(57)【要約】【課題】電流遮断機構が作動した後に、電池要素の温度上昇を抑制しつつ、放電可能な二次電池を提供する。【解決手段】二次電池１は、ケース４内に収容された電池要素１０と、ケース４の内圧が上昇した場合に、電池要素１０と、ケース４の外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断機構２０と、電流遮断機構２０と電池要素１０との間に設けられ、これらを接続する集電部材２２と、を備える。集電部材２２は、ケース４の側面に対向する対向部２４を含み、対向部２４は、電流遮断機構２０が作動した後にケース４の側面に設けられる貫通孔を介して挿入される放電部材を受け入れ可能な放電部材受け入れ部２５を有する。放電部材受け部２５は、ケース４の側面側から見た場合に、電流遮断機構２０と電池要素１０との間に位置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に収容された電池要素と、
ケースの内圧が上昇した場合に、前記電池要素と、前記ケースの外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断機構と、
前記電流遮断機構と前記電池要素との間に設けられ、これらを接続する集電部材と、を備え、
前記集電部材は、前記ケースの側面に対向する対向部を含み、
前記対向部は、前記電流遮断機構が作動した後に前記ケースの前記側面に設けられる貫通孔を介して挿入される放電部材を受け入れ可能な放電部材受け入れ部を有し、
前記放電部材受け部は、前記ケースの側面側から見た場合に、前記電流遮断機構と前記電池要素との間に位置する、二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流遮断機構を備える二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次電池が開示された文献として、たとえばＷＯ２０１３／１７５６１９号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１に開示の二次電池にあっては、電流遮断機構（ＣＩＤ）が作動し、外部端子と電池要素の電極露出部とが遮断された状態で、外部電極に設けられた貫通孔に放電棒を挿入する。挿入された放電棒の先端部を電極露出部に接触させて、電池要素に蓄えられている電気エネルギーを取り出す（放電させる）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１７５６１９号公報（特許文献１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の構成にあっては、放電棒を介して外部端子と電極露出部とを導通させるため、外部端子の熱が放電棒を介して電池要素に伝達される。このため、電池要素の温度が上昇して、二次電池の安全性が低下することが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電流遮断機構が作動した後に、電池要素の温度上昇を抑制しつつ、放電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】
【０００６】
この二次電池は、ケース内に収容された電池要素と、ケースの内圧が上昇した場合に、電池要素と、ケースの外部に設けられた外部端子との間の電流の流れを遮断する電流遮断機構と、電流遮断機構と電池要素との間に設けられ、これらを接続する集電部材と、を備える。集電部材は、ケースの側面に対向する対向部を含み、対向部は、電流遮断機構が作動した後にケースの側面に設けられる貫通孔を介して挿入される放電部材を受け入れ可能な放電部材受け入れ部を有する。放電部材受け部は、ケースの側面側から見た場合に、電流遮断機構と電池要素との間に位置する。
【０００７】
外部端子部および電流遮断機構が作動した状態においては、外部端子および電流遮断機構は発熱しやすいため、外部端子側から放電部材を挿入する場合と比較して、上記のように、ケース側面に対向する部分に放電部材受け入れ部を設け、放電部材をケースの側面から受け入れ可能な構成とすることにより、電流遮断機構が作動した後に、外部端子および電流遮断機構からの発熱が電池要素に伝達する伝達面積を低減することができる。また、放電部材が受け入れ部および集電部材を介して電池要素と導通するため、電池要素に蓄えられたエネルギーを放電することができる。このように、この二次電池は、電流遮断機構が作動した後に、電池要素の温度上昇を抑制しつつ、電池要素に蓄えられたエネルギーを放電することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電流遮断機構が作動した後に、電池要素の温度上昇を抑制しつつ、放電可能な二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る二次電池の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図３】図１に示すＩＩＩ線から見た二次電池の概略側面図である。
【図４】図１に示す二次電池の放電を行っている状態を示す図である。
【図５】比較例１における二次電池の概略断面図である。
【図６】比較例２における二次電池の概略断面図である。
【図７】参考例１における二次電池の概略断面図である。
【図８】実施例１に係る二次電池の概略断面図である。
【図９】実施例２に係る二次電池の概略断面図である。
【図１０】実施例３に係る二次電池の概略断面図である。
【図１１】実施例４に係る二次電池の概略断面図である。
【図１２】本発明の効果を検証する検証実験における温度測定箇所を示す図である。
【図１３】本発明の効果を検証する検証実験の条件および結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１１】
図１は、実施の形態に係る二次電池の構成を示す概略断面図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。図３は、図１に示すＩＩＩ線から見た二次電池の概略側面図である。図１から図３を参照して、本実施の形態に係る二次電池１について説明する。
【００１２】
二次電池１は、複数個が直列または並列に組み合わされて組電池とされ、ハイブリッド自動車等に搭載されている。この組電池は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともにハイブリッド自動車の動力源とされている。
【００１３】
図１に示すように、二次電池１は、ケース４、電池要素１０（電極体）、電流遮断機構２０、負極用の外部端子５および集電部材２１、ならびに正極用の外部端子６および集電部材２２を備える。ケース４は、有底角筒状の収容部３と、収容部３の開口を密閉する封口体２とを含む。ケース４は、内部に電池要素１０を収容している。
【００１４】
電池要素１０は、正極芯体、負極芯体およびセパレータ（いずれも不図示）を有し、正極芯体および負極芯体は、セパレータを介して巻回される。電池要素１０の両端には、負極芯体露出部１１、および正極芯体露出部１２を有する。
【００１５】
外部端子５，６は、それぞれ、ケース４の封口体２から電池１の外部へ突出するように設けられている。負極用の外部端子５は、接続端子および集電部材２１を介して負極芯体露出部１１に接続されている。正極用の外部端子６は、電流遮断機構２０および集電部材２２を介して正極芯体露出部１２に接続されている。
【００１６】
電流遮断機構２０は、ケース４の内圧が上昇した場合に、電池要素１０と、ケース４の外部に設けられた外部端子６との間の電流の流れを遮断する。電流遮断機構２０は、電流経路の一部を構成しケース４の内圧に応じて変形する感圧変形素子（不図示）を含む。感圧変形素子が所定量以上変形した時に電流経路を構成する遮断箔等の惰弱部が破断することにより、電流遮断機構２０は、電流経路を遮断する。
【００１７】
なお、本実施の形態においては、正極用の外部端子６側に電流遮断機構が設けられている場合を例示して説明するが、これに限定されず、電流遮断機構２０は、正極用の外部端子６および負極用の外部端子５の少なくともいずれか一方に設けられていればよい。
【００１８】
図２に示すように、集電部材２２は、一対の平板部２３と、対向部２４とを有する。一対の平板部２３は、ケース４の収容部３の正面３ａおよび背面３ｂに対向し、正極芯体露出部１２を挟みこむように設けられている。
【００１９】
対向部２４は、側面３ｃ（図１参照）に対向するように設けられている。対向部２４の下端部は、電池要素１０から離間するように設けられている。たとえば、対向部２４の下端部は、収容部３の正面３ａ側から背面３ｂ側に向かう方向において、中央に向かうにつれて封口体２に近づくように湾曲した形状を有する。
【００２０】
対向部２４は、放電部材受け入れ部２５を有する。放電部材受け入れ部２５は、電流遮断機構２０が作動した後に収容部３の側面３ｃに設けられる貫通孔（不図示）を介して挿入される放電部材３０（図４参照）を受け入れ可能に設けられている。放電部材３０は、ケース４の側面３ｃ側から見た場合に、電流遮断機構２０と電池要素１０との間に位置するように設けられている。このように、電池要素１０との接触を回避可能な位置関係にある限り、放電部材受け入れ部２５は、対向部２４の中央に設けられていてもよいし、対向部２４のうちケース４の正面側に位置する部分、対向部２４のうちケース４の背面側に位置する部分に設けられていてもよい。
【００２１】
放電部材受け入れ部２５は、たとえば円形状の穴部によって構成され、放電部材３０の先端形状に対応する形状を有する。放電部材受け入れ部２５は、放電部材３０が挿入された状態において放電部材３０と接触する。なお、放電部材受け入れ部２５は、楕円形状でも四角形状でもよく、放電部材３０の形状に合わせて加工されていれば形状を問わない。
【００２２】
電流遮断機構２０の下端から電池要素１０までの長さをＸとし、放電部材受け入れ部２５の長さをＹとした場合に、Ｙ／Ｘは、０．２以上０．５以下であることが好ましい。
【００２３】
図３に示すように、収容部３の側面３ｃには、放電部材受け入れ部２５に対応する位置に目印７が設けられている。目印７は、二次電池１の放電時に放電部材３０を挿入するための貫通孔を設ける位置を示す。目印７は、環状のシール部材が収容部３の側面３ｃに貼着されることにより構成されてもよいし、収容部３の側面３ｃに円形状の凹部を設けれることにより構成されてもよいし、収容部３の側面３ｃに設けられた貫通孔が封止部材によって封止されることにより構成されてもよい。
【００２４】
図４に示すように、放電部材３０は、たとえば釘やネジ等の先端が鋭利な金属部材によって構成される。放電時には、まず、ケース４の側面３ｃのうち目印７設けられた部分に貫通孔を形成する。貫通孔に放電部材３０を挿入させ、さらに放電部材３０を押し進めることにより、放電部材受け入れ部２５に放電部材３０を挿入する。放電部材３０が放電部材受け入れ部２５を介して集電部材２２に確実に接触するために、放電部材３０の直径は、放電部材受け入れ部２５の直径Ｙよりも大きくなっている。このため、放電部材３０を放電部材受け入れ部２５に挿入した場合には、放電部材受け入れ部２５が拡径された状態となり、接触部において放電部材３０に圧縮力が作用する。
【００２５】
この結果、集電部材２２に接続された電池要素１０と、放電部材３０を介して形成される導通経路とを確実に電気的に接続することができる。これにより、電池要素１０に蓄えられていた電気エネルギーを放電することができる。
【００２６】
また、外部端子６および電流遮断機構２０が作動した状態においては、外部端子６および電流遮断機構２０は発熱しやすいため、外部端子６側から放電部材を挿入する場合と比較して、上記のように、ケース４の側面３ｃに対向する部分に放電部材受け入れ部２５を設け、放電部材３０をケース４の側面３ｃから受け入れ可能な構成とすることにより、電流遮断機構２０が作動した後に、外部端子６および電流遮断機構２０からの発熱が電池要素１０に伝達する伝達面積を低減することができる。このように、本実施の形態に係る二次電池１は、電流遮断機構２０が作動した後に、電池要素１０の温度上昇を抑制しつつ、電池要素１０に蓄えられたエネルギーを放電することができる。
【００２７】
（検証実験）
図５から図１１は、比較例１，２および参考例１における二次電池ならびに実施例１から４に係る二次電池の概略断面図である。図１２および図１３は、本発明の効果を検証する検証実験における温度測定箇所を示す図、ならびに検証実験の条件および結果を示す図である。図５から図１３を参照して、本発明の効果を検証するために行った検証実験について説明する。
【００２８】
図５から図１１に示すように、比較例１，２および参考例１における二次電池および実施例１から４に係る二次電池を準備した。
【００２９】
図５および図６に示すように、比較例１，２における二次電池１００，１００Ａは、ＷＯ２０１３／１７５６１９Ａ１に開示の二次電池の如く、外部端子に設けられた貫通孔に放電部材を挿入する構成となっている。すなわち、放電部材は、封口体２の主面に対して垂直方向に放電部材を挿入するように設けられている。比較例１においては、集電部材２２が正極芯体露出部１２を挟み込むように設けられ、比較例２においては、集電部材２２が、ケース４の正面側に位置する正極芯体露出部１２に接触するように設けられている。図７に示すように、参考例１における二次電池１００Ａは、電流遮断機構２０を備えていない。
【００３０】
図８から図１１に示すように、実施例１から４に係る二次電池１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ほぼ実施の形態１に係る二次電池１と同様の構成を有している。このため、二次電池１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃにあっては、収容部３の側面３ｃに垂直方向に放電部材を挿入する。実施例１に係る二次電池１は、放電部材受け入れ部２５が対向部２４の中央部に設けられている。実施例２に係る二次電池１Ａにおいては、放電部材受け入れ部２５が、対向部２４のうちケース４の背面側に位置する部分に設けられている。実施例３に係る二次電池１Ｂにおいては、対向部２４の下端部が直線状に設けられている。実施例４に係る二次電池１Ｃにおいては、集電部材２２がケース４の正面側に位置する正極芯体露出部１２に接触するように設けられている。
【００３１】
比較例１，２における二次電池および実施例１から４に係る二次電池は、電流遮断機構を備えており、参考例１における二次電池は、電流遮断機構を備えていない。比較例１，２における二次電池および実施例１から４に係る二次電池においては、電流遮断機構を作動させた後に、ケースの外部から放電部材を挿入させて放電部材と集電部材とを接触させることにより、導通経路を設けた。当該導通経路を利用して、通電試験を行い、図１２に示すようにケース４の中央部の最高温度を測定した。通電試験においては、各種の単セルの二次電池を１０セルずつ準備し、５５Ａ，２秒の充放電を連続で３時間繰り返し行なった。この際、各種の二次電池において、１０セルのうち導通が確認できたセル数も測定した。なお、参考例１における二次電池１００Ｂは、正常な通電時におけるケース４の中央部の温度を測定するための基準として用いた。
【００３２】
図１３に示すように、比較例１，２における二次電池１００，１００Ａにおいては、放電部材を挿入後に通電を確認できたセル数は、１０セルのうち６セル、５セルであった。また、比較例１，２における二次電池１００，１００Ａにおける通電試験中の最高温度は、８５℃，９０℃であり、基準となる参考例１における二次電池１００Ｂの最高温度７８℃を大きく上回る温度であった。
【００３３】
一方、実施例１から４に係る二次電池１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいては、放電部材を挿入後に通電を確認できたセル数は、いずれも１０セルのうち１０セルであった。また、実施例１から４に係る二次電池１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける通電試験中の最高温度は、７７℃，７５℃，７６℃、７９℃であり、基準となる参考例１における二次電池１００Ｂの最高温度７８℃とほぼ同程度の温度であった。
【００３４】
上記実験結果から、実施例１から４に係る二次電池１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、比較例１，２に係る二次電池と比較して、ケースの側面に対向する部分に放電部材受け入れ部を設け、放電部材をケースの側面から受け入れ可能な構成とすることにより、電流遮断機構が作動した後に、外部端子および電流遮断機構からの発熱が電池要素に伝達する伝達面積を低減することができ、この結果、二次電池の温度上昇を抑制できたと言える。
【００３５】
また、実施例１から４に係る二次電池１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、比較例１，２に係る二次電池と比較して、ケースの側面に対向する部分に放電部材受け入れ部を設け、放電部材をケースの側面から受け入れ可能な構成とすることにより、導通を確実に行なうことができ、電池要素に蓄積されたエネルギーを放電することができることが確認された。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態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。
【符号の説明】
【００３７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１００，１００Ａ，１００Ｂ  二次電池、２  封口体、３  収容部、３ａ  正面、３ｂ  背面、３ｃ  側面、４  ケース、５，６  外部端子、7  目印、１０  電池要素、１１  負極芯体露出部、１２  正極芯体露出部、２０  電流遮断機構、２１，２２  集電部材、２３  平板部、２４  対向部、２５  放電部材受け入れ部、３０  放電部材。
【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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