JP2014154292A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】内圧の異常な上昇時に安全弁から確実にガスを抜くことができる二次電池を，簡易な構成で提供すること。
【解決手段】電池１００は，扁平形状の電極体１５０と，電極体を内部に収容する角型のケース本体部材１１１（電池ケース本体），及び，ケース本体部材の開口部１１１ｄを閉塞する封口蓋１１３（電池ケース蓋）を備える電池ケース１１０と，正負の電極端子部材（正極端子構造体６０および負極端子構造体１０）と，封口蓋に設けられ，電池ケースの内圧が上昇した場合に電池ケースの内外を連通させて内圧を開放する安全弁１２０と，を備えている。この安全弁は，その最外周部１２３ａが，封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から前端１１４ａへ，封口蓋１１３の短手方向に沿う幅寸法の１／３の距離離れて配置されるように，前方へ片寄って設けられている。
【選択図】図９

Description

本発明は，二次電池，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電池ケースの内圧の過昇圧を防止する二次電池に関する。

従来より，過充電などにより電池ケースの内圧が所定値を超える（異常に上昇する）と，電池ケース内のガスを外部に排出して電池ケースの内圧の過昇圧を防止する二次電池が，多数提案されている。このような二次電池では，電池ケースの内圧が所定値を超えた場合に，安全弁が開裂し，電池ケース内のガスを外部に排出する。これにより，二次電池の破裂等の危険を防止している。

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，電池ケース内で膨張した電極体が，開裂した安全弁を閉塞してしまうことがあった。このようなことがあると，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。

このような不具合を防止するために，例えば下記特許文献１に記載の二次電池が提案されている。下記特許文献１の二次電池は，電池ケースの内部で，正極端子と封口蓋とを絶縁する内部絶縁部材を備えている。内部絶縁部材は，正極端子と封口蓋との間に挟まれる取付部と，この取付部から安全弁側に延びる延長部を有している。延長部には，安全弁に向けてガスを案内可能なガス案内溝が形成されている。このガス案内溝は，電極体に対向する側が閉じ，封口蓋に対向する側が解放された断面形状である。このように構成された二次電池によれば，電極体が膨張しても延長部が潰れにくい上，この延長部にガス案内溝が形成されているため，内圧上昇時にガス排出路を確保することができ，電池ケースの内圧上昇を適切に抑えることができる。

特開２０１０−２８２８４７号公報

しかしながら，上記した従来の技術には，次の点で改良の余地があった。すなわち，近年では，電池が小型化される中で，高容量化の要請から電極体が大型化しており，電池ケース（安全弁）と電極体との間の間隙が極めて小さくなっている。そのため，上記した技術を用いても，ガス排出路を確保できないことも考えられる。

また，正極端子に，所定内圧時に作動する感圧型の電流遮断機構を組み込んだ構成の二次電池では，ただでさえ電池ケース内に配される部材が多く，電池ケース内の構造が複雑である。従って，このような二次電池であっても内圧の異常な上昇時にガス排出路を確保できるよう，上記文献よりも簡易な構成でガス排出路を確保する技術の登場が期待されていた。

本発明は，上記した事情に鑑みてなされたものである。すなわちその課題とするところは，内圧の異常な上昇時に安全弁から確実にガスを抜くことができる二次電池を，簡易な構成で提供することである。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の二次電池は，正負の電極板がセパレータと共に扁平形状に捲回された電極体と，上部に開口部を有して，電極体の捲回軸が長手方向と平行になるように，電極体を内部に収容する角型の電池ケース本体，及び，電池ケース本体の開口部を閉塞する電池ケース蓋を備える電池ケースと，電池ケース本体の内部で電極体に電気的に接続されるとともに，電池ケース蓋の外側へ延出される正負の電極端子と，電池ケース蓋に設けられ，電池ケースの内圧が予め定めた値を超えて上昇した場合に電池ケースの内外を連通させて内圧を開放する安全弁と，を備える二次電池であって，安全弁は，少なくともその一部が，電池ケース蓋の短手方向に沿う中央位置から端へ，電池ケース蓋の短手方向に沿う幅寸法の１／３以上の距離離れて配置されるように，片寄って設けられていることを特徴とする。

本発明の二次電池によれば，安全弁は，電池ケース蓋の短手方向に沿う中央位置から端へ片寄って設けられている。その片寄りの量は，安全弁の少なくとも一部が，電池ケース蓋の短手方向に沿う中央位置から端へ，電池ケース蓋の短手方向に沿う幅寸法の１／３以上の距離離れる程度である。そのため，電池ケースの内圧が上昇した場合には，電池ケース蓋の短手方向に沿う中央位置に安全弁の中心が来るように安全弁が設けられている場合と比べて，電池ケース蓋の短手方向に沿う端に寄った位置で，安全弁が開口する。電池ケースにおいて，この，端に寄った位置の内表面側は，扁平形状の電極体が膨張しても，電極体が接しにくい箇所である。従って，膨張した電極体によって，開口した安全弁が塞がれにくい。よって，電池ケースの外部へ，確実にガスを排出して，電池の破損や破裂を抑えることができる。

ここで，本発明の二次電池では，正負の電極端子部材のうち正極端子部材は，電池ケースの外側に位置する正極外部端子と，電池ケースの内側に位置する正極内部端子とが電気的に接続された構成とされ，この二次電池は，電池ケースの内圧が作動圧を超えたときに電極体に流れる電流を遮断する電流遮断機構を備え，電流遮断機構は，正極外部端子と正極内部端子とを接続しているダイヤフラムが電池ケースの内圧を受けて変形することにより，正極外部端子と正極内部端子との導通を遮断すると共に，安全弁と電極体との間に第１ガス排出路を形成するものであり，ダイヤフラムの変形により形成される第１ガス排出路の断面積は，安全弁の開口面積よりも大きいことが望ましい。

このように構成すれば，過充電により電池が発熱するのを，電流遮断機構により防ぐことができる。さらに電流遮断機構の作動によって，安全弁の開口面積よりも大きい断面積をもつ第１ガス排出路が形成される。従って，電極体が膨張しても，この第１ガス排出路によって，安全弁までのガスの排出経路を確保することができる。また，この第１ガス排出路は，安全弁の開口面積よりも断面積が大きいため，この第１ガス排出路を介して，開口した安全弁から電池ケース内のガスを素早く排出することができる。

また本発明の二次電池では，正負の電極端子部材のうち負極端子部材は，電極体と電池ケース蓋との間に，扁平形状に捲回された電極体の湾曲部に沿って湾曲したＲ部を備え，Ｒ部と電池ケース蓋との間に，電極体から安全弁へ至る第２ガス排出路が形成されていることが望ましい。

このように構成すれば，過充電等により電極体が膨張しても，電極体の膨張をＲ部によって規制することができる。そのため，Ｒ部と電池ケース蓋との間に形成されている第２ガス排出路は，電極体により塞がれることがない。従って，この第２ガス排出路によって，安全弁までのガスの排出経路を確保することができる。

本発明によれば，内圧の異常な上昇時に安全弁から確実にガスを抜くことができる二次電池が，安全弁を片寄った位置に設けるという簡易な構成により提供されている。

実施形態に係る二次電池を示す断面図である。 封口蓋の平面図である。 図１のＸ部分の拡大図であり，作動前の電流遮断機構の構成を示す図である。 電流遮断機構の作動後の状態を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。 図１のＢ−Ｂ断面を模式的に示す概念図である。 安全弁のオフセット量を説明するための図である。 異常時における，時間経過に対する電池ケースの内圧変化を示すグラフである。 図１のＣ−Ｃ端面を模式的に示す図である。 膨張した電極体により安全弁の開口部が閉塞された状態を示す図である。 電池ケースの変形によりガスの排出経路が形成された状態を示す図である。 実施形態に係る二次電池を直列に接続してなる組電池を示す平面図である。 同組電池において電池ケース内から電池ケース外へガスが排出される様子を示す模式図である。

以下，本発明の実施形態について，図面を参照しつつ説明する。本実施形態の二次電池１００は，図１に示すように，扁平な直方体形状（すなわち角型）の電池ケース１１０と，電池ケース１１０の内部に収容された電極体１５０とを備えるリチウムイオン二次電池である。この二次電池１００（以下単に電池１００ともいう）は，ハイブリッドカーや電気自動車等の車両や，ハンマードリル等の電池使用機器に搭載されるものである。なお，本明細書において，特に断りのない限りは，上下左右は，図１を基準にいうものとし，また，図１中紙面手前側を前方，紙面奥側を後方というものとする。

電池ケース１１０は，ケース本体部材（電池ケース本体に相当する）１１１と，封口蓋（電池ケース蓋に相当する）１１３とを有する。ケース本体部材１１１は，上部に開口部１１１ｄを有した有底の矩形箱形状をしている。また，ケース本体部材１１１は，左右方向が長く前後方向が短い扁平形状をしている。

封口蓋１１３は，ケース本体部材１１１の開口部１１１ｄに適合する矩形板状に形成されている。この封口蓋１１３は，ケース本体部材１１１の開口部１１１ｄを閉塞した状態で，その全周をケース本体部材１１１に溶接されている。

また封口蓋１１３は，その長手方向（左右方向）の両端部に，この封口蓋１１３を貫通する円形状の貫通孔（端子引出孔）１１３ｈ，１１３ｋを有している。貫通孔１１３ｈは，後述する負極端子構造体１０の一部が挿通されている端子引出孔であり，貫通孔１１３ｋは，後述する正極端子構造体６０の一部が挿通されている端子引出孔である。また図２に示すように，封口蓋１１３の長手方向の中央部には，安全弁１２０が設けられている。この安全弁１２０は，封口蓋１１３と一体的に形成されて，封口蓋１１３の一部をなしている。

安全弁１２０は，封口蓋１１３の他の部分よりも薄く形成されると共に，その上面には開裂溝１２１が形成されている（図２参照）。開裂溝１２１は，二つのＹ字の下端を向かい合わせた形状である。安全弁１２０は，電池ケース１１０内部の内圧が所定圧力に達した際に作動する。即ち，内圧が所定圧力に達したときに開裂溝１２１が破断して，開口部１２２（図９参照）が形成され，その開口部１２２から，電池ケース１１０の内部のガスを外部に放出する。言い換えれば，安全弁１２０は，電池ケース１１０の内圧が予め定められた値を超えて上昇した場合に電池ケース１１０の内外を連通させて内圧を開放するものである。なお，安全弁１２０の設けられている位置については，後に詳述する。

また，封口蓋１１３の安全弁１２０と貫通孔１１３ｋとの間には，電解液（図示なし）を電池ケース１１０内に注入するための注液口１１３ｎが形成されている。この注液口１１３ｎは，注液栓１１３ｍにより封止されている。

なお，電池ケース１１０を構成する材料としては，一般的なリチウムイオン二次電池で使用されるものと同様のものを適宜使用することができる。放熱性等の観点から，金属製（例えばアルミニウム製やスチール製等）が好ましい。本実施形態の電池ケース１１０はアルミニウム製である。

電極体１５０は，帯状の正極板１５５と負極板１５６とを，帯状のセパレータ１５７を間に介在させて捲回して扁平形状に押しつぶした捲回型の電極体である。電極体１５０は，捲回軸が横倒しとなる姿勢で（すなわち，捲回軸を水平方向に沿わせた状態で），電池ケース１１０の内部に収容されている。なお，電極体１５０には，電解液（図示せず）が含浸されている。電解液は，例えば，エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを，体積比でＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ＝３０：４０：３０に調整した混合有機溶媒に，溶質として六フッ化リン酸リチウ
ム（ＬｉＰＦ_６）を添加し，リチウムイオン濃度を１ｍｏｌ／ｌとした非水電解液である。

正極板１５５は，アルミニウム箔からなる正極基材に，正極合材層を配したものである。正極合材層は，正極活物質（例えば，コバルト酸リチウム）と，導電材（例えば，アセチレンブラック）と，結着剤（例えば，ＰＶＤＦ）とを含んでいる。負極板１５６は，銅箔からなる負極基材に，負極合材層を配したものである。負極合材層は，負極活物質（例えば，天然黒鉛）と，結着剤（例えば，ＳＢＲ）と，増粘剤（例えば，ＣＭＣ）とを含んでいる。セパレータ１５７は，多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されている。

ここで電極体１５０は，正極板１５５と負極板１５６とを幅方向（捲回軸方向）に沿ってずらして，セパレータ１５７の幅方向の一端から，正極板１５５の一端がはみ出し，セパレータ１５７の幅方向の他端から，負極板１５６の一端がはみ出すように捲回されている。正極板１５５におけるはみ出し部分は，正極合材層が形成されていない正極合材層非形成部１５５ａである。また，負極板１５６におけるはみ出し部分は，負極合材層が形成されていない負極合材層非形成部１５６ａである。

正極合材層非形成部１５５ａには，正極端子構造体６０が溶接により接続されている。また，負極合材層非形成部１５６ａには，負極端子構造体１０が溶接により接続されている。正極端子構造体６０および負極端子構造体１０は，それぞれ，ケース本体部材１１１の内部で電極体１５０に接続すると共に，封口蓋１１３の貫通孔１１３ｈ，１１３ｋを通じて外部に延出している。

負極端子構造体（負極端子部材に相当する）１０は，負極内部端子１１と，負極外部端子２０と，負極締結ボルト３０と，ガスケット３４と，インシュレーター３６とを含んでいる。負極内部端子１１は，金属（純銅）からなり，主として電池ケース１１０の内部に位置している。また負極内部端子１１は，封口蓋１１３の貫通孔１１３ｈを貫通して，負極外部端子２０，インシュレーター３６及びガスケット３４を封口蓋１１３にかしめている。これにより，負極内部端子１１は，負極外部端子２０に導通している。

詳細には，負極内部端子１１は，図１及び図５に示すように，水平方向に沿う矩形板状の台座部１２と，台座部１２の上面から突出する円柱形状で，貫通孔１１３ｈに挿通されている挿通部１３と，挿通部１３の上端に連なり，かしめられて（拡径するように変形されて）円盤状をなしているかしめ部１４と，台座部１２から延設されているＲ部（膨張規制部）１５と，Ｒ部１５から鉛直方向下方に向かって延びて，負極合材層非形成部１５６ａに溶接されている電極体接続部１７と，を備えている。

Ｒ部１５は，図５に示すように，電極体１５０の上部に形成されている湾曲部１５１であって上向きに突出するように湾曲した湾曲部１５１に沿って，湾曲している。そのため，Ｒ部１５の外表面１５ｃ（電池ケース１１０側の表面）と，電池ケース１１０の間には，空間Ｓ１（図中の網掛け部分）が形成されている。より詳細には，Ｒ部１５は，台座部１２の後側面１２ａから延設されている後側Ｒ部１５ａと，台座部１２の前側面１２ｂから延設されている前側Ｒ部１５ｂとを含んでいる。この後側Ｒ部１５ａと電池ケース１１０との間，及び，前側Ｒ部１５ｂと電池ケース１１０との間に，空間Ｓ１は形成されている。この空間Ｓ１は，安全弁１２０の作動時にガスの排出経路（第２ガス排出路に相当する）となる。すなわち，電池ケース１１０の内圧上昇時には，膨張した電極体１５０はＲ部１５の下面に当たり，それ以上に上方へは膨張することができないため，空間Ｓ１は，電極体１５０によって閉塞されることはなく，ガスの排出経路として機能する。なお必ずしも後側Ｒ部１５ａと前側Ｒ部１５ｂとを設ける必要はなく，後側Ｒ部１５ａのみでもよい。この場合，後側Ｒ部１５ａと電池ケース１１０の間の空間Ｓ１がガスの排出経路（第２ガス排出路）となる。

負極外部端子２０は，金属（銅）からなり，封口蓋１１３上（電池ケース１１０の外部）に位置している。負極外部端子２０は，前方から見て略Ｚ字形状をしている。負極外部端子２０は，かしめ部１４により固定される固定部２１と，負極締結ボルト３０と接続する接続部２２と，固定部２１と接続部２２とを連結する連結部２３と，を有している。固定部２１には，これを貫通する貫通孔２１ａが形成されている。この貫通孔２１ａ内には，負極内部端子１１の挿通部１３が挿通されている。また，接続部２２にも，これを貫通する貫通孔２２ａが形成されている。

負極締結ボルト３０は，電池１００を複数用いて後述の組電池２００（図１２参照）を構成する場合に，バスバー２０３（図１２参照）をボルト締結するためのものである。詳細には，負極締結ボルト３０は，金属製であり，矩形板状の頭部３１と，円柱状の軸部３２とを有している。軸部３２のうち先端側の部位は，ネジ部３２ａとなっている。負極締結ボルト３０の軸部３２は，負極外部端子２０の貫通孔２２ａに挿通されている。負極外部端子２０に挿通された軸部３２にさらに，バスバー２０３を挿通して，ナット２０４（図１２参照）を締め付けることにより，負極外部端子２０にバスバー２０３を接続して固定することができる。

また，ガスケット３４は，電気絶縁性樹脂からなり，負極内部端子１１と電池ケース１１０との間に介在し，これらを電気的に絶縁している。また，インシュレーター３６は，電気絶縁性樹脂からなり，負極外部端子２０と電池ケース１１０との間に介在し，これらを電気的に絶縁している。

一方，正極端子構造体（正極端子部材に相当する）６０は，正極内部端子構造体６１と，正極外部端子６８と，正極締結ボルト７０と，ガスケット７２と，インシュレーター
７４とを有している。正極外部端子６８，正極締結ボルト７０，ガスケット７２，及び，
インシュレーター７４については，負極外部端子２０，負極締結ボルト３０，ガスケット３４，及び，インシュレーター３６と，概ね同様の構成であるため説明を省略する。但し，正極外部端子６８は，銅製ではなく，アルミニウム製である。また，ガスケット７２は，正極内部端子構造体６１と封口蓋１１３との間に介在し，これらを電気的に絶縁している。また，ガスケット７２の外周面には水平方向に突出する突出部７２ａ（図３参照）が設けられている。

正極内部端子構造体６１は，主として電池ケース１１０の内部に位置している。なお，正極内部端子構造体６１は，電流遮断機構６２を含んでいる。電流遮断機構６２は，電池ケース１１０の内圧が作動圧を超えた場合に，電極体１５０に流れる電流を遮断する機構である。

この正極内部端子構造体６１は，図１及び図３に示すように，正極集電端子（正極内部端子に相当する）６３と，絶縁部材６６と，平板状のダイヤフラム６４と，下方に開口する矩形凹状の中継部材６５と，かしめ部材６７とを有する。正極集電端子６３，ダイヤフラム６４，中継部材６５，及びかしめ部材６７は，いずれもアルミニウム製である。また，絶縁部材６６は，電気絶縁性樹脂からなり，主に正極集電端子６３とダイヤフラム６４の間に介在している。

かしめ部材６７は，封口蓋１１３の貫通孔１１３ｋを貫通してかしめ変形されて，中継部材６５，ガスケット７２，インシュレーター７４及び正極外部端子６８を，封口蓋１１３に結合している（図３参照）。すなわち，このかしめ部材６７は，中継部材６５，ガスケット７２，封口蓋１１３，インシュレーター７４及び正極外部端子６８を貫通している。このかしめ部材６７を通じて，中継部材６５と正極外部端子６８とが電気的に接続されている。さらには，中継部材６５に接続されているダイヤフラム６４が，正極外部端子６８に電気的に接続されている。

また，正極集電端子６３は，図３に示すように，封口蓋１１３と平行な矩形板状の破断部材６３Ｘと，この破断部材６３Ｘから略直角に曲がって下方に延出している細長板状の集電接続部材６３Ｙとが一体に形成されてなる。このうち，集電接続部材６３Ｙは，正極板１５５の正極合材層非形成部１５５ａに接合している（図１参照）。これにより，破断部材６３Ｘが，電極体１５０（詳細には正極板１５５）に電気的に接続している。また，破断部材６３Ｘには，この破断部材６３Ｘの中央部を上下方向に沿って貫通する貫通孔６３Ｇと，この貫通孔６３Ｇの両側に位置する２つの上下方向に沿う貫通孔６３Ｈ，６３Ｈが形成されている。

また，破断部材６３Ｘは，貫通孔６３Ｇの周縁の位置に，ダイヤフラム６４に溶接される溶接部６３Ｆを有している。この溶接部６３Ｆの全体の形状は，平面で見て，貫通孔６３Ｇの周縁に沿ったリング状である。さらに，破断部材６３Ｘの下面側には，溶接部６３Ｆの径方向外側の位置に，リング状の切り欠き部６３Ｅが形成されている。この切り欠き部６３Ｅは，破断部材６３Ｘにおける脆弱部（破断部）となっている。なお，破断部材６３Ｘにおいて切り欠き部６３Ｅが形成されている箇所は，他の箇所に比べて薄肉となっている。

また，絶縁部材６６は，平板状の本体部６６Ａと，本体部６６Ａの外周を囲む周壁部６６Ｂとを備える。周壁部６６Ｂは，中継部材６５，ダイヤフラム６４，及び破断部材６３Ｘの周囲を平面視コ字状に囲うものである。周壁部６６Ｂには，水平方向に沿う貫通孔６６Ｂａが形成されている。この貫通孔６６Ｂａには，ガスケット７２の突出部７２ａが嵌合している。絶縁部材６６の本体部６６Ａには，この絶縁部材６６の中央部を貫通する貫通孔６６Ｇと，この貫通孔６６Ｇの両側に位置する２つの貫通孔６６Ｈ，６６Ｈが形成されている。

この絶縁部材６６に正極集電端子６３が組み付けられている状態では，破断部材６３Ｘの貫通孔６３Ｈと絶縁部材６６の貫通孔６６Ｈとが重なっており，さらに，破断部材６３Ｘの貫通孔６３Ｇと絶縁部材６６の貫通孔６６Ｇとが重なっている。さらに，絶縁部材６６の貫通孔６６Ｇの内側に，破断部材６３Ｘの溶接部６３Ｆと切り欠き部６３Ｅが位置しており，破断部材６３Ｘの貫通孔６３Ｇは，絶縁部材６６の貫通孔６６Ｇに連通している。

また，ダイヤフラム６４は，自身の中央の位置に，正極集電端子６３の破断部材６３Ｘ側に突出する突出部６４Ａを有している。ダイヤフラム６４の突出部６４Ａの下面側には，破断部材６３Ｘにおけるリング状（円環状）の溶接部６３Ｆが溶接されている。これにより，破断部材６３Ｘとダイヤフラム６４とが電気的に接続されている。

また，図３に示すように，ダイヤフラム６４の周縁部６４Ｅは，中継部材６５の周縁部６５Ｅと接合している。これにより，中継部材６５とダイヤフラム６４とかしめ部材６７とによって，空間Ｃ（図３参照）が形成されている。この空間Ｃは，かしめ部材６７の貫通孔６７Ｈを通じて，電池ケース１１０の外部と連通しているため，この空間Ｃの気圧は大気圧になっている。

このように構成された本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池１００では，正極内部端子構造体６１を構成する正極集電端子６３，ダイヤフラム６４，中継部材６５，絶縁部材６６，及びかしめ部材６７が，電流遮断機構６２をなしている。この電流遮断機構６２は，電池ケース１１０の内圧が作動圧を超えたときに，電極体１５０に流れる電流を遮断する。

具体的には，例えば，リチウムイオン二次電池１００の過充電により，所定の最大動作電圧より大きい反応電圧（すなわち，通常の動作電圧よりも大きい異常な高電圧）となると，電解液が分解し始め，電池の温度が高まるとともに，電解液に予め添加しておいたガス発生剤（例えばシクロヘキシルベンゼン）が酸化分解され，ガスが放出される。そして，放出されたガスにより，電池ケース１１０の内圧が上昇して，電流遮断機構６２の作動圧以上となったときには，次のように電流遮断機構６２が作動して電極体１５０に流れる電流を遮断する。

すなわち，ガスが放出されると，図３に示すように，ダイヤフラム６４には，絶縁部材６６の貫通孔６６Ｈ，６６Ｈ及び破断部材６３Ｘの貫通孔６３Ｈ，６３Ｈと，絶縁部材６６の貫通孔６６Ｇ及び破断部材６３Ｘの貫通孔６３Ｇを通じて，図３の下方から上方に向かって，電池ケース１１０の内圧Ｆ（図３参照）がかかる。そして，電池ケース１１０の内圧Ｆの上昇に伴って，空間Ｃとの気圧差により，ダイヤフラム６４が，電池ケース１１０の外方（図３において上方）に押されて変形する。このとき，ダイヤフラム６４の突出部６４Ａに溶接されている破断部材６３Ｘのうち，絶縁部材６６の貫通孔６６Ｇの内側に位置している部位（溶接部６３Ｆ及び切り欠き部６３Ｅが含まれる部位）も，ダイヤフラム６４の突出部６４Ａと共に，電池ケース１１０の外方（図３において上方）に押されて変形する。

そして，電池ケース１１０の内圧Ｆが電流遮断機構６２の作動圧を超えると，図４に示すように，破断部材６３Ｘが切り欠き部６３Ｅの位置で破断し，ダイヤフラム６４と正極集電端子６３とが切り離される。これにより，ダイヤフラム６４と電極体１５０との間の通電が遮断される。詳細には，「正極外部端子６８」→「かしめ部材６７」→「中継部材６５」→「ダイヤフラム６４」→「正極集電端子６３」の経路で電極体１５０に流れる電流が遮断される。これにより，リチウムイオン二次電池１の充電（過充電）が停止する。

ここで，電流遮断機構６２の作動によりダイヤフラム６４が変形することで（図６において変形後のダイヤフラム６４を二点鎖線で示す），正極内部端子構造体６１には，発生したガスを安全弁１２０へと至らしめるガス排出路（第１ガス排出路に相当する）Ｓ２が形成される（図６の網掛け部分参照）。このガス排出路Ｓ２の前後方向に沿う鉛直面で切った縦断面の面積Ｋ１は，安全弁１２０の開口面積Ｋ２よりも大きい（Ｋ１＞Ｋ２）。従って，このガス排出路Ｓ２を介して，開口した安全弁１２０から電池ケース１１０内で発生したガスを素早く排出することができる。また，このガス排出路Ｓ２は，電極体１５０が膨張しても塞がれることはない。電極体１５０の膨張は，正極集電端子６３等により規制されるからである。なお，図６中では膨張後の電極体１５０を二点鎖線で示している。よって，このガス排出路Ｓ２が形成されることで，安全弁１２０までのガスの排出経路が確保される。

次に，安全弁１２０が設けられている位置について詳述する。図２に示すように，安全弁１２０は，封口蓋１１３の短手方向（前後方向）に沿う中央位置よりも前端１１４ａ側へ片寄って設けられている。なお，安全弁１２０は，負極端子構造体１０と正極端子構造体６０との間であって，封口体１１３の長手方向（左右方向）の中央位置に配置されている。

より詳細には，安全弁１２０は，その最外周部１２３ａが，封口蓋１１３の短手方向に沿う幅寸法の１／３の距離だけ，封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から前端１１４ａ側へ離れた位置に配されるように，前方へずらして設けられている。安全弁１２０の最外周部１２３ａとは，楕円形状の安全弁１２０の外周部１２３において最も封口蓋１１３の外周縁１１４に近い部分のことである。本実施形態では，安全弁１２０の最外周部１２３ａは，図７において太線で示す部分のことである。

ここで，安全弁１２０の片寄り量，すなわち封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から前端１１４ａ側への安全弁１２０のオフセット量と，電池ケース１１０の内圧が異常に上昇したときの電池１００の破損等との関係を調べた実験結果について，下記表１（段落［００５５］）に基づいて説明する。なお，オフセット量は，図７に示すように，封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から前端１１４ａ側へ，封口蓋１１３の幅寸法の１／３の距離離れた位置（１／３位置）に安全弁１２０の最外周部１２３ａが位置しているときには，１／３位置のオフセット量という（図７（ｄ）参照）。同様に，封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から前端１１４ａ側へ，封口蓋１１３の幅寸法の１／４の距離離れた位置（１／４位置）に安全弁１２０の最外周部１２３ａが位置しているときには，１／４位置のオフセット量という（図７（ｃ）参照）。同様に，封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から前端１１４ａ側へ，封口蓋１１３の幅寸法の１／６の距離離れた位置（１／６位置）に安全弁１２０の最外周部１２３ａが位置しているときには，１／６位置のオフセット量という（図７（ｂ）参照）。

この実験のために用意した電池は，図７に示す，安全弁１２０の位置の異なる４つの電池と，１／３位置よりもさらに前端１１４ａ側にオフセットした電池である。図７に示す４つの電池とは，具体的には，図７（ａ）に示すように，安全弁１２０が封口蓋１１３の短手方向中央位置に設けられているもの（オフセットされていないもの）と，図７（ｂ）に示すように，安全弁１２０が１／６位置に設けられているものと，図７（ｃ）に示すように，安全弁１２０が１／４位置に設けられているものと，図７（ｄ）に示すように，安全弁１２０が１／３位置に設けられているものである。

これらの電池について実験した結果，下記表１に示す結果が得られた。すなわち，安全弁１２０のオフセット量が１／４位置までである場合には，安全弁１２０の作動後にも電池ケース１１０の内圧の上昇が確認された。すなわち，膨張した電極体１５０により安全弁１２０の開口部１２２（図９参照）が閉塞されてしまい，ガスが電池ケース１１０の外へ排出されない不具合が生じた。これに対して，安全弁１２０のオフセット量が１／３位置を超えている場合には，安全弁１２０の作動後に，電池ケース１１０の内圧の上昇は確認されなかった。すなわち，電極体１５０が膨張しても安全弁１２０の開口部１２２（図９参照）が閉塞されることはなく，図８に実線で示すように，安全弁１２０の作動後に，内圧は下降した。

また，安全弁１２０のオフセット量が１／６位置までである場合には，電池ケース１１０における安全弁１２０以外の箇所に，変形や破損が生じた。すなわち，膨張した電極体１５０により安全弁１２０の開口部１２２（図９参照）が完全に閉塞されてしまい，その結果，図８に破線で示すように，内圧の上昇が止まらず，その上昇した内圧で電池ケース１１０が変形したり破損したりすることがあった。これに対して，安全弁１２０のオフセット量が１／４位置を超えている場合には，電池ケース１１０における安全弁１２０以外の箇所に，変形や破損が生じることはなかった。すなわち，電池ケース１１０が変形したり破損したりするほど内圧が上昇することはなかった。

以上の結果より，安全弁１２０のオフセット量は，１／３位置を超えるものであることが望ましいことがわかる。言い換えれば，安全弁１２０の最外周部１２３ａが，封口蓋１１３の短手方向に沿う幅寸法の１／３以上の距離，封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から前端１１４ａ側へ離れた位置に配されるように，安全弁１２０を前方へずらして設けることが望ましいことがわかる。そこで，本実施形態の二次電池１００では，上述した通り，安全弁１２０のオフセット量を，１／３位置にしているのである。なお，安全弁１２０を，封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から後端１１４ｂ（図２参照）側へオフセットしてもよい。

このように構成した本実施形態の二次電池１００によれば，図９に示すように，安全弁１２０の作動時，開裂溝１２１の開裂により形成された開口部１２２は，電池ケース１１０の前方寄りの位置で開口する。そのため，扁平形状に捲回されている電極体１５０が膨張しても，電極体１５０の湾曲部１５１と電池ケース１１０との間には，空間Ｓ３（図９の網掛け部分参照）が残る。より詳細には，電極体１５０の湾曲部１５１と，電池ケース１１０のＬ字部１１０Ａ（封口蓋１１３とケース本体部材１１１の側壁１１１ａとが直交している部分）との間には，空間Ｓ３が残る。そして，この空間Ｓ３の上方で，前端１１４ａ寄りに設けられた安全弁１２０が開口している。すなわち，この空間Ｓ３は，安全弁１２０の開口部１２２を介して電池ケース１１０の外部と連通している。そのため，この空間Ｓ３は，ガスの排出経路として機能する。従って本実施形態の二次電池１００によれば，膨張した電極体１５０により安全弁１２０の開口部１２２が閉塞されることはなく，ガスを電池ケース１１０外へ確実に排出することができる。

仮に，図１０に示すように，電極体１５０が，電池ケース１１０のＬ字部１１０Ａの内表面に接するほど膨張した場合には，安全弁１２０の開口部１２２は，膨張した電極体１５０により閉塞されることとなる。しかしこの場合には，図１１に示すように，上昇した内圧により内側から押されて電池ケース１１０が外側へ膨らむように変形することで，膨張した電極体１５０と，電池ケース１１０との間に空間Ｓ４（図１１の網掛け部分参照）が形成される。そのため，この空間Ｓ４をガスの排出経路として，ガスが安全弁１２０に至り，電池ケース１１０外へ排出されることとなる。従って，電池ケース１１０の内圧上昇を抑えることができ，電池１００の変形や破損，破裂を防止することができる。

以上詳細に説明したように，実施形態の電池１００は，正極板１５５及び負極板１５６がセパレータ１５７と共に扁平形状に捲回された電極体１５０と，上部に開口部１１１ｄを有して，電極体１５０の捲回軸が長手方向と平行になるように，電極体１５０を内部に収容する角型のケース本体部材１１１（電池ケース本体），及び，ケース本体部材１１１の開口部１１１ｄを閉塞する封口蓋１１３（電池ケース蓋）を備える電池ケース１１０と，ケース本体部材１１１の内部で電極体１５０に電気的に接続されるとともに，封口蓋１１３の外側へ延出される正負の電極端子部材（正極端子構造体６０および負極端子構造体１０）と，封口蓋１１３に設けられ，電池ケース１１０の内圧が上昇した場合に電池ケース１１０の内外を連通させて内圧を開放する安全弁１２０と，を備えている。この安全弁１２０は，その最外周部１２３ａが，封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置から前端１１４ａへ，封口蓋１１３の短手方向に沿う幅寸法の１／３の距離離れて配置されるように，前方へ片寄って設けられている。

従って，電池ケース１１０の内圧が上昇した場合には，図７（ａ）に示すように封口蓋１１３の短手方向に沿う中央位置に安全弁１２０の中心が来るように安全弁１２０が設けられている場合と比べて，封口蓋１１３の短手方向に沿う前端１１４ａに寄った位置で，安全弁１２０が開口する（図９参照）。従って，扁平形状の電極体１５０が膨張しても，開口した安全弁１２０が電極体１５０により塞がれにくい。よって，電池ケース１１０の外部へ，確実にガスを排出して，電池１００の変形や破損，破裂を抑えることができる。

しかも，負極端子構造体１０には，Ｒ部１５が形成されているため，負極側にガス排出路（図５のＳ１参照）を確保することができる。また，正極端子構造体６０の電流遮断機構６２が作動することにより，正極側にもガス排出路（図６のＳ２参照）を確保することができる。また，安全弁１２０が封口蓋１１３の前方にオフセット（図２参照）されているため，扁平形状の電極体１５０が膨張しても膨張した電極体１５０と電池ケース１１０のＬ字部１１０Ａとの間に，ガス排出路（図９のＳ３参照）を確保することができる。従って，安全弁１２０の作動時には，確実にガスを外部へ排出することができる二次電池１００とすることができる。

なお本実施形態の電池１００は，この電池１００による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両に搭載することができる。「車両」としては，例えば，電気自動車，ハイブリッド自動車，プラグインハイブリッド自動車，ハイブリッド鉄道車両，フォークリフト，電気車いす，電動アシスト自転車，電動スクーターなどが挙げられる。その際には，この電池１００を複数用いて組電池を構成する。以下，かかる構成の電池１００を単電池とし，この単電池を複数，直列に接続してなる組電池の構成例について説明する。

図１２に示すように，この組電池２００は，複数個（典型的には１０個以上，好ましくは１０〜３０個程度，例えば２０個）のリチウムイオン二次電池（単電池）１００を，それぞれの正極端子（正極端子構造体６０）および負極端子（負極端子構造体１０）が交互に配置されるように一つずつ反転させつつ，ケース２０の幅広な面が対向する方向（積層方向）に配列されている。言い変えれば，複数の単電池１００を，その第１主面１００ａ（図１３参照）同士を向い合せて，封口蓋１１３の短手方向に沿って並べて配列している。

配列された単電池１００間には，冷却板２０１が挟み込まれている。この冷却板２０１は，使用時に各単電池１００内で発生する熱を効率よく放散させるための放熱部材として機能するものである。冷却板２０１は，単電池１００間に冷却用流体（典型的には空気）を導入可能な形状（例えば，鉛直方向に延びる溝が複数，平行に表面に設けられた形状）となっている。

上記のように配列させた単電池１００の両端には，一対のエンドプレート（拘束板）２０２が配置されている（図１２には一端側のみを表示）。配列された単電池１００及び冷却板２０１は，両エンドプレート２０２の間に架け渡された締め付け用の拘束バンド（図示せず）によって，規定の拘束圧が加わるように拘束されている。

隣接する単電池１００同士は，一方の単電池１００の正極端子構造体６０と他方の単電池１００の負極端子構造体１０とが，バスバー（接続部材）２０３によって電気的に接続されている。より詳しくは，バスバー２０３の一端に設けられた貫通孔に，一方の単電池１００の正極締結ボルト７０の軸部７１を挿通させてナット２０４で締め付けるとともに，バスバー２０３の他端に設けられた貫通孔に，上記した一方の単電池１００に隣接する他方の単電池１００の負極締結ボルト３０の軸部３２を挿通させてナット２０４で締め付ける。これにより，一方の正極端子構造体６０と他方の負極端子構造体１０とを電気的に接続する。こうして，各単電池１００を直列に接続して，所望の電圧の組電池２００を構成する。なお，図１２には単電池１００を一列に配列した例を示しているが，単電池１００は，二列以上に配列されていてもよい。

このように構成した組電池２００では，一方の単電池１００における安全弁１２０と，その単電池に隣接する単電池１００における安全弁１２０とが，近接した状態で位置することとなる。すなわち，本実施形態の単電池１００では，安全弁１２０が封口蓋１１３の端（前端１１４ａ）に片寄って設けられている。そのため，直列接続のために単電池１００を一つおきに反転させて配列したときには，安全弁１２０を片寄りなく封口蓋１１３の短手方向中央位置に配した場合（図７（ａ）参照）よりも，隣り合う２つの安全弁１２０が近づいた状態で配置されることとなる。

従って，過充電等により電池１００の内圧が異常に上昇した場合には，図１３に示すように，一方の単電池１００Ｘの安全弁１２０の開口部１２２からガス（図中の矢印ａ参照）が勢いよく外部へ排出されることにより，ベンリュリー効果でその付近が負圧となり，一方の単電池１００Ｘに隣り合う他方の単電池１００Ｙの安全弁１２０の開口部１２２からのガス（図中の矢印ｂ参照）の放出が促進される。言い換えれば，一方の単電池１００Ｘから放出されるガスによって，他方の単電池１００Ｙ内のガスが吸引される効果がある。従って，電池１００の内圧が異常に上昇した場合のガスの排出性能が高い組電池とすることができる。

なお，図１２に示す組電池２００では，ガスの排出経路が安全弁１２０の上方に単電池１００の配列方向に沿って形成されるため，安全弁１２０の左右両側の領域（図１２において２点鎖線で示す領域Ｐ）を，配線などの設置スペースに利用することができる。

以上，本発明を実施形態に即して説明したが，本発明は上述の実施形態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言うまでもない。例えば，上記実施形態では，電池として，リチウムイオン二次電池１００を例示したが，ニッケル水素電池，ニッケルカドミウム電池等の他の種類の二次電池などにも，本発明の技術的思想を適用できる。また，安全弁１２０の形状は平面視楕円形状に限られない。例えば，平面視真円形状であってもよい。この場合も安全弁の最外周部が封口蓋１１３において１／３位置を超える程度に，安全弁を片寄らせて配置すればよい。

また，電極端子部材（正極端子構造体６０，負極端子構造体１０）は，ケース本体部材１１１の内部で電極体１５０に対して電気的に接続されるとともに，封口蓋１１３の外側へ延出されるものであれば，必ずしも，実施形態のように，内部端子（負極内部端子１１，正極内部端子構造体６１）と，外部端子（負極外部端子２０，正極外部端子６８）と，締結ボルト（負極締結ボルト３０，正極締結ボルト７０）と，ガスケット（ガスケット３４，ガスケット７２）と，インシュレーター（インシュレーター３６，インシュレーター７４）とから構成されている必要はない。

また上記実施形態では，正極側に電流遮断機構６２を設けたが，電流遮断機構６２のない正極端子構造体（例えば，負極端子構造体１０と同じ構成のもの）を用いてもよい。また，電流遮断機構６２は，電池ケース１１０の内圧上昇に伴ってダイヤフラム６４が変形することにより正極集電端子６３と正極外部端子６８との電気的な接続が切断される構成であれば，適宜構成を変更してもよい。

また上記実施形態では，安全弁１２０の開口面積よりも，電流遮断機構６２の作動により形成されたガス排出路Ｓ２（図６参照）の断面積の方が大きい構成としたが，安全弁１２０の開口面積を，電流遮断機構６２の作動により形成されたガス排出路Ｓ２（図６参照）の断面積（前後方向に沿う鉛直面で切った断面積）と，Ｒ部１５が設けられていることにより負極側に形成されるガス排出路Ｓ１（図５参照）の断面積（前後方向に沿う鉛直面で切った断面積）との合計よりも，大きくしてもよい。このようにすれば，正極側および負極側に確保されたガス排出路Ｓ１及びＳ２を通って安全弁１２０に至ったガスを，スムーズに安全弁１２０を通して電池ケース１１０の外へ排出することができる。

１０…負極端子構造体（負極端子部材，電極端子部材）
１１…負極内部端子
１５…Ｒ部
６０…正極端子構造体（正極端子部材，電極端子部材）
６２…電流遮断機構
６３…正極内部端子
６４…ダイヤフラム
６８…正極外部端子
１００…リチウムイオン二次電池
１１０…電池ケース
１１１…ケース本体部材（電池ケース本体）
１１１ｄ…開口部
１１３…封口蓋（電池ケース蓋）
１１４…前端
１２０…安全弁
１２３ａ…最外周部
１５０…電極体
１５１…湾曲部
１５５…正極板（電極板）
１５６…負極板（電極板）
１５７…セパレータ
Ｓ１…第２ガス排出路
Ｓ２…第１ガス排出路

Claims (3)

1. 正負の電極板がセパレータと共に扁平形状に捲回された電極体と，
   上部に開口部を有して，前記電極体の捲回軸が長手方向と平行になるように，前記電極体を内部に収容する角型の電池ケース本体，及び，前記電池ケース本体の前記開口部を閉塞する電池ケース蓋を備える電池ケースと，
   前記電池ケース本体の内部で前記電極体に電気的に接続されるとともに，前記電池ケース蓋の外側へ延出される正負の電極端子部材と，
   前記電池ケース蓋に設けられ，前記電池ケースの内圧が予め定めた値を超えて上昇した場合に前記電池ケースの内外を連通させて内圧を開放する安全弁と，を備える二次電池であって，
   前記安全弁は，
   少なくともその一部が，前記電池ケース蓋の短手方向に沿う中央位置から端へ，前記電池ケース蓋の短手方向に沿う幅寸法の１／３以上の距離離れて配置されるように，片寄って設けられている
   ことを特徴とする二次電池。
2. 請求項１に記載の二次電池であって，
   前記正負の電極端子部材のうち正極端子部材は，前記電池ケースの外側に位置する正極外部端子と，前記電池ケースの内側に位置する正極内部端子とが電気的に接続された構成とされ，
   前記二次電池は，前記電池ケースの内圧が作動圧を超えたときに前記電極体に流れる電流を遮断する電流遮断機構を備え，
   前記電流遮断機構は，前記正極外部端子と前記正極内部端子とを接続しているダイヤフラムが前記電池ケースの内圧を受けて変形することにより，前記正極外部端子と前記正極内部端子との導通を遮断すると共に，前記安全弁と前記電極体との間に第１ガス排出路を形成するものであり，
   前記ダイヤフラムの変形により形成される前記第１ガス排出路の断面積は，前記安全弁の開口面積よりも大きい
   ことを特徴とする二次電池。
3. 請求項１又は請求項２に記載の二次電池であって，
   前記正負の電極端子部材のうち負極端子部材は，前記電極体と前記電池ケース蓋との間に，扁平形状に捲回された前記電極体の湾曲部に沿って湾曲したＲ部を備え，
   前記Ｒ部と前記電池ケース蓋との間に，前記電極体から前記安全弁へ至る第２ガス排出路が形成されている
   ことを特徴とする二次電池。
   

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