JP2016219177A - 電流遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常使用時のガスの発生に起因する反転板の変形を防止することが可能な構成を備える電流遮断装置を提供する。
【解決手段】この電流遮断装置は、電池要素を収容する外装体の内部空間Ａ１の内圧が所定以上の圧力に上昇した場合に、電池要素と外装体の外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断装置であって、内部空間Ａ１の内圧が所定以上の圧力に上昇した場合に反転することにより、電池要素と外部端子との間の導通を遮断する円形状の反転板３０と、外部端子に電気的に接続され、反転板３０の周縁部３３が載置される環状の段差部４５を含み、反転板３０との間に所定の空間Ａ２を形成するリベット４０と、内部空間Ａ１と空間Ａ２とを連通するガス透過経路５０とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、二次電池に用いられる電流遮断装置の構造に関する。

一般的な二次電池は、電流遮断装置を備えている。電流遮断装置は、電池要素に電気的に接続された集電端子、この集電端子に接合された反転板、およびこの反転板に電気的に接続された外部端子などから構成される。反転板が内圧を受け、反転板が集電端子から遠ざかる方向に反転変形することにより、電池要素と外部端子との間の導通が遮断される。

特開２０１４−０５６７１６号公報（特許文献１）、特開２０１４−１３７８９１号公報（特許文献２）、特開２０１４−１３９９０４号公報（特許文献３）、および、特開２０１４−０８２０９７号公報（特許文献４）には、リベットと反転板とを備える電流遮断装置が開示されている。

特開２０１４−０５６７１６号公報 特開２０１４−１３７８９１号公報 特開２０１４−１３９９０４号公報 特開２０１４−０８２０９７号公報

二次電池においては、通常の使用時においても、電池要素からガスが発生する場合がある。この通常使用時のガス発生、および、そのガスの蓄積により外装体の内圧が上昇して反転板の内外の差圧大きくなると、反転板が変形し電流を遮断するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、通常使用時の電池要素からのガスの発生に起因する反転板の変形を抑制することが可能な構成を備える電流遮断装置を提供することを目的とする。

この電流遮断装置においては、電池要素を収容する外装体の内部空間の内圧が所定以上の圧力に上昇した場合に、上記電池要素と上記外装体の外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断装置であって、以下の構成を備える。

上記内部空間の内圧が所定以上の圧力に上昇した場合に反転することにより、上記電池要素と上記外部端子との間の導通を遮断する円形状の反転板と、上記外部端子に電気的に接続され、上記反転板の周縁部が載置される環状の段差部を含み、上記反転板との間に所定の空間を形成するリベットと、上記内部空間と上記空間とを連通するガス透過経路と、を備える。

このように内部空間と空間とを連通するガス透過経路を備えることにより、通常の使用時において電池要素から発生するガスを、外装体の内部空間から空間に向けて通過させることができる。これにより、内部空間と空間との差圧を小さくすることができる。

この電流遮断装置によれば、ガス透過経路を備えることにより、内部空間と空間との差圧を小さくすることができる。その結果、通常使用時の電池要素からのガスの発生に起因する反転板の変形を抑制することを可能とする。

実施の形態１における二次電池の構成を示す平面図である。 実施の形態１における二次電池の構成を示す断面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。 図３に対応する電流遮断装置の分解斜視図である。 実施の形態１における反転板およびリベットの底面図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態２における電流遮断装置の作動検知機構を有する構成を示す第１断面図である。 実施の形態２における電流遮断装置の作動検知機構を有する構成を示す第２断面図である。 実施の形態３における電流遮断装置の部分拡大断面図である。 実施の形態４における電流遮断装置の構成を示す断面図である。 実施の形態５における電流遮断装置の構成を示す断面図である。

各実施の形態における電流遮断装置の構成について、以下、図面を参照しながら説明する。個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。同一の部品および相当部品には、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

（実施の形態１：二次電池１００）
図１から図５を参照して、本実施の形態における二次電池１００および電流遮断装９０９の構成について説明する。図１は、二次電池１００を示す平面図、図２は、二次電池１００を示す断面図、図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図、図４は、図３に対応する電流遮断装置９０の分解斜視図、図５は、反転板３０およびリベット４０の底面図である。

図１および図２を参照して、二次電池１００は、外装体１０、電極体１３、正極用の外部端子２０および集電端子２１、ならびに負極用の外部端子２４および集電端子２５を備える。外装体１０は、有底筒状の収容部１１および封口板１２を含む。外装体１０は、内部に電極体１３（電池要素）を収容する。外部端子２０，２４は、封口板１２に取り付けられる。電極体１３は、正極芯体、負極芯体およびセパレータ（いずれも図示せず）を有し、正極芯体および負極芯体は、セパレータを介して巻回される。電極体１３の両端には、正極芯体露出部１４および負極芯体露出部１５がそれぞれ設けられている。

正極芯体露出部１４は、集電端子２１および後述する電流遮断装置９０を介して外部端子２０に電気的に接続される。負極芯体露出部１５は、集電端子２５および電流遮断装置９０を介して外部端子２４に電気的に接続される。正極用の電流遮断装置９０および負極用の電流遮断装置９０は同一の構成を有しているため、以下では正極用の電流遮断装置９０に着目してその詳細を説明する。

（電流遮断装置９０）
図３から図５を参照して、電流遮断装置９０の構造について説明する。なお、説明の便宜上、図４中には、集電端子２１、反転板３０（ダイヤフラムともいう）およびリベット４０を図示している。封口板１２および外部端子２０（図１，図２参照）の近傍には、集電端子２１に加えて、ゴムまたは樹脂製のガスケット１６，１７，１８、導電板１９、反転板３０、および、リベット４０が設けられる。

封口板１２には、貫通孔１２Ｈが形成される。ガスケット１７，１８は、封口板１２の内側（外装体１０の内部側）に配置される。ガスケット１７，１８は、封口板１２とリベット４０との間に位置している。ガスケット１６および導電板１９は、封口板１２の外側（外装体１０の外部側）に配置される。リベット４０は、貫通孔１２Ｈに挿通された状態でかしめられ、導電板１９およびガスケット１６を封口板１２に固定する。図３に示す状態では、集電端子２１は、反転板３０、リベット４０および導電板１９を通して外部端子２０に電気的に接続される。

リベット４０は、中空部Ｃ１を有する、かしめ部４１、小径部４２、接続部４３、大径部４４、および段差部４５を含む。かしめ部４１は、小径部４２のうちの接続部４３とは反対側に形成される。かしめ部４１は、小径部４２を貫通孔１２Ｈに挿通したのち、小径部４２の端部側をかしめることによって形成される。

段差部４５は、大径部４４よりも外側に形成された部位であり、全体として環状の形状を有している。段差部４５は、反転板３０の周縁部３３が載置される床面４５ａと、床面４５ａから起立し、後述する反転板３０の周端部３３ｔが対向する壁部４５ｂとを含んでいる。接続部４３、大径部４４および段差部４５の内側の空間は、後述する反転板３０が反転することを許容し、反転板３０とともに空間Ａ２を形成する。

反転板３０は、天面部３１（反転部）、傾斜部３２、および周縁部３３を含み、アルミニウム合金などから形成される。天面部３１は、円形状の形状を有する。傾斜部３２は、天面部３１の周囲を取り囲む環状の形状を有する。反転板３０の周縁部３３は、傾斜部３２よりも外側に形成され、環状の形状を有する。周縁部３３の外周面には、周端部３３ｔが形成されている。

本実施の形態では、リベット４０の段差部４５と反転板３０の周縁部３３との間には、断面がコの字形状のガス透過性部材５０が配設されている。ガス透過性部材５０が反転板３０の周縁部３３に装着された状態で、段差部４５の床面４５ａの載置され、段差部４５の折り返し部４６が内側に折り返されることで、反転板３０がリベット４０にかしめ固定される。また、反転板３０とリベット４０とは電気的に導通している必要がある。

そこで、図５に示すように、部分的に内側折り返し部４７をさらに設け、この内側折り返し部４７が反転板３０に接触している。本実施の形態では、円周状ピッチで８か所の内側折り返し部４７が設けられている。内側折り返し部４７の個数は、電流遮断装置９０の仕様に応じて適宜変更が可能である。このように、段差部４５に折り返し部４６および内側折り返し部４７を設けることで、容易に反転板３０を電気的に導通可能な状態で、リベット４０の段差部４５に固定することが可能となる。

図６を参照して、ガス透過性部材５０のガス透過経路としての機能について説明する。図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。ガス透過性部材５０は、断面がコの字形状を有する環状形状である。ガス透過性部材５０には、電解液蒸気、電極体１３（電池要素）から発生するガスを透過させることが可能な性能を有するガス透過性の高いゴム材料、樹脂材料が、ガスの成分に応じて選択される。具体的には、ブチル系ゴム（エチレン・プロピレン・ジエンゴム：ＥＰＤＭ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などが用いられる。

電流遮断装置９０においては、通常の使用時においても、電池要素等からガスが発生する場合がある。従来、反転板３０の周縁部３３とリベット４０の段差部４５とは気密的に接合されてることから、内部空間Ａ１で発生したガスの逃げ場はなかった。しかし、本実施の形態の電流遮断装置９０においては、通常の運転時に、電池要素等からガスが発生した場合でも、ガスを、ガス透過経路としてのガス透過性部材５０において、外装体１０（図１および図２参照）の内部空間Ａ１から、反転板３０とリベット４０との間に規定される空間Ａ２に向けて時間を掛けて徐々に通過させることを可能としている（図６中の矢印Ｓ）。

これにより、内部空間Ａ１と空間Ａ２との差圧を小さくすることができる。その結果、内部空間Ａ１の内圧の増加にともなう反転板３０の反転が回避され、通常使用時の電池要素からのガスの発生に起因する反転板３０の変形を抑制することが可能となる。また、ガス透過性部材５０は徐々にガスを通過させることから、内部空間Ａ１の内圧が急激に所定以上の圧力に上昇した場合には、反転板３０は反転して、電極体１３（電池要素）と外部端子２０との間の導通を遮断する。

このように、本実施の形態における電流遮断装置９０によれば、ガス透過性部材５０を用いたガス透過経路を備えることにより、内部空間Ａ１と空間Ａ２との差圧を小さくすることができ、その結果、通常使用時の電極体１３（電池要素）からのガスの発生に起因する反転板３０の変形を抑制することを可能とする。

（実施の形態２：作動検知機構）
図７および図８に、実施の形態２として、電流遮断装置９０に設けられる作動検知機構について説明する。基本的構成は、上述の電流遮断装置９０と同じある。リベット４０は、空間Ａ２に通じる中空部Ｃ１を有していることから、中空部Ｃ１のかしめ部４１側に位置する開口部に、この開口部を覆う弁体６０を設ける。この弁体６０が作動検知機構を構成する。この弁体６０は、かしめ部４１と一体成型されていてもよいが、金属製の別部材を溶接等を用いてかしめ部４１に固定してもよい。また、同等の機能を発揮できる場合には、金属材料に限定される必要はなく、他の材料を用いてもよい。

図７に示すように、弁体６０は、通常状態では平坦な状態であり、外部から観察した場合も、平坦な状態が確認される。図８に示すように、電流遮断装置９０が作動し反転板３０が反転した場合には、空間Ａ２の内圧が上昇する。その結果、弁体６０が外方に向かって膨出した状態に変形する。この弁体６０の変形状態は、外部から容易に観察することができるため、管理者は電流遮断装置９０が作動したことを容易に確認することができる。弁体６０の膜厚さ等は、反転板３０が反転した際の空間Ａ２の内圧上昇（体積変化）で作動する（変形する）ように設定される。

（実施の形態３：ネッキング部４９）
実施の形態３として、図９に、リベット４０の大径部４４に設けられるネッキング部４９について説明する。図９は、電流遮断装置９０の部分拡大断面図である。基本的構成は、上述の電流遮断装置９０と同じある。リベット４０の大径部４４には、他の領域に比べて容易に変形可能なネッキング部４９が設けられている。

反転板３０の周縁部３３にガス透過性部材５０が装着された状態で、リベット４０の段差部４５の床面４５ａに、反転板３０を載置する場合には、リベット４０の段差部４５を半径方向の外方に向けて変形させる必要がある。本実施の形態に示すようにリベット４０の大径部４４にネッキング部４９を設けることで、ネッキング部４９を起点として段差部４５を半径方向の外方に向けて容易に変形させることができる。その結果、反転板３０の周縁部３３にガス透過性部材５０が装着された状態で、リベット４０の段差部４５の床面４５ａに、反転板３０を容易に載置することが可能となる。

（実施の形態４：電流遮断装置９０Ａ）
図１０を参照して、実施の形態４における電流遮断装置９０Ａについて説明する。図１０は、実施の形態４における電流遮断装置９０Ａの構成を示す断面図である。電流遮断装置９０Ａの基本的構成は、図３に示す電流遮断装置９０と同一である。相違点は、反転板３０の周縁部３３とリベット４０の段差部４５とが溶接により気密的に接合されてる点、および、ガス透過経路としてのガス透過性部材５０に代わり、反転板３０の傾斜部３２にガス透過経路として機能するガス透過性部材７０が設けられている点にある。ガス透過性部材７０の材質等は、ガス透過性部材５０と同じである。ガス透過性部材７０の反転板３０への固定は、接着、圧入、一体成型等により実現することができる。ガス透過性部材７０を設ける位置、数量は適宜選択される。

以上、本実施の形態における電流遮断装置９０Ａにおいても、実施の形態１における電流遮断装置９０と同様の作用効果を得ることができる。

（実施の形態５：電流遮断装置９０Ｂ）
図１１を参照して、実施の形態５における電流遮断装置９０Ｂについて説明する。図１１は、実施の形態５における電流遮断装置９０Ｂの構成を示す断面図である。電流遮断装置９０Ｂの基本的構成は、図３に示す電流遮断装置９０と同一である。相違点は、反転板３０の周縁部３３とリベット４０の段差部４５とが溶接により気密的に接合されてる点、および、ガス透過経路としてのガス透過性部材５０に代わり、リベット４０の接続部４３にガス透過経路として機能するガス透過性部材８０が設けられている点にある。またガス透過性部材８０は、ガスケット１７とガスケット１８の継ぎ目に形成される隙間に対向するように配置されている。

ガス透過性部材８０の材質等は、ガス透過性部材５０と同じである。ガス透過性部材８０の接続部４３への固定は、接着、圧入、一体成型等により実現することができる。

以上、本実施の形態における電流遮断装置９０Ａにおいても、実施の形態１における電流遮断装置９０と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、今回開示された内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は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。

１０ 外装体、１１ 収容部、１２ 封口板、１２Ｈ 貫通孔、１３ 電極体（電池要素）、１４ 正極芯体露出部、１５ 負極芯体露出部、１６，１７，１８，５０，７０，８０ ガス透過性部材、１９ 導電板、２０，２４ 外部端子、２１，２５ 集電端子、２２ 厚肉部、２３ 薄肉部、２３Ｈ 貫通孔、３０ 反転板（ダイヤフラム）、３１ 天面部（反転部）、３２ 傾斜部、３３ 周縁部、３３ｔ 周端部、４０ リベット、４１ かしめ部、４２ 小径部、４３ 接続部、４４ 大径部、４５ 段差部、４５ａ 床面、４５ｂ 壁部、４６ 折り返し部、４７ 内側折り返し部、６０ 弁体、４９ ネッキング部、９０，９０Ａ，９０Ｂ 電流遮断装置、１００ 二次電池。

Claims (4)

1. 電池要素を収容する外装体の内部空間の内圧が所定以上の圧力に上昇した場合に、前記電池要素と前記外装体の外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断装置であって、
   前記内部空間の内圧が所定以上の圧力に上昇した場合に反転することにより、前記電池要素と前記外部端子との間の導通を遮断する反転板と、
   前記外部端子に電気的に接続され、前記反転板の周縁部が載置される段差部を含み、前記反転板との間に所定の空間を形成するリベットと、
   前記内部空間と前記空間とを連通するガス透過経路と、
   を備える、電流遮断装置。
2. 前記反転板の前記周縁部と前記リベットとの間にガス透過性部材が設けられ、
   前記ガス透過性部材の縁部および前記反転板の前記周縁部は、前記段差部においてかしめ固定され、
   前記段差部は、前記反転板の前記周縁部に電気的に接する領域を含む、請求項１に記載の電流遮断装置。
3. 前記ガス透過経路は、前記リベットに設けられている、請求項１に記載の電流遮断装置。
4. 前記ガス透過経路は、前記反転板に設けられている、請求項１に記載の電流遮断装置。

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