JP6094269B2

JP6094269B2 - 二次電池

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Publication number: JP6094269B2
Application number: JP2013042056A
Authority: JP
Inventors: 龍彦梅谷; 谷口　雅彦; 雅彦谷口; 貴彦馬場; 裕一新山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: JP2014170678A

Description

本発明は、セル内部にエレメントが密閉された二次電池に関する。

従来、リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池等といった密閉型の二次電池を搭載した電気製品が市販されている。これらの二次電池は、鉛蓄電池のような開放型の二次電池と比較してセル電圧が高く、エネルギー密度も高いことから、小型化，軽量化を図りやすい。そのため、携帯電話機や携帯型情報端末，コードレス電動工具等の電力供給源として広く利用されている。また、電池容量に対する電池重量の割合が低いことから、電気自動車，ハイブリッド自動車等の駆動用電力源にもこれらの二次電池が採用されている。

ところで、密閉型の二次電池においては、充放電に係る電解質及び電極等（エレメント）がセル内部に気密状態で封入される。例えば、金属板を加工して有底筒状のセル外装缶が製造され、この外装缶の内部にエレメントが収容された後、外装缶の開口部が金属蓋で気密に閉塞されて溶接される（特許文献１参照）。セルの気密性を確保することで電解質が外部へ漏洩しにくくなり、電池容量の低下や腐食の発生が防止される。

一方、気密性を高めることは、意図しないガスの発生によるセル内圧の上昇に対して、安全性を低下させることにも繋がる。例えば、二次電池の誤使用により過充電状態になった場合や、物理的な衝撃により内部短絡が発生した場合には、セル内部の電解質や添加剤が分解されてガスが発生し、外装缶が変形しやすくなる。そこで、セル内圧の上昇時にガスを外部へ放出するためのベント機構（安全弁）を設けて、外装缶の変形を抑止することが提案されている。例えば、外装缶の開口部を閉塞する金属蓋の一部分をプレス成型で薄肉化しておき、セル内圧の上昇時に薄肉部分を切裂させる技術が知られている（特許文献２参照）。このようなベント機構を設けることで、通常使用時にはセルの気密性を確保しつつ、セル内圧の上昇時にその圧力を開放することができる。

特開2012-119158号公報特開2008-159313号公報

しかしながら、従来のベント機構を備えた密閉型の二次電池では、ベント機構が作動するタイミングを精度よく制御することができない。つまり、セル内圧の上昇速度が高くなるに連れて、圧力を開放するタイミングがシビアとなり、適切に外装缶の変形を抑止できない場合がある。例えば、釘刺し等の急激な圧力上昇現象が発生した場合には、ベント機構だけでは圧力を逃がすことができず、いわゆる「口開き（外装缶と金属蓋との溶接が破断すること）変形」が発生する可能性がある。
特に、近年の電気自動車，ハイブリッド自動車等に搭載される二次電池は、セル単位での高容量化が進行しており、セル内での最大ガス発生量や最高セル内圧が増加，上昇する傾向にある。そのため、ベント機構のみで二次電池の安全性を保証することが困難になりつつある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、セル内圧の上昇時における口開き変形を抑制することができるようにした、二次電池を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する二次電池は、一面に開口を有する容器状に形成され、充放電に係るエレメントを収容するケースと、前記エレメントが収容された状態で前記ケースの前記開口を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部で閉塞された前記ケースの前記一面を覆うように嵌装され、前記一面に交わる外側面に対して溶接固定される補強部と、を備える。前記外側面は、前記エレメントから所定距離以上離隔した縁端部を有する。前記補強部が、前記縁端部に溶接固定される。
例えば、前記ケースのうち、側面視で前記エレメントに重合する中央部を避け、縁端部（例えば、上縁端部や下縁端部）を溶接箇所とすることが好ましい。さらに、溶接箇所は、前記開口に近接する上縁端部とすることが好ましい。溶接箇所と前記開口との距離が近いほど補強部の縦方向の寸法が短縮され、補強部の重量が軽量化される。

前記外側面とは、前記一面とは異なる面であって、前記一面に隣接する面であることが好ましい。例えば、前記ケースが直方体状であれば、六面のうちの一面を前記開口とし、これに隣接する四面のうちの少なくとも一つ以上を前記外側面とすることが好ましい。また、例えば前記ケースが円柱状であって円形の頂面が前記開口であれば、これに隣接する筒面を前記外側面とすることが好ましい。前記一面と前記外側面との交線は、前記開口の輪郭をなすことが好ましい。

なお、前記補強部が前記外側面に沿った面状の面部を有し、前記面部と前記外側面とが溶接固定されることが好ましい。つまり、前記補強部に設けられる面部が、前記外側面に沿って延設された部位であることが好ましい。この場合、前記面部と前記外側面とが面接触した状態で溶接されることが好ましい。

（２）また、前記一面に前記エレメントから電力を取り出す端子が備えられることが好ましい。つまり、二次電池内の電極に接続される＋端子，−端子が前記一面に配置されることが好ましい。

（３）また、前記補強部が、前記ケースの前記外側面を挟み込んで締まり嵌めした状態で溶接固定されることが好ましい。例えば、前記補強部の幅寸法を前記ケースの幅寸法よりも小さく設定することが好ましい。
（４）また、前記補強部の端面には、前記ケースの内向きに傾斜させた誘い込み形状が形成されることが好ましい。

（５）前記閉塞部と前記補強部とが、別体の部材として形成されることが好ましい。
（６）前記閉塞部が、前記ケースの外側面に対して溶接固定されることが好ましい。

開示の二次電池によれば、補強部をケースの外側面に溶接固定することで、ケースと閉塞部との溶接箇所が破断する口開き変形に対して、ケースと補強部との溶接箇所に剪断力を負担させることができ、セル内圧の上昇時における口開き変形を抑制することができる。

（ａ）は一実施形態に係るセルの構成を例示する斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。セルの断面図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、（ｃ）は（ｂ）の変形例に対応する断面図である。補強材及びその取付箇所の断面図である。（ａ）はセルの上面図であり、（ｂ）はベント機構をずらした場合の変形例である。（ａ）は補強材の展開図である。なお、（ｂ），（ｃ）は変形例に対応する展開図である。セルの溶接箇所を説明するための図であり、（ａ）はケースの展開図、（ｂ）は蓋の展開図、（ｃ）は補強材の展開図、（ｄ）はセルの斜視図である。（ａ）〜（ｅ）は第一変形例としての二次電池を説明するための展開図及び斜視図である。（ａ）〜（ｅ）は第二変形例としての二次電池を説明するための展開図及び斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は第三変形例としての二次電池を説明するための展開図であり、補強材とケースとを一体にしたものである。（ａ）〜（ｄ）は第四変形例としての二次電池を説明するための展開図，断面図及び斜視図であり、補強材と蓋とを一体にしたものである。

図面を参照して二次電池について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

［１．電池セル］
図１（ａ），（ｂ）に、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動用電力源として使用される二次電池のセル１の構造を例示する。このセル１は、エレメント７が収容されたケース２を蓋４で閉塞した密閉型の電池セルである。二次電池の種類は、例えばリチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー電池，ニッケル水素二次電池等である。

エレメント７とは、シート状の正極，負極，セパレーター等を積層した発電要素であり、その内部に充放電反応に係る電解質を含有している。エレメント７の形状は、例えばラミネート状（発電要素を重畳してシート状にしたもの），円柱状（発電要素を巻物状に巻回したもの），長円柱状（発電要素を楕円渦状，長円渦状となるように扁平に巻回したもの）等とされる。これにより、電極同士の対向面積（すなわち電池容量）が十分に確保される。図１（ａ），（ｂ）中に示すエレメント７は長円柱状であり、発電要素の巻回軸方向についての一端側の外表面には正極が露出して設けられ、他端側の外表面には負極が露出して設けられる。

ケース２は、エレメント７よりも一回り大きな容器状に形成された金属製の外装缶である。図１（ａ）に示す設置状態において、ケース２の上端である一面は水平方向に広がっており、エレメント７を内部に挿入するための開口部３が設けられる。図１（ｂ）に示すケース２は、長円柱状のエレメント７を封入しうる直方体状（角形）に形成されたものであり、最長辺と最短辺とで囲まれる面を底面２ｃとして、それに対向する頂面に相当する部分全体が開放されている。

ケース２の下端である底面２ｃは、上記の一面（開口部３が存在する面）とほぼ平行に設けられる。一方、ケース２の側面は底面２ｃに対してほぼ垂直に設けられ、その上端辺が開口部３の外縁となる。つまり、ケース２の側面は開口部３が存在する一面に対してほぼ垂直に設けられ、これらの二つの面の交線が開口部３の輪郭線となる。以下、ケース２の側面のうち、上面視での寸法が大きい一方を長側面２ａと呼び、他方を短側面２ｂと呼ぶ。

エレメント７は、その正極及び負極がケース２の長側面２ａに対して平行となるように開口部３から挿入され、ケース２内に収容される。長側面２ａに垂直な縦断面でのケース２の形状は、図２（ｂ）に示すように縦長の矩形状となる。
なお、図１（ｂ）に示すケース２は、一枚の金属板を直方体の展開図の形に切断し、直方体状に折り曲げてから端辺をレーザー溶接したものであり、ケース２の短側面２ｂに溶接線が形成されている。一方、ケース２の製造手法はこれに限定されず、例えば金属板の深絞り加工により溶接線のないものを製造してもよい。以下、ケース２の最長辺の延在方向のことを「幅方向」と呼び、最短辺の延在方向のことを「奥行き方向」と呼ぶ。

ケース２の内部には、エレメント７の正極，負極のそれぞれと電極端子９（端子）とを接続する一対の集電体８が収納される。図２（ａ）に示すように、それぞれの集電体８は、エレメント７の一端部，他端部を挟み込んだままエレメント７に固定される。また、それぞれの集電体８の上端部には、蓋４を貫通して設けられる電極端子９が固定される。つまり、電極端子９はケース２の開口部３が位置する一面において、蓋４を貫通して突出するように設けられる。なお、集電体８及び電極端子９は、図２（ａ）に示すように、ケース２の幅方向中心線CLについて左右対称に配置される。

蓋４（閉塞部）は、ケース２の開口部３を閉塞する金属板であり、エレメント７が収容されたケース２の開口部３を密閉状態に閉塞する。蓋４の形状はケース２の底面２ｃとほぼ同一形状とされ、開口部３の全体を被覆する大きさを持つ。一方、本実施形態の蓋４は、上面視で蓋４の輪郭がケース２の輪郭と一致するように、ケース２の板厚を考慮して開口部３よりも若干大きめに形成される。例えば、図２（ｂ），図３に示すように、蓋４の外縁がケース２の長側面２ａ，短側面２ｂの外表面まで達する大きさとされ、それらの外表面に対して蓋４が溶接固定される。

また、図１（ｂ）に示すように、この蓋４には、一対の貫通孔４ａとベント機構５とが設けられる。貫通孔４ａは、電極端子９が貫通する部位である。なお、蓋４と電極端子９とは絶縁されており、例えば蓋４の上面及び下面のそれぞれについて貫通孔４ａの周囲に絶縁材１０が挟装されるとともに、電極端子９の外周面に絶縁層１１が形成される。

ベント機構５は、セル１の内部圧力を外部に開放する安全弁として機能するものであり、例えばプレス成型により薄肉化された部位である。セル１の内部でガスが発生して内圧が上昇したときには、その圧力でベント機構５が開裂し、ガスが外部に放出される。図１（ａ）に示すセル１は、ベント機構５の位置がケース２の幅方向中央に設定されたものである。なお、ベント機構５の具体的な構造，配置は任意であり、例えばゴム，バネ等の弾性体を利用して弁体を開放するようなものを用いてもよいし、ケース２の幅方向中央からずれた位置に設けてもよい。

［２．補強材］
［２−１．構造］
本実施形態のセル１には、一対の補強材６がケース２の幅方向に間隔を空けて配置される。補強材６（補強部）は、ケース２及び蓋４による密閉状態を補強するための金属製の部材であって、蓋４で閉塞されたケース２の開口部３（ケース２の上端）に嵌装され、ケース２の外側面（一面の広がる一方向とは異なる他方向へ延在する側面）に対してレーザー加工機等で溶接固定される。溶接の種類は任意であり、補強材６の端辺等を線状に溶接するシーム溶接でもよいし、補強材６の表面等を点状に溶接するスポット溶接でもよい。

補強材６の全体形状は、図１（ａ），（ｂ）に示すようにコの字型（ステープラーの針形状，溝形）であって、ケース２の長側面２ａのうち開口部３に近接する上端部を外側から挟み込む形状となっている。このような形状の補強材６がケース２及び蓋４に対して上方からはめ込まれ、図２（ｂ）に示すように、ケース２の上端部が補強される。以下、補強材６のうち、長側面２ａと平行な面状の部位（鉛直な面部）のことを溶接部６ａと呼び、蓋４と平行な面状の部位（水平な面部）のことを架設部６ｂと呼ぶ。

溶接部６ａは、長側面２ａの外表面に溶接される部位を含む平面状の部位である。この溶接部６ａと長側面２ａとが隙間なく接触した状態で、補強材６とケース２とが溶接される。図２（ｂ）中で左側の長側面２ａに溶接される溶接部６ａの長さ（垂直方向寸法）及び幅（ケース２の幅方向寸法）は、右側の長側面２ａに溶接される溶接部６ａの長さ及び幅と同一である。また、架設部６ｂは、蓋４の外表面に沿って水平に配置される平面状の部位である。架設部６ｂの両端から下方に向けて延設された部位が溶接部６ａとなる。なお、架設部６ｂの幅は、少なくとも溶接部６ａに連結される部位では、溶接部６ａの幅と同一寸法にすることが好ましい。

［２−２．断面形状］
図３に補強材６及びその取付箇所の断面図を示す。補強材６の溶接部６ａの内法寸法W₁は、一対の長側面２ａ間の外法寸法W₂（すなわち、ケース２及び蓋４の奥行き方向の寸法）よりも僅かに小さく形成される。このような寸法設定により、ケース２が補強材６に締まり嵌めされ、補強材６とケース２との一体性が向上する。また、ケース２の上部に奥行き方向の圧縮力が作用することになり、一対の長側面２ａが離隔する方向に変形しにくくなる。

また、溶接部６ａの下端部の形状は、長側面２ａに向かって迫り上がるように傾斜した誘い込み形状（溶接部６ａの下端面を内向きに傾斜させた形状）に形成される。つまり、溶接部６ａの下端面が水平ではなく、長側面２ａから離れるほど下方に下降する形状とされる。言い換えると、溶接部６ａの下端面には傾斜が設けられており、その傾斜は、補強材６の取り付けに際し、溶接部６ａの先端がケース２に接触したとしても、溶接部６ａ自体をケース２の長側面２ａ側へと移動させるように作用する傾斜である。これにより、蓋４が溶接固定されたケース２に補強材６をはめ込む際に、ケース２が溶接部６ａの間に滑り込みやすくなり、補強材６の組み付け作業性が向上する。なお、溶接部６ａと長側面２ａとの溶接箇所は、誘い込み形状の凹みの内部とされる。

［２−３．溶接位置］
図１（ａ）に示すように、補強材６は、蓋４に設けられたベント機構５や電極端子９に重ならない位置に配置される。例えば、ベント機構５がケース２の幅方向中央に配置されていれば、図２（ａ）に示すように、一対の補強材６がそのベント機構５を挟んだ両サイドに配置される。また、本実施形態の補強材６は、図２（ｂ）に示すように、架設部６ｂと蓋４とが面接触し、かつ、溶接部６ａが長側面２ａに対して面接触した状態で、溶接部６ａの下端縁が長側面２ａに溶接固定される。

ここで、ケース２の長側面２ａ上でエレメント７までの最短距離が所定距離未満となる領域R₁を、図１（ｂ）中に破線で囲って示す。溶接部６ａと長側面２ａとの溶接箇所は、ケース２内に収容されるエレメント７との距離が所定距離以上となる位置、すなわち、領域R₁を避けた位置に設定される。例えば、図２（ｂ）に示すように、溶接部６ａの下端が領域R₁よりも上部の領域R₂内に位置するように、補強材６の寸法が設定される。あるいは、図２（ｃ）に示すように、溶接部６ａの下端が領域R₁よりも下部の領域R₃内に位置するように、補強材６の寸法を設定してもよい。長側面２ａの縁端部の領域R₂，R₃に溶接箇所を設定することで、エレメント７から離れた位置で補強材６とケース２とが溶接されることになり、エレメント７に与えられる熱負荷が軽減される。

溶接箇所としては、下部の領域R₃よりも上部の領域R₂の方が好適である。これは、下部の領域R₃よりも上部の領域R₂の方が蓋４に近接しており、溶接部６ａの鉛直方向の寸法が短くて済むからである。また、セル１の内部圧力の上昇時における長側面２ａの変形をむやみに拘束しないという点でも、溶接箇所を上部の領域R₂に設定するのが好ましい。つまり、補強材６は、ケース２と蓋４との溶接箇所の変形を抑制しつつ、長側面２ａの中央部分の膨出変形を許容する機能を持つことが好ましい。

なお、上記の「所定距離」は、溶接作業で生じる熱量やケース２内での熱の拡散性，エレメント７の耐熱性，溶接作業時の環境温度等に応じて適宜設定可能である。一方、簡便な手法としては、ケース２の外表面のうち、側面視でエレメント７に重合しない範囲を溶接可能範囲として設定することが考えられる。

［２−４．水平方向の配置］
図４（ａ），（ｂ）中に星印で示す位置は、ケース２と蓋４との溶接箇所のうち、セル１の内圧上昇による変形量が最大となる応力集中点（すなわち、口開き変形の起点となる箇所）を示すものである。これらの応力集中点は、ケース２の最長辺の中点を通る平面上に位置し、上面視ではケース２の幅方向中心線CL上に位置する。

本実施形態では、図４（ａ）に示すように、同一形状の補強材６がこの幅方向中心線CLについて左右対称となるように対をなして配置される。つまり、セル１の内圧上昇時における溶接箇所の応力分布がケース２の幅方向に左右対称となるように、補強材６の配置が決定される。したがって、図４（ｂ）に示すように、ベント機構５の位置がケース２の幅方向中央からずれている場合には、一つの補強材６を幅方向中心線CLに沿って配置してもよい。なお、この場合も補強材６が幅方向中心線CLについて左右対称となるように配置することが好ましい。

［２−５．展開形状］
補強材６の展開図を図５（ａ）〜（ｃ）に例示する。図５（ａ）は、帯状の金属板の両端部を同一方向に屈曲して補強材６を形成する場合の展開図である。この展開図上では、架設部６ｂが二つの溶接部６ａに挟まれて配置される。補強材６の幅方向の寸法は、セル１の電極端子９やベント機構５と干渉しない範囲で設定される。また前述の通り、溶接部６ａの長さ寸法（高さ寸法）は、ケース２と補強材６との溶接位置に応じて設定され、架設部６ｂの長さ寸法は、ケース２の奥行き寸法に応じて設定される。

なお、架設部６ｂの形状は、ベント機構５や電極端子９の形状に応じて最適な形状とすることが考えられる。例えば、図５（ｂ）に示すように、架設部６ｂの幅について、溶接部６ａに近いほど太く、溶接部６ａから遠ざかるにしたがって細くなるように形成してもよい。つまり、ケース２の奥行き方向中央の幅を狭くして、ベント機構５や電極端子９との干渉を回避してもよい。あるいは、図５（ｃ）に示すように、ベント機構５や電極端子９に対して所定の間隙が形成されるように、架設部６ｂを部分的に切り欠いてもよい。

［３．作用］
図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のケース２，蓋４及び補強材６の展開図上に溶接箇所を太線で示したものである。このケース２は、図１（ｂ）に示すものと同様の構造を持ち、ケース２の短側面２ｂが奥行き方向中央で左右に分割されている。したがって、図６（ａ）中の破線に沿って金属板を直角に山折りし、分割された短側面２ｂ同士を溶接するとともに、短側面２ｂと底面２ｃとを溶接することで、容器状のケース２が完成する。なお、深絞り加工でケース２を製造する場合には、これらの溶接線（溶接ラインＣ）は生じない。

蓋４は、その外縁全周がケース２に対して溶接される。ケース２と蓋４との溶接線（溶接ラインＡ）は、図６（ａ）中に二本の直線で表現される。また、一対の補強材６は、それぞれに二つずつ設けられる溶接部６ａの端辺がケース２の長側面２ａに対して溶接される。したがって、図６（ａ）中におけるケース２と補強材６との溶接線（溶接ラインＢ）は、補強材６の幅に対応する長さの四本の線分で表現される。

上記のケース２，蓋４及び補強材６の組み付け時の斜視図を、図６（ｄ）に示す。補強材６は、セル１の応力集中点を挟んで左右に設けられ、それぞれの補強材６が鉛直方向に溶接ラインＡを補強するように配設される。また、各々の補強材６は、一方の長側面２ａとこれに対向する他方の長側面２ａとが離隔する方向へと移動することを抑止するように機能する。つまり、ケース２の開口部３に固定された蓋４の閉塞構造は、溶接ラインＡ及び溶接ラインＢの二種類の溶接によって二段階に補強される。したがって、溶接ラインＡのうち溶接ラインＢの鉛直上方に位置する部分の剛性が高まり、口開き変形が抑制される。

［４．効果］
（１）本実施形態のセル１では、補強材６がケース２の外側面に対して溶接固定される。これにより、例えばセル１の内圧上昇時に、図６（ｃ）に示す溶接ラインＡに作用する荷重を溶接ラインＢに負担させることができる。これにより、セル１の内部空間の膨張によって蓋４に作用しうる荷重を補強材６が肩代わりすることになり、ケース２と蓋４との溶接箇所の変形を抑制することができる。つまり、セル１の内圧が急上昇したような場合であっても、溶接ラインＡの破断を防止することができ、効率的に開口部３の口開き変形を抑制することができる。

また、溶接ラインＢが長側面２ａの外表面に設けられるため、セル１の内圧上昇時に溶接ラインＢに作用する支配的な応力を剪断応力とすることができる。これにより、例えば長側面２ａの内表面に対して補強材６を溶接したような場合と比較して、セル１の変形に対する耐力を向上させることができる。
このように、開口部３の口開き変形を抑制することで、適切にベント機構５を作動させることができ、例えばセル１の内圧の上昇速度が高い場合であっても、その圧力をベント機構５に開放させることができる。したがって、セル１の安全性を高めることができる。

（２）また、電極端子９を有する面は、電極端子９がセル１の内側から外側へと貫通することから、内圧の上昇に対して構造的にやや弱く、他の部位よりも破損の可能性が高くなりやすい。一方、本実施形態のセル１では、電極端子９が設けられる一面（ケース２の上面）側に補強材６が設けられ、すなわち電極端子９を有する面が補強される。したがって、電極端子９に由来する構造的な弱点を補強することができ、セル１の補強度を向上させることができる。

（３）また、上記のセル１では、図２（ｂ）に示すように、ケース２と補強材６との溶接箇所が領域R₂内で設定される。これにより、溶接箇所からエレメント７までの距離を少なくとも所定距離以上は確保することができ、溶接時におけるエレメント７への熱負荷を軽減することができる。これにより、セル１の充放電特性に悪影響を与えることなく、簡素な構成でセル１の変形を抑制することができる。また、エレメント７への熱負荷が小さくなることから、溶接量や溶接時間に余裕を持たせることができ、溶接の品質を向上させることができる。したがって、セル１の変形の抑制効果を高めることができる。

（４）また、補強材６が蓋４とは別体に形成され、それぞれがケース２に対して溶接される構造となるため、蓋４が負担する荷重と補強材６が補強する荷重とを分離して、それらを同時に働かせることができる。したがって、セル１の変形に対する耐性や剛性を向上させることができる。また、補強材６と蓋４とが別体であることから、各々に要求される剛性，強度に応じて素材を変更することが容易であり、設計変更に対する対応性を高めることができる。また、補強材６を持たない二次電池のセルに対して補強材６を追加するだけで、本実施形態のセル１を実現することができ、すなわち既存の技術に対する適用性，応用性が高いというメリットがある。

（５）また、上記のセル１では、図２（ｂ）に示すように、補強材６だけでなく蓋４も長側面２ａの外表面に対して溶接される。これにより、溶接ラインＡに作用する応力は、例えば長側面２ａの内表面に対して蓋４を溶接したような場合と比較して、引張り応力よりも剪断応力が支配的となる。したがって、溶接ラインＡを破断しにくくすることができ、セル１の変形に対する耐力を向上させることができる。

（６）また、上記のセル１では、図３に示すように、補強材６の溶接部６ａの内法寸法W₁がケース２の奥行き方向の寸法W₂よりも僅かに小さく形成され、ケース２が補強材６に締まり嵌めされるため、補強材６とケース２との一体性を向上させることができる。また、ケース２の上部に奥行き方向の圧縮力を作用させることができ、一対の長側面２ａが互いに離隔する方向へと移動しにくくすることができる。したがって、セル１の変形抑制効果をさらに高めることができる。

（７）また、図３に示すように、補強材６の溶接部６ａの下端部が内側に向かって迫り上がった誘い込み形状とされるため、補強材６とケース２との組み付け性を向上させることができるとともに、補強材６の位置ズレを防止することができ、適切な位置に補強材６を設けることができる。したがって、効率的にセル１の変形を抑制することができる。

（８）また、上記のセル１では、図４（ａ）に示すように、同一形状の補強材６が幅方向中心線CLについて左右対称となるように配置されている。このように、応力集中点に対して補強材６を対称配置することにより、セル１の内圧上昇時における溶接箇所の応力分布をケース２の幅方向に左右対称とすることができる。これにより、幅方向中心線CLからずれた位置を始点とするような破断を抑制することができ、補強効果を高めることができる。したがって、効率的にセル１の変形を抑制することができる。

（９）また、上記のセル１では、補強材６がベント機構５の位置を避けて設置されるため、セル１の内圧上昇時におけるベント機能を阻害することがなく、セル１の変形抑制効果を向上させることができる。
（１０）また、上記の補強材６は、ケース２や蓋４から独立した別体のパーツとして形成される。これにより、例えばケース２や蓋４と補強材６とを一体に形成した場合と比較して、補強材６を製造する板金工程でのパーツの小面積化が容易であり、コストを削減することができるとともに、セル１の全体重量を軽量化することができる。

［５．変形例］
［５−１．第一変形例・側面連結部］
以下の説明では、上記の実施形態で使用した符号を用いて構成要素の対応関係を示す。図７（ａ）〜（ｃ）は、第一変形例としてのセル１の展開図上に溶接箇所を太線で示したものであり、図７（ｄ）は組み付けられたセル１の斜視図である。この第一変形例は、図７（ｄ）に示すように、補強材６の形状が前述の実施形態と相違し、一対の補強材６の間が側面連結部６ｃで連結されている。

側面連結部６ｃ（連結部）は、溶接部６ａと同一平面上に設けられる平面状の部位であり、ケース２に固定されたときに溶接部６ａ同士を水平方向に連結するように機能する。一つの補強材６には二箇所の溶接部６ａが設けられることから、側面連結部６ｃも二箇所に設けられる。本第一変形例では、図７（ｃ）に示すように、溶接部６ａの端辺と側面連結部６ｃの端辺とが同一直線上に位置しており、補強材６の全体形状は窓枠状に繋がった環をなす。

また、この補強材６は、図７（ｃ）に示すように、溶接部６ａの端辺と側面連結部６ｃの端辺とがケース２の長側面２ａに対して溶接される。溶接部６ａの端辺と側面連結部６ｃの端辺とは連続していることから、図７（ａ）中におけるケース２と補強材６との溶接線（溶接ラインＤ）は二本の線分で表現される。溶接ラインＤは、前述の溶接ラインＢよりもケース２の幅方向に長いため、より幅広い範囲の溶接ラインＡを補強するように作用する。

このように、一対の補強材６の間を側面連結部６ｃで連結し、これをケース２の長側面２ａに対して溶接固定することで、ケース２と補強材６との溶接長さを延長することができ、溶接ラインＤ上に応力を分散させることができる。したがって、溶接ラインＤを破断しにくくすることができ、セル１の変形の抑制効果を高めることができる。また、前述の実施形態と比較して溶接線の数を削減することができ、溶接に係る作業性を向上させることができる。

なお、図７（ｅ）に示すように、溶接部６ａからケース２の幅方向に側面延長部６ｄを延設してもよい。これにより、ケース２と補強材６との溶接長さをさらに延長することができ、溶接ラインＤをより破断しにくくすることができる。

［５−２．第二変形例・上面連結部］
図８（ａ）〜（ｃ）は、第二変形例としてのセル１の展開図上に溶接線を太線で示したものであり、図８（ｄ）は組み付けられたセル１の斜視図である。この第二変形例は、図８（ｄ）に示すように、第一変形例の補強材６に上面連結部６ｅを追加したものである。

上面連結部６ｅ（連結部）は、架設部６ｂと同一平面上に設けられる平面状の部位であり、ケース２に固定されたときに架設部６ｂ同士を水平方向に連結するように機能する。また、この上面連結部６ｅは、側面連結部６ｃの上端にも連結される。これにより、溶接部６ａ及び架設部６ｂの境界となる山折り線〔図８（ｃ）中の破線〕が繋がり、幅広い範囲の溶接ラインＡが補強材６によって覆われる。したがって、補強材６自身の剛性を利用して、溶接ラインＡの近傍に作用する荷重を補強材６に負担させることができ、開口部３の口開き変形をより確実に抑制することができる。

なお、前述の側面延長部６ｄと同様に、架設部６ｂから上面延長部６ｆを延設してもよい。すなわち、図８（ｅ）に示すように、架設部６ｂからケース２の幅方向に部材を延長し、側面延長部６ｄの上端に連結する。これにより、補強材６によって覆われる溶接ラインＡの範囲をさらに拡大することができ、変形抑制効果をさらに高めることができる。

［５−３．第三変形例・ケースと補強材とを一体化］
図９（ａ），（ｂ）は、第三変形例としてのセル１の展開図上に溶接線を太線で示したものである。ここでは、第一変形例で説明した補強材６がケース２と一体の部材として形成されている。したがって、図９（ａ）中におけるケース２と補強材６との溶接線（溶接ラインＥ）は長側面２ａ上に一本の線分で表現される。

このように、ケース２と補強材６とを一体化することで、補強材６を固定するための溶接箇所を削減することができ、セル１の内圧上昇時に破断する可能性がある部位（応力集中の可能性がある箇所）を減少させることができる。したがって、開口部３の口開き変形をより確実に抑制することができる。また、第一変形例と比較して溶接線の数をさらに削減することができ、溶接に係る作業性を向上させることができる。

なお、図９（ｃ）に示すように、第二変形例で説明した補強材６とケース２とを一体に形成してもよい。この場合、開口部３の口開き変形をより確実に抑制することができる。また、図９（ｄ）に示すように、溶接部６ａからケース２の幅方向に側面延長部６ｄを延設してもよいし、架設部６ｂから上面延長部６ｆを延設してもよい。側面延長部６ｄ，上面延長部６ｆを設けることで、変形抑制効果をさらに高めることができる。

［５−４．第四変形例・蓋と補強材とを一体化］
図１０（ａ），（ｂ）は、第四変形例としてのセル１の展開図上に溶接線を太線で示したものである。ここでは、上述の実施形態の蓋４と補強材６とが一体の部材として形成される。図１０（ｃ）に示す蓋４には、ケース２の開口部３を閉塞する板状の頂面４ｂ（閉塞部）と、その外縁から下方に延設される縁部４ｃ（溶接部）とが設けられ、ケース２に覆い被さるキャップ形状に形成される。

縁部４ｃは、前述の溶接部６ａと同様に、ケース２の外表面に溶接される部位を含む平面状の部位である。また、蓋４の断面形状は、補強材６と同様に、ケース２の上端を締まり嵌めするコの字型とされ、縁部４ｃの下端面には誘い込み形状の傾斜が設けられる。

第四変形例の縁部４ｃは、ケース２の長側面２ａ及び短側面２ｂの両方に対して溶接固定される。溶接位置は、ケース２内に収容されるエレメント７との距離が所定距離以上となる位置に設定される。例えば図１０（ｂ）に示すように、縁部４ｃの下端が領域R₂，R₃内に位置するように、縁部４ｃの寸法が設定される。図１０（ａ）に示すケース２の展開図上では、ケース２と縁部４ｃとの溶接線（溶接ラインＦ）が直線状となる。また、溶接される縁部４ｃと頂面４ｂとが一体であることから、頂面４ｂをケース２に溶接固定するための溶接は不要である。

このように、ケース２の開口部３を閉塞するための部材と開口補強のための部材とを一体化することで、溶接線の数をさらに削減することができ、溶接に係る作業性を向上させることができる。一方、ケース２と縁部４ｃとの溶接ラインＦは、ケース２の外表面に設けられるため、溶接ラインＦに作用する支配的な応力を剪断応力とすることができる。これにより、例えば長側面２ａの内表面に対して蓋４を溶接したような場合と比較して、セル１の変形に対する耐力を向上させることができる。したがって、効率的に開口部３の口開き変形を抑制することができる。

［５−５．その他］
上述の実施形態では、図２（ｂ），（ｃ）に示すようなコの字型の断面形状を持った補強材６を示したが、補強材６の形状はこれに限定されない。例えば、図２（ｃ）に示す補強材の溶接部６ａをさらに下方へと延長し、ケース２の底面２ｃの下方でこれらを連結してもよい。つまり、補強材６の全体形状を環状としてケース２の周面に巻き付ける構造とする。一方、溶接箇所は溶接部６ａの側辺とし、長側面２ａのうちの領域R₁を避けた位置で溶接する。このような構成であっても、セル内圧の上昇時における口開き変形に対して、溶接部６ａとケース２との溶接箇所に剪断力を負担させることができ、効率的に変形を抑制することができる。ただし、口開き変形を抑制するうえでは、長側面２ａの膨出変形を妨げないようにすることが好ましく、ケース２と蓋４との溶接箇所の近傍のみに補強材６を設けることが好ましい。

また、上述の第一変形例〜第三変形例では、補強材６からケース２の幅方向に側面延長部６ｄを延出させたものを説明したが、これをケース２の短側面２ｂまで延長し、奥行き方向に延出させてもよい。同様に、上面延長部６ｆについても、ベント機構５や電極端子９等と干渉しない限り、短側面２ｂまで延長させてよい。側面延長部６ｄ，上面延長部６ｆの部材長さを延長することで、ケース２と補強材６との溶接長さを延長することができ、あるいは補強材６によって覆われる範囲を拡大することができる。

また、上述の実施形態では、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動用電力源として使用される二次電池のセル１について詳述したが、二次電池の種類や用途はこれに限定されない。セル１の形状に関しても同様であり、例えば角形のケース２の代わりに円筒状のケース２を使用してもよいし、シート状のケース２を使用してもよい。ケース２の形状は、エレメント７の形状に合わせて設定することができる。少なくとも密閉型の二次電池のセルであれば、上述の実施形態や変形例の構造を適用することで、セル内圧の上昇時における口開き変形を抑制することができる。

１セル（二次電池）
２ケース
２ａ長側面（外側面）
２ｂ短側面（外側面）
２ｃ底面
３開口部（開口）
４蓋（閉塞部）
５ベント機構
６補強材（補強部）
６ａ溶接部（溶接部）
６ｂ架設部（架設部）
６ｃ側面連結部（連結部）
６ｄ側面延長部
６ｅ上面連結部（連結部）
６ｆ上面延長部
７エレメント
９電極端子（端子）

Claims

一面に開口を有する容器状に形成され、充放電に係るエレメントを収容するケースと、
前記エレメントが収容された状態で前記ケースの前記開口を閉塞する閉塞部と、
前記閉塞部で閉塞された前記ケースの前記一面を覆うように嵌装され、前記一面に交わる外側面に対して溶接固定される補強部とを備え、
前記外側面は、前記エレメントから所定距離以上離隔した縁端部を有し、
前記補強部が、前記縁端部に溶接固定される
ことを特徴とする、二次電池。
前記一面に前記エレメントから電力を取り出す端子が備えられる
ことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
前記補強部が、前記ケースの前記外側面を挟み込んで締まり嵌めした状態で溶接固定される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の二次電池。
前記補強部の端面には、前記ケースの内向きに傾斜させた誘い込み形状が形成される
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の二次電池。
前記閉塞部と前記補強部とが、別体の部材として形成される
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の二次電池。
前記閉塞部が、前記ケースの外側面に対して溶接固定される
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の二次電池。