JP2011210390A - 電池及び電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発熱が生じたときに、電池の内圧やヒューズを使用することなく、電流を遮断することができる電池及び電池モジュールを提供する。
【解決手段】巻回体１０と、巻回体１０を収容するケース４０と、ケース４０に設けられたマイナス端子５１と、マイナス端子５１と巻回体１０とを連結するリード４７と、マイナス端子５１とリード４７との電気的接続を解除する接続解除装置６と、を備える二次電池１であって、マイナス端子５１は、接続解除装置６を収容する中空部５５を有し、リード４７は、中空部５５を横断するように設置され、接続解除装置６は、リード４７に向かって移動してリード４７を切断する切断部材６１と、切断部材６１に対してリード４７と反対側に配置され中空部５５内の温度が所定温度以上になったときに切断部材６１をリード４７に向かって押圧する押圧部材６２と、を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、発熱が生じたときに電流を遮断する機能を備えた電池及び電池モジュールに関する。

充放電が可能な二次電池は、様々な機器の電源に利用されており、特に、自動車産業においては、環境問題や省エネルギーの観点から注目の高いハイブリッドカーや電気自動車のバッテリとしての需要が急速に高まっている。
二次電池は、内部短絡や過充電（或いは過放電）などが生じた場合に、発熱することがある。そのため、発熱を抑制する機能を有する二次電池の開発が行われている。

例えば、特許文献１には、巻芯に巻き回した蓄電素子を円筒状の外装缶に収容し、外装缶の開口部に防爆弁を設置するとともに防爆弁と蓄電素子とをリード線で接続し、内圧の上昇によって防爆弁が変形すると、ストリッパーによってリード線が防爆弁から剥離（あるいはリード線が破断）して電流を遮断する防爆型密閉電池が記載されている。

また、特許文献２には、電極板と端子とを連結するリードの途中にヒューズを設け、内部短絡が発生すると、ヒューズが溶断して内部短絡が発生した電極板を電池から切り離す角型リチウム二次電池が記載されている。

また、引用文献３には、積層電極群の負極側から延出するリードと負極端子との間にＳｎ合金膜を介設し、過大電流が流れたときにリードと負極端子との間で発生するジュール発熱によってＳｎ合金膜が溶融してリードと負極端子との接続を解除する角型非水電解質二次電池が記載されている。

特許第２７０１３７５号公報 特開平８−５０９２０号公報 特開２００９−２１１９３６号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、内圧に抵抗し易い円筒状のケースを用いることを前提としており、例えば、ケースの形状を角型にした場合には、内圧によってケース自体が変形し易くなるため、設定した条件で防爆弁を作動させることが困難であった。また、ケースの変形を抑えるために、ケースの板厚を大きくしたり、変形を拘束する部品を追加したりすると、電池の大型化や重量の増加を招くという問題がある。

さらに、特許文献１に記載の技術では、電解液の化学反応による内部圧力の上昇をトリガとして防爆弁が作動するので、電池の性能が最適となるように電解液の組成を設定すると、電流を遮断するのに最適なタイミング（温度）で防爆弁が作動する内圧となるように電解液の組成を設定することが困難であった。そのため、防爆弁の作動が遅れる傾向があった。また、外部からケースを破って異物が侵入して内部短絡が生じた場合に、破れた部分から内圧が開放されるため、発熱が生じても防爆弁が作動しないおそれがあった。

また、特許文献２，３に記載の技術のように、リードの途中にヒューズを設けると、ヒューズが抵抗体となるため、電池の内部抵抗が大きくなってしまう。また、内部抵抗を小さくするためにヒューズを大型化すると、電池自体も大型化してしまい、レイアウト性の悪化を招くおそれがある。また、ヒューズが溶断するほどの大電流が流れる時点では、電池内部では短絡や温度上昇が著しく進行した状態であり、発熱を早期に回避することが困難であった。

本発明は、これらの問題に鑑みて成されたものであり、発熱が生じたときに、電池の内圧やヒューズを使用することなく、電流を遮断することができる電池及び電池モジュールを提供することを課題とする。

本発明は、蓄電素子と、前記蓄電素子を収容するケースと、前記ケースに設けられた端子と、前記端子と前記蓄電素子とを連結するリードと、前記端子と前記リードとの電気的接続を解除する接続解除手段と、を備える電池であって、前記端子は、前記接続解除手段を収容する中空部を有し、前記リードは、前記中空部を横断するように設置され、前記接続解除手段は、前記リードに向かって移動して前記リードを切断する切断手段と、前記切断手段に対して前記リードと反対側に配置され前記中空部内の温度が所定温度以上になったときに前記切断手段を前記リードに向かって押圧する押圧手段と、を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、端子に形成された中空部の内部に接続解除手段が収容されており、当該接続解除手段は、中空部内の温度が所定温度以上になったときに作動するので、ケースの内圧の上昇に依存することなく、電流を遮断することができる。そのため、例えば内圧の上昇によってケースが変形してしまった場合でも、電池の温度が所定温度以上になったときに接続解除手段を確実に作動させて、発熱を防止することができる。また、リードや端子にヒューズを設ける必要がないので、電池の内部抵抗の増大を抑制することができる。

また、前記リードのうち前記切断手段が当接する部分の周辺は、前記リードよりも剛性の高い支持部材によって支持されており、前記支持部材は、前記切断手段が挿通する孔部を有しているのが好ましい。

かかる構成によれば、リードよりも剛性の高い支持部材に、当該リードが支持されているので、切断部材がリードに当接したときに、リードが撓みにくくなり、リードに力が加わり易くなる。そのため、切断部材によるリードの切断が容易になる。また、支持部材は、切断部材の挿通を許容する孔部を有しているので、リードを確実に切断することができる。

また、前記中空部のうち前記押圧手段を収容する部分には、前記蓄電素子の温度上昇を抑制する温度上昇抑制剤が充填されており、前記端子には、前記切断手段が前記リードに向かって移動したときに、前記切断手段を挟んで前記押圧手段側の空間と前記リード側の空間とを連通する連通路が設けられているのが好ましい。

かかる構成によれば、接続解除手段が作動して、切断手段がリードに向かって移動したときに、前記切断手段を挟んで前記押圧手段側の空間と前記リード側の空間とが、連通路を介して連通した状態となり、押圧手段側の空間に充填されていた温度上昇抑制剤が、リード側の空間に流れ込む。リード側に流れ込んだ温度上昇抑制剤は、ケース内部に流れ込み、ケース内部の発熱が抑制されることとなる。

また、本発明に係る電池モジュールは、前記した電池を並列に複数接続して形成したことを特徴とする。

複数の電池を並列に接続したときに、そのうちのひとつの電池に内部短絡などが生じて、その電池の電位が低下した場合に、電位が低下した電池に他の電池から電流が流入し、電位が低下した電池の端子が発熱することがあるが、前記した接続解除手段を備える電池を複数並列に接続して電池モジュールを構成すれば、電位が低下した電池のリードを確実に切断して、電位が低下した電池を並列回路から切り離し、発熱を抑制することができる。

本発明によれば、発熱が生じたときに、電池の内圧やヒューズを使用することなく、電流を遮断することができる電池及び電池モジュールを提供することができる。

（ａ）は第１実施形態に係る二次電池の斜視図であり、（ｂ）は巻回体の斜視図である。 （ａ）は第１実施形態に係る二次電池の側面図（図１（ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図）であり、（ｂ）は輪切り断面図（図１（ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図）である。 第１実施形態に係る二次電池の製造方法を段階的に示す図であり、（ａ）は負極シート、正極シート、２枚のセパレータを重ねる状態の側面図、（ｂ）は斜視図である。 マイナス端子を拡大して示す断面図であり、（ａ）は図１に示すＩ−Ｉ矢視断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。 図４（ａ）のＶ−Ｖ矢視断面図である。 （ａ）は支持部材の斜視図であり、（ｂ）は支持部材の底面図である。 二次電池の動作を説明するための図面であり、（ａ）はリード切断前の断面図、（ｂ）はリード切断後の断面図である。 第２実施形態に係る二次電池のマイナス端子を拡大して示した断面図であり、（ａ）はリード切断前の断面図、（ｂ）はリード切断後の断面図である 第３実施形態に係る二次電池のマイナス端子を拡大して示した断面図である。 変形例に係る支持部材の底面図である。 電池モジュールの概略図であり、（ａ）はリード切断前、（ｂ）はリード切断後、の状態をそれぞれ示している。

本発明の第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。

≪二次電池の構成≫
図１に示すように、第１実施形態に係る二次電池１は、リチウムイオン型の二次電池であり、その外形は角型、つまり、薄板状を呈している。このような二次電池１は、例えば、その厚さ方向（左右方向）において複数並列に配列され、例えば、３００〜５００Ｖ程度の高圧バッテリを構成し、この高圧バッテリは、例えば、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。

図１〜図３に示すように、二次電池１は、巻回体１０と、巻回体１０を覆う絶縁フィルム３１と、巻回体１０を収容するケース４０と、ケース４０内に注入された電解液と、を備えている。なお、各図において電解液は省略している。

＜巻回体＞
蓄電素子たる巻回体１０は、負極シート１１（第１電極シート）と、正極シート１２（第２電極シート）と、負極シート１１と正極シート１２とを電気的に絶縁する２枚のセパレータ２１、２２と、を備えている。詳細には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、巻回体１０は、セパレータ２１、負極シート１１、セパレータ２２、正極シート１２の順で積層され、負極シート１１と正極シート１２とが前後方向（面方向）でずれたものを、負極シート１１が正極シート１２よりも外側になるように巻回した後、若干にて押し潰して変形させ、輪切り断面視において扁平としたものである。このような巻回体１０の左右方向における厚さは、例えば１９ｍｍ程度である。
なお、図３（ｂ）の符号１９は、芯材であり、巻回体１０の作製後に引き抜かれる。

よって、巻回体１０は、軸方向（前後方向）の中央に、巻回体１０の輪切り断面方向において、外側から中心に向かって、セパレータ２１、負極シート１１、セパレータ２２、正極シート１２、セパレータ２１、負極シート１１、…の順で積層した本体１３を有している（図３（ａ）参照）。
そして、巻回体１０は、軸方向において、本体１３の前側に負極タブ１４（第１集電タブ）を有しており、本体１３の後側に正極タブ１５（第２集電タブ）を有している。

＜巻回体−負極シート＞
負極シート１１は、導電性を有する負極集電箔１１ａと、負極集電箔１１ａの両面にそれぞれ形成された負極活物質層１１ｂ、１１ｂと、を備えている（図３（ａ）参照）。
負極集電箔１１ａは、矩形を呈し、例えば銅箔（例えば厚さ１０μｍ）から構成される。

負極活物質層１１ｂは、負極における電池反応を生じさせるための負極活物質を主成分とする層であり、負極活性物質とバインダ（接着剤）との混合物を、負極集電箔１１ａに塗布し、塗布後にプレス加工することで形成される。例えば、塗工幅は１２０ｍｍ、プレス後の負極シート１１の厚さは１００μｍ、負極シート１１の電極密度は１.５ｇ／ｃｍ^３とされる。

なお、負極シート１１は、その前辺側（一辺側）に負極活物質層１１ｂが形成されてなく、負極集電箔１１ａが帯状で露出した未塗工部１１ｃ（未塗布部）を有している（例えば未塗工幅１０ｍｍ）。そして、巻回された後、軸方向（前後方向）において前方に延出する渦巻状の未塗工部１１ｃを、厚さ方向（左右方向）において溶接等よって密着させることで、前記した負極タブ１４が形成されている。

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を使用できる。
炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人口黒鉛（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炭素等を使用できる。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（PolyPhenylene Sulfide）、セルロース等の難黒鉛化性炭素前駆体を使用できる。
バインダとしては、例えば、ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）を使用できる。

＜巻回体−正極シート＞
正極シート１２は、導電性を有する正極集電箔１２ａと、正極集電箔１２ａの両面にそれぞれ形成された正極活物質層１２ｂ、１２ｂと、を備えている（図３（ａ）参照）。
正極集電箔１２ａは、矩形を呈し、例えばアルミニウム箔（例えば厚さ１２μｍ）から構成される。

正極活物質層１２ｂは、正極における電池反応を生じさせるための正極活性物質を主成分とする層であり、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１２ａに塗布しプレス加工することで形成される。例えば、塗工幅は１２０ｍｍ、プレス後の正極シート１２の厚さは１００μｍ、正極シート１２の電極密度は３.８５ｇ／ｃｍ^３とされる。

なお、正極シート１２は、その後辺側（一辺側）に正極活物質層１２ｂが形成されてなく、正極集電箔１２ａが帯状で露出した未塗工部１２ｃ（未塗布部）を有している（例えば未塗工幅１０ｍｍ）。そして、巻回された後、軸方向（前後方向）において後方に延出する渦巻状の未塗工部１２ｃを、厚さ方向（左右方向）において溶接等よって密着させることで、前記した正極タブ１５が形成されている。

正極活物質としては、例えば、平均粒径ｄ５０＝１２μｍである粉末状のリチウム酸化物（ＬｉＮｉ_０．３３Ｍｎ_０．３３Ｃｏ_０．３３Ｏ_２）を使用できる。
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、ＶＧＣＦ（Vapor Grown Carbon Fiber：気相成長炭素繊維）を使用できる。
バインダとしては、例えば、ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）を使用できる。

＜巻回体−セパレータ＞
セパレータ２１、２２は、負極シート１１と正極シート１２とを電気的に絶縁するためのシート（例えば厚さ２５μｍ）であると共に、ケース４０内に注入される電解液が含浸されるように多孔質である。
このようなセパレータ２１、２２としては、例えば、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）の繊維で構成された不織布を使用できる。

＜絶縁フィルム＞
絶縁フィルム３１は、巻回体１０とケース４０とを電気的に絶縁するためのフィルムであり、巻回体１０の外表面を覆っている。このような絶縁フィルム３１は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンから形成される。

＜電解液＞
電解液は、電池反応により負極シート１１、正極シート１２で生成したイオン（リチウムイオン等）を輸送するための液体であり、溶媒に電解質を溶解させることで調製される。

溶媒のうちの非水溶媒としては、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を使用できる。
なお、このような非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。

電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、四フッ化ホウ素リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_３）_２］等のリチウム塩を使用できる。
なお、電解質の非水溶媒に対する溶解量は、通常は０．２ｍｏｌ／Ｌ〜２ｍｏｌ／Ｌ程度であることが好ましい。

また、ＬｉＴＦＳＩ（リチウム塩）など種々のイオン性液体を混合してもよい。
さらに、電解液がゲル状で保持されるように、電解質としてゲル電解質を使用してもよい。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共重合体を使用できる。

＜ケース＞
ケース４０は、絶縁フィルム３１で覆われた巻回体１０を収容する容器であり、ケース本体４１と、蓋４２とを備えている。

ケース本体４１は、上方が開口し、左右方向に薄い箱体であって、アルミニウム合金、ＳＵＳ（ステンレス）、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、作製されたものであることが好ましい。このようなケース本体４１は、例えば、肉厚０．８ｍｍ、左右方向の厚さ４０ｍｍ、上下方向の高さ１２０ｍｍ、前後方向の幅１６０ｍｍ、で形成される。

蓋４２は、所定厚さ（例えば２ｍｍ）を有し、ケース本体４１の開口を塞ぐものである。なお、蓋４２とケース本体４１とは、例えば、レーザー溶接によって接合される。

また、蓋４２には、マイナス端子５１と、プラス端子５２とが取り付けられている。マイナス端子５１及びプラス端子５２は、銅、ニッケル、アルミニウム、ＳＵＳ（ステンレス）の等の金属や、これらの合金から形成される。

そして、マイナス端子５１は、リード４７を介して、巻回体１０の前記した負極タブ１４と電気的に接続されている。リード４７は、例えば、厚さ０．３ｍｍの銅合金板で形成される。なお、リード４７と負極タブ１４又はマイナス端子５１とは、例えば超音波溶接によって接続される。

一方、プラス端子５２は、リード４８を介して、巻回体１０の正極タブ１５と電気的に接続されている。リード４８は、例えば、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム合金板で形成される。なお、リード４８と正極タブ１５又はプラス端子５２とは、例えば超音波溶接によって接続される。

リード４７、リード４８は、輪切り断面視において、略Ｌ字形で導電性を有する板状片である。

さらに、蓋４２の適所には、電解液を注入するための注入孔４５が形成されている。注入孔４５には、着脱自在に栓（図示しない）が設けられている。また、注入孔４５には、ケース４０の内部の電解液が発熱して膨張した場合に、その圧力を逃がすための防爆弁（図示しない）が設けられている。防爆弁は、ケース４０の内部が所定圧力以上になったときに開弁する公知の安全弁を用いることができる。

つぎに、図４乃至図７を参照して、マイナス端子５１、接続解除装置６及び支持部材７の構造について説明する。

＜端子＞
第１実施形態のマイナス端子５１は、後記する接続解除装置６を収容する機能を有している。マイナス端子５１は、蓋４２に固定される基部５３と、基部５３の上面から突出する突出部５４と、基部５３及び突出部５４の内部に形成された中空部５５と、を主に備えている。

基部５３は、平面視長方形状に形成された平板状の部材である。基部５３の側面には、その全周に亘って、蓋４２と嵌合する凹溝５３ａが形成されている。また、基部５３の前後方向の側面の下端縁には、後記する支持部材７を係止するための係止片５３ｂが突出形成されている（図４（ｂ）参照）。係止片５３ｂの上面は、基部５３から離れるほど高くなるように傾斜している。

基部５３の底面５３ｃには、中空部５５が開口している。リード４７は、この開口部５５ａを左右方向に横断するように設置されている。これにより、中空部５５の開口部５５ａに対してリード４７が臨んだ状態（露出した状態）となっている。なお、リード４７の幅寸方は、中空部５５の直径よりも小さい。

図４（ａ）に示すように、基部５３の底面５３ｃに沿って配置されたリード４７のうち、開口部５５ａを挟んで先端側の部分４７ａ（以下、「先端部４７ａ」という場合がある。）は、基部５３の底面５３ｃに超音波溶接で固定されている。また、リード４７のうち、開口部５５ａを挟んで巻回体１０側の部分４７ｂ（以下、「基端部４７ｂ」という場合がある。）には、絶縁フィルム４９が貼り付けられており、基部５３の底面５３ｃに対して絶縁されている。

突出部５４は、外部機器から延びる配線などが接続される部分であり、円柱状に形成されている。突出部５４の外周面には、例えばねじ溝（図示省略）などが形成されている。

中空部５５は、後記する接続解除装置６を収容する部分であり、断面視で円形状に形成されている。中空部５５には、接続解除装置６を構成する切断部材６１と押圧部材６２とが収容されている。中空部５５は、上端部が閉塞されており、下端部が基部５３の底面５３ｃに開口している。

中空部５５の内周面のうち下寄り（開口部５５ａ寄り）の部分には、上下方向に沿って連通路５５ｂが凹設されている。連通路５５ｂは、切断部材６１が下方に移動したときに、押圧部材６２側の空間とリード４７側の空間とを連通する通路である。第１実施形態では、連通路５５ｂは、基部５３に相当する高さ範囲に亘って、周方向に等間隔で４つ形成されている（図５参照）。

＜接続解除装置６＞
接続解除装置（接続解除手段）６は、マイナス端子５１とリード４７との電気的接続を解除する装置であり、リード４７を切断する切断部材（切断手段）６１と、切断部材６１をリード４７に向かって押圧する押圧部材（押圧手段）６２と、を有している。

切断部材６１は、中空部５５の内周面と摺接するピストン部６３と、リード４７に当接して切断する切断部６４と、を有している。
ピストン部６３は、中空部５５の内径と略同径に形成された円盤状の部材であり、中空部５５を仕切っている。ピストン部６３の外周面には環状溝６３ａが凹設されており、この環状溝６３ａにはストッパ６３ｂが設置されている（図６参照）。ストッパ６３ｂは、平面視でＣ字状を呈する部材であり、形状記憶合金で構成されている。ストッパ６３ｂは、通常温度（所定温度未満）では中空部５５の内周面に強く当接してピストン部６３の移動を制限しており、所定温度以上になったときに縮径してピストン部６３の移動を許容する。ピストン部６３の高さ寸法は、連通路５５ｂの長さ寸法よりも小さい。
切断部６４は、図４（ａ）に示すように、断面視で三角形状を呈しており、先端部が尖っている。切断部６４の基端部（上端部）は、ピストン部６３の底面に固定されている。

押圧部材６２は、中空部５５の内部（より詳しくは、中空部５５のうち、切断部材６１よりも上側の部分）の温度が、所定温度以上になったときに膨張して、切断部材６１を押圧してリード４７側に移動させる機能を有している。第１実施形態の押圧部材６２は、所定温度で反応を開始してガスの発生やガスの膨張により体積膨張を生じる固体、液体又はガス等で構成されている。押圧部材６２が膨張を開始する温度は、例えば１００℃から２００℃の範囲内で適宜に設定されている。また、押圧部材６２の原料としては、例えば、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩やアゾジカルボンアミド等の有機系発泡剤を用いることができる。

なお、押圧部材６２は、前記した注入孔４５（図１参照）に設置した防爆弁が作動する内圧にケース４０の内圧が達する温度よりも低い温度で、体積膨張を開始するように設計されている。これにより、ケース４０の内圧が開放されるよりも早期に電流を遮断することができる。

さらに、押圧部材６２は、ケース４０の内部の温度上昇を抑制するための温度上昇抑制剤として、例えばアルゴン、窒素、二酸化炭素などの不活性ガスを発生するように構成されている。つまり、第１実施形態の押圧部材６２は、温度上昇抑制剤を兼ねている。
なお、温度上昇抑制剤を発生する物質を押圧部材６２とは別体に構成し、押圧部材６２と一緒に中空部５５に設置してもよい。

＜支持部材＞
支持部材７は、図４及び図７に示すように、切断部材６１によってリード４７を切断し易いようにリード４７を支持する部材である。支持部材７は、例えば合成樹脂などの絶縁性のある材料で構成されている。支持部材７は、平板状の支持部７１と、支持部７１の前後方向の両縁に立設された係止部７２，７２と、支持部７１の略中央に形成された孔部７３と、を備えている。

支持部７１は、平面視長方形状に形成されており、マイナス端子５１の基部５３の底面５３ｃに対向して配置されている。支持部７１と基部５３の底面５３ｃとの間には、リード４７が挟持されている。支持部７１は、例えばリード４７よりも厚さ寸法を大きくしたり、リード４７よりも硬質な材料で形成することによって、リード４７よりも剛性が高くなるように形成されている。

係止部７２は、マイナス端子５１の基部５３に設けられた係止片５３ｂに係止する部分である。係止部７２は、支持部７１の前後方向の両縁から立ち上がる壁部７２ａと、壁部７２ａの先端から内向きに延出する延出部７２ｂと、から構成されている。延出部７２ｂの下面は、壁部７２ａから離れるほど低くなるように傾斜している。これにより、係止部７２の下面が、逆向きに傾斜した係止片５３ｂの上面に引っ掛かるので、支持部材７がマイナス端子５１の基部５３から外れ難くなる。

孔部７３は、リード４７を切断した切断部材６１の切断部６４の挿通を許容するための貫通孔である。孔部７３は、切断部６４に対応した位置に形成されている。孔部７３の長さ寸法は、中空部５５の直径よりも大きく形成されている。

なお、支持部材７は、マイナス端子５１の底面５３ｃにリード４７の先端部４７ａを超音波溶接するとともに、リード４７の基端部４７ｂに絶縁フィルム４９を貼り付けた後に、リード４７の下側からマイナス端子５１の係止片５３ｂに取り付けられる。

＜二次電池の動作＞
次に、図８を参照して、第１実施形態に係る二次電池１の動作について説明する。

通常の通電状態では、図８（ａ）に示すように、接続解除装置６の切断部材６１は、ピストン部６３の環状溝６３ａに設置されたストッパ６３ｂが中空部５５の内周面に強く当接することにより、中空部５５の開口部５５ａから上方に離間した位置に固定されている。また、接続解除装置６の押圧部材６２は、切断部材６１よりも上側の空間（より詳しくは、切断部材６１に対してリード４７と反対側の空間）に封入されている。
そして、リード４７は、中空部５５の開口部５５ａを横断するように配置されており、下側から支持部材７によって支持されている。
リード４７の先端部４７ａは、マイナス端子５１の底面５３ｃに接続しており、巻回体１０に対して充放電可能になっている。

二次電池１が過充電になったり内部短絡が生じたりして、ケース４０の内部が発熱した場合には、この発熱によってマイナス端子５１が熱せられ、ひいてはマイナス端子５１の中空部５５の内部も熱せられることになる。そして、中空部５５の温度が所定温度に達すると、押圧部材６２の反応が始まってガスが発生する。また、形状記憶合金で形成されたストッパ６３ｂが縮径し、切断部材６１がスライド可能になる。

そうすると、図８（ｂ）に示すように、切断部材６１がガスに押圧されてリード４７に向かって移動し、鋭利に形成された切断部６４の先端部がリード４７を切断する。リード４７の基端部４７ｂは、絶縁フィルム４９によってマイナス端子５１と絶縁されているので、中空部５５に対面する部分でリード４７が切断されることにより、巻回体１０とマイナス端子５１との電気的な接続が解除される。これにより、二次電池１への電流の流入が停止し、発熱が停止する。

また、切断部材６１が連通路５５ｂの上端部よりも下方に移動すると、連通路５５ｂを介して、切断部材６１の上側の空間と下側の空間が連通した状態となる。これにより、押圧部材６２から発生したガスに含まれる不活性ガスなどの温度上昇抑制剤が、連通路５５ｂを通ってケース４０の内部に流れ込む。その結果、巻回体１０や電解液の温度上昇が防止されることとなる。

＜二次電池の作用効果＞
第１実施形態に係る二次電池１は、以上のように構成されるものであり、これにより、以下に説明するような作用効果を奏する。
つまり、第１実施形態に係る二次電池１は、マイナス端子５１に形成された中空部５５に接続解除装置６が設置されており、接続解除装置６は、中空部５５内の温度が所定温度以上になったときに切断部材６１が移動してリード４７を切断するように構成されているので、ケース４０の内部の圧力に依存することなく、マイナス端子５１とリード４７との接続を解除することができる。そのため、ケース４０の形状を角型にした場合でも、補強の必要がなく、ケースの小型化、軽量化を図ることができる。

また、中空部５５は、マイナス端子５１の内部に形成されているため、変形などが生じ難いので、圧力のばらつきが少なく、切断部材６１を確実に移動させることができる。また、マイナス端子５１が中空構造となるため、マイナス端子５１を軽量化することができる。また、マイナス端子５１の内部に接続解除装置６が設置されるので、ケース４０の巻回体１０の設置スペースが犠牲になることがない。

また、押圧部材６２の組成（つまり、押圧部材６２の反応開始温度）を、電解液の組成と無関係に設計することができるので、二次電池１の充放電性能を最適化しつつ、接続解除装置６の作動条件を最適化することが容易になる。これにより、接続解除装置６の作動が遅れることを防止することができる。

また、外部からケース４０を破って異物が進入して内部短絡が生じた場合でも、ケース４０の内部の温度が所定温度以上になった段階で、押圧部材６２がガスを発生して切断部材６１を押圧し、リード４７を切断するので、ケース４０の内圧が上昇しなくても発熱を停止することができる。また、リード４７にヒューズなどを設ける必要がないので、二次電池１の内部抵抗が増加することがない。

また、第１実施形態に係る二次電池１は、リード４７よりも剛性の高い支持部材７を備えており、支持部材７は、切断部材６１が通過する孔部７３を有しているので、リード４７の変形を抑制して、切断部材６１によってリード４７を確実に切断することができる。

次に、図９を参照して、第２実施形態に係る二次電池１Ａについて説明する。
以下の説明においては、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。第２実施形態に係る二次電池１Ａは、押圧部材６５が形状記憶合金で構成されている点が、第１実施形態に係る二次電池１と主に異なっている。

図９（ａ）に示すように、第２実施形態の押圧部材６５は、つるまきばねのような形状に形成された形状記憶合金製の金属部材によって構成されている。押圧部材６５の下端側は、切断部材６１に固定されており、押圧部材６５の上端側は、底板部６６に固定されている。押圧部材６５は、通常の温度（例えば６５℃未満）では、つるまきばねを圧縮したような形状（図９（ａ）参照）を呈しており、所定温度以上（例えば８５℃以上）になったときに、つるまきばねを伸ばしたような形状（図９（ｂ）参照）に変形するようになっている。

第２実施形態の中空部５５の下端側の開口部５５ａの周囲には、段部５５ｃが形成されている。段部５５ｃは、切断部材６１の移動（突出）を規制するストッパとしての機能を有している。また、中空部５５の上端側には開口部５５ｄが形成されており、この開口部５５ｄから接続解除装置６を中空部５５に設置したあとに、開口部５５ｄに底板部６６を全周溶接することによって閉塞されている。

二次電池１Ａは、中空部５５の内部の温度が所定温度以上になったときに、図９（ｂ）に示すように、押圧部材６５が伸張し、この押圧部材６５に押された切断部材６１がリード４７に向かって移動する。これにより、切断部材６１の切断部６４がリード４７に当接し、リード４７が切断される。その結果、巻回体１０とマイナス端子５１とが電気的に切断され、二次電池１の充電（又は放電）が停止し、発熱が停止する。

このような二次電池１Ａによれば、第１実施形態に係る二次電池１と略同様の作用効果を奏するとともに、押圧部材６５が、形状記憶合金で構成されているので、動作の設計（作動温度の設計）が第１実施形態に比較して簡便かつ確実である。

次に、図１０を参照して、第３実施形態に係る二次電池１Ｂについて説明する。
以下の説明においては、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。第３実施形態に係る二次電池１Ｂは、マイナス端子５１の基部５７が大型化しているとともに、基部５７の突出部５４とずれた位置に中空部５５が形成されている点が、前記した第１実施形態と主に異なっている。

図１０に示すように、マイナス端子５１の基部５７は、突出部５４に対して一方側が張り出している。そして、基部５７のうち、この張り出した部分５７ａに、接続解除装置６を収容する中空部５５が形成されている。
また、基部５７の寸法にあわせて支持部材７も大型に形成されており、中空部５５に対応する位置に、孔部７３が形成されている。

このような構成によれば、前記した第１実施形態に係る二次電池１の作用効果の他に、次のような作用効果を奏する。
すなわち、第３実施形態に係る二次電池１Ｂによれば、接続解除装置６を収容する中空部５５が、バスバーなどの外部接続部材（図示せず）を取り付ける突出部５４と別の位置に設けられているので、突出部５４に外部接続部材をねじなどで取り付ける際に、突出部５４の剛性を確保することができるとともに、中空部５５に軸力が加わらないため、マイナス端子５１の周囲の気密性を確保することができる。また、接続解除装置６の寸法の自由度が向上する。

なお、第３実施形態では、ガスを発生して切断部材６１を押圧するタイプの押圧部材６２を用いて説明したが、これに替えて、第２実施形態で説明した形状記憶合金を用いて切断部材６１を押圧するタイプの押圧部材６５を用いてもよい。

次に、支持部材７の変形例について、図１１を参照して詳細に説明する。
以下の説明においては、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。変形例に係る支持部材７Ａは、絶縁部７５と、切り欠き部７６と、を備えている点が、前記した第１実施形態と異なっている。

図１１に示すように、絶縁部７５は、支持部材７Ａの係止部７２から延出する薄板状（フィルム状）の部分であり、前記した絶縁フィルム４９の代替手段となるものである。絶縁部７５は、係止部７２との接続部７５ａを内向き（上向き）に折り曲げることで、リード４７の基端部４７ｂの上に配置される。
また、切り欠き部７６は、リード４７をマイナス端子５１に超音波溶接する部分に対応する位置に形成されている。切り欠き部７６には、リード４７の先端部４７ａが露出している。

このような変形例に係る支持部材７Ａによれば、リード４７を支持部材７Ａに取り付けた後に、リード４７をマイナス端子５１に取り付けることができる。
具体的には、まず、リード４７を支持部材７Ａに取り付け、絶縁部７５を折り曲げてリード４７の基端部４７ｂの上に配置する。つぎに、リード４７が取り付けられた支持部材７Ａの係止部７２を、マイナス端子５１の係止片５３ｂに係止する。これにより、リード４７の基端部４７ｂとマイナス端子５１の底面５３ｃとの間に絶縁部７５が配置され、両者が絶縁される。そして、切り欠き部７６から露出するリード４７の先端部４７ａを、超音波溶接機（図示せず）を用いてマイナス端子５１の底面５３ｃに溶接する。このようにすれば、二次電池１の組み立て順序の自由度を確保することができ、生産性が向上する。

つぎに、図１２を参照して、第１実施形態に係る二次電池１を複数並列に接続して形成した電池モジュール１００について説明する。以下の説明においては、第１実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１２（ａ）に示すように、電池モジュール１００は、３つの二次電池１（以下、図１２の左側から順に「二次電池１Ｌ，１Ｍ，１Ｒ」という。）を並列に接続したものである。電池モジュール１００のマイナス側は、配線８を介して外部負荷Ｍ（例えばハイブリッド自動車のアシストモータなど）に接続されている。また、電池モジュール１００のプラス側は、配線９を介して外部負荷Ｍに接続されている。

ここで、何らかの衝撃により、中央の二次電池１Ｍに例えば釘などの金属片Ｋが突き刺さった場合、内部短絡が生じて、二次電池１Ｍの電位が低下する。そうすると、電位の高い他の二次電池１Ｌ，１Ｒから、電位の低い二次電池１Ｍに電流Ｉが流入し、マイナス端子５１付近が発熱し、マイナス端子５１の温度が上昇する。

このとき、マイナス端子５１には接続解除装置６が設置されているので、マイナス端子５１の温度が所定温度以上になったときに、接続解除装置６が作動して、二次電池１Ｍのリード４７（図４参照）が切断される。これにより、図１２（ｂ）に破線で示すように、二次電池１Ｍは、並列回路から切り離され、電流Ｉの流入が停止し、温度上昇が停止する。

このように、第１実施形態に係る二次電池１（１Ｌ，１Ｍ，１Ｒ）を複数並列に接続して電池モジュール１００を構成すれば、電位が低下した二次電池１Ｍのリード４７（図８（ｂ）参照）を確実に切断して、電位が低下した二次電池１Ｍを並列回路から切り離し、発熱を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、第１実施形態では、ケース４０の形状を角型にしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ケース４０の形状を自由に設定することができる。

また、第１実施形態では、マイナス端子５１に中空部５５を設けたが、プラス端子５２に中空部５５を形成して接続解除装置６を設置し、プラス側のリード４８を切断することによって、電流を遮断するように構成してもよい。

また、電池モジュール１００の説明において、第１実施形態に係る二次電池１を複数並列に接続することとしたが、第２実施形態に係る二次電池１Ａや第３実施形態に係る二次電池１Ｂを用いてもよい。

１ 二次電池（電池）
１０ 巻回体（蓄電素子）
４０ ケース
４７ リード
４９ 絶縁フィルム
５１ マイナス端子
５５ 中空部
５５ｂ 連通路
６ 接続解除装置（接続解除手段）
６１ 切断部材（切断手段）
６２ 押圧部材（押圧手段）
７ 支持部材
７３ 孔部

Claims (4)

1. 蓄電素子と、前記蓄電素子を収容するケースと、前記ケースに設けられた端子と、前記端子と前記蓄電素子とを連結するリードと、前記端子と前記リードとの電気的接続を解除する接続解除手段と、を備える電池であって、
   前記端子は、前記接続解除手段を収容する中空部を有し、
   前記リードは、前記中空部を横断するように設置され、
   前記接続解除手段は、前記リードに向かって移動して前記リードを切断する切断手段と、前記切断手段に対して前記リードと反対側に配置され前記中空部内の温度が所定温度以上になったときに前記切断手段を前記リードに向かって押圧する押圧手段と、を有することを特徴とする電池。
2. 前記リードのうち前記切断手段が当接する部分の周辺は、前記リードよりも剛性の高い支持部材によって支持されており、
   前記支持部材は、前記切断手段が挿通する孔部を有していることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記中空部のうち前記押圧手段を収容する部分には、前記蓄電素子の温度上昇を抑制する温度上昇抑制剤が充填されており、
   前記端子には、前記切断手段が前記リードに向かって移動したときに、前記切断手段を挟んで前記押圧手段側の空間と前記リード側の空間とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池を並列に複数接続して形成した電池モジュール。

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