JP2015082500A - 二次電池および電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、短絡時にヒューズ部を容易に溶融させ破損を避ける二次電池および電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明の一態様にかかる二次電池は、第１電極および第２電極を含む電極アセンブリと、電極アセンブリが収容されるケースと、ケースの開口を密閉するキャッププレートと、ケースの外側に突出し、第１電極と電気的に連結される第１端子と、ケースの外側に突出し、第２電極と電気的に連結される第２端子と、互いに間隔をおいて位置する第１ヒューズ部および第２ヒューズ部であって、それらの周辺の部分よりも小さい断面積を有する第１ヒューズ部および第２ヒューズ部を含み、第１電極に電気的に連結される集電部材と、第１ヒューズ部と第２ヒューズ部との間において集電部材に結合され、キャッププレートおよび集電部材に電気的に連結され、第１端子の抵抗より小さい抵抗を有する連結部材とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池および電池モジュールに関する。

二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電可能な電池である。低容量の二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯可能な小型電子機器に用いられ、大容量の電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く用いられている。

最近、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力二次電池が開発されており、前記高出力二次電池は、大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動に使用できるように、複数の二次電池を直列に連結して大容量の二次電池として構成される。

また、１つの大容量二次電池は、通常、直列に連結される複数の二次電池からなり、二次電池は、円筒形や角形などからなってよい。

しかし、金属などの材質からなるケースを有する二次電池の内部で異常反応が起こって圧力が上昇すると、二次電池が破損するという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、短絡時にヒューズ部を容易に溶融させて破損を回避することが可能な、新規かつ改良された二次電池および電池モジュールを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１電極および第２電極を含む電極アセンブリと、電極アセンブリが収容されるケースと、ケースの開口を密閉するキャッププレートと、ケースの外側に突出し、第１電極と電気的に連結される第１端子と、ケースの外側に突出し、第２電極と電気的に連結される第２端子と、互いに間隔をおいて位置する第１ヒューズ部および第２ヒューズ部であって、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部の周辺の部分よりも小さい断面積を有する第１ヒューズ部および第２ヒューズ部を含み、前記第１電極に電気的に連結される集電部材と、第１ヒューズ部と第２ヒューズ部との間において集電部材に結合され、キャッププレートおよび集電部材に電気的に連結され、第１端子の抵抗より小さい抵抗を有する連結部材とを含む二次電池が提供される。

また、集電部材は、第１電極に結合される集電片と、第１端子に結合される結合ホールを含む上板とを含むことができ、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部は、集電片と結合ホールとの間に位置することができる。

また、集電部材は、上板から折り曲げられる側板をさらに含むことができる。

また、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部は、上板に形成されてよい。

また、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部のそれぞれは、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部のそれぞれの中央に形成されるヒューズホールを含むことができる。

また、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部のそれぞれは、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部のそれぞれの側面に形成される１つ以上のヒューズ溝を含むことができる。

また、連結部材は、連結タブと、連結タブの一側から折り曲げられて形成される第１接合部と、連結タブの一側の反対側に位置した他側から折り曲げられて形成される第２接合部とを含むことができる。

また、第１ヒューズ部は、上板に形成され、第２ヒューズ部は、側板に形成されてよい。

また、第１ヒューズ部は、第１ヒューズ部の中央に形成されたヒューズホールを有することができ、第２ヒューズ部は、第２ヒューズ部の側面に形成されるヒューズ溝を有することができ、第２ヒューズ部の断面積は、第１ヒューズ部の断面積より小さくてよい。

また、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部を通過する短絡電流を発生させる短絡部材をさらに含むことができる。

また、第１ヒューズ部および第２ヒューズ部のそれぞれは、短絡部材が溶融する前に溶融できる。

また、連結部材を構成する物質の単位当たりの抵抗と、第１端子を構成する物質の単位当たりの抵抗とが等しい時、連結部材の大きさは、第１端子の大きさより小さくてよい。

また、第１端子とキャッププレートとは、端子絶縁部材によって電気的に絶縁されてよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、二次電池および他の少なくとも１つの二次電池を含む電池モジュールにおいて、複数の二次電池は、電気的に並列に連結されており、第１電極および第２電極が短絡によって電気的に連結される時、短絡電流の第１部分が、第１電極から第２電極に連結部材を経由して流れ、短絡電流の第２部分が、第１電極から第２電極に連結部材と第１ヒューズ部を経由して流れ、短絡電流の第２部分は、短絡電流の第１部分より大きい電池モジュールが提供される。

二次電池および他の少なくとも１つの二次電池を含む電池モジュールにおいて、複数の二次電池は、電気的に直列に連結されてよい。

以上説明したように本発明によれば、短絡時にヒューズ部を容易に溶融させて破損を回避することができる二次電池および電池モジュールを提供することである。

本発明の第１実施形態にかかる二次電池を示した斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる第１集電部材と連結部材を示した分解斜視図である。 従来の二次電池が並列に連結された状態を示した回路図である。 従来の二次電池が並列に連結された状態で短絡が発生したことを示した回路図である。 電流の大きさに応じて短絡部材の溶融する時間とヒューズ部の溶融する時間を示したグラフである。 本発明の第１実施形態にかかる二次電池の回路図である。 本発明の第１実施形態にかかる二次電池で短絡が発生したことを示した回路図である。 本発明の第２実施形態にかかる二次電池の一部を示した断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる集電部材と連結部材を示した分解斜視図である。 本発明の第３実施形態にかかる二次電池の一部を示した断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる集電部材と連結部材を示した分解斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる二次電池を示した斜視図であり、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

図１および図２を参照して説明すれば、本第１実施形態にかかる二次電池１０１は、正極（第１電極）１１と負極（第２電極）１２との間にセパレータ１３を介在させて巻き取られた電極アセンブリ１０と、電極アセンブリ１０が内蔵されるケース２６と、ケース２６の開口に結合されたキャップアセンブリ３０とを含む。

本第１実施形態にかかる二次電池１０１は、リチウムイオン二次電池であって、角形のものを例として説明する。ただし、本発明がこれに制限されるわけではなく、本発明は、リチウムポリマー電池または円筒形電池など、多様な形態の電池に適用可能である。

正極１１および負極１２は、薄板の金属箔で形成された集電体に活物質が塗布された領域のコーティング部と、活物質がコーティングされていない領域の無地部１１ａ、１２ａとを含む。正極無地部１１ａは、正極１１の長さ方向に沿って正極１１の一方の側端に形成され、負極無地部１２ａは、負極１２の長さ方向に沿って負極１２の他方の側端に形成される。そして、正極１１および負極１２は、絶縁体のセパレータ１３を間に介在させた後巻き取られる。

ただし、本発明がこれに制限されるわけではなく、前記電極アセンブリ１０は、複数のシート（ｓｈｅｅｔ）からなる正極と負極がセパレータを挟んで積層された構造からなってもよい。

ケース２６は、略直方体からなり、一面には開放された開口が形成される。ケース２６は、アルミニウム、ステンレススチールなどの金属からなってよい。

キャップアセンブリ３０は、ケース２６の開口を覆うキャッププレート３１と、キャッププレート３１の外側に突出し、正極１１と電気的に連結された第１端子２１と、キャッププレート３１の外側に突出し、負極１２と電気的に連結された第２端子２２とを含む。

キャッププレート３１は、一方向に延びた長めの板状からなり、ケース２６の開口に結合される。キャッププレート３１には、電解液注入口３２に設けられた密封キャップ３８と、ベントホール３４に設けられ、設定された圧力で開放できるように切欠３９ａが形成されたベントプレート３９とが設けられる。第１端子２１および第２端子２２は、キャッププレート３１の上部に突出するように設けられる。

第１端子２１は、第１集電部材４１を介して正極１１と電気的に連結され、第２端子２２は、第２集電部材４２を介して負極１２と電気的に連結される。ただし、本発明がこれに制限されるわけではなく、第１端子２１が負極と電気的に連結され、第２端子２２が正極と電気的に連結されてもよい。

第１端子２１は、長方形の板状からなる。第１端子２１は、第１集電部材４１に接合された連結端子２５を介して正極１１と電気的に連結される。第１端子２１に結合された連結端子２５と、第２端子２２に結合された連結端子２５は、同一の構造からなる。

第１端子２１とキャッププレート３１との間には、密封のためのシーリングガスケット５９が連結端子２５の貫通するホールに挿入設置され、キャッププレート３１の下には、第１端子２１および第１集電部材４１をキャッププレート３１から絶縁する下部絶縁部材４５が設けられる。

第１端子２１の下部には、第１端子２１とキャッププレート３１とを電気的に絶縁する端子絶縁部材５８が設けられる。また、キャッププレート３１は、第１集電部材４１に接合された連結部材４６を介して第１集電部材４１と電気的に連結される。連結部材４６は、板状からなり、連結部材４６の下端が第１集電部材４１に溶接され、連結部材４６の上端がキャッププレート３１に溶接される。

これにより、第１端子２１およびキャッププレート３１とも第１集電部材４１と電気的に連結されるが、第１端子２１とキャッププレート３１とが直接連結されることはない。つまり、第１端子２１は、連結端子２５を介して第１集電部材４１と電気的に連結され、キャッププレート３１は、連結部材４６を介して第１集電部材４１と電気的に連結される。

第２端子２２は、長方形の板状からなる。第２端子２２は、第２集電部材４２に接合された連結端子２５を介して負極１２と電気的に連結される。連結端子２５は、キャッププレート３１および第２端子２２を貫通して上端が第２端子２２に固定される。

第２端子２２とキャッププレート３１との間には、密封のためのシーリングガスケット５５が連結端子２５の貫通するホールに挿入設置され、キャッププレート３１の下には、第２端子２２および第２集電部材４２をキャッププレート３１から絶縁する下部絶縁部材４５が設けられる。

一方、第２端子２２の下部には、短絡ホール３７に向かって突出した短絡突起２２ａが形成される。第２端子２２は、短絡ホール３７を覆うように一方向に長く延びて形成される。第２端子２２とキャッププレート３１との間には、第２端子２２とキャッププレート３１とを電気的に絶縁する上部絶縁部材５４が設けられる。

キャップアセンブリ３０は、正極１１と負極１２とを短絡させる短絡部材５６を含み、短絡部材５６は、キャッププレート３１と電気的に連結され、二次電池１０１の内部圧力が上昇する時、変形して第２端子２２に連結される。

キャッププレート３１には短絡ホール３７が形成され、短絡部材５６は、短絡ホール３７において上部絶縁部材５４とキャッププレート３１との間に配置される。短絡部材５６は、下方に凸に弧状に屈曲した湾曲部５６ａと、湾曲部５６ａの外側に形成され、キャッププレート３１に固定された周縁部５６ｂとを含む。

二次電池の内部で異常反応によってガスが発生すると、二次電池の内部圧力が上昇する。二次電池の内部圧力が予め設定された圧力より高くなると、湾曲部５６ａが上部に凸に変形し、この時、短絡突起２２ａと短絡部材５６とが当接して短絡を誘発する。

図３は、本発明の第１実施形態にかかる第１集電部材４１と連結部材４６を示した分解斜視図である。

図３を参照して説明すれば、第１集電部材４１は、連結端子２５に接合された上板４１ａと、上板４１ａから折り曲げられて電極アセンブリ１０に向かって下方に延びた側板４１ｂと、側板４１ｂに連結形成されて電極アセンブリ１０に接合される２つの集電片４１ｃとを含む。

上板４１ａは、四角形の板状からなり、連結端子２５の下部に溶接で固定される。上板４１ａには結合ホール４１ｄが形成され、この結合ホール４１ｄに連結端子２５の下部に形成された突起が嵌合された状態で連結端子２５と上板４１ａとが溶接される。これにより、結合ホール４１ｄが第１端子２１と電気的に連結される端子接合部となる。

側板４１ｂは、上板の一側端部からケース２６の底に向かって下部に折り曲げ形成される。２つの集電片４１ｃは、側板４１ｂの両側端から折り曲げ形成され、正極１１の無地部１１ａと平行に配置された状態で正極１１に溶接で接合される。これにより、集電片４１ｃが正極１１と電気的に連結される電極接合部となる。ケース２６内には２つの電極アセンブリ１０が配置され、それぞれの集電片４１ｃは、互いに異なる電極アセンブリ１０の正極無地部１１ａに接合される。

上板４１ａには、周辺より小さい断面積を有する第１ヒューズ部４１ｅおよび第２ヒューズ部４１ｆが形成される。第１ヒューズ部４１ｅおよび第２ヒューズ部４１ｆは、端子接合部と電極接合部との間に配置される。第１ヒューズ部４１ｅにはヒューズホール４１ｇが形成され、第１ヒューズ部４１ｅは、第１ヒューズ部４１ｅの周辺の縦断面積より小さい縦断面積を有する。ヒューズホール４１ｇは、第１ヒューズ部４１ｅの中央に位置し、ヒューズホール４１ｇの両側端に第１ヒューズ部４１ｅが連結形成されている。

また、第２ヒューズ部４１ｆにもヒューズホール４１ｈが形成され、第２ヒューズ部４１ｆは、第２ヒューズ部４１ｆの周辺の縦断面積より小さい縦断面積を有する。ヒューズホール４１ｈは、第２ヒューズ部４１ｆの中央に位置し、ヒューズホール４１ｈの両側端に第２ヒューズ部４１ｆが連結形成されている。

第１ヒューズ部４１ｅと第２ヒューズ部４１ｆとは離隔配置され、第１ヒューズ部４１ｅと第２ヒューズ部４１ｆとの間において連結部材４６が第１集電部材４１に溶接で接合される。第１ヒューズ部４１ｅは、結合ホール４１ｄと連結部材４６との間に位置し、第２ヒューズ部４１ｆは、集電片４１ｃと連結部材４６との間に位置する。これにより、電流は、集電片４１ｃと、第２ヒューズ部４１ｆ、連結部材４６を順に経てキャッププレート３１に伝達される。また、電流は、集電片４１ｃと、第２ヒューズ部４１ｆ、第１ヒューズ部４１ｅを順に経て第１端子２１に伝達される。

図４Ａは、従来の二次電池が並列に連結された状態を示した回路図であり、図４Ｂは、従来の二次電池が並列に連結された状態で短絡が発生したことを示した回路図である。

図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明すれば、従来の二次電池は、正極２１０および負極２２０と、正極２１０と電気的に連結された正極端子２３０と、負極２２０と電気的に連結された負極端子２４０とを含む。また、正極端子２３０と負極端子２４０との間には、変形によって正極２１０と負極２２０とを電気的に連結する短絡部材２５０が設けられる。正極２１０と正極端子２３０との間には、過電流が流れる時、溶融して電流を遮断するヒューズ部２６０が形成される。

短絡部材２５０が変形して正極端子２３０と負極端子２４０とが電気的に連結されると、短絡電流は、正極端子２３０を通して各二次電池に分散して流れる。これにより、ヒューズ部２６０には、１つの二次電池に流れる短絡電流に比べてより小さい短絡電流が流れるようになる。

図５は、電流の大きさに応じて短絡部材の溶融する時間とヒューズ部の溶融する時間を示したグラフである。

図５に示されているように、短絡電流Ａ１が１つのヒューズ部２６０に沿って流れると、ヒューズ部２６０の溶融する時間はＴ２となり、短絡部材２５０の溶融する時間はＴ１となる。短絡部材２５０が短絡を誘発すると、短絡部材２５０にも過度の電流が流れるようになり、これにより、ヒューズ部２６０だけでなく、短絡部材２５０も溶融する。

Ｔ１とＴ２との時間差が大きいため、ヒューズ部２６０が溶融した後、短絡状態が解消され、二次電池が安定した状態を維持することができる。Ｔ１とＴ２との差が小さければ、ヒューズ部２６０が溶融する前に短絡部材２５０が溶融する恐れがある。短絡部材２５０が先に溶融すればヒューズ部２６０が溶融できず、二次電池を電気的に遮断できなかった状態で短絡が解消され、二次電池が引き続き危険な状態に置かれてしまう。

二次電池を並列に連結すると、短絡電流が分散してヒューズ部２６０にはより少量の短絡電流Ａ２が流れ、この場合、短絡部材２５０の溶融する時間Ｔ１とヒューズ部２６０の溶融する時間Ｔ３との差は減少する。これは、短絡部材２５０には多量の短絡電流Ａ１が流れるのに対し、ヒューズ部２６０にはこれよりも少ない量の短絡電流Ａ２が流れるからである。このように二次電池が並列に連結されると、Ｔ１とＴ３との差が減少するため、ヒューズ部２６０が溶融する前に短絡部材２５０が溶融する危険性が大きくなる。

図６Ａは、本発明の第１実施形態にかかる二次電池の回路図であり、図６Ｂは、本発明の第１実施形態にかかる二次電池で短絡が発生したことを示した回路図である。

図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明すれば、本実施形態によれば、第１端子２１と短絡部材５６とが直接連結されず、短絡部材５６は、第１ヒューズ部４１ｅを介して第１端子２１と電気的に連結される。また、短絡部材５６は、第２ヒューズ部４１ｆを介して正極１１と電気的に連結される。

これにより、短絡部材５６が反転変形すると、短絡電流は、第１ヒューズ部４１ｅを経て第１端子２１に移動し、第２ヒューズ部４１ｆを経て正極１１に移動する。

より詳細には、正極（第１電極）１１および負極（第２電極）１２が短絡によって電気的に連結される時、短絡電流の第１部分は、負極１２から正極１１にに連結部材４６と第２ヒューズ部４１ｆを経由して流れ、短絡電流の第２部分は、負極１２から第１の端子２１に連結部材４６と第１ヒューズ部４１ｅを経由して流れ、短絡電流の第２部分は、短絡電流の第１部分より大きい。

例えば、３つの二次電池が並列に連結されると、第２ヒューズ部４１ｆに短絡電流の１／３が流れ、第１ヒューズ部４１ｅに短絡電流の２／３が流れる。第１ヒューズ部４１ｅにより多くの電流が流れるため、第１ヒューズ部４１ｅが先に溶融し、第１ヒューズ部４１ｅが溶融すれば、短絡電流がすべて第２ヒューズ部４１ｆに移動するため、第２ヒューズ部４１ｆが溶融する。

Ｎ個の二次電池が並列に連結された場合には、短絡電流の（Ｎ−１）／Ｎが第１ヒューズ部４１ｅに流れることから、並列に連結された二次電池の個数が多いほど、第１ヒューズ部４１ｅが容易に溶融できる。しかし、従来の二次電池は、Ｎ個の二次電池が並列に連結された場合、ヒューズ部に短絡電流の１／Ｎが流れるため、ヒューズ部が容易に溶融しない。２つの二次電池が並列に連結された場合には、第１ヒューズ部４１ｅと第２ヒューズ部４１ｆに同量の電流が流れ、これにより、第１ヒューズ部４１ｅと第２ヒューズ部４１ｆは同時に溶融できる。

前記のように、本第１実施形態によれば、第１端子２１は、キャッププレート３１と絶縁され、第１端子２１と連結部材４６との間に第１ヒューズ部４１ｅが位置し、連結部材４６と電極アセンブリ１０との間に第２ヒューズ部４１ｆが位置するため、短絡発生時に第１ヒューズ部４１ｅおよび第２ヒューズ部４１ｆが容易に溶融できる。また、第２ヒューズ部４１ｆが第１ヒューズ部４１ｅより遅く溶融するとしても、従来のヒューズ部に比べて短時間内により多くの短絡電流が流れるため、従来よりヒューズ部の溶融時間が短縮される。

したがって、本実施形態にかかる二次電池１０１に短絡が発生すると、短絡電流は、キャッププレート３１、連結部材４６、第２ヒューズ部４１ｆを経由して正極（第１電極）１１に伝達され、正極（第１電極）１１と負極（第２電極）１２との間に短絡電流パスが形成される。

また、本実施形態によれば、連結部材４６の抵抗は、第１端子２１の抵抗より小さくてよい。

つまり、本実施形態によれば、連結部材４６は、第１端子２１を構成する物質より低い単位当たりの抵抗を有する物質からなってよい。

また、連結部材４６を構成する物質の単位当たりの抵抗と、第１端子２１を構成する物質の単位あたりの抵抗とが等しければ、連結部材４６の大きさを第１端子２１の大きさより小さくすることで、連結部材４６の抵抗を第１端子２１の抵抗より小さくすることができる。

第１端子２１とキャッププレート３１とが電気的に絶縁されなければ、短絡電流は、キャッププレート３１および第１端子２１を通過して第２ヒューズ部４１ｆに流れるはずである。

しかし、本実施形態によれば、第１端子２１とキャッププレート３１とは端子絶縁部材５８によって電気的に絶縁されているため、短絡電流がキャッププレート３１から第１端子２１を通過せず、連結部材４６および第２ヒューズ部４１ｆを通過して正極（第１電極）１１に流れることができる。

ここで、本実施形態によれば、連結部材４６の抵抗が第１端子２１の抵抗より小さいため、連結部材４６により多くの電流が流れることができる。

したがって、本実施形態によれば、キャッププレート３１および集電部材４１が連結部材４６によって電気的に連結され、ケース２６の内部に短絡が発生する時、第２ヒューズ部４１ｆを通過する前に消耗する短絡電流の量が減少し、第２ヒューズ部４１ｆを通過する短絡電流の量が増加するため、第２ヒューズ部４１ｆは、短絡部材５６が溶融する前に溶融できる。

また、Ｎ個の二次電池を電気的に並列に連結し、二次電池の内部で短絡が発生すると、短絡電流は、キャッププレート３１から連結部材４６を経由して集電部材４１に流れる。

この時、短絡電流の１／Ｎは、第２ヒューズ部４１ｆを経由して正極（第１電極）１１に流れ、短絡電流の（Ｎ−１）／Ｎは、第１ヒューズ部４１ｅを通して第１端子２１および電気的に並列に連結された隣接する他の二次電池に流れて、２つの短絡電流パスが形成される。

本実施形態によれば、電気的に並列に連結された二次電池の内部で短絡が発生する時と、１つの二次電池の内部で短絡が発生する時とでは、下記の違いがある。

つまり、１つの二次電池の内部で短絡が発生すると、１つの短絡電流パスが形成されるが、電気的に並列に連結された二次電池のうちの１つの二次電池の内部で短絡が発生すると、短絡電流の１／Ｎだけが短絡の発生した二次電池の内部で短絡電流パスを形成し、短絡電流の（Ｎ−１）／Ｎは、第１ヒューズ部４１ｅを通過して隣接する二次電池で短絡電流パスを形成する。

したがって、本実施形態によれば、電気的に並列に連結された二次電池のうちの１つの二次電池の内部で短絡が発生すると、第１ヒューズ部４１ｅは、短絡部材５６が溶融する前に溶融できる。

これをまとめてみれば、本実施形態によれば、電気的に並列に連結された二次電池のうちの１つの二次電池の内部で短絡が発生したり、１つの二次電池の内部で短絡が発生しても、第１ヒューズ部４１ｅまたは第２ヒューズ部４１ｆは、短絡部材５６が溶融する前に先に溶融できる。

ここで、本実施形態にかかる二次電池１０１は、電気的に並列に連結されて電池モジュールをなすことに限定されず、電気的に直列に連結されて電池モジュールをなしてもよい。

第１ヒューズ部と第２ヒューズ部との間に連結部材が設けられるため、二次電池が並列または直列に連結されても、短絡発生時に分散する電流を用いてヒューズ部を容易に溶融させることができる。

また、電池モジュールは、１つの二次電池からなってもよい。

図７は、本発明の第２実施形態にかかる二次電池の一部を示した断面図であり、図８は、本発明の第２実施形態にかかる二次電池の集電部材と連結部材を示した分解斜視図である。

図７および図８を参照して説明すれば、本第２実施形態にかかる二次電池１０２は、第１集電部材６０と連結部材７０の構造を除いては、前記第１実施形態にかかる二次電池と同一の構造からなるので、同一の構造に関する重複説明は省略する。

第１集電部材６０は、電極アセンブリ１０の正極１１と電気的に連結され、第１集電部材６０には連結端子２５と連結部材７０が固定設置される。連結端子２５は、第１集電部材６０と第１端子２１とを電気的に連結し、連結部材７０は、第１集電部材６０とキャッププレート３１とを電気的に連結する。第１端子２１とキャッププレート３１との間には端子絶縁部材５８が設けられ、第１端子２１とキャッププレート３１とは直接連結されない。

連結部材７０は、板状からなり、連結部材７０の下端が第１集電部材６０に溶接され、連結部材７０の上端がキャッププレート３１に溶接される。連結部材７０は、第１集電部材６０からキャッププレート３１に向かう方向に延びた連結タブ７１と、連結タブ７１の一側端部から折り曲げ形成された第１接合部７２と、連結タブ７１の一側端部の反対側に位置した他側端部から折り曲げ形成された第２接合部７３とを含む。

第１接合部７２は、キャッププレート３１に溶接で接合され、第２接合部７３は、第１集電部材６０に溶接で接合される。本実施形態のように第１接合部７２と第２接合部７３が形成されると、連結部材７０が第１集電部材６０およびキャッププレート３１に安定的に固定できる。

第１集電部材６０は、連結端子２５に接合された上板６１と、上板６１から折り曲げられて電極アセンブリ１０に向かって下方に延びた側板６２と、側板６２に連結形成されて電極アセンブリ１０に接合される２つの集電片６３とを含む。

上板６１は、四角形の板状からなり、連結端子２５の下部に溶接で固定される。上板６１には結合ホール６８が形成され、この結合ホール６８に連結端子２５の下部に形成された突起が嵌合された状態で連結端子２５と上板６１とが溶接される。これにより、結合ホール６８が第１端子２１と電気的に連結される端子接合部となる。

側板６２は、上板６１の一側端部からケース２６の底に向かって下部に折り曲げ形成される。側板６２には２つの集電片６３が連結形成されるが、集電片６３は、側板６２の両側端から折り曲げ形成され、正極１１の無地部と平行に配置された状態で正極１１に溶接で接合される。これにより、集電片６３が正極１１と電気的に連結される電極接合部となる。ケース２６内には２つの電極アセンブリ１０が配置され、それぞれの集電片６３は、互いに異なる電極アセンブリ１０の正極無地部１１ａに接合される。

上板６１には、周辺より小さい断面積を有する第１ヒューズ部６４および第２ヒューズ部６５が形成される。第１ヒューズ部６４および第２ヒューズ部６５は、端子接合部と電極接合部との間に配置される。第１ヒューズ部６４には１つ以上のヒューズ溝６６が形成され、第１ヒューズ部６４は、第１ヒューズ部６４の周辺の縦断面積より小さい縦断面積を有する。ヒューズ溝６６は、上板６１の側端から内側に延びて形成される。

例えば、ヒューズ溝６６は、第１ヒューズ部６４の両端に連結形成され、ヒューズ溝６６の間に第１ヒューズ部６４が位置することができる。

また、第２ヒューズ部６５にはヒューズ溝６７が形成され、第２ヒューズ部６５は、第２ヒューズ部６５の周辺の縦断面積より小さい縦断面積を有する。ヒューズ溝６７は、上板６１の側端から内側に延びて形成される。ヒューズ溝６７は、第２ヒューズ部６５の両端に連結形成され、ヒューズ溝６７の間に第２ヒューズ部６５が位置する。

第１ヒューズ部６４と第２ヒューズ部６５とは離隔配置され、第１ヒューズ部６４と第２ヒューズ部６５との間において連結部材７０が第１集電部材６０に溶接で接合される。第１ヒューズ部６４は、結合ホール６８と連結部材７０の接合された部分との間に位置し、第２ヒューズ部６５は、集電片６３と連結部材７０の接合された部分との間に位置する。これにより、第１端子２１は、第１ヒューズ部６４を介して連結部材７０と電気的に連結され、電極アセンブリ１０は、第２ヒューズ部６５を介して連結部材７０と電気的に連結される。

図９は、本発明の第３実施形態にかかる二次電池の一部を示した断面図であり、図１０は、本発明の第３実施形態にかかる集電部材と連結部材を示した分解斜視図である。

図９および図１０を参照して説明すれば、本第３実施形態にかかる二次電池１０３は、第１集電部材８０と連結部材９０の構造を除いては、前記第１実施形態にかかる二次電池と同一の構造からなるので、同一の構造に関する重複説明は省略する。

第１集電部材８０は、電極アセンブリ１０の正極１１と電気的に連結され、第１集電部材８０には連結端子２５と連結部材９０が固定設置される。連結端子２５は、第１集電部材８０と第１端子２１とを電気的に連結し、連結部材９０は、第１集電部材８０とキャッププレート３１とを電気的に連結する。第１端子２１とキャッププレート３１との間には端子絶縁部材５８が設けられ、第１端子２１とキャッププレート３１とは直接連結されない。

連結部材９０は、板状からなり、連結部材９０の下端が第１集電部材８０に溶接され、連結部材９０の上端がキャッププレート３１に溶接される。連結部材９０は、第１集電部材８０からキャッププレート３１に向かう方向に延びた連結タブ９１と、連結タブ９１の一側端部から側方向に突出形成された第１フランジ部９２と、連結タブ９１の他側端部から側方向に突出形成された第２フランジ部９３とを含む。

第１フランジ部９２は、キャッププレート３１に溶接で接合され、第２フランジ部９３は、第１集電部材８０に溶接で接合される。本実施形態のように連結部材９０に第１フランジ部９２および第２フランジ部９３が形成されると、連結部材９０が第１集電部材８０およびキャッププレート３１に安定的に固定できる。

第１集電部材８０は、連結端子２５に接合された上板８１と、上板８１から折り曲げられて電極アセンブリ１０に向かって下方に延びた側板８２と、側板８２に連結形成されて電極アセンブリ１０に接合される２つの集電片８３とを含む。

上板８１は、四角形の板状からなり、連結端子２５の下部に溶接で固定される。上板８１には結合ホール８８が形成され、この結合ホール８８に連結端子２５の下部に形成された突起が嵌合された状態で連結端子２５と上板８１とが溶接される。これにより、結合ホール８８が第１端子２１と電気的に連結される端子接合部となる。

側板８２は、上板８１の一側端部からケース２６の底に向かって下部に折り曲げ形成される。側板８２には２つの集電片８３が連結形成されるが、集電片８３は、側板８２の両側端から折り曲げ形成され、正極１１の無地部と平行に配置された状態で正極１１に溶接で接合される。これにより、集電片８３が正極１１と電気的に連結される電極接合部となる。ケース２６内には２つの電極アセンブリ１０が配置され、それぞれの集電片８３は、互いに異なる電極アセンブリ１０の正極無地部１１ａに接合される。

上板８１には、周辺より小さい断面積を有する第１ヒューズ部８４が形成され、側板８２には、周辺より小さい断面積を有する第２ヒューズ部８５が形成される。第１ヒューズ部８４および第２ヒューズ部８５は、端子接合部と電極接合部との間に配置され、第１ヒューズ部８４は、第２ヒューズ部８５に比べて第１端子２１により近く配置される。

第１ヒューズ部８４にはヒューズホール８７が形成され、第１ヒューズ部８４は、第１ヒューズ部８４の周辺の縦断面積より小さい縦断面積を有する。ヒューズホール８７は、第１ヒューズ部８４の中央に配置され、ヒューズホール８７の両側端に第１ヒューズ部８４が連結形成される。

第２ヒューズ部８５にはヒューズ溝８６が形成され、第２ヒューズ部８５は、第２ヒューズ部８５の周辺の縦断面積より小さい縦断面積を有する。ヒューズ溝８６は、側板８２の側端から内側に延びて形成される。ヒューズ溝８６は、第２ヒューズ部８５の両端に連結形成され、ヒューズ溝８６の間に第２ヒューズ部８５が位置する。また、第２ヒューズ部８５は、第１ヒューズ部８４よりも下方に位置し、第１ヒューズ部８４に比べてより小さい断面積を有する。

第１ヒューズ部８４と第２ヒューズ部８５とは離隔配置され、第１ヒューズ部８４と第２ヒューズ部８５との間において連結部材９０が第１集電部材８０に溶接で接合される。第１ヒューズ部８４は、結合ホール８８と連結部材９０の接合された部分との間に位置し、第２ヒューズ部８５は、集電片８３と連結部材９０の接合された部分との間に位置する。これにより、第１端子２１は、第１ヒューズ部８４を介して連結部材９０と電気的に連結され、電極アセンブリ１０は、第２ヒューズ部８５を介して連結部材９０と電気的に連結される。

３つ以上の二次電池が並列に連結されると、第１ヒューズ部８４により多くの短絡電流が流れて第１ヒューズ部８４が溶融した後に、第２ヒューズ部８５に短絡電流が集中して第２ヒューズ部８５が溶融する。また、本第３実施形態によれば、第２ヒューズ部８５は、第１ヒューズ部８４よりも小さい断面積を有するが、これにより、第１ヒューズ部８４の溶融する時間と第２ヒューズ部８５の溶融する時間との間の間隔を最少化することができる。これにより、第２ヒューズ部８５は、短絡部材が溶融する前に安定的に溶融できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０１、１０２、１０３ 二次電池
１０ 電極アセンブリ
１１ 正極
１１ａ 正極無地部
１２ 負極
１２ａ 負極無地部
１３ セパレータ
２１ 第１端子
２２ 第２端子
２２ａ 短絡突起
２５ 連結端子
２６ ケース
３０ キャップアセンブリ
３１ キャッププレート
３７ 短絡ホール
４１、６０、８０ 第１集電部材
４１ａ、６１、８１ 上板
４１ｂ、６２、８２ 側板
４１ｃ、６３、８３ 集電片
４１ｄ、６８、８８ 結合ホール
４１ｅ、６４、８４ 第１ヒューズ部
４１ｆ、６５、８５ 第２ヒューズ部
４１ｇ、４１ｈ、８７ ヒューズホール
６６、６７、８６ ヒューズ溝
４２ 第２集電部材
４５ 下部絶縁部材
４６、７０、９０ 連結部材
５４ 上部絶縁部材
５５、５９ シーリングガスケット
５６ 短絡部材
５６ａ 湾曲部
５６ｂ 周縁部
５８ 端子絶縁部材
７１、９１ 連結タブ
７２ 第１接合部
７３ 第２接合部
９２ 第１フランジ部
９３ 第２フランジ部

Claims (15)

1. 第１電極および第２電極を含む電極アセンブリと、
   前記電極アセンブリが収容されるケースと、
   前記ケースの開口を密閉するキャッププレートと、
   前記ケースの外側に突出し、前記第１電極と電気的に連結される第１端子と、
   前記ケースの外側に突出し、前記第２電極と電気的に連結される第２端子と、
   互いに間隔をおいて位置する第１ヒューズ部および第２ヒューズ部であって、前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部の周辺の部分よりも小さい断面積を有する前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部を含み、前記第１電極に電気的に連結される集電部材と、
   前記第１ヒューズ部と前記第２ヒューズ部との間において前記集電部材に結合され、前記キャッププレートおよび前記集電部材に電気的に連結され、前記第１端子の抵抗より小さい抵抗を有する連結部材と、
   を含むことを特徴とする、二次電池。
2. 前記集電部材は、
   前記第１電極に結合される集電片と、前記第１端子に結合される結合ホールを含む上板とを含み、
   前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部は、前記集電片と前記結合ホールとの間に位置することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記集電部材は、
   前記上板から折り曲げられる側板をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
4. 前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部は、前記上板に形成されることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
5. 前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部のそれぞれは、前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部のそれぞれの中央に形成されるヒューズホールを含むことを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
6. 前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部のそれぞれは、前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部のそれぞれの側面に形成される１つ以上のヒューズ溝を含むことを特徴とする、請求項４に記載の二次電池。
7. 前記連結部材は、
   連結タブと、前記連結タブの一側から折り曲げられて形成される第１接合部と、前記連結タブの前記一側の反対側に位置した他側から折り曲げられて形成される第２接合部とを含むことを特徴とする、請求項６に記載の二次電池。
8. 前記第１ヒューズ部は、前記上板に形成され、前記第２ヒューズ部は、前記側板に形成されることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
9. 前記第１ヒューズ部は、前記第１ヒューズ部の中央に形成されたヒューズホールを有し、
   前記第２ヒューズ部は、前記第２ヒューズ部の側面に形成されるヒューズ溝を有し、
   前記第２ヒューズ部の断面積は、前記第１ヒューズ部の断面積より小さいことを特徴とする、請求項８に記載の二次電池。
10. 前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部を通過する短絡電流を発生させる短絡部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
11. 前記第１ヒューズ部および前記第２ヒューズ部のそれぞれは、前記短絡部材が溶融する前に溶融することを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
12. 前記連結部材を構成する物質の単位当たりの抵抗と、前記第１端子を構成する物質の単位当たりの抵抗とが等しい時、前記連結部材の大きさは、前記第１端子の大きさより小さいことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
13. 前記第１端子と前記キャッププレートとは、端子絶縁部材によって電気的に絶縁されることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の二次電池および他の少なくとも１つの二次電池を含む電池モジュールにおいて、
    複数の前記二次電池は、電気的に並列に連結されており、
    前記第１電極および前記第２電極が短絡によって電気的に連結される時、短絡電流の第１部分が、前記第１電極から前記第２電極に前記連結部材を経由して流れ、前記短絡電流の第２部分が、前記第１電極から前記第２電極に前記連結部材と前記第１ヒューズ部を経由して流れ、
    前記短絡電流の前記第２部分は、前記短絡電流の前記第１部分より大きいことを特徴とする、電池モジュール。
15. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の二次電池および他の少なくとも１つの二次電池を含む電池モジュールにおいて、
    複数の前記二次電池は、電気的に直列に連結されていることを特徴とする、電池モジュール。
    

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