CN110010837B - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二次电池。二次电池包括：电池元件；壳体(10)，其容纳电池元件；正极端子(3)和负极端子(4)，它们被设置到壳体(10)并且电连接到电池元件；和切断部(5)，切断部(5)从接地状态切换到切断状态，在接地状态中，壳体(10)与正极端子(3)和负极端子(4)中的一个端子具有相同电势，在切断状态中，壳体和该一个端子被电切断。该一个端子具有面向壳体的面向部，并且切断部(5)被布置在面向部和壳体(10)之间。当壳体(10)被外部短路时，通过在短路电流流动时生成的热引起的变形，切断部(5)从接地状态切换到切断状态。

Description

二次电池
本非临时申请基于2017年12月26日在日本专利局提交的日本专利申请第2017-249077号，在此通过援引将该日本专利申请的全部内容并入。
技术领域
本公开涉及一种二次电池。
背景技术
传统上，已经开发了各种二次电池，二次电池设置有短路机构，当壳体的内部压力增大时，该短路机构在用于正极的外部端子和用于负极的外部端子之间建立短路。这样的二次电池例如被公开在日本专利特开第2015-082500号中。
在日本专利特开第2015-082500号中公开的二次电池中，在将电池元件的正极和用于正极的外部端子电连接的集电构件中，第一保险部和第二保险部被从更靠近外部端子侧的一侧按顺序设置以便彼此间隔开。在第一保险部和第二保险部之间，设置将集电构件和用于容纳电池元件的壳体的密封板电联接的联接构件，并且联接构件的电阻低于用于正极的外部端子的电阻。
利用这样的构造，当短路机构被启用并且短路电流按顺序流经密封板、联接构件、集电构件和电池元件的正极时，可以使得位于外部端子侧上的第一保险部在包括在短路机构中的短路构件熔融之前熔融。这可以抑制短路构件首先熔融并且在异常情形中将电流带出外部端子的状况。
发明内容
这里，在多个二次电池被并排布置并且用作电池组的情形中，由于来自外侧的撞击等，相邻二次电池的壳体可能被电连接，或者壳体可能被电连接到位于壳体外侧的导电构件。相应地，需要一种电流切断机构，用于在二次电池经由壳体被外部短路时将短路线路电切断。然而，当电流切断机构被设置在二次电池的壳体之间或者被设置成跨越彼此相邻的壳体时，机构变成大型的，并且其制造成本也增大。
已经考虑到前述的问题作出本公开，并且本公开的一个目的在于提供一种二次电池，该二次电池能够利用简单构造在壳体外部短路时切断流到容纳电池元件的壳体的电流。
基于本公开的二次电池包括：电池元件；壳体，壳体容纳电池元件；正极端子和负极端子，正极端子和负极端子被设置到壳体并且电连接到电池元件；和切断部，切断部从接地状态切换到切断状态，在接地状态中，壳体与正极端子和负极端子中的一个端子具有相同电势，在切断状态中，壳体和该一个端子被电切断。该一个端子具有面向壳体的面向部，并且切断部被布置在面向部和壳体之间。当壳体被外部短路时，该切断部由于在短路电流流动时生成的热被变形而从接地状态切换到切断状态。
利用这样的构造，当二次电池的壳体电连接到位于壳体外侧的导电构件并且被外部短路时，壳体与正极端子和负极端子中的该一个端子可以被切断部电切断。这可以抑制二次电池被损坏。
此外，通过采用将切断部布置在该一个端子中的面向壳体的面向部和在面向该面向部的部分处的壳体之间并且使用由于短路电流流动时生成的热导致的变形而使该一个端子和壳体电切断的构造，构造可以被简化，同时减小安装空间。
在上述基于本公开的二次电池中，切断部可以包括具有导电性的熔融构件和绝缘构件，熔融构件通过当壳体被外部短路时短路电流流到切断部时生成的热来熔融。在该情形中，熔融构件和绝缘构件优选并排布置在面向部和壳体之间以邻接面向部。
利用这样的构造，当二次电池的壳体电连接到位于壳体外侧的导电构件并且被外部短路时，熔融构件被短路电流流到切断部时生成的热熔融，并且由此面向部被绝缘构件支撑。由此，该一个端子和壳体可以被电切断。此外，因为可以通过并排布置绝缘构件和熔融构件来构造切断部，所以该构造可以被简化。
在上述基于本公开的二次电池中，切断部可以包括第一金属层和第二金属层，第二金属层具有与第一金属层的线性膨胀系数不同的线性膨胀系数。在该情形中，第一金属层和第二金属层优选被布置成被堆叠在面向部面向壳体的面向方向上。
利用这样的构造，当二次电池的壳体电连接到位于壳体外侧的导电构件并且被外部短路时，通过短路电流流到切断部时生成的热，切断部被变形以弯曲。由此，切断部的在与面向部和壳体接触的部分处的面积减小，并且接触电阻增大。结果，从该一个端子流到壳体的电流可以被切断。另外，因为通过堆叠彼此具有彼此不同线性膨胀系数的第一金属层和第二金属层来构造切断部，所以切断部的构造可以被简化。
在上述基于本公开的二次电池中，面向部优选位于壳体外侧。
利用这样的构造，因为切断部被布置在面向部和壳体之间在壳体外侧，所以切断部的状态可以被可视地检查。
当结合附图时，从本公开的以下详细描述，前述和其他目的、特征、方面和优点将变得更显而易见。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的电池组的平面视图。
图2是示出根据第一实施例的二次电池的透视图。
图3是沿着图2中的线III-III截取的剖视图。
图4是示出当根据第一实施例的电池组中彼此相邻的二次电池经由壳体被外部短路时的电流的流动的示意图。
图5是二次电池的正极端子侧上的剖视图，示出当出现如图4中所示的外部短路时电流从二次电池的正极端子流到壳体的状态。
图6是二次电池的正极端子侧上的剖视图，示出当出现如图4中所示的外部短路时从二次电池的正极端子流到壳体的电流被切换的状态。
图7是示出在根据第二实施例的二次电池的正极端子侧上的构造的剖视图。
图8是正极端子侧上的剖视图，示出当在第二实施例中出现外部短路时电流从二次电池的正极端子流到壳体的状态。
图9是正极端子侧上的剖视图，示出当在第二实施例中出现外部短路时从二次电池的正极端子流到壳体的电流被切断的状态。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。应理解的是，在下述实施例中，相同或共同的部件将由图中相同的附图标记指示，并且将不重复其描述。
(第一实施例)
图1是示出根据第一实施例的电池组的平面视图。参考图1，将描述根据第一实施例的电池组1。
如在图1中所示，电池组1由串联连接的多个可充电/可放电的二次电池100组成。在电池组1中，具有相同形状的多个二次电池100被串联连接以组成电池组1。应注意的是，组成电池组1的二次电池100的数目不被特别地限制。
二次电池100被对齐成彼此间隔开。多个二次电池100被对齐使得二次电池100的具有最大面积的侧表面面向彼此。在两个相邻二次电池100之间的间隙中，布置未示出的冷却板、缓冲板等。
二次电池100具有用于正极的端子3(正极端子)和用于负极的端子4(负极端子)。多个二次电池100被布置成交替反转，使得正极端子3和负极端子4被交替布置。多个二次电池100被布置使得两个相邻二次电池100中的一个二次电池的正极端子3靠近两个相邻二次电池100中的另一个二次电池的负极端子4。
电池组1包括在端子之间的连接器2，其将相邻的二次电池100彼此连接。端子之间的连接器2将两个相邻二次电池100中的一个二次电池的正极端子3和两个相邻二次电池100中的另一个二次电池的负极端子4电连接。由此，多个二次电池100串联连接，组成具有期望电压的电池组1。
图2是示出根据第一实施例的二次电池的透视图。图3是沿着图2中的线III-III截取的剖视图。参考图2和图3，将描述根据第一实施例的二次电池100。
如在图2和图3中所示，根据第一实施例的二次电池100进一步包括壳体10、用作电池元件的电极本体13、切断部5、绝缘体6、垫圈7和8以及集电器21和22。
壳体10包括呈带底的矩形管的形状的容纳部11和用于密封容纳空间11中的开口的密封板12。壳体10将电极本体13容纳在其中。正极端子3和负极端子4被附接到壳体10。具体地，正极端子3和负极端子4被附接到密封板12。
电极本体13具有正极芯体、负极芯体和分隔件(均未示出)，并且正极芯体和负极芯体被缠绕，其中分隔件介于它们之间。正极芯体暴露部14和负极芯体暴露部15被设置在电极本体13的两端处。
应注意的是，电极本体13可以具有这样的结构：多个正极片和负极片被堆叠，其中分隔件夹在它们之间。
正极端子3被设置成穿过壳体10。具体地，正极端子3被设置成穿过壳体10的密封板12。正极端子3使用集电器21电连接到电极本体13的正极芯体暴露部14。
正极端子3包括：用作面向部的外部端子31；和联接端子32。外部端子31位于壳体10外侧。外部端子31被布置成面向壳体10。外部端子31由板形构件组成，所述板形构件当在平面视图中观看时具有大体上矩形形状并且具有导电性。
联接端子32具有柱形主体部321和凸缘部322。主体部321的一个端侧，在从密封板12向外突出并且被插在设置在外部端子31中的插入孔中的情况下，被结合到外部端子31。主体部321的另一端侧被结合到壳体10内侧的集电器21。
凸缘部322从主体部321径向突出，并且在壳体10内侧面向密封板12。凸缘部322与密封板12大体上平行。
垫圈7被插在密封板12和联接端子32之间。垫圈7被设置成与密封板12和联接端子32接触。垫圈7被设置作为密封板12和联接端子32之间的密封剂，并且保持壳体10内侧的气密性。
垫圈7由弹性树脂材料或橡胶材料形成，该材料诸如PFA(全氟烷氧基氟树脂)或EPDM(三元乙丙橡胶)。
垫圈7具有管部71和颈圈部72。管部71被插在密封板12中的通孔中。管部71与密封板12的限定通孔的内周表面和主体部321的外周表面接触。
颈圈部72被设置成从位于壳体10内侧的管部71的端部径向突出。颈圈部72在壳体10内侧被夹在密封板12和凸缘部322之间。
负极端子4被设置成穿过壳体10。具体地，负极端子4被设置成穿过壳体10的密封板12。负极端子4使用集电器22电连接到电极本体13的负极芯体暴露部15。
负极端子4具有与正极端子3大体上相同的构造。负极端子4具有由板形构件构成的外部端子41和具有柱形主体部421和凸缘部422的联接端子42。
垫圈8具有与垫圈7大体上相同的构造。垫圈8被插在密封板12和联接端子42之间。垫圈8具有管部81，管部81与主体部421的外周表面和密封板12的限定了联接端子42穿过的通孔的内周表面接触，并且垫圈8具有颈圈部82，颈圈部82在壳体10内侧被夹在密封板12和凸缘部分422之间。垫圈8被设置作为密封板12和联接端子42之间的密封剂，并且保持壳体10内侧的气密性。
绝缘体6被布置在外部端子41和密封板12之间。绝缘体6被直接布置在密封板12上方。绝缘体6使外部端子41相对于密封板12电绝缘。
切断部5被布置在正极端子3和壳体10之间。具体地，切出部5被夹在外部端子31和密封板12之间。切断部5被构造成在接地状态和切断状态之间切换，在接地状态中，外部端子31和壳体10具有相同电势，在切断状态中，外部端子31和壳体10被电切断。
切断部5具有绝缘构件51、熔融构件52和基部构件53。基部构件53由板构成，该板由诸如例如铝的金属制成。基部构件53被放置在位于壳体10外侧的密封板12的主表面上。联接端子32穿过基部构件53。
绝缘构件51和熔融构件52并排布置在外部端子31和密封板12之间以邻接外部端子31。具体地，绝缘构件51和熔融构件52被夹在外部端子31和密封板12之间。
绝缘构件51具有环形形状。绝缘构件51被设置成围绕联接端子32。绝缘构件51由例如具有耐热性的陶瓷材料构成。由此，即使当熔融构件52如稍后所述熔融时，绝缘构件51也保持不熔融。
熔融构件52被设置成围绕联接端子32。熔融构件52被布置成绕着绝缘构件51。熔融构件52具有环形孔部，并且将绝缘构件51容纳在环形孔部中。
熔融构件52被设置成被当壳体10外部短路时短路电流流过熔融构件52时生成的热熔融。熔融构件52由例如具有导电性的树脂层成构成。具有导电性的树脂层包含呈多个颗粒的形状的导电填充物。通过调节导电填充物的含量，熔融构件52的电阻被调节使得熔融构件52可以在短路电流流动时在期望时间内熔融。
图4是示出当根据第一实施例的电池组中彼此相邻的二次电池经由壳体被外部短路时的电流的流动的示意图。参考图4，将描述当二次电池经由壳体10外部短路时电流的流动。
如在图4中所示，当由于车辆的碰撞等引起彼此相邻的壳体10电连接时出现外部短路。由此，已经从图中的右侧上的二次电池100通过端子之间的连接器2流到图中的左侧上的二次电池100的电流从图中的左侧上的二次电池100的壳体10流到图中的右侧上的二次电池100的壳体10。
具体地，从图中的右侧上的二次电池100中的正极端子3通过电极本体13、负极端子4、以及端子之间的连接器2输入到图中左侧上的二次电池100的正极端子3的电流流过切断部5和图中的左侧上的二次电池100的壳体10流到图中的右侧上的二次电池100的壳体10。即，短路电流流过切断部5。
图5是二次电池的正极端子侧上的剖视图，示出当出现如图4中所示的外部短路时电流从二次电池的正极端子流到壳体的状态。图6是二次电池的正极端子侧上的剖视图，示出当出现如图4中所示的外部短路时从二次电池的正极端子流到壳体的电流被切换的状态。参考图5和6，将描述当短路电流通过外部短路流到切断部5时切断部5的行为。
在壳体10被外部短路之前的状态中，因为熔融构件52和基部构件53被夹在外部端子31和壳体10之间，所以外部端子31和壳体10被接地。当壳体10在这样的接地状态中被外部短路时，短路电流从正极端子3侧按顺序流动通过熔融构件52、基部构件53和密封板12，如在图5中所示。短路电流的大小例如是几十安培至几百安培。当短路电流流动通过熔融构件52时，生成焦耳热。如上所述，熔融构件52的电阻被调节使得熔融构件52可以在短路电流流动时在期望时间内熔融。
如在图6中所示，当熔融构件52被短路电流流到切断部5时生成的热熔融时，熔融构件52和绝缘构件51中的绝缘构件51邻接外部端子31。由此，建立外部端子31和密封板12被电切断的切断状态。
如上所述，在根据第一实施例的二次电池100中，当壳体10被电连接到位于壳体10外侧的导电构件(例如，电连接到相邻二次电池的壳体等)并且被外部短路时，正极端子3和壳体10可以被切断部电切断，这可以抑制二次电池100被损坏。
具体地，熔融构件52通过在短路电流流到切断部5时生成的热熔融，并且由此外部端子31被绝缘构件51支撑。由此，外部端子31和壳体10可以被电切断。
此外，通过采用将切断部5布置在外部端子31和壳体10之间并且利用通过短路电流流动时生成的热导致的变形来切断外部端子31和壳体10之间的电连接的构造，可以在减小安装空间的同时简化构造。具体地，因为可以通过并排布置绝缘构件51和熔融构件52来构造切断部5，所以构造可以被简化。
(第二实施例)
图7是示出在根据第二实施例的二次电池的正极端子侧上的构造的剖视图。参考图7，将描述根据第二实施例的二次电池100A。
如在图7中所示，根据第二实施例的二次电池100A在切断部5A的构造方面与根据第一实施例的二次电池100不同。其他部件大体上相同。
切断部5A具有树脂层51A、第一金属层52A和第二金属层53A，树脂层51A具有导电性和耐热性。树脂层51A、第一金属层52A和第二金属层53A在外部端子31面向密封板12的面向方向上堆叠。第二金属层53A、第一金属层52A和树脂层51A从密封板12侧按顺序堆叠。
树脂层51A、第一金属层52A和第二金属层53A是板形的。联接端子32的主体部321穿过树脂层51A、第一金属层52A和第二金属层53A。
树脂层51A包含呈多个颗粒的形状的导电填充物。因为树脂层51A具有耐热性，所以树脂层51A被构造成即使当短路电流流动时也不熔融，不像第一实施例。树脂层51A的电阻被基于导电填充物的含量等来适当调节。
第一金属层52A的线性膨胀系数和第二金属层52B的线性膨胀系数彼此不同。例如，第一金属层52A的线性膨胀系数高于第二金属层52B的线性膨胀系数。
图8是正极端子侧上的剖视图，示出当在第二实施例中出现外部短路时电流从二次电池的正极端子流到壳体的状态。图9是正极端子侧上的剖视图，示出当在第二实施例中出现外部短路时从二次电池的正极端子流到壳体的电流被切断的状态。参考图8和9，将描述当短路电流通过外部短路流到切断部5A时切断部5A的行为。
在壳体10被外部短路之前的状态中，因为切断部5A被完全夹在外部端子31和壳体10之间，所以外部端子31和壳体10被接地。当壳体10在这样的接地状态中被外部短路时，短路电流从正极端子3侧按顺序流动通过树脂层51A、第一金属层52A和第二金属层53A，如在图8中所示。短路电流的大小例如是几十安培至几百安培。当短路电流流动通过切断部5A时，生成焦耳热。
如上所述，通过堆叠具有不同线性膨胀系数的第一金属层52A和第二金属层53A来构造切断部5A。相应地，通过短路电流流到切断部5A时生成的热，切断部5A被弯曲使得外部端子31侧变凸并且密封板12侧在中央部变凹，如在图9中所示。由此，切断部5A的外边缘侧与密封板12接触，并且切断部5A的中央部侧与外部端子31接触。
以此方式，切断部5A与外部端子31和密封板12接触的面积被减小，并且由此接触电阻被增大。结果，没有电流流到切断部5A，并且建立了外部端子31和密封板12被电切断的切断状态。
如上所述，在根据第二实施例的二次电池100A中，当二次电池的壳体10电连接到位于壳体10外侧的导电构件并且被外部短路时，通过短路电流流到切断部5A时生成的热使得切断部5A变形以弯曲。由此，切断部5A的在与外部端子31和壳体10接触的部分处的面积减小，并且接触电阻增大。结果，从外部端子31流到壳体10的电流可以被切断。另外，因为通过堆叠具有彼此不同线性膨胀系数的第一金属层52A和第二金属层53A来构造切断部5A，所以切断部5A的构造可以被简化。
应注意的是，尽管上述第二实施例示出第一金属层52A的线性膨胀系数高于第二金属层53A的线性膨胀系数的情形，但是第一金属层52A的线性膨胀系数可以低于第二金属层53A的线性膨胀系数。在该情形中，切断部5A被弯曲使得外部端子31侧变凹并且密封板12侧在中央部分处变凸。而且在该情形中，接触电阻被增大，并且由此没有电流流到切断部5A。相应地，建立了外部端子31和密封板12被电切断的切断状态。
尽管上述第一实施例和第二实施例采用了位于壳体10外侧的外部端子31被设置为面向部并且切断部被设置在外部端子31和壳体10之间的构造，但本公开不限于此。正极端子3中，面向壳体10的面向部可以被设置在壳体10内侧，并且切断部可以被设置在面向部和壳体10之间。应注意的是，当面向部被如上所述设置在壳体10外侧时，可以可视地查看变形之前和之后的切断部的状态。
尽管已经描述了本公开的实施例，应理解的是，这里公开的实施例在每方面是说明性的并且是非限制性的。本公开的范围由权利要求的范围限定，并且旨在包括与权利要求的范围等同的范围和意义内的任何变型。

Claims (4)

1.一种二次电池，包括：
电池元件；
壳体，所述壳体包括容纳部和密封板，
所述容纳部具有开口并且容纳所述电池元件；
所述密封板密封所述开口；
正极端子和负极端子，所述正极端子和所述负极端子被设置到所述密封板并且被恒定电连接到所述电池元件；和
切断部，所述切断部从接地状态切换到切断状态，在所述接地状态中，所述壳体的容纳部与所述正极端子和所述负极端子中的一个端子具有相同电势，而在所述切断状态中，所述壳体的容纳部和所述一个端子被电切断，
所述一个端子具有面向部，所述面向部面向所述密封板，
所述切断部被布置在所述面向部和所述密封板之间，并且被夹在所述面向部和所述密封板之间且与所述面向部和所述密封板直接接触，
当所述壳体被外部短路时，所述切断部通过由在短路电流流动时生成的热而变形而从所述接地状态切换到所述切断状态。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中：
所述切断部包括：具有导电性的熔融构件，所述熔融构件通过当所述壳体被外部短路时短路电流流到所述切断部时生成的热来熔融；以及绝缘构件，并且
所述熔融构件和所述绝缘构件被并排布置在所述面向部和所述壳体之间以邻接所述面向部。
3.一种二次电池，包括：
电池元件；
壳体，所述壳体容纳所述电池元件；
正极端子和负极端子，所述正极端子和所述负极端子被设置到所述壳体并且被电连接到所述电池元件；和
切断部，所述切断部从接地状态切换到切断状态，在所述接地状态中，所述壳体与所述正极端子和所述负极端子中的一个端子具有相同电势，而在所述切断状态中，所述壳体和所述一个端子被电切断，
所述一个端子具有面向部，所述面向部面向所述壳体，
所述切断部被布置在所述面向部和所述壳体之间，并且被直接夹在所述面向部和所述壳体之间，
当所述壳体被外部短路时，所述切断部通过由在短路电流流动时生成的热而变形而从所述接地状态切换到所述切断状态，
其中：
所述切断部包括第一金属层和第二金属层，所述第二金属层具有与所述第一金属层的线性膨胀系数不同的线性膨胀系数，并且
所述第一金属层和所述第二金属层被布置成在所述面向部面向所述壳体的面向方向上被堆叠起来。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的二次电池，其中，所述面向部位于所述壳体的外侧。
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