JP2015153453A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】スパークによるケースの破損を抑制できる密閉型電池を提供する。【解決手段】電流遮断機構３５は、ケース１２の内圧が上昇した場合に、ケース１２内の電極体とケース１２外の端子との間の電流の流れを遮断する。正極集電体Ｂ３４は、ケース１２内で電極体に電気的に接続されている。ケース１２は、互いに対向して設けられた第１の側壁１２ａと第２の側壁とを有している。電流遮断機構３５は、第１の側壁１２ａに近接して配置されている。電気導電体５１は、ケース１２の開口部を塞ぐ封口体１３の、ケース１２の内側に面する内面に取り付けられている。電気導電体５１は、電流遮断機構３５とケース１２の第２の側壁との間に配置されている。正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４と電気導電体５１との間の距離は、正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４と第１の側壁１２ａとの間の距離よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、密閉型電池に関し、特に、電流遮断機構を備えている密閉型電池に関する。

従来の密閉型電池に関し、たとえば特開２０１３−１７５４２８号公報（特許文献１）には、電池外装体内部の圧力が上昇した際に作動する電流遮断機構を集電体と外部端子との間に備えている、角型二次電池が開示されている。

特開２０１３−１７５４２８号公報

電流遮断機構を有している密閉型電池において、電流遮断機構が作動した際、システム総残存電圧の影響で、電池セルに高電圧が負荷される場合がある。その高電圧負荷により、内部端子とケースとの間にスパークが発生し、ケースに穴あきなどの破損が起こる場合がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、スパークによるケースの破損を抑制できる、密閉型電池を提供することである。

本発明に従った密閉型電池は、電極体と、ケースと、封口体と、端子と、電流遮断機構と、集電体とを備えている。ケースは、電極体を収容している。封口体は、ケースに形成された開口部に配置されている。端子は、ケースの外部に設けられている。電流遮断機構は、ケースの内圧が上昇した場合に、電極体と端子との間の電流の流れを遮断する。集電体は、ケース内において電極体に電気的に接続されている。ケースは、第１の側壁と、第１の側壁に対向して設けられた第２の側壁とを有している。電流遮断機構は第１の側壁に近接して配置されている。密閉型電池はさらに、電気導電体を備えている。電気導電体は、封口体の、ケースの内側に面する内面に取り付けられている。電気導電体は、電流遮断機構と第２の側壁との間に配置されている。集電体と電気導電体との間の距離は、集電体と第１の側壁との間の距離よりも小さい。

このように構成された密閉型電池によれば、電流遮断機構が動作した後に密閉型電池に高電圧負荷がかかった場合にスパークが発生する部位が、電気導電体に限定される。これにより、ケースの近傍におけるスパークの発生を抑制でき、スパークによりケースが破損する不具合を抑制することができる。

以上説明したように、本発明に従えば、スパークによるケースの破損を抑制できる密閉型電池を実現することができる。

本発明の実施の形態における密閉型電池を示す部分断面図である。 図１に示す密閉型電池の、正極外部端子付近を拡大して示す断面図である。 図１に示す密閉型電池の、負極外部端子付近を拡大して示す断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態における密閉型電池１を示す部分断面図である。密閉型電池１は、複数個が直列に組み合わされて組電池とされて使用される。密閉型電池１は、角形非水電解質二次電池である。密閉型電池１は、リチウムイオン２次電池であってもよい。

本実施形態の密閉型電池１は、正極極板と負極極板とがセパレータ（いずれも図示省略）を介して巻回された偏平状の巻回電極体１１を備えている。巻回電極体１１は、巻回軸方向（図１中の左右方向）の一方の端に、複数枚重なった正極芯体露出部１４を有している。巻回電極体１１は、巻回軸方向の他方の端に、複数枚重なった負極芯体露出部１５を有している。

密閉型電池１は、ケース１２を備えている。ケース１２は、一方向に開口された略直方体の形状を有しており、密閉型電池１の外装体を構成している。ケース１２の内部には、電解液とともに、巻回電極体１１が収容されている。ケース１２は、第１の側壁１２ａと、第２の側壁１２ｂとを有している。第１の側壁１２ａおよび第２の側壁１２ｂは、略直方体状のケース１２の側面のうち、面積の小さい一対の側面を構成している。第２の側壁１２ｂは、第１の側壁１２ａに対向して設けられている。第１の側壁１２ａと第２の側壁１２ｂとは、互いに平行に設けられており、図１中の紙面垂直方向に延びている。

密閉型電池１は、正極端子４と、負極端子５とを備えている。正極端子４および負極端子５は、密閉型電池１の外部端子として、ケース１２の外部に設けられている。正極端子４は、ケース１２の第１の側壁１２ａに近接して配置されている。負極端子５は、ケース１２の第２の側壁１２ｂに近接して配置されている。

密閉型電池１は、ケース１２の内部に設けられた、正極集電体アーム１６、および負極集電体アーム１８を備えている。巻回電極体１１は、正極芯体露出部１４および正極集電体アーム１６を介して、正極端子４に電気的に接続されている。巻回電極体１１は、負極芯体露出部１５および負極集電体アーム１８を介して、負極端子５に電気的に接続されている。

密閉型電池１は、封口体１３を備えている。封口体１３は、略矩形の平面視を有する平板形状を有しており、ケース１２に形成された開口部に配置されて当該開口部を塞ぐように設けられている。封口体１３およびケース１２は、巻回電極体１１を収容する筺体を構成している。ケース１２および封口体１３は、アルミニウムなどの金属材料により形成されている。なお、封口体１３には、電解液をケース１２内に注液するための注液孔、および、電流遮断機構の作動圧よりも高いガス圧が加わったときに開放されるガス排出弁が形成されている（いずれも図示省略）。

封口体１３は、ケース１２の内側に面する側の内面と、密閉型電池１の外部に露出する外面とを有している。封口体１３の内面には、正極絶縁板２０、負極絶縁板２１、および電気導電体５１，５２が設けられている。正極絶縁板２０、負極絶縁板２１、および電気導電体５１，５２は、ケース１２の内部に配置されている。封口体１３の外面には、正極外部端子ホルダ６および負極外部端子ホルダ８が設けられている。正極外部端子ホルダ６および負極外部端子ホルダ８は、ケース１２の外部に配置されている。正極端子４は、正極外部端子ホルダ６を介して、封口体１３に固定されている。負極端子５は、負極外部端子ホルダ８を介して、封口体１３に固定されている。

密閉型電池１は、ケース１２の内圧が上昇した場合に、巻回電極体１１と外部端子との間の電流の流れを遮断する機構（以下、電流遮断機構という）を備えている。本実施形態の電流遮断機構は、感圧式の電流遮断機構であって、正極集電体アーム１６と正極端子４との間、または、負極集電体アーム１８と負極端子５との間の、少なくともいずれか一方に設けられている。本実施形態では、代表的に、電流遮断機構が正極端子４側にのみ設けられた例について説明する。

本実施形態の密閉型電池１は、偏平状の巻回電極体１１をケース１２内に挿入した後、封口体１３をケース１２の開口部にレーザ溶接し、封口体１３に形成された注液孔からケース１２内に非水電解液を注液した後、注液孔を塞いでケース１２内を密閉することにより、作製されている。

図２は、図１に示す密閉型電池１の、正極外部端子１７付近を拡大して示す断面図である。図２を参照して、密閉型電池１は、正極外部端子１７、正極絶縁板２０、ガスケット２６、正極集電体Ａ３２、反転板３３、および集電体ホルダ３９をさらに備えている。正極外部端子１７は、図１に示す正極外部端子ホルダ６に設けられた導電部材を介して、正極端子４に電気的に接続されている。

上述した通り、巻回電極体１１の正極芯体露出部１４には正極集電体アーム１６が接続されている。正極集電体アーム１６は、正極集電体Ｂ３４と一体に形成されている。正極集電体Ｂ３４は、正極集電体アーム１６を介して、巻回電極体１１に電気的に接続されている。正極集電体アーム１６は、正極集電体Ｂ３４を介して、正極外部端子１７に電気的に接続されている。正極集電体Ｂ３４の中央部には、他の部分よりも厚さが小さくされた薄肉領域３４ｅが設けられている。

正極外部端子１７は、筒状部１７ａを有しており、内部に貫通孔１７ｂが形成されている。正極外部端子１７は、ケース１２の内側の先端を形成する先端部１７ｃを有している。正極外部端子１７の筒状部１７ａは、ガスケット２６、封口体１３、正極絶縁板２０、および正極集電体Ａ３２にそれぞれ形成された孔内に挿入され、その先端部１７ｃがカシメられて、互いに一体に固定されている。

正極集電体Ａ３２には、電池内部側に筒状部３２ａが形成されている。正極集電体Ａ３２の封口体１３に近接する側は、内径が狭められて、正極外部端子１７の筒状部１７ａが挿入される開孔３２ｂを形成している。正極外部端子１７の筒状部１７ａの先端部１７ｃは正極集電体Ａ３２の開孔３２ｂの近傍でカシメられており、正極外部端子１７の先端部１７ｃと正極集電体Ａ３２の接続部とはレーザ溶接されている。これにより、正極外部端子１７は、正極集電体Ａ３２と電気的に接続された状態となっている。正極集電体Ａ３２の筒状部３２ａの電池内部側の先端にはフランジ部３２ｃが形成されている。

フランジ部３２ｃの内面側には、反転板３３の周囲が気密に溶接されて封止されている。反転板３３は、封口体１３に対して傾斜する形状を有している。この反転板３３は、導電性材料で形成されており、ケース１２内の圧力が高くなると電池の外部側に向かって変形する弁の機能を有するものである。反転板３３の中心部において、正極集電体Ｂ３４の薄肉領域３４ｅと反転板３３の表面とが、レーザ溶接されている。

正極集電体Ｂ３４と反転板３３との間には、樹脂などの絶縁性材料からなる、平板状の集電体ホルダ３９が配置されている。集電体ホルダ３９は、正極集電体Ｂ３４の、封口体１３に対向する側の表面に固定されている。集電体ホルダ３９の中心部には、集電体ホルダ３９を厚み方向に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔を介して、正極集電体Ｂ３４と反転板３３とが電気的に接続されている。

したがって、図１に示す巻回電極体１１の正極芯体露出部１４は、正極集電体アーム１６、正極集電体Ｂ３４、反転板３３および正極集電体Ａ３２を介して、正極外部端子１７と電気的に接続されていることになる。正極集電体Ａ３２の筒状部３２ａ、反転板３３、および正極集電体Ｂ３４に形成された薄肉領域３４ｅによって、本実施形態の電流遮断機構３５が形成されている。電流遮断機構３５は、ケース１２の第１の側壁１２ａに近接して配置されている。

反転板３３は、ケース１２内の圧力が増加した場合に、正極外部端子１７の貫通孔１７ｂ側に膨れるようになっている。反転板３３の中央部には正極集電体Ｂ３４の薄肉領域３４ｅが溶接されている。ケース１２内の圧力が所定値を超えると、正極集電体Ｂ３４が薄肉領域３４ｅの部分で破断する。正極集電体Ｂ３４の破断によって、反転板３３と正極集電体Ｂ３４との間の電気的接続が遮断されるようになっている。

図２には、電池内圧が上昇し、電流遮断機構３５が動作し、反転板３３が変形して正極集電体Ｂ３４が薄肉領域３４ｅの部分で破断した後の状態が図示されている。図２に示す状態では、反転板３３と正極集電体Ｂ３４との電気的接続が切断されており、これにより、図１に示す巻回電極体１１と正極外部端子１７との間の電流の流れが遮断されている。

正極集電体Ｂ３４に薄肉領域３４ｅが存在していると、反転板３３が変形した際に薄肉領域３４ｅ部分で破断しやすくなり、電池内部の圧力が上昇した際にはこの薄肉領域３４ｅ部分で確実に破断するようになる。薄肉領域３４ｅの厚さおよび形成領域を適宜設定することにより、この薄肉領域３４ｅ部分が破断する圧力を所定値に設定することができるので、密閉型電池１の信頼性が向上する。

正極外部端子１７に形成された貫通孔１７ｂは、ゴム製の端子栓３６によって封止されている。端子栓３６は、正極外部端子１７の貫通孔１７ｂの小径部よりも大径で貫通孔１７ｂの大径部よりも小径の頭部３６ａを、上端部に有している。端子栓３６は、頭部３６ａよりも小径で貫通孔１７ｂの小径部よりも大径の突出部３６ｂを、下端部に有している。端子栓３６は、突出部３６ｂからテーパー状にすぼまるように形成された係止部３６ｃを有している。端子栓３６は、正極外部端子１７の貫通孔１７ｂの小径部と略同一径でこの小径部の長さと実質的に同一の長さの連結部３６ｄを、頭部３６ａと突出部３６ｂとの中間に有している。

端子栓３６は、頭部３６ａが正極外部端子１７の貫通孔１７ｂの大径部側に位置し、係止部３６ｃが正極外部端子１７の貫通孔１７ｂの小径部の端部より突出するように、貫通孔１７ｂに取り付けられている。端子栓３６の頭部３６ａの表面には、頭部３６ａの厚さを薄くしても強度を大きくするため、たとえばアルミニウム金属製の金属板３７が設けられている。この金属板３７は、たとえばレーザ溶接によって正極外部端子１７に溶接固定することができる。端子栓３６は、弾性部材から構成されているので、振動等で抜け落ちる可能性があるが、金属板３７を正極外部端子１７に溶接固定することにより、より強固に端子栓３６によって貫通孔１７ｂを封止することができるようになる。

ガスケット２６は、封口体１３と正極外部端子１７との間に介挿されている。ガスケット２６は、絶縁性材料から形成されており、封口体１３と正極外部端子１７とを電気的に絶縁している。ガスケット２６および正極絶縁板２０を形成する絶縁性材料としては、ゴム系材料、ポリオレフィン製材料、フッ素樹脂などを用いることができる。

正極絶縁板２０は、封口体１３と正極集電体Ａ３２との間に介挿されている環状板部と、環状板部の外延に係合して正極集電体Ａ３２を径方向外側から覆う円筒部とを有している。正極絶縁板２０は、絶縁性材料から形成されており、封口体１３と正極集電体Ａ３２とを電気的に絶縁している。円筒部の一端は、環状板部に係合しており、他端は集電体ホルダ３９に当接している。円筒部の他端の内周面に、正極集電体Ａ３２のフランジ部３２ｃが取り付けられている。

電気導電体５１は、封口体１３の、ケース１２の内側に面する内面に取り付けられている。電気導電体５１は、封口体１３の内面から、ケース１２内に突起している。電気導電体５１の先端は、集電体ホルダ３９を介在させて、正極集電体Ｂ３４に対向して配置されている。密閉型電池１の高さ方向（図２中の上下方向）に沿って密閉型電池１を平面視した場合において、電気導電体５１は、正極集電体Ｂ３４と重なる位置に配置されている。

電気導電体５１は、電流遮断機構３５に対して、ケース１２の第１の側壁１２ａから離れる側に配置されている。電気導電体５１は、電流遮断機構３５と、ケース１２の第２の側壁１２ｂ（図１参照）との間に配置されている。正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４と電気導電体５１との間の距離（図２中の上下方向）は、正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４とケース１２の第１の側壁１２ａとの間の距離（図２中の左右方向）よりも、小さい。

図３は、図１に示す密閉型電池１の、負極外部端子４８付近を拡大して示す断面図である。図３を参照して、密閉型電池１は、負極絶縁板２１、負極集電体４４、負極外部端子４８およびガスケット４９をさらに備えている。負極外部端子４８は、図１に示す負極外部端子ホルダ８に設けられた導電部材を介して、負極端子５に電気的に接続されている。

上述した通り、図１に示す巻回電極体１１の負極芯体露出部１５には負極集電体アーム１８が接続されている。負極集電体アーム１８は、負極集電体４４と一体に形成されている。負極集電体４４は、負極集電体アーム１８を介して、巻回電極体１１に電気的に接続されている。負極集電体アーム１８は、負極集電体４４を介して、負極外部端子４８に電気的に接続されている。

負極外部端子４８は、ガスケット４９、封口体１３、負極絶縁板２１および負極集電体４４にそれぞれ形成された孔内に挿入され、その先端部がカシメられて、互いに一体に固定されている。負極外部端子４８の先端部と負極集電体４４の接続部とはレーザ溶接されている。これにより、負極外部端子４８は、負極集電体４４と電気的に接続された状態となっている。したがって、図１に示す巻回電極体１１の負極芯体露出部１５は、負極集電体アーム１８、負極集電体４４を介して、負極外部端子４８と電気的に接続されていることになる。

ガスケット４９は、封口体１３と負極外部端子４８との間に介挿されている。ガスケット４９は、絶縁性材料から形成されており、封口体１３と負極外部端子４８とを電気的に絶縁している。ガスケット４９および負極絶縁板２１を形成する絶縁性材料としては、ゴム系材料、ポリオレフィン製材料、フッ素樹脂などを用いることができる。

負極絶縁板２１は、封口体１３と負極集電体４４との間に介挿されている環状板部と、環状板部の外延に係合して負極集電体４４を径方向外側から覆う円筒部とを有している。負極絶縁板２１は、絶縁性材料から形成されており、封口体１３と負極集電体４４とを電気的に絶縁している。

電気導電体５２は、封口体１３の、ケース１２の内側に面する内面に取り付けられている。電気導電体５２は、封口体１３の内面から、ケース１２内に突起している。電気導電体５２の、図３中の左側の側部は、負極絶縁板２１を介在させて、負極集電体４４に対向して配置されている。図３中の左右方向に沿って密閉型電池１を側方視した場合において、電気導電体５２は、負極集電体４４と重なる位置に配置されている。

電気導電体５２は、負極外部端子４８に対して、ケース１２の第２の側壁１２ｂから離れる側に配置されている。電気導電体５２は、負極外部端子４８と、ケース１２の第１の側壁１２ａ（図１参照）との間に配置されている。負極集電体４４と電気導電体５２との間の距離（図３中の左右方向）は、負極集電体４４とケース１２の第２の側壁１２ｂとの間の距離（図３中の左右方向）よりも、小さい。

図２，３を参照して、ケース１２を構成している第１の側壁１２ａおよび第２の側壁１２ｂの板厚と、封口体１３の板厚とを比較すると、封口体１３のほうが板厚がより大きい。電気導電体５１，５２が取り付けられている封口体１３は、ケース１２の第１の側壁１２ａおよび第２の側壁１２ｂよりも強度が高く、そのため封口体１３は、第１の側壁１２ａおよび第２の側壁１２ｂよりも破損しにくい構成である。

以上の構成を備えている本実施形態の密閉型電池１によれば、図１に示すように、巻回電極体１１を収容するケース１２は、互いに対向して設けられた第１の側壁１２ａと第２の側壁１２ｂとを有している。図２に示すように、ケース１２の内圧が上昇した場合に巻回電極体１１と正極端子４との間の電流の流れを遮断する電流遮断機構３５は、ケース１２の第１の側壁１２ａに近接して配置されている。ケース１２の開口部に配置されている封口体１３の、ケース１２の内側に面する内面には、電気導電体５１が取り付けられている。電気導電体５１は、電流遮断機構３５とケース１２の第２の側壁１２ｂとの間に配置されている。正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４と電気導電体５１との間の距離は、正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４とケース１２の第１の側壁１２ａとの間の距離よりも小さい。

封口体１３に電気導電体５１を設けることにより、正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４とケース１２との間の沿面距離と比較して、正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４と電気導電体５１との間の沿面距離が、より小さくなる。正極集電体Ａ３２または正極集電体Ｂ３４との沿面距離が最小になる部位が電気導電体５１になるために、電流遮断機構３５が動作した後に密閉型電池１に高電圧負荷がかかった場合にスパークが発生する部位が、電気導電体５１に限定される。電気導電体５１は、ケース１２の第１の側壁１２ａおよび第２の側壁１２ｂから離れて配置されているために、ケース１２の近傍におけるスパークの発生を抑制できる。したがって、スパークによりケース１２に穴あきなどの破損が発生する不具合を、抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、電流遮断機構を備えた二次電池に、特に有利に適用され得る。

１ 密閉型電池、４ 正極端子、５ 負極端子、６ 正極外部端子ホルダ、８ 負極外部端子ホルダ、１１ 巻回電極体、１２ ケース、１２ａ 第１の側壁、１２ｂ 第２の側壁、１３ 封口体、１４ 正極芯体露出部、１５ 負極芯体露出部、１６ 正極集電体アーム、１７ 正極外部端子、１８ 負極集電体アーム、２０ 正極絶縁板、２１ 負極絶縁板、２６，４９ ガスケット、３２ 正極集電体Ａ、３３ 反転板、３４ 正極集電体Ｂ、３４ｅ 薄肉領域、３５ 電流遮断機構、３９ 集電体ホルダ、４４ 負極集電体、４８ 負極外部端子、５１，５２ 電気導電体。

Claims (1)

1. 電極体と、
   前記電極体を収容するケースと、
   前記ケースに形成された開口部に配置される封口体と、
   前記ケースの外部に設けられた端子と、
   前記ケースの内圧が上昇した場合に、前記電極体と前記端子との間の電流の流れを遮断する、電流遮断機構と、
   前記ケース内において前記電極体に電気的に接続される集電体とを備え、
   前記ケースは、第１の側壁と、前記第１の側壁に対向して設けられた第２の側壁とを有し、前記電流遮断機構は前記第１の側壁に近接して配置されており、
   さらに、前記封口体の、前記ケースの内側に面する内面に取り付けられ、前記電流遮断機構と前記第２の側壁との間に配置された、電気導電体を備え、
   前記集電体と前記電気導電体との間の距離は、前記集電体と前記第１の側壁との間の距離よりも小さい、密閉型電池。

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