JP5037308B2

JP5037308B2 - 二次電池モジュール

Info

Publication number: JP5037308B2
Application number: JP2007298976A
Authority: JP
Inventors: 幹男小熊; 竹規石津
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-11-19
Also published as: JP2008153204A; CN101188274B; CN101188274A

Description

本発明は二次電池モジュールに係り、特に、可撓性部材を電池容器とした単一電池または積層状態で直列ないし直並列に接続され可撓性部材を電池容器とした複数個の単電池を有する二次電池モジュールに関する。

従来、電気自動車やハイブリッド車などの大電流充放電用電源には、いわゆる円筒密閉型二次電池を複数個直列ないし直並列に接続した二次電池モジュールが用いられていた。一般に、このような大電流充放電用電源では、例えば、４０〜１００個の円筒密閉型二次電池が使用されている。

円筒密閉型二次電池に用いられる円筒型容器には、コスト低減のため、鉄系材料を用いるのが一般的である。ところが、鉄は比重が大きいため、二次電池の重量効率を上げる（軽量化を図る）上で大きな制約となっていた。この問題は、射出成形の樹脂製容器を用いた小型の密閉式鉛電池においても共通しており、重量がさほど軽くならない上に、肉厚の関係で体積効率を上げることが難しい、という問題があった。

二次電池の軽量化を図るため、古くからアルミニウム箔などがガスバリア層として内層に組み込まれた、いわゆるラミネートフィルム（以下、単にフィルムという。）等の可撓性部材を電池容器としたフィルム型二次電池（ラミネートセル）の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。フィルム型二次電池を単電池として使用した二次電池モジュールでは、単電池が軽量化されているため、全体を軽量化することができる。一般に、フィルム型二次電池で二次電池モジュールを構成するには、直列ないし直並列に接続された複数個の単電池が積層状態で配設される。

また、二次電池においては、充電装置の故障や誤用などのために万一過充電状態となった場合や、高温環境下で使用された場合には、電池が異常状態となり、電池温度の異常な上昇に伴う電解液の気化や分解等で発生したガスにより電池内圧が上昇する。このような場合に備え、円筒密閉型二次電池には電池異常時に電流を遮断する電流遮断機構が組み込まれる。電流遮断機構では、例えば、電池内部に脆弱な接合部を形成しておき、内圧上昇時に接合部が破断することで電流が遮断される。また、有底筒状電池缶の開口部を封口する封口板の上部に温度ヒューズやＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を配設して温度上昇時に電流を遮断する技術が開示されている（特許文献２参照）。ところが、従来の円筒密閉型二次電池では電流遮断機構を容易に備えることができるのに対して、角型電池缶を使用した薄型の角型二次電池では、体積効率の点から電池内に電流遮断機構を備えることが難しい。これを解決するために、例えば、角型電池缶に段差部を形成し、この段差部に温度ヒューズやＰＴＣ素子を配設する技術が開示されている（特許文献３参照）。

特開昭６０−２３０３５４号公報特開２００４−１７８９９４号公報特開２００４−１９９９９１号公報

しかしながら、上述したフィルム型二次電池では、電極群をフィルムで覆うだけの極めて簡単な構造のため、個々の単電池に電流遮断機構を内蔵することが難しい。また、フィルムが柔軟性を有しているため、特許文献３の技術のように段差部を形成することも難しい。このため、万一過充電状態となった場合等には、電流が流れ続けることとなり内圧を低減することができず、電池容器が膨張してしまう、という問題がある。このようなフィルム型二次電池を使用した二次電池モジュールでは、電池異常時の安全性を確保することが難しくなる。

本発明は上記事案に鑑み、フィルム型二次電池を使用し電池異常時の安全性を確保することができる二次電池モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、可撓性部材を電池容器とした単一電池または積層状態で直列ないし直並列に接続され可撓性部材を電池容器とした複数個の単電池を有する二次電池モジュールにおいて、一部に脆弱部を有し前記単一電池または前記複数個の単電池のうち一側に配設された単電池に対峙するように配置された接続部材と、前記単一電池または前記一側に配設された単電池と前記接続部材との間に配置され前記接続部材に接触可能な押しゴマと、前記接続部材の前記押しゴマと反対側に配置され前記接続部材を支持する支持部材と、前記脆弱部が破断したときに該脆弱部の両方の破断端部同士の間に介在することで前記破断端部を離隔する離隔部材と、を備え、前記押しゴマと前記支持部材とが前記脆弱部に対して反対側に位置しており、前記離隔部材が前記支持部材または前記押しゴマの前記接続部材側で前記脆弱部に対応する位置に配置されているとともに、前記接続部材は、前記脆弱部を挟んで一方の端部が前記単一電池または前記一側に配設された単電池に接続されており、かつ、他方の端部が外部出力端子に接続されており、前記単一電池または前記複数個の単電池のいずれかが膨張したときに、前記押しゴマにより前記脆弱部が破断することを特徴とする。

本発明の二次電池モジュールでは、通常時において、一部に脆弱部を有し単一電池または複数個の単電池のうち一側に配設された単電池に対峙するように配置された接続部材は、脆弱部を挟んで一方の端部が単一電池または一側に配設された単電池に接続され、かつ、他方の端部が外部出力端子に接続されているため、脆弱部を介して単一電池または単電池からの電力が外部出力端子へ出力される。一方、接続部材に接触可能な押しゴマが単一電池または一側に配設された単電池と接続部材との間に配置されているので、電池異常時に、単一電池または複数個の単電池のいずれかが膨張したときに、押しゴマが押圧されて移動して接続部材の脆弱部が破断し、単一電池または一側に配設された単電池および外部出力端子間の接続が断たれるため、二次電池モジュールの安全性を確保することができ、押しゴマと接続部材を支持する支持部材とが脆弱部に対して反対側に位置し、離隔部材が支持部材または押しゴマの接続部材側で脆弱部に対応する位置に配置されたことで、離隔部材が破断した脆弱部の両方の破断端部同士の間に介在して破断端部を離隔するため、破断した脆弱部の破断端部同士が再度接触することを防止することができる。

この場合において、離隔部材が押しゴマまたは支持部材と一体に形成されていてもよい。また、単一電池または一側に配設された単電池に剛性を有する樹脂板が固着されていれば、単電池の膨張による変形に偏りが生じても樹脂板を介して押しゴマを確実に押すことができる。また、一側に配設された単電池の電池容量を、複数個の単電池のうち一側に配設された単電池以外の単電池の電池容量より小さくすれば、電池異常時に一側に配設された単電池の内圧上昇が他の単電池より早期に起こるため、押しゴマの作動を確実にすることができる。

本発明によれば、接続部材に接触可能な押しゴマが単一電池または一側に配設された単電池とおよび接続部材との間に配置されているので、電池異常時に、単一電池または複数個の単電池のいずれかが膨張したときに、押しゴマが押圧されて移動して接続部材の脆弱部が破断し、単一電池または一側に配設された単電池および外部出力端子間の接続が断たれるため、二次電池モジュールの安全性を確保することができ、離隔部材が破断した脆弱部の両方の破断端部同士の間に介在して破断端部を離隔するため、破断した脆弱部の破断端部同士が再度接触することを防止することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る二次電池モジュールの実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の二次電池モジュール（以下、単にモジュールという。）３０は、電池容器に可撓性部材としてのラミネートフィルムが用いられたフィルム型リチウムイオン二次電池（以下、単電池という。）２０を８個備えている。モジュール３０では、８個の単電池２０および後述するリード板等の全体がアルミニウム合金製の図示を省略したフレームに組み込まれている。

単電池２０は、対向する２面に平面部を有している。８個の単電池２０は正負極端子がそれぞれ交互となるように配設されている。隣り合う単電池２０は平面部同士が対向するように配設されており、隣り合う単電池２０同士が両面テープで貼り合わされている。すなわち、８個の単電池２０は、積層状態で配設されている。隣り合う単電池２０の端子は接続部材であるニッケル板を用いて抵抗溶接により接合されており、８個の単電池２０は直列に接続されている。８個の単電池２０のうち一側に配設された単電池２１は、電池容量が他の７個の単電池２０より小さくされている。本例では、単電池２１の電池容量が単電池２０の電池容量より５％小さくされている。一方、８個の単電池のうち他側（単電池２１と反対側）に配置された単電池２０の正極端子は、モジュール３０の正極外部端子１５に接続されている。他側に配置された単電池２０はモジュール３０の図示を省略したフレームに支持されている。

単電池２１には、隣り合う単電池２０と反対側の平面部の略中央部に、単電池２０、２１のいずれかが膨張したときに膨張力による押圧力を受ける円板状の受圧板１３が両面粘着テープ等で固着されている。受圧板１３には、フェノール樹脂などの不導電性で剛性を有する材質が使用されている。受圧板１３の大きさ（面積）は、単電池２１の平面部の大きさより小さく設定されている。受圧板１３の単電池２１と反対側には、単電池２０、２１が膨張したときに電流を遮断するための押しゴマ１４が配置されている。押しゴマ１４は、図示を省略したフレームに支持された図示しないガイド部材に支持されている。押しゴマ１４には、不導電性の材質が使用されている。押しゴマ１４は、一面が受圧板１３に当接可能な円板状に形成されている。押しゴマ１４の大きさ（面積）は、受圧板１３より小さく設定されている。

押しゴマ１４の受圧板１３と反対側には、アルミニウム合金製で矩形状の接続部材としてのリード板１７が配置されている。すなわち、リード板１７は単電池２１と対峙するように配置されている。リード板１７の長手方向の略中央部には、図２に示すように、長手方向と直交する幅方向の両側にプレスによる抜き加工で三角状の切り欠きが形成されている。すなわち、リード板１７は略中央部に狭隘部１８を有している。狭隘部１８では、最小幅を示す中央部２３がリード板１７の脆弱部を構成する。リード板１７には厚さ１ｍｍのアルミニウム合金板Ａ１０５０が使用されており、中央部２３の幅が１ｍｍに設定されている。このため、リード板１７の中央部２３の断面積は１ｍｍ^２である。リード板１７の中央部２３より上側は、押しゴマ１４に対応するように配置されている。

リード板１７の押しゴマ１４と反対側には、リード板１７を支持する支持部材１９が配置されている。支持部材１９は円形状に形成されており、フェノール樹脂等の不導電性の材質が使用されている。支持部材１９の一面側には、リード板１７が中央部２３より下側の部分で支持されている。このため、押しゴマ１４と支持部材１９とがリード板１７の中央部２３に対して上下反対側に位置している。支持部材１９の他面側およびリード板１７の中央部２３より上側の部分は、図示を省略したフレームに支持されている。支持部材１９は、リード板１７側の上端に離隔部材としての突起部２２を有している。突起部２２は支持部材１９と一体に形成されている。突起部２２は、舌状でリード板１７の中央部２３に対応する位置に配置されている。換言すれば、突起部２２は中央部２３を含む狭隘部１８に接するように配置されている。

リード板１７は、中央部２３を挟んで一方の端部が単電池２１の負極端子に接続されており、他方の端部が負極外部端子１６に接続されている。このため、中央部２３を含むリード板１７を介して負極外部端子１６と単電池２１の負極端子とが接続され、単電池２１の負極端子、リード板１７、負極外部端子１６で負極側の導電経路が構成される。

モジュール３０に用いられる単電池２０は、図３に示すように、外装体（電池容器）に２枚の矩形状のラミネートフィルム（以下、単に、フィルムという。）１、１’が使用されている。フィルム１、１’は、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム−アルミニウム箔−ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが重ね合わされており、厚さ約１２０μｍに設定されている。フィルム１、１’間には、電極群４が封入されている。電極群４の一側に位置するフィルム１’は平面状に形成された平面状フィルムであり、他側に位置するフィルム１は略中央部が凸状に成形されたカップ状フィルムである。フィルム１’の対向する２辺には、正極端子２及び負極端子３がそれぞれ２つずつ先端部を互いに反対方向の外側に突出させて配設されている。フィルム１、１’の周縁部の４辺は溶着部１０が熱溶着で封止されており、単電池２０は密閉構造とされている。各正極端子２および各負極端子３は溶着部１０に封止材１１を介して挟み込まれている。

電極群４は、正極板１９枚と負極板２０枚とが交互に重ねられている。正極板は、熱溶着で袋状に成形されたセパレータに挿入されている。セパレータには、例えば、厚さ２５μｍ、幅１００ｍｍのポリエチレン製多孔膜が用いられている。正極板および負極板は、正極端子２および負極端子３が互いに反対方向に導出されるように重ねられている。正極端子２および負極端子３は、フィルム１、１’の対向する２辺間の中心線Ｍに対して対称となるように配置されている。２つの正極端子２および２つの負極端子３は、正極ストラップ部６および負極ストラップ部８の中心（対向する２辺の中心）を通り中心線Ｍと直交する中心線Ｎに対してそれぞれ対称の位置に形成されている。

正極端子２と一体に形成された正極ストラップ部６には、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム合金Ａ３００３−Ｈ１２が用いられており、電解液に接するおそれのない正極端子２の部分（電池外部に露出した部分）にのみ、片面に厚さ０．１ｍｍのニッケル板がクラッド加工されている。一方、負極端子３と一体に形成された負極ストラップ部８には、厚さ０．３ｍｍの銅板Ｃ１０２０−１／２Ｈが用いられており、電池外部に露出した負極端子３の部分にのみ両面に厚さ０．０５ｍｍのニッケル板がクラッド加工されている。正極ストラップ部６、負極ストラップ部８は、正極集電体の無地部７、負極集電体の無地部９にそれぞれ超音波溶接されている。正極端子２および負極端子３には、導出幅方向の略中央部に位置合わせ用の円形状の基準穴５が形成されている。このため、正極端子２、負極端子３にそれぞれ形成された基準穴５は、中心線Ｍに対して対称となるように形成されている。正極端子２、負極端子３には、導出幅方向の一側にそれぞれ矩形状の切り欠き部２’、切り欠き部３’が形成されている。電極群４の厚さはおよそ４．８ｍｍである。

単電池２０の組立時には、電極群４がフィルム１の略中央部に載置され、フィルム１’が載せられて、４辺の溶着部が熱溶着される。この際、一部熱溶着せずに残しておいたフィルム１、１’の合わせ面から注射器を用いて所定量の電解液が注入された後、再度この部分が熱溶着されて密封され、単電池２０を完成させた。溶着部１０の幅は、本例では、全周にわたって約１０ｍｍに設定されている。一連の組立作業の間、基準穴５にピン（不図示）を挿入して正極端子２、負極端子３を位置決めすることで、所要の寸法精度が得られる。正極端子２、負極端子３は、それぞれ正極ストラップ部６、負極ストラップ部８を介してフィルム状容器の対向する２辺から２つずつ導出されている。なお、作製した単電池２０の電池容量は約３．２Ａｈである。また、単電池２１は、正極板１８枚と負極板１９枚とを用いて電極群４を構成する以外は、単電池２０と同様にして作製されたものである。

電極群４を構成する正極板の作製時には、正極活物質としてマンガン酸リチウム等のリチウム遷移金属複酸化物と、導電材として炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとが、溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散して混合されてスラリが作製される。このスラリが正極集電体である厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布され、乾燥後、プレスされて一体化される。その後、幅９４ｍｍに切断されて短冊状の正極板が作製される。塗工部の幅８６ｍｍ、無地部（図１の符号７）の幅１０ｍｍに設定されている。

一方、負極板の作製時には、負極活物質として炭素粒子と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとが溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに投入され混合されて、スラリ状の溶液が作製される。このスラリが負極集電体である厚さ１０μｍの銅箔の両面に塗布され、乾燥後、プレスされて一体化される。その後、幅９６ｍｍに切断されて負極板が作製される。塗工部の幅８８ｍｍ、無地部（図１の符号９）の幅１０ｍｍに設定されている。

（作用等）
次に、本実施形態のモジュール３０の作用等について説明する。

本実施形態のモジュール３０では、リード板１７が、中央部２３を挟んで一方の端部を単電池２１の負極端子に接続され、他方の端部を負極外部端子１６に接続されている。このため、通常使用時には、単電池２０、２１からの電力がリード板１７を介して負極外部端子１６へ出力される。

また、本実施形態のモジュール３０では、単電池２１に対峙するようにリード板１７が配置され、単電池２１およびリード板１７の間に押しゴマ１４が配置されている。すなわち、単電池２１、押しゴマ１４、リード板１７がこの順で配設されている。モジュール３０が、万一装置の故障などにより過充電状態になった場合や、高温環境下で使用された場合には、電池が異常状態となり、電解液の気化や分解等により電池内部でガスが発生し、内圧が上昇する。内圧上昇により単電池２０、２１のいずれかが膨張すると、単電池２０のうち単電池２１と反対側に配置された単電池２０がモジュール３０の図示を省略したフレームに支持されているため、受圧板１３が押しゴマ１４側に押圧されて押しゴマ１４に当接する。このため、押しゴマ１４がリード板１７側に押圧されて移動してリード板１７が押しゴマ１４で押される。これにより、リード板１７の中央部２３が破断するので、単電池２１と負極外部端子１６との接続が断たれ、モジュール３０の負極側導電経路が遮断される。従って、モジュール３０では、それ以上の通電が防止されるので、内圧上昇時の安全性を確保することができる。

更に、本実施形態のモジュール３０では、支持部材１９がリード板１７側の上端に舌状の突起部２２を有しており、突起部２２がリード板１７の中央部２３を含む狭隘部１８に接するように配置されている。このため、中央部２３が破断された後に、破断した中央部２３の上側の破断端部が突起部２２を介して下側の破断端部と反対側に回り込む。これにより、破断した中央部２３の破断端部同士を突起部２２により離隔することができる。仮に電池容器のフィルムの破損や電池温度の低下等により内圧が低減しても、破断したリード板１７が弾力性で元の状態に戻ることがないので、破断端部同士が再び接触して電流が流れることを防止することができる。更に、本実施形態のモジュール３０では、支持部材１９がリード板１７の押しゴマ１４と反対側に配置されており、押しゴマ１４と支持部材１９とがリード板１７の中央部２３に対して上下反対側に位置している。このため、単電池２０、２１のいずれかが膨張したときには、押しゴマ１４が押圧されることで確実に中央部２３を破断することができる。

また更に、単電池２０の電池容量にはある程度のばらつきを生じていることが避けられないため、モジュール３０に組み込まれた単電池のうち押しゴマ１４に当接可能な単電池の電池容量が偶然大きかった場合には、例えば、過充電状態になっても当該電池容量の大きな単電池ではガス発生が遅れることがある。このため、単電池２０のいずれかが膨張しても押圧力が押しゴマ１４に十分に伝達されず、押しゴマ１４の作動で電流が遮断される前に、他の比較的電池容量の小さい単電池が発火や内圧上昇による破裂に至る可能性がある。本実施形態のモジュール３０では、押しゴマ１４に当接可能な単電池２１の電池容量が他の単電池２０より小さくされている。このため、過充電状態等では単電池２１の内圧上昇が他の単電池２０より早くなるので、押しゴマ１４に単電池２１の膨張による押圧力が伝わることで確実に充電電流を遮断することができる。また、本実施形態のモジュール３０では、単電池２０の電極群４が正極板および負極板が重ね合わされた積層式で形成されている。このため、正極板および負極板の構成枚数を減少することで単電池２０より電池容量の小さい単電池２１を容易に作製することができる。

従来二次電池モジュールを構成する単電池にフィルム型二次電池を使用する場合、フィルム形二次電池が電極群をフィルムで覆うだけの極めて簡単な構造のため、個々の単電池に温度ヒューズやＰＴＣ素子等の電流遮断機構を内蔵することが難しい。このため、万一過充電状態となった場合等には、電流が流れ続けることとなり内圧を低減することができず、電池容器が膨張してしまい、電池異常時の安全性を確保することが難しい。これを解決するために、本発明者らは、既に、ふたつの接続部材の接合部を単電池の膨張力によって破断させる機構を組み込んだモジュール構造を提案している。ところが、この構造では、ふたつの接続部材を抵抗溶接等の方法で接合する際のばらつきにより接合面積が変動することがあるため、作動圧力が安定しにくくなり、確実な動作保証が難しくなることがある。本実施形態は、これらの問題を解決することができるモジュール３０である。

なお、本実施形態では、単電池２１の押しゴマ１４側の平面部に受圧板１３を固着する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単電池２１の平面部が直接押しゴマ１４に当接するようにしてもよい。押しゴマ１４より面積が大きく、剛性を有する受圧板１３を介して押しゴマ１４を押す構造とすることにより、単電池２０、２１のいずれかが膨張したときの膨張力が有効に押しゴマ１４に伝達されるので、電流遮断を確実に行うことができる。また、本実施形態では、受圧板１３、押しゴマ１４に不導電性の材質を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、フィルム１、１’が不導電性であれば、受圧板１３にアルミニウム合金製の薄板等の導電性の材質を使用してもよい。

また、本実施形態では、リード板１７がプレスによる抜き加工で三角状の切り欠きを形成した狭隘部１８を有する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、脆弱部が形成されていればよい。例えば、矩形状の切り欠きを形成するようにしてもよく、切り欠きを形成することに代えて厚さを小さくするようにしてもよい。また、切り欠きの形成方法についても特に制限されるものではないが、本実施形態で用いた抜き加工等の方法であれば、寸法安定性に優れることから、作動圧力（リード板１７が破断するときの圧力）を安定化させることができ、確実な動作保証をすることができる。

更に、本実施形態では、リード板１７の一端を負極外部端子１６に接続し、他端を単電池２１の負極端子に接続して負極側の導電経路を構成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、押しゴマ１４を使用した電流遮断機構を正極側に設けることも可能である。この場合には、リード板１７の一端を単電池２１と反対側に配設された単電池２０の正極端子に接続し、他端を正極外部端子１５に接続すればよい。

また更に、本実施形態では、単電池２１の電池容量を単電池２０より５％小さくする例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。電池容量差が３％に満たないと単電池間の容量ばらつきの関係で確実に電池容量差を確保（単電池２１の電池容量を単電池２０より小さく）することが難しくなり、反対に、電池容量差が９％を超えると単電池間の電池容量差が大きくなりすぎ、電池容量の小さい電池ほど充放電時の負荷が大きくなりモジュール３０全体として寿命性能を損なうので、電池容量差を３〜９％の範囲とすることが望ましい。また、本実施形態では、正極板および負極板を積層した積層式の電極群４を例示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、正極板および負極板を捲回した捲回式の電極群を用いるようにしてもよい。この場合には、捲回する正極板および負極板の長さを短くすることで、単電池２１の電池容量を単電池２０より小さくすることができる。

更にまた、本実施形態では、押しゴマ１４をリード板１７の中央部２３より上側に配置し、支持部材１９を中央部２３より下側に配置する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、押しゴマ１４と支持部材１９とが中央部２３に対して反対側に位置するようにすればよい。また、本実施形態では、突起部２２を支持部材１９と一体に形成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、押しゴマ１４と一体に形成するようにしてもよい。この場合には、押しゴマ１４の支持部材１９側の端部に突起部２２を形成するようにすればよい。更に、突起部２２を支持部材１９または押しゴマ１４と一体に形成することに代えて、突起部２２に相当する別の離隔部材を配置するようにしてもよい。この場合には、離隔部材をモジュール３０の図示を省略したフレームに支持されるようにすればよい。また、本実施形態では、舌状の突起部２２を例示したが、リード板１７の中央部２３が破断したときに突起部２２が破断端部同士の間に介在することができればよく、形状等に制限されないことはもちろんである。

また、本実施形態では、リード板１７をアルミニウム合金製とする例を示したが、導電性を有する材質であれば特に制限されるものではない。モジュール全体の軽量化を考慮すれば、アルミニウム合金を使用することが好ましい。更に、リード板１７を板状とすることに代えて、例えば、両端部をそれぞれ負極外部端子１６側および単電池２１の負極端子側に曲げた形状としてもよい。また、本実施形態では、受圧板１３、押しゴマ１４、支持部材１９をそれぞれ円形状とする例を示したが、本発明はこれらの形状に制限されるものではなく、例えば、矩形状等としてもよい。

更に、本実施形態では、単電池２０にリチウムイオン二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フィルムを外装体とした二次電池を用いるようにしてもよい。また、リチウムイオン二次電池に用いられる正負極活物質等の材料に制限のないことはもちろんである。更に、本実施形態では、単電池２０の外装体にＰＰフィルム−アルミニウム箔−ＰＥＴフィルムが重ね合わされたフィルムを例示したが、フィルムの構成に制限はなく、電池容器として使用可能な可撓性部材であればいかなる構成のフィルムでも使用することができる。また、本実施形態では、８個の単電池２０を直列接続する例を示したが、本発明は単電池の個数に制限されるものではなく、直列接続以外に直並列接続等の接続形態としてもよい。

また、本実施形態では、複数個の単電池で構成した二次電池モジュールの例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、二次電池モジュールが１個の単電池（単一電池）で構成されている場合にも適用可能である。この場合、例えば、複数個の単電池で構成した二次電池モジュールに、押しゴマを備えた１個の単電池を直列接続することで、上述したモジュール３０と同様の効果を得ることができる。このようにすれば、例えば、押しゴマに故障等のトラブルが生じたときに、１個の単電池を交換することができるので、低コスト化や交換作業の簡素化を図ることができる。

次に、本実施形態に従い製造したモジュール３０の実施例について説明する。なお、比較例として、押しゴマ１４の突起部２２を取り去る以外は実施例と同様にして、モジュールを製造した。

実施例および比較例のモジュール３０の１００台ずつについて、安定化電源を用いて５Ｖ、１ＣＡ（３．２Ａ）で過充電となるまで充電したときの発火の有無（安全性）を評価した。安全性の評価結果を下表１に示した。

実施例および比較例のいずれのモジュールでも、通電開始からおよそ９０分後に単電池２０、２１が内部のガス発生によって膨張し、リード板１７の中央部２３が破断して電流が遮断された。その後には、支持部材１９の突起部２２を取り去った比較例のモジュールでは、１００台のうち１７台について、電流が遮断されてからおよそ１５〜３０分後にリード板１７が再び接触して電流が流れ始め、数分間通電しては電流が遮断される現象が数十回繰返された後、ついに発火に至った。これに対して、支持部材１９に突起部２２を有する実施例のモジュール３０では、何も起こらず１００台とも安全に停止した。このことから、突起部２２を有することで、押しゴマ１４による電流遮断後に再度電流が流れることなく安全にモジュール３０の機能を停止することができることが判明した。従って、モジュール３０は、従来のモジュールに比べて軽量でエネルギー密度が高いのみならず、内圧上昇時に確実に電流を遮断することができ、安全性の面においても極めて優れた性能を有することが確かめられ、工業的価値が極めて大きいことが明らかとなった。

本発明はフィルム型二次電池を使用し電池異常時の安全性を確保することができる二次電池モジュールを提供するため、二次電池モジュールの製造、販売に寄与するため、産業上の利用可能性を有する。

本発明に係る実施形態の二次電池モジュールを模式的に示す断面図である。実施形態の二次電池モジュールに組み込んだリード板を示す平面図である。実施形態の二次電池モジュールを構成するフィルム型二次電池の凸状フィルムを一部除いた平面図および側断面図である。

符号の説明

１、１’ ラミネートフィルム（可撓性部材）
１４押しゴマ
１６負極外部端子（外部出力端子）
１７リード板（接続部材）
１８狭隘部（脆弱部の一部）
１９支持部材
２０、２１フィルム型リチウムイオン二次電池（単電池）
２２突起部（離隔部材）
２３中央部（脆弱部）
３０二次電池モジュール

Claims

可撓性部材を電池容器とした単一電池または積層状態で直列ないし直並列に接続され可撓性部材を電池容器とした複数個の単電池を有する二次電池モジュールにおいて、一部に脆弱部を有し前記単一電池または前記複数個の単電池のうち一側に配設された単電池に対峙するように配置された接続部材と、前記単一電池または前記一側に配設された単電池と前記接続部材との間に配置され前記接続部材に接触可能な押しゴマと、前記接続部材の前記押しゴマと反対側に配置され前記接続部材を支持する支持部材と、前記脆弱部が破断したときに該脆弱部の両方の破断端部同士の間に介在することで前記破断端部を離隔する離隔部材と、を備え、前記押しゴマと前記支持部材とが前記脆弱部に対して反対側に位置しており、前記離隔部材が前記支持部材または前記押しゴマの前記接続部材側で前記脆弱部に対応する位置に配置されているとともに、前記接続部材は、前記脆弱部を挟んで一方の端部が前記単一電池または前記一側に配設された単電池に接続されており、かつ、他方の端部が外部出力端子に接続されており、前記単一電池または前記複数個の単電池のいずれかが膨張したときに、前記押しゴマにより前記脆弱部が破断することを特徴とする二次電池モジュール。
前記離隔部材は、前記押しゴマまたは前記支持部材と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池モジュール。
前記単一電池または前記一側に配設された単電池に剛性を有する樹脂板が固着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池モジュール。
前記一側に配設された単電池の電池容量は、前記複数個の単電池のうち前記一側に配設された単電池以外の単電池の電池容量より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の二次電池モジュール。