(57)【要約】【課題】遮断動作するときの作動圧にばらつきが生じることを抑制する。【解決手段】二次電池は、電池要素および集電端子２５を収容するケースと、ケースの内圧が上昇した場合に集電端子から遠ざかるように変形する反転板３０と、反転板の反転動作を許容するように反転板を保持し、反転板を保持する側とは反対側の部分にケースの内部と外部とを連通する連通孔４１Ｈが設けられたリベット４０と、棒状の形状を有し、一方の端部が反転板に接合され、他方の端部が連通孔に挿入された棒状部材６０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池要素および集電端子を収容するケースと、
前記ケースの内圧が上昇した場合に前記集電端子から遠ざかるように変形する反転板と、
前記反転板の反転動作を許容するように前記反転板を保持し、前記反転板を保持する側とは反対側の部分に前記ケースの内部と外部とを連通する連通孔が設けられたリベットと、
棒状の形状を有し、一方の端部が前記反転板に接合され、他方の端部が前記連通孔に挿入された棒状部材と、を備える、
二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内圧作動型の電流遮断機構を備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−２１２０３４号公報（特許文献１）に開示されているように、内圧作動型の電流遮断機構を備えた二次電池が知られている。内圧作動型の電流遮断機構は、電池要素に電気接続された集電端子、集電端子に接合された反転板、反転板を保持するリベット、および、リベットを介して反転板に電気接続された外部端子などから構成される。
【０００３】
電流遮断機構の作動圧まで電池ケースの内圧が上昇した場合、内圧を受けた反転板は、集電端子から遠ざかる方向に変形する（反転動作）。反転板と集電端子との導通が遮断されることにより、電池要素と外部端子との間の導通も遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１２０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電流遮断機構は、予め設定された作動圧まで電池ケースの内圧が上昇したときに、作動することが求められる。換言すると、電流遮断機構が遮断動作するときの作動圧には、ばらつきができるだけ少ないことが好ましい。ここで、流体（内圧を伝達する媒体）が静止している場合には、その流体の圧力は、物体（反転板）の表面に対して垂直かつ均一に作用する。
【０００６】
しかしながら、電池ケース内で発生した内圧により生じる応力は、動的な性質を有しているため、反転板の表面に対して垂直かつ均一に作用しない場合がある。すなわち、反転板が内圧から受ける応力の方向（具体的には、反転板の反転動作に供される圧力の方向）が一定でないことに起因して、電流遮断機構が遮断動作するときの作動圧にばらつきが生じる場合がある。
【０００７】
本発明は、電流遮断機構が遮断動作するときの作動圧にばらつきが生じることを抑制可能な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】
【０００８】
二次電池は、電池要素および集電端子を収容するケースと、上記ケースの内圧が上昇した場合に上記集電端子から遠ざかるように変形する反転板と、上記反転板の反転動作を許容するように上記反転板を保持し、上記反転板を保持する側とは反対側の部分に上記ケースの内部と外部とを連通する連通孔が設けられたリベットと、棒状の形状を有し、一方の端部が上記反転板に接合され、他方の端部が上記連通孔に挿入された棒状部材と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
連通孔に挿入された棒状部材は、反転板が反転動作を行う際に、反転板の反転動作を案内するガイドとして機能する。反転板に作用する応力の方向（具体的には、反転板の反転動作に供される圧力の方向）は、棒状部材のガイド機能によって略一定の方向に定まる。したがって、反転板が反転動作を行う際の反転板の挙動にばらつきが生じることを抑制でき、ひいては電流遮断機構が遮断動作するときの作動圧にばらつきが生じることも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態における二次電池を示す平面図である。
【図２】実施の形態における二次電池を示す断面図である。
【図３】実施の形態における二次電池の電流遮断機構を示す断面図である。
【図４】実施の形態における二次電池の電流遮断機構に備えられる反転板および棒状部材を示す斜視図である。
【図５】実施の形態における二次電池の電流遮断機構の動作を説明するための第１断面図（作動前）である。
【図６】実施の形態における二次電池の電流遮断機構の動作を説明するための第２断面図（作動後）である。
【図７】比較例における二次電池の電流遮断機構の動作を説明するための第１断面図（作動前）である。
【図８】比較例における二次電池の電流遮断機構の動作を説明するための第２断面図（作動後）である。
【図９】検証例における摩擦係数と作動圧との関係を示すグラフである。
【図１０】検証例における摩擦係数と作動圧のばらつきとの関係を示すグラフである。
【図１１】図９および図１０に記載のグラフを１つのグラフとして描いたものである。
【図１２】実験例（比較例１および実施例１〜３）の条件および結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態］
（二次電池１００）
図１〜図６を参照して、実施の形態における二次電池１００について説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。図１および図２は、それぞれ二次電池１００を示す平面図および断面図である。二次電池１００は、ケース１０、電池要素１３（図２）、正極用の外部端子２０、正極用の集電端子２１（図２）、負極用の外部端子２４、および負極用の集電端子２５（図２）を備える。
【００１２】
ケース１０は、収容部１１および封口板１２を含み、電池要素１３および集電端子２１，２５を収容する。外部端子２０，２４は、封口板１２に取り付けられる。電池要素１３の両端には、正極芯体露出部１４および負極芯体露出部１５が設けられる。正極芯体露出部１４は、集電端子２１および後述する電流遮断機構を介して外部端子２０に電気接続される。負極芯体露出部１５は、集電端子２５および電流遮断機構を介して外部端子２４に電気接続される。
【００１３】
（二次電池１００の電流遮断機構）
図３は、二次電池１００の電流遮断機構（負極側）を示す断面図である。図３に示すように、封口板１２および外部端子２４の近傍には、ガスケット１６，１７、導電板１８、集電端子２５、反転板３０、リベット４０、および棒状部材６０が備えられる。ガスケット１６および導電板１８は、封口板１２の外側（ケース１０の外部側）に配置される。ガスケット１７は、封口板１２の内側（ケース１０の内部側）に配置される。
【００１４】
封口板１２には、貫通孔１２Ｈが形成される。リベット４０の一部が貫通孔１２Ｈに挿通された状態でかしめ（加締め）が行われることにより、リベット４０は導電板１８およびガスケット１６，１７を封口板１２に固定する。図３に示す状態では、集電端子２５は、反転板３０、リベット４０および導電板１８を通して外部端子２４に電気接続されている。
【００１５】
リベット４０は、かしめ部４１、小径部４２、接続部４３、および大径部４４を含む。小径部４２は、筒状の形状を有する。かしめ部４１は、小径部４２を貫通孔１２Ｈに挿通したのち、小径部４２の端部側を加締めることによって形成される。接続部４３および大径部４４の内側に形成された空間は、後述する反転板３０の反転動作を許容する。
【００１６】
図４は、二次電池１００の電流遮断機構に備えられる反転板３０および棒状部材６０を示す斜視図である。図３および図４に示すように、反転板３０は、天面部３１、傾斜部３２、および周縁部３３を含み、アルミニウム合金などから形成される。天面部３１は、円形状の形状を有する。傾斜部３２は、天面部３１を取り囲む環状の形状を有する。周縁部３３は、傾斜部３２を取り囲む環状の形状を有する。反転板３０の周縁部３３とリベット４０（図３）の大径部４４とが互いに溶接されることによって、反転板３０はリベット４０に保持される。
【００１７】
集電端子２５は、厚肉部２２、薄肉部２３、貫通孔２３Ｈおよび環状溝２３Ｇを含み、アルミニウム合金などから形成される。薄肉部２３は、厚肉部２２よりも薄い厚さを有する。貫通孔２３Ｈおよび環状溝２３Ｇは、いずれも薄肉部２３に設けられる。反転板３０の天面部３１は、薄肉部２３に溶接される。
【００１８】
ここで、リベット４０の小径部４２は、筒状の形状を有しており、小径部４２の内側には連通孔４１Ｈが設けられている。連通孔４１Ｈは、リベット４０のうちの、反転板３０を保持している側（大径部４４の側）とは反対側の部分（小径部４２）に設けられている。ケース１０（図１，図２）の内部と外部とは、連通孔４１Ｈを通して連通している。
【００１９】
連通孔４１Ｈの内側には、棒状部材６０が配置される。棒状部材６０は、棒状の形状を有しており、棒状部材６０の一方の端部は反転板３０の天面部３１に接合され、反転板３０と一体化している。棒状部材６０の他方の端部は、連通孔４１Ｈに挿入されている。
【００２０】
（電流遮断機構の動作）
図５を参照して、集電端子２５、反転板３０およびリベット４０によって、電流遮断機構が構成される。電流遮断機構が作動する前の二次電池１００（図１）の通常の使用状態においては、反転板３０は、天面部３１の側が集電端子２５（薄肉部２３）の側に向かって突出したような凸形状を有し、集電端子２５は、反転板３０、リベット４０および導電板１８を通して外部端子２４に電気接続される。電流は、集電端子２５、反転板３０およびリベット４０の順に流れる。これにより、二次電池１００（図１）から外部へ電力が供給される。充電時にはこれと逆方向に電流が流れる。
【００２１】
図５および図６を参照して、ケース１０（図１）の内圧が上昇した場合には、反転板３０の天面部３１がケース１０内の気体に押圧される（図５に示す状態）。ケース１０（図１）の内圧が作動圧よりも高くなった場合、薄肉部２３は環状溝２３Ｇを起点として破壊され、反転板３０の天面部３１は薄肉部２３の一部とともに集電端子２５から遠ざかる方向に変形する（図６に示す状態）。反転板３０の反転動作により、集電端子２５と反転板３０とは互いに離隔する。反転板３０と集電端子２５との導通が遮断されることにより、電池要素１３（図１）と外部端子２４との間の導通も遮断される。
【００２２】
ここで、棒状部材６０の一方の端部は、反転板３０の天面部３１に接合され、反転板３０と一体化している。連通孔４１Ｈに挿入された棒状部材６０は、反転板３０が反転動作を行う際に、小径部４２の内周面（連通孔４１Ｈを形成している面）に摺接し、反転板３０の反転動作（変形）を案内するガイドとして機能することができる。以下、具体的に説明する。
【００２３】
冒頭でも述べたように、流体（内圧を伝達する媒体）が静止している場合には、その流体の圧力は、反転板３０の表面に対して垂直かつ均一に作用する。しかしながら、ケース１０内で発生した内圧により生じる応力は、動的な性質を有しているため、反転板３０の表面に対して垂直かつ均一に作用しない場合がある。すなわち、何ら対策を施していない場合には、反転板３０が内圧から受ける応力の方向（具体的には、反転板３０の反転動作に供される圧力の方向）が一定でないことに起因して、電流遮断機構が遮断動作するときの作動圧にばらつきが生じる場合がある。
【００２４】
本実施の形態においては、反転板３０に作用する応力の方向（具体的には、反転板３０の反転動作に供される圧力の方向）は、棒状部材６０のガイド機能によって略一定の方向に定まる（規制される）。反転板３０が反転動作を行う際、薄肉部２３は、棒状部材６０の移動方向（棒状部材６０の軸方向）に沿った方向の力を反転板３０から受ける。薄肉部２３には、均一な引っ張り応力（すなわち、薄肉部２３の中心位置に対して略点対称のかたちで分布する応力）が作用しやすくなる。
【００２５】
したがって、薄肉部２３は、環状溝２３Ｇを起点として一定の箇所で均一に破壊されやすくなり、破断箇所がばらつくことも少なくなる。本実施の形態によれば、反転板３０が反転する際の反転板３０の挙動（破断箇所）にばらつきが生じることを抑制でき、ひいては電流遮断機構が遮断動作するときの作動圧にばらつきが生じることも抑制できる。
【００２６】
［比較例］
図７および図８を参照して、実施の形態の比較例として、電流遮断機構が棒状部材６０を備えていない場合について説明する。上述の通り、ケース内で発生した内圧により生じる応力は、反転板３０の表面に対して垂直かつ均一に作用しない場合がある。反転板３０に作用する応力の方向（具体的には、反転板３０の反転動作に供される圧力の方向）は、一定の方向に定まりにくい。したがって、反転板３０が反転動作を行う際、薄肉部２３が反転板３０から受ける力の方向も定まりにくい。
【００２７】
比較例の構成では、薄肉部２３に、均一な引っ張り応力（すなわち、薄肉部２３の中心位置に対して略点対称のかたちで分布する応力）が作用するケースは少ない。薄肉部２３は、環状溝２３Ｇを起点として均一に破壊されることは難しく、破断箇所もばらつきやすい。図８に示すように、環状溝２３Ｇではない部分で破断することも考えられる。比較例の構成では、反転板３０が反転する際の反転板３０の挙動（破断箇所）にばらつきが生じ、電流遮断機構が遮断動作するときの作動圧にもばらつきが生じやすいと言える。
【００２８】
［検証例］
反転板３０が反転動作を行う際に、棒状部材６０（図３参照）の表面とリベット４０（小径部４２）の内周面との間には摩擦力が発生する。作動圧に対して、棒状部材６０の表面とリベット４０（小径部４２）の内周面との間の摩擦（摩擦係数）がどのように影響するかを検証した。
【００２９】
図９は、摩擦係数と作動圧との関係を示すグラフである。線Ｌ１に示すように、摩擦係数が大きくなればなるほど、作動圧も高くなることがわかる。図１０は、摩擦係数と作動圧のばらつきとの関係を示すグラフである。線Ｌ２に示すように、摩擦係数が大きくなればなるほど、作動圧のばらつきも高くなることがわかる。
【００３０】
図１１は、図９および図１０に記載のグラフを１つのグラフとして描いたものである。図１１からもわかるように、図９および図１０に示す構成例においては、作動圧を０．８±０．１５［ＭＰａ］に設定する場合には、棒状部材６０の表面とリベット４０（小径部４２）の内周面との間の摩擦係数は、０．４以下にする必要があると言える。
【００３１】
［実験例］
図１２を参照して、比較例１および実施例１〜３を含む実験例について説明する。比較例１における電流遮断機構は、棒状部材６０を備えておらず、実施例１〜３における電流遮断機構は、棒状部材６０を備えている。比較例１および実施例１〜３は、いずれも設定作動圧が０．８±０．１５［ＭＰａ］となるように構成した。
【００３２】
棒状部材６０の表面とリベット４０（小径部４２）の内周面との間の摩擦係数（接触面の摩擦係数）は、実施例１が０．５であり、実施例２が０．４であり、実施例３が０．１である。摩擦係数を変更するためには、接触面に表面処理（コーティング）を施したり、接触面の表面粗さを変更したり、潤滑油を用いたりするといった手法が挙げられる。
【００３３】
比較例１および実施例１〜３のそれぞれについて作動圧を測定したところ、比較例１の作動圧は０．８±０．１８［ＭＰａ］であり、実施例１の作動圧は０．８５±０．１４［ＭＰａ］であり、実施例２の作動圧は０．８３±０．１２［ＭＰａ］であり、実施例３の作動圧は０．８１±０．０８［ＭＰａ］であった。すなわち、棒状部材６０を用いることによって、電流遮断機構が遮断動作するときの作動圧にばらつきが生じることを抑制できることがわかる。
【００３４】
以上、実施の形態および実施例について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ケース、１１  収容部、１２  封口板、１２Ｈ，２３Ｈ  貫通孔、１３  電池要素、１４  正極芯体露出部、１５  負極芯体露出部、１６，１７  ガスケット、１８  導電板、２０，２４  外部端子、２１，２５  集電端子、２２  厚肉部、２３  薄肉部、２３Ｇ  環状溝、３０  反転板、３１  天面部、３２  傾斜部、３３  周縁部、４０  リベット、４１  かしめ部、４１Ｈ  連通孔、４２  小径部、４３  接続部、４４  大径部、６０  棒状部材、１００  二次電池。
【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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