JP3960766B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶内に発電要素となる電極体が収容されて、該電極体が発生する電力を外部へ取り出すことが可能な二次電池に関し、特に、所定値を越える温度上昇が発生したときに電流経路を遮断する電流経路遮断機構を具えた二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、密閉された電池缶の内部に、所定値を越える温度上昇が発生したときに電流経路を遮断する温度ヒューズ(感熱素子)を配備した二次電池が提案されている(特開平6-203827号)。
該二次電池においては、温度ヒューズの一端はリードを介して電極体の正極に接続されており、温度ヒューズの他端はリードを介して正極端子に接続されている。従って、何らかの理由により電池の温度が所定値を越えると、温度ヒューズが溶断して、これによって、リードと正極端子の間において電流経路が遮断され、以後の充放電が強制的に停止される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、温度ヒューズを利用した電流経路遮断機構においては、温度ヒューズ自体が通電経路を形成しているために、温度ヒューズの容量によって二次電池の充放電時の電流値が制限される問題があった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、充放電時の電流値が制限されることのない電流経路遮断機構を具えた二次電池を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る二次電池においては、電池缶の内部に収容された巻き取り電極体(２)の正極及び負極から夫々１或いは複数本のリードが引き出されており、該巻き取り電極体(２)が発生する電力を、前記リードを介して一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る。
正極及び負極の内、少なくとも何れか一方の電極から引き出された１或いは複数本のリード(３)が電極端子 (40)に連結され、該電極端子 (40) には、前記集電部材 (50) を電極端子 (40) の端子端面 (44) に接合せしめた状態で該集電部材 (50) を保持する爪部材 (51) が突設されて、リード ( ３ ) から集電部材 (50) を経て電極端子 (40) に至る電流経路が形成されると共に、該電流経路を遮断するための電流経路遮断機構を具えている。
該電流経路遮断機構は、前記爪部材 (51) を押圧して爪部材 (51) による集電部材 (50) の保持を解除するための押圧部材 ( ７ ) を具え、前記巻き取り電極体(２)の巻き取り中心には、温度上昇に伴って軸方向に伸長する軸部材(６)が配備され、該軸部材(６)の端部が巻き取り電極体(２)から突出して前記電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )に対向している。
【０００６】
上記本発明の二次電池においては、通常の充放電温度にて電流経路が閉じており、該電流経路を通じて充放電が行なわれる。
何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合には、温度上昇に伴って軸部材(６)が軸方向に伸長する。ここで、前記軸部材(６)の端部は電流経路遮断機構の入力部となる押圧部材 ( ７ )に対向しているので、該軸部材(６)の伸長によって、押圧部材 ( ７ ) は該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受ける。これによって押圧部材 ( ７ ) が爪部材 (51) を押圧し、爪部材 (51) による集電部材 (50) の保持を解除する。この結果、集電部材 (50) が電極端子 (40) の端子端面 (44) から離脱し、前記１或いは複数本のリード(３)と電極端子(40)との間の電流経路が遮断され、充放電が強制的に停止される。
尚、前記軸部材(６)は巻き取り電極体(２)の巻き取り中心に配備されているので、該軸部材(６)は、電池缶内の温度上昇が最も大きな巻き取り電極体(２)の中心部の温度を感知する。
【０００７】
具体的構成において、前記軸部材(６)は、中実若しくは中空の軸体を具え、該軸体の熱膨張によって軸方向に伸長する。
該具体的構成においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(６)の軸体が熱膨張によって軸方向に伸長し、軸部材(６)の端部が電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )側へ変位する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【０００８】
他の具体的構成において、前記軸部材(６)は、複数本の軸体と、軸体間に介在するバネ体とを具え、該バネ体は、形状記憶合金から形成されて、通常の充放電温度よりも高い温度に達することによって伸長する。
該具体的構成においては、電池缶内の温度が何らかの理由によって通常の充放電温度よりも高い温度に達した場合、前記バネ体が伸長し、これによって、複数本の軸体の相互の間隔が大きくなり、軸部材(６)の端部が電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )側へ変位する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【０００９】
更に他の具体的構成において、前記軸部材(６)は、軸方向に伸縮可能であって内部に密閉空間を有し、該密閉空間には、温度上昇に伴って膨張する気体が充填されている。
該具体的構成においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(６)の密閉空間に充填されている気体が膨張し、これによって、軸部材(６)は軸方向に伸長し、軸部材(６)の端部が電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )側へ変位する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【００１０】
更に他の具体的構成において、前記軸部材(６)は、軸方向に伸縮可能であって内部に密閉空間を有し、該密閉空間には、温度上昇に伴って気化する液体若しくは固体が封入されている。
該具体的構成においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(６)の密閉空間に封入されている液体若しくは固体が気化して、密閉空間の内圧が上昇し、これによって軸部材(６)は軸方向に伸長し、軸部材(６)の端部が電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )側へ変位する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【００１１】
更に他の具体的構成において、前記軸部材(６)は、通常の充放電温度よりも高い温度に達することによって、前記電流経路遮断機構の押圧部材(７)を押圧して電流経路を遮断せしめることが可能な長さまで伸長する。
該具体的構成においては、電池缶内の温度が何らかの理由によって通常の充放電温度よりも高い温度に達した場合、前記軸部材(６)が伸長する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池によれば、電流経路遮断機構の構成とは別に電流経路が形成されており、電流経路遮断機構の構成とは無関係に電流経路の断面積を大きくすることが出来る。従って、充放電時の電流値が制約されることはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリチウム二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
［第１実施例］
本実施例のリチウム二次電池は、図１に示す如く、筒体(12)の両端部に蓋体(11)(11)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。
一方の蓋体(11)には正極端子(40)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の正極から伸びる複数本のリード(３)が連結装置(５)を介して該正極端子(40)に接続されている。他方の蓋体(11)には負極端子(47)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の負極から伸びる複数本のリード(３)が連結装置(５)を介して負極端子(47)に接続されている。これによって、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子(40)(47)から外部に取り出すことが可能となっている。又、各蓋体(11)には電池缶(１)の内圧が所定の圧力を越えることによって破断する２つのガス排出弁(15)(15)が取り付けられている。尚、図１においては、便宜上、一部のリード(３)の先端部が、連結装置(５)(５)に接続されている状態のみを示し、他のリード(３)については、先端部が連結装置(５)(５)に接続されている状態の図示を省略している。
【００１４】
巻き取り電極体(２)は、図２に示す様に、それぞれ帯状の正極(21)と負極(23)の間に帯状のセパレータ(22)を介在させて、フッ素樹脂製の中実の軸部材(６)に渦巻き状に巻回して構成されている。
正極(21)は、アルミニウム箔からなる帯状芯体の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(24)を塗布して構成され、負極(23)は、銅箔からなる帯状芯体の両面に炭素材料を含む負極活物質(25)を塗布して構成されている。
又、正極(21)には、正極活物質(24)の塗布されていない非塗工部が形成され、該非塗工部に、複数本のリード(３)の基端部が溶接されている。同様に負極(23)には、負極活物質(25)の塗布されていない非塗工部が形成され、該非塗工部に、複数本のリード(３)の基端部が溶接されている。
【００１５】
正極端子は、図１に示す様に電池缶(１)の蓋体(11)を貫通して取り付けられたネジ部材からなり、正極端子(40)の基端部には鍔部(45)が形成されている。蓋体(11)の貫通孔には、樹脂製の絶縁部材(43)が装着され、蓋体(11)と正極端子(40)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。
正極端子(40)には、電池缶(１)の外側からワッシャ(42)が嵌められると共に、ナット(41)が螺合しており、該ナット(41)を締め付けて、正極端子(40)の鍔部(45)とワッシャ(42)によって絶縁部材(43)を狭圧することにより、シール性を高めている。負極端子(47)は、上記正極端子(40)と同様にして、他方の蓋体(11)に取り付けられている。
【００１６】
連結装置(５)(５)は、正極側と負極側の連結装置(５)(５)が同じ構成であるので、正極側の連結装置(５)について説明する。
正極側の連結装置(５)は、正極端子(40)の端面(44)にねじ止めされている一対の爪部材(51)(51)と、該一対の爪部材(51)(51)の先端部によって係止されている円板状の集電部材(50)と、前記軸部材(６)の端面(61)にねじ止めされて該集電部材(50)の裏面と僅かな間隔を有して対向しているＵ字状の押圧部材(７)とによって構成されている。該爪部材(51)(51)及び押圧部材(７)はフッ素樹脂によって形成されており、弾性変形可能である。集電部材(50)はアルミニウム板を用いて形成されており、負極側の連結装置を構成する集電部材は銅板を用いて形成されている。
該集電部材(50)の中央部には一対の貫通孔(53)(53)が開設されており、一対の爪部材(51)(51)の先端部は貫通孔(53)(53)の開口縁に係合している。これによって、該集電部材(50)の表面は、正極端子(40)の端面(44)に圧接されている。又、集電部材(50)の裏面には、複数本のリード(３)の先端部が溶接されている。
これによって、複数本のリード(３)の先端部から、集電部材(50)を経て、正極端子(40)の端面(44)に至る電流経路が形成されている。尚、該集電部材(50)の表面と正極端子(40)の端面(44)との接触面積は、充放電時の電流値が通電可能な大きさに形成されている。ここで、集電部材(50)は、複数本のリード(３)の内の１或いは複数本によって巻き取り電極体側に引っ張られている。
又、一対の爪部材(51)(51)と押圧部材(７)とによって電流経路遮断機構が構成される。ここで、該押圧部材(７)が電流経路遮断のための押圧力を受けるべき入力部となる。
【００１７】
次に、上記リチウム二次電池の製造方法について説明する。
正極の作製
先ず、コバルト酸リチウム(ＬｉＣｏＯ２)粉末と、炭素粉末からなる導電剤と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなる結着剤とを、重量比で９０：５：５の割合によって混合して、正極合剤を作製する。次に、この正極合剤にＮ−メチル−２−ピロリドンを加えてスラリー状とし、これをアルミニウム箔に塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、図２に示す如き正極(21)を作製する。又、非塗工部には、複数本のアルミニウム製のリード(３)を溶接する。
負極の作製
先ず、天然の黒鉛粉末と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなる結着剤とを、重量比で９０：１０の割合に混合して、負極合剤を作製する。次に、この負極合剤にＮ−メチル−２−ピロリドンを加えてスラリー状とし、これを銅箔に塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、図２に示す如き負極(23)を作製する。又、非塗工部には、複数本のニッケル製のリード(３)を溶接する。
【００１８】
巻き取り電極体の作製
前記正極の作製工程によって得られた正極(21)と、前記負極の作製工程によって得られた負極(23)との間に、ポリエチレン製の微多孔性薄膜からなるセパレータ(22)を挟んで、これらを互いに重ね合わせる。但し、正極(21)と負極(23)は、夫々から突出する極性の異なるリード(３)が逆向きとなる姿勢に配置する。
重ね合わされた正極(21)とセパレータ(22)と負極(23)とを、軸部材(６)を巻き取り軸として渦巻き状に巻き取り、巻き取り電極体(２)を作製する。その後、軸部材(６)の両端面(61)(62)に押圧部材(７)(７)をねじ止めする。
電解液の調製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で１：１の割合に混合して混合溶媒を作製する。この混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの割合で溶解して電解液を調製する。
【００１９】
集電部材の作製
正極側の集電部材(50)はアルミニウム製の円板からなり、該円板の中央部に一対の貫通孔(53)(53)を開設して集電部材(50)を作製する。負極側の集電部材は銅製の円板からなり、該円板の中央部に一対の貫通孔を開設して集電部材を作製する。
電池の組立
先ず、図１に示す如く、一方の蓋体(11)に組み付けられている正極端子(40)の端面(44)に、一対の爪部材(51)(51)をねじ止めする。又、他方の蓋体(11)に組み付けられている負極端子(47)の端面にも、一対の爪部材をねじ止めする。
次に、巻き取り電極体(２)の正極から伸びている複数本のリード(３)の先端部を、正極側の連結装置(５)を構成する集電部材(50)の裏面に溶接する。これと同様にして、巻き取り電極体(２)の負極から伸びている複数本のリード(３)の先端部を、負極側の連結装置(５)を構成する集電部材の裏面に溶接する。
その後、筒体(12)の内部に巻き取り電極体(２)を収容し、正極端子(40)の端面(44)にねじ止めした一対の爪部材(51)(51)の先端部を、正極側の集電部材(50)の貫通孔(53)(53)に押し込み、両爪部材(51)(51)の先端部を貫通孔(53)(53)の開口縁に係合せしめる。これと同様にして、負極端子(47)の端面にねじ止めした一対の爪部材の先端部を負極側の集電部材(50)の貫通孔に押し込み、貫通孔の開口縁に係合せしめる。
続いて、各蓋体(11)にガス排出弁(15)(15)を取り付け、一方の蓋体(11)を筒体(12)の開口縁に溶接し、筒体(12)の他方の開口から筒体(12)内に電解液を注入する。最後に蓋体(11)を筒体(12)の開口縁に溶接して本実施例のリチウム二次電池を完成する。
【００２０】
上記本発明に係るリチウム二次電池においては、図１に示す如く、各極の集電部材(50)(50)の表面が各極端子(40)(47)の端面(44)(48)に圧接されて、リード(３)と電極端子(40)(47)の間の電流経路が形成されている。これによって、通常の使用温度において充放電が可能である。
何らかの理由によって電池缶(１)内部の温度が上昇した場合、巻き取り電極体(２)の温度上昇に伴って軸部材(６)が熱膨張する。これによって、該軸部材(６)は軸方向に伸長する。このために、該軸部材(６)の正極側の端面(61)に取り付けられているＵ字状の押圧部材(７)は、集電部材(50)の裏面に向かって移動し、Ｕ字状の押圧部材(７)の両端部は、一定値を越える力で集電部材(50)の裏面に押し付けられる。これによって、図３に示す如く、Ｕ字状の押圧部材(７)は、両端部が拡開方向に変形し、押圧部材(７)の両端部が一対の爪部材(51)(51)を押し拡げる。これによって、該爪部材(51)(51)の先端部が集電部材(50)の貫通孔(53)(53)の開口縁から外れる。このとき、集電部材(50)は少なくとも１本のリード(３)によって巻き取り電極体(２)側に引っ張られているために、集電部材(50)は巻き取り電極体(２)に向かって移動する。これによって、集電部材(50)の表面と正極端子(40)の端面(44)が互いに離間し、この結果、複数本のリード(３)と正極端子(40)の間の電流経路が遮断される。
負極側の連結装置(５)も、正極側の連結装置(５)と同じ構成である。従って、負極端子(47)と負極の複数本のリード(３)の間の電流経路も、正極端子(40)と正極の複数本のリード(３)の間の電流経路と同様に遮断される。この結果、以後の充放電が強制的に停止される。
上記温度上昇時において、軸部材(６)は、巻き取り電極体(２)の巻き取り中心に配備されているので、該軸部材(６)は、電池缶(１)内の温度上昇時に最も高温になる巻き取り電極体(２)の中心温度を感知して、電流経路遮断機構を作動せしめる。
又、一対の爪部材(51)(51)と押圧部材(７)によって構成される電流経路遮断機構と、集電部材(50)(50)と各極端子(40)(47)の端面(44)(48)との接触によって形成される電流経路とは、別の構成であるため、充放電時の電流値の大きさに応じて電流経路の断面積を決定することが出来る。従って、充放電時の電流値が、電流経路遮断機構の構成によって制約されることはない。
【００２１】
［第２実施例］
本実施例のリチウム二次電池は、図４に示す如く、軸部材(８)が２つのフッ素樹脂製の軸体(80)(80)と１つのバネ体(81)によって構成されており、該バネ体(81)は、２つの軸体(80)(80)の間に挟まれている。該バネ体(81)は形状記憶合金製であって、電池缶内の温度が通常の充放電温度の上限を越えたときに、軸方向に伸長する。
本実施例のリチウム二次電池は、前記軸部材(８)を巻き取り軸として用いて巻き取り電極体を作製し、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして組み立てる。
【００２２】
本実施例のリチウムイオン二次電池においては、電池缶内の温度が何らかの理由によって通常の充放電温度の上限を越えたときに、形状記憶合金製のバネ体(81)が伸長する。このため、該バネ体(81)を挟む２つの軸体(80)(80)は軸方向に離間する。これによって、軸部材(８)の端面(83)(84)に設置された押圧部材(７)(７)は、その一対の先端部が一定値を越える力で集電部材(50)(50)の裏面に押し付けられて、該一対の先端部が離間する方向に変形する。この結果、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして、電流経路が遮断され、充放電が強制的に停止される。
【００２３】
［第３実施例］
本実施例のリチウム二次電池は、図５に示す如く、軸部材(９)がフッ素樹脂製の中空の円筒体(90)と、該円筒体(90)の両開口部を封口する２つのフッ素樹脂製のキャップ(91)(91)によって構成されており、軸部材(９)の密閉空間には、アルゴンガス(94)が充填されている。
本実施例のリチウム二次電池は、前記軸部材(９)を巻き取り軸として巻き取り電極体を作製し、該軸部材(９)の密閉空間にアルゴンガス(94)を充填した後、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして組み立てる。
【００２４】
本実施例のリチウム二次電池においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(９)の密閉空間に充填されているアルゴンガス(94)が膨張する。このために、軸部材(９)の両端のキャップ(91)(91)が外方へ向かって押し出される。これによって、軸部材(９)の端面(92)(93)に設置された押圧部材(７)(７)の一対の先端部は、集電部材(50)(50)の裏面に当接し、更に一定値を越える力で集電部材(50)(50)の裏面に押し付けられることによって、該一対の先端部が離間する方向に変形する。この結果、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして、連結機構が形成する電流経路が遮断され、充放電が強制的に停止される。
【００２５】
［第４実施例］
本実施例のリチウム二次電池は、図６に示す如く、第３実施例のリチウム二次電池と軸部材の構成は同じである。但し、軸部材(９)の密閉空間には、ジイソプロピルエーテル(95)が封入されている。
本実施例のリチウム二次電池は、前記軸部材(９)を巻き取り軸として巻き取り電極体を作製し、該軸部材(９)の密閉空間にジイソプロピルエーテル(95)を封入した後、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして組み立てる。
【００２６】
本実施例のリチウムイオン二次電池においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(９)の密閉空間に封入されているジイソプロピルエーテル(95)が蒸発し、これによって、密閉空間内の内圧が上昇する。このために、軸部材(９)の両端のキャップ(91)(91)が外方へ向かって押し出される。これによって、軸部材(９)の端面(92)(93)に設置された押圧部材(７)(７)の一対の先端部は、集電部材(50)(50)の裏面に当接し、更に一定値を越える力で集電部材(50)(50)の裏面に押し付けられることによって該一対の先端部が離間する様に変形する。この結果、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして、連結機構が形成する電流経路が遮断され、充放電が強制的に停止される。
【００２７】
本発明に係る二次電池の電流経路の遮断を確認するため、以下の発明電池１〜発明電池４を作製し、実験を行なった。
発明電池１は、上記第１実施例と同様にして作製した。発明電池２は、上記第２実施例と同様にして、形状変化温度が５０℃である形状記憶合金製のバネ体を用いて作製した。発明電池３は、上記第３実施例と同様にして作製した。発明電池４は、上記第４実施例と同様にして作製した。
【００２８】
先ず、各電池の充放電特性を測定するために、充電電流値を１０Ａとして４.２Ｖまで充電した後、放電電流値を１０Ａとして２.７Ｖまで放電した。各電池の充放電特性は、放電容量が８０Ａｈであり、平均放電電圧が３.６Ｖであり、放電電力容量が２８８Ｗｈであった。
［実験］
各電池を、充電電流値を１０Ａとして４.２Ｖまで充電した後、放電電流値を１０Ａとして２.７Ｖまで放電する充放電サイクルを繰り返した。但し、１サイクル毎に、５Ａづつ充電電流値を大きくした。充電途中で電流経路の遮断が生じたときの充電電流値を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
各電池は、表１に示す充電電流値によって充電している途中に、電流経路が遮断された。
【００３１】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、連結装置の構成としては、上記実施例の構成に限らず、一定値以上の押圧力を受けて電流経路を遮断することが可能な種々の構成を採用することが出来る。
又、図１に示す軸部材(６)の材質としては、フッ素樹脂に限らず、必要な熱膨張係数を有する種々の材質を採用することが出来る。ここで、軸部材(６)の材質として金属を用いる場合には、両極間の短絡を防止するために、その表面をフッ素樹脂等によって被覆した構造や、軸部材を２分割してその間に絶縁物を介在せしめた構造を採用することが出来る。
【００３２】
更に、図５に示す軸部材(９)の密閉空間に充填する気体としては、アルゴンガスに限らず、必要な熱膨張係数を有する種々の気体を採用することが出来る。
更に、図６に示す軸部材(９)の密閉空間に封入する気体生成物質としては、ジイソプロピルエーテルに限らず、温度上昇によって気化する物質であれば液体、固体を問わず採用することが出来る。又、封入する物質は１種類に限定されることなく、複数の物質を封入して温度上昇に伴なう化学反応によって気体を発生させる構成とすることも出来る。
【００３３】
更に、各実施例においては、軸部材を巻き取り軸として巻き取り電極体を作製したが、巻き取り電極体を従来の巻き取り軸を用いて作製し、該巻き取り軸を巻き取り電極体から抜き取った後、巻き取り電極体の中心部に形成された空間に本発明に係る軸部材を挿入する工程を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリチウム二次電池の断面図である。
【図２】該二次電池に用いられる巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図３】該二次電池の電流経路が遮断された状態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る他のリチウム二次電池の断面図である。
【図５】本発明に係る更に他のリチウム二次電池の断面図である。
【図６】本発明に係る更に他のリチウム二次電池の断面図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(２) 巻き取り電極体
(３) リード
(40) 正極端子
(47) 負極端子
(５) 連結装置
(50) 集電部材
(51) 爪部材
(６) 軸部材
(７) 押圧部材
(８) 軸部材
(81) バネ体
(９) 軸部材
(90) 円筒体
(91) キャップ
(94) アルゴンガス
(95) ジイソプロピルエーテル
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶内に発電要素となる電極体が収容されて、該電極体が発生する電力を外部へ取り出すことが可能な二次電池に関し、特に、所定値を越える温度上昇が発生したときに電流経路を遮断する電流経路遮断機構を具えた二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、密閉された電池缶の内部に、所定値を越える温度上昇が発生したときに電流経路を遮断する温度ヒューズ(感熱素子)を配備した二次電池が提案されている(特開平6-203827号)。
該二次電池においては、温度ヒューズの一端はリードを介して電極体の正極に接続されており、温度ヒューズの他端はリードを介して正極端子に接続されている。従って、何らかの理由により電池の温度が所定値を越えると、温度ヒューズが溶断して、これによって、リードと正極端子の間において電流経路が遮断され、以後の充放電が強制的に停止される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、温度ヒューズを利用した電流経路遮断機構においては、温度ヒューズ自体が通電経路を形成しているために、温度ヒューズの容量によって二次電池の充放電時の電流値が制限される問題があった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、充放電時の電流値が制限されることのない電流経路遮断機構を具えた二次電池を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る二次電池においては、電池缶の内部に収容された巻き取り電極体(２)の正極及び負極から夫々１或いは複数本のリードが引き出されており、該巻き取り電極体(２)が発生する電力を、前記リードを介して一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る。
正極及び負極の内、少なくとも何れか一方の電極から引き出された１或いは複数本のリード(３)が電極端子 (40)に連結され、該電極端子 (40) には、前記集電部材 (50) を電極端子 (40) の端子端面 (44) に接合せしめた状態で該集電部材 (50) を保持する爪部材 (51) が突設されて、リード ( ３ ) から集電部材 (50) を経て電極端子 (40) に至る電流経路が形成されると共に、該電流経路を遮断するための電流経路遮断機構を具えている。
該電流経路遮断機構は、前記爪部材 (51) を押圧して爪部材 (51) による集電部材 (50) の保持を解除するための押圧部材 ( ７ ) を具え、前記巻き取り電極体(２)の巻き取り中心には、温度上昇に伴って軸方向に伸長する軸部材(６)が配備され、該軸部材(６)の端部が巻き取り電極体(２)から突出して前記電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )に対向している。
【０００６】
上記本発明の二次電池においては、通常の充放電温度にて電流経路が閉じており、該電流経路を通じて充放電が行なわれる。
何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合には、温度上昇に伴って軸部材(６)が軸方向に伸長する。ここで、前記軸部材(６)の端部は電流経路遮断機構の入力部となる押圧部材 ( ７ )に対向しているので、該軸部材(６)の伸長によって、押圧部材 ( ７ ) は該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受ける。これによって押圧部材 ( ７ ) が爪部材 (51) を押圧し、爪部材 (51) による集電部材 (50) の保持を解除する。この結果、集電部材 (50) が電極端子 (40) の端子端面 (44) から離脱し、前記１或いは複数本のリード(３)と電極端子(40)との間の電流経路が遮断され、充放電が強制的に停止される。
尚、前記軸部材(６)は巻き取り電極体(２)の巻き取り中心に配備されているので、該軸部材(６)は、電池缶内の温度上昇が最も大きな巻き取り電極体(２)の中心部の温度を感知する。
【０００７】
具体的構成において、前記軸部材(６)は、中実若しくは中空の軸体を具え、該軸体の熱膨張によって軸方向に伸長する。
該具体的構成においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(６)の軸体が熱膨張によって軸方向に伸長し、軸部材(６)の端部が電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )側へ変位する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【０００８】
他の具体的構成において、前記軸部材(６)は、複数本の軸体と、軸体間に介在するバネ体とを具え、該バネ体は、形状記憶合金から形成されて、通常の充放電温度よりも高い温度に達することによって伸長する。
該具体的構成においては、電池缶内の温度が何らかの理由によって通常の充放電温度よりも高い温度に達した場合、前記バネ体が伸長し、これによって、複数本の軸体の相互の間隔が大きくなり、軸部材(６)の端部が電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )側へ変位する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【０００９】
更に他の具体的構成において、前記軸部材(６)は、軸方向に伸縮可能であって内部に密閉空間を有し、該密閉空間には、温度上昇に伴って膨張する気体が充填されている。
該具体的構成においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(６)の密閉空間に充填されている気体が膨張し、これによって、軸部材(６)は軸方向に伸長し、軸部材(６)の端部が電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )側へ変位する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【００１０】
更に他の具体的構成において、前記軸部材(６)は、軸方向に伸縮可能であって内部に密閉空間を有し、該密閉空間には、温度上昇に伴って気化する液体若しくは固体が封入されている。
該具体的構成においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(６)の密閉空間に封入されている液体若しくは固体が気化して、密閉空間の内圧が上昇し、これによって軸部材(６)は軸方向に伸長し、軸部材(６)の端部が電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )側へ変位する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【００１１】
更に他の具体的構成において、前記軸部材(６)は、通常の充放電温度よりも高い温度に達することによって、前記電流経路遮断機構の押圧部材(７)を押圧して電流経路を遮断せしめることが可能な長さまで伸長する。
該具体的構成においては、電池缶内の温度が何らかの理由によって通常の充放電温度よりも高い温度に達した場合、前記軸部材(６)が伸長する。この結果、電流経路遮断機構は、押圧部材 ( ７ )に対して該軸部材(６)の端部から一定値を越える押圧力を受けて、電流経路を遮断する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池によれば、電流経路遮断機構の構成とは別に電流経路が形成されており、電流経路遮断機構の構成とは無関係に電流経路の断面積を大きくすることが出来る。従って、充放電時の電流値が制約されることはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリチウム二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
［第１実施例］
本実施例のリチウム二次電池は、図１に示す如く、筒体(12)の両端部に蓋体(11)(11)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。
一方の蓋体(11)には正極端子(40)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の正極から伸びる複数本のリード(３)が連結装置(５)を介して該正極端子(40)に接続されている。他方の蓋体(11)には負極端子(47)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の負極から伸びる複数本のリード(３)が連結装置(５)を介して負極端子(47)に接続されている。これによって、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子(40)(47)から外部に取り出すことが可能となっている。又、各蓋体(11)には電池缶(１)の内圧が所定の圧力を越えることによって破断する２つのガス排出弁(15)(15)が取り付けられている。尚、図１においては、便宜上、一部のリード(３)の先端部が、連結装置(５)(５)に接続されている状態のみを示し、他のリード(３)については、先端部が連結装置(５)(５)に接続されている状態の図示を省略している。
【００１４】
巻き取り電極体(２)は、図２に示す様に、それぞれ帯状の正極(21)と負極(23)の間に帯状のセパレータ(22)を介在させて、フッ素樹脂製の中実の軸部材(６)に渦巻き状に巻回して構成されている。
正極(21)は、アルミニウム箔からなる帯状芯体の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(24)を塗布して構成され、負極(23)は、銅箔からなる帯状芯体の両面に炭素材料を含む負極活物質(25)を塗布して構成されている。
又、正極(21)には、正極活物質(24)の塗布されていない非塗工部が形成され、該非塗工部に、複数本のリード(３)の基端部が溶接されている。同様に負極(23)には、負極活物質(25)の塗布されていない非塗工部が形成され、該非塗工部に、複数本のリード(３)の基端部が溶接されている。
【００１５】
正極端子は、図１に示す様に電池缶(１)の蓋体(11)を貫通して取り付けられたネジ部材からなり、正極端子(40)の基端部には鍔部(45)が形成されている。蓋体(11)の貫通孔には、樹脂製の絶縁部材(43)が装着され、蓋体(11)と正極端子(40)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。
正極端子(40)には、電池缶(１)の外側からワッシャ(42)が嵌められると共に、ナット(41)が螺合しており、該ナット(41)を締め付けて、正極端子(40)の鍔部(45)とワッシャ(42)によって絶縁部材(43)を狭圧することにより、シール性を高めている。負極端子(47)は、上記正極端子(40)と同様にして、他方の蓋体(11)に取り付けられている。
【００１６】
連結装置(５)(５)は、正極側と負極側の連結装置(５)(５)が同じ構成であるので、正極側の連結装置(５)について説明する。
正極側の連結装置(５)は、正極端子(40)の端面(44)にねじ止めされている一対の爪部材(51)(51)と、該一対の爪部材(51)(51)の先端部によって係止されている円板状の集電部材(50)と、前記軸部材(６)の端面(61)にねじ止めされて該集電部材(50)の裏面と僅かな間隔を有して対向しているＵ字状の押圧部材(７)とによって構成されている。該爪部材(51)(51)及び押圧部材(７)はフッ素樹脂によって形成されており、弾性変形可能である。集電部材(50)はアルミニウム板を用いて形成されており、負極側の連結装置を構成する集電部材は銅板を用いて形成されている。
該集電部材(50)の中央部には一対の貫通孔(53)(53)が開設されており、一対の爪部材(51)(51)の先端部は貫通孔(53)(53)の開口縁に係合している。これによって、該集電部材(50)の表面は、正極端子(40)の端面(44)に圧接されている。又、集電部材(50)の裏面には、複数本のリード(３)の先端部が溶接されている。
これによって、複数本のリード(３)の先端部から、集電部材(50)を経て、正極端子(40)の端面(44)に至る電流経路が形成されている。尚、該集電部材(50)の表面と正極端子(40)の端面(44)との接触面積は、充放電時の電流値が通電可能な大きさに形成されている。ここで、集電部材(50)は、複数本のリード(３)の内の１或いは複数本によって巻き取り電極体側に引っ張られている。
又、一対の爪部材(51)(51)と押圧部材(７)とによって電流経路遮断機構が構成される。ここで、該押圧部材(７)が電流経路遮断のための押圧力を受けるべき入力部となる。
【００１７】
次に、上記リチウム二次電池の製造方法について説明する。
正極の作製
先ず、コバルト酸リチウム(ＬｉＣｏＯ２)粉末と、炭素粉末からなる導電剤と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなる結着剤とを、重量比で９０：５：５の割合によって混合して、正極合剤を作製する。次に、この正極合剤にＮ−メチル−２−ピロリドンを加えてスラリー状とし、これをアルミニウム箔に塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、図２に示す如き正極(21)を作製する。又、非塗工部には、複数本のアルミニウム製のリード(３)を溶接する。
負極の作製
先ず、天然の黒鉛粉末と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなる結着剤とを、重量比で９０：１０の割合に混合して、負極合剤を作製する。次に、この負極合剤にＮ−メチル−２−ピロリドンを加えてスラリー状とし、これを銅箔に塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、図２に示す如き負極(23)を作製する。又、非塗工部には、複数本のニッケル製のリード(３)を溶接する。
【００１８】
巻き取り電極体の作製
前記正極の作製工程によって得られた正極(21)と、前記負極の作製工程によって得られた負極(23)との間に、ポリエチレン製の微多孔性薄膜からなるセパレータ(22)を挟んで、これらを互いに重ね合わせる。但し、正極(21)と負極(23)は、夫々から突出する極性の異なるリード(３)が逆向きとなる姿勢に配置する。
重ね合わされた正極(21)とセパレータ(22)と負極(23)とを、軸部材(６)を巻き取り軸として渦巻き状に巻き取り、巻き取り電極体(２)を作製する。その後、軸部材(６)の両端面(61)(62)に押圧部材(７)(７)をねじ止めする。
電解液の調製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で１：１の割合に混合して混合溶媒を作製する。この混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの割合で溶解して電解液を調製する。
【００１９】
集電部材の作製
正極側の集電部材(50)はアルミニウム製の円板からなり、該円板の中央部に一対の貫通孔(53)(53)を開設して集電部材(50)を作製する。負極側の集電部材は銅製の円板からなり、該円板の中央部に一対の貫通孔を開設して集電部材を作製する。
電池の組立
先ず、図１に示す如く、一方の蓋体(11)に組み付けられている正極端子(40)の端面(44)に、一対の爪部材(51)(51)をねじ止めする。又、他方の蓋体(11)に組み付けられている負極端子(47)の端面にも、一対の爪部材をねじ止めする。
次に、巻き取り電極体(２)の正極から伸びている複数本のリード(３)の先端部を、正極側の連結装置(５)を構成する集電部材(50)の裏面に溶接する。これと同様にして、巻き取り電極体(２)の負極から伸びている複数本のリード(３)の先端部を、負極側の連結装置(５)を構成する集電部材の裏面に溶接する。
その後、筒体(12)の内部に巻き取り電極体(２)を収容し、正極端子(40)の端面(44)にねじ止めした一対の爪部材(51)(51)の先端部を、正極側の集電部材(50)の貫通孔(53)(53)に押し込み、両爪部材(51)(51)の先端部を貫通孔(53)(53)の開口縁に係合せしめる。これと同様にして、負極端子(47)の端面にねじ止めした一対の爪部材の先端部を負極側の集電部材(50)の貫通孔に押し込み、貫通孔の開口縁に係合せしめる。
続いて、各蓋体(11)にガス排出弁(15)(15)を取り付け、一方の蓋体(11)を筒体(12)の開口縁に溶接し、筒体(12)の他方の開口から筒体(12)内に電解液を注入する。最後に蓋体(11)を筒体(12)の開口縁に溶接して本実施例のリチウム二次電池を完成する。
【００２０】
上記本発明に係るリチウム二次電池においては、図１に示す如く、各極の集電部材(50)(50)の表面が各極端子(40)(47)の端面(44)(48)に圧接されて、リード(３)と電極端子(40)(47)の間の電流経路が形成されている。これによって、通常の使用温度において充放電が可能である。
何らかの理由によって電池缶(１)内部の温度が上昇した場合、巻き取り電極体(２)の温度上昇に伴って軸部材(６)が熱膨張する。これによって、該軸部材(６)は軸方向に伸長する。このために、該軸部材(６)の正極側の端面(61)に取り付けられているＵ字状の押圧部材(７)は、集電部材(50)の裏面に向かって移動し、Ｕ字状の押圧部材(７)の両端部は、一定値を越える力で集電部材(50)の裏面に押し付けられる。これによって、図３に示す如く、Ｕ字状の押圧部材(７)は、両端部が拡開方向に変形し、押圧部材(７)の両端部が一対の爪部材(51)(51)を押し拡げる。これによって、該爪部材(51)(51)の先端部が集電部材(50)の貫通孔(53)(53)の開口縁から外れる。このとき、集電部材(50)は少なくとも１本のリード(３)によって巻き取り電極体(２)側に引っ張られているために、集電部材(50)は巻き取り電極体(２)に向かって移動する。これによって、集電部材(50)の表面と正極端子(40)の端面(44)が互いに離間し、この結果、複数本のリード(３)と正極端子(40)の間の電流経路が遮断される。
負極側の連結装置(５)も、正極側の連結装置(５)と同じ構成である。従って、負極端子(47)と負極の複数本のリード(３)の間の電流経路も、正極端子(40)と正極の複数本のリード(３)の間の電流経路と同様に遮断される。この結果、以後の充放電が強制的に停止される。
上記温度上昇時において、軸部材(６)は、巻き取り電極体(２)の巻き取り中心に配備されているので、該軸部材(６)は、電池缶(１)内の温度上昇時に最も高温になる巻き取り電極体(２)の中心温度を感知して、電流経路遮断機構を作動せしめる。
又、一対の爪部材(51)(51)と押圧部材(７)によって構成される電流経路遮断機構と、集電部材(50)(50)と各極端子(40)(47)の端面(44)(48)との接触によって形成される電流経路とは、別の構成であるため、充放電時の電流値の大きさに応じて電流経路の断面積を決定することが出来る。従って、充放電時の電流値が、電流経路遮断機構の構成によって制約されることはない。
【００２１】
［第２実施例］
本実施例のリチウム二次電池は、図４に示す如く、軸部材(８)が２つのフッ素樹脂製の軸体(80)(80)と１つのバネ体(81)によって構成されており、該バネ体(81)は、２つの軸体(80)(80)の間に挟まれている。該バネ体(81)は形状記憶合金製であって、電池缶内の温度が通常の充放電温度の上限を越えたときに、軸方向に伸長する。
本実施例のリチウム二次電池は、前記軸部材(８)を巻き取り軸として用いて巻き取り電極体を作製し、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして組み立てる。
【００２２】
本実施例のリチウムイオン二次電池においては、電池缶内の温度が何らかの理由によって通常の充放電温度の上限を越えたときに、形状記憶合金製のバネ体(81)が伸長する。このため、該バネ体(81)を挟む２つの軸体(80)(80)は軸方向に離間する。これによって、軸部材(８)の端面(83)(84)に設置された押圧部材(７)(７)は、その一対の先端部が一定値を越える力で集電部材(50)(50)の裏面に押し付けられて、該一対の先端部が離間する方向に変形する。この結果、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして、電流経路が遮断され、充放電が強制的に停止される。
【００２３】
［第３実施例］
本実施例のリチウム二次電池は、図５に示す如く、軸部材(９)がフッ素樹脂製の中空の円筒体(90)と、該円筒体(90)の両開口部を封口する２つのフッ素樹脂製のキャップ(91)(91)によって構成されており、軸部材(９)の密閉空間には、アルゴンガス(94)が充填されている。
本実施例のリチウム二次電池は、前記軸部材(９)を巻き取り軸として巻き取り電極体を作製し、該軸部材(９)の密閉空間にアルゴンガス(94)を充填した後、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして組み立てる。
【００２４】
本実施例のリチウム二次電池においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(９)の密閉空間に充填されているアルゴンガス(94)が膨張する。このために、軸部材(９)の両端のキャップ(91)(91)が外方へ向かって押し出される。これによって、軸部材(９)の端面(92)(93)に設置された押圧部材(７)(７)の一対の先端部は、集電部材(50)(50)の裏面に当接し、更に一定値を越える力で集電部材(50)(50)の裏面に押し付けられることによって、該一対の先端部が離間する方向に変形する。この結果、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして、連結機構が形成する電流経路が遮断され、充放電が強制的に停止される。
【００２５】
［第４実施例］
本実施例のリチウム二次電池は、図６に示す如く、第３実施例のリチウム二次電池と軸部材の構成は同じである。但し、軸部材(９)の密閉空間には、ジイソプロピルエーテル(95)が封入されている。
本実施例のリチウム二次電池は、前記軸部材(９)を巻き取り軸として巻き取り電極体を作製し、該軸部材(９)の密閉空間にジイソプロピルエーテル(95)を封入した後、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして組み立てる。
【００２６】
本実施例のリチウムイオン二次電池においては、何らかの理由によって電池缶内の温度が上昇した場合、軸部材(９)の密閉空間に封入されているジイソプロピルエーテル(95)が蒸発し、これによって、密閉空間内の内圧が上昇する。このために、軸部材(９)の両端のキャップ(91)(91)が外方へ向かって押し出される。これによって、軸部材(９)の端面(92)(93)に設置された押圧部材(７)(７)の一対の先端部は、集電部材(50)(50)の裏面に当接し、更に一定値を越える力で集電部材(50)(50)の裏面に押し付けられることによって該一対の先端部が離間する様に変形する。この結果、第１実施例のリチウム二次電池と同様にして、連結機構が形成する電流経路が遮断され、充放電が強制的に停止される。
【００２７】
本発明に係る二次電池の電流経路の遮断を確認するため、以下の発明電池１〜発明電池４を作製し、実験を行なった。
発明電池１は、上記第１実施例と同様にして作製した。発明電池２は、上記第２実施例と同様にして、形状変化温度が５０℃である形状記憶合金製のバネ体を用いて作製した。発明電池３は、上記第３実施例と同様にして作製した。発明電池４は、上記第４実施例と同様にして作製した。
【００２８】
先ず、各電池の充放電特性を測定するために、充電電流値を１０Ａとして４.２Ｖまで充電した後、放電電流値を１０Ａとして２.７Ｖまで放電した。各電池の充放電特性は、放電容量が８０Ａｈであり、平均放電電圧が３.６Ｖであり、放電電力容量が２８８Ｗｈであった。
［実験］
各電池を、充電電流値を１０Ａとして４.２Ｖまで充電した後、放電電流値を１０Ａとして２.７Ｖまで放電する充放電サイクルを繰り返した。但し、１サイクル毎に、５Ａづつ充電電流値を大きくした。充電途中で電流経路の遮断が生じたときの充電電流値を表１に示す。
【００２９】
【表１】
各電池は、表１に示す充電電流値によって充電している途中に、電流経路が遮断された。
【００３１】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、連結装置の構成としては、上記実施例の構成に限らず、一定値以上の押圧力を受けて電流経路を遮断することが可能な種々の構成を採用することが出来る。
又、図１に示す軸部材(６)の材質としては、フッ素樹脂に限らず、必要な熱膨張係数を有する種々の材質を採用することが出来る。ここで、軸部材(６)の材質として金属を用いる場合には、両極間の短絡を防止するために、その表面をフッ素樹脂等によって被覆した構造や、軸部材を２分割してその間に絶縁物を介在せしめた構造を採用することが出来る。
【００３２】
更に、図５に示す軸部材(９)の密閉空間に充填する気体としては、アルゴンガスに限らず、必要な熱膨張係数を有する種々の気体を採用することが出来る。
更に、図６に示す軸部材(９)の密閉空間に封入する気体生成物質としては、ジイソプロピルエーテルに限らず、温度上昇によって気化する物質であれば液体、固体を問わず採用することが出来る。又、封入する物質は１種類に限定されることなく、複数の物質を封入して温度上昇に伴なう化学反応によって気体を発生させる構成とすることも出来る。
【００３３】
更に、各実施例においては、軸部材を巻き取り軸として巻き取り電極体を作製したが、巻き取り電極体を従来の巻き取り軸を用いて作製し、該巻き取り軸を巻き取り電極体から抜き取った後、巻き取り電極体の中心部に形成された空間に本発明に係る軸部材を挿入する工程を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリチウム二次電池の断面図である。
【図２】該二次電池に用いられる巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図３】該二次電池の電流経路が遮断された状態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る他のリチウム二次電池の断面図である。
【図５】本発明に係る更に他のリチウム二次電池の断面図である。
【図６】本発明に係る更に他のリチウム二次電池の断面図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(２) 巻き取り電極体
(３) リード
(40) 正極端子
(47) 負極端子
(５) 連結装置
(50) 集電部材
(51) 爪部材
(６) 軸部材
(７) 押圧部材
(８) 軸部材
(81) バネ体
(９) 軸部材
(90) 円筒体
(91) キャップ
(94) アルゴンガス
(95) ジイソプロピルエーテル
Claims (6)
- 電池缶の内部に収容された巻き取り電極体(２)の正極及び負極から夫々１或いは複数本のリード(３)が引き出されており、該巻き取り電極体(２)が発生する電力を、前記リード(３)を介して一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る二次電池において、正極及び負極の内、少なくとも何れか一方の電極から引き出された１或いは複数本のリード(３)が電極端子 (40)に連結され、該電極端子 (40) には、前記集電部材 (50) を電極端子 (40) の端子端面 (44) に接合せしめた状態で該集電部材 (50) を保持する爪部材 (51) が突設されて、リード ( ３ ) から集電部材 (50) を経て電極端子 (40) に至る電流経路が形成されると共に、該電流経路を遮断するための電流経路遮断機構を具え、該電流経路遮断機構は、前記爪部材 (51) を押圧して爪部材 (51) による集電部材 (50) の保持を解除するための押圧部材 ( ７ ) を具え、前記巻き取り電極体(２)の巻き取り中心には、温度上昇に伴って軸方向に伸長する軸部材(６)が配備され、該軸部材(６)の端部が巻き取り電極体(２)から突出して前記電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )に対向していることを特徴とする二次電池。
- 前記軸部材(６)は、中実若しくは中空の軸体を具え、該軸体の熱膨張によって軸方向に伸長する請求項１に記載の二次電池。
- 前記軸部材(６)は、複数本の軸体と、軸体間に介在するバネ体とを具え、該バネ体は、形状記憶合金から形成されて、通常の充放電温度よりも高い温度に達することによって伸長する請求項１に記載の二次電池。
- 前記軸部材(６)は、軸方向に伸縮可能であって内部に密閉空間を有し、該密閉空間には、温度上昇に伴って膨張する気体が充填されている請求項１に記載の二次電池。
- 前記軸部材(６)は、軸方向に伸縮可能であって内部に密閉空間を有し、該密閉空間には、温度上昇に伴って気化する液体若しくは固体が封入されている請求項１に記載の二次電池。
- 前記軸部材(６)は、通常の充放電温度よりも高い温度に達することによって、前記電流経路遮断機構の押圧部材 ( ７ )を押圧して電流経路を遮断せしめることが可能な長さまで伸長する請求項１乃至請求項５の何れかに記載の二次電池。
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