(57)【要約】【課題】非水電解質二次電池の安全性を向上させる。【解決手段】外装缶１０１に形成した反転用穴１０８は、反転板１０９で塞がれており、負極端子１０５にはバイメタル材で形成した短絡板１１０が備えられている。内部圧力が上昇したときには、反転板１０９が反転して短絡板１１０に接触し、火中投入時には短絡板１１０が熱変形して外装缶１０１に接触し、反転板１０９が溶融したときには短絡板１１０が熱変形して外装缶１０１に接触して、放電回路が形成されて強制的に電池電圧を低下させて安全を図っている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極，負極及び非水電解質が収納された金属製の外装缶と、正極端子及び負極端子を有する非水電解質二次電池において、
前記外装缶に形成された反転用穴と、
前記正極端子または前記負極端子のうちのいずれか一方の端子に、基端部が電気的・機械的に接続されると共に、先端部が前記反転用穴に対向しており、予め決めた熱変形温度を越えると前記外装缶に向かって熱変形していって前記外装缶に接触し、前記熱変形温度未満になると前記外装缶から離れるバイメタル材により形成した短絡板と、
前記反転用穴を塞ぐ状態で前記外装缶に電気的に接続されて備えられており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには前記短絡板に接触しない予め決めた初期形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に変化して前記短絡板に接触する導電性の反転板と、
前記正極端子または前記負極端子のうちのいずれか他方の端子に前記外装缶が電気的に接続されるか、または、前記他方の端子が前記外装缶そのものであることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項２】
請求項１において、
前記短絡板の先端部には、予め決めた圧力を越えた状態で前記反転板に接触・押圧されると前記反転板を破る突起が形成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３】
請求項１または請求項２において、
前記短絡板の前記先端部のうち前記反転板に対向する部分には、導電性セラミックまたは導電性シリコーンゴムが備えられていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記反転板は、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには前記外装缶の内部側に向かって湾曲した形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に反転して前記短絡板に接触する金属製の反転板であることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記反転板は、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには平板形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に変化して前記短絡板に接触する導電性の反転板であ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池に関するものであり、安全性を向上させるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池は、小型軽量化できることから、携帯電話やノート型パソコンを含む移動機器の電源として有用である。更に、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度を高くして蓄電できるため、大容量・高出力を必要とする電気自動車や電力貯蔵用等の次世代エネルギー貯蔵媒体として注目を集めている。
【０００３】
このような長所がある一方で、リチウムイオン二次電池では、可燃性の非水電解質を用いるため、保護装置を備えない状態で過充電された場合には、電池の破裂・発火の危険性が伴うという欠点が存在する。
【０００４】
過充電時における電池の各構成物質間の反応を説明すると、次の通りである。
即ち、過充電により、リチウムイオン二次電池の正極活物質LiCoO2と電解液との間での副反応が激しくなると、正極活物質の構造崩壊と電解液の酸化反応などが発生する。そうすると、黒鉛等よりなる負極の活物質からリチウムが析出される。このような状態の中で、電圧が継続して上昇すると、やがて電池が破裂・発火するという危険性がある。
【０００５】
上記異常に対する安全策を講じた機構として、特許文献１（特開２００９−２１１３３号公報）や、特許文献２（特開２０１１−１８６４５号公報）等に示すものがある。特許文献１，２に示す技術では、電池の内圧が上昇した時に、反転板等と短絡板等とを接触させ、正極と負極とを導通させることにより、電池を強制的に放電させる仕組みとなっている。
【０００６】
ここで、図面を参照して特許文献１，２に示されている技術を説明する。
【０００７】
図９は、特許文献１（特開２００９−２１１３３号公報）に示されている、安全策構造を備えたリチウムイオン二次電池を示すものである。同図に示すように、金属製の外装缶１内には、正極２とセパレータ３と負極４を積層してなる電極組立体が収納されると共に、非水電解質が収納されている。
【０００８】
外装缶１の蓋体１ａには、正極端子５が電気的に接続された状態で配置され、且つ、負極端子６が電気的絶縁体７を介して電気的に絶縁された状態で配置されている。
正極端子５は、正極用のリードタブ２ａを介して正極２に接続されており、負極端子６は、負極用のリードタブ（図示省略）を介して負極４に接続されている。
【０００９】
外装缶１の蓋体１ａには、ガス放出穴８が形成されている。金属製の圧力開放弁９は、図中に実線で示すように、蓋体１ａの内面に電気的に接続された状態で取り付けられており、ガス放出穴８を塞いでいる。
リード線１０は、一端が負極端子６に接続され、途中で折り曲げられ、折り曲げられた部分がガス放出穴８を横切る状態で配置されている。リード線１０は、絶縁膜１１を介して蓋体１ａと絶縁されており、また、リード線１０には抵抗体１２が介在されている。
【００１０】
電池異常により外装缶１内にガスが発生し、外装缶１内の圧力が上昇して圧力開放弁９の限界圧力を越えると、圧力開放弁９が図中に点線で示すように開放し、ガスがガス放出穴８を通して外部に放出される。
【００１１】
また、圧力開放弁９が図中に点線で示すように開放してその先端が絶縁膜１１を破ってリード線１０に接触する。このようにして圧力開放弁９の先端がリード線１０に接触すると、正極２−リードタブ２ａ−正極端子５−外装缶１（蓋体１ａ）−圧力開放弁９−抵抗体１２が介在（接続）されたリード線１０−負極端子６−負極用のリードタブ−負極４と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより電池電圧を低下させている。
【００１２】
この場合、前記放電回路に抵抗体１２が接続されているため、放電回路に放電電流（短絡電流）が流れても、放電電流の電流値が抑制される。この結果、放電電流による過大な発熱を抑制することができ、リード線１０等が熱溶融することを防止している。
ちなみに、放電中にリード１０等が熱溶融してしまうと、放電が途中で停止してしまい、電池電圧を適切に低下させることができず、安全性が確保できなくなってしまう。
【００１３】
このようにして、特許文献１の技術では、ガス外部放出と放電により安全策を施している。
【００１４】
図１０は、特許文献２（特開２０１１−１８６４５号公報）に示されている、安全策構造を備えたリチウムイオン二次電池を示すものである。同図に示すように、金属製の外装缶２１内には、正極２２とセパレータ２３と負極２４を積層してなる電極組立体が収納されると共に、非水電解質が収納されている。
【００１５】
外装缶２１の蓋体２１ａには、ガス放出穴２５及び反転用穴２６が形成されると共に、ガス放出穴２５を塞ぐ圧力開放弁２７及び反転用穴２６を塞ぐ金属製の反転板２８が備えられている。
反転板２８は、蓋体２１ａに電気的に接続されており、外装缶２１内の圧力が正常である場合には、外装缶２１の内部側に向かって湾曲した初期形状になっているが、外装缶２１内の圧力が上昇して反転板２８の限界圧力を越えた場合には、湾曲形状が反転して、外装缶２１の外部側に向かって湾曲する形状に反転（変化）する。反転板２８の湾曲形状が反転して、外装缶２１の外部側に向かって湾曲した場合には、外装缶２１の外部側に向かって湾曲した反転板２８は、後述する短絡板３０に接触する。
【００１６】
また、外装缶２１の蓋体２１ａには、蓋体２１ａとの電気的絶縁状態を確保しつつ、負極端子２９と短絡板３０が備えられている。負極端子２９は、短絡板３０と電気的に接続されていると共に、負極用のリードタブ２９ａを介して負極２４に接続されている。なお、短絡板３０は、抵抗値が大きく寸法が大きい金属部材である。
また、外装缶２１の蓋体２１ａは、正極用のリードタブ２２ａを介して正極２２に接続されている。つまり、外装缶２１自体が正極端子としての機能を果たしている。
【００１７】
電池異常により外装缶２１内にガスが発生し、外装缶２１内の圧力が上昇して反転板２８の限界圧力を越えた場合には、反転板２８は、湾曲形状が反転して外装缶２１の外部側に向かって湾曲して、短絡板３０に接触する。このようにして、反転板２８と短絡板３０が接触すると、正極２２−リードタブ２２ａ−外装缶２１（蓋体２１ａ）−反転板２８−短絡板３０−負極端子２９−リードタブ２９ａ−負極２４と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより電池電圧を低下させている。
【００１８】
この場合、前記放電回路に、抵抗値の大きな金属部材である短絡板３０が接続されているため、放電回路に放電電流（短絡電流）が流れても、放電電流の電流値が抑制される。この結果、放電電流による過大な発熱を抑制することができ、反転板２８等が熱溶融することを防止している。
ちなみに、放電中に反転板２８等が熱溶融してしまうと、放電が途中で停止してしまい、電池電圧を適切に低下させることができず、安全性が確保できなくなってしまう。
【００１９】
反転板２８が反転した後も更に、外装缶２１内の圧力が上昇して圧力開放弁２７の限界圧力を越えると、圧力開放弁２７が開放し、ガスがガス放出穴２５を通して外部に放出される。
このように放電とガス外部放出により安全策を施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００９−２１１３３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、上記従来技術に示した、安全策構造を備えたリチウムイオン二次電池では、次のような問題があった。
【００２２】
満充電のリチウムイオン二次電池が、火中に投入された場合には、電池全体の温度は急激に上昇するのに対し、外装缶の内部でガスが発生して内部圧力が上昇するまでには時間を要する。このため、内部圧力の上昇に起因して圧力開放弁が開放したり反転板が反転したりして、放電回路が形成されて放電されたり内部ガスが放出されるという安全策が作動する前に、全体が高温になったリチウムイオン二次電池が破裂・発火する危険が拭いされないという欠点が残っていた。
【００２３】
また、放電回路が形成されたときに、放電時の過度な電流に起因する熱により、反転板等が溶融して放電が中断するという事態を防止するために、寸法の大きな抵抗体（特許文献１）や寸法の大きな金属部材（短絡板）（特許文献２）を設けていた。このような寸法の大きな抵抗体等を設けていたため、リチウムイオン二次電池の全体の寸法も大きくなり、省スペース化の弊害となっていた。
【００２４】
本発明は、上記従来技術に鑑み、充電されている非水電解質二次電池が火中に投入された場合であっても、または、放電に起因する熱により反転板が溶融しても、放電回路を確保して電池電圧を低下させて安全を確保することができ、更に、反転板の溶融を防止しつつ小型化することができる、非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決する本発明の構成は、
正極，負極及び非水電解質が収納された金属製の外装缶と、正極端子及び負極端子を有する非水電解質二次電池において、
前記外装缶に形成された反転用穴と、
前記正極端子または前記負極端子のうちのいずれか一方の端子に、基端部が電気的・機械的に接続されると共に、先端部が前記反転用穴に対向しており、予め決めた熱変形温度を越えると前記外装缶に向かって熱変形していって前記外装缶に接触し、前記熱変形温度未満になると前記外装缶から離れるバイメタル材により形成した短絡板と、
前記反転用穴を塞ぐ状態で前記外装缶に電気的に接続されて備えられており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには前記短絡板に接触しない予め決めた初期形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に変化して前記短絡板に接触する導電性の反転板と、
前記正極端子または前記負極端子のうちのいずれか他方の端子に前記外装缶が電気的に接続されるか、または、前記他方の端子が前記外装缶そのものであることを特徴とする。
【００２６】
また本発明の構成は、
前記短絡板の先端部には、予め決めた圧力を越えた状態で前記反転板に接触・押圧されると前記反転板を破る突起が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
また本発明の構成は、
前記短絡板の前記先端部のうち前記反転板に対向する部分には、導電性セラミックまたは導電性シリコーンゴムが備えられていることを特徴とする。
【００２８】
また本発明の構成は、
前記反転板は、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには前記外装缶の内部側に向かって湾曲した形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に反転して前記短絡板に接触する金属製の反転板であることを特徴とする。
【００２９】
また本発明の構成は、
前記反転板は、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力より小さいときには平板形状になっており、前記外装缶内の圧力が予め決めた反転圧力を越えると前記外装缶の外部側に向かって湾曲した形状に変化して前記短絡板に接触する導電性の反転板であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、バイメタルにより形成した短絡板を備えることにより、充電されている非水電解質二次電池が火中に投入されたり、放電に起因する熱により反転板が溶融したりしても、加熱された短絡板が熱変形して外装缶に接触し、放電回路を確保できるため、電池電圧を低下させて安全を確保することができる。
【００３１】
また寸法の大きな抵抗体等が不要になり、リチウムイオン二次電池全体として小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１に係るリチウムイオン二次電池を示す断面図。
【図２】実施例１に係るリチウムイオン二次電池の動作状態を示す一部断面図。
【図３】実施例１に係るリチウムイオン二次電池の動作状態を示す一部断面図。
【図４】実施例１に係るリチウムイオン二次電池の変形例を示す断面図。
【図５】本発明の実施例２に係るリチウムイオン二次電池を示す断面図。
【図６】実施例２に係るリチウムイオン二次電池の変形例を示す断面図。
【図７】本発明の実施例３に係るリチウムイオン二次電池を示す断面図。
【図８】実施例３に係るリチウムイオン二次電池の変形例を示す断面図。
【図９】従来のリチウムイオン二次電池を示す断面図。
【図１０】従来のリチウムイオン二次電池を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る非水電解質二次電池について、実施例に基づき詳細に説明する。
【００３４】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係るリチウムイオン二次電池１００を示す概略断面図である。このリチウムイオン二次電池１００の外装缶１０１は、有底の金属製の缶本体１０１ａと、缶本体１０１ａの上面開口を覆う金属製の蓋体１０１ｂとを溶接して構成されている。
金属製の外装缶１０１内には、正極とセパレータと負極を積層してなる電極組立体（図示省略）が収納されると共に、非水電解質が収納されている。
【００３５】
外装缶１０１の蓋体１０１ｂには、絶縁材１０２により電気的絶縁を確保しつつ正極端子１０３が備えられると共に、絶縁材１０４により電気的絶縁を確保しつつ負極端子１０５が備えられている。
正極端子１０３は、電極組立体の正極（図示省略）に電気的に接続されており、負極端子１０５は、電極組立体の負極（図示省略）に電気的に接続されている。
【００３６】
外装缶１００の缶本体１０１ａの底面には、ガス放出穴１０６が形成されると共に、ガス放出穴１０６を塞ぐ圧力開放弁１０７が備えられている。圧力開放弁１０７は、外装缶１０１内の圧力が予め決めた「開放圧力」を越えると開放状態になる。
外装缶１００の蓋体１０１ｂには、反転用穴１０８が形成されると共に、反転用穴１０８を塞ぐ金属製の反転板１０９が備えられている。
【００３７】
反転板１０９は、蓋体１０１ｂに電気的に接続されており、外装缶１０１内の圧力が正常である場合には、図１において実線で示すように、外装缶１０１の内部側に向かって湾曲した初期形状になっているが、外装缶１０１内の圧力が上昇して予め決めた「反転圧力」を越えた場合には、図１において点線で示すように、湾曲形状が反転して、外装缶１０１の外部側に向かって湾曲する形状に反転（変化）する。
【００３８】
反転板１０９に設定した「反転圧力」は、圧力開放弁１０７に設定した「開放圧力」よりも小さくしている。例えば、反転板１０９の「反転圧力」は０．２〜３ＭＰａの範囲の圧力、圧力開放弁１０７の「開放圧力」は０．４〜４ＭＰａの範囲の圧力であり、しかも、「反転圧力」＜「開放圧力」となる圧力を採用する。
【００３９】
バイメタル材により形成した短絡板１１０は、その基端部が負極端子１０５に電気的に接続されて当該負極端子１０５で支持されており、その先端部は反転用穴１０８及び反転板１０９に対向した位置に占位している。また、短絡板１１０は、絶縁材１０４により、外装缶１０１とは絶縁されている。
【００４０】
短絡板１１０が熱変形していない状態（図１に示す状態）における、短絡板１１０と反転板１０９との位置関係を説明すると、次の通りである。即ち、反転板１０９が外装缶１０１の内部側に向かって湾曲した初期形状になっているときには、反転板１０９と短絡板１１０とは接触しておらず、反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲した形状に反転（変化）したときには、反転板１０９が短絡板１１０に接触する。
【００４１】
短絡板１１０は、予め決めた「熱変形温度」（例えば、８０℃）を越えると、熱変形して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に向かって変形していく。反転板１０９が外装缶１０１の内部側に向かって湾曲した初期形状になっているとき、または、反転板１０８が溶融して無くなっているときには、熱変形していった短絡板１１０は、外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。
短絡板１１０の温度が「熱変形温度」未満になると、短絡板１１０は図１に示す形状状態に戻り、外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）から離れる。
【００４２】
リード板１１１は、正極端子１０３と外装缶１０１（缶本体１０１ａ）とを電気的に接続している。
【００４３】
上記構成となっているリチウムイオン二次電池１００による、安全確保動作を、状況に分けて説明する。
【００４４】
まず、過充電時に圧力上昇した場合の安全確保動作を説明する。
過充電により外装缶１０１内にガスが発生して、外装缶１０１内の圧力が反転板１０９の反転圧力を越えると、反転板１０９は、図１において点線で示すように、湾曲形状が反転して外装缶１０１の外部側に向かって湾曲する形状に反転（変化）する。このように反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲した形状になると、反転板１０９が短絡板１１０に接触する。
【００４５】
反転板１０９が短絡板１１０に接触することにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１１０−反転板１０９−外装缶１０１−リード板１１１−正極端子１０３−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００の破裂・発火を防止することができる。
【００４６】
次に、火中投入等された場合の安全確保動作を説明する。
充電されているリチウムイオン二次電池１００が、火中投入等されて電池外部からの加熱により電池温度が上昇し、短絡板１１０の熱変形温度を越えると、図２に示すように、短絡板１１０は熱変形する。熱変形していった短絡板１１０は、外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。
【００４７】
短絡板１１０が外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触することにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１１０−外装缶１０１−リード板１１１−正極端子１０３−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００の破裂・発火を防止することができる。
【００４８】
このように、火中投入などされて、電池外部からの加熱により電池温度が上昇した場合であっても、即座に放電回路が形成されて放電がされる。したがって、安定した安全確保動作が即座に発揮されて、電池電圧を低下させることが可能になる。
なお、短絡板１１０、外装缶１０１、リード板１１１等の抵抗及び各部の接触抵抗を合わせた放電回路の抵抗値は、例えば０．００５Ω〜３０Ωである。
【００４９】
次に、形状反転した反転板１０９が溶断した場合の安全確保動作を説明する。
図１に点線で示すように、反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲・反転し、反転板１０９と短絡板１１０とが接触し放電回路が形成されて放電が開始された後に、図３に示すように、反転板１０９が短絡による発熱により溶融することがある。
この場合には、図３に示すように、発熱による温度上昇で短絡板１１０が湾曲して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。よって、短絡状態が中断することなく、継続的に放電をして電池電圧を低下させることが可能となる。
【００５０】
上述したようにして放電回路を通じて放電をしても、外装缶１０１内の圧力が更に上昇して圧力開放弁１０７の開放圧力を越えると、圧力開放弁１０７が開放されて、外装缶１０１内のガスがガス放出弁１０６を通して放出される。
【００５１】
このように実施例１のリチウムイオン二次電池１００では、過充電により内部圧力が上昇したときはもちろん、充電（特に満充電）されているリチウムイオン二次電池１００が火中投入等により外部から急激に加熱されても、または、形状反転した反転板１０９が短絡電流で溶断しても、放電回路を確保して放電をすることにより安全性を確保することができる。
しかも、短絡板１１０はバイメタル材で形成することができるため、安価でありながら、作動安定性のある安全機構を構成することができる。
【００５２】
また寸法の大きな抵抗体や金属部材を用いていないので、リチウムイオン二次電池１００の全体を小型化することができる。
【００５３】
［実施例１の変形例］
図４に示すリチウムイオン二次電池１００Ａは、図１に示すリチウムイオン二次電池１００の変形例である。
図４に示すリチウムイオン二次電池１００Ａでは、外装缶１０１内に収納した正極（図示省略）が外装缶１０１に電気的に接続されている。つまり、外装缶１０１自体が正極端子としての機能を果たしている。このため、図１に示す、絶縁材１０２、正極端子１０３、リード板１１１は備えていない。
【００５４】
図４に示すリチウムイオン二次電池１００Ａも、図１に示すリチウムイオン二次電池１００と同様な動作をする。
【００５５】
つまり、過充電により外装缶１０１内にガスが発生して、外装缶１０１内の圧力が反転板１０９の反転圧力を越えると、反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲して、反転板１０９が短絡板１１０に接触する。これにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１１０−反転板１０９−正極端子として機能する外装缶１０１−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ａの破裂・発火を防止することができる。
【００５６】
また、充電されているリチウムイオン二次電池１００Ａが、火中投入等されて電池外部からの加熱により電池温度が上昇し、短絡板１１０の熱変形温度を越えると、短絡板１１０は熱変形して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。これにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１１０−正極端子として機能する外装缶１０１−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ａの破裂・発火を防止することができる。
【００５７】
外装缶１０１の外部側に向かって湾曲・反転して短絡板１１０に接触した反転板１０９が、短絡による発熱により溶融した場合には、発熱による温度上昇で短絡板１１０が湾曲して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。よって、短絡状態が中断することなく、継続的に放電をして電池電圧を低下させることが可能となる。
【００５８】
上述したようにして放電回路を通じて放電をしても、外装缶１０１内の圧力が更に上昇して圧力開放弁１０７の開放圧力を越えると、圧力開放弁１０７が開放されて、外装缶１０１内のガスがガス放出弁１０６を通して放出される。
【００５９】
［実施例２］
図５は本発明の実施例２に係るリチウムイオン二次電池１００Ｂを示す概略断面図である。
このリチウムイオン二次電池１００Ｂは、図１に示す実施例１に対して、短絡板１２０の形状が実施例１の短絡板１１０とは異なると共に、ガス放出弁１０６及び圧力開放弁１０７を備えていないことが異なるが、他の部分の構成は実施例１と同様である。
このため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００６０】
このリチウムイオン二次電池１００Ｂに備えた短絡板１２０は、その先端部で且つ反転板１０９に向かう面に、突起１２０ａを備えている。
【００６１】
バイメタル材により形成した短絡板１２０は、その基端部が負極端子１０５に電気的に接続されて当該負極端子１０５で支持されており、その先端部の突起１２０ａは反転板１０９に対向した位置に占位している。また、短絡板１２０は、絶縁材１０４により、外装缶１０１とは絶縁されている。
【００６２】
短絡板１２０が熱変形していない状態（図５に示す状態）における、短絡板１２０と反転板１０９との位置関係を説明すると、次の通りである。即ち、反転板１０９が外装缶１０１の内部側に向かって湾曲した初期形状になっているときには、反転板１０９と短絡板１２０とは接触しておらず、反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲した形状に反転（変化）したときには、反転板１０９が短絡板１２０の突起１２０ａに接触する。
【００６３】
短絡板１２０は、予め決めた「熱変形温度」（例えば、８０℃）を越えると、熱変形して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に向かって変形していく。反転板１０９が外装缶１０１の内部側に向かって湾曲した初期形状になっているとき、または、反転板１０８が溶融して無くなっているときには、熱変形していった短絡板１２０は外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。
短絡板１２０の温度が「熱変形温度」未満になると、短絡板１２０は図５に示す形状状態に戻り、外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）から離れる。
【００６４】
このリチウムイオン二次電池１００Ｂによる、安全確保動作は次の通りである。
【００６５】
過充電により外装缶１０１内にガスが発生して、外装缶１０１内の圧力が反転板１０９の反転圧力を越えると、反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲して、反転板１０９が短絡板１２０の突起１２０ａに接触する。これにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１２０（突起１２０ａ）−反転板１０９−外装缶１０１−リード板１１１−正極端子１０３−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ｂの破裂・発火を防止することができる。
【００６６】
上述したようにして放電回路を通じて放電をしても、外装缶１０１内の圧力が更に上昇すると、短絡板１２０の突起１２０ａが反転板１０９に予め決めた圧力を越えた状態で接触・押圧され、突起１２０ａが反転板１０９に食い込み反転板１０９が開放する（破れる）。このため、開放した（破れた）反転板１０９を通じて、外装缶１０１内のガスが放出される。
【００６７】
また、充電されているリチウムイオン二次電池１００Ｂが、火中投入等されて電池外部からの加熱により電池温度が上昇し、短絡板１２０の熱変形温度を越えると、短絡板１２０は熱変形して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。これにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１２０−外装缶１０１−リード板１１１−正極端子１０３−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ｂの破裂・発火を防止することができる。
【００６８】
外装缶１０１の外部側に向かって湾曲・反転して短絡板１２０に接触した反転板１０９が、短絡による発熱により溶融した場合には、発熱による温度上昇で短絡板１２０が湾曲して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。よって、短絡状態が中断することなく、継続的に放電をして電池電圧を低下させることが可能となる。
【００６９】
このように実施例２のリチウムイオン二次電池１００Ｂでは、過充電により内部圧力が上昇したときはもちろん、充電（特に満充電）されているリチウムイオン二次電池１００が火中投入等により外部から急激に加熱されても、または、形状反転した反転板１０９が短絡電流で溶断しても、放電回路を確保して放電をすることにより安全性を確保することができる。
しかも、短絡板１１０はバイメタル材で形成することができるため、安価でありながら、作動安定性のある安全機構を構成することができる。
【００７０】
また、寸法の大きな抵抗体や金属部材を用いていないので、リチウムイオン二次電池１００の全体を小型化することができる。
【００７１】
［実施例２の変形例］
図６に示すリチウムイオン二次電池１００Ｃは、図５に示すリチウムイオン二次電池１００Ｂの変形例である。
図６に示すリチウムイオン二次電池１００Ｃでは、外装缶１０１内に収納した正極（図示省略）が外装缶１０１に電気的に接続されている。つまり、外装缶１０１自体が正極端子としての機能を果たしている。このため、図５に示す、絶縁材１０２、正極端子１０３、リード板１１１は備えていない。
【００７２】
図６に示すリチウムイオン二次電池１００Ｃも、図５に示すリチウムイオン二次電池１００Ｂと同様な動作をする。
【００７３】
つまり、過充電により外装缶１０１内にガスが発生して、外装缶１０１内の圧力が反転板１０９の反転圧力を越えると、反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲して、反転板１０９が短絡板１２０の突起１２０ａに接触する。これにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１２０（突起１２０ａ）−反転板１０９−正極端子として機能する外装缶１０１−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ｃの破裂・発火を防止することができる。
【００７４】
上述したようにして放電回路を通じて放電をしても、外装缶１０１内の圧力が更に上昇すると、短絡板１２０の突起１２０ａが反転板１０９に食い込み反転板１０９が開放する（破れる）ことで、開放した（破れた）反転板１０９を通じて、外装缶１０１内のガスが放出される。
【００７５】
また、充電されているリチウムイオン二次電池１００Ｃが、火中投入等されて電池外部からの加熱により電池温度が上昇し、短絡板１２０の熱変形温度を越えると、短絡板１２０は熱変形して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。これにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１２０−正極端子として機能する外装缶１０１−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ｃの破裂・発火を防止することができる。
【００７６】
外装缶１０１の外部側に向かって湾曲・反転して短絡板１２０に接触した反転板１０９が、短絡による発熱により溶融した場合には、発熱による温度上昇で短絡板１２０が湾曲して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。よって、短絡状態が中断することなく、継続的に放電をして電池電圧を低下させることが可能となる。
【００７７】
〔実施例３〕
図７は本発明の実施例３に係るリチウムイオン二次電池１００Ｄを示す概略断面図である。
【００７８】
このリチウムイオン二次電池１００Ｄでは、短絡板１１０の先端部、即ち、反転板１０９に対向する部分で、且つ、反転板１０９側の面に導電性セラミック１１５を備えている。導電性セラミック１１５としては、Al2O3+TiCやZrO2+NbC等を採用することができる。
この導電性セラミック１１５の厚さは、電池機種や仕様により異なるが、０．１〜１０ｍｍの範囲内のものであり、極めて薄い。この導電性セラミック１１５は薄くて小さな部材であるが、大きな抵抗値を有している。
【００７９】
なお、導電性セラミック１１５は、１枚の板状のものであっても、複数の板状のものを並べて形成したものであってもよい。
【００８０】
他の部分の構成は、図１に示す実施例１と同様であるため、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。
【００８１】
上記構成となっているリチウムイオン二次電池１００Ｄによる、安全確保動作を、状況に分けて説明する。
【００８２】
まず、過充電時に圧力上昇した場合の安全確保動作を説明する。
過充電により外装缶１０１内にガスが発生して、外装缶１０１内の圧力が反転板１０９の反転圧力を越えると、反転板１０９は、図７において点線で示すように、湾曲形状が反転して外装缶１０１の外部側に向かって湾曲する形状に反転（変化）する。このように反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲した形状になると、反転板１０９が導電性セラミック１１５を介して短絡板１１０に接触する。
【００８３】
反転板１０９が短絡板１１０に接触することにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１１０−導電性セラミック１１５−反転板１０９−外装缶１０１−リード板１１１−正極端子１０３−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ｄの破裂・発火を防止することができる。
【００８４】
次に、火中投入等された場合の安全確保動作を説明する。
充電されているリチウムイオン二次電池１００Ｄが、火中投入等されて電池外部からの加熱により電池温度が上昇し、短絡板１１０の熱変形温度を越えると、短絡板１１０は熱変形し、導電性セラミック１１５を介して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。
【００８５】
短絡板１１０が外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触することにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１１０−導電性セラミック１１５−外装缶１０１−リード板１１１−正極端子１０３−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ｄの破裂・発火を防止することができる。
【００８６】
このように、火中投入などされて、電池外部からの加熱により電池温度が上昇した場合であっても、即座に放電回路が形成されて放電がされる。したがって、安定した安全確保動作が即座に発揮されて、電池電圧を低下させることが可能になる。
【００８７】
なお、導電性セラミック１１５、短絡板１１０、外装缶１０１、リード板１１１等の抵抗及び各部の接触抵抗を合わせた放電回路の抵抗値は、例えば０．００５Ω〜３０Ωである。
この場合、導電性セラミック１１５の抵抗値が大きいため、上記のような抵抗値を得るための、各部材のサイズを小さくすることができ、リチウムイオン二次電池１００Ｄの全体を小型化することができる。
【００８８】
次に、形状反転した反転板１０９が溶断した場合の安全確保動作を説明する。
図７に点線で示すように、反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲・反転し、反転板１０９と短絡板１１０とが接触し放電回路が形成されて放電が開始された後に、反転板１０９が短絡による発熱により溶融することがある。
この場合には、発熱による温度上昇で短絡板１１０が湾曲して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。よって、短絡状態が中断することなく、継続的に放電をして電池電圧を低下させることが可能となる。
【００８９】
上述したようにして放電回路を通じて放電をしても、外装缶１０１内の圧力が更に上昇して圧力開放弁１０７の開放圧力を越えると、圧力開放弁１０７が開放されて、外装缶１０１内のガスがガス放出穴１０６を通して放出される。
【００９０】
このように実施例３のリチウムイオン二次電池１００Ｄでは、過充電により内部圧力が上昇したときはもちろん、充電（特に満充電）されているリチウムイオン二次電池１００Ｄが火中投入等により外部から急激に加熱されても、または、形状反転した反転板１０９が短絡電流で溶断しても、放電回路を確保して放電をすることにより安全性を確保することができる。
しかも、短絡板１１０はバイメタル材で形成することができるため、安価でありながら、作動安定性のある安全機構を構成することができる。
【００９１】
また導電性セラミック１１５は寸法が小さいため、リチウムイオン二次電池１００Ｄの全体を小型化することができる。
【００９２】
［実施例３の変形例］
図８に示すリチウムイオン二次電池１００Ｅは、図７に示すリチウムイオン二次電池１００Ｄの変形例である。
図８に示すリチウムイオン二次電池１００Ｅでは、外装缶１０１内に収納した正極（図示省略）が外装缶１０１に電気的に接続されている。つまり、外装缶１０１自体が正極端子としての機能を果たしている。このため、図７に示す、絶縁材１０２、正極端子１０３、リード板１１１は備えていない。
【００９３】
図８に示すリチウムイオン二次電池１００Ｅも、図７に示すリチウムイオン二次電池１００Ｄと同様な動作をする。
【００９４】
つまり、過充電により外装缶１０１内にガスが発生して、外装缶１０１内の圧力が反転板１０９の反転圧力を越えると、反転板１０９が外装缶１０１の外部側に向かって湾曲して、反転板１０９が導電性セラミック１１５を介して短絡板１１０に接触する。これにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１１０−導電性セラミック１１５−反転板１０９−正極端子として機能する外装缶１０１−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ｅの破裂・発火を防止することができる。
【００９５】
また、充電されているリチウムイオン二次電池１００Ｅが、火中投入等されて電池外部からの加熱により電池温度が上昇し、短絡板１１０の熱変形温度を越えると、短絡板１１０は熱変形し、導電性セラミック１１５を介して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。これにより、負極（図示省略）−負極端子１０５−短絡板１１０−導電性セラミック１１５−正極端子として機能する外装缶１０１−正極（図示省略）と連なる放電回路が形成される。このようにして形成された放電回路を通じて放電することにより、強制的に電池電圧を低下させ、リチウムイオン二次電池１００Ｅの破裂・発火を防止することができる。
【００９６】
外装缶１０１の外部側に向かって湾曲・反転して短絡板１１０に接触した反転板１０９が、短絡による発熱により溶融した場合には、発熱による温度上昇で短絡板１１０が湾曲して外装缶１０１（蓋体１０１ｂ）に接触する。よって、短絡状態が中断することなく、継続的に放電をして電池電圧を低下させることが可能となる。
【００９７】
上述したようにして放電回路を通じて放電をしても、外装缶１０１内の圧力が更に上昇して圧力開放弁１０７の開放圧力を越えると、圧力開放弁１０７が開放されて、外装缶１０１内のガスがガス放出弁１０６を通して放出される。
【００９８】
〔実施例４〕
ここで上記の各実施例の各種の変形例を、実施例４として説明する。
【００９９】
図１〜図８に示す各実施例では、負極端子１０５に短絡板を備えているが、正極端子１０３に短絡板を備えて、負極端子１０５を外装缶１０１に電気的に接続したり、外装缶１０１を負極端子として機能させたりするような構成を採用することも可能である。
【０１００】
また上記の各実施例では、反転板１０９は、外装缶１０１内の圧力が正常である場合には、外装缶１０１の内部側に向かって湾曲した初期形状になっているが、外装缶１０１内の圧力が上昇して予め決めた「反転圧力」を越えた場合には、湾曲形状が反転して、外装缶１０１の外部側に向かって湾曲する形状に反転（変化）する金属製の反転板である。
しかし、反転板は、このようなものに限るものではない。例えば、導電性シリコーンゴムは、弾性、耐熱性、導電性（電気抵抗）を有しているので、平板状の導電性シリコーンゴムを、反転用穴１０８を塞ぐ状態で、カシメなどにより蓋体１０１ｂに取り付けて、これを反転板として機能させることができる。
【０１０１】
導電性シリコーンゴムにより形成した反転板は、外装缶１０１内の圧力が正常である場合には、平板状の初期形状になっているが、外装缶１０１内の圧力が上昇して予め決めた「反転圧力」を越えた場合には、平板形状が変化して、外装缶１０１の外部側に向かって湾曲する形状に反転（変化）する。
【０１０２】
また図７及び図８に示す実施例では、導電性セラミック１１５を用いているが、これに代わり、導電性セラミック１１５と同程度の抵抗値となっている導電性シリコーンゴムを用いることもできる。
【０１０３】
更に上記の各実施例では、反転した反転板１０９が仮に溶融したとしても短絡状態を確保することができるようにするために、短絡板１１０をバイメタル材により形成していた。しかし、図７及び図８に示す実施例では、短絡板を、バイメタル機能を有しない導電性の通常の金属材で形成することもできる。
図７及び図８に示す実施例では、抵抗値の大きな導電性セラミック１１５があるため、放電回路が形成されて放電電流が流れても、放電電流の値が抑制されるため、反転板１０９の溶融が防止できる。よって、短絡板を、バイメタル機能を有しないもので形成することができるのである。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、リチウムイオン二次電池のみならず、他のタイプの非水電解質二次電池、例えば、リチウムポリマー二次電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池等にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ，１００Ｅ，１００Ｄ  リチウムイオン二次電池
１０１  外装缶
１０１ａ  缶本体
１０１ｂ  蓋体
１０２  絶縁材
１０３  正極端子
１０４  絶縁材
１０５  負極端子
１０６  ガス放出穴
１０７  圧力開放弁
１０８  反転用穴
１０９  反転板
１１０  短絡板
１１１  リード板
１１５  導電性セラミック
１２０  短絡板
１２０ａ  突起
【図１】
2013235814.tif 000003
【図２】
2013235814.tif 000004
【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】
2013235814.tif 000009
【図８】
2013235814.tif 000010
【図９】
2013235814.tif 000011
【図１０】
2013235814.tif 000012