(57)【要約】  【課題】  絶縁体又は絶縁テープに昇華性を有する材料を用いることにより、高温状態になった場合に種々の熱暴走反応を未然に防ぐことができる電池又は電池パックを提供する。  【解決手段】  金属製の蓋３の外側（上面側）に設けられた第１パッキン７及び蓋３の内側（下面側）に設けられた第２パッキン８により、負極集電体４と接続される負極端子５は蓋３と絶縁されている。第１パッキン７及び／または第２パッキン８は、昇華性を有する合成樹脂で構成されている。高温環境下に電池が置かれて、使用した合成樹脂の昇華点に温度が達した場合、第１パッキン７及び／または第２パッキン８は昇華し始め、負極端子５と蓋３との間で短絡回路が形成され、この短絡経路に充電電流が流れて電池のエネルギは低減し、破裂，発火などにつながる熱暴走反応を防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の極性の第１集電体と他方の極性の第２集電体とを収納する金属製のケースの金属製の蓋に前記第１集電体が接続され、前記蓋に絶縁体を介して設けられた端子に前記第２集電体が接続されている電池において、前記絶縁体は昇華性を有する材質からなることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記絶縁体は、前記蓋の外側に設けられた第１絶縁体と、前記蓋の内側に設けられた第２絶縁体とを有しており、前記第１絶縁体及び第２絶縁体の少なくとも一方が昇華性を有する材質からなることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記絶縁体は合成樹脂製であることを特徴とする請求項１または２記載の電池。
【請求項４】
金属製の蓋に設けられた端子に接続した導電板が、絶縁テープを介して、金属製のケースに設けられている電池パックにおいて、前記絶縁テープは昇華性を有する材質からなることを特徴とする電池パック。
【請求項５】
前記絶縁テープは合成樹脂製であることを特徴とする請求項４記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の蓋に絶縁体を介して設けられた端子を有する電池、並びに、導電板が絶縁テープを介して金属製のケースに設けられている電池パックに関し、特に、絶縁体及び絶縁テープの材質に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の密閉型電池は、金属製の電池ケースの内部に長円筒形に巻回した発電要素を収納し、電池ケースの上端開口部に金属製の蓋を固着した構成をなしている（例えば、特許文献１参照）。発電要素の負極は、蓋の内面に第１の絶縁材を介して設けられた負極集電体に接続固定することにより、蓋の外面に第２の絶縁材を介して設けられた負極端子と接続している。一方、発電要素の正極を、蓋の内面に直接的に接続固定される正極集電体に接続固定することにより、蓋または電池ケース自体を正極端子としている。
【特許文献１】特開２００２−９３３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような密閉型電池にあっては、通常使用範囲内の満充電状態またはこれを超える過充電状態でユーザの誤使用によりさらに過充電された場合、または、ファンヒータの噴き出し口、自動車のダッシュボードなどの高温環境下に長時間置かれた場合、１００℃以上の高温になることが起こり得る。充電状態の電池が、このような高温状態になった場合には、種々の熱暴走反応が開始する可能性があって、破裂，発火などを引き起こすこともあり、極めて危険であるという問題がある。このような問題は、電池パックにおいても同様に発生する。
【０００４】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、絶縁体に昇華性を有する材料を用いることにより、高温状態になった場合に発生する種々の熱暴走反応を未然に防ぐことができる電池を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の他の目的は、絶縁テープに昇華性を有する材料を用いることにより、高温状態になった場合に発生する種々の熱暴走反応を未然に防ぐことができる電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る電池は、一方の極性の第１集電体と他方の極性の第２集電体とを収納する金属製のケースの金属製の蓋に前記第１集電体が接続され、前記蓋に絶縁体を介して設けられた端子に前記第２集電体が接続されている電池において、前記絶縁体は昇華性を有する材質からなることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の電池にあっては、高温状態になった場合、昇華性を有する絶縁体が昇華して体積が減少または消失する。この絶縁体の昇華によって、一方の極性の第１集電体と他方の極性の第２集電体との短絡回路を形成させ、電池が持つエネルギを消費させて安全化を図る。
【０００８】
請求項２に係る電池は、請求項１において、前記絶縁体は、前記蓋の外側に設けられた第１絶縁体と、前記蓋の内側に設けられた第２絶縁体とを有しており、前記第１絶縁体及び第２絶縁体の少なくとも一方が昇華性を有する材質からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の電池にあっては、蓋の外側に設けられた第１絶縁体及び／または蓋の内側に設けられた第２絶縁体が昇華性を有しており、高温状態になった場合、これらの絶縁体の昇華に伴う体積の減少または消失によって、ガス抜け経路が確保され、内圧の急激な上昇は起こらない。
【００１０】
請求項３に係る電池は、請求項１または２において、前記絶縁体は合成樹脂製であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の電池にあっては、昇華性を有する合成樹脂で絶縁体が構成されている。よって、絶縁体は通常使用時に必要な強度を有しておける。
【００１２】
請求項４に係る電池パックは、金属製の蓋に設けられた端子に接続した導電板が、絶縁テープを介して、金属製のケースに設けられている電池パックにおいて、前記絶縁テープは昇華性を有する材質からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の電池パックにあっては、高温状態になった場合、昇華性を有する絶縁テープが昇華して体積が減少または消失する。この絶縁テープの昇華によって、短絡回路を形成させ、電池が持つエネルギを消費させて安全化を図る。
【００１４】
請求項５に係る電池パックは、請求項４において、前記絶縁テープは合成樹脂製であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の電池パックにあっては、昇華性を有する合成樹脂で絶縁テープが構成されている。よって、絶縁テープは通常使用時に必要な強度を有しておける。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電池または電池パックでは、絶縁体または絶縁テープを昇華性を有する材質としたので、高温状態になった場合、絶縁体または絶縁テープの昇華に伴う体積の減少または消失により短絡回路を形成して、電池が持つエネルギをこの短絡回路で消費させることができ、破裂，発火等につながる熱暴走反応を回避することができる。
【００１７】
また、本発明の電池では、蓋の外側に設けられた第１絶縁体及び／または蓋の内側に設けられた第２絶縁体を昇華性を有する材質としたので、高温状態になった場合、これらの絶縁体の昇華に伴う体積の減少または消失によって、ガス抜け経路を確保でき、内圧の急激な上昇を防止して、電池の膨張，破裂による搭載機器の故障を回避することができる。      
【００１８】
更に、本発明の電池または電池パックでは、昇華性を有する材料として合成樹脂を使用するようにしたので、絶縁体または絶縁テープは、昇華性を有していても、通常使用時に必要な強度を持つことができる。また、高コスト化を招くことなく、高温環境時の安全性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
（第１実施の形態：電池）
図１は、本発明に係る電池としてのリチウムイオン二次電池の構成を示す断面図、図２は、このリチウムイオン二次電池の端子部の構成を示す分解斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、アルミニウム合金製の角型容器からなる電池ケース１の内部に、長円筒形に巻回された発電要素２が収納されている。電池ケース１の上端開口部に、アルミニウム合金製の薄板矩形状の蓋３が固着されている。この蓋３を電池ケース１の上端開口部に嵌め込み、嵌合部をレーザ溶接して溶着させることにより、内部を密閉する。
【００２２】
発電要素２は、帯状のアルミニウム箔にコバルト酸リチウム等の合材を担持させた正極と、帯状の銅箔にグラファイト等の合材を担持させた負極とを、セパレータを介して長円筒形に巻回した構成をなす。巻回の外周から引き出された負極の銅箔が、蓋３の下方に配置された負極集電体４に接続することにより、発電要素２の負極が、蓋３に取り付けられた負極端子５に接続される。一方、図示省略しているが、巻回の外周から引き出された正極のアルミニウム箔が、蓋３の下面に接続された正極集電体６（図２参照）に接続することにより、蓋３自体または蓋３に導通する電池ケース１を発電要素２の正極端子としている。
【００２３】
蓋３の上面の中央部には凹部３ａが形成されており、この凹部３ａの中央に下面側に通じる貫通孔３ｂが形成されている。負極端子５は、ニッケルメッキされた鉄からなる矩形状の端子部品であり、下面の中央部に円柱状の突出部５ａが設けられている。
【００２４】
蓋３の外側（上面側）には第１絶縁体としての第１パッキン７が設けられ、蓋３の内側（下面側）には第２絶縁体としての第２パッキン８が設けられている。第１パッキン７は、蓋３の凹部３ａより少し小さい矩形状をなしていて、その中央に貫通孔７ａが形成されており、蓋３の凹部３ａに嵌入される。この第１パッキン７は、８０〜１００℃で昇華する特性を有する合成樹脂で構成されており、例えば特開平９−６３４４１号公報に開示された温度ペレットを使用できる。第２パッキン８は、矩形状をなす絶縁性の樹脂部品であり、その上面中央部に円筒状の突出部８ａが形成されている。この突出部８ａは貫通孔８ｂと連通している。突出部８ａが蓋３の貫通孔３ｂに挿入されて、第２パッキン８は蓋３の下面における中央部から一端部にかけて当接して配置される。
【００２５】
負極端子５の突出部５ａが、第１パッキン７を介することによって絶縁封止されて蓋３の凹部３ａに嵌入され、第２パッキン８の突出部８ａ及び貫通孔８ｂに挿入されて電池ケース１内の蓋３の下面側へ延び、更に負極集電体４の貫通孔４ａに挿入される。そして、この貫通孔４ａから突出した突出部５ａの下端部をかしめることにより、負極端子５と負極集電体４とが接続される。
【００２６】
第１パッキン７及び第２パッキン８の存在により、蓋３と負極端子５との間を確実に絶縁封止することができる。また、負極集電体４は、その上面が第２パッキン８で覆われるため、蓋３との間がこの第２パッキン８によって確実に絶縁される。更に、正極集電体６は、蓋３の下面に接続固定されるが、第２パッキン８を介して負極集電体４とは確実に絶縁される。
【００２７】
このような構成の電池にあっては、蓋３と負極端子５との絶縁を図るための第１パッキン７に、昇華性を有する合成樹脂を使用しているため、高温環境下に電池が置かれて、使用した合成樹脂の昇華点に温度が達した場合、第１パッキン７は昇華し始め、蓋３に対向する負極端子５の一部と蓋３とが接触して短絡回路が形成されて、充電電流が蓋３と負極端子５との間の短絡回路を流れ続ける。この結果、電池のエネルギは低減するため、破裂，発火などにつながる熱暴走反応を防止する。
【００２８】
この電池の特性を調べるために行った試験の結果について説明する。この電池に対して、電源電圧１２Ｖ、電流値１Ｉｔにて室温で最大３時間連続過充電試験を実施した。電流値１Ｉｔは、１時間で容量がフルの状態からゼロの状態に放電できる電流値である。過充電を行うことにより、電池温度が８０℃を超えるあたりから電解液の分解反応等によって内部圧力が上昇し、電池ケース１の長側面の膨れと、電池ケース１の短側面及び蓋３の陥没との外見変形が確認された。更に、電池温度が上昇して９８℃に達した時点で第１パッキン７が昇華し始め、蓋３と負極端子５との間に短絡回路が生じて、電池電圧の降下が認められた。そして、過充電電流は、この短絡回路を流れ続け、実質的に電池内部には流れなくなり、電池温度は、１１０℃に到達した後、徐々に低下して５０℃で飽和した。試験後の電池を解体してみると、セパレータがシャットダウンしており、安全化していた。
【００２９】
これに対して、第１パッキン７に昇華性物質を使用しない従来の電池に、同一の連続過充電試験を実施した場合、幾つかの電池では安全弁が作動してガス状の電解液が噴出し、幾つかの電池では火花が発生して電池ケースが開裂するなどの不具合が生じて、安全性に大きな問題があった。
【００３０】
（第２実施の形態：電池）
第２実施の形態の電池では、第１実施の形態と同様に第１パッキン７を合成樹脂製の昇華性材料で構成することに加えて、第２パッキン８も８０〜１００℃で昇華する特性を有する合成樹脂で構成する。なお、他の構成は第１実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【００３１】
第２実施の形態の電池に対して、上述した連続過充電試験を実施した。この結果、第１実施の形態の場合と同様の効果が得られたことに加えて、電池温度が９８℃に達した後に第１パッキン７，第２パッキン８が昇華して消滅した箇所から電池内部のガスが抜けるという効果も得られた。
【００３２】
また、第１，第２実施の形態の電池に対して、１００℃の高温放置試験を行った。この結果、第２実施の形態の電池は、第１実施の形態の電池と比べて、試験後の膨れが小さかった。
【００３３】
ところで、第１パッキン７及び第２パッキン８の何れか一方のみを昇華性材料で構成する場合には、第１パッキン７のみを昇華性材料とした電池（第１実施の形態）が、第２パッキン８のみを昇華性材料とした電池に比べて、短絡回路が電池ケース１の外側で形成されるため、より安全である。
【００３４】
なお、上述した第１，第２実施の形態の例では、負極集電体４を負極端子５に接続する場合について説明したが、正極集電体６を正極端子に接続すると共に、負極集電体４を蓋３に直接接続するように構成しても良い。このような場合には、電池ケース１自体が負極端子となり、第１パッキン７及び第２パッキン８を介して正極端子が蓋３に取り付けられることになる。また、角形リチウムイオン二次電池を例として説明したが、電池の種類，型は特に限定されない。
【００３５】
（第３実施の形態：電池パック）
図３は、本発明に係る電池パックの構成を示す分解斜視図である。電池パックは、直方体状の電池１１を、合成樹脂製の外装ケース（外装ケース半体２１及び２２）に収納した構成をなす。電池１１は、例えば、正極及び負極をセパレータを介して巻回した発電要素を収容したアルミニウム製の電池ケース１２と、電池ケース１２の側端開口部に設けたアルミニウム製の蓋１３とを有する。
【００３６】
蓋１３には、蓋１３と絶縁させて負極端子１４が設けられており、蓋１３に対向する電池ケース１２の短側面には正極端子１５が設けられている。電池ケース１２の一方の長側面には絶縁テープ１６を介してニッケル製の負極リード板１７が設けられており、絶縁テープ１６の両面に部分的に接着剤が塗布されていて、絶縁テープ１６及び負極リード板１７が電池ケース１２に固定される。負極リード板１７は負極端子１４と接続されている。絶縁テープ１６は、８０〜１００℃で昇華する特性を有する合成樹脂で構成されている。なお、負極リード板１７と負極端子１４との間に、温度が異常上昇したような場合に、高抵抗となることによって回路を遮断する保護素子を設けるようにしても良い。
【００３７】
正極端子１５が設けられている電池ケース１２の短側面には、保護回路基板１９が配置される。保護回路基板１９は、ニッケル製の正極リード板２０を介して正極端子１５と接続されると共に、負極リード板１７を介して負極端子１４と接続される。保護回路基板１９は、電池１１の過充電または過放電を防止するための保護回路が設けられた回路基板である。保護回路基板１９は、電池ケース１２と対向する側の面に回路素子（図示せず）が実装され、反対側の面に正負極の出力端子１９ａが設けられている。また、外装ケース半体２２の一側面には、この出力端子１９ａに合わせた貫通孔２２ａが形成されている。
【００３８】
このような構成の電池パックにあっては、負極リード板１７と電池ケース１２との絶縁を図るための絶縁テープ１６に、昇華性を有する合成樹脂を使用しているため、高温環境下に電池パックが置かれて、使用した合成樹脂の昇華点に温度が達した場合、絶縁テープ１６は昇華し始め、絶縁テープ１６に接着剤が塗布されていない部分例えば蓋１３を電池ケース１２に溶接している隅部近傍で負極リード板１７と電池ケース１２または蓋１３とが接触して短絡回路が形成されて、充電電流がこの短絡回路を流れ続ける。この結果、電池１１のエネルギは低減するため、破裂，発火などにつながる熱暴走反応を防止する。
【００３９】
第１実施の形態と同一の条件にて、この電池パックの特性を調べるための試験を行った結果、第１実施の形態と同様の効果が得られた。
【００４０】
なお、上述した例では、絶縁テープ１６及び負極リード板１７を電池ケース１２の長側面に設けるようにしたが、絶縁テープ１６及び負極リード板１７を電池ケース１２の上面に設けるように構成しても良い。このような構成の場合には、高温環境下において絶縁テープ１６が昇華した際に、負極リード板１７と電池ケース１２とが短絡し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のリチウムイオン二次電池の構成を示す断面図である。
【図２】本発明のリチウムイオン二次電池の端子部の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本発明に係る電池パックの構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  電池ケース
３  蓋
４  負極集電体
５  負極端子
６  正極集電体
７  第１パッキン（第１絶縁体）
８  第２パッキン（第２絶縁体）
１１  電池
１２  電池ケース
１３  蓋
１４  負極端子
１６  絶縁テープ
１７  負極リード板（導電板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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