(57)【要約】【課題】電流遮断機構の信頼性が高く維持される二次電池、を提供する。【解決手段】二次電池は、ケース１５内において電池要素に接続される集電タブ５１と、ケース１５に設けられた開口部１６に配置される封口体２５と、封口体２５に対して積層される第１積層部６４を有し、集電タブ５１を保持するための絶縁ホルダ６１と、封口体２５に対して第１積層部６４を介して積層される第２積層部３４と、第２積層部３４の周縁に配置される周縁部３５とを有し、外部端子２１に電気的に接続される封口リード３１と、周縁部３５および集電タブ５１に接続され、ケース１５の内圧が上昇した場合に集電タブ５１から離れるように変形する反転板４１とを備える。積層された封口体２５、第１積層部６４および第２積層部３４の層間のいずれかの位置に、隙間が形成される。【選択図】図２
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【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、
前記外装体内において前記電池要素に接続される集電部材と、
前記外装体に設けられた開口部に配置される封口体と、
前記封口体に対して積層される第１積層部を有し、前記集電部材を保持するためのホルダ部材と、
前記封口体に対して前記第１積層部を介して積層される第２積層部と、前記第２積層部の周縁に配置される周縁部とを有し、前記外部端子に電気的に接続される接続部材と、
前記周縁部および前記集電部材に接続され、前記外装体の内圧が上昇した場合に前記集電部材から離れるように変形する感圧部材とを備え、
積層された前記封口体、前記第１積層部および前記第２積層部の層間のいずれかの位置に、隙間が形成される、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２０１３−１５７１３７号公報には、集電体と外部端子との間に電流遮断機構を備え、電池に大電流が流れても電流遮断機構が破損し難い、高い信頼を発揮することを目的とした、角形二次電池が開示されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示された角形二次電池は、電池外装体の開口部に設けられる封口体と、外部端子に電気的に接続される導電部材と、電池内部側で導電部材の先端に接続され、電池外装体内の圧力が高くなると電池の外部側に向かって変形する反転板とを有する。
【０００４】
そのほか、特開２０１０−１４６８３５号公報には、インサート成型によってモールディングを形成するときに、安全素子が浮き上がったり、位置ずれすることを抑えることを目的とした、パック電池が開示されている（特許文献２）。また、特開２００８−６６２５５号公報には、所望の作動圧で確実に作動することを目的とした、非水電解質二次電池が開示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１５７１３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４６８３５号公報
【特許文献３】特開２００８−６６２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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を備えた、上述の特許文献１に開示される角形二次電池においては、板状の封口体によって電池外装体の開口部が塞がれている。
【０００７】
しかしながら、電池外装体の内圧上昇に伴って封口体が電池内部から外部に向けて変形する（反る）と、封口体に対して積層された導電部材の変形により反転板も意図せずに変形する場合がある。この場合、反転板が変形すべき本来の反応圧力が上昇して、電流遮断機構の信頼性が損なわれる可能性がある。
【０００８】
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、電流遮断機構の信頼性が高く維持され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】
【０００９】
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、外装体内において電池要素に接続される集電部材と、外装体に設けられた開口部に配置される封口体と、封口体に対して積層される第１積層部を有し、集電部材を保持するためのホルダ部材と、封口体に対して第１積層部を介して積層される第２積層部と、第２積層部の周縁に配置される周縁部とを有し、外部端子に電気的に接続される接続部材と、周縁部および集電部材に接続され、外装体の内圧が上昇した場合に集電部材から離れるように変形する感圧部材とを備える。積層された封口体、第１積層部および第２積層部の層間のいずれかの位置に、隙間が形成される。
【００１０】
このように構成された二次電池によれば、外装体の内圧上昇により封口体が外装体内から外部に向けて変形することがあっても、封口体、第１積層部および第２積層部の層間のいずれかの位置に隙間を形成することによって、接続部材の第２積層部の変形を抑えることができる。これにより、感圧部材を予め設定された圧力で変形させることが可能となるため、電流遮断機構の信頼性を高く維持することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、この発明に従えば、電流遮断機構の信頼性が高く維持される二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１における二次電池を示す斜視図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った二次電池を示す断面図である。
【図３】図２中の絶縁ホルダを示す断面図である。
【図４】比較のための二次電池を示す断面図である。
【図５】図４中の比較のための二次電池において、封口体の変形時の状態を示す断面図である。
【図６】図２中の二次電池において、封口体の変形時の状態を示す断面図である。
【図７】図２中の二次電池の第１変形例を示す断面図である。
【図８】図２中の二次電池の第２変形例を示す断面図である。
【図９】図２中の二次電池の第３変形例を示す断面図である。
【図１０】図２中の二次電池の第４変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における二次電池を示す斜視図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った二次電池を示す断面図である。
【００１５】
図１および図２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。
【００１６】
二次電池１０は、電池要素（不図示）と、ケース１５と、封口体２５と、正極端子２１Ｐおよび負極端子２１Ｎ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。ケース１５は、一方向に開口された略直方体のケース形状を有し、その内部には、電解液とともに電池要素が収容されている。
【００１７】
封口体２５は、矩形の平面視を有する平板形状を有し、ケース１５に設けられた開口部１６を塞ぐように設けられている。封口体２５は、底面２６を有する。底面２６は、ケース１５の内部に面し、密閉空間を区画形成している。封口体２５には、貫通孔２５ｍが形成されている。貫通孔２５ｍは、ケース１５の内外の空間を連通させるように形成されている。ケース１５および封口体２５は、アルミニウム等の金属から形成されている。
【００１８】
正極端子２１Ｐおよび負極端子２１Ｎは、二次電池１０の外部端子２１として、ケース１５の外部に設けられている。
【００１９】
二次電池１０は、ケース１５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２１Ｐおよび負極端子２１Ｎの少なくともいずれか一方に設けられている。本実施の形態では、代表的に、電流遮断機構が正極端子２１Ｐに設けられた場合について説明する。
【００２０】
二次電池１０は、インシュレータ２３と、ガスケット２７と、封口リード３１と、反転板４１と、集電タブ５１と、絶縁ホルダ６１とをさらに有する。
【００２１】
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（正極端子２１Ｐ）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。
【００２２】
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、銅やアルミニウム等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、ケース１５の外部で外部端子２１に接続され、ケース１５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に電気的に接続されている。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。
【００２３】
封口リード３１は、その構成部位として、筒部３３、外鍔部３２、第２積層部３４および周縁部３５を有する。
【００２４】
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。筒部３３は、貫通孔２５ｍに挿通されている。筒部３３は、ケース１５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。外鍔部３２は、ケース１５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。外鍔部３２は、中心軸１０２を中心にして外周側に広がる鍔形状を有する。外鍔部３２は、外部端子２１と接触している。インシュレータ２３および外部端子２１は、外鍔部３２と封口体２５との間に挟持されている。
【００２５】
第２積層部３４は、ケース１５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。第２積層部３４は、平板形状を有する。第２積層部３４は、中心軸１０２に直交する平面上で延在する平板形状を有する。本実施の形態では、第２積層部３４が、中心軸１０２を中心とする円盤形状を有する。第２積層部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集電タブ５１と距離を設けて対向する。
【００２６】
周縁部３５は、第２積層部３４の周縁に設けられている。周縁部３５は、第２積層部３４の周縁から集電タブ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が溶接により接続されている。
【００２７】
なお、後出の図４に示されるように、封口リード３１の筒部３３に対応する部位が、外部端子２１側に設けられてもよい。この場合、封口リード３１は、第２積層部３４および周縁部３５から構成されている。
【００２８】
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。なお、後出の図４に示されるように、インシュレータ２３および絶縁ホルダ６１が、ガスケット２７の機能を兼ねる構成としてもよい。
【００２９】
反転板４１は、導電性材料から形成されている。反転板４１は、第２積層部３４と集電タブ５１との間に配置されている。反転板４１は、封口リード３１および集電タブ５１に接続されている。反転板４１は、封口リード３１と集電タブ５１との間を電気的に接続している。
【００３０】
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、第２積層部３４に面する側で凹となり、集電タブ５１に面する側で凸となるように反った形状を有する。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、集電タブ５１に面する側で凸となる反転板４１の中央において集電タブ５１に接続されている。
【００３１】
図３は、図２中の絶縁ホルダを示す断面図である。図１から図３を参照して、絶縁ホルダ６１は、ケース１５の内部に設けられている。絶縁ホルダ６１は、集電タブ５１を保持するためのホルダ部材として設けられている。絶縁ホルダ６１は、封口体２５の直下に設けられている。絶縁ホルダ６１は、全体として、ガスケット２７、封口リード３１の第２積層部３４および反転板４１の外周上を取り囲む形状を有する。絶縁ホルダ６１は、封口体２５と第２積層部３４との間に挟持された状態で固定されている。
【００３２】
絶縁ホルダ６１は、その構成部位として、胴体部６３および第１積層部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。第１積層部６４は、封口体２５に隣接して設けられている。第１積層部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。第１積層部６４は、ガスケット２７の外周上で封口体２５と第２積層部３４との間に挟持されている。
【００３３】
ケース１５の内部では、封口体２５に対して絶縁ホルダ６１の第１積層部６４が積層され、さらに第１積層部６４を介して封口リード３１の第２積層部３４が積層されている。積層された封口体２５、第１積層部６４および第２積層部３４の層間のいずれかの位置に、隙間が形成されている。本実施の形態では、積層された封口体２５および第１積層部６４の層間に、隙間６７が形成されている。
【００３４】
より具体的には、第１積層部６４は、頂面６８および傾斜面６６を有する。頂面６８は、封口体２５の底面２６と接触している。傾斜面６６は、頂面６８の外周上に設けられている。傾斜面６６は、頂面６８から外周側に向けて封口体２５の底面２６から離れる方向に傾斜している。隙間６７は、第１積層部６４の傾斜面６６と封口体２５の底面２６との間に形成されている。隙間６７の高さ（第１積層部６４の傾斜面６６と封口体２５の底面２６との間の長さ）は、中心軸１０２を中心として内周側から外周側に向かうほど大きくなる。
【００３５】
図１および図２を参照して、集電タブ５１は、ケース１５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。集電タブ５１は、電池要素の電極板に接続されている。集電タブ５１は、ケース１５の内部で絶縁ホルダ６１により保持されている。集電タブ５１は、封口体２５から離れる方向に筒状に延びる胴体部６３の先端で絶縁ホルダ６１に接続されている。
【００３６】
ケース１５内の圧力が上昇すると、反転板４１が、図２中の矢印１０１に示すように集電タブ５１から離れる方向に変形する（第２積層部３４に面する側で凸となり、集電タブ５１に面する側で凹となるように反転する）。このとき、集電タブ５１が破断して、反転板４１と集電タブ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。
【００３７】
続いて、本実施の形態における二次電池１０によって奏される作用効果について説明する。
【００３８】
図４は、比較のための二次電池を示す断面図である。図４は、図２に対応する図である。図５は、図４中の比較のための二次電池において、封口体の変形時の状態を示す断面図である。図４および図５を参照して、比較のための二次電池においては、絶縁ホルダ６１の第１積層部６４に傾斜面６６が形成されていない。
【００３９】
ケース１５内の圧力上昇によって、封口体２５がケース１５内部から外部に向けて凸形状に反るように変形する場合がある。この際、封口リード３１の第２積層部３４が封口体２５と同じように凸形状に変形することにより、封口リード３１の周縁部３５に接続された反転板４１の長さが短くなる（Ｌ１→Ｌ２）。これにより、反転板４１の反り量が増大することとなり、電流遮断機構が予め設定された圧力で作動しない可能性が生じる。
【００４０】
図６は、図２中の二次電池において、封口体の変形時の状態を示す断面図である。図２および図６を参照して、これに対して、本実施の形態における二次電池１０においては、積層された封口体２５および絶縁ホルダ６１の第１積層部６４の層間に、隙間６７が形成されている。このような構成により、ケース１５内の圧力上昇時、封口体２５は、絶縁ホルダ６１の傾斜面６６に沿うように変形するため、封口体２５の変形に伴って封口リード３１の第２積層部３４が変形することを抑制できる。これにより、反転板４１の反り量が変動することを防ぎ、電流遮断機構を予め設定された圧力で作動させることができる。
【００４１】
以上に説明した、この発明の実施の形態１における二次電池１０の構造についてまとめて説明すると、本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としてのケース１５の内圧が上昇した場合に、電池要素と、ケース１５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た二次電池である。
【００４２】
二次電池１０は、ケース１５内において電池要素に接続される集電部材としての集電タブ５１と、ケース１５に設けられた開口部１６に配置される封口体２５と、封口体２５に対して積層される第１積層部６４を有し、集電タブ５１を保持するためのホルダ部材としての絶縁ホルダ６１と、封口体２５に対して第１積層部６４を介して積層される第２積層部３４と、第２積層部３４の周縁に配置される周縁部３５とを有し、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、周縁部３５および集電タブ５１に接続され、ケース１５の内圧が上昇した場合に集電タブ５１から離れるように変形する感圧部材としての反転板４１とを備える。積層された封口体２５、第１積層部６４および第２積層部３４の層間のいずれかの位置に、隙間が形成される。
【００４３】
このように構成された、この発明の実施の形態１における二次電池１０によれば、ケース１５内の圧力上昇時に封口体２５が変形することがあっても、電流遮断機構を予め設定された圧力で作動させることができる。これにより、電流遮断機構の信頼性を向上させることができる。
【００４４】
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。
【００４５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１において説明した二次電池１０の各種変形例について説明する。
【００４６】
図７は、図２中の二次電池の第１変形例を示す断面図である。図７を参照して、本変形例では、積層された封口体２５および絶縁ホルダ６１の第１積層部６４の層間に、隙間８２が形成されている。
【００４７】
より具体的には、封口体２５は、傾斜面８１を有する。傾斜面８１は、底面２６の外周上に設けられている。傾斜面８１は、底面２６から外周側に向けて絶縁ホルダ６１の頂面６８から離れる方向に傾斜している。隙間８２は、絶縁ホルダ６１の頂面６８と封口体２５の傾斜面８１との間に形成されている。隙間８２の高さ（絶縁ホルダ６１の頂面６８と封口体２５の傾斜面８１との間の長さ）は、中心軸１０２を中心として内周側から外周側に向かうほど大きくなる。
【００４８】
図８は、図２中の二次電池の第２変形例を示す断面図である。図８を参照して、本変形例では、積層された封口体２５および絶縁ホルダ６１の第１積層部６４の層間に、隙間８４が形成されている。
【００４９】
より具体的には、第１積層部６４は、頂面６８および段差面８３を有する。頂面６８は、封口体２５の底面２６と接触している。段差面８３は、頂面６８の外周上に設けられている。段差面８３は、頂面６８から一定の段差を有して設けられている。隙間８４は、第１積層部６４の段差面８３と封口体２５の底面２６との間に形成されている。隙間８４の高さ（第１積層部６４の段差面８３と封口体２５の底面２６との間の長さ）は、中心軸１０２を中心とする径方向において一定である。
【００５０】
図９は、図２中の二次電池の第３変形例を示す断面図である。図９を参照して、本変形例では、積層された絶縁ホルダ６１の第１積層部６４および封口リード３１の第２積層部３４の層間に、隙間８８が形成されている。
【００５１】
より具体的には、第１積層部６４は、底面８５を有する。底面８５は、第２積層部３４に面している。第２積層部３４は、頂面８６および段差面８７を有する。頂面８６は、第１積層部６４の底面８５と接触している。段差面８７は、頂面８６の外周上に設けられている。段差面８７は、頂面８６から一定の段差を有して設けられている。隙間８８は、第２積層部３４の段差面８７と第１積層部６４の底面８５との間に形成されている。隙間８８の高さ（第２積層部３４の段差面８７と第１積層部６４の底面８５との間の長さ）は、中心軸１０２を中心とする径方向において一定である。
【００５２】
図１０は、図２中の二次電池の第４変形例を示す断面図である。図１０を参照して、本変形例では、積層された封口体２５および絶縁ホルダ６１の第１積層部６４の層間に、隙間９２が形成されている。
【００５３】
より具体的には、第１積層部６４は、頂面９１を有する。頂面９１は、ガスケット２７の外周上に設けられている。頂面９１は、封口体２５の底面２６から距離を隔てて設けられている。隙間９２は、第１積層部６４の頂面９１と封口体２５の底面２６との間に形成されている。隙間９２の高さ（第１積層部６４の頂面９１と封口体２５の底面２６との間の長さ）は、中心軸１０２を中心とする径方向において一定である。
【００５４】
封口リード３１は、絶縁ホルダ６１と一体に設けられている。封口リード３１と絶縁ホルダ６１とを一体に設ける方法としては、たとえば、インサート成形や、封口リード３１の周縁部３５と絶縁ホルダ６１との熱溶着、絶縁ホルダ６１の下端に係止部を設け、封口リード３１の周縁部３５を引っ掛ける等の手段が挙げられる。
【００５５】
これらの変形例においても、積層された封口体２５、第１積層部６４および第２積層部３４の層間のいずれかの位置に隙間を形成することによって、ケース１５内の圧力上昇時、封口体２５の変形に伴って封口リード３１の第２積層部３４が変形することを抑制できる。
【００５６】
このように構成された、この発明の実施の形態２における二次電池によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。
【００５７】
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】
【００５８】
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】
【００５９】
１０  二次電池、１５  ケース、１６  開口部、２１  外部端子、２１Ｎ  負極端子、２１Ｐ  正極端子、２３  インシュレータ、２５  封口体、２５ｍ  貫通孔、２６，８５  底面、２７  ガスケット、３１  封口リード、３２  外鍔部、３３  筒部、３４  第２積層部、３５  周縁部、４１  反転板、５１  集電タブ、６１  絶縁ホルダ、６３  胴体部、６４  第１積層部、６６，８１  傾斜面、６７，８２，８４，８８，９２  隙間、６８，８６，９１  頂面、８３，８７  段差面、１０２  中心軸。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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