(57)【要約】【課題】使用温度を超えた蓄電装置の温度上昇を抑制する。【解決手段】蓄電部（２１等）と、蓄電部の電力を外部に出力するための端子電極（２２）とを有し、前記端子電極の少なくとも一部を、該蓄電装置の使用温度よりも高く、かつ、ガスの発生を伴う蓄電異常が起こるとされる設定温度よりも低い温度で熱溶融する低融点金属（２２a）で形成したことを特徴とする蓄電装置。低融点金属が熱溶融することにより、端子電極の通電体積が減少し、電気抵抗の増加により蓄電装置の温度上昇を抑制する。【選択図】図１
2008293700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電部と、
該蓄電部の電力を外部に出力するための端子電極とを有し、
前記端子電極の少なくとも一部を、該蓄電装置の使用温度よりも高く、かつ、ガスの発生を伴う蓄電異常が起こるとされる設定温度よりも低い温度で熱溶融する低融点金属で形成したことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記低融点金属の融点は、８０〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記低融点金属は、Ｂｉ及びＩｎを含む合金であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記端子電極は、銅及び前記低融点金属からなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の蓄電装置。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の蓄電装置を複数有することを特徴とする蓄電ユニット。
【請求項６】
前記複数の蓄電装置を電気的に接続するために、前記端子電極に取付けられる導電部材と、
前記導電部材を前記蓄電部から離間させて保持するためのスペーサとを有し、
前記端子電極と前記スペーサとの間に隙間を形成したことを特徴とする請求項５に記載の蓄電ユニット。
【請求項７】
複数の蓄電装置と、
前記複数の蓄電装置を電気的に接続する導電部材とを有し、
前記導電部材の少なくとも一部を、該蓄電装置の使用温度よりも高く、かつ、ガスの発生を伴う蓄電異常が起こるとされる設定温度よりも低い温度で熱溶融する低融点金属で形成したことを特徴とする蓄電ユニット。
【請求項８】
前記低融点金属の融点は、８０〜１００℃であることを特徴とする請求項７に記載の蓄電ユニット。
【請求項９】
前記低融点金属は、Ｂｉ及びＩｎを含む合金であることを特徴とする請求項７又は８に記載の蓄電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質層を介して正極層及び負極層を積層した蓄電部を有する蓄電装置及び蓄電ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気・電子機器などを過熱損傷から保護する保護素子として、特定温度で動作して回路を遮断する温度ヒューズが用いられている。低融点合金温度ヒューズは、感温素子として特定温度で溶融する可溶合金を用いて、この可溶合金に通電し、周囲温度の上昇により可溶合金が溶融して回路を遮断するものである。
【０００３】
さらに、可溶合金と抵抗体とを具備し、抵抗体の通電過熱により可溶合金を強制的に溶断させる抵抗内蔵型温度ヒューズと称される保護素子もある。
【０００４】
この種の温度ヒューズとして、Ｓｎ−Ｃｕめっき銅線からなる端子リード間に、可溶合金を抵抗溶接により接合した後、可溶合金をロジン、ワックス、活性剤からなるフラックスで被覆し、アルミナセラミック管に挿入して、エポキシ系封止樹脂によりケース端部をそれぞれ封止して形成した構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、電気自動車、ハイブリッド自動車などの駆動用又は補助電源として、正極層及び負極層を電解質層を介して積層した蓄電装置が知られており、この種の蓄電装置では、過充電などの際に適正な使用温度（例えば、リチウムイオン電池では、３０〜６０℃）を超えて蓄電装置の温度が上昇し、その結果電気液が電気分解することによりガスが発生する（以下、一次発煙という）場合がある。
【０００６】
この一次発煙の際に、蓄電装置のさらなる温度上昇を抑制するために、蓄電装置の集電板と電力を外部に出力するための端子電極とを上述の温度ヒューズを有する端子リードで電気的に接続する方法が考えられる。
【０００７】
この方法によれば、一次発煙の際に、温度ヒューズの可溶合金が軟化、熱溶融して異常電流を遮断できるため、蓄電装置のさらなる温度上昇を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００４−１４６２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この方法では、端子リードに温度ヒューズを接続するための配線作業が煩雑であるため、コストが増大する。特に、複数の電池を電気的に接続した組電池を使用する場合には、配線作業の煩雑化及びコストの増大に拍車がかかる。
【０００９】
他方で、組電池の回路の一部にのみ温度ヒューズを設けることにより、配線作業の容易化及びコストの削減を図ることができる。しかしながら、この方法では、電池異常の生じた電池の近傍に温度ヒューズがない場合に、速やかに回路を遮断できないため、温度上昇の抑制に時間がかかる。
【００１０】
そこで、本願発明は、使用温度を超えた蓄電装置の温度上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本願発明の蓄電装置は、蓄電部と、該蓄電部の電力を外部
に出力するための端子電極とを有し、前記端子電極の少なくとも一部を、該蓄電装置の使
用温度よりも高く、かつ、ガスの発生を伴う蓄電異常が起こるとされる設定温度よりも低
い温度で熱溶融する低融点金属で形成したことを特徴とする蓄電装置。
【００１２】
前記低融点金属の融点は、８０〜１００℃に設定するとよい。また、前記低融点金属として、Ｂｉ及びＩｎを含む合金を例示できる。
【００１３】
前記端子電極は、銅及び前記低融点金属から構成することにより、低融点金属の端子電極への溶接を容易化することができる。
【００１４】
上記蓄電装置を複数有して蓄電ユニットにするとよい。
【００１５】
前記複数の蓄電装置を電気的に接続するために、前記端子電極に取付けられる導電部材
と、前記導電部材を前記蓄電部から離間させて保持するためのスペーサとを有し、前記端子電極と前記スペーサとの間に隙間を形成するとよい。
【００１６】
上記課題を解決するために、本願発明は、別の観点として、複数の蓄電装置と、前記複
数の蓄電装置を電気的に接続する導電部材とを有し、前記導電部材の少なくとも一部を、
該蓄電装置の使用温度よりも高く、かつ、ガスの発生を伴う蓄電異常が起こるとされる設
定温度よりも低い温度で熱溶融する低融点金属で形成したことを特徴とする。
【００１７】
前記低融点金属の融点は、８０〜１００℃に設定するとよい。また、前記低融点金属として、Ｂｉ及びＩｎを含む合金を例示できる。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明によれば、蓄電異常の際に使用温度を超えると端子電極の一部が熱溶融して、通電体積を減少させることができるため、蓄電装置の温度上昇を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は実施例１の円筒型電池の概略図であり、（ａ）が円筒型電池の長手方向の断面図であり、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。図２は、円筒型電池の端子電極の一部が熱溶融して通電体積が減少する様子を模式的に示した模式図である。
【００２１】
本実施例の円筒型電池１１は、ハイブリッド自動車、電気自動車の駆動用又は補助電源として使用される。円筒型電池（電源装置）１１の負極端子（端子電極）２２の一部には、切欠部２２ｂが形成されており、この切欠部２２ｂには低融点合金２２ａが溶接されている。
【００２２】
上述の構成において、過充電により電解液が電気分解して円筒型電池１１からガスが発生すると、円筒型電池１１の温度上昇により負極端子２２が加熱され、熱溶融した低融点合金２２ａが落下し、負極端子２２の通電体積が減少する。これにより、負極端子２２の抵抗が上昇して、円筒型電池１１の温度上昇を抑制できる。
【００２３】
次に、円筒型電池１１の構成を詳細に説明する。なお、円筒型電池１１における負極端子２２及び正極端子２３以外の部分を、「蓄電部」というものとする。円筒型電池１１の発電要素２１は、両面に正活物質が塗布された帯状の正電極体１３５ｂと両面に負活物質が塗布された帯状の負電極体１３５ｃとをセパレータ１３５ａを介して渦巻状に巻き回すことにより構成されている。セパレータ１３５aには、電解液が含浸されている。
【００２４】
正電極体１３５ｂの正活物質としては、リチウム−遷移元素複合酸化物であるＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＦｅＯ2 、ＬｉＣｕＯ2 、ＬｉＭｎＯ2 、ＬｉＭＯ2 （ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＭｎよりなる群から選ばれた少なくとも２種の遷移元素）、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 を例示することができる。
【００２５】
負電極体１３５ｃの負活物質としては、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵及び放出することが可能なものであれば特に限定されない。具体例としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、有機物焼成体、金属カルコゲン化物が挙げられる。
【００２６】
電解液の溶質として使用するリチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＳｂＦ6 及びＬｉＡｓＦ6 が例示され、リチウム塩を溶かすために使用する有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状炭酸エステルと、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状炭酸エステルとの混合溶媒が例示される。
【００２７】
発電要素２１の長手方向（Ｙ軸方向）一端には、円板状の負極集電板１３６が溶接されており、電池外套缶１３４の長手方向（Ｙ軸方向）一端には、円板状の負極端子支持板１３８が溶接されており、これらの負極集電板１３６及び負極端子支持板１３８は、導電線１５１を介して電気的及び機械的に接続されている。
【００２８】
負極端子支持板１３８の略中央には、負極端子２２が設けられており、この負極端子２２を包囲するように円管状のスペーサ２４が負極端子支持板１３８に取付けられている。負極集電板１３６及び負極端子支持板１３８は銅によって構成されている。
【００２９】
負極端子支持板１３８におけるスペーサ２４の外側の領域には、発電要素２１の内側方向に向かって窪んだ破壊弁１３８´が形成されている。この破壊弁１３８´は、電池異常の際に発生するガスにより電池外套缶１３４の内圧が上昇した際に破壊され、そこから円筒型電池１１の外部にガスを放出させることにより、円筒型電池１１の内圧上昇を速やかに抑制することができる。ここで、電池異常とは、背景技術に説明したように、過充電、過放電などを要因として電解液が電気分解することにより、ガスが発生する現象を意味する。
【００３０】
負極端子２２には、バスバー２５が取付けられており、このバスバー２５の板厚方向の一端面（負極端子支持板１３８に面する側の端面）はスペーサ２４に接触している。このスペーサ２４によれば、バスバー２５及び負極端子支持板１３８を離間させることにより、短絡を確実に防止することができる。
【００３１】
また、スペーサ２４と負極端子２２との間に隙間を形成することにより、熱溶融した低融点合金２２aを負極端子２２の外部に逃がすためのスペースを確実に確保することができる。
【００３２】
本実施例の円筒型電池１１は、これらの円筒型電池１１を複数有する組電池（蓄電ユニット）の状態で車両に搭載されており、各円筒型電池１１は、バスバー２５を介して直列に接続されている。
【００３３】
次に、負極端子２２について詳細に説明する。図１に図示するように、負極端子２２の一部には切欠部２２ｂが形成されており、この切欠部２２ｂには、低融点合金２２ａが溶接されている。低融点合金２２ａの融点は、円筒型電池１１の使用温度よりも高い温度で、かつ、電池異常が起こるとされる設定温度よりも低い温度に設定されていればよい。
【００３４】
ここで、円筒型電池１１の使用温度とは、所望の電池出力を得るために必要な下限温度と、電池劣化の進行を早めるとされる上限温度との間の温度を意味する設計上の値であり、例えば、リチウムイオン電池では、３０〜６０℃である。また、電池異常が起こるとされる設定温度とは、ガスが発生し得るとされる設計上の値であり、電池異常に至った円筒型電池１１の温度上昇を抑制するという目的のもと適宜設定すればよく、例えば、リチウムイオン電池の場合には、８０〜１００℃である。
【００３５】
具体的には、低融点合金２２aの資材には、Ｂｉ及びＩｎを主要成分とする低融点合金の他、５２Ｂｉ−３２Ｐｂ−１６Ｓｎ（重量％）三元合金（融点が９８℃）、４２．５Ｉｎ−３８．６Ｓｎ−１２．４Ｃｄ−６．５Ａｇ（重量％）四元合金（融点が９４℃）、４４Ｉｎ−４２Ｓｎ−１４Ｃｄ（融点が重量％）三元合金（融点が９３℃）、５０．５Ｂｉ−３１Ｐｂ−１５．５Ｓｎ−３Ｉｎ（重量％）四元合金（融点が９０℃）、４８Ｂｉ−３０Ｐｂ−１５Ｓｎ−７Ｉｎ（重量％）四元合金（融点が８４℃）、４２〜５０Ｉｎ−１０〜１５Ｃｄ−０．８〜５Ｚｎ−残Ｓｎ（重量％）四元合金（融点が８５℃）を例示することができる。
【００３６】
このように、本実施例では、電池外套缶１３４の外部に設けられる負極端子２２の一部に低融点合金２２aを形成しているため、電池外套缶の内部の回路に温度ヒューズなどを配線していた従来の方式よりも、円筒型電池１１の製造効率の向上及びコストの削減を図ることができる。
【００３７】
負極端子２２の低融点合金部２２ａ以外の部分は、負極集電板１３６及び負極端子支持板１３８と同様にＣｕからなる。このように、負極端子２２の低融点合金部２２ａ以外の部分をＣｕで構成することにより、切欠部２２ｂに低融点合金２２ａを容易に溶接することができる。
【００３８】
発電要素２１の長手方向（Ｙ軸方向）他端には、円板状の正極集電板１３７が溶接されており、電池外套缶１３４の長手方向（Ｙ軸方向）他端には、円板状の正極端子支持板１３９が電池外套缶１３４と絶縁をとって、かしめられており、これらの正極集電板１３７及び正極端子支持板１３９は、導電線１５１を介して電気的及び機械的に接続されている。
【００３９】
正極端子支持板１３９の略中央には、正極端子２３が設けられている。正極集電板１３７、正極端子支持板１３９及び正極端子２３は、アルミニウムによって構成されている。正極端子支持板１３９には、負極端子支持板１３８と同様に破壊弁１３９´が形成されている。
【００４０】
次に、図１及び図２を参照しながら、電池異常が生じた際の円筒型電池１１の挙動を説
明する。円筒型電池１１には、通常、電池温度が適切な使用温度に維持されるように冷却手段が設けられている。しかしながら、過充電、過放電などの電流異常の際には、当該冷却手段による冷却のみでは円筒型電池１１の温度上昇を十分に抑制できない場合がある。
【００４１】
その結果、電池温度が８０℃を超えると、電解液が電気分解することによりガスが発生し円筒型電池１１の内圧が上昇する。このとき、内圧上昇によりガス放出弁１３８´、１３９´が破壊され、そこから外部にガスが放出される。これにより、円筒型電池１１の内圧上昇が抑制される。
【００４２】
この電池異常の際に、発電要素２１の熱が外套缶１３４、負極端子支持板１３８を介し
て負極端子２２に伝熱し、低融点合金２２aの温度が融点に達する。融点に達した低融点
合金２２aは、切欠部２２ｂからスペーサ２４の内面に向かって流れ落ち、負極端子２２
の通電体積が減少する。
【００４３】
通電体積の減少により負極端子２２の抵抗を上昇させることができるため、円筒型電池１１のさらなる温度上昇を抑制することができる。このように、本実施例によれば、電池異常の際に、円筒型電池１１の温度上昇を確実に抑制することができる。
【００４４】
また、組電池を構成する複数の円筒型電池１１のそれぞれの負極端子２２に低融点合金２２aを設けることにより、電池異常の生じた円筒型電池１１の温度上昇を速やかに抑制することができる。
（実施例１の変形例）
実施例１では、負極端子２２の一部にのみ低融点合金２２aを形成したが、負極端子２２全体を低融点合金２２aで形成してもよい。また、正極端子２３の少なくとも一部を低融点合金２２aで形成してもよい。
【００４５】
さらに、図３に図示する構成とすることもできる。図３は変形例の負極端子の断面図であり（a）は電池異常前、（ｂ）は電池異常の際の負極端子の状態を模式的に示している。ただし、実施例１と同一の機能を有する部分には、同一符号を付している。
【００４６】
これらの図において、負極端子２２には、切欠部２２ｂが形成されており、この切欠部２２ｂには、低融点合金２２aを介して脱落部２２ｃが溶接されている。この脱落部２２ｃは、負極端子２２と同様に銅から構成されている。
【００４７】
上述の構成において、電池異常により円筒型電池１１の温度が上昇すると、低融点合金２２aが熱溶融して、図３（ｂ）に図示するように脱落部２２ｃ全体が重力により落下する。これにより、実施例１と同様に、負極端子２２の通電体積が減少して、円筒型電池１１の温度上昇を抑制することができる。
【００４８】
また、実施例１よりも低融点合金２２aの量を削減できるため、さらなるコストの削減を図るとともに、それに応じて銅の体積を向上させることができるため、電池使用時の通電性を向上させることができる。
【実施例２】
【００４９】
次に、図４及び図５を参照しながら、実施例２について説明する。ここで、図４は組電池の斜視図である。図５はバスバーの概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面図である。
【００５０】
組電池（蓄電ユニット）３０は複数の円筒型電池（蓄電装置）１２１をマトリクス状に並設することにより構成されており、これらの円筒型電池１２１は、一対の電池フォルダ１２２ａ，ｂ間に支持されている。円筒型電池１２１の両端には、突状の正極端子１２１a及び負極端子１２１ｂが設けられており、これらの端子１２１a、ｂには、雌ネジが切られている。
【００５１】
隣接する円筒型電池１２１は、バスバー（導電部材）１２５により直列に接続されており、端子１２１a、ｂの雌ネジにはバスバー１２５を固定するための締結ナット１２６が締結されている。なお、円筒型電池１２１の内部構造は実施例１と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
次に、バスバー１２５の構成について詳細に説明する。バスバー１２５は銅により構成されており、バスバー１２５の長手方向中央には切欠部１２５ｂが形成されており、この切欠部１２５ｂには低融点合金１２５aが溶接されている。低融点合金１２５aの具体的な資材については、実施例１で説明したので省略する。
【００５３】
次に、電池異常が生じた際の組電池３０の挙動を説明する。実施例１と同様の理由で、組電池３０を構成する円筒型電池１２１に電池異常が生じたとする。
【００５４】
この電池異常の際に、発電要素２１の熱が外套缶１３４、端子支持板１３７、１３８及び端子２２、２３を介してバスバー１２５に伝熱し、低融点合金１２５aの温度が融点に達する。融点に達した低融点合金１２５aは、切欠部１２５ｂから徐々に流れ落ち、バスバー１２５の通電体積が減少する。
【００５５】
通電体積の減少により端子２２、２３の抵抗を上昇させることができるため、円筒型電池１２１のさらなる温度上昇を抑制することができる。このように、本実施例によれば、円筒型電池１２１からガスが発生した際に、円筒型電池１１のさらなる温度上昇を抑制することができる。その他の実施例１で記載した効果も得ることができる。
【００５６】
（実施例２の変形例）
バスバー１２５の全体を低融点合金１２５aで形成してもよい。また、実施例１の変形例と同様に、バスバー１２５に電池異常の際に低融点合金が熱溶融することにより脱落する脱落部を設けてもよい。
（他の実施例）
上述の実施例では、電池異常の際に低融点合金が熱溶融するような低融点合金を選定しているが、電池の使用温度よりも高く電池異常が起こるとされる下限の温度よりも低い温度（すなわち、６０〜８０℃）、つまり、電池異常に至る前の段階で熱溶融する低融点合金を使用してもよい。
【００５７】
また、上述の実施例及び変形例では円筒型電池を例にして説明したが、本願発明は角型電池（蓄電装置）にも適用できる。また、本願発明は、集電体の一方の面に正極層、他方の面に負極層が形成されたバイポーラ電極を電解質を介して積層したバイポーラ電池（蓄電装置）や、電気二重層キャパシタ（蓄電装置）にも適用できる。
【００５８】
円筒型電池として、ニッケル水素電池を使用した場合には、端子支持板１３７、１３８にスプリング式の自動復帰弁からなるガス放出弁を設けてもよい。このスプリング式の自動復帰弁は、端子支持板１３７、１３８内に形成された開口部内に板厚方向に移動可能に可動弁を設け、この可動弁にスプリングを取り付けることにより構成することができる。
【００５９】
円筒型電池の内圧が上昇すると、可動弁は、スプリングのバネ力に抗して開口部内から退避し、開口部を介して円筒型電池の外部にガスが放出される。ガス放出により内圧が低下すると、スプリングのバネ力により可動弁は開口部内に復帰する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は実施例１の円筒型電池の概略図であり、（ａ）が円筒型電池の長手方向の断面図であり、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
【図２】低融点合金が熱溶融して端子電極の通電体積が減少する様子を模式的に示す模式図である。
【図３】負極端子の変形例を示す断面図であり、（a）は電池異常前、（ｂ）は電池異常の際の負極端子の状態を図示している。
【図４】組電池の斜視図である。
【図５】バスバーの概略図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１１  １２１  円筒型電池
２１  発電要素
２２  負極端子
２２ａ  低融点合金
２２ｂ  切欠部
２２ｃ  脱落部
２３  正極端子
２４  スペーサ
２５  １２５  バスバー
２６  １２６  締結ボルト
３０  組電池
１２２  電池フォルダ
【図１】
2008293700.tif 000003
【図２】
2008293700.tif 000004
【図３】
2008293700.tif 000005
【図４】
2008293700.tif 000006
【図５】
2008293700.tif 000007