JP5656745B2 - 角形蓄電池 - Google Patents
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Description
この発明は、角形蓄電池に関し、より詳細には、安全弁を有する角形蓄電池に関する。
リチウム二次電池等に代表される角形蓄電池においては、過充電状態になった場合に、電解液が分解してガスが発生し、電池内圧が上昇することがある。角形蓄電池の安全性を確保するため、通常、ガスの発生に伴って電池内圧が上昇したときに、ガスを放出するために開裂する安全弁が設けられている。安全弁は、例えば、プレス加工等により電池缶の開口部を塞いで取り付けられる蓋に一体成形される。
蓋は、ほぼ平坦状の板状部材であるが、安全弁は、電池内圧が所定値に達した時点で開裂するように、周囲の部分よりも薄く形成される。従って、安全弁は蓋の他の部分よりも強度的に弱い。
蓋は、ほぼ平坦状の板状部材であるが、安全弁は、電池内圧が所定値に達した時点で開裂するように、周囲の部分よりも薄く形成される。従って、安全弁は蓋の他の部分よりも強度的に弱い。
複数の角形蓄電池を直列に接続して、例えば、電気自動車等に用いられる蓄電池モジュールにおいては、安全弁から放出されたガスを外部に排出するための排出用ダクトが設けられている。排出用ダクトは、各蓄電池の安全弁の周囲に、当該安全弁の上部を外部から密封するように取り付けられる。
上述した如く、安全弁は強度的に弱く、蓋を電池缶に取り付ける工程等において、外力の作用を受けてねじれ等の不具合が発生しやすい。そこで、安全弁を蓋に一体成形する際、蓋の上面から電池缶とは反対方向に突き出す環状のリブ部を形成し、このリブ部の外周側に安全弁を設ける構造とした角形蓄電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献１に記載された発明では、蓋の上面から電池缶とは反対方向に突き出すリブ部の内周側に安全弁が形成される。このような構造を有する安全弁にガスを排出するための排出用ダクトを連結する場合、リブ部の外周または内周に連結管を取り付け、安全弁の上部と排出用ダクトとを連結することが最も簡単で効率のよい取付構造となる。
しかしながら、蓋の上面から突出するリブ部を蓋に一体成形する構造では、ダクト取付構造を考慮したリブ部の強度を十分なものとすることが困難である。
しかしながら、蓋の上面から突出するリブ部を蓋に一体成形する構造では、ダクト取付構造を考慮したリブ部の強度を十分なものとすることが困難である。
本発明の角形蓄電池は、正極電極と負極電極とがセパレータを介して積層されて形成された発電要素と、発電要素が収容されるとともに、電解液が注入され、電池缶と蓋部材とにより密閉構造にされた電池容器とを備え、蓋部材は、その上面を形成する基部と、基部から没する凹部を形成する周壁部と、周壁部の内周面に連設されて支持される安全弁とが一体に形成され、内周面で支持される安全弁の周縁部における基部の上面からの深さは、基部の厚さを超えた寸法に定められ、周壁部は、安全弁の周縁部から基部に向かって、漸次、厚さが増大する傾斜状に形成されていることを特徴とする。
この発明の角形蓄電池によれば、周壁部の内周面で支持される安全弁の周縁部における基部の上面からの深さは、基部の厚さを超えた寸法に定められている。このため、電池蓋の表面にほぼ平行な押圧力Ｘは、基部１２の厚さ（板厚）全体で支持されることになり、押圧力Ｘに対する基部１２の強度を極めて高いものとすることができる。
（実施形態１）
［角形蓄電池の全体構造］
以下、この発明の角形蓄電池を、リチウムイオン角形二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図１は、この発明の角形蓄電池の一実施の形態を示す外観斜視図であり、図２は、図１に示された角形蓄電池の分解斜視図である。
角形蓄電池１は、電池蓋（蓋部材）３および電池缶４とから構成される、薄型のほぼ直方体形状の電池容器２内に、電極群（発電要素）４０が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池蓋３および電池缶４は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等により形成される。
［角形蓄電池の全体構造］
以下、この発明の角形蓄電池を、リチウムイオン角形二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図１は、この発明の角形蓄電池の一実施の形態を示す外観斜視図であり、図２は、図１に示された角形蓄電池の分解斜視図である。
角形蓄電池１は、電池蓋（蓋部材）３および電池缶４とから構成される、薄型のほぼ直方体形状の電池容器２内に、電極群（発電要素）４０が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池蓋３および電池缶４は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等により形成される。
電池蓋３には、正極集電板２１、負極集電板３１等が一体的に組み付けられ、電池蓋ユニット１０として構成される。電池蓋ユニット１０の正極集電板２１および負極集電板３１は、それぞれ、電極群４０の正極金属箔または負極集電箔に、例えば、超音波溶接により接合されることにより、電池蓋・発電ユニット５０とされ、電池缶４の上端部の開口部から収容される。
図２においては、電池蓋・発電ユニット５０は、直接、電池缶４内に収容される構造として図示されているが、電池蓋・発電ユニット５０を一旦、電池缶４と同形状で、寸法が僅かに小さい絶縁袋に収容してから電池缶４内に収容する構造とすることもできる。
図２においては、電池蓋・発電ユニット５０は、直接、電池缶４内に収容される構造として図示されているが、電池蓋・発電ユニット５０を一旦、電池缶４と同形状で、寸法が僅かに小さい絶縁袋に収容してから電池缶４内に収容する構造とすることもできる。
図３は電極群４０の巻き終り側を展開した状態の外観斜視図である。
電極群４０は、正極電極４１と負極電極４２とを、第１、第２のセパレータ４３、４４を介在して図示しない軸芯の周りに扁平状に捲回して形成されたものである。符号４０ａは、電極群４０の軸芯の厚み分の幅を有する空洞部、符号４０ｂ（図２参照）は幅広面である。
正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔４１ａの表裏両面に正極合剤層４１ｂが形成されたものである。正極合剤層４１ｂは、一側縁に正極金属箔４１ａが露出された正極合剤未処理部４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤が塗工されて形成される。
負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる負極金属箔４２ａの表裏両面に負極合剤層４２ｂが塗工されたものである。負極合剤層４２ｂは、正極合剤未処理部４１ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極合剤未処理部４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに正極合剤が塗工されて形成される。
電極群４０は、正極電極４１と負極電極４２とを、第１、第２のセパレータ４３、４４を介在して図示しない軸芯の周りに扁平状に捲回して形成されたものである。符号４０ａは、電極群４０の軸芯の厚み分の幅を有する空洞部、符号４０ｂ（図２参照）は幅広面である。
正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔４１ａの表裏両面に正極合剤層４１ｂが形成されたものである。正極合剤層４１ｂは、一側縁に正極金属箔４１ａが露出された正極合剤未処理部４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤が塗工されて形成される。
負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる負極金属箔４２ａの表裏両面に負極合剤層４２ｂが塗工されたものである。負極合剤層４２ｂは、正極合剤未処理部４１ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極合剤未処理部４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに正極合剤が塗工されて形成される。
正極合剤層４１ｂ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、混練して作製する。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に正極合剤未処理部４１ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）９０μｍの正極電極４１を得る。
負極合剤層４２ｂ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−メチルビロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練して作製する。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔の両面に負極合剤未処理部４２ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）７０μｍの負極電極４２を得る。
電極群４０を形成するには、図示しない軸芯に先端部を溶着させた第１、第２のセパレータ４３、４４の間に、それぞれ、負極電極４２の巻始め側端部を、正極電極４１の巻始め側端部よりも内側に位置するように配置して捲回する。この場合、正極合剤未処理部４１ｃと負極合剤未処理部４２ｃとは、幅方向（捲回方向に直交する方向）の反対側の側縁に位置するように配置する。負極合剤層４２ｂの幅、換言すれば、捲回方向に直交する方向の長さは、正極合剤層４１ｂの幅よりも広く形成されている。また、第１のセパレータ４３の幅は、正極電極４１の正極合剤未処理部４１ｃを一側縁側において外部に露出する寸法とされている。第２のセパレータ４４の幅は、負極電極４２の負極合剤未処理部４２ｃを他側縁側において外部に露出する寸法とされている。
電極群４０の巻始め側、換言すれば、軸芯側には空洞部４０ａ（図２、３参照）が形成されている。また、電極群４０の巻終り側は、最外周が第２のセパレータ４４であり、その内側が負極電極４２である。従って、正極合剤層４１ｂは、巻始め側から巻終り側までの全長に亘り、幅方向においても、すべての部分が、負極合剤層４２ｂにより覆われている。
このように、電極群４０は、正極電極４１においては、正極金属箔４１ａの正極合剤未処理部４１ｃが外部に露出しており、負極電極４２においては、負極金属箔４２ａの負極合剤未処理部４２ｃが外部に露出している。
電池蓋３には、非水電解液を注入するための注液口１１が設けられている。また、電池蓋３には、過充電等により内部圧力が基準値を超えて上昇した際に、圧力を抜くための安全弁１３が設けられている。電池蓋３の構造の詳細については後述する。
非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。
注液口１１は電解液注入後に、注液栓（図示せず）が嵌合されたうえ、レーザ溶接によって塞がれる。
電池蓋３は、レーザ溶接により電池缶４と接合され、密閉される。
電池蓋３は、レーザ溶接により電池缶４と接合され、密閉される。
図２に図示されるように、電池蓋ユニット１０は、電池蓋３と、正極側端子構成部６０と、負極側端子構成部７０を備える。
正極側端子構成部６０は、外部正極端子６１、正極接続端子６２、正極端子板６３、絶縁板６４および正極集電板２１から構成される。
外部正極端子６１、正極端子板６３、正極接続端子６２および正極集電板２１は、一体的に固定され、電池蓋３に取り付けられている。
正極側端子構成部６０は、外部正極端子６１、正極接続端子６２、正極端子板６３、絶縁板６４および正極集電板２１から構成される。
外部正極端子６１、正極端子板６３、正極接続端子６２および正極集電板２１は、一体的に固定され、電池蓋３に取り付けられている。
正極側端子構成部６０を作製するには次のようにする。
予め、正極集電板２１を正極接続端子６２にかしめておく。また、電池蓋３の貫通孔に絶縁板６４を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板６４の貫通孔とを位置合わせして配置する。
予め、正極集電板２１を正極接続端子６２にかしめておく。また、電池蓋３の貫通孔に絶縁板６４を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板６４の貫通孔とを位置合わせして配置する。
次に、外部正極端子６１を正極端子板６３に設けられた貫通孔に嵌入し、絶縁板６４上で正極端子板６３に固定する。外部正極端子６１と正極端子板６３にかしめてもよい。また、正極集電板２１がかしめられた正極接続端子６２を電池蓋３の裏側から絶縁板６４の貫通孔に挿通する。正極接続端子６２の先端側は、正極端子板６３の貫通孔よりも僅かに小さい円筒形状を有しており、この正極接続端子６２の先端部分をかしめることにより、正極側端子構成部６０が電池蓋３に一体的に組み付けられる。
この状態において、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、電気的に接続されている。また、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、絶縁板６４により電池蓋３と絶縁されている。
この状態において、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、電気的に接続されている。また、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、絶縁板６４により電池蓋３と絶縁されている。
負極側端子構成部７０は、外部負極端子７１、負極接続端子７２、負極端子板７３、絶縁板７４および負極集電板３１から構成される。
負極側端子構成部７０は、正極側端子構成部６０と同様な構造であり、外部負極端子７１、負極端子板７３、負極接続端子７２および負極集電板３１は、電池蓋３に一体的に組み付けられている。
この状態において、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７１は、電気的に接続されている。また、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７１は、絶縁板７４により電池蓋３と絶縁されている。
負極側端子構成部７０は、正極側端子構成部６０と同様な構造であり、外部負極端子７１、負極端子板７３、負極接続端子７２および負極集電板３１は、電池蓋３に一体的に組み付けられている。
この状態において、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７１は、電気的に接続されている。また、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７１は、絶縁板７４により電池蓋３と絶縁されている。
正極・負極の集電板２１、３１を電極群４０に接合することにより、角形蓄電池１は、外部正極端子６１および外部負極端子７１に接続された外部電子機器に対して、充放電が可能となる。
正極集電板２１は、アルミニウムにより形成されている。正極集電板２１は、電池蓋３に取り付けられた本体部２２がほぼ９０°に折曲された支持部２２ａを有する。折曲された支持部２２ａは、端部において二股に分岐され、平坦状の接合片２３が形成されている。各接合片２３は、電極群４０に超音波溶接される。接合片２３は、それぞれ、支持部２２ａに対して傾斜した角度に折曲されている。一対の接合片２３の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。一対の接合片２３は、電極群４０の空洞部に挿入され、電極群４０をハの字状に開いた状態で、正極合剤未処理部４１ｃに超音波溶接により接合される。
負極集電板３１は、銅により形成されているが、正極集電板２１と同じ構造を有している。
負極集電板３１は、電池蓋３に取り付けられた本体部３２がほぼ９０°に折曲された支持部３２ａを有する。折曲された支持部３２ａは、端部において二股に分岐され、それぞれ、接合片３３が形成される。各接合片３３は、電極群４０に超音波溶接により接合される。一対の接合片３３の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。一対の接合片２３は、電極群４０の空洞部４０ａ（図２参照）に挿入され、電極群４０をハの字状に開いた状態で、正極合剤未処理部４１ｃに超音波溶接により接合される。
負極集電板３１は、電池蓋３に取り付けられた本体部３２がほぼ９０°に折曲された支持部３２ａを有する。折曲された支持部３２ａは、端部において二股に分岐され、それぞれ、接合片３３が形成される。各接合片３３は、電極群４０に超音波溶接により接合される。一対の接合片３３の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。一対の接合片２３は、電極群４０の空洞部４０ａ（図２参照）に挿入され、電極群４０をハの字状に開いた状態で、正極合剤未処理部４１ｃに超音波溶接により接合される。
［安全弁の構造］
図４は、図１に図示された電池蓋３を、ＩＶ―ＩＶ線で切断した拡大斜視図である。
安全弁一体型の電池蓋３は次のように製作される、アルミ製の平板をプレス加工して凹部１８が形成され、凹部１８の底部に薄膜状の安全弁１３が形成される。
つまり、電池蓋３は、電池蓋３の上部を形成する基部１２と、基部１２に連接される周壁部１４と周壁部１４に連接される薄膜状の安全弁１３が一体化された部材として構成される。この場合、周壁部１４の内周面１４ａと、安全弁１３の上面１３ａにより形成される空間が凹部１８となる。すなわち、凹部１８の深さは、基部１２の上面１２ａから安全弁１３の上面の１３ａまでの寸法である。
凹部１８は、基部１２の厚さよりも深く形成される。つまり、安全弁１３の上面１３ａは基部１２の下面１２ｂよりも低い位置に形成される。凹部１８は、少なくとも基部１２の板厚以上の深さを有する。安全弁１３は、平面視でほぼ円形を有している。
安全弁１３は基部１２の厚さ（板厚）よりも薄く形成され、安全弁１３の上面１３ａには、蓄電池１内部に発生するガス圧により開裂する溝１５が形成されている。
図４は、図１に図示された電池蓋３を、ＩＶ―ＩＶ線で切断した拡大斜視図である。
安全弁一体型の電池蓋３は次のように製作される、アルミ製の平板をプレス加工して凹部１８が形成され、凹部１８の底部に薄膜状の安全弁１３が形成される。
つまり、電池蓋３は、電池蓋３の上部を形成する基部１２と、基部１２に連接される周壁部１４と周壁部１４に連接される薄膜状の安全弁１３が一体化された部材として構成される。この場合、周壁部１４の内周面１４ａと、安全弁１３の上面１３ａにより形成される空間が凹部１８となる。すなわち、凹部１８の深さは、基部１２の上面１２ａから安全弁１３の上面の１３ａまでの寸法である。
凹部１８は、基部１２の厚さよりも深く形成される。つまり、安全弁１３の上面１３ａは基部１２の下面１２ｂよりも低い位置に形成される。凹部１８は、少なくとも基部１２の板厚以上の深さを有する。安全弁１３は、平面視でほぼ円形を有している。
安全弁１３は基部１２の厚さ（板厚）よりも薄く形成され、安全弁１３の上面１３ａには、蓄電池１内部に発生するガス圧により開裂する溝１５が形成されている。
図５は、電池蓋３の安全弁１３の上部に、ガスを排出するための排出用ダクトに接続される連結管８１を取り付けた構造の断面図を示す。
連結管８１は中空部を有する管状部材であり、先端側に外径が小さい接続端部８２が形成されている。接続端部８２は、電池蓋３の周壁部１４の内周面に、圧入等により固定されている。
接続端部８２の高さは、段部８２ａが基部１２の上面１２ａに接触した状態で、接続端部８２の端面８２ｂと安全弁１３の上面１３ａとの間に空隙が設けられるように定められている。
連結管８１を取り付けるには、連結管８１を周壁部１４の内周面に圧入して、段部８２ａが基部１２の上面１２ａに当接するまで、連結管８１を安全弁１３側に押し込めばよい。
連結管８１は中空部を有する管状部材であり、先端側に外径が小さい接続端部８２が形成されている。接続端部８２は、電池蓋３の周壁部１４の内周面に、圧入等により固定されている。
接続端部８２の高さは、段部８２ａが基部１２の上面１２ａに接触した状態で、接続端部８２の端面８２ｂと安全弁１３の上面１３ａとの間に空隙が設けられるように定められている。
連結管８１を取り付けるには、連結管８１を周壁部１４の内周面に圧入して、段部８２ａが基部１２の上面１２ａに当接するまで、連結管８１を安全弁１３側に押し込めばよい。
この実施形態では、上述した如く、平面状の安全弁１３が凹部１８の底部、すなわち凹部１８を形成する周壁部１４の内周面１４ａの下部に設けられ、安全弁１３の上面１３ａは、基部１２の下面１２ｂよりも低い位置に形成されている。また、上述したように、周壁部１４の内周面１４ａに圧入される連結管８１の高さは基部１２の厚さを超えた寸法となり、連結管８１が周壁部１４の内周面１４ａと接する長さは基部１２の厚さを超えた寸法となる。
連結管８１に側方から、すなわち、電池蓋３の表面にほぼ平行の外力が作用したとき、図４に示すように、外力は、接続端部８２から周壁部１４の内周面１４ａへの押圧力Ｘとして伝達される。周壁部１４の内周面１４ａの深さ方向の全域で接続端部８２が接するので、押圧力Ｘは、基部１２の厚さ（板厚）全体で支持される。このため、押圧力Ｘに対する基部１２の支持力は極めて大きいものとなる。
以上のように、接続端部８２の高さ、および凹部１８の深さ、すなわち基部１２の上面１２ａから安全弁１３の上面の１３ａまでの寸法のそれぞれを、基部１２の厚さ（板厚）を超えた寸法に定めることにより、図５に図示されるダクトに接続される連結管８１の取り付け構造は十分な強度を確保することができる。
連結管８１に側方から、すなわち、電池蓋３の表面にほぼ平行の外力が作用したとき、図４に示すように、外力は、接続端部８２から周壁部１４の内周面１４ａへの押圧力Ｘとして伝達される。周壁部１４の内周面１４ａの深さ方向の全域で接続端部８２が接するので、押圧力Ｘは、基部１２の厚さ（板厚）全体で支持される。このため、押圧力Ｘに対する基部１２の支持力は極めて大きいものとなる。
以上のように、接続端部８２の高さ、および凹部１８の深さ、すなわち基部１２の上面１２ａから安全弁１３の上面の１３ａまでの寸法のそれぞれを、基部１２の厚さ（板厚）を超えた寸法に定めることにより、図５に図示されるダクトに接続される連結管８１の取り付け構造は十分な強度を確保することができる。
［安全弁の形成方法］
図６（Ａ）、（Ｂ）は、安全弁１３を形成する方法を説明するための断面図である。
先ず、図６（Ａ）に図示されるように、周壁部１４の外周面と同一の直径を有する円筒形の中空部９１ａを有する下金型９１を準備する。
そして、下金型９１上に、例えば、アルミニウムの金属板からなる電池蓋素材３Ａを載置する。電池蓋素材３Ａの板厚は、例えば、１．５ｍｍ程度である。
また、下金型９１の中空部９１ａの段差の深さは、０.１ｍｍ以上〜電池蓋素材３Ａの２倍程度まで、すなわち、３.０ｍｍ程度までとすることが望ましい。また、安全弁１３の厚さは、通常、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とする。
図６（Ａ）、（Ｂ）は、安全弁１３を形成する方法を説明するための断面図である。
先ず、図６（Ａ）に図示されるように、周壁部１４の外周面と同一の直径を有する円筒形の中空部９１ａを有する下金型９１を準備する。
そして、下金型９１上に、例えば、アルミニウムの金属板からなる電池蓋素材３Ａを載置する。電池蓋素材３Ａの板厚は、例えば、１．５ｍｍ程度である。
また、下金型９１の中空部９１ａの段差の深さは、０.１ｍｍ以上〜電池蓋素材３Ａの２倍程度まで、すなわち、３.０ｍｍ程度までとすることが望ましい。また、安全弁１３の厚さは、通常、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とする。
次に、中空部９１ａに軸芯を一致させて、中空部９１ａの外径より小さい外径を有する上金型９２により、電池蓋素材３Ａの中空部９１ａに対応する部分をプレス加工する。このプレス加工により、電池蓋素材３Ａの板厚よりも薄い薄肉部１３Ａおよび周壁部１４が形成される。
この場合、プレス加工前の、電池蓋素材３Ａの中空部９１ａに対応する長さＬ分の体積Ｖは、プレス加工後の、周壁部１４の体積と薄肉部１３Ａの体積との合計の体積Ｖに等しい。
薄肉部１３Ａの厚さは、例えば、０.１ｍｍ程度とする。
この場合、プレス加工前の、電池蓋素材３Ａの中空部９１ａに対応する長さＬ分の体積Ｖは、プレス加工後の、周壁部１４の体積と薄肉部１３Ａの体積との合計の体積Ｖに等しい。
薄肉部１３Ａの厚さは、例えば、０.１ｍｍ程度とする。
そして、図示はしないが、プレス等により、薄肉部１３Ａに溝１５を形成することにより安全弁１３が形成される。溝１５の深さは、例えば、０．０５ｍｍ程度とする。
この後、電池蓋素材３Ａに注液口１１等を形成することにより、電池蓋３が作製される。注液口１１は、安全弁１３を形成する前に形成しておいてもよい。
この後、電池蓋素材３Ａに注液口１１等を形成することにより、電池蓋３が作製される。注液口１１は、安全弁１３を形成する前に形成しておいてもよい。
［実施形態１の効果］
上記した本発明の一実施の形態によれば下記の効果を奏する。
（１）安全弁１３の上面１３ａが、基部１２の下面１２ｂよりも低い位置に形成されており、換言すれば、凹部１８は基部１２の厚さ（板厚）よりも大きく形成されている。従って、基部１２に連接される周壁部１４に連結管８１を取り付けることにより、大きな強度の取付構造を得ることができる。
（２）ダクトの連結管８１を、周壁部１４の内周面１４ａに圧入により取り付ける構造とすることが可能となり、取付構造が簡単となり、また、ダクトの密封性を高めることができる。
（３）連結管８１の接続端部８２と電池蓋３の密封性は、接続端部８２の高さ、および周壁部１４の高さを高くすることにより大きくすることができるが、周壁部１４の高さを大きくしても、接続端部８２の圧入に対する周壁部１４の強度はほぼ同一に維持される。このため、周壁部１４の高さを変更することにより適切な密封性を確保することが容易である。
（４）また、図５に図示されるように、接続端部８２の端面８２ｂと安全弁１３の上面１３ａとの間には空隙が設けられているため、連結管８１の接続端部８２が薄肉部である安全弁１３に接触することがない。このため、接続端部８２が当接することにより、安全弁１３が損傷することを防ぐことができる。
（５）安全弁１３を電池蓋３の基部１２の上面１２ａよりも低い位置に形成するので、電池蓋３が変形した場合における安全弁１３の変形を小さいものとすることができる。
上記した本発明の一実施の形態によれば下記の効果を奏する。
（１）安全弁１３の上面１３ａが、基部１２の下面１２ｂよりも低い位置に形成されており、換言すれば、凹部１８は基部１２の厚さ（板厚）よりも大きく形成されている。従って、基部１２に連接される周壁部１４に連結管８１を取り付けることにより、大きな強度の取付構造を得ることができる。
（２）ダクトの連結管８１を、周壁部１４の内周面１４ａに圧入により取り付ける構造とすることが可能となり、取付構造が簡単となり、また、ダクトの密封性を高めることができる。
（３）連結管８１の接続端部８２と電池蓋３の密封性は、接続端部８２の高さ、および周壁部１４の高さを高くすることにより大きくすることができるが、周壁部１４の高さを大きくしても、接続端部８２の圧入に対する周壁部１４の強度はほぼ同一に維持される。このため、周壁部１４の高さを変更することにより適切な密封性を確保することが容易である。
（４）また、図５に図示されるように、接続端部８２の端面８２ｂと安全弁１３の上面１３ａとの間には空隙が設けられているため、連結管８１の接続端部８２が薄肉部である安全弁１３に接触することがない。このため、接続端部８２が当接することにより、安全弁１３が損傷することを防ぐことができる。
（５）安全弁１３を電池蓋３の基部１２の上面１２ａよりも低い位置に形成するので、電池蓋３が変形した場合における安全弁１３の変形を小さいものとすることができる。
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る電池蓋とダクトとの取付構造を示す断面図である。
実施形態２が実施形態１と相違する点は、周壁部１４の外周面１４ｂが傾斜面とされている点である。
周壁部１４の外周面１４ｂは、安全弁１３との接続部分から基部１２との接続部分に向かって、漸次、その外径が増大する傾斜面に形成されている。周壁部１４の内周面１４ａは垂直であるので、周壁部１４の半径方向における厚さは、安全弁１３側から基部１２側に向かって、漸次、増大している。そして、基部１２の下面１２ｂとの接続部分では、基部１２の厚さよりも厚く形成されている。
図７は、本発明の実施形態２に係る電池蓋とダクトとの取付構造を示す断面図である。
実施形態２が実施形態１と相違する点は、周壁部１４の外周面１４ｂが傾斜面とされている点である。
周壁部１４の外周面１４ｂは、安全弁１３との接続部分から基部１２との接続部分に向かって、漸次、その外径が増大する傾斜面に形成されている。周壁部１４の内周面１４ａは垂直であるので、周壁部１４の半径方向における厚さは、安全弁１３側から基部１２側に向かって、漸次、増大している。そして、基部１２の下面１２ｂとの接続部分では、基部１２の厚さよりも厚く形成されている。
このように、周壁部１４の厚さを、基部１２との接続部分において、基部１２の厚さよりも大きくし、かつ、周壁部１４の半径方向における厚さが、安全弁１３側に向かって、漸次、増大する傾斜面とされている。このため、周壁部１４の外力に対する強度が基部１２に近い程大きくなり、周壁部１４にかかる応力を分散することができる。
また、実施形態２においても、当然、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、上記以外の構造は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
また、実施形態２においても、当然、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、上記以外の構造は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
（実施形態３）
図８は、本発明の実施形態３に係る電池蓋とダクトとの取付構造を示す断面図である。
実施形態３が実施形態１と相違する点は、連結管８１には、接続端部８２が形成されておらず、安全弁１３の周囲と周壁部１４との間に、連結管受け部（段部）１７が形成されている点である。
連結管受け部１７は、周壁部１４の内周面底部の段差部として形成されている。連結管受け部１７の上面には、連結管８１の端面８１ａが接触している。
図８は、本発明の実施形態３に係る電池蓋とダクトとの取付構造を示す断面図である。
実施形態３が実施形態１と相違する点は、連結管８１には、接続端部８２が形成されておらず、安全弁１３の周囲と周壁部１４との間に、連結管受け部（段部）１７が形成されている点である。
連結管受け部１７は、周壁部１４の内周面底部の段差部として形成されている。連結管受け部１７の上面には、連結管８１の端面８１ａが接触している。
実施形態３においては、連結管８１を取り付ける際、連結管８１を周壁部１４の内周面に圧入して、端面８１ａが連結管受け部１７の上面に当接するまで、連結管８１を安全弁１３側に押し込めばよい。
このため、連結管８１に、外径が小さい接続端部８２を形成する必要がなく、連結管８１の構造を簡単にすることができる。
また、実施形態３においても、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、上記以外の構造は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
さらに、図示はしないが、実施形態２と実施形態３を組み合わせて、周壁部１４の外周面１４ｂを安全弁１３側に向かって、その外形が漸次、減少する傾斜面にするとともに、周壁部１４の内周面底部に段差部を設ける構造もすることができる。
このため、連結管８１に、外径が小さい接続端部８２を形成する必要がなく、連結管８１の構造を簡単にすることができる。
また、実施形態３においても、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、上記以外の構造は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
さらに、図示はしないが、実施形態２と実施形態３を組み合わせて、周壁部１４の外周面１４ｂを安全弁１３側に向かって、その外形が漸次、減少する傾斜面にするとともに、周壁部１４の内周面底部に段差部を設ける構造もすることができる。
（実施形態４）
図９は、本発明の実施形態４に係る電池蓋とダクトとの取付構造を示す断面図である。
実施形態４が実施形態１と相違する点は、周壁部１４の下端部が安全弁１３の下面１３ｂから突き出して形成されている点である。
周壁部１４は、安全弁１３の下面１３ｂから基部１２と反対側に向かって突き出す下端部１４ｃを有している。逆にいうと、安全弁１３は、周壁部１４の下端部１４ｃから陥没している。このため、例えば、組み立て工程や搬送時において、電池蓋３同士が接触したり、組み付け治具が安全弁１３に衝突したりして、安全弁１３が損傷するのを防止することができる。
また、実施形態４においても、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、上記以外の構造は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
図９は、本発明の実施形態４に係る電池蓋とダクトとの取付構造を示す断面図である。
実施形態４が実施形態１と相違する点は、周壁部１４の下端部が安全弁１３の下面１３ｂから突き出して形成されている点である。
周壁部１４は、安全弁１３の下面１３ｂから基部１２と反対側に向かって突き出す下端部１４ｃを有している。逆にいうと、安全弁１３は、周壁部１４の下端部１４ｃから陥没している。このため、例えば、組み立て工程や搬送時において、電池蓋３同士が接触したり、組み付け治具が安全弁１３に衝突したりして、安全弁１３が損傷するのを防止することができる。
また、実施形態４においても、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、上記以外の構造は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
（実施形態５）
図１０は、本発明の実施形態４に係る電池蓋とダクトとの取付構造を示す断面図である。
実施形態１〜４においては、安全弁１３は、ほぼ平坦であり、また、安全弁１３の上面１３ａは基部１２の下面１２ｂよりも下方に位置するものであった。
しかし、安全弁１３は、平坦でなくてもよいし、安全弁１３の上面１３ａは、全体が基部１２の下面１２ｂよりも下方に位置するものではなくてもよい。
図１０は、そのような実施形態の一例を示す。
図１０に図示された実施形態５において、安全弁１３は、周壁部１４側に平坦な周縁部１３ｃを有し、周縁部１３ｃよりも内周側である中央部はドーム形状に湾曲して形成されている。すなわち、安全弁１３は、ほぼ中心部でも最も高い位置に形成されている。安全弁１３の最も高い位置の部分は、基部１２の上面１２ａと下面１２ｂの範囲内、換言すれば、基部１２の厚さの範囲内に位置している。安全弁１３の上面側には、実施形態１と同様に開裂用の溝１５が形成されている。
図１０は、本発明の実施形態４に係る電池蓋とダクトとの取付構造を示す断面図である。
実施形態１〜４においては、安全弁１３は、ほぼ平坦であり、また、安全弁１３の上面１３ａは基部１２の下面１２ｂよりも下方に位置するものであった。
しかし、安全弁１３は、平坦でなくてもよいし、安全弁１３の上面１３ａは、全体が基部１２の下面１２ｂよりも下方に位置するものではなくてもよい。
図１０は、そのような実施形態の一例を示す。
図１０に図示された実施形態５において、安全弁１３は、周壁部１４側に平坦な周縁部１３ｃを有し、周縁部１３ｃよりも内周側である中央部はドーム形状に湾曲して形成されている。すなわち、安全弁１３は、ほぼ中心部でも最も高い位置に形成されている。安全弁１３の最も高い位置の部分は、基部１２の上面１２ａと下面１２ｂの範囲内、換言すれば、基部１２の厚さの範囲内に位置している。安全弁１３の上面側には、実施形態１と同様に開裂用の溝１５が形成されている。
実施形態５において、周壁部１４に連接される平坦状の周縁部１３ｃは、基部１２の下面１２ｂよりも下方に位置しており、この周縁部１３ｃの幅は、連結管８１の接続端部８２の肉厚よりも僅かに大きく形成されている。
図１０に図示されるように、連結管８１の接続端部８２は、安全弁１３の周縁部１３ｃの領域内に配置される。従って、連結管８１の接続端部８２の下端面が安全弁１３の上面１３ａに当接しない状態で、周縁部１３ｃの領域内に配置することができる。
従って、実施形態５においても、接続端部８２を周側面１２ｃにより、基部１２の厚さ全体に亘って保持することが可能となり、実施形態１〜４と同様に、連結管８１の支持構造を強度の高いものとすることができる。
図１０に図示されるように、連結管８１の接続端部８２は、安全弁１３の周縁部１３ｃの領域内に配置される。従って、連結管８１の接続端部８２の下端面が安全弁１３の上面１３ａに当接しない状態で、周縁部１３ｃの領域内に配置することができる。
従って、実施形態５においても、接続端部８２を周側面１２ｃにより、基部１２の厚さ全体に亘って保持することが可能となり、実施形態１〜４と同様に、連結管８１の支持構造を強度の高いものとすることができる。
安全弁１３がドーム状に湾曲していると、平坦な場合に比し、安全弁１３の中央側と周縁部側における変形量が均一化されるので、安全弁１３が開裂する際のガス圧のばらつきを小さくすることができ、安全性が向上する。
また、実施形態５において、その他の点に関しても、実施形態１〜４と同様な効果を奏する。
なお、上記以外の構造は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
図示はしないが、実施形態２〜４における平坦な安全弁１３を、実施形態５の湾曲状の安全弁１３に置き換えることが可能である。
また、実施形態５において、その他の点に関しても、実施形態１〜４と同様な効果を奏する。
なお、上記以外の構造は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付して説明を省略する。
図示はしないが、実施形態２〜４における平坦な安全弁１３を、実施形態５の湾曲状の安全弁１３に置き換えることが可能である。
なお、上記各実施形態においては、連結管８１を圧入等により電池蓋３に取り付ける構造として例示したが、接着や溶接等により接合するようにしてもよい。また、連結管８１と電池蓋３の周側面１２ｃとの間にシール部材を介装するようにしてもよい。
安全弁１３を平面視で円形として例示したが、楕円形状、多角形状等、適宜、変形して適用することが可能である。また、開裂用の溝１５は、安全弁１３の下面１３ｂ側に形成してもよい。
上記実施形態では、リチウムイオン二次電池の場合で説明した。しかし、本発明は、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池のように水溶性電解液を用いる角形蓄電池にも適用が可能である。
その他、本発明の角形蓄電池は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して適用することが可能であり、要は、安全弁１３と周壁部１４との連接部分を、電池蓋３の下面１２ｂよりも下方側とすればよい。
１ 角形蓄電池
２ 電池容器
３ 電池蓋（蓋部材）
３Ａ 電池蓋素材
４ 電池缶
１０ 電池蓋ユニット
１２ 基部
１２ｃ 周側面
１３ 安全弁
１４ 周壁部
１５ 溝
４０ 電極群（発電要素）
８１ 連結管
８２ 接続端部
２ 電池容器
３ 電池蓋（蓋部材）
３Ａ 電池蓋素材
４ 電池缶
１０ 電池蓋ユニット
１２ 基部
１２ｃ 周側面
１３ 安全弁
１４ 周壁部
１５ 溝
４０ 電極群（発電要素）
８１ 連結管
８２ 接続端部
Claims (8)
- 正極電極と負極電極とがセパレータを介して積層されて形成された発電要素と、
前記発電要素が収容されるとともに、電解液が注入され、電池缶と蓋部材とにより密閉構造にされた電池容器とを備え、
前記蓋部材は、その上面を形成する基部と、基部から没する凹部を形成する周壁部と、周壁部の内周面に連設されて支持される安全弁とが一体に形成され、
前記内周面で支持される前記安全弁の周縁部における前記基部の上面からの深さは、前記基部の厚さを超えた寸法に定められ、
前記周壁部は、前記安全弁の前記周縁部から前記基部に向かって、漸次、厚さが増大する傾斜状に形成されていることを特徴とする角形蓄電池。 - 請求項１に記載の角形蓄電池において、前記安全弁は、ほぼ平坦に形成され、上面が前記基部の下面よりも下方に位置していることを特徴とする角形蓄電池。
- 請求項１に記載の角形蓄電池において、前記安全弁は、前記周縁部から前記基部側に向かってドーム形状に突き出す湾曲部を有し、前記湾曲部の中央部分の上面が前記基部の下面よりも上方に位置していることを特徴とする角形蓄電池。
- 請求項３に記載の角形蓄電池において、前記安全弁の前記周縁部は平坦状に形成され、前記湾曲部は、前記周縁部の内側に形成されている角形蓄電池。
- 請求項１または２に記載の角形蓄電池において、前記安全弁の厚さは、前記基部および前記周壁部の厚さより薄く形成されていることを特徴とする角形蓄電池。
- 請求項１乃至４に記載の角形蓄電池において、前記安全弁に開裂部となる溝が形成されていることを特徴とする角形蓄電池。
- 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の角形蓄電池において、前記周壁部は、前記安全弁の前記周縁部の下面から下方に向かって突き出す下端部を有することを特徴とする角形蓄電池。
- 請求項１乃至７に記載の角形蓄電池において、前記安全弁は平面視で円形であることを特徴とする角形蓄電池。
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