(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電素子用の外装容器であって、
前記外装容器の内壁に第１凹部が形成されているとともに、前記外装容器の前記第１凹部に対応する前記外装容器の外壁に第２凹部が形成されており、前記第１凹部と前記第２凹部との間に設けられた薄肉部を、前記外装容器の内圧が所定値以上となった場合に破断してガスを排出する安全弁としたものであって、
前記外装容器の面方向に平行な断面における前記第１凹部及び前記第２凹部の断面積は、前記安全弁に向かうに従って縮小しており、前記第１凹部を囲む周辺部の表面形状は前記外装容器の面方向に垂直な断面において前記外装容器の内側に向かって凸となる線を描く曲面とされ、前記第２凹部を囲む周辺部の表面形状は前記外装容器の面方向に垂直な断面において前記外装容器の外側に向かって凸となる線を描く曲面とされている外装容器。
【請求項２】
請求項１に記載の外装容器であって、
前記第２凹部を囲む周辺部は、その外側の領域よりも隆起している外装容器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の外装容器であって、
前記安全弁が形成された部分の前記外装容器に沿った方向において、前記第１凹部の底部が形成される第１範囲は、前記第２凹部の底部が形成される第２範囲に含まれ、前記第１範囲は前記第２範囲よりも狭い、外装容器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の外装容器を備えた蓄電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子の安全弁の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、二次電池等の電池が用いられている。電池は、アルミニウム等の金属製の外装容器に発電要素及び電解液が収容されてなる（例えば、引用文献１）。電池では、充放電による発熱や環境温度の変化により単電池内の圧力が上昇して外装容器が破損し、破損した外装容器の破片が単電池の周囲に配置された装置等に飛散して周辺装置までも破損してしまうことを抑制するために、電池内の内圧が所定値以上となった場合に破断してガスを排出する安全弁が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１９３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
安全弁が上記の目的で形成されるものであるため、安全弁のガス排出量は多いことが好ましい。しかし、近年、単電池の小型化の要望から、安全弁を形成可能な範囲が縮小しており、安全弁では、少ない面積でガスを効果的に排出することが望まれている。従来技術のように、ガス排出口の形状を、単電池の内側から外側に向かって狭めておくことで、ガス排出口を通るガスの圧力を徐々に上昇させることができ、単電池内部のガスを滑らかにガス流動口へと移動させることができる。しかし、従来技術では、ガス流動口を通過したガスが単電池の外部に出る際に、大きな圧力低下が生じるため、ガスに対して大きな流体抵抗が生じ、ガスを効果的に排出することができない。
【０００５】
本発明は、安全弁を通してガスを排出する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の外装容器は、蓄電素子用の外装容器であって、前記外装容器の内壁に第１凹部が形成されているとともに、前記外装容器の前記第１凹部に対応する前記外装容器の外壁に第２凹部が形成されており、前記第１凹部と前記第２凹部との間に、前記外装容器の内圧が所定値以上となった場合に破断してガスを排出する安全弁を備え、前記安全弁が形成された部分の前記外装容器の面方向に垂直な断面における前記第１凹部及び前記第２凹部の断面積は、前記安全弁に向かうに従って縮小している。
【０００７】
この外装容器によれば、外装容器の内部から安全弁に流れ込むガスの圧力が第１凹部を通る際に徐々に上昇するとともに、安全弁から外装容器の外部に流れ出るガスの圧力が第２凹部を通る際に徐々に下降する。そのため、第２凹部を通ったガスが外部容器の外部に放出される際に発生する圧力低下を抑制することができ、ガスに生じる流体抵抗を抑制することで、ガスを効果的に排出することができる。
【０００８】
上記外装容器では、前記安全弁を含む断面において、前記第１凹部の断面形状は、前記安全弁の周辺領域から前記安全弁に向かうに従って、前記外装容器の内壁から外壁に向かう第１向きに変位しており、前記第２凹部の断面形状は、前記安全弁の周辺領域から前記安全弁に向かうに従って、前記外装容器の外壁から内壁に向かう第２向きに変位している構成としてもよい。この外装容器によれば、第１凹部及び第２凹部を用いて、外装容器の内部のガスを滑らかに外装容器の外部に排出することができ、ガスの流体抵抗を抑制することができる。
【０００９】
上記外装容器では、前記第１凹部及び前記第２凹部の断面形状は、外側に凸状の曲線である構成としてもよい。この外装容器によれば、第１凹部と第１凹部周辺の内壁とを滑らかに接続することができ、この接続部分において発生する流体抵抗を抑制することができる。また、第２凹部と第２凹部周辺の外壁とを滑らかに接続することができ、この接続部分において発生する流体抵抗を抑制することができる。
【００１０】
上記外装容器では、前記安全弁が形成された部分の前記外装容器に沿った方向において、前記第１凹部の底部が形成される第１範囲は、前記第２凹部の底部が形成される第２範囲に含まれ、前記第１範囲は前記第２範囲よりも狭い構成としてもよい。
【００１１】
この外装容器では、外装容器に沿った方向において、第２範囲の一部が第１範囲の外側に設けられ、第２凹部の一部が安全弁の外部に設けられる。そのため、安全弁が破断し、破断した安全弁の断片が安全弁の外周部分へと移動した場合、当該断片を第２凹部に収容させることができる。この外装容器によれば、安全弁の断片を第２凹部内に収容させることで、その後に当該断片が蓄電素子の内部から排出されるガス等に曝されて周辺領域から分離することが抑制され、安全弁の断片が周囲の装置等に飛散することを抑制することができる。
【００１２】
本発明は、また、上記の外装容器を備えた蓄電素子にも具現化される。この蓄電素子によれば、蓄電素子内部に溜まったガスを効率的に排出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安全弁を通してガスを効率的に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】単電池の展開図
【図２】実施形態１の安全弁の断面図
【図３】実施形態２の安全弁の断面図
【図４】他の実施形態の安全弁の断面図
【図５】他の実施形態の安全弁の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態１＞
以下、実施形態１について、図１、２を参照しつつ説明する。
１．単電池の構成
図１は、本実施形態における単電池１４の斜視図である。単電池１４は、繰り返し充放電可能な二次電池であり、より具体的にはリチウムイオン電池である。本実施形態の単電池１４は、その複数個が導電性を有する板部材であるバスバーによってお互いに接続されて例えば電気自動車やハイブリット自動車に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給する。単電池１４は、蓄電素子の一例である。
【００１６】
図１に示すように、単電池１４は、電極ユニット２０と、発電要素５０と、クリップ６０と、ケース６２と、を含む。以下、図１における上下方向を単電池１４の上下方向とし、ケース６２の側面のうちの面積の広い側の側面に垂直な方向を単電池１４の前後方向、面積の狭い側の側面に垂直な方向を単電池１４の左右方向として説明する。上側は、第１向きの一例であり、下側は、第２向きの一例である。
【００１７】
ケース６２は、アルミニウム等の金属製であり、角形をしている。ケース６２は、上端が開放された上方開放型に形成され、このケース６２に扁平型をなす発電要素５０が収容されるとともに、電解液が充填される。ケース６２の上端開口は、電極ユニット２０を構成する長方形の板部材である蓋体６８によって塞がれる。ケース６２と蓋体６８とが、外装容器の一例である。
【００１８】
電極ユニット２０では、蓋体６８の上面に一対の正極端子２２及び負極端子２４が左右方向に並んで配置されている。また、各電極端子２２、２４に電気的に接続され、蓋体６８の下面から下方に向かって伸びる一組の集電体２８Ａ、２８Ｂが設けられている。各集電体２８Ａ、２８Ｂは、それぞれ大きな電流容量が得られるように十分な厚さを有する金属板からなり、正極集電体２８Ａは、例えばアルミニウム合金板からなり、負極集電体２８Ｂは、例えば銅板合金板からなる。蓋体６８にはこの他に、後述して詳細に説明する安全弁７０が設けられている。
【００１９】
発電要素５０は、正極板５２と負極板５４の間に図示しないセパレータを挟んだ状態で扁平型に巻回した筒形状に構成されている。正極板５２と負極板５４は、巻き解いた状態において、それぞれ巻回方向を長手方向とする帯状をなしている。正極板５２は、帯状をなすアルミニウム箔の表面に正極活物質層が形成されたものであり、その長手方向に延びる一方の縁には、正極活物質層が形成されずにアルミニウム箔が露出した正極集電箔５２Ａが形成されている。また、負極板５４は、帯状をなす銅箔の表面に負極活物質層が形成されたものであり、その長手方向に延びる一方の縁には、負極活物質層が形成されずに銅箔が露出した負極集電箔５４Ａが形成されている。
【００２０】
正極板５２と負極板５４は、負極集電箔５４Ａがセパレータおよび負極板５４よりも一端側に配され、また正極集電箔５２Ａがセパレータおよび正極板５２よりも他端側に配されるように重ねられて巻回されている。これにより、発電要素５０の一端側には、正極集電箔５２Ａのみが積層して突設され、他端側には、負極集電箔５４Ａのみが積層して突設されている。
【００２１】
正極集電箔５２Ａは、上下方向に直線状に延びる側面部分（図１二点鎖線参照）において、正極集電体２８Ａに接続される。負極集電箔５４Ａは、上下方向に直線状に延びる側面部分（図１二点鎖線参照）が、負極集電体２８Ｂに接続される。
【００２２】
集電体２８Ａ、２８Ｂと集電箔５２Ａ、５４Ａは、クリップ６０によって挟み込まれた状態で超音波溶接されることで接続される。クリップ６０は、溶接される集電体２８Ａ、２８Ｂ及び集電箔５２Ａ、５４Ａの材質と同等の抵抗値を有する材料からなり、正極側のクリップ６０Ａはアルミニウム合金からなり、負極側のクリップ６０Ｂは銅合金からなる。
【００２３】
２．安全弁の構成
蓋体６８の中央には、ケース６２内の圧力が所定値以上となった場合に破断してケース６２内のガスを放出する非復元型の安全弁７０が設けられている。安全弁７０は、ステンレス等の金属からなる薄膜であり、円形をしている。安全弁７０は、安全弁７０を含む安全弁部材７２が蓋体６８と別体に形成され、安全弁部材７２の周辺部７１がレーザ溶接等によって蓋体６８に取付けられる。以下の説明では、安全弁部材７２の周辺部７１と、当該周辺部７１に接続される蓋体６８とをあわせて、安全弁７０の周辺領域７４と称する。
【００２４】
図２に、図１のII−II断面における安全弁７０の断面図を示す。図２に示すように、安全弁７０は、周辺領域７４よりも薄肉に形成されており、安全弁７０は、蓋体６８の内部側において、周辺領域７４より窪んだ第１凹部７６が形成されている。第１凹部７６は、ケース６２内の圧力が所定値以上となった場合に、ケース６２内のガスが安全弁７０へと移動する流路を兼ねる。
【００２５】
一方、蓋体６８の外部側において、周辺領域７４には、上側に隆起した隆起部６６が形成されている。安全弁７０は、蓋体６８の外部側において、隆起部６６を含む周辺領域７４より窪んだ第２凹部７８が形成されている。第２凹部７８は、ケース６２内の圧力が所定値以上となった場合に、安全弁７０を通過したガスがケース６２外へと移動する流路を兼ねる。安全弁７０は、形状的に、蓋体６８に設けられた第１凹部７６と第２凹部７８との間に残存した部分であるということができる。
【００２６】
第１凹部７６は、上下方向に垂直な断面が円形をしており、安全弁７０に向かって縮径し、第１凹部７６の底部７６Ａに当る安全弁７０の内壁７０Ａにおいて、最も断面積が小さくなる。図２に示す断面において、第１凹部７６は、外側に凸状の円弧となる。つまり、第１凹部７６は、周辺領域７４の内壁７４Ａから安全弁７０の内壁７０Ａに向かうに従って、徐々に上側へと変位し、周辺領域７４の内壁７４Ａから安全弁７０の内壁７０Ａに向かうに従って、徐々に流動面積が縮小している。
【００２７】
図２に示すように、第１凹部７６は、周辺領域７４の内壁７４Ａと滑らかに接続されている。その一方、第１凹部７６は、安全弁７０の内壁７０Ａに対して、略直交する方向から接続され、接続点８０において接続される。
【００２８】
第２凹部７８は、上下方向に垂直な断面が円形をしており、安全弁７０に向かって縮径し、第２凹部７８の底部７８Ａに当る安全弁７０の外壁７０Ｂにおいて、最も断面積が小さくなる。図２に示す断面において、第２凹部７８は、外側に凸状の円弧となる。つまり、第２凹部７８は、安全弁７０の外壁７０Ｂから周辺領域７４の外壁７４Ｂに向かうに従って、徐々に上側へと変位し、安全弁７０の外壁７０Ｂから周辺領域７４の外壁７４Ｂに向かうに従って、徐々に流動面積が拡大している。
【００２９】
図２に示すように、第２凹部７８は、周辺領域７４の外壁７４Ｂと滑らかに接続されている。その一方、第２凹部７８は、安全弁７０の外壁７０Ｂに対して、略直交する方向から接続され、接続点８２において接続される。
【００３０】
本実施形態では、図３に示すように、接続点８０と接続点８２とは、左右方向において等しい位置に配置されている。つまり、安全弁７０の内壁７０Ａと外壁７０Ｂとは、同一の形状となるように形成されている。図２に示すように、第１凹部７６の断面における曲率半径は、第２凹部７８の断面における曲率半径よりも大きく、第１凹部７６は、第２凹部７８に比べて広くなるように形成されている。
【００３１】
３．本発明の効果
（１）本実施形態の単電池１４では、周辺領域７４の内壁７４Ａから安全弁７０の内壁７０Ａに向かうに従って、第１凹部７６の断面円の面積が縮小し、流動面積が縮小する。また、安全弁７０の外壁７０Ｂから周辺領域７４の外壁７４Ｂに向かうに従って、第２凹部７８の断面円の面積が拡大し、流動面積が拡大する。そのため、第１凹部７６及び第２凹部７８を介してケース６２の内部から外部に排出されるガスは、第１凹部７６を通る際にその圧力が徐々に上昇するとともに、第２凹部７８を通る際にその圧力が徐々に下降する。そのため、第１凹部７６を通ったガスが安全弁７０を通過する際に急激に圧力が上昇することが抑制される。また、第２凹部７８を通ったガスがケース６２の外部に放出される際に急激に圧力が下降することが抑制される。この単電池１４によれば、安全弁７０を通過するガスの圧力変化により生じる流体抵抗を抑制することができ、安全弁７０を用いてガスを効果的に排出することができる。
【００３２】
（２）本実施形態の単電池１４では、第１凹部７６の断面形状が、周辺領域７４の内壁７４Ａから安全弁７０の内壁７０Ａに向かうに従って、徐々に上側へと変位しており、第１凹部７６を用いて、ケース６２内部のガスを滑らかに安全弁７０へと移動させることができる。また、第２凹部７８の断面形状が、安全弁７０の外壁７０Ｂから周辺領域７４の外壁７４Ｂに向かうに従って、徐々に上側へと変位しており、第２凹部７８を用いて、安全弁７０を通過したガスを滑らかにケース６２外部へと移動させることができる。
【００３３】
（３）本実施形態の単電池１４では、第１凹部７６及び第２凹部７８の断面形状が、外側に凸状の円弧となっているので、第１凹部７６と周辺領域７４の内壁７４Ａとを滑らかに接続することができ、この接続部分で発生する流体抵抗を抑制することができる。また、第２凹部７８と周辺領域７４の外壁７４Ｂとを滑らかに接続することができ、、この接続部分で発生する流体抵抗を抑制することができる。
【００３４】
＜実施形態２＞
実施形態２を、図３を参照しつつ説明する。本実施形態の単電池１４は、図３に示すように、上下方向に垂直な断面において、第２凹部７８の底部７８Ａが安全弁７０の外壁７０Ｂよりも広く形成されている点で、実施形態１と異なる。以下の説明では、実施形態１と同一の内容については重複した記載を省略する。
【００３５】
本実施形態では、第１凹部７６の底部７６Ａは安全弁７０の内壁７０Ａに等しく、第２凹部７８の底部７８Ａは安全弁７０の外壁７０Ｂよりも広く形成されている。つまり、底部７６Ａが形成される範囲８４は、底部７６Ａが形成される範囲８６に含まれ、範囲８４は範囲８６よりも狭い。そして、範囲８６には、範囲８４の他に、底部７６Ａ（つまり、安全弁７０の内壁７０Ａ及び外壁７０Ｂ）の周囲に設けられた弁外領域８８が形成される範囲が含まれる。範囲８４は、第１範囲の一例であり、範囲８６は、第２範囲の一例である。
【００３６】
本発明の効果
本実施形態の単電池１４では、安全弁７０の外側に弁外領域８８が設けられ、安全弁７０の外側にも第２凹部７８が設けられる。そのため、安全弁７０を通ってケース６２の内部から外部にガスが排出される際に破断した安全弁７０の破片を、弁外領域８８によって第２凹部７８内に留めておくことができる。これによって、安全弁７０の破片が周囲の装置等に飛散することを抑制することができる。
【００３７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、蓄電素子の一例として二次電池である単電池１４を示したが、これに限らず、蓄電素子は、一次電池であっても良ければ、電気化学現象を伴うキャパシタであってもよい。また、単電池１４の用途、単電池１４の電極ユニットの構造等も特に限定されるものではない。
【００３８】
（２）上記実施形態では、第１凹部７６及び第２凹部７８の断面形状の一例として、外側に凸状の円弧を示したが、これに限られず、楕円状や双曲線状であっても良い。また、曲線である必要もなく、図４に示すように、直線で形成されるＣ面となっていてもよければ、階段状であってもよい。
【００３９】
（３）上記実施形態では、安全弁部材７２が蓋体６８と別体に形成される例を用いて説明を行ったが、これに限られず、蓋体６８と一体形成されてもよい。また、安全弁７０の外形も、円形に限られず、またその材質も実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
（４）上記実施形態では、周辺領域７４に隆起部６６が形成されている例を用いて説明を行ったが、これに限らず、図４に示すように、隆起部６６が形成されていなくてもよい。また、隆起部６６が上側に大きく隆起している場合には、図５に矢印９０で示すように、安全弁７０が蓋体６８よりも上側に配置されても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１４：単電池、６２：ケース、６６：隆起部、６８：蓋体、７０：安全弁、７０Ａ：安全弁の内壁、７０Ｂ：安全弁の外壁、７４：周辺領域、７４Ａ：周辺領域の内壁、７４Ｂ：周辺領域の外壁、７６：第１凹部、７８：第２凹部
【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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