(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池要素と、
前記電池要素を収容する外装体と、
前記外装体の外部に設けられた第一極の外部端子および第二極の外部端子と、
位置を変化することにより前記第一極の外部端子と前記第二極の外部端子とを短絡させる短絡形成部と、
前記短絡形成部が位置を変化する方向と逆側において前記短絡形成部に隣接して配置され、温度の上昇によって体積が増加する、電気絶縁性の温度感応部材と、を備え、
前記温度感応部材は、５重量パーセント以上５０重量パーセント以下の炭酸カルシウムと亜リン酸アルミニウムとの混合物により形成されている、二次電池。
【請求項２】
前記短絡形成部は、前記電池要素と前記第一極の外部端子との間の通電経路の一部を形成し、位置を変化することにより前記電池要素と前記第一極の外部端子との間の導通を遮断する、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記短絡形成部は、厚み方向に湾曲した板状の形状を有し、湾曲方向が反転することにより前記電池要素と前記第一極の外部端子との間の導通を遮断する、請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記短絡形成部は、前記外装体の内圧が上昇した場合に位置を変化する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項５】
前記温度感応部材は、リング形状を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池を複数直列に接続した、組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池と、その二次電池を複数接続した組電池とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次電池に関し、特開２０１４−０８２０７３号公報（特許文献１）には、正極の電極端子と負極の電極端子とを短絡させる短絡機構に導電可能な膜を設置し、発電要素を収納する収納容器内の圧力が上昇すると膜が変形することにより二次電池の両極が短絡する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０８２０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の構成では、圧力により容易に変形する薄い膜の反転によって短絡が形成されている。短絡形成後、外部振動などの入力により、膜が誤って通常状態に再度反転して、短絡が解除されてしまう可能性がある。
【０００５】
本発明の主たる目的は、第一極の外部端子と第二極の外部端子との短絡を維持できる、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】
【０００６】
本発明に従った二次電池は、電池要素と、電池要素を収容する外装体と、外装体の外部に設けられた第一極の外部端子および第二極の外部端子と、短絡形成部と、温度感応部材とを備えている。短絡形成部は、位置を変化することにより、第一極の外部端子と第二極の外部端子とを短絡させる。温度感応部材は、電気絶縁性であり、短絡形成部に隣接して配置されている。温度感応部材は、短絡形成部に対して、短絡形成部が位置を変化する方向とは逆側に配置されている。温度感応部材は、温度の上昇によって体積が増加する。温度感応部材は、亜リン酸アルミニウムと炭酸カルシウムとを含んでいる。
【０００７】
このように構成された二次電池によれば、温度感応部材が温度上昇を検出し温度が閾値に達すると膨張することで、短絡形成部は位置を変化した状態で保持される。振動などにより短絡形成部が誤って通常状態に復帰することが確実に回避されるので、第一極の外部端子と第二極の外部端子との短絡を確実に維持することができる。
【０００８】
上記の二次電池において、短絡形成部は、電池要素と第一極の外部端子との間の通電経路の一部を形成し、位置を変化することにより電池要素と第一極の外部端子との間の導通を遮断する。このようにすれば、短絡形成部が位置を変化することによって、電池要素と第一極の外部端子との間の電流の流れを遮断することができる。
【０００９】
上記の二次電池において、短絡形成部は、厚み方向に湾曲した板状の形状を有しており、湾曲方向が反転することにより電池要素と第一極の外部端子との間の導通を遮断する。このようにすれば、短絡形成部が反転することによって、電池要素と第一極の外部端子との間の電流の流れを確実に遮断することができる。
【００１０】
上記の二次電池において、短絡形成部は、外装体の内圧が上昇した場合に位置を変化する。このようにすれば、外装体の内圧の上昇を受けて短絡形成部が位置を変化することにより、第一極の外部端子と第二極の外部端子とを短絡させることができる。
【００１１】
上記の二次電池において、温度感応部材は、リング形状を有している。このようにすれば、膨張した温度感応部材によって、短絡形成部が位置を変化した状態を確実に維持することができる。
【００１２】
上記の二次電池において、温度感応部材は、５重量パーセント以上５０重量パーセント以下の炭酸カルシウムを含んでいる。５重量パーセント以上の炭酸カルシウムを含むことにより、亜リン酸アルミニウムの膨張開始温度に到達するために必要な発熱量を得ることができる。炭酸カルシウムの含有量を５０重量パーセント以下にすることにより、膨張率の高い亜リン酸アルミニウムが十分に含まれた温度感応部材を形成でき、温度感応部材を十分に膨張させることができる。
【００１３】
本発明に従った組電池は、上記のいずれかの局面の二次電池を、複数直列に接続している。このように構成された組電池によれば、１つの二次電池の外装体の内圧が上昇した場合に、異常を発生した二次電池の第一極の外部端子と第二極の外部端子とが確実に短絡されるため、組電池全体の信頼性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、短絡形成部が位置を変化した後に、短絡形成部が位置を変化した状態に保持できるので、第一極の外部端子と第二極の外部端子との短絡を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態における組電池を示す平面図である。
【図２】図１に示す組電池を構成する１つの二次電池を示す斜視図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う二次電池の部分断面図である。
【図４】通常状態における二次電池内の電流の流れを示す断面模式図である。
【図５】温度感応部材の構成を示す斜視図である。
【図６】膨張後の温度感応部材を示す斜視図である。
【図７】反転板が反転した後の状態における二次電池の部分断面図である。
【図８】反転板が反転した後の状態における二次電池内の電流の流れを示す断面模式図である。
【図９】実施例および比較例の温度感応部材の材料の配合比率を示す図である。
【図１０】実施例および比較例の温度感応部材を用いた二次電池の導通試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。同一の部品および相当部品には、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、図面においては、実際の寸法の比率に従って図示しておらず、構造の理解を容易にするために、構造が明確となるように比率を変化させて図示している。
【００１７】
図１は、本実施の形態における組電池１を示す平面図である。本実施の形態に係る組電池１は、ハイブリッド自動車に搭載されている。組電池１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど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。
【００１８】
図１に示すように、組電池１は、複数の充放電可能な二次電池１００が直列に接続されて構成されている。図１に示す組電池１では、同形状の７つの二次電池１００が直列に接続されて、組電池１を構成している。なお、組電池１を構成する二次電池１００の数は特に限定されない。組電池１の周囲には、複数の二次電池１００をまとめて拘束する図示しない拘束部材が設けられている。
【００１９】
各々の二次電池１００は、互いに距離を隔てて配列されている。各々の二次電池１００の最も面積の大きい側面同士が互いに対向するように、複数の二次電池１００が配列されている。隣り合う２つの二次電池１００間の隙間には、図示しない冷却板または緩衝板などが配置されている。
【００２０】
二次電池１００は、負極用の外部端子１４と、正極用の外部端子１５とを有している。複数の二次電池１００は、各々の負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とが交互に配置されるように、一つずつ反転させて配置されている。隣り合う２つの二次電池１００のうちの一方の負極用の外部端子１４と、他方の正極用の外部端子１５とが近接するように、複数の二次電池１００が配置されている。
【００２１】
組電池１は、隣り合う二次電池１００を互いに接続する端子間接続具２を備えている。端子間接続具２は、隣り合う２つの二次電池１００のうちの一方の負極用の外部端子１４と、他方の正極用の外部端子１５とを、電気的に接続している。これにより複数の二次電池１００が直列に接続されて、所望の電圧を有する組電池１が構築されている。
【００２２】
図２は、図１に示す組電池１を構成する１つの二次電池１００を示す斜視図である。二次電池１００は、電池要素Ｂと、外装体１０と、負極用の外部端子１４と、正極用の外部端子１５と、導電板１６，１７とを有している。電池要素Ｂ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１０は、内部に電池要素（電極体）Ｂを収容している。外装体１０は、収容部１１と封口体１２とを有している。収容部１１は、一方向に開口された略直方体のケース形状を有しており、二次電池１００の外装体を構成している。収容部１１の内部には、電解液とともに、電池要素Ｂが収容されている。
【００２３】
封口体１２は、略矩形の平面視を有する平板形状を有しており、収容部１１に設けられた開口に配置されている。封口体１２は、収容部１１の開口を塞ぐように設けられている。収容部１１と封口体１２とは、電池要素Ｂを収容する密閉空間を形成している。収容部１１および封口体１２は、アルミニウムなどの金属材料により形成されている。
【００２４】
負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、二次電池１００の外部端子として、外装体１０の外部に設けられている。負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、封口体１２に取り付けられている。
【００２５】
二次電池１００は、外装体１０の内部の圧力が上昇した場合に、電池要素Ｂと外部端子との間の電流の流れを遮断する装置（以下、電流遮断装置という）を備えている。電流遮断装置は、負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５と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、電流遮断装置が正極用の外部端子１５に設けられた場合について説明する。本実施の形態において、正極用の外部端子１５が第一極の外部端子に相当し、負極用の外部端子１４が第二極の外部端子に相当する。
【００２６】
負極用の外部端子１４は、導電板１６を貫通して設けられている。導電板１６は、負極用の外部端子１４に電気的に接続されている。導電板１６にはまた、リベット部材１８が設けられている。リベット部材１８は、導電板１６と封口体１２とを貫通して設けられており、外装体１０の内部から外部にまで延びている。
【００２７】
正極用の外部端子１５は、導電板１７を貫通して設けられている。導電板１７は、正極用の外部端子１５に電気的に接続されている。導電板１７にはまた、リベット部材１９が設けられている。リベット部材１９は、導電板１７と封口体１２とを貫通して設けられており、外装体１０の内部から外部にまで延びている。
【００２８】
二次電池１００は、バイパス部材９０をさらに備えている。バイパス部材９０は、導電性材料から形成されている。バイパス部材９０の一方の端部は、導電板１６に固定されている。バイパス部材９０は、導電板１６に電気的に接続されている。バイパス部材９０は、導電板１６を介して、負極用の外部端子１４に電気的に接続されている。バイパス部材９０の他方の端部は、リベット部材１９の上方に配置されている。バイパス部材９０は、リベット部材１９から離れて配置されている。バイパス部材９０は、導電板１７に対し非接触に設けられている。
【００２９】
図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う二次電池１００の断面図である。図３を参照して、電流遮断装置の構成について説明する。図３に示すように、封口体１２およびリベット部材１９の近傍には、インシュレータ２３と、ガスケット２７と、反転板４１と、集電部材５１と、ホルダ部材６１とが設けられている。
【００３０】
インシュレータ２３は、外装体１０の外部に設けられている。インシュレータ２３は、封口体１２上に載置されている。インシュレータ２３は、封口体１２と導電板１７との間に介挿されている。インシュレータ２３はまた、封口体１２と正極用の外部端子１５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１２と、正極用の外部端子１５および導電板１７と、を電気的に絶縁している。
【００３１】
リベット部材１９は、導電性材料から形成されている。リベット部材１９は、銅やアルミニウムなどの金属材料により形成されている。リベット部材１９は、封口体１２に形成された貫通孔に挿通されている。リベット部材１９は、外装体１０の外部で導電板１７に接続されており、外装体１０の内部で反転板４１に接続されている。リベット部材１９は、導電板１７と反転板４１とを電気的に接続している。
【００３２】
リベット部材１９は、その構成部位として、外鍔部３２、軸部３３、内鍔部３４、および周縁部３５を有している。
【００３３】
軸部３３は、中空円筒状の形状を有している。軸部３３は、封口体１２の貫通孔に挿通されており、封口体１２を貫通して延びている。軸部３３は、外装体１０の外部において、さらにインシュレータ２３および導電板１７を貫通して延びるように設けられている。
【００３４】
外鍔部３２は、外装体１０の外部に向けて筒状に延びる軸部３３の端部に設けられている。外鍔部３２は、外装体１０の外部において、軸部３３の端部に接続されている。外鍔部３２は、円筒状の軸部３３から径方向外側に延出する鍔形状を有している。外鍔部３２は、導電板１７と接触している。外鍔部３２は、導電板１７に電気的に接続している。インシュレータ２３および導電板１７は、外鍔部３２と封口体１２との間に挟持されている。
【００３５】
内鍔部３４は、外装体１０の内部に向けて筒状に延びる軸部３３の端部に設けられている。内鍔部３４は、外装体１０の内部において、軸部３３の端部に接続されている。内鍔部３４は、平板形状を有している。内鍔部３４は、軸部３３の中心線を中心とする円盤形状を有している。内鍔部３４は、軸部３３の延びる方向における一方（図３における上方）において封口体１２と距離を設けて対向しており、軸部３３の延びる方向における他方（図３における下方）において集電部材５１と距離を設けて対向している。
【００３６】
周縁部３５は、内鍔部３４の外周縁に設けられている。周縁部３５は、内鍔部３４の外周縁から集電部材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の後述する第２接続部４３が溶接により接続されている。
【００３７】
ガスケット２７は、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）またはＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などの、弾性の樹脂材料またはゴム材料により形成されている。ガスケット２７は、リベット部材１９に接触して設けられている。ガスケット２７は、封口体１２とリベット部材１９との間に介挿されている。ガスケット２７は、封口体１２とリベット部材１９との間、および封口体１２とホルダ部材６１との間のシール材として設けられている。ガスケット２７が封口体１２とリベット部材１９との隙間に介挿されており、またガスケット２７が封口体１２とホルダ部材６１との隙間に介挿されていることにより、外装体１０の内部が気密に封止されている。
【００３８】
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を有している。筒部２８は、中空円筒状の形状を有している。筒部２８は、封口体１２の貫通孔に挿通されている。筒部２８は、その外周面が封口体１２の貫通孔の内周面に接触し、かつ、その内周面がリベット部材１９の軸部３３の外周面に接触して、設けられている。
【００３９】
鍔部２９は、円筒状の筒部２８の端部から径方向外側に延出する鍔形状を有している。鍔部２９は、リベット部材１９の軸部３３の延びる方向において、封口体１２とリベット部材１９との間、および封口体１２とホルダ部材６１との間に挟持されている。鍔部２９は、軸部３３の延びる方向において、封口体１２とリベット部材１９との間で圧縮変形され、かつ、封口体１２とホルダ部材６１との間で圧縮変形された状態で、固定されている。
【００４０】
反転板４１は、円形の平面視を有する薄板形状を有している。反転板４１は、内鍔部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ように、反った形状を有している。反転板４１は、厚み方向に湾曲した板状の形状を有している。反転板４１は、皿状の形状を有している。
【００４１】
反転板４１は、導電性材料により形成されている。反転板４１は、リベット部材１９の内鍔部３４と、集電部材５１との間に配置されている。反転板４１は、溶接によりリベット部材１９および集電部材５１に固定されている。反転板４１は、リベット部材１９と集電部材５１とを電気的に接続している。
【００４２】
反転板４１は、その構成部位として、第１接続部４２および第２接続部４３を有している。第１接続部４２は、平面視において円形の反転板４１の中央に設けられている。第２接続部４３は、平面視において円形の反転板４１の周縁に設けられている。第１接続部４２は、集電部材５１に面する側で凸となる反転板４１の先端に設けられている。第２接続部４３は、反転板４１の周縁に沿って環状に延びている。
【００４３】
第１接続部４２は、集電部材５１に接続されている。第１接続部４２は、溶接により、集電部材５１の薄肉部分５２に固定されている。第２接続部４３は、リベット部材１９に接続されている。第２接続部４３は、溶接により、リベット部材１９の周縁部３５に固定されている。
【００４４】
図３に示す反転板４１は、第２接続部４３から第１接続部４２へ向かうにつれて封口体１２から離れ集電部材５１に近づくように、平板状の封口体１２の延びる方向に対して傾き、かつ円筒状の軸部３３の延びる方向に対して傾く方向に延びる部分を有している。
【００４５】
ホルダ部材６１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの、剛性の高い絶縁性樹脂を用いて成形されている。ホルダ部材６１は、外装体１０の内部に設けられている。ホルダ部材６１は、外装体１０の内部で集電部材５１を保持するための部材として設けられている。ホルダ部材６１は、リベット部材１９および反転板４１を取り囲む形状を有している。ホルダ部材６１は、封口体１２とリベット部材１９の内鍔部３４との間に挟持された状態で固定されている。
【００４６】
集電部材５１は、外装体１０の内部で、電池要素Ｂと電流遮断装置との接点をなしている。集電部材５１は、外装体１０の内部でホルダ部材６１により保持されている。集電部材５１は、リベット部材１９の内鍔部３４と距離を設けて対向している。
【００４７】
集電部材５１は、薄肉部分５２を有している。薄肉部分５２は、集電部材５１に形成された溝によって、他の部位よりも肉薄の形状を有している。集電部材５１は、薄肉部分５２において、反転板４１と接続されている。集電部材５１に対し、封口体１２から離れる方向に、後述する集電端子５３が設けられている。集電端子５３は、集電部材５１から延出し、図１に示す電池要素Ｂの電極板に接続されている。集電部材５１は、集電端子５３を介して、電池要素Ｂに電気的に接続されている。
【００４８】
電流遮断装置の組み立て工程（かしめ工程）について説明する。図３に示すリベット部材１９の内鍔部３４上に、ホルダ部材６１、ガスケット２７、封口体１２、インシュレータ２３および導電板１７を、この順に積み重ねる。この状態で、内鍔部３４上に積層されたホルダ部材６１、ガスケット２７、封口体１２、インシュレータ２３および導電板１７の積層体を、軸部３３が貫通している。
【００４９】
なお、リベット部材１９の外鍔部３２は、かしめ加工されることにより図３に示すような配置とされるが、かしめ加工以前には、外鍔部３２に相当する部材は、軸部３３と同径の円筒状の形状を有しており、軸部３３と同心に配置されている。そのため、電流遮断装置の組み立て以前において、外鍔部３２と軸部３３とは、一体の筒状の部材として設けられている。
【００５０】
ホルダ部材６１、ガスケット２７、封口体１２、インシュレータ２３および導電板１７の積層体に対し、導電板１７側から、積層体の積層方向の荷重を加える。ガスケット２７に対し、リベット部材１９の軸部３３の延びる方向の圧縮力を作用させることにより、鍔部２９の上面が封口体１２に接触し、鍔部２９の下面がリベット部材１９およびホルダ部材６１に接触する状態が得られる。この状態で、専用パンチを用いて上記の筒状の部材の端部を外径方向に拡口させて外鍔部３２を形成することによって、上記の積層体をリベット部材１９の内鍔部３４と外鍔部３２との間で挟持し、一体にかしめ固定する。このようにして、部品すべてが固定されて、電流遮断装置が組み立てられる。
【００５１】
中空に形成されたリベット部材１９の軸部３３を貫通して、導電部材９１と、絶縁部材７０とが配置されている。導電部材９１は、導電性材料で形成されている。絶縁部材７０は、絶縁性材料で形成されている。
【００５２】
導電部材９１は、その構成部位として、頭部９２と、胴部９３とを有している。胴部９３は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔に挿通されている。胴部９３は、リベット部材１９の軸部３３を貫通して、外装体１０の内部から外部にまで延びている。胴部９３の一方の端部に、頭部９２が取り付けられている。胴部９３の他方の端部には、先端９４が設けられている。
【００５３】
頭部９２は、図３において外装体１０の外部に存在している胴部９３の端部に固定されている。図３において外装体１０の内部に存在している胴部９３の端部が、先端９４を構成している。先端９４は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔から突出している。先端９４は、反転板４１の第１接続部４２に対向している。図３に示す先端９４は、反転板４１の第１接続部４２から離れて配置されている。
【００５４】
絶縁部材７０は、その構成部位として、頭部７１と、胴部７２とを有している。胴部７２は、中空円筒状の形状を有している。胴部７２は、リベット部材１９の軸部３３に形成された貫通孔に挿通されている。胴部７２は、外装体１０の内部から外部にまで延びている。胴部７２の一方の端部に、頭部７１が取り付けられている。頭部７１は、図３において外装体１０の外部に存在している胴部７２の端部に固定されている。
【００５５】
絶縁部材７０の頭部７１は、導電部材９１の頭部９２とリベット部材１９の外鍔部３２との間に介在している。導電部材９１の頭部９２は、リベット部材１９の外鍔部３２から距離を隔てて配置されている。絶縁部材７０の胴部７２は、導電部材９１の胴部９３とリベット部材１９の軸部３３との間に介在している。胴部７２の内周面が胴部９３の外周面に接触し、胴部７２の外周面が軸部３３の貫通孔の内周面に接触している。導電部材９１の胴部９３は、リベット部材１９の軸部３３から距離を隔てて配置されている。
【００５６】
導電部材９１とリベット部材１９との間に絶縁部材７０が設けられており、導電部材９１はリベット部材１９に接触していない。導電部材９１は、リベット部材１９に対し、電気的に接続されていない。導電部材９１は、リベット部材１９に対し、電気的に絶縁されている。図３に示すバイパス部材９０は、導電板１７および正極用の外部端子１５とは電気的に接続されていない。
【００５７】
導電部材９１の頭部９２は、バイパス部材９０に接触している。導電部材９１は、バイパス部材９０に電気的に接続されている。導電部材９１は、バイパス部材９０を介して、負極用の外部端子１４に電気的に接続されている。
【００５８】
反転板４１と、集電部材５１との間に、温度感応部材４５が介在している。温度感応部材４５は、反転板４１に隣接して配置されている。温度感応部材４５は、反転板４１と集電部材５１とによって挟まれて配置されている。温度感応部材４５は、反転板４１に対して、集電部材５１に近い側（図３中の下側）に配置されている。後述するように反転板４１は集電部材５１から離れる方向に位置を変化し、温度感応部材４５は、反転板４１に対して、反転板４１が位置を変化する方向とは逆側に配置されている。
【００５９】
温度感応部材４５は、反転板４１の集電部材５１に対向する面に接触している。平面視において円形の反転板４１の中央に第１接続部４２が設けられており、反転板４１の周縁に第２接続部４３が設けられている。温度感応部材４５は、円盤形状の反転板４１の径方向における第１接続部４２と第２接続部４３との間の部位に、接触している。
【００６０】
温度感応部材４５は、集電部材５１の反転板４１に対向する面に接触している。温度感応部材４５は、集電部材５１の薄肉部分５２の周囲の部位に接触している。温度感応部材４５は、集電部材５１に集電端子５３が設けられる位置と薄肉部分５２との間の部位に、接触している。
【００６１】
温度感応部材４５は、絶縁性材料で形成されており、電気的に絶縁性である。温度感応部材４５は、反転板４１と集電部材５１との両方に接触しているが、反転板４１と集電部材５１とを電気的に接続していない。図３に示す反転板４１と集電部材５１とは、反転板４１の第１接続部４２と集電部材５１の薄肉部分５２との接触によって、電気的に接続された状態とされている。
【００６２】
図４は、通常状態における二次電池１００内の電流の流れを示す断面模式図である。図４には、図２に示す負極用の外部端子１４およびリベット部材１８を含む二次電池１００の断面と、正極用の外部端子１５および上述した電流遮断装置を含む二次電池１００の断面とが、拡大して示されている。
【００６３】
図４に示すように、負極用の外部端子１４と導電板１６とは、外装体１０の外部に配置されている。負極用の外部端子１４および導電板１６と、封口体１２と、の間に、インシュレータ２３が介在している。これにより、外装体１０は、負極用の外部端子１４および導電板１６とは、電気的に絶縁されている。
【００６４】
正極用の外部端子１５と導電板１７とは、外装体１０の外部に配置されている。正極用の外部端子１５および導電板１７と、封口体１２と、の間に、インシュレータ２３が介在している。これにより、外装体１０は、正極用の外部端子１５および導電板１７とは、電気的に絶縁されている。
【００６５】
リベット部材１８は、導電性材料から形成されている。リベット部材１８は、銅やアルミニウムなどの金属材料により形成されている。リベット部材１８は、封口体１２に形成された貫通孔に挿通されている。リベット部材１８は、外装体１０の外部で導電板１６に接続されており、外装体１０の内部で集電端子５４に接続されている。リベット部材１８は、導電板１６と集電端子５４とを電気的に接続している。
【００６６】
図４中に示す破線矢印は、電流の流れを示している。電池遮断装置が作動する前の通常状態において、電流は、負極用の外部端子１４から、導電板１６、リベット部材１８、集電端子５４、および電池要素Ｂの順に流れる。また電流は、電池要素Ｂから、集電端子５３、集電部材５１、反転板４１、リベット部材１９、導電板１７、および正極用の外部端子１５の順に流れる。これにより、二次電池１００から外部へ電力が供給される。二次電池１００の充電時には、これと逆方向に電流が流れる。
【００６７】
図５は、温度感応部材４５の構成を示す斜視図である。なお図５には、図３，４に断面を示す、反転板４１と集電部材５１との間に挟まれた状態の温度感応部材４５の斜視図が示されている。温度感応部材４５は、図５に示すように、リング形状を有している。図３，４に示す温度感応部材４５は、円盤形状の反転板４１と同心に配置されている。
【００６８】
温度感応部材４５は、上面４６と、下面４７とを有している。図３，４に示す温度感応部材４５が反転板４１と集電部材５１との間に挟まれて配置された状態において、上面４６は反転板４１に面接触し、下面４７は集電部材５１に面接触している。上面４６は、反転板４１の、第１接続部４２と第２接続部４３との間の部位に、接触している。そのため図５に示す上面４６は、反転板４１の形状に合わせて、外周縁において最も下面４７から離れ内周縁において最も下面４７に近づくように、傾斜している。図５に示す温度感応部材４５は、外周縁において最大の厚みを有し、内周縁において最小の厚みを有している。
【００６９】
温度感応部材４５は、亜リン酸アルミニウムと炭酸カルシウムとの混合物から形成されている。温度感応部材４５は、製造時に不可避的に混入する不可避的不純物を含み得る。好ましくは、温度感応部材４５は、５重量パーセント以上５０重量パーセント以下の炭酸カルシウムを含んでいる。
【００７０】
図６は、膨張後の温度感応部材４５を示す斜視図である。なお図６には、後述する図７，８に断面を示す、反転した後の反転板４１と集電部材５１との間に挟まれた状態の温度感応部材４５の斜視図が示されている。
【００７１】
温度感応部材４５は、周囲の温度が所定の閾値を超えると、膨張する。温度感応部材４５は、温度の上昇によって体積が増加する。図５と図６とを比較して、図６に示す膨張した後の温度感応部材４５は、図５に示す膨張する前の温度感応部材４５よりも、厚みが増加しており、内径が小さくなっており、外径が増大している。温度感応部材４５は、一旦膨張すると、その後温度が低下しても膨張状態が維持されるように、構成されている。
【００７２】
図６に示す上面４６は、反転した後の反転板４１の、第１接続部４２と第２接続部４３との間の部位に、接触している。そのため図６に示す上面４６は、反転板４１の形状に合わせて、外周縁において最も下面４７に近づき内周縁において最も下面４７から離れるように、傾斜している。図６に示す温度感応部材４５は、外周縁において最小の厚みを有し、内周縁において最大の厚みを有している。温度感応部材４５の最小の厚みは、反転板４１の第２接続部４３と集電部材５１との距離よりも、大きくなっている。
【００７３】
図７は、反転板４１が反転した後の状態における二次電池１００の部分断面図である。図８は、反転板４１が反転した後の状態における二次電池１００内の電流の流れを示す断面模式図である。外装体１０の内部の圧力が急激に上昇すると、外装体１０内の気体によって集電部材５１の薄肉部分５２が押圧される。集電部材５１と反転板４１との間の溶接部または集電部材５１の薄肉部分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。反転板４１は、集電部材５１に対して、電気的に接続していない状態になる。このような電流遮断装置の動作により、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の電流の流れが遮断される。
【００７４】
集電部材５１から分離した反転板４１は、集電部材５１から離れる方向に変形する。より具体的には、反転板４１は、内鍔部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、湾曲方向が反転する。図３，４に示す変形前の反転板４１は、図中下向きに凸となっている。図７，８に示す変形後の反転板４１は、図中上向きに凸となっている。反転板４１は、反転することにより、図中上向き方向に位置を変化している。温度感応部材４５は、反転板４１が位置を変化する方向とは逆側の、反転板４１に対して下側に配置されている。
【００７５】
図７，８に示す反転板４１は、第２接続部４３から第１接続部４２へ向かうにつれて封口体１２に近づき集電部材５１から離れるように、平板状の封口体１２の延びる方向に対して傾き、かつ円筒状の軸部３３の延びる方向に対して傾く方向に延びる部分を有している。
【００７６】
反転板４１が反転すると、反転板４１の第１接続部４２が、導電部材９１の先端９４に接触する。反転板４１と導電部材９１とが、電気的に接続される。これにより、負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、導電板１６、バイパス部材９０、導電部材９１、反転板４１、リベット部材１９、および導電板１７を介して、電気的に接続される。
【００７７】
図８中に示す破線矢印は、電流の流れを示している。反転板４１が反転した後の状態において、電流は、負極用の外部端子１４から、導電板１６、バイパス部材９０、導電部材９１、反転板４１、リベット部材１９、および導電板１７を経由して、正極用の外部端子１５へ流れる。負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とは、電池要素Ｂをバイパスする経路によって、電気的に接続される。電池要素Ｂへの電流の流れが遮断された状態で、一対の外部端子同士を電気的に接続するバイパス経路が形成されている。
【００７８】
図６に示す膨張した温度感応部材４５は、反転した反転板４１と、集電部材５１との間に配置されている。膨張した温度感応部材４５の上面４６は、反転した反転板４１の集電部材５１に対向する面に、面接触している。膨張した温度感応部材４５の下面４７は、集電部材５１の反転板４１に対向する面に、面接触している。
【００７９】
膨張した温度感応部材４５は、反転板４１と集電部材５１との間の最小距離よりも大きい厚みを有している。そのため、膨張した温度感応部材４５は、反転板４１が、図７，８に示す反転した状態から図３，４に示す通常状態に再度変形することを、抑制している。膨張した温度感応部材４５により、反転板４１が位置を変化した状態で保持されている。膨張した温度感応部材４５により、反転板４１が集電部材５１から隔てられた状態が維持されている。膨張した温度感応部材４５によって、反転板４１と集電部材５１とが電気的に絶縁された状態が維持されている。膨張した温度感応部材４５によって、負極用の外部端子１４と正極用の外部端子１５とがバイパス部材９０および導電部材９１を介して短絡された状態が維持されている。
【００８０】
実施の形態の二次電池１００および組電池１の構成および作用効果についてまとめて説明すると、以下のとおりである。なお、実施の形態の構成に参照番号を付すが、これは一例である。
【００８１】
実施の形態における二次電池１００は、図２に示すように、電池要素Ｂと、電池要素Ｂを収容する外装体１０と、外装体１０の外部に設けられた正極用の外部端子１５および負極用の外部端子１４とを備えている。二次電池１００は、図３に示すように、反転板４１と、温度感応部材４５とをさらに備えている。反転板４１は、図７，８に示すように、位置を変化することにより、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とを短絡している。反転板４１は、本実施の形態の短絡形成部としての機能を有している。温度感応部材４５は、図３，７に示すように、反転板４１が位置を変化する方向と逆側において、反転板４１に隣接して配置されている。温度感応部材４５は、図６〜８に示すように、温度の上昇によって体積が増加する。
【００８２】
温度感応部材４５が外装体１０の内部の温度上昇を検出し、温度が閾値に達すると膨張することで、反転板４１の反転が促進される。反転した反転板４１が導電部材９１に電気的に接続することにより、負極用の外部端子１４に電気的に接続されたバイパス部材９０と、正極用の外部端子１５とを電気的に接続する。これにより、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とを短絡させるバイパス経路が形成される。温度が低下しても、温度感応部材４５の膨張状態が維持されるので、反転板４１は反転した状態で保持され、振動などにより反転板４１が誤って通常状態に復帰することが確実に回避される。反転板４１が位置を変化した後に、反転板４１を位置を変化した状態に保持できるので、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とを短絡させる経路が形成された後に、短絡を確実に維持することができる。
【００８３】
温度感応部材４５は、外装体１０内において電池要素Ｂに電気的に接続された集電部材５１に隣接して配置されている。温度感応部材４５が集電部材５１を挟んで電池要素Ｂに対向する配置となるため、温度感応部材４５は電池要素Ｂの温度上昇を精度よく検出できる。外装体１０の内部温度の上昇に起因する内圧上昇が不十分な場合でも、温度感応部材４５が膨張することによって反転板４１を反転させ、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とが短絡される。電池要素Ｂを構成しているセパレータのシャットダウン温度の近傍で膨張するように温度感応部材４５を構成することで、外装体１０の内部温度に基づいて正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とを短絡させる制御が可能になる。
【００８４】
一方、外装体１０の内部温度が温度感応部材４５の閾値を超える程度にまで上昇しなくても、外装体１０の内圧が上昇する場合には、この内圧の上昇により反転板４１が集電部材５１から分離して電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の導通を遮断する。反転板４１は、更に変形して、バイパス部材９０と正極用の外部端子１５とを電気的に接続し、正負極の外部端子を短絡させる。
【００８５】
外装体１０の内部温度の上昇、または外装体１０の内部圧力の上昇のいずれかを検出することにより、反転板４１が反転して、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とが短絡する。反転した反転板４１は、膨張した温度感応部材４５によって、反転した状態に保持され、通常状態に復帰することを阻害される。したがって、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とを確実に短絡できるので、二次電池１００の信頼性を向上することができる。
【００８６】
温度感応部材４５は、亜リン酸アルミニウムと炭酸カルシウムとを含んでいる。亜リン酸アルミニウムは、膨張率が高いが、膨張開始温度も高いため、単独での作動は困難である。他方、炭酸カルシウムは、発熱開始温度が低いが、膨張率が小さいため、単独での作動は困難である。本実施の形態のように亜リン酸アルミニウムと炭酸カルシウムとの混合物で温度感応部材４５を形成すれば、低い温度で炭酸カルシウムが発熱反応を開始し、炭酸カルシウムの発熱に伴う温度上昇によって亜リン酸アルミニウムが膨張を開始できる。したがって、温度感応部材４５を確実に膨張させることができる。
【００８７】
また図４に示すように、反転板４１は、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の導通経路の一部を形成している。図７，８に示すように、反転板４１は、位置を変化することにより、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の導通を遮断する。このようにすれば、反転板４１が位置を変化することによって、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の電流の流れを遮断することができる。反転板４１が位置を変化した後に、反転板４１を位置を変化した状態に保持できるので、電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との電気的な遮断を確実に維持することができる。
【００８８】
また図３に示すように、反転板４１は、厚み方向に湾曲した板状の形状を有している。図７，８に示すように、反転板４１は、湾曲方向が反転することにより電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との導通を遮断している。反転板４１が反転することによって電池要素Ｂと正極用の外部端子１５との間の電流の流れを確実に遮断でき、異常を発生した二次電池１００の電池要素Ｂへの充電を防止できるので、外装体１０の内圧上昇を確実に停止することができる。
【００８９】
また図７，８に示すように、反転板４１は、外装体１０の内圧が上昇した場合に位置を変化する。このようにすれば、外装体１０の内部温度の上昇を伴わない内圧上昇時にも、内圧の上昇を受けて反転板４１が反転して位置を変化することにより、反転板４１が導電部材９１に電気的に接続して、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とを短絡させる。これにより、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４とを確実に短絡させることができる。
【００９０】
また図５，６に示すように、温度感応部材４５は、リング形状を有している。リング形状の温度感応部材４５を、図３に示す反転板４１の第１接続部４２と集電部材５１の薄肉部分５２との接触部位の周囲を取り囲むように配置することにより、膨張した温度感応部材４５によって、反転板４１が位置を変化して集電部材５１から隔てられた状態を確実に維持することができる。
【００９１】
また温度感応部材４５は、５重量パーセント以上５０重量パーセント以下の炭酸カルシウムを含んでいる。５重量パーセント以上の炭酸カルシウムを含むことにより、亜リン酸アルミニウムの膨張開始温度に到達するために必要な発熱量を得ることができる。炭酸カルシウムの含有量を５０重量パーセント以下にし、残部を亜リン酸アルミニウムおよび不可避的不純物にすることにより、膨張率の高い亜リン酸アルミニウムが十分に含まれた温度感応部材４５を形成でき、温度感応部材４５を十分に膨張させることができる。
【００９２】
実施の形態における組電池１は、図１に示すように、上記のいずれかの二次電池１００を複数直列に接続している。１つの二次電池１００の外装体１０の内部温度または内圧が上昇した場合に、異常を発生した二次電池１００の正負極の外部端子を短絡させるバイパス経路が形成されるため、異常を発生した二次電池１００に隣り合う直列に接続された２つの二次電池１００同士の導通が保持される。そのため、異常を発生した二次電池１００以外の、残りの正常な二次電池１００から電力を取り出すことができる。組電池１全体としての充放電が可能になり、組電池１からの電力供給を維持することができるので、組電池１を搭載した機器を継続して利用することが可能になる。したがって、組電池１全体の信頼性を向上することができる。
【００９３】
なお、これまでの実施の形態の説明においては、電流遮断装置を構成している反転板４１が短絡形成部として機能する例について説明した。短絡形成部は、上述した反転板４１を用いる例に限られるものではない。たとえば、外装体１０の外部に、通常状態では正極用の外部端子１５および負極用の外部端子１４から離れて配置され、位置を変化することにより正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４との両方に電気的に接触する、導電材料製の部材を配置してもよい。この場合に、当該部材が位置を変化する方向と逆側において当該部材に隣接する温度感応部材を設け、上記部材が位置を変更した後に温度感応部材を膨張させることにより、正極用の外部端子１５と負極用の外部端子１４との短絡を維持できる効果を、同様に得ることができる。
【実施例】
【００９４】
以下、本発明の実施例について説明する。まず、実施例１〜３および比較例１〜５の二次電池を製造した。
【００９５】
各実施例および比較例の二次電池の正極板について、集電芯材は、厚さ２０μｍのアルミニウム（Ａｌ）とした。正極板の厚みは１７０μｍとした。正極板の合剤幅は９４ｍｍとした。正極板の長さは４５００ｍｍとした。
【００９６】
各実施例および比較例の二次電池の負極板について、集電芯材は、厚さ１４μｍの銅（Ｃｕ）とした。負極板の厚みは１５０μｍとした。負極板の合剤幅は１００ｍｍとした。負極板の長さは４７００ｍｍとした。
【００９７】
各実施例および比較例の二次電池のセパレータの基材は、ＰＰ（ポリプロピレン）層、ＰＥ（ポリエチレン）層、およびＰＰ層がこの順に積層された３層構造とした。基材の厚みは２５μｍとした。
【００９８】
各実施例および比較例の二次電池の電解液は、ＥＣ（エチレンカーボネート）、ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）およびＥＭＣ（エチルメチルカーボネート）を３：４：３の体積比で混合した混合溶媒中に、１．０ｍｏｌ／ｌ（モル／リットル）の濃度でＬｉＰＦ６を溶解させ、添加剤として１重量パーセントのＣＨＢ（シクロヘキシルベンゼン）と１重量パーセントのＢＰ（ビフェニル）とを含有させたものとした。電解液量は１２５ｇとした。
【００９９】
図９は、実施例および比較例の温度感応部材の材料の配合比率を示す図である。実施例１〜３および比較例１〜４の二次電池は、図９に示す亜リン酸アルミニウムと炭酸カルシウムとの配合比率で形成した温度感応部材を用いて、作製された。比較例５の二次電池は、温度感応部材を有しない構造とした。
【０１００】
以上の条件で得られた二次電池の定格容量は２４．０Ａｈであった。作製した電池を温度２５℃下で４．２Ｖまで充電した後、ＣＨＢおよびＢＰによるガス発生により反転板を反転できるように、温度１００℃下で３日間保存する加熱試験を実施した。
【０１０１】
加熱試験のされた二次電池について、導通試験を実施した。二次電池の正極用の外部端子と負極用の外部端子とに、抵抗計をつなぎ、導通状態を確認した。加熱試験により反転板が反転していれば、正負極の外部端子が短絡経路により導通し、反転板が反転していなければ、正負極の外部端子は導通しない。導通試験において、正極用の外部端子と負極用の外部端子との間に内部の抵抗が測定されると、導通なしと判定した。
【０１０２】
続いて、衝撃試験による誤復帰状態確認試験を行なった。ＪＩＳ（日本工業規格）  Ｃ  ８７１３に規定する密閉型小形二次電池の機械的試験に準じて、ＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−３１の方法に従って、自然落下試験を実施した。自然落下試験の実施後に、正負極の外部端子間の導通状態を確認した。正負極の外部端子が導通していれば、短絡経路が確保されており反転板が通常状態に誤復帰していないと判定し、導通していなければ、反転板が誤復帰していると判定した。
【０１０３】
実施例１〜３および比較例１〜５の各々について、試験数を１０とし、１０個のサンプルのうち導通したもの（外部で短絡したもの）の個数を確認した。図１０は、実施例および比較例の温度感応部材を用いた二次電池の導通試験の結果を示す図である。図１０に示すように、加熱試験直後は、各実施例および比較例の全てのサンプルにおいて、反転板が反転して正負極の外部端子が短絡経路により導通していた。
【０１０４】
実施例１〜３の二次電池では、５重量パーセント以上５０重量パーセント以下の炭酸カルシウムと亜リン酸アルミニウムとの混合物により形成されたリング状の温度感応部材を、反転板に隣接して配置した。そのため、電解液の分解時に発生するガス成分により、比較的低温下において炭酸カルシウムが発熱反応を発生し、発生した熱で亜リン酸アルミニウムが膨張し、反転板の復帰を抑制していた。その結果、衝撃試験を行なっても、反転板が誤復帰することはなく、１０個のサンプルの全てが導通状態を維持していた。
【０１０５】
比較例１の二次電池では、温度感応部材が亜リン酸アルミニウムを含有しないため、温度感応部材の膨張率が小さかった。その結果、衝撃試験により反転板が誤復帰したサンプルが存在していた。
【０１０６】
比較例２の二次電池では、温度感応部材が炭酸カルシウムを含有しないため、亜リン酸アルミニウムを十分に膨張させるために必要な温度が得られず、温度感応部材が十分に膨張しなかった。その結果、衝撃試験により反転板が誤復帰したサンプルが存在していた。
【０１０７】
比較例３の二次電池では、炭酸カルシウムの含有量が３重量パーセントと小さいため、炭酸カルシウムの発熱反応による発熱量が小さかった。そのため、亜リン酸アルミニウムを十分に膨張させるために必要な温度が得られず、温度感応部材が十分に膨張しなかった。その結果、衝撃試験により反転板が誤復帰したサンプルが存在していた。
【０１０８】
比較例４の二次電池では、炭酸カルシウムの含有量を６０重量パーセントにしたため、亜リン酸アルミニウムの含有量が４０重量パーセントと小さくなり、温度感応部材が十分に膨張しなかった。その結果、衝撃試験により反転板が誤復帰したサンプルが存在していた。
【０１０９】
比較例５の二次電池では、温度感応部材が存在しないため、膨張した温度感応部材により反転板を保持する作用が得られない。その結果、衝撃試験により反転板が誤復帰したサンプルが存在していた。
【０１１０】
以上の実施例により、５重量パーセント以上５０重量パーセント以下の炭酸カルシウムと亜リン酸アルミニウムとを含む温度感応部材を反転板に隣接して配置することで、反転した反転板を反転した状態に保持することができ、反転板の通常状態への誤復帰を確実に防止できることが示された。
【０１１１】
今回開示された実施の形態および実施例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。
【符号の説明】
【０１１２】
１  組電池、２  端子間接続具、１０  外装体、１１  収容部、１２  封口体、１４，１５  外部端子、１６，１７  導電板、１８，１９  リベット部材、２３  インシュレータ、２７  ガスケット、２８  筒部、２９  鍔部、３２  外鍔部、３３  軸部、３４  内鍔部、３５  周縁部、４１  反転板、４２  第１接続部、４３  第２接続部、４５  温度感応部材、４６  上面、４７  下面、５１  集電部材、５２  薄肉部分、５３，５４  集電端子、６１  ホルダ部材、７０  絶縁部材、７１，９２  頭部、７２，９３  胴部、９０  バイパス部材、９１  導電部材、９４  先端、１００  二次電池、Ｂ  電池要素。
【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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