JP5720956B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
接続部材150は、電池ケース112に収容される電極体120(図2参照)に電気的に接続され、所定の応力により容易に破断する破断部156を備えている。
この変形部材140と接続部材150とは、通常は絶縁部材C134を介しつつ、凹部146と破断部156とで互いに接合されている。そして、過電流状態において電池内圧が上昇し、変形部材140が変形した場合に、接続部材150の破断部156が破断して接続部材150から乖離し、変形部材140と接続部材150との導電経路が遮断される構成となっている。
ここで、変形部材40は、正極外部接続端子22に電気的に接続されており、電池ケース12の内圧が所定の圧力を超えた際に電池ケース12外方に変位可能とされる凹部46をその中心部分に有している。変形部材40は、自身が電池ケース12の内と外とのガス流通を遮断して気密に封止し得る構成であるため、電池ケース12内の上昇圧力を確実に受圧でき、ケース内圧が一定の圧力を超過した場合に容易に変形(反転)することができる。また、変形部材40と正極外部接続端子22の間には導電部材33が配設され、導電部材33が両者の導通を保つとともに、変形部材40の周縁部と接合されて変形部材40を固定するようにしている。
31および絶縁部材B 32とにより絶縁されている。正極外部接続端子22と導電部材33との接合の際は、絶縁部材A
31と絶縁部材B 32とで封口板14を挟み、絶縁した状態で正極外部接続端子22および導電部材33で挟持した状態で溶接することで、封口板14と正極外部接続端子22を一体化させることができる。また、接続端子22は、その内部に、電池10外部から電池10内の電流遮断機構30よりも外側に形成される空間に連なる貫通孔を有している。この貫通孔は、典型的には、電池10内が密閉されるように端子栓23によって封止することができる。
なお、図5Bおよび図6Bに示したように、変形部材40の電池外方の表面をAl−Mn系合金からなる部材44が占めると、変形部材40の耐孔食性が優れたものとなるために好ましい。この場合、接続端子22に形成された貫通孔を塞ぐ端子栓23を使用しなくともよい。したがって、電池10を製造する際の部品点数を減らすことができる。かかる場合の変形部材40は、後述するオーバーレイクラッド材を用いることで好ましく作製することができる。
なお、改めて言うまでもないが、例えば上記の変形部材40および接続部材50のレーザ溶接と、電池ケース12等の他の部材に用いられるAl合金のレーザ溶接とでは、各材料の寸法および要求される品質が異なってくるために同様に考慮できないことは言うまでもない。
以下の手順で、電流遮断機構と、これを備える封口体部材の組み立てを行った。
サンプル1の変形部材は、純アルミニウム(A1050)シートとAl−Mn系合金(A3003)シートとを張り合わせた構成のクラッド材により作製した。
サンプル2の変形部材は、純アルミニウム(A1050)により作製した。
サンプル3の変形部材は、Al−Mg−Si系合金(A6061)により作製した。
そして、この変形部材の接合部分と接続部材の破断部とをレーザ溶接による貫通スポット溶接をすることで、互いに一体化させた。また、溶接後の接続端子の貫通穴にはゴム製の端子栓を挿入した。これにより、封口体部材を作製した。
この一体化した捲回電極体に電解液を十分に浸潤させて飽和させた後、電池ケースに収容して、封口体の外周を電池ケースに溶接することで、二次電池を構築した。なお、電解液としては、ECとMECとDMCとを体積比で3:3:4の割合で混合した非水溶媒中に、支持塩としてのLiPF6を1.0mol/Lの濃度となるように加え、さらに、ガス発生添加剤としてのシクロヘキシルベンゼン(CHB)を濃度が3.5質量%となるよう添加したものを用いた。
これにより、評価用セルとしての二次電池を作製した。なお、サンプル1〜3の変形部材を用いて作成した二次電池を、適宜そのままサンプル1〜3と呼ぶ。サンプル1〜3の電池は、それぞれ5個ずつ作製して以下の評価を行った。
上記変形部材の凹部と接続部材の破断部とを、基本波パルスのYAGレーザにより重ね合わせ溶接をした際の溶接性を評価した。本実施例では、最大出力4kWの基本波パルスYAGレーザを使用し、レーザ照射時間2msとして、変形部材側から重ね合わせ部の中央部にレーザを照射して一点スポット溶接をした。
溶接後のナゲットの断面の観察を光学顕微鏡で行った結果を、下記の表1に示した。表1において、溶接部にクラックの発生が確認できなかったものを○、クラックの発生が確認されたものを×で示している。サンプル1および2については、クラックの発生は確認できなかった。しかしながら、サンプル3については、ナゲットのほぼ中央部分にクラック(凝固割れ)が発生しているのが確認された。
上記で得られたサンプル1〜3の評価用の電池各5個を恒温加圧槽に入れ、ケース内を乾燥空気で置換した後、ケース内の圧力が0.5MPaで一定となるように恒温槽の温度および圧力を設定し、100時間放置した。
その後、各電池の通電テストを行うことで、CIDが作動(すなわち、誤作動)したかどうかを確認し、その結果を下記の表1に示した。表1において、CIDの誤作動がなかったものを○、誤作動したものを×で示している。サンプル1およびサンプル3の電池は正常に通電でき、いずれもCIDが作動していないことが確認できた。これに対し、サンプル2の電池は、5個中2個の電池で通電ができなかった。通電ができなかった2個の電池を慎重に分解して調べたところ、内部でCIDが作動し、導電経路が遮断されていることが確認された。
10,110 二次電池
12,112 電池ケース
14,114 封口板
16 ケース本体
20,120 電極体
22,122 正極外部接続端子
23 端子栓
24,124 負極外部接続端子
26 安全弁
28 電解液注入部
30 電流遮断機構(CID)
31 絶縁部材A
32 絶縁部材B
33 導電部材
34 絶縁部材C
40 変形部材
42 Alからなる主材
44 Al−Mn系合金からなる部材
46 凹部
50 接続部材
52 AlまたはAl合金
56 破断部
58 切欠き
60 溶接金属
Claims (6)
- 正極または負極のいずれかの電極と外部接続端子との間の導電経路に圧力感応型の電流遮断機構が備えられた二次電池であって、
前記電流遮断機構は、
電池の内圧が所定の圧力となった際に変形する変形部材と、
その一部が前記変形部材に接合され、該変形部材の変形に伴って前記導電経路を遮断する接続部材とを備え、
前記接続部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により形成され、
前記変形部材は、1000系アルミニウムのみからなる主材とアルミニウム−マンガン系合金(Al−Mn系合金)からなる部材とを含む複合材により形成されるとともに、前記接続部材に当接する部分とは反対側の表面の少なくとも一部に前記Al−Mn系合金からなる部材が含まれており、
前記変形部材と前記接続部材とは、前記Al−Mn系合金からなる部材を含む位置でレーザ溶接により接合されている、二次電池。 - 前記複合材において、
前記接続部材に当接する部分に前記1000系アルミニウムのみからなる主材が配置されている、請求項1に記載の二次電池。 - 前記複合材は、前記1000系アルミニウムのみからなる層と、Al−Mn系合金からなる層とが貼り合わされて構成される積層材である、請求項1または2に記載の二次電池。
- 前記Al−Mn系合金は、該Al−Mn系合金の全体を100質量%として、Mnを1.0質量%〜1.5質量%の範囲で含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記接続部材は、その一部が前記変形部材の変形に伴って破断することにより、前記導電経路を遮断する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の二次電池。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の二次電池を駆動用電源として備える車両。
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