(57)【要約】【課題】単体でかつ簡単な構成で過充電を抑制できるラミネート型二次電池を提供する。【解決手段】ラミネートフィルムによって形成された容器１０と、容器１０の内部に設けられた正極３及び負極４と、容器１０の外部に設けられた正極端子１１及び負極端子１２と、正極３と正極端子１１とを接続する正極リード１５と、負極４と負極端子１２とを接続する負極リード１６と、を有する二次電池セルユニット１であって、容器１０の内部に、当該容器１０の内部の所定値以上の温度上昇に伴って正極リード１５と負極リード１６とを接続する接続部材２０を備え、正極リード１５及び負極リード１６の少なくともいずれか一方に、接続部材２０により正極リード１５及び負極リード１６が接続された際に、正極３と負極４との間を流れる短絡電流によって溶断される溶断部１５ａを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミネートフィルムによって形成された容器と、前記容器の内部に設けられた正極及び負極と、前記容器の外部に設けられた正極端子及び負極端子と、前記正極と前記正極端子とを接続する正極リードと、前記負極と前記負極端子とを接続する負極リードと、を有するラミネート型二次電池であって、
前記容器の内部に、当該容器の内部の所定値以上の温度上昇に伴って前記正極リードと前記負極リードとを接続する接続部材を備え、
前記正極リード及び前記負極リードの少なくともいずれか一方に、前記接続部材により前記正極リード及び前記負極リードが接続された際に、前記正極と前記負極との間を流れる短絡電流によって溶断される溶断部を備えたことを特徴とするラミネート型二次電池。
【請求項２】
前記接続部材は、
前記正極リードに接続された正極部接続部材と、
前記負極リードに接続された負極部接続部材と、
前記正極部接続部材と前記負極部接続部材との間に挟持され、温度上昇に伴って軟化するスペーサと、
前記スペーサが挟持された位置において前記正極部接続部材と前記負極部接続部材とを互いに近づける方向に付勢し、前記容器の内部の所定値以上の温度上昇に伴って前記スペーサが軟化した際に前記正極部接続部材と前記負極部接続部材とを接触させる付勢部とを、備えて構成されている請求項１に記載のラミネート型二次電池。
【請求項３】
前記付勢部は、前記スペーサの挟持位置で前記正極部接続部材と前記負極部接続部材とを覆う前記容器の一部によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載のラミネート型二次電池。
【請求項４】
前記正極リードは、前記負極リード及び前記接続部材より融点の低い部材で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のラミネート型二次電池。
【請求項５】
前記正極リードと前記接続部材との接続位置と、前記正極との間の前記正極リードの部位に、他の正極リードの部位よりも断面積を小さくした切り欠き部を前記溶断部として備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のラミネート型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネート型二次電池の過充電を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池のように充電可能な二次電池において、過充電を抑制する技術が開発されている。二次電池の過充電を抑制する技術としては、例えば二次電池を充電する充電機において、二次電池の電圧に基づいて、あるいは充電電流を積算して過充電を判定して充電を停止させるシステムが知られている。
また、特許文献１には、密閉型の二次電池において過充電を抑制する技術が提案されている。特許文献１では、過充電により電解液からガスが発生することを利用している。詳しくは、鋼板で構成された容器の内部に電極等を収納し密閉して構成された二次電池において、容器の内部に圧力スイッチを備え、当該スイッチにより所定値以上の圧力を検出した場合に充電機の出力を停止させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１６７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えばラミネートフィルムのように比較的柔らかい材質で容器（外装材）を形成したラミネート型二次電池では、内部の容積が変化することができるため、内部圧力が変化し難い構造になっている。したがって、このようなラミネート型二次電池では、上記特許文献１のように二次電池の容器内の圧力によって過充電状態を検出することが困難である。
【０００５】
また、上記特許文献１に記載された二次電池では、圧力スイッチの検出によって二次電池への充電を停止させる機能を二次電池の外部に備えなければならない。例えば電気自動車に使用される二次電池のように、複数の二次電池ユニットを組み合わせて大容量の二次電池モジュールとしたものにおいては、上記特許文献１のように充電機に充電を停止させる機能を備えたものでは、充電機の構成が複雑化してしまうといった問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、単体でかつ簡単な構成で過充電を抑制できるラミネート型二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明のラミネート型二次電池は、ラミネートフィルムによって構成された容器と、前記容器の内部に設けられた正極及び負極と、前記容器の外部に設けられた正極端子及び負極端子と、前記正極と前記正極端子とを接続する正極リードと、前記負極と前記負極端子とを接続する負極リードと、を有するラミネート型二次電池であって、前記容器の内部に、当該容器の内部の所定値以上の温度上昇に伴って前記正極リードと前記負極リードとを接続する接続部材を備え、前記正極リード及び前記負極リードの少なくともいずれか一方に、前記接続部材により前記正極リード及び前記負極リードが接続された際に、前記正極と前記負極との間を流れる短絡電流によって溶断される溶断部を備えたことを特徴とする。
【０００８】
これにより、本発明のラミネート型二次電池は、例えば過度な充電によって容器内の温度が上昇することで、接続部材によって正極リードと負極リードとが接続される。したがって、正極と負極とが短絡することになるので、この短絡電流によって正極リードまたは負極リードの溶断部が溶断される。これにより、以降の当該ラミネート型二次電池の充電が不能となり、過充電が抑制される。
【０００９】
好ましくは、前記接続部材は、前記正極リードに接続された正極部接続部材と、前記負極リードに接続された負極部接続部材と、前記正極部接続部材と前記負極部接続部材との間に挟持され、温度上昇に伴って軟化するスペーサと、前記スペーサが挟持された位置において前記正極部接続部材と前記負極部接続部材とを互いに近づける方向に付勢し、前記容器の内部の所定値以上の温度上昇に伴って前記スペーサが軟化した際に前記正極部接続部材と前記負極部接続部材とを接触させる付勢部とを、備えるとよい。
【００１０】
これにより、付勢部によって、容器内の所定の温度上昇に伴ってスペーサが軟化した際に正極部接続部材と負極部接続部材とを接触させるので、容器内の所定値以上の温度上昇に伴って正極リードと負極リードとを接続する接続部材を、容器内のみで簡単な構成で実現させることができる。
好ましくは、前記付勢部は、前記スペーサの挟持位置で前記正極部接続部材と前記負極部接続部材とを覆う前記容器の一部によって構成されているとよい。
【００１１】
これにより、付勢部を容器の一部によって構成することで、部品数を低減し、接続部材を簡単な構成で実現させることができる。
好ましくは、前記正極リードは、前記負極リード及び前記接続部材より融点の低い部材で形成されているとよい。
これにより、接続部材が接続して、正極と負極との間で正極リード、接続部材及び負極リードを短絡電流が通過した際に、正極リードを溶断させることができる。したがって、溶断部を簡単な構成で実現させることができる。
【００１２】
好ましくは、前記正極リードと前記接続部材との接続位置と、前記正極との間の前記正極リードの部位に、他の正極リードの部位よりも断面積を小さくした切り欠き部を前記溶断部として備えるとよい。
これにより、正極リードにおいて切り欠き部の断面積が部分的に減少するので、接続部材が接続して、正極と負極との間で正極リード、接続部材及び負極リードを短絡電流が通過した際に、正極リードを溶断させることができる。したがって、溶断部を簡単な構成で実現させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
ラミネート型二次電池への過度な充電によって容器内の温度が上昇することで、接続部材を介して正極と負極とが短絡し、正極リードまたは負極リードの溶断部が溶断されるので、ラミネート型二次電池への以降の充電が防止される。これにより、ラミネート型二次電池単体で、かつ簡単な構造で過充電を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の二次電池セルユニットの内部構造図である。
【図２】第１の実施形態の二次電池セルユニットにおける温度スイッチ部の構成を示す拡大縦断面図である。
【図３】過充電時における第１の実施形態の二次電池セルユニットにおける短絡電流の流通状態を示す説明図である。
【図４】過充電時における第１の実施形態の二次電池セルユニットの温度スイッチ部の状態を示す拡大縦断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の二次電池セルユニットの内部構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化したラミネート型二次電池の実施形態について説明する。
本発明の第１の実施形態のラミネート型二次電池は、電気自動車等に搭載される駆動用の電力を供給する二次電池モジュールに採用されている。
車両に搭載された二次電池モジュールは、複数の二次電池セルユニット１（本発明のラミネート型二次電池に該当する）を直列あるいは並列に接続されて構成されている。
【００１６】
二次電池モジュールの各二次電池セルユニット１は、図示しない充電機によって充電される。
図１は、第１の実施形態の二次電池セルユニット１の内部構造図である。図２は、第１の実施形態の二次電池セルユニット１における温度スイッチ部２の構成を示す拡大縦断面図である。図３は、過充電時における第１の実施形態の二次電池セルユニット１における短絡電流の流通状態を示す説明図である。図４は、過充電時における第１の実施形態の二次電池セルユニット１の温度スイッチ部２の状態を示す拡大縦断面図である。なお、図１中の二点鎖線の矢印は充電電流の流れを示している。図３中の二点鎖線の矢印は短絡電流の流れを示している。また、図２は、図１において記載されたＡ-Ａ部の断面を示している。また、図４は、図３において記載されたＢ-Ｂ部の断面を示している。
【００１７】
図１に示すように、二次電池セルユニット１は、外装材がラミネートフィルムによって形成されたラミネート型二次電池である。二次電池セルユニット１は、例えばリチウムイオン電池であり、リチウム遷移金属複合酸化物からなる正極３と炭素材料からなる負極４とを有する電極体５と、非水電解質６とを、ラミネートフィルムによって形成された外装材の容器１０内に収納し密閉して構成されている。正極３及び負極４は膜状に形成されており、図示しない膜状のセパレータを挟んで重ね、更に巻きまわされて、電極体５を構成している。
【００１８】
容器１０の外部には、正極端子１１及び負極端子１２が設けられている。正極端子１１と正極３とは正極リード１５によって接続されている。また、負極端子１２と負極４とは負極リード１６によって接続されている。なお、図１では、正極端子１１と正極リード１５、負極端子１２と負極リード１６とは、夫々一体的に形成されている。正極リード１５及び負極リード１６は、導電性を有する部材である。リチウムイオン電池である二次電池セルユニット１の構造について、以上の点については公知のものであるので、材質等の各部の詳細は省略する。
【００１９】
本実施形態の二次電池セルユニット１では、正極リード１５は例えばアルミニウム、負極リード１６は例えば銅によって形成されており、正極リード１５の融点は、負極リード１６の融点より低いものとなっている。
更に、二次電池セルユニット１は、正極リード１５と負極リード１６とを接続する接続部材２０を備えている。接続部材２０は、容器１０内に設けられ、正極リード１５と負極リード１６との間を延びる矩形板状の部材である。接続部材２０は、一端部が正極リード１５に接続された正極部接続部材２１と、一端部が負極リード１６に接続された負極部接続部材２２とにより構成されている。正極部接続部材２１及び負極部接続部材２２は、例えば銅のように導電性を有する部材によって形成されており、正極リード１５の材質よりも融点の高い部材で形成されている。また、正極部接続部材２１の他端部と、負極部接続部材２２の他端部とは、第１のスペーサ２３（スペーサ）及び第２のスペーサ２４（スペーサ）を挟んで重ね合わせて配置されている。なお、この互いに重ね合った正極部接続部材２１の他端部と負極部接続部材２２の他端部と、第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４とを含めた部位が温度スイッチ部２となる。
【００２０】
図２に示すように、第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４は、矩形板状の部材であって、接続部材２０（正極部接続部材２１及び負極部接続部材２２）の延びる方向と垂直方向（図１では上下方向）に互いに間隔をおいて、正極部接続部材２１と負極部接続部材２２との間に配置されており、この第１のスペーサ２３と第２のスペーサ２４との間で、正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とは離間している。なお、正極部接続部材２１及び負極部接続部材２２には、第１のスペーサ２３と第２のスペーサ２４との間に突起部が夫々備えられているが、これらの突起部は通常時では、互いに接触していない。
【００２１】
第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４は、例えば樹脂のように、絶縁性を有するとともに温度上昇に伴って軟化する部材によって形成されている。また、容器１０は、正極端子１１及び負極端子１２側（図１の上部側）が貼り合わせられており、その張り合わせ部１０ａ近辺の少なくとも温度スイッチ部２近辺、即ち第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４の挟持位置において、図２中の矢印で示すように内部に向かって付勢するように構成されている。この容器１０による内部への付勢によって、正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とは互いに近づく方向に常時付勢されている。
【００２２】
なお、容器１０の内部、詳しくは温度スイッチ部２において所定温度Ｔ１（所定値）以上となった場合に正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とが接触するように、第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４の厚さや材質、容器１０の形状等が設定されている。所定温度Ｔ1は、二次電池セルユニット１への過充電によって容器１０の内部が到達するような温度の下限値付近に設定すればよい。容器１０における正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とを近づく方向に付勢させる部位が本発明の付勢部に該当する。
【００２３】
以上のように構成することで、本実施形態の二次電池セルユニット１は、内部が所定温度Ｔ1未満、即ち過充電となっていない通常状態では、正極部接続部材２１と負極部接続部材２２との間に第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４が挟持されていることで、当該正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とは接触しない。これにより、例えば充電機により二次電池セルユニット１の正極端子１１及び負極端子１２との間に電圧を印可することで、充電電流が図１の矢印に示すように通電し、二次電池セルユニット１の充電が可能となっている。
【００２４】
そして、二次電池セルユニット１が過充電となり、容器１０の内部温度が所定温度Ｔ1以上に上昇すると、第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４が軟化する。また、容器１０によって正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とは互いに近づく方向に常時付勢されているので、第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４が軟化することで、図４に示すように、正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とがその間に挟まれている第１のスペーサ２３及び第２のスペーサ２４を押しつぶすように変形させて、互いに近づき接触する。これにより、正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とが接続され、これらの接続部材２０によって、正極リード１５と負極リード１６とが短絡する。これにより、図３の矢印に示すように、接続部材２０を介して二次電池セルユニット１の正極３と負極４とが短絡して、大きな短絡電流が流れる。正極リード１５は、負極リード１６及び接続部材２０よりも融点が低い部材で形成されているので、接続部材２０を介して正極３と負極４とが短絡した場合には、正極部接続部材２１との接続位置と正極３との間の位置で溶断される。なお、この正極リードに１５おける接続部材２０との接続位置と正極３との間の部位が、本発明の溶断部１５ａに該当する。
【００２５】
そして、正極リード１５が溶断部１５ａにおいて溶断されるので、例え正極端子１１と負極端子１２との間に電圧を印加して充電を続けようとしても、正極端子１１から正極３への充電電流の流通が遮断されて、充電が規制される。これにより、以降の過充電が防止され、二次電池セルユニット１の温度上昇を抑制することができる。したがって、隣接する他の二次電池セルユニットへの影響を低減させ、過充電による二次電池モジュールの破損を抑制することができる。
【００２６】
更に、本実施形態では、過充電を抑制する機構が二次電池セルユニット１の内部に全て設けられ、他に制御機器を必要とせずに単体でかつ簡単な構成で過充電を抑制することができる。本実施形態のように複数の二次電池セルユニット１を備えた二次電池モジュールにおいては、各二次電池セルユニット１で過充電を夫々抑制することが可能となり、二次電池モジュールにおいて過充電により部分的に過度に温度上昇したとしても、その過度に温度上昇した二次電池セルユニット１を単体でかつ効果的に更なる温度上昇を抑制することができる。
【００２７】
図５は、本発明の第２の実施形態の二次電池セルユニット３１の内部構造図であり、特に溶断部１５ａの他の実施形態の形状を示す。
第２の実施形態の二次電池セルユニット３１は、上記第１の実施形態の二次電池セルユニット１に対して、更に正極リード１５の溶断部１５ａに切り欠き部３２が設けられている。このように切り欠き部３２を設けることで正極リード１５の断面積がこの部位で減少するので、短絡電流が流れた場合にこの切り欠き部３２において溶断し易くなる。したがって、過充電により容器１０内の温度が上昇して温度スイッチ部２において正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とが接触して短絡した際に、溶断部１５aにおいて迅速に溶断させて、過充電を抑制することができる。
【００２８】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、以上の実施形態においては、容器１０によって温度スイッチ部２において正極部接続部材２１と負極部接続部材２２とを近づける付勢を行っているが、例えば容器１０を外側から挟みこむようにして付勢するような付勢具を設けてもよい。
また、溶断部１５ａについては、上記第２の実施形態のような切り欠き部３２以外の形状でも、正極リード１５の断面積が部分的に減少するような構成にしてもよい。溶断部１５ａについては、短絡によって他の部位よりも溶断し易くなるように、材質や形状を適宜設定してもよい。
【００２９】
また、上記実施形態では、正極リード１５に溶断部１５ａを設ける構成にしているが、例えば負極リード１６に切り欠き等の溶断部を設けるようにしてもよい。
また、温度スイッチ部２についても、過充電による容器１０内の温度上昇により迅速に接続する構造であれば、詳細な構造を適宜変更してもよい。
また、以上の実施形態はリチウムイオン電池であるが、他の二次電池でも適用することができる。また、各種用途の二次電池に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１、３１  二次電池セルユニット（ラミネート型二次電池）
３  正極
４  負極
１０  容器（容器、付勢部）
１１  正極端子
１２  負極端子
１５  正極リード
１５ａ  溶断部
１６  負極リード
２０  接続部材
２１  正極部接続部材
２２  負極部接続部材
２３  第１のスペーサ（スペーサ）
２４  第２のスペーサ（スペーサ）
３２  切り欠き部
【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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