JP2012138287A

JP2012138287A - 電池

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Publication number: JP2012138287A
Application number: JP2010290671A
Authority: JP
Inventors: Takaya Saito; 貴也斎藤; Tomoyoshi Kurahashi; 智佳倉橋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: CN202454636U; US20120164497A1; JP5314665B2

Abstract

【課題】複数の種類のセパレータを利用して電池異常の際の電池の安全性を向上することができる電池を提供する。
【解決手段】第１セパレータ５を介して第１極性の電位の第１電極板３と第２極性の電位の第２電極板４とが積層された積層電極体６と、前記積層電極体６を密閉して収納し且つ前記第１極性の電位に帯電した電池容器２と、前記電池容器２に収納された前記積層電極体６と前記電池容器２との間に配置される壁面用樹脂１２とを有し、前記第１セパレータ５が溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第１温度よりも、前記壁面用樹脂１２が溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第２温度は低い温度であり、前記電池容器２の内部が前記第２温度以上の温度となった場合に、前記電池容器２と前記第２電極板４とが接触又は電気的に短絡する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池、特に安全性を向上した電池に関する。

電池には、放電のみ行う一次電池や充放電が可能な二次電池が存在する。これらは電極板、すなわち正極板および負極板がセパレータを介して積層された積層電極体を電池容器に密閉した構成であり、一般的に電池システムにおけるモータ等の電力負荷駆動用の電力供給のために使用される。
しかし、例えば、当該電池システムが定置用である場合には、導電性の微粉が電池容器内に混入したなど、製造時における検査で検知困難な製造不良等によって、電池容器内部において正極板と負極板との間で電気的に微小な短絡（以下、微短絡という）が発生する恐れがある。また、例えば、当該電池システムが電気自動車である場合には、交通事故等により、やはり微短絡が発生する恐れがある。さらに、電池の材料によっては、デンドライトが発生して微短絡が発生する場合もある。
電池容器内部で微短絡が発生すると、当該微短絡している電流経路において当該電流経路の単位断面積当たりに流れる電流が過大となって急速に発熱し、いわゆる電池が異常、すなわち電池異常の状態となる。当該電池異常の状態では、発熱によって当該微短絡している箇所の周囲の電極板に悪影響を与えるのみならず、電解液が気化して電池容器の内圧を上昇させ、結果的に当該電池システムのユーザーに傷害等の危険を及ぼす恐れがある。
そこで、電池の安全性を向上して当該危険を回避すべく、電極板間に配置されるセパレータとは別個に、当該セパレータよりも溶融温度の低いセパレータを正極端子に接続されるアルミニウム箔と負極端子に接続される銅箔とで挟みこみ、当該溶融温度の低いセパレータが電極板間に配置されるセパレータよりも電池異常の際に早く溶融等することで当該アルミニウム箔と銅箔とが接触して短絡し、電極板間の電流の流れを阻害する構成（特許文献１参照）などが報告されている。

特開２００３−２４３０３７号公報

しかしながら、特許文献１の電池は、電池異常の際に上記アルミニウム箔と上記銅箔とが短絡することで電池の安全性を向上するとしているが、後述の通り、電池の通常の放電または充電に悪影響を与えうる点で不十分な構成であった。
すなわち、特許文献１の電池では、上記アルミニウム箔と上記銅箔はいずれも電池の通常の放電または充電になんら関与しない部材（以下、無関与金属部材という）にもかかわらず、上記短絡をさせるには一方を正極板に電気的に接続し且つ他方を負極板に電気的に接続する必要性があるため、それぞれが異なる極性となる計２つの無関与金属部材を用いなければならない。そして、この２つの無関与金属部材で上記溶融温度の低いセパレータを挟みこんだ構成とするため、特許文献１の電池が市販されて使用された際に、振動等によりこれら２つの無関与金属部材と当該セパレータとの間に位置ズレが生じ、結果として電池異常でない場合、言い換えれば通常の放電または充電の際にも上記アルミニウム箔と上記銅箔とが短絡する恐れがある。このように電池異常でない場合にも当該短絡が生じるのは電池の動作特性上望ましくないのみならず、電池の寿命を十分に全うせずに電池交換する必要が生じることからユーザーにとって経済上望ましくない。
そこで、本発明は、複数の種類のセパレータを利用して電池異常の際の電池の安全性を向上するのみならず、特許文献１の電池の不十分な構成により生じる上述の課題を解決する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、本発明の電池は、第１セパレータを介して第１極性の電位の第１電極板と第２極性の電位の第２電極板とが積層された積層電極体と、前記積層電極体を密閉して収納し且つ前記第１極性の電位に帯電した電池容器と、前記電池容器に収納された前記積層電極体と前記電池容器との間に配置される壁面用樹脂とを有し、前記第１セパレータが溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第１温度よりも、前記壁面用樹脂が溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第２温度は低い温度であり、前記電池容器の内部が前記第２温度以上の温度となった場合に、前記電池容器と前記第２電極板とが接触又は電気的に短絡することを特徴とする。

すなわち、電極板間に配置される第１セパレータが溶融等する第１温度よりも低い温度である第２温度で溶融等する壁面用樹脂が、第１極性の電位に帯電した電池容器と積層電極体との間に配置されているので、電池容器の内部が第２温度以上の温度となった場合に、積層電極体の第２電極板と電池容器とを電気的に短絡させることができる。従って、特許文献１における上記無関与金属部材を用いずとも、電池異常の際の電池の安全性を向上することが可能となる。

本発明の電池によれば、複数の種類のセパレータを利用して電池異常の際の電池の安全性を向上するのみならず、特許文献１の電池の不十分な構成により生じうる上述の課題を解決する電池を提供することができる。

本発明の第１実施形態の電池の概要図である。図１（ａ）は、電池の正面からの透視概要図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´線における断面概要図である。本発明の第２実施形態の電池における断面概要図である。本発明の第３実施形態の電池における断面概要図である。本発明の第４実施形態の電池における断面概要図である。本発明の第５実施形態の電池における断面概要図である。本発明の第６実施形態の電池における断面概要図である。

本発明の実施形態に係る電池は、積層電極体の電極板間に配置されるセパレータと異なる特性のセパレータを積層電極体と電池容器（後述のダミー電極板として機能することが可能である）の間、又は、後述のダミー電極板と電極板との間に介在させることを特徴の１つとしている。以下、図面を参照しながら、詳述する。
なお、第１実施形態から第３実施形態までの電池は正極板を袋状のセパレータに内包した構成例であり、第４実施形態から第６実施形態までの電池は負極板を袋状のセパレータに内包した構成例である。
また、これら実施形態の電池としては、一次電池または二次電池等のいずれの電池でも用いることが可能であるが、ここでは電池の一例として、充放電可能な電池、例えば蓄電池であるリチウムイオン二次電池を用いて説明する。

［第１実施形態］
以下、本実施形態の電池１につき図１を参照して説明する。図１（ａ）は、電池１の正面（ＸＺ平面）からの透視概要図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´線のＹＺ平面における断面概要図である。なお、以下で使用する図は、いずれも同一の直交座標系を用いている。また、図１（ａ）は理解促進のための概要図であるため、図１（ｂ）に示した各構成が全て記載されているわけではない。

まず、電池１は、ＸＹ平面上に略矩形の形状の底面をもち且つ当該略矩形の全ての辺からＺ軸方向へ伸びる壁面をもつ角型の導電性（例えば、アルミニウム等の金属製）の容器本体２と、容器本体２に収納され且つ正極板３と負極板４とがセパレータ（第１セパレータ）５を介して積層された積層電極体６と、積層電極体６を容器本体２に収納後に容器本体２を密閉する蓋７とを備えている（容器本体２と蓋７とが密閉されて電池容器となる）。なお、図示しないものの、電池容器には電解液又は電解質が蓄えられる。
ここで、蓋７は容器本体２と同一の導電性の材質である。そして、蓋７には、蓋７を貫通して配置される円柱状（ＸＹ平面における断面が実質的に直径ｒの円）の電極端子（正極端子８及び負極端子９）と、電極端子を蓋７に固定し且つ電極端子と蓋７との間を電気的に絶縁する絶縁性の樹脂１０（例えば、プラスチック樹脂等）が形成されている。上述のように電池容器が導電性であるので、積層電極体６と電池容器との間を電気的に絶縁すべく、容器本体２の内側の底面に当該底面と実質的に同じ形状及び寸法の絶縁性の樹脂板１１（例えば、プラスチック樹脂製の板またはシート）を配置し、容器本体２の内側の全ての壁面にやはり当該壁面と実質的に同じ形状及び寸法の絶縁性の樹脂（以下、壁面用樹脂１２といい、ここでは後述の第２セパレータ１３を用いている）を配置している。
また、電池の性能劣化を防止するため、積層電極体６の活物質等の材質に対応させて、電池容器の電位を電池１の正極電位または負極電位とすべく、導電部１４が配置される。ここでは、積層電極体６の活物質等の材料が後述のとおりであるため、正極端子８と電池容器との間に導電経路を形成して電池容器を正極電位とすべく、導電部１４は正極端子８と蓋７との間に接続される。この導電部１４は、放熱性が向上するので電気抵抗の小さい配線でもよいが、安全性を鑑みて、ここでは高抵抗（例えば１０ＭΩ）の抵抗体を用いている。

積層電極体６は、一例として、複数の正極板３と複数の負極板４とが第１セパレータ５を介して順次積層された積層型の積層電極体であるとして、以下説明する。
正極板３は、アルミニウム等の正極用金属箔の両面にマンガン酸リチウム等の正極活物質が塗工された後、略矩形に打ち抜かれて形成される。この打ち抜きの際、正極活物質が塗工されていない正極用金属箔も正極板３と一体に打ち抜かれ、当該正極用金属箔は正極板３に接続した正極タブ１５となる。
一方、負極板４は、銅等の負極用金属箔の両面にカーボン等の負極活物質が塗工された後、略矩形に打ち抜かれて形成される。この打ち抜きの際、負極活物質が塗工されていない負極用金属箔も負極板４と一体に打ち抜かれ、当該負極用金属箔は負極板４に接続した負極タブ１６となる。負極板４のＸＺ平面における略矩形の寸法は、電池容器の内部に折れ曲がることなく収納される寸法であり、正極板３のＸＺ平面における略矩形の寸法は、負極板４のＸＺ平面における略矩形の寸法よりも小さい。従って、図１（ａ）に示すように、Ｙ方向から見て、正極板３は負極板４の面内に配置される。また、負極タブ１６は、正極板３と負極板４とを後述のようにＹ方向に積層した際に、ＸＺ平面上で正極タブ１５と重ならない位置に配置される。
第１セパレータ５は、後述の第２セパレータ１３との特性の関係さえ満たせば、樹脂製のセパレータであっても、セラミックセパレータであっても、いわゆる電池に用いることができるセパレータであればよい。ここでは、第１セパレータ５は袋状に形成され、当該袋の内部に正極板３の全面が収められ且つ当該袋の内部から外部へ正極タブ１５が飛び出るように当該袋の寸法が設計される。
なお、袋状のセパレータの内部に電極板（正極板３または負極板４）または後述のダミー電極板１７、１７ａの全面が収められ且つ当該袋の内部から外部へ電極タブ（正極タブ１５、負極タブ１６、またはダミー電極タブ）が飛び出している状態を「内包」という。

そして、正極板３より寸法の大きな負極板４から積層を始め、負極板４の上（＋Ｙ方向）に上記袋状の第１セパレータ５で包まれた正極板３を積層し、次に、当該第１セパレータ５で包まれた正極板３の上（＋Ｙ方向）に負極板４を積層する。この際、積層される複数の負極板４は、それぞれに接続された各々の負極タブ１６のＸＺ平面における位置を揃えて積層される。
これを順次繰り返し、最終的に複数の正極板３と複数の負極板４からなり且つＸ方向から見たＹ方向の両端に負極板４が配置される積層電極体６が形成される。
なお、Ｙ方向から見て実質的に同じ位置に揃えられた全ての正極タブ１５は、リベット打ち又は溶接等で、正極端子８に電気的に接続される。この際、正極タブ１５を直接的に正極端子８に接続してもよいし、正極タブ１５と正極端子８との間に金属製の正極用リードを介在させてもよい。また、Ｙ方向から見て実質的に同じ位置に揃えられた全ての負極タブ１６は、リベット打ち又は溶接等で、負極端子９に電気的に接続される。この際、負極タブ１６を直接的に負極端子９に接続してもよいし、負極タブ１６と負極端子９との間に金属製の負極用リードを介在させてもよい。

ここで、第１セパレータ５と第２セパレータ１３の材質は、上記微短絡が生じて電池容器内部の温度が上昇した際に、第１セパレータ５が溶融または収縮をしてそれ自体の消滅または破壊を引き起こす第１温度よりも低い第２温度で、第２セパレータ１３が溶融または収縮をしてそれ自体の消滅または破壊を引き起こす材質がそれぞれ選定される。もちろん、電池１における通常の放電または充電によって電池容器の内部の温度はある程度上昇する場合があるので、この程度の温度（以下、第３温度という）より当該第２温度は高いものである必要がある。
例えば、第１セパレータ５と第２セパレータ１３が同一材料の樹脂製のセパレータである場合には、第２セパレータ１３の厚み（Ｙ方向）は第１セパレータ５の厚み（Ｙ方向）よりも薄く（例えば半分程度に薄く）設計するとよい。この場合には、第１セパレータ５と第２セパレータ１３の材料は、ポリプロピレンやポリエチレン等の樹脂のうち、同一のものを用いることができる。第３温度は電池１の配置される環境等にも依存するが、概ね約４０℃〜５０℃程度であると考えることができるので、この場合には当該ポリエチレンは低密度のポリエチレン（融点は約８０℃）であってもよい。
また、第１セパレータ５と第２セパレータ１３とを互いに異なる材料で形成する場合には、第２セパレータ１３は樹脂製のセパレータであって、第１セパレータ５に比べ融点の低い材質であることが望ましい。この場合には、例えば、第１セパレータ５の材料をポリプロピレン（融点は約１６０℃）とし、第２セパレータ１３の材料を低密度のポリエチレンや高密度のポリエチレン（融点は約１４０℃）としてもよい。

以上の構成により、電池１で上記微短絡が生じて電池容器の内部の温度が急激に上昇し続けた場合、壁面用樹脂１２として用いている第２セパレータ１３が第１セパレータ５よりも早く溶融等し、積層電極体６のＹ軸方向の両端に存在する負極板４と電池容器との間に介在した壁面用樹脂１２の一部または大部分がなくなってしまうことで、正極電位となっている電池容器に負極板４が「面」で直接的に接触する。これにより、電池容器と当該負極板４との間で電気的に短絡が生じることで結果的に正極板３と負極板４とが短絡することとなるが、電極板間の微短絡のように「点」での短絡ではなく、電池容器と当該負極板４との間の短絡は「面」での短絡となるので当該短絡の電気経路における電気抵抗が低い。従って、「面」での短絡が生じた直後に電気抵抗の高い微短絡している箇所ではなく当該「面」における短絡の箇所をただちに電流が流れるので、微短絡している箇所のさらなる発熱を回避することができる。
さらに、上述のように正極板３と負極板４とが短絡することとなるので、「面」での短絡が生じた後、所定時間後に電池としての機能が失われる。すなわち、ユーザーに傷害等の危険を及ぼす前に自動的に電池の機能を停止させるので、電池の安全性を向上させることができる。
すなわち、特許文献１で述べた無関与金属部材を１つも用いることなく、安全性を向上させることができる。また、壁面用樹脂１２は上記壁面と実質的に同じ形状及び寸法であるので負極板４のＸＺ平面の寸法に比べ相当大きい。従って、特許文献１の構造で生じた上述の位置ズレによる課題も解決できる。

なお、図１（ｂ）では、上記構成のほかに、袋状に形成された第２セパレータ１３の内部に挿入されて包まれたダミー電極板１７が積層体６の内部に挿入された構成も示されている。
このダミー電極板１７は、例えば、正極活物質を塗工していない正極用金属箔を上述した正極板３の打ち抜きを行う打ち抜き装置で同様に打ち抜くことで形成すればよい。この場合には、正極活物質を塗工していない正極用金属箔からなるダミー電極板１７の寸法及び形状は、ＸＺ平面において正極板３とそれに接続した正極タブ１５の寸法及び形状と同一となる。よって、ダミー電極板１７にも、正極タブ１５に相当する形状（以下、ダミー電極タブという）が存在する。
そして、袋状の第１セパレータ５と同様に形成された袋状の第２セパレータ１３の当該袋の内部から外部へダミー電極タブが飛び出るように当該内部にダミー電極板１７が収められる。当該袋状の第２セパレータ１３に包まれたダミー電極板１７は、積層電極体６の内部に配置される複数の袋状の第１セパレータ５に包まれた正極板３の１つ、特に、当該内部の中央付近に配置される袋状の第１セパレータ５に包まれた正極板３の１つと差し替えられて当該正極板３と同位置に配置される。従って、全ての正極タブ１５とダミー電極タブは揃えて積層されることになり、また、これらのタブは正極端子８に上述の場合と同様に接続されるので、ダミー電極板１７は正極電位となる。
このため、電池１で上記微短絡が生じて電池容器の内部の温度が急激に上昇し続けた場合、積層電極体６の中央付近でもダミー電極板１７を包む第２セパレータ１３が第１セパレータ５よりも早く溶融等し、ダミー電極板１７のＹ軸方向の両端に存在する２つの負極板４と正極電位となっているダミー電極板１７とが「面」で直接的に接触する。これにより、上述した電池容器で生じる「面」での短絡に加え、当該ダミー電極板１７での「面」での短絡も生じるため、より早く電池としての機能を失わせることができる。すなわち、上記所定時間を短縮することができる。よって、電池の安全性をより向上させることができる。なお、この場合には、特許文献１で述べた無関与金属部材に相当するダミー電極板１７を１つ用いることとなるが、ダミー電極板１７は袋状の第２セパレータ１３で包まれているので特許文献１の構造で生じた上述の位置ズレによる課題も依然として解決できる。

以上の電池１においては、壁面用樹脂１２として第２セパレータ１３そのものを用いたが、第２セパレータ１３の材質であればよいので、壁面用樹脂１２にはセパレータの機能はなくともよい。従って、容器本体２の上記壁面に、当該材質の材料、例えばポリエチレン等の樹脂をコーティングしてもよい。この場合には、コーティングであるので、特許文献１の構造で生じた上述の位置ズレはそもそも生じ得ないため、上記課題をより良く解決できる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の電池１ａを、図２を用いて説明する。電池１ａの電池容器は電池１の電池容器と同様の形状であり、電池１ａの正面（ＸＺ平面）からの透視概要図は、図１（ａ）と同様であるので省略する。図２は、電池１の図１（ｂ）に相当するＹＺ平面における断面概要図である。また、図２において、図１と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
第２実施形態の電池１ａの第１実施形態の電池１との相違点の１つは、積層電極体６と同様の構成の複数の積層電極体（ここでは２つの積層電極体を用いるので、理解容易のためそれぞれ６ａ及び６ｂと記載）のそれぞれのＹ方向の両端を、ＸＺ平面において負極板４とそれに接続した負極タブ１６の寸法及び形状と実質的に同一または大きく且つその厚み（Ｙ方向における寸法）が張りのある程度に厚い２つのダミー電極板１７ａ（ただし、第１実施形態で示したダミー電極板１７と同様に袋状の第２セパレータ１３に包まれている）で挟みこんでいる点である。

言い換えれば、第１実施形態の電池１と異なり、第２実施形態の電池１ａでは、１つの積層電極体の配置されるダミー電極板１７ａの数は２つである。また、ダミー電極板１７ａのＸＺ平面の寸法は正極板３と正極タブ１５とからなる寸法ではなく、負極板４と負極タブ１６とからなる寸法と実質的に同一またはそれより大きい寸法である（従って、ダミー電極板１７ａにも、負極タブ１６に相当する形状のダミー電極タブが存在する。ただし、後述のように、当該ダミー電極タブが正極タブ１５に束ねられて正極端子８に接続されるように配置される）。
さらに、ダミー電極板１７ａの厚みは、正極板３及び負極板４の厚み（Ｙ方向における寸法）より厚く、それ単体で十分に張りがあって曲げに対する剛性のある厚み、例えば約１ｍｍの厚みである。なお、電池１におけるダミー電極板１７と同様、袋状の第２セパレータ１３の当該袋の内部から外部へダミー電極タブが飛び出るように当該内部にダミー電極板１７ａが収められる。
ここで、ダミー電極板１７ａ自体の酸化還元電位がダミー電極板１７ａに加えられる電位の範囲になく（ただし、ダミー電極板１７ａの表面に不働体皮膜等が形成されて、ダミー電極板１７ａがイオン化しない場合は除く）、且つ、当該電位の範囲が電池の機能を発現するためのイオン（例えば、リチウムイオン二次電池の場合はリチウムイオン）をダミー電極板１７ａが吸蔵する電位でない場合には、ダミー電極板１７ａの材質は電気抵抗値の小さい導電性の材質であればよい。従って、ダミー電極板１７ａを上述したように正極板３に電気的に接続する場合には、ダミー電極板１７ａを上記正極用金属箔の金属で形成してもよい。また、ダミー電極板１７ａを後述のように負極板４に電気的に接続する場合には、ダミー電極板１７ａを上記負極用金属箔の金属で形成してもよい。

そして、積層電極体６（６ａ及び６ｂ）のＹ方向の両端に配置される負極板４のうち、-Ｙ側に配置される負極板４の-Ｙ側へ袋状の第２セパレータ１３に包まれたダミー電極板１７ａを１つ、また、+Ｙ側に配置される負極板４の+Ｙ側へ袋状の第２セパレータ１３に包まれたダミー電極板１７ａを１つ配置して、全ての正極板３及び負極板４がダミー電極板１７ａのＸＺ平面における面内に収まるようにこれら２つのダミー電極板１７ａで積層電極体６を挟みこむ。そして、これら２つのダミー電極板１７ａ同士を図示しない絶縁テープでしっかり接続することで、上述のように正極板３を負極板４の面内に配置した状態を維持して積層電極体６をこれら２つのダミー電極板１７ａの間に固定する。この際、ダミー電極板１７ａのダミー電極タブはＹ方向から見て正極タブ１５と重なり且つ当該ダミー電極タブが負極タブ１６と接触しないように配置される。従って、全ての正極タブ１５と当該ダミー電極タブは揃えて積層されることになり、また、これらのタブは正極端子８に第１実施形態の電池１の場合と同様に接続されるので、ダミー電極板１７ａは正極電位となる。
なお、このように積層電極体６のＹ方向の両端に配置されるダミー電極板１７ａは袋状の第２セパレータ１３で包まれているため、第２実施形態の電池１ａでは第１実施形態の電池１で設けた壁面用樹脂１２を別途設けなくてもよい。すなわち、当該第２セパレータ１３が壁面用樹脂１２として機能する。

この構成により、第１実施形態の電池１と同様に、上記微短絡が生じて電池容器の内部の温度が急激に上昇し続けた場合、ダミー電極板１７ａを包む第２セパレータ１３が第１セパレータ５よりも早く溶融等し、積層電極体６のＹ方向の両端に存在する２つの負極板４と正極電位となっているダミー電極板１７ａとが「面」で直接的に接触する。これにより、電池の安全性を向上させることができる。なお、第２セパレータ１３が溶融等すると、ダミー電極板１７ａは電池容器とも接触するが、いずれも同一極性の電位であるので上記安全性の向上に特段の影響はない。
また、ダミー電極板１７ａが収納容器２へ積層電極体６を挿入する際の挿入ガイドとなり、積層電極体６を保護するので、正極板３や負極板４の折れ曲がり等を防止することができる。従って、電池の故障をより防止することができるので、電池の安全性のみならず電池の性能をもさらに向上させることができる。
さらに、ダミー電極板１７ａが上述のように「面」で接触することができれば、電解液の循環を良好とするためにダミー電極板１７ａをＹ方向に貫通する小孔を複数形成してもよい。この構成によれば、電解液が効果的に循環できるため、電池の性能をさらに向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の電池１ｂを、図３を用いて説明する。電池１ｂの電池容器は電池１ａの電池容器と同様の形状であり、電池１ｂの正面（ＸＺ平面）からの透視概要図は、図１（ａ）と同様であるので省略する。図３は、電池１の図１（ｂ）に相当するＹＺ平面における断面概要図である。また、図３において、第２実施形態の電池１ａを示す図２と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
第３実施形態の電池１ｂと第２実施形態の電池１ａとの相違点の１つは、電池１ａでは絶縁性の樹脂板１１の形状と寸法が、上記電池容器の底面と実質的に同じ形状および寸法であるため、複数の積層電極体６aと６ｂに共通に１つだけ樹脂板１１が設けられていたが、電池１ｂでは、各積層電極体にそれぞれ１つの絶縁性の樹脂板１１ａ（寸法は、積層電極体６のＸＹ平面の寸法と実質的に同一）が配置されている点である。そして、積層電極体６を挟んで配置される袋状の第２セパレータ１３に収納された２つのダミー電極板１７ａのＺ方向の端部のうち-Ｚ側の端部に形成された鉤部１７ｂ、１７ｃとダミー電極板１７ａとで当該積層電極板６に対応して配置される樹脂板１１ａを抱え込む構成としている点である。

詳述すると、鉤部１７ｂおよび鉤部１７ｃは、ダミー電極板１７ａの上記-Ｚ側の端部に電気的に接続される構成である。そして、鉤部１７ｂおよび鉤部１７ｃとでダミー電極板１７ａと後述の鉤状の形状を維持できるように直接的又は間接的に物理的に接続されている。
図３では、ダミー電極板１７ａのＸＹ平面における面をＺ方向にやや長めに設計及び形成し、当該長めに形成されたダミー電極板１７ａの部位をＹ方向に折り曲げて鉤部１７ｂおよび鉤部１７ｃを形成している。ダミー電極板１７ａから+Ｙ方向に曲げられた上記部位は鉤部１７ｂとなり、ダミー電極板１７ａから-Ｙ方向に曲げられた上記部位は鉤部１７ｃとなる。これらいずれの鉤部も、ＹＺ平面で見て、ダミー電極板１７ａと約９０°となるよう配置される。当該折り曲げは、ダミー電極板１７ａを袋状の第２セパレータ１３に内包してから行うと、製造がより容易となる。
なお、図３では、鉤部１７ｂおよび鉤部１７ｃはダミー電極板１７ａの一部を折り曲げて形成された例を示したが、ダミー電極板１７ａとは別体の金属を溶接等して形成してもよい。

そして、鉤部１７ｂの形成されたダミー電極板１７ａと鉤部１７ｃの形成されたダミー電極板１７ａとで第２実施形態の電池１ａと同様に積層電極体６を挟み込み、且つ、鉤部１７ｂと鉤部１７ｃとで、当該積層電極体６とこれら鉤部との間に配置される樹脂板１１aを支える状態とした上で、第２実施形態の電池１ａと同様にこれら２つのダミー電極板１７ａ同士を図示しない絶縁テープでしっかり接続し、積層電極体６をこれら２つのダミー電極板１７ａの間に固定する。また、第２実施形態の電池１ａと同様に、全ての正極タブ１５とダミー電極タブは正極端子８に接続されるので、ダミー電極板１７ａは正極電位となる。

この構成により、第２実施形態の電池１ａと同様に、上記微短絡が生じて電池容器の内部の温度が急激に上昇し続けた場合、ダミー電極板１７ａを包む第２セパレータ１３が第１セパレータ５よりも早く溶融等し、積層電極体６のＹ方向の両端に存在する２つの負極板４と正極電位となっているダミー電極板１７ａとが「面」で直接的に接触する。これにより、電池の安全性を向上させることができる。なお、第２セパレータ１３が溶融等すると、ダミー電極板１７ａは電池容器とも接触するが、いずれも同一極性の電位であるので上記安全性の向上に特段の影響はない。
また、ダミー電極板１７ａが収納容器２へ積層電極体６を挿入する際の挿入ガイドとなり、積層電極体６を保護するので、正極板３や負極板４の折れ曲がり等を防止することができる。特に、本実施形態では、第２実施形態に比べＹ方向に大きな寸法を持った鉤部１７ｂ又は鉤部１７ｃが当該挿入時に収納容器２の壁面に接触することになるので、挿入ガイドとしての機能をより強化することができている。従って、第２実施形態の電池１ａに比べ、正極板３や負極板４の折れ曲がり等をより強固に防止することができる。従って、電池の故障をより防止することができるので、電池の安全性のみならず電池の性能をもさらに向上させることができる。
さらに、第２実施形態で述べたダミー電極板１７ａを貫通する小孔を複数形成するのみならず、樹脂板１１ａにもＺ方向に貫通する小孔を複数形成すれば、電解液がより効果的に循環できるため、第２実施形態で述べた電池１ａに比べ、電池の性能をさらに向上させることができる。
その上、上記微短絡が生じた場合には電池容器の壁面よりも電池容器の中央付近が高温となりがちであるが、複数の積層電極体６の間に介在するダミー電極板１７ａ、ここでは積層電極体６ａと積層電極体６ｂとの間に介在する２つのダミー電極板１７ａが電池容器に接触し、当該中央付近の熱を電池容器外部へ放熱することができる。この際、第２セパレータ１３が溶融等して鉤部１７ｂ及び鉤部１７ｃが電池容器と接触することになるが、これら鉤部は積層電極体６の自重によって-Ｚ方向に電池容器へ押し付けられるので、より確実且つより効果的に当該放熱を行うことができる。従って、電池の安全性をさらに向上させることができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の電池１ｃを、図４を用いて説明する。電池１ｃの電池容器は電池１の電池容器と同様の形状であり、電池１ｃの正面（ＸＺ平面）からの透視概要図は、図１（ａ）と同様であるので省略する。図４は、電池１の図１（ｂ）に相当するＹＺ平面における断面概要図である。また、図４において、図１と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
第４実施形態の電池１ｃと第１実施形態の電池１との相違点の１つは、電池１では袋状の第１セパレータ５に正極板３が内包されていたが、電池１ｃでは袋状の第１セパレータ５に正極板３ではなく負極板４が内包される点である。また、電池１ｃでは、正極板３を袋状のセパレータで内包しない構成とすることに伴い、積層電極体６のＹ方向の両端に配置される負極板４が袋状の第２セパレータ１３に内包される。すなわち、第２セパレータ１３は袋状に形成され、当該袋の内部に負極板４の全面が収められ且つ当該袋の内部から外部へ負極タブ１６が飛び出るように、当該袋に負極板４が配置される。このため、当該第２セパレータ１３が壁面用樹脂１２として機能するので、電池１ｃでは、電池１で配置していた壁面用樹脂１２を別途設けなくてもよい。
さらに、電池１と同様、ダミー電極板１７が積層電極体６の内部に配置される正極板３の１つ、特に、当該内部の中央付近に配置される正極板３の１つと差し替えられて当該正極板３と同位置に配置される。しかし、電池１では袋状の第２セパレータ１３にダミー電極板１７が内包されていたが、電池１ｃではダミー電極板１７は袋状のセパレータに内包されていない。また、このため、電池１ｃではダミー電極板１７に直近の２つの負極板４は袋状の第１セパレータ５ではなく袋状の第２セパレータ１３に内包される。
なお、電池１と同様、電池１ｃにおいても、全ての正極タブ１５とダミー電極タブは揃えて積層され且つ正極端子８に接続されるので、ダミー電極板１７は正極電位となる。

この構成により、第１実施形態の電池１と同様に、上記微短絡が生じて電池容器の内部の温度が急激に上昇し続けた場合、負極板４を包む第２セパレータ１３が第１セパレータ５よりも早く溶融等し、積層電極体６のＹ方向の両端に存在する２つの負極板４と正極電位となっている電池容器とが「面」で直接的に接触する。これにより、電池の安全性を向上させることができる。なお、第２セパレータ１３が溶融等すると、当該両端に存在する２つの負極板４はそれぞれ正極板３とも接触することになるが、電池容器との接触の方が正極板３との接触に比べ電気抵抗が小さいため、電流は電池容器との接触面に集中して流れる。従って、正極板３と負極板４との接触による発熱の影響は小さく、上記安全性の向上に特段の影響はない。
また、第１実施形態の電池１と同様に、上記微短絡が生じて電池容器の内部の温度が急激に上昇し続けた場合、積層電極体６の中央付近でも負極板４を包む第２セパレータ１３が第１セパレータ５よりも早く溶融等し、ダミー電極板１７のＹ軸方向の両端に存在する２つの負極板４と正極電位となっているダミー電極板１７とが「面」で直接的に接触する。これにより、上述した電池容器で生じる「面」での短絡に加え、当該ダミー電極板１７での「面」での短絡も生じるため、より早く電池としての機能を失わせることができる。すなわち、上記所定時間を短縮することができる。よって、電池の安全性をより向上させることができる。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態の電池１ｄを、図５を用いて説明する。電池１ｄの電池容器は電池１の電池容器と同様の形状であり、電池１ｄの正面（ＸＺ平面）からの透視概要図は、図１（ａ）と同様であるので省略する。図５は、電池１の図１（ｂ）に相当するＹＺ平面における断面概要図である。また、図５において、第２実施形態の電池１ａを示す図２と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
第５実施形態の電池１ｄと第２実施形態の電池１ａとの相違点の１つは、電池１ａでは袋状の第１セパレータ５に正極板３が内包されていたが、電池１ｄでは袋状の第１セパレータ５に正極板３ではなく負極板４が内包される点である。また、電池１ｄでは、正極板３を袋状のセパレータで内包しない構成とすることに伴い、複数の積層電極体６（積層電極体６ａ及び６ｂ）のそれぞれのＹ方向の両端に配置される負極板４が袋状の第２セパレータ１３に内包される。
さらに、電池１ａではダミー電極板１７ａは袋状の第２セパレータ１３に内包されていたが、電池１ｄではダミー電極板１７ａは袋状のセパレータに内包されない。電池１ｄでは第１実施形態の電池１で設けた壁面用樹脂１２を別途設けないこともあって、複数のダミー電極板１７ａのうち電池容器に直近のダミー電極板１７ａは、直接的に電池容器に「面」で接触することになる。ただし、複数の積層電極体６（積層電極体６ａ及び６ｂ）のそれぞれのＹ方向の両端に配置される負極板４を内包する第２セパレータ１３が壁面用樹脂１２として機能する。
なお、次の点は、電池１ｄにおいても電池１ａと同様である。すなわち、積層電極体６のＹ方向の両端に配置される袋状の第２セパレータ１３に包まれた負極板４のうち、-Ｙ側に配置される負極板４の-Ｙ側へダミー電極板１７ａを１つ、また、+Ｙ側に配置される負極板４の+Ｙ側へダミー電極板１７ａを１つ配置して、全ての正極板３及び負極板４がダミー電極板１７ａのＸＺ平面における面内に収まるようにこれら２つのダミー電極板１７ａで積層電極体６を挟みこむ。そして、これら２つのダミー電極板１７ａ同士を図示しない絶縁テープでしっかり接続することで、上述のように正極板３を負極板４の面内に配置した状態を維持して積層電極体６をこれら２つのダミー電極板１７ａの間に固定する。この際、ダミー電極板１７ａのダミー電極タブはＹ方向から見て正極タブ１５と重なり且つ当該ダミー電極タブが負極タブ１６と接触しないように配置される。従って、全ての正極タブ１５と当該ダミー電極タブは揃えて積層されることになり、また、これらのタブは正極端子８に接続されるので、ダミー電極板１７ａは正極電位となる。

この構成により、第２実施形態の電池１ａと同様に、上記微短絡が生じて電池容器の内部の温度が急激に上昇し続けた場合、負極板４を包む第２セパレータ１３が第１セパレータ５よりも早く溶融等し、負極板４と正極電位となっているダミー電極板１７ａとが「面」で直接的に接触する。これにより、電池の安全性を向上させることができる。
また、ダミー電極板１７ａが収納容器２へ積層電極体６を挿入する際の挿入ガイドとなり、積層電極体６を保護するので、正極板３や負極板４の折れ曲がり等を防止することができる。従って、電池の故障をより防止することができるので、電池の安全性のみならず電池の性能をもさらに向上させることができる。
さらに、上述のように、電池容器に直近のダミー電極板１７ａは直接的に電池容器に「面」で接触するので、電池容器は正極電位となる。従って、第１実施形態から第４実施形態で述べた各電池に配置していた導電部１４は設けなくてもよい。すなわち、第１実施形態から第４実施形態で述べた各電池よりも部品数を減少させることができるので、製造コストを低減させることができる。なお、当該効果を鑑みない場合には、第２実施形態の電池１aと同様、ダミー電極板１７ａを袋状の第２セパレータ１３に内包してもよい。この場合には、当該第２セパレータ１３も壁面用樹脂１２として機能する。

［第６実施形態］
次に、第６実施形態の電池１ｅを、図６を用いて説明する。電池１ｅの電池容器は電池１の電池容器と同様の形状であり、電池１ｅの正面（ＸＺ平面）からの透視概要図は、図１（ａ）と同様であるので省略する。図６は、電池１の図１（ｂ）に相当するＹＺ平面における断面概要図である。また、図６において、第３実施形態の電池１ｂを示す図３と同一の構成については、同一番号を付して説明を省略する。
第６実施形態の電池１ｅと第３実施形態の電池１ｂとの相違点の１つは、電池１ｂでは袋状の第１セパレータ５に正極板３が内包されていたが、電池１ｅでは袋状の第１セパレータ５に正極板３ではなく負極板４が内包される点である。また、電池１ｅでは、正極板３を袋状のセパレータで内包しない構成とすることに伴い、複数の積層電極体６（積層電極体６ａ及び６ｂ）のそれぞれのＹ方向の両端に配置される負極板４が袋状の第２セパレータ１３に内包される。
さらに、電池１ｂでは鉤部１７ｂまたは鉤部１７ｃを備えたダミー電極板１７ａは袋状の第２セパレータ１３に内包されていたが、電池１ｅでは当該ダミー電極板１７ａは袋状のセパレータに内包されない。電池１ｅでは第１実施形態の電池１で設けた壁面用樹脂１２を別途設けないこともあって、複数のダミー電極板１７ａのうち電池容器に直近の鉤部１７ｂまたは鉤部１７ｃを備えたダミー電極板１７ａは、直接的に電池容器に「面」で接触することになる。ただし、複数の積層電極体６（積層電極体６ａ及び６ｂ）のそれぞれのＹ方向の両端に配置される負極板４を内包する第２セパレータ１３が壁面用樹脂１２として機能する。
なお、次の点は、電池１ｅにおいても電池１ｂと同様である。すなわち、鉤部１７ｂの形成されたダミー電極板１７ａと鉤部１７ｃの形成されたダミー電極板１７ａとで第２実施形態の電池１ａと同様に積層電極体６を挟み込み、且つ、鉤部１７ｂと鉤部１７ｃとで、当該積層電極体６とこれら鉤部との間に配置される樹脂板１１ａを支える状態とした上で、第２実施形態の電池１ａと同様にこれら２つのダミー電極板１７ａ同士を図示しない絶縁テープでしっかり接続し、積層電極体６をこれら２つのダミー電極板１７ａの間に固定する。また、第２実施形態の電池１ａと同様に、全ての正極タブ１５とダミー電極タブは正極端子８に接続されるので、ダミー電極板１７ａは正極電位となる。

この構成により、第３実施形態の電池１ｂと同様に、上記微短絡が生じて電池容器の内部の温度が急激に上昇し続けた場合、第２セパレータ１３が第１セパレータ５よりも早く溶融等し、積層電極体６のＹ方向の両端に存在する２つの負極板４と正極電位となっているダミー電極板１７ａとが「面」で直接的に接触する。これにより、電池の安全性を向上させることができる。
また、ダミー電極板１７ａが収納容器２へ積層電極体６を挿入する際の挿入ガイドとなり、積層電極体６を保護するので、第３実施形態の電池１ｂと同様に、正極板３や負極板４の折れ曲がり等を防止することができる。従って、電池の故障をより防止することができるので、電池の安全性のみならず電池の性能をもさらに向上させることができる。
さらに、鉤部１７ｂ及び鉤部１７ｃが積層電極体６の自重によって-Ｚ方向に押し付けられ、第２セパレータ１３を介さずに電池容器と直接的に接触しているので、第３実施形態の電池１ｂよりも、より早く且つより効果的に放熱を行うことができる。従って、電池の安全性をさらに向上させることができる。
その上、上述のように、電池容器に直近のダミー電極板１７ａは直接的に電池容器に「面」で接触するので、電池容器は正極電位となる。従って、第５実施形態の電池１ｄと同様、第１実施形態から第４実施形態で述べた各電池に配置していた導電部１４は設けなくてもよい。すなわち、第１実施形態から第４実施形態で述べた各電池よりも部品数を減少させることができるので、製造コストを低減させることができる。なお、当該効果を鑑みない場合には、第３実施形態の電池１ｂと同様、ダミー電極板１７ａを袋状の第２セパレータ１３に内包してもよい。この場合には、当該第２セパレータ１３も壁面用樹脂１２として機能する。

本発明は上述した実施形態及びこれらの組み合わせに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限りで種々の変形が可能である。例えば、電池容器の形状は角型として説明したが、円筒型であってもよい。同様に、上記積層電極体６は、複数の正極板と複数の負極板とがそれぞれセパレータを介して順次積層された積層電極体（積層型積層電極体）でもよいし、１つの正極板と１つの負極板とが１つのセパレータを介して積層され且つ巻かれた状態の積層電極体（捲回型積層電極体）でもよい。なお、積層電極体６が積層型積層電極体である場合には、正極板３と負極板４の数は１以上、すなわち適宜複数に設計が可能である。
また、上述した実施形態では、積層電極体６をＸ方向から見たＹ方向の両端に負極板４が配置され且つ電池容器を正極電位にすべく導電部１４が正極端子８と蓋７との間に接続しているが、電池の材料（活物質、電解液等）に応じて、積層電極体６の当該両端に正極板３を配置し且つ電池容器を負極電位にすべく導電部１４を負極端子９と蓋７との間に接続してもよい。
さらに、上述した実施形態では電池容器を導電性として説明したが、ダミー電極板１７または１７ａを用いる構成であれば、電池容器をプラスチック製等の絶縁性の樹脂で形成してもよい。そして、この場合には樹脂１０は形成せずともよい。

１a、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ…電池、
２…収納容器、３…正極板、４…負極板、５…セパレータ（第１セパレータ）、
６、６a、６b…積層電極体、
７…蓋、８…正極端子、９…負極端子、１０…樹脂、１１…樹脂板、
１２…壁面用樹脂、１３…第２セパレータ、
１４…導電部、１５…正極タブ、１６…負極タブ、
１７、１７ａ…ダミー電極板、
１７ｂ、１７ｃ…鉤部、

Claims

第１セパレータを介して第１極性の電位の第１電極板と第２極性の電位の第２電極板とが積層された積層電極体と、
前記積層電極体を密閉して収納し且つ前記第１極性の電位に帯電した電池容器と、
前記電池容器に収納された前記積層電極体と前記電池容器との間に配置される壁面用樹脂とを有し、
前記第１セパレータが溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第１温度よりも、前記壁面用樹脂が溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第２温度は低い温度であり、前記電池容器の内部が前記第２温度以上の温度となった場合に、前記電池容器と前記第２電極板とが接触又は電気的に短絡することを特徴とする電池。
前記壁面用樹脂は袋状の第２セパレータであり、前記第２電極板は前記袋状の第２セパレータに内包されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記第１極性の電位の第１ダミー電極板及び第２ダミー電極板と、
前記第２温度で溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第２セパレータと
をさらに有し、
前記積層電極体は、前記第２セパレータを介して前記第１ダミー電極板と前記第２ダミー電極板とで挟まれて前記第１ダミー電極板と前記第２ダミー電極板との間に固定され、前記電池容器の内部が前記第２温度以上の温度となった場合に、前記第１ダミー電極板又は前記第２ダミー電極板と前記第２電極板とが接触することを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記第１ダミー電極板及び前記第２ダミー電極板はそれぞれ鉤部を備え、前記鉤部が前記積層電極体と前記電池容器の間に介在して配置され且つ前記積層電極体の自重によって前記鉤部が前記電池容器に押し付けられることを特徴とする請求項３に記載の電池。
前記第１極性は正極であり、前記第２極性は負極であり、前記第１電極板は正極板であり、前記第２電極板は負極板であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の電池。
前記第１極性は負極であり、前記第２極性は正極であり、前記第１電極板は負極板であり、前記第２電極板は正極板であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の電池。
第１セパレータを介して第１極性の電位の第１電極板と第２極性の電位の第２電極板とが積層された積層電極体と、
前記第１極性の電位のダミー電極板と、
前記第２電極板と前記ダミー電極板と間に介在して配置される第１壁面用樹脂と、
前記積層電極体、前記ダミー電極板、及び前記第１壁面用樹脂を密閉して収納する電池容器と
を有し、
前記第１セパレータが溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第１温度よりも、前記第１壁面用樹脂が溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第２温度は低い温度であり、前記電池容器の内部が前記第２温度以上の温度となった場合に、前記第２電極板と前記ダミー電極板とが接触又は電気的に短絡することを特徴とする電池。
前記第１壁面用樹脂は袋状の第２セパレータであり、前記ダミー電極板を内包することを特徴とする請求項７に記載の電池。
前記電池容器と前記積層電極体との間に配置され且つ前記第２温度で溶融又は収縮をしてそれ自体の消滅又は破壊を引き起こす第２壁面用樹脂をさらに有し、
前記電池容器の内部が前記第２温度以上の温度となった場合に、前記電池容器と前記第２電極板とが接触又は電気的に短絡することを特徴とする請求項７に記載の電池。
前記第１極性は正極であり、前記第２極性は負極であり、前記第１電極板は正極板であり、前記第２電極板は負極板であることを特徴とする請求項７、請求項８、または請求項９に記載の電池。