JP2014235943A

JP2014235943A - 二次電池

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Publication number: JP2014235943A
Application number: JP2013118140A
Authority: JP
Inventors: 将史村岡; Masafumi Muraoka; 宏志岡本; Hiroshi Okamoto; 功浅子; Isao Asako; 大谷　拓也; Takuya Otani; 拓也大谷; 西村　直人; Naoto Nishimura; 直人西村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-12-15

Abstract

【課題】電池セルと電極端子との電気的接続を断った後でも、安全に放電することができる二次電池を提供する。
【解決手段】電池（１００）は、第１正極端子（３１）と、電池セル（６）と第１正極端子（３１）とを電気的に接続するための導通経路を形成する正極集電板（４１）と、第１正極端子（３１）と同極であり、導通経路を断線させるためのスリット（１０）を介することなく電池セル（６）に電気的に接続された第２正極端子（３２）とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は非水電解液二次電池などの二次電池に関する。

近年、二次電池としてリチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池が多用されている。この種の二次電池では、電池がもつ電池容量を越えて充電エネルギーが加えられたり（過充電）、誤使用等によって所定より大きな電流が流れたりすることにより、電池内の温度が上昇する。一般的に、有機系の電解液を使用している電池は、電池内の温度上昇に伴い熱暴走を引き起こし、電解液および活物質の分解等によりガスが発生し、電池内圧が上昇する。その結果、電池内圧が過剰になると電池が膨れ、さらには破裂するおそれがある。

ここで、電解液および活物質の分解等により発生する前記ガスは、電解液蒸気も混ざるため、一般的には可燃性ガスである。従って、電池が破裂して前記ガスが電池外に排出される前に、電気的経路を物理的に切断する電流遮断機構を設けることが好ましい。

電流遮断機構を設けた電池として、例えば、下掲の特許文献１および特許文献２に開示されている電池がある。

特許文献１に記載の構成では、アーチ状に湾曲するように加工してなる変形金属板と、当該変形金属板の局部を溶接して電気接続してなる接続金属とを備える電流遮断機構を開示している。上記電流遮断機構は、内圧が設定圧力よりも高くなると溶接点を分離するように変形して電流を遮断する。

また特許文献２には、電池セルとしての発電体と、正極端子としての閉塞蓋体とを備えた防爆型密閉電池が開示されている。具体的には、内圧の上昇に伴ない内圧方向に変形を生じる防爆弁に、リード遮断用ストリッパーを接触して取付け、所定の内圧に達したとき、リード板が防爆弁より剥離あるいは／及びリード板が破断することによって、電池セルと正極端子との間に流れる電流を遮断するようにしている。

特開２０１０−１５７４５１号公報（２０１０年７月１５日公開）特許公報第２７０１３７５号公報（１９９７年１０月３日発行）

「最新リチウムイオン二次電池〜安全性向上および高機能化に向けた材料開発〜」（発行：株式会社情報機構、２００８年出版）

しかしながら、上述のような従来の二次電池は、電池の内圧が所定に達したときに電流遮断機構が作動するが、電流遮断機構が作動した後は放電することができない。具体的には、特許文献２の防爆型密閉電池は、リード線が破断した後は、電池セルと正極端子との電気的接続が断たれるため、正極端子を介して放電することができない。

電流遮断機構が作動した電池を廃棄する場合、電池セルに充電されたままの状態の電池は、回収や運搬などの廃棄作業を行う作業者にとって極めて危険である。さらに、これら二次電池は少量の水分が混入するだけでも性能劣化を起こすため、一般に電池缶（もしくは容器）は完全密閉される。このため、分解して放電するのは困難であり、過充電された電池の廃棄作業を行う際には特に危険である。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、電流遮断機構を作動させることによって電池セルと電極端子との電気的接続を断った後でも、安全に放電することができる二次電池を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る二次電池は、電池セルを収容する電池ケースと、正極または負極である第１の電極と、前記電池セルと前記第１の電極とを電気的に接続するための導通経路を形成する導電部材とを有している二次電池であって、前記導電部材は、前記導通経路を遮断するための遮断部を含んでおり、前記第１の電極と同極であり、前記遮断部を介することなく前記電池セルに電気的に接続された第２の電極をさらに備えていることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、電流遮断機構を作動させることによって電池セルと電極端子との電気的接続を断った後でも、第２の電極を用いて安全に放電することができる。

本発明の実施形態１に係る電池の構造を示す図であり、（ａ）は平面視における電池の構造を示し、（ｂ）は電池の断面を示す。本発明の実施形態１に係る電池の各端子について、各々が使用されるのがどのようなケースであるかを説明する図であり、（ａ）は、通常の使用時に充放電をする際に使用される端子を示し、（ｂ）は、過充電等の異常時に放電をする際に使用される端子を示す。図１の電池について、電池蓋の上面に平行な面で切断した場合の断面図である。本発明の実施形態１に係る電池の正極端子等の詳細な構成を示す分解図である。本発明の実施形態１に係る電池の一部の平面図である。電池蓋が開裂した状態における本発明の実施形態１に係る電池の主要部の斜視図である。電流遮断機構を備えない二次電池について、１Ｃで過充電を行った場合の、過充電時間と電池温度および電池電圧との関係を示すグラフである。電流遮断機構を備えない二次電池について、２Ｃで過充電を行った場合の、過充電時間と電池温度との関係を、１Ｃで過充電を行った場合と対比させて示すグラフである。図７および図８に示す過充電時間と電池温度との関係を、整理して示す表形式の図である。本発明の実施形態２に係る電池の正極端子等の詳細な構成を示す分解図である。本発明の実施形態２に係る電池の平面図である。本発明の実施形態３に係る電池の断面図である。本発明の実施形態３に係る電池の第１正極集電板の斜視図である。本発明の実施形態４に係る電池の構造を示す図であり、（ａ）は平面視における電池の構造を示し、（ｂ）は電池の断面を示す。本発明の実施形態４に係る電池の正極端子等の詳細な構成を示す分解図である。本発明の実施形態４に係る電池の、第１正極集電板および第２正極集電板と、注入口封止板および電池蓋との接続関係を示す分解図である。本発明の実施形態４に係る電池の要部の構成を示す斜視図である。注入口封止板の形状を示すための電池の断面図であり、（ａ）は通常の使用時における電池の断面を示し、（ｂ）は過充電等の異常時における電池の断面および正極集電板に加わる力の方向を示す。本発明の実施形態４に係る電池の他の例を示す斜視図である。本発明の実施形態４に係る電池のさらに他の例を示す斜視図である。本発明の実施形態５に係る電池の主要部分の断面図である。本発明の実施形態５に係る電池の詳細な構成を示す図であり、（ａ）は正極端子、電池蓋、パッキン、導電性リング、および正極集電板の詳細な構成を示し、（ｂ）は平面視における導電性リングの構成を示す。本発明の実施形態５に係る電池の断面図である。実施形態１、３〜５、および比較例１〜２の各電池について、過充電試験の結果を示す表形式の図である。

図１〜図２４に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。また、各電池のサイズについて、詳細は後述するが、単位はそれぞれ「ミリメートル（ｍｍ）」である。

なお、各実施形態についての説明に入る前に、各実施形態に共通の構造について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る二次電池は、電池ケース１、電池蓋２、安全弁７０、パッキン５、正極集電板４１、第１正極端子３１、第２正極端子３２、負極集電板４３、負極端子３３、電池セル６、および電解液Ｌを備えている。

電池蓋２は、電池ケース１の口を塞ぐように設けられている。また、安全弁７０は、電池ケース１の内部の圧力（内圧）が所定圧以上に達したときに開裂するよう設計されており、安全弁７０が開裂することによって、電池ケース１の内部の気体を外部に放出する。

第１正極端子３１、第２正極端子３２、および負極端子３３は、その一部が電池蓋２の表面に突出するように設けられている。

正極集電板４１の一部は、間に絶縁用のパッキン５を挟んで電池蓋２に沿って配置されており、電池蓋２とは絶縁されている。第１正極端子３１および第２正極端子３２は、互いに同極の端子であり、正極集電板４１に電気的に接続されている。

負極集電板４３の一部も、正極集電板４１と同様に、間に絶縁用のパッキン５を挟んで電池蓋２に沿って配置されており、電池蓋２とは絶縁されている。負極端子３３は、負極集電板４３に電気的に接続されている。

そして、複数の電池セル６が電池ケース１に収容されており、電池セル６は正極集電板４１および負極集電板４３に電気的に接続されている。これにより、第１正極端子３１、第２正極端子３２、および負極端子３３は、それぞれ、電池セル６に電気的に接続されている。

以上のように、電池１００は、第１正極端子３１と電池セル６とを電気的に接続する導通経路を形成する導電部材（図１においては正極集電板４１）を有している。

また、前記導電部材は、過充電等の異常時に前記導通経路を遮断するための遮断部を含んでおり、第１正極端子３１は遮断部を経由して電池セル６に電気的に接続されている。そのため、導電部材が遮断部において断線することによって、第１正極端子３１と電池セル６とは互いに絶縁される。このように、電池１００は、過充電等の異常時に電池セル６と第１正極端子３１との間に流れる電流を遮断するための電流遮断機構を備えている。

一方、第２正極端子３２は遮断部を経由することなく電池セル６に電気的に接続されている。そのため、導電部材が遮断部において断線した後であっても、第２正極端子３２と電池セル６とは電気的に接続された状態を維持する。

図２は、電池の各端子について、各々が使用されるのがどのようなケースであるかを説明する図であり、（ａ）は、通常の使用時に充放電をする際に使用される端子を示し、（ｂ）は、過充電等の異常時に放電をする際に使用される端子を示す。

図２の（ａ）に示すように、電池１００の通常の使用時には、第１正極端子３１および負極端子３３を用いて電池１００の放電および充電をすることができる。

また、図２の（ｂ）に示すように、電流遮断機構が作動し、第１正極端子３１と電池セル６とが互いに絶縁された場合には、第２正極端子３２および負極端子３３を用いて放電することができる。

このように、電池１００は、過充電等の異常時に電流遮断機構が作動し、電池セル６と第１正極端子３１との電気的接続が断たれた後であっても、第２正極端子３２を用いて安全に放電することができるため、回収や運搬などの廃棄作業を安全に行うことができる。

以下に、各実施形態の電池における電流遮断機構の具体的な構成について説明する。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について、図１〜図９に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る電池の構造を示す図であり、（ａ）は平面視における電池の構造を示し、（ｂ）は電池の断面を示す。図３は、図１の電池１００について、電池蓋２の上面に平行な面で切断した場合の断面図である。図４は、本実施形態に係る電池の正極端子等の詳細な構成を示す分解図である。

図３に示すように、電池セル６は、複数の正極・セパレータ・負極を積層してなる。正極・負極は、電極塗工部と、集電のための電極箔とを含み、正極集電板４１および負極集電板４３に溶着するため、電極箔の一部が延伸した構造となっており、集電箔は正極集電板４１および負極集電板４３に電気的に接続されている。

図４に示すように、本実施形態の電池１００において、正極集電板４１と、パッキン５と、電池蓋２には、第１正極端子３１および第２正極端子３２を通すための穴が設けられている。

第１正極端子３１は、正極集電板４１に電気的に接続された端子３１ａと、端子３１ａと電池蓋２とを互いに絶縁させるためのガスケット３１ｂと、端子３１ａを固定するための端子ナット３１ｃとを備えている。同様に、第２正極端子３２は、正極集電板４１に電気的に接続された端子３２ａと、端子３２ａと電池蓋２とを互いに絶縁させるためのガスケット３２ｂと、端子３２ａを固定するための端子ナット３２ｃとを備えている。

端子３１ａ・３２ａおよび端子ナット３１ｃ・３２ｃには図示しないネジ山が設けられており、端子３１ａと端子ナット３１ｃとを締結し、端子３２ａと端子ナット３２ｃとを締結することによって、電池蓋２とパッキン５と正極集電板４１とは互いに強固に固定されている。なお、端子３１ａ・３２ａは、ネジによって固定されていなくともよく、カシメによって固定されていてもよい。

また、ガスケット３１ｂ・３２ｂは、第１正極端子３１または第２正極端子３２と、電池蓋２とを絶縁する機能に加えて、電池蓋２などに設けられた穴を密閉することによって電池ケース１内の気密性を保つ機能を有している。

本実施形態の電池１００において、正極集電板４１は、電池セル６と第１正極端子３１とを電気的に接続するための導通経路を形成する導電部材として機能する。

正極集電板４１は、遮断部としてのスリット１０（薄板部）が設けられており、スリット１０における正極集電板４１の肉厚は、他のスリット１０以外の部分の肉厚よりも薄くなっている。具体的には、例えば、正極集電板４１の厚みを１．０ｍｍとし、スリット１０部分における厚みを０．５ｍｍとすることができる。

また、パッキン５にはスリット１１が設けられており、電池蓋２には開裂機構としてのスリット１２が設けられている。スリット１２は、例えば、０．５〜１．０ＭＰａの圧力によって開裂するように設計する。

スリット１０は、正極集電板４１の電気抵抗値が過度に高くならないように、不要な部分がけずり落とされることによって形成されている。スリット１２は、プレス加工またはレーザー刻印によって電池蓋２に形成することができる。

図５は、本実施形態に係る電池の一部の平面図である。

図４および図５に示すように、スリット１０、スリット１１、およびスリット１２は、少なくとも一部が平面視において互いに重なるようにして、平面視において第１正極端子３１と第２正極端子３２との間に設けられている。これにより、第１正極端子３１はスリット１０を経由して電池セル６に電気的に接続されており、第２正極端子３２はスリット１０を経由することなく電池セル６に電気的に接続されている。

図６は、電池蓋が開裂した状態における本実施形態の電池の主要部の斜視図である。

電池１００は、電池内の温度上昇に伴い熱暴走を引き起こし、電解液の分解等によりガスが発生し電池ケース１の内圧が上昇した場合、内圧によって、電池蓋２がスリット１２において開裂する。これに伴い、正極集電板４１がスリット１０において断裂し、パッキン５がスリット１１において断裂する。

このように、本実施形態の電池１００は、過充電状態における電解液の分解反応に伴って発生したガスによる内部圧力の急激な上昇を利用し、正極集電板４１を破壊することによって、電池セル６と第１正極端子３１との間に流れる電流を遮断し、両者を絶縁する。

これにより、電池１００の充放電反応が進まなくなるため、更なる電解液の分解および温度上昇が抑制され、発火の危険性が低減される。

また、電池蓋２が開裂することによって、電池ケース１内部の気体を外部に開放することができ、内圧の上昇に伴う電池ケースの危険な破裂を防止することができる。

＜第２正極端子＞
本実施形態の電池１００は、スリット１０を経由することなく電池セル６に電気的に接続された第２正極端子３２を有しているため、電流遮断機構が作動し、電池セル６と第１正極端子３１とが絶縁された後であっても、第２正極端子３２および負極端子３３を用いて電池セル６を安全に放電することができ、回収や運搬などの廃棄作業を安全に行うことができる。

従って、第２正極端子３２を設けることは、製造から事故後の回収までトータルで考えれば、電池製造コストを安価にすることにも繋がる。

また、正極集電板４１は相対的に強度が低いスリット１０を有しているため、この部位の電気抵抗が相対的に高い。これは、本発明の電流遮断機構に限らず、破断個所を有する従来の電流遮断機構も同様である。電気抵抗が大きいということは、電流を流した際に電圧損失が生じることを意味しており、すなわち電池セル６の電圧を正確に測定することは、上記のように電圧のずれが生じるため、困難であるということを示唆している。つまり、一般的に出荷前に電池の充電を行うが、その際、例えば第１正極端子３１と負極端子３３との間に電圧計および電流計をつないで充電した場合には、電流遮断機構の電気抵抗を拾ってしまう。その結果、電池セル６の正味の電圧を電圧計が示さず、所望電圧の充電ができないおそれがある。なお、大型電池ほど、定格レート（１Ｃ）では大きな電流を流すため、電圧のずれが大きくなる。

これに対し、本発明の電池１００は、例えば出荷前の充電において、第１正極端子３１と負極端子３３との間に電流計をつなぎ、第２正極端子３２と負極端子３３との間に電圧計をつないで充電した場合、電流遮断機構の電気抵抗を拾うことなく、電池セル６の正味の電圧を電圧計は示す。第２正極端子３２はスリット１０を経由することなく電池セル６に電気的に接続されている。従って、所望電圧まで充電することが可能であり、このことから第２正極端子３２は電圧測定用の端子として好適である。

さらに、出荷前に第１正極端子と負極端子３３との間でインピーダンス測定を行う場合には、電池１００のオールオーバーのインピーダンスしか測定できない。しかし、第２正極端子３２を設けることにより、第２正極端子３２と負極端子３３との間のインピーダンス、第２正極端子と第１正極端子との間の電気抵抗をそれぞれ測定することができる。つまり、電池セル６のインピーダンスと、電流遮断機構の電気抵抗とを区別することができる。このため、電池１００は、第２正極端子３２を備えることによって、出荷前の電気的な問題を抽出しやすい。

＜その他の例＞
なお、上記の説明では、電池蓋２およびパッキン５にスリット１１・１２を設けた例について説明したが、スリット１１・１２は必須ではない。

電池蓋２を開裂させず、安全弁７０を開裂させることによって電池ケース１内部の気体を外部に開放してもよい。この場合、内圧の上昇に伴って安全弁７０が開裂する前に、正極集電板４１がスリット１０において断線するように、正極集電板４１のスリット１０部分における厚さを設計することが好ましい。本発明の第２正極端子３２および負極端子３３を用いた放電は、上記電流遮断機構が作動し、かつ安全弁７０等が開裂していない場合に行われることがより好ましい。安全弁７０が開裂する状態では、過充電等の異常状態である電池セル６の電気エネルギーが熱等に変換され放出された後（不活性化した後）であるから、本発明の放電による効果が低減されるためである。ただし、安全弁７０の開裂が不十分であり電池セル６の不活性化に時間を要する場合には、本発明の第２端子３２および負極端子３３を用いて、素早く不活性化することができる。

また、上記の説明では、正極端子としての第１正極端子３１および第２正極端子３２と、負極端子３３とを備える電池を例に挙げて説明したが、これに限られない。本実施形態の電極は、スリット１０を経由して電池セル６に接続された第１負極端子と、スリット１０を経由することなく電池セル６に接続された第２負極端子および正極端子を備えた構成であってもよい。

＜サイズおよび材料＞
次に、電池１００のサイズおよび材料の一例を挙げる。

電池ケース１は、一面が開口された略直方体形状を有し、開口部の長辺に該当する辺の長さは２５０ｍｍ、開口部の短辺に該当する辺の長さは４６ｍｍ、電池蓋２に垂直な辺の長さは１７０ｍｍであり、厚さ３ｍｍのＡｌ１０５０製金属板を材料としている。

電池蓋２には、厚さ３ｍｍのＡｌ１０５０製の金属板を用いている。

電池蓋２の中心に備えられている安全弁７０は、直径２０ｍｍの薄厚部である。安全弁７０の開裂圧は１．０ＭＰａに設計している。

端子３１ａおよび端子３２ａには、直径１０ｍｍ×３０ｍｍ（電池蓋２の上面からの高さ）の円柱状のアルミ材（Ａｌ１０５０製）を用いている。

端子３３ａには、直径１０ｍｍ×３０ｍｍ（電池蓋２の上面からの高さ）の円柱状の銅材を用いている。

パッキン５には、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＦＡ樹脂をこの順で積層したものを用いている。ＰＦＡ樹脂が厚さ２ｍｍ、ＰＰＳ樹脂が厚み２ｍｍであり、夫々同じ形状を有している。ＰＦＡ樹脂は、耐薬品性・耐熱性に優れ、また柔らかいので押し圧によって自由に変形し気密性を向上させることができる。ＰＰＳ樹脂は、機械的強度・耐薬品性・耐熱性に優れている。なお、気密性を向上させる必要がない場合は、上記積層構造に限らず、ＰＰＳ樹脂の単層でも構わない。

正極集電板４１としては、厚み１ｍｍのアルミ部材（Ａｌ１０５０製）を用いている。正極集電板４１の側面からみた時の鉛直方向の長さ、つまり、正極集電板４１の電池蓋２に垂直な面の長さは１５５ｍｍである。

負極集電板４３としては、厚み１ｍｍの銅部材を用いている。

上記のように、電池セル６は、複数の正極板・セパレータ・負極板を積層してなる。正極板のサイズは２３５ｍｍ×１５０ｍｍで、厚みは２３０μｍであって、この正極板を１００枚用いた。負極板のサイズは２３７ｍｍ×１５５ｍｍで、厚みは１８０μｍであって、この負極板を１０１枚用いた。セパレータとして、サイズ２４０ｍｍ×１５５ｍｍで、厚み２５μｍのポリエチレンフィルムを２００枚使用した。電池セル６のサイズは、２５０ｍｍ×１４７．５ｍｍ×４６ｍｍであり、電池ケース１に挿入されている。

電池１００の電解液Ｌは、エチレンカーボネート（ＥＣ、Ethylene Carbonate）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ、Diethyl Carbonate）とを、体積比３：７で混合した溶媒に、１モル濃度のヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を溶解させたものである。エチレンカーボネートの沸点は２４８℃、ジエチルカーボネートの沸点は１２６℃である。ただし、電解液Ｌはこれに限られるものではなく、二次電池に一般的に用いられ得る電解液を電解液Ｌとして用いることができる。

＜過充電による電池温度の上昇について＞
図７〜図９は、リチウムイオン二次電池について、過充電と電池温度の上昇との関係を整理して示す図である（例えば、非特許文献１）。

図７は、電流遮断機構を備えない二次電池について、１Ｃで過充電を行った場合の、過充電時間と電池温度および電池電圧との関係を示すグラフである。

図８は、電流遮断機構を備えない、図７に示すものと同じ二次電池について、２Ｃで過充電を行った場合の、過充電時間と電池温度との関係を、１Ｃで過充電を行った場合と対比させて示すグラフである。なお、１Ｃとは、公称容量値の電気容量を有する電池を定電流充電して、ちょうど１時間で充電完了となる電流値のことである。つまり、図８で、温度（２Ｃ）と示されている点線は、温度（１Ｃ）と示されている点線の２倍の電流値で充電された二次電池の電池温度と、過充電時間との関係を示している。

図９は、図７および図８に示す過充電時間と電池温度との関係を、整理して示す表形式の図である。１Ｃでの充電において、Ａ段階（リチウムイオンに移動・リチウム析出）から、Ｂ・Ｃ段階（過充電正極による電解液Ｌの酸化分解の後の段階）を経て、Ｄ・Ｅ段階（熱暴走の一歩手前の段階）に至るまでの時間は、比較的長い。これに対し、２Ｃでの充電においては、Ｉ段階（リチウムイオンに移動・リチウム析出）から、ＩＶ段階（熱暴走の一歩手前の段階）に至るまでの時間は、１Ｃの場合に比べて極めて短い。

ここで、定格レート（１Ｃ）で充電する場合、電池容量が大きくなれば電流も大きくなる。発熱量は電流の２乗に比例するので（Ｑ＝ＲＩ^２と表記できる。Ｑは発熱量、Ｒは電池の内部抵抗）、電解液の温度は急激に上昇する。つまり、例えば電池容量が１０Ａｈ以上、１０００Ａｈ未満の大容量二次電池を充電する場合、大きな電流が二次電池に流れるため、過充電等によって電池温度は急速に上昇する。従って、大容量二次電池にあっては、電流遮断機構の確実な動作が、小容量二次電池に比べてさらに強く求められる。

また、図９に示すように、図７と図８とに過充電時の電池温度の上昇を示す電池にあっては、過充電正極による電解液Ｌの酸化分解が加速するのは６０℃からであり、この６０℃という温度は電解液の沸点よりも低い温度である。従って、上記電池については、電池温度が６０℃を超過し異常な過熱状態になった場合には、電池内圧の上昇の有無に関わらず、つまり電解液の沸騰の有無に関わらず、確実に動作する電流遮断機構が望ましい。つまり、電解液の沸点等の特性に影響されることなく、一定の電池温度において確実に動作する電流遮断機構が望ましい。

特に、例えば電池容量が１０Ａｈ以上、１０００Ａｈ未満の大容量二次電池にあっては、過充電等によって電池温度が上昇していき、電池温度が電解液の沸点よりも低い所定の温度（図９の例では６０℃）を超えると、急速に電池温度が跳ね上がる傾向がある。従って、大容量二次電池の備える電流遮断機構は、電解液の特性に影響されず、一定の電池温度において確実に動作する電流遮断機構が望ましく、該電流遮断機構を小型化できればさらに望ましい。

なお、例えば、ソーラー発電システム（家庭定置用含む）、キャンピングカーおよび船舶のサブバッテリー、電動セニアカー、電動バイク、電動リール、子供用電動自動車、電動フォークリフト、音響機器、移動無線等に用いられる大容量二次電池として、電池容量が１０Ａｈ以上、１０００Ａｈ未満の二次電池を直並列化し所定のシステム電池容量とすることが多い。また、ＵＰＳ（無停電電源装置）、防災・防犯システム、非常用照明設備、非常通報システム機器、消防設備等におけるスタンバイ電池として用いられている大容量二次電池も、電池容量は１０Ａｈ以上、１０００Ａｈ未満の二次電池を直並列化し所定のシステム電池容量とすることが多い。さらに、自動車およびバス等ＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）に用いられる大容量二次電池も同様である。

さらに、ひとつの電池（単電池）あたりの電池容量が１０Ａｈ未満である場合、モジュール作製時の単電池並列数が多くなり、作業性が低下しセル締結コストが掛かるため好ましくない。単電池容量が１０００Ａｈ以上である場合、ＮａＳ電池およびレドックスフロー電池などのシステムがコスト等で有利となってくるため、好ましくない。

また、本発明の一態様に係る電流遮断機構は、上記の用例で用いられる大容量二次電池において、好適に用いることができる。電池容量が１０Ａｈ未満の二次電池は、電池容量が１０Ａｈ以上の二次電池に比べて発熱量が小さいので、過充電しても熱暴走に発展しにくい。従って、電池容量が１０Ａｈ未満の二次電池は、セパレータ等の材料の工夫によって熱暴走を抑止することのできる余地が、電池容量が１０Ａｈ以上の二次電池に比べて大きい。

また逆に、電池容量が１０００Ａｈ以上の場合、発熱量が極めて大きいので、電極等の材料劣化が激しくなる。従って、電池容量が１０００Ａｈ以上の二次電池にあっては、電池温度の上昇を抑えるための冷却機構が必須となり大型化するため、熱暴走の抑止のための電流遮断機構について、小型化および低コスト化等の要求が低い。

本発明の一態様に係る二次電池は、上記の用例に好適に用いられ、つまり、本発明の一態様に係る二次電池は、電池容量が１０Ａｈ以上、１０００Ａｈ未満であることが望ましい。すなわち、上記実施形態１に係る二次電池だけでなく、以下で説明する他の実施形態に係る二次電池においても、電池容量は１０Ａｈ以上、１０００Ａｈ未満であることが望ましい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図１０〜図１１に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係る電池の正極端子等の詳細な構成を示す分解図である。

図１１は、本実施形態に係る電池の平面図である。

図１０および図１１に示すように、本実施形態の電池１０１は、実施形態１の電池１００の正極集電板４１に代えて、第１正極集電板４２と第２正極集電板４４とを備えている。第１正極集電板４２は、複数の電池セル６および端子３２ａに電気的に接続されている。これにより、電池セル６と第２正極端子３２は電気的に接続されている。

また、第２正極集電板４４は、端子３１ａに電気的に接続されており、また、集電板接続部１３を介して第１正極集電板４２に電気的に接続されている。これにより、電池セル６と第１正極端子３１は電気的に接続されている。

すなわち、電池１０１において、第１正極集電板４２と集電板接続部１３と第２正極集電板４４とは、電池セル６と、第１正極端子３１とを電気的に接続するための導電部材として機能する。

図１１に示すように、集電板接続部１３は、溶接部１４を介して第１正極集電板４２および第２正極集電板４４に溶接されている。導電部材において、溶接部１４は比較的強度が低いため、電池ケース１の内圧が上昇すると、溶接部１４に負荷が掛かり、溶接部１４が断裂する。これにより、集電板接続部１３と第１正極集電板４２とが断線し、または集電板接続部１３と第２正極集電板４４とが断線する。

これにより、電池セル６と第１正極端子３１とは絶縁され、充放電反応が進まなくなるため、更なる電解液の分解および温度上昇が抑制され、発火の危険性が低減される。

以上のように、本実施形態の電池１０１において、溶接部１４は、電池セル６と第１正極端子３１とを電気的に接続する導通経路を遮断するための断線部として機能する。

本実施形態の電池１０１は、電池セル６と第１正極端子３１とを接続する導通経路は、一体物ではなく、第１正極集電板４２と集電板接続部１３と第２正極集電板４４とによって構成されている。電池１０１の導電部材は溶接部１４を有しているため、電池１００の導電部材にくらべて強度が低い。そのため、電池ケース１の内圧の上昇に伴って、溶接部１４において集電板接続部１３と、第１正極集電板４２または第２正極集電板４４とが断裂され、電池セル６と第１正極端子３１とが絶縁される。

電池１０１は、実施形態１の電池１００と同様に、電流遮断機構が作動することにより電池セル６と第１正極端子３１とが絶縁された後であっても、第２正極端子３２および負極端子３３を用いて電池セル６を安全に放電することができ、回収や運搬などの廃棄作業を安全に行うことができる。

なお、集電板接続部１３としては、第１正極集電板４２および第２正極集電板４４に溶接し易い材料を用いることが好ましい。例えば、第１正極集電板４２および第２正極集電板４４としてアルミ部材を用いる場合、集電板接続部１３としてアルミを用いることが好ましい。

また、変形例として、第１負極端子、第２負極端子および正極端子を備えた構成において、銅部材からなる第１負極集電板と第２負極集電板とを、集電板接続部１３を介して接続する場合には、集電板接続部１３として、銅またはニッケルを用いることが好ましい。

また、図示はしないが、実施形態１と同様に電池蓋２に安全弁を設けることが好ましい。安全弁が開口するよりも前に導通経路が遮断されることにより、内圧の上昇による電池ケースの破裂を防止することができる。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図１２〜図１３に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１２は、本実施形態に係る電池の断面図である。図１３は、本実施形態に係る電池の第１正極集電板の斜視図である。

図１２に示すように、本実施形態の電池１０２は、実施形態１の電池１００の正極集電板４１に代えて、第１正極集電板４５（導電板）と、感圧ダイヤフラム６０（感圧部）と、第２正極集電板４６とを備えている。感圧ダイヤフラム６０は、略ドーム形状を有する導電性の部材である。

第２正極端子３２は、第１正極集電板４５を介して電池セル６に電気的に接続されている。第１正極端子３１は、第１正極集電板４５と、感圧ダイヤフラム６０と、第２正極集電板４６とを介して電池セル６に電気的に接続されている。

すなわち、電池１０２において、第１正極集電板４５と感圧ダイヤフラム６０と第２正極集電板４６とは、電池セル６と、第１正極端子３１とを電気的に接続するための導通経路を形成する導電部材として機能する。

図１２に示すように、感圧ダイヤフラム６０は第２正極集電板４６に接続されており、また、感圧ダイヤフラム６０の頂点部分は、溶接部１５を介して第１正極集電板４５に溶接されている。

図１２および１３に示すように、第１正極集電板４５には穴７が設けられており、第１正極集電板４５と感圧ダイヤフラム６０との間の空間Ｂの内圧と、電池ケース１において電池セル６が設けられている空間Ｃの内圧とは、互いに等しい。一方、感圧ダイヤフラム６０と電池蓋２との間の空間Ａは、空間Ｂおよび空間Ｃとは独立して設けられている。すなわち、感圧ダイヤフラム６０は、電池セルが配置された空間Ｃおよび空間Ｂと、空間Ａとを区画している。

そのため、電解液の分解等によりガスが発生し空間Ｃおよび空間Ｂの内圧が上昇した場合、空間Ｂの内圧と空間Ａの内圧との差に応じた力が感圧ダイヤフラム６０に加わり、感圧ダイヤフラム６０が反転する。その結果、溶接部１５を介した感圧ダイヤフラム６０と第１正極集電板４５との接続が断裂し離間することによって、電池セル６と第１正極端子３１とが絶縁される。

すなわち、本実施形態の電池１０２において、溶接部１５は、電池セル６と第１正極端子３１との導通経路を断線するための断線部として機能する。

電池１０２は、実施形態１の電池１００と同様に、電流遮断機構が作動することにより電池セル６と第１正極端子３１とが絶縁された後であっても、第２正極端子３２および負極端子３３を用いて電池セル６を安全に放電することができ、回収や運搬などの廃棄作業を安全に行うことができる。

電流遮断機構として感圧ダイヤフラムを備えた従来の二次電池では、正極端子を１つしか備えていないため、感圧ダイヤフラムと電池蓋との間の空間を密閉するために、リベット等を用いて正極集電板と電池蓋との間に面圧を加える必要があった。

これに対して、本実施形態の電池１０２は２つの正極端子を備えており、第１正極端子３１は、第２正極集電板４６とパッキン５Ｃと電池蓋２とを貫通するように設けられており、端子と端子ナットとを締結することにより、第２正極集電板４６と電池蓋２との間に設けられたパッキン５Ｃに面圧を加えている。

また、第２正極端子３２は、第１正極集電板４５とパッキン５Ｂとパッキン５Ａと電池蓋２とを貫通するように設けられており、端子と端子ナットとを締結することにより、第１正極集電板４５と電池蓋２との間に設けられたパッキン５Ａおよびパッキン５Ｂに面圧を加えている。

そして、感圧ダイヤフラム６０は、平面視において第１正極端子３１と第２正極端子３２との間に設けられているため、感圧ダイヤフラム６０を挟む両サイドにおいて、パッキン５Ａ〜５Ｃに均一な圧力を加えることができる。これにより、空間Ａの密閉性を向上させることができ、空間Ｂおよび空間Ｃの内圧の上昇に応じて確実に感圧ダイヤフラム６０を反転させることができる。

このように、電池１０４は、感圧ダイヤフラム６０を、平面視において第１正極端子３１と第２正極端子３２との間に設けることによって、２つの正極端子を、空間Ａの密閉性を向上させるための部材として用いることができ、部品点数の削減やコストの低減を図ることができる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１４〜図２０に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１４は、本実施形態に係る電池の構造を示す図であり、（ａ）は平面視における電池の構造を示し、（ｂ）は電池の断面を示す。

図１５は、本実施形態に係る電池の正極端子等の詳細な構成を示す分解図である。

図１６は、本実施形態の電池の、第１正極集電板および第２正極集電板と、注入口封止板および電池蓋との接続関係を示す分解図である。

図１７は、本実施形態の電池の要部の構成を示す斜視図である。

図１８は、注入口封止板の形状を示すための電池の断面図であり、（ａ）は通常の使用時における電池の断面を示し、（ｂ）は過充電等の異常時における電池の断面および正極集電板に加わる力の方向を示す。

図１４に示すように、本実施形態の電池１０３は、第１正極集電板４７と、第２正極集電板４８とを備えている。

電池１０３の電池蓋２は、電池ケース１の内部に電解液等の液体を注入するための注液口を備えており、電池蓋２の上に平板状の注液口封止板６１を設けることによって注液口を封止し、電池１０３の内部を密閉している。注液口封止板６１として、１５０ｍｍ×３０ｍｍで、厚さ１ｍｍのアルミ（Ａ１０５０）板を用いた。

図１４〜１７に示すように、第１正極集電板４７および第２正極集電板４８の一部は、注液口を通って電池蓋２の上方に引き出されている。

第２正極端子３２は、第１正極集電板４７を介して電池セル６に電気的に接続されており、第１正極端子３１は、第２正極集電板４８に電気的に接続されている。

さらに、電池蓋２の上方において、第１正極集電板４７と第２正極集電板４８とは、溶接部１６を介して互いに溶接されている。これにより、第１正極端子３１は、第１正極集電板４７および第２正極集電板４８を介して電池セル６に電気的に接続されている。

すなわち、電池１０３において、第１正極集電板４７と第２正極集電板４８とは、電池セル６と、第１正極端子３１とを電気的に接続するための導通経路を形成する導電部材として機能する。

＜正極集電板の固定＞
図１６に示すように、電池蓋２の上面（注液口封止板６１に対向する面）には、凸部２０を有するパッキン５Ｆと、凸部２１を有するパッキン５Ｇとが設けられている。パッキン５Ｆは電池蓋２の上面に固定されており、パッキン５Ｇは電池蓋２の上面に固定されていない。

第１正極集電板４７は、パッキン５Ｆの上面に設けられており、第１正極集電板４７の上面には、凸部２０に対応する位置に凹部２２を有するパッキン５Ｈが設けられている。このように、第１正極集電板４７をパッキン５Ｆとパッキン５Ｈとで挟むことによって、第１正極集電板４７は、電池蓋２に対して固定されている。

また、注液口封止板６１の下面（電池蓋２に対向する対向面）には、凹部２３を有するパッキン５Ｊが固定されている。第２正極集電板４８は、パッキン５Ｇの上面に設けられており、第２正極集電板４８の上面には、パッキン５Ｊが設けられている。このように、第２正極集電板４８をパッキン５Ｇとパッキン５Ｊとで挟むことによって、第２正極集電板４８は、注液口封止板６１に対して固定されている。

実施形態３の電池１０２は、導通経路として、厚みの薄い感圧ダイヤフラム６０を含んでいる。これに対して、本実施形態の電池１０３は、電池セル６と第１正極端子３１とを電気的に接続するための導通経路は、感圧ダイヤフラム６０よりも厚い第１正極集電板４７と第２正極集電板４８とによって構成されている。電池１０３の感圧部（注液口封止板６１）は、電池１０２の感圧部（感圧ダイヤフラム６０）よりも電池缶の内圧を受ける面積が広いので、例え同じ内圧上昇であったとしても、上記溶接部の断裂のため大きな応力が働く（応力は、内圧と面積の積で決まる）。このため、感圧ダイヤフラム６０よりもより厚い導電経路にすることができたり、強固な溶接を施したりしても破断させることができる。より厚い導電経路や、より強固な溶接では一般的に電気抵抗が小さくなる（より強固な溶接を得るためには、例えば溶接深度を深くする）。このように、電池１０３は、実施形態３の電池１０２に比べて、電池セル６と第１正極端子３１との間の電気抵抗を小さくすることができる。

＜注液口封止板＞
ここで、既に説明したとおり、電池ケース１および電池蓋２の厚さは３ｍｍであり、注液口封止板６１の厚さは１ｍｍである。そのため、電解液の分解等によりガスが発生し電池ケース１の内圧が上昇した場合、図１８の（ｂ）に示すように、電池１０３の外壁において最も薄い面である注液口封止板６１は変形し、注液口封止板６１の平面に略垂直な方向に（電池１０３の外側へ向けて）張り出す。

このとき、注液口封止板６１に対して固定されている第２正極集電板４８は、注液口封止板６１が張り出す方向に引っ張られる。一方で、第１正極集電板４７は電池蓋２に対して固定されている。そのため、第１正極集電板４７と第２正極集電板４８とを溶接する溶接部１６に負荷が掛かり、溶接部１６は断裂する。その結果、電池セル６と第１正極端子３１とは絶縁される。すなわち、本実施形態の電池１０３において、溶接部１６は、電池セル６と第１正極端子３１との導通経路を遮断するための断線部として機能する。

電池１０３は、実施形態１の電池１００と同様に、電流遮断機構が作動することにより電池セル６と第１正極端子３１とが絶縁された後であっても、第２正極端子３２および負極端子３３を用いて電池セル６を安全に放電することができ、回収や運搬などの廃棄作業を安全に行うことができる。

なお、上記の注液口封止板６１は内圧に応じて変形し、上記溶接部１６を断裂させるためのものであって、必ずしも注液口を封止する板である必要はない。例えば、注液口は電池蓋２の異なる場所に別途設けられても構わない。

＜作成手順＞
本実施形態の電池１０３の製造方法は、以下の手順を含んでいる。

第一に、第１正極集電板４７に電池セル６を超音波溶接する。次に、第１正極集電板４７をパッキン５Ｆとパッキン５Ｈとで挟むことによって、第１正極集電板４７を電池蓋２に対して固定する。その後、電池蓋２を電池ケース１にレーザー溶接し、電解液を電池ケース１内に注入する。

電解液注入後、電池蓋２に設けられた注入口を塞ぐようにして、電池蓋２に注液口封止板６１をレーザー溶接する。このとき、第２正極集電板４８をパッキン５Ｇとパッキン５Ｊとで挟むことによって、第２正極集電板４８を注液口封止板６１に対して固定する。

＜その他の例＞
図１９は、本実施形態の電池の他の例を示す斜視図である。図２０は、本実施形態の電池のさらに他の例を示す斜視図である。

図１６に示す例では、パッキンに設けられた凸部および凹部により、第１正極集電板４７および第２正極集電板４８を固定したが、第１正極集電板４７および第２正極集電板４８を固定するための構成はこれに限られない。

例えば、図１９に示すように、Γ形状の爪２１を設け、第１正極集電板４７を爪２１に引っ掛けることによって、第１正極集電板４７を電池蓋２に対して固定してもよい。

また、図１４に示す例では、第１正極集電板４７および第２正極集電板４８を、第１正極端子３１とは反対側に向けて電池蓋２の上方に引き出されているが、第１正極集電板４７の形状はこれに限られない。

例えば、図２０に示すように、第１正極集電板４７および第２正極集電板４８を第１正極端子３１側に折り返してもよい。

〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、図２１〜図２２に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図２１は、本実施形態に係る電池の主要部分の断面図である。図２２は、本実施形態に係る電池の詳細な構成を示す図であり、（ａ）は正極端子、電池蓋、パッキン、導電性リング、および正極集電板の詳細な構成を示し、（ｂ）は平面視における導電性リングの構成を示す。なお、図２１では、電池セル、電池ケースなどの構成を省略して図示している。

図２１に示すように、本実施形態の電池１０４は、第１正極集電板４９と、第２正極集電板５０とを備えている。

電池１０４の電池蓋２は注液口を備えており、電池蓋２の上に注液口封止板６２を設けることによって注液口を封止し、電池１０４の内部を密閉している。

電池１０４は、第１正極集電板４９と第２正極集電板５０とを電気的に接続するための導電性リング５１を備えている。図２２の（ｂ）に示すように、導電性リング５１は、溶接部１７を介して第１正極集電板４９および第２正極集電板５０に溶接されている。

また、導電性リング５１の上面５２は、注液口封止板６２に溶接されている。導電性リング５１と電池蓋２とが導通しないよう、導電性リング５１に適宜絶縁体を設けることが好ましい。

第２正極端子３２は、第１正極集電板４９を介して電池セルに電気的に接続されており、第１正極端子３１は、第２正極集電板５０に電気的に接続されている。

また、第１正極端子３１は、第１正極集電板４９、導電性リング５１、および第２正極集電板５０を介して電池セルに電気的に接続されている。

すなわち、電池１０４において、第１正極集電板４９と導電性リング５１と第２正極集電板５０とは、電池セル６と、第１正極端子３１とを電気的に接続するための導通経路を形成する導電部材として機能する。

実施形態３の電池１０２は、導通経路として、薄い感圧ダイヤフラム６０を含んでいる。これに対して、本実施形態の電池１０４は、電池セル６と第１正極端子３１とを電気的に接続するための導通経路は、感圧ダイヤフラム６０よりも厚い第１正極集電板４９と導電性リング５１と第２正極集電板５０とによって構成されている。電池１０４の感圧部（注液口封止板６２）は、電池１０２の感圧部（感圧ダイヤフラム６０）よりも電池缶の内圧を受ける面積が広いので、例え同じ内圧上昇であったとしても、上記溶接部の断裂のため大きな応力が働く（応力は、内圧と面積の積で決まる）。このため、感圧ダイヤフラム６０よりもより厚い導電経路にすることができたり、強固な溶接を施したりしても破断させることができる。より厚い導電経路や、より強固な溶接では一般的に電気抵抗が小さくなる（より強固な溶接を得るためには、例えば溶接深度を深くする）。このように、電池１０４は、実施形態３の電池１０２に比べて、電池セル６と第１正極端子３１との間の電気抵抗を小さくすることができる。

＜注液口封止板＞
電解液の分解等によりガスが発生し電池ケース１の内圧が上昇した場合、図１８の（ｂ）に示す注液口封止板６１と同様に、注液口封止板６２は電池１０４の外側へ向けて張り出す。

このとき、注液口封止板６２に対して固定されている導電性リング５１は、注液口封止板６２が張り出す方向に引っ張られる。これにより、導電性リング５１と、第１正極集電板４９および第２正極集電板５０とを溶接する溶接部１７に負荷が掛かり、溶接部１７は断裂する。その結果、電池セル６と第１正極端子３１とは絶縁される。すなわち、本実施形態の電池１０４において、溶接部１７は、電池セル６と第１正極端子３１との導通経路を遮断するための断線部として機能する。

電池１０４は、実施形態１の電池１００と同様に、電流遮断機構が作動することにより電池セル６と第１正極端子３１とが絶縁された後であっても、第２正極端子３２および負極端子３３を用いて電池セル６を安全に放電することができ、回収や運搬などの廃棄作業を安全に行うことができる。

なお、上記の注液口封止板６２は内圧に応じて変形し、上記溶接部１７を断裂させるためのものであって、必ずしも注液口を封止する板である必要はない。例えば、注液口は電池蓋２の異なる場所に別途設けられても構わない。

〔実施形態６〕
本発明の他の実施形態について、図２３に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図２３は、本実施形態に係る電池の断面図である。

図２３に示すように、本実施形態の電池１０５は、第１正極集電板５３と、第２正極集電板５４とを備えている。

第２正極端子３２は、第１正極集電板５３を介して電池セルに電気的に接続されており、第１正極端子３１は、第２正極集電板５０に電気的に接続されている。

また、第１正極集電板５３と、第２正極集電板５４とは、溶接部１８を介して互いに溶接されている。これにより、第１正極端子３１は、第１正極集電板５３および第２正極集電板５４を介して電池セルに電気的に接続されている。

すなわち、電池１０５において、第１正極集電板５３と第２正極集電板５４とは、電池セル６と、第１正極端子３１とを電気的に接続するための導通経路を形成する導電部材として機能する。

＜バイメタル＞
第１正極集電板５３の上面には、バイメタル６５が設けられている。バイメタル６５は、低膨張バイメタル６４と高膨張バイメタル６３とがこの順で積層された構造を有している。低膨張バイメタル６４および高膨張バイメタル６３は、第１正極集電板５３とパッキン５Ｍとによって挟まれている。低膨張バイメタル６４および高膨張バイメタル６３は、熱膨張率が互いに異なるバイメタルであり、例えば、低膨張バイメタル６４としてインバーなどの熱膨張率が極めて小さい合金を用いることができ、高膨張バイメタル６３としてニッケルとクロムと鉄の合金、ニッケルとマンガンと鉄の合金、またはマンガンと銅とニッケルの合金などを用いることができる。

電池１０５の温度が上昇すると、高膨張バイメタル６３および低膨張バイメタル６４は、互いに異なる膨張率で膨張する。このとき、高膨張バイメタル６３および低膨張バイメタル６４の膨張率の差に応じて、バイメタル６５は反り返る。これにより、溶接部１８に負荷が掛かり溶接部１８は断裂する。その結果、電池セル６と第１正極端子３１とは絶縁される。すなわち、本実施形態の電池１０４において、溶接部１８は、電池セル６と第１正極端子３１との導通経路を遮断するための断線部として機能する。

電池１０５は、実施形態１の電池１００と同様に、電流遮断機構が作動することにより電池セル６と第１正極端子３１とが絶縁された後であっても、第２正極端子３２および負極端子３３を用いて電池セル６を安全に放電することができ、回収や運搬などの廃棄作業を安全に行うことができる。

〔過充電試験〕
以下に、各実施形態の電池１００〜１０５の過充電試験結果を説明する。

過充電試験方法は以下の通りである。

第一に、公称容量１２０Ａｈの電池を、４０Ａの定電流で電池電圧３．６Ｖになるまで充電し、その後定電圧３．６Ｖで電流が４Ａになるまで充電し、満充電状態とした。次に、１２０Ａの定電流で９０分間充電を行い、その時の電池電圧、電流、電池缶の温度を測定した。電源として、菊水電子工業製直流安定化電源ＰＷＲ１６００Ｌを４並列したものを使用した。電流測定には、三和電気計器製クランプメータＤＣＭ４００ＡＤを使用した。電圧、温度測定には、グラフテック製データロガーｍｉｄｉＬＯＧＧＥＲＧＬ８２０を使用した。なお、試験は室温下で行った。

図２４は、実施形態１、３〜５、および比較例１〜２の各電池について、過充電試験の結果を示す表形式の図である。

実施形態１の電池１００は、１２０Ａの定電流で充電開始後、１３分５０秒で電池電圧４．９Ｖ、電池缶温度９９℃で電流遮断が起こり、電流０Ａとなった。その後、７７分３０秒間、電池の破裂・発火は起こらなかった。また、電流遮断が作動した後、第２正極端子３２と負極端子３３との間の電圧を測定したところ、電池電圧４．６Ｖで過充電されたままの状態であった。第２正極端子３２と負極端子３３との間に抵抗を介した回路を挟むことで完全放電し安全状態とすることができた。

実施形態３の電池１００は、１２０Ａの定電流で充電開始後、１３分４０秒で電池電圧４．８Ｖ、電池缶温度１０５℃で電流遮断が起こり、電流０Ａとなった。その後、７７分３０秒間、電池の破裂・発火は起こらなかった。また、電流遮断が作動した後、第２正極端子３２と負極端子３３との間の電圧を測定したところ、電池電圧４．６Ｖで過充電されたままの状態であった。第２正極端子３２と負極端子３３との間に抵抗を介した回路を挟むことで完全放電し安全状態とすることができた。

実施形態４の電池１００は、１２０Ａの定電流で充電開始後、１３分４０秒で電池電圧４．９Ｖ、電池缶温度１０２℃で電流遮断が起こり、電流０Ａとなった。その後、７７分間３０秒間、電池の破裂・発火は起こらなかった。また、電流遮断が作動した後、第２正極端子３２と負極端子３３との間の電圧を測定したところ、電池電圧４．６Ｖで過充電されたままの状態であった。第２正極端子３２と負極端子３３との間に抵抗を介した回路を挟むことで完全放電し安全状態とすることができた。

実施形態５の電池１００は、１２０Ａの定電流で充電開始後、１３分４０秒で電池電圧４．８Ｖ、電池缶温度９７℃で電流遮断が起こり、電流０Ａとなった。その後、７７分３０秒間、電池の破裂・発火は起こらなかった。また、電流遮断が作動した後、第２正極端子３２と負極端子３３との間の電圧を測定したところ、電池電圧４．６Ｖで過充電されたままの状態であった。第２正極端子３２と負極端子３３との間に抵抗を介した回路を挟むことで完全放電し安全状態とすることができた。

比較例１として、特許文献１に記載される構造を有する二次電池を用いた。比較例１の電池は、１２０Ａの定電流で充電開始後、１３分４０秒で電池電圧４．９Ｖ、電池缶温度１０５℃で電流遮断が起こり、電流０Ａとなった。その後、７７分３０秒間、電池の破裂・発火は起こらなかった。電流遮断が作動した後の電池セル電圧がわからず、放電もできない状態であったことから非常に危険な状態であった。

比較例２として、安全弁のみを備え、電流遮断機構を備えない二次電池を用いた。比較例２の電池は、１２０Ａの定電流で充電開始後、２３分で電池電圧５．９Ｖ、電池缶温度１５０℃で安全弁が開裂し、白煙が噴出した。電流は１２０Ａのままであった。３５分後、電池電圧は０Ｖ、最高電池缶温度３００℃、電流は１２０Ａのままであった。その後、５５分間、電池の破裂・発火は起こらなかったが、電池缶温度は３００℃であった。

以上のように、実施形態１、３〜５の電池は、電流遮断が作動した後であっても、完全放電し安全状態とすることができた。これに対し、比較例１の電池は、電流遮断が作動した後は放電することができず非常に危険であった。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る二次電池は、電池セル（６）を収容する電池ケース（１）と、正極または負極である第１の電極（３１）と、前記電池セルと前記第１の電極とを電気的に接続するための導通経路を形成する導電部材（４１）とを有している二次電池（１００）であって、前記導電部材は、前記導通経路を遮断するための遮断部（１０）を含んでおり、前記第１の電極と同極であり、前記遮断部を介することなく前記電池セルに電気的に接続された第２の電極（３２）をさらに備えていることを特徴とする。

上記の構成によれば、導電部材が遮断部において断線することによって電池セルと第１の電極との電気的接続が断たれた場合であっても、電池セルに電気的に接続された第２の電極を介して安全に放電することができる。そのため、電池セルと第１の電極との電気的接続が断たれた状態の電池を安全に回収することができる。

本発明の態様２に係る二次電池は、上記態様１において、前記電池ケースの内圧の上昇に伴って開口することにより前記電池ケースの内部の気体を外部に放出するための安全弁（７０）を備えており、前記内圧の上昇に伴って前記安全弁が開口するよりも前に、前記導通経路が遮断される構成であってもよい。

上記の構成によれば、電池ケースの内圧に応じて安全弁が開口するため、内圧の上昇による電池ケースの破裂を防止することができる。また、電池ケースの内圧の上昇に伴い、安全弁が開口する前に電池セルと第１の電極との電気的接続を断つことができるため、安全弁が開口したときに気体の放出とともに外部に向けて発火する危険性を低減することができる。

本発明の態様３に係る二次電池は、上記態様１または２において、前記導電部材（４７、４８、５１）に対向して設けられた平板状の感圧部（注液口封止板６１・６２）を備えており、前記感圧部は、前記導電部材に対向する対向面において前記導電部材に接続されており、前記感圧部は、前記電池ケースの内圧の上昇に応じて、前記対向面に略垂直な方向の圧力を受けて変形し、前記圧力が前記感圧部を介して前記導電部材に加わることにより、前記導電部材が断線し、前記導通経路が遮断される構成であってもよい。

上記の構成によれば、電池ケースの内圧の上昇に応じて、感圧部を介して前記導電部材を断線させることによって電池セルと第１の電極との電気的接続を断つことができる。

感圧部は、電池ケースの内圧の上昇に応じて変形するために、導電部材に比べて薄い部材によって構成される必要がある。そのため、一般的に感圧部は導電部材に比べて電気抵抗が高く、感圧部によって導通経路を形成した場合、電池セルと第１の電極との間の電気抵抗が高くなるため好ましくない。これに対して、上記の構成によれば、感圧部を導通経路の一部としていないため、内圧の上昇に伴う感圧部の変形を利用して導電部材を断線させる構成において、電池セルと第１の電極の間の電気抵抗の増大を抑制することができる。

本発明の態様４に係る二次電池は、上記態様１または２において、前記導電部材は、前記電池ケースの内圧の上昇に応じて形状が反転する略ドーム形状の感圧部（感圧ダイヤフラム６０）と、前記感圧部の頂点を介して前記感圧部に接続された導電板（第１正極集電板４５）とを含んでおり、前記感圧部は、前記電池セルが配置された第１の空間（空間Ｂ・Ｃ）と、前記電池セルが配置されていない第２の空間（空間Ａ）とを区画しており、前記第１の空間の内圧が上昇することによる、前記第１の空間の内圧と前記第２の空間の内圧との差に応じて、前記感圧部の形状が反転し、前記感圧部と前記導電板とが離間することにより前記導通経路が遮断される構成であってもよい。

上記の構成によれば、導通経路を形成する略ドーム形状を有する感圧部および導電板を用いて、電池ケースの内圧に応じて導電部材を断線することができる。そのため、導電部材を断線させることのみを目的とした部材を必要とせず、簡易な構成により電池セルと第１の電極との電気的接続を断つことができる。

本発明の態様５に係る二次電池は、上記態様１または２において、前記遮断部は、前記導電部材における他の部分よりも薄い薄板部（スリット１０）であり、電池ケースの内圧の上昇に応じて、前記導電部材が前記薄板部において断裂することにより、前記導通経路が遮断される構成であってもよい。

上記の構成によれば、導電部材に薄板部を設けるという簡易な方法によって、低コストで遮断部を構成することができる。また、導電部材が薄板部において断裂する構成であるため、遮断部において断線した後、再び電池セルと第１の電極とが導通し、内圧が上昇することによって電池が破裂する可能性を低減することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、電池全般に広く利用できるものであり、特に、二次電池に好適に利用することができる。

１電池ケース
２電池蓋
６電池セル
１０スリット（薄板部）
１４〜１８溶接部（遮断部）
３１第１正極端子（第１の電極）
３２第２正極端子（第２の電極）
４１正極集電板（導電部材）
４２、４５、４７、４９、５３第１正極集電板（導電部材）
４４、４６、４８、５０、５４第２正極集電板（導電部材）
５１導電性リング（導電部材）
６０感圧ダイヤフラム（感圧部）
６１、６２注液口封止板（感圧部）
７０安全弁
１００〜１０５電池
Ａ空間（第２の空間）
Ｂ、Ｃ空間（第１の空間）

Claims

電池セルを収容する電池ケースと、
正極または負極である第１の電極と、
前記電池セルと前記第１の電極とを電気的に接続するための導通経路を形成する導電部材とを有している二次電池であって、
前記導電部材は、前記導通経路を遮断するための遮断部を含んでおり、
前記第１の電極と同極であり、前記遮断部を介することなく前記電池セルに電気的に接続された第２の電極をさらに備えていることを特徴とする二次電池。
前記電池ケースの内圧の上昇に伴って開口することにより前記電池ケースの内部の気体を外部に放出するための安全弁を備えており、
前記内圧の上昇に伴って前記安全弁が開口するよりも前に、前記導通経路が遮断されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記導電部材に対向して設けられた平板状の感圧部を備えており、
前記感圧部は、前記導電部材に対向する対向面において前記導電部材に接続されており、
前記感圧部は、前記電池ケースの内圧の上昇に応じて、前記対向面に略垂直な方向の圧力を受けて変形し、
前記圧力が前記感圧部を介して前記導電部材に加わることにより、前記導電部材が断線し、前記導通経路が遮断されることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池。
前記導電部材は、前記電池ケースの内圧の上昇に応じて形状が反転する略ドーム形状の感圧部と、前記感圧部の頂点を介して前記感圧部に接続された導電板とを含んでおり、前記感圧部は、前記電池セルが配置された第１の空間と、前記電池セルが配置されていない第２の空間とを区画しており、
前記第１の空間の内圧が上昇することによる、前記第１の空間の内圧と前記第２の空間の内圧との差に応じて、前記感圧部の形状が反転し、前記感圧部と前記導電板とが離間することにより前記導通経路が遮断されることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池。
前記遮断部は、前記導電部材における他の部分よりも薄い薄板部であり、
前記電池ケースの内圧の上昇に応じて、前記導電部材が前記薄板部において断裂することにより、前記導通経路が遮断されることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池。