(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装缶に耐圧強度の異なる複数の安全弁を備えた非水電解質二次電池であって、
前記安全弁が破裂型であり、前記耐圧強度の異なる安全弁は前記外装缶の配置面において対角位置に配置されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項２】
外装缶に破裂型の安全弁を備えた非水電解質二次電池において、
前記安全弁は４個備えられていると共に、前記４個の安全弁のうちの２個の安全弁で組となった第１の安全弁群と、前記４個の安全弁のうちの残りの２個の安全弁で組となった第２の安全弁群との耐圧強度が異なっており、
しかも、第１の安全弁群を構成する２個の安全弁の耐圧強度は等しくこの２個の安全弁は、前記外装缶の配置面において第１の対角位置に配置されており、
第２の安全弁群を構成する２個の安全弁の耐圧強度は等しくこの２個の安全弁は、前記外装缶の配置面において第２の対角位置に配置されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリチウム二次電池などの非水電解質二次電池の外装缶に備える安全弁に工夫をすることにより、短絡事故時などにおける熱暴走反応を抑制して安全性を高めたものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池は、高電圧・高エネルギー密度を有し、且つ、貯蔵性能や低温動作性に優れるため、広く携帯用民生電気製品の電源として普及している。電子機器向けの小型で小容量のものにとどまらず、工場や病院などの非常電源設備や深夜電力貯蔵用電源、あるいは電気自動車の動力用電源としての可能性から、大型で大容量のリチウム２次電池の研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】
図２は大型の箱型のリチウム二次電池１０を示すものである。図２において、１は電池の外装缶、２は正極、３は負極、４はセパレータ、５は正極端子、６は負極端子、７は破裂型の安全弁である。このリチウム二次電池１０では、外装缶１内に可燃性の有機材料でなる電解液（図示省略）が充填されている。
【０００４】
このようなリチウム二次電池１０を用いて蓄電システムを構成する場合、図３に示すように、複数（本例では４個）のリチウム二次電池１０をフレーム２０に収納し、複数のリチウム二次電池１０を直・並列接続してモジュール電池として使用されることが多い。
【０００５】
このようなリチウム二次電池１０では、内部短絡が発生すると短絡部分（正負極間）に大きな短絡電流が流れて発熱し、その熱による電池温度上昇により、正負極表面における電解液の分解発熱反応や電解液自体の発熱分解反応が加速され、電解液の気化や分解により、電池内部の圧力が急激に上昇するという、いわゆる熱暴走現象が発生する。このように内部圧力が急激に上昇すると外装缶１が破裂したり、外装缶１の破裂により電解液が周囲に飛散したり周辺機器を損傷させる恐れがある。
【０００６】
そこで、このような外装缶１の破裂・飛散という最悪の事態を回避するため、通常リチウム２次電池は安全弁７を備えている。即ち、外装缶１内の圧力が上昇し、この圧力が所定以上になると、破裂型の安全弁７が破裂・破断して開状態となり、ガスを外部に放出して圧力開放を行うようにしている。なお、電解液を加熱してガスを発生させ電池内部圧力を上昇させる原因となる電池異常としては、内部短絡，外部短絡，過大電流入力，過大電圧入力，過昇温等がある。
【０００７】
なお、図２の例では、４つの安全弁７が備えられており、この場合、４つの安全弁７は、内部圧力が所定圧力以上になったときに同時に破裂するような、同一の耐圧強度を持ったものとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内部圧力が高くなり安全弁７が開放すると、高温のガスが短絡部分から安全弁７に向かって流れ、電池温度が急激に上昇し、この熱上昇が熱暴走を更に加速させる恐れがある。
【０００９】
即ち、耐圧強度が等しい４つの安全弁を備えたリチウム二次電池では、内部圧力が所定圧力を越えると、４つの安全弁が略同時に開放する。このため、短絡部分から第１の安全弁７に向かって高温のガスが流れ、同時に、短絡部分から第２〜第３の安全弁７に向かってそれぞれ高温のガスが流れる。このように、４つの経路に沿って、高温のガスが同時に流れ、高温ガスの流路周辺での熱暴走反応が誘起されるため、電池温度が急上昇する。
【００１０】
このように、従来技術では、安全弁の開放に伴い高温ガスが流れると、ガス流路周辺の電池温度が急上昇するため、熱暴走が加速するという不具合があった。
【００１１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、安全弁を開放して高温ガスを外部に放出しても、電池温度の上昇を抑制して、熱暴走を阻止するようにした非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、外装缶に耐圧強度の異なる複数の安全弁を備えた非水電解質二次電池であって、前記安全弁が破裂型であり、前記耐圧強度の異なる安全弁は前記外装缶の配置面において対角位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、外装缶に破裂型の安全弁を備えた非水電解質二次電池において、前記安全弁は４個備えられていると共に、前記４個の安全弁のうちの２個の安全弁で組となった第１の安全弁群と、前記４個の安全弁のうちの残りの２個の安全弁で組となった第２の安全弁群との耐圧強度が異なっており、しかも、第１の安全弁群を構成する２個の安全弁の耐圧強度は等しくこの２個の安全弁は、前記外装缶の配置面において第１の対角位置に配置されており、第２の安全弁群を構成する２個の安全弁の耐圧強度は等しくこの２個の安全弁は、前記外装缶の配置面において第２の対角位置に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態にかかる安全弁１０Ａを示す。図１において、１は電池の外装缶、２は正極、３は負極、４はセパレータ、５は正極端子、６は負極端子である。このリチウム二次電池１０Ａでは、外装缶１内に可燃性の有機材料でなる電解液（図示省略）が充填されている。
【００１６】
外装缶１の上面には破裂型の２組の安全弁群７ａ，７ｂを備えている。安全弁群７ａ，７ｂは、外装缶１の上面においてそれぞれ対角位置に配置されており、両安全弁群７ａ，７ｂの耐圧強度は異なっている。例えば、安全弁群７ａの耐圧強度は３Kgf/cm2 であり、安全弁群７ｂの耐圧強度は５Kgf/cm2 である。
【００１７】
このリチウム二次電池１０Ａにおいて内部短絡が発生し、内部圧力が上昇すると、まず先に第１の対角位置にある安全弁群７ａが破裂開放し、その後、時間的に遅れて第２の対角位置にある安全弁群７ｂが破裂開放する。このため、高温のガスは、短絡部分から安全弁群７ａに向かう第１の経路に沿って流れ、時間的に遅れて、短絡部分から安全弁群７ｂに向かう第２の経路に沿っても流れだす。
【００１８】
このため、高温のガスは、最初は第１の経路に沿って流れ、その後、時間的に遅れて、第１の経路と第２の経路に別れて流れ第１の経路に沿うガス流れが減少する。このように、ガスの流れる経路が、時間的に移動していくため、高温ガスの移動による熱暴走反応の加速が抑制され、電池温度が急上昇することなく安全性を確保することができる。
【００１９】
実験では、リチウム二次電池１０，１０Ａを横置きして、それぞれの中央部に、直径が８ｍｍの鉄製釘を貫通させて内部短絡を起こして、温度上昇の変化を観察した。この実験においては、図１のように耐圧強度の異なる２組の安全弁群７ａ，７ｂを設けたリチウム二次電池１０Ａは、図２のように耐圧強度の等しい４つの安全弁７を設けたリチウム二次電池１０に比べて、温度上昇が低いことが確認できた。
【００２０】
また、安全弁群７ａ，７ｂが外装缶１の上面において対角位置に配置されているため、リチウム二次電池１０Ａが横に置かれた場合（即ち外装缶１の上面が垂直面になるように置かれた場合）であっても、短絡事故が発生すると、安全弁群７ａ，７ｂのうち少なくとも一方（上側に位置する安全弁）からガスの放出ができるため、安全である。
【００２１】
なお図１の例では、耐圧強度の異なる２組の安全弁群７ａ，７ｂを備えているが、耐圧強度の異なる３組以上の安全弁群を備えるようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明では、外装缶に耐圧強度の異なる複数の安全弁を備えた非水電解質二次電池であって、前記安全弁が破裂型であり、前記耐圧強度の異なる安全弁は前記外装缶の配置面において対角位置に配置されている構成とした。
このため、内部短絡が発生しても、高温のガスの流れ経路が変化していき、電池温度が急上昇することなく安全性が高まる。
【００２３】
また本発明では、外装缶に破裂型の安全弁を備えた非水電解質二次電池において、前記安全弁は４個備えられていると共に、前記４個の安全弁のうちの２個の安全弁で組となった第１の安全弁群と、前記４個の安全弁のうちの残りの２個の安全弁で組となった第２の安全弁群との耐圧強度が異なっており、しかも、第１の安全弁群を構成する２個の安全弁の耐圧強度は等しくこの２個の安全弁は、前記外装缶の配置面において第１の対角位置に配置されており、第２の安全弁群を構成する２個の安全弁の耐圧強度は等しくこの２個の安全弁は、前記外装缶の配置面において第２の対角位置に配置されている構成とした。
このため、内部短絡が発生しても、高温のガスの流れ経路が変化していき、電池温度が急上昇することなく安全性が高まる。更に、電池を横置きしても、安全弁としての機能を確保することができる。
【００２４】
また本発明をリチウム二次電池に適用することにより、リチウム二次電池の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるリチウム二次電池を破断して示す構成図。
【図２】従来のリチウム二次電池を破断して示す構成図。
【図３】リチウム二次電池によるモジュール電池を示す斜視図。
【符号の説明】
１  外装缶
２  正極
３  負極
４  セパレータ
５  正極端子
６  負極端子
７  破裂型の安全弁
７ａ，７ｂ  破裂型の安全弁群
１０，１０Ａ  リチウム二次電池
２０  フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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