二次電池
【課題】簡単な構造で電流の遮断が可能なエネルギー損失の少ない二次電池の提供。
【解決手段】二次電池１０は、ケース１１の内部に電池素子３５を備えている。電池素子３５には正極タブ２５および負極タブ２６が設けられている。正極タブ２５および負極タブ２６には、正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９がそれぞれ接続されている。正極タブ接続板１８は、低融点合金２０により正極端子１６と当接するように保持され、負極タブ接続板１９は、低融点合金２０により負極端子１７と当接するよう保持されている。ケース１１内部の温度が低融点合金２０の融点以上に上昇すると、低融点合金２０は溶けて流れていく。低融点合金２０が溶けて流れると、正極端子１６および負極端子１７と正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は離間して、電流が遮断される。
【解決手段】二次電池１０は、ケース１１の内部に電池素子３５を備えている。電池素子３５には正極タブ２５および負極タブ２６が設けられている。正極タブ２５および負極タブ２６には、正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９がそれぞれ接続されている。正極タブ接続板１８は、低融点合金２０により正極端子１６と当接するように保持され、負極タブ接続板１９は、低融点合金２０により負極端子１７と当接するよう保持されている。ケース１１内部の温度が低融点合金２０の融点以上に上昇すると、低融点合金２０は溶けて流れていく。低融点合金２０が溶けて流れると、正極端子１６および負極端子１７と正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は離間して、電流が遮断される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や多くの家電製品に小型で高出力の二次電池が用いられている。また、電気自動車やハイブリッド車などでは、二次電池の電池セルを複数個繋げて、より高出力で容量の大きい電池モジュールを用いている。二次電池は、短絡などにより過大電流が集中し二次電池の温度上昇に繋がる虞がある。そのため、二次電池には、過大電流が流れたときに電流を遮断する機構が設けられている。例えば、特許文献１では、負極リードと負極端子との間に錫（Ｓｎ）合金膜を介在させ電気的に接続している。そして、過大電流が流れると、錫合金膜が溶融して負極リードと負極端子の接合を解除して電流を遮断している。
【０００３】
また、特許文献２の非水電解液二次電池は、電池側端子の常閉側固定接点と負荷側端子の常閉側固定接点を接触板で接続している。接触板は、弾性体でカップ部に押し付けて保持されており、カップ部は、低融点の熱可溶金属でねじ棒に結合されている。ねじ棒は、電池内の充電部の温度を伝える感熱棒と接続されている。そして、電池内の温度上昇すると、感熱棒からねじ棒、熱可溶金属へと熱が伝わり、熱可溶金属が溶融するとカップ部とねじ棒の結合が解除されてカップ部が弾性体により接触板を押し上げる。接触板が押し上げられると、電池側端子の常閉側固定設定と負荷側端子の常閉側固定接点を遮断される。これにより、電池および負荷を安全に保護している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１１９３６号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の錫合金膜は、負極リードや負極端子に比べ抵抗が高いという問題がある。錫は電極に用いられるアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）に比べ抵抗が１０倍以上高い。そのため、負極リードと負極端子との間を流れる電流は錫合金膜を通るため余分なエネルギー損失が発生している。また、特許文献２では、構造が複雑という問題がある。特許文献２の非水電解液二次電池では、電池内の温度を感熱棒でねじ棒を介して熱可溶金属へと伝えるものであり、構造が複雑である。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で電流の遮断が可能なエネルギー損失の少ない二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、正極と、負極と、正極と負極との間に介在されたセパレータとを有する二次電池において、正極または負極に通電自在に接続され、正極または負極と当接される第一接続部材と、一方が第一接続部材と当接し、他方が外部機器と接続可能な第二接続部材とを有する接続部と、第一接続部材と第二接続部材との当接と離間を切替可能な切替部材とを備え、切替部材は、切替部材が所定温度を超えたときに、第一接続部材と第二接続部材とを離間することを特徴する。
【０００８】
本発明は、切替部材により、第一接続部材と第二接続部材とを通電自在に当接した状態に保持する。さらに、切替部材が所定温度を超えると、第一接続部材と第二接続部材とを離間した状態に切替える。そのため、簡単な構造で電流の遮断が可能であり、エネルギー損失の少ない二次電池を提供することができる。
【０００９】
また、本発明の二次電池における切替部材は、正極および負極より融点の低い合金からなり、所定温度は、合金の融点であることを特徴とする。これにより、切替部材が過電流などで加熱されたときに、正極および負極より先に切替部材である合金が溶融するので、正極および負極を過電流による加熱から保護することができる。
【００１０】
また、本発明における第一接続部材には、第二接続部材に当接する部分に第一貫通孔が設けられ、第二接続部材には、第一貫通孔に対向する位置に第二貫通孔が設けられ、切替部材は、第一貫通孔および第二貫通孔に挿通可能なリベットであることを特徴とする。これにより、切替部材は、第一貫通孔および第二貫通孔に挿通すればよく、組付け性の良い簡単な構造を達成できる。さらに、本発明の切替部材は、形状記憶合金からなり、所定温度は、形状記憶合金の変態点の温度であることを特徴とする。これにより、形状記憶合金の種類により所定温度を所望の温度に変更できるとともに、形状記憶合金を何度でも再使用することができる。
【００１１】
また、本発明の二次電池において、切替部材は、変態点の温度を超えたときに、第一接続部材と第二接続部材とを離間しつつ第二接続部材に係止されることを特徴とする。これにより、変態点の温度を超えたときに、電極タブ接続部材もしくは電極端子に係止される形状記憶合金が変態点を超えた場合でも、形状記憶合金が係止され続けるため、二次電池の電池素子などに接触して短絡などを招くことがない。
【００１２】
また、本発明の二次電池において、第一接続部材には、第二接続部材に当接する部分に第一貫通孔が設けられ、第二接続部材には、第一貫通孔に対向する位置に第二貫通孔が設けられ、切替部材は、第一貫通孔および第二貫通孔に挿通される本体部と、本体部の両端に第二接続部材と第一接続部材とを当接もしくは離間するための開閉部が形成され、開閉部は、第一貫通孔および第二貫通孔よりも外周側の位置で開閉し、本体部が第一貫通孔および第二貫通孔に係止されることを特徴とする。これにより、形状記憶合金を確実に係止し続けることができ、形状記憶合金を保持する新たな部材を設ける必要が無い。また、本発明の二次電池において、正極および前記負極は、板状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、簡単な構造で電流の遮断が可能なエネルギー損失の少ない二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ断面における二次電池の作用を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る二次電池の断面図である。
【図７】図６に示す二次電池の作用を示す断面図である。
【図８】本発明の変更例１を示す断面図である。
【図９】本発明の変更例２を示す断面図である。
【図１０】本発明の変更例３を示す断面図である。
【図１１】本発明の変更例４を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す二次電池の作用を示す断面図である。
【図１３】本発明の変更例５を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る二次電池について図に基づき説明する。
図１に示すように、二次電池１０は矩形のケース１１を有した角型二次電池ある。ケース１１は金属製の筐体である。本実施形態のケース１１は、アルミニウム（Ａｌ）で形成されている。ケース１１の上面には、電解液注入口１４と圧力弁１５が設けられている。電解液注入口１４はケース１１内に電解液を注入できるよう開閉自在である。また、圧力弁１５は、ケース１１内におけるガスの圧力が所定圧力以上に上昇したときに破断してガスをケース１１の外部へ排気するものである。
【００１６】
ケース１１の上面には、電解液注入口１４と圧力弁１５を挟む位置に正極端子１６と負極端子１７が設けられている。正極端子１６および負極端子１７は、充放電を行う際に外部機器に接続可能な端子である。正極端子１６と負極端子１７は、それぞれ矩形の薄板状に形成されている。正極端子１６は、本実施形態ではアルミニウムで形成されている。負極端子１７は、銅（Ｃｕ）を用いて形成されている。正極端子１６および負極端子１７は、図２、図３、図４の縦方向の断面図に示すようにケース１１を貫通するようにケース１１の内部から上方に突出している。正極端子１６および負極端子１７は、図示しない絶縁部材を介してケース１１に絶縁された状態で固定支持されている。なお、本実施形態の正極端子１６と負極端子１７は、発明の第二接続部材に相当する。
【００１７】
正極端子１６の下端には、正極タブ接続板１８が面同士で当接するように接続されている。また、負極端子１７の下端には、負極タブ接続板１９が面同士で当接するように接続されている。正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は、矩形の薄板状に形成されている。正極タブ接続板１８は、アルミニウムから形成されている。負極タブ接続板１９は、銅から形成されている。正極タブ接続板１８は、正極端子１６の下端から図２における右側に向かい水平に延びるよう配置されている。また、負極タブ接続板１９は、負極端子１７の下端から左側に向かい延びるよう配置されている。なお、本実施形態では、正極タブ接続板１８と負極タブ接続板１９は、発明の第一接続部材に相当する。また、正極端子１６、負極端子１７、正極タブ接続板１８と負極タブ接続板１９により本発明の接続部が構成されている。
【００１８】
図３に示すように、正極端子１６の下端には、板の厚み方向に貫通する第二貫通孔１６Ａが形成されている。そして正極タブ接続板１８には、第二貫通孔１６Ａと対向する位置に板の厚み方向に貫通する第一貫通孔１８Ａが形成されている。なお、本実施形態では、第二貫通孔１６Ａと第一貫通孔１８Ａは同じ径の大きさである。正極端子１６および正極タブ接続板１８は、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａが連通するように当接位置に配置されている。なお、本実施形態における負極端子１７および負極タブ接続板１９には、正極端子１６、正極タブ接続板１８と同様に、第一貫通孔１７Ａ、第二貫通孔１９Ａ（図４参照）がそれぞれ形成されている。
【００１９】
第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａには、正極端子１６と正極タブ接続板１８との当接と離間を切替可能な切替部材として低融点合金２０が挿通されている。低融点合金２０は、正極端子１６および正極タブ接続板１８との当接により、正極端子１６と正極タブ接続板１８との間を通電している。また、負極端子１７の第一貫通孔１７Ａと負極タブ接続板１９の第二貫通孔１９Ａにも低融点合金２０が挿通されている。低融点合金２０は、例えば錫（Ｓｎ）とインジウム（Ｉｎ）の合金である。その他にも亜鉛（Ｚｎ）を含んでも良い。低融点合金２０は、融点が摂氏８０度から１２０度の範囲内の合金が好ましい。本実施形態では、融点摂氏１００度の合金が選定されている。なお、低融点合金２０の融点は、正極端子１６、負極端子１７、正極タブ接続板１８、負極タブ接続板１９の各融点よりも低い値に設定されている。
【００２０】
低融点合金２０は、一端が半球状の丸頭を有したリベットである。低融点合金２０は、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａに挿通したあと、他端を潰して半球状に形成する。負極端子１７および負極タブ接続板１９も、同様に半球状の丸頭を有したリベットである低融点合金により、面同士が当接した状態で保持されている。
【００２１】
一端が正極端子１６に接続された正極タブ接続板１８の他端には、正極タブ２５が接続されている。一端が負極端子１７に接続された負極タブ接続板１９の他端には、負極タブ２６が接続されている。正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は、正極タブ２５と正極端子１６、負極タブ２６と負極端子１７とを同じ高さ位置で通電自在に接続している。図３に示すように、正極タブ２５は正極板３１に接続されている。図４に示すように、負極タブ２６は、負極板３２に接続されている。正極板３１および負極板３２は、薄い矩形の板状である。正極板３１および負極板３２は、セパレータ３３を介して絶縁されつつ積層状態に重ね合わせられている。本実施形態では、正極板３１、負極板３２がセパレータ３３を介在して積層されて電池素子３５を形成している。電池素子３５は、図３において右からセパレータ３３、負極板３２、セパレータ３３、正極板３１、セパレータ３３の順に積層されている。なお、本実施形態では、正極板３１が発明の正極であり、負極板３２が発明の負極に相当する。
【００２２】
また、電池素子３５は、積層された正極板３１、負極板３２、セパレータ３３を２つ折りにしてケース１１の内部に収容されている。図２の電池素子３５は、下に凸状態に折曲げられたＵ字状である。正極板３１、負極板３２には、それぞれ正極タブ接続板１８、負極タブ接続板１９に接続されるように、Ｕ字状の上端部分に正極タブ２５、負極タブ２６が形成されている。本実施形態では、２枚の正極タブ２５が重ねられて正極タブ接続板１８に接続されている。また、負極側も同様に２枚の負極タブ２６が負極タブ接続板１９に接続されている。電池素子３５は、図示しない絶縁フィルムにより全体を覆われて、ケース１１内に収容されている。
【００２３】
本実施形態の二次電池１０では、正極タブ接続板１８は、正極タブ２５を介して電池素子３５に通電自在に接続されている。また負極タブ接続板１９は、負極タブ２６を介して電池素子３５に通電自在に接続されている。そして、正極端子１６は正極タブ接続板１８と外部機器を接続する。また、負極端子１７は、負極タブ接続板１９と外部機器を接続する。さらに、本実施形態では、正極板３１、正極タブ２５は、アルミニウムで形成されており、低融点合金２０よりも融点が高い材料が選定される。負極板３２、負極タブ２６は、銅で形成されており、低融点合金２０よりも融点が高い材料が用いられる。
【００２４】
次に本実施形態の二次電池１０における電流の遮断について作用を説明する。
二次電池１０は、充放電を行うと、電流が正極端子１６および負極端子１７と電池素子３５の間を流れていく。正極端子１６と正極板３１の間には、正極タブ接続板１８、正極タブ２５を介して電流が導かれる。また、負極端子１７と負極板３２の間には、負極タブ接続板１９、負極タブ２６を介して電流が流れる。ここで、内部短絡や過充電などが発生すると、二次電池１０のケース１１内で温度が上昇していく。そして、ケース１１内で温度が低融点合金２０の融点温度以上に高くなると、低融点合金２０は、溶けて流れていく。
【００２５】
正極端子１６と正極タブ接続板１８とを当接させ保持していた低融点合金２０が溶けて流れると、正極端子１６と正極タブ接続板１８が離間した状態へ切替わる。すると、図５に示すように正極端子１６と正極タブ接続板１８との間にはわずかな隙間が発生する。正極端子１６と正極タブ接続板１８は、隙間により当接しない離間した状態となり、電流の流れは遮断される。また、負極端子１７と負極タブ接続板１９においても、低融点合金２０が融点温度以上に加熱されると、溶けて流れていく。そして、負極端子１７と負極タブ接続板１９は、当接した状態から隙間が生じて離間した状態となり、電流の流れが遮断される。正極端子１６および負極端子１７では、電流の流れが遮断され、二次電池１０の電池素子３５でも充放電が停止する。そして、電池素子３５における発熱が停止して徐々に周囲の空気により冷却されていく。
【００２６】
本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）低融点合金２０は、正極端子１６と正極タブ接続板１８とを当接した状態に保持することができ、低融点合金２０を通さず電流を流すことができる。また、負極端子１７と負極タブ接続板１９も当接した状態に保持し電流を流すことができる。
（２）低融点合金２０は、融点温度を超えると、溶けて流れるので、正極端子１６と正極タブ接続板１８とを当接した状態から離間した状態へ切替え、正極端子１６と正極タブ接続板１８の間に隙間が発生して電流の流れを遮断することができる。また、負極端子１７と負極タブ接続板１９とを当接した状態から離間した状態へ切替え、電流の流れを遮断できる。
【００２７】
（３）低融点合金２０は、正極板３１、負極板３２およびセパレータ３３より低い融点の合金が使用されるので、正極板３１、負極板３２およびセパレータ３３が溶ける前に電流の遮断ができる。これにより、正極板３１、負極板３２およびセパレータ３３が温度上昇により損傷することを確実に防ぐことができる。
（４）正極端子１６と正極タブ接続板１８は、面同士が当接するように配置されている。また、負極端子１７と負極タブ接続板１９は、面同士が当接するように配置されている。そのため、抵抗の大きな低融点合金２０を介して電流が流れることが無く、電極内部抵抗を低減して損失を抑えることができる。そして、電極の不均一反応を防止して出力密度を向上することができる。
【００２８】
（５）正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は、ケース１１内で横方向に延びるように配置されている。そして正極タブ２５および負極タブ２６と正極端子１６および負極端子１７とを同じ高さ位置で通電自在に接続しているので、ケース１１内において電池素子３５の上方に発生するデッドスペースを最小限に抑え、二次電池１０の体積エネルギー密度を向上することができる。
（６）低融点合金２０は、リベットであるため、正極端子１６と正極タブ接続板１８との組付け、および負極端子１７と負極タブ接続板１９との組付けが容易である。
【００２９】
（７）低融点合金２０は、正極端子１６および負極端子１７のそれぞれを正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９に当接した状態に保持し、融点温度を超えたときに溶けて流れることにより当接した状態から離間した状態へ切替え。そのため、正極端子１６もしくは負極端子１７のどちらかの側でも低融点合金２０が溶ける温度まで上昇すると、電流が遮断できる。
【００３０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図６、図７に基づき以下に説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態における金属部材としての低融点合金２０を形状記憶合金４０に変更したものである。なお、変更点以外は第１の実施形態と同じ構成であり、説明を省略する。さらに第１の実施形態と同一の部材は、同じ部材番号を使用し表記する。
形状記憶合金４０は、図６に示すように、正極端子１６の第二貫通孔１６Ａと、正極タブ接続板１８の第一貫通孔１８Ａに相通されている。
【００３１】
形状記憶合金４０は、第二貫通孔１６Ａと第一貫通孔１８Ａに挿通される本体部４０Ａを有している。本体部４０Ａは、円筒状の棒部材である。本体部４０Ａの径は、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａの径よりもわずかに小さく設定されている。本体部４０Ａの両端には、上下二つに分かれる開閉部４０Ｂがそれぞれ設けられている。開閉部４０Ｂは、Ｌ字状のフック形状である。形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂは、所定温度より低い温度において図６に示すように上下に開いている。開閉部４０Ｂは、上下に開いた状態で、正極端子１６もしくは正極タブ接続板１８に当接するよう設定されている。開閉部４０Ｂが正極端子１６および正極タブ接続板１８が当接し、正極端子１６および正極タブ接続板１８が当接した状態となっている。
【００３２】
本実施形態の形状記憶合金４０は、所定温度以上に加熱されると、図７に示すように形状が変わる。形状記憶合金４０は、所定温度以上で開閉部４０Ｂが本体部４０Ａの端部から直線状に延びるような位置へと移動する。このとき、Ｌ字形状の開閉部４０Ｂの先端は、本体部４０Ａの径の位置よりも外周側に突出する位置である。さらに、開閉部４０Ｂの先端は、正極端子１６の第二貫通孔１６Ａおよび正極タブ接続板１８の第一貫通孔１８Ａの径よりも大きい径の位置に突出している。つまり、開閉部４０Ｂは、正極端子１６および正極タブ接続板１８に引っ掛かる位置であり、本体部４０Ａは、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａから抜け落ちることがない。
【００３３】
本実施形態では、形状記憶合金４０の変態点は、所定温度として摂氏１００度に設定されている。形状記憶合金４０の変態点の温度は、正極端子１６や正極タブ接続板１８の融点温度より低く設定されている。さらに、形状記憶合金４０の変態点温度は、電池素子３５における正極板３１、負極板３２、セパレータ３３の温度よりも低い値である。また、本実施形態において、負極端子１７および負極タブ接続板１９は、正極端子１６および正極タブ接続板１８と同様に形状記憶合金４０が切替部材として設けられている。形状は、図６および図７に示す正極端子１６側と同じであり、配置は対称となっている。そのため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
次に本実施形態における電流の遮断について作用を説明する。
二次電池１０は、充放電を行うと、電流が正極端子１６および負極端子１７と電池素子３５の間をそれぞれ流れていく。正極端子１６と正極板３１の間には、正極タブ接続板１８、正極タブ２５を介して電流が導かれる。また、負極端子１７と負極板３２の間には、負極タブ接続板１９、負極タブ２６を介して電流が流れる。ここで、内部短絡や過充電などが発生すると、二次電池１０のケース１１内で温度が上昇していく。そして、ケース１１内で温度が形状記憶合金４０の変態点の温度である所定温度以上に上昇すると、形状記憶合金４０は、開閉部４０Ｂが閉じるように移動する。
【００３５】
正極端子１６および正極タブ接続板１８は、図６に示すように形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂにより当接するように保持されていたのが、図７に示すように形状記憶合金４０に当接しない離間した状態に切替えられる。すると、正極端子１６および正極タブ接続板１８は、わずかな隙間を空けて離間して、電流を遮断する状態となる。なお、開閉部４０Ｂが移動すると、形状記憶合金４０の本体部４０Ａは、正極端子１６の第二貫通孔１６Ａと正極タブ接続板１８の第一貫通孔１８Ａを移動自在である。しかし、開閉部４０Ｂの先端が、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａの径より大きい径の位置であり、形状記憶合金４０が正極端子１６および正極タブ接続板１８から抜け落ちることなく保持される。
【００３６】
形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂが移動して、正極端子１６および正極タブ接続板１８が自由状態となり電流が遮断されると、電池素子３５および正極端子１６、正極タブ接続板１８などは、電流が流れなくなり、さらに温度上昇することはない。そして、二次電池１０が周辺の空気中に放熱することにより、ケース１１内の温度は徐々に低下していく。
なお、正極端子１６および正極タブ接続板１８における電流遮断の作用について説明したが、負極端子１７および負極タブ接続板１９における電流遮断も同じ作用であるので、説明を省略する。
【００３７】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）、（４）、（５）に加え、以下の効果を得ることができる。
（８）形状記憶合金４０は、変態点の温度である所定温度まで加熱されると、開閉部４０Ｂが移動する。そのため、正極端子１６および正極タブ接続板１８とを当接した状態から離間した状態へ切替え、電流を遮断できる。また、負極端子１７および負極タブ接続板１９も同様に当接した状態から離間した状態へ切替え、電流を遮断できる。
（９）形状記憶合金４０の変態点の温度は、正極端子１６、負極端子１７、正極タブ接続板１８、負極タブ接続板１９、正極板３１、負極板３２、セパレータ３３のそれぞれの融点より低い値に設定されている。そのため、各端子や電池素子３５を保護することができる。
【００３８】
（１０）形状記憶合金４０は、本体部４０Ａが正極端子１６の第二貫通孔１６Ａおよび正極タブ接続板１８の第一貫通孔１８Ａに挿通されている。そのため、組み付けが容易である。
（１１）形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂは、変態点の温度以上に加熱されて移動した場合でも、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａの径よりも大きな径の位置に存在するため、形状記憶合金４０が正極端子１６および正極タブ接続板１８から抜け落ちることが無い。そのため、形状記憶合金４０が電池素子３５に接触して更なる短絡などを引き起こすことが無い。
【００３９】
（１２）形状記憶合金４０は、合金の材質の種類や割合を変更することで所定温度である変態点の温度を設定できる。
（１３）形状記憶合金４０は、変態点の温度以上に加熱されて開閉部４０Ｂが閉じるように移動した後も、変態点の温度以下に冷却すれば切替部材として再使用できる。
【００４０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に本発明の変更例について説明する。
○第１の実施形態において、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａの形状は、変更しても良い。例えば、図８に示す変更例１のように貫通孔にテーパ面の傾斜を設けても良い。また、図９に示す変更例２のように図８とは逆方向の傾斜を設けても良い。なお、図９に示すように第二貫通孔１６Ａと第一貫通孔１８Ａが当接する面に向けて径が広がるテーパ面を設けると、低融点合金２０が融点以上に加熱されたときに、正極端子１６と正極タブ接続板１８との当接する面の間を流れ落ちていき、より確実に両部材を離間させることができる。
○低融点合金２０は、正極端子１６および正極タブ接続板１８の貫通孔に挿通しなくても良い。例えば、図１０に示す変更例３のように、正極端子１６および正極タブ接続板１８の当接部を覆うように囲うＣ字状断面を有した形状でも良い。これにより、正極端子１６および正極タブ接続板１８に貫通孔を設ける必要が無く、加工工数を低減できる。つまり、正極端子１６および正極タブ接続板１８が直接当接する状態に保持できれば良い。
【００４１】
○形状記憶合金４０は、正極端子１６および正極タブ接続板１８を積極的に離間した状態となるよう支持しても良い。例えば、図１１に示す変更例４のように、正極端子１６および正極タブ接続板１８の当接部に凹みを設ける。そして形状記憶合金４０の本体部４０Ａに突部４０Ｃを設ける。そして形状記憶合金４０が変態点の温度以上に加熱されると、図１２に示すように、突部４０Ｃが二股に分岐して、正極端子１６と正極タブ接続板１８とが離間した状態となるよう、正極端子１６と正極タブ接続板１８の間に隙間を積極的に形成する構造としても良い。なお、負極側も同様の構成としても良い。
○電池素子３５は、実施形態の構成に限定されない。例えば図１３に示す変更例５のように巻回式の電池素子３５であっても良い。この場合、正極タブ２５および負極タブ２６はケース１１内で横方向に突出させて正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９を垂直方向に設ければ良い。また、電池素子３５は別々の正極板３１、負極板３２、セパレータ３３を幾重にも重ねた積層型でも良い。巻回式、積層型で、積層回数は限定されない。
【００４２】
○実施形態では、切替部材として低融点合金２０および形状記憶合金４０を正極側および負極側のそれぞれに設けたが、正極側もしくは負極側のどちらか一方のみに設けても良い。
○正極端子１６および正極タブ接続板１８の間に、スプリングなどを設けても良い。切替部材として低融点合金２０や形状記憶合金４０が所定温度以上で正極端子１６および正極タブ接続板１８を自由状態に解放したときに、スプリングなどで積極的に正極端子１６と正極タブ接続板１８との間に隙間を形成すると、より確実に電流を遮断することができる。
【００４３】
○低融点合金２０は、融点が摂氏８０度から１２０度の合金を選定したが、それ以外でも良い。正極端子１６や正極タブ接続板１８、正極板３１、負極板３２、セパレータ３３の材質が変われば、変更する必要があり、低融点合金２０の融点が正極端子１６や正極タブ接続板１８、正極板３１、負極板３２、セパレータ３３の融点よりも低い値となるように設定すると良い。
○正極端子１６、負極端子１７、正極タブ接続板１８、負極タブ接続板１９は、板状の部材を用いたが、板以外の形状でも良い。
【００４４】
○第２の実施形態における形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂは、所定温度以上に加熱されたときに、形状記憶合金４０の本体部４０Ａが第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａから抜け落ちる構成でも良い。その場合、形状記憶合金４０がケース１１などに接続されて引っ掛かるよう係止される構成とすると良い。
○実施形態における低融点合金２０や形状記憶合金４０により構成される切替部材は、金属に限定されない。例えば、切替部材が熱可塑性樹脂により形成されても良い。
○実施形態における正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は、無くても良い。その場合、第一接続部材として正極タブ２５と第二接続部材としての正極端子１６を切替部材である低融点合金２０などで接続しても良い。また、第一接続部材として負極タブ２６と第二接続部材としての負極端子１７を切替部材としての低融点合金２０で接続しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 二次電池
１１ ケース
１４ 電解液注入口
１５ 圧力弁
１６ 正極端子
１６Ａ 第二貫通孔
１７ 負極端子
１８ 正極タブ接続板
１８Ａ 第一貫通孔
１９ 負極タブ接続板
２０ 低融点合金
２５ 正極タブ
２６ 負極タブ
３１ 正極板
３２ 負極板
３３ セパレータ
３５ 電池素子
４０ 形状記憶合金
４０Ａ 本体部
４０Ｂ 開閉部
４０Ｃ 突部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や多くの家電製品に小型で高出力の二次電池が用いられている。また、電気自動車やハイブリッド車などでは、二次電池の電池セルを複数個繋げて、より高出力で容量の大きい電池モジュールを用いている。二次電池は、短絡などにより過大電流が集中し二次電池の温度上昇に繋がる虞がある。そのため、二次電池には、過大電流が流れたときに電流を遮断する機構が設けられている。例えば、特許文献１では、負極リードと負極端子との間に錫（Ｓｎ）合金膜を介在させ電気的に接続している。そして、過大電流が流れると、錫合金膜が溶融して負極リードと負極端子の接合を解除して電流を遮断している。
【０００３】
また、特許文献２の非水電解液二次電池は、電池側端子の常閉側固定接点と負荷側端子の常閉側固定接点を接触板で接続している。接触板は、弾性体でカップ部に押し付けて保持されており、カップ部は、低融点の熱可溶金属でねじ棒に結合されている。ねじ棒は、電池内の充電部の温度を伝える感熱棒と接続されている。そして、電池内の温度上昇すると、感熱棒からねじ棒、熱可溶金属へと熱が伝わり、熱可溶金属が溶融するとカップ部とねじ棒の結合が解除されてカップ部が弾性体により接触板を押し上げる。接触板が押し上げられると、電池側端子の常閉側固定設定と負荷側端子の常閉側固定接点を遮断される。これにより、電池および負荷を安全に保護している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１１９３６号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の錫合金膜は、負極リードや負極端子に比べ抵抗が高いという問題がある。錫は電極に用いられるアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）に比べ抵抗が１０倍以上高い。そのため、負極リードと負極端子との間を流れる電流は錫合金膜を通るため余分なエネルギー損失が発生している。また、特許文献２では、構造が複雑という問題がある。特許文献２の非水電解液二次電池では、電池内の温度を感熱棒でねじ棒を介して熱可溶金属へと伝えるものであり、構造が複雑である。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で電流の遮断が可能なエネルギー損失の少ない二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、正極と、負極と、正極と負極との間に介在されたセパレータとを有する二次電池において、正極または負極に通電自在に接続され、正極または負極と当接される第一接続部材と、一方が第一接続部材と当接し、他方が外部機器と接続可能な第二接続部材とを有する接続部と、第一接続部材と第二接続部材との当接と離間を切替可能な切替部材とを備え、切替部材は、切替部材が所定温度を超えたときに、第一接続部材と第二接続部材とを離間することを特徴する。
【０００８】
本発明は、切替部材により、第一接続部材と第二接続部材とを通電自在に当接した状態に保持する。さらに、切替部材が所定温度を超えると、第一接続部材と第二接続部材とを離間した状態に切替える。そのため、簡単な構造で電流の遮断が可能であり、エネルギー損失の少ない二次電池を提供することができる。
【０００９】
また、本発明の二次電池における切替部材は、正極および負極より融点の低い合金からなり、所定温度は、合金の融点であることを特徴とする。これにより、切替部材が過電流などで加熱されたときに、正極および負極より先に切替部材である合金が溶融するので、正極および負極を過電流による加熱から保護することができる。
【００１０】
また、本発明における第一接続部材には、第二接続部材に当接する部分に第一貫通孔が設けられ、第二接続部材には、第一貫通孔に対向する位置に第二貫通孔が設けられ、切替部材は、第一貫通孔および第二貫通孔に挿通可能なリベットであることを特徴とする。これにより、切替部材は、第一貫通孔および第二貫通孔に挿通すればよく、組付け性の良い簡単な構造を達成できる。さらに、本発明の切替部材は、形状記憶合金からなり、所定温度は、形状記憶合金の変態点の温度であることを特徴とする。これにより、形状記憶合金の種類により所定温度を所望の温度に変更できるとともに、形状記憶合金を何度でも再使用することができる。
【００１１】
また、本発明の二次電池において、切替部材は、変態点の温度を超えたときに、第一接続部材と第二接続部材とを離間しつつ第二接続部材に係止されることを特徴とする。これにより、変態点の温度を超えたときに、電極タブ接続部材もしくは電極端子に係止される形状記憶合金が変態点を超えた場合でも、形状記憶合金が係止され続けるため、二次電池の電池素子などに接触して短絡などを招くことがない。
【００１２】
また、本発明の二次電池において、第一接続部材には、第二接続部材に当接する部分に第一貫通孔が設けられ、第二接続部材には、第一貫通孔に対向する位置に第二貫通孔が設けられ、切替部材は、第一貫通孔および第二貫通孔に挿通される本体部と、本体部の両端に第二接続部材と第一接続部材とを当接もしくは離間するための開閉部が形成され、開閉部は、第一貫通孔および第二貫通孔よりも外周側の位置で開閉し、本体部が第一貫通孔および第二貫通孔に係止されることを特徴とする。これにより、形状記憶合金を確実に係止し続けることができ、形状記憶合金を保持する新たな部材を設ける必要が無い。また、本発明の二次電池において、正極および前記負極は、板状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、簡単な構造で電流の遮断が可能なエネルギー損失の少ない二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る二次電池を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ断面における二次電池の作用を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る二次電池の断面図である。
【図７】図６に示す二次電池の作用を示す断面図である。
【図８】本発明の変更例１を示す断面図である。
【図９】本発明の変更例２を示す断面図である。
【図１０】本発明の変更例３を示す断面図である。
【図１１】本発明の変更例４を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す二次電池の作用を示す断面図である。
【図１３】本発明の変更例５を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る二次電池について図に基づき説明する。
図１に示すように、二次電池１０は矩形のケース１１を有した角型二次電池ある。ケース１１は金属製の筐体である。本実施形態のケース１１は、アルミニウム（Ａｌ）で形成されている。ケース１１の上面には、電解液注入口１４と圧力弁１５が設けられている。電解液注入口１４はケース１１内に電解液を注入できるよう開閉自在である。また、圧力弁１５は、ケース１１内におけるガスの圧力が所定圧力以上に上昇したときに破断してガスをケース１１の外部へ排気するものである。
【００１６】
ケース１１の上面には、電解液注入口１４と圧力弁１５を挟む位置に正極端子１６と負極端子１７が設けられている。正極端子１６および負極端子１７は、充放電を行う際に外部機器に接続可能な端子である。正極端子１６と負極端子１７は、それぞれ矩形の薄板状に形成されている。正極端子１６は、本実施形態ではアルミニウムで形成されている。負極端子１７は、銅（Ｃｕ）を用いて形成されている。正極端子１６および負極端子１７は、図２、図３、図４の縦方向の断面図に示すようにケース１１を貫通するようにケース１１の内部から上方に突出している。正極端子１６および負極端子１７は、図示しない絶縁部材を介してケース１１に絶縁された状態で固定支持されている。なお、本実施形態の正極端子１６と負極端子１７は、発明の第二接続部材に相当する。
【００１７】
正極端子１６の下端には、正極タブ接続板１８が面同士で当接するように接続されている。また、負極端子１７の下端には、負極タブ接続板１９が面同士で当接するように接続されている。正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は、矩形の薄板状に形成されている。正極タブ接続板１８は、アルミニウムから形成されている。負極タブ接続板１９は、銅から形成されている。正極タブ接続板１８は、正極端子１６の下端から図２における右側に向かい水平に延びるよう配置されている。また、負極タブ接続板１９は、負極端子１７の下端から左側に向かい延びるよう配置されている。なお、本実施形態では、正極タブ接続板１８と負極タブ接続板１９は、発明の第一接続部材に相当する。また、正極端子１６、負極端子１７、正極タブ接続板１８と負極タブ接続板１９により本発明の接続部が構成されている。
【００１８】
図３に示すように、正極端子１６の下端には、板の厚み方向に貫通する第二貫通孔１６Ａが形成されている。そして正極タブ接続板１８には、第二貫通孔１６Ａと対向する位置に板の厚み方向に貫通する第一貫通孔１８Ａが形成されている。なお、本実施形態では、第二貫通孔１６Ａと第一貫通孔１８Ａは同じ径の大きさである。正極端子１６および正極タブ接続板１８は、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａが連通するように当接位置に配置されている。なお、本実施形態における負極端子１７および負極タブ接続板１９には、正極端子１６、正極タブ接続板１８と同様に、第一貫通孔１７Ａ、第二貫通孔１９Ａ（図４参照）がそれぞれ形成されている。
【００１９】
第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａには、正極端子１６と正極タブ接続板１８との当接と離間を切替可能な切替部材として低融点合金２０が挿通されている。低融点合金２０は、正極端子１６および正極タブ接続板１８との当接により、正極端子１６と正極タブ接続板１８との間を通電している。また、負極端子１７の第一貫通孔１７Ａと負極タブ接続板１９の第二貫通孔１９Ａにも低融点合金２０が挿通されている。低融点合金２０は、例えば錫（Ｓｎ）とインジウム（Ｉｎ）の合金である。その他にも亜鉛（Ｚｎ）を含んでも良い。低融点合金２０は、融点が摂氏８０度から１２０度の範囲内の合金が好ましい。本実施形態では、融点摂氏１００度の合金が選定されている。なお、低融点合金２０の融点は、正極端子１６、負極端子１７、正極タブ接続板１８、負極タブ接続板１９の各融点よりも低い値に設定されている。
【００２０】
低融点合金２０は、一端が半球状の丸頭を有したリベットである。低融点合金２０は、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａに挿通したあと、他端を潰して半球状に形成する。負極端子１７および負極タブ接続板１９も、同様に半球状の丸頭を有したリベットである低融点合金により、面同士が当接した状態で保持されている。
【００２１】
一端が正極端子１６に接続された正極タブ接続板１８の他端には、正極タブ２５が接続されている。一端が負極端子１７に接続された負極タブ接続板１９の他端には、負極タブ２６が接続されている。正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は、正極タブ２５と正極端子１６、負極タブ２６と負極端子１７とを同じ高さ位置で通電自在に接続している。図３に示すように、正極タブ２５は正極板３１に接続されている。図４に示すように、負極タブ２６は、負極板３２に接続されている。正極板３１および負極板３２は、薄い矩形の板状である。正極板３１および負極板３２は、セパレータ３３を介して絶縁されつつ積層状態に重ね合わせられている。本実施形態では、正極板３１、負極板３２がセパレータ３３を介在して積層されて電池素子３５を形成している。電池素子３５は、図３において右からセパレータ３３、負極板３２、セパレータ３３、正極板３１、セパレータ３３の順に積層されている。なお、本実施形態では、正極板３１が発明の正極であり、負極板３２が発明の負極に相当する。
【００２２】
また、電池素子３５は、積層された正極板３１、負極板３２、セパレータ３３を２つ折りにしてケース１１の内部に収容されている。図２の電池素子３５は、下に凸状態に折曲げられたＵ字状である。正極板３１、負極板３２には、それぞれ正極タブ接続板１８、負極タブ接続板１９に接続されるように、Ｕ字状の上端部分に正極タブ２５、負極タブ２６が形成されている。本実施形態では、２枚の正極タブ２５が重ねられて正極タブ接続板１８に接続されている。また、負極側も同様に２枚の負極タブ２６が負極タブ接続板１９に接続されている。電池素子３５は、図示しない絶縁フィルムにより全体を覆われて、ケース１１内に収容されている。
【００２３】
本実施形態の二次電池１０では、正極タブ接続板１８は、正極タブ２５を介して電池素子３５に通電自在に接続されている。また負極タブ接続板１９は、負極タブ２６を介して電池素子３５に通電自在に接続されている。そして、正極端子１６は正極タブ接続板１８と外部機器を接続する。また、負極端子１７は、負極タブ接続板１９と外部機器を接続する。さらに、本実施形態では、正極板３１、正極タブ２５は、アルミニウムで形成されており、低融点合金２０よりも融点が高い材料が選定される。負極板３２、負極タブ２６は、銅で形成されており、低融点合金２０よりも融点が高い材料が用いられる。
【００２４】
次に本実施形態の二次電池１０における電流の遮断について作用を説明する。
二次電池１０は、充放電を行うと、電流が正極端子１６および負極端子１７と電池素子３５の間を流れていく。正極端子１６と正極板３１の間には、正極タブ接続板１８、正極タブ２５を介して電流が導かれる。また、負極端子１７と負極板３２の間には、負極タブ接続板１９、負極タブ２６を介して電流が流れる。ここで、内部短絡や過充電などが発生すると、二次電池１０のケース１１内で温度が上昇していく。そして、ケース１１内で温度が低融点合金２０の融点温度以上に高くなると、低融点合金２０は、溶けて流れていく。
【００２５】
正極端子１６と正極タブ接続板１８とを当接させ保持していた低融点合金２０が溶けて流れると、正極端子１６と正極タブ接続板１８が離間した状態へ切替わる。すると、図５に示すように正極端子１６と正極タブ接続板１８との間にはわずかな隙間が発生する。正極端子１６と正極タブ接続板１８は、隙間により当接しない離間した状態となり、電流の流れは遮断される。また、負極端子１７と負極タブ接続板１９においても、低融点合金２０が融点温度以上に加熱されると、溶けて流れていく。そして、負極端子１７と負極タブ接続板１９は、当接した状態から隙間が生じて離間した状態となり、電流の流れが遮断される。正極端子１６および負極端子１７では、電流の流れが遮断され、二次電池１０の電池素子３５でも充放電が停止する。そして、電池素子３５における発熱が停止して徐々に周囲の空気により冷却されていく。
【００２６】
本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）低融点合金２０は、正極端子１６と正極タブ接続板１８とを当接した状態に保持することができ、低融点合金２０を通さず電流を流すことができる。また、負極端子１７と負極タブ接続板１９も当接した状態に保持し電流を流すことができる。
（２）低融点合金２０は、融点温度を超えると、溶けて流れるので、正極端子１６と正極タブ接続板１８とを当接した状態から離間した状態へ切替え、正極端子１６と正極タブ接続板１８の間に隙間が発生して電流の流れを遮断することができる。また、負極端子１７と負極タブ接続板１９とを当接した状態から離間した状態へ切替え、電流の流れを遮断できる。
【００２７】
（３）低融点合金２０は、正極板３１、負極板３２およびセパレータ３３より低い融点の合金が使用されるので、正極板３１、負極板３２およびセパレータ３３が溶ける前に電流の遮断ができる。これにより、正極板３１、負極板３２およびセパレータ３３が温度上昇により損傷することを確実に防ぐことができる。
（４）正極端子１６と正極タブ接続板１８は、面同士が当接するように配置されている。また、負極端子１７と負極タブ接続板１９は、面同士が当接するように配置されている。そのため、抵抗の大きな低融点合金２０を介して電流が流れることが無く、電極内部抵抗を低減して損失を抑えることができる。そして、電極の不均一反応を防止して出力密度を向上することができる。
【００２８】
（５）正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は、ケース１１内で横方向に延びるように配置されている。そして正極タブ２５および負極タブ２６と正極端子１６および負極端子１７とを同じ高さ位置で通電自在に接続しているので、ケース１１内において電池素子３５の上方に発生するデッドスペースを最小限に抑え、二次電池１０の体積エネルギー密度を向上することができる。
（６）低融点合金２０は、リベットであるため、正極端子１６と正極タブ接続板１８との組付け、および負極端子１７と負極タブ接続板１９との組付けが容易である。
【００２９】
（７）低融点合金２０は、正極端子１６および負極端子１７のそれぞれを正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９に当接した状態に保持し、融点温度を超えたときに溶けて流れることにより当接した状態から離間した状態へ切替え。そのため、正極端子１６もしくは負極端子１７のどちらかの側でも低融点合金２０が溶ける温度まで上昇すると、電流が遮断できる。
【００３０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図６、図７に基づき以下に説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態における金属部材としての低融点合金２０を形状記憶合金４０に変更したものである。なお、変更点以外は第１の実施形態と同じ構成であり、説明を省略する。さらに第１の実施形態と同一の部材は、同じ部材番号を使用し表記する。
形状記憶合金４０は、図６に示すように、正極端子１６の第二貫通孔１６Ａと、正極タブ接続板１８の第一貫通孔１８Ａに相通されている。
【００３１】
形状記憶合金４０は、第二貫通孔１６Ａと第一貫通孔１８Ａに挿通される本体部４０Ａを有している。本体部４０Ａは、円筒状の棒部材である。本体部４０Ａの径は、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａの径よりもわずかに小さく設定されている。本体部４０Ａの両端には、上下二つに分かれる開閉部４０Ｂがそれぞれ設けられている。開閉部４０Ｂは、Ｌ字状のフック形状である。形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂは、所定温度より低い温度において図６に示すように上下に開いている。開閉部４０Ｂは、上下に開いた状態で、正極端子１６もしくは正極タブ接続板１８に当接するよう設定されている。開閉部４０Ｂが正極端子１６および正極タブ接続板１８が当接し、正極端子１６および正極タブ接続板１８が当接した状態となっている。
【００３２】
本実施形態の形状記憶合金４０は、所定温度以上に加熱されると、図７に示すように形状が変わる。形状記憶合金４０は、所定温度以上で開閉部４０Ｂが本体部４０Ａの端部から直線状に延びるような位置へと移動する。このとき、Ｌ字形状の開閉部４０Ｂの先端は、本体部４０Ａの径の位置よりも外周側に突出する位置である。さらに、開閉部４０Ｂの先端は、正極端子１６の第二貫通孔１６Ａおよび正極タブ接続板１８の第一貫通孔１８Ａの径よりも大きい径の位置に突出している。つまり、開閉部４０Ｂは、正極端子１６および正極タブ接続板１８に引っ掛かる位置であり、本体部４０Ａは、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａから抜け落ちることがない。
【００３３】
本実施形態では、形状記憶合金４０の変態点は、所定温度として摂氏１００度に設定されている。形状記憶合金４０の変態点の温度は、正極端子１６や正極タブ接続板１８の融点温度より低く設定されている。さらに、形状記憶合金４０の変態点温度は、電池素子３５における正極板３１、負極板３２、セパレータ３３の温度よりも低い値である。また、本実施形態において、負極端子１７および負極タブ接続板１９は、正極端子１６および正極タブ接続板１８と同様に形状記憶合金４０が切替部材として設けられている。形状は、図６および図７に示す正極端子１６側と同じであり、配置は対称となっている。そのため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
次に本実施形態における電流の遮断について作用を説明する。
二次電池１０は、充放電を行うと、電流が正極端子１６および負極端子１７と電池素子３５の間をそれぞれ流れていく。正極端子１６と正極板３１の間には、正極タブ接続板１８、正極タブ２５を介して電流が導かれる。また、負極端子１７と負極板３２の間には、負極タブ接続板１９、負極タブ２６を介して電流が流れる。ここで、内部短絡や過充電などが発生すると、二次電池１０のケース１１内で温度が上昇していく。そして、ケース１１内で温度が形状記憶合金４０の変態点の温度である所定温度以上に上昇すると、形状記憶合金４０は、開閉部４０Ｂが閉じるように移動する。
【００３５】
正極端子１６および正極タブ接続板１８は、図６に示すように形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂにより当接するように保持されていたのが、図７に示すように形状記憶合金４０に当接しない離間した状態に切替えられる。すると、正極端子１６および正極タブ接続板１８は、わずかな隙間を空けて離間して、電流を遮断する状態となる。なお、開閉部４０Ｂが移動すると、形状記憶合金４０の本体部４０Ａは、正極端子１６の第二貫通孔１６Ａと正極タブ接続板１８の第一貫通孔１８Ａを移動自在である。しかし、開閉部４０Ｂの先端が、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａの径より大きい径の位置であり、形状記憶合金４０が正極端子１６および正極タブ接続板１８から抜け落ちることなく保持される。
【００３６】
形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂが移動して、正極端子１６および正極タブ接続板１８が自由状態となり電流が遮断されると、電池素子３５および正極端子１６、正極タブ接続板１８などは、電流が流れなくなり、さらに温度上昇することはない。そして、二次電池１０が周辺の空気中に放熱することにより、ケース１１内の温度は徐々に低下していく。
なお、正極端子１６および正極タブ接続板１８における電流遮断の作用について説明したが、負極端子１７および負極タブ接続板１９における電流遮断も同じ作用であるので、説明を省略する。
【００３７】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）、（４）、（５）に加え、以下の効果を得ることができる。
（８）形状記憶合金４０は、変態点の温度である所定温度まで加熱されると、開閉部４０Ｂが移動する。そのため、正極端子１６および正極タブ接続板１８とを当接した状態から離間した状態へ切替え、電流を遮断できる。また、負極端子１７および負極タブ接続板１９も同様に当接した状態から離間した状態へ切替え、電流を遮断できる。
（９）形状記憶合金４０の変態点の温度は、正極端子１６、負極端子１７、正極タブ接続板１８、負極タブ接続板１９、正極板３１、負極板３２、セパレータ３３のそれぞれの融点より低い値に設定されている。そのため、各端子や電池素子３５を保護することができる。
【００３８】
（１０）形状記憶合金４０は、本体部４０Ａが正極端子１６の第二貫通孔１６Ａおよび正極タブ接続板１８の第一貫通孔１８Ａに挿通されている。そのため、組み付けが容易である。
（１１）形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂは、変態点の温度以上に加熱されて移動した場合でも、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａの径よりも大きな径の位置に存在するため、形状記憶合金４０が正極端子１６および正極タブ接続板１８から抜け落ちることが無い。そのため、形状記憶合金４０が電池素子３５に接触して更なる短絡などを引き起こすことが無い。
【００３９】
（１２）形状記憶合金４０は、合金の材質の種類や割合を変更することで所定温度である変態点の温度を設定できる。
（１３）形状記憶合金４０は、変態点の温度以上に加熱されて開閉部４０Ｂが閉じるように移動した後も、変態点の温度以下に冷却すれば切替部材として再使用できる。
【００４０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に本発明の変更例について説明する。
○第１の実施形態において、第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａの形状は、変更しても良い。例えば、図８に示す変更例１のように貫通孔にテーパ面の傾斜を設けても良い。また、図９に示す変更例２のように図８とは逆方向の傾斜を設けても良い。なお、図９に示すように第二貫通孔１６Ａと第一貫通孔１８Ａが当接する面に向けて径が広がるテーパ面を設けると、低融点合金２０が融点以上に加熱されたときに、正極端子１６と正極タブ接続板１８との当接する面の間を流れ落ちていき、より確実に両部材を離間させることができる。
○低融点合金２０は、正極端子１６および正極タブ接続板１８の貫通孔に挿通しなくても良い。例えば、図１０に示す変更例３のように、正極端子１６および正極タブ接続板１８の当接部を覆うように囲うＣ字状断面を有した形状でも良い。これにより、正極端子１６および正極タブ接続板１８に貫通孔を設ける必要が無く、加工工数を低減できる。つまり、正極端子１６および正極タブ接続板１８が直接当接する状態に保持できれば良い。
【００４１】
○形状記憶合金４０は、正極端子１６および正極タブ接続板１８を積極的に離間した状態となるよう支持しても良い。例えば、図１１に示す変更例４のように、正極端子１６および正極タブ接続板１８の当接部に凹みを設ける。そして形状記憶合金４０の本体部４０Ａに突部４０Ｃを設ける。そして形状記憶合金４０が変態点の温度以上に加熱されると、図１２に示すように、突部４０Ｃが二股に分岐して、正極端子１６と正極タブ接続板１８とが離間した状態となるよう、正極端子１６と正極タブ接続板１８の間に隙間を積極的に形成する構造としても良い。なお、負極側も同様の構成としても良い。
○電池素子３５は、実施形態の構成に限定されない。例えば図１３に示す変更例５のように巻回式の電池素子３５であっても良い。この場合、正極タブ２５および負極タブ２６はケース１１内で横方向に突出させて正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９を垂直方向に設ければ良い。また、電池素子３５は別々の正極板３１、負極板３２、セパレータ３３を幾重にも重ねた積層型でも良い。巻回式、積層型で、積層回数は限定されない。
【００４２】
○実施形態では、切替部材として低融点合金２０および形状記憶合金４０を正極側および負極側のそれぞれに設けたが、正極側もしくは負極側のどちらか一方のみに設けても良い。
○正極端子１６および正極タブ接続板１８の間に、スプリングなどを設けても良い。切替部材として低融点合金２０や形状記憶合金４０が所定温度以上で正極端子１６および正極タブ接続板１８を自由状態に解放したときに、スプリングなどで積極的に正極端子１６と正極タブ接続板１８との間に隙間を形成すると、より確実に電流を遮断することができる。
【００４３】
○低融点合金２０は、融点が摂氏８０度から１２０度の合金を選定したが、それ以外でも良い。正極端子１６や正極タブ接続板１８、正極板３１、負極板３２、セパレータ３３の材質が変われば、変更する必要があり、低融点合金２０の融点が正極端子１６や正極タブ接続板１８、正極板３１、負極板３２、セパレータ３３の融点よりも低い値となるように設定すると良い。
○正極端子１６、負極端子１７、正極タブ接続板１８、負極タブ接続板１９は、板状の部材を用いたが、板以外の形状でも良い。
【００４４】
○第２の実施形態における形状記憶合金４０の開閉部４０Ｂは、所定温度以上に加熱されたときに、形状記憶合金４０の本体部４０Ａが第二貫通孔１６Ａおよび第一貫通孔１８Ａから抜け落ちる構成でも良い。その場合、形状記憶合金４０がケース１１などに接続されて引っ掛かるよう係止される構成とすると良い。
○実施形態における低融点合金２０や形状記憶合金４０により構成される切替部材は、金属に限定されない。例えば、切替部材が熱可塑性樹脂により形成されても良い。
○実施形態における正極タブ接続板１８および負極タブ接続板１９は、無くても良い。その場合、第一接続部材として正極タブ２５と第二接続部材としての正極端子１６を切替部材である低融点合金２０などで接続しても良い。また、第一接続部材として負極タブ２６と第二接続部材としての負極端子１７を切替部材としての低融点合金２０で接続しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 二次電池
１１ ケース
１４ 電解液注入口
１５ 圧力弁
１６ 正極端子
１６Ａ 第二貫通孔
１７ 負極端子
１８ 正極タブ接続板
１８Ａ 第一貫通孔
１９ 負極タブ接続板
２０ 低融点合金
２５ 正極タブ
２６ 負極タブ
３１ 正極板
３２ 負極板
３３ セパレータ
３５ 電池素子
４０ 形状記憶合金
４０Ａ 本体部
４０Ｂ 開閉部
４０Ｃ 突部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在されたセパレータとを有する二次電池において、
前記正極または前記負極に通電自在に接続され、前記正極または前記負極と当接される第一接続部材と、一方が前記第一接続部材と当接し、他方が外部機器と接続可能な第二接続部材とを有する接続部と、
前記第一接続部材と前記第二接続部材との当接と離間を切替可能な切替部材とを備え、
前記切替部材は、前記切替部材が所定温度を超えたときに、前記第一接続部材と前記第二接続部材とを離間することを特徴する二次電池。
【請求項２】
前記切替部材は、前記正極および前記負極より融点の低い合金からなり、
前記所定温度は、前記合金の融点であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記第一接続部材には、前記第二接続部材に当接する部分に第一貫通孔が設けられ、
前記第二接続部材には、前記第一貫通孔に対向する位置に第二貫通孔が設けられ、前記切替部材は、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔に挿通可能なリベットであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記切替部材は、形状記憶合金からなり、
前記所定温度は、前記形状記憶合金の変態点の温度であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記切替部材は、前記変態点の温度を超えたときに、前記第一接続部材と前記第二接続部材とを離間しつつ前記第二接続部材に係止されることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記第一接続部材には、前記第二接続部材に当接する部分に第一貫通孔が設けられ、
前記第二接続部材には、前記第一貫通孔に対向する位置に第二貫通孔が設けられ、
前記切替部材は、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔に挿通される本体部と、前記本体部の両端に前記第二接続部材と前記第一接続部材とを当接もしくは離間するための開閉部が形成され、
前記開閉部は、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔よりも外周側の位置で開閉し、前記本体部が前記第一貫通孔および前記第二貫通孔に係止されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記正極および前記負極は、板状であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項１】
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在されたセパレータとを有する二次電池において、
前記正極または前記負極に通電自在に接続され、前記正極または前記負極と当接される第一接続部材と、一方が前記第一接続部材と当接し、他方が外部機器と接続可能な第二接続部材とを有する接続部と、
前記第一接続部材と前記第二接続部材との当接と離間を切替可能な切替部材とを備え、
前記切替部材は、前記切替部材が所定温度を超えたときに、前記第一接続部材と前記第二接続部材とを離間することを特徴する二次電池。
【請求項２】
前記切替部材は、前記正極および前記負極より融点の低い合金からなり、
前記所定温度は、前記合金の融点であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記第一接続部材には、前記第二接続部材に当接する部分に第一貫通孔が設けられ、
前記第二接続部材には、前記第一貫通孔に対向する位置に第二貫通孔が設けられ、前記切替部材は、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔に挿通可能なリベットであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記切替部材は、形状記憶合金からなり、
前記所定温度は、前記形状記憶合金の変態点の温度であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記切替部材は、前記変態点の温度を超えたときに、前記第一接続部材と前記第二接続部材とを離間しつつ前記第二接続部材に係止されることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記第一接続部材には、前記第二接続部材に当接する部分に第一貫通孔が設けられ、
前記第二接続部材には、前記第一貫通孔に対向する位置に第二貫通孔が設けられ、
前記切替部材は、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔に挿通される本体部と、前記本体部の両端に前記第二接続部材と前記第一接続部材とを当接もしくは離間するための開閉部が形成され、
前記開閉部は、前記第一貫通孔および前記第二貫通孔よりも外周側の位置で開閉し、前記本体部が前記第一貫通孔および前記第二貫通孔に係止されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記正極および前記負極は、板状であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−５４９１５（Ｐ２０１３−５４９１５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２２９８（Ｐ２０１１−１９２２９８）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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