JP6415911B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、二次電池に関する。

近年、二次電池としてリチウムイオン電池などが一般的に普及している。二次電池は、応用分野によって高エネルギー密度と高い耐久性とが要求されている。例えば、リチウムイオン電池は、セパレータを介した正極と負極との積層が巻回された電極組立体を備える。リチウムイオン二次電池は、電極組立体が有機電解液で満たされた電池缶（外装缶）内に封入された構成を備える。

二次電池は、外部からの力による損傷（圧壊）によって外装缶が変形し、外装缶内で正極の活物質と負極の活物質とが短絡する可能性がある。この場合、外装缶内で活物質が熱分解して電池温度が上昇する可能性があるという課題がある。

特開平９−２５９９２６号

上記の課題を解決するために、より安全性の高い二次電池を提供する。

一実施形態に係る二次電池は、電力を蓄える電極群と、前記電極群を収納する外装缶と、前記電極群の正極に接続され、且つ前記外装缶と絶縁された正極端子と、前記電極群の負極に接続され、且つ前記外装缶と絶縁された負極端子と、前記正極に接続され、且つ前記外装缶に外圧が加えられた場合に前記外装缶と接触するように設けられた正極短絡部材と、前記負極に接続され、且つ前記外装缶に外圧が加えられた場合に前記外装缶と接触するように設けられた負極短絡部材と、を具備し、前記正極短絡部材と、前記負極短絡部材とのいずれかが前記外装缶、前記正極端子、及び前記負極端子に対して電気抵抗が大きい抵抗体である。

図１は、一実施形態に係る二次電池について説明する為の図である。 図２は、一実施形態に係る二次電池について説明する為の図である。 図３は、一実施形態に係る二次電池について説明する為の図である。 図４は、一実施形態に係る二次電池について説明する為の図である。 図５は、一実施形態に係る二次電池について説明する為の図である。 図６は、一実施形態に係る二次電池の圧壊時の温度と短絡抵抗との関係について説明する為の図である。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態に係る二次電池１０の例を示す。

二次電池１０は、外装缶１９、外装缶内に収納される電極群１３、正極端子及び負極端子などの端子１４、電極群１３の電極を端子１４に導く電極リード１６を含む。また、電解質が電極群１３に保持されている。なお、電解質は、例えば、非水電解質である。

外装缶は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から形成することができる。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。合金中に鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属が含む場合、その量は１００ｐｐｍ以下にすることが好ましい。外装缶の板厚は、１ｍｍ以下にすることができ、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。

電極群１３は、正極と負極がその間にセパレータを介して偏平形状に捲回されたものである。正極は、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体の長辺に平行な一端部からなる正極集電タブと、少なくとも正極集電タブの部分を除いて正極集電体に形成された正極材料層（正極活物質含有層）とを含む。一方、負極は、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体の長辺に平行な一端部からなる負極集電タブと、少なくとも負極集電タブの部分を除いて負極集電体に形成された負極材料層（負極活物質含有層）とを含む。

このような正極、セパレータ、及び負極は、正極集電タブが電極群１３の捲回軸方向にセパレータから突出し、かつ負極集電タブがこれとは反対方向にセパレータから突出するよう、正極及び負極の位置をずらして捲回されている。このような捲回により、電極群１３は、一方の端面から渦巻状に捲回された正極集電タブが突出し、かつ他方の端面から渦巻状に捲回された負極集電タブが突出する状態になる。

正負極の集電タブは、正負極の集電体と同じ材料から形成しても、アルミニウム、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含むアルミニウム合金から形成しても良い。

正極端子は、内部の正極集電タブに電気的に接続されている。また、負極端子は、内部の負極集電タブに電気的に接続されている。正極端子及び負極端子は、例えば、アルミニウム、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含むアルミニウム合金を使用することができる。部品同士の接点及びその周辺は、Ａｌよりも融点の高いＣｕ、Ｃｕ合金がコーティングされていることが望ましい。

以下、上記の二次電池の正極、負極、セパレータ、及び非水電解質について説明する。

（１）正極
正極は、正極集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、正極活物質を含む正極材料層とを含む。

正極活物質には、例えば、リチウム含有複合化合物、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボン、硫酸鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）、バナジウム酸化物（例えばＶ_２Ｏ_５）を挙げることができる。中でも、リチウム含有複合化合物が好ましい。リチウム含有複合化合物には、例えば、Ｌｉ_ａＭｎＯ_２（０＜ａ≦１．２）、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_ａＣｏＭ_ｈＯ_２、ここでＭはＡｌ，Ｃｒ，ＭｇおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つまたは２つ以上の元素、０＜ａ≦１．２、０≦ｈ≦０．１）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎ_{１−ｇ−ｈ}Ｃｏ_ｇＭ_ｈＯ_２、ここでＭはＡｌ，Ｃｒ，ＭｇおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つまたは２つ以上の元素、０≦ｇ≦０．５、０≦ｈ≦０．１）、リチウムマンガンニッケル複合酸化物｛例えば、ＬｉＭｎ_ｊＮｉ_ｊＭ_１−２ｊＯ_２（ＭはＣｏ，Ｃｒ，Ａｌ，ＭｇおよびＦｅよりなる群より選択される少なくとも１つまたは２つ以上の元素、１／３≦ｊ≦１／２）、ＬｉＭｎ_１／３Ｎｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２、ＬｉＭｎ_１／２Ｎｉ_１／２Ｏ_２｝、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉ_ａＭｎ_２−ｂＭ_ｂＯ_４、ここでＭはＡｌ，Ｃｒ，ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つまたは２つ以上の元素、０＜ａ≦１．２、０≦ｂ≦１）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（例えばＬｉ_ａＭｎ_２−ｂＮｉ_ｂＯ_４、０＜ａ≦１．２、０≦ｂ≦１）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物｛例えば、Ｌｉ_ａＦｅＰＯ_４（０＜ａ≦１．２）、Ｌｉ_ａＦｅ_１−ｂＭｎ_ｂＰＯ_４（０＜ａ≦１．２、０≦ｂ≦１）、Ｌｉ_ａＣｏＰＯ_４（０＜ａ≦１．２）など｝を挙げることができる。

正極材料層に結着剤を含有させる場合、結着剤は、例えばポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムを用いることができる。

また、正極材料層は、導電剤を含有させても良い。導電剤は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素質物を挙げることができる。

正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質７３〜９５重量％、導電剤３〜２０重量％、結着剤２〜７重量％にすることが好ましい。

正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔から形成されることが望ましい。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下にすることができ、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９質量％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１質量％以下にすることが好ましい。

正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物（スラリー）を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。

（２）負極
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質を含む負極材料層とを含む。

負極活物質には、例えば、金属リチウム、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る物質を挙げることができる。リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る物質として、例えば、リチウムチタン複合酸化物が挙げられる。リチウムチタン複合酸化物は、例えば、Ｌｉ_４+ｘＴｉ_５Ｏ_１２（ｘは充放電反応により−１≦ｘ≦３の範囲で変化する）で表されるスピネル型チタン酸リチウム、ラムステライド型Ｌｉ_２＋ｘＴｉ_３Ｏ_７（ｘは充放電反応により−１≦ｘ≦３の範囲で変化する）、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、ＴｉＯ_２−Ｐ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２−Ｖ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２−Ｐ_２Ｏ_５−ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２−Ｐ_２Ｏ_５−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つの元素）を挙げることができる。これらの金属複合酸化物は、充電によりリチウムが挿入されることでリチウムチタン複合酸化物に変化する。リチウムチタン複合酸化物のうち、スピネル型チタン酸リチウムがサイクル特性に優れ、好ましい。

その他のリチウムイオンを吸蔵及び放出し得る物質には、例えば、炭素質物、金属化合物が挙げられる。

炭素質物は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素を挙げることができる。より好ましい炭素質物は、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素が挙げられる。炭素質物は、Ｘ線回折による（００２）面の面間隔ｄ_００２が０．３４ｎｍ以下であることが好ましい。

金属化合物は、金属硫化物、金属窒化物を用いることができる。金属硫化物は、例えばＴｉＳ_２のような硫化チタン、例えばＭｏＳ_２のような硫化モリブデン、例えばＦｅＳ、ＦｅＳ_２、Ｌｉ_ｘＦｅＳ_２のような硫化鉄を用いることができる。金属窒化物は、例えばリチウムコバルト窒化物（例えばＬｉ_ｓＣｏ_ｔＮ、０＜ｓ＜４，０＜ｔ＜０．５）を用いることができる。

集電体は、例えば、銅箔、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を用いることができる。アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下であることが望ましい。アルミニウム箔は９９質量％以上の純度を有することが好ましい。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金であることが好ましい。合金成分として含まれる鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属は１質量％以下にすることが好ましい。

負極材料層には、結着剤を含有させることができる。結着剤は、例えばポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。

負極材料層には、導電剤を含有させることができる。導電剤は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素質物を挙げることができる。

負極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、負極活物質７３〜９６重量％、導電剤２〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲にすることが好ましい。

負極は、例えば、粉末状の負極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物（スラリー）を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。

（３）セパレータ
セパレータは、絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、ポリオレフィン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、及びビニロンのようなポリマーで作られた多孔質フィルム又は不織布を用いることができる。セパレータの材料は１種類であってもよく、或いは、２種類以上を組合せて用いてもよい。

（４）非水電解質
非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質塩を含む。非水溶媒中にはポリマーを含んでもよい。

電解質塩は、例えばＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ（ビストリフルオロメタンスルホニルアミドリチウム；通称ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３（通称ＬｉＴＦＳ）、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ（ビスペンタフルオロエタンスルホニルアミドリチウム；通称ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ビスオキサラトホウ酸リチウム｛ＬｉＢ（Ｃ_２Ｏ_４）_２、通称；ＬｉＢＯＢ｝、ジフルオロ（トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロ−メチルプロピオナト（２−）−０，０）ホウ酸リチウム｛ＬｉＢＦ_２ＯＣＯＯＣ（ＣＦ_３）_２、通称；ＬｉＢＦ_２（ＨＨＩＢ）｝のようなリチウム塩を用いることができる。これらの電解質塩は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。特にＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４が好ましい。

電解質塩濃度は、１〜３モル／Ｌにすることが好ましい。このような電解質濃度の規定によって、電解質塩濃度の上昇による粘度増加の影響を抑えつつ、高負荷電流を流した場合の性能をより向上することが可能になる。

非水溶媒は、特に限定されるものではないが、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）などの環状カーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）やジメチルカーボネート（ＤＭＣ）あるいはメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）もしくはジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）などの鎖状カーボネート、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２−ＭｅＨＦ）、１，３−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル（ＡＮ）を用いることができる。これらの溶媒は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。環状カーボネート及び／または鎖状カーボネートを含む非水溶媒が、好ましい。

この非水電解質に添加剤を添加してもよい。添加剤としては、特に限定されるものではないが、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニレンアセテート（ＶＡ）、ビニレンブチレート、ビニレンヘキサネート、ビニレンクロトネート、及びカテコールカーボネート等が挙げられる。添加剤の濃度は、非水電解質１００重量％に対して０．１重量％以上、３重量％以下の範囲が好ましい。さらに好ましい範囲は、０．５重量％以上、１重量％以下である。

図２は、図１の二次電池１０の一部の構成の例を示す。図２Ａは、図１の二次電池１０の電極リード１６近傍の構造を図１中のＸ方向から見た場合の図である。図２Ｂは、図１の二次電池１０の電極リード１６近傍の構造を図１中のＹ方向から見た場合の図である。なお、図２の構成は、正極の端子１４に接続された電極リード１６と、負極の端子１４に接続された電極リード１６との両方に設けられている。

図１に示されるように、電極リード１６は、二股に分かれている。図２に示されるように、電極リード１６と外装缶１９の間には、電極ガード１８が設けられている。またさらに、電極リード１６は、バックアップリード１７を介して短絡部材３０を支持するように設置されている。

短絡部材３０は、支持部３１、突起部３２、及び支柱部３３を備える。支持部３１は、突起部３２及び支柱部３３を固定する為の支持部材である。突起部３２は、支持部３１の外装缶１９に対向する面に設けられる。即ち、突起部３２は、Ｚ方向で外装缶１９の内面に対向するように設けられる。さらに、外装缶１９の突起部３２と対向する位置には、あて板２２を介して絶縁フィルム２１が設けられている。なお、突起部３２と絶縁フィルム２１との間には、外装缶１９が変形していない状態で接触しないように所定の距離の空間が設けられている。支柱部３３は、一方の端部が支持部３１の突起部３２と逆側の面に固定される。また、支柱部３３の他方の端部が絶縁フィルム２３を介して外装缶１９に固定される。

電極リード１６は、電極群１３の集電タブと端子１４とを接続する導電性の部材である。即ち、電極群１３の正極の集電タブは、電極リード１６により正極の端子１４に電気的に接続される。またさらに、電極群１３の負極の集電タブは、電極リード１６により負極の端子１４に電気的に接続される。なお、正極及び負極の電極リード１６は、正極及び負極の端子１４とそれぞれ同じ材料で構成されていてもよい。またさらに、正極及び負極の電極リード１６は、正極及び負極の端子１４とそれぞれ一体に形成されていてもよい。

バックアップリード１７は、短絡部材３０と電極リード１６とを固定する導電性の部材である。即ち、バックアップリード１７は、電極リード１６及び短絡部材３０と電気的に接続される。バックアップリード１７は、例えば電極リード１６と同じ材料で構成されていてもよい。またさらに、バックアップリード１７は、電極リード１６と一体に形成されていてもよい。

電極ガード１８は、電極リード１６から外装缶１９への漏れ電流を防ぐ電流遮断部材である。

絶縁フィルム２１及び２３は、電気を通しにくい絶縁部材である。絶縁フィルム２１及び２３は、電極リード１６、外装缶１９、及び短絡部材３０に比べて極めて高い抵抗を有する。またさらに、絶縁フィルム２１は、外的な圧力により容易に破断する厚さ及び材質により構成されている。即ち、絶縁フィルム２１は、対向する短絡部材３０の突起部３２により圧力が加えられた場合裂開する。裂開した場合、絶縁フィルム２１は、あて板２２を突起部３２に対して露出させることができる。

即ち、短絡部材３０の突起部３２により圧力が加えられて絶縁フィルム２１が裂開した場合、突起部３２とあて板２２とが接触する。これにより、短絡部材３０があて板２２を介して外装缶１９と電気的に接続される。

短絡部材３０は、外装缶１９と端子１４とを短絡させる導電性の部材である。上記したように、短絡部材３０は、支持部３１、突起部３２、及び支柱部３３を備える。なお、支持部３１及び突起部３２は、例えばステンレスなどの電気抵抗の大きい材料により構成されている。短絡部材３０の支持部３１及び突起部３２は、少なくとも、電極リード１６及び外装缶１９より電気抵抗が大きく、且つ絶縁フィルム２１及び２３より電気抵抗が小さい材料（抵抗体）により構成されている。例えば、短絡部材３０の支持部３１及び突起部３２の電気抵抗（短絡抵抗）は、０．５ｍΩ以上であることが望ましい。なお、短絡抵抗は、電極リード１６と突起部３２との間の電気抵抗に相当する。即ち、短絡抵抗は、電極リード１６上の任意の箇所と、突起部３２上の任意の箇所との間で測定された電気抵抗に相当する。

突起部３２は、外装缶１９が変形した場合に絶縁フィルム２１に圧力を加えることができるように、絶縁フィルム２１と対向するように設けられている。突起部３２は、絶縁フィルム２１に圧力を加えることにより、絶縁フィルム２１を裂開させることができる突起を有する。これにより、突起部３２は、あて板２２に接触することができる。この結果、突起部３２は、あて板２２を介して外装缶１９と電気的に接続することができる。

あて板２２は、外装缶１９と短絡部材３０との接触面積を大きくするための導電性の部材である。これにより、あて板２２は、突起部３２と外装缶１９とが電気的に接続された場合の短絡電流のジュール熱により外装缶１９が融解することを防ぐことができる。なお、外装缶１９の厚さが十分に厚い場合、あて板２２は省略されてもよい。

あて板２２は、例えば、短絡部材３０と同じようにステンレスなどの電気抵抗の大きい材料（抵抗体）により構成されている。あて板２２は、少なくとも、電極リード１６及び外装缶１９より電気抵抗が大きく、且つ絶縁フィルム２１及び２３より電気抵抗が小さい素材により構成されている。例えば、あて板２２の電気抵抗は、０．５ｍΩ以上であることが望ましい。材料により構成される。なお、上記では、短絡抵抗は、電極リード１６上の任意の箇所と、突起部３２上の任意の箇所との間で測定された電気抵抗に相当すると説明した。しかし、短絡抵抗は、突起部３２とあて板２２とが接触した場合のあて板２２と電極リード１６との間の電気抵抗に相当するものであってもよい。

上記したように、二次電池１０は、電力を蓄える電極群１３と、電極群１３を収納する外装缶１９と、電極群１３の正極に電気的に接続され、且つ外装缶１９と絶縁された正極の端子１４と、電極群１３の負極に電気的に接続され、且つ外装缶１９と絶縁された負極の端子１４とを備える。さらに、二次電池１０は、電極群１３の正極に接続され、且つ外装缶１９に圧力が加えられた場合に外装缶１９と接触するように設けられた正極の短絡部材３０と、電極群１３の負極に接続され、且つ外装缶１９に圧力が加えられた場合に外装缶１９と接触するように設けられた負極の短絡部材３０を備える。

このような構成によると、二次電池１０は、電極リード１６に接続された短絡部材３０が外装缶１９に接続されたあて板２２と接触することにより、端子１４と外装缶１９とを短絡部材３０を介して短絡させることができる。これにより、正極の端子１４と負極の端子１４とを短絡部材３０を介して短絡させることができる。これにより、二次電池１０は、活物質が存在しない位置で二次電池１０内に閉路を形成することができる。即ち、二次電池１０は、圧壊された場合に正極の活物質と負極の活物質とが短絡することを防ぐことができる。

なお、二次電池１０内に形成された閉路の電気抵抗が低い場合、電極群１３内の電位が急激に放出される。この為、閉路内を流れる短絡電流が大きくなり、スパークが発生する可能性、及び電池の温度上昇が大きくなる可能性がある。しかし、上記の実施形態のように、短絡部材３０が外装缶１９及び電極リード１６などに比べてより電気抵抗の大きい部材である場合、二次電池１０は、より電気い抵抗の大きい閉路を二次電池内に形成することができる。

これにより、二次電池１０は、圧壊された場合に電極群１３内の電位をより緩やかに低下させることができる。即ち、二次電池１０は、圧壊された場合に二次電池内に形成される閉路を流れる短絡電流をより小さくすることができる。これにより、二次電池１０は、短絡電流によりスパークが発生すること、及び電池の温度上昇などを防ぐことができる。この結果、より安全性の高い二次電池を提供することができる。

なお、上記したように二次電池１０は、電極群１３の正極側に設けられた短絡部材３０（正極短絡部材）と、電極群１３の負極側に設けられた短絡部材３０（負極短絡部材）とを備える。しかし、二次電池１０は、正極短絡部材及び負極短絡部材のうちのいずれかが抵抗体であればよい。即ち、正極短絡部材及び負極短絡部材のうちのいずれかが抵抗体であれば、閉ループ内に抵抗体が直列に接続される。この構成によっても、二次電池１０は、圧壊された場合に二次電池内に形成される閉路を流れる短絡電流をより小さくすることができる。

なお、二次電池１０は積み重ねられて組電池として用いられるケースが多い。このような場合、重ねられた複数の二次電池１０に圧力が加わりにくい。そこで、図２に示された短絡部材３０は、支持部３１の突起部３２と逆側の面に一方の端部が固定され、他方の端部が絶縁フィルム２３を介して外装缶１９に固定された支柱部３３を備える。

二次電池１０に圧力が加えられて短絡部材３０の突起部３２があて板２２に接触した場合、外装缶１９の内面があて板２２、突起部３２、支持部３１、支柱部３３、及び絶縁フィルム２３を介して連結される。即ち、二次電池１０の外装缶１９の外面に加えられた圧力が、外装缶１９の逆側の外面に伝達される。これにより、積み重ねられた複数の二次電池１０に圧力が加えられた場合、複数の二次電池１０に効率的に圧力が伝達する。この結果、二次電池１０は、より少ない圧壊量で内部に閉路を形成させることができる。即ち、圧力が加えられた場合に、より早く複数の二次電池１０を短絡させることができる。この結果、より安全性の高い二次電池を提供することができる。

なお、上記の実施形態では、支柱部３３が絶縁フィルム２３を介して外装缶１９に固定される構成について説明したが、この構成に限定されない。支柱部３３が絶縁体である場合、絶縁フィルム２３は省略されてもよい。この場合、支柱部３３は、外装缶１９と短絡部材３０の支持部３１とに直接固定される。

また、上記の実施形態では、短絡部材３０の支持部３１及び突起部３２が外装缶１９及び電極リード１６に比べて電気抵抗の大きい材料により構成されていると説明したが、この構成に限定されない。少なくとも突起部３２が外装缶１９及び電極リード１６に比べて電気抵抗の大きい材料により構成されていればよい。

また、上記の実施形態では、短絡部材３０が絶縁フィルム２１を裂開させる突起部３２を備える構成であると説明したが、この構成に限定されない。外装缶１９の内面に突起部が固定される構成であってもよい。

図３は、図１の二次電池１０の一部の他の構成の例を示す。図３Ａは、図１の二次電池１０の電極リード１６近傍の構造を図１中のＸ方向から見た場合の図である。図３Ｂは、図１の二次電池１０の電極リード１６近傍の構造を図１中のＹ方向から見た場合の図である。なお、図３の構成は、正極の端子１４に接続された電極リード１６と、負極の端子１４に接続された電極リード１６との両方に設けられている。なお、図２と同様の構成には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１に示されるように、電極リード１６は、二股に分かれている。図３に示されるように、電極リード１６と外装缶１９の間には、電極ガード１８が設けられている。またさらに、電極リード１６は、バックアップリード１７を介して短絡部材４０の支持部４１を支持するように設置されている。

短絡部材４０は、支持部４１、突起部４２、及び支柱部４３を備える。支持部４１は、支柱部４３を固定する為の支持部材である。また、突起部４２は、外装缶１９の内面に接触した状態で設けられる。また、支持部４１の突起部４２と対向した面に絶縁フィルム２１が設けられる。即ち、突起部４２は、Ｚ方向で短絡部材４０の支持部４１と対向するように設けられる。なお、突起部４２と絶縁フィルム２１との間には、外装缶１９が変形していない状態で接触しないように所定の距離の空間が設けられている。支柱部４３は、一方の端部が支持部４１の絶縁フィルム２１が設けられている面と逆側の面に固定される。また、支柱部４３の他方の端部が絶縁フィルム２３を介して外装缶１９に固定される。

短絡部材４０は、外装缶１９と端子１４とを短絡させる導電性の部材である。上記したように、短絡部材４０は、支持部４１、突起部４２、及び支柱部４３を備える。なお、支持部４１及び突起部４２は、例えばステンレスなどの電気抵抗の大きい材料（抵抗体）により構成されている。短絡部材４０の支持部４１及び突起部４２は、少なくとも、電極リード１６及び外装缶１９より電気抵抗が大きく、且つ絶縁フィルム２１及び２３より電気抵抗が小さい素材により構成されている。例えば、短絡部材４０の支持部４１及び突起部４２の電気抵抗（短絡抵抗）は、０．５ｍΩ以上であることが望ましい。なお、短絡抵抗は、短絡部材４０の支持部４１と突起部４２とが接触した場合の電極リード１６と突起部４２との間の電気抵抗に相当する。即ち、短絡抵抗は、短絡部材４０の支持部４１と突起部４２とが接触している状態での、電極リード１６上の任意の箇所と、突起部４２上の任意の箇所との間で測定された電気抵抗に相当する。

また、突起部４２は、外装缶１９が変形した場合に絶縁フィルム２１に圧力を加えることができるように、絶縁フィルム２１と対向するように設けられている。突起部４２は、絶縁フィルム２１に圧力を加えることにより、絶縁フィルム２１を裂開させることができる突起を有する。これにより、突起部４２は、短絡部材４０の支持部４１に接触することができる。この結果、突起部４２は、支持部４１を介して電極リード１６と外装缶１９とを電気的に接続することができる。

このような構成によると、二次電池１０は、電極リード１６に接続された短絡部材４０の突起部４２が絶縁フィルム２１を突き破って短絡部材４０の支持部４１と接触することにより、端子１４と外装缶１９とを短絡部材４０を介して短絡させることができる。これにより、正極の端子１４と負極の端子１４とを短絡部材４０を介して短絡させることができる。これにより、二次電池１０は、活物質が存在しない位置で二次電池１０内に閉路を形成することができる。即ち、二次電池１０は、圧壊された場合に正極の活物質と負極の活物質とが短絡することを防ぐことができる。

また、上記の実施形態のように、短絡部材４０が外装缶１９及び電極リード１６などに比べてより電気抵抗の大きい部材である場合、二次電池１０は、より電気い抵抗の大きい閉路を二次電池内に形成することができる。

これにより、二次電池１０は、圧壊された場合に電極群１３内の電位をより緩やかに低下させることができる。即ち、二次電池１０は、圧壊された場合に二次電池内に形成される閉路を流れる短絡電流をより小さくすることができる。これにより、二次電池１０は、短絡電流によりスパークが発生すること、及び電池の温度上昇などを防ぐことができる。この結果、より安全性の高い二次電池を提供することができる。

またこの場合も、短絡部材４０の支柱部４３が絶縁フィルム２３を介して外装缶１９に固定されている。この為、二次電池１０に圧力が加えられて短絡部材４０の突起部４２が支持部４１に接触した場合、外装缶１９の内面が突起部４２、支持部４１、支柱部４３、及び絶縁フィルム２３を介して連結される。即ち、二次電池１０の外装缶１９の外面に加えられた圧力が、外装缶１９の逆側の外面に伝達される。これにより、積み重ねられた複数の二次電池１０に圧力が加えられた場合、複数の二次電池１０に効率的に圧力が伝達する。この結果、二次電池１０は、より少ない圧壊量で内部に閉路を形成させることができる。即ち、圧力が加えられた場合に、より早く複数の二次電池１０を短絡させることができる。この結果、より安全性の高い二次電池を提供することができる。

なお、上記の実施形態では、支柱部４３が絶縁フィルム２３を介して外装缶１９に固定される構成について説明したが、この構成に限定されない。支柱部４３が絶縁体である場合、絶縁フィルム２３は省略されてもよい。この場合、支柱部４３は、外装缶１９と短絡部材４０の支持部４１とに直接固定される。

また、二次電池１０に対する圧力は、図１のＺ方向だけではなく、Ｘ方向及びＹ方向からも加わえられることが考えられる。この為、二次電池１０は、Ｘ方向及びＹ方向から圧力が加えられたとしても内部で閉路を形成することができるように、図２及び図３に示したような構成を各方向毎に備える構成であってもよい。

図４は、図１の二次電池１０の一部の他の構成の例を示す。図４は、図１の二次電池１０を図１中のＺ方向から見た場合の図である。なお、図１乃至図３と同様の構成には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図４に示されるように、電極群１３の端部に集電タブ１５が形成されている。電極リード１６は、集電タブ１５と端子１４を電気的に接続させるように設けられている。なお、図１に示されたように、電極リード１６は、二股に分かれている。図４の例では、二股に分かれた電極リード１６に挟まれて短絡部材５０が支持されている。

短絡部材５０は、Ｙ方向に長手を有し、Ｘ方向で外装缶１９と対向するように設けられた複数の突起部５１を有する。また、外装缶１９の内面には、短絡部材５０の突起部５１と対向する位置に絶縁フィルム２１が設けられている。なお、突起部５１と絶縁フィルム２１との間には、外装缶１９が変形していない状態で接触しないように所定の距離の空間が設けられている。

短絡部材５０は、外装缶１９と端子１４とを短絡させる導電性の部材である。上記したように、短絡部材５０は、突起部５１を備える。なお、突起部５１は、例えばステンレスなどの電気抵抗の大きい材料（抵抗体）により構成されている。短絡部材５０の突起部５１は、少なくとも、電極リード１６及び外装缶１９より電気抵抗が大きく、且つ絶縁フィルム２１より電気抵抗が小さい素材により構成されている。例えば、短絡部材５０の突起部５１と電極リード１６との間の電気抵抗（短絡抵抗）は、０．５ｍΩ以上であることが望ましい。

突起部５１は、外装缶１９が変形した場合に絶縁フィルム２１に圧力を加えることができるように、絶縁フィルム２１と対向するように設けられている。突起部５１は、絶縁フィルム２１に圧力を加えることにより、絶縁フィルム２１を裂開させることができる突起を有する。これにより、突起部５１は、外装缶１９に接触することができる。この結果、二次電池１０の外装缶１９と端子１４とは、短絡部材５０を介して電気的に接続される。

このような構成によると、二次電池１０は、電極リード１６に接続された短絡部材５０の突起部５１が絶縁フィルム２１を突き破って外装缶１９と接触することにより、端子１４と外装缶１９とを短絡部材５０を介して短絡させることができる。これにより、正極の端子１４と負極の端子１４とを短絡部材５０を介して短絡させることができる。これにより、二次電池１０は、活物質が存在しない位置で二次電池１０内に閉路を形成することができる。即ち、二次電池１０は、圧壊された場合に正極の活物質と負極の活物質とが短絡することを防ぐことができる。

また、上記の実施形態のように、短絡部材５０が外装缶１９及び電極リード１６などに比べてより電気抵抗の大きい部材である場合、二次電池１０は、より電気い抵抗の大きい閉路を二次電池内に形成することができる。

これにより、二次電池１０は、圧壊された場合に電極群１３内の電位をより緩やかに低下させることができる。即ち、二次電池１０は、圧壊された場合に二次電池内に形成される閉路を流れる短絡電流をより小さくすることができる。これにより、二次電池１０は、短絡電流によりスパークが発生すること、及び電池の温度上昇などを防ぐことができる。この結果、より安全性の高い二次電池を提供することができる。

なお、上記の実施形態では、正極短絡部材及び負極短絡部材は、電極リード１６に固定される構成であると説明したが、この構成に限定されない。正極短絡部材及び負極短絡部材は、電極群１３の正極及び負極に電気的に接続され、且つ外装缶１９の変形が生じた時に外装缶１９に接触することができる構成であれば、いかなる構成であってもよい。例えば、正極短絡部材及び負極短絡部材は、電極群１３の集電タブ、または端子１４に配置される構成であってもよい。

また、上記の実施形態では、短絡部材３０が絶縁フィルム２１を裂開させる突起部３２を備える構成であると説明したが、この構成に限定されない。短絡部材が突起部の代わりに外装缶１９と接触する為の平坦な短絡部を備える構成であってもよい。

図５は、図１の二次電池１０の一部の他の構成の例を示す。図５Ａは、図１の二次電池１０の電極リード１６近傍の構造を図１中のＸ方向から見た場合の図である。図５Ｂは、図１の二次電池１０の電極リード１６近傍の構造を図１中のＹ方向から見た場合の図である。なお、図５の構成は、正極の端子１４に接続された電極リード１６と、負極の端子１４に接続された電極リード１６との両方に設けられている。なお、図２及び図３と同様の構成には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１に示されるように、電極リード１６は、二股に分かれている。図５に示されるように、電極リード１６と外装缶１９の間には、電極ガード１８が設けられている。またさらに、電極リード１６は、バックアップリード１７を介して短絡部材６０の支持部６１を支持するように設置されている。

短絡部材６０は、支持部６１、短絡部６２、及び支柱部６３を備える。支持部６１は、短絡部６２及び支柱部６３を固定する為の支持部材である。短絡部６２は、Ｚ方向で外装缶１９の内面と対向するように設けられる。なお、短絡部６２と外装缶１９との間には、外装缶１９が変形していない状態で接触しないように所定の距離の空間が設けられている。支柱部６３は、一方の端部が支持部６１の短絡部６２と逆側の面に固定される。また、支柱部６３の他方の端部が絶縁フィルム２３を介して外装缶１９に固定される。

短絡部材６０は、外装缶１９と端子１４とを短絡させる導電性の部材である。上記したように、短絡部材６０は、支持部６１、短絡部６２、及び支柱部６３を備える。なお、支持部６１及び短絡部６２は、例えばステンレスなどの電気抵抗の大きい材料（抵抗体）により構成されている。短絡部材６０の支持部６１及び短絡部６２は、少なくとも、電極リード１６及び外装缶１９より電気抵抗が大きく、且つ絶縁フィルム２１及び２３より電気抵抗が小さい素材により構成されている。例えば、短絡部材６０の支持部６１及び短絡部６２の電気抵抗（短絡抵抗）は、０．５ｍΩ以上であることが望ましい。なお、短絡抵抗は、短絡部材６０の短絡部６２との間の電気抵抗に相当する。即ち、短絡抵抗は、電極リード１６上の任意の箇所と、短絡部６２上の任意の箇所との間で測定された電気抵抗に相当する。

短絡部６２は、外装缶１９が変形した場合に外装缶１９と接触するように設けられている。この為に、短絡部６２は、外装缶１９が変形した場合に外装缶１９と接触する平坦な接触面を有する。短絡部材６０は、短絡部６２の接触面を外装缶１９に接触させることにより、電極リード１６と外装缶１９とを電気的に接続することができる。

このような構成によると、二次電池１０は、電極リード１６に接続された短絡部材６０の短絡部６２が外装缶１９と接触することにより、端子１４と外装缶１９とを短絡部材６０を介して短絡させることができる。これにより、正極の端子１４と負極の端子１４とを短絡部材６０を介して短絡させることができる。これにより、二次電池１０は、活物質が存在しない位置で二次電池１０内に閉路を形成することができる。即ち、二次電池１０は、圧壊された場合に正極の活物質と負極の活物質とが短絡することを防ぐことができる。

また、上記の実施形態のように、短絡部材６０が外装缶１９及び電極リード１６などに比べてより電気抵抗の大きい部材である場合、二次電池１０は、より電気い抵抗の大きい閉路を二次電池内に形成することができる。

これにより、二次電池１０は、圧壊された場合に電極群１３内の電位をより緩やかに低下させることができる。即ち、二次電池１０は、圧壊された場合に二次電池内に形成される閉路を流れる短絡電流をより小さくすることができる。これにより、二次電池１０は、短絡電流によりスパークが発生すること、及び電池の温度上昇などを防ぐことができる。この結果、より安全性の高い二次電池を提供することができる。

またこの場合も、短絡部材６０の支柱部６３が絶縁フィルム２３を介して外装缶１９に固定されている。この為、二次電池１０に圧力が加えられて短絡部材６０の短絡部６２が外装缶１９に接触した場合、外装缶１９の内面が短絡部６２、支持部６１、支柱部６３、及び絶縁フィルム２３を介して連結される。即ち、二次電池１０の外装缶１９の外面に加えられた圧力が、外装缶１９の逆側の外面に伝達される。これにより、積み重ねられた複数の二次電池１０に圧力が加えられた場合、複数の二次電池１０に効率的に圧力が伝達する。この結果、二次電池１０は、より少ない圧壊量で内部に閉路を形成させることができる。即ち、圧力が加えられた場合に、より早く複数の二次電池１０を短絡させることができる。この結果、より安全性の高い二次電池を提供することができる。

図６は、圧壊時の二次電池１０の温度と短絡抵抗との関係の例を示す。
二次電池１０は、圧壊時に短絡が正常に行われなかった場合に、正極の自己発熱が発生する場合がある。この場合、外装缶１９内部で電極群１３の温度が上昇する懸念がある。電極群１３の温度の上昇を防ぐ為に、短絡抵抗の値には下限が必要になる。なお、ここでは、正極の自己発熱が発生しない上限の温度を保障温度Ｔｈと称する。即ち、短絡抵抗は、電極群１３の温度が保障温度以下になるように設定される必要がある。

例えば、図６に示されるように、短絡抵抗の値が「０．５ｍΩ」未満である場合の観測点６０１では、電極群１３の温度が保障温度Ｔｈ以上である２５０度近くに達している。

また、例えば、図６に示されるように、短絡抵抗の値が「０．５ｍΩ」である場合の観測点６０２では、電極群１３の温度が保障温度Ｔｈと等しくなっている。このように、短絡抵抗の値が設定されている場合、正極の自己発熱を抑制することができる。

また、例えば、図６に示されるように、短絡抵抗の値が「１ｍΩ」である場合の観測点６０３、短絡抵抗の値が「２ｍΩ」である場合の観測点６０４、短絡抵抗の値が「４ｍΩ」である場合の観測点６０５では、それぞれ電極群１３の温度が保障温度Ｔｈより低くなっている。さらに、観測点６０３の温度＞観測点６０４の温度＞観測点６０５の温度の関係が成り立っている。即ち、短絡抵抗が大きくなるほど、圧壊時の二次電池１０内の温度を低く抑えることができる。

上記のように、二次電池１０は、短絡抵抗が０．５ｍΩ以上である場合に、圧壊時の電極群１３の温度の上昇を防ぐことができる。

なお、保障温度Ｔｈは、一概に決定されるものではなく、電極群１３の材質及び形状などに応じて定まるものである。この為、電極群１３を保障温度Ｔｈ以下に保つ為の短絡抵抗の値も一概に定まるものではなく、保障温度Ｔｈとその二次電池１０内の構造などに応じて適宜定められるものである。少なくとも、短絡抵抗と二次電池１０の電極群１３の温度とは、負の相関の関係にある。この為、短絡抵抗は、短絡時に電極群１３の温度の上昇を抑制する為の温度の上限である保障温度Ｔｈ以下に電極群１３の温度を保つ為の値として決定される。即ち、短絡抵抗は、短絡時に電極群１３の温度が保障温度１３になる値を下限として決定される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、本出願の出願当初の特許請求の範囲に記載された事項を付記する。
（付記項１）
電力を蓄える電極群と、
前記電極群を収納する外装缶と、
前記電極群の正極に接続され、且つ前記外装缶と絶縁された正極端子と、
前記電極群の負極に接続され、且つ前記外装缶と絶縁された負極端子と、
前記正極に接続され、且つ前記外装缶に圧力が加えられた場合に前記外装缶と接触するように設けられた正極短絡部材と、
前記負極に接続され、且つ前記外装缶に圧力が加えられた場合に前記外装缶と接触するように設けられた負極短絡部材と、
を具備し、
前記正極短絡部材と、前記負極短絡部材とのいずれかが抵抗体である二次電池。
（付記項２）
前記正極短絡部材と前記負極短絡部材とのいずれかが前記外装缶、前記正極端子、及び前記負極端子に対して電気抵抗が大きい抵抗体である、付記項１に記載の二次電池。
（付記項３）
前記正極短絡部材と前記負極短絡部材とのいずれかの電気抵抗である短絡抵抗は、短絡時に前記電極群の温度の上昇を抑制する為の温度の上限である保障温度以下に前記電極群の温度を保つ為の値である付記項２に記載の二次電池。
（付記項４）
前記正極短絡部材と前記負極短絡部材とのいずれかの電気抵抗である短絡抵抗は、短絡時に前記電極群の温度が前記保障温度になる値を下限として決定される付記項３に記載の二次電池。
（付記項５）
前記正極短絡部材と前記負極短絡部材とのいずれかの電気抵抗である短絡抵抗は、短絡時に前記電極群の温度が前記保障温度になる値である０．５ｍΩ以上の値である、付記項４に記載の二次電池。
（付記項６）
前記正極短絡部材及び負極短絡部材は、突起部と、前記正極短絡部材及び前記負極短絡部材は、前記突起部と対向する側の前記外装缶の内面と、前記突起部とを固定する支柱部と、をそれぞれ具備する付記項２に記載の二次電池。
（付記項７）
前記外装缶は、前記正極短絡部材及び前記負極短絡部材の突起部と対向する位置に設けられた絶縁体を具備し、
前記突起部は、前記外装缶に圧力が加えられた場合に前記絶縁体を裂開して前記外装缶と接触する付記項６に記載の二次電池。
（付記項８）
前記電極群の正極と前記正極端子とを接続する正極リードと、
前記電極群の負極と前記負極端子とを接続する負極リードと、
をさらに具備し、
前記正極短絡部材は、前記正極リードにより固定され、
前記負極短絡部材は、前記負極リードにより固定される、
付記項６に記載の二次電池。

１０…二次電池、１３…電極群、１４…端子、１５…集電タブ、１６…電極リード、１７…バックアップリード、１８…電極ガード、１９…外装缶、２１…絶縁フィルム、２２…あて板、２３…絶縁フィルム、３０…短絡部材、３１…支持部、３２…突起部、３３…支柱部、４０…短絡部材、４１…支持部、４２…突起部、４３…支柱部、５０…短絡部材、５１…突起部、６０…短絡部材、６１…支持部、６２…短絡部、６３…支柱部。

Claims (7)

1. 電力を蓄える電極群と、
   前記電極群を収納する外装缶と、
   前記電極群の正極に接続され、且つ前記外装缶と絶縁された正極端子と、
   前記電極群の負極に接続され、且つ前記外装缶と絶縁された負極端子と、
   前記正極に接続され、且つ前記外装缶に外圧が加えられた場合に前記外装缶と接触するように設けられた正極短絡部材と、
   前記負極に接続され、且つ前記外装缶に外圧が加えられた場合に前記外装缶と接触するように設けられた負極短絡部材と、
   を具備し、
   前記正極短絡部材と、前記負極短絡部材とのいずれかが前記外装缶、前記正極端子、及び前記負極端子に対して電気抵抗が大きい抵抗体である二次電池。
2. 前記正極短絡部材と前記負極短絡部材とのいずれかの電気抵抗である短絡抵抗は、短絡時に前記電極群の温度の上昇を抑制する為の温度の上限である保障温度以下に前記電極群の温度を保つ為の値である請求項１に記載の二次電池。
3. 前記正極短絡部材と前記負極短絡部材とのいずれかの電気抵抗である短絡抵抗は、短絡時に前記電極群の温度が前記保障温度になる値を下限として決定される請求項２に記載の二次電池。
4. 前記正極短絡部材と前記負極短絡部材とのいずれかの電気抵抗である短絡抵抗は、短絡時に前記電極群の温度が前記保障温度になる値である０．５ｍΩ以上の値である、請求項３に記載の二次電池。
5. 前記正極短絡部材及び負極短絡部材は、突起部と、前記突起部と対向する側の前記外装缶の内面と、前記突起部を固定する支柱部と、をそれぞれ具備する請求項１に記載の二次電池。
6. 前記外装缶は、前記正極短絡部材及び前記負極短絡部材の突起部と対向する位置に設けられた絶縁体を具備し、
   前記突起部は、前記外装缶に圧力が加えられた場合に前記絶縁体を裂開して前記外装缶と接触する請求項５に記載の二次電池。
7. 前記電極群の正極と前記正極端子とを接続する正極リードと、
   前記電極群の負極と前記負極端子とを接続する負極リードと、
   をさらに具備し、
   前記正極短絡部材は、前記正極リードにより固定され、
   前記負極短絡部材は、前記負極リードにより固定される、
   請求項５に記載の二次電池。

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