JP5729334B2 - 蓄電装置および車両 - Google Patents
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Description
本明細書は、蓄電装置およびその蓄電装置を搭載した車両に関する技術を開示する。
蓄電装置の技術分野では、蓄電装置が過充電されたり、内部で短絡が発生したときに、端子間（正極端子と負極端子）に流れる電流を遮断する電流遮断構造の開発が進められている。特許文献１には、蓄電装置内の圧力が上昇したときに、端子と電極に電気的に接続されている導電板を破断することにより、端子間に流れる電流を遮断する技術が開示されている。特許文献１の技術では、導電板にスリット（切り込み）を形成し、導電板の一部に脆弱部を設けている。特許文献１の技術では、蓄電装置内の圧力が上昇したときに、導電板のスリット部分が破断され、電流が遮断される。
蓄電装置の動作中（充放電中）は、導電板に電流が流れる。しかしながら、導電板のスリットが形成されている部分は、スリットが形成されていない部分と比較して導電板の厚みが薄い。そのため、特許文献１の技術では、スリットが形成されている部分で電流通路が狭くなり、蓄電装置の電気抵抗が大きくなる。本明細書では、電流遮断構造を有する蓄電装置において、蓄電装置の電気抵抗を小さくする技術を提供する。
本明細書が開示する蓄電装置は、外部端子と、電極と、導電板を備えている。導電板は、外部端子と電極の双方に電気的に接続されている。この蓄電装置では、導電板を平面視したときに、外部端子に電気的に接続されている第１領域と、電極に電気的に接続されている第２領域との間に、導電板の材料が溶融して凝固し、破断起点となる再溶融凝固部が設けられている。再溶融凝固部は、第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲うか、又は第１領域と第２領域を結ぶ線と交差するとともに両端が導電板の端部に達する線を形成する状態に配置されている。なお、「破断起点」とは、蓄電装置内の内圧が上昇したときに、導電板が破断するときの起点のことをいう。また、「再溶融凝固部が、第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲う」とは、導電板が溶融・凝固した部分が線状に連続している形態のみならず、導電板が溶融・凝固した部分が間隔をおいて第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲うように並んでいる形態も含む。一形態では、蓄電装置は、第１リードを介して外部端子に接続されており、中央に突出部が形成された反転板を備えている。この場合、第１領域は、第１リード及び反転板を介して外部端子に電気的に接続されている。また、反転板の突出部の先端部が、導電板の第１領域に固定されている。他の一形態では、蓄電装置は、外部端子と導電板を接続している第１リードを備えている。この場合、第１リードは、可撓性を有しているとともに、一端が導電板の第１領域に接続され、他端が外部端子に接続されている。
導電板が溶融して凝固すると、再溶融凝固部に引張応力が残存する。そのため、再溶融凝固部が導電板の脆弱部となり、蓄電装置内の圧力が上昇したときに、導電板が再溶融凝固部を起点として破断する。再溶融凝固部を起点として導電板が破断されると、外部端子に電気的に接続されている第１領域と、電極に電気的に接続されている第２領域との導通が遮断される。それにより、外部端子と電極が非導通となり、端子間（正極端子と負極端子）に流れる電流が遮断される。なお、再溶融凝固部は、導電板が溶融して凝固することによって形成される。そのため、再溶融凝固部の厚みは、再溶融凝固部が形成されていない部分の導電板の厚みとほぼ等しいか、再溶融凝固部が形成されていない部分の導電板の厚みよりも厚い。上記の蓄電装置によると、導電板の厚みが薄くならないので、蓄電装置の動作中の電流通路が確保され、蓄電装置の電気抵抗を小さくすることができる。
本明細書で開示される技術によると、電流遮断構造を有する蓄電装置において、動作中の電流通路を確保し、電気抵抗を小さくすることができる。
以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
（特徴１）
蓄電装置は、外部端子と、電極と、導電板を備えている。導電板は、外部端子と電極の双方に電気的に接続していてもよい。導電板を平面視したときに、外部端子に電気的に接続されている第１領域と、電極に電気的に接続されている第２領域との間に、導電板の材料が溶融して凝固した再溶融凝固部が設けられていてもよい。再溶融凝固部は、蓄電装置内の圧力が上昇したときの破断起点になり得る。また、再溶融凝固部は、第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲う形態であってもよい。あるいは、再溶融凝固部は、第１領域と第２領域を結ぶ線と交差するとともに、両端が導電板の端部に達する線を形成する形態であってもよい。
蓄電装置は、外部端子と、電極と、導電板を備えている。導電板は、外部端子と電極の双方に電気的に接続していてもよい。導電板を平面視したときに、外部端子に電気的に接続されている第１領域と、電極に電気的に接続されている第２領域との間に、導電板の材料が溶融して凝固した再溶融凝固部が設けられていてもよい。再溶融凝固部は、蓄電装置内の圧力が上昇したときの破断起点になり得る。また、再溶融凝固部は、第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲う形態であってもよい。あるいは、再溶融凝固部は、第１領域と第２領域を結ぶ線と交差するとともに、両端が導電板の端部に達する線を形成する形態であってもよい。
（特徴２）
導電板を平面視したときに、再溶融凝固部が、第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲っていてもよい。再溶融凝固部が破断したときに、第１領域と第２領域が分断されやすい。蓄電装置内の圧力が上昇したときに、外部端子に接続されている第１リードと電極に接続されている第２リードとが非導通になりやすい。
導電板を平面視したときに、再溶融凝固部が、第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲っていてもよい。再溶融凝固部が破断したときに、第１領域と第２領域が分断されやすい。蓄電装置内の圧力が上昇したときに、外部端子に接続されている第１リードと電極に接続されている第２リードとが非導通になりやすい。
（特徴３）
導電板を平面視したときに、再溶融凝固部が、第１領域と第２領域の少なくとも一方を、連続した線の形状を有して囲っていてもよい。すなわち、導電板が溶融・凝固した部分が、線状に連続して、第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲っていてもよい。再溶融凝固部が破断したときに、第１領域、及び／又は、第２領域が導電板から確実に分断される。そのため、第１リードと第２リードがより非導通になりやすい。
導電板を平面視したときに、再溶融凝固部が、第１領域と第２領域の少なくとも一方を、連続した線の形状を有して囲っていてもよい。すなわち、導電板が溶融・凝固した部分が、線状に連続して、第１領域と第２領域の少なくとも一方を囲っていてもよい。再溶融凝固部が破断したときに、第１領域、及び／又は、第２領域が導電板から確実に分断される。そのため、第１リードと第２リードがより非導通になりやすい。
（特徴４）
溶融凝固部が、導電板の表面から突出していてもよい。すなわち、溶融凝固部の厚みが、溶融凝固部が形成されていない部分の導電板の厚みより厚くてもよい。溶融凝固部の電流経路が、溶融凝固部以外の導電板の電流経路より狭くなることを確実に防止することができる。
溶融凝固部が、導電板の表面から突出していてもよい。すなわち、溶融凝固部の厚みが、溶融凝固部が形成されていない部分の導電板の厚みより厚くてもよい。溶融凝固部の電流経路が、溶融凝固部以外の導電板の電流経路より狭くなることを確実に防止することができる。
（特徴５）
一端が導電板の第１領域に接続されているとともに他端が外部端子に接続される第１リードと、一端が導電板の第２領域に接続されているとともに他端が電極に接続される第２リードを備えていてもよい。この場合、第１リードが導電板の表面に接触しており、第２リードが導電板の裏面に接触していてもよい。すなわち、第１リードが、第２リードが接触している面とは反対側の面で導電板に接触していてもよい。この形態によると、第１リードは外部端子に接続され、第２リードは電池構造体の電極に接続される。また、電流遮断構造（導電板）は、外部端子と電池構造体の間に配置される。導電板に対して第１リードと第２リードが異なる面で接触することにより、第１リードと第２リードが分断されたときに、第１リードと第２リードが接触することを抑制することができる。
一端が導電板の第１領域に接続されているとともに他端が外部端子に接続される第１リードと、一端が導電板の第２領域に接続されているとともに他端が電極に接続される第２リードを備えていてもよい。この場合、第１リードが導電板の表面に接触しており、第２リードが導電板の裏面に接触していてもよい。すなわち、第１リードが、第２リードが接触している面とは反対側の面で導電板に接触していてもよい。この形態によると、第１リードは外部端子に接続され、第２リードは電池構造体の電極に接続される。また、電流遮断構造（導電板）は、外部端子と電池構造体の間に配置される。導電板に対して第１リードと第２リードが異なる面で接触することにより、第１リードと第２リードが分断されたときに、第１リードと第２リードが接触することを抑制することができる。
（特徴６）
第１リードが中央に突出部が形成された反転板を有していてもよい。この場合、反転板の突出部の先端部が、導電板の第１領域に固定されていてもよい。「反転板」とは、反転板の表裏面の差圧により、突出部が突出する向きが変化するものであり、一例としてダイアフラムが挙げられる。この形態によると、突出部の周囲の導電板が破断することにより、突出部が導電板から離れる方向に移動する。その結果、第１リードと第２リードが接触することを抑制することができる。
第１リードが中央に突出部が形成された反転板を有していてもよい。この場合、反転板の突出部の先端部が、導電板の第１領域に固定されていてもよい。「反転板」とは、反転板の表裏面の差圧により、突出部が突出する向きが変化するものであり、一例としてダイアフラムが挙げられる。この形態によると、突出部の周囲の導電板が破断することにより、突出部が導電板から離れる方向に移動する。その結果、第１リードと第２リードが接触することを抑制することができる。
本明細書で開示する蓄電装置は、例えば車両に搭載され、モータに電力を供給することができる。以下、本明細書に開示する実施形態について詳細に説明する。
（蓄電装置）
蓄電装置の一例として、二次電池、キャパシタ等が挙げられる。二次電池の一例として、セパレータを介して対向する電極対（正極電極及び負極電極）を有するセルが複数積層された積層タイプの二次電池、セパレータを介して対向する電極対を有するシート状のセルが渦巻状に加工された捲回型の二次電池、１枚の電極集電体の片面に正極活物質が塗布されており他方の面に負極活物質が塗布されているバイポーラ電池等が挙げられる。
蓄電装置の一例として、二次電池、キャパシタ等が挙げられる。二次電池の一例として、セパレータを介して対向する電極対（正極電極及び負極電極）を有するセルが複数積層された積層タイプの二次電池、セパレータを介して対向する電極対を有するシート状のセルが渦巻状に加工された捲回型の二次電池、１枚の電極集電体の片面に正極活物質が塗布されており他方の面に負極活物質が塗布されているバイポーラ電池等が挙げられる。
（第１実施形態）
図１を参照し、第１実施形態の蓄電装置１００の構造を説明する。蓄電装置１００は、ケース４と、電極構造体２と、正極端子３０と、負極端子１０と、電流遮断装置５０を備えている。正極端子３０及び負極端子１０は、外部端子の一例である。ケース４は、金属製であり、略直方体形状である。ケース４の内部には、電極構造体２と電流遮断装置５０が収容されている。電流遮断装置５０の詳細については後述する。
図１を参照し、第１実施形態の蓄電装置１００の構造を説明する。蓄電装置１００は、ケース４と、電極構造体２と、正極端子３０と、負極端子１０と、電流遮断装置５０を備えている。正極端子３０及び負極端子１０は、外部端子の一例である。ケース４は、金属製であり、略直方体形状である。ケース４の内部には、電極構造体２と電流遮断装置５０が収容されている。電流遮断装置５０の詳細については後述する。
ケース４の内部は、電解液で満たされている。ケース４の端面４ａにおいて、正極端子３０と負極端子１０が、ケース４の外部に露出している。換言すると、正極端子３０と負極端子１０が、同一方向に配置されている。ケース４の端面４ａには、貫通孔４ｂ，４ｃが形成されている。正極端子３０が貫通孔４ｂを通過しており、負極端子１０が貫通孔４ｃを通過している。貫通孔４ｂには、絶縁性の第１シール部材４２が取り付けられている。貫通孔４ｃには、絶縁性の第２シール部材２２が取り付けられている。なお、ケース４の形状に制限はなく、例えば、円筒状、直方体状、あるいは、フィルムで形成されているシート状であってもよい。
正極端子３０は、外部ナット３６と、内部ナット３２と、ボルト３４を備えている。外部ナット３６は、正極端子３０と正極配線（図示省略）との結線に用いられる。内部ナット３２は、第１シール部材４２に取り付けられている。内部ナット３２の一部は、貫通孔４ｂを通過している。ボルト３４は、内部ナット３２に締結されている。ボルト３４とケース４の間には、第３シール部材４０が介在している。正極端子３０は、シール部材４０，４２によってケース４から絶縁されている。内部ナット３２には、第１正極リード４４が固定されている。内部ナット３２と第１正極リード４４は、電気的に接続している。第１正極リード４４は、第１シール部材４２によってケース４から絶縁されている。正極端子３０は、第１正極リード４４、電流遮断装置５０及び第２正極リード４５を介して、電極構造体２の正極電極と導通している。なお、電流遮断装置は、負極電極と負極端子の間に接続してもよいし、正極電極と正極端子の間、及び負極電極と負極端子の間の双方に接続してもよい。
負極端子１０は、外部ナット１６と、内部ナット１２と、ボルト１４を備えている。外部ナット１６は、負極端子１０と負極配線（図示省略）との結線に用いられる。内部ナット１２は、第２シール部材２２に取り付けられている。内部ナット１２の一部は、貫通孔４ｃを通過している。ボルト１４は、内部ナット１２に締結されている。ボルト１４とケース４の間には、第４シール部材２０が介在している。負極端子１０は、シール部材２０，２２によってケース４から絶縁されている。内部ナット１２には、負極リード２４が固定されている。内部ナット１２と負極リード２４は、電気的に接続している。負極リード２４は、第２シール部材２２によってケース４から絶縁されている。負極端子１０は、負極リード２４を介して、電極構造体２の負極電極と導通している。
（電極構造体）
電極構造体２は、正極電極と、負極電極と、正極電極と負極電極の間に介在しているセパレータを備えている。正極電極、負極電極及びセパレータの図示は省略する。正極電極は、正極集電体と、正極集電体上に形成されている正極活物質層を有する。正極電極には、正極集電タブ４６が固定されている。正極集電タブ４６は、正極活物質層が塗布されていない正極集電体に相当する。負極電極は、負極集電体と、負極集電体上に形成されている負極活物質層を有する。負極電極には、負極集電タブ２６が固定されている。負極集電タブ２６は、負極活物質層が塗布されていない負極集電体に相当する。なお、活物質層に含まれる材料（活物質、バインダ、導電助剤等）には特に制限がなく、公知の蓄電装置等の電極に用いられる材料を用いることができる。
電極構造体２は、正極電極と、負極電極と、正極電極と負極電極の間に介在しているセパレータを備えている。正極電極、負極電極及びセパレータの図示は省略する。正極電極は、正極集電体と、正極集電体上に形成されている正極活物質層を有する。正極電極には、正極集電タブ４６が固定されている。正極集電タブ４６は、正極活物質層が塗布されていない正極集電体に相当する。負極電極は、負極集電体と、負極集電体上に形成されている負極活物質層を有する。負極電極には、負極集電タブ２６が固定されている。負極集電タブ２６は、負極活物質層が塗布されていない負極集電体に相当する。なお、活物質層に含まれる材料（活物質、バインダ、導電助剤等）には特に制限がなく、公知の蓄電装置等の電極に用いられる材料を用いることができる。
（電流遮断装置）
図１及び図２に示すように、電流遮断装置５０は、第１正極リード４４と、導電板５４と、第２正極リード４５と、絶縁性を有する支持部材５２を備えている。第１正極リード４４は、金属製のダイアフラム５６を備えている。ダイアフラム５６は、反転板の一例である。電流遮断装置５０は、正極端子３０と正極集電タブ（正極電極）４６の間に接続されている。支持部材５２が、ダイアフラム５６と導電板５４を支持している。ダイアフラム５６の導電板５４側（以下、ダイアフラム５６の下側と称す）の端部は、支持部材５２によって、導電板５４から絶縁されている。
図１及び図２に示すように、電流遮断装置５０は、第１正極リード４４と、導電板５４と、第２正極リード４５と、絶縁性を有する支持部材５２を備えている。第１正極リード４４は、金属製のダイアフラム５６を備えている。ダイアフラム５６は、反転板の一例である。電流遮断装置５０は、正極端子３０と正極集電タブ（正極電極）４６の間に接続されている。支持部材５２が、ダイアフラム５６と導電板５４を支持している。ダイアフラム５６の導電板５４側（以下、ダイアフラム５６の下側と称す）の端部は、支持部材５２によって、導電板５４から絶縁されている。
ダイアフラム５６の中央に、導電板５４に向けて突出している突出部５７が形成されている。ダイアフラム５６の下側の中央部５６ａ（すなわち、突出部５７の導電板５４側）は、導電板５４に固定されている。ダイアフラム５６と導電板５４は、電気的に接続している。その結果、導電板５４は、正極端子３０と正極集電タブ（正極電極）４６の双方に電気的に接続している。より詳細には、第１正極リード４４の一端が正極端子３０に接続され、第１正極リード４４の他端（ダイアフラム５６）が導電板５４の第１領域（中央部５６ａ）に接続され、第２正極リード４５の一端が導電板５４の第２領域４５ａ（図４も参照）に接続され、第２正極リード４５の他端が正極集電タブ（正極電極）４６に接続されている。なお、ダイアフラム５６の下側の中央部５６ａは、第１領域に相当する。導電板５４には、導電板５４が溶融して凝固した再溶融凝固部５５が形成されている。再溶融凝固部５５には引張応力が残存しており、ケース４内の内圧が上昇したときに導電板５４が破断する起点となる。再溶融凝固部５５の詳細については後述する。
図２に示す状態では、正極端子３０と正極集電タブ４６（正極電極）が導通しており、負極端子１０と負極集電タブ２６（負極電極）が導通している（図１も参照）。そのため、正極端子３０と負極端子１０の間が通電可能である。なお、再溶融凝固部５５の厚みは、再溶融凝固部５５が形成されていない部分の導電板５４の厚みよりも厚い。そのため、再溶融凝固部５５の通電経路が、導電板５４の他の部分よりも狭くなることはない。すなわち、再溶融凝固部５５によって、導電板５４の導電性が低下することはない。
図２に示すように、第１正極リード４４とダイアフラム５６と第１シール部材４２により囲まれた空間４３は、密閉されている。ケース４内の内圧が上昇すると、空間４３とケース４内の空間４３以外の空間との間に差圧が生じる。その結果、図３に示すように、再溶融凝固部５５が破断し、ダイアフラム５６の突出部５７が上側に反転する。ダイアフラム５６（第１正極リード４４）と第２正極リード４５が非導通となる。それにより、正極端子３０と正極集電タブ４６が非導通となり、正極端子３０と負極端子１０の間で電流が遮断される。
図４に示すように、導電板５４は、略円形の破断部５４ａと、破断部５４ａの端部から伸びている延長部５４ｂを含んでいる。第２正極リード４５が、導電板５４の延長部５４ｂに固定されている。中央部（第１領域）５６ａと、第２正極リード４５が導電板５４に接触している第２領域４５ａとの間には隙間が設けられている。再溶融凝固部５５が、中央部（第１領域）５６ａの周りを、連続した線の形状を有して囲っている。換言すると、再溶融凝固部５５によって、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａが完全に分断されている。ケース４内の内圧が上昇すると、再溶融凝固部５５が破断し、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａが非導通となる。すなわち、正極端子３０と負極端子１０の間の電流が遮断される。なお、導電板５４と第２正極リード４５は、一体であってもよい。すなわち、導電板５４から伸びている延長部５４ｂが、正極集電タブ（正極電極）４６に接続されていてもよい。この場合、延長部５４ｂが第２正極リードに相当する。
図５〜図７に示すように、再溶融凝固部５５は、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａの隙間に形成されていればよく、様々な形状を取り得る。図５及び図６は、導電板５４が溶融・凝固した部分再溶融凝固部５５ａ，５５ｂが、導電板５４内に複数形成されている。複数の部分再溶融凝固部５５ａ，５５ｂは、間隔をおいて中央部（第１領域）５６ａを囲っている。複数の部分再溶融凝固部５５ａ（５５ｂ）によって、１つの再溶融凝固部５５が形成されている。中央部（第１領域）５６ａは、複数の部分再溶融凝固部５５ａ（５５ｂ）によって囲われている。図５及び図６に示す形態も、「再溶融凝固部５５が、中央部（第１領域）５６ａを囲っている」といえる。図５及び図６に示す形態のように、部分再溶融凝固部５５ａ（５５ｂ）が中央部（第１領域）５６ａの周りに間隔をおいて並んでいても、ケース４内の内圧が上昇すると、再溶融凝固部５５が破断する。その結果、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａが非導通となり、正極端子３０と負極端子１０の間の電流が遮断される。
再溶融凝固部５５は、中央部（第１領域）５６ａを囲っていてもよいし、第２領域４５ａを囲っていてもよい。また、再溶融凝固部５５が、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａの各々を囲っていてもよい。重要なことは、再溶融凝固部５５が、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａとを結ぶ線と交差することである。
図７に示す再溶融凝固部５５は、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａの間を直線的に伸びている。この再溶融凝固部５５は、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａとを結ぶ線と交差するとともに、両端が導電板５４の端部に達している。このような形態であっても、ケース４内の内圧が上昇すると、再溶融凝固部５５が破断し、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａが非導通となる。このように、再溶融凝固部５５は、破断したときに中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａを分断するように設けられていれば、中央部（第１領域）５６ａを囲っていなくてもよい。なお、図７では、連続した１つの再溶融凝固部５５が、中央部（第１領域）５６ａと第２領域４５ａを完全に分断している。しかしながら、図５及び図６のように、複数の部分再溶融凝固部が直線的に並び、１つの再溶融凝固部が形成されていてもよい。
再溶融凝固部５５の形成方法について説明する。再溶融凝固部５５は、導電板５４の材料（金属）を溶融させることができる方法であれば、あらゆる方法を用いて形成することができる。例えば、溶接棒を使用しないで、公知の溶接技術を用いて導電板５４を溶融・凝固させるなめし溶接技術を用いることができる。また、導電板５４にレーザ等の高密度エネルギーを照射してもよい。一例として、大気中で、導電板５４にフェムト秒レーザ，ファイバーレーザ，第２高調波を含むＹＡＧレーザ，ＣＯ２レーザ，ＴＩＧアーク等を照射して、再溶融凝固部５５を形成することができる。また、図２において、再溶融凝固部５５は導電板５４の上面に形成していたが、下面に形成しても良い。
（第２実施形態）
図８及び図９に示すように、蓄電装置２００では、電流遮断装置２５０の形態が、蓄電装置１００と相違する。電流遮断装置２５０は、第１正極リード２４４と、導電板２５４と、第２正極リード２４５と、絶縁性を有する支持部材２５２を備えている。第１正極リード２４４は、導電板２５４の表面に接触している。第１正極リード２４４は、ダイアフラムを有していない（図２及び図９を参照）。第２正極リード２４５は、導電板２５４の裏面に接触している。第１正極リード２４４が導電板２５４に接触する第１領域２４４ａと、第２正極リード２４５が導電板２５４に接触する第２領域２４５ａの間には隙間が設けられている。
図８及び図９に示すように、蓄電装置２００では、電流遮断装置２５０の形態が、蓄電装置１００と相違する。電流遮断装置２５０は、第１正極リード２４４と、導電板２５４と、第２正極リード２４５と、絶縁性を有する支持部材２５２を備えている。第１正極リード２４４は、導電板２５４の表面に接触している。第１正極リード２４４は、ダイアフラムを有していない（図２及び図９を参照）。第２正極リード２４５は、導電板２５４の裏面に接触している。第１正極リード２４４が導電板２５４に接触する第１領域２４４ａと、第２正極リード２４５が導電板２５４に接触する第２領域２４５ａの間には隙間が設けられている。
図１０に示すように、導電板２５４は、略円形の形状を有している。第１正極リード２４４が導電板２５４の中央に固定されており、第２正極リード２４５が導電板２５４の端部に固定されている。第１領域２４４ａの周囲を、再溶融凝固部２５５が連続した線の形状を有して囲っている。第１正極リード２４４は、可撓性を有している。また、導電板２５４と支持部材２５２と絶縁部材２４２により囲まれた空間２４３は、密閉されている。そのため、ケース４内の内圧が上昇すると、空間２４３とケース４内の空間２４３以外の空間との間に差圧が生じ、導電板２５４が再溶融凝固部２５５で破断し、第１領域２４４ａが上側に移動する。これにより、第１領域２５６ａと第２領域２４５ａが非導通となる。なお、図１１〜図１３に示すように、再溶融凝固部２５５、部分再溶融凝固部２５５ａ、２５５ｂの形状は、様々な形状を取り得る。図１１〜図１３に示す再溶融凝固部２５５、部分再溶融凝固部２５５ａ、２５５ｂは、実質的に図４〜図７に示す再溶融凝固部５５と同一なので、説明を省略する。
図１４を参照し、導電板５４（２５４）と再溶融凝固部５５（２５５）の関係について説明する。まず、導電板５４の厚みＴ５４について説明する。厚みＴ５４（ｍｍ）は、下記式（１）に基づいて計算できる。
Ｔ５４＝Ａ×α（１≦α≦２０）・・・（１）
ここで、Ａは蓄電装置の容量（Ａｈ）、αは割合（％）を示す。
Ｔ５４＝Ａ×α（１≦α≦２０）・・・（１）
ここで、Ａは蓄電装置の容量（Ａｈ）、αは割合（％）を示す。
上記式（１）は、蓄電装置の容量Ａが大きい程、導電板５４の厚みＴ５４を厚くする必要があることを示している。すなわち、導電板５４の厚みＴ５４は、蓄電装置の容量Ａに比例することを示している。また、導電板５４の厚みＴ５４は、容量Ａの１〜２０％の間で調整されることを示している。厚みＴ５４が容量Ａの１％未満の場合、電流通路を十分に確保することができないことがある。
一方、厚みＴ５４が容量Ａの２０％よりも厚い場合、再溶融凝固部５５を形成する際に、導電板５４に加えられる熱エネルギーが大きくなり、導電板５４に歪みが生じたり、導電板５４が変形したりすることがある。導電板５４の厚みＴ５４を上記式（１）に基づいて決定することにより、良好な電流特性を得ながら良質な導電板５４（電流遮断構造）を得ることができる。なお、電流特性及び不具合を確実に抑制するという観点から、導電板５４の厚みＴ５４は、容量Ａに対して２％以上１０％以下であることが特に好ましい。
次に、再溶融凝固部５５の深さＤ５５について説明する。深さＤ５５（ｍｍ）は、下記式（２）に基づいて計算できる。
Ｄ５５＝Ｔ５４×β（５≦β≦６０）・・・（２）
ここで、βは割合（％）を示す。
Ｄ５５＝Ｔ５４×β（５≦β≦６０）・・・（２）
ここで、βは割合（％）を示す。
上記式（２）は、再溶融凝固部５５の深さＤ５５は、導電板５４の厚みＴ５４に比例することを示している。また、再溶融凝固部５５の深さＤ５５は、厚みＴ５４の５〜６０％の間で調整されることを示している。深さＤ５５が厚みＴ５４の５％未満の場合、溶融・凝固しなかった導電板５４の割合が多くなり、ケース内の内圧が上昇したときに再溶融凝固部５５が破断しないことがある。すなわち、電流遮断構造が十分な機能を発揮しないことがある。
一方、深さＤ５５が厚みＴ５４の６０％よりも厚い場合、再溶融凝固部５５の残留応力が厚み方向でバランスをとり、ケース内の内圧が上昇したときに再溶融凝固部５５が破断しないことがある。この場合も、電流遮断構造が十分な機能を発揮しないことがある。再溶融凝固部５５の深さＤ５５を上記式（２）に基づいて決定することにより、電流遮断構造としての機能を発揮しやすい。なお、電流遮断構造としての機能をより確実に発揮させるという観点から、再溶融凝固部５５の深さＤ５５は、厚みＴ５４に対して１０％以上５０％以下であることが特に好ましい。
次に、再溶融凝固部５５の表層部の幅Ｗ５５について説明する。幅Ｗ５５（ｍｍ）は、上記深さＤ５５の２５％以下であることが好ましい。上記したように、再溶融凝固部５５の深さＤ５５は、導電板５４の厚みＴ５４の５％以上に設定される。また、図１３に示すように、再溶融凝固部５５の幅は、表層部では大きく、深部では小さい。幅Ｗ５５が深さＤ５５の２５％を超えると、再溶融凝固部５５の表層部において、残留応力が過大となる。蓄電装置の通常動作中であっても、ケース内ではガスが生じ、導電板５４に力が作用する。幅Ｗ５５が深さＤ５５の２５％を超えると、通常動作中に生じたガスによって、導電板５４に繰返し力が作用し、導電板５４の耐久性が低下することがある。幅Ｗ５５を深さＤ５５の２５％以下に調整することにより、導電板５４の耐久性を向上させることができる。
図１５に示すように、再溶融凝固部５５，２５５は、アンダーカット部６０を備えていてもよい。アンダーカット部６０は、導電板５４，２５４の材料が溶融して生じた溝のうち、溶融材料が埋まっていない部分に相当する。アンダーカット部６０は、ケース４内の内圧が上昇したときに、導電板５４，２５４の破断の起点となり得る。アンダーカット部６０を形成することにより、より確実に導電板５４，２５４を破断することができる。なお、図１５に示す導電板５４，２５４では、再溶融凝固部５５，２５５の断面形状は、導電板５４，２５４の表面に向かうに従って連続的に広くなっている。しかしながら、溶融条件を調整することにより、図１６に示すように、再溶融凝固部５５，２５５の断面形状を、導電板５４，２５４の表面に向かう途中で不連続に広くすることができる。すなわち、導電板５４，２５４が溶融して生じる溝の形状を、ワインカップ状にすることができる。導電板５４，２５４の表層部に、大きな引張応力を残存させることができる。
上記した蓄電装置１００，２００では、電流遮断装置５０，２５０の導電板５４，２５４に再溶融凝固部５５，２５５が形成されていればよく、蓄電装置１００，２００を構成する部品の材料は様々なものを使用することができる。以下に、蓄電装置１００，２００の一例であるリチウムイオン二次電池について、電極構造体２を構成する部品の材料を例示する。なお、第１正極リード４４，第２正極リード４５及び導電板５４，２５４の材料は、以下に例示する正極集電体の材料と同じ材料であることが好ましい。また、負極リード２４の材料は、以下に例示する負極集電体の材料と同じ材料であることが好ましい。
（正極集電体）
正極集電体として、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス鋼又はそれらの複合材料を用いることができる。特に、アルミニウム又はアルミニウムを含む複合材料であることが好ましい。
正極集電体として、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス鋼又はそれらの複合材料を用いることができる。特に、アルミニウム又はアルミニウムを含む複合材料であることが好ましい。
（正極活物質）
正極活物質は、リチウムイオンが侵入及び脱離可能な材料であればよく、Ｌｉ２ＭｎＯ３、Ｌｉ（ＮｉＣｏＭｎ）０．３３Ｏ２、Ｌｉ(ＮｉＭｎ)０．５Ｏ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２、Ｌｉ２ＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を使用することができる。また、正極活物質としてリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、あるいは、硫黄などを用いることもできる。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用して用いてもよい。正極活物質は、必要に応じて導電材，結着剤等とともに正極集電体に塗布される。
正極活物質は、リチウムイオンが侵入及び脱離可能な材料であればよく、Ｌｉ２ＭｎＯ３、Ｌｉ（ＮｉＣｏＭｎ）０．３３Ｏ２、Ｌｉ(ＮｉＭｎ)０．５Ｏ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２、Ｌｉ２ＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を使用することができる。また、正極活物質としてリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、あるいは、硫黄などを用いることもできる。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用して用いてもよい。正極活物質は、必要に応じて導電材，結着剤等とともに正極集電体に塗布される。
（負極集電体）
負極集電体として、アルミニウム、ニッケル、銅（Ｃｕ）等、又はそれらの複合材料等を使用することができる。特に、銅又は銅を含む複合材料であることが好ましい。
負極集電体として、アルミニウム、ニッケル、銅（Ｃｕ）等、又はそれらの複合材料等を使用することができる。特に、銅又は銅を含む複合材料であることが好ましい。
（負極活物質）
負極活物質として、リチウムイオンが侵入及び脱離可能な材料を用いる。リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属、アルカリ金属を含む遷移金属酸化物、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、高配向性グラファイト、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料、シリコン単体又はシリコン含有合金又はシリコン含有酸化物を使用することができる。なお、負極活物質は、電池容量を向上させるため、リチウム（Ｌｉ）を含まない材料であることが特に好ましい。負極活物質は、必要に応じて導電材，結着剤等とともに負極集電体に塗布される。
負極活物質として、リチウムイオンが侵入及び脱離可能な材料を用いる。リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属、アルカリ金属を含む遷移金属酸化物、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、高配向性グラファイト、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料、シリコン単体又はシリコン含有合金又はシリコン含有酸化物を使用することができる。なお、負極活物質は、電池容量を向上させるため、リチウム（Ｌｉ）を含まない材料であることが特に好ましい。負極活物質は、必要に応じて導電材，結着剤等とともに負極集電体に塗布される。
（セパレータ）
セパレータは、絶縁性を有する多孔質を用いる。セパレータとして、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、あるいは、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布または不織布を使用することができる。
セパレータは、絶縁性を有する多孔質を用いる。セパレータとして、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、あるいは、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布または不織布を使用することができる。
（電解液）
電解液は、非水系の溶媒に支持塩（電解質）を溶解させた非水電解液であることが好ましい。非水系の溶媒として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の鎖状エステルを含んでいる溶媒、酢酸エチル、プロピロン酸メチルなどの溶媒、又はこれらの混合液を使用することができる。また、支持塩（電解質）として、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６等を使用することができる。
電解液は、非水系の溶媒に支持塩（電解質）を溶解させた非水電解液であることが好ましい。非水系の溶媒として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の鎖状エステルを含んでいる溶媒、酢酸エチル、プロピロン酸メチルなどの溶媒、又はこれらの混合液を使用することができる。また、支持塩（電解質）として、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６等を使用することができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
２：電極構造体（電極）
３０：正極端子（外部端子）
４４：第１正極リード
４５：第２正極リード
５４：導電板
５５：溶融凝固部
１００：蓄電装置
３０：正極端子（外部端子）
４４：第１正極リード
４５：第２正極リード
５４：導電板
５５：溶融凝固部
１００：蓄電装置
Claims (8)
- 外部端子と、
電極と、
前記外部端子と前記電極の双方に電気的に接続されている導電板と、
第１リードを介して前記外部端子に接続されており、中央に突出部が形成された反転板と、を備えており、
前記導電板を平面視したときに、前記外部端子に前記第１リード及び前記反転板を介して電気的に接続されている第１領域と、前記電極に電気的に接続されている第２領域との間に、前記導電板の材料が溶融して凝固し、破断起点となる再溶融凝固部が設けられており、
前記再溶融凝固部は、前記第１領域と前記第２領域の少なくとも一方を囲うか、又は前記第１領域と前記第２領域を結ぶ線と交差するとともに両端が前記導電板の端部に達する線を形成する状態に配置されており、
前記反転板の前記突出部の先端部が、前記導電板の前記第１領域に固定されている、蓄電装置。 - 外部端子と、
電極と、
前記外部端子と前記電極の双方に電気的に接続されている導電板と、
前記外部端子と前記導電板を接続している第１リードと、を備えており、
前記導電板を平面視したときに、前記外部端子に電気的に接続されている第１領域と、前記電極に電気的に接続されている第２領域との間に、前記導電板の材料が溶融して凝固し、破断起点となる再溶融凝固部が設けられており、
前記再溶融凝固部は、前記第１領域と前記第２領域の少なくとも一方を囲うか、又は前記第１領域と前記第２領域を結ぶ線と交差するとともに両端が前記導電板の端部に達する線を形成する状態に配置されており、
前記第１リードは、可撓性を有しているとともに、一端が前記導電板の前記第１領域に接続され、他端が前記外部端子に接続されている、蓄電装置。 - 前記導電板を平面視したときに、前記再溶融凝固部が、前記第１領域と前記第２領域の少なくとも一方を囲っている請求項１又は２に記載の蓄電装置。
- 前記導電板を平面視したときに、前記再溶融凝固部が、前記第１領域と前記第２領域の少なくとも一方を、連続した線の形状を有して囲っている請求項３に記載の蓄電装置。
- 前記再溶融凝固部が、前記導電板の表面から突出している請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
- さらに、一端が前記導電板の前記第２領域に接続され、他端が前記電極に接続される第２リードを備えており、
前記第１リードが前記導電板の表面に接触しており、
前記第２リードが前記導電板の裏面に接触している請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電装置。 - 請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電装置の構造を備えた二次電池。
- 請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電装置を搭載した車両。
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