JP2007018968A

JP2007018968A - 電池

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Publication number: JP2007018968A
Application number: JP2005201599A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Kawase; 聡美川瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: JP4821196B2

Abstract

【課題】電池ケースの内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース内のガスを、適切に、外部に排出することができる電池を提供する。
【解決手段】本発明の電池１００では、捲回体１５０が、その軸線方向の両端部のうち少なくとも一方の端部に、捲回体１５０の径方向外側への膨張変形が抑制されてなる膨張変形抑制部（正極固着部１５５ｃ）を含んでいる。さらに、ガス排出路１６０の最も内側に位置する開口端を構成することが予定されている開口端構成予定部（貫通孔１１２ｂの内側開口端１１２ｃ）が、対向壁部（蓋部１１２）に位置している。開口端構成予定部（内側開口端１１２ｃ）の中心１１２ｄは、捲回体１５０の軸線方向に見て、捲回体１５０の軸線方向中央位置１５０ｂよりも、膨張変形抑制部（正極固着部１５５ｃ）側の位置に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池、特に、電池ケースの内圧が所定値を超えると、電池ケース内のガスを外部に排出してケースの内圧の過昇圧を防止する電池に関する。

従来より、電池ケースの内圧が所定値を超えると、電池ケース内のガスを外部に排出してケースの内圧の過昇圧を防止する電池が、多数提案されている。このような電池では、電池ケースの内圧が所定値を超えた場合には、安全弁機構が作動し、電池ケース内のガスを外部に排出することで、電池の破裂等の危険を防止することができる。

ところが、電池ケースの内圧が所定値を超えて、電池ケース内のガスを外部に排出する際、電池ケース内に配置された発電要素の一部（正極や負極など）が、流出ガスと共にガス排出路側に引き込まれ、ガス排出路の内側開口を閉塞してしまうことがあった。これにより、電池ケースの内圧が所定値を超えた場合に、電池ケース内のガスを、適切に、外部に排出することができなくなる虞があった。特に、近年では、電池の小型化及び高容量化に伴い、電池ケース（安全弁）と発電要素（正極や負極など）との間の間隙が極めて小さくなっているため、上記のような不具合が起こりやすくなっている。

これに対し、近年、上記のような不具合を防止すべく、様々な電池が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平７−２９６７９０号公報特開２００２−１７０５９５号公報

特許文献１の電池は、シート状の正極、負極、及びセパレータを捲回してなる捲回体と、直方体形状をなす電池ケースとを備える電池である。このような電池では、ガス排出路の内側開口を、電池ケースの壁部のうち、捲回体の外周面と対向する壁部に設けた場合には、捲回体の表面をなす部位（正極や負極など）が、流出ガスと共に内側開口側に引き込まれ、内側開口を閉塞してしまう虞があった。このため、適切に、電池ケース内のガスを外部に排出できなくなる虞があった。これに対し、特許文献１では、内側開口（ガス抜き孔）を、電池ケースの壁部のうち、捲回体の軸線方向端に位置する捲回面と対向する壁部に設けることで、上記不具合の防止を図るものである。

特許文献２で提案されている電池は、電池ケース内のうち、安全弁（脆弱部）の直下の位置に、棒状の閉塞防止部材を設けている。これにより、発電要素の一部（正極や負極など）が、流出ガスと共に、脆弱部の開裂により生じた内側開口側に引き込まれた場合でも、内側開口より手前に位置する閉塞防止部材により、内側開口側に引き込まれる発電要素の一部（正極や負極など）の移動を堰き止めるようにしている。このような構成により、上記不具合の防止を図るものである。

しかしながら、諸事情により、安全弁機構（弁部材やガス抜き孔など）を、捲回体の外周面と対向する壁部に設けることが要求されることもあり、この場合には、特許文献１の手法では上記課題を解決することができなかった。また、特許文献１の電池のように、内側開口（ガス抜き孔）を、電池ケースの壁部のうち、捲回体の軸線方向端に位置する捲回面と対向する壁部に設けた場合には、ガスを排出する際に、発火する危険性があり、好ましい形態ではなかった。具体的には、内側開口（ガス抜き孔）を封止する安全弁が開裂した際に、火花が生じることがあり、このとき、大量のガスが一気に排出されることにより、ガスに引火する危険性があった。

また、特許文献２の電池では、脆弱部の直下の位置に、閉塞防止部材を設けるため、この閉塞部材により、ガスの排出が妨げられる虞があった。また、別途、閉塞部材を設けることで、部品点数が多くなり、製造コストが高くなるため、好ましくなかった。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、シート状の正極板、負極板、及びセパレータを捲回してなる捲回体を備える電池において、電池ケースの内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース内のガスを、適切に、外部に排出することができる電池を提供することを目的とする。

その解決手段は、シート状の正極板、負極板、及びセパレータを捲回してなる捲回体と、直方体形状をなし、上記捲回体を内部に収容してなり、上記捲回体の外周面と対向する４つの対向壁部を有する電池ケースと、上記電池ケースの内圧の過昇圧を防止する安全弁機構であって、上記電池ケースの内圧が所定値を超えた場合に、上記電池ケース内のガスを外部に排出するガス排出路を構成することが予定されている排出路構成予定部を含む安全弁機構と、を備える電池であって、上記捲回体は、その軸線方向の両端部のうち少なくとも一方の端部に、当該捲回体の径方向外側への膨張変形が抑制されてなる膨張変形抑制部を含み、上記排出路構成予定部のうち、上記ガス排出路の最も内側に位置する開口端を構成することが予定されている開口端構成予定部は、上記対向壁部に位置し、上記開口端構成予定部の中心は、上記対向壁部のうち、上記捲回体の軸線方向に見て、上記捲回体の軸線方向中央位置よりも上記膨張変形抑制部側の位置に配置されてなる電池である。

本発明の電池では、捲回体が、その軸線方向の両端部のうち少なくとも一方の端部に、当該捲回体の径方向外側への膨張変形が抑制（捲回体の内側にガスが溜まり、捲回体に径方向外側へ膨張する力が働いた場合でも、径方向外側への膨張が抑制）されてなる膨張変形抑制部を含んでいる。このような形態の捲回体では、内圧が上昇（電池ケース内部のガス量が増大）しても、捲回体のうち膨張変形抑制部が位置する端部の膨張は抑制されるが、捲回体の軸線方向中央位置が大きく膨張する傾向にある。特に、膨張変形抑制部を、捲回体の軸線方向の両端部に設けた場合は、両端部からガスが抜け難いので、膨張し易い上、内圧が上昇（電池ケース内部のガス量が増大）しても、捲回体の両端部の膨張は抑制される。このため、内圧が上昇すると、特に、捲回体の軸線方向中央位置が大きく膨張し、捲回体は、例えば、ビア樽形状に大きく変形しがちである。

このため、開口端構成予定部（ガス排出路の内側開口をなす部位）が、捲回体の軸線方向中央位置に近接して配置されている場合には、電池ケースの内圧が所定値を超えて、安全弁機構が作動した場合でも、電池ケース内のガスを、適切に、外部に排出することができない虞があった。具体的には、過昇圧により安全弁機構が作動して、ガス排出路が形成されたときに、捲回体の外周面側に位置する部位（正極板、負極板、セパレータなど）が、流出ガスと共にガス排出路側に引き込まれ、ガス排出路の内側開口を閉塞してしまう虞があった。特に、電池の小型化、高容量化に伴い、捲回体と電池ケース（対向壁部）との間隙が小さくなっている場合には、安全弁機構が作動する前に、既に、膨張した捲回体の軸線方向中央位置の部位によって、ガス排出路をなす内側開口が閉塞されてしまう虞もあった。

これに対し、本発明の電池では、開口端構成予定部の中心（ガス排出路の内側開口の中心となる位置）が、対向壁部のうち、捲回体の軸線方向に見て、捲回体の軸線方向中央位置よりも膨張変形抑制部側の位置に配置されている。換言すれば、捲回体の軸線方向に見て、ガス排出路の内側開口の位置を、捲回体の軸線方向中央位置から、膨張変形抑制部側にずらしている。これにより、内圧上昇に伴い、捲回体の軸線方向中央位置が大きく膨張しても、捲回体によってガス排出路をなす内側開口が閉塞されてしまう危険性が小さくなる。さらに、電池ケース内のガスを外部に排出する際に、捲回体の外周面側に位置する部位（正極板、負極板、セパレータなど）が、流出ガスと共にガス排出路側に引っ張られた場合でも、ガス排出路の内側開口が閉塞されてしまう危険性が小さくなる。従って、本発明の電池では、電池ケースの内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース内のガスを、適切に、外部に排出することができる。

また、本発明の電池では、開口端構成予定部（ガス排出路の内側開口をなす部位）を、電池ケースの壁部のうち、捲回体の外周面と対向する対向壁部に配置している。このため、弁部材の開裂によりガス排出路が生じる形態の電池とした場合でも、弁部材が開裂した際に、発火する危険性もない。

なお、安全弁機構とは、電池ケースの内圧の過昇圧を防止する構造全体を言う。第１の安全弁機構の例として、電池ケースの対向壁部に設けられた貫通孔をなす壁面と、この貫通孔を封止する弁部材とを有する安全弁機構を挙げることができる。このうち、弁部材は、例えば、対向壁部の貫通孔を封止する形態で電池ケースに固着されており、電池ケースの内圧が所定値を超えたときに、自身が開裂して、貫通孔の封止を開放するものが挙げられる。また、弾性力等により、対向壁部の貫通孔を封止する形態で対向壁部を押圧しており、電池ケースの内圧が所定値を超えたときに、対向壁部から離間して、貫通孔の封止を開放するものでも良い。

また、第２の安全弁機構の例として、電池ケースの対向壁部のうち、他の部位よりも脆弱とされた脆弱部と、その周縁部とを挙げることができる。この場合は、電池ケースの内圧が所定値を超えたときに、対向壁部が脆弱部の位置で開裂することで、ガス排出路が形成される。

また、排出路構成予定部とは、電池ケース内のガスを外部に排出するガス排出路を構成することが予定されている部位を言う。上記第１の安全弁機構の例において、電池ケースの外側で、弁部材により貫通孔を封止する場合は、電池ケースの対向壁部に設けられた貫通孔をなす壁面と、弁部材の内側面のうち対向壁部の貫通孔に面する部位とが、排出路構成予定部に相当する。また、上記第２の安全弁機構の例では、対向壁部の内側面のうち、脆弱部及びその周縁部に含まれる部位が、排出路構成予定部となる。

また、開口端構成予定部とは、排出路構成予定部のうち、ガス排出路のうち、最も電池ケース内側に位置する開口端を構成することが予定されている部位を言う。上記第１の安全弁機構の例において、電池ケースの外側で、弁部材により貫通孔を封止する場合は、電池ケースの対向壁部に形成されている貫通孔をなす壁面のうち、電池ケース内側開口端が、開口端構成予定部となる。この場合、安全弁機構が作動する前から、既に、開口端構成予定部により開口端が形成されている。一方、電池ケースの内側で、開裂型の弁部材により貫通孔を封止する場合は、弁部材の内側面のうち、開裂が予定されている部位の周縁に位置する環状部が、開口端構成予定部となる。この場合、弁部材の開裂により生じた貫通孔のケース内側開口端が、ガス排出路の最も内側に位置する開口端を構成することとなるので、弁部材の開裂により、初めて、開口端が現出することとなる。

また、上記第２の安全弁機構の例では、対向壁部の内側面のうち、脆弱部の周縁に位置する環状部が、開口端構成予定部となる。この場合は、脆弱部の開裂により生じた貫通孔のケース内側開口端が、ガス排出路の最も内側に位置する開口端を構成することとなる。この場合は、脆弱部の開裂により、初めて、開口端が現出することとなる。

さらに、上記の電池であって、前記正極板の電荷を集電する正極集電部材、及び前記負極板の電荷を集電する負極集電部材を有し、前記捲回体は、その軸線方向の一方端部に位置し、前記正極板、負極板、及びセパレータのうち上記正極板の一部のみが渦巻状に重なる正極捲回部、及び他方端部に位置し、上記正極板、負極板、及びセパレータのうち上記負極板の一部のみが渦巻状に重なる負極捲回部を含み、前記膨張変形抑制部は、上記正極捲回部の少なくとも一部からなり、上記捲回体の軸線方向と直交する方向（軸線に直交する平面に沿う方向）に圧縮されて、隙間なく重なり合って接合されると共に、上記正極集電部材に固着された１または複数の正極固着部、及び上記負極捲回部の少なくとも一部からなり、上記捲回体の軸線方向と直交する方向（軸線に直交する平面に沿う方向）に圧縮されて、隙間なく重なり合って接合されると共に、上記負極集電部材に固着された１または複数の負極固着部の少なくともいずれかである電池とすると良い。

本発明の電池では、膨張変形抑制部として、正極捲回部の少なくとも一部からなり、正極集電部材に固着された１または複数の正極固着部、及び負極捲回部の少なくとも一部からなり、負極集電部材に固着された１または複数の負極固着部の少なくともいずれかを有している。このような形態の電池では、内圧が上昇しても、捲回体の軸線方向の両端部のうち、正極固着部または負極固着部が設けられている端部の膨張を抑制することができる。しかも、電極板と集電部材との間の電気抵抗を小さくできるので、正極板の電荷及び負極板の電荷を、効率良く集電することができる。

さらに、上記いずれかの電池であって、前記開口端構成予定部の全体が、前記捲回体の軸線方向に見て、上記捲回体の軸線方向中央位置から離間した位置に配置されてなる電池とすると良い。

本発明の電池では、開口端構成予定部の中心のみならず、開口端構成予定部の全体を、捲回体の軸線方向に見て、捲回体の軸線方向中央位置から離間した位置に設けている。これにより、開口端構成予定部の中心と、捲回体の軸線方向中央位置との間の距離を大きくできるので、内圧上昇に伴い、捲回体の軸線方向中央部が大きく膨張した場合でも、捲回体が、開口端構成予定部（従って、ガス排出路の内側開口）に近接するのを防止できる。従って、捲回体の表面をなす部位（正極や負極など）によって、ガス排出路の内側開口が閉塞されてしまう不具合を、適切に防止できる。すなわち、電池ケースの内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース内のガスを、適切に、外部に排出することができる。

さらに、上記いずれかの電池であって、前記開口端構成予定部は、前記捲回体の軸線方向に見て、当該開口端構成予定部の中心が、上記捲回体の軸線方向中央位置よりも、前記膨張変形抑制部に近い位置に配置されてなる電池とすると良い。

開口端構成予定部を、捲回体の軸線方向中央位置から膨張変形抑制部に近づけるにしたがって、捲回体の軸線方向中央部が膨張したときの、捲回体と開口端構成予定部（ガス排出路の内側開口をなす部位）との間隙を、大きくすることができる。従って、本発明の電池のように、開口端構成予定部の中心を、捲回体の軸線方向中央位置よりも、膨張変形抑制部に近い位置に配置することで、捲回体が開口端構成予定部（ガス排出路の内側開口をなす部位）に近接するのを、より一層、防止できる。これにより、捲回体の表面をなす部位（正極板、負極板、セパレータなど）によって、ガス排出路の内側開口が閉塞されてしまう不具合を、適切に防止できる。

さらに、上記いずれかの電池であって、前記膨張変形抑制部は、前記開口端構成予定部が位置する前記対向壁部に直交する方向に見て、前記捲回体の軸線方向端部うち、上記開口端構成予定部が位置する上記対向壁部側に位置する部位を含む電池とすると良い。

本発明の電池では、開口端構成予定部が位置する対向壁部に直交する方向に見て、捲回体の軸線方向端部のうち、開口端構成予定部が位置する対向壁部側に位置する部位について、適切に、径方向外側への膨張を抑制することができる。このため、前述のような位置に、開口端構成予定部（ガス排出路の内側開口をなす部位）を配置することで、捲回体が開口端構成予定部（ガス排出路の内側開口をなす部位）に近接するのを、より効果的に防止できる。これにより、捲回体の表面をなす部位（正極板、負極板、セパレータなど）によって、ガス排出路の内側開口が閉塞されてしまう不具合を、適切に防止できる。

次に、本発明の実施形態（実施例１〜５）について、図面を参照しつつ説明する。
（実施例１）
本実施例１の電池１００は、図１に示すように、直方体形状の電池ケース１１０と、正極端子１２０と、負極端子１３０とを備える角形密閉式電池である。
電池ケース１１０は、金属からなり、直方体形状の収容空間をなす角形収容部１１１と、金属製の蓋部１１２とを有している。電池ケース１１０（角形収容部１１１）の内部には、捲回体１５０、正極集電部材１２２、負極集電部材１３２などが収容されている。正極集電部材１２２及び負極集電部材１３２は、図１，図２に示すように、細長板形状の金属部材であり、それぞれ、正極端子１２０及び負極端子１３０に接続されている。

捲回体１５０は、図２に示すように、断面長円状をなし、シート状の正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７を捲回してなる扁平型の捲回体である。この捲回体１５０は、その軸線方向（図１において左右方向）の一方端部（図１において右端部）に位置し、正極板１５５の一部のみが渦巻状に重なる正極捲回部１５５ｂと、他方端部（図１において左端部）に位置し、負極板１５６の一部のみが渦巻状に重なる負極捲回部１５６ｂとを有している。なお、正極板１５５には、正極捲回部１５５ｂを除く部位に、活物質を含む正極合材が塗工されている。同様に、負極板１５６には、負極捲回部１５６ｂを除く部位に、活物質を含む負極合材が塗工されている。

正極捲回部１５５ｂは、図２に示すように、外側から捲回体１５０の軸線方向（軸線１５０ｄの延びる方向、図２において紙面に直交する方向）に直交する方向（図２において左から右に向かう方向）に圧縮されて、隙間なく重なり合って互いに接合されると共に、正極集電部材１２２に固着（溶接）された正極固着部１５５ｃを含んでいる。従って、正極基板１５５の電荷を、正極固着部１５５ｃを介して正極集電部材１２２に集電することができる。同様に、負極捲回部１５６ｂも、外側から捲回体１５０の軸線方向に直交する方向（図１において手前から奥に向かう方向）に圧縮されて、隙間なく重なり合って互いに接合されると共に、負極集電部材１３２に固着（溶接）された負極固着部１５６ｃを含んでいる。従って、負極基板１５６の電荷を、負極固着部１５６ｃを介して負極集電部材１３２に集電することができる。

蓋部１１２には、図１に示すように、貫通孔１１２ｂが形成されている。この貫通孔１１２ｂは、円盤状をなす金属製の弁部材１４０により、電池ケース１１０の外側から封止されている。具体的には、弁部材１４０が、貫通孔１１２ｂを封止するように、蓋部１１２の外側面１１２ｆ上に溶接されている。このような電池１００では、図４に示すように、電池ケース１１０の内圧が所定値を超えると、弁部材１４０が開裂して、貫通孔１１２ｂと弁部材１４０の開裂により生じた開裂孔１４１とからなるガス排出路１６０が形成される。

なお、本実施例１では、弁部材１４０と、蓋部１１２の貫通孔をなす壁面１１２ｂとが、安全弁機構に相当する。また、蓋部１１２の貫通孔をなす壁面１１２ｂと、弁部材１４０の内側面のうち蓋部１１２の貫通孔に面する部位（開裂孔１４１をなすことが予定されている部位）とが、ガス排出路構成予定部に相当する。また、蓋部１１２の貫通孔をなす壁面１１２ｂのうち、最も内側に位置する内側開口端１１２ｃが、開口端構成予定部に相当する。

このように、本実施例１の電池１００では、ガス排出路１６０の最も内側に位置する開口端を構成することが予定されている開口端構成予定部を、電池ケース１１０の蓋部１１２に配置している。すなわち、開口端構成予定部に相当する内側開口端１１２ｃを、捲回体１５０の外周面１５０ｃと対向する対向壁部に相当する蓋部１１２に配置している。このため、電池ケース１１０の内圧が所定値を超えて、弁部材１４０が開裂すると共に、ガスが外部に排出される際、発火する危険性がない。

ところで、本実施例１の電池１００では、前述のように、捲回体１５０の両端部に、正極集電部材１２２及び負極集電部材１３２に固着された正極固着部１５５ｃ及び負極固着部１５６ｃを有している（図１参照）。従って、過充電等により、捲回体１５０の内側にガスが溜まり、捲回体１５０に径方向外側へ膨張する力が働いた場合でも、捲回体１５０の両端部では、径方向外側への膨張が抑制されることとなる。このような形態の捲回体１５０は、両端部からガスが抜け難いので、膨張し易い上、内圧が上昇（電池ケース１１０内部のガス量が増大）しても、捲回体１５０の両端部の膨張は抑制される。このため、内圧が上昇すると、図３に示すように、特に、捲回体１５０の軸線方向中央位置１５０ｂが大きく膨張し、捲回体１５０は、ビア樽形状に大きく変形しがちである。

このため、図３からわかるように、例えば、捲回体１５０の軸線方向（図において左右方向）に見て、開口端構成予定部の中心（ガス排出路の内側開口をなす部位の中心）と、捲回体１５０の軸線方向中央位置１５０ｂとが一致する場合は、捲回体１５０により、ガス排出路の内側開口が閉塞されてしまう虞がある。従って、弁部材が開裂しても、電池ケース１１０の内部のガスを、適切に、外部に排出することができない虞があった。

これに対し、本実施例１の電池１００では、図１に示すように、内側開口端１１２ｃ（開口端構成予定部）の中心１１２ｄ（ガス排出路１６０の内側開口１６０ｂの中心となる位置、図４参照）を、蓋部１１２（対向壁部）のうち、捲回体１５０の軸線方向（図１において左右方向）に見て、捲回体１５０の軸線方向中央位置１５０ｂから、距離Ｌ１だけ離間した位置に配置している。しかも、内側開口端１１２ｃの全体を、捲回体１５０の軸線方向（図１において左右方向）に見て、捲回体１５０の軸線方向中央位置１５０ｂから離間した位置に配置している。

その上、内側開口端１１２ｃの中心１１２ｄと正極固着部１５５ｃ（正極捲回部１５５ｂ）との距離Ｌ２を、捲回体１５０の軸線方向中央位置１５０ｂと内側開口端１１２ｃの中心１１２ｄとの距離Ｌ１よりも小さくしている。すなわち、捲回体１５０の軸線方向（図１において左右方向）に見て、内側開口端１１２ｃ（開口端構成予定部）を、捲回体１５０の軸線方向中央位置１５０ｂよりも、正極固着部１５５ｃ（正極捲回部１５５ｂ）に近い位置に配置している。

前述のように、本実施例１の電池１００では、捲回体１５０に、その軸線方向両端部の位置に、正極固着部１５５ｃ及び負極固着部１５６ｃ（膨張変形抑制部に相当する）を設けている。特に、図２に示すように、正極固着部１５５ｃを、内側開口端１１２ｃ（開口端構成予定部）が位置する蓋部１１２に直交する方向（図２において上下方向）に見て、捲回体１５０の正極捲回部１５５ｂのうち、軸線１５０ｄよりも蓋部１１２側に位置する部位（図２において、一点鎖線より上側に位置する部位）に設けている。詳細には、正極固着部１５５ｃを、捲回体１５０の正極捲回部１５５ｂのうち、軸線１５０ｄよりも蓋部１１２側に位置する部位（図２において、一点鎖線より上側に位置する部位）の略全体に設けている。

このため、図３に示すように、内圧が上昇した場合でも、捲回体１５０のうち、正極固着部１５５ｃ側の部位（図３において右側の部位）について、蓋部１１２に向かう方向（図３において上方向）への膨張変形を、適切に防止することができる。従って、上記の位置に内側開口端１１２ｃ（開口端構成予定部）を配置することにより、内圧上昇に伴って捲回体１５０が大きく膨張した場合でも、捲回体１５０の外周面１５０ｃが、内側開口端１１２ｃ（開口端構成予定部）に近接するのを防止することができる。

さらには、図４に示すように、電池ケース１１０の内圧が所定値を超えて、弁部材１４０が開裂したときも、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）が、排出されるガスと共に、ガス排出路１６０の内側開口１６０ｂに引き込まれる不具合を、適切に防止できる。

従って、本実施例１の電池１００では、電池ケース１１０内のガスを外部に排出する際、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）によって、ガス排出路１６０の内側開口１６０ｂが閉塞されてしまう不具合を、適切に防止できる。すなわち、電池ケース１１０の内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース１１０内のガスを、適切に、外部に排出することができる。

このような本実施例１の電池１００は、次のようにして製造する。
まず、２種類の金属シートに、それぞれ異なる活物質を含む電極合材（正極合材と負極合材）を塗布して、シート状の正極板１５５及び負極板１５６を製造する。次いで、正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７を積層し、これを捲回して捲回体１５０を形成する。

なお、正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７を積層する際には、捲回体１５０の一端部に、正極板１５５のうち正極合材を塗工していない未塗工部（正極捲回部１５５ｂとなる部位）のみが位置するように、正極板１５５を配置しておく。さらには、負極板１５６のうち負極合材を塗工していない未塗工部（負極捲回部１５６ｂとなる部位）が、正極板１５５の未塗工部とは反対側に位置するように、負極板１５６を配置しておく。これにより、正極捲回部１５５ｂ及び負極捲回部１５６ｂを有する捲回体１５０が形成される。

また、正極集電部材１２２と正極端子１２０とが一体となった金属部材、及び負極集電部材１３２と負極端子１３０とが一体となった金属部材を用意する。次いで、捲回体１５０の正極捲回部１５５ｂと正極集電部材１２２とを接続する。具体的には、図２に示すように、正極集電部材１２２を、正極捲回部１５５ｂの一部（正極固着部１５５ｃ）に対し、捲回体１５０の軸線方向と直交する方向Ｆ（図２において右方向）に圧着した状態で、両者を溶接（例えば、超音波溶接、スポット溶接）する。このとき、正極固着部１５５ｃは、正極集電部材１２２により、捲回体１５０の軸線方向と直交する方向Ｆ（図２において右方向）に圧縮されて、隙間なく重なり合って接合されると共に、正極集電部材１２２に固着される。同様に、負極集電部材１３２と、負極捲回部１５６ｂの一部（負極固着部１５６ｃ）とを圧着した状態で、両者を溶接（例えば、超音波溶接、スポット溶接）する。

また、これとは別に、所定の位置に貫通孔１１２ｂを設けた蓋部１１２と、角形収容部１１１とを用意する。
次いで、正極端子１２０及び負極端子１３０を、蓋部１１２の所定位置に配置すると共に、捲回体１５０を角形収容部１１１内に挿入する。次いで、角形収容部１１１と蓋部１１２との間の位置で、全周溶接することにより、電池ケース１１０を封止する。次いで、電池ケース１１０の内部に電解液を注入した後、蓋部１１２の貫通孔１１２ｂを封止する位置で、弁部材１４０を蓋部１１２の外側面１１２ｆ上に溶接することで、図１に示す電池１００が完成する。

（実施例２）
本実施例２の電池２００は、実施例１の電池１００と比較して、蓋部の貫通孔（開口端構成予定部）及び正極端子１２０の位置が異なり、その他については、ほぼ同様である。具体的には、実施例１では、図１に示すように、正極端子１２０を蓋部１１２の一端部（図１において右端部）に配置する一方、負極端子１３０を蓋部１１２の他端部（図１において左端部）に配置し、貫通孔１１２ｂを両者の間に配置した。これに対し、本実施例２では、図５に示すように、正極端子１２０及び負極端子１３０を共に、蓋部２１２の同一端部（図１において左端部）に配置すると共に、貫通孔２１２ｂを、他端部（図１において右端部）に配置している。

しかも、図１と図５とを比較するとわかるように、本実施例２では、捲回体１５０の軸線方向（図１において左右方向）に見て、内側開口端２１２ｃの中心２１２ｄ（ガス排出路２６０の内側開口２６０ｂの中心となる位置、図７参照）を、実施例１よりも、正極固着部１５５ｃ（正極捲回部１５５ｂ）に近い位置に配置している。詳細には、内捲回体１５０の軸線方向（図１において左右方向）に見て、内側開口端２１２ｃの中心２１２ｄを、正極固着部１５５ｃ（正極捲回部１５５ｂ）に近接させている。

これにより、図７に示すように、内圧が大きく上昇して、捲回体１５０の軸線方向中心位置１５０ｂ近傍が大きく膨張した場合でも、捲回体１５０の外周面１５０ｃが、より一層、内側開口端２１２ｃ（開口端構成予定部）に近接し難くなる。さらには、電池ケース２１０の内圧が所定値を超えて、弁部材１４０が開裂したときも、、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）が、排出されるガスと共に、ガス排出路２６０の内側開口２６０ｂに引き込まれる不具合を、より一層防止できる。

従って、本実施例２の電池２００では、電池ケース２１０内のガスを外部に排出する際、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）によって、ガス排出路２６０の内側開口２６０ｂが閉塞されてしまう不具合を、適切に防止できる。すなわち、電池ケース２１０の内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース２１０内のガスを、適切に、外部に排出することができる。

また、本実施例２では、図５に示すように、正極集電部材１２２と正極端子１２０とは、正極リード２２１を介して接続している。但し、図６に示すように、正極リード２２１を、蓋部２１２の貫通孔２１２ｂを遮らない位置に設けている。すなわち、正極リード２２１を、貫通孔２１２ｂの直下に配置せず、ずれた位置に配置している。これにより、電池ケース２１０内のガスを外部に排出する際、正極リード２２１により、ガスの排出が妨げられる虞がない。

なお、本実施例２では、弁部材１４０と、蓋部２１２の貫通孔をなす壁面２１２ｂとが、安全弁機構に相当する。また、蓋部２１２の貫通孔をなす壁面２１２ｂと、弁部材１４０の内側面のうち蓋部２１２の貫通孔に面する部位（開裂孔１４１をなすことが予定されている部位）とが、ガス排出路構成予定部に相当する。また、蓋部２１２の貫通孔をなす壁面２１２ｂのうち、最も内側に位置する内側開口端２１２ｃが、開口端構成予定部に相当する。

（実施例３）
本実施例３の電池３００は、実施例１の電池１００と比較して、弁部材及びその位置が異なり、その他については、ほぼ同様である。具体的には、実施例１では、図１に示すように、弁部材１４０を、蓋部１１２の外側面１１２ｆ上に配置した。これに対し、本実施例３では、図８に示すように、円盤状の弁部材３４０を、蓋部３１２の内側面３１２ｇ上に配置している。

なお、弁部材３４０には、他の部位よりも薄肉な脆弱部３４０ｂが設けられている。このため、電池ケース３１０の内圧が所定値を超えたときには、図９に示すように、弁部材３４０が脆弱部３４０ｂの位置で開裂し、開裂により生じた開裂孔３４１と蓋部３１２の貫通孔３１２ｂとからなるガス排出路３６０が形成される。従って、本実施例３では、図９に示すように、弁部材３４０の内側面のうち脆弱部３４０ｂより径方向外側に位置する環状部３４２が、ガス排出路３６０の内側開口端となる。すなわち、弁部材３４０の内側面のうち脆弱部３４０ｂより径方向外側に位置する環状部３４２が、開口端構成予定部に相当する。なお、環状部３４２の中心３４２ｄの位置は、実施例１の内側開口端１１２ｃの中心１１２ｄの位置と一致させている。

このような実施例３の電池３００でも、図９に示すように、内圧が大きく上昇して、捲回体１５０が大きく膨張した場合でも、捲回体１５０の外周面１５０ｃが、環状部３４２（開口端構成予定部）に近接するのを防止することができる。さらには、電池ケース３１０の内圧が所定値を超えて、弁部材３４０が開裂したときも、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）が、排出されるガスと共に、ガス排出路３６０の内側開口３６０ｂに引き込まれる不具合を、適切に防止できる。

従って、本実施例３でも、実施例１と同様に、電池ケース３１０内のガスを外部に排出する際、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位によって、ガス排出路３６０の内側開口３６０ｂが閉塞されてしまう不具合を防止できる。すなわち、電池ケース３１０の内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース３１０内のガスを、適切に、外部に排出することができる。

なお、本実施例３では、図８に示すように、弁部材３４０と、蓋部３１２の貫通孔をなす壁面３１２ｂとが、安全弁機構に相当する。また、蓋部３１２の貫通孔をなす壁面３１２ｂと、弁部材３４０の内側面のうち貫通孔をなす壁面３１２ｂを軸線方向（図８において下方）に延長した領域内に含まれる部位（開裂孔３４１をなすことが予定されている部位）とが、ガス排出路構成予定部に相当する。

（実施例４）
本実施例４の電池４００は、実施例１の電池１００と比較して、安全弁機構の形態が異なり、その他については、ほぼ同様である。具体的には、実施例１では、図１に示すように、弁部材１４０により、蓋部１１２の貫通孔１１２ｂを封止することで、安全弁機構を構成した。これに対し、本実施例４では、図１０に示すように、蓋部４１２の一部に、他の部位よりも薄肉の脆弱部４１３を設けることで、安全弁機構を構成している。

この電池４００では、電池ケース４１０の内圧が所定値を超えたときには、図１１に示すように、蓋部４１２が脆弱部４１３の位置で開裂し、開裂により生じた開裂孔４１２ｂからなるガス排出路４６０が形成される。従って、本実施例４では、図１１に示すように、蓋部４１２の内側面４１２ｇのうち脆弱部４１３の周縁に位置する環状部４１２ｃが、ガス排出路４６０の内側開口端となる。すなわち、蓋部４１２の内側面４１２ｇのうち脆弱部４１３の周縁に位置する環状部４１２ｃが、開口端構成予定部に相当する。なお、環状部４１２ｃの中心３４２ｄの位置は、実施例１の内側開口端１１２ｃの中心１１２ｄの位置と一致させている。

このような電池４００でも、図１１に示すように、内圧が大きく上昇して、捲回体１５０が大きく膨張した場合でも、捲回体１５０の外周面１５０ｃが、環状部４１２ｃ（開口端構成予定部）に近接するのを防止することができる。さらには、電池ケース４１０の内圧が所定値を超えて、蓋部４１２が脆弱部４１３の位置で開裂したときも、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）が、排出されるガスと共に、ガス排出路４６０の内側開口４６０ｂに引き込まれる不具合を、適切に防止できる。

従って、本実施例４でも、実施例１と同様に、電池ケース４１０内のガスを外部に排出する際、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位によって、ガス排出路４６０の内側開口４６０ｂが閉塞されてしまう不具合を防止できる。すなわち、電池ケース４１０の内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース４１０内のガスを、適切に、外部に排出することができる。

なお、本実施例４では、図１０に示すように、蓋部４１２の脆弱部４１３及びその周縁部が、安全弁機構に相当する。また、蓋部４１２の内側面４１２ｇのうち、脆弱部４１３及びその周縁部に含まれる部位（開裂孔４１２ｂをなすことが予定されている部位）とが、ガス排出路構成予定部に相当する。

（実施例５）
本実施例５の電池５００は、実施例１の電池１００と比較して、安全弁機構の構成が異なり、その他については、ほぼ同様である。具体的には、実施例１では、図１に示すように、蓋部１１２の貫通孔１１２ｂを封止するように、蓋部１１２の外側面１１２ｆ上に固着（溶接）された金属製の弁部材１４０により、安全弁機構を構成した。これに対し、本実施例５では、図１２に示すように、蓋部５１２の貫通孔５１２ｂを封止するように、蓋部５１２の外側面５１２ｆ上に載置されたゴム製の弁部材５４１と、この弁部材５４１を蓋部５１２の外側面５１２ｆに向けて押圧しつつ、蓋部５１２の外側面５１２ｆ上に固着（溶接）された安全弁ケース５４２とにより、安全弁機構５４０を構成している。

この電池５００では、電池ケース５１０の内圧が所定値を超えたときには、図１３に示すように、内圧により弁部材５４１が上方に弾性的に圧縮変形し、弁部材５４１と蓋部５１２の外側面５１２ｆとの間に、間隙が生じる。このとき、蓋部５１２の貫通孔５１２ｂと、弁部材５４１と蓋部５１２の外側面５１２ｆとの間に生じた間隙と、安全弁ケース５４２の内部空間と、安全弁ケース５４２の貫通孔５４２ｂとにより、ガス排出路５６０が形成される。従って、本実施例５では、蓋部５１２の貫通孔５１２ｂの内側開口端５１２ｃが、開口端構成予定部に相当する。なお、内側開口端５１２ｃの中心５１２ｄの位置は、実施例１の内側開口端１１２ｃの中心１１２ｄの位置と一致させている。

このような電池５００でも、図１３に示すように、内圧が大きく上昇して、捲回体１５０が大きく膨張した場合でも、捲回体１５０の外周面１５０ｃが、内側開口端５１２ｃ（開口端構成予定部）に近接するのを防止することができる。さらには、電池ケース５１０の内圧が所定値を超えて、弁部材５４１が上方に圧縮変形し、ガス排出路５６０が形成されたときも、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）が、排出されるガスと共に、ガス排出路５６０の内側開口５６０ｂに引き込まれる不具合を、適切に防止できる。

従って、本実施例５でも、実施例１と同様に、電池ケース５１０内のガスを外部に排出する際、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）によって、ガス排出路５６０の内側開口５６０ｂが閉塞されてしまう不具合を、適切に防止できる。すなわち、電池ケース５１０の内圧が所定値を超えた場合には、電池ケース５１０内のガスを、適切に、外部に排出することができる。

以上において、本発明を実施例１〜５に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例１〜５では、断面長円状をなす扁平型の捲回体１５０を用いたが、捲回体の形状は、断面長円状をなす扁平型に限らず、円筒状などいずれの形状であっても良い。

また、実施例１〜５では、開口端構成予定部（貫通孔１１２ｂの内側開口端１１２ｃなど）を、電池ケース１１０〜５１０の蓋部１１２〜５１２に設けた。しかしながら、開口端構成予定部（貫通孔１１２ｂの内側開口端１１２ｃなど）は、蓋部１１２〜５１２に限らず、電池ケース１１０〜５１０のうち、捲回体１５０の外周面１５０ｃに対向する４つの対向壁部（蓋部１１２〜５１２と対向する底壁部や、図示していないが、図１において、角形収容部１１１をなす壁部のうち、紙面に沿う方向に延びる壁部であって、紙面手前側と奥側とに位置する壁部）であればいずれの位置に設けても良い。

また、実施例１〜５では、捲回体１５０の軸線方向両端部（正極固着部１５５ｃ及び負極固着部１５６ｃ）を、正極集電部材１２２及び負極集電部材１３２に固着して、両端部の膨張が抑制される形態とした。しかしながら、実施例１〜５のように、必ずしも捲回体１５０の軸線方向両端部の膨張を抑制する必要はなく、一方端部（例えば、正極捲回部１５５ｂ）のみの膨張を抑制し、捲回体１５０の軸線方向に見て、捲回体１５０の軸線方向中央位置１５０ｂよりも膨張を抑制した端部側に、開口端構成予定部の中心（内側開口端１１２ｃの中心１１２ｄなど）を配置するようにしても良い。このようにしても、電池ケース１１０内のガスを外部に排出する際、捲回体１５０の外周面１５０ｃ側に位置する部位（正極板１５５、負極板１５６、及びセパレータ１５７の少なくともいずれか）によって、ガス排出路の内側開口が閉塞されてしまう不具合を、適切に防止できる。

実施例１にかかる電池１００の電池ケース１１０を破断した部分破断図である。図１のＡ−Ａ矢視断面図である。電池１００の内圧が上昇したときの様子を示す説明図である。電池１００の弁部材１４０が開裂したときの様子を示す説明図である。実施例２にかかる電池２００の電池ケース２１０を破断した部分破断図である。図５のＢ−Ｂ断面図である。電池２００の弁部材１４０が開裂したときの様子を示す説明図である。実施例３にかかる電池３００のうち、弁部材３４０付近を示す部分拡大断面図である。電池３００の弁部材３４０が開裂したときの様子を示す説明図である。実施例４にかかる電池４００のうち、蓋部４１２の脆弱部４１３付近を示す部分拡大断面図である。電池４００の蓋部４１２が、脆弱部４１３の位置で開裂したときの様子を示す説明図である。実施例５にかかる電池５００のうち、安全弁機構５４０付近を示す部分拡大断面図である。電池５００の安全弁機構５４０が作動したときの様子を示す説明図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００，５００電池
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０電池ケース
１１２，２１２，３１２，４１２，５１２蓋部（対向壁部）
１１２ｃ，２１２ｃ，３４２，４１２ｃ，５１２ｃ開口端構成予定部
１１２ｄ，２１２ｄ，３４２ｄ，４１２ｄ，５１２ｄ開口端構成予定部の中心
１２２正極集電部材
１３２負極集電部材
１４０，２４０，３４０弁部材
１５０捲回体
１５０ｂ捲回体の軸線方向中央位置
１５５ｂ正極捲回部
１５５ｃ正極固着部
１５６ｂ負極捲回部
４１３蓋部４１２の脆弱部
５４０安全弁機構

Claims

シート状の正極板、負極板、及びセパレータを捲回してなる捲回体と、
直方体形状をなし、上記捲回体を内部に収容してなり、上記捲回体の外周面と対向する４つの対向壁部を有する電池ケースと、
上記電池ケースの内圧の過昇圧を防止する安全弁機構であって、上記電池ケースの内圧が所定値を超えた場合に、上記電池ケース内のガスを外部に排出するガス排出路を構成することが予定されている排出路構成予定部を含む安全弁機構と、
を備える電池であって、
上記捲回体は、その軸線方向の両端部のうち少なくとも一方の端部に、当該捲回体の径方向外側への膨張変形が抑制されてなる膨張変形抑制部を含み、
上記排出路構成予定部のうち、上記ガス排出路の最も内側に位置する開口端を構成することが予定されている開口端構成予定部は、上記対向壁部に位置し、
上記開口端構成予定部の中心は、上記対向壁部のうち、上記捲回体の軸線方向に見て、上記捲回体の軸線方向中央位置よりも上記膨張変形抑制部側の位置に配置されてなる
電池。
請求項１に記載の電池であって、
前記正極板の電荷を集電する正極集電部材、及び前記負極板の電荷を集電する負極集電部材を有し、
前記捲回体は、
その軸線方向の一方端部に位置し、前記正極板、負極板、及びセパレータのうち上記正極板の一部のみが渦巻状に重なる正極捲回部、及び
他方端部に位置し、上記正極板、負極板、及びセパレータのうち上記負極板の一部のみが渦巻状に重なる負極捲回部を含み、
前記膨張変形抑制部は、
上記正極捲回部の少なくとも一部からなり、上記捲回体の軸線方向と直交する方向に圧縮されて、隙間なく重なり合って接合されると共に、上記正極集電部材に固着された１または複数の正極固着部、及び
上記負極捲回部の少なくとも一部からなり、上記捲回体の軸線方向と直交する方向に圧縮されて、隙間なく重なり合って接合されると共に、上記負極集電部材に固着された１または複数の負極固着部の少なくともいずれかである
電池。
請求項１または請求項２に記載の電池であって、
前記開口端構成予定部の全体が、前記捲回体の軸線方向に見て、上記捲回体の軸線方向中央位置から離間した位置に配置されてなる
電池。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電池であって、
前記開口端構成予定部は、
前記捲回体の軸線方向に見て、当該開口端構成予定部の中心が、上記捲回体の軸線方向中央位置よりも、前記膨張変形抑制部に近い位置に配置されてなる
電池。
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電池であって、
前記膨張変形抑制部は、
前記開口端構成予定部が位置する前記対向壁部に直交する方向に見て、前記捲回体の軸線方向端部のうち、上記開口端構成予定部が位置する上記対向壁部側に位置する部位を含む
電池。