JP6194572B2 - 蓄電素子及び電源モジュール - Google Patents

Description

本発明は、例えば二次電池その他の電池等の蓄電素子及び電源モジュールに関する。

二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、ＩＴ機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車などの産業用大型電気機器への応用も進められている。

このような二次電池においては、高い安全性が求められており、例えばシステムの故障による過充電時においても安全である必要がある。そうした技術の一例として、特許文献１においては、過充電に伴う電池容器の内圧上昇を利用して正負電極間を短絡させることにより二次電池の熱暴走や破裂を防止する、とされる技術が開示されている。

特開２０１１−０１８６４５号公報

しかしながら、特許文献１のような従来の技術による二次電池の構成においては、短絡時に電極間を流れる電流が過大となり、短絡自体によって生ずる火花に起因する不具合、又は短絡状態が安定して維持できない等、安全性を十分に確保できないといった課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、過充電等に対する安全性を確保することが可能な蓄電素子及びそれを含んだ電源モジュールを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、
発電要素と、
前記発電要素を収納する収納容器と、
前記発電要素と接続された正極及び負極の電極端子と、
前記正極の電極端子と前記負極の電極端子とを短絡させる短絡機構とを備え、
前記正極の電極端子と前記負極の電極端子との短絡経路上に設けられた抵抗部を有する、
蓄電素子である。

又、本発明の第２の側面は、
前記抵抗部は前記短絡機構の一部として構成されている、
本発明の第１の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第３の側面は、
前記収納容器は導電性を有し、
前記短絡機構は前記収納容器の使用状態に応じて片方向に動作して前記収納容器と前記正極の電極端子及び前記負極の電極端子との間を電気的に接続し、
前記抵抗部は前記収納容器と前記電極端子との間の機械的な接点になっている、
本発明の第２の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第４の側面は、
前記短絡機構は、
前記収納容器の壁体の一部として設けられた導電可能な膜を有し、
前記抵抗部は、前記膜に対向して位置するとともに、前記電極端子と導通可能に接続され、
前記抵抗部と前記膜は、前記膜が前記収納容器の外面方向に対して凸に湾曲したときに前記抵抗部に接する距離にて離隔している、
本発明の第３の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第５の側面は、
前記抵抗部は、抵抗材料と導電材料とを含むものである、
本発明の第１から第４のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第６の側面は、
前記抵抗材料は導電性セラミックである、
本発明の第５の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第７の側面は、
前記抵抗部及び前記膜は、前記収納容器の表面上において、前記正極の電極端子と前記負極の電極端子との間に位置している、
本発明の第４から第６のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第８の側面は、
前記膜は、前記正極及び負極の電極端子の双方に対応してそれぞれ設けられている、
本発明の第４から第７のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第９の側面は、
前記膜は、前記収納容器に１個設けられている、
本発明の第４から第７のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１０の側面は、
前記収納容器は、前記正極及び負極の電極端子のいずれか一方と同一の電位が設定されている、
本発明の第９の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１１の側面は、
前記抵抗部の、前記膜と対向する側の主面の一部は、前記膜に対して突出している、
本発明の第４から第１０のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１２の側面は、
前記抵抗部の、前記膜と対向する側の主面の前記一部は、陵を形成している、
本発明の第１１の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１３の側面は、
前記抵抗部の、前記膜と対向する側の主面は、粗面を形成している、
本発明の第４から第１２のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１４の側面は、
本発明の第１から第１３のいずれかの側面の蓄電素子を少なくとも一つ含んでなる電源モジュールである。

以上のような本発明によれば、過充電等に対する安全性を確保することが可能になるという効果が得られる。

本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す断面図 （ａ）本発明の動作を説明するための要部断面図（ｂ）本発明の動作を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の構成を示す要部断面図（ｂ）被接触板の構成を示す斜視図 （ａ）本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す要部断面図（ｂ）被接触板の他の構成例を示す斜視図（ｃ）被接触板の他の構成例を示す斜視図 （ａ）本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す要部断面図（ｂ）被接触板の他の構成例を示す斜視図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す断面図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す断面図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す断面図 （ａ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す要部断面図（ｂ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の他の構成例を示す要部断面図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）

図１は、本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池１の模式的な構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態の非水電解質二次電池１は、アルミニウム製の板状の蓋部２０と開口箱状の容器本体１０から構成される外形六面体の収納容器を外装として備える。この収納容器は良導体であるアルミニウム製であるため導電性を有している。

蓋部２０の両端には、表面から盛り上がった平面形状矩形の凸部２１がそれぞれ形成されており、凸部２１の主面上には貫通孔２１ａが開口されている。又、蓋部２０の中央には圧力弁２３が設けられている。圧力弁２３と凸部２１との間には貫通孔２２が開口されており、貫通孔２２は後述する導電性金属膜３１により封止されている。更に圧力弁２３の近傍には電解液注入用の注液口２４が蓋部２０の裏面まで貫通しており、注液口２４は、蓋部２０と容器本体１０とが接合され、電解液が注液された後に封止栓２５により封止される。

次に、蓋部２０の上方には、容器本体１０に内蔵された発電要素と電気的に接続するとともに外部負荷等と接続するための電極部材５０が設けられている。電極部材５０は、導電性金属製の板状の接続板５１と、接続板５１から蓋部２０側に向かって突き出した円柱状の中継桿５２とを有し、中継桿５２が蓋部２０の貫通孔２１ａに挿入され容器本体１０内で発電要素に接続されることにより、接続板５１と蓋部２０とが後述する絶縁封止材４０ａ及び４０ｂを挟み込むようにして蓋部２０上に固定される。なお、電極部材５０において、接続板５１と中継桿５２とは、鍛造、鋳造等によって同一の素材から構成されていてもよいし、独立した２つの異種又は同種材料の素材を一体成形することにより構成されていてもよい。

電極部材５０の接続板５１と蓋部２０との間には、導電性金属膜３１及び凸部２１のそれぞれの位置に対応して、絶縁封止材４０ａ及び４０ｂが配置される。絶縁封止材４０ａは合成樹脂等の絶縁性及び一定の弾性を備えた合成樹脂製の部材であり、主面４１ａとその周囲に設けられた枠体４２ａとを有し、枠体４２ａの周囲には、主面４１ａと隣接した外形矩形の貫通孔４３が開口されている。絶縁封止材４０ｂも絶縁封止材４０ａと同様の材質であって、主面４１ｂ及び枠体４２ｂを有し、主面４１ｂ上には、凸部２１の貫通孔２１ａに対応した位置に貫通孔４４が開口されている。又、主面４１ｂの裏側には貫通孔４４から延伸して形成された筒部４５が設けられている。

更に、絶縁封止材４０ａと絶縁封止材４０ｂがそれぞれ対向する側には枠体４２ａ及び４２ｂのいずれも設けられておらず、主面４１ａ及び４１ｂは面一になって接続板５１の蓋部２０に対向する側の主面に当接している。

次に、導電性金属膜３１と絶縁封止材４０ａとの間には、蓋部２０側からの順で、被接触板３２、抵抗体３３が積層配置されている。被接触板３２はアルミ又は銅といった良導体の金属材料から構成された板状の部材であって、非水電解質二次電池１が通常使用される状態においては、導電性金属膜３１と対向し、かつ離隔して配置される。

又、抵抗体３３は、収納容器、電極部材５０、集電体１２、被接触板３２その他非水電解質二次電池１の通電可能な部分の各材料よりも抵抗値の高い導電性材料により構成された板状の部材である。抵抗体３３は、絶縁封止材４０ａの貫通孔４３内に配置され、被接触板３２及び電極部材５０の接続板５１に挟まれ面接触している。

次に、図２及び図３（ａ）を参照して、非水電解質二次電池１の内部を説明する。ただし図２は、蓋部２０の長手方向に平行な直線による断面図であり、図３は電極部材５０近傍の構成を示す要部断面図である。

図２に示すように、容器本体１０に収納された発電要素１１は、帯状の電極である正極と負極を、セパレータを介して長円筒形に巻回した構成を有する。巻回された状態において、正極及び負極は巻回軸の両端の異なる方向に位置をずらして配置されており、発電要素１１の両端において、それぞれ所定の幅でセパレータから突出している。更に、各電極の端部は活物質が担持されておらず、基材である金属箔が露出している。発電要素１１の端部にはみ出した金属箔としての極には、導電性の金属部材から構成された集電体１２が接続される。

集電体１２の一端は、発電要素１１の表面と平行に延伸した板状の圧接部１２ａとして、絶縁封止材１３を間に挟んで、蓋部２０の凸部２１の裏側に圧接されている。なお、圧接部１２ａ及び絶縁封止材１３の中央には電極部材５０の中継桿５２が貫通されており、中継桿５２が貫通した中継桿５２の端部がかしめ端５２ａとしてかしめ加工されることにより集電体１２は蓋部２０に圧接、固定される。

又、集電体１２の他端は発電要素１１の側面に向かって湾曲して、発電要素１１の側面に露出した巻回状態の金属箔としての一方の極と共に、金属製の挟持板１４に挟まれて超音波溶接等により接続、固定されている。なお、図中においては一方の極側の構成のみに符号を付して説明を行うが、基材の材質（正極はアルミニウム、負極は銅）が異なることを除けば、他方の極側も同様の構成を有する。

以上の構成において、正および負の両電極部材５０は、絶縁封止材１３、４０ｂにより蓋部２０と電気的に絶縁されており、収納容器である蓋部２０、容器本体１０は中間電位となっている。非水電解質二次電池の設計においては、目的に応じて、収納容器が、中間電位となるように設計してもよいし、正または負のどちらかの極と同電位となるように設計してもよい。一般に複数の非水電解質二次電池を接続して電源モジュールとして使用する場合は、通常使用時において不注意に短絡などさせないように、非水電解質二次電池の収納容器は中間電位とする場合が多い。

次に、図２及び図３に示すように、絶縁封止材４０ａ及び４０ｂの蓋部２０に対向する側の主面には、いずれも主面を取り囲む枠体４６ａ及び４６ｂが形成されており、枠体４６ａ及び４６ｂが隣接してなる隔壁により、蓋部２０上において凸部２１が位置する空間と導電性金属膜３１が位置する空間とは隔絶されている。

又、導電性金属膜３１は、発電要素１１に向かって凸の形状を有し、蓋部２０の外側から見て中央が凹むように湾曲したすり鉢状の外形を有する、アルミニウム製の薄膜を材料とする部材である。導電性金属膜３１は、周縁が蓋部２０の貫通孔２２の周囲にレーザ溶接等により接合されることにより、蓋部２０と電気的な良導性を保持した状態で貫通孔２２を封止している。なお、先に説明したように、絶縁封止材４０ａ内において、被接触板３２は枠体４６ａにより固定され、導電性金属膜３１と対向し、かつ離隔して配置されている。又、被接触板３２、抵抗体３３及び接続板５１は互いに導電性接着剤で接続され、電気的接続を保った積層状態を形成している。

以上の構成において、容器本体１０と蓋部２０との組合せは本発明の収納容器に相当する。又、電極部材５０は本発明の電極端子に相当する。又、被接触板３２、抵抗体３３及び蓋部２０の貫通孔２２を含めた導電性金属膜３１は、本発明の短絡機構を構成する。さらに被接触板３２及び抵抗体３３は本発明の抵抗部を構成し、導電性金属膜３１は本発明の膜に相当する。

このような本実施の形態１の非水電解質二次電池１は、電極部材５０の接続板５１と蓋部２０との間に、上記抵抗部を内蔵した短絡機構を備えたことを特徴とする。

以下、図３（ａ）（ｂ）の各要部断面図を参照して説明する。非水電解質二次電池１の通常使用時においては、導電性金属膜３１は図３（ａ）に示すように、蓋部２０に対して凹んだ外形を保持している。

一方、充電中に過充電状態となった場合は、収納容器に封入された電解液の分解や発電要素１１に起因するガスが発生する。これに伴い収納容器内の圧力が上昇すると、導電性金属膜３１は、この圧力を受けて、図３（ｂ）に示すように、蓋部２０から持ち上がり上向きに凸となるよう変形する。このとき、導電性金属膜３１と被接触板３２とが接触することにより、電極部材５０と蓋部２０とが、抵抗体３３を介して電気的に接続される。

図３（ｂ）に示す状態が、正負両側の電極部材５０にて生じた場合、非水電解質二次電池１の両極は、それぞれの導電性金属膜３１を介して蓋部２０に接続され、短絡する。これにより、非水電解質二次電池１の充電状態が安全な領域まで下がり、過充電に起因する電池の発熱、破損等を抑制することが可能となる。

本実施の形態１の非水電解質二次電池１は、更に、上述の短絡状態において電極部材５０の接続板５１と導電性金属膜３１とが、被接触板３２及び抵抗体３３を介して電気的に接続される。

従来の短絡防止機構においては、良導体である導電性金属膜３１と接続板５１とが直接接することにより、蓋部２０を含めた正負の電極部材５０間がなす回路に過大な電流が流れ、電極部材５０の部材を過熱し、ひいてはアーク放電により電極部材５０近傍が破損してしまう恐れがあった。更には、短絡した電極部材５０と導電性金属膜３１とが再度離隔してしまい、安全なＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）領域までの放電が不可能になってしまう恐れがあった。

これに対し、本実施の形態１においては、短絡を生ずる経路の一部に抵抗部を設けたことにより、正負の電極部材５０間の電流を抑制して、電極部材５０や蓋部２０の過熱を防ぎつつ、安全に電極端子間を短絡させることを可能としている。これにより、過充電等に対する安全性を確保することができる。

ここで、抵抗部の抵抗体３３としては、導電性セラミックを用いることが望ましい。導電性セラミックは、被接触板３２の金属材料より高い抵抗値を有するのみならず、蓋部２０や被接触板３２に用いられる金属材料に比して硬度や耐熱性が高いため、短絡時に溶融による短絡不能を防ぐことができる。したがって、導電性金属膜３１と被接触板３２の離隔距離を安定して保持することができ、過充電抑制の信頼性を向上することができる。

又、抵抗部の与える抵抗値は、短絡時に形成される、正負の電極部材５０や蓋部２０等を含む電気回路を流れる電流が、電極部材５０、抵抗体３３及び被接触板３２等の非水電解質二次電池１の各材料に溶融等の損傷を生じさせることなく、且つ、速やかに安全なＳＯＣ領域まで放電できる程度の大きさを与える値となることが望ましい。

又、本実施の形態１においては、抵抗部を抵抗体３３及び被接触板３２の積層体として実現している。抵抗体３３の厚み寸法及び導電性金属膜３１の収納容器の内圧上昇時の凸寸法は、電流制限、膜の特性などから、それぞれ決められる。ここで良導体である被接触板３２の厚み寸法を調整することにより、非水電解質二次電池１が過充電により内圧上昇した際に、抵抗体３３と導電性金属膜３１とを適切に電気的に導通させることができる。

また、抵抗部の抵抗値をこれら抵抗体と被接触板の組合せとして調整してもよい。抵抗体３３の材質を異ならせる、あるいは枚数を増減することにより、非水電解質二次電池１や充電器の定格の変化に柔軟に対応することが可能となる。

なお、本発明の抵抗部は、被接触板３２及び抵抗体３３の積層体の他、図４に示すように、単体の抵抗体３４として実現してもよい。抵抗体３４は抵抗体３３同様抵抗率の大きな金属材料性もしくは導電性セラミックスの部材であって、各部材間の隙間を減じて、主面間における放電不能の恐れを抑制することができる。また、部品点数を削減して電極部材５０周りの作成の工程を簡略化することも可能となる。

又、本実施の形態１においては、導電性金属膜３１は蓋部２０の外側から見て中央が凹むように湾曲したすり鉢状の外形を有するものとしたが、内圧上昇時に凸に変形して被接触板３２と接触可能に変形できれば、通常使用時の外形は平坦な形状を有するものとしてもよい。

更に、導電性金属膜３１はアルミから作成するものとしたが、ニッケル又はステンレス製であるとしてもよく、この場合、材料の融点が高いので、アルミの場合より溶融等の損傷が生じにくい利点がある。

又、上記の説明においては、本発明の抵抗部は、図３（ａ）の被接触板３２及び抵抗体３３から構成されるもののように、電極部材５０の接続板５１と被接触板３２との間に配置されるものとしたが、図５（ａ）に示すように、被接触板３２と導電性金属膜３１との間に配置されるものとしてもよい。

図５（ａ）の構成例においては、被接触板３２と接続板５１との間には、被接触板３２と同様の良導性を有する金属板３５を配置し、蓋部２０側には、外形円錐台状の導電性金属膜３１ａを設けた。導電性金属膜３１ａの底面には、抵抗体３６が導電接着剤等により接合されている。なお、被接触板３２及び金属板３５は一体部品として作製されてもよい。

収納容器内の圧力が上昇すると、導電性金属膜３１ａは、図５（ｂ）に示すように、蓋部２０から持ち上がり、図中上向きに凸となるよう変形する。このとき、導電性金属膜３１ａと被接触板３２は、抵抗体３６を介して接触することにより電気的に接続される。

このように、本発明の抵抗部は、短絡機構において任意の箇所に配置することができる。

又、図５（ａ）（ｂ）の構成と、図３〜図４の構成とを双方備えた構成としてもよい。
（実施の形態２）

本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池は、導電性金属膜と被接触板との接触を良好に行わせることを特徴とする。以下、図６（ａ）の要部断面図を参照して説明を行う。ただし、実施の形態１の図３（ａ）（ｂ）と同一又は相当する構成については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

本実施の形態２の非水電解質二次電池は、実施の形態１の被接触板３２に換えて、四角錐状の外形を有する被接触板３２ａを備えている。図６（ｂ）に示すように、被接触板３２ａは、平面形状において被接触板３２と同一の矩形の底面を有し、絶縁封止材４０ａ内において、頂点３２ａ１と四枚の角錐面３２ａ２が蓋部２０側に対向するように配置されている。

したがって、図６（ａ）に示すように、過充電により内圧が上昇し導電性金属膜３１が変形した場合、上方に湾曲した膜の表面は被接触板３２ａの頂点３２ａ１に食い込みながら、角錐面３２ａ２のそれぞれと接触する。

図１に示す構成例においては、変形した導電性金属膜３１と被接触板３２との接触は、点接触に近い面接触となり、抵抗体による調整を越えた電流が流れ、スパーク等を起こした場合に、短絡した電極部材５０と導電性金属膜３１とが再度離隔してしまう恐れがある。

これに対し、本実施の形態２においては、被接触板３２ａが導電性金属膜３１の曲面に食い込んで周囲に面接触するよう角錐状の形状を有することで、スパークの勢いに抗して両者の接触をより緊密に保つようにしている。これにより、過電流に抗して短絡状態を維持して、過充電等に対する安全性を確保することができる。

なお、上記の説明においては、被接触板３２ａは四角錐状の形状であるとしたが、被接触板３２ａの形状は、導電性金属膜３１に食い込んでその周囲が面接触できるような形状であればよい。したがって、円錐形状や三角錐その他多角錐の形状であってもよい。又、蓋部２０と対向する面の一部だけが導電性金属膜３１に対して突出した形状を有する態様であってもよく、錐体形状に限定されるものではない。

次に、本実施の形態２の被接触板の他の構成例を図７（ａ）及び（ｂ）に示す。被接触板３２ｂは、図７（ｂ）に示すように、平面形状において被接触板３２と同一の矩形の底面を有し、平行に位置する複数の断面三角形の凸列がなす複数の稜３２ｂ１が、蓋部２０側に対向する側に配置されている。

したがって、図７（ａ）に示すように、過充電により変形した導電性金属膜３１の表面は、被接触板３２ｂの、複数の稜３２ｂ１と接触する。被接触板３２ｂが複数箇所で導電性金属膜３１の曲面に接することで、いずれかの接触箇所がスパークの影響を受けた場合でも、残りの接触箇所により両者の接触を確保するようにしている。これにより、過電流に抗して短絡状態を維持して、過充電等に対する安全性を確保することができる。

なお、被接触板３２ｂの形状は、導電性金属膜３１の表面の複数箇所に同時に接触できるようなものであればよい。したがって、図７（ｂ）に示す凸列の形状に限定されるものではなく、例えばピラミッド状の突起が複数配置された態様であってもよい。ただし、稜３２ｂ１のように、辺部分で接触するようにしたほうが、接触箇所毎の面積をより大きくとることができ、好適である。

更に、図７（ｃ）に示す被接触板３２ｃのように、蓋部２０側に対向する側の面を、研磨、エッチング、サンドブラスト等の手段によって粗面３２ｃ１として仕上げた構成としてもよい。この構成によれば、粗面３２ｃ１上の微細な凹凸が導電性金属膜３１の表面に接することとなり、接触時の両者の食いつきを向上させることが可能となる。

更に、本実施の形態２においては、図８（ａ）（ｂ）に示すように、複数の球殻状の凸部３２ｄ１が、導電性金属膜３１の周囲に対向配置されてなる被接触板３２ｄを備えた構成としてもよい。凸部３２ｄ１は、図６、７と同様、被接触板３２と同様の平面形状の主面部３２ｄ２上に設けられ、図８（ａ）に示すように、変形状態の導電性金属膜３１の突出部分を取り囲むように配列されている。

したがって、過充電により導電性金属膜３１が変形した場合、上方に湾曲した膜は、側面部分を中心に、被接触板３２ｄの凸部３２ｄ１のそれぞれと接触することになる。

この構成は、図７の構成と同様、複数箇所の接触を確保するほか、導電性金属膜３１の、もっとも突出した部分を除いた部分に凸部３２ｄ１が接触することにより、過電流に起因する導電性金属膜３１の反跳が激しい場合でも、確実に膜を捉えて、接触を維持することができる。これにより、過電流に抗して短絡状態を維持して、過充電等に対する安全性を確保することができる。

なお、凸部３２ｄ１の形状及び配置は、導電性金属膜３１の、もっとも突出の度合いが大きな中央部分を取り囲むようなものであればよい。したがって、図８（ｂ）に示す球殻状の形状に限定されるものではなく、例えば図６のような円錐、角錐体状の態様であってもよい。

このように、本発明の実施の形態２の非水電解質二次電池によれば、短絡時に電極間に流れる電流が過大であったとしても、電極部材５０と蓋部２０との接続を確保して、確実に短絡状態を確保することを可能とする。

以上のように、本発明によれば、収納容器の内圧に応じて動作して正負の電極端子間を短絡させる、抵抗器を有する短絡機構を備えたことにより、過充電等に対する安全性を確保することが可能となる。

しかしながら、本発明は上記の各実施の形態に限定されるものではない。

上記の各実施の形態においては、本発明の短絡機構は正負双方の電極側に導電性金属膜３１を設けて構成されている。短絡機構を構成する導電性金属膜３１は電極部材５０毎に分けて設けるほうが、収納容器を中間電位にすることができるため通常使用時の安全性が高くなり、好適であるが、本発明は、収納容器の任意の箇所に短絡機構としての導電性金属膜３１を１個備えた構成であるとしてもよい。

図９にそのような構成の一例を示す。図中右側の構成は上記各実施の形態と同様であるが、左側の電極部材５０周りの部分においては、貫通孔２２を省略し、蓋部２０の表面２０ａが形成されるとともに、電極部材５０と表面２０ａとの間に良導性部材６１を配置したものである。良導性部材６１は、蓋部２０と同様アルミニウムその他の導電性金属材料により実現され、蓋部２０と正又は負の一方の電極部材５０とが常時電気的に接続されている。

この構成によれば、短絡機構としての導電性金属膜３１を一つ備えるだけで本発明の構成を実現することができ、より簡易、安価な構成にて、過充電等に対する安全性を確保することができる。

更に、導電性金属膜３１を一つのみとした場合は、収納容器の中央部分に備えることが望ましい。具体的には、図１０に示すように、蓋部２０の中心に貫通孔２２を開口し、導電性金属膜３１で封止し、絶縁封止材４０ｃにより電極部材５０間を絶縁状態とした上で、導電性金属膜３１の上部まで被接触板３２を延伸した構成とする。又、被接触板３２は絶縁性材料により作成されたスペーサ４７上に載置されることで導電性金属膜３１と適正な距離を保っている。なお、図には示されないが、注液口２４及び圧力弁２３は、貫通孔２２と干渉しない位置にシフトさせる。

この構成例においては、収納容器の膨張の影響がもっとも平均して現れやすい中央部分にて短絡機構を動作させることができ、短絡機構の信頼性が向上する。なお、導電性金属膜３１の位置は、図１０に示すように蓋部２０の中心とし、各電極端子を導電性金属膜３１に対して対称をなすように配置するのがもっとも望ましいが、少なくとも電極部材５０の間に配置すれば、上記効果は奏する。

又、上記図１０の構成とは異なり、図１０中左側の良導性部材６１に替えて、同図中右側、つまり反対側の極と同様に、被接触板３２及び抵抗体３３を配置した構成としてもよい。この場合、正および負の被接触板３２は、長さを図１０に示す構成例よりも短くして、端部が一つの導電性金属膜３１上に位置するようにするとともにこの一枚の導電性金属膜３１に対してそれぞれ離間している。

一つの導電性金属膜３１は、正負両極の被接触板３２に渡るように形成されており、過充電により収納容器の内圧が上昇した際に、上記各実施の形態と同様、凸に変形して正および負の双方の被接触板３２に接触する。この構成によれば、蓋部２０および容器本体１０を中間電位としながら、導電性金属膜３１一つのみで過充電時の安全性を確保できる。

又、上記の各実施の形態においては、本発明の抵抗部は、短絡機構の一部として、導電性金属膜３１と接続板５１との間に設けられるものとしたが、本発明は、正極の電極端子と負極の電極端子とが短絡することにより形成される短絡経路上に抵抗部を設けることにより、当該短絡経路上に流れる電流を抑制する効果を奏するものである。したがって、本発明は、短絡経路上の任意の位置に抵抗部を設けた構成としてもよく、抵抗部を短絡機構とは独立した構成とすることもできる。

そのような構成例を図１１に示す。図中右側の構成は、導電性金属膜３１を利用した短絡機構を有するが、導電性金属膜３１と接続板５１との間に位置する被接触板３２及び金属板３５ａは、図５の構成と同様、いずれも良導体としている。なお、被接触板３２及び金属板３５ａは一体部品として作製されてもよい。

一方で、左側の電極部材５０周りの部分においては、図９の構成例と同様、電極部材５０と表面２０ａとの間に良導性部材６１を配置するとともに、更に接続板５１と良導性部材６１との間に抵抗体６２を備える。抵抗体６２は上記実施の形態の抵抗体３３と同様、導電性セラミック等により実現される。

この構成によれば、短絡機構と抵抗部とを分離して本発明の構成を実現することができ、短絡機構の構成をより単純化して、動作の信頼性を高めることが可能となる。

又、上記の説明においては、短絡機構が一方の電極端子側にのみ設けられる構成としたが、短絡機構が正負両極の電極端子に設けられた場合にあって、なおかつ抵抗部をそれらの短絡機構とは独立して設けた構成としてもよい。

又、上記の各実施の形態においては、本発明の短絡機構は、蓋部２０に形成された貫通孔２２を封止する、初期状態においては発電要素１１に対して凸となった球殻状の形状を有し、収納容器の内圧に応じて電極部材５０に向かって凸となるよう変形する導電性金属膜３１を有するものとしたが、本発明の膜は、収納容器の内圧に応じて片方向に変形すればよく、蓋部２０上における平面形状、又は発電要素１１に向かう凸面の具体的形状によって限定されない。

更に、本発明の短絡機構は収納容器の内圧に応じて片方向に動作すればよく、動作部分と電気回路を形成する部分とが別部材として構成されていてもよい。したがって、変形する部分は合成樹脂材料等により実現してもよい。

更に、上記の各実施の形態においては、本発明の短絡機構は、蓋部２０の貫通孔２２を封止する導電性金属膜３１のような、収納容器の内圧に応じて片方向に変化する機構であるとして説明を行ったが、例えば、図１２（ａ）に示す構成例としてもよい。

図１２に示す例は、蓋部２０において貫通孔２２を省略するとともに、被接触板３２と蓋部２０の表面との間に、導電性及び弾性を有するねじりバネ部材７１を設けたものである。ねじりバネ部材７１は、一端が蓋部２０に固定され、且つ、非水電解質二次電池の通常使用時においては両端が高融点パラフィン７２により結合されている。

一方、過充電により蓋部２０が過熱された際には、高融点パラフィン７２は溶融してねじりバネ部材７１の両端の結合が解除され、バネの復元力により他端が被接触板３２に接触することにより、短絡経路が形成される。上記各実施の形態同様、被接触板３２と抵抗体３３とを備えたことにより、短絡経路を流れる電流値は適正化される。

上記の例に限らず、本発明の短絡機構は、発電素子の過充電時において、正極の電極端子と負極の電極端子とを短絡させることが可能あれば、その具体的な構成に限定されるものではない。

又、上記各実施の形態の全部又は一部の構成は、上述したもののみならず、適宜組み合わせて実現してもよい。

又、上記の各実施の形態においては、本発明の発電要素は巻回型であるとしたが、積層型の発電要素としてもよい。

又、上記の各実施の形態においては、本発明の蓄電素子は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池１であるとしたが、電気化学反応により充放電可能な電池であれば、ニッケル水素電池その他各種の二次電池を用いてもよい。更に電気二重層キャパシタのように、電気を直接電荷として蓄積する方式の素子であってもよい。要するに、本発明の蓄電素子は電気を蓄積可能な素子であれば、その具体的な方式によって限定されるものではない。

又、上記の各実施の形態においては、容器本体１０及び蓋部２０から構成される収納容器は、本発明の収納容器に相当するものであり、電極部材５０及び導電性金属膜３１を含めた短絡機構は蓋部２０上に設けられるものとしたが、本発明は、電極端子及び短絡機構を容器本体側に設けるものとしてもよい。要するに本発明は、電極端子及び短絡機構が収納容器上に設けられている構成であればよく、収納容器を構成する蓋部と容器本体との結合の態様、更には収納容器を構成する各部材の形状、個数によって限定されるものではない。

又、容器本体１０はアルミニウム製であるとしたが、アルミニウム合金、ステンレスその他任意の金属又は金属化合物を材料とするものであってもよい。又、形状は外形六面体としたが、円筒形状、球形、楕円体その他任意形状の曲面体、又は多面体等であってもよい。要するに、本発明の収納容器は、形状、材質その他の具体的な構成によって限定されるものではない。

又、上記の説明においては、単体の非水電解質二次電池１を例に取ったが、本発明は、複数の蓄電素子において少なくとも一つの蓄電素子に本発明の蓄電素子を含んでなる、電源モジュールとして実現してもよく、特に全ての蓄電素子を本発明の蓄電素子として用いることにより、各素子における安全性を均等に向上させることができ、より好適である。

又、この構成は、電源モジュールのみならず、非水電解質二次電池１その他の蓄電素子単体においても実施することができ、同様の効果を奏する。

要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、過充電等に対する安全性を確保することが可能になる効果を有し、例えば二次電池のような蓄電素子において有用である。

１ 非水電解質二次電池
１０ 容器本体
１１ 発電要素
１２ 集電体
１２ａ 圧接部
１３ 絶縁封止材
１４ 挟持板
２０ 蓋部
２０ａ 表面
２１ 凸部
２１ａ、２２、４３、４４ 貫通孔
２３ 圧力弁
２４ 注液口
２５ 封止栓
３１、３１ａ 導電性金属膜
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 被接触板
３２ａ１ 頂点
３２ａ２ 角錐面
３２ｂ１ 稜
３２ｃ１ 粗面
３２ｄ１ 凸部
３２ｄ２ 主面部
３３、３４、３６、６２ 抵抗体
３５、３５ａ 金属板
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 絶縁封止材
４１ａ、４１ｂ 主面
４２ａ、４２ｂ 枠体
４５ 筒部
４６ａ 枠体
４７ スペーサ
５０ 電極部材
５１ 接続板
５２ 中継桿
５２ａ 端
６１ 良導性部材
７１ ねじりバネ部材
７２ 高融点パラフィン

Claims (14)

1. 発電要素と、
   前記発電要素を収納する収納容器と、
   前記発電要素と接続されるとともに、前記収納容器の壁体を貫通して前記収納容器に固定された正極及び負極の電極端子と、
   前記正極の電極端子と前記負極の電極端子とを短絡させる短絡機構とを備え、
   前記正極の電極端子と前記負極の電極端子との短絡経路上に設けられた、少なくとも前記電極端子及び前記収納容器より抵抗値の大きな抵抗材料を有する抵抗部を有し、
   前記短絡機構は、
   前記収納容器の前記壁体の一部として設けられた導電可能な膜を有し、
   前記抵抗部は、前記膜に対向するとともに前記正極の電極端子又は前記負極の電極端子と前記膜との間に挟まれて配置され、かつ前記電極端子と導通可能に接続され、
   前記抵抗部と前記膜は、前記膜が前記収納容器の外面方向に対して凸に湾曲したときに前記抵抗部に接する距離にて離隔している、
   蓄電素子。
2. 前記抵抗部は前記短絡機構の一部として構成されている、
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記膜は、前記収納容器の外面方向に対して凸に湾曲したときに前記抵抗材料に直接接する、
   請求項１又は２に記載の蓄電素子。
4. 前記収納容器は導電性を有し、
   前記短絡機構は前記収納容器の使用状態に応じて片方向に動作して前記収納容器と前記正極の電極端子及び前記負極の電極端子との間を電気的に接続し、
   前記抵抗部は前記収納容器と前記電極端子との間の機械的な接点になっている、
   請求項１から３のいずれかに記載の蓄電素子。
5. 前記抵抗部は、前記抵抗材料と導電材料とを含むものである、
   請求項１から４のいずれかに記載の蓄電素子。
6. 前記抵抗材料は導電性セラミックである、
   請求項１から５のいずれかに記載の蓄電素子。
7. 前記抵抗部及び前記膜は、前記収納容器の表面上において、前記正極の電極端子と前記負極の電極端子との間に位置している、
   請求項１から６のいずれかに記載の蓄電素子。
8. 前記膜は、前記正極及び負極の電極端子の双方に対応してそれぞれ設けられている、
   請求項１から７のいずれかに記載の蓄電素子。
9. 前記膜は、前記収納容器に１個設けられている、
   請求項１から７のいずれかに記載の蓄電素子。
10. 前記収納容器は、前記正極及び負極の電極端子のいずれか一方と同一の電位が設定されている、
    請求項９に記載の蓄電素子。
11. 前記抵抗部の、前記膜と対向する側の主面の一部は、前記膜に対して突出している、
    請求項１から１０のいずれかに記載の蓄電素子。
12. 前記抵抗部の、前記膜と対向する側の主面の前記一部は、陵を形成している、
    請求項１１に記載の蓄電素子。
13. 前記抵抗部の、前記膜と対向する側の主面は、粗面を形成している、
    請求項１から１２のいずれかに記載の蓄電素子。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の蓄電素子を少なくとも一つ含んでなる電源モジュール。

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