JP4831265B2 - 密閉型電池及び密閉型電池の製造方法 - Google Patents

密閉型電池及び密閉型電池の製造方法 Download PDF

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Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、安全弁部を有する電池ケースを備えた密閉型電池、及び、その密閉型電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話、ノート型パソコン、ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器やハイブリッド電気自動車等の車両の普及により、これらの駆動用電源に用いられる電池の需要は増大している。
このような電池に、自身の内圧が異常に上昇した際に、この内圧を開放するための安全弁を設けることがある。例えば、特許文献1には、第2薄肉部(薄肉部)の形状を、Z字形状、直線形状の両端がいずれもY字状に開いた形状、及び、X字形状とした安全弁が記載されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2006−216435号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この特許文献1に記載の、X字形状の薄肉部を形成する手法としては、1つのプレス金型を用いて1段プレスする手法、即ち、直線状の刃がX字状に交差した形状のプレス刃部を形成したプレス金型を用いて、プレスする手法が挙げられる。しかし、このプレス金型ではプレス刃部のうち交差部分の形成が難しい。
具体的には、図1に拡大して示すように、プレス金型PKのプレス刃部PCは、それぞれ直線帯状の第1直線プレス刃部P1及び第2直線プレス刃部P2が図1中、上方に突出した形態を有している。これら第1直線プレス刃部P1及び第2直線プレス刃部P2は、交差部PXにおいて交差している。ところで、このプレス刃部PCは、ルータなどの加工工具(図示しない)を用いて形成するため、プレス刃部PCの交差部PXが、図1中、一点鎖線で示すような形態、つまり、第1直線プレス刃部P1及び第2直線プレス刃部P2を交差して生じる4つの角予定部AP,APを有する形態に形成し難く、実際には、図1に示すように、角部が丸くなった形に形成されている。
[0005]
このような形態のプレス刃部PCを有するプレス金型PKを用いてプレスを行って安全弁部を形成した場合、X字形状の薄肉部は、プレス刃部PCと凸凹逆の形状に形成される(図2参照)。従って、交差部PXにプレスされてできた交差領域JXには、直線状の第1直線薄肉部JL1及び第2直線薄肉部JL2のみならず、これらに含まれず、これらがなす角部に対応する楔状薄肉部JXZも形成される。
[0006]
ところで、このような薄肉部を形成した安全弁部を備える密閉型電池では、安全弁部の開弁の際、薄肉部のうち交差領域JXのうち、いずれの部位から開裂が始まるか定まらないことが判ってきた。また、このため、例えば、図2中、一点鎖線で囲まれた菱形形状の交差薄肉部JXSから開裂が開始すれば、開裂がこの交差薄肉部JXSから四方に延びて、第1直線薄肉部JL1,第2直線薄肉部JL2がなす4つの直線薄肉部JL11,JL12,JL21,JL22の全てが、開裂することが判ってきた。このように開裂した場合には、開裂により、安全弁部の開口面積を十分に確保することができる。
一方、薄肉部の交差領域JXのうち、楔状薄肉部JXZから開裂が開始した場合には、4つの直線薄肉部JL11,JL12,JL21,JL22のうち、いずれかには開裂が進行しない場合があることも判ってきた。この場合には、開裂による安全弁部の開口面積を十分に確保できない虞がある。
[0007]
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、開弁した安全弁部において、十分な開口面積を確保できる安全弁部を備える密閉型電池を提供することを目的とする。また、そのような密閉型電池の製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008]
本発明の一態様は、発電要素と、上記発電要素を気密に収容してなる電池ケースであって、弁形成面に安全弁部を有する電池ケースと、を備え、上記安全弁部は、自身の厚さ方向に所定の厚みを有する板状部、及び、上記板状部内に位置し、上記厚さ方向の厚みを上記板状部よりも薄くした溝状で、開弁時に開裂する薄肉部を有する密閉型電池であって、上記薄肉部は、線状に延びるn本(nは2以上の整数)の第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部を有し、上記第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部は、上記第1線状薄肉部から第n線状薄肉部のいずれもが交差する交差薄肉部を含み、上記交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位の両側に、上記交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位よりも幅広で、上記交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位の幅よりも長く線状に延びる部位が位置する形態とされてなり、上記薄肉部は、上記交差薄肉部の開裂圧が、この交差薄肉部以外の部位の開裂圧よりも低くなる形態とされてなる密閉型電池である。
[0009]
上述の密閉型電池では、薄肉部は、交差薄肉部の開裂圧が、薄肉部のうち、この交差薄肉部以外の部位の開裂圧よりも低くなる形態とされている。このため、安全弁部の開弁の際に、交差薄肉部から確実に開裂を開始させ、ここから各方向に延びる第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部のいずれについても、自身に沿って開裂を進行させることができる。このため、開弁した安全弁部において、十分な開口面積を確保することができる。
また、第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部の各々について、交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位(以下、交差近傍部ともいう)の両側に、この交差近傍部よりも幅広で、この交差近傍部の幅よりも長く線状に延びる部位が位置する形態としている。このため、安全弁部の開弁の際に、薄肉部のうち交差薄肉部に応力が集中しやすく、交差薄肉部での開弁圧が低くなるので、確実に交差薄肉部から開裂を開始させることができる。さらに、第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部のうち、交差近傍部以外の部位は、溝幅が交差近傍部よりも幅広となるので、交差薄肉部から進行してきた開裂を、この交差近傍部以外の部位で、さらに進行させやすい。かくして、安全弁部において、十分な開口面積を確実に確保できる。
[0010]
なお、第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部(nは2以上の整数)としては、例えば、直線状のものや、曲線状のものが挙げられる。また、第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部の全てが直線状の形態でも、曲線状の形態でも、或いは、これらに、直線状の形態のものと曲線状の形態のものとが混在していても良い。
[0011]
さらに、上述の密閉型電池であって、前記第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部は、第1方向に延びる第1方向薄肉部、及び、上記第1方向とは異なる第2方向に延びる第2方向薄肉部であり、前記薄肉部は、上記第1方向薄肉部及び上記第2方向薄肉部を含み、前記弁形成面を平面視したとき、上記第1方向薄肉部と上記第2方向薄肉部とが前記交差薄肉部においてX字状に交差してなり、上記交差薄肉部における上記第1方向薄肉部と上記第2方向薄肉部との交差角度αが、30°≦α≦50°とされてなる密閉型電池とすると良い。
[0012]
ところで、密閉型電池では、安全弁部の形態として、弁形成面を平面視したとき、第1方向薄肉部及び第2方向薄肉部が、交差薄肉部でX字状に交差している形態のものが考えられる。発明者らは、後述するように、このような密閉型電池の安全弁部において、交差薄肉部における第1方向薄肉部と第2方向薄肉部との交差角度αを30°≦α≦50°とすると、交差薄肉部の開裂圧を、薄肉部のうち、交差薄肉部以外の部位よりも低くできることを見出した。
この知見に基づき、上述の密閉型電池では、第1方向薄肉部及び第2方向薄肉部の交差角度αを30°≦α≦50°としている。このため、安全弁部の開弁の際に、薄肉部のうち交差薄肉部から確実に開裂を開始させ、ここから四方に延びる第1方向薄肉部及び第2方向薄肉部に沿って、X字状に開裂を進行させることができる。
[0013]
[0014]
[0015]
さらに、上述のいずれかの密閉型電池であって、前記交差薄肉部は、自身の一部が、自身のうちの他の部位に比して、厚みが薄くされた形態としてなる密閉型電池とすると良い。
[0016]
本発明者らは、後述するように、交差薄肉部の一部を、自身の他の部位に比して厚みを薄くしておくと、交差薄肉部の開裂圧を、薄肉部のうち、交差薄肉部以外の部位よりも低くできることを見出した。
従って、上述の密閉型電池では、安全弁部の開弁の際に、薄肉部のうち交差薄肉部から確実に開裂を開始させることができる。
[0017]
さらに、本発明の他の態様は、発電要素と、上記発電要素を気密に収容してなる電池ケースであって、弁形成面に安全弁部を有する電池ケースと、を備え、上記安全弁部は、自身の厚さ方向に所定の厚みを有する板状部、及び、上記厚さ方向の厚みを上記板状部よりも薄くした溝状で、開弁時に開裂する薄肉部を有し、上記薄肉部は、線状に延びるn本(nは2以上の整数)の第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部を有し、上記第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部は、上記第1線状薄肉部から第n線状薄肉部のいずれもが交差する交差薄肉部を含み、上記薄肉部は、上記交差薄肉部の開裂圧が、この交差薄肉部以外の部位の開裂圧よりも低くなる形態とされてなる密閉型電池の製造方法であって、上記板状部に、上記第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部を、それぞれ個別に形成する線状薄肉部形成工程を備える密閉型電池の製造方法である。
【0018】
上述の密閉型電池の製造方法では、上述の線状薄肉部形成工程により、第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部をそれぞれ個別に形成するので、図2に例示したのとは異なり、交差領域JXに楔状薄肉部JXZが形成されない形態とすることができる。これにより、安全弁部の開弁の際に、確実に交差薄肉部から開裂を開始させ、ここから各方向に延びる第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部のいずれについても、自身に沿って開裂を進行させることができる。従って、開弁した安全弁部において、十分な開口面積を確保できる密閉型電池を製造することができる。
【0019】
なお、線状薄肉部形成工程としては、例えば、n個以上の金型を用いたプレス成形、溝の切削加工が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】安全弁部を形成するプレス金型の説明図である。
【図2】図1に示すプレス金型を用いて形成した安全弁部の説明図である。
【図3】実施形態1,変形形態1,2,3,4にかかる電池の斜視図である。
【図4】実施形態1,変形形態1,2,3,4にかかる電池の断面図(図3のA−A断面部)である。
【図5】実施形態1にかかる電池の部分拡大上視図(図3のB部)である。
【図6】実施形態1,変形形態1にかかる電池の部分拡大断面図(図4のC部)である。
【図7】CAE解析に用いた安全弁部の説明図である。
【図8】CAE解析に用いた安全弁部の説明図(図7のD−D断面部)である。
【図9】実施形態1にかかる電池の製造方法の説明図である。
【図10】実施形態1にかかる電池の製造方法の説明図である。
【図11】変形形態1にかかる電池の部分拡大上視図(図3のB部)である。
【図12】変形形態1にかかる電池の製造方法の説明図である。
【図13】変形形態1にかかる電池の製造方法の説明図である。
【図14】変形形態1にかかる第1プレス工程及び第2プレス工程の説明図である。
[図15]変形形態2にかかる電池の部分拡大上視図(図3のB部)である。
[図16]変形形態2にかかる電池の部分断面図(図15のE−E断面部)である。
[図17]変形形態3にかかる電池の部分拡大上視図(図3のB部)である。
[図18]変形形態4にかかる電池の部分拡大上視図(図3のB部)である。
符号の説明
[0021]
1,101,201,301,401 電池(密閉型電池)
10 電池ケース
11F 蓋外表面(弁形成面)
20,120,220,320,420 安全弁部
21,121,221,321,421 薄肉剖
21T,121T,221T,321T,421T 非交差薄肉部(交差薄肉部以外の部位)
22,122,222 第1方向薄肉部(第1線状薄肉部)
22G,122G 第1交差近傍部(交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位)
22H,122H 第1外側部(交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位よりも幅広で、交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位の幅よりも長く線状に延びる部位)
23,123,223 第2方向薄肉部(第n線状薄肉部)
23G,123G 第2交差近傍部(交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位)
23H,123H 第2外側部(交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位よりも幅広で、交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位の幅よりも長く線状に延びる部位)
26S,126S,226S,326S,426S 交差薄肉部
28 板状部
80 発電要素
226SR 交差薄肉谷部(交差薄肉部の一部)
322 第1方向薄肉部(第1線状薄肉部)
323 第2方向薄肉部(第n線状薄肉部)
324 第3方向薄肉部(第n線状薄肉部)
422 第1曲線薄肉部(第1線状薄肉部)
423 第2曲線薄肉部(第n線状薄肉部)
α 交差角度
DM 第1方向
DN 第2方向
DT 厚さ方向
T2 (薄肉部の)厚み
T3 (交差薄肉部の)厚み
T3X (交差薄肉谷部の)厚み
T4 (楔状薄肉部の)厚み
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
(実施形態1)
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態1にかかる電池1について説明する。図3に電池1の斜視図を、図4にこの電池1の縦断面図(図3のA−A部)を、図5に電池1のうち安全弁部の拡大平面図(図3のB部)を、図6に電池1のうち安全弁部の部分拡大断面図(図4のC部)を、それぞれ示す。
【0023】
この電池1は、発電要素80、及び、この発電要素80を気密に収容してなる矩形箱状の電池ケース10を有する密閉型のリチウムイオン二次電池である。このうち、発電要素80は、アルミニウム箔の両面に図示しない正極活物質層を担持してなる帯状の正極板81、及び、銅箔の両面に図示しない負極活物質層を担持してなる負極板82が、帯状のセパレータ83を介して扁平形状に捲回されてなる(図3参照)。なお、この発電要素80の正極板81及び負極板82はそれぞれ、後述する正極内部端子部材41又は負極内部端子部材61と接合されている(図4参照)。
【0024】
また、電池ケース10は、いずれもアルミニウム製の、開口19を含む有底箱状のケース本体部材18、及び、矩形板状の封口蓋11を有する(図3参照)。なお、ケース本体部材18と、これに収容された発電要素80との間には、漏電防止のため、樹脂からなる絶縁フィルム(図示しない)が介在している。
【0025】
封口蓋11は、ケース本体部材18の開口19を閉塞して、このケース本体部材18に溶接されている。また、封口蓋11は、正極内部端子部材41及び負極内部端子部材61をそれぞれ挿通可能な貫通孔11Kと、これらの間に形成された安全弁部20とを有する(図3,4参照)。
【0026】
封口蓋11のうち、外側(図3中、上方)に向く蓋外表面11F上には、正極端子構造体30及び負極端子構造体50が、それぞれ配置されている(図3参照)。このうち正極端子構造体30は、金属からなる正極外部端子部材31、主として電池ケース10の内部に位置する正極内部端子部材41、及び、絶縁性樹脂からなる第1端子絶縁部材36からなる(図3,4参照)。
このうち、アルミニウムからなる正極内部端子部材41は、電池ケース10内で、発電要素80の正極板81と接合し、一方では、電池ケース10、正極外部端子部材31及びガスケット89をかしめつつ、正極外部端子部材31と導通している。
【0027】
また、金属材からなる正極外部端子部材31は、先端がボルト形状の正極端子部32、及び、この正極端子部32と接し、クランク状に屈曲してなる正極連結板33を有する(図4参照)。
また、正極外部端子部材31と封口蓋11との間には、絶縁性樹脂からなる第1端子絶縁部材36が介在しており(図3,4参照)、これらを絶縁している。
なお、封口蓋11と正極内部端子部材41の正極内端子本体部42との間にはガスケット89が配置されており、電池ケース10内への水分や異物等の混入や、電池ケース10内からの電解液の漏出を防止している(図4参照)。
【0028】
また、負極端子構造体50は、正極端子構造体30と同様、金属からなる負極外部端子部材51、主として電池ケース10の内部に位置する負極内部端子部材61及び絶縁性樹脂からなる第2端子絶縁部材56から構成されている(図3,4参照)。
【0029】
また、封口蓋11の中央付近に形成された安全弁部20は、図5に示すように、楕円形状の板状部28と、この板状部28内に位置し、略「8」字形で板状部28よりも薄くされた溝状の薄肉部21とを有する。この安全弁部20は、開弁の際、薄肉部21に亀裂が生じて、分割された板状部28がめくれ上がるように変形して、開口が現出することにより開弁する。この安全弁部20は、一旦開弁すると安全弁の機能を失う、不可逆タイプである。
【0030】
この安全弁部20のうち、板状部28は、封口蓋11の他の厚みよりも薄くされ、蓋外表面11F及びこの裏面11Rよりも凹状に窪んでいる。
一方、薄肉部21は、板状部28よりも、図6中、低位とされ凹状の窪んだ溝状である。薄肉部21の厚さ方向DTの厚みT2は、板状部28の厚みT1よりも薄くされている。
この薄肉部21は、蓋外表面11Fを平面視したとき、第1方向DMに直線的に延びる第1方向薄肉部22と、第1方向DMとは異なる第2方向DNに直線的に延びる第2方向薄肉部23とを含む形態とされている(図5参照)。これら第1方向薄肉部22と第2方向薄肉部23とは、X字状に交差して、菱形形状の交差薄肉部26Sをなしている。また、この薄肉部21は、これら第1方向薄肉部22及び第2方向薄肉部23のほか、C字状の2つのC字型薄肉部25,25と、第1方向薄肉部22及び第2方向薄肉部23がなす角部に対応する、図5に示すような楔形形状の4つの楔状薄肉部26Z,26Zとを含む。このうち、C字型薄肉部25は、第1方向薄肉部22の端部22Eと第2方向薄肉部23の端部23Eとを結んでなる。また、楔状薄肉部26Zは、第1方向薄肉部22の一部と第2方向薄肉部23の一部とともに、図5に示す交差領域26をなす。
なお、薄肉部21のうち、交差薄肉部26Sを除く部位(第1方向薄肉部22の一部、第2方向薄肉部23の一部、楔状薄肉部26Z及びC字型薄肉部25)を、非交差薄肉部21Tとする。
【0031】
なお、本実施形態1では、図5に示すように、第1方向薄肉部22のうち、交差薄肉部26Sを含む第1交差近傍部22Gにおける溝幅W2GAが、この第1交差近傍部22G以外の部位、即ちこの第1交差近傍部22Gの両外側に位置する、第1外側部22Hにおける溝幅W2Hよりも小さくされている。つまり、第1方向薄肉部22は、第1交差近傍部22Gで、その他の第1外側部22Hよりも幅狭とされている。
また、第2方向薄肉部23は、第1方向薄肉部22と同様、図5に示すように、このうち、交差薄肉部26Sを含む第2交差近傍部23Gにおける溝幅W3GAが、この第2交差近傍部23G以外の部位、即ちこの第2交差近傍部23Gの両外側に位置する、第2外側部23Hにおける溝幅W3Hよりも小さくされている。つまり、第2方向薄肉部23は、第2交差近傍部23Gで、その他の第2外側部23Hよりも幅狭とされている。
【0032】
ところで、前述したように、安全弁部20の開弁の際に、楔状薄肉部26Zから開裂が開始した場合には、四方に延びる第1方向薄肉部22及び第2方向薄肉部23のいずれかに亀裂が生じないで開裂が進行しないことがある。この場合には、開裂による安全弁部20の開口面積を十分に確保できない虞がある。
【0033】
そこで、本発明者らは、開裂の開始位置と交差薄肉部26Sにおける第1方向薄肉部22及び第2方向薄肉部23の交差角度αとの関係を研究し、交差角度αを所定の範囲内に設定すると、開裂を交差薄肉部26Sで開始させやすくなることを見出した。
具体的には、図7,8に示す、安全弁部CLをモデルとして、CAE(Computer Aided Engineering)解析、及び、統計学的解析を行った。さらに具体的には、アルミニウム(応力拡大係数:25M(Nm−3/2))から形成してなる安全弁部CLにおいて、この安全弁部CLの交差薄肉部C6Sの開裂圧を1.2MPaにするため、板状部C8の厚みT1を0.12mmに、薄肉部C1の厚みT2を0.04mmにした。また、第1方向薄肉部C2のうち、第1交差近傍部C2Gの板状部C8側の第1溝幅W2GAを0.17mmに、薄肉部C1側の第2溝幅W2GBを0.05mmにした。なお、図示しないが、第2方向薄肉部C3のうち第2交差近傍部C3Gの第1溝幅W3GA及び第2溝幅W3GBを、第1交差近傍部C2Gと同じく、0.17mm及び0.05mmにした。また、交差薄肉部C6Sの開裂圧(1.2MPa)は、薄肉部C1のうち、非交差薄肉部C1Tの開裂圧よりも低い値である。
【0034】
なお、この安全弁部CLの交差薄肉部C6Sにおける開裂圧、つまり、この安全弁部CLの交差薄肉部C6Sを押圧する応力σとすると、以下に示す関係式が成り立つので、ここから板状部C8の厚みT1及び薄肉部C1の厚みT2を決定した。

σ=K/(F(λ)×((T1−T2)π)1/2

F(λ)=1.12−0.231λ+10.55λ−21.72λ+30.39λ
λ=(T1−T2)/T1
K:応力拡大係数
【0035】
この安全弁部CLについて、まずCAE解析を行い、この安全弁部CL全体の応力分布を調べたところ、交差薄肉部C6Sにおいては、交差角度αが0°に近づくほど、効果的に応力集中が起こり、開裂し易くなることが判った。
ところが、第1方向薄肉部C2及び第2方向薄肉部C3がそれぞれ溝幅W2GA,W3GAを持つので、交差角度αが0°に近づくほど、楔状薄肉部C6Zで開裂する場合も生じやすくなることが判ってきた。
そこで、発明者らは、開裂圧と交差薄肉部C6Sの強度について、様々な交差角度αで行った実験データについて統計学的解析を行った。
この統計学的解析の結果から、交差角度αが30°〜50°の範囲では、安全弁部CLの交差薄肉部C6Sの開裂圧が安定し、非交差薄肉部C1Tよりも開裂圧が低くなることが判った。従って、この交差薄肉部C6Sから開裂を開始させやすいことが判った。
この知見に基づき、本実施形態1では、交差角度αを、30°〜50°のうち50°とした(図5参照)。
【0036】
なお、本実施形態1の、交差角度αが50°の安全弁部CLの各寸法は下記の通りである。即ち、図7,8に示す、安全弁部CLの板状部C8の長辺方向(図7中、左右方向)の第1寸法M1が15mm、短辺方向(図7中、上下方向)の第2寸法M2が7mmである。また、第1方向薄肉部C2(及び第2方向薄肉部C3)の、図7中、左右方向の第3寸法M3が8mm、第1方向薄肉部C2(及び第2方向薄肉部C3)の、図7中、上下方向の第4寸法M4が4mm、薄肉部C1の、図7中、左右方向の第5寸法M5が12mmである。また、本実施形態1では、板状部C8の厚みT1を0.12mmに、薄肉部C1の厚みT2を0.04mmにしたが、板状部C8の厚みT1を0.11〜0.14mmに、薄肉部C1の厚みT2を0.03〜0.05mmとしても良い。
上述の寸法における安全弁部CLでは、開裂圧1.2MPa程度(±0.4MPa)で、交差薄肉部C6Sから確実に開裂させて、安全弁部CLの開口を確保できる。
【0037】
従って、本実施形態1にかかる電池1では、安全弁部20において、交差薄肉部26Sの開裂圧が、非交差薄肉部21Tの開裂圧よりも低くなる形態とされている。具体的には、第1方向薄肉部22及び第2方向薄肉部23の交差角度αを30°≦α≦50°としている。このため、安全弁部20の開弁の際に、交差薄肉部26Sから開裂を確実に開始させ、ここから四方に延びる第1方向薄肉部22及び第2方向薄肉部23のいずれについても、自身に沿ってX字形状に開裂を進行させることができる。従って、開弁した安全弁部20において、十分な開口面積を確保することができる。
【0038】
また、第1方向薄肉部22の第1交差近傍部22Gを、自身の他の部位(第1外側部22H)よりも幅狭としてなる。また、第2方向薄肉部23の第2交差近傍部23Gを、自身の他の部位(第2外側部23H)よりも幅狭としてなる。このため、安全弁部20の開弁の際に、薄肉部21のうち交差薄肉部26Sに応力を集中させやすく、確実に交差薄肉部26Sから開裂を開始させることができる。
【0039】
さらに、第1方向薄肉部22のうち、第1交差近傍部22G以外の第1外側部22Hで、溝幅W2Hが第1交差近傍部22Gの溝幅W2GAよりも幅広としている(W2H>W2GA)。また、第2方向薄肉部23のうち、第2交差近傍部23G以外の第2外側部23Hで、溝幅W3Hが第2交差近傍部23Gの溝幅W3GAよりも幅広としている(W3H>W3GA)。このため、交差薄肉部26Sから進行して延びる開裂を、第1外側範囲22H及び第2外側範囲23Hで、さらに進行させやすい。かくして、安全弁部20において、十分な開口面積を確実に確保できる。
【0040】
次に、本実施形態1にかかる電池1の製造方法について、図9,10を参照しつつ説明する。
この電池1の製造方法は、薄肉部21を形成する前の薄肉部形成前安全弁部20Bについて、1段のプレス成形によって、その板状部28に第1方向薄肉部22と、第2方向薄肉部23と、前述の交差領域26とを同時に形成するプレス工程を備える。
【0041】
まず、このプレス工程に用いる第1プレス金型70について説明する。この第1プレス金型70は、図9に示すような、直線状の刃がX字状に交差した形状を含む、略「8」字形のプレス刃部71を形成してなる。この第1プレス金型70のプレス刃部71は、それぞれ直線帯状の第1直線プレス刃部72と、第2直線プレス刃部77と、これら第1直線プレス刃部72及び第2直線プレス刃部77が交差してなる交差部74とが、第1プレス金型70の表面70Fから、図9中、上方に突出してなる形態を有する。また、このプレス刃部71は、これら第1直線プレス刃部72及び第2直線プレス刃部77のほか、第1直線プレス刃部72の両端部72E,72Eと、第2直線プレス刃部77の両端部77E,77Eとを結ぶ、C字状の曲線プレス刃部73を2つ含む。なお、プレス刃部71は、加工工具を用いて形成されるため、交差部74が、図9に示すように、角部が丸くなった形に形成されている。
【0042】
また、このプレス刃部71は、図9に示すように、第1直線プレス刃部72のうち、交差部74を含む第1交差近傍部72Pにおける刃幅W2Pが、この第1交差近傍部72Pの両外側に位置する第1外側部72Qにおける刃幅W2Qよりも幅狭にされている。
また、第2直線プレス刃部77のうち、交差部74を含む第2交差近傍部77Pにおける刃幅W7Pが、この第2交差近傍部77Pの両外側に位置する第2外側部77Qにおける刃幅W7Qよりも幅狭にされている。
【0043】
次いで、プレス工程について説明する。
まず、薄肉部21が形成されていない、矩形板状の薄肉部形成前封口蓋11Bを予め用意する(図10参照)。この薄肉部形成前封口蓋11Bには、この薄肉部形成前封口蓋11Bの他の厚みよりも薄くし、蓋外表面11F及びこの裏面11Rよりも凹状に窪んだ板状部28が予め形成されている。
【0044】
上述の薄肉部形成前封口蓋11Bについて、前述の第1プレス金型70、及び、凹状に窪んだ板状部28と当接可能な凸部79Tを有する第3プレス金型79を用いて、プレス工程を行う。
具体的には、薄肉部形成前封口蓋11Bを挟んで、薄肉部形成前封口蓋11Bの蓋外表面11F(図10中、上方)側に第1プレス金型70を、裏面11R(図10中、下方)側に第3プレス金型79を、それぞれ配置する。そして、厚さ方向DTに第1プレス金型70及び第3プレス金型79を近づけてプレスする。
【0045】
これにより、蓋外表面11F側の板状部28に、前述した薄肉部21が形成された安全弁部20ができあがる(図5参照)。即ち、この薄肉部21は、第1方向DMに直線的に延びる第1方向薄肉部22と、第2方向DNに直線的に延びる第2方向薄肉部23とを含む。また、交差領域26と2つのC字型薄肉部25とを含む。なお、交差領域26は、第1方向薄肉部22の一部、第2方向薄肉部23の一部、及び、4つの楔状薄肉部26Zからなる。また、交差薄肉部26Sは、第1方向薄肉部22の一部と第2方向薄肉部23の一部とが重なった部分である。
なお、本実施形態1では、薄肉部21の第1方向薄肉部22と第2方向薄肉部23との交差角度αは50°とした。
【0046】
別途、いずれも帯状の正極板81及び負極板82をセパレータ83を介して捲回し、発電要素80を形成する。そして、正極板81には正極内部端子部材41を、負極板82には負極内部端子部材61を、それぞれ溶接して接合した後、封口蓋11に正極端子構造体30及び負極端子構造体50を配置させて、封口蓋11、発電要素80、正極端子構造体30及び負極端子構造体50を一体化させる。
さらに、この発電要素80をケース本体部材18に収容し、図示しない電解液を注液後、封口蓋11でケース本体部材18を溶接で封口する。かくして、電池1が出来上がる(図3参照)。
【0047】
(変形形態1)
次に、本発明の変形形態1にかかる電池101について、図3,4,6,11を参照しつつ説明する。
本変形形態1は、安全弁部には、交差薄肉部を含む一方、楔状薄肉部を含まない、即ち、前述の交差領域が全て交差薄肉部である点で、前述の実施形態1と異なり、それ以外は同様である。
そこで、実施形態1と異なる点を中心に説明し、同様の部分の説明は省略又は簡略化する。なお、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
【0048】
本変形形態1の安全弁部120は、図11に示すように、楕円形状の板状部28と、この板状部28内に位置し、略「8」字形で板状部28よりも薄くされた溝状の薄肉部121とを有する。このうち、板状部28は、実施形態1と同様に、封口蓋11の他の厚みよりも薄くされ、蓋外表面11F及びこの裏面11Rよりも凹状に窪んでいる(図6参照)。
【0049】
一方、薄肉部121は、板状部28よりも、図6中、低位とされ凹状の窪んだ溝状である。薄肉部121の厚さ方向DTの厚みT2は、板状部28の厚みT1よりも薄くされている。
この薄肉部121は、実施形態1と同様、第1方向薄肉部122と第2方向薄肉部123とを含む。これら第1方向薄肉部122と第2方向薄肉部123とは、X字状に交差して交差薄肉部126Sをなしている。また、この薄肉部121は、実施形態1と同様、C字状のC字型薄肉部25を2つ含む。この薄肉部121のうち、交差薄肉部126S以外の部位(第1方向薄肉部22の一部、第2方向薄肉部23の一部及びC字型薄肉部25)を、非交差薄肉部121Tとする。
また、実施形態1と同様、第1方向薄肉部122は、第1内側範囲122Gで、その他の第1外側範囲122Hよりも幅狭とされている。また、第2方向薄肉部123は、第2内側範囲123Gで、その他の第2外側範囲123Hよりも幅狭とされている。
[0050]
なお、第1方向薄肉部122及び第2方向薄肉部123は、後述するように、2段プレス工程(第1プレス工程及び第2プレス工程)によって時間的に前後して形成される。このため、実施形態1と異なり、薄肉部121には、第1方向薄肉部122と第2方向薄肉部123とが重なり合う菱形形状の交差薄肉部126Sを含むが、楔形形状の楔状薄肉部を含まない(図11参照)。
[0051]
なお、本変形形態1にかかる電池101の安全弁部120では、第1方向薄肉部122と第2方向薄肉部123との交差角度αを、実施形態1と同様に50°とした(図9参照)。但し、安全弁部120の交差領域126全体が交差薄肉部126Sであり、この交差領域126に楔状薄肉部を含まない本変形形態1では、実施形態1の交差角度αの範囲を限定しなくても、交差薄肉部126Sの開裂圧が非交差薄肉部121Tよりも低い。このため、安全弁部120の開弁の際に、交差薄肉部126Sから開裂を開始させ、ここから四方に延びる第1方向薄肉部122及び第2方向薄肉部123のいずれについても、自身に沿ってX字形状に開裂を進行させることができる。
[0052]
ところで、本発明者らは、図7,8に示した、前述の安全弁部CLのうち、交差薄肉部C6から楔状薄肉部C6Zを除いた形態(図11の形態に相当)についても、実施形態1と同様、CAE解析及び統計学的解析を行った。これらの解析の結果、楔状薄肉部C6Zがない形態の安全弁部において、この交差薄肉部C6Sの開裂圧が、交差角度αが30°〜50°の範囲で安定することが判った。
[0053]
以上の結果から、交差薄肉部C6に楔状薄肉部C6Zの有無にかかわらず、交差角度αが30°〜50°の範囲では、安全弁部CLの交差薄肉部C6Sの開裂圧が安定しており、交差薄肉部C6Sの開裂圧が非交差薄肉部C1Tよりも低い。従って、非交差薄肉部C1Tよりも、この交差薄肉部C6Sから開裂を開始させやすいことが判った。
[0054]
この知見に基づき、本変形形態1においても、交差角度αを、30°〜50°の範囲内の50°としているので、安全弁部の開弁の際に、より確実に交差薄肉部126S(交差領域126)から開裂を開始させることができる。
【0055】
次に、本変形形態1にかかる電池101の製造方法について、図11〜14を参照しつつ説明する。
この電池101の製造方法は、薄肉部121を形成する前の薄肉部形成前安全弁部120Bについて、プレス成形によって、その板状部28に第1方向薄肉部を形成する第1プレス工程と、この第1プレス工程の後に、プレス成形によって、板状部28に第2方向薄肉部を形成する第2プレス工程とを備える。
【0056】
まず、第1プレス工程に用いる第1金型170について説明する。この第1プレス金型170は、図12に示す、平面形状の表面170F上に、略S字形状のプレス刃部171を矩形凸形状に形成してなる。この第1プレス金型170のプレス刃部171は、直線的に延びる第1直線プレス刃部172と、この第1直線プレス刃部172の両端部172E,172Eに連なり、C字状をなす第1曲線プレス刃部173,173とを有する。なお、このプレス刃部171では、図12に示すように、第1直線プレス刃部172のうち、中心付近を含む第1内側範囲172Pにおける溝幅W2Pが、この第1内部範囲172Pの両外側に位置する第1外側範囲172Qにおける溝幅W2Qよりも幅狭にされている。
【0057】
一方、第2プレス工程では、図13に示す、平面形状の表面175F上に、略S字形状のプレス刃部176を矩形凸形状に形成した第2プレス金型175を用いる。この第2プレス金型175のプレス刃部176は、第1プレス金型170と同様、直線的に延びる第2直線プレス刃部177と、この第2直線プレス刃部177の両端部177E,177Eに連なり、C字状をなす第2曲線プレス刃部178,178とを有する。なお、このプレス刃部176は、図13に示すように、第2直線プレス刃部177のうち、中心付近を含む第2内側範囲177Pにおける溝幅W7Pが、この第2内部範囲177Pの両外側に位置する第2外側範囲177Qにおける溝幅W7Qよりも幅狭にされている。
【0058】
次いで、第1プレス工程及び第2プレス工程について説明する。
まず、薄肉部が形成されていない、矩形板状の薄肉部形成前封口蓋11Bを予め用意する。この薄肉部形成前封口蓋11Bには、この薄肉部形成前封口蓋11Bの他の厚みよりも薄くし、蓋外表面11F及びこの裏面11Rよりも凹状に窪んだ板状部28が予め形成されている(図14(a)参照)。
【0059】
上述の薄肉部形成前封口蓋11Bについて、前述の第1プレス金型170、及び、凹状に窪んだ板状部28と当接可能な凸部79Tを有する、実施形態1と同様の第3プレス金型79を用いて、第1プレス工程を行う。
具体的には、薄肉部形成前封口蓋11Bを挟んで、薄肉部形成前封口蓋11Bの蓋外表面11F(図14(a)中、上方)側に第1プレス金型170を、裏面11R(図14(a)中、下方)側に第3プレス金型79を、それぞれ配置する(図14(a)参照)。そして、厚さ方向DTに第1プレス金型170及び第3プレス金型79を近づけてプレスする。
【0060】
これにより、蓋外表面11F側の板状部28中に、前述した薄肉部121の一部が形成される。具体的には、第1方向DMに直線的に延びる第1方向薄肉部122と、C字型薄肉部25のうち、第1方向薄肉部122の端部122Eに連なる側の半分(半C字型薄肉部25X)とが、板状部28から凹状の窪んだ溝状に形成される(図14(b)参照)。
【0061】
第1プレス工程に続いて、前述の第2プレス金型175、及び、第3プレス金型79を用いて、第2プレス工程を行う。
具体的には、薄肉部121の一部が形成された、蓋外表面11F側に第2プレス金型175を、裏面11R側に第3プレス金型79を、それぞれ配置する(図14(b)参照)。そして、厚さ方向DTに第2プレス金型175及び第3プレス金型79を近づけてプレスする。
【0062】
これにより、蓋外表面11F側の板状部28中に、前述した薄肉部121が形成される。即ち、この薄肉部121は、第1方向DMに直線的に延びる第1方向薄肉部122と、第2方向DNに直線的に延びる第2方向薄肉部123とを含む。さらに、C字型薄肉部25をも2つ含む。なお、第1方向薄肉部122と第2方向薄肉部123とは、X字状に交差して交差薄肉部126Sをなしている(図14(c)参照)。
かくして、封口蓋11の中央付近に前述した安全弁部120、即ち、略「8」字形で板状部28よりも薄くされた溝状の薄肉部121が形成される(図11参照)。なお、薄肉部121の第1方向薄肉部122と第2方向薄肉部123との交差角度αは50°である。
【0063】
本変形形態1においては、楔状薄肉部の面積(又は体積)を物理的に低減させる手段(方法)として、楔状薄肉部そのものの形成をなくす成形工程にしたことに特徴を有している。即ち、上述した電池101の製造方法では、2段のプレス工程、即ち、第1プレス工程及び第2プレス工程によって、第1方向薄肉部122及び第2方向薄肉部123を形成した。つまり、1本の線状に延びる第1直線プレス刃部72を形成した第1プレス金型70、及び、1本の線状に延びる第2直線プレス刃部77を形成した第2プレス金型75を用いて、交差薄肉部126Sを含む、第1方向薄肉部122及び第2方向薄肉部123を形成する。このようにプレスを2段に分けることで、交差薄肉部126Sに、前述の楔状薄肉部を含まない形態とすることができる。これにより、安全弁部120の開弁の際に、交差薄肉部126Sから開裂を開始させ、ここから四方に延びる第1方向薄肉部122及び第2方向薄肉部123に沿ってX字形状に開裂を進行させることができる。従って、十分な開口面積を確保できる電池101を製造することができる。
なお、本変形形態1の第1プレス工程及び第2プレス工程を併せたプレス工程が、本発明の線状薄肉部形成工程に対応する。
【0064】
(変形形態2)
次に、本発明の変形形態2にかかる電池201について、図15,16を参照しつつ説明する。
本変形形態2は、交差薄肉部の一部を、自身の他の部位に比して厚みを薄くしている点で、前述の実施形態1と異なり、それ以外は同様である。
【0065】
即ち、薄肉部221のうち第1方向薄肉部222は、図15における第1方向DMに直交する断面において、幅方向の中心位置が最も窪んだ、下方に先細の形状とした第1テーパ形成部222Tを有する。また、第2方向薄肉部223も、第1方向薄肉部222と同様、第2方向DNに直交する断面において、幅方向の中心位置が最も窪んだ、下方に先細の形状とした第2テーパ形成部223Tを有する。
なお、これら第1テーパ形成部222Tと第2テーパ形成部223Tとは、交差領域226において、交差して交差薄肉部226Sをなしている。このため、図15におけるE−E断面である図16に示すように、交差薄肉部226Sは、V字状に窪んだ交差薄肉谷部226SRがX字状に交差した形態をなしている。従って、交差薄肉谷部226SRにおける厚みT3Xは、非交差薄肉部221Tに比して薄くなっている。さらに、交差薄肉谷部226SRの厚みT3Xは、図16に示すように、交差領域226のうち、楔状薄肉部226Zの厚みT4よりも薄い。
【0066】
一般に厚さが薄い部位ほど、その部位における開裂圧は低くなる。従って、本変形形態2の安全弁部220においては、交差薄肉部226Sの交差薄肉谷部226SRが、交差領域226の楔状薄肉部226Zよりも、開裂し易くされていることが判る。
従って、本変形形態2にかかる電池201では、安全弁部220の開弁の際に、薄肉部221のうち交差薄肉部226Sから、確実に開裂を開始させることができる。
【0067】
(変形形態3)
次に、本発明の変形形態3にかかる電池301について、図3,図4,図17を参照しつつ説明する。
本変形形態3は、安全弁部の薄肉部が、3つ線状薄肉部からなる点で、前述の実施形態1と異なる。
【0068】
具体的には、電池301の安全弁部320は、板状部28と、この板状部28内に位置し、*(アスタリスク)形状で、板状部28よりも薄くされた溝状の薄肉部321とを有する(図17参照)。
このうち、薄肉部321は、第1方向DXに延びる直線状の第1方向薄肉部322、及び、第2方向DYに延びる直線状の第2方向薄肉部323のほかに、第3方向DZに延びる直線状の第3方向薄肉部324からなる。そして、これら第1方向薄肉部322、第2方向薄肉部323及び第3方向薄肉部324は、いずれもが交差して、*(アスタリスク)形状の交差薄肉部326Sをなしている。なお、この薄肉部321のうち、交差薄肉部326S以外の部位を、非交差薄肉部321Tとする。
【0069】
なお、本変形形態3の電池301の製造方法は、プレス成形によって、第1方向薄肉部322を形成する第1プレス工程と、この第1プレス工程の後に、第2方向薄肉部323を形成する第2プレス工程と、この第2プレス工程の後に、第3方向薄肉部324を形成する第3プレス工程とを備える。このため、薄肉部321には、前述した実施形態1のような楔状薄肉部を含まない。従って、安全弁部320の開弁の際に、薄肉部321のうち交差薄肉部326Sから確実に開裂させることができる。
【0070】
(変形形態4)
次に、本発明の変形形態4にかかる電池401について、図3,図4,図18を参照しつつ説明する。
本変形形態4は、安全弁部の薄肉部が、いずれも曲線状の第1曲線薄肉部及び第2曲線薄肉部からなる点で、前述の実施形態1と異なる。
【0071】
具体的には、電池401の安全弁部420は、板状部28と、この板状部28内に位置し、板状部28よりも薄くされた溝状の薄肉部421とを有する(図18参照)。
このうち、薄肉部421は、いずれも弧状の第1曲線薄肉部422及び第2曲線薄肉部423からなる。これら第1曲線薄肉部422及び第2曲線薄肉部423は、図18に示すように、2つの交差薄肉部426S,426Sで交差してなる。なお、この薄肉部421のうち、交差薄肉部426S以外の部位を、非交差薄肉部421Tとする。
【0072】
なお、本変形形態4の電池401の製造方法は、プレス成形によって、第1曲線薄肉部422を形成する第1曲線プレス工程と、この第1曲線プレス工程の後に、第2曲線薄肉部423を形成する第2曲線プレス工程とを備える。このため、薄肉部421には、前述した実施形態1のような楔状薄肉部を含まない。従って、安全弁部420の開弁の際に、薄肉部421のうち交差薄肉部426Sから確実に開裂を開始させることができる。
【0073】
以上において、本発明を実施形態1及び変形形態1〜4に即して説明したが、本発明は上記実施形態1,変形形態1〜4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、実施形態1等では、安全弁部の薄肉部を略「8」字形の形状としたが、第1方向薄肉部と、第2方向薄肉部と、これら第1方向薄肉部及び第2方向薄肉部を交差してなる交差薄肉部とを含むX字形の形状であれば良い。従って、例えば、第1方向薄肉部の端部と第2方向薄肉部の端部とが、薄肉部で連なっていない形態でも良い。
また、実施形態1等では、封口蓋をプレス形成して安全弁部を形成したが、例えば、封口蓋とは別体の安全弁部を、封口蓋に接合しても良い。
また、変形形態3では、第1方向薄肉部の全体に第1テーパ形成部を、第2方向薄肉部の全体に第2テーパ形成部を、それぞれ有する形態とした。しかし、例えば、第1方向薄肉部のうち第1交差近傍部のみに第1テーパ形成部を、及び、第2方向薄肉部のうち第2交差近傍部のみに第2テーパ形成部を有する形態としても良い。

Claims (4)

  1. 発電要素と、
    上記発電要素を気密に収容してなる電池ケースであって、弁形成面に安全弁部を有する電池ケースと、を備え、
    上記安全弁部は、
    自身の厚さ方向に所定の厚みを有する板状部、及び、
    上記板状部内に位置し、上記厚さ方向の厚みを上記板状部よりも薄くした溝状で、開弁時に開裂する薄肉部を有する
    密閉型電池であって、
    上記薄肉部は、
    線状に延びるn本(nは2以上の整数)の第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部を有し、
    上記第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部は、
    上記第1線状薄肉部から第n線状薄肉部のいずれもが交差する交差薄肉部を含み、
    上記交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位の両側に、上記交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位よりも幅広で、上記交差薄肉部を含む幅狭で線状に延びる部位の幅よりも長く線状に延びる部位が位置する形態とされてなり、
    上記薄肉部は、
    上記交差薄肉部の開裂圧が、この交差薄肉部以外の部位の開裂圧よりも低くなる形態とされてなる
    密閉型電池。
  2. 請求項1に記載の密閉型電池であって、
    前記第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部は、
    第1方向に延びる第1方向薄肉部、及び、上記第1方向とは異なる第2方向に延びる第2方向薄肉部であり、
    前記薄肉部は、
    上記第1方向薄肉部及び上記第2方向薄肉部を含み、
    前記弁形成面を平面視したとき、上記第1方向薄肉部と上記第2方向薄肉部とが前記交差薄肉部においてX字状に交差してなり、
    上記交差薄肉部における上記第1方向薄肉部と上記第2方向薄肉部との交差角度αが、30°≦α≦50°とされてなる
    密閉型電池。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の密閉型電池であって、
    前記交差薄肉部は、自身の一部が、自身のうちの他の部位に比して、厚みが薄くされた形態としてなる
    密閉型電池。
  4. 発電要素と、
    上記発電要素を気密に収容してなる電池ケースであって、弁形成面に安全弁部を有する電池ケースと、を備え、
    上記安全弁部は、
    自身の厚さ方向に所定の厚みを有する板状部、及び、
    上記厚さ方向の厚みを上記板状部よりも薄くした溝状で、開弁時に開裂する薄肉部を有し、
    上記薄肉部は、
    線状に延びるn本(nは2以上の整数)の第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部を有し、
    上記第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部は、
    上記第1線状薄肉部から第n線状薄肉部のいずれもが交差する交差薄肉部を含み、
    上記薄肉部は、
    上記交差薄肉部の開裂圧が、この交差薄肉部以外の部位の開裂圧よりも低くなる形態とされてなる
    密閉型電池の製造方法であって、
    上記板状部に、上記第1線状薄肉部ないし第n線状薄肉部を、それぞれ個別に形成する線状薄肉部形成工程を備える
    密閉型電池の製造方法。
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