JP2006185708A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】適切な封止性能を維持しつつ、過充電時に発生したガスを早期に放出することが可能な二次電池を提供する。
【解決手段】セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素１０８と、発電要素１０８を収容して封止する外装部材１０６、１０７と、正極板及び前記負極板にそれぞれ接続されて前記外装部材から外部に導出している正極端子１０４及び負極端子１０５と、を備えた二次電池１０は、正極端子１０４と負極端子１０５とを電気的に接続する接続回路１０９と、当該接続回路１０９上に設けられ、正極端子１０４と負極端子１０５との電位差がツェナー電圧以上となった場合に接続回路１０９に電流を流すツェナーダイオード１１０と、接続回路１０９を介して供給される電流により発熱して溶融し、上部外装部材１０６に形成された開口を開放させる弁部材１１１と、をさらに備えている。
【選択図】図１
【解決手段】セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素１０８と、発電要素１０８を収容して封止する外装部材１０６、１０７と、正極板及び前記負極板にそれぞれ接続されて前記外装部材から外部に導出している正極端子１０４及び負極端子１０５と、を備えた二次電池１０は、正極端子１０４と負極端子１０５とを電気的に接続する接続回路１０９と、当該接続回路１０９上に設けられ、正極端子１０４と負極端子１０５との電位差がツェナー電圧以上となった場合に接続回路１０９に電流を流すツェナーダイオード１１０と、接続回路１０９を介して供給される電流により発熱して溶融し、上部外装部材１０６に形成された開口を開放させる弁部材１１１と、をさらに備えている。
【選択図】図１
Description
本発明は、電極板を有する発電要素を外装部材に収容して封止すると共に、電極板に接続された電極端子が外装部材から外部に導出した二次電池に関する。
電極板を有する発電要素を外装部材に収容して封止すると共に電極板に接続された電極端子を外装部材から外部に導出した二次電池では、過充電時に電池内部にガスが発生して内圧が上昇する場合がある。
このような内圧上昇を解消するために、内圧上昇時に破断して開口する脆弱部（例えば、特許文献１参照）や、過充電時の発熱により溶解して開口する易溶解部（例えば、特許文献２参照）を、外装部材の一部に設ける技術が従来から知られている。
このような技術では、脆弱部の破断圧力や易溶解部の溶解温度を高く設定すると、外装部材がなかなか開口せず、二次電池の内圧上昇が発生する。これに対し、破断圧力や熔解温度を低く設定すると、通常使用時でも外装部材が開口し易くなり二次電池の封止性能が低下する。従って、脆弱部の破断圧力や易溶解部の溶解温度の設定が難しいという問題がある。
特開２００２−１５１０２０号公報
特開２００１−２８３８００号公報
本発明は、適切な封止性能を維持しつつ、過充電時に早期にガスを放出することが可能な二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素と、前記発電要素を収容して封止する外装部材と、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続されて前記外装部材から外部に導出している正極端子及び負極端子と、を備えた二次電池であって、前記二次電池の過充電時に電流が供給されて発熱する発熱手段と、前記発熱手段に電流を供給する電流供給手段と、前記外装部材の一部に設けられ、前記発熱手段によって発生した熱で開口することにより前記外装部材の内部と外部とを連通させる連通手段と、をさらに備えた二次電池が提供される。
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素と、前記発電要素を収容して封止する外装部材と、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続されて前記外装部材から外部に導出している正極端子及び負極端子と、を備えた二次電池であって、前記二次電池の過充電時に電流が供給されて発熱する発熱手段と、前記発熱手段に電流を供給する電流供給手段と、前記外装部材の一部に設けられ、前記発熱手段によって発生した熱で開口することにより前記外装部材の内部と外部とを連通させる連通手段と、をさらに備えた二次電池が提供される。
本発明では、過充電が発生したら電流供給手段から供給された電流により発熱手段が発熱し、この熱により連通手段が外装部材の一部を開口させて当該外装部材の内部と外部とを連通させる。
このように、二次電池の過電圧に基づいて外装部材の一部を開口させることにより、過充電時に出来る限り早期にガスを放出することを可能にしつつ、二次電池の封止性能を適切に維持することが出来る。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体の構成を示す平面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図、図３は図１のIII部の拡大図、図４は図３のIV-IV線に沿った断面図である。
図１は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体の構成を示す平面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図、図３は図１のIII部の拡大図、図４は図３のIV-IV線に沿った断面図である。
図１及び図２は一つの薄型電池１０（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
本実施形態に係る薄型電池１０は、積層可能な平板状のリチウムイオン二次電池であり、図１及び図２に示すように、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質と、から構成されており、例えば１０ｍｍ以下の総厚を有する。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解液を特に発電要素１０８と称する。
発電要素１０８を構成する正極板１０１は、正極端子１０４まで延びている正極側集電体１０１ａと、正極側集電体１０１ａの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１０１ｂ、１０１ｃと、を有している。
この正極板１０１の正極側集電体１０１ａは、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
正極板１０１の正極層１０１ｂ、１０１ｃは、例えば、ＬｉＮｉＯ２等のリチウム・ニッケル系複合酸化物、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のリチウム・マンガン系複合酸化物、又は、ＬｉＣｏＯ２等のリチウム・コバルト系複合酸化物等や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリフッ化エチレンの水性ディスパージョン等の結着剤と、を混合させたものを、正極側集電体１０１ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧縮することにより形成されている。
発電要素１０８を構成する負極板１０３は、負極端子１０５まで延びている負極側集電体１０３ａと、当該負極側集電体１０３ａの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１０３ｂ、１０３ｃと、を有している。
この負極板１０３の負極側集電体１０３ａは、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔である。
負極板１０３の負極層１０３ｂ、１０３ｃは、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１０３ａの一部の両主面に塗布し、乾燥及び圧縮することにより形成されている。
特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
発電要素１０８のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０２は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
なお、本発明のセパレータは、ポリオレフィン等の単層膜のみに限定されず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることも出来る。このようにセパレータ１０２を複層化することで、過電流防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。
以上の発電要素１０８は、セパレータ１０２を介して正極板１０１と負極板１０３とが交互に積層されている。そして、３枚の正極板１０１は、正極側集電体１０１ａを介して、金属箔製の正極端子１０４にそれぞれ接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０３ａを介して、同様に金属箔製の負極端子１０５にそれぞれ接続されている。
なお、発電要素１０８の正極板１０１、セパレータ１０２、及び、負極板１０３は、本発明では上記の枚数に何ら限定されず、例えば、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも発電要素１０８を構成することが出来、必要に応じて正極板、セパレータ及び負極板の枚数を選択して構成することが出来る。
正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としては、上述の正極側集電体１０１ａと同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム金属箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。また、負極端子１０５としては、上述の負極側集電体１０３ａと同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。
以上のように構成される発電要素１０８は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７に収容されて封止されている。
上部外装部材１０６は、図１及び図２に示すように、発電要素１０８を収容可能なカップ状の外形形状を有している。この上部外装部材１０６は、図４に示すように、薄型電池１０の内側から外側に向かって、例えばポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層１０６ａと、例えばアルミニウム等の金属箔から構成されている中間層１０６ｂと、例えばポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムから構成されている外側層１０６ｃと、の三層構造から成る樹脂−金属薄膜ラミネート材で構成されている。
これに対し、下部外装部材１０７は、図１及び図２に示すように、平板状の外形形状を有しており、上部外装部材１０６と同様に、特に図示しないが、薄型電池１０の内側から外側に向かって、例えばポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液及び熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、例えばアルミニウム等の金属箔から構成されている中間層と、例えばポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムから構成されている外側層と、の三層構造から成る樹脂−金属薄膜ラミネート材で構成されている。
これら外装部材１０６、１０７によって、上述の発電要素１０８、正極端子１０４の一部及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）やホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材１０６、１０７により形成される空間を吸引して減圧し、外装部材１０６、１０７をその外周縁に沿って熱プレスにより熱融着して封止する。
有機液体溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他の混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。
さらに、本実施形態に係る薄型電池１０は、図１及び図３に示すように、接続回路１０９と、ツェナーダイオード１１０と、弁部材１１１と、を有している。
接続回路１０９は、図１に示すように、薄型電池１０の正極端子１０４と負極端子１０５とを電気的に接続するように上部外装部材１０６の外表面に沿って配線されている。
ツェナーダイオード１１０は、この接続回路１０９上に設けられており、正極端子１０４と負極端子１０５との電位差がツェナー電圧以上となった場合に、薄型電池１０に蓄積されたエネルギーを利用して接続回路１０９に電流を流すことが可能となっている。このツェナーダイオード１１０のツェナー電圧は、薄型電池１０の通常使用範囲の電圧以上であり、且つ、電解液が分解してガスが発生する電圧以下に設定されている。
弁部材１１１は、図３及び図４に示すように、上部外装部材１０６のカップ部側面に形成された開口１０６ｄを閉塞するように上部外装部材１０６に接合された金属箔（ヒューズエレメント（可溶体））であり、ツェナーダイオード１１０と同様に、接続回路１０９上に設けられている。この弁部材１１１を構成する材料としては、例えば、鉛、錫又はこれらの合金等を挙げることが出来る。
以上のような構成の薄型電池１０では、過充電時に正極端子１０４と負極端子１０５との電位差がツェナー電圧以上となると、薄型電池１０に蓄積されたエネルギーを利用してツェナーダイオード１１０により接続回路１０９に電流が流れ、当該回路１０９上に設けられた弁部材１１１に電流が供給される。そして、このように電流が供給された弁部材１１１は、それ自体が発熱して溶融することにより、それまで閉塞していた開口１０６ｄを開放させて、外装部材１０６、１０７の内部と外部とを連通させる。
以上のように、本実施形態では、二次電池１０の過電圧に基づいて上部外装部材１０６の開口１０６ｄを開放させることにより、二次電池１０の封止性能を適切に維持しながら、過充電時に内圧上昇や外装部材の膨張等が発生する前に出来る限り早期にガスを放出させることを可能となる。
なお、本実施形態では、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、弁部材１１１が本発明における発熱手段及び連通手段に相当する。また、本実施形態ではツェナー電圧が本発明における所定電圧値に相当する。
［第２実施形態］
図５は本発明の第２実施形態に係る薄型電池において前記図３に相当する拡大平面図、図６は図５のVI-VI線に沿った断面図である。
図５は本発明の第２実施形態に係る薄型電池において前記図３に相当する拡大平面図、図６は図５のVI-VI線に沿った断面図である。
本発明の第２実施形態に係る二次電池は、弁部材１１１の代わりに、弁部材１１２及び発熱体１１７を有する点で上述の第１実施形態に係る二次電池１０と相違するが、その他の構成は第１実施形態に係る二次電池１０と同一である。以下に、第２実施形態に係る二次電池について、第１実施形態に係る二次電池１０との相違点のみを説明する。
本実施形態の二次電池は、図５及び図６に示すように、第１実施形態における弁部材１１１の代わりに、弁部材１１２及び発熱体１１７を有している。
弁部材１１２は、上部外装部材１０６のカップ部側面に形成された開口１０６ｄを閉塞するように上部外装部材１０６に接合されており、第１実施形態と異なり、発熱体１１７の発熱により溶融可能な合成樹脂フィルムで構成されている。この弁部材１１２を構成する合成樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等を挙げることが出来る。
発熱体１１７は、この弁部材１１２の三辺を囲むように略コ字状に配置されており、接続回路１０９上に設けられている。この発熱体１１７は、例えば、コイル状のニクロム線や熱伝導性に優れた金属材料から成る金属箔等で構成されており、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった際に接続回路１０９を流れる電流により発熱することが可能となっている。
そして、この第２実施形態では、発熱体１１７の発熱により弁部材１１２が溶融して上部外装部材１０６の開口１０６ｄを介して薄型電池の内部と外部とを連通させることが可能となっている。
以上のように、本実施形態では、二次電池１０の過電圧に基づいて上部外装部材１０６の開口１０６ｄを開放させることにより、二次電池１０の封止性能を適切に維持しながら、過充電時に内圧上昇や外装部材の膨張等が発生する前に出来る限り早期にガスを放出させることが可能となる。
なお、本実施形態では、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、弁部材１１２が本発明における連通手段に相当し、発熱体１１７が本発明における発熱手段に相当する。
［第３実施形態］
図７は本発明の第３実施形態に係る薄型電池における前記図３に対応する拡大平面図、図８は図７のVIII-VIII線に沿った断面図である。
図７は本発明の第３実施形態に係る薄型電池における前記図３に対応する拡大平面図、図８は図７のVIII-VIII線に沿った断面図である。
本発明の第３実施形態に係る二次電池は、上部外装部材１０６の開口１０６ｄの代わりに、外装部材１０６、１０７の間に未シール部１０６ｅが形成されている点で上述の第１実施形態に係る二次電池１０と相違するが、その他の構成は第１実施形態に係る二次電池１０と同一である。以下に、第３実施形態に係る二次電池について、第１実施形態に係る二次電池１０との相違点のみを説明する。
本実施形態の二次電池には、図７及び図８に示すように、二次電池の内部と外部とを連通させるように、上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との間に熱融着していない未シール部１０６ｅが形成されている。
弁部材１１３は、この未シール部１０６ｅの開口を閉塞するように接合された金属箔（ヒューズエレメント（可溶体））であり、第１実施形態における弁部材１１１と同様に、接続回路１０９上に設けられている。この弁部材１１３は、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった場合に接続回路１０９を流れる電流により発熱し、その熱により当該弁部材１１３自体が溶融して未シール部１０６ｅを介して薄型電池の内部と外部とを連通させることが可能となっている。この弁部材１１３を構成する材料としては、例えば、鉛、錫又はこれらの合金等を挙げることが出来る。
以上のように、本実施形態では、二次電池の過電圧に基づいて上部外装部材１０６の未シール部１０６ｅを開放させることにより、二次電池の封止性能を適切に維持しながら、過充電時に内圧上昇や外装部材の膨張等が発生する前に出来る限り早期にガスを放出させることが出来る。
なお、本実施形態では、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、弁部材１１３が本発明における発熱手段及び連通手段に相当する。
［第４実施形態］
図９は本発明の第４実施形態に係る薄型電池における前記図３に対応する拡大平面図、図１０は図９のX-X線に沿った断面図である。
図９は本発明の第４実施形態に係る薄型電池における前記図３に対応する拡大平面図、図１０は図９のX-X線に沿った断面図である。
本発明の第４実施形態に係る二次電池は、弁部材１１３の代わりに、弁部材１１４及び発熱体１１８を有する点で上述の第３実施形態に係る二次電池と相違するが、その他の構成は第３実施形態に係る二次電池のものと同一である。以下に第４実施形態に係る二次電池について、第３実施形態に係る二次電池との相違点のみを説明する。
本実施形態に係る二次電池は、図９及び図１０に示すように、第３実施形態における弁部材１１３の代わりに、弁部材１１４及び発熱体１１８を有している。
弁部材１１４は、外装部材１０６、１０７に形成された未シール部１０６ｅの開口を閉塞するように外装部材１０６、１０７に接合されており、第３実施形態と異なり、発熱体１１８の発熱により溶融可能な合成樹脂フィルムで構成されている。この弁部材１１４を構成する合成樹脂材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等を挙げることが出来る。
発熱体１１８は、この弁部材１１４の３辺を囲むように略コ字状に配置されており、接続回路１０９上に設けられている。この発熱体１１８は、例えば、コイル状のニクロム線や、熱伝導性に優れた金属材料から成る金属箔等で構成されており、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった際に接続回路１０９を流れる電流により発熱することが可能となっている。
そして、この第４実施形態では、発熱体１１８の発熱により弁部材１１４が溶融して未シール部１０６ｅを介して薄型電池の内部と外部とを連通させることが可能となっている。
以上のように、本実施形態では、二次電池の過電圧に基づいて上部外装部材１０６の未シール部１０６ｅを開放させることにより、二次電池の封止性能を適切に維持しながら過充電時に内圧上昇や外装部材の膨張等が発生する前に出来る限り早期にガスを放出させることが出来る。
なお、本実施形態では、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、弁部材１１４が本発明における連通手段に相当し、発熱体１１８が本発明における発熱手段に相当する。
［第５実施形態］
図１１は本発明の第５実施形態に係る薄型電池における前記図３に対応する拡大平面図、図１２は図１１のXII-XII線に沿った断面図である。
図１１は本発明の第５実施形態に係る薄型電池における前記図３に対応する拡大平面図、図１２は図１１のXII-XII線に沿った断面図である。
本発明の第５実施形態に係る二次電池は、弁部材１１１の代わりに、弁部材１１５を有する点で上述の第１実施形態に係る二次電池１０と相違するが、その他の構成は第１実施形態に係る二次電池１０と同一である。以下に第５実施形態に係る二次電池について、第１実施形態に係る二次電池１０との相違点のみを説明する。
本実施形態に係る二次電池は、図１１及び図１２に示すように、第１実施形態における弁部材１１１の代わりに、弁部材１１５を有している。また、本実施形態に係る二次電池は、第１実施形態に係る二次電池１０と異なり、上部外装部材１０６に開口１０６ｄが形成されていない。
弁部材１１５は、上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との間に挟まれた状態で熱融着されることにより、二次電池の内部と外部とを貫通するように外装部材１０６、１０７に挿入された略Ｕ字形状の金属片（ヒューズエレメント（可溶体））であり、接続回路１０９上に設けられている。そして、この弁部材１１５は、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった際に接続回路１０９を流れる電流により発熱し、この熱により当該弁部材１１５自体が溶融して外装部材１０６、１０７の内部と外部とを連通させることが可能となっている。この弁部材１１５を構成する材料としては、例えば、鉛、錫又はこれらの合金等を挙げることが出来る。
以上のように、本実施形態では、二次電池１０の過電圧に基づいて外装部材１０６、１０７の内部を外部に連通させることにより、二次電池１０の封止性能を適切に維持しながら、過充電時に内圧上昇や外装部材の膨張等が発生する前に出来る限り早期にガスを放出させることが出来る。
本実施形態では、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、弁部材１１５が本発明における発熱手段及び連通手段に相当する。
なお、弁部材１１５の代わりに、例えばコイル状のニクロム線や熱伝導性に優れた金属材料から成る金属箔等で構成される略Ｕ字形状の発熱体を用いても良い。この発熱体を二次電池の内部と外部とを貫通するように外装部材１０６、１０７に挿入して、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった際に接続回路１０９に流れる電流により当該発熱体が発熱して、熱融着された上部外装部材１０６の内側層１０６ａと下部外装部材１０７の内側層とを溶融させることにより、二次電池の内部と外部とを連通させても良い。
この場合には、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、発熱体が本発明における発熱手段に相当し、溶融する外装部材１０６、１０７の内側層が本発明における連通手段に相当する。
［第６実施形態］
図１３は本発明の第６実施形態に係る薄型電池の全体の構成を示す平面図、図１４は図１３のXIV部の拡大平面図である。
図１３は本発明の第６実施形態に係る薄型電池の全体の構成を示す平面図、図１４は図１３のXIV部の拡大平面図である。
本発明の第６実施形態に係る二次電池１０’は、弁部材１１５の代わりに、弁部材１１６を有し、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が二次電池１０’の内部に配置されている点で上述の第５実施形態に係る二次電池と相違するが、その他の構成は第５実施形態に係る二次電池と同一である。以下に第６実施形態に係る二次電池１０’について第５実施形態に係る二次電池との相違点のみを説明する。
本実施形態に係る二次電池１０’は、図１３及び図１４に示すように、第５実施形態における弁部材１１５の代わりに、弁部材１１６を有している。
弁部材１１６は、上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との間に挟まれた状態で熱融着されることにより、二次電池１０’の内部と外部とを貫通するように外装部材１０６、１０７に挿入された例えば円柱状の金属片（ヒューズエレメント（可溶体））であり、接続回路１０９上に設けられている。
さらに、本実施形態では、この弁部材１１６と負極端子１０５との間の接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が、二次電池１０’の内部に配置されている。
弁部材１１６は、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった際に接続回路１０９を流れる電流により発熱して、その熱により当該弁部材１１６自体が溶融して外装部材１０６、１０７の内部と外部とを連通させることが可能となっている。この弁部材１１６を構成する材料としては、例えば、鉛、錫又はこれらの合金等を挙げることが出来る。
以上のように、本実施形態では、二次電池１０’の過電圧に基づいて、外装部材１０６、１０７の内部を外部に連通させることにより、二次電池１０’の封止性能を適切に維持しながら、過充電時に内圧上昇や外装部材の膨張が発生する前に出来る限り早期にガスを放出させることが出来る。
本実施形態では、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、弁部材１１６が本発明における発熱手段及び連通手段に相当する。
なお、弁部材１１６の代わりに、例えばコイル状のニクロム線や熱伝導性に優れた金属材料から成る金属箔等で構成される例えば円柱形状の発熱体を用いても良い。この発熱体を二次電池１０’の内部と外部とを貫通するように外装部材１０６、１０７に挿入し、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった際に接続回路１０９に流れる電流により当該発熱体が発熱して、熱融着された上部外装部材１０６の内側層１０６ａと下部外装部材１０７の内側層とを溶融させることにより、二次電池１０’の内部と外部とを連通させても良い。
この場合には、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、発熱体が本発明における発熱手段に相当し、溶融する外装部材１０６、１０７の内側層が本発明における連通手段に相当する。
［第７実施形態］
図１５は本発明の第７実施形態に係る薄型電池における図３に対応した拡大平面図、図１６は本発明の第７実施形態に係る薄型電池の部分斜視図である。
図１５は本発明の第７実施形態に係る薄型電池における図３に対応した拡大平面図、図１６は本発明の第７実施形態に係る薄型電池の部分斜視図である。
本発明の第７実施形態に係る二次電池は、弁部材１１１の代わりに、発熱体１１９を有する点で上述の第１実施形態に係る二次電池１０と相違するが、その他の構成は第１実施形態に係る二次電池１０と同一である。以下に、第７実施形態に係る二次電池について、第１実施形態に係る二次電池１０との相違点のみを説明する。
本実施形態に係る二次電池は、図１５及び図１６に示すように、第１実施形態における弁部材１１１の代わりに、発熱体１１９を有している。
発熱体１１９は、略Ｕ字形状の断面を有しており、熱融着された外装部材１０６、１０７の外周縁の一部を挟み込むように配置されており、接続回路１０９上に設けられている。この発熱体１１９は、例えば、コイル状のニクロム線や熱伝導性に優れた金属材料から成る金属箔等で構成されており、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった場合に接続回路１０９を流れる電流により発熱することが可能となっている。
そして、この第７実施形態に係る二次電池では、電極端子１０４、１０５間の電位差がツェナー電圧以上となった際に接続回路１０９に流れる電流により発熱体１１９が発熱し、当該発熱体１１９に挟まれた上部外装部材１０６の内側層１０６ａと下部外装部材１０７の内側層とを溶融させることにより、二次電池１０の内部と外部とを連通させることが可能となっている。
以上のように、本実施形態では、二次電池の過電圧に基づいて、外装部材１０６、１０７の内部を外部に連通させることにより、二次電池の封止性能を適切に維持しながら、過充電時に内圧上昇や外装部材の膨張等が発生する前に出来る限り早期にガスを放出させることが出来る。
なお、本実施形態では、接続回路１０９及びツェナーダイオード１１０が本発明における電流供給手段に相当し、発熱体１１９が本発明における発熱手段に相当し、溶融する外装部材１０６、１０７の内側層が本発明における連通手段に相当する。
［第８実施形態］
図１７は本発明の第８実施形態に係る薄型電池の全体の構成を示す図である。
図１７は本発明の第８実施形態に係る薄型電池の全体の構成を示す図である。
本発明の第８実施形態に係る二次電池１０”は、ツェナーダイオード１１０の代わりに、スイッチ１２０及びコントローラ１２１を有する点で上述の第１実施形態に係る二次電池１０と相違するが、その他の構成は第１実施形態に係る二次電池１０と同一である。以下に、第８実施形態に係る二次電池１０”について、第１実施形態に係る二次電池１０との相違点のみを説明する。
本実施形態に係る二次電池１０”は、図１７に示すように、第１実施形態におけるツェナーダイオード１１０の代わりに、スイッチ１２０及びコントローラ１２１を有している。
スイッチ１２０は、二次電池１０”の正極端子１０４と負極端子１０５とを接続する接続回路１０９上に設けられており、コントローラ１２１の制御信号に基づいて当該回路１０９を開閉することが可能となっている。
コントローラ１２１は、二次電池１０”の正極端子１０４と負極端子１０５との電位差を検出可能なように、接続回路１０９とは別の回路上に設けられている。また、このコントローラ１２１は、スイッチ１２０の開閉を制御可能となっており、検出した前記電位差に基づいてスイッチ１２０の開閉制御を行うことが可能となっている。
具体的には、このコントローラ１２１は、検出した電位差を所定電圧値と比較し、電位差が所定電圧値より小さい場合には、スイッチ１２０を開くように制御するのに対し、電位差が所定電圧値以上である場合には、スイッチ１２０を閉じるように制御する。この比較に用いられる所定電圧値は、薄型電池１０”の通常使用範囲の電圧以上であり、且つ、電解液が分解してガスが発生する電圧以下に設定されている。
以上のような構成の薄型電池１０”では、過充電時に正極端子１０４と負極端子１０５との電位差が所定電圧値以上となると、コントローラ１２１がスイッチ１２０を閉じるように制御し、薄型電池１０”に蓄積されたエネルギーを利用して接続回路１０９に電流が流れ、当該回路１０９上に設けられた弁部材１１１に電流が供給される。そして、このように電流が供給された弁部材１１１は、それ自体が発熱して溶融することにより、それまで閉塞していた開口１０６ｄを開放させて、外装部材１０６、１０７の内部と外部とを連通させる。
以上のように、本実施形態では、二次電池１０の過電圧に基づいて上部外装部材１０６の開口１０６ｄを開放させることにより、二次電池１０の封止性能を適切に維持しながら、過充電時に内圧上昇や外装部材の膨張等が発生する前に出来る限り早期にガスを放出させることが出来る。
本実施形態では、接続回路１０９、スイッチ１２０及びコントローラ１２１が本発明における電流供給手段に相当し、弁部材１１１が本発明における発熱手段及び連通手段に相当する。
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
例えば、第８実施形態では、発熱手段及び連通手段として第１実施形態と同様の弁部材１１１を用いるように説明したが、本発明においては特に限定されず、第２〜第７実施形態で説明した弁部材１１２〜１１６や発熱体１１７〜１１９を用いて構成しても良い。
また、以上の実施形態では、薄型電池が過電圧となった際に、当該電池自体に蓄積されたエネルギーを利用して弁部材や発熱体に電流を供給するように説明したが、本発明においては特にこれに限定されず、例えば、薄型電池とは独立した電源等から弁部材や発熱体に電流を供給するようにしても良い。
１０、１０’、１０”…二次電池
１０１…正極板
１０１ａ…正極側集電体
１０１ｂ、１０１ｃ…正極層
１０２…セパレータ
１０３…負極側集電体
１０３ａ…負極側集電体
１０３ｂ、１０３ｃ…負極層
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部外装部材
１０６ａ…内側層
１０６ｂ…中間層
１０６ｃ…外側層
１０６ｄ…開口
１０６ｅ…未シール部
１０７…下部外装部材
１０８…発電要素
１０９…接続回路
１１０…ツェナーダイオード
１１１〜１１６…弁部材
１１７〜１１９…発熱体
１２０…スイッチ
１２１…コントローラ
１０１…正極板
１０１ａ…正極側集電体
１０１ｂ、１０１ｃ…正極層
１０２…セパレータ
１０３…負極側集電体
１０３ａ…負極側集電体
１０３ｂ、１０３ｃ…負極層
１０４…正極端子
１０５…負極端子
１０６…上部外装部材
１０６ａ…内側層
１０６ｂ…中間層
１０６ｃ…外側層
１０６ｄ…開口
１０６ｅ…未シール部
１０７…下部外装部材
１０８…発電要素
１０９…接続回路
１１０…ツェナーダイオード
１１１〜１１６…弁部材
１１７〜１１９…発熱体
１２０…スイッチ
１２１…コントローラ
Claims (12)
- セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素と、
前記発電要素を収容して封止する外装部材と、
前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続されて前記外装部材から外部に導出している正極端子及び負極端子と、を備えた二次電池であって、
前記二次電池の過充電時に電流が供給されて発熱する発熱手段と、
前記発熱手段に電流を供給する電流供給手段と、
前記外装部材の一部に設けられ、前記発熱手段によって発生した熱で開口することにより前記外装部材の内部と外部とを連通させる連通手段と、をさらに備えた二次電池。 - 前記電流供給手段は、前記二次電池の電圧が所定電圧値以上となった場合に、前記発熱手段に電流を供給する請求項１記載の二次電池。
- 前記電流供給手段は、前記正極端子と前記負極端子とを電気的に接続する接続回路を有し、
前記発熱手段は、前記接続回路上に設けられ、
前記電流供給手段は、前記正極端子と前記負極端子との電位差が前記所定電圧値以上となった場合に、前記接続回路を介して前記発熱手段に電流を供給する請求項１又は２記載の二次電池。 - 前記電流供給手段は、前記接続回路上に設けられたツェナーダイオードをさらに有し、
前記ツェナーダイオードは、前記正極端子と前記負極端子との電位差が前記所定電圧値以上となった場合に、前記接続回路を介して前記発熱手段に電流を供給する請求項３記載の二次電池。 - 前記電流供給手段は、
前記接続回路を電気的に開閉するスイッチ手段と、
前記正極端子と前記負極端子との電位差を検出する電圧センサと、
前記電圧センサによる検出結果に基づいて前記スイッチ手段の開閉を制御する制御手段と、をさらに有する請求項３記載の二次電池。 - 前記連通手段は、前記発熱手段の発熱で溶融することにより前記外装部材の内部と外部とを連通させる請求項１〜５の何れかに記載の二次電池。
- 前記発熱手段及び前記連通手段は、前記外装部材に形成された開口を閉塞するように設けられた金属箔である請求項６記載の二次電池。
- 前記発熱手段及び前記連通手段は、前記外装部材の内部と外部とを貫通するように前記外装部材に挿入された金属片である請求項７記載の二次電池。
- 前記連通手段は、前記外装部材に形成された開口を閉塞するように設けられた合成樹脂製部材である請求項６記載の二次電池。
- 前記外装部材は、前記発電要素を挟んだ状態で上部外装部材及び下部外装部材のそれぞれの樹脂層を外周縁で熱融着することにより前記発電要素を内部に封止しており、
前記連通手段は、当該熱融着された外装部材の樹脂層である請求項６記載の二次電池。 - 前記発熱手段は、前記連通手段を囲むように配置されている請求項９又は１０記載の二次電池。
- 前記発熱手段は、前記外装部材の内部と外部とを貫通するように挿入されている請求項１０記載の二次電池。
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