JP2014182949A

JP2014182949A - 蓄電素子

Info

Publication number: JP2014182949A
Application number: JP2013057016A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kawahara; 河原　　武志; Kuniyoshi Munenaga; 胸永　　訓良; Tomoko Nishikawa; 朋子西川
Original assignee: Lithium Energy Japan KK
Current assignee: Lithium Energy Japan KK
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-29
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP6260093B2

Abstract

【課題】筐体内の圧力の上昇に複数の段階で対応し、ガスの放出箇所を限定する。
【解決手段】電極体１０４を密閉状態で収容する筐体１０１と、筐体１０１内方の圧力の上昇により筐体１０１の密閉状態を開放する筐体１０１に設けられる安全弁１０２と、安全弁１０２に向かって延在し、安全弁１０２の近傍に設けられた薄肉部１０３とを備える。
【選択図】図１

Description

本願発明は、筐体を備え、充放電が可能な蓄電素子に関し、特に、筐体内方の圧力が上昇した際に当該圧力を開放するための安全弁を備えた蓄電素子に関する。

従来、筐体を備えた蓄電素子は、蓄電素子内の圧力が高まった場合に、筐体内に発生したガスを放出するための安全弁が備えられている。このような安全弁は、筐体に比べて機械的強度が弱くなっているため、安全弁をあまり大きくすることはできない。

しかし、安全弁が許容するガス排気速度以上のガスが筐体内方で発生した場合、筐体が膨張して予期しない部分が破断する場合がある。このように、予期せぬ部分が破断すると、そこから電極体が露出する場合もあり、望ましい状態とは言えない。

このような現象に対応するため、例えば特許文献１には、安全弁が設けられている面とは異なる面に溝状の薄肉部を筐体に設け、安全弁が許容できない状態になった場合に薄肉部が破断し、そこからもガスを放出する技術が記載されている。

ＷＯ２０１１／１４５２６３Ａ１

ところが、安全弁以外の部分に薄肉となる溝を筐体に設けることにより、所期の目的を達成できると思われるが、ガスなどが放出される部分が複数箇所に及ぶことになる。このように複数箇所からガスが放出する場合、放出したガスを受け止めたり放出したガスを別の箇所まで導いたりする設備を複数箇所に設けることが必要となり、蓄電素子に付帯する設備が大型化するなどの課題が発生する。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、筐体内の圧力の上昇に複数の段階で対応することができ、筐体内の圧力の上昇速度が遅い場合と早い場合のいずれであっても同一箇所からガスを放出させることが可能な蓄電素子の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる蓄電素子は、電極体を密閉状態で収容する筐体と、前記筐体内方の圧力の上昇により前記筐体の密閉状態を開放する前記筐体に設けられる安全弁と、前記安全弁に向かって延在し、前記安全弁の近傍に設けられた薄肉部とを備えることを特徴としている。

これによれば、安全弁のみでは対応できない圧力の上昇が筐体内で発生した場合においても、安全弁を起点として薄肉部において筐体を破断することで、筐体に大きく開口した孔を出現させることが可能となる。従って、筐体内の圧力の上昇速度が低い段階であっても高い段階であっても同じ箇所からガスを放出させることができ、放出したガスを受け止めたり放出したガスを別の箇所まで導いたりする設備の数を抑制することができる。

さらに、前記薄肉部に交差する停止薄肉部を備えてもよく、また、前記薄肉部は線状であり、前記停止薄肉部は、前記薄肉部の前記安全弁から遠い側の端部と交差するものでもよい。

これによれば、薄肉部を越えて筐体が破断する現象を可及的に回避することが可能となる。従って、安全弁を起点とする開口部の予期せぬ拡大を抑制し、筐体内方に収容される電極体などの不本意な露出を防止することが可能となる。

また、前記筐体は、容器状の本体と、前記本体の開口部を閉塞する蓋体とを備え、前記安全弁、および、前記薄肉部は前記蓋体に設けられるものででもよい。

これによれば、容易に薄肉部を筐体に形成することが可能となる。

前記薄肉部は、第一薄肉部と第二薄肉部とを備え、前記第一薄肉部と前記第二薄肉部とは前記安全弁を跨いで配置され、かつ、同一軸上に配置されるものでもよい。

これによれば、安全弁を中心として筐体の開口を拡大させることができ、ガスを放出させる位置を安定させることが可能となる。

本願発明によれば、筐体内の圧力の上昇速度が遅い場合と早い場合のいずれであっても同一箇所からガスを放出させることが可能な蓄電素子とすることができる。

図１は、蓄電素子を模式的に示す斜示図である。図２は、蓄電素子を上方から模式的に示す平面図である。図３は、筐体の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜示図である。図４は、図２におけるＡ−Ａ線で仮想的に切断された蓋体の断面を示す側面図である。図５は、他の実施の形態に係る蓄電素子を上方から模式的に示す平面図である。図６は、他の実施の形態に係る蓄電素子を上方から模式的に示す平面図である。図７は、他の実施の形態に係る蓄電素子を上方から模式的に示す平面図である。図８は、他の実施の形態に係る蓄電素子を上方から模式的に示す平面図である。

次に、本願発明に係る蓄電素子の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る蓄電素子の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
図１は、蓄電素子を模式的に示す斜示図である。

図２は、蓄電素子を上方から模式的に示す平面図である。

図３は、筐体の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜示図である。

これらの図に示すように、蓄電素子１００は、充放電が可能ないわゆるバッテリーであって、筐体１０１と、安全弁１０２と、薄肉部１０３とを備えている。

筐体１０１は、内方に、電極体１０４を密閉状態で収容する箱状の部材である。本実施の形態の場合、筐体１０１は、容器状の本体１１２と、本体１１２の開口部を閉塞する蓋体１１１とを備えている。

なお、筐体１０１を構成する材料は、特に限定されるものではないが、例えば、剛性の高い材料であるステンレス鋼やアルミニウム（合金）などを例示することができる。また、本体１１２と蓋体１１１とは、例えば溶接などにより密閉状態で接合され、筐体１０１を形成する。

また、蓋体１１１には、電極体１０４を機械的に保持し、かつ、電極体１０４と電気的に接続される集電体１０５と、集電体１０５と電気的に接続され、筐体１０１の外部から電極体１０４と電気的に接続するための電極端子１０６とが取り付けられている。集電体１０５、および、電極端子１０６は、蓋体１１１と絶縁するため、絶縁部材１１３を介して蓋体１１１に取り付けられている。

安全弁１０２は、筐体１０１の内方の圧力が第一閾値（第一作動圧）を超えると自らが破断して筐体１０１の密閉状態を開放し、ガス等を筐体１０１の外方に放出させる部材である。本実施の形態の場合、安全弁１０２は、蓋体１１１に設けられた貫通孔を閉塞する態様で溶接などにより取り付けられている。安全弁１０２は、筐体１０１（蓋体１１１）よりも肉厚が薄く、機械的強度が筐体１０１（蓋体１１１）よりも弱い。

図４は、図２におけるＡ−Ａ線で仮想的に切断された蓋体の断面を示す側面図である。

これらの図に示すように、薄肉部１０３は、筐体１０１（蓋体１１１）の一部を薄肉状とすることにより筐体１０１（蓋体１１１）に形成される部分であり、安全弁１０２に向かって延在し、安全弁１０２の近傍に設けられた部分である。本実施の形態の場合、薄肉部１０３は線状であり、一方の端部が安全弁１０２の近傍にまで達する態様で配置されている。薄肉部１０３は、筐体１０１の内方の圧力が第一閾値よりも高い第二閾値（第二作動圧）を超えると自らが破断してガスが放出される開口を拡大する部分である。ここで、安全弁１０２の近傍とは、薄肉部１０３が破断した際に破断した薄肉部１０３と既に破断している安全弁１０２、または、安全弁１０２が設けられた貫通孔とが筐体１０１（蓋体１１１）の裂け目によりつながる程度の範囲である。

また本実施の形態の場合、薄肉部１０３は、第一薄肉部１３１と第二薄肉部１３２とを備え、第一薄肉部１３１と第二薄肉部１３２とは安全弁１０２を跨いで配置され、かつ、同一軸上に配置されている（図２参照）。このように第一薄肉部１３１と第二薄肉部１３２とを配置することで、安全弁１０２を中心として破断が対称（均等）に発生し、ガス放出の中心部分を安全弁１０２が存在する（存在していた）位置にすることができる。

また、薄肉部１０３は、蓋体１１１に設けられている。これにより、安全弁１０２取り付け用の貫通孔や、集電体１０５と電極端子１０６とを接続するためのリベットを挿通するリベット孔を蓋体１１１に設ける際に、薄肉部１０３を同時に形成することもできるため、蓄電素子の製造効率を向上させることができる。

なお、薄肉部１０３の形成方法は特に限定されるものではなく、例えばパンチプレスのような塑性変形加工や切削加工を例示することができる。

（実施の形態２）
次に本願発明の他の実施の形態を説明する。

図５は、他の実施の形態に係る蓄電素子を上方から模式的に示す平面図である。

同図に示すように、蓄電素子１００は、薄肉部１０３の安全弁１０２から遠い側の端部と交差する停止薄肉部１３３を備えている。停止薄肉部１３３は、薄肉部１０３と同様の筐体１０１に設けられた薄肉状の溝である。本実施の形態の場合、停止薄肉部１３３は、蓋体１１１に設けられており、また、薄肉部１０３と直交状態となるように配置されている。また、薄肉部１０３は、停止薄肉部１３３の中間部に突き当てた状態で配置されており、停止薄肉部１３３と薄肉部１０３とでＴ字形状を形成している。

以上のように、薄肉部１０３の端部に交差する停止薄肉部１３３を設けることにより、筐体内の圧力が第二閾値（第二作動圧）以上になった場合に、薄肉部１０３が破断することによる筐体１０１（蓋体１１１）の裂け目が、安全弁１０２と反対側に延びることを停止薄肉部１３３により止めることができる。これにより、予期しない形状（大きさ）に筐体１０１が開口することを防止し、電極体１０４などが筐体１０１から露出することを防止できる。

なお、薄肉部１０３は、停止薄肉部１３３に突き当てた状態ばかりでなく、突き抜けた状態（例えばプラス記号形状）でもよく、薄肉部１０３と停止薄肉部１３３とが相互に突き当てた状態（例えばＬ字形状）であってもよい。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、安全弁１０２の形状は、円形に限定されるものではなく、例えば矩形など任意の形状を採用することができる。安全弁１０２、および、薄肉部１０３は、筐体１０１のいずれの場所に設けてもよく、例えば本体１１２に設けてもかまわない。

また、薄肉部１０３を設ける数は２本ばかりでなく、１本でも、図６に示すように、３本以上でもかまわない。

また、薄肉部１０３は、独立して存在するものばかりでなく、図７に示すように直線状に延びた二つの薄肉部１０３の安全弁１０２に近い側の端部同士が合体し、Ｖ字形状となっているものでもかまわない。

また、薄肉部１０３は、直線状ばかりでなく、図８に示すような、曲線状であってもかまわない。また、曲線の二つの薄肉部１０３の安全弁１０２に近い側の端部同士が合体し、Ｕ字形状となっているものでもかまわない。

本願発明は、リチウムイオン電池などのバッテリーやキャパシタなどを含む蓄電素子に適用可能であり、特に剛性のある筐体を備えた蓄電素子に利用可能である。

１００蓄電素子
１０１筐体
１０２安全弁
１０３薄肉部
１０４電極体
１０５集電体
１０６電極端子
１１１蓋体
１１２本体
１１３絶縁部材
１３１第一薄肉部
１３２第二薄肉部
１３３停止薄肉部

Claims

電極体を密閉状態で収容する筐体と、
前記筐体内方の圧力の上昇により前記筐体の密閉状態を開放する前記筐体に設けられる安全弁と、
前記安全弁に向かって延在し、前記安全弁の近傍に設けられた薄肉部と
を備える蓄電素子。
さらに、
前記薄肉部に交差する停止薄肉部を
備える請求項１に記載の蓄電素子。
前記薄肉部は線状であり、
前記停止薄肉部は、前記薄肉部の前記安全弁から遠い側の端部と交差する
請求項２に記載の蓄電素子。
前記筐体は、容器状の本体と、前記本体の開口部を閉塞する蓋体とを備え、
前記安全弁、および、前記薄肉部は前記蓋体に設けられる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記薄肉部は、第一薄肉部と第二薄肉部とを備え、
前記第一薄肉部と前記第二薄肉部とは前記安全弁を跨いで配置され、かつ、同一軸上に配置される
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。