JP2014229485A

JP2014229485A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2014229485A
Application number: JP2013108283A
Authority: JP
Inventors: 俊雄小田切; Toshio Odagiri; 英明篠田; Hideaki Shinoda
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: JP6044450B2

Abstract

【課題】破断した弁片の飛散を抑制すること。
【解決手段】圧力開放弁２０に粘着テープ２６を貼り付ける。このとき、粘着テープ２６は、圧力開放弁２０の周囲から圧力開放弁２０に亘って、かつ圧力開放弁２０の周囲及び圧力開放弁２０の双方に貼り付ける。これにより、圧力開放弁２０が開裂した際、その弁片は貼り付けられている粘着テープ２６によって蓋体１４と繋がっている状態が維持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁を有する蓄電装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、例えば、特許文献１に開示されている。二次電池は、金属箔に負極活物質を塗布した負極電極と金属箔に正極活物質を塗布した正極電極との間をセパレータで絶縁し、層状に積層した電極組立体を有する。そして、二次電池のケースには、電極組立体と電解液が収容されている。また、二次電池のケースには、ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁（ガス排出弁）が設けられている。

特開２０１１−１８１２１４号公報

圧力開放弁は、ケース内の圧力を受けて開裂すると、複数の弁片に分断される。このとき、分断された弁片がケースから分離し、飛散してしまうことは、好ましくない。例えば、飛散した弁片は、他の周辺部品への衝突によって他の周辺部品を傷つける要因や、二次電池の端子を接続するバスバーなどに付着して短絡させる要因などを作ってしまう。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、破断した弁片の飛散を抑制した蓄電装置を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置は、電極組立体が収容されたケースに、当該ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁を有する蓄電装置において、前記圧力開放弁の周囲から前記圧力開放弁に亘って、かつ前記圧力開放弁の周囲及び前記圧力開放弁の双方に貼り付けられた貼付部材を有する。この構成によれば、圧力開放弁は、貼付部材によって、ケースに繋がっている。このため、圧力開放弁が開裂し、複数の弁片に分断された場合でも、これらの弁片は、貼付部材によってケースと繋がっている状態が維持される。したがって、圧力開放弁の開裂に伴って弁片が破断したとしても、その弁片が飛散してしまうことが抑制される。

上記蓄電装置において、前記圧力開放弁は、開裂起点を含む溝を有し、前記貼付部材は、少なくとも一部が前記溝に沿う切り込みを有することが好ましい。この構成によれば、圧力開放弁の開裂時において貼付部材が開裂の抵抗になることが抑制される。つまり、貼付部材の切り込みによって圧力開放弁を、溝に沿ってスムーズに開裂させることができる。

上記蓄電装置において、前記蓄電装置の好適な例としては、二次電池を挙げることができる。

本発明によれば、破断した弁片の飛散を抑制することができる。

二次電池の外観を示す斜視図。粘着テープを貼り付けていない状態の二次電池の一部を拡大した斜視図。圧力開放弁を有する蓋の一部を拡大した平面図。図３の１−１線断面図。開裂した状態の圧力開放弁を示す斜視図。別例における蓋の一部を拡大した平面図。

以下、蓄電装置を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２が収容されている。また、ケース１１には、電極組立体１２とともに電解液も収容されている。ケース１１は、有底筒状のケース本体１３と、当該ケース本体１３に電極組立体１２を挿入する開口部を閉塞する平板状の蓋体１４とからなる。ケース本体１３と蓋体１４は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、この実施形態の二次電池１０は、ケース本体１３が有底四角筒状であり、蓋体１４が矩形平板状であることから、その外観が角型をなす角型電池である。また、この実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

電極組立体１２は、正極電極、負極電極、及び正極電極と負極電極を絶縁するセパレータを有する。正極電極は、正極金属箔（アルミニウム箔）の両面に正極活物質を塗布して構成される。負極電極は、負極金属箔（銅箔）の両面に負極活物質を塗布して構成される。そして、電極組立体１２は、複数の正極電極と複数の負極電極を交互に積層するとともに、両電極の間にセパレータを介在した積層構造とされている。また、電極組立体１２には、正極端子１５と負極端子１６が電気的に接続されている。これらの正極端子１５と負極端子１６の各一部分は、蓋体１４からケース１１外に露出している。また、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１７ａがそれぞれ取り付けられている。

ケース１１の蓋体１４には、ケース１１（ケース本体１３）内に電解液を注入するための注液孔１８が穿設されており、その注液孔１８は封止部材１９によって閉塞されている。封止部材１９は、蓋体１４の表面１４ａ（ケース外側の面）に固定されており、ケース１１外に露出している。また、ケース１１には、ケース１１内の圧力が上昇し過ぎないように、ケース１１内の圧力が所定の圧力である開放圧に達した場合に開裂し、ケース内外を連通させる圧力開放弁２０が設けられている。この実施形態において圧力開放弁２０は、ケース１１の蓋体１４に位置している。また、蓋体１４において封止部材１９（注液孔１８）と圧力開放弁２０は、並んで位置している。圧力開放弁２０の開放圧は、ケース１１自体やケース本体１３と蓋体１４の接合部に亀裂や破断などが生じ得る前に開裂し得る圧力に設定されている。

図２に示すように、圧力開放弁２０は、蓋体１４の板厚よりも薄い薄板状の弁体２１を有する。弁体２１は、蓋体１４の上面に凹設された凹部２２の底に位置しており、蓋体１４と一体的に成形されている。この実施形態において圧力開放弁２０は、平面視円形状の周縁を有する。弁体２１は、圧力開放弁２０の周縁に繋がっており、圧力開放弁２０と同様に平面視円形状である。

図２及び図３に示すように、弁体２１の表面２１ａは、溝として交差溝２３を有する。交差溝２３は、弁体２１の周縁間を直線状に延びる２本の直線溝２４，２５と、からなる。図４に示すように、この実施形態において直線溝２４，２５はＶ字形溝である。また、交差溝２３は、２本の直線溝２４，２５が交差する位置に交差部Ｐを有する。交差部Ｐは、ケース１１の内側から加わる圧力が集中し易く、弁体２１が開裂を始める時の起点である開裂起点として想定される。

この実施形態の二次電池１０は、図１〜図３に示すように、蓋体１４の表面１４ａから圧力開放弁２０の弁体２１の表面２１ａに亘って貼り付けられた貼付部材としての粘着テープ２６を有する。粘着テープ２６は、平面視矩形状であり、圧力開放弁２０を被覆可能な形状である。これにより、圧力開放弁２０の全体は、粘着テープ２６により、ケース１１の外側で被覆されている。

図２〜図４に示すように、粘着テープ２６は、その一部に、圧力開放弁２０の交差溝２３と同形状の切り込み２７を有する。切り込み２７は、交差溝２３の直線溝２４に沿う形状の切り込みと、交差溝２３の直線溝２５に沿う形状の切り込みと、からなり、これら２つの直線状の切り込みは交差部を有する。

図３及び図４に示すように、粘着テープ２６の粘着面２８は、圧力開放弁２０の周縁の外側において圧力開放弁２０の周囲に位置する蓋体１４の表面１４ａに貼り付けられているとともに、圧力開放弁２０の周縁の内側に位置する弁体２１の表面２１ａに貼り付けられている。つまり、粘着テープ２６は、圧力開放弁２０の周囲から圧力開放弁２０に亘って、かつ圧力開放弁２０の周囲及び圧力開放弁２０の双方に貼り付けられている。

また、図３及び図４に示すように、粘着テープ２６は、切り込み２７が圧力開放弁２０の交差溝２３と重なるように貼り付けられている。これにより、粘着テープ２６の切り込み２７は、図３に示すように、蓋体１４を表面１４ａ側から平面視した場合において、圧力開放弁２０の交差溝２３と重なって位置する。

以下、この実施形態の作用を説明する。
ケース１１内の圧力は、弁体２１の裏面２１ｂが受圧面となることによって弁体２１を外方に膨張させるように加わる。また、弁体２１の交差溝２３には、ケース１１の内側から加わる圧力によって応力が発生している。そして、ケース１１内の圧力が開放圧に達すると、交差部Ｐを起点として交差溝２３が開裂する。

図５に示すように、交差溝２３が開裂すると、弁体２１は、複数（例えば、４つ）の弁片Ｓ１〜Ｓ４に分断されつつ、外側にめくれ上がる。これにより、圧力開放弁２０には、大きな開口２９が生じる。そして、ケース１１内の圧力は、圧力開放弁２０に生じた開口２９を通じてケース１１外に開放される。

この実施形態の圧力開放弁２０の弁体２１は、一体成形によって蓋体１４に繋がっているとともに、粘着テープ２６の粘着力によっても蓋体１４に繋がっている。このため、弁体２１の開裂に伴って弁体２１が分断された場合、各弁片Ｓ１〜Ｓ４は、蓋体１４に繋がっている状態が維持される。例えば、図５に示す弁片Ｓ２，Ｓ４のように、開裂時の衝撃などによって弁体２１の周縁部分において破断（図中に「Ｈ」を付した部分）が生じたとしても、粘着テープ２６によって蓋体１４から分離し難くなっている。つまり、圧力開放弁２０は、開裂時の衝撃によって弁片Ｓ１〜Ｓ４が破断しても、これらの弁片Ｓ１〜Ｓ４は飛散し難く、開弁した状態が維持される。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）粘着テープ２６を貼り付けることで、破断した弁片Ｓ１〜Ｓ４の飛散を抑制できる。このため、弁片Ｓ１〜Ｓ４の飛散に伴って、他の周辺部品を傷つけてしまうことや、バスバーへ付着することで短絡を生じさせてしまうことなどを好適に抑制できる。

（２）圧力開放弁２０の全体に粘着テープ２６を貼り付けることで、弁片Ｓ１〜Ｓ４の飛散をより好適に抑制できる。例えば、圧力開放弁２０の開裂時に弁片が細分化されたとしても、これらの弁片の飛散を抑制できる。

（３）粘着テープ２６が切り込み２７を有することにより、圧力開放弁２０の開裂時において粘着テープ２６が開裂の抵抗になることが抑制される。このため、圧力開放弁２０を、交差溝２３に沿ってスムーズに開裂させることができる。その結果、ケース１１内の圧力を開放させる場合の迅速性が損なわれることがなく、圧力開放弁２０を迅速に開弁させることができる。

（４）また、粘着テープ２６は、切り込み２７が交差溝２３に重なるように貼り付けられているので、粘着テープ２６が圧力開放弁２０の開裂の抵抗になることを好適に防止できる。

（５）粘着テープ２６を貼り付けた構成であるため、簡単な構成で弁片Ｓ１〜Ｓ４の飛散を抑制することができる。つまり、飛散を抑制するために圧力開放弁２０に特殊設計を施す必要性が低く、二次電池１０の製造コストの増加を抑制できる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図６に示すように、二次電池１０は、圧力開放弁２０が開裂した時に分断されると想定される弁片の単位で貼り付けた粘着テープ２６を有していても良い。図６の別例の場合は、圧力開放弁２０が開裂した時に弁片Ｓ１〜Ｓ４に分断される可能性が高いことから、これらの弁片Ｓ１〜Ｓ４に対応する位置毎に粘着テープ２６が貼り付けられている。なお、各粘着テープ２６は、実施形態と同様に、圧力開放弁２０の周囲から圧力開放弁２０に亘って、かつ圧力開放弁２０の周囲及び圧力開放弁２０の双方に貼り付けられている。このように構成した場合でも、実施形態と同様の効果を奏する。

○ 粘着テープ２６は、交差部Ｐと重なる位置に孔を開けた構成としても良い。この場合、交差溝２３の交差部Ｐの位置と粘着テープ２６の孔の位置とを合わせて粘着テープ２６を貼り付ければ良いので、作業性を向上させることができる。

○ 粘着テープ２６は、圧力開放弁２０の全領域に貼り付けられている必要はない。図６に示すように、交差溝２３に重なる部分に孔を開けた構成としても良いし、交差部Ｐ以外の部分に孔が開いていても良い。あるいは、交差溝２３に重なる部分、あるいはそれ以外の部分に重なる部分に切欠のある構成としても良い。一つの連続した粘着テープ２６が圧力開放弁２０とその周囲の双方に貼り付けられていれば粘着テープ２６は一つ有していても良いし、複数有していても良い。

○ 粘着テープ２６に切り込み２７を設けなくても良い。この場合でも、粘着テープ２６は、圧力開放弁２０の開裂によって剪断される。
○ 粘着テープ２６の切り込み２７の形状を変更しても良い。例えば、切り込み２７は、直線溝２４，２５の一部に沿う長さでも良いし、直線溝２４，２５より長くても良い。

○ また、粘着テープ２６を貼り付けた状態において、切り込み２７は、交差溝２３と完全に重なっていなくても良く、直線溝２４，２５に沿って位置していれば良い。つまり、切り込み２７は、圧力開放弁２０の開裂の抵抗を低下させるものであるから、直線溝２４，２５に沿って位置していれば、その効果は発揮できる。

○ 交差溝２３は、Ｘ字状に代えて、Ｙ字状に変更しても良い。
○ 弁体２１における溝の形状を変更しても良い。例えば、１本の直線状の溝や例えば「Ｃ」字状の溝など、交差部を有さない溝でも良い。なお、これらの溝は開裂起点を有する。

○ 弁体２１に設ける溝の断面形状を変更しても良い。
○ 弁体２１の表裏両面に溝を設けなくても良い。このように弁体２１に溝を設けていない場合でも、弁体２１は蓋体１４の板厚よりも薄いことから、ケース１１内の圧力が上昇することで開裂する。また、開裂に伴って分断した弁片は、粘着テープ２６によって飛散が抑制される。

○ 弁体２１の裏面に開裂溝を設けても良い。
○ ケース１１の形状を変更しても良い。例えば、ケース１１は円筒型でも良い。
○ 圧力開放弁２０をケース１１とは別体部品とし、その圧力開放弁２０をケース１１に接合しても良い。接合は、例えば溶接（例えばレーザ溶接）などで行う。

○ 圧力開放弁２０の位置を変更しても良い。例えば、ケース本体１３（ケース１１）の底に圧力開放弁２０を設けても良い。また、ケース本体１３（ケース１１）の側壁に圧力開放弁２０を設けても良い。

○ 電極組立体１２は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型でも良い。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であっても良い。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであれば良い。また、蓄電装置としてキャパシタでも良い。

○ 二次電池１０は、車両電源装置として自動車に搭載しても良いし、産業用車両に搭載しても良い。また、定置用の蓄電装置に適用しても良い。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。

（イ）切り込みは、溝に重なって位置している。この構成によれば、貼付部材が圧力開放弁の開裂の抵抗になることを好適に防止できる。

１０…二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、２０…圧力開放弁、２１…弁体、２６…粘着テープ、２７…切り込み、Ｐ…交差部。

Claims

電極組立体が収容されたケースに、当該ケース内の圧力をケース外に開放させる圧力開放弁を有する蓄電装置において、
前記圧力開放弁の周囲から前記圧力開放弁に亘って、かつ前記圧力開放弁の周囲及び前記圧力開放弁の双方に貼り付けられた貼付部材を有する蓄電装置。
前記圧力開放弁は、開裂起点を含む溝を有し、
前記貼付部材は、少なくとも一部が前記溝に沿う切り込みを有する請求項１に記載の蓄電装置。
前記蓄電装置は、二次電池である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。