(57)【要約】      （修正有）【課題】低いコストでより安全性の高い組電池を提供する。【解決手段】組電池は、少なくとも第１の二次電池と、前記第１の二次電池と並列に接続された第２の二次電池とを備えた組電池１であって、前記第１の二次電池は、第１の電極群１３Ａと、前記第１の電極群と直列に接続された第１の電流遮断部１２Ａとを具備し、前記第２の二次電池は、第２の電極群１３Ｂを具備し、前記組電池は、前記第２の電極群と直列に接続された第２の電流遮断部１２Ｂを具備する。前記第１の二次電池はスイッチ１１の動作によって、前記第１の二次電池内に前記第１の電極群と前記第１の電流遮断部とを含む第１の閉回路を形成させ、前記第２の電極群と前記第２の電流遮断部とを含む第２の閉回路を形成させる過充電防止機構をさらに具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の二次電池と、前記第１の二次電池と並列に接続された第２の二次電池とを備えた組電池であって、
前記第１の二次電池は、
第１の電極群と、
前記第１の電極群と直列に接続された第１の電流遮断部と、
を具備し、
前記第２の二次電池は、第２の電極群を具備し、
前記組電池は、前記第２の電極群と直列に接続された第２の電流遮断部を具備し、
前記第１の二次電池が、前記第１の二次電池内に前記第１の電極群と前記第１の電流遮断部とを含む第１の閉回路を形成させ、前記第２の電極群と前記第２の電流遮断部とを含む第２の閉回路を形成させる過充電防止機構をさらに具備する組電池。
【請求項２】
前記第２の電流遮断部は、前記第２の二次電池内に前記第２の電極群と直列に設けられる請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
組電池は、前記第１の二次電池と前記第２の二次電池とを電気的に連結するバスバーをさらに具備し、
前記第２の電流遮断部は、前記第２の電極群と直列に接続されるように前記バスバーに設けられる請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
前記過充電防止機構は、前記第１の二次電池が備える正極と負極とを短絡させることにより、前記第１の閉回路と前記第２の閉回路とを形成する請求項２または３に記載の組電池。
【請求項５】
前記過充電防止機構は、前記第１の二次電池の正極と負極との間の電圧が閾値以上になった場合、前記第１の二次電池の正極と負極とを短絡させる請求項４に記載の組電池。
【請求項６】
前記第１の二次電池及び前記第２の二次電池の負極は、リチウムチタン複合酸化物により形成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の組電池。
【請求項７】
前記第１の二次電池及び前記第２の二次電池は、前記第１の電極群が収納される外装缶及び前記第２の電極群が収納される外装缶内に、過充電防止剤が添加された電解液をそれぞれ具備する請求項１乃至６に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年二酸化炭素排出量の削減や、ガソリンのような化石燃料の枯渇の懸念などから、エネルギー源として二次電池を使用した自動車が実用化されて来ている。この二次電池としては、高出力、高エネルギー密度、小型軽量化、低価格などが求められるほか、安全性、耐久性の改善も必要不可欠である。
【０００３】
高エネルギー密度の自動車用二次電池としては、リチウムイオン二次電池が知られている。この高エネルギー密度リチウムイオン二次電池は、セパレータを介して積層した正極および負極を巻回した電極組立体を、有機電解液に含浸し電池缶に封入したものが典型的である。また、リチウムイオン二次電池が複数組み合わされた組電池が一般的に用いられている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、有機電解液を使用しているため、過充電状態になると、電池電圧が上昇するばかりでなく、ガスの発生により電池内部の圧力が上昇し、さらに、電池内温度が上昇し、電解液の漏液や、缶の破裂といった事態に至る可能性もある。自動車用二次電池としては、頻繁に充放電が繰り返されることが予測されるため、安全性を確保する過充電の対策が講じられている。
【０００５】
これまで過充電対策として、電池缶内部に電流ヒューズを含む過充電防止機構を設け、端子間の電圧が所定の範囲を超えた場合、電流ヒューズが溶断し、充電電流を遮断することにより安全性を確保することも知られている。
【０００６】
しかし、組電池内の全ての二次電池が過充電防止機構を備えている場合、コストが嵩むという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１８５７０８号
【特許文献２】特開２０１３−０２０９６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の課題を解決するために、低いコストでより安全性の高い組電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態に係る組電池は、少なくとも第１の二次電池と、前記第１の二次電池と並列に接続された第２の二次電池とを備えた組電池であって、前記第１の二次電池は、第１の電極群と、前記第１の電極群と直列に接続された第１の電流遮断部と、を具備し、前記第２の二次電池は、第２の電極群を具備し、前記組電池は、前記第２の電極群と直列に接続された第２の電流遮断部を具備し、前記第１の二次電池が、前記第１の二次電池内に前記第１の電極群と前記第１の電流遮断部とを含む第１の閉回路を形成させ、前記第２の電極群と前記第２の電流遮断部とを含む第２の閉回路を形成させる過充電防止機構をさらに具備する組電池。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施形態に係る組電池について説明する為の図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る組電池について説明する為の図である。
【図３】図３は、一実施形態に係る組電池について説明する為の図である。
【図４】図４は、一実施形態に係る組電池について説明する為の図である。
【図５】図５は、一実施形態に係る組電池について説明する為の図である。
【図６】図６は、一実施形態に係る組電池について説明する為の図である。
【図７】図７は、一実施形態に係る二次電池について説明する為の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら説明する。  
図１は、一実施形態に係る二次電池１０の例を示す。
【００１２】
本例の二次電池１０は、外装缶１９、スイッチ１１、外装缶内に収納される電極群１３、正極端子１４、負極端子１５、正極短絡リード２１、負極短絡リード２２、スペーサ２３、キャップ２４、正極リード２８、負極リード２９、正極集電タブ３０、及び負極集電タブ３１を備える。正極短絡リード２１は、電流遮断部１２を備える。また、スイッチ１１は、駆動体３２、締結機構３３、加熱部３４、及び電圧検知部３５を備える。また、電解質が電極群１３に保持されている。なお、電解質は、例えば、非水電解質である。
【００１３】
スイッチ１１は、正極端子１４と負極端子１５との間に設けられたスイッチである。スイッチ１１は、正極端子１４と負極端子１５との間の電圧が予め設定された値（閾値）以上の値である場合、正極端子１４と負極端子１５とを短絡させる。スイッチ１１は、正極端子１４と負極端子１５との間の電圧を計測する電圧検知部３５の検出結果に基づいて動作する。
【００１４】
電流遮断部１２は、電流遮断部１２を流れる電流が所定の閾値を超過した場合にジュール熱により溶断し、通過する電流を遮断する。電流遮断部１２は、正極端子１４と電極群１３との間に設けられている。即ち、電流遮断部１２は、電極群１３に流れる電流を遮断する。たとえば、電流遮断部１２は、ヒューズなどである。また、電流遮断部１２は、一部の横断面の面積が他の部分に比して小さい構造であってもよい。電流遮断部１２は、交換可能であってよい。
【００１５】
電流遮断部１２は、スイッチ１１がＯＮになり、正極端子１４と負極端子１５が電気的に接続された場合の電流値が閾値として設定される。即ち、電流遮断部１２は、スイッチ１１がＯＮになり、正極端子１４と負極端子１５が電気的に接続された場合に通過する電流を遮断する。
【００１６】
電極群１３は、正極と負極がその間にセパレータを介して偏平形状に捲回されたものである。正極は、例えば金属箔からなる帯状の正極集電体と、正極集電体の長辺に平行な一端部からなる正極集電タブ３０と、少なくとも正極集電タブ３０の部分を除いて正極集電体に形成された正極材料層（正極活物質含有層）とを含む。一方、負極は、例えば金属箔からなる帯状の負極集電体と、負極集電体の長辺に平行な一端部からなる負極集電タブ３１と、少なくとも負極集電タブ３１の部分を除いて負極集電体に形成された負極材料層（負極活物質含有層）とを含む。
【００１７】
このような正極、セパレータ、及び負極は、正極集電タブ３０が電極群１３の捲回軸方向にセパレータから突出し、かつ負極集電タブ３１がこれとは反対方向にセパレータから突出するよう、正極及び負極の位置をずらして捲回されている。このような捲回により、電極群１３は、一方の端面から渦巻状に捲回された正極集電タブ３０が突出し、かつ他方の端面から渦巻状に捲回された負極集電タブ３１が突出する状態になる。
【００１８】
正極端子１４は、内部の正極リード２８を介して正極集電タブ３０に電気的に接続されている。また、負極端子１５は、内部の負極リード２９を介して負極集電タブ３１に電気的に接続されている。
【００１９】
キャップ２４は、外装缶１９の上面を覆うプレートである。キャップ２４は、正極端子１４を通過させる穴と、負極端子１５を通過させる穴と、を備える。キャップ２４は、穴に設置される絶縁部材であるスペーサ２３を介して正極端子１４及び負極端子１５を固定する。また、キャップ２４は、図示されない絶縁物質などを介して正極短絡リード２１、負極短絡リード２２、駆動体３２、及び締結機構３３などを固定する。
【００２０】
正極リード２８及び負極リード２９は、それぞれ、帯状の導電板からなる。正極リード２８が正極集電タブ３０に電気的に接続され、また、負極リード２９が負極集電タブ３１に電気的に接続されている。正極端子１４及び負極端子１５は、それぞれ、絶縁部材であるスペーサ２３を介してキャップ２４に固定されている。正極リード２８の先端は、正極端子１４に電気的に接続され、負極リード２９の先端は負極端子１５に電気的に接続されている。
【００２１】
スイッチ１１は、上記したように、駆動体３２、締結機構３３、加熱部３４、及び電圧検知部３５を備える。また、正極短絡リード２１及び負極短絡リード２２は、キャップ２４側から正極短絡リード２１、空間、負極短絡リード２２の順で設けられている。正極短絡リード２１と負極短絡リード２２との間には、互いに接触しないように所定間隔の空間が設けられている。
【００２２】
駆動体３２は、外部からの圧力に応じて応力を生じる弾性体である。駆動体３２は、圧縮されると、駆動体３２が圧縮された方向と逆方向に応力を生じる。駆動体３２は、たとえば、板バネ、コイルバネなどである。
【００２３】
駆動体３２は、圧縮された状態で正極短絡リード２１とキャップ２４の上面との間に設置される。そのため、駆動体３２は、正極短絡リード２１に上方向の応力を印加し続けている。即ち、駆動体３２は、正極短絡リード２１に対して、負極短絡リード２２と正極短絡リード２１とを接触させる方向に応力を印加し続けている。
【００２４】
締結機構３３は、駆動体３２が印加する応力に抗って正極短絡リード２１を上方向に移動することを防止している。たとえば、締結機構３３は、キャップ２４と正極短絡リード２１を機械的に締結する。締結機構３３により、正極短絡リード２１と負極短絡リード２２とは、所定の間隔を維持することができる。
【００２５】
締結機構３３は、正極短絡リード２１を固定するために必要な強度を有し、かつ二次電池１０が生じる電力によって加熱される加熱部３４の熱で融解して切断される物質で形成される。締結機構３３を構成する物質は、たとえば、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）などである。
【００２６】
加熱部３４は、二次電池１０が生じる電力をジュール熱に変換する。加熱部３４は、発生されたジュール熱を締結機構３３に加える。実施形態において、加熱部３４は、キャップ２４の上面と正極短絡リード２１との間にある締結機構３３の領域３３ａにジュール熱を加える。たとえば、加熱部３４は、ニクロム線などである。たとえば、加熱部３４は、締結機構３３の領域３３ａに巻き付けられる。
【００２７】
電圧検知部３５は、正極短絡リード２１と負極短絡リード２２との間の電圧が所定の閾値を超えたと判断した場合に、加熱部３４に電圧を印加する。加熱部３４は、電圧が印加された場合、締結機構３３の領域３３ａにジュール熱を加える。この結果、加熱部３４は、締結機構３３の領域３３ａを融解することができる。
【００２８】
加熱部３４が締結機構３３の領域３３ａを融解させた場合、締結機構３３は、領域３３ａにおいて切断される。締結機構３３が切断されると、駆動体３２は、自身の応力によって、正極短絡リード２１を上方向に押し上げる。駆動体３２が正極短絡リード２１を押し上げると、正極短絡リード２１は、負極短絡リード２２と接触し、電気的に負極短絡リード２２と接続される。これにより、スイッチ１１がＯＮになる。
【００２９】
負極短絡リード２２と正極短絡リード２１とが電気的に接続されると、正極短絡リード２１、正極端子１４、正極リード２８、正極集電タブ３０、電極群１３、負極集電タブ３１、負極リード２９、負極端子１５、及び負極短絡リード２２からなる閉回路が形成される。当該閉回路が形成されると、電流遮断部１２に流れる電流は、電流遮断部１２が切断する電流の閾値を超過する。そのため、電流遮断部１２は、正極集電タブ３０と正極端子１４との間の電気的な接続を遮断する。
【００３０】
以下、上記の二次電池の正極、負極、セパレータ、及び非水電解質について説明する。
【００３１】
（１）正極
正極は、正極集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、正極活物質を含む正極材料層とを含む。
【００３２】
正極活物質には、例えば、リチウム含有複合化合物、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボン、硫酸鉄（Ｆｅ２（ＳＯ４）３）、バナジウム酸化物（例えばＶ２Ｏ５）を挙げることができる。中でも、リチウム含有複合化合物が好ましい。リチウム含有複合化合物には、例えば、ＬｉａＭｎＯ２（０＜ａ≦１．２）、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉａＣｏＭｈＯ２、ここでＭはＡｌ，Ｃｒ，ＭｇおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つまたは２つ以上の元素、０＜ａ≦１．２、０≦ｈ≦０．１）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎ１−ｇ−ｈＣｏｇＭｈＯ２、ここでＭはＡｌ，Ｃｒ，ＭｇおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つまたは２つ以上の元素、０≦ｇ≦０．５、０≦ｈ≦０．１）、リチウムマンガンニッケル複合酸化物｛例えば、ＬｉＭｎｊＮｉｊＭ１−２ｊＯ２（ＭはＣｏ，Ｃｒ，Ａｌ，ＭｇおよびＦｅよりなる群より選択される少なくとも１つまたは２つ以上の元素、１／３≦ｊ≦１／２）、ＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、ＬｉＭｎ１／２Ｎｉ１／２Ｏ２｝、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉａＭｎ２−ｂＭｂＯ４、ここでＭはＡｌ，Ｃｒ，ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つまたは２つ以上の元素、０＜ａ≦１．２、０≦ｂ≦１）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（例えばＬｉａＭｎ２−ｂＮｉｂＯ４、０＜ａ≦１．２、０≦ｂ≦１）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物｛例えば、ＬｉａＦｅＰＯ４（０＜ａ≦１．２）、ＬｉａＦｅ１−ｂＭｎｂＰＯ４（０＜ａ≦１．２、０≦ｂ≦１）、ＬｉａＣｏＰＯ４（０＜ａ≦１．２）など｝を挙げることができる。
【００３３】
正極材料層に結着剤を含有させる場合、結着剤は、例えばポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムを用いることができる。
【００３４】
また、正極材料層は、導電剤を含有させても良い。導電剤は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素質物を挙げることができる。
【００３５】
正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質７３〜９５重量％、導電剤３〜２０重量％、結着剤２〜７重量％にすることが好ましい。
【００３６】
正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔から形成されることが望ましい。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下にすることができ、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９質量％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１質量％以下にすることが好ましい。
【００３７】
正極は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物（スラリー）を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。
【００３８】
（２）負極
負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、負極活物質を含む負極材料層とを含む。
【００３９】
負極活物質には、例えば、金属リチウム、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る物質を挙げることができる。リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る物質として、例えば、リチウムチタン複合酸化物が挙げられる。リチウムチタン複合酸化物は、例えば、Ｌｉ４+ｘＴｉ５Ｏ１２（ｘは充放電反応により−１≦ｘ≦３の範囲で変化する）で表されるスピネル型チタン酸リチウム、ラムステライド型Ｌｉ２＋ｘＴｉ３Ｏ７（ｘは充放電反応により−１≦ｘ≦３の範囲で変化する）、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、ＴｉＯ２−Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２−Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２−Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ２、ＴｉＯ２−Ｐ２Ｏ５−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、ＮｉおよびＦｅよりなる群から選択される少なくとも１つの元素）を挙げることができる。これらの金属複合酸化物は、充電によりリチウムが挿入されることでリチウムチタン複合酸化物に変化する。リチウムチタン複合酸化物のうち、スピネル型チタン酸リチウムがサイクル特性に優れ、好ましい。
【００４０】
その他のリチウムイオンを吸蔵及び放出し得る物質には、例えば、炭素質物、金属化合物が挙げられる。
【００４１】
炭素質物は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素を挙げることができる。より好ましい炭素質物は、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素が挙げられる。炭素質物は、Ｘ線回折による（００２）面の面間隔ｄ００２が０．３４ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
金属化合物は、金属硫化物、金属窒化物を用いることができる。金属硫化物は、例えばＴｉＳ２のような硫化チタン、例えばＭｏＳ２のような硫化モリブデン、例えばＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＬｉｘＦｅＳ２のような硫化鉄を用いることができる。金属窒化物は、例えばリチウムコバルト窒化物（例えばＬｉｓＣｏｔＮ、０＜ｓ＜４，０＜ｔ＜０．５）を用いることができる。
【００４３】
集電体は、例えば、銅箔、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を用いることができる。アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下であることが望ましい。アルミニウム箔は９９質量％以上の純度を有することが好ましい。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金であることが好ましい。合金成分として含まれる鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属は１質量％以下にすることが好ましい。
【００４４】
負極材料層には、結着剤を含有させることができる。結着剤は、例えばポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。
【００４５】
負極材料層には、導電剤を含有させることができる。導電剤は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素質物を挙げることができる。
【００４６】
負極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、負極活物質７３〜９６重量％、導電剤２〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲にすることが好ましい。
【００４７】
負極は、例えば、粉末状の負極活物質に導電剤および結着剤を添加し、これらを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物（スラリー）を集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。
【００４８】
（３）セパレータ
セパレータは、絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、ポリオレフィン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、及びビニロンのようなポリマーで作られた多孔質フィルム又は不織布を用いることができる。セパレータの材料は１種類であってもよく、或いは、２種類以上を組合せて用いてもよい。
【００４９】
（４）非水電解質
非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質塩を含む。非水溶媒中にはポリマーを含んでもよい。
【００５０】
電解質塩は、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ（ビストリフルオロメタンスルホニルアミドリチウム；通称ＬｉＴＦＳＩ）、ＬｉＣＦ３ＳＯ３（通称ＬｉＴＦＳ）、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ（ビスペンタフルオロエタンスルホニルアミドリチウム；通称ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ビスオキサラトホウ酸リチウム｛ＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２、通称；ＬｉＢＯＢ｝、ジフルオロ（トリフルオロ−２−オキシド−２−トリフルオロ−メチルプロピオナト（２−）−０，０）ホウ酸リチウム｛ＬｉＢＦ２ＯＣＯＯＣ（ＣＦ３）２、通称；ＬｉＢＦ２（ＨＨＩＢ）｝のようなリチウム塩を用いることができる。これらの電解質塩は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。特にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４が好ましい。
【００５１】
電解質塩濃度は、１〜３モル／Ｌにすることが好ましい。このような電解質濃度の規定によって、電解質塩濃度の上昇による粘度増加の影響を抑えつつ、高負荷電流を流した場合の性能をより向上することが可能になる。
【００５２】
非水溶媒は、特に限定されるものではないが、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）などの環状カーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）やジメチルカーボネート（ＤＭＣ）あるいはメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）もしくはジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）などの鎖状カーボネート、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２−ＭｅＨＦ）、１，３−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル（ＡＮ）を用いることができる。これらの溶媒は一種類で使用してもよいし二種類以上を混合して用いてもよい。環状カーボネート及び／または鎖状カーボネートを含む非水溶媒が、好ましい。
【００５３】
この非水電解質に添加剤を添加してもよい。添加剤としては、特に限定されるものではないが、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニレンアセテート（ＶＡ）、ビニレンブチレート、ビニレンヘキサネート、ビニレンクロトネート、及びカテコールカーボネート等が挙げられる。添加剤の濃度は、非水電解質１００重量％に対して０．１重量％以上、３重量％以下の範囲が好ましい。さらに好ましい範囲は、０．５重量％以上、１重量％以下である。
【００５４】
図２乃至図４は、一実施形態に係る組電池１の例を示す。
【００５５】
組電池１は、複数の二次電池１０を備える。例えば、組電池１は、図２に示されるように第１の二次電池１０Ａと、第１の二次電池１０Ａに並列接続される第２の二次電池１０Ｂとを含む。二次電池１０Ａと二次電池１０Ｂとは、バスバーを介して電気的に連結されている。即ち、バスバーは、二次電池１０Ａに二次電池１０Ｂを並列接続させるための配線である。
【００５６】
第１の二次電池１０Ａは、上記の図１の二次電池１０と同様の構成である。即ち、第１の二次電池１０Ａは、外装缶１９、電流遮断部１２Ａ、外装缶１９内に収納される電極群１３Ａ、正極端子１４Ａ、及び負極端子１５Ａを少なくとも備える。また、電解質が電極群１３Ａに保持されている。なお、電解質は、例えば、非水電解質である。
【００５７】
第２の二次電池１０Ｂは、上記の図１の二次電池１０と電流遮断部１２の位置と、スイッチ１１、正極短絡リード２１、及び負極短絡リード２２を備えていない点が異なる。第２の二次電池１０Ｂは、外装缶１９、電流遮断部１２Ｂ、外装缶１９内に収納される電極群１３Ｂ、正極端子１４Ｂ、及び負極端子１５Ｂを少なくとも備える。また、電解質が電極群１３Ｂに保持されている。なお、電解質は、例えば、非水電解質である。またさらに、第２の二次電池１０Ｂの電流遮断部１２Ｂは、負極端子１５Ｂと電極群１３Ｂとの間に設けられている。
【００５８】
第２の二次電池１０Ｂの外装缶１９、電流遮断部１２Ｂ、外装缶１９内に収納される電極群１３Ｂ、正極端子１４Ｂ、及び負極端子１５Ｂは、第１の二次電池１０Ａの外装缶１９、電流遮断部１２Ａ、外装缶１９内に収納される電極群１３Ａ、正極端子１４Ａ、及び負極端子１５Ａとそれぞれ同様の構成である。第２の二次電池１０Ｂは、正極端子１４Ｂ、電流遮断部１２Ｂ、電極群１３Ｂ、及び負極端子１５Ｂが直列に接続された構成を備える。
【００５９】
次に、組電池１に流れる電流について説明する。
【００６０】
図２は、通常の充電状態（即ち、過充電状態ではない）において組電池１に流れる電流の例を示す回路図である。
【００６１】
組電池１は、充電装置２０により充電される。図２に示されたようにスイッチ１１が開放（ＯＦＦ状態）である場合、充電装置２０から組電池１に電流が流れる。
【００６２】
電流は、二次電池１０Ａを流れる経路と二次電池１０Ｂを流れる経路の２経路ある。
【００６３】
１経路目の電流は、充電装置２０の正極端子から配線２７aを通じて、正極端子１４Ａ、電流遮断部１２Ａを通過し、電極群１３Ａを充電する。電極群１３Ａを通過すると、電流は、負極端子１５Ａ、配線２７ｂを通じて充電装置２０の負極端子へ流れる。
【００６４】
２経路目の電流は、充電装置２０の正極端子から配線２７ａを通じて、正極端子１４Ｂ、電流遮断部１２Ｂを通過し、電極群１３Ｂを充電する。電極群１３Ｂを通過すると、電流は、負極端子１５Ｂ、配線２７ｂを通じて充電装置２０の負極端子へ流れる。
【００６５】
ここでは、二次電池１０Ａと二次電池１０Ｂは並列接続のため、二次電池１０Ａと二次電池１０Ｂに流れる電流は等しく、二次電池１０Ａと二次電池１０Ｂに印加される電圧も等しい。即ち、第１の二次電池１０Ａに電流Ａが流れ、第２の二次電池１０Ｂに電流Ａと等しい電流Ｂが流れる。
【００６６】
ここでは、電流遮断部１２Ａおよび１２Ｂに流れる電流は、電流遮断部１２Ａおよび１２Ｂが融解する電流よりも小さい。そのため、電流遮断部１２Ａは、融解することなく、正極端子１４Ａと電極群１３Ａとを電気的に接続する。また、電流遮断部１２Ｂは、正極端子１４Ｂと電極群１３Ｂとを電気的に接続する。
【００６７】
次に、過充電状態が生じた場合において組電池１を流れる電流について説明する。  
二次電池１０Ａまたは二次電池１０Ｂが過充電状態になると、二次電池１０Ａまたは二次電池１０Ｂは、通常よりも高い電圧（即ち、設定される閾値よりも高い電圧）を生じる。
【００６８】
正極端子１４Ａと負極端子１５Ａとの間の電圧が上記の閾値以上になった場合、スイッチ１１がＯＮ状態になる。スイッチ１１がＯＮになると、二次電池１０Ａ内、およびスイッチ１１と第２の二次電池１０Ｂ内で閉回路が同時に形成される。この結果、図３により示されるように、それぞれの閉回路内で、短絡電流Ｃおよび短絡電流Ｄが同時に流れ始める。
【００６９】
二次電池１０Ａ内に閉回路が形成されると、短絡電流Ｃは、電極群１３Ａの正極側から流れる。短絡電流Ｃは、電流遮断部１２を流れると、正極端子１４Ａ、スイッチ１１、及び負極端子１５Ａを通過し、電極群１３Ａの負極側へ流れる。
【００７０】
ここでは、電流遮断部１２Ａに流れる短絡電流Ｃは、電流遮断部１２Ａが切断する電流の閾値を超過する。したがって、図３が示す状態が生じた後に、電流遮断部１２Ａは、切断し、正極端子１４Ａと電極群１３Ａとの電気的な接続を遮断する。
【００７１】
スイッチ１１と第２の二次電池１０Ｂ内に閉回路が形成されると、短絡電流Ｄは、電極群１３Ｂの正極側から流れる。短絡電流Ｄは、正極端子１４Ｂ、スイッチ１１、負極端子１５Ｂ、及び電流遮断部１２Ｂを通過し、電極群１３Ｂの負極側へ流れる。
【００７２】
ここでは、電流遮断部１２Ｂに流れる短絡電流Ｄは、電流遮断部１２Ｂが切断する電流の閾値を超過する。したがって、図３が示す状態が生じた後に、電流遮断部１２Ｂは、切断し、正極端子１４Ｂと電極群１３Ｂとの電気的な接続を遮断する。
【００７３】
この結果、図４に示されたように、電流遮断部１２Ａ及び電流遮断部１２Ｂが溶断され、充電装置２０からの電流が第１の二次電池１０Ａ及び第２の二次電池１０Ｂに供給されない状態になる。この結果、充電装置２０とスイッチ１１とを含む閉回路に充電装置２０による電流Ｅが流れる。
【００７４】
以上の動作によって、二次電池１０は、充電装置２０からさらに電力を充電されることなく、二次電池１０の過充電状態が収束する。
【００７５】
なお、駆動体３２、締結機構３３、及び加熱部３４は、負極短絡リード２２側に設置されてもよい。
【００７６】
上記したように、組電池１は、並列に接続された複数の二次電池を備える。さらに、複数の二次電池のうちの少なくとも１つが過充電防止機構としてのスイッチを備えている。さらに、各二次電池は、正極端子と負極端子との直列回路上に可溶体であるヒューズを備える。
【００７７】
このような構成によると、組電池１は、二次電池の電圧が所定値以上になった場合にスイッチをＯＮ状態に動作させる。これにより、組電池１は、１つのスイッチで複数の二次電池の正極端子と負極端子とを短絡させる。これにより、組電池１は、複数の二次電池の電極群とヒューズとを含む閉回路を形成することができる。この結果、この二次電池内に蓄積されたエネルギーによりヒューズを溶断することができる。即ち、一つの過充電防止機構のスイッチが、並列接続された他の二次電池の閉路を形成する為のスイッチとして機能することができる。
【００７８】
これにより、組電池１内の１つの二次電池が過充電防止機構を備えていればよく、複数の二次電池がそれぞれ過充電防止機構を備える必要が無くなる。この結果、低いコストでより安全性の高い組電池を提供することができる。
【００７９】
また、上記した実施形態では、二次電池１０Ｂ内に電流遮断部１２Ｂが設けられている例について説明したが、この構成に限定されない。電流遮断部は、二次電池の外部に設けられていてもよい。
【００８０】
図５乃至図７は、一実施形態に係る組電池１の例を示す。
【００８１】
組電池１は、複数の二次電池を備える。例えば、組電池１は、図５に示されるように第１の二次電池１０Ａと、第１の二次電池１０Ａに並列接続される第２の二次電池１０Ｃと、第２の二次電池１０Ｃと直列に接続された電流遮断部１２Ｃとを含む。二次電池１０Ａと二次電池１０Ｃとは、バスバーを介して電気的に連結されている。即ち、バスバーは、二次電池１０Ａに二次電池１０Ｃを並列接続させるための配線である。なお、第１の二次電池１０Ａは、上記の実施形態の第１の二次電池１０Ａと同様の構成であるので、詳細な説明を省略する。
【００８２】
第２の二次電池１０Ｃは、上記の図１の二次電池１０と、スイッチ１１、電流遮断部１２、正極短絡リード２１、及び負極短絡リード２２を備えていない点が異なる。第２の二次電池１０Ｃは、外装缶１９、外装缶１９内に収納される電極群１３Ｃ、正極端子１４Ｃ、及び負極端子１５Ｃを少なくとも備える。また、電解質が電極群１３Ｃに保持されている。なお、電解質は、例えば、非水電解質である。第２の二次電池１０Ｃは、正極端子１４Ｃ、電極群１３Ｃ、及び負極端子１５Ｃが直列に接続された構成を備える。  次に、組電池１に流れる電流について説明する。
【００８３】
図５は、通常の充電状態（即ち、過充電状態ではない）において組電池１に流れる電流の例を示す回路図である。
【００８４】
組電池１は、充電装置２０により充電される。図５に示されたようにスイッチ１１が開放（ＯＦＦ状態）である場合、充電装置２０から組電池１に電流が流れる。
【００８５】
電流は、二次電池１０Ａを流れる経路と二次電池１０Ｃを流れる経路の２経路ある。
【００８６】
１経路目の電流は、充電装置２０の正極端子から配線２７aを通じて、正極端子１４Ａ、電流遮断部１２Ａを通過し、電極群１３Ａを充電する。電極群１３Ａを通過すると、電流は、負極端子１５Ａ、配線２７ｂを通じて充電装置２０の負極端子へ流れる。
【００８７】
２経路目の電流は、充電装置２０の正極端子から配線２７ａを通じて、電流遮断部１２Ｃ、正極端子１４Ｃを通過し、電極群１３Ｃを充電する。電極群１３Ｃを通過すると、電流は、負極端子１５Ｃ、配線２７ｂを通じて充電装置２０の負極端子へ流れる。
【００８８】
ここでは、二次電池１０Ａと二次電池１０Ｃは並列接続のため、二次電池１０Ａと二次電池１０Ｃに流れる電流は等しく、二次電池１０Ａと二次電池１０Ｃに印加される電圧も等しい。即ち、第１の二次電池１０Ａに電流Ｆが流れ、第２の二次電池１０Ｃに電流Ｆと等しい電流Ｇが流れる。
【００８９】
ここでは、電流遮断部１２Ａおよび１２Ｃに流れる電流は、電流遮断部１２Ａおよび１２Ｃが融解する電流よりも小さい。そのため、電流遮断部１２Ａは、融解することなく、正極端子１４Ａと電極群１３Ａとを電気的に接続する。また、電流遮断部１２Ｃは、充電装置２０と正極端子１４Ｃとを電気的に接続する。
【００９０】
次に、過充電状態が生じた場合において組電池１を流れる電流について説明する。  
二次電池１０Ａまたは二次電池１０Ｃが過充電状態になると、二次電池１０Ａまたは二次電池１０Ｃは、通常よりも高い電圧（即ち、設定される閾値よりも高い電圧）を生じる。
【００９１】
正極端子１４Ａと負極端子１５Ａとの間の電圧が上記の閾値以上になった場合、スイッチ１１がＯＮ状態になる。スイッチ１１がＯＮになると、二次電池１０Ａ内、およびスイッチ１１と第２の二次電池１０Ｃ内で閉回路が同時に形成される。この結果、図６により示されるように、それぞれの閉回路内で、短絡電流Ｈおよび短絡電流Ｉが同時に流れ始める。
【００９２】
二次電池１０Ａ内に閉回路が形成されると、短絡電流Ｈは、電極群１３Ａの正極側から流れる。短絡電流Ｈは、電流遮断部１２を流れると、正極端子１４Ａ、スイッチ１１、及び負極端子１５Ａを通過し、電極群１３Ａの負極側へ流れる。
【００９３】
ここでは、電流遮断部１２Ａに流れる短絡電流Ｈは、電流遮断部１２Ａが切断する電流の閾値を超過する。したがって、図６が示す状態が生じた後に、電流遮断部１２Ａは、切断し、正極端子１４Ａと電極群１３Ａとの電気的な接続を遮断する。
【００９４】
スイッチ１１と第２の二次電池１０Ｃ内に閉回路が形成されると、短絡電流Ｉは、電極群１３Ｃの正極側から流れる。短絡電流Ｉは、正極端子１４Ｃ、電流遮断部１２Ｃ、スイッチ１１、及び負極端子１５Ｃを通過し、電極群１３Ｃの負極側へ流れる。
【００９５】
ここでは、電流遮断部１２Ｃに流れる短絡電流Ｉは、電流遮断部１２Ｃが切断する電流の閾値を超過する。したがって、図６が示す状態が生じた後に、電流遮断部１２Ｃは、切断し、充電装置２０と正極端子１４Ｃとの電気的な接続を遮断する。
【００９６】
この結果、図７に示されたように、電流遮断部１２Ａ及び電流遮断部１２Ｃが溶断され、充電装置２０からの電流が第１の二次電池１０Ａ及び第２の二次電池１０Ｃに供給されない状態になる。この結果、充電装置２０とスイッチ１１とを含む閉回路に充電装置２０による電流Ｊが流れる。
【００９７】
以上の動作によって、二次電池１０は、充電装置２０からさらに電力を充電されることなく、二次電池１０の過充電状態が収束する。  上記したような構成であっても、組電池１は、一つの過充電防止機構のスイッチで、並列接続された複数の二次電池の閉路を形成することができる。またさらに、この構成によると、組電池１は、複数の二次電池のうちの一つがが電流遮断部を備えていればよい。この為、ヒューズなどを備えていない二次電池を組電池１に用いることができる。さらに、二次電池内の回路が遮断されない為、二次電池に充電された電気エネルギーを安全に放出させることができる。この結果、低いコストでより安全性の高い組電池を提供することができる。
【００９８】
また、上記した実施形態では、二次電池は、正極端子１４と負極端子１５との間の電圧が所定値以上になった場合にスイッチ１１をＯＮさせる構成であると説明したが、この構成に限定されない。二次電池は、電極群１３が収納される外装缶内の圧力に応じてスイッチ１１をＯＮさせる構成であってもよい。
【００９９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１００】
１…組電池、１０…二次電池、１１…スイッチ、１２…電流遮断部、１３…電極群、１４…正極端子、１５…負極端子、１９…外装缶、２０…充電装置、２１…正極短絡リード、２２…負極短絡リード、２３…スペーサ、２４…キャップ、２７a…配線、２７ｂ…配線、２８…正極リード、２９…負極リード、３０…正極集電タブ、３１…負極集電タブ、３２…駆動体、３３…締結機構、３３ａ…領域、３４…加熱部、３５…電圧検知部。
【図１】
2015125933.tif 000003
【図２】
2015125933.tif 000004
【図３】
2015125933.tif 000005
【図４】
2015125933.tif 000006
【図５】
2015125933.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015125933.tif 000009