JP2011181409A - Battery and battery module - Google Patents
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Abstract
【課題】電流を確実に制限または遮断して電池の劣化や故障を防止できる電池を提供すること。
【解決手段】正極端子50が、一端が閉塞された筒状部511と、鍔部512とを備え、鍔部512がケース30の内側に配置されて固定された外側部材51と、正極と電気的に接続された基部521と、筒状部511に摺動可能に嵌挿される突部522と、を備え、基部521が鍔部512に当接して外側部材51と電気的に接続される内側部材52と、通常時において内側部材52と外側部材51の電気的接続状態を保持する係止爪53と、内側部材52を摺動させる駆動力を、熱により発生する熱膨張材59と、を備え、電池1が発熱したときに、熱膨張材59の膨張力によって、係止爪53による接続が解除されて基部521が鍔部512から離隔する方向に内側部材52が摺動することにより、内側部材52と外側部材51との電気的な接続が制限または遮断される電池1である。
【選択図】図5
To provide a battery capable of preventing the deterioration and failure of the battery by reliably limiting or cutting off the current.
A positive electrode terminal includes a cylindrical portion 511 having one end closed and a flange portion 512. The outer member 51 is disposed and fixed inside the case 30; A base portion 521 that is connected to the cylindrical portion 511 and a protrusion portion 522 that is slidably fitted into the tubular portion 511, and the base portion 521 is in contact with the flange portion 512 and is electrically connected to the outer member 51. A member 52, a locking claw 53 that maintains an electrical connection state between the inner member 52 and the outer member 51 in a normal state, and a thermal expansion material 59 that generates a driving force for sliding the inner member 52 by heat. When the battery 1 generates heat, due to the expansion force of the thermal expansion material 59, the connection by the locking claw 53 is released, and the inner member 52 slides in a direction in which the base portion 521 is separated from the flange portion 512. Electricity between the inner member 52 and the outer member 51 A battery 1 connection is limited or blocked.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、電池および電池モジュールに関する。詳しくは、電池の劣化や故障を防止する電流遮断機構を備えた電池および電池モジュールに関する。 The present invention relates to a battery and a battery module. More specifically, the present invention relates to a battery and a battery module provided with a current interruption mechanism that prevents deterioration and failure of the battery.
従来より、電気自動車やハイブリッド車の動力源として、大型のリチウムイオン2次電池が用いられている。このリチウムイオン2次電池は、単電池(以下、セルという)を複数接続してなる組電池であり、動力源として必要な電圧を出力する。 Conventionally, large-sized lithium ion secondary batteries have been used as power sources for electric vehicles and hybrid vehicles. This lithium ion secondary battery is an assembled battery formed by connecting a plurality of single cells (hereinafter referred to as cells), and outputs a voltage necessary as a power source.
ところで、このリチウムイオン2次電池を並列に接続し、各セルの電流負荷を軽減させるために、複数のセルを並列に接続した場合において、複数のセルのうちの1つが短絡すると、短絡したセル内部のエネルギーによる発熱に加えて、他の並列セルからの電流が流れ込むことによる発熱が生じる。 By the way, in the case where a plurality of cells are connected in parallel in order to connect the lithium ion secondary batteries in parallel and reduce the current load of each cell, if one of the plurality of cells is short-circuited, the short-circuited cell In addition to the heat generated by the internal energy, heat is generated by the current flowing from other parallel cells.
上記の発熱を防止するために、種々の提案がなされている。
例えば、内圧の上昇に伴って内圧方向に変形する防爆弁に、リード遮断用ストリッパーを取付けた防爆型密閉電池が提案されている(特許文献1参照)。この防爆型密閉電池では、所定の内圧に達したときに、リード板が防爆弁より剥離することにより、あるいはリード板が破断することにより、電流が遮断される。
Various proposals have been made to prevent the above heat generation.
For example, an explosion-proof sealed battery has been proposed in which a lead-blocking stripper is attached to an explosion-proof valve that deforms in the internal pressure direction as the internal pressure increases (see Patent Document 1). In this explosion-proof sealed battery, when a predetermined internal pressure is reached, the current is interrupted by peeling the lead plate from the explosion-proof valve or by breaking the lead plate.
また、負極板および正極板の少なくとも一方の集電耳部と、電池端子とを、電気的に接続するリード板に、ヒューズを配設した角型リチウムイオン電池が提案されている(特許文献2参照)。この角型リチウムイオン電池では、内部短絡が発生すると、ヒューズが溶断し、内部短絡の発生した電極が電池から切り離される。 Further, there has been proposed a rectangular lithium ion battery in which a fuse is disposed on a lead plate that electrically connects at least one current collecting ear portion of a negative electrode plate and a positive electrode plate and a battery terminal (Patent Document 2). reference). In this rectangular lithium ion battery, when an internal short circuit occurs, the fuse is melted and the electrode in which the internal short circuit occurs is disconnected from the battery.
また、負極リードと、負極端子とが、負極リードと負極端子間で発生するジュール熱により溶融するSn合金膜を介して電気的に接続された非水電解質二次電池が提案されている(特許文献3参照)。この非水電解質二次電池では、過大電流が流れると、負極リードと負極端子との間で発生するジュール熱により、Sn合金膜が溶融し、負極リードと負極端子とが電気的に遮断される。 Further, a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a negative electrode lead and a negative electrode terminal are electrically connected via an Sn alloy film that is melted by Joule heat generated between the negative electrode lead and the negative electrode terminal has been proposed (patent). Reference 3). In this nonaqueous electrolyte secondary battery, when an excessive current flows, the Sn alloy film is melted by Joule heat generated between the negative electrode lead and the negative electrode terminal, and the negative electrode lead and the negative electrode terminal are electrically cut off. .
しかしながら、特許文献1の電池では、リードを遮断する条件として、セル内部の圧力を利用する関係で、円筒型のセルが用いられる。このため、変形し易い角型のセル、特にアルミ製のケースを用いた角型のセル等の場合には、リードを遮断する条件に個体差が生じてしまう。ケースの変形を防止するためには、ケース板厚を厚くしたり、拘束部品を別途設ける必要があり、この場合には、電池の重量が増加してしまう。
However, in the battery of
また、特許文献1の電池では、セル内部での電解液の沸騰による内部圧力の上昇により、弁が作動する機構であるため、電池性能に応じて電解液組成が決定される。このため、電流の遮断に最適なより低沸点の電解液組成に設定することができず、電流の遮断が遅れるうえ、添加剤を電解液に加えると、電池の抵抗が上昇する等の問題があった。
Moreover, in the battery of
また、特許文献1の電池では、例えばセルの外側に釘等が刺さって内部短絡した場合には、内圧が開放されるため、弁を作動させることができない。その結果、他の並列セルから電流が流れ込み、発熱するおそれがあった。
Moreover, in the battery of
一方、特許文献2や3の電池のように、リードと集電部との間にヒューズを介在させた場合には、ヒューズが抵抗体となって電池の内部抵抗が増大してしまう問題があった。また、電池が大型化すると、ヒューズ自体も大型化するため、車載用としては不向きである。さらには、大電流が流れたときに電流が遮断される機構であるため、既に電池内部では短絡や発熱が生じた後であり、電池の劣化や故障は避けられない。
On the other hand, when a fuse is interposed between the lead and the current collector as in the batteries of
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、セルの内圧やヒューズを利用した電流遮断機構によらずに、電流を確実に制限または遮断して電池の劣化や故障を防止できる電池および電池モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and the object thereof is to reliably limit or cut off the current to prevent deterioration or failure of the battery without relying on the internal pressure of the cell or the current cut-off mechanism using the fuse. The object is to provide a battery and a battery module.
上記目的を達成するため第1の発明では、正極(例えば、後述の正極集電タブ15)と、負極(例えば、後述の負極集電タブ17)と、を備える蓄電素子(例えば、後述の蓄電素子10)と、前記正極と電気的に接続された正極端子(例えば、後述の正極端子50,60,70,80)と、前記負極と電気的に接続された負極端子(例えば、後述の負極端子100)と、前記蓄電素子を収容して保持するケース(例えば、後述のケース30)と、を備える電池(例えば、後述のリチウムイオン2次電池1,2,3,4)を提供する。
第1の発明に係る電池では、前記正極端子と前記負極端子のうち少なくとも一方の電極の端子は、一端が閉塞され他端が開口された筒状部(例えば、後述の筒状部511)と、開口端から径方向外側に延設された鍔部(例えば、後述の鍔部512)と、を備え、閉塞端側が前記ケースの外側に配置されるとともに、開口端側が前記ケースの内側に配置されて前記ケースに固定された外側部材(例えば、後述の外側部材51)と、前記一方の電極と電気的に接続された基部(例えば、後述の基部521)と、当該基部から突出して前記筒状部に摺動可能に嵌挿される突部(例えば、後述の突部522,622)と、を備え、前記基部が前記鍔部に当接することにより、前記外側部材と電気的に接続される内側部材(例えば、後述の内側部材52,62)と、通常時において、前記基部が前記鍔部に当接した状態を保持することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続を保持する接続保持手段(例えば、後述の係止爪53,溶接層73,正極集電リード板99)と、前記内側部材を前記筒状部の軸方向に摺動させる駆動力を、熱により発生する駆動手段(例えば、後述の熱膨張材59,弾性部材71)と、を備え、前記電池が発熱したときに、前記駆動手段で発生する駆動力によって、前記接続保持手段による接続が解除されて前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the first invention, a power storage element (for example, a power storage described later) including a positive electrode (for example, a positive
In the battery according to the first aspect of the present invention, at least one of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal has a cylindrical portion whose one end is closed and the other end opened (for example, a
第1の発明では、ケース内の圧力の影響を受け難い端子に、電流を制限または遮断する機構を設けた。具体的には、端子の温度の上昇に応じて電気抵抗を上昇させ、充電電流や放電電流を制限または遮断する機構を設けた。この電流遮断機構は、上記の構成からなる内側部材と外側部材の接触面積を温度に応じて変化させることにより、電気抵抗を変化させるPTC(自己温度制御)機能を備え、内側部材と外側部材の接触面積を減少させることにより、電気抵抗を上昇させて、電流を制限または遮断する。通常時において当接している内側部材と外側部材の接触面積の減少は、電池の発熱により駆動手段で発生する駆動力によって、内側部材の基部が外側部材の鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動することにより達成される。 In the first invention, a mechanism for limiting or interrupting the current is provided at the terminal which is not easily affected by the pressure in the case. Specifically, a mechanism for limiting or cutting off the charging current and discharging current by increasing the electrical resistance in accordance with the temperature rise of the terminal is provided. This current interruption mechanism has a PTC (self-temperature control) function for changing the electrical resistance by changing the contact area between the inner member and the outer member having the above-described structure according to the temperature. By reducing the contact area, the electrical resistance is increased to limit or block current. The decrease in the contact area between the inner member and the outer member that are in contact with each other in the normal state is that the inner member moves in a direction in which the base portion of the inner member is separated from the flange portion of the outer member by the driving force generated by the driving means due to heat generation of the battery. This is achieved by sliding.
第1の発明によれば、通常時においては、接続保持手段により、突部が筒状部に嵌挿されて基部が鍔部に当接した状態が保持され、内側部材と外側部材の電気的な接続が保持される。ここで、通常時とは、電池の発熱が生じた時を除く意味である。
これに対して、例えば過充電時や短絡等が発生した場合には、電池が発熱して端子の温度が上昇する。すると、駆動手段が駆動力を発生し、発生した駆動力によって、接続保持手段による接続が解除されて基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動することにより、内側部材と外側部材との接触面積が減少する。これにより、電気抵抗が上昇し、内側部材と外側部材との電気的な接続が制限または遮断される。従って、第1の発明によれば、さらなる発熱を確実に防止でき、電池の劣化や故障を回避できる。
According to the first invention, in a normal state, the connection holding means holds the state in which the protrusion is fitted into the cylindrical portion and the base is in contact with the flange, and the electrical connection between the inner member and the outer member is maintained. Connection is maintained. Here, the normal time means the time except when the battery generates heat.
On the other hand, for example, when overcharging or a short circuit occurs, the battery generates heat and the terminal temperature rises. Then, the driving means generates a driving force, and the generated driving force releases the connection by the connection holding means, and the inner member slides in a direction in which the base portion is separated from the collar portion. The contact area is reduced. As a result, the electrical resistance increases, and the electrical connection between the inner member and the outer member is restricted or interrupted. Therefore, according to the first aspect of the invention, further heat generation can be reliably prevented, and battery deterioration and failure can be avoided.
また、第1の発明の電流遮断機構は、内圧に基づいて電流を遮断する従来の機構とは異なり、温度に基づいて駆動するため、ケース内の圧力が上昇して圧力弁等により内圧が開放される条件下であっても、電流を制限または遮断できる。
また、ケースの剛性を高く設計する必要がないため、ケースを軽量化できる。加えて、端子部分を中空にする構造であるため、端子を軽量化でき、電池の軽量化が可能である。
また、端子部分に電流遮断機構を設けるため、蓄電素子の配置スペースが犠牲にされることがなく、ケースを小型化でき、電池の小型化が可能である。
また、例えば、電極端子と電極との接続にリード板を用いる場合には、従来のようにリード板を破断させる必要が無いため、リード板の板厚を大きく設定でき、電気抵抗を小さくできる。
Further, unlike the conventional mechanism that cuts off the current based on the internal pressure, the current cut-off mechanism of the first invention is driven based on the temperature, so that the pressure in the case rises and the internal pressure is released by a pressure valve or the like. The current can be limited or interrupted even under conditions.
Moreover, since it is not necessary to design the case with high rigidity, the case can be reduced in weight. In addition, since the terminal portion has a hollow structure, the terminal can be reduced in weight, and the battery can be reduced in weight.
In addition, since the current interrupting mechanism is provided in the terminal portion, the space for arranging the storage element is not sacrificed, the case can be downsized, and the battery can be downsized.
Further, for example, when a lead plate is used for connection between the electrode terminal and the electrode, it is not necessary to break the lead plate as in the conventional case, so that the plate thickness of the lead plate can be set large and the electric resistance can be reduced.
また、第2の発明では、通常時において、前記突部と前記筒状部との間には密閉空間(例えば、後述の密閉空間58,68)が形成され、前記接続保持手段は、前記内側部材を前記外側部材に係止する係止爪(例えば、後述の係止爪53)であり、前記駆動手段は、前記密閉空間に封入されて熱により体積が膨張する熱膨張材(例えば、後述の熱膨張材59)であり、前記電池が発熱したときに、前記熱膨張材の体積が膨張することによって、前記係止爪による係止が解除されて前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されることを特徴とする。
In the second invention, in a normal state, a sealed space (for example, sealed
第2の発明では、通常時において、突部と筒状部との間に密閉空間が形成されるように突部を構成するとともに、この密閉空間に、駆動手段としての熱膨張材を封入した。また、接続保持手段として、内側部材と外側部材とを係止する係止爪を設けた。
第2の発明によれば、電池が発熱したときに、内側部材を摺動させる駆動力として、密閉空間に封入した熱膨張材の膨張力が利用される。この熱膨張材の膨張力により、係止爪による係止が解除されて基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動することにより、内側部材と外側部材との電気的な接続が制限または遮断される。従って、第1の発明の効果が確実に奏される。
In the second invention, the projecting portion is configured so that a sealed space is formed between the projecting portion and the tubular portion in a normal state, and a thermally expandable material as a driving means is enclosed in the sealed space. . Moreover, the latching claw which latches an inner member and an outer member was provided as a connection holding means.
According to the second invention, when the battery generates heat, the expansion force of the thermal expansion material enclosed in the sealed space is used as the driving force for sliding the inner member. Due to the expansion force of the thermal expansion material, the locking by the locking claw is released and the inner member slides in a direction in which the base part is separated from the collar part, thereby limiting the electrical connection between the inner member and the outer member. Or blocked. Therefore, the effect of the first invention is surely achieved.
また、第2の発明によれば、熱膨張材として、所望の膨張開始温度や所望の膨張力を有する熱膨張材を選択できるため、電流遮断機構の駆動温度を自由に設定できる。例えば、電池の性能に影響を及ぼしはじめる温度である60℃付近から、緩やかに電気抵抗を上昇させることができる。突部が筒状部から離脱する等、密閉空間に封入した熱膨張材がケース内に排出されない温度条件下であれば、繰り返し使用することができる。
また、ケース内の圧力に基づいて電流を遮断する従来の機構では、ケースが変形して内圧がばらつくことにより、確実性および迅速性に難があった。これに対して、第2の発明によれば、強度の高い端子内に形成した密閉空間に熱膨張材を封入するため、熱膨張材の膨張力を内側部材の駆動に直接利用して電流を制限または遮断できる。従って、従来のケース内の圧力を利用したものに比べて、より確実かつ迅速に電流を制限または遮断できる。
Further, according to the second invention, a thermal expansion material having a desired expansion start temperature and a desired expansion force can be selected as the thermal expansion material, so that the driving temperature of the current interrupt mechanism can be freely set. For example, the electrical resistance can be gradually increased from around 60 ° C., which is a temperature at which battery performance starts to be affected. If the thermal expansion material enclosed in the sealed space is not discharged into the case, such as when the protrusion is detached from the cylindrical portion, it can be used repeatedly.
Further, in the conventional mechanism that cuts off the current based on the pressure in the case, the case is deformed and the internal pressure varies. On the other hand, according to the second invention, since the thermal expansion material is sealed in the sealed space formed in the high-strength terminal, the expansion force of the thermal expansion material is directly used for driving the inner member to generate the current. Can be restricted or blocked. Therefore, the current can be limited or cut off more reliably and quickly than the conventional case using the pressure in the case.
第3の発明では、前記突部は、先端が開口された中空の突部(例えば、後述の突部522)であるか、またはその突出長さが前記筒状部の長さよりも短く形成された突部(例えば、後述の突部622)であることを特徴とする。
In the third invention, the protrusion is a hollow protrusion (for example, a
第3の発明では、内側部材の突部を、先端が開口した中空状に形成した。または、その突出長さが筒状部の長さよりも短く設定して形成した。
先端が開口した中空状の突部の場合には、この突部の中空部と筒状部とにより、密閉空間が形成される。また、その突出長さを筒状部の長さよりも短く設定した突部の場合には、この突部の先端と筒状部とにより、密閉空間が形成される。従って、第3の発明によれば、駆動手段としての熱膨張材を封入する密閉空間を確実に確保することができ、第2の発明の効果が確実に奏される。
In 3rd invention, the protrusion part of the inner member was formed in the hollow shape which the front-end | tip opened. Alternatively, the protrusion length is set shorter than the length of the cylindrical portion.
In the case of a hollow projection having an open end, a sealed space is formed by the hollow portion and the cylindrical portion of the projection. Moreover, in the case of the protrusion which set the protrusion length shorter than the length of a cylindrical part, sealed space is formed by the front-end | tip of this protrusion and a cylindrical part. Therefore, according to the third aspect of the invention, it is possible to reliably ensure a sealed space that encloses the thermal expansion material as the driving means, and the effects of the second aspect of the invention are reliably exhibited.
第4の発明では、前記突部は、前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動したときに、前記密閉空間と前記ケースの内部とが連通するように形成され、前記熱膨張材は、消火剤を含み、前記電池が発熱したときに、前記熱膨張材の体積が膨張することによって、前記接続保持手段による接続が解除されて前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されるとともに、前記密閉空間と前記ケースの内部とが連通して前記消火剤が前記ケース内に導入されることを特徴とする。 In the fourth invention, the projecting portion is formed so that the sealed space communicates with the inside of the case when the inner member slides in a direction in which the base portion is separated from the flange portion, The thermal expansion material includes a fire extinguishing agent, and when the battery generates heat, the volume of the thermal expansion material expands, whereby the connection by the connection holding means is released and the base portion is separated from the flange portion. When the inner member slides, the electrical connection between the inner member and the outer member is restricted or blocked, and the sealed space communicates with the inside of the case so that the fire extinguishing agent is It is introduced in a case.
第4の発明では、電池が発熱して基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動したときに、密閉空間がケースの内部と連通するように突部を形成した。また、密閉空間に封入する熱膨張材に、消火剤を含有させた。
第4の発明によれば、電池が発熱し、熱膨張材の体積が膨張することによって基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動したときに、内側部材と外側部材との電気的な接続が制限または遮断されるとともに、密閉空間がケースの内部と連通する。これにより、第2および第3の発明の効果が奏される他、密閉空間に封入されていた消火剤がケース内に導入されるため、電池の劣化や故障を防止できる。
なお、基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動したときに密閉空間がケースの内部と連通する構成としては、例えば、突部の突出長さを、熱膨張材の膨張力により内側部材が摺動する距離よりも短く設定し、基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動したときに、突部が筒状部から離脱する構成等が挙げられる。
In the fourth invention, the protrusion is formed so that the sealed space communicates with the inside of the case when the inner member slides in a direction in which the battery generates heat and the base part is separated from the collar part. Moreover, a fire extinguishing agent was contained in the thermal expansion material sealed in the sealed space.
According to the fourth invention, when the inner member slides in the direction in which the base part is separated from the collar part due to the heat generation of the battery and the expansion of the volume of the thermal expansion material, the electrical connection between the inner member and the outer member is achieved. The connection is restricted or cut off, and the sealed space communicates with the inside of the case. Thereby, in addition to the effects of the second and third inventions, the fire extinguisher enclosed in the sealed space is introduced into the case, so that deterioration and failure of the battery can be prevented.
In addition, as a configuration in which the sealed space communicates with the inside of the case when the inner member slides in a direction in which the base portion is separated from the collar portion, for example, the protruding length of the protruding portion is increased by the expansion force of the thermal expansion material. Examples include a configuration in which the protrusion is separated from the cylindrical portion when the inner member slides in a direction in which the base slides away from the collar portion, and is set shorter than the distance that the member slides.
第5の発明では、前記ケースは、当該ケース内の圧力を開放する圧力弁(例えば、後述の圧力弁35)を備えることを特徴とする。
In a fifth invention, the case includes a pressure valve (for example, a
第5の発明では、ケース内の圧力が上昇したときに、ケース内の圧力を開放する圧力弁を設けた。
上記の第4の発明において、電池が発熱したときには、密閉空間に封入されていた熱膨張材および消火剤がケース内に導入されるが、これらの導入により、ケース内の圧力が上昇する。そこで、第5の発明によれば、圧力弁によってケース内の圧力を開放できるため、ケースの変形を防止できる。また、圧力弁が開放されるため、異常の有無を外部から容易に判別することができる。
In the fifth invention, a pressure valve is provided for releasing the pressure in the case when the pressure in the case rises.
In the fourth aspect of the present invention, when the battery generates heat, the thermal expansion material and the fire extinguishing agent enclosed in the sealed space are introduced into the case. By introducing these, the pressure in the case increases. Therefore, according to the fifth aspect, the pressure in the case can be released by the pressure valve, so that the case can be prevented from being deformed. Further, since the pressure valve is opened, it is possible to easily determine whether there is an abnormality from the outside.
第6の発明では、前記突部は、その突出長さが前記筒状部の長さよりも短く形成され、前記接続保持手段は、前記内側部材と前記外側部材を溶接する溶接層(例えば、後述の溶接層73)であり、前記駆動手段は、前記突部と前記筒状部とで形成される密閉空間に配設されて熱により前記筒状部の軸方向に伸張する形状記憶合金からなる弾性部材(例えば、後述の弾性部材71)であり、前記電池が発熱したときに、前記形状記憶合金からなる弾性部材が前記筒状部の軸方向に伸張することによって、前記溶接層が破断して前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されることを特徴とする。
In a sixth aspect of the invention, the protrusion is formed so that the protrusion length is shorter than the length of the cylindrical portion, and the connection holding means is a weld layer (for example, described later) that welds the inner member and the outer member. And the drive means is made of a shape memory alloy that is disposed in a sealed space formed by the protrusion and the cylindrical portion and that extends in the axial direction of the cylindrical portion by heat. An elastic member (for example, an
第6の発明では、その突出長さが筒状部の長さよりも短い突部を形成するとともに、接続保持手段として、内側部材と外側部材を溶接する溶接層を設けた。また、駆動手段として、突部と筒状部とで形成される密閉空間に、熱により筒状部の軸方向に伸張する形状記憶合金からなる弾性部材を設けた。
第6の発明によれば、電池が発熱したときに内側部材を摺動させる駆動力として、密閉空間に配設した形状記憶合金からなる弾性部材の軸方向の伸張力が利用される。この伸張力によって、溶接層が破断し、基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動することにより、内側部材と外側部材との電気的な接続が制限または遮断される。この第6の発明における電流遮断機構は、上記の第2の発明における電流遮断機構と比べて、内側部材の動作設計が簡便であり、より確実である。従って、第6の発明によれば、第1の発明の効果がより確実に奏される。
In the sixth aspect of the present invention, a protruding portion whose protruding length is shorter than the length of the cylindrical portion is formed, and a weld layer for welding the inner member and the outer member is provided as the connection holding means. In addition, an elastic member made of a shape memory alloy that extends in the axial direction of the tubular portion by heat is provided in the sealed space formed by the protrusion and the tubular portion as the driving means.
According to the sixth invention, the axial extension force of the elastic member made of the shape memory alloy disposed in the sealed space is used as the driving force for sliding the inner member when the battery generates heat. Due to this stretching force, the weld layer breaks and the inner member slides in a direction in which the base portion is separated from the collar portion, thereby restricting or blocking the electrical connection between the inner member and the outer member. The current interruption mechanism according to the sixth aspect of the invention is more reliable because the operation design of the inner member is simpler than the current interruption mechanism according to the second aspect of the invention. Therefore, according to the sixth aspect, the effects of the first aspect are more reliably achieved.
第7の発明では、前記突部は、その突出長さが前記筒状部の長さよりも短く形成され、前記接続保持手段は、前記基部と前記一方の電極とを電気的に接続するとともに、前記基部が前記鍔部に当接する方向に前記内側部材を付勢するリード板(例えば、後述の正極集電リード板99)であり、前記駆動手段は、前記突部と前記筒状部とで形成される密閉空間に配設されて熱により前記筒状部の軸方向に伸張する形状記憶合金からなる弾性部材(例えば、後述の弾性部材71)であり、前記電池が発熱したときに、前記形状記憶合金からなる弾性部材が前記筒状部の軸方向に伸張することによって、前記リード板による付勢力に対抗して前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されることを特徴とする。
In the seventh invention, the protrusion is formed so that the protrusion length is shorter than the length of the tubular portion, and the connection holding means electrically connects the base and the one electrode, A lead plate that biases the inner member in a direction in which the base abuts against the flange portion (for example, a positive current collecting
第7の発明では、その突出長さが筒状部の長さよりも短い突部を形成するとともに、接続保持手段として、基部と一方の電極とを電気的に接続するとともに、基部が鍔部に当接する方向に内側部材を付勢するリード板を設けた。また、駆動手段として、突部と筒状部とで形成される密閉空間に、熱により筒状部の軸方向に伸張する形状記憶合金からなる弾性部材を設けた。
第7の発明によれば、電池が発熱したときに内側部材を摺動させる駆動力として、密閉空間に配設した形状記憶合金からなる弾性部材の軸方向の伸張力が利用される。この伸張力によって、リード板による付勢力に対抗して基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動することにより、内側部材と外側部材との電気的な接続が制限または遮断される。この第7の発明における電流遮断機構は、上記の第2の発明における電流遮断機構と比べて、内側部材の動作設計が簡便であり、より確実である。従って、第7の発明によれば、第1の発明の効果がより確実に奏される。
また、第7の発明では、接続保持手段として、リード板の付勢力が利用されるため、電池の発熱により形状記憶合金からなる弾性部材が、一旦、伸張した後、温度が低下して縮小したときに、再びリード板の付勢力によって、内側部材と外側部材の電気的な接続を復活させることができる。従って、第7の発明に係る電池は、繰り返しの使用が可能である。
In the seventh invention, the protrusion is formed with a protrusion shorter than the length of the cylindrical portion, and as a connection holding means, the base and one of the electrodes are electrically connected, and the base is connected to the flange. A lead plate for urging the inner member in the abutting direction was provided. In addition, an elastic member made of a shape memory alloy that extends in the axial direction of the tubular portion by heat is provided in the sealed space formed by the protrusion and the tubular portion as the driving means.
According to the seventh invention, the axial extension force of the elastic member made of the shape memory alloy disposed in the sealed space is used as the driving force for sliding the inner member when the battery generates heat. Due to this stretching force, the inner member slides in a direction in which the base part is separated from the collar part against the urging force of the lead plate, thereby restricting or blocking the electrical connection between the inner member and the outer member. The current interruption mechanism in the seventh invention is more reliable because the operation design of the inner member is simpler than the current interruption mechanism in the second invention. Therefore, according to the seventh aspect, the effect of the first aspect is more reliably achieved.
In the seventh aspect of the invention, since the urging force of the lead plate is used as the connection holding means, the elastic member made of the shape memory alloy is once stretched due to the heat generated by the battery, and then the temperature is reduced and reduced. Sometimes, the electrical connection between the inner member and the outer member can be restored by the urging force of the lead plate again. Therefore, the battery according to the seventh invention can be used repeatedly.
第8の発明では、第1から第7の発明に係る電池が並列に接続されて形成された電池モジュールを提供する。 The eighth invention provides a battery module formed by connecting the batteries according to the first to seventh inventions in parallel.
第8の発明では、第1から第7の発明に係る電池を複数、並列に接続することにより、電池モジュールを形成した。
第8の発明に係る電池モジュールによれば、例えば、異物の混入といった何らかの理由により短絡が発生すると、短絡した電池の電位が低下し、他の並列電池から短絡した電池に電流が流れ込む。すると、短絡した電池が発熱し、この熱により、端子に設けられた駆動手段が駆動力を発生する。そして、この駆動力によって、接続保持手段が解除されて基部が鍔部から離隔する方向に内側部材が摺動することにより、内側部材と外側部材との電気的な接続が制限または遮断される。従って、第8の発明に係る電池モジュールによれば、さらなる発熱を確実に防止でき、発熱による電池の劣化や故障を回避できる。
また、上述したように、第1から第7の発明に係る電池は、小型化、軽量化が可能であるため、これらの電池を用いた第8の発明に係る電池モジュールによれば、その効果がより高められる。
In the eighth invention, a battery module is formed by connecting a plurality of the batteries according to the first to seventh inventions in parallel.
According to the battery module of the eighth aspect of the invention, for example, when a short circuit occurs for some reason, such as the inclusion of foreign matter, the potential of the shorted battery decreases, and a current flows from another parallel battery into the shorted battery. Then, the short-circuited battery generates heat, and the driving means provided at the terminal generates driving force due to this heat. Then, by this driving force, the connection holding means is released and the inner member slides in the direction in which the base part is separated from the collar part, thereby restricting or blocking the electrical connection between the inner member and the outer member. Therefore, according to the battery module of the eighth invention, further heat generation can be reliably prevented, and deterioration or failure of the battery due to heat generation can be avoided.
As described above, since the batteries according to the first to seventh inventions can be reduced in size and weight, the effect of the battery module according to the eighth invention using these batteries is achieved. Is further enhanced.
本発明によれば、セルの内圧やヒューズを利用した電流遮断機構によらずに、電流を確実に制限または遮断して電池の劣化や故障を防止できる電池および電池モジュールを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the battery and battery module which can restrict | limit or interrupt | block current reliably and can prevent a deterioration and failure of a battery can be provided without using the electric current interruption mechanism using the internal pressure of a cell or a fuse.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。なお、第2実施形態以降の説明において、第1実施形態と共通する構成については、第1実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that in the description of the second and subsequent embodiments, the same reference numerals as those in the first embodiment are assigned to configurations common to the first embodiment, and the description thereof is omitted.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係るリチウムイオン2次電池1の正面図であり、図2は、リチウムイオン2次電池1の右側面図である。
図1および図2に示すように、リチウムイオン2次電池1は、薄板状で角型の外形を呈する2次電池である。このリチウムイオン2次電池1は、例えば並列に複数接続されることによって、高電圧バッテリを構成する。また、このようにして構成された高圧バッテリは、電気自動車やハイブリッド車の蓄電池として使用される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a front view of the lithium ion
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion
図1および図2に示すように、リチウムイオン2次電池1は、蓄電素子10と、図示しない電解液と、ケース30と、正極端子50と、負極端子100と、正極集電リード板95と、負極集電リード板97と、を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion
[蓄電素子]
蓄電素子10は、蓄電素子本体11と、正極集電タブ15と、負極集電タブ17と、を含んで構成される。
蓄電素子10は、例えば、長さ(図1の左右方向の寸法)が147mm、幅が80mm(図1の上下方向の寸法)、厚さ(図2の左右方向の寸法)が38mmで形成される。
[Storage element]
The
The
蓄電素子本体11は、正極シートと負極シートが、絶縁性のセパレータを介して交互に積層された積層体により構成される。また、正極集電タブ15は、正極シートの積層体により構成され、負極集電タブ17は、負極シートの積層体により構成される。
なお、正極集電タブ15は、リチウムイオン2次電池1の正極を構成し、負極集電タブ17は、リチウムイオン2次電池1の負極を構成する。
The power
The positive electrode
正極シートは、導電性を有する正極集電箔と、正極集電箔の両面にそれぞれ形成された正極活物質層と、を含んで構成される。正極集電箔は、例えば、矩形状のアルミニウム箔(例えば、厚さ12μm)が用いられる。
正極活物質層は、正極活物質と導電性フィラーとバインダ(接着剤)との混合物を、正極集電箔に、その長さ方向の一端側を除いて塗工した後、プレス加工することで形成される。未塗工部は、巻回されて正極集電タブ15を構成する。
例えば、塗工部の長さが131mm、未塗工部の長さが7mm、プレス後の正極シートの厚さが100μm、正極シートの電極密度が3.8g/cm3となるように形成される。
A positive electrode sheet is comprised including the positive electrode current collection foil which has electroconductivity, and the positive electrode active material layer each formed in both surfaces of the positive electrode current collection foil. As the positive electrode current collector foil, for example, a rectangular aluminum foil (for example, a thickness of 12 μm) is used.
The positive electrode active material layer is formed by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive filler, and a binder (adhesive) to the positive electrode current collector foil, excluding one end in the length direction, and then pressing the mixture. It is formed. The uncoated portion is wound to constitute the positive electrode
For example, the length of the coated part is 131 mm, the length of the uncoated part is 7 mm, the thickness of the positive electrode sheet after pressing is 100 μm, and the electrode density of the positive electrode sheet is 3.8 g / cm 3. The
正極活物質としては、例えば、平均粒径D50=12μmの粉末状のリチウム酸化物(LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2)が用いられる。
導電性フィラーとしては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、VCGF(気相成長炭素繊維)が用いられる。
バインダとしては、例えば、PVDF(ポリビニリデンジフルオライド)が用いられる。
As the positive electrode active material, for example, powdery lithium oxide (LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 ) having an average particle diameter D50 = 12 μm is used.
As the conductive filler, for example, acetylene black, ketjen black, or VCGF (vapor growth carbon fiber) is used.
As the binder, for example, PVDF (polyvinylidene difluoride) is used.
負極シートは、導電性を有する負極集電箔と、負極集電箔の両面にそれぞれ形成された負極活物質層と、を含んで構成される。負極集電箔は、例えば、矩形状の銅箔(例えば、厚さ10μm)が用いられる。
負極活物質層は、負極活物質とバインダ(接着剤)との混合物を、負極集電箔に、その長さ方向の一端側を除いて塗工した後、プレス加工することで形成される。未塗工部は、巻回されて負極集電タブ17を構成する。
負極シートは、例えば、塗工部の長さが133mm、未塗工部の長さが7mm、プレス後の負極シートの厚さが100μm、負極シートの電極密度が1.5g/cm3となるように形成される。
A negative electrode sheet is comprised including the negative electrode current collection foil which has electroconductivity, and the negative electrode active material layer each formed in both surfaces of the negative electrode current collection foil. As the negative electrode current collector foil, for example, a rectangular copper foil (for example, a thickness of 10 μm) is used.
The negative electrode active material layer is formed by coating a mixture of a negative electrode active material and a binder (adhesive) on the negative electrode current collector foil, excluding one end side in the length direction, and then pressing. The uncoated portion is wound to constitute the negative electrode
In the negative electrode sheet, for example, the length of the coated part is 133 mm, the length of the uncoated part is 7 mm, the thickness of the negative electrode sheet after pressing is 100 μm, and the electrode density of the negative electrode sheet is 1.5 g / cm 3. Formed as follows.
負極活物質としては、例えば、リチウムイオン(Li+)を吸蔵/放出する炭素材料や、リチウム(Li)と金属化合物を形成する合金が用いられる。
炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人工黒鉛(例えば、粒径22μm)、活性炭、低温炭素体(有機前駆体)を、不活性ガス雰囲気中で熱処理したもの等が用いられる。また、低温炭素体(有機前駆体)としては、例えば、ピッチ、メソフェーズピッチ等の易黒鉛性炭素前駆体や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、セルロース等の難黒鉛化性炭素前駆体が用いられる。
バインダとしては、例えば、PVDFが用いられる。
As the negative electrode active material, for example, a carbon material that occludes / releases lithium ions (Li + ) or an alloy that forms a metal compound with lithium (Li) is used.
As the carbon material, for example, natural graphite, artificial graphite (for example,
For example, PVDF is used as the binder.
セパレータは、正極シートと負極シートとを電気的に絶縁する。セパレータは、多孔質体で形成され、ケース30内に充填された後述の電解液に含浸される。セパレータとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系多孔質セパレータや、ポリエステル繊維やアラミド繊維から成る不織布が用いられる。セパレータは、例えば、厚みが25μmで形成される。
The separator electrically insulates the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. The separator is formed of a porous body and is impregnated in an electrolyte solution described later filled in the
次に、蓄電素子10の製造方法について説明する。
蓄電素子10は、正極シートと、負極シートとを、セパレータを介して交互に積層してなる積層体を、板状の巻芯に巻回した後、巻芯を引き抜くことにより得られる。より詳しくは、蓄電素子10は、正極シートと負極シートとを、それぞれの塗工部同士のみが重なるように、それぞれの未塗工部の分だけ面方向にずらし、長さ方向の一端側に正極シートの未塗工部のみが配置され、他端側に負極シートの未塗工部のみが配置されるようにして積層するとともに、負極シートが正極シートよりも外側になるようにして巻回する。巻回体を得た後、輪切り断面が扁平となるように厚み方向に押し潰すことにより、長さ方向の中央部に、正極シートと負極シートの塗工部同士が積層された蓄電素子本体11が形成される。
また、長さ方向の両端にある正極シートと負極シートそれぞれの未塗工部を、厚み方向に溶接等によって密着させることにより、正極集電タブ15および負極集電タブ17が形成される。
以上により、蓄電素子本体11と、正極集電タブ15と、負極集電タブ17と、を備える蓄電素子10が形成される。
Next, the manufacturing method of the
The
Moreover, the positive electrode
As described above, the
なお、以上の構成を備える蓄電素子10は、図示しない絶縁フィルムによりその外表面が覆われており、ケース30と電気的に絶縁されている。絶縁フィルムとしては、例えば、ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムが用いられる。
In addition, the
[電解液]
図示しない電解液は、ケース30内に充填されており、蓄電素子10は、電解液中に浸漬される。電解液は、電池反応により生成するリチウムイオン等のイオンを、両電極間で輸送する。電解液は、溶媒に電解質を溶解させることにより、調製される。
[Electrolyte]
An electrolyte solution (not shown) is filled in the
溶媒としては、非水溶媒が用いられる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等が用いられる。なお、これらの非水溶媒は、単独で使用してもよく、2種以上を混合して併用してもよい。 A non-aqueous solvent is used as the solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), γ-butyrolactone (γ -BL), sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like. These nonaqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.
電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ素リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3SO3)2]等のリチウム塩が用いられる。なお、電解質の非水溶媒に対する溶解量は、0.2mol/L〜2mol/Lであることが好ましい。 Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenide (LiAsF 6 ), and trifluoromethanesulfonic acid. Lithium salts such as lithium (LiCF 3 SO 3 ) and bistrifluoromethylsulfonylimide lithium [LiN (CF 3 SO 3 ) 2 ] are used. In addition, it is preferable that the dissolution amount with respect to the nonaqueous solvent of electrolyte is 0.2 mol / L-2 mol / L.
また、電解液中には、LiTFSI(リチウム塩)等を添加して混合してもよい。
さらには、電解液がゲル状で保持されるように、ゲル電解質を用いてもよい。ゲル電解質としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ビニリデンフロライド、ヘキサフルオロプロピレンの誘導体や、これらの共重合体が用いられる。
Moreover, you may add and mix LiTFSI (lithium salt) etc. in electrolyte solution.
Furthermore, a gel electrolyte may be used so that the electrolyte is held in a gel form. As the gel electrolyte, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, vinylidene fluoride, a derivative of hexafluoropropylene, or a copolymer thereof is used.
[ケース]
図1および図2に示すように、ケース30は、薄板状で角型の外形を呈している。ケース30は、蓄電素子10を収容して保持する。ケース30は、ケース本体31と、蓋33とを備える。
[Case]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ケース本体31は、上面が開口した薄板状の箱体である。ケース本体31は、アルミニウム合金、SUS(ステンレス)または樹脂等から形成される。特に、アルミニウム合金製であって、インパクト成型やトランスファープレス加工によって形成されたものが好ましく用いられる。ケース本体31は、例えば、板厚が1.0mm、長さ(図1の左右方向の寸法)が155mm、幅(図2の左右方向の寸法)が40mmおよび高さ(図1の上下方向の寸法)が100mmの外形寸法で形成される。
The case
蓋33は、所定の厚さ(例えば、2mm)を有し、ケース本体31の開口を塞ぐ。蓋33は、例えばレーザー溶接によって、ケース本体31と接合される。
なお、蓋33には、電解液を注入するための図示しない注入口が設けられている。
The
The
[端子]
正極端子50と負極端子100は、蓋33の長手方向両端にそれぞれ取り付けられている。これら正極端子50と負極端子100は、銅、ニッケル、アルミニウムおよびSUS(ステンレス)等の金属や、これらの金属からなる合金で形成される。
[Terminal]
The
正極端子50は、正極集電リード板95を介して、蓄電素子10の正極集電タブ15と電気的に接続されている。正極集電リード板95は、例えば、幅が40mm、厚さが0.5mmのアルミニウム合金板で形成される。正極集電タブ15および正極端子50は、それぞれ、例えば超音波溶接によって、正極集電リード板95と電気的に接続される。
The
負極端子100は、負極集電リード板97を介して、蓄電素子10の負極集電タブ17と電気的に接続されている。負極集電リード板97は、例えば、幅が45mm、厚さが0.3mmの銅合金板で形成される。負極集電タブ17および負極端子100は、それぞれ、例えば超音波溶接によって、負極集電リード板97と電気的に接続される。
The
正極集電リード板95および負極集電リード板97は、導電性を有する逆L字形のリード板である。これらのリード板は、長手部が各集電タブに接続され、短手部が各端子に接続される。
なお、正極集電リード板95と正極集電タブ15との接触面積、および負極集電リード板97と負極集電タブ17との接触面積を十分に確保することにより、電気抵抗を小さくすることが好ましい。
The positive current collecting
The electrical resistance can be reduced by sufficiently securing the contact area between the positive electrode current
ここで、正極端子50は、リチウムイオン2次電池1の発熱時に、電流を制限または遮断する機構(以下、電流遮断機構という)を構成する。以下、正極端子50を含んで構成される電流遮断機構について、図3を参照して説明する。
Here, the
図3は、リチウムイオン2次電池1の通常時、具体的には、複数を並列接続させて高電圧バッテリを構成した場合の放電時における正極端子50の部分断面図である。図3に示すように、正極端子50は、外側部材51と、内側部材52と、係止爪53,53と、を備える。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the
外側部材51は、一端が閉塞され他端が開口された筒状部511と、この筒状部511の開口端から径方向外側に延設された鍔部512と、を備える。
外側部材51は、筒状部511の閉塞端側がケース30の外側に配置され、筒状部511の開口端側がケース30の内側に配置された状態で、ケース30の蓋33に固定されている。具体的には、ケース30の蓋33に設けられた孔に、筒状部511を嵌挿し、鍔部512の閉塞端側の上面を蓋33の下面に当接させた状態で固定されている。外側部材51の外周面には、図示しないボルト溝が切られており、外側部材51の固定には、ナット54および座金55が用いられている。
The
The
筒状部511は、円筒状であり、その軸方向が、ケース30の蓋33の上面および下面に対して垂直となっている。また、その中空部には、後述する内側部材52の突部522が、摺動可能に嵌挿されている。
The
鍔部512は、筒状部511の開口の全周に亘って設けられており、鍔部512の延設方向が、蓋33の下面と平行となっている。鍔部512の閉塞端側の面である上面は、蓋33の下面に当接しており、鍔部512の下面は、通常時においては、後述する内側部材52の基部521に当接している。
The
なお、外側部材51と蓋33との間には、絶縁性およびシール性を確保するために、上端および下端にフランジを有する円環状の樹脂製シール部材57が配設されている。
また、外側部材51には、外部ケーブル56が電気的に接続されており、この外部ケーブル56は、ナット54および座金55により、外側部材51に固定されている。
An annular
Further, an
内側部材52は、正極集電リード板95と電気的に接続された基部521と、この基部521から突出し、筒状部511に摺動可能に嵌挿される突部522と、を備える。
内側部材52は、通常時においては、基部521の上面が鍔部512の下面に当接した状態で、後述する係止爪53,53により、外側部材51に係止されている。
The
The
基部521は、円板状であり、その径方向が、外側部材51の鍔部512の下面と平行となっている。基部521の上面は、通常時においては、外側部材51の鍔部512の下面に当接している。基部521の径は、鍔部512との接触面積を十分に確保して電気抵抗を小さくする観点から、鍔部512の径と略同等に設定されている。また、基部521の下面は、十分な接触面積で、正極集電リード板95と電気的に接続されている。
なお、基部521の外周には、後述する係止爪53,53が挿入される図示しない係止溝が設けられている。
The
Note that a locking groove (not shown) into which locking
突部522は、その先端が開口され基端が閉塞された中空の円筒状に形成されている。突部522の先端は、外側部材51の閉塞端面にまで達して当接しており、突部522の中空部と筒状部511の閉塞端面とにより、密閉空間58が形成されている。この密閉空間58には、熱により体積が膨張する熱膨張材59が封入されている。熱膨張材59については、後段で詳述する。
The
係止爪53,53は、通常時においては、内側部材52の基部521の上面を、外側部材51の鍔部512の下面に当接させた状態で、内側部材52を外側部材51に係止する。係止爪53,53は、外側部材51の鍔部512の外周に等間隔で取り付けられており、内側部材52の基部521の外周に均等に設けられた図示しない係止溝にそれぞれ挿入され、基部521の下面に爪を噛み合わせることにより、内側部材52を係止する。
The locking
この係止爪53,53による係止により、内側部材52と外側部材51との電気的な接続が保持される。この係止爪53,53は、リチウムイオン2次電池1が発熱したときには、熱膨張材59による膨張力によって、基部521が鍔部512から離隔する方向(図1の下方)に摺動することにより変形し、係止を解除する。
なお、絶縁性を確保するために、係止爪53,53は、樹脂等の絶縁性部材から形成される。
Due to the locking by the locking
In addition, in order to ensure insulation, the latching
次に、熱膨張材59について説明する。
熱膨張材59としては、高温になるに従い体積が膨張し、内側部材52を摺動させることができるものであればよく、気体、液体および固体のいずれも用いることができる。これらの熱膨張材59は、単独で使用してもよく、混合して併用してもよい。なお、熱膨張材59には、固体や液体が気化して気体を発生したり、反応により気体を発生することにより体積が膨張するものも含まれる。
Next, the
As the
気体の熱膨張材としては、不燃性の気体や難燃性の気体が好ましく用いられる。具体的には、窒素、アルゴン、二酸化炭素が挙げられ、これらの中でも特に二酸化炭素が好ましく用いられる。 As the gaseous thermal expansion material, incombustible gas or flame retardant gas is preferably used. Specific examples include nitrogen, argon, and carbon dioxide. Among these, carbon dioxide is particularly preferably used.
液体の熱膨張材としては、低沸点であるとともに、発火点が低い化合物や熱安定性が高い化合物が好ましく用いられる。より好ましくは、低沸点かつ難燃性の化合物が用いられる。
液体の熱膨張材は、後述する固体の熱膨張材と同様に、気体の熱膨張材に比べて、密閉空間58への封入が容易である。このため、液体の熱膨張材を用いた場合には、生産性が高く、製造コストを削減できる。
As the liquid thermal expansion material, a compound having a low boiling point and a low ignition point or a compound having high thermal stability is preferably used. More preferably, a low boiling point and flame retardant compound is used.
The liquid thermal expansion material is easier to enclose in the sealed
低沸点かつ低発火点の化合物としては、炭酸塩、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の化合物の他、これらのカルボン酸エステル誘導体、これらのフッ素化合物や塩素化合物が挙げられる。
低沸点かつ熱安定性が高い化合物としては、カルボン酸エステルが挙げられる。
Examples of compounds having a low boiling point and a low ignition point include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate ( In addition to compounds such as EMC), these carboxylic acid ester derivatives, these fluorine compounds and chlorine compounds can be mentioned.
Examples of the compound having a low boiling point and high thermal stability include carboxylic acid esters.
低沸点かつ難燃性の化合物としては、フッ素化合物、塩素化合物、臭素化合物およびリン酸エステル類が挙げられる。
従来、フッ素化合物は、電解液の難燃剤として使用されていたが、電解液に一定量以上添加した場合には、Li塩の解離度が低下し、特に低温において内部抵抗が上昇する等の問題があった。この点、本実施形態では、上記の低沸点かつ難燃性の化合物が、発熱時にはじめてケース30内に導入される構成であるため、従来のような問題は生じない。
Examples of the low boiling point and flame retardant compounds include fluorine compounds, chlorine compounds, bromine compounds, and phosphate esters.
Conventionally, fluorine compounds have been used as a flame retardant for electrolytic solutions. However, when a certain amount or more is added to the electrolytic solution, the degree of dissociation of the Li salt decreases, and the internal resistance increases particularly at low temperatures. was there. In this respect, in the present embodiment, since the low boiling point and flame retardant compound is introduced into the
固体の熱膨張材としては、無機化合物および有機化合物いずれも用いることができる。特に、固体の熱膨張材は、上記の液体の熱膨張材以上に、密閉空間58への封入が容易であるため、好ましく用いられる。
無機化合物としては、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3およびNaHCO3等のアルカリ炭酸金属塩が挙げられる。これらのアルカリ炭酸金属塩は、熱分解により二酸化炭素を発生することにより、体積が膨張して内側部材を摺動させる。
有機化合物としては、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミドおよびp,p’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド等の発泡性の化合物や、有機液体スルホランおよびその誘導体等の凝固点の高い化合物が挙げられる。
As the solid thermal expansion material, both inorganic compounds and organic compounds can be used. In particular, a solid thermal expansion material is preferably used because it is easier to enclose in the sealed
Examples of inorganic compounds include alkali metal carbonates such as Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 and NaHCO 3 . These alkali metal carbonates generate carbon dioxide by thermal decomposition, thereby expanding the volume and sliding the inner member.
Examples of the organic compound include foaming compounds such as dinitrosopentamethylenetetramine, azodicarbonamide and p, p′-oxybisbenzenesulfonylhydrazide, and compounds having a high freezing point such as organic liquid sulfolane and derivatives thereof.
上述した気体、液体および固体の熱膨張材には、熱伝導性を向上させる目的で、熱伝導性の高いCuやAl等の金属の他、アルミナ等の固体粉末を混合してもよい。これにより、熱膨張材59の熱伝導性が向上し、体積の膨張が促進される。
For the purpose of improving the thermal conductivity, the above-described gas, liquid and solid thermal expansion materials may be mixed with a metal such as Cu or Al having a high thermal conductivity or a solid powder such as alumina. Thereby, the thermal conductivity of the
なお、内側部材52の駆動温度が100℃以上の場合でも、ケース30内の電解液は気化せず、ケース30内の圧力は上昇しない。このとき、正極端子50内の密閉空間58に封入された熱膨張材59の体積が膨張し、例えば0.1〜0.6MPaの圧力で、内側部材52が摺動する。
Even when the driving temperature of the
次に、正極端子50の製造方法について、図4を参照して説明する。
先ず、図4(A)に示すように、係止爪53,53が取り付けられた円板状の部材と、外周に図示しないボルト溝が切られた円柱状の部材とが、軸方向を同軸として連結されてなる外側部材51の前駆体51aを準備する。次いで、この前駆体51aの中心部に、円板状の部材側からドリルで穴あけした後に面出しをすることにより、筒状部511および鍔部512を備える外側部材51を形成する。例えば、筒状部511の中空部が、径が5mmで軸方向の長さが8mmの中空部として形成される。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 4A, the disk-shaped member to which the locking
次いで、図4(B)に示すように、筒状部511の中空部に、熱膨張材59として、例えばジメチルカーボネート(DMC)を所定量、注液する。このとき、熱膨張材59の量は、電流遮断機構の駆動設定温度を考慮して、熱膨張材59の種類に応じて適宜設定される。
Next, as shown in FIG. 4B, a predetermined amount of dimethyl carbonate (DMC), for example, is injected into the hollow portion of the
次いで、図4(C)に示すように、熱膨張材59のDMCが注液された筒状部511に、内側部材52の突部522を嵌挿する。このとき、係止爪53,53を、基部521の外周に均等に設けられた係止溝523に挿入する。
なお、内側部材52の突部522は、先端が開口された中空の円筒状であり、この内側部材52は、上述の外側部材51と同様にして形成される。例えば、突部522の中空部が、径が4mmで軸方向の長さが7mmの中空部として形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the
The
次いで、図4(D)に示すように、基部521が鍔部512に当接するまで筒状部511に突部522を嵌挿させ、係止爪53,53の爪を基部521に噛み合わせることにより、内側部材52を外側部材51に係止する。これにより、突部522の中空部と筒状部511の閉塞端面で囲まれた密閉空間58が形成されるとともに、形成された密閉空間58に、熱膨張材59が封入される。
以上により、正極端子50が得られる。
Next, as shown in FIG. 4D, the
Thus, the
上記の製造方法に従って製造した正極端子50を備えるリチウムイオン2次電池1については、動作確認の試験を実施済みであり、その動作が確認されている。
具体的には、恒温槽内で、4.2VでCCCV(定電流定電圧)充電を行い、25℃から5℃/分の昇温速度で温度を上昇させたところ、75℃のときに内部抵抗が上昇し、85℃のときに端子電圧が0Vとなったことが確認されている。また、内部を解体してみたところ、係止爪53,53による係止が解除されて、内側部材52の基部521と外側部材51の鍔部512とが離隔していたことも確認されている。
以上により、上記の製造方法に従って製造した正極端子50は、リチウムイオン2次電池1の発熱時に、電流を制限または遮断する電流遮断機構として機能する。
About the lithium ion
Specifically, CCCV (constant current constant voltage) charging was performed at 4.2 V in a thermostatic chamber, and the temperature was increased from 25 ° C. at a rate of 5 ° C./min. It has been confirmed that the resistance rises and the terminal voltage becomes 0 V at 85 ° C. Further, when the inside was disassembled, it was also confirmed that the locking by the locking
As described above, the
次に、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池1の発熱時に奏される作用効果について、図4および図5を参照して説明する。図5は、リチウムイオン2次電池1の発熱時における正極端子50の部分断面図である。
本実施形態では、ケース30内の圧力の影響を受け難い正極端子50に、電流を制限または遮断する機構を設けた。具体的には、正極端子50の温度の上昇に応じて電気抵抗を上昇させ、充電電流や放電電流を制限または遮断する機構を設けた。この電流遮断機構は、内側部材52と外側部材51の接触面積を温度に応じて変化させることにより、電気抵抗を変化させるPTC(自己温度制御)機能を備え、内側部材52と外側部材51の接触面積を減少させることにより、電気抵抗を上昇させて、電流を制限または遮断する。通常時において当接している内側部材52と外側部材51の接触面積の減少は、電池の発熱により発生する熱膨張材59の膨張力によって、内側部材52の基部521が外側部材51の鍔部512から離隔する方向に内側部材52が摺動することにより達成される。
Next, the effects obtained when the lithium ion
In the present embodiment, a mechanism for limiting or blocking current is provided on the
本実施形態では、図4に示すように、通常時においては、係止爪53,53により、突部522が筒状部511に嵌挿されて基部521が鍔部512に当接した状態が保持される。これにより、図4の矢印で示すように、内側部材52と外側部材51の電気的な接続が保持され、電流が蓄電素子10に流れ込む。
これに対して、図5に示すように、例えば、放電時に何らかの理由により短絡が発生すると、他の並列電池から電流が流れ込み、リチウムイオン2次電池1が発熱して正極端子50の温度が上昇する。すると、密閉空間58に封入した熱膨張材59の体積が膨張し、この膨張力によって、図5の白矢印で示すように、係止爪53,53による接続が解除されて基部521が鍔部512から離隔する方向に内側部材52が摺動することにより、内側部材52と外側部材51との接触面積が減少する。これにより、電気抵抗が上昇し、図5の黒矢印で示すように、内側部材52と外側部材51との電気的な接続が制限または遮断される。従って、本実施形態によれば、さらなる発熱を確実に防止でき、リチウムイオン2次電池1の劣化や故障を回避できる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, in a normal state, the
On the other hand, as shown in FIG. 5, for example, when a short circuit occurs for some reason during discharging, current flows from another parallel battery, the lithium ion
また、本実施形態の電流遮断機構は、内圧に基づいて電流を遮断する従来の機構とは異なり、温度に基づいて駆動するため、ケース30内の圧力が上昇して圧力弁等により内圧が開放される条件下であっても、電流を制限または遮断できる。
また、ケース30の剛性を高く設計する必要がないため、ケース30を軽量化できる。加えて、正極端子50を中空にする構造であるため、正極端子50を軽量化でき、リチウムイオン2次電池1の軽量化が可能である。
また、正極端子50に電流遮断機構を設けるため、蓄電素子10の配置スペースが犠牲にされることがなく、ケース30を小型化でき、リチウムイオン2次電池1の小型化が可能である。
また、従来のようにリード板を破断させる必要が無いため、正極端子50と正極集電タブ15との接続に用いた正極集電リード板95の板厚を大きく設定でき、電気抵抗を小さくできる。
In addition, unlike the conventional mechanism that cuts off the current based on the internal pressure, the current cut-off mechanism of the present embodiment is driven based on the temperature, so that the pressure in the
Moreover, since it is not necessary to design the
Moreover, since the current interruption mechanism is provided in the
Further, since there is no need to break the lead plate as in the prior art, the plate thickness of the positive electrode current collecting
また、本実施形態では、熱膨張材59として、所望の膨張開始温度や所望の膨張力を有する熱膨張材を選択できるため、電流遮断機構の駆動温度を自由に設定できる。例えば、リチウムイオン2次電池1の性能に影響を及ぼしはじめる温度である60℃付近から、緩やかに電気抵抗を上昇させることができる。突部522が筒状部511から離脱する等、密閉空間58に封入した熱膨張材59がケース30内に排出されない温度条件下であれば、繰り返し使用できる。
また、ケース30内の圧力に基づいて電流を遮断する従来の機構では、ケース30が変形して内圧がばらつくことにより、確実性および迅速性に難があった。これに対して、本実施形態によれば、強度の高い正極端子50内に形成した密閉空間58に熱膨張材59を封入するため、熱膨張材59の膨張力を内側部材52の駆動に直接利用して電流を制限または遮断できる。従って、従来のケース内の圧力を利用したものに比べて、より確実かつ迅速に電流を制限または遮断できる。
Moreover, in this embodiment, since the thermal expansion material which has desired expansion start temperature and desired expansion force can be selected as the
Moreover, in the conventional mechanism which interrupts | blocks an electric current based on the pressure in the
<第2実施形態>
第2実施形態に係るリチウムイオン2次電池2は、その正極端子60を構成する内側部材62と、ケース30を構成する蓋36の構成が第1実施形態と相違する以外は、第1実施形態と同一の構成である。
Second Embodiment
The lithium ion
図6は、第2実施形態に係るリチウムイオン2次電池2の通常時、具体的には、複数を並列接続させて高電圧バッテリを構成した場合の放電時における正極端子60の部分断面図である。図6に示すように、内側部材62は、正極集電リード板95と電気的に接続された基部621と、この基部621から突出し、筒状部511に摺動可能に嵌挿される突部622と、を備える。内側部材62は、通常時においては、基部621の上面が鍔部512の下面に当接した状態で、係止爪53,53により、外側部材51に係止されている。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the
基部621は、円板状であり、その径方向が、外側部材51の鍔部512の下面と平行となっている。基部621の上面は、通常時においては、外側部材51の鍔部512の下面に当接している。基部621の径は、鍔部512との接触面積を十分に確保して電気抵抗を小さくする観点から、鍔部512の径と略同等に設定されている。また、基部621の下面は、十分な接触面積で、正極集電リード板95と電気的に接続されている。
なお、基部621の外周には、後述する係止爪53,53が挿入される図示しない係止溝が設けられている。
The
Note that a locking groove (not shown) into which locking
突部622は、その突出長さが、筒状部511の長さよりも短い円柱状に形成されている。なお、突部622の突出長さは、熱膨張材59の膨張力により内側部材62が摺動する距離よりも短く設定され、基部621が鍔部512から離隔する方向に内側部材62が摺動したときに、突部622が筒状部511から離脱するように形成されている。
また、突部622の先端面は、筒状部511の閉塞端面にまで達していないため、突部622と筒状部511により、密閉空間68が形成されている。
この密閉空間68には、熱により体積が膨張する熱膨張材59が封入されている。また、本実施形態では、この密閉空間68に、消火剤も封入されている。
消火剤としては、例えば、二酸化炭素が用いられる。
The protruding
In addition, since the front end surface of the
In this sealed
As the fire extinguisher, for example, carbon dioxide is used.
ケース30の蓋36は、第1実施形態の蓋33の上面に、圧力弁35を設けたものである。この圧力弁35は、ケース30内の圧力を開放するラプチャー弁(ガス抜き弁)であり、開放圧力は、例えば0.5〜1.0MPaに設定される。
The
次に、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池2の発熱時に奏される作用効果について、図6および図7を参照して説明する。図7は、リチウムイオン2次電池2の発熱時における正極端子60の部分断面図である。
本実施形態によれば、図6に示すように、通常時においては、係止爪53,53により、突部622が筒状部511に嵌挿されて基部621が鍔部512に当接した状態が保持される。これにより、図6の矢印で示すように、内側部材62と外側部材51の電気的な接続が保持され、電流が蓄電素子10に流れ込む。
これに対して、図7に示すように、例えば、放電時に何らかの理由により短絡が発生すると、他の並列電池から電流が流れ込み、リチウムイオン2次電池2が発熱して正極端子60の温度が上昇する。すると、密閉空間68に封入した熱膨張材59の体積が膨張し、この膨張力によって、図7の白矢印で示すように、係止爪53,53による接続が解除されて基部621が鍔部512から離隔する方向に内側部材62が摺動する。このとき、本実施形態では、突部622の突出長さが、内側部材62が摺動する距離よりも短く設定されているため、図7に示すように、突部622が筒状部511から離脱する。これにより、図7の黒細矢印で示すように、内側部材62と外側部材51との電気的な接続が制限または遮断される。従って、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が奏される。
Next, the effects obtained when the lithium ion
According to the present embodiment, as shown in FIG. 6, in a normal state, the
On the other hand, as shown in FIG. 7, for example, when a short circuit occurs for some reason during discharging, current flows from another parallel battery, the lithium ion
また、本実施形態では、突部622が筒状部511から離脱することにより、密閉空間68が開放されてケース30の内部と連通する。これにより、図7の黒太矢印で示すように、密閉空間68に封入されていた消火剤がケース30内に導入されるため、リチウムイオン2次電池2の劣化や故障を防止できる。
なお、密閉空間68に封入されていた熱膨張材59および消火剤がケース30内に導入されるため、ケース30内の圧力が上昇するところ、本実施形態によれば、圧力弁35によってケース30内の圧力を開放できる。このため、ケース30の変形を防止でき、また、圧力弁35が開放されるため、異常の有無を外部から容易に判別できる。
In the present embodiment, the protruding
In addition, since the
<第3実施形態>
第3実施形態に係るリチウムイオン2次電池3は、その正極端子70を構成する駆動手段として、形状記憶合金からなる弾性部材71が配設されている点と、係止爪53,53の代わりに溶接層73が設けられている点と、正極集電リード板98の寸法形状が変更されている点が第2実施形態と相違する以外は、第2実施形態と同一の構成である。
<Third Embodiment>
In the lithium ion secondary battery 3 according to the third embodiment, an
図8は、第3実施形態に係るリチウムイオン2次電池3の通常時、具体的には、複数を並列接続させて高電圧バッテリを構成した場合の放電時における正極端子70の部分断面図である。図8に示すように、形状記憶合金からなる弾性部材71は、内側部材62の突部622と外側部材51の筒状部511とで形成される密閉空間68に配設されている。
弾性部材71は、形状記憶合金からなるばねであり、熱により筒状部511の軸方向に伸張する。
形状記憶合金としては、例えば、Ni、Ti、CuおよびFeのうちいずれかを含む合金が用いられる。これらの形状記憶合金からなる弾性部材71は、低温下では柔らかく(弱く)、高温下では硬い(強い)特性を有する。このため、低温時における荷重(発生力)と、高温時における荷重とでは大きな差があるため、この温度差による荷重差を利用することによって、後述の溶接層73を破断させて内側部材62を摺動させることができる。即ち、形状記憶合金ばねは、温度センサとアクチュエータの機能を兼ねる。
なお、形状記憶合金の形状変形温度AF点は、50℃〜150℃の範囲であるため、本実施形態は、電流遮断機構の駆動温度をこの温度範囲内に設定したい場合に適している。
また、溶接層73や形状記憶合金からなる弾性部材71を設けた関係で、正極集電リード板98の短手部98bの長さがより長く形成されている。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the
The
As the shape memory alloy, for example, an alloy containing any one of Ni, Ti, Cu, and Fe is used. The
Since the shape deformation temperature AF point of the shape memory alloy is in the range of 50 ° C. to 150 ° C., this embodiment is suitable when the drive temperature of the current interrupt mechanism is to be set within this temperature range.
Further, the length of the
溶接層73は、内側部材62を構成する基部621の上面と、外側部材51を構成する鍔部512の下面とを、プロジェクション溶接することにより、形成される。具体的には、基部621の上面と鍔部512の下面とを加熱した後に加圧することにより、溶接層73が形成される。この溶接層73により、通常時において、内側部材62は外側部材51と溶接層73を介して当接し、電気的に接続されている。
The
次に、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池3の発熱時に奏される作用効果について説明する。
本実施形態によれば、通常時においては、溶接層73により、突部622が筒状部511に嵌挿されて基部621が鍔部512に溶接層73を介して当接した状態が保持される。これにより、内側部材62と外側部材51の電気的な接続が保持され、電流が蓄電素子10に流れ込む。
これに対して、例えば、放電時に何らかの理由により短絡が発生すると、他の並列電池から電流が流れ込み、リチウムイオン2次電池3が発熱して正極端子70の温度が上昇する。すると、密閉空間68に配設された形状記憶合金からなる弾性部材71が、筒状部511の軸方向に伸張し、この伸張力によって、溶接層73が破断されて基部621が鍔部512から離隔する方向に内側部材62が摺動する。これにより、内側部材62と外側部材51との電気的な接続が制限または遮断される。従って、本実施形態によれば、さらなる発熱を確実に防止でき、リチウムイオン2次電池3の劣化や故障を回避できる。
また、本実施形態における電流遮断機構は、第1実施形態や第2実施形態における電流遮断機構と比べて、内側部材62の動作設計が簡便であり、より確実である。
Next, the operational effects achieved when the lithium ion secondary battery 3 according to this embodiment generates heat will be described.
According to the present embodiment, in a normal state, the
On the other hand, for example, when a short circuit occurs for some reason during discharging, current flows from another parallel battery, the lithium ion secondary battery 3 generates heat, and the temperature of the
In addition, the current cut-off mechanism in the present embodiment is simpler and more reliable in the operation design of the
<第4実施形態>
第4実施形態に係るリチウムイオン2次電池4は、第3実施形態と比べて、溶接層73が設けられていない点と、正極集電リード板99を、その形状を変更して接続保持手段を兼ねるように形成した点が相違する以外は、第3実施形態と同一の構成である。
<Fourth embodiment>
The lithium ion
図9は、第4実施形態に係るリチウムイオン2次電池4の通常時、具体的には、複数を並列接続させて高電圧バッテリを構成した場合の放電時における正極端子80の部分断面図である。図9に示すように、正極集電リード板99は、長手部99aと、短手部99bと、を備え、内側部材62を、基部621が鍔部512に当接する方向(図9の上方)に付勢している。
長手部99aは、その上端が、基部621の下面より上方まで延出されている。また、短手部99bは、基部621の下面に当接する水平部と、長手部99aの上端から基部621に接近するに従い下方に傾斜し、水平部と連結する傾斜部と、から構成された弾性片として形成されている。内側部材62は、この弾性片の弾性力により、基部621が鍔部512に当接する方向(図9の上方)に付勢されている。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the
The upper end of the
次に、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池4の発熱時に奏される作用効果について説明する。
本実施形態によれば、通常時においては、正極集電リード板99により、突部622が筒状部511に嵌挿されて基部621が鍔部512に当接した状態が保持される。これにより、内側部材62と外側部材51の電気的な接続が保持され、電流が蓄電素子10に流れ込む。
これに対して、例えば、放電時に何らかの理由により短絡が発生すると、リチウムイオン2次電池4が発熱して正極端子80の温度が上昇する。すると、密閉空間68に配設された形状記憶合金からなる弾性部材71が、筒状部511の軸方向に伸張し、この伸張力によって、正極集電リード板99の付勢力に対抗して基部621が鍔部512から離隔する方向に内側部材62が摺動する。これにより、内側部材62と外側部材51との電気的な接続が制限または遮断される。従って、本実施形態によれば、さらなる発熱を確実に防止でき、リチウムイオン2次電池4の劣化や故障を回避できる。
Next, functions and effects achieved when the lithium ion
According to the present embodiment, in a normal state, the positive electrode current collecting
On the other hand, for example, when a short circuit occurs for some reason during discharging, the lithium ion
また、本実施形態では、接続保持手段として、正極集電リード板99の付勢力が利用されるため、リチウムイオン2次電池4の発熱により形状記憶合金からなる弾性部材71が、一旦、伸張した後、温度が低下して縮小したときに、再び正極集電リード板99の付勢力によって、内側部材62と外側部材51の電気的な接続を復活させることができる。従って、本実施形態のリチウムイオン2次電池4は、繰り返し使用することができる。
In this embodiment, since the biasing force of the positive electrode current
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
例えば、上記いずれの実施形態においても、正極端子にのみ電流遮断機構を設けたが、これに限定されない。例えば、負極端子にのみ設けてもよく、正極端子および負極端子の両方に設けてもよい。
また、第1実施形態および第2実施形態において、正極集電リード板を介して正極端子と正極集電タブとを接続したが、これに限定されない。例えば、正極端子と正極集電タブとを直接接続してもよい。
また、第2実施形態において、内側部材が摺動したときに密閉空間をケース内部と連通させるために、突部の突出長さを短く設定したが、これに限定されない。例えば、突部の先端側の外周に密閉空間と連通する溝を設け、内側部材が摺動したときに、この溝がケース内部と連通するように構成してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in any of the above embodiments, the current interruption mechanism is provided only on the positive electrode terminal, but the present invention is not limited to this. For example, you may provide only in a negative electrode terminal and may provide in both a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.
In the first embodiment and the second embodiment, the positive electrode terminal and the positive electrode current collecting tab are connected via the positive electrode current collecting lead plate, but the present invention is not limited to this. For example, the positive terminal and the positive current collecting tab may be directly connected.
In the second embodiment, the projecting length of the projecting portion is set short in order to communicate the sealed space with the inside of the case when the inner member slides. However, the present invention is not limited to this. For example, a groove that communicates with the sealed space may be provided on the outer periphery on the tip side of the protrusion, and this groove may communicate with the inside of the case when the inner member slides.
1,2,3,4…リチウムイオン2次電池(電池)
10…蓄電素子
15…正極集電タブ(正極)
17…負極集電タブ(負極)
30…ケース
35…圧力弁
50,60,70,80…正極端子
51…外側部材
511…筒状部
512…鍔部
52,62…内側部材
521,621…基部
522,622…突部
53…係止爪(接続保持手段)
58,68…密閉空間
59…熱膨張材(駆動手段)
71…弾性部材(駆動手段)
73…溶接層(接続保持手段)
95,98,99…正極集電リード板(リード板、接続保持手段)
100…負極端子
1,2,3,4 ... Lithium ion secondary battery (battery)
10 ...
17 ... Negative electrode current collecting tab (negative electrode)
DESCRIPTION OF
58, 68 ... sealed
71: Elastic member (driving means)
73 ... weld layer (connection holding means)
95, 98, 99 ... Positive current collecting lead plate (lead plate, connection holding means)
100: negative terminal
Claims (8)
前記正極と電気的に接続された正極端子と、
前記負極と電気的に接続された負極端子と、
前記蓄電素子を収容して保持するケースと、を備える電池であって、
前記正極端子と前記負極端子のうち少なくとも一方の電極の端子は、
一端が閉塞され他端が開口された筒状部と、開口端から径方向外側に延設された鍔部と、を備え、閉塞端側が前記ケースの外側に配置されるとともに、開口端側が前記ケースの内側に配置されて前記ケースに固定された外側部材と、
前記一方の電極と電気的に接続された基部と、当該基部から突出して前記筒状部に摺動可能に嵌挿される突部と、を備え、前記基部が前記鍔部に当接することにより、前記外側部材と電気的に接続される内側部材と、
通常時において、前記基部が前記鍔部に当接した状態を保持することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続を保持する接続保持手段と、
前記内側部材を前記筒状部の軸方向に摺動させる駆動力を、熱により発生する駆動手段と、を備え、
前記電池が発熱したときに、前記駆動手段で発生する駆動力によって、前記接続保持手段による接続が解除されて前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されることを特徴とする電池。 A storage element comprising a positive electrode and a negative electrode;
A positive electrode terminal electrically connected to the positive electrode;
A negative electrode terminal electrically connected to the negative electrode;
A battery comprising a case for containing and holding the power storage element,
The terminal of at least one of the positive terminal and the negative terminal is
A cylindrical portion having one end closed and the other end opened, and a flange extending radially outward from the opening end, the closed end side being disposed outside the case, and the opening end side being the An outer member disposed inside the case and fixed to the case;
A base portion electrically connected to the one electrode, and a protrusion that protrudes from the base portion and is slidably fitted into the cylindrical portion, and the base portion abuts on the flange portion, An inner member electrically connected to the outer member;
In a normal state, a connection holding means for holding an electrical connection between the inner member and the outer member by holding the base portion in contact with the flange portion;
Drive means for generating a driving force for sliding the inner member in the axial direction of the cylindrical portion by heat, and
When the battery generates heat, due to the driving force generated by the driving means, the connection by the connection holding means is released, and the inner member slides in a direction in which the base part is separated from the collar part. A battery characterized in that an electrical connection between an inner member and the outer member is restricted or blocked.
前記接続保持手段は、前記内側部材を前記外側部材に係止する係止爪であり、
前記駆動手段は、前記密閉空間に封入されて熱により体積が膨張する熱膨張材であり、
前記電池が発熱したときに、前記熱膨張材の体積が膨張することによって、前記係止爪による係止が解除されて前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されることを特徴とする請求項1記載の電池。 In a normal state, a sealed space is formed between the protruding portion and the cylindrical portion,
The connection holding means is a locking claw for locking the inner member to the outer member,
The drive means is a thermal expansion material that is enclosed in the sealed space and expands in volume by heat,
When the battery generates heat, the volume of the thermal expansion material expands, so that the locking by the locking claw is released, and the inner member slides in a direction in which the base part is separated from the collar part. The battery according to claim 1, wherein the electrical connection between the inner member and the outer member is limited or blocked.
前記熱膨張材は、消火剤を含み、
前記電池が発熱したときに、前記熱膨張材の体積が膨張することによって、前記接続保持手段による接続が解除されて前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されるとともに、前記密閉空間と前記ケースの内部とが連通して前記消火剤が前記ケース内に導入されることを特徴とする請求項2または3記載の電池。 The protrusion is formed so that the sealed space communicates with the inside of the case when the inner member slides in a direction in which the base is separated from the flange.
The thermal expansion material includes a fire extinguishing agent,
When the battery generates heat, the volume of the thermal expansion material expands, so that the connection by the connection holding means is released, and the inner member slides in a direction in which the base part is separated from the flange part. The electrical connection between the inner member and the outer member is restricted or blocked, and the fire extinguishing agent is introduced into the case through communication between the sealed space and the inside of the case. The battery according to claim 2 or 3.
前記接続保持手段は、前記内側部材と前記外側部材を溶接する溶接層であり、
前記駆動手段は、前記突部と前記筒状部とで形成される密閉空間に配設されて熱により前記筒状部の軸方向に伸張する形状記憶合金からなる弾性部材であり、
前記電池が発熱したときに、前記形状記憶合金からなる弾性部材が前記筒状部の軸方向に伸張することによって、前記溶接層が破断して前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されることを特徴とする請求項1記載の電池。 The protruding portion is formed so that the protruding length is shorter than the length of the cylindrical portion,
The connection holding means is a weld layer for welding the inner member and the outer member;
The driving means is an elastic member made of a shape memory alloy that is disposed in a sealed space formed by the protrusion and the cylindrical portion and extends in the axial direction of the cylindrical portion by heat,
When the battery generates heat, the elastic member made of the shape memory alloy extends in the axial direction of the cylindrical portion, so that the weld layer is broken and the base portion is separated from the flange portion in the inner direction. The battery according to claim 1, wherein the sliding of the member restricts or blocks electrical connection between the inner member and the outer member.
前記接続保持手段は、前記基部と前記一方の電極とを電気的に接続するとともに、前記基部が前記鍔部に当接する方向に前記内側部材を付勢するリード板であり、
前記駆動手段は、前記突部と前記筒状部とで形成される密閉空間に配設されて熱により前記筒状部の軸方向に伸張する形状記憶合金からなる弾性部材であり、
前記電池が発熱したときに、前記形状記憶合金からなる弾性部材が前記筒状部の軸方向に伸張することによって、前記リード板による付勢力に対抗して前記基部が前記鍔部から離隔する方向に前記内側部材が摺動することにより、前記内側部材と前記外側部材との電気的な接続が制限または遮断されることを特徴とする請求項1記載の電池。 The protruding portion is formed so that the protruding length is shorter than the length of the cylindrical portion,
The connection holding means is a lead plate that electrically connects the base and the one electrode, and biases the inner member in a direction in which the base contacts the flange.
The driving means is an elastic member made of a shape memory alloy that is disposed in a sealed space formed by the protrusion and the cylindrical portion and extends in the axial direction of the cylindrical portion by heat,
When the battery generates heat, the elastic member made of the shape memory alloy extends in the axial direction of the cylindrical portion, so that the base portion is separated from the flange portion against the urging force of the lead plate. The battery according to claim 1, wherein the inner member slides to restrict or block electrical connection between the inner member and the outer member.
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