(57)【要約】【課題】円筒形電池の内部短絡等の異常時に安全性が損なわれる虞が少ない円筒形電池の蓋構造体を提供する。【解決手段】本発明は、有底円筒形状の外装缶１０の開口を封止する蓋構造体３０であって、外装缶１０の内圧が第１弁作動圧を超えたときに開弁し、外装缶１０の内圧が第１弁作動圧以下に低下したときに閉弁する第１安全弁３５と、外装缶１０の内圧が第１弁作動圧より高い第２弁作動圧を超えたときに開弁し、開弁後は外装缶１０の内圧が第２弁作動圧以下に低下しても閉弁しない第２安全弁３６と、を備える、ことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒形状の外装缶の開口を封止する円筒形電池の蓋構造体であって、
前記外装缶の内圧が第１弁作動圧を超えたときに開弁し、前記外装缶の内圧が前記第１弁作動圧以下に低下したときに閉弁する第１安全弁と、
前記外装缶の内圧が前記第１弁作動圧より高い第２弁作動圧を超えたときに開弁し、開弁後は前記外装缶の内圧が前記第２弁作動圧以下に低下しても閉弁しない第２安全弁と、を備える、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の円筒形電池の蓋構造体において、前記外装缶の開口を塞ぐ封口板をさらに備え、
前記第１安全弁は、前記外装缶の内圧を外部へ逃がすために前記封口板に形成された第１ガス抜き孔と、前記第１ガス抜き孔を塞いだ状態で前記封口板に押圧される第１弁体とを含む、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体。
【請求項３】
請求項２に記載の円筒形電池の蓋構造体において、前記第２安全弁は、前記外装缶の内圧を外部へ逃がすために前記封口板に形成された第２ガス抜き孔と、前記第２ガス抜き孔に挿入された状態で前記第２ガス抜き孔を塞ぐ第２弁体とを含む、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の円筒形電池の蓋構造体において、前記第２弁体は、弾性を有する材料で形成され、前記第２ガス抜き孔よりも前記外装缶の内側に配置される部分に、前記封口板に沿う方向へ突出する突部が形成されている、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の円筒形電池の蓋構造体において、前記封口板は、中央に前記第２ガス抜き孔が形成されており、前記第２ガス抜き孔の周囲に複数の前記第１ガス抜き孔が形成されている、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の円筒形電池の蓋構造体において、弾性を有する材料で形成され、前記第１弁体と前記第２弁体とを連結する連結部をさらに備える、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体。
【請求項７】
有底円筒形状の外装缶と、
前記外装缶に収容される電極体と、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の円筒形電池の蓋構造体と、を備える円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有底円筒形状の外装缶の開口を封止する円筒形電池の蓋構造体、該蓋構造体を備える円筒形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
有底円筒形状の外装缶と、外装缶に収容された電極体と、外装缶の開口を封止する蓋構造体とを備える円筒形電池として、例えばアルカリマンガン乾電池等の一次電池、ニカド二次電池、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池が公知である。このような円筒形電池は、例えば過放電や誤充電等によって内部にガスが異常発生して内圧が上昇する虞があり、また例えば二次電池は充放電サイクルによって内圧が上昇する場合がある。そのため一般的に円筒形電池の蓋構造体には、内圧が一定の弁作動圧に達すると開弁して内部のガスを外部に放出し、そのガスの放出により内圧が弁作動圧より低下すると閉弁する復帰式の安全弁機構が設けられている。この安全弁機構が設けられた蓋構造体によって、円筒形電池の内圧は一定の圧力以下に維持される。
【０００３】
このような円筒形電池の蓋構造体の一例としては、ガス抜き孔が形成された封口板と、弾性を有する材料で形成され、ガス抜き孔を塞ぐように封口板に当接する弁体とを備えるものが公知である（例えば特許文献１を参照）。このような構成の蓋構造体は、円筒形電池の内圧が弁作動圧を超えると、その内圧によって弁体が弾性変形して弁体と封口板との当接面に隙間が生じてガス抜き孔が開いた状態となり、円筒形電池の内部のガスがガス抜き孔から外部へ放出される。そして円筒形電池の内圧が弁作動圧以下に低下すると、その弁体の弾性変形が元に戻り、ガス抜き孔が弁体に塞がれて閉じた状態に復帰する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２３０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、円筒形電池は、さらなる電池容量の増加や自己放電特性の改善等がなされており、それによってエネルギー密度が増加している。そのため従来の蓋構造体は、円筒形電池の内部短絡等によって円筒形電池の内圧が急激に上昇したときに、その急激な内圧の上昇に復帰式安全弁が十分に追従できず、円筒形電池の安全性が損なわれる虞がある。また円筒形電池の内部短絡等によって円筒形電池の内部が高温になると、その円筒形電池の内部の部材が溶融する場合がある。そして従来の蓋構造体は、外装缶の内圧が弁作動圧を超えている間だけ開弁するという復帰式安全弁の構造上、外装缶の内部の部材が溶融したときに、その溶融物の一部が安全弁に詰まってしまう場合がある。そのため従来の蓋構造体は、外装缶の内部のガスを外部へ放出できなくなる可能性があり、それによって円筒形電池の安全性が損なわれる虞がある。
【０００６】
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、円筒形電池の内部短絡等の異常時に安全性が損なわれる虞が少ない円筒形電池の蓋構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、有底円筒形状の外装缶の開口を封止する円筒形電池の蓋構造体であって、前記外装缶の内圧が第１弁作動圧を超えたときに開弁し、前記外装缶の内圧が前記第１弁作動圧以下に低下したときに閉弁する第１安全弁と、前記外装缶の内圧が前記第１弁作動圧より高い第２弁作動圧を超えたときに開弁し、開弁後は前記外装缶の内圧が前記第２弁作動圧以下に低下しても閉弁しない第２安全弁と、を備える、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体である。
【０００８】
第１安全弁は、円筒形電池の外装缶の内圧が第１弁作動圧を超えたときに開弁し、外装缶の内圧が第１弁作動圧以下に低下したときに閉弁する。つまり第１安全弁は、復帰式の安全弁である。したがって円筒形電池は、例えば充放電サイクルによって外装缶の内圧が上昇しても第１安全弁によって外装缶の内部のガスが外部に放出され、それによって外装缶の内圧が第１弁作動圧以下に維持されることになる。
【０００９】
他方、第２安全弁は、円筒形電池の外装缶の内圧が第１弁作動圧より高い第２弁作動圧を超えたときに開弁し、開弁後は外装缶の内圧が第２弁作動圧以下に低下しても閉弁しない。このように第２安全弁は、開弁後は閉弁状態に復帰しない構成であるため、外装缶の内圧が高い上昇率で急激に上昇する異常な状態になっても、その内圧の急激な上昇に追従して所定の弁作動圧（第２弁作動圧）で開弁することができる。したがって円筒形電池は、内部短絡等によって外装缶の内圧が急激に上昇したときに、その急激な内圧の上昇に第１安全弁が追従できず、外装缶の内圧が第１弁作動圧を超える状況になっても、外装缶の内圧は第２弁作動圧以下に抑制されることになる。
【００１０】
また第２安全弁は、開弁後は閉弁状態に復帰しない構成である。したがって円筒形電池は、内部短絡等によって外装缶の内圧が急激に上昇し、外装缶の内圧が第２弁作動圧を超えると、その内部が外部に開放され、その後は外装缶の内圧が低下してもその開放状態が維持されることになる。それによって円筒形電池は、内部短絡等によって外装缶の内部が高温になり、外装缶の内部の部材が溶融したときに、その溶融物の一部が第２安全弁に詰まって外装缶の内部のガスや溶融物等を外部へ放出できなくなる虞が低減されることになる。
【００１１】
これにより本発明の第１の態様によれば、円筒形電池において、内部短絡等の異常時に安全性が損なわれる虞を低減できるという作用効果が得られる。
【００１２】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記外装缶の開口を塞ぐ封口板をさらに備え、前記第１安全弁は、前記外装缶の内圧を外部へ逃がすために前記封口板に形成された第１ガス抜き孔と、前記第１ガス抜き孔を塞いだ状態で前記封口板に押圧される第１弁体とを含む、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体である。
例えば充放電サイクルによって外装缶の内圧が第１弁作動圧を超えると、その内圧が第１弁体に作用する押圧力よりも高くなり、その内圧によって第１弁体が押し上げられ、第１ガス抜き孔を通じて外装缶の内部のガスが外部に放出される。そして外装缶の内圧が第１弁作動圧以下に低下すると、第１弁体に作用する押圧力によって第１弁体が第１ガス抜き孔を塞いだ状態に復帰する。それによって円筒形電池は、外装缶の内圧が第１弁作動圧以下に維持されることになる。例えばこのような構成によって、第１弁作動圧で動作する復帰式の安全弁を実現することができる。
【００１３】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第２の態様において、前記第２安全弁は、前記外装缶の内圧を外部へ逃がすために前記封口板に形成された第２ガス抜き孔と、前記第２ガス抜き孔に挿入された状態で前記第２ガス抜き孔を塞ぐ第２弁体とを含む、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体である。
【００１４】
内部短絡等によって外装缶の内圧が急激に上昇し、外装缶の内圧が第２弁作動圧を超えると、その内圧によって、第２ガス抜き孔に挿入された状態で第２ガス抜き孔を塞いでいる第２弁体が第２ガス抜き孔から押し出され、第２ガス抜き孔が開放された状態になる。例えばこのような構成によって、外装缶の内圧が第２弁作動圧を超えると開弁した状態になり、その後に外装缶の内圧が第２弁作動圧以下に低下しても閉弁状態に復帰しない第２安全弁を実現することができる。
【００１５】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第３の態様において、前記第２弁体は、弾性を有する材料で形成され、前記第２ガス抜き孔よりも前記外装缶の内側に配置される部分に、前記封口板に沿う方向へ突出する突部が形成されている、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体である。
【００１６】
内部短絡等によって外装缶の内圧が急激に上昇すると、その内圧によって、第２ガス抜き孔から押し出される方向の力が第２弁体に作用する。このとき外装缶の内圧が第２弁作動圧に達するまでの間は、第２弁体の突部によって第２弁体が封口板に係止される。そして外装缶の内圧が第２弁作動圧を超えると、その内圧によって第２弁体の突部が弾性変形しながら第２ガス抜き孔を通過し、それによって第２弁体が第２ガス抜き孔から押し出され、第２ガス抜き孔が開放された状態になる。
【００１７】
つまり本発明の第４の態様は、第２弁体の弾性変形率や突部の形状等を調整することによって、第２安全弁が開弁する第２弁作動圧を調整することができる。また外装缶の内圧が第２弁作動圧を超えて第２弁体が第２ガス抜き孔から押し出された後は、外装缶の内圧が第２弁作動圧以下に低下しても、その突部によって第２弁体は第２ガス抜き孔への進入が規制される。それによって第２安全弁の開弁後、外装缶の内圧が第２弁作動圧以下に低下したときに、第２ガス抜き孔が第２弁体で塞がれてしまう虞を低減することができる。
【００１８】
＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第３の態様又は第４の態様において、前記封口板は、中央に前記第２ガス抜き孔が形成されており、前記第２ガス抜き孔の周囲に複数の前記第１ガス抜き孔が形成されている、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体である。
【００１９】
このように封口板の中央に第２ガス抜き孔を配置することによって、内部短絡等によって外装缶の内圧が急激に上昇したときに、外装缶内のガスや溶融物を容易に外部へ排出することができる。それによって円筒形電池の安全性をより向上させることができる。また第２ガス抜き孔の周囲に複数の第１ガス抜き孔を配置することによって、例えば充放電サイクルによる外装缶の内圧の変動をバランス良く抑制することができるので、外装缶の内圧に偏りを生じさせることなく、外装缶の内圧を安定的に第１弁作動圧以下に抑制することができる。
【００２０】
＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第３〜第５の態様のいずれかにおいて、弾性を有する材料で形成され、前記第１弁体と前記第２弁体とを連結する連結部をさらに備える、ことを特徴とする円筒形電池の蓋構造体である。
【００２１】
第１弁体と第２弁体との相対的な位置関係は、連結部によって規定されることになる。したがって蓋構造体の製造工程において、第２弁体を第２ガス抜き孔に挿入することによって、第１ガス抜き孔を塞ぐ所定の位置に第１弁体を同時に配置することができる。また連結部は弾性を有する材料で形成されているので、第１弁体と第２弁体とが連結部で連結されていても、それによって第１安全弁及び第２安全弁の動作が互いに阻害される虞は生じない。
【００２２】
このような構成であることによって本発明の第６の態様は、本発明に係る蓋構造体の製造工程を簡略化して製造コストを低減することができる。また円筒形電池に作用する振動等によって第１弁体の位置がずれてしまう虞を低減することができる。
【００２３】
＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、有底円筒形状の外装缶と、前記外装缶に収容される電極体と、前述した本発明の第１〜第６の態様のいずれかに記載の円筒形電池の蓋構造体と、を備える円筒形電池である。
本発明の第７の態様によれば、円筒形電池において、前述した本発明の第１〜第６の態様のいずれかによる作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、円筒形電池の内部短絡等の異常時に安全性が損なわれる虞が少ない円筒形電池の蓋構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ニッケル水素二次電池の縦断面を図示した正面図。
【図２】蓋構造体の要部を図示した断面図。
【図３】封口板の平面図。
【図４】蓋構造体の要部を図示した平面図。
【図５】第１安全弁の動作を図示した蓋構造体の要部断面図。
【図６】第２安全弁の動作を図示した蓋構造体の要部断面図。
【図７】蓋構造体の変形例の要部を図示した断面図。
【図８】蓋構造体の変形例の要部を図示した平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００２７】
＜ニッケル水素二次電池の構成＞
ニッケル水素二次電池１の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、ニッケル水素二次電池１の縦断面を図示した正面図である。
【００２８】
「円筒形電池」の一例である円筒型のニッケル水素二次電池１は、外装缶１０、電極体２０及び蓋構造体３０を備える。外装缶１０は、一端が開口した有底円筒形状の部材であり導電性を有している。電極体２０は、セパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とを重ねて渦巻き状に巻くことによって略円筒状に構成されている。蓋構造体３０は、外装缶１０の開口を封止する構造体である。ニッケル水素二次電池１は、外装缶１０に電極体２０が収容され、さらにアルカリ電解液（図示せず）が充填され、外装缶１０の開口が蓋構造体３０に閉塞されて構成されている。
【００２９】
正極板２１は、非焼結式ニッケル極であり、正極芯体（図示せず）と正極芯体に保持された正極合剤とからなる。正極芯体は、耐アルカリ性を有する金属材料からなり、金属繊維によって構成されたフェルト状の３次元の網目構造を有する。耐アルカリ性を有する金属材料としては、例えばニッケルを用いることができる。正極合剤は、正極活物質粒子、正極板の特性を改善するための種々の添加剤粒子、これら正極活物質粒子及び添加剤粒子の混合粒子を正極芯体に結着するための結着剤からなる。
【００３０】
正極活物質粒子は水酸化ニッケル粒子である。水酸化ニッケル粒子は、ニッケルの平均価数が２よりも大の高次水酸化ニッケル粒子であってもよい。また水酸化ニッケル粒子は、コバルト、亜鉛、カドミウム等を固溶していてもよく、あるいはコバルト化合物で表面が被覆されていてもよい。添加剤は、酸化イットリウムの他に、酸化コバルト、金属コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化合物、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物、酸化エルビウム等の希土類化合物等を用いることができる。結着剤は、親水性又は疎水性のポリマー等を用いることができる。より具体的には結着剤は、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＳＰＡ）のうちから選択される１種以上を使用することができる。結着剤は、例えば正極活物質粒子１００質量部に対して０．１質量部以上０．５質量部以下となるようにすればよい。
【００３１】
負極板２２は、帯状をなす導電性の負極芯体（図示せず）に負極合剤が保持されて形成されている。負極芯体は、複数の貫通孔を有するシート状の金属材からなり、例えばパンチングメタル、金属粉末焼結体基板、エキスパンデッドメタル、ニッケルネット等を用いることができる。特にパンチングメタルや金属粉末を成型してから焼結した金属粉末焼結体基板は負極芯体に好適である。
【００３２】
負極合剤は、水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金粒子と結着剤とからなる。水素吸蔵合金粒子は、電池の充電時にアルカリ電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できるものであればよい。このような水素吸蔵合金としては、特に限定されないが、例えばＬａＮｉ5やＭｍＮｉ5（Ｍｍはミッシュメタル）等のＡＢ5型系のものを用いることができる。また負極合剤は、水素吸蔵合金に代えて、例えばカドミウム化合物を用いることもできる。結着剤は、例えば親水性又は疎水性のポリマー等を用いることができる。
【００３３】
セパレータ２３は、例えばポリアミド繊維製不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したものを材料として用いることができる。
【００３４】
ニッケル水素二次電池１は、さらに絶縁ガスケット４１、正極リード４２及び正極集電板４３を備える。絶縁ガスケット４１は、絶縁性を有する材料で形成されており、外装缶１０に対して蓋構造体３０を電気的に絶縁した状態で取り付けるための部材である。正極リード４２は、折り曲げられた状態で設けられており、蓋構造体３０の封口板３１の内面に一端が溶接され、正極集電板４３に他端が溶接されている。正極集電板４３は、円板形状の部材であり、外装缶１０にアルカリ電解液を注液するための孔４３１が中央に形成されている。
【００３５】
正極板２１の正極芯体は、正極集電板４３側の端部に連結部２１１が形成されている。連結部２１１の径方向内面には、例えば溶接又は導電性接着剤によって、ニッケルリボン等からなる帯状の金属薄板２１２が固定されている。金属薄板２１２は、連結部２１１から突出して正極集電板４３に当接している。つまり正極集電板４３と正極板２１とは、金属薄板２１２を介して電気的に接続されている。他方、負極板２２は、ニッケル水素二次電池１の負極端子をなす外装缶１０の内周面に接した状態で、その外装缶１０と電気的に接続されている。
【００３６】
＜本発明に係る蓋構造体の構成＞
本発明に係る蓋構造体３０の構成について、引き続き図１も参照しつつ、図２〜図４を参照しながら説明する。
図２は、蓋構造体３０の要部を図示した断面図である。図３は、封口板３１の平面図である。図４は、蓋構造体３０の要部を図示した平面図である。
【００３７】
蓋構造体３０は、外装缶１０の開口を封止する構造体であり、封口板３１、正極端子３２、第１弁体３３及び第２弁体３４を含む。
【００３８】
封口板３１は、金属材料で形成された略円形の部材であり、外装缶１０の開口を塞ぐ部材である。封口板３１は、中央に円形の第２ガス抜き孔３１２、第２ガス抜き孔３１２の周囲に４つの円形の第１ガス抜き孔３１１が形成されている。封口板３１は、絶縁ガスケット４１が介装された状態で、外装缶１０の開口縁をかしめ加工することによって外装缶１０に固定されている。
【００３９】
封口板３１の第１ガス抜き孔３１１及び第２ガス抜き孔３１２は、外装缶１０の内圧を外部へ逃がすために形成されている。より具体的には第１ガス抜き孔３１１は、通常時、例えばニッケル水素二次電池１の充放電サイクルによって外装缶１０の内圧が上昇したときに、外装缶１０の内部のガスを外部へ放出するために設けられている。他方、第２ガス抜き孔３１２は、例えばニッケル水素二次電池１の内部短絡等の異常時に、外装缶内のガスや溶融物を外部へ排出するために設けられている。このようなことから第２ガス抜き孔３１２は、当該実施例のように、封口板３１の中央に設けるのが好ましい。それによって外装缶１０の内圧が急激に上昇したときに、外装缶１０内のガスや溶融物を容易に外部へ排出することができるので、ニッケル水素二次電池１の安全性をより向上させることができる。また第１ガス抜き孔３１１は、当該実施例のように、第２ガス抜き孔３１２の周囲に複数設けるのが好ましい。それによって例えばニッケル水素二次電池１の充放電サイクルによる外装缶１０の内圧の変動をバランス良く抑制することができるので、外装缶１０の内圧に偏りを生じさせることなく、外装缶１０の内圧を安定的に第１弁作動圧以下に抑制することができる。
【００４０】
正極端子３２は、金属材料で形成されたフランジ付き円筒形状の部材であり、封口板３１の上面にスポット溶接によって固定されている。正極端子３２は、フランジ部分に複数の排出孔３２１が形成されており、円筒形状部分に複数の排出孔３２２が形成されている。
【００４１】
第１弁体３３は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）を主成分とするゴム等の弾性を有する材料で形成されている。第１弁体３３は、円環形状の部材であり、４つの第１ガス抜き孔３１１を塞ぐように配置された状態で封口板３１に押圧されている。より具体的には第１弁体３３は、封口板３１と正極端子３２との間に所望の圧縮率で縮設されている。この第１弁体３３と４つの第１ガス抜き孔３１１とで第１安全弁３５が構成される。
【００４２】
第２弁体３４は、第１弁体３３と同様に例えばＥＰＤＭを主成分とするゴム等の弾性を有する材料で形成されており、弁本体部３４１と鍔部３４２とで構成されている。弁本体部３４１は、その外径が第２ガス抜き孔３１２の内径以上に設定された円柱体形状であり、第２ガス抜き孔３１２に圧入されている。第２弁体３４は、弁本体部３４１が第２ガス抜き孔３１２に挿入された状態で第２ガス抜き孔３１２を塞いでいる。「突部」としての鍔部３４２は、その外径が弁本体部３４１の外径よりさらに大きい円板形状をなしている。鍔部３４２は、第２ガス抜き孔３１２よりも外装缶１０の内側に配置される部分に形成されており、封口板３１に沿う方向へ突出している。この第２弁体３４と第２ガス抜き孔３１２とで第２安全弁３６が構成される。
【００４３】
＜第１安全弁の動作＞
第１安全弁３５の動作について、図５を参照しながら説明する。
図５は、蓋構造体３０の要部を図示した断面図であり、第１安全弁３５の動作を図示したものである。
【００４４】
第１安全弁３５は、外装缶１０の内圧が第１弁作動圧を超えたときに開弁し、外装缶１０の内圧が第１弁作動圧以下に低下したときに閉弁する復帰式の安全弁である。この第１弁作動圧は、例えば第１弁体３３を形成する材料の硬さや弾性変形率、封口板３１と正極端子３２との間に設置した状態における圧縮率等を調整することによって所望の弁作動圧に設定することができる。
【００４５】
第１安全弁３５は、例えば充放電サイクルによって外装缶１０の内圧が上昇し、外装缶１０の内圧が第１弁作動圧を超えると、その外装缶１０の内圧によって、第１弁体３３が弾性変形して押し上げられた状態になる。それによって第１ガス抜き孔３１１から排出孔３２１を通じて、外装缶１０の内部のガスが外部へ放出され、外装缶１０の内圧が低下する（図５の符合Ａ）。そして外装缶１０の内圧が第１弁作動圧以下に低下すると、第１弁体３３の弾性変形が元に戻り、第１弁体３３が第１ガス抜き孔３１１を塞いだ状態に復帰する。
【００４６】
このようにしてニッケル水素二次電池１は、第１安全弁３５によって、例えば充放電サイクルによって外装缶１０の内圧が上昇しても外装缶１０の内部のガスが外部に放出され、それによって外装缶１０の内圧が第１弁作動圧以下に維持されることになる。
【００４７】
＜第２安全弁の動作＞
第２安全弁３６の動作について、図６を参照しながら説明する。
図６は、蓋構造体３０の要部を図示した断面図であり、第２安全弁３６の動作を図示したものである。
【００４８】
第２安全弁３６は、外装缶１０の内圧が第１弁作動圧（第１安全弁３５の弁作動圧）より高い第２弁作動圧を超えたときに開弁し、開弁後は外装缶１０の内圧が第２弁作動圧以下に低下しても閉弁しない安全弁である。この第２弁作動圧は、例えば第２弁体３４の硬さや弾性変形率、第２弁体３４の鍔部３４２の形状等を調整することによって所望の弁作動圧に設定することができる。
【００４９】
第２安全弁３６は、例えば内部短絡等によって外装缶の内圧が急激に上昇すると、その内圧によって、第２ガス抜き孔３１２から押し出される方向の力が第２弁体３４に作用する。このとき外装缶１０の内圧が第２弁作動圧に達するまでの間は、第２弁体３４の鍔部３４２によって第２弁体３４が封口板３１に係止される。そして外装缶１０の内圧が第２弁作動圧を超えると、その内圧によって第２弁体３４の鍔部３４２が弾性変形しながら第２ガス抜き孔３１２を通過し、それによって第２弁体３４が第２ガス抜き孔３１２から押し出された状態になる。それによって第２ガス抜き孔３１２が開放された状態となり、第２ガス抜き孔３１２から排出孔３２２を通じて、外装缶１０の内部のガスや溶融物等が外部へ放出され、外装缶１０の内圧が低下する（図６の符合Ｂ）。そして第２安全弁３６は、その後に外装缶１０の内圧が第２弁作動圧以下に低下しても第２ガス抜き孔３１２が開放された状態が維持される。
【００５０】
第２弁体３４の鍔部３４２は本発明に必須の構成要素ではないが、この鍔部３４２を設けることによって第２弁体３４は、第２ガス抜き孔３１２から押し出された後は、その鍔部３４２によって第２ガス抜き孔３１２への進入が確実に規制される。それによって第２安全弁３６の開弁後、外装缶１０の内圧が第２弁作動圧以下に低下したときに、第２ガス抜き孔３１２が第２弁体３４で塞がれてしまう虞を低減することができる。
【００５１】
このように第２安全弁３６は、開弁後は閉弁状態に復帰しない構成であるため、外装缶１０の内圧が高い上昇率で急激に上昇する異常な状態になっても、その内圧の急激な上昇に追従して所定の弁作動圧（第２弁作動圧）で開弁することができる。したがってニッケル水素二次電池１は、内部短絡等によって外装缶１０の内圧が急激に上昇したときに、その急激な内圧の上昇に第１安全弁３５が追従できず、外装缶１０の内圧が第１弁作動圧を超える状況になっても、外装缶１０の内圧が第２弁作動圧以下に抑制されることになる。
【００５２】
また第２安全弁３６は、開弁後は閉弁状態に復帰しない構成であるため、外装缶１０の内圧が第２弁作動圧を超えた後、外装缶の内圧が低下してもその開放状態が維持される。それによってニッケル水素二次電池１は、内部短絡等によって外装缶１０の内部が高温になり、外装缶１０の内部の部材（例えばセパレータ２３等）が溶融したときに、その溶融物の一部が第２安全弁３６に詰まって外装缶１０の内部のガスや溶融物等を外部へ放出できなくなる虞が低減されることになる。
【００５３】
このようにして本発明によれば、ニッケル水素二次電池１等の円筒形電池において、内部短絡等の異常時に安全性が損なわれる虞を低減することができる。
【００５４】
＜比較試験＞
出願人は、本発明の効果を確認すべく、従来の蓋構造体のニッケル水素二次電池と本発明に係る蓋構造体３０を用いたニッケル水素二次電池１との比較試験を行った。具体的には高さ５０ｍｍ、外径φ１４ｍｍで容量が２０００ｍＡｈのニッケル水素二次電池を用いて、従来の蓋構造体の電池を比較例、本発明に係る蓋構造体３０の電池を実施例としてそれぞれ製作し、８Ａで過充電を行う電池安全性試験を行った。またニッケル水素二次電池は、比較例と実施例ともセパレータ２３の目付量を４０ｇ／ｍ2、５０ｇ／ｍ2、６０ｇ／ｍ2、７０ｇ／ｍ2としたものをそれぞれ１００本ずつ製作して試験を行った。比較例の蓋構造体の弁作動圧は、約３ＭＰａとした。また実施例の蓋構造体３０は、第１弁作動圧を約３ＭＰａ、第２弁作動圧を約５ＭＰａとした。
【００５５】
セパレータ２３の目付量が４０ｇ／ｍ2、５０ｇ／ｍ2のニッケル水素二次電池については、過充電による破裂の発生率は、比較例及び実施例のいずれも０／１００本であった。他方、セパレータ２３の目付量が６０ｇ／ｍ2のニッケル水素二次電池については、過充電による破裂の発生率は、比較例で２／１００本であったのに対し、実施例では０／１００本であった。またセパレータ２３の目付量が７０ｇ／ｍ2のニッケル水素二次電池については、過充電による破裂の発生率は、比較例で１１／１００本であったのに対し、実施例では１／１００本であった。このように本発明に係る蓋構造体３０を備えるニッケル水素二次電池１は、従来技術のニッケル水素二次電池よりも内部短絡等の異常時に安全性が損なわれる虞を低減できることが試験結果からも明らかであると言える。
【００５６】
＜本発明に係る蓋構造体の変形例＞
本発明に係る蓋構造体３０の変形例について、図７及び図８を参照しながら説明する。
図７は、蓋構造体３０の変形例の要部を図示した断面図である。図８は、蓋構造体３０の変形例の要部を図示した平面図である。
【００５７】
蓋構造体３０の変形例は、第１弁体３３と第２弁体３４とが４つの連結部３７で連結されている。それ以外の構成については、上記説明した蓋構造体３０の実施例と同じ構成であるため、同一の構成要素に同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
連結部３７は、第１弁体３３及び第２弁体３４と同様に、例えばＥＰＤＭを主成分とするゴム等の弾性を有する材料で形成されている。つまり蓋構造体３０の変形例は、第１弁体３３、第２弁体３４及び連結部３７が同一の材料で一体に成形されている。このような構成であることによって第１弁体３３と第２弁体３４との相対的な位置関係は、連結部３７によって規定されることになる。したがって蓋構造体３０の製造工程において、第２弁体３４を第２ガス抜き孔３１２に挿入することによって、第１ガス抜き孔３１１を塞ぐ所定の位置に第１弁体３３を同時に配置することができる。また連結部３７は弾性を有する材料で形成されているので、第１弁体３３と第２弁体３４とが連結部３７で連結されていても、それによって第１安全弁３５及び第２安全弁３６の動作が互いに阻害される虞は生じない。
【００５９】
このような構成であることによって蓋構造体３０の変形例は、本発明に係る蓋構造体３０の製造工程を簡略化して製造コストを低減することができる。また第１弁体３３と第２弁体３４との相対的な位置関係が連結部３７によって規定されるので、例えばニッケル水素二次電池１に作用する振動等によって第１弁体３３の位置がずれてしまう虞を低減することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  ニッケル水素二次電池
１０  外装缶
２０  電極体
３０  蓋構造体
３１  封口板
３２  正極端子
３３  第１弁体
３４  第２弁体
３５  第１安全弁
３６  第２安全弁
３７  連結部
３１１  第１ガス抜き孔
３１２  第２ガス抜き孔
３４１  弁本体部
３４２  鍔部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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