(57)【要約】【課題】完全に電流を遮断することが可能な二次電池を提供することを目的とする。【解決手段】二次電池１は、開口１０３が設けられた集電体１０１と、開口１０３付近の集電体１０１に接続された反転板１２０を有する電流遮断機構１０５と、反転板１２０と距離を隔てて開口１０３に設けられた、気体を透過させ電解液４０を透過させないフィルター１０２と、フィルター１０２と接触可能で反転板１２０と接触しない位置に封入された電解液４０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口が設けられた集電体と、
前記開口付近の集電体に接続された反転板を有する電流遮断機構と、
前記反転板と距離を隔てて前記開口に設けられた防水透湿部材と、
前記防水透湿部材と接触可能で前記反転板と接触しない位置に封入された電解液とを備えた、二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は二次電池に関し、より特定的には電流遮断機構を有する二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次電池は、たとえば特開２０１０−２１２０３４号公報（特許文献１）および特開２０１０−２３２０８０号公報（特許文献２）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１２０３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３２０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術で用いられる二次電池の電流遮断機構では反転板の圧力感知面の一部分が電解液に浸された状態で二次電池の内圧が上昇すると、電解液に浸された部分での圧力が大きくなり、この部分でのみ反転板が作動する場合がある。他の部分では反転板は集電体と接続されているため完全に電流を遮断できないという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、完全に電流を遮断することが可能な二次電池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】
【０００６】
この発明に従った二次電池は、開口が設けられた集電体と、開口付近の集電体に接続された反転板を有する電流遮断機構と、反転板と距離を隔てて開口に設けられた防水透湿部材と、防水透湿部材と接触可能で反転板と接触しない位置に封入された電解液とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に従った二次電池では、反転板と距離を隔てて開口に防水透湿部材が設けられている。そのため、電解液は防水透湿部材と接触しても反転板とは接触しないため電解液に反転板が浸されることがない。一方、気体は防水透湿部材を透過するため、二次電池内部の圧力が上昇すると、この圧力の上昇は気体の圧力上昇となって反転板へ伝わる。その結果、反転板の圧力が均一に上昇して反転板が確実に作動し、電流を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態の二次電池の模式図である。
【図２】図１で示す二次電池の正極を拡大して示す断面図であって、電流遮断装置が作動する前の断面図である。
【図３】図１で示す二次電池の正極を拡大して示す断面図であって、電流遮断装置が作動した後の断面図である。
【図４】図２中の点線ＩＶで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。
【図５】図４中の矢印Ｖで示す方向から見た開口およびフィルターの正面図である。
【図６】実施の形態に従った二次電池におけるハイレート劣化耐性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、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、以下の実施の形態において、同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰り返さない。
【００１０】
図１は、実施の形態の二次電池の模式図である。図１を参照して、二次電池１は、電池ケース３０内において電解液が含浸されたセパレータを介して正極と負極とが積層して巻かれた構造を採用している。
【００１１】
電池ケース３０からは正極１００および負極２００が突出しており、正極１００および負極２００をはケース内の巻回体と接続されている。この実施の形態では、電池ケース３０内の余剰の電解液４０が正極１００側に偏在するように、正極１００が下側、負極２００が上側となるように配置されている。電池ケース３０は、角形、円柱形などの様々な形状を採用することが可能である。電池ケース３０の端面に設けられた封口板１４０に正極１００および負極２００が配置されている。
【００１２】
図２は、図１で示す二次電池の正極を拡大して示す断面図であって、電流遮断装置が作動する前の断面図である。図２を参照して、二次電池１の正極１００は、封口板１４０に設けられる。封口板１４０には貫通孔１４１が形成されており、貫通孔１４１に接続端子１３０が嵌め合わせられている。
【００１３】
封口板１４０の内側（電池ケース３０の内部側）には、絶縁板１５０が配置されている。絶縁板１５０の貫通孔１５１に接続端子１３０が嵌め合わせられており、接続端子１３０と絶縁板１５０との間には封止部材１６０が位置している。封止部材１６０は電池ケース３０内部の電解液が外部へ漏れだすのを防止する働きがある。
【００１４】
接続端子１３０は電子ケース３０内において径が大きくなる形状であり、大径部分に反転板１２０が溶接されている。反転板１２０は円板形状であり、中央部が軸方向に突出した形状とされている。
【００１５】
集電端子１０１が電池ケース３０内に配置されている。集電端子１０１の開口１０３には、空気を通し、電解液を通さないフィルター１０２が配置されている。フィルターは、たとえばゴアテックス（登録商標）、ＴＥＭＩＳＨ（登録商標）バルカーふっ素多孔質膜ベントフィルター（製品名：sa-PTFEベントフィルター）を用いることが可能である。
【００１６】
電解液４０が電池ケース３０内に封入されている。電解液の種類としては、二次電池１としてリチウムイオン電池を採用する場合には非水電解液が用いられる。非水電解液は、非水溶媒、および、支持電解質としてのリチウム塩に加え、添加材を含んでもよい。なお、二次電池１は必ずしもリチウム二次電池に限られず、電解液を用いる二次電池であればよい。
【００１７】
電流遮断機構１０５は、反転板１２０を含む。反転板１２０の圧力感知面１２１が集電端子１０１の薄肉部分１１１に溶接されている。圧力感知面１２１とフィルター１０２との間には空間が設けられている。フィルター１０２は電解液を通さないので、圧力感知面１２１とフィルター１０２との間の空間には電解液が溜まらない。この空間には気体が溜められる。
【００１８】
接続端子１３０の外周部１３１で電解液４０と接触する部分には絶縁処理が施される。これにより、電解液４０から接続端子１３０の外周部１３１を通じて電流が流れることを防止できる。
【００１９】
電流遮断機構１０５が作動する前には、電流は矢印４００で示すように、集電端子１０１、薄肉部分１１１、圧力感知面１２１、反転板１２０、接続端子１３０を流れる。これにより二次電池１から外部へ電力が供給される。充電時には矢印４００で示す方向と逆方向に電流が流れる。
【００２０】
図３は、図１で示す二次電池の正極を拡大して示す断面図であって、電流遮断装置が作動した後の断面図である。図３を参照して、電池ケース３０の内圧が高まった場合には、圧力感知面１２１が電池ケース３０内の気体に押圧される。このとき、気体の圧力は圧力感知面１２１に均一に加えられる。薄肉部分１１１は他の部分と比較して剛性が低いため、この部分が破壊され反転板１２０はフィルター１０２から遠ざかる方向に移動する。すると、図３で示すように集電端子１０１と反転板１２０とが離隔し、電気的な導通が遮断される。この状態であっても、フィルター１０２は電解液４０を透過しないため、圧力感知面１２１は電解液４０と接触しない。
【００２１】
図４は、図２中の点線ＩＶで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図５は、図４中の矢印Ｖで示す方向から見た開口およびフィルターの正面図である。図４および図５を参照して、フィルター１０２は上下から集電端子１０１で挟みこまれることで固定されている。２枚の集電端子１０１はボルトナットまたは溶接などにより互いに接続されて電池ケース３０内で位置決めされている。開口１０３の周囲で、フィルター１０２と集電端子１０１とフィルター１０２との間にガスケットを配置することで気密性がより高まり、フィルター１０２を経由した電解液４０の漏れをより確実に防止することができる。
【００２２】
二次電池１は、開口１０３が設けられた集電端子１０１と、開口１０３付近の集電端子１０１に接続された反転板１２０を有する電流遮断機構１０５と、反転板１２０と距離を隔てて開口１０３に設けられた防水透湿部材としてのフィルター１０２と、フィルター１０２と接触可能で反転板１２０と接触しない位置に封入された電解液４０とを備える。このように構成された二次電池１においては、液体を透過しないフィルター１０２を設けているため、圧力感知面１２１が電解液４０と接触することを防止できる。そのため、電池ケース３０内の気体が圧力感知面１２１を押圧するため圧力感知面１２１に均一に荷重が加わり、誤動作を防止できる。
【００２３】
さらに、図３で示す状態で電解液４０は反転板１２０と接触しないため、電解液４０を介した再導通を防止できる。
【００２４】
また、図１から３で示したように、正極１００を下側にして余剰の電解液４０が正極側に集まるように配置した場合には、ハイレート耐性が向上する。ハイレート劣化とは、主として電解液中の塩の濃度の偏りによって抵抗が増加する現象であって、充放電電流が大きい場合に生じやすい。
【００２５】
正極としてＡｌを用い、負極としてＣｕを用いた場合には、電気伝導性の違いにより正極１００側の端子から発熱する。これにより、正極１００側の温度が上がり、電荷キャリアの拡散が起こるため、正極１００側において充放電が優先的に行われ、正極１００側での電極体の収縮率が大きくなる。正極１００側の電極体が負極２００側の電極体を押圧するため、相対的に負極２００側の端子の荷重が大きくなる。この荷重により負極２００側から電解液が排出されようとするが余剰の電解液４０とリンクしていないため電解液が排出されにくい。その結果、ハイレート劣化耐性が向上する。
【００２６】
図６は、実施の形態に従った二次電池におけるハイレート劣化耐性を説明するための図である。図６を参照して、余剰の電解液４０が二次電池１の下側に位置している場合と比較して、余剰の電解液４０が二次電池１の正極１００側に位置している場合には、通電量が大きくなっても抵抗値の上昇が小さいことが分かる。すなわち、ハイレート劣化耐性が向上していることがわかる。
【００２７】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、上記の実施の形態では正極１００側を下にして配置する例を示したが、必ずしも正極１００側を下側にして配置する必要は無い。二次電池１としては、リチウム二次電池だけでなく、電解液を有するさまさまな二次電池とすることができる。さらに、二次電池は、車載用、据置用、携帯用などの用途で用いることができる。
【００２８】
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】
【００２９】
この発明は、電流遮断機構を有する二次電池の分野において用いることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  二次電池、３０  電池ケース、４０  電解液、１００  正極、１０１  集電端子、１０２  フィルター、１０３  開口、１０５  電流遮断機構、１１１  薄肉部分、１２０  反転板、１２１  圧力感知面、１３０  接続端子、１３１  外周部、１４０  封口板、１４１，１５１  貫通孔、１５０  絶縁板、１６０  封止部材、２００  負極。
【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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