JP2014107105A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極体及び電解液が封入された電池ケースの側面に開裂溝が形成された密閉型電池において、電池ケースの変形に応じて開裂溝が容易に開裂する一方、開裂溝の長さを超えて開裂が生じた場合でも、電池ケースの一部が分離しないような構成を得る。
【解決手段】密閉型電池は、内部に電極体及び電解液が封入される柱状の電池ケース（２）を備える。電池ケース（２）の側面には、開裂線を構成する開裂溝（４１）が形成されている。開裂溝（４１）は、電池ケース（２）の側面の法線方向から見て、前記開裂線の両端を結ぶ仮想直線が、電池ケース（２）が内圧の上昇によって膨らんだ際に前記側面に形成される稜線（Ｌ）と直交する基準線に対し、時計方向になす角度が７０度以上で且つ１２０度以下であり、前記開裂線の少なくとも一部が稜線（Ｌ）と重なる位置に形成される。
【選択図】図１１

Description

本発明は、電極体及び電解液が封入される電池ケースの側面に、該電池ケース内の圧力が上昇した場合に開裂する開裂溝が形成された密閉型電池に関する。

従来より、電池ケースの側面に、該電池ケース内の圧力が上昇した場合に開裂する開裂溝が形成された密閉型電池が知られている。このような密閉型電池では、例えば特許文献１に開示されるように、電池ケースの側面上で、且つ、該電池ケースが内圧の上昇によって膨らんだ際に形成される凸部稜線（稜線）と交差する位置に、開裂溝が形成されている。これにより、電池ケース内の圧力が閾値よりも大きくなると該電池ケースの変形によって開裂溝が開裂するため、電池ケース内のガス等を外部へ逃すことができる。

特許第４１６６０２８号公報

ところで、上述のように電池ケースの側面に開裂溝を設ける場合、該電池ケースの側面に形成される稜線に対して直交するように開裂溝を設けることにより、電池ケースの変形に応じて開裂溝を容易に開裂させることができる。

しかしながら、上述のように稜線に対して直交するように開裂溝を設けた場合、電池ケースの内圧が上昇して開裂溝が開裂した際に、電池ケースの側面に予め形成された開裂溝の長さよりも長い範囲で開裂が生じる可能性がある。そのため、電池ケースの側面の隅部分に、稜線に直交するように開裂溝を形成した場合、上述のように開裂溝の長さよりも長い範囲で開裂が生じると、開裂溝が設けられている電池ケースの側面の隅部分が他の部分に対して分離する可能性がある。

そのため、電極体及び電解液が封入された電池ケースの側面に開裂溝が形成された密閉型電池において、電池ケースの変形に応じて開裂溝が容易に開裂する一方、開裂溝の長さを超えて開裂が生じた場合でも、電池ケースの一部が分離しないような構成を得る。

本発明の一実施形態に係る密閉型電池は、内部に電極体及び電解液が封入される柱状の電池ケースを備える。前記電池ケースの側面には、開裂線を構成する開裂溝が形成されている。前記開裂溝は、前記電池ケースの側面の法線方向から見て、前記開裂線の両端を結ぶ仮想直線が、前記電池ケースが内圧の上昇によって膨らんだ際に前記側面に形成される稜線と直交する基準線に対し、時計方向になす角度が７０度以上で且つ１２０度以下であり、前記開裂線の少なくとも一部が前記稜線と重なる位置に形成されている（第１の構成）。

以上の構成では、開裂線の両端を結ぶ仮想直線が、稜線と直交する基準線に対して時計方向になす角度が７０度以上で且つ１２０度以下であるため、開裂線の仮想直線は、稜線に対して反時計方向に３０度から時計方向に２０度の角度をなす範囲となる。すなわち、開裂溝は、稜線に沿うように形成される。

このように、開裂溝を稜線に沿うように形成することで、稜線に直交するように開裂溝を形成する場合に比べて、開裂溝の開裂によって電池ケースの一部が分断されるのを抑制できる。すなわち、電池ケースに開裂溝の長さを超えるような開裂が生じた場合でも、上述の構成では稜線に沿うように開裂が進行する。これにより、稜線に直交するように開裂溝を形成した場合のように電池ケースの隅部分が開裂によって分離されるのを防止できる。

しかも、上述の構成では、開裂線の少なくとも一部は上述の角度範囲で稜線と重なっているため、電池ケースの内圧が上昇して該電池ケースが変形を生じた場合に、稜線との交点を起点として開裂溝を容易に開裂させることができる。

前記第１の構成において、前記開裂線は、前記稜線に対して複数個所で交差する曲線を含む（第２の構成）。これにより、開裂溝のうち稜線と交差する複数個所で、開裂を生じさせることができる。したがって、電池ケースの内圧の上昇に応じて開裂溝をより容易に開裂させることができる。

前記第２の構成において、前記開裂線は、前記法線方向から見て、一方向に突状に湾曲する第１湾曲部と、該第１湾曲部の突方向に対して９０度以上の角度をなす方向に突状に湾曲する第２湾曲部とを含む曲線のみからなる。前記第１湾曲部の一端側は、前記第２湾曲部の一端側と接続されている。前記第１湾曲部及び前記第２湾曲部の少なくとも一方は、前記稜線に対して少なくとも一部が重なっている（第３の構成）。

以上の構成では、開裂溝によって構成される開裂線は曲線であるため、開裂線が直線の場合に比べて開裂溝が開裂しやすくなる。また、前記開裂線は、電池ケースの側面の法線方向から見て、一方向に突状に湾曲する第１湾曲部と、該第１湾曲部の突方向に対して９０度以上の角度をなす方向に突状に湾曲する第２湾曲部とを有するため、単なる円弧状の開裂線に比べて開裂溝が開裂しやすい。

しかも、開裂線を上述のような形状にすることで、開裂線が直線の場合や円弧状の場合に比べて、開裂線と稜線との交点を増加させることができる。これにより、開裂溝が稜線に対して上述の第１の構成のような角度範囲に形成された場合でも、開裂溝を容易に開裂させることができる。

また、開裂線を上述のような形状にすることで、電池ケースに加わった衝撃によって開裂溝に開裂が生じにくい。すなわち、開裂溝が直線の場合、直線の延長線方向から外部衝撃が加わると、開裂溝に一気に開裂が生じる可能性があるが、上述の構成にすることで、特定の方向からの外部衝撃によって開裂が生じるのを抑制することができる。

さらに、上述のように、第１湾曲部と第２湾曲部とを組み合わせて開裂線を構成することにより、該開裂線に沿って開裂溝が開裂すると、第１湾曲部によって形成される突部と第２湾曲部によって形成される突部とがそれぞれ電池ケースの外方に向かって突出する。これにより、開裂溝の開裂によって形成される開口を大きくすることができ、電池内部のガス等を開裂部分から外部に効率良く排出することができる。しかも、上述の構成によって、開裂溝の開裂によって形成される突部が電池ケースの外方に位置付けられるため、開裂部分において電池内部と電池ケースとの間で短絡が生じるのを防止できる。

また、上述のように、第１湾曲部と第２湾曲部とを組み合わせて開裂線を構成することにより、該開裂線と同じ長さを有する円弧状の開裂線を設けた場合に比べて、開裂によって形成される突部の大きさを小さくすることができる。これにより、開裂によって形成された突部によって電池内部と電池ケースとの間で短絡が生じるのをより確実に防止できるとともに、前記突部によって電池ケースを覆う外装フィルム等が損傷を受けるのを防止できる。

前記第３の構成において、前記開裂線は、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とを一つずつ組み合わせてなる（第４の構成）。これにより、開裂溝は略Ｓ字状に形成される。このように開裂溝を略Ｓ字状に形成することで、電池ケースの内圧の上昇に応じて開裂溝を容易に開裂させることができる。しかも、開裂溝の開裂によって大きな開口を容易に形成することができる。

前記第１から第４の構成のうちいずれか一つの構成において、前記開裂線は、前記法線方向から見て、前記開裂線上であり且つ前記稜線上ではない位置を中心として、前記仮想直線が前記基準線に対して時計方向に７０度以上で且つ１２０度以下の範囲で回転した位置に形成されている（第５の構成）。

このように開裂線を稜線上でない位置を中心として基準線に対して時計方向に回転させると、図９に示すように、仮想直線と基準線とが時計方向になす角度が７０度以上で且つ１２０度以下の範囲では、開裂溝の作動圧が増加する。これに対し、上述の第１の構成のように、開裂溝の仮想直線と基準線とのなす角度が上述の範囲において、開裂溝を、開裂線の少なくとも一部が稜線と重なる位置に設けることにより、該開裂溝の作動圧を低下させることができる。したがって、上述のような角度範囲でも、電池ケースの内圧の上昇に応じて開裂溝を容易に開裂させることができる。

本発明の一実施形態に係る密閉型電池によれば、電池ケースの側面に、開裂線の両端を結ぶ仮想直線と稜線に対して直交する基準線とのなす角度が７０度以上で且つ１２０度以下の範囲で、開裂線の少なくとも一部が稜線と重なるように、開裂溝を形成する。これにより、電池ケースの内圧の上昇に応じて開裂溝が容易に開裂するとともに、該開裂溝を超えて開裂が進行した場合でも、電池ケースの一部が分離するのを防止できる。

図１は、本発明の実施形態に係る密閉型電池の概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、密閉型電池の概略構成を示す側面図である。 図４は、密閉型電池のベント動作状態を示す斜視図である。 図５は、図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。 図６は、開裂溝を電池ケースの左下隅に形成した場合を示す図である。 図７は、開裂溝をある点を中心として回転させた位置に形成した場合を示す図６相当である。 図８は、開裂溝を電池ケースの幅方向に移動した位置に形成した場合を示す図６相当図である。 図９は、開裂溝の回転角度と作動圧との関係を計算によって求めた結果を示すグラフである。 図１０は、開裂溝を電池ケースの幅方向に０．７５ｍｍ移動した位置に設けた場合を示す図６相当図である。 図１１は、開裂溝を電池ケースの幅方向に１．５ｍｍ移動した位置に設けた場合を示す図６相当図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る密閉型電池１の概略構成を示す斜視図である。この密閉型電池１は、有底筒状の外装缶１０と、該外装缶１０の開口を覆う蓋板２０と、該外装缶１０内に収納される電極体３０とを備える。外装缶１０に蓋板２０を取り付けることによって、内部に空間を有する柱状の電池ケース２が構成される。なお、この電池ケース２内には、電極体３０以外に、非水電解液（以下、単に電解液という）も封入されている。

電極体３０は、それぞれシート状に形成された正極３１、負極３２及びセパレータ３３を、例えば、正極３１、セパレータ３３、負極３２、セパレータ３３の順に重ね合わせた状態で図２に示すように渦巻状に巻回することによって形成された巻回電極体である。電極体３０は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を重ね合わせた状態で巻回した後、押しつぶして扁平状に形成される。

ここで、図２には、電極体３０の外周側の数層分しか図示されていない。しかしながら、この図２では電極体３０の内周側部分の図示を省略しているだけであり、当然のことながら、電極体３０の内周側にも正極３１、負極３２及びセパレータ３３が存在する。また、図２では、蓋板２０に対して電池内方側に配置される絶縁体等の記載も省略している。

正極３１は、正極活物質を含有する正極活物質層を、アルミニウム等の金属箔製の正極集電体の両面にそれぞれ設けたものである。詳しくは、正極３１は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム含有酸化物である正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む正極合剤を、アルミニウム箔などからなる正極集電体上に塗布して乾燥させることによって形成される。正極活物質であるリチウム含有酸化物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２などのリチウムコバルト酸化物やＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのリチウムマンガン酸化物、ＬｉＮｉＯ_２などのリチウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を用いるのが好ましい。なお、正極活物質として、１種類の物質のみを用いてもよいし、２種類以上の物質を用いてもよい。また、正極活物質は、上述の物質に限られない。

負極３２は、負極活物質を含有する負極活物質層を、銅等の金属箔製の負極集電体の両面にそれぞれ設けたものである。詳しくは、負極３２は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む負極合剤を、銅箔などからなる負極集電体上に塗布して乾燥させることによって形成される。負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料（黒鉛類、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類など）を用いるのが好ましい。負極活物質は、上述の物質に限られない。

また、電極体３０の正極３１には正極リード３４が接続されている一方、負極３２には負極リード３５が接続されている。これにより、正極リード３４及び負極リード３５が、電極体３０の外部に引き出されている。正極リード３４の先端側は、蓋板２０に接続されている。一方、負極リード３５の先端側は、後述するように、リード板２７を介して負極端子２２に接続されている。

外装缶１０は、アルミニウム合金製の有底筒状部材であり、蓋板２０とともに電池ケース２を構成する。外装缶１０は、図１に示すように、長方形の短辺側が円弧状に形成された底面１１を有する有底筒状の部材である。詳しくは、外装缶１０は、底面１１と、滑らかな曲面を有する扁平筒状の側壁１２とを備える。この側壁１２は、対向する一対の平面部１３（側面）と、該平面部１３同士を接続する一対の半円筒部１４とを有する。外装缶１０は、底面１１の短辺方向に対応する厚み方向の寸法が、底面１１の長辺方向に対応する幅方向よりも小さくなる（例えば、厚みが幅の１／１０程度になる）ように、扁平形状に形成されている。また、この外装缶１０は、後述するように正極リード３４に接続される蓋板２０と接合されているため、密閉型電池１の正極端子も兼ねている。

図２に示すように、外装缶１０の内側の底部には、該外装缶１０を介して電極体３０の正極３１と負極３２との間で短絡が発生するのを防止するためのポリエチレンシートからなる絶縁体１５が配置されている。上述の電極体３０は、該絶縁体１５上に一方の端部が位置付けられるように配置されている。

蓋板２０は、外装缶１０の開口部を覆うように、該外装缶１０の開口部に溶接によって接合されている。この蓋板２０は、外装缶１０と同様、アルミニウム合金製の部材からなり、該外装缶１０の開口部の内側に嵌合可能なように長方形の短辺側が円弧状に形成されている。

また、蓋板２０には、その長手方向の中央部分に貫通孔が形成されている。この貫通孔内には、ポリプロピレン製の絶縁パッキング２１及びステンレス鋼製の負極端子２２が挿通されている。具体的には、概略柱状の負極端子２２が挿通された概略円筒状の絶縁パッキング２１が該貫通孔の周縁部に嵌合されている。負極端子２２は、円柱状の軸部の両端に平面部がそれぞれ一体形成された構成を有する。負極端子２２は、平面部が外部に露出する一方、該軸部が絶縁パッキング２１内に位置付けられるように、該絶縁パッキング２１に対して配置されている。この負極端子２２には、ステンレス鋼製のリード板２７が接続されている。これにより、負極端子２２は、リード板２７及び負極リード３５を介して、電極体３０の負極３２に電気的に接続されている。なお、リード板２７と蓋板２０との間には、絶縁体２６が配置されている。

蓋板２０には、負極端子２２と並んで電解液の注入口２４が形成されている。注入口２４は、平面視で略円形状に形成されている。また、注入口２４は、蓋板２０の厚み方向に径が２段階で変化するように小径部及び大径部を有する。この注入口２４は、該注入口２４の径の変化に対応して段状に形成された封止栓２５によって封止されている。そして、封止栓２５と注入口２４の周縁部との間に隙間が生じないように、該封止栓２５の大径部側の底面外周部と注入口２４の周縁部とはレーザー溶接によって接合されている。

（ベント）
図１及び図３に示すように、外装缶１０の側面には、ベント２３を構成する開裂溝４１が形成されている。詳しくは、外装缶１０の側壁１２のうち密閉型電池１の幅方向に延びる平面部１３に、略Ｓ字状の開裂線を構成する開裂溝４１が形成されている。この開裂溝４１は、電池ケース２内の圧力が閾値よりも大きくなると、開裂するように構成されている。

図３に示すように、開裂溝４１は、外装缶１０の側面視で、側面外方（一方向）に向かって突状に湾曲する第１湾曲部４２と、該側面外方とは反対方向である側面内方に向かって突状に湾曲する第２湾曲部４３とを有する。この実施形態では、第１湾曲部４２の突方向（凸部分の突出方向、以下同じ。）と第２湾曲部４３の突方向とは、１８０度異なる。この開裂溝４１は、第１湾曲部４２の一端側に第２湾曲部４３の一端側が接続されることによって、上述のように略Ｓ字状の開裂線を構成する。すなわち、開裂溝４１によって形成される開裂線は、曲線のみによって構成されている。なお、本実施形態では、第１湾曲部４２と第２湾曲部４３とが、ほぼ同じ半径を有する半円状に形成されている。

上述のように、開裂溝４１を、第１湾曲部４２及び第２湾曲部４３を有する略Ｓ字状に形成することで、詳しくは後述するように、開裂溝４１は、開裂線を直線または円弧状に形成する場合に比べて、電池ケース２の内圧に応じて開裂しやすくなる。

また、開裂溝４１を略Ｓ字状に形成することで、同じ長さの開裂溝を直線または円弧状に形成する場合に比べて、開裂溝４１を狭い範囲内に形成することができる。特に、開裂溝が直線の場合、直線の延長線方向から外部衝撃が加わると、開裂溝に一気に開裂が生じる可能性があるが、上述の構成の場合には、特定の方向からの外部衝撃によって開裂が生じるのを抑制することができる。したがって、開裂溝４１は、落下等による衝撃が電池ケース２に加わっても開裂しにくい。

また、本実施形態では、開裂溝４１は、平面部１３の他の部分よりも薄肉に形成されている。例えば、開裂溝４１は、外装缶１０をプレス成形する際に、該外装缶１０とともにプレスによって形成される。これにより、プレス加工によって開裂溝４１の周辺部分で加工硬化が生じることから、該開裂溝４１の周辺部分の強度向上を図れる。したがって、密閉型電池１に落下等による衝撃が加わった場合でも、その衝撃によって開裂溝４１が開裂するのを抑制することができる。

開裂溝４１は、図３に示すように、密閉型電池１の内部短絡などによる内部圧力の上昇に伴って電池ケース２が膨らんだ場合に外装缶１０に形成される稜線Ｌ上に、設けられている。具体的には、本実施形態の場合、開裂溝４１は、第１湾曲部４２が稜線Ｌと交差するように、外装缶１０の平面部１３に設けられている。しかも、開裂溝４１は、第１湾曲部４２が、稜線Ｌの基端側に位置する電池ケース２の隅部（端部）に向かって突状に湾曲するように、平面部１３に設けられている。

ここで、稜線Ｌは、電池ケース２が膨らんだ際に、該電池ケース２の外周部分（本実施形態のような形状の電池ケース２の場合には、四隅部分）に引っ張られて外装缶１０の平面部１３の一部が盛り上がることにより形成される。そのため、稜線Ｌは、図３に示すように、電池ケース２の側面視で、該電池ケース２の四隅から内方に向かって延びるように形成される。なお、図３では、稜線Ｌが電池ケース２の四隅から内方に向かって延びる直線状に形成されているが、上述のように電池ケース２が膨らんで外装缶１０の平面部１３に形成される盛り上がり部分が稜線になるので、稜線Ｌの形状は曲線であってもよく、また、稜線Ｌ同士が繋がっていてもよい。

稜線Ｌは、外装缶１０において、電池ケース２が膨らんだ際に外装缶１０に作用する応力が大きくなる部分であるため、上述のように、稜線Ｌに交差するように開裂溝４１を設けることにより、外装缶１０の変形に伴って開裂溝４１が容易に開裂する。具体的には、電池ケース２が膨らむと、外装缶１０の平面部１３は、稜線Ｌに沿って引っ張られるため、該平面部１３において強度の弱い開裂溝４１で開裂する。

特に、上述のように、開裂溝４１を、第１湾曲部４２が稜線Ｌの基端側に位置する電池ケース２の隅部に向かって突状に湾曲するように、平面部１３に設けることで、該第１湾曲部４２の突部を電池ケース２の隅部により近い位置に位置付けることができる。稜線Ｌは、電池ケース２の変形に伴い、該電池ケース２の隅部の周辺から生じるため、稜線Ｌ上に位置する第１湾曲部４２を、電池ケース２の変形初期で開裂させることができる。

このように、開裂溝４１の稜線Ｌと交差する部分で開裂が生じると、開裂は該開裂溝４１に沿って進行する。これにより、開裂溝４１全体が開裂する。この開裂溝４１の開裂によって、図４に示すように、半円状の舌部４４，４５が形成される。

詳しくは、電池ケース２内の圧力が閾値よりも大きくなって該電池ケース２の変形によって開裂溝４１が開裂すると、図４に示すように、該開裂溝４１の第１湾曲部４２及び第２湾曲部４３によって、舌部４５，４４がそれぞれ形成される。すなわち、これらの舌部４５，４４は、開裂溝４１の第１湾曲部４２及び第２湾曲部４３に対応した形状（本実施形態の場合には半円状）に形成される。

このとき、図５に示すように、外装缶１０の平面部１３は、開裂溝４１の開裂によって、舌部４４，４５が他の部分に対して浮いた状態となり、隙間４６が形成される。すなわち、開裂溝４１の開裂によって外装缶１０の平面部１３に切れ込みが入ると、該外装缶１０の隅に引っ張られる稜線Ｌ上の部分では、該隅に近い部分が外方へ引っ張られて舌部４４，４５が側壁１２の他の部分に対して持ち上げられる（図中の白抜き矢印）。これらの舌部４４，４５と平面部１３の他の部分との間に形成される隙間４６から、電池ケース２内に溜まったガス等が外部へ排出される。すなわち、開裂溝４１を含む平面部１３の一部がベント２３として機能する。

上述の構成により、舌部４４，４５が持ち上げられる分、開裂線が直線状の場合に比べて、開裂部分の開口面積を大きくすることができる。したがって、電池ケース２内のガス等を外部へ効率良く排出することができる。

しかも、開裂溝４１の開裂によって形成される舌部４４，４５は、電池ケース２の外方に向かって突出するため、該舌部４４，４５が電池ケース２内の電極体３０と接触して短絡を生じるのを防止できる。

また、上述の構成の場合には、開裂溝４１と同じ長さの開裂溝を、半円状の開裂線を描くように設けた場合に比べて、開裂によって形成される舌部の大きさが小さくなるため、舌部が電池ケース２の側壁１２を覆う外装フィルム（図示省略）に損傷を与えるのを防止できる。

なお、この実施形態では、例えば図３に示すように、開裂溝４１を電池ケース２の平面部１３における蓋板２０側に形成しているが、この限りではなく、図６に示すように、電池ケース２の平面部１３における底面１１側に設けてもよい。また、この実施形態では、開裂溝４１を、平面部１３の法線方向から見て、左側に形成しているが、この限りではなく、右側に形成してもよい。すなわち、開裂溝４１は、電池ケース２の変形に応じて開裂可能な位置であれば、平面部１３のいずれの部分に設けてもよい。

（ベントの配置による影響）
次に、略Ｓ字状の開裂線を構成する開裂溝４１の配置による作動圧の違いを、計算結果に基づいて説明する。

なお、以下では、図６に示すように開裂溝を平面部１３の左下隅に設けた場合の作動圧の計算結果について説明する。また、以下では、計算モデルの開裂溝４１を、第１湾曲部４２と第２湾曲部４３との接続点Ｔ（図７に黒丸で示す）を中心として時計方向（図７の矢印方向）に回転させて、各回転角度で開裂溝４１の作動圧を計算した。さらに、開裂溝４１の各回転角度において、開裂溝４１を電池ケース２の幅方向に移動させた場合（図８参照）の開裂溝４１の作動圧も計算した。なお、接続点Ｔは、図７に示すように、開裂線上の点であって、稜線Ｌ上にはない点である。

以下の計算では、構造解析ソフトウェアであるＬＳ−ＤＹＮＡ（登録商標）を用いた。また、開裂溝４１が開裂したかどうか（ベントが作動したかどうか）の判定は、延性破断の判定に用いられる下式を用いた。

ここで、ａ，ｂは材料試験結果から求められる材料パラメータであり、σｍは平均応力を、σは相当応力を、εは相当歪みを、ｄεは相当歪みの増分を、それぞれ示す。

上記式においてＩの値が１を超えた場合に、開裂溝で破断が始まっているものとして、そのときの電池ケースの内圧を作動圧とした。また、今回の計算では、ａを−０．６５とし、ｂを０．２とした。

以下の説明において、開裂溝４１の回転角度は、開裂溝４１の両端を結ぶ仮想直線Ｐ（図７の一点鎖線）が稜線Ｌに対して直交する位置を基準位置とした場合に、該基準位置の直線（基準線Ｑ）に対する前記仮想直線Ｐの角度Ｒを意味する。すなわち、前記基準位置における開裂溝４１の仮想直線（基準線Ｑ）に対し、回転後の開裂溝４１の仮想直線Ｐのなす角度が、前記回転角度である。

また、以下の説明において、開裂溝４１の移動量は、図８に示すように、基準となる位置（図中に実線で示す開裂溝の位置）に対し、前記回転角度を変更せずに電池ケース２の幅方向（図中の実線矢印）に移動させた場合（図中の一点鎖線で示す位置に開裂溝を形成した場合）の該幅方向の変位量Ｔを意味する。この実施形態では、移動量は、図８に示すように開裂溝の位置が電池ケース２の幅方向左側にずれた場合（図中の一点鎖線）を、正の値とする。

開裂溝４１の配置を変更した場合の作動圧の計算結果を図９に示す。図９の計算結果は、厚みが４．６ｍｍ、幅が３４ｍｍ及び高さが６１ｍｍの電池ケースを用いて開裂溝４１の作動圧を計算した結果である。

また、図９において、丸印の点は、回転角度が９０度のときに図８の実線の位置に開裂溝４１を配置して、その位置で開裂溝４１の回転角度を変化させた場合の作動圧の計算結果である。さらに、図９において、三角印の点は、回転角度が９０度のときに図８に示す実線の位置からＸ＝０．７５ｍｍの位置に開裂溝４１を配置して、その位置で開裂溝４１の回転角度を変化させた場合の作動圧の計算結果である。また、図９において、四角印の点は、回転角度が９０度のときに図８に示す実線の位置からＸ＝１．５ｍｍの位置に開裂溝４１を配置して、その位置で開裂溝４１の回転角度を変化させた場合の作動圧の計算結果である。

なお、開裂溝４１は、溝深さが０．１３ｍｍ（電池ケースの板厚は０．２５ｍｍ）、溝底の幅は０．０５ｍｍである。また、開裂溝４１は、前記基準位置で、平面部１３の法線方向から見て、開裂溝４１の底面１１側の端が底面１１から６ｍｍに位置するとともに、開裂溝４１の半円筒部１４側の端が半円筒部１４の最外周から５ｍｍに位置するように、配置される。さらに、開裂溝４１は、第１湾曲部の曲率半径が５ｍｍであり、第２湾曲部の曲率半径が６ｍｍである。

図９に丸印で示すように、図８に実線で示す位置に開裂溝４１を形成した場合、開裂溝４１の回転角度が略９０度のときに、開裂溝４１の作動圧が最も大きい。これは、図８に示すように開裂溝４１の仮想直線が稜線Ｌに略平行になって開裂溝４１と稜線Ｌとが交差しなくなるため、開裂溝４１を開裂させるような力が該開裂溝４１に伝わりにくくなるのが原因と考えられる。図９に示すように、開裂溝４１の作動圧は、開裂溝４１の回転角度が７０度以上で且つ１２０度以下の範囲（図中の矢印の範囲）で急激に増大している。これに対し、開裂溝の回転角度が７０度よりも小さく且つ１２０度よりも大きい範囲では、開裂溝の作動圧は回転角度が７０度以上で且つ１２０度以下の範囲に比べて低いとともに、回転角度に応じてあまり変化しない。図８に示すように、開裂溝４１の作動圧は、特に、開裂溝４１の回転角度が略３０度で最も小さくなる。

なお、このように、開裂溝の４１回転角度が７０度以上で且つ１２０度以下の範囲で急激に増大する一方、前記回転角度が略３０度で作動圧が最も低くなる傾向は、電池ケースのサイズに関係なく同様である。

これに対し、図９に示すように、開裂溝４１を設ける位置を図８に実線で示す位置から一点鎖線で示す位置に移動させることにより、上述の回転角度が７０度以上で且つ１２０度以下の範囲であっても開裂溝４１の作動圧を大幅に低減することができる。また、図９に示すように開裂溝４１の移動量をより大きくすると、回転角度が７０度以上で且つ１２０度以下の範囲で開裂溝４１の作動圧はより低くなる。特に、開裂溝４１の移動量が１．５ｍｍの場合には、開裂溝４１の作動圧は、回転角度が７０度以下の範囲及び１２０度以上の範囲の作動圧と同程度になる。

また、図９に示すように、前記回転角度が８０度から１００度の範囲では、開裂溝４１を設ける位置を移動させることによって、作動圧をより効果的に低減することができる。したがって、前記回転角度は、８０度から１００度の範囲が好ましい。さらに、前記回転角度が９０度の場合には、開裂溝４１を設ける位置の移動によって最も効果的に作動圧を低減できる。したがって、前記回転角度が９０度、すなわち、開裂溝４１の仮想直線Ｐが稜線Ｌに対して直交する場合がより好ましい。

図９に示すように開裂溝４１の位置を移動させることにより該開裂溝４１の作動圧が低下する理由としては、開裂溝４１の位置を移動させることによって、図１０及び図１１に示すように、開裂溝４１が稜線Ｌと交差して該開裂溝４１が開裂しやすくなることが考えられる。

また、図９に示すよう開裂溝４１の移動量が大きくなると該開裂溝４１の作動圧が低下する理由としては、以下の理由が考えられる。図１０に示すように、開裂溝４１を設ける位置を、電池ケース２の幅方向に移動（一点鎖線の位置から実線の位置に移動）させることにより、該開裂溝４１が稜線Ｌと交差する点は２点になる。そして、図１１に示すように、開裂溝４１を設ける位置を、前記幅方向により大きく移動（一点鎖線の位置から実線の位置に移動）させることにより、該開裂溝４１が稜線Ｌと交差する点は３点に増える。このように開裂溝４１が稜線Ｌと交差する点が多くなると、該開裂溝４１は電池ケース２の変形に応じて容易に開裂する。すなわち、図９に示すように開裂溝４１の移動量を大きくすると、開裂溝４１が稜線Ｌと交差する点の数が増えるため、該開裂溝４１は開裂しやすくなる。

なお、本実施形態では、開裂溝４１を略Ｓ字状に形成することで、稜線Ｌとの交点を最大３点とすることができる。したがって、例えば直線状や円弧状の開裂溝に比べて稜線Ｌとの交点が多くなるため、電池ケース２の変形に応じて開裂溝を容易に開裂させることができる。

本実施形態では、開裂溝４１を、開裂線が稜線Ｌと交差するように形成しているが、開裂線の少なくとも一部が稜線Ｌと重なるように形成してもよい。このように開裂線と稜線Ｌとが重なる構成の場合にも、電池ケース２の変形に応じて開裂溝４１を容易に開裂させることができる。

（実施形態の効果）
本実施形態では、密閉型電池１における電池ケース２の平面部１３に、側面視で一方向に向かって突状に湾曲する第１湾曲部４２と該一方向とは反対方向に突状に湾曲する第２湾曲部４３とを有する開裂溝４１を設ける。この開裂溝４１は、該開裂溝４１が構成する開裂線の両端を結んだ仮想直線が、稜線と直交する基準線に対して、７０度以上で且つ１２０度以下の角度になるように形成される。

これにより、電池ケース２の内圧が上昇して開裂溝４１が開裂した場合でも、その開裂方向は稜線Ｌに沿う方向であるため、電池ケース２の隅部分が分離されるのを防止できる。すなわち、開裂溝を稜線Ｌに直交するように形成した場合、該開裂溝は電池ケースの隅部分に対して斜め方向に延びるように位置する。このような構成の場合に、電池ケースが開裂溝の長さを超えて開裂すると、該電池ケースの隅部分が分離する可能性がある。

これに対し、本実施形態のように開裂溝４１を上述の角度範囲で形成することにより、開裂溝４１は電池ケース２の隅部分から該電池ケース２の内方に向かって斜め方向に延びるように形成される。これにより、開裂溝４１の長さを超えて開裂が生じた場合でも、電池ケース２の隅部分が分離するのを防止できる。

本実施形態の場合、上述の角度範囲で形成される開裂溝４１の回転中心は、稜線Ｌ上に位置していない。そのため、開裂溝４１を、稜線Ｌと交差するように、電池ケース２の幅方向にずらして形成する。これにより、上述の角度範囲でも開裂溝４１の作動圧を低下させることができるため、該開裂溝４１を容易に開裂させることができる。

また、上述のような開裂溝４１によって略Ｓ字状の開裂線が形成される。このように略Ｓ字状の開裂線を電池ケース２の平面部１３に設けることにより、直線状及び円弧状の開裂線を設ける場合に比べて開裂溝４１と稜線Ｌとの交点の数を増加させることができる。これにより、開裂溝４１を、電池ケース２の内圧に応じて容易に開裂させることができる。よって、上述の構成により、ベントとしての機能向上を図れる。しかも、上述のように電池ケース２の平面部１３に略Ｓ字状の開裂線を形成することで、密閉型電池１の落下等によって電池ケース２に衝撃が加わった場合に、開裂溝４１で開裂が生じにくくすることができる。

また、上述の構成により、開裂溝４１が開裂した場合には、該開裂溝４１が直線状に形成されている場合などに比べて大きな隙間４６を形成することができ、密閉型電池１の電池ケース２内からガス等を外部に効率良く排出することができる。

さらに、上述の構成により、開裂溝４１が開裂した際に形成される舌部４４，４５は、電池ケース２の外方に突出するため、該舌部４４，４５が電池ケース２内の電極体３０に接触して短絡を生じるのを防止できる。しかも、上述のように略Ｓ字状の開裂線を形成するように開裂溝４１を設けることで、円弧状の開裂線を形成するように開裂溝を設けた場合に比べて、開裂溝の開裂によって生じる舌部の大きさを小さくすることができる。これにより、上述の構成は、円弧状の開裂線を形成する場合に比べて、電池ケースを覆う外装フィルムに損傷を与えにくくなる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、開裂溝４１を、第１湾曲部４２が稜線Ｌ上に位置するように設けている。しかしながら、開裂溝４１を、第２湾曲部４３が稜線Ｌ上に位置するように設けてもよい。

また、上述の実施形態の構成に限らず、開裂溝４１の一部が稜線Ｌ上に位置すれば、該開裂溝４１を外装缶１０の平面部１３のどの位置に設けてもよいし、該開裂溝４１によって構成される開裂線の向きも上述の実施形態の向きに限定されない。

前記実施形態では、開裂溝４１の回転中心である接続点Ｔは稜線Ｌ上に位置していないが、接続点Ｔが稜線Ｌ上に位置するように開裂溝４１を形成してもよい。また、接続点Ｔ以外の点を開裂溝４１の回転中心としてもよい。例えば、開裂線上の任意の点や、稜線Ｌ上の任意の点を回転中心としてもよい。

前記実施形態では、電池ケース２の平面部１３に開裂溝４１が一つ設けられている。しかしながら、平面部１３に開裂溝を複数、設けてもよい。また、一対の平面部１３の両方に開裂溝を設けてもよい。

前記実施形態では、開裂溝４１が略Ｓ字状の開裂線を構成するように平面部１３に形成されている。しかしながら、開裂溝は、直線状や他の曲線状の開裂線を構成するように形成されていてもよい。なお、開裂線は、稜線Ｌと１点で交差する直線状の開裂線よりも複数点で交差する曲線状の開裂線の方が好ましい。

前記実施形態では、開裂溝４１が２つの湾曲部４２，４３を有する。しかしながら、開裂溝は３つ以上の湾曲部を有していてもよい。その場合でも、反対方向に突状に湾曲する湾曲部が交互に接続された開裂線を形成するように開裂溝を設ける。

前記実施形態では、電池ケースの寸法を、幅２０〜６０ｍｍ、高さ３０〜１００ｍｍ、厚み３〜１０ｍｍ及び肉厚０．１５〜０．５ｍｍとしてもよい。

前記実施形態では、開裂溝４１を構成する第１湾曲部４２と第２湾曲部４３とがほぼ同じ直径を有する円弧状に形成されている。しかしながら、各湾曲部を異なる大きさにしてもよいし、各湾曲部を、円弧状ではなく、楕円の一部のような形状など、他の曲線としてもよい。

前記実施形態では、開裂溝４１をプレス加工によって形成している。しかしながら、開裂溝４１をレーザー加工や切削加工等によって形成してもよい。

前記実施形態では、開裂溝４１を連続した溝によって構成している。しかしながら、開裂溝を複数に分断して、独立した複数の溝部によって構成してもよい。この場合には、図３に示す開裂溝４１の形状になるように、複数の溝部を並べて設ければよい。このような構成では、溝部が開裂した後、溝部同士の間の部分が開裂し、開裂溝全体が開裂する。すなわち、開裂溝が連続していないので、密閉型電池が落下等による衝撃を受けた場合でも、開裂溝全体が開裂するのを防止できる。したがって、この構成により、落下等による衝撃に対して開裂溝を開裂しにくくすることができる。

前記実施形態では、開裂溝４１は、外装缶１０の側面視で、側面外方に向かって突状に湾曲する第１湾曲部４２と、該側面外方とは反対方向である側面内方に向かって突状に湾曲する第２湾曲部４３とを有する。しかしながら、開裂溝は、第１湾曲部の突方向と第２湾曲部の突方向とが９０度以上の角度を有していれば、どのような形状であってもよい。なお、第１湾曲部の突方向と第２湾曲部の突方向とが反対方向、すなわち、第１湾曲部の突方向に対して第２湾曲部の突方向が９０度よりも大きい角度をなすのがより好ましい。

前記実施形態では、密閉型電池１の電池ケース２を、長方形の短辺側が円弧状に形成された底面を有する柱状としている。しかしながら、電池ケースの形状は、六面体など他の形状であってもよい。

前記実施形態では、密閉型電池１をリチウムイオン電池として構成している。しかしながら、密閉型電池１はリチウムイオン電池以外の電池であってもよい。

本発明は、開裂溝が電池ケースの側面に形成される密閉型電池に利用可能である。

１：密閉型電池、２：電池ケース、１１：底面、１３：平面部（側面）、３０：電極体、４１：開裂溝、４２：第１湾曲部、４３：第２湾曲部、Ｌ：稜線、Ｐ：仮想直線、Ｑ：基準線、Ｒ：回転角度（角度）

Claims (5)

1. 内部に電極体及び電解液が封入される柱状の電池ケースを備え、
   前記電池ケースの側面には、開裂線を構成する開裂溝が形成されていて、
   前記開裂溝は、前記電池ケースの側面の法線方向から見て、前記開裂線の両端を結ぶ仮想直線が、前記電池ケースが内圧の上昇によって膨らんだ際に前記側面に形成される稜線と直交する基準線に対し、時計方向になす角度が７０度以上で且つ１２０度以下であり、前記開裂線の少なくとも一部が前記稜線と重なる位置に形成されている、密閉型電池。
2. 請求項１に記載の密閉型電池において、
   前記開裂線は、前記稜線に対して複数個所で交差する曲線を含む、密閉型電池。
3. 請求項２に記載の密閉型電池において、
   前記開裂線は、前記法線方向から見て、一方向に突状に湾曲する第１湾曲部と、該第１湾曲部の突方向に対して９０度以上の角度をなす方向に突状に湾曲する第２湾曲部とを含む曲線のみからなり、
   前記第１湾曲部の一端側は、前記第２湾曲部の一端側と接続されていて、
   前記第１湾曲部及び前記第２湾曲部の少なくとも一方は、前記稜線に対して少なくとも一部が重なっている、密閉型電池。
4. 請求項３に記載の密閉型電池において、
   前記開裂線は、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とを一つずつ組み合わせてなる、密閉型電池。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の密閉型電池において、
   前記開裂線は、前記法線方向から見て、前記開裂線上であり且つ前記稜線上ではない位置を中心として、前記仮想直線が前記基準線に対して時計方向に７０度以上で且つ１２０度以下の範囲で回転した位置に形成されている、密閉型電池。

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