DE112012006312T5

DE112012006312T5 - Abgedichtete Sekundärbatterie

Info

Publication number: DE112012006312T5
Application number: DE112012006312.0T
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Kobyashi; Takanori Fukushi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2032-05-03
Also published as: JP6025001B2; WO2013164897A1; KR101698258B1; JPWO2013164897A1; DE112012006312B4; KR20150014473A; US10128485B2; CN104303337A; US20150171411A1; CN104303337B

Abstract

Es wird eine abgedichtete Sekundärbatterie bereitgestellt, deren stromblockierendes System selbst bei Langzeitverwendung einer kleinen Änderung in dem Aktivierungsdruck unterliegt. Die abgedichtete Sekundärbatterie weist ein stromblockierendes System 80 auf, das durch einen Druckanstieg im Inneren eines Batteriegehäuses 12 aktiviert wird, um einen Leitungsweg zwischen einer Elektrode und einem Elektrodenanschluss zu trennen. Das stromblockierende System 80 weist ein druckempfindliches Bauteil mit einem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt 32 auf, der sich nach einem Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses 12 von einem ersten Zustand über eine Durchschlagverformung auf einen zweiten Zustand verformt, und der so konfiguriert ist, dass er den Leitungsweg durch die Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 30 trennt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine abgedichtete Sekundärbatterie. Insbesondere bezieht sie sich auf eine abgedichtete Sekundärbatterie, die ein stromblockierendes System aufweist, das durch eine Erhöhung des Innendrucks betätigt wird.
Hintergrundtechnik
Sekundärbatterien, etwa Lithiumsekundärbatterien und Nickel-Wasserstoff-Batterien, werden vorzugsweise als sogenannte tragbare Leistungsquellen in Personalcomputern, Mobilvorrichtungen usw. oder als Fahrzeugantriebsleistungsquellen verwendet. Insbesondere wurden Lithiumsekundärbatterien, die ein leichtes Gewicht und eine hohe Energiedichte haben, als leistungsstarke Stromquellen zur Verwendung an Fahrzeugen, etwa Elektroautomobilen, Hybridmobilen und dergleichen (bspw. als Stromquellen zum Antreiben von Motoren, die mit Antriebsrädern von Fahrzeugen verbunden sind) zunehmend wichtig.
Typische Beispiele solcher Sekundärbatterien umfassen eine hermetische Batterie (abgedichtete Batterie), die erhalten werden kann, indem eine Elektrodeneinheit mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode zusammen mit einem Elektrolyt in einem Batteriegehäuse abgedichtet wird. Beim Laden dieser Art Batterie kann die Batterie dann, wenn eine defekte Batterie vorhanden ist oder wenn durch einen Ladevorrichtungsfehler eine Fehlfunktion hervorgerufen wird, mit einem höheren Strom als gewöhnlich versorgt werden und in einen überladenen Zustand geraten. Nach einem solchen Überladen schreiten die Batteriereaktionen schnell voran, Gas wird im Inneren des abgedichteten Batteriegehäuses erzeugt, sodass der Innendruck (Gasdruck) des Batteriegehäuses ansteigt, und der anormale Innendruck kann eine Verformung des Gehäuses usw. hervorrufen. Um mit einem solchen anormalen Ereignis umzugehen, wurde als eine herkömmliche Technologie eine Batteriekonfiguration vorgeschlagen, die ein stromblockierendes System aufweist, das den Druck im Inneren des Batteriegehäuses, der zusammen mit in der Batterie auftretenden Anormalitäten ansteigt, verwendet, um eine Verformung einer Komponente hervorzurufen, sodass der Leitungsvorgang physikalisch unterbrochen wird, um den Strom zu blockieren.
Herkömmliche Beispiele bzgl. einer Sekundärbatterie, die ein solches stromblockierendes System aufweist, beinhalten Patentdruckschrift 1. Das stromblockierende System in dieser Druckschrift weist einen Stromsammler in der Form einer rechteckigen Platte, der an eine Elektrodeneinheit angeschlossen ist, und eine invertierbare Platte auf, die an den Stromsammler geschweißt ist. Wenn der Druck im Inneren des Batteriegehäuses (Innendruck des Gehäuses) ansteigt, dann verursacht der Innendruck des Gehäuses, dass sich die invertierbare Platte von dem Stromsammler wegbewegt. Das stromblockierende System ist derart konfiguriert, dass dann, wenn der Innendruck des Gehäuses auf einen voreingestellten Druckwert ansteigt, die invertierbare Platte einen Teil des Stromsammlers einschließlich der geschweißten Fügestelle wegbricht und sich in einer Richtung verformt, dass sie sich von dem Stromsammler wegbewegt. Somit wird mit dem teilweise abgebrochenen und sich zusammen mit der invertierbaren Platte von dem Hauptkörper des Stromsammlers trennenden Stromsammler der Strom blockiert. Andere herkömmliche Beispiele sind in Patendruckschrift 2 enthalten.
Druckschriftenliste
Patentdruckschriften

Patendruckschrift 1: Japanische Patenoffenlegungsschrift Nr.: 2010-212034
Patentdruckschrift 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.: 2008-66254

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem stromblockierenden System, das wie in Patentdruckschrift 1 beschrieben konfiguriert ist, wurden Maßnahmen ergriffen, um eine geeignete Betätigung des stromblockierenden Systems zum Blockieren des Stroms zu ermöglichen (in anderen Worten, den Betätigungsdruck des stromblockierenden Systems zu steuern), wenn der voreingestellte Innendruck des Gehäuses (d. h. ein vorgeschriebener Gasdruckwert) erreicht wird, um etwa eine Nut (Kerbe, typischerweise eine Ritzlinie, die während des Pressens des Stromsammlers vorgesehen wird usw.) an einer abzubrechenden Stelle des Stromsammlers auszubilden. Mittels der Position oder der Querschnittsform der Nut wird die zum Abbrechen eines Teils des Stromsammlers von dem Rest erforderliche Kraft (d. h. die Bruchfestigkeit des Stromsammlers) eingestellt, wodurch der Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems innerhalb eines vorbestimmten Bereichs festgelegt werden kann.
Abgedichtete Sekundärbatterien, die in Fahrzeugen wie Elektroautomobilen, Hybridautomobilen (einschließlich Plug-In-Hybridautomobilen) und dergleichen installiert sind (bspw. abgedichtete Sekundärbatterien, die als Antriebsleistungsquellen in den Fahrzeugen verwendet werden), können über eine verlängerte Zeitspanne verwendet werden, und sind mit Batterien, die als Leistungsquellen in Personalcomputern, Mobilvorrichtungen und dergleichen verwendet werden (d. h. Verbraucherbatterien) nicht verglichen werden. Dies liegt daran, dass die Lebensdauer von Automobilen und dergleichen 10 oder mehr Jahre (manchmal 20 oder mehr Jahre) erreichen können. Somit müssen stromblockierende Systeme von abgedichteten Sekundärbatterien, die in Fahrzeugen installiert sind, anders als bei den Verbraucherbatterien eine langzeitige Fähigkeit beibehalten, einer geeigneten Aktivierung bei einem vorbestimmten Innendruck des Gehäuses (über einen voreingestellten Bereich davon) unterzogen zu werden.
Das stromblockierende System, in dem der Aktivierungsdruck durch die Form (bspw. die Tiefe) der Nut eingestellt wird, wie dies zuvor beschrieben wurde, neigt dazu, dass sich der Aktivierungsdruck beträchtlich von dem Anfangswert (der Aktivierungsdruck unmittelbar nach der Herstellung) ändert, wenn eine abgedichtete Sekundärbatterie, die das stromblockierende System aufweist, über eine verlängerte Zeitspanne verwendet wird. Einer der Hauptgründe kann in einer Verringerung der Bruchfestigkeit der Stromsammlerplatte infolge der langzeitigen Verwendung der Batterie liegen. Mit anderen Worten wird in einer abgedichteten Sekundärbatterie (insbesondere einer Batterie wie einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die ein nichtwässriges Elektrolyt aufweist) sogar bei normalen Lade- und Entlademodi der Batterie eine kleine Menge Gas erzeugt, wodurch der Innendruck des Gehäuses etwas zunehmen kann. Obwohl der Druck viel niedriger als der geeignete Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems ist, übt die Zunahme des Innendrucks des Gehäuses etwas Spannung an der invertierbaren Platte und dem an die invertierbare Platte geschweißten Stromsammler aus. Wenn eine solche Spannung über eine lange Zeitspanne ausgeübt wird, dann nimmt die Bruchfestigkeit des Stromsammlers infolge von Ermüdung, Kriechen usw. allmählich ab.
Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf solche Umstände getätigt, wobei es ihre Aufgabe ist, eine abgedichtete Sekundärbatterie bereitzustellen, sodass ihr stromblockierendes System selbst bei langzeitiger Verwendung einer kleinen Änderung im Aktivierungsdruck unterliegt.
Lösung des Problems
Die vorliegenden Erfinder haben verschiedene Untersuchungen an stromblockierenden Systemen unternommen, die ein Bauteil (druckempfindliches Bauteil) aufweisen, das einen Abschnitt (einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt) hat, der durch eine Erhöhung des Innendrucks des Gehäuses einer Verformung unterliegt. Sie haben herausgefunden, dass das Problem gelöst werden kann, indem das stromblockierende System so konfiguriert wird, dass während der Verformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts des druckempfindlichen Bauteils dessen Form einem Durchschlagphänomen (d. h. einer Durchschlagverformung) unterliegt, und das stromblockierende System den Strom in Zusammenhang mit der Durchschlagverformung blockiert, wodurch die vorliegende Erfindung vollendet wurde.
Die hier offenbarte abgedichtete Sekundärbatterie weist eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und ein die positive Elektrode und die negative Elektrode aufnehmendes Batteriegehäuse auf. Sie weist ferner einen Elektrodenanschluss auf, der entweder an die positive Elektrode oder die negative Elektrode elektrisch angeschlossen ist. Der Elektrodenanschluss ist zu der Außenseite des Batteriegehäuses freiliegend. Die abgedichtete Sekundärbatterie weist ferner ein stromblockierendes System auf, das durch Zunahme des Drucks im Inneren des Batteriegehäuses aktiviert wird, um den Leitungsweg zwischen der Elektrode und dem Elektrodenanschluss zu trennen. Das stromblockierende System hat ein druckempfindliches Bauteil mit einem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt in der Form einer Platte. Nach einem Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses verformt sich der druckempfindliche, verformbare Abschnitt von einem ersten Zustand über eine Durchschlagverformung auf einen zweiten Zustand. Die abgedichtete Sekundärbatterie (wird im weiteren Verlauf einfach als „Sekundärbatterie” bezeichnet) ist so konfiguriert, dass sie den Leitungsweg durch die Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts trennt. Gemäß einer solchen Konfiguration wird das Durchschlagphänomen der Form des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts dazu verwendet, den Leitungsweg zu trennen; daher kann eine Änderung im Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems selbst bei langzeitiger Verwendung auf ein niedriges Niveau gedrückt werden.
Die hier offenbarte Technik kann z. B. vorzugsweise in einem Ausführungsbeispiel implementiert werden, bei dem der Leitungsweg ein erstes leitfähiges Bauteil und ein zweites leitfähiges Bauteil aufweist. Wenn sich der druckempfindliche, verformbare Abschnitt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in dem ersten Zustand befindet, dann ist das erste leitfähige Bauteil mit dem zweiten leitfähigen Bauteil direkt verbunden. Das stromblockierende System ist so konfiguriert, dass der Leitungsvorgang zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem zweiten leitfähigen Bauteil durch Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts getrennt wird. Eine Sekundärbatterie, die eine solche Konfiguration hat, kann für ein schnelles Trennen des Leitungswegs geeignet sein, wenn der Innendruck des Gehäuses den Aktivierungsdruck des stromleitenden Systems erreicht. Mit anderen Worten kann es für das schnelle Aktivieren des stromblockierenden Systems, wenn der Innendruck des Gehäuses einen vorbestimmten Druckwert erreicht, geeignet sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der hier offenbarten Technik ist der druckempfindliche, verformbare Abschnitt an dem ersten leitfähigen Bauteil vorgesehen. Mit anderen Worten repräsentiert das erste leitfähige Bauteil in diesem Ausführungsbeispiel das druckempfindliche Bauteil. In dem ersten Zustand ist es vorzuziehen, dass der druckempfindliche, verformbare Abschnitt mit dem zweiten leitfähigen Bauteil direkt in Verbindung ist. Eine Sekundärbatterie in einem solchen Ausführungsbeispiel kann für ein schnelles Trennen des Leitungswegs, wenn der Innendruck des Gehäuses einen vorbestimmten Druckwert erreicht, geeignet sein.
In dem ersten Zustand ist das druckempfindliche Bauteil vorzugsweise an das zweite leitfähige Bauteil gefügt (daran befestigt). In einer Sekundärbatterie, die ein stromblockierendes System eines solchen Ausführungsbeispiels aufweist, kann der Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems unmittelbar nach der Herstellung (anfänglich) über eine lange Zeitspanne präzise gesteuert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der hier offenbarten Technik weist das druckempfindliche Bauteil einen Flansch auf, der von dem Rand des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts nach außen (in radial auswärtigen Richtungen) vorragt. In dem ersten Zustand bildet der druckempfindliche, verformbare Abschnitt einen Hohlraum, der von dem Flansch in Richtung der Innenseite der Batterie einwärts gekrümmt ist. Ein druckempfindliches Bauteil mit einer solchen Form ist dazu geeignet, einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt eine geeignete Durchschlagverformung mittels eines Druckanstiegs im Inneren des Gehäuses unterziehen zu lassen.
Vom Gesichtspunkt der Vereinfachung einer geeigneten Durchschlagverformung bei einem vorbestimmten Aktivierungsdruck hat der druckempfindliche, verformbare Abschnitt vorzugsweise einen kreisförmigen Umfang. In einem Ausführungsbeispiel, in dem das druckempfindliche Bauteil einen Flansch hat, hat der Flansch vorzugsweise einen kreisförmigen Außenrand. Wenn mit Bezug auf das druckempfindliche Bauteil, das einen solchen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt (Hohlraum) und einen Flansch hat, a der Außenranddurchmesser (Außendurchmesser) des Flansches ist und b die Dicke des druckempfindlichen Bauteils in dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt ist, dann ist vorzugsweise die folgende Beziehung (1): b/a beträgt 1,0% bis 2,5% erfüllt. Wenn in dem druckempfindlichen Bauteil c die Tiefe des Hohlraums ist, ist vorzugsweise die folgende Beziehung (2): c/a beträgt 3,0% bis 7,0% erfüllt. Wenn in dem druckempfindlichen Bauteil d der Außendurchmesser des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts ist, dann ist vorzugsweise die folgende Beziehung (3): d/a beträgt 50% bis 90% erfüllt. Es ist vorzuziehen, zumindest zwei der Beziehungen (1) bis (3) zu erfüllen. Die jeweiligen Kombinationen von (1) und (2), (1) und (3), sowie (2) und (3) sind alle vorzuziehen. Es ist insbesondere vorzuziehen, alle Beziehungen (1) bis (3) zu erfüllen. Ein druckempfindliches Bauteil mit einer solchen Form ist zum Bewirken der Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts bei einem geeigneten Innendruck des Gehäuses in einer allgemeinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie geeignet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der druckempfindliche, verformbare Abschnitt einen abgeschrägten Abschnitt auf, der von dem Umfang des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts in Richtung dessen Mitte enger wird. Der Flansch und der abgeschrägte Abschnitt bilden vorzugsweise einen Winkel θ, sodass tanθ = 0,04 bis 5,0 ist. Ein druckempfindliches Bauteil mit einer solchen Form ist dafür geeignet, einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt eine Durchschlagverformung mittels eines Druckanstiegs im Inneren des Gehäuses durchführen zu lassen.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der druckempfindliche, verformbare Abschnitt so ausgebildet, dass er im Querschnitt eine Gewölbeform (gebogene Dachform) hat, die in Richtung der Innenseite der Batterie einwärts gekrümmt ist. Ein druckempfindliches Bauteil mit einer solchen Form ist dafür geeignet, den druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt eine Durchschlagverformung mittels eines Druckanstiegs im Inneren des Gehäuses durchführen zu lassen. Vorzuziehende Beispiele der Gewölbeform beinhalten die Form eines Sektors, der aus einer Kugelschale herausgeschnitten ist.
In einem hier offenbarten stromblockierenden System hat das druckempfindliche Bauteil vorzugsweise eine Dicke b, die größer als 0,15 mm ist, in dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt. Ein druckempfindliches Bauteil, das eine solche Dicke aufweist, ist dafür geeignet, einen druckempfindlichen Abschnitt bei einem geeigneten Innendruck des Gehäuses in einer allgemeinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie eine Durchschlagverformung durchführen zu lassen.
Die hier offenbarte Technik kann auf verschiedene Arten von abgedichteten Sekundärbatterien angewendet werden. Beispiele vorzuziehender Anwendungen beinhalten eine abgedichtete Sekundärbatterie (bspw. eine Lithiumsekundärbatterie, typischerweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie), die ein nichtwässriges Elektrolyt aufweist (typischerweise ein nichtwässriges Elektrolyt in einer flüssigen Form bei normaler Temperatur, d. h. eine nichtwässrige Elektrolytlösung).
Eine hier offenbarte, abgedichtete Sekundärbatterie ist als eine Fahrzeugbatterie vorzuziehen, da eine Änderung in dem Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems selbst bei langzeitiger Verwendung auf ein niedriges Niveau gedrückt werden kann. Somit stellt diese Beschreibung eine Fahrzeugbatterie bereit, die eine hier offenbarte, abgedichtete Sekundärbatterie aufweist. Eine solche Fahrzeugbatterie (bspw. eine Batterie, die als eine Antriebsleistungsquelle für ein Fahrzeug einschließlich eines Elektroautomobils, eines Hybridautomobils und dergleichen verwendet wird, d. h. eine Fahrzeugantriebsbatterie) kann in einer Form einer mehrzelligen Batterie vorliegen, die eine Vielzahl von einzelnen Zellen hat, die elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die einzelne Zelle eine hier offenbarte, abgedichtete Sekundärbatterie ist.
Die vorliegende Beschreibung stellt zudem ein Fahrzeug bereit, etwa ein Plug-In-Hybridautomobil (PHV), ein Hybridautomobil (HV), ein Elektroautomobil (EV) und dergleichen, die als eine Antriebsleistungsquelle eine abgedichtete Sekundärbatterie oder eine mehrzellige Batterie, wie sie hier offenbart sind, aufweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Perspektivansicht, die die äußere Form einer abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration eines stromblockierenden Systems darstellt, das an der abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.
3 zeigt eine Schnittansicht, die die Konfiguration und den Zustand (vor dem Blockieren des Stroms) des stromblockierenden Systems, das an der abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, schematisch darstellt.
4 zeigt eine Schnittansicht, die die Form eines druckempfindlichen Bauteils, das in dem stromblockierenden System enthalten ist, welches an der abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, in dem ersten Zustand darstellt.
5 zeigt eine Schnittansicht, die die Konfiguration und den Zustand (nach dem Blockieren des Stroms) des an der abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehenen stromblockierenden Systems schematisch darstellt.
6 zeigt eine teilweise abgeschnittene Perspektivansicht, die die Konfiguration und den Zustand (vor dem Blockieren des Stroms) eines an einer abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehenen stromblockierenden Systems darstellt.
7 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration eines an einer abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehenen stromblockierenden Systems darstellt.
8 zeigt eine perspektivische Schnittansicht, die eine Vergrößerung des Hauptabschnitts eines Stromsammlers zeigt, der in der abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel enthalten ist.
9 zeigt eine Schnittansicht, die die Form eines druckempfindlichen Bauteils, welches in einem stromblockierenden System enthalten ist, das an der abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, in dem ersten Zustand darstellt.
10 zeigt eine Schnittansicht, die die Konfiguration und den Zustand (nach dem Blockieren des Stroms) des an der abgedichteten Sekundärbatterie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehenen stromblockierenden Systems schematisch darstellt.
11 zeigt eine charakteristische Aufzeichnung, die die Beziehung der Nuttiefe (verbleibenden Dicke) bzgl. des Aktivierungsdrucks eines stromblockierenden Systems repräsentiert.
12 zeigt eine charakteristische Aufzeichnung, die die Beziehung der Form des druckempfindlichen Bauteils bzgl. des Aktivierungsdrucks des stromblockierenden Systems repräsentiert.
13 zeigt eine charakteristische Aufzeichnung, die die Beziehung des Innendrucks des Batteriegehäuses bzgl. der Zeit, die bis zum Aktivieren des stromblockierenden Systems bei dem Innendruck benötigt wird, repräsentiert.
14 zeigt ein Erläuterungsschaubild, das die Beziehung der Verschiebung nach der Durchschlagverformung bzgl. der Kraft (Last) schematisch darstellt.
15 zeigt ein Erläuterungsschaubild, das die Beziehung der Kraft (Last) nach der Durchschlagverformung bzgl. der Verschiebung schematisch darstellt.
16 zeigt eine Schnittansicht, die die Konfiguration und den Zustand (vor dem Blockieren des Stroms) eines an einer abgedichteten Sekundärbatterie gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehenen stromblockierenden Systems schematisch darstellt.
17 zeigt eine Schnittansicht, die die Konfiguration und den Zustand (vor dem Blockieren des Stroms) eines. an einer abgedichteten Sekundärbatterie gemäß einem zweiten Modifizierungsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehenen stromblockierenden Systems schematisch darstellt.
18 zeigt eine Perspektivansicht, die die Konfiguration einer mehrzelligen Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
19 zeigt eine Perspektivansicht, die ein Fahrzeug (Automobil) schematisch darstellt, das eine mehrzellige Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Das Konzept „Sekundärbatterie” der vorliegenden Beschreibung beinhaltet Speicherbatterien (d. h. chemische Zellen) wie Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, Lithium-Metall-Sekundärbatterien, Nickel-Wasserstoff-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien und dergleichen sowie Kondensatoren (d. h. physikalische Zellen) wie elektrische Doppelschichtkondensatoren und dergleichen. Der Ausdruck „Lithiumsekundärbatterie” bezieht sich auf eine Sekundärbatterie, die Lithiumionen als Elektrolytionen (Ladungsträger) verwenden und die das Laden und Entladen durch Ladungsübergang bewirken, der mit Lithiumionen in Zusammenhang steht, die sich zwischen den positiven und negativen Elektroden bewegen. Sekundärbatterien, die im Allgemeinen als Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (oder Lithium-Ionen-Batterien) bezeichnet werden, sind typische Beispiele, die die Lithiumsekundärbatterie in der vorliegenden Beschreibung beinhalten.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „Durchschlagverformung” auf einen Verformungsmodus, sodass die Last-Verschiebungs-Kurve einen Maximalwert und einen Minimalwert hat. 14 zeigt ein typisches Beispiel der Last-Verschiebungs-Kurve, die eine Durchschlagverformung wiedergibt. In einem Laststeuerungsmodus wird bspw. ein Gasdruck von der Unterseite der Zeichnung (gleichbedeutend mit dem Inneren der Batterie) auf einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt 32 des druckempfindlichen Bauteils 30 aufgebracht, das eine in 4 gezeigte Form hat. Während eines Vorgangs (Auswärtsweg), in dem der Gasdruck allmählich zunimmt, wenn die durch den Gasdruck ausgeübte Spannung den Punkt B (maximaler Lastwert) in 14 erreicht, schlägt die Form des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 von dem Punkt B auf den Punkt D durch. Während eines Vorgangs (Rückkehrweg), bei dem ein Gasdruck von der entgegengesetzten Seite des Auswärtswegs auf den druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt 32 aufgebracht wird, der einmal der Durchschlagverformung unterworfen wurde, und der Gasdruck allmählich ansteigt, schlägt andererseits dann, wenn die durch den Gasdruck ausgeübte Spannung den Punkt D überschreitet, sodass sie den Punkt C in 14 erreicht, die Form des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 von dem Punkt C auf den Punkt A durch.
Richtet man bspw. den Fokus auf die Verschiebung (Verschiebung von der Bezugsposition) des ebenen Abschnitts 32C des in 4 gezeigten druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32, dann nimmt die Verschiebung in einem normalen Verformungsmodus, der keine Durchschlagverformung begleitet, wie durch die gestrichelte Linie in 15 gezeigt ist, mit zunehmender Last (Gasdruck) allmählich zu. Im Gegensatz dazu wird der in 14 dargestellten Durchschlagverformung dann, wenn die Last so zunimmt, dass sie den Punkt B in 14 erreicht, die Position des ebenen Abschnitts 32C nach oben in 4 verformt (sie schlägt dorthin), wie durch die durchgezogene Linie in 15 gezeigt ist. Bei der hier offenbarten Technik, wie in 14 beispielhaft dargestellt ist, kann das Auftreten der Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts durch einen Maximalwert und einen Minimalwert bestätigt werden, die in der Last-Verschiebungs-Kurve des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts auftreten. In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich „der erste Zustand” des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts auf einen Zustand, in dem der druckempfindliche, verformbare Abschnitt die Form (Position) vor der Durchschlagverformung hat. Der „zweite Zustand” des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts bezieht sich auf einen Zustand, in dem der druckempfindliche, verformbare Abschnitt die Form (Position) nach dem Durchmachen der Durchschlagverformung von dem ersten Zustand hat.
Als ein Beispiel der hier offenbarten abgedichteten Sekundärbatterie wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben, das sich auf eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bezieht. Die Abmessungsbeziehungen (der Länge, Breite, Dicke, usw.) in jeder Zeichnung geben keine tatsächlichen Abmessungsbeziehungen wieder. Bauteile oder Stellen, die die gleichen Wirkungen hervorbringen, können mit einem gemeinsamen Bezugszeichen bezeichnet sein, und deren doppelte Beschreibung wird teilweise ausgelassen oder vereinfacht. Gegenstände (bspw. Herstellungsprozesse des aktiven Positivelektrodenmaterials und des aktiven Negativelektrodenmaterials, die Zusammensetzung und der Herstellungsprozess von einem Elektrolyt, usw.), die zum Umsetzen dieser Erfindung erforderlich sind, können anders als die in dieser Beschreibung spezifisch bezeichneten als Entwurfsgegenstände auf Grundlage der herkömmlichen Technik in dem zugehörigen Gebiet für den Fachmann verstanden werden. Die vorliegende Erfindung kann auf Grundlage der in dieser Beschreibung offenbarten Inhalte und dem allgemeinen technischen Wissen in dem betreffenden Gebiet ausgeführt werden.
Obwohl nicht im Besonderen darauf beschränkt, wird nachstehend ein Beispiel angegeben, das hauptsächlich eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie in einem Ausführungsbeispiel beschreibt, bei dem eine gewickelte Art einer Elektrodeneinheit (oder im Weiteren „gewickelte Elektrodeneinheit”) und eine nichtwässrige Elektrolytlösung in einem quadratischen (d. h. kubischen, kastenförmigen) oder zylindrischen Gehäuse enthalten sind. Die Form der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist nicht auf quadratische und zylindrische Formen beschränkt und kann jede Form sein. Die Form der Elektrodeneinheit ist nicht auf eine gewickelte Elektrodeneinheit beschränkt. Bspw. kann sie eine geschichtete Elektrodeneinheit usw. sein. Solange ein stromblockierendes System, das wie hier offenbart konfiguriert ist, enthalten ist, ist die Art der Sekundärbatterie nicht auf eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (typischerweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die ein nichtwässriges Elektrolyt aufweist) beschränkt und sie kann eine Nickel-Wasserstoff-Batterie oder jede andere Sekundärbatterie sein.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine vereinfachte Perspektivansicht, die die äußere Form einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konfiguration deren stromblockierenden Systems darstellt. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht, die eine Vergrößerung des stromblockierenden Systems im Schnitt entlang der Linie III-III von 1 zeigt.
Gesamtaufbau der Batterie
Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist so konfiguriert, dass eine ebene, gewickelte Elektrodeneinheit 50, die in 2 gezeigt ist, in einem in 1 gezeigten Batteriegehäuse (d. h. Außenbehälter) 12 zusammen mit einem in den Zeichnungen nicht dargestellten flüssigen Elektrolyt (einer Elektrolytlösung) aufgenommen ist.
Das Batteriegehäuse 12 hat eine ebene, quadratische Form, die der Form der gewickelten Elektrodeneinheit 50 entspricht. Es wird aus einem kastenförmigen (d. h. mit Boden versehenen, kubischen) Hauptgehäuse 14, das an einem Ende (das dem oberen Ende der Batterie 10 bei normaler Verwendung entspricht) eine Öffnung hat, und einer Dichtungsplatte (Deckel) 16 gebildet. Die Dichtungsplatte 16 ist mit einem rechteckigen Plattenbauteil ausgebildet, das der Form der Öffnung des Hauptgehäuses 14 entspricht. Eine solche Dichtungsplatte 16 ist auf den Umfang der Öffnung des Hauptgehäuses 14 geschweißt, um ein hermetisches Batteriegehäuse 12 in einer hexaedrischen Form zu bilden, die ein Paar breiter Gehäuseflächen, die den breiten Flächen der ebenen, gewickelten Elektrodeneinheit 50 gegenüber liegen, sowie vier rechteckige Gehäuseflächen (von denen eine rechteckige Fläche (obere Fläche) durch die Dichtungsplatte 16 gebildet wird) aufweist.
Bzgl. des Materials des Gehäuses 12 kann das gleiche Material wie jenes, das für herkömmliche abgedichtete Batterien verwendet wird, ohne besondere Einschränkungen verwendet werden. Es ist vorzuziehen, dass das Gehäuse 12 in erster Linie aus einem Metallmaterial gebildet ist, das ein leichtes Gewicht hat und das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Beispiele solcher Metallmaterialien beinhalten Aluminium, rostfreien Stahl, nickelbeschichteter Stahl und dergleichen. Das Gehäuse 12 (Hauptgehäuse 14 und Dichtungsplatte 16) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht aus Aluminium oder aus einer auf Aluminium basierenden Legierung.
Ohne im Besonderen darauf beschränkt zu sein, können bspw. vorzugsweise Außenabmessungen des hexaedrischen Batteriegehäuses dieser Bauart einer quadratischen Batterie derart sein, dass das Hauptgehäuse 14 und die Dichtungsplatte 16 eine Länge von etwa 80 mm bis 200 mm (bspw. 100 mm bis 150 mm) einer langen Seite und eine Länge von etwa 8 mm bis 25 mm (bspw. 10 mm bis 20 mm) einer kurzen Seite (entspricht der Breite des Gehäuses 12) haben, während das Gehäuse 12 eine Höhe von etwa 70 mm bis 150 mm hat. Die Breite des Gehäuses 12 (Hauptgehäuse 14 und Dichtungsplatte 16) ist nicht im Besonderen beschränkt. Wenn sie eine abgedichtete Batterie zur Verwendung als eine Fahrzeugantriebsleistungsquelle bildet, dann beträgt die Dicke auf geeignete Weise etwa 0,3 mm bis 2 mm oder vorzugsweise etwa 0,5 mm bis 1 mm.
Wie in 1 gezeigt ist, sind an der Dichtungsplatte 16 ein positiver Anschluss 20 und ein negativer Anschluss 18 für ein externes Verbinden ausgebildet. Diese Elektrodenanschlüsse 18 und 20 sind an der Außenseite des Batteriegehäuses 12 freigelegt, wobei sie zum Anbringen einer Anschlusstafel oder eines externen Verbindungsanschlusses, der eine geeignete Form für die Verwendung der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat, bereitstehen. Die Dichtungsplatte 16 ist mit einem Sicherheitsventil 40 und einem Einspritzloch 42 zwischen den beiden Anschlüssen 18 und 20 versehen. Das Sicherheitsventil 40 ist so konfiguriert, dass dann, wenn der Innendruck des Gehäuses 12 auf oder über ein vorbestimmtes Niveau (ein vorbestimmter Ventilöffnungsdruck, bspw. etwa 0,3 MPa bis 1,0 MPa) ansteigt, das Ventil öffnet und den Innendruck freigibt. Das Sicherheitsventil 40 kann ein Abschnitt der Dichtungsplatte 16 sein, der bzgl. seiner Umgebung dünner ausgebildet ist. Das Einspritzloch 42 ist so aufgebaut, dass es das Einspritzen (Einfüllen) einer nichtwässrigen Elektrolytlösung in das Batteriegehäuse 12 während des Zusammenbaus der Batterie 10 erlaubt. 1 zeigt einen Zustand, in dem das Einspritzloch 42 nach dem Einspritzen mit einem Abdichtungsbauteil 43 abgedichtet und abgedeckt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die gewickelte Elektrodeneinheit 50 ähnlich wie die gewickelte Elektrodeneinheit einer allgemeinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie eine lange Bahn einer positiven Elektrode (Positivelektrodenbahn) 52, ein langes Blatt einer negativen Elektrode (Negativelektrodenbahn) ähnlich des Positivelektrodenblatts 52, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist, und eine Gesamtheit von zwei langen Bahnen eines Separators (Separatorblätter) 54 auf. Die gewickelte Elektrodeneinheit 50 wird typischerweise durch Aufeinanderlegen dieser Positivelektrodenbahn 52, Negativelektrodenbahn und Separatorbahnen 54 und durch deren Wickeln in der Längsrichtung gefolgt von einem seitlichen Zusammendrücken jedes resultierenden, gewickelten Körpers zu dessen Ausflachung hergestellt. Genauer gesagt werden die Positivelektrodenbahn 52 und die Negativelektrodenbahn mit einem geringfügigen Versatz in der Breitenrichtung positioniert, wodurch sie in einem solchen Zustand gewickelt werden, dass die Kanten in der Richtung der Breite der Positiv- und Negativelektrodenbahnen jeweils die eine und die andere Kante in der Richtung der Breite der Separatorbahn 54 überstrecken. Als ein Ergebnis sind an dem einen und dem anderen Ende der Wicklungsachse der gewickelten Elektrodeneinheit 50 Abschnitte ausgebildet, die den Kanten in der Richtung der Dicke der Positivelektrodenbahn 52 entsprechen, und die Negativelektrodenbahn erstreckt sich von dem Wicklungskernabschnitt 55 nach außen (d. h. von einem Abschnitt, an dem die Positivelektrodenbahn, die Negativelektrodenbahn und die Separatorbahnen eng gewickelt sind).
2 zeigt den Erstreckungsabschnitt (Positivelektrodensaum) 52A der Positivelektrodenbahn 52. Ein solcher Positivelektrodensaum 52A ist über einen Positivstromsammlerstreifen 60 und einen Positivstromsammler 70, die im Inneren des Gehäuses 12 untergebracht sind, für eine externe Verbindung mit dem Positivanschluss 20 elektrisch verbunden. An der Negativelektrodenseite, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, ist in der gleichen Art und Weise der Negativelektrodensaum über einen Negativstromsammlerstreifen und einen Negativstromsammler, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, während sie im Inneren des Gehäuses 12 platziert sind, für eine externe Verbindung mit dem Negativanschluss 18 elektrisch verbunden.
In der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das stromblockierende System 80 durch einen Abschnitt des Positivanschlusses 20 und einen Abschnitt des Positivstromsammlers 70 gebildet. Ein solches stromblockierendes System 80 wird später beschrieben.
Die Materialien und Bauteile, die die gebundene Elektrodeneinheit 50 selbst bilden, können ohne besondere Einschränkungen die gleichen wie die gewickelte Elektrodeneinheit sein, die in einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie enthalten ist. Bspw. kann die Positivelektrodenbahn 52 einen Aufbau haben, der eine lange Positivstromsammlerbahn (bspw. einer Aluminiumfolie) und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht hat, die an der Positivstromsammlerbahn ausgebildet ist. Als das Positivelektrodenaktivmaterial, das zum Ausbilden der Positivelektrodenaktivmaterialschicht verwendet wird, können eine, zwei oder mehr Arten von Substanzen, die in herkömmlichen Lithium-Ionen-Sekundärbatterien verwendet werden, ohne besondere Beschränkungen verwendet werden. Vorzuziehende Beispiele beinhalten Oxide (Lithiumübergangsmetalloxide) die als bestandteilbildende Metalle Lithium und ein Übergangsmetall aufweisen, etwa Lithiumnickeloxid (d. h. LiNiO₂), Lithiumcobaltoxid (d. h. LiCoO₂), Lithiummanganoxide (d. h. LiMn₂O₄), usw.; Phosphate, die Lithium und ein Übergangsmetall als bestandteilbildende Metalle aufweisen, etwa Lithiummanganphosphat (LiMnPO₄), Lithiumeisenphosphat (LiFePO₄), usw.; und dergleichen.
Die Negativelektrodenbahn kann einen Aufbau haben, der eine lange Negativstromsammlerbahn (bspw. eine Kupferfolie) und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht aufweist, die an der Negativstromsammlerbahn ausgebildet ist. Als das zum Ausbilden der Negativelektrodenaktivmaterialschicht verwendete Negativelektrodenaktivmaterial können eine, zwei oder mehrere Arten von Substanzen ohne besondere Einschränkung verwendet werden, die in herkömmlichen Lithium-Ionen-Sekundärbatterien verwendet werden. Vorzuziehende Beispiele beinhalten kohlenstoffbasierte Materialien, etwa Graphitkohlenstoff, amorphen Kohlenstoff, usw., Lithiumübergangsmetalloxide und Lithiumübergangsmetallnitride, usw. Vorzuziehende Beispiele der Separatorbahn beinhalten ein Material, das von einem porösen polyolefinbasierten Harz gebildet wird.
Als der flüssige Elektrolyt (Elektrolytlösung) können ohne besondere Einschränkungen die gleichen Arten wie die nichtwässrigen Elektrolytlösungen verwendet werden, die herkömmlich in Lithium-Ionen-Sekundärbatterien verwendet werden. Eine solche nichtwässrige Elektrolytlösung hat typischerweise eine Zusammensetzung, die ein geeignetes, nichtwässriges Lösungsmittel und ein in dem nichtwässrigen Lösungsmittel gelöstes Trägersalz aufweist. Als das nichtwässrige Lösungsmittel können bspw. eine, zwei oder mehrere Arten verwendet werden, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat, 1,2-Dimethoxyethan, 1,2-Diethoxyethan, Tetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan und dergleichen besteht. Als das Trägersalz kann bspw. Lithiumsalz, etwa LiPF₆, LiBF₄, LiAsF₆, LiCF₃SO₃, LiC₄F₉SO₃, LiN(CF₃SO₂)₂, LiC(CF₃SO₂)₃, und dergleichen verwendet werden. Ein Beispiel ist eine nichtwässrige Elektrolytlösung, die etwa 1 mol/L von LiPF₆ in einem gemischten Lösungsmittel aus EC und DEC (bspw. ein gemischtes Lösungsmittel bei einem EC:DEC-Volumenverhältnis von 1:1) enthält. Anstelle der Elektrolytlösung kann ein Elektrolyt in einer Festkörperform oder einer Gelform verwendet werden.
Die nichtwässrige Elektrolytlösung kann auch ein Gaserzeugungsmittel aufweisen. Das Gaserzeugungsmittel bezieht sich dabei auf eine Komponente, die in einer nichtwässrigen Elektrolytlösung auflösbar oder dispergierbar ist, sodass dann, wenn die Batterie einen überladenen Zustand erreicht, diese Komponente eine Reaktion durchmacht, sodass vor der Zersetzung des in der nichtwässrigen Elektrolytlösung enthaltenen nichtwässrigen Lösungsmittels Gas erzeugt wird. Vorzuziehende Beispiele der Gaserzeugungsmittel beinhalten verzweigte Ketten von Alkylbenzenen, Cycloalkylbenzenen, Biphenylen, Terphenylen, Diphenylethern und Dibenzofuranen. Insbesondere sind Cycloalkylbenzene, etwa Cyclohexylbenzen (CHB) usw. und Biphenyle, etwa Biphenyl (BP) usw. vorzuziehen, während die kombinierte Verwendung von CHB und BP besonders vorzuziehen ist. Die Menge des verwendeten (hinzugefügten) Gaserzeugungsmittels beträgt vorzugsweise etwa 0,1 Masse-% bis 10 Masse-% (bspw. 0,5 Masse-% bis 7 Masse-%, typischerweise 1 Masse-% bis 5 Masse-%) in der nichtwässrigen Elektrolytlösung.
(Stromblockierendes System)
Wie in 2 und 3 gut dargestellt ist, ist im Inneren des Batteriegehäuses 12 ein stromblockierendes System 80 vorgesehen, das durch eine Zunahme des Innendrucks des Gehäuses aktiviert wird. Die hier offenbarte Technik kann vorzugsweise in einem Ausführungsbeispiel angewendet werden, bei dem das stromblockierende System 80 an dem Leitungsweg vorgesehen ist, der eine Elektrode und den entsprechenden Elektrodenanschluss elektrisch verbindet (der Leitungsweg kann so konfiguriert sein, dass er die Elektrode und den Elektrodenanschluss aufweist). Der Leitungsweg ist typischerweise so beschaffen, dass er zumindest ein erstes leitfähiges Bauteil und ein zweites leitfähiges Bauteil aufweist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Leitungsweg, der die Positivelektrodenbahn 52 und den Positivanschluss 20 elektrisch verbindet, mit einem stromblockierenden System 80 ausgestattet, das ein druckempfindliches Bauteil 30 als das erste leitfähige Bauteil und einen Positivstromsammler 70 als das zweite leitfähige Bauteil aufweist.
Das stromblockierende System 80 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der aus Aluminium oder einer aluminiumbasierten Legierung gefertigte Positivstromsammlerstreifen 60 mit dem Positivelektrodensaum 52A verbunden. Der Positivstromsammler 70 als das zweite leitfähige Bauteil in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist sich (in der Richtung zu der Dichtungsplatte) aufwärts erstreckend aus einem solchen Stromsammlerstreifen 60 ausgebildet. Der Positivstromsammler 70 ist aus Aluminium oder einer aluminiumbasierten Legierung gefertigt, weist eine Stromsammlerplatte 72, d. h. einen Hauptstromsammlerkörper in einer rechteckigen Plattenform (typischerweise in einer rechtwinkligen, tetragonalen Plattenform), der benachbart zu der Innenfläche der Dichtungsplatte 16 platziert ist, und ist im Wesentlichen parallel zu der Innenfläche positioniert, und einen Verbindungsarm 71 auf, der die Stromsammlerplatte 72 und den Positivstromsammlerstreifen 60 verbindet.
Die Stromsammlerplatte 72 weist einen dünnen Abschnitt 74 und einen relativ dicken Umgebungsabschnitt 78 auf. Wie dies später beschrieben ist, ist an dem dünnen Abschnitt 74 ein druckempfindliches Bauteil 30 als das erste leitfähige Bauteil in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angeschweißt. Die zweidimensionale Form des dünnen Abschnitts 74 kann kreisförmig, rechteckig, usw. sein, für gewöhnlich kann vorzugsweise ein kreisförmiger dünner Abschnitt 74 verwendet werden. Wie in 2 gezeigt ist, sind an der Mitte des dünnen Abschnitts 74 und an mehreren Bereichen (zwei Bereichen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) in dem dicken Abschnitt 78 Gasentlüftungen 74A und 78A so ausgebildet, dass sie durch die Stromsammlerplatte 72 hindurchführen. Der dünne Abschnitt 74 hat eine Nut (Kerbe) 79, die an der Seite der Gehäuseinnenfläche ausgebildet ist, sodass sie den Umfang der Gasentlüftung 74A ringartig umgibt.
Wie in 3 gezeigt ist, weist der Positivanschluss 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an der Seite der Außenfläche der Dichtungsplatte 16 einen zylindrischen Verbindungsanschluss 22, der an einem Positivelektrodensockel 16A in der Dichtungsplatte 16 angebracht ist, und einen Dichtring 24 auf, der zwischen dem Verbindungsanschluss 22 und der Dichtungsplatte 16 (um den Sockel 16A) platziert ist. Ein aus Gummi gefertigter Anschlussanschlag 23 ist in ein Durchgangsloch 228 in den Verbindungsanschluss 22 eingesetzt.
Der Positivanschluss 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist an der Seite der Innenfläche der Dichtungsplatte 16 ein in einer rechteckigen Kappenform aus Kunstharz gefertigtes isolierendes Bauteil 26 und einen Druckempfindliches-Bauteil-Halter 28 auf, der in einer kreisartigen Kappenform aus einem Metall (bspw. Aluminium) gefertigt ist. In dem isolierenden Bauteil 26 und dem Druckempfindliches-Bauteil-Halter 28 sind jeweils Einsetzlöcher ausgebildet, durch die der Verbindungsanschluss 22 eingesetzt wird. Wie in 3 gezeigt ist, wird der Verbindungsanschluss 22 in die Löcher eingesetzt, die jeweils im Dichtungsring 24, der Dichtungsplatte 16, dem isolierenden Bauteil 26 und dem im Druckempfindliches-Bauteil-Halter 28 ausgebildet sind, und dessen Endabschnitt 22C wird gebördelt, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist. Durch diese Maßnahme werden diese Bauteile 22, 24, 16, 26 und 28 in eine Baugruppe zusammen gebaut.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist das druckempfindliche Bauteil 30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels aus einem leitfähigen Material (vorzugsweise einem gut leitfähigen Metallmaterial, bspw. Aluminium) ausgebildet und weist einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt 32 und einen von dessen Umfang nach außen vorragenden Flansch 34 auf. In dem in 3 gezeigten Zustand (vor der Aktivierung des stromblockierenden Systems 80, d. h. dem ersten Zustand) ist der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 als ein Hohlraum ausgebildet, der sich von dem Flansch 34 in Richtung der Innenseite des Batteriegehäuses 12 einwärts krümmt. Wie dies gut in 4 dargestellt ist, weist der Hohlraum genauer gesagt einen abgeschrägten Abschnitt 32B auf, der von dem Umfang des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 in Richtung dessen Mitte enger wird, und weist einen ebenen Abschnitt 32C auf, der an der Mitte des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 positioniert ist, die sich an der Innendurchmesserseite des abgeschrägten Abschnitts 32B befindet. Wenn der Innendruck des Batteriegehäuses 12 auf oder über einen vorbestimmten Druckwert ansteigt, dann kann sich der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 in Richtung zu der Außenseite des Batteriegehäuses 12 verformen, um auf den zweiten Zustand umzuschalten. Das stromblockierende System gemäß der hier offenbarten Technik ist dadurch gekennzeichnet, dass es so konfiguriert ist, dass die Durchschlagverformung während des Übergangs des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt 32 von dem ersten Zustand auf den zweiten Zustand stattfindet, wodurch der Durchschlagübergang die Leitfähigkeit zwischen der Positivelektrodenbahn 52 und dem Positivanschluss 20 unterbricht (d. h. der Leitungsweg, der diese Bauteile elektrisch verbindet, wird unterbrochen).
Der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 des druckempfindlichen Bauteils 30 ist an den dünnen Abschnitt 74 der Stromsammlerplatte 72 gefügt. Wie in 3 gezeigt ist, ist der ebene Abschnitt 32C des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 genauer gesagt an die Innenseite (Innendurchmesserseite) bzgl. der Position der Ringnut (Kerbe) 79 in dem dünnen Abschnitt 74 gefügt. Das Verfahren zum Fügen des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 und der Stromsammlerplatte 72 ist nicht im Besonderen eingeschränkt. Bspw. können Mittel wie Schweißen (Ultraschallschweißen, Laserschweißen, usw.), Bonden mit einem leitfähigen Klebstoff und ähnliche Mittel verwendet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das aus Aluminium gefertigte druckempfindliche Bauteil 30 mittels Ultraschallschweißens an der aus Aluminium gefertigten Stromsammlerplatte 72 befestigt. Mit anderen Worten ist die Ringnut 79 in dem dünnen Abschnitt 74 der Stromsammlerplatte 72 um die Stelle herum vorhanden, an die der ebene Abschnitt 32C des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 gefügt ist. Die Nut 79 kann die Stelle vorschreiben, an der der dünne Abschnitt 74 nach der Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 abbricht.
Andererseits ist der Flansch 34 des druckempfindlichen Bauteils 60 mittels Schweißens (Ultraschallschweißen, Laserschweißen usw.) an einem Endabschnitt 28A des Druckempfindliches-Bauteil-Halters 28 befestigt. Mit anderen Worten sind von dem druckempfindlichen Bauteil 30 der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 (ebener Abschnitt 32C) und der Flansch 34 an den Positivstromsammler 70 (Stromsammlerplatte 72) bzw. den Druckempfindliches-Bauteil-Halter 28 gefügt. Durch diese Maßnahme wird in dem in 3 gezeigten Zustand ein Leitungsweg von der Positivelektrodenbahn 52 durch den Positivelektrodensaum 52A, den Stromsammlerstreifen 60, den Stromsammler (erstes leitfähiges Bauteil) 70, dem druckempfindlichen Bauteil 30 und dem Druckempfindliches-Bauteil-Halter 28 zu dem Verbindungsanschluss 22 ausgebildet. Über einen solchen Leitungsweg werden das Laden und Entladen der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 herbeigeführt. In dem Druckempfindliches-Bauteil-Halter 28 ist an der Innenseite des Endabschnitts 28A eine Vertiefung 28B ausgebildet, um eine Verformung des druckempfindlichen Bauteils 30 auf den zweiten Zustand zu ermöglichen. Der Innenraum der Vertiefung 28B ist von dem Raum im Inneren des Batteriegehäuses 12 hermetisch abgeteilt.
Nun wird das Aktivieren eines stromblockierenden Systems 80, das einen solchen Aufbau hat, beschrieben. Wenn bspw. die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 durch ungeeigneten Betrieb in einen Überladungszustand gerät und im Inneren des Batteriegehäuses 12 etwas Gas erzeugt wird, sodass der Innendruck des Gehäuses ansteigt, übt das Ansteigen des Innendrucks des Gehäuses eine Spannung an der Fläche des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32, der in 3 gezeigt ist, (in dem ersten Zustand) aus, wobei die Fläche der Innenseite des Batteriegehäuses 12 entspricht. Wenn die Spannung den Punkt B in dem in 4 gezeigten schematischen Schaubild erreicht, dann macht der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 eine Durchschlagverformung durch, sodass seine Form in den in 5 gezeigten zweiten Zustand übergeht. Während der Durchschlagverformung wird der ebene Abschnitt 32C stark und plötzlich in Richtung der Außenseite des Gehäuses 12 verschoben (siehe 15), sodass sofort die an der Nut 79 ausgeübte Spannung zunimmt, wodurch der dünne Abschnitt 74 an der Nut 79 schnell abbricht. Als ein Ergebnis wird der Abschnitt im Inneren der Nut 79 in dem dünnen Abschnitt 74 zusammen mit dem daran gefügten ebenen Abschnitt 32C des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 in Richtung zu der Außenseite des Gehäuses 12 verschoben und von dem Abschnitt außerhalb der Nut 79 getrennt. Dies trennt den Leitungsvorgang zwischen dem druckempfindlichen Bauteil 30 und dem Stromsammler 70 und unterbricht den Leitungsweg von dem Verbindungsanschluss 22 durch die Positivelektrodenbahn 52, um den Überladungsstrom zu blockieren.
Wenn im Gegensatz dazu in normalen Lade- und Entlademodi der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 eine kleine Menge von Gas erzeugt wird, selbst wenn die Größe des Druckanstiegs im Inneren des Gehäuses, der durch das erzeugte Gas hervorgerufen wird, in einem normalen Bereich liegt, wird der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 durch den Innendruckanstieg einer schwachen Spannung unterworfen und versucht, eine Biegung und Verformung in Richtung der Außenseite des Batteriegehäuses 12 durchzumachen. Bis die Spannung den Punkt B in dem in 14 gezeigten schematischen Schaubild erreicht, ist die Verschiebung (bspw. die Verschiebung des ebenen Abschnitts 32C in Richtung der Außenseite des Gehäuses) klein, wie in 15 gezeigt ist, und der dünne Abschnitt 74 bricht daher nicht ab, wodurch der Leitungsvorgang zwischen dem Positivelektrodenblatt 52 und dem Verbindungsanschluss 22 beibehalten wird. Wie zuvor beschrieben ist, ist das stromblockierende System 80 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so konfiguriert ist, dass durch die Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32, der dünne Abschnitt 74 abbricht, sodass der Strom blockiert wird. Dementsprechend kann das stromblockierende System 80 sicherer verhindern, dass die Batterie während des normalen Gebrauchs fehlerhaft funktioniert. Da der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32, der die Durchschlagverformung auf den zweiten Zustand durchgemacht hat, einmal in der Form (Position) des zweiten Zustands stabil wird, ist es möglich, einen Zustand stabil beizubehalten, in dem die Seite des druckempfindlichen Bauteils 30 und die Seite des Stromsammlers 70 des Leitungswegs mit einem gewünschten Abstand getrennt sind. Wenn zudem eine Schwingung oder ein Aufschlag usw. nach der Aktivierung des stromblockierenden Systems 80 aufgebracht wurde, ermöglicht es dies zuverlässiger, ein ungewolltes Wiederauftreten des Leitungsvorgangs zwischen dem druckempfindlichen Bauteil 30 und dem Stromsammler 70 zu vermeiden.
In der hier offenbarten Technik aktiviert ein Druckanstieg im Inneren des Gehäuses das stromblockierende System 80. Genauer gesagt wird der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32, der in dem stromblockierenden System 80 enthalten ist, dem Innendruck des Gehäuses ausgesetzt, sodass er eine Durchschlagverformung von dem ersten Zustand (3) auf den zweiten Zustand (5) durchmacht, wodurch der Leitungsweg, der die Positivelektrodenbahn 52 und den Verbindungsanschluss 22 elektrisch verbindet, unterbrochen wird, sodass der Strom blockiert wird. Dabei hängt der Innendruck des Gehäuses (der Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems), der die Aktivierung des stromblockierenden Systems 80 hervorbringt, hauptsächlich von der Tendenz des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32, die Durchschlagverformung durchzumachen, ab (d. h. der Innendruck des Gehäuses, der ausreicht, die dem Punkt B in 14 entsprechende Spannung an dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt auszuüben). Die Tendenz des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32, die Durchschlagverformung durchzumachen, kann einfach auf einen gewünschten Aktivierungsdruck eingestellt werden, bspw. durch Modifizieren der Form des druckempfindlichen Bauteils 30 (z. B. der Plattendicke b, die in 4 gezeigt ist) (siehe 12). Andererseits beeinflusst in dem stromblockierenden System 80 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Tendenz der Unterbrechung des Leitungswegs (Spannung, die dazu erforderlich ist, den Leitungsweg abbrechen zu lassen) den Aktivierungsdruck mit einem relativ geringen Ausmaß. Mit anderen Worten führt die Hauptfunktion der ringförmigen Nut (Kerbe) 79, die an dem dünnen Abschnitt 74 vorgesehen ist, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu, beabsichtigt einen Schwachpunkt an einem Bereich des dünnen Abschnitts 74 vorzusehen, um die Stelle vorzugeben, an der der dünne Abschnitt 74 nach der Aktivierung des stromblockierenden Systems 80 abbricht, aber nicht um den Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems 80 vorzugeben. Die Tendenz des dünnen Abschnitts 74, abzubrechen, kann bei einem solchen Niveau liegen, dass der an den dünnen Abschnitt 74 gefügte, druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 nicht daran gehindert wird, eine Durchschlagverformung durchzumachen, wenn er etwas Innendruck des Gehäuses ausgesetzt ist. Anders als ein stromblockierendes System, dessen Aktivierungsdruck hauptsächlich von der Abbrechtendenz des dünnen Abschnitts 74 abhängig ist, können somit Abweichungen des Aktivierungsdrucks des stromblockierenden Systems 80 ohne striktes Management der Form der Nut 79 (bspw. Nuttiefe) während der Herstellung effektiv unterdrückt werden (siehe 11). Dies ist im Hinblick auf die Produktivität der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 usw. von Vorteil.
Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel, bei dem die Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 verwendet wird, um einen dünnen Abschnitt 74 abzubrechen, wie dies zuvor beschrieben ist, kann der Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems 80 durch die Tendenz des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32, die Durchschlagverformung durchzumachen, gesteuert werden (d. h. der Einfluss der Form der Nut 79 auf den Aktivierungsdruck ist klein). Somit werden bei normalen Lade- und Entlademodi der Batterie selbst dann, wenn der Zustand andauert, in dem der Innendruck des Gehäuses innerhalb eines normalen Bereichs etwas erhöht ist, Ermüdung und Kriechvorgänge und dergleichen der Stromsammlerplatte 72, die durch einen solchen Innendruck des Gehäuses möglicherweise eingebracht werden, den Aktivierungsdruck lediglich zu einem kleinen Ausmaß beeinflussen. Dementsprechend können eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie und eine andere abgedichtete Sekundärbatterie erhalten werden, sodass das stromblockierende System selbst bei Langzeitgebrauch eine kleine Änderung im Aktivierungsdruck hervorbringt.
Die spezifische Konfiguration des stromblockierenden Systems und Einzelheiten dessen Installationsstelle usw. sind nicht besonders beschränkt. Bspw. können einige Komponenten des stromblockierenden Systems modifiziert werden, oder das System kann von der Dichtungsplatte beabstandet installiert werden. Das stromblockierende System kann entweder an der Seite der positiven Elektrode oder der Seite der negativen Elektrode oder an beiden Seiten vorgesehen sein. Bzgl. der Stromsammler ist der Positivstromsammler im Allgemeinen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet, während der Negativstromsammler aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet ist. Vergleicht man diese miteinander, ist es für gewöhnlich vorzuziehen, ein Ausführungsbeispiel zu verwenden, bei dem das stromblockierende System an der Seite der positiven Elektrode vorgesehen ist, da Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in Hinblick auf die Arbeitsfähigkeit des Stromsammlers von Vorteil ist. Wenn das stromblockierende System an der Seite der negativen Elektrode vorgesehen ist, sind die Konfiguration und das Verfahren im Wesentlichen gleich wie bei der positiven Elektrode, und daher ist hier eine weitere Beschreibung ausgelassen.
Erstes Modifizierungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 16 wird ein Modifizierungsbeispiel der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben (eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die so konfiguriert ist, dass eine Ringnut 79 an einem dünnen Abschnitt 74 vorgesehen ist, wobei ein druckempfindlicher, verformbarer Abschnitt 32 sicher an den dünnen Abschnitt des Stromsammlers an der Innenseite der Nut 79 gefügt ist, und durch Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts wird der dünne Abschnitt 74 dazu gebracht, an der Nut 79 abzubrechen, während die Fügestelle hält). In dem in 16 gezeigten Beispiel sind der dünne Abschnitt 74 und die Nut 79 in der Stromsammlerplatte 72 in dem in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ausgelassen, und eine Stromsammlerplatte 42 mit einer gleichmäßigen Dicke ist wie in 16 gezeigt dargestellt. Durch Fügen (bspw. Schweißen) eines druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 an den zentralen Abschnitt der Stromleiterplatte 72 werden ein druckempfindliches Bauteil (erstes leitfähiges Bauteil) 30 und ein Stromsammler (zweites leitfähiges Bauteil) 70 direkt verbunden. Es ist zudem so konfiguriert, dass dann, wenn der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 eine Durchschlagverformung durchmacht, die durch einen Druckanstieg im Inneren des Gehäuses hervorgerufen wird, die Fügestelle gelöst wird (bspw. durch Trennen der Schweißnaht), wodurch das druckempfindliche Bauteil 30 und der Stromsammler 70 getrennt werden, wodurch der Leitungsweg zwischen den beiden Bauteilen getrennt wird.
In diesem Modifizierungsbeispiel ist der Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems 80 ebenso hauptsächlich von der Neigung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32, eine Durchschlagverformung durchzumachen, abhängig, während die Bondingfestigkeit zwischen dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt 32 und der Stromsammlerplatte 72 einen kleinen Beitrag leistet. Somit sollte die Bondingfestigkeit zwischen dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt 32 und der Stromsammlerplatte 72 nur bei einem Niveau liegen, das die Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 nicht stört. Dementsprechend können ohne strenges Überwachen der Bondingfestigkeit während dem Herstellen Abweichungen des Aktivierungsdrucks des stromblockierenden Systems 80 wirkungsvoll unterdrückt werden. Da kein dünner Abschnitt oder Nut in der Stromsammlerplatte 72 erforderlich ist, kann ein weiterer Leitungsweg in der Stromsammlerplatte 72 erhalten werden. In einer Batterie, von der eine hohe Lade- und Entladeleistung gefordert wird, etwa eine abgedichtete Sekundärbatterie (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie), die als eine Fahrzeugantriebsleistungsquelle verwendet wird, ist es besonders bedeutungsvoll, einen wie zuvor beschriebenen breiten Leitungsweg zu erhalten.
In 16 geben die durchgezogenen Linien die Form des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 vor dem Aktivieren des stromblockierenden Systems 80 an (die Form in dem ersten Zustand), während die gestrichelten Linien die Form des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 nach dem Aktivieren des stromblockierenden Systems 80 darstellen (d. h. nach der Durchschlagverformung) (die Form in dem zweiten Zustand). Der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 und die Stromsammlerplatte 72 können bspw. durch Schweißen des ebenen Abschnitts 32C des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 an die Umgebung der an der Mitte der Stromsammlerplatte 72 vorgesehenen Gasentlüftung 77A aneinandergefügt werden.
(Zweites Modifizierungsbeispiel)
Als ein weiteres Modifizierungsbeispiel der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann anstelle des Aneinanderfügens des druckempfindlichen Bauteils 30 und des Stromsammlers 70 die in 17 gezeigte Konfiguration verwendet werden, sodass der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 des druckempfindlichen Bauteils (erstes leitfähiges Bauteil) 30 mit dem Stromsammler (zweites leitfähiges Bauteil) 70 direkt in Kontakt ist (vorzugsweise wird das druckempfindliche Bauteil 30 elastisch gegen den Stromsammler 70 gedrückt), um einen Leitungsvorgang nach der direkten Verbindung zwischen dem druckempfindlichen Bauteil 30 und dem Stromsammler 70 zu erhalten, während sich der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 in dem ersten Zustand befindet. In dem in 17 gezeigten Beispiel wird mit dem elastisch gegen die obere Fläche des mittleren Abschnitts der Stromsammlerplatte in dem ersten Modifizierungsbeispiel gedrückten ebenen Abschnitt 32C des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 den Leitungsvorgang zwischen den zwei Bauteilen beibehalten. In dem in 17 gezeigten Beispiel wird eine Stromsammlerplatte verwendet, die die Form des ersten Modifizierungsbeispiels hat, wobei die Gasentlüftung 77A von der Stromsammlerplatte 72 ausgelassen wird (eine Form, die in dem Bereich, gegen den der ebene Abschnitt 32C der Stromsammlerplatte 72 gedrückt wird, kein Durchgangsloch hat). Der Druck im Inneren des Gehäuses wirkt über die Gasentlüftung 78A auf die Innenfläche (die Bodenfläche in 17) des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32. Wenn der Druck im Inneren des Gehäuses ansteigt, dann macht der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 eine Durchschlagverformung von dem ersten Zustand auf den zweiten Zustand durch (in die durch gestrichelte Linien in der Zeichnung gezeigte Form), wodurch sich der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 von der Stromsammlerplatte 72 entfernt, um den Kontakt zwischen den Beiden zu unterbrechen, um den Leitungsweg zwischen dem druckempfindlichen Bauteil 30 und dem Stromsammler 70 zu trennen.
Die hier offenbarte Technik kann zudem in einem Ausführungsbeispiel praktiziert werden, das ein nichtleitfähiges, druckempfindliches Bauteil verwendet. Ein solches Ausführungsbeispiel kann bspw. mit der Verwendung eines stromblockierenden Systems erzielt werden, das ein erstes leitfähiges Bauteil und ein zweites leitfähiges Bauteil aufweist, die getrennt positioniert sind, während sie sich in freien Zuständen befinden (ohne daran anliegender externer Kraft), und das ferner ein druckempfindliches Bauteil aufweist, das aus einem nichtleitfähigen Material gefertigt ist (ein druckempfindliches Bauteil, das aus Harz oder Gummi usw. gefertigt ist). Das stromblockierende System kann so konfiguriert sein, dass es in dem Leitungsweg installiert ist, der die Positivelektrodenbahn und den Verbindungsanschluss elektrisch verbindet; wenn sich der druckempfindliche, verformbare Abschnitt des druckempfindlichen Bauteils in dem ersten Zustand befindet, dann bewegt (drückt) der druckempfindliche, verformbare Abschnitt das erste leitfähige Bauteil in Richtung der Seite des zweiten leitfähigen Bauteils, um einen direkten Kontakt und den Leitungsvorgang zwischen den zwei Bauteilen zu erreichen; und wenn ein Druckanstieg im Inneren des Gehäuses den druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt dazu bringt, eine Durchschlagverformung von dem zweiten leitfähigen Bauteil weg durchzumachen, dann wird der direkte Kontakt zischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem zweiten leitfähigen Bauteil unterbrochen, sodass der Leitungsweg unterbrochen wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Mit Bezug auf ein Beispiel, in dem das hier offenbarte stromblockierende System auf eine zylindrische Lithium-Ionen-Sekundärbatterie angewendet wird, wird unter Bezugnahme auf 6 bis 10 der Aufbau des Hauptteils beschrieben. 6 zeigt eine perspektivische Teilansicht, die eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel darstellt. Um die Visualisierung zu erleichtern, sind Bauteile (Verbindungsanschluss usw.), die außerhalb positioniert sind, und Bauteile (die Elektroden usw.), die innerhalb des stromblockierenden Systems 180 positioniert sind, in der Batterie 110 von den Zeichnungen ausgelassen.
Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist ein zylindrisches Batteriegehäuse 112 auf, wie es in 6 gezeigt ist, sowie eine gewickelte, zylindrische Elektrodeneinheit und eine nichtwässrige Elektrolytlösung (keines davon ist in den Zeichnungen gezeigt), die darin aufgenommen sind. Das Batteriegehäuse 112 weist ein zylindrisches Hauptgehäuse 114 mit einer Öffnung an einem Ende und einem (nichtgezeigten) Deckel auf, der an der Öffnung befestigt ist, um die Öffnung abzudichten. Der Deckel ist aus einem leitfähigen Material (bspw. Aluminium) aufgebaut, das zudem als der positive Anschluss der Sekundärbatterie 110 dient. Die gewickelte Elektrodeneinheit wird in der gleichen Weise wie die in 2 gezeigte Elektrodeneinheit 50 hergestellt, mit der Ausnahme, dass sie eine zylindrische Form hat, sodass sie eine Positivelektrodenbahn, eine Negativelektrodenbahn und zwei Separatorbahnen aufweist, und sie wird hergestellt, indem diese Bahnen geschichtet werden und die Schichten in der Längsrichtung gewickelt werden. Das stromblockierende System 180 ist in dem Leitungsweg installiert, der die Positivelektrodenbahn und den Deckel (positiver Anschluss) elektrisch verbindet.
Wie gut in 7 dargestellt ist, weist das stromblockierende System 180 ein druckempfindliches Bauteil 130 als das erste leitfähige Bauteil, eine leitfähige Platte 172 als das zweite leitfähige Bauteil und einen zwischen diesen beiden platzierten, isolierenden Abstandshalter 136 auf. Das druckempfindliche Bauteil 130 und die leitfähige Platte 172 sind in der Draufsicht kreisförmig, wobei sie jeweils einen Außendurchmesser haben, der nahezu gleich dem Innendurchmesser des Batteriegehäuses 112 ist. Der Abstandshalter 136 ist in der Form eines ebenen Rings ausgebildet und zwischen der Außengrenze (Flansch 134) des druckempfindlichen Bauteils 130 und der Außengrenze der leitfähigen Platte 172 platziert, sodass er den Leitungsvorgang zwischen den Außengrenzen der beiden Elemente stört. Der Außendurchmesser des Abstandshalters 136 gleicht nahezu den Außendurchmessern des druckempfindlichen Bauteils 130 und der leitfähigen Platte 172.
Wie in 6 gezeigt ist, sind die leitfähige Platte 172, der Abstandshalter 136 und das druckempfindliche Bauteil 130, die das stromblockierende System 180 bilden, in dieser Reihenfolge von der Innenseite der Batterie nach oben geschichtet, wobei deren Außengrenzen mit dem Batteriegehäuse 112 verbördelt sind. Zwischen den Außengrenzen und dem Batteriegehäuse 112 (das bspw. aus Aluminium gefertigt ist) ist ein isolierendes Bauteil 126 vorhanden, wodurch die leitfähige Platte 172 und das druckempfindliche Bauteil 130 an den Außengrenzen von dem Batteriegehäuse 112 isoliert sind.
Die leitfähige Platte 172 ist ein plattenartiges Bauteil, das aus einem leitfähigen Material (vorzugsweise ein höchst leitfähiges Metallmaterial, bspw. Aluminium) ausgebildet ist, wobei sie einen kreisartigen, dünnen Abschnitt 174, der an der Mitte des Durchmessers vorgesehen ist, sowie einen umgebenden, dicken Abschnitt 178 aufweist, der relativ dicker als der dünne Abschnitt 174 ist. Im Querschnitt der leitfähigen Platte 172 hat der dicke Abschnitt 178 eine Stufe zwischen der Außengrenze 172A der leitfähigen Platte 172 und dem zentralen Abschnitt 172B, der sich in dem inneren Bereich des Durchmessers befindet. Wie in 7 gut dargestellt ist, sind an der Mitte des dünnen Abschnitts 174 und an mehreren Stellen in dem dicken Abschnitt 178 (an sechs Stellen in diesem Ausführungsbeispiel) Gasentlüftungen 174A und 178A ausgebildet, sodass sie die leitfähige Platte 172 durchdringen. Wie in 8 gut dargestellt ist, hat die Fläche des dünnen Abschnitts 174 an der dem Gehäuseinneren zugewandten Fläche eine Nut (Kerbe) 179, die so ausgebildet ist, dass sie die Gasentlüftung 174A ringförmig umgibt.
Das druckempfindliche Bauteil 130 ist aus einem leitfähigen Material (vorzugsweise einem gut leitfähigen Metallmaterial, bspw. Aluminium) ausgebildet und weist ein druckempfindliches, verformbares Bauteil 132 und einen von dem Umfang nach außen vorragenden Flansch 134 auf. In dem in 6 gezeigten Zustand (vor der Aktivierung des stromblockierenden Systems 80, d. h. dem ersten Zustand) ist der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 132 als ein Hohlraum in einer Gewölbeform (gebogene Dachform) ausgebildet, die von dem Flansch 134 in Richtung der Innenseite des Batteriegehäuses 112 einwärts gekrümmt ist. Wie in 9 gut dargestellt ist, weist der Hohlraum genauer gesagt einen gekrümmten Abschnitt 132B, der in Fortführung von der Innenseite des Flansches 134 ausgebildet ist, und eine Vertiefung 132C auf, die an Innendurchmesserseite in dem gekrümmten Abschnitt 132B positioniert ist, d. h. an der Mitte des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der gekrümmte Abschnitt 132B in einer Form eines aus einer Kugelschale ausgeschnittenen Sektors (in R-Form) ausgebildet. Wenn der Innendruck des Batteriegehäuses 112 auf oder über einen vorbestimmten Druckwert ansteigt, dann kann sich der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 132 in Richtung der Außenseite des Batteriegehäuses 112 verformen, sodass er auf den zweiten Zustand umschaltet. Bei dem stromblockierenden System 180 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 132 so konfiguriert, dass der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 132 die Durchschlagverformung von dem ersten Zustand auf den zweiten Zustand durchmacht, um den Leitungsweg zu trennen, der die Positivelektrodenbahn und den positiven Anschluss verbindet.
Der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 132 des druckempfindlichen Bauteils 130 ist an den dünnen Abschnitt 174 der Stromsammlerplatte 172 gefügt. Genauer gesagt ist, wie in 6 gezeigt ist, an der Innenseite (Innendurchmesserseite) bzgl. der Position der Ringnut (Kerbe) 179 in dem dünnen Abschnitt 174 die Vertiefung 132C des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132 gefügt (vorzugsweise geschweißt). Wie bspw. in 6 gezeigt ist, kann die Außenfläche der Vertiefung 132C in den Innenumfang der Gasentlüftung 174A eingesetzt sein, und die Naht kann geschweißt sein.
Nachstehend wird das Aktivieren des stromblockierenden Systems 80, das einen solchen Aufbau hat, beschrieben. Insbesondere bspw. dann, wenn die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 110 durch ungeeigneten Betrieb in einen überladenen Zustand gerät und im Inneren des Batteriegehäuses 112 etwas Gas erzeugt wird, sodass der Innendruck des Gehäuses zunimmt, dann übt die Zunahme des Innendrucks des Gehäuses Spannungen an der Oberfläche des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132 (in dem ersten Zustand) aus, wie in 6 gezeigt ist, wobei die Oberfläche der Innenseite des Batteriegehäuses 112 entspricht. Wenn die Spannung den Punkt B in dem in 14 gezeigten, schematischen Schaubild erreicht, dann macht der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 132 eine Durchschlagverformung durch, sodass seine Form in den in 10 gezeigten zweiten Zustand übergeht. Während der Durchschlagverformung wird die Vertiefung 132C schnell und plötzlich in Richtung der Außenseite des Gehäuses 112 verschoben (siehe 15), sodass die an der Nut 179 ausgeübte Spannung sofort zunimmt, wodurch der dünne Abschnitt 174 an der Nut 179 schnell abbricht. Als ein Ergebnis wird der Abschnitt im Inneren der Nut 179 in dem dünnen Abschnitt 174 zusammen mit der Vertiefung 132C des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132, die daran gefügt ist, in Richtung der Außenseite des Gehäuses 112 verschoben und von dem Abschnitt außerhalb der Nut 179 getrennt. Dies trennt den Leitungsvorgang zwischen dem druckempfindlichen Bauteil 130 und der Stromsammlerplatte 172 und unterbricht den Leitungsweg von dem leitenden Anschluss (nicht gezeigt) durch die Positivelektrodenbahn 152, um den Überladungsstrom zu blockieren.
<Form des druckempfindlichen Bauteils>
Nachstehend wird eine bevorzugte Form des druckempfindlichen Bauteils der hier offenbarten Technik beschrieben.
Das druckempfindliche Bauteil ist ein plattenartiger Körper, der aus einem vorbestimmten Material ausgebildet ist (das ein leitfähiges Material wie Metall usw. oder ein nichtleitfähiges Material wie Harz, Gummi, usw. sein kann). Die Dicke b des druckempfindlichen Bauteils in dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt (d. h. die Plattendicke des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts; siehe 5 und 9) kann in Übereinstimmung mit dem Druckaufnahmeflächenbereich (Flächenbereich, der den Druck im Inneren des Gehäuses ausgesetzt ist), der Form, dem Material und dergleichen des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts so gewählt werden, dass bei einem gewünschten Aktivierungsdruck der druckempfindliche, verformbare Abschnitt auf geeignete Weise die Durchschlagverformung durchmachen kann.
Für gewöhnlich ist es geeignet, dass der druckempfindliche, verformbare Abschnitt eine Dicke b von 0,10 mm oder größer hat. Das druckempfindliche Bauteil, das einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt mit einer solchen Dicke b hat, ist dafür geeignet, eine geeignete Durchschlagverformung durch einen Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses hervorzubringen. Bspw. können druckempfindliche Bauteile erhalten werden, die druckempfindliche, verformbare Abschnitte mit kleineren Abweichungen der Last-Verschiebungs-Kurven haben. Von diesem Standpunkt hat das druckempfindliche Bauteil eine Dicke b, die vorzugsweise größer als 0,15 mm oder weiter vorzugsweise gleich wie oder größer als 0,17 mm ist. Die obere Grenze der Dicke b ist nicht im Besonderen beschränkt. Für gewöhnlich beträgt sie auf geeignete Weise 1 mm oder kleiner, vorzugsweise 0,7 mm oder kleiner (bspw. 0,5 mm oder kleiner).
In einem druckempfindlichen Bauteil, das einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt und einen von der Umgebung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts nach außen vorstehenden Flansch hat, kann die Dicke des Flansches nahezu gleich der Dicke b des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts oder größer oder kleiner als die Dicke b sein. Z. B. kann vorzugsweise ein druckempfindliches Bauteil verwendet werden, das eine solche Form hat, dass die Flanschdicke und die Dicke b des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts nahezu gleich sind (typischerweise gleich sind).
In einem druckempfindlichen Bauteil, das einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt und einen von der Umgebung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts nach außen vorragenden Flansch aufweist, sind der äußere Rand des Flansches und die Umgebung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts (die typischerweise zu dem inneren Rand des Flansches passt) vorzugsweise beide kreisförmig. Ein druckempfindliches Bauteil, das eine solche Form hat, dass der äußere Rand des Flansches und die Umgebung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts konzentrisch positioniert sind, kann vorzugsweise verwendet werden. Ein druckempfindlicher, verformbarer Abschnitt, der eine solche Form hat, ist dafür geeignet, durch Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses eine geeignete Durchschlagverformung hervorzubringen.
Der Außendurchmesser a (siehe 4 und 9) des Flansches kann im Hinblick auf die Batteriegehäuseabmessungen oder den offenen Raum im Inneren des Gehäuses usw. auf geeignete Weise ausgewählt werden. Es ist vorzuziehen, dass der Flansch den größten möglichen Außendurchmesser a innerhalb eines Bereichs hat, der mit anderen Komponenten nicht in störenden Eingriff gelangt. Dies liegt daran, dass im Allgemeinen mit der Vergrößerung des Außendurchmessers des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts der Druckaufnahmeflächenbereich des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts größer wird, wodurch der druckempfindliche, verformbare Abschnitt, der bei einem vorbestimmten Aktivierungsdruck eine Durchschlagverformung durchmacht, eine größere Dicke b haben kann, um einen breiteren Leitungsweg in dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt zu erhalten. Bei einer Batterie, von der eine hohe Lade- und Entladeleistung gefordert wird, etwa eine abgedichtete Sekundärbatterie (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie), die als eine Fahrzeugantriebsleistungsquelle verwendet wird, ist es besonders bedeutsam, einen breiten Leitungsweg zu erhalten, wie er zuvor beschrieben wurde.
Von diesem Gesichtspunkt kann bspw. dann, wenn die Technik auf eine zylindrische Batterie angewendet wird, ein in 6 gezeigtes Ausführungsbeispiel vorzugsweise verwendet werden, bei dem ein äußerer Rand 134A des Flansches 134 nahezu den gesamten Innendurchmesser des Gehäuses 112 belegt. Dadurch kann der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 132 den größten möglichen Außendurchmesser d an der Innendurchmesserseite des äußeren Rands 134A des Flansches 134 haben. In einer in 1 gezeigten, abgedichteten quadratischen Sekundärbatterie ist es vorzuziehen, dass der Flansch 34 den größten möglichen Außendurchmesser a innerhalb eines solchen Bereichs hat, dass der äußere Rand 34A mit anderen Komponenten nicht in störenden Eingriff gelangt, wie in 2 gezeigt ist. Bspw. kann ein Ausführungsbeispiel vorzugsweise verwendet werden, bei dem der äußere Rand 34A des Flansches 34 nahezu das gesamte Intervall der breiten Fläche des Batteriegehäuses 12 belegt. Dadurch kann der druckempfindliche, verformbare Abschnitt 32 den größtmöglichen Außendurchmesser d an der Innendurchmesserseite des äußeren Rands 34A des Flansches 34 haben.
Die hier offenbarte Technik kann vorzugsweise z. B. in einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, bei dem der Flansch einen Außendurchmesser a in einem Bereich von 5 mm bis 100 mm (typischerweise 10 mm bis 20 mm) hat. Der Außendurchmesser d (siehe 4 und 9) des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts, kann z. B. um etwa 1 mm bis 50 mm kleiner als der Außendurchmesser a des Flansches sein. Die Tatsache, dass der äußere Rand des Flansches und die Umgebung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts konzentrisch sind, ist äquivalent dazu, dass der Flansch eine Breite W von 0,5 mm bis 25 mm hat. Der Flansch hat gewöhnlicherweise eine Breite W von geeigneterweise 0,7 mm oder größer, oder vorzugsweise 0,8 mm oder größer. Der obere Grenzwert der Flanschbreite W ist nicht besonders beschränkt. Um dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt zu ermöglichen, den größtmöglichen Außendurchmesser d zu haben, ist die Breite W geeigneterweise 30 mm oder kleiner, oder vorzugsweise 20 mm oder kleiner (bspw. 10 mm oder kleiner, weiter vorzugsweise kleiner als 8 mm, typischerweise 7,5 mm oder kleiner).
Der Hohlraum des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts hat eine Tiefe c (siehe 4 und 9) von bspw. etwa 0,1 mm bis 5 mm oder gewöhnlicherweise auf geeignete Art und Weise etwa 0,5 mm bis 3 mm (typischerweise 0,6 mm bis 2,5 mm). Für gewöhnlich liegt sie geeigneterweise bei etwa 0,5 mm bis 3 mm (typischerweise 0,6 mm bis 2,5 mm). Ein druckempfindlicher, verformbarer Abschnitt, der eine solche Form hat, ist dazu geeignet, eine geeignete Durchschlagverformung durch einen Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses hervorzubringen. Wenn, wie bei dem in 9 gezeigten Beispiel, eine weitere Vertiefung 132C an der Mitte des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132 ausgebildet ist, dann bezieht sich die Tiefe c auf die Höhe von dem gedachten Mittelpunkt an der innendurchmesserseitigen Verlängerung der Form des gekrümmten Abschnitts 132B, die die Vertiefung 132C umgibt, bis zu dem Flansch 134.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der hier offenbarten Technik beträgt ein Verhältnis aus der Plattendicke b des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts zu dem Flanschaußendurchmesser a (b/a) 0,9% bis 2,8% (weiter vorzugsweise 1,0% bis 2,5%). Ein druckempfindliches Bauteil, das ein solches Verhältnis (b/a) erfüllt, ist vorzuziehen, da es dann wahrscheinlich ist, eine abgedichtete Sekundärbatterie hervorzubringen, die ein stromblockierendes System aufweist, das bei einem Aktivierungsdruckwert arbeitet, der für eine allgemeine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie geeignet ist (d. h. ein stromblockierendes System, bei dem ein druckempfindlicher, verformbarer Abschnitt eine Durchschlagverformung bei einem Innendruck des Gehäuses durchmacht, der dem Aktivierungsdruck entspricht).
Bei einem anderen vorzuziehenden Ausführungsbeispiel der hier offenbarten Technik ist das Verhältnis aus der Hohlraumtiefe c des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts zu dem Flanschaußendurchmesser a (c/a) größer als 2,5% (typischerweise 3,0% oder größer), oder weiter vorzugsweise 3,5% oder größer. Der obere Grenzwert des Verhältnisses (c/a) ist nicht besonders beschränkt, solange der druckempfindliche, verformbare Abschnitt eine Durchschlagverformung durchmachen kann. Er ist für gewöhnlich geeigneterweise 10,0% oder kleiner (typischerweise 8,0% oder kleiner, bspw. 7,0% oder kleiner). Ein druckempfindliches Bauteil, das ein solches Verhältnis (c/a) erfüllt, ist vorzuziehen, da es damit wahrscheinlich ist, eine abgedichtete Sekundärbatterie hervorzubringen, die ein stromblockierendes System aufweist, das bei einem Aktivierungsdruckwert arbeitet, der für eine allgemeine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie geeignet ist.
Bei einem weiteren vorzuziehenden Ausführungsbeispiel der hier offenbarten Technik ist das Verhältnis aus dem Außendurchmesser d des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts zu dem Flanschaußendurchmesser a (b/a) 40% oder höher, weiter vorzugsweise 50% oder höher. Der obere Grenzwert des Verhältnisses (d/a) ist nicht im Besonderen beschränkt, solange der druckempfindliche, verformbare Abschnitt die Durchschlagverformung durchmachen kann. Es beträgt für gewöhnlich geeigneterweise 100% oder weniger (bspw. 90% oder weniger). Ein druckempfindliches Bauteil, das ein solches Verhältnis (d/a) erfüllt, ist vorzuziehen, da es dann wahrscheinlich ist, eine abgedichtete Sekundärbatterie hervorzubringen, die ein stromblockierendes System aufweist, das bei einem Aktivierungsdruckwert arbeitet, der für eine allgemeine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie geeignet ist.
Ein mehr zu bevorzugender Bereich des Verhältnisses (d/a) kann in Abhängigkeit der Querschnittsform des von der Umgebung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts in Richtung zu der Mitte vorragenden Abschnitts variieren.
Insbesondere dann, wenn die Querschnittsform des sich von der Umgebung 32A des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32 in Richtung der Mitte erstreckenden Abschnitts linear ist, wie dies in dem in 4 gezeigten Beispiel der Fall ist (d. h. wenn dieser Abschnitt als ein abgeschrägter Abschnitt 32B ausgebildet ist), beträgt das Verhältnis (d/a) geeigneterweise 50% bis 95% (typischerweise 60% bis 95%, vorzugsweise 70% bis 95%, weiter vorzugsweise 80% bis 95%, bspw. 80% bis 90%). Z. B. kann es 85% bis 90% betragen.
Wenn, wie bei dem in 9 gezeigten Beispiel, der die Querschnittsform des sich von der Umgebung 132A des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132 in Richtung der Mitte erstreckenden Abschnitts bogenförmig ist (d. h. wenn dieser Abschnitt als ein gekrümmter Abschnitt 132B in einer Kugelschalenform ausgebildet ist), dann beträgt das Verhältnis (d/a) in geeigneter Weise 50% bis 80% (bspw. 50% bis 70%).
Die hier offenbarte Technik kann vorzugsweise ausgeführt werden, indem ein solches druckempfindliches Bauteil verwendet wird, bei dem zumindest zwei der Verhältniswerte (b/a), (c/a) und (d/a) beide innerhalb der zuvor beschriebenen, vorzuziehenden numerischen Bereiche liegen. Die Verwendung eines druckempfindlichen Bauteils, bei dem jeder der Verhältniswerte (b/a), (c/a) und (d/a) in dem zuvor beschriebenen, vorzuziehenden Bereich liegt, ist besonders vorzuziehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Querschnittsform des sich von der Umgebung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts in Richtung der Mitte erstreckenden Abschnitts linear ist, erfüllt der Winkel θ (°), der durch die gerade Linie (d. h. den abgeschrägten Abschnitt 32B) und den Flansch 34 ausgebildet wird, vorzugsweise tanθ = 0,04 bis 5,0, weiter vorzugsweise tanθ = 0,05 bis 4,5. Ein druckempfindliches Bauteil in einer solchen Form ist dazu geeignet, eine gute Durchschlagverformung durch Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses hervorzubringen.
Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann vorzugsweise ein druckempfindliches Bauteil verwendet werden, bei dem das Verhältnis aus der Hohlraumtiefe c zu dem Außendurchmesser d des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 4,0% bis 10,0% beträgt. Ein druckempfindliches, verformbares Bauteil, bei dem das Verhältnis (c/d) 4,5% bis 8,0% beträgt (bspw. 4,5% bis 7,0%) ist noch mehr vorzuziehen. Ein druckempfindliches Bauteil, bei dem der druckempfindliche, verformbare Abschnitt eine Dicke b hat, die größer als 0,15 mm (bspw. 0,2 mm bis 0,5 mm) ist, ist vorzuziehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Querschnittsform des sich von der Umgebung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts in Richtung der Mitte erstreckenden Abschnitts bogenförmig ist, beträgt der Krümmungsradius e des Bogens für gewöhnlich geeigneterweise etwa 5 mm bis 20 mm. Z. B. kann er etwa 10 mm bis 15 mm betragen. Ein druckempfindliches Bauteil mit einer solchen Form ist dazu geeignet, eine gute Durchschlagverformung durch einen Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses hervorzubringen.
Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann vorzugsweise ein druckempfindliches Bauteil verwendet werden, bei dem das Verhältnis der Hohlraumtiefe c zu dem Außendurchmesser d des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts (c/d) 7,0% bis 10,0% beträgt. Ein druckempfindliches Bauteil, bei dem das Verhältnis (c/d) 7,0% bis 9,5% beträgt, ist weiter vorzuziehen. Ein druckempfindliches Bauteil, bei dem der druckempfindliche, verformbare Abschnitt eine Dicke b hat, die größer als 0,15 mm ist (bspw. 0,2 mm bis 0,5 mm) ist vorzuziehen.
Die zuvor erwähnten Formen der vorzuziehenden, druckempfindlichen Bauteile (die jeweiligen vorzuziehenden, numerischen Bereiche von a, b, c, d und e sowie die numerischen Bereiche, die deren Beziehung anzeigen) können besonders vorzugsweise auf ein druckempfindliches Bauteil angewendet werden, das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (bspw. aus Aluminiummaterialien wie 100-Serien einschließlich A1050 und dergleichen, 3000-Serien einschließlich A3003 und dergleichen) gefertigt ist.
Als das druckempfindliche Bauteil der hier offenbarten Technik kann vorzugsweise ein druckempfindliches Bauteil verwendet werden, von dem zumindest der druckempfindliche, verformbare Abschnitt in etwa die Form eines Rotationskörpers hat. Ein druckempfindlicher, verformbarer Abschnitt mit einer solchen Form kann nach einem Druckanstieg im Inneren des Gehäuses Spannungen gleichmäßig in der Umfangsrichtung aufnehmen, wodurch die Herstellung von druckempfindlichen, verformbaren Abschnitten mit kleineren Abweichungen der konsistenten Last-Verschiebungs-Kurven ermöglicht wird. Ein solches druckempfindliches Bauteil ist dazu geeignet, ein stromblockierendes System mit einem präzise gesteuerten Aktivierungsdruckwert aufzubauen. Es ist weiter vorzuziehen, dass das gesamte druckempfindliche Bauteil, das den druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt und den Flansch aufweist, in etwa die Form eines Rotationskörpers hat.
Während nachstehend spezifische Beispiele eingeführt werden, die sich auf das hier offenbarte, stromblockierende System beziehen, ist das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte stromblockierende System nicht auf die nachstehend eingeführten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Beispiel 1
Das stromblockierende System 180, das den in 6 und 7 gezeigten Aufbau hat, wurde in zylindrischen Hauptgehäusen 114 installiert, um Versuchsproben A1 bis A5 zu bauen. Als das druckempfindliche Bauteil 130 wurden jeweils Arten mit den in Tabelle 1 angegebenen Formen hergestellt und verwendet. Z. B. wurde unter Verwendung einer Aluminiumbahn (A1050) mit einer Dicke b von 0,3 mm das druckempfindliche Bauteil 130 für die Probe A1 durch Ausstanzen eines Kreises aus der Aluminiumbahn und durch Pressformgebung in die in Tabelle 1 angegebene Form hergestellt. Bei dem druckempfindlichen Bauteil 130 für die Probe A1 betrug der Außendurchmesser a des Flansches 134 30 mm, während der Außendurchmesser d des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132 16 mm betrug. Somit betrug die Breite des Flansches 134 7 mm. Die Tiefe c des durch den druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt 132 ausgebildeten Hohlraums betrug 1,2 mm. Der gekrümmte Abschnitt 132B hatte eine Kugelschalenform mit einem Krümmungsradius e von 10,5 mm. An dem zentralen Abschnitt des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132 war eine Vertiefung 132C mit einem Außendurchmesser von 5 mm ausgebildet. Die druckempfindlichen Bauteile 130 für die Proben A2 bis A5 wurden auf die gleiche Weise hergestellt. Es ist anzumerken, dass als die druckempfindlichen Bauteile für die Proben A4 und A5 solche Arten verwendet wurden, bei denen die Abschnitte, die den gekrümmten Abschnitten 132B der druckempfindlichen Bauteile für Proben A1 bis A3 entsprechen, als abgeschrägte Abschnitte ausgebildet wurden, die sich von dem Flansch 134 des druckempfindlichen Bauteils 130 in Richtung dessen Mitte erstrecken (was als ein gekrümmter Abschnitt mit einem unendlichen Krümmungsradius e verstanden werden kann).
Insgesamt wurden fünf verschiedene druckempfindliche Bauteile 130, die so hergestellt wurden, jeweils mit Abstandshaltern 136 und leitfähigen Platten 172 geschichtet. Beim Schichten wurde die Außenfläche der Vertiefung 132C in den Innenumfang der Gasentlüftung 174A eingesetzt, und die Naht wurde geschweißt. Die Außenumfänge dieser Bauteile wurden über isolierende Bauteile 126 an der Öffnung des Hauptgehäuses 114 gebördelt und befestigt. Dies dichtete den Raum im Inneren des Hauptgehäuses 114 hermetisch ab. Als die leitfähige Platte 172 wurde eine Aluminiumplatte (A1050) mit einem dünnen Abschnitt 174 von 0,15 mm Dicke und einer Ringnut (Kerbe) von 4,6 mm Durchmesser verwendet, die kreisartig um die sich an der Mitte des dünnen Abschnitts 174 befindlichen Gasentlüftung 174A ausgebildet war. Die Nut 179 war im Querschnitt V-förmig und hatte eine Tiefe von 100 μm. Somit betrug die Dicke des dünnen Abschnitts 174 an der Mitte der Nut 179 bzgl. der Breite (oder im ferner weiteren Verlauf als ”Restdicke” bezeichnet) 50 μm.

An dem zentralen Abschnitt des druckempfindlichen Bauteils 130 (genauer gesagt an der Umgebung der Vertiefung 132C) war ein Verschiebungssensor angebracht. Der gekrümmte Abschnitt 132B des druckempfindlichen Bauteils 130 und der dicke Abschnitt 178 der leitfähigen Platte 172 wurden an einem Prüfgerät angebracht, um den Leitungsvorgang zwischen den beiden Bauteilen 130 und 172 zu erfassen. Bei einer Umgebungstemperatur von 25°C wurde über ein in dem Hauptgehäuse 114 ausgebildetes Durchgangsloch (in den Zeichnungen nicht gezeigt) Luft dem Hauptgehäuse 114 zugeführt, um den Innendruck des Gehäuses (bei einer Rate von etwa 0,6 MPa/min) allmählich zu erhöhen. Die Luftzufuhr wurde fortgeführt, bis der Leitungsvorgang zwischen den beiden Elementen 130 und 172 verloren ging. Währenddessen wurde der Verschiebungssensor verwendet, um das Verschiebungsverhalten des zentralen Abschnitts des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 132 zu beobachten, um zu bestimmen, ob die Durchschlagverformung stattgefunden hat oder nicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. In den Zellen ”Auftreten des Durchschlags” gibt ”JA” an, dass die Durchschlagverformung bestätigt wurde, während ”NEIN” angibt, dass die Durchschlagverformung nicht erfasst wurde. Außerdem wurde der Innendruck des Gehäuses aufgezeichnet, wenn der Leitungsvorgang zwischen dem druckempfindlichen Bauteil 130 und der leitfähigen Platte 172 verloren ging (entsprechend dem Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems). Tabelle 1

Probe	A1	A2	A3	A4	A5
a (mm)	30	30	30	18	26
b (mm)	0,3	0,4	0,5	0,15	0,15
c (mm)	1,2	1,5	1,8	0,40	0,65
d (mm)	16	18	20	6	10
e (mm)	10,5	12,5	14,5	-	-
b/a (%)	1,00	1,33	1,67	0,83	0,58
c/a (%)	4,0	5,0	6,0	2,22	2,50
d/a (%)	53,3	60,0	66,7	33,3	38,5
e/a (%)	35,0	41,7	48,3	-	-
Auftreten des Durchschlags	Ja	Ja	Ja	Nein	Nein

Wie in dieser Tabelle gezeigt ist, wurde in den Proben Al bis A3, die jeweils ein druckempfindliches Bauteil aufweisen, das eine zuvor beschriebene, zu bevorzugende Form hat, das Durchschlagphänomen der Form des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde mit Bezug auf die Proben A4 und A5 die Verbindung verloren, ohne dass deren druckempfindlichen, verformbaren Abschnitte die Durchschlagverformung ausübten.
12 zeigt eine Aufzeichnung des in dem Versuch aufgezeichneten Aktivierungsdrucks gegen den Wert von b/a mit Bezug auf die Proben A1, A2 und A3. In der Aufzeichnung entspricht α (MPa) an der Vertikalachse dem Aktivierungsdruck von Probe A2. Der Aktivierungsdruck von α + 0,1 (MPa) gibt einen Aktivierungsdruck an, der um 0,1 (MPa) höher als der Aktivierungsdruck α (MPa) von Probe A2 ist. Wie in der Aufzeichnung gezeigt ist, hatten der Wert von b/a und der Aktivierungsdruck in den hier verwendeten Proben A1 bis A3 eine lineare Beziehung. Dieses Ergebnis unterstützt, dass durch Einstellen der Form des druckempfindlichen Bauteils (in diesem Versuch der Dicke b des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts) der Aktivierungsdruck genau gesteuert werden kann.
Beispiel 2
Stromblockierende Systeme 80 mit einem in 3 gezeigten Aufbau wurden in quadratischen Batteriegehäusen 12, die in 1 gezeigt sind, installiert, um Versuchsproben B1 bis B8 zu bauen. Als die druckempfindlichen Bauteile 30 wurden solche verwendet, die jeweils die in Tabelle 2 gezeigten Werte für die Verhältnisse (b/a), (c/a), (d/a) und tanθ haben. Für jede der Proben B1 bis B8 lag der Wert für a in einem Bereich von 14 mm bis 20 mm, während der für b in einem Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm lag.

Mit Bezug auf jedes von insgesamt acht verschiedenen, druckempfindlichen Bauteilen 30, die auf diese Weise hergestellt wurden, wurde der Flansch 34 an dem Endabschnitt 28A des Druckempfindliches-Bauteil-Halters 28 befestigt, während der ebene Abschnitt 32C des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 20 mittels Laser an dem dünnen Abschnitt 74 der Stromsammlerplatte 72 mit Bezug auf die Position der Nut 79 an die innere Seite (Innendurchmesserseite) geschweißt wurde. Diese Bauteile wurden an einer Dichtungsplatte 16 montiert und die Naht zwischen der Dichtungsplatte 16 und dem Hauptgehäuse 14 wurde mittels Laser geschweißt. Dies dichtete den Raum im Inneren des Batteriegehäuses 12 hermetisch ab. Als die leitfähige Platte 72 wurde eine Aluminiumlegierungsplatte (A3003) verwendet, die einen dünnen Abschnitt 74 mit einer Dicke von 0,12 mm und eine Ringnut (Kerbe) mit einem Durchmesser von 3,6 mm hatte, die kreisartig um eine Gasentlüftung 74A ausgebildet war, die sich an der Mitte des dünnen Abschnitts 74 befand. Die Nut 79 war im Querschnitt V-förmig und hatte eine Tiefe von 70 μm. Somit betrug die Dicke des dünnen Abschnitts 74 an der auf die Breite bezogenen Mitte der Nut 79 (oder die im weiteren Verlauf als ”Restdicke” bezeichnet ist) 50 μm. Tabelle 2

Probe	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7	B8
b/a (%)	1,11	1,50	1,67	2,14	2,50	1,88	2,90	1,67
c/a (%)	4,4	3,0	4,4	5,7	5,7	5,0	5,7	1,1
d/a (%)	88,9	90,0	88,9	85,7	85,7	87,5	85,7	88,9
tanθ	0,12	0,12	0,08	1,73	0,18	4,00	5,70	0,03
Auftreten des Durchschlags	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Nein	Nein

Wie in dieser Tabelle gezeigt ist, wurde in Proben B1 bis B6, die jeweils ein druckempfindliches Bauteil mit einer zuvor beschriebenen, bevorzugten Form haben, das Durchschlagphänomen der Form des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts beobachtet. Im Gegensatz dazu ging bei den Proben B7 und B8 die Verbindung verloren, ohne dass deren druckempfindliche, verformbare Abschnitte eine Durchschlagverformung ausführten.
Beispiel 3
Durch Einstellen der Tiefe der Nut 179, die bei dem stromblockierenden System gemäß der Probe A2 in dem dünnen Abschnitt 174 der leitfähigen Platte 172 ausgebildet ist wurden eine leitfähige Platte mit einer verbleibenden Dicke, die um 5 μm größer als die Restdicke β (μm) der bei Probe A2 verwendeten, leitfähigen Platte ist (d. h. eine leitfähige Platte mit einer Restdicke von β + 5 μm, d. h. die eine Tiefe der Nut 179 hat, die um 5 μm kleiner als jene der leitfähigen Platte von Probe A2 ist), eine leitfähige Platte mit einer Restdicke, die um 10 μm größer ist (Restdicke von β + 10 μm) und eine leitfähige Platte, die eine verbleibende Dicke hat, die um 15 μm größer ist (Restdicke β + 15 μm) hergestellt. Auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass diese leitfähigen Platten verwendet wurden, wurden Versuchsproben hergestellt. Auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurde Luft in das Gehäuse einer jeden Versuchsprobe zugeführt, um den Innendruck des Gehäuses zu erhöhen. Wenn der Leitungsvorgang zwischen dem druckempfindlichen Bauteil 130 und der leitfähigen Platte 172 verloren ging, wurde außerdem der Innendruck des Gehäuses aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind in 11 gezeigt. In 11 gibt β (μm) an der Horizontalachse die Restdicke der leitfähigen Platte der Probe A2 an, während α (MPa) an der Vertikalachse den Aktivierungsdruck der Probe A2 angibt.
Wie in 11 gezeigt ist, wurde bestätigt, dass selbst dann, wenn die Restdicke der leitfähigen Platte um etwa 15 μm von dem Standardwert β (μm) abweicht, der Aktivierungsdruck nahezu konstant gehalten wurde. Diese Wirkung wird dadurch hervorgebracht, dass das stromblockierende System so konfiguriert ist, dass der Betätigungsdruck hauptsächlich durch die Tendenz des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 133, eine Durchschlagverformung durchzumachen, bestimmt ist (durch die Druckwerte, die die Durchschlagverformung hervorruft). Dieses Ergebnis bestätigt, dass das stromblockierende System Einflüsse auf den Aktivierungsdruck, die durch Abweichungen der Tiefe der Nut 179 (d. h. Abweichungen der Restdicke) hervorgerufen werden, gut beseitigt werden können.
Beispiel 4
Das stromblockierende System der Probe B1 wurde durch ein System gemäß der herkömmlichen Technik ersetzt, um die Probe B0 zu erhalten. Die Probe B0 weist ein stromblockierendes System auf, bei dem der Betätigungsdruck durch die verbleibende Dicke einer Nut gesteuert wird, die in dem dünnen Abschnitt der Stromsammlerplatte gefertigt ist. Bevor das stromblockierende System gemäß der Probe B0 aktiviert wird, hat das druckempfindliche Bauteil eine ebene Form (d. h. tanθ = 0, c = 0). Wenn bei dem stromblockierenden System gemäß Probe B0 der Innendruck des Gehäuses zunimmt, dann bricht das ebene, druckempfindliche Bauteil den dünnen Abschnitt an der Nut ab und macht eine Verformung durch, wodurch der Strom blockiert wird. Diese Verformung steht mit der Durchschlagwirkung in Zusammenhang.
Es wurden jeweils einige Stücke der Proben B0 und der Probe B1 erhalten. Um Kriechen zu erzeugen, indem die Stromsammlerplatte dem Innendruck des Gehäuses ausgesetzt wird, wurde Luft in diese Proben eingeblasen und der Innendruck des Gehäuses wurde um 0,1 MPa bis 0,3 MPa niedriger als der Entwurfsaktivierungsdruck (anfänglicher Wert des Aktivierungsdrucks) γ des stromblockierenden Systems eingestellt. Der Innendruck des Gehäuses wurde bei dem eingestellten Druckwert für jede Probe beibehalten und die für das Aktivieren des stromblockierenden Systems erforderliche Zeit (d. h. die Zeit, die verstreicht, bis der Leitungsvorgang zwischen dem druckempfindlichen Bauteil und der leitfähigen Platte verloren ging) wurde aufgezeichnet. 13 zeigt die daraus resultierende Aufzeichnung, die die für die Aktivierung des stromblockierenden Systems erforderliche Zeit an der Horizontalachse und den eingestellten Druck (eingestellten Innendruck) an der Vertikalachse zeigt.
Selbst wenn, verglichen mit der Probe B0, bei der Probe B1 der Innendruck des Gehäuses bei einem hohen Niveau in einem Bereich niedriger als der Entwurfsbetätigungsdruck γ verblieb, beeinflusste dies die Genauigkeit der Aktivierung des stromblockierenden Systems deutlich mit einem kleineren Ausmaß. Obwohl die Differenz zwischen dem Innendruck, der so eingestellt war, dass er nach 10000 Stunden aktiviert werden sollte, und dem Entwurfsbetätigungsdruck γ nahezu 0,3 MPa in Probe B0 betrug, war z. B. in Probe B1 genauer gesagt die Differenz um 30% kleiner verglichen mit Probe B0. Vermutlich wurden diese Ergebnisse erhalten, da in der Probe B1 der Aktivierungsdruck des stromblockierenden Systems hauptsächlich durch die Tendenz des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts 32, die Durchschlagverformung durchzumachen, bestimmt war, und selbst wenn der Innendruck des Gehäuses bei einem hohen Niveau verblieb, sodass eine Ermüdung oder ein Kriechen in der Stromsammlerplatte 72 hervorgerufen wurde, beeinträchtigte dies den Aktivierungsdruck kaum.
Wie zuvor beschrieben ist, stellt die vorliegende Beschreibung eine abgedichtete Sekundärbatterie (typischerweise eine abgedichtete Sekundärbatterie mit einer quadratischen Außenform, bspw. eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) bereit, die ein solches stromblockierendes System aufweist, das das stromblockierende System selbst bei langzeitigem Gebrauch einer kleineren Änderung im Aktivierungsdruck unterliegt. Eine solche abgedichtete Sekundärbatterie ist als eine Leistungsquelle zum Antreiben eines Fahrzeugs vorzuziehen. Dementsprechend stellt die vorliegende Beschreibung bspw. eine mehrzellige Batterie 100 bereit, wie sie schematisch in 18 dargestellt ist.
Wie in 18 gezeigt ist, sind bei einer abgedichteten Sekundärbatterie (typischerweise einer quadratischen Lithiumsekundärbatterie, wie sie in den Zeichnungen gezeigt ist (10), die ein hier offenbartes stromblockierendes System (siehe 2 bis 5, die zuvor beschrieben sind) aufweist, das eine einzelne Zelle ist), eine Vielzahl (vier in diesem dargelegten Ausführungsbeispiel, ohne darauf beschränkt zu sein) von einzelnen Zellen 10 angeordnet, um eine mehrzellige Batterie 100 zu bilden. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist sie typischerweise so aufgebaut, dass die jeweiligen einzelnen Zellen 10 in Reihe elektrisch verbunden sind. Genauer gesagt ist die obere Fläche (d. h. Dichtungsplatte) 16 des Batteriegehäuses 12 einer jeden einzelnen Zelle 10 mit einem positiven Anschluss 20, der mit der positiven Elektrode einer im Gehäuse 12 aufgenommenen Elektrodeneinheit elektrisch verbunden ist, und mit einem negativen Anschluss 18 versehen, der mit der negativen Elektrode der Elektrodeneinheit elektrisch verbunden ist. Zwischen benachbarten einzelnen Zellen 10 sind der positive Anschluss 20 einer Zelle und der negative Anschluss 18 der anderen Zelle mittels eines geeigneten Verbindungsmittels 92 elektrisch verbunden. Auf die beiden Seiten einer Gruppe 11 von einzelnen Zellen, die die Vielzahl der einzelnen Zellen 10 wie zuvor beschrieben angeordnet aufweist, sind jeweils Endplatten 96 angebracht, und um das Paar Endplatten 96 und 96 quer zu verbinden, sind Balken 98 entlang der Anordnungsrichtung an beiden Seitenflächen der Einzelzellgruppen 11 angebracht. Die jeweiligen Enden der Balken 98 sind mittels Schrauben 99 fest an den Endplatten 96 befestigt. Die jeweiligen einzelnen Zellen 10, die auf diese Art in Reihe verbunden sind, werden begrenzt (befestigt), um eine mehrzellige Batterie 100 mit einer gewünschten Spannung als eine Leistungszufuhr zum Antreiben eines Fahrzeugs aufzubauen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer mehrzelligen Batterie 100, wie sie in 18 gezeigt ist, sind zwischen den jeweiligen einzelnen Zellen 10, die in der vorbestimmten Richtung angeordnet sind, Abstandshaltebahnen 94 platziert. Es ist vorzuziehen, dass diese Abstandshaltebahn 94 aus einem Material gefertigt ist (bspw. aus einem gut wärmeleitfähigen Metall gefertigt oder aus einem leichtgewichtigen und harten Kunstharz wie Polypropylen gefertigt ist) und/oder eine solche Form hat, dass sie in der Lage ist, als ein Wärmeabgabebauteil zu dienen, um die im Inneren einer jeden einzelnen Zelle 10 im Gebrauch erzeugte Wärme abzugeben.
Dieses Beispiel stellt zudem eine abgedichtete Sekundärbatterie (typischerweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit einer quadratischen Außenform) bereit, die ein hier offenbartes stromblockierendes System aufweist und eine hohe Abgabeleistung und große Kapazität hat (typischerweise eine Einstundenkapazität von 5 Ah oder höher, z. B. 5 Ah bis 20 Ah oder 20 Ah oder höher (z. B. 20 Ah bis 30 Ah)). Es ist zudem eine mehrzellige Batterie 100 vorgesehen, die eine solche abgedichtete Sekundärbatterie aufweist, die eine einzelne Zelle ist. Wie in 19 gezeigt ist, kann ein Fahrzeug 1 vorgesehen sein (typischerweise ein Automobil mit einem Antriebsmotor, etwa ein Elektroautomobil, Hybridautomobil, Plug-In-Hybridautomobil, Brennstoffzellenautomobil), das die mehrzellige Batterie 100 als die Antriebsleistungsquelle aufweist.
Obwohl zuvor spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, dienen diese lediglich dem Zweck der Veranschaulichung und beschränken den Umfang der Ansprüche nicht. Die Technik gemäß den Ansprüchen beinhaltet verschiedene Modifikationen und Änderungen, die an den zuvor erörterten spezifischen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
10, 110: Abgedichtete Sekundärbatterien (Lithium-Ionen-Sekundärbatterien)
12, 112: Batteriegehäuse
14, 114: Hauptgehäuse
16: Dichtungsplatte (Deckel)
18: Negativer Anschluss
20: Positiver Anschluss
22: Verbindungsanschluss
26, 126: Isolierende Bauteile
28: Druckempfindliches-Bauteil-Halter
28A: Endabschnitt
28B: Vertiefung
30, 130: Druckempfindliche Bauteile (erste leitfähige Bauteile)
32, 132: Druckempfindliche, verformbare Abschnitte (Hohlräume)
32A, 132A: Umfänge
32B: Abgeschrägter Abschnitt
32C: Ebener Abschnitt
132B: Gekrümmter Abschnitt
132C: Vertiefung
34, 134: Flansche
34A, 134A: Außenränder
136: Abstandshalter
50: Gewickelte Elektrodeneinheit
52: Positivelektrodenbahn (Positive Elektrode)
52A: Saum
70: Positivstromsammler (zweites leitfähiges Bauteil)
72: Stromsammlerplatte
172: Leitfähige Platte (zweites leitfähiges Bauteil)
172A: Außengrenze
172B: Zentraler Abschnitt
74, 174: Dünne Abschnitte
74A, 174A: Gasentlüftungen
77A: Gasentlüftung
78, 178: Dicke Abschnitte
78A, 178A: Gasentlüftungen
79, 179: Nuten (Kerben)
80, 180: Stromblockierende Systeme
100: Mehrzellige Batterie

Claims

Abgedichtete Sekundärbatterie mit: einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode, einem Batteriegehäuse, das die positive Elektrode und die negative Elektrode aufnimmt, einem Elektrodenanschluss, der entweder mit der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode elektrisch verbunden ist und zu der Außenseite des Batteriegehäuses freiliegt, und einem stromblockierenden System, das durch einen Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses aktiviert wird, um den Leitungsweg zwischen der Elektrode und dem Elektrodenanschluss zu trennen, wobei das stromblockierende System ein druckempfindliches Bauteil aufweist, das einen druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt in der Form einer Platte hat, der sich nach einem Druckanstieg im Inneren des Batteriegehäuses von einem ersten Zustand über eine Durchschlagverformung auf einen zweiten Zustand verformt, und der so konfiguriert ist, dass er den Leitungsweg durch die Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts trennt.
Abgedichtete Sekundärbatterie gemäß Anspruch 1, wobei das stromblockierende System ein erstes leitfähiges Bauteil und ein zweites leitfähiges Bauteil aufweist, der Leitungsweg so aufgebaut ist, dass er das erste leitfähige Bauteil und das zweite leitfähige Bauteil aufweist, und das erste leitfähige Bauteil mit dem zweiten leitfähigen Bauteil in direkter Verbindung ist, wenn sich der druckempfindliche, verformbare Abschnitt in dem ersten Zustand befindet, wobei das stromblockierende System so konfiguriert ist, dass es den Leitungsvorgang zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem zweiten leitfähigen Bauteil durch eine Durchschlagverformung des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts trennt.
Abgedichtete Sekundärbatterie gemäß Anspruch 2, wobei der druckempfindliche, verformbare Abschnitt an dem ersten leitfähigen Bauteil vorgesehen ist, und der druckempfindliche, verformbare Abschnitt in dem ersten Zustand an das zweite leitfähige Bauteil gefügt ist.
Abgedichtete Sekundärbatterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das druckempfindliche Bauteil einen Flansch aufweist, der von dem Umfang des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts nach außen vorragt, und der druckempfindliche, verformbare Abschnitt dann, wenn er sich in dem ersten Zustand befindet, einen Hohlraum bildet, der von dem Flansch in Richtung zu der Innenseite der Batterie einwärts gekrümmt ist.
Abgedichtete Sekundärbatterie gemäß Anspruch 4, wobei der druckempfindliche, verformbare Abschnitt einen kreisförmigen Umfang hat, der Flansch einen kreisförmigen Außenrand hat, und der Flansch einen Außendurchmesser a hat, das druckempfindliche Bauteil eine Dicke b in dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt hat, die Vertiefung eine Tiefe c hat, der druckempfindliche, verformbare Abschnitt einen Außendurchmesser d hat, wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: (1) b/a ist 1,0% bis 2,5%, (2) c/a ist 3,0% bis 7,0%, und (3) d/a ist 50% bis 90%.
Abgedichtete Sekundärbatterie gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der druckempfindliche, verformbare Abschnitt einen abgeschrägten Abschnitt aufweist, der von dem Umfang des druckempfindlichen, verformbaren Abschnitts in Richtung dessen Mitte schmaler wird, und der Flansch und der abgeschrägte Abschnitt einen Winkel θ bilden, der tanθ = 0,04 bis 5,0 erfüllt.
Abgedichtete Sekundärbatterie gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der druckempfindliche, verformbare Abschnitt so ausgebildet ist, dass er im Querschnitt eine Gewölbeform hat, die in Richtung zu der Innenseite der Batterie einwärts gekrümmt ist.
Abgedichtete Sekundärbatterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das druckempfindliche Bauteil eine Dicke b hat, die in dem druckempfindlichen, verformbaren Abschnitt größer als 0,15 mm ist.
Batterie zum Antreiben eines Fahrzeugs, die die abgedichtete Sekundärbatterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.