(57)【要約】      （修正有）【課題】二次電池の異常発熱時の熱を放射により放熱し、電池パックの形状を維持しつつ、電池パック外側壁面の温度上昇を抑制することができる電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１を構成する樹脂成型体１１の内側壁面に接した高放射率層１２と、成型体内部に熱を拡散させる空隙を設ける。さらに効果的に二次電池２の熱を放熱し、電池パック１の外側壁面の温度上昇を抑制するためには、電池パック内側壁面に加えて、二次電池２の外側にも高放射率層を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二次電池を収容する成型体と、
前記成型体に、前記成型体内部の熱を、外部に放射させる第１高放射率層と
前記成型体内部に熱を拡散させる空隙とを有する、電池パック。
【請求項２】
前記充放電可能な二次電池が、その外壁に第２高放射率層を具備したことを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
【請求項３】
前記高放射率層がセラミクス系塗料で形成される、請求項１または２のいずれかに記載の電池パック。
【請求項４】
前記高放射率層が高熱伝導材料で構成されている、請求項１または２のいずれかに記載の電池パック。
【請求項５】
前記高放射率層がグラファイトシートである、請求項４に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常時に熱を発生するおそれのある電池を収納した電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パソコン、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。このような電池として非水溶媒を電解液に用いるリチウムイオン二次電池の研究開発が活発に行われている。
【０００３】
これらのリチウムイオン二次電池は、ポータブル機器の高機能化に伴い、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、潜在的な異常時の発熱量もそれに比例して大きなものとなっている。
【０００４】
このような電池を収納する電池パック放熱性フィルム材を電池外装材として素電池外部に設け、これにより熱を外部に放熱したり（特許文献１）、電気絶縁性及び熱放射機能性を有する被覆体で単電池を覆ったり（特許文献２）することで、電池の発熱を抑制し、安全性を高めている。
【特許文献１】特開２０００−２８５８７３号公報
【特許文献２】特開平９−２９８０５１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、特許文献１は、シリコーン系フィルムであり素電池に貼付して構成されるために、素電池から放熱した熱が、熱伝導性が低く、熱放射率が小さな樹脂性電池パックで受熱するために電池パック内に熱がこもりやすい。
【０００６】
また、特許文献２では素電池と電池パックの空隙に充填して構成されており、熱容量的には前者に比べて改善されると考えられる。ただし、成形体に熱放射性物質を充填させると、熱放射性物質は、一般的に伝熱性能が低いため電池パック内の熱が十分に放熱されない。
【０００７】
また、構成材がセラミクス系であり、電池パックの空隙に充填されているため、電池パックの重量が大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、二次電池を収容する成型体と、成型体の内壁表面に第１高放射率層と、成型体の内部に空隙を有する、電池パックである。
【０００９】
このような構成によって、二次電池が異常発熱した際に、発熱した二次電池から放熱された熱を成型体の内壁表面の第１高放射層で受熱し、成型体側に放熱することが出来る。この際に、本発明では、成型体の内部に空隙を有しているので、発熱した二次電池の熱が、空隙内を熱伝導、熱対流、熱放射などで拡散してから、第１高放射率層が成型体内部の熱を受熱する。つまり、成型体の内部に空隙を設けることによって、成型体の内壁に形成された第１高放射率層に迅速に熱を伝えることが出来る。
【００１０】
したがって、電池の異常発熱時に電池パックの温度上昇を抑制し、信頼性・安全性を高めることができる。このような層を形成するものとして、グラファイトシート、セラミクス系塗料が挙げられる。
【００１１】
さらに、効果的に放熱を促進するには、高熱伝導材料で高放射率層を形成することが好ましい。このような層を構成する材料としては、グラファイトシートなどが挙げられる。
【００１２】
このように、高熱伝導かつ高放射率を有する材料を用いることによって、受熱した熱を層の面方向に伝熱しながら、成型体方向に熱放射することが出来る。したがって、局所的な集熱を抑制し、比較的二次電池が高温になっても、成型体の変形を抑制することが出来る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電池パックは、二次電池の異常発熱時の熱を逃がし、電池パックの温度上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電池パックの構成図である。電池パック１は、最外側は樹脂成型体１１からなり、その内壁に接触して第１高放射率層１２が設けられた構成としている。成型体は、熱を拡散させる空隙１３を備えている。この２層構造の電池パック内に充放電可能な二次電池２が収容されている。
【００１６】
空隙１３は、二次電池を収容する成型体に円筒の電池を収容する際など、平面状に円筒形のものを設置際に形成される隙間などでも良い。
【００１７】
前記樹脂成型体は、ＵＬ−９４規格のＶ−０以上の難燃性樹脂であることが好ましく、これについては「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）でも求められている。したがって本発明の実施の形態においても樹脂成型体については、難燃化を図られた高分子材料を用いることとした。高分子材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などに難燃化処理を施したものを用いる。
【００１８】
第１高放射率層１２は、グラファイトシートまたは、セラミクス系塗料からなる塗布膜である。
【００１９】
グラファイトシートとしては、例えばＰＧＳグラファイトシート（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製）やＰＥＲＭＡ−ＦＯＩＬ（東洋炭素（株）製）等種々商品化されているものを使用することができる。該シートは粘着剤付のものの場合は直接電池パック内壁に貼付して用いる。粘着剤がない場合には、エポキシ系の接着剤で貼付して用いる。
【００２０】
セラミクス系塗料としては、超高温耐熱コーティング剤ＳＦＣ−１２００ＱやＳＦＣ−１５００Ｑ（いずれも（株）エココスモ製）あるいはＡＣＣＥＲＡコート２０００、ＡＣＣＥＲＡコート１５００（いずれも（株９進弘電機製）等、二酸化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、二酸化ジルコニウムを主成分とする塗料が好ましく用いられる。セラミクス系塗料は電池パック内壁にスプレー、刷毛塗り等一般に知られる塗装の方式で塗膜を形成することができる。
【００２１】
熱の移動、即ち放熱は、熱伝導、熱対流、熱放射が挙げられる。熱伝導は最も放熱効果が高いものではあるが、良熱伝導性の物体同士が接触している必要があるが、電池パックの内部では円筒型電池を収納した場合のように接触面積が小さい場合があり、熱伝導だけでは放熱しきれない。
【００２２】
熱対流は、気体の流れを利用して放熱するものであるが、電池パックの内部は空間が限定されており、大きな気体の流れを期待することはできない。
【００２３】
そこで、電池パック内の放熱には接触なしで放熱できる放射の利用が考えられる。
【００２４】
放射エネルギーは、あるエネルギーの発生源から自由空間に移動するエネルギーの量であり、絶対温度Ｔｓの表面積Ａ２の放射率ε２の物体が、熱放射によって放出する熱量Ｐは次の式になる。ここで、まわりの壁面の表面積Ａ１、放射率ε１、温度Ｔａとする。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
（σ：シュテファン―ボルツマン定数=５．６７×１０−８ Ｗ ｍ−２ Ｋ−４）
シュテファン―ボルツマン定数は小さい値なので、温度が低い時の熱放射される熱量は小さいが、異常発熱時のように高温になると温度の４乗の差に比例するために放射率が大きい場合には放熱として、大きな効果が得られるものである。
【００２７】
しかしながら、一般に二次電池のケースに用いられる鉄やアルミニウムの放射率は理想黒体の放射率を１とした場合に、それぞれ０．０３−０．７と０．０４−０．３程度であり、それほど大きなものではない。これに対してグラファイトシートでは０．９−０．９７、セラミクス系材料では０．７−０．９５と大きな放射率を有する。また、電池パックに用いられる高分子材料は鉄やアルミニウムに比べて放射率が高い（０．６−０．８５）ものの、より効果的に受熱し、放熱させることができるために、該高分子材料に高放射率のグラファイトシートやセラミクス系材料による高放射率層を設けることで、二次電池の異常発熱時の熱を逃がし、電池パックの温度上昇を抑制することができる。
【００２８】
一方、熱伝導率は鉄とアルミニウムはそれぞれ、８０Ｗ／ｍ・Ｋと２４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、鉄の熱伝導率はさほど高いものではなく、アルミニウムは銀、銅、金についで高い値を示す。
【００２９】
また、グラファイトシートの熱伝導率は６００−１７００Ｗ／ｍ・Ｋとアルミニウムに比べて極めて高い物性を有することから、シートの面方向に熱が拡散して放熱しやすいことからより好ましく用いることができる。
【００３０】
なお、より好ましくは、図２に示すように、成型体に収容されている充放電可能な二次電池２の外壁に第２高放射率層２１が設けられていることが好ましい。
【００３１】
充放電可能な二次電池２の外側にも高放射率層２１を設けることで二次電池に接触した第２高放射率層２１からの熱放射特性を高めることが出来る。したがって、より効果的に電池パック内壁の高放射率層１２に熱を伝えることが出来るので、二次電池からの放熱を促進することが可能である。よって、電池パックの外側壁面の温度上昇を抑制することが可能となる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更し実施することができる。
【００３３】
（実施例１）
ポリカーボネート製の角型電池用電池パックの内壁全面にＰＧＳグラファイトシート（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製  ＥＹＧＡ０９１２１０Ｔ  厚さ０．１３ｍｍ）を貼付した。
【００３４】
角型電池ケース（５．２ｍｍｘ３４ｍｍｘ５０ｍｍ）内にセラミックヒーター（坂口電熱（株）製、ＭＳ−Ｍ５）を配設し、電池パック内に収納した。該セラミックヒーターに２Ｖを印加し、セラミックヒーター温度を３００℃に設定した。このときの電池パック外壁温度を計測すると、１５０℃であり、電池パックを構成するポリカーボネートに変形は認められなかった。
【００３５】
（比較例１）
内壁にＰＧＳグラファイトシートを貼付しなかった以外は実施例１と同様の試験を行った。その結果、電池パック外壁温度は２７０℃まで上昇し、電池パックを構成するポリカーボネートは軟化し、変形した。
【００３６】
（実施例２）
ポリカーボネート製の角型電池用電池パックの内壁全面にアクセラコート２０００（（株）進弘電機製）を刷毛で厚さ約５００μｍになるよう塗布し、室温で乾燥させて高放射率層を形成した以外は実施例１と同様の試験を行った。その結果、電池パック外壁温度を計測すると、１４０℃であり、電池パックを構成するポリカーボネートに変形は認められなかった。
【００３７】
（実施例３）
ポリカーボネート製の角型電池用電池パックの内壁全面にアクセラコート１５００（（株）進弘電機製）を刷毛で厚さ約５００μｍになるよう塗布し、室温で乾燥させて高放射率層を形成した以外は実施例１と同様の試験を行った。その結果、電池パック外壁温度を計測すると、１５０℃であり、電池パックを構成するポリカーボネートに変形は認められなかった。
【００３８】
（実施例４）
ポリカーボネート製の角型電池用電池パックの内壁全面に超高温耐熱コーティング剤ＳＦＣ−１２００Ｑ（（株）エココスモ製）を刷毛で厚さ約５００μｍになるよう塗布し、室温で乾燥させて高放射率層を形成した以外は実施例１と同様の試験を行った。その結果、電池パック外壁温度を計測すると、１６５℃であり、電池パックを構成するポリカーボネートに変形は認められなかった。
【００３９】
（実施例５）
ポリカーボネート製の角型電池用電池パックの内壁全面に超高温耐熱コーティング剤ＳＦＣ−１５００Ｑ（（株）エココスモ製）を刷毛で厚さ約５００μｍになるよう塗布し、室温で乾燥させて高放射率層を形成した以外は実施例１と同様の試験を行った。その結果、電池パック外壁温度を計測すると、１４５℃であり、電池パックを構成するポリカーボネートに変形は認められなかった。
【００４０】
（実施例６）
ポリカーボネート製の角型電池用電池パックの内壁全面にＰＧＳグラファイトシート（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製  ＥＹＧＡ０９１２１０Ｔ  厚さ０．１３ｍｍ）を貼付した。
【００４１】
角型電池ケース（５．２ｍｍｘ３４ｍｍｘ５０ｍｍ）の底部及び蓋部を除いて同一のグラファイトシートを巻きつけた。該角型電池ケース内にセラミックヒーター（坂口電熱（株）製、ＭＳ−Ｍ５）を配設し、電池パック内に収納した。該セラミックヒーターに２Ｖを印加し、セラミックヒーター温度を３００℃に設定した。このときの電池ケース外壁温度は２４５℃以上に上がることはなく、放射による放熱が効果的に行われていることが確かめられた。また、電池パック外壁温度を計測すると、１２７℃であり、電池パックを構成するポリカーボネートに変形は認められなかった。
【００４２】
（実施例７）
実施例６のグラファイトシートに代えて、アクセラコート２０００を刷毛塗りして高放射率層を形成した以外は同様にして試験を行った。このときの電池ケース外壁温度は２５５℃以上に上がることはなく、放射による放熱が効果的に行われていることが確かめられた。また、電池パック外壁温度を計測すると、１４０℃であり、電池パックを構成するポリカーボネートに変形は認められなかった。
【００４３】
（実施例８）
実施例６のグラファイトシートに代えて、超高温耐熱コーティングＳＦＣ−１２００Ｑを刷毛塗りして高放射率層を形成した以外は同様にして試験を行った。このときの電池ケース外壁温度は２３０℃以上に上がることはなく、放射による放熱が効果的に行われていることが確かめられた。また、電池パック外壁温度を計測すると、１３０℃であり、電池パックを構成するポリカーボネートに変形は認められなかった。
【００４４】
以上のことから、電池パック内壁と二次電池外壁の双方に高放射率層を設けることでより効果的に電池パック外部への伝熱を抑制することができる。
【００４５】
実施例では電池パックを構成する樹脂成型体として最もよく用いられるポリカーボネートを使用したが、これ以外にプロピレンカーボネート、ポリエチレンテレフタレートを用いても同様の効果が得られることは自明であり、ポリカーボネートに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明にかかる電池パックは高放射率層を有し、電池パック内の二次電池異常発熱した場合にでも電池パック外の温度上昇が抑制され、安全性を高めた電池パック用材料として有用である。また電気自動車用リチウムイオン二次電池用パック材料、定置用リチウムイオン二次電池用パック材料等極めて高いエネルギーを有する充放電可能な二次電池の外装材の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態における電池パックの断面図
【図２】本発明の実施の形態における電池パックの断面図
【符号の説明】
【００４８】
１    電池パック
２    二次電池
１１    樹脂成型体
１２    第１高放射率層
１３    空隙
２１    第２高放射率層
【図１】
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【図２】
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