JP2015097174A

JP2015097174A - 二次電池

Info

Publication number: JP2015097174A
Application number: JP2013237175A
Authority: JP
Inventors: 秀樹松野; Hideki Matsuno; 池田　幸太郎; Kotaro Ikeda; 幸太郎池田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-05-21

Abstract

【課題】過電流をより安全に遮断することができる二次電池を提供する。【解決手段】接続部１２Ａは、電池容器の外部で断面積が縮小されたヒューズ部１３Ａを有し、ヒューズ部１３Ａと電池容器の内部空間ＩＳとの間に該内部空間ＩＳを封止するシール部Ｓ１が形成されると共に、ヒューズ部１３Ａを電池容器の外部空間ＯＳから遮蔽する遮蔽部８１Ａ，５を備えた。【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池に係り、特に車載用途の角形二次電池に関する。

近年、電気自動車等の動力として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が進められている。車載用途の角形二次電池では、複数の電池を直列に接続して使用する。角形二次電池に過電流が流れて大きな熱が発生した場合には、電解液が分解され、内圧が上昇する虞がある。そのため、安全性を向上させた構造の角形二次電池の開発が要求されている。

従来からヒューズ機能と強度補強機能を有するヒューズ補強部を含む集電板を備えることで安全性を向上させることができる二次電池が提供されている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載の二次電池では、電極組立体の第１電極板と電気的に連結される第１集電板が、第１ヒューズホールと、該第１ヒューズホールの周囲に突出した第１補強突起とを有する第１補強部を含んでいる。

特開２０１１−１５４９９１号公報

特許文献１の二次電池では、過電流などによって短絡が発生する場合に、電流の流れを遮断することで安全性を向上させることができるとしている。しかし、第１ヒューズホールが二次電池のケースの内部空間に露出した第１集電板に設けられているため、過電流が流れた場合にケースの内部空間で第１集電板が溶断してスパークが発生し、ケースの内部の電解液等の有機溶媒に影響を及ぼす虞があり、安全性の観点から好ましくない。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過電流をより安全に遮断することができる二次電池を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、正極および負極電極を備えた電極群と、該電極群を収容する電池缶および電池蓋からなる電池容器と、該電池容器の外部で前記電池蓋に設けられた外部端子と、該電池容器の内部で前記電極群と電気的に接続された集電板と、前記電池蓋の貫通孔を貫通する軸方向に延びて前記外部端子と前記集電板とを電気的に接続する接続部と、を備えた二次電池であって、前記接続部は、前記軸方向の端部がかしめられ、前記外部端子、前記電池蓋並びに前記集電板を一体的にかしめ固定することで前記貫通孔を封止して前記電池容器の内部空間を密閉するかしめ部を有し、少なくとも一つの前記接続部は、前記電池容器の内部空間の外側に、前記軸方向において断面積が部分的に縮小されたヒューズ部を有し、前記ヒューズ部は、遮蔽部材によって覆われて前記電池容器の外部空間に対して遮蔽されていることを特徴とする。

本発明の二次電池によれば、ヒューズ部が電池容器の内部空間の外側に配置されているので、過電流が流れてヒューズ部が溶断しても、スパークが電池容器の内部空間の有機溶媒やガスに接触せず、また、ヒューズ部が遮蔽部材によって覆われて二次電池の外部空間に対して遮蔽されているので、過電流が流れてヒューズ部が溶断しても溶融金属の飛散が防止され、過電流をより安全に遮断することができる。

本発明の二次電池の実施形態１を示す外観斜視図。図１に示す二次電池の分解斜視図。図１に示す二次電池が備える電極群の分解斜視図。図１に示す二次電池が備える外部端子近傍の断面図。本発明の二次電池の実施形態２を示す実施形態１の図４に相当する断面図。本発明の二次電池の実施形態３を示す実施形態１の図４に相当する断面図。本発明の二次電池の実施形態４を示す実施形態１の図４に相当する断面図。

以下、図面を参照して本発明の二次電池の実施の形態を説明する。

[実施形態１]
図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池Ｃ１の外観斜視図である。図２は、図１に示す二次電池Ｃ１の分解斜視図である。図３は、図１に示す二次電池Ｃ１が備える電極群３の分解斜視図である。

本実施形態の二次電池Ｃ１は、正極外部端子８Ａと正極集電板４Ａとを電気的に接続する接続部１２Ａの軸方向に垂直な断面の面積が部分的に縮小され、過電流が流れたときに溶断するヒューズ部が設けられていることを最大の特徴としている。以下では、まず、本実施形態の二次電池Ｃ１の全体構成について詳細に説明する。

（二次電池の全体構成）
図１および図２に示すように、二次電池Ｃ１は、電池缶１および電池蓋６からなる電池容器５０を備える。電池缶１は、扁平な直方体の箱型に形成され、相対的に面積の大きい一対の対向する幅広面と相対的に面積の小さい一対の対向する幅狭面とを有する側面２１と底面２２とを有し、その上方に開口部１ａを有する。すなわち、本実施形態の二次電池Ｃ１は、矩形箱状の電池容器５０を備える角形二次電池である。電池蓋６には、正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂが電池容器５０の外部に設けられている。

電池缶１は、矩形の底面２２と、底面２２から立ち上がる角筒状の側面２１と、側面２１の上端で上方に向かって開放された矩形の開口部１ａとを有している。電池缶１内には、絶縁保護フィルム２を介して電極群３が収容されている。電池蓋６は、略矩形平板状の部材であり、電池缶１の上方開口部１ａを塞ぐように全周に亘って上方開口部１ａに溶接され、電池缶１を封止している。電池缶１内に電極群３を収容して電池缶１の開口部１ａを電池蓋６によって封止することで電池容器５０の内部に電極群３が収容されている。

電極群３は、セパレータを介して積層させた正負の電極を捲回軸周りに扁平形状に捲回することで構成された捲回電極群であり、捲回軸方向と垂直な厚さ方向の両側に形成された一対の平坦な平面部と、捲回軸方向および厚さ方向と垂直な高さ方向の両側に形成された一対の断面半円形状の湾曲部を有している。電極群３は、捲回軸方向が電池缶１の横幅方向に沿うように、電池缶１の上部開口部１ａに挿入され、平面部が電池缶１の側面２１の幅広面と対向し、一方の湾曲部が電池缶１の底面２２と対向し、他方の湾曲部が上部開口部１ａ側に配置されて電池蓋６と対向している。

図３に示すように、電極群３は、セパレータ３３を介在させて積層した負極電極３１と正極電極３２を扁平状に捲回することによって構成されている。電極群３は、最外周の電極が負極電極３１であり、さらにその外側にセパレータ３３が捲回される。セパレータ３３は、正極電極３２と負極電極３１との間を絶縁する役割を有している。

正極電極３２は、正極集電体である正極電極箔３２ａの両面に正極活物質合剤が塗布された正極合剤層３２ｂを有し、正極電極箔３２ａの幅方向の一端には、正極活物質合剤が塗布されない箔露出部３２ｃが設けられている。負極電極３１は、負極集電体である負極電極箔３１ａの両面に負極活物質合剤が塗布された負極合剤層３１ｂを有し、負極電極箔３１ａの幅方向の一端には、負極活物質合剤を塗布しない箔露出部３１ｃが設けられている。正極箔露出部３２ｃと負極箔露出部３１ｃは、電極箔の金属面が露出した領域であり、電極群３の捲回軸方向の一端と他端に配置されるように捲回される。

負極合剤層３１ｂの幅は、正極合剤層３２ｂの幅よりも大きく、これにより正極合剤層３２ｂは、必ず負極合剤層３１ｂに挟まれるように構成されている。正極電極３２の箔露出部３２ｃ、負極電極３１の箔露出部３１ｃは、それぞれ平面部で束ねられ、溶接等により接合されて正極箔接続部３２ｄ、負極箔接続部３１ｄ（図２参照）が形成される。なお、セパレータ３３の幅は、負極合剤層３１ｂの幅よりも広いが、正極箔露出部３２ｃ、負極箔露出部３１ｃの端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、正極箔露出部３２ｃ、負極箔露出部３１ｃを束ねて溶接する場合の支障にはならない。

負極電極３１は、例えば以下のように製造することができる。まず、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製する。次に、この負極合剤を厚さが例えば約１０μｍの銅箔（負極電極箔）の両面に溶接部（負極未塗工部）を残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極合剤層３１ｂの厚さが例えば約７０μｍの負極電極３１を得ることができる。

本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ_２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

正極電極３２は、例えば以下のように製造することができる。まず、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製する。次に、この正極合剤を例えば厚さが約２０μｍのアルミニウム箔（正極電極箔）の両面に溶接部（正極未塗工部）を残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極合剤層３２ｂの厚さが例えば約９０μｍの正極電極３２を得ることができる。

本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、正極電極、負極電極における塗工部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。また、電極群３の軸芯としては、例えば、正極金属箔３２ａ、負極金属箔３１ａ、セパレータ３３のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。

図２に示すように、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂは、バスバー等に溶接接合される溶接接合部８１Ａ、８１Ｂを有している。溶接接合部８１Ａ、８１Ｂは、電池蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が電池蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋６と平行になる構成を有している。

正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂは、それぞれ正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと一体的に設けられている。したがって、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂは、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと電気的に接続されている。正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂは、溶接接合部８１Ａ、８１Ｂの下面からそれぞれ突出して先端が電池蓋６の正極側貫通孔６Ａ、負極側貫通孔６Ｂに挿入可能な円柱形状を有している。図２では図示を省略するが、正極接続部１２Ａは、断面積が縮小されたヒューズ部を有している。ヒューズ部およびその周辺の構成については、後で詳細に説明する。

正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂは、電池蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の基部４１Ａ、４１Ｂと、基部４１Ａ、４１Ｂの側端で折曲されて、電池缶１の側面２１の幅広面に沿って底面２２側に向かって延出する接続端部４２Ａ、４２Ｂを有している。各集電板４Ａ、４Ｂは、それぞれ電極群３と電気的に接続されている。すなわち、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂは、それぞれ接続端部４２Ａ、４２Ｂが電極群３の箔接続部３２ｄ、３１ｄに例えば超音波溶接等により接合されることで、それぞれ電池容器５０の内部で正極電極３２、負極電極３１と電気的に接続されている。正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂの基部４１Ａ、４１Ｂには、それぞれ正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂが挿通される開口穴４３Ａ、４３Ｂが形成されている。

正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂは、それぞれ電池蓋６の貫通孔６Ａ、６Ｂと正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂの基部４１Ａ、４１Ｂの開口穴４３Ａ、４３Ｂを貫通して基部４１Ａ、４１Ｂよりも電池缶１の内部側に突出した先端部がかしめられて、後述するかしめ部が形成されている。これにより、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂが電池蓋６に一体に固定され、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂが、それぞれ正極接続部１２Ａ、負極接続部１２Ｂによって電気的に接続されている。

正極集電板４Ａと負極集電板４Ｂ、および、正極外部端子８Ａと負極外部端子８Ｂを、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために、絶縁部材であるガスケット５および絶縁板７が電池蓋６に設けられている。すなわち、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂと電池蓋６との間には、ガスケット５が介在されており、正極集電板４Ａ、負極集電板４Ｂと電池蓋６との間には、絶縁板７が介在されている。

ここで、正極外部端子８Ａおよび正極集電板４Ａの形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極外部端子８Ｂおよび負極集電板４Ｂの形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、絶縁板７およびガスケット５の形成素材としては、例えばポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。

電極群３の平面部に沿う方向でかつ電極群３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として、電極群３の周囲には絶縁保護フィルム２が巻き付けられている。絶縁保護フィルム２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、電極群３の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けることができる長さを有している。

電池蓋６には、電池容器５０内に電解液を注入するための注液孔９が穿設されており、この注液孔９は、電解液を電池容器５０内に注入した後に注液栓１１によって封止される。すなわち、注液孔９から電池缶１内に電解液を注入した後、電池蓋６に注液栓１１をレーザ溶接により接合して注液口９を封止し、二次電池Ｃ１を密閉する。ここで、電池容器５０内に注入される電解液としては、例えばエチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を適用することができる。また、電池蓋６には、電池容器５０の内部空間の圧力が所定値を超えて上昇すると開裂するガス排出弁１０が一体的に設けられている。

以上の構成を有する二次電池Ｃ１は、正極集電板４Ａ、正極外部端子８Ａおよび負極集電板４Ｂ、負極外部端子８Ｂを介して電極群３から外部負荷へ電力を供給し、外部の電力供給源から正極外部端子８Ａ、正極集電板４Ａおよび負極外部端子８Ｂ、負極集電板４Ｂを介して電極群３へ外部電力が供給されて充電される。電池容器５０の内部空間の圧力が所定値を超えて上昇すると、ガス排出弁１０が開裂してガスが排出され、電池容器５０の内部空間の圧力が低減される。これによって、二次電池Ｃ１の安全性が確保される。

（ヒューズ部およびその周辺の構成）
次に、本実施形態の二次電池Ｃ１の特徴部分であるヒューズ部およびその周辺の構成について説明する。図４は、図１に示す二次電池Ｃ１のＩＶ−ＩＶ線に沿う正極外部端子８Ａ近傍の断面図である。

本実施形態では、正極接続部１２Ａおよび負極接続部１２Ｂにそれぞれヒューズ部１３Ａ，１３Ｂが設けられている。なお、ヒューズ部１３Ａ，１３Ｂは、必ずしも正極接続部１２Ａおよび負極接続部１２Ｂに設けられる必要はなく、これらの少なくとも一方に設けられていればよい。すなわち、少なくとも一つの接続部１２Ａ、１２Ｂがヒューズ部１３を有していればよい。本実施形態において、正極外部端子８Ａの周辺の各部材と負極外部端子８Ｂの周辺の各部材は左右対称で略同一の構成を有している。そのため、以下では正極側の構成について説明し、負極側の構成についての説明を省略する。なお、図４では、正極側の各部材の符号と、括弧内の負極側の各部材の符号とを併記している。

外部端子８Ａは、電池蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状の溶接接合部８１Ａを有している。溶接接合部８１Ａは、下面が電池蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋６と平行になっている。接続部１２Ａは、溶接接合部８１Ａの下面から突出し、電池蓋６の貫通孔６Ａおよび集電板４Ａの開口穴４３Ａを貫通する軸方向に延びている。すなわち、接続部１２Ａと外部端子８Ａとは一体的に設けられ、したがって、接続部１２Ａと外部端子８Ａとは互いに電気的に接続されている。

接続部１２Ａは、電池蓋６の貫通孔６Ａおよび集電板４Ａの開口穴４３Ａを貫通した軸方向の端部がかしめられ、外部端子８Ａ、電池蓋６および集電板４Ａを一体的にかしめ固定することで、貫通孔６Ａを封止して電池容器５０の内部空間ＩＳを密閉するかしめ部１４Ａを有している。すなわち、かしめ部１４Ａと集電板４Ａとがシール接触部Ｓ１において気密および液密に接触し、このシール接触部Ｓ１によって内部空間ＩＳが密閉封止されている。また、絶縁板７がかしめ部１４Ａによって電池蓋６と集電板４Ａとの間にかしめ固定され、絶縁板７と集電板４Ａおよび電池蓋６とが密着することによっても、内部空間ＩＳが密閉封止されている。

接続部１２Ａは、かしめ部１４Ａを形成することによって密閉封止された電池容器５０の内部空間ＩＳの外側に、電池蓋６および集電板４Ａを貫通する中心軸線ＣＬの軸方向において、断面積が部分的に縮小されたヒューズ部１３Ａを有している。ヒューズ部１３Ａは、中心軸線ＣＬに沿って延在する柱状の接続部１２Ａにおいて、中心軸線ＣＬに交差する断面の面積が縮小された部分である。

接続部１２Ａが円柱状である場合には、ヒューズ部１３Ａは、接続部１２Ａの中心軸線ＣＬから外周面までの径が縮小された縮径部であることが好ましいが、周方向の一部が切り欠かれた切欠き部であってもよい。また、接続部１２Ａは必ずしも円柱状である必要はなく、例えば断面が多角形であってもよい。ヒューズ部１３Ａが正極側の接続部１２Ａに設けられる場合、接続部１２Ａの構成材料はアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、例えば約１９００Ａの過電流が流れたときに溶断するヒューズ部１３Ａの断面積は、例えば約６．７２ｍｍ^２である。

ヒューズ部１３Ａは、少なくとも一部が電池蓋６の貫通孔６Ａ内に配置されることが好ましい。すなわち、電池蓋６の厚さが、中心軸線ＣＬ方向におけるヒューズ部１３Ａの長さよりも厚い場合には、ヒューズ部１３Ａの全体を貫通孔６Ａ内に配置することができる。また、電池蓋６の厚さが、中心軸線ＣＬ方向におけるヒューズ部１３Ａの長さよりも薄い場合、ヒューズ部１３Ａの一部を貫通孔６Ａ内に配置することができる。

また、ヒューズ部１３Ａは、外部端子８Ａおよびガスケット５によって覆われて、電池容器５０の外部空間ＯＳから遮蔽されている。すなわち、本実施形態の二次電池Ｃ１において、ヒューズ部１３Ａを覆い、ヒューズ部１３Ａを電池容器５０の外部空間ＯＳに対して遮蔽する遮蔽部材は、外部端子８Ａおよびガスケット５によって構成され、外部端子８Ａを含んでいる。

ガスケット５は、かしめ部１４Ａによってかしめ固定された外部端子８Ａと電池蓋６との間に配され、所定の圧力で接続部１２Ａの中心軸線ＣＬ方向に圧縮され、外部端子８Ａおよび電池蓋６に所定の面圧で密着するシール部Ｓ２を有している。すなわち、ガスケット５はシール部Ｓ２を有する封止部材であり、かしめ部１４Ａによって外部端子８Ａ、電池蓋６および集電板４Ａを一体的にかしめ固定することで、電池容器５０の内部空間ＩＳと外部空間ＯＳとの間に、ヒューズ部１３Ａを封入する密閉空間１５Ａが形成されている。

ここで、接続部１２Ａは、ヒューズ部１３Ａとかしめ部１４Ａとの間に、径方向に突出する拡径部を有している。そのため、接続部１２Ａを電池蓋６の貫通孔６Ａおよび集電板４Ａの開口穴４３Ａに挿通させてかしめ部１４Ａを形成すると、拡径部とかしめ部１４Ａとの間に集電板４Ａが挟持され、集電板４Ａと外部端子８Ａとの間の間隔が予め設定された寸法で固定される。これにより、ガスケット５等が所定の圧力で圧縮され、密閉空間１５Ａがシール部Ｓ２において封止されるだけでなく、絶縁板７と電池蓋６および集電板４Ａが所定の圧力で接して内部空間ＩＳの密閉性が向上する。

ガスケット５は、絶縁性を有する樹脂材からなる絶縁部材であり、一部が外部端子８Ａの溶接接合部８Ａの側面の下方部分に沿って上方に延在し、一部がヒューズ部１３Ａの周囲を取り囲むように接続部１２Ａの中心軸線ＣＬに沿って下方に延在している。これにより、ヒューズ部１３Ａの周囲に絶縁部材であるガスケット５が延在し、ヒューズ部１３Ａの周囲に絶縁部材であるガスケット５が配置されていている。

以下、本実施形態の二次電池Ｃ１の作用について説明する。

本実施形態の二次電池Ｃ１では、外部端子８Ａの溶接接合部８１Ａと集電板４Ａとを電気的に接続する接続部１２Ａが、延在方向において断面積が部分的に縮小されたヒューズ部１３Ａを有している。ヒューズ部１３Ａの電気抵抗は、接続部１２Ａの他の部分よりも高くなるので、二次電池Ｃ１に過電流が流れるとヒューズ部１３Ａが他の部分よりも早く溶融温度に達して溶断する。ヒューズ部１３Ａが溶断することで、過電流は遮断される。

ヒューズ部１３Ａは、かしめ部１４Ａによって密閉された電池容器５０の内部空間ＩＳの外側に配されている。そのため、ヒューズ部１３Ａの溶断時にスパークが発生しても、電池容器５０の内部空間ＩＳのガスや電解液等の有機溶媒に影響を与えることがない。したがって、本実施形態の二次電池Ｃ１によれば、過電流をより安全に遮断して二次電池Ｃ１の安全性を向上させることができる。

また、本実施形態の二次電池Ｃ１は、ヒューズ部１３Ａを電池容器５０の外部空間ＯＳから遮蔽する遮蔽部材が、外部端子８Ａとガスケット５とにより構成されている。そのため、ヒューズ部１３Ａの溶断時の溶融金属の飛散が、外部端子８Ａを含む遮蔽部材よって遮蔽される。したがって、本実施形態の二次電池Ｃ１によれば、溶融金属が電池容器５０の外部空間ＯＳに飛散することが防止され、過電流をより安全に遮断して二次電池Ｃ１の安全性を向上させることができる。

さらに、本実施形態の二次電池Ｃ１は、かしめ部１４Ａによって、電池容器５０の内部空間ＩＳと外部空間ＯＳとの間にヒューズ部１３Ａを封入する密閉空間１５Ａが形成されている。この密閉空間１５Ａには、電池容器５０の内部空間ＩＳからガスや有機溶媒が供給されることも外部空間ＯＳから酸素またはその他の引火性ガスが供給されることもない。すなわち、密閉空間１５Ａにヒューズ部１３Ａを封入することで、ヒューズ部１３Ａが溶断する際の安全性をより向上させることができる。

また、本実施形態の二次電池Ｃ１では、電池容器５０の内部空間ＩＳを封止するシール接触部Ｓ１は、集電板４Ａを貫通した接続部１２Ａの端部をかしめてかしめ部１４Ａを形成することによって生じる。そのため、二次電池Ｃ１の通常の製造工程において、工数を増加させること無くシール接触部Ｓ１を容易に生じさせることができ、特殊なシール部材を新たに設ける必要が無い。すなわち、予めヒューズ部１３Ａを形成した接続部１２Ａの先端をかしめるだけで、かしめ部１４Ａによって電池容器５０の内部空間ＩＳを封止するシール接触部Ｓ１が生じ、ヒューズ部１３Ａを容易かつ確実に電池容器５０の内部空間ＩＳから隔離した状態で内部空間ＩＳの外側に配置することができる。

また、本実施形態の二次電池Ｃ１では、外部端子８Ａと電池蓋６との間に配された絶縁部材であるガスケット５が、外部端子８Ａおよび電池蓋６に密着して密閉空間１５Ａを封止するシール部Ｓ２を有している。したがって、密閉空間１５Ａを封止するための特殊な部材を新たに設置する必要が無く、通常の二次電池に用いられる部材であるガスケット５によって密閉空間１５Ａを容易に形成することができる。さらに、絶縁部材であるガスケット５がヒューズ部１３Ａの周囲に配置されることで、スパークの発生が抑制され、または、スパークが発生した場合の安全性を向上させることができる。

また、前記のように電池蓋６が接続部１２Ａを挿通させる貫通孔６Ａを有し、該貫通孔６Ａ内にヒューズ部１３Ａの少なくとも一部が配置されることで、ヒューズ部１３Ａの設置スペースを省略し、または最小限にして、二次電池Ｃ１の小型化および省スペース化を図ることができる。

また、通常、アルミニウムまたはアルミニウム合金等を構成材料とする正極接続部１２Ａは、通常、銅または銅合金等を構成材料とする負極接続部１２Ｂよりも電気抵抗が高い。そのため、正極および負極の集電板４Ａ、４Ｂ、外部端子８Ａ、８Ｂおよび接続部１２Ａ、１２Ｂのうち、正極集電板４Ａと正極外部端子８Ａとを接続する正極接続部１２Ａにヒューズ部１３Ａを設けることで、ヒューズ部１３Ａの溶断性能を維持しつつ、ヒューズ部１３Ａの断面積を大きくして、通常使用時の二次電池Ｃ１におけるヒューズ部１３Ａの機械的強度を向上させることができる。したがって、過電流をより安全に遮断して二次電池Ｃ１の安全性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態の二次電池Ｃ１によれば、過電流をより安全に遮断して二次電池Ｃ１の安全性を向上させることができる。

[実施形態２]
次に、本発明の二次電池の実施形態２について、図５を参照して説明する。

図５は、前述の実施形態１の二次電池Ｃ１の図４に示す断面図に相当する本実施形態の二次電池の断面図である。本実施形態の二次電池は、ヒューズ部１３Ａの周囲に断熱材８４が配置されている点で、前述の実施形態１で説明した二次電池Ｃ１と異なっている。その他の点は、前述の実施形態１で説明した二次電池Ｃ１と同一であるので、図１から図３を援用し、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。

図５に示すように、ヒューズ部１３Ａの周囲には、断熱材８４が配置されている。断熱材８４は、例えば電池蓋６の貫通孔６Ａの内径に適合する外径と、接続部１２Ａを挿通させる内径の円筒状の形状を有している。断熱材８４の構成材料は、例えば、耐熱性、電気絶縁性、耐薬品性、気密性等に優れた材料を用いることが好ましいが、接続部１２Ａと比較して高い断熱性を有する材料であれば特に限定されない。

断熱材８４は、上端が外部端子８Ａの溶接接合部８１Ａに接し、下端が集電板４Ａに接し、内周面が接続部１２Ａの外周面と略隙間無く対向することで、ヒューズ部１３Ａの周囲に形成される密閉空間１５Ａの容積を最小限にしている。断熱材８４の外周面と、電池蓋６の貫通孔６Ａの内周面および絶縁板７の貫通孔の内周面との間には、ガスケット５が配されている。

本実施形態の二次電池によれば、実施形態１の二次電池Ｃ１と同様の効果を得ることができるだけでなく、二次電池に過電流が流れたときに、断熱材８４によってヒューズ部１３Ａの熱が外に逃げることを抑制し、ヒューズ部１３Ａの温度をより早く上昇させ、ヒューズ部１３Ａをより早く溶断させることで、過電流をより安全に遮断することができる。

[実施形態３]
次に、本発明の二次電池の実施形態３について、図６を参照して説明する。

図６は、前述の実施形態１の二次電池Ｃ１の図４に示す断面図に相当する本実施形態の二次電池の断面図である。本実施形態の二次電池は、外部端子８Ａおよび接続部１２Ａの構成が、図４に示す実施形態１の二次電池Ｃ１と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態１で説明した二次電池Ｃ１と同一であるので、図１から図３を援用し、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の二次電池では、外部端子８Ａが板状に形成され、外部端子８Ａの中央部には貫通孔が形成されている。集電板４Ａと外部端子８Ａとを電気的に接続する接続部１２Ａは、外部端子８Ａとは別の部材であり、電池蓋６の上面に対向する庇状のフランジ部１６Ａと、電池蓋６の上面よりも上方に設けられたヒューズ部１３Ａとを有している。ヒューズ部１３Ａは、実施形態１と同様に、接続部１２Ａの延在方向において接続部１２Ａの断面積が部分的に縮小された部分であり、先端部が外部端子８Ａの貫通孔に挿入されて例えば溶接によって接合されている。フランジ部１６Ａは、かしめ部１４Ａとの間に、集電板４Ａ、絶縁板７、電池蓋６およびガスケット５を挟持して、これらを一体的に固定している。

本実施形態の二次電池は、ヒューズ部１３Ａを覆い、ヒューズ部１３Ａを電池容器５０の外部空間ＯＳから遮蔽する遮蔽部材が、実施形態２の二次電池が備える断熱材８４と同様の断熱材８５によって構成されている。断熱材８５はヒューズ部１３Ａを挿通させる筒状に形成され、外部端子８Ａとフランジ部１６Ａとの間に略隙間無く配置されている。断熱材８５、外部端子８Ａおよびフランジ部１６Ａは、同一の平面形状を有し、例えば矩形の平面形状を有することが好ましいが、その他、円形、多角形等の平面形状であってもよい。

本実施形態の二次電池によれば、前述の実施形態１の二次電池Ｃ１と同様の効果を得ることができるだけでなく、断熱材８５を備えることによって前述の実施形態２の二次電池と同様の効果を得ることができる。さらに、ヒューズ部１３Ａを電池蓋６の上方のフランジ部１６Ａよりもさらに上方に設けることで、ヒューズ部１３Ａをより確実に二次電池の内部空間ＩＳから隔離することができる。また、遮蔽部材である断熱材８５によって、ヒューズ部１３Ａを外部空間ＯＳから確実に遮蔽することができる。したがって、二次電池に過電流が流れてヒューズ部１３Ａが溶断する際の安全性をより向上させることができる。

[実施形態４]
次に、本発明の二次電池の実施形態４について、図７を参照して説明する。

図７は、前述の実施形態１の二次電池Ｃ１の図４に示す断面図に相当する本実施形態の二次電池の断面図である。本実施形態の二次電池は、外部端子８Ａおよび接続部１２Ａとその周辺の構成が図４に示す実施形態１の二次電池と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態１で説明した二次電池Ｃ１と同様であるので、図１から図３を援用し、同様の部分には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の二次電池では、外部端子８Ａはガスケット５を介して電池蓋６上に設置された板状の部材であり、バスバー等を締結するための例えばボルト等の締結部材８２Ａを備えている。接続部１２Ａは、電池蓋６内部の集電板４Ａを貫通した端部がかしめられて電池容器５０の内部空間ＩＳにかしめ部１４Ａが形成されるだけでなく、外部端子８Ａを貫通した端部がかしめられて電池容器５０の外部空間ＯＳにも同様のかしめ部１４Ａが形成されている。かしめ部１４Ａは、外部端子８Ａ、電池蓋６および正極集電板４Ａを一体的にかしめ固定することで貫通孔６Ａを封止して電池容器５０の内部空間ＩＳを密閉している。

前述の実施形態１の二次電池Ｃ１と同様に、本実施形態の二次電池では、接続部１２Ａは、延在方向において断面積が部分的に縮小されたヒューズ部１３Ａを有している。また、電池容器５０の内部空間ＩＳにおいて、接続部１２Ａの拡径部と電池蓋６との間にガスケット５が配され、ガスケット５は接続部１２Ａの拡径部と電池蓋６とに密着するシール部Ｓ１を有している。また、電池蓋６の上方のかしめ部１４Ａと外部端子８Ａとがシール接触することでシール接触部Ｓ２が生じ、内部空間ＩＳを密閉している。ヒューズ部１３Ａはこのシール部Ｓ１とシール接触部Ｓ２によって封止された密閉空間１５Ａに封入されている。したがって、本実施形態の二次電池によれば、前述の実施形態１の二次電池Ｃ１と同様の効果を得ることができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

例えば、二次電池は角形二次電池に限られず、円筒形やその他の形状であってもよい。また、電極群は、正極と負極とを捲回したものに限られず、単に正極電極と負極電極とを交互に積層したものであってもよい。

１…電池缶、３…電極群、４Ａ…正極集電板（集電板）、４Ｂ…負極集電板（集電板）、３２…正極電極、３１…負極電極、５…ガスケット（絶縁部材、遮蔽部材、封止部材）、６…電池蓋、６Ａ，６Ｂ…貫通孔、８Ａ…正極外部端子（外部端子）、８Ｂ…負極外部端子（外部端子）、１２Ａ…正極接続部（接続部）、１２Ｂ…負極接続部（接続部）、１３Ａ，１３Ｂ…ヒューズ部、１４Ａ，１４Ｂ…かしめ部、１５Ａ，１５Ｂ…密閉空間、５０…電池容器、８１Ａ，８１Ｂ…溶接接合部（遮蔽部材）、８４，８５…断熱材、Ｃ１…二次電池、ＩＳ…電池容器の内部空間、ＯＳ…電池容器の外部空間

Claims

正極および負極電極を備えた電極群と、
該電極群を収容する電池缶および電池蓋からなる電池容器と、
該電池容器の外部で前記電池蓋に設けられた外部端子と、
該電池容器の内部で前記電極群と電気的に接続された集電板と、
前記電池蓋の貫通孔を貫通する軸方向に延びて前記外部端子と前記集電板とを電気的に接続する接続部と、を備えた二次電池であって、
前記接続部は、前記軸方向の端部がかしめられ、前記外部端子、前記電池蓋並びに前記集電板を一体的にかしめ固定することで前記貫通孔を封止して前記電池容器の内部空間を密閉するかしめ部を有し、
少なくとも一つの前記接続部は、前記電池容器の内部空間の外側に、前記軸方向において断面積が部分的に縮小されたヒューズ部を有し、
前記ヒューズ部は、遮蔽部材によって覆われて前記電池容器の外部空間に対して遮蔽されていることを特徴とする二次電池。
前記かしめ部によって、前記電池容器の内部空間と外部空間との間に前記ヒューズ部を封入する密閉空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記外部端子と前記電池蓋との間に配されて前記密閉空間を前記外部空間に対して封止する封止部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
前記電池蓋と前記集電板との間に配されて前記密閉空間を前記内部空間に対して封止する封止部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
前記封止部材は絶縁性を有し、前記ヒューズ部の周囲に延在していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の二次電池。
前記ヒューズ部の周囲に、断熱材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記ヒューズ部の少なくとも一部が、前記貫通孔内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記ヒューズ部は、正極および負極の前記集電板、前記外部端子および前記接続部のうち、正極集電板と正極外部端子とを接続する正極接続部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記遮蔽部材は、前記外部端子および前記接続部の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。