JP2000331671A

JP2000331671A - 電気エネルギー蓄積デバイス

Info

Publication number: JP2000331671A
Application number: JP11138677A
Authority: JP
Inventors: Takuji Ono; 卓爾大野
Original assignee: Sanyo Electronic Components Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりも大きな電流を流すことが可能であ
り、然も、缶内圧力の上昇時には、所定の圧力で確実に
電流を遮断することが出来る電気エネルギー蓄積デバイ
スを提供する。【解決手段】本発明に係る電気エネルギー蓄積デバイ
スは、密閉容器の一部に形成されたベローズ11と、電極
体７を構成する正極及び負極の内、何れか一方の電極か
ら何れか一方の端子部に至る電流経路中に介在するプル
トップ式電流遮断機構４とを具え、該電流遮断機構は、
前記ベローズ11の変位に伴って引き起こされるべきプル
タブ５を具え、該プルタブの先端部が発揮する下圧力に
よって、円板状安全弁40が周溝41に沿って破断され、電
流経路が遮断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリン自動車の
イグナイタ用の電源や、ハイブリッド自動車や電気自動
車の回生制動エネルギーを蓄電するための蓄電器等とし
て用いられる、電気二重層コンデンサー、リチウムイオ
ン二次電池などの電気エネルギー蓄積デバイスの構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のリチウムイオン二次電池は、例え
ば図１２に示す様に、負極缶(14)の内部に巻き取り電極
体(70)を収容して、負極缶(14)の開口部に封口板(15)を
固定したものであって、負極缶(14)と封口板(15)の間に
は絶縁部材(24)が介在している。巻き取り電極体(70)が
発生する電力は、正極端子部となる封口板(15)と負極端
子部となる負極缶(14)から外部へ取り出すことが出来
る。

【０００３】この様なリチウムイオン二次電池において
は、過充電などに起因して缶内のガス圧力が上昇したと
き、この圧力上昇を緩和すると共に、電流経路を遮断す
るべく、図１２に示す如き安全機構が装備されている
(特開平5-343043号［H01M2/12］)。該安全機構において
は、缶内に、凸部(92)が形成された安全弁(91)と、中央
貫通孔(93a)及びガス通過孔(93b)を有する円板(93)とが
設置され、前記安全弁(91)の凸部(92)が円板(93)の中央
貫通孔(93a)へ嵌入している。又、巻き取り電極体(70)
の正極から伸びる集電部材(81)の先端部が円板(93)の裏
面に連結されると共に、前記安全弁(91)の凸部(92)の先
端が集電部材(81)の表面に溶接されている。ここで、巻
き取り電極体(70)が放電時に発生する電流は、集電部材
(81)から安全弁(91)を経て、封口板(15)へ流れることに
なる。

【０００４】上記安全機構を具えたリチウムイオン二次
電池においては、例えば充電中に缶内のガス圧力が上昇
すると、安全弁(91)がこのガス圧力を受けて、鎖線で示
す様に弾性変形し、これに伴って凸部(92)と集電部材(8
1)の間の溶接部が剥離され、電流経路が遮断されること
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
安全機構を具えたリチウムイオン二次電池においては、
電流経路に介在する安全弁(91)の凸部(92)と集電部材(8
1)とが互いに点接触した破断部を構成し、該破断部での
電流通路が極めて狭くなっているため、通常の放電時や
充電時に流すことが可能な電流の大きさが数アンペア以
下に限られる問題があった。

【０００６】仮に、安全弁(91)の凸部(92)と集電部材(8
1)とを広い面積で面接触させて溶接すれば、該溶接部で
の電気抵抗は低減させることが可能であるが、この場
合、溶接部の強度が大きくなって、該溶接部を剥離させ
るためには、安全弁(91)の受圧面積を大きく形成して、
大きな力を発生させる必要がある。ところが、安全弁(9
1)の大きさは負極缶(14)の直径によって制限されるた
め、この方法にも限界がある。

【０００７】そこで本発明の目的は、リチウムイオン二
次電池等の電気エネルギー蓄積デバイスにおいて、通常
使用時には従来よりも大きな電流を流すことが可能であ
り、然も、缶内圧力の上昇時には、所定の圧力で確実に
電流を遮断することが出来る電気エネルギー蓄積デバイ
スを提供することである。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る電気エネルギ
ー蓄積デバイスにおいては、密閉容器内に、それぞれ帯
状の正極(75)と負極(72)の間にセパレータ(73)を介在さ
せてなる電極体(７)が収容され、該電極体が発生する電
力を一対の端子部から外部へ取り出すことが可能であ
る。本発明に係る電気エネルギー蓄積デバイスは、密閉
容器内の圧力上昇に応じて変位する変位機構と、電極体
(７)を構成する正極(75)及び負極(72)の内、何れか一方
の電極から何れか一方の端子部へ至る電流経路中に介在
する電流遮断機構とを具え、電流遮断機構は、変位機構
の変位出力端に連結された梃子手段を具え、変位機構の
変位に伴って梃子手段が発揮する作用力により、電流経
路が遮断されるものである。

【０００９】上記本発明の電気エネルギー蓄積デバイス
においては、缶内圧力の上昇に伴って生じる変位機構の
変位が、梃子手段の力点となる部位に入力される。この
結果、梃子の原理により、梃子手段の作用点となる部位
に大きな力が発生する。この大きな力によって、電流経
路が遮断される。

【００１０】具体的構成において、変位機構は、密閉容
器の一部を形成するベローズ(11)によって構成されてい
る。これによって、缶内圧力の上昇時に大きな変位を得
ることが出来ると共に、圧力上昇を緩和することが出来
る。

【００１１】電流遮断機構は、具体的には、缶詰等に採
用されているプルトップ式の蓋と同様の構造を具えたプ
ルトップ式の電流遮断機構(４)であって、密閉容器の内
壁に取り付けられた板状部材と、前記梃子手段となる１
又は複数のプルタブ(５)とを具え、プルタブ(５)の支点
となる部位が板状部材に支持されている。板状部材に
は、プルタブ(５)の引き起しによって発生する力の作用
点を包囲して、断面Ｖ字状の周溝(41)が凹設され、該周
溝(41)に沿って板状部材が破断されることにより、電流
経路が遮断される。

【００１２】上記具体的構成において、缶内圧力が上昇
した場合、これに伴って変位機構が変位し、該変位はプ
ルタブ(５)の力点となる部位に入力さて、プルタブ(５)
が引き起こされる。この結果、梃子の原理によって、プ
ルタブ(５)の作用点となる部位には大きな力が発生し、
この力によって、板状部材が周溝(41)に沿って破断され
る。ここで、板状部材には、周溝(41)よりも外側の領域
に、前記一方の電極を接続すると共に、周溝(41)よりも
内側の領域に、前記一方の端子部を接続する構成を採用
すれば、前記破断によって前記一方の電極と前記一方の
端子部とが互いに切り離されて、電流経路が遮断され
る。

【００１３】上記具体的構成において、上述の如く電流
経路遮断のために破断されるべき板状部材の破断部に
は、周溝(41)が凹設されているに過ぎないので、従来の
如き点接触による破断部に比べて、電気抵抗が低く、通
常の使用状態で大きな電流を流すことが可能である。

【００１４】他の具体的構成において、電流遮断機構
は、密閉容器の内壁に取り付けられた板状部材と、前記
梃子手段となる梃子部材(55)とを具えて、梃子部材(55)
の作用点となる部位が板状部材に溶接された溶接剥離式
の電流遮断機構(45)であって、梃子部材(55)の溶接部が
剥離されることによって、電流経路が遮断される。

【００１５】上記具体的構成において、缶内圧力が上昇
した場合、これに伴って変位機構が変位し、該変位は梃
子部材(55)の力点となる部位に入力さて、梃子部材(55)
が駆動される。この結果、梃子の原理によって、梃子部
材(55)の作用点となる部位には大きな力が発生し、この
力によって、溶接部が剥離される。ここで、板状部材に
は、前記一方の電極を接続すると共に、梃子部材(55)に
は、前記一方の端子部を接続する構成を採用すれば、前
記剥離によって前記一方の電極と前記一方の端子部とが
互いに切り離されて、電流経路が遮断される。

【００１６】上記具体的構成においては、上述の如く電
流経路遮断のために切り離されるべき板状部材と梃子部
材(55)とは、充分に広い面積で接触させて溶接すること
が可能であり、これによって、従来の如き点接触による
破断部に比べて電気抵抗が低くなり、通常の使用状態で
大きな電流を流すことが可能となる。

【００１７】

【発明の効果】本発明に係る電気エネルギー蓄積デバイ
スによれば、通常使用時には従来よりも大きな電流を流
すことが可能であり、然も、缶内圧力の上昇時には、所
定の圧力で確実に電流を遮断することが出来る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をリチウムイオン二
次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説
明する。本発明に係るリチウムイオン二次電池は、図１
に示す如く、アルミニウム製の負極缶(１)の内部に巻き
取り電極体(７)を収容し、負極缶(１)の開口部に、アル
ミニウム製の封口板(12)を固定し、更に、該封口板(12)
の中央開口部に、ニッケルメッキを施した鋼鉄製の正極
端子板(13)を取り付けたものであって、封口板(12)と正
極端子板(13)の間には絶縁部材(２)が介在して、電気的
絶縁とシールを図っている。負極缶(１)の上端部には、
負極缶(１)に軸方向に伸長可能なベローズ(11)が成形さ
れており、該ベローズ(11)の内周面に沿って、円筒状絶
縁部材(21)とリング状絶縁部材(22)が取り付けられてい
る。

【００１９】巻き取り電極体(７)は、図２に示す様に、
それぞれ帯状の正極(75)、セパレータ(73)及び負極(72)
を渦巻き状に巻き取って構成されている。正極(75)は、
アルミニウム箔からなる芯体の表面に正極活物質(74)を
塗布して構成され、電極長手方向に伸びる一方の端縁に
沿って、正極活物質の塗布されていない非塗工部が形成
され、該非塗工部には、アルミニウム製の複数本の集電
タブ(８)が連結されている。負極(72)は、銅箔からなる
芯体の表面に負極活物質(71)を塗布して構成され、電極
長手方向に伸びる他方の端縁に沿って、負極活物質の塗
布されていない非塗工部が形成され、該非塗工部には、
銅製の複数本の集電タブ(８)が連結されている。

【００２０】図１に示す如く、巻き取り電極体(７)の正
極側(図では上側)の端面から突出する複数本の集電タブ
(８)は、プルトップ式電流遮断機構(４)を介して正極端
子板(13)に接続されている。一方、巻き取り電極体(７)
の負極側(図では下側)の端面には絶縁部材(23)が設置さ
れ、該端面から突出する複数本の集電タブ(８)は、絶縁
部材(23)の裏面へ回り込んで、負極缶(１)の底面に抵抗
溶接によって接続されている。

【００２１】プルトップ式電流遮断機構(４)は、図３に
示す如く、ニッケルメッキの施された鋼鉄製の円板状安
全弁(40)を具え、該安全弁(40)の外周部が円筒状絶縁部
材(21)とリング状絶縁部材(22)の間に挟持されており、
該安全弁(40)の裏面に、前記正極側の複数本の集電タブ
(８)が抵抗溶接によって接続されている。円板状安全弁
(40)の表面には、ニッケルメッキの施された鋼鉄製の４
枚のプルタブ(５)が配置されており、これらのプルタブ
(５)と正極端子板(13)とが、ニッケルメッキの施された
鋼鉄製の連結ロッド(３)によって互いに連結されてい
る。

【００２２】図４に示す様に、各プルタブ(５)は、プル
トップ式の缶詰に採用されているプルタブと略同一形状
を有しており、中央部がリベット(52)によって円板状安
全弁(40)上に固定され、該リベット(52)の周囲には、Ｕ
字形切欠き(51)が形成されている。４枚のプルタブ(５)
は、円板状安全弁(40)の表面に十字形に配置され、円板
状安全弁(40)の中心部に寄せ集められた各プルタブ(５)
の基端部が前記連結ロッド(３)の下端面に溶接(53)され
ている。プルタブ(５)は、前記溶接部(53)が力点となっ
て図５の如く引き起こされることにより、リベット(52)
の近傍領域が支点、タブ先端部が作用点となって、該タ
ブ先端部が矢印で示す様に円板状安全弁(40)を下圧する
ものである。

【００２３】一方、円板状安全弁(40)の表面には、図４
に示す如く、４つのプルタブ(５)の作用点を包囲して、
断面Ｖ字状の周溝(41)が凹設され、周溝(41)の外側の領
域(４a)と周溝(41)の内側の領域(４b)に区分している。
又、円板状安全弁(40)の外側領域(４a)には、缶内のガ
スを通過させるための４つの孔(42)が開設されている。

【００２４】上記本発明のリチウムイオン二次電池にお
いては、図３に示す様に、巻き取り電極体(７)から正極
端子板(13)へ至る電流経路を形成している全ての部材
が、互いに広い面積で接触しており、電気抵抗の大きな
箇所は存在しないので、従来よりも大きな電流を流すこ
とが可能である。

【００２５】上記リチウムイオン二次電池において、過
充電などに起因して缶内のガス圧が上昇した場合、該ガ
ス圧が封口板(12)を押し上げる力として作用する。この
結果、負極缶(１)に形成されたベローズ(11)が図６の如
く軸方向に伸長し、封口板(12)及び正極端子板(13)の上
昇に伴って、連結ロッド(３)が矢印の如く引き上げられ
る。これによって、各プルタブ(５)が引き起こされ、リ
ベット(52)の近傍領域を支点Ｂ、タブ先端部を作用点Ａ
とする梃子の原理により、タブ先端部には大きな力が発
生し、円板状安全弁(40)の周溝(41)の近傍領域が強く下
圧される。この結果、円板状安全弁(40)は、周溝(41)に
沿って図６の如く破断され、外側領域(４a)と内側領域
(４b)に分断されることになる。

【００２６】図７の如く負極缶(１)のベローズ(11)が更
に伸びて、連結ロッド(３)が引き上げられると、これに
伴って円板状安全弁(40)の内側領域(４b)が持ち上げら
れて、内側領域(４a)から離間することになる。この結
果、巻き取り電極体(７)から正極端子板(13)へ至る電流
経路が完全に遮断され、安全が図られる。又、ベローズ
(11)の伸長によって、缶内容積が充分な大きさに拡大さ
れるので、圧力上昇が効果的に緩和される。

【００２７】上記本発明のリチウムイオン二次電池にお
いては、負極缶(１)にベローズ(11)を形成した変位機構
を採用しているので、圧力上昇によって大きな変位を発
生させることが出来る。従って、プルタブ(５)を引き起
こして円板状安全弁(40)を破断させるのに必要な変位
は、充分に確保される。又、プルタブ(５)が梃子の原理
によって大きな下圧力を発生するので、円板状安全弁(4
0)を周溝(41)に沿って破断するために必要な力に不足が
生じることはない。

【００２８】上記プルトップ式電流遮断機構(４)に代え
て、図８に示す溶接剥離式の電流遮断機構(45)を採用す
ることも可能であって、この場合、巻き取り電極体(７)
の正極側(図では上側)の端面から突出する複数本の集電
タブ(８)は、溶接剥離式電流遮断機構(45)を介して正極
端子板(13)に接続される。

【００２９】溶接剥離式電流遮断機構(45)は、ニッケル
メッキの施された鋼鉄製の下板(46)と上板(47)を互いに
接合してなる円板状部材を具え、該円板状部材の外周部
が円筒状絶縁部材(21)とリング状絶縁部材(22)の間に挟
持されており、下板(46)の裏面に、前記正極側の複数本
の集電タブ(８)が抵抗溶接によって接続されている。上
板(47)は、同心に配置された外周円板部(47a)と内周円
板部(47b)から構成され、両円板部(47a)(47b)の間から
下板(46)の表面が露出している。

【００３０】又、正極端子板(13)に連結された連結ロッ
ド(３)の下端部には、４本の梃子部材(55)が突設されて
いる。各梃子部材(55)は、基端部が連結ロッド(３)に固
定されると共に、二股に分かれた一対の先端部(55a)(55
b)の内、一方の端部(55a)が、上板(47)の両円板部(47a)
(47b)の間から露出する下板(46)の表面に溶接されると
共に、他方の端部(55b)が、上板(47)の外周円板部(47a)
の表面に当接している。図９は、前記梃子部材(55)の一
方の端部(55a)の溶接部(48)と、他方の端部(55b)の当接
部(49)の位置関係を表わしている。

【００３１】梃子部材(55)は、連結ロッド(３)との連結
部が力点、上板(47)に対する当接部(49)が支点、下板(4
6)に対する溶接部(48)が作用点となって、梃子の原理に
基づいて力の増幅作用を発揮するものである。

【００３２】上記本発明のリチウムイオン二次電池にお
いては、図８に示す様に、巻き取り電極体(７)から正極
端子板(13)へ至る電流経路を形成している全ての部材
が、互いに広い面積で接触しており、電気抵抗の大きな
箇所は存在しないので、従来よりも大きな電流を流すこ
とが可能である。

【００３３】上記リチウムイオン二次電池において、過
充電などに起因して缶内のガス圧が上昇した場合、該ガ
ス圧が封口板(12)を押し上げる力として作用する。この
結果、負極缶(１)に形成されたベローズ(11)が図１０の
如く軸方向に伸長し、封口板(12)及び正極端子板(13)の
上昇に伴って、連結ロッド(３)が矢印の如く引き上げら
れる。これによって、各梃子部材(55)の基端部(力点)に
上向きの力が加わり、上板(47)との当接部を支点Ｂ、下
板(46)との溶接部を作用点Ａとする梃子の原理により、
梃子部材(55)の溶接部には、下板(46)から剥離させる方
向に大きな力が作用する。

【００３４】この結果、溶接部が剥離して、図１１の如
く梃子部材(55)は下板(46)及び上板(47)から離間し、巻
き取り電極体(７)から正極端子板(13)へ至る電流経路が
完全に遮断されるのである。

【００３５】上述の如く、本発明に係るリチウムイオン
二次電池によれば、巻き取り電極体(７)から正極端子板
(13)へ至る電流経路の電気抵抗が小さいので、従来より
も大きな電流を流すことが出来る。又、梃子の原理を利
用して大きな力で安全弁(40)を破断させ、若しくは梃子
部材(55)の溶接部を剥離させて、圧力上昇時の電流遮断
を行なうので、確実な電流遮断動作を実現することが出
来る。

【００３６】尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に
限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の
変形が可能である。例えば、本発明は、リチウムイオン
二次電池に限らず、電気二重層コンデンサーに実施する
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリチウムイオン二次電池の断面図
である。

【図２】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。

【図３】該リチウムイオン二次電池の要部を示す拡大断
面図である。

【図４】プルトップ式電流遮断機構の平面図である。

【図５】プルタブの斜視図である。

【図６】圧力上昇時の動作を表わす断面図である。

【図７】電流遮断完了時の状態を表わす断面図である。

【図８】他の実施例を表わす断面図である。

【図９】溶接剥離式電流遮断機構の平面図である。

【図１０】該実施例における圧力上昇時の動作を表わす
断面図である。

【図１１】該実施例における電流遮断時の状態を示す断
面図である。

【図１２】従来の電流遮断機構を示す断面図である。

【符号の説明】

(１) 負極缶 (11) ベローズ (12) 封口板 (13) 正極端子板 (３) 連結ロッド (４) プルトップ式電流遮断機構 (５) プルタブ (40) 円板状安全弁 (41) 周溝 (７) 巻き取り電極体 (８) 集電タブ

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に、それぞれ帯状の正極(75)と負
極(72)の間にセパレータ(73)を介在させてなる電極体
(７)が収容され、該電極体が発生する電力を一対の端子
部から外部へ取り出すことが可能な電気エネルギー蓄積
デバイスにおいて、密閉容器内の圧力上昇に応じて変位
する変位機構と、電極体(７)を構成する正極(75)及び負
極(72)の内、何れか一方の電極から何れか一方の端子部
に至る電流経路中に介在する電流遮断機構とを具え、電
流遮断機構は、変位機構の変位出力端に連結された梃子
手段を具え、変位機構の変位に伴って梃子手段が発揮す
る作用力により、電流経路が遮断されることを特徴とす
る電気エネルギー蓄積デバイス。
【請求項２】変位機構は、密閉容器の一部に形成され
たベローズ(11)によって構成されている請求項１に記載
の電気エネルギー蓄積デバイス。
【請求項３】電流遮断機構は、密閉容器の内壁に取り
付けられた板状部材と、前記梃子手段となる１又は複数
のプルタブ(５)とを具えて、プルタブ(５)の支点となる
部位が板状部材に支持されたプルトップ式の電流遮断機
構(４)であって、板状部材には、プルタブ(５)の引き起
しによって発生する力の作用点を包囲して、断面Ｖ字状
の周溝(41)が凹設され、該周溝(41)に沿って板状部材が
破断されることにより、電流経路が遮断される請求項１
又は請求項２に記載の電気エネルギー蓄積デバイス。
【請求項４】板状部材には、周溝(41)よりも外側の領
域に、前記一方の電極が接続されると共に、周溝(41)よ
りも内側の領域に、前記一方の端子部が接続されている
請求項３に記載の電気エネルギー蓄積デバイス。
【請求項５】電流遮断機構は、密閉容器の内壁に取り
付けられた板状部材と、前記梃子手段となる梃子部材(5
5)とを具えて、梃子部材(55)の作用点となる部位が板状
部材に溶接された溶接剥離式の電流遮断機構(45)であっ
て、梃子部材(55)の溶接部が剥離されることによって、
電流経路が遮断される請求項１又は請求項２に記載の電
気エネルギー蓄積デバイス。
【請求項６】板状部材には、前記一方の電極が接続さ
れると共に、梃子部材(55)には、前記一方の端子部が接
続されている請求項５に記載の電気エネルギー蓄積デバ
イス。