(57)【要約】      （修正有）【課題】収容体の内圧を下げながら、収容体内の内容物の不足及び好ましくない反応を防止することが可能な弁構造体の提供。【解決手段】収容体２００に取り付けられる弁構造体１００Ａであって、外体２Ａと、第１破壊弁１ａと、第１充填物Ｊ１とを備え、外体は、収容体の内部と連通する通路Ｌが内部に形成され、第１破壊弁は、通路を閉塞するように配置され、収容体の内部に向かう側を一次側、一次側の反対側を二次側とした時、第１充填物は、通路内において、第１破壊弁の二次側に充填される液体及び固体の少なくとも一方を含み、第１破壊弁は、収容体の内部で発生したガスに起因して、第１破壊弁の一次側の内圧が上昇した場合に、裂開するように構成され、第１充填物は、第１破壊弁が裂開することにより、収容体の内部に放出される、弁構造体。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容体に取り付けられる弁構造体であって、
前記収容体の内部と連通する通路が内部に形成される外体と、
前記通路を閉塞するように配置され、前記収容体の内部に向かう側を一次側、該一次側の反対側を二次側とする第１破壊弁と、
前記通路内において、前記第１破壊弁の二次側に充填される液体及び固体の少なくとも一方を含む第１充填物と、
を備え、
前記第１破壊弁は、前記収容体の内部で発生したガスに起因して、前記第１破壊弁の一次側の内圧が上昇した場合に、裂開するように構成され、
前記第１充填物は、前記第１破壊弁が裂開することにより、前記収容体の内部に放出される、
弁構造体。
【請求項２】
前記第１破壊弁の開弁圧力は、前記収容体の耐内圧以下である、
請求項１に記載の弁構造体。
【請求項３】
前記第１破壊弁の開弁圧力は、前記収容体の耐内圧の２／３以下である、
請求項１又は２に記載の弁構造体。
【請求項４】
前記第１充填物は、電解液を含む、
請求項１から３のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項５】
前記第１充填物は、消火剤を含む、
請求項１から４のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項６】
前記第１破壊弁は、金属製である、
請求項１から５のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項７】
前記第１破壊弁は、イージーピール可能に接着された部材で構成される、
請求項１から５のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項８】
前記第１破壊弁の二次側に配置されて前記通路を閉塞し、前記収容体の内部に向かう側を一次側、該一次側の反対側を二次側とする第２破壊弁と、
前記通路内において、前記第２破壊弁の二次側に充填される液体及び固体の少なくとも一方を含む第２充填物と、
をさらに備え、
前記第２破壊弁は、前記第１破壊弁が裂開した後、前記収容体の内部で発生したガスに起因して、前記第２破壊弁の一次側の内圧が上昇した場合に、裂開するように構成され、
前記第２充填物は、前記第２破壊弁が裂開することにより、前記収容体の内部に放出される、
請求項１に記載の弁構造体。
【請求項９】
前記第１充填物と、前記第２充填物とは、同じである、
請求項８に記載の弁構造体。
【請求項１０】
前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁の開弁圧力は、いずれも同じである、
請求項８又は９に記載の弁構造体。
【請求項１１】
前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁の開弁圧力は、いずれも前記収容体の耐内圧以下である、
請求項８から１０のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項１２】
前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁の開弁圧力は、いずれも前記収容体の耐内圧の２／３以下である、
請求項８から１１のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項１３】
前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁は、金属製である、
請求項８から１２のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項１４】
前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁は、イージーピール可能に接着された部材で構成される、
請求項８から１２のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項１５】
前記第１充填物及び第２充填物は、電解液を含む、
請求項８から１４のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項１６】
前記第１充填物及び第２充填物は、消火剤を含む、
請求項８から１５のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項１７】
前記収容体は、蓄電デバイス素子を収容するように構成される、
請求項１から１６のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項１８】
前記蓄電デバイス素子は、リチウムイオン電池の蓄電デバイス素子である、
請求項１７に記載の弁構造体。
【請求項１９】
前記収容体は、少なくとも基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体によって構成されている、
請求項１から１８のいずれかに記載の弁構造体。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれかに記載の弁構造体と、
前記収容体と、
を備える、弁構造体付き収容体。
【請求項２１】
請求項１から１９のいずれかに記載の弁構造体と、
前記収容体と、
前記収容体に収容される蓄電デバイス素子と、
を備える、
弁構造体付き蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁構造体、これを備える収容体及び弁構造体付き蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−００６２１３号公報（特許文献１）は、電池の電池パックについての発明を開示する。この電池パックには、発電要素を封止した金属製の電池缶が含まれる。電池缶の内部では、電解液の気化、分解に起因してガスが発生することがあり、発生したガスによって電池缶の内圧が異常に上昇してしまうと、電池缶の破裂を招き得る。こうした破裂を防止するため、特許文献１の開示する電池缶には、安全弁が形成される。安全弁は、電池缶が破裂する内圧よりも低い内圧で破断して、発生したガスを放出するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−００６２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発生したガスは、上述した安全弁のような機構により放出することができる。ところで、このような場合、蓄電デバイス素子を収容する収容体内部の電解液が不足する、いわゆる液枯れとよばれる状態になることが多い。液枯れは蓄電デバイスの劣化を招く。また、短絡によっても液枯れが発生し、発熱反応が連鎖して、ひいては発火に至る可能性がある。このため、発生したガスを逃し、収容体の内圧を下げながら、収容体内の内容物の不足や好ましくない反応を防止することが望まれる。
【０００５】
本発明は、収容体の内圧を下げながら、収容体内の内容物の不足や好ましくない反応を防止することが可能な弁構造体、これを備える収容体及び弁構造体付き蓄電デバイスを提供することを目的とする。なお、本発明の弁構造体を適用し得る範囲は、蓄電デバイス素子を収容する収容体や蓄電デバイス等に限られない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１観点に係る弁構造体は、収容体に取り付けられる弁構造体であって、外体と、第１破壊弁と、第１充填物とを備える。外体は、前記収容体の内部と連通する通路が内部に形成される。第１破壊弁は、前記通路を閉塞するように配置され、前記収容体の内部に向かう側を一次側、該一次側の反対側を二次側とする。第１充填物は、前記通路内において、前記第１破壊弁の二次側に充填され、液体及び固体の少なくとも一方を含む。前記第１破壊弁は、前記収容体の内部で発生したガスに起因して、前記第１破壊弁の一次側の内圧が上昇した場合に、裂開するように構成される。前記第１充填物は、前記第１破壊弁が裂開することにより、前記収容体の内部に放出される。
【０００７】
本発明の第２観点に係る弁構造体は、第１観点に係る弁構造体であって、前記第１破壊弁の開弁圧力は、前記収容体の耐内圧以下である。
【０００８】
本発明の第３観点に係る弁構造体は、第１観点又は第２観点に係る弁構造体であって、前記第１破壊弁の開弁圧力は、前記収容体の耐内圧の２／３以下である。
【０００９】
本発明の第４観点に係る弁構造体は、第１観点から第３観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１充填物は、電解液を含む。
【００１０】
本発明の第５観点に係る弁構造体は、第１観点から第４観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１充填物は、消火剤を含む。
【００１１】
本発明の第６観点に係る弁構造体は、第１観点から第５観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１破壊弁は、金属製である。
【００１２】
本発明の第７観点に係る弁構造体は、第１観点から第５観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１破壊弁は、イージーピール可能に接着された部材で構成される。
【００１３】
本発明の第８観点に係る弁構造体は、第１観点に係る弁構造体であって、第２破壊弁と、第２充填物とをさらに備える。第２破壊弁は、前記第１破壊弁の二次側に配置されて前記通路を閉塞し、前記収容体の内部に向かう側を一次側、該一次側の反対側を二次側とする。第２充填物は、前記通路内において、前記第２破壊弁の二次側に充填される液体及び固体の少なくとも一方を含む。前記第２破壊弁は、前記第１破壊弁が裂開した後、前記収容体の内部で発生したガスに起因して、前記第２破壊弁の一次側の内圧が上昇した場合に、裂開するように構成される。前記第２充填物は、前記第２破壊弁が裂開することにより、前記収容体の内部に放出される。
【００１４】
本発明の第９観点に係る弁構造体は、第８観点に係る弁構造体であって、前記第１充填物と、前記第２充填物とは、同じである。
【００１５】
本発明の第１０観点に係る弁構造体は、第８観点または第９観点に係る弁構造体であって、前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁の開弁圧力は、いずれも同じである。なお、複数の破壊弁の開弁圧力が同じであることには、厳密に同じである場合だけではなく、多少の幅がある場合も含まれる。
【００１６】
本発明の第１１観点に係る弁構造体は、第８観点から第１０観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁の開弁圧力は、いずれも前記収容体の耐内圧以下である。
【００１７】
本発明の第１２観点に係る弁構造体は、第８観点から第１１観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁の開弁圧力は、いずれも前記収容体の耐内圧の２／３以下である。
【００１８】
本発明の第１３観点に係る弁構造体は、第８観点から第１２観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁は、金属製である。
【００１９】
本発明の第１４観点に係る弁構造体は、第８観点から第１２観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１破壊弁及び前記第２破壊弁は、イージーピール可能に接着された部材で構成される。
【００２０】
本発明の第１５観点に係る弁構造体は、第８観点から第１４観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１充填物及び第２充填物は、電解液を含む。
【００２１】
本発明の第１６観点に係る弁構造体は、第８観点から第１５観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記第１充填物及び第２充填物は、消火剤を含む。
【００２２】
本発明の第１７観点に係る弁構造体は、第１観点から第１６観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記収容体は、蓄電デバイス素子を収容するように構成される。
【００２３】
本発明の第１８観点に係る弁構造体は、第１７観点に係る弁構造体であって、前記蓄電デバイス素子は、リチウムイオン電池の蓄電デバイス素子である。
【００２４】
本発明の第１９観点に係る弁構造体は、第１観点から第１８観点のいずれかに係る弁構造体であって、前記収容体は、少なくとも基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体によって構成されている。
【００２５】
本発明の第２０観点に係る弁構造体付き収容体は、第１観点から第１９観点のいずれかに係る弁構造体と、前記収容体とを備える。
【００２６】
本発明の第２１観点に係る弁構造体付き蓄電デバイスは、第１観点から第１９観点のいずれかに記載の弁構造体と、前記収容体と、前記収容体に収容される蓄電デバイス素子とを備える。
【発明の効果】
【００２７】
第１観点によれば、第１破壊弁の二次側に第１充填物が充填された弁構造体が提供される。弁構造体が取り付けられる収容体の内部で発生したガスに起因して収容体の内圧が上昇し、第１破壊弁が裂開すると、ガスが第１破壊弁の二次側に逃れると同時に、第１充填物が収容体の内部に放出される。第１充填物は、液体及び固体の少なくとも一方を含む。これにより、収容体の内圧を下げながら、収容体内の液体や固体を補充することができる。また、たとえば、収容体内の好ましくない反応を抑制するための液体や固体を収容体内に添加することができる。なお、添加する物質は液体や固体のみならず、気体にも拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】一実施形態に係る弁構造体と、弁構造体が取り付けられる収容体とを示す斜視図。
【図１Ｂ】収容体を構成するラミネートフィルムの断面を示す断面概略図。
【図２Ａ】破壊弁の上面図。
【図２Ｂ】破壊弁の断面図。
【図３Ａ】筒状要素の斜視図。
【図３Ｂ】筒状要素の形成方法を説明する図。
【図４】変形例に係る弁構造体と、弁構造体が取り付けられる収容体とを示す斜視図。
【図５Ａ】変形例に係る破壊弁の上面図。
【図５Ｂ】変形例に係る破壊弁の断面図。
【図６Ａ】弁構造体が取り付けられる収容体の一例を示す斜視図。
【図６Ｂ】弁構造体の取付態様の一例を示す模式図。
【図６Ｃ】弁構造体が取り付けられる収容体の一例を示す斜視図。
【図６Ｄ】弁構造体の取付態様の一例を示す断面模式図。
【図６Ｅ】弁構造体の取付態様の一例を示す断面模式図。
【図７Ａ】別の変形例に係る弁構造体と、弁構造体が取り付けられる収容体とを示す斜視図。
【図７Ｂ】さらに別の変形例に係る弁構造体と、弁構造体が取り付けられる収容体とを示す断面図。
【図８】別の実施形態に係る弁構造体と、弁構造体が取り付けられる収容体とを示す正面図。
【図９Ａ】図８の弁構造体の端面図。
【図９Ｂ】図８の弁構造体の断面図。
【図１０Ａ】実施例に係る弁構造体の斜視図。
【図１０Ｂ】実施例に係る弁構造体の断面概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る弁構造体について説明する。
【００３０】
[第１実施形態]
＜１−１．収容体の構成及び弁構造体の概要＞
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る弁構造体１００Ａと、弁構造体１００Ａが取り付けられる収容体２００とを示す斜視図である。図１Ａに示すように、弁構造体１００Ａは、たとえば、収容体２００に取り付けられて使用される。以下では、説明の便宜のため、図１Ａの上下方向を「上下」、図１Ａの左右方向を「左右」、図１Ａの紙面方向を「前後」と称し、これを基準に説明を行う。但し、本発明に係る弁構造体の使用時の向き、方向はこれに限定されない。
【００３１】
収容体２００は、たとえば、コーヒー、発酵食品（味噌等）、長期保存用食品、薬品及び蓄電デバイス素子４００（リチウムイオン電池やキャパシタ等の蓄電部材）を内部に収容して密閉されるように構成されている。収容体２００内の内容物は、時間の経過又は加熱に伴いガスを発生する。
【００３２】
収容体２００は、ラミネートフィルム３００（積層体）が袋状に成形されて形成されたパウチである。図１Ｂはラミネートフィルム３００の断面模式図である。図１Ｂに示すように、ラミネートフィルム３００は、少なくとも基材層３０１、バリア層３０２及び熱融着性樹脂層３０３をこの順に有する。基材層３０１は、収容体２００の最外層を形成する。また、熱融着性樹脂層３０３は、収容体２００の最内層を形成する。なお、ラミネートフィルム３００の厚さとしては、例えば、５０〜２５０μｍ程度、好ましくは９０〜２００μ程度が挙げられる。
【００３３】
基材層３０１を形成する素材は、絶縁性を備えることを限度として特に制限されない。基材層３０１を形成する素材としては、たとえば、ポリエステル、ポリアミド、エポキシ、アクリル、フッ素樹脂、ポリウレタン、珪素樹脂、フェノール、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリカーボネート及びこれらの混合物や共重合物等が挙げられる。基材層３０１は、たとえば、上記の樹脂により形成された樹脂フィルムであってもよいし、上記の樹脂を塗布して形成したものであってもよい。樹脂フィルムは、未延伸フィルムであってもよいし、延伸フィルムであってもよい。さらに、基材層３０１は、単層であってもよいし、２層以上により構成されていてもよい。基材層３０１の厚さとしては、たとえば、３〜５０μｍ程度、好ましくは１０〜３５μｍ程度が挙げられる。
【００３４】
バリア層３０２は、収容体２００内に少なくとも水分の浸入を抑止する層である。バリア層３０２を構成する金属としては、たとえば、アルミニウム、ステンレス、チタン等が挙げられ、好ましくはアルミニウムが挙げられる。バリア層３０２は、たとえば、金属箔や金属蒸着膜、無機酸化物蒸着膜、炭素含有無機酸化物蒸着膜、及び、これらの蒸着膜を設けたフィルム等により形成することができ、金属箔により形成することが好ましく、アルミニウム箔により形成することがさらに好ましい。バリア層３０２の厚みは、水蒸気等のバリア層として機能すれば特に制限されないが、たとえば、１０〜１００μｍ程度、好ましくは２０〜８０μｍ程度とすることができる。
【００３５】
熱融着性樹脂層３０３は、収容体２００の周縁において、対向する熱融着性樹脂層と熱融着することによって、収容体２００内の内容物を密封する層である。
【００３６】
熱融着性樹脂層３０３に使用される樹脂成分は、熱融着可能であることを限度として特に制限されないが、たとえば、ポリオレフィン、酸変性ポリオレフィン等である。ポリオレフィンとしては、たとえば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン等のポリエチレン；ホモポリプロピレン、ポリプロピレンのブロックコポリマー（たとえば、プロピレンとエチレンのブロックコポリマー）、ポリプロピレンのランダムコポリマー（たとえば、プロピレンとエチレンのランダムコポリマー）等の結晶性又は非晶性のポリプロピレン；エチレン−ブテン−プロピレンのターポリマー等が挙げられる。これらのポリオレフィンの中でも、好ましくはポリエチレン及びポリプロピレンが挙げられる。また、酸変性ポリオレフィンとしては、酸変性されたポリオレフィンであれば特に制限されないが、好ましくは不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性されたポリオレフィンが挙げられる。熱融着性樹脂層３０３の厚さとしては、特に制限されないが、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１５〜９０μｍ程度、さらに好ましくは３０〜８０μｍ程度が挙げられる。
【００３７】
なお、ラミネートフィルム３００は、上述した層以外にも、必要に応じてさらなる層を有していてもよい。たとえば、基材層３０１を強固に接着するために、基材層３０１とバリア層３０２との間に接着剤層３０４（不図示）を有していてもよい。
【００３８】
接着剤層３０４は、基材層３０１とバリア層３０２とを接着可能な接着剤によって形成される層である。接着剤層３０４の形成に使用される接着剤は、２液硬化型接着剤であってもよいし、１液硬化型接着剤であってもよい。また、接着剤層３０４の形成に使用される接着剤の接着機構は、特に制限されず、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型及び熱圧着型等のいずれであってもよい。接着剤層３０４の厚さとしては、たとえば、１〜１０μｍ程度、好ましくは２〜５μｍ程度が挙げられる。
【００３９】
また、ラミネートフィルム３００は、たとえば熱融着性樹脂層３０３を強固に接着するために、バリア層３０２と熱融着性樹脂層３０３との間に、接着層３０５（不図示）を有していてもよい。
【００４０】
接着層３０５は、バリア層３０２と熱融着性樹脂層３０３とを接着可能な接着剤によって形成される層である。接着層３０５の形成に使用される接着剤の組成は、特に制限されないが、たとえば、酸変性ポリオレフィンを含む樹脂組成物である。酸変性ポリオレフィンとしては、酸変性されたポリオレフィンであれば特に制限されないが、好ましくは不飽和カルボン酸又はその無水物でグラフト変性されたポリオレフィンが挙げられる。接着層３０５の厚さとしては、たとえば、１〜５０μｍ程度、好ましくは２〜４０μｍ程度が挙げられる。
【００４１】
弁構造体１００Ａは、収容体２００に気密に取り付けられ、収容体２００の内部で発生したガスを必要に応じて順次逃がし、収容体２００が内圧によって破裂することを防止するように構成される。同時に、ガスを逃すとき、予め充填されていた充填物を収容体２００内に放出する。充填物は、元々収容体２００内に収容されていた電解液を補填するための電解液や、発熱反応や発火を防止するための消火剤（還元剤）を含み得る。電解液や消火剤は、他の添加剤を含んでいてもよい。
【００４２】
＜１−２．弁構造体の構成＞
図１Ａに示すように、弁構造体１００Ａは、内部に通路Ｌが形成される外体２Ａを備える。外体２Ａは、略円筒形状の筒状部位２０Ａ及び取付部２２Ａを有する。取付部２２Ａは、弁構造体１００Ａを収容体２００に取り付けるための部位である。取付部２２Ａは、たとえば収容体２００に挟まれた状態でヒートシールされることによって、収容体２００に固定される。取付部２２Ａの断面形状は、収容体２００の厚み方向に環状に膨らむ環状部２３と、環状部２３の両端から左右方向の端部に近づくほど薄く形成された翼状延端部２４，２４とを輪郭とする涙目形状である。環状部２３の外周断面が凸の湾曲であり、この環状部２３の両端側と翼状延端部２４，２４の根元側とは外周断面が凹の湾曲でなだらかに接続されているため、取付部２２Ａの外周に対して収容体２００を構成するラミネートフィルム３００を隙間なく接着することができる。従って、収容体２００がパウチである場合、取付部２２Ａの断面形状が上述のような涙目形状に形成されることが好ましい。筒状部位２０Ａは、取付部２２Ａの上面から上に延びる円筒状の部位である。本実施形態では、筒状部位２０Ａは、金属で構成される。筒状部位２０Ａを構成する金属は特に限定されず、アルミニウム、真鍮、ステンレス等、適宜選択することができる。通路Ｌは、取付部２２Ａ及び筒状部位２０Ａの内部を貫通して上下方向に延びる断面が円形の通路であり、収容体２００の内外を連通させる。
【００４３】
筒状部位２０Ａの内周面には、一定の間隔を空けて３つのフランジ部２１が形成されており、それぞれのフランジ部２１の下面は、破壊弁１ａ、１ｂ、１ｃの外周縁と溶接されている。つまり、破壊弁１ａ〜ｃはこの順に通路Ｌを閉塞するように配置される。好ましくは、破壊弁１ａ〜ｃは、実質的に等間隔に配置される。破壊弁１ａ〜ｃは、いずれも同じ構成を有するため、以下ではこれらをまとめて破壊弁１とよぶことがある。破壊弁１は、収容体２００の内部に向かう側を一次側、該一次側の反対側を二次側とする。本実施形態では、破壊弁１ａが本発明の第１破壊弁に、破壊弁１ｂが本発明の第２破壊弁にそれぞれ相当する。
【００４４】
破壊弁１は、金属製であり、略円板形状である。破壊弁１は、自身の一次側の内圧が上昇した場合、裂開してガスを二次側の空間に逃すように構成される。本実施形態では、破壊弁１は、収容体２００の内部で発生したガスに起因して、収容体２００の内圧が所定の圧力まで上昇すると、収容体２００のより内側に近いものから順次裂開する。なお、図１に示す状態では、破壊弁１はいずれも裂開していない閉状態である。
【００４５】
収容体２００、通路Ｌ、及び破壊弁１ａは、第１領域Ｒ１を規定する。すなわち、破壊弁１ａの一次側の通路Ｌと、収容体２００の内部とは連通しており、破壊弁１ａが閉状態である場合、収容体２００の内圧は第１領域Ｒ１の内圧であると言ってよい。第１領域Ｒ１は、収容体２００内部で発生したガスが最初に封止される閉空間である。
【００４６】
破壊弁１ａ、通路Ｌ、及び破壊弁１ｂは、第２領域Ｒ２を規定する。破壊弁１ａ及び１ｂが共に閉状態である場合、第２領域Ｒ２は閉空間である。破壊弁１ａの二次側の第２領域Ｒ２には、第１充填物Ｊ１が充填される。
【００４７】
破壊弁１ｂ、通路Ｌ、及び破壊弁１ｃは、第３領域Ｒ３を規定する。破壊弁１ｂ及び１ｃが共に閉状態である場合、第３領域Ｒ３は閉空間である。破壊弁１ｂの二次側の第３領域Ｒ３には、第２充填物Ｊ２が充填される。なお、本実施形態では、破壊弁１ａ〜ｃは、実質的に等間隔に配置されている。
【００４８】
図２Ａは、破壊弁１の上面図である。破壊弁１の上面には、略Ｙ字状に切り欠かれた切欠き部１０が形成される。図２Ｂは、破壊弁１のI I−I I断面図である。図２Ｂに示すように、切欠き部１０は、破壊弁１の上面と下面とで対称に形成され、切欠き部１０の厚みＷ１は破壊弁１の他の部分の厚みＷ２よりも薄い。つまり、切欠き部１０は、破壊弁１の他の部分よりも相対的に強度が低く、破壊弁１の内部に発生した応力が集中する部位である。これにより、破壊弁１に一定以上の圧力が加わると、切欠き部１０から破断が発生し、破壊弁１が裂開する。破壊弁１の開弁圧力は、破壊弁１が裂開する最小の圧力であり、切欠き部１０の形状、厚みＷ１、破壊弁１を構成する材料等のパラメータによって適宜調整することができる。なお、「裂開」とは、破壊弁１を構成する材料が断ち切れることにより、破壊弁１の一次側と二次側とが気体連通した状態になることを指すものとする。
【００４９】
破壊弁１は、本実施形態ではたとえばアルミニウム製であり、Ｗ１は１０〜２０[μｍ]、Ｗ２は約２００[μｍ]である。また、開弁圧力は０．２[ＭＰａ]である。なお、開弁圧力は、二次側の圧力が大気圧（０．１ＭＰａ）であるものとして、常温（２５℃）の環境下における破壊弁１の一次側の圧力と二次側の圧力との差で表すものとする。破壊弁１の開弁圧力は、いずれも収容体２００の耐内圧以下であり、好ましくは、収容体２００の耐内圧の２／３以下である。また、収容体２００に取り付けられた弁構造体１００Ａの破壊弁１が裂開しない構造に置換された場合において、８０℃の環境で収容体２００の内圧を上昇させた場合に、収容体２００が破裂する際の収容体２００の内圧を、収容体２００の耐内圧という。収容体２００の内圧は、大気圧との差で表すものとする。収容体２００の耐内圧は、たとえば０．３[ＭＰａ]以上１[ＭＰａ]以下の範囲内とすることができる。収容体２００は、少なくとも、基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体によって構成されているため、収容体２００の厚みや強度を考慮すると、耐内圧については、当該範囲程度が適切である。耐内圧は、熱融着性樹脂層３０３のシール強度や、ラミネートフィルム３００の厚みなどによって調整される。
【００５０】
筒状部位２０Ａは、たとえば図３Ａに示すような略円筒形状の金属製のパーツ２６と、破壊弁１とで構成される筒状要素２５から構成してもよい。図３Ｂに示すように、パーツ２６の一端の内壁面には、内フランジとしてフランジ部２１が形成されている。パーツ２６のフランジ部２１以外の内径は、破壊弁１の外径よりもわずかに大きい。パーツ２６の他端から破壊弁１を挿入して、フランジ部２１と破壊弁１の外周縁とをレーザー溶接することにより、筒状要素２５が得られる。なお、フランジ部２１は内フランジとしてではなく、外フランジとしてパーツ２６の外壁面に形成されてもよい。この場合、破壊弁１の外周縁は、パーツ２６のフランジ部２１の上面に溶接されてもよい。こうして得られた筒状要素２５を３つ用意し、破壊弁１の側を底面として、筒状要素２５の内部に充填物Ｊ１、Ｊ２を充填し、筒状要素２５同士を互いにレーザー溶接してもよい。
【００５１】
第１充填物Ｊ１は、液体及び固体の少なくとも一方を含み、破壊弁１ａの二次側に充填される。第１充填物Ｊ１は、好ましくは電解液を含む。また、第１充填物Ｊ１は、好ましくは消火剤を含む。本実施形態では、第１充填物Ｊ１は、リチウムイオン電池の電解液である。
【００５２】
第２充填物Ｊ２は、液体及び固体の少なくとも一方を含み、破壊弁１ｂの二次側に充填される。第２充填物Ｊ２は、好ましくは電解液を含む。また、第２充填物Ｊ２は、好ましくは消火剤を含む。本実施形態では、第２充填物Ｊ２は、消火剤である。
【００５３】
本実施形態のように、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは異なっていてもよい。また、第１充填物Ｊ１が消火剤であり、第２充填物Ｊ２が電解液であってもよい。さらに、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは共に電解液であってもよく、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは共に消火剤であってもよく、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは共に電解液と消火剤の混合物であってもよい。好ましくは、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは同じである。
【００５４】
第１充填物Ｊ１及び第２充填物Ｊ２に含まれる消火剤（還元剤）は、消火機能を有する液体、固体（たとえば、粉体）及びこれらの組合せであれば、特に限定されない。消火剤は、たとえば、ラジカル捕捉剤としてハロゲン化有機化合物又は非ハロゲン化有機化合物を含む。より具体的には、リン酸トリス（２，２，２−トリフルオロエチル）、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、環状リン酸、ヘキサメトキシシクロトリホスファゼンのような環状ホスファゼン、リン酸アルキル、リン酸アリル、亜リン酸トリス（２，２，２−トリフルオロエチル）のような亜リン酸エステル等のリン系有機化合物、フッ素化ポリプロピレンカーボネートのようなフッ素化アルキレンカーボネート、メチルノナフルオロブチルエーテルのようなフッ素化エーテル等が挙げられ、これらは組み合わせられてもよい。
【００５５】
また、上述の消火剤は、アルカリ土類金属化合物、特にカルシウム化合物を含んでもよい。消火剤はさらに水を含んでもよく、アルカリ土類金属水溶液、特にカルシウム水溶液を含んでもよい。また、消火剤はアルカリ土類金属水溶液、特にカルシウム水溶液であってもよい。
【００５６】
＜１−３．弁構造体の動作＞
以下、第１実施形態に係る弁構造体１００Ａの動作について説明する。
【００５７】
電解液の気化や分解に伴って収容体２００の内部でガスが発生すると、第１領域Ｒ１の内圧が上昇する。第１領域Ｒ１の内圧が上昇して（第２領域Ｒ２の内圧との差が）破壊弁１の開弁圧力に達すると、破壊弁１ａが裂開する。破壊弁１ａが裂開すると、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とが連通し、ガスが第２領域Ｒ２内に逃れると同時に、第１充填物Ｊ１が通路Ｌを介して収容体２００の内部へ放出される。ガスが第２領域Ｒ２内に逃れることにより、収容体２００に加わる内圧が降下する。また、第１充填物Ｊ１が収容体２００の内部へ放出されることにより、電解液が補充される。
【００５８】
破壊弁１ａの裂開後、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の内圧が上昇して（第３領域第３領域Ｒ３の内圧との差が）破壊弁１の開弁圧力に再び達すると、破壊弁１ｂが裂開する。破壊弁１ｂが裂開すると、破壊弁１ｂの第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３とが連通し、ガスが第３領域Ｒ３内に逃れると同時に、第２充填物Ｊ２が通路Ｌを介して収容体２００の内部へ放出される。ガスが第３領域Ｒ３内に逃れることにより、収容体２００に加わる内圧が降下する。また、第２充填物Ｊ２が収容体２００の内部へ放出されることにより、消火剤が添加され、収容体２００内の発熱反応や発火が防止される。
【００５９】
破壊弁１ｂの裂開後、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３の内圧が上昇して(大気圧との差が)破壊弁１の開弁圧力に再び達すると、破壊弁１ｃが裂開する。破壊弁１ｃが裂開すると、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び第３領域Ｒ３と収容体２００の外部とが連通する。すなわち、収容体２００の内外が連通し、収容体２００の内部で発生したガスが外部へと放出される。
【００６０】
＜１−４．特徴＞
弁構造体１００Ａは、収容体２００（第１領域Ｒ１）の内圧が破壊弁１の開弁圧力まで上昇すると、まず破壊弁１ａが裂開して第２領域Ｒ２を開放し、第１充填物Ｊ１を収容体２００内に放出する。これによって収容体２００が破裂することを防止すると同時に、液枯れを防止することが可能になる。従って、破壊弁１ａが裂開したとしても、電池としての機能を維持することが可能である。また、再び収容体２００内（第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２）の内圧が上昇した場合は、破壊弁１ｂが裂開して第３領域Ｒ３を開放し、第２充填物Ｊ２を収容体２００内に放出する。これによって収容体２００が破裂することを防止すると同時に、発熱反応や発火を防止することが可能になる。このように、破壊弁１が裂開するごとにガスを逃がすための空間が開放され、さらに電解液や消火剤が収容体２００内に放出されていくので、収容体２００の破裂を防止しながら電池としての機能を維持することが可能になる。
【００６１】
また、破壊弁１ａ，ｂが裂開したとしても、収容体２００の内部側から最も離れた破壊弁１ｃが裂開するまでは収容体２００の内外が連通しない。このため、電解液の漏洩や、電解液が空気と接触することによる反応、収容体２００内への異物混入が発生しにくくなる。
【００６２】
また、収容体２００内部の真空引きが必要な場合、弁構造体１００Ａによれば、真空引きの必要な空間が第１領域Ｒ１に限られるので、同じ容積の通路Ｌを持つ弁体と比較すると、真空引きに必要な時間を短縮できる。
【００６３】
さらに、変形例で後述するように、個々の破壊弁１の開弁圧力や、破壊弁１同士の間隔を調整することにより、収容体２００の性質や用途に応じて弁構造体１００Ａの最適な設計が可能になる。また、弁構造体１００Ａ自体の設計自由度が向上する。
【００６４】
＜１−５．変形例＞
以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
【００６５】
＜１−５−１＞
上記第１実施形態において、弁構造体１００Ａは破壊弁１を３つ備えていたが、破壊弁１の数はこれに限定されない。たとえば、弁構造体１００Ａは、破壊弁１を１つのみ備えてもよいし、４つ以上備えてもよい。弁構造体１００Ａが破壊弁１を４つ以上備える場合、弁構造体１００Ａは破壊弁１の二次側の空間に充填される充填物をさらに備えていてもよい。たとえば、弁構造体１００Ａが破壊弁１ｃの二次側に破壊弁１ｄをさらに備えるような場合、破壊弁１ｃの二次側の空間に液体及び固体の少なくとも一方を含む第３充填物が充填されていてもよい。第３充填物は、第１充填物Ｊ１及び第２充填物Ｊ２と同様、液体及び固体の少なくとも一方を含むのであれば、収容体２００の内容物や用途に合わせて適宜選択することができる。このように、破壊弁の数、充填物の数及び種類は適宜選択することができる。
【００６６】
＜１−５−２＞
上記第１実施形態において、外体２Ａには略円筒形状の筒状部位２０Ａが形成されたが、筒状部位２０Ａはこの形状に限定されない。筒状部位２０Ａは、たとえば断面が多角形の筒状に形成されてもよい。また、たとえば図４に示すように、筒状部位２０Ａは下端側から上端側に向かって径が小さくなるテーパー形状に形成されてもよい。図４に示すテーパー形状は、下端側から上端側に向かって径が小さくなるが、下端側から上端側に向かって径が大きくなるテーパー形状とすることもできる。
【００６７】
＜１−５−３＞
筒状部位２０Ａを形成する方法は、上述した方法に限定されない。たとえば、図４に示すように筒状部位２０Ａがテーパー形状に形成される場合、フランジ部２１を予め筒状部位２０Ａの内壁に複数形成しておき、破壊弁１を径の小さいものから順にフランジ部２１に溶接していく方法も可能である。
【００６８】
＜１−５−４＞
上記第１実施形態において、破壊弁１ａ〜ｃの開弁圧力は全て等しい開弁圧力であったが、破壊弁１ａ〜ｃとで開弁圧力に差をつけてもよい。たとえば、破壊弁１ａ〜ｃの順に開弁圧力が大きくなるように構成することもできるし、反対に破壊弁１ａ〜ｃの順に開弁圧力が小さくなるように構成することもできる。また、上記第１実施形態において、破壊弁１ａ〜ｃは実質的に等間隔に配置されていたが、破壊弁１同士の間隔は等間隔でなくてもよい。上述したように、個々の破壊弁１の開弁圧力や、破壊弁１同士の間隔を調整することにより、収容体２００の性質や用途に応じて弁構造体１００Ａを設計することが可能である。
【００６９】
＜１−５−５＞
切欠き部１０の形状は、略Ｙ字状に限定されず、たとえば図５Ａに示すように十字状に形成されてもよい。また、図５Ｂに示すように、切欠き部１０は破壊弁１の両面に形成されず、片面のみに形成されてもよい。また、厚さＷ１，Ｗ２は上記で挙げた数値に限定されず、適宜変更することができる。
【００７０】
＜１−５−６＞
上記第１実施形態において、収容体２００はラミネートフィルム製のパウチであったが、収容体２００はこれに限定されず、弁構造体１００Ａは種々の材質、形態の収容体に適用可能である。たとえば金属製の缶、樹脂製の容器、及び図６Ａに示すような冷間成形（冷間成形）等によって成形されたエンボスタイプの収容体等にも適用可能である。図６Ａに示す収容体２００は、全体として略直方体形状であり、上述したようなラミネートフィルム３００で構成される包装材料２１０，２２０を含んでいる。つまり、包装材料２１０，２２０の各々は、少なくとも、基材層３０１、バリア層３０２及び熱融着性樹脂層３０３をこの順に有する。包装材料２１０は、空間Ｓ１が形成されるように冷間成形された成形部２１１と、成形部２１１の外周縁から延びるフランジ部２１２とを含んでいる。空間Ｓ１には、たとえば蓄電デバイス素子４００が収容される。収容体２００は、包装材料２１０、２２０の各々の周縁に位置する熱融着性樹脂層同士をヒートシールすることにより形成される。
【００７１】
図６Ｂは、エンボスタイプの収容体２００に対する弁構造体１００Ａの取付態様の一例を示す模式図である。図６Ｂに示す例では、ヒートシール等により包装材料２１０（フランジ部２１２）及び包装材料２２０と、取付部２２Ａの外周とをそれぞれ接着することによって、弁構造体１００Ａが収容体２００に固定される。好ましくは、弁構造体１００Ａは、フランジ部２１２と翼状延端部２４，２４とが概ね平行になるように包装材料２１０，２２０の隙間に配置される。
【００７２】
なお、収容体２００は、必ずしも図６Ａに示すような構成でなくてもよい。たとえば、包装材料２１０と包装材料２２０とが予め一辺において一体化されて（繋がって）いてもよい。この場合には、包装材料２１０のフランジ部２１２の端部において、包装材料２１０と包装材料２２０とが一体化しており（繋がっており）、包装材料２１０と包装材料２２０とが重ねられた状態で四方シールすることによって、収容体２００内に蓄電デバイス素子等が密封されてもよい。また、包装材料２１０と包装材料２２０とが一体化している辺においてはフランジ部２１２が省略されており、包装材料２１０と包装材料２２０とが重ねられた状態で三方シールすることによって、収容体２００内に蓄電デバイス素子等が密封されてもよい。
【００７３】
また、弁構造体１００Ａが収容体２００に取付られる態様は、収容体２００の形態等に応じて適宜選択することができ、図１Ａ、図４、及び図６Ｂに示すような態様に限定されない。すなわち、取付部２２Ａの形状は涙目形状に限定されず、また、外体２Ａは収容体２００に挟まれてヒートシールされる取付部２２Ａを備えていなくてもよい。たとえば収容体２００が図６Ａに示すようなエンボスタイプの成形品であるような場合、図６Ｃに示すように収容体２００の天面２０１に取付孔２０２を形成し、取付孔２０２を塞ぐように弁構造体１００Ａを取り付けることもできる。
【００７４】
より具体的には、図６Ｄに示すように、弁構造体１００Ａは収容体２００の天面２０１から内部に埋め込まれるような態様で取り付けられてもよい。この場合、外体２Ａは、筒状部位２０Ａの上端の外周縁にフランジを備え、フランジと天面２０１（取付孔２０２の周縁）とがシールされてもよい。また、筒状部位２０Ａの側周面を接着用の樹脂Ｐによって覆った後、収容体２００と接着してもよい。また、別の例を挙げると、図６Ｅに示すように、弁構造体１００Ａは収容体２００の天面２０１から外部へと突出するような態様で取り付けられてもよい。この場合、外体２Ａは、筒状部位２０Ａの下端の外周縁にフランジを備え、フランジと天面２０１の内側（取付孔２０２の周縁）とがシールされてもよい。また、図６Ｄに示す例と同様、筒状部位２０Ａの側周面を接着用の樹脂Ｐによって覆った後、収容体２００と接着してもよい。さらに、弁構造体１００Ａの取付箇所は天面２０１に限定されず、側面や底面であってもよい。
【００７５】
＜１−５−７＞
筒状部位２０Ａは、図７Ａ，Ｂにそれぞれ示すように上端部において上面２７によって閉塞されていてもよい。つまり、弁構造体２００Ａは、全ての破壊弁１が裂開した後も収容体２００の内外が連通しないように構成されていてもよい。この場合でも、破壊弁１が裂開すると、ガスが逃れる空間が開放されるため、収容体２００の内圧を下げることができる。また、第１、第２充填物Ｊ１，Ｊ２によって収容体２００に収容される内容物の不足や収容体内の好ましくない反応を防止することができる。
【００７６】
＜１−５−８＞
上記第１実施形態において、筒状部位２０Ａは金属製であったが、筒状部位２０Ａを構成する材料はこれに限定されず、たとえば樹脂であってもよい。筒状部位２０Ａを構成する樹脂の例としては、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。また、筒状部位２０Ａはセラミック製であってもよい。さらに、筒状部位２０Ａは異種材料の積層体から構成されてもよく、たとえば、樹脂と金属の積層体、樹脂とセラミックの積層体から構成されてもよい。
【００７７】
[第２実施形態]
以下、第２実施形態に係る弁構造体について説明する。第２実施形態に係る弁構造体が第１実施形態と相違するのは、弁構造体の材質及び破壊弁の構造である。
【００７８】
＜２−１．弁構造体の概要＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る弁構造体１００Ｂと、弁構造体１００Ｂが取り付けられる収容体２００とを示す正面図である。図７に示されるように、弁構造体１００Ｂは、たとえば、収容体２００に取り付けられて使用される。以下では、説明の便宜のため、図７の上下方向を「上下」、図７の左右方向を「左右」、図７の紙面方向を「前後」と称し、これを基準に説明を行う。但し、本発明に係る弁構造体の使用時の向き、方向はこれに限定されない。
【００７９】
収容体２００は、たとえば、コーヒー、発酵食品（味噌等）、長期保存用食品、薬品及び蓄電デバイス素子４００（リチウムイオン電池やキャパシタ等の蓄電部材）を内部に収容して密閉されるように構成されている。収容体２００内の内容物は、時間の経過、加熱に伴いガスを発生する。第２実施形態に係る収容体２００の構成については、第１実施形態と共通であるため、説明を省略する。
【００８０】
本実施形態の収容体２００は、基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有するラミネートフィルム（積層体）３００が袋状に成型されて形成されたパウチである。収容体２００には、リチウムイオン電池の電極、電解液といった電池素子が収容される。弁構造体１００Ｂは、収容体２００に気密に取り付けられ、収容体２００の内部で発生したガスを必要に応じて順次逃がし、収容体２００が内圧によって破裂することを防止するように構成される。同時に、ガスを逃すとき、予め充填されていた充填物を収容体２００内に放出する。充填物は、元々収容体２００内に収容されていた電解液を補填するための電解液や、発熱反応や発火を防止するための消火剤（還元剤）を含み得る。電解液や消火剤は、他の添加剤を含んでいてもよい。
【００８１】
＜２−２．弁構造体の構成＞
図８に示す弁構造体１００Ｂは、全体が樹脂フィルムで構成される。弁構造体１００Ｂが備える破壊弁は、イージーピール可能に接着された部材、たとえばヒートシールにより接着されたイージーピールフィルムと樹脂フィルムとで構成される。弁構造体１００Ｂは、内部に通路Ｌが形成される外体２Ｂを備える。外体２Ｂは、上下方向に延びる筒状の筒状部位２０Ｂを有する。筒状部位２０Ｂは、たとえば同じ２枚のフィルム１０１，１０１の両端部を、互いにヒートシールすることにより形成される。筒状部位２０Ｂの下端側では、フィルム１０１，１０１と収容体２００とがヒートシールされており、これによって弁構造体１００Ｂが収容体２００に取り付けられる。つまり、筒状部位２０Ｂの下端部のヒートシール部分は、弁構造体１００Ｂを収容体２００に取り付けるための取付部２２Ｂを構成する。
【００８２】
収容体２００に弁構造体１００Ｂを取り付ける際は、フィルム１０１，１０１同士がヒートシールされ、通路Ｌが閉塞されることを防止するため、フィルム１０１，１０１の間に非接着性の樹脂からなるシート１０３を挟み込んでヒートシールを行う。これにより、取付部２２Ｂにおいて通路Ｌが閉塞されることがなく、通路Ｌは収容体２００の内部と連通する。シート１０３は、非接着性の樹脂材料からなるシートであれば特に種類は限定されず、たとえばテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製であってよい。
【００８３】
図８のフィルム１０１，１０１の間には、イージーピールフィルム１０２（以下、ＥＰフィルム１０２とよぶ）が挟まっており、ＥＰフィルム１０２の左右の端部は、フィルム１０１，１０１の左右の端部と共にヒートシールされている。この部分を縦シール部１１０とよぶ。ＥＰフィルム１０２は、易剥離性の樹脂フィルムであり、ＥＰフィルム１０２と他の樹脂フィルムとがヒートシールされた部分は、通常の樹脂フィルム同士がヒートシールされた部分と比較して、弱い力で剥離する。通路Ｌは、ＥＰフィルム１０２によって、第１通路Ｌ１と、第２通路Ｌ２とに分断される（図９参照）。
【００８４】
図９Ａは、弁構造体１００Ｂを取付部２２Ｂ側から見たときの端面図である。図９Ａに示すように、ＥＰフィルム１０２の幅は、フィルム１０１，１０１の幅よりも若干小さく、ＥＰフィルム１０２の両端は、フィルム１０１，１０１の両端よりも筒状部位２０Ｂの内側に位置する。従って、縦シール部１１０は、フィルム１０１，１０１同士のヒートシール部分を含んでいる。このため、縦シール部１１０は、容易に剥離し難い。
【００８５】
図９Ｂは、図８に示す弁構造体１００ＢのI Ｘ−I Ｘ断面図である。弁構造体１００Ｂは、フィルム１０１、ＥＰフィルム１０２、及びフィルム１０１がこの順に重ねられ、ヒートシールにより接着されて形成されるイージーピール部（以下、ＥＰ部とよぶ）１１１ａ、１１１ｂ，及び１１１ｃを有する。ＥＰ部１１１ａ〜ｃは、第１通路Ｌ１及び第２通路Ｌ２を閉塞するように筒状部位２０Ｂの前面と後面の同じ位置に形成される。ＥＰ部１１１ａ〜ｃは、好ましくは、通路Ｌの延びる方向に沿って実質的に等間隔に配置される。
【００８６】
ＥＰ部１１１ａ〜ｃは、通常のヒートシール部よりもシール強度が低いイージーピールであるため、一次側の圧力が上昇するとＥＰフィルム１０２からフィルム１０１，１０１がそれぞれ剥離する。本実施形態では、ＥＰ部１１１ａ〜ｃは、収容体２００の内部で発生したガスに起因して、収容体２００の内圧が所定の圧力まで上昇すると裂開する破壊弁としてそれぞれ機能する。従って、以下ではＥＰ部１１１ａ〜ｃを破壊弁１１１ａ〜ｃ、もしくはまとめて破壊弁１１１とよぶ。破壊弁１１１は、収容体２００の内部に向かう側を一次側、該一次側の反対側を二次側とする。本実施形態では、破壊弁１１１ａが本発明の第１破壊弁に、破壊弁１１１ｂが本発明の第２破壊弁にそれぞれ相当する。
【００８７】
本実施形態では、ＥＰ部１１１ａ〜ｃのシール強度は、いずれも概ね同じ強度となるように構成されている。従って、破壊弁１１１ａ〜ｃの開弁圧力は、いずれも同じである。また、厳密には破壊弁１１１ａ〜ｃは、第１通路Ｌ１及び第２通路Ｌ２のそれぞれを閉塞するように、一対ずつ形成されるともいえる。しかしながら一対の破壊弁は同じ構成を有し、概ね同じように動作するため、同一のＥＰ部に対応する一対の破壊弁は、１個の破壊弁として扱う。
【００８８】
破壊弁１１１を構成する２枚のフィルム１０１と、ＥＰフィルム１０２とがそれぞれヒートシールされ、第１通路Ｌ１及び第２通路Ｌ２が共に閉塞されている状態を破壊弁１１１の閉状態とする。また、「裂開」とは、破壊弁１１１を構成するフィルム１０１とＥＰフィルム１０２との一部又は全部が剥離し、第１通路Ｌ１及び第２通路Ｌ２が一次側と二次側とで気体連通する状態となることをいうものとする。破壊弁１１１の開弁圧力は、いずれも収容体２００の耐内圧以下であり、好ましくは、耐内圧の２／３以下である。本実施形態の破壊弁１１１の開弁圧力は、いずれも０．１[ＭＰａ]である。なお、開弁圧力は、二次側の圧力が大気圧（０．１ＭＰａ）であるものとして、常温（２５℃）の環境下における破壊弁１１１の一次側の圧力と二次側の圧力との差で表す。なお、収容体２００に取り付けられた弁構造体１００Ｂの破壊弁１１１が裂開しない構造に置換された場合において、８０℃の環境で収容体２００の内圧を上昇させた場合に、収容体２００が破裂する際の収容体２００の内圧を、収容体２００の耐内圧という。収容体２００の内圧は、大気圧との差で表すものとする。収容体２００の耐内圧は、たとえば０．３[ＭＰａ]以上１[ＭＰａ]以下の範囲内とすることができる。収容体２００は、少なくとも、基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体によって構成されているため、収容体２００の厚みや強度を考慮すると、耐内圧については、当該範囲程度が適切である。耐内圧は、熱融着性樹脂層３０３のシール強度や、ラミネートフィルム３００の厚みなどによって調整される。
【００８９】
収容体２００、第１通路Ｌ１、第２通路Ｌ２、及び破壊弁１１１ａは、第１領域Ｒ１を規定する。すなわち、破壊弁１１１ａの一次側の第１通路Ｌ１及び第２通路Ｌ２と、収容体２００の内部とは連通しており、破壊弁１１１ａが閉状態である場合、収容体２００の内圧は第１領域Ｒ１の内圧であると言ってよい。第１領域Ｒ１は、収容体２００内部で発生したガスが最初に封止される閉空間である。
【００９０】
破壊弁１１１ａ、第１通路Ｌ１、第２通路Ｌ２、及び破壊弁１１１ｂは、第２領域Ｒ２，Ｒ２を規定する。破壊弁１１１ａ及び１１１ｂが共に閉状態である場合、第２領域Ｒ２，Ｒ２は閉空間である。破壊弁１１１ａの二次側である第２領域Ｒ２，Ｒ２には、第１充填物Ｊ１が充填される。
【００９１】
破壊弁１１１ｂ、第１通路Ｌ１、第２通路Ｌ２、及び破壊弁１１１ｃは、第３領域Ｒ３，Ｒ３を規定する。破壊弁１１１ｂ及び１１１ｃが共に閉状態である場合、第３領域Ｒ３，Ｒ３は閉空間である。破壊弁１１１ｂの二次側である第３領域Ｒ３，Ｒ３には、第２充填物Ｊ２が充填される。なお、本実施形態では、破壊弁１１１ａ〜ｃは、互いに同一の間隔を空けて配置されている。
【００９２】
第１充填物Ｊ１は、液体及び固体の少なくとも一方を含み、破壊弁１１１ａの二次側に充填される。第１充填物Ｊ１は、好ましくは電解液を含む。また、第１充填物Ｊ１は、好ましくは消火剤を含む。本実施形態では、第１充填物Ｊ１は、リチウムイオン電池の電解液である。
【００９３】
第２充填物Ｊ２は、液体及び固体の少なくとも一方を含み、破壊弁１１１ｂの二次側に充填される。第２充填物Ｊ２は、好ましくは電解液を含む。また、第２充填物Ｊ２は、好ましくは消火剤を含む。本実施形態では、第２充填物Ｊ２は、消火剤である。
【００９４】
本実施形態のように、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは異なっていてもよい。また、第１充填物Ｊ１が消火剤であり、第２充填物Ｊ２が電解液であってもよい。さらに、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは共に電解液であってもよく、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは共に消火剤であってもよく、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは共に電解液と消火剤の混合物であってもよい。好ましくは、第１充填物Ｊ１と第２充填物Ｊ２とは同じである。消火剤については、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９５】
フィルム１０１としては、公知の種々の接着性フィルムを採用することができる。たとえば、フィルム１０１は、酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）、アルミニウム（Ａｌ）、ＰＰａがこの順に積層した積層フィルムであってもよい。この場合、ＰＰａ層、Ａｌ層の厚みとしては、たとえばそれぞれ１〜１００[μｍ]程度及び３〜１００[μｍ]程度、好ましくはそれぞれ５〜５０[μｍ]程度及び５〜５０[μｍ]程度が挙げられる。また、フィルム１０１は、ポリプロピレン（ＰＰ）、アルミニウム（Ａｌ）、ＰＰがこの順に積層した積層フィルムであってもよい。この場合、ＰＰ層、Ａｌ層の厚みとしては、たとえばそれぞれ１〜１００[μｍ]程度及び３〜１００[μｍ]程度、好ましくはそれぞれ５〜５０[μｍ]程度及び５〜５０[μｍ]程度が挙げられる。
【００９６】
ＥＰフィルム１０２としては、公知の種々の易剥離性フィルムを採用することができ、ＥＰフィルム１０２のシール強度を調節することにより、破壊弁１１１としての開弁圧力を適宜調整することができる。一例としては、ＥＰフィルム１０２としてＤＩＣ株式会社製のＰＰ製フィルムＥ１９０１Ｔを採用し、Ｅ１９０１Ｔの厚みは約３０[μｍ]とし、シール強度は１０Ｎ／１５ｍｍとすることができる。なお、シール強度の測定方法は、ＪＩＳ  Ｚ  ０２３８に準拠する。
【００９７】
＜２−３．弁構造体の動作＞
以下、第２実施形態に係る弁構造体１００Ｂの動作について説明する。
【００９８】
電解液の気化や分解に伴って収容体２００の内部でガスが発生すると、第１領域Ｒ１の内圧が上昇する。第１領域Ｒ１の内圧が上昇して破壊弁１１１の開弁圧力に達すると、破壊弁１１１ａが裂開する。破壊弁１１１ａが裂開すると、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２，Ｒ２とが連通し、ガスが第２領域Ｒ２，Ｒ２内に逃れると同時に、第１充填物Ｊ１が収容体２００の内部へ放出される。ガスが第２領域Ｒ２，Ｒ２内に逃れることにより、収容体２００に加わる内圧が降下する。また、第１充填物Ｊ１が収容体２００の内部へ放出されることにより、電解液が補充される。
【００９９】
破壊弁１１１ａの裂開後、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２，Ｒ２の内圧が上昇して再び破壊弁１１１の開弁圧力に達すると、破壊弁１１１ｂが裂開する。破壊弁１１１ｂが裂開すると、第３領域Ｒ３，Ｒ３とが連通し、ガスが第３領域Ｒ３，Ｒ３内に逃れると同時に、第２充填物Ｊ２が収容体２００の内部へ放出される。ガスが第３領域Ｒ３，Ｒ３内に逃れることにより、収容体２００に加わる内圧が降下する。また、第２充填物Ｊ２が収容体２００の内部へ放出されることにより、消火剤が添加され、収容体２００内の発熱反応や発火が防止される。
【０１００】
破壊弁１１１ｂの裂開後、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２，Ｒ２、及び第３領域Ｒ３，Ｒ３の内圧が上昇して再び破壊弁１１１の開弁圧力に達すると、破壊弁１１１ｃが裂開する。破壊弁１１１ｃが裂開すると、破壊弁１１１ｃの一次側（第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２，Ｒ２、及び第３領域Ｒ３，Ｒ３）と二次側とが連通する。すなわち、収容体２００の内外が連通する。
【０１０１】
＜２−４．特徴＞
弁構造体１００Ｂは、収容体２００（第１領域Ｒ１）の内圧が破壊弁１の開弁圧力まで上昇すると、まず破壊弁１１１ａが裂開して第２領域Ｒ２，Ｒ２を開放し、第１充填物Ｊ１を収容体２００内に放出する。これによって収容体２００が破裂することを防止すると同時に、液枯れを防止することが可能になる。従って、破壊弁１１１ａが裂開したとしても、電池としての機能を維持することが可能である。また、再び収容体２００内（第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２，Ｒ２）の内圧が上昇した場合は、破壊弁１１１ｂが裂開して第３領域Ｒ３，Ｒ３を開放し、第２充填物Ｊ２を収容体２００内に放出する。これによって収容体２００が破裂することを防止すると同時に、発熱反応や発火を防止することが可能になる。このように、破壊弁１１１が裂開するごとにガスを逃がすための空間が開放され、さらに電解液や消火剤が収容体２００内に放出されていくので、収容体２００の破裂を防止しながら電池としての機能を維持することが可能になる。
【０１０２】
また、破壊弁１１１ａ，ｂが裂開したとしても、収容体２００の内部側から最も離れた破壊弁１１１ｃが裂開するまでは収容体２００の内外が連通しない。このため、電解液の漏洩や、電解液が空気と接触することによる反応、収容体２００内への異物混入が発生しにくくなる。
【０１０３】
また、収容体２００内部の真空引きが必要な場合、弁構造体１００Ｂによれば、真空引きの必要な空間が第１領域Ｒ１に限られるので、同じ容積の通路Ｌを持つ弁体と比較すると、真空引きに必要な時間を短縮できる。
【０１０４】
さらに、変形例で後述するように、破壊弁１１１同士の間隔を調整することにより、収容体２００の性質や用途に応じて弁構造体１００Ｂの最適な設計が可能になる。また、弁構造体１００Ｂ自体の設計自由度が向上する。
【０１０５】
＜２−５．変形例＞
以上、本発明の第２実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
【０１０６】
＜２−５−１＞
上記第２実施形態において、筒状部位２０Ｂは２枚のフィルム１０１，１０１を重ね合わせて両端部をヒートシールすることにより構成されたが、筒状部位２０Ｂを構成する方法はこれに限定されない。たとえば、１枚のフィルム１０１を中心で折り返し、端部を重ねた状態にして、折り返し部分と重なった端部とをそれぞれヒートシールしてもよい。
【０１０７】
＜２−５−２＞
上記第２実施形態において、破壊弁１１１は、イージーピール可能に接着されたフィルム１０１とＥＰフィルム１０２とにより構成されたが、破壊弁１１１を構成する部材はこれに限定されない。たとえば、ＥＰフィルム１０２を使用せず、フィルム１０１とフィルム１０１とのヒートシール時間、温度等を調整することによってシール強度の低いイージーピールを形成し、破壊弁１１１を構成してもよい。
【０１０８】
＜２−５−３＞
上記第２実施形態において、弁構造体１００Ｂは破壊弁１１１を３つ備えていたが、破壊弁１の数はこれに限定されない。たとえば、弁構造体１００Ｂは、破壊弁１を２つ備えてもよいし、４つ以上備えてもよい。弁構造体１００Ｂが破壊弁１１１を４つ以上備える場合、弁構造体１００Ｂは破壊弁１１１の二次側の空間に充填される充填物をさらに備えていてもよい。たとえば、弁構造体１００Ｂが破壊弁１１１ｃの二次側に破壊弁１１１ｄをさらに備えるような場合、破壊弁１１１ｃの二次側の空間に液体及び固体の少なくとも一方を含む第３充填物が充填されていてもよい。第３充填物は、第１充填物Ｊ１及び第２充填物Ｊ２と同様、液体及び固体の少なくとも一方を含むのであれば、収容体２００の内容物や用途に合わせて適宜選択することができる。このように、破壊弁の数、充填物の数及び種類は適宜選択することができる。さらに、破壊弁１１１ａ〜ｃは、実質的に等間隔に配置されたが、破壊弁１１１同士の間隔は等間隔でなくてもよい。
【０１０９】
＜２−５−４＞
上記第２実施形態において、筒状部位２０Ｂの上端部はイージーピールとして形成されたが、筒状部位２０Ｂの上端部は通常のヒートシール部やフィルム１０１の折り返し部で形成され、閉塞されていてもよい。つまり、弁構造体２００Ｂは、全ての破壊弁１が裂開した後も収容体２００の内外が連通しないように構成されていてもよい。この場合でも、破壊弁１１１が裂開すると、ガスが逃れる空間が開放されるため、収容体２００の内圧を下げることができる。また、第１、第２充填物Ｊ１，Ｊ２によって収容体２００に収容される内容物の不足や好ましくない反応を防止することができる。
【実施例】
【０１１０】
以下、本発明の実施例について説明する。ただし、以下の実施例は、あくまでも本発明の例示に過ぎず、本発明はこれに限定されない。
【０１１１】
＜実験条件＞
図１０Ａに示す実施例の弁構造体１００は、クロム酸処理されたアルミニウム製の外体２を有する。外体２の高さは１０ｍｍで、断面形状は涙目形状であり、外周面が収容体２００にヒートシールされる。涙目形状の中心には内径１０ｍｍの円形断面の貫通孔（通路Ｌ）が形成されている。この貫通孔の内周面にはアルミニウム製の破壊弁Ｘが実質的に等間隔（３ｍｍ）で溶接され、通路Ｌを閉塞すると共に、破壊弁Ｘと破壊弁Ｘとの間にはリチウムイオン電池の電解液Ｄが充填されている（図１０Ｂ参照）。破壊弁Ｘは、いずれも直径１０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍであり、両面に十字状の切欠き部を有し、開弁圧力は、０．１ＭＰａである。比較例は、弁構造体１００と同様の構造を有し、電解液Ｄが充填されていない弁構造体である。実施例及び比較例に係る弁構造体をそれぞれ同じ構成のパウチに取り付けた。パウチの耐内圧は、０．８ＭＰａである。パウチへの取り付けは、弁構造体の外周面に酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）層、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）層、及び酸変性ポリプロピレン（ＰＰａ）層がこの順に積層した接着性フィルム（ＰＰａ（厚さ４４μｍ）／ＰＥＮ（厚さ１２μｍ）／ＰＰａ（厚さ４４μｍ））を熱溶着した上で、パウチと外周面とを収容体２００℃で５秒間ヒートシールすることにより行った。また、パウチの内部にはリチウムイオン電池の電池素子（蓄電部材）を収容し、真空引きを行った後にパウチを密封した。密封済みのパウチを外部から１２０℃に加熱することでパウチ内部にガスを発生させ、リチウムイオン電池としての電池特性を確認した。
【０１１２】
＜実験結果＞
以下のような結果が得られた。
実施例：破壊弁Ｘが順次裂開し、ガスを逃すと共に、電解液がパウチ内に補充され、電池特性が維持された。
比較例：破壊弁Ｘが順次裂開してガスを逃したが、一部の電解液が失われ、電池特性が低下した。
【０１１３】
実験結果より、実施例に係る弁構造体では、パウチの破裂を防止しつつ、電解液を補充することによって電池としての機能を維持できることが分かった。
【符号の説明】
【０１１４】
１００Ａ，Ｂ  弁構造体
１  破壊弁
２Ａ，Ｂ  外体
１０  切欠き部
２０Ａ，Ｂ  筒状部位
２１  フランジ部
２２Ａ，Ｂ  取付部
１１１  破壊弁（ＥＰ部）
２００  収容体
Ｊ１  第１充填物
Ｊ２  第２充填物
Ｌ  通路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2020055587.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2020055587.tif 000010
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
2020055587.tif 000014
【図６Ｄ】
2020055587.tif 000015
【図６Ｅ】
2020055587.tif 000016
【図７Ａ】
2020055587.tif 000017
【図７Ｂ】
2020055587.tif 000018
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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