JP2018147765A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】収容ケース内の内圧が所定以上となったときに、電極端子と集電端子との間の電気的な接続を切断することができると共に、失活剤を収容ケース内に良好に供給することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、蓄電要素と、蓄電要素を収容する収容ケース３と、収容ケース３内に設けられ、蓄電要素に接続された集電端子７と、収容ケース３の外表面に設けられると共に集電端子７に電気的に接続された電極端子と、集電端子７と電極端子との電気的な接続経路に設けられた電流遮断装置とを備える。反転板は、集電端子７と接合させられた接合部を有し、反転板には、反転板の厚さが薄くなるように形成されると共に、収容ケース３内の内圧が上昇したときに破断する切欠部５３が形成されており、切欠部５３は、切欠部５３が破断したときに、切欠部５３の破断箇所から漏れ出た失活剤３６が収容ケース３内に流入可能な位置に形成される。【選択図】図２

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

従来から二次電池などの蓄電装置について各種提案されている。二次電池は、電極体と電解液と、収容ケースと、電極端子と、集電端子とを含む。電極体および電解液と、集電端子とは、収容ケース内に収容されている。集電端子は、電極体の正極または負極に接続されている。電極端子は、収容ケースの上面に設けられている。

特開２００８−０６６２５４号公報などに記載されているように、過充電対策として電流遮断装置（ＣＩＤ:Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）を二次電池に搭載させることがある。電流遮断装置は、過充電などにより、収容ケース内の内圧が上昇すると、電極端子と、集電端子との電気的な接続を切断する装置である。

たとえば、特開２０１３−１６１７１２号公報に記載された電流遮断装置は、反転板と、集電端子とによって形成されている。

集電端子は、本体部と、脚部とを含む。本体部は、収容ケースの下面に沿って配置されている。脚部は、本体部の端部に接続されると共に、本体部から下方に向けて延びるように配置されている。本体部は、脚部が接続された脚支持部と、脚支持部よりも薄肉に形成された薄肉部とを含む。薄肉部には孔部が形成されており、反転板は、孔部を閉塞すると共に薄肉部に接合されている。薄肉部のうち反転板との接合部分の周囲に位置する部分には、刻印部が形成されている。

この電流遮断装置において、過充電などによって収容ケース内の内圧が上昇すると、孔部を通して、反転部は収容ケース内の圧力を受ける。反転板に加えられる圧力が大きくなると、刻印部が破断し、さらに、破断箇所が進展することで薄肉部が破断する。

薄肉部が破断すると、反転板が上方に向けて反転変形し、反転板と、集電端子との電気的な接続が切断される。

特開２０１４−０３５８３１号公報に記載された電流遮断装置は、反転板と、反転板の上方に設けられた突起部と、突起部上に配置された接続端子とを含む。接続端子には、収容ケースの外部と連通する中空部が形成されている。突起部には、接続端子の中空部と連通する貫通孔が形成されている。

収容ケース内の内圧が上昇して、反転板が反転変形すると、突起部が反転板を突き破る。突起部が反転板を突き破ると、上記の貫通孔および中空部を通して、収容ケース内と収容ケースの外部とが連通する。そして、失活剤を端子部の中空部の開口部から投入することで、失活処理を行うことができる。

特開２００８−０６６２５４号公報 特開２０１４−０３５８３１号公報 特開２０１３−１６１７１２号公報

特開２０１３−１６１７１２号公報に記載された電流遮断装置を備えた二次電池においては、収容ケース内の内圧が上昇すると、電極端子と、集電端子との電気的な接続が切断される一方で、電極端子から収容ケース内の電気エネルギを外部に放出することができず、失活処理を電極体に施すことができない。

特開２０１４−０３５８３１号公報に記載された電流遮断装置においては、反転板が反転変形した際に、突起部が反転板を貫通できないケースが生じる。その結果、収容ケース内に失活剤を供給できないおそれがある。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、収容ケース内の内圧が所定以上となったときに、電極端子と集電端子との間の電気的な接続を切断することができると共に、失活剤を収容ケース内に良好に供給することができる蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、蓄電要素と、蓄電要素を収容する収容ケースと、収容ケース内に設けられ、蓄電要素に接続された集電端子と、収容ケースの外表面に設けられると共に集電端子に電気的に接続された電極端子と、集電端子と電極端子との電気的な接続経路に設けられた電流遮断装置とを備える。

上記集電端子には、収容ケースの内部に開口する貫通孔が形成されている。上記電流遮断装置は、貫通孔を収容ケースの外側から覆う反転板と、収容ケースの外側から反転板を覆うと共に反転板との間に収容空間を形成するカバー部材と、収容空間内に収容された失活剤とを備える。

上記反転板には、反転板の厚さが薄くなるように形成されると共に、収容ケース内の内圧が上昇したときに破断される切欠部が形成されている。上記切欠部は、切欠部が破断したときに、切欠部の破断箇所から漏れ出た失活剤が収容ケース内に流入可能な位置に形成されている。

上記の蓄電装置によれば、収容ケース内の内圧が上昇すると、貫通孔を通して、反転板に圧力が加えられ、切欠部に引張力が加えられる。収容ケース内の内圧が所定値以上になると、切欠部が破断する。そして、破断箇所が進展することで反転板が集電電極から離れ、集電電極と電極端子との間の電気的な接続が切断される。

切欠部が破断することで、収容空間内の失活剤が漏れ出て、集電端子に形成された貫通孔から収容ケース内に入り込み、失活処理が電極体に施される。

本開示に係る蓄電装置によれば、収容ケース内の内圧が所定以上となったときに、電極端子と集電端子との間の電気的な接続を切断することができると共に、失活剤を収容ケース内に良好に供給することができる。

本実施の形態に係る蓄電装置１を示す斜視図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 外部端子５を示す断面斜視図である。 反転板３０の底板５０およびその周囲の構成を示す断面図である。 電流遮断装置２７が駆動した状態を示す断面図である。 比較例２に係る電流遮断装置２７を示す断面図である。 図６に示す電流遮断装置２７Ａを備えた蓄電装置において、電流遮断装置２７Ａが動作したときの状態を示す断面図である。

図１から図７を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置について説明する。図１から図７に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本実施の形態に係る蓄電装置１を示す斜視図である。蓄電装置１は、電極体２と、収容ケース３と、外部端子４と、外部端子５と、集電端子６と、集電端子７とを備える。電極体２は、シート状の正極板と、シート状のセパレータと、シート状の負極板とを積層した後、巻回することで形成されている。電極体２は、扁平形状に形成されている。電極体２の一端には正極が位置しており、電極体２の他端には負極が位置している。正極は、正極板のうち正極活物質などが塗布されていない未塗布部によって形成されている。負極は、負極板のうち負極活物質などが塗布されていない未塗布部によって形成されている。

収容ケース３は、上壁１０と、底壁１１と、主壁１２，１３と、端側壁１４，１５とを含む。主壁１２および主壁１３は収容ケース３の厚さ方向に配列しており、端側壁１４および端側壁１５は収容ケース３の幅方向に配列している。

外部端子４および外部端子５は、上壁１０の上面に間隔をあけて配置されている。外部端子４は、電極端子２０と、金属板２１と、電流遮断装置２２とを含む。

電極端子２０は上壁１０の上面から上方に突出するように形成されている。金属板２１は電流遮断装置２２および電極端子２０を接続するように形成されている。

外部端子５は、電極端子２５と、金属板２６と、電流遮断装置２７とを含む。電極端子２５は、上壁１０の上面から上方に突出するように形成されている。金属板２６は、電極端子２５および電流遮断装置２７を接続するように形成されている。

集電端子６は、電極体２の負極と、外部端子４とを電気的に接続している。集電端子７は、電極体２の正極と、外部端子５とを電気的に接続している。

図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図であり、図３は、外部端子５を示す断面斜視図である。外部端子５は、反転板３０と、金属カバー３１と、接続端子３２と、集電端子７の金属板３３と、絶縁部材３４と、失活剤３６と、絶縁部材３８と、絶縁部材３９とを含む。

集電端子７は、金属板３３と、脚部３７とを含む。金属板３３は、電極体２の上壁１０の下面側に配置されており、上壁１０に沿って延びる。脚部３７は、金属板３３の端部に接続されており、下方に向けて延びる。金属板３３の下端部は、電極体２の負極に接続されている。

金属板３３には、貫通孔４０と、貫通孔４１と、貫通孔４２とが間隔をあけて形成されている。

絶縁部材３４は、縦壁３４Ａと、下板３４Ｂと、上板３４Ｃと、係合部３４Ｄとを含む。下板３４Ｂは、金属板３３の下面に配置されている。なお、下板３４Ｂは、金属板３３に形成された貫通孔４０，４１，４２を閉塞しないように配置されている。

上板３４Ｃは、金属板３３の上面に配置されている。上板３４Ｃには、貫通孔４３と、貫通孔４４と、貫通孔４５とが形成されている。

金属板３３の貫通孔４０と、上板３４Ｃの貫通孔４３とは互いに連通している。金属板３３の貫通孔４１と、上板３４Ｃの貫通孔４４とは、互いに連通している。金属板３３の貫通孔４２と、上板３４Ｃの貫通孔４５とは互いに連通している。

反転板３０は、底板５０と、周壁部５１と、主壁部５２とを含む。底板５０は金属板３３の上面に配置されており、底板５０は金属板３３に溶接などによって接合されている。

周壁部５１は底板５０の外周縁部から上方に立ち上がるように形成されている。周壁部５１は底板５０の上端部に接続されている。反転板３０の上面には、底板５０と周壁部５１と主壁部５２とによって凹部が形成されている。底板５０は、貫通孔４１の開口部を閉塞するように配置されている。主壁部５２は、貫通孔４３および貫通孔４５を閉塞するように配置されている。

金属カバー３１は、反転板３０よりも収容ケース３の外側に配置されており、反転板３０を覆うように配置されている。

金属カバー３１は、挟持部４６と、周壁部４７と、天板部４８とを含む。挟持部４６は、反転板３０の外周縁部上に配置されており、反転板３０の外周縁部は、挟持部４６および絶縁部材３４によって挟み込まれている。挟持部４６は環状に形成されており、周壁部４７は挟持部４６の内周縁部から上方に延びるように形成されている。天板部４８は、天板部４８の上端部に形成されている。金属カバー３１および反転板３０の間には、収容空間３５が形成されている。

接続端子３２は、金属カバー３１の天板部４８に形成された穴部に嵌め込まれている。接続端子３２には、金属板２６が電気的に接続されており、接続端子３２と、図１に示す電極端子２５とは電気的に接続されている。

失活剤３６は、収容空間３５内に収容されている。失活剤３６は、たとえば、塩水などである。収容空間３５内の内圧は、たとえば、１Ｐａ程度である。収容空間３５の内圧は、過充電時における収容ケース３内の内圧よりも低い。絶縁部材３８は、金属カバー３１の上面側に配置されている。絶縁部材３８の上面に収容ケース３の上壁１０が配置されている。

絶縁部材３９は、上壁１０の上面に配置されている。金属板２６は絶縁部材３９の上面に配置されており、接続端子３２に電気的に接続されている。

図４は、反転板３０の底板５０およびその周囲の構成を示す断面図である。周壁部５１には、切欠部５３が形成されている。反転板３０のうち切欠部５３が位置する部分の厚さは、周壁部５１の他の部分の厚さよりも薄い。

反転板３０の底板５０と、金属板３３とは、電気的に接続されている。その一方で、反転板３０の主壁部５２と、金属板３３との間には、上板３４Ｃが配置されており、主壁部５２と金属板３３とは直接には接触していない。

金属板３３の貫通孔４１は小径孔５５と大径孔５６とによって形成されている。小径孔５５および大径孔５６は互いに連通するように形成されており、大径孔５６は大径孔５６よりも上方に位置している。

貫通孔４１の上方側の端部には開口部６０が形成されており、貫通孔４１の下方側の端部には、開口部６１が形成されている。開口部６０は、収容ケース３の外側に向けて開口しており、開口部６１は収容ケース３内に開口している。

反転板３０の底板５０は、開口部６０を閉塞するように配置されている。底板５０のうち、底板５０の周囲に位置すると共に、金属板３３の上面に位置する部分には、接合部６２が形成されている。接合部６２によって、反転板３０の底板５０が金属板３３に接合されている。

図１および図２において、収容ケース３内の内圧が通常圧力値とのときには、集電端子７の脚部３７および金属板３３と、反転板３０と、金属カバー３１と、接続端子３２と、金属板２６とを通して、電極体２の正極と電極端子２５とが電気的に接続されている。このように、電極体２の正極と電極端子２５とは電気的に導通しており、電流遮断装置２７は、電極体２の正極と電極端子２５との電気経路に設けられている。なお、電流遮断装置２２も、電極端子２０と電極体２の負極との電気経路に設けられている。

上記のように構成された蓄電装置１においては、過充電によって収容ケース３内の内圧が上昇する場合がある。

収容ケース３内の内圧が所定圧力値よりも高くなると、電流遮断装置２２および電流遮断装置２７が作動する。電流遮断装置２２が作動すると、電極体２の負極と電極端子２０との電気的な接続が遮断される。電流遮断装置２７が作動すると、電極体２の正極と電極端子２５との電気的な接続が遮断される。

図５は、電流遮断装置２７が駆動した状態を示す断面図である。収容ケース３内の内圧が上昇すると、反転板３０の主壁部５２は、貫通孔４０および貫通孔４３と、貫通孔４２および貫通孔４５とを通して、収容ケース３内の圧力を受ける。底板５０は、貫通孔４１を通して、収容ケース３内の内圧を受ける。

収容空間３５内の内圧は低いため、反転板３０の主壁部５２は上方に向けて膨らむように変形する。図４において、反転板３０の底板５０は接合部６２によって、金属板３３に接合されている。

主壁部５２は、上方に向けて膨らむように変形する一方で、底板５０は金属板３３の上面に接合されているため、周壁部５１に引張力が加えられる。

収容ケース３内の内圧が所定以上になると、周壁部５１のうち切欠部５３が形成されている部分が破断する。さらに、破断部分が進展すると共に破断部分が大きく開口すると共に、破断部分が環状に進展する。

切欠部５３が破断することで、主壁部５２が大きく上方に向けて変形する。主壁部５２が上方に向けて変形することで、上板３４Ｃの貫通孔４３，４５の開口部が開放される。

そして、失活剤３６は、周壁部５１の破断部分から外部に漏れ出ると共に、貫通孔４３および貫通孔４０と、貫通孔４５および貫通孔４２とを通って、収容ケース３内に入り込む。

失活剤３６が収容ケース３内に流入することで、電極体２などに失活処理を施すことができ、収容ケース３内の高電気エネルギ状態を解消することができる。なお、本実施の形態においては、切欠部５３は周壁部５１に形成されているが、切欠部５３が形成される位置は周壁部５１に限られない。たとえば、切欠部５３を主壁部５２などに形成してもよい。すなわち、切欠部５３は、切欠部５３が破断することで、失活剤３６が収容ケース３内に入り込み、電極体２に失活処理を施すことができる位置であればよい。

そして、切欠部５３における破断部分が主壁部５２の全周に亘って進展することで、主壁部５２が完全に破断する。主壁部５２が完全に破断すると、底板５０と主壁部５２との電気的な接続が遮断される。

底板５０および主壁部５２の電気的な接続が遮断されると、図１に示す電極端子２５および電極体２の正極との電気的な接続が遮断される。電極端子２５と、電極体２の正極との電気的な接続が遮断されると、電極体２への充電が進行することを止めることができる。このように、電流遮断装置２７においては、電極体２が過充電の状態になった際に、収容ケース３内に失活剤３６を供給することができると共に、電極端子２５および電極体２との電気的な接続を遮断することができる。

電流遮断装置２７の構成などについて説明したが、電流遮断装置２２も電流遮断装置２７と同様に構成されている。これにより、電極体２が過充電の状態になった際に、電極端子２０と電極体２との電気的な接続を遮断することができると共に、収容ケース３内に失活剤を供給することができる。

上記図１から図５に示す本実施例に係る蓄電装置１と、比較例に係る蓄電装置とを比較した結果について説明する。比較例に係る蓄電装置においては、失活剤３６を備えていない。

下記表１は、実施例に係る蓄電装置１と、比較例に係る蓄電装置とにおいて、過充電状態となったときに結果を示す表である。

上記の表１に示すように、本実施例に係る蓄電装置１においては、蓄電装置１の失活処理を行うことができると共に、集電箔（正極箔（板）および負極箔（板））間の電圧を下げることができることが分かる。さらに、実施例に係る蓄電装置１によれば、蓄電装置１からの発煙を抑制することができると共に蓄電装置１が高温となることを抑制することができることが分かる。

図６は、比較例２に係る電流遮断装置２７を示す断面図である。電流遮断装置２７Ａは、反転板７０と、金属カバー３１と、接続端子７１と、突起部７２とを含む。反転板７０は、薄肉部７４と、底板部７５と、周壁部７６と、上壁部７７とを含む。薄肉部７４は底板部７５の中央部に形成されている。周壁部７６は底板部７５の外周縁部から上方に立ち上がるように形成されている。上壁部７７は、周壁部７６の上端部に接続されており、水平方向に延びるように形成されている。

金属カバー３１は、反転板７０よりも、収容ケース３の外側に配置されている。金属カバー３１は、反転板７０の外周縁部を押さえつけるように配置されている。金属カバー３１と反転板７０との間には、空間８０が形成されている。

接続端子７１は、金属カバー３１の上壁に形成された穴部に嵌め込まれている。接続端子７１の下端部は空間８０内に入り込むように形成されている。接続端子７１には貫通孔が形成されている。接続端子７１の貫通孔の上端側の開口部は、収容ケース３の外部と連通している。接続端子７１の貫通孔の下端部側は、突起部７２によって覆われている。

突起部７２は、接続端子７１の下端部に設けられている。突起部７２は、突起本体７８と取付部７９とを含む。突起本体７８は下端部が針状に形成されており、下方に向けて延びるように形成されている。突起本体７８には貫通孔が形成されており、突起本体７８に形成された貫通孔と接続端子７１に形成された貫通孔とは連通している。

取付部７９は、突起部７２の下端部を覆うように配置されると共に、金属カバー３１の内周面に取り付けられている。

図７は、図６に示す電流遮断装置２７Ａを備えた蓄電装置において、電流遮断装置２７Ａが動作したときの状態を示す断面図である。

収容ケース３内の内圧が上昇すると、収容ケース３内の内圧が反転板７０に加えられ、反転板７０が上方に膨らむように変形する。

反転板７０が上方に膨らむように変形すると、突起本体７８が薄肉部７４を突き抜ける。突起本体７８が薄肉部７４を突き抜けた状態で、接続端子７１の開口部から失活剤を投入する。これにより、収容ケース３内において失活処理を施すことができる。

下記の表２は、実施例に係る蓄電装置１と、比較例２に係る蓄電装置とにおいて、過充電状態となったときの結果を示す表である。

比較例２においては、過充電状態になった後、蓄電装置１を取り外した後に、接続端子７１の開口部から失活剤を投入している。

上記表２からも明らかなように、比較例２に係る蓄電装置においては、失活剤が投入されるまでの間に、蓄電装置が高温となったり、蓄電装置１から発煙するおそれがある。その一方で、本実施例に係る蓄電装置１においては、直ぐに、失活処理を施すことができるので、蓄電装置１が高温となったり、蓄電装置１から発煙することを抑制することができる。

なお、上記の実施の形態においては、蓄電素子として電極体２を採用した例について説明したが、蓄電素子としてキャパシタを採用してもよい。

今回開示された実施の形態は全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。本開示の範囲は上記した説明ではなく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全ての変更が含まれることが意図される。

１ 蓄電装置、２ 電極体、３ 収容ケース、４，５ 外部端子、６，７ 集電端子、１０ 上壁、１１ 底壁、１２，１３ 主壁、１４，１５ 端側壁、２０，２５ 電極端子、２１，２６，３３ 金属板、２２，２７，２７Ａ 電流遮断装置、３０，７０ 反転板、３１ 金属カバー、３２，７１ 接続端子、３４，３８，３９ 絶縁部材、３４Ａ 縦壁、３４Ｂ 下板、３４Ｃ 上板、３４Ｄ 係合部、３５ 収容空間、３６ 失活剤、３７ 脚部、４０，４１，４２，４３，４４，４５ 貫通孔、４６ 挟持部、４７，５１，７６ 周壁部、４８ 天板部、５０ 底板、５２ 主壁部、５３ 切欠部、５５ 小径孔、５６ 大径孔、６０，６１ 開口部、６２ 接合部、７２ 突起部、７４ 薄肉部、７５ 底板部、７７ 上壁部、７８ 突起本体、７９ 取付部、８０ 空間。

Claims (1)

1. 蓄電要素と、
   前記蓄電要素を収容する収容ケースと、
   前記収容ケース内に設けられ、前記蓄電要素に接続された集電端子と、
   前記収容ケースの外表面に設けられると共に前記集電端子に電気的に接続された電極端子と、
   前記集電端子と前記電極端子との電気的な接続経路に設けられた電流遮断装置と、
   を備え、
   前記集電端子には、貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔の一端に位置する第１開口部は、前記収容ケース内に開口しており、
   前記貫通孔の他端に位置する第２開口部は、前記収容ケースの外側に向けて開口しており、
   前記電流遮断装置は、
   前記第２開口部を覆う反転板と、
   前記反転板よりも前記収容ケースの外側から前記反転板を覆うように設けられると共に前記反転板との間に収容空間を形成するカバー部材と、
   前記収容空間内に収容された失活剤と、
   を含み、
   前記反転板は、前記集電端子と接合させられた接合部を有し、
   前記反転板には、前記反転板の厚さが薄くなるように形成されると共に、前記収容ケース内の内圧が上昇したときに破断する切欠部が形成されており、
   前記切欠部は、前記切欠部が破断したときに、前記切欠部の破断箇所から漏れ出た前記失活剤が前記収容ケース内に流入可能な位置に形成された、蓄電装置。

Images