JP-2026077135-A - 二次電池

Abstract

【課題】充電時に、外部端子及びその周辺とセルケース内部の電極体との温度差を抑制する。 【解決手段】二次電池は、１以上の電池セルを備える。１以上の電池セルのそれぞれは、セルケースと、複数の電極体と、集電端子と、外部端子と、熱伝導性部材とを含む。複数の電極体は、セルケースに収容されている。集電端子は、セルケースに収容され、複数の電極体に電気的に接続されている。外部端子は、集電端子に電気的に接続され、セルケースの第１の壁を貫通してセルケースの外側に突出している。熱伝導性部材は、複数の電極体のうちの隣り合う電極体の間に介在し、且つ隣り合う電極体のそれぞれと集電端子とに接触するように配置されている。 【選択図】図２

Inventors

• 宮崎 航大

Assignees

• トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (5)

1. １以上の電池セルを備える二次電池であって、 前記１以上の電池セルのそれぞれは、 セルケースと、 前記セルケースに収容された複数の電極体と、 前記セルケースに収容され、前記複数の電極体に電気的に接続された集電端子と、 前記集電端子に電気的に接続され、前記セルケースの第１の壁を貫通して前記セルケースの外側に突出した外部端子と、 前記複数の電極体のうちの隣り合う電極体の間に介在し、且つ前記隣り合う電極体のそれぞれと前記集電端子とに接触するように配置された熱伝導性部材と、 を含む 二次電池。
2. 請求項１に記載の二次電池であって、 前記第１の壁の反対側に位置する前記セルケースの第２の壁を介して前記複数の電極体の加熱及び冷却の少なくとも一方を行う温度調整装置を更に備え、 前記熱伝導性部材は、前記第２の壁に接触するように配置されている 二次電池。
3. 請求項１又は２に記載の二次電池であって、 前記熱伝導性部材は、シート状に形成されている 二次電池。
4. 請求項１又は２に記載の二次電池であって、 前記熱伝導性部材は、前記複数の電極体よりも高い熱伝導率を有する 二次電池。
5. 請求項４に記載の二次電池であって、 前記熱伝導性部材は、ファインセラミックスである 二次電池。

Description

本開示は、二次電池に関する。 特許文献１は、電池モジュールを開示している。この電池モジュールは、底面を各々含み第１の方向に配列された複数の電池セルと、複数の電池セルの底面と対向する冷却プレートと、電池セルと冷却プレートとの間に設けられた伝熱性部材とを備える。 特開２０２３－１１６１６６号公報 実施の形態に係る二次電池に含まれる電池セルの概略構成を示す斜視図である。図１中のＹ方向から見た電池セルの内部構造を示す図である。比較例に係る電池セルの内部構造を示す図である。実施の形態に係る二次電池の効果を説明するための図である。 添付図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。 １．二次電池の構成 図１は、本実施の形態に係る二次電池１に含まれる電池セル１０の概略構成を示す斜視図である。二次電池１（図２参照）は、１以上の電池セル１０を含んでいる。二次電池１は、複数の電池セル１０を含む電池モジュールを含んでいてもよい。二次電池１は、例えば車両に搭載され、車両に電力を供給する。電池セル１０は、一例としてリチウムイオン電池である。 電池セル１０は、セルケース１２、複数の電極体１４、一対の集電端子（正極集電端子及び負極集電端子）１６、及び一対の外部端子（正極外部端子及び負極外部端子）１８を含んでいる。セルケース１２は、例えば直方体形状を有している。セルケース１２は、例えば、アルミニウム等の金属材料により形成されている。なお、図１において、Ｚ方向は電池セル１０の高さ方向である。Ｘ方向はＺ方向と垂直なセルケース１２の短辺方向である。Ｙ方向はＺ方向と垂直なセルケース１２の長辺方向である。 セルケース１２には、複数の（例えば、４つの）電極体１４が収容されている。各電極体１４は、板状に形成されている。図１に示すように、複数の電極体１４は、例えば、Ｘ方向を自身の厚さ方向とする向きで並んで配置されている。電極体１４は、正極及び負極を含み、正極と負極との間に電解液を保持するように形成されている。電極体１４は、積層型であってもよいし、巻回型であってもよい。 図２は、図１中のＹ方向から見た電池セル１０の内部構造を示す図であり、より詳細には、一方の外部端子（例えば、正極外部端子）１８の位置における電池セル１０の内部構造を示している。なお、もう一方の外部端子（例えば、負極外部端子）１８の位置における電池セル１０の内部構造も、図２に示されるものと同様である。 セルケース１２には、一対の集電端子１６が収容されている。各電極体１４は、一対の電極タブ（正極タブ及び負極タブ）２２を介して、一対の電極タブ２２のそれぞれに対応する一対の集電端子１６に電気的に接続されている。Ｚ方向（高さ方向）の上方側に位置するセルケース１２の上壁（第１の壁）は、例えば蓋２０として形成されている。外部端子１８は、電気的に絶縁された状態で蓋２０に取り付けられている。そして、外部端子１８は、セルケース１２の内部において各集電端子１６に電気的に接続され、且つ蓋２０を貫通してセルケース１２の外側に突出している。 二次電池１は、温度調整装置２４を含んでいてもよい。温度調整装置２４は、例えば、蓋２０（第１の壁）の反対側に位置するセルケース１２の底壁２６（第２の壁）と接触するように配置されている。温度調整装置２４は、底壁２６を介して各電極体１４を加熱及び冷却する加熱器／冷却器として機能する。なお、底壁２６と温度調整装置２４との間には、熱伝導性部材が介在していてもよい。また、温度調整装置２４は、加熱器及び冷却器のいずれか一方のみとして機能するように構成されていてもよい。 電池セルの充電時（特に、大電流が流れる急速充電時）には、ジュール発熱により電池セルの外部端子の温度が高くなる。その結果、外部端子及びその周辺（セルケースの壁（例：蓋））とセルケース内部の電極体との温度差ΔＴが大きくなり易い。付け加えると、車両に搭載された二次電池では、当該温度差ΔＴは次のような影響を及ぼし得る。すなわち、搭載された二次電池の外部充電が可能な車両（例：バッテリ電気自動車（ＢＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ））に対し、近年、充電時間短縮の要求が高まっている。急速充電時における充電電流は、例えば安全保護のために電池セルの電極体温度に基づいて決定される。また、急速充電中に電極体温度が低い場合、上記の温度調整装置２４のような装置を利用して外部から電極体を昇温させるという対策が取られることがあるが、電極体への熱抵抗に起因して電極体を効果的に温めることは難しい。また、上述のようにジュール発熱により外部端子の温度が高くなった場合、熱は外部端子から熱抵抗の低い上記壁（例：蓋）の側に伝達し易くなる。その結果、当該壁に取り付けられている電池温度センサの位置の温度が上昇することで、充電電流を抑制する保護機能が働く場合がある。このことは、充電時間の短縮に関して不利に働いてしまう。 二次電池では、上記の温度差ΔＴを抑制できることが望まれる。そこで、本実施の形態に係る二次電池１に含まれる電池セル１０は、熱伝導性部材２８を更に含んでいる。 図２に示すように、熱伝導性部材２８は、隣り合う電極体１４の間に介在している。より詳細には、図２に示す電池セル１０の例では、隣り合う電極体１４の組が３つ存在している。熱伝導性部材２８は、一例として、当該３組のそれぞれにおいて隣り合う電極体１４の間に介在している。そして、熱伝導性部材２８は、各組において隣り合う電極体１４のそれぞれと集電端子１６とに接触するように配置されている。より詳細には、各熱伝導性部材２８は、一対の集電端子１６のそれぞれに接触するように配置されている。一対の集電端子１６と各熱伝導性部材２８との接触は、接着等の接合により行われている。 また、本実施の形態では、各熱伝導性部材２８は、セルケース１２の底壁２６（第２の壁）の内壁面３０（セルケース１２の内側底面）にも接触するように配置されている。底壁２６と各熱伝導性部材２８との接触も、接着等の接合により行われている。その結果、各熱伝導性部材２８は、隣り合う電極体１４のそれぞれと接触しながら、Ｚ方向に関しては一対の集電端子１６から底壁２６までをつないでいる。 熱伝導性部材２８は、一例としてシート状に形成されている。そして、Ｚ方向において、シート状に形成された熱伝導性部材２８の一方の端は一対の集電端子１６のそれぞれと接触しており、当該一方の端の反対側に位置する当該熱伝導性部材２８の他方の端は底壁２６と接触している。また、図１中のＸ方向から電池セル１０を見たとき、熱伝導性部材２８は、一例として、隣り合う電極体１４において互いに対向し合う電極体１４の表面を全体的に覆うように配置されている。 熱伝導性部材２８は、非導電性と高い熱伝導率とを有する材料によって形成されている。より具体的には、熱伝導性部材２８は、例えば、電極体１４よりも高い熱伝導率を有している。一例として、当該材料は、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素などのファインセラミックスである。 ２．効果 図３は、比較例に係る電池セル１００の内部構造を示す図である。比較例に係る電池セル１００は、本実施の形態に係る電池セル１０とは異なり、熱伝導性部材２８を備えていない。つまり、電池セル１００では、外部端子１８から各電極体１４への伝熱経路が少ない。このため、課題として上述されたように、充電時に外部端子１８において生じた熱は、蓋２０の側に逃げ易くなる（図４中の矢印ＡＲ１参照）。その結果、図３に示されるように、外部端子１８及びその周辺（蓋２０）とセルケース１２の内部の各電極体１４との温度差ΔＴが大きくなってしまう。 図４は、本実施の形態に係る二次電池１の効果を説明するための図である。本実施の形態に係る電池セル１０は、熱伝導性部材２８を備えている。上述されたように、熱伝導性部材２８は、隣り合う電極体１４の間に介在し、且つ隣り合う電極体１４のそれぞれと一対の集電端子のそれぞれとに接触するように配置されている。これにより、図４中に矢印ＡＲ２及びＡＲ３によって表されるように、熱伝導性部材２８が伝熱経路となり、充電時に各外部端子１８において生じた熱を各電極体１４の各部に輸送することを効果的に促進できる。その結果、比較例と比べて、図５に示されるように、各外部端子１８及びその周辺（蓋２０）の温度が低下する。一方、各外部端子１８側からの受熱により、各電極体１４の温度が上昇し、且つ、各電極体１４の各部の温度のばらつきが抑制される。このように、熱伝導性部材２８を備える電池セル１０によれば、充電時に、外部端子１８の発熱を有効活用して温度差ΔＴを効果的に抑制できる。そして、温度差ΔＴの抑制は、充電中の平均電流値の向上による充電時間の短縮（充電効率の向上）につながる。 広く言えば、「本開示に係る熱伝導性部材」は、集電端子１６とセルケース１２の底壁２６（内壁面３０）のうちの少なくとも集電端子１６に接触するように配置されていればよい。そのうえで、本実施の形態に係る熱伝導性部材２８は、集電端子１６と底壁２６の双方と接触している。すなわち、熱伝導性部材２８は、隣り合う電極体１４のそれぞれと接触しながら、集電端子１６から底壁２６までをつないでいる。これにより、図４中に矢印ＡＲ４によって表されるように、温度調整装置２４からの熱を利用して、各電極体１４の各部を均等に温め易くすることができる。すなわち、温度調整装置２４による各電極体１４の昇温効率が向上する。このことも、充電効率の向上につながる。付け加えると、熱伝導性部材２８を有することにより、充電時とは関係なく電極体１４の温度が上昇した際に、温度調整装置２４による電極体１４の冷却効率も向上する。