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公開番号2025059905
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023170297
出願日2023-09-29
発明の名称二次電池
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人
主分類H01M 10/658 20140101AFI20250403BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】二次電池に含まれる電池の発火に起因した複数の電池セルの類焼を抑制する。
【解決手段】二次電池は、所定の方向に沿って並んだ複数の電池と、複数の電池のそれぞれの間に配置されて、電気絶縁性を有する複数の電池間部材と、所定の方向に沿って延び、複数の電池間部材と接続されるヒートシンクと、複数の電池のうちの少なくとも1つの電池とヒートシンクの間に配置され、電気絶縁性および断熱性を有する熱流制御部材と、を備え、電池間部材は、所定の方向における熱伝導率が、電池間部材からヒートシンクに向かう方向における熱伝導率よりも低い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
二次電池であって、
所定の方向に沿って並んだ複数の電池と、
前記複数の電池のそれぞれの間に配置されて、電気絶縁性を有する複数の電池間部材と、
前記所定の方向に沿って延び、前記複数の電池間部材と接続されるヒートシンクと、
前記複数の電池のうちの少なくとも１つの電池と前記ヒートシンクの間に配置され、電気絶縁性および断熱性を有する熱流制御部材と、
を備え、
前記電池間部材は、前記所定の方向における熱伝導率が、前記電池間部材から前記ヒートシンクに向かう方向における熱伝導率よりも低い、二次電池。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記電池間部材は、前記所定の方向における熱伝導率が、前記所定の方向に直交する直交方向における熱伝導率よりも低い直交異方性の熱伝導部材で形成されている、二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池であって、
前記電池間部材は、前記直交方向に沿って前記ヒートシンクに近づくほど熱伝導率が高い、二次電池。
【請求項４】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記電池間部材は、
電気絶縁性および断熱性を有する断熱部材と、
前記断熱部材と前記電池との間に配置された伝熱部材であって、前記断熱部材よりも高い熱伝導率を有する伝熱部材と、
を有する、二次電池。
【請求項５】
請求項４に記載の二次電池であって、
前記ヒートシンクは、流路を形成する隔壁と、前記隔壁の内側を流れる冷媒と、を有し、
前記伝熱部材の前記所定の方向に沿う厚さは、前記電池の充放電値の最大温度が予め設定された許容温度以下となる最小厚み以上、かつ、前記伝熱部材により前記ヒートシンクへと移動する熱量が前記ヒートシンクの放熱能力を上回らない最大厚み以下であり、
前記最大温度は、
前記電池のＣレート、前記伝熱部材の熱伝導率、前記最小厚み、および前記電池間部材から前記ヒートシンクに向かう方向に沿った前記伝熱部材の長さにより決定される値と、前記隔壁の温度との和として算出され、
前記ヒートシンクへと移動する熱量は、前記電池から前記伝熱部材へと伝わる熱流束と、前記伝熱部材の熱伝導率と、前記最大厚みと、前記伝熱部材の前記長さとを用いて算出され、
前記放熱能力は、前記冷媒の流量と、前記冷媒の比熱と、前記冷媒の出口温度から入口温度を差し引いた温度差とを用いて算出される、二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
電気自動車などのバッテリとして用いられる二次電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された二次電池では、複数のバッテリモジュール（電池）のそれぞれがヒートパイプを介してヒートシンクに接続されている。ヒートシンク内には、ラジエータにより冷却される冷却水が流れる冷却水通路が形成されている。そのため、充放電時に昇温する二次電池は、内部に冷却水が流れるヒートシンクにより冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平１１－２０４１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の電池が積層された二次電池では、車載時の衝突等による外部からの応力に伴う外部短絡、電極や電解質への不純物の初期混入、および電池劣化に伴う電極間の内部短絡や高速での充放電時に冷却能力不足に起因して、電池の温度が上昇する場合がある。電池の温度が電池材料の発火温度まで到達すると、電池が発火するおそれがある。この時、発熱をトリガーとして、負極ＳＥＩ膜（Solid Electrolyte Interface）の分解反応と、負極と電解液の発熱反応が始まる。電池の発熱と温度上昇により、正極と電解液の発熱反応と電解液の分解反応を伴い、発火した電池の温度は急激に上昇する。１つの電池が発火すると、ヒートシンクの管壁を介した熱伝導により隣接する電池へと熱が移動する。熱移動により隣接する電池の温度が発火温度に到達すると、複数の電池が順次発火する電池の類焼が発生するおそれがある。このため、１つの電池が発火した場合、隣接する電池への類焼を抑制することが好ましい。電池の類焼の抑制について、特許文献１に記載された二次電池の冷却装置では何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、二次電池に含まれる電池の発火に起因した複数の電池セルの類焼を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、二次電池が提供される。この二次電池は、所定の方向に沿って並んだ複数の電池と、前記複数の電池のそれぞれの間に配置されて、電気絶縁性を有する複数の電池間部材と、前記所定の方向に沿って延び、前記複数の電池間部材と接続されるヒートシンクと、前記複数の電池のうちの少なくとも１つの電池と前記ヒートシンクの間に配置され、電気絶縁性および断熱性を有する熱流制御部材と、を備え、前記電池間部材は、前記所定の方向における熱伝導率が、前記電池間部材から前記ヒートシンクに向かう方向における熱伝導率よりも低い。
【０００８】
この構成によれば、少なくとも１つの電池は、所定の方向に沿って２つの電池間部材に隣接し、かつ、ヒートシンクに向かう方向に熱流制御部材を介してヒートシンクに接続している。熱流制御部材に隣接している電池が発火すると、発火した電池の熱は、電池間部材を介して隣接する電池に伝わると共に、ヒートシンクを介して隣接する電池に伝わる。熱流制御部材が断熱性を有するため、発火した電池の熱は、熱流制御部材よりも隣接する電池間部材へと伝わりやすい。ここで、電池間部材では、所定の方向における熱伝導率よりもヒートシンクに向かう方向における熱伝導率の方が高いため、電池間部材に伝わった熱は、隣接する電池よりもヒートシンクに伝わりやすい。そのため、本構成では、熱流制御部材により発火した電池とヒートシンクとの直接の熱伝導が抑制され、電池間部材におけるヒートシンクに向かう方向に沿った熱経路が形成される。すなわち、発火した電池から電池間部材およびヒートシンクを介した熱経路を通って、発火した電池から隣接する電池へと熱が伝わる。一方で、本構成と異なり、熱流制御部材を備えていない構成では、発火した電池の熱は、発火した電池から直接ヒートシンクを介して隣接する電池へと伝わる。この場合に、ヒートシンクの放熱能力が発火した電池からの移動熱量を上回ってしまうと、ヒートシンクを介して隣接する電池が加熱され類焼が発生するおそれがある。これに対して本構成は、電池間部材およびヒートシンクを介した熱経路を形成するため、ヒートシンクのうちの発火した電池に近い部分の温度上昇が熱流制御部材により抑制され、隣接する電池への移動熱量が抑制される。この結果、電池の発火に起因した隣接する電池の類焼が抑制される。
【０００９】
（２）上記態様の二次電池において、前記電池間部材は、前記所定の方向における熱伝導率が、前記所定の方向に直交する直交方向における熱伝導率よりも低い直交異方性の熱伝導部材で形成されていてもよい。
この構成によれば、既製品の直交異方性部材を用いて類焼が抑制される二次電池を簡便に製造できる。
【００１０】
（３）上記態様の二次電池において、前記電池間部材は、前記直交方向に沿って前記ヒートシンクに近づくほど熱伝導率が高くてもよい。
この構成によれば、電池間部材内では、熱が伝わる方向の下流側であるヒートシンク側ほど熱伝導率が高くなる。電池が発火すると、電池間部材内で熱が伝わる方向の下流側に向かって入熱量が累積するため、ヒートシンク側の熱流は増大する。本構成では、ヒートシンクに近いほど熱が伝わる方向における熱伝導率が高いため、電池間部材内において、ヒートシンク側に発生する強い温度勾配が緩和される。この結果、熱が伝わる方向で高い温度となる領域が抑制される。
（【００１１】以降は省略されています）

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