二次电池以及二次电池的控制方法与流程

本发明涉及二次电池以及二次电池的控制方法。

背景技术：

近年来，以环境保护运动的兴起为背景，正在推进电动汽车(ev)以及混合电动汽车(hev)的开发。作为上述汽车的电动机驱动用电源，适合使用能够重复充放电的二次电池等电动机驱动用电子设备。特别是可期待高容量、高输出的锂离子二次电池受到关注，目前正在快速进行开发。

锂离子二次电池例如是作为发电元件而层叠多个单电池层、由外装部件对该层叠体进行密封的结构。上述锂离子二次电池所存储的能量大，安全性的确保则更为重要。

用于确保安全性的试验之一为钉刺试验(穿钉试验)。钉刺试验是假设导电体刺穿二次电池的外装部件的情况下的试验。当导电体刺穿二次电池的外装部件时，在发电元件与导电体之间产生短路，并且大电流在与发电元件内及导电体之间流动。此时，产生焦耳热，温度上升。

以往，具有一种技术，其为了防止上述导电体刺穿时的温度上升，而设置短路形成兼散热促进单元。短路形成兼散热促进单元设置在电池外部，在导电体侵入发电元件内而产生内部短路时，形成相对低电阻的外部电路。由此，将短路电流向外部电路引导，使流向侵入发电元件内部的导电体的电流减少，抑制在发电元件内部的发热。短路形成兼散热促进单元的外部电路主要为金属板，通过将该金属板与电池内的电极的引线部进行连接，由此，在因导电体的侵入等而使发电元件内部短路之前，使外部先短路，从而使电池电压下降，减少因化学反应而引起的发热(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2001-68156号公报

发明所要解决的技术问题

然而，在导电体侵入发电元件内时，在该导电体与短路形成兼散热促进单元的连接部也产生热。该连接部的热向内部的发电元件传导，使发电元件内部的温度上升，可能会使电池性能劣化。另外，相反，拆下导电体与短路形成兼散热促进单元的连接部，电流不能够向外部电路溢出，其结果为，电流在发电元件内部流动，也可能使温度上升。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种二次电池，即使导电体侵入电池的发电元件内，也能够抑制发电元件的温度上升。另外，本发明的其它目的在于提供一种二次电池的控制方法，即使导电体侵入电池的发电元件内，也能够抑制发电元件的温度上升。

用于解决技术问题的技术方案

用于实现上述目的的本发明的二次电池具有发电元件，其至少具有一个依次层叠正极、隔膜、以及负极的单电池层。具有导电部件，其在该发电元件的层叠单电池层的方向的至少一方的外侧经由电绝缘部件而配置。具有外部短路电路，其将导电部件和极性与位于发电元件之中配置有导电部件的一侧的最外层的电极相反的电极电连接。而且，具有外部放电安全电路，该电路具有电流检测部，其检测在外部短路电路中是否有电流流动，并且具有开关装置，其在电流检测部未检测出电流时，使发电元件的正极与发电元件的负极之间电绝缘，在电流检测部检测出电流时，使发电元件的正极与发电元件的负极之间在发电元件的外部短路。

用于实现上述目的本发明的二次电池的控制方法是一种二次电池的控制方法，该二次电池具有：至少具有一个依次层叠正极、隔膜、以及负极的单电池层的发电元件、在发电元件的层叠单电池层的方向的至少一方的外侧经由电绝缘部件而配置的导电部件、以及将导电部件分别和极性与位于发电元件之中配置有导电部件的一侧的最外层的电极相反的电极电连接的外部短路电路。该控制方法为，检测电流在外部短路电路中流动的情况，使发电元件的正极与发电元件的负极之间在发电元件的外部电短路。

发明的效果

根据本发明，在导电体侵入到发电元件的情况下，在检测出在发电元件的外侧设置的导电部件与导电部件所连接的电极之间流动的电流时，使发电元件的正极与发电元件的负极之间短路。由此，能够释放发电元件的能量，并能够抑制发电元件的温度上升。

附图说明

图1是表示第一实施方式的双极型二次电池的整体结构的概况图。

图2是表示钉刺前的状态的示意图。

图3是表示钉刺之后的状态的示意图。

图4是表示钉贯通后的状态的示意图。

图5是表示钉贯通后的其它状态的示意图。

图6是表示第二实施方式的双极型二次电池的整体结构的概况图。

图7是表示第三实施方式的层叠型二次电池的整体结构的概况图。

图8是表示钉刺前的状态的示意图。

图9是表示钉刺之后的状态的示意图。

图10是表示钉贯通后的状态的示意图。

图11是表示钉贯通后的其它状态的示意图。

图12是表示第四实施方式的二次电池的整体结构的概况图。

图13是说明控制部的处理流程的流程图。

图14是表示在使用第四实施方式的其它结构(变形例)即电压传感器的情况下的二次电池的整体结构的概况图。

图15是表示第五实施方式的二次电池的整体结构的概况图。

图16是表示钉刺试验的结果的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图，说明本发明的实施方式。此外，在如下的说明中，对于相同的主要部件使用相同的符号，省略重复的说明。另外，附图的尺寸比率为了方便说明而被夸张，可能与实际的比率不同。另外，在如下的说明中，所谓的“电连接”，包括电子部件(部件)直接连接而导通的情况，也包括在中途介入其它的导电性部件(例如电阻及负载、线圈等)而导通的情况。

(第一实施方式)

第一实施方式为双极型二次电池。

图1是表示第一实施方式的双极型二次电池的整体结构的概况图。

如图1所示，双极型二次电池1具有将进行充放电的发电元件100密封在外装部件20的内部的结构。

发电元件100将在面状的集电体11的一方的面形成有正极12、在另一方的面形成有负极13而形成的双极型电极14a经由隔膜15层叠多层。因此，发电元件100可以说是将由隔膜15、位于隔膜15的一方的面的正极12、以及位于隔膜15的另一方的面的负极13形成的单电池层14b经由集电体11而层叠的结构。双极型二次电池1通过单电池层14b以正极12与负极13交替的方式而经由集电体11进行层叠，由此，将各单电池层14b电串联。此外，层叠的单电池层14b的数量未限定，可以根据所希望的输出电压进行调整。

将多个集电体11之中双极型二次电池1的正极侧的最外层集电体作为正极侧最外层集电体11a、负极侧的最外层集电体作为负极侧最外层集电体11b来加以区分。

正极侧最外层集电体11a与正极集电板16接合。负极侧最外层集电体11b与负极集电板17接合。此外，不限定于该结构，正极侧最外层集电体11a及负极侧最外层集电体11b也可以经由各自规定的层(例如构成正极或负极的层)，与正极集电板16及负极集电板17接合。

正极集电板16在发电元件100的一方的最外层与发电元件100电连接，其一部分保持不变向外装部件20的外部导出，成为正极接头16a。正极接头16a为该发电元件100的正极。

负极集电板17在发电元件100的另一方的最外层与发电元件100电连接，其一部分保持不变向外装部件20的外部导出，成为负极接头17a。负极接头17a为该发电元件100的负极。

在双极型二次电池1放电时，外部负载与正极接头16a及负极接头17a连接，在充电时充电器(包括发电机)与正极接头16a及负极接头17a连接。作为外部负载，例如为电动机及其它的电路等。双极型二次电池1通过上述外部负载及充电器，一方的电极(正极接头16a或负极接头17a)接地(地线)。

集电体11、11a、11b、以及正极集电板16和负极集电板17都只要是在二次电池中使用的导电性材料即可，未特别限定。具体而言，例如可以使用铝、铜、镍、含有上述金属的合金及不锈钢等的金属、进而导电性树脂等。

发电元件100具有与集电体11的外周缘相接的密封部18。密封部18由绝缘性的密封材料形成。密封部18固定在集电体11的外周部即端部，并且配置在两个隔膜15之间。密封部18防止在发电元件100中相邻的集电体11彼此的接触、以及因单电池层14b的端部的稍许错位而产生的短路。

在层叠单电池层14b的方向的正极集电板16的外侧，经由电绝缘部件(下面简称为绝缘部件)31层叠有导电部件32。绝缘部件31防止正极集电板16与导电部件32接触，进行电绝缘。

导电部件32和极性与发电元件100之中位于配置有导电部件32的一侧的最外层的电极相反的电极电连接。在此，导电部件32隔着绝缘部件31配置在正极侧最外层集电体11a的外侧。因此，导电部件32与发电元件100的负极即负极接头17a电连接。

导电部件32的一端向外装部件20之外导出，利用引线33与负极接头17a(为发电元件100的负极)电连接。在引线33的中途连接有电阻r及继电器40的线圈41。也就是说，导电部件32经由电阻r，与线圈41的一端子连接，线圈41的另一端子与负极接头17a连接。在此，将利用引线33而形成的导电部件32、电阻r、线圈41、以及负极接头17a的路径称为外部短路电路35。

在外部短路电路35中，导电部件32与负极接头17a电连接，但利用绝缘部件31，与正极集电板16电绝缘。因此，在正常的状态(图1所示的状态)下，在线圈41及电阻r中未流动有电流。

电阻r是在该外部短路电路35中流动有电流时(后面叙述)用于保护继电器40(特别是线圈)的负载。另外，通过安装电阻r，在外部短路电路35中流动有电流时，具有容易使电流向外部放电安全电路36流动的作用，详细情况将在后面叙述。在外部短路电路35中流动有电流的情况是导电体刺穿导电部件32并侵入时的情况。侵入的导电体与导电部件32的接触电阻比正常的配线电阻高。因此，即使不设置电阻r，原本外部放电安全电路36也比外部短路电路35更易于电流流动。因此，只要继电器40足够耐压，也可以不设置电阻r。

导电部件32的面积为电极的面积(发电元件的与层叠方向交叉的面的面积)以上的面积。实际上是正极集电板16及负极集电板17的任意较大的一方以上的面积。通过形成为上述大小，当假设发生导电体(例如钉刺试验的钉)侵入发电元件100内的情况时，必须与导电部件32接触。

导电部件32只要是与集电体及集电板同样地具有导电性的材料即可，例如可以使用金属或导电性树脂。

绝缘部件31使用具有绝缘性、相对于固体电解质脱落的密封性(sealing)及相对于来自外部的水分渗透的密封性、电池动作温度下的耐热性等的材料。例如聚氨酯树脂、环氧树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰亚胺树脂、以及橡胶等。特别从耐腐蚀性、耐药性、制造的容易程度(成膜性)、以及经济性等的角度出发，优选使用聚氨酯树脂、环氧树脂。

继电器40众所周知，由线圈41与开关42构成，通过在线圈41流动有电流，利用在线圈41产生的电磁力，使开关42打开、闭合。虽然线圈41一般情况下卷绕在铁芯(未图示)，但也可以没有铁芯。线圈41为电流检测部，开关42为开关装置。

在继电器40中，开关42的一端子与正极接头16a连接，另一端子与负极接头17a连接。开关42被安装为常打开(断开)，通过电流在线圈41中流动，使之闭合(接通)进行动作。

在本第一实施方式中使用的继电器40例如为双稳态继电器(自锁继电器)。双稳态继电器当电流在线圈41中流动、而开关42一旦切换时，即使线圈41的电流被切断，也保持切换后的状态(即使线圈电流被切断，也不会恢复为原来的状态)。在本第一实施方式中，在线圈41未流动有电流的状态下，开关42为打开(断开)状态，正极接头16a与负极接头17a电绝缘。另一方面，当在线圈41流动有电流时，开关42闭合(接通)，正极接头16a与负极接头17a电连接。一旦开关42闭合(接通)后，即使在线圈41中未流动有电流，开关42也仍然为闭合状态。因此，能够维持正极接头16a与负极接头17a电连接的状态。也可以使用双稳态继电器以外的其它继电器，可以使用线圈断电时正极接头16a与负极接头17a之间打开(断开)、线圈通电时闭合(接通)、之后也不恢复的继电器及电磁开关、电磁开关装置等。

将利用该继电器40、在发电元件100的外部(外装部件之外)电连接正极接头16a与负极接头17a的路径称为外部放电安全电路36。

下面，针对其它的发电元件各部分进行说明。

正极12构成正极活性物质层。正极12包括正极活性物质以及导电助剂等。正极12为具有规定的厚度t1的片状。

正极活性物质是能够在电极反应中积聚及释放在正极12与负极13之间往来的物质(离子)的正极材料。正极活性物质可以举例为锂与过渡金属的复合氧化物(例如licoo2、linio2、lim否2、以及limn2o4)、过渡金属硫化物(例如mos2及tis2)、以及导电性高分子(例如聚苯胺、聚偏二氟乙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯撑、以及聚卡巴唑)等。

导电助剂可以从具有导电性的材料中选择。导电助剂例如为铝、不锈钢(sus)、银、金、铜以及钛等的金属、石墨以及炭黑等的碳或上述材料的混合物。

负极13构成负极活性物质层。负极13包括负极活性物质以及导电助剂等。负极13为具有规定的厚度t2的片状。

负极活性物质是能够在电极反应中积聚及释放在正极12与负极13之间往来的物质(离子)的负极材料。作为负极活性物质，可以举例为石墨、非石墨化碳、无定形碳、高分子化合物烧成体(例如对酚醛树脂或呋喃树脂等进行烧制而使之碳化)、焦炭(例如沥青焦炭，针状焦炭以及石油焦炭)、碳纤维、导电性高分子(例如聚乙炔及聚吡咯)、锡、硅、以及金属合金(例如锂-锡合金、锂-硅合金、锂-铝合金以及锂-铝-锰合金)、锂与过渡金属的复合氧化物(例如ti4ti5o12)等。

正极12的厚度t1以及负极13的厚度t2分别优选为150～1500μm。这样，当增加正极12及负极13的膜厚时，能够使大量的活性物质包含在电池内，能够使电池高容量，在提高能量密度上是有效的。

此外，正极活性物质及负极活性物质不限于此，可以使用在通常的二次电池中所使用的材料。

隔膜15设置在正极12与负极13之间，将正极12与负极13电隔离。隔膜15在正极12与负极13之间保持电解液，确保离子的传导性。

作为隔膜15的形式，例如可以举例为由吸收保持电解质(电解液)的聚合物或纤维形成的多孔质膜(多孔性片)的隔膜或无纺布隔膜等。

作为由聚合物或纤维形成的多孔质膜的隔膜15，例如可以使用微多孔质(微多孔膜)。作为该由聚合物或纤维形成的多孔质膜的具体形式，例如可以举例为由聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)等聚烯烃；多层层叠上述物质后的层叠体(例如形成有pp/pe/pp三层结构的层叠体等)、聚酰亚胺、芳族聚酰胺、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)等烃类树脂、以及玻璃纤维等形成的微多孔质(微多孔膜)隔膜。

微多孔质(微多孔膜)隔膜的厚度根据使用用途而有所不同，所以不能唯一地进行规定。作为一个例子而表示时，则在电动汽车(ev)及混合电动汽车(hev)、燃料电池汽车(fcv)等的电动机驱动用二次电池等的用途中，希望为单层或多层且为4～60μm。微多孔质(微多孔膜)隔膜的微细孔径希望最大为1μm以下(一般情况下为数十nm左右的孔径)。

作为无纺布隔膜，将棉、人造丝、醋酸纤维、尼龙、聚酯；pp、pe等聚烯烃；聚酰亚胺、芳族聚酰胺等目前公知的材料单独或混合加以使用。另外，无纺布的体积密度不应该特别限制，只要能够通过浸渍的高分子凝胶电解质获得充分的电池特性即可。此外，无纺布隔膜的厚度优选为5～200μm，特别优选为10～100μm。

另外，作为隔膜15，优选为在多孔质膜等的基体层叠有耐热绝缘层的隔膜(带耐热绝缘层的隔膜)。耐热绝缘层是含有无机颗粒及粘合剂的陶瓷层。带耐热绝缘层的隔膜使用熔点或热软化点为150℃以上、优选为200℃以上的耐热性较高的隔膜。通过具有耐热绝缘层，在温度上升时缓和增大的隔膜的内部应力，所以能够取得热收缩抑制效果。

耐热绝缘层的无机颗粒有助于耐热绝缘层的机械性强度以及热收缩抑制效果。作为无机颗粒而使用的材料未特别限制。例如可以举例为硅、铝、锆、钛的氧化物(sio2、al2o3、zro2、tio2)、氢氧化物及氮化物、以及上述物质的复合体。上述无机颗粒可以是勃姆石、沸石、磷灰石、高岭土、莫来石、尖晶石、橄榄石、云母等矿物资源的衍生物，也可以人工制造。另外，上述无机颗粒可以只单独使用一种，也可以两种以上合用。从成本的角度出发，优选使用上述物质之中的二氧化硅(sio2)或氧化铝(al2o3)，更优选使用氧化铝(al2o3)。

耐热性颗粒的基重未特别限定，但优选为5～15g/m²。只要在该范围内，就能够获得充分的离子传导性，另外，在维持耐热强度这一点上也优选之。

耐热绝缘层中的粘合剂具有使无机颗粒彼此、以及无机颗粒与树脂多孔质膜的基体等粘接的作用。利用该粘合剂，能够稳定地形成耐热绝缘层，另外防止多孔质的基体等与耐热绝缘层之间的剥离。

在耐热绝缘层中使用的粘合剂未特别限制，例如，羧甲基纤维素(cmc)、聚丙烯腈、纤维素、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚氟乙烯(pvf)、以及丙烯酸甲酯等的化合物可用作粘合剂。其中，优选使用羧甲基纤维素(cmc)、丙烯酸甲酯或聚偏二氟乙烯(pvdf)。上述化合物可以只单独使用一种，也可以两种以上合用。

耐热绝缘层中粘合剂的含有量相对于耐热绝缘层100重量％，优选为2～20重量％。当粘合剂的含有量为2重量％以上时，能够提高耐热绝缘层与多孔质基体层之间的剥离强度，并能够提高隔膜的抗振性。另一方面，当粘合剂的含有量为20重量％以下时，能够适度保证无机颗粒的间隙，所以能够确保充分的锂离子传导性。

电解质(电解液)为非水(类)电解液。离子经由电解液在正极12与负极13之间移动，由此对发电元件100进行充放电。例如，电解液为支持盐即锂盐等溶解在有机溶剂中的形式。作为有机溶剂，只要能够使支持盐充分溶解即可，例如可以举例为从(1)碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯等环状碳酸酯类、(2)碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等锁状碳酸酯类、(3)四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，4-二恶烷，1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二丁氧基乙烷等醚类、(4)γ-丁内酯等内酯类、(5)乙腈等腈类、(6)丙酸甲酯等酯类、(7)二甲基甲酰胺等酰胺类、(8)乙酸甲酯、甲酸甲酯中选择的至少一种或两种以上混合的非质子性溶剂等可塑剂等。上述有机溶剂可以单独使用，也可以组合两种类以上来使用。作为支持盐，可以使用目前公知的支持盐。例如使用li(c2f5so2)2n(libeti)、li(cf3so2)2n(litfsi)、li(fso2)2n(lifsi)、lipf6、libf4、liclo4、liasf6、licf3so3、li(cf3so2)2n、li(c2f5so2)2n等。

外装部件20从两侧覆盖发电元件100并进行密封。由此，外装部件20收纳发电元件100。外装部件20例如使用树脂-铝-树脂的三层结构的层压膜等。

此外，在本第一实施方式中，导电部件32设置在正极集电板16的外侧，但也可以替代之，经由绝缘部件31而设置在负极集电板17的外侧。在该情况下，导电部件32利用引线33与正极接头16a(发电元件100的正极)电连接。

(作用)

以钉刺试验为例说明第一实施方式的双极型二次电池1的作用。众所周知，钉刺试验是假设导电体刺穿二次电池的外装部件、到达发电元件的情况下的安全性试验。

图2～图5是用于以钉刺试验为例说明第一实施方式的双极型二次电池1的作用的图，图2是表示钉刺前的状态的示意图，图3是表示钉刺之后的状态的示意图，图4是表示钉贯通后的状态的示意图，图5是表示钉贯通后的其它状态的示意图。

如图2所示，在刺入钉500前的状态下，在线圈41中未流动有电流，开关42打开而不导通。

如图3所示，钉刺试验开始，当钉500贯通导电部件32并到达正极集电板16时，经由钉500而使导电部件32与正极集电板16导通。这样，电流在外部短路电路35即导电部件32、电阻r、线圈41、以及负极接头17a的路径中流动(图中的箭头表示电流的流动。在其它的图中也相同)。在电流流向线圈41的瞬间，继电器40的开关42闭合(接通)，电流经由外部放电安全电路36，从正极接头16a向负极接头17a流动。即，由线圈41检测电流在导电部件32和与之连接的负极接头17a之间流动，电流通过外部放电安全电路36，在发电元件100的正极与负极之间流动。

由此，利用外部放电安全电路36，释放积聚在发电元件100的能量。而且，因为外部放电安全电路36侧只是配线电阻，比钉500与导电部件32的接触电阻低。此外，在本第一实施方式中，通过设置电阻r，使外部短路电路35的电路电阻比外部放电安全电路36的电路电阻高。因此，与介于钉500后的电路相比，电流更容易向外部放电安全电路36流动。因此，能量几乎都通过外部放电安全电路36，向接地(地线)放电。

如图4所示，当进一步较深地刺入钉500时，钉500深入至发电元件100的内部。在该状态下，钉500与发电元件100内部的各集电体及活性物质、电解液、进而负极集电板17相接，通过钉500，产生内部短路。但是，在本第一实施方式中，因为利用外部放电安全电路36而使正极与负极直接短路，所以通过钉500的电流的流动减少(由图中的虚线箭头与×标记表示电流的流动减少或终止。在其它的图中也同样)。

另外，如图5所示，在钉500贯通后，可能会在导电部件32与钉500的接触部分，接触力减弱，电阻增高(图5中由虚线圆510包围的部分)，或者不接触，而使电连接切断(图5中由虚线圆511包围的部分)。当成为上述状态时，因为以往只具有与外部短路电路35相当的电路，所以与钉500接触的部分温度增高，或者几乎没有电流在外部短路电路35中流动。

在本第一实施方式中，检测在外部短路电路35有电流流动，使正极接头16a与负极接头17a短路。因此，即使导电部件32与钉500接触的部分为高电阻、或者接触切断，也能够在发电元件100之外利用外部放电安全电路36来释放能量。因此，能够抑制与钉500接触的部分的温度上升，并且抑制发电元件100内部的温度上升。另外，在发电元件100内，利用电池内部电阻在发电元件100整体缓慢地发热，所以也能够抑制发电元件100内部局部的温度上升。

(第二实施方式)

图6是表示第二实施方式的双极型二次电池的整体结构的概况图。

如图6所示，双极型二次电池2的发电元件100与第一实施方式的发电元件100相同。

在本第二实施方式中，在层叠单电池层14b的方向的正极集电板16的外侧，经由绝缘部件31a而层叠有第一导电部件32a。绝缘部件31a防止正极集电板16与第一导电部件32a接触，使之电绝缘。

第一导电部件32a的一端向外装部件20之外导出，利用第一引线33a与负极接头17a电连接。即，第一导电部件32a与成为发电元件100的负极的负极接头17a电连接。因此，第一导电部件32a和极性与位于配置有第一导电部件32a的一侧的最外层的电极相反的电极连接。

在第一引线33a的中途连接有电阻r1及第一继电器40a的第一线圈41a。也就是说，第一导电部件32a经由电阻r1，与第一线圈41a的一端子连接，第一线圈41a的另一端子与负极接头17a连接。在此，将利用第一引线33a形成的第一导电部件32a、电阻r1、第一线圈41a、以及负极接头17a的路径称为第一外部短路电路35a。

在第一外部短路电路35a中，第一导电部件32a与负极接头17a电连接，但利用绝缘部件31a与正极集电板16电绝缘。因此，在正常的状态(图6所示的状态)下，在第一线圈41a及电阻r1未流动有电流。

电阻r1是在该第一外部短路电路35a中流动有电流时(后面叙述)、用于保护第一继电器40a(特别是线圈)的负载。另外，通过安装电阻r1，在第一外部短路电路35a流动有电流时，具有使电流容易向外部放电安全电路36流动的作用，详细情况将在后面叙述。在导电体刺穿第一导电部件32a而侵入时，在第一外部短路电路35a流动有电流。侵入的导电体与第一导电部件32a的接触电阻比正常的配线电阻高。因此，即使不设置电阻r1，原本外部放电安全电路36也比第一外部短路电路35a更容易使电流流动。因此，只要第一继电器40a足够耐压，也可以不设置电阻r1。

另外，在本第二实施方式中，在层叠单电池层14b的方向的负极集电板17的外侧，经由绝缘部件31b而层叠有第二导电部件32b。绝缘部件31b防止负极集电板17与第二导电部件32b接触，使之电绝缘。

第二导电部件32b的一端向外装部件20之外导出。第二导电部件32b利用第二引线33b，与正极接头16a连接。即，第二导电部件32b与成为发电元件100的正极的正极接头16a电连接。因此，第二导电部件32b和极性与位于配置有第二导电部件32b的一侧的最外层的电极相反的电极连接。

在第二引线33b的中途连接有电阻r2(后面叙述)与第二继电器40b的第二线圈41b。也就是说，第二导电部件32b经由电阻r2，与第二线圈41b的一端子连接，第二线圈41b的另一端子与正极接头16a连接。在此，将利用第二引线33b形成的正极接头16a、电阻r2、第二线圈41b、以及第二导电部件32b的路径称为第二外部短路电路35b。

在第二外部短路电路35b中，第二导电部件32b与正极接头16a电连接，但利用绝缘部件31b与负极集电板17电绝缘。因此，在正常的状态(图6所示的状态)下，在第二线圈41b及电阻r2未流动有电流。

电阻r2与电阻r1相同，是在第二外部短路电路35b流动有电流时、用于保护第二继电器40b的负载，并且使电流容易向外部放电安全电路36流动。该电阻r2也可以与电阻r1同样地不设置。

第一导电部件32a及第二导电部件32b隔着发电元件100相对而配置。第一导电部件32a及第二导电部件32b的面积都为电极的面积(发电元件的与层叠方向交叉的面的面积)以上的面积。实际上为正极集电板16及负极集电板17的任意较大一方以上的面积。通过形成为上述大小，假设存在导电体(例如钉刺试验的钉)侵入发电元件100内的情况时，必须与第一导电部件32a及第二导电部件32b的任意一方或双方接触。

这样，第一导电部件32a及第二导电部件32b从层叠方向隔着发电元件100进行配置。另外，第一导电部件32a及第二导电部件32b与发电元件100之中、极性与位于配置有第一导电部件32a及第二导电部件32b的一侧的最外层的电极相反的电极分别电连接。

第一导电部件32a及第二导电部件32b与第一实施方式相同，只要是与集电体及集电板同样地具有导电性的材料即可，例如可以使用金属或导电性树脂。

绝缘部件31a、31b也只要具有电绝缘性即可，与第一实施方式同样地使用树脂材料。

在本第二实施方式中，为了使第一外部短路电路35a与第二外部短路电路35b电绝缘，设有两个继电器、即第一继电器40a与第二继电器40b。第一线圈41a及第二线圈41b为电流检测部，第一开关42a及第二开关42b为开关装置。

在各继电器40a及40b中，第一开关42a及第二开关42b的一端子与正极接头16a连接，另一端子与负极接头17a连接。第一开关42a及第二开关42b被安装为，常打开(断开)，通过电流在第一线圈41a及第二线圈41b流动，闭合(接通)而进行动作。各继电器40a及40b相对于正极接头16a与负极接头17a并列地进行设置。而且，当第一开关42a或第二开关42b的任意一方闭合(接通)时，使正极接头16a与负极接头17a短路。因此，通过第一开关42a或第二开关42b的动作，使发电元件100的正极与负极短路。

在本第二实施方式中使用的各继电器40a及40b例如为双稳态继电器(自锁继电器)。在本第二实施方式中，在第一线圈41a及第二线圈41b未流动有电流的状态下，第一开关42a及第二开关42b为打开(断开)状态，使正极接头16a与负极接头17a电绝缘。另一方面，当在第一线圈41a及第二线圈41b中流动有电流时，第一开关42a及第二开关42b闭合(接通)，将正极接头16a与负极接头17a电连接。一旦第一开关42a及第二开关42b闭合(接通)后，即使在第一线圈41a及第二线圈41b未流动有电流，第一开关42a及第二开关42b也保持闭合状态。因此，维持正极接头16a与负极接头17a电连接的状态。也可以使用双稳态继电器以外的其它继电器，可以使用线圈断电时正极接头16a与负极接头17a之间打开(断开)、线圈通电时闭合(接通)、之后不恢复的继电器、以及电磁开关、电磁开关装置等。

利用各继电器40a及40b，在发电元件100的外部(外装部件之外)，外部放电安全电路36构成将正极接头16a与负极接头17a电连接的路径。关于本第二实施方式的第一外部短路电路35a及第二外部短路电路35b，与第一实施方式的外部短路电路35进行相同的动作。

这样，在本第二实施方式中，第一导电部件32a及第二导电部件32b从单电池层14b的层叠方向隔着发电元件200进行配置。由此，在本第二实施方式中，也与第一实施方式同样地能够抑制在与导电体接触的部分的温度上升，并抑制发电元件100内部的温度上升。另外，在发电元件100内，利用电池内部电阻在发电元件100整体缓慢地发热，所以也能够抑制发电元件100内部局部的温度上升。

(第三实施方式)

第三实施方式为层叠型二次电池(非双极型)。

图7是表示第三实施方式的层叠型二次电池的整体结构的概况图。

第三实施方式的层叠型二次电池3具有将进行充放电的发电元件200密封在外装部件20的内部的结构。

发电元件200除去最外层以外，在面状的集电体两面形成有相同极性的电极。在此，在两面形成有正极12的集电体为正极集电体11c，在两面形成有负极13的集电体为负极集电体11d。在最外层，在图7所示的方式中，在层叠方向的两侧、单面形成有负极13的集电体为负极侧最外层集电体11b。

正极12与负极13经由隔膜15相对而进行配置，形成单电池层14，单电池层14进行层叠。因此，发电元件200是由位于隔膜15的一方的面的正极12与位于隔膜15的另一方的面的负极13形成的单电池层14经由集电体11b、11c、11d进行层叠的结构。

多个正极集电体11c相互连接，任意一个正极集电体11c向外装部件20的外部导出，成为正极接头16a(集电体11c与正极接头16a也可以是电连接其它的结构)。因此，多个正极集电体11c相互连接的部分即正极接头16a成为该发电元件200的正极。

多个负极集电体11b、11d相互连接，任意一个集电体(在图中为11b)向外装部件20的外部导出，成为负极接头17a(负极集电体11b、11d与负极接头17a也可以是电连接其它的结构)。因此，多个负极集电体11b、11d相互连接的部分即负极接头17a成为该发电元件200的负极。

由此，多个单电池层14成为并列电连接的结构。此外，层叠的单电池层14的数量未限定，可以根据所希望的容量进行调整。

发电元件200具有与集电体11b、11c、11d的外周缘相接的密封部18。密封部18由绝缘性的密封材料形成。密封部18固定在集电体11的外周部即端部，并且配置在两个隔膜15之间。密封部18防止在发电元件200中相邻的集电体11b、11c、11d彼此的接触、以及因单电池层14的端部的稍许错位而引起的短路。

在单电池层14的层叠方向的双方的负极侧最外层集电体11b的外侧，经由各绝缘部件31a及31b层叠有第一导电部件32a及第二导电部件32b。因此，第一导电部件32a及第二导电部件32b隔着发电元件200相对而配置。但是，在本第三实施方式中，发电元件200的最外层的电极都为负极。第一导电部件32a及第二导电部件32b在双方的一端向外装部件20之外导出的基础上，相互电连接(此外，第一导电部件32a及第二导电部件32b也可以在外装部件20内电连接)。而且，第一导电部件32a及第二导电部件32b利用一条引线33，在中途经由电阻r和继电器40的线圈41，与正极接头16a连接。

利用该引线33形成的电路与第一实施方式的外部短路电路35相同。另外，因为其它的结构也与第一实施方式相同，所以省略说明。

此外，第三实施方式的电池结构不限于图7所示的方式。例如，发电元件也可以使正极12位于最外层。在该情况下，第一导电部件32a及第二导电部件32b利用相当于第一实施方式所示的外部短路电路35的电路，与负极连接。另外，其它形式的发电元件也可以使正极12位于一方的最外层侧，使负极13位于另一方的最外层侧。在该情况下，在一方的最外层侧设有第一导电部件32a，在另一方的最外层侧设有第二导电部件32b，设有相互绝缘的第一外部短路电路35a与第二外部短路电路35b。

这样，第一导电部件32a及第二导电部件32b从层叠方向隔着发电元件200而配置。而且，第一导电部件32a及第二导电部件32b和极性与发电元件200之中位于配置有导电部件32的一侧的最外层的电极相反的电极分别电连接。因此，第一导电部件32a及第二导电部件32b不一定与相互不同极性的电极连接，根据位于发电元件的最外层的电极的极性，有时与相同极性的电极连接，有时与不同极性的电极连接。

此外，在本第三实施方式的层叠型二次电池(非双极型)中，也可以为只在发电元件100的、单电池层层叠方向的一方的端部设置导电部件的结构。即，只设置第一导电部件32a、或第二导电部件32b。

(作用)

以钉刺试验为例说明第三实施方式的层叠型二次电池3的作用。

图8～图10是用于以钉刺试验为例说明第三实施方式的层叠型二次电池的作用的图，图8是表示钉刺前的状态的示意图，图9是表示钉刺之后的状态的示意图，图10是表示钉贯通后的状态的示意图，图11是表示钉贯通后的其它状态的示意图。

如图8所示，在刺入钉500前的状态下，在线圈41未流动有电流，开关42打开而不导通。

如图9所示，钉刺试验开始，当钉500贯通第一导电部件32a、到达负极侧最外层集电体11b时，经由钉500，使第一导电部件32a与负极侧最外层集电体11b导通。这样，在外部短路电路35中流动有电流。在电流流向线圈41的瞬间，继电器40的开关42闭合(接通)，电流从正极接头16a向负极接头17a流动。当成为该状态时，蓄积在发电元件200的能量被释放。

如图10所示，当进一步较深地刺入钉500时，钉500到达发电元件200内部。在该状态下，使钉500与发电元件200内部的各集电体、以及活性物质、电解液、进而第二导电部件32b也相接，通过钉500而发生内部短路。但是，在本第三实施方式中，因为也与第一、第二实施方式同样地利用外部放电安全电路36使正极与负极直接短路，所以通过钉500的电流的流动少。

另外，如图11所示，在钉500贯通后，可能在第一导电部件32a与钉500接触的部分，接触力减弱，电阻增高(图11中由虚线圆510包围的部分)，或电连接被切断(图11中由虚线圆511包围的部分)。在成为上述状态的情况下，在本第三实施方式中，也与第一实施方式相同地检测在外部短路电路35有电流流动，使电流在发电元件200的外部利用外部放电安全电路36流动，所以能够减少在发电元件200内流动的电流。因此，能够抑制在与钉500接触的部分的温度上升，并抑制发电元件200内部的温度上升。另外，在本第三实施方式中，在发电元件200内，利用电池内部电阻在发电元件200整体缓慢地发热，所以也能够抑制发电元件200内部局部的温度上升。

(第四实施方式)

第四实施方式利用控制部控制外部放电安全电路。

图12是表示第四实施方式的二次电池的整体结构的概况图。

第四实施方式的二次电池4具有与第一实施方式相同的双极型二次电池的发电元件100。另外，在第四实施方式中也与第一实施方式相同地在正极集电板16的外侧经由绝缘部件31而层叠有导电部件32。此外，关于发电元件，也可以为第三实施方式所示的层叠型电池(非双极型)。

在第四实施方式中，外部短路电路55、以及外部放电安全电路56的结构与第一实施方式不同。

外部短路电路55利用引线33，经由电阻r将导电部件32与负极接头17a电连接。在引线33安装有直流电流传感器51。

电阻r用于避免外部短路电路55急剧的电压上升，并用于使电流容易向外部放电安全电路56流动。在本第四实施方式中，在外部短路电路55中，因为继电器电路的线圈不存在，所以，只要引线33足够耐压，也可以不设置电阻r。

直流电流传感器51例如可以为众所周知的传感器，与电流的检测对象即一次线(在此为引线33)电绝缘，当一次线流动有电流时，输出信号。上述电流传感器例如可以使用利用了霍尔元件等的、众所周知的传感器。

直流电流传感器51为电流检测部，与控制部50连接。直流电流传感器51在检测出在引线33中流动的电流时，向控制部50输出信号。

外部放电安全电路56经由在半途中根据来自控制部50的指令而打开、闭合的开关52，将正极接头16a与负极接头17a电连接。开关52在正常的状态下常打开(断开)。作为开关52，从能够高速动作的角度出发，例如优选固态继电器(ssr)。

控制部50为外部放电安全电路56的一部分。控制部50在接收到来自直流电流传感器51的信号的时刻，使开关52闭合(接通)，使正极接头16a(正极)与负极接头17a(负极)短路。控制部50例如为计算机，由cpu、rom、以及ram等构成。上述控制部50接收来自直流电流传感器51的信号，通过预先存储的程序执行使开关52闭合(接通)的动作。

图13是说明控制部50的处理流程的流程图。

控制部50根据来自直流电流传感器51的信号，判断在外部短路电路55内的引线33是否有电流流动(s101)。

当判断在外部短路电路55有电流流动时(s101：是)，控制部50将外部放电安全电路56的开关52接通(s102)。由此，发电元件的能量被释放(被放电)(s103)。另外，处理结束。

另一方面，当判断在外部短路电路55没有电流流动时(s101：否)，重复该s101的判断。该状态为通常的状态，开关52断开。

这样，本第四实施方式在导电体等侵入二次电池内的情况下，控制部50根据来自直流电流传感器51的信号，检测在外部短路电路55流动有电流。由此，控制部50使开关52动作，释放发电元件100的能量。因此，在本第四实施方式中，也与第一～第三实施方式同样地能够抑制在与导电体接触的部分的温度上升，并且抑制发电元件100内部的温度上升。另外，在发电元件100内，利用电池内部电阻在发电元件100整体缓慢地发热，所以也能够抑制发电元件100内部局部的温度上升。

上述控制部50可以在一个二次电池中具有一个，但也可以在多个二次电池中具有一个控制部50。此外，外部短路电路55及开关52设置在每个二次电池。

通过一个控制部50控制多个二次电池，例如在发生了导电体侵入多个二次电池之中的一个二次电池的现象的情况下，针对设置在其附近的其它的二次电池，也安全地释放能量。由此，即使在由多个二次电池形成的电池单元等中，也能够安全地释放能量。

控制部50可以作为二次电池专用，也可以兼而用做用于其它控制的控制部。例如在搭载在汽车的二次电池中，汽车的控制部也可以控制二次电池。另外，如第一～第三实施方式3所述，也可以在每个二次电池设置单纯的继电器40构成的外部放电安全电路36，进而设置控制部50与直流电流传感器51。而且，使每个二次电池的外部放电安全电路36可以分别单独动作，也可以利用来自控制部50的信号动作。这样，即使二次电池为单体，外部放电安全电路36也动作，此外在搭载在汽车等时，在由多个二次电池之中的一个二次电池使外部放电安全电路36动作的情况下，其它的二次电池也能够使外部放电安全电路36动作。

(第四实施方式的变形例)

在本第四实施方式中，说明了使用直流电流传感器的例子，但也可以使用电压传感器来替代之。

图14是表示在使用第四实施方式的其它结构即电压传感器的情况下的二次电池的整体结构的概况图。

在使用电压传感器的情况下，设置电压传感器59，以检测电阻r的两端子间的电压。在通常的状态下，电阻r的两端子间的电压因为未流动有电流，所以为0v。然后，通过电流在电阻r流动，由于基于电阻r的电压下降，在两端子间产生电压差。电压传感器59检测该电压差，将信号向控制部50发送。在控制部50中，根据来自电压传感器59的信号，使外部放电安全电路56动作。在该情况下的动作及作用与使用电流传感器的情况相同，所以省略说明。

(第五实施方式)

图15是表示第五实施方式的二次电池的整体结构的概况图。

第五实施方式的二次电池5与第二实施方式相同地具有在正极集电板16的外侧经由绝缘部件31a而层叠有第一导电部件32a、并在负极集电板17的外侧经由绝缘部件31b而层叠有第二导电部件32b的结构。发电元件100的结构也与第二实施方式相同。

第一导电部件32a利用第一引线33a，经由电阻r1而与负极接头17a连接。在该第一引线33a设有直流电流传感器51a。将第一导电部件32a至负极接头17a的路径称为第一外部短路电路55a。

第二导电部件32b利用第二引线33b，经由电阻r2而与正极接头16a连接。在该第二引线33b设有直流电流传感器51b。将第二导电部件32b至正极接头16a的路径称为第二外部短路电路55b。

控制部50接收直流电流传感器51a及51b之中任意一方的直流电流传感器检测出电流的流动的信号，将外部放电安全电路56的开关52接通，在发电元件100的外部使正极接头16a与负极接头17a短路。上述控制部50的处理与第四实施方式的处理相同。

由此，在本第五实施方式中，也与上述第四实施方式同样地能够抑制与导电体接触的部分的温度上升，并抑制发电元件100内部的温度上升。另外，在发电元件100内，利用电池内部电阻在发电元件100整体缓慢地发热，所以也能够抑制发电元件100内部局部的温度上升。

此外，在本第五实施方式中，也可以与第四实施方式的变形例同样地使用电压传感器，来替代直流电流传感器51a及51b。在使用电压传感器的情况下，检测电阻r1及r2各自两端子间的电压。

实施例

针对应用上述实施方式的实施例进行说明。

(实施例)

准备锂离子二次电池的试验电池，该电池(发电元件)结构：层叠八层的双极型二次电池，容量：1.3ah，电压：33.6v。

在该试验电池的正极侧隔着绝缘部件配置了导电部件。导电部件利用引线与负极接头连接。另外，在引线连接有继电器的线圈，将继电器的开关连接在试验电池的正极接头和负极接头之间(也就是形成为与图3的结构相同的结构)。

对该试验电池进行钉刺试验，测量电池电压(单元电压)、电池温度(单元温度)、钉温度、正极接头与负极接头之间的电流(单元电流)。此外，为了测量电压及电流，在正极与负极接头之间连接了分流电阻。分流电阻的电阻值为与配线电阻接近的极小的电阻值。

钉刺试验在如下条件下实施，即，钉：sus304/φ3mm、钉刺速度：80mm/sec、外部气体温度：25℃。

图16是表示钉刺试验的结果的曲线图。在曲线图中，左纵轴为温度和电压，右纵轴为电流。横轴为推移时间。

参照曲线图进行说明。

(a)钉刺前，在正极接头与负极接头之间未流动有电流。电池电压为33.6v。电池温度几乎为室温。钉温度也接近于室温、稍低。

(b)在钉刺时刻，可知电池电压瞬间下降，并且电流也急剧流动。

(c)之后，随着时间的推移，电流略有流动。因此，可知在钉刺的瞬间，能量几乎全部释放。另外，虽然电池温度自钉刺的时刻开始上升，但最大温度为64℃左右。之后，随着时间的推移而下降。钉温度也几乎不上升，最大也控制在34℃左右。此外，通过目测观察，未发现烟雾。

(比较例)

准备与实施例相同的试验电池。在正极侧隔着绝缘体配置了导电部件。导电部件利用引线与负极接头连接。但是，与实施例不同，未设有连结正极接头与负极接头的继电器电路(外部放电安全电路)。

与实施例相同地进行钉刺试验的结果为，通过目测发现有烟雾。推测电池温度为500℃以上。

(总结)根据实施例、比较例的结果，可知通过形成为应用本发明的二次电池，在钉刺试验中，能够抑制二次电池的温度上升。

根据如上所述的实施方式(包括实施例)，具有如下的效果。

(1)在本实施方式中，在导电体刺穿外装部件侵入发电元件的情况下，在设置于发电元件最外层侧的导电部件与极性和设有该导电部件的一侧的最外层的电极相反的电极之间流动有电流。通过检测该电流，通过位于发电元件的外部的外部放电安全电路，使发电元件的正极与负极之间短路。因为侵入的导电体与导电部件的接触电阻较大，所以在外部放电安全电路流动有大量的电流，释放发电元件的能量。由此，能够抑制发电元件的温度上升。另外，能够抑制因侵入的导电体与导电部件的不稳定接触而引起的发热。另外，利用发电元件的内部电阻在整体缓慢地发热，所以能够抑制发电元件内部局部的温度上升。

另外，因为开关装置(开关)一旦闭合(接通)后，维持正极与负极的连接，所以能够可靠地进行能量的释放。

(2)使用由线圈与开关构成的继电器，利用线圈检测在导电部件与该导电部件所电连接的正极或负极之间流动有电流，根据电流的检测，使继电器的开关动作。因此，在导电体侵入发电元件内部时，只通过电流在该线圈中流动，能够安全地释放发电元件的能量，从而抑制温度上升。

(3)设有电流传感器或电压传感器，检测在导电部件与该导电部件所电连接的正极或负极之间流动有电流，控制部接收来自电流传感器或电压传感器的信号，使正极与负极短路。由此，位于发电元件的外部的控制部集中检测导电体的侵入等，能够安全地释放发电元件的能量。

(4)另外，利用第一导电部件与第二导电部件从最外层隔着发电元件相对而设置。由此，即使导电体从发电元件的任一面侵入的情况下，也能够释放发电元件的能量，抑制发电元件的温度上升。另外，也能够抑制导电体侵入的部分的发热。

上面，针对本发明的实施方式及实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施方式及实施例。

符号说明

1双极型二次电池；2双极型二次电池；3层叠型二次电池；4二次电池；5二次电池；12正极；13负极；16正极集电板；16a正极接头；17负极集电板；17a负极接头；31，31a，31b绝缘部件；32导电部件；32a第一导电部件；32b第二导电部件；33引线；33a第一引线；33b第二引线；35，55外部短路电路；35a，55a第一外部短路电路；35b，55b第二外部短路电路；36，56外部放电安全电路；40继电器；40a第一继电器；40b第二继电器；41线圈；41a第一线圈；41b第二线圈；42开关；42a第一开关；42b第二开关；50控制部；51直流电流传感器；59电压传感器；52开关；100，200发电元件；500钉。