(57)【要約】【課題】より確実に遮断できる電流遮断機構の提案【解決手段】  電流遮断機構１７は、負極側導通経路１６が分断された一対の端部１７ａ，１７ｂと、一対の端部１７ａ，１７ｂの距離を広げるように力を作用させる弾性体１７ｃと、一対の端部１７ａ，１７ｂに架け渡され、一対の端部１７ａ，１７ｂの距離を保持する間隔保持部１７ｄと、一対の端部１７ａ，１７ｂに架け渡され、一対の端部１７ａ，１７ｂに接合された電線１７ｅと、間隔保持部１７ｄに取り付けられた抵抗発熱体１７ｆと、正極側導通経路１４と負極側導通経路１６との電位差を検知して、予め定められた電位差よりも高い電位差がある場合に抵抗発熱体１７ｆに電流を出力するように構成されたスイッチング部１７ｇと、を備えている。抵抗発熱体１７ｆによって間隔保持部１７ｄが溶断されると負極側導通経路１６が断線されるように構成されている。【選択図】  図２
2019135695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電部と負極集電部を有する電極体と、
前記電極体が収容された電池ケースと、
前記電池ケースに取り付けられた正極端子と、
前記正極集電部と前記正極端子とを接続する正極側導通経路と、
前記電池ケースに取り付けられた負極端子と、
前記負極集電部と前記負極端子とを接続する負極側導通経路と、
前記正極側導通経路と前記負極側導通経路とのうち何れか一方の第１導通経路に設けられ、当該第１導通経路を遮断する電流遮断機構と
を備え、
前記電流遮断機構は、
前記第１導通経路が分断された一対の端部と、
前記一対の端部の距離を広げるように力を作用させる弾性体と、
前記一対の端部に架け渡され、一対の端部の距離を保持する間隔保持部と、
前記一対の端部に架け渡され、前記一対の端部に接合された電線と、
前記間隔保持部に取り付けられた抵抗発熱体と、
前記正極側導通経路と前記負極側導通経路との電位差を検知して、予め定められた電位差よりも高い電位差がある場合に前記抵抗発熱体に電流を出力するように構成されたスイッチング部と
を備え、
前記間隔保持部は、前記抵抗発熱体が発熱することによって溶断されるように構成されており、
前記電線によって繋がれた前記第１導通経路は、前記間隔保持部が溶断され、前記一対の端部の距離が広げられた際に断線されるように構成された、
密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１５−６０６５８号公報には、過充電を防止する装置として過充電時に溶断されて電流を遮断する電流遮断部を備えた二次電池が開示されている。
同公報で提案される電流遮断部は、所定の閾値以上の電流が流れると通過する電流を遮断する。電流遮断部は、一方を正極端子に接続し、他方を正極短絡リードに接続されている。電流遮断部は、電流遮断部を流れる電流が所定の閾値を超過した場合に融解し、正極短絡リードを流れる電流を遮断する。たとえば、電流遮断部は、ヒューズなどであるとされている。
【０００３】
また、特開２０１３−１５７１５４号公報には、過充電時に電気分解されてガスを発生させる添加剤を電解液に含める。そして、過充電時に密閉型電池のケース内でガスを発生させ、密閉型電池のケース内の内圧を高くする。そして、密閉型電池のケース内の内圧が高くなることに起因して、電流を遮断させる機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−６０６５８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５７１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、過充電を防止する装置としての電流遮断部は、通常電流では遮断されず、過充電が検知された際に確実に遮断されることが望ましい。特開２０１５−６０６５８号公報に開示される構造では、通常電流では遮断されず、過充電が検知された際に確実に遮断されるように、電流遮断部を設定することが難しい。
【０００６】
また、例えば、プラグインハイブリッド車や電気自動車などの電動車両の駆動源として用いられる用途では、リチウムイオン二次電池などの密閉型電池には、高容量化が求められる。高容量化に伴い、電池ケースに含まれる活物質の量が増える。このため、通常の充放電でも生じうるガスが多くなりやすい。さらに、電池ケース内の省スペース化が図られると、デッドスペースが少なくなる。このため、通常の充放電で生じうる微量のガスが徐々に蓄積されて電池ケースの内圧が高くなりやすい。そこで、本発明者は、高容量化に伴い、密閉型電池の電池ケースには、安全弁とは別に、リリーフ弁が必要になると考えている。しかし、リリーフ弁が設けられていると、電池ケースの内圧を一定レベルに保ちうるので、電池ケース内の圧力が高くなることに起因して作動するような電流遮断機構が作動しにくくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで提案される密閉型電池の一実施形態は、正極集電部と負極集電部を有する電極体と、電極体が収容された電池ケースと、電池ケースに取り付けられた正極端子と、正極集電部と正極端子とを接続する正極側導通経路と、電池ケースに取り付けられた負極端子と、負極集電部と負極端子とを接続する負極側導通経路と、正極側導通経路と負極側導通経路とのうち何れか一方の第１導通経路に設けられ、当該第１導通経路を遮断する電流遮断機構とを備えている。
電流遮断機構は、第１導通経路が分断された一対の端部と、一対の端部の距離を広げるように力を作用させる弾性体と、一対の端部に架け渡され、一対の端部の距離を保持する間隔保持部と、一対の端部に架け渡され、一対の端部に接合された電線と、間隔保持部に取り付けられた抵抗発熱体と、正極側導通経路と負極側導通経路との電位差を検知して、予め定められた電位差よりも高い電位差がある場合に抵抗発熱体に電流を出力するように構成されたスイッチング部とを備えている。
ここで、間隔保持部は、抵抗発熱体が発熱することによって溶断されるように構成されているとよい。また、電線によって繋がれた第１導通経路は、間隔保持部が溶断され、一対の端部の距離が広げられた際に断線されるように構成されているとよい。
【０００８】
このように、この密閉型電池では、間隔保持部は、抵抗発熱体が発熱することによって溶断されるように構成されている。そして、電線によって繋がれた第１導通経路は、間隔保持部が溶断され、一対の端部の距離が広げられた際に断線されるように構成されている。このため、過充電時により確実に電池への通電が遮断される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、密閉型電池１０の模式図である。
【図２】図２は、電流遮断機構１７の拡大図である。
【図３】図３は、電流遮断機構１７の拡大図である。
【図４】図４は、他の形態における電流遮断機構１７の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、ここで提案される密閉型電池の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、密閉型電池１０の模式図である。
密閉型電池１０は、図１に示されているように、電極体１１と、電池ケース１２と、正極端子１３と、正極側導通経路１４と、負極端子１５と、負極側導通経路１６と、電流遮断機構１７とを備えている。
【００１２】
電極体１１は、正極集電部１１ａと負極集電部１１ｂとを有している。電極体１１は、いわゆる電池要素である。なお、電極体１１の具体的な形態は、特に限定されない限りにおいて、ここで例示される形態に限定されない。密閉型電池１０は、例えば、固体電解質を含む全固体電池でもよい。電極体１１は、全固体電池に用いられるものでもよい。
【００１３】
電極体１１は、詳細な図示は省略するが、例えば、セパレータシートを介在させて、正極シートと負極シートとを重ねた、いわゆる積層型の電極体でもよい。また、電極体１１の他の形態として、正極シートと、第１のセパレータシートと、負極シートと、第２のセパレータシートとを、それぞれ長尺の帯状の部材とする。電極体１１は、長尺の帯状の第１のセパレータシートまたは第２のセパレータシートを介在させて、正極シートと負極シートとを重ねて捲回した、いわゆる捲回電極体でもよい。
【００１４】
正極シートは、例えば、正極集電箔（例えば、アルミニウム箔）に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部を除いて、正極活物質を含む正極活物質層が両面に形成されているとよい。正極集電箔で正極活物質層が形成されない未形成部は、電極体１１の正極集電部１１ａとなりうる。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。
【００１５】
負極シートは、負極集電箔（例えば、銅箔）に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部を除いて、負極活物質を含む負極活物質層が両面に形成されているとよい。負極集電箔で負極活物質層が形成されない未形成部は、電極体１１の負極集電部１１ｂとなりうる。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。
【００１６】
セパレータシートには、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシートについても種々提案されており、特に限定されない。負極シートの負極活物質層は、セパレータシートを介在させた状態で正極シートの正極活物質層を覆っているとよい。セパレータシートは、さらに正極シートの正極活物質層および負極シートの負極活物質層を覆っているとよい。
正極集電部１１ａとしての未形成部と負極集電部１１ｂとしての未形成部とは、幅方向において互いに反対側に向けられている。そして、正極集電部１１ａとしての未形成部は、セパレータシートの幅方向の片側にはみ出ている。負極集電部１１ｂとしての未形成部は、幅方向の反対側においてセパレータシートからはみ出ている。
【００１７】
電池ケース１２には、電極体１１が収容されている。電池ケース１２は、図１では、模式的に二点鎖線で示されている。電池ケース１２は、例えば、扁平な角型のアルミケースであり得る。
【００１８】
正極端子１３は、電池ケース１２に取り付けられた電極端子である。
正極側導通経路１４は、正極集電部１１ａと正極端子１３とを接続する導通経路である。ここで正極側導通経路１４には、例えば、アルミニウムやアルミ合金などの金属が用いられる。
【００１９】
負極端子１５は、電池ケース１２に取り付けられた電極端子である。
負極側導通経路１６は、負極集電部１１ｂと負極端子１５とを接続する導通経路である。ここで負極側導通経路１６には、例えば、銅や銅合金などの金属が用いられる。
電池ケース１２の外部において、正極端子１３と負極端子１５は、パワーコントロールユニットＰ1を介して外部電源Ｇ１および出力装置に接続されている。
【００２０】
電流遮断機構１７は、正極側導通経路１４と負極側導通経路１６とのうち何れか一方の第１導通経路１６に設けられており、当該第１導通経路１６を遮断する機構である。
この実施形態では、負極側導通経路１６に「第１導通経路」として設定されている。
【００２１】
図２は、電流遮断機構１７の拡大図である。
電流遮断機構１７は、図１および図２に示されているように、一対の端部１７ａ，１７ｂと、弾性体１７ｃと、間隔保持部１７ｄと、電線１７ｅと、抵抗発熱体１７ｆと、スイッチング部１７ｇとを備えている。
【００２２】
一対の端部１７ａ，１７ｂは、第１導通経路としての負極側導通経路１６が、電流遮断機構１７が設けられた部位で分断されており、当該分断された負極側導通経路１６の端部である。なお、ここで一対の端部１７ａ，１７ｂは、負極側導通経路１６を構成する部材が実際に切断された端部である必要はない。負極側導通経路１６は、第１端部１７ａを含む第１負極側導通経路１６ａと、第２端部１７ｂを含む第２負極側導通経路１６ｂとで構成されているとよい。そして、当該第１負極側導通経路１６ａに設けられた第１端部１７ａと、第２負極側導通経路１６ｂに設けられた第２端部１７ｂとが、電流遮断機構１７が設けられた部位において対向しているとよい。
【００２３】
弾性体１７ｃは、第１導通経路としての負極側導通経路１６の一対の端部１７ａ，１７ｂの距離を広げるように力を作用させる部材である。この実施形態では、図１に示されているように、一対の端部１７ａ，１７ｂとの間に圧縮された状態で配置されたコイルばねで構成されている。この実施形態では、弾性体１７ｃには、耐熱性の樹脂やセラミックなどによって絶縁コートされたステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属製のばねが用いられている。つまり、負極側導通経路１６の一対の端部１７ａ，１７ｂに介在した弾性体１７ｃは、負極側導通経路１６の一対の端部１７ａ，１７ｂを導通させない。なお、弾性体１７ｃは、一対の端部１７ａ，１７ｂの距離を広げるように力を作用させるように配置されているとよく、かかる形態に限定されない。弾性体１７ｃは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属製のばねであり、一対の端部１７ａ，１７ｂとばねとの間に樹脂やセラミックなどの絶縁シートが挟まれていてもよい。また、弾性体１７ｃは、コイル状のばねに限定されず、ゴムでもよい。
【００２４】
間隔保持部１７ｄは、一対の端部１７ａ，１７ｂに架け渡され、一対の端部１７ａ，１７ｂの距離を保持する部材である。この実施形態では、間隔保持部１７ｄは、予め定められた長さの部材である。間隔保持部１７ｄの両端は、第１経路としての負極側導通経路１６の一対の端部１７ａ，１７ｂの距離が予め定められた。負極側導通経路１６の一対の端部１７ａ，１７ｂに、かかる間隔保持部１７ｄが取り付けられていることによって、負極側導通経路１６の一対の端部１７ａ，１７ｂは、予め定められた距離に維持される。換言すると、間隔保持部１７ｄは、弾性体１７ｃの弾性反力に抗して予め定められた距離を維持しうる所要の剛性を備えているとよい。ここで、間隔保持部１７ｄは、後述する抵抗発熱体１７ｆに電流が通電されて抵抗発熱体１７ｆが発熱した際に、溶けうる程度の低融点の金属あるいは樹脂で構成されているとよい。
【００２５】
電線１７ｅは、一対の端部１７ａ，１７ｂに架け渡され、一対の端部１７ａ，１７ｂに接合されている。図２に示された形態では、電線１７ｅは、第１電線１７ｅ１と、第２電線１７ｅ２とを備えている。なお、第１電線１７ｅ１と第２電線１７ｅ２は、それぞれ導電性を有する金属性のワイヤやテープで構成されているとよい。また、図２では、電線１７ｅは、第１電線１７ｅ１と、第２電線１７ｅ２とで構成された例が図示されているが、さらに複数の電線で接続されていてもよい。電線１７ｅは、間隔保持部１７ｄによって維持されている負極側導通経路１６の一対の端部１７ａ，１７ｂの距離よりも少し長いとよい。電線１７ｅを構成する第１電線１７ｅ１および第２電線１７ｅ２と、一対の端部１７ａ，１７ｂとは、導通可能な手法で接合されているとよい。また、第１電線１７ｅ１および第２電線１７ｅ２と、一対の端部１７ａ，１７ｂとの接合強度は、それほど強く設定されていない。
【００２６】
間隔保持部１７ｄが溶断され、弾性体１７ｃによって、一対の端部１７ａ，１７ｂの距離を広げるように力が作用した際に、第１電線１７ｅ１および第２電線１７ｅ２と、一対の端部１７ａ，１７ｂとの接合が外れるように構成されているとよい。電線１７ｅを構成する第１電線１７ｅ１および第２電線１７ｅ２と、一対の端部１７ａ，１７ｂとの接合は、例えば、ワイヤボンディングのような手法で接合されているとよい。
【００２７】
抵抗発熱体１７ｆは、間隔保持部１７ｄに取り付けられた発熱体である。抵抗発熱体１７ｆは、例えば、ニクロム線のような電熱線で構成されているとよい。そして、間隔保持部１７ｄに巻付けられているとよい。ここで、間隔保持部１７ｄに巻付けられた抵抗発熱体１７ｆとしての電熱線の第１端部１７ｆ１は、負極側導通経路１６に接続されているとよい。図２に示された形態では、負極側導通経路１６の負極端子側の第２端部１７ｂに接合されている。
【００２８】
また、抵抗発熱体１７ｆとしての電熱線の第２端部１７ｆ２は、図１に示されているように、スイッチング部１７ｇの出力端子に接続されているとよい。
スイッチング部１７ｇは、正極側導通経路１４と負極側導通経路１６との電位差を検知して、予め定められた電位差よりも高い電位差がある場合に抵抗発熱体に電流を出力するように構成されている。
【００２９】
ここで、スイッチング部１７ｇは、例えば、予め定められた過充電電圧を検知するように構成されたツェナーダイオードまたはツェナーダイオードを含む電子回路で構成されているとよい。スイッチング部１７ｇは、第１入力線１７ｇ１によって正極側導通経路１４に接続されている。スイッチング部１７ｇは、第１入力線１７ｇ２によって負極側導通経路１６に接続されている。また、スイッチング部１７ｇの出力側の端子は、正極側導通経路１４と抵抗発熱体１７ｆとに接続されている。
スイッチング部１７ｇは、正極側導通経路１４と負極側導通経路１６との間の電位差に基づいて電圧を検知する。スイッチング部１７ｇは、正極側導通経路１４と負極側導通経路１６との間の電位差に基づいて検知される電圧が、予め定められた過充電電圧よりも低い場合には、正極側導通経路１４と抵抗発熱体１７ｆとを絶縁している。スイッチング部１７ｇによって検知される電圧が予め定められた過充電電圧以上になると、正極側導通経路１４と抵抗発熱体１７ｆとが導通する。
【００３０】
正極側導通経路１４と負極側導通経路１６との間の電位差に基づいて検知される電圧が、予め定められた過充電電圧以上になるのは、密閉型電池１０が外部電源Ｇ１に接続されて充電されている場合である。このため、スイッチング部１７ｇによって正極側導通経路１４と抵抗発熱体１７ｆとが導通すると、外部電源Ｇ１，正極側導通経路１４，スイッチング部１７ｇ，抵抗発熱体１７ｆ，負極側導通経路１６という回路が形成される。このため、外部電源Ｇ１を電源として、抵抗発熱体１７ｆに電流が流れて、抵抗発熱体１７ｆが発熱する。
【００３１】
この密閉型電池１０では、図１および図２に示されているように、スイッチング部１７ｇによって検知される電圧が予め定められた過充電電圧以上になると、正極側導通経路１４と抵抗発熱体１７ｆとが導通し、抵抗発熱体１７ｆが発熱する。抵抗発熱体１７ｆが発熱すると、間隔保持部１７ｄが溶断される。
【００３２】
ここで、図３は、電流遮断機構１７の拡大図である。図３では、抵抗発熱体１７ｆは図示が省略されている。
図３に示されているように、間隔保持部１７ｄが溶断されると、一対の端部１７ａ，１７ｂの距離が広げられる。この際に、電線１７ｅによって繋がれた第１導通経路としての負極側導通経路１６は断線される。また、電線１７ｅは、上述のように複数の電線１７ｅ１，１７ｅ２で構成されているとよい。そして、間隔保持部１７ｄが溶断された後、順次破断するように構成されているとよい。
【００３３】
図３では、間隔保持部１７ｄが溶断され、電線１７ｅのうち第１電線１７ｅ１と負極側導通経路１６の第２端部１７ｂとの接合が外れた状態が示されている。この後、さらに第２電線１７ｅ２と第２端部１７ｂとの接合が外れた状態となり、負極側導通経路１６が断線される。また、電線１７ｅがさらに複数の電線で構成されている場合には、順次、全ての電線が破断される。
弾性体１７ｃは、電線１７ｅの接合が外れることによって負極側導通経路１６が断線されるまで、一対の端部１７ａ，１７ｂの距離を広げるように構成されているとよい。断線された後、スイッチング部１７ｇで検知される電圧が下がると、電熱線への通電が停止される。
【００３４】
図４は、他の形態における電流遮断機構１７の拡大図である。ここでは、図２と同じ機能を奏する部材または部位には、同じ符合が付されている。
図４に示されているように、第２端部１７ｂを含む第２負極側導通経路１６ｂには、第２弾性体１７ｈが設けられていてもよい。
ここで、第２端部１７ｂを含む第２負極側導通経路１６ｂは、第２端部１７ｂを含む側の第２負極側導通経路１６ｂ１と、負極端子１５（図１参照）側の第２負極側導通経路１６ｂ２とに分断されている。第２弾性体１７ｈは、第２負極側導通経路１６ｂ１と第２負極側導通経路１６ｂ２との間に装着されている。そして、間隔保持部１７ｄが溶断された際に、弾性体１７ｃの伸びに伴う端子の変形を吸収するようになっている。第２弾性体１７ｈは、負極側導通経路１６の導通経路の一部をなすため、負極側導通経路１６と同じ材質（この実施形態では、銅）で構成されているとよい。また、図示は省略するが、第２弾性体１７ｈは、絶縁材料とし、かつ、別途、導通用ワイヤが、第２負極側導通経路１６ｂ１と第２負極側導通経路１６ｂ２とに架け渡されて接続されてもよい。
【００３５】
以上、ここで提案される密閉型電池について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた密閉型電池の実施形態などは、本発明を限定しない。
【００３６】
ここではスイッチング部１７ｇ（図１参照）からの出力によって抵抗発熱体１７ｆを発熱させて、間隔保持部１７ｄを破断させるようにしている。これに対して、スイッチング部１７ｇからの出力によって起動する駆動装置によって、間隔保持部１７ｄが機械的に破断されるように構成されていてもよい。
また、電流遮断機構１７は、負極側導通経路１６に設けられているが、正極側導通経路１４に設けられていてもよい。電流遮断機構１７が正極側導通経路１４に設けられる場合、電流遮断機構１７の電線１７ｅ（図２参照）には、正極側導通経路１４と同じ材料が用いられていることが望ましい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  密閉型電池
１１  電極体
１１ａ  正極集電部
１１ｂ  負極集電部
１２  電池ケース
１３  正極端子
１４  正極側導通経路
１５  負極端子
１６  負極側導通経路
１６ａ  第１負極側導通経路
１６ｂ  第２負極側導通経路
１６ｂ１  第２端部１７ｂを含む側の第２負極側導通経路
１６ｂ２  負極端子１５側の第２負極側導通経路
１７  電流遮断機構
１７ａ  第１端部
１７ｂ  第２端部
１７ｃ  弾性体
１７ｄ  間隔保持部
１７ｅ  電線
１７ｅ１  第１電線
１７ｅ２  第２電線
１７ｆ  抵抗発熱体
１７ｆ１  抵抗発熱体の第１端部
１７ｆ２  抵抗発熱体の第２端部
１７ｇ  スイッチング部
１７ｇ１  第１入力線
１７ｇ２  第２入力線
１７ｈ  第２弾性体
Ｇ１  外部電源
Ｐ1  パワーコントロールユニット
【図１】
2019135695.tif 000003
【図２】
2019135695.tif 000004
【図３】
2019135695.tif 000005
【図４】
2019135695.tif 000006