JP7379812B2 - 弁構造体、これを備える収容体及び弁構造体付き蓄電デバイス - Google Patents
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Description
<1-1.収容体の構成及び弁構造体の概要>
図1Aは、本発明の第1実施形態に係る弁構造体100Aと、弁構造体100Aが取り付けられる収容体200とを示す斜視図である。図1Aに示すように、弁構造体100Aは、たとえば、収容体200に取り付けられて使用される。以下では、説明の便宜のため、図1Aの上下方向を「上下」、図1Aの左右方向を「左右」、図1Aの紙面方向を「前後」と称し、これを基準に説明を行う。但し、本発明に係る弁構造体の使用時の向き、方向はこれに限定されない。
図1Aに示すように、弁構造体100Aは、内部に弁通路Lが形成される弁外体2Aを備える。弁外体2Aは、略円筒形状の筒状部位20A及び取付部22Aを有する。取付部22Aは、弁構造体100Aを収容体200に取り付けるための部位である。取付部22Aは、たとえば収容体200に挟まれた状態でヒートシールされることによって、収容体200に固定される。取付部22Aの断面形状は、収容体200の厚み方向に環状に膨らむ環状部23と、環状部23の両端から左右方向の端部に近づくほど薄く形成された翼状延端部24,24とを輪郭とする涙目形状である。環状部23の外周断面が凸の湾曲であり、この環状部23の両端側と翼状延端部24,24の根元側とは外周断面が凹の湾曲でなだらかに接続されているため、取付部22Aの外周に対して収容体200を構成するラミネートフィルム300を隙間なく接着することができる。従って、収容体200がパウチである場合、取付部22Aの断面形状が上述のような涙目形状に形成されることが好ましい。筒状部位20Aは、取付部22Aの上端から上方向に延びる円筒状の部位である。本実施形態では、筒状部位20Aは、金属で構成される。筒状部位20Aを構成する金属は特に限定されず、アルミニウム、真鍮、ステンレス等、適宜選択することができる。弁通路Lは、取付部22A及び筒状部位20Aの内部を貫通して上下方向に延びる断面が円形の通路であり、収容体200の内外を連通させる。
以下、実施形態1に係る弁構造体100Aの動作について説明する。弁構造体100Aは、収容体200に気密に取り付けられた状態で使用される。本実施形態の収容体200は、収容体200には、たとえばリチウムイオン電池等の電極、電解液といった蓄電デバイス素子400が収容される。
弁構造体100Aは、収容体200(第1領域R1)の内圧が破壊弁1の開弁圧力まで上昇すると、まず破壊弁1aが裂開して第2領域R2を開放し、次に破壊弁1bが裂開して第3領域R3を開放するように構成される。このようにして順次破壊弁1が裂開し、順次ガスを逃がすための空間が開放されていくので、弁構造体100Aは収容体200に加わる内圧を適度に逃すことができる。すなわち、収容体200が破裂する内圧と、破壊弁1の開弁圧力との差を十分に確保したとしても、破壊弁1cが裂開するまでは収容体200の内外を連通させることなく、収容体200に加わる内圧を逃すことができる。また、破壊弁1の開弁圧力を収容体200が大幅に変形する内圧よりも低く調整することで、収容体200の変形を抑制することも可能となる。
以上、本発明の第1実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
上記第1実施形態において、弁構造体100Aは破壊弁1を3つ備えていたが、破壊弁1の数はこれに限定されない。たとえば、弁構造体100Aは、破壊弁1を2つ備えてもよいし、4つ以上備えてもよい。
上記第1実施形態において、弁外体2Aには略円筒形状の筒状部位20Aが形成されたが、筒状部位20Aはこの形状に限定されない。筒状部位20Aは、たとえば断面が多角形の筒状に形成されてもよい。また、たとえば図4に示すように、筒状部位20Aは下端側から上端側に向かって径が小さくなるテーパー形状に形成されてもよい。図4に示すテーパー形状は、下端側から上端側に向かって径が小さくなるが、下端側から上端側に向かって径が大きくなるテーパー形状とすることもできる。
筒状部位20Aを形成する方法は、上述した方法に限定されない。たとえば、図4に示すように筒状部位20Aがテーパー形状に形成される場合、フランジ部21を予め筒状部位20Aの内壁に複数形成しておき、破壊弁1を径の小さいものから順にフランジ部21に溶接していく方法も可能である。
上記第1実施形態において、破壊弁1a~cの開弁圧力は全て等しい開弁圧力であったが、破壊弁1a~cとで開弁圧力に差をつけてもよい。たとえば、破壊弁1a~cの順に開弁圧力が大きくなるように構成することもできるし、反対に破壊弁1a~cの順に開弁圧力が小さくなるように構成することもできる。また、上記第1実施形態において、破壊弁1a~cは実質的に等間隔に配置されていたが、破壊弁1同士の間隔は等間隔でなくてもよい。個々の破壊弁1の開弁圧力や、破壊弁1同士の間隔を調整することにより、収容体200の性質や用途に応じて弁構造体100Aの最適な設計が可能になる。
切欠き部10の形状は、略Y字状に限定されず、たとえば図5Aに示すように十字状に形成されてもよい。また、図5Bに示すように、切欠き部10は破壊弁1の両面に形成されず、片面のみに形成されてもよい。また、厚さW1,W2は上記実施例で挙げた数値に限定されず、適宜変更することができる。
上記第1実施形態において、収容体200はラミネートフィルム製のパウチであったが、これに限定されず、弁構造体100Aは種々の形態の収容体に適用可能である。たとえば金属製の缶、樹脂製の容器、及び図6Aに示すような冷間成形等によって成形されたエンボスタイプの収容体等にも適用可能である。図6Aに示す収容体200は、全体として略直方体形状であり、上述したようなラミネートフィルム300で構成される包装材料210,220を含んでいる。つまり、包装材料210,220の各々は、少なくとも、基材層301、バリア層302及び熱融着性樹脂層303をこの順に有する。包装材料210は、空間S1が形成されるように冷間成形された成形部211と、成形部211の外周縁から延びるフランジ部212とを含んでいる。空間S1には、たとえば蓄電デバイス素子400が収容される。収容体200は、包装材料210、220の各々の周縁に位置する熱融着性樹脂層303同士をヒートシールすることにより形成される。
上記第1実施形態において、筒状部位20Aは金属製であったが、筒状部位20Aを構成する材料はこれに限定されず、たとえば樹脂であってもよい。筒状部位20Aを構成する樹脂の例としては、ポリプロピレン(PP)等のポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。また、筒状部位20Aはセラミック製であってもよい。さらに、筒状部位20Aは異種材料の積層体から構成されてもよく、たとえば、樹脂と金属の積層体、樹脂とセラミックの積層体から構成されてもよい。
以下、第2実施形態に係る弁構造体について説明する。第2実施形態に係る弁構造体が第1実施形態と相違するのは、弁構造体の材質及び破壊弁の構造である。
図7は、本発明の第2実施形態に係る弁構造体100Bと、弁構造体100Bが取り付けられる収容体200とを示す正面図である。図7に示されるように、弁構造体100Bは、たとえば、収容体200に取り付けられて使用される。以下では、説明の便宜のため、図7の上下方向を「上下」、図7の左右方向を「左右」、図7の紙面方向を「前後」と称し、これを基準に説明を行う。但し、本発明に係る弁構造体の使用時の向き、方向はこれに限定されない。
図7に示す弁構造体100Bは、全体が樹脂フィルムで構成される。弁構造体100Bが備える破壊弁は、イージーピール可能に接着された部材、たとえばヒートシールにより接着されたイージーピールフィルムと樹脂フィルムとで構成される。弁構造体100Bは、内部に弁通路Lが形成される弁外体2Bを備える。弁外体2Bは、上下方向に延びる筒状の筒状部位20Bを有する。筒状部位20Bは、たとえば同じ2枚のフィルム101,101の両端部を、互いにヒートシールすることにより形成される。筒状部位20Bの下端側では、フィルム101,101と収容体200とがヒートシールされており、これによって弁構造体100Bが収容体200に取り付けられる。つまり、筒状部位20Bの下端部のヒートシール部分は、弁構造体100Bを収容体200に取り付けるための取付部22Bを構成する。
以下、第2実施形態に係る弁構造体100Bの動作について説明する。弁構造体100Bは、収容体200に気密に取り付けられた状態で使用される。収容体200には、たとえばリチウムイオン電池の電極、電解液といった蓄電デバイス素子400が収容される。
弁構造体100Bは、収容体200(第1領域R1)の内圧が破壊弁1の開弁圧力まで上昇すると、まず破壊弁111aが裂開して第2領域R2,R2を開放し、次に破壊弁111bが裂開して第3領域R3,R3を開放するように構成される。このようにして順次破壊弁111が裂開し、順次ガスを逃がすための空間が開放されていくので、弁構造体100Bは収容体200に加わる内圧を適度に逃すことができる。すなわち、収容体200が破裂する内圧と、破壊弁111の開弁圧力との差を十分に確保したとしても、破壊弁111cが裂開するまでは収容体200の内外を連通させることなく、収容体200に加わる内圧を逃すことができる。また、破壊弁1の開弁圧力を収容体200が大幅に変形する内圧よりも低く調整することで、収容体200の変形を抑制することも可能となる。
以上、本発明の第2実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
上記第2実施形態において、筒状部位20は2枚のフィルム101,101を重ね合わせて両端部をヒートシールすることにより構成されたが、筒状部位20を構成する方法はこれに限定されない。たとえば、1枚のフィルム101を中心で折り返し、端部を重ねた状態にして、折り返し部分と重なった端部とをそれぞれヒートシールしてもよい。
上記第2実施形態において、破壊弁111は、フィルム101とEPフィルム102とをヒートシールし、イージーピールで構成されたが、破壊弁111を構成する方法は、これに限定されない。たとえば、EPフィルム102を使用せず、フィルム101とフィルム101とのヒートシール時間、温度等を調整することによって敢えてシール強度を低くし、破壊弁111を構成してもよい。
上記第2実施形態において、弁構造体100Bは破壊弁111を3つ備えていたが、破壊弁111の数はこれに限定されない。たとえば、弁構造体100Bは、破壊弁111を2つ備えてもよいし、4つ以上備えてもよい。
上記第2実施形態において、破壊弁111a~cは実質的に等間隔に配置されていた。この場合、たとえばフィルム101で形成された長い筒状物の内部にEPフィルム102を挟み、筒状物の長手方向に直交する方向(短手方向)に複数の横シール部111を等間隔に形成し、この横シール部付き筒状物を短手方向に適宜切断すると、弁構造体100Bの製造が容易になる。しかしながら、弁構造体100Bの構成はこれに限定されず、破壊弁111同士の間隔は等間隔でなくてもよい。
弁構造体(実施例)と、破壊弁を1つのみ備え、開弁圧力及び寸法がそれぞれ異なる弁体(比較例1,2)とを作成し、それぞれを同じ構成のパウチに取り付けた。パウチの耐内圧は、0.8MPaである。パウチの内部にはリチウムイオン電池(LIB)の蓄電デバイス素子を収容し、真空引きを行った後にパウチを密封した。密封済みのパウチを外部から120℃に加熱することでパウチ内部にガスを発生させ、パウチの変形等を確認した。
実施例:高さ10mm。上端部、上端部から3mm下、上端部から6mm下の部分にそれぞれ破壊弁Xを備える。3つの破壊弁Xの開弁圧力は、いずれも0.1MPaである。
比較例1:高さ3mm。上端部に破壊弁Yを備える。破壊弁Yの開弁圧力は、0.3MPaである。
比較例2:高さ10mm。上端部に破壊弁Zを備える。破壊弁Zの開弁圧力は、0.1MPaである。
すなわち、比較例1に係る弁体は、ガスが逃れるための空間の容積が実施例よりも小さい反面、破壊弁の開弁圧力が高く構成されている。また、比較例2に係る弁体は、ガスが逃れるための空間の容積、破壊弁の開弁圧力共に実施例と同等に構成されている。
以下のような結果が得られた。
実施例:ガス発生量に応じてパウチの内側に近いものから破壊弁Xが順次裂開し、ガスを順次逃すことができた。パウチの変形は比較的小さかった。
比較例1:破壊弁Yが裂開するまでに、他と比較してパウチが大きく変形した。パウチの真空引きに要した時間は、実施例と同程度であった。
比較例2:破壊弁Zが裂開するまでのパウチの変形は、実施例と同程度であった。実施例と比較して、パウチの真空引きに時間を要した。
1 破壊弁
2A,B 弁外体
10 切欠き部
20A,B 筒状部位
21 フランジ部
22A,B 取付部
111 破壊弁(横シール部)
200 収容体
L 弁通路
Claims (12)
- 収容体に取り付けられる弁構造体であって、
前記収容体の内外を連通させる弁通路が内部に形成される弁外体と、
前記弁通路の延びる方向に沿って互いに間隔を開けて配置され、前記弁通路を順次閉塞する複数の破壊弁と、
を備え、
前記弁外体は、前記収容体に接合される取付部と、前記取付部の上端から延びる筒状部位と、を含み、
前記複数の破壊弁は、前記収容体の内部で発生したガスに起因して、前記収容体の内圧が所定の圧力まで上昇すると、前記収容体のより内側に近いものから順次裂開するように構成され、
前記複数の破壊弁の少なくとも1つは、前記弁通路の入口と出口との間、かつ、前記筒状部位に配置される、
弁構造体。 - 前記複数の破壊弁の開弁圧力は、いずれも同じである、
請求項1に記載の弁構造体。 - 前記複数の破壊弁の開弁圧力は、いずれも前記収容体の耐内圧以下である、
請求項1又は2に記載の弁構造体。 - 前記複数の破壊弁の開弁圧力は、いずれも前記収容体の耐内圧の2/3以下である、
請求項1又は2に記載の弁構造体。 - 前記複数の破壊弁は、3つ以上であり、等間隔に配置される、
請求項1から4のいずれか1項に記載の弁構造体。 - 前記複数の破壊弁は、金属製である、
請求項1から5のいずれか1項に記載の弁構造体。 - 前記複数の破壊弁は、イージーピール可能に接着された部材で構成される、
請求項1から5のいずれか1項に記載の弁構造体。 - 前記収容体は、蓄電デバイス素子を収容するように構成される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の弁構造体。 - 前記蓄電デバイス素子は、リチウムイオン電池の蓄電デバイス素子である、
請求項8に記載の弁構造体。 - 前記収容体は、少なくとも基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に有する積層体によって構成されている、
請求項1から9のいずれか1項に記載の弁構造体。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の弁構造体と、
前記収容体と、
を備える、弁構造体付き収容体。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の弁構造体と、
前記収容体と、
前記収容体に収容される蓄電デバイス素子と、
を備える、
弁構造体付き蓄電デバイス。
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