(57)【要約】【課題】  発電要素からのガスの発生量が急激に増加したとき、ガスの排出経路における圧力損失が上昇し、ガスを排出しにくくなる。【解決手段】  第１弁（２２）は、ケース（１０）の内圧の上昇に応じて閉じ状態から開き状態に作動する。ガスは、第１弁を通過した後に、ケースの開口部（１１ａ）を通過して二次電池の外部に排出される。第２弁（１３）は、ケースの内圧の上昇に応じて、閉じ状態から開き状態に作動する。第２弁が作動するときの内圧は、第１弁が作動するときの内圧よりも高い。また、第２弁の開口面積は、第１弁の開口面積よりも大きい。このため、ガスの発生量が急激に増加したとき、ガスが第１弁を通過しにくくなっても、第２弁を作動させて、二次電池の外部にガスを排出できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電を行う発電要素と、
前記発電要素から発生するガスを排出させる開口部を備え、前記発電要素を収容するケースと、
前記ケースに収容されて、前記開口部および前記発電要素の間に配置されており、前記ガスの発生に伴う前記ケースの内圧の上昇に応じて閉じ状態から開き状態に作動し、前記ガスを前記開口部に導く第１弁と、
前記第１弁とともに前記発電要素を囲む前記ケースの一部の領域に形成されており、前記内圧の上昇に応じて閉じ状態から開き状態に作動する第２弁と、を有し、
前記第２弁が作動するときの前記内圧は、前記第１弁が作動するときの前記内圧よりも高く、
前記第２弁の開口面積は、前記第１弁の開口面積よりも大きいことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記ケースに収容されており、前記第２弁を作動させる前記内圧の上昇に応じて、前記第１弁を介した前記ガスの排出経路を塞ぐ封止手段を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記ケースの内部において、前記第１弁が収容される第１スペースと、前記発電要素が収容される第２スペースとを仕切り、前記第１スペースおよび前記第２スペースを繋げる貫通孔を備えた仕切り部材を有し、
前記第２弁は、前記ケースのうち、前記第２スペースを形成する領域に形成されており、
前記貫通孔は、前記第１弁の開口面積よりも小さい開口面積を有し、前記発電要素から発生する前記ガスの単位時間当たりの量が増加することに応じて、前記第１スペースおよび前記第２スペースの間における圧力差を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記ケースの内部において、前記第１弁が収容される第１スペースと、前記発電要素が収容される第２スペースとを仕切り、前記第１スペースおよび前記第２スペースを繋げる貫通孔を備えた仕切り部材を有し、
前記貫通孔は、前記第１弁の開口面積よりも小さい開口面積を有し、前記発電要素から発生する前記ガスの単位時間当たりの量が増加することに応じて、前記第１スペースおよび前記第２スペースの間における圧力差を増加させ、
前記第２弁は、前記ケースのうち、前記第２スペースを形成する領域に形成されており、
前記封止手段は、前記仕切り部材に設けられ、前記発電要素の側に向かって凸となる屈曲部であり、
前記屈曲部は、前記圧力差の増加に応じて、前記第１弁の側に向かって凸となるように変形し、前記排出経路を塞ぐことを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記仕切り部材において、前記屈曲部とは異なる領域に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記第１弁および前記仕切り部材の間に配置されており、前記内圧の上昇に応じて破断し、前記発電要素を充放電するときの電流経路を遮断する電流遮断器を有しており、
前記屈曲部は、前記電流遮断器の破断する部分を塞ぐことを特徴とする請求項４又は５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記ケースの内部において、前記第１弁が収容される第１スペースと、前記発電要素が収容される第２スペースとを仕切り、前記第１スペースおよび前記第２スペースを繋げる貫通孔を備えた仕切り部材を有しており、
前記第２弁は、前記ケースのうち、前記第２スペースを形成する領域に形成されており、
前記封止手段は、前記ケースに収容され、前記仕切り部材および前記発電要素の間に配置された蓋部材であり、
前記蓋部材は、前記発電要素から前記蓋部材に向かう前記ガスの圧力を受けて、前記仕切り部材に向かって移動し、前記貫通孔を塞ぐことを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の内部で発生したガスを二次電池の外部に排出させる構造を備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２に記載の二次電池は、二次電池の内部で発生したガスを二次電池の外部に排出させる構造を備えている。特許文献１に記載の二次電池において、ケースの内部で発生したガスは、予め設けられた排出経路を通過して二次電池の外部に排出される。この排出経路は、具体的には、フィルタの貫通孔、インナーキャップの貫通孔、ＰＴＣ素子の貫通孔、弁の裂け目および端子板の開口によって構成される。特許文献２に記載の二次電池でも、特許文献１と同様に、二次電池の外部にガスが排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０２３２６０号公報（段落［００３１］等）
【特許文献２】特開２０１３−０７３７８８号公報（段落［００３１］等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に記載の二次電池において、二次電池を使用し続けることに伴って、ガスが徐々に発生するときには、上述した排出経路を介して、二次電池の外部にガスを排出させることができる。
【０００５】
ここで、二次電池の温度が急激に上昇する現象では、二次電池のケースの内部において、大量のガスが急激に発生することがある。このようにガスの発生状態が異常状態であるときには、ガスが上述した排出経路を移動しようとするときに、圧力損失が高くなりやすく、ガスが排出経路を移動しにくくなる。これにより、ガスが二次電池の外部に排出されにくくなる。
【０００６】
ガスが二次電池の外部に排出されにくくなると、ケースの内部にガスが溜まりやすくなる。これにより、ケースの内部における圧力（いわゆる内圧）が上昇しやすくなり、この内圧の上昇によって、ケースに過度の負荷がかかりやすくなる。ケースの内圧が上昇しすぎると、ケースの一部が破損するおそれもある。この場合には、上述した排出経路とは異なる部分、すなわち、ガスを排出させる上で意図しない部分からガスが漏れてしまうことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の二次電池は、充放電を行う発電要素と、発電要素を収容するケースとを有する。ケースは、発電要素から発生するガスを二次電池の外部に排出させる開口部を備えている。ケースには、第１弁が収容されており、第１弁は、開口部および発電要素の間に配置されている。第１弁は、ガスの発生に伴うケースの内圧の上昇に応じて閉じ状態から開き状態に作動する。ガスは、開き状態の第１弁を通過して、ケースの開口部に導かれる。
【０００８】
ケースの一部の領域には、第２弁が形成されている。ケースの一部の領域は、第１弁とともに発電要素を囲んでいる。第２弁は、ケースの内圧の上昇に応じて、閉じ状態から開き状態に作動する。第２弁が作動するときの内圧は、第１弁が作動するときの内圧よりも高い。また、第２弁の開口面積は、第１弁の開口面積よりも大きい。
【０００９】
本発明の二次電池において、ガスの発生状態が異常状態（大量のガスが急激に発生した状態）となることに応じて、ガスが第１弁を通過しにくくなると、第２弁が作動することにより、第２弁を介して、二次電池の外部にガスを排出させることができる。ここで、ケースの特定の位置に第２弁が形成されているため、ケースの不特定の部分（意図しない部分）からガスが漏れてしまうことを防止できる。
【００１０】
第２弁が作動するときの内圧は、第１弁が作動するときの内圧よりも高いため、ガスが第１弁を通過しにくくなることによって、ケースの内圧が上昇したときに、第２弁を作動させることができる。すなわち、第１弁を用いただけでは、ガスの排出が十分ではないときに、第２弁を作動させることができる。
【００１１】
また、第２弁の開口面積は、第１弁の開口面積よりも大きいため、第２弁から排出されるガスの量は、第１弁から排出されるガスの量よりも多くなる。したがって、第２弁を作動させたときには、二次電池の外部にガスを排出しやすくなる。上述したように、第２弁が作動するときには、ガスの発生状態が異常状態となっている。このため、第２弁からガスを排出させやすくすることにより、ケースの内部にガスが溜まりやすくなることを防止できる。
【００１２】
ケースの内部には封止手段を設けることができる。封止手段は、第２弁を作動させるケースの内圧の上昇に応じて、第１弁を介したガスの排出経路を塞ぐ。ケースの内圧が第２弁を作動させる状態であれば、封止手段によって、第１弁を介したガスの排出経路を塞ぐことにより、第１弁を通過して開口部から排出されようとするガスも、第２弁から排出させることができる。すなわち、第２弁を積極的に用いて、ガスを排出させることができる。
【００１３】
ケースの内部には仕切り部材を設けることができる。仕切り部材は、第１弁が収容される第１スペースと、発電要素が収容される第２スペースとを仕切る。第２弁は、ケースのうち、第２スペースを形成する領域に形成されている。仕切り部材には、第１スペースおよび第２スペースを繋げる貫通孔が形成されている。
【００１４】
仕切り部材に形成された貫通孔の開口面積は、第１弁の開口面積よりも小さくすることができる。そして、貫通孔は、発電要素から発生するガスの量（単位時間当たりの発生量）が増加することに応じて、第１スペースおよび第２スペースの間における圧力差を増加させることができる。上述したように、ガスの発生状態が異常状態となるときには、単位時間あたりのガスの発生量が増加するため、このような異常状態において、第１スペースおよび第２スペースの間で圧力差を増加させることができる。ここで、単位時間当たりのガスの発生量が増加するほど、ガスが貫通孔を通過しにくくなるように、貫通孔の開口面積を設定することができる。これにより、第２スペース内の圧力は、第１スペース内の圧力よりも高くなりやすく、上述した圧力差を増加させることができる。
【００１５】
ガスが貫通孔を通過しやすく、第１スペースおよび第２スペースの間における圧力差が発生しにくい状態であれば、第１弁を作動させることができる。これにより、第１弁を介して、二次電池の外部にガスを排出させることができる。
【００１６】
一方、単位時間当たりのガスの発生量が増加すると、ガスが貫通孔を通過しにくくなり、第１スペースおよび第２スペースの間における圧力差が増加しやすくなる。これにより、第１弁を介したガスの排出は行われにくくなる。このとき、第２スペース内の圧力が上昇しやすくなり、第２弁を作動させることができる。これにより、第２弁を介して、二次電池の外部にガスを排出させることができる。単位時間当たりのガスの発生量が増加しても、第２弁を用いることにより、上述したように、より多くのガスを二次電池の外部に排出させることができる。
【００１７】
仕切り部材に設けられた屈曲部を封止手段として用いることができる。屈曲部は、発電要素の側に向かって凸となるように屈曲している。ケースの内圧が上昇したときには、第１弁の側に向かって凸となるように屈曲部を変形（反転）させることにより、ガスの排出経路を塞ぐことができる。屈曲部を変形させるためには、貫通孔を用いて、第１スペースおよび第２スペースの間における圧力差を増加させればよい。そして、第１のスペースの圧力よりも高くなる第２スペースの圧力を用いて、屈曲部を変形させることができる。
【００１８】
貫通孔は、仕切り部材において、屈曲部とは異なる領域に形成することができる。上述したように、屈曲部は、第１弁を介したガスの排出経路を塞ぐために用いられる。この屈曲部の機能を果たすためには、貫通孔は、屈曲部とは異なる領域に形成することが好ましい。
【００１９】
第１弁および仕切り部材の間には、電流遮断器を配置することができる。電流遮断器は、ケースの内圧の上昇に応じて破断し、発電要素を充放電するときの電流経路を遮断する。電流遮断器は、第１弁および仕切り部材の間に配置されているため、電流遮断器の破断する部分が、第１弁を介したガスの排出経路となる。したがって、屈曲部は、電流遮断器の破断する部分を塞ぐことができる。これにより、電流遮断器の破断する部分から第１弁に向かうガスを阻止することができる。
【００２０】
封止手段としては、ケースに収容された蓋部材を用いることができる。蓋部材は、仕切り部材および発電要素の間に配置される。蓋部材は、発電要素から蓋部材に向かうガスの圧力を受けて、仕切り部材に向かって移動することにより、貫通孔を塞ぐことができる。発電要素から発生したガスは、貫通孔を通過して第１弁に向かうため、貫通孔は、第１弁を介したガスの排出経路の一部となる。したがって、蓋部材によって貫通孔を塞ぐことにより、第１弁を介したガスの排出経路を塞ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１である二次電池の内部構造を示す概略図である。
【図２】二次電池の底面の構造を示す図であり、図１の矢印Ｄ１の方向から見たときの図である。
【図３】実施例１の変形例において、二次電池の底面に設けられた弁の構造を示す図である。
【図４】発電要素の展開図である。
【図５】弁板、電流遮断器およびフィルタの構造を示す断面図である。
【図６】図５の矢印Ｄ２の方向から見たときの図である。
【図７】電流遮断器が破断した状態を示す図である。
【図８】弁板の開き状態を示す図である。
【図９】二次電池の底面に設けられた弁が開いた状態を示す図である。
【図１０】フィルタの屈曲部が反転した状態を示す図である。
【図１１】実施例１の変形例において、弁板、電流遮断器およびフィルタの構造を示す断面図である。
【図１２】実施例２において、弁板、電流遮断器、フィルタおよび蓋部材の構造を示す断面図である。
【図１３】図１２の矢印Ｄ３の方向から見たときの図である。
【図１４】実施例２において、蓋部材がフィルタの貫通孔を塞いだ状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施例１である二次電池について説明する。図１は、二次電池の内部構造を示す断面図である。図１に示すＸ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。本実施例では、鉛直方向（本発明の所定方向に相当する）に延びる軸をＺ軸としている。なお、Ｘ軸およびＺ軸のそれぞれに直交する軸をＹ軸とする。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。
【００２４】
二次電池１の外装を構成するケース１０は、正極キャップ１１およびケース本体１２を有する。正極キャップ１１は開口部１１ａを有する。開口部１１ａは、二次電池１の外部にガスを排出させるために用いられる。開口部１１ａを設ける位置は、適宜設定することができる。正極キャップ１１は、導電材料で形成されており、二次電池１の正極端子として用いられる。ケース本体１２は、円筒に沿った形状に形成されている。具体的には、Ｘ−Ｙ平面内におけるケース本体１２の外形は、円形に形成されている。
【００２５】
正極キャップ１１の外縁部、スペーサ２１の外縁部および弁板２２の外縁部は、Ｚ方向で互いに重ねられており、これらの外縁部は、インナーガスケット２３によって挟まれている。スペーサ２１は、リング状に形成されており、スペーサ２１の中央には、開口部２１ａが形成されている。開口部２１ａは、ガスが通過するスペースとなる。スペーサ２１および弁板２２は、導電材料で形成されている。
【００２６】
スペーサ２１としては、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を用いることができる。ＰＴＣ素子を用いることにより、二次電池１の温度が上昇したときに、ＰＴＣ素子の抵抗値を上昇させることができ、二次電池１（後述する発電要素３０）に過大な電流が流れることを抑制できる。二次電池１に流れる電流を抑制することにより、通電に伴う二次電池１の更なる発熱を抑制できる。
【００２７】
弁板（本発明の第１弁に相当する）２２は、後述するように、発電要素３０から発生したガスを排出させるために用いられる。後述するように、弁板２２は、開口部２１ａおよび発電要素３０の間に配置されているため、弁板２２が閉じ状態から開き状態に変化することにより、発電要素３０からのガスが弁板２２を通過して開口部２１ａに導かれる。
【００２８】
インナーガスケット２３は、樹脂などの絶縁材料で形成されている。インナーガスケット２３の下端面には、電流遮断器２４が配置されている。電流遮断器２４は、二次電池１の内部における電流経路を遮断するために用いられる。弁板２２および電流遮断器２４の間には、インナーガスケット２３の一部が配置されている。弁板２２および電流遮断器２４は、一部において互いに接触している。弁板２２および電流遮断器２４の接触部分は、例えば、溶接によって固定される。
【００２９】
電流遮断器２４は、導電材料で形成されたフィルタ（本発明の仕切り部材に相当する）２５と接触している。ここで、電流遮断器２４は、弁板２２およびフィルタ２５の間に配置されている。フィルタ２５は、保持部２５ａを有する。保持部２５ａは、インナーガスケット２３および電流遮断器２４を挟んでいる。すなわち、保持部２５ａは、インナーガスケット２３を介して、正極キャップ１１、スペーサ２１および弁板２２を保持する。フィルタ２５の保持部２５ａおよびケース本体１２の間には、アウターガスケット２６が配置されている。アウターガスケット２６は、樹脂などの絶縁材料で形成されている。
【００３０】
図１に示す領域Ｒ１において、ケース本体１２にはカシメ処理が施されている。これにより、ケース本体１２の領域Ｒ１は、図１に示す形状となり、アウターガスケット２６を介して保持部２５ａを保持することができる。インナーガスケット２３やアウターガスケット２６を用いることにより、電流遮断器２４（又は弁板２２）およびケース本体１２によって囲まれたスペースを密閉状態とすることができる。この密閉状態のスペースには、発電要素３０が収容されている。
【００３１】
フィルタ２５は、ケース１０の内部に配置されており、ケース１０の内部におけるスペースは、フィルタ２５によって、２つのスペースＳ１，Ｓ２に仕切られている。スペース（本発明の第１スペースに相当する）Ｓ１は、正極キャップ１１およびフィルタ２５によって囲まれたスペースである。スペース（本発明の第２スペースに相当する）Ｓ２は、フィルタ２５およびケース本体１２によって囲まれたスペースである。スペースＳ１には、上述したように、スペーサ２１、弁板２２および電流遮断器２４が収容されている。スペースＳ２には、後述するように、正極タブ３１、発電要素３０、負極タブ３２などが配置されている。
【００３２】
フィルタ２５には、正極タブ３１が固定されている。正極タブ３１は、発電要素３０から突出しており、絶縁板２７に形成された開口部２７ａを貫通している。発電要素３０は、充放電を行う要素であり、ケース１０に収容されている。正極キャップ１１は、スペーサ２１、弁板２２、電流遮断器２４、フィルタ２５および正極タブ３１を介して発電要素３０と電気的に接続される。これにより、正極キャップ１１は、二次電池１の正極端子として用いられる。
【００３３】
ケース本体１２の底面１２ａおよび発電要素３０の間には、絶縁板２８が配置されている。絶縁板２８は、開口部２８ａを有する。発電要素３０からは負極タブ３２が延びている。負極タブ３２は、絶縁板２８および底面１２ａの間に配置されており、底面１２ａと接触している。これにより、ケース本体１２は、発電要素３０と電気的に接続され、二次電池１の負極端子として用いられる。
【００３４】
ケース本体１２の底面１２ａには、弁（本発明の第２弁に相当する）１３が設けられている。具体的には、底面１２ａに凹部１２ｂを形成することにより、弁１３が構成される。図２は、図１の矢印Ｄ１の方向から二次電池１を見たときの図を示す。図２に示すように、底面１２ａには、凹部１２ｂが円に沿って形成されており、凹部１２ｂによって囲まれた領域が弁１３となる。すなわち、底面１２ａの一部が弁１３となる。ここで、弁１３は、底面１２ａの略中央に形成されている。
【００３５】
ケース本体１２において、凹部１２ｂが形成された部分の機械的強度は、凹部１２ｂが形成されていない部分の機械的強度よりも低くなる。これにより、凹部１２ｂに沿って底面１２ａを破断させることができ、弁１３を閉じ状態から開き状態に変化させることができる。具体的には、二次電池１の内部における圧力が弁１３の作動圧力に到達すると、弁１３が閉じ状態から開き状態に変化する。
【００３６】
弁１３の作動圧力とは、弁１３を閉じ状態から開き状態に変化（作動）させるときの圧力である。凹部１２ｂの形状を適宜設定することにより、弁１３の作動圧力を所定圧力に設定することができる。弁１３を閉じ状態から開き状態に変化させることにより、発電要素３０から発生したガスは、弁１３を通過して、ケース本体１２（二次電池１）の外部に排出される。
【００３７】
なお、弁１３の形状は、円形に限るものではなく、他の形状であってもよい。すなわち、底面１２ａを破断させて、弁１３を閉じ状態から開き状態に変化させることができればよい。また、本実施例では、ケース本体１２（底面１２ａ）の外壁面に凹部１２ｂを形成しているが、ケース本体１２（底面１２ａ）の外壁面および内壁面の少なくとも一方に凹部１２ｂを形成することができる。この場合であっても、凹部１２ｂによって弁１３を形成することができる。そして、凹部１２ｂを破断させて、弁１３を閉じ状態から開き状態に変化させることができる。
【００３８】
本実施例では、図２に示すように、円に沿って凹部１２ｂを形成しているが、これに限るものではない。具体的には、図３に示すように、弁１３の全体に凹部１２ｂを形成することもできる。図３は、底面１２ａの一部を示す断面図である。図３に示す構成であっても、凹部１２ｂを破断させて、弁１３を閉じ状態から開き状態に変化させることができる。
【００３９】
また、本実施例では、底面１２ａの略中央に弁１３を形成しているが、弁１３を形成する位置は適宜設定できる。例えば、弁１３は、底面１２ａの略中央から、ずれていてもよい。また、弁１３は、Ｘ方向又はＹ方向において、発電要素３０と対向するケース本体１２の側面に形成することもできる。すなわち、弁１３は、ケース本体１２のうち、発電要素３０を囲む一部の領域、言い換えれば、スペースＳ２を形成するケース本体１２の一部の領域に形成することができる。上述したように、弁板２２（又は電流遮断器２４）およびケース本体１２によって囲まれたスペースは密閉状態となり、この密閉状態のスペースを形成するケース本体１２の一部の領域に弁１３を形成することができる。二次電池１の外部にガスを排出させる位置を考慮して、弁１３を形成する位置を設定することができる。
【００４０】
図４は、発電要素３０の展開図である。発電要素３０は、正極板３３と、負極板３４と、セパレータ３５とを有する。正極板３３は、集電板３３ａおよび正極活物質層３３ｂを有しており、正極活物質層３３ｂは、集電板３３ａの表面（両面）に形成されている。負極板３４は、集電板３４ａおよび負極活物質層３４ｂを有しており、負極活物質層３４ｂは、集電板３４ａの表面（両面）に形成されている。
【００４１】
図４に示すように、正極板３３、負極板３４およびセパレータ３５を積層し、この積層体を巻くことにより、発電要素３０が構成される。ここで、正極板３３および負極板３４の間には、セパレータ３５が配置される。セパレータ３５、正極活物質層３３ｂおよび負極活物質層３４ｂには、電解液が染み込んでいる。また、セパレータ３５などに染み込む電解液の他に、ケース本体１２の内部には、余剰分の電解液が存在している。本発明における発電要素は、発電要素３０と、余剰分の電解液とを含むものである。
【００４２】
正極板３３の集電板３３ａには、上述した正極タブ３１が接続される。これにより、正極タブ３１と電気的に接続された正極キャップ１１は、二次電池１の正極端子となる。負極板３４の集電板３４ａには、上述した負極タブ３２が接続される。これにより、負極タブ３２と電気的に接続されたケース本体１２は、二次電池１の負極端子となる。
【００４３】
図１を用いて説明したように、正極キャップ１１およびケース本体１２の間には、インナーガスケット２３およびアウターガスケット２６が配置されている。したがって、正極キャップ１１およびケース本体１２は絶縁状態となる。Ｚ方向における二次電池１の両端には、正極キャップ１１およびケース本体１２の底面１２ａが位置している。このため、通常、二次電池１では、ケース本体１２の底面１２ａが、二次電池１の負極端子として用いられる。
【００４４】
二次電池１としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池を用いることができる。これらの二次電池１の種類に応じて、発電要素３０を適宜構成することができる。正極板３３、負極板３４およびセパレータ３５の材料は、二次電池１の種類に応じて、公知の材料を適宜採用することができる。
【００４５】
次に、弁板２２、電流遮断器２４およびフィルタ２５の具体的な構造について、図５および図６を用いて説明する。図５は、二次電池１のうち、弁板２２、電流遮断器２４およびフィルタ２５を含む部分の断面図である。図６は、図５の矢印Ｄ２に示す方向から見たときの図である。言い換えれば、図６のＹ１−Ｙ１断面図が、図５に相当する。
【００４６】
弁板２２は、凹部２２ａを有する。図６に示すように、凹部２２ａは、円に沿って形成されている。凹部２２ａは、二次電池１の外部にガスを排出させるときに、弁板２２を破断させる部分となる。弁板２２において、凹部２２ａが形成された部分の機械的強度は、凹部２２ａが形成されていない部分の機械的強度よりも低くなる。このため、凹部２２ａが破断しやすくなる。凹部２２ａを破断させることにより、弁板２２が閉じ状態から開き状態に変化する。
【００４７】
なお、本実施例では、弁板２２の上面に凹部２２ａを形成しているが、これに限るものではない。凹部２２ａを形成して、弁板２２を破断させることができればよい。具体的には、弁板２２の上面および下面の少なくとも一方に、凹部２２ａを形成することができる。弁板２２の下面とは、Ｚ方向において、電流遮断器２４と対向する面である。
【００４８】
電流遮断器２４は、凹部２４ａを有する。図６に示すように、凹部２４ａは、円に沿って形成されている。本実施例において、凹部２４ａは、Ｚ方向において、凹部２２ａと重なる位置に設けられている。凹部２４ａは、電流遮断器２４を破断させる部分となる。図５に示すように、凹部２４ａによって囲まれた領域（電流遮断器２４の一部）Ｒ２は、凹部２２ａによって囲まれた領域（弁板２２の一部）Ｒ３に固定されている。例えば、溶接によって、領域Ｒ２，Ｒ３を固定することができる。領域Ｒ３は、弁板２２の開口面積となる。
【００４９】
フィルタ２５は、屈曲部２５ｂを有する。屈曲部２５ｂは、発電要素３０の側（図５の下側）に向かって凸となるように形成されている。フィルタ２５のうち、屈曲部２５ｂとは異なる領域には、貫通孔２５ｃが形成されている。貫通孔２５ｃは、フィルタ２５によって仕切られたスペースＳ１，Ｓ２を繋ぎ、スペースＳ２からスペースＳ１に向かってガスを通過させるために用いられる。貫通孔２５ｃは、図５に示すように、開口面積Ａ１を有する。開口面積Ａ１とは、Ｘ−Ｙ平面内において、貫通孔２５ｃが形成された面積である。開口面積Ａ１は、領域Ｒ３の面積（弁板２２の開口面積）よりも小さい。
【００５０】
フィルタ２５および電流遮断器２４は、互いに接触しているが、電流遮断器２４は、貫通孔２５ｃを塞いでいない。このため、貫通孔２５ｃを通過したガスは、フィルタ２５および電流遮断器２４の間に形成されたスペース（スペースＳ１の一部）に進入することができる。本実施例では、図６に示すように、３つの貫通孔２５ｃを設けているが、貫通孔２５ｃの数は適宜設定できる。また、Ｘ−Ｙ平面内における貫通孔２５ｃの形状についても適宜設定できる。
【００５１】
上述した二次電池１では、発電要素３０の過充電などによって、発電要素３０からガスが発生することがある。このガスには、電解液の熱分解などによって発生したガスが含まれる。発電要素３０からガスが発生すると、このガスは、絶縁板２７の開口部２７ａ（図１参照）を通過して、フィルタ２５に到達する。
【００５２】
フィルタ２５は、貫通孔２５ｃを有するため、ガスは、貫通孔２５ｃを通過して、フィルタ２５および電流遮断器２４の間に形成されたスペースに進入する。電流遮断器２４およびケース本体１２によって囲まれたスペースは、アウターガスケット２６およびフィルタ２５によって密閉状態となる。このため、ガスが発生し続けると、電流遮断器２４およびケース本体１２によって囲まれたスペースにおいて、ガスの圧力が上昇する。言い換えれば、ケース１０の内部における圧力（内圧）が上昇する。
【００５３】
ガスの圧力が上昇すると、図７に示すように、電流遮断器２４の凹部２４ａが破断する。図７に示す点線は、ガスの排出経路（一例）を示している。電流遮断器２４の領域Ｒ２は、弁板２２の領域Ｒ３に固定されているため、領域Ｒ２が領域Ｒ３に固定されたままで、凹部２４ａが破断する。
【００５４】
これにより、電流遮断器２４において、領域Ｒ２が、領域Ｒ２以外の領域から離れ、弁板２２および電流遮断器２４の電気的接続が遮断される。電流遮断器２４および弁板２２の間には、絶縁性を有するインナーガスケット２３が配置されているため、弁板２２および電流遮断器２４の電気的接続が遮断されることにより、発電要素３０を充放電するときの電流経路が遮断される。
【００５５】
弁板２２およびケース本体１２によって囲まれたスペースは、インナーガスケット２３およびアウターガスケット２６によって密閉状態となっている。このため、図７に示す状態において、ガスが発生し続けると、弁板２２およびケース本体１２によって囲まれたスペースにおいて、ガスの圧力（すなわち、ケース１０の内圧）が上昇する。ガスの圧力が上昇し続けると、図８に示すように、弁板２２の凹部２２ａが破断する。
【００５６】
これにより、弁板２２が閉じ状態から開き状態に変化し、ガスが弁板２２を通過する。図８に示す点線は、ガスの排出経路（一例）を示している。弁板２２を通過したガスは、スペーサ２１の開口部２１ａを通過して、正極キャップ１１の開口部１１ａに導かれる。そして、ガスは、開口部１１ａを通過して、二次電池１の外部に排出される。
【００５７】
弁板２２を介して二次電池１の外部にガスを排出する排出経路では、貫通孔２５ｃの開口面積Ａ１が最も小さくなっている。ここで、ガスの排出経路には、開口部２７ａ、貫通孔２５ｃ、電流遮断器２４の領域Ｒ２、弁板２２の領域Ｒ３、開口部２１ａおよび開口部１１ａが設けられている。そして、開口面積Ａ１は、開口部２７ａの開口面積、領域Ｒ２，Ｒ３の面積、各開口部２１ａ，１１ａの開口面積よりも小さい。このため、弁板２２を介して二次電池１の外部に排出されるガスの量は、フィルタ２５の貫通孔２５ｃによって制限される。
【００５８】
二次電池１の内部において、ガスの発生量が徐々に増加するときには、上述したように、ガスは、弁板２２を通過して二次電池１の外部に排出される。一方、二次電池１の温度が急激に上昇することなどによって、ガスの発生量が急激に増加することがある。ガスの発生量が急激に増加すると、フィルタ２５の貫通孔２５ｃにおいて、圧力損失が上昇し、ガスは、貫通孔２５ｃを通過しにくくなる。
【００５９】
言い換えれば、フィルタ２５の貫通孔２５ｃは、単位時間当たりのガスの発生量に応じて、ガスを通過させたり、ガスを通過させにくくしたりする。単位時間当たりのガスの発生量が増加するほど、ガスが貫通孔２５ｃを通過しにくくなり、フィルタ２５によって仕切られたスペースＳ１，Ｓ２の間では、圧力差が発生して、この圧力差が増加しやすくなる。すなわち、スペースＳ２の圧力がスペースＳ１の圧力よりも高くなりやすい。
【００６０】
貫通孔２５ｃの開口面積Ａ１が小さくなるほど、ガスが貫通孔２５ｃを通過しにくくなる。本実施例では、スペースＳ１，Ｓ２の間における圧力差を発生させやすくするために、貫通孔２５ｃの開口面積Ａ１を設定している。ただし、貫通孔２５ｃの開口面積Ａ１は、領域Ｒ３の面積（弁板２２の開口面積）よりも大きくすることもできる。この場合には、弁板２２を介したガスの排出経路において、領域Ｒ３の面積が最も小さくなる。そして、弁板２２を介して二次電池１の外部に排出されるガスの量は、領域Ｒ３によって制限される。この場合には、弁板２２（領域Ｒ３）によって、圧力差を発生させることができる。ここでの圧力差は、弁板２２に対して開口部１１ａの側に位置するスペースと、弁板２２に対して発電要素３０の側に位置するスペースとの間における圧力差となる。
【００６１】
スペースＳ２におけるガスの圧力が上昇すると、図９に示すように、ケース本体１２の底面１２ａに形成された凹部１２ｂが破断する。これにより、弁１３が閉じ状態から開き状態に変化する。すなわち、スペースＳ２内の圧力が弁１３の作動圧力に到達したときに、弁１３が閉じ状態から開き状態に変化する。ガスは、開き状態の弁１３を通過して、二次電池１の外部に排出される。図９に示す点線は、ガスの排出経路（一例）を示している。
【００６２】
ケース１０の強度を確保するために、ケース本体１２の厚さは、弁板２２の厚さよりも厚くなっている。このため、凹部１２ｂにおけるケース本体１２の機械的強度は、凹部２２ａにおける弁板２２の機械的強度よりも高くすることができる。これにより、凹部１２ｂを破断させるときのガスの圧力を、凹部２２ａを破断させるときのガスの圧力よりも高くすることができる。
【００６３】
言い換えれば、弁１３を開き状態に作動させるときの圧力（弁１３の作動圧力）を、弁板２２を開き状態に作動させるときの圧力（弁板２２の作動圧力）よりも高くすることができる。これにより、弁板２２を介してガスを排出させるときには、弁１３が開き状態に作動することを抑制できる。言い換えれば、弁板２２を用いてガスを排出させることが十分ではなくなったときに、弁１３を用いて二次電池１の外部にガスを排出させることができる。
【００６４】
弁１３が形成された領域（すなわち、弁１３の開口面積）は、フィルタ２５の貫通孔２５ｃの開口面積Ａ１（図５参照）よりも大きな面積Ａ２（図９参照）を有する。これにより、弁１３を通過して二次電池１の外部に排出されるガスの量は、貫通孔２５ｃおよび弁板２２を通過して二次電池１の外部に排出されるガスの量よりも多くなる。ここでいうガスの量とは、単位時間当たりに排出されるガスの量である。
【００６５】
弁板２２を通過して二次電池１の外部に排出されるガスの量は、貫通孔２５ｃの開口面積Ａ１に依存する。このため、弁１３の開口面積Ａ２を貫通孔２５ｃの開口面積Ａ１よりも大きくすることにより、弁１３から二次電池１の外部に排出されるガスの量を、弁板２２を通過して二次電池１の外部に排出されるガスの量よりも多くすることができる。
【００６６】
なお、開口面積Ａ１が領域Ｒ３の面積（弁板２２の開口面積）よりも大きいときでも、開口面積Ａ２は、開口面積Ａ１よりも大きい。このため、弁１３から二次電池１の外部に排出されるガスの量を、弁板２２を通過して二次電池１の外部に排出されるガスの量よりも多くすることができる。
【００６７】
本実施例によれば、ガスの発生量が急激に増加して、貫通孔２５ｃ又は弁板２２におけるガスの通過が抑制されたときには、弁１３を用いて、二次電池１の外部にガスを排出させている。これにより、ガスの発生量が急激に増加して、弁板２２からガスを排出させにくくなっても、弁１３を用いて、二次電池１の外部にガスを排出させることができる。
【００６８】
ここで、弁１３からガスを排出させることにより、予め定められたケース本体１２の一部からガスを排出させることができる。予め定められた位置（すなわち、弁１３）からガスを排出させれば、ダクトなどを用いて、弁１３から排出されたガスを所望の位置まで導くことができる。
【００６９】
弁１３が設けられていないと、ガスの圧力（すなわち、ケース１０の内圧）が上昇することに応じて、ケース本体１２の任意の箇所（１つ又は複数の箇所）が破断してしまい、ガスが排出される位置を特定できない。この場合には、二次電池１の周囲にガスが広がってしまう。例えば、複数の二次電池１を並べて配置したときに、特定の二次電池１から排出されたガスが、他の二次電池１に到達してしまうことがある。この場合には、ガスと接触した他の二次電池１の温度が上昇してしまう。
【００７０】
一方、本実施例では、ガスの発生量が急激に増加したときにおいて、図１０に示すように、ガスの圧力を用いて、屈曲部２５ｂを反転させることができる。上述したように、ガスの発生量が急激に増加したときには、ガスが貫通孔２５ｃを通過しにくくなり、スペースＳ１，Ｓ２の間における圧力差が増加しやすくなる。そして、スペースＳ２の圧力がスペースＳ１の圧力よりも高くなることにより、スペースＳ２からの圧力を受けて、屈曲部２５ｂが反転する。
【００７１】
屈曲部２５ｂが反転することにより、屈曲部２５ｂは、弁板２２および電流遮断器２４の側に向かって凸になる。そして、反転した屈曲部２５ｂは、電流遮断器２４の領域Ｒ２を塞ぐ。ここで、反転した屈曲部２５ｂが領域Ｒ２を塞ぐことができるように、フィルタ２５を配置する位置や、屈曲部２５ｂの形状が適宜設定されている。
【００７２】
図７および図８を用いて説明したように、ガスが弁板２２を通過するときには、電流遮断器２４の領域Ｒ２が開くことになる。ここで、屈曲部２５ｂが領域Ｒ２を塞ぐことにより、ガスが弁板２２の側に移動することを阻止できる。これにより、弁１３から二次電池１の外部にガスを積極的に排出させることができる。
【００７３】
図１０では、弁板２２が開き状態となっている。すなわち、図１０では、弁板２２が閉じ状態から開き状態に変化した後に、屈曲部２５ｂが領域Ｒ２を塞いでいる。なお、凹部２２ａ又は凹部２２ａ，２４ａがガスの圧力によって破断する前に、屈曲部２５ｂが領域Ｒ２を塞ぐこともある。すなわち、凹部２２ａ，２４ａが破断するタイミングと、屈曲部２５ｂが反転するタイミングとは、単位時間当たりのガスの発生量に依存する。
【００７４】
屈曲部２５ｂは、ガスの圧力を受けて変形し、弁板２２を介したガスの排出経路を塞ぐことができればよい。この機能を発揮させることを条件として、屈曲部２５ｂの形状は適宜設定することができる。また、本実施例では、屈曲部２５ｂが電流遮断器２４の領域Ｒ２を塞いでいるが、これに限るものではない。例えば、電流遮断器２４が省略されているとき、屈曲部２６によって、弁板２２の領域Ｒ３を塞ぐことができる。これにより、ガスが弁板２２を通過することを防止できる。この場合には、インナーガスケット２３などの絶縁部材を用いることにより、弁板２２と、スペーサ２１および正極キャップ１１とを絶縁状態にしておく必要がある。
【００７５】
本実施例では、フィルタ２５に屈曲部２５ｂを設けているが、屈曲部２５ｂを省略することもできる。具体的には、図１１に示すように、屈曲部２５ｂが形成される領域を、平坦な面で構成することもできる。この場合には、ガスの発生量が急激に増加したときに、フィルタ２５の貫通孔２５ｃにおいて発生する圧力損失によって、弁板２２を介したガスの排出が制限される。これにより、弁１３から二次電池１の外部にガスを排出させることができる。
【００７６】
本実施例では、フィルタ２５のうち、屈曲部２５ｂとは異なる領域に貫通孔２５ｃを設けているが、これに限るものではない。具体的には、屈曲部２５ｂに貫通孔２５ｃを設けることができる。ここで、屈曲部２５ｂの全体ではなく、屈曲部２５ｂの一部だけを用いて、領域Ｒ２（すなわち、弁板２２を介したガスの排出経路）を塞ぐことができる。この場合には、屈曲部２５ｂのうち、領域Ｒ２を塞ぐ領域とは異なる領域に貫通孔２５ｃを設けることができる。
【００７７】
なお、屈曲部２５ｂに貫通孔２５ｃを設けたとき、屈曲部２５ｂが領域Ｒ２を塞ぐ状態によっては、ガスが貫通孔２５ｃを通過してしまうことも考えられる。このため、本実施例のように、屈曲部２５ｂとは異なる領域に貫通孔２５ｃを設けておけば、屈曲部２５ｂによって領域Ｒ２を塞ぎやすくなる。
【００７８】
ここで、屈曲部２５ｃが反転しないときには、ガスが貫通孔２５ｃを通過することができる。また、屈曲部２５ｃが反転したときには、屈曲部２５ｃの一部が領域Ｒ２を塞ぐため、ガスが貫通孔２５ｃを通過することがあっても、ガスが領域Ｒ２を通過することを阻止できる。これにより、本実施例と同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００７９】
本発明の実施例２である二次電池について説明する。本実施例において、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。
【００８０】
本実施例において、フィルタ２５には屈曲部２５ｂが設けられていない。すなわち、本実施例では、図１１で説明したフィルタ２５が用いられる。そして、図１２に示すように、フィルタ２５の下方には、蓋部材４０が配置されている。蓋部材４０は、ケース１０に収容されており、Ｚ方向において、フィルタ２５および絶縁板２７の間、言い換えれば、フィルタ２５および発電要素３０の間に配置される。図１２は、弁板２２、電流遮断器２４、フィルタ２５および蓋部材４０の位置関係を示す概略図である。
【００８１】
図１３は、図１２に示す矢印Ｄ３の方向から見たときの図である。言い換えれば、図１３のＹ２−Ｙ２断面が図１２に相当する。図１３に示すように、蓋部材４０は、蓋本体４１および支持部４２を有する。支持部４２の一端は、蓋本体４１に接続されており、支持部４２の他端は、ケース本体１２の内壁面に接続されている。これにより、ケース本体１２の内部において、蓋部材４０が位置決めされている。
【００８２】
蓋本体４１の外縁部およびケース本体１２の内壁面には、スペースＳ３が形成されている。このスペースＳ３は、発電要素３０の側からフィルタ２５の側にガスを通過させるために用いられる。また、図１２および図１３から分かるように、貫通孔２５ｃは、Ｚ方向において、蓋本体４１と対向している。
【００８３】
本実施例において、弁板２２からガスが排出するときには、ガスがスペースＳ３を通過してフィルタ２５に到達する。フィルタ２５に到達した後のガスの排出経路は、実施例１と同様である。
【００８４】
一方、ガスの発生量が急激に増加したとき、蓋本体４１は、ガスの圧力を受けて、フィルタ２５に向かって移動する。すなわち、発電要素３０から蓋部材４１に向かうガスの圧力によって、蓋部材４１は、フィルタ２５に向かって移動する。蓋部材４１をフィルタ２５に向かって移動させるときには、例えば、ガスの圧力又は熱によって、支持部４２を変形又は切断させればよい。ここで、ガスの発生量が急激に増加したときには、発電要素３０から蓋部材４１に衝突するガスの圧力が高くなりやすい。これにより、蓋部材４１がフィルタ２５に向かって移動しやすくなる。また、スペースＳ３において、ガスを通過しにくくすれば、発電要素３０からのガスの圧力を蓋部材４１に作用させやすくなり、蓋部材４１をフィルタ２５に向かって移動させやすくなる。
【００８５】
そして、図１４に示すように、蓋本体４１はフィルタ２５に接触し、フィルタ２５の貫通孔２５ｃを塞ぐ。図１４では、弁板２２が開き状態となっている。すなわち、図１４では、弁板２２が閉じ状態から開き状態に変化した後に、蓋本体４１が貫通孔２５ｃを塞いでいる。なお、凹部２２ａ又は凹部２２ａ，２４ａがガスの圧力によって破断する前に、蓋本体４１が貫通孔２５ｃを塞ぐこともある。すなわち、凹部２２ａ，２４ａが破断するタイミングと、蓋本体４１が貫通孔２５ｃを塞ぐタイミングとは、単位時間当たりのガスの発生量に依存する。
【００８６】
ここで、蓋本体４１をフィルタ２５に沿って形成することにより、蓋本体４１がフィルタ２５に沿って接触し、貫通孔２５ｃを塞ぎやすくなる。蓋本体４１が貫通孔２５ｃを塞ぐことにより、弁板２２を介したガスの排出は行われない。これにより、スペースＳ２にガスが留まり、スペースＳ２において、ガスの圧力（すなわち、ケース１０の内圧）が上昇する。ガスの圧力の上昇によって、実施例１と同様に、弁１３が閉じ状態から開き状態に変化し、弁１３を介して、二次電池１の外部にガスが排出される。
【００８７】
これにより、実施例１と同様に、弁１３からガスを積極的に排出させることができる。ここで、弁１３からガスが排出されて、スペースＳ２の圧力が低下するまでは、蓋本体４１は、ガスの圧力を受けて、貫通孔２５ｃを塞いだままとなる。
【００８８】
なお、本実施例では、４つの支持部４２を設けているが、支持部４２の数や、支持部４２を設ける位置は適宜設定できる。すなわち、支持部４２を用いて、蓋部材４０（蓋本体４１）をケース本体１２の内部で位置決めしておくことができればよい。本実施例では、支持部４２を用いることにより、蓋本体４１およびケース本体１２の間に、ガスを通過させるスペースＳ３を形成しているが、これに限るものではない。例えば、蓋本体４１に貫通孔を形成して、ガスを通過させることもできる。ただし、蓋本体４１の貫通孔は、フィルタ２５の貫通孔２５ｃとＺ方向で対向しない位置に設ける必要がある。
【００８９】
実施例１では屈曲部２５ｂを用い、実施例２では蓋部材４０を用いることにより、弁板２２を通過するガスの排出経路を塞いでいるが、これに限るものではない。実施例１，２で説明したように、弁１３からガスを排出させるときにおいて、ガスが弁板２２を通過してケース１０の外部に排出されないようにすればよい。すなわち、弁板２２を通過するガスの排出経路を塞ぐための構造（本発明の封止手段に相当する）を、ケース１０の内部に設けておけばよい。
【００９０】
この構造では、ガスの圧力を用いて、弁板２２を通過するガスの排出経路を塞ぐことができればよい。また、ガスの排出経路を塞ぐ位置も適宜設定することができる。電流遮断器２４の領域Ｒ２や貫通孔２５ｃの他にも、開口部１１ａ，２１ａや弁板２２の領域Ｒ３は、ガスの排出経路の一部となる。したがって、開口部１１ａ，２１ａや弁板２２の領域Ｒ３の少なくとも１つを塞ぐことができる。
【符号の説明】
【００９１】
１：二次電池、１０：ケース、１１：正極キャップ、１２：ケース本体、１２ａ：底面、１２ｂ：凹部、１３：弁、２１：スペーサ、２２：弁板、２２ａ：凹部、２３：インナーガスケット、２４：電流遮断器、２４ａ：凹部、２５：フィルタ、２５ｂ：屈曲部、２５ｃ：貫通孔、２６：アウターガスケット、２７，２８：絶縁板、３０：発電要素
【図１】
2015133245.tif 000003
【図２】
2015133245.tif 000004
【図３】
2015133245.tif 000005
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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