JP2008192432A - Secondary battery and secondary battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極端子の一部を露出させて電池素子を包装部材で密封した二次電池、及びその二次電池を設けた二次電池装置に関し、特に、包装部材の膨張から異常を検出することができる二次電池及び二次電池装置に関するものである。 The present invention relates to a secondary battery in which a part of an electrode terminal is exposed and a battery element is sealed with a packaging member, and a secondary battery device provided with the secondary battery, and particularly detects an abnormality from the expansion of the packaging member. The present invention relates to a secondary battery and a secondary battery device.
近年のポータブル電子機器の登場により、電子機器の小型軽量化が計られており、その需要が高まっている。これに伴い、これらの電子機器の携帯用電源としての二次電池、中でもリチウムイオン二次電池について、薄型化や、折り曲げ可能化の需要が高まっている。その薄型化、折り曲げ可能な二次電池として、正極シートと負極シートを積層して形成された非水電解液二次電池が知られている。 With the advent of portable electronic devices in recent years, electronic devices have been reduced in size and weight, and the demand for such devices has increased. Along with this, there is an increasing demand for thinning and folding of secondary batteries as portable power sources for these electronic devices, especially lithium ion secondary batteries. A non-aqueous electrolyte secondary battery formed by laminating a positive electrode sheet and a negative electrode sheet is known as a thin and foldable secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、正極活物質としてリチウム含有化合物、負極活物質として炭素系材料を用い、更に、非水溶媒に電解質塩を溶解した非水電解液を用いた電池である。このリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度を有する代表的な二次電池である。 A lithium ion secondary battery is a battery that uses a lithium-containing compound as a positive electrode active material, a carbon-based material as a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent. This lithium ion secondary battery is a typical secondary battery having a high energy density.
ところが、薄型のリチウムイオン二次電池を従来の非水電解液を用いて作製すると、内部の液が漏れ、周辺の電子部品に影響を与えるおそれがある。そこで、電解液を固体化した固体電解質が提案されている。中でもマトリックスポリマーに非水電解液を含浸させたゲル状の固体電解質は、その電解液相がイオン伝導のメインパスとなるため、電解液に準ずるレベルの高いイオン伝導性が期待できる。そのため、固体電解質を用いたリチウムイオン二次電池の開発が進められている。 However, when a thin lithium ion secondary battery is produced using a conventional non-aqueous electrolyte, the liquid inside leaks and there is a risk of affecting surrounding electronic components. Therefore, a solid electrolyte obtained by solidifying the electrolytic solution has been proposed. In particular, a gel-like solid electrolyte in which a matrix polymer is impregnated with a nonaqueous electrolytic solution can be expected to have a high level of ionic conductivity equivalent to the electrolytic solution because the electrolytic solution phase serves as a main path for ionic conduction. Therefore, development of a lithium ion secondary battery using a solid electrolyte is being promoted.
しかしながら、現状の固体電解質を用いた二次電池は、過放電によって、溶媒が分解されてガスが発生し、電池素子を収納する包装部材に膨れが生じる可能性があった。その結果、二次電池を収納した二次電池装置では、二次電池の膨れによってケースが開いてしまう等の問題があった。 However, in the secondary battery using the current solid electrolyte, there is a possibility that the solvent is decomposed and gas is generated due to overdischarge, and the packaging member that houses the battery element is swollen. As a result, in the secondary battery device storing the secondary battery, there is a problem that the case opens due to the swelling of the secondary battery.
また、従来の、この種の二次電池としては、例えば、特許文献1に記載されているようなものがある。特許文献1には、複数の扁平角形の二次電池を積み重ねて構成された電池パックに関し、特に、二次電池に膨らみが生じたときの対策を講じた積層型電池パックに関するものが記載されている。この特許文献1に記載された積層型電池パックは、「扁平角形形状に形成された複数の二次電池をその長側面で積み重ねると共に直列及び/又は並列に電気的接続してパックケース内に収容した積層型電池パックであって、複数の二次電池それぞれに感熱素子が正極端子又は負極端子と直列に電気的接続すると共に短側面に密着させて熱結合した状態に配設され、積み重ねられた複数の二次電池がその短側面で直列及び/又は並列に電気的接続する複数のリード板により所定の積み重ね高さに結束され、二次電池に膨らみが生じて積み重ね高さが所定値以上に増加したとき前記リード板による電気的接続状態が破断する接続破断構造が設けられてなる」ことを特徴とする。 Moreover, as a conventional secondary battery of this type, for example, there is a battery described in Patent Document 1. Patent Document 1 describes a battery pack that is formed by stacking a plurality of flat rectangular secondary batteries, and particularly, a battery pack that takes measures when a bulge occurs in a secondary battery. Yes. The stacked battery pack described in Patent Document 1 is “a plurality of secondary batteries formed in a flat rectangular shape are stacked on their long sides and electrically connected in series and / or in parallel and accommodated in a pack case. In the stacked battery pack, the plurality of secondary batteries are arranged and stacked in a state where the thermal element is electrically connected in series with the positive electrode terminal or the negative electrode terminal and in close contact with the short side surface and thermally coupled. A plurality of secondary batteries are bundled to a predetermined stacking height by a plurality of lead plates electrically connected in series and / or in parallel on the short side surface, and the secondary battery is swollen and the stacking height exceeds a predetermined value. A connection breaking structure is provided in which the electrical connection state by the lead plate is broken when increased.
このような構成を有する積層型電池パックによれば、「感熱素子の二次電池に対する熱結合状態が破壊されると、二次電池を短絡や高温状態から保護する機能が正常に働かず、二次電池は高温状態の進行により膨らみが増加するが、膨らみが極限状態にまで進行したとき、リード板に設けられた接続破断構造により充放電回路が遮断されるので、二次電池は熱暴走により破裂等の最悪の状態に陥ることが防止される。」(明細書の段落[0033])等の効果が期待される。
しかしながら、特許文献1に記載された積層型電池パックは、複数の二次電池を積み重ねると共に、その短側面にリード板を取り付け、積み重ね高さが所定値以上に増加したときにリード板の電気的接続状態を破断する接続破断構造を設けている。その結果、複数の二次電池の積み重ね高さの変化から二次電池の膨らみを検出していたため、二次電池の膨らみを個別に検出することが難しく、更に、二次電池の微小な膨らみを検出することが困難であるという問題があった。 However, the stacked battery pack described in Patent Document 1 stacks a plurality of secondary batteries, attaches a lead plate to the short side surface thereof, and when the stack height increases to a predetermined value or more, A connection breaking structure for breaking the connection state is provided. As a result, since the secondary battery bulge was detected from the change in the stack height of multiple secondary batteries, it was difficult to detect the secondary battery bulge individually. There was a problem that it was difficult to detect.
解決しようとする問題点は、従来の二次電池では、複数の二次電池の積み重ね高さの変化から二次電池の膨らみを検出していたため、二次電池の膨らみを個別に検出することが難しく、更に、二次電池の微小な膨らみを検出することが困難であるという、点である。 The problem to be solved is that in the conventional secondary battery, since the swelling of the secondary battery is detected from the change in the stacking height of the plurality of secondary batteries, it is possible to individually detect the swelling of the secondary battery. In addition, it is difficult to detect a minute bulge of the secondary battery.
本発明の二次電池は、電極端子を有する電池素子と、電極端子の一部を露出させて電池素子を密封して収納する包装部材と、包装部材が膨張したときに破断するように当該包装部材の外面に2箇所以上で固定される導電体と、を設けたことを最も主要な特徴とする。 The secondary battery of the present invention includes a battery element having an electrode terminal, a packaging member that exposes a part of the electrode terminal to seal and store the battery element, and the packaging so that the packaging member breaks when the packaging member expands. The main feature is that a conductor fixed at two or more places on the outer surface of the member is provided.
本発明の二次電池装置は、電極端子を有する電池素子と、電極端子の一部を露出させて電池素子を密封して収納する包装部材と、包装部材が膨張したときに破断するように当該包装部材の外面に2箇所以上で固定される導電体と、導電体への通電状態から当該導電体の破断を検出してその検出信号を出力する膨張検出回路部と、を設けことを特徴とする。 The secondary battery device of the present invention includes a battery element having an electrode terminal, a packaging member that exposes a part of the electrode terminal and seals and stores the battery element, and that the packaging member breaks when the packaging member expands. A conductor that is fixed to the outer surface of the packaging member at two or more locations, and an expansion detection circuit unit that detects a breakage of the conductor from an energized state of the conductor and outputs a detection signal thereof, To do.
本発明の二次電池及び二次電池装置によれば、包装部材の膨らみによって導電体が破断されることにより、二次電池及び二次電池装置の異常を検出することができる。 According to the secondary battery and the secondary battery device of the present invention, the abnormality of the secondary battery and the secondary battery device can be detected by breaking the conductor due to the swelling of the packaging member.
包装部材の膨らみが所定値を超えると破断(切断)される導電体を包装部材に少なくとも2箇所で固定することにより、確実に二次電池の包装部材の膨れを検出し、二次電池の異常を検出することができる二次電池及び二次電池装置を、簡単な構成により実現した。 By fixing the conductor that is broken (cut) when the swelling of the packaging member exceeds a predetermined value to the packaging member in at least two places, the swelling of the packaging member of the secondary battery is reliably detected, and the abnormality of the secondary battery A secondary battery and a secondary battery device capable of detecting the above are realized with a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図1〜図15は、本発明の実施の形態の例を示すものである。即ち、図1は本発明の二次電池の第1の実施の例を示す正面図、図2は側面図、図3は斜視図、図4は本発明の電池素子の第1の実施の例を示す分解斜視図、図5は図3のT−T線断面図、図6は包装部材が所定範囲内で膨張した状態を示すもので、図6Aは正面図、図6Bは側面図、図6Cは平面図である。図7は包装部材が所定範囲を超えて膨張した状態を示すもので、図7Aは正面図、図7Bは側面図、図7Cは平面図である。図8は本発明の二次電池装置の第1の実施の例を示す正面図、図9は膨張検出回路部の第1の実施例を模式的に示す説明図、図10は二次電池装置の異常検出処理の第1の実施例を示すフローチャートである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 to 15 show examples of embodiments of the present invention. 1 is a front view showing a first embodiment of the secondary battery of the present invention, FIG. 2 is a side view, FIG. 3 is a perspective view, and FIG. 4 is a first embodiment of the battery element of the present invention. FIG. 5 is a sectional view taken along the line TT in FIG. 3, FIG. 6 shows a state in which the packaging member has expanded within a predetermined range, FIG. 6A is a front view, FIG. 6B is a side view, and FIG. 6C is a plan view. 7 shows a state where the packaging member has expanded beyond a predetermined range, FIG. 7A is a front view, FIG. 7B is a side view, and FIG. 7C is a plan view. FIG. 8 is a front view showing a first example of the secondary battery device of the present invention, FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the first example of the expansion detection circuit unit, and FIG. 10 is a secondary battery device. It is a flowchart which shows the 1st Example of this abnormality detection process.
図11は本発明の二次電池の第2の実施の例を断面して示す説明図、図12は本発明の二次電池の第3の実施の例を示す斜視図、図13は本発明の二次電池の第4の実施の例を模式的に示す説明図、図14は本発明の二次電池の第5の実施の例を模式的に示す説明図、図15は本発明の二次電池の第6の実施の例を模式的に示す説明図である。 FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view showing a second embodiment of the secondary battery of the present invention, FIG. 12 is a perspective view showing a third embodiment of the secondary battery of the present invention, and FIG. FIG. 14 is an explanatory view schematically showing a fifth embodiment of the secondary battery of the present invention, and FIG. 15 is an explanatory view schematically showing the fourth embodiment of the secondary battery of FIG. It is explanatory drawing which shows typically the 6th Example of a secondary battery.
まず、図1〜図7を参照して、本発明の二次電池の第1の実施の例について説明する。本実施の例で示す二次電池10は、例えば、リチウムイオン電池である。図1及び図2に示すように、二次電池10は、ラミネートフィルムによって形成された包装部材13と、この包装部材13の内部に密封して収納された薄い略直方体をなす電池素子11と、この包装部材13に巻き付けるようにして固定された導電体27を備えて構成されている。尚、この実施の例における二次電池10の形状は薄い略直方体をなしているが、これに限定されるものではなく、例えば、円柱、角柱、或いは円柱や角柱を薄くつぶした扁平形状等、その他の形状であってもよい。
First, with reference to FIGS. 1-7, the 1st Example of the secondary battery of this invention is described. The
包装部材13は、ラミネートフィルムによって形成されている。このラミネートフィルムは、導電膜と、当該導電膜を挟んだ2つの非導電膜とからなる積層体として構成されている。そして、導電膜及び2つの非導電膜は、それぞれ接着層を介して貼り合わされている。また、接着層は、必要に応じて省いてもよい。
The
導電膜は、ラミネートフィルムの強度向上の他、水分、空気、光の浸入を防ぎ内容物を守る役割を有している。導電膜の材質としては、軽さ、伸び性、価格、加工のし易さ等からアルミニウム(Al)を用いるのが好ましい。 In addition to improving the strength of the laminate film, the conductive film has a role of preventing moisture, air and light from entering and protecting the contents. As the material of the conductive film, aluminum (Al) is preferably used because of its lightness, extensibility, cost, ease of processing, and the like.
非導電膜は、二次電池10の形成時に、外側に位置する外装膜と、内側に位置するシーラント膜とからなっている。外装膜は、外観の美しさや強靭さ、柔軟性などが求められる。そして、外装膜の材質としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル等が用いられる。具体的には、ナイロン(Ny)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリブチレンナフタレート(PBN)が用いられる。また、外装膜の材質は、これらを複数種選択して用いてもよい。
When the
シーラント膜は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分である。そして、シーラント膜の材質としては、ポリエチレン(PE)、無軸延伸ポリプロピレン(CPP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロン(Ny)の他、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)等が用いられる。また、シーラント膜の材質は、これらを複数種選択して用いてもよい。 The sealant film is a part that melts and fuses with heat or ultrasonic waves. The material of the sealant film includes polyethylene (PE), non-axially oriented polypropylene (CPP), polyethylene terephthalate (PET), nylon (Ny), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), straight A linear low density polyethylene (LLDPE) or the like is used. Moreover, you may select and use multiple types for the material of a sealant film | membrane.
図3及び図5に示すように、包装部材13は、略長方形をなす正面部13aと、正面部13aの長手方向Yの一側から略垂直をなすように連続された上面部13bと、正面部13aの長手方向Yの他側から略垂直をなすように連続された底面部13cと、正面部13aの長手方向Yと直交する幅方向Xの一側から略垂直をなすように連続された左側面部13dと、正面部13aの幅方向Xの他側から略垂直をなすように連続された右側面部13eと、正面部13aと対向し、且つ、底面部13cと略長方形をなすように連続された背面部13fを有している。正面部13a、上面部13b、底面部13c、左側面部13d及び右側面部13eによって、膨出部23を構成している。この膨出部23の中に電池素子11が収納される。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
また、電池素子11の周囲には、包装部材13の周縁が重なり合った重合部分24が形成されている。この重合部分24の電池素子11を挟んで幅方向Xの一側には、第1の重合部分24aが配置されている。また、重合部分24の電池素子11を挟んで幅方向Xの他側には、第2の重合部分24bが配置されている。第1の重合部分24aは、正面部13aに向けて一回折り曲げて、第1の折り曲げ部26aが形成されている。同様に、第2の重合部分24bは、正面部13aに向けて一回折り曲げて、第2の折り曲げ部26bが形成されている。更に、図3に示すように、重合部分24の電池素子を挟んで長手方向Yの一側には、第3の重合部分24cが配置されている。この第3の重合部分24cの間に、後述する電極端子12が介在されている。
Further, around the
図4及び図5に示すように、電池素子11は、帯状の正極14と、セパレータ15aと、正極14と対向して配された帯状の負極16と、セパレータ15bとを順に積層し、長手方向に巻回されている。正極14及び負極16の両面には、図示しないゲル状電解質が形成されている。正極14及び負極16には、平板状の電極端子12がそれぞれ接続されている。具体的には、正極14には、正極端子12aが接続されており、負極16には、負極端子12bが接続されている。また、正極端子12a及び負極端子12bの一端部におけるそれぞれの両面には包装部材13との接着性を向上させるために樹脂片18a,18bが被覆されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
正極14は、正極活物質を含有する正極活物質層14aと正極集電体14bとから構成されている。正極活物質層14aは、正極集電体14bの両面上に形成されている。また、正極活物質層14aは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極集電体14bは、例えばアルミニウム(Al)箔、ニッケル(Ni)箔或いはステンレス(SUS)箔などの金属箔により構成されている。
The
また、正極14の正極端子12aは、正極集電体14bの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続されている。この正極端子12aの材質としては、例えばアルミニウム(Al)が挙げられる。なお、正極端子12aの材質は、電気化学的及び化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくてもよい。
The
負極16は、負極活物質を含有する負極活物質層16aと負極集電体16bとから構成されている。負極活物質層16aは、負極集電体16bの両面上に形成されている。また、負極活物質層16aは、例えば負極活物資と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。負極集電体16bは、例えば銅(Cu)箔、ニッケル(Ni)箔或いはステンレス(SUS)箔などの金属箔により構成されている。
The
また、負極16の負極端子12bは、負極集電体16bの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続されている。この負極端子12bの材質としては、例えば銅(Cu)、ニッケル(Ni)が挙げられる。また、負極端子12bの材質は、電気化学的及び化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくてもよい。
The
電解質は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。このゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、二次電池における電解液の漏液を防止することができる。 The electrolyte includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and is in a so-called gel form. This gel electrolyte can obtain high ionic conductivity and can prevent leakage of the electrolyte in the secondary battery.
セパレータ15a,15bは、例えばポリプロピレン(PP)或いはポリエチレン(PE)などのポリオレフィン系の材料によりなる多孔質膜、あるいはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されている。また、セパレータ15a,15bは、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。特に、セパレータ15a,15bは、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムで構成されるのが好ましい。
更に、セパレータ15a,15bは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下すると共に、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆にセパレータ15a,15bは、薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。そのため、セパレータ15a,15bの厚さは、5〜50μmが好適であり、7〜30μmがより好ましい。
Furthermore, if the
導電体27は、線材として構成されている。導電体27は、包装部材13の膨張が所定値を超えたときに破断(切断)される。そして、この導電体27は、銅、アルミ、鋼等の電気を伝達可能な材料(導通がとれる材料)で形成されている。尚、本実施の例では、導電体27を線材として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、箔状や網目状等の薄いシート材であってもよい。
The
このような構成を有する導電体27は、図5に示すように、電池素子11を収納した包装部材13の外面において、その幅方向Xに沿って、正面部13a、左側面部13d及び背面部13fにおけるそれぞれの長手方向Yの略中央を連続して通過するように巻き付けられている。そして、この導電体27の終端部の一端27aは、正面部13aにおける右側面部13e側の一端から外側に引き出されている。導電体27の終端部の他端27bは、背面部13fにおける右側面部13e側の一端から外側に引き出されている。
As shown in FIG. 5, the
そして、導電体27は、後述する絶縁材料28を包装部材13における正面部13aの幅方向Xの両端に位置する固定部A,A及び背面部13fの幅方向Xの両端に位置する固定部B,Bに接着剤29で接着して固定されている。これにより、導電体27は、包装部材13に固定されている。その結果、過放電により二次電池に異常が発生して包装部材13が膨張する際に、導電体27がその包装部材13の膨張によって滑ることがない。
And the
更に、導電体27は、サビ等からの保護のために絶縁材料で被覆されている。絶縁材料28の材質としては、柔軟で導電体27が破断されるまでの発熱に耐える耐熱性を有し、且つ、電気絶縁性に優れたものが好ましく、例えば、ポリイミドが好適に用いられる。ポリイミドは、金属配線との熱膨張によるひずみが生じにくく、高い精度で配線加工が可能である。
Furthermore, the
尚、本実施の例では、導電体27を絶縁材料28によって被覆した例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、導電体27の包装部材13側に位置する絶縁材料28を無くして、導電体27を直接包装部材13の外面に接着固定してもよいことは、勿論である。
In this embodiment, the example in which the
このような構成を有する二次電池10は、例えば次のようにして製造することができる。まず、正極14及び負極16のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル状の電解質を形成する。次に、正極集電体14bの端部に正極端子12aを溶接により固定する共に、負極集電体16bに負極端子12bを溶接により固定する。そして、ゲル状の電解質が形成された正極14と負極16とをセパレータ15a,15bを介して積層して積層体とする。この積層体をその長手方向に巻回する。
The
次に、この電池素子11を包装部材13で密封して収納する。具体的には、まず、包装部材13の一面に深絞り加工によって膨出部23を形成する。そして、この膨出部23内に電池素子11を収納する。次いで、電池素子11の電極端子12の一部を露出させて膨出部23の開口面を閉じるように包装部材13を折り曲げて重ね合わせる。これにより、電池素子11の周囲(4辺)に包装部材13の周縁が重なり合う重合部分24が形成される。
Next, the
そして、重合部分24のうち折り返し辺以外の包装部材13の周縁部(コ字状に連続した3辺)を、熱溶着或いは接着剤等により接合させて、電池素子11を密封させる。この接合方法は、これ以外その他の接合方法を用いることができることは勿論である。次に、重合部分24であって、電池素子11を挟んで一側に位置する第1の重合部分24aを、膨出部23の正面部13a側に向けて1回折り曲げて、第1の折り曲げ部26aを形成する。同様に、重合部分24であって、電池素子11を挟んで他側に位置する第2の重合部分24bを、膨出部23の正面部13a側に向けて1回折り曲げて、第2の折り曲げ部26bを形成させる。
Then, the peripheral portions (three sides continuous in a U-shape) of the
次に、絶縁材料28で被覆された導電体27を、電池素子11を収納した包装部材13に取り付ける。即ち、導電体27を包装部材13の外面において、その幅方向Xに沿って、正面部13a、左側面部13d及び背面部13fにおけるそれぞれの長手方向Yの略中央部に連続して通過するように巻き付ける。そして、導電体27の包装部材13側に位置する絶縁材料28を正面部13aの幅方向X両端の固定部A,Aと背面部13fの幅方向X両端の固定部B,Bに接着剤29で接着固定する。これにより、二次電池10の製造工程が完了する。
Next, the
次に、このような構成を有する本発明の二次電池10の作用について説明する。ここで、導電体27は、包装部材13が膨張する際にその変形量(容積の増加量)が他の部分と比較すると大なる部分である正面部13aから背面部13fにかけて連続して巻かれている。更に、図1等に示すこの実施の例では、好適な実施例として、導電体27を、包装部材13において変形量の最も大きい長手方向Yの略中央部にて幅方向Xに沿って巻き付けるように取り付けられている。そして、導電体27は、正面部13aにおいてその幅方向X両端の固定部A,A及び背面部13fにおいてその幅方向X両端の固定部B,Bに接着剤29で接着して固定するように構成されている。
Next, the operation of the
まず、二次電池10が正常な状態、即ち、充放電が正常に行われている状態では、図1及び図2に示すように、電池素子11を収納する包装部材13は薄い略直方体をなしている。このとき、包装部材13は、膨張していないため、導電体27には、包装部材13からの力は作用していない。そのため、導電体27は、破断されずに包装部材13に巻き付けられている。
First, in a state where the
いま、過放電が生じ、電池素子11を構成する溶媒が分解されてガスが発生したものとする。このときに発生したガスにより、電池素子11を収納している包装部材13が膨張する。本実施の例のような略直方体の二次電池10においては、図6及び図7に示すように、包装部材13のうち、他の面よりも面積が大きい正面部13a及び/又は背面部13fが最も大きくドーム状に膨らむ状態となる。即ち、正面部13a及び/又は背面部13fの容積が増加して、それぞれの表面積が増加する。このとき、導電体27は、正面部13a及び背面部13fのそれぞれの両端の固定部A,A,B,Bに接着固定されている。そのため、導電体27には、その線方向に向かう引張力が作用し、その応力は、導電体27のA−A間及び/又はB−B間の略中央部において最大となる。
Now, it is assumed that overdischarge occurs and the solvent constituting the
図6に示すように、包装部材13の膨張が所定範囲内であるときは、導電体27のA−A間及びB−B間の略中央にかかる最大応力P1は、導電体27の許容応力の範囲内である。そのため、導電体27が破断されることはない。
As shown in FIG. 6, when the expansion of the
その後、包装部材13の膨張量が更に増加すると、その膨張による導電体27の引張力が増大する。そして、包装部材13が所定範囲以上に膨張し、導電体27のA−A間及びB−B間の略中央にかかる最大応力P2が導電体27の許容応力を超えると、図7に示すように、導電体27は、A−A間及び/又はB−B間の略中央の破断部31から破断する。この導電体27の破断により、二次電池10が膨張して異常な状態であることを検出することができる。
Thereafter, when the expansion amount of the
次に、前述したような構成及び作用を有する二次電池10を備えた本発明の二次電池装置1の第1の実施の例を、図8〜図10を参照して説明する。図8に示すように、二次電池装置1は、二次電池10と、この二次電池10の膨張を検出する膨張検出回路部2と、この膨張検出回路部2が搭載された回路基板3等を備えて構成されている。
Next, a first example of the secondary battery device 1 of the present invention including the
回路基板3には、電極端子12と接続される2つの接点部3a,3bが設けられている。この接点部3a,3bは、抵抗溶接や超音波溶接等によって電極端子12に接続されている。回路基板3の配線パターンには、図示しない出力端子の各端子片がそれぞれ電気的に接続されている。この出力端子は、外部装置である各種の電子機器(例えば、パーソナルコンピュータ、カメラ一体型VTR等)と着脱可能に接続される。その接続により、二次電池装置1を構成する二次電池10の電力が、出力端子を介して接続された電子機器に供給される。更に、この回路基板3には、導電体27の破断から二次電池10の膨張を検出する膨張検出回路部2が搭載されている。
The
図9に示すように、膨張検出回路部2は、マイクロコンピュータ5及びヒューズ6を有している。マイクロコンピュータ5は、包装部材13に巻きつけられた導電体27の両終端部27a,27bと電気的に接続され、当該導電体27へ通電している。このマイクロコンピュータ5は、制御装置、処理装置、記憶装置及び入出力装置等を備えて構成されている。
As illustrated in FIG. 9, the expansion
このような構成を有する二次電池装置1における二次電池10の異常検出機構について図10の異常検出フローチャートを参照して説明する。まず、膨張検出回路部2に設けたマイクロコンピュータ5は、導電体27が破断(切断)されていないか、つまり、導電体27への通電状態を監視する(ステップS1)。このとき、導電体27が破断されていない場合では、包装部材13は、所定値以上膨張しておらず、二次電池装置1は正常に動作している。このとき、マイクロコンピュータ5と導電体27とは、導通している。
The abnormality detection mechanism of the
次に、例えば、過放電が生じて電池素子11を構成する溶媒が分解され、ガスが発生すると、このガスにより電池素子11を収納する包装部材13が膨張する。この膨張量が所定範囲以上、即ち、この膨張によって導電体27に作用する応力が導電体27の許容応力よりも大きくなると、導電体27が破断される。すると、導電体27とマイクロコンピュータ5との導通は遮断される。これにより、導電体27が破断されたことがマイクロコンピュータ5によって検出される。この検出信号に基づいて、マイクロコンピュータ5が、その制御信号であるヒューズ6を切断するための信号を出力する。その結果、ヒューズ6が切断され、そのヒューズ6を含む電気回路の通電が遮断される(ステップS2)。
Next, for example, when overdischarge occurs and the solvent constituting the
ヒューズ6が切断されたことにより、二次電池装置1は、二次電池10の電力を外部に出力、又は外部からの電力を電池素子11に入力することができない状態となる。その結果、二次電池装置1が、使用不可の状態となり、これ以上、二次電池10の異常な状態への進行が防止される。
When the fuse 6 is cut, the secondary battery device 1 is in a state where the power of the
図11は、本発明に係る二次電池の第2の実施の例を示すものである。この第2の実施の例として示す二次電池20が、第1の実施の例にかかる二次電池10と異なるところは、導電体27と包装部材13とが接触する部分を全て接着剤29で接着固定したところである。例えば、図11に示すように、導電体27を被覆している絶縁材料28と、包装部材13における正面部13a、左側面部13d及び底面部13cの全面とが接着剤29で接着固定されている。その他の構成は、前記第1の実施例にかかる二次電池10と同様であるため、それらの説明は省略する。
FIG. 11 shows a second embodiment of the secondary battery according to the present invention. The
このような、構成を有する二次電池20によっても、前述した第1の実施の例にかかる二次電池10と同様の効果を得ることができる。この実施例の二次電池20の場合には、導電体27と包装部材13が接触する部分の全体が固定されているため、包装部材13の膨張を導電体27の全体で略均等に検出することができる。その結果、包装部材13の膨張を極めて高い精度で検出することができ、素早く二次電池20の異常を検出することができる。これにより、二次電池20及びこの二次電池20を携帯用電源として使用している電子機器の安全性を高めることができる。
Even with the
図12は、本発明に係る二次電池の第3の実施の例を示すものである。この第3の実施の例として示す二次電池30が、第1の実施の例にかかる二次電池10と異なるところは、導電体27を包装部材13の長手方向Yに沿って巻き付けているところである。
FIG. 12 shows a third embodiment of the secondary battery according to the present invention. The
具体的には、図12に示すように、導電体27を包装部材13の外面において、その長手方向Yに沿って、正面部13a、背面部13f及び底面部13cにおけるそれぞれの幅方向Xの略中央を連続して通過するように巻き付けている。そして、導電体27の終端部の一端27aは、正面部13aにおける上面部13b側の一端から外側に引き出されている。導電体27の終端部の他端27bは、背面部13fにおける上面部13b側の一端から外側に引き出されている。その他の構成は、前記第1の実施例にかかる二次電池10と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する二次電池30によっても、前述した第1の実施の例にかかる二次電池10と同様の効果を得ることができる。
Specifically, as shown in FIG. 12, the
図13は、本発明に係る二次電池の第4の実施の例を示すものである。この第4の実施の例として示す二次電池40は、導電体27を、包装部材13の外面に幅方向Xに沿って、一周以上、具体的には略5/4周に亘って巻き付けたものである。即ち、導電体27を、包装部材13の外面を、第1の実施の例かかる二次電池10から更に連続して右側面部13eと正面部13aに巻き付けている。
FIG. 13 shows a fourth embodiment of the secondary battery according to the present invention. In the
この実施の例における導電体27の終端部の一端27aは、正面部13aの右側面部13e側の一端から外側に向けて引き出されている。導電体27の終端部の他端27bは、正面部13aにおける左側面部13d側の他端から外側に向けて引き出されている。その他の構成は、前記第1の実施例にかかる二次電池10と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する二次電池40によっても、前述した第1の実施の例にかかる二次電池10と同様の効果を得ることができる。
One
図14は、本発明に係る二次電池の第5の実施の例を示すものである。この第5の実施の例として示す二次電池50は、導電体27を、包装部材13の外面に幅方向Xに沿って、一周半以上、具体的には、略7/4周に亘って巻き付けたものである。即ち、導電体27を、包装部材13の外面を、第1の実施の例にかかる二次電池10から更にもう一周連続して巻き付けている。その他の構成は、前記第1の実施例にかかる二次電池10と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する二次電池50によっても、前述した第1の実施の例にかかる二次電池10と同様の効果を得ることができる。第4の実施の例及び第5の実施の例に示すように、一周以上に亘って、導電体27を包装部材13に巻き付ける実施例では、包装部材13の膨張量を4面以上で検出することができる。その結果、包装部材13の膨張量を比較的精度良く検出することができる。
FIG. 14 shows a fifth embodiment of the secondary battery according to the present invention. In the
図15は、本発明に係る二次電池の第6の実施の例を示すものである。この第6の実施の例として示す二次電池60は、導電体27を、包装部材13が膨張する際にその変形量が大なる部分である正面部13a及び背面部13fのうち、正面部13aの一面のみを通過するように巻き付けているものである。
FIG. 15 shows a sixth embodiment of the secondary battery according to the present invention. The
即ち、導電体27を包装部材13の外面に幅方向Xに沿って、正面部13a、左側面部13d及び右側面部13eの長手方向Yの略中央を連続して通過するように包装部材13に取り付けているところである。導電体27の終端部の一端27aは、左側面部13dにおける背面部13f側の一端27aから外側に引き出している。導電体27の終端部の他端27bは、右側面部13eにおける背面部13f側の一端から外側に引き出している。
That is, the
そして、正面部13aの幅方向X両端の固定部A,Aの2箇所で、導電体27と包装部材13とを接着剤29で接着固定している。尚、導電体27と包装部材13とを接着固定する箇所は、正面部13aの両端の固定部A,Aに限定されるものではない、例えば、左側面部13d及び右側面部13eのそれぞれの下端の固定部C,Cに接着固定してもよい。また、接着固定する箇所は、その接着固定した間において、包装部材13が膨張する際にその変化量(容積の増加量)が他の部分と比較して大なる部分を導電体27が通過する位置が好ましい。
Then, the
その他の構成は、前記第1の実施例にかかる二次電池10と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する二次電池60によっても、導電体27を、包装部材13が膨張する際にその変化量が大なる部分である正面部13aに巻きつけているため、前述した第1の実施の例にかかる二次電池10と同様の効果を得ることができる。
Since other configurations are the same as those of the
以上説明してきたように、本発明の二次電池及び二次電池装置によれば、導電体を包装部材に対して少なくとも2箇所で固定させている。その結果、包装部材に膨らみが生じると、導電体には、包装部材と固定されている2箇所の間の略中央から外側に向けて引張り方向の力が作用する。これにより、一つの二次電池であっても、包装部材の膨らみにより導電体を破断させて、二次電池の異常を検出することができる。また、導電体の太さ、形状、材質等を好適に選択することにより、引張力に対する導電体の許容応力を変化させて、包装部材の膨張量の許容範囲を任意に設定することができる。例えば、包装部材の微小な膨らみによって導電体が破断されるように設定することにより、高い精度で包装部材の膨張を検出でき、二次電池の異常を素早く検出できるようにすることができる。 As described above, according to the secondary battery and the secondary battery device of the present invention, the conductor is fixed to the packaging member in at least two places. As a result, when swelling occurs in the packaging member, a force in a pulling direction acts on the conductor from the approximate center between the two locations fixed to the packaging member to the outside. Thereby, even if it is one secondary battery, a conductor can be fractured | ruptured by the swelling of a packaging member, and the abnormality of a secondary battery can be detected. In addition, by suitably selecting the thickness, shape, material, etc. of the conductor, the allowable stress of the conductor with respect to the tensile force can be changed, and the allowable range of the expansion amount of the packaging member can be arbitrarily set. For example, by setting the conductor to be broken by a minute bulge of the packaging member, it is possible to detect the expansion of the packaging member with high accuracy and to quickly detect the abnormality of the secondary battery.
尚、本発明は前述しかつ図面に示した実施の例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施の例においては、導電体を一つだけ用いた例について説明したが、導電体を二つ以上用いてもよく、二次電池を複数用いる場合や大型の二次電池に好適である。 The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which only one conductor is used has been described. However, two or more conductors may be used, which is suitable for a case where a plurality of secondary batteries are used or a large-sized secondary battery. is there.
また、前記実施例では、二次電池をリチウムイオン電池として説明したが、例えばニッケル・水素蓄電池やその他各種の二次電池でもよい。更に、本発明の二次電池及び二次電池装置は、携帯電話、デジタルスチルカメラ、パーソナルコンピュータ、電子辞書、DVDプレーヤその他各種の電子機器に適用できるものである。 Moreover, in the said Example, although the secondary battery was demonstrated as a lithium ion battery, for example, a nickel hydrogen storage battery and other various secondary batteries may be sufficient. Furthermore, the secondary battery and the secondary battery device of the present invention can be applied to a mobile phone, a digital still camera, a personal computer, an electronic dictionary, a DVD player, and other various electronic devices.
1…二次電池装置、 2…膨張検出回路部、 6…ヒューズ、 10,20,30,40,50,60…二次電池、 11…電池素子、 12…電極端子、 13…包装部材、 27…導電体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Secondary battery apparatus, 2 ... Expansion detection circuit part, 6 ... Fuse, 10, 20, 30, 40, 50, 60 ... Secondary battery, 11 ... Battery element, 12 ... Electrode terminal, 13 ... Packaging member, 27 …conductor
Claims (6)
前記電極端子の一部を露出させて前記電池素子を密封して収納する包装部材と、
前記包装部材が膨張したときに破断するように当該包装部材の外面に2箇所以上で固定される導電体と、
を設けたことを特徴とする二次電池。 A battery element having an electrode terminal;
A packaging member that exposes a part of the electrode terminal and seals and stores the battery element;
A conductor fixed at two or more locations on the outer surface of the packaging member so as to break when the packaging member expands;
A secondary battery comprising:
前記電極端子の一部を露出させて前記電池素子を密封して収納する包装部材と、
前記包装部材が膨張したときに破断するように当該包装部材の外面に2箇所以上で固定される導電体と、
前記導電体への通電状態から当該導電体の破断を検出してその検出信号を出力する膨張検出回路部と、
を設けたことを特徴とする二次電池装置。 A battery element having an electrode terminal;
A packaging member that exposes a part of the electrode terminal and seals and stores the battery element;
A conductor fixed at two or more locations on the outer surface of the packaging member so as to break when the packaging member expands;
An expansion detection circuit unit that detects a breakage of the conductor from the energized state of the conductor and outputs a detection signal;
A secondary battery device comprising:
前記膨張検出回路部は、前記導電体の破断を検出する検出信号に基づいて前記ヒューズを切断することを特徴とする請求項5記載の二次電池装置。 A fuse connected to the electrode terminal is provided,
The secondary battery device according to claim 5, wherein the expansion detection circuit unit cuts the fuse based on a detection signal for detecting breakage of the conductor.
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