JP6244152B2

JP6244152B2 - 密閉型電池の安全弁

Info

Publication number: JP6244152B2
Application number: JP2013200274A
Authority: JP
Inventors: 敏也岡田; 吉道中島; 和弘野呂
Original assignee: Kyoho Machine Works Ltd
Current assignee: Kyoho Machine Works Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: JP2015069716A

Description

本発明は、電極体を収容する容器の開口部を塞ぐ蓋体に設けられた密閉型電池の安全弁に関する。

リチウムイオン電池等の密閉型電池においては、異常時に密閉型電池が破裂することを防止するために、密閉型電池内部の内圧が上昇したときに開弁する安全弁が設けられている。この安全弁の構造としては、密閉型電池の容器の開口部を塞ぐ蓋体において、肉厚が縮小した薄肉部を設け、この薄肉部に、内圧が上昇したときに応力集中が発生して破断する破断用の溝部を形成したものが多用されている。

例えば、特許文献１の密閉型電池においては、ケースの一部に、ケースの内圧が所定レベル以上に上昇した場合に開放される安全弁が形成されている。この安全弁を構成する薄肉部には、安全弁の作動時に内部の圧力を開放するための破断溝部が形成されている。破断溝部は、中央直線溝部と、中央直線溝部に繋がる一対のサイド溝部とによって形成されている。
また、例えば、特許文献２の封口板及び密閉型電池においては、容器の開口部を塞ぐプレート部に、湾曲部を有する弁を形成し、この弁に、全長に渡って両側に湾曲部が配置される状態で溝を形成することが記載されている。この密閉型電池においては、外部から加わる応力を弁の湾曲部が変形することによって緩和し、溝に応力が集中することを抑制している。

特開２０１０−２８２８５１号公報特許第３９４３０６３号公報

しかしながら、上記特許文献１、２等に示される、中央直線溝部及び一対のサイド溝部からなる破断溝部が形成された安全弁においては、中央直線溝部の両側に位置する各薄肉部の部分の面積が、一対のサイド溝部の外側に位置する各薄肉部の部分の面積よりも大きい。そして、中央直線溝部の両側に位置する各薄肉部の部分は、安全弁が作動するときの内圧による力を受けやすい一方、一対のサイド溝部の外側に位置する各薄肉部の部分は、安全弁が作動するときの内圧による力を受けにくい。そのため、安全弁の作動時（破断時）に、一対のサイド溝部の外側に位置する各薄肉部の部分が開きにくく、電池の内圧を開放するための開口面積が小さくなってしまうおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、破断時の開口面積を安定して確保することができる密閉型電池の安全弁を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、電極体を収容する容器の開口部を塞ぐ蓋体に設けられた密閉型電池の安全弁であって、
上記蓋体の一般部の厚みよりも厚みが縮小して形成された薄肉部と、
該薄肉部において、直線状に形成された直線状溝部と、
上記薄肉部において、上記直線状溝部の両端部から２つに分岐してＶ形状に広がって形成された一対のＶ形状溝部と、
上記薄肉部において、上記Ｖ形状溝部の一対の先端部から、上記直線状溝部が位置する中央側とは反対側の外側へ延長して形成された一対の延長溝部と、を備えており、
上記Ｖ形状溝部の一対の先端部は、上記直線状溝部に直交して外側に屈曲していることを特徴とする密閉型電池の安全弁にある。
本発明の他の態様は、電極体を収容する容器の開口部を塞ぐ蓋体に設けられた密閉型電池の安全弁であって、
上記蓋体の一般部の厚みよりも厚みが縮小して形成された薄肉部と、
該薄肉部において、直線状に形成された直線状溝部と、
上記薄肉部において、上記直線状溝部の両端部から２つに分岐してＶ形状に広がって形成された一対のＶ形状溝部と、
上記薄肉部において、上記Ｖ形状溝部の一対の先端部から、上記直線状溝部が位置する中央側とは反対側の外側へ延長して形成された一対の延長溝部と、を備えており、
上記薄肉部は、四角形状に形成されており、
上記直線状溝部及び上記延長溝部は、上記薄肉部の互いに平行な一対の平行辺部に沿って形成されていることを特徴とする密閉型電池の安全弁にある。

上記密閉型電池の安全弁は、直線状溝部と一対のＶ形状溝部とが形成された薄肉部において、Ｖ形状溝部の一対の先端部から延長して形成された一対の延長溝部を有している。この一対の延長溝部は、直線状溝部が位置する中央側とは反対側の外側へ延長して形成されている。
密閉型電池の内圧が上昇し、安全弁が作動（破断）する時には、直線状溝部の両脇に位置する薄肉部の部分（以下、薄肉部の第１の部分という。）は、面積が大きいことにより、内圧による力が加わりやすい。そのため、直線状溝部、一対のＶ形状溝部及び各延長溝部が破断するときには、薄肉部の第１の部分は容易に開くと考えられる。

一方、Ｖ形状溝部による三角形状部分を含む薄肉部の部分（以下、薄肉部の第２の部分という。）は、薄肉部の第１の部分よりも面積が小さいことにより、内圧による力が加わりにくい。そこで、各Ｖ形状溝部が破断するときには、各Ｖ形状溝部からそれぞれ延長して形成された一対の延長溝部も破断することによって、薄肉部の第２の部分が開く量を大きくすることができる。
このように、薄肉部の第１の部分に加えて、薄肉部の第２の部分も開きやすくなったことにより、薄肉部の第１の部分及び第２の部分が開いて安全弁が開口されたときには、密閉型電池の内圧を開放するための開口面積を安定して確保することができる。

それ故、上記密閉型電池の安全弁によれば、破断時の開口面積を安定して確保することができる。

実施例にかかる、密閉型電池を示す斜視図。実施例にかかる、直線状溝部、Ｖ形状溝部及び延長溝部が形成された安全弁を示す平面図。実施例にかかる、直線状溝部、Ｖ形状溝部及び延長溝部が形成された安全弁を示す断面図。実施例にかかる、安全弁が作動（破断）した状態を示す平面図。実施例にかかる、安全弁が作動して、薄肉部の第１の部分及び第２の部分が開いた状態を示す断面図。実施例にかかる、直線状溝部、Ｖ形状溝部及び延長溝部の他に、補助溝部が形成された安全弁を示す平面図。実施例にかかる、Ｖ形状溝部の先端部に屈曲部が形成された安全弁を示す平面図。

上述した密閉型電池の安全弁における好ましい実施の形態につき説明する。
上記一態様の密閉型電池の安全弁においては、上記Ｖ形状溝部の一対の先端部は、上記直線状溝部に直交して外側に屈曲している。
そして、外側に屈曲する先端部の長さが短いことにより、屈曲しない先端部を有するＶ形状溝部の場合と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記他の態様の密閉型電池の安全弁においては、上記薄肉部は、四角形状に形成されており、上記直線状溝部及び上記延長溝部は、上記薄肉部の互いに平行な一対の平行辺部に沿って形成されている。
この構成により、安全弁の作動時に、直線状溝部の両脇に位置する薄肉部の第１の部分が、薄肉部の一対の平行辺部に沿って開くことができる。これにより、薄肉部の第１の部分の開き量を容易に確保することができる。

また、上記直線状溝部、上記Ｖ形状溝部及び上記延長溝部は、上記蓋体の外側表面に形成されていてもよい。
この場合には、安全弁の構造が簡単であり、直線状溝部の両脇に位置する薄肉部の第１の部分と、Ｖ形状溝部による三角形状部分を含む薄肉部の第２の部分との両方が、容易に開きやすくすることができる。

以下に、密閉型電池の安全弁にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の密閉型電池１の安全弁４は、図１に示すごとく、電極体２２を収容する容器２の開口部２１を塞ぐ蓋体３に設けられている。安全弁４は、図２、図３に示すごとく、蓋体３の一般部３１の厚みよりも厚みが縮小して形成された薄肉部４０と、薄肉部４０において、直線状に形成された直線状溝部４１と、薄肉部４０において、直線状溝部４１の両端部４１１から２つに分岐してＶ形状に広がって形成された一対のＶ形状溝部４２と、薄肉部４０において、Ｖ形状溝部４２の一対の先端部４２１から、直線状溝部４１が位置する中央側とは反対側の外側へ延長して形成された一対の延長溝部４３とを備えている。

以下に、本例の密閉型電池１の安全弁４につき、図１〜図７を参照して詳説する。
図１に示すごとく、本例の密閉型電池１は、蓄電池としてのリチウムイオン二次電池であり、アルミニウム材料、ステンレス材料等によって形成された容器２内に、電極体２２と、電解液と、プラス側及びマイナス側の内部端子２３を配置して構成されている。内部端子２３は、電極体２２に接合されており、蓋体３に絶縁を行った状態で設けられている。蓋体３は、アルミニウム材料、ステンレス材料等によって形成されている。蓋体３には、内部端子２３に導通されて、プラス側及びマイナス側の電極を形成する外部端子２４が、蓋体３と絶縁を行った状態で設けられている。

安全弁４は、密閉型電池１の内圧（内部圧力）が何らかの異常によって規定値よりも上昇したときに作動して、密閉型電池１の内圧を逃すためのものである。安全弁４は、蓋体３の中央部分に形成されており、外部端子２４は、蓋体３において安全弁４の両側に位置して設けられている。蓋体３には、プラス側の外部端子２４を配置する位置と、マイナス側の外部端子２４を配置する位置とに、配置穴３２が形成されている。容器２は、直方体形状に形成されており、蓋体３は、容器２の開口部２１に形成された四角形状に沿った形状に形成されている。また、プラス側の内部端子２３とマイナス側の内部端子２３とは、蓋体３における互いに離れた位置に配置されている。

図１、図２に示すごとく、蓋体３は、一対の外部端子２４が配置された方向に長い四角形状を有している。安全弁４を構成する薄肉部４０は、互いに平行な一対の平行辺部４５と、一対の平行辺部４５に直交する一対の直交辺部４６とによって、四角形状に形成されている。薄肉部４０の一対の平行辺部４５は、四角形状の蓋体３の長辺部３１１に沿って形成されている。
四角形状の薄肉部４０の４つの角部４７は、Ｒ形状に形成されている。薄肉部４０は、一対の平行辺部４５が一対の直交辺部４６よりも長く形成されており、一対の平行辺部４５が、蓋体３の長辺部３１１と平行に配置されている。直線状溝部４１、各Ｖ形状溝部４２及び各延長溝部４３は、蓋体３の外側表面３０１に形成されている。

なお、図示は省略するが、薄肉部４０の一対の直交辺部４６は、直線状に形成する以外にも、外側に膨らむ湾曲状に形成することもできる。また、薄肉部４０の一対の平行辺部４５及び直交辺部４６は、薄肉部４０の全体が楕円形状になるように外側に膨らんで形成することもできる。

直線状溝部４１は、薄肉部４０における一対の平行辺部４５の間の中心位置において、一対の平行辺部４５に平行に形成されている。各Ｖ形状溝部４２は、直線状溝部４１の両端部４１１から２つに分岐する分岐部分４２０によって形成されている。各延長溝部４３は、各分岐部分４２０から延長されて、薄肉部４０のＲ形状の角部４７の付近まで形成されている。
各延長溝部４３は、薄肉部４０における一対の平行辺部４５の近傍において、一対の平行辺部４５に平行に形成されている。直線状溝部４１、各Ｖ形状溝部４２及び各延長溝部４３は、図３に示すごとく、一対の傾斜面によるＶ形状の断面に形成されている。直線状溝部４１、各Ｖ形状溝部４２及び各延長溝部４３の深さは一定になっている。直線状溝部４１、各Ｖ形状溝部４２及び各延長溝部４３の底部は、平坦状又は曲面状のいずれに形成されていてもよい。

直線状溝部４１の両脇に位置する薄肉部４０の第１の部分４０１は、直線状溝部４１、各Ｖ形状溝部４２及び各平行辺部４５に囲まれた台形形状に形成されている。また、Ｖ形状溝部４２による三角形状部分を含む薄肉部４０の第２の部分４０２は、各Ｖ形状溝部４２、各延長溝部４３及び各直交辺部４６に囲まれた、直線部付きの三角形状に形成されている。各延長溝部４３の先端部４３１は、安全弁４が破断して開口する際に、薄肉部４０の第２の部分４０２が折り曲げられるときの起点部位に位置する。

次に、本例の安全弁４の作用効果につき説明する。
密閉型電池１の内圧が何らかの原因で異常に上昇し、安全弁４が作動（破断）する時には、薄肉部４０の第１の部分４０１は、面積が大きいことにより、内圧による力が加わりやすい。そのため、直線状溝部４１、一対のＶ形状溝部４２及び各延長溝部４３が破断するときには、薄肉部４０の第１の部分４０１は容易に開くと考えられる。このとき、第１の部分４０１は、平行辺部４５に沿って９０°以上、蓋体３の外側へ開く。ここで、図４、図５には、安全弁４が作動して開口穴４００を形成した状態を示す。

一方、薄肉部４０の第２の部分４０２は、薄肉部４０の第１の部分４０１よりも面積が小さいことにより、内圧による力が加わりにくい。そこで、各Ｖ形状溝部４２が破断するときには、各Ｖ形状溝部４２からそれぞれ延長して形成された一対の延長溝部４３も破断することによって、薄肉部４０の第２の部分４０２が開く量を大きくすることができる。このとき、第２の部分４０２は、直交辺部４６に沿って９０°以上、蓋体３の外側へ開く。

このように、薄肉部４０の第１の部分４０１に加えて、薄肉部４０の第２の部分４０２も開きやすくなったことにより、薄肉部４０の第１の部分４０１及び第２の部分４０２が開いて安全弁４が開口されたときには、密閉型電池１の内圧を開放するための開口面積Ｘを安定して確保することができる（図４参照）。
それ故、本例の密閉型電池１の安全弁４によれば、破断時の開口面積を安定して確保することができる。

また、安全弁４の作動時に、薄肉部４０の第２の部分４０２がさらに開きやすくするために、次の工夫をすることもできる。
具体的には、図６に示すごとく、薄肉部４０において、延長溝部４３の２つの先端部４３１同士の間には、直線状溝部４１に直交して、直線状に一対の補助溝部４４を形成することができる。一対の補助溝部４４は、薄肉部４０の一対の直交辺部４６の近傍において、一対の直交辺部４６と平行に形成することができる。また、一対の補助溝部４４は、薄肉部４０の第２の部分４０が開くときに折り曲げの起点となる部分である。そして、一対の補助溝部４４は、薄肉部４０の第２の部分４０が開くときに破断しないようにするため、直線状溝部４１、一対のＶ形状溝部４２及び各延長溝部４３の深さよりも浅い深さで形成することができる。

また、図７に示すごとく、Ｖ形状溝部４２の先端部４２１には、直線状溝部４１に直交して外側に屈曲する屈曲部４２２を形成することができる。そして、延長溝部４３は、屈曲部４２２から延長して形成することもできる。この場合には、屈曲部４２２の長さが短いことにより、屈曲部４２２を有しない先端部４２１から延長溝部４３を形成した場合と同様の作用効果を得ることができる。

１密閉型電池
２容器
２１開口部
２２電極体
３蓋体
３０１外側表面
３１一般部
４安全弁
４０薄肉部
４０１第１の部分
４０２第２の部分
４１直線状溝部
４２Ｖ形状溝部
４３延長溝部

Claims

電極体を収容する容器の開口部を塞ぐ蓋体に設けられた密閉型電池の安全弁であって、
上記蓋体の一般部の厚みよりも厚みが縮小して形成された薄肉部と、
該薄肉部において、直線状に形成された直線状溝部と、
上記薄肉部において、上記直線状溝部の両端部から２つに分岐してＶ形状に広がって形成された一対のＶ形状溝部と、
上記薄肉部において、上記Ｖ形状溝部の一対の先端部から、上記直線状溝部が位置する中央側とは反対側の外側へ延長して形成された一対の延長溝部と、を備えており、
上記Ｖ形状溝部の一対の先端部は、上記直線状溝部に直交して外側に屈曲していることを特徴とする密閉型電池の安全弁。
電極体を収容する容器の開口部を塞ぐ蓋体に設けられた密閉型電池の安全弁であって、
上記蓋体の一般部の厚みよりも厚みが縮小して形成された薄肉部と、
該薄肉部において、直線状に形成された直線状溝部と、
上記薄肉部において、上記直線状溝部の両端部から２つに分岐してＶ形状に広がって形成された一対のＶ形状溝部と、
上記薄肉部において、上記Ｖ形状溝部の一対の先端部から、上記直線状溝部が位置する中央側とは反対側の外側へ延長して形成された一対の延長溝部と、を備えており、
上記薄肉部は、四角形状に形成されており、
上記直線状溝部及び上記延長溝部は、上記薄肉部の互いに平行な一対の平行辺部に沿って形成されていることを特徴とする密閉型電池の安全弁。
上記直線状溝部、上記Ｖ形状溝部及び上記延長溝部は、上記蓋体の外側表面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型電池の安全弁。