JPH10162795A

JPH10162795A - パック電池

Info

Publication number: JPH10162795A
Application number: JP8317502A
Authority: JP
Inventors: Koji Higashimoto; 晃二東本; Kenji Hara; 賢二原; Toshikazu Maejima; 敏和前島; Nobukazu Tanaka; 伸和田中
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】電池の放熱効率を向上させ、個々の電池間の温
度差を小さくすることによって、サイクル寿命性能の向
上したパック電池を提供する。【解決手段】複数の円筒形電池２が、容器３内に収納さ
れてなるパック電池において、容器３内面と円筒形電池
２が実質的に接触し得ない容器３壁が、複数の換気孔を
有する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル−カドミ
ウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池等
の円筒形二次電池を複数個収納したパック電池の改良に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ノート型パソコン、ワープロ等の
情報機器や携帯電話等の移動通信機器、ビデオカメラ、
液晶テレビ等のＡＶ機器の需要が急増している。その電
源としてニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電
池、リチウムイオン電池等の密閉式小形二次電池が多く
使用されており、その中でもリチウムイオン二次電池に
代表される非水電解質二次電池は高電圧、高エネルギー
密度、軽量といった特性が活かされ、多種多様な分野で
盛んに採用されている。前記種々の機器の電源として使
用される電池は、多くの場合複数個の電池を直列及び／
又は並列接続し、それを密閉するパック電池で使用され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】パック電池は１つの容
器に複数個の電池が隣接するように設置され、密閉され
ているため、電池充放電時のジュール熱による熱がこも
ってしまう。また機器作動によってパック電池の周囲温
度が著しく高まる場合がある。このようにパック電池の
温度は充放電電流の大小、使用機器の使用状態等によっ
て大きく変化する。また、ノート型パソコン等のように
パック電池の占有体積が大きい機器ではパック電池内の
個々の電池間の温度差が大きくなる。一般に電池は温度
によって充放電特性が変化するため、パック電池内の個
々の電池間の温度差が大きくなると、電池間の性能のば
らつきが大きくなり、その結果最も性能低下した電池が
パック電池全体の性能を支配してしまう。その傾向はリ
チウム二次電池に代表される非水電解質二次電池に顕著
に現れる。その理由は非水電解質二次電池は、電解質が
水溶液系であるニッケル−カドミウム電池、ニッケル−
水素電池、鉛蓄電池等に比して過充電、過放電により電
池が劣化する度合いが大きいためである。本発明の目的
は、電池の放熱効率を向上させ、個々の電池間の温度差
を小さくすることによって、サイクル寿命性能の向上し
たパック電池を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の、複数の円筒形電池２が容器３内に収納され
てなるパック電池、あるいは複数の円筒形電池２が容器
３に収納され、各円筒形電池２の側面の一部が容器３か
ら露出するように収納されたパック電池は、容器３内面
と円筒形電池３が実質的に接触し得ない箇所に、複数の
換気孔１を有することを特徴とする。この構成を採用す
ることによりパック内の通気性が飛躍的に向上する。そ
のため、放熱が進行し、熱が部分的にこもることがなく
なるため、容器３内の個々の電池２温度差を小さくで
き、また電池パック全体の絶対的な温度の上昇も抑える
ことができる。その結果、電池２特性のばらつきが抑え
られ、サイクル寿命性能が向上する。さらに、電池２温
度上昇を抑えるため安全性も向上する。上記構成におい
て、円筒形電池が実質的に接触し得ない箇所が、円筒形
電池周面と対向する容器壁面に存在することが好まし
い。その理由は、換気孔の場所が、電池で熱せられた気
流の激しい電池同士の隣接部分（空間）となるため、パ
ック内の通気性が飛躍的に向上するからである。従っ
て、放熱が進行し、熱が部分的にこもることがなくな
る。

【０００５】また上記構成において、換気孔の外側又は
内側に覆いが配置されていることが好ましい。その理由
は、本構成を採用することにより、換気孔から異物が入
りにくい構成を実現できるためである。仮に容器内に異
物が入っても、換気孔位置が円筒形電池周面と対向する
容器壁面であることで、円筒形電池上端及び／又は下端
部に換気孔が位置する場合に比して、電気的接続部分に
前記異物が存在する確率が小さくなる。従って、前記異
物が導電性材料であっても、致命的な故障とはなりにく
く、安全性も高くなる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を単電
池に円筒形のリチウム二次電池を用いたパック電池を例
に述べる。まず、単電池の作製法を述べる。正極板には
厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面にリチウムコバル
ト複合酸化物を主体としたペースト状の溶液を塗布し、
乾燥・圧延した後、幅５４ｍｍに切断したものを用い
た。また負極板には厚さ１０μｍの銅箔の両面に炭素材
を主体としたペースト状の溶液を塗布し、乾燥・圧延し
た後、幅５６ｍｍに切断したものを用いた。これらの正
極板と負極板とを厚さ２５μｍ幅５８ｍｍのポリエチレ
ン微多孔膜からなるセパレータを介して捲回し、捲回群
を作製した。この捲回群を缶に挿入し、予め負極集電体
に溶着させたタブ端子を缶底に溶着する。次に炭酸プロ
ピレンと炭酸ジメチルを体積比で３０：７０に混合した
溶媒にＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させた電
解液を５ｍｌ注入した後、予め正極集電体に溶着させた
正極タブ端子を正極キャップに溶着し、正極キャップを
缶上部に配置させ、絶縁性のガスケットを介して缶上部
をかしめて電池を密閉した。

【０００７】次に上記単電池を用いた電池パックの作製
法を述べる。上記のように作製した単電池を２個並列接
続した電池群を３個直列に接続し、図１の断面図に示す
ように樹脂製の容器３に電池２を配置、収納し、パック
電池を得た。図１の容器３には図示しない正極外部端
子、負極外部端子が設けられている。また同図のように
円筒形電池周面と対向する容器３の壁面で、円筒形電池
２が実質的に接触し得ない箇所に直径２ｍｍの換気孔１
を複数個設けた。上記構成では、電池２が換気孔１を塞
ぐことが無く、常に容器３内の換気がスムースに行わ
れ、電池２温度上昇を抑制し、容器３内の複数の電池２
温度を均一化することができる。また換気孔１は、円筒
形電池２周面に近い位置に存在している。通常円筒形電
池は、その周面が電池表面積の大部分を占めるため、そ
の周囲を換気することにより、最も効率よく電池２温度
上昇の抑制することができる。あるいは容器３内の複数
の電池２温度をより均一化することができる。容器３内
の複数の電池２温度を均一化することにより、容器３内
の各電池２の特性を同等にすることができる。どの電池
系でもその温度により過充電領域、過放電領域が異なっ
てくる。複数の単電池が並列及び／又は直列に接続され
た状態で、その一部の電池の過充電領域、過放電領域が
異なってくると、特定の電池のみの劣化の進行が速ま
る。前述したように最も特性の悪い電池がパック電池全
体の特性を支配してしまう。特に電解質に有機溶媒等を
含む非水電解質二次電池は、過充電、過放電による電池
の劣化が水溶液系電解質電池に比して激しいので、本発
明の構成を採用することは寿命特性に対して特に効果的
である。

【０００８】本発明の換気孔１の構造は、図１に示した
換気孔１がむき出しのものの他に、換気孔１の外側又は
内側に覆いを配置した構造が好ましい。例えば図２、図
３に示すように、外側又は内側へ壁面の一部を変形させ
て突出させることにより、覆いを形成すると共に換気孔
１を形成した構造である。図２、図３の構成にすること
により、容器３内への異物混入を困難にすることがで
き、それによる万が一の短絡事故等を防止することがで
きる。図２、図３の構成を比較すると換気孔１の、内側
に覆いを設けた構成の方がかさばらず、パック電池の体
積エネルギー密度が高くなる点で好ましいと言える。

【０００９】本発明の実施に当たり、複数の円筒形電池
が容器に収納され、各円筒形電池の側面の一部が容器か
ら露出するように収納されたパック電池にも上述した構
成の換気孔を適用可能である。

【００１０】

【実施例】発明の実施の形態で述べた円筒形リチウム二
次電池を２本並列に接続し、さらにそれを３つ直列に接
続した。その２並列３直列の電池群を樹脂製の容器に図
１に示すように収納し、パック電池とした。このパック
電池は、直径が２ｍｍの換気孔１を、円筒形電池３の周
面と対向する容器３の壁面で、円筒形電池３とは実質的
に接触し得ない箇所に片面につき５つ設けた。このパッ
ク電池を実施例１と呼ぶ。また比較のため、換気孔１
を、図４のように円筒形電池３の周面と実質的に接触す
る容器３壁面に有したパック電池を作製した。換気孔１
の配置位置以外は実施例１と全く同条件で作製したもの
である。このパック電池を比較例と呼ぶ。また、図６に
示すように換気孔１を全く設けない以外は実施例１のパ
ック電池と全く同条件で従来例のパック電池を作製し
た。上記したパック電池は、おのおの２８００ｍＡｈ−
１０．８Ｖの初期特性がある。

【００１１】作製したパック電池を設定電圧１２．６
Ｖ、制限電流２８００ｍＡで２．５時間定電圧充電を行
って完全充電状態にした後、充放電時の温度変化、サイ
クル寿命試験、高温放置試験をそれぞれ行った。充放電
時の温度変化の測定は、パック電池内に収納された６個
の電池側面にそれぞれ２箇所熱電対をテープで固定し、
各条件下にパック電池を放置して充放電を行い、各単電
池の温度変化及びパック電池内の個々の電池間の温度差
を測定した。放電は２８００ｍＡ（１ＣｍＡに相当）の
電流で放電終止電圧７．５Ｖに至るまで放電し、その後
設定電圧１２．６Ｖ、制限電流２８００ｍＡ（１Ｃｍ
Ａ）で２．５時間定電圧充電を行った。パック電池の設
置条件、周囲温度、充放電時の電池の最高温度及び電池
間の最大温度差を表１に示す。尚、表中のパック電池設
置条件で、「部分加熱温度」と表示した項目は、パック
電池を構成する個々の単電池に温度差をつけてから充放
電を行う試験の条件を示したものである。パック電池を
構成する個々の単電池に温度差を与える方法は、パック
電池の一部に温度設定のできるヒータを巻き付け、加温
するものである。表中の部分加熱温度は、１時間静置状
態で加温した後の温度差を示しており、この状態から充
放電を開始する。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１に示すように実施例１は、どの条件下
においても比較例及び従来例より電池最高温度が低く、
また容器内の個々の電池間温度差も小さい。容器３内面
と円筒形電池３が実質的に接触し得ない容器３壁の部分
に穴を開けて空気の通気性をよくしたため、放熱がしや
すくなったことがわかる。パック電池内の個々の電池間
に温度差を与えた条件でも、実施例１は比較例及び従来
例よりパック電池内の個々の電池間の温度差が小さい。
比較例のパック電池が、実施例１のパック電池よりも良
好な放熱効果が得られない理由は、比較例の電池パック
の換気孔１が円筒形電池周面により塞がれる場合があ
り、換気が良好でなかったためと考えられる。

【００１４】次に小形機器に組み込まれたパック電池を
想定して、つまりパック電池内の電池が外部から暖めら
れた場合を想定して、パック電池の一部にヒータを巻き
付けパック電池自体に初期１０℃の温度差を与えた状態
でサイクル寿命試験を行った。充放電条件は周囲温度２
５℃、放電は放電電流５６０ｍＡ０．２ＣｍＡ）、放電
終止電圧７．５Ｖで、充電は設定電圧１２．６Ｖ、制限
電流２８００ｍＡ（１ＣｍＡ）、充電時間２．５時間の
定電流定電圧充電で、充電後３０分間休止を１サイクル
とした。サイクル寿命試験の結果、図５に示すように実
施例のパック電池は２００サイクル後も初期容量の約８
０％の容量があり、容量の推移も安定している。これに
対して比較例のパック電池は２００サイクルで初期容量
の約７０％の容量となり、従来例のパック電池は更に低
いレベルで容量推移している。これはパック電池内の温
度ばらつきによって電池間の容量ばらつきが大きくな
り、結果的に容量の小さい電池がパック電池全体の容量
を支配し、容量低下が早期に起こったと考えられる。従
って、パック電池内の個々の電池間の温度差を抑えるこ
とは、機器作動時の電池に対する負荷を均一にすること
となり、その結果サイクル寿命が向上する。

【００１５】次にパック内に異物が入る可能性を評価し
た。粒径１ｍｍのガラスビーズをパック電池の上から１
００ｇ落として容器内に入ったガラスビーズの重量を測
定するものである。比較の対象は、換気孔の外側又は内
側に覆いが配置されたものである。具体的には図２に示
すような容器３外側へ壁面の一部を変形させて突出させ
ることにより、覆いを形成すると共に換気孔１を形成し
た構造パック電池（実施例２）と、図３に示すような容
器３内側へ壁面の一部を変形させて突出させることによ
り、覆いを形成すると共に換気孔１を形成した構造のパ
ック電池（実施例３）である。その結果、実施例２、実
施例３のパック電池容器３内に混入したビーズは０．２
ｇに対して、実施例１のパック電池容器３内に混入した
ビーズは４ｇだった。このことから判るように、換気孔
の１外側又は内側に覆いが配置された構造にすることに
より、容器３内に異物が入る可能性がかなり少なくなる
ことがわかる。

【００１６】本実施例ではリチウムイオン二次電池を収
納したパック電池を用いたが、ニッケル−カドミウム電
池、ニッケル−水素電池等の円筒形電池を収納したパッ
ク電池でも同様の効果が得られる。また、比較例のよう
に、円筒形電池周面の部分に穴を開けて、更に実施例１
のように穴を開けたパック容器はさらに好ましい。ま
た、円筒形電池周面の一部が露出するような形状に成形
した容器に組電池を収納した場合でも、実施例１のよう
な場所に穴を確保することは熱放散性の効果をもたら
す。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、パック電池の放熱効率を
向上させ、個々の電池間の温度差を小さくすることによ
って、サイクル寿命性能の向上したパック電池を提供す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパック電池の一例の断面図である。

【図２】本発明のパック電池の一例の断面図である。

【図３】本発明のパック電池の一例の断面図である。

【図４】比較例のパック電池の一例の断面図である。

【図５】パック電池の充放電サイクル数に対する容量保
持率の関係を示した図である。

【図６】従来のパック電池の一例の断面図である。

【符号の説明】

１．換気孔２．電池３．容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中伸和東京都中央区日本橋本町２丁目８番７号新神戸電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の円筒形電池が容器内に収納されてな
るパック電池において、容器壁には前記円筒形電池が実質的に接触し得ない箇所
に、複数の換気孔を有すること特徴とするパック電池。
【請求項２】複数の円筒形電池が容器に収納され、各円
筒形電池の側面の一部が容器から露出するように収納さ
れたパック電池において、容器壁には前記円筒形電池が実質的に接触し得ない箇所
に、複数の換気孔を有すること特徴とするパック電池。
【請求項３】円筒形電池が実質的に接触し得ない箇所
が、円筒形電池周面と対向する容器壁面に存在すること
を特徴とする請求項１又は２記載のパック電池。
【請求項４】換気孔の外側又は内側に覆いが配置された
請求項１〜３のいずれかに記載のパック電池。
【請求項５】円筒形電池が非水電解質二次電池である請
求項１〜４のいずれかに記載のパック電池。