JP5919777B2

JP5919777B2 - 蓄電素子

Info

Publication number: JP5919777B2
Application number: JP2011266810A
Authority: JP
Inventors: 悠白石; 武志中本
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: EP2482364A1; US20120196162A1; CN102623657A; EP2482364B1; JP2012178333A; KR20120088566A

Description

本発明は、電池、キャパシタ等の蓄電素子に関するものである。

従来、蓄電素子の一例である電池として、電池封口板（蓋）に形成されたガス抜き孔を保護フィルムによって覆い、この保護フィルムに舌状の切込みを形成することで、電池の内部圧力を下げることができるようにした構成が公知である（例えば、特許文献１参照）。

また、他の電池として、蓋部の貫通孔を閉鎖するゴム製の弁部材に安全弁ケースを一体化し、電池の内圧が上昇することにより弁部材が弾性変形して隙間を形成し、安全弁ケースに形成した貫通孔を介して周囲に流出させることができるようにした構成が公知である（例えば、特許文献２参照）。

国際公開９８／５６０５２号公報特開２００７−０１８９６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、単に、保護フィルムに切欠きを形成しただけの構成であるため、熱等の影響を受けて切込みが溶着する等、上昇した内圧をうまく緩和できない恐れがある。

また、特許文献２に記載の構成では、安全弁ケースでゴム製の弁部材を押さえつける構成となっているため、予め設定された内圧で正確に開弁させるのが難しい。

本発明は、安全弁への埃等の付着を防止しつつ、所定の内圧で正確に安全弁が作動し、安全弁が開放された場合には、周囲への適切な空気流れを確保することのできる蓄電素子を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
外装体から外部に露出する露出面を有する外部端子と、外装体の内部に配置され、前記外部端子に接続される集電体と、外装体の内部に配置され、前記集電体に接続される発電要素と、を備えた蓄電素子であって、
前記外装体は、前記外部端子の露出面とは異なる位置設けられた安全弁と、該安全弁を覆う保護部材と、を備え、
前記保護部材は、前記安全弁との間に形成される空間部と、該空間部と前記保護部材の周囲とを連通する連通部と、を備え
前記保護部材は、前記連通部を形成する台座部と、該台座部に接合され、かつ前記安全弁の上方を覆うシート部とを有するものである。

この構成により、安全弁を覆う保護部材には、予め連通部によって周囲と連通されている。したがって、内圧が上昇して安全弁が開放されれば、確実に周囲に噴出した流体を流出させることができる。

前記保護部材は、前記連通部を複数備えるのが好ましい。

前記連通部は、前記安全弁の中心に対して点対称の位置に形成するのが好ましい。
この構成により、安全弁から内部の流体が噴出したとしても、保護部材に対して均等に圧力が作用しやすくなり、１箇所に応力が集中して外装体から分離するといった不具合が発生しにくくなる。

前記保護部材は、前記外装体への接続部分の一部が、前記安全弁が開放して流体が噴出することにより、前記外装体から分離可能であってもよい。

この構成により、保護部材の構造を簡略化して製作容易で安価なものとすることができる。

前記台座部は、前記外装体の一部で構成するのが好ましい。

この構成により、保護部材の構造をより一層簡略化して安価なものとすることができる。

前記台座部は、複数の突出部からなり、
前記連通部は、突出部の間で、外装体とシート部との間に形成される領域とすることができる。

この構成により、外装体から台座部の一部が脱落したり、あるいは、台座部からシート部の一部が脱落したりしたとしても、残る部分で接続状態を維持することができ、保護部材自体が外装体から脱落しくい。

この場合、前記連通部は、対向する位置に形成するのが好ましい。

この構成により、安全弁が開放されて噴出した流体をスムーズに連通部から流出させることができるので、台座部に噴出した流体の圧力が作用し、外装体から台座部が分離することを効果的に防止することができる。

前記台座部は、安全弁の周囲を覆う筒状部からなり、
前記連通部は、前記筒状部に形成される貫通孔又は切欠とすることができる。

前記シート部は、分離可能部を有するのが好ましい。分離可能部としては、切り込み線（直線や点線）等の安全弁から噴出した流体が所定圧以上で作用することにより分離可能なものであれば、どのような構成でも採用することができる。

この構成により、安全弁が開放されて噴出した流体によってシート部に必要以上の圧力が作用すれば、分離可能部でシート部に開口を形成することができる。したがって、台座部等を損傷させることなく、噴出した流体を適切に周囲に流動させることができる。

前記安全弁は、内圧の上昇により一部に接続部を残して裂けるように構成され、
前記保護部材のシート部は、少なくとも安全弁の接続部側で台座部に接続するようにしてもよい。

この構成により、安全弁が裂けたとしても、シート部は変位の少ない接続部側で台座部に接続されているので、裂けた部分の影響を受けにくく、シート部が台座部から離脱することがない。

前記安全弁は、内圧の上昇により一部に接続部を残して裂け、裂けた部分は前記シート部には接触しない長さとしてもよい。

この構成により、安全弁の裂けた部分がシート部には接触することがないので、保護部材に対して余計な負荷が作用することない。したがって、台座部からシート部が離脱したり、あるいは、外装体から台座部が離脱したりすることを防止することができる。

前記外装体は、前記安全弁の配置領域の外縁に沿う位置で、外方へと突出する突出部を備えるようにしてもよい。

この構成により、突出部の内側に安全弁を形成する領域を確保することができ、製作容易とすることが可能となる。

前記外装体は略直方体形状であり、その一の面を構成する蓋体と、それ以外の面を構成する蓄電素子容器とからなり、
前記安全弁及び前記保護部材は、前記蓋体に設けるようにすればよい。

本発明によれば、安全弁を覆う保護部材の台座部に周囲と連通する連通部を形成したので、内圧が上昇して安全弁が開放された場合、噴出した流体を確実に周囲に流出させることができる。

本実施形態に係る電池の斜視図である。本実施形態に係る電池の正面断面図である。図１の蓋体を上方側から見た状態を示す斜視図である。図３の分解斜視図である。図１の蓋体を下方側から見た状態を示す斜視図及びその部分拡大断面図である。図５の分解斜視図である。図４の負極端子の製造工程を示す断面図である。図４の負極外部端子の他の製造工程を示す断面図である。（ａ）は他の実施形態に係る安全弁の保護構造を示す斜視図、（ｂ）はその底面図、（ｃ）はさらに他の実施形態に係る安全弁の保護構造を示す斜視図である。（ａ）、（ｂ）さらに他の実施形態に係る安全弁の保護構造を示す斜視図、（ｃ）はさらに他の実施形態に係る安全弁の保護構造を示す平面図である。（ａ）はさらに他の実施形態に係る蓋体の構造を示す安全弁と蓋体の一部との斜視図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はその組立後の断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、蓄電素子の一例である非水電解質二次電池を示す。この非水電解質二次電池は、図２に示すように、電池容器１内に発電要素２を収容し、蓋体３で封止したものである。ここでは、電池容器１と蓋体３とで外装体を構成している。

電池容器１は、上面が開口する直方体形状で、アルミニウムやアルミニウム合金等で構成されている。

発電要素２は、詳細については図示しないが、従来同様、銅箔からなる負極４と、アルミニウム箔からなる正極５との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータ６を配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータ６に対して負極４と正極５とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらせた状態で、前記電池容器１に収容可能となるように扁平状に巻回されている。後述するように、クリップ７を介して、負極４には負極集電体１８が接続され、正極５には正極集電体１９が接続されている。

蓋体３は、図３から図６に示すように、平面視矩形状の長尺な金属製の板状で、中央部には上面側から段付きとなる略楕円形状の開口部８が形成され、そこには金属製の安全弁９が装着されている。安全弁９には、略Ｈ字状の薄肉部が形成され、内圧が異常に上昇した場合に薄肉部が裂けて減圧できるようになっている。

安全弁９の周囲には、さらに図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、長手方向に対向する位置に台座部４２がそれぞれ形成されている。そして、両台座部４２の上面に跨ってシート部４３が貼着されている。そして、台座部４２とシート部４３とで、安全弁９を覆う保護部材４４を構成している。この保護部材４４は、安全弁９の表面に周囲雰囲気の塵やゴミ等が付着するのを防止する。これにより、安全弁９が付着物によって劣化する等の不具合の発生を防止することができる。また、異常により電池の内圧が上昇し、安全弁９の薄肉部が破れて開放すれば、噴出した流体は台座部４２によって安全弁９とシート部４３との間に形成される隙間を介してスムーズに周囲へと流動する。したがって、保護部材４４が流体の流れを妨げることがなく、異常時にも適切に対応することができる。

蓋体３の一端側には、小径の注液孔１０が形成され、注液後に栓体１１によって閉鎖されるようになっている。

蓋体３の両端部下面には、上方に向かって膨出する平面視略矩形状の係合受部１２がそれぞれ形成され、各係合受部１２では、下面側の係合凹部１２ａの一辺を除く周囲には浅めのガイド凹部１２ｂがそれぞれ形成されている。また、係合凹部１２ａを構成する天井面の中心部分には貫通孔１２ｃがそれぞれ形成されている。係合受部１２及びガイド凹部１２ｂには、集電体１３及び外部端子１４が上パッキン１５及び下パッキン１６を介してそれぞれ取り付けられるようになっている。

また、蓋体３には、各係合受部１２の内側近傍に、幅方向の２箇所から上方に向かって突出する係止突部１７がそれぞれ形成されている。各係止突部１７は、有底筒状で、蓋体３をプレス加工する際、同時に形成される。各係止突部１７には、後述する上パッキン１５が係止され、回転方向の位置決めを行う。

集電体１３は、銅製の負極集電体１８と、アルミニウム製の正極集電体１９とからなる。これら集電体１３はいずれも、長尺な金属製板材をプレス加工することにより、接続受部２０と、その両側部からそれぞれ延びる脚部２１とを形成されている。接続受部２０は、前記蓋体３の凹部内に配置される嵌合部２２と、これに続く台座部２３とで構成されている。嵌合部２２は、平面状で、中央部分に貫通孔２２ａが形成され、周縁は台座部２３に連続する一辺を除いて直交する方向に延在するガイド縁部２４が形成され、台座部２３側はガイド縁部２４よりもさらに延在する連続部２５となって台座部２３に至っている。このようなガイド縁部２４及び連続部２５によって集電体１３の接続受部２０の剛性が十分に高められている。

脚部２１は、台座部２３の両側縁部から直交する方向に延び、発電要素２の両側面に沿って配置される。そして、脚部２１は発電要素２の正極５又は負極４とクリップ７で挟持されて接続される。

外部端子１４は、負極外部端子２８と正極外部端子２９とからなり、平板部３０と、その下面中央部から下方に向かって延びる軸部３１とで構成されている。平板部３０の表面（露出面）には、図示しないバスバーが溶接により接続される。

負極外部端子２８は、図７に示すように、平面視矩形状のアルミニウム製の板状体３２と、銅製のリベット３３とによって形成することができる。すなわち、板状体３２の中央部分に形成した貫通孔３２ａに、リベット３３の軸部３３ａを挿通し、プレス加工で鍔部３３ｂを貫通孔３２ａに圧入する。板状体３２の貫通孔３２ａの内径寸法は、リベット３３の軸部３３ａの外径寸法よりも若干大きいだけであり、鍔部３３ｂの外径寸法よりも十分に小さい。したがって、圧入により、鍔部３３ｂが貫通孔３２ａを押し広げて圧着状態となるほか、押し広げられた部分は軸部３３ａに圧着し、両者は一体化される。また、リベット３３の軸部３３ａの先端面中央部には円形の凹部３３ｃが形成されている。そして、後述するようにして、軸部３３ａを、上パッキン１５、蓋体３の係合受部１２、下パッキン１６、及び、負極集電体１８の各貫通孔に挿通させた後、これらを挟み込むようにして、前記凹部３３ｃを押し広げることによりカシメ固定される。

上パッキン１５は、平面視矩形の枠体を隔壁３６によって、上方側の端子保持凹部３７と、下方側の装着用凹部３８とに区画した樹脂製のもので、その下方開口縁部を構成する一辺がさらに側方へと延びる舌片３９となっている。隔壁３６の中央部分には天井面から下方側に延びる筒状部３６ａが形成されている。筒状部３６ａは、係合受部１２の貫通孔１２ｃを挿通し、下パッキン１６の貫通孔４０ａに嵌合する。舌片３９には２箇所に係止孔３９ａが形成され、蓋体３の係止突部１７が挿通している。上パッキン１５は、平面視矩形状に形成した蓋体３の係合受部１２に沿っており、係合受部１２に載置しただけで、回転方向の位置ずれが防止される。しかも、係止孔３９ａに係止突部１７を挿通することにより、確実に回転方向の位置ずれが防止される。

下パッキン１６は、平面視矩形の板状で、中央部分に貫通孔１６ａが形成された樹脂製のものである。下パッキン１６は、負極側と正極側とで形状が若干相違している。

負極側下パッキン１６Ａでは、蓋体３の係合受部１２に形成した係合凹部１２ａ内に配置される膨出部４０と、この膨出部４０に連続する平坦部４１とで構成されている。膨出部４０は、係合受部１２の係合凹部１２ａの一辺側を除く部分の内面に沿った形状をしており、中央部分には貫通孔４０ａが形成されている。平坦部４１は、係合受部１２のガイド凹部１２ｂに配置される。負極側下パッキン１６Ａは、蓋体３の係合受部１２を構成する係合凹部１２ａに対して下方側から配置され、蓋体３と負極外部端子２８との間に挟持される。そして、この挟持状態で、負極外部端子２８と蓋体３との絶縁を図り、かつ、前記上パッキン１５と共に蓋体３の係合受部１２に形成した貫通孔１２ｃの封止を図る。

一方、正極側下パッキン１６Ｂは平板状であり、中央部分に貫通孔１６ａが形成され、係合受部１２を構成する係合凹部１２ａ内に配置される。正極側下パッキン１６Ｂは、前記上パッキン１５と共に蓋体３の係合受部１２に形成した貫通孔１２ｃの封止を図る。

前記構成の電池によれば、上パッキン１５の装着凹部３８を、蓋体３の係合受部１２に載置するだけで、回転方向の位置ずれを防止することができる。したがって、外部端子１４の軸部３１を、上パッキン１５、蓋体３、下パッキン１６、及び、集電体１３の各貫通孔に挿通して加締固定する際、上パッキン１５が位置ずれすることがない。このため、これら一連の組立作業の作業性を向上させることが可能となる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

前記実施形態では、安全弁９の保護構造を、長手方向に対向して配置した一対の台座部４２と、その上面に跨って貼着したシート部４３とからなる保護部材４４で構成するようにしたが、この保護部材４４は、次のような構成とすることも可能である。

例えば、図９（ｃ）に示すように、安全弁９を囲むように台座部４２を形成する。そして、台座部４２の上面に幅方向に延びる溝部４２ａを設けることにより、シート部４３との間に安全弁９につながる連通部を形成する。

また、図１０（ａ）に示すように、台座部４２に形成する溝部４２ａは台座部４２の上面ではなく下面に設けることにより、蓋体３との間に安全弁９に連通する連通部を形成するようにしてもよい。

さらに、図１０（ｂ）に示すように、台座部４２に複数の貫通孔４２ｂ（１つだけであってもよく、その形状は長穴等とすることも可能である。）からなる連通部を形成するようにしてもよい。

これらの構成によれば、より一層、安全弁９に周囲からの埃等が付着しにくくなり、安全弁９を長期に亘って良好な状態に維持することができる。

また、前記台座部４２に形成する連通部は、複数箇所に設ける場合、安全弁９の中心位置に対して点対称となるように配置するのが好ましい。

この構成によれば、安全弁９から内部の流体が噴出したとしても、保護部材４４に対して均等に圧力が作用しやすくなり、１箇所に応力が集中して外装体から分離するといった不具合が発生しにくくなる。

また、図１０（ｃ）に示すように、安全弁９に、舌片状に破れるように薄肉部を形成し、内圧の上昇により破れた際、流体の噴出方向に貫通孔４２ｂ等の連通部（前述のいずれの構成とすることもできる。）を形成するようにしてもよい。

この場合、破れた薄肉部の先端が、シート部４３に接触しないような長さとするのが好ましい。

また、少なくとも、破れた薄肉部の基部（接続部）側に、保護部材４４の台座部４２とシート部４３の接続部分を配置するのが好ましい。すなわち、台座部４２とシート部４３とは必ずしも全領域で接続されている必要はなく、一部が離脱可能な構成となっていてもよい。但し、破れた薄肉部の基部側を接続しておくことにより、保護部材４４の一部又は全部が脱落することを防止するのが好ましい。

また、台座部４２の一部に他の部分に比べて外装体との接着が弱い部分を形成するようにしてもよい。この構成によれば、安全弁９から噴出した流体の圧力によって接着の弱い部分が先に分離して連通部の開口面積を早期に拡大することができる。したがって、保護部材４４の全体が外装体から脱落することを防止することが可能となる。

また、前記保護部材４４のシート部４３には分離可能部を形成しておくようにしてもよい。分離可能部としては、例えば、シート部４３に切り込み線（直線、点線）を形成したものが挙げられる。分離可能部は、安全弁９が破れて内部の流体が噴出した際、作用する圧力によって蓋体３から保護部材４４が脱落する前に裂けるように形成すればよい。これによれば、安全弁９が破れて内部の流体が噴出し、シート部４３に対して多大に圧力が作用したとしても、保護部材４４が脱落して周囲に飛散することを防止することができる。

また、前記蓋体３には、図１１に示すように、安全弁９を取り付ける領域の周囲に環状に突出する突出部４５を形成するようにしてもよい。突出部４５は、蓋体３をプレス加工する際、同時に形成することができる。この場合、図１１（ｃ）に示すように、突出部４５の高さは、保護部材４４の台座部４２の高さよりも低く設定され、突出部４５とシート部４３との間には所定の隙間が形成されている。

この構成によれば、蓋体３への安全弁９の取付位置が突出部４５によって明確となっており、安全弁９を作業効率良く取り付けることができる。また、フィルムを直接安全弁に貼着するような構成ではなく、突出部４５の周囲で、台座部４２を介して突出部４５よりも高い位置にシート部４３を設けることで、シート部４３を歪むことなく配置し、安全弁９の上方を適切に保護することができる。

また、前記台座部４２は、前記突出部４５と同様に、蓋体３をプレス加工等によって略環状に突出させた構成としてもよい。勿論、連通部が形成されるように、環状部分の少なくとも一箇所は切除されている。この構成によれば、台座部４２を蓋体３に形成しているので、部品点数が増えることもなく、安価に製作することができる。

本発明に係る蓄電素子の安全弁９の保護構造は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池等の電池のほか、キャパシタ等にも採用することができる。

１…電池容器（外装体）
２…発電要素
３…蓋体（外装体）
４…負極
５…正極
６…セパレータ
７…クリップ
８…開口部
９…安全弁
１０…注液孔
１１…栓体
１２…係合受部
１２ａ…係合凹部
１２ｂ…ガイド凹部
１２ｃ…貫通孔
１３…集電体
１４…外部端子
１５…上パッキン
１６…下パッキン
１６ａ…貫通孔
１６Ａ…負極側下パッキン
１６Ｂ…正極側下パッキン
１７…係止突部
１８…負極集電体
１９…正極集電体
２０…接続受部
２１…脚部
２２…嵌合部
２２ａ…貫通孔
２３…台座部
２４…ガイド縁部
２５…連続部
２８…負極外部端子
２９…正極外部端子
３０…平板部
３１…軸部
３２…板状体
３２ａ…貫通孔
３３…リベット
３３ａ…軸部
３３ｂ…鍔部
３４…板状体
３４ａ…凹部
３５…リベット
３５ａ…鍔部
３５ｂ…軸部
３６…隔壁
３６ａ…貫通孔
３７…端子保持凹部
３８…装着用凹部
３９…舌片
３９ａ…係止孔
４０…膨出部
４１…平坦部
４２…台座部
４２ａ…溝部
４２ｂ…貫通孔
４３…シート部
４４…保護部材
４５…突出部

Claims

外装体から外部に露出する露出面を有する外部端子と、外装体の内部に配置され、前記外部端子に接続される集電体と、外装体の内部に配置され、前記集電体に接続される発電要素と、を備えた蓄電素子であって、
前記外装体は、前記外部端子の露出面とは異なる位置設けられた安全弁と、該安全弁を覆う保護部材と、を備え、
前記保護部材は、前記安全弁との間に形成される空間部と、該空間部と前記保護部材の周囲とを連通する連通部と、を備え
前記保護部材は、前記連通部を形成する台座部と、該台座部に接合され、かつ前記安全弁の上方を覆うシート部とを有する、ことを特徴とする蓄電素子。
前記保護部材は、前記連通部を複数備えたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
前記連通部は、前記安全弁の中心に対して点対称の位置に形成したことを特徴とする請求項２に記載の蓄電素子。
前記保護部材は、前記外装体への接続部分の一部が、前記安全弁が開放して流体が噴出することにより、前記外装体から分離可能としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記台座部は、前記外装体の一部で構成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記台座部は、複数の突出部からなり、
前記連通部は、突出部の間で、外装体とシート部との間に形成される領域であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記連通部は、対向する位置に形成したことを特徴とする請求項６に記載の蓄電素子。
前記台座部は、安全弁の周囲を覆う筒状部からなり、
前記連通部は、前記筒状部に形成される貫通孔又は切欠であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記シート部は、分離可能部を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記安全弁は、内圧の上昇により一部に接続部を残して裂けるように構成され、
前記保護部材のシート部は、少なくとも安全弁の接続部側で台座部に接続したことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記安全弁は、内圧の上昇により一部に接続部を残して裂け、裂けた部分は前記シート部には接触しない長さであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記安全弁は、内圧の上昇により一部に接続部を残して裂けるように構成され、
前記連通部は、前記接続部とは反対側に形成したことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記外装体は、前記安全弁の配置領域の外縁に沿う位置で、外方へと突出する突出部を備えたことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記外装体は略直方体形状であり、その一の面を構成する蓋体と、それ以外の面を構成する蓄電素子容器とからなり、
前記安全弁及び前記保護部材は、前記蓋体に設けたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の蓄電素子。