JP5942950B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

この発明は二次電池に関し、より特定的には電流遮断機構を有する二次電池に関するものである。

従来、二次電池は、たとえば、特開２０１２−１０９２１９号公報（特許文献１）、特開２０１２−１１０１７５号公報（特許文献２）、特開２０１１−４０３９１号公報（特許文献３）、特開２０１３−１０１８９０号公報（特許文献４）、および特開平１１−３５４１００号公報（特許文献５）に開示されている。

特開２０１２−１０９２１９号公報 特開２０１２−１１０１７５号公報 特開２０１１−４０３９１号公報 特開２０１３−１０１８９０号公報 特開平１１−３５４１００号公報

従来の技術で用いられる二次電池の電流遮断機構では、電流遮断機構の動作を電池外部から確認することができない。そのため電流が遮断された場合において、電圧の低下が原因か、電流遮断機構の作動が原因か、または、短絡等の電池の故障によるものであるかを判断することができないという問題があった。

そこで、この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、電流遮断機構が作動したかどうかを外部から確認することが可能な二次電池を提供することを目的とする。

この発明に従った二次電池は、二次電池の外部側に開口した導電部材と、導電部材に接続された反転板を有する、二次電池内部に設けられる電流遮断機構と、開口を封止する感圧部材とを備え、反転板と導電部材とで囲まれた空間の圧力の上昇に応じて感圧部材の状態が変化する。

このように構成された二次電池においては、反転板と導電部材とで囲まれた空間の圧力の上昇に応じて感圧部材の状態が変化する。そのため、この感圧部材の状態を外部から視認することで電流遮断機構が作動したかどうかを確認することができる。

好ましくは、反転板と導電部材とで囲まれた空間は密閉空間であり、電流遮断機構が作動した後の密閉空間の圧力は、電流遮断機構が作動する前の密閉空間の圧力よりも高い。

この場合、二次電池の内圧が上昇してもこの圧力上昇が感圧部材へ伝わらず、反転板が反転して密閉空間内の圧力が上昇した場合にのみ感圧部材の状態が変化するため、感圧部材の誤作動を防止することができる。

好ましくは、反転板が密閉空間に接する部分の内径は、開口の内径よりも大きい。
この場合、反転板が反転することで開口付近の圧力が急激に上昇するため、確実に感圧部材の状態を変化させることが可能である。

好ましくは、感圧部材は、反転板と導電部材とで囲まれた空間の圧力の上昇に応じて開く。

この場合、感圧部材が開くため、状態が変化した感圧部材を外部から容易に視認することが可能である。

この発明に従った二次電池では、この感圧部材の状態を外部から視認することで電流遮断機構が作動したかどうかを確認することができる。

実施の形態の二次電池の模式図である。 図１で示す二次電池のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す断面図であって、電流遮断装置が作動する前の断面図である。 図２で示す二次電池であって、電流遮断装置が作動した後の断面図である。 図２で示す二次電池であって、開いた感圧部材の状態を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態において、同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰り返さない。

図１は、実施の形態の二次電池の模式図である。図１を参照して、二次電池１は、電池ケース３０内において電解液が含浸されたセパレータを介して正極と負極とが積層して巻かれた構造を採用している。

電池ケース３０からは正極１００および負極２００が突出しており、正極１００および負極２００をはケース内の巻回体と接続されている。電池ケース３０は、角形、円柱形などの様々な形状を採用することが可能である。電池ケース３０の端面に設けられた封口板１４０に正極１００および負極２００が配置されている。

図２は、図１で示す二次電池のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す断面図であって、電流遮断装置が作動する前の断面図である。図２を参照して、二次電池１の正極１００は、封口板１４０に設けられる。封口板１４０には貫通孔１４１が形成されており、貫通孔１４１に、かしめ部としての接続端子１３０が嵌め合わせられている。

封口板１４０の内側（電池ケース３０の内部側）には、封止部材１６０が位置している。封止部材１６０は電池ケース３０内部の電解液が外部へ漏れだすのを防止する働きがある。

接続端子１３０は電池ケース３０内において径が大きくなる形状であり、大径部分に反転板１２０が溶接されている。反転板１２０は円板形状であり、中央部が軸方向に突出した形状とされている。接続端子１３０の開口１３５が、二次電池１の内部から外部へ向かって延在している。

集電端子１０１が電池ケース３０内に配置されている。集電端子１０１の貫通孔１０３には、二次電池内部の圧力が加えられる。

電解液が電池ケース３０内に封入されている。電解液の種類としては、二次電池１としてリチウムイオン電池を採用する場合には非水電解液が用いられる。非水電解液は、非水溶媒、および、支持電解質としてのリチウム塩に加え、添加材を含んでもよい。なお、二次電池１は必ずしもリチウム二次電池に限られず、電解液を用いる二次電池であればよい。

電流遮断機構１０５（CID：Current Interrupt Device）は、反転板１２０を含む。反転板１２０の圧力感知面１２１が集電端子１０１の薄肉部分１１１に溶接されている。

接続端子１３０の外周部が封止部材１６０で覆われている。これにより、電解液４０から接続端子１３０の外周部を通じて電流が流れることを防止できる。

電流遮断機構１０５が作動する前には、電流は、集電端子１０１、薄肉部分１１１、圧力感知面１２１、反転板１２０、接続端子１３０を流れる。これにより二次電池１から外部へ電力が供給される。充電時にはこれと逆方向に電流が流れる。

封口板１４０の外側にインシュレータ１８０および外部端子１９０が設けられる。外部端子１９０がインバーターやモーターなどの外部機器に電気的に接続される。

接続端子１３０の内部の空間１０６は密閉空間であり、気体が充填されている。なお、接続端子１３０の内部は必ずしも密閉空間である必要が無い。接続端子１３０と反転板１２０とは同軸上に設けられる。

開口１３５および空間１０６を塞ぐように、感圧部材１０２が設けられている。感圧部材１０２は外部から目視可能な位置に配置されている。感圧部材１０２は、接続端子１３０に固定されている。

図３は、図２で示す二次電池であって、電流遮断装置が作動した後の断面図である。図３を参照して、電池ケース３０の内圧が高まった場合には、圧力感知面１２１が電池ケース３０内の気体に押圧される。このとき、気体の圧力は圧力感知面１２１に均一に加えられる。薄肉部分１１１は他の部分と比較して剛性が低いため、この部分が破壊され反転板１２０は集電端子１０１から遠ざかる方向に移動する。すると、図３で示すように集電端子１０１と反転板１２０とが離隔し、電気的な導通が遮断される。

図４は、図２で示す二次電池であって、開いた感圧部材の状態を示す断面図である。図４を参照して、接続端子１３０の内部の空間１０６の圧力が上昇すると、感圧部材１０２が開く。開いた感圧部材１０２は、外部から視認可能であるため、感圧部材１０２が開いていることで、電流遮断機構１０５が作動したことを認識することが可能となる。

感圧部材１０２は、圧力に応じて開くものに限られず、破裂する、膨らむ、色が変化するなどの、状態変化が外部から認識可能なものであればよい。

このように構成された二次電池１は、二次電池１の外部側に開口１３５を有する導電部材としての接続端子１３０と、接続端子１３０に接続された反転板１２０を有する、二次電池１内部に設けられる電流遮断機構１０５と、開口１３５を封止する感圧部材１０２とを備え、反転板１２０と接続端子１３０とで囲まれた空間１０６の圧力の上昇に応じて感圧部材１０２の状態が変化する。

電流遮断機構１０５は、二次電池１の内部にあるため電流遮断機構１０５が作動したかどうかを二次電池１の外部から直接認識することが困難である。電流遮断機構１０５は過充電状態に陥ると作動して導通経路が遮断される。そのため電圧が測定できなくなるが、その原因が電流遮断機構１０５の作動によるものであるか、その他の二次電池の不良（溶接欠陥など）によるものであるかは外部からは確認することができない。この実施の形態では感圧部材１０２を設けることで外部から電流遮断機構１０５の作動を認識することができる。

二次電池１においては、空間１０６が密閉空間である場合には、電流遮断機構１０５が作動した後の空間１０６の圧力は、電流遮断機構１０５が作動する前の空間１０６の圧力よりも高い。この場合、反転板１２０が反転して密閉空間内の圧力が急激に上昇するので、確実に感圧部材の状態を変化させることが可能である。つまり、反転板１２０の反転時の空間１０６における体積減少から生じる圧力上昇を利用して感圧部材１０２を開かせている。

空間１０６が密閉空間でない場合には、電池ケース３０内の圧力と空間１０６内の圧力とが等しい。そのため、電池ケース３０内の圧力が高くなり、この圧力が感圧部材１０２に加わるため、反転板１２０が反転する前に電池ケース３０内の圧力上昇により感圧部材１０２の状態が変化する可能性がある。これに対して、空間１０６が密閉空間である場合には、上記の問題が生じないためより好ましい。

感圧部材１０２の開弁圧をＰ、図２の空間１０６の圧力および体積をＰ１およびＶ１、図３の空間の圧力および体積をＰ２およびＶ２とすると、圧力についてはＰ１＜Ｐ＜Ｐ２となり、体積についてはＶ２＜Ｖ１となる。

反転板１２０が空間１０６に接触する部分の内径Ｄ２は、開口１３５の内径Ｄ１よりも大きい。その結果、反転板１２０が反転すると、空間１０６の内圧が急激に上昇するため、確実に感圧部材１０２を開けることが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、二次電池１としては、リチウム二次電池だけでなく、電解液を有するさまさまな二次電池とすることができる。さらに、二次電池は、車載用、据置用、携帯用などの用途で用いることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、電流遮断機構を有する二次電池の分野において用いることができる。

１ 二次電池、３０ 電池ケース、１００ 正極、１０１ 集電端子、１０２ 感圧部材、１０３ 貫通孔、１０５ 電流遮断機構、１１１ 薄肉部分、１２０ 反転板、１２１ 圧力感知面、１３０ 接続端子、１３５ 開口、１４０ 封口板、１６０ 封止部材、２００ 負極。

Claims (3)

1. 電池ケースと、前記電池ケースの端面に設けられた封口板とを備えた二次電池であって、
   前記二次電池の外部側に開口した導電部材と、
   前記導電部材に接続された反転板を有する、二次電池内部に設けられる電流遮断機構と、
   前記開口を封止するように外部から目視可能な位置に配置される感圧部材とを備え、
   前記反転板と前記導電部材とで囲まれた空間の圧力の上昇に応じて前記感圧部材の形状または色が変化し、
   前記封口板には貫通孔が設けられており、前記貫通孔に前記導電部材が嵌め合わせられ、
   前記貫通孔の内径より前記導電部材の両端の外径は大きく、前記導電部材の前記開口は前記二次電池の内部から外部へ向かって延在し、
   前記反転板と前記導電部材とで囲まれた空間は密閉空間であり、前記電流遮断機構が作動した後の前記密閉空間の圧力は、前記電流遮断機構が作動する前の前記密閉空間の圧力よりも高い、二次電池。
2. 前記反転板が前記密閉空間に接する部分の内径は、前記開口の内径よりも大きい、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記感圧部材は、前記反転板と前記導電部材とで囲まれた空間の圧力の上昇に応じて開く、請求項１または請求項２に記載の二次電池。

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