二次電池及び組電池
【課題】過充電等のガス発生を伴う異常を停止させたり緩和させることが可能な二次電池を提供する。
【解決手段】セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素１０８と、絶縁層の間に挟むように積層された金属層を有する外装部材１０６、１０７と、正極板及び負極板にそれぞれ接続された正極端子１０４及び負極端子１０５と、を備え、発電要素１０８が外装部材１０６、１０７に収容されて封止され、正極端子１０４及び負極端子１０５が外装部材１０６、１０７から外部に導出した二次電池１０は、上部外装部材１０６が膨張した際に、当該上部外装部材１０６の金属層に接触して当該金属層と導通可能な導電部材１０９、１１０をさらに備え、導電部材１０９、１１０は、正極端子１０４及び負極端子１０５に電気的に接続して設けられている。
【解決手段】セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素１０８と、絶縁層の間に挟むように積層された金属層を有する外装部材１０６、１０７と、正極板及び負極板にそれぞれ接続された正極端子１０４及び負極端子１０５と、を備え、発電要素１０８が外装部材１０６、１０７に収容されて封止され、正極端子１０４及び負極端子１０５が外装部材１０６、１０７から外部に導出した二次電池１０は、上部外装部材１０６が膨張した際に、当該上部外装部材１０６の金属層に接触して当該金属層と導通可能な導電部材１０９、１１０をさらに備え、導電部材１０９、１１０は、正極端子１０４及び負極端子１０５に電気的に接続して設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極板を有する発電要素を外装部材に収容して封止すると共に、電極板に接続された電極端子が外装部材から外部に導出した二次電池及び該二次電池を複数積層した組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極板を有する発電要素を外装部材に収容して封止すると共に電極板に接続された電極端子を外装部材から外部に導出した二次電池では、過充電等の異常時に電池内部にガスが発生して内圧が上昇する場合がある。このような内圧上昇を解消するために、外装部材が膨張した際に当該外装部材を穿孔可能な切刃を二次電池に設け、当該穿孔からガスを外部に放出させる技術が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このような技術では、ガス放出により電池の内圧を低下させることが出来ても、過充電状態は引き続き継続しているのでガス発生自体を抑制することは出来ない。
【特許文献１】特開２００１−２２２９８６号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、過充電等のガス発生を伴う異常を停止させたり緩和させることが可能な二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素と、少なくとも１以上の絶縁層と金属層とを有する外装部材と、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続された正極端子及び負極端子と、を備え、前記発電要素が前記外装部材に収容されて封止され、前記正極端子及び負極端子が前記外装部材から外部に導出した二次電池であって、前記外装部材が膨張した際に、前記外装部材の金属層に接触して当該金属層と導通可能な導電部材をさらに備え、前記導電部材は、前記正極端子又は前記負極端子の少なくとも一方に電気的に接続して設けられている二次電池が提供される。
【０００５】
本発明では、正極端子又は負極端子の少なくとも一方に電気的に接続した導電部材を設け、過充電等に伴って外装部材が膨張した際に、この導電部材を外装部材の金属層に導通させる。これにより、二次電池を短絡させて過充電等のガス発生を伴う異常を停止させたり、二次電池の自然放電を促すことにより異常を緩和させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００７】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る薄型の二次電池（以下「薄型電池」と称する）の全体を示す図であり、図１（Ａ）はその平面図、図１（Ｂ）はその側面図、図２は図１（Ａ）のII-II線に沿った断面図、図３は図２のIII部の拡大断面図、図４（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の膨張前の状態を示す要部側面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の薄型電池が膨張した状態を示す要部側面図、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）のIVC部の拡大断面図である。図１（Ａ）〜図２は一つの薄型電池（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【０００８】
先ず、図１（Ａ）〜図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質を特に発電要素１０８と称する。なお、本発明においては、正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３の枚数は何ら限定されず、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも良いし、また必要に応じて正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３の枚数を選択して構成することが出来る。
【０００９】
図２は、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、を備えた薄型電池１０の内部を具体的に示す。同図に示すように、本実施形態の正極板１０１は、正極端子１０４に接続される正極側集電体１０４ａと、この正極側集電体１０４ａの両主面に形成された正極層１０４ｂと、を有する。同様に、負極板１０３は、負極端子１０５に接続される負極側集電体１０５ａと、この負極側集電体１０５ａの両主面に形成された負極層１０５ｂと、を有する。また、正極板１０１の正極層１０４ｂと負極板１０３の負極層１０５ｂとの間には、セパレータ１０２がそれぞれ介在している。
【００１０】
本実施形態では、リチウム含有複合酸化物に属するＬｉＭｎ２Ｏ４を正極活物質とし、炭素系材料に属するカーボンブラックを導電材とし、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を結着剤として採用する。正極活物質と導電材とを混合し、ポリフッ化ビニリデンを溶解させたＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に、混合した正極活物質と導電材とを均一に分散させてスラリーを作成し、このスラリーを正極側集電体１０４ａとなる厚さ２０μｍのアルミ金属箔上に均一に塗布し、ＮＭＰを蒸発させ、ローラプレス機により圧延し、アルミ金属箔１０４ａ上に正極層１０４ｂを作製する。混合されるＬｉＭｎ２Ｏ４と、カーボンブラックと、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）との重量比は、７５〜８５：１０〜２０：５〜１０であり、好ましくは８５：１０：５乃至７５：２０：５である。正極層１０４ｂが作製された後、所定の大きさ（幅７０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ０．１８ｍｍ）に切断し正極板１０１を得る。
【００１１】
正極活物質としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４のほか、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎＯ２、層状構造ＬｉＭｎＯ２、スピネル構造ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎＯ４）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ４）、リチウムマンガンリン酸化合物（ＬｉＭｎＰＯ４）、リチウムバナジウム複合酸化物（ＬｉＶ２Ｏ４）、リチウムチタン複合酸化物（ＬｉＴｉ２Ｏ４）、その他のＬｉＭＸＯＹ（Ｍは遷移元素、Ｘ、Ｙは定比及び不定比を含む）等のリチウム複合酸化物を挙げることが出来る。これらのリチウム複合酸化物は、出力の面ではその平均粒径ｒが０．１μｍ＜ｒ＜１μｍであることが好ましく、さらに、０．１μｍ＜ｒ＜０．５μｍであることが好ましい。ここで平均粒径とは、５０％累積粒径であり、粒度分布図において、それぞれ０μｍから積分した体積が５０％となったときの粒径である。この測定においては、マイクロトラック粒度分布分析計を用い、レーザ光の散乱により粒子個数ｎ及び粒子１個当たりの直径ｄを測定する。もちろん他の粒径分析装置を利用することも出来る。
【００１２】
また、リチウム複合酸化物の粒子構造は、単結晶乃至単結晶に近い性状である一次粒子であることが好ましい。このとき一次粒子が凝縮して形成された二次粒子が含まれる場合もあるが、その含有量は少ないことが好ましく、具体的にはリチウム複合酸化物中の二次粒子の含有量が５０％以下であることが好ましい。また、寿命の面では単結晶であることが好ましい。
【００１３】
また、本実施形態では、炭素系材料の属するハードカーボンを負極活物質とし、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を結着剤として採用した。ハードカーボンとポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを９０：１０の重量比で混合し、これをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させてスラリーを作製し、このスラリーを負極側集電体１０５ａとなる厚さ１０μｍの銅金属箔上に均一に塗布し、ＮＭＰを蒸発させ、ローラプレス機により圧延し、銅金属箔１０５ａ上に負極層１０５ｂを作製する。作製された負極層１０５ｂは所定の大きさ（幅７０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ０．１１ｍｍ）に切断し、負極板１０１を得る。
【００１４】
負極活物質としては、ハードカーボンをはじめとする非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する材料を挙げることが出来る。
【００１５】
また、セパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１６】
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜のみに限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものも用いることが出来る。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることも出来る。
【００１７】
以上の正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ、当該正極板１０１と負極板１０３との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層されている。そして、３枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電体１０４ａを介して金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０５ａを介して同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。
【００１８】
なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金等を挙げることが出来、負極端子１０５としては、ニッケル、銅又はステンレス等を挙げることが出来る。また、本例の正極側集電体１０４ａも負極側集電体１０５ａの何れも、正極板１０１及び負極板１０３の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電体１０４ａ、１０５ａを構成することも出来る。
【００１９】
以上の正極板１０１、負極板１０３、セパレータ１０２等は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７により封止されている。
【００２０】
上部外装部材１０６は、図１（Ａ）〜図２に示すように、発電要素１０８を収容可能なカップ状の外形形状を有しており、図３に示すように、薄型電池１０の内側から外側に向かって、内側樹脂層１０６ａ、金属層１０６ｂ、及び、外側樹脂層１０６ｃを積層した樹脂−金属薄膜ラミネート材等の柔軟性を有する材料で構成されている。内側樹脂層１０６ａは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。金属層１０６ｂは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔である。外側樹脂層１０６ｃは、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。
【００２１】
これに対し、下部外装部材１０７は、図１（Ａ）〜図２に示すように、平板状の外形形状を有しており、上部外装部材１０６と同様に、図３に示すように、薄型電池１０の内側から外側に向かって内側樹脂層１０７ａ、金属層１０７ｂ、及び外側樹脂層１０７ｃを積層した樹脂−金属薄膜ラミネート材等の柔軟性を有する材料で構成されている。内側樹脂層１０７ａは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。金属箔１０７ｂは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔である。外側樹脂層１０７ｃは、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。
【００２２】
図２に戻り、これらの上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７によって、上述した発電要素１０８、正極端子１０４の一部及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入した後、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７の外周縁を熱融着等の手法により封止する。
【００２３】
外装部材１０６、１０７に封入される液体電解質の有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。
【００２４】
なお、封止された外装部材１０６、１０７の一方の端部から、正極端子１０４が導出するが、正極端子１０４の厚さ分だけ上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との接合部に隙間を生じるので、薄型電池１０内の封止性を維持するために、当該正極端子１０４と外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレンから構成されたシールフィルムを熱融着等の方法により介在させることも出来る。同様に、封止された外装部材１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と外装部材１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルムを介在させることも出来る。なお、正極端子１０４及び負極端子１０５の何れにおいても、シールフィルムは外装部材１０６、１０７の内側樹脂層１０６ａ、１０７ａを構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。
【００２５】
さらに、本実施形態に係る薄型電池１０は、図１（Ａ）〜図２に示すように、上部外装部材１０６が膨張した際に、金属層１０６ｂと導通可能な導電部材１０９、１１０を備えている。
【００２６】
正極側導電部材１０９は、正極端子１０４の外装部材１０６、１０７から外部に導出した部分に、例えば溶接等の手法により接合されている。この正極側導電部材１０９は、膨張時の上部外装部材１０６を穿孔可能な尖鋭な先端を有しており、当該先端を突き上げるような姿勢で正極端子１０４に接合されている。この正極側導電部材１０９は、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂと正極端子１０４とを導通可能なように金属材料等の導電性に優れた材料で構成されており、特に溶接の観点からアルミニウムやアルミニウム合金等の正極端子１０４と同じ材料で構成することが好ましい。
【００２７】
同様に、負極側導電部材１１０は、負極端子１０５の外装部材１０６、１０７から外部に導出した部分に、例えば溶接等の手法により接合されている。この負極側導電部材１１０は、膨張時の上部外装部材１０６を穿孔可能な尖鋭な先端を有しており、当該先端を突き上げるような姿勢で負極端子１０５に接合されている。この負極側導電部材１１０は、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂと負極端子１０５とを導通可能なように金属材料等の導電性に優れた材料で構成されており、特に溶接の観点からニッケル、銅又はステンレス等の負極端子１０５と同じ材料で構成することが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、導電部材１０９、１１０は、図４（Ａ）に示すように上部外装部材１０６のカップ部側面が膨張する前の状態（通常の状態）では先端が上部外装部材１０６に接触せず、且つ、図４（Ｂ）に示すように上部外装部材１０６が膨張した状態で先端が上部外装部材１０６に接触して穿孔するように、電極端子１０４、１０５にそれぞれ接合されている。
【００２９】
そして、上部外装部材１０６が膨張した状態では、正極側導電部材１０９の先端が、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、上部外装部材１０６の外側樹脂層１０６ｃ、金属層１０６ｂ、及び、内側樹脂層１０６ａを突き破り、当該穿孔を介して、過充電時等の異常に伴って薄型電池１０の内部に発生したガスを外部に放出する。これにより、薄型電池１０の内圧が低下する。
【００３０】
これと同時に、正極側導電部材１０９と上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとが接触しているので、正極側導電部材１０９を介して、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂと正極端子１０４とが導通する。
【００３１】
同様に、上部外装部材１０６が膨張した状態では、負極側導電部材１１０の先端が、上部外装部材１０６の外側樹脂層１０６ｃ、金属層１０６ｂ、及び、内側樹脂層１０６ａを突き破り、当該穿孔を介して、過充電時等の異常に伴って薄側電池１０の内部に発生したガスを外部に放出する。これにより、薄型電池１０の内圧が低下する。
【００３２】
これと同時に、負極側導電部材１１０と上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとが接触しているので、負極側導電部材１１０を介して、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂと負極端子１０５とが導通する。
【００３３】
従って、導電部材１０９、１１０と上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとを介して、正極端子１０４と負極端子１０５とが導通するので、薄型電池１０が短絡し、過充電等の異常に伴うガス発生自体を停止させることが出来る。
【００３４】
また、導通部材１０９、１１０を介して、薄型電池１０内に蓄積された電力を金属層１０６ｂに流すことにより、当該金属層１０６ｂの発熱により薄型電池１０に蓄積されたエネルギーを消費することが出来るので、過充電等のガス発生を伴う異常を緩和させることが可能となっている。
【００３５】
さらに、本実施形態に係る薄型電池１０では、図１（Ａ）に示すように、正極側導電部材１０９と負極側導電部材１１０とが、過充電や過放電等を防止するために薄型電池１０の電圧を監視する電圧計３０に電気的に接続されている。電極端子１０４、１０５に電気的に接続された導電部材１０９、１１０を、通常時に薄型電池１０の電圧検出用端子として利用することにより、部品点数の低減に寄与することが出来る。
【００３６】
なお、本実施形態では、正極端子１０４及び負極端子１０５の両極に導電部材１０９、１１０を設けるように説明したが、本発明においては特に限定されず、正極端子又は負極端子の何れか一方のみに導電部材を設けても良い。上部外装部材１０６の内側樹脂層１０６ａにピンホール等が形成されている場合には、このピンホールと導電部材とにより、発電要素１０８と上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとが導通して、当該金属層１０６ｂに電位が発生するので、自然放電が促進され、ガス発生を伴う過充電等の異常を緩和させることが出来る。
【００３７】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は本発明の第２実施形態に係る組電池を示す図であり、図５（Ａ）はその平面図、図５（Ｂ）はその側面図である。
【００３８】
本実施形態に係る組電池２０は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、薄型電池１０ａ〜１０ｄが上下方向に４つ積層されて構成されている。具体的には、ｍ段目に位置する薄型電池１０の電極端子１０４、１０５と、ｍ＋１段目に位置する薄型電池１０の異極端子１０５、１０４とが同一方向に向くように、ｍ段目の薄型電池１０の上にｍ＋１段目の薄型電池１０が積層されている（ｍ：自然数）。なお、各薄型電池１０ａ〜１０ｄは、導電部材１０９、１１０が設けられていないこと以外は、第１実施形態にて説明した薄型電池１０と同様の構成である。
【００３９】
そして、導電部材２１ａを介装して、最上段の薄型電池１０ａの正極端子１０４と２段目の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とが例えば溶接等により接合されており、当該導電部材２１ａを介して、最上段の薄型電池１０ａと２段目の薄型電池１０ｂとが電気的に直列接続されている。同様に、導電部材２１ｂを介装して、２段目の薄型電池１０ｂの正極端子１０４と３段目の薄型電池１０ｃの負極端子１０５とが溶接等により接合されており、当該導電部材２１ｂを介して、２段目の薄型電池１０ｂと３段目の薄型電池１０ｃとが電気的に直列接続されている。さらに、同様に、導電部材２１ｃを介装して、３段目の薄型電池１０ｃの正極端子１０４と最下段の薄型電池１０ｄの負極端子１０５とが溶接等により接合されており、当該導電部材２１ｃを介して、３段目の薄型電池１０ｃと最下段の薄型電池１０ｄとが電気的に直列接続されている。従って、４個の薄型電池１０ａ〜１０ｄが、導電部材２１ａ〜２１ｃを介して、電気的に直列接続されている。
【００４０】
各導電部材２１ａ〜２１ｃは、図５（Ｂ）に示すように、各薄型電池１０ａ〜１０ｄの膨張時の上部外装部材１０６を穿孔可能な尖鋭な先端を有しており、当該先端が上部外装部材１０６に対向するような姿勢で、積層された薄型電池１０ａ〜１０ｄの異極端子１０４、１０５同士の間に介装されている。なお、第１実施形態と異なり、本実施形態における導電部材２１ａ〜２１ｃは、電極端子１０４、１０５同士を電気的に接続するため、電極端子１０４、１０５と実質的に同一の幅を有している。
【００４１】
そして、最上段の薄型電池１０ａの正極端子１０４と２段目の薄型電池１０ｂの負極端子１０５との間に介装された導電部材２１ａは、薄型電池１０ｂの上部外装部材１０６が膨張した際に、当該上部外装部材１０６を突き破り、当該穿孔を介して、過充電等の異常に伴って薄型電池１０ｂの内部に発生したガスを外部に放出する。同様に、導電部材２１ｂ、２１ｃは、薄型電池１０ｃ、１０ｄの上部外装部材１０６が膨張した際に、当該上部外装部材１０６を突き破り、当該穿孔を介して、過充電等の異常に伴って薄型電池１０ｃ、１０ｄの内部に発生したガスを外部に放出する。これにより、薄型電池１０ｂ〜１０ｄの内圧が低下する。
【００４２】
これと同時に、導電部材２１ａ〜２１ｃと、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとが接触するので、内側樹脂層１０６ａに形成されたピンホール等と導電部材とにより、発電要素１０８と金属層１０６ｂとが導通して、当該金属層１０６ｂに電位が発生する。その結果として、薄型電池１０ｂ〜１０ｄの自然放電が促進され、過充電等のガス放出を伴う異常を緩和させることが出来る。
【００４３】
また、本実施形態では、相互に接合された電極端子の間に形成されるデッドスペースに導電部材を設けることにより、組電池の省スペース化に寄与することが出来る。
【００４４】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４５】
例えば、第２実施形態では、積層した薄型電池同士を電気的に直列接続するように説明したが、本発明においては特にこれに限定されず、例えば、積層した同士を電気的に並列接続しても良い。この場合には、積層された薄型電池の正極端子同士の間にも負極端子同士の間にも導電部材を介装することが出来るので、上部外装部材の膨張時には、第１実施形態のように、導電部材及び上部外装部材の金属層により、薄型電池を短絡させることが出来る。
【００４６】
また、第２実施形態に係る組電池の各導電部材を、第１実施形態のように、各薄型電池の電圧を監視する電圧計に電気的に接続しても良い。これにより、組電池の部品点数の低減に寄与することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体を示す図であり、図１（Ａ）はその平面図であり、図１（Ｂ）はその側面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図２のIII部の拡大断面図である。
【図４】図４（Ａ）本発明の第１実施形態に係る薄型電池の膨張前の状態を示す要部側面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す薄型電池の膨張後の状態を示す要部側面図であり、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）のIVC部の拡大断面図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る組電池を示す図であり、図５（Ａ）はその平面図であり、図５（Ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１０ａ〜１０ｄ…薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０４ａ…正極側集電体
１０４ｂ…正極層
１０５…負極端子
１０５ａ…負極側集電体
１０５ｂ…負極層
１０６…上部外装部材
１０７…下部外装部材
１０８…発電要素
１０９…正極側導電部材
１１０…負極側導電部材
２０…組電池
２１…導電部材
３０…電圧計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極板を有する発電要素を外装部材に収容して封止すると共に、電極板に接続された電極端子が外装部材から外部に導出した二次電池及び該二次電池を複数積層した組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極板を有する発電要素を外装部材に収容して封止すると共に電極板に接続された電極端子を外装部材から外部に導出した二次電池では、過充電等の異常時に電池内部にガスが発生して内圧が上昇する場合がある。このような内圧上昇を解消するために、外装部材が膨張した際に当該外装部材を穿孔可能な切刃を二次電池に設け、当該穿孔からガスを外部に放出させる技術が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このような技術では、ガス放出により電池の内圧を低下させることが出来ても、過充電状態は引き続き継続しているのでガス発生自体を抑制することは出来ない。
【特許文献１】特開２００１−２２２９８６号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、過充電等のガス発生を伴う異常を停止させたり緩和させることが可能な二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素と、少なくとも１以上の絶縁層と金属層とを有する外装部材と、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続された正極端子及び負極端子と、を備え、前記発電要素が前記外装部材に収容されて封止され、前記正極端子及び負極端子が前記外装部材から外部に導出した二次電池であって、前記外装部材が膨張した際に、前記外装部材の金属層に接触して当該金属層と導通可能な導電部材をさらに備え、前記導電部材は、前記正極端子又は前記負極端子の少なくとも一方に電気的に接続して設けられている二次電池が提供される。
【０００５】
本発明では、正極端子又は負極端子の少なくとも一方に電気的に接続した導電部材を設け、過充電等に伴って外装部材が膨張した際に、この導電部材を外装部材の金属層に導通させる。これにより、二次電池を短絡させて過充電等のガス発生を伴う異常を停止させたり、二次電池の自然放電を促すことにより異常を緩和させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００７】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る薄型の二次電池（以下「薄型電池」と称する）の全体を示す図であり、図１（Ａ）はその平面図、図１（Ｂ）はその側面図、図２は図１（Ａ）のII-II線に沿った断面図、図３は図２のIII部の拡大断面図、図４（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の膨張前の状態を示す要部側面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の薄型電池が膨張した状態を示す要部側面図、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）のIVC部の拡大断面図である。図１（Ａ）〜図２は一つの薄型電池（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【０００８】
先ず、図１（Ａ）〜図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質を特に発電要素１０８と称する。なお、本発明においては、正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３の枚数は何ら限定されず、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、及び、１枚の負極板１０３でも良いし、また必要に応じて正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３の枚数を選択して構成することが出来る。
【０００９】
図２は、３枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、３枚の負極板１０３と、を備えた薄型電池１０の内部を具体的に示す。同図に示すように、本実施形態の正極板１０１は、正極端子１０４に接続される正極側集電体１０４ａと、この正極側集電体１０４ａの両主面に形成された正極層１０４ｂと、を有する。同様に、負極板１０３は、負極端子１０５に接続される負極側集電体１０５ａと、この負極側集電体１０５ａの両主面に形成された負極層１０５ｂと、を有する。また、正極板１０１の正極層１０４ｂと負極板１０３の負極層１０５ｂとの間には、セパレータ１０２がそれぞれ介在している。
【００１０】
本実施形態では、リチウム含有複合酸化物に属するＬｉＭｎ２Ｏ４を正極活物質とし、炭素系材料に属するカーボンブラックを導電材とし、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を結着剤として採用する。正極活物質と導電材とを混合し、ポリフッ化ビニリデンを溶解させたＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に、混合した正極活物質と導電材とを均一に分散させてスラリーを作成し、このスラリーを正極側集電体１０４ａとなる厚さ２０μｍのアルミ金属箔上に均一に塗布し、ＮＭＰを蒸発させ、ローラプレス機により圧延し、アルミ金属箔１０４ａ上に正極層１０４ｂを作製する。混合されるＬｉＭｎ２Ｏ４と、カーボンブラックと、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）との重量比は、７５〜８５：１０〜２０：５〜１０であり、好ましくは８５：１０：５乃至７５：２０：５である。正極層１０４ｂが作製された後、所定の大きさ（幅７０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ０．１８ｍｍ）に切断し正極板１０１を得る。
【００１１】
正極活物質としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４のほか、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎＯ２、層状構造ＬｉＭｎＯ２、スピネル構造ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎＯ４）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ４）、リチウムマンガンリン酸化合物（ＬｉＭｎＰＯ４）、リチウムバナジウム複合酸化物（ＬｉＶ２Ｏ４）、リチウムチタン複合酸化物（ＬｉＴｉ２Ｏ４）、その他のＬｉＭＸＯＹ（Ｍは遷移元素、Ｘ、Ｙは定比及び不定比を含む）等のリチウム複合酸化物を挙げることが出来る。これらのリチウム複合酸化物は、出力の面ではその平均粒径ｒが０．１μｍ＜ｒ＜１μｍであることが好ましく、さらに、０．１μｍ＜ｒ＜０．５μｍであることが好ましい。ここで平均粒径とは、５０％累積粒径であり、粒度分布図において、それぞれ０μｍから積分した体積が５０％となったときの粒径である。この測定においては、マイクロトラック粒度分布分析計を用い、レーザ光の散乱により粒子個数ｎ及び粒子１個当たりの直径ｄを測定する。もちろん他の粒径分析装置を利用することも出来る。
【００１２】
また、リチウム複合酸化物の粒子構造は、単結晶乃至単結晶に近い性状である一次粒子であることが好ましい。このとき一次粒子が凝縮して形成された二次粒子が含まれる場合もあるが、その含有量は少ないことが好ましく、具体的にはリチウム複合酸化物中の二次粒子の含有量が５０％以下であることが好ましい。また、寿命の面では単結晶であることが好ましい。
【００１３】
また、本実施形態では、炭素系材料の属するハードカーボンを負極活物質とし、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を結着剤として採用した。ハードカーボンとポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを９０：１０の重量比で混合し、これをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させてスラリーを作製し、このスラリーを負極側集電体１０５ａとなる厚さ１０μｍの銅金属箔上に均一に塗布し、ＮＭＰを蒸発させ、ローラプレス機により圧延し、銅金属箔１０５ａ上に負極層１０５ｂを作製する。作製された負極層１０５ｂは所定の大きさ（幅７０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ０．１１ｍｍ）に切断し、負極板１０１を得る。
【００１４】
負極活物質としては、ハードカーボンをはじめとする非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する材料を挙げることが出来る。
【００１５】
また、セパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１６】
なお、本発明のセパレータ１０２は、ポリオレフィン等の単層膜のみに限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものも用いることが出来る。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることも出来る。
【００１７】
以上の正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ、当該正極板１０１と負極板１０３との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層されている。そして、３枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電体１０４ａを介して金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、３枚の負極板１０３は、負極側集電体１０５ａを介して同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。
【００１８】
なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金等を挙げることが出来、負極端子１０５としては、ニッケル、銅又はステンレス等を挙げることが出来る。また、本例の正極側集電体１０４ａも負極側集電体１０５ａの何れも、正極板１０１及び負極板１０３の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電体１０４ａ、１０５ａを構成することも出来る。
【００１９】
以上の正極板１０１、負極板１０３、セパレータ１０２等は、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７により封止されている。
【００２０】
上部外装部材１０６は、図１（Ａ）〜図２に示すように、発電要素１０８を収容可能なカップ状の外形形状を有しており、図３に示すように、薄型電池１０の内側から外側に向かって、内側樹脂層１０６ａ、金属層１０６ｂ、及び、外側樹脂層１０６ｃを積層した樹脂−金属薄膜ラミネート材等の柔軟性を有する材料で構成されている。内側樹脂層１０６ａは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。金属層１０６ｂは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔である。外側樹脂層１０６ｃは、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。
【００２１】
これに対し、下部外装部材１０７は、図１（Ａ）〜図２に示すように、平板状の外形形状を有しており、上部外装部材１０６と同様に、図３に示すように、薄型電池１０の内側から外側に向かって内側樹脂層１０７ａ、金属層１０７ｂ、及び外側樹脂層１０７ｃを積層した樹脂−金属薄膜ラミネート材等の柔軟性を有する材料で構成されている。内側樹脂層１０７ａは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。金属箔１０７ｂは、例えば、アルミニウム箔等の金属箔である。外側樹脂層１０７ｃは、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。
【００２２】
図２に戻り、これらの上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７によって、上述した発電要素１０８、正極端子１０４の一部及び負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入した後、上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７の外周縁を熱融着等の手法により封止する。
【００２３】
外装部材１０６、１０７に封入される液体電解質の有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等のエステル系溶媒を挙げることが出来るが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。
【００２４】
なお、封止された外装部材１０６、１０７の一方の端部から、正極端子１０４が導出するが、正極端子１０４の厚さ分だけ上部外装部材１０６と下部外装部材１０７との接合部に隙間を生じるので、薄型電池１０内の封止性を維持するために、当該正極端子１０４と外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレンから構成されたシールフィルムを熱融着等の方法により介在させることも出来る。同様に、封止された外装部材１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と外装部材１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルムを介在させることも出来る。なお、正極端子１０４及び負極端子１０５の何れにおいても、シールフィルムは外装部材１０６、１０７の内側樹脂層１０６ａ、１０７ａを構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。
【００２５】
さらに、本実施形態に係る薄型電池１０は、図１（Ａ）〜図２に示すように、上部外装部材１０６が膨張した際に、金属層１０６ｂと導通可能な導電部材１０９、１１０を備えている。
【００２６】
正極側導電部材１０９は、正極端子１０４の外装部材１０６、１０７から外部に導出した部分に、例えば溶接等の手法により接合されている。この正極側導電部材１０９は、膨張時の上部外装部材１０６を穿孔可能な尖鋭な先端を有しており、当該先端を突き上げるような姿勢で正極端子１０４に接合されている。この正極側導電部材１０９は、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂと正極端子１０４とを導通可能なように金属材料等の導電性に優れた材料で構成されており、特に溶接の観点からアルミニウムやアルミニウム合金等の正極端子１０４と同じ材料で構成することが好ましい。
【００２７】
同様に、負極側導電部材１１０は、負極端子１０５の外装部材１０６、１０７から外部に導出した部分に、例えば溶接等の手法により接合されている。この負極側導電部材１１０は、膨張時の上部外装部材１０６を穿孔可能な尖鋭な先端を有しており、当該先端を突き上げるような姿勢で負極端子１０５に接合されている。この負極側導電部材１１０は、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂと負極端子１０５とを導通可能なように金属材料等の導電性に優れた材料で構成されており、特に溶接の観点からニッケル、銅又はステンレス等の負極端子１０５と同じ材料で構成することが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、導電部材１０９、１１０は、図４（Ａ）に示すように上部外装部材１０６のカップ部側面が膨張する前の状態（通常の状態）では先端が上部外装部材１０６に接触せず、且つ、図４（Ｂ）に示すように上部外装部材１０６が膨張した状態で先端が上部外装部材１０６に接触して穿孔するように、電極端子１０４、１０５にそれぞれ接合されている。
【００２９】
そして、上部外装部材１０６が膨張した状態では、正極側導電部材１０９の先端が、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、上部外装部材１０６の外側樹脂層１０６ｃ、金属層１０６ｂ、及び、内側樹脂層１０６ａを突き破り、当該穿孔を介して、過充電時等の異常に伴って薄型電池１０の内部に発生したガスを外部に放出する。これにより、薄型電池１０の内圧が低下する。
【００３０】
これと同時に、正極側導電部材１０９と上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとが接触しているので、正極側導電部材１０９を介して、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂと正極端子１０４とが導通する。
【００３１】
同様に、上部外装部材１０６が膨張した状態では、負極側導電部材１１０の先端が、上部外装部材１０６の外側樹脂層１０６ｃ、金属層１０６ｂ、及び、内側樹脂層１０６ａを突き破り、当該穿孔を介して、過充電時等の異常に伴って薄側電池１０の内部に発生したガスを外部に放出する。これにより、薄型電池１０の内圧が低下する。
【００３２】
これと同時に、負極側導電部材１１０と上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとが接触しているので、負極側導電部材１１０を介して、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂと負極端子１０５とが導通する。
【００３３】
従って、導電部材１０９、１１０と上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとを介して、正極端子１０４と負極端子１０５とが導通するので、薄型電池１０が短絡し、過充電等の異常に伴うガス発生自体を停止させることが出来る。
【００３４】
また、導通部材１０９、１１０を介して、薄型電池１０内に蓄積された電力を金属層１０６ｂに流すことにより、当該金属層１０６ｂの発熱により薄型電池１０に蓄積されたエネルギーを消費することが出来るので、過充電等のガス発生を伴う異常を緩和させることが可能となっている。
【００３５】
さらに、本実施形態に係る薄型電池１０では、図１（Ａ）に示すように、正極側導電部材１０９と負極側導電部材１１０とが、過充電や過放電等を防止するために薄型電池１０の電圧を監視する電圧計３０に電気的に接続されている。電極端子１０４、１０５に電気的に接続された導電部材１０９、１１０を、通常時に薄型電池１０の電圧検出用端子として利用することにより、部品点数の低減に寄与することが出来る。
【００３６】
なお、本実施形態では、正極端子１０４及び負極端子１０５の両極に導電部材１０９、１１０を設けるように説明したが、本発明においては特に限定されず、正極端子又は負極端子の何れか一方のみに導電部材を設けても良い。上部外装部材１０６の内側樹脂層１０６ａにピンホール等が形成されている場合には、このピンホールと導電部材とにより、発電要素１０８と上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとが導通して、当該金属層１０６ｂに電位が発生するので、自然放電が促進され、ガス発生を伴う過充電等の異常を緩和させることが出来る。
【００３７】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は本発明の第２実施形態に係る組電池を示す図であり、図５（Ａ）はその平面図、図５（Ｂ）はその側面図である。
【００３８】
本実施形態に係る組電池２０は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、薄型電池１０ａ〜１０ｄが上下方向に４つ積層されて構成されている。具体的には、ｍ段目に位置する薄型電池１０の電極端子１０４、１０５と、ｍ＋１段目に位置する薄型電池１０の異極端子１０５、１０４とが同一方向に向くように、ｍ段目の薄型電池１０の上にｍ＋１段目の薄型電池１０が積層されている（ｍ：自然数）。なお、各薄型電池１０ａ〜１０ｄは、導電部材１０９、１１０が設けられていないこと以外は、第１実施形態にて説明した薄型電池１０と同様の構成である。
【００３９】
そして、導電部材２１ａを介装して、最上段の薄型電池１０ａの正極端子１０４と２段目の薄型電池１０ｂの負極端子１０５とが例えば溶接等により接合されており、当該導電部材２１ａを介して、最上段の薄型電池１０ａと２段目の薄型電池１０ｂとが電気的に直列接続されている。同様に、導電部材２１ｂを介装して、２段目の薄型電池１０ｂの正極端子１０４と３段目の薄型電池１０ｃの負極端子１０５とが溶接等により接合されており、当該導電部材２１ｂを介して、２段目の薄型電池１０ｂと３段目の薄型電池１０ｃとが電気的に直列接続されている。さらに、同様に、導電部材２１ｃを介装して、３段目の薄型電池１０ｃの正極端子１０４と最下段の薄型電池１０ｄの負極端子１０５とが溶接等により接合されており、当該導電部材２１ｃを介して、３段目の薄型電池１０ｃと最下段の薄型電池１０ｄとが電気的に直列接続されている。従って、４個の薄型電池１０ａ〜１０ｄが、導電部材２１ａ〜２１ｃを介して、電気的に直列接続されている。
【００４０】
各導電部材２１ａ〜２１ｃは、図５（Ｂ）に示すように、各薄型電池１０ａ〜１０ｄの膨張時の上部外装部材１０６を穿孔可能な尖鋭な先端を有しており、当該先端が上部外装部材１０６に対向するような姿勢で、積層された薄型電池１０ａ〜１０ｄの異極端子１０４、１０５同士の間に介装されている。なお、第１実施形態と異なり、本実施形態における導電部材２１ａ〜２１ｃは、電極端子１０４、１０５同士を電気的に接続するため、電極端子１０４、１０５と実質的に同一の幅を有している。
【００４１】
そして、最上段の薄型電池１０ａの正極端子１０４と２段目の薄型電池１０ｂの負極端子１０５との間に介装された導電部材２１ａは、薄型電池１０ｂの上部外装部材１０６が膨張した際に、当該上部外装部材１０６を突き破り、当該穿孔を介して、過充電等の異常に伴って薄型電池１０ｂの内部に発生したガスを外部に放出する。同様に、導電部材２１ｂ、２１ｃは、薄型電池１０ｃ、１０ｄの上部外装部材１０６が膨張した際に、当該上部外装部材１０６を突き破り、当該穿孔を介して、過充電等の異常に伴って薄型電池１０ｃ、１０ｄの内部に発生したガスを外部に放出する。これにより、薄型電池１０ｂ〜１０ｄの内圧が低下する。
【００４２】
これと同時に、導電部材２１ａ〜２１ｃと、上部外装部材１０６の金属層１０６ｂとが接触するので、内側樹脂層１０６ａに形成されたピンホール等と導電部材とにより、発電要素１０８と金属層１０６ｂとが導通して、当該金属層１０６ｂに電位が発生する。その結果として、薄型電池１０ｂ〜１０ｄの自然放電が促進され、過充電等のガス放出を伴う異常を緩和させることが出来る。
【００４３】
また、本実施形態では、相互に接合された電極端子の間に形成されるデッドスペースに導電部材を設けることにより、組電池の省スペース化に寄与することが出来る。
【００４４】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４５】
例えば、第２実施形態では、積層した薄型電池同士を電気的に直列接続するように説明したが、本発明においては特にこれに限定されず、例えば、積層した同士を電気的に並列接続しても良い。この場合には、積層された薄型電池の正極端子同士の間にも負極端子同士の間にも導電部材を介装することが出来るので、上部外装部材の膨張時には、第１実施形態のように、導電部材及び上部外装部材の金属層により、薄型電池を短絡させることが出来る。
【００４６】
また、第２実施形態に係る組電池の各導電部材を、第１実施形態のように、各薄型電池の電圧を監視する電圧計に電気的に接続しても良い。これにより、組電池の部品点数の低減に寄与することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体を示す図であり、図１（Ａ）はその平面図であり、図１（Ｂ）はその側面図である。
【図２】図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図２のIII部の拡大断面図である。
【図４】図４（Ａ）本発明の第１実施形態に係る薄型電池の膨張前の状態を示す要部側面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す薄型電池の膨張後の状態を示す要部側面図であり、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）のIVC部の拡大断面図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る組電池を示す図であり、図５（Ａ）はその平面図であり、図５（Ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１０ａ〜１０ｄ…薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０４ａ…正極側集電体
１０４ｂ…正極層
１０５…負極端子
１０５ａ…負極側集電体
１０５ｂ…負極層
１０６…上部外装部材
１０７…下部外装部材
１０８…発電要素
１０９…正極側導電部材
１１０…負極側導電部材
２０…組電池
２１…導電部材
３０…電圧計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素と、
少なくとも１以上の絶縁層と金属層とを有する外装部材と、
前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続された正極端子及び負極端子と、を備え、前記発電要素が前記外装部材に収容されて封止され、前記正極端子及び負極端子が前記外装部材から外部に導出した二次電池であって、
前記外装部材が膨張した際に、前記外装部材の金属層に接触して当該金属層と導通可能な導電部材をさらに備え、
前記導電部材は、前記正極端子又は前記負極端子の少なくとも一方に電気的に接続して設けられている二次電池。
【請求項２】
前記導電部材は、前記正極端子及び前記負極端子の両方に設けられている請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記導電部材は、前記外装部材を穿孔可能である請求項１又は２記載の二次電池。
【請求項４】
前記導電部材は、前記電極端子と同じ材料から構成されている請求項１〜３の何れかに記載の二次電池。
【請求項５】
前記導電部材は、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段に電気的に接続されている請求項１〜４の何れかに記載の二次電池。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の二次電池を複数積層すると共に、当該積層された二次電池の電極端子同士を接続して、前記複数の二次電池を電気的に接続した組電池であって、
前記導電部材は、前記複数の二次電池の電極端子同士の間に介装されている組電池。
【請求項１】
セパレータを介して積層された正極板及び負極板を有する発電要素と、
少なくとも１以上の絶縁層と金属層とを有する外装部材と、
前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続された正極端子及び負極端子と、を備え、前記発電要素が前記外装部材に収容されて封止され、前記正極端子及び負極端子が前記外装部材から外部に導出した二次電池であって、
前記外装部材が膨張した際に、前記外装部材の金属層に接触して当該金属層と導通可能な導電部材をさらに備え、
前記導電部材は、前記正極端子又は前記負極端子の少なくとも一方に電気的に接続して設けられている二次電池。
【請求項２】
前記導電部材は、前記正極端子及び前記負極端子の両方に設けられている請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記導電部材は、前記外装部材を穿孔可能である請求項１又は２記載の二次電池。
【請求項４】
前記導電部材は、前記電極端子と同じ材料から構成されている請求項１〜３の何れかに記載の二次電池。
【請求項５】
前記導電部材は、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段に電気的に接続されている請求項１〜４の何れかに記載の二次電池。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の二次電池を複数積層すると共に、当該積層された二次電池の電極端子同士を接続して、前記複数の二次電池を電気的に接続した組電池であって、
前記導電部材は、前記複数の二次電池の電極端子同士の間に介装されている組電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１８５７１０（Ｐ２００６−１８５７１０Ａ）
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７６９６９（Ｐ２００４−３７６９６９）
【出願日】平成１６年１２月２７日（２００４．１２．２７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２７日（２００４．１２．２７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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