JP6939566B2

JP6939566B2 - 蓄電素子

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Publication number: JP6939566B2
Application number: JP2017560391A
Authority: JP
Inventors: 瞬伊藤
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-01-05
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池を含む蓄電素子に関する。

リチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池を含む蓄電素子では、電極体を収容する外装体にガス排出弁が設けられることがある。この場合、過充電によって電極体が発熱することで外装体の内部でガスが発生したとき、ガス排出弁を通じて外装体の外側へガスを排出できる。

また、例えば特許文献１に開示されているように、電流遮断用のダイヤフラム（反転膜）を備えた蓄電素子が知られている。このダイヤフラムは導電性を有し、別の導電部材と共に、電極体と外部端子との間の導電経路の一部を構成している。ダイヤフラムは、通常時は前述の導電部材に向かって突出した変位部を有し、該変位部において導電部材に接合されることで、ダイヤフラムと導電部材が電気的に接続されている。導電部材には、ハーフカットのような切り込みからなる切断部が設けられる。切断部は、円形のような無端状に形成される。該切断部で囲まれた部分は、導電部材から切り離し可能な切り離し部とされており、該切り離し部においてダイヤフラムの変位部に接合される。

この種の蓄電素子において、ガスの発生により外装体内の圧力が所定圧まで上昇すると、ダイヤフラムは、その変位部が導電部材から離反するように反転する。このとき、ダイヤフラムの変位部に接合された導電部材の切り離し部は、切断部に沿って導電部材から切り離されて、ダイヤフラムの変位部と共に導電部材から離反する方向へ変位する。このようにして導電部材からダイヤフラムが分離されることにより導電部材とダイヤフラムとの間の電気的接続が遮断されると、過充電が停止されて、更なる電極体の発熱が抑制される。このようなダイヤフラムの反転がガス排出弁の開放前に行われることで、ガス排出弁を通じてガスを放出せざるを得ないような電極体の過度の発熱を抑制することが可能になる。

特開２０１３−２１４４７４号公報

しかしながら、上記のようなダイヤフラムの反転によって電流の遮断が行われる場合、導電部材の切り離し部が、ダイヤフラムの変位部と共に変位して導電部材から切り離されようとするとき、導電部材の切り離し部の周辺部は、切り離し部によって引っ張られることでダイヤフラム側へ突出するように変形する可能性がある。この変形により導電部材に生じた突出部分がダイヤフラムに接触すると、ダイヤフラムと導電部材との間で意図しない通電が生じ得るため、電流遮断性能に関して改善の余地がある。

そこで、本発明は、電流遮断性能の向上を図ることができる蓄電素子を提供することを課題とする。

本発明は、
電極体を収容する外装体と、
前記外装体の外側に設けられた外部端子と、
前記外装体の内圧の上昇によって前記外装体の外側に向かって所定位置まで変位可能な変位部を有し、前記電極体と前記外部端子との間の導電経路に設けられたダイヤフラムと、
前記外装体内において前記ダイヤフラムの内側に対向配置されたベース面部、該ベース面部から前記ダイヤフラムに向かって錐状又は筒状に突出した突出部、及び、該突出部の先端に設けられて前記ダイヤフラムの前記変位部に接合された端面部を有し、前記電極体又は前記外部端子のいずれか一方と前記ダイヤフラムとの間の導電経路に設けられた導電部材と、を備えた、蓄電素子を提供する。

なお、本明細書でいう「錐状」及び「筒状」とは、円錐状及び円筒状に限られるものでなく、例えば、角錐状及び角筒状であってもよい。すなわち、「錐状」又は「筒状」の突出部の断面形状は円形に限られるものでなく、突出部は、多角形を含む種々の断面形状を有し得る。

この蓄電素子によれば、外装体の内圧の上昇によってダイヤフラムの変位部が導電部材のベース面部から離反するように変位するとき、ダイヤフラムの変位部に接合された導電部材部分は、変位部と共に導電部材のベース面部及び突出部から離反するように変位して、導電部材から切り離される。導電部材の突出部は、元々、ベース面部からダイヤフラムに向かって突出しているため、ダイヤフラムの変位部と共に変位して導電部材から切り離される部分によって突出部がダイヤフラム側へ引っ張られても、ダイヤフラム側へ更に突出するような突出部の変形が生じ難い。そのため、反転後のダイヤフラムと導電部材との接触を確実に防止でき、これにより、電極体と外部端子との間の通電を確実に遮断できる。したがって、更なる電極体の発熱及びガスの発生を抑制しやすくなり、これによって、ガス排出弁を通じたガスの放出を回避しやすくなる。

本発明に係る蓄電素子によれば、ダイヤフラムの反転によってダイヤフラムと導電部材との間での通電が遮断された後において、ダイヤフラムと導電部材との接触を確実に防止でき、これにより、蓄電素子の電流遮断性能の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る電池の斜視図。図１の電池の縦断面図。図１の電池の一部の分解斜視図。図１の電池の要部の一部破断斜視図。図４の電池部分を別の方向から見た一部破断斜視図。ダイヤフラム及びその周辺部を示す断面図。ダイヤフラムが反転した状態を示す図６と同様の断面図。ダイヤフラム及び集電体の要部を模式的に示す図。ダイヤフラムと集電体の溶接作業の一例を示す断面図。ダイヤフラムの変形例を示す図８と同様の模式図。第１実施形態に係る電池の変形例を示す図４と同様の一部破断斜視図。図１１の電池でのダイヤフラムと集電体の溶接作業の一例を示す断面図。本発明の第２実施形態に係る電池の斜視図。図１３の電池の縦断面図。図１３の電池の分解斜視図。図１３の電池の要部の一部破断斜視図。図１６の電池部分を別の方向から見た一部破断斜視図。図１３の電池のダイヤフラム及びその周辺部を示す断面図。ダイヤフラム及び集電体の要部を模式的に示す図。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

［第１実施形態］
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る蓄電素子としてのリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という）１を示す。

［全体構成］
図１及び図２を参照すると、電池１は、電極体２、外装体４、正極及び負極の外部端子１０，２０、正負の集電体１７，３７、上側ガスケット１４，２８、下側ガスケット１６，３２、電流遮断用のダイヤフラム（反転膜）５０並びに放電用端子２４を備える。

外装体４は、上端が開口したケース本体５と、ケース本体５の上端開口を閉じる蓋６とを備える。本実施形態では、ケース本体５と蓋６は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。ケース本体５は長方形板状の底壁部５ｂと、底壁部５ｂの長辺から立ち上がる一対の長側壁部５ｃ，５ｄと、底壁部５ｂの短辺から立ち上がる一対の短側壁部５ｅ，５ｆとを備える。蓋６は概ね長方形板状である。蓋６には、ケース本体５内で発生したガスを外装体４の外側へ排出するためのガス排出弁８が設けられている。

図２に示すように、電極体２は、電解液が充填されたケース本体５内に収容されている。電極体２は絶縁シート（図示せず）で覆われてもよい。ケース本体５内には、下側ガスケット１６，３２及び集電体１７，３７も収容されている。

電極体２は、いずれも一定幅の長尺な帯状である正負の電極シート及び微多孔性樹脂シートからなる２枚のセパレータを重ね合わせて、概ね高扁平率の長楕円状に巻回したものである。電極体２の電極シート及びセパレータの巻回の軸線（巻回軸）は、図２において符号Ｘで概念的に示されている。電極体２は、巻回軸Ｘが概ね、ケース本体５の一対の短側壁部５ｅ，５ｆが対向する方向（図２において左右方向）に延びる姿勢で、ケース本体５内に収容されている。

巻回軸Ｘの延びる方向における電極体２の一方（図２の右側）の端部には、負極の電極シートが正極の電極シート及びセパレータよりも突出しており、他方（図２の左側）の端部には、正極の電極シートが負極の電極シート及びセパレータよりも突出している。これらの電極シートの突出部分は、金属箔のいずれの面にも活物質層が設けられていない未塗工部とされている。これにより、巻回軸Ｘの延びる方向における電極体２の一方（図２の右側）の端部には、負極の電極シートの金属箔のみを積層してなる負極リード部２ａが形成され、他方（図２の左側）の端部には、正極の電極シートの金属箔のみを積層してなる正極リード部２ｂが形成されている。

図１及び図２に加えて図３を参照すると、蓋６の一端側（図１及び図２において右側）に負極の外部端子１０が配置され、他端側（図１及び図２において左側）に正極の外部端子２０及び放電用端子２４が配置されている。外部端子１０，２０及び放電用端子２４は、蓋６の外側面（上側面）に配置される板状部１１，２２，２５を備える。板状部１１，２２，２５にはバスバーのような接続部材が溶接されて外部回路に接続される。

負極の外部端子１０は、蓋６の外側面に配置される板状部１１と、板状部１１の下面から下方に突出する円柱状の軸部１２を備える。軸部１２は、板状部１１とは別体のリベットで構成されている。本実施形態では、負極の外部端子１０は、その板状部１１がアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、軸部１２がメッキされた銅又は銅合金製である。

軸部１２は、絶縁樹脂製の上側ガスケット１４及び蓋６を貫通してケース本体５の内部に突出しており、ケース本体５の内部において絶縁樹脂製の下側ガスケット１６及び負極の集電体１７（後述のベース面部１８）を更に貫通している。上側ガスケット１４には、軸部１２を挿通させるための筒状部１４ａ（図３参照）が設けられ、蓋６、下側ガスケット１６及び集電体１７のベース面部１８には、軸部１２を挿通させるための貫通穴６ａ，１６ａ，１８ａ（図３参照）が設けられている。蓋６の貫通穴６ａの内周面と軸部１２の外周面との間には、上側ガスケット１４の筒状部１４ａが介在される。

負極の外部端子１０の軸部１２の下端には、加締によって拡径部１２ａ（図２参照）が形成され、それによって負極の外部端子１０が蓋６に対して加締固定されている。具体的には、外部端子１０の板状部１１と拡径部１２ａとの間に、上側ガスケット１４、蓋６、下側ガスケット１６及び負極の集電体１７のベース面部１８が挟み込まれることで、負極の外部端子１０と集電体１７が蓋６に固定されている。蓋６の外側面（上側面）と外部端子１０との間に上側ガスケット１４が介装され、蓋６の内側面（下側面）と集電体１７との間に、下側ガスケット１６が介装されている。

正極の外部端子２０は、蓋６から外側（上側）に膨出した中空の膨出部で構成されている。外部端子２０は、蓋６と一体に設けられている。すなわち、本実施形態において、正極の外部端子２０は、蓋６と同じく、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。同電位である蓋６と外部端子２０との間には絶縁部材を設ける必要がない。仮に、蓋６と外部端子２０との間に絶縁部材を設ける場合、気密性を確保するために絶縁部材を蓋６と外部端子２０に密着させるように取り付ける必要があるが、本実施形態では、蓋６と外部端子２０が一体であるため、気密性を容易に確保することができる。

外部端子２０は、蓋６から上方に突出した筒状の周壁部２１と、周壁部２１の上端開口を塞ぐ板状部２２とを備えている。周壁部２１は、下端側が開口した例えば円筒状とされ、板状部２２は、例えば、周壁部２１の外径と同じ径を有する円形とされている。板状部２２の中央部には、後述する溶接作業用の治具の支持ピン２０１（図９参照）との干渉を回避するための開口部２２ａが設けられている。

放電用端子２４は、例えば過充電によって外装体４の内圧が所定圧以上に上昇した緊急時に後述する電流遮断用のダイヤフラム５０の反転によって正極の外部端子２０と電極体２との間の通電が遮断された場合に、放電を行うために設けられている。

放電用端子２４は、蓋６の長さ方向において正極の外部端子２０よりも外側に配置されている。放電用端子２４は、蓋６の外側面に配置される板状部２５と、板状部２５の下面から下方に突出する円柱状の軸部２６を備える。軸部２６は、板状部２５と一体に成形されている。本実施形態では、放電用端子２４は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。

軸部２６は、絶縁樹脂製の上側ガスケット２８及び蓋６を貫通してケース本体５の内部に突出しており、ケース本体５の内部において絶縁樹脂製の下側ガスケット３２及び正極の集電体３７（後述のベース面部３８）を更に貫通している。上側ガスケット２８には、軸部２６を挿通させるための筒状部２８ａ（図３参照）が設けられ、蓋６、下側ガスケット３２及び集電体３７のベース面部３８には、軸部２６を挿通させるための貫通穴６ｂ，３３ｂ，３８ａ（図３参照）が設けられている。蓋６の貫通穴６ｂの内周面と軸部２６の外周面との間には、上側ガスケット２８の筒状部２８ａが介在される。

放電用端子２４の軸部２６の下端には、加締によって拡径部２６ａ（図２、図４及び図５参照）が形成されている。これによって、放電用端子２４が蓋６に対して加締固定されている。具体的には、放電用端子２４の板状部２５と拡径部２６ａとの間に、上側ガスケット２８、蓋６、下側ガスケット３２及び正極の集電体３７のベース面部３８が挟み込まれることで、放電用端子２４と集電体３７が蓋６に固定されている。蓋６の外側面と放電用端子２４との間に上側ガスケット２８が介装され、蓋６の内側面と正極の集電体３７との間に下側ガスケット３２が介装されている。

負極の集電体１７は、蓋６に固定されるベース面部１８と、ベース面部１８から下方に延びる一対の脚部１９ａ，１９ｂとを備える。負極の集電体１７は銅又は銅合金製である。ベース面部１８は、前述のように、負極の外部端子１０の軸部１２に形成された拡径部１２ａによって蓋６に対して加締固定されている。一対の脚部１９ａ，１９ｂは、電極体２の負極リード部２ａを挟み込むように配置されている。各脚部１９ａ，１９ｂは、負極リード部２ａに溶接されて、電気的かつ機械的に接続されている。これにより、負極の集電体１７を介して、電極体２の負極リード部２ａが負極の外部端子１０に電気的に接続されている。

同様に、正極の集電体３７は、蓋６に固定されるベース面部３８と、ベース面部３８から下方に延びる一対の脚部３９ａ，３９ｂとを備える。正極の集電体３７は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。ベース面部３８は、前述のように、放電用端子２４の軸部２６に形成された拡径部２６ａによって蓋６に対して加締固定されている。一対の脚部３９ａ，３９ｂは、電極体２の正極リード部２ｂを挟み込むように配置されている。各脚部３９ａ，３９ｂは、正極リード部２ｂに溶接されて、電気的かつ機械的に接続されている。

正極の集電体３７は、後述する電流遮断用のダイヤフラム５０と電極体２との間の導電経路に設けられた導電部材であり、ダイヤフラム５０を介して正極の外部端子２０に電気的に接続されている。

これにより、正極の外部端子２０は、ダイヤフラム５０及び集電体３７を介して電極体２の正極リード部２ｂに電気的に接続されている。正極の外部端子２０は、上記のように蓋６と一体であることにより、外装体４と同電位とされている。

なお、正極の外部端子２０と同電位であるケース本体５が、負極の集電体１７との間で通電したり、正極の集電体３７との間で直接通電したりすることを防止するために、正負の各集電体１７，３７とケース本体５との間には、それぞれ絶縁材料からなるスペーサ（図示せず）を介装することが好ましい。

以下、ダイヤフラム５０の構成、並びに、これに関連する正極の集電体３７及び下側ガスケット３２のより具体的な構成について説明する。

［電流遮断用のダイヤフラム及びこれに関連する構成］
図４〜図６に示すように、ダイヤフラム５０は、正極の外部端子２０の下方に対向配置されており、外周部において蓋６及び外部端子２０の下端部に接合されている。該ダイヤフラム５０によって、ケース本体５の内側の第１空間Ｓ１と、蓋６から外側（上側）に膨出した正極の外部端子２０の内側の第２空間Ｓ２とが仕切られている。

ダイヤフラム５０は、電極体２の正極リード部２ｂと正極の外部端子２０との間の導電経路に設けられた導電部材である。ダイヤフラム５０は、外部端子２０には直接電気的に接続され、電極体２の正極リード部２ｂには集電体３７を介して電気的に接続されている。ダイヤフラム５０は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製である。

ダイヤフラム５０は、その外周を形成する外側環状部５１と、外側環状部５１の径方向内側端部から外部端子２０の板状部２２に向かって軸方向に延びる筒状部５２と、筒状部５２の先端に連なる拡径部５３と、第１空間Ｓ１の内圧上昇によって第１空間Ｓ１から離反する方向へ所定位置まで変位可能な変位部５５と、変位部５５の外縁から径方向外側に拡がって拡径部５３に連なるフレア部５４とを備える。外側環状部５１、筒状部５２、拡径部５３、フレア部５４及び変位部５５の輪郭は、例えば円形とされるが、これらの輪郭の形状は特に限定されるものでない。

外部端子２０の周壁部２１の下端部と蓋６とのコーナ部には、蓋６にダイヤフラム５０を接合するための環状の切欠部６ｃが設けられている。切欠部６ｃは、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に向かって開放した段状に形成されている。切欠部６ｃには、ダイヤフラム５０の外側環状部５１の外周部が嵌め込まれている。外側環状部５１の内側面（下側面）は、蓋６の内側面と同一面上に配置されている。外側環状部５１は、例えばレーザ溶接によって蓋６に接合される。レーザ溶接は、例えば、下方からのレーザ照射によって、外側環状部５１の外縁に沿って全周に亘って行われる。これにより、ダイヤフラム５０は、蓋６との機械的接続によって外装体４に保持されるとともに、蓋６と一体である正極の外部端子２０に電気的に直接接続されている。

これにより、ダイヤフラム５０を外部端子２０に接続させるための専用部材を省略することができる。また、ダイヤフラム５０と、これを保持する蓋６とを電気的に絶縁する必要がないため、ダイヤフラム５０と蓋６との間に絶縁部材を介在させなくてもよい。よって、部品点数及び組立工数の低減を図ることができる。

ダイヤフラム５０の筒状部５２は、第１空間Ｓ１から離反する方向へ外側環状部５１から突出している。筒状部５２の先端（上端）は、蓋６の外側面（上側面）よりも内側（下側）に配置されている。

図６に示すように、ダイヤフラム５０の拡径部５３は、筒状部５２の先端（上端）から径方向外側に延びる第１環状部５３ａと、第１環状部５３ａの外縁から板状部２２に向かって軸方向に延びる筒状の連絡部５３ｂと、連絡部５３ｂの先端（上端）から径方向内側に延びる第２環状部５３ｃとを備える。第１環状部５３ａ、連絡部５３ｂ及び第２環状部５３ｃの外径は、筒状部５２の外径よりも大きく外部端子２０の周壁部２１の内径よりも小さい。第２環状部５３ｃは、第１環状部５３ａの内縁よりも径方向内側に突出して配置されている。

第１空間Ｓ１の内圧が所定圧未満である通常時において、変位部５５は、拡径部５３よりも第１空間Ｓ１側（下側）に配置されており、変位部５５の内側面（下側面）は、例えば、外側環状部５１の内側面（下側面）と同一面上に配置されている。フレア部５４は、変位部５５の外縁と拡径部５３の第２環状部５３ｃの内縁とを繋いでいる。フレア部５４は、径方向外側に向かって第１空間Ｓ１から離反する方向に傾斜して配置されている。

以上のように、ダイヤフラム５０は蓋６に設けられており、ダイヤフラム５０の外側環状部５１、筒状部５２、拡径部５３、フレア部５４及び変位部５５は、いずれも、蓋６の厚み方向において蓋６の内側面（下側面）と外側面（上側面）との間に配置されている。すなわち、ダイヤフラム５０は、蓋６と厚み方向にオーバラップして設けられている。このように、ダイヤフラム５０の全体は、蓋６の内側面（下側面）よりも外側（上側）に配置されている。そのため、ダイヤフラム５０が蓋６よりも内側の第１空間Ｓ１に配置される場合に比べて、第１空間Ｓ１における電極体２のレイアウトスペースを大きく確保することができ、電池１の高容量化を図ることができる。

なお、本実施形態では、ダイヤフラム５０全体が蓋６の内側面よりも外側に配置されているが、ダイヤフラム５０の一部が蓋６の内側面よりも外側に配置されてもよい。

続いて、図３〜図６を参照しながら、正極の集電体３７及び下側ガスケット３２に関して、ダイヤフラム５０に関連するより具体的な構成を説明する。

下側ガスケット３２は、蓋６と集電体３７のベース面部３８との間に挟み込まれるベース面部３３を有する。ベース面部３３の形状は、蓋６の長さ方向に長い長方形とされている。ベース面部３３には、ダイヤフラム５０に対応する位置に開口部３３ａが設けられている。開口部３３ａは、例えば、ダイヤフラム５０の外側環状部５１の内径と同じ径を有し、開口部３３ａの内周面は、外側環状部５１の内周面と同一面上に配置されている（図６参照）。

下側ガスケット３２は、ベース面部３３の長辺から下方に突出した一対の長側面部３４ａ，３４ｂと、ケース本体５の短側壁部５ｅとは反対側の短辺から下方に突出した短側面部３５とを更に備える。短側面部３５の下端は、長側面部３４ａ，３４ｂの下端よりも上側に配置されている。

集電体３７のベース面部３８の形状は、蓋６の長さ方向に長い長方形とされている。集電体３７のベース面部３８は、第１空間Ｓ１において、下側ガスケット３２のベース面部３３の内側（下側）に重ねて配置されている。ベース面部３８は、下側ガスケット３２の開口部３３ａを通して、ダイヤフラム５０の内側（下側）に対向配置されている。

集電体３７は、ベース面部３８の長辺から下方に突出した一対の長側面部４４ａ，４４ｂを更に備えている。ベース面部３８の短辺方向において、各長側面部４４ａ，４４ｂは、下側ガスケット３２の長側面部３４ａ，３４ｂの内側に対向配置されており、これにより、集電体３７を前記短辺方向に位置決め可能とされている。また、ベース面部３８の一方の短辺側の端面は下側ガスケット３２の短側面部３５に対向配置されており、これにより、集電体３７をベース面部３８の長辺方向に位置決め可能とされている。

ベース面部３８におけるダイヤフラム５０に対応する位置には、ダイヤフラム５０に向かって突出した突出部４０と、突出部４０の先端に設けられた端面部４２とが設けられている。突出部４０は、ベース面部３８から円錐状に突出している。端面部４２は、円形とされており、ベース面部３８に平行に配置されている。これにより、突出部４０を側面とし、端面部４２を上面とする円錐台が形成されている。突出部４０は、下側ガスケット３２の開口部３３ａ内に配置されており、これにより、突出部４０と下側ガスケット３２との干渉が回避されている。端面部４２の中央部には開口部４３が設けられている。

図６に示すように、端面部４２には、無端状の切断部４５が設けられており、該切断部４５で囲まれた部分は、集電体３７から切り離し可能な切り離し部４６とされている。切断部４５は、例えば円形に形成されている。切断部４５には切り込みが形成されており、これにより、切断部４５では、端面部４２における切断部４５以外の部分に比べて破断しやすくなっている。切断部４５は、全周に亘って連続するハーフカットの切り込みが形成されることで薄肉部とされている。切断部４５の切り込みは、端面部４２の内側面（下面）に形成されることが好ましい。なお、切断部４５の切り込みは、端面部４２を厚み方向に貫通するフルカットであってもよく、この場合、フルカットは、周方向に断続的にミシン目状に設けられる。

端面部４２の外側面（上面）は、下側ガスケット３２のベース面部３３の外側面（上面）と同一面上に配置されている。端面部４２は、切り離し部４６においてダイヤフラム５０の変位部５５に接合されている。切り離し部４６は、端面部４２における開口部４３の外側且つ切断部４５の内側の環状部分である。切り離し部４６は、例えば開口部４３の周縁に沿って行われる溶接によって変位部５５の外周部に接合されている。

変位部５５における切り離し部４６との接合部よりも径方向内側の部分は、端面部４２の開口部４３を通じて第１空間Ｓ１に臨んでいる。これにより、変位部５５は、常に第１空間Ｓ１の内圧を直接受けているが、第１空間Ｓ１の内圧が所定圧未満である通常時において、変位部５５は、集電体３７の切り離し部４６との接合により図６に示す位置に保持されている。

過充電によって電極体２が発熱してガスが発生することで第１空間Ｓ１の内圧が所定圧以上に上昇すると、図７に示すように、ダイヤフラム５０が反転するように変形し、第１空間Ｓ１の内圧を受けた変位部５５は、外装体４の外側に向かって所定位置まで変位する。このとき、変位部５５と、変位部５５に接合された集電体３７の切り離し部４６は、外装体４の外側に向かって、集電体３７のベース面部３８から離反する方向（外部端子２０の板状部２２に接近する方向）に変位して、切り離し部４６は、切断部４５に沿って集電体３７の残りの部分から切り離される。

このとき、変位部５５は、第１環状部５３ａよりも第１空間Ｓ１側に突出した位置から、第１環状部５３ａ及び筒状部５２よりも反第１空間Ｓ１側に突出した位置へ変位する。また、このようにダイヤフラム５０が反転されるとき、ダイヤフラム５０の拡径部５３は、第２環状部５３ｃが第１環状部５３ａに平行に配置された形状から、第２環状部５３ｃがその内縁側を第１空間Ｓ１から離反する方向へ突出させるように傾斜した形状に変形される。さらに、このとき、ダイヤフラム５０のフレア部５４は、その外縁から内縁にかけての第１空間Ｓ１側への傾斜角度が低減される。

集電体３７の突出部４０は、初めからベース面部３８に対してダイヤフラム５０側（反第１空間Ｓ１側）へ突出しているため、上記のように集電体３７から切り離し部４６が切り離されて反第１空間Ｓ１側へ変位しようとするとき、切り離し部４６によって突出部４０がダイヤフラム５０側へ引っ張られても、ダイヤフラム５０側へ更に突出するような突出部４０の変形が生じ難い。そのため、集電体３７全体がダイヤフラム５０よりも下側（反板状部２２側）に位置する状態を維持でき、上記のように反転されたダイヤフラム５０に集電体３７が接触することを確実に防止できる。これにより、ダイヤフラム５０の反転後において、ダイヤフラム５０と集電体３７との間の通電、ひいては、正極の外部端子２０と電極体２の正極リード部２ｂとの間の通電を確実に遮断でき、電池１の電流遮断性能が高められる。したがって、電池１の更なる充電が回避されることで、更なる電極体２の発熱及びガスの発生を抑制しやすくなり、これにより、ガス排出弁８を通じたガスの放出を回避しやすくなる。

前述のように蓋６から外側（上側）に膨出した外部端子２０の内部に形成された第２空間Ｓ２は、上記のように反転されたダイヤフラム５０の変位部５５を収容する収容空間として機能する。このように、外部端子２０の内部に形成された第２空間Ｓ２を利用して、変形後のダイヤフラム５０の変位部５５が収容されることで、変形後のダイヤフラム５０を収容するためのスペースを、ケース本体５内の第１空間Ｓ１に確保する必要がない。そのため、第１空間Ｓ１における電極体２のレイアウトスペースを大きく確保することができ、これによって、電池１の高容量化を図ることができる。

なお、図６に示すようにダイヤフラム５０が反転されていないことによりダイヤフラム５０と集電体３７との間が通電可能である状態で、外部短絡等によってダイヤフラム５０から集電体３７へ大電流が流れ込むと、集電体３７の端面部４２が切断部４５で溶断される。この場合も、ダイヤフラム５０と集電体３７とが非接触となることで、正極の外部端子２０と電極体２の正極リード部２ｂとの間の導電経路が遮断されて、これにより、電池１が保護される。

図８の模式図を参照しながら、ダイヤフラム５０及び集電体３７の各部の寸法について説明する。なお、図８における二点鎖線は、反転した状態のダイヤフラム５０を示している。

集電体３７の突出部４０の厚みＬ２は、端面部４２の厚みＬ１よりも大きいことが好ましい。これにより、比較的薄肉の端面部４２が切断部４５で破断及び溶断されやすくなるとともに、比較的厚肉の突出部４０の剛性が確保される。突出部４０が比較的高い剛性を有するため、ダイヤフラム５０の反転によって端面部４２の切り離し部４６がダイヤフラム５０に引っ張られるとき、突出部４０の変形が抑制されやすくなる。このとき、ダイヤフラム５０に固定された端面部４２の内周部は反第１空間Ｓ１側へ変位するのに対して、突出部４０の先端に連なる端面部４２の外周部の変位は抑制されるため、端面部４２の切断部４５に応力が集中しやすくなり、これにより、切断部４５において端面部４２が破断されやすくなる。

集電体３７のベース面部３８の厚みＬ３は、突出部４０の厚みＬ２以上であることが好ましい。これにより、ベース面部３８の剛性が良好に確保される。そのため、ダイヤフラム５０の反転時に集電体３７から切り離される切り離し部４６によって突出部４０がダイヤフラム５０側へ引っ張られるとき、突出部４０がダイヤフラム５０に接近するようなベース面部３８の変形を抑制することができ、これにより、反転後のダイヤフラム５０と突出部４０との接触を確実に防止でき、電池１の電流遮断性能を良好に発揮できる。

集電体３７におけるベース面部３８からの突出部４０の突出量Ｌ４は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。突出部４０が元々１ｍｍ以上の突出量Ｌ４を有していることにより、ダイヤフラム５０の反転時に切り離し部４６によって突出部４０が引っ張られるとき、突出部４０の突出量Ｌ４が更に増大するような集電体３７の変形を効果的に抑制できる。また、突出部４０の突出量Ｌ４が５ｍｍ以下であることにより、第１空間Ｓ１での集電体３７の占有スペースを上下方向に効果的に縮小でき、これにより、電池１の高容量化を図ることができる。

集電体３７の突出部４０の内周面と端面部４２とのコーナ部から切断部４５までの径方向寸法Ｌ５は、ダイヤフラム５０の変位部５５の通常時の位置から反転後の位置までの変位量Ｌ６よりも小さいことが好ましい。これにより、集電体３７から切り離し部４６が切り離されてダイヤフラム５０の変位部５５と共に変位するとき、端面部４２における切断部４５よりも外側に残された外周部４７がダイヤフラム５０の変位部５５側へ引っ張られることで、外周部４７がダイヤフラム５０側へ突出するように変形した場合でも、該外周部４７がダイヤフラム５０に接触することを抑制できる。

図９の断面図を参照しながら、ダイヤフラム５０と集電体３７との溶接作業の一例について説明する。

図９に示す例において、ダイヤフラム５０と集電体３７の溶接は、蓋６にダイヤフラム５０が接合され、且つ、下側ガスケット３２及び集電体３７が放電用端子２４及び上側ガスケット２８（図４及び図５参照）と共に蓋６に加締固定された状態で行われる。溶接作業は、集電体３７の下側にダイヤフラム５０が配置される姿勢で行われる。溶接作業用の治具としては、ダイヤフラム５０の変位部５５を下側から支持する支持ピン２０１を有する第１の治具２００と、集電体３７のベース面部３８を上側から押さえ付ける第２の治具２０２が用いられる。第１の治具２００は平らな上面を有し、支持ピン２０１は、第１の治具２００の上面から上方に突出している。

溶接作業を行うときは、先ず、第１の治具２００の上面に、蓋６と一体の外部端子２０の板状部２２を載置する。このとき、支持ピン２０１は、板状部２２に設けられた開口部２２ａに挿通されることで、外部端子２０との干渉を回避しつつ、支持ピン２０１の上端によってダイヤフラム５０の変位部５５を下側から支持できる。

続いて、第２の治具２０２によって集電体３７のベース面部３８を上側から押さえ付けることで集電体３７の端面部４２とダイヤフラム５０の変位部５５を密着させた状態で、端面部４２の開口部４３の周縁に沿って上側からレーザを照射して、端面部４２の切り離し部４６をダイヤフラム５０の変位部５５に溶接する。

この溶接時にダイヤフラム５０の変位部５５を介して支持ピン２０１に押し当てられる集電体３７の端面部４２は、突出部４０の先端に設けられており、該突出部４０によって外周全体が支持されているため、支持ピン２０１からの応力を突出部４０によって受けることができる。突出部４０は、支持ピン２０１の軸方向において大きな厚みを有するため、支持ピン２０１からの応力による変形が生じ難い。そのため、仮に集電体３７におけるベース面部３８と同じ面上に位置する部分がダイヤフラム５０の変位部５５を介して支持ピン２０１に押し当てられる場合に比べて、支持ピン２０１からの応力による集電体３７の変形を抑制できる。

［ダイヤフラムの変形例］
図１０は、変形例に係るダイヤフラム１５０を示す図８と同様の模式図である。図１０に示す変形例において、上述の例と同様の構成要素については説明を省略するとともに、図１０において同じ符号を付している。

図１０に示すダイヤフラム１５０の変位部５５は、フレア部５４の内縁から径方向内側に延びる環状の第１面部１５３と、第１面部１５３の内縁から第１空間Ｓ１側へ突出した筒状の嵌合部１５４と、嵌合部１５４の先端開口を塞ぐ第２面部１５５とを有する。第１面部１５３は、集電体３７の端面部４２に反第１空間Ｓ１側から重ねられて接合されている。嵌合部１５４は、集電体３７の端面部４２の開口部４３に嵌合されている。第２面部１５５は、集電体３７の端面部４２よりも内側（下側）に配置されることで、第１空間Ｓ１に臨んでいる。

図１０に示すダイヤフラム１５０では、ダイヤフラム１５０の変位部５５を第１空間Ｓ１に臨ませるために集電体３７の端面部４２に設けられた開口部４３に、変位部５５の嵌合部１５４が嵌合されることで、図９に示すような溶接作業を行うときに、集電体３７に対してダイヤフラム１５０が位置決めしやすくなるとともに、端面部４２の開口部４３の内周面に変位部５５の嵌合部１５４の外周面が対向することで、端面部４２と変位部５５との溶接面積を増大させることが可能になる。そのため、集電体３７の端面部４２に対してダイヤフラム１５０を溶接しやすくなるとともに、接合強度の向上を図ることが可能になる。

［電池の変形例］
図１１は、第１実施形態に係る電池１の変形例を示す図４と同様の一部破断斜視図であり、図１２は、図１１の変形例に係るダイヤフラム２５０と集電体３７の溶接作業の一例を示す図９と同様の断面図である。図１１及び図１２に示す変形例において、上述の例と同様の構成要素については説明を省略するとともに、図１１及び図１２において同じ符号を付している。

図１１に示す変形例では、上述の例とは異なり、正極の外部端子２２０が蓋６と別体とされており、ダイヤフラム２５０が蓋６と一体に設けられている。蓋６の外側面（上面）には、ダイヤフラム２５０の外側環状部５１に沿って、環状の溝部６ｄが設けられている。外部端子２２０は、周壁部２１の下端部から径方向外側に拡がるフランジ部２１ａを有する。フランジ部２１ａは、蓋６の溝部６ｄに嵌め込まれており、例えばレーザ溶接によって蓋６に接合されている。

図１１に示す例においても、外部端子２２０と蓋６は同電位であるため、蓋６と外部端子２２０との間に絶縁部材を設ける必要がない。そのため、上記のように蓋６と外部端子２２０が接合されることで、気密性を容易に確保することができる。

また、図１１に示す例においても、ダイヤフラム２５０は、蓋６によって保持されると共に、蓋６に接合された外部端子２２０に電気的に接続されている。ダイヤフラム２５０の変位部５５は、上述の例と同様に集電体３７の端面部４２に接合されており、これにより、上述と同様の効果が得られる。

図１２に示すように、ダイヤフラム５０と集電体３７の溶接作業は、蓋６に外部端子２２０が接合される前に行われる。そのため、外部端子２２０の板状部２２には、治具との干渉を回避するための上述の例のような開口部２２ａを設ける必要がない。

図１２に示す溶接作業は、下側ガスケット３２及び集電体３７が放電用端子２４及び上側ガスケット２８（図１１参照）と共に蓋６に加締固定された状態で行われる。溶接作業は、集電体３７の下側にダイヤフラム２５０が配置される姿勢で行われる。溶接作業用の治具としては、ダイヤフラム２５０の変位部５５を下側から支持する支持ピン３０１を有する第１の治具３００と、集電体３７のベース面部３８を上側から押さえ付ける第２の治具３０２が用いられる。第１の治具３００は平らな上面を有し、支持ピン３０１は、第１の治具３００の上面から上方に突出している。

溶接作業を行うときは、先ず、ダイヤフラム２５０の変位部５５が支持ピン３０１の上端によって下側から支持されるように、第１の治具３００の上面に蓋６を載置する。続いて、第２の治具３０２によって集電体３７のベース面部３８を上側から押さえ付けることで集電体３７の端面部４２とダイヤフラム２５０の変位部５５を密着させた状態で、端面部４２の開口部４３の周縁に沿って上側からレーザを照射して、端面部４２の切り離し部４６をダイヤフラム２５０の変位部５５に溶接する。

この溶接時にダイヤフラム２５０の変位部５５を介して支持ピン３０１に押し当てられる集電体３７の端面部４２は、突出部４０の先端に設けられており、該突出部４０によって外周全体が支持されているため、支持ピン３０１からの応力を突出部４０によって受けることができる。突出部４０は、支持ピン３０１の軸方向において大きな厚みを有するため、支持ピン３０１からの応力による変形が生じ難い。そのため、仮に集電体３７におけるベース面部３８と同じ面上に位置する部分がダイヤフラム２５０の変位部５５を介して支持ピン３０１に押し当てられる場合に比べて、支持ピン３０１からの応力による集電体３７の変形を抑制できる。

［第２実施形態］
図１３〜図１８を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る蓄電素子としてのリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という）６１の構成を説明する。

［全体構成］
図１３〜図１５を参照すると、電池６１は、電極体６２、外装体６４、正極及び負極の外部端子７０，８０、正負の集電体７７，９０、上側ガスケット７４，８４、下側ガスケット７６，８６、トレイ部材１００並びに電流遮断用のダイヤフラム（反転膜）１１０を備える。

外装体６４は、上端及び下端が開口したケース本体６５と、ケース本体６５の上端開口を閉じる上蓋６６と、ケース本体６５の下端開口を閉じる下蓋６７とを備える。本実施形態では、ケース本体６５、上蓋６６及び下蓋６７は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。

ケース本体６５は、例えば断面長円状の筒状部材である。上蓋６６は概ね長円形板状である。上蓋６６には、ケース本体６５内で発生したガスを外装体６４の外側へ排出するためのガス排出弁６８が設けられている。下蓋６７は、概ね長円形板状のベース面部６７ａと、ベース面部６７ａの中央部から上方に膨出した膨出部６７ｂと、ベース面部６７ａの外縁に沿って設けられてベース面部６７ａから上方に突出した環状凸部６７ｃとを備える。膨出部６７ｂの断面形状は、ベース面部６７ａの長さ方向に長い長円状とされている。環状凸部６７ｃは、ベース面部６７ａの外縁に沿った長円状とされている。

図１４に示すように、電極体６２は、電解液が充填されたケース本体６５内に収容されている。電極体６２は絶縁シート（図示せず）で覆われてもよい。ケース本体６５内には、下側ガスケット７６，８６、集電体７７，９０及びトレイ部材１００も収容されている。

電極体６２は、いずれも一定幅の長尺な帯状である正負の電極シート及び微多孔性樹脂シートからなる２枚のセパレータを重ね合わせて、概ね高扁平率の長楕円状に巻回したものである。電極体６２の電極シート及びセパレータの巻回の軸線（巻回軸）は、図１４において符号Ｙで概念的に示されている。電極体６２は、巻回軸Ｙが概ね、ケース本体６５の軸方向（図１４において上下方向）に延びる姿勢で、ケース本体６５内に収容されている。

巻回軸Ｙの延びる方向における電極体６２の一方（図１４の上側）の端部には、負極の電極シートが正極の電極シート及びセパレータよりも突出しており、他方（図１４の下側）の端部には、正極の電極シートが負極の電極シート及びセパレータよりも突出している。これらの電極シートの突出部分は、金属箔のいずれの面にも活物質層が設けられていない未塗工部とされている。これにより、巻回軸Ｙの延びる方向における電極体６２の一方（図１４の上側）の端部には、負極の電極シートの金属箔のみを積層してなる負極リード部６２ａが形成され、他方（図１４の下側）の端部には、正極の電極シートの金属箔のみを積層してなる正極リード部６２ｂが形成されている。

図１３〜図１５に示すように、上蓋６６の一端側（図１３〜図１５において右側）に負極の外部端子７０が配置され、他端側（図１３〜図１５において左側）に正極の外部端子８０が配置されている。外部端子７０，８０は、上蓋６６の外側面（上側面）に配置される板状部７１，８１を備える。板状部７１，８１にはバスバーのような接続部材が溶接されて外部回路に接続される。

負極の外部端子７０は、上蓋６６の外側面に配置される板状部７１と、板状部７１の下面から下方に突出する円柱状の軸部７２を備える。軸部７２は、板状部７１とは別体のリベットで構成されている。本実施形態では、負極の外部端子７０は、その板状部７１がアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、軸部７２が銅又は銅合金製である。

軸部７２は、絶縁樹脂製の上側ガスケット７４及び上蓋６６を貫通してケース本体６５の内部に突出しており、ケース本体６５の内部において絶縁樹脂製の下側ガスケット７６及び負極の集電体７７（後述のベース面部７８）を更に貫通している。上側ガスケット７４には、軸部７２を挿通させるための筒状部７４ａ（図１５参照）が設けられ、上蓋６６、下側ガスケット７６及び集電体７７のベース面部７８には、軸部７２を挿通させるための貫通穴６６ａ，７６ａ，７８ａ（図１５参照）が設けられている。上蓋６６の貫通穴６６ａの内周面と軸部７２の外周面との間には、上側ガスケット７４の筒状部７４ａが介在される。

負極の外部端子７０の軸部７２の下端には、加締によって拡径部７２ａ（図１４参照）が形成され、それによって負極の外部端子７０が上蓋６６に対して加締固定されている。具体的には、外部端子７０の板状部７１と拡径部７２ａとの間に、上側ガスケット７４、上蓋６６、下側ガスケット７６及び負極の集電体７７のベース面部７８が挟み込まれることで、負極の外部端子７０と集電体７７が上蓋６６に固定されている。上蓋６６の外側面（上側面）と外部端子７０との間に上側ガスケット７４が介装され、上蓋６６の内側面（下側面）と集電体７７との間に、下側ガスケット７６が介装されている。

正極の外部端子８０は、上蓋６６の外側面に配置される板状部８１と、板状部８１の下面から下方に突出する円柱状の軸部８２を備える。軸部８２は、板状部８１と一体に成形されている。本実施形態では、正極の外部端子８０は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。

軸部８２は、絶縁樹脂製の上側ガスケット８４及び上蓋６６を貫通してケース本体６５の内部に突出しており、ケース本体６５の内部において絶縁樹脂製の下側ガスケット８６及び正極の集電体９０（後述のベース面部９２）を更に貫通している。上側ガスケット８４には、軸部８２を挿通させるための筒状部８４ａ（図１５参照）が設けられ、上蓋６６、下側ガスケット８６及び集電体９０のベース面部９２には、軸部８２を挿通させるための貫通穴６６ｂ，８７ｂ，９２ａ（図１５参照）が設けられている。上蓋６６の貫通穴６６ｂの内周面と軸部８２の外周面との間には、上側ガスケット８４の筒状部８４ａが介在される。

軸部８２の下端には、加締によって拡径部８２ａ（図１４参照）が形成されている。これによって、負極の外部端子８０が上蓋６６に対して加締固定されている。具体的には、外部端子８０の板状部８１と拡径部８２ａとの間に、上側ガスケット８４、上蓋６６、下側ガスケット８６及び正極の集電体９０のベース面部９２が挟み込まれることで、負極の外部端子８０と集電体９０が上蓋６６に固定されている。上蓋６６の外側面と外部端子８０との間に上側ガスケット８４が介装され、上蓋６６の内側面と正極の集電体９０との間に下側ガスケット８６が介装されている。

負極の集電体７７は、上蓋６６に固定されるベース面部７８と、ベース面部７８から下方に延びる集電部７９とを備える。負極の集電体７７は銅又は銅合金製である。ベース面部７８は、前述のように、負極の外部端子７０の軸部７２に形成された拡径部７２ａによって上蓋６６に対して加締固定されている。集電部７９は、電極体６２の負極リード部６２ａに溶接されて、電気的かつ機械的に接続されている。これにより、負極の集電体７７を介して、電極体６２の負極リード部６２ａが負極の外部端子７０に電気的に接続されている。

下蓋６７の膨出部６７ｂは、電極体６２の正極リード部６２ｂに溶接されて、電気的かつ機械的に接続されている。これにより、外装体６４は、電極体６２の正極リード部６２ｂに電気的に接続されている。このように外装体６４と正極リード部６２ｂが同電位とされていることから、ケース本体６５と負極の集電体７７との間での通電を防止するために、負極の集電体７７とケース本体６５との間には、それぞれ絶縁材料からなるスペーサ（図示せず）を介装することが好ましい。

正極の集電体９０は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。正極の集電体９０も、上蓋６６に固定されるベース面部９２を有する。ベース面部９２は、前述のように、正極の外部端子８０の軸部８２に形成された拡径部８２ａによって上蓋６６に対して加締固定されている。

正極の集電体９０は、後述する電流遮断用のダイヤフラム１１０と正極の外部端子８０との間の導電経路に設けられた導電部材であり、ダイヤフラム１１０を介して外装体６４に電気的に接続され、更に外装体６４を介して電極体６２の正極リード部６２ｂに電気的に接続されている。

これにより、正極の外部端子８０は、集電体９０、ダイヤフラム１１０及び外装体６４を介して電極体６２の正極リード部６２ｂに電気的に接続されている。

以下、ダイヤフラム１１０の構成、並びに、これに関連する正極の集電体９０、下側ガスケット８６及びトレイ部材１００のより具体的な構成について説明する。

［電流遮断用のダイヤフラム及びこれに関連する構成］
図１６〜図１８に示すように、ダイヤフラム１１０は、その外周部において上蓋６６に接合されている。上蓋６６には、ダイヤフラム１１０が接合される部分に開口部６６ｃが設けられている。開口部６６ｃの形状は、例えば、上蓋６６の短手方向に長い長円形とされている。該開口部６６ｃの内周面と上蓋６６の内側面（下面）とのコーナ部には、環状の切欠部６６ｄが設けられている。

ダイヤフラム１１０は、電極体６２の正極リード部６２ｂと正極の外部端子８０との間の導電経路、より具体的には、正極リード部６２ｂに電気的に接続された外装体６４と、外部端子８０に電気的に接続された集電体９０との間の導電経路に設けられた導電部材である。すなわち、ダイヤフラム１１０は、集電体９０を介して外部端子８０に電気的に接続され、外装体６４を介して電極体６２の正極リード部６２ｂに電気的に接続されている。ダイヤフラム１１０は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製である。

ダイヤフラム１１０は、その外周を形成する外側環状部１１１と、外装体６４の内圧上昇によって外装体６４の外側に向かって所定位置まで変位可能な変位部１１３と、変位部１１３の外縁から径方向外側に拡がって外側環状部１１１に連なるフレア部１１２とを備える。外側環状部１１１、フレア部１１２及び変位部１１３の輪郭は、例えば長円形とされるが、これらの輪郭の形状は特に限定されるものでない。

ダイヤフラム１１０の外側環状部１１１の外周部は、上蓋６６の切欠部６６ｄに嵌め込まれている。外側環状部１１１の内側面（下側面）は、上蓋６６の内側面と同一面上に配置されている。外側環状部１１１は、例えばレーザ溶接によって上蓋６６に接合される。レーザ溶接は、例えば、下方からのレーザ照射によって、外側環状部１１１の外縁に沿って全周に亘って行われる。このようにして上蓋６６にダイヤフラム１１０が接合されることで、上蓋６６の開口部６６ｃはダイヤフラム１１０によって下側から塞がれている。ダイヤフラム１１０は、上蓋６６との機械的接続によって外装体６４に保持されるとともに、外装体６４を介して電極体６２の正極リード部６２ｂに電気的に接続されている。なお、ダイヤフラム１１０は上蓋６６と一体に設けられてもよい。

外装体６４の内圧が所定圧未満である通常時において、ダイヤフラム１１０の変位部１１３は、外側環状部１１１よりも内側（下側）に配置されている。フレア部１１２は、変位部１１３の外縁と外側環状部１１１の内縁とを繋いでいる。外装体６４の内圧が所定圧未満である通常時において、フレア部１１２は、径方向内側に向かって外装体６４の内部空間側に傾斜して配置されている。

以上のように、ダイヤフラム１１０は上蓋６６に設けられており、ダイヤフラム１１０の少なくとも外側環状部１１１は、上蓋６６と厚み方向にオーバラップして設けられている。このように、ダイヤフラム１１０の外側環状部１１１が上蓋６６の内側面（下側面）よりも外側に配置されていることにより、反転後のダイヤフラム１１０は、その全体が上蓋６６の内側面よりも外側に配置されることになる。そのため、仮にダイヤフラム１１０全体が上蓋６６よりも内側（下側）に配置される場合に比べて、外装体６４の内部空間における電極体６２のレイアウトスペースを大きく確保することができ、電池６１の高容量化を図ることができる。

続いて、図１５〜図１８を参照しながら、正極の集電体９０、下側ガスケット８６及びトレイ部材１００に関して、ダイヤフラム１１０に関連するより具体的な構成を説明する。

下側ガスケット８６は、上蓋６６と集電体９０のベース面部９２との間に挟み込まれるベース面部８７を有する。ベース面部８７の形状は、例えば、上蓋６６の長さ方向に長い半長円形とされている。ベース面部８７には、ダイヤフラム１１０に対応する位置に開口部８７ａが設けられている。開口部８７ａの形状は、例えば、上蓋６６の短手方向に長い長円形とされている。上蓋６６の長手方向に関して、下側ガスケット８６の開口部８７ａと上蓋６６の開口部６６ｃは同じ寸法を有し、これらの開口部６６ｃ，８７ａの直線部の内周面は、同一面上に配置されている。

下側ガスケット８６は、ベース面部８７の外縁から下方に突出した周壁部８８を更に備える。周壁部８８の外周面には、トレイ部材１００に係合される複数の係合凸部８８ａが設けられている。

トレイ部材１００は、集電体９０を挟んで下側ガスケット８６の内側（下側）に対向配置されるキャッチ面部１０２を有する。キャッチ面部１０２の形状は、例えば四角形状とされている。キャッチ面部１０２は、下側ガスケット８６のベース面部８７に平行に配置されている。トレイ部材１００は、キャッチ面部１０２の周縁から外側（上側）に向かって延びる一対の立ち上がり面部１０３，１０４を更に有する。一対の立ち上がり面部１０３，１０４は、互いに対向するように配置されている。各立ち上がり面部１０３，１０４には、下側ガスケット８６の係合凸部８８ａに係合される係合穴１０５が設けられている。係合穴１０５と係合凸部８８ａとの係合により、トレイ部材１００は下側ガスケット８６に保持されている。

集電体９０のベース面部９２の形状は、例えば、上蓋６６の長さ方向に長い半長円形とされている。ベース面部９２は、外装体６４の内部空間において、下側ガスケット８６のベース面部８７の内側（下側）に重ねて配置されている。ベース面部９２は、下側ガスケット８６の開口部８７ａを通して、ダイヤフラム１１０の内側（下側）に対向配置されている。ベース面部９２の外縁は、下側ガスケット８６の周壁部８８の内周面に対向配置されており、これにより、下側ガスケット８６に対して集電体９０を位置決め可能とされている。

集電体９０のベース面部９２におけるダイヤフラム１１０に対応する位置には、ダイヤフラム１１０に向かって突出した突出部９４と、突出部９４の先端に設けられた端面部９６とが設けられている。突出部９４は、ベース面部９２から円錐状に突出している。端面部９６は、円形とされており、ベース面部９２に平行に配置されている。これにより、突出部９４を側面とし、端面部９６を上面とする円錐台が形成されている。突出部９４は、下側ガスケット８６の開口部８７ａ内に配置されており、これにより、突出部９４と下側ガスケット８６との干渉が回避されている。端面部９６の中央部には開口部９７が設けられている。

特に図１７及び図１８に示すように、端面部９６には、無端状の切断部９８が設けられている。これにより、端面部９６は、切断部９８で囲まれた切り離し部９６ａと、切断部９８を介して切り離し部９６ａを囲む外周部９６ｂとに区分されている。切り離し部９６ａは、切断部９８に沿って集電体９０から切り離し可能とされている。切断部９８は、例えば円形に形成されている。切断部９８には切り込みが形成されており、これにより、切断部９８では、端面部９６における切断部９８以外の部分に比べて破断しやすくなっている。切断部９８は、全周に亘って連続するハーフカットの切り込みが形成されることで薄肉部とされている。切断部９８の切り込みは、端面部９６の内側面（下面）に形成されることが好ましい。なお、切断部９８の切り込みは、端面部９６を厚み方向に貫通するフルカットであってもよく、この場合、フルカットは、周方向に断続的にミシン目状に設けられる。

端面部９６は、下側ガスケット８６のベース面部８７の開口部８７ａ内に配置されている。端面部９６は、切り離し部９６ａにおいてダイヤフラム１１０の変位部１１３に接合されている。切り離し部９６ａは、端面部９６における開口部９７の外側且つ切断部９８の内側の環状部分である。切り離し部９６ａは、例えば開口部９７の周縁に沿って行われる溶接によって変位部１１３の外周部に接合されている。

変位部１１３における切り離し部９６ａとの接合部よりも径方向内側の部分は、端面部９６の開口部９７を通じて外装体６４の内部空間に臨んでいる。これにより、変位部１１３は、常に外装体６４の内圧を直接受けているが、この内圧が所定圧未満である通常時において、変位部１１３は、集電体９０の切り離し部９６ａとの接合により下側ガスケット８６の開口部８７ａ内における所定位置に保持されている。

過充電によって電極体６２が発熱してガスが発生することで外装体６４の内圧が所定圧以上に上昇すると、図１８の二点鎖線に示すように、ダイヤフラム１１０が反転するように変形し、変位部１１３は、外装体６４の外側に向かって所定位置まで変位する。このとき、変位部１１３と、変位部１１３に接合された集電体９０の切り離し部９６ａは、外装体６４の外側に向かって、集電体９０のベース面部９２から離反する方向に変位して、切り離し部９６ａは、切断部９８に沿って集電体９０の残りの部分から切り離される。

このとき、変位部１１３は、外側環状部１１１よりも内側（下側）に突出した位置から、外側環状部１１１よりも外側（上側）に突出した位置へ変位する。また、このようにダイヤフラム１１０が反転されることにより、ダイヤフラム１１０のフレア部１１２は、径方向内側に向かって外装体６４の外部空間側に傾斜して配置される。

集電体９０の突出部９４は、初めからベース面部９２に対してダイヤフラム１１０側（外装体６４の外部空間側）へ突出しているため、上記のように集電体９０から切り離し部９６ａが切り離されて外部空間側へ変位しようとするとき、切り離し部９６ａによって突出部９４がダイヤフラム１１０側へ引っ張られても、ダイヤフラム１１０側へ更に突出するような突出部９４の変形が生じ難い。そのため、集電体９０全体がダイヤフラム１１０よりも内側（下側）に位置する状態を維持でき、上記のように反転されたダイヤフラム１１０に集電体９０が接触することを確実に防止できる。これにより、ダイヤフラム１１０の反転後において、ダイヤフラム１１０と集電体９０との間の通電、ひいては、正極の外部端子８０と電極体６２の正極リード部６２ｂとの間の通電を確実に遮断でき、電池６１の電流遮断性能が高められる。したがって、電池６１の更なる充電が回避されることで、更なる電極体６２の発熱及びガスの発生を抑制しやすくなり、これにより、ガス排出弁６８を通じたガスの放出を回避しやすくなる。

反転後のダイヤフラム１１０の変位部１１３及びフレア部１１２は、上蓋６６の開口部６６ｃ内の空間に収容される。そのため、反転後のダイヤフラム１１０を収容するためのスペースをケース本体６５内に確保する必要がなく、ケース本体６５内における電極体６２のレイアウトスペースを大きく確保することができ、これによって、電池６１の高容量化を図ることができる。

集電体９０の突出部９４及び端面部９６の内側（下側）には、トレイ部材１００のキャッチ面部１０２が近接して配置されている。ダイヤフラム１１０が反転されていない状態、すなわち、ダイヤフラム１１０と集電体９０との間が通電可能である状態で、外部短絡等によって集電体９０に大電流が流れ込むと、集電体９０の端面部９６が切断部９８で溶断される。この溶断により落下する金属片は、トレイ部材１００のキャッチ面部１０２によって受けられる。

図１９は、ダイヤフラム１１０及び集電体９０の各部の寸法を示す模式図である。なお、図１９における二点鎖線は、反転した状態のダイヤフラム１１０を示している。

図１９に示すように、集電体９０の端面部９６の厚みＬ１、突出部９４の厚みＬ２、ベース面部９２の厚みＬ３は、第１実施形態と同様に設定されることが好ましい（図８参照）。また、集電体９０におけるベース面部９２からの突出部９４の突出量Ｌ４、集電体９０の突出部９４の内周面と端面部９６とのコーナ部から切断部９８までの径方向寸法Ｌ５、ダイヤフラム１１０の変位部１１３の通常時の位置から反転後の位置までの変位量Ｌ６も、第１実施形態と同様に設定されることが好ましい（図８参照）。これにより、反転後のダイヤフラム１１０と集電体９０との接触が確実に防止されて、電池６１の電流遮断性能の向上が図られる。

第２実施形態において、ダイヤフラム１１０と集電体９０との溶接方法は限定されるものでないが、例えば、第１実施形態の変形例と同様、図１２に示すような態様で、同様の治具３００，３０２を用いて溶接を行うことができる。

なお、第２実施形態において、ダイヤフラム１１０の構成には種々の変更を加えることができる。例えば、ダイヤフラム１１０には、外側環状部１１１とフレア部１１２との間に、第１実施形態のダイヤフラム５０と同様の筒状部５２及び拡径部５３が設けられてもよい。また、ダイヤフラム１１０の変位部１１３には、第１実施形態の図１０に示す変形例と同様、集電体９０の端面部９６の開口部９７に嵌合される嵌合部１５４（図１０参照）が設けられてもよい。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、以上の実施形態では、電流遮断用のダイヤフラムが外装体の蓋に設けられる例を説明したが、本発明では、外装体における蓋以外の部分にダイヤフラムが設けられてもよい。

また、以上の実施形態では、ダイヤフラムの変位部が集電体に接合される例を説明したが、本発明では、集電体以外の導電部材にダイヤフラムの変位部が接合されてもよい。

さらに、以上の実施形態では、集電体（導電部材）の突出部がベース面部から錐状に突出した例を説明したが、本発明において、導電部材の突出部は、ベース面部から筒状に突出するように設けられてもよい。

またさらに、上述の実施形態では、リチウムイオン二次電池を例に本発明に係る蓄電素子を説明したが、本発明は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池、一次電池、キャパシタを含む種々の蓄電素子に適用できる。

１電池（蓄電素子）
２電極体
２ａ負極リード部
２ｂ正極リード部
４外装体
５ケース本体
６蓋
８ガス排出弁
１０負極の外部端子
１４上側ガスケット
１６下側ガスケット
１７負極の集電体
２０正極の外部端子（外装体の膨出部）
２４放電用端子
２８上側ガスケット
３２下側ガスケット
３７正極の集電体（導電部材）
３８ベース面部
３９ａ，３９ｂ脚部
４０突出部
４２端面部
４３開口部
４５切断部
４６切り離し部
４７外周部
５０ダイヤフラム
５１外側環状部
５２筒状部
５３拡径部
５３ａ第１環状部
５３ｂ連絡部
５３ｃ第２環状部
５４フレア部
５５変位部
６１電池（蓄電素子）
６２電極体
６２ａ負極リード部
６２ｂ正極リード部
６４外装体
６５ケース本体
６６上蓋
６６ｃ開口部
６７下蓋
６８ガス排出弁
７０負極の外部端子
７４上側ガスケット
７６下側ガスケット
７７負極の集電体
８０正極の外部端子
８４上側ガスケット
８６下側ガスケット
８７ベース面部
８７ａ開口部
９０正極の集電体（導電部材）
９２ベース面部
９４突出部
９６端面部
９６ａ切り離し部
９６ｂ外周部
９７開口部
９８切断部
１００トレイ部材
１１０ダイヤフラム
１１１外側環状部
１１２フレア部
１１３変位部
１５０ダイヤフラム
１５４嵌合部
２５０ダイヤフラム
２２０正極の外部端子

Claims

電極体を収容する外装体と、
前記外装体の外側に設けられた外部端子と、
前記外装体の内圧の上昇によって前記外装体の外側に向かって所定位置まで変位可能な変位部を有し、前記電極体と前記外部端子との間の導電経路に設けられたダイヤフラムと、
前記外装体内において前記ダイヤフラムの内側に対向配置されたベース面部、該ベース面部から前記ダイヤフラムに向かって錐状又は筒状に突出した突出部、及び、該突出部の先端に設けられて前記ダイヤフラムの前記変位部に接合された端面部を有し、前記電極体又は前記外部端子のいずれか一方と前記ダイヤフラムとの間の導電経路に設けられた導電部材と、を備え、
前記ダイヤフラムはさらに、前記変位部の外縁から径方向外側に拡がるフレア部であって、前記径方向外側に向かって前記導電部材から離反する方向に傾斜して配置されたフレア部を有し、
前記フレア部の少なくとも一部は、前記外装体の内側面よりも外側に配置されている、蓄電素子。
電極体を収容する外装体と、
前記外装体の外側に設けられた外部端子と、
前記外装体の内圧の上昇によって前記外装体の外側に向かって所定位置まで変位可能な変位部を有し、前記電極体と前記外部端子との間の導電経路に設けられたダイヤフラムと、
前記外装体内において前記ダイヤフラムの内側に対向配置されたベース面部、該ベース面部から前記ダイヤフラムに向かって錐状又は筒状に突出した突出部、及び、該突出部の先端に設けられて前記ダイヤフラムの前記変位部に接合された端面部を有し、前記電極体又は前記外部端子のいずれか一方と前記ダイヤフラムとの間の導電経路に設けられた導電部材と、を備え、
前記導電部材の前記端面部に、前記変位部との接合部を囲む切断部が設けられており、
前記導電部材の前記突出部の内周面と前記端面部とのコーナ部から前記切断部までの径方向寸法は、前記ダイヤフラムの前記変位部の前記所定位置までの変位量よりも小さい、蓄電素子。
電極体を収容する外装体と、
前記外装体の外側に設けられた外部端子と、
前記外装体の内圧の上昇によって前記外装体の外側に向かって所定位置まで変位可能な変位部を有し、前記電極体と前記外部端子との間の導電経路に設けられたダイヤフラムと、
前記外装体内において前記ダイヤフラムの内側に対向配置されたベース面部、該ベース面部から前記ダイヤフラムに向かって錐状又は筒状に突出した突出部、及び、該突出部の先端に設けられて前記ダイヤフラムの前記変位部に接合された端面部を有し、前記電極体又は前記外部端子のいずれか一方と前記ダイヤフラムとの間の導電経路に設けられた導電部材と、を備え、
前記導電部材の前記突出部の厚みは、前記導電部材の前記端面部の厚みよりも大きく、
前記導電部材の前記ベース面部の厚みは、前記突出部の厚み以上である、蓄電素子。
前記導電部材の前記端面部に、前記変位部との接合部を囲む切断部が設けられている、請求項１または３に記載の蓄電素子。
前記外装体は、該外装体の所定面部から外側に膨出した中空の膨出部を備え、
前記膨出部の内部に、前記所定位置まで変位した前記ダイヤフラムの前記変位部を収容する収容空間が形成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記導電部材の前記端面部に開口部が設けられ、
前記ダイヤフラムの前記変位部は、前記開口部に嵌合する嵌合部を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電素子。