JP2004303447A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】過充電による熱暴走反応の発生を未然にかつ確実に防止することができる安全性の高い二次電池を提供する。
【解決手段】発電要素を内部に収容するとともに一方の極性の電極端子となる外装ケース3と、発電要素2に設けられた他方の極性の集電体5と、外装ケース3の内圧上昇に伴ってピストン部材14を出退動作するシリンダ機構11と、シリンダ機構11の出退動作によって集電体5と外装ケース3を短絡させるねじりコイルばね15などの短絡機構12とを備え、過充電の程度に応じて内圧が上昇して所定の圧力になるとシリンダ機構11が作動し、短絡機構12にて集電体5と外装ケース3が短絡されて短絡電流が流れ、電池の熱暴走反応が発生する前に電池エネルギーが放散されるようにした。
【選択図】 図2
【解決手段】発電要素を内部に収容するとともに一方の極性の電極端子となる外装ケース3と、発電要素2に設けられた他方の極性の集電体5と、外装ケース3の内圧上昇に伴ってピストン部材14を出退動作するシリンダ機構11と、シリンダ機構11の出退動作によって集電体5と外装ケース3を短絡させるねじりコイルばね15などの短絡機構12とを備え、過充電の程度に応じて内圧が上昇して所定の圧力になるとシリンダ機構11が作動し、短絡機構12にて集電体5と外装ケース3が短絡されて短絡電流が流れ、電池の熱暴走反応が発生する前に電池エネルギーが放散されるようにした。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池に関し、特に発電要素を収容している外装ケースが一方の電極端子となっている二次電池における過充電安全機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
二次電池に対して過充電が行われた場合には、内部圧力が上昇するとともに、発熱反応が発生して電池温度が上昇し、使用条件によってはその温度上昇により活物質が熱分解したガスを発生し、電池の熱暴走反応を生じる恐れがある。
【0003】
従来、このような過充電時の危険な挙動に対する安全機構として、温度上昇によって外装ケース内における発電要素と電極端子との間の通電部材を溶融させて電流通路を遮断するようにしたものや、内圧上昇によって発電要素と電極端子を接続している接続部品を破壊させて電流通路を遮断するようにして、それ以上の充電が停止されるようにしたものなどが知られている。
【0004】
また、図6に示すような構成の二次電池も知られている。図6において、21は正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された発電要素としての極板群であり、外装ケース22内に挿入配置されている。極板群21の一端の一方の極板が接合された集電体(図示せず)は外装ケース22の底面に接続され、極板群21の他端の他方の極板が接合された集電体23は、外装ケース22の開口を絶縁ガスケット24を介して封口している封口部材25に接続されている。外装ケース22の開口部には封口部材25を位置決めする凹部26が形成されている。27は封口部材25に設けられた安全弁である。集電体23には、常時はガスケット24を径方向外方に向けて押圧するばね部材28が設けられている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
この二次電池において、過充電によって温度が所定温度以上に上昇すると、図7(a)に示すように、ガスケット24が加熱によって溶融し、ばね部材28の先端が外装ケース22に接触して短絡し、また内部圧力が所定圧力以上に上昇すると、図7(b)に示すように、凹部26が伸長変形し、ばね部材28の先端が外装ケース22に接触して短絡し、電池エネルギーが放電消費され、過充電状態が継続するのが防止される。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−106532号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、過充電時に、通電部材の加熱溶融によって発電要素と電極端子の間の電流通路を遮断したり、図7(a)に示すように、ガスケット24の溶融によって短絡させる方式では、過充電に伴う温度上昇の特性は、途中の過程では温度上昇は緩やかで、電池の熱暴走反応を生じる寸前に急激に大きくなるため、安全機構の動作時点が遅くなる恐れがあり、安全機構に対する信頼性が十分でないという問題がある。
【0008】
また、過充電時に接続部品の圧力破壊によって発電要素と電極端子の間の電流通路を遮断する方式では、圧力の上昇に伴って確実に破壊させるためには、接続部品を薄い部品で構成する必要があり、その結果通電抵抗が大きくなってしまい、出力低下を来すという問題がある。また、図7(b)に示すように、圧力によって外装ケース22の凹部26を塑性変形させて短絡させる方式では、外装ケース22の強度と剛性を確保すると、極めて大きな圧力が発生しないと短絡しないため、安全機構の動作時点が遅くなったり、凹部26のかしめ状態によって動作にばらつきが発生したり、また複数の二次電池を直列状に配置して拘束されている場合には動作不能になる恐れがあり、安全機構に対する信頼性が十分でないという問題がある。
【0009】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、発電要素を収容している外装ケースが一方の電極端子となっている二次電池において、過充電による熱暴走反応の発生を未然にかつ確実に防止することができる安全性の高い二次電池を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池は、発電要素を内部に収容するとともに一方の極性の電極端子となる外装ケースと、発電要素に設けられた他方の極性の集電体と、外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を出退動作するシリンダ機構と、シリンダ機構の出退動作によって集電体と外装ケースを短絡させる短絡機構とを備えたものである。
【0011】
以上の構成によれば、過充電の程度に応じて内圧が上昇して所定の内圧になると、シリンダ機構が動作して短絡機構にて集電体と外装ケースが短絡され、短絡電流が流れるので、電池の熱暴走反応が発生する前に電池エネルギーが放散され、熱暴走反応の発生を未然に確実に防止することができる。
【0012】
また、短絡機構が、シリンダ機構から突出したピストン部材に係合した位置から外装ケースに当接した位置に向けて移動付勢された短絡部材から成り、シリンダ機構は外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を退入動作するように構成すると、内圧上昇に伴ってピストン部材が退入することで集電体と外装ケースを確実に短絡させることができ、さらにシリンダ機構のその後の動作状態に関わりなく短絡状態を保持することができる。
【0013】
また、短絡部材は、一端が集電体に固定され、他端がピストン部材と外装ケースとの間で移動及び係合可能なねじりコイルばねから成ると、簡単な構成にてピストン部材の退入によって集電体と外装ケースを確実に短絡させることができる。
【0014】
また、短絡機構が、ピストン部材に連結若しくは押圧移動可能に係合されるとともに集電体に電気的に接続された短絡軸体から成り、シリンダ機構のピストン部材の出退動作によって短絡軸体が外装ケースに当接するように構成すると、シリンダ機構にて直接短絡軸体を移動させて短絡させるので、単純な構成にて安価に構成することができる。
【0015】
また、短絡機構を構成する部材が抵抗体からなると、その抵抗値によって短絡電流を制御することができ、短絡電流による発熱をコントロールできる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二次電池の一実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
【0017】
図1において、1はリチウムイオン電池などから成る二次電池であり、正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された発電要素としての極板群2が電解液とともに外装ケース3内に挿入配置して構成されている。極板群2は、例えばリチウムイオン電池の場合には、LiCoO2 などの正極活物質を含む正極合剤をアルミニウム箔等の集電芯材に塗着して構成された正極板と、リチウムイオンを吸脱する炭素材料などの負極活物質を含む負極合剤を銅箔などの集電芯材に塗着して構成された負極板と、微孔型ポリエチレンフィルムにて構成されたセパレータを積層して構成されている。
【0018】
極板群2の一端の一方の極板が接合された集電体4が外装ケース3の底面に接続され、外装ケース3が一方の電極端子を構成している。極板群2の他端の他方の極板が接合された集電体5は、外装ケース3の開口を絶縁ガスケット6を介して封口している封口部材7に接続タブ8を介して接続され、封口部材7が他方の電極端子を構成している。外装ケース3の開口部には封口部材7を位置決めする凹部9が形成されている。10は封口部材7に設けられた安全弁である。
【0019】
なお、本実施形態の外装ケース3は、直方体状に形成され、複数枚の矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群、若しくは帯状の正極板と負極板をセパレータを介して積層し、平板状の巻芯に巻回して積層した極板群が内蔵されている。なお、外装ケース3は円筒状であっても良い。
【0020】
外装ケース3内の集電体5上には、図2に示すように、外装ケース3の内圧上昇に伴ってピストン部材14を出退動作するシリンダ機構11と、シリンダ機構11の出退動作によって集電体5と外装ケース3を短絡させる短絡機構12とが配設されている。
【0021】
シリンダ機構11は、外装ケース3の一内側面に一端が適当間隔あけて対向するように配設され、かつその一端面に圧力導入口13aが開口されたシリンダケース13と、シリンダケース13内にシールパッキン14bを介して摺動自在に嵌合配置され、かつピストンロッド14aがシリンダケース13の一端から貫通して突出されたピストン部材14にて構成されており、外装ケース3内の圧力が高くなるとピストン部材14が退入動作するように構成されている。
【0022】
短絡機構12は、一端15aが集電体5に固定され、他端15bがシリンダケース13の一端から突出しているピストンロッド14aに係合した位置から外装ケース3の一内側面に係合した位置に向けて移動付勢されているねじりコイルばね15にて構成されている。16はねじりコイルばね15を支持するため、そのコイル部を貫通するように集電体5に立設された支軸である。また、ねじりコイルばね15は短絡電流を制御するため、適当な抵抗値の抵抗体にて構成されている。
【0023】
以上の構成の二次電池において、充電時に、SOC(State of Charge:ここで、SOCは電池の公称容量に対する投入電気量のパーセンテージを意味するものとする。)が100%を越える過充電状態になると、SOCの増加に対応して外装ケース3の内部圧力が徐々に高くなる。過充電が進行して、過充電の開始点(SOC100%)から熱暴走反応開始点(例えば、SOC200%)の間の20〜80%の間、最適には20〜40%の間になると、図3に示すように、シリンダケース13の圧力導入口13aから導入された圧力によってピストン部材14が退入動作し、ピストンロッド14aとねじりコイルばね15の他端15bの係合が解除され、ねじりコイルばね15の他端15bが外装ケース3の一内側面に係合し、集電体5と外装ケース3がこのねじりコイルばね15にて確実に短絡される。
【0024】
かくして、短絡電流が流れて電池エネルギーが放散され、熱暴走反応を生じるというような事態の発生が未然に防止され、信頼性の高い安全機構が実現される。また、安全弁10が作動して外装ケース3内の圧力が再度低下し、ピストン部材14が突出した場合でも、ねじりコイルばね15からなる短絡機構12は影響を受けず、短絡状態を保持することができる。また、短絡機構12をねじりコイルばね15にて構成しているので、簡単な構成にて集電体5と外装ケース3を確実に短絡させることができる。また、短絡機構12を構成しているねじりコイルばね15が抵抗体にて構成されているので、その抵抗値によって短絡電流を制御することができ、短絡電流による発熱量をコントロールできる。
【0025】
次に、本発明の二次電池の他の実施形態について図4を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【0026】
上記実施形態では、シリンダ機構11とねじりコイルばね15から成る短絡機構12を設けた例を示したが、本実施形態では、図4に示すように、シリンダ機構11の向きを逆向きに配設してシリンダケース13の一端を外装ケース3の一内側面とは反対側に向け、ピストン部材14のピストンロッド14aをL字状に屈曲させ、その先端に連結若しくは押圧移動可能に係合させた短絡軸体17にて短絡機構12を構成している。短絡軸体17は、中間部が軸承部18にて外装ケース3の一内側面に対して遠近方向に移動可能に支持されている。軸承部18は集電体5に機械的に固定されるとともに電気的に接続されており、好適には短絡軸体17の移動に対して制動を加え若しくは外装ケース3の一内側面に向かう一方向に容易に移動を許し、逆方向には移動を阻止又は抑制するように構成されている。なお、この軸承部18は図示のようにシリンダケース13と一体に構成しても、別部材にて構成してもよい。
【0027】
本実施形態においても、外装ケース3の内部圧力が所定の圧力になると、シリンダケース13の圧力導入口13aから導入された圧力によってピストン部材14が退入動作し、ピストンロッド14aにて短絡軸体17が外装ケース3の一内側面に向けて押圧移動されて当接し、軸承部18と短絡軸体17を介して集電体5と外装ケース3が確実に短絡される。かくして、短絡電流が流れて電池エネルギーが放散され、熱暴走反応を生じるというような事態の発生が未然に防止され、信頼性の高い安全機構が実現される。
【0028】
なお、外装ケース3内の圧力が再度低下しても、短絡軸体17が軸承部18にて制動され若しくは逆方向移動が阻止されていると、短絡状態が保持される。また、その場合ピストンロッド14aと短絡軸体17が押圧移動可能に係合されているのが好ましい。
【0029】
また、シリンダ機構11にて直接短絡軸体17を移動させて短絡させるので、単純な構成にて安価に構成することができる。また、短絡軸体17を抵抗体にて構成すると、短絡電流を制御でき、短絡電流による発熱量を制御することができて好適である。
【0030】
次に、本発明の二次電池のさらに別の実施形態について、図5を参照して説明する。
【0031】
上記実施形態では、シリンダケース13の一端を外装ケース3の一内側面とは反対側に向け、ピストン部材14のピストンロッド14aをL字状に屈曲させた例を示したが、本実施形態ではシリンダ機構11におけるシリンダケース13の一端を外装ケース3の一内側面に向け、圧力導入口13aを外装ケース3の一内側面とは反対側に開口し、シリンダケース13の一端部を、軸承部18と同じ機能を奏する軸承部19にて構成し、この軸承部19内でピストンロッド14a先端と短絡軸体17を連結若しくは押圧移動可能に係合させている。
【0032】
本実施形態においても、外装ケース3の内部圧力が所定の圧力になると、シリンダケース13の圧力導入口13aから導入された圧力によってピストン部材14が突出動作し、ピストンロッド14aにて短絡軸体17が外装ケース3の一内側面に向けて押圧移動されて当接し、シリンダケース13と軸承部19と短絡軸体17を介して集電体5と外装ケース3が確実に短絡される。かくして、短絡電流が流れて電池エネルギーが放散され、熱暴走反応を生じるというような事態の発生が未然に防止され、信頼性の高い安全機構が実現される。また、部品点数をさらに少なくできて安価に構成できる。
【0033】
【発明の効果】
本発明の二次電池によれば、発電要素を内部に収容するとともに一方の極性の電極端子となる外装ケースと、発電要素に設けられた他方の極性の集電体と、外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を出退動作するシリンダ機構と、シリンダ機構の出退動作によって集電体と外装ケースを短絡させる短絡機構とを備えているので、過充電の程度に応じて内圧が上昇して所定の内圧になると、シリンダ機構が動作して短絡機構にて集電体と外装ケースが短絡され、短絡電流が流れるので、電池の熱暴走反応が発生する前に電池エネルギーが放散され、熱暴走反応の発生を未然に確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二次電池の一実施形態の縦断面図である。
【図2】図1のA−A矢視拡大断面図である。
【図3】同実施形態における過充電時の動作状態を示す図2と同様の断面図である。
【図4】本発明の二次電池の他の実施形態の図2と同様の断面図である。
【図5】本発明の二次電池のさらに別の実施形態の図2と同様の断面図である。
【図6】従来例の二次電池の縦断面図である。
【図7】同従来例における過充電時の安全機構の作動状態を示し、(a)はガスケットが溶融した場合の縦断面図、(b)は外装ケースの凹部が塑性変形した場合の縦断面図である。
【符号の説明】
1 二次電池
2 極板群(発電要素)
3 外装ケース
5 集電体
11 シリンダ機構
12 短絡機構
14 ピストン部材
15 ねじりコイルばね(短絡部材)
17 短絡軸体
18 軸承部
19 軸承部
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池に関し、特に発電要素を収容している外装ケースが一方の電極端子となっている二次電池における過充電安全機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
二次電池に対して過充電が行われた場合には、内部圧力が上昇するとともに、発熱反応が発生して電池温度が上昇し、使用条件によってはその温度上昇により活物質が熱分解したガスを発生し、電池の熱暴走反応を生じる恐れがある。
【0003】
従来、このような過充電時の危険な挙動に対する安全機構として、温度上昇によって外装ケース内における発電要素と電極端子との間の通電部材を溶融させて電流通路を遮断するようにしたものや、内圧上昇によって発電要素と電極端子を接続している接続部品を破壊させて電流通路を遮断するようにして、それ以上の充電が停止されるようにしたものなどが知られている。
【0004】
また、図6に示すような構成の二次電池も知られている。図6において、21は正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された発電要素としての極板群であり、外装ケース22内に挿入配置されている。極板群21の一端の一方の極板が接合された集電体(図示せず)は外装ケース22の底面に接続され、極板群21の他端の他方の極板が接合された集電体23は、外装ケース22の開口を絶縁ガスケット24を介して封口している封口部材25に接続されている。外装ケース22の開口部には封口部材25を位置決めする凹部26が形成されている。27は封口部材25に設けられた安全弁である。集電体23には、常時はガスケット24を径方向外方に向けて押圧するばね部材28が設けられている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
この二次電池において、過充電によって温度が所定温度以上に上昇すると、図7(a)に示すように、ガスケット24が加熱によって溶融し、ばね部材28の先端が外装ケース22に接触して短絡し、また内部圧力が所定圧力以上に上昇すると、図7(b)に示すように、凹部26が伸長変形し、ばね部材28の先端が外装ケース22に接触して短絡し、電池エネルギーが放電消費され、過充電状態が継続するのが防止される。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−106532号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、過充電時に、通電部材の加熱溶融によって発電要素と電極端子の間の電流通路を遮断したり、図7(a)に示すように、ガスケット24の溶融によって短絡させる方式では、過充電に伴う温度上昇の特性は、途中の過程では温度上昇は緩やかで、電池の熱暴走反応を生じる寸前に急激に大きくなるため、安全機構の動作時点が遅くなる恐れがあり、安全機構に対する信頼性が十分でないという問題がある。
【0008】
また、過充電時に接続部品の圧力破壊によって発電要素と電極端子の間の電流通路を遮断する方式では、圧力の上昇に伴って確実に破壊させるためには、接続部品を薄い部品で構成する必要があり、その結果通電抵抗が大きくなってしまい、出力低下を来すという問題がある。また、図7(b)に示すように、圧力によって外装ケース22の凹部26を塑性変形させて短絡させる方式では、外装ケース22の強度と剛性を確保すると、極めて大きな圧力が発生しないと短絡しないため、安全機構の動作時点が遅くなったり、凹部26のかしめ状態によって動作にばらつきが発生したり、また複数の二次電池を直列状に配置して拘束されている場合には動作不能になる恐れがあり、安全機構に対する信頼性が十分でないという問題がある。
【0009】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、発電要素を収容している外装ケースが一方の電極端子となっている二次電池において、過充電による熱暴走反応の発生を未然にかつ確実に防止することができる安全性の高い二次電池を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池は、発電要素を内部に収容するとともに一方の極性の電極端子となる外装ケースと、発電要素に設けられた他方の極性の集電体と、外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を出退動作するシリンダ機構と、シリンダ機構の出退動作によって集電体と外装ケースを短絡させる短絡機構とを備えたものである。
【0011】
以上の構成によれば、過充電の程度に応じて内圧が上昇して所定の内圧になると、シリンダ機構が動作して短絡機構にて集電体と外装ケースが短絡され、短絡電流が流れるので、電池の熱暴走反応が発生する前に電池エネルギーが放散され、熱暴走反応の発生を未然に確実に防止することができる。
【0012】
また、短絡機構が、シリンダ機構から突出したピストン部材に係合した位置から外装ケースに当接した位置に向けて移動付勢された短絡部材から成り、シリンダ機構は外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を退入動作するように構成すると、内圧上昇に伴ってピストン部材が退入することで集電体と外装ケースを確実に短絡させることができ、さらにシリンダ機構のその後の動作状態に関わりなく短絡状態を保持することができる。
【0013】
また、短絡部材は、一端が集電体に固定され、他端がピストン部材と外装ケースとの間で移動及び係合可能なねじりコイルばねから成ると、簡単な構成にてピストン部材の退入によって集電体と外装ケースを確実に短絡させることができる。
【0014】
また、短絡機構が、ピストン部材に連結若しくは押圧移動可能に係合されるとともに集電体に電気的に接続された短絡軸体から成り、シリンダ機構のピストン部材の出退動作によって短絡軸体が外装ケースに当接するように構成すると、シリンダ機構にて直接短絡軸体を移動させて短絡させるので、単純な構成にて安価に構成することができる。
【0015】
また、短絡機構を構成する部材が抵抗体からなると、その抵抗値によって短絡電流を制御することができ、短絡電流による発熱をコントロールできる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二次電池の一実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
【0017】
図1において、1はリチウムイオン電池などから成る二次電池であり、正極板と負極板をセパレータを介して積層して構成された発電要素としての極板群2が電解液とともに外装ケース3内に挿入配置して構成されている。極板群2は、例えばリチウムイオン電池の場合には、LiCoO2 などの正極活物質を含む正極合剤をアルミニウム箔等の集電芯材に塗着して構成された正極板と、リチウムイオンを吸脱する炭素材料などの負極活物質を含む負極合剤を銅箔などの集電芯材に塗着して構成された負極板と、微孔型ポリエチレンフィルムにて構成されたセパレータを積層して構成されている。
【0018】
極板群2の一端の一方の極板が接合された集電体4が外装ケース3の底面に接続され、外装ケース3が一方の電極端子を構成している。極板群2の他端の他方の極板が接合された集電体5は、外装ケース3の開口を絶縁ガスケット6を介して封口している封口部材7に接続タブ8を介して接続され、封口部材7が他方の電極端子を構成している。外装ケース3の開口部には封口部材7を位置決めする凹部9が形成されている。10は封口部材7に設けられた安全弁である。
【0019】
なお、本実施形態の外装ケース3は、直方体状に形成され、複数枚の矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群、若しくは帯状の正極板と負極板をセパレータを介して積層し、平板状の巻芯に巻回して積層した極板群が内蔵されている。なお、外装ケース3は円筒状であっても良い。
【0020】
外装ケース3内の集電体5上には、図2に示すように、外装ケース3の内圧上昇に伴ってピストン部材14を出退動作するシリンダ機構11と、シリンダ機構11の出退動作によって集電体5と外装ケース3を短絡させる短絡機構12とが配設されている。
【0021】
シリンダ機構11は、外装ケース3の一内側面に一端が適当間隔あけて対向するように配設され、かつその一端面に圧力導入口13aが開口されたシリンダケース13と、シリンダケース13内にシールパッキン14bを介して摺動自在に嵌合配置され、かつピストンロッド14aがシリンダケース13の一端から貫通して突出されたピストン部材14にて構成されており、外装ケース3内の圧力が高くなるとピストン部材14が退入動作するように構成されている。
【0022】
短絡機構12は、一端15aが集電体5に固定され、他端15bがシリンダケース13の一端から突出しているピストンロッド14aに係合した位置から外装ケース3の一内側面に係合した位置に向けて移動付勢されているねじりコイルばね15にて構成されている。16はねじりコイルばね15を支持するため、そのコイル部を貫通するように集電体5に立設された支軸である。また、ねじりコイルばね15は短絡電流を制御するため、適当な抵抗値の抵抗体にて構成されている。
【0023】
以上の構成の二次電池において、充電時に、SOC(State of Charge:ここで、SOCは電池の公称容量に対する投入電気量のパーセンテージを意味するものとする。)が100%を越える過充電状態になると、SOCの増加に対応して外装ケース3の内部圧力が徐々に高くなる。過充電が進行して、過充電の開始点(SOC100%)から熱暴走反応開始点(例えば、SOC200%)の間の20〜80%の間、最適には20〜40%の間になると、図3に示すように、シリンダケース13の圧力導入口13aから導入された圧力によってピストン部材14が退入動作し、ピストンロッド14aとねじりコイルばね15の他端15bの係合が解除され、ねじりコイルばね15の他端15bが外装ケース3の一内側面に係合し、集電体5と外装ケース3がこのねじりコイルばね15にて確実に短絡される。
【0024】
かくして、短絡電流が流れて電池エネルギーが放散され、熱暴走反応を生じるというような事態の発生が未然に防止され、信頼性の高い安全機構が実現される。また、安全弁10が作動して外装ケース3内の圧力が再度低下し、ピストン部材14が突出した場合でも、ねじりコイルばね15からなる短絡機構12は影響を受けず、短絡状態を保持することができる。また、短絡機構12をねじりコイルばね15にて構成しているので、簡単な構成にて集電体5と外装ケース3を確実に短絡させることができる。また、短絡機構12を構成しているねじりコイルばね15が抵抗体にて構成されているので、その抵抗値によって短絡電流を制御することができ、短絡電流による発熱量をコントロールできる。
【0025】
次に、本発明の二次電池の他の実施形態について図4を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一の構成要素については同一参照符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【0026】
上記実施形態では、シリンダ機構11とねじりコイルばね15から成る短絡機構12を設けた例を示したが、本実施形態では、図4に示すように、シリンダ機構11の向きを逆向きに配設してシリンダケース13の一端を外装ケース3の一内側面とは反対側に向け、ピストン部材14のピストンロッド14aをL字状に屈曲させ、その先端に連結若しくは押圧移動可能に係合させた短絡軸体17にて短絡機構12を構成している。短絡軸体17は、中間部が軸承部18にて外装ケース3の一内側面に対して遠近方向に移動可能に支持されている。軸承部18は集電体5に機械的に固定されるとともに電気的に接続されており、好適には短絡軸体17の移動に対して制動を加え若しくは外装ケース3の一内側面に向かう一方向に容易に移動を許し、逆方向には移動を阻止又は抑制するように構成されている。なお、この軸承部18は図示のようにシリンダケース13と一体に構成しても、別部材にて構成してもよい。
【0027】
本実施形態においても、外装ケース3の内部圧力が所定の圧力になると、シリンダケース13の圧力導入口13aから導入された圧力によってピストン部材14が退入動作し、ピストンロッド14aにて短絡軸体17が外装ケース3の一内側面に向けて押圧移動されて当接し、軸承部18と短絡軸体17を介して集電体5と外装ケース3が確実に短絡される。かくして、短絡電流が流れて電池エネルギーが放散され、熱暴走反応を生じるというような事態の発生が未然に防止され、信頼性の高い安全機構が実現される。
【0028】
なお、外装ケース3内の圧力が再度低下しても、短絡軸体17が軸承部18にて制動され若しくは逆方向移動が阻止されていると、短絡状態が保持される。また、その場合ピストンロッド14aと短絡軸体17が押圧移動可能に係合されているのが好ましい。
【0029】
また、シリンダ機構11にて直接短絡軸体17を移動させて短絡させるので、単純な構成にて安価に構成することができる。また、短絡軸体17を抵抗体にて構成すると、短絡電流を制御でき、短絡電流による発熱量を制御することができて好適である。
【0030】
次に、本発明の二次電池のさらに別の実施形態について、図5を参照して説明する。
【0031】
上記実施形態では、シリンダケース13の一端を外装ケース3の一内側面とは反対側に向け、ピストン部材14のピストンロッド14aをL字状に屈曲させた例を示したが、本実施形態ではシリンダ機構11におけるシリンダケース13の一端を外装ケース3の一内側面に向け、圧力導入口13aを外装ケース3の一内側面とは反対側に開口し、シリンダケース13の一端部を、軸承部18と同じ機能を奏する軸承部19にて構成し、この軸承部19内でピストンロッド14a先端と短絡軸体17を連結若しくは押圧移動可能に係合させている。
【0032】
本実施形態においても、外装ケース3の内部圧力が所定の圧力になると、シリンダケース13の圧力導入口13aから導入された圧力によってピストン部材14が突出動作し、ピストンロッド14aにて短絡軸体17が外装ケース3の一内側面に向けて押圧移動されて当接し、シリンダケース13と軸承部19と短絡軸体17を介して集電体5と外装ケース3が確実に短絡される。かくして、短絡電流が流れて電池エネルギーが放散され、熱暴走反応を生じるというような事態の発生が未然に防止され、信頼性の高い安全機構が実現される。また、部品点数をさらに少なくできて安価に構成できる。
【0033】
【発明の効果】
本発明の二次電池によれば、発電要素を内部に収容するとともに一方の極性の電極端子となる外装ケースと、発電要素に設けられた他方の極性の集電体と、外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を出退動作するシリンダ機構と、シリンダ機構の出退動作によって集電体と外装ケースを短絡させる短絡機構とを備えているので、過充電の程度に応じて内圧が上昇して所定の内圧になると、シリンダ機構が動作して短絡機構にて集電体と外装ケースが短絡され、短絡電流が流れるので、電池の熱暴走反応が発生する前に電池エネルギーが放散され、熱暴走反応の発生を未然に確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二次電池の一実施形態の縦断面図である。
【図2】図1のA−A矢視拡大断面図である。
【図3】同実施形態における過充電時の動作状態を示す図2と同様の断面図である。
【図4】本発明の二次電池の他の実施形態の図2と同様の断面図である。
【図5】本発明の二次電池のさらに別の実施形態の図2と同様の断面図である。
【図6】従来例の二次電池の縦断面図である。
【図7】同従来例における過充電時の安全機構の作動状態を示し、(a)はガスケットが溶融した場合の縦断面図、(b)は外装ケースの凹部が塑性変形した場合の縦断面図である。
【符号の説明】
1 二次電池
2 極板群(発電要素)
3 外装ケース
5 集電体
11 シリンダ機構
12 短絡機構
14 ピストン部材
15 ねじりコイルばね(短絡部材)
17 短絡軸体
18 軸承部
19 軸承部
Claims (5)
- 発電要素を内部に収容するとともに一方の極性の電極端子となる外装ケースと、発電要素に設けられた他方の極性の集電体と、外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を出退動作するシリンダ機構と、シリンダ機構の出退動作によって集電体と外装ケースを短絡させる短絡機構とを備えた二次電池。
- 短絡機構は、シリンダ機構から突出したピストン部材に係合した位置から外装ケースに当接した位置に向けて移動付勢された短絡部材から成り、シリンダ機構は外装ケースの内圧上昇に伴ってピストン部材を退入動作するように構成した請求項1記載の二次電池。
- 短絡部材は、一端が集電体に固定され、他端がピストン部材と外装ケースとの間で移動及び係合可能なねじりコイルばねから成る請求項2記載の二次電池。
- 短絡機構は、ピストン部材に連結若しくは押圧移動可能に係合されるとともに集電体に電気的に接続された短絡軸体から成り、シリンダ機構のピストン部材の出退動作によって短絡軸体が外装ケースに当接するように構成した請求項1記載の二次電池。
- 短絡機構を構成する部材が、抵抗体からなる請求項1〜4の何れかに記載の二次電池。
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