(57)【要約】【課題】高い冷却効果を有し、冷却部付き電池内に収納された電池のうちのいずれかが異常に発熱しても効果的に冷却し、他の電池への熱伝導を効果的に抑えることができる、安全性が高く、小型軽量で安価な冷却部付き電池を提供する。【解決手段】冷却部付き電池は、異常時に高温になる二次電池と、前記高温により開裂する水を主成分とする冷却性液体と冷却性液体を保持し含有する膜状多孔質体を封入した冷却容器とを接触配置し、前記冷却容器は、前記高温により開裂する構造である冷却部付き電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電池および電池を冷却するための冷却部を含む冷却部付き電池あって、前記冷却部が、冷却性液体と、前記冷却性液体を保持もしくは含有する膜状多孔質体を封入した容器を含み、前記容器が、冷却性液体を放出する放出口を、１００℃以上の温度で形成可能であり、前記放出口から放出された冷却性液体が電池の主表面に広がるように、冷却部が配置されていることを特徴とする冷却部付き電池。
【請求項２】
前記冷却性液体が水からなることを特徴とする請求項１に記載の冷却部付き電池。
【請求項３】
前記膜状多孔質体が繊維からなることを特徴とする請求項１記載の冷却部付き電池。
【請求項４】
前記膜状多孔質体が吸水性繊維からなることを特徴とする請求項１から３に記載の冷却部付き電池。
【請求項５】
前記膜状多孔質体が耐熱性繊維からなることを特徴とする請求項１から３に記載の冷却部付き電池。
【請求項６】
前記冷却性液体は、界面活性剤、エチレングリコールのいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却部付き電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池が収納された冷却部付き電池に関し、電池冷却部の冷却性能の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等のポータブル機器の普及により、その電源である電池の需要が高まっている。特に、小型かつ軽量で、エネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能な二次電池の需要が高まっている。また、最近では、電動工具、ハイブリッドカー、電気自動車などの駆動用電源としての新しい需要が増加しつつある。
【０００３】
このような需要に対して、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池の研究開発が活発に行われている。非水電解質二次電池は、機器の高性能化および高出力化に伴って、より大きなエネルギーを保有するようになってきており、異常時に発生する熱量も大きなものとなっている。電池の異常な発熱とは、例えば、電池の内部短絡または過充電時の発熱である。
【０００４】
また、大きなエネルギーを保有する二次電池の１個または複数個を筐体内に収納する、高容量および高出力の電池パックの開発が進んでおり、電池パックの安全性の向上に対して様々な検討が行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、偏平型二次電池を内包したモジュールにおいて、モジュールのカバーと二次電池の間に消火作用のある消火剤を含んだ流体を内包した袋を配置することが提案されている。電池の異常発火時において消火剤が散布されることで鎮火できると述べられている。
【０００６】
また、特許文献２では、複数個の二次電池の側面間に、難燃性または自己消火性のいずれかを有する物質を含む材料で形成されたスペーサーを設けることが提案されている。組電池のエネルギー密度を低下させること無く、電池の冷却性と組電池内部での延焼を防止することができると述べられている。
【０００７】
また、特許文献３では、複数の蓄電池を密閉状態で収納したケース内に蒸発可能な冷媒と冷媒を吸収する吸収シートを用いることが提案されている。この提案によれば、冷媒を吸収した吸収シートと電池を接触させることで電池の放熱を効果的に行うことができると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３０３５７９号公報
【特許文献２】特開２００９−００４３６２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１１９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の発明では、電池の異常発熱・発火時に流体を内包した袋が破裂して消火剤が一度に散布されるため、一時的な冷却には一定の効果がある。特に偏平型二次電池の偏平面が鉛直方向に対して垂直であり、流体を内包した袋が二次電池の上方に配した
場合では、消火剤は二次電池の偏平面全面を冷却することができる。しかしながら、袋の破裂に伴う急激な散布であるため、偏平面の発熱箇所以外へも消火剤が流出してしまい、効果的な冷却・鎮火が行えない。また偏平型二次電池の偏平面が鉛直方向の垂直面に対して傾いた配置において、流体を内包した袋の破裂箇所によっては、袋内に消火剤が残存してしまい、効果的な冷却や消火が行えない。
【００１０】
特許文献２に記載の発明では、消火剤がスペーサーに形成された内腔部に充填されて、二次電池の異常発熱時に内腔部が開口して消火剤が流出して異常発熱箇所を冷却することができる。しかしながら、発熱箇所から離れた内腔部からは消火剤が流出せずに冷却・消火に寄与せずスペーサー内に残存してしまうという課題を有する。
【００１１】
特許文献３に記載の発明では、複数の蓄電池と冷媒と吸収シートを密閉容器内に収容した冷却構造では、気化した冷媒を液化する熱交換器が必要となり、システムとして大きくなる課題がある。また、冷媒は蓄電池の端子との絶縁性を確保する必要がある。従ってフッ素系不活性液体などの絶縁性を有する液体しか用いることができず、水などの気化熱が大きな冷媒を用いることができないという課題がある。
【００１２】
本発明の目的は、異常に発熱した電池を効率よく冷却して、温度上昇を効果的に防止することが可能な冷却部付き電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一局面は、少なくとも１つの電池および電池を冷却するための冷却部を含む冷却部付き電池あって、前記冷却部が、冷却性液体と、前記冷却性液体を保持もしくは含有する膜状多孔質体を封入した容器を含み、前記容器が、冷却性液体を放出する放出口を、１００℃以上の温度で形成可能であり、前記放出口から放出された冷却性液体が電池の主表面に広がるように、冷却部が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異常に発熱した電池を確実かつ速やかに冷却することができる、安全性および信頼性に優れた冷却部付き電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却部付き電池の上面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図
【図３】図１および図２の冷却部５ａを模式的に表す斜視図
【図４】角型電池と冷却部との配置の一例を説明するための側面図
【図５】電池群と冷却部との配置の一例を説明するための側面図
【図６】パウチ型電池と冷却部との配置の一例を説明するための側面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、少なくとも１つの電池および電池を冷却するための冷却部を含む冷却部付き電池に関する。冷却部は、冷却性液体と膜状多孔質体を封入した冷却容器を含む。冷却性液体は、例えば、界面活性剤、水、およびエチレングリコールを含む。
【００１７】
膜状多孔質体はスポンジ状もしくは網目状に織り込んで繊維同士の隙間による空隙を有する構造体膜である。この構造体膜に水などの冷却性液体を浸した時、水分が内部に吸着して保持されると共に、毛細管現象により繊維間に形成された空隙中に水が入り込み吸水ことができる。
【００１８】
冷却容器は、１００℃以上の温度で冷却性液体を放出する放出口を形成可能である。そ
して、冷却部は、容器の放出口から放出された冷却性液体が電池の主表面に広がるように配置されている。
【００１９】
冷却部付き電池は、電池および冷却部を収納する筐体を備えていてもよい。冷却部付き電池が筐体を有しない場合には、電池と冷却部とは、結着や結束などにより互いに固定されていてもよい。
【００２０】
電池が異常発熱すると、冷却容器は、電池と接する部分や近接する部分が熱せられる。そして、１００℃以上の温度で、冷却容器の少なくとも一部に冷却性液体を放出する放出口が形成される。放出口は、冷却容器に穴が生じたり、破れたり、裂けたりすることにより形成されてもよい。また、放出口は、冷却容器に、弁や薄肉部を形成しておき、弁が開いたり、薄肉部が開裂したりすることにより、形成されてもよい。
【００２１】
放出口形成の機構は特に制限されない。例えば、冷却容器の放出口は、容器の電池と接する部分や近接する部分が、溶融することにより形成され、容器が熱収縮することにより口が広がる。また、冷却部が、異常に発熱した電池により熱せられ、内部の水が水蒸気となる場合、冷却容器の内圧が上昇することにより、薄肉部などの冷却容器の一部が開裂したり、弁が開いたりする。
【００２２】
放出口の形成は、冷却容器の開裂や弁の開放により瞬時に起こる。放出口の形成により、冷却容器内の冷却性液体を保持した膜状多孔質体が露出し、冷却性液体が放出され、電池の主表面に広がる。容器内は加熱により圧力が上昇しているため、冷却性液体は電池に向けて一時的に勢いよく放出されて、電池の主表面を、冷却性液体の膜で広範囲にわたって覆うことができる。このとき同時に膜状多孔質体が放出口に露出することで、冷却容器内に残存する冷却性液体を膜状多孔質体の毛細管現象により放出口への持続的な供給が行われる。よって、電池が局所的に発熱しても、電池を速やかに効率よく冷却すると同時に持続的に安定して冷却することができる。
【００２３】
冷却性液体は、電池の主表面において、できるだけ大きな範囲に広がるように放出されるのが好ましい。冷却性液体は、放出により、例えば、電池の全表面積の少なくとも２５％以上、好ましくは３０％以上、さらに好ましくは３５％以上の範囲を占めるように広がるのが好ましい。
【００２４】
以下、本発明の一実施形態に係る冷却部付き電池を、筐体を持つ電池パックとして、図面を参照しながら説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、筐体のない冷却部付き電池であってもよい。
【００２５】
図１および２に示すように、電池パック１は、円筒型非水電解質二次電池である電池３ａおよび電池３ｂと、電池３ａおよび３ｂの側面に軸方向に沿って接し、かつ電池３ａおよび３ｂの上方に配されたシート状の冷却部５ａおよび５ｂと、電池３ａおよび３ｂ、ならびに冷却部５ａおよび５ｂを収納する筐体２と、を備える。図示しないが、電池パック１は、電池３ａと電池３ｂとの間を電気的に接続する部材、および電池パック１の外部へ電気を取り出すための端子部を備える。
【００２６】
電池３ａおよび３ｂは、軸方向を平行にして横一列に離して配置されている。筐体２は、底の浅い有底角筒状のケース本体２ａ、およびケース本体の開口を覆う四角板状の蓋体２ｂからなる。ケース本体２ａの開口端部には段部が設けられ、その段部に蓋体２ｂの周縁部を接合し、その接合部を熱溶着することによりケース本体２ａおよび蓋体２ｂが一体化されている。ケース本体２ａの内底面には、電池を安定して配置し、かつ電池の側面が冷却部と接するように、電池の形状に対応する凹部４ａ、凹部４ｂを有する樹脂製部材７
が配されている。蓋体２ｂの下面には、冷却部５ａおよび５ｂを配置するための凹部６ａおよび凹部６ｂが設けられている。冷却部５ａおよび５ｂは、筐体２の蓋体２ｂと、電池３ａおよび電池３ｂの側面との間に挟まれるように、電池３ａおよび電池３ｂと筐体２との間に配置されている。
【００２７】
冷却部５ａおよび冷却部５ｂは、それぞれ、冷却性液体（図示せず）および膜状多孔質体１０ａを含む冷却容器からなる。筐体内のスペースおよび冷却効果の観点から、筐体２の蓋体２ｂと電池３ａおよび３ｂの側面との間における冷却部５ａおよび５ｂの厚みは、０．５〜５ｍｍが好ましい。
【００２８】
冷却部５ａおよび５ｂは、同じ構造を有している。冷却部５ａの構造を、図３を参照しながら以下に説明する。冷却部５ａは、水を主成分として、ときに界面活性を含む冷却性液体１０ｂ、ならびに前記冷却性液体を収納する冷却容器８を含む。冷却容器８は、２枚の樹脂フィルムの周縁部を接合した袋体からなる。図３中の符号、９は接合部を示す。そして、袋体内には、膜状多孔質体１０ａと冷却性液体１０ｂが封入されている。周縁部を除く中央部は、冷却性液体１０ｂの収容により厚みが大きくなっており、一対の広い平坦面を有する。この平坦面は、冷却容器８の主表面８ａおよび８ｂである。そして、この一対の主表面のうち、主表面８ｂが、図２に示すように、電池３ａの主表面１１ａに接している。
【００２９】
電池パックの安全性向上のメカニズムを以下に説明する。
【００３０】
電池３ａが異常に発熱すると、その熱が冷却部５ａに伝わり、冷却部５ａが熱せられる。冷却部５ａが加熱されるにつれて、冷却部５ａ内の水の一部が水蒸気となり、冷却部５ａが膨張するとともに冷却部５ａ内で泡が発生し始める。冷却部５ａが１００℃以上の温度に達すると、冷却部５ａは電池３ａとの接触部分から溶融し、開裂し始める。このとき、冷却部５ａは電池３ａと筐体２との間に挟まれているため、冷却部５ａの膨張時に冷却部５ａと電池３ａとの間の接触面積が増大する。よって、冷却部５ａに異常に発熱した電池の熱が十分に伝わり、冷却部５ａを開裂させることができる。冷却部５ａの開裂時に電池に向かって冷却性液体が放出される。よって、冷却性液体は電池３ａの表面を速やかに覆い、水膜を形成する。電池３ａの表面の熱で水が蒸発し、そのときの潜熱により電池３ａから熱を奪う。この冷却性液体の放出と同時に、冷却部５ａの開裂部において電池３ａに対して膜状多孔質体１０ａは露出する。冷却性液体の放出は膜状多孔質体１０ａがあることにより、一種の抵抗層となるため勢いは抑制される。膜状多孔質体１０ａは冷却性液体１０ｂが保持、含有されており、この露出した箇所から電池３ａへ膜状多孔質体１０ａを通じて冷却性液体１０ｂが供給され、電池３ａを冷却し続ける。冷却容器８内に残存する冷却性液体１０ｂは膜状多孔質体１０ａを通じて開裂部において電池３ａの発熱箇所へ供給されるため、持続的に発熱箇所を冷却することができる。
【００３１】
冷却性液体は、水の他に界面活性剤を含んでもよい。この場合、水膜が安定して形成される。また、界面活性剤により、水の気化に伴い水膜の表面で泡が次々に発生する。このため、電池３ａの表面に付着した水が蒸発しても、泡の表面の水が電池３ａの表面へ供給される。よって、水膜が途切れることがなく、安定して水膜を保持することができる。
【００３２】
以上のことから、異常に発熱した電池３ａを効率よく速やかに冷却することができる。さらに冷却容器内に残存する冷却性液体は膜状多孔質体の毛細管現象により通じて、発熱箇所へ冷却性液体を持続的に供給することで持続的に冷却することができる。また、異常に発熱した電池３ａの熱が電池３ｂへ伝播するのを抑制することができる。電池３ｂが異常に発熱する場合は、冷却部５ｂにより電池３ｂを効率よく速やかに冷却することができる。
【００３３】
電池パックは、１個またはそれ以上の電池を含んでもよい。複数の電池を含む場合、複数の電池は、適当な配列で並べてもよく、束ねて組電池を形成してもよい。複数の電池を並べる場合、例えば、隣り合う電池の側面同士が向かい合うようにして、間隔をあけて並べられる。複数の電池は、例えば、各電池の軸方向が平行となるように、横一列に一定の間隔を空けて配置するのが好ましい。このような配置では、１個の電池が異常発熱しても、隣接する電池に熱が伝わるのを遅延できる。
【００３４】
電池は、例えば、正極、負極、およびセパレータを含む発電要素、および前記発電要素を収納する有底筒状の金属ケースやラミネートシートからなる外装体を備える。電池内部で異常な発熱が起これば、発熱する箇所によらず、外装体にて熱が拡散し、外装体と接するかまたは近接する冷却部にその熱が速やかに伝わる。
【００３５】
電池としては、円筒型電池、角型電池、コイン型電池、ラミネートシートで発電要素を包んだパウチ型電池などが使用できる。円筒型電池は、円柱状の電池本体と、その一端面に形成された正極端子と、他端面に形成された負極端子とを有している。角型電池は、図４および図５に示すように四角柱状の電池本体１３と、その一端面に形成された正極端子１４ａおよび負極端子１４ｂとを有しており、正極端子１４ａおよび負極端子１４ｂは互いに電気的に接触しないように設けられている。円筒型および角型のいずれの電池でも、端面１２は、電池本体１３の側面に比べて面積が小さくなっている。なお、電池本体の側面とは、電池の両端面を除く面を意味するものとして使用する。パウチ型電池では、図６に示すように、ラミネートシートの袋体３０の周縁部にはラミネートシート同士が接合した接合部２２が形成されている。そして、この接合部２２の一部から正極リード２４ａおよび負極リード２４ｂが互いに電気的に接触しないように引き出されている。周縁部を除く中央部は、内部に収容された発電要素の存在により、周縁部より厚みが大きくなっており、一対の広く、ほぼ平坦な主表面４１ａおよび４１ｂを有する。
【００３６】
電池の主表面とは、円筒型電池の場合は円柱状の電池本体の側面であり、角型電池の場合、通常は、図４に示すように、四角柱状の電池本体１３の側面のうち、最も大きな一対の主表面２１ａおよび２１ｂである。コイン型電池では、一対の円形状の表面である。パウチ型電池では、図６に示すように、一対の主表面４１ａおよび４１ｂである。
【００３７】
また、複数の電池を側面同士が向かいあうように並べた電池や組電池では、図５に示すように、並べたり束ねたりした電池群において最も大きな一対の主表面３１ａおよび３１ｂを、電池の主表面とする。
【００３８】
冷却部は、膜状多孔質体と冷却性液体の膜で、速やかにかつ広範囲に、電池の主表面を覆うことができるように配置する。
【００３９】
冷却部は、電池の主表面を膜状多孔質体と冷却性液体で広く覆うことができる程度に、電池の主表面に近い位置に配置すれば、直接電池主表面に接していなくてもよい。しかし、電池の異常発熱を効率よく感知して、放出口を速やかに形成するためには、冷却部は、電池の主表面に接するのが好ましい。冷却部の主表面、すなわち、冷却容器の主表面と、電池の主表面とが、平行かつ互いに接するように、冷却部を配置するのが好ましい。この場合、冷却容器の主表面に垂直で、かつ電池の重心を通る直線が、冷却容器の主表面と交わるようにすることで、冷却性液体の膜で電池の大部分を覆うことが容易となる。
【００４０】
冷却容器の主表面と、鉛直方向との成す角度は、例えば、８０〜１１０°、好ましくは８５〜１００°である。
【００４１】
例えば、冷却部５ａを、角型電池に用いると、図４に示すように、冷却容器の主表面８ｂと、電池の主表面２１ａとが平行かつ接するように配置される。また、パウチ型電池に用いると、図６に示すように、冷却容器の主表面８ｂと、電池の主表面４１ａとが平行かつ接するように配置される。冷却部５ａを円筒型電池に用いると、図２に示すようになる。図２、図４、図６に示すように、冷却部５ａが電池の鉛直上方に配置された場合では、冷却性液体は膜状多孔質体を通じてと同時に、冷却性液体が冷却容器から流れ落ちることでも電池の主表面を広く覆うことができる。しかしながら、本発明の冷却容器では、図２、図４、図５、図６に示したように、冷却容器８、冷却容器１８を電池の鉛直上方に配置することに限定されない。例えば、図２において冷却部５ａが電池３ａの鉛直下方に配置した場合でも異常発熱した電池を効率よく冷却することができる。この場合の配置では、冷却部５ａが電池３ａと接触する箇所で開裂して、膜状多孔質体が電池表面に露出して冷却性液体が電池を覆い冷却する。冷却性液体の一部は流れ落ちることなく、冷却部５ａ内に残存することになるが、膜状多孔質体の毛細管現象により、開裂箇所から電池表面を持続的に冷却することができる。
【００４２】
冷却部は、電池の側面の形状に沿って配置してもよい。このような配置によれば、電池の異常発熱をより効率よく感知して、放出口を速やかに形成することができる。例えば、円筒型電池の場合には、冷却容器の主表面は、電池の側面に沿って線状または面状に接していてもよい。
【００４３】
複数の電池を並べた電池群の場合には、各電池の主表面に冷却部を１つずつ配置してもよく、電池群の主表面に近接させて１つの冷却部を配置してもよい。また、隣り合う電池の間のスペースに、冷却部を配置してもよい。この場合、隣り合う電池のどちらも冷却可能であるとともに、隣り合う電池を相互に隔離することができる。隣り合う電池の一方が異常に発熱しても、その熱が他方の電池に伝わるのが抑制される。
【００４４】
電池群においては、隣り合う電池間に冷却部を配置してもよい。この場合、１つの冷却部で隣り合う電池の両方を冷却することができ、冷却部が電池間を隔離する隔離板としての役割を兼ねることもできる。
【００４５】
図１および図２の実施形態では、シート状の冷却部５ａを電池３ａの上方の１箇所で接触させているが、複数個所で接触させてもよい。例えば、シート状の冷却部をＬ字状に折り曲げ、電池と２箇所で接触させてもよい。
【００４６】
冷却部は、電池の主表面全体を覆うように配置することが好ましい。複数の電池を並べる場合には、電池群の主表面全体を覆うように１つの冷却部を配置してもよい。具体的には、図４に示すように、角型電池を並べた電池群の主表面２１ａ全体を覆うように、１つの冷却部１５を配置する。冷却部１５は、大きさや形状が異なる以外は、冷却部５ａと同じである。つまり、冷却部１５は、袋体の形状を有する冷却容器８とこの内部に収容された膜状多孔質体と冷却性液体とを含む。冷却容器８は、２枚の樹脂フィルムを重ねた構造を有し、その周縁部に接合部９を有し、周縁部を除く中央部に、一対の広い平坦面である主表面１８ａおよび１８ｂを有する。このように、電池の主表面全体を冷却部で覆うと、より有効に、電池の異常発熱を感知できるとともに、電池の主表面の広範囲に冷却性液体および冷却性液体を保持した膜状多孔質体を付着させることができる。
【００４７】
本発明においては冷却部の開裂部から冷却性液体を保持した膜状多孔質体が露出して、発熱部に付着することで、冷却性液体による持続的な発熱箇所の冷却をする。同時に、冷却容器内に残存する冷却性液体は膜状多孔質体を通じて冷却部の開裂部へ供給されるため、効率的に冷却性液体が利用して冷却できる。従って、電池に対する冷却部の配置による制限は特に設けなくても良い。
【００４８】
高効率な冷却の観点からは、通常の使用状態において、電池の鉛直上方に冷却部が位置し、かつ冷却容器の主表面と、電池の主表面とが接するように配置するのが好ましい。電池の鉛直上方とは、電池の軸方向が鉛直方向に垂直になるように配置された状態での上方に位置する部分をいう。冷却部を電池の鉛直上方に配置すると、冷却性液体の放出および膜状多孔質体の露出および電極表面への付着を効率よく行うことができる。これにより、冷却性液体の量が少なくても、冷却性液体を電池の主表面に効果的に、かつ持続的に広げることができる。
【００４９】
図１および図２では、蓋体の下面に冷却部を固定するための凹部を設けているが、蓋体の形状および冷却部の固定方法はこれに限定されない。凹部を有しない板状の蓋体と電池とで冷却部を挟んで冷却部を固定してもよい。
【００５０】
冷却容器は、内部に冷却性液体を収容できる限り、特に制限されず、袋体、箱体などであってもよい。
【００５１】
冷却容器は、電池が異常に発熱する温度である１００℃以上の温度で放出口を形成可能となるような材料で形成できる。このような材料としては、１００℃以上の温度で、冷却容器が少なくとも一部において形状を維持できなくなる材料、例えば、このような温度で、溶融または熱収縮する材料もしくは伸縮性が低く破裂しやすい材料などが使用できる。
【００５２】
冷却容器は、このような性質を有する樹脂材料のフィルムで形成するのが好ましい。このようなフィルムを構成する樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン；ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル；ポリアミド；ポリイミドなどが好ましい。これらの中でも、耐久性およびコストの観点から、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートがより好ましい。容器としての強度と放出口の形成性に対する信頼性とのバランスの観点から、樹脂フィルムの厚みは、０．０２〜１ｍｍが好ましい。
【００５３】
また、冷却容器には、アルミニウム層などの金属層を前記樹脂フィルムで挟んだラミネートフィルムを用いてもよい。この場合、樹脂フィルムとしては、ポリオレフィンポリエチレンテレフタレート、ポリアミドなどのフィルムが好ましい。このようなラミネートフィルムの厚みは、例えば、５０〜５００μｍが好ましい。
【００５４】
膜状多孔質体は天然繊維や化学繊維などをスポンジ状もしくは網目状などにして繊維と繊維の間に空隙を有する構造体である。この空隙中および繊維に冷却性液体が保持される。
【００５５】
天然繊維としては綿、麻、絹などを用いることができる。綿は平らで細くねじれのあるリボン状であり、断面は中空構造を有している。麻は断面が中空構造を有している。絹は断面が三角形を有している。天然繊維は吸水性に優れた特性を示す。
【００５６】
化学繊維としては、天然のセルロースを主成分とするレーヨン、ポリノジック、キュプラなどの再生繊維、石油、石炭、天然ガス、石灰石を原料として合成したナイロンやビニロンやポリエステル、アクリロニトリルと塩化ビニル又は塩化ビニリデンなどとの共重合体、ポリプロピレンやアラミドなどの合成繊維、炭素繊維やガラス繊維や金属繊維やセラミックス繊維などの無機繊維などを用いることができる。
【００５７】
膜状多孔質体は上記の少なくとも一種以上を用いてスポンジ状もしくは網目状に織り込んで繊維同士の隙間による空隙を有する構造体膜となっている。この構造体膜に水などの冷却性液体を浸した時、水分が内部に吸着して保持されると共に、毛細管現象により繊維
間に形成された空隙中に水が入り込み吸水ことができる。冷却性液体を吸水する膜状多孔質体を用いることで、開裂部で失われた冷却性液体は未開裂部に残存する冷却性液体を吸水して持続的に冷却することができる。
【００５８】
したがって、本発明の冷却部内には水を主成分とする冷却性液体と膜状多孔質体を含んでおり、膜状多孔質体は毛細管現象により冷却性液体をその構造体中に保持、含有している。電池の熱で開裂した箇所で膜状多孔質体部は電池に対して露出する。膜状多孔質体で保持された冷却性液体が発熱で気化して発熱部を冷却することが出来ると同時に、冷却容器内に残存している冷却性液体は膜状多孔質体部より冷却容器の開裂部で露出している膜状多孔質体部へと供給することが出来るため、持続的に、しかも効率的に発熱部を冷却することが可能となる。しかも、膜状多孔質体が発熱部で露出し、高温にさらされたとしても、冷却性液体の気化と持続的な供給により膜状多孔質体を構成する繊維そのものの損傷は小さい。
【００５９】
膜状多孔質体の吸水性を大きくするには、繊維表面と冷却性液体との接触面積を増やしたり、繊維表面の水の濡れ性を高めたりすることで可能となる。繊維表面と冷却性液体との接触面積を増やすには、繊維の極細化、繊維断面の多角形状化、繊維側面への溝や窪みや孔の付与などである。繊維表面の水の濡れ性を高めるために水分子と親和性の高い水酸基（ＯＨ基）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ基、ＣＯＯＮａ基）などを含む化合物を繊維中や繊維表面に付与することにより吸水性を高めることができる。
【００６０】
膜状多孔質体として綿や麻などの天然繊維やレーヨンやキュプラなどの再生繊維を用いると吸水性に優れる。アラミド繊維やガラス繊維などは耐熱性に優れる。
【００６１】
膜状多孔質体はシート状の膜の形態を有している。電池に接する側の冷却容器の面（Ｓ１）の内壁の面積をＳ、内壁Ｓ１に面する膜状多孔質体の面積をＡとしたとき、Ａ／Ｓ＞０．８であればよい。膜質多孔質体の厚みをｔとしたとき、ｔ／Ａ＞０．０１とすることで平面的な広がりを有するシート状の膜となる。
【００６２】
冷却性液体の主成分は、好ましくは、水である。水は、不燃性の液体であり、その蒸発による潜熱が大きく、その気化熱により、優れた冷却能が発揮される。さらに、水の表面張力を小さくして電池の外装体や膜状多孔質体との濡れ性を高めるために界面活性剤を含ませてもよい。界面活性剤は、水溶性のアルカリ金属塩であることが好ましい。界面活性剤は、分子内に親水基および疎水基を有する。親水基は、カルボキシル基、スルホン酸基、硫酸基、硫酸エステル基、または燐酸エステル基であるのが好ましい。疎水基は、例えば、炭素数が８〜１６の直鎖状のアルキル基である。界面活性剤の含有量は、水１００重量部あたり０．５〜２０重量部が好ましい。この範囲であると効果的に水の表面張力を低下させることができるため、膜状多孔質体に冷却性液体を含ませることが出来るとともに、発熱部への水の濡れ性を高めることで冷却効率を高めることが可能となる冷却性液体中の界面活性剤の含有量が水１００重量部あたり０．５重量部未満であると、冷却性液体の表面張力を小さくすることが難くなる場合がある。冷却性液体中の界面活性剤の含有量が水１００重量部あたり２０重量部超であると、水の量が少なくなり、水による冷却効果が小さくなる場合がある。
【００６３】
水は表面張力が大きいため、電池の金属または樹脂製の外装体に対する濡れ性が低く、外装体の表面に付着しても、水滴になり、外装体との接触面積が小さい。膜状多孔質体が開裂部に露出して、電池の発熱箇所に接することで、水の接触をよくし冷却することができる。
【００６４】
さらに効率よく電池を冷却する観点から、水に界面活性剤を加えることが望ましい。こ
れにより、表面張力を低減し、電池表面に対する水の濡れ性を改善できる。そして、水と外装体との接触面積を大きくすることができ、水の量が少量であっても、電池表面に水膜を形成することができ、冷却を効率よく行うことができる。
【００６５】
また、界面活性剤の作用により、水膜中の水の蒸発に伴い、水膜の上に次々と泡が形成され、電池表面の水が蒸発しても、泡を形成する水が電池表面へ供給される。電池表面に付着した冷却性液体は、起泡しながら、電池表面にさらに広がるため、より効果的に電池を冷却することができる。さらに、冷却容器の開裂部に露出した膜状多孔質体を通じて界面活性剤を含んだ冷却性液体が吸水され蒸発する場合には、膜状多孔質体の空隙から界面活性剤の起泡が発生しやすくなるため、水膜の泡の持続的な供給が可能となる。このため、長期に渡って、水膜が途切れることなく、水膜が形成された状態を持続させることができる。よって、電池を、効率よく、かつ持続的に冷却することができる。
【００６６】
電池パックを寒冷地で使用する場合、冷却性液体は、さらに不凍液を含むのが好ましい。不凍液は、エチレングリコールまたはプロピレングリコールの少なくとも一方であるのが好ましい。冷却性液体中の不凍液の含有量は、水１００重量部あたり２５〜６０重量部が好ましい。
【００６７】
本実施形態では、電池３ａおよび３ｂに、それぞれ冷却部５ａおよび５ｂを配置しているが、電池３ａおよび３ｂの上に、一括して１つの冷却部を配置してもよい。
【００６８】
また、電池３ａと電池３ｂとの間にシート状の冷却部を配置してもよい。１つの冷却部で電池３ａおよび電池３ｂの両方を冷却することができ、冷却部が電池３ａと電池３ｂとを隔離する隔離板としての役割を兼ねることができる。
【００６９】
本実施形態では、蓋体の下面に冷却部を固定するための凹部を設けているが、蓋体の形状および冷却部の固定方法はこれに限定されない。凹部を有しない板状の蓋体と電池とで冷却部を挟んで冷却部を固定してもよい。
【００７０】
本実施形態では、シート状の冷却部５ａを電池３ａの上方の１箇所で接触させているが、複数個所で接触させてもよい。例えば、シート状の冷却部をＬ字状に折り曲げ、電池と２箇所で接触させてもよい。
【００７１】
電池パックの製造方法は、例えば、
（Ａ）膜状多孔質体と冷却性液体を冷却容器に封入し、冷却部を作製する工程と、
（Ｂ）電池および前記冷却部を、前記冷却容器に形成された放出口から放出された冷却性液体が電池の主表面に広がるように配置する工程と、を含む。
【００７２】
工程（Ａ）では、例えば、冷却容器の作製過程において膜状多孔質体を一体的に成型し、冷却容器の開口から冷却性液体を充填した後、その開口を熱溶着などにより封口する。
【００７３】
界面活性剤を含む冷却性液体では、工程（Ａ）に先立って、冷却性液体を作製してもよい。例えば、水に、界面活性剤を加え、冷却性液体を得ることができる。必要に応じて、冷却性液体に他の成分を加えてもよい。
【００７４】
工程（Ｂ）では、例えば、電池と工程（Ａ）で作製した冷却部とを、所定の配置に固定する。固定の方法は特に制限されず、電池と冷却部とを結着剤や結束バンドなどにより固定してもよい。また、筐体を用いて、電池および冷却部を筐体内に収納することにより固定してもよい。
【００７５】
図１および図２に示す電池パックでは、四角板状の蓋体の凹部６ａおよび６ｂに、シート状の冷却部５ａおよび５ｂを配置する。有底角筒状のケース本体２ａに、電池３ａおよび３ｂを収納した後、有底角筒状のケース本体２ａの開口端部の段部に、四角板状の蓋体２ｂの周縁部を載置する。このとき、冷却部５ａは蓋体２ｂと電池３ａとの間に挟まれる。その後、ケース本体２ａと蓋体２ｂとの接合部を熱溶着し、ケース本体２ａと蓋体２ｂとを一体化する。このようにして、ケース本体２ａ内に電池３ａおよび３ｂ、ならびに冷却部５ａおよび５ｂを収納する。冷却部５ａおよび５ｂは、それぞれ、袋体である冷却容器と、この容器内に収納された冷却性液体とを含む。
【００７６】
そして、例えば、有底角筒状のケース本体２ａの開口端部の段部に、四角板状の蓋体２ｂの周縁部を載置し、その接合部を熱溶着して、ケース本体２ａと蓋体２ｂとを一体化し、筐体２を得る。
【００７７】
筐体は、例えば、樹脂成型により得られる。筐体の成型に用いられる樹脂材料には、ＵＬ−９４規格のＶ−０以上の難燃性樹脂を使用することが好ましい。「ノート型ＰＣにおけるリチウムイオン二次電池の安全利用に関する手引書」（（社）電子情報技術産業協会、（社）電池工業会）では、筐体の樹脂材料に上記の難燃性樹脂を用いることが推奨されている。難燃性樹脂としては、難燃化処理された高分子材料を用いるのが好ましい。その高分子材料としては、ポリカーボネート、ポリプロピレン、およびポリエチレンテレフタレートなどから選択された少なくとも一種が使用できる。難燃化処理は、例えば、高分子材料に難燃剤を添加することにより行うことができる。
【実施例】
【００７８】
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ない。
【００７９】
本発明の冷却部付き電池の安全性を評価するため、以下の手順で、電池の代わりに金属円柱体を用いて評価用パックを作製し、評価した。
【００８０】
＜実施例１＞
（１）冷却容器の作製
冷却性液体として水３ｇ、膜状多孔質体として綿繊維布（６０ｍｍ×２５ｍｍ、０．４ｍｍ厚み）を、アルミニウムとポリプロピレン製の冷却容器に封入して長さ６５ｍｍ、幅３０ｍｍの冷却容器を作製した。このようにして、冷却容器Ａを作製した。
【００８１】
（２）評価用パックの作製
内部空間の長さ６７ｍｍ、幅４１ｍｍ、深さ４０ｍｍ、厚み１ｍｍのポリカーボネート製筐体内に、電池３ａおよび３ｂの代わりに、２個の鉄製の円柱体３ｃおよび３ｄ（長さ６５ｍｍ、外径１８ｍｍ）をそれぞれ平行に、円柱体は長さ方向を鉛直に立てた配置として収納した。円柱体３ｃと３ｄとの間隔は１．１ｍｍとした。
【００８２】
＜実施例２＞
膜状多孔質体としてアラミド繊維（６０ｍｍ×２５ｍｍ、０．３ｍｍ厚み）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして冷却容器Ｂを作製した。
【００８３】
冷却容器Ａの代わりに、冷却容器Ｂを用いた以外、実施例１と同様の方法により、評価用パックを作製した。
【００８４】
＜実施例３＞
膜状多孔質体としてアルミナ繊維（６０ｍｍ×２５ｍｍ、１．０ｍｍ厚み）を、冷却性液体として水４ｇとポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムからな
る界面活性剤０．０８ｇを混合して得た冷却性液体３ｇを用いたこと以外は、実施例１と同様にして冷却容器Ｃを作製した。
【００８５】
冷却容器Ａの代わりに、冷却容器Ｃを用いた以外、実施例１と同様の方法により、評価用パックを作製した。
【００８６】
＜比較例１＞
冷却性液体として水３ｇを用い、膜状多孔質体を含まない以外は、実施例１と同様にして冷却容器Ｄを作製した。
【００８７】
冷却容器Ａの代わりに、冷却容器Ｄを用いた以外、実施例１と同様の方法により、評価用パックを作製した。
【００８８】
実施例１〜３および比較例１の評価用パックＡ〜Ｄのそれぞれについて、蓋体を取り外した後、２つの円柱体のうち一方の円柱体３ｃをケース本体から取り出した。その円柱体にセラミックヒーター（坂口電熱株式会社製、ＭＳ−Ｍ５）の発熱体を当接し、発熱体から延びる１対のリードを端子間電圧６Ｖの電源に接続し、円柱体の温度が６００℃に達するまで加熱した。その円柱体の温度は、熱電対を用いて測定した。
【００８９】
６００℃に熱せられた円柱体をケース本体内に戻すと同時に、冷却部を装着した蓋体を取り付けた。鉛直に置かれた円柱体に対して、冷却部の長さ方向が平行になるように配置した。冷却部には鉛直方向下部から４５ｍｍの距離に冷却部の幅方向に１０ｍｍの切り込みをカッターナイフで付与して、この切り込み部において冷却部の開裂が生じるようにした。このとき、冷却部の膨張時に蓋体が外れないように、便宜的に、電池パックの周囲に拘束部材を取り付けた。冷却部を加熱した円柱体に接触させてから１００秒経過した時点の一方の円柱体の温度および３００秒経過した時点の他方の円柱体３ｄの温度を熱電対で測定した。その結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
2013131428.tif 000003
【００９１】
本発明の実施例１〜３の評価用パックは、比較例１の評価用パックに比べて、冷却効果に優れていることがわかった。実施例１〜３の冷却容器を用いた場合、発熱した電池の冷却が効果的に行われたため、隣接する電池への熱伝導が抑制され、安全性が非常に高い冷却部付き電池が得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明に係る冷却部付き電池は、特定の電池が、万一異常により発熱が生じたとき、その熱を効果的に冷却することにより隣り合った電池への熱伝導を効果的に抑制することができ、パーソナルコンピュータ用電池パックや携帯電話用電池パック等として有用である。また、大型の定置用電池または電気自動車用電池のパッケージ等の用途にも応用可能で
ある。
【符号の説明】
【００９３】
１  電池パック
２  筐体
２ａ  ケース本体
２ｂ  蓋体
３ａ、３ｂ  電池
４ａ、４ｂ  凹部
５ａ、５ｂ、１５  冷却部
６ａ、６ｂ  凹部
７  樹脂製部材
８、１８  冷却容器
８ａ、８ｂ、１８ａ、１８ｂ  主表面
１０ａ  膜状多孔質体
１０ｂ  冷却性液体
１１ａ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ、４１ａ、４１ｂ  主表面
９、２２  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013131428.tif 000007
【図５】
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【図６】
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