(57)【要約】【課題】電極体内で内部短絡が生じたときに、収容ケース内の内圧を抑制することができると共に、収容ケース内の温度上昇を抑制することができる密閉型電池を提供する。【解決手段】密閉型電池は、収容ケース２と、収容ケース２内に収容された電極体３および電解液と、収容ケース２に設けられ、収容ケース２内の圧力が所定圧力を超えると収容ケース２内と収容ケース２の外部とを連通させる第１安全弁１２と、収容ケース２に設けられ、収容ケース２内の温度が所定温度を超えると収容ケース２内と収容ケース２の外部とを連通させる第２安全弁１４，１５とを備え、電極体３内で内部短絡が生じたときに、第１安全弁１２が開弁する所定圧力に収容ケース２内の内圧が達したときの収容ケース２内の温度よりも、所定温度の方が高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容ケースと、
前記収容ケース内に収容された電極体および電解液と、
前記収容ケースに設けられ、前記収容ケース内の圧力が所定圧力を超えると前記収容ケース内と前記収容ケースの外部とを連通させる第１安全弁と、
前記収容ケースに設けられ、前記収容ケース内の温度が所定温度を超えると前記収容ケース内と前記収容ケースの外部とを連通させる第２安全弁と、
を備え、
前記電極体内で内部短絡が生じたときに、前記第１安全弁が開弁する前記所定圧力に前記収容ケース内の内圧が達したときの前記収容ケース内の温度よりも、前記所定温度の方が高い、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。
【背景技術】
【０００２】
密閉型電池は、収容ケースと、収容ケース内に収容された電極体および電解液とを備え、収容ケース内には、収容ケース内の内圧が過剰に高くなることを抑制するために安全弁が設けられている。
【０００３】
電極体内で内部短絡が生じると、短絡部分に大きな電流が流れる。大きな短絡電流が流れると、電池温度が上昇する。電池温度が上昇すると、正極および負極表面に接触する電解液において分解熱反応が生じたり、電解液自体の発熱分解反応が発生したりする。このような反応が生じると、電解液の蒸発や分解により、収容ケース内の内圧が上昇する。
【０００４】
安全弁は、収容ケース内の内圧が所定値以上になると、収容ケース内と収容ケースの外部とを連通する。収容ケースの内部と外部とが安全弁を通して連通することで、収容ケース内の高温ガスが外部に排出される。
【０００５】
たとえば、特開２００３−５９４７６号公報に記載された非水電解質二次電池は、外装缶と、外装缶内に設けられた電極体および電解液と、外装缶に設けられた第１安全弁および第２安全弁とを備える。第１安全弁の耐圧強度は、第２安全弁の耐圧強度よりも低くなるように設定されている。
【０００６】
特開２０１３−２３５８３１号公報に記載された２次電池は、電極組立体と、短絡誘導体とを備える。２次電池の釘貫通時において、短絡誘導体は短絡電流の流れを多様化させ、発熱現象の発生を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−５９４７６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３５８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２００３−５９４７６号公報に記載された密閉型電池においては、第１安全弁が開放されると、外装缶内の圧力が低下し、第２安全弁が開放され難くなる。また、第１安全弁が開放され、第２安全弁が開放されない状態において、外装缶内のガスが外部に排出されるときに、たとえば、飛散した電極体の一部が第１安全弁に詰まることで、放熱性が悪化するおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電極体内で内部短絡が生じたときに、収容ケース内の内圧を抑制することができると共に、収容ケース内の温度上昇を抑制することができる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】
【００１０】
密閉型電池は、収容ケースと、収容ケース内に収容された電極体および電解液と、収容ケースに設けられ、収容ケース内の圧力が所定圧力を超えると収容ケース内と収容ケースの外部とを連通させる第１安全弁と、収容ケースに設けられ、収容ケース内の温度が所定温度を超えると収容ケース内と収容ケースの外部とを連通させる第２安全弁とを備える。上記電極体内で内部短絡が生じたときに、第１安全弁が開弁する所定圧力に収容ケース内の内圧が達したときの収容ケース内の温度よりも、所定温度の方が高い。
【００１１】
上記の構成によれば、電極体内で内部短絡が生じ、収容ケース内の内圧および温度が上昇すると、第２安全弁が開弁する所定温度になる前に、第１安全弁が開弁する圧力に収容ケース内の内圧が達する。そして、第１安全弁が開弁する。たとえば、第１安全弁が開弁した際に、電極体の一部などが飛散し、第１安全弁に詰まり、第１安全弁が開弁しても、収容ケース内の温度が上昇し続ける場合がある。第１安全弁が開弁しても、収容ケース内の温度が上昇し続ける場合には、その後、収容ケース内の温度が上昇して所定温度になると、第２安全弁が開弁する。これにより、収容ケース内の通気性がさらに向上し、収容ケース内の温度上昇の抑制を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る密閉型電池によれば、電極体内で内部短絡が生じたときに、収容ケース内の圧力の上昇を抑制することができると共に、収容ケース内の温度が上昇することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】密閉型電池１を示す斜視図である。
【図２】密閉型電池１の断面図であり、電極体３の一部を破断した状態における断面図である。
【図３】釘刺し試験などのように電極体３内に内部短絡が生じたときの収容ケース２内の内圧変化を模式的に示すグラフである。
【図４】釘刺し試験などのように電極体３内に内部短絡が発生したときの収容ケース２内の温度変化を模式的に示すグラフである。
【図５】安全弁１２が破断した状態における密閉型電池１を示す断面図である。
【図６】安全弁１２，１４，１５が破断した状態における密閉型電池１の断面図である。
【図７】比較例に係る密閉型電池１Ａを示す斜視図である。
【図８】実施例に係る密閉型電池１Ｂを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１などを用いて、本実施の形態に係る密閉型電池１について説明する。図１は、密閉型電池１を示す斜視図である。この図１に示すように、密閉型電池１は、収容ケース２と、収容ケース２内に収容された電極体３および電解液４と、収容ケース２の上面に設けられた正極端子５および負極端子６とを含む。
【００１５】
電解液４は、有機溶媒系電解液であり、主溶媒としては、たとえば、主に炭酸エステル系の有機溶媒がなどが採用され、電解質としては、たとえば、ＬｉＣｌＯ４，ＬｉＰＦ６，ＬｉＢＦ４ＬｉＰＦ６などのリチウム塩が採用される。
【００１６】
収容ケース２は、上方が開口するように形成されたケース本体１０と、ケース本体１０の開口部を閉塞するように設けられた上蓋１１と、上蓋１１に形成された安全弁（第１安全弁）１２と、上蓋１１に形成された封止部１３と、ケース本体１０の側面に設けられた安全弁（第２安全弁）１４，１５とを含む。
【００１７】
収容ケース２は、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼などによって形成されている。上蓋１１は、ケース本体１０の開口部縁部に溶接などによって接合されている。
【００１８】
ケース本体１０は、底面板２０と、ケース本体１０の厚さ方向Ｘに配列する主面板２１および主面板２２と、ケース本体１０の幅方向Ｙに配列する側面板２３および側面板２４とを含む。
【００１９】
図２は、密閉型電池１の断面図であり、電極体３の一部を破断した状態における断面図である。この図２に示すように、電極体３は、正極シート２５と、セパレータ２６と、負極シート２７と、セパレータ２８とを順次積層した状態で巻回することで形成されており、電極体３は、幅方向Ｙに配列する正極芯体露出部２９および負極芯体露出部３０を含む。
【００２０】
正極シート２５は、金属箔に正極活物質などの正極材料が塗布された正極と、正極材料が塗布されずに金属箔が露出する金属露出部分とを含む。正極活物質としては、たとえば、ＬｉＣｏＯ２，ＬｉＮｉＯ２，ＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウム挿入化合物などが採用される。金属露出部分は、正極シート２５の一辺部に形成されており、正極芯体露出部２９は、金属露出部分が巻回されることで形成される。
【００２１】
負極シート２７は、金属箔に負極活物質などの負極材料が塗布された負極と、負極材料が塗布されずに金属箔が露出する金属露出部分とを含む。金属露出部分は、負極シート２７の一辺部に形成されており、負極芯体露出部３０は、金属露出部分が巻回されることで形成される。負極活物質には、黒鉛系材料などが採用される。
【００２２】
正極端子５は、端子部３５と、一端が端子部３５に接続された接続部材３６と、接続部材３６の他端に接続されると共に正極芯体露出部２９に接続された集電体３７と、絶縁部材３８とを含む。絶縁部材３８は、端子部３５、接続部材３６および集電体３７と、収容ケース２との間の絶縁性を確保する。
【００２３】
負極端子６は、端子部４０と、一端が端子部４０に接続された接続部材４１と、接続部材４１の他端に接続されると共に負極芯体露出部３０に接続された集電体４２と、絶縁部材４３とを含む。絶縁部材４３は、端子部４０、接続部材４１および集電体４２と、収容ケース２との間の絶縁性を確保する。
【００２４】
図１において、安全弁１２は、収容ケース２の他の部分よりも薄肉に形成されており、収容ケース２内の内圧が所定値以上になると破断するように形成されている。
【００２５】
安全弁１４および安全弁１５は、熱可塑性樹脂によって形成されており、収容ケース２内が所定温度以上になると軟化または溶融する。安全弁１４および安全弁１５は、有機溶媒に対する耐薬品性に優れ、１５０℃以上の耐熱温度を有する材料から形成される。
【００２６】
図３および図４を用いて、安全弁１２が開弁する所定圧力と、安全弁１４および安全弁１５が開弁する所定温度とについて説明する。図３は、釘刺し試験などのように電極体３内に内部短絡が生じたときの収容ケース２内の内圧変化を模式的に示すグラフである。図４は、釘刺し試験などのように電極体３内に内部短絡が発生したときの収容ケース２内の温度変化を模式的に示すグラフである。なお、図３および図４において、横軸は、内部短絡が生じたときからの経過時間を示す。
【００２７】
図３において、「Ｐ０」は、安全弁１２が開弁するときの収容ケース２内の圧力を示す。図４において、「Ｔ０」は、安全弁１４および安全弁１５が溶融するときの収容ケース２内の温度を示す。この図３および図４に示すように、釘刺し試験によって電極体３内で内部短絡が生じると、収容ケース２内の内圧が上昇する。時間ｔ１において、収容ケース２内の内圧が圧力Ｐ０に達して、安全弁１２が開弁し、収容ケース２内と収容ケース２の外部とが連通する。これにより、時間ｔ１以降においては、収容ケース２内の内圧の上昇が抑制されている。時間ｔ１における収容ケース２内の温度は、温度Ｔ１であり、温度Ｔ１は温度Ｔ０よりも低い。
【００２８】
図４に示す例においては、収容ケース２内の温度は、時間ｔ１後においても、収容ケース２内の温度が上昇している。そして、収容ケース２内の温度が温度Ｔ０に達すると、安全弁１４および安全弁１５が溶融する。このように、電極体３内で内部短絡が発生したときに、安全弁１２が安全弁１４および安全弁１５よりも先に開弁し、その後に、安全弁１４および安全弁１５が開弁するように、安全弁１２が開弁する開弁圧力と、安全弁１４，１５が溶融する溶融温度とが設定される。
【００２９】
上記のように構成された密閉型電池１において、釘刺し試験などのように電極体３内で内部短絡が生じたときにおける安全弁１２や安全弁１４，１５の作用・効果について説明する。
【００３０】
電極体３内で内部短絡が生じると、正極シート２５の正極と、負極シート２７の負極との間で大きな短絡電流が流れる。正極および負極間で短絡電流が流れると、電池反応が急速に進行し、収容ケース２内でガスが発生する。これにより、収容ケース２内の内圧が上昇する。また、各活物質の表面において電解液が分解反応したり、各電極中の活物質が発熱したりして、収容ケース２内の温度が上昇する。
【００３１】
収容ケース２内の内圧が所定値以上になると、図５に示すように、安全弁１２が破断して、収容ケース２内と収容ケース２の外部とが連通し、収容ケース２内のガスが外部に排出される。ここで、ガスが外部に排気される際に、電極体３の一部が飛散して、開放された安全弁１２の開口部に電極体３の一部が詰まり、放熱性が悪化する場合がある。
【００３２】
特に、電池反応や短絡電流によって正極活物質自体の温度が非常に高温となった場合には、正極活物質の熱分解反応が進行して、収容ケース２内の温度が高くなる場合があり、安全弁１２の開口部に電極体３の一部などが詰まると、収容ケース２内の温度が上昇する。
【００３３】
そして、収容ケース２内の温度が所定温度以上になると、安全弁１４および安全弁１５が軟化し、安全弁１４および安全弁１５が破断し、図６に示すように安全弁１４および安全弁１５が開弁する。安全弁１４および安全弁１５が開弁することで、収容ケース２内と収容ケース２の外部とが連通し、収容ケース２内の熱を収容ケース２の外部に放熱することができる。
【００３４】
このように、安全弁１２が開弁することで収容ケース２の内圧が高くない状態においても、収容ケース２内の温度が高くなると、安全弁１４および安全弁１５を開弁させることができ、収容ケース２内の温度が過度に高くなることを抑制することができる。たとえば、図４に示す例においては、時間ｔ１後において、収容ケース２内の温度は低下している。
【実施例】
【００３５】
次に、比較例に係る密閉型電池と、実施例に係る密閉型電池とを用いて、釘刺し試験を実施した結果について説明する。
【００３６】
釘刺し試験は、２５℃の温度環境下において、各密閉型電池１をＳＯＣ８０％の充電状態とした状態で実施した。具体的には、収容ケースの主面板２１の中央付近にΦ６ｍｍ、先端鋭度３０°の鉄製の釘を、２０ｍｍ／ｓｅｃの速度で直角に突き刺し、貫通させた。
【００３７】
図７は、比較例に係る密閉型電池１Ａを示す斜視図である。この図７に示すように、密閉型電池１Ａは、上蓋１１Ａに形成された安全弁１２Ａを備える。その一方で、密閉型電池１Ａは、側面板２３Ａ，２４Ａに形成された安全弁を備えていない。
【００３８】
図８は、実施例に係る密閉型電池１Ｂを示す斜視図である。この図８に示すように、密閉型電池１Ｂは、上蓋１１Ｂに形成された安全弁１２Ｂと、側面板２３Ｂ，２４Ｂに形成された安全弁１４Ｂ，１５Ｂとを含む。
【００３９】
ここで、密閉型電池１Ａの安全弁１２Ａの安全弁面積と、密閉型電池１Ｂの安全弁１２Ｂ、安全弁１４Ｂおよび安全弁１５Ｂの各安全弁面積の合計の合計安全弁面積との面積比率は、安全弁１２Ａの安全弁面積を１とすると、安全弁１２Ｂ、安全弁１４Ｂおよび安全弁１５Ｂの合計安全弁面積は、１．４０である。
【００４０】
上記ように構成された密閉型電池１Ａおよび密閉型電池１Ｂについて、上記の釘刺し試験を実施した。下記の表は、釘刺し試験時の密閉型電池１Ａおよび密閉型電池１Ｂの最高到達温度を示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
上記の表１に示すように、実施例に係る密閉型電池１Ｂの最高到達温度は、比較例に係る密閉型電池１Ｂの最高到達温度よりも２００℃程度低いことが分かる。
【００４３】
なお、上記の実施の形態および実施例においては、密閉型電池として、リチウムイオン電池に適用した例について説明したが、リチウムイオン電池に限られず、他の密閉型電池にも適用することができる。
【００４４】
本発明に基づいた実施の形態および実施例について説明したが、今回開示された事項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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、密閉型電池に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１，１Ａ，１Ｂ  密閉型電池、２  収容ケース、３  電極体、４  電解液、５  正極端子、６  負極端子、１０  ケース本体、１１，１１Ａ，１１Ｂ  上蓋、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１４，１４Ｂ，１５，１５Ｂ  安全弁、１３  封止部、２０  底面板、２１，２２  主面板、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２４，２４Ａ，２４Ｂ  側面板、２５  正極シート、２６，２８  セパレータ、２７  負極シート、２９  正極芯体露出部、３０  負極芯体露出部、３５，４０  端子部、３６，４１  接続部材、３７，４２  集電体、３８，４３  絶縁部材、Ｘ  厚さ方向、Ｙ  幅方向。
【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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