JP4766449B2

JP4766449B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP4766449B2
Application number: JP2005291330A
Authority: JP
Inventors: 浩志中澤; 和彦中根
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-10-04
Also published as: JP2007103162A

Description

本発明は、各種電子装置の電源として用いられる、例えばリチウムイオン電池など充放電可能な二次電池の電池パックに関する。

鉛蓄電池は従来から二次電池として広範囲に使用されている。安価に製造可能で、取り扱いが比較的容易である等の事情によるものである。しかし、鉛蓄電池は人体に有害な物質である鉛を使用していること、さらに電力密度が低いこと等から用途に限界がある。かかる事情を背景として、近年、蓄電媒体として高い電力密度を有し、小型化が可能なリチウムイオン電池が普及しつつある。図６にリチウムイオン電池の一形態であるラミネート型リチウムイオン電池の構造を示す。ラミネート型リチウムイオン電池としてのリチウムセル１は、例えばコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ₂）などの正極材料２と、例えばグラファイト（炭素）などの負極材料３との間に絶縁のためセパレータ４を挿入し、これらを何層かに積層した積層構造体５とした後、この積層構造体５を電解液と共に上下からアルミラミネート６，６で封止した構造になっている。正極材料２及び負極材料３には、それぞれ正極電極2aと負極電極3aが形成されており、アルミラミネート６，６の貼合わせ部分から外部へ突出している。なお、電極の取り出し方，形状，材質、ラミネート電池全体の大きさなどは特に制限されず、種々のものがある。

このような構造を有するリチウムセル１は蓄電媒体として高い電力密度を有するものの、異常時に発熱する材料を使用しているため、例えば過充電等の異常が電池に生じると、リチウムセル１の内部において可燃性ガスが発生する。リチウムセル１内部で発生する可燃性の内部ガスとしては、例えば過電圧により電解液から発生する蒸発ガス（ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート）や、熱膨張により電解液から発生するＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₄，Ｃ₂Ｈ₆などがあり、リチウムセル１の異常時には、電池内部にこれらの内部ガスが発生してアルミラミネート６，６の膨張を引き起こす。この状態が継続すると、アルミラミネート６，６が破裂する場合もあり危険である。
そこで、かかる事態を回避するため、リチウムセル１には正負両電極2a，3aが設けられた反対側の端部に安全弁７が設けられている。具体的にはリチウムセル１の内圧が所定圧力以上になると、アルミラミネート６，６の熱溶着部に設けられた弁孔7aへの最短パス7bが開放され、内部ガスを弁孔7aからリチウムセル１外へ放出するようにされている。

図７に電池セルとしてリチウムセル１を段積みした電池スタック８を示す。このような電池スタック８は、電池パック10としての必要電力容量を考慮して設計された樹脂または金属製のケース（図示せず）に収納される。そして、電池パックに過電圧印加されるなど異常が発生すると、気化した内部ガスにより安全弁７が作動し、弁孔7aから電解液が流出する。ここで、ケースが液密構造でないと流出した電解液はケース内に留まらず、ケース外へ流出することになる。

以上のような事情から、電池パックより流出する電解液を吸収する電解液吸収材を備えたものがある。（例えば特許文献１）
特開２０００−３０６５５９号公報

リチウムイオン電池は電力密度が高く、小型化できるという利点がある一方、鉛蓄電池と比較すると保護回路が複雑となり、電池セルに近接して保護回路を設ける必要がある。このような場合、電池セルから漏出した電解液が保護回路に付着する可能性があり、そのことにより保護回路の機能を喪失する恐れもある。したがって、リチウムイオン電池を用いた電池パックでは、外装ケース内に漏出した電解液を回収するトレーを設けるか、電解液吸収材を設けてケース外への電解液の漏出を防止する必要がある。

しかし、電池パックの外装ケース内に電解液吸収材を設けたとしても、配設する電解液吸収材の配設位置が適切でないと漏出した電解液を意図したとおりに吸収することは困難である。特に複数のラミネート型電池セルを積層してなる電池パックにおいて、すべての電池セルから電解液が漏出した場合、漏出する電解液はかなりの量に達し、電解液吸収材の配置が適切でないと漏出した電解液を確実に吸収することができないという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、安全弁を有しガス封止開放部が特定できる電池セルを用いた電池パックにおいて、過電圧印加等により電池セルから漏出する電解液をケース内に設けた液吸収材により吸収し、電池セルのレイアウトに関係なく電解液を確実に吸収可能な電池パックを実現することを課題とする。

請求項１記載の発明は、複数のラミネート型電池セルを積層してなる電池パックであって、前記電池セルごとに液吸収材が設けられると共に、前記液吸収材は電池セルのガス封止開放部の近傍に配設される電池パックにおいて、前記ガス封止開放部は、前記電池セルの周囲の薄状部に備えられ、前記液吸収材は、前記ガス封止開放部が備えられた前記薄状部のほぼ全幅にわたって配設されていることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電池パックにおいて、前記液吸収材は難燃性材料からなることを特徴とするものである。

請求項１記載の電池パックによれば、電池セルごとに液吸収材を設けたことから、電池パック内に収納される電池セルの個数に関係なく、流出する電解液を確実に吸収することができる。したがって、電池パックの設計自由度が大きくなる。また、ケースを液密構造にする必要がないので、ケースを低コストで製作することができる。

また、液吸収材を電池セルのガス封止開放部の近傍に配設したことから、電池パックのレイアウトに関係なく流出する電解液を確実に吸収することができる。

請求項２記載の電池パックによれば、液吸収材が難燃性材料からなるので、ケース内部の温度が高温になっても火災の発生を防止でき、安全性の高い電池パックを実現することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における電池パックの好ましい実施例について説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。

図１は、充放電可能な二次電池の電池セルたるリチウムセル１を用いた電池パックと、これを使用する場合の概略構成を示すブロック図である。同図において、電池パック10にはリチウムセル１が保護回路11と共に組み込まれている。保護回路11は、例えば電流ヒューズや温度ヒューズ、過電圧保護などを備えたものであり、過電流，過電圧，温度異常時にリチウムセル１へ供給される充電電力を遮断し保護するものである。

電池パック10の前段には、リチウムセル１に充電電力を供給する充電器12が接続される。充電器12は、安定化した充電電力を生成する安定化電源13と、当該充電電力を用いてリチウムセル１を充電する充電回路14とから構成される。充電回路14は、充電電圧または充電電流を一定にしてリチウムセル１をリニア充電する定電圧・定電流回路や、充電電流をパルス状に供給してリチウムセル１をパルス充電するパルス充電回路などからなり、これらは電池の性能や寿命などにより適宜決定される。

図２は電池パック10の内部構成を示す斜視図であり、図３は電池パック10の平面図である。そして、図４は図３中のＡ−Ａ矢視断面を、図５は図３中のＢ−Ｂ矢視断面を夫々示している。

図２〜図５に示すように、本実施例では24Ｖ対応の電池パック10とすべく、６個の電池セル１を積層して電池スタック８を構成し、外装ケース16内に収納している。各電池セル1には正極電極2aおよび負極電極3aが配設される部位の反対側に、電池セル１の内圧が上昇した場合に内部ガスを放出する安全弁７が備えられている。電池セル１は図６に示すような周知のラミネート型のリチウムセル１を使用している。このリチウムセル１は電池に過電圧印加等の異常が発生すると、電解液の分解によりラミネート６，６の内部においてガスが発生して内圧が高まり、内圧が所定圧力以上に達すると安全弁７が開放され、ラミネート６，６の破裂を防止するようにされている。すなわち、充電器12から電池スタック８へ過電圧が印加されると、リチウムセル１内部の電解液の分解が加速され、熱が発生してリチウムセル１の温度上昇が始まる。それと同時に、リチウムセル１内部に電解液の蒸発ガスが発生してアルミラミネート６，６の膨張を引き起こす。さらに温度上昇が進み電解液の熱分解が発生すると、例えばＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₄，Ｃ₂Ｈ₆などの揮発性有機の内部ガスが発生する。このとき、リチウムセル１内の圧力が所定値以上に上昇すると、安全弁７からリチウムセル１内の電解液が流出する。

そこで、本実施例においてはリチウムセル１から流出する電解液を吸収すべく、複数の電池セル１を積層してなる電池パック10の電池セル１ごとに液吸収材18を設けている。この液吸収材18はリチウムセル１のガス封止開放部たる安全弁７の近傍に配設され、安全弁７から流出した電解液は確実に液吸収材18に吸収されるようにされている。また、液吸収材18は必要充分な液吸収量を確保するため、リチウムセル１のほぼ全幅にわたって配設され、電池スタック８の周囲一面に巻装される絶縁テープ（図示せず）によって液吸収材18がリチウムセル１の安全弁７を設けた薄状部に保持されるようにされている。

ここで、液吸収材18は連通多孔質体からなり、各孔質体は１０〜２５０μｍｍの径を有している。また、液吸収材18は１５０℃程度の温度においても使用できる耐熱性も有している。もちろん液吸収材18は単に難燃性材料であればよいというものではなく、安全弁７から流出する電解液を確実に吸収し、かつ吸収した電解液を液吸収材内にそのまま保持する特性を有している必要がある。このような多孔質体難燃性材料として、例えばバソテクト（株式会社イノアックコーポレーション製）を挙げることができる。

本実施例では、液吸収材18を電池セル１のガス封止開放部たる安全弁７の近傍に、電池セル１ごとに配設したことから、電池パック10内に収納される電池セル１の個数やレイアウトに関係なく、電池パック10から流出する電解液を確実に吸収し、ケース16外への漏出を防止することができる。したがって、電池パック10の設計自由度が大きくなる。また、ケース16を液密構造にする必要がないのでケース16を低コストで製作することができる。

さらに、液吸収材18が難燃性材料からなるので、ケース16内部の温度が高温になっても液吸収材18は炭化するだけで燃焼することがない。したがって、火災の発生を防止でき、安全性の高い電池パック10を実現することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施が可能である。例えば本発明が適用可能な二次電池はリチウムイオン電池に限らず、過電圧・過充電時などに電解液などの液体を噴出するものであれば、どのようなものでもよい。また、上記実施例では２４Ｖ対応の電池パックとすべく、６個のリチウムセルを段積みした電池スタックを用いた電池パックについて説明をしたが、段積みするリチウムセルの個数を変更して１２Ｖや４８Ｖ対応の電池パックとすることもできる。

本発明の実施例としての電池パックの使用状態を示すブロック図である。同上、電池パックの内部構造を示す斜視図である。同上、電池パックの平面図である。同上、図３中のＡ−Ａ矢視断面図である。同上、図３中のＢ−Ｂ矢視断面図である。リチウムセルの構成を示す斜視図である。電池パックの構成を示す斜視図である。

１電池セル（リチウムセル）
７ガス封止開放部（安全弁）
10 電池パック
18 液吸収材

Claims

複数のラミネート型電池セルを積層してなる電池パックであって、前記電池セルごとに液吸収材が設けられると共に、前記液吸収材は電池セルのガス封止開放部の近傍に配設される電池パックにおいて、前記ガス封止開放部は、前記電池セルの周囲の薄状部に備えられ、前記液吸収材は、前記ガス封止開放部が備えられた前記薄状部のほぼ全幅にわたって配設されていることを特徴とする電池パック。
前記液吸収材は難燃性材料からなることを特徴とする請求項１記載の電池パック。