JP2009076270A - Battery and power source system using it - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make self discharge started in the case of temperature rise, and thereby return a battery to a safe state. <P>SOLUTION: The battery is provided with a vessel (1, 1A), a cathode terminal (3) fitted to a lid part (1a) of the vessel (1, 1A), an anode terminal (2) fitted to the lid part (1a), and connection mechanisms (6 to 9) electrically connecting the cathode terminal (3) and the anode terminal (2). The connection mechanisms (6 to 9) are so structured that the cathode terminal (3) and the anode terminal (2) are electrically connected when specific members (6, 8) melt down due to temperature rise of the battery. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電池に関しており、特に、リチウムイオン二次電池のように、熱暴走が発生し得る電池の安全性を向上させるための技術に関する。   The present invention relates to a battery, and more particularly to a technique for improving the safety of a battery that may cause thermal runaway, such as a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、鉛電池やニッケル水素電池その他の二次電池と比べて、高いエネルギー密度、高い出力電圧、長い寿命を有するという特長がある。このため、小型のリチウムイオン二次電池は、既に、電子機器の電源として商業的に利用されており、また、将来的に電力貯蔵装置、電気自動車の電源、自然エネルギーハイブリッドシステム等の蓄電システムに応用するために、大型のリチウムイオン二次電池を実用化するための研究・開発が進められている。   Lithium ion secondary batteries are characterized by high energy density, high output voltage, and long life compared to lead batteries, nickel metal hydride batteries and other secondary batteries. For this reason, small lithium ion secondary batteries have already been used commercially as power sources for electronic devices, and will be used in power storage systems such as power storage devices, electric vehicle power sources, and natural energy hybrid systems in the future. In order to apply this technology, research and development for putting large-sized lithium ion secondary batteries into practical use is underway.

リチウムイオン二次電池の運用において重要なことの一つは、安全性の確保である。リチウムイオン二次電池の運用を誤った場合(例えば、過充電状態になった場合)、正極材料の結晶構造が変化することによって発熱が生じ、発熱が過度に進行すると正極材料の熱分解が急激に進む熱暴走に到ってしまう。リチウムイオン二次電池は、熱暴走に到らないように安全性が確保される必要がある。リチウムイオン二次電池は、複数の電位を組み電池として使用することが多いが、直列接続の組電池の場合、使用中に何らかの要因で電池の容量のばらつきが生じた際に、容量の小さい電池は過充電を受けることがある。これは、安全性に影響を与えるので、制御回路にて過充電、過放電が生じないように制御することが行われる。しかしながら、制御回路が故障等の要因で正常に動作しない場合であっても、電池の安全性が確保できるように、電池自体に過充電に対する機構が備わっていることが望ましい。   One of the important things in the operation of lithium ion secondary batteries is to ensure safety. If the operation of the lithium ion secondary battery is mistaken (for example, when overcharged), the crystal structure of the positive electrode material changes and heat is generated. It will lead to a thermal runaway that goes on. Lithium ion secondary batteries need to be secured to prevent thermal runaway. Lithium ion secondary batteries often use multiple potentials as assembled batteries, but in the case of assembled batteries connected in series, when the capacity of the battery varies due to some factor during use, the battery with a small capacity May be overcharged. Since this affects safety, control is performed so that overcharge and overdischarge do not occur in the control circuit. However, even when the control circuit does not operate normally due to a failure or the like, it is desirable that the battery itself has a mechanism for overcharging so that the safety of the battery can be ensured.

電池の安全性の確保のための1つの手法は、熱暴走が発生する前に、安全弁のような物理的な保護機構でリチウムイオン二次電池を安全な状態にすることである。一般的なリチウムイオン二次電池は、温度が上昇したときに、熱暴走に到る温度よりも少し低い温度で(例えば、80℃〜90℃で)安全弁が作動して内部のガスを放出し、安全性を確保するように構成されている。また、特開平7−192753号公報及び特開2004−259613号公報は、熱暴走が発生する温度で融解し、融解熱として周囲の熱を吸収する材料を電池容器の内部に設け、又は、電池容器の外側に接合し、これにより、安全性を確保する技術を開示している。   One approach for ensuring battery safety is to place the lithium ion secondary battery in a safe state with a physical protection mechanism such as a safety valve before thermal runaway occurs. In general lithium ion secondary batteries, when the temperature rises, the safety valve operates at a temperature slightly lower than the temperature that leads to thermal runaway (for example, at 80 ° C. to 90 ° C.) to release the internal gas. , Configured to ensure safety. JP-A-7-192653 and JP-A-2004-259613 disclose that a material that melts at a temperature at which thermal runaway occurs and absorbs ambient heat as heat of fusion is provided inside the battery container, or A technique for securing safety by joining to the outside of a container is disclosed.

温度の上昇に曝された場合、リチウムイオン二次電池は、なるべく安全な状態に戻されることが望ましい。しかしながら、従来の保護機構は、熱暴走を有効に回避する一方で、それが作動しても自己放電が進まず、正極端子と負極端子の間に高電圧が維持され得ることが問題である。リチウムイオン二次電池の温度が過剰に上昇するような事態が発生した場合には、点検・交換等のメンテナンス作業が行われる必要がある。しかしながら、正極端子と負極端子の間に高電圧が維持された状態でメンテナンス作業を行うことは作業の安全上、好ましくない。
特開平7−192753号公報 特開2004−259613号公報
When exposed to an increase in temperature, it is desirable that the lithium ion secondary battery be returned to a safe state as much as possible. However, while the conventional protection mechanism effectively avoids thermal runaway, there is a problem that high voltage can be maintained between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal because self-discharge does not proceed even if it operates. When a situation occurs in which the temperature of the lithium ion secondary battery rises excessively, maintenance work such as inspection and replacement needs to be performed. However, it is not preferable in terms of work safety to perform the maintenance work in a state where a high voltage is maintained between the positive terminal and the negative terminal.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-192753 JP 2004-259613 A

したがって、本発明の目的は、温度が上昇した場合に自己放電を開始させ、これにより、電池をより安全な状態に戻すための技術を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for starting self-discharge when the temperature rises, thereby returning the battery to a safer state.

上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段の記述には、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]の記載との対応関係を明らかにするために、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。   In order to achieve the above object, the present invention employs the means described below. In the description of the means, in order to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of [Best Mode for Carrying Out the Invention], [Best Mode for Carrying Out the Invention] ] Is added with the numbers and symbols used in []. However, the added number / symbol should not be used to limit the technical scope of the invention described in [Claims].

本発明による電池は、外装体(1、1A)と、前記外装体(1、1A)に取り付けられた正極端子(3)と、前記外装体(1、1A)に取り付けられた負極端子(2)と、正極端子(3)と前記負極端子(2)とを電気的に接続するための接続機構(6〜9、16〜19)とを具備する。接続機構(6〜9、16〜19)は、当該電池の温度上昇によって特定部材(6、8、18)が溶融すると、正極端子(3)と負極端子(2)とが電気的に接続されるように構成されている。このような構成の電池では、温度が上昇した場合に自己放電を開始させ、これにより、電池をより安全な状態に戻すことができる。   The battery according to the present invention includes an exterior body (1, 1A), a positive terminal (3) attached to the exterior body (1, 1A), and a negative terminal (2) attached to the exterior body (1, 1A). And a connecting mechanism (6-9, 16-19) for electrically connecting the positive terminal (3) and the negative terminal (2). In the connection mechanism (6-9, 16-19), when the specific member (6, 8, 18) is melted by the temperature rise of the battery, the positive electrode terminal (3) and the negative electrode terminal (2) are electrically connected. It is comprised so that. In the battery having such a configuration, when the temperature rises, self-discharge is started, and thereby the battery can be returned to a safer state.

好適な一実施形態では、前記外装体(1、1A)の少なくとも一部分の表面は導電性であり、接続機構(6〜9)は、前記負極端子(2)に接合され、先端部が前記外装体(1,1A)に向かって付勢された第1導通部材(6)と、第1導通部材(6)と前記外装体(1、1A)の間に設けられ、当該電池の温度上昇によって溶融可能に構成された第1絶縁部材(7)とを含み、接続機構(6〜9)は、第1絶縁部材(7)が溶融すると前記第1導通部材(6)が前記前記外装体(1、1A)に接触し、前記第1導通部材(6)と前記外装体(1、1A)とを介して前記正極端子(3)と前記負極端子(2)とを電気的に接続する。   In a preferred embodiment, the surface of at least a part of the exterior body (1, 1A) is conductive, the connection mechanism (6-9) is joined to the negative electrode terminal (2), and the tip portion is the exterior body. A first conducting member (6) urged toward the body (1, 1A), and provided between the first conducting member (6) and the exterior body (1, 1A); A first insulating member (7) configured to be meltable, and the connection mechanism (6-9) is configured such that when the first insulating member (7) is melted, the first conductive member (6) is 1, 1A), and the positive electrode terminal (3) and the negative electrode terminal (2) are electrically connected through the first conductive member (6) and the exterior body (1, 1A).

正極端子(3)と負極端子(2)との間に流れる短絡電流を制御するためには、第1導通部材(6)が抵抗素子(14)を含むことが好ましい。   In order to control the short circuit current flowing between the positive terminal (3) and the negative terminal (2), it is preferable that the first conduction member (6) includes a resistance element (14).

一実施形態では、接続機構(6〜9)は、更に、正極端子(3)に接合され、先端部が外装体(1,1A)に向かって付勢された第2導通部材(8)と、第2導通部材(8)と外装体(1,1A)の間に設けられ、当該電池の温度上昇によって溶融可能に構成された第2絶縁部材(9)とを含む。   In one embodiment, the connection mechanism (6-9) is further joined to the positive terminal (3) and the second conductive member (8) whose tip is urged toward the exterior body (1, 1A); And a second insulating member (9) provided between the second conducting member (8) and the exterior body (1, 1A) and configured to be meltable by the temperature rise of the battery.

その代わりに、正極端子(3)は、直接リード線で、又は、抵抗素子(15)を介して電気的に前記外装体(1、1A)に接続されてもよい。   Instead, the positive electrode terminal (3) may be directly connected to the exterior body (1, 1A) through a lead wire or via a resistance element (15).

上記の第1絶縁部材(7)は、当該電池が熱暴走を起こす温度よりも低い融点を有する絶縁材料で構成されていることが好適であり、当該電池が更に安全弁(図示されない)を備える場合には、第1絶縁部材(7)の融点は、前記安全弁が作動する温度よりも低いことが好ましい。   The first insulating member (7) is preferably made of an insulating material having a melting point lower than the temperature at which the battery causes thermal runaway, and the battery further includes a safety valve (not shown). In addition, the melting point of the first insulating member (7) is preferably lower than the temperature at which the safety valve operates.

好適には、第1絶縁部材(7)は、平均分子量が1000以上であるポリエチレングリコール、クロトン酸、又は固形パラフィンのいずれかで構成される。   Preferably, the first insulating member (7) is made of polyethylene glycol, crotonic acid, or solid paraffin having an average molecular weight of 1000 or more.

他の好適な実施形態では、接続機構(18、19)は、前記負極端子(2)に近接して設けられ、当該電池の温度上昇によって溶融可能な低融点合金で構成された合金片(18)と、合金片(18)を包囲するように設けられた流出防止部材(19)とを備える。流出防止部材(19)は、合金片(18)が溶融すると、合金片(18)が溶融してできる液体合金によって前記負極端子(2)と前記外装体(1、1A)とが電気的に接続されるように前記液体合金を保持するように形成される。接続機構(18、19)は、合金片(18)が溶融すると、前記液体合金と前記外装体(1、1A)とを介して正極端子(3)と負極端子(2)とを電気的に接続する。合金片(18)は、当該電池が熱暴走を起こす温度よりも低い融点を有することが好ましく、当該電池が更に安全弁を備える場合には、合金片(18)の融点は、前記安全弁が作動する温度よりも低いことが望ましい。   In another preferred embodiment, the connection mechanism (18, 19) is provided in the vicinity of the negative electrode terminal (2), and is an alloy piece (18) made of a low melting point alloy that can be melted by the temperature rise of the battery. ) And an outflow prevention member (19) provided so as to surround the alloy piece (18). When the alloy piece (18) melts, the outflow prevention member (19) electrically connects the negative electrode terminal (2) and the exterior body (1, 1A) by a liquid alloy formed by melting the alloy piece (18). It is formed to hold the liquid alloy to be connected. When the alloy piece (18) is melted, the connection mechanism (18, 19) electrically connects the positive electrode terminal (3) and the negative electrode terminal (2) via the liquid alloy and the outer package (1, 1A). Connecting. The alloy piece (18) preferably has a melting point lower than the temperature at which the battery causes thermal runaway. When the battery further includes a safety valve, the melting point of the alloy piece (18) is such that the safety valve is activated. Desirably lower than the temperature.

本発明の電源システムは、少なくとも一部分の表面が導電性である前記外装体(1、1A)と、前記外装体(1、1A)に取り付けられた正極端子(3)及び負極端子(2)と、正極端子(3)と負極端子(2)とを電気的に接続するための接続機構(6〜9)を備え、接続機構(6〜9)が、前記負極端子(2)に接合され、先端部が前記外装体(1、1A)に向かって付勢された第1導通部材(6)と、第1導通部材(6)と前記外装体(1、1A)の間に設けられ、当該電池の温度上昇によって溶融可能に構成された第1絶縁部材(7)とを含む電池(10)の運用を制御するためのものである。当該電源システムは、制御回路(21)を備えており、制御回路(21)は、負極端子(2)と前記外装体(1、1A)との間の電圧、負極端子(2)と前記外装体(1、1A)との間で流れる電流、第1導通部材(6)で生じる電圧降下、前記第1導通部材(6)を流れる電流、又は第1導通部材(6)の温度によって第1絶縁部材(7)の溶融を検知し、第1絶縁部材(7)の溶融の有無に応じて電池(10)の運用を制御する。   The power supply system according to the present invention includes the exterior body (1, 1A) having at least a part of a conductive surface, and a positive terminal (3) and a negative terminal (2) attached to the exterior body (1, 1A). And a connection mechanism (6-9) for electrically connecting the positive electrode terminal (3) and the negative electrode terminal (2), the connection mechanism (6-9) being joined to the negative electrode terminal (2), A first conducting member (6) whose tip is urged toward the exterior body (1, 1A), and provided between the first conducting member (6) and the exterior body (1, 1A); This is for controlling the operation of the battery (10) including the first insulating member (7) configured to be meltable by the temperature rise of the battery. The power supply system includes a control circuit (21), and the control circuit (21) includes a voltage between the negative terminal (2) and the exterior body (1, 1A), the negative terminal (2) and the exterior. The current flows between the body (1, 1A), the voltage drop generated in the first conduction member (6), the current flowing through the first conduction member (6), or the temperature of the first conduction member (6). The melting of the insulating member (7) is detected, and the operation of the battery (10) is controlled according to the presence or absence of the melting of the first insulating member (7).

このような電源システムは、第1絶縁部材(7)の溶融を速やかに検知し、電池(10)を最適に運用することができる。   Such a power supply system can quickly detect the melting of the first insulating member (7) and can optimally operate the battery (10).

本発明の他の電源システムは、少なくとも一部分の表面が導電性である外装体(1、1A)のと、前記外装体(1、1A)に取り付けられた正極端子(3)及び負極端子(2)と、正極端子(3)と負極端子(2)とを電気的に接続するための接続機構(18、19)を備え、接続機構(18、19)が、負極端子(2)に近接して設けられ、当該電池の温度上昇によって溶融可能な低融点合金で構成された合金片(18)と、合金片(18)を包囲するように設けられた流出防止部材(19)とを含む電池(10)の運用を制御するためのものである。当該他の電源システムは、制御回路(21)を備えており、制御回路(21)は、負極端子(2)と前記外装体(1、1A)との間の電圧、負極端子(2)と前記外装体(1、1A)との間で流れる電流、又は合金片(18)と前記外装体(1、1A)との間の電圧によって合金片(18)の溶融を検知し、合金片(18)の溶融の有無に応じて電池(10)の運用を制御する。   Another power supply system according to the present invention includes an exterior body (1, 1A) having at least a part of a conductive surface, and a positive terminal (3) and a negative terminal (2) attached to the exterior body (1, 1A). ) And the positive electrode terminal (3) and the negative electrode terminal (2) are electrically connected, and the connection mechanism (18, 19) is close to the negative electrode terminal (2). A battery comprising an alloy piece (18) made of a low melting point alloy that can be melted by a rise in temperature of the battery, and an outflow prevention member (19) provided so as to surround the alloy piece (18) This is for controlling the operation of (10). The other power supply system includes a control circuit (21), and the control circuit (21) includes a voltage between the negative electrode terminal (2) and the exterior body (1, 1A), a negative electrode terminal (2), and The melting of the alloy piece (18) is detected by the current flowing between the exterior body (1, 1A) or the voltage between the alloy piece (18) and the exterior body (1, 1A). The operation of the battery (10) is controlled in accordance with the presence or absence of melting in 18).

このような電源システムは、合金片(18)の溶融を速やかに検知し、電池(10)を最適に運用することができる。   Such a power supply system can quickly detect the melting of the alloy piece (18) and optimally operate the battery (10).

本発明によれば、温度が上昇した場合に自己放電を開始させ、これにより、電池をより安全な状態に戻すための技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when temperature rises, the self discharge can be started and the technique for returning a battery to a safer state by this can be provided.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態のリチウムイオン二次電池10の構成を示す側面図である。第1の実施形態のリチウムイオン二次電池10は、外装体として使用される容器1と、容器1の蓋部1aに取り付けられた2つの電極端子:負極端子2及び正極端子3とを備えている。本実施形態では、容器1の蓋部1aは、少なくともその表面が導電性を有している。容器1(及びその蓋部1a)は、最も典型的には鉄、又はアルミニウムで形成される。負極端子2、正極端子3は、それぞれ、パッキング4、5によって容器1に取り付けられている。パッキング4、5は絶縁性である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a side view showing a configuration of a lithium ion secondary battery 10 according to the first embodiment of the present invention. A lithium ion secondary battery 10 of the first embodiment includes a container 1 used as an exterior body and two electrode terminals: a negative electrode terminal 2 and a positive electrode terminal 3 attached to the lid 1a of the container 1. Yes. In the present embodiment, at least the surface of the lid portion 1a of the container 1 has conductivity. The container 1 (and its lid 1a) is most typically formed of iron or aluminum. The negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 are attached to the container 1 by packings 4 and 5, respectively. The packings 4 and 5 are insulative.

本実施形態のリチウムイオン二次電池10は、温度が上昇した場合に自己放電を進行させるために、負極端子2に対応して導通部材6と絶縁部材7が設けられると共に、正極端子3に対応して導通部材8と絶縁部材9が設けられている。導通部材6は、負極端子2に物理的、電気的に接合されている。絶縁部材7は、導通部材6の先端部に接合され、導通部材6と容器1の蓋部1aの間に挟まれている。同様に、導通部材8は、物理的、電気的に正極端子3に接合されている。絶縁部材9は、導通部材6と容器1の蓋部1aの間に挟まれている。   The lithium ion secondary battery 10 of the present embodiment is provided with a conductive member 6 and an insulating member 7 corresponding to the negative electrode terminal 2 and corresponding to the positive electrode terminal 3 in order to advance self-discharge when the temperature rises. Thus, a conducting member 8 and an insulating member 9 are provided. The conducting member 6 is physically and electrically joined to the negative electrode terminal 2. The insulating member 7 is joined to the tip of the conducting member 6 and is sandwiched between the conducting member 6 and the lid 1 a of the container 1. Similarly, the conductive member 8 is physically and electrically joined to the positive electrode terminal 3. The insulating member 9 is sandwiched between the conducting member 6 and the lid portion 1 a of the container 1.

導通部材6、8は、導電性を有すると共に弾性が高い材料で形成されており、導通部材6は、それ自身の弾性によって、その先端部が容器1の蓋部1aに向かって付勢されている。導通部材6、8は、金属材料で形成されることが可能であり、また、炭素を含む樹脂材料で形成されることも可能である。また、導通部材6、8は、帯状、針状のいずれの形状も取り得る。   The conducting members 6 and 8 are made of a material having conductivity and high elasticity, and the leading end of the conducting member 6 is urged toward the lid portion 1a of the container 1 by its own elasticity. Yes. The conducting members 6 and 8 can be formed of a metal material, or can be formed of a resin material containing carbon. Further, the conducting members 6 and 8 can take either a band shape or a needle shape.

絶縁部材7、9は、リチウムイオン二次電池10の許容動作温度(例えば60℃)よりも高く、且つ、リチウムイオン二次電池10が熱暴走を起こす温度よりも低い融点を有する絶縁材料で構成されている。絶縁部材7、9は、例えば、平均分子量が1000以上であるポリエチレングリコール(融点63〜65℃)、クロトン酸(融点71℃)、融点が68〜70℃である固形パラフィンで形成される。固形パラフィンとは、炭素数が20以上のアルカン(一般式:C2n+2)の総称であることに留意されたい。 The insulating members 7 and 9 are made of an insulating material having a melting point that is higher than the allowable operating temperature (for example, 60 ° C.) of the lithium ion secondary battery 10 and lower than the temperature at which the lithium ion secondary battery 10 causes thermal runaway. Has been. The insulating members 7 and 9 are made of, for example, polyethylene glycol (melting point 63 to 65 ° C.) having an average molecular weight of 1000 or more, crotonic acid (melting point 71 ° C.), and solid paraffin having a melting point of 68 to 70 ° C. It should be noted that solid paraffin is a general term for alkanes having 20 or more carbon atoms (general formula: C n H 2n + 2 ).

導通部材6、8、及び絶縁部材7、9は、(例えば過充電によって)リチウムイオン二次電池10の温度が上昇した場合に負極端子2と正極端子3とを電気的に接続し、これにより、自己放電を開始させる安全機構として機能する。図2は、負極端子2に対応して設けられた導通部材6及び絶縁部材7の、温度が上昇した場合の作用を示す図である。リチウムイオン二次電池10の温度が上昇すると、絶縁部材7が溶解し、導通部材6の先端部は、導通部材6自身の弾性によって容器1の蓋部1aに接触する。これにより、負極端子2は、蓋部1aに電気的に接続される。正極端子3の側でも同様に、リチウムイオン二次電池10の温度が上昇すると、絶縁部材9が溶解して導通部材8の先端部が容器1の蓋部1aに接触し、これにより、正極端子3が蓋部1aに電気的に接続される。この結果、負極端子2と正極端子3とは、蓋部1aを介して電気的に接続され、自己放電が開始される。自己放電が開始されることにより、負極端子2と正極端子3との間の電圧が低下し、これにより、安全性が高められる。   The conductive members 6 and 8 and the insulating members 7 and 9 electrically connect the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 when the temperature of the lithium ion secondary battery 10 rises (for example, due to overcharging), thereby It functions as a safety mechanism that initiates self-discharge. FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the conducting member 6 and the insulating member 7 provided corresponding to the negative electrode terminal 2 when the temperature rises. When the temperature of the lithium ion secondary battery 10 rises, the insulating member 7 is dissolved, and the leading end portion of the conducting member 6 comes into contact with the lid portion 1a of the container 1 due to the elasticity of the conducting member 6 itself. Thereby, the negative electrode terminal 2 is electrically connected to the cover part 1a. Similarly, when the temperature of the lithium ion secondary battery 10 rises on the positive electrode terminal 3 side, the insulating member 9 is melted and the leading end of the conductive member 8 comes into contact with the lid portion 1a of the container 1, whereby the positive electrode terminal 3 is electrically connected to the lid 1a. As a result, the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 are electrically connected via the lid portion 1a, and self-discharge is started. When the self-discharge is started, the voltage between the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 is lowered, thereby improving safety.

温度が上昇した場合に負極端子2と正極端子3を電気的に接続させることは、過充電が行われた場合にリチウムイオン二次電池10の内部に流入する電流を抑制させる点でも有効である。負極端子2と正極端子3とが導通部材6、8及び蓋部1aによって電気的に接続されると、リチウムイオン二次電池10に供給された電流が導通部材6、8及び蓋部1aにバイパスされ、リチウムイオン二次電池10の内部に流入する電流が抑制される。リチウムイオン二次電池10に流入する電流を抑制することは、リチウムイオン二次電池10の温度上昇を抑制し、安全性の向上のために有効である。   Electrical connection between the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 when the temperature rises is also effective in suppressing the current flowing into the lithium ion secondary battery 10 when overcharging is performed. . When the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 are electrically connected by the conducting members 6 and 8 and the lid portion 1a, the current supplied to the lithium ion secondary battery 10 is bypassed to the conducting members 6 and 8 and the lid portion 1a. Thus, the current flowing into the lithium ion secondary battery 10 is suppressed. Suppressing the current flowing into the lithium ion secondary battery 10 is effective for suppressing the temperature rise of the lithium ion secondary battery 10 and improving safety.

絶縁部材7、9の融点は、リチウムイオン二次電池10の許容動作温度(例えば60℃)よりも高く、リチウムイオン二次電池10に設けられている安全弁(図示されない)が作動する温度(典型的には、80〜90℃)よりも低いことが好ましい。安全弁が作動するとガスが噴出するため、安全性に問題が無い限りにおいては安全弁の作動は避けるべきである。絶縁部材7、9が溶融する温度を安全弁が作動する温度よりも低くすることにより、安全性を保ちながら安全弁の作動を遅らせることができる。上述された絶縁部材7、9の材料群:平均分子量が1000以上であるポリエチレングリコール(融点63〜65℃)、クロトン酸(融点71℃)、融点が68〜70℃である固形パラフィンは、このような要求を満足する材料であり、絶縁部材7、9の材料として好適である。   The melting points of the insulating members 7 and 9 are higher than the allowable operating temperature (for example, 60 ° C.) of the lithium ion secondary battery 10, and the temperature at which a safety valve (not shown) provided in the lithium ion secondary battery 10 operates (typically Specifically, it is preferably lower than 80 to 90 ° C. When the safety valve is activated, gas is ejected. Therefore, as long as there is no problem with safety, the operation of the safety valve should be avoided. By making the temperature at which the insulating members 7 and 9 melt lower than the temperature at which the safety valve operates, the operation of the safety valve can be delayed while maintaining safety. Material group of the insulating members 7 and 9 described above: polyethylene glycol having an average molecular weight of 1000 or more (melting point 63 to 65 ° C.), crotonic acid (melting point 71 ° C.), solid paraffin having a melting point of 68 to 70 ° C. It is a material that satisfies such requirements, and is suitable as a material for the insulating members 7 and 9.

負極端子2と正極端子3とが電気的に接続された場合にそれらの間に流れる短絡電流は、適切に調節される必要がある。過度に大きな短絡電流が流れると、大きなジュール熱が発生し、これは、安全性の観点から好ましくない。負極端子2と正極端子3の間に流れる短絡電流の大きさを制御するための一つの手法は、導通部材6、8の材料を適切に選択することである。導電率が低い材料を導通部材6、8として使用すれば、短絡電流は小さくなり、導電率が大きい材料を導通部材6、8として使用すれば、短絡電流は大きくなる。   When the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 are electrically connected, the short-circuit current flowing between them needs to be adjusted appropriately. When an excessively large short-circuit current flows, large Joule heat is generated, which is not preferable from the viewpoint of safety. One method for controlling the magnitude of the short-circuit current flowing between the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 is to appropriately select the material of the conducting members 6 and 8. If a material with low conductivity is used as the conducting members 6 and 8, the short circuit current is reduced, and if a material with high conductivity is used as the conducting members 6 and 8, the short circuit current is increased.

より積極的に短絡電流を調節するためには、導通部材に抵抗素子を挿入することが有効である。図3は、このような構成の導通部材6Aの構造を示している。図3の導通部材6Aは、導電片12、13と、その間に接続された抵抗素子14とを備えている。導電片12は、負極端子2に接合されている。導電片13は、弾性が高い材料で形成されており、それ自身の弾性によって容器1に向かって付勢されている。抵抗素子14の抵抗値は、所望の短絡電流の大きさに合わせて適切に決定される。絶縁部材7が溶解すると導電片13の先端が容器1の蓋部1aに接触し、これにより、負極端子2が蓋部1aに電気的に接続される。図3に示された導通部材の構造は、負極端子2に接合される導通部材ではなく、正極端子3に接合される導通部材8に適用されることも可能である。   In order to more positively adjust the short-circuit current, it is effective to insert a resistance element in the conducting member. FIG. 3 shows the structure of the conductive member 6A having such a configuration. The conducting member 6A in FIG. 3 includes conductive pieces 12 and 13 and a resistance element 14 connected therebetween. The conductive piece 12 is joined to the negative electrode terminal 2. The conductive piece 13 is made of a highly elastic material and is urged toward the container 1 by its own elasticity. The resistance value of the resistance element 14 is appropriately determined according to the desired magnitude of the short-circuit current. When the insulating member 7 is melted, the tip of the conductive piece 13 comes into contact with the lid portion 1a of the container 1, whereby the negative electrode terminal 2 is electrically connected to the lid portion 1a. The structure of the conducting member shown in FIG. 3 can be applied not to the conducting member joined to the negative terminal 2 but to the conducting member 8 joined to the positive terminal 3.

導通部材に抵抗素子を挿入する構造は、短絡電流の制御のみならず、ジュール熱が発生する位置を限定するという観点からも好適である。導通部材に抵抗素子が挿入される構成では、短絡電流によるジュール熱は実質的に抵抗素子においてのみ発生する。これは、熱の発生を制御する上で有効である。抵抗素子でのみジュール熱が発生する構成では、抵抗素子の放熱経路を確保したり、抵抗素子を積極的に冷却したりすることにより、ジュール熱の発生に対して容易に対処することができる。   The structure in which the resistance element is inserted into the conducting member is preferable not only from the viewpoint of controlling the short-circuit current but also from the viewpoint of limiting the position where Joule heat is generated. In the configuration in which the resistance element is inserted into the conducting member, Joule heat due to the short-circuit current is substantially generated only in the resistance element. This is effective in controlling the generation of heat. In a configuration in which Joule heat is generated only by the resistance element, generation of Joule heat can be easily dealt with by securing a heat dissipation path of the resistance element or by actively cooling the resistance element.

図1、図3には、導通部材6、8及び絶縁部材7、9が容器1の外部に設けられている構成が図示されているが、導通部材6、8、及び絶縁部材7、9が、容器1の内部に設けられることも可能である。図4は、導通部材6及び絶縁部材7が容器1の内部に設けられた、負極端子2の近傍の構造を示している。一実施形態では、負極端子2の容器1の内部に位置する端部2aの径が増大され、端部2aとパッキング4の間に導通部材6と集電箔11とが挟み込まれる。絶縁部材7は、導通部材6と容器1の蓋部1aの内面との間に設けられる。温度が上昇すると、導通部材6の先端が導通部材6自身の弾性によって蓋部1aに押し付けられ、負極端子2が蓋部1aに電気的に接続される。正極端子3についても同様の構造が採用され得る。   1 and 3 illustrate a configuration in which the conducting members 6 and 8 and the insulating members 7 and 9 are provided outside the container 1, the conducting members 6 and 8 and the insulating members 7 and 9 are provided. It can also be provided inside the container 1. FIG. 4 shows a structure in the vicinity of the negative electrode terminal 2 in which the conducting member 6 and the insulating member 7 are provided inside the container 1. In one embodiment, the diameter of the end 2 a located inside the container 1 of the negative electrode terminal 2 is increased, and the conducting member 6 and the current collector foil 11 are sandwiched between the end 2 a and the packing 4. The insulating member 7 is provided between the conducting member 6 and the inner surface of the lid 1 a of the container 1. When the temperature rises, the leading end of the conducting member 6 is pressed against the lid 1a by the elasticity of the conducting member 6 itself, and the negative electrode terminal 2 is electrically connected to the lid 1a. A similar structure can be adopted for the positive terminal 3.

図1には、負極端子2と正極端子3の両方の電極端子について、導通部材6、8と絶縁部材7、9とを組み合わせた安全機構を採用する構成が図示されているが、電極端子の一方にのみ導通部材と絶縁部材とを組み合わせた安全機構が採用されてもよい。この場合、他方の電極端子は、直接リード線によって容器1の蓋部1aに接続され、又は、抵抗素子を介して容器1の蓋部1aに接続される。図5は、負極端子2について導通部材6と絶縁部材7とを組み合わせた安全機構が採用される一方、正極端子3が抵抗素子15を介して容器1の蓋部1aに電気的に接続される構成を示している。抵抗素子15の一方のリードは正極端子3に接合され、他方のリードは蓋部1aに接合されている。この場合でも、リチウムイオン二次電池10の温度が上昇して絶縁部材7が溶融すると、負極端子2と正極端子3とが電気的に接続され、自己放電が開始される。図5の構成では、正極端子3が容器1の蓋部1aに電気的に常に接続されていることに留意されたい。   FIG. 1 illustrates a configuration in which a safety mechanism in which conductive members 6 and 8 and insulating members 7 and 9 are combined is used for both the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3. A safety mechanism that combines a conducting member and an insulating member may be employed only on one side. In this case, the other electrode terminal is directly connected to the lid portion 1a of the container 1 by a lead wire, or is connected to the lid portion 1a of the container 1 via a resistance element. In FIG. 5, a safety mechanism in which the conductive member 6 and the insulating member 7 are combined is adopted for the negative electrode terminal 2, while the positive electrode terminal 3 is electrically connected to the lid portion 1 a of the container 1 through the resistance element 15. The configuration is shown. One lead of the resistance element 15 is joined to the positive terminal 3 and the other lead is joined to the lid portion 1a. Even in this case, when the temperature of the lithium ion secondary battery 10 rises and the insulating member 7 melts, the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 are electrically connected, and self-discharge is started. Note that in the configuration of FIG. 5, the positive terminal 3 is always electrically connected to the lid 1 a of the container 1.

留意すべきことは、リード線によって電極端子と容器1の蓋部1aとが電気的に接続されると、それらが同一の電位になることである。特に、負極端子2をリード線によって、又は、抵抗素子15を介して容器1の蓋部1aに接続すると、通常運用時に容器1(又はその蓋部1a)を正極端子3に対して卑な電位に保つことになり、容器1の材質によってはリチウムの析出による腐食など、好ましくない現象が発生し得る。このような事態を避けるためには、図5に示されているように、負極端子2について導通部材6と絶縁部材7とを組み合わせた安全機構が採用される一方、正極端子3がリード線によって、又は、抵抗素子15を介して容器1の蓋部1aに接続する構成が好適である。   It should be noted that when the electrode terminal and the lid portion 1a of the container 1 are electrically connected by the lead wire, they have the same potential. In particular, when the negative electrode terminal 2 is connected to the lid portion 1a of the container 1 by a lead wire or via the resistance element 15, the container 1 (or its lid portion 1a) is at a base potential with respect to the positive electrode terminal 3 during normal operation. Depending on the material of the container 1, undesirable phenomena such as corrosion due to lithium deposition may occur. In order to avoid such a situation, as shown in FIG. 5, a safety mechanism in which the conductive member 6 and the insulating member 7 are combined with respect to the negative electrode terminal 2 is adopted, while the positive electrode terminal 3 is connected by a lead wire. Or the structure connected to the cover part 1a of the container 1 via the resistive element 15 is suitable.

容器1Aの蓋部1aの表面が絶縁性である場合には、図6Aに示されているように、導通部材6、8の一方が他方にオーバラップするように配置され、導通部材6、8の間に、温度の上昇によって溶融する絶縁部材16が設けられることも可能である。リチウムイオン二次電池10の温度が上昇すると、絶縁部材16が溶解して負極端子2と正極端子3が電気的に接続され、自己放電が開始される。   When the surface of the lid 1a of the container 1A is insulative, as shown in FIG. 6A, one of the conducting members 6 and 8 is arranged so as to overlap the other, and the conducting members 6 and 8 are disposed. It is also possible to provide an insulating member 16 that melts as the temperature rises. When the temperature of the lithium ion secondary battery 10 rises, the insulating member 16 is dissolved, the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 are electrically connected, and self-discharge is started.

その代わりに、図6Bに示されているように、容器1Aの蓋部1aに導通部材17が設けられ、絶縁部材7、9は、導通部材6、8と導通部材17の間に設けられることも可能である。リチウムイオン二次電池10の温度が上昇すると、絶縁部材7、9が溶解して導通部材6、8と導通部材17とが電気的に接続される。これにより、負極端子2と正極端子3が導通部材6、8と導通部材17を介して電気的に接続され、自己放電が開始される。   Instead, as shown in FIG. 6B, the conducting member 17 is provided on the lid 1 a of the container 1 </ b> A, and the insulating members 7 and 9 are provided between the conducting members 6 and 8 and the conducting member 17. Is also possible. When the temperature of the lithium ion secondary battery 10 rises, the insulating members 7 and 9 are melted and the conducting members 6 and 8 and the conducting member 17 are electrically connected. Thereby, the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 are electrically connected via the conducting members 6 and 8 and the conducting member 17, and self-discharge is started.

本実施形態では、導通部材6、8が、それ自身の弾性によって容器1の蓋部1aに付勢されている構造が提示されているが、導通部材6、8の先端部を付勢する手段はこれに限定されない。導通部材6、8の先端部に、ばね等の付勢機構が接合され、その付勢機構によって導通部材6が容器1の蓋部1aに向かって付勢されることが可能である。   In the present embodiment, a structure in which the conducting members 6 and 8 are urged to the lid portion 1a of the container 1 by its own elasticity is presented, but means for urging the distal ends of the conducting members 6 and 8 is presented. Is not limited to this. A biasing mechanism such as a spring is joined to the leading end portions of the conducting members 6 and 8, and the conducting member 6 can be biased toward the lid portion 1 a of the container 1 by the biasing mechanism.

(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態のリチウムイオン二次電池10の構成を示す側面図であり、図8は、上面図である。図7、図8は、特に、負極端子2の近傍の部分の構造を示している。図7の左図に示されているように、容器1の負極端子2に近接して低融点合金で形成された合金片18が設けられており、図8に示されているように、合金片18は、流出防止部材19によって包囲されている。通常の運用がなされている状態では、合金片18は、負極端子2から離れて配置されていることに留意されたい。正極端子3についても同様に、図7、図8に示された構成が採用される。図7、図8に示された構成を採用する代わりに、第1の実施形態と同様に、正極端子3を、直接リード線により、又は抵抗素子を介して蓋部1aに電気的に接続してもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a side view showing the configuration of the lithium ion secondary battery 10 of the second embodiment, and FIG. 8 is a top view. 7 and 8 particularly show the structure of the portion in the vicinity of the negative electrode terminal 2. As shown in the left diagram of FIG. 7, an alloy piece 18 formed of a low melting point alloy is provided in the vicinity of the negative electrode terminal 2 of the container 1, and as shown in FIG. The piece 18 is surrounded by an outflow prevention member 19. It should be noted that the alloy piece 18 is disposed away from the negative electrode terminal 2 in a state where normal operation is performed. Similarly, the configuration shown in FIGS. 7 and 8 is adopted for the positive electrode terminal 3. Instead of adopting the configuration shown in FIGS. 7 and 8, the positive electrode terminal 3 is electrically connected to the lid portion 1 a directly by a lead wire or via a resistance element, as in the first embodiment. May be.

合金片18は、リチウムイオン二次電池10の許容動作温度(例えば60℃)よりも高く、リチウムイオン二次電池10が熱暴走を起こす温度よりも低い融点を有する合金材料で構成される。合金片18は、例えば、すず(Sn)、ビスマス(Bi)、鉛(Pb)、カドミウム(Cd)の合金で形成されることが可能である。合金片18に含まれるすず(Sn)、ビスマス(Bi)、鉛(Pb)、カドミウム(Cd)の組成を、下記のようにすれば、合金片18の融点を70℃程度にすることができ、好適である(単位はいずれも重量パーセント):
Sn:11.3〜12.5%
Pb:25.0〜37.7%
Cd:8.5〜12.5%
Bi及び不可避的不純物:残部
The alloy piece 18 is made of an alloy material having a melting point that is higher than the allowable operating temperature (for example, 60 ° C.) of the lithium ion secondary battery 10 and lower than the temperature at which the lithium ion secondary battery 10 causes thermal runaway. The alloy piece 18 can be formed of, for example, an alloy of tin (Sn), bismuth (Bi), lead (Pb), and cadmium (Cd). If the composition of tin (Sn), bismuth (Bi), lead (Pb), and cadmium (Cd) contained in the alloy piece 18 is as follows, the melting point of the alloy piece 18 can be about 70 ° C. Preferred (all in weight percent):
Sn: 11.3-12.5%
Pb: 25.0-37.7%
Cd: 8.5 to 12.5%
Bi and inevitable impurities: balance

第2の実施形態の構成では、図7の右図に示されているように、リチウムイオン二次電池10の温度が上昇すると合金片18が溶解し、負極端子2は、合金片18が溶解してできる液体合金によって容器1の蓋部1aに電気的に接続される。このとき、流出防止部材19は、合金片18が溶融してできる液体合金によって負極端子2と蓋部1aとが電気的に接続されるように液体合金を保持する。正極端子3にも図7の構成が採用されている場合には、正極端子3も合金片18が溶解してできる液体合金によって容器1の蓋部1aに電気的に接続される。これにより、負極端子2と正極端子3とが電気的に接続され、自己放電が自動的に開始される。自己放電を自動的に開始させることは、リチウムイオン二次電池10の安全性を向上させるために有効である。   In the configuration of the second embodiment, as shown in the right diagram of FIG. 7, when the temperature of the lithium ion secondary battery 10 rises, the alloy piece 18 melts, and the negative electrode terminal 2 melts the alloy piece 18. The liquid alloy thus formed is electrically connected to the lid 1a of the container 1. At this time, the outflow prevention member 19 holds the liquid alloy so that the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1a are electrically connected by a liquid alloy formed by melting the alloy piece 18. When the configuration of FIG. 7 is also adopted for the positive terminal 3, the positive terminal 3 is also electrically connected to the lid portion 1 a of the container 1 by a liquid alloy formed by melting the alloy piece 18. Thereby, the negative electrode terminal 2 and the positive electrode terminal 3 are electrically connected, and self-discharge is automatically started. Starting the self-discharge automatically is effective for improving the safety of the lithium ion secondary battery 10.

合金片18の融点は、リチウムイオン二次電池10の許容動作温度(例えば60℃)よりも高く、リチウムイオン二次電池10に設けられている安全弁(図示されない)が作動する温度(典型的には、80〜90℃)よりも低いことが好ましい。合金片18の融点を安全弁が作動する温度よりも低くすることにより、第1の実施形態と同様に、安全性を保ちながら安全弁の作動を遅らせることができる。   The melting point of the alloy piece 18 is higher than an allowable operating temperature (for example, 60 ° C.) of the lithium ion secondary battery 10, and a temperature at which a safety valve (not shown) provided in the lithium ion secondary battery 10 operates (typically Is preferably lower than 80 to 90 ° C. By making the melting point of the alloy piece 18 lower than the temperature at which the safety valve operates, the operation of the safety valve can be delayed while maintaining safety as in the first embodiment.

合金片18、及び流出防止部材19の構造は、合金片18が溶解したときに負極端子2(及び正極端子3)が容器1の蓋部1aに電気的に接続され、且つ、合金片18が流れ出さないような構造であれば、様々に変更可能である。   The structure of the alloy piece 18 and the outflow prevention member 19 is such that when the alloy piece 18 is melted, the negative electrode terminal 2 (and the positive electrode terminal 3) is electrically connected to the lid portion 1a of the container 1, and the alloy piece 18 is Any structure that does not flow out can be changed in various ways.

(リチウムイオン二次電池の運用方法)
上述された実施形態のリチウムイオン二次電池10を組み込んだ電源システムでは、その運用において、絶縁部材7、9又は合金片18が溶解したことを検出することが好適である。絶縁部材7、9又は合金片18が溶解した場合には、リチウムイオン二次電池10に何らかの異常があることが考えられるので、その運用を停止することが望ましい。
(Operation method of lithium ion secondary battery)
In the power supply system incorporating the lithium ion secondary battery 10 of the above-described embodiment, it is preferable to detect that the insulating members 7 and 9 or the alloy pieces 18 are dissolved in the operation. When the insulating members 7 and 9 or the alloy pieces 18 are melted, it is considered that there is some abnormality in the lithium ion secondary battery 10, and therefore it is desirable to stop the operation.

図9は、リチウムイオン二次電池10を組み込んだ電源システムの構成の例を示す図である。図9の電源システムは、制御回路21と、センサ22と、インターロックスイッチ23とを備えている。制御回路21は、センサ22を用いてリチウムイオン二次電池10の正極端子3と負極端子2の間の電圧、リチウムイオン二次電池10を流れる電流、及びリチウムイオン二次電池10の温度を監視し、必要であれば、インターロックスイッチ23を遮断して電源システムの運用を停止する。図9には、センサ22が一つしか図示されていないが、実際には、運用の制御に必要なパラメータを取得するのに充分な数及び種類のセンサ22が用意されていると理解すべきである。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of a power supply system in which the lithium ion secondary battery 10 is incorporated. The power supply system of FIG. 9 includes a control circuit 21, a sensor 22, and an interlock switch 23. The control circuit 21 uses the sensor 22 to monitor the voltage between the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 2 of the lithium ion secondary battery 10, the current flowing through the lithium ion secondary battery 10, and the temperature of the lithium ion secondary battery 10. If necessary, the interlock switch 23 is shut off to stop the operation of the power supply system. Although only one sensor 22 is shown in FIG. 9, it should be understood that there are actually a sufficient number and types of sensors 22 to obtain parameters necessary for operation control. It is.

上述のように、リチウムイオン二次電池10は、温度が上昇したときに正極端子3と負極端子2とが電気的に接続されるように構成されているので、正極端子3と負極端子2の間の電圧を監視すれば、絶縁部材7、9又は合金片18が溶解したことを検知可能である。このような検知方法の一つの問題は、絶縁部材7、9又は合金片18が溶解しても、リチウムイオン二次電池10自体の起電力のために正極端子3と負極端子2の間の電圧は急激には変化しないことがあるため、絶縁部材7、9又は合金片18が溶解したことを速やかに検知できない場合があることである。以下では、絶縁部材7、9又は合金片18が溶解したことを速やかに検知するための手法が提示される。   As described above, the lithium ion secondary battery 10 is configured so that the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 2 are electrically connected when the temperature rises. If the voltage between them is monitored, it can be detected that the insulating members 7 and 9 or the alloy piece 18 has melted. One problem with such a detection method is that even if the insulating members 7 and 9 or the alloy pieces 18 are melted, the voltage between the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 2 due to the electromotive force of the lithium ion secondary battery 10 itself. May not change abruptly, so that it may not be possible to quickly detect that the insulating members 7 and 9 or the alloy piece 18 has melted. Below, the method for detecting rapidly that the insulating members 7 and 9 or the alloy piece 18 melt | dissolved is shown.

一実施形態では、図10に示されているように、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間の電圧Vをセンサ22によって計測することにより、絶縁部材7の溶解が検知される。絶縁部材7が溶解していない場合には、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間の電圧は、ある正常範囲の値をとる。絶縁部材7が溶解すると、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間の電圧は、速やかに正常範囲から外れた異常値を示すようになる。したがって、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間の電圧を監視することにより、絶縁部材7が溶解したことを速やかに検知することができる。また、絶縁部材7の溶解は、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間の電圧Vの時間変化率dV/dtから検知することも可能である。   In one embodiment, as shown in FIG. 10, the melting of the insulating member 7 is detected by measuring the voltage V between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1 a of the container 1 using the sensor 22. When the insulating member 7 is not dissolved, the voltage between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1a of the container 1 takes a value in a certain normal range. When the insulating member 7 is dissolved, the voltage between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1a of the container 1 quickly shows an abnormal value that is out of the normal range. Therefore, by monitoring the voltage between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1a of the container 1, it is possible to quickly detect that the insulating member 7 has been dissolved. The melting of the insulating member 7 can also be detected from the time change rate dV / dt of the voltage V between the negative electrode terminal 2 and the lid 1 a of the container 1.

正極端子3に対応して導通部材8及び絶縁部材9が設けられている場合も同様に、正極端子3と容器1の蓋部1aとの間の電圧を計測することにより、絶縁部材9の溶解を速やかに検知することができる。   Similarly, when the conductive member 8 and the insulating member 9 are provided corresponding to the positive electrode terminal 3, the voltage between the positive electrode terminal 3 and the lid portion 1 a of the container 1 is measured to dissolve the insulating member 9. Can be detected promptly.

負極端子2(又は正極端子3)と容器1の蓋部1aとの間の電圧を計測する手法は、第2の実施形態のように、負極端子2(又は正極端子3)と容器1の蓋部1aとが溶融した合金片18によって電気的に接続される場合も、同様に適用可能である。この場合にも、負極端子2(又は正極端子3)と容器1の蓋部1aとの間の電圧Vの値、又は電圧Vの時間変化率dV/dtから合金片18の溶融を検知することが可能である。   The method of measuring the voltage between the negative electrode terminal 2 (or the positive electrode terminal 3) and the lid portion 1a of the container 1 is the same as that of the second embodiment in that the negative electrode terminal 2 (or the positive electrode terminal 3) and the lid of the container 1 are measured. The case where the part 1a is electrically connected by the molten alloy piece 18 can be similarly applied. Also in this case, the melting of the alloy piece 18 is detected from the value of the voltage V between the negative electrode terminal 2 (or the positive electrode terminal 3) and the lid 1a of the container 1 or the time change rate dV / dt of the voltage V. Is possible.

また、図6Bに示されているように、絶縁性の容器1Aに導通部材17が設けられる場合には、負極端子2(又は正極端子3)と導通部材17との間の電圧Vの値、又は電圧Vの時間変化率dV/dtから絶縁部材7(又は絶縁部材9)の溶融を検知することが可能である。   Further, as shown in FIG. 6B, when the conductive member 17 is provided in the insulating container 1A, the value of the voltage V between the negative electrode terminal 2 (or the positive electrode terminal 3) and the conductive member 17, Alternatively, it is possible to detect melting of the insulating member 7 (or the insulating member 9) from the time change rate dV / dt of the voltage V.

また、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間を流れる電流Iをセンサ22によって計測することにより、絶縁部材7の溶解を検知することが可能である。絶縁部材7が溶解していない場合には、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間を流れる電流Iは0である。一方、絶縁部材7が溶解すると、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間を流れる電流Iは、速やかに0でない異常値を示すようになる。したがって、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間を流れる電流Iを監視することにより、絶縁部材7が溶解したことを速やかに検知することができる。負極端子2と容器1の蓋部1aとの間を流れる電流Iは、電流Iによって発生する磁界を測定することによって間接的に計測することができる。絶縁部材7の溶解は、負極端子2と容器1の蓋部1aとの間を流れる電流Iの時間変化率dI/dtから検知することも可能である。   Further, by measuring the current I flowing between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1 a of the container 1 by the sensor 22, it is possible to detect the dissolution of the insulating member 7. When the insulating member 7 is not dissolved, the current I flowing between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1a of the container 1 is zero. On the other hand, when the insulating member 7 is melted, the current I flowing between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1a of the container 1 immediately shows an abnormal value that is not zero. Therefore, by monitoring the current I flowing between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1a of the container 1, it is possible to quickly detect that the insulating member 7 has dissolved. The current I flowing between the negative electrode terminal 2 and the lid 1 a of the container 1 can be indirectly measured by measuring the magnetic field generated by the current I. The dissolution of the insulating member 7 can also be detected from the time change rate dI / dt of the current I flowing between the negative electrode terminal 2 and the lid portion 1 a of the container 1.

正極端子3に対応して導通部材8及び絶縁部材9が設けられている場合も同様に、正極端子3と容器1の蓋部1aとの間の電流を計測することにより、絶縁部材9の溶解を速やかに検知することができる。   Similarly, when the conductive member 8 and the insulating member 9 are provided corresponding to the positive electrode terminal 3, similarly, the current between the positive electrode terminal 3 and the lid 1 a of the container 1 is measured to dissolve the insulating member 9. Can be detected promptly.

負極端子2(又は正極端子3)と容器1の蓋部1aとの間を流れる電流を計測する手法は、第2の実施形態のように、負極端子2(又は正極端子3)と容器1の蓋部1aとが溶融した合金片18によって電気的に接続される場合も、同様に適用可能である。この場合にも、負極端子2(又は正極端子3)と容器1の蓋部1aとの間の電流Iの値、又は電圧Iの時間変化率dI/dtから合金片18の溶融を検知することが可能である。   The method of measuring the current flowing between the negative electrode terminal 2 (or positive electrode terminal 3) and the lid 1a of the container 1 is the same as that of the second embodiment in that the negative electrode terminal 2 (or positive electrode terminal 3) and the container 1 are The same applies to the case where the lid portion 1a is electrically connected by the molten alloy piece 18. Also in this case, the melting of the alloy piece 18 is detected from the value of the current I between the negative electrode terminal 2 (or the positive electrode terminal 3) and the lid 1a of the container 1 or the time change rate dI / dt of the voltage I. Is possible.

また、図11に示されているように、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池10については、導通部材6で生じる電圧降下Vdropを計測することによって絶縁部材7の溶融を検知することが可能である。絶縁部材7が溶解していない場合には、導通部材6には電流が流れないから、導通部材6で生じる電圧降下Vdropは0Vである。一方、絶縁部材7が溶解すると導通部材6には電流が流れるから、導通部材6で生じる電圧降下Vdropは、速やかに0でない異常値をとるようになる。したがって、導通部材6で生じる電圧降下Vdropを監視することにより、絶縁部材7が溶解したことを速やかに検知することができる。このような手法は、特に、図3に示されているように、導通部材6Aに抵抗素子14が挿入されている場合に特に有効である。また、絶縁部材7の溶解は、導通部材6で生じる電圧降下Vdropの時間変化率dVdrop/dtから検知することも可能である。 Further, as shown in FIG. 11, for the lithium ion secondary battery 10 of the first embodiment, the melting of the insulating member 7 is detected by measuring the voltage drop V drop generated in the conducting member 6. Is possible. When the insulating member 7 is not melted, no current flows through the conducting member 6, so the voltage drop V drop generated at the conducting member 6 is 0V. On the other hand, when the insulating member 7 is melted, a current flows through the conducting member 6, so that the voltage drop V drop generated in the conducting member 6 quickly takes an abnormal value other than zero. Therefore, by monitoring the voltage drop V drop generated in the conducting member 6, it is possible to quickly detect that the insulating member 7 has dissolved. Such a method is particularly effective when the resistance element 14 is inserted into the conducting member 6A as shown in FIG. The melting of the insulating member 7 can also be detected from the time change rate dV drop / dt of the voltage drop V drop generated in the conducting member 6.

正極端子3に対応して導通部材8及び絶縁部材9が設けられている場合も同様に、導通部材8で生じる電圧降下を計測することにより、絶縁部材9の溶解を速やかに検知することができる。   Similarly, when the conductive member 8 and the insulating member 9 are provided corresponding to the positive electrode terminal 3, the dissolution of the insulating member 9 can be quickly detected by measuring the voltage drop generated in the conductive member 8. .

第1の実施形態のリチウムイオン二次電池10については、更に、導通部材6を流れる電流を計測することによって、絶縁部材7の溶融を検知することも可能である。絶縁部材7が溶解していない場合には、導通部材6を流れる電流は0である。一方、絶縁部材7が溶解すると、導通部材6を流れる電流は、速やかに0でない異常値を示すようになる。したがって、導通部材6を流れる電流を監視することにより、絶縁部材7が溶解したことを速やかに検知することができる。導通部材6を流れる電流は、該電流によって発生する磁界を測定することによって間接的に計測することができる。絶縁部材7の溶解は、導通部材6を流れる電流の時間変化率dI/dtから検知することも可能である。   Regarding the lithium ion secondary battery 10 of the first embodiment, it is also possible to detect the melting of the insulating member 7 by measuring the current flowing through the conducting member 6. When the insulating member 7 is not dissolved, the current flowing through the conducting member 6 is zero. On the other hand, when the insulating member 7 is melted, the current flowing through the conducting member 6 immediately shows an abnormal value other than zero. Therefore, by monitoring the current flowing through the conducting member 6, it can be quickly detected that the insulating member 7 has dissolved. The current flowing through the conducting member 6 can be indirectly measured by measuring the magnetic field generated by the current. The melting of the insulating member 7 can also be detected from the time change rate dI / dt of the current flowing through the conducting member 6.

正極端子3に対応して導通部材8及び絶縁部材9が設けられている場合も同様に、導通部材8を流れる電流を計測することにより、絶縁部材9の溶解を速やかに検知することができる。   Similarly, when the conductive member 8 and the insulating member 9 are provided corresponding to the positive electrode terminal 3, the dissolution of the insulating member 9 can be quickly detected by measuring the current flowing through the conductive member 8.

加えて、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池10については、更に、導通部材6の温度Tを計測することによって、絶縁部材7の溶融を検知することも可能である。絶縁部材7が溶解していない場合には、導通部材6の温度Tは或る通常範囲内にある。一方、絶縁部材7が溶解すると、導通部材6に電流が流れ、ジュール熱によって導通部材6の温度が上昇する。したがって、導通部材6の温度Tは、速やかに異常値を示すようになる。したがって、導通部材6の温度Tを監視することにより、絶縁部材7が溶解したことを速やかに検知することができる。絶縁部材7の溶解は、導通部材6の温度Tの時間変化率dT/dtから検知することも可能である。   In addition, for the lithium ion secondary battery 10 of the first embodiment, it is also possible to detect the melting of the insulating member 7 by measuring the temperature T of the conducting member 6. When the insulating member 7 is not dissolved, the temperature T of the conducting member 6 is within a certain normal range. On the other hand, when the insulating member 7 is melted, a current flows through the conducting member 6, and the temperature of the conducting member 6 rises due to Joule heat. Therefore, the temperature T of the conducting member 6 quickly shows an abnormal value. Therefore, by monitoring the temperature T of the conducting member 6, it is possible to quickly detect that the insulating member 7 has dissolved. The melting of the insulating member 7 can also be detected from the time change rate dT / dt of the temperature T of the conductive member 6.

一方、第2の実施形態のリチウムイオン二次電池10については、図12に示されているように、合金片18と容器1の蓋部1aとの間の電圧を計測することにより、合金片18の溶融を検知することも可能である。この場合、センサ22として電圧センサが使用され、センサ22の一方の端子22aは、合金片18が溶融していない状態では合金片18に接し、合金片18が溶融した状態では合金片18から離れるような位置に設けられる。合金片18が溶融していない状態では、センサ22によって検知される合金片18と容器1の蓋部1aとの間の電圧は、所定の正常範囲にある。合金片18が溶融すると、センサ22の一方の端子22aがフローティングになるので、センサ22によって計測される電圧は、速やかに異常値を示すようになる。したがって、合金片18と容器1の蓋部1aとの間の電圧を監視することにより、合金片18が溶解したことを速やかに検知することができる。   On the other hand, for the lithium ion secondary battery 10 of the second embodiment, as shown in FIG. 12, by measuring the voltage between the alloy piece 18 and the lid 1a of the container 1, the alloy piece It is also possible to detect 18 melting. In this case, a voltage sensor is used as the sensor 22, and one terminal 22a of the sensor 22 is in contact with the alloy piece 18 when the alloy piece 18 is not melted, and is separated from the alloy piece 18 when the alloy piece 18 is melted. It is provided in such a position. In a state where the alloy piece 18 is not melted, the voltage between the alloy piece 18 detected by the sensor 22 and the lid portion 1a of the container 1 is in a predetermined normal range. When the alloy piece 18 is melted, one terminal 22a of the sensor 22 is in a floating state, so that the voltage measured by the sensor 22 quickly shows an abnormal value. Therefore, by monitoring the voltage between the alloy piece 18 and the lid portion 1a of the container 1, it is possible to quickly detect that the alloy piece 18 has melted.

以上には、本発明の実施形態が様々に記述されているが、本発明は、上述の実施形態に限定して解釈してはならない。特に、上述の実施形態では、リチウムイオン二次電池について記述されているが、本発明が、熱暴走が発生し得る他の電池についても適用可能なことは、当業者には自明的であろう。   Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention should not be interpreted as being limited to the above-described embodiments. In particular, in the above-described embodiment, a lithium ion secondary battery has been described. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention is applicable to other batteries in which thermal runaway may occur. .

図1は、本発明の第1の実施形態のリチウムイオン二次電池の構成を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing the configuration of the lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention. 図2は、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池の動作を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the operation of the lithium ion secondary battery of the first embodiment. 図3は、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池の他の構成を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing another configuration of the lithium ion secondary battery of the first embodiment. 図4は、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池の更に他の構成を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing still another configuration of the lithium ion secondary battery according to the first embodiment. 図5は、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池の更に他の構成を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing still another configuration of the lithium ion secondary battery according to the first embodiment. 図6Aは、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池の更に他の構成を示す側面図である。FIG. 6A is a side view showing still another configuration of the lithium ion secondary battery of the first embodiment. 図6Bは、第1の実施形態のリチウムイオン二次電池の更に他の構成を示す側面図である。FIG. 6B is a side view showing still another configuration of the lithium ion secondary battery of the first embodiment. 図7は、本発明の第2の実施形態のリチウムイオン二次電池の構成を示す側面図である。FIG. 7 is a side view showing the configuration of the lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第2の実施形態のリチウムイオン二次電池の構成を示す上面図である。FIG. 8 is a top view showing the configuration of the lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention. 図9は、本発明のリチウムイオン二次電池を組み込んだ電源システムの構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a power supply system incorporating the lithium ion secondary battery of the present invention. 図10は、本発明のリチウムイオン二次電池の電源システムの動作の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the operation of the power supply system of the lithium ion secondary battery of the present invention. 図11は、本発明のリチウムイオン二次電池の電源システムの動作の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of the operation of the power supply system of the lithium ion secondary battery of the present invention. 図12は、本発明のリチウムイオン二次電池の電源システムの動作の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of the operation of the lithium ion secondary battery power supply system of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A:容器
1a:蓋部
2:負極端子
3:正極端子
4、5:パッキング
6、6A、8:導通部材
7、9:絶縁部材
10:リチウムイオン二次電池
11:集電箔
12、13:導電片
14:抵抗素子
15:抵抗素子
16:絶縁部材
17:導通部材
18:合金片
19:流出防止部材
21:制御回路
22:センサ
23:インターロックスイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A: Container 1a: Cover part 2: Negative electrode terminal 3: Positive electrode terminal 4, 5: Packing 6, 6A, 8: Conductive member 7, 9: Insulating member 10: Lithium ion secondary battery 11: Current collector foil 12, 13: Conductive piece 14: Resistance element 15: Resistance element 16: Insulating member 17: Conductive member 18: Alloy piece 19: Outflow prevention member 21: Control circuit 22: Sensor 23: Interlock switch

Claims (13)

外装体と、
前記外装体に取り付けられた正極端子と、
前記外装体に取り付けられた負極端子と、
前記正極端子と前記負極端子とを電気的に接続するための接続機構
とを具備する電池であって、
前記接続機構は、当該電池の温度上昇によって特定部材が溶融すると、前記正極端子と前記負極端子とが電気的に接続されるように構成されている
電池。
An exterior body,
A positive electrode terminal attached to the exterior body;
A negative electrode terminal attached to the exterior body;
A battery comprising a connection mechanism for electrically connecting the positive terminal and the negative terminal,
The connection mechanism is configured such that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are electrically connected when the specific member melts due to a temperature rise of the battery.
請求項1に記載の電池であって、
前記外装体の少なくとも一部分の表面は導電性であり、
前記接続機構は、
前記負極端子に接合され、先端部が前記外装体に向かって付勢された第1導通部材と、
前記第1導通部材と前記外装体の間に設けられ、当該電池の温度上昇によって溶融可能に構成された第1絶縁部材
とを含み、
前記接続機構は、前記第1絶縁部材が溶融すると前記第1導通部材が前記外装体に接触し、前記第1導通部材と前記外装体とを介して前記正極端子と前記負極端子とを電気的に接続する
電池。
The battery according to claim 1,
The surface of at least a part of the exterior body is conductive,
The connection mechanism is
A first conducting member joined to the negative electrode terminal and having a tip urged toward the exterior body;
A first insulating member provided between the first conducting member and the exterior body and configured to be meltable by a rise in temperature of the battery;
The connection mechanism is configured such that when the first insulating member is melted, the first conductive member contacts the exterior body, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are electrically connected to each other via the first conductive member and the exterior body. Connect to the battery.
請求項2に記載の電池であって、
前記第1導通部材は、抵抗素子を含む
電池。
The battery according to claim 2,
The first conductive member includes a resistance element.
請求項2に記載の電池であって、
前記接続機構は、更に、
前記正極端子に接合され、先端部が前記外装体に向かって付勢された第2導通部材と、
前記第2導通部材と前記外装体の間に設けられ、当該電池の温度上昇によって溶融可能に構成された第2絶縁部材
とを含む
電池。
The battery according to claim 2,
The connection mechanism further includes:
A second conductive member joined to the positive electrode terminal and having a tip urged toward the exterior body;
A battery including a second insulating member provided between the second conducting member and the exterior body and configured to be meltable by a temperature rise of the battery.
請求項2に記載の電池であって、
更に、
前記正極端子は、直接リード線で、又は、抵抗素子を介して電気的に前記外装体に接続された
電池。
The battery according to claim 2,
Furthermore,
The positive electrode terminal is a battery connected to the exterior body directly by a lead wire or via a resistance element.
請求項2に記載の電池であって、
前記第1絶縁部材は、当該電池が熱暴走を起こす温度よりも低い融点を有する絶縁材料で構成されている
電池。
The battery according to claim 2,
The first insulating member is made of an insulating material having a melting point lower than a temperature at which the battery causes thermal runaway.
請求項6に記載の電池であって、
更に、
安全弁を備え、
前記第1絶縁部材の融点は、前記安全弁が作動する温度よりも低い
電池。
The battery according to claim 6,
Furthermore,
Equipped with a safety valve,
The melting point of the first insulating member is lower than the temperature at which the safety valve operates.
請求項2に記載の電池であって、
前記第1絶縁部材は、平均分子量が1000以上であるポリエチレングリコール、クロトン酸、又は固形パラフィンのいずれかで構成された
電池。
The battery according to claim 2,
The first insulating member is a battery made of polyethylene glycol having an average molecular weight of 1000 or more, crotonic acid, or solid paraffin.
請求項1に記載の電池であって、
前記接続機構は、
前記負極端子に近接して設けられ、当該電池の温度上昇によって溶融可能な低融点合金で構成された合金片と、
前記合金片を包囲するように設けられた流出防止部材
とを備え、
前記流出防止部材は、前記合金片が溶融すると、前記合金片が溶融してできる液体合金によって前記負極端子と前記外装体とが電気的に接続されるように、前記液体合金を保持するように形成され、
前記接続機構は、前記合金片が溶融すると、前記液体合金と前記外装体とを介して前記正極端子と前記負極端子とを電気的に接続する
電池。
The battery according to claim 1,
The connection mechanism is
An alloy piece made of a low melting point alloy provided close to the negative electrode terminal and meltable by the temperature rise of the battery;
An outflow prevention member provided so as to surround the alloy piece,
The outflow prevention member holds the liquid alloy so that when the alloy piece is melted, the negative electrode terminal and the exterior body are electrically connected by a liquid alloy formed by melting the alloy piece. Formed,
When the alloy piece is melted, the connection mechanism electrically connects the positive electrode terminal and the negative electrode terminal via the liquid alloy and the outer package.
請求項9に記載の電池であって、
前記合金片は、当該電池が熱暴走を起こす温度よりも低い融点を有する
電池。
The battery according to claim 9,
The alloy piece has a melting point lower than a temperature at which the battery causes thermal runaway.
請求項10に記載の電池であって、
更に、
安全弁を備え、
前記合金片の融点は、前記安全弁が作動する温度よりも低い
電池。
The battery according to claim 10,
Furthermore,
Equipped with a safety valve,
The melting point of the alloy piece is lower than the temperature at which the safety valve operates.
請求項2に記載の電池と、
制御回路
とを備え、
前記制御回路は、前記負極端子と前記外装体との間の電圧、前記負極端子と前記外装体との間で流れる電流、前記第1導通部材で生じる電圧降下、前記第1導通部材を流れる電流、又は前記第1導通部材の温度によって前記第1絶縁部材の溶融を検知し、前記第1絶縁部材の溶融の有無に応じて前記電池の運用を制御する
電源システム。
A battery according to claim 2;
A control circuit,
The control circuit includes a voltage between the negative electrode terminal and the outer package, a current flowing between the negative electrode terminal and the outer package, a voltage drop generated in the first conductive member, and a current flowing through the first conductive member. Alternatively, a power supply system that detects the melting of the first insulating member based on the temperature of the first conductive member and controls the operation of the battery according to the presence or absence of the melting of the first insulating member.
請求項9に記載の電池と、
制御回路
とを備え、
前記制御回路は、前記負極端子と前記外装体との間の電圧、前記負極端子と前記外装体との間で流れる電流、又は前記合金片と前記外装体との間の電圧によって前記合金片の溶融を検知し、前記合金片の溶融の有無に応じて前記電池の運用を制御する
電源システム。
A battery according to claim 9;
A control circuit,
The control circuit is configured such that a voltage between the negative electrode terminal and the exterior body, a current flowing between the negative electrode terminal and the exterior body, or a voltage between the alloy piece and the exterior body A power supply system that detects melting and controls operation of the battery according to whether or not the alloy pieces are melted.
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