とＰＴＦＥの粉末１０％重量部とを乳鉢で混練し、１ｍｍ厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部１Ｌの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｇの電池パックとした。
【００９６】
（実施例２Ｈ）
炭酸水素ナトリウム（関東化学株式会社製  特級（Ｇ））９０％重量部とＰＴＦＥの粉末１０％重量部とを乳鉢で混練し、１ｍｍ厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部１Ｌの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｈの電池パックとした。
【００９７】
（実施例２Ｉ）
水酸化アルミニウム（関東化学株式会社製  特級（Ｇ））９０％重量部とＰＴＦＥの粉末１０％重量部とを乳鉢で混練し、１ｍｍ厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部１Ｌの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｉの電池パックとした。
【００９８】
（実施例２Ｊ）
炭酸マグネシウム（関東化学株式会社製  特級（Ｇ））９０％重量部とＰＴＦＥの粉末１０％重量部とを乳鉢で混練し、１ｍｍ厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部１Ｌの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｊの電池パックとした。
【００９９】
（実施例２Ｋ）
硫酸銅（II）五水和物（関東化学株式会社製  特級（Ｇ））９０％重量部とＰＴＦＥの粉末１０％重量部とを乳鉢で混練し、１ｍｍ厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部１Ｌの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は、実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｋの電池パックとした。
【０１００】
（実施例２Ｌ）
水酸化カルシュウム（関東化学株式会社製  特級（Ｇ））９０％重量部とＰＴＦＥの粉末１０％重量部とを乳鉢で混練し、１ｍｍ厚みのペレット状に成形した。このペレットをガス冷却部１Ｌの内部に貼り付けた。ペレットの配設位置は、主管部１Ｉが接続する壁部の対面壁とした。これ以外は、実施例１Ａと同様にして電池パックを作製し、実施例２Ｌの電池パックとした。
【０１０１】
（比較例１）
排気ダクト１Ｃを排除した以外は実施例１Ａと同様に電池パックを作製し、比較例１とした。
【０１０２】
（比較例２）
排気ダクト１Ｃを排除し、セル間を詰め、筐体寸法を１４．４ｍｍ短くした以外は実施例１と同様に電池パックを作製し、比較例２とした。
【０１０３】
以上の実施例および比較例で得られた各電池パックについて、以下の評価を行った。
【０１０４】
（ｉ）釘刺し試験
完成した電池パックを１０個、環境温度２０℃中において、直径２．５ｍｍの鉄製の釘を用い、釘刺し試験を行った。この釘刺し試験は、毎秒５ｍｍの速度で電池パック蓋にあらかじめ設けた釘刺し用の貫通穴を通して電池（セル）を貫通するまで釘を刺すことにより行った。釘を刺した電池は、電池パック内においてガス冷却部と反対側にあるセットのうちの片方の電池である。釘は電池の高さ方向および直径方向の中心部を通過するように刺した。そして、高速カメラを用いてパックの外部に放出される火花と炎の観察を行った。パック外部において、炎が０．５秒以上継続して確認された場合に出火有りとし、また火花が０．１秒間に１０点以上確認された場合に火花有りと判定した。なお、釘刺し部分は耐熱性のシール材を介し、この部分からのガス、火花、炎の漏れが無いように構成した。
【０１０５】
評価結果を表１に示す。
【０１０６】
【表１】
2008117765.tif 000003
【０１０７】
表１に示すように、比較例１及び２では、電池パックの各所より火花及び炎が放出され、その後、電池パックに着火と釘刺しを実施したセル以外のセルへの類焼が確認された。これは、釘刺しセルより放出される火花を含む高温ガスが電池パックの内部で流路が規制されていないために、高温のままガスが空気と混合され燃焼を開始したためである。これに対し、実施例１Ａで排気ダクト通過後にパック外部での着火を抑制できたのは、排気ダクトの屈曲部に於いてかなりの数の火花を取り除くことが出来た上に、排気ダクトの壁面で熱を奪われガスの自然着火温度以下になったためであると考えられる。すなわち、ガスが空気と適度に混合して着火する前に、着火の原因となる火花、及びガス温度を低減させることによりガスへの着火やパック及び他電池への類焼を抑制することが出来たと考えられる。しかも、排気ダクトでは、ガスが所定値以上のガス流速で流れるようになっているので、ガスが排気ダクト中において空気中の酸素と接触するのが抑制され、排気ダクトでの燃焼が抑制される。そして実際に、発生ガスの成分を分析すると、比較例１及び２では、二酸化炭素を中心とした酸化ガスが主成分であり、熱分解などによって発生する炭酸水素系の還元ガスは、ほとんど確認できず、燃焼が完全に進行していることが判った。これに対し、実施例１Ａでは、酸化ガスの比率が少なくなり、燃焼することなく放出された還元系のガスの比率が大幅に増加していることが確認できた。
【０１０８】
実施例１Ｂから実施例１Ｎまでは、高温ガスが接する火花トラップ部１Ｍの壁面に火花トラップを設けることによる効果を確認した。これにより、火花トラップのない実施例１Ａに比べ、パック外部へ放出される火花の量をほぼゼロにすることが可能となり、ガスへの着火を抑制するための大幅な効果があることが確認できた。
【０１０９】
実施例２Ａから実施例２Ｌまでは、熱容量が高いことや熱分解や気化することにより熱を奪う吸熱材料、もしくは金属などの熱伝導率の良い材料を高温ガス流路に配置することにより、ガスの温度を低下させガスへの着火を抑制した。ガスを発生させる材料としては、不活性ガスを発生させる材料である必要がある。これらの材料を配置することにより火花も低減することを確認した。
【０１１０】
このように、電池内部より放出される高温のガスの温度を低下させパック外部へ放出することにより、ガスの燃焼が起こらず、電池パックの破損や他電池への類焼を起こさない安全な電池パックを実現できる。
【０１１１】
次に、電池搭載機器の実施例について説明する。
（１）正極板の作製
ＮｉＳＯ4水溶液に所定比率のＣｏおよびＡｌの硫酸塩を加え、飽和水溶液を調製した。この飽和水溶液を撹拌しながら、水酸化ナトリウム溶液をこの飽和溶液にゆっくりと滴下した。これにより飽和溶液が中和され、その結果、三元系の水酸化ニッケルＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1（ＯＨ）2の沈殿物を生成することができた（共沈法）。生成された沈殿物をろ過した後に水洗し、８０℃で乾燥させた。得られた水酸化ニッケルの平均粒径は、約１０μｍであった。
【０１１２】
得られたＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1（ＯＨ）2に対して大気中９００℃で１０時間の熱処理を行い、酸化ニッケルＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1Ｏを得た。このとき、粉末Ｘ線回折法を用いて得られた酸化ニッケルＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1Ｏ を回折し、酸化ニッケルＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1Ｏ が単一相の酸化ニッケルであることを確認した。そして、Ｎｉの原子数とＣｏの原子数とＡｌの原子数との和がＬｉの原子数と等量になるように、酸化ニッケルＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1Ｏに水酸化リチウム１水和物を加え、乾燥空気中８００℃で１０時間の熱処理を行うことにより、リチウムニッケル複合酸化物ＬｉＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1Ｏ2を得た。
【０１１３】
粉末Ｘ線回折法を用いて得られたリチウムニッケル複合酸化物ＬｉＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1Ｏ2を回折すると、そのリチウムニッケル複合酸化物ＬｉＮｉ0.7Ｃｏ0.2Ａｌ0.1Ｏ2が単一相の六方晶層状構造であることを確認し、また、そのリチウムニッケル複合酸化物ではＣｏおよびＡｌが固溶していることを確認した。そして、リチウムニッケル複合酸化物を粉砕した後分級し、粉末状とした。この粉末の平均粒径は９．５μｍであり、ＢＥＴ法に従ってこの粉末の比表面積を求めるとその比表面積は０．４ｍ2／ｇであった。
【０１１４】
得られたリチウムニッケル複合酸化物を３ｋｇとアセチレンブラックを９０ｇとＰＶＤＦ溶液を１ｋｇとを、適量のＮメチル２ピロリドン（ＮＭＰ，N-methylpyrrolidone）とともにプラネタリーミキサーにおいて混練し、スラリー状の正極合剤を作製した。この正極合剤を、厚みが２０μｍであり幅が１５０ｍｍであるアルミ箔上に塗布した。このとき、アルミ箔の幅方向における一端には、幅が５ｍｍである未塗工部を形成した。その後、正極合剤を乾燥させ、アルミ箔の上に正極合剤層を形成した。そして、正極合剤層の厚みとアルミ箔の厚みとの合計厚が１００μｍとなるようにプレスした後、円筒形１８６５０サイズのリチウムイオン二次電池用の正極板Ａと、タブレス集電構造の電池用の正極板Ｂとを作成した。タブレス集電構造の電池用の極板は、極板の幅が１０５ｍｍであり合剤塗布部の幅が１００ｍｍとなるように切断し、タブレス集電構造の正極板Ｂを作製した。
（２）負極板の作製
具体的には、人造黒鉛を３ｋｇと、スチレン−ブタジエン共重合体からなるゴム粒子（結着剤）の水溶液（固形分の重量は４０重量％）を７５ｇと、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ；carboxymethylcellulose）を３０ｇとを、適量の水とともにプラネタリーミキサーにおいて混練し、スラリー状の負極合剤を作製した。この負極合剤を、厚みが１０μｍであり幅が１５０ｍｍである銅箔上に塗布した。このとき、銅箔の幅方向における一端には、幅が５ｍｍである未塗工部（露出部）を形成した。その後、負極合剤を乾燥させ、銅箔の上に負極合剤層を形成した。そして、負極合剤層の厚みと銅箔の厚みの合計厚が１１０μｍとなるようにプレスした後、円筒形１８６５０サイズのリチウムイオン二次電池用の負極板Ａと、タブレス集電構造の電池用の負極板Ｂとを作成した。タブレス集電構造の電池用の極板は、極板の幅が１１０ｍｍであり合剤塗布部の幅が１０５ｍｍになるように切断し、タブレス集電構造の負極を作製した。
（３）円筒型１８６５０サイズの密閉型電池の作製
正極板Ａと負極板Ａとを用いた以外は、実施例１Ａと同様の方法で公称容量２．４Ａｈの円筒型１８６５０サイズの密閉型電池Ａを作製した。
（４）タブレス集電構造の密閉型電池の作製
作製した正極と負極との間にポリエチレン製のセパレータを挟み、セパレータの端面から正極の露出部と負極の露出部とを互いに逆向きに突出させた。その後、正極、負極およびセパレータを捲回して円筒形とした。
【０１１５】
続いて、露出部に補強部材を形成した。
【０１１６】
具体的には、非水電解液の溶媒であるＥＣを５０℃に加熱して溶融させ、液状のＥＣを得た。液状のＥＣに、正極の露出部の端面から１０ｍｍの部分を浸漬させた。その後、室温に自然放置し、液状のＥＣを固化させた。同様に、液状のＥＣに、負極の露出部の端面から１０ｍｍの部分を浸漬させた。その後、室温に自然放置し、液状のＥＣを固化させた。これにより、正極の露出部および負極の露出部には補強部材が設けられ、電極群を形成することができた。
【０１１７】
その後、集電構造を形成した。
【０１１８】
具体的には、まずアルミニウム製の集電板を正極の露出部の端面に押し当て、縦横十文字にレーザーを照射した。これにより、アルミニウム製の集電板を正極の露出部の端面に接合することができた。
【０１１９】
また、ニッケル製の集電板の円形部を負極の露出部の端面に押し当て、縦横十文字にレーザーを照射した。これにより、ニッケル製の集電板を負極の露出部の端面に接合することができ、集電構造が形成された。
【０１２０】
形成された集電構造を、ニッケルめっきされた鉄製の円筒状のケースに挿入した。その後、ニッケル製の集電板のタブ部を折り曲げて、ケースの底部に抵抗溶接させた。また、アルミニウム製の集電板のタブ部を封口板にレーザー溶接させ、ケース内に非水電解液を注入した。このとき、非水電解液は、ＥＣとエチルメチルカーボネイト（ＥＭＣ；ethylmethyl carbonate）とを体積比が１：３である配合比で混合された混合溶媒に、溶質として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１ｍｏｌ／ｄｍ3の濃度で溶解させることにより、調製された。その後、封口板をケースにかしめて封止した。これにより、公称容量５Ａｈのタブレス集電構造の密閉型電池Ｂを作製した。
【０１２１】
（実施例３Ａ）
円筒型１８６５０サイズの密閉型電池Ａを用いて、図５及び図６に示すような電池搭載機器であるノート型ＰＣを準備した。具体的には、排気ダクト（接続管部１０Ｈ、主管部１０Ｉ及び接続部１０Ｐ）を有する電池パック１０と、市販のノート型ＰＣであって前記外経路（ガス冷却部１０Ｌ、連通路１０Ｚ、火花トラップ部１０Ｍ及び排気口１０Ｙ）を後から形成したノート型ＰＣとを準備した。ガス冷却部１０Ｌには、内部に厚み１ｍｍの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、主管部１０Ｉが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部１０Ｍには、内部に厚み１ｍｍの多孔質セラミック板（産業用セラミックハニカム；日本ガイシ社製）を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、連絡管１０Ｚが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製したノート型ＰＣ１１を実施例３Ａの電池搭載機器とした。
【０１２２】
（実施例３Ｂ）
タブレス集電構造の密閉型電池Ｂを用いて、図７〜図９に示すような電池搭載機器である電気自転車１４を準備した。具体的には、排気ダクト（接続管部１２Ｈ、ガス冷却部１２Ｌ、接続部１２Ｐ）を有する電池パック１２と、市販の電気自転車であって外経路（火花トラップ部１２Ｍ及び排気口１２Ｙ）を後から形成した電気自転車とを準備した。ガス冷却部１２Ｌには、内部に厚み１ｍｍの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、接続管部１２Ｈが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部１２Ｍには、内部に厚み１ｍｍの多孔質セラミック板（産業用セラミックハニカム；日本ガイシ社製）を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、接続部１２Ｐが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製した電気自転車１２を実施例３Ｂの電池搭載機器とした。
【０１２３】
（実施例３Ｃ）
タブレス集電構造の密閉型電池Ｂを用いて、図１０〜１２に示すような電池搭載機器であるハイブリッド式電気自動車を準備した。具体的には、排気ダクト（パック本体１５Ａ、導出管１５Ｂ、集中管１５Ｃ及び接続部１５Ｄ）を有する電池パック１５と、市販の電気自動車であって外経路（ガス冷却部１６Ａ、火花トラップ部１６Ｂ、排気管１６Ｃ）を後から形成した電気自動車とを準備した。ガス冷却部１６Ａには、内部に厚み１ｍｍの銅板を貼り付けた。銅板の配設位置は、接続部１５Ｄが接続する壁部の対面壁とした。火花トラップ部１６Ｂには、内部に厚み１ｍｍの多孔質セラミック板（産業用セラミックハニカム；日本ガイシ社製）を貼り付けた。この多孔質セラミック板の配設位置は、ガス冷却部１６Ａが接続する壁部の対面壁とした。このようにして作製したハイブリッド式電気自動車を実施例３Ｃの電池搭載機器とした。
【０１２４】
（比較例３）
排気ダクト（接続管部１０Ｈ、主管部１０Ｉ及び接続部１０Ｐ）を有しない電池パックと、市販のノート型ＰＣであって外経路（ガス冷却部１０Ｌ、連通路１０Ｚ、火花トラップ部１０Ｍ及び排気口１０Ｙ）を後から形成したノート型ＰＣとを準備し、比較例３の電池搭載機器とした。
【０１２５】
（比較例４）
排気ダクト（接続管部１２Ｈ、ガス冷却部１２Ｌ及び接続部１２Ｐ）を有しない電池パックと、市販の電気自転車であって外経路（火花トラップ部１２Ｍ及び排気口１２Ｙ）を後から形成した電気自転車とを準備し、比較例４の電池搭載機器とした。
【０１２６】
（比較例５）
排気ダクト（導出管１５Ｂ、集中管１５Ｃ及び接続部１５Ｄ）を有しない電池パックと、市販の電気自動車であって外経路（ガス冷却部１６Ａ、火花トラップ部１６Ｂ及び排気管１６Ｃ）を後から形成した電気自動車とを準備し、比較例５の電池搭載機器とした。
【０１２７】
以上の実施例および比較例で得られた各電池パックについて、以下の評価を行った。
【０１２８】
（ｉ）釘刺し試験
完成した電池搭載機器を環境温度２０℃中において、１セルあたりの充電時の最大電流を０．７Ｉｔ（１Ｉｔは、電池容量が５Ａｈのとき５Ａとなる）、充電終了電流を０．０５Ｉｔとして通常４．２Ｖ充電のところパックの過充電保護回路とセルの電流遮断（ＣＩＤ）をバイパスすることにより４．５Ｖまで定電流定電圧の充電を行った。その後に、前記した釘刺し試験と同様の要領で試験及び評価を行った。
【０１２９】
比較例３、４及び５では、電池パックの各所より火花及び炎が放出され、その後、電池パックの筐体及び電池搭載機器に着火と、パック内にある釘刺しを実施しなかったセルへの類焼が確認された。これは、釘刺しセルより放出される火花を含む高温ガスが電池パックの内部で流路が規制されていないために、高温のままガスが空気と混合され燃焼を開始したためである。これに対し、実施例３Ａ、３Ｂ、３Ｃでは、電池搭載機器のガス排出部から白煙が観測された以外は、炎も火花も観測されず、パック内の釘刺しを実施しなかったセル、パックの筐体及び電池搭載機器への類焼は、全く観測されなかった。
【０１３０】
釘刺しを実施したセル以外への類焼を抑制できたのは、排気ダクト又は外経路による空気とガスとの混合抑制の効果と、ガス冷却部と火花トラップ部とによる外部へ放出されたガスの着火抑制の効果とによるものである。
【０１３１】
実施例３Ａ、３Ｂ、３Ｃで示されたように、ガス冷却部、火花トラップ部は、電池パックと電池搭載機器本体とのどちらに装着されていても同様の効果が得られる。電池パックの重量やサイズを軽減したい場合は、電池搭載機器本体側へガス冷却部、火花トラップ部を形成することが好ましい。
【０１３２】
このように、電池内部より放出される高温のガスの温度を低下させ電池搭載機器の外部へ放出することにより、ガスの燃焼が起こらず、電池パックの破損や他電池への類焼を起こさない安全な電池搭載機器を実現できる。
【０１３３】
さらに、前記実施例３Ｂ、３Ｃで用いた電池と同設計のタブレス集電構造の密閉型電池である直径３２ｍｍ、高さ１２０ｍｍのサイズの円筒形のリチウムイオン二次電池を用い、図１３から図１７に示すような接続部を持つダクトおよび電池を作製し、実施例３Ｂで用いたものと同様のガス冷却部および火花トラップ部を接続した。
【０１３４】
これらを用いて前記釘刺し試験と同様の方法で評価を行ったところ、ガス放出部からの火花及び炎を抑制する効果が同様にあることを確認した。また、接続部からの火花及び炎の漏れが無いことも確認できた。このように、電池とダクトとの間を着脱可能な接続部材で接続することにより、安全性に悪影響を及ぼすことなく設置や作製が容易になることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の電池パックは、電池パック内の電池に異常が発生し、電池から高温のガスが排出されても、電池パックの破損や類焼を起こさず、また電池パック外部にも炎を出さないため、安全性に優れた電池パックを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の実施形態に係る電池パックの全体構成を示す斜視図である。
【図２】最上位に配置された１セットの電池及び排気ダクトを示す図である。
【図３】ガス冷却部及び火花トラップ部の近傍を拡大して示す斜視図である。
【図４】電池の構成を示す断面図である。
【図５】電池搭載機器であるノート型ＰＣの構成を示す図である。
【図６】図５のノート型ＰＣに搭載される電池パックの構成を示す分解斜視図である。
【図７】電池搭載機器である電気自転車の構成を示す図である。
【図８】図７の電気自転車に搭載される電池パックの構成を示す分解斜視図である。
【図９】図８の電池パックの組電池の平面図である。
【図１０】電池搭載機器であるハイブリッド型の電気自動車の構成の一部を拡大して示す側面概略図である。
【図１１】図１０の電気自動車に搭載される電池パックの構成を示す正面図である。
【図１２】図１１の電池パックのパック体を分解して示す図である。
【図１３】電池のガス放出部とダクトとの接合部分を示す断面図である。
【図１４】電池のガス放出部とダクトとの接合部分を示す断面図である。
【図１５】電池のガス放出部とダクトとの接合部分を示す断面図である。
【図１６】電池のガス放出部とダクトとの接合部分を示す断面図である。
【図１７】電池のガス放出部とダクトとの接合部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１Ａ、１Ｂ  電池パック筐体
１Ｃ  排気ダクト
１Ｄ  組電池
１Ｅ  接続板
１Ｆ  電池端子
１Ｇ  接続リード
１Ｈ  接続管部
１Ｉ  主管部
１Ｌ  ガス冷却部
１Ｍ  火花トラップ部
１Ｎ  連絡管
１Ｐ  排気口
２Ａ  正極板
２Ｂ  負極板
２Ｃ  セパレータ
２Ｄ  極板群
２Ｅ  正極リード集電体
２Ｆ  負極リード集電体
２Ｇ  有底ケース
２Ｈ  封口板
２Ｉ  フィルター
２Ｊ  アウターガスケット
【図１】
2008117765.tif 000004
【図２】
2008117765.tif 000005
【図３】
2008117765.tif 000006
【図４】
2008117765.tif 000007
【図５】
2008117765.tif 000008
【図６】
2008117765.tif 000009
【図７】
2008117765.tif 000010
【図８】
2008117765.tif 000011
【図９】
2008117765.tif 000012
【図１０】
2008117765.tif 000013
【図１１】
2008117765.tif 000014
【図１２】
2008117765.tif 000015
【図１３】
2008117765.tif 000016
【図１４】
2008117765.tif 000017
【図１５】
2008117765.tif 000018
【図１６】
2008117765.tif 000019
【図１７】
2008117765.tif 000020