JP5120638B2 - 電流遮断機構を備えた電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池の異常時に電流を遮断する機構を内蔵した電池に関する。

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、正極および負極を備える電極体を電解質とともにケース内に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等があった場合、電池に通常以上の電流が供給されて過充電状態に陥ることが想定される。かかる過充電等の際に、電池反応が急速に進行して電池が過熱したり、電池ケースの内圧が過剰に上昇して該ケースの変形等を生じたりすることがあり得る。そこで、このような電池の異常時に電流を遮断する機構を設けることが提案されている。例えば特許文献１には、通常時にはバイメタルの当接を介して集電リードとキャップとを電気的に接続させておき、温度上昇時には上記バイメタルを変形させて上記当接状態を解除することにより電流を遮断する技術が記載されている。電流遮断に関する他の従来技術文献として特許文献２が挙げられる。

特開平５−２０５７２７号公報 特開平１０−３２１２１３号公報

しかしながら、特許文献１のようにバイメタルの当接を介して電流を取り出す構成では電池の内部抵抗が高くなりがちである。かかる内部抵抗の上昇は電池の出力低下につながることから、車両搭載用電池等のように高出力が求められる電池への適用は困難である。また特許文献１には、関連する技術として、圧力により変形する部材と集電リードとを溶着しておき、電池の内圧が上昇したときには上記部材を変形させて該溶着を破断させる（溶着面に垂直な方向への引張力を加えて溶着部を引き剥がす）ことにより電流を遮断する技術が記載されている。しかし、かかる電流遮断機構では大電流（例えば１０Ａ以上の大電流）を放電可能な電池を提供することが困難となる。すなわち、大電流を放電するには溶着部の断面積（溶着面積、すなわち通電面積）を大きくとることが有利であるが、溶着面積を大きくとると当該溶着部の破断に要する力（延いては電流遮断機構を作動させるケース内圧、すなわち該機構の作動圧力）も大きくなる。このため、電流遮断機構の機能低下を防ぐ（例えば、異常モードの早期に電流遮断機構を作動させる）ためには、適切なタイミングで溶着部を破断させ得る程度に溶着面積を制限する（小さくする）必要があり、このことが大電流放電に対する制約となっていた。

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、電流遮断機構の機能低下を防ぎつつ、大電流を通電可能な電池を提供することである。

本発明によると、正負の電極を有する電極体がケースに収容された電池が提供される。その電池は、前記電極の少なくとも一方と前記ケース外部に露出する外部端子とを結ぶ導電経路を分断することで前記電極体と該電池外部との導通を遮断する電流遮断機構を備える。前記導電経路は、前記電極体側から第一導電部材および第二導電部材をこの順に経て前記外部端子側に至っている。また、前記第一導電部材と前記第二導電部材とは、前記ケース内において、両導電部材の溶接部で接合されている。前記電流遮断機構は、前記電池の異常時に、前記溶接部に対して該溶接部の溶接面に沿う方向（典型的には、溶接面に略平行な方向）への力を加えることにより該溶接部を破断させて前記導電経路を分断するように構成されている。

なお、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、リチウムイオン電池、金属リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する概念である。ここに開示される技術は、典型的には密閉型の二次電池に好ましく適用される。

このように溶接面に沿う方向への力（すなわち剪断力）を利用して溶接部を破断させる上記構成によると、溶接部の断面積（溶接面積、すなわち通電面積）をより大きく確保しても、該溶接部を適切なタイミングで（例えば、異常モードがそれほど進行しないうちに）破断させることができる。これは、一般に金属材料の剪断強度は引張強度の５０〜７０％程度であることから、溶接部を引張力により破断させる（溶接面と交差（典型的には直交）する方向への引張力を加えて溶接部を引き剥がす）場合と比較して、該溶接部を剪断力により破断させる場合には概ね３〜５割減の力で足りるためである。したがって本発明によると、通常時には大電流を放電（通電）可能であり、且つ異常時には良好な電流遮断機能を発揮する電流遮断機構を備えた電池が提供され得る。また、上記のように溶接部の通電面積を大きくとり得ることから、該溶接部を設けたことによる内部抵抗（直流抵抗）の上昇を抑えて、より高性能な（例えば高出力の）電池を提供することができる。
なお、ここに開示される電池は、該電池の異常時に上記溶接部に対して剪断力を含む力を加えるものであればよく、該溶接部に対して剪断力とともに引張力が加わる構成であり得る。好ましい一態様では、電池の異常時に上記溶接部に対して加わる力（溶接部の破断に寄与する力）が主として（すなわち、上記力の主成分が）剪断力である。上記溶接部に加わる力が実質的に剪断力のみであってもよい。

前記剪断力は、前記第二導電部材に対して前記第一導電部材を一方向に直線的にずらす剪断力（以下、単純剪断力ということもある。）であってもよく、前記第二導電部材に対して前記第一導電部材を前記溶接部の周りに回転させる方向への回転剪断力（ねじれの剪断力）であってもよく、これらの合力であってもよい。上記剪断力が主として回転剪断力であるか、あるいは実質的に回転剪断力である態様を好ましく採用し得る。かかる態様によると、上記回転剪断力を利用して溶接部をねじ切ることにより、該溶接部を適切なタイミングで破断させることができる。また、ねじれの剪断に要する力は直線的な剪断に比べて溶接部の品質（溶接のばらつき）の影響を受けにくいことから、上記態様によると電流遮断機構をより確実に（精度よく）作動させることができる。このように回転剪断力を利用して溶接部を破断する電流遮断機構は、円筒型のケースを備える電池（円筒型電池）に好ましく適用され得る。例えば、該ケースの軸方向の端部に電流遮断機構を配置することにより、ケースの外形サイズ（軸長）の増大を抑えつつ（換言すれば、ケース内のスペースを有効に利用して）電流遮断機構を設けることができる。

ここに開示される電池の好ましい一態様では、前記電流遮断機構が、前記電池の温度が所定値（すなわち作動温度）以上に上昇した場合に前記溶接部を破断させるように構成されている。例えば、温度に応じて形状が変化する感熱変形部材（形状記憶材料製の部材等）を含み、該感熱変形部材の形状変化（典型的には、溶接面に沿う方向への変形、すなわち溶接面に平行な平面に対する投影形状の変化を含む。）によって前記溶接部に前記溶接面に沿う方向への力（剪断力）が加わるように構成された電流遮断機構であり得る。このように温度上昇により作動するタイプの電流遮断機構は、ケース内空間の大きさや内圧上昇に関与する材料（電極活物質、電解質等）の種類を問わず、同様の構成を種々の電池に適用し得る。したがって部品の共通化や設計の効率化が容易である。かかる電流遮断機構は、密閉型電池および非密閉型電池のいずれにも好ましく適用され得る。

ここに開示される電池の好ましい他の一態様では、前記電流遮断機構が、前記ケースの内圧が所定値（すなわち作動圧力）以上に上昇した場合に前記溶接部を破断させるように構成されている。このように内圧上昇により作動するタイプの電流遮断機構は、電池の使用環境（外気温）の影響を抑えて精度よく動作し得るという利点を有する。したがって、該電流遮断機構を備えた電池によると、様々な使用環境下で安定して（精度よく）電流遮断機構を作動させることができる。また、電池の内圧はケース内空間の各所で等しくなるため（パスカルの定理）、電流遮断機構の配置（ケース内における位置）を問わず、該電流遮断機構を所定の作動圧力で機能させることができる。なお、温度と圧力の両方によって溶接部を破断させてもよい。

内圧上昇により作動する電流遮断機構としては、種々の構成を採用することができる。好ましい一例として、内周に案内ラインが設けられた案内筒と、前記案内筒の内周に嵌め込まれて前記ケース内の一部空間を前記電極体が収容された空間から気密に区画する感圧ディスクであって前記電極体収容空間の圧力上昇に伴う押圧力を受けて前記案内ラインに沿って移動する感圧ディスクとを備え、前記感圧ディスクの移動により前記溶接部に前記溶接面に沿う方向への力（剪断力）が加わるように構成された電流遮断機構が挙げられる。前記案内ラインはスパイラル状に形成されており、前記押圧力を受けて前記感圧ディスクが前記案内ラインに沿ってスパイラル状に移動することにより前記溶接部に回転（ねじれ）剪断力が加わるように構成されていることが好ましい。かかる電流遮断機構を備えた電池によると、ねじれの剪断力を利用して、電流遮断機構をより確実に（精度よく）作動させることができる。

内圧上昇により作動する電流遮断機構の他の好ましい一例として、前記ケース内の一部空間を前記電極体が収容された空間から気密に区画する第一筒体と、前記第一筒体の軸方向の端部に係合して該第一筒体と同軸に配置された第二筒体とを備えた電流遮断機構が挙げられる。ここで、両筒体の対向する端部には、前記電極体収容空間の圧力上昇に伴う押圧力を受けて該第一筒体を軸周りに回転させつつ軸方向に案内するガイド機構（例えば、一対のラチェット機構）が設けられている。このことによって、上記押圧力を受けた前記第一筒体の回転により前記溶接部に回転（ねじれ）剪断力が加わるように構成されている。かかる電流遮断機構を備えた電池によると、ねじれの剪断力を利用して、電流遮断機構をより確実に（精度よく）作動させることができる。

ところで、電流遮断機構が作動する状況において、上記電極体が収容された空間には可燃性ガス（例えば、過充電により電解液が分解されて生じた可燃性ガス）が存在することがあり得る。一方、電流遮断機構が作動して溶接部が破断（通常は一瞬で起こる。）する際には、第一導電部材と第二導電部材との間の通電面積（導電経路の太さ）が一瞬のうちにゼロ近くに減少することにより電気抵抗が急激に上昇するため、続いて破断が完了する瞬間に両導電部材の間に火花が飛ぶことがあり得る。大電流（例えば１０Ａ以上）で放電させることを想定して設計された電池や大容量の電池（例えば、車両電源用電池）では、上記火花の発生がより起こりやすくなる傾向にある。かかる事情に鑑みて、ここに開示される電池の好ましい一態様では、前記ケース内において、前記溶接部（電流遮断箇所）は前記電極体収容空間（ガス滞留空間）から気密に隔てられている。すなわち、ケース内において溶接部が密閉されている。かかる構成によると、溶接部の破断時に火花が発生したとしても、該火花が電極体収容空間内に存在し得る可燃性ガスに引火する事象を確実に防止することができる。
前記電極体収容空間から前記溶接部を気密に隔てる態様としては、例えば、前記第一導電部材と前記第二導電部材との間に前記溶接部を囲むシール部材（典型的には、Ｏリング等の環状シール部材）を配置する態様を好ましく採用し得る。

ここに開示されるいずれかの電池は、大電流の放電に適することから、車両に搭載される電池として好適に利用され得る。したがって本発明によると、ここに開示されるいずれかの電池（例えばリチウムイオン電池）を備える車両（例えば自動車）が提供される。

以下、本発明のいくつかの好適な実施形態例を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、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。

本発明に係る電池（典型的には二次電池、例えばリチウムイオン電池）は、大電流放電（高出力）が可能であることから、特に自動車等の車両に搭載されるモータ（電動機）用電源として好適に使用され得る。したがって本発明によると、例えば図１６に模式的に示すように、かかる電池２（当該電池２を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。）を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車等のような電動機を備える自動車）１が提供され得る。

特に限定することを意図したものではないが、以下では捲回型の電極体（捲回電極体）と非水電解質（典型的には液状電解質、すなわち電解液）とを円筒型のケース（容器）に収容した形態の密閉型リチウムイオン電池を例として本発明を詳細に説明する。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法関係を正確に反映するものではない。

＜実施形態１＞
本実施形態は、電池の温度が所定の作動温度以上に上昇した場合に、第一導電部材と第二導電部材との溶接部Ｗに回転剪断力を加えて該溶接部Ｗを破断させるタイプの電流遮断機構を備えたリチウムイオン電池の一例に関する。図１〜４を参照しながら、本実施形態に係るリチウムイオン電池２の構成および作動を説明する。図１は正常時（電流遮断機構４が作動する前の状態）、図４は異常時（電流遮断機構４が作動して電流が遮断された状態）における電池２の断面形状を示している。

本実施形態に係るリチウムイオン電池２は、図１に示すように、従来の一般的なリチウムイオン電池と同様、典型的には所定の電池構成材料（正負それぞれの集電体に活物質が保持された正極および負極、セパレータ等）を具備する電極体８０が適当な電解液（図示せず）とともに電池ケース３に収容された構成を有する。ケース３は、開口部を有するケース本体１０と、その開口部を塞ぐ蓋体２０とを備える。

ケース本体１０は、後述する電極体８０を収容し得る形状であればよく、本実施形態では軸方向の一端が開口した円筒形状（すなわち有底円筒形状）である。ケース本体１０を構成する材質としては、従来のリチウムイオン電池で使用されるものと同様の材質のものを適宜採用することができ、特に制限はない。本実施形態のケース本体１０はニッケルメッキ鋼板製であって、電極体８０の負極に接続された負極集電板８４が底部内面に接合されることによりケース本体１０が負極側の外部端子を兼ねるように構成されている。

蓋体２０は、概ね円板状の金属板からなる封口板２２と、封口板２２の外周部に固定された樹脂製の筒部２６と、筒部２６とは反対側に突出する正極側の外部端子３０とを備える。この蓋体２０を筒部２６側からケース本体１０の開口部に挿入し、絶縁封止材（例えば絶縁性樹脂）１２を介して封口板２２の外周にケース本体１０の開口端をカシメることにより、封口板２２とケース本体１０との間を絶縁するとともに、ケース本体１０の開口部を気密に封止してケース３の密閉構造を構築している。

筒部２６の内側に位置する封口板２２の内側面には、金属製の接続部材２４が、後述する溶接部Ｗにより固定されている。また、接続部材２４には、帯状の金属板からなるリード部材３６の一端が、例えば溶接により固定されている。また、電極体８０を構成する正極（典型的には、正極活物質を保持する正極集電体）には正極集電板８２が接続されており、この正極集電板８２にリード部材３６の他端が、例えば溶接により固定されている。このように、電極体８０を構成する正極は、該電極体８０側から順に、正極集電板８２、リード部材３６、接続部材２４および封口板２２を経て、正極外部端子３０と電気的に接続されている。電池２の正常時には、かかる導電経路を介して電極体８０の正極と外部端子３０との導通が確保されている。

本実施形態の電池２は、該電池の温度が所定の作動温度（例えば凡そ６０〜１２０℃、典型的には凡そ７０〜１００℃に設定され得る。）以上に上昇した場合に上記導電経路を分断して電流を遮断する電流遮断機構４を備える。この電流遮断機構４は、接続部材２４と封口板２２との溶接部Ｗに対して溶接面に沿う方向への力（剪断力）を加え、これにより該溶接部Ｗを破断させることで導電経路を分断するように構成されている。

電流遮断機構４の構成および作動をより具体的に説明する。図３に示すように、本実施形態における第一導電部材たる接続部材２４は、溶接部Ｗを中心とする回転対称（本実施形態では二回対称）形状であって、長方形状の平面部２４Ａと、その一方の長辺の一端側と他方の長辺の他端側からそれぞれ略垂直に立ち上がる係合部２４Ｂとを有する。溶接部Ｗは、本実施形態における第二導電部材たる封口板２２と平面部２４Ａの中央部とを溶接（例えば超音波溶接）することにより形成されている。
筒部２６の内周には、感熱変形部材３２を支持する支持部２６Ａ（例えば、筒部２６の外周部分と同質の樹脂製）が、略１８０度間隔で二箇所に設けられている。本実施形態の感熱変形部材３２は、上記作動温度に対応する変態温度を有する形状記憶材料（例えば形状記憶合金）により、正常時（電流遮断機構４の作動前）には概ね丸リベット状を呈するように成形されている。図２に示すように、感熱変形部材３２は、その脚部Ｂが支持部２６Ａに固定され、頭部３２Ａの先端が係合部２４Ｂに当接するように配置されている。

電池２の温度が感熱変形部材３２の変態温度以上に上昇すると、図２に二点鎖線で示すように、感熱変形部材３２が主として頭部３２Ａの変形により丸リベット状から棒状（図４参照）に変形しようとする。上述のように感熱変形部材３２の脚部Ｂは支持部２６Ａに固定されていることから、頭部３２Ａが棒状に伸びようとすると、係合部２４Ｂは支持部２６Ａから遠ざかる方向に押圧力を受けることとなる（図２の黒塗矢印参照）。頭部３２Ａと係合部２４Ｂとの当接箇所は溶接部Ｗに対して回転対称となる二箇所に配置されているので、上記押圧力は溶接部Ｗへの回転剪断力として働く。この回転剪断力が溶接強度に打ち勝つと、図２に二点鎖線で示すように、溶接部Ｗを中心に接続部材２４が回転する。これにより溶接部Ｗが破断し（ねじ切られ）、図４に示すように、接続部材２４と封口板２２との間で導通経路が分断されて電流が遮断される。

なお、溶接部Ｗが破断すると接続部材２４が封口板２２からフリーな状態となるため、該部材２４が例えば自重により変位して封口板２２から離隔する。ここで、接続部材２４をより確実に封口板２２から離隔させるために、例えば図４に示すように、封口板２２の内表面のうち正常時における係合部２４Ｂの前方（上記回転方向に対する前方をいう。）に絶縁性（例えば樹脂製）の凸部２３を配置しておき、感熱変形部材３２の変形により接続部材２４が回転すると該部材２４が凸部２３に乗り上げるように構成してもよい。また、リード部材３６の屈曲部３６Ａを外側に弾性変形させた（引き伸ばした）状態で接続部材２４および集電板８２に接合しておき、溶接部Ｗが破断するとリード部材３６の弾性復元力により接続部材２４が集電板８２側（封口板２２から遠ざかる側）に離隔するように構成してもよい。あるいは、平面部２６Ａの外縁部（溶接部Ｗの外部）と封口板２２の内表面との間で弾性部材（例えばゴムシート）を圧縮した状態で接続部材２６と封口板２２とを溶接しておき、溶接部Ｗが破断すると上記弾性部材の弾性復元力により接続部材２４と封口板２２との間が隔てられるように構成してもよい。これらの離隔手法は、必要に応じて一または二以上を組み合わせて採用することができる。

本実施形態の構成によれば、回転剪断力を利用して（典型的には、実質的に回転剪断力のみにより）溶接部Ｗを破断させるので、主として引張力により（例えば、実質的に引張力により）破断させる場合に比べて、溶接面積の割に小さな力で溶接部Ｗを破断させることができる。したがって、温度上昇時（異常時）に感熱変形部材３２が形状変形（復元）しようとする力を、溶接部Ｗを破断させるために効率よく利用することができる。これにより、適切なタイミングで溶接部Ｗを破断可能な溶接面積（通電面積）の上限を高めることができる。すなわち、本実施形態の電池２は、所望の大電流（例えば１０Ａ〜１５０Ａ程度）を通電可能な程度にまで溶接面積を大きくとっても（典型的には凡そ２ｍｍ^２〜２０ｍｍ^２、例えば凡そ４ｍｍ^２〜１０ｍｍ^２）、適切なタイミングで溶接部Ｗを破断させる（電流遮断機構を作動させる）ことができる。また、溶接面積の割に小さな力で溶接部Ｗを破断させ得ることから、より余裕をもって該破断を行うことができる。すなわち、溶接部Ｗを破断させるために最低限必要な力と、異常時に溶接部Ｗに加わる力（ここでは回転剪断力）との間に、より大きなマージンを確保することができる。したがって、本実施形態の電池２は、電流遮断機構４の作動確実性（作動精度）に優れたものとなり得る。
このように温度上昇により作動するタイプの電流遮断機構４は、ケース３内の空間の大きさや内圧上昇に関与する材料（電極活物質、電解質等）の種類を問わず、種々の電池に同様の構成を適用し得る。したがって部品の共通化や設計の効率化が容易である。

なお、頭部３２Ａと係合部２４Ｂとの当接箇所から溶接部Ｗまでの距離を大きくすることにより、より小さな力で溶接部Ｗを破断させ得る（テコの原理）。したがって、他の要因（電池２の体格、ケース３内のスペース等）を考慮して可能であれば、上記距離をより大きくすることによって更に大きな効果が実現され得る。
また、上記では二つの感熱変形部材３２を用い、該部材３２の変形に伴う押圧力が溶接部Ｗに対して回転対称な二箇所に加わるように構成された例につき説明したが、三つ以上の感熱変形部材３２を用い、それらの部材３２を溶接部Ｗに対して好ましくは概ね放射状に（典型的には回転対称に）配置してもよい。このように感熱変形部材３２の数を多くすることにより、溶接部Ｗの溶接面積をより大きくしても該溶接部Ｗを適切に破断させることができ、あるいは、より余裕をもって該破断を行うことができる。

また、感熱変形部材３２を構成する材質としては、従来公知の各種形状記憶材料のなかから適当なものを（例えば、変態温度、強度、形状回復力、成形性、耐薬品性等を考慮して）選択することができる。金属系の材料（形状記憶合金）を成形してなる感熱変形部材３２、有機系の材料（形状記憶ポリマー）を成形（射出成形、押出成形等）してなる感熱変形部材３２のいずれも使用可能である。好ましく採用し得る形状記憶合金の市販品として、例えば、株式会社古川テクノマテリアル製の商品名「古川ＮＴ合金」、ＮＥＣトーキン株式会社製の商品名「メモアロイ（登録商標）」等が挙げられる。

＜実施形態２＞
本実施形態は、電池の温度が所定の作動温度以上に上昇した場合に、第一導電部材と第二導電部材との溶接部Ｗに単純剪断力を加えて該溶接部Ｗを破断させるタイプの電流遮断機構を備えたリチウムイオン電池の一例に関する。
図５および図６（電流遮断機構１０４が作動して電流が遮断された状態）に示すように、本実施形態に係る電池１０２は、第一接続部材としての接続部材１２４の形状、感熱変形部材１３２の形状および変形態様、および該部材１３２を支持する筒部１２６（支持部１２６Ａ）の形状を除いては、実施態様１に係る電池２と概ね同様に構成されている。したがって、以下の説明では主に上記相違部分について述べる。

図５は、本実施形態に係る電池１０２（電流遮断機構１０４が作動する前）の要部をケース３の内側から見た平面図である。図示するように、本実施形態の電流遮断機構１０４では、感熱変形部材１３２として、作動温度に対応する変態温度を有する形状記憶材料（実施態様１と同様の材料を採用し得る。好ましくは形状記憶合金）により形成されたコイルバネを用いている。この感熱変形部材１３２の一端（基端）は、筒部２６の内周の一箇所に設けられた支持部２６Ａに固定されている。接続部材１２４は、長方形状の平面部１２４Ａと、その一端（支持部２６Ａから遠い側の端部）から略垂直に立ち上がる係合部１２４Ｂとを有する略Ｌ字形状（図６参照）であって、平面部１２４Ａの中央部が封口板（第二導電部材）２２の例えば中央部に溶接されることで溶接部Ｗが形成されている（図５参照）。感熱変形部材１３２の先端は係合部１２４Ｂに係止されている。典型的には、支持部２６Ａと係合部１２４Ｂとの間でやや圧縮された状態で感熱変形部材１３２が取り付けられている。

電池２の温度が感熱変形部材１３２の変態温度以上に上昇すると、図５の黒塗矢印方向に感熱変形部材１３２が伸びようとすることにより、係合部１２４Ｂが支持部２６Ａから遠ざかる方向への押圧力を受ける。本実施形態では、図５に示されるように、支持部２６Ａから係合部１２４Ｂに至る線上に溶接部Ｗが位置することから、上記押圧力は溶接部Ｗへの単純剪断力として働く。該剪断力が溶接強度に打ち勝つと溶接部Ｗが破断し、接続部材１２４が図６に二点鎖線で示す位置（正常時、すなわち電流遮断機構１０４の作動前における位置）から実線で示す位置へと変位する。これにより接続部材１２４と封口板２２との間で導通経路が分断されて電流が遮断される。

本実施態様の電流遮断機構１０４は、回転剪断力を利用するタイプのものに比べて、該機構１０４の設置に要するスペースをより小さくし得る。したがって、より多様な形状およびサイズの電池に容易に適用し得るという利点を有する。
なお、感熱変形部材１３２の形状は上述のようなコイルバネ状に限定されず、温度上昇により変形することで係合部１２４Ｂに押圧力を加え得る種々の形状を適宜採用することができる。例えば、本実施態様の電池１０２において、感熱変形部材１３２の形状を実施態様１と同様の丸リベット形状としてもよい。同様に、実施態様１の電池２における感熱変形部材３２の形状も丸リベット形状に限定されず、コイルバネ状その他の種々の形状を適宜採用することができる。

＜実施形態３＞
本実施形態は、電池ケースの内圧が所定の作動圧力以上に上昇した場合に、第一導電部材と第二導電部材との溶接部Ｗに回転剪断力を加えて該溶接部Ｗを破断させるタイプの電流遮断機構を備えたリチウムイオン電池の一例に関する。
図７〜９を参照しつつ、本実施形態に係る電池２０２の構成および作動につき、実施形態１に係る電池との相違点を中心に説明する。図７は正常時（電流遮断機構２０４が作動する前の状態）、図９は異常時（電流遮断機構２０４が作動して電流が遮断された状態）における電池２０２の断面形状を示している。

本実施形態に係る電池２０２の蓋体２０は、概ね円板状の金属板からなる封口板２２２と、封口板２２２の外周部に固定された樹脂製の案内筒２２６と、案内筒２２６とは反対側に突出する正極側の外部端子３０とを備える。この蓋体２０を案内筒２２６側からケース本体１０の開口部に挿入し、絶縁封止材１２を介して封口板２２２の外周にケース本体１０の開口端をカシメることにより、封口板２２２とケース本体１０との間を絶縁するとともに、ケース本体１０の開口部を気密に封止してケース３の密閉構造を構築している。

案内筒２２２の内周には、該内周に沿って回りつつ軸方向に延びるスパイラル状の案内ライン（畝状の凸部）２２６Ａが設けられている。図８によく示されるように、本実施形態の案内筒（スパイラルリング）２２２は、周方向に略９０度づつ位相をずらして概ね平行に配置された４本の案内ライン２２６Ａを有する。案内筒２２２の内側には、概ね円板状の金属板からなる感圧ディスク２２８が気密に嵌め込まれている。かかる気密状態を実現するために、感圧ディスク２２８の外周には、案内ライン２２６Ａの断面形状に見合った形状の凹部２２８Ａが形成されている。感圧ディスク２２８は、凹部２２８Ａが案内ライン２２６Ａに沿って滑り移動することにより、該案内ライン２２６Ａに沿って（案内されて）回りながら案内筒２２２の軸方向に移動し得るように構成されている。

ケース３内の空間は、感圧ディスク２２８を介して、電極体８０および電解質が収容された空間Ｓ１と、案内筒２２２の内側であって感圧ディスク２２８の背面側（感圧ディスク２２８と封口板２２２との間）の空間Ｓ２とに気密に区画されている。本実施形態の電流遮断機構２０４では、空間Ｓ２の容積をある程度大きく確保するために、図７に示す正常時には感圧ディスク２２８が案内筒２２６の下端付近に位置するように構成されている。この位置において、感圧ディスク２２８の背面（空間Ｓ２側の面）に金属製の接続部材２２４の一端が固定（例えば溶接）されている。接続部材２２４の他端は封口板２２２の内側面に固定（例えば溶接）されている。また、感圧ディスク２２８の前面（空間Ｓ１側の面、すなわち電極体８０側の面）には帯状の金属板からなるリード部材２３６の一端が溶接（例えば超音波溶接）され、これにより本実施形態の溶接部Ｗが形成されている。リード部材２３６の他端は正極集電板８２に固定（例えば溶接）されている。すなわち、本実施形態では、リード部材２３６が第一導電部材として、感圧ディスク２２８が第二導電部材として機能する。
このように、電極体８０を構成する正極は、該電極体８０側から順に、正極集電板８２、リード部材２３６、感圧ディスク２２８、接続部材２２４および封口板２２２を経て正極外部端子３０と電気的に接続されている。電池２０２の正常時には、かかる導電経路を介して電極体８０の正極と外部端子３０との導通が確保されている。その他の部分の構成は実施形態１に係る電池２（図１参照）と概ね同様である。

過充電等によりケース３（電極体収容空間Ｓ１）内でガスが発生して電極体収容空間Ｓ１の内圧が上昇すると、空間Ｓ１，Ｓ２間の圧力差により感圧ディスク２２８の前面（空間Ｓ１に対向する面）に押圧力が加わる（図８中の白抜き矢印参照）。ここで、感圧ディスク２２８は案内ライン２２６Ａに沿って移動するように規制されていることから、上記押圧力を受けた感圧ディスク２２８は溶接部Ｗを中心に回転しつつ（図８中の黒矢印参照）案内筒２２６の軸方向に移動しようとする。したがって上記押圧力により溶接部Ｗへの回転剪断力が働くこととなる。そして、電極体収容空間Ｓ１の圧力が所定の作動圧力（例えば凡そ０．５〜２ＭＰａとなるように設定することができる。本実施態様では約０．５ＭＰａ）以上に上昇すると、図９に示すように、溶接部Ｗの溶接強度に打ち勝って感圧ディスク２２８が案内ライン２２６Ａ沿いに移動する。これにより溶接部Ｗが破断するとともに感圧ディスク２２８がリード部材２３６から離隔して導電経路が分断される。なお、上記導電経路の分断を効率よく行うために、リード部材２３６には剛性の高い金属部材を用いることが好ましい。一方、接続部材２２４としては、該接続部材２２４が感圧ディスク２２８の移動に追随して変形（撓みおよび捩れ変形）しやすいように、比較的柔軟な金属部材を用いることが好ましい。

本実施形態の電池２０２は、内圧上昇により作動するタイプの電流遮断機構２０４を備えるので、種々の温度において異常が発生した場合（例えば−３０℃程度の極低温環境において過充電された場合）にも適切なタイミングで電流遮断機構２０４を作動させることができる。また、回転剪断力を利用して溶接部Ｗを破断させることにより、溶接面積の割に小さな力で溶接部Ｗを破断させることができる。したがって、電流遮断機構２０４の機能低下を防ぎつつ、大電流を通電可能な電池２０２が提供される。

なお、上記ではリード部材２３６と感熱ディスク２２８との溶接部Ｗを破断させることで電流を遮断する例につき説明したが、リード部材２３６と感熱ディスク２２８との溶接部に対してリード部材２３６と正極集電板８２との溶接部の断面積（溶接面積、ひいては溶接強度）をより小さく設定し、このリード部材２３６と正極集電板８２との溶接部が破断することで電流を遮断してもよい。すなわち、電極体収容空間Ｓ１の内圧が上昇すると、感熱ディスク２２８とリード部材２３６とが一体に回転しつつ上昇しようとすることでリード部材２３６と正極集電板８２との溶接部に回転剪断力が加わり、これにより該溶接部が破断するように構成してもよい。かかる構成の電流遮断機構では、正極集電板８２が第一導電部材として機能し、感熱ディスク２２８と一体に移動するリード部材２３６が第二導電部材として機能することとなる。あるいは、感圧ディスク２２８と接続部材２２４との溶接部または接続部材２２４と封口板２２２との溶接部を破断させてもよい。

＜実施形態４＞
本実施形態は、電池ケースの内圧が所定の作動圧力以上に上昇した場合に、第一導電部材と第二導電部材との溶接部Ｗに回転剪断力を加えて該溶接部Ｗを破断させるタイプの電流遮断機構であって、実施形態３とは異なる電流遮断機構を備えたリチウムイオン電池の一例に関する。

本実施形態に係る電池は、図１０に示す構成の電流遮断機構３０４を備える。この電流遮断機構３０４は、実施形態３の電流遮断機構２０４における感圧ディスク２２８および案内筒２２６に代えて、有底円筒状の第一筒体３２８と、リング状（王冠状）の第二筒体３２９とを備える。第一筒体３２８の底面３２８Ｂは概ね円板状の金属板からなり、その側面は樹脂成形体からなる。第二筒体３２９は樹脂成形体からなり、第一筒体３２８の軸方向外側（電極体８０から遠い側）の端部に続いて、第一筒体３２８と同軸に配置されている。第二筒体３２９の軸方向外側端は、実施形態３の案内筒２２６と同様に、封口板２２２（図９参照）の外周部に固定されている。第一筒体３２８の外周表面は、ケース本体１０の外周に沿って設けられた環状の窪み（絞り部）の内周表面と気密に当接している（図９参照）。換言すれば、第一筒体３２８の外周はケース本体１０の内周に支持されている。上記当接によって、ケース３内の空間は、電極体８０および電解質が収容された空間Ｓ１と、その外側の空間Ｓ２とに気密に区画されている。

第一筒体３２８および第二筒体３２９の対向する端部には、互いに対応する形状のラチェット刃３２８Ａ，３２９Ａが設けられている。換言すれば、両筒体３２８，３２９は、一対のラチェット機構を形成するように構成されている。図１０に示す第一筒体３２８と第二筒体３２９との位置関係は、電池の正常時（電流遮断機構３０４が作動する前）における状態を例示するものである。図示するように、本実施形態の電流遮断機構３０４では、空間Ｓ２の容積をある程度大きく確保するために、上記正常時にはラチェット刃３２８Ａとラチェット刃３２９Ａとが浅く係合するように両筒体３２８，３２９が配置されている。この位置において、第一筒体３２８には、その底面３２８Ｂの背面（封口板２２２側の面）に金属製の接続部材２２４の一端が固定されている。接続部材２２４の他端は、実施形態３と同様に、封口板２２２の内側面に固定されている。また、底面３２８Ｂの前面（空間Ｓ１側の面）には帯状の金属板からなるリード部材２３６の一端が溶接（例えば超音波溶接）され、これにより本実施形態の溶接部Ｗが形成されている。リード部材２３６の他端は、実施形態３と同様に、正極集電板８２に固定されている。すなわち、本実施形態では、リード部材２３６が第一導電部材として、第一筒体３２８の底面３２８Ｂが第二導電部材として機能する。
このように、電極体８０を構成する正極は、該電極体８０側から順に、正極集電板８２、リード部材２３６、底面３２８Ｂ（第一筒体３２８）、接続部材２２４および封口板２２２を経て正極外部端子３０と電気的に接続されている（図９参照）。その他の部分の構成は実施形態３に係る電池２０２と概ね同様である。

過充電等によりケース３内でガスが発生して電極体収容空間Ｓ１の内圧が上昇すると、底面３２８Ｂの前面（空間Ｓ１側）と背面（空間Ｓ２側）との圧力差により第一筒体３２８に押圧力が加わる（図１０中の白抜き矢印参照）。ここで、第一筒体３２８（すなわち、内圧を受ける側のラチェット）の上方への移動はラチェット刃３２９Ａにより規制されていることから、上記押圧力を受けた第一筒体３２８は溶接部Ｗを中心に回転しつつ（図１０中の黒矢印参照）上昇しようとする。したがって上記押圧力により溶接部Ｗへの回転剪断力が働くこととなる。そして、電極体収容空間Ｓ１の圧力が所定の作動圧力以上に上昇すると、溶接部Ｗの溶接強度に打ち勝って第一筒体３２８がラチェット刃３２９Ａ沿いに回りつつ上昇する（ラチェット刃３２８Ａ，３２９Ａがより深く係合する）。これにより溶接部Ｗが破断するとともに第一筒体３２８の底面３２８Ｂがリード部材２３６から離隔して導電経路が分断される。

本実施形態の電池によると、実施形態３の電池２０２と同様、種々の温度において異常が発生した場合にも適切なタイミングで電流遮断機構３０４を作動させることができる。また、回転剪断力を利用して溶接部Ｗを破断させるので、溶接面積の割に小さな力で溶接部Ｗを破断させることができる。したがって、電流遮断機構３０４の機能低下を防ぎつつ、大電流を通電可能な電池が提供される。

＜実施形態５＞
本実施形態は、電池ケースの内圧が所定の作動圧力以上に上昇した場合に、第一導電部材と第二導電部材との溶接部Ｗに単純剪断力を加えて該溶接部Ｗを破断させるタイプの電流遮断機構を備えたリチウムイオン電池の一例に関する。
図１１，１２を参照しつつ、本実施形態に係る電池４０２の構成および作動につき、実施形態３に係る電池との相違点を中心に説明する。図１１は正常時（電流遮断機構４０４が作動する前の状態）、図１２は異常時（電流遮断機構４０４が作動して電流が遮断された状態）における電池４０２の断面形状を示している。

電池４０２は、封口板２２２の外周部に固定された樹脂製の案内筒４２６を備える。本実施形態の案内筒４２６の内周には、案内筒４２６の軸方向に沿って延びる直線状の案内ライン（畝状の凸部）４２６Ａが、例えば９０度間隔で４本設けられている。案内筒４２６の内側には、概ね円板状の金属板からなる感圧ディスク４２８が気密に嵌め込まれている。この感圧ディスク４２８を介してケース３内が空間Ｓ１（電極体収容空間）と空間Ｓ２とに気密に区画されている。図１１に示す正常時には、感圧ディスク２２８が案内筒２２６の下端付近に位置している。

正極集電板８２には、金属板をＬ字状に成形してなるリード部材４３６の一方の端部（底面）が、例えば溶接により固定されている。リード部材４３６の他方の端部は、感圧ディスク４２８の下面中央部から電極体８０側に延びる長方形状の突出部４２８Ａと溶接（例えば超音波溶接）され、これにより本実施形態の溶接部Ｗが形成されている。すなわち、本実施形態では、リード部材４３６が第一導電部材として、感圧ディスク４２８（突出部４２８Ａ）が第二導電部材として機能する。
電極体８０を構成する正極は、該電極体８０側から順に、正極集電板８２、リード部材４３６、感圧ディスク４２８、接続部材２２４および封口板２２２を経て正極外部端子３０と電気的に接続されている。その他の部分の構成は実施形態３に係る電池２０２（図９参照）と概ね同様である。

過充電等によりケース３でガスが発生して電極体収容空間Ｓ１の内圧が上昇すると、空間Ｓ１，Ｓ２間の圧力差により感圧ディスク４２８の前面に押圧力が加わる。そして、電極体収容空間Ｓ１の圧力が所定の作動圧力以上に上昇すると、図１２に示すように、溶接部Ｗの溶接強度に打ち勝って感圧ディスク４２８が案内ライン４２６Ａ沿いに移動（上昇）する。これにより溶接部Ｗが破断するとともに、感圧ディスク４２８がリード部材４３６から離隔して導電経路が分断される。

本実施形態の電池４０４によると、実施形態３の電池２０２と同様、種々の温度において異常が発生した場合にも適切なタイミングで電流遮断機構４０４を作動させることができる。また、剪断力を利用して溶接部Ｗを破断させるので、溶接面積の割に小さな力で溶接部Ｗを破断させることができる。したがって、電流遮断機構４０４の機能低下を防ぎつつ、大電流を通電可能な電池４０４が提供される。

＜実施形態６＞
本実施形態は、電池の温度が所定の作動温度以上に上昇した場合に、第一導電部材と第二導電部材との溶接部Ｗに回転剪断力を加えて該溶接部Ｗを破断させるタイプの電流遮断機構であって、実施形態１とは異なる電流遮断機構を備えたリチウムイオン電池の一例に関する。
図１３〜１５を参照しつつ、本実施形態に係る電池５０２の構成および作動につき、実施形態１に係る電池との相違点を中心に説明する。図１３は正常時（電流遮断機構５０４が作動する前の状態）における電池５０２の断面形状を示している。

本実施形態に係る電池５０２の蓋体２０は、概ね円板状の金属板からなる封口板５２２と、封口板５２２の外周部に固定された樹脂製の筒部５２６とを備える。封口板５２２の中央部には、例えばプレス成形により、ケース３の内側に向けて突出する略円錐台形状の凸部５２３が形成されている。一方、正極集電板８２には、帯状の金属板からなるリード部材５３６の一端が固定（例えば溶接）されている。リード部材５３６の他端には、例えばプレス成形によって、略円錐台形状の凸部５２５が形成されている。封口板５２２の凸部５２３とリード部材５３６の凸部５２５とは略同一の頂面形状を有し、該頂面において凸部５２３と凸部５２５とを溶接（例えば超音波溶接）することで本実施形態の溶接部Ｗが形成されている。すなわち、本実施形態では、リード部材５３６が第一導電部材として機能し、封口板５２２が第二導電部材として機能する。そして、両導電部材（ここではリード部材５３６および封口板５２２）は互いに近づく方向に突出する凸部５２３，５２５を有し、該凸部５２３，５２５の頂面を溶接することで溶接部Ｗが形成されている。溶接面積（ひいては溶接強度）の制御が容易であることから、上記頂面の全体（全面積）を溶接部Ｗとすることが好ましい。

そして、図１４によく示されるように、凸部５２３，５２５の周囲には、溶接部Ｗを取り巻くようにして感熱変形部材５３２が配置されている。本実施形態の電流遮断機構５０４では、感熱変形部材５３２として、作動温度に対応する変態温度を有する形状記憶材料（実施態様１と同様の材料を採用し得る。好ましくは形状記憶合金）により形成されたコイルバネを用いている。形状記憶合金製の感熱変形部材５３２を用いる場合には、該部材５３２の表面が絶縁性の樹脂膜（塗料等）でコートされていることが好ましい。この感熱変形部材５３２の一端は、凸部５２３の側面に設けられた凹部（図示せず）に差し込んで固定されている。感熱変形部材５３２の他端は、上記一端から溶接部Ｗの周辺を回り込んで、凸部５２５の側面に設けられた凹部（図示せず）に差し込んで固定されている。
電極体８０を構成する正極は、該電極体８０側から順に、正極集電板８２、リード部材５３６および封口板５２２を経て正極外部端子３０と電気的に接続されている。その他の部分の構成は実施形態１に係る電池２（図１参照）と概ね同様である。

電池５０２の温度が感熱変形部材５３２の変態温度以上に上昇すると、感熱変形部材５３２のコイル形状が広がる（バネが伸びる）ように該部材５３２が変形しようとする。ここで、感熱変形部材５３２の両端は凸部５２３，５２５に固定されていることから、上記変形しようとする力により、図１４に黒矢印で示すように、凸部５２３（封口板５２２）に対して凸部５２５（リード部材５３６）を回転させる方向への力（溶接面に対してやや斜めに回転する方向への力であり得る。）が加わる。これにより溶接部Ｗに剪断力が働く。該剪断力が溶接強度に打ち勝つと、図１５に示すように溶接部Ｗが破断し（ここでは、やや斜めに捻じ切られる場合を図示している。）、これにより封口板５２２とリード部材５３６との間で導通経路が分断されて電流が遮断される。

本実施形態の電流遮断機構５０４は、実施形態１と同様、種々の電池に同様の構成を適用し得ることから、部品の共通化や設計の効率化が容易である。また、回転剪断力を利用して溶接部Ｗを破断させるので、溶接面積の割に小さな力で溶接部Ｗを破断させることができる。したがって、電流遮断機構５０４の機能低下を防ぎつつ、大電流を通電可能な電池５０２が提供される。

なお、上記説明では一つの感熱変形部材５３２（典型的には形状記憶合金製のコイルバネ）を用いる例につき説明したが、同様の感熱変形部材５３２を二つ以上用いた構成としてもよい。例えば、凸部５２３，５２５の周方向に略１８０度位相をずらして二つの感熱変形部材（形状記憶合金製のコイルバネ）を略平行に配置してもよい。三つ以上の感熱変形部材を用いる場合には、それらの位相間隔を略均等にすることが好ましい。また、図１３〜１５では感熱変形部材５３２が凸部５２３，５２５の回りに一周を少し超えて巻き付くように該部材５３２の長さを設定しているが、例えば感熱変形部材５３２を凸部５２３，５２５の回りに二周以上巻き付けてもよい。このように感熱変形部材の数および／または巻数を多くすることにより、溶接部Ｗの溶接面積をより大きくしても該溶接部Ｗを適切に破断させ得る。あるいは、より余裕をもって上記溶接部Ｗを破断させ得る。

本実施形態のように第一、第二導電部材（ここではリード部材５３６および封口板５２２）に互いに近づく方向に突出する凸部５２３，５２５を設け、該凸部５２３，５２５の頂面（好ましくは該頂面の全体）を溶接して溶接部Ｗを形成することにより、両導電部材の溶接面積（ひいては溶接強度）を容易に規定（制御）することができる。このことによって電流遮断機構５０４をより精確に作動させる（作動タイミングのバラツキを抑える）ことができる。凸部５２３，５２５の背面は、対応する形状の凹部となっていることが好ましい。かかる態様によると、上記凹部を利用して溶接装置（例えば、超音波溶接機におけるホーン、抵抗溶接におけるロッド（電極）等）の位置合わせをより的確に行うことができる。これにより溶接品質（ひいては溶接強度）のバラツキを抑制し、電流遮断機構５０４をより精確に作動させることができる。
なお、凸部の頂面同士を溶接して溶接部Ｗを形成することにより得られる上記効果は、本実施態様のほか、例えば上述した実施態様１〜５にも適用可能である。すなわち、これら実施態様に係る溶接部Ｗを凸部の頂面同士を溶接して形成することにより、本実施態様と同様の効果が実現され得る。

＜実施形態７＞
本実施形態は、図１７に示すように、実施形態１に係る電池（図１参照）においてケース１０内の電極体８０が収容された空間Ｓ１から溶接部Ｗが気密に隔てられるように構成した一例である。本実施形態に係る電池６０２の他の部分の構成および該電池６０２に具備された電流遮断機構６０４の作動により電流が遮断される機構自体は実施態様１に係る電池２と同様であるので、以下の説明では主に上記相違部分について述べる。

図１７に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン電池６０２（電流遮断機構６０４が作動する前の状態を示している。）では、接続部材（第一導電部材）２４と封口板（第二導電部材）２２との間に、それらの溶接部Ｗを囲んでＯリング６２５（典型的には弾性材料製）が配置されている。このＯリング６２５は、接続部材２４と封口板２２との間で圧縮されており（換言すれば、Ｏリング６２５が上記圧縮状態となるように溶接部Ｗが形成されており）、これにより電極体収容空間Ｓ１から溶接部Ｗが気密にシールされている。接続部材２４および封口板２２には、図１８に示すように、Ｏリング６２５に対応する箇所に溝６２５ａ，６２５ｂが設けられていてもよい。このことによってＯリング６２５の位置決めを容易かつ確実に行うことができる。なお、図１８には接続部材２４および封口板２２の両方に溝６２５ａ，６２５ｂを設けた例を示しているが、接続部材２４および封口板２２のいずれか一方のみに溝を設けてもよい。なお、Ｏリング６２５の平面形状は、溶接部Ｗを取り囲む形状（環状）であれば特に限定されず、例えば、円形、楕円形、長円形、多角形等の種々の形状であり得る。本実施形態では、Ｏリング６２５が概ね円形の平面形状に配置されている。

本実施形態の構成によると、実施形態１の構成により得られる効果に加えて、電池６０２の温度上昇により感熱変形部材３２が変形して溶接部Ｗが破断する瞬間にその破断部（典型的には、接続部材２４と封口板２２との間）で火花が発生したとしても、溶接部Ｗと電極体収容空間Ｓ１とはＯリング６２５により物理的に隔てられているので、電極体収容空間Ｓ１内に存在し得る可燃性ガスに上記火花が引火する事象を防止できるという効果が得られる。また、溶接部Ｗの破断に伴ってＯリング６２５が圧縮状態（弾性変形した状態）から開放されるので、このＯリング６２５を接続部材２４と封口板２２とを離隔させるスペーサとして利用することができる。

なお、本実施形態では、実施形態１に係る電池において溶接部Ｗの周囲にシール部材としてのＯリング６２５を配置（封入）することで該溶接部Ｗと電極体収容空間Ｓ１とを隔てる構成を適用した例につき説明したが、かかる構成の適用対象は実施形態１に係る電池に限定されない。例えば、実施形態３，４に係る電池においても同様の構成を適用することができ、このことによって本実施形態と同様の効果が実現され得る。

＜実施形態８＞
本実施形態は、実施形態１に係る電池（図１参照）において電極体８０が収容された空間Ｓ１から溶接部Ｗが気密に隔てられるように構成した他の例である。すなわち、図１９に示すように、本実施形態に係る電池７０２（電流遮断機構７０４が作動する前の状態を示している。）では、筒部２６の下端開口部が隔壁７３５で塞がれている。この筒体２６および隔壁７３５によって、筒部２６内の空間Ｓ３（封口板２２と接続部材２４との溶接部Ｗに隣接する空間）と電極体収容空間Ｓ１とが気密に隔てられている。リード部材３６は、隔壁７３５を貫通して（その貫通部は気密に封止されている。）集電板８２と接続部材２４とを連結している。なお、隔壁７３５の構成材料としては、例えば、筒部２６の構成材料と同様の樹脂材料を好ましく採用し得る。本実施形態の構成によると、実施形態１の構成により得られる効果に加えて、感熱変形部材３２が変形して溶接部Ｗが破断する瞬間にその破断部で火花が発生したとしても、溶接部Ｗと電極体収容空間Ｓ１とは筒体２６および隔壁７３５によって物理的に隔てられているので、電極体収容空間Ｓ１内に存在し得る可燃性ガスに上記火花が引火する事象を防止できるという効果が得られる。

＜実施形態９＞
本実施形態は、実施形態３に係る電池（図７参照）において空間Ｓ２に面する位置に溶接部Ｗを設定することにより、電極体収容空間Ｓ１から溶接部Ｗが気密に隔てられるように構成した例である。すなわち、図２０に示すように、本実施形態に係る電池８０２（電流遮断機構８０４が作動する前の状態を示している。）は、電極体収容空間Ｓ１の内圧上昇により感圧ディスク８２８が案内ライン２２６Ａ沿いに回転しつつ案内筒２２６の軸方向（図２０の上側）へ移動するとき、感圧ディスク（第一導電部材）８２８と接続部材（第二導電部材）８２４との溶接部Ｗが破断する（ねじ切られる）ことで導電経路が分断されるように構成されている。本実施形態の構成によると、実施形態３の構成により得られる効果に加えて、溶接部Ｗが破断する瞬間にその破断部で火花が発生したとしても、溶接部Ｗと電極体収容空間Ｓ１とは筒体２２６および感圧ディスク８２８により物理的に隔てられているので、電極体収容空間Ｓ１内に存在し得る可燃性ガスに上記火花が引火する事象を防止できるという効果が得られる。
なお、上記分断を効率よく行うために、接続部材８２４には剛性の高い金属部材を用い、リード部材８３６には感圧ディスク８２８の移動に追随して変形しやすい（相対的に柔軟な）金属部材を用いることが好ましい。

以下、図１を参照しながら、実施形態１に係るリチウムイオン電池２（実施形態２〜９に係る電池についても同様である。）においてケース３に収容される電極体８０の構成等を説明する。この電極体８０は、通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様、シート状の正極集電体に正極活物質層が保持された正極（正極シート）と、シート状の負極集電体に負極活物質層が保持された負極（負極シート）とを、シート状のセパレータ（セパレータシート）を介して重ね合わせ、次いで捲回して構成されている。正極シートの長手方向に沿う一方の端部（すなわち幅方向の一方の端部）には、正極集電体上に正極活物質層を有しない部分（活物質層非形成部分）が設けられている。同様に、負極シートの長手方向に沿う一方の端部には、負極集電体上に負極活物質層を有しない部分（活物質層非形成部分）が設けられている。正負の電極シートをセパレータシートと重ね合わせる際には、両電極シートの活物質層を重ね合わせるとともに活物質層非形成部分が長手方向に沿う一方の端部と他方の端部とに別々に配置されるように、幅方向（捲回軸方向）にやや位置をずらして積層する。これにより、電極体８０の軸方向の一端および他端には、正負の電極シートの活物質非形成部分（集電体）が捲回コア部分（すなわち、両電極シートの正極活物質層形成部分とセパレータシートとが密に捲回された部分）から外方にはみ出した部分が形成されている。正極側はみ出し部分（図１では電極体８０の上端）および負極側はみ出し部分（図１では電極体８０の下端）には、正負の集電板８２，８４が、例えば溶接により接続されている。

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。正極活物質として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、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のリチウム遷移金属参加物が挙げられる。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。負極活物質として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やアモルファスカーボン等の炭素系材料が挙げられる。セパレータシート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もしくはゲル状の電解質を使用する場合には、一般的な樹脂製のセパレータシートが不要な場合（すなわ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。

捲回電極体８０とともにケース３内に収容される電解質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。例えば、ＬｉＰＦ_６等のリチウム塩（支持塩）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）に適当な濃度（例えば濃度１Ｍ）で溶解させた非水電解液を用いることができる。

上述した各実施形態に係るリチウムイオン電池において、電極体８０の正極から外部端子３０に至る導電経路を形成する部材（正極集電板、リード部材、接続部材、封口板、感圧ディスク等）の構成材料としては、正極集電体と同様の金属材料を好ましく採用し得る。例えば、正極集電体および上記導電経路形成部材をアルミニウム製とすることが好ましい。溶接部Ｗの断面積（溶接面積）は、電池の大きさ（容量等）や用途（想定される放電電流等）によっても異なり得るが、例えば凡そ２ｍｍ^２〜２０ｍｍ^２程度の溶接面積を採用し得る。第一導電部材および第二導電部材がアルミニウム製である場合には、該溶接面積を例えば５ｍｍ^２以上（より好ましくは８ｍｍ^２以上、典型的には２０ｍｍ^２以下）とすることが好ましい。

また、上述した各実施形態に係るリチウムイオン電池において、電流遮断機構の樹脂部分（筒部、案内筒等）を構成する材料としては、使用する電解液に対して耐性を示す樹脂材料を用いることが好ましい。例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン系樹脂、パーフロロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン樹脂（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）等の樹脂材料を好ましく採用することができる。

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、もちろん種々の改変が可能である。例えば、第一導電部材と第二導電部材との溶接方法（すなわち溶接部Ｗの形成方法）としては、超音波溶接、抵抗溶接のほか、ＴＩＧ（タングステン・イナート・ガス）溶接、ＭＩＧ（メタル・イナート・ガス）溶接、プラズマ溶接のようなアーク溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等の、従来公知の各種溶接（金属溶接、樹脂溶接等）方法を適宜採用することができる。

上記実施形態では正極側の導電経路に電流遮断機構を設ける例につき説明したが、負極側の導電経路（電極体を構成する負極から負極側の外部端子に至る経路）に電流遮断機構を設けてもよい。例えば、上述した各実施形態において正極と負極とを逆にしてもよい。負極側の導電経路に電流遮断機構を設ける場合、該導電経路を構成する部材としては、負極集電体と同様の金属材料（例えば銅）を好ましく採用し得る。
なお、アルミニウム（正極側の導電経路に使用される金属材料の典型例）に比べて銅は導電性に優れることから、第一導電部材および第二導電部材が銅製である場合には、所定の大電流を放電するために必要な溶接部Ｗ（抵抗溶接等の溶接方法により好ましく形成され得る。）の断面積をより小さくし得る。例えば、上記溶接面積を例えば２ｍｍ^２以上（より好ましくは８ｍｍ^２以上、典型的には２０ｍｍ^２以下）とし得る。したがって、電流遮断機構が正極側に設けられた態様の電池では、溶接部Ｗの面積をより大きくとることが望まれる傾向にあるため、ここに開示される技術を適用することによる効果がよりよく発揮され得る。

電池の外形は上述のような円筒型に限られず、例えば角型（扁平な角型等）の電池であってもよい。電極体の構成は上述のような捲回タイプに限られず、例えば正負の電極シートをセパレータシートと共に交互に積層して成る積層タイプの電極体（積層電極体）であってもよい。電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解液の組成が異なる種々の電池であり得る。例えば、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ（すなわち物理電池）等にも本発明の構成を好ましく適用することができる。特に好ましい適用対象としてリチウムイオン電池が挙げられる。リチウムイオン電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる電池であるため、高性能な電源、特に車両搭載用電源を構築することができる。

実施形態１に係る電池（電流遮断機構作動前）を示す断面図。 実施形態１に係る電池（電流遮断機構作動前）の要部をケース内側から見た平面図。 実施形態１に係る電池の第一導電部材を示す斜視図。 実施形態１に係る電池（電流遮断機構作動後）を示す断面図。 実施形態２に係る電池（電流遮断機構作動前）の要部をケース内側から見た平面図。 実施形態２に係る電池（電流遮断機構作動後）を示す断面図。 実施形態３に係る電池（電流遮断機構作動前）を示す断面図。 実施形態３に係る電池の要部を示す分解斜視図。 実施形態３に係る電池（電流遮断機構作動後）を示す断面図。 実施形態４に係る電池の要部を示す分解斜視図。 実施形態５に係る電池（電流遮断機構作動前）を示す断面図。 実施形態５に係る電池（電流遮断機構作動後）を示す断面図。 実施形態５に係る電池（電流遮断機構作動前）を示す断面図。 実施形態５に係る電池（電流遮断機構作動前）の要部を示す側面図。 実施形態５に係る電池（電流遮断機構作動後）の要部を示す側面図。 本発明に係る電池を搭載した車両を模式的に示す側面図。 実施形態７に係る電池（電流遮断機構作動前）を示す断面図。 図１７の要部を拡大して示す断面図。 実施形態８に係る電池（電流遮断機構作動前）を示す断面図。 実施形態９に係る電池（電流遮断機構作動前）を示す断面図。

符号の説明

１ 車両（自動車）
２，１０２，２０２，４０２，５０２，６０２，７０２，８０２ リチウムイオン電池（電池）
３ 電池ケース（ケース）
４，１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４，７０４，８０４ 電流遮断機構
１０ ケース本体
２０ 蓋体
２２，５２２ 封口板（第二導電部材）
２４，５２４ 接続部材（第一導電部材）
２６，５２６ 筒部
３０ 外部端子
３２，１３２，５３２ 感熱変形部材
３２Ａ 頭部
３２Ｂ 脚部
３６，５３６ リード部材
８０ 捲回電極体（電極体）
８２，８４ 集電板１０４ 電流遮断機構
１２４ 接続部材（第一導電部材）
２２２ 封口板
２２４ 接続部材
２２６ 案内筒（スパイラルリング）
２２６Ａ，４２６Ａ 案内ライン
２２８，４２８ 感圧ディスク（第二導電部材）
２２８Ａ 凹部
２３６，４３６ リード部材（第一導電部材）
３２８ 第一筒体（第二導電部材）
３２８Ａ ラチェット刃（ガイド機構）
３２８Ｂ 底面
３２９ 第二筒体
３２９Ａ ラチェット刃（ガイド機構）
４２６ 案内筒
４２８Ａ 接続部
５２３，５２５ 凸部
６２５ Ｏリング（シール部材）
７３５ 隔壁
８２４ 接続部材（第二導電部材）
８２８ 感圧ディスク（第一導電部材）

Claims (11)

1. 正負の電極を有する電極体がケースに収容された電池であって、
   前記電極の少なくとも一方と前記ケース外部に露出する外部端子とを結ぶ導電経路を分断することで前記電極体と該電池外部との導通を遮断する電流遮断機構を備え、
   前記導電経路は、前記電極体側から第一導電部材および第二導電部材を経て前記外部端子側に至り、且つ前記第一導電部材と前記第二導電部材とは前記ケース内において両導電部材の溶接部で接合されており、
   前記電流遮断機構は、前記電池の異常時に、前記溶接部に対して該溶接部の溶接面に沿う方向への力を加えることにより該溶接部を破断させて前記導電経路を分断するように構成されている、電池。
2. 前記溶接面に沿う方向への力は、前記第二導電部材に対して前記第一導電部材を前記溶接部の周りに回転させる方向への回転剪断力である、請求項１に記載の電池。
3. 前記電流遮断機構は、前記電池の温度が所定値以上に上昇した場合に前記溶接部を破断させるように構成されている、請求項１または２に記載の電池。
4. 前記電流遮断機構は、温度に応じて形状が変化する感熱変形部材を含み、該感熱変形部材の形状変化により前記溶接部に前記溶接面に沿う方向への力が加わるように構成されている、請求項３に記載の電池。
5. 前記電流遮断機構は、前記ケースの内圧が所定値以上に上昇した場合に前記溶接部を破断させるように構成されている、請求項１または２に記載の電池。
6. 前記電流遮断機構は、
   内周に案内ラインが設けられた案内筒と、
   前記案内筒の内周に嵌め込まれて前記ケース内の一部空間を前記電極体が収容された空間から気密に区画する感圧ディスクであって前記電極体収容空間の圧力上昇に伴う押圧力を受けて前記案内ラインに沿って移動する感圧ディスクとを備え、
   前記感圧ディスクの移動により前記溶接部に前記溶接面に沿う方向への力が加わるように構成されている、請求項５に記載の電池。
7. 前記案内ラインはスパイラル状に形成されており、前記押圧力を受けて前記感圧ディスクが前記案内ラインに沿ってスパイラル状に移動することにより前記溶接部に回転剪断力が加わるように構成されている、請求項６に記載の電池。
8. 前記電流遮断機構は、
   前記ケース内の一部空間を前記電極体が収容された空間から気密に区画する第一筒体と、
   前記第一筒体の軸方向の端部に係合して該第一筒体と同軸に配置された第二筒体とを備え、
   両筒体の対向する端部には、前記電極体収容空間の圧力上昇に伴う押圧力を受けて該第一筒体を軸周りに回転させつつ軸方向に案内するガイド機構が設けられており、
   前記第一筒体の回転により前記溶接部に回転剪断力が加わるように構成されている、請求項５に記載の電池。
9. 前記ケース内において、前記溶接部は前記電極体が収容された空間から気密に隔てられている、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池。
10. 前記溶接部は、該溶接部を囲んで前記第一導電部材と前記第二導電部材との間に配置されたシール部材によって前記電極体収容空間から気密に隔てられている、請求項９に記載の電池。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池を備えた車両。

Images