JP2018125109A - 二次電池および組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明ではガス排出弁が設けられた面側からの圧壊時であっても、ガスを排出でき、安全性を向上させたリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のリチウムイオン二次電池は、ガス排出弁が配置された第一面と、第一面と対向する第二面と、第二面と第一面とをつなぐ側面部を備え、かつ電極群を収納する電池容器を有し、前記側面部にはさらにガス排出弁が設けられることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池および本二次電池を用いた組電池の構造に関する。

近年、車載用の二次電池は高出力化に伴い、安全性の確保が求められている。例えば、リチウムイオン二次電池では、圧壊といった不安全事象が起きた際、内部で短絡が起き、電池内圧が急激に上昇する。その際、電池容器の破裂を防ぐ目的で既定の圧力に到達することで開裂し、電池容器内のガスをスムーズに排出するための弁が、電池蓋に設けられている。このような角形のリチウムイオン二次電池は例えば特許文献１に記載されている。

特開２０１３−５４８２１号公報

しかし、特許文献１に記載のリチウムイオン二次電池では、ガス排出弁方向からの圧力壊時にガス排出弁が塞がれ、発生したガスをスムーズに排出できない恐れがある。特に、これから求められる高容量な電池では、ガス排出弁が設けられた面からの圧壊時であっても確実にガスを排出出来る機構を備えることでさらに安全性を確保することができる
上記事情に鑑み、本発明ではガス排出弁が設けられた面側からの圧壊時であっても、ガスを排出でき、安全性を向上させたリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のリチウムイオン二次電池は、ガス排出弁が配置された第一面と、第一面と対向する第二面と、第二面と第一面とをつなぐ側面部を備え、かつ電極群を収納する電池容器を有し、 前記側面部にはさらにガス排出弁が設けられることを特徴とする。

本発明を用いることによって、一方方向の圧力がガス排出弁設置面に加わったとしても確実にガスを排出でき、安全性を向上させたリチウムイオン二次電池を提供することが出来る。

第一の実施形態の角形リチウムイオン二次電池の概観斜視図。 角形リチウムイオン二次電池の分解斜視図。 電極群の展開斜視図。 第二の実施形態の角形リチウムイオン二次電池斜視図。 第一の実施形態における角形組電池の外観斜視図。 第二の実施形態における角形組電池の外観斜視図。 円筒形リチウムイオン二次電池の拡大断面図。 第一の実施形態における円筒形リチウムイオン二次電池の分解斜視図。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

本実施例では、第一の実施形態として３方向からの変形に対してガス排出が可能な安全性の高い角形二次電池２００の例を説明する。

図１は蓄電素子の一実施の形態としての角形リチウムイオン二次電池２００の外観斜視図であり、図２は角形リチウムイオン二次電池２００の構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、角形二次電池２００は、電池缶１０１と電池蓋１０６とからなる電池容器を備えている。電池缶１０１および電池蓋１０６の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などである。電池缶１は、深絞り加工を施すことによって、一面が開口された扁平な矩形箱状に形成されている。電池缶１０１は、矩形平板状の底面１０１ｄと、底面１０１ｄの一対の長辺部のそれぞれで連続する一対の幅広側面１０１ｂと、底面１０１ｄの一対の短辺部のそれぞれで連続する一対の幅狭側面１０１ｃとを有している。

電池蓋１０６は、矩形平板状であって、電池缶１０１の開口を塞いでレーザ溶接されている。つまり、電池蓋１０６は、電池缶１０１の開口を封止している。また電池蓋１０６は、捲回群１０３の正極電極１３４（図３参照）と電気的に接続された正極側端子構成部１６０と、捲回群１０３の負極電極１３２（図３参照）と電気的に接続された負極側端子構成部１７０を備えている。

正極側端子構成部１６０は、正極ボルト１１４、正極接続端子１６２、正極外部端子１６３、正極側外部絶縁体１２４および電池缶１０１の内部に配置されるガスケット（図示せず）、正極集電体２８０から構成される。正極ボルト１１４、正極外部端子１６３、正極接続端子１６２、ガスケットおよび正極集電体２８０は、一体的に固定され、電池蓋１０６に取り付けられている。この状態において、正極集電体２８０、正極接続端子１６２、正極外部端子１６３は、電気的に接続されている。また、正極集電体２８０、正極接続端子１６２、正極外部端子１６３は、正極側外部絶縁体１２４およびガスケットにより電池蓋１０６から絶縁されている。正極集電体１８０はダイアフラム１６４を介して正極外部端子１６３に接続されており、電池の内圧上昇により規定の圧力でダイアフラムが変位し、正極集電体と正極外部端子間の電気的な接続が切れることにより充電あるいは放電が停止するようになっている。

一方負極側端子構成部１７０は、負極ボルト１１２、負極接続端子１７２、負極外部端子１７３、負極側外部絶縁体１２２および電池缶１０１の内部に配置されるガスケット（図示せず）、負極集電体２９０から構成される。負極側端子構成部１７０は、正極側端子構成部１６０と同様な構造であり、負極ボルト１１２、負極外部端子１７３、負極接続端子１７２および負極集電体２９０は、一体的に固定され、電池蓋１０６に取り付けられている。この状態において、負極集電体２９０、負極接続端子１７２、負極外部端子１７３は、電気的に接続されている。また、負極集電体２９０、負極接続端子１７２、負極外部端子１７３は、負極側外部絶縁体１２２およびガスケットにより電池蓋１０６から絶縁されている。

なお、正極ボルト１１４及び負極ボルト１１２は、それぞれ電池蓋１０６の外部に突出しており、さらにねじ構造を有している。そのため組電池を作成する場合には、穴または切り欠きが設けられたバスバー（図示せず）に正極ボルト１１４又は負極ボルト１１２を挿通させ、ナットで組みつける構造となる。これにより、正極外部端子１６３または負極外部端子１７３とバスバーが電気的に接続される。

また電池蓋１０６には、ガス排出弁１１０が設けられている。ガス排出弁１１０は、プレス加工によって電池蓋１０６を部分的に薄肉化することで形成されている。なお、薄膜部材を電池蓋１０６の開口にレーザ溶接等により取り付けて、薄肉部分をガス排出弁としてもよい。ガス排出弁１１０は、角形二次電池２００が過充電等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。

電池缶１０１の幅広側面１０１ｂにはガス排出弁２０１が設けられている。ガス排出弁２０１の深さは例えば缶の厚みに対し、半分とする。電池蓋を押さえる形の圧壊時等に、ガス排出弁１１０が動作することは困難であるが、電池容器内の圧力が上昇して所定の圧力に達したときあるいは、電池缶の変形時にガス排出弁２０１が開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。ガス排出弁２０１は電池缶の幅広側面１０１ｂに設けられており、幅狭側面１０１ｃに設ける場合に比べ電池缶１０１が変形した際の開裂が容易であるという特徴を有する。ガス排出弁２０１の作製方法としては、電池缶１０１の深絞り加工中に溝を加工する方法や電池缶１０１を製作後レーザ、切削加工する方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。図１においてガス排出弁の形状は十字を例として挙げたが、直線、バツ印など種々の形状の切込みを使用することが出来る。また溝の深さ、溝の形状によりガス排出弁の作動圧力を調整することが出来る。

さらに電池蓋１０６には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔（図示せず）が穿設されている。注液孔は、電解液注入後に注液栓１１１によって封止される。電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。

続いて図２を用いて電池缶１０１の内部構造について説明する。図２に示すように、電池缶１０１には蓋組立体２０７に保持された捲回群１０３（図３参照）が収容されている。捲回群１０３の正極電極１３４（図３参照）に接合される正極集電体２８０および捲回群１０３の負極電極１３２（図３参照）に接合される負極集電体２９０ならびに捲回群１０３は、絶縁ケース２０８に覆われた状態で電池缶１０１に収容されている。

絶縁ケース２０８の材質は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂であり、電池缶１０１と、捲回群１０３とは電気的に絶縁されている。なお、本実施形態では絶縁ケース２０８は捲回群１０３の幅広面を覆う絶縁ケース幅広部２０８ａと、捲回群１０３の側面部を覆う２つの絶縁ケース側面部２０８ｂから構成されるが、絶縁ケース幅広部２０８ａと絶縁ケース側面部２０８ｂを一体とする構造であっても良い。

また、ここで言う蓋組立体２０７は、正極集電体２８０、正極接続端子１６２、正極外部端子１６３、正極ボルト１１４、正極側外部絶縁体１２４、負極集電体２９０、負極接続端子１７２、負極外部端子１７３、負極ボルト１１２、負極側外部絶縁体１２２、ガスケット及び電池蓋１０６を一体に組み立てたものである。

正極外部端子１６３は正極集電体１８０を介して捲回群１０３の正極電極１３４（図３参照）に電気的に接続され、負極外部端子１７３は負極集電体２９０を介して捲回群１０３の負極電極１３２（図３参照）に電気的に接続されている。このため、正極外部端子１６３および負極外部端子１７３を介して外部機器に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１６３および負極外部端子１７３を介して外部発電電力が捲回群１０３に供給されて充電される。

正極集電体２８０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されている。正極集電体２８０は、電池蓋１０６の下面に沿って取り付けられる平板状の座面部２８１と、座面部２８１の幅方向両端部でそれぞれ下方にほぼ９０°に折曲された一対の平面部２８２と、これら一対の平面部２８２の先端にそれぞれ形成された平坦状の接合平面部２８３を有する。各接合平面部２８３は、捲回群１０３に超音波溶接により接合される。接合平面部２８３は、それぞれ、平面部２８２に対して傾斜した角度に折曲されている。一対の接合平面部２８３は、電池蓋１０６の長辺方向中央側から外側に向かって移行するにしたがって電池蓋１０６の短辺方向に互いに離反するように傾斜しており、傾斜方向は相互に逆方向であるが中心面に対して同一の角度であり、線対称となっている。一対の接合平面部２８３は、その間に捲回群１０３の正極箔露出部１３４ｂが挿入され、捲回群１０３の正極箔露出部１３４ｂをハの字状に開いた状態で、正極箔露出部１３４ｂに超音波溶接により接合される。

負極集電体２９０は、銅または銅合金により形成されているが、正極集電体２８０と同じ構造を有している。負極集電体２９０は、電池蓋１０６の下面に沿って取り付けられる平板状の座面部２９１と、座面部２９１の幅方向両端部でそれぞれ下方にほぼ９０°に折曲された一対の平面部２９２と、これら一対の平面部２９２の先端にそれぞれ形成された平坦状の接合平面部２９３を有する。各接合平面部２９３は、捲回群１０３に超音波溶接により接合される。接合平面部２９３は、それぞれ、平面部２９２に対して傾斜した角度に折曲されている。一対の接合平面部２９２は、電池蓋１０６の長辺方向中央側から外側に向かって移行するにしたがって電池蓋１０６の短辺方向に互いに離反するように傾斜しており、傾斜方向は相互に逆方向であるが中心面に対して同一の角度であり、線対称となっている。一対の接合平面部２９３は、その間に捲回群１０３の負極箔露出部１３２ｂが挿入され、捲回群１０３の負極箔露出部１３２ｂをハの字状に開いた状態で、負極箔露出部１３２ｂに超音波溶接により接合される。

図３を参照して、捲回群１０３について説明する。図３は捲回群１０３を示す斜視図であり、捲回群１０３の巻き終り側を展開した状態を示している。発電要素である捲回群１０３は、長尺状の正極電極１３４および負極電極１３２をセパレータ１３３、１３５を介在させて捲回中心軸Ｗ周りに扁平形状に捲回することで積層構造とされている。

正極電極１３４は、正極集電体である正極箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極合剤層１３４ａを有し、正極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極箔露出部１３４ｂが設けられている。

負極電極１３２は、負極集電体である負極箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極合剤層１３２ａを有し、負極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極箔露出部１３２ｂが設けられている。正極箔露出部１３４ｂと負極箔露出部１３２ｂは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回中心軸Ｗ方向（図３の幅方向）の一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。

負極電極１３２に関しては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極箔）の両面に溶接部（負極箔露出部１３２ｂ）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極１３２を得た。

尚、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

正極電極１３４に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極箔）の両面に溶接部（正極箔露出部１３４ｂ）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極１３４を得た。

また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、正極電極１３４、負極電極１３２における合剤層塗布部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

捲回群１０３の幅方向、すなわち捲回方向に直交する捲回中心軸Ｗの方向の両端部は、一方が正極電極１３４の積層部とされ、他方が負極電極１３２の積層部とされている。一端に設けられる正極電極１３４の積層部は、正極合剤層１３４ａが形成されていない正極箔露出部１３４ｂが積層されたものである。他端に設けられる負極電極３２の積層部は、負極合剤層１３２aが形成されていない負極箔露出部１３２ｂが積層されたものである。正極箔露出部１３４ｂの積層部および負極箔露出部１３２ｂの積層部は、それぞれ予め押し潰され、上述したようにそれぞれ蓋組立体２０７の正極集電体２８０および負極集電体２９０に超音波接合により接続され、電極群組立体が形成される。

再度本発明の特徴点について説明する。本発明では、図１に示す通り、電池間１０１の幅広側面１０１ｂにガス排出弁２０１を設けた。言い換えると、ガス排出弁１１０が設けられた軸上と直行する軸方向にガス排出弁２０１が設けられている。このような構成にすることによって、何らかの事情でガス排出弁１１０が押圧されて開かない状態になったとしても、押圧されないガス排出弁２０１から確実にガス排出が可能となり、安全性が向上する。

なお、本実施形態では蓋１０６と電池缶１０１の幅広側面１０１ｂの両方にガス排出弁を設けることとしたが、底面１０１ｄと幅広側面１０１ｃの２面に設けてもよく、電池蓋１０６と底面１０１ｄや幅広側面１０１ｃ同士や幅狭側面同士といったある一定方向に圧縮された際に対向する２面同士でなければ任意の２面以上にガス排出弁があれば良い。電池蓋１０６と幅狭側面１０１ｂにガス排出弁を設けた場合を実施例２で説明する。尚、本実施形態では、電池缶蓋をガス排出弁が配置された第一面として用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、第一面は電池缶の幅広側面１０１ｂ、幅狭側面１０１ｃであってもよい。

続いて実施例２について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、ガス排出弁２０１の位置が電池缶１０１の幅狭側面１０１ｃとなった点である。なお、本実施例を用いることによって捲回電極群１０１内から発生するガスの排出路とガス放出弁１３８との距離が近くなり、ガス放出をスムーズに行うことができる。
図４は、実施例２における電池の外観斜視図である。

電池缶１０１の幅狭側面１０１ｃにガス排出弁２０１が設けられている。ガス排出弁１１０が動作することが困難な圧壊時等に、異常による電池容器内の圧力が上昇して所定の圧力に達したときあるいは、電池缶の変形時に開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。ガス排出弁２０１は電池缶の幅狭側面１０１ｃに設けられており、幅広側面１０１ｂに設ける場合に比べ、捲回群１０３内から発生するガスの排出路とガス排出弁２０１との距離が近くなり、ガス放出をスムーズに行うことができるという特徴を有する。

加えて例えば過充電のような、ガス排出機構を妨げず内圧が上昇した場合の安全機構として、電流遮断機構が最も早く作動し、次にガス排出弁１１０、最後にガス排出弁２０１が動作することを特徴とする。電流遮断機構が無い場合は、最初にガス排出弁１１０、次にガス排出弁２０１が動作する。これはガス排出弁２０１はあくまで緊急の解放手段であるため、確実にガスダクト等が配置されるガス排出弁１１０の方が先に開裂するのが好ましいためである。これにより電流遮断のみで過充電のような不安全事象が停止する場合は、外部へのガス排出を防止できる。またガス排出弁１１０はガス排出弁２０１に比べ、製造上、薄肉加工が容易であるため、小さい内圧上昇での開裂に適している。

図４においてガス排出弁の形状はバツ印を例として挙げたが、実施例１と同様にガス排出弁２０１の作製方法、形状についてはこれに限定されるものではない。また正極ボルト１１４側の幅狭側面、負極ボルト１１２側の幅狭側面、電池蓋の３か所にガス排出弁を設けてもよい。

続いて実施例３について説明する。本実施例は、第二の実施形態の電池を用いた組電池の例を説明する。図５は第一の実施形態における角形組電池４００の外観斜視図である。角形電池２００は負極ボルト１１２側の幅狭側面にガス排出弁２０１を有する。正極ボルトと負極ボルトが近いため、直列時の接続用ブスバが短くて良いという特徴を有する。異常が発生した際のガス排出時に備えてガス排出ダクト（図示せず）は電池蓋部と電池の幅狭両側面に設けることが好ましい。

以上、本実施例について簡単にまとめる。本実施例では、実施例２に記載の二次電池を用いたうえで、組電池４０１の両幅狭側面にガス排出ダクトを配置する構成とした。このような構成にすることによって、ガス排出弁２０１がに対応してガスダクトが配置されるため、ガスが外部に漏れることを確実に防止することができる。なお、後述する実施例４と比較して、作成する二次電池の種類を１種類とできる点が利点である。

続いて実施例４について説明する。本実施例が実施例３と異なる点は、組電池に用いる二次電池を、正極外部端子側側面にガス排出弁２０１が設けられた二次電池と、負極外部端子側側面にガス排出弁２０１が設けられた二次電池を交互に積層させ、組電池の一方側にガス排出弁２０１を集合させた点である。

図６は本実施例における角形組電池４０１の外観斜視図である。角形電池２００ａは負極ボルト１１２側の幅狭側面にガス排出弁２０１を有する。角形電池２００ｂは正極ボルト１１４側の幅狭側面にガス排出弁２０１を有する。この角形電池２００ａと角形電池２００ｂを交互に積層させることによって、電池缶の幅狭側面１００ｃのガス排出弁２０１が一方向に揃えることが可能となる。そのため実施例３に比べ、ガス排出ダクトは電池蓋部と電池の片方の幅狭側面の２か所に設ければ良い。また並列に接続する場合や、ブスバが長くて良い直列接続の場合においても、実施例４と同様に電池缶の幅狭側面のガス排出弁が一方向に揃えることが可能で、ガス排出ダクトは電池蓋部と電池の片方の幅狭側面に設ければ良い。

続いて、実施例５について説明する。本実施例は、３方向からの変形に対してガス排出が可能な安全性の高い円筒形二次電池の例を説明するものである。図７は円筒形二次電池の拡大断面図である。

円筒形二次電池１は、底部を有し、上部が開口された円筒形の電池缶２および電池缶２の上部を封口するハット型の電池蓋３で構成される電池容器４を有する。電池缶２は切削加工によってガス排出弁２０１（図８参照）、深絞り加工のよってガス排出弁２０３（図８参照）を有し、電池容器４の内部には、以下に説明する発電用の各構成部材が収容され、非水電解液５が注入されている。例えばガス排出弁２０１の深さは缶の厚みの半分、ガス排出弁２０３の深さは缶の厚みの４分の３とする。

円筒形の電池缶２には、上端側に設けられた開口部２ｂ側に電池缶２の内側に突き出した溝２ａが形成されている。

電池缶２の内部には、発電要素１０が配置されている。発電要素１０は、軸方向に沿う中空部を有する細長い円筒形の軸芯１５と、軸芯１５の周囲に捲回された正極電極および負極電極とを備える。円筒形状の軸芯１５の中空部は、軸方向（図面の上下方向）で軸方向に垂直な面の断面形状が異なる。中空部の上方での断面形状は平行部と曲線部で形成されるトラック形状をしている。中空部の下方での断面形状は上方の平行部の幅よりも小さい径の円形である。この上方の中空部１５ａに円筒状の正極集電リング２７が圧入されている。正極集電リング板２７は、円盤状の基部２７ａと、この基部２７ａの内周部において軸芯１５側に向かって突出し、軸芯１５の内面に圧入される下部筒部２７ｂと、外周縁において電池蓋３側に突き出す上部筒部２７ｃとを有する。正極集電リング２７はこの下部筒部２７ｂにより軸芯１５の上端部に固定、支持されている。
正極電極の正極タブ１６は、正極集電リング２７の上部筒部２７ｃに溶接されている。正極集電リング２７は例えばアルミニウム系金属により形成され、上部筒部２７ｃの外周には、正極電極の正極タブ１６および押え部材２８が溶接されている。多数の正極タブ１６は、正極集電リング２７の上部筒部２７ｃの外周に密着させておき、正極タブ１６の外周に押え部材２８をリング状に巻き付けて仮固定し、この状態で超音波溶接により接合される。
軸芯１５の下端部の外周には、外径が径小とされた段部１５ｂが形成され、この段部１５ｂに負極集電リング２１が圧入されて固定されている。負極集電リング２１は、例えば、銅系金属により形成され、円盤状の基部２１ａに軸芯１５の段部１５ｂに圧入される開口部２１ｂが形成され、外周縁に、電池缶２の底部側に向かって突き出す外周筒部２１ｃが形成されている。負極集電リング２１の基部２１ａには、軸芯１５の中空軸に注液された非水電解液５を発電要素１０に浸透させるための開口部２１ｄ（図８参照）が形成されている。
負極電極の負極タブ１７は、負極集電リング２１の外周筒部２１ｃに接合される。
負極集電リング２１の外周筒部２１ｃの外周には、負極電極の負極タブ１７および押え部材２２が溶接されている。多数の負極タブ１７を、負極集電板２１の外周筒部２１ｃの外周に密着させておき、負極タブ１７の外周に押え部材２２をリング状に巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。負極集電リング２１の基部２１ａには、接続リード板５０が、抵抗溶接、或いはレーザ溶接等により接合されている。
多数の正極タブ１６は、正極集電リング２７に溶接され、多数の負極タブ１７が負極集電リング２１に溶接されることにより、正極集電リング２７、負極集電リング２１および発電要素１０が一体的にユニット化された発電ユニット２０が構成される。電池缶２の内部には、非水電解液５が所定量注入されている。非水電解液５の一例として、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液が上げられる。
図８は本実施例における円筒形二次電池の分解斜視図である。

円筒形状の軸芯１５の中空部の上方には、円筒状の正極集電リング２７が圧入されている。正極集電リング２７は、例えば、アルミニウム系金属により形成されている。正極集電リング２７の基部２７ａには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部２７ｄが形成されている。正極集電リング２７に形成された開口部２７ｅは、接続リード板５０を電池缶２に溶接するための電極棒（図示せず）を挿通するためのものである。電極棒を正極集電リング２７に形成された開口部２７ｅから軸芯１５の中空部に差し込み、その先端部で接続リード板５０を電池缶２の底部２ｃの内面に押し付けて抵抗溶接を行う。これにより発電ユニット２０は電池缶２の底部２ｃに固定される。また、負極集電リング２１に接続されている電池缶２の底面は一方の出力端子として作用し、発電要素１０に蓄電された電力を電池缶２から取り出すことができる。正極集電リング２７の基部２７ａの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな接続部材３３が、その一端部を溶接されて接合されている。
正極集電リング２７の上部筒部２７ｃ上には、電池蓋ユニット３０が配置されている。電池蓋ユニット３０は、リング形状をした絶縁板３４、絶縁板３４に設けられた開口部３４ａに嵌入された接続板３５、接続板３５に溶接されたダイアフラム３７およびダイアフラム３７に、かしめと溶接により固定された電池蓋３により構成される。

絶縁板３４は、円形の開口部３４ａを有する絶縁性樹脂材料からなるリング形状を有し、正極集電リング２７の上部筒部２７ｃ上に載置されている。
絶縁板３４は、開口部３４ａおよび下方に突出する側部３４ｂを有している。絶縁板３４の開口部３４ａ内には接続板３５が嵌合されている。接続板３５の下面には、接続部材３３の他端部が溶接されて接合されている。
接続板３５は、アルミニウム系金属で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板３５の中心には、薄肉でドーム形状に形成された突起部３５ａが形成されており、突起部３５ａの周囲には、複数の開口部３５ｂが形成されている。開口部３５ｂは、電池内部に発生するガスを放出する機能を有している。接続板３５の突起部３５ａはダイアフラム３７の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦攪拌接合により接合されている。ダイアフラム３７はアルミニウム系金属で形成され、ダイアフラム３７の中心部を中心とする円形の切込み３７ａを有する。切込み３７ａはプレスにより上面側をＶ字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。ダイアフラム３７は、電池の安全性確保のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、切込み３７ａにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。
ダイアフラム３７は周縁部において電池蓋３の周縁部を固定している。ダイアフラム３７は図２に図示されるように、当初、周縁部に電池蓋３側に向かって垂直に起立する側壁３７ｂを有している。この側壁３７ｂ内に電池蓋３を収容し、かしめ加工により、側壁３７ｂを電池蓋３の上面側に屈曲して固定する。

電池蓋３は、炭素鋼等の鉄で形成され、表裏両面にニッケルめっきが施されており、ダイアフラム３７に接触する円盤状の周縁部３ａと、この周縁部３ａから上方に突出す筒部３ｂを有するハット型を有する。筒部３ｂには開口部３ｃが形成されている。この開口部３ｃは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム３７が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。電池蓋３は一方の電力出力端として作用し、電池蓋３から蓄電された電力を取り出すことができる。

ダイアフラム３７と電池蓋３とのかしめ部を覆う絶縁部材からなるガスケット４３が設けられている。ガスケット４３は、ゴムで形成されており、限定する意図ではないが、１つの好ましい材料の例として、フッ素系樹脂をあげることができる。

ガスケット４３は、リング状の基部４３ａの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部４３ｂを有する形状を有している。

そして、プレス等により、電池缶２と共にガスケット４３の外周壁部４３ｂを屈曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、ダイアフラム３７と電池蓋３を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、電池蓋３、ダイアフラム３７、絶縁板３４および接続板３５が一体に形成された電池蓋ユニット３０がガスケット４３を介して電池缶２に固定されると共に、絶縁板３４が発電ユニット２０の正極集電リング２７に当接し、発電ユニット２０を電池缶２の缶底側に押しつけている。
また、以下が本実施例の特徴点となる。電池缶２の底面２０２にはガス排出弁２０３が設けられており、電池の内圧が上昇し所定圧に達すると、破断し、破断した溝部を介して電池の内圧が開放される。さらに本実施例では、電池缶１の缶側面にはガス排出弁２０１が設けられている。ガス排出弁２０１の深さは例えば缶の厚みに対し、半分とする。電池蓋を押さえる形の圧壊時等に、切込み３７ａが動作することは困難であるが、電池容器内の圧力が上昇して所定の圧力に達したときあるいは、電池缶の変形時にガス排出弁２０１が開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。

ガス排出弁１０が正常に動作する場合は、ガス排出弁１０が他のガス排出弁である２０１および２０３よりも先に動作する。これにより３方向からの変形に対してガス排出が可能となる。加えて例えば過充電のような、ガス排出機構を妨げず内圧が上昇した場合の安全機構として、ダイアフラム３７が最も早く作動し、次に切込み３７ａ、その後にガス排出弁２０１またはガス排出弁２０３が動作することを特徴とする。これにより電流遮断のみで過充電のような不安全事象が停止する場合は、外部へのガス排出を防止できる。また切込み３７ａはガス排出弁２０１に比べ、製造上、薄肉加工が容易であるため、小さい内圧上昇での開裂に適している。図８においてガス排出弁の形状は一本線を例として挙げたが、実施例１と同様にガス排出弁２０１、２０３の作製方法、形状についてはこれに限定されるものではない。

以上、本発明についてまとめる。本発明に記載の二次電池は、ガス排出弁（たとえば１１０）が配置された第一面（たとえば電池蓋１０６や電池蓋３）と、第一面と対向する第二面と、第二面と第一面とをつなぐ側面部（たとえば電池缶１０１の幅広側面１０１ｂまたは幅狭側面１０１ｃ）を備えて電極群を収納する電池容器（１０１、２）を有し、側面部にはさらにガス排出弁（２０１）が設けられることを特徴とする。何らかの事情でガス排出弁１１０が押圧されて開かない状態になったとしても、押圧されないガス排出弁２０１から確実にガス排出が可能となり、安全性が向上する。

また、本発明に記載の二次電池は、電極群は扁平捲回電極群（１０３）であり、第一面は電池蓋（１０６）であり、電池容器（１０１）の側面部は、一対の幅広面（１０１ｂ）と、扁平捲回電極群（１０３）の捲回軸と対向する一対の幅狭面（１０１ｃ）とによって形成され、幅狭面（１０１ｃ）にガス排出弁（２０１）が設けられる。このような構成にすることによって、組電池にした場合の積層面とは異なる面にガス排出弁２０１を設けることが可能となる。そのため、二次電池に押圧があった場合でも確実にガス排出が可能となる。

また、本発明に記載の二次電池は、幅狭面（１０１ｃ）に設けられたガス排出弁（２０１）の開裂圧は、電池蓋（１０６）に設けられたガス排出弁（１１０）の開裂圧よりも高くなっている。このような構成にすることによって、確実にガスダクト等が配置されるガス排出弁１１０の方を先に開裂させることが可能となるため、安全性が向上する。

また、本発明に記載の二次電池は、電池容器（１０１）内には電流遮断機構が設けられ、電流遮断機構の開裂圧は蓋（１０６）に設けられたガス排出弁（１１０）よりも開裂圧が低くなっている。

また、本発明に記載の二次電池（２００ａ、２００ｂ）の幅広面（１０１ｂ）を対向させ、複数個積層させた組電池（４０１）は、それぞれの電池容器（１０１）の幅狭面側（１０１ｃ）に設けられたガス排出弁（２０１）が、組電池（４０１）の一側面側に配置されように二次電池が積層される。このような構成にすることによって、ガスに対する密閉性を確保しようとした場合に、ガス排出弁１１０に対応するガスダクトとガス排出弁２０１に対応するガスダクトの２つを設ければよいので、ガス排出弁２０１が組電池の左右に交互に配置されるものよりも部品点数削減及び小型になる。

また、本発明に記載の二次電池は、電極群が円筒捲回電極群（１０）であり、電池容器（２）は円筒形状である。このように円筒形状の二次電池にも適評可能である。以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。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可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 円筒形二次電池
２ 円筒形電池缶
２ａ 溝
２ｂ 開口部
３ 電池蓋
３ａ 周縁部
３ｂ 筒部
３ｃ 開口部
４ 電池容器
５ 非水電解液
１０ 発電要素
１１ 正極電極
１１ａ 正極金属箔
１１ｂ 正極合剤層
１１ｃ 正極箔露出部
１２ 負極電極
１２ａ 負極金属箔
１２ｂ 負極合剤層
１２ｃ 負極箔露出部
１３ 第１のセパレータ
１４ 第２のセパレータ
１５ 軸芯
１５ａ 上方の中空部
１５ｂ 段部
１６ 正極タブ
１７ 負極タブ
１９ 接着テープ
２０ 発電ユニット
２１ 負極集電板
２１ａ 基部
２１ｂ 開口部
２１ｃ 外周筒部
２１ｄ 開口部
２２ 押え部材
２７ 正極集電板
２７ａ 基部
２７ｂ 下部筒部
２７ｃ 上部筒部
２７ｄ 開口部
２７ｅ 開口部
２８ 押え部材
３０ 電池蓋ユニット
３３ 接続部材
３４ 絶縁板
３４ａ 開口部
３４ｂ 側部
３５ 接続板
３５ａ 突起部
３５ｂ 開口部
３７ ダイアフラム
３７ａ 切込み
３７ｂ 側壁
４３ ガスケット
４３ａ 基部
４３ｂ 外周壁部
５０ 接続リード板
１０１ 角形電池缶
１０１ｂ幅広側面
１０１ｃ幅狭側面
１０１ｄ底面
１０３捲回群
１０６電池蓋
１１０ガス排出弁
１１１注液栓
１１２負極ボルト
１１４正極ボルト
１２２負極側外部絶縁体
１２４正極側外部絶縁体
１３２負極電極
１３２ａ負極合剤層
１３２ｂ負極箔露出部
１３４正極電極
１３４ａ正極合剤層
１３４ｂ正極箔露出部
１６０正極側端子構成部
１６２正極接続端子
１６３正極外部端子
１６４ダイアフラム
１７０負極側端子構成部
１７２負極接続端子
１７３負極外部端子
２００角形二次電池
２００ａ負極ボルト側の幅狭側面にガス排出弁を有する角形電池
２００ｂ正極ボルト側の幅狭側面にガス排出弁を有する角形電池
２０１ガス排出弁
２０７蓋組立体
２０８絶縁ケース
２０８ａ絶縁ケース幅広部
２０８ｂ絶縁ケース側面部
２８０正極集電体
２８１正極集電体の座面部
２８２正極集電体の平面部
２８３正極集電体の接合平面部
２９０負極集電体
２９１負極集電体の座面部
２９２負極集電体の平面部
２９３負極集電体の接合平面部

Claims (8)

1. ガス排出弁が配置された第一面と、第一面と対向する第二面と、第二面と第一面とをつなぐ側面部を備えて電極群を収納する電池容器を有し、
   前記側面部にはさらにガス排出弁が設けられることを特徴とする二次電池。
2. 請求項１に記載の二次電池において、
   前記電極群は扁平捲回電極群であり、
   前記第一面は電池蓋であり、
   前記電池容器の側面部は、一対の幅広面と、前記扁平捲回電極群の捲回軸と
   対向する一対の幅狭面とによって形成され、
   前記幅狭面に前記ガス排出弁が設けられることを特徴とする二次電池。
3. 請求項２に記載の二次電池において、
   前記幅狭面に設けられたガス排出弁の開裂圧は、前記電池蓋に設けられたガス排出弁の開裂圧よりも高いことを特徴とする二次電池。
4. 請求項３に記載の二次電池において、
   前記電池容器内には電流遮断機構が設けられ、
   前記電流遮断機構の開裂圧は前記蓋に設けられたガス排出弁よりも開裂圧が低いことを特徴とする二次電池。
5. 請求項２に記載の二次電池の幅広面を対向させ、複数個積層させた組電池において、
   それぞれの前記電池容器の幅狭面側に設けられたガス排出弁が、前記組電池の一側面側に配置されように前記二次電池が積層されることを特徴とする組電池。
6. 請求項１に記載の二次電池において、
   前記電極群は円筒捲回電極群であり、
   前記電池容器は円筒形状であることを特徴とする二次電池。
7. 請求項６に記載の二次電池において、
   前記第二面は底面であり、当該底面にはさらにガス排出弁が設けられることを特徴とする二次電池。
8. 請求項７に記載の二次電池において、
   前記電池容器内には電流遮断機構を有し、当該電流遮断機構は何れのガス排出弁よりも開裂圧が低いことを特徴とする二次電池。

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