JP2014041791A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力型電流遮断機構３０の導通経路を復帰させることができるリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】電池ケース１５の接続端子３１と、電池ケース１５の内部に配置される正極集電端子５１との間に介装され、電池ケース１５の内部の圧力上昇に応じて反転板３５が変形することにより、接続端子３１と正極集電端子５１とを電気的に遮断する圧力型電流遮断装置３０を備えたリチウムイオン二次電池１００であって、圧力型電流遮断機構３０が作動した後に、変形した反転板３５に押圧力を加え、接続端子３１と正極集電端子５１とを電気的に接続するボルト４０を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、密閉型電池の構造技術に関する。

密閉型電池とは、正極及び負極を備える電極体を電解液とともに電池ケース内に封入して構成されたものであって、例えばリチウムイオン二次電池等が良く知られている。密閉型電池では、過充電を検知して電流を遮断する電流遮断機構を設けることがある。このような電流遮断機構の一つとして、電池ケースの内部圧力が設定圧力より高くなった場合に物理的に電流を遮断する圧力型電流遮断機構が知られている（例えば、特許文献１）。

しかし、密閉型電池では、一旦、圧力型電流遮断機構が作動すると、導通経路が遮断されて充放電が不可能となる。そのため、圧力型電流遮断機構が作動した密閉型電池を廃棄する際には、過充電状態で輸送しなければならない。そこで、輸送の際の確実な安全性を確保するためには、圧力型電流遮断機構の導通経路を再度復帰させて放電処理を行う必要がある。

特開２０１０−２１２０３４号公報

本発明の解決しようとする課題は、圧力型電流遮断機構の導通経路を再度復帰させることができる密閉型電池を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、電池ケースの外部端子と、前記電池ケース内部に配置される集電端子との間に介装され、前記電池ケース内部の圧力上昇に応じて反転板が変形することにより、前記外部端子と前記集電端子とを電気的に遮断する圧力型電流遮断装置を備えた密閉型電池であって、前記圧力型電流遮断機構が作動した後に、前記変形した反転板に押圧力を加え、前記外部端子と前記集電端子とを電気的に接続する導通復帰機構を備えるものである。

請求項２においては、請求項１記載の密閉型電池であって、前記外部端子は、前記電池ケースの内部側と外部側とを連通する中空部を備え、前記導通復帰機構は、前記外部端子の中空部に螺合されるボルトを締めることによって、前記変形した反転板に押圧力を加える構成とされるものである。

本発明の密閉型電池によれば、圧力型電流遮断機構の導通経路を再度復帰させることができる。

リチウムイオン二次電池の構成を示した模式図。 同じく圧力型電流遮断機構及び導通復帰機構の構成を示した模式図。 同じく圧力型電流遮断機構及び導通復帰機構の作用を示した模式図。 導通復帰工程の流れを示す模式図。

図１を用いて、リチウムイオン二次電池１００の構成について説明する。
なお、図１では、リチウムイオン二次電池１００の内部構成を分かり易くするため、リチウムイオン二次電池１００を一部断面視にて模式的に表している。

リチウムイオン二次電池１００は、本発明の密閉型電池に係る実施形態である。リチウムイオン二次電池１００は、電池ケース１５と、封口板１６と、正極端子１１と、負極端子１２と、を具備している。

電池ケース１５は、上面が開口した直方体形状の角型ケースとして構成されている。電池ケース１５の内部には、扁平形状の捲回電極体２０及び電解液が収容されている。封口板１６は、電池ケース１５の開口部を塞ぐものである。封口板１６には、正極端子１１と負極端子１２とが設けられている。正極端子１１及び負極端子１２の一部は封口板１６の表面側に突出している。

封口板１６により開口部が塞がれた電池ケース１５の内部には、正極端子１１及び負極端子１２にそれぞれ接続される、集電端子としての正極集電端子５１及び負極集電端子５２が侵入している。

捲回電極体２０は、長尺シート状の正極シートと、長尺シート状の負極シートとを、長尺シート状のセパレータを介して、幅方向を軸方向として捲回して構成されるものである。捲回電極体２０の軸方向一側の端部には、正極集電体２１が露出している。一方、捲回電極体２０の軸方向他側の端部には、負極集電体２２が露出している。

正極集電端子５１には、下方に向かって脚部５１Ｂが延設されている。脚部５１Ｂには、正極集電体２１が接合されている。同様に、負極集電端子５２には、下方に向かって脚部５２Ｂが延設されている。脚部５２Ｂには、負極集電体２２が接合されている。

正極端子１１と正極集電端子５１との間には圧力型電流遮断機構３０が介装されている。正極端子１１は、圧力型電流遮断機構３０及び正極集電端子５１を介して、捲回電極体２０の正極集電体２１と電気的に接続されている。また、負極端子１２は、負極集電端子５２を介して、捲回電極体２０の負極集電体２２と電気的に接続されている。なお、圧力型電流遮断機構３０について、詳しくは後述する。

図２を用いて、正極端子１１と正極集電端子５１との間に設けられる、圧力型電流遮断機構３０及び導電復帰機構としてのボルト４０の構成について説明する。
なお、図２では、説明を分かり易くするため、正極端子１１、圧力型電流遮断機構３０及び正極集電端子５１を一部断面視にて模式的に表している。

正極端子１１は、外部端子としての接続端子３１と、ガスケット３２と、絶縁板３３と、リード３４と、導電復帰機構としてのボルト４０と、を備えている。

接続端子３１は、中空リベット形状に構成され、筒部３１Ａと、ネジ孔部３１Ｂと、先端部３１Ｃと、を備えている。接続端子３１は、ガスケット３２、封口板１６、絶縁板３３及びリード３４のそれぞれに形成された孔に筒部３１Ａを挿入し、先端部３１Ｃをかしめることによって、正極端子１１、ガスケット３２、封口板１６、絶縁板３３及びリード３４を一体的に固定している。接続端子３１は、先端部３１Ｃによってリード３４と電気的に接続されている。

ボルト４０は、接続端子３１のネジ孔部３１Ｂに螺合されている。ボルト４０は、ボルト４０の底面４０Ａが後述する反転板３５の凹部３５Ｂに対し所定の隙間を設けて、接続端子３１のネジ孔部３１Ｂに螺合されている。なお、所定の隙間とは、圧力型電流遮断機構３０が作動し、反転板３５が加圧方向（上方向）に向かって反るように変形した場合であっても、ボルト４０の底面４０Ａと反転板３５の凹部３５Ｂとが接触しない程度の隙間とする。また、ボルト４０を回転操作することにより、ボルト４０の底面４０Ａと反転板３５の凹部３５Ｂとの間隔を変更することが可能である。

ガスケット３２は、樹脂製であって、下方に凹陥する凹陥形状に形成されている。ガスケット３２は、接続端子３１と封口板１６との間に介装され、接続端子３１と封口板１６とを電気的に絶縁するものである。

絶縁板３３は、樹脂製であって、上方に凹陥する凹陥形状に形成されている。絶縁板３３は、封口板１６とリード３４との間に介装され、封口板１６とリード３４とを電気的に絶縁するものである。

リード３４は、アルミ製であって、上方に凹陥する凹陥形状に形成され、周縁部の下端には径方向外側に延出する平坦な縁部３４Ａが形成されている。

正極集電端子５１は、アルミ製であって、本体５１Ａと、脚部５１Ｂと、薄肉部５１Ｃと、刻印部５１Ｄと、を備えている。本体５１Ａは、平面視略矩形形状に形成されている。本体５１Ａの略中央部には、略円形状の薄肉部５１Ｃが形成されている。薄肉部５１Ｃには、刻印部５１Ｄが形成されている。刻印部５１Ｄは、薄肉部５１Ｃの下面に略円形形状に形成される溝である。

圧力型電流遮断機構３０は、反転板３５と、絶縁体３６と、正極集電端子５１の薄肉部５１Ｃと、から構成されている。圧力型電流遮断機構３０は、電池ケース１５内部の圧力上昇に応じて反転板３５が上方へ変形することにより、正極端子１１と電池ケース１５内部の正極集電端子５１とを電気的に遮断するものである。

反転板３５は、アルミ製であって、略円盤形状に形成され、本体３５Ａと、凹部３５Ｂと、を備えている。反転板３５は、電池ケース１５の内部圧力が設定圧力以上になると、加圧方向（上方向）に向かって反るように変形する部材である。

本体３５Ａの周縁部は、リード３４の縁部３４Ａに溶接によって接合されており、本体３５Ａとリード３４とは電気的に接続されている。これにより、接続端子３１と反転板３５とがリード３４を介して電気的に接続されることとなる。また、反転板３５はリード３４と絶縁体３６との間に介装されている。

凹部３５Ｂは、本体３５Ａの略中央部分に形成され、上面側が下方に凹陥するように形成されている。凹部３５Ｂの底面は、正極集電端子５１の薄肉部５１Ｃにおける刻印部５１Ｄよりも内側の部分の上面に溶接によって接合されている。電池ケース１５内部の圧力上昇により反転板３５が上方へ変形すると、その変形により正極集電端子５１の薄肉部５１Ｃが上方に向かって引っ張られ、薄肉部５１Ｃは刻印部５１Ｄにて破断することとなる。

絶縁体３６は、樹脂製であって、略円盤形状に形成されている。絶縁体３６は、反転板３５と正極集電端子５１との間に介装され、反転板３５と正極集電端子５１とを絶縁する（但し、反転板３５の凹部３５Ｂと正極集電端子５１の薄肉部５１Ｃとの溶接部分を除く）ものである。

図３用いて、圧力型電流遮断機構３０及び導通復帰機構（ボルト４０）の作用について説明する。
なお、図３では、説明を分かり易くするため、圧力型電流遮断機構３０を一部断面視にて模式的に表している。また、図３（Ａ）では、圧力型電流遮断機構３０の作動前の状態を表し、図３（Ｂ）では、圧力型電流遮断機構３０の作動後の状態を表し、図３（Ｃ）では、導通復帰機構（ボルト４０）の作動後の状態を表している。

図３（Ａ）に示すように、仮に、リチウムイオン二次電池１００が過充電されたとする。リチウムイオン二次電池１００が過充電されることによって、電解液中の成分が分解され、電池ケース１５の内部圧力が上昇する。電池ケース１５の内部圧力が上昇することによって、圧力型電流遮断機構３０に上向きの圧力が作用する。

圧力型電流遮断機構３０に上向きの圧力が作用することによって、反転板３５にも上向きの圧力が作用し、反転板３５は上向きに反るように変形する。反転板３５が上向きに反るように変形することによって、正極集電端子５１の薄肉部５１Ｃが上向きに引っ張られる。正極集電端子５１の薄肉部５１Ｃが上向きに引っ張られることによって、正極集電端子５１の刻印部５１Ｄにて破断が生じる。

図３（Ｂ）に示すように、圧力型電流遮断機構３０に上向きの圧力が作用して、薄肉部５１Ｃが上向きに引っ張られるような力がかかり、正極集電端子５１が刻印部５１Ｄを境界として内側と外側とに分離され、反転板３５と正極集電端子５１との電気的な接続が遮断される。反転板３５と正極集電端子５１との電気的な接続が遮断されることによって、圧力型電流遮断機構３０の正極端子１１側と正極集電端子５１側とは電気的に絶縁される。

図３（Ｃ）に示すように、圧力型電流遮断機構３０が作動し、導通経路（正極端子１１と正極集電端子５１との導通経路）が遮断された状態で、ボルト４０が締め付けられる（締め付け方向（ボルト４０の底面４０Ａと反転板３５の凹部３５Ｂとの間隔が小さくなる方向）に回転操作される）。締め付けられたボルト４０が下降し、ボルト４０の底面４０Ａによって、反転板３５の凹部３５Ｂが押圧される。

反転板３５の凹部３５Ｂを押圧されることによって、上向きに反るように変形していた反転板３５が元の形状に復元される。反転板３５が元の形状に復元されることによって、刻印部５１Ｄにて分離していた薄肉部５１Ｃが接合される。分離していた薄肉部５１Ｃが接合されることによって、反転板３５と正極集電端子５１との電気的な接続が復帰される。反転板３５と正極集電端子５１との電気的な接続が復帰されることによって、圧力型電流遮断機構３０の正極端子１１側と正極集電端子５１側とは電気的に復縁される。

導通復帰機構（ボルト４０）の効果について説明する。
ボルト４０によれば、圧力型電流遮断機構３０の導通経路を復帰させることができる。そのため、圧力型電流遮断機構３０が作動したリチウムイオン二次電池１００の導通経路を再度復帰させて放電処理を行うことができる。

本実施形態のリチウムイオン二次電池１００では、正極端子１１に圧力型電流遮断機構３０及びボルト４０を設ける構成としたが、これに限定されない。例えば、負極端子１２に圧力型電流遮断機構３０及びボルト４０を設ける構成としても良い。

次に、導電復帰機構の別実施形態について説明する。
本実施形態における導電復帰機構は、接続端子３１に接続されるホース６０と、ホース６０から接続端子３１のネジ孔部３１Ｂを通じて高圧空気を電池ケース１５の内部に封入する圧縮機（図示略）と、を備えている。

図４を用いて、このような構成の導電復帰機構により圧力型電流遮断機構３０の導通経路を復帰させる導通復帰工程Ｓ１００について説明する。
なお、図４では、導通復帰工程Ｓ１００の各工程を一部断面視にて模式的に表している。

ステップＳ１１０では、仮に、リチウムイオン二次電池１００が過充電されたとする。リチウムイオン二次電池１００が過充電されることによって、電解液中の成分が分解され、電池ケース１５の内部圧力が上昇する。電池ケース１５の内部圧力が上昇することによって、圧力型電流遮断機構３０に上向きの圧力が作用する。

ステップＳ１２０では、圧力型電流遮断機構３０に上向きの圧力が作用することによって、反転板３５にも上向きの圧力が作用し、反転板３５は上向きに反るように変形する。反転板３５が上向きに反るように変形することによって、正極集電端子５１の薄肉部５１Ｃが上向きに引っ張られる。正極集電端子５１の薄肉部５１Ｃが上向きに引っ張られることによって、正極集電端子５１の刻印部５１Ｄにて破断が生じる。

圧力型電流遮断機構３０に上向きの圧力が作用して、薄肉部５１Ｃが上向きに引っ張られるような力がかかり、正極集電端子５１が刻印部５１Ｄを境界として内側と外側とに分離され、反転板３５と正極集電端子５１との電気的な接続が遮断される。反転板３５と正極集電端子５１との電気的な接続が遮断されることによって、圧力型電流遮断機構３０の正極端子１１側と正極集電端子５１側とは電気的に絶縁される。

ステップＳ１３０では、接続端子３１にホース６０を接続し、ホース６０によって高圧空気が電池ケース１５の内部に封入される。なお、ホース６０の他端側は、圧縮機（図示略）に接続されているものとする。

ステップＳ１４０では、封入される高圧空気によって、反転板３５の凹部３５Ｂが押圧される。反転板３５の凹部３５Ｂが押圧されることによって、上向きに反るように変形していた反転板３５が元の形状に復元される。反転板３５が元の形状に復元されることによって、刻印部５１Ｄにて分離していた薄肉部５１Ｃが接合される。

分離していた薄肉部５１Ｃが接合されることによって、反転板３５と正極集電端子５１との電気的な接続が復帰される。反転板３５と正極集電端子５１との電気的な接続が復帰されることによって、圧力型電流遮断機構３０の正極端子１１側と正極集電端子５１側とは電気的に復縁される。

導通復帰工程Ｓ１００の効果について説明する。
導通復帰工程Ｓ１００によれば、圧力型電流遮断機構３０の導通経路を復帰させることができる。そのため、圧力型電流遮断機構３０が作動したリチウムイオン二次電池１００の導通経路を再度復帰させて放電処理を行うことができる。

１１ 正極端子
３０ 圧力型電流遮断機構
３１ 接続端子（外部端子）
３５ 反転板
３５Ｂ 凹部
４０ ボルト
５１ 正極集電端子
５１Ｃ 薄肉部
１００ リチウムイオン二次電池

Claims (2)

1. 電池ケースの外部端子と、前記電池ケース内部に配置される集電端子との間に介装され、前記電池ケース内部の圧力上昇に応じて反転板が変形することにより、前記外部端子と前記集電端子とを電気的に遮断する圧力型電流遮断装置を備えた密閉型電池であって、
   前記圧力型電流遮断機構が作動した後に、前記変形した反転板に押圧力を加え、前記外部端子と前記集電端子とを電気的に接続する導通復帰機構を備える、
   密閉型電池。
2. 請求項１記載の密閉型電池であって、
   前記外部端子は、前記電池ケースの内部側と外部側とを連通する中空部を備え、
   前記導通復帰機構は、前記外部端子の中空部に螺合されるボルトを締めることによって、前記変形した反転板に押圧力を加える構成とされる、
   密閉型電池。

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