JPWO2019082509A1 - 電池セルおよびこれを用いた組電池 - Google Patents
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Abstract
電池セルは、外装缶と、外装缶の内部に収容された電極体と、外装缶の側壁の外面の少なくとも一部に配置された断熱材と、外装缶の側壁の外面の全てと断熱材とを覆う絶縁フィルムとを備える。
Description
本発明は、電気自動車等に用いられる電池セルおよびこれを用いた組電池に関する。
近年電動機を走行用の主駆動源や補助駆動源として用いる電気自動車やハイブリッド車等が増加している。これらに用いられる二次電池には、大電流に対応できるものが求められる。そのため、複数個の電池セルを組み合わせた組電池が用いられるが、電池セル間の絶縁をとるために、それぞれの電池セルを絶縁シートで覆い、筐体の中に固定することが行なわれている。また大電力化に対応するために、熱対策も要望されている。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
電池セルは、外装缶と、外装缶の内部に収容された電極体と、外装缶の側壁の外面の少なくとも一部に配置された断熱材と、外装缶の側壁の外面の全てと断熱材とを覆う絶縁フィルムとを備える。
図１Ａは実施の形態における電池セル１３の斜視図である。図１Ｂは図１Ａに示す電池セル１３の線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。電池セル１３は、外装缶１１と、外装缶１１内に収納された電極体１６ａと、外装缶１１の上部から同一方向に突出した端子電極１６とを有している。外装缶１１はアルミニウム等の金属により形成されている。外装缶１１は、両端１１ａ１、１１ａ２を有する筒形状を有する側壁１１ａと、側壁１１ａの端１１ａ２を封止する底１１ｂとを有する。側壁１１ａは扁平である。電極体１６ａは外装缶１１内に非水電解質液とともに収納されている。端子電極１６は電極体１６ａに接続されており、正極および負極となる。外装缶１１の側壁１１ａの外面１１ｓの一部１１ｓ１には断熱材１４が配置されている。外装缶１１の側壁１１ａの外面１１ｓの全てと断熱材１４とは絶縁フィルム１５で覆われている。実施の形態では、外装缶１１の底１１ｂと側壁１１ａの外面１１ｓとの全てが絶縁フィルム１５で覆われている。
図１Ｃは断熱材１４の拡大図である。断熱材１４は厚さ約０．５ｍｍで外装缶１１の側壁１１ａの外面１１ｓの底１１ｂから底１１ｂの反対側の端までをほぼ覆っている。断熱材１４は、内部に空間１４ｓを有する繊維シートである不織布１４ａと、不織布１４ａの空間１４ｓに担持されたシリカキセロゲル１４ｂとを有する。実施の形態では、不織布１４ａはポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記す）からなる。シリカキセロゲル１４ｂは、空気分子の運動を規制するナノサイズの空隙構造を有しており、断熱材１４の熱伝導率は、０．０１８Ｗ／ｍ・Ｋ〜０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。断熱材１４の熱伝導率は絶縁フィルム１５よりもはるかに小さい。シリカキセロゲル１４ｂは、ゲルが乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られたものでもかまわない。このように不織布１４ａ（繊維シート）の空間１４ｓにシリカキセロゲル１４ｂを担持させた、すなわちシリカキセロゲル１４ｂを含浸させた繊維シートよりなる断熱材１４を用いることにより、薄くても十分な断熱性を得ることができる。
なお、断熱材１４の不織布１４ａは有機繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、酸化繊維、炭素繊維などの他の繊維より形成されていてもよい。あるいはこれらの繊維のいずれかと熱可塑性樹脂繊維等と混ぜた混合物より形成されていてもよく、これにより耐熱性、難燃性に優れた断熱材１４を得ることができる。
断熱材１４を外装缶１１の側壁１１ａの外面１１ｓの一部１１ｓ１に配置した状態で、外装缶１１の外面１１ｓの全てと断熱材１４とを絶縁フィルム１５で覆う。絶縁フィルム１５は袋形状を有する熱収縮材よりなることが望ましい。断熱材１４を配置した外装缶１１を熱収縮材に入れて加熱収縮させることにより、外装缶１１の側壁１１ａの外面１１ｓの全てと断熱材１４とを絶縁フィルム１５で覆い、断熱材１４を固定することができる。外装缶１１を熱収縮材に入れるときには、外装缶１１を熱収縮材に入れる前に断熱材１４を外装缶１１の外面１１ｓの一部１１ｓ１に予め貼り合せておくことが望ましい。但し、断熱材１４を外装缶１１の外面１１ｓの一部１１ｓ１に予め貼り合せておく場合では、熱収縮材を収縮させることにより断熱材１４を外装缶１１に押し付けることができるので、断熱材１４を外装缶１１の外面１１ｓの一部１１ｓ１に仮固定程度の強度で貼り合せてもよい。
断熱材１４の製造方法につき説明する。不織布１４ａを例えばケイ酸ナトリウム水溶液に塩酸を添加してなるゾル溶液に浸漬し、不織布１４ａの内部の空間１４ｓの中にゾル溶液を含浸させる。このゾル溶液をゲル化させ、疎水化、乾燥することにより、不織布１４ａ内の空間１４ｓにシリカキセロゲル１４ｂを充填させて断熱材１４が得られる。断熱材１４は、表面にもシリカキセロゲルが設けられているため、表面に粘着材等を設けることが難しい。断熱材１４の全体を保護フィルムで覆い、保護フィルム上に粘着材を設けて外装缶１１に貼り合わせることはできるが、断熱材１４が厚くなる、あるいは保護フィルムを設けるのにコストがかかる。
図２Ａは、外装缶１１に貼り合わせすることができる断熱材１４の断面図である。図２Ａに示す断熱材１４では、断熱材１４の一方の面の一部にシリカキセロゲルが付着していない領域を設け、この領域に粘着材２０が設けられる。シリカキセロゲル１４ｂが付着していない領域を設けるために、例えば不織布１４ａの一方の面の一部にＰＥＴ等よりなる薄い保護膜１８を貼り合わせる。保護膜１８が貼り合わされた不織布１４ａを、ケイ酸ナトリウム水溶液に塩酸を添加してなるゾル溶液に浸漬し、不織布１４ａの内部の空間１４ｓの中にゾル溶液を含浸させる方法を用いることができる。保護膜１８は、塩酸等の強酸に浸漬させるため、熱融着等の方法で不織布１４ａを貼り合せることが望ましい。このようにすることにより、保護膜１８の中にはシリカキセロゲル１４ｂが入っていかないため、保護膜１８の上に粘着材２０を設けることができ、粘着材２０を介して断熱材１４を外装缶１１に貼り合わせすることができる。
図２Ｂは、外装缶１１に貼り合わせすることができる他の断熱材１４の断面図である。図２Ｂに示す断熱材１４では、断熱材１４の一部に貫通孔２１設けられる。貫通孔２１を通る連結部１９ａと、連結部１９ａの両端に設けられて連結部１９ａよりも広い鍔部１９ｂとを有する固定材１９が設けられる。固定材１９に粘着材２０を設け、粘着材２０を介して断熱材１４を外装缶１１に貼り合わせすることができる。固定材１９の材料はシリカキセロゲル１４ｂが付着しにくく、粘着材２０が付着するものであれば使用することができる。貫通孔２１は不織布１４ａにシリカキセロゲル１４ｂを含浸させたあと設けても良い。もしくは、シリカキセロゲル１４ｂを含浸さる前に不織布１４ａに貫通孔２１を設けてもよい。この場合、貫通孔２１が設けられた不織布１４ａをケイ酸ナトリウム水溶液に塩酸を添加してなるゾル溶液に浸漬して断熱材１４を得るようにしてもかまわない。
このように外装缶１１の全周囲を絶縁フィルム１５で覆うことにより、この電池セル１３に絶縁性をもたせている。さらに絶縁フィルム１５の内側に断熱材１４を設けているため、別の電池セルを隣接させてもその電池セルに熱が伝わりにくい。
図３は複数の電池セル１３を備えた組電池３１の分解斜視図である。筐体１７の中に複数個の電池セル１３が並べられ、複数の電池セル１３のそれぞれでは、図１Ｂに示すように外装缶１１の少なくとも一面に断熱材１４が配置され、断熱材１４および外装缶１１の側面が絶縁フィルム１５で覆われている。電池セル１３と電池セル１３の間には断熱材１４が介在するように配置されている。
前述の従来の組電池では、１つの電池セルが熱暴走した場合、隣の電池セルにも悪影響を及ぼす可能性があるため、電池セル間の断熱が必要となってきている。この断熱のために電池セル間にスペーサを設けることが行なわれているが、隣の電池セルに影響を与えにくくするためには電池セル間の間隔を大きくすることが必要で、これにより全体の形状が大型化する。
実施の形態における組電池３１では、複数の電池セル１３のうち１つの電池セル１３が熱暴走したとしても隣の電池セル１３に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。また電池セル１３の中に断熱材１４が組み込まれているため、組電池３１を作るときに作業が行ないやすくなり、さらに組電池３１を小型化することができる。
１１ 外装缶
１３ 電池セル
１４ 断熱材
１５ 絶縁フィルム
１６ 端子電極
１７ 筐体
１８ 保護膜
１９ 固定材
２０ 粘着材
２１ 貫通孔
３１ 組電池
１３ 電池セル
１４ 断熱材
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３１ 組電池
Claims (5)
- 両端を有する筒形状を有する側壁と、前記側壁の前記両端の一方を封止する底とを有して金属よりなる外装缶と、
前記外装缶の内部に収容された電極体と、
前記外装缶の前記側壁の外面の少なくとも一部に配置された断熱材と、
前記外装缶の前記側壁の前記外面の全てと前記断熱材とを覆う絶縁フィルムと、
を備えた電池セル。 - 前記絶縁フィルムは、熱により収縮する熱収縮材よりなる、請求項１に記載の電池セル。
- 前記断熱材は、繊維シートと、前記繊維シートに含浸されたシリカキセロゲルとを有する、請求項１に記載の電池セル。
- 前記断熱シートの前記外装缶と対向する面の一部に設けられた粘着材をさらに備え、
前記断熱シートは前記外装缶と前記粘着材を介して固定されている、請求項３に記載の電池セル。 - 請求項１に記載の電池セルと、
別の電池セルと、
前記電池セルと前記別の電池セルとを収納する筐体と、
を備え、
前記電池セルの前記断熱材は前記電池セルと前記別の電池セルとの間に位置する、組電池。
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