JPH117932A

JPH117932A - 二次電池

Info

Publication number: JPH117932A
Application number: JP9160881A
Authority: JP
Inventors: Morio Kobayashi; 守夫小林; Yoshimi Miyamoto; 好美宮本; Katsuyuki Matsuki; 勝行松木; Akihiro Takanuma; 明宏高沼
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】電池の異常温度上昇および電池の過充電，逆充
電，接点アークの防止し、安全性を向上した二次電池の
提供にある。【解決手段】電池ケースの封口部に熱応動の温度スイッ
チまたは圧力駆動の圧力スイッチによる端子切り換え回
路を有する安全装置を設置し、電池の異常温度上昇や異
常圧力上昇時に電極との通電を遮断し正負極端子間を短
絡させて、異常電池を複数個直列接続された組電池から
切り離す。また、ツェナーダイオードをスイッチと電池
の直列回路の両端に接続した二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車，電動
カート等の移動体機器、ビデオカメラ，パソコン等の携
帯機器，停電時のバックアップ機器、及びセキュリテイ
機器等の製品の電源として使われる二次電池の過充電や
逆充電および短絡等の異常発熱，圧力上昇による発火や
爆発を防止し、異常電池を切り離しバイパスして使用す
る二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の二次電池の異常電極を切り離す安
全保護装置としては、特開平6− 290767号公報に示
されている通り、電池反応部と正又は負の極端子と他の
極端子を兼ねる電池容器とを有する化学電池で、電池の
異常反応時に発生するガス圧又は反応熱にて駆動する駆
動部材により、電極に接続され絶縁材を介して電池容器
を密封している仕切板と極端子間の導通を遮断し、極端
子と電池容器間を短絡する方法が知られている。

【０００３】また、特開平4−147574 号公報に示されて
る通り、プラスチックフィルム基板上に金属皮膜を蒸着
し、金属皮膜の一部をパターニング除去して細いパター
ン幅のヒューズ部を形成し、さらに金属皮膜上に正極活
物質を塗布して正極板とする。この正極板と負極板をセ
パレータを介して複数枚積層して電池としたものにおい
て、正負極間短絡が発生した場合、短絡電流により正極
板に設けた金属皮膜のヒューズが溶断し、異常正極板を
切り離す方法等が知られている。

【０００４】また、従来の二次電池の過充電保護として
は、特開平5−234614 号公報に示されている通り、正極
と負極および電解液が密封された二次電池において、電
池容器内の空隙部分に温度スイッチ又は温度ヒューズが
電池に対して直列に、ツェナーダイオードが並列に電気
的接続されたもの、および、特開平5−325943 号公報に
示されている通り、正極と負極および電解液が密封され
た二次電池において、電池容器内の空隙部分に２個直列
の温度ヒューズが電池の正極端子に直列に接続され、か
つ２個の温度ヒューズの接続点と電池の負極端子間にツ
ェナーダイオードが接続されたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平6−290767 号公報の例では電気通路となり、かつ、
シール部材となる仕切板が、絶縁材を介して電池容器の
開口部に加締め構造で電池容器を密封している。この内
側に曲げられた電池容器の開口端の内側と仕切板間に、
電池の外部と接続される極端子がガス圧により移動可能
に設置される構造となっている。従って電解液の漏れを
防止するパッキンの役目をするポリプロピレン等の軟質
の厚い絶縁材を介して仕切板を加締める必要があり、加
締めバラツキにより仕切板の位置が上下方向に安定しな
いばかりか、軟質肉厚樹脂の経時温度変化により電池容
器の密封が緩み、液漏れを起こしやすい。

【０００６】また、電気接続部となる内側に曲げた電池
容器開口端部と仕切板の距離及び平行度がばらつくた
め、極端子との間の接触・開離が確実に行われない等の
不具合があった。

【０００７】また、極端子は外部と電気的に接続される
と共に極端子の移動可能が必須であり、一方の電極接続
部である電池容器開口端部も電池外郭を形成しているた
め、外力により接続部が変形したり、ゴミ等が侵入した
りしてスイッチ機能をさせるには実用上適さない構造で
あった。

【０００８】さらに、電気接触部が電池内やガス通路に
あるため、電解液やその高温ガスにより電気接触部が腐
食して接触不良や端子の切り換え動作不良が発生し易い
ばかりでなく、可燃性の電解液の高温ガスが接点アーク
により着火する恐れもあった。

【０００９】また、特開平4−147574 号公報の例ではプ
ラスチックフィルム基板上に蒸着した金属皮膜を正極の
集電材とし、電流ヒューズをも兼ねているので金属皮膜
厚さは２００Å前後の薄いものであり、一般的に集電体
として使われている金属箔の厚さ２０μｍに比べて非常
に薄膜となってしまう。従って、電池の導電路である内
部電気抵抗が大きくなり放電負荷特性が悪く、大きな電
流が流せない基本特性の劣った電池となってしまう。

【００１０】また、上記特開平5−234614 号公報や特開
平5−325943 号公報の例では、過充電保護回路であるツ
ェナーダイオードや電流遮断回路である温度ヒューズ，
温度スイッチが、電解液が充填された電池容器内に設置
されており、電解液による腐食や電池作用時の電気化学
による腐食から防御する必要がある。つまり、耐電解液
性の材料でツェナーダイオードや温度スイッチを密閉し
なければならない。

【００１１】しかし、ツェナーダイオードや温度スイッ
チ等の部品は耐電解液の樹脂等で密閉可能であるが、各
電機部品と電極との接続部は密閉が難しい。しかもツェ
ナーダイオード，温度ヒューズ等の電気素子のリード線
は銅系金属が一般的であり、また、正極集電体は電池の
電気化学反応の関係からアルミニウム箔が使われてお
り、銅リード線とアルミニウム箔の溶接が難しい事や電
解液の中で異種金属を接続すると急速に腐食断線に至る
という問題がある。

【００１２】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、過充電や逆充
電を防止し、複数個直列接続された二次電池の内、異常
温度上昇した電池への通電を確実に遮断して異常電池の
みを切り離し、その他の正常な電池で電池機能を継続
し、安全性の向上を図ると共に、使い勝手の良い二次電
池の提供にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、正極および負極をセパレータを介して対向
させた電極群と電解液からなる発電要素を電池ケース内
に収納し、各電極をリード線で封口部材に貫通設置され
た各極内部端子に接続し、前記封口部材と一体となり各
極外部端子を備え内部に熱応動または圧力応動のスイッ
チによる端子切り換え回路を有すると共に正負極端子間
にツェナーダイオードを備えた安全装置を電池ケースの
開口部に設置し、防爆弁をスイッチのある密閉空間外と
したものである。

【００１４】前記安全装置は、通常は同極内部端子と同
極外部端子間がスイッチを通して導通状態となり、温度
上昇時または圧力上昇時は異極外部端子間がスイッチを
通して導通状態となるようにしたので、異常電池のみが
切り離されると共にバイパスされて使用されるものであ
る。

【００１５】また、ツェナーダイオードのツェナー電圧
を電池の充電終止電圧以上に設定することにより電池の
過充電保護ができ、さらに逆充電された場合でもツェナ
ーダイオードの順方向電流により電池に電圧がかからず
保護できるものである。

【００１６】更に電池の複数個直列使用時に、安全装置
のスイッチが発電要素を切り放す際のスイッチ間にかか
る高電圧によるアーク発生をツェナー電圧に抑えること
により防止し、安全にスイッチ切り替えができるもので
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる二次電池の
一実施例を、リチウムイオン二次電池を例にして図面を
参照しながら説明する。

【００１８】図１は、本発明の二次電池の一実施例を示
す構造縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図
３は図２のＢ−Ｂ断面図である。

【００１９】同図において、１は正極であり、アルミ箔
からなる正極集電体１ａの両面に無機リチウムインター
カレーション材料を正極活物質とする正極合剤１ｂ（例
えば活物質としてＬｉＭｎ₂Ｏ₄，ＬｉＣｏＯ₂ ，ＬｉＮ
ｉＯ₂ 等、導電剤としてカーボン、結着剤としてポリフ
ッ化ビニリデンを混合調整したもの）を保持させたもの
である。２は負極であり、銅箔からなる負極集電体２ａ
の両面にリチウムインターカレーションカーボン材料を
負極活物質とする負極合剤２ｂ（例えば活物質として黒
鉛，結着剤としてポリフッ化ビニリデンを混合調整した
もの）を保持させたものである。

【００２０】３はセパレータであり、微多孔性のポリエ
チレンフィルム、またはポリプロピレンフィルムからな
る。なお、ポリエチレンフィルムは温度が上昇した時、
フィルム自身の溶融によって前記微多孔が閉じるシャッ
トダウン開始温度が約１３０℃であり、ポリプロピレン
フィルムのシャットダウン開始温度は約１５０℃であ
る。

【００２１】上記、正極１と負極２はセパレータ３を介
して対向した状態で渦巻き状に捲回され、電極群１５を
形成している。この場合、セパレータ３は正極１，負極
２よりも若干幅広く巻かれており、さらに巻芯部および
巻き終り部において数回セパレータ３単独で巻かれてお
り、正極，負極間及び電極群周囲との絶縁性を持たせて
いる。この電極群１５は電解液（図示せず）に浸漬され
て発電要素となる。

【００２２】上記電解液は、ＬｉＰＦ₆ ，ＬｉＢＦ₄ ，
ＬｉＣｌＯ₄ ，ＬｉＡｓＦ₆ 等のリチウム塩を電解質と
して有機溶媒（プロピレンカーボネート，エチレンカー
ボネート，ジエチルカーボネート，ジメチルカーボネー
ト等の単独または混合物）に溶解したものが使われる。

【００２３】１０は電池ケースでステンレス鋼，ニッケ
ルめっき鉄，ニッケルめっき銅やアルミニウムが使わ
れ、上記電極群１５と電解液からなる発電要素を有底円
筒形の容器に収納し、封口部材１１を有する安全装置２
０を被せてガスケット１９を介して電池ケース１０の開
口部に加締め密封したものである。封口部材１１はステ
ンレス，ニッケルめっき鉄，ニッケルめっき銅，アルミ
ニウム等の熱伝導性の良い金属材料からなる。また、電
池ケース１０内の封口部材１１側および容器底部１０ａ
には電池内充電部と電池ケース１０との電気絶縁性を保
つために、絶縁板１２ａ，１２ｂが設置されている。

【００２４】４はアルミニウム材の正極リードであり、
正極１の正極集電体１ａとアルミニウム材の正極内部端
子６に溶接等により接続されている。５はニッケル又は
銅材の負極リードであり、負極２の負極集電体２ａとニ
ッケル又は銅材の負極内部端子７に溶接等により接続さ
れている。

【００２５】１３は絶縁デスタントであり、電極群１５
と封口部材１１間に、正極リード４および負極リード５
を取りまとめて収納する空間を確保すると共に、電極群
１５が電池ケース１０内で移動しないように押さえてい
る。正極内部端子６，負極内部端子７は、封口部材１１
に、ガラスまたはプラスチック層を介在させて電気絶縁
をすると共に、密封性を持たせたハーメチックシール８
により貫通固定されている。封口部材１１に設けられた
防爆穴１１ａは、切り込み等の弱点部を有する金属板や
薄膜金属板からなる防爆弁９（図３）でシールされてお
り、電池ケース１０内の圧力が異常温度上昇により高圧
になった場合に開裂し、電池ケース１０の爆発を防止す
る。

【００２６】防爆弁９の部分に位置するスイッチケース
２１の鍔部２１ａにもガス抜き穴２１ｂが開けられ、ガ
スが直接外部の大気中に放出できるようにしてある。防
爆弁の設置場所としては、噴出ガスが直接外部の大気中
に放出される位置ならば、封口部材に限定されずどこで
も良い。

【００２７】防爆弁９の作動圧力としては、実使用時の
電池ケース内の圧力上昇限度と、電池ケース自身および
加締め部が先に破壊しない強度から決定され、１０kg／
cm²〜２０kg／cm² が望ましい。安全装置２０はプラス
チック等の絶縁材からなる鍔付き帽子形のスイッチケー
ス２１とその鍔部２１ａ周辺を前記封口部材１１の周辺
部で包み込むように加締められて一体の密閉空間を形成
し、その内部に熱応動のバイメタル等からなる温度スイ
ッチ２２を内蔵している。

【００２８】正極外部端子１６および負極外部端子１７
はスイッチケース２１の底面に内外に貫通して取り付け
られており、スイッチケース外に出た部分が外部との電
気接続部となる単電池の各極端子となる。正極外部端子
１６はスイッチケース２１内ではコの字状をしており、
向かい合った平行部内側に接点１６ａ，１６ｂを有して
いる。負極外部端子１７はスイッチケース２１内でＬ字
状に曲げられた水平部に接点１７ａを有し、先端部は負
極内部端子７の先端部とハトメ１８等により電気的に接
続されている。

【００２９】操作穴２１ｃは前記ハトメ接続をスイッチ
ケース２１外から作業する穴であり、作業後はプラスチ
ック材の絶縁性のフタ２６で塞がれ、スイッチケース内
は密閉される。

【００３０】一方、正極内部端子６のスイッチケース２
１内側ではＬ字状に曲げられた水平部に接点６ａを有し
ている。正極外部端子１６の下接点１６ａと正極内部端
子６の接点６ａは下側に、正極外部端子１６の上接点１
６ｂと負極外部端子１７の接点１７ａは上側にそれぞれ
平行に対向している。また、下側接点１６ａ部端子の下
側には絶縁台２７が封口部材１１に接着されて、充電部
と非充電部間の絶縁を保っている。

【００３１】前記、上側接点１６ｂ，１７ａと下側接点
１６ａ，６ｂ間には温度スイッチ２２がスプリング２４
を介し支持棒２３によりスイッチケース２１の底部にネ
ジ込まれた後、ナット２５により固定されている。支持
棒２３のネジ込み量を調整することにより温度スイッチ
２２の位置が調整でき、バイメタルの接点の接触圧力を
適正にすることができる。

【００３２】温度スイッチ２２はバイメタル両端の両側
に接点２２ａを有する両接点バイメタルであり、通常は
下側接点側に湾曲して正極外部端子の接点１６ａと正極
内部端子の接点６ａを短絡し、設定温度以上に上昇する
と上側接点側に急激に反転湾曲して正極外部端子の接点
１６ｂと負極外部端子の接点１７ａを短絡する。つま
り、温度上昇により異常温度になると正極外部端子と発
電要素である正電極の導通が遮断され、正負極の外部端
子間が短絡するものである。

【００３３】スプリング２４は、温度スイッチ２２を支
持棒２３の端部に押えるのと、温度スイッチ２２が反転
動作する時のバイメタル板の振動を吸収して接点のチャ
タリング防止をする。

【００３４】２９はツェナーダイオードであり、スイッ
チケース２１内でツェナーダイオード２９のカソード端
子２９ａが正極外部端子１６または正極内部端子６に、
アノード端子２９ｂが負極外部端子１７または負極内部
端子７に溶接等により接続されている。図では代表して
カソード端子を正極外部端子に、アノード端子を負極外
部端子に接続してある。つまり、正負極端子間にツェナ
ーダイオード２９が並列接続されている。

【００３５】ツェナーダイオード２９はカソード端子に
正の電圧を印加し、徐々に電圧を上げてツェナー電圧に
達すると、この電圧を保ったままカソードからアノード
に逆電流を流す。逆にアノード端子に正の電圧を印加す
ると、一般のダイオードと同じように約０.５Ｖの順方
向電圧降下でもってアノードからカソードに向かって順
電流を流す。

【００３６】図４は安全装置２０の他の実施例を示す断
面図である。図５は図４のＣ−Ｃ断面図、図６は図４の
Ｄ−Ｄ断面図である。

【００３７】同図において安全装置２０の構造のみが図
１から図３の一実施例と異なるものであり、電池の正
極，負極との接続や電池ケースとの結合は同じである。
つまり、安全装置２０が熱応動の温度スイッチの代わり
に圧力駆動の圧力スイッチとなったものである。

【００３８】３０はベローズやダイヤフラム等の圧力に
より伸縮する圧力可動体であり、封口部材１１の開口穴
１１ｂを塞ぐように半田付けや溶接等により取り付けら
れている。３１はスイッチ片であり、バネ性を有する導
電材の平板から成り、一端部には両面に接点３１ａを有
し、他端部は、正極外部端子１６が端子ケース２１の内
側でＬ字状に曲げられた水平部に溶接またはリベット可
締め等により接続されている。スイッチ片３１は絶縁材
の押棒３２と制動バネ３３に挟まれて圧力可動体３０と
スイッチケース２１の底部間に移動可能に設置されてい
る。スイッチ片３１の接点３１ａは、上側の負極外部端
子１７の接点１７ａと下側の正極内部端子６の接点６ａ
の間に配置され、各接点に対向している。

【００３９】通常電池ケース１０内の圧力が低いとき
は、圧力可動体３０の膨張力よりも制動バネ３３の力が
強く、圧力可動体３０は電池ケース側に押し下げられて
スイッチ片３１の接点３１ａは正極内部端子の接点６ａ
と接触している。逆に電池ケース内の圧力が設定圧力以
上に上昇すると、圧力可動体３０の膨張力が制動バネ３
３の力に打ち勝ち、圧力可動体が膨張してスイッチ片３
１を押し上げ、接点３１ａは上側の負極外部端子の接点
１７ａと接触する。つまり、前記一実施例と同じように
温度上昇により二次的に圧力が上昇したり、電解液分解
ガスの発生により圧力上昇すると、正極外部端子と発電
要素である正電極の導通が遮断され、正負極の外部端子
間が短絡するものである。

【００４０】また、前記一実施例と同じように、防爆弁
９はスイッチケース２１のスイッチ内蔵密封空間外に、
ツェナーダイオード２９はカソード端子２９ａが正極外
部端子１６または正極内部端子６に、アノード端子２９
ｂが負極外部端子１７または負極内部端子７に溶接等に
より接続されている。

【００４１】図７は本発明の非水電解液二次電池を複数
個直列接続した場合の電気回路図である。同図ではｎ個
の単電池（４０ａ〜４０ｎ）を直列接続した場合を示
し、単電池の電圧をＥ(Ｖ)とすると、組電池の出力端子
Ｘ−Ｙ間の電圧はｎ×Ｅ（Ｖ）となる。ｃは正極外部端
子１６、ａは発電要素の正極に接続された正極内部端子
６、ｂは発電要素の負極に接続された負極外部端子１７
を表している。

【００４２】通常は端子ｃは端子ａ側に接触しており、
異常温度上昇すると端子ｃは端子ｂ側に切り替わる。ま
たＺＤはツェナーダイオード２９を表し、電池の正極端
子にカソードを負極端子にアノードを接続している。

【００４３】次に、本発明による非水電解液二次電池の
組み立て方法について説明する。先ず、正極１および負
極２にそれぞれ正極リード４，負極リード５をスポット
溶接または超音波溶接により取り付けておく。このと
き、電池容量の大きさにより取り付けるリードの数は増
減される。

【００４４】上記正極１，負極２をセパレータ３を介し
て捲回し、巻終わり部はテープ等で止めて電極群１５を
作る。有底円筒形容器の底部１０ａ側から絶縁板１２
ｂ，電極群１５，絶縁デスタント１３の順に入れ、正極
リード４，負極リード５をそれぞれ束ねて纏めておく。

【００４５】一方、安全装置２０はスイッチケース２１
内にツェナーダイオード２９および温度スイッチ機構ま
たは圧力スイッチ機構を組み込み、封口部材１１で蓋を
して密閉一体構造としておく。

【００４６】次に、絶縁板１２ａを安全装置２０の封口
部材１１側に重ね合わせ、正極リード４，負極リード５
を封口部材１１の正極内部端子６，負極内部端子７に溶
接する。次に電池ケース１０の開口部付近にネッキング
成形してから電解液を注入し、安全装置２０をガスケッ
ト１９を介して加締めにより密封して完成する。このよ
うに、安全装置２０を備えた二次電池を従来の組立工程
と変わりなく組立てられるので作業性が良い。

【００４７】次に、本発明による二次電池の作用につい
て説明する。電池は充電回路の故障により設定電圧以上
に過充電されると、リチウムインターカレーションとし
ての電池反応以外の電解液を分解する化学反応を起こ
し、電池を劣化させると共に電池の温度を上昇させる。
さらに、過充電が進んだり急速充電されると、負極にデ
ンドライト反応によりリチウム金属が析出し、電極間の
絶縁材であるセパレータ３を突き破り、正・負極間短絡
を起こす事故となる。

【００４８】また、放電回路の故障により放電終止電圧
以下に過放電されたり、複数個の電池を直列接続で使用
する場合での容量不足電池の強制的な過放電が起こる
と、負極集電体の銅が電解液に溶解し電池性能を劣化さ
せる。さらに過放電が進み、正負電極の電位が逆転する
転極が起こったり、間違って逆充電された場合には、電
解液が分解しガスが発生したり、電池が異常発熱する。
また、通常の電池の使用温度範囲を越えた高温での使用
や、誤使用による外部短絡、何らかの原因による電池内
の内部短絡によっても、電池は発熱し異常温度となる。

【００４９】二次電池の温度が上昇すると、正極１，負
極２間にあるセパレータ３のフィルムが１３０℃〜１５
０℃で溶融し、フィルムの微多孔が閉じて正負電極間の
リチウムイオンの移動を停止させるシャットダウン効果
により電流を遮断する働きがある。しかしながら、セパ
レータの材料であるポリエチレンフィルムやポリプロピ
レンフィルムは、更なる温度上昇により溶融収縮し、正
負電極間の絶縁性が確保できずに、電極間短絡に至って
しまう場合がある。

【００５０】電池内温度が１５０℃を越えると、電極に
使われている正極活物質が熱暴走を起こし、発煙・発火
・爆発に至る危険な温度領域となる。つまり、正極活物
質であるＬｉＭｎ₂Ｏ₄，ＬｉＣｏＯ₂ ，ＬｉＮｉＯ₂ 等
の結晶格子からの酸素脱離反応により急激な発熱を伴な
い熱暴走状態になる。酸素脱離開始温度は活物質の種類
や各元素の構成比，充電状態により異なるが１５０℃〜
４００℃の範囲にある。

【００５１】ここで電池が何らかの原因により異常温度
上昇し、電池内の電解液が分解してガス発生したり、電
解液と正極，負極の活物質が化学反応を起こしてガス発
生して電池ケース内の圧力が上昇した場合を考えてみ
る。

【００５２】電池の異常温度上昇は熱伝導の良い封口部
材１１を通して安全装置２０の温度スイッチ２２の温度
を上昇させ、バイメタルが反転して正極外部端子と発電
要素である正電極の導通が遮断され、正負極の外部端子
間が短絡するようにスイッチが切り替わる。または、電
池ケース内の圧力上昇により圧力可動体３０が制動バネ
３３の力に打ち勝って膨張し、スイッチ片３１を押し上
げて接点３１ａは正極内部端子側から負極端子側に切り
替わる。つまり、図７の異常単電池のｃ−ａ間の導通が
遮断され、ｃ−ｂ間が短絡される。従って、異常単電池
が直列回路から切り離され、異常単電池をバイパスした
正常電池の直列回路が形成され、出力電圧は(ｎ−１)×
Ｅ(Ｖ)で運転を継続する。

【００５３】さらに電池内の圧力が上昇して１０kg／cm
² 〜２０kg／cm² になると、防爆弁９が開裂しガスを電
池ケース外に放出して、電池の爆発力を軽減する。この
時、高温ガスはスイッチのある密閉空間外のガス抜き穴
２１ｂから放出されるので、スイッチを腐食させたり、
電解液の高温ガスに着火したりすることがない。

【００５４】温度スイッチの作動温度としては、電池の
実用温度を阻害しない範囲と、電池の劣化が加速される
温度以上およびセパレータ溶融温度以下との関係から８
０℃〜１３０℃が望ましい。

【００５５】また温度下降時の復帰温度は−２０℃以下
にして、実用温度範囲では恒久的に作動した状態を継続
するのが望ましい。つまり、一度異常温度により作動し
た後は強制的に温度スイッチを−２０℃以下に冷却しな
いと復帰しないようにしたので、異常要因をチェックで
きると共に安全性を確保できるものである。

【００５６】一方、圧力スイッチの作動値は防爆弁の解
放圧力より低く設定され、電池が異常と判定される初期
圧力の３kg／cm² 以上で作動させるのが望ましい。圧力
スイッチは電池異常の初期の段階で電池を切り放して電
流を遮断することにより、電池内の温度上昇および圧力
上昇の速度を抑え、防爆弁の作動にまで至るのを防止し
たり、防爆弁が作動するにしても爆発力を最小限度に抑
制して防爆弁の破裂を安全に導く効果がある。

【００５７】上記実施例では正極外部端子を基準端子と
して、正極内部端子と負極端子を切り換える構造で説明
したが、正極および負極をそれぞれ正極内部端子と負極
内部端子に逆に接続しても、全く同じ機能を有する。

【００５８】次に、充電回路が故障して、例えば、リチ
ウムイオン二次電池の電極間電圧が充電終止電圧の４.
２Ｖになっても充電が止まらない場合を考えてみる。

【００５９】ツェナーダイオード２９のツェナー電圧を
充電終止電圧以上でこれよりも僅かに高い４.３Ｖに設
定しておけば、単電池電圧が４.３Ｖに達するとツェナ
ーダイオードはツェナー電圧の４.３Ｖを保持したまま
電流を流し、単電池へはこれ以上の電圧がかからず過充
電を防止できる。ツェナー電圧の設定値は充電終止電圧
以上で、限りなく充電終止電圧に近いほど、過充電量が
少なく保護できる。一般的にリチウムイオン二次電池の
場合、充電終止電圧以上に過充電されると電池の温度上
昇や電解液分解ガス発生による圧力上昇が生じ、５Ｖ以
上になると発火・爆発等の危険状態になる。

【００６０】また過放電により電極の電位が反転する転
極が生じたり、間違って逆電圧充電された場合、つまり
正極側にマイナスの電圧が加えられた場合を考えてみ
る。

【００６１】この場合ツェナーダイオード２９にはアノ
ードからカソードに向かって約0.5Ｖの順電圧降下を保
って順電流が流れる。つまり、単電池には負極から正極
にかかる電圧は約０.５Ｖに保持されるので、これ以上
の逆電圧になるのが制限され、電池の異常温度上昇や圧
力上昇を防止できる。

【００６２】これらの過充電や逆充電の防止は、ツェナ
ーダイオード２９のカソード２９ａを電池の正極外部端
子１６または正極内部端子６に、アノード２９ｂを負極
外部端子１７または負極内部端子７に接続すれば、接続
箇所には関係なく同じ効果が得られる。

【００６３】また、ツェナーダイオード２９のカソード
２９ａを正極外部端子１６に、アノード２９ｂを負極端
子１６または６に接続した場合には次の効果が得られ
る。図７において、ｎ個の単電池が直列接続された組電
池のうち１個の単電池が異常となり、正極外部端子ｃが
正極内部端子ａから負極端子ｂに切り替わる際に、つま
りａｃ間の接点が離れた瞬間にａｃ間にはｎ×Ｅの高電
圧がかかり、アーク電流が発生して続流となり、直流電
流のため続流が切れないという問題がある。

【００６４】しかし、ツェナーダイオードＺＤの端子間
にスイッチのａｃ端子があるために、ａｃ端子間にかか
る電圧はツェナー電圧（ほぼ単電池１個分の充電終止電
圧）以下に抑えられ、アーク電流の発生を防止できる。
したがって、異常電池を切り放してバイパスさせるスイ
ッチ切り替えが、ツェナーダイオードのツェナー電圧の
効果により安全確実に行われるものである。

【００６５】

【発明の効果】本発明において、前記安全装置は、通常
は同極内部端子と同極外部端子間がスイッチを通して導
通状態となり、電池の温度上昇時または圧力上昇時は異
極外部端子間がスイッチを通して導通状態となるように
した。したがって、複数個の単電池が直列接続されて使
用される組電池の場合、ある単電池が異常温度上昇する
と異常電池のみが切り離され、残りの正常電池は継続使
用できるので安全性が確保できると共に使い勝手が良
い。

【００６６】また、接点を有するスイッチにより端子切
り換えを行うので動作が確実で接触抵抗も少なく、安全
性の高い放電特性の優れた二次電池を提供できる。

【００６７】また、安全装置の受熱板となる封口部材は
熱伝導の良い一枚の金属板であるので、電池内部の熱変
化に対して熱応答性が良く、電池ケース封口部の密閉信
頼性が高い。

【００６８】さらに、スイッチによる端子切り換え回路
とツェナーダイオードが端子ケース２１と封口部材１１
でインクローズされており、電解液から隔離されるので
スイッチの接点やツェナーダイオード等の電気品が、電
解液により腐食される心配がない。

【００６９】また、防爆弁がスイッチのある密閉空間外
にあるので、ゴミやガス等が入る恐れがなく接点の接触
不良が少なく、接点アークにより噴出した可燃性電解液
の高温ガスに着火の恐れがない。

【００７０】また、安全装置に内蔵されたツェナーダイ
オードのツェナー電圧を、単電池の充電終止電圧より僅
かに高い電圧に設定することにより、各単電池の過充電
や逆充電を防止できる。

【００７１】更にツェナーダイオードを正極外部端子と
負極端子間に接続することにより、スイッチの接点切り
替え時のアーク電流の発生が抑えられ、安全確実なスイ
ッチ切り替えができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二次電池の一実施例を示す構造断面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明の二次電池の他の実施例を示す構造断面
図である。

【図５】図４のＣ−Ｃ断面図である。

【図６】図４のＤ−Ｄ断面図である。

【図７】本発明の二次電池を直列接続した電気回路図で
ある。

【符号の説明】

１…正極、１ａ…正極集電体、１ｂ…正極合剤、２…負
極、２ａ…負極集電体、２ｂ…負極合剤、３…セパレー
タ、４…正極リード、５…負極リード、６…正極内部端
子、６ａ…正極内部端子の接点、７…負極内部端子、８
…ハーメチクシール、９…防爆弁、１０…電池ケース、
１０ａ…容器底部、１１…封口部材、１１ａ…防爆穴、
１１ｂ…開口穴、１２ａ，１２ｂ…絶縁板、１３…絶縁
デスタント、１５…電極群、１６…正極外部端子、１６
ａ，１６ｂ…正極外部端子の接点、１７…負極外部端
子、１７ａ…負極外部端子の接点、１８…ハトメ、１９
…ガスケット、２０…安全装置、２１…スイッチケー
ス、２１ａ…鍔部、２１ｂ…ガス抜き穴、２１ｃ…操作
穴、２２…温度スイッチ、２２ａ…温度スイッチの接
点、２３…支持棒、２４…スプリング、２５…ナット、
２６…フタ、２７…絶縁台、２９…ツェナーダイオー
ド、２９ａ…カソード端子、２９ｂ…アノード端子、３
０…圧力可動体、３１…スイッチ片、３１ａ…スイッチ
片の接点、３２…押棒、３３…制動バネ、４０ａ，４０
ｂ，４０ｎ…単電池。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高沼明宏栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部栃木本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極および負極をセパレータを介して対向
させた電極群と電解液からなる発電要素を電池ケース内
に収納し、各正負極をリード線で封口部材に貫通設置さ
れた各極内部端子に接続し、前記封口部材と各極外部端
子を備えたスイッチケースが一体となり密閉されたスイ
ッチケース内部に熱応動または圧力応動のスイッチによ
る内外部端子の切り換え回路を有する安全装置により電
池ケースの開口部を密封し、前記スイッチケースの外部
に電池ケース内のガス圧が設定値を越えると開放する防
爆弁の放出部を設けたことを特徴とする二次電池。
【請求項２】正極および負極をセパレータを介して対向
させた電極群と電解液からなる発電要素を電池ケース内
に収納し、各正負極をリード線で封口部材に貫通設置さ
れた各極内部端子に接続し、前記封口部材と各極外部端
子を備えたスイッチケースが一体となり密閉されたスイ
ッチケース内部に熱応動または圧力応動のスイッチによ
る内外部端子の切り換え回路を有すると共に正負極端子
間に電池の充電終止電圧以上のツェナー電圧のツェナー
ダイオードを接続した安全装置により電池ケースの開口
部を密封し、前記スイッチケースの外部に電池ケース内
のガス圧が設定値を越えると開放する防爆弁の放出部を
設けたことを特徴とする二次電池。
【請求項３】安全装置は一方の極の内部端子と外部端子
が接続されており、他方の極の内部端子と外部端子は独
立し、通常は独立している同極内部端子と同極外部端子
間がスイッチを通して導通状態となり、電池の温度上昇
時または圧力上昇時は異極外部端子間がスイッチを通し
て導通状態となる請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】前記安全装置の温度上昇時の作動温度が８
０℃から１３０℃で温度下降時の復帰温度が−２０℃以
下である請求項１，２または３に記載の二次電池。
【請求項５】前記安全装置の圧力上昇時の作動圧力が３
kg／cm² から防爆弁の解放圧力以下である請求項１，２
または３に記載の二次電池。
【請求項６】前記封口部材がステンレス，アルミニウ
ム，鉄，銅等の金属材料からなる請求項１または２に記
載の二次電池。
【請求項７】前記ツェナーダイオードのカソード端子を
正極外部端子に、アノード端子を負極端子に接続した請
求項２に記載の二次電池。
【請求項８】前記ツェナーダイオードのカソード端子を
正極内部端子に、アノード端子を負極端子に接続した請
求項２に記載の二次電池。