(57)【要約】【課題】容器内からのガス排出を安定化させることで安全性及び信頼性を向上させる。【解決手段】二次電池１は、電解液を収容する容器２と、その容器２の内部に設けられ発電要素となる電極体３と、容器２に設けられその容器２の内部で発生したガスを排出する圧力開放弁２ｂ１と、その圧力開放弁２ｂ１と電極体３との間に設けられ圧力開放弁２ｂ１から離間してその圧力開放弁２ｂ１を覆う絶縁体８とを備える。この絶縁体８は、ガスの流路となる複数の開口部８ｃを有している。【選択図】図１
2013025882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を収容する容器と、
前記容器の内部に設けられ、発電要素となる電極体と、
前記容器に設けられ、前記容器の内部で発生したガスを排出する圧力開放弁と、
前記圧力開放弁と前記電極体との間に設けられ、前記圧力開放弁から離間して前記圧力開放弁を覆う絶縁体と、
を備え、
前記絶縁体は、前記ガスの流路となる複数の開口部を有していることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記絶縁体は、前記圧力開放弁と前記絶縁体との離間状態を維持する複数の離間部を有していることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記複数の離間部は、前記絶縁体の周縁に所定間隔で設けられていることを特徴とする請求項２記載の二次電池。
【請求項４】
前記複数の開口部の合計開口面積は、前記圧力開放弁の開口面積に対して４５％以上から６５％以下の範囲内となることを特徴とする請求項１、２又は３記載の二次電池。
【請求項５】
前記絶縁体は、前記絶縁体を補強する補強部を有していることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電動バイク、フォークリフトなどに用いられる大型及び大容量電源としては、エネルギー密度の高い非水電解質二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）が注目されており、高寿命や安全性などに配慮しながら、大型化及び大容量化のための開発が行われている。大容量電源としては、駆動電力を大きくするため、直列あるいは並列に接続した多数個の電池を収納した組電池が開発されている。
【０００３】
非水電解質二次電池としては、例えば、金属箔の両面に電極活物質層を形成した帯状の正極及び負極が帯状のセパレータを介して偏平形状に巻回された偏平型電極群（電極体）が用いられる。偏平型電極群が発生する電気エネルギーを外部へ取り出すためには、偏平型電極群の電極活物質層が形成されていない金属箔（タブ）を正極及び負極ともに形成し、タブにリードなどを接合して電気エネルギーを取り出すことが知られている。さらに、集電効率を高めるため、各極のタブは積層して束ねた状態で接合されてリードなどと溶接される。このような電池をＥＶ用途に適した大容量電源として用いるためには、エネルギー密度を高めるため、金属箔の両面に電極活物質層を形成した帯状の電極の巻回数を多くし、電池の容器（外装缶）の中に電極活物質をより多く収納する必要がある。
【０００４】
ところで、一般に非水電解質二次電池には通常の使用における安全性は勿論のこと、過充電や外部短絡、あるいは、高温雰囲気下に長時間放置するなどの不適当な取り扱いによる電池内圧の異常な上昇時における安全性が強く要求されている。その安全対策として、非水電解質二次電池には電池内圧により作動する圧力開放弁が備えられており、内圧が所定値以上になったときに作動し、電池の容器内に充満したガスを外部へ放出して電池の破裂を未然に防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４３７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の非水電解質二次電池では、過充電や車両衝突などの異常が発生した場合に、電解質の分解などで発生したガスは電池の容器内に滞留しやすく、充満したガスが圧力開放弁から速やかに外部に排出されず、容器の膨れや破裂といった不具合が生じる恐れがある。特に、過充電や車両衝突などの異常が発生した場合には、容器内の内容物（例えば、ガス噴出の勢いで破損したアルミ箔や樹脂など）が圧力開放弁から噴出する恐れがあるため、その内容物により圧力開放弁が閉塞されると、ガスの排出が不可能となり、容器の膨れや破裂といった不具合が加速してしまう。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、容器内からのガス排出を安定化させることで安全性及び信頼性を向上させることが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】
【０００８】
実施形態に係る二次電池は、電解液を収容する容器と、容器の内部に設けられ、発電要素となる電極体と、容器に設けられ、容器の内部で発生したガスを排出する圧力開放弁と、圧力開放弁と電極体との間に設けられ、圧力開放弁から離間してその圧力開放弁を覆う絶縁体とを備え、絶縁体は、ガスの流路となる複数の開口部を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の一形態に係る二次電池の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示す二次電池の一部を拡大して示す外観斜視図である。
【図３】図１に示す二次電池の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】図１に示す二次電池が備える絶縁体の第１の変形例を示す外観斜視図である。
【図５】図１に示す二次電池が備える絶縁体の第２の変形例を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る二次電池１は、容器本体２ａ及び蓋体２ｂから構成される容器２と、その容器２内に設けられた電極体３と、蓋体２ｂに設けられた一対の正極端子４及び負極端子５と、電極体３の正極と正極端子４とを電気的に接続する正極リード６と、電極体３の負極と負極端子５とを電気的に接続する負極リード７と、蓋体２ｂと電極体３との間に位置する絶縁体８とを備えている。この二次電池１としては、例えば、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池が挙げられる。
【００１２】
容器２は、扁平な直方体形状の外装容器（筺体）であり、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、ステンレスなどの金属材料により形成されている。この容器２は、上端（図１中）が開口する一端開口の容器本体２ａと、その容器本体２ａの開口を塞ぐ矩形板状の蓋体２ｂとを有しており、その蓋体２ｂが容器本体２ａに溶接されて気密及び液密に形成されている。なお、容器本体２ａの内面には、容器本体２ａと、正極リード６及び負極リード７との絶縁のために絶縁層（例えば、絶縁シートなど）が設けられている。
【００１３】
また、蓋体２ｂには、例えば矩形状の圧力開放弁２ｂ１がその蓋体２ｂの中央部に位置付けられて設けられている。この圧力開放弁２ｂ１には、その圧力開放弁２ｂ１が所定値以上の圧力を受けると開状態となるように溝が形成されている。したがって、圧力開放弁２ｂ１は、二次電池１の異常などにより容器２内にガスが発生し、容器２の内圧が所定値以上に上昇した場合、開状態となって容器２内のガスを排出し、容器２の内圧を下げて二次電池１の膨れや破裂などの不具合を防止する。なお、圧力開放弁２ｂ１の位置は蓋体２ｂの中央に限定されるものではなく、その中央以外の箇所でも良く、また、溝の深さや形状、さらに、圧力開放弁２ｂ１の面積も開放させたい圧力に応じて適宜変更可能である。
【００１４】
さらに、蓋体２ｂには、容器２内に電解液を注液するための注液口２ｂ２が設けられている。この注液口２ｂ２は貫通孔であり、例えば円形状に形成されている。なお、電解液は二次電池１の組み立て後に注液口２ｂ２から容器２内に所定量（例えば、容器２内の電極体３が電解液により十分に浸される量）だけ注入される。その後、注液口２ｂ２は溶接などにより封止される。なお、注液口２ｂ２の位置や形状、大きさは、必要に応じて適宜変更可能である。
【００１５】
電極体３は、表面が正極活物質により被膜されている正極集電体（正極）と表面が負極活物質により被膜されている負極集電体（負極）とがセパレータを介して巻回されて扁平形状に形成されている。この電極体３は、電極群であって発電要素として機能し、その電極体３における巻回軸方向の両端部の一方が正極集電タブ３ａとして機能し、その他方が負極集電タブ３ｂとして機能する。なお、正極集電体や負極集電体としては、例えば、金属箔などを用いることが可能である。
【００１６】
正極端子４は蓋体２ｂの長手方向の一端部に設けられており、負極端子５はその他端部に設けられている。これらの正極端子４及び負極端子５は、電極体３の巻回軸方向に圧力開放弁２ｂ１及び注液口２ｂ２を間にして並んでおり、金属などの導電性を有する材料により形成されている。正極端子４は、蓋体２ｂを貫通して延伸しており、正極リード６に接合されている。同様に、負極端子５も、蓋体２ｂを貫通して延伸しており、負極リード７に接合されている。
【００１７】
正極端子４と蓋体２ｂとの間には、合成樹脂やガラスなどの絶縁体、例えばガスケットと呼ばれる正極シール材４ａが設けられている。同様に、負極端子５と蓋体２ｂとの間にも、合成樹脂やガラスなどの絶縁体、例えばガスケットと呼ばれる負極シール材５ａが設けられている。これらの正極シール材４ａ及び負極シール材５ａは、正極端子４及び負極端子５と容器２との間を気密及び液密にシールすると共に電気的に絶縁している。
【００１８】
正極リード６は、金属などの導電性を有する材料により形成されており、正極バックアップリード９を介して電極体３の正極集電タブ３ａと正極端子４とを電気的に接続するリード部である。正極バックアップリード９は、金属などの導電性を有する材料により形成されており、電極体３の正極集電タブ３ａを束ねるリード部である。正極リード６は、容器２の天井面（蓋体２ｂの裏面）からその側面（容器本体２ａの側面）に沿って延伸し、正極バックアップリード９及び正極集電タブ３ａを挟み込む形状に形成されている。この正極リード６の電極体３側の端部、すなわち正極リード６の一対の脚部の端部が正極バックアップリード９に超音波溶接により接合されている。なお、正極リード６の蓋体２ｂ側の端部には、正極端子穴６ａが形成されており、その正極端子穴６ａに正極端子４は嵌められて正極リード６に接合されている。
【００１９】
負極リード７は、金属などの導電性を有する材料により形成されており、負極バックアップリード１０を介して電極体３の負極集電タブ３ｂと負極端子５とを電気的に接続するリード部である。負極バックアップリード１０は、金属などの導電性を有する材料により形成されており、電極体３の負極集電タブ３ｂを束ねるリード部である。負極リード７は、容器２の天井面（蓋体２ｂの裏面）からその側面（容器本体２ａの側面）に沿って延伸し、負極バックアップリード１０及び負極集電タブ３ｂを挟み込む形状に形成されている。この負極リード７の電極体３側の端部、すなわち負極リード７の一対の脚部の端部が負極バックアップリード１０に超音波溶接により接合されている。なお、負極リード７の蓋体２ｂ側の端部には、負極端子穴７ａが形成されており、その負極端子穴７ａに負極端子５は嵌められて負極リード７に接合されている。
【００２０】
絶縁体８は、図２に示すように、板状の本体８ａと、その本体８ａと蓋体２ｂとを離間させる複数の離間部８ｂと、容器２内で発生したガスの流路となる複数の開口部８ｃと、注液用の開口部８ｄと、補強用の複数のリブ８ｅ及びボス８ｆと、正極リード６用の収容室８ｇと、負極リード７用の収容室８ｈとを有している。
【００２１】
本体８ａは、蓋体２ｂと電極体３との間に圧力開放弁２ｂ１から離間してその圧力開放弁２ｂ１を覆うように設けられており（図１参照）、圧力開放弁２ｂ１と電極体３との直接的な接触を防止している。本体８ａは、例えば、フェノール樹脂などの樹脂材料により形成されており、容器２内の温度が高温に達した場合でもその形状が維持されるようになっている。なお、本体８ａ及び他の部分８ｂ〜８ｈは同じ材料で一体に形成されているが、これに限るものではなく、例えば、別の材料で形成されていても良く、また、別体に形成されていても良い。
【００２２】
各離間部８ｂは、蓋体２ｂと本体８ａとを離間させ、容器２内で発生したガスが容器２外に排出される際のガスの流路となる隙間を形成して維持する部材である。これらの離間部８ｂは、角柱状に形成されており、本体８ａの蓋体２ｂ側の表面上に立てた状態で等間隔に設けられている。各離間部８ｂの間は、本体８ａと容器２との隙間から流れてくるガスの流路となる開口部として機能する。なお、離間部８ｂは角柱状に形成されているが、これに限るものではなく、例えば、円柱状に形成されていても良く、その形状は限定されない。また、各離間部８ｃは所定間隔として等間隔で並べられているが、これに限るものではなく、例えば、ランダムな間隔で並べられていても良い。
【００２３】
各開口部８ｃは、それぞれ、本体８ａに形成された貫通孔であり、容器２内で発生したガスが容器２外に排出される際のガスの流路となる。なお、開口部８ｃの形状や大きさなどは、開口部８ｃがガスの流路として良好に機能し、さらに、絶縁体８により圧力開放時に容器２内の内容物（例えば、ガス噴出の勢いで破損したアルミ箔や樹脂など）が外部に噴出することを防止することが可能に設定されている。例えば、開口部８ｃの形状は円形状であり、その大きさは直径４ｍｍ以下であることが望ましいが、これに限るものではなく、その形状は四角形状でも良く、その形状や大きさは限定されない。また、各開口部８ｃの合計開口面積は、圧力開放弁２ｂ１の開口面積に対して４５％以上から６５％以下の範囲内となることが望ましい。これは、各開口部８ｃの合計開口面積が圧力開放弁２ｂ１の開口面積に対して４５％より小さいと、ガスの流れが悪くなり、６５％より大きいと、容器２内の内容物の噴出を防止することが困難になるためである。
【００２４】
注液用の開口部８ｄは、本体２ａに形成された貫通孔であり、蓋体２ｂの注液口２ｂ２に対向する位置に設けられている。これにより、注液口２ｂ２から注液された電解液は開口部８ｄを通過し、本体８ａの蓋体２ｂ側の表面上に滞留せずに容器２内に供給されることになる。ただし、電解液の滞留が問題とならない場合には、注液用の開口部８ｄが設けられなくても良い。この場合には、各開口部８ｃが注液用の開口部として機能することになる。
【００２５】
各リブ８ｅ及びボス８ｆは、本体８ａの蓋体２ｂ側の表面に設けられており、絶縁体８を補強する補強部である。これにより、電極体３側からの圧力（例えば、容器２内で発生したガスによる圧力や圧力開放弁２ｂ１の開放時の電解液による圧力）が絶縁体８に加わった場合でも、絶縁体８の形状を維持することが可能になる。各リブ８ｅ及びボス８ｆは、本体８ａと同一の材料により形成されている。これらのリブ８ｅ及びボス８ｆの形状や個数、位置は、必要に応じて適宜変更可能である。なお、本実施形態では、リブ８ｅとボス８ｆとが一体化しているが、これに限るものではなく、それらが一体化していなくも良い。また、本実施形態では、ボス８ｆに対して注液用の開口部８ｄが設けられているが、これに限るものではなく、ボス８ｆの位置が変更されても良い。
【００２６】
収容室８ｇは、正極リード６の一部を収容するスペースである。この収容室８ｇは、正極リード６の一対の脚部が通過する一対の切り欠き部を有している。同様に、収容室８ｈも、負極リード７の一部を収容するスペースである。この収容室８ｈも、負極リード７の一対の脚部が通過する一対の切り欠き部を有している。
【００２７】
このような構成の二次電池１において、例えば、過充電や車両衝突などの異常が生じた場合には、電解質の分解などにより容器２内にガスが発生することがある。このガスが容器２内に溜り、その容器２の内圧が所定値以上に上昇した場合、圧力開放弁２ｂ１は開状態となる。これに応じて、図３に示すように、容器２内のガスは、絶縁体８の各開口部８ｃを通過して、絶縁体８の本体８ａと蓋体２ｂとの間の空間に流れ込み、その空間を流れて圧力開放弁２ｂ１から排出される。また、このとき、圧力開放弁２ｂ１の開放時の容器２の内部と外部との圧力差により、容器２内の内容物（例えば、ガス噴出の勢いで破損したアルミ箔や樹脂など）が圧力開放弁２ｂ１に向かって移動しようとするが、その移動は絶縁体８により遮断され、容器２内の内容物が圧力開放弁２ｂ１に到達することは防止される。すなわち、圧力開放弁２ｂ１の開放時の容器２の内部と外部との圧力差によって、容器２内の内容物が容器２外に噴出されて圧力開放弁２ｂ１を塞ぐことを防止することができる。
【００２８】
以上説明したように、前述の実施形態によれば、絶縁体８は、圧力開放弁２ｂ１から離間してその圧力開放弁２ｂ１と電極体３との間に位置しており、さらに、容器２内で発生したガスの流路となる複数の開口部８ｃを有している。これにより、各開口部８ｃによりガスの流路を確保しつつ、絶縁体８により容器２内の内容物（例えば、ガス噴出の勢いで破損したアルミ箔や樹脂など）が圧力開放弁２ｂ１に向かって移動することを抑止することが可能になる。例えば、過充電や車両衝突などの異常が生じた場合に、容器２内の内容物が圧力開放弁２ｂ１から噴出することが抑止され、その内容物により圧力開放弁２ｂ１が閉塞されることが無くなる。したがって、容器２内で発生したガスは圧力開放弁２ｂ１から速やかに容器２の外部に放出され、容器２の内部に滞留しないため、容器２の膨れや破裂といった不具合の発生を防止することが可能である。このように、容器２の内部からのガス排出を安定化させることで、二次電池１の安全性及び信頼性を向上させることができる。
【００２９】
また、絶縁体８は、圧力開放弁２ｂ１と絶縁体８との離間状態を維持する複数の離間部８ｂを有していることから、例えば、圧力開放弁２ｂ１の開放時の容器２の内部と外部との圧力差により、絶縁体８が圧力開放弁２ｂ１側に引き寄せられても、圧力開放弁２ｂ１と絶縁体８との離間状態を維持することが可能になるので、ガスの流路となる隙間を確実に確保することができる。これにより、容器２内で発生したガスは圧力開放弁２ｂ１から速やかに容器２の外部に放出されるため、容器２の内部からのガス排出を確実に安定化させることができる。
【００３０】
また、各離間部８ｂは、絶縁体８の周縁に所定間隔で設けられていることから、各開口部８ｃから圧力開放弁２ｂ１に向かって流れるガスの流れを妨げることなく、圧力開放弁２ｂ１と絶縁体８との離間状態を維持することが可能になる。これにより、容器２内で発生したガスは圧力開放弁２ｂ１からより速やかに容器２の外部に放出されるため、容器２の内部からのガス排出をより確実に安定化させることができる。
【００３１】
また、各開口部８ｃの合計開口面積が、圧力開放弁２ｂ１の開口面積に対して４５％以上から６５％以下の範囲内となる場合には、良好なガスの流れを確保しつつ、容器２内の内容物（例えば、ガス噴出の勢いで破損したアルミ箔や樹脂など）の噴出を確実に防止することができる。
【００３２】
また、絶縁体８は、絶縁体を補強する補強部としてリブ８ｅあるいはボス８ｆを有していることから、例えば、圧力開放弁２ｂ１の開放時の容器２の内部と外部との圧力差により、絶縁体８が圧力開放弁２ｂ１側に引き寄せられても、絶縁体８の形状を維持することが可能になるので、ガスの流路となる隙間を確実に確保することができる。これにより、容器２内で発生したガスは圧力開放弁２ｂ１から速やかに容器２の外部に放出されるため、容器２の内部からのガス排出をより確実に安定化させることができる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３４】
例えば、前述の実施形態においては、開口部８ｃの形状は円形状であるが、これに限るものではなく、例えば、図４に示すように、その形状は四角形状でも良く、あるいは、図５に示すように、楕円形状でも良く、その形状は限定されない。
【符号の説明】
【００３５】
１…二次電池、２…容器、２ｂ１…圧力開放弁、３…電極体、８…絶縁体、８ｂ…離間部、８ｃ…開口部
【図１】
2013025882.tif 000003
【図２】
2013025882.tif 000004
【図３】
2013025882.tif 000005
【図４】
2013025882.tif 000006
【図５】
2013025882.tif 000007