(57)【要約】【課題】電池容器の内部圧力の上昇時に電極と外部端子との間の電流経路の遮断をより確実に安定して行うことが可能な二次電池を提供する。【解決手段】二次電池は、外部端子と電池容器内の電極との間の電流経路に配置された電流遮断機構を備える。電流遮断機構は、電池容器に収容され、外部端子に接続されたダイヤフラム５と、該ダイヤフラム５との間に接合部Ｗを有すると共に電極に接続された集電板３０Ａと、を備える。集電板３０Ａは、接合部Ｗを囲む薄肉部３３ｄを有し、薄肉部３３ｄは、局所的に薄肉化された応力集中部３３ｈを有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部端子と電池容器内の電極との間の電流経路に配置された電流遮断機構を備えた二次電池であって、
前記電流遮断機構は、前記電池容器に収容され、前記外部端子に接続されたダイヤフラムと、該ダイヤフラムとの間に接合部を有すると共に前記電極に接続された集電板と、を備え、
前記ダイヤフラム又は前記集電板は、前記接合部を囲む薄肉部を有し、
前記薄肉部は、局所的に薄肉化された応力集中部を有することを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記薄肉部は、前記接合部の周囲に環状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記薄肉部は、前記集電板に設けられた環状溝によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記薄肉部は、前記ダイヤフラムに設けられた環状溝によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【請求項５】
前記薄肉部及び前記応力集中部の肉厚は、それぞれ前記環状溝の周方向及び幅方向に沿って一様であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記薄肉部の肉厚は、前記環状溝の幅方向に沿って一様であり、
前記応力集中部の肉厚は、前記環状溝の幅方向に沿って、両端部が最も厚く、該両端部の間の中間部が最も薄くなることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の二次電池。
【請求項７】
前記薄肉部の肉厚は、前記環状溝の周方向に沿って一様であり、
前記応力集中部の肉厚は、前記環状溝の周方向に沿って、両端部が最も厚く、該両端部の間の中間部が最も薄くなることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の二次電池。
【請求項８】
前記環状溝の幅方向において、前記応力集中部の幅は、前記薄肉部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の二次電池。
【請求項９】
前記環状溝は、前記集電板の前記ダイヤフラムに対向する面及び前記ダイヤフラムと反対側の面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記環状溝は、前記ダイヤフラムの前記集電板に対向する面及び前記集電板と反対側の面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項１１】
前記薄肉部に複数の前記応力集中部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項１２】
前記電池容器は、上部に開口を有する有底角筒状の電池缶と、前記開口を封止する長方形板状の電池蓋とを有し、
前記ダイヤフラムは、前記電池蓋に垂直な方向の平面視で、前記電池蓋の長辺方向の寸法が前記電池蓋の短辺方向の寸法よりも大きい平面形状に形成され、
前記応力集中部は、前記電池蓋に垂直な方向からの平面視で、前記ダイヤフラムの長手方向に沿う中心線に重なる位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項１３】
前記集電板は、前記電池蓋に対向する基部と、該基部の一側から前記電池缶の底面に向けて延びて前記電極に接続される接続端子部と、を有し、
前記電池蓋の長辺方向を前記電池容器の幅方向として、
前記接続端子部は、前記基部の前記幅方向外側に設けられ、
前記薄肉部は、前記基部の前記幅方向内側に設けられ、
前記応力集中部は、前記薄肉部の前記幅方向内側に設けられることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
【請求項１４】
前記ダイヤフラムは、中央部が周縁部よりも前記集電板の前記基部に向けて膨出する凸形状を有し、
前記集電板の前記基部は、前記ダイヤフラムに対向する面に、前記凸形状の少なくとも一部を収容する凹部を有することを特徴とする請求項１３に記載の二次電池。
【請求項１５】
前記ダイヤフラム及び前記集電板の材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部端子と電池容器内の電極との間の電流経路を遮断する電流遮断機構を備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば車両用のモータやその他の電子機器の電源として二次電池が広く用いられている。二次電池では、例えば、過充電、過昇温又は外力による破損などによって電池内部のガス圧が上昇した場合に、電流を遮断して安全性を高める必要がある。このような二次電池として、感圧変形素子を備えた非水電解質二次電池が知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の非水電解質二次電池は、外部電極端子と電極体とを電気的に接続する導電経路の途中に、電池内部のガス圧の上昇に対応して変形する感圧変形素子が設けられている。外部電極端子は、その内部に電池外部と感圧変形素子の電池外方面側に接する空間とをつなぐ連通孔を有している。
【０００４】
感圧変形素子は、電池内部のガス圧の上昇に対応して変形し、外部電極端子と電極体との電気的接続を遮断する。特許文献１では、感圧変形素子が確実かつ迅速に動作し、かつ電池外から侵入する水分等による経時劣化を防止し得た信頼性に優れた感圧変形素子を備えた非水電解質二次電池を実現することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６６２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の非水電解質二次電池では、平板状のダイヤフラムと遮断箔とが感圧変形素子を構成している。しかしながら、個々の非水電解質二次電池において、電池内部のガス圧によってダイヤフラムを変形させて遮断箔を破断する際に、遮断箔の厚みのバラツキ等によって、遮断箔が破断する箇所や破断する際のガス圧にバラツキが生じる場合がある。また、遮断箔が破断する箇所にバラツキが生じると、遮断箔の破断後の形状にもバラツキが生じ、変形後のダイヤフラムと残存した遮断箔、集電板等が近接した状態になることがある。この場合、変形後のダイヤフラムと残存した遮断箔、集電板等が、例えば電解液を介して導通し、電池容器の内部圧力の上昇時に電極と外部端子との間の電流経路を確実に遮断できない虞がある。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池容器の内部圧力の上昇時に電極と外部端子との間の電流経路の遮断をより確実に安定して行うことが可能な二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、外部端子と電池容器内の電極との間の電流経路に配置された電流遮断機構を備えた二次電池であって、前記電流遮断機構は、前記電池容器に収容され、前記外部端子に接続されたダイヤフラムと、該ダイヤフラムとの間に接合部を有すると共に前記電極に接続された集電板と、を備え、前記ダイヤフラム又は前記集電板は、前記接合部を囲む薄肉部を有し、前記薄肉部は、局所的に薄肉化された応力集中部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の二次電池では、何らかの異常によって電池容器の内部圧力が上昇した場合、ダイヤフラムがその内部圧力を受け、ダイヤフラムと集電板との間の接合部及びその近傍に応力が作用する。ここで、隣接する他の部分よりも肉厚が薄く、接合部を囲む薄肉部には、応力が集中的に作用し、薄肉部が局所的に薄肉化された応力集中部には、より高い応力が集中的に作用する。
【００１０】
そのため、電池容器の内部圧力がさらに上昇して所定の圧力に達すると、まず応力集中部が破断し、その破断した部分に応力がさらに集中的に作用して薄肉部の全体が連鎖的に破断し、ダイヤフラムが変形する。これにより、ダイヤフラムと集電板との接続が断たれ、電極と外部端子との間の電流経路が遮断される。すなわち、応力集中部に応力を集中的に作用させて応力集中部を薄肉部の破断の起点とすることで、所定の圧力で薄肉部をより正確に、確実かつ容易に、安定して破断させることができる。
【００１１】
したがって、本発明の二次電池によれば、電池容器の内部圧力の上昇時に電極と外部端子との間の電流経路の遮断をより確実に安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る二次電池の斜視図。
【図２】図１に示す二次電池の分解斜視図。
【図３】図１に示す二次電池の電極群の分解斜視図。
【図４】図１に示す二次電池の正極外部端子近傍の各部材の分解斜視図。
【図５】図１に示す二次電池の正極外部端子近傍の各部材の拡大断面図。
【図６】図５に示すダイヤフラムと集電板との接合部の近傍の拡大断面図。
【図７】図６に示す集電板の拡大平面図。
【図８】本発明の実施形態２に係る二次電池の図６に相当する拡大断面図。
【図９】本発明の実施形態３に係る二次電池の図６に相当する拡大断面図。
【図１０】本発明の実施形態４に係る二次電池の図６に相当する拡大断面図。
【図１１】本発明の実施形態５に係る二次電池の図６に相当する拡大断面図。
【図１２】（ａ）は、図７のXII-XII線に沿う拡大断面図、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ（ａ）に対応する本発明の実施形態６及び７に係る二次電池の拡大断面図。
【図１３】本発明の実施形態８に係る二次電池の図７に相当する拡大平面図。
【図１４】本発明の実施形態９に係る二次電池の図６に相当する拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の二次電池の実施形態を説明する。
【００１４】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池１００の斜視図である。
本実施形態の二次電池１００は、例えば、上部に開口を有する有底角筒状の電池缶１２と、電池缶１２の上部の開口を封止する長方形板状の電池蓋１１とを有する扁平箱形の電池容器１０を備えた角形リチウムイオン二次電池である。電池容器１０は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料によって製作されている。
【００１５】
電池容器１０の幅方向すなわち電池蓋１１の長手方向の両端には、電池容器１０の外部で電池蓋１１の上面に、正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂが設けられている。外部端子２０Ａ，２０Ｂと電池蓋１１との間には、絶縁部材２が配置され、外部端子２０Ａ，２０Ｂが電池蓋１１に対して電気的に絶縁されている。正極の外部端子２０Ａは、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金によって製作され、負極の外部端子２０Ｂは、例えば銅又は銅合金によって製作されている。
【００１６】
電池蓋１１の正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂの間には、ガス排出弁１３と注液口１４とが設けられている。ガス排出弁１３は、例えば電池蓋１１を薄肉化して溝部１３ａを形成することによって設けられ、電池容器１０の内部の圧力が所定値を超えて上昇した時に開裂して内部のガスを放出することで、電池容器１０の内部の圧力を低下させる。注液口１４は、電池容器１０の内部に非水電解液を注入するのに用いられ、例えばレーザ溶接によって注液栓１５が溶接されて封止されている。
【００１７】
図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。
電池蓋１１の長手方向の両端で、電池容器１０の内側となる電池蓋１１の下面には、絶縁部材３Ａ，３Ｂを介して正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂが固定されている。正極の集電板３０Ａは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金よって製作され、負極の集電板３０Ｂは、例えば、銅又は銅合金によって製作されている。集電板３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ、絶縁部材３Ａ，３Ｂに固定されて電池蓋１１に対向する基部３１Ａ，３１Ｂと、基部３１Ａ，３１Ｂの一側から電池缶１２の底面１２ｃに向けて延びる接続端子部３２Ａ，３２Ｂと、を有している。
【００１８】
正極の集電板３０Ａは、基部３１Ａに接続された接続板３３を有している。接続板３３は、電池蓋１１と略平行に設けられた板状の部分であり、絶縁部材３Ａを介して電池蓋１１に固定されている。接続板３３と正極の外部端子２０Ａとの間には、これらに接続されたダイヤフラム５が配置されている。接続板３３とダイヤフラム５は、二次電池１００の電流遮断機構５０を構成している。
【００１９】
すなわち、電流遮断機構５０は、電池容器１０内に収容され、外部端子２０Ａに接続されたダイヤフラム５と、電極群４０の正電極４１（図３参照）に接続された集電板３０Ａとを備え、外部端子２０Ａと正電極４１との間の電流経路に配置されている。詳細は後述するが、電流遮断機構５０は、電池容器１０の内部の圧力が所定の圧力を超えて上昇したときに、外部端子２０Ａと正電極４１との間の電流経路を遮断する。
【００２０】
正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂの接続端子部３２Ａ，３２Ｂは、電池容器１０の厚さ方向における基部３１Ａ，３１Ｂの一側から、電池缶１２の最大面積の広側面１２ｂに沿って電池缶１２の底面１２ｃに向けて延びる板状に形成されている。接続端子部３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ、延在方向の途中で電池容器１０の厚さ方向に屈曲し、例えば超音波溶接によって、電極群４０の集電板接合部４１ｄ，４２ｄにそれぞれ接合されることで、電極４１，４２（図３参照）に接続されている。
【００２１】
これにより、外部端子２０Ａ，２０Ｂは、ダイヤフラム５及び集電板３０Ａ，３０Ｂを介して電極４１，４２（図３参照）に電気的に接続されている。また、外部端子２０Ａ，２０Ｂ、絶縁部材２、絶縁部材３Ａ，３Ｂ、集電板３０Ａ，３０Ｂ、及び電流遮断機構５０が、電池蓋１１に組み付けられて蓋組立体が構成されている。また、蓋組立体において、集電板３０Ａ，３０Ｂの接続端子部３２Ａ，３２Ｂに電極群４０の集電板接合部４１ｄ，４２ｄを接合し、電極群４０を集電板３０Ａ，３０Ｂの間に支持することで、蓋組立体と電極群４０からなる発電要素６０が構成されている。
【００２２】
二次電池１００の製造時に、発電要素６０は、電極群４０と電池缶１２との間に不図示の絶縁シートを配置してこれらを電気的に絶縁した状態で、電極群４０の下方側の湾曲部４０ｂから電池缶１２の開口部１２ａに挿入される。電極群４０は、捲回軸Ｄ方向の両側に電池缶１２の狭側面１２ｄ，１２ｄが位置し、捲回軸Ｄ方向が電池缶１２の底面１２ｃ及び広側面１２ｂに略平行に沿うように電池缶１２内に収容される。
【００２３】
電極群４０は、一方の湾曲部４０ｂが電池蓋１１に対向し、もう一方の湾曲部４０ｂが電池缶１２の底面１２ｃに対向し、平面部４０ａが広側面１２ｂに対向した状態で電池容器１０に収容される。そして、電池蓋１１によって電池缶１２の開口部１２ａを閉塞した状態で、例えば、レーザ溶接によって電池蓋１１の全周を電池缶１２の開口部１２ａに接合する。これにより、電池缶１２の開口部１２ａが電池蓋１１によって封止され、電池蓋１１と電池缶１２からなる電池容器１０が形成される。
【００２４】
その後、電池蓋１１の注液口１４を介して電池容器１０の内部に非水電解液を注入し、例えば、レーザ溶接によって注液栓１５を注液口１４に接合して封止することで、電池容器１０が密閉されている。電池容器１０の内部に注入する非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。なお、非水電解液は、リチウム塩や有機溶媒に制限されない。一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにしてもよい。
【００２５】
電解質としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトニル等又はこれら２種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても特に限定されない。
【００２６】
図３は、図２に示す電極群４０の一部を展開した分解斜視図である。
電極群４０は、セパレータ４３，４４を介在させて積層させた正負の電極４１，４２からなる帯状の積層体を捲回軸Ｄに平行な軸心の周りに捲回して扁平形状に成形した捲回電極群である。帯状の積層体は、例えば、延在方向に約１０Ｎの引張荷重をかけながら捲回される。このとき、帯状の積層体は、幅方向すなわち捲回軸Ｄ方向の両端部における正電極４１、負電極４２及びセパレータ４３，４４の端部が一定の位置になるように蛇行制御しながら捲回される。
【００２７】
電極群４０は、電池缶１２の広側面１２ｂに対向して配置される平坦な一対の平面部４０ａと、電池蓋１１及び電池缶１２の底面１２ｃに対向して配置される半円筒状の一対の湾曲部４０ｂを有している。セパレータ４３，４４は、正電極４１と負電極４２との間を絶縁すると共に、最外周に捲回された負電極４２の外側にもセパレータ４４が捲回されている。
【００２８】
正電極４１は、正極集電体である正極箔４１ａと、正極箔４１ａの両面に塗布された正極活物質合剤からなる正極合剤層４１ｂとを有している。正電極４１の幅方向の一側は、正極合剤層４１ｂが形成されず、正極箔４１ａが露出した箔露出部４１ｃとされている。正電極４１は、箔露出部４１ｃが負電極４２の箔露出部４２ｃと捲回軸Ｄ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ｄの周りに捲回されている。
【００２９】
正電極４１は、例えば、正極活物質に導電材、結着剤及び分散溶媒を添加して混練した正極活物質合剤を、幅方向の一側を除いて正極箔４１ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。正極箔４１ａとしては、例えば、厚さ約２０μｍのアルミニウム箔を用いることができる。正極箔４１ａの厚みを含まない正極合剤層４１ｂの厚さは、例えば、約９０μｍである。
【００３０】
正極活物質合剤の材料としては、例えば、正極活物質として１００重量部のマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）を、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛を、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を、分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を、それぞれ用いることができる。正極活物質は、前記したマンガン酸リチウムに限定されず、例えば、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物を用いてもよい。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、及びこれらの一部を金属元素で置換又はドープしたリチウム−金属複合酸化物を用いてもよい。
【００３１】
負電極４２は、負極集電体である負極箔４２ａと、負極箔４２ａの両面に塗布された負極活物質合剤からなる負極合剤層４２ｂとを有している。負電極４２の幅方向の一側は、負極合剤層４２ｂが形成されず、負極箔４２ａが露出した箔露出部４２ｃとされている。負電極４２は、その箔露出部４２ｃが正電極４１の箔露出部４１ｃと捲回軸Ｄ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ｄ周りに捲回されている。
【００３２】
負電極４２は、例えば、負極活物質に結着剤及び分散溶媒を添加して混練した負極活物質合剤を、幅方向の一側を除く負極箔４２ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。負極箔４２ａとしては、例えば、厚さ約１０μｍの銅箔を用いることができる。負極箔４２ａの厚みを含まない負極合剤層４２ｂの厚さは、例えば、約７０μｍである。
【００３３】
負極活物質合剤の材料としては、例えば、負極活物質として１００重量部の非晶質炭素粉末を、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを、分散溶媒としてＮＭＰをそれぞれ用いることができる。負極活物質は、前記した非晶質炭素に限定されず、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２等）、又はそれらの複合材料を用いてもよい。負極活物質の粒子形状についても特に限定されず、鱗片状、球状、繊維状又は塊状等の粒子形状を適宜選択することができる。
【００３４】
なお、前記した正極及び負極の合剤層４１ｂ，４２ｂに用いる結着材は、ＰＶＤＦに限定されない。前記した結着材として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体及びこれらの混合体などを用いてもよい。
【００３５】
セパレータ４３，４４は、例えばポリエチレン製の微多孔性を有する絶縁材料からなり、正電極４１と負電極４２とを絶縁する役割を有している。また、セパレータ４３，４４を介在させて正電極４１及び負電極４２を重ねて捲回する際の軸芯は、例えば、正極箔４１ａ、負極箔４２ａ、セパレータ４３，４４のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回したものを用いることができる。
【００３６】
電極群４０の捲回軸Ｄ方向において、負電極４２の負極合剤層４２ｂの幅は、正電極４１の正極合剤層４１ｂの幅よりも広くなっている。また、電極群４０の最内周と最外周には負電極４２が捲回されている。これにより、正極合剤層４１ｂは、電極群４０の最内周から最外周まで負極合剤層４２ｂの間に挟まれている。
【００３７】
正電極４１及び負電極４２の箔露出部４１ｃ，４２ｃはそれぞれ電極群４０の平面部４０ａで束ねられて前記した集電板接合部４１ｄ，４２ｄ（図２参照）が形成される。正電極４１及び負電極４２のそれぞれの集電板接合部４１ｄ，４２ｄは、例えば抵抗溶接又は超音波溶接等によって、正極及び負極の集電板３０Ａ，３０Ｂのそれぞれの接続端子部３２Ａ，３２Ｂに接合される。これにより、正極側及び負極側において、外部端子２０Ａ，２０Ｂが、それぞれ集電板３０Ａ，３０Ｂを介して、電極群４０を構成する正負の電極４１，４２とそれぞれ電気的に接続される。
【００３８】
なお、電極群４０の捲回軸Ｄ方向において、セパレータ４３，４４の幅は負極合剤層４２ｂの幅よりも広いが、正電極４１及び負電極４２の箔露出部４１ｃ，４２ｃは、それぞれセパレータ４３，４４の幅方向端部よりも幅方向外側に突出している。したがって、セパレータ４３，４４は、箔露出部４１ｃ，４２ｃを束ねて溶接する際の支障にはならない。
【００３９】
図４は、図１に示す二次電池１００の外部端子２０Ａ近傍の各部材の分解斜視図である。図５は、図１に示す二次電池１００の外部端子２０Ａ近傍の拡大断面図である。なお、図４において、電極群４０の図示は省略している。
【００４０】
電流遮断機構５０は、電池容器１０内に収容され、外部端子２０Ａに接続されたダイヤフラム５と、電極群４０の電極４１に接続された集電板３０Ａとを備え、外部端子２０Ａと電池容器１０内の電極４１との間の電流経路に配置されている。
【００４１】
外部端子２０Ａは、電池容器１０外側の絶縁部材２とガスケット４を介して電池容器１０の外側で電池蓋１１の上面に固定されている。ダイヤフラム５は、絶縁部材３Ａと導電板６とを介して電池容器１０の内側で電池蓋１１の下面に固定されている。集電板３０Ａは、基部３１Ａ及び接続板３３が、絶縁部材３Ａを介して電池蓋１１の下面に固定されている。集電板３０Ａの接続板３３と、絶縁部材３Ａとの間には、ダイヤフラム５と導電板６が配置されている。
【００４２】
外部端子２０Ａは、電池容器１０の幅方向すなわち電池蓋１１の長手方向に沿って延びる板状部２１Ａと、該板状部２１Ａの電池容器１０の幅方向内側における端部に設けられた円柱状の接続部２２Ａと、板状部２１Ａ及び接続部２２Ａを貫通する貫通孔２３Ａと、を有している。外部端子２０Ａの板状部２１Ａは、延在方向の中央部に、延在方向に交差する方向、例えば電池容器１０の厚さ方向に沿って溝部２４Ａが形成されることで、部分的に厚さが薄くされている。
【００４３】
外部端子２０Ａの接続部２２Ａは、板状部２１Ａから電池蓋１１を貫通する軸方向の先端に向けて、板状部２１Ａの底面に段差状に設けられた段差部２２ａと、直径が拡大された拡径部２２ｂと、直径が縮小された縮径部２２ｃと、該縮径部２２ｃの先端を塑性変形させて拡径したかしめ部２２ｄと、を有している。外部端子２０Ａの貫通孔２３Ａは、接続部２２Ａの軸方向に沿って外部端子２０Ａを貫通し、板状部２１Ａの上面とかしめ部２２ｄの中央部に開口している。
【００４４】
電池容器１０外側の絶縁部材２は、例えば絶縁性を有する樹脂材料によって製作され、外部端子２０Ａの板状部２１Ａの周側面を覆う縁部２ａと、板状部２１Ａの底面及び電池蓋１１の上面に密着する底部２ｂと、を有している。絶縁部材２の縁部２ａは、板状部２１Ａの周側面を覆うことで、板状部２１Ａと電池蓋１１又はその他の部材との短絡を防止している。絶縁部材２の底部２ｂは、外部端子２０Ａの板状部２１Ａと電池蓋１１との間に配置され、これらを電気的に絶縁している。絶縁部材２の底部２ｂには、電池蓋１１の上面に設けられた凹部１１ａに係合する凸部２ｃと、外部端子２０Ａの接続部２２Ａを挿通させる開口部２ｄとが設けられている。
【００４５】
ガスケット４は、例えば絶縁性を有する樹脂材料によって製作され、円筒状の筒状部４ａと、筒状部４ａの軸方向において電池容器１０外方側の端部に設けられたフランジ部４ｂとを有している。ガスケット４の筒状部４ａは、内側に外部端子２０Ａの接続部２２Ａを挿通させた状態で、電池蓋１１の貫通孔１１ｂに挿通され、外部端子２０Ａの接続部２２Ａと電池蓋１１の貫通孔１１ｂの内周面との間に配置され、接続部２２Ａと電池蓋１１とを電気的に絶縁している。ガスケット４のフランジ部４ｂは、絶縁部材２の開口部２ｄ内に配置され、電池蓋１１の貫通孔１１ｂの周囲に設けられた凹状の段差部１１ｃに係合し、該段差部１１ｃと外部端子２０Ａの凸状の段差部２２ａとの間で圧縮されている。これにより、ガスケット４は、凹状の段差部１１ｃと凸状の段差部２２ａに密着し、電池蓋１１の貫通孔１１ｂを封止している。
【００４６】
電池容器１０内側の絶縁部材３Ａは、例えば絶縁性を有する樹脂材料によって製作され、電池容器１０の幅方向に延在する本体部３ａと、本体部３ａの延在方向中央部に設けられた貫通孔３ｂと、を有している。絶縁部材３Ａの本体部３ａは、集電板３０Ａの基部３１Ａと電池蓋１１との間に配置される厚肉部３ｃと、導電板６を介してダイヤフラム５が固定される薄肉部３ｄと、本体部３ａから電池容器１０内方に向けて突出して集電板３０Ａの接続板３３を支持する支持部３ｅと、集電板３０Ａの基部３１Ａ及び接続板３３を固定する円柱状の突起部３ｆと、を有している。すなわち、絶縁部材３Ａは、集電板３０Ａの基部３１Ａと電池蓋１１との間の部分の厚さよりも、導電板６と電池蓋１１との間の部分の厚さが薄くなっている。
【００４７】
絶縁部材３Ａの薄肉部３ｄには、導電板６を係合させる凹部３ｇが設けられている。薄肉部３ｄの凹部３ｇは、導電板６の平面形状に対応する平面形状に形成されている。絶縁部材３Ａの突起部３ｆの先端は、集電板３０Ａの基部３１Ａ及び接続板３３の貫通孔３１ａ，３３ａを貫通した状態で基部３１Ａ及び接続板３３に熱溶着され、拡径するように溶融及び固化されている。これにより、絶縁部材３Ａの突起部３ｆは、集電板３０Ａの基部３１Ａ及び接続板３３をそれぞれ厚肉部３ｃ及び支持部３ｅに支持固定している。なお、集電板３０Ａは、ネジ、リベット、接着剤等を用いて絶縁部材３Ａに固定してもよい。
【００４８】
図２に示す負極側の絶縁部材３Ｂは、正極側の絶縁部材３Ａと同様に本体部３ａ及び貫通孔３ｂを有しているが、厚肉部３ｃ、薄肉部３ｄ、支持部３ｅ、及び突起部３ｆ等は有していない点で、正極側の絶縁部材３Ａと異なっている。
【００４９】
導電板６は、電池蓋１１の上面に垂直な平面視でダイヤフラム５の平面形状に対応する平面形状を有する板状の部材である。導電板６は、外部端子２０Ａの接続部２２Ａを挿通させる貫通孔６ａと、ダイヤフラム５の周縁部５ａを係合させる環状溝６ｂを有している。導電板６の環状溝６ｂには、ダイヤフラム５の周縁部５ａが、例えばレーザ溶接によって接合されている。導電板６は、電池容器１０内側の絶縁部材３Ａの薄肉部３ｄに形成された凹部３ｇに係合した状態で貫通孔６ａに外部端子２０Ａの接続部２２Ａが挿通されている。導電板６は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等、正極の外部端子２０Ａ及び集電板３０Ａと同一の材料によって製作することができる。
【００５０】
導電板６の貫通孔６ａを貫通した接続部２２Ａは、先端が導電板６の電池容器１０内方を向く面６ｃで拡径され、先端にかしめ部２２ｄが形成されている。これにより、導電板６が絶縁部材３Ａに固定されて外部端子２０Ａとダイヤフラム５との間に配置され、これらを電気的に接続している。なお、導電板６の電池容器１０内方を向く面６ｃは、リブや凸部を有さない平坦な面であることが好ましい。導電板６の電池容器１０内方を向く面６ｃが平坦であれば、かしめ部２２ｄがリブや凸部に干渉することが防止されるので、かしめ部２２ｄの直径を確保して外部端子２０Ａの接続部２２Ａによるかしめ固定の強度を確保することができるからである。
【００５１】
以上のように、外部端子２０Ａ，２０Ｂ、電池容器１０外側の絶縁部材２、ガスケット４、電池容器１０内側の絶縁部材３Ａ，３Ｂ及び導電板６は、電池蓋１１に一体的にかしめ固定されている。すなわち、外部端子２０Ａは、板状部２１Ａが電池容器１０の外側で電池蓋１１の上面に配置され、接続部２２Ａが電池容器１０外側の絶縁部材２の開口部２ｄと、ガスケット４の筒状部４ａと、電池蓋１１の貫通孔１１ｂと、電池容器１０内側の絶縁部材３Ａの貫通孔３ｂと、導電板６の貫通孔６ａとを貫通してかしめ部２２ｄが形成されることで、これらの部材を一体的に固定している。また、各部材を貫通した外部端子２０Ａの接続部２２Ａに設けられた貫通孔２３Ａによって、電池容器１０の外部空間と、導電板６とダイヤフラム５との間の空間とが連通している。なお、負極側の外部端子２０Ｂは、正極側の外部端子２０Ａの接続部２２Ａと同様の接続部が、集電板３０Ｂの基部３１Ｂを貫通してかしめ部が形成されているが、貫通孔は有していない。
【００５２】
ダイヤフラム５は、中央部が周縁部よりも集電板３０Ａに向けて膨出した凸形状を有している。また、ダイヤフラム５は、集電板３０Ａの接続板３３よりも電池容器１０の外方側に配置されて電池容器１０の内方を向く凸形状を有している。すなわち、ダイヤフラム５は、電池蓋１１に垂直な電池容器１０の高さ方向に深さを有する椀形の形状に形成されている。
【００５３】
ダイヤフラム５は、電池蓋１１の上面に垂直な平面視で、電池容器１０の幅方向すなわち電池蓋１１の長辺方向の寸法が、電池容器１０の厚さ方向すなわち電池蓋１１の短辺方向の寸法よりも大きい平面形状を有している。本実施形態では、ダイヤフラム５は、電池容器１０の幅方向に沿う直線部分と、その両端に円弧状の曲線部分とを有する、フィールドトラック形の平面形状を有している。なお、ダイヤフラム５の平面形状は、長円形又は楕円形であってもよい。
【００５４】
ダイヤフラム５は、電池容器１０の外方側すなわち電池蓋１１側から、電池容器１０の内方側すなわち集電板３０Ａの接続板３３側へ向けて、順次、周縁部５ａ、側壁部５ｂ、底壁部５ｃ、及び突起部５ｄを有している。ダイヤフラム５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等、正極の外部端子２０Ａ及び集電板３０Ａと同一の材料によって製作することができる。
【００５５】
ダイヤフラム５の周縁部５ａは、電池蓋１１に平行な方向に沿うように曲折され、導電板６の電池容器１０内方を向く面に形成された環状溝６ｂに係合し、環状溝６ｂの底部に当接して、例えば、レーザ溶接によって導電板６に接合されている。これにより、ダイヤフラム５の電池容器１０外方側の空間は、電池容器１０の内部空間から隔絶されて、外部端子２０Ａの貫通孔２３Ａによって電池容器１０の外部空間と連通している。ダイヤフラム５の側壁部５ｂは、周縁部５ａから電池蓋１１と垂直な方向に沿って電池缶１２の底面１２ｃに向けて伸長し、電池蓋１１と垂直な方向に対する角度が電池蓋１１と平行な方向に対する角度よりも小さくされている。
【００５６】
ダイヤフラム５の底壁部５ｃは、側壁部５ｂの端部から電池蓋１１と平行な方向に沿ってダイヤフラム５の中央部に向けて伸展し、電池蓋１１と垂直な方向に対する角度が電池蓋１１と平行な方向に対する角度よりも大きくされている。また、底壁部５ｃの電池容器１０の内方を向く面は、凸曲面とされている。ダイヤフラム５の突起部５ｄは、平面視でダイヤフラム５の平面形状に対応する形状、例えば相似形状に形成され、底壁部５ｃの中央部において集電板３０Ａの接続板３３に向けて突出するように形成されている。
【００５７】
ダイヤフラム５は、凸形状の少なくとも一部が集電板３０Ａの凹部３３ｂに収容され、該凹部３３ｂ内で集電板３０Ａに接合されている。より具体的には、本実施形態において、ダイヤフラム５は、底壁部５ｃの大部分と突起部５ｄが集電板３０Ａの凹部３３ｂに収容され、突起部５ｄが、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接又は超音波溶接によって集電板３０Ａの凹部３３ｂ内で、凹部３３ｂの底部３３ｆに接合されている。
【００５８】
正極の集電板３０Ａは、前記したように、絶縁部材３Ａを介して電池蓋１１に固定された基部３１Ａと、電極群４０の集電板接合部４１ｄに接合された接続端子部３２Ａと、基部３１Ａに連結部３４を介して接続された接続板３３とを有している。なお、接続板３３は、基部３１Ａの一部とみなすこともできる。換言すると、集電板３０Ａの基部３１Ａは、連結部３４を介して接続された接続板３３を有している。
【００５９】
基部３１Ａと接続板３３は、電池蓋１１に対向して電池蓋１１と平行に配置されている。基部３１Ａの接続端子部３２Ａに隣接する部分と、接続板３３には、それぞれ、絶縁部材３Ａの突起部３ｆを挿通させる複数の貫通孔３１ａ，３３ａが設けられている。貫通孔３１ａ，３３ａは、基部３１Ａ及び接続板３３を流れる電流の最短経路を避けるように配置することが好ましい。
【００６０】
連結部３４は、例えば、Ｓ字状に湾曲した可撓性を有する形状を有し、接続板３３が基部３１Ａよりも電池蓋１１から離れた電池容器１０の内方側に配置されている。これにより、接続板３３と集電板３０Ａの基部３１Ａとの間に、電池蓋１１と垂直な方向の段差が形成されている。この段差によって、電池蓋１１と接続板３３との間に、電池容器１０の内方に向けて凸形状を有するダイヤフラム５、導電板６および絶縁部材３Ａを配置するスペースが確保されている。
【００６１】
集電板３０Ａは、接続板３３のダイヤフラム５に対向する面に、凹部３３ｂを有している。凹部３３ｂは、例えば、周縁部から中央部に向けて段差が形成されて漸次深くなり、ダイヤフラム５の凸形状の少なくとも一部を収容している。凹部３３ｂの底部３３ｆには、ダイヤフラム５の突起部５ｄが接合されている。
【００６２】
図６は、図５に示すダイヤフラム５の突起部５ｄと、集電板３０Ａの基部３１Ａの接続板３３との接合部Ｗの近傍の拡大断面図である。図７は、電池蓋１１に垂直な方向から見た接続板３３の拡大平面図である。なお、図６は、図７に示すVI-VI線に沿う断面図である。
【００６３】
接続板３３の凹部３３ｂは、外縁がダイヤフラム５の平面形状に対応する平面形状を有し、内側に段差が形成されて中央部がさらに一段深くなることで、隣接する外側の部分の肉厚よりも肉厚が薄くされた底部３３ｆを有している。本実施形態では、凹部３３ｂの外縁は、電池容器１０の幅方向すなわち電池蓋１１の長辺方向を長手方向とするフィールドトラック形状の平面形状を有し、中央部に段差が設けられて円形の底部３３ｆが形成されている。底部３３ｆは、ダイヤフラム５の突起部５ｄの底面全体と接触する面積を有している。
【００６４】
凹部３３ｂの底部３３ｆの中央部には、例えば、レーザ溶接によって、ダイヤフラム５の突起部５ｄが接合され、凹部３３ｂの底部３３ｆとダイヤフラム５との間に接合部Ｗが形成されている。すなわち、集電板３０Ａは、ダイヤフラム５との間に接合部Ｗを有している。また、集電板３０Ａは、接続端子部３２Ａを介して電極４１に接続されているため、ダイヤフラム５と集電板３０Ａとの間に接合部Ｗが形成されることで、ダイヤフラム５が集電板３０Ａを介して電極４１に接続される。底部３３ｆには、ダイヤフラム５の突起部５ｄの底面が当接しているが、凹部３３ｂの底部３３ｆとダイヤフラム５の底面との間は、接合部Ｗを除いて接合されていない。
【００６５】
集電板３０Ａは、接続板３３の凹部３３ｂの底部３３ｆに、接合部Ｗを囲む薄肉部３３ｄを有している。薄肉部３３ｄは、例えば、接合部Ｗの周囲に環状に設けられている。本実施形態では、薄肉部３３ｄは、集電板３０Ａに設けられた環状溝３３ｇによって形成されている。環状溝３３ｇは、接続板３３の凹部３３ｂの底部３３ｆに設けられた接合部Ｗの周囲に、間隔をあけて円環状に設けられている。薄肉部３３ｄは、その一部がさらに局所的に薄肉化された応力集中部３３ｈを有している。薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈは、例えば、プレス加工によって同時に又は別工程で形成することができ、或いは、切削加工によって形成することもできる。
【００６６】
応力集中部３３ｈは、例えば、図６及び図７に示すように、環状溝３３ｇの底部３３ｆに設けられた薄肉部３３ｄに矩形の断面を有する凹部を形成することで、薄肉部３３ｄの一部がさらに薄肉化された部分である。図７に示すように、応力集中部３３ｈは、接合部Ｗを囲む薄肉部３３ｄの周方向すなわち環状溝３３ｇの周方向に沿って、所定の長さＬ１で形成されている。本実施形態では、応力集中部３３ｈの幅Ｄ１と、環状溝３３ｇの幅すなわち薄肉部３３ｄの幅Ｄ２とは、実質的に等しくなっている。また、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの肉厚は、それぞれ環状溝３３ｇの周方向及び幅方向に沿って一様である。一例として、薄肉部３３ｄは、約０．１ｍｍから０．０５ｍｍ程度の範囲の肉厚にすることができ、応力集中部３３ｈは、約０．０５ｍｍから０．０１ｍｍ程度の範囲の肉厚にすることができる。
【００６７】
薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの肉厚、幅Ｄ１，Ｄ２及び応力集中部３３ｈの長さＬ１は、例えば、試行錯誤を行って最適な値を決定するか、又は、材料解析のシミュレーションを行って決定することができる。例えば、まず、電流遮断機構５０が作動して電流を遮断する電池容器１０の内部圧力を、電流遮断機構５０の作動圧力として設定する。次に、作動圧力を受けたダイヤフラム５によって接合部Ｗを介して集電板３０Ａの薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈに作用する応力を算出する計算式を求める。そして、応力集中部３３ｈに作用する応力によって応力集中部３３ｈが破断し、応力集中部３３ｈを起点として薄肉部３３ｄ全体が連鎖的に破断するように、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの肉厚、幅Ｄ１，Ｄ２及び応力集中部３３ｈの長さＬ１を決定することができる。
【００６８】
応力集中部３３ｈは、電池蓋に垂直な方向からの平面視で、ダイヤフラム５の長手方向に沿う中心線ＣＬに重なる位置に形成されていることが好ましい。また、電池蓋１１の長辺方向を電池容器１０の幅方向として、集電板３０Ａの接続端子部３２Ａが、基部３１Ａの幅方向外側に設けられている場合には、薄肉部３３ｄは、基部３１Ａの幅方向内側に設けられ、応力集中部３３ｈは、薄肉部３３ｄの幅方向内側に設けられることが好ましい。
【００６９】
以下、本実施形態の二次電池１００の作用について説明する。
【００７０】
前記したように、本実施形態の二次電池１００は、外部端子２０Ａと電池容器１０内の正電極４１との間の電流経路に配置された電流遮断機構５０を備えている。そのため、二次電池１００は、平常時において、発電機等の外部発電装置から供給された電力を、外部端子２０Ａ，２０Ｂ、電流遮断機構５０及び集電板３０Ａ，３０Ｂを介して、電極群４０の電極４１，４２間に蓄積する。また、二次電池１００は、電極群４０の電極４１，４２間に蓄積した電力を、電流遮断機構５０、集電板３０Ａ，３０Ｂ及び外部端子２０Ａ，２０Ｂを介して、モータ等の外部機器に供給する。
【００７１】
二次電池１００は、例えば、過充電、過昇温又は外力による破損等、何らかの異常によって、電池容器１０内部のガス圧が上昇する場合がある。この場合、電流遮断機構５０を構成するダイヤフラム５において、電池容器１０の内部空間に面する凸形状の外側に作用する圧力が、電池容器１０の内部空間から隔絶された電池蓋１１側の空間に面する凸形状の内側に作用する圧力よりも大きくなる。
【００７２】
これにより、ダイヤフラム５を電池蓋１１に向けて変形させる力が作用し、ダイヤフラム５から接合部Ｗを介して集電板３０Ａに引張及びせん断等の応力が作用する。ここで、集電板３０Ａは、隣接する他の部分よりも肉厚が薄く、接合部Ｗを囲む薄肉部３３ｄを有しているため、ダイヤフラム５から接合部Ｗを介して集電板３０Ａに作用する引張及びせん断等の応力は、薄肉部３３ｄに集中的に作用する。さらに、薄肉部３３ｄは、局所的に薄肉化された応力集中部３３ｈを有しているため、薄肉部３３ｄに作用する応力は、応力集中部３３ｈにおいて最も高くなる。
【００７３】
そのため、電池容器１０内部のガス圧が設定された作動圧力に達すると、最も高い応力が集中的に作用する応力集中部３３ｈが最初に破断する。そして、応力集中部３３ｈの破断した部分にさらに応力が集中することで、薄肉部３３ｄは、応力集中部３３ｈを起点として、全体が連鎖的かつ連続的に破断する。それと同時に、ダイヤフラム５が電池蓋１１に向けて変形し、ダイヤフラム５と集電板３０Ａとの間の電気的導通が遮断される。
【００７４】
以上のように、本実施形態の二次電池１００によれば、電流遮断機構５０の作動圧力で応力集中部３３ｈをより容易かつ確実に破断させ、応力集中部３３ｈを起点として薄肉部３３ｄの全体をより容易に、確実かつ均一に破断させることができる。そのため、薄肉部３３ｄの肉厚にバラツキが生じても、応力集中部３３ｈを起点として薄肉部３３ｄを破断することで、薄肉部３３ｄが破断する箇所及び破断する際のガス圧を均一化することができ、薄肉部３３ｄの破断後の接続板３３の形状も制御しやすくなる。
【００７５】
これにより、変形後のダイヤフラム５と接続板３３の残存した部分が、例えば、電解液を介して導通することが防止され、電池容器１０の内部圧力の上昇時に電極４１と外部端子２０Ａとの間の電流経路を確実に遮断することができる。したがって、本実施形態の二次電池１００によれば、電極４１と外部端子２０Ａとの間の電流経路の遮断をより確実に安定して行うことができる。
【００７６】
また、電流遮断機構５０の作動圧力で応力集中部３３ｈを破断させ、その後、破断した応力集中部３３ｈを起点として連続的に薄肉部３３ｈを破断させることができるので、薄肉部３３ｄの機械的強度を向上させることができる。したがって、振動等による電流遮断機構５０の誤作動を防止することができる。
【００７７】
また、薄肉部３３ｄは、接合部Ｗの周囲に環状に設けられている。そのため、ダイヤフラム５から接合部Ｗを介して集電板３０Ａに作用する応力を、薄肉部３３ｄの全体に、より均等に作用させ、応力集中部３３ｈの破断後に、薄肉部３３ｄの全体をより容易かつ確実に破断させることができる。また、薄肉部３３ｄは、集電板３０Ａに設けられた環状溝３３ｇによって形成されている。これにより、例えば、プレス加工や切削加工によって、集電板３０Ａに環状溝３３ｇを形成することで、集電板３０Ａに薄肉部３３ｄを容易に形成することができる。
【００７８】
また、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの肉厚は、それぞれ環状溝３３ｇの周方向及び幅方向に沿って一様である。そのため、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈに作用する応力を、それぞれ、均一にすることができる。これにより、例えば、電池容器１０の内部圧力が作動圧力に達する前に応力集中部３３ｈ及び薄肉部３３ｄが破断したり、作動圧力に達しても応力集中部３３ｈ及び薄肉部３３ｄが破断しなかったりすることを抑制できる。したがって、電流遮断機構５０を作動圧力で正確に作動させることができる。
【００７９】
また、応力集中部３３ｈは、環状溝３３ｇの幅と等しい幅を有し、環状溝３３ｇの幅方向に沿う断面視で断面形状が矩形であることから、隣接する他の部分よりも肉厚が薄く破断しやすい応力集中部３３ｈの面積を十分に確保することができる。したがって、電流遮断機構５０の作動圧力において応力集中部３３ｈをより確実に破断させることができる。
【００８０】
また、電池蓋１１に垂直な方向の平面視で、ダイヤフラム５は、電池蓋１１の長辺方向の寸法が電池蓋１１の短辺方向の寸法よりも大きい平面形状に形成されている。そのため、ダイヤフラム５は、長手方向の両側の部分の表面積が、短手方向の両側の部分の表面積よりも大きくなり、長手方向に沿う中心線ＣＬに沿って、より大きな応力を薄肉部３３ｄに作用させることができる。そして、応力集中部３３ｈは、ダイヤフラム５の長手方向に沿う中心線ＣＬに重なる位置に形成されている。したがって、電流遮断機構５０の作動圧力において、ダイヤフラム５から応力集中部３３ｈにより大きな応力を作用させ、応力集中部３３ｈをより容易かつ確実に破断させることができる。
【００８１】
また、集電板３０Ａは、電池蓋１１に対向する接続板３３を含む基部３１Ａと、該基部３１Ａの一側から電池缶１２の底面１２ｃに向けて延びて電極４１に接続される接続端子部３２Ａと、を有している。そして、電池蓋１１の長辺方向を電池容器１０の幅方向として、接続端子部３２Ａは、基部３１Ａの幅方向外側に設けられ、薄肉部３３ｄは、基部３１Ａの幅方向内側の接続板３３に設けられている。さらに、応力集中部３３ｈは、薄肉部３３ｄの幅方向内側に設けられている。これにより、例えば、二次電池１００に振動や慣性力が作用して電池容器１０の内部で電極群４０が振動又は揺動しても、電極群４０に接続された接続端子部３２Ａと応力集中部３３ｈとの距離を遠くして、応力集中部３３ｈに及ぶ振動等の影響を最小限に留めることができる。したがって、応力集中部３３ｈが電極群４０の振動又は揺動の影響で破断したり強度が低下したりすることが防止され、電流遮断機構５０の誤作動を防止できる。
【００８２】
また、ダイヤフラム５は、中央部が周縁部よりも集電板３０Ａの基部３１Ａが有する接続板３３に向けて膨出する凸形状を有している。そのため、ダイヤフラム５が平板状の場合と比較して、電池容器１０の内部のガス圧が所定の圧力に達するまでの機械的強度を向上させ、ダイヤフラム５の誤作動を防止することができる。また、電池容器１０の内部のガス圧が所定の圧力に達したときに、ダイヤフラム５が反転するように変形することで、ダイヤフラム５の変形量を増加させ、変形後のダイヤフラム５と接続板３３の残存した部分とが導通することをより確実に防止できる。
【００８３】
また、ダイヤフラム５が突起部５ｄを有することで、突起部５ｄの周側壁をリブとして作用させ、ダイヤフラム５の強度を向上させ、ダイヤフラム５が誤作動によって変形することを防止できる。また、突起部５ｄの底面が、集電板３０Ａの接続板３３に薄肉部３３ｄの外側で接することで、薄肉部３３ｄに振動等による応力が作用することが抑制され、意図せず薄肉部３３ｄが破断することを防止できる。
【００８４】
また、集電板３０Ａの基部３１Ａに含まれる接続板３３は、ダイヤフラム５に対向する面に、ダイヤフラム５の凸形状の少なくとも一部を収容する凹部３３ｂを有している。これにより、凸形状のダイヤフラム５を配置するスペースを確保しつつ、電池蓋１１の上面に垂直な方向の電流遮断機構５０の寸法を小さくすることができる。また、凹部３３ｂを形成することで、底部３３ｆにおいて接続板３３の肉厚を薄くして、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの形成を容易にすることができる。
【００８５】
また、ダイヤフラム５及び集電板３０Ａの材料は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金である。そのため、ダイヤフラム５及び集電板３０Ａの材料が、銅又は銅合金である場合と比較して、ダイヤフラム５及び集電板３０Ａの機械的強度を低下させ、ダイヤフラム５の変形及び集電板３０Ａの薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの破断を容易にすることができる。したがって、正電極４１と外部端子２０Ａとの間の電流経路の遮断をより容易かつ確実に行うことが可能になる。なお、電流遮断機構５０は、負極側に設けることも可能である。
【００８６】
また、電流遮断機構５０によって正電極４１と外部端子２０Ａとの間の電流経路を遮断した後に、さらに電池容器１０内部のガス圧が上昇すると、ガス排出弁１３が開裂して電池容器１０内部のガスを外部に放出する。これにより、二次電池１００の安全性を確保することができる。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態の二次電池１００によれば、薄肉部３３ｄが局所的に薄肉化された応力集中部３３ｈを有することで、電池容器１０の内部圧力の上昇時に電極４１と外部端子２０Ａとの間の電流経路の遮断をより確実に安定して行うことができる。
【００８８】
［実施形態２及び３］
図８及び９は、それぞれ、前述の実施形態１の図６に相当する、本発明の実施形態２及び３に係る二次電池のダイヤフラム５と集電板３０Ａとの接合部Ｗの近傍の拡大断面図である。
【００８９】
実施形態２及び３の二次電池は、応力集中部３３ｈ１，３３ｈ２の構成が、実施形態１の二次電池１００の応力集中部３３ｈの構成と異なっている。実施形態２及び３の二次電池のその他の点は、実施形態１の二次電池１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００９０】
実施形態２及び３の二次電池において、応力集中部３３ｈ１，３３ｈ２の肉厚は、環状溝３３ｇの径方向すなわち幅方向に沿って、両端部が最も厚く、両端部の間の中間部が最も薄くなっている。より具体的には、実施形態２の二次電池の応力集中部３３ｈ１は、環状溝３３ｇの幅方向の断面視で、互いに対向する一対の平坦な傾斜面を有し、Ｖ字形の断面形状を有している。また、実施形態３の二次電池の応力集中部３３ｈ２は、環状溝３３ｇの幅方向の断面視で、曲面状の傾斜面を有する半円状の断面形状を有している。
【００９１】
これにより、板材からプレス加工によって集電板３０Ａに接続板３３を含む基部３１Ａを形成し、接続板３３に環状溝３３ｇ及び応力集中部３３ｈ１，３３ｈ２を形成するのを容易にすることができる。また、応力集中部３３ｈ１，３３ｈ２の幅方向両端部において肉厚を厚くして、振動等による応力集中部３３ｈ１，３３ｈ２の破断又は強度低下を防止すると共に、幅方向中間部の肉厚を薄くして、電流遮断機構５０の作動圧力で応力集中部３３ｈ１，３３ｈ２を確実に破断させることができる。したがって、電流遮断機構５０の誤作動を防止することができる。
【００９２】
［実施形態４］
図１０は、前述の実施形態１の図６に相当する、本発明の実施形態４に係る二次電池のダイヤフラム５と集電板３０Ａとの接合部Ｗの近傍の拡大断面図である。
【００９３】
本実施形態の二次電池は、応力集中部３３ｈ３の構成が、実施形態１の二次電池１００の応力集中部３３ｈの構成と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、実施形態１の二次電池１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００９４】
本実施形態の二次電池は、環状溝３３ｇの幅方向において、応力集中部３３ｈ３の幅ｗ１が、薄肉部３３ｄの幅ｗ２よりも狭い。これにより、プレス加工によって環状溝３３ｇを形成した後に応力集中部３３ｈ３を形成する場合でも、応力集中部３３ｈ３の多少の位置ずれを許容し、プレス加工を容易にすることができる。また、応力集中部３３ｈ３の面積を減少させ、薄肉部３３ｄの強度を高くすることができる。
【００９５】
［実施形態５］
図１１は、前述の実施形態１の図６に相当する、本発明の実施形態５に係る二次電池のダイヤフラム５と集電板３０Ａとの接合部Ｗの近傍の拡大断面図である。
【００９６】
本実施形態の二次電池は、環状溝３３ｇ１，３３ｇ２の構成が、実施形態１の二次電池１００の環状溝３３ｇと異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、実施形態１の二次電池１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００９７】
本実施形態の二次電池において、環状溝３３ｇ１，３３ｇ２は、集電板３０Ａのダイヤフラム５に対向する面及びダイヤフラム５と反対側の面の両方に設けられている。これにより、環状溝３３ｇ１，３３ｇ２の深さを変更することで、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの肉厚及び凹部３３ｂの底部３３ｆにおける厚さ方向の位置を自由に設定することが可能になる。なお、環状溝３３ｇ１，３３ｇ２は、必ずしも集電板３０Ａのダイヤフラム５に対向する面及びダイヤフラム５と反対側の面の両方に設ける必要はなく、少なくとも一方の面に設けられていればよい。
【００９８】
例えば、凹部３３ｂの底部３３ｆの厚さ方向における薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの位置が、中間位置よりもダイヤフラム５に近ければ、ダイヤフラム５と集電板３０Ａとをレーザ溶接する際により高温になる接続板３３のダイヤフラム５と反対側の面からの距離が遠くなる。これにより、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈに対する熱の影響を低減することができ、電流遮断機構５０の誤作動を防止することができる。
【００９９】
また、凹部３３ｂの底部３３ｆの厚さ方向における薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの位置が、中間位置よりもダイヤフラム５から遠ければ、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの破断後に生じるバリと変形後のダイヤフラム５との距離を遠ざけることができる。これにより、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの破断後にダイヤフラム５と集電板３０Ａとの間が、例えば電解液を介して導通するのを防止して、外部端子２０Ａと電極４１との間の電流経路を確実に遮断することができる。
【０１００】
また、凹部３３ｂの底部３３ｆの厚さ方向における薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの位置が、中間位置であれば、二次電池１００の製造工程において工具や治具等が誤って薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈに接触することが防止される。これにより、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの破損及び強度低下を防止して、電流遮断機構５０の誤作動を防止することができる。
【０１０１】
［実施形態６及び７］
図１２（ａ）は、前述の実施形態１の図７に示すXII-XII線に沿う実施形態１の二次電池１００の薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの拡大断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に相当する、本発明の実施形態６に係る二次電池の薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈ４の拡大断面図である。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）に相当する、本発明の実施形態７に係る二次電池の薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈ５の拡大断面図である。
【０１０２】
実施形態６及び７の二次電池は、応力集中部３３ｈ４，３３ｈ５の構成が、実施形態１の二次電池１００の応力集中部３３ｈと異なっている。実施形態６及び７の二次電池のその他の点は、実施形態１の二次電池１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【０１０３】
図１２（ａ）に示すように、実施形態１の二次電池１００において、薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈの肉厚は、それぞれ環状溝３３ｇの周方向すなわち接線方向に沿って一様である。これに対し、図１２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、実施形態６及び７の二次電池は、薄肉部３３ｄの肉厚は、環状溝３３ｇの周方向に沿って一様であるが、応力集中部３３ｈ４，３３ｈ５の肉厚は、環状溝３３ｇの周方向に沿って、両端部が最も厚く、該両端部の間の中間部が最も薄くなっている。より具体的には、実施形態６の二次電池の応力集中部３３ｈ４は、環状溝３３ｇの周方向の断面視で、互いに対向する一対の平坦な傾斜面を有し、Ｖ字形の断面形状を有している。また、実施形態７の二次電池の応力集中部３３ｈ５は、環状溝３３ｇの周方向の断面視で、曲面状の傾斜面を有する半円状又は半楕円状の断面形状を有している。
【０１０４】
これにより、板材からプレス加工によって集電板３０Ａに接続板３３を含む基部３１Ａを形成し、接続板３３に環状溝３３ｇ及び応力集中部３３ｈ４，３３ｈ５を形成するのを容易にすることができる。また、環状溝３３ｇの周方向において、応力集中部３３ｈ４，３３ｈ５の両端部で肉厚を厚くして、振動等による応力集中部３３ｈ４，３３ｈ５の破断又は強度低下を防止すると共に、中間部の肉厚を薄くして、電流遮断機構５０の作動圧力で応力集中部３３ｈ４，３３ｈ５を確実に破断させることができる。したがって、電流遮断機構５０の誤作動を防止することができる。
【０１０５】
［実施形態８］
図１３は、前述の実施形態１の図７に相当する、本発明の実施形態８に係る二次電池の集電板３０Ａの拡大平面図である。
【０１０６】
本実施形態の二次電池は、複数の応力集中部３３ｈを有する点で、実施形態１の二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、実施形態１の二次電池１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【０１０７】
本実施形態の二次電池は、薄肉部３３ｄに複数の応力集中部３３ｈが形成されているので、仮にダイヤフラム５から接合部Ｗを介して薄肉部３３ｄの周方向に偏った応力が作用しても、いずれかの応力集中部３３ｈを破断させることができる。したがって、電流遮断機構５０の作動圧力で薄肉部３３ｄをより確実に破断させることができる。
【０１０８】
なお、ダイヤフラム５が電池蓋１１の長辺方向を長手方向とする一方向に長い形状に形成され、応力集中部３３ｈを２つ以上設ける場合には、電池蓋１１の上面に垂直な平面視で、２つの応力集中部をダイヤフラム５の長手方向に沿う中心線ＣＬに重なる位置に配置し、さらにこれらの間に等間隔で応力集中部３３ｈを配置していくことが好ましい。これにより、中心線ＣＬに重なる位置の応力集中部３３ｈにより高い応力を作用させることができるだけでなく、薄肉部３３ｄの周方向に偏った応力が作用しても、いずれかの応力集中部３３ｈをより確実に破断させることができる。
【０１０９】
［実施形態９］
図１４は、前述の実施形態１の図６に相当する、本発明の実施形態９に係る二次電池の拡大断面図である。
【０１１０】
本実施形態の二次電池は、集電板３０Ａではなく、ダイヤフラム５が接合部Ｗを囲む薄肉部５ｅを有している点で、実施形態１の二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、実施形態１の二次電池１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【０１１１】
本実施形態の二次電池において、薄肉部５ｅは、局所的に薄肉化された応力集中部５ｆを有している。また、薄肉部５ｅは、ダイヤフラム５に設けられた環状溝５ｇによって形成されている。本実施形態の二次電池によれば、実施形態１の二次電池１００と同様の効果が得られるだけでなく、集電板３０Ａのように接続端子部３２Ａを形成する曲げ加工を伴わないダイヤフラム５に薄肉部５ｅ及び応力集中部５ｆを形成することができる。したがって、集電板３０Ａに薄肉部３３ｄ及び応力集中部３３ｈを設ける場合と比較して、薄肉部５ｅ及び応力集中部５ｆに対する残留応力を低減し、電流遮断機構５０の作動圧力でより精度よく薄肉部５ｅ及び応力集中部５ｆを破断させることができる。
【０１１２】
なお、図１１に示す実施形態５の二次電池と同様に、環状溝５ｇは、ダイヤフラム５の集電板３０Ａに対向する面及び集電板３０Ａと反対側の面の少なくとも一方に設けられていればよい。これにより、実施形態５の二次電池と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１４】
５  ダイヤフラム、５ｅ  薄肉部、５ｆ  応力集中部、５ｇ  環状溝、１０  電池容器、１１  電池蓋、１２  電池缶、２０Ａ  外部端子、３０Ａ  集電板、３１Ａ  基部、３２Ａ  接続端子部、３３  接続板（基部）、３３ｂ  凹部、３３ｄ  薄肉部、３３ｇ，３３ｇ１〜３３ｇ５  環状溝、３３ｈ  応力集中部、４１  正電極（電極）、５０  電流遮断機構、１００  二次電池、ＣＬ  中心線、Ｗ  接合部
【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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【図１３】
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【図１４】
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