(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池缶(11)の内部に巻き取り電極体(２)が収容され、電池缶(11)には、巻き取り電極体(２)の発生電力を外部負荷に供給するための一対の電極端子部材(31)(31)が取り付けられている二次電池において、電池缶(11)から外部に突出する少なくとも何れか一方の電極端子部材(31)の先端部には、所定値を越える温度上昇によって電流経路を遮断する自己復帰不能な温度ヒューズ(４)が連結され、該温度ヒューズ(４)は、第１端子部材(41)と第２端子部材(42)の間に感温性部材(43)を介在させて構成され、第１端子部材(41)には電極端子部材(31)へ向けて第１ねじ軸部(41b)が突設され、該第１ねじ軸部(41b)が電極端子部材(31)の先端部にねじ込まれており、該第１端子部材(41)には、温度ヒューズ(４)の作動時に残存電力を放電するために用いる放電用端子片(５)が連結され、第２端子部材(42)には、第１ねじ軸部とは逆方向に第２ねじ軸部(42b)が突設され、該第２ねじ軸部(42b)に対し、外部負荷との接続に用いる端子片(51)を固定するための接続用ナット(６)が螺合していることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
放電用端子片(５)には、オン／オフ操作可能な放電スイッチ(７)と放電抵抗(71)を具えた放電回路が接続されている請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶の内部に収容された巻き取り電極体の発生電力を一対の電極端子部材から外部負荷に供給することが出来る二次電池に関し、特に、所定値を越える温度上昇が発生したときに電流経路を自動的に遮断する、自己復帰不能な温度ヒューズを具えた二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、密閉された電池缶の内部に、所定値を越える温度上昇が発生したときに充放電経路を遮断する自己復帰不能な温度ヒューズを配備した二次電池が提案されている(特開平6-325751号)。
該二次電池によれば、発熱によって電池の温度が所定値を越えると、温度ヒューズが作動して、充放電経路を遮断するので、以後の充放電が強制的に停止されることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二次電池においては、温度ヒューズが電池缶の内部に配備されており、一旦、温度上昇によって作動すると、該温度ヒューズは自己復帰しないため、充放電経路をリセットするための特別な構成が必要となって、電池の構造が複雑となるばかりでなく、リセットの操作が困難である問題があった。
又、温度ヒューズが作動した時点で、電池に大きな電力が残存しているときは、該電力を放電する必要があるが、温度ヒューズが作動した状態では放電回路を構成することが出来ないため、従来においては、長時間の放置によって自己放電させる方法が採られており、時間がかかる問題があった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、充放電経路のリセットが容易であり、然も温度ヒューズの作動時に残存電力を容易に放電させることが出来る二次電池を提供することである。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る二次電池においては、電池缶(11)の内部に巻き取り電極体(２)が収容され、電池缶(11)には、巻き取り電極体(２)の発生電力を外部負荷に供給するための一対の電極端子部材(31)(31)が取り付けられている。
ここで、電池缶(11)から外部に突出する少なくとも何れか一方の電極端子部材(31)の先端部には、所定値を越える温度上昇によって電流経路を遮断する自己復帰不能な温度ヒューズ(４)が連結されている。
温度ヒューズ(４)は、第１端子部材(41)と第２端子部材(42)の間に感温性部材(43)を介在させて構成され、第１端子部材(41)には電極端子部材(31)へ向けて第１ねじ軸部(41b)が突設され、該第１ねじ軸部(41b)が電極端子部材(31)の先端部にねじ込まれており、該第１端子部材(41)には、温度ヒューズ(４)の作動時に残存電力を放電するために用いる放電用端子片(５)が連結されている。又、第２端子部材(42)には、第１ねじ軸部とは逆方向に第２ねじ軸部(42b)が突設され、該第２ねじ軸部(42b)に対して、外部負荷との接続に用いる端子片(51)が連結されると共に接続用ナット(６)が螺合し、該接続用ナット(６)の締め付けによって端子片(51)が第２端子部材(42)に固定されている。
【０００６】
上記本発明の二次電池においては、所定値を越える温度上昇が発生したとき、温度ヒューズ(４)の感温性部材(43)が変形して、第１端子部材(41)と第２端子部材(42)の間の電気的導通を切り離す。これによって、電極端子部材(31)から端子片(51)へ至る充放電経路が強制的に遮断されることになる。
温度ヒューズ(４)の作動後、二次電池の残存電力を放電させる場合には、該温度ヒューズ(４)の第１端子部材(41)に放電回路を接続すればよい。又、充放電経路をリセットする際は、作動状態の温度ヒューズ(４)を電極端子部材(31)から取り外し、未作動状態の温度ヒューズと交換すればよく、その作業は容易である。
【０００７】
又、上記本発明の二次電池においては、温度ヒューズ(４)が、第１端子部材(41)と第２端子部材(42)にそれぞれ第１ねじ軸部(41b)と第２ねじ軸部(42b)を突設した構成を有しているので、従来構造の電極端子部材(31)に大きな改変を加えることなく、第１端子部材(41)のねじ軸部(41b)を電極端子部材(31)の先端部に連結することが可能であると共に、第２端子部材(42)のねじ軸部(42b)に対し、従来と同様に接続用ナット(６)を螺合せしめて、電力取出し用の端子片(51)を固定することが可能である。
【０００８】
又、温度ヒューズ(４)の第１端子部材(41)には放電用端子片(５)が連結されているので、該放電用端子片(５)を用いて、温度ヒューズ(４)の作動時に電池の残存電力を放電させることが出来る。
具体的には、前記放電用端子片(５)には、オン／オフ操作可能な放電スイッチ(７)と放電抵抗(71)を具えた放電回路が接続されている。
該具体的構成によれば、通常の充放電時には放電スイッチ(７)を開いておき、温度ヒューズ(４)の作動時に、放電スイッチ(７)を閉じる。これによって、放電回路が動作し、放電抵抗(71)によって巻き取り電極体(２)の残存電力が短時間で消費される。
【０００９】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池によれば、温度ヒューズ作動後に充放電経路をリセットする操作が容易であり、然も、温度ヒューズの作動時に残存している電力を容易に放電させることが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリチウム二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るリチウム二次電池は、図１及び図２に示す如く、円筒型の電池本体(１)を具え、該電池本体(１)には、正負一対の電極端子機構(３)(３)が取り付けられており、これらの電極端子機構(３)(３)から外部に電力を取り出すことが可能である。
【００１１】
電池本体(１)は、図３に示す如く、筒体(12)の開口部に蓋体(13)を固定してなる電池缶(11)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構成されており、蓋体(13)には、電池缶(11)内部の圧力が所定値を上回ったときに開放するガス排出弁(14)が取り付けられている。
又、蓋体(13)には、図２に示す如く、電池缶(11)の内部に電解液を注入するために用いた注液孔を塞ぐ封口栓(15)がねじ込まれている。
【００１２】
電極端子機構(３)は、図３に示す如く、蓋体(13)の貫通孔に取り付けられた電極端子部材(31)を具え、該貫通孔と電極端子部材(31)の間には、絶縁部材(33)が介在している。電極端子部材(31)は、電池缶(11)の内部に鍔部(34)を具えると共に、電池缶(11)の外部へ向けて突出するねじ軸部(31a)を具えており、該ねじ軸部(31a)にナット(35)を螺合せしめて、電極端子部材(31)を蓋体(13)に固定している。
又、電極端子部材(31)の鍔部(34)には、巻き取り電極体(２)から伸びる複数本の集電タブ(21)が連結されて、巻き取り電極体(２)と電極端子部材(31)の間の電気的導通がとられている。
【００１３】
図２に示す如く、正負一対の電極端子機構(３)(３)の内、一方の電極端子機構(３)の電極端子部材(31)には、所定値を越える温度上昇によって電流経路を遮断する自己復帰不能な温度ヒューズ(４)がねじ込まれる。
温度ヒューズ(４)は、図４及び図５に示す如く、第１端子部材(41)及び第２端子部材(42)の間に感温性部材(43)を介在させ、これらを円筒状の絶縁部材(44)によって連結し、更にその周囲を金属リング(45)によって包囲したものであり、金属リング(45)の両端部をかしめ固定することによって、一体の温度ヒューズ(４)を構成している。第１端子部材(41)及び第２端子部材(42)はそれぞれ、円板部(41a)(42a)の表面にねじ軸部(41b)(42b)を互いに逆方向に突設したものである。又、感温性部材(43)は形状記憶合金製であって、平板部(43a)及び切り起こし部(43b)から構成され、所定温度以下では、平板部(43a)が第１端子部材(41)に接触すると共に、切り起こし部(43b)の先端が第２端子部材(42)に接触して、第１端子部材(41)と第２端子部材(42)の電気的導通を維持しているが、所定温度を越えると、切り起こし部(43b)が変形して第２端子部材(42)から離間し、第１端子部材(41)と第２端子部材(42)の電気的導通を遮断するものである。尚、該感温性部材(43)は、温度が所定値以下に戻ったとしても、自己復帰はしない。
【００１４】
図２及び図４に示す如く、温度ヒューズ(４)の第１端子部材(41)のねじ軸部(41b)には、ワイヤー(53)が接続されたリング状の放電用端子片(５)が係合し、該ねじ軸部(41b)は、電極端子部材(31)の先端部に凹設されたねじ穴(31a)にねじ込まれる。又、温度ヒューズ(４)の第２端子部材(42)のねじ軸部(42b)には、ワイヤー(54)が接続された電力取り出し用端子片(51)が係合すると共に、接続用ナット(６)が螺合する。
尚、温度ヒューズ(４)の金属リング(45)の表面には、絶縁フィルム(図示省略)が貼り付けられており、放電用端子片(５)と電力取り出し用端子片(51)との間には、感温性部材(43)を通じてのみ電気的導通が得られる様にしている。
更に、図２に示す如く、他方の電極端子機構(３)の電極端子部材(31)のねじ軸部(31a)には、ワイヤー(55)が接続された電力取出し用端子片(52)が係合すると共に、接続用ナット(61)が螺合する。
【００１５】
図１に示す様に、一方の電極端子機構(３)に取り付けられた放電用端子片(５)から伸びるワイヤー(53)は、電流遮断素子(72)、放電スイッチ(７)及び放電抵抗(71)を介して、他方の電極端子機構(３)に取り付けられた電力取出し用端子片(52)から伸びるワイヤー(55)と連結されて、温度ヒューズ(４)が作動したときの残存電力を放電するための放電回路が形成されている。
尚、電流遮断素子(72)は、放電回路を流れる電流が所定の閾値(０.２５Ｃ)を越えたときに電流経路を遮断するヒューズ、若しくは正の温度係数を有するＰＴＣ素子から構成される。
【００１６】
更に図６は、電池本体(１)から外部負荷(８)へ電力を供給し、或いは充電器(81)によって電池本体(１)を充電するための充放電回路を、一対の電力取出し用端子片(51)(52)に接続した状態を表わしており、該充放電回路には、電力供給時に閉じるべき給電スイッチ(82)と、充電時に閉じるべき充電スイッチ(83)が介在している。
又、放電用端子片(５)と電力取出し用端子片(52)に接続された放電回路に対して並列に、両端子片(５)(52)間の電圧をモニターするための電圧モニター(73)が接続されている。
【００１７】
上記本発明のリチウム二次電池においては、電池本体(１)から負荷(８)に電力を供給し、或いは充電器(81)によって電池本体(１)を充電している過程で、電池本体(１)の温度が所定値を越えて上昇したとき、温度ヒューズ(４)が作動して、充放電回路が強制的に開かれることになる。
この状態で、放電回路の放電スイッチ(７)を閉じることにより、電池本体(１)に残存している電力が放電抵抗(71)によって消費される。
【００１８】
【実施例】
上記本発明のリチウム二次電池(本発明電池)を実際に作製して、その動作を確認した。
【００１９】
先ず、本発明電池の電池本体(１)の製造方法について説明する。
〔正極の作製〕
正極活物質としてのＬｉＮｉ０．７Ｃｏ０．３Ｏ２と導電剤としての炭素を、重量比９０：５で混合して、正極合剤を作製した。次に、結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させて、ＮＭＰ溶液を調製した。そして、正極合剤とポリフッ化ビニリデンの重量比が９５：５になる様に、正極合剤とＮＭＰ溶液を混練してスラリーを調製した。このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、正極を得た。
【００２０】
〔負極の作製〕
結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮＭＰに溶解させて、ＮＭＰ溶液を調製した。そして、黒鉛粉末とハードカーボン粉末を重量比４：１で混合した粉末とポリフッ化ビニリデンの重量比が９５：５になる様に、粉末とＮＭＰ溶液とを混練してスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体としての銅箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、負極を得た。
【００２１】
〔電解液の調製〕
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解して、電解液を調製した。
【００２２】
〔電池の組立〕
正極に対してアルミニウム製の複数本の集電タブを接続すると共に、負極に対して銅製の複数本の集電タブを接続した後、正極と負極の間にセパレータを介在させてこれらを渦巻き状に巻き取って、巻き取り電極体を作製した。尚、セパレータとしては、イオン透過性のポリエチレン製の微多孔膜を用いた。
【００２３】
一方、外径４２.５ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、厚さ０.５ｍｍの金属製筒体と、直径４２.５ｍｍ、厚さ２ｍｍの一対の金属製蓋体とを作製し、両蓋体にそれぞれ電極端子機構を取り付けた。そして、巻き取り電極を筒体の内部に収容して、該巻き取り電極体の両極から伸びる集電タブをそれぞれ電極端子機構に接続した後、各蓋体を筒体の開口縁に溶接し、内部に電解液を注入して、電池本体を組み立てた。
【００２４】
その後、図１の如く、一方(正極側)の電極端子機構(３)の電極端子部材(31)に温度ヒューズ(４)をねじ込んで固定すると共に、放電用端子片(５)と一対の電力取出し用端子片(51)(52)を取り付けた。尚、温度ヒューズ(４)としては、作動温度が５０℃のものを採用した。
【００２５】
一方、放電用端子片(５)に放電回路が接続されていないこと以外は上記本発明電池と同様にして、比較例電池を作製し、本発明電池と比較例電池について、以下の動作確認試験を行なった。
【００２６】
先ず、電池の容量を確認した。そして、充電電流１.８７５Ａで８時間の充電を行なった後、放電電流１.８７５Ａで放電終止電圧２.７Ｖまで放電を行なった。この結果、電池の放電容量は、本発明電池及び比較例電池ともに１５Ａｈであった。尚、電池の表面温度を把握するため、電池缶の表面に温度センサーを取り付けて、電池温度を常時モニターした。
【００２７】
次に、温度ヒューズの動作試験を行なった。試験では、形状及び熱容量に関して本発明電池及び比較例電池と同等の２つの模擬電池を作製し、これらの模擬電池にヒータを巻き付けて、温度ヒューズを取り付けた端子部の温度が５０℃以上になる様に加熱し、加熱前後の温度ヒューズの導通（抵抗測定）をテスターで測定した。その結果、本発明電池及び比較例電池ともに、温度が５０℃に到達することによって、温度ヒューズが作動し、充放電回路が遮断されたことを確認した。
【００２８】
その後、作動後の温度ヒューズを本発明電池に取り付け、図６に示す電圧モニター(73)が接続された放電回路を構成した。この結果、電圧モニター(73)は電圧表示が可能であって、電池本体(１)からの放電が可能であることを確認した。
又、本発明電池において、両電力取出し用端子片(51)(52)間の電圧は、充放電回路が遮断されているために零となり、放電が不能であることを確認した。
【００２９】
上述の如く、本発明に係るリチウム二次電池によれば、電池の温度上昇によって温度ヒューズ(４)が作動した後に、電池本体(１)に残存していた電力を放電用端子片(５)に接続した放電回路によって放電させることが可能となる。
又、放電回路に配備した放電スイッチ(７)を遠隔制御することによって、電池本体(１)から離れた遠隔位置から残存電力の放電を行なうことが出来る。
更に、温度ヒューズ(４)は、電池缶(11)の外側に配備されて、電極端子部材(31)の端部にねじ込み固定されているに過ぎないので、新しい温度ヒューズと交換する作業が極めて簡易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次電池の外観を示す正面図である。
【図２】該二次電池において、電池本体から温度ヒューズを分解した状態を示す斜視図である。
【図３】該二次電池の要部を示す断面図である。
【図４】温度ヒューズの断面図である。
【図５】温度ヒューズの分解斜視図である。
【図６】電池本体に接続された充放電回路及び放電回路を示す図である。
【符号の説明】
(１)  電池本体
(11)  電池缶
(12)  筒体
(13)  蓋体
(２)  巻き取り電極体
(３)  電極端子機構
(31)  電極端子部材
(４)  温度ヒューズ
(41)  第１端子部材
(42)  第２端子部材
(43)  感温性部材
(５)  放電用端子片
(51)  電力取出し用端子片
(52)  電力取出し用端子片
(６)  接続用ナット
(61)  接続用ナット
(７)  放電スイッチ
(71)  放電抵抗
(72)  電流遮断素子
(73)  電圧モニター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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