(57)【要約】【課題】構造を簡素化しながらも、発電要素と外部端子との間の導通状態を安定化することができる、信頼性の高い二次電池を提供する。【解決手段】電極群１０の一端側に配された正極集電端子板４と、封口板１２との間に導電性を有する皿バネ１４が配置されている。皿バネ１４は、変形量に応じて弾性力が変化しない不感帯を有しており、一定の弾性力で、電極群１０の他端側に配された負極集電端子板９を電池ケース１１の底部に向けて付勢している。【選択図】図４
2009289732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺帯状の集電体の両面または片面に、活物質を含んだ電極用の合剤からなる合剤層を形成するとともに、前記集電体の幅方向の一端部に前記集電体の素地が露出している露出部分を形成して構成された正極板および負極板、並びに前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータを含み、これら正極板、負極板およびセパレータを渦巻き状に巻回、または積層して構成された電極群と、
前記電極群の一端側に配され、前記正極板の集電体の前記露出部分と接続される正極集電端子板と、
前記電極群の他端側に配され、前記負極板の集電体の前記露出部分と接続される負極集電端子板と、
電解液と、
開口部を有し、前記正極集電端子板および負極集電端子板の一方の集電端子板と接続されるとともに、前記電極群、正極集電端子板、負極集電端子板および電解液を収容する電池ケースと、
前記正極集電端子板および負極集電端子板の他方の集電端子板と接続されるとともに、前記電池ケースとは絶縁された状態でその開口部を封口する封口板と、
導電性を有し、前記電池ケースと前記一方の集電端子板との間、並びに前記封口板と前記他方の集電端子板との間の少なくとも一方に配置されて、それを挟む両部材を導通させるとともに、前記電極群を前記電池ケースまたは前記封口板に向かって付勢する、変形量に応じて弾性力が増減しない不感帯を有する、１または複数の弾性部材
とを備えた二次電池。
【請求項２】
前記弾性部材が、周縁部にスリットを有する皿バネから構成される請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記弾性部材が、クロームおよびニッケルの少なくとも１種の金属により被覆される請求項１または２記載の二次電池。
【請求項４】
前記正極集電端子板および負極集電端子板の少なくとも一方が、前記皿バネのスリットと係合する凸部を有する請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池。
【請求項５】
長尺帯状の集電体の両面または片面に、活物質を含んだ電極用の合剤からなる合剤層を形成するとともに、前記集電体の幅方向の一端部に前記集電体の素地が露出している露出部分を形成して構成された正極板および負極板、並びに前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータを含み、これら正極板、負極板およびセパレータを渦巻き状に巻回、または積層して構成された電極群と、
前記電極群の一端側に配され、前記正極板の集電体の前記露出部分と接続される正極集電端子板と、
前記電極群の他端側に配され、前記負極板の集電体の前記露出部分と接続される負極集電端子板と、
電解液と、
開口部を有し、前記正極集電端子板および負極集電端子板の一方の集電端子板と接続されるとともに、前記電極群、正極集電端子板、負極集電端子板および電解液を収容する電池ケースと、
前記正極集電端子板および負極集電端子板の他方の集電端子板と接続されるとともに、前記電池ケースとは絶縁された状態でその開口部を封口する封口板と、
前記電池ケースと前記一方の集電端子板との間、並びに前記封口板と前記他方の集電端子板との間の少なくとも一方に配置されて、それを挟む両部材を導通させる一方、所定温度以上となったときには、それを挟む両部材の間の電流を遮断する１または複数の導通遮断可能部材
とを備えた二次電池。
【請求項６】
前記導通遮断可能部材が、導電性を有する不織布から構成される請求項５記載の二次電池。
【請求項７】
前記不織布が、表面に金属をコーティングした樹脂製の繊維から構成される請求項６記載の二次電池。
【請求項８】
前記樹脂が、ポリエチレンおよびポリプロピレンの少なくとも１種を含む請求項７記載の二次電池。
【請求項９】
前記導通遮断可能部材が、形状記憶合金からなる素子を含む請求項５に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記形状記憶合金が、二方向性を有する請求項９記載の二次電池。
【請求項１１】
前記形状記憶合金が、チタンとニッケルとの合金からなる請求項９または１０記載の二次電池。
【請求項１２】
前記導通遮断可能部材が、
形状記憶合金からなり、温度に応じて自然長が変化する主ばねと、
その主ばねの弾性力に抗して伸縮するように配設されたバイアスばねと、
前記主ばねと前記バイアスばねとの間に介在された受力部を含み、両ばねの弾性力がバランスする位置に移動するように付勢される、軸方向に移動可能に支持された、導体からなる端子棒
とを含む請求項９〜１１のいずれかに記載の二次電池。
【請求項１３】
前記導通遮断可能部材が、
形状記憶合金からなり、凸部を有する形状と、より平坦な形状との間で、温度に応じて形状が切り替わる薄板状部材を含む請求項９〜１１のいずれかに記載の二次電池。
【請求項１４】
前記導通遮断可能部材が、樹脂を含む異方性導電材から構成される請求項９〜１１のいずれかに記載の二次電池。
【請求項１５】
前記導通遮断可能部材が、前記電池ケースの内周部と当接して位置決めされる請求項１４記載の二次電池。
【請求項１６】
前記異方性導電材が、金属核を含む導電性フィラーと、樹脂を含むバインダとから構成される請求項１４または１５記載の二次電池。
【請求項１７】
前記異方性導電材が、金属メッキされた樹脂核を含む導電性フィラーと、樹脂を含むバインダとから構成される請求項１４または１５記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池およびニッケル水素蓄電池に代表される二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用電子機器の小型化に伴って、その電源として、リチウムイオン電池およびニッケル水素蓄電池が広く利用されるようになってきている。また、リチウムイオン電池およびニッケル水素蓄電池は、耐振動性および耐衝撃性が高いことから、コードレス電動工具や動力補助付き自転車、またはハイブリッド自動車といった、大電流を必要とする機器の動力源としても注目されている。
そして、電池の形状も使用対象の機器に対応して、円筒形や扁平形のものが開発されており、どちらの形状のものにおいても、小型化、軽量化、並びに高出力化が要求されている。
【０００３】
図３１に、リチウムイオン電池に代表される二次電池の一般的な構造を示す。図示例の電池１００は、リチウム含有複合酸化物を電極活物質として使用した正極板１０２と、リチウムを保持しうる材料を電極活物質として使用した負極板１０４とを、間にセパレータ１０６を挟んで渦巻き状に巻回した電極群１０８を含む。電極群１０８は、有底円筒形の電池ケース１１０の内部に、上下に配した絶縁板１１２と共に収容されている。
【０００４】
負極板１０４は、電極群１０８の下部より導出した負極リード１１４により電池ケース１１０の底部に接続される。正極板１０２は、電極群１０８の上部より導出した正極リード１１６により封口板１１８に接続される。また、電池ケース１１０の内部には所定量の非水電解液（図示せず）が注液される。電池ケース１１０の開口部は、封口板１１８の周縁に取り付けられた封口ガスケット１２０の上から封口板１１８の周縁部をかしめるように、電池ケース１１０の開口端を内方向に折り曲げて、封口されている。
【０００５】
上述したように、従来の一般的な二次電池においては、短冊状の正極リードおよび負極リードを正極板および負極板の集電体に取り付け、これを介して、正極板および負極板をそれぞれ、外部端子である封口板または電池ケースと接続している。しかしながら、このような接続方法は、大電流を必要とする高出力の二次電池では特に、正極リードおよび負極リードにおけるＩＲ損失（電圧損失）が大きくなり、放電特性が劣化するという問題点があった。
【０００６】
特許文献１においては、上記した問題点を解決するための円筒形電池が提案されている。この電池は、電池ケースに収納される図示しない渦巻き状の電極群と多点接触または多点接続された集電部を有する（特許文献１の図１参照）。その集電部と封口蓋とは、短冊状のリード部により接続される外に、金属バネにより接続される。この構成により、ＩＲ損失が少なくなり、高率放電特性が向上されるものとしている。
【０００７】
また、特許文献２においては、以下のような非水電解液二次電池が提案されている。この電池においては、電極群の上側に正極集電体の露出部分が突出している（特許文献２の図１参照）。また、電極群の下側に負極集電体の露出部分が突出している。電極群の上下には、上下の露出部分とそれぞれ接触するように、導電性を有する弾性体が配置される。また、上側の弾性体のさらに上側には、発電要素を下に向かって付勢するためのバネが配置されている。この構成により、ＩＲ損失が少なくなり、高率放電特性が向上されるものとしている。
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−３６７５６号公報
【特許文献２】特開２０００−３１１７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来技術はいずれも、二次電池の発電要素である渦巻き状に巻回した電極群の高さがばらつくと、その発電要素と、外部端子である電池ケースまたは封口板との接触状態が変化し、その間の安定した導通状態を保つことができないという課題を有している。
さらに詳しく説明すると、特許文献１の円筒形電池においては、電池ケースに挿入された電極群の集電部と封口板とを金属バネを介して接続することで導電経路を形成している。しかしながら、電極群の総高がばらついた場合には、上記金属バネの押圧力が変化し、安定した導電経路を維持することが困難となる。
【００１０】
また、特許文献２の非水系二次電池においては、電池ケースに挿入された電極群の上側および下側に導電性の有る弾性体を配置し、上側の弾性体のさらに上側から電極群をバネで押圧することで、それらの部材の弾性力により導通状態が維持される。ところが、特許文献２においても、上記弾性体の厚みのばらつき、および電極群の総高のばらつきが生じた場合には、安定した導通状態を維持することは困難である。
【００１１】
また、上述した従来技術はいずれも、内部短絡等に起因して電池の温度が上昇したときに、熱暴走を効果的に抑止することが困難であるという別の課題をも有している。
さらに詳しく説明すると、特許文献１の円筒形電池においては、内部短絡などにより急激な温度上昇が起こった場合に電流を遮断する電流遮断機構がないために、内部短絡が生じたときにも上記した導電経路を介して電流が流れ続けることになる。このため、発熱反応が電池全体に広がってしまい、熱暴走を抑止することが困難である。この点は、特許文献２の非水系二次電池においても同様である。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、構造を簡素化しながらも、発電要素と外部端子との間の導通状態を安定化することができる、信頼性の高い二次電池を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、内部短絡等による急激な発熱反応が起こった場合に、発電要素と外部端子との間の電流を遮断することができ、発熱による熱暴走を引き起こす事態を回避できる、安全性に優れた二次電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明は、長尺帯状の集電体の両面または片面に、活物質を含んだ電極用の合剤からなる合剤層を形成するとともに、前記集電体の幅方向の一端部に前記集電体の素地が露出している露出部分を形成して構成された正極板および負極板、並びに前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータを含み、これら正極板、負極板およびセパレータを渦巻き状に巻回、または積層して構成された電極群と、
前記電極群の一端側に配され、前記正極板の集電体の前記露出部分と接続される正極集電端子板と、
前記電極群の他端側に配され、前記負極板の集電体の前記露出部分と接続される負極集電端子板と、
電解液と、
開口部を有し、前記正極集電端子板および負極集電端子板の一方の集電端子板と接続されるとともに、前記電極群、正極集電端子板、負極集電端子板および電解液を収容する電池ケースと、
前記正極集電端子板および負極集電端子板の他方の集電端子板と接続されるとともに、前記電池ケースとは絶縁された状態でその開口部を封口する封口板と、
導電性を有し、前記電池ケースと前記一方の集電端子板との間、並びに前記封口板と前記他方の集電端子板との間の少なくとも一方に配置されて、それを挟む両部材を導通させるとともに、前記電極群を前記電池ケースまたは前記封口板に向かって付勢する、変形量に応じて弾性力が増減しない不感帯を有する、１または複数の弾性部材とを備えた二次電池である。
【００１４】
本発明の二次電池の好ましい形態においては、前記弾性部材が、周縁部にスリットを有する皿バネから構成される。
【００１５】
本発明の二次電池の他の好ましい形態においては、前記弾性部材が、クロームおよびニッケルの少なくとも１種の金属により被覆される。
【００１６】
また、本発明は、さらに他の好ましい形態においては、前記正極集電端子板および負極集電端子板の少なくとも一方が、前記皿バネのスリットと係合する凸部を有するものとされる。
【００１７】
また、本発明は、長尺帯状の集電体の両面または片面に、活物質を含んだ電極用の合剤からなる合剤層を形成するとともに、前記集電体の幅方向の一端部に前記集電体の素地が露出している露出部分を形成して構成された正極板および負極板、並びに前記正極板と負極板との間に介在されるセパレータを含み、これら正極板、負極板およびセパレータを渦巻き状に巻回、または積層して構成された電極群と、
前記電極群の一端側に配され、前記正極板の集電体の前記露出部分と接続される正極集電端子板と、
前記電極群の他端側に配され、前記負極板の集電体の前記露出部分と接続される負極集電端子板と、
電解液と、
開口部を有し、前記正極集電端子板および負極集電端子板の一方の集電端子板と接続されるとともに、前記電極群、正極集電端子板、負極集電端子板および電解液を収容する電池ケースと、
前記正極集電端子板および負極集電端子板の他方の集電端子板と接続されるとともに、前記電池ケースとは絶縁された状態でその開口部を封口する封口板と、
前記電池ケースと前記一方の集電端子板との間、並びに前記封口板と前記他方の集電端子板との間の少なくとも一方に配置されて、それを挟む両部材を導通させる一方、所定温度以上となったときには、それを挟む両部材の間の電流を遮断する１または複数の導通遮断可能部材とを備えた二次電池を提供する。
【００１８】
本発明の二次電池の好ましい形態においては、前記導通遮断可能部材が、導電性を有する不織布から構成される。
【００１９】
本発明の二次電池のより好ましい形態においては、前記不織布が、表面に金属をコーティングした樹脂製の繊維から構成される。
【００２０】
本発明の二次電池のさらにより好ましい形態においては、前記樹脂が、ポリエチレンおよびポリプロピレンの少なくとも１種を含むものとされる。
【００２１】
また、本発明の二次電池の他の好ましい形態においては、前記導通遮断可能部材が、形状記憶合金からなる素子を含むものとされる。
【００２２】
本発明の二次電池の他のより好ましい形態においては、前記形状記憶合金が、二方向性を有するものとされる。
【００２３】
本発明の二次電池のさらに他のより好ましい形態においては、前記形状記憶合金が、チタンとニッケルとの合金からなるものとされる。
【００２４】
本発明の二次電池のさらに他のより好ましい形態においては、前記導通遮断可能部材が、
形状記憶合金からなり、温度に応じて自然長が変化する主ばねと、
その主ばねの弾性力に抗して伸縮するように配設されたバイアスばねと、
前記主ばねと前記バイアスばねとの間に介在された受力部を含み、両ばねの弾性力がバランスする位置に移動するように付勢される、軸方向に移動可能に支持された、導体からなる端子棒とを含むものとされる。
【００２５】
本発明の二次電池のさらに他のより好ましい形態においては、前記導通遮断可能部材が、
形状記憶合金からなり、凸部を有する形状と、より平坦な形状との間で、温度に応じて形状が切り替わる薄板状部材を含むものとされる。
【００２６】
本発明の二次電池のさらに他のより好ましい形態においては、前記導通遮断可能部材が、樹脂を含む異方性導電材から構成される。
【００２７】
本発明の二次電池のさらに他のより好ましい形態においては、前記導通遮断可能部材が、前記電池ケースの内周部と当接して位置決めされる。
【００２８】
本発明の二次電池のさらに他のより好ましい形態においては、前記異方性導電材が、金属核を含む導電性フィラーと、樹脂を含むバインダとから構成される。
【００２９】
本発明の二次電池のさらに他のより好ましい形態においては、前記異方性導電材が、金属メッキされた樹脂核を含む導電性フィラーと、樹脂を含むバインダとから構成される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の二次電池においては、変形量に応じて弾性力が増減しない不感帯を有する、導電性を有する１または複数の弾性部材が、電池ケースと一方の集電端子板との間、並びに封口板と他方の集電端子板との間の少なくとも一方に配置されて、それを挟む両部材を導通させるとともに、電極群を電池ケースまたは封口板に向かって付勢する。これにより、電極群および集電端子板の寸法が変化しても常に一定の応力状態を維持することができ、集電端子板と電池ケースまたは封口板との導通状態を安定化することができる。したがって、発電要素と外部端子との導通状態の安定性が高い、信頼性の高い二次電池を得ることができる。
【００３１】
また、本発明の二次電池においては、電池ケースと一方の集電端子板との間、並びに封口板と他方の集電端子板との間の少なくとも一方に配置されて、それを挟む両部材を導通させる一方、所定温度以上となったときには、それを挟む両部材の間の電流を遮断する１または複数の導通遮断可能部材が備えられる。これにより、内部短絡等に起因した急激な発熱反応が起こった場合に、導通遮断可能部材を挟む両部材の間の電流が遮断される。その結果、二次電池に、発熱による熱暴走が引き起こされる事態を回避することができる。したがって、安全性の高い二次電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明は、長尺帯状の集電体の両面または片面に、活物質を含んだ電極用の合剤からなる合剤層を形成するとともに、その集電体の幅方向の一端部に集電体の素地が露出している露出部分を形成して構成された正極板および負極板、並びに正極板と負極板との間に介在されるセパレータを含み、これら正極板、負極板およびセパレータを渦巻き状に巻回、または積層して構成された電極群を含む二次電池に関する。この二次電池はさらに、電極群の一端側に配され、正極板の上記露出部分と接続される正極集電端子板と、電極群の他端側に配され、負極板の上記露出部分と接続される負極集電端子板と、電解液と、開口部を有し、正極集電端子板および負極集電端子板の一方の集電端子板と接続されるとともに、電極群、正極集電端子板、負極集電端子板および電解液を収容する電池ケースと、正極集電端子板および負極集電端子板の他方の集電端子板と接続されるとともに、電池ケースとは絶縁された状態でその開口部を封口する封口板と、導電性を有し、電池ケースと上記一方の集電端子板との間、並びに封口板と上記他方の集電端子板との間の少なくとも一方に配置されて、それを挟む両部材を導通させるとともに、電極群を電池ケースまたは封口板に向かって付勢する、変形量に応じて弾性力が増減しない不感帯を有する、１または複数の弾性部材とを備えている。
【００３３】
上述した構成により、正極集電端子板および負極集電端子板を付属させた電極群の寸法等に製品間のばらつきがあったり、それらの寸法が径時的に変化したりしても、変形量の不感帯の領域において弾性部材により電極群を付勢させることで、常に一定の押圧力で正極集電端子板および負極集電端子板と電池ケースまたは封口板とを接触させることが可能となる。したがって、二次電池の発電要素と外部端子との間の導通状態の安定性を向上させることが可能となり、より信頼性の高い二次電池を得ることが可能となる。
【００３４】
ここで、電極群を付勢する弾性部材は、複数個を伸縮方向に重ねて使用すれば、より広い領域の不感帯を得ることが容易となる。これにより、二次電池の発電要素と外部端子との間の導通状態の安定性を向上させることがより容易となる。しかしながら、部品点数の増大を抑えるという観点からは、弾性部材の個数は１個とするのがよい。
【００３５】
また、弾性部材を、電池ケースと一方の端子板との間、並びに封口板と他方の端子板との間の両方に配置すると、電極群を両側から押圧することができるために、二次電池の発電要素と外部端子との間の導通状態の安定性をより向上させることができる。
【００３６】
ここで、上記弾性部材は、周縁部にスリットを有する皿バネから構成することができる。
この構成により、皿バネに所定寸法のスリットを形成するだけの簡単な構成で、所望の領域の不感帯を有する弾性部材を実現することが可能となる。したがって、コストアップをほとんど招くことなく、上述した効果を達成することができる。
【００３７】
また、上記弾性部材は、高耐電圧性を有するクロームおよびニッケルの少なくとも１種の金属により被覆するのがよい。
このように、高耐電圧性を有する金属により弾性部材を被覆することで、弾性部材の耐電圧性が向上する。したがって、電圧が印加されることが常態である弾性部材の経時的な劣化を抑制することができる。これと関連して、上記弾性部材は、負極集電端子板と外部端子（電池ケースまたは封口板）との間にだけ配置されるのが好ましい。これにより、弾性部材に常に電圧が印加されることにより引き起こされる経時的な劣化を抑制することができる。
【００３８】
また、本発明の二次電池は、正極集電端子板および負極集電端子板の少なくとも一方が、皿バネのスリットと係合する凸部を有するものとすることができる。
この構成により、電池ケースの内部における皿バネの位置を規定することができ、押圧力が左右に偏することによる導通不良の発生を防止することができる。
【００３９】
また、本発明は、電池ケースと上記一方の集電端子板との間、並びに封口板と上記他方の集電端子板との間の少なくとも一方に配置されて、それを挟む両部材を導通させる一方、所定温度以上となったときには、それを挟む両部材の間の電流を遮断する１または複数の導通遮断可能部材を備えた二次電池に関する。
この構成により、内部短絡等により急激な発熱反応が起こった場合に、二次電池の発電要素と外部端子との間の電流が遮断される。したがって、二次電池の安全性を向上させることができる。
【００４０】
ここで、上記導通遮断可能部材は、導電性を有する不織布から構成することができる。
この構成により、内部短絡等により急激な発熱反応が起こった場合に、不織布を構成する繊維が軟化または溶融し、その弾性が失われ、それを挟む両部材の導通状態を維持することができなくなり、その間の電流が遮断される。これにより、内部短絡等により二次電池が熱暴走する危険性を排除することができる。
【００４１】
また、そのような不織布は、表面に金属をコーティングした樹脂製の繊維から構成することができる。
導通遮断可能部材を、そのような不織布から構成することによって、導通遮断可能部材に適度な弾性を与えることができる。これにより、二次電池の安全性を向上させることができるという効果に加えて、発電要素と外部端子との導通状態の安定性を向上させることができるという効果も達成し得る。
【００４２】
また、上記樹脂は、ポリエチレンおよびポリプロピレンの少なくとも１種を含むものとすることができる。
これにより、二次電池の熱暴走を止めるのに適切な温度で発電要素と外部端子との間の電流が遮断されるように、上記不織布の変形または溶融を開始させることができる。
【００４３】
また、導通遮断可能部材は、形状記憶合金からなる素子を含むものとすることができる。
これにより、内部短絡等に起因して二次電池の温度が上昇したときに、導通遮断可能部材を挟む両部材の間の電流が遮断されるように、形状記憶合金からなる素子が変形されるよう形状を記憶させることで、二次電池が熱暴走する危険性を排除することができる。したがって、安全性の高い二次電池を得ることができる。
【００４４】
ここで、その形状記憶合金は、二方向性を有するものとするのがよい。
これにより、内部短絡などの発熱反応により二次電池が高温になったときには発電要素と外部端子との間の電流を遮断し、発熱反応が治まり二次電池が常温に復帰したときにはそれらの間を導通させる、可逆性を有する導通遮断可能部材を構成することが可能となる。
そして、そのような形状記憶合金は、チタンとニッケルとの合金から構成することができる。これにより、発熱反応に対応して速い応答性で電流を遮断することができる。
【００４５】
また、前記導通遮断可能部材は、形状記憶合金からなり、温度に応じて自然長が変化する主ばねと、その主ばねの弾性力に抗して伸縮するように配設されたバイアスばねと、主ばねとバイアスばねとの間に介在された受力部を含み、両ばねの弾性力がバランスする位置に移動するように付勢される、軸方向に移動可能に支持された、導体からなる端子棒とを含むものとすることができる。
この構成により、温度に応じて主ばねを伸び縮みさせて、端子棒を移動させることで、二次電池の導通状態を温度に応じて切り替えることができる。また、両ばねの弾性力により電極群を封口板または電池ケースの底部に向かって付勢することで、発電要素と外部端子との導通状態を安定化させることができるという効果も得られる。
【００４６】
また、導通遮断可能部材は、形状記憶合金からなり、凸部を有する形状と、より平坦な形状との間で、温度に応じて形状が切り替わる薄板状部材を含む構成とすることも可能である。
この構成により、温度に応じて薄板状部材の形状を変化させることで二次電池の導通状態を温度に応じて切り替えることができる。また、凸部を有する薄板状部材の弾性力により電極群を封口板または電池ケースの底部に向かって付勢することで、発電要素と外部端子との導通状態を安定化させることができるという効果も得られる。
【００４７】
また、導通遮断可能部材は、樹脂を含む異方性導電材から構成することもできる。
この構成により、内部短絡等による急激な発熱反応が起こったときに、その発熱により異方性導電材を溶融または変形させて、電流を遮断することができる。したがって、二次電池の安全性を向上させることができる。
【００４８】
このとき、異方性導電材からなる導通遮断可能部材を、電池ケースの内周部と当接して位置決めされるように構成すれば、導通遮断可能部材の位置決め機構が不要となり、より単純な構造とすることができる。好ましくは、導通遮断可能部材は、電池ケースの、封口板をかしめるために絞られた部分に当接させるのがよい。これにより、封口性を向上させることも可能となる。
【００４９】
また、導通遮断可能部材を構成する異方性導電材は、金属核を含む導電性フィラーと、樹脂を含むバインダとから構成することができる。
この構成においては、常温では金属核どうしが接触することで、正極および負極の集電端子板と電池ケースまたは封口板とが導通される一方、二次電池の温度が所定温度以上にまで上昇すると、バインダが溶融または変形することで、金属核同士の接触が確保されなくなり、電流が遮断される。
【００５０】
また、導通遮断可能部材を構成する異方性導電材は、金属メッキされた樹脂核を含む導電性フィラーと、樹脂を含むバインダとから構成することもできる。
この構成においては、常温では導電性フィラー同士が接触することで、正極および負極の集電端子板と電池ケースまたは封口板とが導通される一方、二次電池の温度が所定温度以上にまで上昇すると、樹脂核およびバインダの少なくとも一方が熱により溶融または変形することで、導電性フィラー同士の接触が確保されなくなり、電流が遮断される。
【００５１】
《実施の形態１》
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態１を説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池に使用される電極群の概略構成を示す縦断面図である。
電極群１０は、長尺帯状の正極集電体１の両面に正極合剤層２を形成してなる正極板３と、長尺帯状の負極集電体５の両面に負極合剤層６を形成してなる負極板７とを、間にセパレータ８を介在させて、渦巻き状に巻回して構成されている。
【００５２】
正極集電体１には、幅方向の一端部（図の上端部）に、正極合剤層２の形成されていない、素地が露出した露出部分が形成されている。負極集電体５には、幅方向の一端部（図の下端部）に、負極合剤層６の形成されていない、素地が露出した露出部分が形成されている。これらの露出部分は、電極群１０の一端側および他端側（図の上側および下側）に突出している。
ここで、正極合剤層２は、リチウム含有複合酸化物を活物質として含む。負極合剤層６は、リチウムを吸蔵および放出しうる材料を活物質として含む。
【００５３】
正極集電体１の露出部分は、電極群１０の一端側に配置される円盤状の正極集電端子板４と多点で接続されている。負極集電体５の露出部分は、電極群１０の他端側に配置される円盤状の負極集電端子板９と多点で接続されている。
【００５４】
図２および図３に、正極集電端子板４を正極集電体１の露出部分に接続する工程の一例を示す。図示例では、電極群１０の一端側に突出した正極集電体１の露出部分に、円盤状の正極集電端子板４をあてて、正極集電端子板４と正極集電体１の露出部分とを、トーチ１７と正極集電端子板４との間にアーク１８を発生させることにより、複数箇所で溶接している。溶接箇所４ａは、正極集電端子板４の放射状に並ぶように形成される。なお、図示例では、アーク溶接により接続しているが、これに限らず、レーザ溶接により正極集電端子板４と正極集電体１の露出部分とを溶接するものとしてもよい。また、負極集電端子板９を負極集電体５の露出部分に接続する工程も同様にして行われる。
【００５５】
図４に、図１に示した、集電端子板付きの電極群１０を、有底円筒状の電池ケース１１の内部に収容して構成される二次電池を示す。
【００５６】
図示例の二次電池２０は、負極集電端子板９を電池ケース１１の底部と接触させるように、電極群１０を電池ケースに挿入し、正極集電端子板４の上に、導電性を有する素材からなる皿バネ１４を設置して構成されている。皿バネ１４は、電池ケース１１の開口部を封口する、外部端子を兼ねた封口板１２と、正極集電端子板４との間に圧縮された状態で配置されている。これにより、皿バネ１４は、正極集電端子板４および封口板１２の両方に圧接して、正極集電端子板４と封口板１２との間を導通させる。なお、電池ケース１１に電極群１０とともに封入される所定量の非水電解液は図示していない。
【００５７】
封口板１２は、封口ガスケット１３が周縁部に取り付けられている。その封口ガスケット１３の上から封口板１２の周縁部をかしめるように、電池ケース１１の開口端を内方向に折り曲げることで、電池ケース１１の開口が封口される。
また、皿バネ１４は、圧縮されたことにより生じている弾性力により、上記集電端子板付きの電極群１０を電池ケース１１の底部に向かって付勢している。これによって、負極集電端子板９と電池ケース１１との導通状態が確保されている。
【００５８】
図５Ａおよび５Ｂに、皿バネ１４の詳細を示す。図示例の皿バネ１４は、電極群１０等の寸法誤差や寸法変化に拘わらず、一定の弾性力で上記集電端子板付きの電極群１０を電池ケース１１の底部に向かって付勢し得るように、変形量に応じて弾性力が変化しない不感帯を有する構造とされている。
【００５９】
より具体的には、皿バネ１４は、深めの皿の底を抜いたような形状、すなわち径が一端側（図５Ｂの上側）から他端側（図５Ｂの下側）に向かって拡がる短い筒のような形状を有している。皿バネ１４の小径側の開口部、ないしは内周部には、複数個（図示例では、８個）のスリット１５が周方向に等ピッチで形成されている。
これにより、図６に示すように、皿バネ１４の弾性力−変形量特性曲線には、皿バネ１４の変形量が変化しても弾性力がほとんど変化しない不感帯Ｃが現れる。
【００６０】
この不感帯Ｃの変形量の領域において皿バネ１４により電極群１０を付勢させるように、皿バネ１４の自然長やスリット１５の形状等を設定することで、電極群１０等の寸法誤差や寸法変化に拘わらず、常に一定の弾性力で電極群１０を電池ケース１１の底部に向かって押しつけることが可能となる。これにより、正極集電端子板４と封口板１２との間、並びに負極集電端子板９と電池ケース１１との間の安定的な導通状態を確保することが可能となる。
【００６１】
ここで、皿バネ１４の材質としては、ステンレス鋼、炭素鋼、工具鋼、ベーナイト鋼、およびリン青銅等を用いることができる。特にリン青銅が好ましい。また、これらの材質の表面を、高耐電圧性を有する金属の薄膜で被覆するのも好ましい。例えば、ニッケルメッキ、およびクロームメッキを皿バネ１４の表面に施すのが好ましい。これにより、皿バネ１４の耐電圧性が向上し、常時印加される電圧により皿バネ１４の経時的な劣化が速められるのを抑制することができる。
【００６２】
また、図７に示すように、皿バネ１４と対向する部材には、皿バネ１４の位置決めをするための位置決め機構を設けるのがよい。図示例の位置決め機構は、正極集電端子板４の皿バネ１４と対向する面に、皿バネ１４のスリット１５のそれぞれと係合する複数（図示例では４個）の位置決め用突起１６を設けて構成されている。
このような位置決め機構を設けることによって、皿バネ１４の軸心が電極群１０の軸心から大きく左右にずれて、その弾性力が電極群１０の軸心から偏った位置に作用するのを防止することができる。これにより、二次電池の発電要素と外部端子との導通状態をさらに安定的に確保することが可能となる。
【００６３】
図８〜１０に、本実施の形態の皿バネの変形例を示す。
図８の皿バネ１４Ａは、上記皿バネ１４と同様の本体を有し、その大径側の開口部、ないしは外周部に、複数（図示例では８個）のスリット１５Ａを等ピッチで設けたものである。
図９の皿バネ１４Ｂは、比較的小さな平たい底部１９の皿形状を有し、その外周部に、複数（図示例では８個）の長めのスリット１５Ｂを周方向に等ピッチで形成したものである。
【００６４】
図１０の皿バネ１４Ｃは、上記皿バネ１４および１４Ａと同様の本体を有し、その外周部および内周部の双方に、同数の複数（図示例では８個）のスリット１５Ｃを等ピッチで設けたものである。また、スリット１５Ｃは、皿バネ１４Ｃの外周部および内周部において互いに位置をずらして形成される。このように、外周部および内周部にスリット１５Ｃを設け、外周部および内周部の両方のスリット１５Ｃと対応する位置に複数個ずつの位置決め用突起１６を設けることで、外周部および内周部の両方のスリット１５Ｃに位置決め用突起１６を係合させることが可能となる。これにより、より正確に皿バネの位置決めを行うことができる。
【００６５】
なお、本発明の皿バネは、これらに限定されるものではなく、二次電池のサイズに応じて押圧力および不感帯の領域を最適化するために、スリットの位置、形状、大きさ、および個数等を任意に設定することが可能である。
【００６６】
図１１〜１４に、本実施の形態の二次電池の変形例を示す。
図１１の二次電池２０Ａは、皿バネ１４および１４Ａ〜１４Ｃのいずれかを、負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間に圧縮して配置したものである。ここでは、正極集電端子板４と封口板１２とは、皿バネを介さずに直接に接続されている。
図１２の二次電池２０Ｂは、皿バネ１４および１４Ａ〜１４Ｃのいずれかを、正極集電端子板４と封口板１２との間、並びに負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間の両方に圧縮して配置したものである。
【００６７】
図１３の二次電池２０Ｃは、皿バネ１４および１４Ａ〜１４Ｃのいずれかの２つを、それぞれの大径側の開口部を対向させて、正極集電端子板４と封口板１２との間に圧縮して配置したものである。このとき、対向されるそれぞれの大径側の開口部の端面を皿バネの軸と垂直な面に形成することで、皿バネ相互の位置ズレを防止することができる。
また、２つの皿バネのそれぞれの小径側の開口部を対向させて配置することも可能であり、その場合には、対向されるそれぞれの小径側の開口部の端面を皿バネの軸と垂直な面に形成することで、皿バネ相互の位置ズレを防止することができる。
つまり、径が同じ側の開口部を対向させて、同じ形状の２つの皿バネを伸縮方向に並べて配置することで、２つの皿バネを重ねて使用することができる。
【００６８】
図１４の二次電池２０Ｄは、皿バネ１４および１４Ａ〜１４Ｃのいずれの２つを、それぞれの大径側の開口部を対向させて、負極集電端子板４と電池ケース１１の底部との間に圧縮して配置したものである。このとき、対向されるそれぞれの大径側の開口部をフラットとすることで、皿バネ相互の位置ズレを防止することができる。
【００６９】
以下、本実施の形態１に関する実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
《実施例１》
まず、正極用の活物質としてコバルト酸リチウムを１００重量部と、導電材としてアセチレンブラックを２重量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデンを２重量部とを、適量のＮ−メチル−２−ピロリドンと共に双腕式練合機にて攪拌し混練することで、正極用の合剤塗料を調製した。
【００７０】
次いで、厚みが１５μｍであるアルミニウム箔からなる長尺帯状の正極集電体の両面に、上記調製した合剤塗料を塗布し、乾燥した。これにより、片面の正極合剤層の厚みが１００μｍである正極板の前駆体を作製した。さらに、この前駆体を総厚が１６５μｍとなるようにプレスした。その結果、片面の合剤層の厚みは７５μｍとなった。次に、プレスされた上記前駆体を規定の寸法とするようにスリット加工を行い、正極板を作製した。作製された正極板の幅方向の一端側には、所定幅の集電体の露出部分を形成した。
【００７１】
また、負極用の活物質として人造黒鉛を１００重量部と、結着材としてスチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子の水分散液（固形分４０重量％）を２．５重量部（結着材の固形分換算で１重量部）と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを１重量部とを、適量の水とともに双腕式練合機にて攪拌し混練することで、負極用の合剤塗料を調製した。
次いで、厚みが１０μｍである銅箔からなる長尺帯状の負極集電体の両面に、上記調製した合剤塗料を塗布し、乾燥した。これにより、片面の負極合剤層の厚みが１１０μｍである負極板の前駆体を作製した。さらに、この前駆体を総厚が１８０μｍとなるようにプレスした。その結果、片面の負極合剤層の厚みは８５μｍとなった。次に、プレスされた上記前駆体を規定の寸法とするようにスリット加工を行い、負極板を作製した。作製された負極板の幅方向の一端側には、所定幅の集電体の露出部分を形成した。
【００７２】
以上のようにして作製された正極板および負極板を、厚みが２０μｍであるセパレータを間に挟んで巻回し、所定の長さに切断して、電極群を得た。このとき、正極板および負極板のそれぞれの集電体の露出部分が、電極群の一端側と他端側とにそれぞれ突出するように、電極群を構成した。
そして、電極群の一端側に突出した、正極集電体の露出部分を円盤形の正極集電端子板に、複数箇所でレーザ溶接により接合した。また、電極群の他端側に突出した、負極集電体の露出部分を円盤形の負極集電端子板に、複数箇所でレーザ溶接により接合した。
【００７３】
正極集電端子板および負極集電端子板が接合された電極群（以下、集電端子板付き電極群という）を、有底円筒状の電池ケース内に挿入した後、その電池ケースにエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、およびメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）からなる混合溶媒に１ＭのＬｉＰＦ6を溶解させた電解液（図示せず）を所定量だけ注入した。
【００７４】
次いで、図５Ａおよび図５Ｂに示した皿バネ１４と同じ形状の皿バネを正極集電端子板の上に載置した後、周縁部にガスケットを取り付けた封口板により電池ケースの開口部を封口した。ここで、皿バネの材質は、リン青銅とし、その表面にはニッケルメッキを施した。
【００７５】
また、皿バネは、正極集電端子板の封口板と対向する面に設けられた４個の位置決め用突起のそれぞれに、スリットを１個ずつ係合させて、位置決めを行った。
以上のようにして、本実施例１においては、１００個のリチウムイオン二次電池を、評価対象の二次電池として作製した。
【００７６】
《実施例２》
まず、実施例１と同様にして集電端子板付き電極群を作製した。また、図８に示した皿バネ１４Ａと同じ形状の皿バネを作製した。皿バネの材質、自然長、および変形量における不感帯の領域は、実施例１の皿バネと同じとした。
次いで、上記皿バネを、大径側の開口部が電池ケースの底部と接触するようにして、電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付き電極群を、負極集電端子板を上記皿バネの小径側の開口部と接触させるようにして、電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、周縁部にガスケットを付属させた封口板を正極集電端子板と接触させるようにして、その封口板により実施例１と同様にして電池ケースの開口部を封口した。これにより、負極集電端子板と電池ケースとを圧縮された皿バネを介して接続する一方、封口板と正極集電端子板とを皿バネの弾性力により圧接させて接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【００７７】
ここで、上記皿バネは、負極集電端子板の電池ケースの底部と対向する面に設けられた４個の位置決め用突起のそれぞれに、スリットを１個ずつ係合させて、位置決めを行った。
以上のようにして、１００個のリチウムイオン二次電池を、評価対象の二次電池として作製した。
【００７８】
《実施例３》
まず、実施例１と同様にして集電端子板付き電極群を作製した。また、図５Ａおよび５Ｂに示した皿バネ１４と同じ形状の第１の皿バネを作製した。第１の皿バネの材質は実施例１の皿バネと同じとした。また、図８に示した皿バネ１４Ａと同じ形状の第２の皿バネを作製した。第２の皿バネの材質は実施例１の皿バネと同じとした。
次いで、上記第２の皿バネを、大径側の開口部を電池ケースの底部と接触させるようにして、電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付き電極群を、負極集電端子板を上記第２の皿バネの小径側の開口部と接触させるようにして、電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケース１１に注入した。
【００７９】
次いで、上記第１の皿バネを、大径側の開口部が正極集電端子板と接触するようにして、電池ケースに挿入した。その後、周縁部にガスケットを付属させた封口板を上記第１の皿バネの小径側の開口部と接触させるようにして、その封口板により実施例１と同様にして電池ケースの開口部を封口した。これにより、負極集電端子板と電池ケースとを圧縮された第２の皿バネを介して接続するとともに、封口板と正極集電端子板とを圧縮された第１の皿バネを介して接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【００８０】
また、封口板と正極集電端子板との間に配置された第２の皿バネは、正極集電端子板の封口板と対向する面に設けられた４個の位置決め用突起のそれぞれに、スリットを１個ずつ係合させて、位置決めを行った。負極集電端子板と電池ケースの底部との間に配置された第１の皿バネは、負極集電端子板の、電池ケースの底部と対向する面に設けられた４個の位置決め用突起のそれぞれに、スリットを１個ずつ係合させて、位置決めを行った。
以上のようにして、１００個のリチウムイオン二次電池を、評価対象の二次電池として作製した。
【００８１】
《実施例４》
まず、実施例１と同様にして集電端子板付き電極群を作製した。また、図５Ａおよび５Ｂに示した皿バネ１４と同じ形状の皿バネを２個作製した。その皿バネの材質、自然長および不感帯の領域は実施例３の第１の皿バネと同じとした。その大径側の開口部の端面は軸と垂直な平面となるように形成した。
次いで、その集電端子板付き電極群を、負極集電端子板を底部と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケース１１に注入した。その後、上記皿バネの１つを、小径側の開口部を正極集電端子板と接触させるようにして電池ケースに挿入した。
【００８２】
次いで、上記皿バネの他の１つを、先の皿バネと大径側の開口部同士を対向させるようにして電池ケースに挿入した。その後、周縁部にガスケットを付属させた封口板を２番目の上記皿バネの小径側の開口部と接触させるようにして、その封口板により実施例１と同様にして電池ケースの開口部を封口した。これにより、負極集電端子板と電池ケースとを直接接触させて接続する一方、封口板と正極集電端子板とを圧縮された２つの皿バネを介して接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【００８３】
また、正極集電端子板に接触して配置した皿バネは、正極集電端子板の封口板と対向する面に設けられた４個の位置決め用突起のそれぞれに、スリットを１個ずつ係合させて、位置決めを行った。その皿バネの上に重ねて配置した皿バネは、封口板の正極集電端子板と対向する面に設けられた４個の位置決め用突起のそれぞれに、スリットを１個ずつ係合させて、位置決めを行った。
以上のようにして、本実施例４においては、１００個のリチウムイオン二次電池を、評価対象の二次電池として作製した。
【００８４】
《実施例５》
まず、実施例１と同様にして集電端子板付き電極群を作製した。また、図５Ａおよび５Ｂに示した皿バネ１４と同じ形状の皿バネを２個作製した。その皿バネの材質、自然長および不感帯の領域は実施例３の第１の皿バネと同じとした。その大径側の開口部端面は軸と垂直な平面となるように形成した。
次いで、上記皿バネの１つを、大径側の開口部を底部と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、上記皿バネの他の１つを、先の皿バネと大径側の開口部同士を対向させるようにして電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付き電極群を、負極集電端子板を２番目の皿バネの小径側の開口部と接触させるようにして電池ケースに挿入した。
【００８５】
その後、実施例１と同じ電解液を電池ケース１１に注入した。その後、周縁部にガスケットを付属させた封口板を２番目の上記皿バネの小径側の開口部と接触させるようにして、その封口板により実施例１と同様にして電池ケースの開口部を封口した。これにより、負極集電端子板と電池ケースとを圧縮された２つの皿バネを介して接続する一方、封口板と正極集電端子板とを直接接触させて接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【００８６】
また、正極集電端子板と接触して配置した皿バネは、正極集電端子板の封口板と対向する面に設けられた４個の位置決め用突起のそれぞれに、スリットを１個ずつ係合させて、位置決めを行った。その皿バネの上に重ねて配置した皿バネは、封口板の正極集電端子板と対向する面に設けられた４個の位置決め用突起のそれぞれに、スリットを１個ずつ係合させて、位置決めを行った。
以上のようにして、本実施例５においては、１００個のリチウムイオン二次電池を、評価対象の二次電池として作製した。
【００８７】
《評価》
上述した実施例１〜５のそれぞれ１００個の二次電池に対して、初期充放電を２回行った後に、４５℃の環境で７日間放置したときの内部抵抗を測定した。その結果は、内部抵抗はいずれの電池においても約１０ｍΩであり、導通不良を起こしたものは認められなかった。
【００８８】
さらに、それらの二次電池に対して、ひとつの評価例として５００サイクルの充放電を行ったときの容量の低下が５０％より大きいときに二次電池が劣化したと判定するサイクル劣化評価を行ったところ、サイクル劣化の認められた二次電池はなかった。また、そのサイクル劣化評価を行った後の二次電池を全て解体し、電極群を巻きほぐしてリチウムの析出や電極合剤層の脱落の有無を調べたところ、それらの不具合は認められなかった。
【００８９】
以上の結果は、上記実施例１〜５においては、変形量の所定領域において弾性力がほとんど変化しない不感帯を有する１個または２個の皿バネを使用して、その弾性力により、正極集電端子板と封口板との間、または負極集電端子板と電池ケースの底部との間の導通状態を確保したからであると考えられる。
そのような皿バネを使用することにより、電極群等に寸法のばらつきや寸法変化が発生した場合にも常に一定の弾性力で電極群を押圧して、正極集電端子板と封口板との間、または負極集電端子板と電池ケースの底部との間の導通状態を確保することができるからである。
【００９０】
なお、上記実施の形態１およびその各実施例においては、皿バネの軸心が電極群の中央に位置するように皿バネを配置したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、大型の円筒形二次電池の場合には、複数の皿バネを電極群の周方向に並べて配置することも可能である。
【００９１】
《実施の形態２》
次に、本発明の実施の形態２を説明する。
図１５に、本発明の実施の形態２に係る二次電池の概略構成を示す。図示例の二次電池２０Ｅは、リング状に整形された導電性を有する繊維の不織布から構成された導通遮断可能部材２１を、一端面を正極集電端子板４と接触させ、他端面を封口板１２と接触させるようにして、正極集電端子板４と封口板１２との間に配置して構成されている。
この構成によれば、通常時には、正極集電端子板４と封口板１２とは導通遮断可能部材２１を介して接続される一方、短絡が生じて導通遮断可能部材２１の温度が高温となったときには、導通遮断可能部材２１の繊維が軟化または溶融し、その弾性が失われ、それを挟む両部材の導通状態を維持することができなくなり、その間の電流が遮断される。これにより、内部短絡等により二次電池が熱暴走する危険性を排除することができる。したがって、二次電池の安全性が向上する。
【００９２】
ここで、導通遮断可能部材２１を構成する不織布は、表面に金属をコーティングした樹脂製の繊維から構成することができる。樹脂は、ポリエチレンまたはポリプロピレンとするのが好ましい。それ以外にも、耐電解液性を有し、熱変形開始温度または融点が１００〜１７０℃、好ましくは１１０〜１５０℃である熱可塑性樹脂または合成ゴムを用いることができる。
また、不織布の表面のコーティングは、電気抵抗の少ない金メッキとするのが好ましい。しかしながら、導電性を有する金属のコーティングであればよく、例えばニッケルメッキとすることもできる。
【００９３】
図１６および１７に、本実施の形態２の変形例を示す。
図１６に示す二次電池２０Ｆにおいては、負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間に、一端面を負極集電端子板９と接触させ、他端面を電池ケース１１の底部と接触させるようにして、導電性を有する不織布から構成されたリング状の導通遮断可能部材２１が配置されている。リング状の導通遮断可能部材２１の中空部には、導通遮断可能部材２１の位置決めをするための円盤状の絶縁体１５が配置されている。ここで、絶縁体１５の厚みは、導通遮断可能部材２１の厚みよりも小さくなっている。
【００９４】
図１７に示す二次電池２０Ｇにおいては、正極集電端子板４と封口板１２との間、並びに負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間の両方に、導通遮断可能部材２１が配置されている。負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間に配置された導通遮断可能部材２１の中空部には、位置決めのための円盤状の絶縁体１５が配置されている。
【００９５】
以下、本実施の形態２に関する実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
《実施例６》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、金メッキ処理した、ポリエチレンからなる繊維を厚みが２ｍｍのリング状の部材に形成して、導通遮断可能部材を作製した。
次いで、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を底部と接触させるように、電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、上記導通遮断可能部材を、正極集電端子板と接触させるように、電池ケースに挿入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を、導通遮断可能部材と接触させるようにして、その封口板により実施例１と同様にして電池ケースの開口部を封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とを導通遮断可能部材を介して接続する一方、負極集電端子板と電池ケースの底部とを直接接触させて接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【００９６】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【００９７】
《実施例７》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、金メッキ処理した、ポリエチレンからなる繊維を厚みが２ｍｍのリング状の部材に形成して、導通遮断可能部材を作製した。そして、その導通遮断可能部材の中空部に円盤状のポリテトラフルオロエチレンからなる絶縁体を挿入した。
【００９８】
次いで、その導通遮断可能部材を底部と接触させるように電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を上記導通遮断可能部材と接触させるように、電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を、正極集電端子板と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部を実施例１と同様にして封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とを直接接触させて接続する一方、負極集電端子板と電池ケースの底部とを導通遮断可能部材を介して接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【００９９】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１００】
《実施例８》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、金メッキ処理した、ポリエチレンからなる繊維を厚みが２ｍｍのリング状の部材に形成して、導通遮断可能部材を作製した。そして、その導通遮断可能部材の中空部に円盤状のポリテトラフルオロエチレンからなる絶縁体を挿入した。
【０１０１】
次いで、その導通遮断可能部材を底部と接触させるように電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を上記導通遮断可能部材と接触させるように、電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、別の上記導通遮断可能部材を正極集電端子板と接触させるように電池ケースに挿入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を、正極集電端子板と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部を実施例１と同様にして封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板との間、並びに負極集電端子板と電池ケースの底部との間を導通遮断可能部材を介して接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【０１０２】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１０３】
《評価》
上述した実施例６〜８のそれぞれ１００個の二次電池に対して、初期充放電を２回行った後に、４５℃の環境で７日間放置したときの内部抵抗を測定することを内容とする試験を行った。その結果は、内部抵抗はいずれの電池においても約１０ｍΩであり、導通不良を起こしたものは認められなかった。
【０１０４】
さらに、それらの内部抵抗を測定した二次電池から１０個を抜き出し、それらの二次電池に対してサイクル劣化評価を行った。より具体的には、ひとつの評価例として５００サイクルの充放電を行った後、容量の低下が５０％より大きいことを判定基準とするサイクル劣化評価を行った。その結果、サイクル劣化が認められた二次電池は存在しなかった。また、そのようなサイクル劣化評価を行った後の二次電池を全て解体し、電極群を巻きほぐしてリチウムの析出や電極合剤層の脱落の有無を調べたところ、それらの不具合の生じている二次電池は存在しなかった。
【０１０５】
さらに、上記内部抵抗を測定した二次電池から別の１０個を抜き出し、それらの二次電池に対して、１１０℃の環境で２時間保存した後に電圧を測定することを内容とする試験を行ったところ、いずれの二次電池においても電圧はほとんど検出されなかった。この結果により、二次電池の温度が所定温度以上まで上昇すると、導電性不織布からなる導通遮断可能部材を通して電流が流れなくなり、発電要素と外部端子との間の電流が遮断されることが確かめられた。
より詳しく説明すると、１１０℃の高温状態で導通遮断可能部材２１中の繊維形態のポリエチレンが溶融しバネ性が失われ導通接触が確保できなくなったことで、電流が遮断されたからである。
【０１０６】
《実施の形態３》
次に、本発明の実施の形態３を説明する。
図１８に示す二次電池２０Ｈにおいては、封口板１２と正極集電端子板４との間に、形状記憶合金からなる素子を使用した複数個、例えば３個以上の導通遮断可能部材２１Ａが配置されている。
【０１０７】
図１９および２０に、導通遮断可能部材２１Ａの詳細を示す。図示例の導通遮断可能部材２１Ａは、アルミニウム等の金属からなるケース３２に、形状記憶合金を使用したコイルばねからなる主ばね２８と、通常の金属のコイルばねからなるバイアスばね３０と、端子棒３１とを収納して構成される。主ばね２８とバイアスばね３０とは、伸縮方向に並べて配置される。
【０１０８】
主ばね２８は、例えばチタンとニッケルの合金からなる二方向性の形状記憶合金から構成される。端子棒３１は、ケース３２の一端側に形成された管状の軸挿通部２７と、ケース３２の他端側に設けられた図示しない軸挿通孔とにより、軸方向の変位が可能なように支持されている。
【０１０９】
また、端子棒３１には、主ばね２８とバイアスばね３０との間に配置される受力板２９が固定されており、それぞれのばねから受力板２９が受ける力がバランスするように、端子棒３１は軸方向に移動される。
【０１１０】
図１９は、二次電池の温度が常温であるときの導通遮断可能部材２１Ａの作動状態を示している。この作動状態では、主ばね２８の自然長が短くなるように主ばね２８の形状が変化することによって、端子棒３１が正極集電端子板４（または負極集電端子板９）の方向に移動されて、端子棒３１の一端部が正極集電端子板４（または負極集電端子板９）と接触している。このとき、端子棒３１の他端部は軸挿通部２７を介して封口板と接続される。これによって、正極集電端子板４と封口板１２とが導通遮断可能部材２１Ａを介して接続される。
【０１１１】
図２０は、二次電池２の温度が高温（例えば、１００℃以上の温度）となったときの導通遮断可能部材２１Ａの作動状態を示している。この作動状態では、主ばね２８の自然長が長くなるように主ばね２８の形状が変化することによって、端子棒３１が正極集電端子板４から離隔される。これにより、正極集電端子板４と封口板１２との間の電気的接続が遮断される。
【０１１２】
図２１〜２４に、本実施の形態３の変形例を示す。この変形例の導通遮断可能部材２１Ｂは、導電性を有する円形状のフィルムからなる基板３６に、形状記憶合金からなる薄膜３８を貼り合わせて構成された、ダイアフラム式の素子とされる。基板３６としては、ポリイミドに導電性薄膜を形成したフィルム、またはアルミニウム箔を使用することができる。形状記憶合金には、二方向性を有するものを使用する。
【０１１３】
図２１および２２は、二次電池の温度が常温であるときの導通遮断可能部材２１Ｂの作動状態を示している。この作動状態では、薄膜３８の中央部が膨らんだ形状となることによって、導通遮断可能部材２１Ｂが、正極集電端子板４および封口板１２の双方と接触する。これによって、正極集電端子板４と封口板１２とが導通遮断可能部材２１Ｂを介して接続される。
【０１１４】
図２３および２４は、二次電池の温度が高温（例えば、１００℃以上の温度）であるときの導通遮断可能部材２１Ｂの作動状態を示している。この作動状態では、薄膜３８がより平坦な形状となることによって、導通遮断可能部材２１Ｂが封口板１２と接触しない状態となる。これによって、正極集電端子板４と封口板１２との間の電流が遮断される。
【０１１５】
図２５および図２６に、本実施の形態３の別の変形例を示す。
図２５に示す二次電池２０Ｉにおいては、上述した導通遮断可能部材２１Ａまたは２１Ｂが、負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間に配置されている。図２６に示す二次電池２０Ｊにおいては、上述した導通遮断可能部材２１Ａまたは２１Ｂが、正極集電端子板４と封口板１２との間、並びに負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間に配置されている。
【０１１６】
以下、本実施の形態３に関する実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【０１１７】
《実施例９》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、図１９および２０に示したのと同じ構造の導通遮断可能部材を作製した。ここで、主ばねを構成する形状記憶合金はチタンとニッケルとの合金から構成した。
次いで、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を底部と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、上記導通遮断可能部材を４個、端子棒の一端部を正極集電端子板と接触させるように電池ケースに挿入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を軸挿通部と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部を実施例１と同様にして封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とを導通遮断可能部材を介して接続する一方、負極集電端子板と電池ケースとを直接接触させて接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【０１１８】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１１９】
《実施例１０》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、図１９および２０に示したのと同じ構造の導通遮断可能部材を作製した。ここで、主ばねを構成する形状記憶合金はチタンとニッケルとの合金から構成した。
次いで、上記導通遮断可能部材を４個、軸挿通部を底側にして、その軸挿通部を電池ケースの底部と接触させるように電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を上記導通遮断可能部材の端子棒の一端部と接触させるように、電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を正極集電端子板と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部を実施例１と同様にして封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とを直接接触させて接続する一方、負極集電端子板と電池ケースとを導通遮断可能部材を介して接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【０１２０】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１２１】
《実施例１１》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、図２１〜２４に示したのと同じ構造の第１の導通遮断可能部材を作製した。ここで、薄膜を構成する形状記憶合金はチタンとニッケルとの合金から構成した。また、図１９および２０に示したのと同じ構造の第２の導通遮断可能部材を作製した。ここで、主ばねを構成する形状記憶合金はチタンとニッケルとの合金から構成した。
【０１２２】
次いで、上記第１の導通遮断可能部材を４個、薄膜の膨らみを開口側にして、基板と電池ケースの底部とを接触させるように電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を上記第１の導通遮断可能部材の薄膜の膨らみと接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、上記第２の導通遮断可能部材を４個、軸挿通部を開口側にして、端子棒の一端部を正極集電端子板と接触させるように電池ケースに挿入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を上記第２の導通遮断可能部材の軸挿通部と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部を実施例１と同様にして封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とを上記第２の導通遮断可能部材を介して接続する一方、負極集電端子板と電池ケースとを上記第１の導通遮断可能部材を介して接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【０１２３】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１２４】
《評価》
上述した実施例６〜８のそれぞれ１００個の二次電池に対して、初期充放電を２回行った後に、４５℃の環境で７日間放置したときの内部抵抗を測定することを内容とする試験を行った。その結果は、内部抵抗はいずれの電池においても約１０ｍΩであり、導通不良を起こしたものは認められなかった。
【０１２５】
さらに、それらの内部抵抗を測定した二次電池から１０個を抜き出し、それらの二次電池に対してサイクル劣化評価を行った。より具体的には、ひとつの評価例として５００サイクルの充放電を行った後、容量の低下が５０％より大きいことを判定基準とするサイクル劣化評価を行った。その結果、サイクル劣化が認められた二次電池は存在しなかった。また、そのようなサイクル劣化評価を行った後の二次電池を全て解体し、電極群を巻きほぐしてリチウムの析出や電極合剤層の脱落の有無を調べたところ、それらの不具合の生じている二次電池は存在しなかった。
【０１２６】
さらに、上記内部抵抗を測定した二次電池から別の１０個を抜き出し、それらの二次電池を１１０℃の環境で２時間保存した後に端子間電圧を測定したところ、いずれの二次電池においても電圧はほとんど検出されなかった。続いて、それらのリチウムイオン二次電池の温度が室温に戻るまで放置した後に端子間電圧を測定したところ、いずれの二次電池も初期電圧に回復し、且つ、内部抵抗はいずれも１０ｍΩ前後であった。
【０１２７】
この結果より、１１０℃の高温状態では、上記第１および第２の導通遮断可能部材が、二次電池の発電要素と外部端子との間の電流を遮断するように作動することが確かめられた。また、その後に二次電池の温度が常温に復帰したときには、二次電池の発電要素と外部端子とを導通させるように、上記第１および第２の導通遮断可能部材が作動することが確かめられた。
【０１２８】
より詳細に説明すれば、実施例９においては、１１０℃の高温状態で自然長が増大するように形状記憶合金からなる主ばねが変形したことで、導通遮断可能部材の全長が短くなり、正極集電端子板と封口板との間の電流が遮断されたものと考えられる。一方、室温状態では、導通遮断可能部材の全長が元に復帰したことで正極集電端子板と封口板との間が導通されたものと考えられる。
【０１２９】
実施例１０においては、１１０℃の高温状態で自然長が増大するように形状記憶合金からなる主ばねが変形したことで、導通遮断可能部材の全長が短くなり、正極集電端子板と封口板との間の電流が遮断されたものと考えられる。一方、室温状態では、導通遮断可能部材の全長が元に復帰したことで正極集電端子板と封口板との間が導通されたものと考えられる。
【０１３０】
実施例１１においては、１１０℃の高温状態では厚みが減少するように形状記憶合金からなる薄膜が変形したことで、発電要素と外部端子との間の電流が遮断されたものと考えられる。また、１１０℃の高温状態で自然長が増大するように形状記憶合金からなる主ばねが変形したことで、導通遮断可能部材の全長が短くなり、正極集電端子板と封口板との間の電流が遮断されたものと考えられる。
一方、室温状態では、厚みが増大するように形状記憶合金からなる薄膜が変形したことで発電要素と外部端子との間が導通されたものと考えられる。また、室温状態では、導通遮断可能部材の全長が元に復帰したことで正極集電端子板と封口板との間が導通されたものと考えられる。
【０１３１】
《実施の形態４》
次に、本発明の実施の形態４を説明する。図２７に、本発明の実施の形態４に係る二次電池を示す。図示例の二次電池２０Ｋは、リング状に形成された異方性導電材からなる導通遮断可能部材２１Ｃを、正極集電端子板４と封口板１２との間に配置して構成されている。
【０１３２】
リング状の導通遮断可能部材２１Ｃは、高さ方向（厚み方向）にのみ導電し、幅方向（径方向）には導電しない構造を有しており、一端面が正極集電端子板４と接触し、他端面が封口板１２と接触することで、正極集電端子板４と封口板１２とを接続している。
【０１３３】
より詳しく説明すると、導通遮断可能部材２１Ｃを構成する異方性導電材は、金属核から構成された導電性フィラー、または樹脂核に金属メッキを施して構成された導電性フィラーを、樹脂からなるバインダに分散させることで構成することができる。
【０１３４】
ここで、導電性フィラーを構成する金属核としては、粒子状または繊維状とされた金属を用いることができる。それを単体の金属で構成する場合は、耐電圧性に優れたニッケルを用いるのが好ましい。また、抵抗値を下げるために金属核の表面に金メッキ等を施すことも可能である。
【０１３５】
また、導電性フィラーが樹脂核を含む場合は、その樹脂核の表面に金属メッキを施すことで導電性を付与することが可能である。その金属メッキは、抵抗値を小さくするという観点から金メッキとするのが好ましい。さらに、その樹脂核の素材およびバインダの素材は、耐電解液性を有し、熱変形温度または融点が１００〜１７０℃、好ましくは１１０〜１５０℃の熱可塑性樹脂または合成ゴムとするのが好ましい。
【０１３６】
図２８〜３０に、本実施の形態４の変形例を示す。図２８に示す二次電池２０Ｌは、異方性導電材からなるリング状の導通遮断可能部材２１Ｃの外周部を、電池ケース１１の開口部近傍の絞り部４２と当接させて、導通遮断可能部材２１Ｃの位置決めをするようにしたものである。ここで、絞り部４２は、電池ケース１１の開口端を内方に折り曲げて、ガスケット１３の上から封口板１２の周縁部をかしめることができるように、その開口端よりも少し底側に設けられたものである。つまり、封口板１２の周縁部が、絞り部４２と、折り曲げられた電池ケース１１の開口端壁との間に挟まれることによって、封口板１２は電池ケース１１の開口部に固定される。
【０１３７】
リング状の導通遮断可能部材２１Ｃは、厚み方向にのみ導電し、径方向には導電しないので、このように、外周部を電池ケース１１の内周面に当接させて位置決めすることが可能となる。また、絞り部４２に導通遮断可能部材２１Ｃを当接させることで、封口板１２による電池ケース１１の封口性も向上し、液漏れの生じる危険性をより小さくなる。
【０１３８】
また、図２９に示す二次電池２０Ｍは、上記異方性導電材からなる導通遮断可能部材２１Ｃを、負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間に配置して構成されている。導通遮断可能部材２１Ｃは、一端面が正極集電端子板４と接触し、他端面が封口板１２と接触することで、負極集電端子板９と電池ケース１１とを接続している。
このように、導通遮断可能部材２１Ｃを、負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間に配置することで、二次電池の電池ケース１１の封口部分の近傍の構造を簡素化することができる。これにより、二次電池の容量アップを図ることができる。
【０１３９】
また、図３０に示す二次電池２０Ｎは、上記異方性導電材からなる導通遮断可能部材２１Ｃを、正極集電端子板４と封口板１２との間、並びに負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間の両方に配置して構成されている。
電池ケース１１の開口部側の導通遮断可能部材２１Ｃは、一端面が正極集電端子板４と接触し、他端面が封口板１２と接触することで、正極集電端子板４と封口板１２とを接続している。また、電池ケース１１の底部側の導通遮断可能部材２１Ｃは、一端面が負極集電端子板４と接触し、他端面が電池ケース１１の底部と接触することで、負極集電端子板９と電池ケース１１とを接続している。
【０１４０】
このように、導通遮断可能部材２１Ｃを、正極集電端子板４と封口板１２との間、並びに負極集電端子板９と電池ケース１１の底部との間の両方に配置することで、二次電池の温度が異常に上昇したときに、より確実に、二次電池の発電要素と外部端子との間の電流を遮断することができる。これにより、二次電池の安全性をより向上させることができる。
【０１４１】
また、上記実施の形態では、異方性導電材の導電性フィラーの樹脂核およびバインダの少なくとも一方が、熱により軟化あるいは溶融することによって、導通遮断可能部材２１Ｃが電流を遮断する構成としたが、これに限られるものではない。例えば、熱により樹脂核およびバインダの少なくとも一方を、発泡または収縮させて導電性を消失させるものとすることも同様に可能である。
また、なお、上述した実施例１〜４においては、異方性導電材１４ａ，１４ｂ，１４ｃとしていずれもリング状のものを用いたが、これに限定されるものではなく、上述した集電端子板４，８および電池ケース１１または封口板１２と均一接触が可能な形状であればよく、例えばリング状のゴム弾性体に円筒状の異方性導電材を複数個埋め込んだもの、または、リング状の樹脂ホルダーに円筒状の異方性導電材を複数個埋め込んだもの、または、複数個の円筒状の異方性導電材を樹脂の連結材で連結したものなどを用いることも同様に可能である。
【０１４２】
以下、本実施の形態４に関する実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【０１４３】
《実施例１２》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、ポリスチレン核に金メッキ処理して構成された導電性フィラーを、ポリエステルからなるバインダに分散することで、厚みが２ｍｍであるリング状の異方性導電材からなる導通遮断可能部材を作製した。
【０１４４】
次いで、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を底部と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、上記導通遮断可能部材を、一端面を正極集電端子板と接触させるように電池ケースに挿入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を、導通遮断可能部材の他端面と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部を実施例１と同様にして封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とを導通遮断可能部材を介して接続し、負極集電端子板と電池ケースとは直接接触させて接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【０１４５】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１４６】
《実施例１３》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、ポリメタクリル酸メチル核に金メッキ処理して構成された導電性フィラーを、ポリアミドからなるバインダに分散することで、厚みが２ｍｍであるリング状の異方性導電材からなる導通遮断可能部材を作製した。ここで、その導通遮断可能部材の外径は、封口板の周縁部をかしめて電池ケースの開口部を封口するための絞り部と当接するように設定した。
【０１４７】
次いで、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を底部と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、上記導通遮断可能部材を、一端面を正極集電端子板と接触させるように電池ケースに挿入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を、導通遮断可能部材の他端面と接触させ、上記絞り部を導通遮断可能部材の外周部と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部を実施例１と同様にして封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とを導通遮断可能部材を介して接続し、負極集電端子板と電池ケースとは直接接触させて接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【０１４８】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１４９】
《実施例１４》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、ニッケル核に金メッキ処理してなる導電性フィラーを、ポリエチレンからなるバインダに分散することで、厚みが２ｍｍであるリング状の異方性導電材からなる導通遮断可能部材を作製した。そして、円盤状のポリテトラフルオロエチレンからなる絶縁体をリング状の導通遮断可能部材の中空部に挿入した。
【０１５０】
次いで、上記導通遮断可能部材を、一端面を電池ケースの底部と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を上記導通遮断可能部材の他端面と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を正極集電端子板と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部をレーザ封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とは直接接触させて接続し、負極集電端子板と電池ケースとは導通遮断可能部材を介して接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【０１５１】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１５２】
《実施例１５》
まず、実施例１と同様にして、集電端子板付きの電極群を作製した。また、ポリメタクリル酸メチル核に金メッキ処理して構成された導電性フィラーを、ポリアミドからなるバインダに分散することで、厚みが２ｍｍであるリング状の異方性導電材からなる第１の導通遮断可能部材を作製した。ここで、その導通遮断可能部材の外径は、封口板の周縁部をかしめて電池ケースの開口部を封口するための絞り部と当接するように設定した。さらに、ニッケル核に金メッキ処理してなる導電性フィラーを、ポリエチレンからなるバインダに分散することで、厚みが２ｍｍであるリング状の異方性導電材からなる第２の導通遮断可能部材を作製した。そして、円盤状のポリテトラフルオロエチレンからなる絶縁体をリング状の上記第２の導通遮断可能部材の中空部に挿入した。
【０１５３】
次いで、上記第２の導通遮断可能部材を、一端面を電池ケースの底部と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、上記集電端子板付きの電極群を、負極集電端子板を上記導通遮断可能部材の他端面と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、実施例１と同じ電解液を電池ケースに注入した。
【０１５４】
次いで、上記第１の導通遮断可能部材を、一端面を正極集電端子板と接触させるようにして電池ケースに挿入した。その後、ガスケットを周縁部に取り付けた封口板を、上記第１の導通遮断可能部材の他端面と接触させるようにして、その封口板により電池ケースの開口部を実施例１と同様にして封口した。このようにして、正極集電端子板と封口板とを導通遮断可能部材を介して接続するとともに、負極集電端子板と電池ケースとを導通遮断可能部材を介して接続して、リチウムイオン二次電池を構成した。
【０１５５】
以上のようにして、評価対象のリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
【０１５６】
《評価》
上述した実施例６〜８のそれぞれ１００個の二次電池に対して、初期充放電を２回行った後に、４５℃の環境で７日間放置したときの内部抵抗を測定することを内容とする試験を行った。その結果は、内部抵抗はいずれの電池においても約１０ｍΩであり、導通不良を起こしたものは認められなかった。
【０１５７】
さらに、それらの内部抵抗を測定した二次電池から１０個を抜き出し、それらの二次電池に対してサイクル劣化評価を行った。より具体的には、ひとつの評価例として５００サイクルの充放電を行った後、容量の低下が５０％より大きいことを判定基準とするサイクル劣化評価を行った。その結果、サイクル劣化が認められた二次電池は存在しなかった。また、そのようなサイクル劣化評価を行った後の二次電池を全て解体し、電極群を巻きほぐしてリチウムの析出や電極合剤層の脱落の有無を調べたところ、それらの不具合の生じている二次電池は存在しなかった。
【０１５８】
さらに、上記内部抵抗を測定した二次電池から別の１０個を抜き出し、それらの二次電池を１１０℃の環境で２時間保存した後に端子間電圧を測定したところ、いずれの二次電池においても電圧はほとんど検出されなかった。
この結果により、各実施例１２〜１５において、導通遮断可能部材が正常に作動して、二次電池の発電要素と外部端子との間の電流が遮断されることが確かめられた。
【０１５９】
より詳細に説明すれば、実施例１２においては、１１０℃の高温状態で異方性導電材中のポリスチレン核が熱変形し、導電性フィラー同士の導通接触が確保できなくなったことで、電流が遮断されたものと考えられる。
また、実施例１３においては、１１０℃の高温状態で異方性導電材中のポリメタクリル酸メチル核が熱変形し、導電性フィラー同士の導通接触が確保できなくなったことで、電流が遮断されたものと考えられる。
また、実施例１４においては、１１０℃の高温状態で異方性導電材中のポリエチレンが溶融し、導電性フィラーであるニッケル核同士の導通接触が確保できなくなったことで、電流が遮断されたものと考えられる。
また、実施例１５においては、１１０℃の高温状態で異方性導電材中のポリメタクリル酸メチル核が熱変形し、導電性フィラー同士の接触が確保できなくなるとともに、異方性導電材中のポリエリレンが溶融し、導電性フィラーであるニッケル核同士の導通接触が確保できなくなったことで、電流が遮断されたものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明に係る二次電池は、集電リードレス化により電池構造を簡素化しながら、集電端子板と電池ケースまたは封口板との導通状態を安定化することができ、信頼性の高い非水系二次電池が得られる。また、内部短絡等に起因する熱暴走を防止することも可能である。このため、コードレス電動工具、動力補助付き自転車、並びにハイブリッド自動車といった耐振動性や耐衝撃性に強く大電流を必要とする動力源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る二次電池の電極群の詳細を示す縦断面図である。
【図２】同上電極群に集電端子板を付属させる工程を示す斜視図であって、接続前の状態を示したものである。
【図３】同上電極群に集電端子板を付属させる工程を示す斜視図であって、接続後の状態を示したものである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る二次電池の縦断面図である。
【図５Ａ】同上二次電池に使用される皿バネの平面図である。
【図５Ｂ】同上二次電池に使用される皿バネの側面図である。
【図６】同上皿バネの変形量と弾性力との関係を示すグラフである。
【図７】同上皿バネの位置決め機構の一例を示す斜視図である。
【図８】同上皿バネの変形例を示す平面図である。
【図９】同上皿バネの他の変形例を示す平面図である。
【図１０】同上皿バネのさらに他の変形例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る二次電池の変形例を示す縦断面図である。
【図１２】同上二次電池の他の変形例を示す縦断面図である。
【図１３】同上二次電池のさらに他の変形例を示す縦断面図である。
【図１４】同上二次電池のさらに他の変形例を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る二次電池の縦断面図である。
【図１６】同上二次電池の変形例を示す縦断面図である。
【図１７】同上二次電池の他の変形例を示す縦断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る二次電池の縦断面図である。
【図１９】同上二次電池に使用される導通遮断可能部材の縦断面図であって、常温での作動状態を示すものである。
【図２０】同上導通遮断可能部材の縦断面図であって、高温状態での作動状態を示すものである。
【図２１】同上導通遮断可能部材の変形例の斜視図であって、常温での作動状態を示すものである。
【図２２】同上導通遮断可能部材の変形例の断面図であって、常温での作動状態を示すものである。
【図２３】同上導通遮断可能部材の変形例の斜視図であって、高温状態での作動状態を示すものである。
【図２４】同上導通遮断可能部材の変形例の断面図であって、高温状態での作動状態を示すものである。
【図２５】本発明の実施の形態３に係る二次電池の変形例の縦断面図である。
【図２６】同上二次電池の他の変形例の縦断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態４に係る二次電池の縦断面図である。
【図２８】同上二次電池の変形例の縦断面図である。
【図２９】同上二次電池の他の変形例の縦断面図である。
【図３０】同上二次電池のさらに他の変形例の縦断面図である。
【図３１】従来の二次電池の縦断面図である。
【符号の説明】
【０１６２】
１  正極集電体
２  正極合剤層
３  正極板
４  正極集電端子板
５  負極集電体
６  負極合剤層
７  負極板
８  セパレータ
９  負極集電端子板
１０  電極群
１１  電池ケース
１２  封口板
１４  皿バネ
１５  スリット
２０  二次電池
２１  導通遮断可能部材
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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