(57)【要約】【課題】電流遮断機構の作動時にも収容空間の気密性を維持することができる二次電池を提供する。【解決手段】ここに開示される二次電池１０は、電極体１１と、電極体１１を収容する収容空間２０Ｓがシール部２３で封止されている外装体２０と、一端が電極と接続され他端が外部接続用の外部端子と接続される導電経路３０と、を備える。シール部２３は、第１シール部２３Ａと、第１シール部２３Ａよりも高い剥離強度を有する第２シール部２３Ｂと、を有する。導電経路３０は、第１シール部２３Ａを通るように配設されている。二次電池１０が過充電となった際には、第１シール部２３Ａが破断されて導電経路３０が切断される一方、第２シール部２３Ｂは破断されずに収容空間２０Ｓの封止が維持される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を備える電極体と、
電解質と、
前記電極体と前記電解質とを収容する収容空間が形成され、前記収容空間の縁部がシール部で封止されているラミネートフィルム製の外装体と、
一端が前記電極と電気的に接続され、他端が外部接続用の外部端子と電気的に接続される導電経路と、
を備える二次電池であって、
前記シール部は、
第１の剥離強度を有する第１シール部と、
少なくとも前記第１シール部と前記外装体の前記第１シール部が設けられている側の縁部との間に配置され、前記第１の剥離強度よりも高い第２の剥離強度を有する第２シール部と、を有し、
前記導電経路は、前記第１シール部を通るように配設されており、
前記二次電池が過充電となった際に、前記第１シール部が破断されて前記導電経路が切断される一方、前記第２シール部は破断されずに前記収容空間の封止が維持されるように構成されている、二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関する。詳しくは、内圧作動型の電流遮断機構を備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池等の二次電池は、通常、電圧が所定の領域内に収まるように制御された状態で使用される。しかし、誤操作等で二次電池に通常よりも多くの電流が供給されると、二次電池の電圧が所定の領域を超えて過充電となる場合がある。過充電時には、電解質が電気的に分解されてガスが発生したり、電極材料が発熱して二次電池の温度が上昇したりすることがある。そこで、過充電の進行を停止させるために、従来、電流遮断機構を備えた電池が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、電極体と電解質とを収容する収容空間が形成され、上記収容空間の縁部がシール部で封止されているラミネートフィルム製の外装体を備えた二次電池が開示されている。特許文献１の二次電池では、上記シール部を通るように導電経路が配設されている。このため、過充電時に収容空間の内部の圧力が上昇し、シール部が破断されると、電極と外部端子との間の導電経路が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−０３２６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の二次電池では、電流遮断機構の作動時にシール部が破断されることで、収容空間が解放される虞があった。このため、収容空間に外気が流入して内容物（例えば電極）が大気暴露したり、収容空間から内容物が飛び出したりする虞があった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流遮断機構の作動時にも収容空間の気密性を維持することができる二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により、一対の電極を備える電極体と、電解質と、前記電極体と前記電解質とを収容する収容空間が形成され、前記収容空間の縁部がシール部で封止されているラミネートフィルム製の外装体と、一端が前記電極と電気的に接続され、他端が外部接続用の外部端子と電気的に接続される導電経路と、を備える二次電池が提供される。前記シール部は、第１の剥離強度を有する第１シール部と、少なくとも前記第１シール部と前記外装体の前記第１シール部が設けられている側の縁部との間に配置され、前記第１の剥離強度よりも高い第２の剥離強度を有する第２シール部と、を有する。前記導電経路は、前記第１シール部を通るように配設されている。前記二次電池が過充電となった際には、前記第１シール部が破断されて前記導電経路が切断される一方、前記第２シール部は破断されずに前記収容空間の封止が維持される。
【０００８】
上記二次電池では、過充電時に収容空間の内圧が上昇すると、外装体が膨らみ、それに引っ張られて第１シール部が破断される。これにより、導電経路が第１シール部と交わる部分で切断され、電極への電流の供給が遮断される。一方、第２シール部は、第１シール部よりも剥離強度（密着強度）が大きいため、第１シール部が破断された際にも、シールされた状態を維持する。これにより、電流遮断機構の作動後においても、収容空間の気密性を維持することができる。したがって、電流遮断機構の作動時においても、収容空間に外気が流入して内容物が大気暴露したり、収容空間から内容物が飛び出したりすることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る二次電池を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の二次電池を模式的に示す平面図である。
【図３】図１の二次電池の電流遮断機構の部分を模式的に示す要部断面図である。
【図４】図３の電流遮断機構の作動後の状態を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、適宜図面を参照しながら、ここに開示される二次電池の一実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電池の構成要素）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。
【００１１】
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の蓄電池（いわゆる化学電池）と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（いわゆる物理電池）と、を包含する概念である。例えば、固体電解質層を有する全固体電池や、非水電解液を有する非水電解液二次電池等は、ここでいう「二次電池」の典型例である。
【００１２】
図１は、二次電池１０を模式的に示す分解斜視図である。図２は、二次電池１０を模式的に示す平面図である。図３は、二次電池１０の電流遮断機構の部分を模式的に示す要部断面図である。図４は、図３の電流遮断機構の作動後の状態を示す要部断面図である。なお、以下の説明において、図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ前、後、左、右、上、下を表し、図面中の符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ、前後方向、左右方向、上下方向を表すものとする。ただし、これは説明の便宜上の方向に過ぎず、二次電池１０の設置形態を何ら限定するものではない。
【００１３】
二次電池１０は、一対の電極、すなわち、正極（図示せず）および負極（図示せず）を備える電極体１１と、電解質（図示せず）とが、外装体２０に収容されて構成されている。二次電池１０は、電極体１１と、電解質と、外装体２０と、導電経路３０と、を備えている。二次電池１０は、正極側に内圧作動型の電流遮断機構を備えている。電極体１１は、ここでは積層電極体である。電極体１１は、矩形状の正極と矩形状の負極とが、セパレータ（図示せず）を介して絶縁された状態で上下方向Ｚに積層されて構成されている。
【００１４】
正極は、例えば、正極集電体（例えばアルミニウム箔）上に、正極活物質（例えばリチウム遷移金属複合酸化物）を含む正極活物質層が固着された構成である。正極集電体の一部表面には、正極活物質層が形成されていない。当該正極活物質層が形成されていない部分には、凸形状の正極タブ部１２が配設されている。平面視において、正極タブ部１２は電極体１１からはみ出し、左右方向Ｙ（図１の右方）に延びている。正極タブ部１２は、外装体２０の内部（収容空間２０Ｓ内）に配置されている。正極タブ部１２は、後述する導電経路３０を介して、外部接続用の正極端子と電気的に接続される。
【００１５】
負極は、例えば、負極集電体（例えば銅箔）上に、負極活物質（例えばシリコンや黒鉛）を含む負極活物質層が固着された構成である。負極は、ここでは充放電時の変位（膨張・収縮の度合い、典型的には上下方向Ｚの変位）が正極よりも大きい。負極集電体の一部表面には、負極活物質層が形成されていない。当該負極活物質層が形成されていない部分には、凸形状の負極タブ部１３が配設されている。平面視において、負極タブ部１３は電極体１１からはみ出し、左右方向Ｙ（図１の左方）に延びている。負極タブ部１３の一部は、外装体２０の外部に延出している。負極タブ部１３の外装体２０から延出した部分は、外部接続用の負極端子と電気的に接続される。
【００１６】
電解質は、電荷担体イオン（例えばリチウムイオン）の伝導性を有するものであればよい。電解質は、例えば、室温（２５℃）で、固体状であってもよいし、液体状であってもよい。電解質は、例えば、正極と負極との間に介在する固体電解質層であり得る。電解質は、例えば、非水溶媒中に支持塩（例えばリチウム塩）を含む非水電解液であり得る。
【００１７】
外装体２０は、電極体１１と電解質とを収容する容器である。外装体２０は、ここでは２枚のラミネートフィルム２１，２２を有している。外装体２０は、２枚のラミネートフィルム２１、２２を重ね合わせ、当該重ね合わせたラミネートフィルム２１、２２の周縁を熱溶着することによって構成されている。ラミネートフィルム２１，２２の外形は、平面視で電極体１１の形状に対応した矩形状である。外装体２０は、中空構造であり、中空部分には、電極体１１と電解質とが収容される収容空間２０Ｓが形成されている。収容空間２０Ｓは、２枚のラミネートフィルム２１、２２で囲まれた空間である。収容空間２０Ｓの外縁には、シール部２３が形成されている。シール部２３は、ここでは収容空間２０Ｓを取り囲むように、収容空間２０Ｓの全周にわたって設けられている。収容空間２０Ｓは、シール部２３によって気密に封止されている。
【００１８】
図３に示すように、ラミネートフィルム２１，２２は、ここでは、ポリプロピレン層２１ａ，２２ａ、アルミニウム層２１ｂ，２２ｂ、ポリプロピレン層２１ｃ，２２ｃをこの順で積層した３層構造の積層フィルムである。ただし、ラミネートフィルム２１，２２の材質や構造は、これに限定されるものではない。ポリプロピレン層２１ｃ，２２ｃは、外装体２０の最外部を構成する層である。アルミニウム層２１ｂ，２２ｂは、ラミネートフィルム２１、２２のガスバリア性や防湿性を高めるための層である。アルミニウム層２１ｂ，２２ｂは、ここでは導通層としても機能する。なお、ラミネートフィルム２１，２２は、アルミニウム層２１ｂ，２２ｂにかえて、例えばアルミニウム以外の金属層を備えていてもよい。ポリプロピレン層２１ａ，２２ａは、ラミネートフィルム２１，２２に熱溶着性を付与するための熱融着樹脂層である。ポリプロピレン層２１ａ，２２ａの一部は、シール強度調整部２１ｍ，２２ｍに換えられている。
【００１９】
シール強度調整部２１ｍ，２２ｍは、上下方向Ｚの対向する位置に配設されている。シール強度調整部２１ｍ，２２ｍは、ラミネートフィルム２１，２２にポリプロピレン層２１ａ，２２ａよりも弱い溶着性を付与するための層である。シール強度調整部２１ｍ，２２ｍは、熱溶着時のシール強度がポリプロピレン層２１ａ，２２ａよりも小さくなるように調整されている。シール強度調整部２１ｍ，２２ｍは、ポリプロピレン層２１ａ，２２ａとは異なる材質で形成されている。シール強度調整部２１ｍ，２２ｍは、ここではポリプロピレン層２１ａ，２２ａを構成するポリプロピレンよりも融点が高い材料で構成されている。シール強度調整部２１ｍ，２２ｍに融点が高い材料を使用することで、熱溶着時のシール強度が弱まり、剥離強度を低下させることができる。シール強度調整部２１ｍ，２２ｍは、ポリプロピレンよりも融点が概ね１０℃以上、例えば２０℃以上高い材料で構成されていてもよい。シール強度調整部２１ｍ，２２ｍは、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアセタール、ポリアミド（ナイロン６，１２）、ポリアミドイミド、ポリスルフォン等の樹脂から構成されていてもよい。
【００２０】
図２に示すように、シール部２３は、剥離強度の異なる２つの部分から構成されている。シール部２３は、シール強度調整部２１ｍ，２２ｍ同士が熱融着された第１シール部２３Ａと、ポリプロピレン層２１ａ，２２ａ同士が熱融着された第２シール部２３Ｂと、を有している。第１シール部２３Ａは、第１の剥離強度（密着強度）を有している。第１シール部２３Ａは、第２シール部２３Ｂよりも電極体１１に近い側に配置されている。第１シール部２３Ａは、第２シール部２３Ｂよりも内側に配置されている。第１シール部２３Ａは、正極タブ部１２の右隣に配置されている。第１シール部２３Ａは、正極タブ部１２と外装体２０の右端との間のみに配置されている。第２シール部２３Ｂは、第１の剥離強度よりも高い第２の剥離強度（密着強度）を有している。第２シール部２３Ｂは、収容空間２０Ｓおよび第１シール部２３Ａの外周を囲んでいる。第２シール部２３Ｂは、少なくとも第１シール部２３Ａよりも外装体２０の縁部に近い側に配置されている。第２シール部２３Ｂは、少なくとも第１シール部２３Ａと外装体２０の右端との間に配置されている。なお、本明細書において「剥離強度」とは、ＪＩＳ−Ｋ６８５４−１：１９９９年に準拠する９０度剥離強度（引っ張り強度）をいう。
【００２１】
導電経路３０は、電極体１１の正極（正極タブ部１２）と、外部接続用の正極端子と、の間に介在して、正極と正極端子とを電気的に接続している。導電経路３０は、良導電性の材料で構成されている。導電経路は、正極タブ部１２の側から、第１導電部３１と、第２導電部３２と、第３導電部３３と、を備えている。第１導電部３１は、断面視において直線形状である。第１導電部３１は、例えば金属製のリードである。第１導電部３１の一端（左端）は、正極タブ部１２に接続されている。第１導電部３１は、正極タブ部１２から左右方向Ｙに沿って延びている。第１導電部３１の一部は、ラミネートフィルム２２の内部に付設されている。第１導電部３１の一端（左端）は、第２導電部３２に接続されている。
【００２２】
第２導電部３２は、ラミネートフィルム２２の側からラミネートフィルム２１の側に向かって（上方に）延びている。第２導電部３２は、例えば導電性ペーストを用いて形成されている。第２導電部３２は、ラミネートフィルム２１，２２のシール強度調整部２１ｍ，２２ｍの内部に付設されている。第２導電部３２は、外装体２０の第１シール部２３Ａと交わるように配設されている。平面視において、第２導電部３２の周縁は、第１シール部２３Ａで取り囲まれている。第２導電部３２の第１シール部２３Ａと交わる部分では、その他の部分に比べて、平面視での導電経路が広めに形成されている。平面視における第２導電部３２の面積は、概ね１ｍｍ２以上、例えば１〜３ｍｍ２であってもよい。第２導電部３２は、ここではラミネートフィルム２１のアルミニウム層２１ｂを介して、第３導電部３３に接続されている。
【００２３】
第３導電部３３は、ラミネートフィルム２１に取り付けられている。第３導電部３３は、断面視においてＬ字形状である。第３導電部３３は、例えば金属製のリードである。第３導電部３３は、左右方向Ｙに沿って延びる直線部分と、直線部分から屈曲して上下方向Ｚに延びる屈曲部分と、を有している。屈曲部分の一端（下端）は、アルミニウム層２１ｂに接続されている。屈曲部分は、ラミネートフィルム２１のポリプロピレン層２１ｃを上下方向Ｚに貫通している。直線部分は、外装体２０の外部にはみ出ている。直線部分は、ラミネートフィルム２１のシール部２３に沿って左右方向Ｙに延びている。第３導電部３３の直線部分は、外部接続用の正極端子と電気的に接続される。
【００２４】
図３に示すように、二次電池１０の通常使用時には、電極体１１の正極に備えられた正極タブ部１２と、外装体２０の外部にはみ出た第３導電部３３との間に、第１および第２導電部３１、３２が介在されている。これによって、正極タブ部１２と第３導電部３３とが電気的に接続されている。そのため、二次電池１０では、外部接続用の正極端子から電流が供給されると、導電経路３０と正極タブ部１２とを介して、電極体１１の正極へと電流が流れる。一方、誤操作等で二次電池１０に通常よりも多くの電流が供給されると、二次電池１０が過充電状態になる。二次電池１０が過充電状態になると、電解質が電気的に分解される等して、収容空間２０Ｓでガスが発生する。これにより、正極側に設けられている内圧作動型の電流遮断機構が作動する。
【００２５】
すなわち、図４に示すように、過充電時に収容空間２０Ｓでガスが発生し、二次電池１０の内部の圧力が所定のレベルまで上昇すると、外装体２０が膨らむ。すると、外装体２０に引っ張られて、第１シール部２３Ａが破断される。これにより、第１シール部２３Ａと交わる第２導電部３２の部分で、導電経路３０が切断される。その結果、二次電池１０では、正極タブ部１２と第３導電部３３との間の電気的な接続が遮断されて、電極体１１への電流の供給がストップする。また、二次電池１０では、第２シール部２３Ｂの剥離強度（密着強度）が、第１シール部２３Ａよりも大きい。第２シール部２３Ｂは、第１シール部２３Ａが破断された際にも、シールされた状態を維持することができる。これにより、二次電池１０では、電流遮断機構の作動後においても、収容空間２０Ｓの気密性を維持することができる。したがって、収容空間２０Ｓに外気が流入して内容物が大気暴露したり、収容空間２０Ｓから内容物が飛び出したりすることを防止することができる。
【００２６】
ここに開示される電流遮断機構を備えた二次電池１０は、例えばプラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータ駆動用バッテリー（駆動電源）として好適に用いることができる。
【００２７】
以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００２８】
例えば、上記した実施形態では、負極の充放電時の変位（膨張・収縮の度合い）が正極よりも大きく、かつ、電流遮断機構が正極側に設けられていた。しかしこれには限定されない。充放電時の変位は正極が大きくてもよい。また、電流遮断機構は、負極側に設けられていてもよいし、正極側および負極側に設けられていてもよい。例えば、正極の充放電時の変位が負極よりも大きい場合には、上記した実施形態とは反対に、電流遮断機構が負極側に設けられていることが好ましい。
【符号の説明】
【００２９】
１０    二次電池
１１    電極体
２０    外装体
２１ｍ  シール強度調整部
２３    シール部
２３Ａ  第１シール部
２３Ｂ  第２シール部
３０    導電経路
【図１】
2020098735.tif 000003
【図２】
2020098735.tif 000004
【図３】
2020098735.tif 000005
【図４】
2020098735.tif 000006