(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の片面に活物質を塗布した正極シートと集電体の片面に活物質を塗布した負極シートとをセパレータ層を介して接合して形成した電極シートを、正極集電体の面同士、負極集電体の面同士がそれぞれ接するように交互に谷折りして極群を形成し、前記極群の谷折りした面に熱伝導性の放熱フィルムを挟み込み、且つ、前記熱伝導性放熱フィルムが電池容器内側面に接していることを特徴とするリチウム電池。
【請求項２】
前記熱伝導性の放熱フィルムは、正極側がアルミニウム箔、負極側が銅箔である請求項１記載のリチウム電池。
【請求項３】
前記極群の山折りの部分が電池容器内側面に接していると共に、前記電池容器と極群の隙間に、正極側にはアルミニウムを含有する樹脂、負極側には銅を含有する樹脂を配置している請求項１又は２記載のリチウム電池。
【請求項４】
前記電池容器の外側面に放熱フィン又は凸溝が形成されている請求項１〜３のいずれかに記載のリチウム電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気自動車、据置式電源等に使用される大容量の電源装置に使用される大型リチウム電池の電池容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型リチウム電池は、充放電によって発熱し、温度上昇による寿命の低下及び充放電特性の低下が生じる。しかし、従来の電極の積層では、正極又は負極の片側のみが谷折りして積層されており、極群内部に発熱した熱は熱伝導性の低い活物質層、及びセパレータ層によって封じ込められて蓄熱し、極群内部の温度が上昇するなどの問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、従来の大型リチウム電池の場合、極群内部で発熱した熱を放熱するために、電池容器端子にフィンをつけるなどしていた。しかし、放熱するためのフィンによる、体積増加及びフィンが高価なためコスト増が問題となっていた。また、この構造では集電体を通って熱を伝導するため、大きな極板では充分な熱伝導、及び放熱は行われず、蓄熱性の大きい極群平面中心部の熱を効率良く廃熱することが出来なかった。
【０００４】
このため、電池各部の温度に差が発生し、通常行われている電池電圧による充放電制御では、電極各部における制御電圧が不適切になるため、温度検出した温度と大きく温度に差が出た部分によっては、その部分が過放電若しくは過充電されてサイクル寿命性能低下の原因となっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、集電体に活物質を塗布した正極シート及び負極シートをセパレータ層を介して接合して形成した電極シートを、正極側、負極側の面が接するように交互に谷折りして極群を形成し、且つこの極群の山折りの部分が電池容器内側面に接していることを特徴とするリチウム電池である。
【０００６】
本発明の第２は、前記電池容器の外側面に放熱フィン又は凸溝が形成されているリチウム電池である。
【０００７】
本発明の第３は、前記極群の谷折りした面に熱伝導性の放熱フィルムを挟み込み、且つこの熱伝導性放熱フィルムが電池容器内側面に接しているリチウム電池である。
【０００８】
本発明の第４は、前記電池容器と極群の隙間に熱伝導性のゲル又は固体を配置しているリチウム電池である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は以下の形態で実施することができる。即ち、金属箔集電体の片面にゲル電解質を含む活物質層を配した片面作用の正負電極をセパレータとしてゲル電解質を用いて、正極側、負極側の面に交互に谷折りして積層した極群と、この極群を収納する金属製角形電池容器からなる大型リチウム電池において、極群の山折りされた部分が電池容器内側面に密着するように電池容器に配置する。正極側、負極側の接触する電池容器外側面にいずれも放熱フィン又は凸溝が１面若しくは複数面に配置されており、更に谷折りされた面に熱伝導性の放熱フィルムを挟み込んで、且つこの熱伝導性フィルムが電池容器内側面に接する様に電池容器に配置する。更に、これら極群と電池容器との隙間に熱伝導性のゲルを配置して、大型リチウム電池とした。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。なお、本発明の電極、電池容器のサイズ、材料、その他の極群材料などは以下に示した実施例に限定されるものではない。
【００１１】
図１は本発明に用いる極群の要部断面図、図２は本発明に用いる極群の谷折りした面に放熱フィルムを挟み込んだ状態の要部断面図、図３は本発明のリチウム電池の要部断面図、図４は本発明の単電池の分解図、図５は図４の単電池の斜視図、図６は単電池の集合モジュールの斜視図である。
【００１２】
正極１は、幅１２０ｍｍ×１７．８ｍのアルミニウム箔からなる集電体１ａの片面にコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2 ）等の活物質粉末と、アセチレンブラック等の電導剤と結着剤及びゲル電解質である例えばポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）と電解液である例えば６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）のプロピレンカーボネート（ＰＣ）溶液からなる電解液の混合物からなる合剤（活物質層）が配置されている。
【００１３】
負極２は、１２３ｍｍ×１７．９ｍの銅箔からなる集電体２ｂの片面に、炭素粉末とＰＥＯ及び電解液の混合物からなる合剤（活物質層）が配置されている。ゲル電解質層３（セパレータ層）は正極１と負極２の間に配置されており、これら正極側と負極側を交互に、正極を１２７回谷折りして積層し、負極を１２８回谷折りして積層して１０６Ａｈの極群１０を得た。
【００１４】
角形電池容器１１は厚さ２ｍｍのアルミニウムからなる角形缶であり、極群の平行面に幅３ｍｍ、高さ１ｍｍ、長さ１３０ｍｍの円弧状の電池容器外側面に突出した凸溝をプレス成形した。尚、この電池容器には、モジュール組立を容易にするために電池容器の極群と平行な面にモジュール組み付け位置決め用突起の凸凹をプレス成形してもよい。この極群の平行面にプレス成形済みの容器に、同様にして極群の平行でない面に幅３ｍｍ、高さ１ｍｍ、長さ１３０ｍｍの電池容器外側面に突出する凸溝をプレス成形した。なお、前記の電池容器内面には、極群の正極と負極が電池容器を介してショートしないように厚さ４０μｍのポリプロピレンの樹脂コーティングが施されている。尚、極群を非電子伝導性の樹脂で包み込んでも良い。
【００１５】
次に、前記角形電池容器１１に極群１０を挿入し、アルミニウムからなる蓋８をはめ込み、レーザー溶接を行い封口した。なお、端子９にはポリエチレン製のパッキンを用いてボルト・ナット７によって封口してある。
【００１６】
以上のようにして高さ１４７ｍｍ、横１０７ｍｍ、幅８０ｍｍの本発明電池１を得た。尚、本発明電池１の端子６は図６に示したように縦方向に配置しており、端子の高さは５ｍｍである。
【００１７】
次に、上記電極を用いて、極群の山折りの部分が電池容器内側面に接していない比較電池１を得た。
【００１８】
更に、上記電極を用いて、負極を通常の渦巻き式とし、正極のみが谷折りして積層された極群を作成し、これを極群の山折りされた部分が電池容器内側面に接するようにして、電池容器に挿入して比較電池２を得た。
【００１９】
これらの電池を４個直列にして配置し、下側から一定圧力の空気で強制冷却を行った状態で、１Ｃ充電を１時間行った。この充電１時間後の極群中心部と電池容器内側面の温度は、比較電池２では中心部６℃、容器内側面３℃の温度上昇となり、中心部及び電池内側面の温度差は３℃にも達した。また、比較電池１では中心部９℃、容器内側面０．５℃となり、温度上昇は比較電池２よりも大きい９℃となった。これは、電池容器に電極が接していないため、空気の断熱層ができ、効率的な熱伝導ができなくなったことによるものと考えられる。本発明電池１では、中心部４℃、容器内側面２℃の温度上昇となり効率的な熱伝導ができていることが確認された。なお、強制冷却を行わない場合では、本発明電池１の電池温度は、中心部１１℃、電池容器内側面８℃となり、強制冷却を行う冷却風が通過できる、電槽外面に設けた凸溝が有効であることが確認された。この凸溝は、単電池で使用する場合、冷却フィンなどで代用可能である。
【００２０】
この本発明電池１の谷折りした面に熱伝導性の放熱フィルム４として、正極側にアルミ箔、負極側に銅箔は挟み込み、且つこのそれぞれのフィルムが、電池容器内側面に接する様に配置した本発明電池２を作成した。これによって、本発明電池２の幅は８３ｍｍの電池となったが、下側から一定圧力の空気で強制冷却を行った状態で、１Ｃ充電を１時間行った時の電池温度は、中心部３℃、容器内側面１℃となり最も低い中心部分の温度を示した。
【００２１】
更に、本発明電池２の電池容器と極群との隙間に、熱伝導性の固体５として、正極側は粉末のアルミニウムを含有するポリエチレン樹脂、負極側に粉末の銅を含有するポリエチレン樹脂を注入し、本発明電池３を作成した。この本発明電池３を用いて下側から一定圧力の空気で強制冷却を行った状態で、１Ｃ充電を１時間行った時の電池温度は、中心部２．５℃、容器内側面０．５℃となりわずかであるが、本発明電池２よりも低い温度を示した。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、次に記載する効果を奏する。
【００２３】
（１）請求項１記載のリチウム電池は極群が正極側、負極側の面に交互に谷折りして積層し、山折りの部分が電池容器内側面に接しているため、極群内部に発生した熱を効率よく電池容器の内側面にまで伝えることができる。
【００２４】
（２）請求項２記載のリチウム電池は電池容器の正極側、負極側のいずれにも１面もしくは複数の外側面に放熱フィン、又は外側面に突出する凸溝が配置されていることより、電池容器の内側面に伝えられた熱を効率よく廃熱し、電池内部の温度を低く保つことができる。
【００２５】
（３）請求項３記載のリチウム電池は、極群の谷折りした面に熱伝導性の放熱フィルムを挟み込み、且つ熱伝導性放熱フィルムが電池容器内側面に接していることにより、極群内部に発生した熱を効率よく電池容器の内側面にまで伝えることができる。
【００２６】
（４）請求項４記載のリチウム電池は、電池容器と極群の隙間に熱伝導性のゲル又は固体を配置していることにより、極群周囲に伝えられた熱を効率よく電池容器の内側面にまで伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる極群の要部断面図である。
【図２】本発明に用いる極群の谷折りした面に放熱フィルムを挟み込んだ状態の要部断面図である。
【図３】本発明のリチウム電池の要部断面図である。
【図４】本発明の単電池の分解図である。
【図５】図４の単電池の斜視図である。
【図６】単電池の集合モジュールの斜視図である。
【符号の説明】
１  正極
２  負極
１ａ，２ｂ  集電体
３  ゲル電解質層（セパレータ層）
４  放熱フィルム
５  熱伝導固体
６  安全弁
７  端子固定ボルト・ナット
８  蓋
９  端子
１０  極群
１１  角形電池容器
１２  モジュール組み付け位置決め用凸凹突起
【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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