(57)【要約】      （修正有）【課題】リチウムイオン電池の熱暴走に伴う大量の可燃性ガス発生に対し、安全保護装置のガスフロー通路構造により、固体火花粒子の阻止と、効率よい排気を行い、安全性能を向上した電池を提供する。【解決手段】電池筐体１０と、電池上蓋５０と、電池筐体１０及び／又は電池上蓋５０に設けられる圧力逃し弁と、圧力逃し弁に合わせて固定される安全保護装置４０を含み、安全保護装置４０は、圧力逃し弁に対向するバッフルプレートと、側壁と、ガスフロー通路構造とを含み、側壁は、バッフルプレートから電池筐体１０又は電池上蓋５０へ延びて、電池筐体１０又は電池上蓋５０と接続され、ガスフロー通路構造が、側壁に形成されることによって、バッフルプレートとガスフロー通路構造との相対的な分離構造が形成でき、バッフルプレートにより固体火花粒子を有効に阻止できる上に、効率よく排気できるガスフロー通路構造を設けたリチウムイオン電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池筐体と、上記電池筐体に取り付けられる電池上蓋と、上記電池筐体及び／又は上記電池上蓋に設けられる圧力逃し弁とを含むリチウムイオン電池であって、
上記電池筐体及び／又は上記電池上蓋に設けられ、圧力逃し弁に合わせて固定される安全保護装置をさらに含み、
上記安全保護装置は、上記圧力逃し弁に対向するバッフルプレートと、側壁と、ガスフロー通路構造とを含み、
上記側壁は、上記バッフルプレートから上記電池筐体又は上記電池上蓋へ延びて、上記電池筐体又は上記電池上蓋と接続されており、
上記ガスフロー通路構造は、上記側壁に形成されている、
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】
上記ガスフロー通路構造は、上記側壁のみに設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
上記ガスフロー通路構造は、上記側壁に形成される少なくとも１つの開口構造、少なくとも１つの貫通孔アレイ、又は少なくとも１つの切り欠きを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
上記ガスフロー通路構造が貫通孔アレイである場合、上記貫通孔アレイにおける各貫通孔の面積は１ｍｍ２以上である、
ことを特徴とする請求項３に記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
上記バッフルプレートには、複数の貫通孔が設けられており、
上記バッフルプレートにおける各貫通孔の面積は１ｍｍ２未満である、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項６】
上記ガスフロー通路構造は、上記側壁に間隔に形成される第１のガスフロー通路及び第２のガスフロー通路を含み、
上記第１のガスフロー通路は、開口構造、貫通孔アレイ、及び切り欠きのうちの１つであり、
上記第２のガスフロー通路は、開口構造、貫通孔アレイ、及び切り欠きのうちの１つであり、
上記第１のガスフロー通路と上記第２のガスフロー通路とは構造が異なっている、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項７】
上記圧力逃し弁は、圧力逃し孔を含み、
上記ガスフロー通路構造の合計面積は、上記圧力逃し孔の面積の０．５倍以上である、
ことを特徴とする請求項３又は６に記載のリチウムイオン電池。
【請求項８】
上記第１のガスフロー通路又は上記第２のガスフロー通路が貫通孔アレイである場合、上記貫通孔アレイにおける各貫通孔の面積は１ｍｍ２以上である、
ことを特徴とする請求項６に記載のリチウムイオン電池。
【請求項９】
上記リチウムイオン電池は、上記電池筐体に収納されるセルをさらに含み、
上記安全保護装置は、上記セルと上記電池上蓋との間に設けられており、
上記安全保護装置の高さは、上記電池上蓋における上記セルと隣接する表面から上記セルまでの最小距離より少なくとも１ｍｍ小さく、
上記安全保護装置の幅は、上記電池筐体の内面の間の距離より少なくとも１ｍｍ小さく、
上記安全保護装置の長さは、上記セル正負極タブリードの間の最小距離より少なくとも１ｍｍ小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１０】
上記安全保護装置は、接続部をさらに含み、
上記接続部は、上記側壁の端部に設けられ、上記バッフルプレートと間隔に設けられており、
上記側壁は上記接続部により上記電池筐体又は上記電池上蓋と接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１１】
上記リチウムイオン電池は、もう１つの安全保護装置をさらに含み、
上記もう１つの安全保護装置及び上記安全保護装置は、それぞれ上記圧力逃し弁を覆うように上記圧力逃し弁の両側に設けられており、
上記もう１つの安全保護装置は、上記圧力逃し弁に対向するバッフルプレートと、側壁と、ガスフロー通路構造とを含み、
上記側壁は、上記バッフルプレートから上記電池筐体又は上記電池上蓋へ延びて、上記電池筐体又は上記電池上蓋と接続されており、
上記ガスフロー通路構造は、上記側壁及び／又はバッフルプレートに形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１２】
上記安全保護装置は、金属材料又は無機非金属セラミック材料からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１３】
上記安全保護装置の表面には、テフロンコーティング層、エポキシ樹脂コーティング層、フェノール樹脂コーティング層、ポリエチレンテレフタラートコーティング層、ポリプロピレンコーティング層、又はセラミックコーティング層が設けられている、
ことを特徴とする請求項１２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１４】
リチウムイオン電池パックであって、
並列及び／又は直列の複数の請求項１〜１３のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池を含む、
ことを特徴とするリチウムイオン電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池分野に関し、特にリチウムイオン電池及び電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池の電気自動車及び電力網のエネルギー貯蔵などの分野への適用が日々広がるに伴って、リチウムイオン電池の安全性能も益々重視されてきた。リチウムイオン電池の安全上の問題は、熱暴走に起因することが多い。
【０００３】
リチウムイオン電池の熱暴走が起こる場合、リチウムイオン電池における活物質は、放熱量は、１グラム当たり数百ジュールまで達するため、瞬間の熱発生により活物質と電解液との間で激しい酸化還元反応を引き起こし、大量の可燃性ガスを発生させる。これらの可燃性ガスは、電池内圧を激増させて防爆弁を破壊し、高速気流になって噴出した後、空気と接触して混合すると同時に、電池内部の可燃性ガスが噴出する過程で放出した大量の高温固体粒子は、明るい火花を生じて空気と可燃性ガスとの混合ガスを燃やし、燃焼、爆発を引き起こす。
【０００４】
特許文献１には、貫通孔付きスクリーンを備え、そのスクリーンにより高温固体粒子をろ過することで、可燃性ガスと高温固体粒子とを分離する目的を達成し、理想的な安全性を有するリチウムイオン電池及び電池パックが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０３４７４５９９号明細書
【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、本発明者らは、特許文献１に係るスクリーンは依然として下記の問題があることを見出した。すなわち、スクリーンにおける貫通孔はスクリーンの上面のみに設けられかつガスの噴出方向に位置するため、スクリーンの上面における貫通孔が大きすぎると、電池に熱暴走が起こるときに電池内部の可燃性ガスとともに高速で噴出した高温固体粒子は、高速気流により電池内部から噴出して燃焼、爆発を引き起こす問題がある。また、貫通孔が大きすぎるとスクリーンの強度を低減させるため、高温固体粒子が混入された高速気流の衝撃でスクリーンを壊しやすい一方、貫通孔が小さすぎると気流が適時に電池内部から排出できず、排気効率を低減させる問題がある。さらに、電池内部に熱暴走が起こる場合、溶融したプラスチック部材、気流とともに噴出した固体粒子、又は金属溶融物はスクリーンにおける貫通孔を塞ぎやすいので、電池の内圧を激増させ、爆発のリスクを高める問題がある。
上述した問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、安全性能が良いリチウムイオン電池及び電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電池筐体と、上記電池筐体に取り付けられる電池上蓋と、上記電池筐体及び／又は上記電池上蓋に設けられる圧力逃し弁とを含むリチウムイオン電池であって、
上記電池筐体及び／又は上記電池上蓋に設けられ、圧力逃し弁に合わせて固定される安全保護装置をさらに含み、
上記安全保護装置は、上記圧力逃し弁に対向するバッフルプレートと、側壁と、ガスフロー通路構造とを含み、
上記側壁は、上記バッフルプレートから上記電池筐体又は上記電池上蓋へ延びて、上記電池筐体又は上記電池上蓋と接続されており、
上記ガスフロー通路構造は、上記側壁に形成されている、リチウムイオン電池を提供する。
さらに、上記ガスフロー通路構造は、上記側壁のみに設けられている。
【０００８】
さらに、上記ガスフロー通路構造は、上記側壁に形成される少なくとも１つの開口構造、少なくとも１つの貫通孔アレイ、又は少なくとも１つの切り欠きを含む。
さらに、上記ガスフロー通路構造が貫通孔アレイである場合、上記貫通孔アレイにおける各貫通孔の面積は１ｍｍ２以上である。
さらに、上記バッフルプレートには、複数の貫通孔が設けられており、上記バッフルプレートにおける各貫通孔の面積は１ｍｍ２未満である。
【０００９】
さらに、上記ガスフロー通路構造は、上記側壁に間隔に形成される第１のガスフロー通路及び第２のガスフロー通路を含む。上記第１のガスフロー通路は、開口構造、貫通孔アレイ、及び切り欠きのうちの１つであり、上記第２のガスフロー通路は、開口構造、貫通孔アレイ、及び切り欠きのうちの１つであり、上記第１のガスフロー通路と上記第２のガスフロー通路とは構造が異なっている。
さらに、上記圧力逃し弁は、圧力逃し孔を含み、上記ガスフロー通路構造の合計面積は、上記圧力逃し孔の面積の０．５倍以上である。
【００１０】
さらに、上記第１のガスフロー通路又は上記第２のガスフロー通路が貫通孔アレイである場合、上記貫通孔アレイにおける各貫通孔の面積は１ｍｍ２以上である。
【００１１】
さらに、上記リチウムイオン電池は、上記電池筐体に収納されるセルをさらに含む。上記安全保護装置は、上記セルと上記電池上蓋との間に設けられている。上記安全保護装置の高さは、上記電池上蓋における上記セルと隣接する表面から上記セルまでの最小距離より少なくとも１ｍｍ小さい。上記安全保護装置の幅は、上記電池筐体の内面の間の距離より少なくとも１ｍｍ小さい。上記安全保護装置の長さは、上記セル正負極タブリード（ｔａｂ ｌｅａｄ）の間の最小距離より少なくとも１ｍｍ小さい。
【００１２】
さらに、上記安全保護装置は、接続部をさらに含む。上記接続部は、上記側壁の端部に設けられ、上記バッフルプレートと間隔に設けられている。上記側壁は上記接続部により上記電池筐体又は上記電池上蓋と接続されている。
【００１３】
さらに、上記リチウムイオン電池は、もう１つの安全保護装置をさらに含む。上記もう１つの安全保護装置及び上記安全保護装置は、それぞれ上記圧力逃し弁を覆うように上記圧力逃し弁の両側に設けられている。上記もう１つの安全保護装置は、上記圧力逃し弁に対向するバッフルプレートと、側壁と、ガスフロー通路構造とを含む。上記側壁は、上記バッフルプレートから上記電池筐体又は上記電池上蓋へ延びて、上記電池筐体又は上記電池上蓋と接続されている。上記ガスフロー通路構造は、上記側壁及び／又はバッフルプレートに形成されている。
さらに、上記安全保護装置は、金属材料又は無機非金属セラミック材料からなる。
【００１４】
さらに、上記安全保護装置の表面には、テフロンコーティング層、エポキシ樹脂コーティング層、フェノール樹脂コーティング層、ポリエチレンテレフタラートコーティング層、ポリプロピレンコーティング層、又はセラミックコーティング層が設けられている。
本発明は、並列及び／又は直列の複数の上記リチウムイオン電池を含むリチウムイオン電池パックをされに提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るリチウムイオン電池パック及びリチウムイオン電池は、安全保護装置のガスフロー通路構造を側壁に形成することによって、安全保護装置のバッフルプレートとガスフロー通路構造との相対的な分離構造を形成し、バッフルプレートにより固体火花粒子を有効に阻止できる上に、安全保護装置の側面におけるガスフロー通路構造により効率よく排気できるため、排気効率の不足による内圧上昇によって爆発をもたらすリスクを低減させ、リチウムイオン電池の安全性能を向上することができる。同時に、バッフルプレート及び安全保護装置の側面におけるガスフロー通路構造により、気流の方向を変更できるため、煙霧が高速で垂直に噴出した後で空気と広範囲で混合することを防止し、リチウムイオン電池の安全性能をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るリチウムイオン電池の立体分解概略図である。
【図２】図２は、図１におけるリチウムイオン電池の安全保護装置の拡大概略図である。
【図３】図３は、図２における安全保護装置の平面図である。
【図４】図４は、図２における安全保護装置の正面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る安全保護装置の１つの具体的な実施形態の概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に係る安全保護装置の他の具体的な実施形態の概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施例に係る安全保護装置の他の具体的な実施形態の概略図である。
【図８】図８は、本発明の実施例に係る安全保護装置の他の具体的な実施形態の概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施例に係る安全保護装置の他の具体的な実施形態の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に係る安全保護装置の他の具体的な実施形態の概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例に係る安全保護装置の他の具体的な実施形態の概略図である。
【図１２】図１２は、本発明のもう１つの実施例に係るリチウムイオン電池的立体分解概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明が解決しようとする課題、技術的構想、及び有益な効果をより明確するために、図面及び実施例を参照して本発明をさらに詳しく説明する。ここで記載される具体的な実施例は、単に本発明を解釈するためのものであり、本発明を限定するものではないと理解されるべきである。
【００１８】
図１は本発明の一実施例に係るリチウムイオン電池の立体分解概略図である。図１に示すように、リチウムイオン電池は、電池筐体１０と、電池筐体１０に取り付けられるセル２０と、電池筐体１０に注入される電解液（図示せず）と、電池筐体１０に取り付けられる電池上蓋５０とを含む。ここで、電池上蓋５０には、正極端子及び負極端子５０５（図示する正極端子と負極端子とは区別されない）が設けられている。正極端子及び負極端子５０５は、それぞれ導電接続体３０及びセル２０の正、負極により電気接続される。電池上蓋５０は、正極端子及び負極端子５０５の間の中央位置に圧力逃し孔５１０が設けられている。圧力逃し孔５１０には、防爆圧力逃しシート６０が密封して取り付けられる。圧力逃しシート６０及び圧力逃し孔５１０は、圧力逃し弁を構成する。
【００１９】
具体的に、圧力逃しシート６０は、電池上蓋５０と同様な金属材料から構成されてもよく、このようにして、異なる金属の間に存在する電位差により外部の空気又は電解液と電解槽を形成することを防止し、腐食反応のリスクを低減することができる。図１に示す実施形態において、圧力逃しシート６０は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレスのうちの１種からなる。圧力逃しシート６０は良い延性を有するので、破裂して圧力を逃がさせても、飛散することはない。本発明の１つの実施形態によれば、圧力逃しシート６０には、例えば、ＰＥ及び／又はＰＰなどの耐食性材料の層が塗布又は粘着されてもよく、このようにして、圧力逃しシート６０の電解液による腐食を防止することができる。本発明のもう１つの実施形態によれば、圧力逃しシート６０には弱化線又は弱化面が設けられてもよく、弱化面又は弱化線は、電池の内部圧力が大きすぎる場合に最初に破裂するので、圧力逃しシート６０の破裂位置が制御可能なようになる。本発明の１つの実施形態によれば、圧力逃しシート６０は破裂の臨界状態に達するときに、耐えられる圧力は０．３〜１．２ＭＰａである。
【００２０】
図１に示すように、リチウムイオン電池は圧力逃し弁に合わせて固定される安全保護装置４０をさらに含む。安全保護装置４０は、電池上蓋５０においてセル２０に対向する第１の面、例えば下面（リチウムイオン電池が図１に示す位置にある場合）に設けられ、電池上蓋５０とセル２０との間に位置してもよい。本発明の１つの実施形態によれば、安全保護装置４０は、電池上蓋５０からセル２０に向かう方向に圧力逃しシート６０の真下に設けられてもよい。
【００２１】
具体的に、図２〜図４に示すように、安全保護装置４０は、圧力逃し弁に対向するバッフルプレート４８と、側壁４９と、接続部４２と、ガスフロー通路構造４１とを含む。
【００２２】
１つの実施例において、正面から噴出する火花をより効果的に阻止して反射させ、火花の運動軌跡及び噴出速度を変更するために、バッフルプレート４８は、圧力逃しシート６０の真下に覆設されてもよく、圧力逃し弁における投影面積が圧力逃し弁の面積の１．０倍以上である。図２に示す実施例において、バッフルプレート４８は連続構造であり、すなわち、バッフルプレート４８に貫通孔などの気流を通過させるための貫通孔は設けられない。言い換えれば、ガスフロー通路構造４１が側壁のみに設けられることにより、正面から噴出する火花を完全に阻止して反射させ、火花の運動軌跡及び噴出速度を変更することができる。
【００２３】
側壁４９は、ほぼ垂直又は傾斜するようにバッフルプレート４８に設けられ、バッフルプレート４８から電池上蓋５０へ延びている。側壁４９は、バッフルプレート４８の周縁に沿って連続に設けられてもよく（図６、７、９、１０に示す）、バッフルプレート４８の周縁に不連続に設けられてもよい（図２、５、８に示す）。図２に示す実施例において、側壁４９はバッフルプレート４８の周縁に沿って不連続に設けられ、バッフルプレート４８にほぼ垂直又は傾斜するように設けられる２つの側板を含む。
【００２４】
接続部４２は、バッフルプレート４８と間隔に側壁４９の端部に設けられ、電池上蓋５０に固定されている。接続部４２はプレス成形又はモールド成形などにより、電池上蓋５０と一体に形成されてもよく、粘着、溶接、リベット接合、クランプ連結、ねじ接続、バックル連結などにより、電池上蓋５０に接続して固定されてもよい。接続力が小さすぎると、電池の製造、組立中又はその後使用中における振動により安全保護装置４０が脱落しやすいので、１つの実施例において、接続部４２は接続力が５０Ｎ以上にするように溶接によって電池上蓋５０に固定されてもよい。実際の使用中に、図１１に示すように、実際の状況に応じて接続部４２を省略してもよく、その場合、側壁４９を直接に、粘着、溶接、バックル連結などにより電池上蓋５０に接続して固定している。
【００２５】
ガスフロー通路構造４１は、側壁４９に形成されている。図２に示す実施例において、ガスフロー通路構造４１は、側壁４９の側板に形成される第１のガスフロー通路４６と、側壁４９の２つの側板の間に形成される第２のガスフロー通路４４とを含む。第１のガスフロー通路４６は側板に形成される開口構造を有する。その開口構造は、側板をほぼフレーム状になるように、図２中に示す完全に開口される矩形孔又は他の形状の孔であってもよい。開口構造の合計面積は圧力逃し孔５１０の面積の０．５倍以上であり、面積が小さすぎると、電池内部に熱暴走が起こる場合、内部ガスは適時に排出できず、内部気圧を高めて筐体の爆破圧力限界を超えると、筐体の爆破を引き起こし、爆発が発生しやすくなる。第２のガスフロー通路４４は、側壁４９の２つの側板の間における隙間であってもよい。言い換えれば、側壁４９をバッフルプレート４８の周縁に沿って連続に設ける場合、第２のガスフロー通路４４は、側壁４９に形成される切り欠きであり、すなわち、２つの側板の間に位置するとともに側壁４９の自由端とバッフルプレート４８と間に位置する部分のすべてを切り取ってなると理解され得る。
【００２６】
実際の使用中に、安全保護装置４０の材料は、金属材料又は無機非金属セラミック材料であってもよい。１つの実施例において、安全保護装置４０は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、又はステンレスなどの金属材料から構成されてもよい。安全保護装置４０は電池上蓋５０の材料と同様な金属材料から構成されてもよく、その理由は、異なる材料により電解液及び湿潤の環境で筐体と電気化学セルを形成し、電池の信頼性を低減させるためである。安全保護装置４０は、すくなくともセル２０に向かう表面（例えば、安全保護装置４０が電池上蓋５０とセル２０との間に位置する場合、安全保護装置４０における圧力逃し弁から離れる側の表面であり、安全保護装置４０が電池上蓋５０の外側に位置する場合、安全保護装置４０における圧力逃し弁に対向する側の表面である）にテフロン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、セラミックなどのコーティング層をスプレー塗装して絶縁処理を行ってもよい。コーティング層は、厚さが１０ｕｍ以上であり、金属の表面に均一に塗布される必要があり、厚さが薄すぎると金属が露出しやすくなる。そのコーティング層は、絶縁及び防食効果を有効に実現することができる。一方、安全保護装置４０の表面の絶縁処理は十分ではない場合、正負極が連通してショートするリスクを有する。
【００２７】
実際の使用中に、図４に示すように、安全保護装置４０の接続部４２からバッフルプレート４８までの高さＨは、電池上蓋５０の第１の表面、例えば下面からセル２０の上面までの距離より少なくとも１ｍｍ小さい。当該高さＨが大きすぎると、バッフルプレート４８によってセル２０における正負極の極片が押し付けられ、極片の変形を引き起こし、さらに正負極の間にショートを引き起こすことがある。安全保護装置４０における２つの側板４９の間の長さＬは、正負極タブリードの間の最小距離より少なくとも１ｍｍ小さい。当該長さＬが大きすぎると、タブリードがバッフルプレート４８及び側板４６との境界の辺縁に妨害され、タブリードに損傷を与えやすくなる。図１及び図２に示すように、安全保護装置４０の幅Ｗは、筐体１０の内面Ｓの間の距離より少なくとも１ｍｍ小さい。当該幅Ｗが大きすぎると、電池上蓋５０と筐体１０との組み立てを妨害することがある。
【００２８】
図１に示す実施形態に基づいて組み立てられたリチウムイオン電池に対して安全性試験を行う場合、リチウムイオン電池内部の温度が急激に上昇して大量の煙霧が発生する。この時、圧力逃しシート６０が破裂して反転し、リチウムイオン電池内部から高温固体火花粒子を含有する煙霧が放出される。圧力逃しシート６０の下方に安全保護装置４０が圧力逃しシート６０を覆うように設けられるため、飛散した固体火花粒子が安全保護装置４０のバッフルプレート４８に阻止されると同時に、煙霧が第１のガスフロー通路４６、第２のガスフロー通路４４を経由して電池筐体１０の外に円滑に排出され、圧力逃しに機能は依然として維持され得る。
【００２９】
この過程において、飛散した固体火花粒子の運動軌跡が主として直線であるため、飛散した固体火花粒子は煙霧とともに安全保護装置４０に到達するとき、安全保護装置４０のバッフルプレート４８によって筐体１０の内部に跳ね返されるので、高温固体火花粒子が高速気流に伴って電池外部に噴出することを阻止し、煙霧が電池外部で燃焼するリスクを低減することができる。同時に、高速で噴出した煙霧が安全保護装置４０に到達するとき、煙霧が安全保護装置４０のバッフルプレート４８によって阻止され、気流の方向が変更されて安全保護装置４０の側面に位置する第１のガスフロー通路４６、第２のガスフロー通路４４に経由して排出される。このようにして、煙霧が電池外部に噴出するときの噴出速度を低減させ、煙霧の噴出距離及び煙霧と空気の接触面積を減少させることで、可燃性ガスの燃焼リスクを低減することができる。また、煙霧が電池外部に噴出するときの噴出速度を低減させることにより、煙霧がさらに外部の他の物質と接触して燃焼する可能性を低減させ、さらなる大きな損失を防止することができる。
【００３０】
上記のように、特許文献１と比べて、本発明一実施例に係る安全保護装置４０は、バッフルプレート４８と第１のガスフロー通路４６、第２のガスフロー通路４４との相対的な分離構造により、バッフルプレート４８により固体火花粒子を有効に阻止できる上に、安全保護装置４０の側面における第１のガスフロー通路４６、第２のガスフロー通路４４により効率よく排気できるため、排気効率の不足による内圧上昇によって爆発をもたらすリスクを低減させる。同時に、バッフルプレート４８及び安全保護装置４０の側面における第１のガスフロー通路４６、第２のガスフロー通路４４により、気流の方向を変更できるため、煙霧が高速で垂直に噴出した後で空気と広範囲で混合することを防止できる。したがって、本発明一実施例に係る安全保護装置４０は、高速で噴出した煙霧における例えば可燃性ガス、電解液蒸気を固体火花粒子と分離させ、可燃性ガス、電解液蒸気が固体火花粒子とともに噴出して圧力逃し弁から離れた区域で空気と混合して燃焼することを防止できる。固体火花粒子をろ過することにより、電池の熱暴走による可能な着火方式を煙霧の火花点火から煙霧の自己発火に効果的に変更することができる。物理的に、煙霧の火花点火に必要な温度は通常６０℃未満である一方、煙霧の自己発火に必要な温度は通常４５０℃以上であるので、安全保護装置４０によってリチウムイオン電池の安全性能を著しく向上することができる。
【００３１】
また、特許文献１と比べて、本発明はバッフルプレート４８と第１のガスフロー通路４６、第２のガスフロー通路４４との相対的な分離構造を有し、バッフルプレート４８がガスの噴出方向に位置するため、バッフルプレート４８により固体火花粒子を有効に阻止することができ、安全保護装置４０の側面における第１のガスフロー通路４６、第２のガスフロー通路４４は、固体火花粒子から直接的な衝撃を受けることなく、又は固体火花粒子から少量の直接的な衝撃のみを受ける。したがって、第１のガスフロー通路４６、第２のガスフロー通路４４のサイズ及び形状は、高効率の排気を確保して固体火花粒子によって閉塞されにくいものであれば、幅広い範囲から選ばれる。
【００３２】
図５は、本発明の一実施形態に係る安全保護装置の立体概略図を示す。図５における安全保護装置は、図２における安全保護装置と類似しており、両者の間の主要な相違点は、図５における安全保護装置の第１のガスフロー通路４６が、側壁に形成される複数の貫通孔、すなわち貫通孔アレイを含むことにある。１つの実施例において、各貫通孔の面積は１ｍｍ２以上であり、貫通孔の合計面積は、圧力逃し孔５１０の面積の０．５倍以上である。図５における安全保護装置は、火花の阻止効果と排気速度の間で全体的なバランスを取ることができる。
【００３３】
図６は、本発明の他の実施形態に係る安全保護装置の立体概略図を示す。図６における安全保護装置は、図５における安全保護装置と類似しており、両者の間の主要な相違点は、図６における安全保護装置の側壁４９がバッフルプレート４８の周縁に沿って連続に設けられ、第２のガスフロー通路４４が側壁に形成される複数の貫通孔を含み、つまり第１のガスフロー通路４６及び第２のガスフロー通路４４は、いずれも側壁に形成される複数の貫通孔を含み、すなわちいずれも孔付き網状構造であることにある。貫通孔の形状は、円形、菱形、四角形、楕円形、レーストラック形状などであってもよい。各貫通孔の面積は１ｍｍ２以上であり、貫通孔の合計面積は、圧力逃し孔５１０の面積の０．５倍以上である。各貫通孔の面積小さすぎると、ガスフロー通路の面積に対する要求を確保しにくい一方、電池内部からの溶融したプラスチック部材及び固体粒子が網目を閉塞しやすくなるので、ガスが適時に排出できず、内部気圧を高めて安全上の危険を生じる。第１のガスフロー通路４６及び第２のガスフロー通路４４を孔付き網状構造にすることにより、第１のガスフロー通路４６及び第２のガスフロー通路４４から排出可能な火花を有効に阻止して可燃性ガスと効果的に分離することができる。
【００３４】
図７は、本発明の他の実施形態に係る安全保護装置の立体概略図を示す。図７における安全保護装置は図２における安全保護装置と類似しており、両者の間の主要な相違点は、図７における安全保護装置の側壁４９がバッフルプレート４８の周縁に沿って連続に設けられ、第２のガスフロー通路４４が側壁に形成される複数の貫通孔を含むことにある。１つの実施例において、各貫通孔の面積は１ｍｍ２以上であり、貫通孔の合計面積は、圧力逃し孔５１０の面積の０．５倍以上である。図７における安全保護装置は、火花の阻止効果と排気速度の間で全体的なバランスを取ることができる。
【００３５】
図８は、本発明の他の実施形態に係る安全保護装置の立体概略図を示す。図８における安全保護装置は、図２における安全保護装置と類似しており、両者の間の主要な相違点は、図８における安全保護装置のバッフルプレート４８に複数の貫通孔が設けられ、すなわちバッフルプレート４８は孔付き網状構造であることにある。バッフルプレート４８における貫通孔は、高温固体粒子を通過させず、気体が通過可能である。例えば、１つの実施例において、各貫通孔の面積は１ｍｍ２未満であり、このようにしてガスフロー通路の面積を有効に増大させ、筐体１０の内部気圧を低減することができる。各貫通孔の面積が大きすぎると、一部の粒径の小さい火花が貫通孔を通して、火花の阻止効果を悪化させる可能性がある。
【００３６】
図９は、本発明の他の実施形態に係る安全保護装置の立体概略図を示す。図９における安全保護装置は、図７における安全保護装置と類似しており、両者の間の主要な相違点は、図９における安全保護装置のバッフルプレート４８に複数の貫通孔が設けられ、すなわちバッフルプレート４８は孔付き網状構造であることにある。バッフルプレート４８における貫通孔は、高温固体粒子を通過させず、気体が通過可能である。例えば、１つの実施例において、各貫通孔の面積は１ｍｍ２未満であり、このようにしてガスフロー通路の面積を有効に増大することができる。図９における安全保護装置は、火花の阻止効果と排気速度の間でバランスを有効に取ることができる。
【００３７】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る安全保護装置の立体概略図を示す。図１０における安全保護装置は、図２における安全保護装置と類似しており、両者の間の主要な相違点は、図１０における安全保護装置の側壁４９がバッフルプレート４８の周縁に沿って連続に設けられ、第２のガスフロー通路４４が側壁に形成される複数の開口構造を含み、側板がほぼフレーム状になることにある。図１０における安全保護装置は、安全保護装置の強度を強めることができる。
【００３８】
図１２は本発明のもう１つの実施形態に係るリチウムイオン電池の立体分解図を示す。図１２におけるリチウムイオン電池は、図１におけるリチウムイオン電池と類似しており、両者の間の主要な相違点は、図１２におけるリチウムイオン電池はもう１つの安全保護装置７０をさらに含み、安全保護装置７０及び安全保護装置４０は、それぞれ圧力逃しシート６０を覆うように電池上蓋５０の両側に設けられている。安全保護装置７０の構造は上記実施例におけるいずれかの安全保護装置４０の構造と同様であってもよい。また、安全保護装置７０には、ガスフロー通路構造がバッフルプレート４８のみに設けられてもよい。安全保護装置４０、７０は、セル安全性試験においてセル２０の安全性に二重保護を加え、ガスフロー通路のスムーズを確保すると同時に、固体火花粒子を両層で有効に阻止するため、固体火花粒子を可燃性ガスなどの煙霧とより有効に分離させ、セル２０の安全性を確保することができる。
【００３９】
なお、図示した実施形態において、リチウムイオン電池は四角形のリチウムイオン電池であるが、本発明におけるリチウムイオン電池の形状は、特に制限されるものではなく、他の形状のリチウムイオン電池、例えば、角柱状のリチウムイオン電池及び円柱状のリチウムイオン電池であってもよいと理解されるべきである。また、図示した実施形態において、本発明は圧力逃しシートを例として説明したが、本発明に係る安全保護装置は、リチウムイオン電池の他の圧力逃し弁に適用されてもよい。さらに、安全保護装置は上記のように筐体１０に設けられてもよく、筐体１０及び電池上蓋５０にそれぞれ設けられてもよい。
【００４０】
上述したのは本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の要旨と原則内にあるものであれば、いかなる修正、均等交換、改良等があっても、本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【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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【図１１】
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【図１２】
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