JP2017139159A - 二次電池および組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】第一極の外部端子と第二極の外部端子との短絡を形成する部位の溶断を抑制できる二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池は、電池要素と正極用の外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断装置と、負極用の外部端子に電気的に接続されたバイパス部材９０とを備えている。電流遮断装置は、外装体内において電池要素に電気的に接続された集電部材５１と、集電部材５１に電気的に接続された反転板４１とを有している。反転板４１は、外装体の内圧が上昇した場合に集電部材５１から分離して電池要素と正極用の外部端子との間の導通を遮断し、更に変形してバイパス部材９０と正極用の外部端子とを電気的に接続する。
【選択図】図３

Description

本発明は、二次電池および組電池に関し、特に、電流遮断装置を備えている二次電池と、その二次電池を複数接続した組電池とに関する。

従来の二次電池に関し、特開２０１１−２５８５５０号公報（特許文献１）には、ケースの内部圧力の上昇によって短絡部材を変形させることで正極端子と負極端子とを短絡させ、過電流によってヒューズ部を溶融して正極端子と電極体との電気的な接続を遮断する構成が開示されている。

特開２０１１−２５８５５０号公報

特許文献１に記載の構成では、短絡部材は、圧力により容易に反転するように薄く形成されている。そのため、短絡時に瞬間的に流れる大電流によって、ヒューズ部よりも先に短絡部材が溶断する虞がある。

短絡部材が溶断するがヒューズ部が作動しない場合、端子と電極体との接続が維持されるため、ケースの内部圧力の上昇が継続する。その結果、二次電池が損傷してしまう可能性がある。

他方、短絡部材が溶断しかつヒューズ部が作動した場合、端子と電極体との接続が遮断されるとともに正極端子と負極端子との短絡が形成されないため、異常を発生した二次電池において電池間の導通が遮断される。その結果、正常な二次電池から電力を取り出すことができなくなり、組電池全体としての充放電が不可能になる。

本発明の主たる目的は、第一極の外部端子と第二極の外部端子との短絡を形成する部位の溶断を抑制できる、二次電池を提供することである。

本発明に従った二次電池は、電池要素と、電池要素を収容する外装体と、外装体の外部に設けられた第一極の外部端子および第二極の外部端子と、外装体の内圧が上昇した場合に、電池要素と第一極の外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断装置と、を備えている。電流遮断装置は、外装体内において電池要素に電気的に接続された集電部材と、集電部材に電気的に接続された反転板とを有している。二次電池はさらに、第二極の外部端子に電気的に接続されたバイパス部材を備えている。反転板は、外装体の内圧が上昇した場合に集電部材から分離して電池要素と第一極の外部端子との間の導通を遮断し、更に変形してバイパス部材と第一極の外部端子とを電気的に接続する。

このように構成された二次電池によれば、電池要素と外部端子とを接続する経路を先に遮断した状態で、第一極の外部端子と第二極の外部端子との外部端子を短絡させるバイパス経路が形成されるので、バイパス経路に過大な大電流が印加されることはない。そのため、第一極の外部端子と第二極の外部端子との短絡を形成する部位の溶断を抑制することができる。

上記の二次電池において、バイパス部材は、外装体の外部に配置されている。このようにすれば、第一極の外部端子と第二極の外部端子との外部端子を短絡させるバイパス経路を、外装体の外部において容易に形成することができる。

上記の二次電池において、外装体と、第一極の外部端子および第二極の外部端子とは、電気的に絶縁されている。このようにすれば、外装体を絶縁するための部材が必要なく、より簡単な構成の二次電池を実現することができる。

上記の二次電池において、外装体は、第一極の外部端子および第二極の外部端子とは異なる電位を有している。このようにすれば、第一極の外部端子と第二極の外部端子との意図しない短絡の発生を抑制することができる。

上記の二次電池において、電流遮断装置は、外装体に固定され、第一極の外部端子に電気的に接続され、反転板の周縁部を支持するリベット部材を有している。リベット部材は、中空に形成されている。二次電池は、リベット部材を貫通して外装体の内部から外部にまで延び、バイパス部材に連結された端部を有する、貫通部材をさらに備えている。このようにすれば、反転板が貫通部材に接触することにより、正負極の外部端子を短絡させるバイパス経路を確実に形成することができる。

上記の二次電池において、電流遮断装置は、外装体に固定され、第一極の外部端子に電気的に接続され、反転板の周縁部を支持するリベット部材を有している。リベット部材は、中空に形成されている。二次電池は、リベット部材を貫通して外装体の内部から外部にまで延び、反転板に連結された端部を有する、貫通部材をさらに備えている。このようにすれば、反転板の変形に伴って貫通部材がバイパス部材に接触することにより、正負極の外部端子を短絡させるバイパス経路を確実に形成することができる。

本発明に従った組電池は、上記のいずれかの局面の二次電池を、複数直列に接続している。このように構成された組電池によれば、１つの二次電池の外装体の内圧が上昇した場合に、正負極の外部端子を短絡させるバイパス経路が形成されるので、正常な二次電池から電力を取り出すことができ、組電池全体としての充放電が可能になる。

本発明によると、第一極の外部端子と第二極の外部端子との短絡を形成する部位の溶断を抑制することができる。

実施の形態１における組電池を示す平面図である。 図１に示す組電池を構成する１つの二次電池を示す斜視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う二次電池の部分断面図である。 通常状態における二次電池内の電流の流れを示す断面模式図である。 通常状態における二次電池が形成する電気回路を示す図である。 反転板の破断直後の状態における二次電池の部分断面図である。 反転板の破断直後の状態における二次電池が形成する電気回路を示す図である。 反転板が反転した後の状態における二次電池内の電流の流れを示す断面模式図である。 反転板が反転した後の状態における二次電池が形成する電気回路を示す図である。 実施の形態２における二次電池を示す斜視図である。 図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿う二次電池の部分断面図である。 実施の形態２の二次電池の、反転板が反転した後の状態を示す部分断面図である。 実施の形態３における二次電池を示す斜視図である。 図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う二次電池の部分断面図である。 実施の形態３の二次電池の、反転板が反転した後の状態を示す部分断面図である。

実施の形態について、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。また、図面においては、実際の寸法の比率に従って図示しておらず、構造の理解を容易にするために、構造が明確となるように比率を変化させて図示している。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における組電池１を示す平面図である。本実施の形態に係る組電池１は、ハイブリッド自動車に搭載されている。組電池１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とともに、ハイブリッド自動車の動力源とされている。

図１に示すように、組電池１は、複数の充放電可能な二次電池１００が直列に接続されて構成されている。図１に示す組電池１では、同形状の７つの二次電池１００が直列に接続されて、組電池１を構成している。なお、組電池１を構成する二次電池１００の数は特に限定されない。組電池１の周囲には、複数の二次電池１００をまとめて拘束する図示しない拘束部材が設けられている。

各々の二次電池１００は、互いに距離を隔てて配列されている。各々の二次電池１００の最も面積の大きい側面同士が互いに対向するように、複数の二次電池１００が配列されている。隣り合う２つの二次電池１００間の隙間には、図示しない冷却板または緩衝板などが配置されている。

二次電池１００は、負極用の外部端子１４と、正極用の外部端子１５とを有している。複数の二次電池１００は、各々の負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とが交互に配置されるように、一つずつ反転させて配置されている。隣り合う２つの二次電池１００のうちの一方の負極用の外部端子１４と、他方の正極用の外部端子１５とが近接するように、複数の二次電池１００が配置されている。

組電池１は、隣り合う二次電池１００を互いに接続する端子間接続具２を備えている。端子間接続具２は、隣り合う２つの二次電池１００のうちの一方の負極用の外部端子１４と、他方の正極用の外部端子１５とを、電気的に接続している。これにより複数の二次電池１００が直列に接続されて、所望の電圧を有する組電池１が構築されている。

図２は、図１に示す組電池１を構成する１つの二次電池１００を示す斜視図である。二次電池１００は、電池要素Ｂと、外装体１０と、負極用の外部端子１４と、正極用の外部端子１５と、導電板１６，１７とを有している。電池要素Ｂは、正負の電極板がセパレータを介して積層されて構成されている。外装体１０は、内部に電池要素（電極体）Ｂを収容している。外装体１０は、収容部１１と封口体１２とを有している。収容部１１は、一方向に開口された略直方体のケース形状を有しており、二次電池１００の外装体を構成している。収容部１１の内部には、電解液とともに、電池要素Ｂが収容されている。

封口体１２は、略矩形の平面視を有する平板形状を有しており、収容部１１に設けられた開口に配置されている。封口体１２は、収容部１１の開口を塞ぐように設けられている。収容部１１と封口体１２とは、電池要素Ｂを収容する密閉空間を形成している。収容部１１および封口体１２は、アルミニウムなどの金属材料により形成されている。

負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、二次電池１００の外部端子として、外装体１０の外部に設けられている。負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、封口体１２に取り付けられている。

二次電池１００は、外装体１０の内部の圧力が上昇した場合に、電池要素Ｂと外部端子との間の電流の流れを遮断する装置（以下、電流遮断装置という）を備えている。電流遮断装置は、負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５との少なくともいずれか一方に設けられている。本実施の形態では、代表的に、電流遮断装置が正極用の外部端子１５に設けられた場合について説明する。本実施の形態において、正極用の外部端子１５が第一極の外部端子に相当し、負極用の外部端子１４が第二極の外部端子に相当する。

負極用の外部端子１４は、導電板１６を貫通して設けられている。導電板１６は、負極用の外部端子１４に電気的に接続されている。導電板１６にはまた、リベット部材１８が設けられている。リベット部材１８は、導電板１６と封口体１２とを貫通して設けられており、外装体１０の内部から外部にまで延びている。

正極用の外部端子１５は、導電板１７を貫通して設けられている。導電板１７は、正極用の外部端子１５に電気的に接続されている。導電板１７にはまた、リベット部材１９が設けられている。リベット部材１９は、導電板１７と封口体１２とを貫通して設けられており、外装体１０の内部から外部にまで延びている。

二次電池１００は、バイパス部材９０をさらに備えている。バイパス部材９０は、導電性材料から形成されている。バイパス部材９０の一方の端部は、導電板１６に固定されている。バイパス部材９０は、導電板１６に電気的に接続されている。バイパス部材９０は、導電板１６を介して、負極用の外部端子１４に電気的に接続されている。バイパス部材９０の他方の端部は、リベット部材１９の上方に配置されている。バイパス部材９０は、リベット部材１９から離れて配置されている。バイパス部材９０は、導電板１７に対し非接触に設けられている。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う二次電池１００の断面図である。図３を参照して、電流遮断装置の構成について説明する。図３に示すように、封口体１２およびリベット部材１９の近傍には、インシュレータ２３と、ガスケット２７と、反転板４１と、集電部材５１と、ホルダ部材６１とが設けられている。

インシュレータ２３は、外装体１０の外部に設けられている。インシュレータ２３は、封口体１２上に載置されている。インシュレータ２３は、封口体１２と導電板１７との間に介挿されている。インシュレータ２３はまた、封口体１２と正極用の外部端子１５との間に介挿されている。インシュレータ２３は、絶縁性材料から形成されており、封口体１２と、正極用の外部端子１５および導電板１７と、を電気的に絶縁している。

リベット部材１９は、導電性材料から形成されている。リベット部材１９は、銅やアルミニウムなどの金属材料により形成されている。リベット部材１９は、封口体１２に形成された貫通孔に挿通されている。リベット部材１９は、外装体１０の外部で導電板１７に接続されており、外装体１０の内部で反転板４１に接続されている。リベット部材１９は、導電板１７と反転板４１とを電気的に接続している。

リベット部材１９は、その構成部位として、外鍔部３２、軸部３３、内鍔部３４、および周縁部３５を有している。

軸部３３は、中空円筒状の形状を有している。軸部３３は、封口体１２の貫通孔に挿通されており、封口体１２を貫通して延びている。軸部３３は、外装体１０の外部において、さらにインシュレータ２３および導電板１７を貫通して延びるように設けられている。

外鍔部３２は、外装体１０の外部に向けて筒状に延びる軸部３３の端部に設けられている。外鍔部３２は、外装体１０の外部において、軸部３３の端部に接続されている。外鍔部３２は、円筒状の軸部３３から径方向外側に延出する鍔形状を有している。外鍔部３２は、導電板１７と接触している。外鍔部３２は、導電板１７に電気的に接続している。インシュレータ２３および導電板１７は、外鍔部３２と封口体１２との間に挟持されている。

内鍔部３４は、外装体１０の内部に向けて筒状に延びる軸部３３の端部に設けられている。内鍔部３４は、外装体１０の内部において、軸部３３の端部に接続されている。内鍔部３４は、平板形状を有している。内鍔部３４は、軸部３３の中心線を中心とする円盤形状を有している。内鍔部３４は、軸部３３の延びる方向における一方（図３における上方）において封口体１２と距離を設けて対向しており、軸部３３の延びる方向における他方（図３における下方）において集電部材５１と距離を設けて対向している。

周縁部３５は、内鍔部３４の外周縁に設けられている。周縁部３５は、内鍔部３４の外周縁から集電部材５１に近接する方向に折れ曲がって設けられている。周縁部３５には、反転板４１の後述する第２接続部４３が溶接により接続されている。

ガスケット２７は、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）またはＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などの、弾性の樹脂材料またはゴム材料により形成されている。ガスケット２７は、リベット部材１９に接触して設けられている。ガスケット２７は、封口体１２とリベット部材１９との間に介挿されている。ガスケット２７は、封口体１２とリベット部材１９との間、および封口体１２とホルダ部材６１との間のシール材として設けられている。ガスケット２７が封口体１２とリベット部材１９との隙間に介挿されており、またガスケット２７が封口体１２とホルダ部材６１との隙間に介挿されていることにより、外装体１０の内部が気密に封止されている。

ガスケット２７は、その構成部位として、筒部２８および鍔部２９を有している。筒部２８は、中空円筒状の形状を有している。筒部２８は、封口体１２の貫通孔に挿通されている。筒部２８は、その外周面が封口体１２の貫通孔の内周面に接触し、かつ、その内周面がリベット部材１９の軸部３３の外周面に接触して、設けられている。

鍔部２９は、円筒状の筒部２８の端部から径方向外側に延出する鍔形状を有している。鍔部２９は、リベット部材１９の軸部３３の延びる方向において、封口体１２とリベット部材１９との間、および封口体１２とホルダ部材６１との間に挟持されている。鍔部２９は、軸部３３の延びる方向において、封口体１２とリベット部材１９との間で圧縮変形され、かつ、封口体１２とホルダ部材６１との間で圧縮変形された状態で、固定されている。

反転板４１は、導電性材料により形成されている。反転板４１は、リベット部材１９の内鍔部３４と、集電部材５１との間に配置されている。反転板４１は、溶接によりリベット部材１９および集電部材５１に固定されている。反転板４１は、リベット部材１９と集電部材５１とを電気的に接続している。反転板４１は、円形の平面視を有する薄板形状を有している。反転板４１は、内鍔部３４に面する側で凹となり、集電部材５１に面する側で凸となるように、反った形状を有している。

反転板４１は、その構成部位として、第１接続部４２および第２接続部４３を有している。第１接続部４２は、平面視において円形の反転板４１の中央に設けられている。第２接続部４３は、平面視において円形の反転板４１の周縁に設けられている。第１接続部４２は、集電部材５１に面する側で凸となる反転板４１の先端に設けられている。第２接続部４３は、反転板４１の周縁に沿って環状に延びている。

第１接続部４２は、集電部材５１に接続されている。第１接続部４２は、溶接により、集電部材５１の薄肉部分５２に固定されている。第２接続部４３は、リベット部材１９に接続されている。第２接続部４３は、溶接により、リベット部材１９の周縁部３５に固定されている。

ホルダ部材６１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの、剛性の高い絶縁性樹脂を用いて成形されている。ホルダ部材６１は、外装体１０の内部に設けられている。ホルダ部材６１は、外装体１０の内部で集電部材５１を保持するための部材として設けられている。ホルダ部材６１は、リベット部材１９および反転板４１を取り囲む形状を有している。ホルダ部材６１は、封口体１２とリベット部材１９の内鍔部３４との間に挟持された状態で固定されている。

集電部材５１は、外装体１０の内部で、電池要素Ｂと電流遮断装置との接点をなしている。集電部材５１は、外装体１０の内部でホルダ部材６１により保持されている。集電部材５１は、リベット部材１９の内鍔部３４と距離を設けて対向している。

集電部材５１は、薄肉部分５２を有している。薄肉部分５２は、集電部材５１に形成された溝によって、他の部位よりも肉薄の形状を有している。集電部材５１は、薄肉部分５２において、反転板４１と接続されている。集電部材５１に対し、封口体１２から離れる方向に、後述する集電端子５３が設けられている。集電端子５３は、集電部材５１から延出し、図１に示す電池要素Ｂの電極板に接続されている。集電部材５１は、集電端子５３を介して、電池要素Ｂに電気的に接続されている。

電流遮断装置の組み立て工程（かしめ工程）について説明する。図３に示すリベット部材１９の内鍔部３４上に、ホルダ部材６１、ガスケット２７、封口体１２、インシュレータ２３および導電板１７を、この順に積み重ねる。この状態で、内鍔部３４上に積層されたホルダ部材６１、ガスケット２７、封口体１２、インシュレータ２３および導電板１７の積層体を、軸部３３が貫通している。

なお、リベット部材１９の外鍔部３２は、かしめ加工されることにより図３に示すような配置とされるが、かしめ加工以前には、外鍔部３２に相当する部材は、軸部３３と同径の円筒状の形状を有しており、軸部３３と同心に配置されている。そのため、電流遮断装置の組み立て以前において、外鍔部３２と軸部３３とは、一体の筒状の部材として設けられている。

ホルダ部材６１、ガスケット２７、封口体１２、インシュレータ２３および導電板１７の積層体に対し、導電板１７側から、積層体の積層方向の荷重を加える。ガスケット２７に対し、リベット部材１９の軸部３３の延びる方向の圧縮力を作用させることにより、鍔部２９の上面が封口体１２に接触し、鍔部２９の下面がリベット部材１９およびホルダ部材６１に接触する状態が得られる。この状態で、専用パンチを用いて上記の筒状の部材の端部を外径方向に拡口させて外鍔部３２を形成することによって、上記の積層体をリベット部材１９の内鍔部３４と外鍔部３２との間で挟持し、一体にかしめ固定する。このようにして、部品すべてが固定されて、電流遮断装置が組み立てられる。

中空に形成されたリベット部材１９の軸部３３を貫通して、導電部材９１と、絶縁部材７０とが配置されている。導電部材９１は、導電性材料で形成されている。絶縁部材７０は、絶縁性材料で形成されている。

導電部材９１は、その構成部位として、頭部９２と、胴部９３とを有している。胴部９３は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔に挿通されている。胴部９３は、リベット部材１９の軸部３３を貫通して、外装体１０の内部から外部にまで延びている。胴部９３の一方の端部に、頭部９２が取り付けられている。胴部９３の他方の端部には、先端９４が設けられている。

頭部９２は、図３において外装体１０の外部に存在している胴部９３の端部に固定されている。図３において外装体１０の内部に存在している胴部９３の端部が、先端９４を構成している。先端９４は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔から突出している。先端９４は、反転板４１の第１接続部４２に対向している。図３に示す先端９４は、反転板４１の第１接続部４２から離れて配置されている。

絶縁部材７０は、その構成部位として、頭部７１と、胴部７２とを有している。胴部７２は、中空円筒状の形状を有している。胴部７２は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔に挿通されている。胴部７２は、外装体１０の内部から外部にまで延びている。胴部７２の一方の端部に、頭部７１が取り付けられている。頭部７１は、図３において外装体１０の外部に存在している胴部７２の端部に固定されている。

絶縁部材７０の頭部７１は、導電部材９１の頭部９２とリベット部材１９の外鍔部３２との間に介在している。導電部材９１の頭部９２は、リベット部材１９の外鍔部３２から距離を隔てて配置されている。絶縁部材７０の胴部７２は、導電部材９１の胴部９３とリベット部材１９の軸部３３との間に介在している。胴部７２の内周面が胴部９３の外周面に接触し、胴部７２の外周面が軸部３３の貫通孔の内周面に接触している。導電部材９１の胴部９３は、リベット部材１９の軸部３３から距離を隔てて配置されている。

導電部材９１とリベット部材１９との間に絶縁部材７０が設けられており、導電部材９１はリベット部材１９に接触していない。導電部材９１は、リベット部材１９に対し、電気的に接続されていない。導電部材９１は、リベット部材１９に対し、電気的に絶縁されている。図３に示すバイパス部材９０は、導電板１７および正極用の外部端子１５とは電気的に接続されていない。

導電部材９１の頭部９２は、バイパス部材９０に接触している。導電部材９１は、バイパス部材９０に電気的に接続されている。導電部材９１は、バイパス部材９０を介して、負極用の外部端子１４に電気的に接続されている。

図４は、通常状態における二次電池１００内の電流の流れを示す断面模式図である。図４には、図２に示す負極用の外部端子１４およびリベット部材１８を含む二次電池１００の断面と、正極用の外部端子１５および上述した電流遮断装置を含む二次電池１００の断面とが、拡大して示されている。

図４に示すように、負極用の外部端子１４と導電板１６とは、外装体１０の外部に配置されている。負極用の外部端子１４および導電板１６と、封口体１２と、の間に、インシュレータ２３が介在している。これにより、外装体１０は、負極用の外部端子１４および導電板１６とは、電気的に絶縁されている。

正極用の外部端子１５と導電板１７とは、外装体１０の外部に配置されている。正極用の外部端子１５および導電板１７と、封口体１２と、の間に、インシュレータ２３が介在している。これにより、外装体１０は、正極用の外部端子１５および導電板１７とは、電気的に絶縁されている。

リベット部材１８は、導電性材料から形成されている。リベット部材１８は、銅やアルミニウムなどの金属材料により形成されている。リベット部材１８は、封口体１２に形成された貫通孔に挿通されている。リベット部材１８は、外装体１０の外部で導電板１６に接続されており、外装体１０の内部で集電端子５４に接続されている。リベット部材１８は、導電板１６と集電端子５４とを電気的に接続している。

図４中に示す破線矢印は、電流の流れを示している。電池遮断装置が作動する前の通常状態において、電流は、負極用の外部端子１４から、導電板１６、リベット部材１８、集電端子５４、および電池要素Ｂの順に流れる。また電流は、電池要素Ｂから、集電端子５３、集電部材５１、反転板４１、リベット部材１９、導電板１７、および正極用の外部端子１５の順に流れる。これにより、二次電池１００から外部へ電力が供給される。二次電池１００の充電時には、これと逆方向に電流が流れる。

図５は、通常状態における二次電池１００が形成する電気回路を示す図である。図５に示すように、通常状態においては、負極用の外部端子１４と、電池要素Ｂと、正極用の外部端子１５とを接続する電気回路が形成されている。

図６は、反転板４１の破断直後の状態における二次電池１００の部分断面図である。外装体１０の内部の圧力が急激に上昇すると、外装体１０内の気体によって集電部材５１の薄肉部分５２が押圧される。図６に示すように、集電部材５１と反転板４１との間の溶接部または集電部材５１の薄肉部分５２が破断して、反転板４１と集電部材５１との接続が解除される。このような電流遮断装置の動作により、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の電流の流れが遮断される。

破断直後、反転板４１は、集電部材５１から分離するとともに、導電部材９１にも接触していない状態になる。反転板４１は、集電部材５１と導電部材９１との両方に対して、電気的に接続していない状態になる。

図７は、反転板４１の破断直後の状態における二次電池１００が形成する電気回路を示す図である。図５と図７とを比較して、破断直後の状態においては、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の導通が遮断される。これにより、電池要素Ｂへの回路が遮断される。一方、図７に示すように、破断直後の状態においては、負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とを短絡するバイパス経路も遮断されている。

図８は、反転板４１が反転した後の状態における二次電池１００内の電流の流れを示す断面模式図である。集電部材５１から分離した反転板４１は、集電部材５１から離れる方向に変形する。より具体的には、反転板４１は、内鍔部３４に面する側で凸となり、集電部材５１に面する側で凹となるように、反転する。

反転板４１が反転すると、反転板４１の第１接続部４２が、導電部材９１の先端９４に接触する。反転板４１と導電部材９１とが、電気的に接続される。これにより、負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、導電板１６、バイパス部材９０、導電部材９１、反転板４１、リベット部材１９、および導電板１７を介して、電気的に接続される。

図８中に示す破線矢印は、電流の流れを示している。反転板４１が反転した後の状態において、電流は、負極用の外部端子１４から、導電板１６、バイパス部材９０、導電部材９１、反転板４１、リベット部材１９、および導電板１７を経由して、正極用の外部端子１５へ流れる。

図９は、反転板４１が反転した後の状態における二次電池１００が形成する電気回路を示す図である。図９に示すように、負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、電池要素Ｂをバイパスする経路によって、電気的に接続される。電池要素Ｂへの電流の流れが遮断された状態で、一対の外部端子同士を電気的に接続するバイパス経路が形成されている。

（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２における二次電池１００を示す斜視図である。図１１は、図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿う二次電池１００の部分断面図である。実施の形態２の二次電池１００では、中空に形成されたリベット部材１９の軸部３３を貫通して、絶縁部材１９１が配置されている。絶縁部材１９１は、絶縁性材料で形成されている。

絶縁部材１９１は、その構成部位として、頭部１９２と、胴部１９３とを有している。胴部１９３は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔に挿通されている。胴部１９３は、リベット部材１９の軸部３３を貫通して、外装体１０の内部から外部にまで延びている。胴部１９３の一方の端部に、頭部１９２が取り付けられている。胴部１９３の他方の端部には、先端１９４が設けられている。

頭部１９２は、外装体１０の外部に存在している胴部１９３の端部に固定されている。外装体１０の内部に存在している胴部１９３の端部が、先端１９４を構成している。先端１９４は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔から突出している。先端１９４は、反転板４１の第１接続部４２に接触している。先端１９４は、反転板４１に固定されていてもよい。

絶縁部材１９１は、軸部３３に形成された貫通孔の延びる方向に往復移動可能に設けられている。絶縁部材１９１は、胴部１９３の延在方向に沿って、リベット部材１９に対して両方向に摺動可能に設けられている。

実施の形態２の二次電池１００は、バイパス部材１９０をさらに備えている。バイパス部材１９０は、導電性材料から形成されている。バイパス部材１９０の一方の端部は、導電板１７に固定されている。バイパス部材１９０は、導電板１７に電気的に接続されている。バイパス部材１９０は、導電板１７を介して、正極用の外部端子１５に電気的に接続されている。バイパス部材１９０の他方の端部は、絶縁部材１９１の頭部１９２に固定されている。

絶縁部材１９１の頭部１９２は、リベット部材１９の外鍔部３２に接触している。バイパス部材１９０と、リベット部材１９の外鍔部３２との間に、頭部１９２が介在している。バイパス部材１９０は、リベット部材１９に対し非接触に設けられている。バイパス部材１９０は、リベット部材１９とは電気的に接続されていない。

バイパス部材９０は、絶縁部材１９１の頭部１９２に固定されたバイパス部材１９０の端部の上方に配置されている。バイパス部材９０は、リベット部材１９、絶縁部材１９１およびバイパス部材１９０から離れて配置されている。バイパス部材９０は、リベット部材１９、絶縁部材１９１およびバイパス部材１９０に対し非接触に設けられている。図１０，１１に示すバイパス部材９０は、導電板１７および正極用の外部端子１５とは電気的に接続されていない。

図１２は、実施の形態２の二次電池１００の、反転板４１が反転した後の状態を示す部分断面図である。実施の形態１と同様に、外装体１０の内部の圧力が急激に上昇すると、反転板４１は、集電部材５１から分離して反転する。反転板４１の作動により、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の電流の流れが遮断される。

絶縁部材１９１の胴部１９３の先端１９４が、リベット部材１９の内鍔部３４に面する側の反転板４１の表面に、当接している。絶縁部材１９１は、反転板４１の反転に伴って、集電部材５１から離れる方向に移動する。絶縁部材１９１の頭部１９２は、リベット部材１９の外鍔部３２から離れる方向に移動する。絶縁部材１９１に固定されているバイパス部材１９０は、絶縁部材１９１の移動に伴って、リベット部材１９の外鍔部３２から離れバイパス部材９０に近づく方向に移動する。

そして、図１２に示すように、バイパス部材９０とバイパス部材１９０とが接触している状態になる。この状態で、バイパス部材９０とバイパス部材１９０とは、電気的に接続されている。バイパス部材９０は、負極用の外部端子１４に電気的に接続されている。バイパス部材１９０は、正極用の外部端子１５に電気的に接続されている。負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、導電板１６、バイパス部材９０、バイパス部材１９０、および導電板１７を介して、電気的に接続されている。

このようにして、図９を参照して説明したバイパス経路が形成される。反転板４１が反転した後の状態において、電流は、負極用の外部端子１４から、導電板１６、バイパス部材９０、バイパス部材１９０、および導電板１７を経由して、正極用の外部端子１５へ流れる。

（実施の形態３）
図１３は、実施の形態３における二次電池１００を示す斜視図である。図１４は、図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う二次電池１００の部分断面図である。実施の形態３の二次電池１００では、中空に形成されたリベット部材１９の軸部３３を貫通して、導電部材２９１が配置されている。導電部材２９１は、導電性材料で形成されている。

導電部材２９１は、その構成部位として、頭部２９２と、胴部２９３とを有している。胴部２９３は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔に挿通されている。胴部２９３は、リベット部材１９の軸部３３を貫通して、外装体１０の内部から外部にまで延びている。胴部２９３の一方の端部に、頭部２９２が取り付けられている。胴部２９３の他方の端部には、先端２９４が設けられている。

頭部２９２は、外装体１０の外部に存在している胴部２９３の端部に固定されている。外装体１０の内部に存在している胴部２９３の端部が、先端２９４を構成している。先端２９４は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔から突出している。先端２９４は、反転板４１の第１接続部４２に接触している。先端２９４は、反転板４１に固定されていてもよい。

導電部材２９１は、軸部３３に形成された貫通孔の延びる方向に往復移動可能に設けられている。導電部材２９１は、胴部２９３の延在方向に沿って、リベット部材１９に対して両方向に摺動可能に設けられている。

導電部材２９１の頭部２９２は、リベット部材１９の外鍔部３２に接触している。導電部材２９１の胴部２９３の外周面は、軸部３３に形成された貫通孔の内周面に接触している。導電部材２９１は、リベット部材１９に接触している。導電部材２９１は、リベット部材１９に電気的に接続されている。

バイパス部材９０は、導電部材２９１の頭部２９２の上方に配置されている。バイパス部材９０は、リベット部材１９および導電部材２９１から離れて配置されている。バイパス部材９０は、リベット部材１９および導電部材２９１に対し非接触に設けられている。図１３，１４に示すバイパス部材９０は、導電板１７および正極用の外部端子１５とは電気的に接続されていない。

図１５は、実施の形態３の二次電池１００の、反転板４１が反転した後の状態を示す部分断面図である。実施の形態１と同様に、外装体１０の内部の圧力が急激に上昇すると、反転板４１は、集電部材５１から分離して反転する。反転板４１の作動により、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の電流の流れが遮断される。

導電部材２９１の胴部２９３の先端２９４が、リベット部材１９の内鍔部３４に面する側の反転板４１の表面に、当接している。導電部材２９１は、反転板４１の反転に伴って、集電部材５１から離れる方向に移動する。導電部材２９１の頭部２９２は、リベット部材１９の外鍔部３２から離れバイパス部材９０に近づく方向に移動する。

そして、図１５に示すように、バイパス部材９０と導電部材２９１とが接触している状態になる。この状態で、バイパス部材９０と導電部材２９１とは、電気的に接続されている。バイパス部材９０は、負極用の外部端子１４に電気的に接続されている。導電部材２９１は、正極用の外部端子１５に電気的に接続されている。負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、導電板１６、バイパス部材９０、導電部材２９１、および導電板１７を介して、電気的に接続されている。

このようにして、図９を参照して説明したバイパス経路が形成される。反転板４１が反転した後の状態において、電流は、負極用の外部端子１４から、導電板１６、バイパス部材９０、導電部材２９１、リベット部材１９、および導電板１７を経由して、正極用の外部端子１５へ流れる。

実施の形態の二次電池１００および組電池１の構成および作用効果についてまとめて説明すると、以下のとおりである。なお、実施の形態の構成に参照番号を付すが、これは一例である。

実施の形態における二次電池１００は、図２に示すように、電池要素Ｂと、電池要素Ｂを収容する外装体１０と、外装体１０の外部に設けられた正極用の外部端子１５および負極用の外部端子１４とを備えている。二次電池１００は、図３に示すように、電流遮断装置をさらに備えている。電流遮断装置は、外装体１０の内圧が上昇した場合に、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の電流の流れを遮断するための装置である。電流遮断装置は、図３に示すように、外装体１０内において電池要素Ｂに電気的に接続された集電部材５１と、集電部材５１に電気的に接続された反転板４１とを有している。二次電池１００はさらに、図２に示すように、負極用の外部端子１４に電気的に接続されたバイパス部材９０を備えている。反転板４１は、外装体１０の内圧が上昇した場合に集電部材５１から分離して電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の導通を遮断し、更に変形してバイパス部材９０と正極用の外部端子１５とを電気的に接続する。

外装体１０の内圧が上昇した場合に、まず外装体１０の内部で電池要素Ｂと外部端子との電気的な接続が遮断されるので、電池要素Ｂと外部端子との間の電流の流れが確実に遮断される。これにより、外装体１０の内圧上昇を確実に停止することができるので、二次電池１００の信頼性を向上できる。また、電池要素Ｂと外部端子とを接続する経路を先に遮断した状態で、正負極の外部端子を短絡させるバイパス経路が形成されるので、バイパス経路に過大な大電流が印加されることはない。そのため、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４との短絡を形成する部位の溶断を抑制することができ、バイパス経路を確実に形成することができる。

また図２，３に示すように、バイパス部材９０は、外装体１０の外部に配置されている。正極用の外部端子１５および負極用の外部端子１４が外装体１０の外部に設けられており、バイパス部材９０もまた外装体１０の外部に配置されているため、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とを短絡させるバイパス経路を、外装体１０の外部において容易に形成することができる。

また図４に示すように、外装体１０と、正極用の外部端子１５および負極用の外部端子１４とは、インシュレータ２３が介在しているため、電気的に絶縁されている。特開２０１１−２５８５５０号公報（特許文献１）に記載の構成では、短絡時に封口体に電流が流れるので、外装体と外部とを絶縁するための絶縁部材が必要になる。これに対し、本実施の形態の構成では、外装体１０に通電することがなく、外装体１０を絶縁するための部材は必要ないため、より簡単な構成の二次電池１００を実現することができる。

また外装体１０は、正極用の外部端子１５および負極用の外部端子１４とは異なる電位を有している。このようにすれば、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４との意図しない短絡の発生を抑制することができる。

また図３に示すように、電流遮断装置は、リベット部材１９を有している。リベット部材１９は、外装体１０に固定されている。リベット部材１９は、正極用の外部端子１５に電気的に接続されている。リベット部材１９は、反転板４１の周縁部を支持している。リベット部材１９は、中空に形成されている。二次電池１００はさらに、導電部材９１を備えている。導電部材９１は、リベット部材１９を貫通して外装体１０の内部から外部にまで延びる貫通部材としての機能を有している。導電部材９１は、バイパス部材９０に連結された端部である頭部９２を有している。外装体１０の内圧が上昇した場合に集電部材５１から分離した反転板４１が、導電部材９１の頭部９２とは反対側の端部である先端９４に接触して、導電部材９１を介して反転板４１とバイパス部材９０とが電気的に接続される。これにより、正負極の外部端子を短絡させるバイパス経路を確実に形成することができる。

また図１１に示すように、二次電池１００は、絶縁部材１９１を備えている。また図１４に示すように、二次電池１００は、導電部材２９１を備えている。絶縁部材１９１および導電部材２９１は、リベット部材１９を貫通して外装体１０の内部から外部にまで延びる貫通部材としての機能を有している。絶縁部材１９１および導電部材２９１は、反転板４１に連結された端部である先端１９４，２９４をそれぞれ有している。外装体１０の内圧が上昇した場合に集電部材５１から分離した反転板４１の反転に伴って、絶縁部材１９１の頭部１９２に固定されたバイパス部材１９０、または導電部材２９１の頭部２９２が、バイパス部材９０に接触する。バイパス部材９０とバイパス部材１９０、またはバイパス部材９０と導電部材２９１とが、電気的に接続される。これにより、正負極の外部端子を短絡させるバイパス経路を確実に形成することができる。

実施の形態における組電池１は、図１に示すように、上記のいずれかの二次電池１００を複数直列に接続している。１つの二次電池１００の外装体１０の内圧が上昇した場合に、正負極の外部端子を短絡させるバイパス経路が形成されるので、異常を発生した二次電池１００に隣り合う直列に接続された２つの二次電池１００同士の導通が保持される。そのため、異常を発生した二次電池１００以外の、残りの正常な二次電池１００から電力を取り出すことができる。したがって、組電池１全体としての充放電が可能になり、組電池１からの電力供給を維持することができる。

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、電流遮断装置を備えた二次電池に、特に有利に適用され得る。

１ 組電池、２ 端子間接続具、１０ 外装体、１１ 収容部、１２ 封口体、１４，１５ 外部端子、１６，１７ 導電板、１８，１９ リベット部材、２３ インシュレータ、２７ ガスケット、２８ 筒部、２９ 鍔部、３２ 外鍔部、３３ 軸部、３４ 内鍔部、３５ 周縁部、４１ 反転板、４２ 第１接続部、４３ 第２接続部、５１ 集電部材、５２ 薄肉部分、５３，５４ 集電端子、６１ ホルダ部材、７０，１９１ 絶縁部材、７１，９２，１９２，２９２ 頭部、７２，９３，１９３，２９３ 胴部、９０，１９０ バイパス部材、９１，２９１ 導電部材、９４，１９４，２９４ 先端、１００ 二次電池、Ｂ 電池要素。

Claims (7)

1. 電池要素と、
   前記電池要素を収容する外装体と、
   前記外装体の外部に設けられた第一極の外部端子および第二極の外部端子と、
   前記外装体の内圧が上昇した場合に、前記電池要素と前記第一極の外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断装置と、
   を備える、二次電池であって、
   前記電流遮断装置は、前記外装体内において前記電池要素に電気的に接続された集電部材と、前記集電部材に電気的に接続された反転板とを有し、
   さらに、前記第二極の外部端子に電気的に接続されたバイパス部材を備え、
   前記反転板は、前記外装体の内圧が上昇した場合に前記集電部材から分離して前記電池要素と前記第一極の外部端子との間の導通を遮断し、更に変形して前記バイパス部材と前記第一極の外部端子とを電気的に接続する、二次電池。
2. 前記バイパス部材は、前記外装体の外部に配置されている、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記外装体と、前記第一極の外部端子および前記第二極の外部端子とは、電気的に絶縁されている、請求項１または２に記載の二次電池。
4. 前記外装体は、前記第一極の外部端子および前記第二極の外部端子とは異なる電位を有する、請求項３に記載の二次電池。
5. 前記電流遮断装置は、前記外装体に固定され、前記第一極の外部端子に電気的に接続され、前記反転板の周縁部を支持するリベット部材を有し、
   前記リベット部材は、中空に形成されており、
   前記リベット部材を貫通して前記外装体の内部から外部にまで延び、前記バイパス部材に連結された端部を有する、貫通部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
6. 前記電流遮断装置は、前記外装体に固定され、前記第一極の外部端子に電気的に接続され、前記反転板の周縁部を支持するリベット部材を有し、
   前記リベット部材は、中空に形成されており、
   前記リベット部材を貫通して前記外装体の内部から外部にまで延び、前記反転板に連結された端部を有する、貫通部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池を複数直列に接続した、組電池。

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