JP4596289B2 - 密閉型電池 - Google Patents
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Description
本発明は密閉型電池に関し、詳しくは異常時に電流を遮断する電流遮断機構を備えた密閉型電池に関する。
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池（蓄電池）は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。このような二次電池の典型的な構造の一つとして、電極体及び電解質が収容されたケースを密閉して成る密閉構造の電池（密閉型電池）が挙げられる。
ところで、この種の電池を充電処理する際、不良電池の存在や充電装置の故障による誤作動があった場合、電池に通常以上の電流が供給され過充電状態に陥ることが想定される。かかる過充電等の電池異常の際には、密閉された電池ケースの内部でガスが発生して該ケースの内圧が上昇し、当該異常内圧（ガス圧）によって電池が膨らむ、更にはケースが破損する等の不具合が発生し得る。このような異常時に対処すべく、従来技術として、密閉された電池ケースの内圧が異常に上昇すると、電流を遮断し且つ内圧を開放する電流遮断弁を備えた電池構造が提案されている。
例えば、特許文献１及び２には、異常な内圧が作用すると破断される破断金属箔を介して、電極体の連結部（接続部材）に接続された電流遮断弁を備え、該電流遮断弁に異常な圧力が作用すると破断金属箔が切断されて該電流遮断弁が連結部（接続部材）から分離されて電流を遮断するように構成されてなる密閉型電池が開示されている。また、特許文献３には、関連する技術として電流遮断弁の構造の一例が記載されている。
特開平１０−２４１６５３号公報
特開２００７−２２７２８３号公報
特開平８−１１５７１４号公報
ところで、この種の電池を充電処理する際、不良電池の存在や充電装置の故障による誤作動があった場合、電池に通常以上の電流が供給され過充電状態に陥ることが想定される。かかる過充電等の電池異常の際には、密閉された電池ケースの内部でガスが発生して該ケースの内圧が上昇し、当該異常内圧（ガス圧）によって電池が膨らむ、更にはケースが破損する等の不具合が発生し得る。このような異常時に対処すべく、従来技術として、密閉された電池ケースの内圧が異常に上昇すると、電流を遮断し且つ内圧を開放する電流遮断弁を備えた電池構造が提案されている。
例えば、特許文献１及び２には、異常な内圧が作用すると破断される破断金属箔を介して、電極体の連結部（接続部材）に接続された電流遮断弁を備え、該電流遮断弁に異常な圧力が作用すると破断金属箔が切断されて該電流遮断弁が連結部（接続部材）から分離されて電流を遮断するように構成されてなる密閉型電池が開示されている。また、特許文献３には、関連する技術として電流遮断弁の構造の一例が記載されている。
しかしながら、上記特許文献１〜２に開示されるような構成の電流遮断弁を備える密閉型電池では、電極体から外部端子への通電（或いはその逆向きの通電）を介する上記金属箔自体が電池の内部抵抗を上昇させる一因となり得る。特に、大電流を放電する車載用電池においてかかる内部抵抗の上昇は望ましくない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、異常時には確実に電流を遮断し得る電流遮断機構であって正常時には内部抵抗の上昇（増加）を防ぎつつ比較的大きな電流を放電可能な構造の電流遮断機構を備えた密閉型電池を提供することである。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、異常時には確実に電流を遮断し得る電流遮断機構であって正常時には内部抵抗の上昇（増加）を防ぎつつ比較的大きな電流を放電可能な構造の電流遮断機構を備えた密閉型電池を提供することである。
本発明によって提供される電池は、正極及び負極を備える電極体と、上記電極体を収容するケースと、上記ケース内と外部とのガスの流通を阻止し且つ該ケース内の内圧が所定レベルを超えて上昇した際（即ち異常内圧上昇時）に変形する電流遮断弁と、電流遮断弁を介して上記電極体と電気的に接続される正負いずれかの外部端子とを備える密閉型電池である。
ここで開示される一つの態様の電池では、上記電極体と電気的に接続される接続部材であって、該電流遮断弁に隣接する部位に係合孔部が形成された接続部材が設けられており、上記電流遮断弁は、その一部が上記係合孔部に嵌合した状態で該係合孔部の周縁と環状に面接合されることによって上記接続部材と通電可能に接続されている。また、他の一つの態様の電池では、上記電極体と電気的に接続される接続部材であって、該電流遮断弁に隣接する部位に係合孔部が形成された接続部材が設けられており、上記電流遮断弁は、その一部が上記係合孔部に嵌合した状態で該係合孔部の内壁と接触している部分が該係合孔部の内壁と環状に面接合されることによって上記接続部材と通電可能に接続されている。
そして、ここで開示される電池では、何らかの理由によって上記ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際（異常内圧上昇時）には、上記電流遮断弁が該内圧によりケースの外方に向けて変形してさらには該電流遮断弁が上記接続部材から分離することによって該接続部材と電流遮断弁との電気的接続が断たれるように構成されていることを特徴とする。
ここで開示される一つの態様の電池では、上記電極体と電気的に接続される接続部材であって、該電流遮断弁に隣接する部位に係合孔部が形成された接続部材が設けられており、上記電流遮断弁は、その一部が上記係合孔部に嵌合した状態で該係合孔部の周縁と環状に面接合されることによって上記接続部材と通電可能に接続されている。また、他の一つの態様の電池では、上記電極体と電気的に接続される接続部材であって、該電流遮断弁に隣接する部位に係合孔部が形成された接続部材が設けられており、上記電流遮断弁は、その一部が上記係合孔部に嵌合した状態で該係合孔部の内壁と接触している部分が該係合孔部の内壁と環状に面接合されることによって上記接続部材と通電可能に接続されている。
そして、ここで開示される電池では、何らかの理由によって上記ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際（異常内圧上昇時）には、上記電流遮断弁が該内圧によりケースの外方に向けて変形してさらには該電流遮断弁が上記接続部材から分離することによって該接続部材と電流遮断弁との電気的接続が断たれるように構成されていることを特徴とする。
本発明に係る電流遮断弁（電流遮断機構）を備える密閉型電池では、上記電流遮断弁が上記係合孔部（典型的には接続部材を貫通する貫通孔）の周縁部において環状に面接合されて上記接続部材（典型的には電気遮断弁と電極体との間に配置される導電部材）と接合し、電気的に接続されている。また、好ましくは、上記電流遮断弁が上記係合孔部内壁との接触面において接合され、上記接続部材と接合し、電気的に接続されている。
このように、係合孔部の周縁部（及び／又は係合孔部の内壁部）を利用して電気遮断弁と接続部材とを環状に接合することにより、上記のような内部抵抗増大の原因となる金属箔等の他の部材を介在させることなく電気遮断弁と接続部材（延いては電極体）との直接の電気的接続が実現される。また、孔の周縁を利用した環状に延びる接合構造及び／又は面接合（即ち、係合孔部の内壁面を利用した面状に拡がる接合構造）であるため、従来のスポット溶接等によって電流遮断弁と金属箔とを点状に接合する場合と比べて接触面積即ち導通面積を広く確保することができる。
従って、本発明によると、内部抵抗を増大させることなく、比較的大電流を通電するのに適する電流遮断機構を備える密閉型電池を提供することができる。このことから、ここで開示される電池は、電源として電気自動車やハイブリッド車に搭載される車載用二次電池として好適である。
このように、係合孔部の周縁部（及び／又は係合孔部の内壁部）を利用して電気遮断弁と接続部材とを環状に接合することにより、上記のような内部抵抗増大の原因となる金属箔等の他の部材を介在させることなく電気遮断弁と接続部材（延いては電極体）との直接の電気的接続が実現される。また、孔の周縁を利用した環状に延びる接合構造及び／又は面接合（即ち、係合孔部の内壁面を利用した面状に拡がる接合構造）であるため、従来のスポット溶接等によって電流遮断弁と金属箔とを点状に接合する場合と比べて接触面積即ち導通面積を広く確保することができる。
従って、本発明によると、内部抵抗を増大させることなく、比較的大電流を通電するのに適する電流遮断機構を備える密閉型電池を提供することができる。このことから、ここで開示される電池は、電源として電気自動車やハイブリッド車に搭載される車載用二次電池として好適である。
ここで開示される電池の好適な一態様では、上記電流遮断弁の変形に伴って上記接合された部分よりも外周側において上記接続部材が破断し、上記係合孔部の周縁を含む該接続部材の一部が該電流遮断弁と一緒に該接続部材の本体から分離される。
かかる構成の密閉型電池では、電池ケース内の内圧上昇に伴って電流遮断弁が変形した際に上記接続部材の一部が破断することにより確実に電流を遮断することができる。また、本態様の電池では当該破断部分が電流遮断弁と接続部材との接合部分とは異なる部分に形成される。このため、電流遮断弁と接続部材との接合は強固に（即ち内圧上昇によっても容易には分離しない程度に）行うことができるので、正常時における当該接合部分の導電性を高いレベルに維持することができる。従って、本態様の密閉型電池は、比較的大電流を通電するのに適する電流遮断機構付き密閉型電池として好ましい。
かかる構成の密閉型電池では、電池ケース内の内圧上昇に伴って電流遮断弁が変形した際に上記接続部材の一部が破断することにより確実に電流を遮断することができる。また、本態様の電池では当該破断部分が電流遮断弁と接続部材との接合部分とは異なる部分に形成される。このため、電流遮断弁と接続部材との接合は強固に（即ち内圧上昇によっても容易には分離しない程度に）行うことができるので、正常時における当該接合部分の導電性を高いレベルに維持することができる。従って、本態様の密閉型電池は、比較的大電流を通電するのに適する電流遮断機構付き密閉型電池として好ましい。
さらに好ましくは、上記接続部材における上記電流遮断弁と一緒に分離される部分は、上記接続部材の本体よりも薄肉に形成されている。かかる薄肉形成により、異常内圧上昇時には当該部分の破断が容易となり、より確実に（より迅速に）電流遮断を行うことができる。
或いはまた、さらに好ましくは、上記接続部材における上記破断する部分には、該破断を助長し得るスリットが予め形成されている。このようなスリット形成によっても、内圧上昇時には当該部分の破断が容易となり、より確実に（より迅速に）電流遮断を行うことができる。上記薄肉形成部分に更にスリットを設けることが特に好ましい。
或いはまた、さらに好ましくは、上記接続部材における上記破断する部分には、該破断を助長し得るスリットが予め形成されている。このようなスリット形成によっても、内圧上昇時には当該部分の破断が容易となり、より確実に（より迅速に）電流遮断を行うことができる。上記薄肉形成部分に更にスリットを設けることが特に好ましい。
また、ここで開示される電池の他の好適な一態様では、上記ケース内圧がさらに上昇した際（即ち電流遮断後に更に内圧が上昇する場合）に上記接続部材から分離した電流遮断弁の一部が破断して該ケース内から外部へのガス放出が実現するように構成されている。
かかる構成の密閉型電池では、電流遮断弁が作動（変形）して上記のように電流を遮断した後でさらに内圧が上昇した際に、電流遮断弁の一部が破断してケース内部の気密性を解除してケース内外の通気を行うことができる。このため、何らかの異常によってケース内圧が高まった際には、電流遮断に続き、ケース内で発生したガスを確実に開放することができる。このため、当該電池の破損や周囲への影響を未然に防止することができる。
かかる構成の密閉型電池では、電流遮断弁が作動（変形）して上記のように電流を遮断した後でさらに内圧が上昇した際に、電流遮断弁の一部が破断してケース内部の気密性を解除してケース内外の通気を行うことができる。このため、何らかの異常によってケース内圧が高まった際には、電流遮断に続き、ケース内で発生したガスを確実に開放することができる。このため、当該電池の破損や周囲への影響を未然に防止することができる。
好ましくは、上記電流遮断弁における上記破断する部分には、該破断を助長し得るスリットが予め形成されている。このようなスリットが形成されていることによって当該部分の破断が容易となり、より確実に（より迅速に）ガスの放出を行うことができる。
ここで開示される密閉型電池として好適な一つの形態として、上記ケースが円筒形状に形成されている円筒形状の密閉型電池が挙げられる。そして、好ましくは、上記接続部材及び電流遮断弁は、各々円板形状に形成されているとともに該円筒形状ケースの長軸方向の一端に設けられている。ここで上記円板形状の接続部材は、その中央部分に係合孔部が形成されており、該係合孔部の周縁部は他の部分よりも薄肉に形成されており、該円板形状の電流遮断弁はその中央部分が上記接続部材の中央部分の係合孔部に嵌合した状態で配置されている。
かかる形態の円筒型の電池は、円板形状の接続部材（典型的にはケース内の電極体又は該電極体からのリード部材と連結した導電部材）の中央部分に設けた係合孔部に上記円板形状の電流遮断弁の中央部分が嵌合し、その係合孔部の周縁と電流遮断弁の嵌合部分の周囲が線状（環状）に接合する。或いは、その係合孔部の内壁と電流遮断弁の嵌合部分の該内壁に接触する部分が面（当該係合孔部内壁において環状に拡がる面）として接合する。このため、内部抵抗を増大させることなく、比較的大電流を通電するのに適する円筒形状の電流遮断機構付き密閉型電池を提供することができる。
かかる形態の円筒型の電池は、円板形状の接続部材（典型的にはケース内の電極体又は該電極体からのリード部材と連結した導電部材）の中央部分に設けた係合孔部に上記円板形状の電流遮断弁の中央部分が嵌合し、その係合孔部の周縁と電流遮断弁の嵌合部分の周囲が線状（環状）に接合する。或いは、その係合孔部の内壁と電流遮断弁の嵌合部分の該内壁に接触する部分が面（当該係合孔部内壁において環状に拡がる面）として接合する。このため、内部抵抗を増大させることなく、比較的大電流を通電するのに適する円筒形状の電流遮断機構付き密閉型電池を提供することができる。
かかる円筒形状の密閉型電池において、さらに好ましくは、電流遮断弁と電気的に接続される正負いずれかの外部端子は、上記円筒形状ケースの長軸方向の一端を覆う蓋体を構成している。そして、当該蓋体形状の外部端子と接続部材とは、相互に隣接して円筒形状ケースの長軸方向の一端に装着されている。蓋体が外部端子であることによって、当該蓋体及びケース本体の内側に電流遮断弁と接続部材との接合構造（即ち電流遮断機構）を形成することができる。このため、コンパクトな形状で電流遮断弁その他の電流遮断機構を備えた円筒型の電池を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば、接続部材と電流遮断弁との接合構造）以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、溶接等の接合方法、電池を構成する電極体や電解質の構成、電池構築のための種々のプロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本発明によって提供される密閉型電池は、上述したような接合構造で接合された電流遮断弁と接続部材とを備える電池であり、本発明を特徴付けない他の構成要素によって限定されない。
本発明は種々の種類の電池に適用できる。例えば、比較的高容量で大電流の充放電が行われる類の電池、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−亜鉛電池、等の二次電池に好適に適用される。或いは、電気二重層キャパシタにも好適に適用される。従って、本発明に関して「電池」は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等のいわゆる化学電池の他、電気二重層キャパシタのように、化学電池（例えばリチウムイオン電池）と同様の産業分野で同様に使用され得る蓄電素子（物理電池）を包含する。
本発明は種々の種類の電池に適用できる。例えば、比較的高容量で大電流の充放電が行われる類の電池、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−亜鉛電池、等の二次電池に好適に適用される。或いは、電気二重層キャパシタにも好適に適用される。従って、本発明に関して「電池」は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等のいわゆる化学電池の他、電気二重層キャパシタのように、化学電池（例えばリチウムイオン電池）と同様の産業分野で同様に使用され得る蓄電素子（物理電池）を包含する。
以下、図面を参照しつつ本発明の密閉型電池として好適な円筒型のリチウムイオン電池１０について詳細に説明する。
図１Ａは、本実施形態に係る円筒型の密閉型リチウムイオン電池１０（以下、単に「電池」という。）の正常時の構成を示す断面図（一部は外形を示す側面図）である。また、図１Ｂは、当該正常時における電池１０の要部（即ち電流遮断弁２２と接続部材の中央部とその周囲）を示す部分断面図である。
図１Ａは、本実施形態に係る円筒型の密閉型リチウムイオン電池１０（以下、単に「電池」という。）の正常時の構成を示す断面図（一部は外形を示す側面図）である。また、図１Ｂは、当該正常時における電池１０の要部（即ち電流遮断弁２２と接続部材の中央部とその周囲）を示す部分断面図である。
図１Ａに示されるように、本実施形態に係る電池１０は、従来の同形状の電池と同様、典型的には所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）を具備する電極体８０と、該電極体８０および適当な電解液を収容する電池ケース４０と、該ケース４０の開口部４２を塞ぐ蓋体２０とを備えている。
電池ケース４０は、後述する捲回電極体８０を収容し得る形状であればよく、この実施形態では、その上端に開口部４２が形成された有底円筒形状を有する。ケース４０の材質は、従来の電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限されない。本実施形態では、ニッケルメッキした鋼板で形成されている。また、本実施形態に係るケース４０は、電極体８０の図示しない負極と接続して外部負極端子を構成している。
蓋体２０は、厚さが概ね０．５〜１ｍｍである金属製材料（ここではニッケルメッキした鉄又は鋼板、或いはアルミニウム板製）からなり、ケースの外径に対応する所定の直径サイズの円板形状の部材であり、その中央部分がケース外方（図では上方）に突出して外部正極端子を構成している。また、図示されるように、中央の突出部分の側面の随所に通気孔２８が形成されている。
かかる蓋体２０よりもケース４０の内方には、本実施形態に係る電流遮断機構を構成する電流遮断弁２２が配置されている。さらに電流遮断弁２２よりもケース４０の内方には、本実施形態に係る接続部材３０が配置されている。
これら電流遮断弁２２と接続部材３０は、蓋体２０と同様の直径サイズの円板形状に形成されており、図１Ａに示すように、それらの周縁部は相互に重ね合わされ、ケース４０の開口部４２にガスケット（ＥＰＤＭ等のゴム製、または絶縁性樹脂製）４４を介して取り付けられている。具体的には、接続部材３０と絶縁性樹脂から成る環形状の絶縁部材（絶縁パッキン材）２１と電流遮断弁２２と蓋体２０とがこの順序で積層され、それら積層された部分をガスケット４４で挟み込むようにしてケース４０の開口部４２にカシメ固定されている。
このようにガスケット４４を介してカシメることにより、蓋体（外部正極端子）２０とケース（外部負極端子）４０との間を絶縁すると共に、電流遮断弁２２が両者の隙間を塞いで電池の密閉構造が構築されている。また、図示されるように、絶縁部材２１が介在することによって、外周縁部分における接続部材３０と電流遮断弁２２との導通（電気的接続）が防止されている。
これら電流遮断弁２２と接続部材３０は、蓋体２０と同様の直径サイズの円板形状に形成されており、図１Ａに示すように、それらの周縁部は相互に重ね合わされ、ケース４０の開口部４２にガスケット（ＥＰＤＭ等のゴム製、または絶縁性樹脂製）４４を介して取り付けられている。具体的には、接続部材３０と絶縁性樹脂から成る環形状の絶縁部材（絶縁パッキン材）２１と電流遮断弁２２と蓋体２０とがこの順序で積層され、それら積層された部分をガスケット４４で挟み込むようにしてケース４０の開口部４２にカシメ固定されている。
このようにガスケット４４を介してカシメることにより、蓋体（外部正極端子）２０とケース（外部負極端子）４０との間を絶縁すると共に、電流遮断弁２２が両者の隙間を塞いで電池の密閉構造が構築されている。また、図示されるように、絶縁部材２１が介在することによって、外周縁部分における接続部材３０と電流遮断弁２２との導通（電気的接続）が防止されている。
次に、接続部材３０について詳細に説明する。図１Ａと図１Ｂ、ならびにケース４０の内方（底側）からみた平面図である図４に示すように、本実施形態に係る接続部材３０は、厚さが概ね０．５〜１ｍｍであり、その中央寄り部分３２が上記カシメに関わる外縁部よりも電極体８０側に陥没する（凹む）ように形成されており、これによって電流遮断弁２２と接続部材３０との間に所定の距離（間隔）を確保している。
好ましくはアルミニウム等の正極を構成する金属（又は合金）製の接続部材３０の中央部分（典型的には本実施形態のように円板形の中心部）には、本実施形態に係る係合孔部３４が貫通孔として形成されている。また、図１Ｂに示すように、係合孔部３４の周囲には、それよりも外周の接続部材本体部分よりも薄肉である薄肉部３６が形成されている。特に限定されないが、薄肉部３６の厚さは０．１〜０．２ｍｍ程度が適当である。さらに、接続部材３０の内側（電極体８０に面する側）において、薄肉部３６の外縁近傍には、図１Ｂに示すように、当該外縁に沿って環状にスリット（切り込み）３７が形成されている。特に限定されないが、スリット（切り込み）は薄肉部の厚さの１／３〜１／２程度、例えば０．０５ｍｍ程度の深さで形成されているのが好ましい。
また、絶縁部材３０の中央部の薄肉部３６よりも外方にはガス抜き用の通気孔３８が幾つか（本実施形態では計５カ所）形成されている。そして、接続部材３０の内側（電極体８０に面する側）には、本実施形態に係るリード部材５０、即ち電極体８０の図示しない正極と接続した集電部材５０が連結している。これにより、電極体８０と当該接続部材３０とは、リード部材５０を介して電気的に接続されている。なお、リード部材５０と電極体８０との接続（溶接）は、従来の同形状のリチウムイオン電池と同様でよく、本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。
好ましくはアルミニウム等の正極を構成する金属（又は合金）製の接続部材３０の中央部分（典型的には本実施形態のように円板形の中心部）には、本実施形態に係る係合孔部３４が貫通孔として形成されている。また、図１Ｂに示すように、係合孔部３４の周囲には、それよりも外周の接続部材本体部分よりも薄肉である薄肉部３６が形成されている。特に限定されないが、薄肉部３６の厚さは０．１〜０．２ｍｍ程度が適当である。さらに、接続部材３０の内側（電極体８０に面する側）において、薄肉部３６の外縁近傍には、図１Ｂに示すように、当該外縁に沿って環状にスリット（切り込み）３７が形成されている。特に限定されないが、スリット（切り込み）は薄肉部の厚さの１／３〜１／２程度、例えば０．０５ｍｍ程度の深さで形成されているのが好ましい。
また、絶縁部材３０の中央部の薄肉部３６よりも外方にはガス抜き用の通気孔３８が幾つか（本実施形態では計５カ所）形成されている。そして、接続部材３０の内側（電極体８０に面する側）には、本実施形態に係るリード部材５０、即ち電極体８０の図示しない正極と接続した集電部材５０が連結している。これにより、電極体８０と当該接続部材３０とは、リード部材５０を介して電気的に接続されている。なお、リード部材５０と電極体８０との接続（溶接）は、従来の同形状のリチウムイオン電池と同様でよく、本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。
次に、電流遮断弁２２について説明する。本実施形態に係る電流遮断弁２２は、上述のとおり、蓋体２０と接続部材３０との間に配置されており、ケース内部（即ち電極体収容部）において異常内圧（すなわちケース内部でのガス発生による異常な内圧上昇）によって変形するように構成されている。具体的には、本実施形態に係る円板形状の電流遮断弁２２は、厚さが概ね０．３〜０．５ｍｍ程度の薄いアルミニウム板等で形成されており、図１Ａに示すように、中央寄り部分が上記カシメに関わる外縁部よりも接続部材３０側に湾曲した形状に成形されている。そして、中央部分（典型的には本実施形態のように中心部）は、ケース内方側に向けて凸状に形成されており、その凸状部２４は上記接続部材３０の中心部に設けられた係合孔部３４に嵌り込んだ状態（即ち嵌合した状態）で配置されている。この状態で、典型的には溶接等の接合手段（例えばレーザ溶接）によって、凸状部２４と接続部材３０の接触部分、具体的には、嵌合した凸状部２４が接触する係合孔部３４の周縁部において、線状（環状）に両部材が接合されている。より詳細に説明すれば、図１Ｂに示すように、凸状部２４は係合孔部３４の内壁３４Ａに接触している面において当該接続部材３０と面接合（係合孔部３４の周縁に沿う環状の面接合）されている。かかる接合部分を介して接続部材３０と電流遮断弁２２との電気的接続が行われる。また、かかる接合により、電極体８０の図示しない正極からリード部材５０，接続部材３０、電流遮断弁２２，そして蓋体（外部正極端子）２０へと続く一連の電気的接続が成立する。また、かかる接合により、正常時にはケース４０の内外のガス流通が遮断されており、ケース４０内の気密性が保たれている。
本実施形態のように、従来のスポット溶接等による点状の接合と比較して距離の長い環状に接合部分（好ましくは係合孔部３４の内壁３４Ａにおいて環状に拡がる面接合）を形成することにより、内部抵抗を上昇させることなく比較的大電流を流し得る電池１０が形成される。
また、電流遮断弁２２の蓋体２０側の表面側（図では上面側）には、凸状部２４の外周において、環状にスリット２６が形成されている。これにより後述するように異常内圧が生じた場合には、電流遮断弁２２が当該スリット２６の部分を破断し、ケース内部のガスを放出することができる。
また、電流遮断弁２２の蓋体２０側の表面側（図では上面側）には、凸状部２４の外周において、環状にスリット２６が形成されている。これにより後述するように異常内圧が生じた場合には、電流遮断弁２２が当該スリット２６の部分を破断し、ケース内部のガスを放出することができる。
次に、本実施形態に係る電流遮断弁２２とその周辺部分における異常内圧上昇時の動作の態様、即ち本実施形態に係る電池１０に装備される電流遮断機構について図面を参照しつつ説明する。
図２に示すように、ケース４０内の内圧が何らかの原因によって所定レベルを超えて上昇した際、そのガス圧によって正常時にはケース内方（図では下方）に向けて湾曲していた中央寄り部分２３が上方へ押し上げられるように変形（この実施形態では上下反転）し、該変形と共に接続部材３０の薄肉部３６が破断する。本実施形態においては、上述のとおり、薄肉部３６の一部に上記スリット３７が形成されているため、典型的には、図２に示すように、スリット３７の部分で接続部材３０（薄肉部３６）が破断する。なお、このとき、接続部材３０の係合孔部３４と電流遮断弁２２の凸状部２４との接合部分は、強固に形成されているため、分離することはない。従って、接続部材３０の係合孔部３４とその周縁部分は、上記破断後も電流遮断弁２２に備えられる。
而して、図２に示す構造から明らかなように、上記スリット３７の位置での破断によって接続部材３０の本体から電流遮断弁２２が分離することによって接続部材３０から電流遮断弁２２への（及びその逆方向への）電流が遮断される（即ち電気的接続が断たれる。）。
図２に示すように、ケース４０内の内圧が何らかの原因によって所定レベルを超えて上昇した際、そのガス圧によって正常時にはケース内方（図では下方）に向けて湾曲していた中央寄り部分２３が上方へ押し上げられるように変形（この実施形態では上下反転）し、該変形と共に接続部材３０の薄肉部３６が破断する。本実施形態においては、上述のとおり、薄肉部３６の一部に上記スリット３７が形成されているため、典型的には、図２に示すように、スリット３７の部分で接続部材３０（薄肉部３６）が破断する。なお、このとき、接続部材３０の係合孔部３４と電流遮断弁２２の凸状部２４との接合部分は、強固に形成されているため、分離することはない。従って、接続部材３０の係合孔部３４とその周縁部分は、上記破断後も電流遮断弁２２に備えられる。
而して、図２に示す構造から明らかなように、上記スリット３７の位置での破断によって接続部材３０の本体から電流遮断弁２２が分離することによって接続部材３０から電流遮断弁２２への（及びその逆方向への）電流が遮断される（即ち電気的接続が断たれる。）。
また、上記のようにして電流が遮断された後、さらにケース４０の内圧が上昇した際には、電流遮断弁２２の上記変形がさらに進行し、ついには図３に示すように、電流遮断弁２２の蓋体２０側の面に形成されているスリット２６が破断し、電流遮断弁２２の中央寄り部分２３が外周縁部分から切り離される。このことによって、ケース４０内で発生したガスは、接続部材３０の通気孔３８ならびに電流遮断弁２２の破断した箇所を抜け、蓋体２０の通気孔２８から外部に放出される。
以上のように、本実施形態の構成によれば、電流遮断弁２２の凸状部２４を接続部材３０に形成した係合孔部３４に嵌合させるとともに、当該嵌合部分において環状に当該接続部材３０と電流遮断弁２２とを接合する（好ましくは環状に拡がる面で接続部材３０と電流遮断弁２２とを接合する）ため、比較的大電流を流すことができる密閉型電池１０を提供することができる。その一方で、接続部材３０の当該係合孔部３４の周縁部を薄肉３６に形成している（好ましくはさらにスリット３７を形成している）結果、異常に内圧が上昇した際には、確実に電流遮断弁２２と接続部材３０の本体部分とを切り離すことができる。また、さらに異常に内圧が上昇した際には、電流遮断弁２２破断して気密性を崩し、ケース内部で発生したガスを外部に排出することができる。
以下、本実施形態に係る電池１０の電流遮断機構に関連しない部分について簡単に説明する。
本実施形態に係る電極体８０は、通常のリチウムイオン電池の電極体と同様、シート状正極（正極シート）とシート状負極（負極シート）を計２枚のシート状セパレータと共に積層し、さらに当該正極シートと負極シートとをややずらしつつ捲回した捲回電極体８０である。
かかる捲回電極体８０の捲回方向に対する横方向において、ややずらしつつ捲回された結果として、正極シートおよび負極シートの端の一部がそれぞれ捲回コア部分（即ち正極シートの正極活物質層形成部分と負極シートの負極活物質層形成部分とセパレータとが密に捲回された部分）から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（即ち正極活物質層の非形成部分）に上記リード部材５０の一端が付設され、上述のとおり、正極外部端子たる蓋体２０まで電気的に接続される。なお、負極側はみ出し部分（即ち負極活物質層の非形成部分）は、負極側集電板（図示せず）を介してケース４０に電気的に接続されている。
本実施形態に係る電極体８０は、通常のリチウムイオン電池の電極体と同様、シート状正極（正極シート）とシート状負極（負極シート）を計２枚のシート状セパレータと共に積層し、さらに当該正極シートと負極シートとをややずらしつつ捲回した捲回電極体８０である。
かかる捲回電極体８０の捲回方向に対する横方向において、ややずらしつつ捲回された結果として、正極シートおよび負極シートの端の一部がそれぞれ捲回コア部分（即ち正極シートの正極活物質層形成部分と負極シートの負極活物質層形成部分とセパレータとが密に捲回された部分）から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（即ち正極活物質層の非形成部分）に上記リード部材５０の一端が付設され、上述のとおり、正極外部端子たる蓋体２０まで電気的に接続される。なお、負極側はみ出し部分（即ち負極活物質層の非形成部分）は、負極側集電板（図示せず）を介してケース４０に電気的に接続されている。
かかる捲回電極体８０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シートは長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質層が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２等が挙げられる。
一方、負極シートは長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。
また、正負極シート間に使用される好適なシート状セパレータとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合（即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。
ケース４０内に電極体８０と共に収容される電解質としては、例えばＬｉＰＦ６等のリチウム塩を挙げることができる。適当量（例えば濃度１Ｍ）のＬｉＰＦ６等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）のような非水電解液に溶解して電解液として使用することができる。
而して、電極体８０を上記電解液とともにケース４０に収容し、上述したようにガスケット４４と絶縁部材２１を介して蓋体２０、電流遮断弁２２及び接続部材をケース４０に取り付けて封止することにより本実施形態の電池１０は構築される。
而して、電極体８０を上記電解液とともにケース４０に収容し、上述したようにガスケット４４と絶縁部材２１を介して蓋体２０、電流遮断弁２２及び接続部材をケース４０に取り付けて封止することにより本実施形態の電池１０は構築される。
なお、本実施形態に係る電池１０は、大電流出力が可能なため、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。即ち、図５に示すように、本実施形態に係る電池１０を単電池として所定の方向に配列し、当該単電池をその配列方向に拘束することによって組電池１００を構築し、かかる組電池１００を電源として備える車両１（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供することができる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、電流遮断弁２２及び接続部材３０の片面側にのみスリット２６，３７を形成しているが、これら部材の両面側にスリットを形成してもよい。
１ 車両
１０ 電池
２０ 蓋体
２２ 電流遮断弁
２４ 凸状部
２６ スリット
３０ 接続部材
３４ 係合孔部（貫通孔）
３４Ａ 内壁
３６ 薄肉部
３７ スリット
３８ 通気孔
４０ ケース
５０ リード部材
８０ 電極体
１００ 組電池
１０ 電池
２０ 蓋体
２２ 電流遮断弁
２４ 凸状部
２６ スリット
３０ 接続部材
３４ 係合孔部（貫通孔）
３４Ａ 内壁
３６ 薄肉部
３７ スリット
３８ 通気孔
４０ ケース
５０ リード部材
８０ 電極体
１００ 組電池
Claims (9)
- 正極及び負極を備える電極体と、
前記電極体を収容するケースと、
前記ケース内と外部とのガスの流通を阻止し且つ該ケース内の内圧が所定レベルを超えて上昇した際に変形する電流遮断弁と、
前記電流遮断弁を介して前記電極体と電気的に接続される正負いずれかの外部端子と、を備える密閉型電池であって、
前記電極体と電気的に接続され、前記電流遮断弁に隣接する部位に係合孔部が形成された接続部材が設けられており、
前記電流遮断弁は、その一部が前記係合孔部に嵌合した状態で該係合孔部の周縁と環状に面接合されることによって前記接続部材と通電可能に接続されており、
前記ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際には、前記電流遮断弁が該内圧により前記ケースの外方に向けて変形して該電流遮断弁が前記接続部材から分離することによって該接続部材と電流遮断弁との電気的接続が断たれるように構成されていることを特徴とする、密閉型電池。 - 正極及び負極を備える電極体と、
前記電極体を収容するケースと、
前記ケース内と外部とのガスの流通を阻止し且つ該ケース内の内圧が所定レベルを超えて上昇した際に変形する電流遮断弁と、
前記電流遮断弁を介して前記電極体と電気的に接続される正負いずれかの外部端子と、を備える密閉型電池であって、
前記電極体と電気的に接続され、前記電流遮断弁に隣接する部位に係合孔部が形成された接続部材が設けられており、
前記電流遮断弁は、その一部が前記係合孔部に嵌合した状態で該係合孔部の内壁と接触している部分が該係合孔部の内壁と環状に面接合されることによって前記接続部材と通電可能に接続されており、
前記ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際には、前記電流遮断弁が該内圧により前記ケースの外方に向けて変形して該電流遮断弁が前記接続部材から分離することによって該接続部材と電流遮断弁との電気的接続が断たれるように構成されていることを特徴とする、密閉型電池。 - 前記電流遮断弁の変形に伴って前記接合された部分よりも外周側において前記接続部材が破断し、前記係合孔部の周縁を含む該接続部材の一部が該電流遮断弁と一緒に該接続部材の本体から分離されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の密閉型電池。
- 前記接続部材における前記電流遮断弁と一緒に分離される部分は、前記接続部材の本体よりも薄肉に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の密閉型電池。
- 前記接続部材における前記破断する部分には、該破断を助長し得るスリットが予め形成されていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の密閉型電池。
- 前記ケース内圧がさらに上昇した際に前記接続部材から分離した電流遮断弁の一部が破断して前記ケース内から外部へのガス放出が実現するように構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の密閉型電池。
- 前記電流遮断弁における前記破断する部分には、該破断を助長し得るスリットが予め形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の密閉型電池。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の密閉型電池において、
前記ケースは円筒形状に形成されており、
前記接続部材及び前記電流遮断弁は、各々円板形状に形成されているとともに前記円筒形状ケースの長軸方向の一端に設けられており、
ここで前記円板形状の接続部材は、その中央部分に前記係合孔部が形成されており、該係合孔部の周縁部は他の部分よりも薄肉に形成されており、
前記円板形状の電流遮断弁はその中央部分が前記接続部材の中央部分の係合孔部に嵌合した状態で配置されていることを特徴とする、円筒形状の密閉型電池。 - 前記電流遮断弁と電気的に接続される正負いずれかの外部端子は、前記円筒形状ケースの長軸方向の一端を覆う蓋体を構成しており、
前記蓋体形状の外部端子と前記接続部材とは、相互に隣接して前記円筒形状ケースの長軸方向の一端に装着されていることを特徴とする、請求項８に記載の密閉型電池。
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