JP6863172B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本開示は、二次電池に関する。

従来の二次電池が開示された文献として、たとえば特開２０１７−０２２０５０号公報（特許文献１）が挙げられる。

特許文献１に開示の二次電池にあっては、筐体の外部と内部とを連通する連通路の途中部に連通路を閉塞する弁体が配置され、連通路のうち弁体よりも筐体外部側に位置する部分には、筐体の内側に向けて弁体を付勢する弾性部材が配置されている。筐体の内圧が上昇して所定の圧力以上となった場合には、弾性部材の付勢力に抗して弁体が筐体の外側に向けて移動することにより、筐体の外部と内部とが連通する。

特開２０１７−０２２０５０号公報

しかしながら、特許文献１に開示の二次電池にあっては、弾性部材が弁体よりも外側に配置されているため、弾性部材は、常時外気に曝される。このため、弾性部材が外気に含まれる水分等によって劣化することが懸念される。この場合には、弾性部材の弾性係数が変化し、弁体の作動圧が変動してしまうことが懸念される。

本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、筐体内の気体を外部に放出するための弁体の作動圧がばらつくことを抑制することができる二次電池を提供することにある。

本開示の二次電池は、内部に電池要素を収容し、貫通孔を有する筐体と、上記筐体の外表面に対向する外側対向部および上記筐体の内表面に対向する内側対向部とを有し、上記貫通孔に挿入された弁体と、上記内側対向部と上記筐体の上記内表面との間に配置され、上記内側対向部を上記筐体の上記内表面から遠ざかる方向に付勢する弾性付勢部材と、上記外側対向部と上記筐体の上記外表面との間に配置され、上記弾性付勢部材の付勢力によって上記外側対向部と上記筐体の上記外表面とで挟持されることにより、上記筐体の内部を密閉するシール部材とを備え、上記弾性付勢部材には、上記貫通孔に連通する通気経路が形成されている。

このような構成とした場合には、筐体の内部が筐体の外部から密閉されている状態においては、弾性付勢部材は、密閉された筐体の内部に配置される。このため、外気に含まれる水分等によって弾性付勢部材が劣化することを抑制できる。これにより、弾性付勢部材の弾性係数の変動を抑制することができ、この結果、弁体の作動圧がばらつくことを抑制することができる。

本開示によれば、筐体内の気体を外部に放出するための弁体の作動圧がばらつくことを抑制することができる二次電池を提供することができる。

実施の形態に係る二次電池の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る二次電池の断面図である。 実施の形態に係るガス放出弁を示す断面図である。 図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 実施の形態に係る二次電池の筐体の内圧が上昇した場合におけるガス放出弁の状態を示す断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、実施の形態に係る二次電池の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る二次電池の断面図である。図１および図２を参照して、実施の形態に係る二次電池について説明する。

図１および図２に示すように、実施の形態に係る二次電池１は、たとえば、リチウムイオン二次電池である。複数の二次電池１が直列に接続され、所望の電圧を有する組電池（図示せず）が構成される。この組電池は、たとえば、ハイブリッド車両等の電動車両（図示せず）に搭載可能である。

二次電池１は、筐体１０と、電極体２０とを備える。筐体１０は、扁平な直方体形状に形成されている。筐体１０は、内部に電池要素としての電極体２０を収容する。

筐体１０は、一方向に開口する開口部１０ａが形成された略直方体形状を有するケース本体１１と、ケース本体１１に設けられた開口部を塞ぐ蓋体１２とを含む。ケース本体１１および蓋体１２は、アルミニウムなどの金属材料により形成され、互いに溶接されている。

電極体２０は、正極シートと、負極シートと、セパレータ（いずれも不図示）とを含む。正極シートおよび負極シートは、セパレータを介して巻回されている。なお、正極シートおよび負極シートは、セパレータを介して積層されていてもよい。電極体２０の一方端および他方端には、正極露出部２５および負極露出部２６がそれぞれ設けられている。

蓋体１２には、安全弁３０、貫通孔４０、およびガス放出弁７０が設けられている。安全弁３０は、筐体１０の内部圧力が上昇し所定の圧力Ｐ１に達した場合に作動することで筐体１０の破裂を防止する。貫通孔４０は、蓋体１２を貫通するように設けられている。ガス放出弁７０は、貫通孔４０に設けられている。ガス放出弁７０が設置される前の状態においては、貫通孔４０は、筐体１０の内部に電解液を注入するために用いられる注入孔として機能する。なお、ガス放出弁７０の詳細については、図３、４を用いて後述する。

二次電池１は、正極端子５０および負極端子６０をさらに備える。正極端子５０および負極端子６０は、蓋体１２に設けられている。正極端子５０および負極端子６０は、筐体１０の長辺方向（図２中左右方向）に間隔をあけて設けられている。

正極端子５０は、ボルト５１と、正極外部端子５２と、リベット部材５３と、インシュレータ５４と、ガスケット５５とを含む。ボルト５１、正極外部端子５２およびリベット部材５３は、導電性材料（たとえば、アルミニウムまたは銅等の金属材料）により形成されている。

ボルト５１は、蓋体１２から上方に向けて突出するように設けられている。ボルト５１は、ナットおよびバスバーを用いて、二次電池１と隣接する他の二次電池の負極側のボルト（図示せず）に締結可能に構成される。リベット部材５３は、ボルト５１から間隔をあけて設けられており、リベット部材５３は蓋体１２に形成された挿入孔１２ａに挿入されている。

正極外部端子５２は、ボルト５１とリベット部材５３との間に延在する薄板形状を有し、ボルト５１とリベット部材５３とを電気的に接続する。リベット部材５３は、筐体１０の内部で、集電電極５６に電気的に接続されている。

インシュレータ５４およびガスケット５５は、絶縁性材料により形成されている。絶縁性材料としては、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）などの樹脂材料またはＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などのゴム材料が挙げられる。

インシュレータ５４は、正極外部端子５２と蓋体１２との間に配置され、正極外部端子５２と蓋体１２とを電気的に絶縁する。ガスケット５５は、蓋体１２と集電電極５６の上端部との間に配置され、蓋体１２と集電電極５６とを電気的に絶縁するとともに筐体１０を密封する。

二次電池１は、集電電極５６をさらに備える。集電電極５６は、筐体１０の内部に収容されている。集電電極５６は、リベット部材５３と正極露出部２５とを電気的に接続する。集電電極５６は、導電性材料によって形成されている。

負極端子６０は、ボルト６１と、負極外部端子６２と、リベット部材６３と、インシュレータ６４と、ガスケット６５とを含む。

ボルト６１は、蓋体１２から上方に向けて突出するように設けられている。ボルト６１は、ナットおよびバスバーを用いて、二次電池１と隣接する他の二次電池の正極側のボルト（図示せず）に締結可能に構成される。リベット部材６３は、ボルト６１から間隔をあけて設けられており、リベット部材６３は蓋体１２に形成された挿入孔１２ｂに挿入されている。

負極外部端子６２は、ボルト６１とリベット部材６３との間に延在する薄板形状を有し、ボルト６１とリベット部材６３とを電気的に接続する。リベット部材６３は、筐体１０の内部で、集電電極６６に電気的に接続されている。

インシュレータ６４は、負極外部端子６２と蓋体１２との間に配置され、負極外部端子６２と蓋体１２とを電気的に絶縁する。ガスケット６５は、蓋体１２と集電電極６６の上端部との間に配置され、蓋体１２と集電電極６６とを電気的に絶縁するとともに筐体１０を密封する。インシュレータ６４は、インシュレータ５４とほぼ同様の材料にて構成されている。

二次電池１は、集電電極６６をさらに備える。集電電極６６は、筐体１０の内部に収容されている。集電電極６６は、リベット部材６３と負極露出部２６とを電気的に接続する。集電電極６６は、導電性材料によって形成されている。

図３は、実施の形態に係るガス放出弁を示す断面図である。図４は、図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図３および図４を参照して、実施の形態に係るガス放出弁７０について説明する。

図３および図４に示すように、ガス放出弁７０は、弁体７１、弾性付勢部材７５、およびシール部材７６を含む。

弁体７１は、蓋体１２の薄肉部１２１に設けられた貫通孔４０に挿入されている。弁体は、一端側が筐体１０の外側に位置し、他端側が筐体１０の内側に位置するように、貫通孔４０に挿入されている。弁体７１の材料としては、たとえば、ゴム材料、および樹脂材料等を採用することができる。

弁体７１は、本体部７２、外側対向部７３、および内側対向部７４を有する。本体部７２は、略円柱形状を有する。外側対向部７３および内側対向部７４は、本体部７２の軸方向に沿って互に向かい合うように設けられている。

外側対向部７３は、筐体１０の外側に位置する本体部７２の一端側の周面から本体部７２の径方向外側に突出するように設けられている。外側対向部７３は、筐体１０の外側において、筐体１０の外表面１２１ａ（具体的には、蓋体１２の外表面）に対向する。具体的には、外側対向部７３は、貫通孔４０の周囲に位置する筐体１０の外表面１２１ａに対向する。外側対向部７３は、本体部７２の軸方向に沿って見た場合に貫通孔４０を覆う。

内側対向部７４は、筐体１０の内側に位置する本体部７２の他端側の周面から本体部７２の径方向外側に突出するように設けられている。内側対向部７４は、筐体１０の内側において、筐体１０の内表面１２１ｂ（具体的には、蓋体１２の内表面）に対向する。具体的には、内側対向部７４は、貫通孔４０の周囲に位置する筐体１０の内表面１２１ｂに対向する。内側対向部７４は、本体部７２の軸方向に沿って見た場合に貫通孔４０を覆う。

弾性付勢部材７５は、内側対向部７４と筐体１０の内表面１２１ｂとの間に配置されている。弾性付勢部材７５は、内側対向部７４を筐体１０の内表面１２１ｂから遠ざかる方向に付勢する。

弾性付勢部材７５は、たとえば、耐電解液性のあるゴム材料で構成されている。弾性付勢部材７５は、たとえば、内側対向部７４と筐体１０の内表面１２１ｂとの間に圧入される。これにより、弾性付勢部材７５は、内側対向部７４を筐体１０の内表面１２１ｂから遠ざかる方向に付勢力を発現させる。弾性付勢部材７５には、貫通孔４０に連通する通気経路７５ａが形成されている。

より具体的には、弾性付勢部材７５は、互いに周方向に離間して配置された複数の弾性体によって構成されており、周方向に互いに隣り合う弾性体の間に通気経路７５ａが設けられている。

なお、弾性付勢部材７５は、このような構成に限定されず、径方向に貫通する複数の通気経路が設けられた環状の弾性体によって構成されていてもよい。

シール部材７６は、外側対向部７３と筐体１０の外表面１２１ａとの間に配置されている。シール部材７６は、環状形状を有する。シール部材７６は、本体部７２の軸方向に沿って見た場合に、貫通孔４０を取り囲むように配置されている。

シール部材７６は、耐電解液性のあるゴム材料で構成される。なお、シール部材７６の硬度は、弾性付勢部材７５の硬度よりも小さい。

上述のように弾性付勢部材７５の付勢力が作用することにより、弁体７１の外側対向部７３は、筐体１０の外表面１２１ａに近づくように力を受ける。これにより、シール部材７６は、外側対向部７３と筐体１０の外表面１２１ａとで挟持される。

このように、シール部材７６は、上記弾性付勢部材７５の付勢力によって外側対向部７３と筐体１０の外表面１２１ａとで挟持されることにより、筐体１０の内部を密閉する。

図５は、実施の形態に係る二次電池の筐体の内圧が上昇した場合におけるガス放出弁の状態を示す断面図である。図５においては、筐体１０の内部からガスが発生し、筐体１０の内圧が上昇して所定の圧力Ｐ２に到達した際のガス放出弁７０の状態を示している。なお、所定の圧力Ｐ２は、安全弁３０が作動する所定の圧力Ｐ１よりも小さいものとする。

筐体１０の内圧が所定の圧力Ｐ２に到達した場合には、筐体１０の内部の気体が内側対向部７４を筐体１０の内表面１２１ｂに近づくように押圧する。また、シール部材７６の内側に位置する部分は、貫通孔４０および通気経路７５ａを通って筐体１０の内部に連通していることから、当該部分の気体が外側対向部７３を筐体１０の外表面１２１ａから離れる方向に押圧する。

これにより、付勢力に抗して内側対向部７４が筐体１０の内表面１２１ｂに向けて移動する。この際、外側対向部７３がシール部材７６から離間して、通気経路７５ａ、貫通孔４０、および外側対向部７３とシール部材７６との間の隙間を通って、筐体１０の内部と筐体１０の外部とが連通する。この結果、筐体１０の内部のガスが、ガス放出弁７０から放出されて筐体１０の内圧が低下する。

筐体１０の内圧が低下すると、弾性付勢部材７５の付勢力によって、内側対向部７４が筐体１０の内表面１２１ｂから離れるように押圧されて、弁体７１が元の位置に移動する。この際、シール部材７６が外側対向部７３と筐体１０の外表面１２１ａとで挟持されて、筐体１０の内部が密閉される。

以上のように、本実施の形態に係る二次電池にあっては、筐体１０の内部が筐体１０の外部から密閉されている状態においては、弾性付勢部材７５は、密閉された筐体１０の内部に配置される。このため、外気に含まれる水分等によって弾性付勢部材７５が劣化することを抑制できる。これにより、弾性付勢部材７５の弾性係数の変動を抑制することができ、この結果、弁体７１の作動圧がばらつくことを抑制することができる。

また、弾性付勢部材７５として、ゴム材料を用いることにより、ばねを用いる場合よりも、ガス放出弁７０を小型化することができる。なお、弾性付勢部材７５として、ばねを用いる場合には、当該ばねは、耐電解液性のある金属部材、および樹脂部材によって構成される。

さらには、ガス放出弁７０の作動圧Ｐ２を安全弁３０の作動圧Ｐ１よりも小さくし、ガス放出弁７０が貫通孔４０を開閉可能に構成されていることにより、筐体１０の内部の圧力を作動圧Ｐ２以下に抑えることができる。これにより、筐体１０が少なくとも作動圧Ｐ２の圧力に耐え得るように構成される限り、筐体１０の板厚を大きくして作動圧Ｐ１の圧力に耐え得るように構成しなくてもよくなる。この結果、作動圧Ｐ１の圧力に耐えるような板厚で構成した筐体１０と比較して、板厚を薄くすることができ、同一の外形寸法で筐体を構成した場合に、筐体１０内の空間を広くすることができる。

上述した実施の形態においては、貫通孔４０が蓋体１２に設けられており、当該貫通孔にガス放出弁７０が設けられる場合を例示して説明したが、これに限定されず、貫通孔４０がケース本体１１の周面の上部に設けられており、当該貫通孔４０にガス放出弁７０が設けられていてもよい。この場合には、蓋体１２に別途注入孔が設けられてもよい。

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本開示の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 二次電池、１０ 筐体、１０ａ 開口部、１１ ケース本体、１２ 蓋体、１２ａ，１２ｂ 挿入孔、２０ 電極体、２５ 正極露出部、２６ 負極露出部、３０ 安全弁、４０ 貫通孔、５０ 正極端子、５１ ボルト、５２ 正極外部端子、５３ リベット部材、５４ インシュレータ、５５ ガスケット、５６ 集電電極、６０ 負極端子、６１ ボルト、６２ 負極外部端子、６３ リベット部材、６４ インシュレータ、６５ ガスケット、６６ 集電電極、７０ ガス放出弁、７１ 弁体、７２ 本体部、７３ 外側対向部、７４ 内側対向部、７５ 弾性付勢部材、７５ａ 通気経路、７６ シール部材、１２１ 薄肉部、１２１ａ 外表面、１２１ｂ 内表面。

Claims (1)

1. 内部に電池要素を収容し、貫通孔を有する筐体と、
   前記筐体の外表面に対向する外側対向部および前記筐体の内表面に対向する内側対向部とを有し、前記貫通孔に挿入された弁体と、
   前記内側対向部と前記筐体の前記内表面との間に配置され、前記内側対向部を前記筐体の前記内表面から遠ざかる方向に付勢する弾性付勢部材と、
   前記外側対向部と前記筐体の前記外表面との間に配置され、前記弾性付勢部材の付勢力によって前記外側対向部と前記筐体の前記外表面とで挟持されることにより、前記筐体の内部を密閉するシール部材と、
   前記貫通孔の軸方向において前記貫通孔と重ならないように前記筐体に設けられ、前記筐体の内圧が第１圧力に到達した際に作動する安全弁と、を備え、
   前記弾性付勢部材には、前記貫通孔に連通する通気経路が形成されており、
   前記筐体の内圧が前記第１圧力よりも小さい第２圧力に到達した場合に、前記外側対向部が前記シール部材から離間して前記筐体の内部と前記筐体の外部とが連通する、二次電池。

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