JP3539620B2

JP3539620B2 - Rechargeable battery

Info

Publication number: JP3539620B2
Application number: JP02795199A
Authority: JP
Inventors: 宜之丸山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-02-04
Also published as: JP2000228180A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池容器内に異常が発生しても、電池の安全性を保持することができる二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池が充放電されている時には、電極と電解液との間で化学反応が起きているため、電池容器内は化学的活性が高い状態にある。特にニッケル・水素二次電池やリチウム二次電池のように高い出力をもつ二次電池では、充放電されている時には、電池容器内の化学的活性は極めて高い状態にある。
【０００３】
このように電池容器内の化学的活性が高い状態で、電池容器内に過充電や短絡などのような異常が発生すると、発熱や異常な化学反応が起こり、電解液が分解して、異常なガスが発生する恐れが出てくる。
また、電解液の劣化や活物質の剥がれ、活物質の細孔の目詰まり、セパレータの目詰まり等の異常が電池容器内に発生すると、電池の内部抵抗が増加して、発熱が起こり、電池容器内の温度が異常に上昇する恐れもある。こうした電池内部の異常な温度上昇によっても、電解液等に異常な化学反応を起こさせ、異常なガスを多量に発生させてしまう可能性がある。
【０００４】
これらのように電池容器内にガスが異常に発生して、電池容器内の圧力が異常に上昇すると、電池が破損して、液漏れなどの危険が生じてしまうことがありうる。
そこで、特開平６−２９０７６７号公報に開示されているように、定常時には電池容器内を封止しているが、電池容器内の圧力が異常に高くなったときには、電池反応部と極端子との導通を遮断するとともに、電池容器内の封止を解くことができる安全機構が設けられた二次電池が提案されている。
【０００５】
このような二次電池においては、電池容器内の圧力が異常に高くなったときに、安全機構により電池反応部と極端子との導通が遮断されて電流が止められると、異常な化学反応が抑えられ、異常なガスの発生が抑えられる。また、電池容器内の封止が解かれることにより、電池容器内のガスを電池の外部に開放して、電池内部の圧力を低下させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の二次電池では、電池容器内の圧力が異常に高くなったとき、電池容器内に充電エネルギーなどのエネルギー（内部エネルギー）が残されて、電池反応部と極端子との導通が遮断されてしまうことがある。このように電池容器内に残された内部エネルギーは、電池に異常を再発させる恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電池容器内に異常が起きたとき、電池容器内に内部エネルギーが残されることなく、電池容器内の封止を解くことができる安全機構を備えている二次電池を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の二次電池は、電池容器の一部に形設され、該電池容器内で発生したガスを通気することができる通気孔と、電流が流されると発熱して熱変形する熱変形導電材料よりなり、該通気孔の開口周縁部又はその近傍において正極及び負極に接続されて形設された弁体と、該弁体が熱変形していないときには該通気孔を封止し、該弁体の熱変形に連動して該通気孔の封止を解く安全弁本体と、正極及び負極の少なくとも一方の電極と該弁体との間に介設され、定常時には該電極と該弁体との導通を切断し、該電池容器内の圧力及び温度の少なくとも一方が異常に上昇したときには該電極と該弁体とを導通させるスイッチと、から構成される安全機構を備えていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の二次電池は、例えば図１に示す二次電池のように構成することができる。図１に示した二次電池は、巻回型の円柱形状をもつ二次電池であり、その電池容器は蓋部と本体部とからなる。
この二次電池は、その電池容器の蓋部に形設され、該電池容器内に発生したガスを通気することができる通気孔１と、電流が流されると発熱して熱変形する熱変形導電材料よりなり、通気孔１の開口周縁部において正極及び負極にリードを介して接続されて形設された弁体２と、弁体２が熱変形していないときには通気孔１を封止し、弁体２の熱変形に連動して通気孔１の封止を解く安全弁本体３と、
正極と弁体２との間に介設され、定常時には正極と弁体２との導通を切断し、電池容器内の圧力が異常に上昇したときには正極と弁体２とを導通させるスイッチ４とから構成される安全機構を備えている。
【００１０】
なお、電池容器の蓋部は絶縁材料から形成されたものを用いている。また、図２にスイッチ４を除く安全機構の主要部を示すように、通気孔１は、その壁部を貫通する円柱状の貫通本体部１０と、その蓋部と一体的に形成されて二次電池の軸方向に突出した円筒部の中空部１２とから構成されている。弁体２は、直方板状の形状を有し、その中央部に円柱状の挿通孔を有する。この弁体２は、その両端部が通気孔の開口の周縁部に接合されて固設されている。安全弁本体３は、通気孔１を封止する封止部３０と、弁体２の貫通孔に挿通されて組み付けられている組み付け部３２とから一体的に構成され、その全体形状は略ボビン状の形状を有する（その縦断面が略工の字状の断面形状を有する）。
【００１１】
この二次電池では、電池容器内に上述したような異常が起きると、図３の流れ図に示すように安全機構が動作する。
電池容器内に異常が起きて、電解液が分解し、電池容器内に異常なガスが発生して、電池容器内の圧力があらかじめ設定された値よりも上昇すると、スイッチ４がオンになって、電流が正極から負極へ弁体２を介して流れる。その際に、電流によって弁体にジュール熱が発生し、電池容器内の内部エネルギーが消費される。その結果、内部エネルギーが低下する。こうして、電池容器内に残された内部エネルギーにより、電池容器内に異常が再発することが防止される。
【００１２】
一方、ジュール熱により発熱した弁体２は、図４に示すように熱変形する。このとき、安全弁本体３の組み付け部３２が、弁体２の変形によりその二次電池の軸方向外側（上方）に力を受けて、封止部３０が通気孔１内を摺動し、通気孔１から封止部３０が引き抜かれる（開弁）。すなわち、安全弁本体３を弁体２の熱変形と連動させることにより、通気孔１の封止が解かれる。その結果、電池容器内のガスが、通気孔１を通じて中空部１２の開口から、図４（ａ）の矢印で示したように外部へ放出される。こうして、電池容器内の圧力が低下し、電池の破損による液漏れなどの危険が回避される。
【００１３】
なお、電池に異常が起こったとき、電池容器内の温度が異常に上昇すると、電池容器内にガスが発生していなくとも、その温度の上昇により電池容器内に異常なガスが発生し、その内圧が異常に上昇する恐れがあることは先にも述べた。電池容器内の温度が異常に上昇した時点で、弁体２が開弁して、封止状態にあった電池容器内が開封されれば、電池容器内の圧力が異常に上昇することがあらかじめ防止される。
【００１４】
以上、図１に示した二次電池のように、本発明の二次電池では、電池容器内に異常が起きたとき、電池容器内に内部エネルギーが残されることなく、電池容器内の封止を解くことができる。従って、本発明の二次電池によれば、電池に異常が起きても、電池容器内の圧力の異常な上昇による電池の破損を防止することができ、液漏れなどが生じないようすることができる。それゆえ、本発明の二次電池では、安全性が常に保たれる。
【００１５】
本発明の二次電池では、通気孔の形状及び大きさは、電池容器内のガスを通気できれば特に限定されるものではないが、電池容器内のガスの通気性が良くなるようにそれぞれ適切に選択することが好ましい。また、通気孔を設ける位置についても、図１では電池容器の蓋部に設けたが、これに限定されるものではない。ただし、蓋部に設ければ、電池の性能を低下させることなく、容易に安全機構を構成することができる。
【００１６】
また、通気孔として、図１では、貫通本体部１０と中空部１２とから構成された通気孔の例を示したが、貫通本体部１０のみからなる通気孔であってもよい。さらに、図１では、電池内部のガスを中空部１２の開口から外部へ放出させる例を示したが、図５（ａ）に示すように筒部の壁部に貫通孔１４を設けて、その貫通孔１４から外部へ放出させるようにしてもよい。この場合には、安全弁本体３よりも軸方向に対して長めの封止部をもつ安全弁本体３ａを用いる。この安全機構では、図５（ｂ）に示すように、その安全弁本体３ａを通気孔１内で摺動させれば、電池容器内と電池の外部とが貫通孔１４を通じてつながれ、通気孔１の封止を解くことができる。
【００１７】
弁体を構成する熱変形導電材料の種類については特に限定されるものではなく、公知の熱変形導電材料を用いることができる。例えば、青銅とインバーなどのバイメタルや、Ｔｉ−Ｎｉ合金などの導電性の形状記憶材料から形成することができる。
特に、形状記憶材料からなる弁体を用いれば、二次電池の温度が異常に上昇したとき、弁体に電流が流される前にその温度上昇で変形させることができる。その結果、安全弁本体を早めに開弁させることができ、電池内部のガスをスムーズに外部へ放出することができるようになる。
【００１８】
弁体の形状についても、図１に示した形状に特に限定されるものではない。ただし、図１に示した形状のものは、容易に熱変形させることができるとともに、容易に形成することができる点で特に好ましい。
安全弁本体については、図１では封止部３０と組み付け部３２とから一体的に構成されているものを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば図６（ａ）に示すように、封止部３０に相当する部分のみからなる安全弁本体３ｂを用いてもよい。この場合には、貫通孔をもたないプレート状の弁体２ｂを用意し、その弁体２ｂに安全弁本体３ｂを接合すれば、図６（ｂ）に示すように、安全弁本体３ｂを弁体２ｂの熱変形に連動して、通気孔１の封止を解くことができる。ただし、図１に示した安全弁本体３の方が、弁体２から外れにくい点で優れている。
【００１９】
また、安全弁本体の材料についても特に限定されるものではないが、通気孔の面する電池容器の壁面に密着し、かつその壁面に対して良好な摺動性を有する材料から形成することが好ましい。そうした安全弁本体の材料としては、例えばシリコンなどを挙げることができる。
なお、図１では、安全弁本体３が弁体２に直接組み付けられた例を示したが、安全弁本体３は弁体２の熱変形に連動して通気孔の封止を解くことができれば、安全弁本体が弁体に間接的に組み付けられていてもよい。すなわち、弁体と安全弁本体との間に、それらを連結する連結部材などを介設してもよい。
【００２０】
スイッチの種類については特に限定されるものではなく、公知のスイッチを用いることができる。図１では、電池容器内の圧力の異常な上昇を検知してオンになるスイッチを用いた二次電池の例を示したが、こうしたスイッチとして、例えば、図７（ａ）に示すように略椀状の導電板を備えた圧力スイッチを用いることができる。この導電板は、電極側のリードには接続されているが、弁体のリードには絶縁体を介して接合されている。なお、導電板内の空間部は低圧の密閉空間となっている。それゆえ、この圧力スイッチは、定常時には、電極と弁体とを絶縁しているが、電池容器内の圧力が異常に大きくなると、導電板がその圧力の作用を受け、図７（ｂ）に示すように変形して弁体側のリードに当接し、電極と弁体とを導通させることができる。
【００２１】
また、図７に示した圧力スイッチの他に、歪ゲージなどの圧力スイッチを用いることもできる。
一方、電池容器内の圧力の異常な上昇を検知する圧力センサーと、該圧力センサーから発せられた信号を受信してスイッチングを行う動作部とから構成される圧力スイッチを用いてもよい。例えば、圧力センサーには、圧電材料を用いた圧力センサーを用いることができる。圧電材料を用いた圧力センサーは、圧力の上昇を検知して電気信号を発することができる。従って、動作部には、この電気信号を受信してスイッチングを行う手段を用いればよい。
【００２２】
他方、電池容器内の温度の異常な上昇を検知してオンになるスイッチを用いれば、電池容器内の圧力が異常に上昇する前に、上記安全機構を作動させることができる。
このように電池容器内の温度の異常な上昇を検知してオンになる温度スイッチとしては、例えば図８（ａ）に示すように、線膨張率の大きい導電材料からなる二つの熱変形素子が弁体側及び電極側の各リードに所定の間隔で形成されたものを用いることができる。この温度スイッチでは、電池容器内の異常な温度により加熱されると、二つの熱変形素子が図８（ｂ）に示すように熱膨張して、電極と弁体とを導通させることができる。
【００２３】
また、図８に示した温度スイッチの他に、図９（ａ）に例示するように、導電性の形状記憶材料からなる熱変形素子が、その基端部が電極側のリードに接続され、かつその先端部が弁体側のリードに対して所定の間隔で形成された温度スイッチを用いることもできる。なお、電極側のリードには、熱変形素子との電気的な接続性に優れる接続部を設けた。この温度スイッチでは、電池容器内の異常な温度により熱変形素子が加熱されると、その先端部が図９（ｂ）に示すように熱変形して、電極側のリードに形成された接続部に当接し、電極と弁体とを導通させることができる。
【００２４】
さらに、半導体センサなどの温度スイッチを用いることもできる。
一方、電池内部の温度の異常な上昇を検知する温度センサーと、該温度センサーから発せられた信号を受信してスイッチングを行う動作部とから構成されるスイッチを用いてもよい。例えば、温度センサーには熱電対を用いることができる。熱電対は温度上昇を検知して電気信号を発することができる。従って、動作部には、この電気信号を受信してスイッチングを行う手段を用いればよい。
【００２５】
なお、図１の二次電池では、スイッチ４を正極と弁体２との間に介設したが、負極と弁体２との間に介設してもよい。
ところで、上記安全機構が働いている間にも、端子から電極に電気エネルギーが供給されてしまう（充電されてしまう）こともありうる。その結果、電池の異常を止めるのに時間がかかってしまい、異常なガスの発生が長い時間続いてしまう恐れがある。そこで、上記スイッチとして、電極と端子との導通を切断して、電極と弁体との導通に切り換えるものを用いることが好ましい。このようなスイッチを用いれば、上記安全機構が働く前に、端子から電極への電気エネルギーの供給が止められ、電池の異常を迅速に止めることができる。
【００２６】
こうしたスイッチとしては、図１０（ａ）に例示するように略椀状の導電板を備えた圧力スイッチを用いることができる。この導電板は、周縁部の一部が端子に接続され、天井部が電極側のリードに接続されているが、弁体のリードには周縁部の一部が絶縁体を介して接合されている。それゆえ、この圧力スイッチは、定常時には、電極と端子を接続し、電極と弁体とは絶縁している。ところが、電池容器内の圧力が異常に大きくなると、導電板がその圧力の作用を受け、図１０（ｂ）に示すように変形して、電極と端子との導通を切断して、電極と弁体との導通に切り換えることができる。
【００２７】
また、図１１（ａ）に例示するように、導電性の形状記憶材料からなる熱変形素子が、その基端部が端子に接続されているとともに、その先端部が電極に接続され、かつ弁体側のリードに対しては所定の間隔で形成された温度スイッチを用いることができる。なお、電極側及び弁体側の各リードには、熱変形素子との電気的な接続性に優れる接続部をそれぞれ設けた。この温度スイッチでは、電池容器内の異常な温度により熱変形素子が加熱されると、その先端部が図１１（ｂ）に示すように熱変形して、電極と端子との導通を切断して、電極と弁体との導通に切り換えることができる。
【００２８】
本発明の二次電池は、その種類で特に限定されるものではなく、公知のいずれの二次電池であってよい。すなわち、電極には、公知の材料を用いて、公知の形成方法で形成したものを用いることができる。電解質についても、電解液を用いてもよいし、固体電解質を用いてもよい。電解液については、公知の材料を用いて、公知の調製方法により調製することができる。固体電解質についても、公知の材料を用いて、公知の形成方法により形成することができる。
【００２９】
また、正極と負極との間にセパレータを介在させてもよい。そのセパレータの種類は特に限定されるものではなく、公知のセパレータを用いることができる。本発明の二次電池は、特にニッケル・水素二次電池やリチウム二次電池のように高い出力をもつ二次電池に好適である。
また、図１では巻回型の電池構造をもつ二次電池を示したが、本発明の二次電池の電池構造は巻回型に限定されるものではなく、平板状の電極板を積層した電池構造など、公知のいずれの電池構造の二次電池であってもよい。電池の形状についても、円柱状に限定されるものではない。すなわち、電池容器の形状については特に限定されるものではない。また、電池容器の材料についても特に限定されるものではなく、公知の材料を用いることができる。
【００３０】
さらに、電極の端子を設ける位置についても、図１では両極の端子とも蓋部に設けた例を示したが、これに限定されるものではなく、一方の電極の端子を電池容器の本体部の底面部に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次電池の一例を概略的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示した二次電池において、その安全機構の要部を概略的に示す図である。（ａ）はその要部の上面図であり、（ｂ）はその要部の縦断面図である。
【図３】図１に示した二次電池において、その安全機構が動作する流れを示す流れ図である。
【図４】図１に示した二次電池において、その安全機構が作動した様子を概略的に示す図である。（ａ）はその要部の上面図であり、（ｂ）はその要部の縦断面図である。
【図５】本発明の二次電池の安全機構について、その変形態様の一例の要部を概略的に示す要部縦断面図である。（ａ）は動作する前の様子を示し、（ｂ）は動作した後の様子を示す。
【図６】本発明の二次電池の安全機構について、その変形態様の一例の要部を概略的に示す要部縦断面図である。（ａ）は動作する前の様子を示し、（ｂ）は動作した後の様子を示す。
【図７】本発明の二次電池について、スイッチの一例を概略的に示す断面図である。（ａ）は動作する前の様子を示し、（ｂ）は動作した後の様子を示す。
【図８】本発明の二次電池について、スイッチの一例を概略的に示す断面図である。（ａ）は動作する前の様子を示し、（ｂ）は動作した後の様子を示す。
【図９】本発明の二次電池について、スイッチの一例を概略的に示す断面図である。（ａ）は動作する前の様子を示し、（ｂ）は動作した後の様子を示す。
【図１０】本発明の二次電池について、スイッチの一例を概略的に示す断面図である。（ａ）は動作する前の様子を示し、（ｂ）は動作した後の様子を示す。
【図１１】本発明の二次電池について、スイッチの一例を概略的に示す断面図である。（ａ）は動作する前の様子を示し、（ｂ）は動作した後の様子を示す。
【符号の説明】
１：通気孔２：弁体３：安全弁本体４：スイッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a secondary battery that can maintain battery safety even when an abnormality occurs in a battery container.
[0002]
[Prior art]
When the secondary battery is charged and discharged, a chemical reaction occurs between the electrode and the electrolytic solution, so that the inside of the battery container is in a state of high chemical activity. In particular, in a secondary battery having a high output, such as a nickel-hydrogen secondary battery or a lithium secondary battery, when charged and discharged, the chemical activity in the battery container is extremely high.
[0003]
When an abnormality such as overcharge or short circuit occurs in the battery container in a state where the chemical activity in the battery container is high as described above, heat generation or an abnormal chemical reaction occurs, and the electrolytic solution is decomposed, resulting in an abnormal There is a risk of gas generation.
In addition, when abnormalities such as deterioration of the electrolytic solution, peeling of the active material, clogging of pores of the active material, and clogging of the separator occur in the battery container, the internal resistance of the battery increases, heat is generated, and the battery generates heat. The temperature inside the container may rise abnormally. Such an abnormal rise in temperature inside the battery may cause an abnormal chemical reaction in the electrolyte or the like, and may generate a large amount of an abnormal gas.
[0004]
As described above, when gas is abnormally generated in the battery container and the pressure in the battery container is abnormally increased, the battery may be damaged and a danger such as liquid leakage may occur.
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-290767, the inside of the battery container is sealed in a normal state, but when the pressure inside the battery container becomes abnormally high, the battery reaction part and the electrode terminal are connected. There has been proposed a secondary battery provided with a safety mechanism capable of blocking conduction of the battery and releasing the sealing in the battery container.
[0005]
In such a secondary battery, when the pressure in the battery container becomes abnormally high and the current is stopped by interrupting the conduction between the battery reaction part and the pole terminal by the safety mechanism, an abnormal chemical reaction occurs. The generation of abnormal gas is suppressed. In addition, when the sealing inside the battery container is released, the gas inside the battery container is released to the outside of the battery, and the pressure inside the battery can be reduced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional secondary battery, when the pressure in the battery container becomes abnormally high, energy (internal energy) such as charging energy is left in the battery container, and the conduction between the battery reaction part and the pole terminal is conducted. May be interrupted. The internal energy left in the battery container in this way may cause the battery to recur.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and when an abnormality occurs in a battery container, a safety mechanism that can release the sealing in the battery container without leaving internal energy in the battery container. It is an object to provide a secondary battery including:
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A secondary battery according to the present invention that solves the above-mentioned problems is provided in a part of a battery container, through which a gas generated in the battery container can be ventilated, and heat is generated when an electric current flows. A valve body formed of a heat-deformable conductive material that is deformed and connected to a positive electrode and a negative electrode at or near the opening edge of the air hole, and sealing the air hole when the valve body is not thermally deformed; And a safety valve main body that releases the sealing of the ventilation hole in conjunction with the thermal deformation of the valve element, and is interposed between at least one of the positive electrode and the negative electrode and the valve element. And a switch configured to cut off conduction with the valve body and to conduct the electrode and the valve body when at least one of the pressure and temperature in the battery container rises abnormally. It is characterized by the following.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The secondary battery of the present invention can be configured, for example, like the secondary battery shown in FIG. The secondary battery shown in FIG. 1 is a wound secondary battery having a cylindrical shape, and its battery container includes a lid and a main body.
The secondary battery is formed in a cover of the battery container, and is provided with a ventilation hole 1 through which gas generated in the battery container can be ventilated. A valve body 2 formed of a material and connected to the positive electrode and the negative electrode via leads at the opening peripheral portion of the ventilation hole 1; and sealing the ventilation hole 1 when the valve body 2 is not thermally deformed. A safety valve body 3 for releasing the sealing of the ventilation hole 1 in conjunction with the thermal deformation of the valve body 2;
A switch 4 interposed between the positive electrode and the valve body 2 for disconnecting conduction between the positive electrode and the valve body 2 in a normal state and conducting the positive electrode and the valve body 2 when the pressure in the battery container rises abnormally; Is provided.
[0010]
The lid of the battery container is made of an insulating material. As shown in FIG. 2, the main part of the safety mechanism excluding the switch 4 is provided with a ventilation hole 1 having a columnar penetrating main body 10 penetrating the wall thereof and a lid formed integrally therewith. And a hollow portion 12 of a cylindrical portion protruding in the axial direction of the secondary battery. The valve element 2 has a rectangular plate shape, and has a cylindrical insertion hole at the center. The valve body 2 has both ends joined to the periphery of the opening of the ventilation hole and is fixed. The safety valve body 3 is integrally formed of a sealing portion 30 for sealing the ventilation hole 1 and an assembling portion 32 that is inserted and assembled into the through hole of the valve body 2, and has an overall bobbin shape. (The longitudinal section has a substantially U-shaped sectional shape).
[0011]
In this secondary battery, when the above-described abnormality occurs in the battery container, the safety mechanism operates as shown in the flowchart of FIG.
When an abnormality occurs in the battery container, the electrolytic solution is decomposed, and an abnormal gas is generated in the battery container, and when the pressure in the battery container rises above a preset value, the switch 4 is turned on. Then, a current flows from the positive electrode to the negative electrode via the valve body 2. At this time, Joule heat is generated in the valve body by the current, and internal energy in the battery container is consumed. As a result, the internal energy decreases. In this way, the internal energy left in the battery case prevents the abnormality from recurring in the battery case.
[0012]
On the other hand, the valve body 2 that has generated heat due to Joule heat is thermally deformed as shown in FIG. At this time, the assembly portion 32 of the safety valve body 3 receives a force on the outside (upward) in the axial direction of the secondary battery due to the deformation of the valve body 2, and the sealing portion 30 slides in the ventilation hole 1, and The sealing portion 30 is pulled out from the pore 1 (valve opening). That is, the sealing of the ventilation hole 1 is released by linking the safety valve body 3 with the thermal deformation of the valve body 2. As a result, the gas in the battery container is released from the opening of the hollow portion 12 through the ventilation hole 1 to the outside as shown by the arrow in FIG. In this way, the pressure in the battery container is reduced, and danger such as liquid leakage due to battery damage is avoided.
[0013]
If an abnormality occurs in the battery and the temperature inside the battery container rises abnormally, even if no gas is generated in the battery container, an abnormal gas is generated in the battery container due to the rise in the temperature. It was mentioned earlier that the internal pressure could rise abnormally. When the temperature inside the battery container rises abnormally, if the valve body 2 opens and the inside of the sealed battery container is opened, the pressure inside the battery container may rise abnormally in advance. Is prevented.
[0014]
As described above, in the secondary battery of the present invention, as in the secondary battery shown in FIG. 1, when an abnormality occurs in the battery container, the internal sealing of the battery container is performed without leaving internal energy in the battery container. Can be solved. Therefore, according to the secondary battery of the present invention, even if an abnormality occurs in the battery, it is possible to prevent the battery from being damaged due to an abnormal increase in the pressure in the battery container, and to prevent liquid leakage or the like. it can. Therefore, safety is always maintained in the secondary battery of the present invention.
[0015]
In the secondary battery of the present invention, the shape and size of the ventilation hole are not particularly limited as long as the gas in the battery container can be ventilated, but each is appropriately so as to improve gas permeability in the battery container. It is preferable to select. In FIG. 1, the position where the ventilation hole is provided is also provided on the cover of the battery container, but is not limited to this. However, if provided on the lid, the safety mechanism can be easily configured without lowering the performance of the battery.
[0016]
Further, in FIG. 1, an example of the ventilation hole constituted by the through-body portion 10 and the hollow portion 12 is shown as the ventilation hole. Further, FIG. 1 shows an example in which the gas inside the battery is released from the opening of the hollow portion 12 to the outside. However, as shown in FIG. You may make it discharge | release from the through-hole 14 outside. In this case, a safety valve body 3a having a sealing portion longer in the axial direction than the safety valve body 3 is used. In this safety mechanism, as shown in FIG. 5B, when the safety valve main body 3a is slid in the ventilation hole 1, the inside of the battery container and the outside of the battery are connected through the through hole 14, and the ventilation hole 1 is closed. The seal can be broken.
[0017]
The type of the heat-deformable conductive material forming the valve body is not particularly limited, and a known heat-deformable conductive material can be used. For example, it can be formed from a bimetal such as bronze and invar, or a conductive shape memory material such as a Ti—Ni alloy.
In particular, if a valve body made of a shape memory material is used, when the temperature of the secondary battery rises abnormally, the secondary battery can be deformed by the rise in temperature before current flows through the valve body. As a result, the safety valve body can be opened earlier, and the gas inside the battery can be smoothly discharged to the outside.
[0018]
The shape of the valve body is not particularly limited to the shape shown in FIG. However, the shape shown in FIG. 1 is particularly preferable because it can be easily thermally deformed and can be easily formed.
As for the safety valve main body, FIG. 1 shows an example in which the sealing part 30 and the assembly part 32 are integrally formed. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. Alternatively, a safety valve main body 3b including only a portion corresponding to the sealing portion 30 may be used. In this case, a plate-shaped valve body 2b having no through hole is prepared, and the safety valve body 3b is joined to the valve body 2b, as shown in FIG. The sealing of the ventilation hole 1 can be released in conjunction with the thermal deformation of 2b. However, the safety valve main body 3 shown in FIG.
[0019]
Also, the material of the safety valve body is not particularly limited, but it is preferable that the safety valve body be formed of a material that is in close contact with the wall surface of the battery container facing the ventilation hole and has good slidability with respect to the wall surface. . As a material of such a safety valve body, for example, silicon can be cited.
FIG. 1 shows an example in which the safety valve body 3 is directly assembled to the valve body 2. However, if the safety valve body 3 can release the sealing of the ventilation hole in conjunction with the thermal deformation of the valve body 2, the safety valve will be described. The main body may be indirectly attached to the valve body. That is, a connecting member or the like for connecting them may be provided between the valve body and the safety valve body.
[0020]
The type of switch is not particularly limited, and a known switch can be used. FIG. 1 shows an example of a secondary battery using a switch that is turned on by detecting an abnormal increase in pressure in the battery container. However, such a switch is, for example, substantially as shown in FIG. A pressure switch having a bowl-shaped conductive plate can be used. This conductive plate is connected to the lead on the electrode side, but is joined to the lead of the valve via an insulator. The space inside the conductive plate is a low-pressure closed space. Therefore, this pressure switch insulates the electrode and the valve element in the normal state, but when the pressure inside the battery container becomes abnormally large, the conductive plate receives the action of the pressure, and as shown in FIG. It is deformed as shown and abuts on the lead on the valve body side, so that the electrode and the valve body can be electrically connected.
[0021]
Further, in addition to the pressure switch shown in FIG. 7, a pressure switch such as a strain gauge can be used.
On the other hand, you may use the pressure switch which comprises a pressure sensor which detects the abnormal rise of the pressure in a battery container, and the operation part which receives the signal emitted from the pressure sensor and performs switching. For example, a pressure sensor using a piezoelectric material can be used as the pressure sensor. A pressure sensor using a piezoelectric material can detect an increase in pressure and emit an electric signal. Therefore, a means for receiving and switching the electric signal may be used as the operation unit.
[0022]
On the other hand, if a switch that is turned on upon detecting an abnormal rise in the temperature inside the battery case is used, the safety mechanism can be operated before the pressure inside the battery case rises abnormally.
As shown in FIG. 8 (a), for example, as shown in FIG. 8 (a), two heat deformation elements made of a conductive material having a large coefficient of linear expansion are used as a temperature switch which is turned on upon detecting an abnormal rise in the temperature inside the battery container. The leads formed on the valve body side and the electrode side at predetermined intervals can be used. In this temperature switch, when heated by an abnormal temperature in the battery container, the two thermally deformable elements thermally expand as shown in FIG. 8B, and the electrodes and the valve body can be electrically connected.
[0023]
In addition to the temperature switch shown in FIG. 8, as illustrated in FIG. 9A, a heat deformation element made of a conductive shape memory material has a base end connected to a lead on the electrode side, Further, a temperature switch whose tip is formed at a predetermined interval with respect to the lead on the valve body side can be used. In addition, the connection part which was excellent in the electrical connectivity with a heat deformation element was provided in the lead on the electrode side. In this temperature switch, when the heat-deformable element is heated by an abnormal temperature in the battery case, the tip is thermally deformed as shown in FIG. 9B, and the connection part formed on the electrode-side lead is formed. , And the electrode and the valve body can be electrically connected.
[0024]
Further, a temperature switch such as a semiconductor sensor can be used.
On the other hand, a switch including a temperature sensor that detects an abnormal rise in the temperature inside the battery and an operation unit that receives a signal emitted from the temperature sensor and performs switching may be used. For example, a thermocouple can be used for the temperature sensor. Thermocouples can detect an increase in temperature and emit an electrical signal. Therefore, a means for receiving and switching the electric signal may be used as the operation unit.
[0025]
In the secondary battery of FIG. 1, the switch 4 is interposed between the positive electrode and the valve element 2, but may be interposed between the negative electrode and the valve element 2.
By the way, even while the safety mechanism operates, electric energy may be supplied (charged) from the terminal to the electrode. As a result, it takes time to stop the abnormality of the battery, and the generation of abnormal gas may be continued for a long time. Therefore, it is preferable to use a switch that cuts off conduction between the electrode and the terminal and switches to conduction between the electrode and the valve body. If such a switch is used, the supply of electric energy from the terminal to the electrode is stopped before the safety mechanism operates, and the abnormality of the battery can be stopped quickly.
[0026]
As such a switch, a pressure switch having a substantially bowl-shaped conductive plate as illustrated in FIG. 10A can be used. In this conductive plate, a part of the peripheral part is connected to the terminal, and a ceiling part is connected to the lead on the electrode side, but a part of the peripheral part is joined to the lead of the valve body via an insulator. I have. Therefore, in this pressure switch, the electrode and the terminal are normally connected, and the electrode and the valve element are insulated from each other. However, when the pressure inside the battery container becomes abnormally large, the conductive plate is subjected to the action of the pressure and deforms as shown in FIG. 10 (b), thereby cutting off the conduction between the electrode and the terminal. It can be switched to conduction with the body.
[0027]
Further, as exemplified in FIG. 11A, a heat deformable element made of a conductive shape memory material has a base end connected to a terminal, a front end connected to an electrode, and a valve. Temperature switches formed at predetermined intervals can be used for the body-side lead. Each lead on the electrode side and on the valve body side was provided with a connection portion having excellent electrical connectivity with the heat deformation element. In this temperature switch, when the heat-deformable element is heated by an abnormal temperature in the battery container, the tip thereof is thermally deformed as shown in FIG. Can be switched to conduction between the electrode and the valve element.
[0028]
The secondary battery of the present invention is not particularly limited in its type, and may be any known secondary battery. That is, an electrode formed by a known forming method using a known material can be used. As for the electrolyte, an electrolytic solution or a solid electrolyte may be used. The electrolytic solution can be prepared by a known preparation method using a known material. The solid electrolyte can also be formed by a known forming method using a known material.
[0029]
Further, a separator may be interposed between the positive electrode and the negative electrode. The type of the separator is not particularly limited, and a known separator can be used. The secondary battery of the present invention is particularly suitable for a secondary battery having a high output, such as a nickel-metal hydride secondary battery or a lithium secondary battery.
FIG. 1 shows a secondary battery having a wound battery structure. However, the battery structure of the secondary battery of the present invention is not limited to a wound battery structure, and a flat electrode plate is laminated. The secondary battery may have any known battery structure such as a battery structure. The shape of the battery is not limited to the column shape. That is, the shape of the battery container is not particularly limited. Also, the material of the battery container is not particularly limited, and a known material can be used.
[0030]
1 also shows an example in which both electrode terminals are provided on the lid in FIG. 1, but the present invention is not limited to this. One electrode terminal is provided on the body of the battery container. It may be provided on the bottom part.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of a secondary battery of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a main part of a safety mechanism of the secondary battery shown in FIG. (A) is a top view of the main part, and (b) is a longitudinal sectional view of the main part.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow in which a safety mechanism operates in the secondary battery shown in FIG.
FIG. 4 is a view schematically showing a state in which a safety mechanism is operated in the secondary battery shown in FIG. (A) is a top view of the main part, and (b) is a longitudinal sectional view of the main part.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a main part schematically showing a main part of an example of a modification of the safety mechanism of the secondary battery of the present invention. (A) shows a state before operation, and (b) shows a state after operation.
FIG. 6 is a main part longitudinal sectional view schematically showing a main part of an example of a modification of the safety mechanism of the secondary battery of the present invention. (A) shows a state before operation, and (b) shows a state after operation.
FIG. 7 is a sectional view schematically showing an example of a switch in the secondary battery of the present invention. (A) shows a state before operation, and (b) shows a state after operation.
FIG. 8 is a sectional view schematically showing an example of a switch in the secondary battery of the present invention. (A) shows a state before operation, and (b) shows a state after operation.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of a switch in the secondary battery of the present invention. (A) shows a state before operation, and (b) shows a state after operation.
FIG. 10 is a sectional view schematically showing an example of a switch in the secondary battery of the present invention. (A) shows a state before operation, and (b) shows a state after operation.
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a switch in the secondary battery of the present invention. (A) shows a state before the operation, and (b) shows a state after the operation.
[Explanation of symbols]
1: vent hole 2: valve body 3: safety valve body 4: switch

Claims

A vent formed in a part of the battery container and capable of venting gas generated in the battery container;
A valve body formed of a heat-deformable conductive material that generates heat and is thermally deformed when an electric current is passed, and is formed by being connected to the positive electrode and the negative electrode at or near the opening peripheral portion of the ventilation hole,
When the valve body is not thermally deformed, seals the ventilation hole, and releases the sealing of the ventilation hole in conjunction with the thermal deformation of the valve body;
It is interposed between at least one of the positive electrode and the negative electrode and the valve body, and disconnects conduction between the electrode and the valve body in a normal state, and at least one of pressure and temperature in the battery container abnormally rises A switch for conducting the electrode and the valve body when
A secondary battery comprising a safety mechanism comprising: