(57)【要約】【課題】異常時に迅速に内部エネルギーを放出させることができる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１では、ケース２の側面部に箔群２１が複数回巻き回されている。この箔群２１により、例えば釘などの金属製の棒状部材Ｐを箔群２１に貫通させることで、第１の金属箔３１と第２の金属箔３２を短絡させ、内部エネルギーを放出させることができる。この蓄電装置１では、第１の金属箔３１が正極端子５に接続され、第２の金属箔３２が負極端子６に接続されている。したがって、第１の金属箔３１と棒状部材Ｐとの接触部分、及び第２の金属箔３２と棒状部材Ｐとの接触部分がいずれも内部エネルギーの放出経路となり、内部エネルギーを迅速に放出させることができる。【選択図】図５
2014116260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子と負極端子とが外面側に設けられたケースと、
前記正極端子に接続された正極と、前記負極端子に接続された負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとを有し、前記ケース内に収容された電極組立体と、を備え、
前記ケースの外面側の少なくとも一部には、前記正極端子に接続された第１の金属箔と、前記負極端子に接続された第２の金属箔と、前記第１の金属箔と前記第２の金属箔との間に配置された絶縁層とを積層してなる箔群が配置されていることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記正極端子及び前記負極端子は、絶縁部材を介して一のケースに固定されていることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記箔群は、前記ケースの外面側に複数回巻き付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記箔群において、前記第１の金属箔の枚数と前記第２の金属箔の枚数とが異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記箔群と前記ケースとの間に絶縁層が更に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記箔群は、樹脂によってモールドされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばリチウムイオン二次電池といった車載用の蓄電装置は、電解液が充填された筐体内に正極及び負極となるシート状の金属箔をセパレータを介して積層した電極組立体を配置して構成されている。このような蓄電装置は、高エネルギー且つ高密度であるため、仮に回路等に異常が生じた場合には、電池の温度の上昇を防止するための種々の工夫が施されている。
【０００３】
例えば特許文献１〜３には、ケースの外面に一対の金属箔を配置した二次電池が開示されている。これらの二次電池では、一方の金属箔が一方の極となるケースに導通されると共に、他方の金属箔が他方の極に導通しており、ケースと金属箔とが最初に短絡することで、ケースの外部で内部エネルギーが放出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０４０９６号公報
【特許文献２】特開平９−２７４９３４号公報
【特許文献３】特開２００４−１５２５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の二次電池のように、短絡用の金属箔をケースの外面側に配置する場合、短絡用の金属箔をケースの内部に配置する場合に比べて、ケース内に配置する電極組立体の密度を高められるといった利点がある。しかしながら、電池に異常が生じたときに内部エネルギーをより迅速に放出させる点で更なる工夫の余地がある。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、異常時に迅速に内部エネルギーを放出させることができる蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決のため、本発明に係る蓄電装置は、正極端子と負極端子とが外面側に設けられたケースと、正極端子に接続された正極と、負極端子に接続された負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとを有し、ケース内に収容された電極組立体と、を備え、ケースの外面側の少なくとも一部には、正極端子に接続された第１の金属箔と、負極端子に接続された第２の金属箔と、第１の金属箔と第２の金属箔との間に配置された絶縁層とを積層してなる箔群が配置されていることを特徴としている。
【０００８】
この蓄電装置では、ケースの外面側に配置された箔群により、例えば金属製の棒状部材等を箔群に貫通させること、或いは箔群を圧壊させることで、第１の金属箔と第２の金属箔を短絡させ、内部エネルギーを放出させることができる。このとき、この蓄電装置では、第１の金属箔が正極端子に接続され、第２の金属箔が負極端子に接続されているので、ケースが一方の極性を有している場合に比べて内部エネルギーの放出経路を多く確保できる。したがって、内部エネルギーを迅速に放出させることができる。
【０００９】
また、正極端子及び負極端子は、絶縁部材を介して一のケースに固定されていることが好ましい。これにより、内部エネルギーの放出経路をより確実に確保できる。したがって、内部エネルギー放出の更なる迅速化が図られる。
【００１０】
また、箔群は、ケースの外面側に複数回巻き付けられていることが好ましい。これにより、内部エネルギーの放出経路を更に多く確保できる。したがって、内部エネルギー放出の更なる迅速化が図られる。
【００１１】
また、箔群において、第１の金属箔の枚数と第２の金属箔の枚数とが異なっていることが好ましい。この構成では、第１の金属箔と第２の金属箔との抵抗率が異なる場合に、金属箔の枚数を調整することで内部エネルギーを効率的に放出させることが可能となる。
【００１２】
また、箔群とケースとの間に絶縁層が更に配置されていることが好ましい。これにより、内部エネルギーの放出経路をより確実に確保できる。したがって、内部エネルギー放出の更なる迅速化が図られる。
【００１３】
また、箔群は、樹脂によってモールドされていることが好ましい。この場合、箔群内の第１の金属箔及び第２の金属箔の腐食等を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る蓄電装置によれば、異常時に迅速に内部エネルギーを放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る蓄電装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した蓄電装置の内部構成を示す断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】ケースの外面側に設けられる短絡用の箔群の構成を示す概念図である。
【図５】図４に示した短絡用の箔群の作用を示す概念図である。
【図６】変形例に係る短絡用の箔群の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る蓄電装置の一実施形態を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した蓄電装置の内部構成を示す断面図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図１〜図３に示す蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電界質二次電池として構成されている。
【００１８】
この蓄電装置１は、図１及び図２に示すように、例えば略直方体形状をなす中空のケース２と、ケース２内に収容された電極組立体３とを備えている。ケース２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成され、ケース２の内部には、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液４が充填されている。ケース２の頂面には、正極端子５と負極端子６とが互いに離間して配置されている。正極端子５は、絶縁リング（絶縁部材）７を介してケース２の頂面に固定され、負極端子６は、絶縁リング（絶縁部材）８を介してケース２の頂面に固定されている。すなわち、正極端子５及び負極端子６は、一のケース２に設けられており、ケース２自体は、電気的な極性を有していない状態となっている。
【００１９】
電極組立体３は、図３に示すように、正極１１と、負極１２と、正極１１と負極１２との間に配置された袋状のセパレータ１３とによって構成されている。電極組立体３では、セパレータ１３に正極１１が収容されており、この状態で正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して交互に配置された状態となっている。
【００２０】
正極１１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔１１ａと、金属箔１１ａの両面に形成された正極活物質層１１ｂとを有している。正極活物質層１１ｂは、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極１１の上縁部には、正極端子５の位置に対応してタブ１１ｃが形成されている。タブ１１ｃは、正極１１の上縁部から上方に延び、導電部材１４を介して正極端子５に接続されている。
【００２１】
一方、負極１２は、例えば銅箔からなる金属箔１２ａと、金属箔１２ａの両面に形成された負極活物質層１２ｂとを有している。負極活物質層１２ｂは、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極１２の上縁部には、負極端子６の位置に対応してタブ１２ｃが形成されている。タブ１２ｃは、負極１２の上縁部から上方に延び、導電部材１５を介して負極端子６に接続されている。
【００２２】
セパレータ１３は、図３に示すように、例えば袋状に形成され、内部に正極１１のみを収容している。セパレータ１３の形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータ１３は、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。
【００２３】
以上の蓄電装置１には、仮に装置に異常が生じた場合の電池の温度の上昇を防止するため、正極１１と負極１２とを短絡させて電気的な内部エネルギーを放出させる短絡用の箔群２１が設けられている。箔群２１は、図１に示すように、例えばケース２の４つの側面部にわたって配置されている。箔群２１の外側には、箔群２１を覆う樹脂製のモールド部２２が形成されている。
【００２４】
箔群２１は、図４に示すように、例えば正極１１の金属箔１１ａと同様にアルミニウム箔によって形成された第１の金属箔３１と、負極１２の金属箔１２ａと同様に銅箔によって形成された第２の金属箔３２と、第１の金属箔３１と第２の金属箔３２との間に配置された絶縁層３３とによって構成されている。これらの膜は、ケース２側から順に、第１の金属箔３１、絶縁層３３、第２の金属箔３２の順で積層されている。
【００２５】
また、箔群２１とケース２との間には、絶縁層３４がさらに１層分配置されている。絶縁層３３，３４は、電気的な絶縁性を有するものであれば特に制限はなく、例えばシート状のセパレータを用いてもよく、塩化ビニルシートやポリプロピレンシートなどを用いてもよい。
【００２６】
第１の金属箔３１の一端側の巻き始め部分は、配線３５を介して正極端子５に接続され、第２の金属箔３２の一端側の巻き始め部分は、別の配線３６を介して負極端子６に接続されている。そして、これらの箔群２１及び絶縁層３４は、ケース２の側面部に対して複数回（本実施形態では２回）巻き付けられている。なお、図４は、箔群２１の構成を示すために便宜的に箔間に隙間を設けているが、実際にはこれらの箔は隙間を空けずに積層され、ケース２の側面部に巻き回されている。
【００２７】
以上説明したように、蓄電装置１では、ケース２の側面部に箔群２１が複数回巻き回されている。この箔群２１により、図５に示すように、例えば釘などの金属製の棒状部材Ｐを箔群２１に貫通させることで、第１の金属箔３１と第２の金属箔３２を短絡させ、内部エネルギーを放出させることができる。この蓄電装置１では、第１の金属箔３１が正極端子５に接続され、第２の金属箔３２が負極端子６に接続されている。
【００２８】
したがって、図５のように、第１の金属箔３１と棒状部材Ｐとの接触部分、及び第２の金属箔３２と棒状部材Ｐとの接触部分をいずれも内部エネルギーの放出経路とすることができる。図５の例では、ケース２の側面部に箔群２１が２回巻き回されており、第２の金属箔３２から棒状部材Ｐを経由して第１の金属箔３１に至る４種類のルートが内部エネルギーの放出経路となっている。これに対し、ケースが一方の極性を有し、箔群の金属箔の一方がケースに対して接続されている場合、ケースに接続されている金属箔と棒状部材との接触部分は内部エネルギーの放出経路を構成しない。したがって、この蓄電装置１では、内部エネルギーの放出経路を多く確保でき、内部エネルギーを迅速に放出させることができる。
【００２９】
また、この蓄電装置１では、正極端子５及び負極端子６が絶縁リング７，８を介して一のケース２に固定されている。また、箔群２１とケース２との間に絶縁層３４が更に配置されている。これにより、ケース２が極性を有しない状態が確実に保たれるので、内部エネルギーの放出経路をより確実に確保できる。したがって、内部エネルギー放出の更なる迅速化が図られる。さらに、箔群２１が樹脂によってモールドされているので、箔群２１内の第１の金属箔３１及び第２の金属箔３２の腐食等を防止できる。
【００３０】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、箔群２１がケース２の側面部に巻き付けられているが、箔群２１は、ケース２の外面側の少なくとも一部に配置されていればよい。この場合、例えば一の側面部のみに設けられていてもよく、底面や頂面に設けられていてもよい。箔群２１の配置領域は、矩形であっても、円形等の他の形状であってもよい。また、上述した実施形態では、略直方体形状をなすケース２を例示しているが、箔群２１を適用するケース２の形状は、円筒状、角柱状、球状といった他の形状であってもよい。
【００３１】
さらに、上述した実施形態では、箔群２１を構成する第１の金属箔３１の枚数と第２の金属箔３２の枚数が共に１枚となっているが、図６に示すように、これらの枚数を異なる枚数としてもよい。図６の例では、正極端子５に接続される第１の金属箔３１の枚数を２枚とし、負極端子６に接続される第２の金属箔３２の枚数を１枚としている。例えば第１の金属箔３１がアルミニウム箔であり、第２の金属箔３２が銅箔である場合、銅箔の電気抵抗率はアルミニウム箔の電気抵抗率の６０％程度であるため、同じ厚さの箔を用いると、放出経路によってエネルギー放出の効率が変わり、エネルギー放出の迅速性に影響が出ることが考えられる。
【００３２】
この場合、第１の金属箔３１及び第２の金属箔３２の材質や厚さを変えることも考えられるが、コスト上の観点から、正極１１の金属箔１１ａ及び負極１２の金属箔１２ａと同じものをそのまま第１の金属箔３１及び第２の金属箔３２として流用することが好ましい。したがって、第１の金属箔３１の枚数と第２の金属箔３２の枚数とを調整することで、コストの増加を抑えつつ、内部エネルギー放出の迅速化が図られる。なお、第１の金属箔３１及び第２の金属箔３２は、導電性に優れる材料であればよく、双方を正極１１の金属箔１１ａであるアルミニウム箔にて構成してもよく、双方を負極１２の金属箔１２ａである銅箔にて構成してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…蓄電装置、２…ケース、３…電極組立体、５…正極端子、６…陰極端子、７，８…絶縁リング（絶縁部材）、１１…正極、１２…負極、１３…セパレータ、２１…箔群、２２…モールド部、３１…第１の金属箔、３２…第２の金属箔、３３，３４…絶縁層。
【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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