JP5582128B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は，電池ケースに発電要素を封入してなる二次電池に関する。さらに詳細には，電池ケース内に電流遮断機構（ＣＩＤ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）を備える二次電池に関するものである。

従来より，密閉型の二次電池では，何らかの原因によって過充電状態となった場合，電池の内圧が通常状態の範囲より上昇してしまうことがある。そこで，多くの二次電池は，内圧の過上昇を回避するための安全弁を有している。この安全弁は，他の箇所より脆弱に形成されており，内圧が限度を超えて上昇した場合に破断して開弁し，電池内部に溜まったガスを排出する排出口となるものである。

さらに，通常状態の内圧よりは高く，安全弁の開弁圧よりは低い内圧で作動するＣＩＤを備えた二次電池もある（例えば，特許文献１参照。）。本文献に記載されているＣＩＤは，金属板を湾曲させた「ダイアフラム３５」を有するものである。二次電池が過充電等によって内圧の高い状態となると，この「ダイアフラム３５」が押し上げられて変形する。「ダイアフラム３５」が変形すると，電極板に接続されている「接続金属３４」とこの「ダイアフラム３５」とが離れ，その間の導通が遮断される。これにより，この箇所で電流経路が遮断されるので，それ以上その電池が充放電されることはないとされている。

特開２０１０−１５７４５１号公報

ＣＩＤが作動した場合，その電池は過充電状態となっていることがある。ＣＩＤの作動によって電流経路が遮断されているので，その電池に対してそれ以上の充放電はなされない。しかし，ＣＩＤが作動して過充電状態のままとなった電池を，例えばリサイクルするために安全に取り扱う手法は，確立されているとはいえない。特に，ＣＩＤは作動したが，安全弁は開弁はしていない状態となった二次電池の取扱は容易ではないという問題点があった。上記の特許文献には，ＣＩＤ作動後の二次電池の取扱についての記載はない。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，ＣＩＤが作動した後，その電池を安全かつ容易に処分することのできる二次電池を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の二次電池は，内部に発電要素を収容して密閉されている扁平角形の電池ケースと，電池ケースの内部で発電要素に接続されているとともに，一部が電池ケースの外部に突出している外部端子となっている端子部材と，電池ケースの一部に形成されている脆弱箇所である安全弁と，電池ケースの内部で端子部材に設けられ，電池の状態値が予め決めた作動閾値を超えて上昇した場合に，端子部材を，発電要素側の部分と外部端子側の部分とに分割して導通を遮断する電流遮断機構とを有し，端子部材には，安全弁の直下の位置まで延びた導電性の凸部が形成されており，その凸部は，端子部材における，電流遮断機構によって導通が遮断された場合に発電要素側となる部分に設けられているものである。

本発明の二次電池によれば，電流遮断機構が作動すると，端子部材は，発電要素側の部分と外部端子側の部分とに分割される。つまり，この電流遮断機構による遮断動作は，一般的に，不可逆の動作である。そして本発明では，端子部材のうち，発電要素側となる部分には，安全弁の直下の位置まで延びる導電性の凸部が形成されている。つまり，安全弁の位置に電池ケースの外部から導電性の部材を挿入すれば，その部材と二次電池に形成されている導電性の凸部とを導通させることができる。その状態で，その導電性の部材と，電流遮断機構の設けられていない他極の端子とを接続させれば，この電池から放電させることができる。従って，電流遮断機構が作動した後，その電池を安全かつ容易に処分することができる。

さらに本発明では，状態値が電池ケース内の圧力値であることが望ましい。
あるいは，状態値としては，電池ケース内の温度，電池に流れる電流値等を使用することもできる。あるいは，これらの複数の状態値のいずれかによって動作する電流遮断機構に適用することもできる。

本発明の二次電池によれば，ＣＩＤが作動した後，その電池を安全かつ容易に処分することができる。

本形態に係る二次電池の概略構成を示す正面図である。 二次電池の側面図である。 二次電池の放電を行っている様子を示す説明図である。

以下，本発明を具体化した形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，リチウムイオン二次電池等の密閉型で角形の二次電池に本発明を適用したものである。

本形態の電池１０は，扁平形のリチウムイオン二次電池である。本形態の電池１０の概略構成を，図１と図２に示す。本形態の電池１０は，ケース本体１１と蓋材１２とを接合してなる電池ケース１３の内部に，帯状の電極板とセパレータとを重ねて平たく捲回した電極体１５を収納したものである。電池ケース１３は，図中奥行き方向に薄い，扁平な角型の金属製のケースである。ケース本体１１は，図中で上側の一面のみが開口した箱状のものであり，その開口箇所は，蓋材１２によって密閉されている。

電池１０は，図１に示すように，正極端子２１と負極端子２２とを有している。正極端子２１と負極端子２２とはそれぞれ，電池ケース１３の蓋材１２から電池１０の外部へ突出している。正極端子２１は，正極内部端子３１を介して，電池ケース１３の内部の電極体１５の正極板１５ａに接続されている。負極端子２２は，負極内部端子３２を介して，電池ケース１３の内部の電極体１５の負極板１５ｂに接続されている。図２は，電池１０を正極端子２１側（図１中で左側）から見た側面図である。

蓋材１２には，図１に示すように，その長手方向の中央部に安全弁３５が形成されている。安全弁３５は，蓋材１２の厚みを部分的に薄くした箇所であり，他の箇所に比較して脆弱な箇所である。電池１０の内圧が予め決まった安全弁３５の開弁圧を超えて上昇した場合には，安全弁３５が破壊されて内部に溜まったガス等が排出される。これにより，電池１０の内圧を下げることができる。つまり，安全弁３５の開弁圧が適切に設定されているので，電池１０の内圧が上がりすぎることはない。

本形態の電池１０の通常の使用時には，その内圧は，安全弁３５の開弁圧より低い予め決まった範囲内で使用状況に応じて変化する。以下では，この通常使用時の圧力範囲を通常圧という。そして，電池１０は，図１に示すように，正極内部端子３１と正極端子２１との間に，ＣＩＤ３７を有するものである。ＣＩＤ３７は，電池１０の内圧が予め決めた作動圧力を超えると作動し，ＣＩＤ３７の箇所での電流経路を遮断するものである。ＣＩＤ３７の作動圧力は，安全弁３５の開弁圧より低く，通常圧の上限値より高い範囲内の値に設定されている。

ＣＩＤ３７は，一定以上の圧力を受けると変形する部材を内部に含み，その部材の変形によって電流経路が遮断される構造を有している。ＣＩＤ３７の内部構造は，様々なものが従来より提案されており，それらの構造から適宜選択するものとしてもよい。例えば，前記した特許文献１に記載されているものとしてもよい。あるいは，本出願人が以前に出願した国際公開番号ＷＯ２０１０／１４６７０１Ａ１に記載したものとすることもできる。本形態のＣＩＤ３７は，電池ケース１３の内部で蓋材１２の内面側に設けられている。そして，電池ケース１３の内圧が作動圧力をこえると，ＣＩＤ３７が作動し，正極内部端子３１と正極端子２１との間で電流経路が遮断される。

さらに本形態の正極内部端子３１には，図１に示すように，放電用凸部３９が形成されている。この放電用凸部３９は，正極内部端子３１と電気的に導通されており，蓋材１２や電池ケース１３とは導通されないように配置されている。放電用凸部３９は，例えば，正極内部端子３１としてその一部を突出した形状に製造したものを用いることによって得られる。あるいは，正極内部端子３１とは別に放電用凸部３９を作成し，これらを接合または取り付けることによって導通するようにしたものでも良い。

そして，放電用凸部３９は，正極内部端子３１のうち，ＣＩＤ３７に接続されている箇所と電極体１５の正極板１５ａに接続されている箇所との間の箇所に設けられている。本形態の放電用凸部３９は，電池１０の蓋材１２の長手方向に沿って，少なくとも安全弁３５の直下まで延びている。つまり，放電用凸部３９は，安全弁３５の範囲を蓋材１２をなす面に直角に，電池１０の内部に向かって延長した筒状の範囲内に，少なくともその一部が配置される。なお，電池１０の通常の使用時においては，この放電用凸部３９は，特別な役割を果たすことはない。

この電池１０を使用中に何らかの原因で内圧が上昇し，通常圧の上限を超えて高くなってしまうことがあるかもしれない。そして，内圧がＣＩＤ３７の作動圧力を超えると，ＣＩＤ３７が作動し，正極内部端子３１と正極端子２１との導通が遮断される。このようになると，電池１０の外部に出ている正極端子２１は，もはや電極体１５の正極板１５ａとは導通していない。

従って，ＣＩＤ３７が作動した電池１０は，正極端子２１と負極端子２２との間に電圧が印加されたとしても，電極体１５には電圧は加わらないので，それ以上充電されるおそれはない。また，ＣＩＤ３７が作動した電池１０の正極端子２１と負極端子２２とを，電池ケース１３の外部で単に接続したとしても，そのままでは放電することはできない。ただし，この状態でも，放電用凸部３９は正極内部端子３１の側にあるので，放電用凸部３９と電極体１５の正極板１５ａとの導通は維持されている。なお，ＣＩＤ３７が作動した電池１０は，そのまま再使用することはできない。

ＣＩＤ３７が作動した電池１０は，たいてい過充電された状態となっている。ＣＩＤ３７の作動後もさらに内圧が上昇して安全弁３５の開弁圧を超えた場合には，内圧は下がっているかもしれないが，電気的には過充電された状態のままであることが多い。そのため，そのままでは取扱に相当の注意を要する。本形態の電池１０は，ＣＩＤ３７が作動
した後に，容易に放電させることができるものである。放電後の電池１０は，取扱に特別の注意が必要とされることはない。

ＣＩＤ３７が作動した本形態の電池１０を放電させる場合には，図３に示すように，安全弁３５に放電棒４１を刺し，放電棒４１と負極電極２２とを抵抗４２を介して通電させる。放電棒４１は，この放電処理に使用されるものであり，導電性を有する棒状の部材である。また，抵抗４２は，急激に大電流が流れることのないように，緩やかな放電をさせるための部材である。

安全弁３５は開弁していれば貫通穴となっている。開弁していなくても，安全弁３５は，他の箇所に比較して脆弱な箇所であり，放電棒４１を差し込むことで容易に貫通させることができる。つまり，外部から開弁させることができる。従って，放電棒４１を差し込むことは容易である。

そして前述したように，安全弁３５の直下には，放電用凸部３９の一部が配置されている。従って，安全弁３５から電池１０の内部に差し込まれた放電棒４１は，放電用凸部３９に接触する。これにより，放電棒４１は，正極内部端子３１と導通される。従って，放電棒４１と負極端子２２とを導通させることにより，正極板１５ａと負極板１５ｂとが導通されることとなり，電池１０を強制的に放電させることができる。

以上詳細に説明したように本形態の電池１０は，正極内部端子３１に導通され，安全弁３５の直下まで延びる放電用凸部３９を有している。従って，安全弁３５の箇所から放電棒４１を差し込むことにより，放電棒４１と正極内部端子３１とを容易に導通させることができる。ＣＩＤ３７の作動によって，正極端子２１と正極内部端子３１との導通が遮断された場合に，放電棒４１を差し込んで負極端子２２と導通させれば，電池１０を放電させることは容易である。従って，ＣＩＤ３７が作動した電池１０を安全かつ容易に処分することができる。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記の形態では，正極端子２１と正極内部端子３１との間にＣＩＤ３７が設けられ，正極内部端子３１に放電用凸部３９を有しているとしたが，これらの構成を負極側に設けてもよい。また，放電用凸部３９の一部を，安全弁の直下の位置に固定しておいてもよい。

１０ 電池
１３ 電池ケース
１５ 電極体
１５ａ 正極板
２１ 正極端子
３１ 正極内部端子
３５ 安全弁
３７ ＣＩＤ
３９ 放電用凸部

Claims (2)

1. 内部に発電要素を収容して密閉されている扁平角形の電池ケースと，
   前記電池ケースの内部で前記発電要素に接続されているとともに，一部が前記電池ケースの外部に突出している外部端子となっている端子部材と，
   前記電池ケースの一部に形成されている脆弱箇所である安全弁と，
   前記電池ケースの内部で前記端子部材に設けられ，電池の状態値が予め決めた作動閾値を超えた場合に，前記端子部材を，前記発電要素側の部分と前記外部端子側の部分とに分割して導通を遮断する電流遮断機構とを有し，
   前記端子部材には，前記安全弁の直下の位置まで延びた導電性の凸部が形成されており，
   前記凸部は，前記端子部材における，前記電流遮断機構によって導通が遮断された場合に前記発電要素側となる部分に設けられていることを特徴とする二次電池。
2. 請求項１に記載の二次電池において，
   前記状態値が前記電池ケース内の圧力値であることを特徴とする二次電池。

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