JP6836738B2

JP6836738B2 - 蓄電素子

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Publication number: JP6836738B2
Application number: JP2016051316A
Authority: JP
Inventors: 泰徳奥野; 中村　純; 純中村
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: JP2017168262A

Description

本発明は、内部で発生したガス等を外部に放出可能なガス排出弁を有するケースを備えた蓄電素子に関する。

従来から、裂開によって開弁するガス排出弁を備えた密閉電池が知られている（特許文献１参照）。具体的に、密閉電池は、外装缶と、外装缶の上方開口部を封口する封口板と、を有している。封口板には、図１８に示すように、ガス排出弁１０１が設けられている。このガス排出弁１０１は、中央部を横断するように延びる一本の破断溝１０２を有し、外装缶１０３と封口板１０４とによって画定される密閉電池１００の内部空間の圧力（内圧）が所定値以上になったときに破断溝１０２から裂開し、内部空間内の圧力を開放する。これにより、外装缶１０３等の破裂が防がれる。

しかし、上記の密閉電池１００では、破断溝１０２の長手方向において密閉電池１００の内圧が上昇したときに生じる応力が集中する部位によって、該破断溝１０２が破断してガス排出弁１０１が裂開するときの内圧（開弁圧）の値が異なる場合、即ち、開弁圧の値がばらつく場合があった。

近年では、密閉電池１００における安全性のさらなる向上のために、開弁圧の値のばらつきが抑えられたガス排出弁１０１が求められている。

特開２０１０−２７７９３６号公報

そこで、本実施形態は、開弁圧の値のばらつきが抑えられたガス排出弁を備えた蓄電素子を提供することを目的とする。

本実施形態の蓄電素子は、
裂開によって開弁するガス排出弁を有する第一壁部と、前記第一壁部の前記ガス排出弁を挟んだ端縁から該第一壁部と交差する方向に広がり且つ互いに平行に配置される一対の第二壁部と、を含むケースを備え、
前記ガス排出弁は、該ガス排出弁の表面に互いに交差する二本の破断溝を有し、
前記二本の破断溝は、前記一対の第二壁部が対向する方向に延びる基準線の上で交差し且つ該基準線とそれぞれ同じ角度で交差する。

かかる構成によれば、二本の破断溝が基準線の上で交差し且つ基準線とそれぞれ同じ角度で交差しているため、ケースの内圧によって一対の第二壁部が押し広げられたときにガス排出弁に生じる応力（第二壁部の押し広げに起因する応力）が二本の破断溝の交点位置に集中し易くなる。これにより、ガス排出弁において裂開し始める位置（断裂位置）のばらつきが抑えられ、その結果、ガス排出弁における開弁圧の値のばらつきが抑えられる。

前記蓄電素子では、
前記ケースは、前記第一壁部及び前記一対の第二壁部を一部に含んだ直方体形状であって前記一対の第二壁部が対向する方向に薄い直方体形状であってもよい。

かかる構成によれば、ケースにおいて第二壁部が第一壁部及び第二壁部と直交する壁部（第三壁部）より大きく且つガス排出弁に近いため、ガス排出弁において内圧による第二壁部の押し広げに起因する応力が内圧による第三壁部の押し広げに起因する応力より大きくなり、その結果、ガス排出弁において第二壁部の押し広げに起因する応力が集中し易い交点位置からより裂開し易くなる。

前記蓄電素子では、
前記二本の破断溝は、直交していることが好ましい。

かかる構成によれば、第二壁部の押し広げに起因する応力が破断溝の交点位置により集中し易くなる。

また、前記蓄電素子では、
前記ガス排出弁は、前記第一壁部の法線方向視において前記二本の破断溝の交点を中心とした円形の輪郭を有してもよい。

かかる構成によれば、ガス排出弁が二本の破断溝の交点を中心とした円形の輪郭を有しているため、第二壁部同士が押し広げられたときに第一壁部を介してガス排出弁に加わる力が、二本の破断溝の一部に偏って加わることが防がれ、これにより、ガス排出弁において第二壁部の押し広げに起因する応力が破断溝の交点位置により集中し易くなる。

また、前記蓄電素子では、
前記ガス排出弁は、前記ケースの外側に向けて球面状に膨出していてもよい。

かかる構成によれば、ケースの内圧がガス排出弁に加わることで生じる応力がガス排出弁の頂点位置（最も膨出している位置）に集中するが、ガス排出弁の前記頂点位置と二本の破断溝の交点位置とが一致若しくは略一致するため、前記交点位置に第二壁部の押し広げに起因する応力とガス排出弁に内圧が加わることに起因する応力とが集中し、これにより、ガス排出弁が破断溝の交点位置からより裂開し易くなる。

また、本実施形態の蓄電素子は、
裂開によって開弁するガス排出弁を有する第一壁部と、前記第一壁部の前記ガス排出弁を挟んだ端縁から該第一壁部と交差する方向に広がり且つ互いに平行に配置される一対の第二壁部と、を含むケースを備え、
前記ガス排出弁は、円形の輪郭を有すると共に、該ガス排出弁の表面に前記円形の中心から該円形の径方向に延びる第一〜第三の破断溝を有し、
前記第一の破断溝は、前記一対の第二壁部が対向する方向に延び且つ前記中心を通る基準線と重なり、
前記第二の破断溝及び前記第三の破断溝は、前記第一の破断溝となす角が鈍角であり、且つ前記基準線を対称軸とした線対称に配置される。

かかる構成によれば、ケースの内圧によって一対の第二壁部が押し広げられたときにガス排出弁に生じる応力（第二壁部の押し広げに起因する応力）が三本の破断溝の合流位置（前記円形の中心）に集中し易くなる。これにより、ガス排出弁において裂開し始める位置（断裂位置）のばらつきが抑えられ、その結果、ガス排出弁における開弁圧の値のばらつきが抑えられる。

以上より、本実施形態によれば、開弁圧のばらつきが抑えられたガス排出弁を備えた蓄電素子を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。図２は、前記蓄電素子の分解斜視図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ位置における断面図である。図４は、前記蓄電素子の電極体を説明するための斜視図である。図５は、前記蓄電素子の蓋板におけるガス排出弁及びその周辺の拡大平面図である。図６は、前記蓄電素子の蓋板におけるガス排出弁及びその周辺の拡大裏面図である。図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ位置における断面斜視図である。図８は、他実施形態に係るガス排出弁の模式図である。図９は、他実施形態に係るガス排出弁の模式図である。図１０は、他実施形態に係る蓄電素子の平面図である。図１１は、本実施形態に係る蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。図１２は、他実施形態に係る蓄電素子の蓋板におけるガス排出弁及びその周辺の拡大平面図である。図１３は、他実施形態に係る蓄電素子の蓋板におけるガス排出弁及びその周辺の拡大平面図である。図１４は、実施例に係るガス排出弁であって、基準線Ｓと対称軸Ｓ_１とを一致させたガス排出弁における応力の分布を示す図である。図１５は、実施例に係るガス排出弁であって、基準線Ｓに対して対称軸Ｓ_１を−１５°傾けたガス排出弁における応力の分布を示す図である。図１６は、比較例に係るガス排出弁であって、基準線Ｓに対して対称軸Ｓ_１を−３０°傾けたガス排出弁における応力の分布を示す図である。図１７は、比較例に係るガス排出弁であって、基準線Ｓに対して対称軸Ｓ_１を−４５°傾けたガス排出弁における応力の分布を示す図である。図１８は、従来の密閉電池の平面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照しつつ説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子は、図１〜図４に示すように、裂開によって開弁するガス排出弁３２１を有するケース３を備える。具体的に、蓄電素子１は、正極２３及び負極２４を含む電極体２と、電極体２を収容するケース３と、ケース３の外側に配置される外部端子４であって電極体２と導通する外部端子４と、を備える。また、蓄電素子１は、電極体２、ケース３、及び外部端子４の他に、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５等も有する。

電極体２は、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で巻芯２１の周囲に巻回されることによって構成される。電極体２においてリチウムイオンが正極２３と負極２４との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

正極２３は、金属箔２３１と、金属箔２３１に積層された正極活物質層２３２と、を有する。金属箔２３１は帯状である。本実施形態の金属箔２３１は、例えば、アルミニウム箔である。

負極２４は、金属箔２４１と、金属箔２４１に積層された負極活物質層２４２と、を有する。金属箔２４１は帯状である。本実施形態の金属箔２４１は、例えば、銅箔である。

本実施形態の電極体２では、以上のように構成される正極２３と負極２４とがセパレータ２５によって絶縁された状態で巻回されている。このセパレータ２５は、絶縁性を有する部材である。具体的に、セパレータ２５は、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。セパレータ２５は、正極２３と負極２４との間に配置される。これにより、電極体２において、正極２３と負極２４とが互いに絶縁される。また、セパレータ２５は、上述のように多孔質膜によって構成されているため、ケース３内において電解液を保持する。これにより、蓄電素子１の充放電時において、リチウムイオンが、セパレータ２５を挟んで交互に積層される正極２３と負極２４との間を移動可能となる。

ケース３は、ガス排出弁３２１を有する蓋板（第一壁部）３２と、蓋板３２のガス排出弁３２１を挟んだ端縁から該蓋板３２と交差する方向に広がり且つ互いに平行な一対の長壁部（第二壁部）３１３と、を含む。また、ケース３は、蓋板３２及び一対の長壁部３１３を一部に含んだ直方体形状であって、一対の長壁部３１３が対向する方向に薄い直方体形状である。このケース３は、具体的には以下の通りである。

ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板（第一壁部）３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間３３に収容する。ケース３は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース３は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。

前記電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＰＦ_６等である。本実施形態の電解液は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを、プロピレンカーボネート：ジメチルカーボネート：エチルメチルカーボネート＝３：２：５の割合で調整した混合溶媒に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ_６を溶解させたものである。

ケース３は、ケース本体３１の開口周縁部３４と、蓋板３２の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。また、ケース３では、ケース本体３１と蓋板３２とによって内部空間３３が画定されている。本実施形態のケース３では、ケース本体３１の開口周縁部３４と蓋板３２の周縁部とが溶接によって接合されている。

ケース本体３１は、板状の閉塞部３１１と、閉塞部３１１の周縁に接続される筒状の胴部３１２と、を備える。

閉塞部３１１は、開口が上を向くようにケース本体３１が配置されたときに、ケース本体３１の下端に位置する（即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体３１の底壁となる）部位である。閉塞部３１１は、該閉塞部３１１の法線方向視において、矩形状である。

以下では、閉塞部３１１の長辺方向をＸ軸方向とし、閉塞部３１１の短辺方向をＹ軸方向とし、閉塞部３１１の法線方向をＺ軸方向とする。

本実施形態の胴部３１２は、角筒形状、より詳しくは、偏平な角筒形状を有する。胴部３１２は、閉塞部３１１の周縁における長辺から延びる一対の長壁部（第二壁部）３１３と、閉塞部３１１の周縁における短辺から延びる一対の短壁部（第三壁部）３１４とを有する。即ち、一対の長壁部３１３は、Ｙ軸方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における短辺に相当する間隔）を空けて対向し、一対の短壁部３１４は、Ｘ軸方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における長辺に相当する間隔）を空けて対向する。短壁部３１４が一対の長壁部３１３の対応（詳しくは、Ｙ軸方向に対向）する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部３１２が形成される。

以上のように、ケース本体３１は、開口方向（Ｚ軸方向）における一方の端部が塞がれた角筒形状（即ち、有底角筒形状）を有する。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐようにケース本体３１に当接する。より具体的には、蓋板３２が開口を塞ぐように、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部３４に重ねられる。開口周縁部３４と蓋板３２とが重ねられた状態で、蓋板３２とケース本体３１との境界部が溶接される。これにより、ケース３が構成される。

蓋板３２は、Ｚ軸方向視において、ケース本体３１の開口周縁部３４に対応した輪郭形状を有する。即ち、蓋板３２は、Ｚ軸方向視において、Ｘ軸方向に長い矩形状の板材である。この蓋板３２は、ケース３内のガスを外部に排出可能なガス排出弁３２１を有する。

ガス排出弁３２１は、ケース３内において発生したガス等によって内圧が所定の値（開弁圧）まで上昇したときに、裂開することで、該ケース３内から外部にガスを排出する。本実施形態のガス排出弁３２１は、Ｘ軸方向における蓋板３２の中央部に設けられる。即ち、ガス排出弁３２１から蓋板３２のＸ軸方向の一方側の端縁までの距離と、ガス排出弁３２１から蓋板３２のＸ軸方向の他方側の端縁までの距離とが等しい。また、ガス排出弁３２１は、Ｙ軸方向における蓋板３２の中央部に設けられる。即ち、ガス排出弁３２１から蓋板３２のＹ軸方向の一方側の端縁までの距離と、ガス排出弁３２１から蓋板３２のＹ軸方向の他方側の端縁までの距離とが等しい。

このガス排出弁３２１は、図５〜図７に示すように、その表面（外側表面（ケース３の外側を向いた表面）又は内側表面（ケース３の内側を向いた表面））に破断溝３２１１を有する。具体的に、ガス排出弁３２１は、薄肉部３２１０を有し、薄肉部３２１０は、表面に、互いに交差する二本の破断溝３２１１を有する。また、薄肉部３２１０は、表面における破断溝３２１１を囲む位置に環状溝３２１２も有する。即ち、本実施形態のガス排出弁３２１は、二本の破断溝３２１１と、一つの環状溝３２１２と、を有する。

二本の破断溝３２１１は、Ｙ軸方向に延びる基準線Ｓの上で交差し且つ該基準線Ｓとそれぞれ同じ角度で交差する。即ち、二本の破断溝３２１１は、基準線Ｓ（又は、二本の破断溝の交点を通って基準線Ｓと直交する線）を対称軸とした線対称となるように配置されている。本実施形態の二本の破断溝３２１１は、薄肉部３２１０の外側表面に設けられている。この二本の破断溝３２１１は、Ｚ軸方向視において、直交している。また、二本の破断溝３２１１のそれぞれは、薄肉部３２１０の外側表面において直線状に延びている。各破断溝３２１１は、同じ長さであり、長さ方向の中央位置で互いに交差している。

薄肉部３２１０は、ケース３における他の部位（ケース３における薄肉部３２１０を除いた部位）よりも薄い部位である。この薄肉部３２１０は、Ｚ軸方向（蓋板３２の法線方向）視において、二本の破断溝３２１１の交点（交点位置３５）を中心とした円形の輪郭を有している。本実施形態の薄肉部３２１０では、破断溝３２１１及び環状溝３２１２が設けられた部位を除いて、厚さが一定である。尚、破断溝３２１１及び環状溝３２１２では、薄肉部３２１０の他の部位より薄くなっている（即ち、厚さ寸法が小さくなっている）。本実施形態の薄肉部３２１０では、破断溝３２１１及び環状溝３２１２が設けられた位置の厚みは、薄肉部３２１０の他の部位の厚みの１／２程度である（図７参照）。

この薄肉部３２１０は、ケース３の外側に向けて球面状に膨出している（図７参照）。詳しくは、薄肉部３２１０は、球面状に膨出している膨出部３２１０Ａと、膨出部３２１０Ａの周縁からＸ−Ｙ面（Ｘ軸とＹ軸とを含む面）方向にフランジ状に広がる平坦部３２１０Ｂと、を有する。上記の二本の破断溝３２１１は、膨出部３２１０Ａに設けられている。本実施形態のガス排出弁３２１では、膨出部３２１０Ａの周縁と、破断溝３２１１の長さ方向の端縁とが同じ位置である。膨出部３２１０Ａの頂点位置（最も膨出している位置）は、Ｚ軸方向において、蓋板３２のガス排出弁３２１を除く他の部位の外側表面よりケース３の内側（内部空間３３の側）に位置している（図７参照）。本実施形態の薄肉部３２１０では、球面状に膨出する薄肉部３２１０（膨出部３２１０Ａ）における頂点位置（最も膨出している位置）が、二本の破断溝３２１１の交点位置３５と一致している。

環状溝３２１２は、薄肉部３２１０における破断溝３２１１が設けられた面と反対側の表面に設けられている。本実施形態の環状溝３２１２は、薄肉部３２１０の内側表面に設けられている。詳しくは、環状溝３２１２は、薄肉部３２１０の平坦部３２１０Ｂの内側表面に設けられている（図７参照）。この環状溝３２１２は、円環状である（図６参照）。この環状溝３２１２が設けられることで、蓄電素子１の過充電等によってケース３の内部でガスが発生して内圧が異常値近傍まで上昇したときに、ガス排出弁３２１が変形し易くなる。これにより、ガス排出弁３２１に生じる応力が二本の破断溝３２１１の交点位置３５により集中し易くなり、ガス排出弁３２１が裂開し始める内圧のバラツキがより抑えられる。

以上のように構成されるガス排出弁３２１は、ケース３の内圧（ガス圧）が所定の値よりも大きくなったときに、薄肉部３２１０が破断溝３２１１から裂ける（詳しくは、交点位置３５から裂け始め、破断溝３２１１に沿って断裂範囲が広がる）ことによってケース３の内部空間３３と外部空間とを連通させる、即ち、開弁する。これにより、ガス排出弁３２１は、ケース３の内部（内部空間３３）で発生したガスを外部（外部空間）へ排出する。このようにして、ガス排出弁３２１は、上昇したケース３の内部圧力を下げる。

ケース３には、内部空間３３に電解液を注入するための注液穴３２５が設けられる。この注液穴３２５は、蓋板３２をＺ軸方向（厚さ方向）に貫通する。本実施形態の注液穴３２５は、Ｘ軸方向におけるガス排出弁３２１と外部端子４との間に設けられる。このように構成される注液穴３２５は、注液栓３２６によって密閉（封止）される（図３参照）。

外部端子４は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子４は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子４は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。外部端子４は、バスバ等が溶接可能な面４１を有する。本実施形態の面４１は、平面である。

集電体５は、ケース３内に配置され、電極体２と通電可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体５は、クリップ部材５０を介して電極体２と通電可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを通電可能に接続するクリップ部材５０を備える。この集電体５は、導電性を有する部材によって形成される。図３に示すように、集電体５は、ケース３の内面に沿って配置される。以上のように構成される集電体５は、蓄電素子１の正極と負極とにそれぞれ配置される。

正極の集電体５と負極の集電体５とは、異なる材料によって形成される。具体的に、正極の集電体５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極の集電体５は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。

また、蓄電素子１は、電極体２とケース３とを絶縁する絶縁部材６等を備える。本実施形態の絶縁部材６は、ケース３（詳しくはケース本体３１）と電極体２との間に配置される。本実施形態の絶縁部材６は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材を折り曲げることによって袋状に形成される。

以上の蓄電素子１によれば、二本の破断溝３２１１が基準線Ｓの上で交差し且つ基準線Ｓとそれぞれ同じ角度で交差しているため、ケース３の内圧によって一対の長壁部３１３が押し広げられたときにガス排出弁３２１に生じる応力（長壁部３１３の押し広げに起因する応力）が二本の破断溝３２１１の交点位置３５に集中し易くなる。これにより、ガス排出弁３２１において裂開し始める位置（断裂位置）のばらつきが抑えられ、その結果、ガス排出弁３２１における開弁圧の値のばらつきが抑えられる。

本実施形態の蓄電素子１では、ケース３がＹ軸方向に薄い直法体形状である。このため、ケース３において長壁部３１３が短壁部３１４より大きく且つガス排出弁３２１に近いため、ガス排出弁３２１において内圧による長壁部３１３の押し広げに起因する応力が内圧による短壁部３１４の押し広げに起因する応力より大きくなる。これにより、ガス排出弁３２１では、長壁部３１３の押し広げに起因する応力が集中し易い交点位置３５からより裂開し易くなる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、二本の破断溝３２１１が直交しているため、長壁部３１３の押し広げに起因する応力が破断溝３２１１の交点位置３５により集中し易くなる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、ガス排出弁３２１（詳しくは、薄肉部３２１０）が、Ｚ軸方向視において二本の破断溝３２１１の交点位置（交点）３５を中心とした円形の輪郭を有している。このため、長壁部３１３が押し広げられたときに蓋板３２を介してガス排出弁３２１（薄肉部３２１０）に加わる力が、二本の破断溝３２１１の一部に偏って加わることが防がれる。これにより、ガス排出弁３２１において、長壁部３１３の押し広げに起因する応力が破断溝３２１１の交点位置３５により集中し易くなる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、ガス排出弁３２１（詳しくは、薄肉部３２１０）がケース３の外側に向けて球面状に膨出している。これにより、ケース３の内圧がガス排出弁３２１に加わることで生じる応力がガス排出弁３２１の頂点位置（最も膨出している位置）に集中するが、ガス排出弁３２１の頂点位置と二本の破断溝３２１１の交点位置３５とが一致若しくは略一致しているため、交点位置３５に長壁部３１３の押し広げに起因する応力とガス排出弁３２１に内圧が加わることに起因する応力とがそれぞれ集中し、その結果、ガス排出弁３２１が破断溝３２１１の交点位置３５からより裂開し易くなる。

尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態のガス排出弁３２１は、蓋板３２に配置されているが、この構成に限定されない。ガス排出弁３２１は、ケース３が直方体形状であれば、長壁部３１３、短壁部３１４、閉塞部３１１のいずれに配置されてもよい。

また、上記実施形態のガス排出弁３２１では、一対の破断溝３２１１がＺ軸方向視において直交しているが、この構成に限定されない。例えば、図８及び図９に示すように、Ｚ軸方向視において、一対の破断溝３２１１における互いのなす角は、直角でなくてもよい。即ち、一対の破断溝３２１１は、基準線Ｓの上で交差し且つ該基準線Ｓとそれぞれ同じ角度で交差していればよい。

また、上記実施形態のガス排出弁３２１（薄肉部３２１０）は、ケース３の外側に向けて球面状に膨出しているが、この構成に限定されない。ガス排出弁３２１は、例えば、蓋板３２に沿った平面状でもよく、ケース３の内側に向けて球面状に膨出等していてもよい。

また、上記実施形態のガス排出弁３２１（薄肉部３２１０）は、Ｚ軸方向視において円形の輪郭を有しているが、この構成に限定されない。前記輪郭は、例えば、楕円、レーストラック形状、矩形等であってもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、ケース３において、ガス排出弁３２１が一つ設けられているが、この構成に限定されない。複数のガス排出弁３２１がケース３に設けられてもよい。

また、上記実施形態の蓄電素子１では、一対の短壁部（ガス排出弁３２１を有する蓋板３２、及び蓋板３２の縁から該蓋板３２と直交する方向に広がる長壁部３１３と直交する一対の壁部）３１４が平板状で互いに平行であるが、この構成に限定されない。例えば、短壁部３１４は、図１０に示すように、Ｚ軸方向視において湾曲等していてもよい。また、一対の短壁部３１４は、互いに平行でなくてもよい。即ち、ケース３が、ガス排出弁３２１を有する第一壁部（上記実施形態の例では長壁部３１３）と、該第一壁部におけるガス排出弁３２１を挟んだ端縁から該第一壁部（長壁部３１３）と交差する方向に広がり且つ互いに平行に配置される一対の第二壁部（上記実施形態の例では蓋板３２）と、を有していればよい。

また、上記実施形態においては、蓄電素子１が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子１の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子１の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

蓄電素子（例えば電池）１は、図１１に示すような蓄電装置（蓄電素子が電池の場合は電池モジュール）１１に用いられてもよい。蓄電装置１１は、少なくとも二つの蓄電素子１と、二つの（異なる）蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ部材１２と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子１に適用されていればよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、線対称に配置された二本の破断溝３２１１の対称軸が、基準線Ｓと一致しているが、この構成に限定されない。図１２に示すように、二本の破断溝３２１１が直交している場合には、該二本の破断溝３２１１の対称軸Ｓ_１が、基準線Ｓに対して±１５°以内であればよい。このような範囲で基準線Ｓに対して対称軸Ｓ_１が傾いていても、ケース３の内圧によって一対の長壁部３１３が押し広げられたときにガス排出弁３２１に生じる応力（第二壁部３１３の押し広げに起因する応力）が二本の破断溝３２１１の交点位置に集中し易くなる。

上記実施形態の蓄電素子１では、二本の破断溝３２１１が薄肉部３２１０の中心（交点位置３５）で交差しているが、この構成に限定されない。例えば、図１３に示すように、Ｚ軸方向から見て円形の輪郭を有する薄肉部３２１０は、中心（交点位置３５）から径方向に延びる三つの破断溝（第一〜第三の破断溝７１〜７３）を有してもよい。具体的には、第一の破断溝７１は、基準線Ｓと一致するように配置される。第二の破断溝７２と第三の破断溝７３とは、Ｚ軸方向から見て第一の破断溝７１となす角α、βが鈍角であり、且つ、基準線Ｓを対称軸として線対称（即ち、α＝βとなる位置）に配置される。

かかる構成によっても、ケース３の内圧によって一対の長壁部３１３が押し広げられたときにガス排出弁３２１に生じる応力（長壁部３１３の押し広げに起因する応力）が三本の破断溝（第一〜第三の破断溝７１〜７３）の交点位置３５に集中し易くなる。これにより、ガス排出弁３２１において裂開し始める位置（断裂位置）のばらつきが抑えられ、その結果、ガス排出弁３２１における開弁圧の値のばらつきが抑えられる。

ここで、上記実施形態の蓄電素子１の効果を確認するために、実施例として、図１４に示すような基準線Ｓと対称軸Ｓ_１とを一致させたガス排出弁を備えたケースと、図１５に示すような基準線Ｓに対して対称軸Ｓ_１を−１５°傾けたガス排出弁を備えたケースと、を準備した。また、比較例として、図１６に示すような基準線Ｓに対して対称軸Ｓ_１を−３０°傾けたガス排出弁を備えたケースと、図１７に示すような基準線Ｓに対して対称軸Ｓ_１を−４５°傾けたガス排出弁を備えたケースと、を準備した。

尚、各ケースにおいて、ケースの蓋板の幅（図１４〜図１７におけるＹ軸方向の寸法）をｋとしたときに、蓋板の横幅（図１４〜図１７におけるＸ軸方向の寸法）は、８ｋ、薄肉部の厚さは、０．０２７ｋ、薄肉部の直径は、０．６２５ｋ、破断溝の深さは、薄肉部の厚さの３０％、である。

続いて、ガス排出弁（詳しくは、薄肉部）に対し、裏側（ケースの内部側）から１．０ＭＰａの力が等分布的に印加されるように各ケースの内圧を調整した。その結果を図１４〜図１７に示す。図１４〜図１７の各図において、応力の値の大きな位置を点で示す。即ち、前記点の集中している領域（破断溝内において濃い色の領域）に応力が集中している。

これらの結果から、二つの破断溝が直交している場合には、基準線Ｓに対して対称軸Ｓ_１が、±１５°の範囲内のときに、ガス排出弁に生じる応力が二本の破断溝の交点位置に集中し易くなることが確認できた。

１…蓄電素子、２…電極体、２１…巻芯、２３…正極、２３１…金属箔、２３２…正極活物質層、２４…負極、２４１…金属箔、２４２…負極活物質層、２５…セパレータ、３…ケース、３１…ケース本体、３１１…閉塞部、３１２…胴部、３１３…長壁部（第二壁部）、３１４…短壁部、３２…蓋板（第一壁部）、３２１…ガス排出弁、３２１０…薄肉部、３２１０Ａ…膨出部、３２１０Ｂ…平坦部、３２１１…破断溝、３２１２…環状溝、３２５…注液穴、３２６…注液栓、３３…内部空間、３４…開口周縁部、３５…交点位置、４…外部端子、４１…面、５…集電体、５０…クリップ部材、６…絶縁部材、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、１００…密閉電池、１０１…ガス排出弁、１０２…破断溝、１０３…外装缶、１０４…封口板、Ｓ…基準線

Claims

裂開によって開弁するガス排出弁を有する矩形状の第一壁部と、前記第一壁部の前記ガス排出弁を挟んだ端縁であって前記矩形状の長辺を構成する端縁から該第一壁部と交差する方向に広がり且つ互いに平行に配置される一対の第二壁部と、を含むケースを備え、
前記第一壁部において、前記ガス排出弁から前記矩形状の一方側の長辺を構成する端縁までの距離と、前記ガス排出弁から前記矩形状の他方側の長辺を構成する端縁までの距離とが等しく、
前記ガス排出弁は、
前記ケースの外側に向けて球面状に膨出している膨出部と、前記膨出部の周縁から前記第一壁部の広がる方向に沿ってフランジ状に広がる平坦部と、を有すると共に、
前記膨出部の外側表面に互いに交差する二本の破断溝と、前記平坦部の内側表面における前記二本の破断溝を囲む位置に配置される環状溝と、を有し、
前記二本の破断溝は、前記一対の第二壁部が対向する方向に延びる基準線の上で交差し且つ該基準線とそれぞれ同じ角度で交差し、
前記環状溝は、前記第一壁部と直交する方向から見て、前記平坦部における前記二本の破断溝と離れた位置で該二本の破断溝を囲み、
前記球面状に膨出している膨出部の頂点位置と、前記二本の破断溝の交点位置とは、一致又は略一致すると共に、前記膨出部の周縁と各破断溝の長さ方向の端縁とが同じ位置である、蓄電素子。
前記ケースは、前記第一壁部及び前記一対の第二壁部を一部に含んだ直方体形状であって前記一対の第二壁部が対向する方向に薄い直方体形状である、請求項１に記載の蓄電素子。
前記二本の破断溝は、直交している、請求項１又は２に記載の蓄電素子。
前記ガス排出弁は、前記第一壁部の法線方向視において前記二本の破断溝の交点を中心とした円形の輪郭を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
裂開によって開弁するガス排出弁を有する矩形状の第一壁部と、前記第一壁部の前記ガス排出弁を挟んだ端縁であって前記矩形状の長辺を構成する端縁から該第一壁部と交差する方向に広がり且つ互いに平行に配置される一対の第二壁部と、を含むケースを備え、
前記第一壁部において、前記ガス排出弁から前記矩形状の一方側の長辺を構成する端縁までの距離と、前記ガス排出弁から前記矩形状の他方側の長辺を構成する端縁までの距離とが等しく、
前記ガス排出弁は、
円形の輪郭を有すると共に前記ケースの外側に向けて球面状に膨出している膨出部と、前記膨出部の周縁から前記第一壁部の広がる方向に沿ってフランジ状に広がる平坦部と、を有すると共に、
前記膨出部の外側表面に前記円形の中心から該円形の径方向に延びる第一〜第三の破断溝と、前記平坦部の内側表面における前記第一〜第三破断溝を囲む位置に配置される環状溝と、を有し、
前記第一の破断溝は、前記一対の第二壁部が対向する方向に延び且つ前記中心を通る基準線と重なり、
前記第二の破断溝及び前記第三の破断溝は、前記第一の破断溝となす角が鈍角であり、且つ前記基準線を対称軸とした線対称に配置され、
前記環状溝は、前記第一壁部と直交する方向から見て、前記平坦部における前記第一〜第三破断溝と離れた位置で該第一〜第三破断溝を囲み、
前記球面状に膨出している膨出部の頂点位置と、前記円形の中心とは、一致又は略一致すると共に、前記膨出部の周縁と前記第一〜第三破断溝の長さ方向の外側の端縁とが同じ位置である、蓄電素子。