JP7022316B2 - 密閉型電池 - Google Patents

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Description

本発明は、密閉型電池に関する。
特開２０１３－１５７１５４号公報には、電池ケース内において、正極板からの導電経路及び負極板からの導電経路の少なくとも一方に、電池ケース内部の圧力が所定値よりも大きくなった場合に電流を遮断する電流遮断機構を備えた密閉型電池が開示されている。同公報では、密閉型電池の非水電解液は、予め定められた電位でガスを発生させる過充電抑制剤を含有している。密閉型電池は、過充電の際、過充電抑制剤の作用によって電池ケース内でガスが発生する。電流遮断機構は、電池ケース内部の圧力が所定値よりも大きくなった場合に電流を遮断する。同公報では、過充電抑制剤の含有量は体積比で外装体内の空間体積に対し３．０％以上４．５％以下とすることが提案されている。
特開２０１３－１５７１５４号公報
ところで、プラグインハイブリッド車や電気自動車などの電動車両の駆動源として用いられる用途では、リチウムイオン二次電池などの密閉型電池には、高容量化が求められる。本発明者は、高容量化に伴い、密閉型電池の電池ケースには、安全弁とは別に、リリーフ弁が必要になると考えている。つまり、高容量化に伴い、電池ケースに含まれる活物質の量が増える。このため、通常の充放電でも生じうるガスが多くなりやすい。さらに、電池ケース内の省スペース化が図られると、デッドスペースが少なくなる。このため、通常の充放電で生じうる微量のガスが徐々に蓄積されて電池ケースの内圧が高くなりやすい。これに対してリリーフ弁が設けられていると、電池ケースの内圧が一定レベルに他も溜める。しかし、リリーフ弁が設けられると、電池ケース内の圧力が予め定められた圧力よりも高くなることに応じて作動するような電流遮断機構が作動しにくくなると、本発明者は考えている。
ここで、「安全弁」は、電池ケース内で急激に大量のガスが発生する事象が生じた場合に、予め定められた圧力で電池ケースの予め定められた部位を破断させるように設計された弁である。安全弁は、予め定められた圧力で電池ケースの一部を破断させ、電池ケース内部の空気を放出する。安全弁によって、電池ケースの予め定められた部位が破断されるので、電池ケースがその余の部位で大きく損傷することが防止される。
「リリーフ弁」は、安全弁とは別に設けられる弁である。リリーフ弁は、例えば、通常の充放電で生じるような微量なガスが蓄積されて内圧が上昇した場合に電池ケースを開放する。リリーフ弁は、安全弁が作動するよりも少し低い圧力で開き、電池ケース内の圧力が下がると閉じられるように構成されているとよい。リリーフ弁の作動圧は、安全弁の作動圧よりも低く設定されているとよい。このように、「リリーフ弁」は、電池ケースを一時的に開放する弁であり、「安全弁」と区別される。
また、リリーフ弁の作動圧は、安全弁の作動圧よりも低く設定されている。電池ケース内の圧力に応じて作動する電流遮断機構の作動圧は、リリーフ弁の作動圧と、安全弁の作動圧との間で作動するように設計する必要がある。このため、リリーフ弁が設けられると、電流遮断機構を設けることが難しくなる。
このような事情から、過充電となったタイミングで適切に作動する全く新しい電流遮断機構が必要になると考えている。
ここで提案される密閉型電池は、電極体と、電池ケースと、正極端子と、第１導通経路と、負極端子と、第２導通経路と、間仕切りと、第１電解液と、第２電解液と、電流遮断機構とを備えている。
電極体は、正極集電部と負極集電部を有している。電池ケースには、電極体が収容されている。
正極端子は、電池ケースに取り付けられている。第１導通経路は、正極集電部と正極端子とを接続する導通経路である。負極端子は、電池ケースに取り付けられている。第２導通経路は、負極集電部と負極端子とを接続する導通経路である。
間仕切りは、電池ケース内に配置され、電極体が収容された第１空間と、第１空間から独立した第２空間とに電池ケース内を仕切るための部材である。
第１電解液は、第１空間に収容されている。
第２電解液は、第２空間に収容されており、かつ、予め定められた電圧が印加された場合にガスを発生させるための添加剤を含んでいる。
電流遮断機構は、第２空間を形成する隔壁の一部に電流経路を有し、第２空間の内圧が予め定められた圧力よりも高くなることに応じて電流経路を遮断する機構である。
ここで、第１導通経路と第２導通経路とのうち何れか一方の導通経路は、電流遮断機構の電流経路を通過し、かつ、第２空間に収容された第２電解液に触れるように構築されている。また、他方の導通経路は、第２空間の第２電解液に通じるように配線された電位印加線を備えている。
電流遮断機構は、電極体が収容された第１空間から独立した第２空間に収容された第２電解液に、添加剤に分解反応が生じる電圧が印加されたときに適切に作動する。
電流経路は、第２空間を形成する隔壁の一部に薄肉部を有していてもよい。薄肉部には、第２空間とは反対側の面に大気圧が作用するように構成されていてもよい。
添加剤は、例えば、電池ケース内において第２空間に収容された第２電解液にのみに含まれているとよい。
電池ケースの外壁のうち第１空間を形成する外壁には、予め定められた圧力で作動する安全弁と、安全弁よりも低い作動圧で作動するリリーフ弁とが設けられていてもよい。
図１は、密閉型電池１０の断面図である。 図２は、他の実施形態にかかる密閉型電池１０Ａの間仕切り２８および電流遮断機構４０について、他の実施形態を示す断面図である。 図３は、第１端子８１の底面図である。 図４は、第１端子８１の正面図である。 図５は、間仕切り部材８６の正面図である。 図６は、蓋２２ｂに、第２端子８２と、外部端子８３と、第１絶縁部材９１と、第２絶縁部材９２とが組付けられた状態が示された断面図である。 図７は、第１端子８１が蓋２２ｂに取り付けられた状態を示す断面図である。
以下、ここで提案される密閉型電池の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、符号は、細部において適宜に省略されている。また、各図において定められた上、下、左、右、前、後の向きは、図中、Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒ、Ｆ、Ｒｒの矢印でそれぞれ表されている。なお、ここで示された上、下、左、右、前、後は、実際上の組電池やセルが配置される際の向きを定めるものではない。
図１は、密閉型電池１０の断面図である。
密閉型電池１０は、図１に示されているように、電極体２０と、電池ケース２２と、正極端子２４と、第１導通経路２５と、負極端子２６と、第２導通経路２７と、間仕切り２８と、第１電解液２９と、第２電解液３０と、電流遮断機構４０と、電流印加線４２を備えている。
ここで、電極体２０は、いわゆる電池要素であり、正極集電部と負極集電部を有している。なお、電極体２０の具体的な形態は、特に限定されない限りにおいて、ここで例示される形態に限定されない。
この実施形態では、電極体２０は、詳細な図示は省略するが、例えば、正極要素としての正極シート２０ａと、負極要素としての負極シート２０ｂと、セパレータとしてのセパレータシート２０ｃとを備えている。
正極シート２０ａと、セパレータシート２０ｃと、負極シート２０ｂとは、例えば、それぞれ予め定められた形状のシート材でありうる。この場合、電極体２０は、セパレータシート２０ｃを介在させて、正極シート２０ａと負極シート２０ｂとを重ねた、いわゆる積層型の電極体でもよい。図１に示された例では、かかる積層型の電極体２０が例示されている。
なお、電極体２０の他の形態として、正極シートと、第１のセパレータシートと、負極シートと、第２のセパレータシートとは、例えば、それぞれ長尺の帯状の部材でありうる。この場合、電極体は、第１のセパレータシートまたは第２のセパレータシートを介在させて、正極シートと負極シートとを重ねて捲回した、いわゆる捲回電極体でもよい。
ここで、正極シート２０ａは、例えば、正極集電箔（例えば、アルミニウム箔）に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部を除いて、正極活物質を含む正極活物質層が両面に形成されているとよい。正極集電箔で正極活物質層が形成されない未形成部は、正極シート２０ａの正極集電部２０ａ１となりうる。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。
負極シート２０ｂは、負極集電箔（例えば、銅箔）に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部を除いて、負極活物質を含む負極活物質層が両面に形成されている。負極集電箔で負極活物質層が形成されない未形成部は、負極シート２０ｂの負極集電部２０ｂ１となりうる。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。
セパレータシート２０ｃには、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシート２０ｃについても種々提案されており、特に限定されない。負極シート２０ｂの負極活物質層は、セパレータシート２０ｃを介在させた状態で正極シート２０ａの正極活物質層を覆っているとよい。セパレータシート２０ｃは、さらに正極シート２０ａの正極活物質層および負極シート２０ｂの負極活物質層を覆っているとよい。
正極集電部２０ａ１としての未形成部と負極集電部２０ｂ１としての未形成部とは、幅方向において互いに反対側に向けられている。そして、正極集電部２０ａ１としての未形成部は、セパレータシート２０ｃの幅方向の片側にはみ出ている。負極集電部２０ｂ１としての未形成部は、幅方向の反対側においてセパレータシート２０ｃからはみ出ている。
上述した電極体２０は、図１に示されているように、電池ケース２２に収容されている。この実施形態では、電池ケース２２は、扁平な角型の収容領域を有しており、ケース本体２２ａと、蓋２２ｂとを備えている。電池ケース２２には、アルミ１０００番系、３０００番系などのアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられうる。この実施形態では、ケース本体２２ａは、扁平な略直方体の容器形状を有し、長辺と短辺からなる一面が開口している。蓋２２ｂは、当該ケース本体２２ａの開口に応じた形状で、当該開口に装着されるプレート状の部材である。
正極端子２４は、電池ケース２２に取り付けられている。
第１導通経路２５は、正極集電部２０ａ１と正極端子２４とを電気的に接続する導通経路である。
この実施形態では、正極端子２４は、電池ケース２２の蓋２２ｂにガスケット５３を介して取り付けられている。正極端子２４は、蓋２２ｂに取り付けられた取付孔２２ｂ１を貫通するように取り付けられている。ガスケット５３は、正極端子２４が取り付けられた蓋２２ｂの貫通孔に装着されている。ガスケット５３によって、正極端子２４と蓋２２ｂとが絶縁されているとともに、当該部位における電池ケース２２に気密性が確保されている。
図１に示された形態では、正極端子２４は、基部２４ａと、軸部２４ｂと、接続片２４ｃとを備えている。軸部２４ｂは、基部２４ａから延びた軸である。軸部２４ｂは、蓋２２ｂの取付孔２２ｂ１にガスケット５３を介して挿通されている。基部２４ａは、蓋２２ｂの内側において、ガスケット５３に押し付けられた状態で固定されている。ガスケット５３による気密性が確保されている。接続片２４ｃは、基部２４ａからケース本体２２ａの内部に延びており、正極集電部２０ａ１に接続されている。
負極端子２６は、電池ケース２２に取り付けられている。
第２導通経路２７は、負極集電部２０ｂ１と負極端子２６とを電気的に接続する導通経路である。
この実施形態では、負極端子２６は、例えば、蓋２２ｂの貫通孔に挿し込まれたピン状の部材である。負極端子２６には、電流遮断機構４０を作動させるための貫通孔２６ａが形成されている。第２導通経路２７は、一端が負極シート２０ｂの負極集電部２０ｂ１に接続されおり、電流遮断機構４０の電流経路４１を通過し、かつ、第２空間５２に収容された第２電解液３０に触れるように配線されている。第２導通経路２７、電流遮断機構４０および電流経路４１については後述する。
間仕切り２８は、電池ケース２２内に配置され、電池ケース２２内に電極体２０が収容された第１空間５１から独立した第２空間５２を形成している。間仕切り２８は、例えば、絶縁性を有する樹脂製部品であるとよい。
間仕切り２８は、図１に示されているように、第１空間５１と第２空間５２とを仕切るケース状の部材でもよい。図１に示された形態では、間仕切り２８は、負極端子２６が取り付けられる部位において、蓋２２ｂの内側に取り付けられている。間仕切り２８は、第２空間５２を仕切るケース部２８ａと、筒部２８ｂとを備えている。筒部２８ｂは、ケース部２８ａに設けられ、蓋２２ｂに負極端子２６が取り付けられる取付穴に挿し込まれている。筒部２８ｂには、負極端子２６が取り付けられている。間仕切り２８の筒部２８ｂによって、蓋２２ｂと負極端子２６とは絶縁されている。ケース部２８ａには、負極集電部２０ｂ１と負極端子２６とを接続する第２導通経路２７と電流印加線４２とが配線されている。
この実施形態では、電極体２０が収容された第１空間５１には、第１電解液２９が収容されている。第１電解液２９は、電極体２０の正極と負極との間で電池反応に要する電解質を含有しており、所要の電気化学的性質を備えているとよい。
電池ケース２２の外壁のうち第１空間５１を形成する外壁には、予め定められた圧力で作動する安全弁２２ｃと、安全弁２２ｃよりも低い作動圧で作動するリリーフ弁２２ｄとが設けられていてもよい。ここで、安全弁２２ｃの機能や、リリーフ弁２２ｄの機能は、上記の通りである。安全弁２２ｃやリリーフ弁２２ｄには、種々の構造が採用されうる。
第２電解液３０は、予め定められた電圧が印加された場合に電気分解によりガスを発生させる添加剤を含んでいる。第２電解液３０は、第２空間５２に収容されており、第１空間５１に配置された電極体２０で生じる電池反応に関与しない。
ここで添加剤は、密閉型電池１０において過充電とされる、予め定められた電圧が第２電解液３０に印加された際に分解反応が開始されてガスが発生するものが用いられうる。ここで、添加剤は、密閉型電池１０において過充電とされる電圧に応じてガスを発生させうる適当な化学物質が選択的に用いられる。
添加剤は、例えば、リチウムイオン二次電池では４．１Ｖ程度の通常の充放電で生じうる電圧では、安定であるとよい。また、４．３Ｖ程度の過充電で電気分解によってガスを発生させるとおい。この場合、第２電解液３０には、所要の電圧に対して分解されずに耐えうる非水溶媒が用いられているとよい。第２電解液３０には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）との混合溶媒に、支持塩としてのＬｉ３ＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた非水電解液が用いられうる。ガスを発生させる添加剤として、１ｗｔ％程度のシクロヘキシルベンゼンまたはビフェニルを溶解した溶液が用いられうる。第２電解液３０は、第２空間５２内に概ね充填されているとよい。ここでは、第２電解液３０の組成や、ガスを発生させる添加剤を例示しているが、第２電解液３０や添加剤は、ここで例示されるものに限定されない。
添加剤は、電池ケース２２内において第２空間５２に収容された第２電解液３０にのみに含まれているとよい。つまり、電池ケース２２内において電極体２０が収容された第１空間５１に収容された第１電解液２９には、このような添加剤が含まれていない。このため、電極体２０が収容された第１空間５１で生じる電池反応には、添加剤が関与しない。このため、この密閉型電池１０では、添加剤が含まれていることに起因する抵抗増加などは生じない。
電流遮断機構４０は、第２空間５２を形成する隔壁の一部に電流経路４１を有し、第２空間５２の内圧が予め定められた圧力よりも高くなることに応じて電流経路４１を遮断する機構である。この実施形態では、電流遮断機構４０は、第２空間５２に配置された導電性を有する基板４１ａと、破断弁４１ｂと、保持カラー４１ｃとを備えている。基板４１ａは、負極集電部２０ｂ１に接続される接続片４１ｄを備えている。基板４１ａは、第２空間５２を形成する間仕切り２８のケース部２８ａ内において、筒部２８ｂの開口を塞ぐように取り付けられている。つまり、基板４１ａは、第２空間５２を形成する隔壁の一部を構成している。基板４１ａには、負極端子２６の貫通孔２６ａに対向するように開口４１ａ１が形成されている。開口４１ａ１の周りは薄肉に成型された薄肉部４１ａ２を備えている。破断弁４１ｂは、負極端子２６に形成された貫通孔２６ａに対向する側において基板４１ａの側面に開口４１ａ１を塞ぐように、開口４１ａ１の縁に接合されている。破断弁４１ｂの周縁部は、保持カラー４１ｃに支持されている。このように、電流経路４１は、第２空間５２を形成する隔壁の一部に薄肉部４１ａ２を有していている。薄肉部４１ａ２には、第２空間５２とは反対側の面に大気圧が作用するように構成されている。つまり、薄肉部４１ａ２に形成された開口４１ａ１の縁には破断弁４１ｂが接合されている。破断弁４１ｂには、負極端子２６に形成された貫通孔２６ａを通じて、大気圧が作用する。かかる破断弁４１ｂを通じて、薄肉部４１ａ２には、第２空間５２とは反対側の面に大気圧が作用するように構成されている。
第１導通経路２５と第２導通経路２７とのうち何れか一方の導通経路（この実施形態では、第２導通経路２７）は、電流遮断機構４０の電流経路４１を通過し、かつ、第２空間５２に収容された第２電解液３０に触れるように構築されている。この実施形態では、負極集電部２０ｂ１と負極端子２６とを接続する第２導通経路２７は、電流遮断機構４０の電流経路４１を通過し、かつ、第２空間５２に収容された第２電解液３０に触れるように構築されている。図１に示された形態では、負極集電部２０ｂ１に接続された接続片４１ｄ、電流遮断機構４０の電流経路４１を構築する基板４１ａ、破断弁４１ｂ、保持カラー４１ｃを通じて負極端子２６に電気が通されるように、負極集電部２０ｂ１と負極端子２６とが接続されている。第２導通経路２７には、負極集電部２０ｂ１に接続された接続片４１ｄ、電流遮断機構４０の電流経路４１を構築する基板４１ａ、破断弁４１ｂ、保持カラー４１ｃが含まれうる。
他方の導通経路（この実施形態では、正極集電部２０ａ１と正極端子２４とを接続する第１導通経路２５）は、第２空間５２の第２電解液３０に通じるように配線された電流印加線４２を備えている。電流印加線４２は、他方の導通経路２５の電位を第２電解液３０に印加する。ここで、電流印加線４２は、第１空間５１内では絶縁コートされているとよい。電流印加線４２は、第２空間５２では、第２電解液３０に通じている。そして、第２電解液３０には、第２空間５２において第２導通経路２７が触れている。このため、電流印加線４２と第２導通経路２７とを通じて、第２空間５２の第２電解液３０に正極と負極間の電圧が印加される。
このように、この密閉型電池１０では、電池ケース２２内が、間仕切り２８によって、電池ケース２２内に電極体２０が収容された第１空間５１と、第１空間５１から独立した第２空間５２とに仕切られている。第１空間５１には、第１電解液２９が収容されている。第２空間５２には、第２電解液３０が収容されている。第２電解液３０は、予め定められた電圧が印加された場合にガスを発生させるための添加剤が含まれている。電流遮断機構４０は、第２空間５２を形成する隔壁の一部に電流経路４１を有し、第２空間５２の内圧が予め定められた圧力よりも高くなることに応じて電流経路４１を遮断する機構である。この実施形態では、負極側の第２導通経路２７は、電流遮断機構４０の電流経路４１を通過し、かつ、第２空間５２に収容された第２電解液３０に触れている。正極側の第１導通経路２５は、第２空間５２の第２電解液３０に通じるように配線され、第１導通経路２５の電位を第２電解液３０に印加する電流印加線４２を備えている。
この密閉型電池１０では、電流印加線４２と第２導通経路２７とを通じて、第２空間５２の第２電解液３０に正極と負極間の電圧が印加されている。第２電解液３０には、過充電とされる電圧が印加された際に、分解反応が生じてガスを発生させる添加剤が含まれている。密閉型電池１０が過充電状態となって、正極と負極とが、第２電解液３０に含まれている添加剤に分解反応が生じる電位差になったときに第２空間５２においてガスが発生する。第２空間５２においてガスが発生すると、第２空間５２の内圧に応じて電流遮断機構４０が作動する。つまり、上述した実施形態では、第２空間５２の内圧によって破断弁４１ｂが押上げられ、破断弁４１ｂが接合された基板４１ａの薄肉部４１ａ２が破断される。これにより、電流遮断機構４０の電流経路４１は、基板４１ａと破断弁４１ｂとの間で断線される。これにより密閉型電池１０がシャットダウンされる。なお、電極体２０が収容された第１空間５１には、電池反応に寄与する第１電解液２９が収容されている。かかる第１電解液２９には、過充電とされる電圧が印加された際に、分解反応が生じてガスを発生させるための添加剤が含まれていない。
この密閉型電池１０は、図１に示されているように、電極体２０が収容された第１空間５１の外壁には、予め定められた圧力で作動する安全弁２２ｃと、安全弁２２ｃよりも低い作動圧で作動するリリーフ弁２２ｄとが設けられている。この実施形態では、第２空間５２は、第１空間５１から独立している。このため、電流遮断機構４０の作動圧に、リリーフ弁２２ｄは影響しない。独立した第２空間５２に設けられた電流遮断機構４０は、正極と負極とが、第２電解液３０に含まれている添加剤に分解反応が生じる電位差になったときに適切に作動する。
また、副次的効果として、この密閉型電池１０では、電極体２０が収容された第１空間５１に収容された第１電解液２９には、電流遮断機構４０を作動させるためのガス発生添加剤が含まれていない。電極体２０が収容された第１空間５１は間仕切り２８によって、電流遮断機構４０が構成された第２空間５２と仕切られている。このため、第２空間５２に収容された第２電解液３０に含まれたガス発生添加剤に起因して第１空間５１内で生じる電池反応において抵抗が増加しない。このため、電流遮断機構４０を備えた密閉型電池１０として低抵抗化が図られる。
図２は、他の実施形態にかかる密閉型電池１０Ａの間仕切り２８および電流遮断機構４０について、他の実施形態を示す図である。なお、図２において、図１に示された実施形態と同じ作用を奏する部材または部位には、適宜に同じ符号が付されている。
図２には、密閉型電池１０Ａの蓋２２ｂに間仕切り２８および電流遮断機構４０が組付けられた状態が示されている。蓋２２ｂには、正極側の端子を取り付けるための取付孔２２ｂ１と、負極側の端子を取り付けるための取付孔２２ｂ２とが形成されている。
この実施形態では、正極端子２４は、基部２４ａと、軸部２４ｂと、正極集電部２０ａ１（図１参照）に接続される接続片２４ｃとを備えている。軸部２４ｂは、ガスケット７０を介して、蓋２２ｂの取付孔２２ｂ１に装着されている。蓋２２ｂの外側には、インシュレータ７１が取り付けられている。軸部２４ｂは、インシュレータ７１を貫通し、インシュレータ７１の上に取り付けられた正極外部端子７２の装着孔７２ａに挿通されている。軸部２４ｂの先端２４ｂ１は、装着孔７２ａの周りにかしめられている。
ガスケット７０およびインシュレータ７１は、絶縁部材であり、正極端子２４および正極外部端子７２は、ガスケット７０およびインシュレータ７１によって、蓋２２ｂと絶縁されている。また、蓋２２ｂの取付孔２２ｂ１もガスケット７０によって気密性が確保されている。正極端子２４の基部２４ａには、電流印加線４２の第１端部４２ａが接続されている。電流印加線４２は絶縁カバー４２ｃで覆われている。
間仕切り２８および電流遮断機構４０は、負極端子２６が取り付けられる部位に組付けられている。ここで、負極端子２６は、第１端子８１と、第２端子８２と、外部端子８３と、絶縁部材としての第１絶縁部材９１と、第２絶縁部材９２とを備えている。電流遮断機構４０は、破断弁８４を備えている。間仕切り２８は、プレート状の間仕切り部材８６であり、片側に第２空間５２となりうる窪み８６ａが形成されている。
図３は、第１端子８１の底面図である。図４は、第１端子８１の正面図である。
第１端子８１は、基板８１ａと、接続片８１ｂとを備えている。基板８１ａは、略矩形のプレート状の部位である。接続片８１ｂは、基板８１ａから折り曲げられて電池ケース内部に延びる部位である。接続片８１ｂは、負極集電部２０ｂ１（図１参照）に接続される。基板８１ａには、第１絶縁部材９１および間仕切り部材８６が取り付けられるための取付孔８１ａ１と、電流遮断機構４０の破断弁８４が接続されるための開口８１ａ２と、薄肉部８１ａ３とを有している。第１絶縁部材９１および間仕切り部材８６が取り付けられるための取付孔８１ａ１は、基板８１ａの四隅に形成されている。電流遮断機構４０の破断弁８４が接続される開口８１ａ２および薄肉部８１ａ３が形成される位置は、間仕切り２８に形成された窪み８６ａの位置に合わせられている。
図５は、間仕切り部材８６の正面図である。図５では、窪み８６ａおよび注入口８６ｂが形成された部分が断面図で示されている。また、間仕切り部材８６に取り付けられた電線８６ｅに電流印加線４２の第２端部４２ｂが接続された状態で図示されている。ここで、間仕切り部材８６は、略矩形のプレート状の部材であり、絶縁性を有する樹脂製の部材である。間仕切り部材８６は、第１端子８１の基板８１ａに重ねられる部材である。
間仕切り部材８６は、第１端子８１の基板８１ａに重ねられる側面に第２空間５２となる窪み８６ａが形成されている。窪み８６ａは、ガス発生用の添加剤を含む第２電解液３０を収容しうる所要の容積を有しているとよい。
当該窪み８６ａに通じるように、間仕切り部材８６の反対側の面に第２電解液３０を注入するための注入口８６ｂが設けられている。この実施形態では、注入口８６ｂは、窪み８６ａの裏側において、間仕切り部材８６の反対側の面に設けられた軸部８６ｃを貫通している。この実施形態では、当該窪み８６ａが形成された間仕切り部材８６の側面に第１端子８１の基板８１ａが重ねられることによって、第２空間５２が形成されている。
間仕切り部材８６の四隅には、第１絶縁部材９１に取り付けられるための取付孔８６ｄが形成されている。取付孔８６ｄは、基板８１ａの四隅に形成された取付孔８１ａ１（図３および図４参照）に位置が合うように形成されている。
間仕切り部材８６の窪み８６ａには、図５に示されているように、窪み８６ａの裏側に貫通するように電線８６ｅが埋め込まれている。電線８６ｅには、電流印加線４２の第２端部４２ｂが接続されている。
図６は、蓋２２ｂに、第２端子８２と、外部端子８３と、第１絶縁部材９１と、第２絶縁部材９２とが組付けられた状態が示された断面図である。
ここで、第２端子８２は、基部８２ａと、基部８２ａから突出した軸部８２ｂと、軸部８２ｂを貫通するように形成された貫通孔８２ｃとを備えている。第２端子８２の基部８２ａには、破断弁８４が予め溶接されている。
破断弁８４は、中央部が凹んだダイヤフラム型の弁である。破断弁８４は、第２端子８２の基部８２ａにおいて、貫通孔８２ｃを覆うように被せられる。そして、破断弁８４の周縁部が基部８２ａに全周溶接されている。ここで、第２端子８２の基部８２ａでは、軸部８２ｂを貫通する貫通孔８２ｃは、破断弁８４が被せられている。破断弁８４によって囲まれた空間は、軸部８２ｂを貫通孔８２ｃを通じて蓋２２ｂの外側の空間に通じている。
第１絶縁部材９１は、蓋２２ｂの内側に取り付けられる絶縁部材である。第１絶縁部材９１は、図５に示されているように、蓋２２ｂの内側面に装着される基部９１ａと、基部９１ａから突出し、蓋２２ｂの取付孔２２ｂ２に装着される筒部９１ｂと、第１端子８１の基板８１ａおよび間仕切り部材８６（図２参照）が取り付けられる取付軸９１ｃが設けられている。
取付軸９１ｃは、蓋２２ｂに取り付けられる基部９１ａから突出するように設けられている。取付軸９１ｃは、第１端子８１の基板８１ａの四隅に形成された取付孔８１ａ１（図３および図４参照）と、間仕切り部材８６の四隅にそれぞれ形成された取付孔８６ｄ（図５参照）に挿入可能な軸部であり、取付孔８１ａ１および取付孔８６ｄに位置が合うように設けられている。
第１絶縁部材９１は、図６に示されているように、筒部９１ｂに第２端子８２の軸部８２ｂを装着する。そして、第２端子８２の軸部８２ｂが装着された筒部９１ｂは、蓋２２ｂの内側から取付孔２２ｂ２に装着される。この際、第２端子８２の軸部８２ｂは、蓋２２ｂの外側に突出する。
第２絶縁部材９２は、図６に示されているように、蓋２２ｂの外側に取り付けられる絶縁部材である。第２絶縁部材９２は、略矩形のプレート状の部材である。第２絶縁部材９２には、蓋２２ｂの外側に突出した第２端子８２の軸部８２ｂに装着されるための装着孔９２ａが形成されている。第２絶縁部材９２は、装着孔９２ａを第２端子８２の軸部８２ｂに装着しつつ蓋２２ｂの外側に取り付けられている。第２端子８２の軸部８２ｂは、蓋２２ｂの外側に取り付けられた第２絶縁部材９２の装着孔９２ａからも突出している。
外部端子８３は、さらに第２絶縁部材９２の上に重ねられる部材である。外部端子８３には、第２絶縁部材９２の装着孔９２ａから突出した第２端子８２の軸部８２ｂに装着されるための装着孔８３ａが形成されている。装着孔８３ａは、第２絶縁部材９２の装着孔９２ａから突出した第２端子８２の軸部８２ｂに装着される。外部端子８３は、蓋２２ｂの外側に取り付けられた第２絶縁部材９２の上に取り付けられている。
このように蓋２２ｂの外側には、蓋２２ｂの外側に突出した第２端子８２の軸部８２ｂに、第２絶縁部材９２と外部端子８３が順に重ねられている。
そしてこの状態で、外部端子８３の装着孔８３ａから突出した第２端子８２の軸部８２ｂの先端８２ｂ１がかしめられる。
図７は、第１端子８１が蓋２２ｂに取り付けられた状態を示す断面図である。図７に示されているように、第１端子８１が蓋２２ｂに取り付けられる際には、第１端子８１の基板８１ａの四隅に形成された取付孔８１ａ１（図３および図４参照）が、蓋２２ｂの内側に取り付けられた第１絶縁部材９１の取付軸９１ｃに装着されている。そして、第１端子８１の薄肉部８１ａ３に形成された開口８１ａ２が、第２端子８２の基部８２ａに取り付けられた破断弁８４の下面に押し当てられる。この状態で、破断弁８４の下面が、第１端子８１の薄肉部８１ａ３に形成された開口８１ａ２の周縁に溶接される。
この状態で、さらに図２に示されているように、第２空間５２となりうる窪み８６ａが第１端子８１の基板８１ａに向けられた状態で、間仕切り部材８６が第１端子８１の基板８１ａに装着される。この際、第１絶縁部材９１の取付軸９１ｃに、間仕切り部材８６の四隅にそれぞれ形成された取付孔８６ｄが挿入される。そして、図２に示されているように、第１端子８１の基部８２ａに間仕切り部材８６を押し当てる。この状態で、第１絶縁部材９１の取付軸９１ｃの先端９１ｃ１を溶融させて、間仕切り部材８６の取付孔８６ｄにかしめる。これにより、間仕切り部材８６の窪み８６ａと第１端子８１の基板８１ａとで形成される第２空間５２が閉じられた空間で維持される。
なお、図示は省略するが、間仕切り部材８６と第１端子８１との間において、窪み８６ａの周りには、Ｏリングのようなシール材が装着されていてもよい。かかるシール材によって、窪み８６ａによって形成される第２空間５２の気密性が確保されていてもよい。また、間仕切り部材８６と第１端子８１とは接着剤で接着されていてもよい。また、仕切り部材８６と第１端子８１とは一体的に成形されていてもよい。
次に、図２に示されているように第１端子８１の基板８１ａに、間仕切り部材８６が取り付けられた状態で、蓋２２ｂを逆さに向ける。第２空間５２には、間仕切り部材８６の軸部８６ｃを貫通するように形成された注入口８６ｂが通じている。かかる注入口８６ｂを通じて、ガス発生用の添加剤を含む第２電解液３０を間仕切り部材８６の窪み８６ａに注入する。第２電解液３０が第２空間５２に十分に注入された後、間仕切り部材８６の注入口８６ｂが塞がれる。注入口８６ｂは、図示は省略するが、例えば、軸部８６ｃの先端部を溶融させ、かつ、かしめることによって塞ぐとよい。
ここでは、図２に示された蓋２２ｂのアッセンブリが取り付けられた密閉型電池１０の状態は図示されていない。ここでは、適宜に図１を参照しつつ説明する。
蓋２２ｂに取り付けられた正極端子２４の接続片２４ｃには、電極体２０の正極集電部２０ａ１（図１参照）が溶接され、負極側の第１端子８１の接続片８１ｂに負極集電部２０ｂ１（図１参照）が溶接されるとよい。そして、蓋２２ｂのアッセンブリに取り付けられた電極体２０が電池ケース２２（図１参照）に収容されつつ、蓋２２ｂが電池ケース２２に取り付けられるとよい。これによって、負極集電部２０ｂ１と負極端子２６とを接続する第２導通経路２７は、第１端子８１の接続片８１ｂ、基板８１ａ、薄肉部８１ａ３、破断弁８４、第２端子８２および外部端子８３によって構築されている。
この実施形態では、電極体２０が収容された第１空間５１（図１参照）から独立した第２空間５２は、間仕切り部材８６と第１端子８１とによって仕切られている。つまり、電池ケース２２内を第１空間５１と第２空間５２とに仕切るための間仕切りは、間仕切り部材８６と第１端子８１とで構成されている。
この実施形態では、正極の電位は、図２に示されているように、正極端子２４の基部２４ａ、電流印加線４２、および、間仕切り部材８６を貫通して窪み８６ａに通じた電線８６ｅを通じて、第２空間５２に収容された第２電解液３０に印加される。負極の電位は、負極側に取り付けられる第１端子８１の基板８１ａを通じて第２電解液３０に印加される。そして、密閉型電池１０（図１参照）が過充電状態となって、正極と負極とが、第２電解液３０に含まれている添加剤に分解反応が生じる電位差になったときに第２空間５２においてガスが発生する。
第２空間５２においてガスが発生すると、第２空間５２の内圧に応じて電流遮断機構４０が作動する。つまり、上述した実施形態では、第２空間５２の内圧によって破断弁８４が押上げられ、破断弁８４が接合された第１端子８１の基板８１ａの薄肉部８１ａ３が破断される。これにより、電流遮断機構４０の電流経路４１は、第１端子８１の基板８１ａと破断弁８４との間で断線される。これにより密閉型電池１０（図１参照）がシャットダウンされる。
図２に示された形態においても、第１端子８１の基板８１ａは、第２空間５２を形成する隔壁の一部を構成している。そして、電流遮断機構４０は、第２空間５２を形成する隔壁の一部、つまり、第１端子８１の基板８１ａに電流経路４１を有している。そして、第２空間５２の内圧が予め定められた圧力よりも高くなることに応じて当該電流経路４１が破断されて遮断される。電流経路４１は、第２空間５２を形成する隔壁の一部に薄肉部８１ａ３を有している。薄肉部８１ａ３には、第２空間５２とは反対側の面に大気圧が作用するように構成されている。つまり、薄肉部８１ａ３に形成された開口８１ａ２の縁に、破断弁８４が接合されている。破断弁８４には、第２端子８２に形成された貫通孔８２ｃを通じて大気圧が作用している。かかる破断弁４１ｂを通じて、薄肉部４１ａ２には、第２空間５２とは反対側の面に大気圧が作用するように構成されている。
このように、第２空間５２は、図２のように、プレート状の間仕切り部材８６の窪み８６ａに形成されていてもよい。これにより、第２空間５２の省スペース化が図られる。第２空間５２の省スペース化が図られることによって、使用される第２電解液や添加剤の量を少なくできる。
以上、ここで提案される密閉型電池について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた電池および電池の製造方法の実施形態などは、本発明を限定しない。
例えば、電池ケースや電極体の構造などは、特段言及されない限りにおいて限定されない。また、図１に示された実施形態では、第１導通経路２５が正極、第２導通経路２７が負極に形成されている。そして、負極側の第２導通経路２７が、電流遮断機構４０の電流経路４１を通過するように負極側に、第２空間５２と電流遮断機構４０が構築されている。これに限定されず、正極側の第１導通経路２５が、電流遮断機構４０の電流経路４１を通過するように、正極側に、第２空間５２と電流遮断機構４０が構築されていてもよい。
１０，１０Ａ 密閉型電池
２０ 電極体
２０ａ 正極シート
２０ａ１ 正極集電部
２０ｂ 負極シート
２０ｂ１ 負極集電部
２０ｃ セパレータシート
２２ 電池ケース
２２ａ ケース本体
２２ｂ 蓋
２２ｂ１，２２ｂ２ 取付孔
２２ｃ 安全弁
２２ｄ リリーフ弁
２４ 正極端子
２４ａ 基部
２４ｂ 軸部
２４ｂ１ 軸部２４ｂの先端
２４ｃ 接続片
２５ 第１導通経路
２６ 負極端子
２６ａ 貫通孔
２７ 第２導通経路
２８ 間仕切り
２８ａ ケース部
２８ｂ 筒部
２９ 第１電解液
３０ 第２電解液
４０ 電流遮断機構
４１ 電流経路
４１ａ 基板
４１ａ１ 開口
４１ａ２ 薄肉部
４１ｂ 破断弁
４１ｃ 保持カラー
４１ｄ 接続片
４２ 電流印加線
４２ａ 第１端部
４２ｂ 第２端部
４２ｃ 絶縁カバー
５１ 第１空間
５２ 第２空間
５３ ガスケット
７０ ガスケット
７１ インシュレータ
７２ 正極外部端子
７２ａ 装着孔
８１ 第１端子
８１ａ 基板
８１ａ１ 取付孔
８１ａ２ 開口
８１ａ３ 薄肉部
８１ｂ 接続片
８２ 第２端子
８２ａ 基部
８２ｂ 軸部
８２ｂ１ 軸部８２ｂの先端
８２ｃ 貫通孔
８３ 外部端子
８３ａ 装着孔
８４ 破断弁
８６ 間仕切り部材
８６ａ 窪み
８６ｂ 注入口
８６ｃ 軸部
８６ｄ 取付孔
８６ｅ 電線
９１ 第１絶縁部材
９１ａ 基部
９１ｂ 筒部
９１ｃ 取付軸
９１ｃ１ 先端
９２ 第２絶縁部材
９２ａ 装着孔

Claims (5)

  1. 正極集電部と負極集電部を有する電極体と、
    前記電極体が収容された電池ケースと、
    前記電池ケースに取り付けられた正極端子と、
    前記正極集電部と前記正極端子とを接続する第１導通経路と、
    前記電池ケースに取り付けられた負極端子と、
    前記負極集電部と前記負極端子とを接続する第２導通経路と、
    前記電池ケース内に配置され、前記電極体が収容された第１空間と、前記第１空間から独立した第２空間とに、前記電池ケース内を仕切る間仕切りと、
    前記第１空間に収容された第１電解液と、
    前記第２空間に収容され、かつ、予め定められた電圧が印加された場合にガスを発生するための添加剤を含む第２電解液と、
    前記第２空間を形成する隔壁の一部に電流経路を有し、前記第２空間の内圧が予め定められた圧力よりも高くなることに応じて前記電流経路を遮断する電流遮断機構と
    を備え、
    前記第１導通経路と前記第２導通経路とのうち何れか一方の導通経路は、前記電流遮断機構の前記電流経路を通過し、かつ、前記第２空間に収容された前記第２電解液に触れ、前記一方の導通経路の電位が前記第２電解液に印加されるように構築されており、
    他方の導通経路は、前記第２空間の前記第２電解液に通じるように配線され、かつ、前記他方の導通経路の電位が前記第２電解液に印加されるように構築された電流印加線を備えた、
    密閉型電池。
  2. 前記電流経路は、前記第２空間を形成する隔壁の一部に薄肉部を有する、請求項１に記載された密閉型電池。
  3. 前記薄肉部には、前記第２空間とは反対側の面に大気圧が作用するように構成された、請求項２に記載された密閉型電池。
  4. 前記添加剤は、前記電池ケース内において前記第２空間に収容された前記第２電解液にのみに含まれている、請求項１から３までの何れか一項に記載された密閉型電池。
  5. 前記電池ケースの外壁のうち前記第１空間を形成する外壁には、予め定められた圧力で作動する安全弁と、前記安全弁よりも低い作動圧で作動するリリーフ弁とが設けられている、請求項１から４までの何れか一項に記載された密閉型電池。
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