WO2013157445A1 - 非水系二次電池 - Google Patents

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WO2013157445A1
WO2013157445A1 PCT/JP2013/060722 JP2013060722W WO2013157445A1 WO 2013157445 A1 WO2013157445 A1 WO 2013157445A1 JP 2013060722 W JP2013060722 W JP 2013060722W WO 2013157445 A1 WO2013157445 A1 WO 2013157445A1
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WO
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metal terminal
battery
terminal
secondary battery
aqueous secondary
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PCT/JP2013/060722
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English (en)
French (fr)
Inventor
虎太　直人
里美 長谷川
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/106—PTC
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries.
  • Non-aqueous secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries have high capacity and high energy density, and are excellent in storage performance and charge / discharge repetition characteristics etc. It's being used. Further, in recent years, lithium ion secondary batteries have come to be used for power storage applications and in-vehicle applications such as electric vehicles due to a growing awareness of environmental problems and energy saving.
  • non-aqueous secondary batteries due to their high energy density, may overheat abnormally in an overcharged state or in a state exposed to a high temperature environment. Therefore, in the non-aqueous secondary battery, various measures for safety are taken.
  • the electrode plate portion is accommodated inside the case body of the battery case having conductivity, and the positive electrode terminal is disposed on the lid of the battery case via the insulator. There is.
  • the electrode plate portion and the positive electrode terminal are connected by a positive electrode current collector.
  • the positive electrode current collector and the positive electrode terminal are formed of a metal material having a relatively low melting point (eg, indium).
  • the current collector for the positive electrode is melted first, so that energization from the positive electrode terminal to the electrode plate portion Will be cut off. Thereafter, the positive electrode terminal is melted, and a part of the melted positive electrode terminal passes over the insulator to be in a conductive state with the lid, so that the failed battery cell can be bypassed.
  • a positive electrode current collector is provided laterally in the upper position in the negative electrode can of the secondary battery, and a metal safety valve and a positive electrode lid are sequentially provided on the positive electrode current collector. ing.
  • a temperature fuse is provided between the peripheral end of the metal safety valve and the peripheral end of the positive electrode lid.
  • electrodes are arranged in parallel at upper and lower positions in a through hole formed in an insulating plate, and a contact point for conducting both electrodes is arranged between these two electrodes.
  • the contacts are formed in a substantially V-shape so that one end of two plates can be separated and bonded in a detachable manner, one of the V-shaped spread parts is connected to the upper electrode, and the other is the lower electrode. It is connected to the.
  • the V-shaped interior of the contact is filled with a thermally expandable insulator.
  • the thermal expansion insulator of the thermal fuse thermally expands to cut the contacts up and down, and the current path of the secondary battery is interrupted.
  • Japanese patent publication Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-153203 (July 3, 2008 published)" Japanese Patent Publication No. 10-275545 (October 13, 1998)
  • Patent Documents 1 and 2 are configured to have a single temperature fuse as a current cutoff mechanism for the secondary battery. For this reason, in the above-mentioned conventional current interrupting mechanism, when the temperature of the secondary battery having a large capacity of about 15 Ah or more, for example, rises abnormally, there is a possibility that the progress of the temperature rise can not be prevented reliably.
  • the present invention provides a non-aqueous secondary battery capable of reliably preventing the progress of temperature rise up to an abnormal temperature due to, for example, a rapid rise in temperature, even in the case of a large capacity secondary battery.
  • the purpose is.
  • the non-aqueous secondary battery of the present invention comprises a laminate having at least one layer in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator, and a plurality of the laminates. And a battery terminal of a positive electrode electrically connected to the positive electrode plate of each of the laminates, and a battery terminal of a negative electrode electrically connected to the negative electrode plate of each of the laminates.
  • a plurality of laminates each having at least one layer in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are laminated via the separator are laminated, and the temperature rise preventing element is provided for each laminate.
  • FIG. 5A shows an example of the thermal fuse functional element shown in FIG. 4 and is a longitudinal sectional view showing the expanded state of the thermal fuse functional element
  • FIG. 5B shows FIG.
  • FIG. 6A is a plan view of the thermal fuse functional element in the expanded state shown in FIG.
  • FIG. 6 (a) is a longitudinal sectional view showing a thermal fuse functional element manufactured from the state of FIG. 5 (a), and FIG. 6 (b) is a thermal fuse function shown in FIG. 6 (a).
  • FIG. 19 is a plan view of the element 24. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the thermal fuse functional element with which the non-aqueous secondary battery in other embodiment of this invention is equipped. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state in which the thermal fuse function element shown in FIG. 7 operate
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a non-aqueous secondary battery in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of the non-aqueous secondary battery shown in FIG.
  • the non-aqueous secondary battery 1 of this Embodiment is a lamination
  • the non-aqueous secondary battery 1 is not limited to a lithium two-ion secondary battery, and may be another secondary battery.
  • the electrode group 12 is a stack of a plurality of laminates 18.
  • Fixing members 25 are disposed on both sides of the electrode group 12. As described later, a thermal fuse function element (temperature rise preventing element) 24 is provided inside the fixing member 25.
  • the non-aqueous secondary battery 1 is a large secondary battery having a square flat shape.
  • the non-aqueous secondary battery 1 has a configuration in which an electrode group 12 is housed inside a metal battery can (battery container) 11 and filled with a non-aqueous electrolytic solution.
  • the battery can 11 is formed, for example, by pressing a metal plate, and has a container-like case 13 and a lid member 14.
  • the material of the battery can 11 is iron, nickel-plated iron, stainless steel or aluminum.
  • the container-like case 13 has a substantially rectangular parallelepiped container shape with an open upper surface, and the lid member 14 covers the upper surface of the container-like case 13.
  • the container-like case 13 has a collar 15 at the periphery of the upper end, and the battery can 11 is formed by, for example, laser welding the collar 15 of the container-like case 13 and the lid member 14.
  • the battery terminal 16 is provided in the both-sides wall side by the side of the longitudinal direction in the container-like case 13 of the battery can 11, respectively.
  • the battery terminals 16 penetrate the side wall of the case 13 in a state of being insulated from the case 13.
  • One of the two battery terminals 16 is a positive battery terminal 16 and the other is a negative battery terminal 16.
  • the ends of the battery terminals 16 on the inner side of the case 13 are connected to the current collecting terminals 17 respectively.
  • the current collection terminal 17 connected to the battery terminal 16 of the positive electrode is electrically connected to the current collection tab of each positive electrode plate 21 in the electrode group 12 (laminated body 18) via the thermal fuse functional element 24 inside the fixing member 25.
  • the current collection terminal 17 connected to the battery terminal 16 of the negative electrode is electrically connected to the current collection tab of each negative electrode plate 22 in the electrode group 12 (laminated body 18) via the thermal fuse function element 24 inside the fixing member 25.
  • the electrode group 12 accommodated in the battery can 11 has a configuration in which a plurality of laminated bodies 18 shown in FIG. 3 are laminated.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an example of the laminate 18 constituting the electrode group 12 shown in FIG.
  • the laminate 18 has a configuration in which the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22 are alternately stacked in a plurality of layers with the separator 23 interposed therebetween.
  • the positive electrode plate 21 has a positive electrode active material layer 21 a formed on both sides of a positive electrode current collector 21 b made of, for example, aluminum foil.
  • the negative electrode plate 22 is, for example, one in which a negative electrode active material layer 22 a is formed on both sides of a negative electrode current collector 22 b made of copper foil.
  • the separator 23 insulates the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22.
  • the separator 23 is disposed on the uppermost electrode (negative electrode plate 22) in the laminated body 18 and further below the lowermost electrode (negative electrode plate 22) in the lowermost laminated body 18. Note that the stacked body 18 in a stacked state may be wrapped by the separator 23.
  • the laminate 18 includes 10 positive electrode plates 21, 11 negative electrode plates 22 and 21 separators 23, and the electrode group 12 is formed by laminating the laminate 18 into seven layers. There is.
  • an organic electrolytic solution as the electrolytic solution filled in the battery can 11.
  • an organic solvent of the organic electrolytic solution esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ⁇ -butyrolactone, etc., tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, dioxolane Ethers such as diethyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, methoxyethoxyethane and the like, and further, dimethylsulfoxide, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, methyl formate, methyl acetate and the like can be used. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the non-aqueous secondary battery 1 shown in FIG. 1 in detail.
  • thermo fuse function elements 24 are arranged in the vertical direction corresponding to the number of the stacked bodies 18. These thermal fuse functional elements 24 are covered with a fixing member 25 made of an insulating material such as resin.
  • the fixing member 25 preferably has a two-layer structure including a first layer surrounding the fixing member 25 and a second layer surrounding the first layer.
  • the first layer may be a rubber-like layer having a viscosity lower than that of the second layer, or a slime-like layer. In such a configuration, an air gap is unlikely to occur around the thermal fuse functional element 24.
  • the thermal fuse functional element 24 has, for example, a battery can 11 having a dimension in the width direction (direction perpendicular to the sheet of FIG. 4) shorter than that in the longitudinal direction (direction parallel to the sheet of FIG. It may be arranged at the central part in the width direction of. Accordingly, as shown in FIG. 2, the fixing member 25 is formed so that the dimension in the width direction (direction perpendicular to the sheet of FIG. 4) is slightly larger than the dimension in the width direction of the thermal fuse functional element 24. It may be done. Alternatively, the fixing member 25 may be formed to have the same dimension in the width direction as the dimension in the width direction of the laminated body 18 regardless of the dimension in the width direction of the thermal fuse functional element 24.
  • the thermal fuse functional element 24 includes a first metal terminal 32 and a second metal terminal 31 made of conductive metal foil, and further, a resin layer 33. Is equipped.
  • the first metal terminal 32 and the second metal terminal 31 are disposed such that the tip end portions overlap each other at a predetermined distance in the vertical direction, and the resin layer 33 is formed in the second tip portion of the second metal terminal 31.
  • a region where the metal terminal 31 overlaps with the front end portion of the first metal terminal 32 and a region at the rear end side of the second metal terminal 31 than the region are provided. Therefore, the resin layer 33 exists between the second metal terminal 31 and the first metal terminal 32.
  • the second metal terminal 31 has the lower surface on the rear end side in the state of (a) of FIG. 5 and (b) of FIG.
  • the resin layer 33 is bent so as to be in contact with the upper surface of the tip of the first metal terminal 32.
  • the first metal terminal 32 and the second metal terminal 31 become conductive.
  • the contact part of the 1st metal terminal 32 and the 2nd metal terminal 31 is connected by ultrasonic welding, for example.
  • the resin layer 33 is melted when it receives heat when the laminate 18 is abnormally heated, for example, by abnormal heat generation due to overcharging of the non-aqueous secondary battery 1 or the like.
  • the resin layer 33 has a melting point of 60 ° C. to 150 ° C.
  • a material of such a resin layer 33 it is preferable to use, for example, a polyolefin resin.
  • the resin layer 33 melts. Further, the second metal terminal 31 is disconnected from the first metal terminal 32 due to the deformation of the second metal terminal 31 itself or the expansion of the resin layer 33 due to heat. In this case, the melted resin layer 33 spreads between the first metal terminal 32 and the second metal terminal 31, and the conduction between the first metal terminal 32 and the second metal terminal 31 is interrupted. As a result, the current path of the stack 18 in the overheated state is cut off.
  • energization between the battery terminal 16 of the positive electrode and the battery terminal 16 of the negative electrode through one laminate 18 in the non-aqueous secondary battery 1 is performed by using the battery terminal 16 of the positive electrode, the thermal fuse functional element 24, It is carried out along the path of the positive electrode plate 21 of the laminate 18, the negative electrode plate 22 of the laminate 18, the thermal fuse functional element 24 and the battery terminal 16 of the negative electrode.
  • the heat is transmitted to the thermal fuse functional element 24 corresponding to the stacked body 18.
  • the thermal fuse functional element 24 when the temperature rises and reaches high temperature, the first metal terminal 32 and the second metal terminal 31 are disconnected. This broken state is stably maintained by the presence of the melted resin layer 33 between the first metal terminal 32 and the second metal terminal 31. As a result, the current flow to the overheated stack 18 is reliably blocked.
  • the above short circuit is caused by, for example, the separator 23 and the positive electrode plate 21 relatively moving in the horizontal direction due to vibration and the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22 coming into contact with each other.
  • the space area (dead space) in the battery can 11 is reduced, and the injection amount of the non-aqueous electrolytic solution into the battery can 11 is reduced. it can.
  • the decrease in the injection amount of the non-aqueous electrolyte solution leads to shortening of the time required for the non-aqueous electrolyte injection step in the manufacturing process of the non-aqueous secondary battery 1.
  • the fixing member 25 has a width direction (see FIG. It is preferable that the dimension in the direction perpendicular thereto be formed to the same extent as the dimension in the width direction of the laminate 18.
  • an insulating foam for example, a foam of polyethylene may be disposed in the above-mentioned space area. This polyethylene foam is excellent in mechanical strength and chemical resistance, and further excellent in heat resistance, and therefore, is suitable as a member disposed in the above-mentioned space area of the battery can 11.
  • the non-aqueous secondary battery 1 of the present embodiment includes the plurality of stacked bodies 18 and the thermal fuse functional element 24 can be easily disposed corresponding to each stacked body 18, so that And capacity can be easily coped with. Further, it is possible to reliably prevent the progress of the overheat state in response to the increase in size and the increase in capacity.
  • the non-aqueous secondary battery 1 according to the embodiment of the present invention includes a thermal fuse functional element 41 shown in FIG. 7 in place of the thermal fuse functional element 24 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the thermal fuse functional element 41 provided in the non-aqueous secondary battery 1 of the present embodiment.
  • the other configuration is the same as the configuration of the embodiment described above.
  • the thermal fuse functional element 41 includes a first metal terminal 42 and a second metal terminal 43 formed of a conductive metal plate, and further includes a resin layer 44 for connection.
  • the end portions on the opposite side of the first metal terminal 42 and the second metal terminal 43 will be referred to as respective tip portions.
  • the first metal terminal 42 and the second metal terminal 43 have a flat plate shape, and the second metal terminal 43 is disposed above the second metal terminal 43.
  • the first metal terminal 42 and the second metal terminal 43 are disposed such that the portions on the tip end side overlap in the vertical direction, and the connecting resin layer 44 is disposed between the portions on the tip end portion There is.
  • a plurality of, for example, five connection resin layers 44 are arranged.
  • the connecting resin layer 44 has conductivity imparted to the outer peripheral surface by forming the conductive layer 44 b by plating the conductive metal on the outer peripheral surface of the inner resin layer 44 a, for example, gold plating, electroless plating, evaporation or the like. It is a thing. Therefore, the first metal terminal 42 and the second metal terminal 43 are electrically connected via the conductive layer 44 b of the connection resin layer 44.
  • the internal resin layer 44a of the connection resin layer 44 transfers heat through the current path when the laminate 18 abnormally heats, for example, due to overcharging of the non-aqueous secondary battery 1, as in the resin layer 33 described above. It melts when done.
  • the resin layer 33 has a melting point of 60 ° C. to 150 ° C.
  • a polyolefin resin can be used as a material of such a resin layer 33.
  • the connecting resin layer 44 shown in FIG. 7 has a circular cross section, and is cylindrical or spherical.
  • the shape of the connection resin layer 44 is not particularly limited, and may be, for example, a prismatic prism having a rectangular cross section or a prism having an elliptical cross section.
  • the thermal fuse functional element 41 By the above-described operation of the thermal fuse functional element 41, the first metal terminal 42 and the second metal terminal 43 are disconnected, and the current path of the laminate 18 in the overheated state is interrupted. In addition, since an insulating layer of the melted internal resin layer 44a is formed between the first metal terminal 43 and the first metal terminal 42, the broken state between the first metal terminal 42 and the second metal terminal 43 is stable. Maintained. As a result, energization to the overheated stack 18 is reliably prevented.
  • the other functions of the non-aqueous secondary battery 1 in the present embodiment and the configuration for enhancing the functions are the same as those in the above-described embodiment.
  • the thermal fuse functional element 24 (fixing member 25) is disposed on both sides of the electrode group 12 (laminated body 18) in the current path of the non-aqueous secondary battery 1, as shown in FIG.
  • the configuration is However, without being limited thereto, the thermal fuse functional element 24 is disposed only on one side of the electrode group 12 (laminated body 18) in the current path of the non-aqueous secondary battery 1, as shown in FIG. It is good also as composition.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the non-aqueous secondary battery 1 showing an example in which the thermal fuse functional elements 24 are arranged in an arrangement form different from the arrangement form shown in FIG.
  • the thermal fuse functional element 24 can exhibit the same current interrupting function in the non-aqueous secondary battery 1 even in the arrangement form as shown in FIG. 9.
  • the thermal fuse functional elements 24 are arranged at predetermined intervals in the vertical direction.
  • the thermal fuse functional elements 24 may be arranged adjacent to each other without providing a predetermined distance in the vertical direction.
  • thermal fuse functional element 24 is disposed as one mass, when heat from the stack 18 in the overheated state is transferred to the thermal fuse functional element 24, the thermal fuse functional by the heat The element 24 becomes easy to function. Therefore, this is preferable in enhancing the responsiveness of the thermal fuse functional element 24.
  • the PTC thermistor device has a resistance value that rapidly increases when the temperature inside the device rises due to an overcurrent or a rise in ambient temperature. Thereby, the PTC thermistor element minutely restricts the flowing current when the non-aqueous secondary battery 1 abnormally rises, and substantially cuts off the current path in the non-aqueous secondary battery 1. , And the same function as the thermal fuse functional element 24.
  • the PTC thermistor element can be similarly disposed inside the fixing member 25 in place of the thermal fuse functional element 24. When a PTC thermistor element is used, although it depends on the specification of the used element, the safety of the battery can be further enhanced by designing in consideration of the specification of the current flowing in each laminate inside the battery.
  • Li-FePO 4 (90 parts by weight) as a positive electrode active material, acetylene black (5 parts by weight) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (5 parts by weight) as a binder are mixed, and N-methyl as a solvent -2-Pyrrolidone is added as appropriate to prepare a slurry, which is uniformly coated on both sides of an aluminum foil (thickness 20 ⁇ m) as a positive electrode current collector and dried, and then compressed by a roll press. It cut
  • the container-like case 13 and the lid member 14 constituting the battery can 11 were respectively made of a 0.8 mm thick iron plate plated with nickel as a material.
  • the longitudinal direction x lateral direction x depth of the container-like case 13 was 320 mm x 150 mm x 40 mm in internal size.
  • the lid member 14 has a plate-like configuration to be fitted into the inside of the battery can 11 in order to be in close contact with the upper surface of the electrode group 12.
  • the plate-like lid member 14 is used, movement at the time of welding the lid member 14 to the container-like case 13 can be prevented, and the welding operation becomes easy.
  • the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22 are alternately stacked via the separator 23. At that time, 11 positive plate 21, 12 negative plates 22, and 22 separators 23 were laminated such that the negative plate 22 was positioned on the outside of the positive plate 21.
  • the laminated body 18 which consists of this structure was made into one laminated body.
  • An electrode group 12 (seven laminates) was formed by winding the laminate 18 using a polyolefin-based porous film having a thickness of 25 ⁇ m, which is the same as that of the separator 23.
  • the size of the separator 23 interposed between the positive and negative electrode plates is 145 mm ⁇ 255 mm, and is slightly larger than the positive electrode plate 21 (140 mm ⁇ 250 mm) and the negative electrode plate 22 (142 mm ⁇ 255 mm). is there. Thereby, the active material layer formed on the positive electrode plate 21 and the negative electrode plate 22 can be reliably covered.
  • the current collection terminal 17 is connected to the current collector exposed portion of the positive electrode and the current collector exposed portion of the negative electrode, and the temperature fuse functional element 24 (or 41) is provided between the current collector terminal 17 and the battery terminal 16 Connected. Further, the thermal fuse functional element 24 (or 41) was fixed by a fixing member 25 obtained by processing a polyethylene resin made of an insulating material.
  • a foam of polyethylene which is a foam having an insulating property, was disposed.
  • the foam is cut into a predetermined size and assembled in the container-like case 13, the electrode group 12 is accommodated in the container-like case 13, the current collecting terminal and the battery terminal 16 are connected, and the lid member 14 is attached to the container-like case 13. Attached and fixed. Thereafter, the non-aqueous electrolyte was injected under reduced pressure from the injection hole, and after the injection, the injection hole was sealed.
  • non-aqueous secondary batteries of Examples 1 and 2 provided with the thermal fuse functional elements 24 and 41, respectively were prepared.
  • a non-aqueous secondary battery having the same configuration as the first embodiment (the configuration including the fixing member 25) except for the thermal fuse functional elements 24 and 41 is prepared.
  • a non-aqueous secondary battery having the same configuration as that of Example 1 except that the thermal fuse function elements 24 and 41 and the fixing member 25 were not provided was prepared. Then, in order to evaluate each of these examples, an overcharge test and a vibration test were performed.
  • the overcharge test was evaluated at a charge current of 0.5 C and a termination voltage of 12 V. The results are shown in Table 1.
  • the vibration test was conducted for 3 hours and 45 minutes (11 hours and 15 minutes in total) in three axial directions (x-axis, y-axis and z-axis).
  • the fluctuation range of the frequency is 5 Hz to 200 Hz to 5 Hz
  • the fluctuation range of the acceleration is 1 G to 8 G to 1 G.
  • one set was 15 minutes
  • 15 sets (3 hours 45 minutes) were performed in each axial direction. The results are shown in Table 2.
  • the fixing member 25 effectively suppress the lateral displacement of the electrode group 12.
  • the thermal fuse function elements 24 and 41 are provided, and a fixing member for fixing the stacked electrode group 12 at a predetermined position in the battery can 11
  • the provision of the No. 25 can reliably prevent the progress of the overheat state when the overheat state occurs, and the reliability can be improved. It can be enhanced.
  • the non-aqueous secondary battery of the present invention comprises a laminate having at least one layer in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator, and an electrode group formed by laminating a plurality of the laminates, A battery terminal of a positive electrode electrically connected to the positive electrode plate of each of the laminates, and a battery terminal of a negative electrode electrically connected to the negative electrode plate of each of the laminates;
  • the stacked layers disposed in at least one of a current path between each of the stacked bodies and the battery terminal of the positive electrode and a current path between each of the stacked bodies and the battery terminal of the negative electrode in an overheated state
  • a temperature rising preventing element for blocking the current path by heat transferred from the body, a battery terminal of the positive electrode and a battery terminal of the negative electrode are provided, and the electrode group, the temperature rising preventing element and the non-aqueous electrolyte are accommodated.
  • a battery container A A.
  • a plurality of laminates each having at least one layer in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator are laminated, and the temperature rise preventing element is Since the configuration is provided, it is possible to reliably prevent the progress of the temperature rise in the overheat state by operating the plurality of temperature rise preventing elements in response to the increase in size and the increase in capacity easily. Can.
  • the temperature rise prevention element may be covered by an insulating fixing member.
  • the temperature rise prevention element since the temperature rise prevention element is covered with the insulating fixing member, the heat transmitted from the overheated laminate to the temperature rise prevention element is hardly radiated. Therefore, the temperature rise prevention element can quickly interrupt the current path when the stack is overheated.
  • the battery terminal of the positive electrode is provided on the side walls facing each other of the battery container, the battery terminal of the negative electrode is provided on the other side wall, and the temperature rise prevention element is
  • the fixing member may be arranged at a position between the electrode group and the battery terminal of the positive electrode and a position between the electrode group and the battery terminal of the negative electrode, and the fixing member may be fixed in the battery case.

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Abstract

　非水系二次電は、正極板、セパレータ、負極板の層を有する積層体（１８）、積層体（１８）を複数層積層した電極群（１２）、各積層体（１８）の正極板、負極板と正極および負極の電池端子（１６）との間の少なくとも一方の電流経路に配置され、過熱状態となった積層体（１８）からの熱により電流経路を遮断する各温度上昇防止素子（２４）、並びに電池缶（１１）を備える。

Description

非水系二次電池
　本発明はリチウムイオン二次電池等の非水系二次電池に関する。
　リチウムイオン二次電池に代表される非水系二次電池は、高容量・高エネルギ密度を有し、かつ、貯蔵性能や充放電の繰り返し特性等にも優れるため、携帯機器などの民生機器に広く利用されている。また、近年では、環境問題や省エネルギに関する意識の高まりから、電力貯蔵用途や、電気自動車などの車載用途にリチウムイオン二次電池が利用されるようになってきている。
　一方、非水系二次電池は、そのエネルギ密度の高さ故に、過充電状態や高温環境下にさらされた状態においては、異常過熱を生じる恐れがある。そのため、非水系二次電池では、安全性に対する種々の対応策が講じられている。
　例えば、特許文献１に開示されている構成では、導電性を有する電池ケースのケース本体の内部に極板部が収容され、電池ケースの蓋体に、絶縁体を介して正極端子が配置されている。これら極板部と正極端子とは正極用集電体によって接続されている。正極用集電体および正極端子は比較的低融点の金属材料（例えばインジウム）にて形成されている。
　このような構成により、電池セル内の極板部が異常に発熱して電池セルの内部の温度が上昇すると、まず、正極用集電体が溶融するので、正極端子から極板部への通電が遮断されるようになっている。その後、正極端子が溶融し、溶融した正極端子の一部が絶縁体を乗り越えて蓋体と導通状態となるので、故障した電池セルをバイパスできるようになっている。
　特許文献２に開示されている構成では、二次電池の負極缶内の上部位置に横方向に正極集電極が設けられ、この正極集電極の上に、金属製安全弁および正極蓋が順次設けられている。また、金属製安全弁の周囲端部と正極蓋の周囲端部との間に、温度ヒュ－ズが設けられている。
　温度ヒュ－ズは、絶縁板に形成された貫通孔内の上下の位置に電極が並行に配置され、これら両電極の間に両電極同士を導通させる接点が配置されている。接点は、２枚の板の一端部同士を切り離し可能に接着して略Ｖ字形に形成したものであり、Ｖ字形の広がった部分の一方が上側の電極に接続され、他方が下側の電極に接続されている。また、接点のＶ字形の内部には、熱膨張性絶縁物が充填されている。
　このような構成により、二次電池が発熱すると、温度ヒュ－ズの熱膨張性絶縁物が熱膨張して接点が上下に切り離され、二次電池の電流経路が遮断されるようになっている。
日本国公開特許公報「特開２００８－１５３２０３号公報（２００８年７月３日公開）」 日本国公開特許公報「特開平１０‐２７５５４５号公報（１９９８年１０月１３日公開）」
　特許文献１の構成では、極板部が異常に発熱すると、正極用集電体が溶融して正極端子から極板部への通電が遮断されるので、故障した電池セルのさらなる過熱を防止できるようになっている。
　また、特許文献２の構成では、二次電池が発熱した場合に、温度ヒュ－ズによって二次電池の電流経路が遮断されるので、同様に、二次電池のさらなる過熱を防止できるようになっている。
　しかしながら、特許文献１および２に記載されている技術は、二次電池に対して電流遮断機構として単数の温度ヒュ－ズを備えた構成である。このため、上記従来の電流遮断機構では、例えば電池容量１５Ａｈ程度以上の大容量化した二次電池が異常に温度上昇した場合に、その温度上昇の進行を確実に防止できない恐れがある。
　したがって、本発明は、大容量化した二次電池であっても、例えば急激な温度の上昇により異常な温度までの温度上昇の進行を確実に防止することができる非水系二次電池の提供を目的としている。
　上記の課題を解決するために、本発明の非水系二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された層を少なくとも１層有する積層体と、前記積層体を複数層積層して形成された電極群と、前記の各積層体の正極板と電気的に接続される正極の電池端子、および前記の各積層体の負極板と電気的に接続される負極の電池端子と、前記積層体ごとに設けられ、前記の各積層体と前記正極の電池端子との間の電流経路と前記の各積層体と前記負極の電池端子との間の電流経路との少なくとも一方に配置され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により前記電流経路を遮断する温度上昇防止素子と、前記正極の電池端子および前記負極の電池端子が設けられ、前記電極群、前記温度上昇防止素子および非水系電解液を収容する電池容器とを備えていることを特徴としている。
　本発明の構成によれば、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された層を少なくとも１層有する積層体が複数層積層され、それぞれの積層体に対して温度上昇防止素子が設けられた構成であるので、大型化および大容量化に容易に対応して、過熱状態になった場合の温度上昇の進行を確実に防止することができる。
本発明の実施の形態における非水系二次電池を示す概略の縦断面図である。 図１に示した非水系二次電池の分解斜視図である。 図１に示した電極群を構成する積層体の一例を示す縦断面図である。 図１に示した非水系二次電池の詳細な構成を示す縦断面図である。 図５の（ａ）は、図４に示した温度ヒューズ機能素子の一例を示すものであって、温度ヒューズ機能素子の展開した状態を示す縦断面図、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示した、展開した状態の温度ヒューズ機能素子の平面図である。 図６の（ａ）は、図５の（ａ）の状態から作製された温度ヒューズ機能素子を示す縦断面図、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示した温度ヒューズ機能素子２４の平面図である。 本発明の他の実施の形態における非水系二次電池が備える温度ヒューズ機能素子の構成を示す縦断面図である。 図７に示した温度ヒューズ機能素子が動作した状態を示す縦断面図である。 温度ヒューズ機能素子を図４に示した配置形態とは異なる配置形態に配置した例を示す非水系二次電池１の縦断面図である。
　〔実施の形態１〕
　本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。
図１は本発明の実施の形態における非水系二次電池を示す概略の縦断面図である。図２は、図１に示した非水系二次電池の概略の分解斜視図である。
　図１および図２に示すように、本実施の形態の非水系二次電池１は、複数の電極が積層された電極群１２を有する積層型のリチウムイオン二次電池である。なお、非水系二次電池１は、リチウム二イオン次電池に限定されず、他の二次電池であってもよい。
　電極群１２は複数の積層体１８が積層されたものである。電極群１２の両側には、固定部材２５が配置されている。固定部材２５の内部には、後述のように、温度ヒューズ機能素子（温度上昇防止素子）２４が設けられている。
　本実施の形態において、非水系二次電池１は、角形扁平形状を有する大型二次電池である。この非水系二次電池１は、金属製の電池缶（電池容器）１１の内部に電極群１２を収容し、非水電解液を充填した構成である。
　電池缶１１は、例えば金属板のプレス加工によって形成され、容器状ケース１３と蓋部材１４とを有する。電池缶１１の材質は、鉄、ニッケルメッキされた鉄、ステンレススチールあるいはアルミニウムなどである。
　容器状ケース１３は、上面が開口した概略直方体の容器形状であり、蓋部材１４は容器状ケース１３の上面に蓋をするものである。容器状ケース１３は上端部の周縁部に鍔部１５を有し、電池缶１１は、容器状ケース１３の鍔部１５と蓋部材１４とを例えばレーザ溶接することにより形成される。
　電池缶１１の容器状ケース１３における長手方向側の両側壁部には、それぞれ、電池端子１６が設けられている。これら電池端子１６は、容器状ケース１３とは絶縁された状態で、容器状ケース１３の側壁部を貫通している。２個の電池端子１６のうちの一方は正極の電池端子１６であり、他方は負極の電池端子１６である。
　各電池端子１６における容器状ケース１３の内部側の端部は、それぞれ集電端子１７と接続されている。正極の電池端子１６と接続されている集電端子１７は、固定部材２５の内部の温度ヒューズ機能素子２４を介して、電極群１２（積層体１８）における各正極板２１の集電タブと電気的に接続されている。負極の電池端子１６と接続されている集電端子１７は、固定部材２５の内部の温度ヒューズ機能素子２４を介して、電極群１２（積層体１８）における各負極板２２の集電タブと電気的に接続されている。
　電池缶１１に収容されている電極群１２は、図３に示す積層体１８を複数層積層した構成である。図３は、図１に示した電極群１２を構成する積層体１８の一例を示す縦断面図である。
　図３に示すように、積層体１８は、正極板２１と負極板２２とがセパレータ２３を介して交互に複数層に積層された構成である。正極板２１は、例えば、アルミニウム箔からなる正極集電体２１ｂの両面に正極活物質層２１ａが形成されたものである。負極板２２は、例えば、銅箔からなる負極集電体２２ｂの両面に負極活物質層２２ａが形成されたものである。セパレータ２３は、正極板２１と負極板２２とを絶縁するものである。このセパレータ２３は、積層体１８における最上部の電極（負極板２２）の上、さらには最下層の積層体１８における最下部の電極（負極板２２）の下にも配置されている。なお、重ね合わされた状態の積層体１８をセパレータ２３にて包みこむようにしてもよい。
　本実施の形態において、積層体１８は１０枚の正極板２１、１１枚の負極板２２および２１枚のセパレータ２３を備え、電極群１２はこの積層体１８を７層に積層したものとなっている。
　電池缶１１内に充填される電解液は、有機電解液を用いることが好ましい。具体的には、有機電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトンなどのエステル類、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタンなどのエーテル類、さらに、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチルなどが使用可能である。なお、これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。
　次に、図１に示した非水系二次電池１の構成についてさらに詳細に説明する。
図４は、図１に示した非水系二次電池１の構成を詳細に示す縦断面図である。
　図４に示すように、電池缶１１の内部には、電極群１２を構成する積層体１８が上下方向に積層して配置されている。電極群１２の左右の位置には、積層体１８の数に対応してそれぞれ７個の温度ヒューズ機能素子２４が上下方向に配置されている。これら温度ヒューズ機能素子２４は、樹脂等の絶縁材料からなる固定部材２５により覆われている。
　なお、固定部材２５の材質としては特に樹脂、例えばポリオレフィン系樹脂が好ましい。また、固定部材２５は、固定部材２５を囲む第１層と、第１層の周りの第２層とを有する二層構造であることが好ましい。この場合、第１層は、第２層よりも粘度が低いゴム状の層、あるいはスライム状の層であってもよい。このような構成では、温度ヒューズ機能素子２４の周りに空気の隙間が生じ難くなる。
　図４の左側の電池端子１６を負極、右側の電池端子１６を正極とした場合、電極群１２に対する左側の温度ヒューズ機能素子２４は、負極の電池端子１６側の端部が電池端子１６と接続され、積層体１８側の端部が対応する積層体１８の各負極板２２（各負極集電体２２ｂ）と接続されている。同様に、電極群１２に対する右側の温度ヒューズ機能素子２４は、正極の電池端子１６側の端部が正極の電池端子１６と接続され、積層体１８側の端部が対応する積層体１８の各正極板２１（各正極集電体２１ｂ）と接続されている。
　なお、図４に示したように、電極群１２に対する左右の位置に配置されている温度ヒューズ機能素子２４および固定部材２５は、左側もしくは右側の何れか一方のみに配置されていてもよい。この場合、温度ヒューズ機能素子２４および固定部材２５が配置されていない側において、各積層体１８は直接に集電端子１７と接続される。
　また、温度ヒューズ機能素子２４が接続される電極の集電体は、熱伝導性の高いものであることが好ましい。一般的なリチウムイオン電池に用いられる構成として、正極側にはアルミニウムあるいはニッケル、負極側には銅あるいはニッケルなどを用いることができる。温度ヒューズ機能素子２４および固定部材２５は、電極群１２に対する左右位置（負極側あるいは正極側）の何れか一方のみに配置する場合、電極の集電体（負極集電体２２ｂ）として、通常、銅箔が用いられる負極側に配置することが、負極活物質層２２ａが正極活物質層２１ａよりも薄膜層となることが多く、具体的には、内部短絡が正極、負極間で発生した場合を考慮した場合に、発生箇所の熱が温度ヒューズ機能素子（温度上昇防止素子）２４に伝わり易いために、好ましい。
　また、温度ヒューズ機能素子２４は、例えば幅方向（図４の紙面に対して垂直な方向）の寸法が長手方向（図４の紙面に対して並行な方向）の寸法よりも短く、電池缶１１の幅方向の中央部に配置されていてもよい。これに伴い、固定部材２５は、図２に示すように、幅方向（図４の紙面に対して垂直な方向）の寸法が温度ヒューズ機能素子２４の幅方向の寸法よりも若干大きい寸法に形成されていてもよい。あるいは、固定部材２５は、幅方向の寸法が温度ヒューズ機能素子２４の幅方向の寸法に拘わらず、積層体１８の幅方向の寸法と同程度に形成されていてもよい。
　次に、図４に示した温度ヒューズ機能素子２４について説明する。図５の（ａ）は、温度ヒューズ機能素子２４の展開した状態を示す縦断面図、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示した、展開した状態の温度ヒューズ機能素子２４の平面図である。図６の（ａ）は、図５の（ａ）の状態から作製された温度ヒューズ機能素子２４を示す縦断面図、図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に示した温度ヒューズ機能素子２４の平面図である。
　温度ヒューズ機能素子２４は、図５の（ａ）および図５の（ｂ）に示すように、導電性の金属箔からなる第１金属端子３２および第２金属端子３１を備え、さらに樹脂層３３を備えている。第１金属端子３２と第２金属端子３１とは、上下方向において先端部同士が所定の間隔をおいて重なるように配置され、樹脂層３３は、第２金属端子３１の先端部において、第２金属端子３１が第１金属端子３２の先端部と重なる領域、およびその領域よりも第２金属端子３１の後端部側の領域まで設けられている。したがって、第２金属端子３１と第１金属端子３２との間には樹脂層３３が存在している。
　次に、第２金属端子３１は、図６の（ａ）および図６の（ｂ）に示すように、図５の（ａ）および図５の（ｂ）の状態における後端部側の下面が第１金属端子３２の先端部の上面と接触するように、樹脂層３３を巻き込む状態に折り曲げられる。これにより、第１金属端子３２と第２金属端子３１とは導通状態となる。なお、第１金属端子３２と第２金属端子３１との接触部は、例えば超音波溶接によって接続される。
　すなわち、第２金属端子３１は、一端部が樹脂層３３を介して第１金属端子３２の端部の第１面と対向し、他端部が樹脂層３３を巻き込み、かつ第１金属端子３２の端部を囲むように折り曲げられて、第１金属端子３２の端部の第１面とは反対側の第２面と接続されている。
　樹脂層３３は、例えば非水系二次電池１の過充電等による異常発熱により、積層体１８が異常に加熱した場合の熱を受けたときに溶融するものである。具体的には、樹脂層３３は、６０℃～１５０℃の融点を有するものである。このような樹脂層３３の材料としては、例えばポリオレフィン系の樹脂を使用することが好ましい。
　上記の温度ヒューズ機能素子２４では、温度が上昇して高温になり樹脂層３３の融点に達すると、樹脂層３３が溶融する。また、第２金属端子３１は、熱によって第２金属端子３１自身が変形することや樹脂層３３が膨張すること等により、第１金属端子３２との接続が外れた状態となる。この場合、溶融した樹脂層３３が第１金属端子３２と第２金属端子３１との間に広がり、第１金属端子３２と第２金属端子３１との導通が遮断される。これにより、過熱状態となった積層体１８の電流経路が遮断される。
　上記の構成において、非水系二次電池１における１つの積層体１８を介した正極の電池端子１６と負極の電池端子１６との間の通電は、正極の電池端子１６、温度ヒューズ機能素子２４、積層体１８の正極板２１、積層体１８の負極板２２、温度ヒューズ機能素子２４および負極の電池端子１６の経路にて行われる。
　ここで、いずれかの積層体１８が過熱状態になると、その熱が積層体１８に対応する温度ヒューズ機能素子２４に伝わる。温度ヒューズ機能素子２４では、温度が上昇して高温になると、第１金属端子３２と第２金属端子３１とが断線状態となる。この断線状態は、溶融した樹脂層３３が第１金属端子３２と第２金属端子３１との間に存在することにより安定に維持される。これにより、過熱状態となった積層体１８への通電が確実に阻止される。
　また、各温度ヒューズ機能素子４１は、固定部材２５によって覆われていることにより、例えば、ある箇所で内部短絡が発生した場合に、その短絡の発生した積層体１８から電流経路を介して伝達された熱の放熱が生じ難くなっている。したがって、温度ヒューズ機能素子４１は、積層体１８が過熱状態となった場合に、迅速に応答して電流経路を遮断することができる。すなわち、各温度ヒューズ機能素子４１は、固定部材２５によって覆われていることにより、積層体１８が過熱状態となった場合の電流経路遮断機能において、高い応答性を備えている。
　また、本実施の形態の非水系二次電池１は、図４に示したように、電池缶１１内の、電池端子１６が設けられている容器状ケース１３の両側壁と電極群１２との間の両空間領域において、電極群１２の両側に固定部材２５が配置され、固定部材２５が電池缶１１に固定されている構成となっている。
　このような構成では、非水系二次電池１の搬送中あるいは使用中に非水系二次電池１が振動を受けた場合であっても、固定部材２５が存在することによって電極群１２（積層体１８）の正極板２１や負極板２２とセパレータ２３とが相対的に移動し難くなる。これにより、電極群１２（積層体１８）において短絡が生じる事態を抑制し、非水系二次電池１の歩留まりを向上することができる。
　なお、上記の短絡は、振動により例えばセパレータ２３と正極板２１とが相対的に水平方向に移動し、正極板２１と負極板２２とが接触することにより生じるものである。
　また、上記のように、固定部材２５が配置されることにより、電池缶１１内の空間領域（デッドスペース）が減少し、電池缶１１内への非水系電解液の注入量を減少させることができる。非水系電解液の注入量が減少することは、非水系二次電池１の製造工程における非水系電解液の注入工程に要する時間の短縮につながる。
　なお、固定部材２５による電極群１２（積層体１８）での短絡防止機能すなわち耐震機能、および電解液の注入量の減少機能をさらに高める上では、固定部材２５は、幅方向（図４の紙面に対して垂直な方向）の寸法が、積層体１８の幅方向の寸法と同程度に形成されていることが好ましい。さらに、上記の空間領域に絶縁性を有する発泡体、例えばポリエチレンの発泡体を配置してもよい。このポリエチレン発泡体は、機械的強度と耐薬品性に優れ、さらに耐熱性にも優れているので、電池缶１１の上記空間領域に配置する部材として好適である。
　上記のように、本実施の形態の非水系二次電池１は、複数の積層体１８を備え、各積層体１８に対応して温度ヒューズ機能素子２４を容易に配置することができるので、大型化および大容量化に容易に対応することができる。また、大型化および大容量化に対応して過熱状態の進行を確実に防止することができる。
　〔実施の形態２〕
　本発明の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。
本発明の実施の形態の非水系二次電池１は、図５に示した温度ヒューズ機能素子２４に代えて、図７に示す温度ヒューズ機能素子４１を備えている。図７は、本実施の形態の非水系二次電池１が備える温度ヒューズ機能素子４１の構成を示す縦断面図である。他の構成は、前述した実施の形態の構成と同様である。
　温度ヒューズ機能素子４１は、図７に示すように、導電性の金属板からなる第１金属端子４２および第２金属端子４３を備え、さらに接続用樹脂層４４を備えている。なお、以下の説明では、第１金属端子４２と第２金属端子４３との向い合う側の端部をそれぞれの先端部と称する。
　第１金属端子４２と第２金属端子４３とは平板形状であり、第２金属端子４３は第２金属端子４３の上方位置に配置されている。第１金属端子４２と第２金属端子４３とは、先端部側の部分同士が上下方向において重なり合うように配置され、これら先端部側の部分同士の間に、接続用樹脂層４４が配置されている。図７の例では、接続用樹脂層４４が複数個、例えば５個配置されている。
　接続用樹脂層４４は、内部樹脂層４４ａの外周面に導電性金属のメッキ、例えば金メッキ、無電解メッキ、蒸着などを施して導電層４４ｂを形成することにより、外周面に導電性を付与したものである。したがって、第１金属端子４２と第２金属端子４３とは接続用樹脂層４４の導電層４４ｂを介して電気的に接続されている。
　接続用樹脂層４４の内部樹脂層４４ａは、前述した樹脂層３３と同様、例えば非水系二次電池１の過充電により、積層体１８が異常に加熱した場合の熱が電流経路を介して伝達されたときに溶融するものである。具体的には、樹脂層３３は、６０℃～１５０℃の融点を有するものである。このような樹脂層３３の材料としては、例えばポリオレフィン系の樹脂を使用することができる。
　なお、図７に示す接続用樹脂層４４は断面が円形となっており、円柱状もしくは球状となっている。ただし、接続用樹脂層４４の形状は特に限定されず、例えば断面が矩形の角柱状や断面が楕円の柱状であってもよい。
　上記の構成において、非水系二次電池１のいずれかの積層体１８が過熱状態になると、その熱が積層体１８に対応する温度ヒューズ機能素子４１に伝わる。温度ヒューズ機能素子４１では、温度が上昇して高温になり、接続用樹脂層４４の内部樹脂層４４ａが融点に達して溶融すると、図８に示すように、接続用樹脂層４４の導電層４４ｂが崩壊する。また、内部樹脂層４４ａは、第１金属端子４２と第２金属端子４３との間に広がり、絶縁層を形成し、この結果、第１金属端子４２と第２金属端子４３の間の抵抗が上昇する。なお、図８は、温度ヒューズ機能素子４１が動作した状態を示す縦断面図である。
　温度ヒューズ機能素子４１の上記の動作により、第１金属端子４２と第２金属端子４３とは断線状態となり、過熱状態となった積層体１８の電流経路が遮断される。また、第１金属端子４３と第１金属端子４２との間に溶融した内部樹脂層４４ａによる絶縁層が形成されるので、第１金属端子４２と第２金属端子４３との断線状態が安定に維持される。この結果、過熱状態となった積層体１８への通電が確実に阻止される。
　なお、本実施の形態における非水系二次電池１の他の機能、およびそれら機能を高める上での構成等については、前述した実施の形態の場合と同様である。
　以上の実施の形態において、温度ヒューズ機能素子２４（固定部材２５）は、図４に示したように、非水系二次電池１の電流経路において、電極群１２（積層体１８）の両側に配置した構成としている。しかしながら、これに限定されることなく、温度ヒューズ機能素子２４は、図９に示すように、非水系二次電池１の電流経路において、電極群１２（積層体１８）の一方側のみに配置した構成としてもよい。図９は、温度ヒューズ機能素子２４を図４に示した配置形態とは異なる配置形態に配置した例を示す非水系二次電池１の縦断面図である。温度ヒューズ機能素子２４は、図９に示すような配置形態としても、非水系二次電池１において、同様の電流遮断機能を発揮することができる。
　以上の実施の形態において、各温度ヒューズ機能素子２４同士は、図４に示したように、上下方向に所定の間隔をおいて配置された構成としている。しかしながら、これに限定されることなく、各温度ヒューズ機能素子２４同士は、図９に示すように、上下方向に所定の間隔を設けずに隣接した状態に配置した構成としてもよい。
　このような構成では、温度ヒューズ機能素子２４が一つのかたまりとして配置されるので、過熱状態となった積層体１８からの熱が温度ヒューズ機能素子２４に伝わった場合に、その熱によって温度ヒューズ機能素子２４が機能し易くなる。したがって、温度ヒューズ機能素子２４の応答性を高める上においてこの好ましい。
　また、以上の実施の形態において、非水系二次電池１は、異常な温度上昇が生じた場合に電流経路を遮断して温度上昇の進行を防止する温度上昇防止素子として、ヒューズ機能を有する温度ヒューズ機能素子２４を備えた構成としている。しかしながら、温度上昇防止素子は、温度ヒューズ機能素子２４に限定されることなく、ＰＴＣサーミスタ素子を用いてもよい。
　ＰＴＣサーミスタ素子は、過電流や周囲温度の上昇により、素子内部の温度が上昇すると、急激に抵抗値が増大するものである。これにより、ＰＴＣサーミスタ素子は、非水系二次電池１に異常な温度上昇が生じた場合に、流れる電流を微小に制限し、実質的に非水系二次電池１内の電流経路を遮断するので、温度ヒューズ機能素子２４と同様の機能を備える。ＰＴＣサーミスタ素子は、温度ヒューズ機能素子２４と置き換えて、同様に固定部材２５の内部に配置することができる。ＰＴＣサーミスタ素子を用いた場合には、用いた素子の仕様によるものの、電池内部の各積層体に流れる電流の仕様を考慮して、設計することにより、より電池の安全性を高めることができる。
　（実施例）
　以下に非水系二次電池の実施例を示す。
　[正極板の作製]
　正極活物質としてのＬｉＦｅＰＯ４（９０重量部）と、導電材としてのアセチレンブラック（５重量部）と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン（５重量部）とを混合し、溶媒としてのＮ－メチル－２－ピロリドンを適宜加えてスラリーを調製し、このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み２０μｍ）の両面上に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮し、所定のサイズで切断して板状の正極板２１を作製した。
　また、作製した正極板２１のサイズは１４０ｍｍ×２５０ｍｍであり、厚みは２３０μｍである。この正極板２１を７７枚用いた。
　[負極板の作製]
　負極活物質としての天然黒鉛（９０重量部）と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン（１０重量部）とを混合し、溶媒としてのＮ－メチル－２－ピロリドンを適宜加えて各材料を分散させてスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体としての銅箔（厚み１６μｍ）の両面上に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮し、所定のサイズで切断して板状の負極板２２を作製した。
　また、作製した負極板２２のサイズは１４２ｍｍ×２５５ｍｍであり、厚みは１４６μｍである。この負極板２２を８４枚用いた。
　また、セパレータ２３として、サイズ１４５ｍｍ×２５５ｍｍ、厚み２５μｍのポリオレフィン系の多孔質フィルムを１５４枚作製した。
　[非水電解液の作製]
　エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、３０：７０の容積比で混合した混合液（溶媒）に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌ溶解して非水電解液を調製した。
　[電池缶の作製]
　電池缶１１を構成する容器状ケース１３および蓋部材１４は、材料としてニッケルメッキされた厚み０．８ｍｍの鉄板を用いて、それぞれ作成した。また、容器状ケース１３の長手方向×短手方向×深さは、それぞれ内寸で、３２０ｍｍ×１５０ｍｍ×４０ｍｍとした。
　また、蓋部材１４は、電極群１２の上面に密着させるために、電池缶１１の内部に嵌まり込む皿型状の構成とした。皿型状の蓋部材１４を用いると、蓋部材１４を容器状ケース１３に溶接する際に動くのを防止できて、溶接作業が容易となる。
　[二次電池の組立]
　正極板２１と負極板２２とをセパレータ２３を介して交互に積層する。その際に、正極板２１に対して負極板２２が外側に位置するように、正極版２１を１１枚、負極板２２を１２枚、セパレータ２３を２２枚積層した。この構成からなる積層体１８を一つの積層体とした。この積層体１８をセパレータ２３と同じ厚み２５μｍのポリオレフィン系の多孔質フィルムを用いて巻回する構成により、電極群１２（積層体７個）を作成した。
　正負の極板間に介装するセパレータ２３の大きさは前述したように、サイズ１４５ｍｍ×２５５ｍｍであり、正極板２１（１４０ｍｍ×２５０ｍｍ）、負極板２２（１４２ｍｍ×２５５ｍｍ）よりも少し大きなサイズである。これにより、正極板２１および負極板２２に形成された活物質層を確実に被覆することができる。また、正極の集電体露出部および負極の集電体露出部に、集電端子１７を接続し、集電端子１７と電池端子１６との間に、温度ヒューズ機能素子２４（または４１）を接続した。さらに、絶縁性の材料からなるポリエチレン樹脂を加工した固定部材２５にて温度ヒューズ機能素子２４（または４１）を固定した。
　また、電池缶１１内の空間領域には絶縁性を有する発泡体であるポリエチレンの発泡体を配置した。この発泡体を所定サイズに切断して容器状ケース１３に組み付け、容器状ケース１３内に電極群１２を収容し、集電端子と電池端子１６とを接続し、容器状ケース１３に蓋部材１４を取り付け固着した。その後、注液孔から非水電解液を減圧下で注液し、注液後に、注液孔を封口した。
　このようにして、それぞれ温度ヒューズ機能素子２４，４１を備えた実施例１，２の非水系二次電池を５個ずつ作成した。また、参考例として、温度ヒューズ機能素子２４，４１を備えず、それ以外は実施例１と同様の構成（固定部材２５を備える構成）の非水系二次電池を作成した。また、比較例として、温度ヒューズ機能素子２４，４１および固定部材２５を備えず、それ以外は実施例１と同様の構成の非水系二次電池を作成した。そして、これら各例を評価するために、過充電試験および振動試験を行った。
　過充電試験は、充電電流０．５Ｃ、終止電圧１２Ｖにて評価した。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示す結果から、実施例の非水系二次電池は、比較例の非水系二次電池と比べて、電池の最高到達表面温度が抑制されていることが分かった。
　また、振動試験は、３軸方向（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）に各３時間４５分（計１１時間１５分）行った。この場合に、周波数の変動幅を５Ｈｚ～２００Ｈｚ～５Ｈｚとし、加速度の変動幅を１Ｇ～８Ｇ～１Ｇとした。試験においては１セットを１５分とし、各軸方向について１５セット（３時間４５分）行った。その結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果から分かるように、実施例および比較例の全ての非水系二次電池について、電池性能の異常は生じなかった。これに対し、比較例では、５個中３個の非水系二次電池について短絡が発生した。それら３個の非水系二次電池を分解検査したところ、端子接合部の破損および電極のずれによる短絡が見られた。
　また、比較例の構成であっても、蓋部材１４を介して電極群１２を圧接することは可能である。しかしながら、実験結果から判るように、積層方向に直交する方向の電極ずれ（横ずれ）を抑制することは困難である。したがって、実施例の非水系二次電池のように、固定部材２５によって電極群１２の横ずれを効果的に抑制することが好ましい。
　以上の結果から判るように、実施例の非水系二次電池では、温度ヒューズ機能素子２４，４１を備えること、および積層型の電極群１２を電池缶１１内の所定の位置に固定する固定部材２５を備えることにより、大容量化のために電池缶１１内に電極群１２を収容した構成において、過熱状態となった場合に過熱状態の進行を確実に防止することができ、また信頼性を高めることができる。
　本発明の非水系二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された層を少なくとも１層有する積層体と、前記積層体を複数層積層して形成された電極群と、前記の各積層体の正極板と電気的に接続される正極の電池端子、および前記の各積層体の負極板と電気的に接続される負極の電池端子と、前記積層体ごとに設けられ、前記の各積層体と前記正極の電池端子との間の電流経路と前記の各積層体と前記負極の電池端子との間の電流経路との少なくとも一方に配置され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により前記電流経路を遮断する温度上昇防止素子と、前記正極の電池端子および前記負極の電池端子が設けられ、前記電極群、前記温度上昇防止素子および非水系電解液を収容する電池容器とを備えている構成である。
　上記の構成によれば、例えば過充電や電池の内部短絡によりいずれかの積層体が過熱状態となった場合には、その積層体から伝達される熱によりその積層体に接続されている温度上昇防止素子が作動する。これにより、過熱状態となった積層体の電流経路が遮断され、温度上昇の進行を確実に防止することができる。
　ここで、非水系二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された層を少なくとも１層有する積層体が複数層積層され、それぞれの積層体に対して温度上昇防止素子が設けられた構成であるので、大型化および大容量化に容易に対応して、複数の温度上昇防止素子が作動することにより、過熱状態になった場合の温度上昇の進行を確実に防止することができる。
　上記の非水系二次電池において、前記温度上昇防止素子は、絶縁性の固定部材により覆われている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、温度上昇防止素子が絶縁性の固定部材により覆われているので、過熱状態となった積層体から温度上昇防止素子に伝達された熱は、放熱され難くなっている。したがって、温度上昇防止素子は、積層体が過熱状態となった場合に、迅速に応答して電流経路を遮断することができる。
　上記の非水系二次電池は、前記電池容器の互いに対向する一方の側壁に前記正極の電池端子が設けられ、他方の側壁に前記負極の電池端子が設けられ、前記温度上昇防止素子は、前記電極群と前記正極の電池端子との間の位置、および前記電極群と前記負極の電池端子との間の位置に配置され、前記固定部材は電池容器内において固定されている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、温度上昇防止素子は、電極群と正極の電池端子との間の位置、および電極群と前記負極の電池端子との間の位置に配置されているので、電池容器内のデッドスペースが少なくなり、電池容器内への非水系電解液の注液量を低減させることができる。この結果、電池容器内へ非水系電解液を注入する工程に要する時間を短縮することができる。
　また、固定部材は、電極群の両側において、電池容器内に固定されているので、非水系二次電池の搬送中あるいは使用中 (特に運搬時および設置時）に非水系二次電池に加わる振動により、スペーサと正負の電極坂の相対的な位置がずれて正極板と負極板とが短絡する事態を防止することができる。この結果、高い耐震性を備えるとともに、非水系二次電池の歩留まりを向上することができる。
　上記の非水系二次電池において、前記温度上昇防止素子は、第１金属端子と、この第１金属端子と電気的に接続され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により前記第１金属端子と電気的接続が遮断される第２金属端子と、これら第１金属端子と第２金属端子との間に配置され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により溶融する樹脂層とを備えている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、いずれかの積層体が過熱状態となり、その積層体から対応する温度上昇防止素子に熱が伝達されると、その温度上昇防止素子では、樹脂層が溶融し、かつ第１金属端子と第２金属端子との電気的接続が遮断される。これにより、過熱状態となった積層体の電流経路が遮断され、過熱状態の進行を確実に防止することができる。この場合、樹脂層は、第１金属端子と第２金属端子との間において溶融するので、溶融した樹脂層によって第１金属端子と第２金属端子との電気的接続の遮断状態が維持される。
　また、温度上昇防止素子は、第１金属端子、第２金属端子および樹脂層を備えた簡単な構成であるから、積層体ごとに容易に配置することができる。したがって、このような温度上昇防止素子を備えた構成によれば、大容量化および大型化に容易に対応することができる。
　上記の非水系二次電池において、前記第２金属端子は、一端部が樹脂層を介して前記第１金属端子の端部の第１面と対向し、他端部が前記樹脂層を巻き込み、かつ前記第１金属端子の前記端部を囲むように折り曲げられて、前記第１金属端子の前記端部の前記第１面とは反対側の第２面と接続され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により、変形して前記第１金属端子との電気的接続を遮断するようになっている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、温度上昇防止素子は、対応する積層体が過熱状態となってその積層体から熱が伝達されると、前記第２金属端子が変形して前記第１金属端子との電気的接続を遮断するようになっている。これにより、過熱状態となった積層体の電流経路が遮断され、過熱状態の進行を確実に防止することができる。この場合、樹脂層は、第１金属端子と第２金属端子との間において溶融した樹脂層を形成するので、この樹脂層によって第１金属端子と第２金属端子との電気的接続の遮断状態が維持される。
　上記の非水系二次電池において、前記樹脂層は、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により溶融する内部樹脂層と、この内部樹脂層の外周面に形成された導電層とを有し、前記第１金属端子と前記第２金属端子とは、前記導電層を介して電気的に接続されている構成としてもよい。
　上記の構成によれば、温度上昇防止素子は、第１金属端子と第２金属端子とが樹脂層における内部樹脂層の外周面に形成された導電層を介して電気的に接続されている。したがって、温度上昇防止素子は、対応する積層体が過熱状態となってその積層体から熱が伝達されると、内部樹脂層が溶融する結果、導電層が崩壊し、第１金属端子と第２金属端子とが電気的に遮断状態となる。
　これにより、過熱状態となった積層体の電流経路が遮断され、過熱状態の進行を確実に防止することができる。この場合、内部樹脂層は、第１金属端子と第２金属端子との間において溶融するので、溶融した内部樹脂層によって第１金属端子と第２金属端子との電気的接続の遮断状態が維持される。
　上記の非水系二次電池において、前記樹脂層は、融点が６０℃～１５０℃である構成としてもよい。
　上記の構成によれば、樹脂層は、融点が６０℃～１５０℃であるので、過熱状態となった積層体から伝達される熱により確実に溶融することができ、温度上昇防止素子は高い信頼性を備えることができる。特に、樹脂層として上記融点の範囲のうちの低融点の樹脂を使用した場合には、積層体の過熱状態に対する温度上昇防止素子の応答性をさらに高めることができる。
　上記の非水系二次電池において、前記温度上昇防止素子はＰＴＣサーミスタ素子である構成としてもよい。
　上記の構成によれば、ＰＴＣサーミスタ素子は、過電流や周囲温度の上昇により、素子内部の温度が上昇すると、抵抗値が増大する。したがって、非水系二次電池に異常な温度上昇が生じた場合に、流れる電流を微小に制限し、実質的に非水系二次電池内の電流経路を遮断する。これにより、過熱状態となった積層体の電流経路が遮断され、過熱状態の進行を確実に防止することができる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　本発明の非水系二次電池１は、大型化および大容量化される蓄電池に好適に利用可能である。
　　１　　非水系二次電池
　１１　　電池缶（電池容器）
　１２　　電極群
　１３　　容器状ケース
　１４　　蓋部材
　１６　　電池端子
　１７　　集電端子
　１８　　積層体
　２１　　正極板
　２１ａ　正極活物質層
　２１ｂ　正極集電体
　２２　　負極板
　２２ａ　負極活物質層
　２２ｂ　負極集電体
　２３　　セパレータ
　２４　　温度ヒューズ機能素子（温度上昇防止素子）
　２５　　固定部材
　３１　　第２金属端子
　３２　　第１金属端子
　３３　　樹脂層
　４１　　温度ヒューズ機能素子
　４２　　第１金属端子
　４３　　第２金属端子
　４４　　接続用樹脂層（樹脂層）
　４４ａ　内部樹脂層
　４４ｂ　導電層

Claims (8)

  1. 　正極板と負極板とがセパレータを介して積層された層を少なくとも１層有する積層体と、
    　前記積層体を複数層積層して形成された電極群と、
    　前記の各積層体の正極板と電気的に接続される正極の電池端子、および前記の各積層体の負極板と電気的に接続される負極の電池端子と、
    　前記積層体ごとに設けられ、前記の各積層体と前記正極の電池端子との間の電流経路と前記の各積層体と前記負極の電池端子との間の電流経路との少なくとも一方に配置され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により前記電流経路を遮断する温度上昇防止素子と、
    　前記正極の電池端子および前記負極の電池端子が設けられ、前記電極群、前記温度ヒューズ機能素子および非水系電解液を収容する電池容器とを備えていることを特徴とする非水系二次電池。
  2. 　前記温度上昇防止素子は、絶縁性の固定部材により覆われていることを特徴とする請求項１に記載の非水系二次電池。
  3. 　前記電池容器の互いに対向する一方の側壁に前記正極の電池端子が設けられ、他方の側壁に前記負極の電池端子が設けられ、
    　前記温度上昇防止素子は、前記電極群と前記正極の電池端子との間の位置、および前記電極群と前記負極の電池端子との間の位置に配置され、
    　前記固定部材は電池容器内において固定されていることを特徴とする請求項２に記載の非水系二次電池。
  4. 　前記温度上昇防止素子は、第１金属端子と、この第１金属端子と電気的に接続され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により前記第１金属端子との電気的接続が遮断される第２金属端子と、これら第１金属端子と第２金属端子との間に配置され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により溶融する樹脂層とを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の非水系二次電池。
  5. 　前記第２金属端子は、一端部が樹脂層を介して前記第１金属端子の端部の第１面と対向し、他端部が前記樹脂層を巻き込み、かつ前記第１金属端子の前記端部を囲むように折り曲げられて、前記第１金属端子の前記端部の前記第１面とは反対側の第２面と接続され、過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により、変形して前記第１金属端子との電気的接続を遮断するようになっていることを特徴とする請求項４に記載の非水系二次電池。
  6. 　前記樹脂層は、
    　過熱状態となった前記積層体から伝達される熱により溶融する内部樹脂層と、
    　この内部樹脂層の外周面に形成された導電層とを有し、
    　前記第１金属端子と前記第２金属端子とは、前記導電層を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の非水系二次電池。
  7. 　前記樹脂層は、融点が６０℃～１５０℃であることを特徴とする請求項３に記載の非水系二次電池。
  8. 　前記温度上昇防止素子は、ＰＴＣサーミスタ素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の非水系二次電池。
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