JP2013235814A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外装缶101に形成した反転用穴108は、反転板109で塞がれており、負極端子105にはバイメタル材で形成した短絡板110が備えられている。内部圧力が上昇したときには、反転板109が反転して短絡板110に接触し、火中投入時には短絡板110が熱変形して外装缶101に接触し、反転板109が溶融したときには短絡板110が熱変形して外装缶101に接触して、放電回路が形成されて強制的に電池電圧を低下させて安全を図っている。
【選択図】図1
Description
即ち、過充電により、リチウムイオン二次電池の正極活物質LiCoO2と電解液との間での副反応が激しくなると、正極活物質の構造崩壊と電解液の酸化反応などが発生する。そうすると、黒鉛等よりなる負極の活物質からリチウムが析出される。このような状態の中で、電圧が継続して上昇すると、やがて電池が破裂・発火するという危険性がある。
正極端子5は、正極用のリードタブ2aを介して正極2に接続されており、負極端子6は、負極用のリードタブ(図示省略)を介して負極4に接続されている。
リード線10は、一端が負極端子6に接続され、途中で折り曲げられ、折り曲げられた部分がガス放出穴8を横切る状態で配置されている。リード線10は、絶縁膜11を介して蓋体1aと絶縁されており、また、リード線10には抵抗体12が介在されている。
ちなみに、放電中にリード10等が熱溶融してしまうと、放電が途中で停止してしまい、電池電圧を適切に低下させることができず、安全性が確保できなくなってしまう。
反転板28は、蓋体21aに電気的に接続されており、外装缶21内の圧力が正常である場合には、外装缶21の内部側に向かって湾曲した初期形状になっているが、外装缶21内の圧力が上昇して反転板28の限界圧力を越えた場合には、湾曲形状が反転して、外装缶21の外部側に向かって湾曲する形状に反転(変化)する。反転板28の湾曲形状が反転して、外装缶21の外部側に向かって湾曲した場合には、外装缶21の外部側に向かって湾曲した反転板28は、後述する短絡板30に接触する。
また、外装缶21の蓋体21aは、正極用のリードタブ22aを介して正極22に接続されている。つまり、外装缶21自体が正極端子としての機能を果たしている。
ちなみに、放電中に反転板28等が熱溶融してしまうと、放電が途中で停止してしまい、電池電圧を適切に低下させることができず、安全性が確保できなくなってしまう。
このように放電とガス外部放出により安全策を施している。
正極,負極及び非水電解質が収納された金属製の外装缶と、正極端子及び負極端子を有する非水電解質二次電池において、
前記外装缶に形成された反転用穴と、
前記正極端子または前記負極端子のうちのいずれか一方の端子に、基端部が電気的・機械的に接続されると共に、先端部が前記反転用穴に対向しており、予め決めた熱変形温度を越えると前記外装缶に向かって熱変形していって前記外装缶に接触し、前記熱変形温度未満になると前記外装缶から離れるバイメタル材により形成した短絡板と、
前記反転用穴を塞ぐ状態で前記外装缶に電気的に接続されて備えられており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには前記短絡板に接触しない予め決めた初期形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に変化して前記短絡板に接触する導電性の反転板と、
前記正極端子または前記負極端子のうちのいずれか他方の端子に前記外装缶が電気的に接続されるか、または、前記他方の端子が前記外装缶そのものであることを特徴とする。
前記短絡板の先端部には、予め決めた圧力を越えた状態で前記反転板に接触・押圧されると前記反転板を破る突起が形成されていることを特徴とする。
前記短絡板の前記先端部のうち前記反転板に対向する部分には、導電性セラミックまたは導電性シリコーンゴムが備えられていることを特徴とする。
前記反転板は、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには前記外装缶の内部側に向かって湾曲した形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に反転して前記短絡板に接触する金属製の反転板であることを特徴とする。
前記反転板は、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには平板形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に変化して前記短絡板に接触する導電性の反転板であることを特徴とする。
図1は本発明の実施例1に係るリチウムイオン二次電池100を示す概略断面図である。このリチウムイオン二次電池100の外装缶101は、有底の金属製の缶本体101aと、缶本体101aの上面開口を覆う金属製の蓋体101bとを溶接して構成されている。
金属製の外装缶101内には、正極とセパレータと負極を積層してなる電極組立体(図示省略)が収納されると共に、非水電解質が収納されている。
正極端子103は、電極組立体の正極(図示省略)に電気的に接続されており、負極端子105は、電極組立体の負極(図示省略)に電気的に接続されている。
外装缶100の蓋体101bには、反転用穴108が形成されると共に、反転用穴108を塞ぐ金属製の反転板109が備えられている。
短絡板110の温度が「熱変形温度」未満になると、短絡板110は図1に示す形状状態に戻り、外装缶101(蓋体101b)から離れる。
過充電により外装缶101内にガスが発生して、外装缶101内の圧力が反転板109の反転圧力を越えると、反転板109は、図1において点線で示すように、湾曲形状が反転して外装缶101の外部側に向かって湾曲する形状に反転(変化)する。このように反転板109が外装缶101の外部側に向かって湾曲した形状になると、反転板109が短絡板110に接触する。
充電されているリチウムイオン二次電池100が、火中投入等されて電池外部からの加熱により電池温度が上昇し、短絡板110の熱変形温度を越えると、図2に示すように、短絡板110は熱変形する。熱変形していった短絡板110は、外装缶101(蓋体101b)に接触する。
なお、短絡板110、外装缶101、リード板111等の抵抗及び各部の接触抵抗を合わせた放電回路の抵抗値は、例えば0.005Ω〜30Ωである。
図1に点線で示すように、反転板109が外装缶101の外部側に向かって湾曲・反転し、反転板109と短絡板110とが接触し放電回路が形成されて放電が開始された後に、図3に示すように、反転板109が短絡による発熱により溶融することがある。
この場合には、図3に示すように、発熱による温度上昇で短絡板110が湾曲して外装缶101(蓋体101b)に接触する。よって、短絡状態が中断することなく、継続的に放電をして電池電圧を低下させることが可能となる。
しかも、短絡板110はバイメタル材で形成することができるため、安価でありながら、作動安定性のある安全機構を構成することができる。
図4に示すリチウムイオン二次電池100Aは、図1に示すリチウムイオン二次電池100の変形例である。
図4に示すリチウムイオン二次電池100Aでは、外装缶101内に収納した正極(図示省略)が外装缶101に電気的に接続されている。つまり、外装缶101自体が正極端子としての機能を果たしている。このため、図1に示す、絶縁材102、正極端子103、リード板111は備えていない。
図5は本発明の実施例2に係るリチウムイオン二次電池100Bを示す概略断面図である。
このリチウムイオン二次電池100Bは、図1に示す実施例1に対して、短絡板120の形状が実施例1の短絡板110とは異なると共に、ガス放出弁106及び圧力開放弁107を備えていないことが異なるが、他の部分の構成は実施例1と同様である。
このため、実施例1と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
短絡板120の温度が「熱変形温度」未満になると、短絡板120は図5に示す形状状態に戻り、外装缶101(蓋体101b)から離れる。
しかも、短絡板110はバイメタル材で形成することができるため、安価でありながら、作動安定性のある安全機構を構成することができる。
図6に示すリチウムイオン二次電池100Cは、図5に示すリチウムイオン二次電池100Bの変形例である。
図6に示すリチウムイオン二次電池100Cでは、外装缶101内に収納した正極(図示省略)が外装缶101に電気的に接続されている。つまり、外装缶101自体が正極端子としての機能を果たしている。このため、図5に示す、絶縁材102、正極端子103、リード板111は備えていない。
図7は本発明の実施例3に係るリチウムイオン二次電池100Dを示す概略断面図である。
この導電性セラミック115の厚さは、電池機種や仕様により異なるが、0.1〜10mmの範囲内のものであり、極めて薄い。この導電性セラミック115は薄くて小さな部材であるが、大きな抵抗値を有している。
過充電により外装缶101内にガスが発生して、外装缶101内の圧力が反転板109の反転圧力を越えると、反転板109は、図7において点線で示すように、湾曲形状が反転して外装缶101の外部側に向かって湾曲する形状に反転(変化)する。このように反転板109が外装缶101の外部側に向かって湾曲した形状になると、反転板109が導電性セラミック115を介して短絡板110に接触する。
充電されているリチウムイオン二次電池100Dが、火中投入等されて電池外部からの加熱により電池温度が上昇し、短絡板110の熱変形温度を越えると、短絡板110は熱変形し、導電性セラミック115を介して外装缶101(蓋体101b)に接触する。
この場合、導電性セラミック115の抵抗値が大きいため、上記のような抵抗値を得るための、各部材のサイズを小さくすることができ、リチウムイオン二次電池100Dの全体を小型化することができる。
図7に点線で示すように、反転板109が外装缶101の外部側に向かって湾曲・反転し、反転板109と短絡板110とが接触し放電回路が形成されて放電が開始された後に、反転板109が短絡による発熱により溶融することがある。
この場合には、発熱による温度上昇で短絡板110が湾曲して外装缶101(蓋体101b)に接触する。よって、短絡状態が中断することなく、継続的に放電をして電池電圧を低下させることが可能となる。
しかも、短絡板110はバイメタル材で形成することができるため、安価でありながら、作動安定性のある安全機構を構成することができる。
図8に示すリチウムイオン二次電池100Eは、図7に示すリチウムイオン二次電池100Dの変形例である。
図8に示すリチウムイオン二次電池100Eでは、外装缶101内に収納した正極(図示省略)が外装缶101に電気的に接続されている。つまり、外装缶101自体が正極端子としての機能を果たしている。このため、図7に示す、絶縁材102、正極端子103、リード板111は備えていない。
ここで上記の各実施例の各種の変形例を、実施例4として説明する。
しかし、反転板は、このようなものに限るものではない。例えば、導電性シリコーンゴムは、弾性、耐熱性、導電性(電気抵抗)を有しているので、平板状の導電性シリコーンゴムを、反転用穴108を塞ぐ状態で、カシメなどにより蓋体101bに取り付けて、これを反転板として機能させることができる。
図7及び図8に示す実施例では、抵抗値の大きな導電性セラミック115があるため、放電回路が形成されて放電電流が流れても、放電電流の値が抑制されるため、反転板109の溶融が防止できる。よって、短絡板を、バイメタル機能を有しないもので形成することができるのである。
101 外装缶
101a 缶本体
101b 蓋体
102 絶縁材
103 正極端子
104 絶縁材
105 負極端子
106 ガス放出穴
107 圧力開放弁
108 反転用穴
109 反転板
110 短絡板
111 リード板
115 導電性セラミック
120 短絡板
120a 突起
Claims (5)
- 正極,負極及び非水電解質が収納された金属製の外装缶と、正極端子及び負極端子を有する非水電解質二次電池において、
前記外装缶に形成された反転用穴と、
前記正極端子または前記負極端子のうちのいずれか一方の端子に、基端部が電気的・機械的に接続されると共に、先端部が前記反転用穴に対向しており、予め決めた熱変形温度を越えると前記外装缶に向かって熱変形していって前記外装缶に接触し、前記熱変形温度未満になると前記外装缶から離れるバイメタル材により形成した短絡板と、
前記反転用穴を塞ぐ状態で前記外装缶に電気的に接続されて備えられており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには前記短絡板に接触しない予め決めた初期形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に変化して前記短絡板に接触する導電性の反転板と、
前記正極端子または前記負極端子のうちのいずれか他方の端子に前記外装缶が電気的に接続されるか、または、前記他方の端子が前記外装缶そのものであることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1において、
前記短絡板の先端部には、予め決めた圧力を越えた状態で前記反転板に接触・押圧されると前記反転板を破る突起が形成されていることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1または請求項2において、
前記短絡板の前記先端部のうち前記反転板に対向する部分には、導電性セラミックまたは導電性シリコーンゴムが備えられていることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一項において、
前記反転板は、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには前記外装缶の内部側に向かって湾曲した形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に反転して前記短絡板に接触する金属製の反転板であることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一項において、
前記反転板は、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには平板形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に変化して前記短絡板に接触する導電性の反転板であることを特徴とする非水電解質二次電池。
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