JP2008192432A - 二次電池及び二次電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の二次電池では、複数の二次電池の積み重ね高さから二次電池の膨らみを検出していたため、一つの二次電池の膨らみを個別に検出することが難しく、更に、二次電池の微小な膨らみを検出することが困難であった。
【解決手段】電極端子１２を有する電池素子１１と、電極端子１２の一部を露出させて電池素子１１を密封して収納する包装部材１３と、包装部材１３が膨張したときに破断するように当該包装部材１３の外面に２箇所以上で固定される導電体２７と、を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極端子の一部を露出させて電池素子を包装部材で密封した二次電池、及びその二次電池を設けた二次電池装置に関し、特に、包装部材の膨張から異常を検出することができる二次電池及び二次電池装置に関するものである。

近年のポータブル電子機器の登場により、電子機器の小型軽量化が計られており、その需要が高まっている。これに伴い、これらの電子機器の携帯用電源としての二次電池、中でもリチウムイオン二次電池について、薄型化や、折り曲げ可能化の需要が高まっている。その薄型化、折り曲げ可能な二次電池として、正極シートと負極シートを積層して形成された非水電解液二次電池が知られている。

リチウムイオン二次電池は、正極活物質としてリチウム含有化合物、負極活物質として炭素系材料を用い、更に、非水溶媒に電解質塩を溶解した非水電解液を用いた電池である。このリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度を有する代表的な二次電池である。

ところが、薄型のリチウムイオン二次電池を従来の非水電解液を用いて作製すると、内部の液が漏れ、周辺の電子部品に影響を与えるおそれがある。そこで、電解液を固体化した固体電解質が提案されている。中でもマトリックスポリマーに非水電解液を含浸させたゲル状の固体電解質は、その電解液相がイオン伝導のメインパスとなるため、電解液に準ずるレベルの高いイオン伝導性が期待できる。そのため、固体電解質を用いたリチウムイオン二次電池の開発が進められている。

しかしながら、現状の固体電解質を用いた二次電池は、過放電によって、溶媒が分解されてガスが発生し、電池素子を収納する包装部材に膨れが生じる可能性があった。その結果、二次電池を収納した二次電池装置では、二次電池の膨れによってケースが開いてしまう等の問題があった。

また、従来の、この種の二次電池としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、複数の扁平角形の二次電池を積み重ねて構成された電池パックに関し、特に、二次電池に膨らみが生じたときの対策を講じた積層型電池パックに関するものが記載されている。この特許文献１に記載された積層型電池パックは、「扁平角形形状に形成された複数の二次電池をその長側面で積み重ねると共に直列及び／又は並列に電気的接続してパックケース内に収容した積層型電池パックであって、複数の二次電池それぞれに感熱素子が正極端子又は負極端子と直列に電気的接続すると共に短側面に密着させて熱結合した状態に配設され、積み重ねられた複数の二次電池がその短側面で直列及び／又は並列に電気的接続する複数のリード板により所定の積み重ね高さに結束され、二次電池に膨らみが生じて積み重ね高さが所定値以上に増加したとき前記リード板による電気的接続状態が破断する接続破断構造が設けられてなる」ことを特徴とする。

このような構成を有する積層型電池パックによれば、「感熱素子の二次電池に対する熱結合状態が破壊されると、二次電池を短絡や高温状態から保護する機能が正常に働かず、二次電池は高温状態の進行により膨らみが増加するが、膨らみが極限状態にまで進行したとき、リード板に設けられた接続破断構造により充放電回路が遮断されるので、二次電池は熱暴走により破裂等の最悪の状態に陥ることが防止される。」（明細書の段落［００３３］）等の効果が期待される。
特開２００４−２７３２２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された積層型電池パックは、複数の二次電池を積み重ねると共に、その短側面にリード板を取り付け、積み重ね高さが所定値以上に増加したときにリード板の電気的接続状態を破断する接続破断構造を設けている。その結果、複数の二次電池の積み重ね高さの変化から二次電池の膨らみを検出していたため、二次電池の膨らみを個別に検出することが難しく、更に、二次電池の微小な膨らみを検出することが困難であるという問題があった。

解決しようとする問題点は、従来の二次電池では、複数の二次電池の積み重ね高さの変化から二次電池の膨らみを検出していたため、二次電池の膨らみを個別に検出することが難しく、更に、二次電池の微小な膨らみを検出することが困難であるという、点である。

本発明の二次電池は、電極端子を有する電池素子と、電極端子の一部を露出させて電池素子を密封して収納する包装部材と、包装部材が膨張したときに破断するように当該包装部材の外面に２箇所以上で固定される導電体と、を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明の二次電池装置は、電極端子を有する電池素子と、電極端子の一部を露出させて電池素子を密封して収納する包装部材と、包装部材が膨張したときに破断するように当該包装部材の外面に２箇所以上で固定される導電体と、導電体への通電状態から当該導電体の破断を検出してその検出信号を出力する膨張検出回路部と、を設けことを特徴とする。

本発明の二次電池及び二次電池装置によれば、包装部材の膨らみによって導電体が破断されることにより、二次電池及び二次電池装置の異常を検出することができる。

包装部材の膨らみが所定値を超えると破断（切断）される導電体を包装部材に少なくとも２箇所で固定することにより、確実に二次電池の包装部材の膨れを検出し、二次電池の異常を検出することができる二次電池及び二次電池装置を、簡単な構成により実現した。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図１〜図１５は、本発明の実施の形態の例を示すものである。即ち、図１は本発明の二次電池の第１の実施の例を示す正面図、図２は側面図、図３は斜視図、図４は本発明の電池素子の第１の実施の例を示す分解斜視図、図５は図３のＴ−Ｔ線断面図、図６は包装部材が所定範囲内で膨張した状態を示すもので、図６Ａは正面図、図６Ｂは側面図、図６Ｃは平面図である。図７は包装部材が所定範囲を超えて膨張した状態を示すもので、図７Ａは正面図、図７Ｂは側面図、図７Ｃは平面図である。図８は本発明の二次電池装置の第１の実施の例を示す正面図、図９は膨張検出回路部の第１の実施例を模式的に示す説明図、図１０は二次電池装置の異常検出処理の第１の実施例を示すフローチャートである。

図１１は本発明の二次電池の第２の実施の例を断面して示す説明図、図１２は本発明の二次電池の第３の実施の例を示す斜視図、図１３は本発明の二次電池の第４の実施の例を模式的に示す説明図、図１４は本発明の二次電池の第５の実施の例を模式的に示す説明図、図１５は本発明の二次電池の第６の実施の例を模式的に示す説明図である。

まず、図１〜図７を参照して、本発明の二次電池の第１の実施の例について説明する。本実施の例で示す二次電池１０は、例えば、リチウムイオン電池である。図１及び図２に示すように、二次電池１０は、ラミネートフィルムによって形成された包装部材１３と、この包装部材１３の内部に密封して収納された薄い略直方体をなす電池素子１１と、この包装部材１３に巻き付けるようにして固定された導電体２７を備えて構成されている。尚、この実施の例における二次電池１０の形状は薄い略直方体をなしているが、これに限定されるものではなく、例えば、円柱、角柱、或いは円柱や角柱を薄くつぶした扁平形状等、その他の形状であってもよい。

包装部材１３は、ラミネートフィルムによって形成されている。このラミネートフィルムは、導電膜と、当該導電膜を挟んだ２つの非導電膜とからなる積層体として構成されている。そして、導電膜及び２つの非導電膜は、それぞれ接着層を介して貼り合わされている。また、接着層は、必要に応じて省いてもよい。

導電膜は、ラミネートフィルムの強度向上の他、水分、空気、光の浸入を防ぎ内容物を守る役割を有している。導電膜の材質としては、軽さ、伸び性、価格、加工のし易さ等からアルミニウム（Ａｌ）を用いるのが好ましい。

非導電膜は、二次電池１０の形成時に、外側に位置する外装膜と、内側に位置するシーラント膜とからなっている。外装膜は、外観の美しさや強靭さ、柔軟性などが求められる。そして、外装膜の材質としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエステル等が用いられる。具体的には、ナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）が用いられる。また、外装膜の材質は、これらを複数種選択して用いてもよい。

シーラント膜は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分である。そして、シーラント膜の材質としては、ポリエチレン（ＰＥ）、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（Ｎｙ）の他、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）等が用いられる。また、シーラント膜の材質は、これらを複数種選択して用いてもよい。

図３及び図５に示すように、包装部材１３は、略長方形をなす正面部１３ａと、正面部１３ａの長手方向Ｙの一側から略垂直をなすように連続された上面部１３ｂと、正面部１３ａの長手方向Ｙの他側から略垂直をなすように連続された底面部１３ｃと、正面部１３ａの長手方向Ｙと直交する幅方向Ｘの一側から略垂直をなすように連続された左側面部１３ｄと、正面部１３ａの幅方向Ｘの他側から略垂直をなすように連続された右側面部１３ｅと、正面部１３ａと対向し、且つ、底面部１３ｃと略長方形をなすように連続された背面部１３ｆを有している。正面部１３ａ、上面部１３ｂ、底面部１３ｃ、左側面部１３ｄ及び右側面部１３ｅによって、膨出部２３を構成している。この膨出部２３の中に電池素子１１が収納される。

また、電池素子１１の周囲には、包装部材１３の周縁が重なり合った重合部分２４が形成されている。この重合部分２４の電池素子１１を挟んで幅方向Ｘの一側には、第１の重合部分２４ａが配置されている。また、重合部分２４の電池素子１１を挟んで幅方向Ｘの他側には、第２の重合部分２４ｂが配置されている。第１の重合部分２４ａは、正面部１３ａに向けて一回折り曲げて、第１の折り曲げ部２６ａが形成されている。同様に、第２の重合部分２４ｂは、正面部１３ａに向けて一回折り曲げて、第２の折り曲げ部２６ｂが形成されている。更に、図３に示すように、重合部分２４の電池素子を挟んで長手方向Ｙの一側には、第３の重合部分２４ｃが配置されている。この第３の重合部分２４ｃの間に、後述する電極端子１２が介在されている。

図４及び図５に示すように、電池素子１１は、帯状の正極１４と、セパレータ１５ａと、正極１４と対向して配された帯状の負極１６と、セパレータ１５ｂとを順に積層し、長手方向に巻回されている。正極１４及び負極１６の両面には、図示しないゲル状電解質が形成されている。正極１４及び負極１６には、平板状の電極端子１２がそれぞれ接続されている。具体的には、正極１４には、正極端子１２ａが接続されており、負極１６には、負極端子１２ｂが接続されている。また、正極端子１２ａ及び負極端子１２ｂの一端部におけるそれぞれの両面には包装部材１３との接着性を向上させるために樹脂片１８ａ，１８ｂが被覆されている。

正極１４は、正極活物質を含有する正極活物質層１４ａと正極集電体１４ｂとから構成されている。正極活物質層１４ａは、正極集電体１４ｂの両面上に形成されている。また、正極活物質層１４ａは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極集電体１４ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔或いはステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔により構成されている。

また、正極１４の正極端子１２ａは、正極集電体１４ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続されている。この正極端子１２ａの材質としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。なお、正極端子１２ａの材質は、電気化学的及び化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくてもよい。

負極１６は、負極活物質を含有する負極活物質層１６ａと負極集電体１６ｂとから構成されている。負極活物質層１６ａは、負極集電体１６ｂの両面上に形成されている。また、負極活物質層１６ａは、例えば負極活物資と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。負極集電体１６ｂは、例えば銅（Ｃｕ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔或いはステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔により構成されている。

また、負極１６の負極端子１２ｂは、負極集電体１６ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続されている。この負極端子１２ｂの材質としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）が挙げられる。また、負極端子１２ｂの材質は、電気化学的及び化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくてもよい。

電解質は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。このゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、二次電池における電解液の漏液を防止することができる。

セパレータ１５ａ，１５ｂは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）或いはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料によりなる多孔質膜、あるいはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されている。また、セパレータ１５ａ，１５ｂは、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。特に、セパレータ１５ａ，１５ｂは、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムで構成されるのが好ましい。

更に、セパレータ１５ａ，１５ｂは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下すると共に、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆にセパレータ１５ａ，１５ｂは、薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。そのため、セパレータ１５ａ，１５ｂの厚さは、５〜５０μｍが好適であり、７〜３０μｍがより好ましい。

導電体２７は、線材として構成されている。導電体２７は、包装部材１３の膨張が所定値を超えたときに破断（切断）される。そして、この導電体２７は、銅、アルミ、鋼等の電気を伝達可能な材料（導通がとれる材料）で形成されている。尚、本実施の例では、導電体２７を線材として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、箔状や網目状等の薄いシート材であってもよい。

このような構成を有する導電体２７は、図５に示すように、電池素子１１を収納した包装部材１３の外面において、その幅方向Ｘに沿って、正面部１３ａ、左側面部１３ｄ及び背面部１３ｆにおけるそれぞれの長手方向Ｙの略中央を連続して通過するように巻き付けられている。そして、この導電体２７の終端部の一端２７ａは、正面部１３ａにおける右側面部１３ｅ側の一端から外側に引き出されている。導電体２７の終端部の他端２７ｂは、背面部１３ｆにおける右側面部１３ｅ側の一端から外側に引き出されている。

そして、導電体２７は、後述する絶縁材料２８を包装部材１３における正面部１３ａの幅方向Ｘの両端に位置する固定部Ａ，Ａ及び背面部１３ｆの幅方向Ｘの両端に位置する固定部Ｂ，Ｂに接着剤２９で接着して固定されている。これにより、導電体２７は、包装部材１３に固定されている。その結果、過放電により二次電池に異常が発生して包装部材１３が膨張する際に、導電体２７がその包装部材１３の膨張によって滑ることがない。

更に、導電体２７は、サビ等からの保護のために絶縁材料で被覆されている。絶縁材料２８の材質としては、柔軟で導電体２７が破断されるまでの発熱に耐える耐熱性を有し、且つ、電気絶縁性に優れたものが好ましく、例えば、ポリイミドが好適に用いられる。ポリイミドは、金属配線との熱膨張によるひずみが生じにくく、高い精度で配線加工が可能である。

尚、本実施の例では、導電体２７を絶縁材料２８によって被覆した例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、導電体２７の包装部材１３側に位置する絶縁材料２８を無くして、導電体２７を直接包装部材１３の外面に接着固定してもよいことは、勿論である。

このような構成を有する二次電池１０は、例えば次のようにして製造することができる。まず、正極１４及び負極１６のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル状の電解質を形成する。次に、正極集電体１４ｂの端部に正極端子１２ａを溶接により固定する共に、負極集電体１６ｂに負極端子１２ｂを溶接により固定する。そして、ゲル状の電解質が形成された正極１４と負極１６とをセパレータ１５ａ，１５ｂを介して積層して積層体とする。この積層体をその長手方向に巻回する。

次に、この電池素子１１を包装部材１３で密封して収納する。具体的には、まず、包装部材１３の一面に深絞り加工によって膨出部２３を形成する。そして、この膨出部２３内に電池素子１１を収納する。次いで、電池素子１１の電極端子１２の一部を露出させて膨出部２３の開口面を閉じるように包装部材１３を折り曲げて重ね合わせる。これにより、電池素子１１の周囲（４辺）に包装部材１３の周縁が重なり合う重合部分２４が形成される。

そして、重合部分２４のうち折り返し辺以外の包装部材１３の周縁部（コ字状に連続した３辺）を、熱溶着或いは接着剤等により接合させて、電池素子１１を密封させる。この接合方法は、これ以外その他の接合方法を用いることができることは勿論である。次に、重合部分２４であって、電池素子１１を挟んで一側に位置する第１の重合部分２４ａを、膨出部２３の正面部１３ａ側に向けて１回折り曲げて、第１の折り曲げ部２６ａを形成する。同様に、重合部分２４であって、電池素子１１を挟んで他側に位置する第２の重合部分２４ｂを、膨出部２３の正面部１３ａ側に向けて１回折り曲げて、第２の折り曲げ部２６ｂを形成させる。

次に、絶縁材料２８で被覆された導電体２７を、電池素子１１を収納した包装部材１３に取り付ける。即ち、導電体２７を包装部材１３の外面において、その幅方向Ｘに沿って、正面部１３ａ、左側面部１３ｄ及び背面部１３ｆにおけるそれぞれの長手方向Ｙの略中央部に連続して通過するように巻き付ける。そして、導電体２７の包装部材１３側に位置する絶縁材料２８を正面部１３ａの幅方向Ｘ両端の固定部Ａ，Ａと背面部１３ｆの幅方向Ｘ両端の固定部Ｂ，Ｂに接着剤２９で接着固定する。これにより、二次電池１０の製造工程が完了する。

次に、このような構成を有する本発明の二次電池１０の作用について説明する。ここで、導電体２７は、包装部材１３が膨張する際にその変形量（容積の増加量）が他の部分と比較すると大なる部分である正面部１３ａから背面部１３ｆにかけて連続して巻かれている。更に、図１等に示すこの実施の例では、好適な実施例として、導電体２７を、包装部材１３において変形量の最も大きい長手方向Ｙの略中央部にて幅方向Ｘに沿って巻き付けるように取り付けられている。そして、導電体２７は、正面部１３ａにおいてその幅方向Ｘ両端の固定部Ａ，Ａ及び背面部１３ｆにおいてその幅方向Ｘ両端の固定部Ｂ，Ｂに接着剤２９で接着して固定するように構成されている。

まず、二次電池１０が正常な状態、即ち、充放電が正常に行われている状態では、図１及び図２に示すように、電池素子１１を収納する包装部材１３は薄い略直方体をなしている。このとき、包装部材１３は、膨張していないため、導電体２７には、包装部材１３からの力は作用していない。そのため、導電体２７は、破断されずに包装部材１３に巻き付けられている。

いま、過放電が生じ、電池素子１１を構成する溶媒が分解されてガスが発生したものとする。このときに発生したガスにより、電池素子１１を収納している包装部材１３が膨張する。本実施の例のような略直方体の二次電池１０においては、図６及び図７に示すように、包装部材１３のうち、他の面よりも面積が大きい正面部１３ａ及び／又は背面部１３ｆが最も大きくドーム状に膨らむ状態となる。即ち、正面部１３ａ及び／又は背面部１３ｆの容積が増加して、それぞれの表面積が増加する。このとき、導電体２７は、正面部１３ａ及び背面部１３ｆのそれぞれの両端の固定部Ａ，Ａ，Ｂ，Ｂに接着固定されている。そのため、導電体２７には、その線方向に向かう引張力が作用し、その応力は、導電体２７のＡ−Ａ間及び／又はＢ−Ｂ間の略中央部において最大となる。

図６に示すように、包装部材１３の膨張が所定範囲内であるときは、導電体２７のＡ−Ａ間及びＢ−Ｂ間の略中央にかかる最大応力Ｐ１は、導電体２７の許容応力の範囲内である。そのため、導電体２７が破断されることはない。

その後、包装部材１３の膨張量が更に増加すると、その膨張による導電体２７の引張力が増大する。そして、包装部材１３が所定範囲以上に膨張し、導電体２７のＡ−Ａ間及びＢ−Ｂ間の略中央にかかる最大応力Ｐ２が導電体２７の許容応力を超えると、図７に示すように、導電体２７は、Ａ−Ａ間及び／又はＢ−Ｂ間の略中央の破断部３１から破断する。この導電体２７の破断により、二次電池１０が膨張して異常な状態であることを検出することができる。

次に、前述したような構成及び作用を有する二次電池１０を備えた本発明の二次電池装置１の第１の実施の例を、図８〜図１０を参照して説明する。図８に示すように、二次電池装置１は、二次電池１０と、この二次電池１０の膨張を検出する膨張検出回路部２と、この膨張検出回路部２が搭載された回路基板３等を備えて構成されている。

回路基板３には、電極端子１２と接続される２つの接点部３ａ，３ｂが設けられている。この接点部３ａ，３ｂは、抵抗溶接や超音波溶接等によって電極端子１２に接続されている。回路基板３の配線パターンには、図示しない出力端子の各端子片がそれぞれ電気的に接続されている。この出力端子は、外部装置である各種の電子機器（例えば、パーソナルコンピュータ、カメラ一体型ＶＴＲ等）と着脱可能に接続される。その接続により、二次電池装置１を構成する二次電池１０の電力が、出力端子を介して接続された電子機器に供給される。更に、この回路基板３には、導電体２７の破断から二次電池１０の膨張を検出する膨張検出回路部２が搭載されている。

図９に示すように、膨張検出回路部２は、マイクロコンピュータ５及びヒューズ６を有している。マイクロコンピュータ５は、包装部材１３に巻きつけられた導電体２７の両終端部２７ａ，２７ｂと電気的に接続され、当該導電体２７へ通電している。このマイクロコンピュータ５は、制御装置、処理装置、記憶装置及び入出力装置等を備えて構成されている。

このような構成を有する二次電池装置１における二次電池１０の異常検出機構について図１０の異常検出フローチャートを参照して説明する。まず、膨張検出回路部２に設けたマイクロコンピュータ５は、導電体２７が破断（切断）されていないか、つまり、導電体２７への通電状態を監視する（ステップＳ１）。このとき、導電体２７が破断されていない場合では、包装部材１３は、所定値以上膨張しておらず、二次電池装置１は正常に動作している。このとき、マイクロコンピュータ５と導電体２７とは、導通している。

次に、例えば、過放電が生じて電池素子１１を構成する溶媒が分解され、ガスが発生すると、このガスにより電池素子１１を収納する包装部材１３が膨張する。この膨張量が所定範囲以上、即ち、この膨張によって導電体２７に作用する応力が導電体２７の許容応力よりも大きくなると、導電体２７が破断される。すると、導電体２７とマイクロコンピュータ５との導通は遮断される。これにより、導電体２７が破断されたことがマイクロコンピュータ５によって検出される。この検出信号に基づいて、マイクロコンピュータ５が、その制御信号であるヒューズ６を切断するための信号を出力する。その結果、ヒューズ６が切断され、そのヒューズ６を含む電気回路の通電が遮断される（ステップＳ２）。

ヒューズ６が切断されたことにより、二次電池装置１は、二次電池１０の電力を外部に出力、又は外部からの電力を電池素子１１に入力することができない状態となる。その結果、二次電池装置１が、使用不可の状態となり、これ以上、二次電池１０の異常な状態への進行が防止される。

図１１は、本発明に係る二次電池の第２の実施の例を示すものである。この第２の実施の例として示す二次電池２０が、第１の実施の例にかかる二次電池１０と異なるところは、導電体２７と包装部材１３とが接触する部分を全て接着剤２９で接着固定したところである。例えば、図１１に示すように、導電体２７を被覆している絶縁材料２８と、包装部材１３における正面部１３ａ、左側面部１３ｄ及び底面部１３ｃの全面とが接着剤２９で接着固定されている。その他の構成は、前記第１の実施例にかかる二次電池１０と同様であるため、それらの説明は省略する。

このような、構成を有する二次電池２０によっても、前述した第１の実施の例にかかる二次電池１０と同様の効果を得ることができる。この実施例の二次電池２０の場合には、導電体２７と包装部材１３が接触する部分の全体が固定されているため、包装部材１３の膨張を導電体２７の全体で略均等に検出することができる。その結果、包装部材１３の膨張を極めて高い精度で検出することができ、素早く二次電池２０の異常を検出することができる。これにより、二次電池２０及びこの二次電池２０を携帯用電源として使用している電子機器の安全性を高めることができる。

図１２は、本発明に係る二次電池の第３の実施の例を示すものである。この第３の実施の例として示す二次電池３０が、第１の実施の例にかかる二次電池１０と異なるところは、導電体２７を包装部材１３の長手方向Ｙに沿って巻き付けているところである。

具体的には、図１２に示すように、導電体２７を包装部材１３の外面において、その長手方向Ｙに沿って、正面部１３ａ、背面部１３ｆ及び底面部１３ｃにおけるそれぞれの幅方向Ｘの略中央を連続して通過するように巻き付けている。そして、導電体２７の終端部の一端２７ａは、正面部１３ａにおける上面部１３ｂ側の一端から外側に引き出されている。導電体２７の終端部の他端２７ｂは、背面部１３ｆにおける上面部１３ｂ側の一端から外側に引き出されている。その他の構成は、前記第１の実施例にかかる二次電池１０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する二次電池３０によっても、前述した第１の実施の例にかかる二次電池１０と同様の効果を得ることができる。

図１３は、本発明に係る二次電池の第４の実施の例を示すものである。この第４の実施の例として示す二次電池４０は、導電体２７を、包装部材１３の外面に幅方向Ｘに沿って、一周以上、具体的には略５／４周に亘って巻き付けたものである。即ち、導電体２７を、包装部材１３の外面を、第１の実施の例かかる二次電池１０から更に連続して右側面部１３ｅと正面部１３ａに巻き付けている。

この実施の例における導電体２７の終端部の一端２７ａは、正面部１３ａの右側面部１３ｅ側の一端から外側に向けて引き出されている。導電体２７の終端部の他端２７ｂは、正面部１３ａにおける左側面部１３ｄ側の他端から外側に向けて引き出されている。その他の構成は、前記第１の実施例にかかる二次電池１０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する二次電池４０によっても、前述した第１の実施の例にかかる二次電池１０と同様の効果を得ることができる。

図１４は、本発明に係る二次電池の第５の実施の例を示すものである。この第５の実施の例として示す二次電池５０は、導電体２７を、包装部材１３の外面に幅方向Ｘに沿って、一周半以上、具体的には、略７／４周に亘って巻き付けたものである。即ち、導電体２７を、包装部材１３の外面を、第１の実施の例にかかる二次電池１０から更にもう一周連続して巻き付けている。その他の構成は、前記第１の実施例にかかる二次電池１０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する二次電池５０によっても、前述した第１の実施の例にかかる二次電池１０と同様の効果を得ることができる。第４の実施の例及び第５の実施の例に示すように、一周以上に亘って、導電体２７を包装部材１３に巻き付ける実施例では、包装部材１３の膨張量を４面以上で検出することができる。その結果、包装部材１３の膨張量を比較的精度良く検出することができる。

図１５は、本発明に係る二次電池の第６の実施の例を示すものである。この第６の実施の例として示す二次電池６０は、導電体２７を、包装部材１３が膨張する際にその変形量が大なる部分である正面部１３ａ及び背面部１３ｆのうち、正面部１３ａの一面のみを通過するように巻き付けているものである。

即ち、導電体２７を包装部材１３の外面に幅方向Ｘに沿って、正面部１３ａ、左側面部１３ｄ及び右側面部１３ｅの長手方向Ｙの略中央を連続して通過するように包装部材１３に取り付けているところである。導電体２７の終端部の一端２７ａは、左側面部１３ｄにおける背面部１３ｆ側の一端２７ａから外側に引き出している。導電体２７の終端部の他端２７ｂは、右側面部１３ｅにおける背面部１３ｆ側の一端から外側に引き出している。

そして、正面部１３ａの幅方向Ｘ両端の固定部Ａ，Ａの２箇所で、導電体２７と包装部材１３とを接着剤２９で接着固定している。尚、導電体２７と包装部材１３とを接着固定する箇所は、正面部１３ａの両端の固定部Ａ，Ａに限定されるものではない、例えば、左側面部１３ｄ及び右側面部１３ｅのそれぞれの下端の固定部Ｃ，Ｃに接着固定してもよい。また、接着固定する箇所は、その接着固定した間において、包装部材１３が膨張する際にその変化量（容積の増加量）が他の部分と比較して大なる部分を導電体２７が通過する位置が好ましい。

その他の構成は、前記第１の実施例にかかる二次電池１０と同様であるため、それらの説明は省略する。このような、構成を有する二次電池６０によっても、導電体２７を、包装部材１３が膨張する際にその変化量が大なる部分である正面部１３ａに巻きつけているため、前述した第１の実施の例にかかる二次電池１０と同様の効果を得ることができる。

以上説明してきたように、本発明の二次電池及び二次電池装置によれば、導電体を包装部材に対して少なくとも２箇所で固定させている。その結果、包装部材に膨らみが生じると、導電体には、包装部材と固定されている２箇所の間の略中央から外側に向けて引張り方向の力が作用する。これにより、一つの二次電池であっても、包装部材の膨らみにより導電体を破断させて、二次電池の異常を検出することができる。また、導電体の太さ、形状、材質等を好適に選択することにより、引張力に対する導電体の許容応力を変化させて、包装部材の膨張量の許容範囲を任意に設定することができる。例えば、包装部材の微小な膨らみによって導電体が破断されるように設定することにより、高い精度で包装部材の膨張を検出でき、二次電池の異常を素早く検出できるようにすることができる。

尚、本発明は前述しかつ図面に示した実施の例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施の例においては、導電体を一つだけ用いた例について説明したが、導電体を二つ以上用いてもよく、二次電池を複数用いる場合や大型の二次電池に好適である。

また、前記実施例では、二次電池をリチウムイオン電池として説明したが、例えばニッケル・水素蓄電池やその他各種の二次電池でもよい。更に、本発明の二次電池及び二次電池装置は、携帯電話、デジタルスチルカメラ、パーソナルコンピュータ、電子辞書、ＤＶＤプレーヤその他各種の電子機器に適用できるものである。

本発明の二次電池の第１の実施の例を示す正面図である。 本発明の二次電池の第１の実施の例を示す側面図である。 本発明の二次電池の第１の実施の例を示す斜視図である。 本発明の二次電池に係る電池素子の第１の実施の例を示す分解斜視図である。 本発明の二次電池の第１の実施の例を示す図３のＴ−Ｔ線断面図である。 本発明の二次電池の第１の実施の例における包装部材が所定範囲内で膨張した状態を示すもので、図６Ａは正面図、図６Ｂは側面図、図６Ｃは平面図である。 本発明の二次電池の第１の実施の例における包装部材が所定範囲を超えて膨張した状態を示すもので、図７Ａは正面図、図７Ｂは側面図、図７Ｃは平面図である。 本発明の二次電池装置の第１の実施の例を示す正面図である。 本発明の二次電池装置に係る膨張検出回路部の第１の実施例を模式的に示す説明図である。 本発明の二次電池装置に係る異常検出処理の第１の実施の例を示すフローチャートである。 本発明の二次電池の第２の実施の例を断面して示す説明図である。 本発明の二次電池の第３の実施の例を示す斜視図である。 本発明の二次電池の第４の実施の例を模式的に示す説明図である。 本発明の二次電池の第５の実施の例を模式的に示す説明図である。 本発明の二次電池の第６の実施の例を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１…二次電池装置、 ２…膨張検出回路部、 ６…ヒューズ、 １０，２０，３０，４０，５０，６０…二次電池、 １１…電池素子、 １２…電極端子、 １３…包装部材、 ２７…導電体

Claims (6)

1. 電極端子を有する電池素子と、
   前記電極端子の一部を露出させて前記電池素子を密封して収納する包装部材と、
   前記包装部材が膨張したときに破断するように当該包装部材の外面に２箇所以上で固定される導電体と、
   を設けたことを特徴とする二次電池。
2. 前記導電体は、前記包装部材が膨張するときに、当該包装部材の容積が増加する部分に当該導電体の少なくとも一部を配置したことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
3. 前記導電体は、前記包装部材と接触する部分の全てを接着剤で当該包装部材に固定したことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
4. 前記導電体は、電気を伝達可能な材料で形成された線材又は箔材であることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
5. 電極端子を有する電池素子と、
   前記電極端子の一部を露出させて前記電池素子を密封して収納する包装部材と、
   前記包装部材が膨張したときに破断するように当該包装部材の外面に２箇所以上で固定される導電体と、
   前記導電体への通電状態から当該導電体の破断を検出してその検出信号を出力する膨張検出回路部と、
   を設けたことを特徴とする二次電池装置。
6. 前記電極端子に接続されるヒューズを設け、
   前記膨張検出回路部は、前記導電体の破断を検出する検出信号に基づいて前記ヒューズを切断することを特徴とする請求項５記載の二次電池装置。

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