(57)【要約】【課題】大電流充放電を行う使用態様に好適な電流遮断機構を備えた密閉型電池を提供する。【解決手段】本発明により、電極体と電解質と電池ケースとを備える密閉型電池が提供される。上記電池ケースは、上記電極体と電気的に接続されている集電板２２と、電流遮断弁２４と、端子２０とを備える。集電板２２は、開口部２２ｃと当該開口部を囲むように形成されている溝部２２ｄとを有する。電流遮断弁２４は、集電板２２の開口部２２ｃを塞ぐ凸状部２４ｂを有し、凸状部２４ｂは集電板２２の溝部２２ｄよりも開口部２２ｃの側と通電可能に接合されている。電流遮断弁２４と集電板２２の溝部２２ｄとの間、および、端子２０と電流遮断弁２４との間には放熱性グリースが介在されており、充放電時に集電板２２の溝部２２ｄでジュール熱が発生した際に、当該発生したジュール熱を放熱するように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極を備える電極体と、電解質と、前記電極体および前記電解質を収容する電池ケースとを備え、
前記電池ケースは、
前記電極体の前記正極または前記負極と電気的に接続されている集電板と、
前記集電板と電気的に接続されている外部接続用の端子と、
前記集電板と前記端子との間の導電経路に配置されている電流遮断弁と、
を備え、
前記集電板は、開口部と当該開口部を囲むように形成されている溝部とを有し、
前記電流遮断弁は、前記集電板の前記開口部を塞ぐ凸状部を有し、前記凸状部は前記集電板の前記溝部よりも前記開口部の側と通電可能に接合されており、
前記電流遮断弁と前記集電板の前記溝部との間、および、前記端子と前記電流遮断弁との間には放熱性グリースが介在されており、充放電に伴って前記集電板の前記溝部でジュール熱が発生した際に、当該発生したジュール熱を放熱するように構成されている、密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関する。詳しくは、圧力作動型の電流遮断機構を備えた密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池などの電池は、通常、電圧が所定の領域に収まるように制御された状態で使用されるが、誤操作などで通常以上の電流が供給されると、電圧が所定の領域を超えて過充電となる場合がある。過充電時には、電解液が電気的に分解されてガスが発生し、電池ケース内の圧力が上昇したり、電池ケースが変形したりすることがある。これに対処する技術として、例えば特許文献１には、いわゆる圧力作動型の電流遮断機構を備えた電池が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示される電流遮断機構は、電極体に接続された集電板と、当該集電板の一部に通電可能に溶接された反転板（電流遮断弁）とを備えている。この電流遮断機構では、電池ケース内の圧力が上昇すると、反転板が集電板から離れる方向に反転・変形し、集電体の一部が破断される。これにより、集電板と反転板との間の電気的な接続が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１２０３４号公報
【特許文献２】特開２０１４−０５６７１６号公報
【特許文献３】特開２０１３−１５７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術を、大電流充放電を繰り返す態様で使用され得る電池（例えば車載用電池）に適用する場合、更なる改善の余地が認められた。
すなわち、特許文献１に記載されるような電流遮断機構では、電流遮断の精度を高めるために、破断させたい部位に予め溝部（ノッチ：切り込み部）を形成することがある。しかし、溝部は相対的に断面積が小さいため、充放電時には当該部位で大きなジュール熱が発生する。その結果、大電流充放電を行った際に当該部分が過度に発熱して、集電板の溝部が溶断される虞があった。換言すれば、本来目的とする「電池ケース内の圧力上昇の検知」とは異なる理由に起因して、非意図的に溝部が溶断される虞があった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池の高出力化に伴う大電流充放電を行う使用態様に好適な電流遮断機構を備えた密閉型電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により、正極および負極を備える電極体と、電解質と、上記電極体および上記電解質を収容する電池ケースとを備える密閉型電池が提供される。上記電池ケースは、上記電極体の上記正極または上記負極と電気的に接続されている集電板と、上記集電板と電気的に接続されている外部接続用の端子と、上記集電板と上記端子との間の導電経路に配置されている電流遮断弁と、を備える。上記集電板は、開口部と当該開口部を囲むように形成されている溝部とを有する。上記電流遮断弁は、上記集電板の上記開口部を塞ぐ凸状部を有し、上記凸状部は上記集電板の上記溝部よりも上記開口部の側と通電可能に接合されている。上記電流遮断弁と上記集電板の上記溝部との間、および、上記端子と上記電流遮断弁との間には放熱性グリースが介在されており、充放電に伴って上記集電板の上記溝部でジュール熱が発生した際に、当該発生したジュール熱を放熱するように構成されている。
【０００８】
かかる構成の密閉型電池では、溝部（ノッチ）の近傍に熱拡散ルートが確保され、当該部分の放熱性が高められている。このため、溝部で熱が発生した場合には、当該発生した熱をスムーズに熱拡散することができる。その結果、例えば溝部の近傍に熱伝導率の低い空気の層が介在される場合などと比べて、溝部の温度上昇を抑えることができる。したがって、大電流充放電時にあっても集電板が溶断され難く、かかる電池は大電流充放電を行う態様で好適に使用することができる。
なお、特許文献２，３には溝部の温度上昇を抑えるための他の方策が開示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る密閉型電池の外形を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の密閉型電池の正極側に備えられた電流遮断機構の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図２の電流遮断機構に電流が流れた状態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電池の構成要素）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る密閉型電池１０の外形を模式的に示す斜視図である。密閉型電池１０は、電極体（図示せず）と、電解質（図示せず）と、電池ケース１２とを備えている。
【００１２】
電極体は、正極と負極を備えている。正極や負極を構成する材料および部材は特に限定されない。正極は、正極集電体（例えばアルミニウム箔）上に、正極活物質（例えばリチウム遷移金属複合酸化物）を含む正極活物質層が固着された構成であり得る。負極は、負極集電体（例えば銅箔）上に、負極活物質（例えば黒鉛）を含む負極活物質層が固着された構成であり得る。電極体は、例えば上記構成の正極と負極とを絶縁した状態で捲回してなる捲回電極体であり得る。また、電解質としては、例えば、非水溶媒中に支持塩（例えばリチウム塩）を含有させた非水電解液を採用し得る。
【００１３】
電池ケース１２は、上記した電極体と電解質とを収容する密閉構造の外装容器である。本実施形態の電池ケース１２は、扁平な六面体形状（箱型）である。電池ケース１２は、例えば、アルミニウムのような軽量で熱伝導性の良い金属材料で構成されている。電池ケース１２は、開口部を有する有底直方体状のケース本体１４と、その開口部に取り付けられて当該開口部を塞ぐ矩形状の封口板（蓋体）１６とを備えている。
【００１４】
封口板１６の外側の面（図１の上面）には、外部接続用の正極端子２０と負極端子１８とが設置されている。これら２つの端子１８，２０は、それぞれ、電池ケース１２の外側に向かって突出した突起部を有している。本実施形態の正極端子２０は、電池ケース１２の内部で、後述する電流遮断機構３０（図２参照）を介して上記電極体の正極と電気的に接続されている。負極端子１８は、電池ケース１２の内部で、上記電極体の負極と電気的に接続されている。
【００１５】
封口板１６の正極端子２０の側には、電流遮断機構３０が設けられている。電流遮断機構３０は、電池ケース１２内の圧力が所定レベルまで上昇した際に電流を遮断する、いわゆる圧力作動型の電流遮断機構である。
図２は、電流遮断機構３０の構成を模式的に示す断面図である。電流遮断機構３０は、正極集電板２２と、電流遮断弁２４とを備えている。
【００１６】
正極集電板２２は、上記電極体の正極から上方（封口板１６の方向）に延びるように形成され、上記正極と電気的に接続されている。本実施形態では、正極集電板２２は、正極端子２０の内側に、封口板１６とほぼ平行に配置されている。正極集電板２２は、例えば、アルミニウムのような良電導性の材料で構成されている。正極集電板２２は、ここでは矩形なプレート形状を有し、中央薄肉部２２ａと、その周囲の相対的に厚い厚肉部２２ｂとを備えている。中央薄肉部２２ａは、例えば、円形状や矩形状に形成されている。また、中央薄肉部２２ａの中央部分には、所定の直径で環状の開口部２２ｃが形成されている。中央薄肉部２２ａには、開口部２２ｃを囲むようにして、開口部２２ｃよりも一回り大きな直径を有する破断用の溝部（ノッチ）２２ｄが形成されている。
【００１７】
電流遮断弁２４は、封口板１６の正極端子２０と正極集電板２２との間に介在し、これら部材間の導電経路を構成している。本実施形態では、電流遮断弁２４は、封口板１６に近接して、封口板１６および正極集電板２２とほぼ平行に配置されている。電流遮断弁２４は、例えばアルミニウムのような良電導性の材料で構成されている。電流遮断弁２４は、ここでは矩形なプレート形状を有し、平面部２４ａと、平面部２４ａから一体的に形成されて正極集電板２２の開口部２２ｃを塞ぐテーパ形状の凸状部２４ｂとを備えている。平面部２４ａの少なくとも一部は、正極端子２０が設けられている封口板１６と面接合されている。凸状部２４ｂは、例えばレーザ溶接や超音波溶接などの高エネルギー線によって、正極集電板２２の中央薄肉部２２ａと接合されている。より詳細には、凸状部２４ｂが、正極集電板２２の溝部２２ｄよりも開口部２２ｃに近い側と接合され、通電可能に構成されている。
【００１８】
正極集電板２２と電流遮断弁２４との間には、開口部２２ｃより遠い側から順に、絶縁部材２６と、導電部材２８と、放熱性グリース４０とが配置されている。
絶縁部材２６は、正極集電板２２と電流遮断弁２４とを周辺部から電気的に絶縁する役割を担っている。本実施形態では、絶縁部材２６が円環状を有し、その中央部分には所定の内径で開口部が形成されている。つまり、絶縁部材２６は、いわゆるＯリング（ワッシャー）の形態をなしている。絶縁部材２６は、例えば合成樹脂製である。
【００１９】
導電部材２８は、正極集電板２２の厚肉部２２ｂと電流遮断弁２４との間に、正極集電板２２の中央薄肉部２２ａ（特には溝部２２ｄ）を介さない導電経路を構成している。導電部材２８は、絶縁部材２６よりも開口部２２ｃに近い側に配置されている。より詳細には、導電部材２８は、正極集電板２２が中央薄肉部２２ａから厚肉部２２ｂへと変わる位置の上方（電流遮断弁２４の方向）に配置されている。本実施形態では、導電部材２８が円環状を有し、その中央部分には所定の内径で開口部が形成されている。つまり、導電部材２８は、いわゆるＯリング（ワッシャー）の形態をなしている。導電部材２８は、絶縁部材２６の開口部の内径よりも小さな外径を有している。導電部材２８は、例えば、アルミニウム、銅、銀、金などの金属製である。導電部材２８は、例えば樹脂製のＯリングの表面に、上記金属を表面被覆（コート）してなる金属被覆樹脂材料で構成されていてもよい。表面被覆処理としては、例えば蒸着やスパッタ、無電解めっきなどを考慮し得る。
【００２０】
放熱性グリース４０は、充放電時に正極集電板２２の中央薄肉部２２ａで発生するジュール熱の放熱（拡散）経路を構成している。放熱性グリース４０は、絶縁部材２６および導電部材２８よりも開口部２２ｃに近い側に配置されている。放熱性グリース４０は、正極集電板２２の溝部２２ｄの上方（電流遮断弁２４の方向）に配置されている。換言すれば、電流遮断弁２４と、集電板２２の溝部２２ｄとの間には、放熱性グリースが介在されている。好ましくは、電流遮断弁２４と、集電板２２の溝部２２ｄを含む中央薄肉部２２ａとの間には、放熱性グリースが介在されている。放熱性グリース４０としては、例えばシリコングリースを採用し得る。放熱性グリースには、セラミック系の無機フィラーなどの添加剤が必要に応じて含有され得る。なお、放熱性グリース４０は典型的には絶縁性である。
【００２１】
正極端子２０の突起部と電流遮断弁２４との間には、空間が形成されている。この空間の少なくとも一部には、放熱性グリース４０が配置されている。換言すれば、正極端子２０と電流遮断弁２４との間には放熱性グリースが介在されている。
【００２２】
図３は、図２の電流遮断機構３０に電流が流れた状態を模式的に示す断面図である。密閉型電池１０では、通常使用時において、正極端子２０から電流遮断弁２４と正極集電板２２とを介して電極体の正極へと電流が流れる。本実施形態では、電流遮断弁２４と正極集電板２２との間に導電部材２８が配置されている。このため、電流遮断弁２４から正極集電板２２へと流れる電流の大部分は、導電部材２８を介して正極集電板２２の厚肉部２２ｂを流れるようになる（図３の電流経路を参照）。したがって、ジュール熱の発生し易い正極集電板２２の中央薄肉部２２ａ（特には溝部２２ｄ）の電流が減少し、中央薄肉部２２ａ（特には溝部２２ｄ）で発生するジュール熱の熱量を低減することができる。
また、正極集電板２２の中央薄肉部２２ａ（特には溝部２２ｄ）で発生したジュール熱は、電流遮断弁２４と正極集電板２２との間に介在する放熱性グリース４０や導電部材２８の作用によって、電流遮断弁２４の方へと効率よく伝導される。電流遮断弁２４の方へと伝導された熱は、正極端子２０と電流遮断弁２４との間に介在する放熱性グリース４０によって、さらに広範囲に拡散される（図３の熱拡散ルートを参照）。その結果、正極集電板２２の中央薄肉部２２ａでは温度上昇が抑制され、大電流充放電時にあっても、正極集電板２２が溶断され難くなっている。
【００２３】
一方で、誤作動などにより電池ケース１２の内部の圧力が所定レベルを超えた際には、電流遮断弁２４の凸状部２４ｂが正極集電板２２の開口部２２ｃから離れる側に撓み変形する。このような撓み変形が所定値以上になると、正極集電板２２の中央薄肉部２２ａが溝部２２ｄで破断する。その結果、電流遮断弁２４と正極集電板２２とが離れて、電気的な接続が遮断される。このとき、電流遮断弁２４の凸状部２４ｂや導電部材２８には放熱性グリース４０が付着するため、当該部材の絶縁性が高められる。したがって、電流遮断弁２４と正極集電板２２とが意に反して再導通することを的確に回避することができる。
【００２４】
ここに開示される電流遮断機構３０を備えた密閉型電池１０は、従来品に比べて大電流充放電を繰り返すような使用態様に好適である。したがって、例えばプラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車などのモータ駆動用バッテリー（駆動用電源）として好適に用いることができる。
【００２５】
以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記実施形態では、電流遮断機構３０が正極端子２０の側に設けられていたが、この態様に限られず、負極端子１８の側に設けることもできる。また、正極集電板２２と電流遮断弁２４との間には、導電部材２８を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０  密閉型電池
１２  電池ケース
１４  ケース本体
１６  封口板（蓋体）
１８  負極端子
２０  正極端子
２２  正極集電板
２４  電流遮断弁
２６  絶縁部材
２８  導電部材
３０  電流遮断機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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