(57)【要約】【課題】円筒形電池と外部リードを含む電池リード接続体において、電池内圧の上昇に応じて外部リードを介する電流経路を高精度に遮断可能とすることである。【解決手段】本開示の一態様に係る電池リード接続体１は、第１外部端子として機能する有底円筒状の外装缶１２、及び外装缶の開口部を封止し、第２外部端子として機能する封口体２０を含む円筒形電池１０を含む。外装缶に第１外部リード４０が接続され、封口体の天板２２に第２外部リード４４が接続され、第１外部リードに短絡端子４６が接続されるとともに短絡端子が天板に隙間をあけて対向する。天板は、導電性材料から形成される。短絡端子は、天板が電池内圧の上昇により変形したときに天板に接触可能な位置に配置され、短絡端子が天板に接触したときに、第１外部リードが溶断する。【選択図】図２
2020053262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１外部端子として機能する有底円筒状の外装缶、及び前記外装缶の開口部を封止する封口体であって、前記第１外部端子とは異なる極性の第２外部端子として機能する封口体を有する円筒形電池と、
前記外装缶に接続された第１外部リードと、
前記封口体の外端にある天板に接続された第２外部リードと、
前記第１外部リードに接続されるとともに前記天板に隙間をあけて対向する短絡端子とを備え、
前記天板は、前記円筒形電池の内圧の上昇に伴って変形可能な導電性材料から形成され、
前記短絡端子は、前記天板が前記内圧の上昇により変形したときに前記天板に接触可能な位置に配置され、
前記第１外部リードは、前記短絡端子が前記天板に接触したときに溶断する、電池リード接続体。
【請求項２】
前記天板の極性は、正極である、請求項１に記載の電池リード接続体。
【請求項３】
前記天板の極性は、負極である、請求項１に記載の電池リード接続体。
【請求項４】
前記第１外部リードは、前記短絡端子が前記天板に接触したときに溶断する溶断部を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電池リード接続体。
【請求項５】
前記第１外部リードにおける前記溶断部の単位長さ当たりの抵抗値は、前記短絡端子の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい、請求項４に記載の電池リード接続体。
【請求項６】
互いに電気的に接続される複数の円筒形電池を含む電池モジュールであって、
少なくとも１つの前記円筒形電池が、第１外部端子として機能する有底円筒状の外装缶、及び前記外装缶の開口部を封止する封口体であって、前記第１外部端子とは異なる極性の第２外部端子として機能する封口体を有し、
前記外装缶に接続された第１外部リードと、
前記封口体の外端にある天板に接続された第２外部リードと、
前記第１外部リードに接続されるとともに前記天板に隙間をあけて対向する短絡端子とを備え、
前記天板は、前記円筒形電池の内圧の上昇に伴って変形可能な導電性材料から形成され、
前記短絡端子は、前記天板が前記内圧の上昇により変形したときに前記天板に接触可能な位置に配置され、
前記第１外部リードは、前記短絡端子が前記天板に接触したときに溶断する、電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、円筒形電池と外部リードを含む電池リード接続体及び電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年二次電池は、電気自動車用の電源や、自然エネルギーを活用するための蓄電装置などへ用途が拡大しており、さらなる高容量化が望まれる。電気自動車や蓄電装置では、多数の二次電池を、外部リードを介して直列または並列に接続して形成した電池モジュールが使用される。二次電池の高容量化に伴い、二次電池及び電池モジュールにはより高い安全性が求められている。従来、二次電池の過充電等で電池内部圧力が異常に上昇した場合に、二次電池内部の電流経路を遮断することで、未然に二次電池の熱暴走及び破裂が防止されている。
【０００３】
特許文献１には、安全性を確保するために封口体に電流遮断機構を組み込んだ円筒形二次電池が記載されている。この電流遮断機構は、金属製の弁体、絶縁部材、及び通気孔を有する金属体を組み合わせることにより構成される。弁体と金属体とはそれらの中心部同士が接続されており、それらの外周部の間に絶縁部材が介在している。電池内圧が上昇すると、弁体が金属体との接続部を電池外方へ引っ張り、この接続部、または金属体に設けられた薄肉部が破断して弁体と金属体との間の電流経路が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１５７７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された円筒形電池では、電池内圧の上昇に応じて電流遮断機構を構成する弁体などの金属部品が、内部の電流経路を遮断するように変形する。複数の円筒形電池の製品において、このような金属部品の変形による弁体と金属体の接続部や金属体に設けられた薄肉部の破断圧力を厳密に制御することは難しいため、電流遮断機構の作動圧にバラツキが生じる場合がある。
【０００６】
本開示の目的は、円筒形電池と外部リードを含む電池リード接続体及び電池モジュールにおいて、電池内圧の上昇に応じて外部リードを介する電流経路を高精度に遮断可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る電池リード接続体は、第１外部端子として機能する有底円筒状の外装缶、及び外装缶の開口部を封止する封口体であって、第１外部端子とは異なる極性の第２外部端子として機能する封口体を有する円筒形電池と、外装缶に接続された第１外部リードと、封口体の外端にある天板に接続された第２外部リードと、第１外部リードに接続されるとともに天板に隙間をあけて対向する短絡端子とを備え、天板は、円筒形電池の内圧の上昇に伴って変形可能な導電性材料から形成され、短絡端子は、天板が内圧の上昇により変形したときに天板に接触可能な位置に配置され、第１外部リードは、短絡端子が天板に接触したときに溶断する、電池リード接続体である。
【０００８】
本開示に係る電池モジュールは、互いに電気的に接続される複数の円筒形電池を含む電池モジュールであって、少なくとも１つの円筒形電池が、第１外部端子として機能する有底円筒状の外装缶、及び外装缶の開口部を封止する封口体であって、第１外部端子とは異なる極性の第２外部端子として機能する封口体を有し、外装缶に接続された第１外部リードと、封口体の外端にある天板に接続された第２外部リードと、第１外部リードに接続されるとともに天板に隙間をあけて対向する短絡端子とを備え、天板は、円筒形電池の内圧の上昇に伴って変形可能な導電性材料から形成され、短絡端子は、天板が内圧の上昇により変形したときに天板に接触可能な位置に配置され、第１外部リードは、短絡端子が天板に接触したときに溶断する、電池モジュールである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る電池リード接続体及び電池モジュールによれば、電池内圧の上昇に応じて天板を短絡端子に接触するように変形させることにより、外部リードを介する電流経路を遮断できる。このような短絡回路の形成により外部リードが速やかに溶断するため、電池内圧が所定値に達してから電流遮断機構が速やかに作動する。そのため、電流遮断機構の作動圧のバラツキが大幅に低減される。さらに、電池内部に組み込む電流遮断機構を省略することもできるため、二次電池の高容量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態の電池リード接続体を構成する円筒形電池の断面図である。
【図２】本開示の一実施形態の電池モジュールを構成する電池リード接続体を示す図であって、通常状態（ａ）、電池内圧の上昇により短絡回路が形成された状態（ｂ）、短絡回路の形成により第１外部リードの一部が溶断した状態（ｃ）を示す図である。
【図３】本開示の一実施形態の電池リード接続体の第１外部リード及び短絡端子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、方向等は、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、仕様等にあわせて適宜変更することができる。以下では、円筒形電池が非水電解質二次電池である場合を説明するが、円筒形電池はこれに限定するものではない。
【００１２】
図１は、本開示の一実施形態の電池リード接続体を構成する円筒形電池１０の断面図である。例えば、円筒形電池１０には、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池が用いられる。円筒形電池１０は、有底円筒状の外装缶１２の内部に電極体１４と、電解液である非水電解質（図示せず）を収容して構成される。外装缶１２の開口部にガスケット１６を介して封口体２０がかしめ固定されている。これにより外装缶１２の開口部が、ガスケット１６を介して封口体２０により封止され電池内部が密封される。ガスケット１６は、絶縁部材である。外装缶１２は、第１外部端子（より詳しくは負極端子）として機能する。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。
【００１３】
封口体２０は、天板２２、絶縁板２４、及び金属板２６から構成されている。天板２２は、封口体２０の外端（図１の上端）にあり、電池内部に組み込む電流遮断機構の弁体として機能するとともに、電池外部の電流遮断機構の構成部材としても機能する。なお、本実施形態では、電池内部に電流遮断機構が組み込まれる場合を説明するが、この電流遮断機構は省略されてもよい。天板２２と金属板２６は、それらの中心部同士が接続されており、それらの外周部の間に絶縁板２４が介在している。本実施形態では、天板２２が電池外部に露出しており、第１外部端子とは異なる極性の第２外部端子（より詳しくは正極端子）として機能する。金属板２６は正極リード３１に接続される内部端子板として機能する。
【００１４】
電池内部の電流遮断機構は次のように作動する。金属板２６には通気孔（図示せず）が設けられており、絶縁板２４にも通気孔（図示せず）が設けられている。そのため、電池内圧が上昇すると、天板２２が金属板２６及び絶縁板２４の通気孔を介して、その圧力を受ける。その結果、電池内圧の上昇に伴って、天板２２が金属板２６との接続部２７を電池外方へ引っ張るように作用する。そして電池内圧が過度に上昇すると金属板２６の天板２２との接続部２７または金属板２６の接続部２７の周囲に設けられた薄肉部（図示せず）が破断して、天板２２と金属板２６との間の電流経路が遮断される。その後、さらに電池内圧が上昇すると、天板２２に設けられた後述の傾斜領域２３の最薄肉部２３ａが起点となって天板２２が破断して、電池内部のガスが排出される。
【００１５】
天板２２は、円筒形電池１０の内圧の上昇に伴って変形可能な導電性材料から形成される。これにより、後述のように、天板２２の外側に後述の電池モジュールの短絡端子４６（図２）を、隙間Ｇを介して対向させた場合に、電池内圧の上昇に伴って天板２２を外側に変形させて短絡端子４６に接触させることができる。例えば、天板２２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材のプレス加工により作製することができる。アルミニウム及びアルミニウム合金は可撓性に優れているため天板２２の材料として好ましい。天板２２の電池内方側の面に、その中心部と外周部にそれぞれ突出部２２ａと突起部２２ｂが設けられている。中心部の突出部２２ａは金属板２６との接続を容易にするとともに、天板２２と金属板２６との間に絶縁板２４が介在するためのスペースを与えることができる。
【００１６】
外周部の突起部２２ｂは、平面形状が環状となるように形成されている。突起部２２ｂは絶縁板２４を介して金属板２６を固定している。なお、突起部２２ｂは、周方向に連続した円環状に設けられてもよいし、あるいは、周方向に間隔を空けて断続的に設けられてもよい。
【００１７】
天板２２の電池内方側の面には、内周部から外周部へ半径方向に沿って厚みが連続的に減少する傾斜領域２３が形成されている。傾斜領域２３の外周部は、厚みが最も薄い最薄肉部２３ａとなっている。傾斜領域２３の下方には、断面三角状の空間が平面視で環状に形成され、この空間が絶縁板２４の通気孔及び金属板２６の通気孔と連通している。
【００１８】
絶縁板２４は絶縁性を確保することができ、電池特性に影響を与えない材料を用いることができる。絶縁板２４に用いられる材料としてはポリマー樹脂が好ましく、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂が例示される。
【００１９】
図１に示すように、絶縁板２４を介して天板２２の突起部２２ｂが金属板２６を固定できるように、絶縁板２４は外周部に電池内方へ伸びるスカート部２４ａを有している。スカート部２４ａの内周部に金属板２６が配置されるため、天板２２の突起部２２ｂが絶縁板２４を介して金属板２６を固定することが可能となる。スカート部２４ａの先端は、天板２２の中央部側、すなわち、突出部２２ａ側へ折り曲げられてもよい。これにより、金属板２６の外周に設けたフランジ部にスカート部２４ａの先端が係合した状態で組み付けられ、絶縁板２４に対する金属板２６の位置ズレを確実に防止することができる。
【００２０】
封口体２０は、次のようにして組み立てられる。まず、封口体２０を構成する天板２２、絶縁板２４、及び金属板２６を準備する。次に、絶縁板２４のスカート部２４ａの内側に金属板２６を嵌め合わせ、続いて、天板２２の突起部２２ｂの内側に絶縁板２４を嵌め合わせる。そして、天板２２の突起部２２ｂが絶縁板２４を介して金属板２６を固定するように突起部２２ｂを中心側へプレスする。このとき、突起部２２ｂの内周側面が円筒形電池１０の軸方向（電極体１４の巻回軸方向）に対して所定角度（例えば２０°程度）内側へ傾斜するようにプレスして、金属板２６を固定するのが好ましい。なお、上記の部材を嵌め合わせる２つの手順は順序を入れ替えてもよい。
【００２１】
天板２２と金属板２６との接続は上記の手順を完了した後に行うことが好ましい。天板２２と金属板２６が互いに固定された状態で接続することが可能になるため、接続強度のバラツキが低減される。なお、金属板２６には天板２２と同様にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが好ましい。これにより天板２２と金属板２６の接続が容易になる。接続方法としてはレーザー溶接を用いることが好ましい。
【００２２】
次に、電極体１４について説明する。本実施形態では正極板３０と負極板３２を、セパレータ（図示せず）を介して巻回して形成した電極体１４を用いている。
【００２３】
正極板３０は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する。例えば、正極集電体の両面に正極活物質層が形成される。正極集電体には、例えばアルミニウムなどの金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。好適な正極集電体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とする金属の箔である。正極集電体の厚みは、例えば１０μｍ〜３０μｍである。
【００２４】
正極活物質層は、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことが好ましい。正極板３０は、正極活物質、導電剤、結着剤、及びＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の分散媒を含む正極合剤スラリーを正極集電体の両面に塗布した後、乾燥及び圧延することにより作製される。
【００２５】
正極活物質としては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属元素を含有するリチウム含有遷移金属複合酸化物が例示できる。リチウム含有遷移金属複合酸化物は、特に限定されないが、一般式Ｌｉ１＋ｘＭＯ２（式中、−０．２＜ｘ≦０．２、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの少なくとも１種を含む）で表される複合酸化物であることが好ましい。
【００２６】
上記導電剤の例としては、カーボンブラック（ＣＢ）、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料などが挙げられる。上記結着剤の例としては、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）等のフッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）またはその塩、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等が併用されてもよい。これらは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２７】
正極板３０には、正極集電体を構成する金属の表面が露出した正極集電体露出部(図示せず)が設けられる。正極集電体露出部は正極リード３１が接続される部分であって、正極集電体の表面が正極活物質層に覆われていない部分である。正極リード３１の一端側部分は、例えば、超音波溶接によって正極集電体露出部に接合される。正極リード３１の他端側部分は、封口体２０の金属板２６に接続される。
【００２８】
負極板３２は、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質層とを有する。例えば、負極集電体の両面に負極活物質層が形成されている。さらに、負極板３２は、巻き終わり端部に、負極集電体露出部（図示せず）が設けられる。負極集電体露出部は負極リード３３が接続される部分であって、負極集電体の表面が負極活物質層に覆われていない部分である。負極リード３３の一端側部分は、例えば、超音波溶接によって負極集電体露出部に接合される。負極リード３３の他端側部分は、外装缶１２の底部に接続される。
【００２９】
負極活物質層は、負極活物質及び結着剤を含むことが好ましい。負極板３２は、例えば負極活物質、結着剤、及び水等を含む負極合剤スラリーを負極集電体の両面に塗布した後、乾燥及び圧延することにより作製される。
【００３０】
負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出できるものであれば特に限定されず、例えば天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと合金化する金属、またはこれらを含む合金、複合酸化物などを用いることができる。負極活物質層に含まれる結着剤には、例えば正極板３０の場合と同様の樹脂が用いられる。水系溶媒で負極合剤スラリーを調製する場合は、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ＣＭＣまたはその塩、ポリアクリル酸またはその塩、ポリビニルアルコール等を用いることができる。これらは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３１】
負極板３２は、正極板３０にセパレータを介して積層した状態で、巻回して用いる。なお、負極リード３３を用いるとともに、または負極リード３３を省略して、負極板３２の巻き終わり端部の最外周面の全周にわたって負極集電体露出部を配置し、その負極集電体露出部を外装缶１２の円筒部の内周面に接触させて、負極板３２を外装缶１２に電気的に接続してもよい。これにより、より良好な集電性を確保できる。
【００３２】
セパレータには、イオン透過性及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、不織布などが挙げられる。セパレータの材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂が好ましい。セパレータの厚みは、例えば１０μｍ〜５０μｍである。セパレータは、電池の高容量化・高出力化に伴い薄膜化の傾向にある。セパレータは、例えば１３０℃〜１８０℃程度の融点を有する。
【００３３】
図２は電池モジュールを構成する電池リード接続体１を示す図であって、通常状態（ａ）、電池内圧上昇により短絡回路が形成された状態（ｂ）、短絡回路の形成により第１外部リード４０の一部が溶断した状態（ｃ）を示す図である。以下では、円筒形電池１０の封口体２０側を「上」、外装缶１２の底部側を「下」という場合がある。
【００３４】
電池モジュールは、上記の円筒形電池１０を複数含んでいる。複数の円筒形電池１０は、第１外部リード４０及び第２外部リード４４を介して、電気的に直列、または並列、またはこれらの組み合わせで接続される。
【００３５】
電池リード接続体１は、円筒形電池１０、第１外部リード４０、第２外部リード４４、及び短絡端子４６を含んで構成される。第１外部リード４０は外装缶１２の外面に接続される。第２外部リード４４は、封口体２０の天板２２の外面（図２の上面）に接続される。短絡端子４６は、第１外部リード４０に電気的に接続されるとともに、天板２２の外面に隙間Ｇをあけて対向するように配置される。第１外部リード４０、短絡端子４６、天板２２及び外装缶１２により、円筒形電池１０の内圧が上昇したときに第１外部リード４０を介する電流経路を遮断する電池外部の電流遮断機構を構成する。上記の通り、第１外部リード４０及び第２外部リード４４の一端は円筒形電池に接続されている。複数の円筒形電池を直列または並列に接続して電池モジュールを構成する場合、第１外部リード４０及び第２外部リード４４の他端は他の円筒形電池に接続される。
【００３６】
短絡端子４６は、天板２２が円筒形電池１０の内圧の上昇により変形したときに天板２２に接触可能な位置に配置される。短絡端子４６が天板２２に接触したときに、第１外部リード４０が溶断する。
【００３７】
図３は、電池リード接続体１の第１外部リード４０及び短絡端子４６の斜視図である。第１外部リード４０及び短絡端子４６は、互いに接続される。
【００３８】
第１外部リード４０は、略上下方向に伸びる第１板部４０ａ及び略水平方向に伸びる第２板部４０ｂを有するＬ字形である。第１外部リード４０の第２板部４０ｂの先端には、円筒形電池１０の外装缶１２の円筒部１２ａ（図１、図２）の外周面に合致する断面円弧形の凹部４０ｃが形成される。第２板部４０ｂの凹部４０ｃの内面が円筒部１２ａの外周面に接触した状態で、第１外部リード４０が外装缶１２に電気的に接続される。例えば、第１外部リード４０は外装缶１２に溶接する。第１外部リード４０の先端は、外装缶１２の上端付近に全周に形成された断面Ｕ字状の溝部１３の内面、外装缶１２の上端外周部、または外装缶１２の底面等に、電気的に接続されてもよい。第１外部リード４０は、例えば銅等の導電性の高い金属板により形成される。
【００３９】
短絡端子４６は、略水平方向に伸びる第１板部４６ａ及び第１板部４６ａの先端から略下方向に伸びる第２板部４６ｂを有する断面矩形のＬ字形である。第１板部４６ａの下面の長手方向中間部には、第１外部リード４０の第１板部４０ａの上端が接続される。第２板部４６ｂの先端（図３の下端）は、円筒形電池１０の天板２２の上面に、隙間Ｇ（図２（ａ））を介して対向する。短絡端子４６は、例えば銅等の導電性の高い金属板により形成される。
【００４０】
第１外部リード４０は、短絡端子４６が天板２２に接触したときに第１外部リード４０及び短絡端子４６を含む短絡回路を形成して溶断する。第１外部リード４０は、短絡回路が形成されたときに短絡端子４６に対して優先的に溶断するように構成される。例えば、第１外部リードを短絡端子４６より高抵抗とすることにより、第１外部リード４０が優先的に溶断する。実施形態では、第１外部リード４０の長手方向に対し直交する平面についての断面積は、短絡端子４６の長手方向に対し直交する平面についての断面積より小さくなっている。これにより、天板２２が電池内圧の上昇により上側に変形して、短絡端子４６の第２板部４６ｂの先端が天板２２に接触し、図２（ｂ）に破線αで示すように、短絡端子４６及び第１外部リード４０を含む短絡回路が形成されたときに、第１外部リード４０が短絡端子４６より発熱しやすくなる。このため、第１外部リード４０のうち図２（ｃ）のＸで示す部分が円筒形電池１０の短絡による急激な温度上昇により溶断するので、第１外部リード４０を介する電流経路が遮断される。このとき、図２（ｃ）のＸで示す部分が第１外部リード４０の溶断部となる。第１外部リード４０の溶断させたい部分を他の部分よりさらに断面積が小さくなるようにしてもよい。このように、第１外部リード４０の一部に単位長さ当たりの抵抗値が短絡端子４６の単位長さ当たりの抵抗値より大きい部分を設けることで、溶断部を形成することができる。
【００４１】
上記の電池リード接続体１及び電池モジュールによれば、電池内圧の上昇に応じて天板２２を、短絡端子４６に接触するように変形させることにより、極性が互いに異なる天板２２と外装缶１２とを第１外部リード４０及び短絡端子４６を介して短絡させて、第１外部リード４０を介する電流経路を遮断できる。実施形態における電流遮断機構の場合には、第１外部リード４０を介する短絡回路の形成により第１外部リード４０が速やかに溶断するため、電池内圧が所定値に達してから電流遮断機構が速やかに作動する。そのため、電流遮断機構の作動圧のバラツキが大幅に低減される。さらに、実施形態によれば、電池内部の電流遮断機構を省略することもでき、その場合には、電池内部の容積を大きくできることにより円筒形電池１０の高容量化を図れるとともに、電池構造の簡略化を図れる。
【００４２】
なお、比較例の電池リード接続体及び電池モジュールとして、短絡端子の一端が第１外部リードではなく第２外部リードに接続されるとともに、短絡端子の他端が外装缶の側面または底面に隙間をあけて対向するように配置された構成が例示される。しかし、有底円筒状の外装缶は電池内圧の上昇による変形量が小さいため、比較例においては短絡端子と外装缶の接触を利用する電流遮断構造の実現が困難である。一方、実施形態では天板２２に電池内圧の上昇により変形可能な導電性材料が用いられるため、短絡端子４６と天板２２の接触を利用する電流遮断構造を容易に実現できる。
【実施例１】
【００４３】
次に、実施例の電池モジュールを説明する。まず、電池モジュールを構成する円筒形電池１０の構成を説明する。
【００４４】
[正極板の作製]
正極活物質として、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２で表されるリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を用いた。その後、１００質量部のＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２と、２．５質量部のアセチレンブラック（導電剤）と、１．７質量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（結着剤）とを、分散媒に混合して、正極合剤スラリーを調製した。次に、ペースト状の当該正極合剤スラリーをアルミニウム箔からなる長尺な正極集電体の両面に均一に塗布し乾燥機中で乾燥させて分散媒を除去した後、ロールプレス機を用いて所定の厚みに圧延して長尺状の正極板を得た。さらに、圧延加工後の正極板を所定の電極サイズに裁断して、正極板３０を作製した。また、正極板３０の長さ方向中央部に活物質が形成されていない正極集電体露出部を形成し、その正極集電体露出部にアルミニウムの正極リード３１を超音波溶着により接続した。
【００４５】
［負極板の作製］
負極活物質として、易黒鉛化炭素を用いた。その後、１００質量部の易黒鉛化炭素と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを０．６質量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを混合した。そして、この混合したものを水に分散させて、双腕式練合機にて攪拌し、ペースト状の負極合剤スラリーを調製した。この負極合剤スラリーを、銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥機により乾燥させた後、所定厚みとなるように圧縮ローラで圧延して長尺状の負極板を得た。そして、長尺状の負極板を所定の電極サイズに裁断して、負極板３２を作製した。また、負極板３２の活物質が形成されていない負極集電体露出部に、ニッケル−銅−ニッケルのクラッド材からなる負極リード３３を超音波溶着により接続した。
【００４６】
［非水電解質の調製］
エチレンカーボネート（ＥＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを混合した非水溶媒に、電解質塩としてヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１.０モル／Ｌになるように溶解して非水電解質を調製した。
【００４７】
［電極体の作製］
作製された正極板３０及び負極板３２を、ポリオレフィン系樹脂製のセパレータを介して渦巻状に巻回することにより、巻回型の電極体１４を作製した。
【００４８】
[円筒形電池の組立]
鋼板を絞り加工することにより作製した有底円筒状の外装缶１２の内側に、図１に示すように電極体１４を下側の円板状の下部絶縁板３６とともに挿入し、負極板３２に接続された負極リード３３を、外装缶１２の底部に溶接により接続した。次に、外装缶１２の内側で電極体１４の上側に円板状の上部絶縁板３８（図１）を挿入し、外装缶１２において上部絶縁板３８より上部の開口部側に、断面Ｕ字状の溝部１３を円周方向全周にわたり塑性加工によって形成した。その後、調製した非水電解質を電極体１４が入れられた外装缶１２の内部に所定量注入した。そして、正極板３０に接続された正極リード３１を封口体２０の金属板２６に溶接により接続し、正極リード３１を折り畳みながら、封口体２０を外装缶１２の内側で溝部１３の上にガスケット１６を介して収納し、外装缶１２の開口端部をかしめることで密閉型の円筒形電池１０を作製した。このとき、封口体２０の上端には、アルミニウム製の天板２２を円筒形電池１０の最上層部に露出するように設けた。
【００４９】
[電池リード接続体及び電池モジュールの組立]
上記の円筒形電池１０の外装缶１２の円筒部の外周面に第１外部リード４０を溶接するとともに、封口体２０の天板２２の外面に第２外部リード４４を溶接し、第１外部リード４０に接続した短絡端子４６の先端を、天板２２の外面に、隙間Ｇをあけて対向させて、電池リード接続体１を作製した。この状態で、第１外部リード４０、第２外部リード４４、及び短絡端子４６を、円筒形電池１０を支持する部材に固定した。このような円筒形電池１０を１０個、電気的に接続して、電池モジュールを作製した。
【００５０】
[評価試験]
実施例の電池モジュールについて、過充電試験を実施した。その結果、第１外部リード４０が溶断して熱暴走などを生じることなく電池モジュール内の電流経路が遮断されることが確認された。このように実施例の電池モジュールにおいては、電池内圧の上昇に伴う天板２２と短絡端子４６の接触を利用することにより第１外部リード４０を介する電池モジュール内の電流経路を遮断する電流遮断機構を構成することが可能であることがわかった。
【００５１】
上記の実施形態では、第１外部リード４０の断面積が短絡端子４６の断面積より小さくなっている場合を説明したが、第１外部リードの一部にヒューズを設けることにより、短絡端子４６が天板２２に接触したときに、ヒューズが溶断し、電流遮断できる構成としてもよい。
【００５２】
また、電池モジュールを構成する複数の円筒形電池の一部の円筒形電池のみで、短絡端子が天板に接触したときに、第１外部リードの一部が溶断する構成としてもよい。
【００５３】
また、上記の実施形態では、天板２２の極性が正極であり、外装缶１２の極性が負極である場合を説明した。しかし、正極リードを外装缶１２に接続し、負極リードを天板２２に接続する等により、天板の極性を負極とし、外装缶の極性を正極としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  電池リード接続体、１０  円筒形電池、１２  外装缶、１２ａ  円筒部、１３  溝部、１４  電極体、１６  ガスケット、２０  封口体、２２  天板、２２ａ  突出部、２２ｂ  突起部、２３  傾斜領域、２３ａ  最薄肉部、２４  絶縁板、２４ａ  スカート部、２６  金属板、２７  接続部、３０  正極板、３１  正極リード、３２  負極板、３３  負極リード、３６  下部絶縁板、３８  上部絶縁板、４０  第１外部リード、４０ａ  第１板部、４０ｂ  第２板部、４０ｃ  凹部、４４  第２外部リード、４６  短絡端子、４６ａ  第１板部、４６ｂ  第２板部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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