(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角形の容器を有する非水電解液二次電池の内圧を開放する角形非水電解液二次電池用の安全弁において、前記安全弁は、前記容器の上面に取り付けられたＳＵＳ３０４製の薄膜円盤状であり、かつ、外径１０ｍｍ乃至２０ｍｍ、膜厚０．０１３ｍｍ乃至０．０２１ｍｍの少なくとも１つの馬蹄状の彫り込み部を有し、前記内圧３ｋｇｆ／ｃｍ２乃至５ｋｇｆ／ｃｍ２で開裂することを特徴とする安全弁。
【請求項２】
前記彫り込み部は、前記容器の外側を向くように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の安全弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の安全弁を備えた角形非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は安全弁に関し、特に角形の容器を有する非水電解液二次電池の内圧を開放する角形非水電解液二次電池用の安全弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばリチウムイオン電池等の非水電解液二次電池では、過充電や短絡等時に電池内圧が上昇して、極端な場合には、電池を損傷させたり極めて高温となることある。このため、電池内圧が上昇する場合に備えて、非水電解液二次電池には内圧を解放する内圧開放機構を備える必要がある。この内圧開放機構として従来は、一様な厚さの金属の薄膜等を内圧上昇時に破断させることによって電池内圧を解放する弁が使用されていた。
【０００３】
しかしながら、一様な厚さの薄膜では、電池の安全を確保するために必要な破断圧を確保しようとすると、その厚さを非常に薄くしなければならず、組立時等に必要なだけの機械的強度を持たせることが難しくなる。
【０００４】
このため現在では、例えば、特開平第５−３１４９５６号公報で開示されたように、比較的厚い薄膜に直線状の彫り込み部を形成し、その上に保護板を取り付ける二重構造等を採用して低い開裂圧と機械的強度とを同時に得ることができる安全弁が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平第５−３１４９５６号公報の技術では、開裂圧を低く設定することが難しく、また、構造が複雑になる、という問題がある。特に、比較的大型の角形非水電解液二次電池では、円筒形二次電池よりも電池缶の耐圧を高く設定することが困難なので、より低い、一定した開裂圧を有する安全弁が必要となる。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、単純な構造で、低く、一定した開裂圧で開裂する角形非水電解液二次電池用の安全弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、角形の容器を有する非水電解液二次電池の内圧を開放する角形非水電解液二次電池用の安全弁において、前記安全弁は、前記容器の上面に取り付けられたＳＵＳ３０４製の薄膜円盤状であり、かつ、外径１０ｍｍ乃至２０ｍｍ、膜厚０．０１３ｍｍ乃至０．０２１ｍｍの少なくとも１つの馬蹄状の彫り込み部を有し、前記内圧３ｋｇｆ／ｃｍ２乃至５ｋｇｆ／ｃｍ２の一定範囲で開裂することを特徴とする。本発明では、容器の上面に取り付けられたＳＵＳ３０４製の薄膜円盤状とし、かつ、少なくとも１つの馬蹄状の彫り込み部を有するようにしたので、安全弁を単純な構造とすることができると共に、彫り込み部を外径１０ｍｍ乃至２０ｍｍ、膜厚０．０１３ｍｍ乃至０．０２１ｍｍとし内圧３ｋｇｆ／ｃｍ２乃至５ｋｇｆ／ｃｍ２で開裂するようにしたので、角形非水電解液二次電池を損傷させることなく低い内圧で開裂する安全弁とすることができる。
【０００８】
この場合に、前記彫り込み部を、前記容器の外側を向くように配設させるようにすれば、該彫り込み部が電解液に触れることによって起こりうる隙間腐食等による不慮の開孔を防止することができる。更に、前記安全弁を備えるようにすれば、安全性及び信頼性の高い角形非水電解液二次電池を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明に係る安全弁を角形非水電解液二次電池に適用した実施の形態について説明する。
【００１０】
図２に示すように、本実施形態の角形非水電解液二次電池１０は、この角形非水電解液二次電池１０の筐体の一部を構成する電池缶３を備えている。電池缶３の上部には電池蓋４がレーザー溶接により溶接されており、角形非水電解液二次電池１０は電池缶３と電池蓋４とで密閉されている。
【００１１】
電池蓋４の上面所定位置には安全弁１が取り付けられている。この安全弁１の取付位置は、過充電時など角形非水電解液二次電池１０の内部でガスが発生する場合に備えて、例えば図２に示したように、ガス発生量の少ない安全な領域で内圧を解放することができる位置とすることが好ましい。電池蓋４には安全弁１の直径よりも小径の開口部が形成されており、安全弁１はこの開口部に図示しない押さえリングを介してレーザー溶接により固定されている。
【００１２】
図１に示すように、安全弁１はＳＵＳ３０４製の薄膜円盤状の形状とされている。安全弁１の上面（電池蓋４の外側方向）には、馬蹄状（弧状）の彫り込み部１ａがウェットエッチングにより形成されている。
【００１３】
【実施例】
次に、上記本実施形態に従って、電池缶３のサイズを１５９×４０×１４６ｍｍ、電池蓋４を１５９×４０×２ｍｍ、電池蓋４に形成した開口部の直径を１８ｍｍとして実施例の角形非水電解液二次電池１０を作製した。
【００１４】
本実施例の安全弁１には、厚さ０．０５ｍｍのＳＵＳ３０４の薄膜を直径２１ｍｍの円形に打ち抜いたものを使用した。馬蹄状彫り込み部１ａの外径φを１５ｍｍ、内径を１３ｍｍとし（馬蹄状彫り込み部１ａの幅：１ｍｍ）、彫り込み部１ａの厚さ（エッチング部の残厚）ｔを０．０１５ｍｍとした。
【００１５】
また、上記実施例とは別に、彫り込み部外径φを１５ｍｍ、内径を１３ｍｍとし、彫り込み部厚さｔをそれぞれ０．００５ｍｍ、０．０１０ｍｍ、０．０２０ｍｍ、０．０２５ｍｍとした別の実施例の安全弁１を作製し、更に他に、彫り込み部厚さｔを０．０１５ｍｍとし、彫り込み部外径φをそれぞれ５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ（いずれも馬蹄状彫り込み部１ａの幅：１ｍｍ）とした他の実施例の安全弁１を作製した。
【００１６】
そして、これらの安全弁１をそれぞれ上述したように図示しない押さえリングを介してレーザー溶接により電池蓋４に取り付け、電池蓋４を電池缶３にレーザー溶接により溶接して各実施例の角形非水電解液二次電池１０を作製した。
【００１７】
次に、図２に示すように、安全弁１とは別な電池蓋４上の所定位置に形成された注液口２から図示しないポンプで角形非水電解液二次電池１０に水を送出して、各実施例の安全弁１の作動圧を調べた。
【００１８】
この結果、すべての実施例で安全弁１以外の角形非水電解液二次電池１０のいずれの箇所にも損傷がみられず、安全弁１の彫り込み部１ａのみが開裂して角形非水電解液二次電池１０の内圧が解放されたことを確認した。また、このときの開裂圧と彫り込み部厚さｔ及び彫り込み部外径φとの関係をそれぞれ図３及び図４に示す。
【００１９】
図３及び図４から明らかなように、開裂圧３ｋｇｆ／ｃｍ２〜の５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲では開裂圧の変化量が大きくなく、開裂圧はほぼ一定である。開裂圧がこの範囲にある彫り込み部厚さｔは、図３に示したように、０．０１３ｍｍ〜０．０２１ｍｍの範囲にある。また、開裂圧が上述した範囲にある彫り込み部外径φは、図４に示したように、概ね９ｍｍ〜２２ｍｍの範囲にある。
【００２０】
次に、上記実施例では厚さ０．０５ｍｍのＳＵＳ３０４の薄膜を直径２１ｍｍの円形とした安全弁１を使用したが、彫り込み部が形成できるように、厚さは彫り込み部厚さｔより大、直径は彫り込み部外径より大のもの、例えば、厚さを０．０３ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．０６ｍｍ及び０．０７ｍｍ、並びに、直径２０ｍｍ、２２ｍｍ、２３ｍｍ及び２４ｍｍの安全弁１を更に別にそれぞれ作製して、上記実施例の場合と同様の開裂圧と彫り込み部厚さｔ及び彫り込み部外径φとの関係を調べた。その結果、上記実施例と同様、安全弁１以外の角形非水電解液二次電池１０のいずれの箇所にも損傷がみられず、安全弁１の彫り込み部１ａのみが開裂して角形非水電解液二次電池１０の内圧が解放されたことを確認した。このとき、開裂圧３ｋｇｆ／ｃｍ２〜の５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲にある彫り込み部厚さｔは、図３と同様の０．０１３ｍｍ〜０．０２１ｍｍの範囲にあり、また、開裂圧がこの範囲にある彫り込み部外径φは、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であった。
【００２１】
本実施形態では、電池内圧が上昇しても、電池缶３、電池蓋４の変形が無視できる開裂圧５ｋｇｆ／ｃｍ２以下で安全弁１が開裂するようにしたので、角形非水電解液二次電池を損傷させることがなく、また、溶接部にも亀裂を生じさせることはない。従って、高圧構造を採ることが難しい比較的大型の角形非水電解液二次電池に適合する安全弁とすることができる。
【００２２】
また、ウエットエッチング等では彫り込み部厚さｔがロット毎に微妙にバラツキが生ずるので、開裂圧の変化量が少ない３ｋｇｆ／ｃｍ２〜の５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で安全弁１の開裂圧を設定すれば、ウエットエッチングで生ずるバラツキを吸収することができる。従って、安全弁１は生産工程でのバラツキを吸収できる範囲内、換言すれば、一定の開裂圧で開裂するので、安全性及び信頼性の点で優れる。
【００２３】
更に、本実施形態の安全弁１ａは、ＳＵＳ３０４性の薄膜円盤に彫り込み部１ａを配設しただけであるので、簡単な構造とすることができる。また、安全弁１の直径、厚さ及び彫り込み部１ａの形状、大きさを特定することによって、簡単な構造で低く、一定した開裂圧を有する安全弁とすることができる。更に、彫り込み部１ａを電解液と接触しない電池蓋４の外側方向に配設したので、隙間腐食等による不慮の開孔を防止することができる。更にまた、この安全弁１を角形非水電解液二次電池１０に備えることで、比較的小さい内圧上昇のうちに内圧が解放される安全性の高い電池とすることができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、彫り込み部１ａを１つ（１本）配設した例について説明したが、開裂圧３ｋｇｆ／ｃｍ２〜の５ｋｇｆ／ｃｍ２で安全弁１を開裂させるようにすれば、彫り込み部１ａは１つ以上配設するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、容器の上面に取り付けられたＳＵＳ３０４製の薄膜円盤状とし、かつ、少なくとも１つの馬蹄状の彫り込み部を有するようにしたので、安全弁を単純な構造とすることができると共に、彫り込み部を外径１０ｍｍ乃至２０ｍｍ、膜厚０．０１３ｍｍ乃至０．０２１ｍｍとし内圧３ｋｇｆ／ｃｍ２乃至５ｋｇｆ／ｃｍ２で開裂するようにしたので、角形非水電解液二次電池を損傷させることなく低い内圧で開裂する安全弁とすることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明が適用される実施形態の安全弁の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】実施形態の安全弁を備える角形非水電解液二次電池の概略斜視図である。
【図３】彫り込み部外径が一定で、彫り込み部厚さがそれぞれ異なる場合の安全弁作動圧を示す図である。
【図４】彫り込み部厚さが一定で、彫り込み部外径が異なる場合の安全弁作動圧を示す図である。
【符号の説明】
１  安全弁
１ａ  彫り込み部
２  注液口
３  電池缶
４  電池蓋
１０  角形非水電解液二次電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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