(57)【要約】【課題】電池要素と電流遮断機構との間の導通の信頼性が向上する二次電池、を提供する。【解決手段】二次電池１０は、封口体２５と、封口体２５と距離を設けて対向する対向部３４を有し、外部端子２１に電気的に接続される封口リード３１と、封口体２５および対向部３４の間で圧縮変形された状態で固定され、封口体２５と封口リード３１との間をシールするためのガスケット２７と、ガスケット２７の外周上で封口体２５および対向部３４により挟持され、集電部材５１を保持するための下ホルダ６１とを備える。封口体２５は、下ホルダ６１に向けて突出する突出部２６を有する。下ホルダ６１には、突出部２６が位置決めされる凹部６７が形成される。ガスケット２７が下ホルダ６１に一方向から接触し、突出部２６が、凹部６７を規定する下ホルダ６１の内壁に一方向とは反対方向から接触する。【選択図】図１
2015072762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池要素を収容する外装体の内圧が上昇した場合に、前記電池要素と、前記外装体の外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断機構を備えた二次電池であって、
前記外装体に設けられた開口部に配置される封口体と、
前記外装体の内部で前記封口体と距離を設けて対向する対向部を有し、前記外部端子に電気的に接続される接続部材と、
前記封口体および前記対向部の間で圧縮変形された状態で固定され、前記封口体と前記接続部材との間をシールするためのガスケットと、
前記ガスケットの外周上で前記封口体および前記対向部により挟持され、前記電池要素と前記電流遮断機構との接点となる集電部材を保持するためのホルダ部材とを備え、
前記封口体は、前記ホルダ部材に向けて突出する突出部を有し、
前記ホルダ部材には、前記突出部が位置決めされる凹部が形成され、
前記ガスケットが前記ホルダ部材に一方向から接触し、前記突出部が、前記凹部を規定する前記ホルダ部材の内壁に前記一方向とは反対方向から接触する、二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、二次電池に関し、より特定的には、電流遮断機構を備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次電池に関して、たとえば、特開２０１３−１０１８９０号公報には、一度作動した電流遮断機構に対して外力を付与することにより再び放電可能となることを目的とした、密閉型電池が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された密閉型電池においては、ケース内圧が上昇した場合に、遮断弁がケース内方からのガス圧によってケースの外方に移動する。これにより、遮断弁の突出部が正極集電端子から離れ、正極外部端子と正極との間の導電経路が分断される。
【０００３】
そのほか、特開２００５−５６６４９号公報には、蓋に対する絶縁パッキングの位置合わせや、絶縁パッキングに対する出力端子の位置合わせを行なわなくても、絶縁パッキングや出力端子の廻り止めを確実に図ることを目的とした、密閉型電池が開示されている（特許文献２）。また、特開２００９−２５９６５１号公報には、絶縁材とリード体との部品管理の手間の低減を図り、かつリード体が電池缶の内面等に接触することを確実に防止するとともに、電池の薄型化を図ることを目的とした、密閉型電池の製造方法が開示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０１８９０号公報
【特許文献２】特開２００５−５６６４９号公報
【特許文献３】特開２００９−２５９６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に開示されるように、電池要素を収容する外装体の内圧が上昇した場合に、電池要素と、外装体の外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する機構（電流遮断機構）を備えた二次電池が知られている。このような電流遮断機構において、電池要素と電流遮断機構との接点となる集電部材をホルダ部材により保持するものがある。しかしながら、ホルダ部材が固定される構造によっては、ホルダ部材にガタツキが発生し、このガタツキにより、電池要素と電流遮断機構との間の導通が意図せず破断してしまう可能性がある。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、電池要素と電流遮断機構との間の導通の信頼性が向上す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】
この発明に従った二次電池は、電池要素を収容する外装体の内圧が上昇した場合に、電池要素と、外装体の外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断機構を備えた二次電池である。二次電池は、外装体に設けられた開口部に配置される封口体と、外装体の内部で封口体と距離を設けて対向する対向部を有し、外部端子に電気的に接続される接続部材と、封口体および対向部の間で圧縮変形された状態で固定され、封口体と接続部材との間をシールするためのガスケットと、ガスケットの外周上で封口体および対向部により挟持され、電池要素と電流遮断機構との接点となる集電部材を保持するためのホルダ部材とを備える。封口体は、ホルダ部材に向けて突出する突出部を有する。ホルダ部材には、突出部が位置決めされる凹部が形成される。ガスケットがホルダ部材に一方向から接触し、突出部が、凹部を規定するホルダ部材の内壁に一方向とは反対方向から接触する。
【０００８】
このように構成された二次電池によれば、ガスケットがホルダ部材に一方向から接触し、突出部が、凹部を規定するホルダ部材の内壁にその一方向とは反対方向から接触することによって、ホルダ部材がガタツキなく固定される。これにより、ホルダ部材により保持された集電部材の位置ずれを防ぎ、電池要素と電流遮断機構との間の導通の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上に説明したように、この発明に従えば、電池要素と電流遮断機構との間の導通の信頼性が向上する二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態における二次電池が備える電流遮断機構を示す断面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った電流遮断機構を示す断面図である。
【図３】図１中の二次電池の電流遮断機構の組み立て工程（かしめ工程）を示す断面図である。
【図４】図１中の二次電池の電流遮断機構の組み立て工程（かしめ工程）を示す断面図である。
【図５】図１中の二次電池の電流遮断機構の組み立て工程（かしめ工程）を示す断面図である。
【図６】図１中の二次電池の電流遮断機構の組み立て工程（かしめ工程）を示す断面図である。
【図７】図１中の二次電池の電流遮断機構の組み立て工程（かしめ工程）を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態における二次電池が備える電流遮断機構を示す断面図である。
【００１３】
図１を参照して、本実施の形態における二次電池１０は、複数個が直列に組み合わされて組電池とされ、ハイブリッド自動車に搭載されている。その組電池は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともにハイブリッド自動車の動力源とされている。
【００１４】
二次電池１０は、その主要な構成として、電池要素（不図示）と、外装体（不図示）と、外部端子２１とを有する。電池要素は、正負の電極板がセパレータを介して積層されて構成されている。外装体はケース形状を有し、その内部に、電解液とともに電池要素が収容されている。二次電池１０は、外部端子２１として正極端子および負極端子を有し、図中には、そのうちの一方が示されている。外部端子２１は、外装体の外部に設けられている。
【００１５】
二次電池１０は、外装体の内圧が上昇した場合に、電池要素と外部端子２１との間の電流の流れを遮断する機構（以下、電流遮断機構という）を備える。電流遮断機構は、正極端子および負極端子の少なくともいずれか一方に設けられている。
【００１６】
電流遮断機構の構造についてより具体的に説明すると、二次電池１０は、インシュレータ２３と、封口体２５と、ガスケット２７と、接続部材としての封口リード３１と、感圧反応部材としての反転板４１と、集電部材５１と、ホルダ部材としての下ホルダ６１とをさらに有する。
【００１７】
封口体２５は、平板形状を有する。封口体２５は、外装体に設けられた開口部に配置されている。封口体２５には、貫通孔２５ｍが形成されている。貫通孔２５ｍは、外装体の内外の空間を連通させるように形成されている。
【００１８】
インシュレータ２３は、外装体の外部に設けられている。インシュレータ２３は、封口体２５の直上に重ね合わされている。インシュレータ２３は、封口体２５と外部端子２１との間に介挿されている。インシュレータ２３は、絶縁性材料から形成されており、封口体２５と外部端子２１との間を電気的に絶縁している。
【００１９】
封口リード３１は、導電性材料から形成されている。封口リード３１は、銅やアルミニウムなどの金属から形成されている。封口リード３１は、封口体２５に形成された貫通孔２５ｍに挿通されている。封口リード３１は、外部端子２１に電気的に接続されている。封口リード３１は、外装体の外部で外部端子２１に接続され、外装体の内部で反転板４１に接続されている。封口リード３１は、外部端子２１と反転板４１との間を電気的に接続している。
【００２０】
封口リード３１は、その構成部位として、筒部３３、かしめ部３２、対向部３４および周縁部３５を有する。
【００２１】
筒部３３は、仮想上の中心軸１０２を中心に筒状に延びる形状を有する。本実施の形態では、筒部３３が円筒形状を有する。筒部３３は、貫通孔２５ｍに挿通されている。筒部３３は、外装体の外部において、さらにインシュレータ２３および外部端子２１を貫通するように設けられている。
【００２２】
かしめ部３２は、外装体の外部に向けて筒状に延びる筒部３３の端部に設けられている。かしめ部３２は、中心軸１０２を中心にして外周側に延出するように設けられている。かしめ部３２は、外部端子２１と接触している。かしめ部３２と対向部３４との間で、外部端子２１と、インシュレータ２３と、封口体２５と、ガスケット２７および下ホルダ６１とが、かしめ固定されている。
【００２３】
対向部３４は、外装体の内部に向けて筒状に延びる筒部３３の端部に設けられている。対向部３４は、中心軸１０２に直交する平面上に延在する平板形状を有する。本実施の形態では、対向部３４が、中心軸１０２を中心とする円盤形状を有する。対向部３４は、中心軸１０２の軸方向における一方において封口体２５と距離を設けて対向し、中心軸１０２の軸方向における他方において、後述する集電部材５１の遮断箔５２と距離を設けて対向する。
【００２４】
周縁部３５は、対向部３４の周縁に設けられている。周縁部３５は、対向部３４の周縁から集電部材５１に近接する方向に折れ曲がって設けられている。周縁部３５には、反転板４１が接続されている。
【００２５】
ガスケット２７は、封口リード３１に接触して設けられている。ガスケット２７は、封口体２５と封口リード３１との間に介挿されている。ガスケット２７は、封口体２５と封口リード３１との間のシール材として設けられている。
【００２６】
ガスケット２７は、その構成部位として、筒部２８および鍔部２９を有する。筒部２８は、貫通孔２５ｍに挿通されている。筒部２８は、貫通孔２５ｍを規定する封口体２５の内周面と、封口リード３１の筒部３３の外周面とに接触して設けられている。
【００２７】
鍔部２９は、筒部２８の端部から中心軸１０２を中心にして外周側に延出する鍔形状を有する。鍔部２９は、後述する下ホルダ６１の鍔部６４の内側に配置されている。鍔部２９は、封口体２５と対向部３４との間で圧縮変形された状態で固定されている。
【００２８】
反転板４１は、導電性材料から形成されている。反転板４１は、封口リード３１の対向部３４と、後述する集電部材５１の遮断箔５２との間に配置されている。反転板４１は、封口リード３１および集電部材５１に接続されている。反転板４１は、封口リード３１と集電部材５１との間を電気的に接続している。
【００２９】
反転板４１は、円形の平面視を有する薄板形状を有する。反転板４１は、対向部３４に面する側で凹となり、集電部材５１に面する側で凸となる形状を有する。反転板４１は、円形の平面視を有する反転板４１の周縁において封口リード３１の周縁部３５に接続され、集電部材５１に面する側で凸となる反転板４１の中央において集電部材５１の遮断箔５２に接続されている。
【００３０】
下ホルダ６１は、外装体の内部に設けられている。下ホルダ６１は、集電部材５１を保持するためのホルダ部材として設けられている。下ホルダ６１は、封口体２５の直下に設けられている。下ホルダ６１は、全体として、鍔部２９、対向部３４および反転板４１の外周上を取り囲む形状を有する。下ホルダ６１は、封口体２５と対向部３４との間に挟持された状態で固定されている。
【００３１】
下ホルダ６１は、その構成部位として、胴体部６３および鍔部６４を有する。胴体部６３は、封口体２５に隣接する位置から、封口体２５から離れる方向に筒状に延びて設けられている。胴体部６３は、鍔部２９、対向部３４および反転板４１を取り囲むように設けられている。
【００３２】
鍔部６４は、封口体２５に隣接して設けられている。鍔部６４は、胴体部６３の端部から内周側に延出する鍔形状を有する。鍔部６４は、ガスケット２７の鍔部２９の外周上で封口体２５と対向部３４との間に挟持されている。下ホルダ６１は、鍔部６４が封口体２５と対向部３４との間に挟持されることにより固定されている。
【００３３】
集電部材５１は、外装体の内部で、電池要素と電流遮断構造との接点をなしている。集電部材５１は、電池要素の電極板に接続されている。集電部材５１は、外装体の内部で下ホルダ６１により保持されている。集電部材５１は、封口体２５から離れる方向に筒状に延びる胴体部６３の先端で下ホルダ６１に接続されている。
【００３４】
集電部材５１は、その構成部位として、遮断箔５２および集電タブ５３を有する。遮断箔５２は、金属性の薄箔から形成されている。遮断箔５２は、反転板４１に接続されている。集電タブ５３は、遮断箔５２から延出し、図示しない電池要素に接続されている。
【００３５】
外装体の内圧が上昇すると、反転板４１が、図１中の矢印１０１に示すように集電部材５１から離れる方向に変形する（対向部３４に面する側で凸となり、集電部材５１に面する側で凹となるように反転する）。このとき、集電部材５１の遮断箔５２が破断して、反転板４１と集電部材５１との接続が解除される。このような電流遮断機構の動作により、電池要素と外部端子２１との間の電流の流れが遮断される。
【００３６】
続いて、下ホルダ６１の固定構造についてより詳細に説明する。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った電流遮断機構を示す断面図である。
【００３７】
図１および図２を参照して、下ホルダ６１には、開口部６６が形成されている。開口部６６は、鍔部６４の内周面により規定されている。開口部６６は、図２中の中心軸１０６を中心とする円形の開口形状を有する。開口部６６には、ガスケット２７の鍔部２９が位置決めされている。開口部６６の開口形状は、ガスケット２７の鍔部２９よりも大きい直径を有する。開口部６６の中心軸１０６は、中心軸１０２から長さＸだけオフセットした位置に配置されている。
【００３８】
ガスケット２７は、矢印１０３に示す一方向から下ホルダ６１に接触している。ガスケット２７の鍔部２９は、矢印１０３に示す一方向から、開口部６６を規定する下ホルダ６１（鍔部６４）の内周面に接触している。
【００３９】
下ホルダ６１には、凹部６７Ａおよび凹部６７Ｂが形成されている（以下、特に区別しない場合には、凹部６７という）。下ホルダ６１は、封口体２５と対面する表面６１ａを有する。凹部６７は、表面６１ａから凹むように設けられている。凹部６７は、中心軸１０６に対して下ホルダ６１および鍔部２９の接触位置とは反対側に設けられている。
【００４０】
凹部６７Ａと凹部６７Ｂとは、互いに間隔を隔てて設けられている。凹部６７Ａと凹部６７Ｂとは、中心軸１０２と中心軸１０６との結ぶ方向に直交する方向に互いに間隔を隔てて設けられている。
【００４１】
封口体２５は、突出部２６Ａおよび突出部２６Ｂを有する（以下、特に区別しない場合には、突出部２６という）。封口体２５は、下ホルダ６１と対面する表面２５ａを有する。突出部２６は、表面２５ａから下ホルダ６１に向けて突出するように設けられている。突出部２６の突出長さは、凹部６７の凹み深さよりも小さい（突出部２６の突出長さ＜凹部６７の凹み深さ）。突出部２６Ａおよび突出部２６Ｂは、それぞれ、凹部６７Ａおよび凹部６７Ｂに位置決めされている。
【００４２】
突出部２６は、凹部６４を規定する下ホルダ６１の内壁に、矢印１０３に示す方向とは反対方向の矢印１０４に示す方向から接触している。突出部２６Ａおよび突出部２６Ｂは、それぞれ、凹部６４Ａおよび凹部６４Ｂを規定する下ホルダ６１の内壁に、矢印１０４に示す方向から接触している。
【００４３】
図３から図７は、図１中の二次電池の電流遮断機構の組み立て工程（かしめ工程）を示す断面図である。図４には、図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った電流遮断機構の断面が示されている。
【００４４】
図３および図４を参照して、封口リード３１の対向部３４上に、ガスケット２７および下ホルダ６１と、封口体２５と、インシュレータ２３と、外部端子２１とを、挙げた順に積み重ねる。このとき、ガスケット２７と下ホルダ６１との間および突出部２６と凹部６７との間のそれぞれに隙間が存在し、部品の積層を容易に行なうことができる。
【００４５】
図５を参照して、外部端子２１上に治具７１を配置し、治具７１によりガスケット２７に圧縮力を作用させる。ガスケット２７の圧縮初期、下ホルダ６１と、ガスケット２７および封口体２５との間には隙間が存在するため、移動可能なフリー状態である。ガスケット２７の圧縮変形に伴って、ガスケット２７の鍔部２９の直径の拡大が開始する。
【００４６】
図６を参照して、ガスケット２７の圧縮中期、下ホルダ６１は、フリー状態のままガスケット２７の鍔部２９に押され、凹部６７の内壁が突出部２６に接触するまで移動する。
【００４７】
図７を参照して、ガスケット２７の圧縮終了時、ガスケット２７の鍔部２９が開口部６６の内周面に一方向から接触し、突出部２６が、凹部６７の内壁に反対方向から接触する状態が得られる。この状態で封口リード３１にかしめ部３２を設けることによって、下ホルダ６１を封口体２５および対向部３４間で挟持し、かしめ固定する。
【００４８】
ガスケット２７および下ホルダ６１を封口体２５および対向部３４間で並列に挟持する構成においては、下ホルダ６１に想定以上（下ホルダ６１の摩擦力以上）の負荷が作用すると、下ホルダ６１が意図せず位置ずれを起こす場合がある。この場合、下ホルダ６１とともに集電部材５１が変位することにより、遮断箔５２が破損する可能性が生じる。加えて、特にリチウムイオン電池のように高容量化の要求がある二次電池では、集電タブ５３と電池要素の電極板とを接続する部分を極力少なくして、容量を向上させる場合がある。この場合、電池要素の電極板に対して集電タブ５３を正確に位置決めする必要がある。
【００４９】
一方、ガスケット２７の鍔部２９と下ホルダ６１の鍔部６４との間に、ガスケット２７の圧縮変形を妨げないだけの隙間が設けられると、上記かしめ工程時、下ホルダ６１は実質的にフリー状態であるため、集電タブ５３を正確に位置決めすることは難しい。
【００５０】
これに対して、本実施の形態では、かしめ工程時のガスケット２７の圧縮変形を利用して、ガスケット２７の鍔部２９が開口部６６の内周面に一方向から接触し、突出部２６が、凹部６７の内壁に反対方向から接触する構成を得る。このような構成により、下ホルダ６１を確実に固定し、集電タブ５３を正確に位置決めすることができる。この際、電池要素の電極板に対する集電タブ５３の位置決めは、部品成形の精度で実現することができる。
【００５１】
中心軸１０２からの開口部６６の中心軸１０６のオフセット長さＸの最適値は、ガスケット２７の材質によって異なり、下記式により算出される。
【００５２】
オフセット長さＸ＝（ガスケット２７の使用材料のポアソン比）×Ａ×（Ｂ−Ｂ´）÷（Ｂ×Ｌ）
Ａ：ガスケット圧縮部の径方向の長さ
Ｂ：ガスケット圧縮部の圧縮前の軸方向の長さ（上下方向の厚み）
Ｂ´：ガスケット圧縮部の圧縮後の軸方向の長さ（上下方向の厚み）
Ｌ：ガスケット２７の外周からガスケット圧縮部の最内周までの径方向の長さ
以上に説明した、この発明の実施の形態における二次電池１０は、電池要素を収容する外装体の内圧が上昇した場合に、電池要素と、外装体の外部に設けられた外部端子２１との間の電流の流れを遮断する電流遮断機構を備える。二次電池１０は、外装体に設けられた開口部に配置される封口体２５と、外装体の内部で封口体２５と距離を設けて対向する対向部３４を有し、外部端子２１に電気的に接続される接続部材としての封口リード３１と、封口体２５および対向部３４の間で圧縮変形された状態で固定され、封口体２５と封口リード３１との間をシールするためのガスケット２７と、ガスケット２７の外周上で封口体２５および対向部３４により挟持され、電池要素と電流遮断機構との接点となる集電部材５１を保持するためのホルダ部材としての下ホルダ６１とを備える。封口体２５は、下ホルダ６１に向けて突出する突出部２６を有する。下ホルダ６１には、突出部２６が位置決めされる凹部６７が形成される。ガスケット２７が下ホルダ６１に一方向から接触し、突出部２６が、凹部６７を規定する下ホルダ６１の内壁に一方向とは反対方向から接触する。
【００５３】
このように構成された、この発明の実施の形態における二次電池によれば、下ホルダ６１を確実に固定し、集電タブ５３を正確に位置決めすることによって、遮断箔５２に予期せぬ破断が生じることを防止できる。これにより、電池要素と電流遮断機構との間の導通の信頼性を向上させることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態における二次電池１０は、ハイブリッド自動車に限られず、たとえば、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に搭載されてもよい。
【００５５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、主に、電流遮断機構を備えた二次電池に適用される。
【符号の説明】
【００５７】
１０  二次電池、２１  外部端子、２３  インシュレータ、２５  封口体、２５ａ，６１ａ  表面、２５ｍ  貫通孔、２６，２６Ａ，２６Ｂ  突出部、２７  ガスケット、２８，３３  筒部、２９，６４  鍔部、３１  封口リード、３２  かしめ部、３４  対向部、３５  周縁部、４１  反転板、５１  集電部材、５２  遮断箔、５３  集電タブ、６１  下ホルダ、６３  胴体部、６４  凹部、６６  開口部、７１  治具、１０２，１０６  中心軸。
【図１】
2015072762.tif 000003
【図２】
2015072762.tif 000004
【図３】
2015072762.tif 000005
【図４】
2015072762.tif 000006
【図５】
2015072762.tif 000007
【図６】
2015072762.tif 000008
【図７】
2015072762.tif 000009