JPH10112330A - 円筒型電池および該円筒型電池を用いた組電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 その内部で発生する熱とガスが確実に放熱・
排出可能な円筒型電池および該円筒型電池を用いた組電
池を提供する。 【解決手段】 帯状の正極集電体と負極集電体とを、そ
の幅方向に所定幅ずらしてロール状に巻回し、その中心
部に中空孔を有する発電用の単位セルを構成する。該巻
回された単位セルの一方の側端面に複数の孔を有する正
極集電板を電気的に接続し、他方の側端面に複数の孔を
有する負極集電板を電気的に接続して円筒型電池を構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型電池および
該円筒型電池を用いた組電池に係り、特に電気自動車等
に好適な円筒型電池および該円筒型電池を用いた組電池
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、従来の電気自動車の動力源用
の一次電池として使用される組電池Ｂの一例の外観斜視
図である。図１４に示すように、組電池Ｂは電池ケース
１０１の中に多数の電池モジュール１０２が組み込ま
れ、該電池モジュール１０２は銅等からなるバスバー
（連結用端子）１０３により接続されて１００Ｖ〜４０
０Ｖ程度の直流電圧を得ている。このバスバー１０３は
電池モジュール１０２の端子に接続用の大型六角ネジを
介して接続されている。

【０００３】また、感電防止等の安全上の理由により、
各電池モジュール１０２はカバーにより覆われている
（図示せず）。しかし、従来の組電池を構成するには多
数の重量大のバスバーや大型六角ネジを必要とするの
で、組電池の総重量が大となり、また、高圧直流電圧を
得るためには多数の電池モジュールを組み立てるので、
組電池は嵩張る。従って、組電池の重量エネルギ密度や
体積エネルギ密度は低く、このことは電気自動車用の組
電池としては好ましくない。

【０００４】また、組電池から電力を取り出す場合には
発熱するが（特に高出力時）、前記カバーのために十分
に放熱することができない。更に、図１５（Ａ），
（Ｂ）に示すように、電気自動車に組電池Ｂを搭載する
場合には、床下に搭載することが多い。この場合には組
電池Ｂを薄型に構成しなければならないので、放熱用の
空気流通部Ａは狭くなり、十分な放熱ルートを確保する
のが困難である。かかる不都合の解消手段の一つとし
て、帯状の正極集電体，負極集電体に正極活物質，負極
活物質が保持されたものがロール状に巻回され、その中
心部に中空孔を有する円筒型電池が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このタ
イプの円筒型電池でも前述のような発熱と、電池内部で
発生するガスをどのようにして排出するかが重要な問題
である。そこで、本発明の目的は、その内部で発生する
熱とガスが確実に放熱・排出可能な円筒型電池および該
円筒型電池を用いた組電池を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、正極活物質と負極活物質と
がそれぞれ保持された帯状の正極集電体と負極集電体と
が、その幅方向に所定幅ずらされてロール状に巻回され
てなり、その中心部に中空孔を有する発電用の単位セル
と、該巻回された単位セルの一方の側端面に電気的に接
続された複数の孔を有する正極集電板と、前記巻回され
た単位セルの他方の側端面に電気的に接続された複数の
孔を有する負極集電板とを備えたことを特徴とする。ま
た、請求項２記載の発明は、前記正極集電板および負極
集電板の前記単位セルの側端面に対する接続手段は、ロ
ウ付けにより行われることを特徴とする。

【０００７】請求項１および請求項２記載の発明によれ
ば、単位セルの側端面は正極集電板および負極集電板に
対して例えばロウ付けにより電気的に接続されている。
これにより正極集電板および負極集電板から電力の取り
出しが可能になる。また、正極集電板および負極集電板
には複数の孔が形成されていて、この孔から単位セル内
部に発生したガスが放出される。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、前記巻回さ
れた正極集電体または負極集電体の少なくともいずれか
一方の、前記ずらされた側端面に沿って孔を設けたこと
を特徴とする。請求項３記載の発明によれば、正極集電
板および負極集電板に設けられた孔に加えて、正極集電
体または負極集電体に形成された孔からも単位セル内部
に発生したガスが放出される。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれかに記載の円筒型電池がその中心孔
を上下方向に向けられてマトリクス状に配置される金属
製の組電池箱を備えてなり、前記組電池箱は底面部と蓋
面部とに放熱用のフィンを備えてなることを特徴とす
る。請求項４記載の発明によれば、円筒型電池で発生し
た熱は中心孔から排出され、更にその熱は組電池箱を構
成する底面部および蓋面部のフィンから効率良く発散さ
れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づいて説明する。

【００１１】（１）第１実施形態例 図１は本実施形態例の円筒型電池Ｄの外観斜視図であ
り、図２は該円筒型電池Ｄの分解斜視図である。図１お
よび図２に示すように、短円筒状の円筒型電池ＤはＳＵ
Ｓ等からなる短円筒状の外ケース１の内部に発電用の単
位セルＳが挿入され、上方からは＋電極端子を兼ねたＳ
ＵＳ等からなる上蓋２が挿入され、下方いっぱんからは
−電極端子を兼ねたＳＵＳ等からなる下蓋４が挿入され
る。該下蓋４には冷却用通風孔の機能をなす円筒状の中
空芯３が垂設されている。前記中空芯３はＳＵＳ，アル
ミニウム等からなる内筒と、ＰＥ，ＰＰ等の絶縁材から
なる外筒とにより構成されている。

【００１２】次に前記単位セルＳについて詳細に説明す
る。図３（Ａ）は前記単位セルＳを構成する正極集電体
１１と負極集電体１３とセパレータ１５とをロール紙状
に巻回した状態（ロール体Ｒと称する）を示す斜視図で
あり、図３（Ｂ）は正極集電体１１と負極集電体１３と
がずらされて巻回されることを示す概念図である。

【００１３】図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、アルミ
ニウム等の金属箔からなる帯状の正極集電体１１の外面
側には帯状に正極活物質１２が保持され、同様に銅等の
金属箔からなる帯状の負極集電体１３の内面側には帯状
に負極活物質１４が保持されている。正極集電体１１と
負極集電体１３とは幅方向にずらされて巻回され、正極
集電体１１と負極集電体１３との間にはＰＥ，ＰＰ等の
絶縁体からなる帯状のセパレータ１５が介在されてい
る。

【００１４】図４は、前記ロール体Ｒの上下の側端面に
ＳＵＳ等からなる円盤状の正極集電板２１と負極集電板
２２とが次に説明するロウ付けにより接続される概念を
示す図である。ここに、１１ａは正極集電体１１の内、
正極活物質１２が保持されていない正極集電体端部であ
り、１３ａは負極集電体１３の内、負極活物質１４が塗
布されていない負極集電体端部である。即ち、１１ａお
よび１３ａで示す部分は、各集電体をなす前述のアルミ
ニウム，銅等の金属箔がそのまま露呈されている。

【００１５】そして、図５に示すように、予め受け皿２
５の中にロウ２６を溶融しておき、ロール体Ｒの下端面
（一方の端面）に正極集電板２１を仮止めした状態で該
正極集電板２１をロウ２６に数秒間浸す。すると、ロウ
２６は正極集電板２１に多数形成された小孔２１ａから
毛細管現象により上昇して前述の金属箔からなる正極集
電体端部１１ａと正極集電板２１とがロウ付けされ、電
気的に接続される。このロウ付けは短時間なので、全て
の小孔２１ａがロウにより塞がれることはなく、例えば
５０〜８０％の小孔２１ａが開口状態のままとなるよう
に前記浸す時間を調整する。同様にして、ロール体Ｒの
他方の端面に小孔２２ａが多数形成された負極集電板２
２をロウ付けする。

【００１６】以上のようにして正負集電板２１，２２の
ロウ付けが完了すると、前記図２に示した単位セルＳが
完成する。この単位セルＳは前述の如く小孔２１ａ，２
２ａの内の約半数はロウが侵入していないので、たとえ
単位セルＳ内部でガスが発生したとしても前記ロウ付け
されていない小孔（塞がれていない小孔）から外部にガ
スが排出される。

【００１７】［第１変形例］第１実施形態例ではセパレ
ータ１５を使用した場合を示したが（図３（Ａ），
（Ｂ）参照）、本変形例はセパレータ１５を使用しない
場合である。即ち、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、
正極集電体１１の上面に正極活物質１２を塗布し、その
上にシリカ等の無機質からなるバインダ３１を塗布して
絶縁層を形成する。

【００１８】［第２変形例］図７に示すように、正極集
電体１１の下側面に沿って折り返し部１６を設けてもよ
い。このようにすると、正極集電体端部１１ａの強度を
向上させることができる。なお、負極集電体１３にも折
り返し部を設けても良いことは勿論である。

【００１９】［第３変形例］本変形例は、図８（Ａ），
（Ｂ）に示すように、正極集電体１１の正極集電体端部
１１ａに半欠けのパンチング孔１７や小孔１８や切断面
に波形１９を形成した場合である。このように小孔等を
形成すれば、図８（Ｃ）に示すように、正極，負極集電
板２１，２２に形成された孔からガスが上下方向に排出
されるばかりでなく、ロール体Ｒの孔等からもガスが左
右方向に排出され、ガス抜きを更に向上させることがで
きる。

【００２０】（２）第２実施形態例 本実施形態例は前記円筒型電池Ｄにより組電池を構成す
る場合に、放熱を考慮して組電池を構成した場合であ
る。図９（Ａ）は円筒型電池Ｄを８０個平面状に配置し
た平面図、図９（Ｂ）は側断面図である。

【００２１】図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、アルミ
ニウム，ＳＵＳ，鉄等の構造部材からなる箱状の組電池
ケース３３には円筒型電池Ｄがすっぽり収納される多数
（８０個）の収納孔３３ａがマトリクス状に形成されて
いる。各円筒型電池Ｄ間は銅等の低抵抗の導電性部材か
らなるセル端子間結合部材（バスバー）３７により結合
されている。セル端子間結合部材３７は、図１０
（Ａ），（Ｂ）に示すように、ワッシャ３７ａを介して
小型のネジ３７ｂにより正極，負極集電板２１，２２に
固定されている。

【００２２】また、図１０（Ｃ）に示すように、バスバ
ー３７の円筒型電池Ｄに接触しない側（組電池ケース
側）に炭化ケイ素（ＳｉＣ）３８をコーティングしてお
けば、絶縁効果と共に熱伝導性が高いので放熱効果も向
上する。

【００２３】以上のように組電池を構成すれば、図１１
に示すように、発熱部（単位セルの中心部）から冷却用
の放熱部までの距離が短くなり、単位セル内部と電池ケ
ース外側との温度差を小さくできる。即ち、図１１に示
すように、発熱部（Ａ点）から放熱部（Ｂ点）までの距
離が長いと［ΔＴ＝ＴA −ＴB ］が急激に大きくなって
しまい、放熱効果が上がらない。しかし、本実施形態例
のように円筒型電池Ｄの縦方向高さを低くすれば（図１
１においてＸを小さくすれば（例えば、１５ｃｍ以
下））、放熱効果を高くすることができる。

【００２４】［変形例］図１２（Ａ），（Ｂ）はバスバ
ー４１をメガネ形にした場合である。このようにすれ
ば、最も熱の蓄積され易い電池Ｄの中心部の熱を放散す
ることが可能となるという効果がある。

【００２５】（３）第３実施形態例 本実施形態例は更に放熱効果を向上させた場合である。
図１３に示すように、組電池ケース３３の上下両面にア
ルミニウム等からなるヒダ状のフィン４２を配置する。
このようにすれば放熱効果が向上するばかりでなく、組
電池が曲げ剛性に対しても強度が向上する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように各請求項記載の発明
によれば、単位セルの側端面には孔を有する正極集電板
と負極集電板とが電気的に接続されるので、単位セル内
部から発生する熱が良好に発散され、また、円筒型電池
を収容する組電池箱の底面部と蓋面部とに放熱用のフィ
ンを形成したので、組電池箱の剛性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例の円筒型電池の外観斜
視図である。

【図２】同円筒型電池の分解斜視図である。

【図３】同円筒型電池を構成するロール体の概念図であ
って、（Ａ）は帯状の正極集電体等を巻回する概念図、
（Ｂ）は正極集電体と負極集電体とをずらして巻回する
ことを示す概念図である。

【図４】同円筒型電池の単位セルを組み立てる際の概念
図である。

【図５】同単位セルのロウ付けを説明する図である。

【図６】同円筒型電池のロール体の他の構成を示す図で
あって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。

【図７】同第１実施形態例における正極，負極集電体の
第１変形例の正面図および側面図である。

【図８】（Ａ）は同第１実施形態例における正極，負極
集電体の第２変形例の正面図、（Ｂ）は正極，負極集電
体の第３変形例の正面図、（Ｃ）は第２，第３変形例の
集電体を使用した単位セルの外観斜視図である。

【図９】同第２実施形態例の組電池を示す図であって、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側断面図である。

【図１０】（Ａ）はセル端子間接合部材の斜視図、
（Ｂ）は該セル端子間接合部材の断面図、（Ｃ）は炭化
ケイ素のコーティングを示す断面図である。

【図１１】同第２実施形態例の放熱効果を説明する図で
ある。

【図１２】セル端子間接合部材の他の例の斜視図であ
る。

【図１３】同第３実施形態例の組電池を示す図であっ
て、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側断面図である。

【図１４】従来の車両用の組電池の斜視図である。

【図１５】（Ａ）は従来の自動車の車両用の組電池の搭
載位置を示す図、（Ｂ）は従来の車両用の組電池の不都
合を説明する図である。

【符号の説明】

Ｄ 円筒型電池 Ｒ ロール体 Ｓ 単位セル １ 外ケース ２ 上蓋 ３ 中空芯 ４ 下蓋 １１ 正極集電体 １２ 正極活物質 １３ 負極集電体 １４ 負極活物質 １５ セパレータ ２１，２２ 集電板 ２１ａ，２２ａ 小孔 ２６ ロウ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 6/02 Ｈ０１Ｍ 6/02 Ｚ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極活物質と負極活物質とがそれぞれ保
   持された帯状の正極集電体と負極集電体とが、その幅方
   向に所定幅ずらされてロール状に巻回されてなり、その
   中心部に中空孔を有する発電用の単位セルと、 該巻回された単位セルの一方の側端面に電気的に接続さ
   れた複数の孔を有する正極集電板と、 前記巻回された単位セルの他方の側端面に電気的に接続
   された複数の孔を有する負極集電板とを備えたことを特
   徴とする円筒型電池。
2. 【請求項２】 前記正極集電板および負極集電板の前記
   単位セルの側端面に対する接続手段は、ロウ付けにより
   行われることを特徴とする請求項１記載の円筒型電池。
3. 【請求項３】 前記巻回された正極集電体または負極集
   電体の少なくともいずれか一方の、前記ずらされた側端
   面に沿って孔が設けられたことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の円筒型電池。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の円筒型電池がその中心孔を上下方向に向けられてマト
   リクス状に配置される金属製の組電池箱を備えてなり、 前記組電池箱は底面部と蓋面部とに放熱用のフィンを備
   えてなることを特徴とする組電池。