CN104303337A - 密闭型二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了即使长时间使用电流切断机构的工作压的变动也少的密闭型二次电池。该密闭型二次电池具备电流切断机构(80)，该电流切断机构(80)由于电池壳体(12)内的压力上升而工作，切断电极与电极端子之间的导电路径。电流切断机构(80)包含感压部件(30)，该感压部件(30)具有由于电池壳体(12)内的压力上升会从第一状态经由突跳变形而变形到第二状态的板状的感压变形部(32)，构成为通过感压变形部(30)突跳变形来切断上述导电路径。

Description

密闭型二次电池
技术领域
本发明涉及密闭型二次电池。详细而言，涉及具备由于内压上升而工作的电流切断机构的密闭型二次电池。
背景技术
锂二次电池、镍氢电池等二次电池近年来被优选用作个人计算机、移动终端等的所谓的便携式电源、车辆驱动用电源。特别是，轻型且能够得到高能量密度的锂二次电池作为搭载于电动汽车、混合动力汽车等车辆而使用的高输出电源(例如，使与车辆的驱动轮连结的马达驱动的电源)的重要性日益提高。
作为这样的二次电池的典型例子，可列举出将具备正极以及负极的电极体与电解质一起密闭在电池壳体内的密闭结构的电池(密闭型电池)。在对这种电池进行充电处理时，在由于存在坏电池、充电装置发生故障而导致出现错误动作等情况下，可以想象电池被供给通常以上的电流从而陷入过充电状态的情况。在这样的过充电等时，有可能存在电池反应迅速地进行，在被密闭的电池壳体的内部产生气体，该电池壳体的内压(气体压力)上升，由于该异常内压而使该壳体发生变形等情况。为了应对这样的异常时，作为现有技术，提出了一种具备电流切断机构的电池构造，该电流切断机构利用伴随电池异常而上升的电池壳体的内压，来使部件变形并使通电部分物理性地开裂，由此来切断电流。
作为具备了这样的构成的电流切断机构的二次电池所涉及的现有例，可列举出专利文献1。该文献所记载的电流切断机构具备与电极体连接的矩形板状的集电体以及焊接于该集电体的翻转板。若上述电池壳体的内压(壳体内压)上升，则上述翻转板被该壳体内压向远离集电体的方向施力。上述电流切断机构构成为，若上述壳体内压上升到预先设定的压力，则上述翻转板使包含上述焊接的部分的集电体的一部分破裂，并向远离上述集电体的方向变形。这样，集电体的一部分破裂与上述翻转板一起从集电体的主体脱离，从而实现了电流的切断。作为其他的现有例，可列举出专利文献2。
专利文献1:日本国专利申请公开2010－212034号公报
专利文献2:日本国专利申请公开2008－66254号公报
如上述专利文献1所记载那样的构成的电流切断机构中，为了在到达预先设定的壳体内压(即规定的气体压力)时，使该电流切断机构准确地工作来切断电流(换言之，为了控制电流切断机构的工作压)，进行了在集电板中欲破裂的部位预先形成槽(槽口；典型的是集电板的由于冲压加工而设置的刻印)等措置。能够根据该槽的配置、剖面形状，来调节使集电板的一部分从另一部分破裂所需的力(即，集电板的破裂强度)，并将电流切断机构的工作压设定在规定的范围内。
然而，搭载于电动汽车、混合动力汽车(包含***式混合动力汽车。)等车辆的密闭型二次电池(例如，被用作该车辆的驱动电源的密闭型二次电池)能够与被用作个人计算机、移动终端等的电源的电池(即，居民生活用的电池)无法相比较那样地长时间地使用。这是因为汽车等的使用期间可能达到10年以上(根据情况的不同为20年以上)。因此，对于搭载于车辆的密闭型二次电池的电流切断机构，与居民生活用的电池不同，需要维持这样的长时间地在规定的(预先设定的范围的)壳体内压中准确地工作的性能。
但是，如上述那样，通过槽的形状(例如深度)来设定工作压的类型的电流切断机构倾向于，若具备该电流切断机构的密闭型二次电池的使用期间变长，则上述工作压偏离初始值(制造之后的工作压)的变动变大。作为其主要的原因之一，可认为是由于电池的长期使用而引起的集电板的破裂强度的降低。即，密闭型二次电池(特别是，如锂离子二次电池那样具备非水电解质的电池)即使在该电池的正常充放电方式中也会产生少量的气体，由此壳体内压可能会略微地上升。于是，虽然与电流切断机构的本来的工作压相比是显著地低的压力，但是由于上述壳体内压的上升，相应的应力也施加于翻转板以及焊接于该翻转板的集电板。若长时间地施加这样的应力，则集电板的破裂强度会由于疲劳、蠕变等而逐渐降低，电流切断机构的工作压可能会降低。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种即使长时间的使用，电流切断机构的工作压的变动也少的密闭型二次电池。
本发明人他们对于具备具有由于壳体内压的上升而变形的部位(感压变形部)的部件(感压部件)的电流切断机构进行了各种研究。从而，发现了在上述感压部件的感压变形部发生变形时，会产生其形状发生突跳的现象(即突跳变形)，通过以伴随该突跳变形来切断电流的方式构成上述电流切断机构，就能够解决上述课题，从而完成了本发明。
这里所公开的密闭型二次电池具备正极、负极以及收纳这些正极以及负极的电池壳体。另外，具备与上述正极以及负极中任意电极电连接的电极端子。上述电极端子露出到上述电池壳体外。上述密闭型二次电池还具备电流切断机构，上述电流切断机构由于上述电池壳体内的压力上升而工作，切断上述电极与上述电极端子之间的导电路径。上述电流切断机构包含具有板状的感压变形部的感压部件。上述感压变形部由于上述电池壳体内的压力上升会从第一状态经由突跳变形而变形到第二状态。上述密闭型二次电池(以下，有时也简称为“二次电池”。)构成为通过上述感压变形部突跳变形来切断上述导电路径。通过这样的构成，利用上述感压变形部的形状突跳的现象来切断上述导电路径，所以即使长时间地使用，也能够将电流切断机构的工作压的变动抑制得较低。
这里所公开的技术例如能够优选以上述导电路径包含第一导电部件以及第二导电部件的方式实施。优选的一个方式中，在上述感压变形部处于上述第一状态时，上述第一导电部件与上述第二导电部件直接连接。而且，上述电流切断机构构成为，通过上述感压变形部突跳变形来断开上述第一导电部件与上述第二导电部件的导通。这样构成的二次电池可适于在壳体内压到达上述电流切断机构的工作压时迅速地切断上述导电路径。换言之，可适于在壳体内压到达规定压力时使电流切断机构迅速地工作。
这里所公开的技术的优选的一个方式中，上述感压变形部设于上述第一导电部件。即，该方式中第一导电部件相当于感压部件。优选上述感压变形部在上述第一状态下与上述第二导电部件直接连接。这样的方式的二次电池可适于在壳体内压到达规定压力时迅速地切断上述导电路径。
优选上述感压部件在该第一状态下与上述第二导电部件接合(固定)。具备这样的方式的电流切断机构的二次电池可从该电池刚刚制造之后(初始)长时间地更高精度地控制该电流切断机构的工作压。
这里所公开的技术的优选一个方式中，上述感压部件具有从上述感压变形部的外缘向外侧(径向外侧)扩展的凸缘部。而且，上述感压变形部形成有在上述第一状态下从上述凸缘部朝向上述电池的内侧凹陷的凹部。优选这样的形状的感压部件利用壳体内压的上升，来使感压变形部准确地突跳变形。
从在规定的工作压中易于准确地突跳变形等观点出发，优选上述感压变形部的外缘形状为圆形。另外，在上述感压部件具有凸缘部的方式中，优选该凸缘部的外缘形状为圆形。当将上述凸缘部的外缘的直径(外径)设为a、将上述感压部件在上述感压变形部中的厚度设为b时，这样的感压变形部(凹部)以及具有凸缘部的感压部件优选满足以下的关系(1)：b/a为1.0％～2.5％。另外，在上述感压部件中，将上述凹部的深度设为c时，优选满足以下的关系(2)：c/a为3.0％～7.0％。另外，在上述感压部件中，将该感压变形部的外径设为d时，优选满足以下的关系(3)：d/a为50％～90％。进一步优选满足上述关系(1)～(3)中的两个。(1)和(2)、(1)和(3)以及(2)和(3)中的任一组合也分别是优选的。尤其优选满足所有上述关系(1)～(3)。这样的形状的感压部件适于在一般的锂离子二次电池中以适当的壳体内压使感压变形部突跳变形。
在优选的一个方式中，上述感压变形部具有从该感压变形部的外缘朝向中心变窄的锥形部。优选上述凸缘部和上述锥形部所成的角θ是满足tanθ＝0.04～5.0的角度。这样的形状的感压部件适于利用壳体内压的上升来使感压变形部准确地突跳变形。
在优选的另一个方式中，上述感压变形部形成为在该感压变形部的剖面形状中向上述电池的内侧弯曲的穹顶状(圆屋顶形状)。这样的形状的感压部件适于利用壳体内压的上升来使感压变形部准确地突跳变形。作为上述圆屋顶部的形状的优选例，列举有切下球壳的一部分的形状。
这里所公开的任意电流切断机构中，优选上述感压部件在上述感压变形部中的厚度b大于0.15mm。具有这样的厚度的感压部件适于在一般的锂离子二次电池中，在适当的壳体内压下使感压变形部突跳变形。
这里所公开的技术能够应用于各种密闭型二次电池。作为优选的应用对象的例子，可列举出具备非水电解质(典型地，为常温下是液状的非水电解质，即非水电解液)的密闭型二次电池(例如锂二次电池，典型地为锂离子二次电池)。
这里所公开的任意的密闭型二次电池，即使长时间地使用，也能够将电流切断机构的工作压的变动抑制得较低，所以优选作为车辆搭载用电池。因此，通过该说明书，提供一种具备这里所公开的任意密闭型二次电池的车辆搭载用电池。这样的车辆搭载用电池(例如，作为电动汽车、混合动力汽车等车辆的驱动用电源而使用的电池，即车辆驱动用电池)能够是将这里所公开的任意密闭型二次电池作为单电池，将该单电池彼此电连接而具备多个的电池组的方式。
另外，根据本说明书，提供一种具备这里所公开的任意密闭型二次电池或者电池组作为驱动用电源的***式混合动力汽车(PHV)、混合动力汽车(HV)、电动汽车(EV)等车辆。
附图说明
图1是示意性地表示第一实施方式的密闭型二次电池的外形的立体图。
图2是表示第一实施方式的密闭型二次电池所具备的电流切断机构的构成的分解立体图。
图3是示意性地表示第一实施方式的密闭型二次电池所具备的电流切断机构的构成和状态(电流切断前)的剖视图。
图4是表示第一实施方式的密闭型二次电池所具备的电流切断机构所包含的感压部件在第一状态下的形状的剖视图。
图5是示意性地表示第一实施方式的密闭型二次电池所具备的电流切断机构的构成和状态(电流切断后)的剖视图。
图6是表示第二实施方式的密闭型二次电池所具备的电流切断机构的构成和状态(电流切断前)的局部剖切立体图。
图7是表示第二实施方式的密闭型二次电池所具备的电流切断机构的构成的分解立体图。
图8是放大表示第二实施方式的密闭型二次电池所包含的集电体的主要部分的剖面立体图。
图9是表示第二实施方式的密闭型二次电池所具备的电流切断机构所包含的感压部件在第一状态下的形状的剖视图。
图10是示意性地表示第二实施方式的密闭型二次电池所具备的电流切断机构的构成和状态(电流切断后)的剖视图。
图11是表示槽的深度(剩余壁厚)与电流切断机构的工作压的关系的特性图。
图12是表示感压部件的形状与电流切断机构的工作压的关系的特性图。
图13是表示电池壳体的内压与在该内压中到电流切断机构工作为止的时间的关系的特性图。
图14是示意性地表示突跳变形中的变形量与力(荷载)的关系的说明图。
图15是示意性地表示突跳变形中的力(荷载)与变形量的关系的说明图。
图16是示意性地表示第一实施方式的第一变形例的密闭型二次电池所具备的电流切断机构的构成和状态(电流切断前)的剖视图。
图17是示意性地表示第一实施方式的第二变形例的密闭型二次电池所具备的电流切断机构的构成和状态(电流切断前)的剖视图。
图18是表示一个实施方式的电池组的构成的立体图。
图19是示意性地表示具备一个实施方式的电池组的车辆(汽车)的侧视图。
具体实施方式
本说明书中所谓“二次电池”，是指除了锂离子二次电池、金属锂二次电池、镍氢电池、镍镉电池等所谓的蓄电池(即，化学电池)以外，还包含双电层电容器等电容器(即物理电池)。另外，所谓“锂二次电池”，是指利用锂离子作为电解质离子(电荷载流子)，通过电荷与正负极间的锂离子相伴的移动来实现充放电的二次电池。一般地被称为锂离子二次电池(或锂离子电池)的二次电池是本说明书中的锂二次电池所包含的典型例。
在本说明书中，所谓“突跳变形”是指在荷载－位移曲线中在荷载出现极大值与极小值的类型的变形方式。在图14例示了典型的表示突跳变形的荷载－位移曲线。荷载控制的情况下，在从图的下方(相当于电池的内侧)对例如图4所示的形状的感压部件30的感压变形部32施加气体压力，使该气体压力逐渐升高，在该过程(往路)中若通过该气体压力施加的应力达到图14的B点(荷载的极大值)，则感压变形部32的形状从该B点向D点突跳。另一方面，从与往路相反的一侧对已经突跳变形的感压变形部32施加气体压力，使该气体压力逐渐升高，在该过程(复路)中若通过该气体压力施加的应力超过图14的D点达到C点，则感压变形部32的形状从该C点向A点突跳。
例如，若着眼于图4所示的感压变形部32的平坦部32C的变形量(自基准位置的位移量)，则在不伴随突跳变形的通常的变形方式中，如图15虚线所示，随着荷载(气体压力)的增加，变形量逐渐变大。与此相对，在图14所示的突跳变形中，如图15实线所示，若荷载增大到达到图14的B点，则平坦部32C的位置向图4的上方急剧地位移(突跳)。在这里所公开的技术中，如图14所例示，感压变形部突跳变形能够通过在该感压变形部的荷载－位移曲线中出现极大值和极小值来加以确认。另外，本说明书中，所谓感压变形部的“第一状态”是指该感压变形部处于突跳变形前的形状的状态。所谓感压变形部的“第二状态”是指该感压变形部处于从上述第一状态突跳变形后的形状的状态。
以下，作为这里公开的密闭型二次电池的一个例子，一边参照附图一边对与锂离子二次电池相关的优选的一个实施方式进行说明。此外，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反映实际的尺寸关系。另外，对起到相同的作用的部件、部位附相同的附图标记，重复的说明省略或者简化。另外，在本说明书中特别提及的事项以外的事情且这里所公开的技术的实施所需的事情(例如，正极活性物质以及负极活性物质的制造方法、电解质的构成以及制法等)能够作为该领域中本领域技术人员基于现有技术的设计事项把握。这里所公开的技术能够基于本说明书所公开的内容和该领域中的技术常识实施。
虽然并不意图特别限定，但以下主要以将卷绕式电极体(以下称为“卷绕电极体”)和非水电解液收纳于方形(即立方体的箱形状)或者圆筒形的壳体的形态的锂离子二次电池为例进行说明。此外，锂离子二次电池的形状并不局限于方型以及圆筒型，可以是任意形状。另外，电极体的形态并不局限于卷绕电极体，例如也可以为层叠式电极体等。另外，只要具有这里所公开的构成的电流切断机构，二次电池的种类并不局限于锂离子二次电池(典型地具备非水电解质的锂离子二次电池)，也可以是镍氢电池等二次电池。
＜第一实施方式＞
图1是表示第一实施方式的锂离子二次电池的外形的概略立体图，图2是表示该电流切断机构的构成的分解立体图。图3是放大表示图1的III－III剖面中的电流切断机构的示意剖视图，是表示电流切断机构是工作前的状态的图。
(电池的整体构成)
本实施方式的锂离子二次电池10是以图2所示的扁平形状的卷绕电极体50与未图示的液状电解质(电解液)一起收纳于图1所示的电池壳体(即外装容器)12的方式构成的电池。
电池壳体12是与卷绕电极体50的形状对应的扁平方形状，由在一端(相当于电池10在通常使用状态下的上端部)具有开口部的箱形(即有底长方体状)的壳体主体14、以及安装于该开口部且封闭该开口部的封口板(盖体)16构成。封口板16由与壳体主体14的开口部形状对应的矩形状板部件构成。这样的封口板16焊接于壳体主体14的开口部周边，从而构成了呈六面体形状的密闭构造的电池壳体12，该六面体形状具备与扁平形状的卷绕电极体50的宽面对置的一对壳体宽面、以及与该壳体宽面邻接的4个矩形状壳体面(其中之一的矩形状壳体面(上表面)由封口板16构成)。
作为壳体12的材质，能够使用与以往的密闭型电池所使用的材质相同的材质，并没有特别限制。优选使轻型且热传导性好的金属材料构成为主体的壳体12。作为这样的金属材料，例示了铝、不锈钢、镀镍钢等。本实施方式的壳体12(壳体主体14以及封口板16)由铝或以铝为主体的合金构成。
虽然并不特别限制，但作为这种方形电池中的六面体形状的电池壳体的优选的外形尺寸，可例示壳体主体14以及封口板16的长边侧的长度：约80mm～200mm(例如100mm～150mm)、壳体主体14以及封口板16的短边侧的长度(即壳体12的厚度)：约8mm～25mm(例如10mm～20mm)、壳体12的高度：约70mm～150mm。另外，壳体12(壳体主体14以及封口板16)的厚度并不特别限定，但在构成车辆驱动电源用的密闭型电池的情况下，0.3mm～2mm左右适当，优选0.5mm～1mm左右。
如图1所示，在封口板16形成有外部连接用的正极端子20以及负极端子18。这些电极端子18、20露出到电池壳体12的外部，根据本实施方式的锂离子二次电池10的利用方式，能够安装适当形状的端子板或外部连接端子。在封口板16，在两端子18、20之间设置有安全阀40以及注液口42。安全阀40构成为，在壳体12的内压上升到规定等级(规定的设定开阀压；例如0.3～1.0MPa左右)以上的情况下开阀，来释放该内压。该安全阀40例如可以是将封口板16的一部分形成在与其周围相比相对薄壁的部分。注液口42构成为可在构建电池10的过程中向电池壳体12内注液(注入)非水电解液。图1示出在上述注液后注液口42被密封材料43密封而被掩盖的状态。
如图2所示，卷绕电极体50与通常的锂离子二次电池的卷绕电极体相同，具备长尺寸的片状正极(正极片)52、与该正极片52相同的未被图示的长尺寸片状负极(负极片)、以及总计二枚的长尺寸片状隔离件(分隔板)54。卷绕电极体50典型地通过层叠这些正极片52、负极片以及分隔板54并卷绕于长边方向，接下来将得到的卷绕体从侧面方向按压来使其拉伸从而制成。具体而言，正极片52与负极片以在宽度方向稍错开位置的方式配置，由此以正负极任意的片的宽度方向的一端分别从分隔板54的宽度方向的一端以及另一端突出的方式层叠的状态卷绕。作为其结果，在卷绕电极体50的卷绕轴方向的一方以及另一方的端部，分别形成有正极片52以及负极片的宽度方向的一端从卷绕线圈部55(即正极片、负极片以及分隔板紧密地卷绕的部分)向外侧突出的部分。
在图2图示了正极片52的突出部分(正极突出部分)52A。这样的正极突出部分52A经由配置于壳体12的内部的正极集电片60以及正极集电体70，与上述外部连接用的正极端子20电连接。未图示的负极侧也相同，负极片的突出部分经由配置于壳体12的内部的未图示的负极集电片以及负极集电体，与上述外部连接用的负极端子18电连接。
本实施方式的锂离子二次电池10中，电流切断机构80由正极端子20的一部分和正极集电体70的一部分构成。后述这样的电流切断机构80。
构成卷绕电极体50的材料以及部件本身可以与现有的锂离子二次电池所具备的电极体相同，并没有特别限制。例如，正极片52可以是包含长条状的正极集电板(例如铝箔)、以及形成于该正极集电板上的正极活性物质层的构成。作为该正极活性物质层的形成所使用的正极活性物质，能够不特别限定地使用以往锂离子二次电池所使用的物质的一种或者二种以上。作为优选例，列举有锂镍氧化物(例如LiNiO2)、锂钴氧化物(例如LiCoO2)、锂锰氧化物(例如LiMn2O4)等包含锂和过渡金属元素作为构成金属元素的氧化物(锂过渡金属氧化物)；磷酸锰锂(LiMnPO4)、磷酸铁锂(LiFePO4)等包含锂和过渡金属元素作为构成金属元素的磷酸盐等。
负极片可以是包含长条状的负极集电板(例如铜箔)、以及形成于该负极集电板上的负极活性物质层的构成。作为该负极活性物质层的形成所使用的负极活性物质，能够不特别限定地使用以往锂离子二次电池所使用的物质的一种或者二种以上。作为优选例，列举有石墨碳、非晶体碳等的碳系材料、锂过渡金属氧化物、锂过渡金属氮化物等。另外，作为上述分隔板的优选例，列举了由多孔质聚烯烃系树脂构成。
作为液状电解质(电解液)，能够不特别限定地使用与以往锂离子二次电池所使用的非水电解液相同的电解液。这样的非水电解液典型地具有包含适当的非水溶剂、和在该非水溶剂溶解的支持电解质的组成。作为上述非水溶剂，例如，能够使用选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯、1，2－二甲氧基乙烷、1，2－二乙氧基乙烷、四氢呋喃、1，3－二氧戊环等中的一种或者二种以上。另外，作为上述支持电解质，例如能够使用LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3等锂盐。作为一个例子，可举出在EC与DEC的混合溶剂(例如，EC：DEC的体积比为1：1的混合溶剂)中以约1mol/L的浓度含有LiPF6的非水电解液。此外，也可以代替电解液采用固体状、凝胶状的电解质。
上述非水电解液还可以包含气体发生剂。这里所谓气体发生剂，是可以在非水电解液中溶解或者分散的化合物，是指电池为过充电状态时发生反应，在非水电解液所包含的非水溶剂分解前产生气体的化合物。作为气体发生剂的优选例，例如可举出支链状烷基苯类、环烷基苯类、联苯类、三联苯类、二苯醚类、二苯并呋喃类。其中，优选环己基苯(CHB)等环烷基苯类、联苯(BP)等联苯类，特别优选CHB与BP的并用。气体发生剂的使用量(添加量)优选在非水电解液中大约为0.1质量％～10质量％(例如0.5质量％～7质量％，典型地1质量％～5质量％)。
(电流切断机构)
如图2、图3所示，在电池壳体12的内部设置有由于壳体内压上升而工作的电流切断机构80。这里所公开的技术可以优选以在将电极和与此对应的电极端子电连接的导电路径(可包含上述电极以及上述电极端子本身来构成。)设置有电流切断机构80的方式实施。上述导电路径典型地至少包含第一导电部件和第二导电部件来构成。本实施方式中，在将正极片52和正极端子20电连接的导电路径配设置有电流切断机构80，该电流切断机构80包含作为第一导电部件的感压部件30、以及作为第二导电部件的正极集电体70。
以下，一边参照附图一边对电流切断机构80进行详述。
如图2所示，在正极，突出部分52A连接着铝或者铝主体的合金制的正极集电片60。从这样的集电片60向上方(即封口板方向)延伸，形成有本实施方式中的作为第二导电部件的正极集电体70。该正极集电体70是铝或者铝主体的合金制，具备接近封口板16的内面侧且与该内面几乎平行地配置的矩形板形状(典型地长方形的板形状)的集电体主体即集电板72、以及连结该集电板72和正极集电片60的臂状的连结部71。
集电板72具有薄壁部74、以及在其周围的相对较厚的厚壁部78。在该薄壁部74如后述那样，焊接有本实施方式中的作为第一导电部件的感压部件30。薄壁部74的平面形状可以是圆形状、矩形状等。通常可以优选采用圆形状的薄壁部74。另外，如图2所示，在薄壁部74的中心部以及厚壁部78的多处(在本实施方式中2处)形成有贯通集电板72的气体流通孔74A、78A。另外，在薄壁部74，在其壳体内面侧的表面形成有呈环状地包围气体流通孔74A的周围的槽(槽口)79。
如图3所示，本实施方式的正极端子20在封口板16的外面侧具备：筒状的连接端子22，其安装于封口板16的正极安装孔16A；以及垫圈24，其夹在该连接端子22与封口板16(安装孔16A的周边)之间。在连接端子22的贯通孔22B内，封入了橡胶制的端子栓23。
并且，本实施方式的正极端子20在封口板16的内面侧具备：合成树脂制的矩形盖状的绝缘部件26；以及金属制(例如，铝制)的圆形盖状的感压部件支架28。在绝缘部件26以及感压部件支架28分别形成有可***连接端子22的***孔。如图3所示，连接端子22***分别形成于垫圈24、封口板16、绝缘部件26以及感压部件支架28的孔内，其前端部22C如图示那样铆接。由此，这些部件22、24、16、26、28一体固定。
如图3以及图4所示，本实施方式的感压部件30由导电性材料(优选导电性高的金属材料，例如铝)构成，具备感压变形部32、以及从其外缘向外径侧扩展的凸缘部34。感压变形部32在图3所示的状态(电流切断机构80的工作前，即第一状态)下，形成为从凸缘部34朝向电池壳体12的内侧凹陷的凹部。更详细而言，如图4所示，上述凹部具备从感压变形部32的外缘朝向中心变狭的锥形部32B、以及该锥形部32B的内径侧且位于感压变形部32的中央部的平坦部32C。该感压变形部32是在电池壳体12的内压提高到规定的压力以上时，可以通过朝向电池壳体12的外侧变形来移至第二状态的部分。这里所公开的技术所涉及的电流切断机构的特征在于，构成为在上述感压变形部32从第一状态向第二状态的移行中产生突跳变形，通过该突跳变形，正极片52与正极端子20的导通被断开(即，将这些部件电连接的导电路径被切断)。
感压部件30的感压变形部32与集电板72的薄壁部74接合。更具体而言，如图3所示，在薄壁部74中比设有环状的槽(槽口)79的位置靠内侧(内径侧)接合有感压变形部32的平坦部32C。感压变形部32与集电板72的接合方法并不特别限定，例如，能够采用焊接(超声波焊接、激光焊接等)、利用导电性粘合剂的粘合等方法。在本实施方式中，铝制的感压部件30和铝制的集电板72通过超声波焊接来固定。换言之，在集电板72的薄壁部74中，在接合有感压变形部32的平坦部32C的位置的周围存在环状的槽79。能够通过该槽79来规定薄壁部74通过感压变形部32的突跳变形而破裂的位置。
另一方面，感压部件30的凸缘部34通过焊接(超声波焊接、激光焊接等)固定于感压部件支架28的边缘部28A。即，在感压部件30中，其感压变形部32(平坦部32C)以及凸缘部34分别与正极集电体70(集电板72)以及感压部件支架28接合。由此，在图3所示的状态下，形成有从正极片52通过正极的突出部分52A、集电片60、集电体(第一导电部件)70、感压部件30以及感压部件支架28到达连接端子22的导电路径。经由这样的导电路径进行锂离子二次电池10的充放电。另外，在感压部件支架28，在上述边缘部28A的内侧形成有允许感压部件30向第二状态变形的凹部28B。该凹部28B的内侧空间被感压部件30从电池壳体12内的空间气密地划分。
对于这样的构成的电流切断机构80的工作进行说明。即，若例如锂离子二次电池10由于误操作而成为过充电状态，在电池壳体12的内部产生气体从而壳体内压上升，则由于该壳体内压的上升，对图3所示的感压变形部32(处于第一状态)的与电池壳体12内侧相当的面施加应力。若该应力到达图14所示的示意图的B点，则感压变形部32突跳变形，其形状向图5所示的第二状态变化。通过该突跳变形时平坦部32C向壳体12的外侧较大并且急剧地位移(参照图15)，从而施加于槽79的应力瞬时增大，由此，薄壁部74在槽79中迅速地破裂。其结果，薄壁部74中比槽79靠内侧的部分保持与感压变形部32的平坦部32C接合的状态向壳体12的外侧位移，远离比槽79靠外侧的部分。由此，感压部件30与集电体70的导通被断开，从连接端子22到达正极片52的导电路径被切断，从而过充电电流被切断。
与此相对，在锂离子二次电池10的正常的充放电方式中产生了少量气体的情况下，即使由该产生的气体引起的壳体内压上升的程度在正常的范围内，由于该内压上升，感压变形部32也会接受较弱的应力而欲朝向电池壳体12的外侧挠曲变形。可是，该应力到达到图14所示的示意图的B点为止，如图15所示，其变形量(例如，平坦部32C向壳体外侧的位移量)较小，所以薄壁部74不会破裂，正极片52与连接端子22的导通被维持。这样，本实施方式的电流切断机构80构成为，通过感压变形部32突跳变形，从而薄壁部74被破裂进而电流被切断，所以该电流切断机构80能够更可靠地防止在电池通常使用时动作出现失误的现象。另外，已经向第二状态突跳变形的感压变形部32在第二状态的形状中稳定，所以能够稳定地维持导电路径的感压部件30侧与集电体70侧相距所需的距离的状态。另外，在电流切断机构80工作后施加振动、冲击等的情况下，也能够更可靠地避免感压部件30与集电体70违背意愿地再导通的情况。
在这里所公开的技术中，电流切断机构80由于壳体内压上升而工作。具体而言，电流切断机构80所包含的感压变形部32接受壳体内压从第一状态(图3)向第二状态(图5)突跳变形，从而将正极片52和连接端子22电连接的导电路径破裂，电流被切断。这里，引起电流切断机构80的工作的壳体内压(电流切断机构的工作压)主要取决于感压变形部32的突跳变形容易度的程度(即，足以将与图14的B点对应的应力赋予感压变形部的壳体内压)。感压变形部32的突跳变形容易度的程度例如能够通过使感压部件30的形状(例如，图4所示的板厚b)不同，来容易地调节为所需的工作压(参照图12)。另一方面，在本实施方式的电流切断机构80中，导电路径的破裂容易度的程度(使导电路径破裂所需的应力)对于工作压的影响相对较小。即，本实施方式中，设于薄壁部74的环状的槽(槽口)79的主要功能是通过在薄壁部74的一部分故意地设置较弱的位置，来规定在电流切断机构80工作时薄壁部74破裂的位置，并不是规定电流切断机构80的工作压。薄壁部74的破裂容易度的程度是不妨碍与该薄壁部74接合的感压变形部32接受壳体内压来突跳变形的程度即可。因此，工作压与主要取决于薄壁部74的破裂容易度的类型的电流切断机构不同，在制造时即使不那么严格管理槽79的形状(例如，槽的深度)，也能够有效地抑制电流切断机构80的工作压的偏差(参照图11)。从锂离子二次电池10的生产性等观点来看该情况是有利的。
另外，根据这样利用感压变形部32的突跳变形来破裂薄壁部74的方式，能够如上述那样根据感压变形部32的突跳变形容易度，来控制电流切断机构80的工作压(即，槽79的形状对于工作压的影响较小)，所以在电池的正常的充放电方式中，即使壳体内压在正常的范围内略上升的状态继续，根据这样的壳体内压能够产生的集电板72的疲劳、蠕变等对于工作压的影响也较小。因此，即使长时间地使用，也能够实现电流切断机构的工作压的变动少的锂离子二次电池等密闭型二次电池。
此外，电流切断机构的具体构成以及配设位置等的详细并不局限于这样的具体例，例如，也可以改变电流切断机构的构成要素的一部分，或者配设在远离封口板的位置。另外，电流切断机构既可以设在正极侧以及负极侧的任一方，也可以设于它们双方。集电体一般地由正极集电体由铝或者铝合金形成，负极集电体由铜或者铜合金形成。在比较它们的情况下，铝或者铝合金的一方在集电体的加工性等点上有利，所以通常可优选采用电流切断机构设于正极侧的方式。此外，将电流切断机构设于负极侧的情况的构成以及方法与正极的情况基本上相同，所以这里省略说明。
(第一变形例)
参照图16对上述的第一实施方式的锂离子二次电池10(构成为在薄壁部74设置环状的槽79，在该槽79的内侧使感压变形部32与集电体的薄壁部强固地接合，通过感压变形部的突跳变形，在维持着上述接合的状态下薄壁部74在槽79中破裂的锂离子二次电池)的一个变形例进行说明。图16所示的例中，在第一实施方式中，省略图3所示的集电板72的薄壁部74以及槽79，作为如图16所示一样的厚度的集电板72。通过在该集电板72的中央部接合(例如焊接)感压变形部32，来直接连接感压部件(第一导电部材)30和集电体(第二导电部件)70。而且，构成为在感压变形部32由于壳体内压的上升而突跳变形时，上述接合被解除(例如，焊接位置被剥离)，由此感压部件30和集电体70隔离，从而导电路径在两部件之间被切断。
即使在该变形例中，电流切断机构80的工作压主要取决于感压变形部32的突跳变形容易度的程度，感压变形部32与集电板72的接合强度的作用较小。因此，感压变形部32与集电板72的接合强度是不妨碍感压变形部32的突跳变形的程度即可，在制造时即使不那么严格管理接合强度也能够有效地抑制电流切断机构80的工作压的偏差。另外，无需在集电板72设置薄壁部、槽，所以能够更粗地确保该集电板72中的导电路径。在如车辆的驱动电源用的密闭型二次电池(例如锂离子二次电池)那样，需要高效率的充电性能、放电性能的电池中，能够如上述那样较粗地确保导电路径特别有意义。
此外，图16中，用实线表示电流切断机构80工作前的感压变形部32的形状(第一状态下的形状)，用虚线表示电流切断机构80工作后(即，突跳变形后)的感压变形部32的形状(第二状态下的形状)。感压变形部32与集电板72的接合例如能够通过在设于集电板72的中心部的气体流通孔77A的周围，焊接感压变形部32的平坦部32C来实现。
(第二变形例)
作为上述第一实施方式的锂离子二次电池10的其他的变形例，也可以构成为，不接合感压部件30和集电体70，而如图17所示，通过感压部件(第一导电部件)30的感压变形部32与集电体(第二导电部件)70的直接接触(优选通过感压部件30被集电体70弹性地按压)，在感压变形部32的第一状态下感压部件30与集电体70直接连接导通。图17所示的例中，通过感压变形部32的平坦部32C被第一变形例中的集电板72的中央部的上表面弹性地按压，来维持两部件的导通。此外，图17所示的例中，使用从第一变形例中的集电板72省略了气体流通孔77A的形状(集电板72中在平坦部32C被按压的范围没有贯通孔的形状)的集电板。在感压变形部32的内侧面(图17的下侧面)，壳体内压经由气体流通孔78A发挥作用。若壳体内压上升，则通过感压变形部32从第一状态向第二状态(图中虚线所示的形状)突跳变形，感压变形部32与集电板72隔离，两者的接触状态被解除，由此，导电路径在感压部件30与集电体70之间被切断。
此外，这里所公开的技术能够以使用非导电性的感压部件的方式实施。这样的方式例如能够使用包含以在自由状态(外力未施加的状态)下分离的方式配置的第一导电部件以及第二导电部件、和非导电性材料制的感压部件(树脂制的感压部件、橡胶制的感压部件等)的电流切断机构来实现。该电流切断机构配置于将正极片和连接端子电连接的导电路径，能够构成为，在上述感压部件的感压变形部的第一状态下，上述感压变形部将上述第一导电部件向上述第二导电部件侧施力(按压)从而两部件直接接触导通，若由于壳体内压的上升，上述感压变形部向远离第二导电部件的方向突跳变形，则第一导电部件与第二导电部件的直接接触被解除从而切断上述导电路径。
＜第二实施方式＞
一边参照图6～图10，一边对将这里所公开的电流切断机构应用于圆筒型的锂离子二次电池的例子，说明其主要部分的构造。此外，图6是表示本实施方式的锂离子二次电池110的局部剖切立体图，为了容易观察附图，对于与电流切断机构180相比配置于电池110的外侧的部件(连接端子等)以及配置于内侧的部件(电极体等)省略显示。
本实施方式的锂离子二次电池110具备如图6所示的圆筒型的电池壳体112、以及收纳于其内部的圆筒形状的卷绕电极体以及非水电解液(均未图示)。电池壳体112具备在一端具有开口部的圆筒型的壳体主体114、以及安装于其开口部且封闭该开口部的盖体(未图示)。上述盖体由导电性材料(例如铝)构成，兼作二次电池110的正极端子。上述卷绕电极体除了是圆筒形状的点以外，与图2所示的电极体50相同，具备正极片、负极片以及二枚分隔板，层叠这些片并在长边方向卷绕来制成。在将该正极片和盖体(正极端子)电连接的导电路径设置有电流切断机构180。
如图7所示，该电流切断机构180具备作为第一导电部件的感压部件130、作为第二导电部件的导电板172、以及配置于它们之间的绝缘性的隔板136。感压部件130以及导电板172俯视时均为圆形状，如图6所示，具有与电池壳体112的内径大体相同的外径。隔板136形成为平坦的环状，具有夹在感压部件130的外缘部(凸缘部134)和导电板172的外缘部之间，阻止两部件的外周部间的导通的功能。该隔板136的外径与感压部件130以及导电板172的外径大体相同。
如图6所示，构成电流切断机构180的导电板172、隔板136以及感压部件130从电池内侧按该顺序重叠来配置，它们的外缘部通过电池壳体112铆接。在上述外缘部与电池壳体112(例如铝制)之间夹有绝缘部件126，由此，在上述外缘部中，导电板172以及感压部件130与电池壳体112被绝缘。
导电板172是由导电性材料(优选导电性高的金属材料，例如铝)构成的板状部件，具有设于其径向的中心部的圆形状的薄壁部174、和其周围的相对较厚的厚壁部178。在导电板172的剖面形状中，在厚壁部178中导电板172的外缘部172A与其径向内侧的中央部172B之间，设置有台阶状的阶梯差。如图7所示，在薄壁部174的中心部以及厚壁部178的多处(在本实施方式中6处)，分别形成有贯通导电板172的气体流通孔174A、178A。另外，如图8所示，在薄壁部174，在其壳体内面侧的表面形成有呈环状地包围气体流通孔174A的周围的槽(槽口)179。
感压部件130由导电性材料(优选导电性高的金属材料，例如铝)构成，具备感压变形部132、以及从其外缘向外径侧扩展的凸缘部134。感压变形部132在图6所示的状态(电流切断机构180工作前，即第一状态)下，形成为从凸缘部134朝向电池壳体112的内侧凹陷成扁平的穹顶状(圆屋顶形状)的凹部。更详细而言，如图9所示，上述凹部具备通到凸缘部134的内侧形成的曲面部132B、以及在该曲面部132B的内径侧且位于感压变形部132的中央部的凹陷132C。优选的一个方式中，曲面部132B形成为切下球壳的一部分的形状(R形状)。该感压变形部132是在电池壳体112的内压超过了规定的压力时，可通过朝向电池壳体112的外侧变形来移至第二状态的部分。本实施方式的电流切断机构180构成为通过上述感压变形部132从第一状态向第二状态突跳变形，来切断将正极片和正极端子电连接的导电路径。
感压部件130的感压变形部132与导电板172的薄壁部174接合。更具体而言，如图6所示，在薄壁部174中比设置有环状的槽(槽口)179的位置靠内侧(内径侧)接合(优选焊接)有感压变形部132的凹陷132C。例如，也可以如图6所示那样使凹陷132C的外表面与气体流通孔174A的内周面嵌合，并焊接其接缝。
对这样的构成的电流切断机构80的工作进行说明。即，若例如锂离子二次电池110由于误操作成为过充电状态，在电池壳体112的内部产生气体从而壳体内压上升，则通过该壳体内压的上升，对图6所示的感压变形部132(处于第一状态)的与电池壳体112内侧相当的面施加应力。若该应力达到图14所示的示意图的B点，则感压变形部132突跳变形，从而其形状向图10所示的第二状态变化。该突跳变形时，凹陷132C向壳体112的外侧大幅并且急剧地位移(参照图15)，从而施加于槽179的应力瞬时增大，薄壁部174在槽179处迅速地破裂。其结果，薄壁部174中比槽179靠内侧的部分保持与感压变形部132的凹陷132C接合的状态向壳体112的外侧位移，远离比槽179靠外侧的部分。由此，感压部件130与导电板172的导通被断开，从连接端子(未图示)到达正极片152的导电路径被切断，从而过充电电流被切断。
＜感压部件的形状＞
以下，对于这里所公开的技术中的感压部件的优选形状进行说明。
感压部件是由规定材质(既可以是金属等的导电性材料制，也可以是树脂、橡胶等的非导电性材料制。)形成的板状体。感压变形部中的感压部件的厚度b(即，感压变形部的板厚；参照图4以及图9)能够设定为，考虑感压变形部的受压面积(接受壳体内压的面积)、形状、材质等，在所需的工作压中，该感压变形部可适当地突跳变形。
适当的是通常将感压变形部的厚度b设为0.10mm以上。具有这样的厚度b的感压变形部的感压部件适于通过电池壳体的内压上升使其准确地突跳变形。例如，容易得到感压变形部的荷载－变形量曲线的偏差小的感压部件。根据这样的观点，进一步优选感压部件的厚度b比0.15mm大的感压部件，再进一步优选该厚度b为0.17mm以上的感压部件。厚度b的上限并不特别限定，但通常1mm以下适当，优选0.7mm以下(例如0.5mm以下)。
在具备感压变形部和从该感压变形部的外缘向外侧扩展的凸缘部的感压部件中，凸缘部的厚度可以是与感压变形部的厚度b相同程度，也可以比该厚度b厚，或者薄。例如，可优选采用凸缘部的厚度与感压变形部的厚度b大体相同程度(典型地相同)的形状的感压部件。
在具备感压变形部和从该感压变形部的外缘向外侧扩展的凸缘部的感压部件中，优选凸缘部的外缘以及感压变形部的外缘(典型地，与凸缘部的内缘一致)均为圆形。可优选采用凸缘部的外缘与感压变形部的外缘配置为同心圆状的形状的感压部件。这样的形状的感压变形部适于通过电池壳体的内压上升使其准确地突跳变形。
凸缘部的外径a(参照图4以及图9)能够考虑电池壳体的尺寸、该壳体内的空闲空间等，来适当地设定。优选凸缘部的外径a在不与其他部件干扰的范围内尽量大。一般是因为，若感压变形部的外径变大，则该感压变形部的受压面积变宽，所以能够使能够规定工作压突跳变形的感压变形部的厚度b更大，将上述感压变形部中的导电路径确保得更高。如车辆的驱动电源用的密闭型二次电池(例如锂离子二次电池)那样，需要高效率的充电性能、放电性能的电池中，如上述那样将导电路径确保得更粗这特别有意义。
从这样的观点来看，例如在对圆筒型电池的应用中，如图6所示，能够优选采用凸缘部134的外缘134A几乎扩展到整个电池壳体112的内径的方式。通过该情况，能够在凸缘部134的外缘134A的内径侧更大地设定感压变形部132的外径d。另外，图1所示的方型形状的密闭型二次电池中，如图2所示，优选在凸缘部34的外缘34A不与其他部件干扰的范围内尽量增大凸缘部34的外径a。例如，能够优选采用凸缘部34的外缘34A几乎扩展到电池壳体12的宽面的整个间隔的方式。通过该情况，能够在凸缘部34的外缘34A的内径侧更大地设定感压变形部32的外径d。
这里所公开的技术例如能够优选以凸缘部的外径a处于5mm～100mm(典型地10mm～50mm)的范围的方式实施。另外，感压变形部的外径d(参照图4以及图9)例如与凸缘部的外径a相比能够减小1mm～50mm左右。这相当于在凸缘部的外缘与感压变形部的外缘是同心圆状的情况下，凸缘部的宽度W是0.5mm～25mm。上述凸缘部的宽度W通常为0.7mm以上是适当的，优选为0.8mm以上。凸缘部的宽度W的上限并未特别限制，但为了更大地设定感压变形部的外径d，将该宽度W设为30mm以下是适当的，优选为20mm以下(例如10mm以下，进一步优选小于8mm，典型地7.5mm以下)。
感压变形部的凹陷深度c(参照图4以及图9)例如能够为0.1mm～5mm左右，通常为0.5mm～3mm(典型地0.6～2.5mm)左右适当。这样的形状的感压变形部适于由于电池壳体的内压上升而准确地突跳变形。此外，如图9所示的例那样，在感压变形部132的中央部形成进一步的凹陷132C的情况下，上述深度c指从将包围凹陷132C的曲面部132B的形状向内径侧延长(外插)的虚拟中心到凸缘部134的高度。
这里所公开的技术的优选一个方式中，感压变形部的板厚b相对于凸缘部的外径a的比(b/a)为0.9％～2.8％(进一步优选1.0％～2.5％)。满足这样的比(b/a)的感压部件对于一般的锂离子二次电池，因为容易实现具备表示适当工作压的电流切断机构(即，在与该工作压对应的壳体内压中感压变形部突跳变形的电流切断机构)的密闭型二次电池，所以是优选的。
这里所公开的技术的其他的优选一个方式中，感压变形部的凹陷深度c相对于凸缘部的外径a的比(c/a)比2.5％大(典型地3.0％以上)，进一步优选3.5％以上。上述比(c/a)的上限只要感压变形部可突跳变形并不特别限制，但通常为10.0％以下(典型地8.0％以下，例如7.0％以下)是适当的。满足这样的比(c/a)的感压部件对于一般的锂离子二次电池，因为容易实现具备表示适当工作压的电流切断机构的密闭型二次电池，所以是优选的。
这里所公开的技术的其他的优选一个方式中，感压变形部的外径d相对于凸缘部的外径a的比(d/a)为40％以上，进一步优选50％以上。上述比(d/a)的上限只要感压变形部可突跳变形并不特别限制，但通常为100％以下(例如90％以下)适当。满足这样的比(d/a)的感压部件对于一般的锂离子二次电池，因为容易实现具备表示适当工作压的电流切断机构的密闭型二次电池，所以优选。
上述比(d/a)的进一步优选的范围也可根据从感压变形部的外缘部朝向中心的部分的剖面形状而不同。
即，如图4所示的例那样，在从感压变形部32的外缘部32A朝向中心的部分的剖面形状为直线状的情况(即，该部分构成为锥形部32B的情况)下，将上述比(d/a)设为50％～95％(典型地60％～95％，优选70％～95％，进一步优选80％～95％，例如80％～90％)适当，例如可以设为85％～90％。
另外，如图9所示的例那样，在从感压变形部132的外缘部132A朝向中心的部分的剖面形状为圆弧状的情况(即，该部分构成为球壳状的曲面部132B的情况)下，将上述比(d/a)设为50％～80％(例如50％～70％)适当。
这里所公开的技术可优选使用上述比(b/a)、(c/a)、(d/a)中任意二个分别处于上述优选数值范围的感压部件来实施。尤其优选上述比(b/a)、(c/a)、(d/a)全部分别处于上述优选数值范围的感压部件的使用。
在从感压变形部的外缘部朝向中心的部分的剖面形状是直线状的方式中，优选其直线(即，锥形部32B)与凸缘部34所成的角θ[°]是满足tanθ＝0.04～5.0的角度，进一步优选是满足tanθ＝0.05～4.5的角度。这样的形状的感压部件适于利用壳体内压的上升来使感压变形部准确地突跳变形。
在这样的方式中，能够优选采用凹陷深度c相对于感压变形部的外径d的比(c/d)为4.0％～10.0％的感压部件。进一步优选上述比(c/d)是4.5％～8.0％(例如4.5％～7.0％)的感压部件。另外，优选感压变形部的厚度b比0.15mm大(例如0.2mm～0.5mm)的感压部件。
在从感压变形部的外缘部朝向中心的部分的剖面形状为圆弧状的方式中，该圆弧的曲率半径e通常为5mm～20mm左右适当，例如能够为10mm～15mm左右。这样的形状的感压部件适于利用壳体内压的上升来使感压变形部准确地突跳变形。
在这样的方式中，能够优选采用凹陷深度c相对于感压变形部的外径d的比(c/d)为7.0％～10.0％的感压部件。进一步优选上述比(c/d)为7.0％～9.5％的感压部件。另外，优选感压变形部的厚度b比0.15mm大(例如0.2mm～0.7mm)的感压部件。
此外，上述的优选的感压部件的形状(即，a、b、c、d、e各自的优选数值范围以及表示它们的相对关系的数值范围)对于铝制或者铝合金制(例如，A1050等的1000系、A3003等的3000系等的铝材料制)的感压部件能够特别优选应用。
作为这里所公开的技术中的感压部件，能够优选采用至少其感压变形部大体呈旋转体形状的感压部件。这样的形状的感压变形部因为由于壳体内压的上升受到的应力可在周向变得更均匀，所以可成为感压变形部的荷载－变形量曲线的偏差小的感压变形部。这样的感压部件适于构建工作压的精度优异的电流切断机构。进一步优选包含感压变形部和凸缘部的感压部件整体呈旋转体形状。
以下，介绍与这里所公开的电流切断机构相关的具体的试验例，但并不有意局限于以下对由本说明书提供的电流切断机构的方式的例子进行介绍的内容。
＜实验例1＞
将图6、图7所示的构成的电流切断机构180组装于圆筒型的壳体主体114，构建了试验用样本A1～A5。作为感压部件130，分别制成表1所示的形状的感压部件来使用。例如，样本A1用的感压部件130通过使用厚度b为0.3mm的铝制薄片(A1050)，以圆形的方式对该薄片进行穿孔冲压成型为表1所示的形状来制成。在该样本A1用的感压部件130中，凸缘部134的外径a为30mm，感压变形部132的外径d为16mm。因此，凸缘部134的宽度为7mm。另外，由感压变形部132形成的凹部的深度c为1.2mm，其曲面部132B的形状为曲率半径e是10.5mm的球壳状。在感压变形部132的中央部形成有外径5mm的凹陷132C。样本A2～A5用的感压部件130也相同地制成。但是，作为样本A4以及A5用的感压部件，使用了与样本A1～A3用的感压部件的曲面部132B对应的部分形成为从感压部件130的凸缘部134朝向中心变窄的锥形部(也可以把握为曲率半径e无限大的曲面部。)。
将以这样的方式制成的总计5种的感压部件130分别与隔板136以及导电板172重叠。此时，使凹陷132C的外表面与气体流通孔174A的内周面嵌合，并对其接缝进行激光焊接。而且，将这些部件的外周经由绝缘部件126铆接固定在壳体主体114的开口部。由此，气密地密封了壳体主体114的内侧的空间。作为导电板172，使用了铝(A1050)制且薄壁部174的厚度为0.15mm，在该薄壁部174的中央部且气体流通孔174A的周围形成有直径4.6mm的环状的槽(槽口)179的部件。槽179的剖面形状是V字型，其深度为100μm。因此，槽179的宽度中央部中薄壁部174的厚度(以下也称为“剩余壁厚”。)为50μm。
在感压部件130的中央部(具体而言，凹陷132C的外缘部)安装了位移传感器。另外，在感压部件130的曲面部132B以及导电板172的厚壁部178安装检验器，以检测两部件130、172间的导通的有无。而且，在环境温度25℃时，通过从设于壳体主体114的未图示的贯通孔向该壳体主体114的内部供给空气，来使壳体内压逐渐(大约0.6MPa/分的速率)上升。到两部件130、172间的导通中断为止继续空气的供给。其间，利用上述位移传感器来观察感压变形部132的中央部的位移举动，判定是否进行突跳变形。在表1示出其结果。在“突跳的有无”的栏中，“有”表示确认到进行了突跳变形，“无”表示未确认到进行了突跳变形。另外，记录了感压部件130与导电板172之间的导通中断时的壳体内压(相当于电流切断机构的工作压。)。
[表1]
表1
样本 A1 A2 A3 A4 A5
a(mm) 30 30 30 18 26
b(mm) 0.3 0.4 0.5 0.15 0.15
c(mm) 1.2 1.5 1.8 0.40 0.65
d(mm) 16 18 20 6 10
e(mm) 10.5 12.5 14.5 - -
b/a(％) 1.00 1.33 1.67 0.83 0.58
c/a(％) 4.0 5.0 6.0 2.22 2.50
d/a(％) 53.3 60.0 66.7 33.3 38.5
e/a(％) 35.0 41.7 48.3 - -
突跳的有无 有 有 有 无 无
如该表所示，具备具有上述优选的形状的感压部件的样本A1～A3中，观察到感压变形部的形状突跳的现象。与此相对，样本A4、A5中，感压变形部不出现突跳变形地导通中断。
图12是对于样本A1、A2、A3，将在上述试验中记录的工作压相对于b/a的值描绘曲线的图。图的纵轴中的α(MPa)与样本A2的工作压对应。所谓工作压α+0.1(MPa)，表示比样本A2的工作压α(MPa)高0.1(MPa)的工作压。如图示，这里使用的样本A1～A3中，在b/a的值与工作压之间观察到线形关系。其结果证明通过调节感压部件的形状(本实验例中感压变形部的厚度b)能够准确地控制工作压。
＜实验例2＞
将图3所示的构成的电流切断机构80组装于图1所示的方型的电池壳体12，构建试验用样本B1～B8。作为感压部件30，分别使用了比(b/a)、比(c/a)、比(d/a)以及tanθ分别为表2所示的值的形状的部件。此外，这些样本B1～B8中，a的值均处于14mm～20mm的范围，b的值均处于0.2mm～0.5mm的范围。
对于以这样的方式制成的总计8种的感压部件30，分别将其凸缘部34固定在感压部件支架28的边缘部28A，另外，将感压变形部32的平坦部32C激光焊接于集电板72的薄壁部74中比设置有槽79的位置靠内侧(内径侧)。将这些部件组装在封口板16，并对封口板16与壳体主体14的接缝进行激光焊接。由此，气密地密封了电池壳体12的内侧的空间。作为集电板72，使用了铝合金(A3003)制且薄壁部74的厚度为0.12mm，在其薄壁部74的中央部且气体流通孔74A的周围形成有直径3.6mm的环状的槽(槽口)79的部件。槽79的剖面形状为V字型，其深度为70μm。因此，槽79的宽度中央部中薄壁部74的厚度(以下也称为“剩余壁厚”。)为50μm。
[表2]
表2
样本 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
b/a(％) 1.11 1.50 1.67 2.14 2.50 1.88 2.90 1.67
c/a(％) 4.4 3.0 4.4 5.7 5.7 5.0 5.7 1.1
d/a(％) 88.9 90.0 88.9 85.7 85.7 87.5 85.7 88.9
tanθ 0.12 0.12 0.08 1.73 0.18 4.00 5.70 0.03
突跳的有无 有 有 有 有 有 有 无 无
如该表所示，具备具有上述优选的形状的感压部件的样本B1～B6中，观察到感压变形部的形状突跳的现象。与此相对，样本B7、B8中，感压变形部不出现突跳变形地导通中断。
＜实验例3＞
在样本A2所涉及的电流切断机构中，通过调节形成于导电板172的薄壁部174的槽179的深度，制成了与样本A2中使用的导电板的剩余壁厚β(μm)相比，剩余壁厚比它大5μm的导电板(剩余壁厚β+5μm，即，槽179的深度比样本A2的导电板小5μm的导电板)、剩余壁厚大10μm的导电板(剩余壁厚β+10μm)、以及剩余壁厚大15μm的导电板(剩余壁厚β+15μm)。使用了这些导电板的点以外与实验例1相同地制成了试验用样本。与实验例1相同，向各试验用样本的壳体内部供给空气来使壳体内压上升。然后，记录了感压部件130与导电板172之间的导通中断时的壳体内压。在图11表示所得到的结果。在图11中，横轴的β(μm)表示样本A2的导电板的剩余壁厚，纵轴的α(MPa)表示样本A2的工作压。
如图11所示，确认到即使导电板的剩余壁厚与基准值β(μm)相差15μm左右，工作压也几乎保持为恒定。这是通过构成为上述电流切断机构的工作压主要根据感压变形部132的突跳变形容易度(引起突跳变形的压力)来规定所得到的效果。其结果证明根据上述电流切断机构，能够高度地排除槽179的深度的差别(换言之，剩余壁厚的差别)给予工作压的影响。
＜实验例4＞
准备了将样本B1的电流切断机构置换为现有技术所涉及的部件的样本B0。该样本B0仅具备通过设于集电板的薄壁部的槽的剩余壁厚进行工作压的控制的类型的电流切断机构。样本B0的电流切断机构工作前，其感压部件的形状是平面状(即，tanθ＝0、c＝0)。样本B0所涉及的电流切断机构中，若壳体内压上升，则通过该平面状的感压部件使上述薄壁部的槽破裂来变形从而电流被切断。该变形是不伴随突跳的变形。
分别准备了多个样本B0以及样本B1。使壳体内压作用于集电板来使蠕变产生，所以将空气注入这些样本，将壳体内压调整为相对于电流切断机构的设计工作压(工作压的初始值)γ低0.1MPa～0.3MPa的压力。记录了将各样本的壳体内压维持在上述调整的压力，到电流切断机构工作为止的时间(即，到感压部件与导电板的导通中断为止的时间)。在图13示出将到上述电流切断机构工作为止的时间在横轴描绘，上述调整的压力(调整内压)在纵轴描绘的结果。
如图13明显可知，与样本B0相比较在样本B1中，即使壳体内压在比设计工作压γ低的范围变高的状态继续，该情况对电流切断机构的工作精度的影响也明显变少。具体而言，例如，工作10000小时的调整内压与设计工作压γ的差在样本B0中约接近0.3MPa，但样本B1中上述差比样本B0小30％以上。认为得到这样的结果是因为在样本B1中上述电流切断机构的工作压主要由感压变形部32的突跳变形容易度来决定，即使壳体内压变高的状态继续而在集电板72产生疲劳、蠕变，该情况也难以影响工作压。
按照上述，根据本说明书，能够提供具备即使长时间使用电流切断机构的工作压的变动也少的电流切断机构的密闭型二次电池(典型地外形为方形状的密闭型二次电池，例如锂离子二次电池)。这样的密闭型二次电池作为车辆的驱动用电源是优选的。因此，根据本说明书，例如提供了如图18示意性地表示的电池组100。
具体而言，如图18所示，将具备这里所公开的电流切断机构(参照上述的图2～图5)的密闭型二次电池(典型地如图示那样的方形状的锂二次电池)10作为单电池，将该单电池10在规定方向排列多个(图示的实施方式中是四个，但并不局限于此。)来构成电池组100。典型地，如图示那样，各单电池10间以串联的方式电连接来构成。具体而言，在各单电池10的电池壳体12的上表面(即封口板)16，分别设置有与收纳于壳体12内的电极体的正极电连接的正极端子20、以及与该电极体的负极电连接的负极端子18。而且，在邻接的单电池10间，一方的正极端子20与另一方的负极端子18通过适当的连接工具92电连接。在包含如上述那样排列的多个单电池10的单电池群11的两外侧分别配置有端板96，以对该一对端板96、96进行架桥的方式，在单电池群11的两侧面沿其排列方向安装有梁材料98。梁材料98的各端部通过螺丝99紧固于端板96来固定。通过这样将各单电池10以串联的方式连接，拘束(固定)它们，来构建作为车辆的驱动用电源的优选的具有所需的电压的电池组100。
此外，电池组100的优选一个方式中，如图18所示，在规定方向排列的多个单电池10的各自之间，配置有规定形状的间隔保持片94。优选这样的间隔保持片94是可作为在使用时用于使在各单电池10内产生的热量扩散的散热部件发挥作用的材质(例如热传导性好的金属制或轻型且硬质的聚丙烯等合成树脂制)以及/或者形状。
另外，根据该说明书，能够提供具备这里公开的电流切断机构的高输出且大容量(典型地1小时率容量为5Ah以上，例如5～20Ah、或者20Ah以上(例如20～30Ah)这样的大容量)的密闭型二次电池(典型地外形为方形状的锂离子二次电池)。另外，能够提供将这样的密闭型二次电池作为单电池的电池组100。另外，如图19所示，能够提供将该电池组100作为驱动用电源具备的车辆1(典型地如电动汽车、混合动力汽车、***式混合动力汽车、燃料电池汽车一样的具备驱动用马达的汽车)。
以上，对本发明的具体例进行了详细说明，但这些不过是例示，并不限定权利要求的范围。权利要求书所记载的技术包含有对以上例示的具体例进行了各种变形、变更的实施例。
附图标记说明
1...车辆；10、110...密闭型二次电池(锂离子二次电池)；12、112...电池壳体；14、114...壳体主体；16...封口板(盖体)；18...负极端子；20...正极端子；22...连接端子；26、12...绝缘部件；28...感压部件支架；28A...边缘部；28B...凹部；30、130...感压部件(第一导电部件)；32、132...感压变形部(凹部)；32A、132A...外缘；32B...锥形部；32C...平坦部；132B...曲面部；32C...陷；34、134...凸缘部；34A、134A...外缘；136...隔板；50...卷绕电极体；52...正极片(正极)；52A...突出部分；70...正极集电体(第二导电部件)；72...集电板；172...导电板(第二导电部件)；172A...外缘部；172B...中央部；74、174...薄壁部；74A、174A...气体流通孔；77A...气体流通孔；78、178...厚壁部；78A、178A...气体流通孔；79、179...槽(槽口)；80、180...电流切断机构；100...电池组。

Claims (9)

1.一种密闭型二次电池，其中，具备：
正极以及负极；
电池壳体，其收纳所述正极以及所述负极；
电极端子，其与所述正极以及所述负极中任意电极电连接，露出到所述电池壳体外；
电流切断机构，其由于所述电池壳体内的压力上升而工作，切断所述电极与所述电极端子之间的导电路径，
所述电流切断机构：
包括压感部件，所述压感部件具有由于所述电池壳体内的压力上升会从第一状态经由突跳变形而变形到第二状态的板状的压感变形部，
构成为通过所述压感变形部突跳变形来切断所述导电路径。
2.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，
所述电流切断机构包含第一导电部件以及第二导电部件，
所述导电路径包含所述第一导电部件以及所述第二导电部件而构成，
所述密闭型二次电池构成为：
当所述压感变形部处于所述第一状态时，所述第一导电部件与所述第二导电部件直接连接，
所述第一导电部件与所述第二导电部件的导通由于所述压感变形部突跳变形而被断开。
3.根据权利要求2所述的密闭型二次电池，其中，
所述压感变形部被设于所述第一导电部件，
所述压感变形部在所述第一状态下与所述第二导电部件接合。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的密闭型二次电池，其中，
所述压感部件具有从所述压感变形部的外缘向外侧扩展的凸缘部，
所述压感变形部形成有在所述第一状态下从所述凸缘部朝向所述电池的内侧凹陷的凹部。
5.根据权利要求4所述的密闭型二次电池，其中，
所述压感变形部的外缘为圆形，
所述凸缘部的外缘为圆形，
当将所述凸缘部的外径设为a、将所述压感部件在所述压感变形部处的厚度设为b、将所述凹部的深度设为c并且将所述压感变形部的外径设为d时，满足以下的关系：
(1)b/a为1.0％～2.5％；
(2)c/a为3.0％～7.0％；以及
(3)d/a为50％～90％。
6.根据权利要求4或者5所述的密闭型二次电池，其中，
所述压感变形部具有从该压感变形部的外缘朝向中心变窄的锥部，所述凸缘部与所述锥部所成的角度θ是满足tanθ＝0.04～5.0的角度。
7.根据权利要求4或者5所述的密闭型二次电池，其中，
所述压感变形部形成为在该压感变形部的剖面形状中向所述电池的内侧弯曲的穹顶状。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的密闭型二次电池，其中，
所述压感部件在所述压感变形部处的厚度b大于0.15mm。
9.一种车辆驱动用电池，其中，
具备权利要求1～8中任一项所述的密闭型二次电池。
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