JP2017174520A - 密閉型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】目視によることなく電解液の液漏れ（漏液）を検知することができるとともに、電池性能を向上させることができる密閉型二次電池を提供すること。【解決手段】密閉型二次電池１０において、シール部Ａに配置され、電解液１３の漏液を検知する漏液検知部９０を有し、漏液検知部９０は、電流を検知する電流検知センサ９１と、電流検知センサ９１に電流が流れたことを記録する記録部９２を備え、電流検知センサ９１は、セパレータ９４と、セパレータ９４の片面に重ね合わされた第１金属シート９５と、セパレータ９４のもう一方の片面に重ね合わされた第２金属シート９６と、セパレータ９４と反対側から第１金属シート９５に重ね合わされた第１絶縁シート９７と、セパレータ９４と反対側から第２金属シート９６に重ね合わされた第２絶縁シート９８とを備え、第１金属シート９５は正極に電気的に接続され、第２金属シート９６は負極に電気的に接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、電池容器に電極体及び電解液を封入してなる密閉型二次電池に関する。より詳細には、電解液の漏れ（漏液）を検知することができる密閉型二次電池に関するものである。

リチウムイオン電池などの二次電池では、電極体を収容した電池容器内に電解液を注液し、注液孔を封止して密閉した密閉型電池がある。この密閉型電池において、電解液の漏れ（漏液）が生じると、漏れた電解液と空気中の水分とが反応して電池使用機器を損傷させるおそれがある。そのため、電解液の漏れ（漏液）を検知することができる電池が提案されている。例えば、ｐＨ応答性高分子を含む巻止めテープにより、捲回された電極体を捲き止めるとともに、水分と反応して酸性度が上昇する電解液を用いた密閉型電池が提案されている（特許文献１参照）。また、電解液に蛍光体を混合した密閉型電池も提案されている（特許文献２参照）。

特開２００９−０１６１９９号公報 特開２００２−３５９０１０号公報

しかしながら、特許文献１の電池では、水分と反応して酸性度が上昇する電解液を使用する必要があり、使用できる電解液が制限されてしまう。そのため、電池性能を向上させることが困難であった。一方、特許文献２の電池では、使用できる電解液は制限されないが、電解液に蛍光体を混合するため、電池内で蛍光体が反応して分解し、電池性能が著しく低下するおそれがある。

このように、従来の漏液検知が可能な密閉型二次電池では、電池性能を向上させることが困難であった。また、漏液の有無については目視による判断が必要となるため、組電池とした場合には判別が困難になったり、外部から見える形状にする必要があるため設計自由度が小さいという問題もあった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、目視によることなく電解液の液漏れ（漏液）を検知することができるとともに、電池性能を向上させることができる密閉型二次電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、正負の電極板がセパレータと共に扁平形状に捲回された電極体と、前記電極体を内部に収容する電池ケースと、前記電池ケースの開口部を閉塞する蓋部材と、前記電池ケースの内部で前記電極体に電気的に接続されるとともに、シール部材を介して外部へ延出された正負の外部端子と、を有する密閉型二次電池において、前記外部端子と前記シール部材との間、前記蓋部材と前記シール部材との間、又は前記電池ケースと前記シール部材との間の少なくともいずれかに配置され、電解液の漏液を検知する漏液検知部を有し、前記漏液検知部は、電流を検知する電流検知センサと、前記電流検知センサに電流が流れたことを記録する記録部とを備え、セパレータと、前記セパレータの片面に重ね合わされた第１金属部材と、前記セパレータのもう一方の片面に重ね合わされた第２金属部材と、前記セパレータと反対側から前記第１金属部材に重ね合わされた第１絶縁部材と、前記セパレータと反対側から前記第２金属部材に重ね合わされた第２絶縁部材とを備え、前記第１金属部材は、正極に電気的に接続され、前記第２金属部材は、負極に電気的に接続されていることを特徴とする。
なお、第１金属部材として、イオン化傾向が水素よりも大きい金属を使用し、第２金属部材として、イオン化傾向が水素より小さい金属を使用すればよい。

この密閉型二次電池では、漏液検知部は、電流を検知する電流検知センサと、電流検知センサに電流が流れたことを記録する記録部とを備えている。そして、電流検知センサが、セパレータと、セパレータの片面に重ね合わされた第１金属部材と、セパレータのもう一方の片面に重ね合わされた第２金属部材と、セパレータと反対側から第１金属部材に重ね合わされた第１絶縁部材と、セパレータと反対側から第２金属部材に重ね合わされた第２絶縁部材とを備えている。つまり、セパレータの片面側に、第１金属部材、第１絶縁部材が、この順番で重ねて配置され、セパレータのもう一方の片面側に、第２金属部材、第２絶縁部材が、この順番で重ねて配置されている。そして、第１金属部材が、正極に電気的に接続され、第２金属部材が、負極に電気的に接続されている。そのため、漏液した電解液が電流検知センサに接触すると、電流検知センサに電流が流れる。つまり、漏液が発生すると電流検知センサで電流が検知される。そして、記録部に電流検知センサで電流が検出されたこと（言い換えると漏液が発生したこと）が記録される。例えば、記録部では、検出された電流値が記録されたり、漏電のダイアグフラグのＯＮ／ＯＦＦ状態などが記録される。

このように、漏液検知部において、電流検知センサにより、電解液の漏液を電流値として検知することができるため、視認によることなく漏液を迅速に発見することができる。従って、漏液による電池使用機器の損傷を防止することができる。また、使用できる電解液が制限されないこと、漏液していない場合には電流が流れないため待機電力が不要なことから、電池性能を容易に向上させることができる。さらに、目視による判別が不要であるため、漏液検知部が外部から見える形状にする必要がないため、設計自由度が制限されることもない。

そして、このような漏液検知部は、外部端子とシール部材との間、蓋部材とシール部材との間、又は電池ケースとシール部材との間の少なくともいずれかに配置されているため、シール部材の破綻や劣化による電解液の漏液を迅速に検知することができる。また、電解液の漏液を電流値として検知するため、組電池とした場合にも容易に漏液の判断を行うことができる。

本発明に係る密閉型二次電池によれば、上記した通り、目視によることなく電解液の液漏れ（漏液）を検知することができるとともに、電池性能を向上させることができる。

実施形態に係る二次電池の概略構成を示す斜視図である。 実施形態に係る二次電池の概略構成を示す断面図である。 漏液検知部の配置位置を模式的に示す図である。 漏液検知部の別の配置位置を模式的に示す図である。 漏液検知部の別の配置位置を模式的に示す図である。 漏液検知部の概略構成を示す図である。 電流検知センサの概略構成を示す分解斜視図である。

以下、本発明の密閉型二次電池を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施形態では、角形の金属ケースに電極体及び電解液を封入してなるリチウムイオン二次電池に適用した場合について説明する。そこで、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池について、図１〜図７を参照しながら説明する。

本実施形態に係る二次電池１０は、図１及び図２に示すように、電池容器１１に電極体１２及び電解液１３が封入されてなる密閉型の電池である。そして、二次電池１０は、電池容器１１に固定されたアルミニウム製の正極外部端子５０及び銅製の負極外部端子６０を有している。

電池容器１１は、金属製のものであり、扁平な角形の箱状のものである。この電池容器１１は、一面が開口した略直方体の電池ケース１８と、その開口面を閉塞する蓋部材１９とを有している。電池ケース１８と蓋部材１９とは、蓋部材１９の全周囲において隙間なく溶接されることにより、互いに固定されている。

蓋部材１９には、電池容器１１の内圧が所定圧力に達した際に破断開弁する安全弁２３が設けられている。この蓋部材１９には、電池容器１１の内外を連通する注液孔２５が形成されている。この注液孔２５から電解液１３が電池容器１１内に注入される。電解液１３の注入後に、注液孔２５が注液孔封止材２６で気密に封止される。なお、電解液１３としては、リチウム塩を含む非水電解液又はイオン伝導ポリマー等が使用される。

電極体１２は、帯状の正極板２１と帯状の負極板３１とが、それらの間に帯状のセパレータ４１を挟んで捲回された捲回体である。この電極体１２は、扁平状をなし、電池容器１１内に収容されている。本実施形態の正極板２１は、アルミ箔の両面に正極活物質層を形成したものである。正極活物質層としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質による正極合剤を含むものであり、例えば、リチウム含有金属酸化物に結着剤と分散溶媒等を混練したものを使用することができる。本実施形態の負極板３１は、銅箔の両面に負極活物質層を形成したものである。負極活物質層は、炭素材等を含んでいる。

また、二次電池１０は、電池容器１１の外部に設けられた正極外部端子５０及び負極外部端子６０を有している。正極外部端子５０は、正極外側部材５７と正極接続ボルト５９とを備えている。この正極外部端子５０は、正極集電部材５１を介して、電池容器１１の内部で電極体１２の正極板２１に電気的に接続されている。つまり、正極集電部材５１は、電池容器１１の外側で正極外部端子５０に電気的に接続され、電池容器１１の内側で電極体１２の正極板２１に電気的に接続されている。そして、正極集電部材５１及び正極外側部材５７が、正極集電部材５１の先端部にカシメ部５５が形成されることにより、絶縁樹脂からなる内側シール部材７０及び外側シール部材８０を介して、蓋部材１９に対して、シールされるとともに絶縁されて固定されている。

同様に、負極外部端子６０は、負極外側部材６７と負極接続ボルト６９とを備えている。この負極外部端子６０は、負極集電部材６１を介して、電池容器１１の内部で電極体１２の負極板３１に電気的に接続されている。つまり、負極集電部材６１は、電池容器１１の外側で負極外部端子６０に電気的に接続され、電池容器１１の内側で電極体１２の負極板３１に電気的に接続されている。そして、負極集電部材６１及び負極外側部材６７が、負極集電部材６１の先端部にカシメ部６５が形成されることにより、絶縁樹脂からなる内側シール部材７０及び外側シール部材８０を介して、蓋部材１９に対して、シールされるとともに絶縁されて固定されている。

そして、本実施形態の二次電池１０では、外側シール部材８０が配置されているシール部Ａ（図２参照）に、電池容器１１からの電解液１３の漏れ（漏液）を検出する漏液検知部９０が設けられている。具体的には、図３に示すように、漏液検知部９０は、蓋部材１９と外側シール部材８０との間に挟み込まれた状態で配置されている。つまり、蓋部材１９の上面に漏液検知部９０を配置した状態で、外側シール部材８０が蓋部材１９に取り付けられている。

なお、漏液検知部９０の配置位置は、上記の位置に限られることなく、例えば、図４に示すように、外側シール部材８０と外部端子５０（６０）との間に設けることもできる。あるいは、図５に示すように、電池ケース１８と外側シール部材８０との間に設けてもよい。すなわち、漏液検知部９０は、上記した３つの位置の少なくともいずれかに配置されていればよい。

このような位置に配置される漏液検知部９０は、図６に示すように、電流検知センサ９１と、記録部９２とを有している。電流検知センサ９１は、図７に示すように、セパレータ９４と、セパレータ９４の片面（図７では上面）に重ね合わせられた第１金属シート９５と、セパレータ９４のもう一方の片面（図７では下面）に重ね合わせられた第２金属シート９６と、第１金属シート９５、セパレータ９４及び第２金属シート９６が重ね合わられた方向（図７では上下方向）において、セパレータ９４と反対方向（図７では上側）から第１金属シート９５（セパレータ９４が重ね合わせられた面とは反対側の面）に重ね合わせられた第１絶縁シート９７と、セパレータ９４と反対方向（図７では下側）から第２金属シート９５（セパレータ９４が重ね合わせられた面とは反対側の面）に重ね合わせられた第２絶縁シート９８とを備えている。つまり、図７において下から、第２絶縁シート９８、第２金属シート９６、セパレータ９４、第１金属シート９５、第１絶縁シート９７が、この順で重ね合わせられて、電流検知センサ９１が構成されている。また、電流検知センサ９１は、電流検知部９９を備えている。

そして、第１金属シート９５は、二次電池１０の正極に電気的に接続され、第２金属シート９６は、二次電池１０の負極に電気的に接続されている。また、第１金属シート９５及び第２金属シート９６は、電流検知部９９に接続されている。

ここで、第１金属シート９５として、イオン化傾向が水素よりも大きい金属を使用し、第２金属シート９６として、イオン化傾向が水素より小さい金属を使用すればよい。具体的に本実施形態では、第１金属シート９５として、例えばアルミニウム製の金属シートを使用することができ、第２金属シート９６として、例えば銅製の金属シートを使用することができる。

このような電流検知センサ９１では、電解液１３に接触すると、第１金属シート９５及び第２金属シート９６に電流が流れる。そして、第１金属シート９５及び第２金属シート９６に流れる電流が電流検知部９９で検知される。つまり、電解液１３が漏液して電流検知センサ９１に接触すると、電流検知部９９によって、電解液１３の漏液が電流値として検知されるようになっている。

また、電流検知部９９には、記録部９２が接続されている。そして、記録部９２が、電流検知センサ９１に電流が流れたことを記憶するようになっている。本実施形態における記録部９２は、例えば、電流検知センサ９１に流れた電流値を記録するとともに、漏液検知のダイアグフラグのＯＮ／ＯＦＦ状態を記録する。なお、記録部９２の記録データに基づいて、漏液していることを使用者に報知するようにしてもよい。これにより、二次電池１０の異常を早期に使用者に知らせることができる。

そして、上記の構成を有する二次電池１０を使用しているときに、電解液１３の漏液が発生して、漏液した電解液１３が電流検知センサ９１に接触すると、電流検知センサ９１に電流が流れる。そうすると、電流検知部９９において電流値が検出される。つまり、漏液検知部９０において、電解液１３の漏液が電流値として検知される。このように漏液検知部９０により、視認によることなく電解液１３の漏液を迅速に発見することができる。従って、漏液による電池使用機器の損傷を防止することができる。また、漏液を検出するために電解液１３の組成が制限されないし、漏液していない場合には電流検知センサ９１に電流が流れないため待機電力が不要である。これらのことから、電池性能を容易に向上させることができる。

また、漏液検知部９０（電流検知センサ９１）は、外部端子５０，６０と外側シール部材８０，８０との間、蓋部材１９と外側シール部材８０との間、又は電池ケース１８と外側シール部材８０との間の少なくともいずれかに配置されているため、外側シール部材８０の劣化等による電解液１３の漏液を迅速に検知することができる。これにより、シール部Ａにおけるシール破綻の異常も検出することができる。また、二次電池１０では、電解液１３の漏液を電流値として検知するため、目視による判別が不要であるから、二次電池１０を組電池とした場合にも容易に漏液の判断を行うことができる。さらに、目視による判別が不要であるため、漏液検知部９０が外部から見える形状にする必要がないため、二次電池１０における設計自由度が制限されることもない。

以上、詳細に説明したように本実施形態に係る二次電池１０によれば、電解液１３に接触すると電流を検知する電流検知センサ９１を備える漏液検知部９０によって、電解液１３の漏液を電流値として検出することができる。これにより、漏液検知部９０において、目視によることなく電解液１３の液漏れ（漏液）を検知することができる。また、漏液検知部９０で漏液を検出するために電解液１３の組成が制限されないし、漏液していない場合には電流検知センサ９１に電流が流れないため待機電力が不要であることから、電池性能を向上させることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１０ 二次電池
１１ 電池容器
１２ 電極体
１３ 電解液
１８ 電池ケース
１９ 蓋部材
５０ 正極外部端子
６０ 負極外部端子
８０ 外側シール部材
９０ 漏液検知部
９１ 電流検知センサ
９２ 記録部
９４ セパレータ
９５ 第１金属シート
９６ 第２金属シート
９７ 第１絶縁シート
９８ 第２絶縁シート
９９ 電流検知部
Ａ シール部

Claims (1)

1. 正負の電極板がセパレータと共に扁平形状に捲回された電極体と、前記電極体を内部に収容する電池ケースと、前記電池ケースの開口部を閉塞する蓋部材と、前記電池ケースの内部で前記電極体に電気的に接続されるとともに、シール部材を介して外部へ延出された正負の外部端子と、を有する密閉型二次電池において、
   前記外部端子と前記シール部材との間、前記蓋部材と前記シール部材との間、又は前記電池ケースと前記シール部材との間の少なくともいずれかに配置され、電解液の漏液を検知する漏液検知部を有し、
   前記漏液検知部は、
   電流を検知する電流検知センサと、
   前記電流検知センサに電流が流れたことを記録する記録部とを備え、
   前記電流検知センサは、
   セパレータと、
   前記セパレータの片面に重ね合わされた第１金属部材と、
   前記セパレータのもう一方の片面に重ね合わされた第２金属部材と、
   前記セパレータと反対側から前記第１金属部材に重ね合わされた第１絶縁部材と、
   前記セパレータと反対側から前記第２金属部材に重ね合わされた第２絶縁部材とを備え、
   前記第１金属部材は、正極に電気的に接続され、
   前記第２金属部材は、負極に電気的に接続されている
   ことを特徴とする密閉型二次電池。

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