WO2022196451A1

WO2022196451A1 - 密閉型電池、およびこれを使用した電池パック

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Publication number: WO2022196451A1
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Inventors: 謙一厚朴
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Abstract

密閉型電池（１０）は、電極体（１４）を収容する有底筒状の外装缶（１６）と、外装缶（１６）の開口部を塞ぐ封口体（１７）とを備える。封口体（１７）は、外装缶（１６）とともに、電極体（１４）を密閉し、電池内部のガス圧に感応して作動する電流遮断機構と、電流遮断機構の上に密閉空間（３６）を形成するキャップ（３０）とを有し、キャップ（３０）は、電池内部のガス圧に感応して開く防爆弁（３５）を有することを特徴とする。

Description

密閉型電池、およびこれを使用した電池パック

　本開示は、密閉型電池、およびこれを使用した電池パックに関する。

　非水電解質二次電池等の密閉型電池は、性能向上として高容量化・高エネルギー密度化が要望されている。電池の高容量化を支える技術として、電池異常時に作動する電流遮断機構および防爆機構の搭載が必須となってきている。
　また、電池パックを高エネルギー密度化する技術として、円筒形電池を直並列に複数接続する為の正極集電板および負極集電板を、同一平面上に配置して集電板の占める容積をコンパクトにして、高エネルギー密度化する技術がある。
　特許文献１には、電流遮断機構と防爆機構を封口体内部の弁体によって構成した密閉型電池が記載されている。

特開２０２０－１３５９２９号公報

　特許文献１の電池は、ガス排出孔が封口体天面側で電池の正極端子となるキャップに設けられている。当該電池の正極端子を同一方向に配置して、複数接続した電池パックの場合において、電池熱暴走時の排出ガスが、隣接する電池のガス排出孔から流入して、電流遮断機構や防爆機構に熱的影響を与える。或いは熱暴走した電池の排出ガスによって、電池パック内の圧力が高くなると、ガス排出孔を通して、隣接する電池の電流遮断機構や防爆機構が作動する圧力に影響を与えてしまうという課題があった。

　本開示の目的は、密閉型電池を複数収納する電池パックに使用した場合に、隣接する電池が熱暴走してガスを排出しても、電流遮断機構や防爆機構への影響を受けにくい密閉型電池、およびこれを使用した電池パックを提供することにある。

　本開示に係る密閉型電池は、電極体を収容する有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを備える。封口体は、外装缶とともに、電極体を密閉し、電池内部のガス圧に感応して作動する電流遮断機構と、電流遮断機構の上に密閉空間を形成するキャップとを有し、キャップは、密閉空間内部のガス圧に感応して開く防爆弁を有することを特徴とする。

　本開示に係る密閉型電池は、封口体のキャップに防爆弁を設けて、電流遮断機構との間に密閉空間を形成したので、密閉型電池を複数収納する電池パックに使用した場合に、隣接する電池が熱暴走してガスを排出しても、他の電池による電流遮断機構や防爆機構への影響を受けにくいという効果がある。

実施形態の密閉型電池の断面図である。実施形態の電池パックの外観を示す図である。実施形態の電池パックの内部構造を説明する図である。実施形態の電池パックの集電板の配置を示す図である。実施例および比較例に用いた外装缶を示す図であり、外装缶に防爆弁を設けない場合の図である。実施例および比較例に用いた外装缶を示す図であり、外装缶の底部に防爆弁を設けた場合の図である。実施例および比較例に用いた電池の封口体の形態を示す図であり、封口体天面に防爆弁を有する場合の図である。実施例および比較例に用いた電池の封口体の形態を示す図であり、封口体側面にガス排出孔を有する場合の図である。実施例および比較例に用いた電池の封口体の形態を示す図であり、封口体に防爆弁、ガス排出孔の何れも有しない場合の図である。実施例および比較例に用いた電池ホルダーの断面を示す図であり、上面からガスを排出するための電池ホルダーの図である。実施例および比較例に用いた電池ホルダーの断面を示す図であり、底面からガスを排出するための電池ホルダーの図である。

　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。また、以下で説明する実施形態および変形例の構成要素を選択的に組み合わせることは当初から想定されている。

　以下では、密閉型電池として、電極体１４が有底筒形状の外装缶１６に収容され、外装缶１６の開口を塞ぐ封口体１７を備えた非水電解質二次電池を例示するが、非水電解質二次電池以外にもニッケル水素二次電池等、種々の形式の密閉型電池にも適用しうるものである。

　図１は、本開示の一実施形態に係る密閉型電池１０の断面図である。図１に示すように、密閉型電池１０は、有底筒状の外装缶１６と、外装缶１６の開口を塞ぐ封口体１７、外装缶１６と封口体１７の間に介在するガスケット２７とを備える。また、密閉型電池１０は、外装缶１６に収容される電極体１４および電解質を備える。電極体１４は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３とを含み、正極１１と負極１２がセパレータ１３を介して渦巻き状に巻回された構造を有する。

　非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、およびこれらの２種以上の混合溶媒等を用いてもよい。非水溶媒は、溶媒である水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有してもよい。なお、非水電解質は液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。電解質塩には、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩が使用される。

　電極体１４は、長尺状の正極１１と、長尺状の負極１２と、長尺状の２枚のセパレータ１３とを有する。また、電極体１４は、正極１１に接合された正極リード２０と、負極１２に接合された負極リード２１を有する。負極１２は、リチウムの析出を抑制するために、正極１１よりも大きな寸法で形成され、正極１１より長手方向および幅方向（短手方向）に長く形成される。また、２枚のセパレータ１３は、少なくとも正極１１よりも一回り大きな寸法で形成され、例えば正極１１を上下に包むように配置される。

　正極１１は、正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極合剤層とを有する。正極集電体には、アルミニウム、アルミニウム合金など、正極１１の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極合剤層は、正極活物質、導電剤、および結着剤を含む。正極１１は、例えば正極集電体上に、正極活物質、導電剤、および結着剤等を含む正極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して正極合剤層を集電体の両面に形成することにより作製できる。

　正極活物質は、リチウム含有金属複合酸化物を主成分として構成される。リチウム含有金属複合酸化物に含有される金属元素としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ等が挙げられる。好ましいリチウム含有金属複合酸化物の一例は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの少なくとも１種を含有する複合酸化物である。

　正極合剤層に含まれる導電剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料が例示できる。正極合剤層に含まれる結着剤としては、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）等のフッ素樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィンなどが例示できる。これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はその塩等のセルロース誘導体、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などが併用されてもよい。

　負極１２は、負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極合剤層とを有する。負極集電体には、銅、銅合金など、負極１２の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極合剤層は、負極活物質、および結着剤を含む。負極１２は、例えば負極集電体上に、負極活物質、および結着剤等を含む負極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して負極合剤層を集電体の両面に形成することにより作製できる。

　負極活物質には、一般的に、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出する炭素材料が用いられる。好ましい炭素材料は、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、塊状人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛などの黒鉛である。負極合剤層には、負極活物質として、Ｓｉ含有化合物が含まれていてもよい。また、負極活物質には、Ｓｉ以外のリチウムと合金化する金属、当該金属を含有する合金、当該金属を含有する化合物等が用いられてもよい。

　負極合剤層に含まれる結着剤には、正極１１の場合と同様に、フッ素樹脂、ＰＡＮ、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂等を用いてもよいが、好ましくはスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はその変性体を用いる。負極合剤層には、例えばＳＢＲ等に加えて、ＣＭＣ又はその塩、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）又はその塩、ポリビニルアルコールなどが含まれていてもよい。

　セパレータ１３には、イオン透過性および絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータ１３の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、セルロースなどが好ましい。セパレータ１３は、単層構造、積層構造のいずれでもよい。セパレータ１３の表面には、耐熱層などが形成されてもよい。なお、負極１２は電極体１４の巻き始め端を構成してもよいが、一般的にはセパレータ１３が負極１２の巻き始め側端を超えて延出し、セパレータ１３の巻き始め側端が電極体１４の巻き始め端となる。

　図１に示す例では、正極リード２０は、正極芯体における巻回方向の中間部に電気的に接続され、負極リード２１は、負極芯体における巻回方向の巻き終わり端部に電気的に接続される。しかし、負極リードは、負極芯体における巻回方向の巻き始め端部に電気的に接続されてもよい。又は、電極体が２つの負極リードを有して、一方の負極リードが、負極芯体における巻回方向の巻き始め端部に電気的に接続され、他方の負極リードが、負極芯体における巻回方向の巻き終わり端部に電気的に接続されてもよい。又は、負極芯体における巻回方向の巻き終わり側端部を外装缶の内面に当接させることで、負極と外装缶を電気的に接続してもよい。

　図１に示すように、密閉型電池１０は、電極体１４の上側に配置される絶縁板１８と、電極体１４の下側に配置される絶縁板１９を更に有する。図１に示す例では、正極１１に取り付けられた正極リード２０が絶縁板１８の貫通孔を通って封口体１７側に延び、負極１２に取り付けられた負極リード２１が絶縁板１９の外側を通って、外装缶１６の底３１側に延びる。正極リード２０は、封口体１７の底板である内部端子板２３の下面に溶接等で接続され、内部端子板２３と電気的に接続された封口体１７の天板であるキャップ３０が正極外部端子となる。また、負極リード２１は外装缶１６の底３１の内面に溶接等で接続され、外装缶１６が負極外部端子となる。封口体１７の構造については、後で詳細に説明する。

　外装缶１６は、有底筒形状を有する金属製容器である。外装缶１６と封口体１７との間は、環状のガスケット２７で密封され、その密封で電池の内部空間が密閉される。ガスケット２７は、外装缶１６と封口体１７とで挟持され、封口体１７を外装缶１６に対して絶縁する。ガスケット２７は、電池内部の気密性を保つためのシール材の役割を有し、電解液の漏液が起こらないようにする。また、ガスケット２７は、外装缶１６と封口体１７との短絡を防止する絶縁材としての役割も有する。

　外装缶１６の上部には、円筒外周面の一部をスピニング加工して径方向内方側に窪ませた溝入部２２が設けられ、また外装缶１６の開口端には、環状のかしめ部２８が設けられている。有底筒状部２９は、電極体１４と非水電解質とを収容し、かしめ部２８は、有底筒状部２９の開口側の端部から径方向の内方側に折り曲げられて径方向の内方側に延びる。封口体１７は、かしめ部２８と溝入部２２の上側とでガスケット２７とともに挟持されて外装缶１６に固定される。

　次に封口体１７の構造について説明する。封口体１７は、内部端子板２３、絶縁部材２５、ラプチャーディスク２４、およびキャップ３０が並列された構造を有する。封口体１７を構成する各部材は、例えば円盤状またはリング状を呈し、絶縁部材２５を除く各部材は互いに電気的に接続されている。

　内部端子板２３は、円盤形状をした金属製の板であり、内部端子板２３の径は、ラプチャーディスク２４よりも小さく形成されている。内部端子板２３の中央部分は肉厚が薄く形成された薄肉部２３ａを形成する。薄肉部２３ａの周囲には切れ込み部２３ｂが形成されている。内部端子板２３の周縁には絶縁部材２５が装着されている。

　ラプチャーディスク２４は、円盤形状をした金属製の板であり、下面に突起部２４ａを有し、この突起部２４ａに、絶縁部材２５を装着した内部端子板２３を挿入して、突起部２４ａを径方向内側にかしめて、絶縁部材２５を介して、内部端子板２３がラプチャーディスク２４に固定される。

　ラプチャーディスク２４の中央部には、凹部２４ｂが設けられ、内部端子板２３と当接し、溶接によって電気的に接続されている。

　ラプチャーディスク２４は、周状に溝部２４ｃを有している。ラプチャーディスク２４と内部端子板２３は、電流遮断機構を形成している。後述するように、内部端子板２３の切れ込み部２３ｂが破断して、薄肉部２３ａが内部端子板２３から離れて、内部端子板２３の正極リード２０が接続された部分とラプチャーディスク２４の接続が切れることで電流経路が遮断するように構成されている。

　キャップ３０は、径方向の中央部に円形の隆起した天面部３３と、天面部３３の周囲に周縁部側に延在するフランジ部３２を有している。キャップ３０は周縁部で、ラプチャーディスク２４と電気的に接続されて、キャップ３０は電池の正極電極を構成している。キャップ３０の天面部３３には、防爆弁３５が形成されている。防爆弁３５は、キャップ３０の天面部３３に刻印等によって形成された溝等で形成されている。防爆弁３５の形状は、Ｃ型、丸型等、形状は問わない。尚、防爆弁３５は、キャップ３０の天面部３３に設けられなくてもよい。キャップ３０の天面部３３の径方向の角、あるいは天面部３３からフランジ部３２へ繋がる側面部３４の何れかに設けるようにしてもよい。

　本実施形態の密閉型電池１０は、従来の密閉型電池と異なり、キャップ３０にガス排出孔を有していない。よって、本実施形態の密閉型電池１０の封口体１７は、ラプチャーディスク２４とキャップ３０との間に密閉空間３６を形成している。密閉型電池１０が、電池外部から密閉されることで、電池外部の空気の流れや、温度を電池内部に伝えにくい構成と成る。後述するように、密閉空間３６により、ラプチャーディスク２４が電池外部から密閉されることで、隣接配置された電池パック内で隣接電池がガスを排出した場合にも、その影響を受けにくい構成となっている。

　次に、本実施形態の密閉型電池１０の電流遮断機構と防爆機構について説明する。

　内部短絡等によって電池内部のガス圧が高くなると、内部端子板２３の薄肉部２３ａがラプチャーディスク２４をキャップ３０側に押し上げる圧力が発生する。密閉空間３６内の圧力に対して、電池内部のガス圧が所定圧力以上に大きくなると、内部端子板２３の薄肉部２３ａが切れ込み部２３ｂで破断して、薄肉部２３ａとともにラプチャーディスク２４が内部端子板２３から離れる。これにより、ラプチャーディスク２４と内部端子板２３との電流経路が遮断される。更に、内圧が上昇すると、ラプチャーディスク２４の溝部２４ｃが破断し、密閉空間３６の密閉が破られて、密閉空間３６内の圧力が、電池内の発生ガス圧によって上昇する。電池内部が熱暴走するなどして、電池内部の圧力が更に上昇すると、キャップ３０に設けられた防爆弁３５が破断して、ガスを電池外部へ排出する。これによって、内部圧力の上昇によって、電池が破裂するのを防止する。

　以上のように、本実施形態の電流遮断機構は、ラプチャーディスク２４と内部端子板２３の接続を切ることに対して、防爆機構は、ラプチャーディスク２４の溝部２４ｃと、キャップ３０の防爆弁３５の２段階の構成になっている。しかし、必ずしも防爆機構は２段階である必要はない。例えば、ラプチャーディスク２４は、溝部２４ｃに変えて、貫通孔を設けていれば、防爆機構は、キャップ３０の防爆弁３５のみとできる。

　電流遮断機構の作動圧は、防爆機構の作動圧よりも低く設定されている。内部短絡が発生した場合に、早期に電流経路を遮断することによって、隣接する電池からの過大な電流が流れ込むことを防止することができる。内部短絡の後、内部で熱暴走が発生した場合に、ガス圧が更に上昇するが、その場合には、ラプチャーディスク２４の溝部２４ｃおよび防爆弁３５が作動して、ガスの電池外への排出経路を形成して、電池内部のガス圧の上昇による破裂を防ぐ。従って、電流遮断機構の作動圧は、防爆機構の作動圧よりも低く設定しておくことが好ましい。電流遮断機構と防爆機構の作動圧は、内部端子板２３の薄肉部２３ａの板厚と防爆弁３５の板厚を調整することにより設定が可能である。一般的には、内部端子板２３の薄肉部２３ａの板厚を、防爆弁３５の板厚よりも薄く設計することで実現できる。具体的には、刻印の掘り込みの深さで調整することができる。また、内部端子板２３とキャップ３０を構成する材質によっても調整可能である。

　図２は、本実施形態の密閉型電池１０を複数収納した電池パック４０の外観を示す図である。電池パック４０は、複数の密閉型電池１０を収納する樹脂製の外装ケース４１と、外部への接続端子である正極端子４２と負極端子４３を有している。電池パック４０の正極端子４２と負極端子４３は、外装ケース４１の一方の側面の上端から引き出されている。外装ケース４１は、正極端子４２と負極端子４３が引き出されている一方の側面から対応する他方の側面の上面内部にガス排出経路４４を有しており、他方の側面の上端にガス排出弁４５を有している。本実施形態の電池パック４０は、箱型をしているが、内部に収納する密閉型電池１０の数や配置で変更され得る。

　図３は、本実施形態の電池パック４０の内部構造の概略を示した図である。電池パック４０は、複数の密閉型電池１０を収納している。電池パック４０の外装ケース４１内で、複数の密閉型電池１０は、全ての正極端子（キャップ３０）が一方方向に揃えて収納されている。これは、正極端子と負極端子を一括して配線することができ、電池パック４０の体積エネルギー密度を高めることに貢献する。

　電池パック４０内で、複数の密閉型電池１０の正極端子は正極集電板４７に接続され、負極端子は負極集電板４８に接続されている。正極集電板４７は正極端子４２に、負極集電板４８は負極端子４３にそれぞれ接続されている。正極端子４２と負極端子４３は、外部接続用の端子であり、電池パックを使用する機器の電気接続端子に接続される。

　電池パック４０の内部で、複数の密閉型電池１０の正極端子の上面にガス排出経路４４が設けられている。本実施形態の密閉型電池１０は、防爆弁３５が正極であるキャップ３０側に設けているため、短絡、熱暴走等による排出されるガスを、正極端子の上面に設けられたガス排出経路４４から、電池パック４０の外部へ容易に排出することができる。更に正極集電板４７、負極集電板４８を配置した上面をガス排出経路４４とすることで、電池パック４０の体積を小さくすることができ、体積エネルギー密度を高めることができる。

　ガス排出経路４４のガス排出弁４５は、水滴などが侵入しないようにガス排出弁４５は通常は閉じられている。電池パック４０内の圧力が上昇すると、ガス排出経路４４内の圧力が高まり、ガス排出弁４５が開いて、ガスを電池パック４０外へ排出するように構成されている。これによって、一部の密閉型電池１０が異常を発生してガスを排出する場合に、電池パック４０が膨張することを防ぐことができる。尚、ガス排出弁４５は、外装ケース４１の側面の上方に孔を設けて、孔をシールすることで構成してもよい。

　図４に、正極集電板４７と負極集電板４８の配置の例を示す。密閉型電池１０の正極端子が一方方向に揃えて配置され、キャップ３０（正極端子）に正極集電板４７から配線が接続されている。密閉型電池１０の外装缶１６の肩部（負極端子）に負極集電板４８から配線が接続されている。配線の接続は、溶接等で行うが、種々の方法で可能である。

　図３に戻って、電池パック４０内の１つの密閉型電池１０が異常でガスを排出する場合について説明する。

　内部短絡や電池内部の熱暴走により、内部端子板２３とラプチャーディスク２４との電気的接続が切れ、次にラプチャーディスク２４の溝部２４ｃが破断した後、キャップ３０の天面部３３にある防爆弁３５が破断した場合を考える。密閉型電池１０からは高温のガスが排出され、電池パック４０内およびガス排出経路４４内にガスが充満する。従来の密閉型電池の場合、キャップには、ガス排出孔が設けられていた。よって、電池パック４０内にガスが排出されると、ガス排出孔から高温のガスが流入して、正常な電池のラプチャーディスク２４に高温ガスが触れ、熱的影響を与えていた。

　また、電池パック４０内の圧力が上昇することにより、ラプチャーディスク２４の作動圧にも影響を与えていた。ラプチャーディスク２４は、密閉型電池１０の電極体１４側の内部の圧力とラプチャーディスク２４の外側の圧力の差によって作動する。このため、電池外側の圧力が高くなると、ラプチャーディスク２４は作動し難くなる。

　一方、本開示の密閉型電池１０は、キャップ３０に防爆弁３５を設けて、密閉構造としたので、電池パック４０内にガスが充満した場合でも、正常な密閉型電池１０の内部へガスが流入することが無い。よって、排出ガスによるラプチャーディスク２４への影響を受けにくくなっている。

　また、電池パック４０には、ガス排出経路４４を設けることで、所定以上の圧力になった場合には、ガス排出弁４５から電池パック４０内に溜まったガスを排出するようにして、電池パック４０内の圧力が異常に上昇することが無いようにできる。

　以下、実施例によりさらに具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。

　（実施例１）
　［正極の作製］
　正極活物質としてニッケルコバルトアルミニウム酸リチウムを、導電助剤としてのアセチレンブラックを、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを用い、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液と混合して正極合剤スラリーを得た。この正極合剤スラリーを、アルミニウム製の正極集電体の両面に塗布し、乾燥・圧延して正極を得た。

　［負極の作製］
　負極活物質として黒鉛、珪素系化合物を、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を、結着剤としてスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用い、水と混合して負極合剤スラリーを得た。この負極合剤スラリーを、銅製の負極集電体の両面に塗布し、乾燥・圧延して負極を得た。

　［電極体の作製］
　上記正極および負極を、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して捲回することにより、電極体を得た。

　［非水電解質の作製］
　エチレンカーボネート（ＥＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を混合して非水溶媒を得た。この非水溶媒に電解質塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解して非水電解質を得た。

　［二次電池の作製］
　電極体を円筒形の図５Ａに示す外装缶１６ａに挿入し、非水電解質を注液し、外装缶１６ａの開口端に、図６Ａに示す封口体１７ａをかしめることにより密閉型電池を完成させた。封口体１７ａは、封口体天面に防爆弁を有し、ラプチャーディスクとの間に密閉空間を形成している。

　［電池パックの作製]
　上述の方法で作製した密閉型電池６本を図７Ａに示す直方体形の電池ホルダー４６ａの電池挿入部４９に挿入し、正極集電板および負極集電板を設置し、密閉型電池と集電板を溶接し、外装ケースに挿入することにより電池パックを作製した。

　（比較例１）
　実施例１の電池パックの封口体１７ａに変えて、図６Ｂに示す天面部にガス排気孔５１を設けた封口体１７ｂを用いたこと以外は、実施例１と同様にして電池パックを作製した。

　（比較例２）
　実施例１の電池パックの封口体１７ａに変えて、図６Ｃに示す天面部に防爆弁もガス排出孔も有しない封口体１７ｃを用いた。外装缶１６ａに変えて、図５Ｂに示す底面部に防爆機構５０を有する外装缶１６ｂを用い、電池ホルダー４６ａに変えて、図７Ｂに示すように電池挿入部４９の底にガス排出孔５２を有する電池ホルダー４６ｂを用いて、ガス排出経路を密閉型電池の底面部に設置した。上記以外は、実施例１と同様にして電池パックを作製した。

　（実施例２）
　実施例１の電池パックをポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）フィルムで密封したこと以外は、実施例１と同様にして電池パックを作製した。

　（比較例３）
　比較例１の電池パックをポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）フィルムで密封したこと以外は、実施例１と同様にして電池パックを作製した。

　［検証実験］
　実施例１，２および比較例１～３の電池パックの外径寸法から、それぞれの電池パックの体積エネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）を算出した。
　電池熱暴走時の隣接電池への影響を、次の手順により評価した。２５℃雰囲気下において電池パックを満充電し、電池パックの側面から釘を刺すことで密閉型電池を強制的に熱暴走させた。電池パックが２５℃まで十分に冷却された後に解体して、強制的に熱暴走させた密閉型電池と隣接する密閉型電池を取り出した。隣接する密閉型電池を解体して封口体を取り出し、電流遮断機構の作動圧（ＭＰａ）を測定した。

　電池熱暴走時の信頼性指標を、次の手順により評価した。まず電池パックを２５℃雰囲気下において、１時間率の電流値で連続充電し、電流遮断機構が作動して電流が流れなくなる時間Ｔ１を測定した。次に別の電池パックを２５℃雰囲気下において１時間率の電流値で連続充電し、（Ｔ１－３秒）の時点で、電池パックの側面に釘を刺すことで密閉型電池を強制的に熱暴走させ、隣接する密閉型電池の電流遮断機構が作動して電流が流れなくなる時間Ｔ２を測定して、信頼性指標とした。

　［評価結果］
　表１に電池パックのそれぞれについて、電池パックの体積エネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）、電池熱暴走後の隣接電池の電流遮断機構の作動圧（ＭＰａ）、および電池熱暴走時の信頼性指標としたＴ２を示す。電池パックの体積エネルギー密度、および電池熱暴走後の隣接電池の電流遮断機構の作動圧評価結果は、実施例１の数値を１００として指標化した。

　表１から、封口体天面にガス排出孔がある比較例１、３と比較して、封口体天面にガス排出孔が無い実施例１、２、比較例２の電池は、隣接電池電流遮断圧の低下が生じていないことが分かる。このことから、封口体天面にガス排出孔を設けない構成によって、隣接電池が熱暴走したときの高温ガスの電流遮断機構への熱的影響を抑制していると考えられる。

　更に、比較例１、３と比較して、実施例１、２の電池は、隣接電池電流遮断時間Ｔ２は３ｓｅｃで、遅延が生じていないことが分かる。これは、実施例１、２の電池の電流遮断機構は、電池内部のキャップと電流遮断機構の間の密閉空間の圧力と、電池発電部の圧力の差によって作動する構造としている為に、隣接電池の高温ガス排出による電池パック内の圧力上昇の影響を受けにくいためと考えられる。一方、比較例１、３の電池は、封口体天面にガス排出孔を設けているために、隣接電池の高温ガス排出によって、電池パック内の圧力が上昇し、ガス排出孔を介して、電流遮断機構に接する圧力も上昇し、電流遮断時間が遅延したものと考えられる。

　以上から、封口体天面にガス排出孔を設けず、実施例１、２の電池パックは、比較例１～３の電池パックに比べて、高い体積エネルギー密度を保ちつつ、電池熱暴走時の信頼性を確保できていることが分かる。

　１０　密閉型電池、１１　正極、１２　負極、１３　セパレータ、１４　電極体、１６、１６ａ、１６ｂ　外装缶、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ　封口体、１８，１９　絶縁板、２０　正極リード、２１　負極リード、２２　溝入部、２３　内部端子板、２３ａ　薄肉部、２３ｂ　切れ込み部、２４　ラプチャーディスク、２４ａ　突起部、２４ｂ　凹部、２４ｃ　溝部、２５　絶縁部材、２７　ガスケット、２８　かしめ部、２９　有底筒状部、３０　キャップ、３１　底、３２　フランジ部、３３　天面部、３４　側面部、３５　防爆弁、３６　密閉空間、４０　電池パック、４１　外装ケース、４２　正極端子、４３　負極端子、４４　ガス排出経路、４５　ガス排出弁、４６ａ、４６ｂ　電池ホルダー、４７　正極集電板、４８　負極集電板、４９　電池挿入部、５０　防爆機構、５１、５２　ガス排出孔

Claims

　電極体を収容する有底筒状の外装缶と、
　前記外装缶の開口部を塞ぐ封口体と、
　を備え、
　前記封口体は、前記外装缶とともに、前記電極体を密閉し、電池内部のガス圧に感応して作動する電流遮断機構と、前記電流遮断機構の上に密閉空間を形成するキャップと、を有し、
　前記キャップは、前記密閉空間内部のガス圧に感応して開く防爆弁を有する、
　密閉型電池。
　前記電流遮断機構が作動した後に、前記防爆弁が作動するように、前記電流遮断機構および前記防爆弁の感応特性を調整した、
　請求項１に記載の密閉型電池。
　請求項１または２に記載の密閉型電池を複数有した電池パックであって、
　前記電池パック内において、前記複数の密閉型電池の正極端子を一方向に揃えて配置した、
　電池パック。
　前記複数の密閉型電池の前記正極端子が配置された前記電池パックの内部に、閉じられたガス排出経路を更に有する、
　請求項３に記載の電池パック。
　前記ガス排出経路は、前記密閉型電池からガスが放出され、前記電池パック内の圧力が上昇した場合に開く、ガス排出弁を有する、
　請求項４に記載の電池パック。