JP6122947B2 - 電池ケース - Google Patents

Description

本発明は、内部圧力が上昇した際に内部圧力を開放する安全弁を備えた電池ケースに関するものである。

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、電池ケースの内部に電極や電解液等が収容されている。かかる二次電池では、不具合によって電池ケースの内部で水素ガスが発生すると、内部圧力が異常なレベルまで上昇することがある。このため、電池ケースに破断用溝部を形成しておき、電池ケースの内部圧力が上昇した際、内部圧力によって破断用溝部を開裂させて内部圧力を開放するような安全弁が設けられている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電池ケースにおいて、破断用溝部は、電池ケースの底面に断面が台形で平面形状が長丸の凹部を形成しておき、かかる凹部の側面に沿って破断用溝部が環状に形成されている。かかる構成によれば、破断用溝部の底部における肉厚（残厚）によって破断用溝部が開裂する内部圧力を制御することができる。

特開２００９−４２７１号公報（図３等）

しかしながら、特許文献１に記載の電池ケースのように、破断用溝部の底部における肉厚（残厚）によって、安全弁の作動圧力を制御する構成の場合、内部圧力が設定圧力に到達しなくても破断用溝部が開裂するという問題点がある。具体的には、二次電池の場合、充電と放電の繰り返しに伴って内部圧力が変動するため、破断用溝部に圧縮応力と引張応力とが繰り返し加わる結果、破断用溝部の底部が疲労して強度が低下し、内部圧力が設定圧力に到達しなくても破断用溝部が開裂する。より具体的には、二次電池の場合、充電時に発熱するため、二次電池の温度が上昇して内部圧力が上昇する一方、放電時には、かかる発熱が発生しないため、二次電池の温度が低下し、内部圧力が低下する。なお、環境温度の変化に伴って内部圧力が変動して、破断用溝部が疲労し、内部圧力が設定圧力に到達しなくても破断用溝部が開裂することもある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、破断用溝部を利用した安全弁において、作動圧力の安定化を図ることのできる電池ケースを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、金属板を加工したケースのいずれかの面を構成する板部に安全弁用の破断用溝部が形成された電池ケースであって、前記板部には、ケース内側に向けて凹ませた第１凹部が形成され、前記第１凹部の底部の中央または略中央に前記破断用溝部が形成され、前記板部において前記第１凹部を間に挟む両側で当該第１凹部に接続する第１接続部分および第２接続部分のうちの少なくとも一方は、前記板部を厚さ方向においてケース外側に向けて多重に折り重ねた折り重ね部分からなり、前記折り重ね部分で最もケース外側で重なっている部分が前記第１凹部の底部と繋がっており、前記折り重ね部分において前記板部のケース外側の面に重なる部分は、当該板部のケース外側の面から離間していることを特徴とする。

本発明における「第１凹部の底部の中央または略中央に破断用溝部が形成されている」とは、第１凹部の底部の幅方向の中央に限らず、第１凹部の底部のうち、変形しやすい部位（中心付近）に破断用溝部が形成されている構成を含む意味である。

本発明に係る電池ケースにおいて、安全弁用の破断用溝部は、ケースのいずれかの面を構成する板部をケース内側に向けて凹ませた第１凹部の底部に形成されているため、充電と放電の繰り返し等に伴って内部圧力が変動した場合でも、かかる内部圧力の変化は、第１凹部がケース外側およびケース内側に変形することによって吸収される。このため、破断用溝部には、過大な圧縮応力や過大な引張応力が加わらないので、破断用溝部に疲労が発生しにくい。従って、内部圧力が充電時や環境温度の上昇等の通常の圧力上昇を超えるようなレベルに達したとき以外は、破断用溝部が開裂しない。それ故、安全弁の作動圧力の安定化を図ることができる。また、変形しやすい第１凹部の底部の中央または略中央に破断用溝部を形成したため、第１凹部がケース外側に膨らむ際、破断用溝部には、まず、圧縮応力が加わった後、引張応力が加わって破断用溝部が開裂する。このため、破断用溝部では、溝底部の厚さがある程度、厚くても確実に開裂する。従って、破断用溝部の強度
を高めることができるので、二次電池の組み立て作業中に破断用溝部が開裂するという事態が発生しにくい。それ故、電池ケースの取り扱いが容易である。また、本発明では、第１凹部の変形と、破断用溝部の開裂という２段階の圧力を受ける構成であるため、破断用溝部の溝部底部の厚さや形状、第１凹部の形状等、作動圧を設定するパラメータが多いので、作動圧を任意のレベルに設定することができる。また、凹部を湾曲した形状とすると、変形しやすく、圧力を吸収しやすい。さらに、本発明において、第１接続部分および第２接続部分のうちの少なくとも一方は、板部を厚さ方向において多重に折り重ねた折り重ね部分からなる。このため、折り重ね部分でも変形するので、内部圧力の変化を吸収しやすい。また、折り重ね部分において前記板部のケース外側の面に重なる部分は、当該板部のケース外側の面から離間しているため、折り重ね部分でも変形しやすい。従って、内部圧力の変化を吸収しやすい。

本発明において、前記板部において前記第１凹部を間に挟む両側で当該第１凹部に接続する第１接続部分および第２接続部分では、前記第１接続部分の前記第１凹部の底部からの高さ寸法と前記第２接続部分の前記第１凹部の底部からの高さ寸法との比が０．５：１．０から１．０：０．５の範囲にあることが好ましい。かかる構成によれば、第１凹部が変形する際の形状を制御しやすいので、安全弁の作動圧を安定化させることができる。また、第１凹部が変形する際の形状を制御しやすいので、第１凹部が変形する際、破断用溝部に余計な力が加わることを抑制することができる。

本発明において、前記破断用溝部は、前記第１凹部の底部のケース外側の面に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、第１凹部がケース外側に膨らむ際、破断用溝部が開こうとするので、破断用溝部を確実に開裂させることができる。

本発明において、前記第１凹部の底部は、平面部を備え、当該平面部に前記破断用溝部が形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、破断用溝部を形成する際、溝底部の厚さを制御しやすい。

本発明において、前記第１凹部は、前記板部において溝状に延在しており、前記破断用溝部は、前記第１凹部の延在方向に沿って延在していることが好ましい。

本発明において、前記第１凹部は、周方向で繋がった環状に形成されていることが好ましい。

この場合、前記破断用溝部は、１つ以上の途切れ部分をもって前記第１凹部に沿って周方向に延在していることが好ましい。かかる構成によれば、破断用溝部が開裂する位置を特定することができるので、破断用溝部の開裂後（安全弁の作動後）の形状を制御することができる。また、破断用溝部が開裂した際、破断片の飛散を防止することができる。さらに、途切れ部分は、破断部分の強度に影響するので、途切れ部分の位置や数によって、破断用溝部の疲労の抑制や破断圧力の制御を行うことができる。

本発明において、前記第１凹部は、前記板部において円形に形成されており、前記破断用溝部は、前記第１凹部の底部の中央または略中央で交差する２本の溝からなる構成を採用してもよい。かかる構成によれば、内部圧力が充電時や環境温度の上昇等の通常の圧力上昇を超えるようなレベルに達したとき、破断用溝部が確実に開裂する。

この場合、前記２本の溝は、直角に交差していることが好ましい。かかる構成によれば、第１凹部の底部の２本の溝で仕切られた４つの部分は同等の強度を有するので、内部圧力が上昇した際、同様に変形する。このため、破断用溝部が不用意に開裂しない。

また、前記第１凹部の底部において、前記２本の溝で仕切られた４つの部分には、補強用の凹部が形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、２本の溝で仕切られた４つの部分が十分な強度を有しているため、内部圧力が充電時や環境温度の上昇等の通常の圧力上昇では破断用溝部が開裂しない。

本発明に係る電池ケースにおいては、充電と放電の繰り返し等に伴って内部圧力が変動した場合でも、かかる内部圧力の変化は、第１凹部がケース外側およびケース内側に変形することによって吸収される。このため、破断用溝部には、過大な圧縮応力や過大な引張応力が加わらないので、破断用溝部に疲労が発生しにくい。従って、内部圧力が充電時や環境温度の上昇等の通常の圧力上昇を超えるようなレベルに達したとき以外は、破断用溝部が開裂しない。それ故、安全弁の作動圧力の安定化を図ることができる。また、変形しやすい第１凹部の底部の中央または略中央に破断用溝部を形成したため、第１凹部がケース外側に膨らむ際、破断用溝部には、まず、圧縮応力が加わった後、引張応力が加わって破断用溝部が開裂する。このため、破断用溝部では、溝底部の厚さがある程度、厚くても確実に開裂する。従って、破断用溝部の強度を高めることができるので、二次電池の組み立て作業中に破断用溝部が開裂するという事態が発生しにくい。それ故、電池ケースの取り扱いが容易である。また、本発明では、第１凹部の変形と、破断用溝部の開裂という２段階の圧力を受ける構成であるため、破断用溝部の溝部底部の厚さや形状、第１凹部の形状等、作動圧を設定するパラメータが多いので、作動圧を任意のレベルに設定することができる。

本発明の実施の形態１に係る電池ケースの外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電池ケースの蓋の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電池ケースの蓋に形成した安全弁の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電池ケースにおいて内部圧力の上昇に伴う安全弁の形状変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電池ケースにおける破断用溝部の溝底部における厚さと安全弁の作動圧との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る電池ケースの製造工程のうち、蓋に安全弁を形成する方法を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態１に係る電池ケースに形成した安全弁の別形態を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る電池ケースの外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る電池ケースの蓋の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る電池ケースの安全弁の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る電池ケースにおいて内部圧力の上昇に伴う安全弁の形状変化を示す説明図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

［実施の形態１］
（電池ケースの全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電池ケース１の外観を示す斜視図であり、電池ケース１をケース本体１０と蓋２とに分解した様子を示している。

図１に示すように、本形態に係る電池ケース１は、扁平な直方体形状の箱形のケース本体１０と、ケース本体１０の開口を塞ぐ板状の蓋２とを有しており、ケース本体１０および蓋２はいずれも、金属板にプレス等の加工を行うことにより製造される。本形態では、ケース本体１０および蓋２はいずれも、厚さが０．３ｍｍ〜３．０ｍｍのアルミニウム合金の板材にプレス等の加工を行うことにより製造される。なお、銅や鉄等の他の金属の板材にプレス等の加工を行うことにより、ケース本体１０および蓋２を製造してもよい。

電池ケース１の内部には、リチウムイオン二次電池等の二次電池用の電極（図示せず）および電解液が収容されることになる。本形態において、蓋２は、ケース本体１０の開口を塞いだ状態でレーザ溶接等の方法により固定されることにより、電池ケース１を密閉状態とし、この状態で、蓋２は、電池ケース１の一面を構成することになる。なお、以下の説明では、便宜上、蓋２において、ケース外側を向く面２ａを表面あるいは上面とし、ケース内側を向く面２ｂを裏面あるいは下面として説明する。

本形態の電池ケース１において、蓋２は、金属板にプレス等の加工を行うことにより、ケース本体１０の開口を塞ぐ板部３の中央位置に安全弁４が形成された構造を有している。安全弁４は、電池ケース１を用いて二次電池を構成した際、通常時は閉じた状態にあり、電池ケース１の内部圧力が過度に上昇した際に開状態となって電池ケース１の内部圧力を逃がす機能を担っている。

なお、蓋２の長さ方向の両端部付近には、二次電池の端子（図示せず）が配置される端子穴２１０、２２０が形成されている。端子穴２１０、２２０のうち、一方の端子穴２１０には陽極端子が配置され、他方の端子穴２２０には負極端子が配置される。また、蓋２には、電解質を注入するための注入孔等（図示せず）が形成されていることもある。

（安全弁４の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る電池ケース１の蓋２の構成を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は各々、蓋２をケース外側からみた平面図、蓋２の正面図、蓋２をケース内側からみた底面図、蓋２に形成した安全弁４をケース外側からみた様子を拡大して示す説明図、および蓋２に形成した安全弁４をケース内側からみた様子を拡大して示す説明図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る電池ケース１の蓋２に形成した安全弁４の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、安全弁４の拡大断面図、破断用溝部４５をさらに拡大した断面図、および開裂後の破断用溝部４５を拡大した断面図である。

図２および図３に示すように、蓋２において、板部３には、プレスにより板部３を薄板化してなる薄板部分３０が形成されている。かかる薄板部分３０には、プレスにより薄板部分３０をケース内側に向けて湾曲した形状に凹ませた湾曲部４４（第１凹部４０）が形成されている。本形態において、薄板部分３０は円形領域として形成され、湾曲部４４（第１凹部４０）は、周方向に延在して周方向に繋がっていることにより、薄板部分３０と同心状の環状領域として形成されている。なお、板部３のうち、薄板部分３０を除く領域は、薄板部分３０より分厚い平板部分３９になっている。本形態において、薄板部分３０は、後述する部位によって厚さが相違するが、薄板部分３０の厚さは０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度である。また、第１凹部４０を構成する湾曲部４４の厚さは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。

板部３において湾曲部４４（第１凹部４０）を間に挟む両側で湾曲部４４に接続する第１接続部分４６および第２接続部分４７は、板部３からケース外側に向けて突出した位置にある。かかる第１接続部分４６および第２接続部分４７は、湾曲部４４を挟む両側で湾曲部４４に沿って環状に延在している。

第１接続部分４６および第２接続部分４７において、第１接続部分４６の湾曲部４４の底部４４０からの高さ寸法ｈ１と、第２接続部分４７の湾曲部４４の底部４４０からの高さ寸法ｈ２との比は、０．５：１．０から１．０：０．５の範囲に設定されている。すなわち、第１接続部分４６の湾曲部４４の底部４４０からの高さ寸法ｈ１と、第２接続部分４７の湾曲部４４の底部４４０からの高さ寸法ｈ２とが大きく相違しないように設定されている。本形態においては、第１接続部分４６の湾曲部４４の底部４４０からの高さ寸法ｈ１と、第２接続部分４７の湾曲部４４の底部４４０からの高さ寸法ｈ２との比は、概ね、１．０：１．０に設定されている。

第２接続部分４７に対して第１凹部４０とは反対側には、プレスによりケース内側に向けて凹ませた第２凹部４１が形成されており、かかる第２凹部４１も、第２接続部分４７と同様、第１凹部４０に沿って環状に延在している。本形態では、第２凹部４１の中心部には、プレスによりケース外側に向けて突出した凸部４９が形成されている。第２接続部分４７の厚さは０．７５ｍｍ程度であり、第２凹部４１を構成する部分の厚さは０．１ｍｍ程度である。

また、第１接続部分４６に対して第１凹部４０とは反対側には、ケース内側に向けて凹んだ第２凹部４２が形成されており、かかる第２凹部４２は、薄板部分３０の外周部分３１に相当する。第２凹部４２も、第２接続部分４７と同様、第１凹部４０に沿って環状に延在している。このため、蓋２には、中心側から外周側に向けて、凸部４９、第２凹部４１、第２接続部分４７、第１凹部４０、第１接続部分４６、および第２凹部４２が同心状に形成されている。かかる形状に対応して、蓋２のケース内側の面２ｂ（裏面）には、複数本の環状の凸部や凹部が形成されている。

ここで、第１接続部分４６は、薄板部分３０を板部３の厚さ方向において多重に折り重ねた折り重ね部分からなる。より具体的には、第１接続部分４６（折り重ね部分）は、薄板部分３０の最も外周側に位置する外周部分３１の内縁から外周部分３１と重なるように径方向外側に折れ曲がった下層部分４６１と、下層部分４６１の外周部分３１とは反対側の端部から下層部分４６１と重なるように径方向内側に折れ曲がった上層部分４６２とを備えており、かかる上層部分４６２から第１凹部４０を形成する湾曲部４４が繋がっている。

本形態では、第１接続部分４６（折り重ね部分）において、板部３のケース外側の面に重なる部分は、板部３のケース外側の面から離間している。すなわち、第１接続部分４６（折り重ね部分）において、外周部分３１と下層部分４６１とは離間しており、外周部分３１と下層部分４６１との間には環状の隙間３５が空いている。

このように構成した蓋２において、第１凹部４０（湾曲部４４）の底部４４０の幅方向の中央または略中央には、安全弁４を構成する破断用溝部４５が形成されている。本形態において、破断用溝部４５は、第１凹部４０の幅方向の中央位置で第１凹部４０に沿って延在している。ここで、破断用溝部４５は、周方向の一箇所に途切れ部分４５９を備えている。具体的には、破断用溝部４５は、蓋２の長手方向のうち、陽極端子が配置される端子穴２１０が位置する側に途切れ部分４５９を備えている。本形態では、途切れ部分４５９が１個所に形成されているが、途切れ部分４５９は複数個所に設けてもよい。

図３（ｂ）に示すように、破断用溝部４５は、断面が略Ｖ字形状であり、溝底部４５０は、設定される破断荷重に応じて所定の肉厚に設定されている。本形態において、第１凹部４０（湾曲部４４）の底部４４０の厚さは０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、溝底部４５０の厚さは０．０３ｍｍ〜０．０８ｍｍ程度である。かかる破断用溝部４５は、以下に説明するように、電池ケース１の内部圧力が過剰に上昇したとき、図３（ｃ）に示すように開裂し、内部圧力を電池ケース１の外部に逃がす安全弁４として機能する。

（安全弁４等の機能）
図４は、本発明の実施の形態１に係る電池ケース１において内部圧力の上昇に伴う安全弁４の形状変化を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、内部圧力が通常状態にあるときの安全弁４の説明図、内部圧力が上昇したときの安全弁４の説明図、および内部圧力がさらに上昇したときの安全弁４の説明図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る電池ケース１における破断用溝部４５の溝底部４５０における厚さと安全弁４の作動圧との関係を示すグラフである。なお、図５に示す関係は、ＪＩＳ３０００系（Ａｌ−Ｍｎ）アルミニウム合金を用い、湾曲部４４の底部４４０の厚さを０．２７ｍｍとした場合の結果である。

本形態の電池ケース１を用いた二次電池においては、充電と放電の繰り返しに伴って内部圧力が変動する。より具体的には、二次電池の場合、充電時に発熱するため、二次電池の温度が上昇して内部圧力が上昇する一方、放電時には、かかる発熱が発生しないため、二次電池の温度が低下し、内部圧力が低下する。なお、環境温度の変化に伴って内部圧力が変動することもある。

このような内部圧力の上昇があった際、蓋２は、図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態のように、薄板部分３０全体がケース外側に変位するとともに、湾曲部４４がケース外側に向けて変形する。その際、第１接続部分４６を構成する折り重ね部分も変形する。そして、充電が停止して内部圧力が低下すると、蓋２は、薄板部分３０全体がケース内側に変位するとともに、湾曲部４４もケース内側に変形し、図４（ｂ）に示す状態から図４（ａ）に示す状態に戻る。

これに対して、内部圧力が上昇して、図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示すように、蓋２の薄板部分３０全体がケース外側に変位するとともに、湾曲部４４がケース外側に変形した後も、内部圧力がさらに上昇すると、蓋２は、図４（ｂ）に示す状態から図４（ｃ）に示す状態のように、薄板部分３０全体がさらにケース外側に変位するとともに、湾曲部４４がケース外側に膨らむように変形する。また、第１接続部分４６を構成する折り重ね部分も変形する。そして、内部圧力が設定値を超えた時点で、破断用溝部４５は、図３（ｃ）に示したように開裂する。従って、内部圧力を電池ケース１の外部に逃がすことができる。

本形態では、内部圧力が１．１ＭＰａ（設定値）を超えた時点で、破断用溝部４５が開裂するように、溝底部４５０の厚さ等を設定してある。また、本形態では、溝底部４５０の厚さが多少ばらついたときでも、内部圧力が１．１ＭＰａ（設定値）を超えた時点で、破断用溝部４５が開裂するように設定してある。

より具体的には、図５に示すように、溝底部４５０の厚さを厚くする程、安全弁４の作動圧（破断用溝部４５が開裂する圧力）は高くなる。本形態では、内部圧力が増大しても、内部圧力が比較的低い場合には、かかる内部圧力の増大を薄板部分３０や第１凹部４０の変形で吸収しているため、図５からわかるように、溝底部４５０の厚さを厚くする程、安全弁４の作動圧が直線的に増大する領域Ａと、溝底部４５０の厚さを厚くしても、安全弁４の作動圧が略変化しない領域Ｂと、溝底部４５０の厚さを厚くする程、安全弁４の作動圧が直線的に増大する領域Ｃとが出現する。そこで、本形態では、溝底部４５０の厚さについては、溝底部４５０の厚さを厚くしても、安全弁４の作動圧が略変化しない領域Ｂに相当する条件（点線Ｄで囲んだ条件）に設定してある。より具体的には、溝底部４５０の厚さを０．０７ｍｍに設定してある。かかる条件であれば、溝底部４５０の厚さが多少ばらついたときでも、内部圧力が１．１ＭＰａ（設定値）を超えた時点で、破断用溝部４５が確実に開裂する。

（電池ケース１の製造方法）
図６は、本発明の実施の形態１に係る電池ケース１の製造工程のうち、蓋２に安全弁４を形成する方法を示す工程断面図である。

本形態の電池ケース１の蓋２に安全弁４を形成する工程では、図６を参照して以下に説明するように、延し成形工程、第１矯正工程、第２矯正工程、折返し工程、予備折重ね工程、本折重ね工程、および溝部成形工程を行う。

具体的には、まず、図６（ａ）に示す延し成形工程において、下型となる延し成形用ダイ１０１と上型となる延し成形用パンチ１０２とを用いてアルミニウム合金からなる板材２０にプレスを行い、図６（ｂ）に示すように、筒状壁部３７と薄板部分３０を形成する。

次に、第１矯正工程では、図示を省略するが、矯正用ダイと矯正用パンチとを用いて薄板部分３０を平坦に矯正する。また、第２矯正工程では、図示を省略するが、矯正用ダイと矯正用パンチとを用いて筒状壁部３７が垂直になるように矯正する。

次に、図６（ｃ）、（ｄ）に示す折返し工程では、下型となる折返し用ダイ１３１と折返し用パンチ１３２とを用いて薄板部分３０を折り返し、屈曲部３４を形成する。

次に、図６（ｅ）に示す予備折重ね工程では、下型となる予備折重ね用ダイ１４１と上型となる予備折重ね用パンチ１４２と用いて屈曲部３４を外側に傾かせて屈曲部３４を折り重ねるための予備工程を行う。

次に、図６（ｆ）に示す本折重ね工程では、下型となる本折重ね用ダイ１５１と上型となる本折重ね用パンチ１５２とを用いて屈曲部３４を折り重ねる。その結果、図３を参照して説明したように、薄板部分３０の外周部分３１に重なるように折れ曲がった下層部分４６１と、下層部分４６１に重なるように折れ曲がった上層部分４６２とを備えた折り重ね部分（第１接続部分４６）が形成される。

次に、図６（ｇ）示す溝部成形工程では、下型となる溝部成形用ダイ１６１と上型となる溝部成形用パンチ１６２とを用いて薄板部分３０をプレスし、図３を参照して説明した凸部４９、第２凹部４１、第２接続部分４７および湾曲部４４（第１凹部４０）を形成する。その際、湾曲部４４の底部４４０に破断用溝部４５を同時に形成する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の電池ケース１の蓋２では、板部３をケース内側に向けて湾曲した形状に凹ませた湾曲部４４（第１凹部４０）が形成され、湾曲部４４の底部４４０の中央または略中央に安全弁４用の破断用溝部４５が形成されている。このため、充電と放電の繰り返し等に伴って内部圧力が変動した場合でも、かかる内部圧力の変化は、湾曲部４４がケース外側およびケース内側に変形することによって吸収される。このため、破断用溝部４５には、過大な圧縮応力や過大な引張応力が加わらないので、破断用溝部４５に疲労が発生しにくい。特に本形態においては、破断用溝部４５が形成された部分が湾曲部４４になっているので、変形を妨げる角部分がない。従って、充電と放電の繰り返し等に起因する内部圧力の変化に追従するように湾曲部４４を確実に変形させることができる。このため、充電と放電の繰り返し等に伴う内部圧力の変動を湾曲部４４の変形によって確実に吸収することができるので、破断用溝部４５に疲労が発生しにくい。従って、内部圧力が充電時や環境温度の上昇等の通常の圧力上昇を超えるようなレベルに達したとき以外は、破断用溝部４５が開裂しない。それ故、安全弁４の作動圧力の安定化を図ることができる。

また、変形しやすい湾曲部４４の中央または略中央に破断用溝部４５を形成したため、湾曲部４４がケース外側に膨らむ際、破断用溝部４５には、まず、圧縮応力が加わった後、引張応力が加わって破断用溝部４５が開裂する。このため、破断用溝部４５では、溝底部４５０の厚さがある程度、厚くても確実に開裂する。従って、破断用溝部４５の強度を高めることができるので、二次電池の組み立て作業中に破断用溝部４５が開裂するという事態が発生しにくい。それ故、電池ケース１の取り扱いが容易である。

また、湾曲部４４の変形と、破断用溝部４５の開裂という２段階の圧力を受ける構成であるため、破断用溝部４５の溝底部４５０の厚さや形状、湾曲部４４の形状等、作動圧を設定するパラメータが多いので、作動圧を任意のレベルに設定することができる。

さらに、本形態では、蓋２を構成する板部３に薄板部分３０を形成し、薄板部分３０に安全弁４を設けたため、必要以上に安全弁４がケース外側に突出することがない。このため、蓋２の取り付け作業等の際、安全弁４を損傷させるおそれが小さいという利点がある。

また、本形態において、板部３において湾曲部４４を間に挟む両側で湾曲部４４に接続する第１接続部分４６および第２接続部分４７は、板部３からケース外側に向けて突出した位置にあるため、ケース内側に向けて凹む湾曲部４４を形成した場合でも、湾曲部４４の底部４４０が板部３のケース内側の面から突出しない構造になるか、あるいはわずかに突出した構造で済む。また、第１接続部分４６の湾曲部４４の底部４４０からの高さ寸法ｈ１と第２接続部分４７の湾曲部４４の底部４４０からの高さ寸法ｈ２との比が０．５：１．０から１．０：０．５の範囲にあるため、湾曲部４４が変形する際の形状を制御しやすい。従って、安全弁４の作動圧を安定化させることができる。また、湾曲部４４が変形する際の形状を制御しやすいので、湾曲部４４が変形する際、破断用溝部４５に余計な力が加わることを抑制することができる。

また、第１接続部分４６は、薄板部分３０を板部３の厚さ方向において多重に折り重ねた折り重ね部分からなるため、折り重ね部分でも変形するので、充電と放電の繰り返し等に伴う内部圧力の変化を吸収しやすい。しかも、折り重ね部分において、板部３のケース外側の面に重なる部分は、板部３のケース外側の面から離間している。このため、折り重ね部分でも変形しやすいので、内部圧力の変化を吸収しやすい。

また、第１接続部分４６に対して湾曲部４４とは反対側に第２凹部４２が形成され、第２接続部分４７に対して湾曲部４４とは反対側に第２凹部４１が形成されているため、湾曲部４４に隣接する個所（第１接続部分４６および第２接続部分４７）の剛性を高めることができる。それ故、湾曲部４４での変形を発生させやすい。

また、破断用溝部４５は、湾曲部４４の底部４４０のケース外側の面に形成されているため、湾曲部４４がケース外側に膨らむ際、破断用溝部４５が開こうとするので、破断用溝部４５を確実に開裂させることができる。また、破断用溝部４５には、周方向の一部に途切れ部分４５９が形成されている。このため、破断用溝部４５が開裂する位置を特定することができるので、破断用溝部４５の開裂後（安全弁の作動後）の形状を制御することができる。また、破断用溝部４５が開裂した際、破断片の飛散を防止することができる。さらに、途切れ部分４５９は、破断部分の強度に影響するので、途切れ部分４５９の位置や数によって、破断用溝部の疲労の抑制や破断圧力の制御を行うことができる。

（湾曲部４４の他の形態）
図７は、本発明の実施の形態１に係る電池ケース１に形成した安全弁４の別形態を示す説明図である。図１〜図６を参照して説明した電池ケース１では、湾曲部４４の底部４４０も湾曲していたが、本形態においては、図７に示すように、湾曲部４４の底部４４０は平面部４４１になっており、かかる平面部４４１の中央または略中央に前記破断用溝部４５が形成されている。

かかる構成によれば、破断用溝部４５を形成する際、溝底部４５０の厚さを制御しやすい。

（実施の形態１の変形例）
上記実施の形態１では、第１接続部分４６を折り重ね部分としたが、第２接続部分４７を折り重ね部分とした構造や、第１接続部分４６および第２接続部分４７の双方を折り重ね部分とした構造を採用してもよい。

上記実施の形態１では、電池ケース１の蓋２に安全弁４を形成したが、ケース本体１０の側に安全弁を形成してもよい。

上記実施の形態１では、湾曲部４４を平面視で真円形状に形成したが、平面視で長円形状等となるように湾曲部４４を形成してもよい。

［実施の形態２］
（電池ケース１ｘおよび安全弁４ｘの構成）
図８は、本発明の実施の形態２に係る電池ケース１ｘの外観を示す斜視図であり、電池ケース１ｘをケース本体１０と蓋２とに分解した様子を示している。図９は、本発明の実施の形態２に係る電池ケース１ｘの蓋２の説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は各々、蓋２の平面図、および蓋２に形成した安全弁４ｘを拡大した平面図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係る電池ケース１ｘの安全弁４ｘの断面図であり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、図９（ｂ）のＡ−Ａ′断面図、Ｂ−Ｂ′断面図、およびＣ−Ｃ′断面図である。なお、本形態の電池ケース１ｘは、実施の形態１に係る電池ケース１と基本的な構成が共通するため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図８に示すように、本形態に係る電池ケース１ｘも、実施の形態１と同様、扁平な直方体形状の箱形のケース本体１０と、ケース本体１０の開口を塞ぐ板状の蓋２とを有している。蓋２は、ケース本体１０の開口を塞いだ状態でレーザ溶接等の方法により固定されることにより、電池ケース１ｘを密閉状態とし、この状態で、蓋２は、電池ケース１ｘの一面を構成する。また、本形態でも、実施の形態１と同様、蓋２は、金属板にプレス等の加工を行うことにより、ケース本体１０の開口を塞ぐ板部３の中央位置に安全弁４ｘが形成された構造を有している。

図９および図１０に示すように、蓋２において、板部３には、プレスにより板部３を薄板化してなる薄板部分３０が形成されている。かかる薄板部分３０には、プレスにより薄板部分３０をケース内側に向けて凹ませた第１凹部４０ｘが形成されている。第１凹部４０ｘの底部（底板部４００ｘ）は、ケース内側に向けて湾曲した湾曲部４４になっている。本形態において、薄板部分３０は円形領域として形成され、かかる円形の薄板部分３０の内側に円形の第１凹部４０ｘが薄板部分３０と同心状に形成されている。なお、板部３のうち、薄板部分３０を除く領域は、薄板部分３０より分厚い平板部分３９になっている。本形態において、薄板部分３０は、後述する部位によって厚さが相違するが、薄板部分３０の厚さは０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度である。また、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘの厚さは０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度である。

板部３において第１凹部４０ｘと平板部分３９との間に位置する環状の接続部分４８ｘは、周方向の全体にわたって同一の構成をもって第１凹部４０ｘを囲んでいる。従って、第１接続部分４６ｘの第１凹部４０ｘの底板部４００ｘからの高さ寸法ｈ１ｘと、第２接続部分４７ｘの第１凹部４０ｘの底板部４００ｘからの高さ寸法ｈ２ｘとは同一であり、高さ寸法ｈ１ｘ、ｈ２ｘの比は、０．５：１．０から１．０：０．５の範囲に設定されている。

接続部分４８ｘは、薄板部分３０を板部３の厚さ方向において多重に折り重ねた折り重ね部分からなる。より具体的には、接続部分４８ｘ（折り重ね部分）は、薄板部分３０の最も外周側に位置する外周部分３１の内縁から外周部分３１と重なるように径方向外側に折れ曲がった下層部分４８１と、下層部分４８１の外周部分３１とは反対側の端部から下層部分４８１と重なるように径方向内側に折れ曲がった上層部分４８２とを備えており、かかる上層部分４８２に第１凹部４０ｘの底板部４００ｘが繋がっている。従って、接続部分４８ｘ（第１接続部分４６ｘおよび第２接続部分４７ｘ）に対して第１凹部４０ｘとは反対側には、ケース内側に向けて凹んだ第２凹部４２ｘが形成されており、かかる第２凹部４２ｘは、薄板部分３０の外周部分３１に相当する。第２凹部４２ｘも、接続部分４８ｘと同様、第１凹部４０ｘに沿って環状に延在している。

接続部分４８ｘ（第１接続部分４６ｘおよび第２接続部分４７ｘ）において、板部３のケース外側の面に重なる部分は、板部３のケース外側の面から離間している。すなわち、接続部分４８ｘにおいて、外周部分３１と下層部分４８１とは離間しており、外周部分３１と下層部分４８１との間には環状の隙間３５ｘが空いている。

このように構成した蓋２において、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘの中央または略中央には、安全弁４ｘを構成する破断用溝部４５ｘが形成されている。本形態において、破断用溝部４５ｘは、第１凹部４０ｘの中央または略中央で交差する２本の溝４５１、４５２からなり、かかる溝４５１、４５２は、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘのケース外面側（面２ａの側）に形成されている。本形態において、２本の溝４５１、４５２は直交している。破断用溝部４５ｘは、断面が台形形状または略Ｖ字形状であり、溝底部４５０ｘは、設定される破断荷重に応じて所定の肉厚に設定されている。破断用溝部４５ｘの断面を台形形状にすれば、溝底部４５０ｘにおいて厚さの測定を行うことができる。本形態において、溝底部４５０ｘの厚さは０．０３ｍｍ〜０．０８ｍｍ程度である。かかる破断用溝部４５ｘは、後述するように、電池ケース１ｘの内部圧力が過剰に上昇したときに開裂し、内部圧力を電池ケース１ｘの外部に逃がす安全弁４ｘとして機能する。

また、本形態では、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘのケース外面側（面２ａの側）において２本の溝４５１、４５２によって区画された４つの領域４０１、４０２、４０３、４０４の中央には、プレス加工によりケース内側に向けて凹ませた円形の凹部４０５が形成されている。

かかる構成の蓋２は、図６を参照して説明した延し成形工程や溝部成形工程等に加えて、凹部４０５を形成するためのプレス加工を単独、あるいは他の工程と同時に行うことにより製造することができる。

（安全弁４ｘ等の機能）
図１１は、本発明の実施の形態２に係る電池ケース１ｘにおいて内部圧力の上昇に伴う安全弁４ｘの形状変化を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は各々、内部圧力が上昇したときの安全弁４ｘの説明図、および内部圧力がさらに上昇したときの安全弁４ｘの説明図である。

本形態の電池ケース１ｘを用いた二次電池においては、充電と放電の繰り返しに伴って内部圧力が変動する。より具体的には、二次電池の場合、充電時に発熱するため、二次電池の温度が上昇して内部圧力が上昇する一方、放電時には、かかる発熱が発生しないため、二次電池の温度が低下し、内部圧力が低下する。なお、環境温度の変化に伴って内部圧力が変動することもある。

このような内部圧力の上昇があった際、蓋２は、図１０に示す状態から図１１（ａ）に示す状態のように、薄板部分３０全体がケース外側に変位するとともに、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘがケース外側に向けて変形する。その際、接続部分４８ｘを構成する折り重ね部分も変形する。そして、充電が停止して内部圧力が低下すると、蓋２は、薄板部分３０全体がケース内側に変位するとともに、第１凹部４０ｘの底部もケース内側に変形し、図１１（ａ）に示す状態から図１０に示す状態に戻る。

これに対して、内部圧力が上昇して、図１０に示す状態から図１１（ａ）に示すように、蓋２の薄板部分３０全体がケース外側に変位するとともに、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘがケース外側に変形した後も、内部圧力がさらに上昇すると、蓋２は、図１１（ａ）に示す状態から図１１（ｂ）に示す状態のように、薄板部分３０全体がさらにケース外側に変位するとともに、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘがケース外側に膨らむように変形する。また、接続部分４８ｘを構成する折り重ね部分も変形する。そして、内部圧力が設定値を超えた時点で、破断用溝部４５は、開裂する。従って、内部圧力を電池ケース１ｘの外部に逃がすことができる。本形態では、内部圧力が１．１ＭＰａ（設定値）を超えた時点で、破断用溝部４５が開裂するように、溝底部４５０ｘの厚さ等を設定してある。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の電池ケース１ｘの蓋２では、板部３をケース内側に向けて湾曲した形状に凹ませた第１凹部４０ｘが形成され、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘの中央または略中央に安全弁４ｘ用の破断用溝部４５ｘが形成されている。このため、充電と放電の繰り返し等に伴って内部圧力が変動した場合でも、かかる内部圧力の変化は、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘがケース外側およびケース内側に変形することによって吸収される。このため、破断用溝部４５ｘには、過大な圧縮応力や過大な引張応力が加わらないので、破断用溝部４５に疲労が発生しにくい。従って、内部圧力が充電時や環境温度の上昇等の通常の圧力上昇を超えるようなレベルに達したとき以外は、破断用溝部４５ｘが開裂しない。それ故、安全弁４ｘの作動圧力の安定化を図ることができる。

また、変形しやすい第１凹部４０ｘの底板部４００ｘの中央または略中央に破断用溝部４５ｘを形成したため、底板部４００ｘがケース外側に膨らむ際、破断用溝部４５ｘには、まず、圧縮応力が加わった後、引張応力が加わって破断用溝部４５ｘが開裂する。このため、破断用溝部４５ｘでは、溝底部４５０ｘの厚さがある程度、厚くても確実に開裂する。従って、破断用溝部４５ｘの強度を高めることができるので、二次電池の組み立て作業中に破断用溝部４５ｘが開裂するという事態が発生しにくい。それ故、電池ケース１ｘの取り扱いが容易である。また、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘの変形と、破断用溝部４５ｘの開裂という２段階の圧力を受ける構成であるため、破断用溝部４５ｘの溝底部４５０ｘの厚さや形状、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘの形状等、作動圧を設定するパラメータが多いので、作動圧を任意のレベルに設定することができる。

また、本形態では、蓋２を構成する板部３に薄板部分３０を形成し、薄板部分３０に安全弁４ｘを設けたため、必要以上に安全弁４ｘがケース外側に突出することがない。このため、蓋２の取り付け作業等の際、安全弁４ｘを損傷させるおそれが小さいという利点がある。また、本形態において、接続部分４８ｘ（第１接続部分４６ｘおよび第２接続部分４７ｘ）は、板部３からケース外側に向けて突出した位置にあるため、ケース内側に向けて凹む第１凹部４０ｘを形成した場合でも、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘが板部３のケース内側の面から突出しない構造になるか、あるいはわずかに突出した構造で済む等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

さらに、本形態では、第１凹部４０ｘが円形に形成されており、破断用溝部４５ｘは、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘの中央または略中央で交差する２本の溝４５１、４５２からなる。このため、内部圧力が充電時や環境温度の上昇等の通常の圧力上昇を超えるようなレベルに達したとき、破断用溝部４５ｘが確実に開裂する。

また、２本の溝４５１、４５２は、直角に交差しているため、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘの２本の溝４５１、４５２で仕切られた４つの部分４０１、４０２、４０３、４０４は同等の強度を有する。従って、内部圧力が上昇した際、４つの部分４０１、４０２、４０３、４０４は、同様に変形するため、破断用溝部４５ｘが不用意に開裂しない。さらに、４つの部分４０１、４０２、４０３、４０４には凹部４０５が形成されており、凹部４０５は、４つの部分４０１、４０２、４０３、４０４を補強している。従って、４つの部分４０１、４０２、４０３、４０４は、十分な強度を有するため、破断用溝部４５ｘが不用意に開裂しない。

（実施の形態２の変形例）
上記実施の形態２では、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘがケース内側に緩く湾曲していたが、第１凹部４０ｘの底板部４００ｘが平面部になっている構成を採用してもよい。

上記実施の形態２では、電池ケース１ｘの蓋２に安全弁４ｘを形成したが、ケース本体１０の側に安全弁を形成してもよい。

上記実施の形態２では、第１凹部４０ｘを平面視で真円形状に形成したが、平面視で長円形状等となるように第１凹部４０ｘを形成してもよい。

本発明に係る電池ケースにおいては、充電と放電の繰り返し等に伴って内部圧力が変動した場合でも、破断用溝部には、過大な圧縮応力や過大な引張応力が加わらないので、破断用溝部に疲労が発生しにくい。従って、内部圧力が充電時や環境温度の上昇等の通常の圧力上昇を超えるようなレベルに達したとき以外は、破断用溝部が開裂しない。それ故、安全弁の作動圧力の安定化を図ることができる。また、第１凹部がケース外側に膨らむ際、破断用溝部には、まず、圧縮応力が加わった後、引張応力が加わって破断用溝部が開裂する。このため、破断用溝部では、溝底部の厚さがある程度、厚くても確実に開裂する。従って、破断用溝部の強度を高めることができるので、二次電池の組み立て作業中に破断用溝部が開裂するという事態が発生しにくい。それ故、電池ケースの取り扱いが容易である。また、本発明では、第１凹部の変形と、破断用溝部の開裂という２段階の圧力を受ける構成であるため、破断用溝部の溝部底部の厚さや形状、第１凹部の形状等、作動圧を設定するパラメータが多いので、作動圧を任意のレベルに設定することができる。

Claims (10)

1. 金属板を加工したケースのいずれかの面を構成する板部に安全弁用の破断用溝部が形成された電池ケースであって、
   前記板部には、ケース内側に向けて凹ませた第１凹部が形成され、
   前記第１凹部の底部の中央または略中央に前記破断用溝部が形成され、
   前記板部において前記第１凹部を間に挟む両側で当該第１凹部に接続する第１接続部分および第２接続部分のうちの少なくとも一方は、前記板部を厚さ方向においてケース外側に向けて多重に折り重ねた折り重ね部分からなり、
   前記折り重ね部分で最もケース外側で重なっている部分が前記第１凹部の底部と繋がっており
   前記折り重ね部分において前記板部のケース外側の面に重なる部分は、当該板部のケース外側の面から離間していることを特徴とする電池ケース。
2. 前記第１接続部分および前記第２接続部分では、前記第１接続部分の前記第１凹部の底部からの高さ寸法と前記第２接続部分の前記第１凹部の底部からの高さ寸法との比が０．５：１．０から１．０：０．５の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の電池ケース。
3. 前記破断用溝部は、前記第１凹部の底部のケース外側の面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池ケース。
4. 前記第１凹部の底部は、平面部を備え、
   当該平面部に前記破断用溝部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池ケース。
5. 前記第１凹部は、前記板部において溝状に延在しており、
   前記破断用溝部は、前記第１凹部の延在方向に沿って延在していることを特徴とする請求項１または２に記載の電池ケース。
6. 前記第１凹部は、周方向で繋がった環状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の電池ケース。
7. 前記破断用溝部は、１つ以上の途切れ部分をもって前記第１凹部に沿って周方向に延在していることを特徴とする請求項６に記載の電池ケース。
8. 前記第１凹部は、前記板部において円形に形成されており、
   前記破断用溝部は、前記第１凹部の底部の中央または略中央で交差する２本の溝からなることを特徴とする請求項１または２に記載の電池ケース。
9. 前記２本の溝は、直角に交差していることを特徴とする請求項８に記載の電池ケース。
10. 前記第１凹部の底部において、前記２本の溝で仕切られた４つの部分には、補強用の凹部が形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の電池ケース。

Images