JP2020004650A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池に関するものである。 The present invention relates to a secondary battery.
電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV、PHEV)の駆動用電源、太陽光発電、風力発電等の出力変動を抑制するための用途や夜間に電力をためて昼間に利用するための系統電力のピークシフト用途等の定置用蓄電池システム等において、アルカリ二次電池や非水電解質二次電池が使用されている。 Power supply for driving electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs and PHEVs), applications for suppressing output fluctuations such as solar power generation and wind power generation, and system power for storing power at night and using it during the day Alkaline secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries are used in stationary storage battery systems for peak shift applications.
このような用途に使用される電池では、例えば下記特許文献1に示されているように、電池外装体内の圧力が高まったときに内圧を開放するガス排出弁を設けるだけでなく、外部端子と外装体内部の電極体との間の電気的接続を遮断する電流遮断機構が設けられている。
In a battery used for such an application, for example, as shown in
電流遮断機構においては、例えば特許文献1に開示された技術のように、変形板に溶接された集電体に溝状のノッチ部を設ける構造が採用されている。そしてこの構造では、電池ケース内圧力が高まって変形板が変形するとノッチ部が破断して外部端子と電極体との間の電気的接続を遮断する。
The current interrupting mechanism adopts a structure in which a current collector welded to a deformed plate is provided with a groove-shaped notch, as in the technique disclosed in
電流遮断機構は上述のように作動するが、重要なのは多数の電池を作製する際にいずれの電池においても電池ケース内において決められた圧力値になったときに電流遮断機構が安定的に作動することである。 The current cutoff mechanism operates as described above, but what is important is that when producing a large number of batteries, the current cutoff mechanism operates stably when a predetermined pressure value is obtained in the battery case in any of the batteries. That is.
電池の組み立て工程において部品に衝撃荷重がかかったり、部品の成形時に微小な亀裂が入ったり、部品形状にバラツキが生じたりする等に起因する作動圧力のバラツキは回避が非常に困難である。しかしながら、このような組み立て工程や部品作成工程に起因するバラツキ要素が存在していても、これらの要素に左右されず、むしろその影響を打ち消して電流遮断機構の作動圧のバラツキを小さくするための検討を行ったところ、変形板の形状を工夫することにより電流遮断機構の作動圧のバラツキを小さくできることを本願発明者は見出した。 It is very difficult to avoid a variation in operating pressure due to an impact load applied to a part in a battery assembling process, a minute crack during molding of the part, a variation in the part shape, and the like. However, even if there are variation elements caused by such an assembling process or a component creation process, the variation factors of the operating pressure of the current interrupting mechanism are reduced without being influenced by these factors. As a result of the study, the inventor of the present application has found that variations in the operating pressure of the current interrupting mechanism can be reduced by devising the shape of the deformed plate.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電流遮断機構の作動圧のバラツキを小さくしていずれの電池においても電流遮断機構が安定的に作動する二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to reduce the variation in the operating pressure of the current cutoff mechanism and to make the current cutoff mechanism operate stably in any battery. Is to provide.
本発明の第1の二次電池は、開口を有する電池ケースと、前記電池ケースに収納された、正極および負極を含む電極体と、前記正極又は負極に電気的に接続された集電体と、前記電池ケースの前記開口を封口する封口板と、前記封口板に取り付けられた外部端子と、前記封口板と前記電極体との間に位置し、前記外部端子に電気的に接続され、前記電極体側に開口部分を有する導電部材と、前記開口部分を密閉し、前記集電体に接続され、前記電池ケース内の圧力が所定値となったときに変形する変形板とを備え、前記変形板は略矩形形状を有していて、一対の長辺と一対の短辺を有しているとともに、前記長辺に対して実質的に平行であって且つ前記変形板と前記集電体との接続部よりも一方の前記長辺側に配置される第1溝と、前記長辺に対して実質的に平行であって且つ前記変形板と前記集電体との接続部よりも他方の前記長辺側に配置される第2溝とを有する構成を有している。略矩形形状とは、矩形そのものを含み、矩形の角部分がRを有して(長辺と短辺との交差部分が曲線で構成されて)いるものも含む概念である。実質的に平行とは、2つの辺のなす角が10°以下であることであり、好ましくは5°以下である。 A first secondary battery of the present invention includes a battery case having an opening, an electrode body containing a positive electrode and a negative electrode housed in the battery case, and a current collector electrically connected to the positive electrode or the negative electrode. A sealing plate for sealing the opening of the battery case, an external terminal attached to the sealing plate, located between the sealing plate and the electrode body, electrically connected to the external terminal, A conductive member having an opening on the electrode body side; and a deformable plate that seals the opening, is connected to the current collector, and deforms when a pressure in the battery case reaches a predetermined value. The plate has a substantially rectangular shape, has a pair of long sides and a pair of short sides, and is substantially parallel to the long side and the deformable plate and the current collector A first groove disposed on one of the long sides with respect to the connecting portion; It has a configuration and a second groove disposed on the other of the long sides of the connection portion between the A and and the deformable plate substantially parallel the current collector for. The substantially rectangular shape is a concept including a rectangle itself and a rectangle having a corner portion having an R (an intersection between a long side and a short side is formed by a curve). Substantially parallel means that the angle between the two sides is 10 ° or less, and preferably 5 ° or less.
前記変形板は、前記短辺に対して実質的に平行であって且つ前記変形板と前記集電体との接続部よりも一方の前記短辺側に配置される第3溝と、前記短辺に対して実質的に平行であって且つ前記変形板と前記集電体との接続部よりも他方の前記短辺側に配置される第4溝とを有している構成であってもよい。 A third groove that is substantially parallel to the short side and that is disposed on one of the short sides relative to a connection portion between the deformable plate and the current collector; A fourth groove that is substantially parallel to the side and has a fourth groove disposed on the other short side of the connection portion between the deformable plate and the current collector. Good.
前記一方の前記長辺と前記第1溝との間の距離及び前記他方の前記長辺と前記第2溝との間の距離は、前記一方の前記短辺と前記第3溝との間の距離及び前記他方の前記短辺と前記第4溝との間の距離よりも小さい構成であってもよい。 The distance between the one long side and the first groove and the distance between the other long side and the second groove are between the one short side and the third groove. The distance may be smaller than the distance between the other short side and the fourth groove.
前記第1溝は前記第3溝及び前記第4溝と連結されており、前記第2溝は前記第3溝及び前記第4溝と連結されている構成であってもよい。 The first groove may be connected to the third groove and the fourth groove, and the second groove may be connected to the third groove and the fourth groove.
前記変形板は平面視においてU字形状のU字溝をさらに有しており、前記U字溝を構成する実質的に平行な一対の直線状の溝は、前記一対の前記長辺間の中心線を挟んで前記長辺に沿って延びており、前記U字溝の前記一対の直線状の溝を結ぶ部分は前記一対の直線状の溝よりも前記変形板の周縁側に位置している構成であってもよい。 The deforming plate further has a U-shaped groove having a U-shape in a plan view, and a pair of substantially parallel linear grooves constituting the U-shaped groove has a center between the pair of long sides. A portion of the U-shaped groove connecting the pair of linear grooves is located closer to the periphery of the deformable plate than the pair of linear grooves. It may be a configuration.
本発明の第2の二次電池は、開口を有する電池ケースと、前記電池ケースに収納された、正極および負極を含む電極体と、前記正極又は負極に電気的に接続された集電体と、前記電池ケースの前記開口を封口する封口板と、前記封口板に取り付けられた外部端子と、前記封口板と前記電極体との間に位置し、前記外部端子に電気的に接続され、前記電極体側に開口部分を有する導電部材と、前記開口部分を密閉し、前記集電体に接続され、前記電池ケース内の圧力が所定値となったときに変形する変形板とを備え、前記変形板は略矩形形状を有していて、略矩形形状の中央部分において前記集電体と接続されているとともに、平面視においてU字形状のU字溝を有しており、前記U字溝を構成する実質的に平行な一対の直線状の溝は、略矩形形状の2つの長辺間の中心線を挟んで前記長辺に沿って延びており、前記U字溝の前記一対の直線状の溝を結ぶ部分は前記一対の直線状の溝よりも前記変形板の周縁側に位置している構成を有している。 A second secondary battery of the present invention includes a battery case having an opening, an electrode body containing a positive electrode and a negative electrode, which is housed in the battery case, and a current collector electrically connected to the positive electrode or the negative electrode. A sealing plate that seals the opening of the battery case, an external terminal attached to the sealing plate, located between the sealing plate and the electrode body, electrically connected to the external terminal, A conductive member having an opening on the electrode body side; and a deformable plate that seals the opening, is connected to the current collector, and deforms when a pressure in the battery case reaches a predetermined value. The plate has a substantially rectangular shape, is connected to the current collector at a central portion of the substantially rectangular shape, and has a U-shaped groove having a U-shape in plan view. A pair of substantially parallel linear grooves that constitutes a substantially rectangular shape. A portion extending between the pair of linear grooves of the U-shaped groove, the portion extending along the long side with a center line between two long sides of the U-shaped groove being more deformed than the pair of linear grooves. It has a configuration located on the peripheral side of the plate.
本発明の二次電池は、変形板に長辺に沿った溝が設けられているので変形板が変形しやすくなって、電流遮断機構を安定して作動させることができる。 In the secondary battery of the present invention, since the groove along the long side is provided in the deformable plate, the deformable plate is easily deformed, and the current cutoff mechanism can be operated stably.
本発明の実施形態について具体的に説明を行う前に、本発明者が本発明に想到した経緯を簡単に説明する。 Before the embodiment of the present invention is specifically described, the background that the present inventor came to the present invention will be briefly described.
発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、電流遮断機構において電池の組み立て工程や部品作成工程に起因する作動圧力のバラツキ要素が存在している場合、ノッチ部(薄肉部)の厚み(残肉厚み)を大きくすると相対的にはバラツキ要素の影響度合を減少させることができるので、ノッチ部の厚みを大きくすることが好ましいと考えられる。しかしながら、破断する部分であるノッチ部の厚みを大きくするということは、電流遮断機構の作動圧力が大きくなってしまうことなので、単にノッチ部の厚みを大きくすることはできない。そこで、本発明者はノッチ部の厚みを大きくしても、電流遮断機構の作動圧力を大きくしないための工夫を様々に検討したところ、本発明を想到するにいたった。 As described in the section of the problem to be solved by the invention, when there is a variation element of the operating pressure due to the battery assembling process or the component making process in the current interrupting mechanism, the thickness of the notch (thin portion) Increasing the (remaining thickness) can relatively reduce the degree of influence of the variation element, so it is considered preferable to increase the thickness of the notch. However, increasing the thickness of the notch portion, which is the portion to be broken, increases the operating pressure of the current interrupting mechanism, and thus cannot simply increase the thickness of the notch portion. Therefore, the present inventor has made various studies to prevent the operating pressure of the current interrupting mechanism from being increased even if the thickness of the notch portion is increased, and came to the present invention.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description of the preferred embodiments below is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its applications, or its uses. In the drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numeral for simplification of description.
(実施形態1)
最初に、実施形態1の二次電池を図1〜図4を用いて説明する。本実施形態の二次電池は、正極板と負極板とがセパレータ(何れも図示省略)を介して巻回された扁平状の電極体110を有している。正極を構成している正極板は、アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に正極活物質合剤を塗布し、乾燥及び圧延した後、アルミニウム箔が一方の端部に長手方向に沿って帯状に露出するようにスリットすることにより作製される。また、負極を構成している負極板は、銅箔からなる負極芯体の両面に負極活物質合剤を塗布し、乾燥及び圧延した後、銅箔が一方の端部に長手方向に沿って帯状に露出するようにスリットすることによって作製される。
(Embodiment 1)
First, the secondary battery of
そして、上述のようにして得られた正極板及び負極板を、正極板の正極芯体が露出した部分と負極板の負極芯体が露出した部分とがそれぞれ対向する電極と重ならない領域を有するようにずらして、ポリプロピレン及びポリエチレンからなる微多孔質セパレータを介して積層し巻回することで、電極体110が作製される。電極体110の巻回軸方向の一方の端部には正極芯体露出部141が形成され、他方の端部には負極芯体露出部140が形成される。
The positive electrode plate and the negative electrode plate obtained as described above have a region where the positive electrode core of the positive electrode plate is exposed and the portion of the negative electrode plate where the negative electrode core is exposed do not overlap with the electrodes facing each other. The
正極芯体露出部141は、正極集電体10を介して外部端子である正極端子130に電気的に接続される。正極芯体露出部141の一方の外面には、正極集電体10のリード部14が溶接接続される。正極芯体露出部141の他方の外面には、正極集電体10の受け部材143が溶接接続される。正極芯体露出部141の一方の外面と正極集電体10のリード部14との間には、開口を有する絶縁フィルムが配置され、絶縁フィルムの開口を通じて正極芯体露出部141と正極集電体10のリード部14とが溶接接続される。正極芯体露出部141の他方の外面と正極集電体10の受け部材143との間には、開口を有する絶縁フィルム147が配置され、絶縁フィルム147の開口を通じて正極芯体露出部141と正極集電体10の受け部材143とが溶接接続される。なお、正極集電体10の受け部材143、絶縁フィルム147、及び正極芯体露出部141の一方の外面と正極集電体10のリード部14との間に配置された絶縁フィルムは必須の構成ではなく、省略することができる。
The positive electrode core exposed
また、正極集電体10は第1絶縁部材50及び第2絶縁部材150によって封口板120と電気的に絶縁されている。
The positive electrode
負極芯体露出部140は、負極集電体20を介して外部端子である負極端子132に電気的に接続される。負極芯体露出部140の一方の外面には、負極集電体20のリード部114が溶接接続される。負極芯体露出部140の他方の外面には、負極集電体20の受け部材142が溶接接続される。負極芯体露出部140の一方の外面と負極集電体20のリード部114との間には、開口を有する絶縁フィルムが配置され、絶縁フィルムの開口を通じて、負極芯体露出部140と負極集電体20のリード部114とが溶接接続される。負極芯体露出部140の他方の外面と負極集電体20の受け部材142との間には、開口を有する絶縁フィルム146が配置され、絶縁フィルム146の開口を通じて、負極芯体露出部140と負極集電体20の受け部材142とが溶接接続される。なお、負極集電体20の受け部材142、絶縁フィルム146、及び負極芯体露出部140の一方の外面と負極集電体20のリード部114との間に配置された絶縁フィルムは必須の構成ではなく、省略することができる。
The negative electrode core exposed
また、負極集電体20は負極側絶縁部材52aによって、封口板120と電気的に絶縁されている。
Further, the negative electrode
正極端子130、負極端子132はそれぞれ端子部絶縁部材152,154を介して封口板120に固定されている。本実施形態の二次電池では、正極と正極端子130の間に感圧式の電流遮断機構が設けられている。
The
電極体110は、封口板120側を除く周囲を樹脂製の絶縁シート161で覆われた状態で、有底筒状の電池ケース100内に収納されている。電池ケース100の開口部は封口板120により封口されている。封口板120には電解液注液孔163が設けられている。電解液注液孔163は、注液後、封止栓により密閉される。また、封口板120には、電流遮断機構の作動圧よりも高いガス圧が加わったときに開放されるガス排出弁162が設けられている。
The
次に、電流遮断機構について説明するが、この電流遮断機構は、正極側及び負極側のいずれに設けてもよい。以下では正極側にのみ設けるものとして説明する。なお、電流遮断機構は、通電経路の一部に設けられた脆弱部分が、当該脆弱部分近傍の部材が電池ケース100内の圧力の上昇に伴い、変形することによって破断して通電が断たれるという機構により機能するものである。
Next, the current interrupting mechanism will be described. The current interrupting mechanism may be provided on either the positive electrode side or the negative electrode side. In the following, a description will be given assuming that only the positive electrode is provided. In the current interrupting mechanism, a weak portion provided in a part of the current path is broken by a member near the weak portion as the pressure in the
図5、図6に示すように、正極端子130は内部に貫通孔が形成されている。そして、正極端子130は、端子部絶縁部材152、封口板120及び第2絶縁部材150及び導電部材30のそれぞれに形成された貫通孔内に挿入され、正極端子130の電池内部側の先端部が導電部材30に圧接されるようにカシメられて互いに一体的に固定されている。これにより、正極端子130は、端子部絶縁部材152及び第2絶縁部材150によって封口板120とは電気的に絶縁された状態で、導電部材30と電気的に接続された状態となっている。図には示していないが、図5、図6では、図示された全構成要素の、第2絶縁部材150に対して封口板120とは反対側に、電極体が存している。なお、正極端子130の電池内部側の先端部と導電部材30の接続部はレーザ溶接等により溶接接続されることが好ましい。また、正極端子130に形成された貫通孔は、上端に金属板159が設けられたゴム製の端子栓158によって封止されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
第2絶縁部材150は、封口板120と導電部材30の間に配置され、封口板120と導電部材30を絶縁している。導電部材30は、電極体110側に断面が略方形状の筒状部32を有しており、封口板120側には封口板120に対して平行に配置されている接続部が形成されている。そして導電部材30に設けられた貫通孔に正極端子130が挿入されている。
The second insulating
導電部材30の筒状部32の電極体側の開口部分は、変形板40によって密閉されている。導電部材30の筒状部32の先端部分と変形板40の周囲とは溶接されている。変形板40は、金属製であることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることがより好ましい。変形板40は、電池ケース100内の圧力が増加して所定値になると、変形板40の中央部が封口板120側(電池の外部側)に近づくように変形する。変形板40の電極体110側の面には正極集電体10が接続される。この正極集電体10は、金属製であることが好ましく、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であることが好ましい。正極集電体10として、例えば、アルミニウム等の金属板を打ち抜きにより作製したものを使用することができる。以上より、通電経路は、電極体の正極から正極集電体10、変形板40、導電部材30そして正極端子130の順で形成されていることになる。
The opening of the
変形板40の中央部以外と正極集電体10との間に第1絶縁部材50が配置されている。第1絶縁部材50は、変形板40と正極集電体10とが接続された変形板の中央部に該当する部分に貫通孔が設けられている。第1絶縁部材50と第2絶縁部材150とは係合により接続・固定されている。固定方法は特に限定されないが、ここでは第1絶縁部材50に形成された爪部55,55を用いてラッチ固定によって固定が行われている。この固定部分は第1絶縁部材50の外周縁部分に形成されている。
The first insulating
正極集電体10には、中央部に貫通孔が形成されている。そして図5に示すように、正極集電体10の中央部の貫通孔の両側にも2つの両脇側の貫通孔がそれぞれ形成されている。また、 第1絶縁部材50には、正極集電体10の中央に設けられた貫通孔に相対する貫通孔が設けられ、その両側には、正極集電体10に設けられた両脇側の2つの貫通孔に対応する位置にそれぞれ突起部が形成されている。
In the positive electrode
これらの第1絶縁部材50の突起部をそれぞれ正極集電体10の両脇側の貫通孔に挿入し、突起部の先端部を加熱し拡径することにより第1絶縁部材50と正極集電体10とが固定される。
The protrusions of the first insulating
正極集電体10の中央部の貫通孔の周囲部分には、他の部分よりも厚さが薄くされた周辺領域18が設けられており、周辺領域18の外周近傍には、貫通孔を囲むように環状の薄肉部15が形成されている。この薄肉部15は厚みが周辺領域18よりも薄くなるように溝状に設けられたものである。また周辺領域18の内周縁には内周リブ部19が設けられ、この内周リブ部19において変形板40とレーザ溶接されて変形板40と正極集電体10とが電気的に接続されている。変形板40は略矩形形状を有しており、その中央部に円形の凸部が設けられており、その凸部の周縁部分に内周リブ部19が溶接されている。なお、内周リブ部19は必須の構成ではなく、内周リブ部19を省略することができる。
A
本実施形態における電流遮断機構の動作は次の通りである。電池ケース100内の圧力が大きくなっていき所定値になった時に、変形板40は変形板40の中央部が封口板120に近づくように変形する。正極集電体10は内周リブ部19において変形板40と溶接されている。そして、薄肉部15は、正極集電体10と変形板40の溶接部分を取り囲んでいる。よって、変形板40の前述の変形によって、薄肉部15が全周破断して変形板40と正極集電体10との電気的接続が断たれ、電流が遮断される。
The operation of the current cutoff mechanism in the present embodiment is as follows. When the pressure in the
本実施形態では、電流遮断機構において薄肉部15の残肉厚みを従来よりも厚めに設定することにより、電流遮断機構における電池の組み立て工程や部品作成工程に起因する作動圧力のバラツキ要素が存在していても相対的にはバラツキ要素の影響度合を減少させている。ただし、薄肉部15の残肉厚みのみを大きくすると、電流遮断機構が機能する電池内圧が従来よりも大きくなってしまい、安全性に支障をきたすおそれがあるため、本実施形態では変形板40の形状を工夫することにより変形板40を変形させやすくして、電流遮断機構が機能する電池内圧を、薄肉部15の厚みが小さい従来と同じ圧力となるようにしている。変形板40の形状について具体的に以下に説明する。
In the present embodiment, by setting the remaining thickness of the
図7は変形板40のみを電極体110が存在している側から見た図(図5,6において下から上に見た図)であって、円形の凸部42が上側に突き出している側の面である。なお、この図には後に説明する溝を示していない。図7に示す面の凸部42の周縁部分に正極集電体10の内周リブ部19(不図示)が溶接されている。変形板40は角が丸められた矩形形状を有しており、中央部に円形の凸部42が形成されていて、電極体110の側に凸部42は突出している。
FIG. 7 is a diagram showing only the
電池ケース100内の圧力が高まってくると、変形板40は図5,6において下から上へ圧がかかって押し上げられる(変形板40が封口板120側に押される)ため、図7に示された面内の大部分では圧縮応力が働いている。しかしながら、変形板40の外周縁は導電部材30の筒状部32の先端部分に溶接されて固定されており、円形の凸部42の周縁部分は正極集電体10の内周リブ部19に溶接されているため、これらの溶接部分に近接した部分には引っ張り応力が働いていて、この応力はこの面内でもっとも大きな応力となっている。
When the pressure in the
定性的には上述の通りであるが、定量的な応力分布を知るために有限要素解析法を用いて、電池ケース100内の圧力が高くなった場合に変形板40に生じる応力のシミュレーションを行った。図8,10,12に変形板40の外周縁に働いている応力を矢印により示す。なお、太さと長さで応力の大きさを示す。
Although qualitatively as described above, a simulation of the stress generated in the
図8,10,12に示すように、変形板40の外周近傍の表面には、外周に対して垂直な方向の大きな引っ張り応力が働いている。それよりも内側には小さな圧縮応力が働いている。本実施形態では、図9に示すように、変形板40の一対の長辺61,62近傍であって大きな応力が働いている部分に、応力の方向に対して垂直な方向に延びる第1溝71及び第2溝72が形成されている。この第1溝71及び第2溝72は、一対の長辺61,62近傍で最大応力が働いている部分を繋いで形成したものである。
As shown in FIGS. 8, 10, and 12, a large tensile stress in a direction perpendicular to the outer periphery acts on the surface near the outer periphery of the
これらの第1溝71及び第2溝72は、変形板40の一対の長辺61,62に実質的に平行であって円形の凸部42よりも一方の長辺61側に配置された第1溝71と、他方の長辺62側に配置された第2溝72である。なお、円形の凸部42は正極集電体10の一部である内周リブ部19に接続されている。
The
応力が働いている部分に、その応力に垂直な方向の溝や切れ目を入れると応力が働くことによって部材が変形しやすくなり、溝や切れ目がない場合に比べて小さな応力で変形する。従って、第1溝71及び第2溝72を設けることによって変形板40が変形しやすくなっている。そして本実施形態では、従来の構造に比較して薄肉部15の残肉厚みを大きくすることにより破断強度を大きくしても、電池ケース100内の圧力が従来と同じ大きさになった時に電流遮断機構を機能させることができる。
When a groove or a cut in a direction perpendicular to the stress is formed in a portion where the stress is applied, the member is easily deformed due to the applied stress, and is deformed with a smaller stress as compared with a case where there is no groove or a cut. Therefore, by providing the
(実施形態2)
実施形態2に係る二次電池は、変形板に形成する溝が実施形態1と異なっており、それ以外の部材や形状等は実施形態1と同じであるので、実施形態1と異なっている部分を以下に説明する。
(Embodiment 2)
The secondary battery according to the second embodiment is different from the first embodiment in the grooves formed in the deformed plate, and the other members and shapes are the same as those in the first embodiment. Will be described below.
本実施形態では図11に示すように、第1溝71、第2溝72に加えて、一対の短辺63,64近傍であって大きな応力が働いている部分に応力の方向に対して垂直な方向に延びる第3溝73および第4溝74が変形板43に形成されている。この第3溝73及び第4溝74は、一対の短辺63,64近傍で最大応力が働いている部分を繋いで形成したものであって、一対の短辺63,64に実質的に平行であって円形の凸部42よりも一方の短辺63側に配置された第3溝73と、他方の短辺64側に配置された第4溝74である。本実施形態では第3溝73及び第4溝74が加えられているので、実施形態1よりもさらに変形板43が変形しやすくなっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, in addition to the
なお、第1溝71と一方の長辺61との距離aは、第3溝73と一方の短辺63との距離bよりも小さく、a<bである。これは長辺61,62と凸部42との距離の方が短辺63,64と凸部42との距離よりも小さいためであって、両端が固定された部分に同じ力がかかった場合に両端の距離が小さい方がその端部に働く応力が大きくなるためである。なお、第1溝71と一方の長辺61との距離と、第2溝72と他方の長辺62との距離は、必ずしも同じでなくてもよい。また、第3溝73と一方の短辺63との距離と、第4溝74と他方の短辺64の距離は、必ずしも同じでなくてもよい。
The distance a between the
(実施形態3)
実施形態3に係る二次電池は、変形板に形成する溝が実施形態2と異なっており、それ以外の部材や形状等は実施形態2と同じであるので、実施形態2と異なっている部分を以下に説明する。
(Embodiment 3)
The secondary battery according to the third embodiment is different from the second embodiment in the grooves formed in the deformed plate, and the other members and shapes are the same as those in the second embodiment. Will be described below.
本実施形態では図13に示すように、変形板45において第1溝71aが第3溝73a及び第4溝74aと連結されており、第2溝72aも第3溝73a及び第4溝74aと連結されている。連結に係る曲線部分も変形板45の外周近傍であって大きな応力が働いている部分に、応力の方向に対して垂直な方向に延びるように設けられている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, the
本実施形態では4つの溝71a,72a,73a,74aが連結により一つに繋がっているので変形しやすいとともに、溝自体の長さが伸びて変形のしやすさに寄与するため、実施形態2よりもさらに変形板45が変形しやすくなっている。
In the present embodiment, since the four
なお、第1溝71aと一方の長辺61との距離は、第3溝73aと一方の短辺63との距離、及び第4溝74aと他方の短辺64の距離よりも小さいことが好ましい。また、第2溝72aと他方の長辺62との距離は、第3溝73aと一方の短辺63との距離、及び第4溝74aと他方の短辺64の距離よりも小さいことが好ましい。これにより、変形板45がより変形しやすくなる。
Note that the distance between the
(実施形態4)
実施形態4に係る二次電池は、変形板に形成する溝が実施形態1と異なっており、それ以外の部材や形状等は実施形態1と同じであるので、実施形態1と異なっている部分を以下に説明する。
(Embodiment 4)
The secondary battery according to the fourth embodiment differs from the first embodiment in the grooves formed in the deformed plate, and other members and shapes are the same as those in the first embodiment. Will be described below.
本実施形態では実施形態1とは変形板の反対側の面の応力分布(シミュレーションによる)に基づいて変形板の形状を決定している。図14は図7とは反対側から変形板41を見た図(図5,6において上から下に見た図)であって、凸部42は窪んでいる。なお、図7と同様にこの図には後に説明する溝を示していない。図15は図14のD部分を拡大して応力分布を矢印により表したものである。変形板41の図14,15に示された面では外周縁と凸部42との間に引っ張り応力が働いている。この応力分布において最大応力かそれに近い応力であって変形板41の中心部と外周とを結ぶ方向に働いている応力について、応力の向きに対して垂直な方向の溝をつなげて形成すると、図16に示すような2つのU字溝80a,80bとなる。なお、2つのU字溝80a,80bの間も溝を形成して両者を繋ぐことは可能であるが、凸部42が存在しているため、凸部42近傍の溝加工は難しいので溝加工が比較的容易な場所のみに溝を形成している。また、外周縁部には実施形態1とは逆に圧縮応力が働いている。
In the present embodiment, the shape of the deformed plate is determined based on the stress distribution (by simulation) on the surface on the opposite side of the deformed plate from that of the first embodiment. FIG. 14 is a view of the
U字溝80a,80bは、平面視(図16を上から見た場合)においてU字の形状を有しており、U字の縦棒2本にあたる略平行な一対の直線状の溝81a,81bは、変形板41の一対の長辺61,62間の中心線を挟んで長辺61,62に沿って延びている。ここで、変形板41の一対の長辺61,62間の中心線とは、長辺61及び長辺62のそれぞれから等距離の位置にあって、長辺61及び長辺62に対して平行に延びる線である。
The
また、一対の直線状の溝81a,81bを結ぶ、U字の底にあたる部分の溝82a,82bは、一対の直線状の溝81a,81bよりも変形板41の周縁側(近い方の短辺側)に位置している。つまり変形板41を一対の長辺61,62のそれぞれの真ん中を結ぶ線で2つに分けたときに、U字溝80a,80bはそれぞれの外周に略平行な形状となっている。
Further, the
本実施形態でも、2つのU字溝80a,80bを設けることによって変形板41が変形しやすくなって、実施形態1と同様の効果を奏する。
Also in the present embodiment, by providing the two
(実施形態5)
実施形態5に係る二次電池は、変形板に形成する溝が実施形態1と異なっており、それ以外の部材や形状等は実施形態1と同じであるので、実施形態1と異なっている部分を以下に説明する。
(Embodiment 5)
The secondary battery according to the fifth embodiment is different from the first embodiment in the grooves formed in the deformed plate, and the other members and shapes are the same as those in the first embodiment. Will be described below.
本実施形態では変形板の凸部42が突出している側の面に、実施形態1に示す第1溝71,第2溝72が形成されており、反対側の面に実施形態4に示す2つのU字溝80a,80bが形成されている。このような2種類の溝が形成されていることにより、実施形態1よりも変形板がさらに変形しやすくなっている。
In the present embodiment, the
(その他の実施形態)
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。
(Other embodiments)
The above-described embodiment is an exemplification of the present invention, and the present invention is not limited to these examples, and well-known technology, conventional technology, and known technology may be combined with these examples or partially replaced. Modified inventions easily conceived by those skilled in the art are also included in the present invention.
実施形態5は実施形態1と実施形態4とを組み合わせた形態であるが、実施形態2と実施形態4とを組み合わせてもよいし、実施形態3と実施形態4とを組み合わせてもよい。 The fifth embodiment is a mode in which the first embodiment and the fourth embodiment are combined, but the second embodiment and the fourth embodiment may be combined, or the third embodiment and the fourth embodiment may be combined.
本願発明の二次電池は、非水電解質二次電池に対しても、ニッケル−水素二次電池等のアルカリ二次電池に対しても適用可能である。また、変形板は、正極集電体及び負極集電体の何れか一方に接続されていれば所定の作用効果が奏されるが、両方に接続されていてもよい。 The secondary battery of the present invention is applicable to both non-aqueous electrolyte secondary batteries and alkaline secondary batteries such as nickel-hydrogen secondary batteries. The deformed plate has a predetermined effect if it is connected to one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, but may be connected to both.
電池ケースは、直方体形状(角形)に限定されず、有底の円筒形状であってもよい。また、導電部材の筒状部も、筒の横断面が長方形に限定されず、円形や楕円形、多角形であっても構わない。 The battery case is not limited to a rectangular parallelepiped shape (square), and may be a cylindrical shape with a bottom. Also, the cross-section of the cylindrical portion of the conductive member is not limited to a rectangle, but may be a circle, an ellipse, or a polygon.
電流遮断機構の、電流の遮断が行われる脆弱部分は、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に設けられていてもよいし、変形板に設けられていてもよいし、集電体と変形板との接続部分に設けられていてもよい。あるいは、集電体と変形板とを金属箔で接続して、この金属箔を脆弱部分としてもよく、例えば集電体に開口を設け、この開口を塞ぐように金属箔を集電体に接続するとともに、変形板にも金属箔を接続させる形態が考えられる。また、脆弱部分は、周辺部分よりも薄肉にした薄肉部にしてもよいし、切り込みやノッチなどにしてもよく、あるいは溶接部分(溶接ナゲット)としてもよい。 The fragile portion of the current interrupting mechanism where the current is interrupted may be provided on at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, may be provided on a deformed plate, or may be provided on the current collector. May be provided at the connection between the and the deformable plate. Alternatively, the current collector and the deformable plate may be connected to each other with a metal foil, and the metal foil may be a fragile portion. For example, an opening is provided in the current collector, and the metal foil is connected to the current collector so as to close the opening. In addition, a form in which a metal foil is connected to the deformed plate is also conceivable. Further, the fragile portion may be a thin portion made thinner than the peripheral portion, a notch or a notch, or a welded portion (weld nugget).
変形板を平面視したとき、変形板の短手方向の長さ(一対の長辺間の距離)は、変形板の長手方向の長さ(一対の短辺間の距離)に対して、1.1〜5倍であることが好ましく、1.2〜4倍であることが好ましく、1.5〜3倍であることがさらに好ましい。 When the deformed plate is viewed in plan, the length of the deformed plate in the short direction (distance between a pair of long sides) is 1 to the length of the deformed plate in the longitudinal direction (distance between a pair of short sides). 0.1 to 5 times, preferably 1.2 to 4 times, and more preferably 1.5 to 3 times.
変形板に形成される溝は、両面のうちいずれの面に形成されていてもよい。また、溝の形状も特に限定されず、断面がV字であってもよいし、U字であってもよく、その他の形状であってもよい。また、溝は変形板を研削等して窪みのみとして形成されていてもよいし、一方の面が凹み他方の面が突出している形状に形成されていてもよい。 The groove formed in the deformed plate may be formed on any of the two surfaces. Also, the shape of the groove is not particularly limited, and the cross section may be V-shaped, U-shaped, or another shape. Further, the groove may be formed as only a depression by grinding the deformed plate or the like, or may be formed in a shape in which one surface is concave and the other surface is protruding.
また、実施形態1においては、外部端子と導電部材が別部品からなる例を示したが、外部端子と導電部材を一つの部品とすることもできる。 Further, in the first embodiment, an example is described in which the external terminal and the conductive member are formed of different components, but the external terminal and the conductive member may be formed as one component.
10 正極集電体
20 負極集電体
30 導電部材
40,41,43,45 変形板
50 第1絶縁部材
61,62 長辺
63,64 短辺
71,71a 第1溝
72,72a 第2溝
73,73a 第3溝
74,74a 第4溝
80a,80b U字溝
81a,81b U字溝を構成する実質的に平行な一対の直線状の溝
82a,82b U字溝を構成する実質的に平行な一対の直線状の溝
100 電池ケース
110 電極体
120 封口板
130 正極端子(外部端子)
132 負極端子(外部端子)
132 Negative electrode terminal (external terminal)
Claims (6)
前記電池ケースに収納された、正極および負極を含む電極体と、
前記正極又は負極に電気的に接続された集電体と、
前記電池ケースの前記開口を封口する封口板と、
前記封口板に取り付けられた外部端子と、
前記封口板と前記電極体との間に位置し、前記外部端子に電気的に接続され、前記電極体側に開口部分を有する導電部材と、
前記開口部分を密閉し、前記集電体に接続され、前記電池ケース内の圧力が所定値となったときに変形する変形板と
を備え、
前記変形板は略矩形形状を有していて、一対の長辺と一対の短辺を有しているとともに、前記長辺に対して実質的に平行であって且つ前記変形板と前記集電体との接続部よりも一方の前記長辺側に配置される第1溝と、前記長辺に対して実質的に平行であって且つ前記変形板と前記集電体との接続部よりも他方の前記長辺側に配置される第2溝とを有する、二次電池。 A battery case having an opening;
An electrode body containing a positive electrode and a negative electrode housed in the battery case,
A current collector electrically connected to the positive electrode or the negative electrode,
A sealing plate for sealing the opening of the battery case,
An external terminal attached to the sealing plate,
A conductive member located between the sealing plate and the electrode body, electrically connected to the external terminal, and having an opening on the electrode body side;
A deformable plate that seals the opening, is connected to the current collector, and deforms when the pressure in the battery case reaches a predetermined value.
The deformable plate has a substantially rectangular shape, has a pair of long sides and a pair of short sides, and is substantially parallel to the long side, and the deformable plate and the current collector A first groove disposed on one of the long sides relative to the connection with the body, and a first groove substantially parallel to the long side and closer to the connection between the deformable plate and the current collector; A secondary battery having a second groove disposed on the other long side.
前記第2溝は前記第3溝及び前記第4溝と連結されている、請求項2又は3に記載の二次電池。 The first groove is connected to the third groove and the fourth groove,
4. The secondary battery according to claim 2, wherein the second groove is connected to the third groove and the fourth groove. 5.
前記U字溝を構成する実質的に平行な一対の直線状の溝は、前記一対の前記長辺間の中心線を挟んで前記長辺に沿って延びており、
前記U字溝の前記一対の直線状の溝を結ぶ部分は前記一対の直線状の溝よりも前記変形板の周縁側に位置している、請求項1から4のいずれか一つに記載の二次電池。 The deformed plate further has a U-shaped groove in a U shape in plan view,
A pair of substantially parallel linear grooves constituting the U-shaped groove extend along the long side with a center line between the pair of the long sides interposed therebetween,
5. The U-shaped groove according to claim 1, wherein a portion connecting the pair of linear grooves is located closer to a peripheral edge of the deformable plate than the pair of linear grooves. 6. Secondary battery.
前記電池ケースに収納された、正極および負極を含む電極体と、
前記正極又は負極に電気的に接続された集電体と、
前記電池ケースの前記開口を封口する封口板と、
前記封口板に取り付けられた外部端子と、
前記封口板と前記電極体との間に位置し、前記外部端子に電気的に接続され、前記電極体側に開口部分を有する導電部材と、
前記開口部分を密閉し、前記集電体に接続され、前記電池ケース内の圧力が所定値となったときに変形する変形板と
を備え、
前記変形板は略矩形形状を有していて、略矩形形状の中央部分において前記集電体と接続されているとともに、平面視においてU字形状のU字溝を有しており、
前記U字溝を構成する実質的に平行な一対の直線状の溝は、略矩形形状の2つの長辺間の中心線を挟んで前記長辺に沿って延びており、
前記U字溝の前記一対の直線状の溝を結ぶ部分は前記一対の直線状の溝よりも前記変形板の周縁側に位置している、二次電池。 A battery case having an opening;
An electrode body containing a positive electrode and a negative electrode housed in the battery case,
A current collector electrically connected to the positive electrode or the negative electrode,
A sealing plate for sealing the opening of the battery case,
An external terminal attached to the sealing plate,
A conductive member located between the sealing plate and the electrode body, electrically connected to the external terminal, and having an opening on the electrode body side;
A deformable plate that seals the opening, is connected to the current collector, and deforms when the pressure in the battery case reaches a predetermined value.
The deformed plate has a substantially rectangular shape, is connected to the current collector at a central portion of the substantially rectangular shape, and has a U-shaped groove having a U shape in plan view,
A pair of substantially parallel linear grooves constituting the U-shaped groove extend along the long side with a center line between two substantially rectangular long sides,
The secondary battery, wherein a portion of the U-shaped groove connecting the pair of linear grooves is located closer to the periphery of the deformable plate than the pair of linear grooves.
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