JP2006172870A - 電池と組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケースを形成する密着周縁を冷却することによって電極体を効率的に冷却することができ、しかも、絶縁シートの伝熱性を上げる必要がない技術を実現する。絶縁されているケース外面を冷却することによって電極体を冷却するために、正端子と負端子の絶縁が損なわれることもない。
【解決手段】 電極体１０の正極に接続されている正端子６は、外装ケース４の周縁部４２を越えて外部に突出する突出端部６２の他に、周縁部４２内に留まって外部に突出しない伝熱端部６６を備えている。電極体１０の負極に接続されている負端子８は、外装ケースの周縁部４２を越えて外部に突出する突出端部８２の他に、周縁部４２内に留まって外部に突出しない伝熱端部８６を備えている。伝熱端部６２と伝熱端部８２は、表面側外装ケース４と裏面側外装ケース４の周縁部４２によって被覆されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池と組電池に関する。なお本明細書でいう電池という用語は広義に解釈するべきであり、化学反応を利用して電力を供給する狭義の電池のみならず、キャパシタやコンデンサ等のように蓄電しておいた電力を供給するデバイスをも包含する。

正極と負極を含む電極体を有する電池が知られている。コンパクトな電池を安価に製造するために、表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートの間に電極体を挟み、表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートの周縁を密着することに電池ケースを形成する技術が開発されている。電極体の正極に接続されている正端子の端部と負極に接続されている負端子の端部はケースの外部に突出している。

電池は充電と放電の際に発熱する。そこで、電池を効率的に冷却する必要がある。特許文献1には、正面視したときに長方形をなす電池ケースの１辺から正端子を突出させ、他の３辺から３方向に負端子を突出させた電池が提案されている。この電池は、正端子と負端子を電気伝導体に利用するだけでなく、伝熱部材として利用する。電池が発熱すると、電池ケースから４方向に突出する端子に熱が伝熱されるために、電池の冷却効率が向上する。
特許文献２には、表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートの密着周縁を活用することによって、電池の冷却効率を向上させる技術も提案されている。
特開２００４−４７２３９号公報 特開２００４−７１１７９号公報

電気を取出すための正端子と負端子を伝熱部材としても利用し、正端子と負端子を冷却風に曝す構造を採用すると、正端子と負端子上に埃や塵等が堆積し、絶縁が損なわれる可能性がある。それを避けるために、正端子と負端子に絶縁被覆や絶縁構造を付加すると、冷却効率が低下してしまう。電気伝導体を放熱部材に利用することは難しい。
表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートの密着周縁の表面は絶縁されており、密着周縁を冷却風等に曝しても、絶縁が損なわれことはない。しかしながら、ケースを形成する絶縁シートは極めて薄く、伝熱性が低い。密着周縁を冷却しても、電極体は冷却されないことになる。絶縁シートを厚くして伝熱性を上げれば、密着周縁を冷却することによって電極体が冷却されることになるが、そのためには絶縁シートを非常に厚くする必要があり、現実的でない。

本発明は、上記の問題を解決するものであり、ケースを形成する密着周縁を冷却することによって電極体を効率的に冷却することができ、しかも、絶縁シートの伝熱性を上げる必要がない技術を実現する。絶縁されているケース外面を冷却することによって電極体を冷却するために、正端子と負端子の絶縁が損なわれることもない。

（課題を解決するための一つの手段）
本発明の電池は、正極と負極を含む電極体と、電極体の正極に接続されている正端子と、電極体の負極に接続されている負端子と、正端子の端部と負端子の端部が外部に突出している状態で電極体を収容しているケースを備えている。
本発明の電池では、表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートが周縁で密着することによってケースが形成されている。正端子は、絶縁シートの密着周縁を越えて伸びることによって外部に突出する突出端部の他に、密着周縁内に留まって外部に突出しない伝熱端部を備えている。同様に、負端子も、絶縁シートの密着周縁を越えて伸びることによって外部に突出する突出端部の他に、密着周縁内に留まって外部に突出しない伝熱端部を備えている。この結果、正端子の伝熱端部と負端子の伝熱端部は、表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートの密着周縁によって被覆されている。

（その作用と効果）
本発明の電池の正端子は、絶縁シートの密着周縁密着周縁内に留まって外部に突出しない伝熱端部を備えている。同様に、負端子も、絶縁シートの密着周縁密着周縁内に留まって外部に突出しない伝熱端部を備えている。
正端子も負端子も、十分な電気伝導性を有する必要あり、結果的に十分な伝熱性を備えている。本発明では、この性質を利用して電極体の熱をケースの密着周縁に効率的に伝熱する。本発明の電池によると、ケースの密着周縁を冷却することによって電極体を効率的に冷却することができる。絶縁シートの伝熱性を上げる必要はない。伝熱端部は、表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートの密着周縁によって被覆されており、絶縁が損なわれる可能性が低い。ケースの密着周縁を冷却風等に曝しても、絶縁が損なわれことはない。
本電池では、電気を取出すためにケース外に突出している正端子と負端子を冷却する必要がなく、絶縁が損なわれることはない。十分な電気伝導性と十分な伝熱性を備えている正端子と負端子を利用して、電極体の熱をケースの密着周縁に効率的に伝熱するために、絶縁シートの伝熱性を上げる必要はない。絶縁シートの表面を冷却すればよいことから、絶縁シートの表面に埃や塵等が堆積しても、絶縁が損なわれることがない。

（課題を解決するための好ましい手段）
正端子の伝熱端部と負端子の伝熱端部が、正端子も負端子も突出していない辺において密着周縁によって被覆されていることが好ましい。
（その作用と効果）
上記によると、伝熱端部が位置しているために効率的に冷却したい辺と、正端子または負端子若しくは双方が突出しているために外界から隔離しておきたい辺を分離することができ、冷却と絶縁確保を無理なく両立させることができる。

（課題を解決するための好ましい他の一つの手段）
正端子の伝熱端部と負端子の伝熱端部が、同一の辺において、密着周縁によって被覆されていることが好ましい。
（その作用と効果）
正端子の伝熱端部と負端子の伝熱端部が位置している一つの辺の密着周縁を冷却媒体通路に曝せばよく、冷却のための構成を簡素化することができる。

（課題を解決するための他の一つの手段）
組電池を構成する場合には、請求項１から３のいずれか電池を電気的に複数個接続し、正端子の伝熱端部と負端子の伝熱端部を被覆している密着周縁に接する冷却媒体通路を設けることが好ましい。
冷却媒体は、空気であることが多いが、他の気体または液体であってもよい。

以下に発明を実施するための最良の形態を列記する。
（形態１）ケースを形成する絶縁シートは、内側から内側絶縁シートと金属シートの順に積層されている。絶縁シートと絶縁シートが直接に接触する部位では、内側絶縁シート同士が熱溶着している。絶縁シートと絶縁シートの間に端子が入り込んでいる部分では、内側絶縁シートが端子に熱溶着している。
(形態２)電極体は、長尺の正極と長尺の負極がセパレータを介した状態でロール状に捲回されており、正面視したときにほぼ長方形状となるように、扁平に押しつぶされている。１辺には、正極の金属シートが露出しており、それと向いあう辺には、負極の金属シートが露出している。
（形態３）伝熱端部は、金属シートが露出している辺に対応する密着周縁に向けて伸びている。
（形態４）伝熱端部は、金属シートが露出していない辺に対応する密着周縁に向けて伸びている。

（第１実施例）
図面を参照して、本発明を具現化した第１実施例を説明する。図１は、本実施例の電池の分解斜視図である。
電池２は、外装ケース４の中に電極体１０を密閉して収容している。
電極体１０は、長尺の金属シート状箔材の表面に正極活物質が塗工された正極と、樹脂製の多孔質膜シートであるセパレータと、長尺の金属シート状箔材の表面に負極活物質が塗工された負極と、前記と同様のセパレータの組を積層して捲回したものである。正面視したときにほぼ長方形状となるように、扁平に押しつぶされている。正極となる長尺の金属シート状箔材の１辺に沿って、正極活物質が塗工されていない正極未塗工部１２が用意されおり、負極となる長尺の金属シート状箔材の反対の１辺に沿って、負極活物質が塗工されていない負極未塗工部１４が用意されおり、それぞれの未塗工部１２、１４は、セパレータから突出している。未塗工部１２、１４では、金属シート状箔材のみが積層されている。

正端子６には、突出端部６２と、接合部６４と、伝熱端部６６が形成されている。負端子８には、突出端部８２と、接合部８４と、伝熱端部８６が形成されている。
正端子６の接合部６４は電極体１０の正極未塗工部１２に溶接されている。正端子６は電極体１０の正極に、電気的にも熱的にも接続されている。負端子８の接合部８４は電極体１０の負極未塗工部１４に溶接されている。負端子８は電極体１０の負極に、電気的にも熱的にも接続されている。
正端子６の突出端部６２と負端子８の突出端部８２は、電極体１０の捲回軸と直交する方向に伸びており、外装ケース４の周縁部４２を越える長さを備えている。突出端部６２と突出端部８２は同一方向に伸びている。
正端子６の伝熱端部６６は、接合部６４から電極体１０の捲回軸方向と平行する方向に伸びており、外装ケース４の周縁部４２を越えない長さを備えている。負端子８の伝熱端部８６も、接合部６４から電極体１０の捲回軸方向と平行する方向に伸びており、外装ケース４の周縁部４２を越えない長さを備えている。伝熱端部６６と伝熱端部８６は反対方向に伸びている。伝熱端部６６と伝熱端部８６は、突出端部６２と突出端部８２が突出する辺とは異なる辺に向けて伸びている。伝熱端部６６と伝熱端部８６が伸びている辺からは、突出端部６２も突出端部８２も突出しない。

外装ケース４は、ラミネートフィルム（絶縁シート）を角底カップ形状に形成したものである。ラミネートフィルムは、アルミニウム等の金属シートに、接着材層を介して、内表面側にポリプリピレン、外表面側にナイロンを重ね合せて構成されている。外装ケース４は、表面側ラミネートフィルムと裏面側ラミネートフィルムの間に電極体１０を配置し、電極体１０の周囲に形成される周縁部４２を熱溶着して袋状に閉じたものである。内表面側のポリプリピレン同士が直接に接触する部分ではポリプリピレン同士が熱溶着している。内表面側のポリプリピレンの間に正端子６が位置しているところでは、ポリプリピレンが正端子６に熱溶着している。内表面側のポリプリピレンの間に負端子８が位置しているところでは、ポリプリピレンが負端子８に熱溶着している。正端子６と負端子８は、ポリプリピレンによって絶縁されている。外装ケース４の内外は、内表面側のポリプリピレンと外表面側のナイロンによって絶縁されている。ラミネートフィルムは絶縁シートであることが理解される。

図２に、本実施例の電池２を交互に表裏を反転させ、１０個重ねて直列に接続した組電池２０を示す。組電池２０では、電池２の伝熱端部６６が延出している周縁部４２と、隣接する電池２の伝熱端部８６が延出している周縁部４２との間の空間領域３０に冷却風を流すことで、各電池２の冷却試験を行った。なおこの試験を行うに当っては、破線で示す上側絶縁カバー７ａを設置し、正端子６の突出端部６２と負端子８の突出端部６８を冷却風経路から分離することによって、突出端部６２と突出端部６８の絶縁が損なわれないようにした。

図３に、冷却試験の結果を示す。この試験では、本実施例の組電池２０から４Ｃの電流を取出しながら、前記空間領域３０に冷却風を流した。
第１比較例には、本実施例の電池と同じ寸法であり、正端子と負端子に伝熱端部が形成されていない電池を用いた。第２比較例として、本実施例の電池と同じ寸法であり、正端子と負端子に伝熱端部が形成されておらず、周縁部の幅を本実施例の電池よりも拡大した電池を用いた。
図３に示すように、第１比較例の電池では２０℃上昇したのに対し、本実施例の電池２では上昇温度が９℃に抑えられており、効率的な冷却効果が得られた。第２比較例の電池でも１５℃の温度上昇が観測されており、周縁部の幅を拡大しても冷却効率がさほど向上しないのに対し、伝熱端部を設けると冷却効率が効果的に向上することが確認された。本実施例の電池２では、冷却試験中に、正端子６と負端子８に、埃や塵等が堆積することがなく、また絶縁性の低下も見受けられず、試験後も良好な電池性能を維持していた。

（第２実施例）
図４は、第２実施例の電池の分解斜視図である。本実施例の電池は、第１実施例の電池と正端子及び負端子の構成が異なっている。その他の構成は第１実施例と変わるところがないため、同じ符号を付して重複説明を省略する。
本実施例の電池１０２では、正端子１０６の突出端部１６２が接合部１６４から電極体１０の捲回軸方向に延出し、外装ケース４の周縁部４２から突出している。同様に、負端子１０８の突出端部１８２が接合部１８４から電極体１０の捲回軸方向に延出し、外装ケース４の周縁部４２から突出している。正端子１０６の突出端部１６２と、負端子１０８の突出端部１８２は、反対方向に伸びている。
正端子１０６の伝熱端部１６６は、電極体１０の捲回軸方向と直交する方向に伸びている。ただし、外装ケース４の周縁部４２内に留まる長さに調整されている。同様に、負端子１０８の伝熱端部１８６は、電極体１０の捲回軸方向と直交する方向に伸びている。これもまた、外装ケース４の周縁部４２内に留まる長さに調整されている。正端子１０６の伝熱端部１６６と負端子１０８の伝熱端部１８６は、同一方向に伸びている。伝熱端部１６６と伝熱端部１８６は、周縁部４２に覆われており、周縁部４２から突出していない。伝熱端部１６６と伝熱端部１８６が伸びている辺からは、突出端部１６２も突出端部１８２も突出しない。

図５に、本実施例の電池１０２を交互に表裏を反転させ、１０個重ね合せて直列に接続した組電池１２０を示す。組電池１２０では、伝熱端部１６６と伝熱端部１８６が延出している周縁部４２の辺とに沿って冷却風を流すことで、各電池１０２が効果的に冷却される。破線で示す右側絶縁カバー１０７ａと左側絶縁カバー１０７ｂを設置し、正端子１０６の突出端部１６２と負端子１０８の突出端部１６８を外界から隔離した状態で、各電池１０２を効果的に冷却することができる。
この組電池１２０でも、第１実施例と同等の冷却効果が得られ、端子上に埃や塵等が堆積することがなく、絶縁性の低下も見受けられず、試験後も良好な電池性能を維持していた。この組電池１２０では、冷却風を上部のみに送風すればよいため、冷却のための構成を簡素化することができた。

図６に、本実施例の電池１０２を平面方向に３個並置して直列に接続した組電池１２２を示す。組電池１２２は、表面側絶縁カバー１１７ａ裏面側絶縁カバー１１７ｂによって覆われる。両絶縁カバー１１７ａ，１１７ｂに設けられた空気経路１３２ａ，１３２ｂに冷却風を流すことで、各電池１０２の伝熱端部１６６，１８６が伸びている側の周縁部４２を冷却した。
この組電池１２２でも、第１実施例と同等の冷却効果が得られ、端子上に埃や塵等が堆積することがなく、絶縁性の低下も見受けられず、試験後も良好な電池性能を維持していた。また組電池１２２では、冷却風の導入箇所と排出箇所が１つずつで済み，冷却風を拡散させる必要がないため、冷却のための構成をさらに簡素化することができた。

（第３実施例）
図７は、第３実施例の電池の分解斜視図である。本実施例の電池は、第１実施例の電池と正端子及び負端子の構成が異なっている。その他の構成は第１実施例と変わるところがないため、同じ符号を付して重複説明を省略する。
本実施例の正端子２０６の突出端部２６２と負端子２０８の突出端部２８２は、電極体１０の捲回軸方向と直交する方向に伸びており、外装ケースの周縁部４２を越える長さを備えている。突出端部２６２と突出端部２８２は同一方向に伸びている。
正端子２０６の接合部２６４は、電極体１０の正極未塗工部１２に溶接されている。負端子２０８の接合部２８４は、電極体１０の負極未塗工部１４に溶接されている。
正端子２０６の伝熱端部２６６は、電極体１０の捲回軸方向と直交する方向に、突出端部２６２と反対方向に伸びており、外装ケース４の周縁部４２を超えない長さを備えている。負端子２０８の伝熱端部２８６は、電極体１０の捲回軸方向と直交する方向に、突出端部２８２と反対方向に伸びており、外装ケース４の周縁部４２を超えない長さを備えている。伝熱端部２６６と伝熱端部２８６は同一方向に伸びている。

本実施例の電池２０２では、正端子２０６及び負端子２０８の形状を簡易に構成することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記実施例では、正端子と負端子にそれぞれ伝熱端部が形成されていたが、これに限られるものではない。正端子又は負端子のいずれか一方に伝熱端部を形成してもよい。
上記実施例では、外装材として二枚のラミネートフィルムを使用していたが、これに限られるものではない。１枚のラミネートフィルムを折り曲げて３辺を溶着することによって、電極体を密閉収容してもよい。あるいは、外装材としてアルミ等の金属板に絶縁シートを貼付したものを使用してもよい。
上記実施例では、正極とセパレータと負極とセパレータの組を積層して捲回した電極体を使用していたが、これに限られるものではない。例えば正極とセパレータと負極とセパレータの組を積層しただけの電極体を使用してもよい。また、複数のセパレータを用いずに、一つのセパレータのみを用いてもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

第1実施例の電池の分解斜視図。 第1実施例の電池を接続した組電池の斜視図。 冷却試験の結果を示す図。 第２実施例の電池の分解斜視図。 第２実施例の電池を接続した組電池の斜視図。 第２実施例の電池を接続した組電池の斜視図。 第３実施例の電池の分解斜視図。

符号の説明

２ ：電池、
４ ：外装ケース、
６ ：正端子、
８ ：負端子、
１０：電極体、
１２，１４：未塗工部、
４２：周縁部、
６２，８２：突出端部、
６４，８４：接合部、
６６，８６：伝熱端部

Claims (4)

1. 正極と負極を含む電極体と、
   電極体の正極に接続されている正端子と、
   電極体の負極に接続されている負端子と、
   正端子の端部と負端子の端部が外部に突出している状態で電極体を収容しているケースを備えており、
   そのケースは、表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートが周縁で密着することによって形成されており、
   前記正端子は、絶縁シートの密着周縁を越えて外部に突出する突出端部の他に、密着周縁内に留まって外部に突出しない伝熱端部を備えており、
   前記負端子は、絶縁シートの密着周縁を越えて外部に突出する突出端部の他に、密着周縁内に留まって外部に突出しない伝熱端部を備えており、
   前記正端子の伝熱端部と前記負端子の伝熱端部が、表面側絶縁シートと裏面側絶縁シートの密着周縁によって被覆されていることを特徴とする電池。
2. 正端子の伝熱端部と負端子の伝熱端部が、正端子も負端子も突出していない辺において、密着周縁によって被覆されていることを特徴とする請求項１の電池。
3. 正端子の伝熱端部と負端子の伝熱端部が、同一の辺において、密着周縁によって被覆されていることを特徴とする請求項２の電池。
4. 請求項１から３のいずれか電池を電気的に複数個接続し、正端子の伝熱端部と負端子の伝熱端部を被覆している密着周縁に接する冷却媒体通路を設けた組電池。

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