二次电池的制作方法

本发明涉及一种装设在车辆中的二次电池。

背景技术：

根据关联技术的二次电池包括例如日本专利申请公报no.2014-82073(jp2014-82073a)中公开的二次电池。jp2014-82073a中公开的二次电池设置有在外壳的内部压力上升时在正极的外部端子与负极的外部端子之间形成短路的短路机构。

在jp2014-82073a中公开的二次电池中，外部端子的一部分配置成与设置在密封体上的反转板对向。在外部端子的与反转板对向的部分上设置有包括彼此层叠的电阻器和导电部件的层叠体。当外壳的内部压力上升时，反转板反转并且因此经由层叠体与外部端子电连接。因此，正极的外部端子与负极的外部端子之间通过密封体形成短路。

技术实现要素：

然而，在jp2014-82073a中公开的二次电池中，即使当反转板已反转并因此与层叠体接触时，车辆的大振动也会导致反转板振动并且与层叠体分离。这种情况下，无法稳定地维持正极的外部端子与负极的外部端子之间形成短路的状态。这可能降低电池的可靠性。

本发明提供了一种二次电池，该二次电池构造成在外壳的内部压力上升时稳定地维持正极的外部端子(在下文中，简称为“正极外部端子”)与负极的外部端子(在下文中，简称为“负极外部端子”)之间形成短路的状态。

本发明的一方面涉及一种二次电池，其包括电池元件、外壳、正极外部端子、负极外部端子和短路机构。所述电池元件收纳在所述外壳内。所述正极外部端子和所述负极外部端子设置在所述外壳的外侧。所述正极外部端子和所述负极外部端子与所述电池元件电连接。所述短路机构构造成在所述正极外部端子与所述负极外部端子之间经所述外壳形成短路。所述短路机构包括导通部、反转板和硬焊材料。所述导通部与所述正极外部端子和所述负极外部端子中的一者导电性地连接成使得所述导通部与所述外壳对向。所述反转板设置在所述外壳的与所述导通部对向的部分上。所述反转板构造成在所述外壳的内部压力上升时以接近所述导通部的方式变形。所述硬焊材料设置在所述导通部和所述反转板中的一者上，使得所述硬焊材料位于所述导通部与所述反转板之间。

这里，用语“硬焊材料”是能在母材不熔融的情况下连接多个部件的材料。构成硬焊材料的材料(例如硬焊填充金属)具有比待结合的部件(母材)低的熔点。硬焊材料熔融并且使用熔融的硬焊材料作为一种结合材料，藉此硬焊材料将多个部件连接。

对于这种构型，当外壳的内部压力上升并且反转板反转时，反转板和导通部通过硬焊材料彼此电连接。结果，正极外部端子与负极外部端子之间通过设置有反转板的外壳、反转板和导通部形成短路。当正极外部端子与负极外部端子之间形成短路时，短路电流流经硬焊材料，并且硬焊材料由于电阻加热而发热。结果，硬焊材料熔融并且铺开。随着硬焊材料在由反转的反转板挤压的同时铺开，硬焊材料的电阻下降，使得通过电阻加热产生的热量减少。因此，硬焊材料固化并且导通部和反转板彼此固定。结果，导通部与反转板之间的电连接状态稳定，使得能稳定地维持正极外部端子与负极外部端子之间形成短路的状态。

在上述构型中，所述导通部可包括具有比所述导通部的其它部分的电阻高的电阻的电阻器，所述电阻器设置于其中所述电阻器与所述反转板对向的位置处，并且所述硬焊材料可设置成在所述反转板处于反转状态时在将所述电阻器和所述反转板彼此电连接的同时将所述电阻器和所述反转板彼此固定。

对于这种构型，当正极外部端子与负极外部端子之间形成短路时，能通过电阻器调节流经硬焊材料的短路电流。结果，硬焊材料能稳定地熔融。

在上述二次电池中，所述硬焊材料可设置在所述导通部上。

对于这种构型，导通部具有平坦形状，使得硬焊材料能比形成在反转板上更容易地形成在导通部上。

在上述二次电池中，所述硬焊材料在所述反转板反转之前可呈圆柱形状。此外，在所述反转板反转之前，所述硬焊材料在所述导通部与所述反转板彼此对向的方向上的长度可在2mm与3mm之间(含)，并且所述硬焊材料的正交于所述硬焊材料的长度方向的直径可在2mm与3mm之间(含)。

以此方式设定硬焊材料的长度和直径使得能够防止反转板熔融，同时允许硬焊材料通过在正极外部端子与负极外部端子之间形成短路时经由反转板流经硬焊材料的短路电流熔融。结果，短路机构能稳定地作动。

在上述构型中，所述硬焊材料能以这样的方式变形，即随着所述反转板变形成使得所述反转板与所述导通部之间的距离减小，在所述硬焊材料由所述反转板压向所述导通部时所述硬焊材料沿所述硬焊材料的径向铺开并且所述硬焊材料的长度减小。

在上述构型中，所述硬焊材料可设置成使得所述硬焊材料的电阻随着所述硬焊材料变形成使得所述硬焊材料的长度减小而减小，并且所述硬焊材料在所述反转板处于反转状态时经历从软化状态和熔融状态到固体状态的相变。

在上述构型中，所述硬焊材料可以是包含铅、锡和锌中的至少一者的硬焊填充金属。

在上述构型中，所述电阻器可以是导电性陶瓷。

在上述构型中，所述导通部可与所述正极外部端子和所述负极外部端子中的一者导电性地连接。此外，所述正极外部端子和所述负极外部端子中的另一者通过导电性部件可与所述外壳电连接。

本发明可以提供一种构造成在外壳的内部压力上升时稳定地维持正极外部端子与负极外部端子之间形成短路的状态的二次电池。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是根据一个示例性实施方式的二次电池的透视截面图；

图2是示出图1中的短路机构在作动之前的状态的视图；

图3是示出图1中的短路机构在处于正在作动的过程中时的状态的视图；

图4是示出图1中的短路机构在短路机构作动之后的状态的视图；

图5是示意性地示出用于为了验证示例性实施方式的效果而实施的验证试验中的二次电池的短路机构的视图；

图6是示出为了验证示例性实施方式的效果而实施的验证试验的条件和结果的表格；以及

图7是示出根据修改例的短路机构作动之前的状态的视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细说明本发明的示例性实施方式。在下述示例性实施方式中，同样或共同的元件在附图中将通过同样的附图标记表示，并且不会重复这些元件的说明。

图1是根据一个示例性实施方式的二次电池1的透视截面图。将参考图1说明根据示例性实施方式的二次电池1。根据示例性实施方式的二次电池1一起串联或并联组装到组合电池中，并且该组合电池装设在例如混合动力车辆中。

如图1所示，根据示例性实施方式的二次电池1包括外壳10、用作电池元件的电极体13、短路机构100、负极的外部端子20(在下文中，简称为“负极外部端子20”)、正极的外部端子21(在下文中，简称为“正极外部端子21”)、连接部件30、31、用于负极的集电体50和用于正极的集电体51。

外壳10包括具有有底方管形的壳体部15，和密封体25。电极体13收纳在壳体部15中。密封体25密封壳体部15的开口16。电极体13(即，电池元件)收纳在外壳10的内部。负极外部端子20和正极外部端子21设置在外壳10的外侧，并且安装在密封体25上。

电极体13包括正极芯体、负极芯体和隔板(这些均未示出)。正极芯体和负极芯体以隔板介设在其间的状态卷绕。负极芯体露出部11设置在电极体13的一端上，并且正极芯体露出部12设置在电极体13的另一端。

负极芯体露出部11经由集电体50和连接部件30与负极外部端子20电连接。因此，负极外部端子20与电极体13电连接。

正极芯体露出部12经由集电体51和连接部件31与正极外部端子21电连接。因此，正极外部端子21与电极体13电连接。

除负极外部端子20、连接部件30和集电体50外，二次电池1在负极侧包括螺栓22、绝缘体24和垫片40。

绝缘体24设置在外壳10的外部上。绝缘体24具有凹部24a。螺栓22的一部分收纳在凹部24a中。绝缘体24直接安置在密封体25上。绝缘体24介设在密封体25与负极外部端子20之间。绝缘体24由绝缘材料制成，并且将密封体25与负极外部端子20电绝缘。

负极外部端子20配置在绝缘体24上。负极外部端子20由诸如铜的导电性材料制成。负极外部端子20设置有当从垂直于密封体25的方向看去时比绝缘体24多地朝正极外部端子21突出的导通部201。

导通部201与构成外壳10的一部分的密封体25对向。导通部201配置成与密封体25隔离开。导通部201具有导电性。导通部201与负极外部端子20导电性地连接。导通部201可与负极外部端子20一体化，或可以是与负极外部端子20不同的部件。当导通部201是与负极外部端子20不同的部件时，导通部201优选由诸如铜的导电材料制成，正如负极外部端子20那样。

连接部件30设置成从集电体50的上端部52向上突出。连接部件30将负极外部端子20和集电体50彼此电连接。垫片40配置在密封体25与集电体50的上端部52之间。垫片40将密封体25与集电体50电绝缘。

除正极外部端子21、连接部件31和集电体51外，二次电池1在正极侧包括螺栓23、绝缘体27和垫片41。

绝缘体27设置在外壳10的外部上。绝缘体27具有凹部27a。螺栓23的一部分收纳在凹部27a中。绝缘体27直接安置在密封体25上。绝缘体27介设在密封体25与正极外部端子21之间。绝缘体27由绝缘材料制成，并且将密封体25与正极外部端子21电绝缘。

正极外部端子21配置在绝缘体27上。正极外部端子21由诸如铜的导电性材料制成。正极外部端子21通过导电性部件90与密封体25电连接。

连接部件31设置成从集电体51的上端部53向上突出。连接部件31将正极外部端子21和集电体51彼此电连接。垫片41配置在密封体25与集电体51的上端部53之间。垫片41将密封体25与集电体51电绝缘。

图2是示出图1中的短路机构100在作动之前的状态的视图。将参考图2说明短路机构100的构型。

如图2所示，短路机构100包括上述导通部201、反转板60和硬焊材料70。

反转板60由诸如铝的导电材料制成。反转板60的形式是在俯视图中呈圆形的薄板。反转板60的厚度例如为约0.3mm，并且反转板60的直径为约16mm。

反转板60设置在密封体25的与导通部201对向的部分上。更具体地，反转板60设置成封闭设置在密封体25的与导通部201对向的部分中的开口25b。反转板60构造成在所述外壳10的内部压力上升时以接近导通部201的方式变形。

反转板60包括中央部(反转板)61和周缘部62。在短路机构100作动之前(即，在反转板60反转之前)，反转板60的中央部61位于周缘部62的下方。在短路机构100作动之后(即，在反转板60反转之后)，反转板60的中央部61位于周缘部62的上方。反转板60的周缘部62与密封体25的位于密封体25的开口25b周围的外表面25a连接。

导通部201包括电阻器80。电阻器80的电阻比导通部201的其它部分高。电阻器80设置于其中电阻器80与反转板60对向的位置处。电阻器80例如呈盘形。电阻器80由例如导电性陶瓷制成。

电阻器80的电阻优选地在4mω到6mω之间(含)。当电阻器80的电阻低于4mω时，通过将硬焊材料70的电阻和电阻器80的电阻一起相加而获得的电阻低。这种情况下，当如稍后所述短路机构100作动时，硬焊材料70中由于流经硬焊材料70的短路电流而通过电阻加热产生的热量大，并且因此反转板60可由于经硬焊材料70传导的热而熔融。

另一方面，当电阻器80的电阻高于6mω时，通过将硬焊材料70的电阻和电阻器80的电阻一起相加而获得的电阻高。这种情况下，当短路机构100作动时，硬焊材料70中由于流经硬焊材料70的短路电流而通过电阻加热产生的热量小，并且因此硬焊材料70可能不会充分熔融。

可省略电阻器80，只要适当地设定硬焊材料70的形状使得能够适当地控制硬焊材料70中由于短路机构100作动时的短路电流而通过电阻加热产生的热量即可。

当设置了电阻器80时，可通过电阻器80调整流经硬焊材料70的短路电流。结果，硬焊材料能稳定地熔融。

硬焊材料70具有大体圆柱形状。硬焊材料70在导通部201上设置成位于导通部201与反转板60之间。硬焊材料70设置成与电阻器80连接并且从电阻器80朝反转板60延伸。硬焊材料70构造成在反转板60反转时在将导通部201和反转板60电连接在一起的同时将导通部201和反转板60固定在一起。

硬焊材料70在短路机构100作动之前、也就是在反转板60反转之前与反转板60分离开。在反转板60反转之前在硬焊材料70与反转板60之间留出了空间s。

以此方式在硬焊材料70与反转板60之间留出空间s防止了在二次电池1正常工作时发生负极外部端子20与正极外部端子21之间的短路。

硬焊材料70由诸如铅、锡或锌的导电性材料制成。硬焊材料70由能在反转板60自身不熔融的情况下将反转板60和导通部201彼此连接的材料构成。构成硬焊材料70的合金(硬焊填充金属)具有比用作待结合的基材的反转板60低的熔点。合金熔融并且熔融的合金被用作一种结合材料，藉此硬焊材料70将反转板60和导通部201彼此连接。

硬焊材料70不限于上述由诸如铅、锡或锌的导电性材料制成的硬焊材料。也就是说，硬焊材料70也可由导电性树脂、导电性橡胶或半导体制成，只要构成硬焊材料70的材料具有比导通部201和反转板60各者低的熔点即可。

当反转板60处于反转状态时，硬焊材料70与反转板60接触。结果，短路电流流经硬焊材料70，并且硬焊材料70由于电阻加热而发热并因此熔融。随着硬焊材料70熔融，其变形，并且结果，通过电阻加热而产生的热量减少。因此，硬焊材料70固化。结果，硬焊材料70将导通部201和反转板60彼此固定。

硬焊材料70在导通部201和反转板60彼此对向的方向上的长度优选在2mm与3mm之间(含)。此外，硬焊材料70的正交于硬焊材料70的长度方向的直径优选在2mm与3mm之间(含)。

当硬焊材料70的长度和直径处于这些范围内时，可在短路机构100作动时适当地控制硬焊材料70中由于流经硬焊材料70的短路电流而通过电阻加热产生的热。因此，可以既防止硬焊材料70由于不充分的电阻加热而不充分熔融，又可防止反转板60通过由于过度的电阻加热而经由硬焊材料70传导的热熔融。

图3是示出图1中的短路机构100在处于正在作动的过程中时的状态的视图。图4是示出图1中的短路机构100在作动之后的状态的视图，将参考图3和图4说明短路机构100在作动时的行为。

短路机构100响应于外壳10的内部压力的上升而作动。当短路机构100作动时，负极外部端子20与正极外部端子21之间通过外壳10而建立短路。

更具体地，当外壳10的内部由于二次电池1的过充电而产生气体并且因此外壳10的内部压力上升并超过预定值时，反转板60反转而接近导通部201。因此，反转板60与硬焊材料70的下端侧接触。结果，负极外部端子20和正极外部端子21经导通部201、硬焊材料70、反转板60、密封体25和上述导电性部件90电连接，藉此负极外部端子20与正极外部端子21之间形成短路。

当负极外部端子20与正极外部端子21之间形成短路时，短路电流因此流经硬焊材料70。结果，硬焊材料70自身通过电阻加热而发热，并且硬焊材料70软化并熔融。反转板60然后根据硬焊材料70的软化状态和熔融状态以使得导通部201与反转板60的中央部61之间的距离减小的方式变形。

如图3所示，当短路机构100处于正在作动的过程中时，硬焊材料70的下端侧熔融并且沿其径向铺开，并且反转板60的中央部61和反转板60的周缘部62位于大致同一平面上。

硬焊材料70总体上以这样的方式变形，即随着在硬焊材料70由反转板60压向导电部201的同时硬焊材料70的软化和熔融进行，硬焊材料70沿其径向铺开并且硬焊材料70的长度减小。作为硬焊材料70的这种变形的结果，硬焊材料70的电阻减小并且电阻加热被大幅抑制。结果，硬焊材料70经历从软化状态和熔融状态到固体状态的相变。

如图4所示，在短路机构100作动之后，硬焊材料70具有大体扁平的圆板形状并且固化。当硬焊材料70以硬焊材料70保持与导通部201(更具体地，导通部201中所包括的电阻器80)和反转板60接触的状态固化时，导通部201和反转板60在通过硬焊材料70彼此电连接的同时彼此固定。这种状态下，硬焊材料70维持在低电阻状态下，并且因此不会由于短路电流而软化和熔融。

即使当车辆振动时，导通部201和反转板60也保持电连接，这是因为硬焊材料70固化并且将导通部201和反转板60彼此固定。结果，导通部201与反转板60之间的电连接稳定，使得能稳定地维持负极外部端子20与正极外部端子21之间形成短路的状态。

结果，二次电池1的充电状态(soc)从充电过多状态变成安全状态，使得例如能抑制二次电池1的由于过充电而引起的发热和破损。结果，二次电池1的可靠性提高。此外，在其中二次电池1串联或并联结合在一起的组合电池(电池模块)中，也能可靠地维持邻接的二次电池1之间的导电。因此，即使当一些二次电池1未正常工作时，也能从电池模块的其余正常工作的二次电池1取出电力，使得车辆能以跛行回家模式行驶。

对于上述构型，在根据示例性实施方式的二次电池1中，当外壳10的内部压力上升时，能稳定地维持负极外部端子20与正极外部端子21之间形成短路的状态。

图5是示意性地示出用于为了验证示例性实施方式的效果而实施的验证试验中的二次电池的短路机构的视图。图6是示出为了验证示例性实施方式的效果而实施的验证试验的条件和结果的表格。将参考图5和图6说明为了验证示例性实施方式的效果而执行的验证试验。

如图5所示，准备基于根据示例实施方式的短路机构100的短路机构作为根据实施例1和实施例2的二次电池的短路机构，并且验证短路机构100的举动/行为。根据实施例1的短路机构和根据实施例2的短路机构彼此的不同之处在于硬焊材料70的材质。

在根据实施例1的短路机构中，硬焊材料70的材质为铅。此外，硬焊材料70的直径φ为2.0mm，并且硬焊材料70的长度l为3.0mm。

在根据实施例2的短路机构中，硬焊材料70的材质为锡。硬焊材料70的直径φ为2.0mm，并且硬焊材料70的长度l为3.0mm。

在根据实施例1和实施例2的短路机构中，导通部201的板厚度为1.5mm，导通部201在俯视图中的长度为16mm，并且导通部201在俯视图中的宽度为16mm。此外，负极外部端子20的材质为铜。

此外，电阻器80的板厚度为0.1mm，并且电阻器80的直径为16mm。电阻器80的材质为导电性陶瓷，并且电阻器80的电阻为约5mω。反转板60的板厚度为1.5mm，并且反转板60的直径为16mm。反转板60的材质为铝。

构成导通部201的铜的熔点为约1085℃，并且构成反转板60的铝的熔点为约660℃。构成硬焊材料70的铅的熔点为约327.5℃，并且构成硬焊材料70的锡的熔点为约232℃。这样，硬焊材料70的熔点比导通部201的熔点和反转板60的熔点两者低。

为了验证根据实施例1和实施例2的短路机构的举动/行为，将反转板60反转并且在反转板60保持与硬焊材料70接触的状态下施加4v的电压作为导通部201与反转板60之间的电压。

在实施例1中，在初始状态下，硬焊材料70通过电阻加热而发热并且硬焊材料70的温度变成比硬焊材料70的熔点高的528.4℃。结果，硬焊材料70适当地熔融。另一方面，硬焊材料70的温度比反转板60的熔点低，使得反转板60不熔融。

熔融的硬焊材料70由反转板60挤压，并且因此硬焊材料70的直径扩大。结果，硬焊材料70的电阻发热被抑制。最终，硬焊材料70的温度变成37.3℃。这种状态下，在初始状态下熔融的硬焊材料70固化，使得导通部201和反转板60在通过硬焊材料70彼此电连接的同时彼此固定。结果，稳定地维持了反转板60与导通部201之间形成短路的状态。

在实施例2中，在初始状态下，硬焊材料70通过电阻加热而发热并且硬焊材料70的温度变成比硬焊材料70的熔点高的252.2℃。结果，硬焊材料70适当地熔融。另一方面，硬焊材料70的温度比反转板60的熔点低，使得反转板60不熔融。

熔融的硬焊材料70由反转板60挤压，并且因此硬焊材料70的直径扩大。结果，硬焊材料70的电阻发热被抑制。最终，硬焊材料70的温度变成34.0℃。这种状态下，在初始状态下熔融的硬焊材料70固化，使得导通部201和反转板60在通过硬焊材料70彼此电连接的同时彼此固定。结果，稳定地维持了反转板60与导通部201之间形成短路的状态。

这样，可以表述为，在根据示例性实施方式的二次电池中，也凭经验确认了在短路机构作动之后导通部201和反转板60能在彼此电连接的同时彼此固定。也可认为，也以经验确认了通过在利用硬焊材料70将导通部201和反转板60彼此连接的同时将导通部201和反转板60彼此固定来稳定地维持在反转板60与导通部201之间形成短路的状态。

在上述实施例中，硬焊材料70的直径φ为2.0mm并且硬焊材料70的长度l为3.0mm，但硬焊材料70的尺寸不限于这些尺寸。通过适当地设定例如硬焊材料70的材质、直径和长度，适当地调整了在初始短路状态下流经硬焊材料70的短路电流。这样，在短路机构作动之后导通部201和反转板60能在通过硬焊材料70彼此电连接的同时彼此固定。

图7是示出根据修改例的短路机构100a作动之前的状态的视图。将参考图7说明根据修改例的短路机构100a。

根据修改例的短路机构100a与根据示例性实施方式的短路机构100的不同之处在于硬焊材料70设置在反转板60上。这种情况下，在反转板60反转之前，在硬焊材料70与导通部201(更具体地，电阻器80)之间留出了空间s，并且在反转板60反转之后，硬焊材料70与导通部201接触。利用该构型，同样，设置有短路机构100a的二次电池能产生与根据示例性实施方式的二次电池1基本上相同的效果。

然而，当如在示例性实施方式中所述硬焊材料70设置在导通部201上时，导通部201具有平坦形状，使得硬焊材料70能比形成在反转板60上更容易地形成在导通部201上。

在上述示例性实施方式中，短路机构100设置在负极外部端子20侧，但短路机构100的位置不限于此。短路机构100也可设置在正极外部端子21侧。这种情况下，正极外部端子21设置有导通部201。

此外，短路机构100也可设置在负极外部端子20侧和正极外部端子21侧中的每一者上。这种情况下，优选地省略将正极外部端子21和密封体25彼此电连接的根据示例性实施方式的导电性部件90。

在上述示例性实施方式中，说明了导通部201设置成与密封体25对向的情况，但导通部201也可设置在外壳10的侧面(即，壳体部15的侧面)上。这种情况下，反转板60设置在外壳10的侧面的与导通部201对向的部分上。

迄今为止，已说明了本发明的示例性实施方式和实施例，但本文中公开的示例性实施方式和实施例在所有方面仅为示例且不应该以任何方式被解释为限制的。本发明的范围通过专利权利要求的范围来表示，并且包括处在与专利权利要求的范围相当的范围和含义内的所有改型。