JP5454870B2 - 密閉型電池 - Google Patents
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Description
そこで、このような不具合を未然に防ぐような安全装置が提案されている。例えば特許文献1には、電池の電極および電解液を収容する容器の開口を遮蔽する隔壁が設けられており、内圧の上昇に応じて刃部が導電体を切断して電流を遮断する技術が記載されている。
しかしながら、特許文献1のように電極体が収容された空間と電流遮断機構との間に隔壁を設ける構成では電池のスペース効率が悪くなり、その結果電池が大型化してしまう。
そこで本発明は、上述した電流遮断機構を備えた電池に関する従来の課題を解決すべく創出されたものであり、その目的は、新たなスペースを必要としない電流遮断機構により、電池異常の際に不具合が発生することを未然に且つ確実に防止することができる電池を提供することである。
即ち、本発明の電池は、正極および負極を備える電極体と、上記電極体を収容するケースと、上記ケース内と外部とのガスの流通を阻止し且つ該ケース内の内圧が所定レベルを超えて上昇した際(即ち異常内圧上昇時)に変形する電流遮断弁と、上記電流遮断弁を介して上記電極体と電気的に接続される正負いずれかの外部端子とを備える密閉型電池である。そして、上記電極体と電気的に接続された接続部材が設けられており、上記接続部材の一部は、上記電流遮断弁と通電可能な状態で接合されている。
上記ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際には、上記電流遮断弁が該内圧によって上記ケースの外方に向けて変形し、その変形により上記電流遮断弁が上記接続部材から開裂するか若しくは上記電流遮断弁と共に上記接続部材の一部が残りの上記接続部材から開裂することによって、上記通電が遮断されるように構成されている。ここで、上記開裂する部位は、上記電極体に通じる空間から気密に隔離されるように絶縁性部材によって包囲されている。
このように、開裂する部位を絶縁性部材によって包囲することにより、異常内圧上昇時に電極体が収容された空間に可燃性ガスが存在している場合であって、電流遮断弁が該内圧によって上記ケースの外方に向けて変形した際に、該開裂する部位においてスパークが発生したとしても、スパークが発生する空間と可燃性ガスが存在する空間とは物理的に遮断されているので不具合の発生を未然に且つ確実に防止することができる。
従って、本発明によると、電流遮断機構の機能を維持しつつ、電池の異常時に不具合が発生することなく、比較的大電流を通電するのに適する電流遮断機構を備える密閉型電池を提供することができる。このことから、ここで開示される電池は、電源として電気自動車やハイブリッド車に搭載される車載用二次電池として好適である。
また、ここで開示される電池の好適な一態様では、上記接合部の外周に相当する該接続部材の一部であって、他の部分よりも薄肉に形成されている刻印部を有しており、上記刻印部において、上記電流遮断弁と共に上記接続部材の一部が残りの前記接続部材から開裂する。
かかる構成の密閉型電池では、異常内圧上昇時における電流遮断弁の変形に伴い、接続部材の一部である薄肉に形成されている刻印部が開裂されることにより確実に電流の通電を遮断することができる。また、本態様の電池では当該開裂部分が電流遮断弁と接続部材との接合部とは異なる部分に形成されるため、電流遮断弁と接続部材との接合は強固に行うことができる。これにより、正常時において当該接合部の導電性を高いレベルに維持することができる。
本発明は種々の種類の電池に適用できる。例えば、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−亜鉛電池等の二次電池、或いは、電気二重層キャパシタ(即ち物理電池)の二次電池が本発明の実施に好適な電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な電池の構成はリチウム二次電池(典型的にはリチウムイオン電池)である。リチウム二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる電池であるため、高性能な電源、特に車両搭載用電源を構築することができる。
図1は、第1実施形態に係る円筒型の密閉型リチウムイオン電池1(以下、単に「電池」という。)の正常時の構成を示す断面図(一部は外形を示す側面図)である。図2は、当該正常時(電流遮断弁40が作動する前段階)におけるリチウムイオン電池1の要部(即ち接続部材30と電流遮断弁40の中央部とその周囲)を示す部分断面図である。
電流遮断弁40と接続部材30は、蓋体15と同様の直径を有する円板形状に形成されており、図1に示すように、これらの周縁部は相互に重ね合わされ、ケース10の開口部18に第2ガスケット(EPDM等のゴム製、または絶縁性樹脂製)39を介して取り付けられている。具体的には、接続部材30と第1ガスケット38と電流遮断弁40と蓋体15とがこの順序で積層され、それら積層された部分を第2ガスケット39で挟み込むようにしてケース10の開口部18にカシメ固定されている。
このように第2ガスケット39を介してカシメることにより、蓋体(外部正極端子)15とケース(外部負極端子)10との間を絶縁すると共に両者の隙間を防いで電池の密閉構造を構築している。また、図示されるように、第1ガスケット38が介在することによって、外周縁部分における接続部材30と電流遮断弁40との導通(電気的接続)が防止されている。
また、接続部材30の内面(電極体20に対向する面)には、本実施形態に係るリード部材35が接合(例えば溶接)されており、接続部材30は、電池ケース10に収容されている電極体20の図示しない正極とリード部材35を介して電気的に接続されている。なお、リード部材35と電極体20との接続(溶接)は、従来の同形状のリチウムイオン電池と同様でよく、本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。
開裂部を絶縁性部材で覆う工程では、塗布、吹き付けまたはインサート成型等の工法が用いられ、電流遮断弁または電池全体の組み立ての際に付帯的に絶縁性部材を開裂部に配置することが可能であるので、費用や作業時間の増加を最小限に抑えることができる。
図3に示すように、電池1の過充電等により電池ケース10内にガスが発生してケース10内の内圧が所定レベルを超えて上昇したとき、正常時にはケース内方(図では下方)に向けて湾曲している電流遮断弁40に該内圧により外方(図では上方)に押し上げられるような力が加わる。このとき、電流遮断弁40と接続部材30は接合部50において接合されているため、接続部材30には電流遮断弁40を介して上方への力が加わり、接続部材30に形成されている薄肉の刻印部60が開裂される。これにより、電流遮断弁40と接続部材30の一部は上方へと押し上げられるように変形する(この実施形態では上下反転)。なお、このとき、接続部材30と電流遮断弁40との接合部50は強固に接合(刻印部60を開裂するよりも大きな力を必要とする)されているため分離することはない。
而して、図3の構造から明らかなように、上記刻印部60の位置での開裂によって接続部材30の本体部分から電流遮断弁40が分離することによって接続部材30から電流遮断弁40への(及びその逆方向への)電流が遮断される。
ここで、電流遮断弁40が作動して刻印部(開裂部)60が開裂(通常一瞬で起こる。)する際には、接続部材30の通電面積(導電経路太さ)が一瞬のうちにゼロ近くに減少することにより電気抵抗が急激に上昇するため、開裂が完了する瞬間にスパークが発生することがあり得る。しかし、本実施形態に係る密閉型電池によると、スパークが発生したとしても刻印部60は絶縁性部材70によって可燃性ガスが存在しうる電極体20を収容する空間からは気密に隔離されているため、スパークが可燃性ガスに接触することを確実に防ぐことができる。
図4に示すように、電流遮断弁40の中央部分と接続部材30とが接触している接合部50の全周を覆い電極体20が収容されている空間から気密に密閉されるように絶縁性部材70が配置されている。図5に示すように、電池ケース10内の内圧が所定のレベルを超えて上昇するとき、該内圧により電流遮断弁40に外方への力が加わり、これに伴い接合部50が開裂される。そして、電流遮断弁40が接続部材30から分離され外方へと押し上げられるように変形(上下反転)する。これにより、内圧異常時に電流を確実に遮断できる。また、接合部50の開裂のときに該接合部50においてスパークが発生しうるが、接合部50は上述のとおり絶縁性部材70により覆われており可燃性ガスが存在しうる電極体20を収容する空間からは気密に隔離されているので、スパークが可燃性ガスに接触することを確実に防ぐことができる。これにより、簡単な電流遮断機構でスパークに起因する不具合を未然に且つ確実に防止することができる。
本実施形態に係る電極体20は、通常のリチウムイオン電池の電極体と同様、シート状正極(正極シート)とシート状負極(負極シート)を計2枚のシート状セパレータ(セパレータシート)と共に積層し、さらに当該正極シートと負極シートとを幅方向(捲回軸方向)にややずらしつつ捲回した捲回電極体20である。
かかる捲回電極体20を幅方向にややずらして捲回した結果として、正極シートおよび負極シートの端の一部がそれぞれ捲回コア部分(即ち正極シートの正極活物質層形成部分と負極シートの負極活物質層形成部分とセパレータとが密に捲回された部分)から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分(図1では電極体20の上端であって正極活物質層の非成形部分)に上記リード部材35の一端が付設され、上述のとおり、正極外部端子たる蓋体15まで電気的に接続される。なお、負極側はみ出し部分(図1では電極体20の下端であって負極活物質層の非成形部分)は、負極側集電板(図示せず)を介して電池ケース40に電気的に接続されている。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、接続部材30の片面にのみ刻印部60を形成しているが、接続部材30の両面に刻印部を形成してもよい。
電池の外形は上述のような円筒型に限られず、例えば、角型(扁平な角型等)の電池であってもよい。電極体の構成は上述のような捲回タイプに限られず、例えば、正負の電極シートをセパレータシートと共に交互に積層して成る積層タイプの電極体(積層電極体)であってもよい。
10 電池ケース
15 蓋体
17 通気孔
18 開口部
20 電極体
30 接続部材
32 通気孔
35 リード部材
38 第1ガスケット
39 第2ガスケット
40 電流遮断弁
50 接合部(開裂部)
60 刻印部(開裂部)
70 絶縁性部材
100 車両
110 組電池
Claims (5)
- 正極および負極を備える電極体と、
前記電極体を収容するケースと、
前記ケース内と外部とのガスの流通を阻止し且つ該ケース内の内圧が所定レベルを超えて上昇した際に変形する電流遮断弁と、
前記電流遮断弁を介して前記電極体と電気的に接続される正負いずれかの外部端子と、を備える密閉型電池であって、
前記電極体と電気的に接続された接続部材が設けられており、
前記接続部材の一部が前記電流遮断弁と通電可能な状態で接合された接合部を有しており、
前記ケースの内圧が所定レベルを超えて上昇した際には、前記電流遮断弁が該内圧によって前記ケースの外方に向けて変形し、その変形により前記接合部において前記電流遮断弁が前記接続部材から開裂するか若しくは前記接合部から離れた部分において前記電流遮断弁と共に前記接続部材の一部が残りの前記接続部材から開裂することによって、前記通電が遮断されるように構成されており、
ここで、前記開裂する部位は、前記接合部において前記電流遮断弁が前記接続部材から開裂したとき若しくは前記接合部から離れた部分において前記電流遮断弁と共に前記接続部材の一部が残りの前記接続部材から開裂したときに、前記電極体に通じる空間から気密に隔離されることを実現するようにシール性および弾性力を有する絶縁性部材によって覆われていることを特徴とする密閉型電池。 - 前記接合部の外周に相当する前記接続部材の一部であって、他の部分よりも薄肉に形成されている刻印部を有しており、
前記刻印部において、前記電流遮断弁と共に前記接続部材の一部が残りの前記接続部材から開裂する請求項1に記載の密閉型電池。 - 前記絶縁性部材は、前記刻印部が形成されている部分および該刻印部が形成されている面の反対側の面であって該刻印部が形成されている部分に対応する部分を覆うように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の密閉型電池。
- 前記開裂する部位は、前記接合部であることを特徴とする請求項1に記載の密閉型電池。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の密閉型電池を備えた車両。
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