JP2022013616A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性が高く、かつエネルギー密度の高い電池を提供すること。【解決手段】正極集電体２２を備える正極２０と、固体電解質３０と、負極集電体１２を備える負極１０と、が繰り返し配置されてなり、正極集電体２２及び負極集電体１２のうち少なくともいずれかが、積層体１００の端面からそれぞれ引き出されて、複数の負極集電体タブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄを構成する積層体１００と、積層体１００を収容する外装体３００と、上記複数の集電体タブと電気的に接続され、一部が外装体３００から外部に延出するリード端子２００と、を備え、リード端子２００は、外装体３００の内部に配置される第１過電流遮断部２１０と接続される、電池１。【選択図】図１

Description

本発明は、電池に関する。

近年、自動車、パソコン、携帯電話等の大小さまざまな電気・電子機器の普及により、高容量、高出力の電池の需要が急速に拡大している。このような電池としては、正極と負極との間に有機電解液を電解質として用いる液系電池セルが広く用いられている。

上記電池は、異常時に過電流が流れた際の部品の損傷や事故を防ぐため、ヒューズと接続されて用いられる。例えば、電動車両を駆動させるために搭載される二次電池は、過電流により溶断することで電流を遮断するヒューズと接続されて用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１５０６６４号公報

液系電池セルの電解質としては可燃性の電解液が広く用いられる。このため、電池内部にヒューズ等の過電流遮断部を設けた場合、ヒューズが溶断された場合に発生する火花により、電解液が引火し、燃焼する恐れがある。従って、可燃性の電解液を有する電池は、特許文献１に開示されているように、電池の外部でヒューズと接続されて用いられていた。しかし、ヒューズ等の過電流遮断部は、化学反応が起こる箇所に近い場所に設けられることが、異常の検知速度が速く事故リスク低減の観点から好ましい。更に、複数の電池がモジュール化されている場合、電池の１箇所に異常が生じた場合に、モジュール全体を遮断すると、システム全体が停止されてしまうという不都合が生じる。しかし、電池毎に電池外部でヒューズ等の過電流遮断部と接続する場合、設置スペースを要するため、電池のエネルギー密度が低下する問題がある。

液系電池においては上記課題の解決が望まれている。また、近年、電解質として難燃性の固体電解質を用いた固体電池に関する技術が提案されている。しかし、固体電池の好ましい過電流遮断部の構成については検討されていないのが現状であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、安全性が高く、かつエネルギー密度の高い電池を提供することを目的とする。

（１） 本発明は、正極集電体を備える正極と、電解質と、負極集電体を備える負極と、が繰り返し配置されてなり、前記正極集電体及び前記負極集電体のうち少なくともいずれかが、端面からそれぞれ引き出されて、複数の集電体タブを構成する積層体と、前記積層体を収容する外装体と、複数の前記集電体タブと電気的に接続され、一部が前記外装体から外部に延出するリード端子と、を備え、前記リード端子は、前記外装体の内部に配置される第１過電流遮断部と接続される、電池に関する。

（１）の発明によれば、安全性が高く、かつエネルギー密度の高い電池を提供できる。

（２） 前記第１過電流遮断部は、ＰＴＣサーミスタである、（１）に記載の電池。

（２）の発明によれば、過電流の発生後においても、部品の交換を要することなく電池を継続使用できる。

（３） 前記第１過電流遮断部は、複数設けられ、それぞれ異なる前記集電体タブと接続される、（２）に記載の電池。

（３）の発明によれば、電池内部で過電流が発生した際に、異常箇所のみが遮断され、正常箇所を継続使用できる。

（４） 前記第１過電流遮断部は、ヒューズであり、前記リード端子の一部は、前記第１過電流遮断部の一部を構成する、（１）に記載の電池。

（４）の発明によれば、電池の部品点数や配置スペースを低減することができ、電池の体積エネルギー密度を向上できる。

（５） 前記第１過電流遮断部は、前記リード端子に形成される孔部を含み、前記孔部は、楕円形である、（４）に記載の電池。

（５）の発明によれば、第１過電流遮断部のヒューズ機能を高めることができ、かつ、リード端子の強度を向上できる。

（６） 前記孔部は、前記楕円形の長軸方向が、前記リード端子の延出方向に対して垂直に配置される、（５）に記載の電池。

（６）の発明によれば、第１過電流遮断部のヒューズ機能を確実に高めることができ、かつ、リード端子の強度を向上できる。

（７）前記孔部の少なくとも一部には、絶縁材、断熱材、補強材、及びシール材のうち、少なくともいずれかが充填される、（５）又は（６）に記載の電池。

（７）の発明によれば、第１過電流遮断部のヒューズ機能を高めることができる。或いは、リード端子の強度を向上できる。

（８） 前記外装体は、溶着部を有し、前記第１過電流遮断部は、前記溶着部に配置される、（１）～（７）のいずれかに記載の電池。

（８）の発明によれば、液系電池においても電池に過電流遮断機能を持たせることができ、かつ、電池の体積エネルギー密度を向上できる。

（９） 複数の前記集電体タブは、前記リード端子との接続部との間においてそれぞれ複数の第２過電流遮断部と接続され、複数の前記第２過電流遮断部は、前記外装体の内部に配置され、前記電解質は、固体電解質である、（１）～（８）のいずれかに記載の電池。

（９）の発明によれば、固体電池の内部から外部に対して流れる内部短絡電流を第２過電流遮断部により遮断でき、より安全性の高い固体電池を提供できる。

（１０） 前記第２過電流遮断部は、ヒューズであり、複数の前記集電体タブの一部は、前記第２過電流遮断部の一部を構成する、（９）に記載の電池。

（１０）の発明によれば、固体電池の部品点数や配置スペースを低減することができる。

（１１）前記第２過電流遮断部は、前記集電体タブに形成される孔部を含み、前記孔部は、楕円形である、（１０）に記載の電池。

（１１）の発明によれば、第２過電流遮断部のヒューズ機能を高めることができ、かつ、集電体タブの強度を向上できる。

本発明の一実施形態に係る固体電池の概要を示す図である。 本発明の一実施形態に係る固体電池の側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る第１過電流遮断部及び第２過電流遮断部の側断面図である。 本発明の第２実施形態に係る第２過電流遮断部１３ａ１を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る第２過電流遮断部１３ａ２を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る第２過電流遮断部１３ａ３を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る第１過電流遮断部２１０ａを示す図である。 本発明の第６実施形態に係る第１過電流遮断部２１０ｂを示す図である。 本発明の第７実施形態に係る電池１ａを示す平面図である。 本発明の第８実施形態に係る電池１ｂの概要を示す図である。 本発明の第８実施形態に係る第１過電流遮断部２１０ｅを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す実施形態は本発明を例示するものであって、本発明は以下の実施形態に限定されない。

《第１実施形態》
＜固体電池＞
本実施形態に係る固体電池１は、図１に示すように、積層体１００と、リード端子２００と、外装体３００と、を有する。積層体１００の端面から引き出される複数の負極集電体タブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄは、結束されて、接続部４０においてリード端子２００と電気的に接続される。リード端子２００の一部は外装体３００の外部に延出する。複数の負極集電体タブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄと、接続部４０との間にはそれぞれ第２過電流遮断部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄが設けられる。

（積層体）
積層体１００は、図２に示すように、負極１０と、正極２０と、その間に配置される固体電解質３０と、からなる単電池が繰り返し積層される構造を有する。本実施形態に係る積層体１００は、負極１０と固体電解質３０と正極２０の積層単位が、計４回繰り返し積層された例である。

負極１０は、それぞれ負極集電体１２の両面に、負極活物質層１１が積層されている。正極２０は、それぞれ正極集電体２２の両面に、正極活物質層２１が積層されている。これらは別層でもよく、集電体と活物質層とが一体となっていてもよい。

［負極活物質層］
負極活物質層１１を構成する負極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の負極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、リチウム金属、Ｌｉ－Ａｌ合金やＬｉ－Ｉｎ合金等のリチウム合金、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等のチタン酸リチウム、炭素繊維や黒鉛等の炭素材料等が挙げられる。

［負極集電体］
負極集電体１２は、特に限定されるものではなく、固体電池の負極に用いうる公知の集電体を適用することができる。例えば、ステンレス（ＳＵＳ）箔、銅（Ｃｕ）箔等の金属箔が挙げられる。

［正極活物質層］
正極活物質層２１を構成する正極活物質としては、特に限定されるものではなく、固体電池の正極活物質として公知の物質を適用することができる。その組成についても特に制限はなく、固体電解質、導電助剤や結着剤等を含んでいてもよい。正極活物質としては、例えば、二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン化ニオブ、等の遷移金属カルコゲナイド、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）等の遷移金属酸化物等が挙げられる。

［正極集電体］
正極集電体２２は、特に限定されるものではなく、固体電池の正極に用いうる公知の集電体を適用することができる。例えば、ステンレス（ＳＵＳ）箔、アルミ（Ａｌ）箔等の金属箔が挙げられる。

［集電体タブ］
複数の負極集電体タブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄは、積層体１００の一端面から同一方向に、略平行に引き出されている。本実施形態では、上記負極集電体タブは、それぞれの負極集電体１２から延出されて構成されている。

複数の正極集電体タブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄについても同様に、例えば積層体１００の他端面から同一方向に、略平行に面状に引き出されている。上記複数の正極集電体タブは、負極集電体タブと同様、積層体１００の一端面から引き出されていてもよい。上記複数の正極集電体タブは、それぞれの正極集電体２２から延出されて構成されている。

本発明においては、集電体タブはそれぞれの集電体から引き出されていればよく、延出には限定されず、例えば負極集電体１２や正極集電体２２とは異なる部材であってもよい。

集電体タブの幅は、合材の幅を最大として、使用目的により集電タブ部の抵抗が小さくなるように適宜設定されるが、好ましくは１ｍｍ～１０００ｍｍ、より好ましくは２ｍｍから３００ｍｍである。厚さは５～５０μｍ程度、引き出し長さは５～５０ｍｍ程度が一般的である。

複数の負極集電体タブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄは、束ねられた状態で、接続部４０においてリード端子２００と接合される。接合方法としては特に限定されず、抵抗溶接や超音波溶接等の溶接や、溶着等、公知の方法を用いることができる。図１に示すように、上記複数の集電体タブは、積層体１００側の端部と、リード端子２００との接続部４０との間において、それぞれ第２過電流遮断部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄと接続される。上記第２過電流遮断部の構成は後段で詳述する。

［固体電解質］
固体電解質３０は、負極１０と、正極２０との間に積層され、例えば層状に形成される。固体電解質３０は、少なくとも固体電解質材料を含有する層である。上記固体電解質材料を介して、正極活物質及び負極活物質の間の電荷移動を行うことができる。

固体電解質材料としては、特に限定されないが、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、窒化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質材料等を挙げることができる。

（リード端子）
リード端子２００は、図１に示すように、その一端側が複数の負極集電体タブと、接続部４０において溶接などによって電気的に接続されると共に、他端側は、外装体３００から延出されて、固体電池の電極部を構成する。

リード端子２００は、特に限定されるものではなく、好ましくは、アルミ（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、などの可撓性を有する線状の板状部材である。一般に、リード端子２００の厚さは０．０５～５ｍｍ程度であり、集電体タブの厚さより厚い。

リード端子２００は、接続部４０と外装体３００との間の箇所において、第１過電流遮断部２１０と接続される。即ち、第１過電流遮断部２１０は、外装体３００の内部に配置される。第１過電流遮断部２１０の構成については後段で詳述する。

（外装体）
外装体３００は、積層体１００、第１過電流遮断部２１０、及び第２過電流遮断部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、を収容する。外装体３００は、特に制限されず、例えばラミネートフィルムからなるラミネートセルが挙げられる。上記ラミネートセルは、例えば、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）等からなる金属層に対し、表面にポリオレフィン等の熱融着性樹脂層が積層された多層構造を有する。ラミネートセルは、上記以外に、ナイロン等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル等からなる層、任意のラミネート接着剤等からなる接着層等を有していてもよい。

上記ラミネートセルは、例えば例えば１枚の矩形のラミネートフィルムを、積層体１００等を挟むように折り曲げて、積層体１００等の外側でヒートシール法等によりシールされることで、積層体１００等を内部に収容する。外装体３００としては、上記ラミネートセルに限定されず、例えば、筒状に形成される金属製の外装体であってもよい。

［第１過電流遮断部］
上記第１過電流遮断部２１０としては、特に限定されないが、例えば、過電流によって溶断する溶断型のヒューズが用いられる。第１過電流遮断部２１０は、図３（Ｂ）に示すように、ヒューズエレメント２１３を有する。ヒューズエレメント２１３は、電流が流れる線状の導体であり、少なくとも一方の端部がリード端子２００に接続されている。電流がヒューズエレメント２１３を流れると、ヒューズエレメント２１３の電気抵抗により熱が発生する。第１過電流遮断部２１０には定格電流が設定されており、上記定格電流を超える過電流（溶断電流）がヒューズエレメント２１３を流れると、ヒューズエレメント２１３が熱により溶断する。これにより、異常が発生し、過電流が第１過電流遮断部２１０に流れた場合に、ヒューズエレメント２１３が溶断し、リード端子２００に流れる過電流が遮断される。上記過電流は、例えば固体電池１の外部から固体電池１に対して流れる外部短絡電流である。第１過電流遮断部２１０により、外部短絡電流に対して固体電池１を保護できる。

第１過電流遮断部２１０は、外装体３００の内部に配置される。これにより、固体電池１の外部の、例えばバスバー等にヒューズを配置する必要がなくなる。従って固体電池１の設置スペースを低減でき、結果的に固体電池１のエネルギー密度を向上できる。

［第２過電流遮断部］
第２過電流遮断部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄとしては、特に限定されないが、例えば、第１過電流遮断部２１０と同様、過電流によって溶断する溶断型のヒューズが用いられる。例えば、図３（Ａ）に示すように、負極集電体タブ１２ａと電気的に接続される第２過電流遮断部１３ａは、ヒューズエレメント１３３を含む。ヒューズエレメント１３３は、電流が流れる線状の導体であり、少なくとも一方の端部が負極集電体タブ１２ａに接続されている。電流がヒューズエレメント１３３を流れると、ヒューズエレメント１３３の電気抵抗により熱が発生する。第２過電流遮断部１３ａには定格電流が設定されており、上記定格電流を超える過電流（溶断電流）がヒューズエレメント１３３を流れると、ヒューズエレメント１３３が熱により溶断する。これにより、異常が発生し、過電流が第２過電流遮断部１３ａに流れた場合に、負極集電体タブ１２ａに流れる過電流が遮断される。上記過電流は、例えば固体電池１の内部から外部に対して流れる内部短絡電流である。

第２過電流遮断部１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄについても、第２過電流遮断部１３ａと同様の構成を有する。複数の負極集電体タブにそれぞれ上記第２過電流遮断部が設けられることで、積層体１００のいずれかの箇所で異常が発生した場合に、固体電池１全体を停止させることなく、異常箇所のみを遮断できる。かつ、過電流がリード端子２００を通じて外部に流れることを防止できる。

第２過電流遮断部１３ａのヒューズエレメント１３３は、例えばヒューズボックス１３１に収容され、ヒューズエレメント１３３の周囲には、消弧剤１３２が充填される。第２過電流遮断部１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄについても同様の構成を有する。

上記第２過電流遮断部は、外装体３００の内部に配置される。これにより、電気化学反応が起こる積層体１００の近くに第２過電流遮断部が配置されるため、異常が発生した場合に電流が遮断されるまでの時間を短くすることができ、事故リスクを低減できる。上記に加えて、第２過電流遮断部を外装体３００の内部に配置することにより、固体電池１の外部の、例えばバスバー等にヒューズを配置する必要がなくなる。従って、固体電池１の設置スペースを低減でき、結果的に固体電池１の体積エネルギー密度を向上できる。

負極集電体タブ１２ａの一部を第２過電流遮断部１３ａとして構成し、負極集電体タブ１２ａ自体に上記第２過電流遮断部としての機能を持たせてもよい。例えば、上記ヒューズエレメント１３３を、負極集電体タブ１２ａの一部として構成してもよい。これにより、第２過電流遮断部１３ａの部品点数や配置スペースを低減することができる。

第２過電流遮断部１３ａを負極集電体タブ１２ａとは別体として構成してもよい。その場合、第２過電流遮断部１３ａとリード端子２００とは負極集電体タブ１２ａ以外の部材で接続される。上記部材は、電気的な接続が確保されるものであれば、材質や形状は特に制限されない。

なお、図１では図示を省略しているが、複数の正極集電体タブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄの積層体１００側の端部と、リード端子との接続部との間にも、それぞれ上記と同様の構成を有する第２過電流遮断部が設けられていてもよい。

本実施形態において、上記第１過電流遮断部２１０に加え、第２過電流遮断部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄが配置されることが好ましい。これにより、固体電池１と外部との間で電流が流れる経路に対し、２つの過電流遮断部が配置されるため、固体電池１の安全性を更に向上できる。上記第１過電流遮断部と共に上記第２過電流遮断部を用いる場合、上記第１過電流遮断部の定格電流は上記第２過電流遮断部の定格電流よりも大きいことが好ましい。これにより、２つの過電流遮断部を併用した場合であっても、上記第２過電流遮断部により積層体１００の異常箇所のみを遮断する効果が得られる。

以下、本発明の他の実施形態について説明する。上記第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する場合がある。

《第２実施形態》
図４は、第２実施形態に係る第２過電流遮断部１３ａ１を示す図である。図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＡ－Ａ断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）の要部拡大図を示す。

本実施形態に係る第２過電流遮断部１３ａ１は、ヒューズであり、図４（Ａ）に示すように、負極集電体タブ１２ａ１の一部として構成される。第２過電流遮断部１３ａ１は、負極集電体タブ１２ａ１の一部に、１つ又は複数の孔部ｈ１が形成されることで構成される。これにより、負極集電体タブ１２ａ１の孔部ｈ１が形成された箇所は、過電流が流れた際に優先的に溶断されるため、負極集電体タブ１２ａ１にヒューズ機能を持たせることができる。

孔部ｈ１は、例えば円形又は楕円形、多角形又はこれらの組み合わせとして形成される。孔部ｈ１は、楕円形であることが好ましい。詳細には、図４（Ｃ）に示すように、孔部ｈ１の径ａと、径ａに対し垂直方向の径ｂとの関係はｂ／ａ≦１であることが好ましい。そして、図４に示すように、負極集電体タブ１２ａ１の延出方向に対して、楕円形の孔部ｈ１の長軸方向が、垂直に配置されることが好ましい。これにより、孔部ｈ１の端部同士の間隔ｃを狭くすることができるため、ヒューズ機能を高めることができる。上記に加えて、孔部ｈ１同士の間隔ｄを広くすることができるため、隣接する孔部ｈ１の間の面積Ｓを広くすることができ、負極集電体タブ１２ａ１の強度を向上できる。孔部ｈ１における空隙には、絶縁材等が充填されていてもよい。

負極集電体タブ１２ａ１の孔部ｈ１が形成された箇所の上面及び下面は、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、絶縁材１３４で被覆されていてもよい。これにより、負極集電体タブ１２ａ１の強度をより向上できる。絶縁材１３４は、電気絶縁性を有するフィルムやテープ等で構成できる。これにより、過電流が流れて第２過電流遮断部１３ａ１が溶断された際に、溶断熱で絶縁材１３４同士が溶着し電気的絶縁性が確保されると共に、負極集電体タブ１２ａ１の滑落による二次的な短絡を抑制できる。絶縁材１３４はリード端子２００と負極集電体タブ１２ａ１との溶接の際のたるみ、しわ等の抑制効果も有する。

《第３実施形態》
図５は、第３実施形態に係る第２過電流遮断部１３ａ２を示す図である。図５（Ａ）は平面図を示し、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＢ－Ｂ断面図を示す。

第２過電流遮断部１３ａ２は、図５（Ａ）に示すように、負極集電体タブ１２ａ２の一部として構成される。第２過電流遮断部１３ａ２は、負極集電体タブ１２ａ２の一部に、溶断部ｔが設けられることで形成される。

溶断部ｔは、例えば負極集電体タブ１２ａ２よりも厚みが薄い部材である。溶断部ｔは、負極集電体タブ１２ａ２の一部の厚みを薄くして構成してもよいし、負極集電体タブ１２ａ２とは異なる部材、例えばクラッド材として構成してもよい。この場合、溶断部ｔの融点を負極集電体タブ１２ａ２より低くしてもよい。又は、溶断部ｔの抵抗値を負極集電体タブ１２ａ２より高くしてもよい。これにより、溶断部ｔの厚さを任意に設定できる。

負極集電体タブ１２ａ２の溶断部ｔが形成された箇所の上面及び下面は、第２実施形態と同様、絶縁材１３４で被覆されていてもよい。

《第４実施形態》
図６は、第４実施形態に係る第２過電流遮断部１３ａ３を示す図である。図６（Ａ）は平面図を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＣ－Ｃ断面図を示す。

第２過電流遮断部１３ａ３は、図６（Ａ）に示すように、負極集電体タブ１２ａ３の一部として構成される。第２過電流遮断部１３ａ３は、例えば、１枚の集電箔からなる負極集電体タブ１２ａと、２枚の集電箔からなる負極集電体タブ１２ａ３とが溶接されることで構成される。これにより、過電流が流れた際に断面積の小さい負極集電体タブ１２ａは優先的に溶断されるため、第２過電流遮断部１３ａ３にヒューズ機能を持たせることができる。負極集電体タブ１２ａには、絶縁フィルムやアルミナ等の絶縁体が被覆又は塗布されていてもよい。負極集電体タブ１２ａは、負極集電体タブ１２ａ３よりも集電箔の枚数が少ないものであれば、特に集電箔の枚数は制限されない。

《第５実施形態》
図７は、第５実施形態に係る第１過電流遮断部２１０ａを示す図である。図７（Ａ）は平面図を示し、図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＤ－Ｄ断面図を示す。

本実施形態に係る第１過電流遮断部２１０ａは、リード端子２００ａの一部として構成される。第１過電流遮断部２１０ａは、第２実施形態に係る第２過電流遮断部１３ａ１と同様、リード端子２００ａの一部に一つ又は複数の孔部ｈ２が形成されることで構成される。

孔部ｈ２の形状は、特に限定されないが、孔部ｈ１と同様に楕円形であることが好ましい。詳細には、図４（Ｃ）に示す構成と同様に、孔部ｈ２の径ａと、径ａに対し垂直方向の径ｂとの関係はｂ／ａ≦１であることが好ましい。そして、リード端子２００ａの延出方向に対して、楕円形の孔部ｈ２の長軸方向が、垂直に配置されることが好ましい。これにより、ヒューズ機能を高めることができ、かつ、リード端子２００ａの強度を向上できる。また、孔部ｈ２には断熱材や絶縁材、補強材等が充填されていてもよい。リード端子２００ａの孔部ｈ２が形成される箇所の上面及び下面は、外気の侵入を防止するためのシール材２１４で被覆される。

シール材２１４は、絶縁材１３４と同様、絶縁性を有し、リード端子２００ａと外装体３００とを密着させ、外気の外装材３００への侵入を防止する機能を有する。このようなシール材２１４により、第１過電流遮断部２１０ａの絶縁性、シール性、強度を向上できる。上記に加えて、シール材２１４は電池１の部品として通常用いられる部品であるため、新たな部品の追加を要さずに電池１を構成でき、体積エネルギー密度を向上でき、コストも低減できる。孔部ｈ２には、シール材２１４と同一の材料が充填されていてもよい。

《第６実施形態》
図８は、第６実施形態に係る第１過電流遮断部２１０ｂを示す図である。図８（Ａ）は平面図を示し、図８（Ｂ）は図８（Ａ）におけるＥ－Ｅ断面図を示す。

本実施形態に係る第１過電流遮断部２１０ｂは、リード端子２００ｂの一部として構成される。リード端子２００ｂには、狭小部ｎが形成される。これにより、過電流が流れた際に狭小部ｎが優先的に溶断されるため、第１過電流遮断部２１０ｂにヒューズ機能を持たせることができる。

リード端子２００ｂの、狭小部ｎが形成される箇所の上面及び下面は、リード端子２００ａと同様に、シール材２１４で被覆される。シール材２１４と狭小部ｎとの間の空隙２１５には、絶縁材又は補強材が充填される。空隙２１５には、シール材２１４と同一の材料が充填されていてもよい。

《第７実施形態》
図９は、第７実施形態に係る電池１ａを示す平面図である。電池１ａは、固体電解質を備える固体電池であってもよいし、液体電解質を備える液系電池であってもよい。電池１ａは、図９に示すように、積層体１００ａと、リード端子２００ｃ及び２００ｄと、外装体３１０と、を有する。リード端子２００ｃ及び２００ｄには、第１過電流遮断部２１０ｃ及び２１０ｄが設けられる。第１過電流遮断部２１０ｃ及び２１０ｄは、リード端子２００ｃ及び２００ｄの一部として構成される。第１過電流遮断部２１０ｃ及び２１０ｄは、例えば一つ又は複数の孔部ｈ３が形成されることで構成される。第１過電流遮断部２１０ｃ及び２１０ｄは、外装体３１０同士が溶着される溶着部３１０ａに配置される。

第１過電流遮断部２１０ｃ及び２１０ｄは、溶着部３１０ａに配置されることで、第１過電流遮断部２１０ｃ及び２１０ｄが溶断された場合であっても、火花が積層体１００ａに達することが防止される。このため、電池１ａを、液体電解質を備える液系電池として構成できる。第１過電流遮断部２１０ｃ及び２１０ｄは、シール材２１４ａによりシールされる。第１過電流遮断部２１０ｃ及び２１０ｄは、いずれか１つであってもよい。

《第８実施形態》
図１０は、第８実施形態に係る電池１ｂの概要を示す図であり、電池１ｂを側方から視た断面模式図である。図１０に示すように、電池１ｂは、第１過電流遮断部２１０ｅを有する。第１過電流遮断部２１０ｅは、複数の負極集電体タブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄと、リード端子２００との間に設けられる。第１過電流遮断部２１０ｅは、外装体の溶着部３１０ａに配置される。電池１ｂは、固体電解質を備える固体電池であってもよいし、液体電解質を備える液系電池であってもよい。

第１過電流遮断部２１０ｅは、ＰＴＣサーミスタである。ＰＴＣサーミスタは、ある特定の温度（キュリー温度）を超えると急激に抵抗値が上昇する。通常時ではＰＴＣサーミスタは通電可能であるが、過電流がＰＴＣサーミスタを流れると、ジュール熱による自己発熱により抵抗値が増大してＰＴＣサーミスタを流れる電流が減衰する。これにより、ＰＴＣサーミスタを流れる過電流が遮断される。第１過電流遮断部２１０ｅとしてＰＴＣサーミスタを用いることで、過電流の発生後においても部品の交換を要することなく電池１ｂを継続使用できる。ＰＴＣサーミスタとしては、特に制限されず、例えばチタン酸バリウムを主成分とする半導体セラミック等を用いることができ、その材料組成によって任意にキュリー温度を設定することができる。

図１１は、第１過電流遮断部２１０ｅの構成を説明する断面模式図である。図１１に示すように、第１過電流遮断部２１０ｅは、２つの第１過電流遮断部２１０ｅ１及び２１０ｅ２からなる。第１過電流遮断部２１０ｅ１は、接続板２０１ａとリードタブ２０２との間に、それぞれの部材と電気的に接続されて設けられる。同様に、第１過電流遮断部２１０ｅ２は、接続板２０１ｂとリードタブ２０２との間に、それぞれの部材と電気的に接続されて設けられる。接続板２０１ａ及び接続板２０１ｂは、複数の負極集電体タブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄと電気的に接続される。リードタブ２０２は、リード端子２００の一部であり、外装体３００から延出されて電池１ｂの電極部を構成する。リードタブ２０２と、接続板２０１ａ及び接続板２０１ｂは、絶縁部材Ｉによって電気的に絶縁される。接続板２０１ａと接続板２０１ｂとは、絶縁部材Ｉによって電気的に絶縁される。

第１過電流遮断部２１０ｅ１及び２０１ｅ２と、接続板２０１ａ及び２０１ｂは、本実施形態において２組設けられているが、１組であってもよいし、３組以上設けられていてもよく、複数組設けることが好ましい。第１過電流遮断部及び接続板を複数組設ける場合、複数の第１過電流遮断部は接続板を介し異なる単一の負極集電体タブ、又は異なる負極集電体タブの組と、それぞれ独立して接続されることが好ましい。これにより、電池１ｂにおいて例えば内部短絡により過電流が発生した場合に、内部短絡が発生した箇所に接続される接続板からリードタブ２０２側に流れる過電流は遮断されるが、内部短絡が発生していない箇所に接続される接続板からリードタブ２０２側に流れる電流は維持される。従って、内部短絡の発生時に、電池１ｂが接続される装置を停止させることなく、かつ、過電流がリード端子２００を通じて外部に流れることを防止できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の効果を阻害しない範囲内において適宜変更を加えたものも本発明の範囲に含まれる。

図１において、第２過電流遮断部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄは全ての負極集電体タブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄと対応して設けられている。しかし、上記に限定されない。例えば、負極集電体タブを複数の負極集電体タブからなるグループに分けて、該グループ毎に上記第２過電流遮断部と電気的に接続されていてもよい。

上記実施形態では、第２、第３、第４実施形態において第２過電流遮断部について説明し、第５、第６実施形態においては第１過電流遮断部について説明した。これらは自由に組み合わせることが可能である。

１、１ａ 電池
１０ 負極
１２ 負極集電体
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 負極集電体タブ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 第２過電流遮断部
２０ 正極
２２ 正極集電体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 正極集電体タブ
３０ 固体電解質
４０ 接続部
１００ 積層体
２００ リード端子
２１０ 第１過電流遮断部
３００、３１０ 外装体
３１０ａ 溶着部

Claims (11)

1. 正極集電体を備える正極と、電解質と、負極集電体を備える負極と、が繰り返し配置されてなり、前記正極集電体及び前記負極集電体のうち少なくともいずれかが、端面からそれぞれ引き出されて、複数の集電体タブを構成する積層体と、
   前記積層体を収容する外装体と、
   複数の前記集電体タブと電気的に接続され、一部が前記外装体から外部に延出するリード端子と、を備え、
   前記リード端子は、前記外装体の内部に配置される第１過電流遮断部と接続される、電池。
2. 前記第１過電流遮断部は、ＰＴＣサーミスタである、請求項１に記載の電池。
3. 前記第１過電流遮断部は、複数設けられ、それぞれ異なる前記集電体タブと接続される、請求項２に記載の電池。
4. 前記第１過電流遮断部は、ヒューズであり、前記リード端子の一部は、前記第１過電流遮断部の一部を構成する、請求項１に記載の電池。
5. 前記第１過電流遮断部は、前記リード端子に形成される孔部を含み、前記孔部は、楕円形である、請求項４に記載の電池。
6. 前記孔部は、前記楕円形の長軸方向が、前記リード端子の延出方向に対して垂直に配置される、請求項５に記載の電池。
7. 前記孔部の少なくとも一部には、絶縁材、断熱材、補強材、及びシール材のうち、少なくともいずれかが充填される、請求項５又は６に記載の電池。
8. 前記外装体は、溶着部を有し、前記第１過電流遮断部は、前記溶着部に配置される、請求項１～７のいずれかに記載の電池。
9. 複数の前記集電体タブは、前記リード端子との接続部との間においてそれぞれ複数の第２過電流遮断部と接続され、
   複数の前記第２過電流遮断部は、前記外装体の内部に配置され、
   前記電解質は、固体電解質である、請求項１～８のいずれかに記載の電池。
10. 前記第２過電流遮断部は、ヒューズであり、複数の前記集電体タブの一部は、前記第２過電流遮断部の一部を構成する、請求項９に記載の電池。
11. 前記第２過電流遮断部は、前記集電体タブに形成される孔部を含み、前記孔部は、楕円形である、請求項１０に記載の電池。

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