JP7325474B2 - ガス排出弁を備えた封口板及びそれを用いた二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、ガス排出弁を備えた封口板及びそれを用いた二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、例えば、電極体と、当該電極体を収容する電池ケースとを備えている。電池ケースは、一つの面が開口部となった容器である外装体と、当該外装体の開口部を塞ぐ封口板とを備えている。この種の二次電池では、安全性の向上のために、電池ケース（典型的には封口板）にガス排出弁が設けられることがある。このガス排出弁とは、電池ケース内で大量のガスが急激に発生した場合に、予め定められた圧力で開口し、電池ケース内のガスを排出するように設計された弁を備えた二次電池部品である。例えば、特許文献１に記載の角型蓄電池は、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接されて支持される安全弁（ガス排出弁）とが一体に形成された蓋部材（封口板）を有している。かかる特許文献１では、アルミ製の平板をプレス加工して凹部を形成し、当該凹部の底部に薄膜状の安全弁を形成する。

特開２０１２－２５２８０９号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、上記技術には改善の余地が認められた。すなわち、上記構成のガス排出弁では、平板をプレス加工して底面が薄膜部となる凹部を形成している。かかる薄膜部の成形では、多量の金属が塑性変形され、加工負荷が非常に大きいため、成形不良による量産安定性の低下が生じやすいという問題があった。また、多量の金属を塑性変形させて成形した薄膜部は、大きな加工硬化が生じているため、予め定めた内圧で破断しない可能性もある。このため、従来のガス排出弁は、成形後の加工硬化の程度を考慮した上で、所望の圧力で作動（開口）するように各部分の寸法を設計する必要があるため、設計の自由度が非常に制限されていた。

ここに開示される技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、成形時の加工負荷や加工硬化を低減し、量産安定性や設計自由度に優れるガス排出弁を備えた封口板及び二次電池を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、ここに開示される技術によって以下の構成の封口板が提供される。

ここに開示される封口板は、ガス排出弁を備えた二次電池用の封口板である。かかる封口板のガス排出弁は、平板状の基部と、当該基部の第１面から第１の方向に向かって突出する突出部とを有している。かかるガス排出弁では、突出部の周囲に、突出部の厚みよりも厚みの小さい環状の薄肉部が設けられており、薄肉部の第１面は、基部の第１面と略同一面上にある。なお、上記「第１面」は、二次電池に封口板を取り付けた際に電池ケース内の電極体と対向する面であり、「第１の方向」は、電極体に向かう方向である。一方、「第２面」は、二次電池に設けた際に電池ケースの外側に露出する面であり、「第２の方向」は、電池ケースの外側に向かう方向である。

ここに開示される封口板のガス排出弁では、多量の金属を塑性変形させる必要がある薄肉部の形成領域を突出部の周囲に限定することによって、成形時に塑性変形する金属の総量を少なくしている。さらに、この環状の薄肉部が突出部の周囲に設けられているため、薄肉部の成形のために押し潰した金属を突出部に逃がすことができる。これによって、ガス排出弁の成形における加工負荷を大きく低減できるため、成形不良の発生を抑制して量産安定性を向上できる。さらに、上述の通り、ここに開示される封口板は、ガス排出弁の成形時に塑性変形する金属の総量が少ないため、成形後の薄肉部の加工硬化が低減されている。この結果、所望の圧力で薄肉部を破断（ガス排出弁を作動）させることが容易になるため、ガス排出弁の設計自由度の向上にも貢献できる。

また、ここに開示される封口板の好適な一態様では、突出部の厚みは、基部の厚み以下である。ここに開示される技術では、突出部が薄肉部よりも厚く形成されていれば、成形時の加工負荷と加工硬化を充分に抑制できる。すなわち、突出部の厚みは、特に限定されず、基部よりも薄くなっていてもよい。なお、基部の厚みに対する突出部の厚みの割合は５０％～１００％が好ましい。このように、基部に対して一定以上の厚みを有する突出部を形成することによって、成形時の塑性変形量を少なくして加工負荷をより好適に低減できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、突出部の第１面は、中央が第１の方向に向かって突出するように湾曲している。これによって、湾曲した突出部の第１面の中央に向かって金属が集まるような塑性変形が生じるため、薄肉部の成形のために押し潰した金属を突出部に逃がすことがさらに容易になる。この結果、成形時の加工負荷をより好適に低減して量産安定性を向上できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、薄肉部に、突出部を囲む略環状の第１溝部が設けられている。かかる第１溝部は、大量のガスが急激に発生した際に薄肉部が破断する起点となるため、ガス排出弁の作動安定性の向上に貢献できる。

上記第１溝部を設ける態様では、第１溝部は、薄肉部の第１面の反対側の面（第２面）に形成されていることが好ましい。陽圧側（第１面側）と逆側の第２面に第１溝部を形成することによって、大量のガスが急激に発生して薄肉部の第１面側を加圧した際に、第１溝部が拡がるように薄肉部が破断するため、ガス排出弁の作動安定性がさらに向上する。

上記第１溝部を設ける態様では、薄肉部の厚みに対する第１溝部の割合が１０％～５０％であることが好ましい。これによって、第１溝部の成形時に薄肉部が破損することによる量産安定性の低下を防止した上で、ガス排出弁の作動安定性を好適に向上できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、基部の厚みに対する薄肉部の厚みの割合が５％～２０％である。これによって、所望の圧力で薄肉部が破断して開口するガス排出弁を構築できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、突出部の平面視の形状は、長径と短径の比率が９０％以上である略真円形状である。これによって、薄肉部の成形時に押し潰した金属を、薄肉部の径方向内側に存在する略真円形状の突出部に向かって均一に逃がすことができるため、加工負荷をさらに好適に低減できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、突出部の第１面に、平面視の形状が線状である第２溝部が形成されている。これによって、大量のガスが急激に発生した際に、線状の第２溝部を起点として突出部が折れ曲がる。この結果、大きな応力を薄肉部に集中させることができるため、ガス排出弁の作動安定性を向上できる。

また、ここに開示される封口板の好適な一態様では、突出部の平面視の形状が、長径と短径の比率が９０％以上である円形状であり、突出部の外径に対する第２溝部の長さの割合が７０％～９０％である。これによって、急激な内圧上昇時に突出部を折り曲げることが容易になると共に、第２溝部を形成することによる加工負荷の増大を抑制できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、第２溝部の長さ方向における第２溝部の中央部の深さが、両端部の深さよりも深い。これによって、第２溝部を形成することによる加工負荷の増大をさらに抑制できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、薄肉部および突出部の第２面に、基部の第２面から窪んだ凹部が設けられており、凹部の周壁にテーパー部が設けられている。ガス排出弁が開口した際に、薄肉部の一部を介して基部と繋がった突出部が開口部の第２の方向の空間に留まり、電池ケース内からのガス抜けを阻害することが有り得る。これに対して、本態様によると、ガス排出弁が開口した際の突出部の可動域を充分に確保できるため、突出部が凹部の周壁に接触して開口部の第２の方向の空間に留まることを防止できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、凹部の底面に環状の段差が設けられており、環状の段差よりも外側の領域が内側の領域よりも高くなる。これによって、薄肉部と突出部との境界における厚みをある程度確保できるため、成形中の薄肉部の破断を防止できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、環状の段差は、薄肉部よりも内側の突出部の第２面に設けられている。これによって、薄肉部と突出部との境界における厚みをより好適に確保できるため、成形中の薄肉部の破断を好適に防止できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、封口板の短手方向における封口板の長さに対する、封口板の短手方向における薄肉部の外径の割合が３０％～７０％である。車両搭載時のように二次電池が短手方向に沿って拘束された状態で、多量のガスが急激に生じて矩形状の封口板が変形する場合には、当該封口板の短手方向に沿った稜線が形成されるように封口板が折れ曲がる。このとき、封口板の短手方向において所定の長さの外径を有する薄肉部が形成されていれば、その薄肉部における封口板の短手方向の両端付近に大きな応力を集中させることができるため、さらに動作安定性を向上できる。

ここに開示される封口板の好適な一態様では、突出部の第１面に、平面視の形状が線状である第２溝部が形成されており、第２溝部が封口板の短手方向に沿って延びている。これによって、第２溝部に沿った突出部の変形が生じやすくなるため、ガス排出弁の作動安定性をさらに向上できる。

また、ここに開示される技術の他の側面として二次電池が提供される。ここに開示される二次電池は、正極及び負極を含む電極体と、電極体を収容する電池ケースとを備えた二次電池である。かかる二次電池の電池ケースは、一つの面が開口部となった外装体と、外装体の開口部を塞ぐ封口板と、を備えている。そして、上記封口板は、上記構成の封口板であり、ガス排出弁の突出部が電極体に向かって突出するように配置される。

上記構成の封口板は、量産安定性や設計自由度に優れたガス排出弁を備えているため、大量のガスが急激に発生した際に、当該ガスを安定的に排出できる信頼性が高い二次電池を容易に設計・量産することができる。

一実施形態に係る封口板を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る封口板を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る封口板のガス排出弁近傍の第２面を模式的に示す平面図である。 一実施形態に係る封口板のガス排出弁近傍の第１面を模式的に示す平面図である。 一実施形態に係る封口板におけるガス排出弁の成形を説明する断面図である。 一実施形態に係る封口板におけるガス排出弁の成形を説明する断面図である。 一実施形態に係る二次電池を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る二次電池の封口板の第２面を模式的に示す平面図である。 他の実施形態に係る封口板のガス排出弁の第２面を模式的に示す平面図である。 他の実施形態に係る封口板を模式的に示す断面図である。 他の実施形態に係る封口板のガス排出弁近傍の第２面を模式的に示す平面図である。 他の実施形態に係る封口板を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、ここで開示される技術のいくつかの好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、ここに開示される技術の実施に必要な事柄（例えば、電極体や電解液の材料など）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。すなわち、ここに開示される技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

なお、以下の説明で参照する図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付している。さらに、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。そして、各図における符号Ｘは「幅方向」を示し、符号Ｙは「奥行方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示すものとする。但し、これらの方向は、説明の便宜上定めたものであり、使用中や製造中の二次電池の設置態様を限定することを意図したものではない。また、本明細書において数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」の表記は、Ａ以上Ｂ以下の意と共に、「好ましくはＡより大きい」および「好ましくはＢより小さい」の意を包含するものとする。

＜封口板＞
以下、ここで開示される封口板の一実施形態について、図１～図４を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る封口板を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る封口板を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態に係る封口板のガス排出弁近傍の第２面を模式的に示す平面図である。図４は、本実施形態に係る封口板のガス排出弁近傍の第１面を模式的に示す平面図である。なお、上述した通り、本明細書では、電池ケース内の電極体に向かう方向を「第１の方向」といい、電池ケースの外側に向かう方向を「第２の方向」という。ここで、上記「第１の方向」は図２中の高さ方向Ｚの下方を指し、「第２の方向」は図２中の高さ方向Ｚの上方を指す。

本実施形態に係る封口板１は、二次電池の電池ケースの側壁の１つをなす二次電池用の部品（二次電池部品）である。本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池（化学電池）と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（物理電池）と、を包含する概念である。すなわち、本実施形態に係る封口板は、特定の種類の二次電池に限定されず、過充電等の不具合発生時にガスが発生し得る二次電池全般に特に制限なく用いることができる。

本実施形態に係る封口板１は、平面形状が矩形の板状部材である。かかる封口板１には、所定の強度を有する材料を特に制限なく使用できる。かかる封口板１の素材の一例として、アルミニウムを主成分とする金属材料や、鉄を主成分とする金属材料等が挙げられる。一例として、重量や強度等の観点から、封口板１は、アルミニウムを主成分とする金属材料によって構成されていると好ましい。なお、本明細書における「アルミニウムを主成分とする金属材料」とは、総重量に対して９０重量％以上のアルミニウムを含有する金属材料であり、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等を包含する。

図１～図３に示すように、本実施形態に係る封口板１は、ガス排出弁１０を備えている。このガス排出弁１０は、平板状の基部１２と、当該基部１２の第１面（すなわち、図２中の下面）１２ａから第１の方向（すなわち、図２中の高さ方向Ｚの下方）に向かってに突出する突出部１４とを有している。そして、この突出部１４の周囲には、突出部１４の厚みよりも厚みの小さい環状の薄肉部１６が設けられており、当該薄肉部１６の第１面１６ａは、基部１２の第１面１２ａと略同一面上にある。詳しくは後述するが、かかる構成を有する封口板１は、ガス排出弁１０の薄肉部１６を成形する際の金属の塑性変形量が少なく、かつ、薄肉部１６の成形時に押し潰した金属を突出部１４に逃がすことができる。これによって、プレス加工時の加工負荷が大幅に低減されるため、量産安定性を向上できる。また、成形時に塑性変形する金属の総量が少なく、成形後の薄肉部１６の加工硬化が低減されているため、所望の圧力で薄肉部１６を破断（ガス排出弁１０を作動）させることが容易になる。この結果、薄肉部１６の厚みなどの設計の自由度を向上させることにも貢献できる。以下、本実施形態に係る封口板１に設けられたガス排出弁１０の具体的な構成について説明する。

（１）基部
基部１２は、板状に成形された領域である。本実施形態におけるガス排出弁１０は、平板状の金属部材に対してプレス加工を行うことによって成形される。このとき、突出部１４や薄肉部１６が形成されなかった領域が基部１２となる。また、この基部１２は、ガス排出弁１０と封口板１の他の領域との連結部となる。具体的には、本実施形態では、封口板１に対して直接プレス加工を実施することによって、ガス排出弁１０の基部１２と封口板１の他の領域とが継ぎ目なく一体化した封口板１を成形している。これによって、ガス排出弁の接合部分から電解液が漏出することを確実に防止できる。また、ガス排出弁１０を封口板１に接合する工程を省略できるため作業効率の向上にも貢献できる。但し、ここに開示される技術は、ガス排出弁の基部と封口板とが一体化した態様に限定されない。すなわち、別途成形されたガス排出弁の基部と封口板の他の領域とが接合されていてもよい。この場合には、封口板に開口部を設けておき、当該開口部にガス排出弁を嵌め込んだ後に、ガス排出弁の基部と封口板とを溶接するという手段が挙げられる。このようにガス排出弁を別途成形する態様では、ガス排出弁の成形が比較的に容易になるという利点がある。また、成形後のガス排出弁の販売や流通が容易になるという利点もある。

なお、基部１２の厚みＴ_Ｂは、１ｍｍ～１０ｍｍとすることができ、１ｍｍ～５ｍｍとすることができる。基部１２の厚みＴ_Ｂが大きくなるにつれて、急激なケース内圧の上昇に対する基部１２の耐久性が向上する傾向がある。一方、基部１２の厚みＴ_Ｂが小さくなるにつれて、突出部１４や薄肉部１６の成形における加工負荷が小さくなる傾向がある。但し、上記基部１２の厚みＴ_Ｂは、特に限定されず、封口板１の厚み等を考慮して適宜調節できる。

（２）突出部
図２に示すように、突出部１４は、基部１２の第１面１２ａから第１の方向に突出している。詳しくは後述するが、突出部１４の厚みＴ_Ｐは、薄肉部１６の厚みＴ_Ｔよりも厚くなる。かかる突出部１４が成形されるようにプレス加工を実施することによって、凹部の底面全体を薄膜部にする従来技術と比べて、塑性変形する金属の総量が少なくなる。さらに、かかる突出部１４の周囲に薄肉部１６を形成することによって、当該薄肉部１６を押し潰した金属を突出部１４に逃がすことができる。これによって、プレス加工時の加工負荷を大きく低減し、ガス排出弁１０の量産安定性を向上させることができる。さらに、本実施形態では、薄肉部１６よりも厚い突出部１４が第１の方向（二次電池に取り付けた際の電極体側）に向かって突出している。これによって、大量のガスが急激に発生した際に、薄肉部１６に応力が集中するため、ガス排出弁１０の作動安定性の向上にも貢献できる。

なお、図１および図３に示すように、ここでは、平面視における突出部１４の形状が略真円形状である。すなわち、平面視が円環状の薄肉部１６の径方向の内側に、略真円形状の突出部１４が形成されている。これによって、薄肉部１６の成形時に押し潰した金属を径方向の内側に向かって均一に逃がすことができるため、成形時の加工負荷をより好適に低減できる。なお、本明細書における「略真円形状」とは、長径と短径の比率が９０％以上（好ましくは９５％以上、より好ましくは９８％以上）の円形のことをいう。

また、突出部１４の厚みＴ_Ｐは、薄肉部１６の厚みＴ_Ｔよりも厚ければ特に限定されない。例えば、突出部１４の厚みＴ_Ｐに対する薄肉部の厚みＴ_Ｔの割合（Ｔ_Ｔ／Ｔ_Ｐ）は、１％～５０％でもよく、５％～４０％でもよい。薄肉部１６に対して充分な厚みの突出部１４が形成することによって、薄肉部１６の成形時に押し潰した金属を好適に突出部１４に逃がし、成形時の加工負荷をより好適に低減できる。

また、突出部１４の厚みＴ_Ｐは、基部１２の厚みＴ_Ｂ以下であってもよい。換言すると、突出部１４は、基部１２よりも薄くなるようにプレス加工されていてもよい。このような場合であっても、プレス加工時の加工負荷と加工硬化を充分に低減できる。なお、成形時の塑性変形量を少なくして加工負荷をより好適に低減するという観点から、基部１２の厚みＴ_Ｂに対する突出部１４の厚みＴ_Ｐの割合（Ｔ_Ｐ／Ｔ_Ｂ）は、５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上が特に好ましい。一方、上記Ｔ_Ｐ／Ｔ_Ｂの上限は、特に限定されず、基部１２と突出部１４が同じ厚み（Ｔ_Ｐ／Ｔ_Ｂ＝１００％）であってもよい。また、プレス加工において基部１２を加圧し、基部１２の厚みＴ_Ｂを突出部１４の厚みＴ_Ｐよりも薄くしてもよい。さらに、成形時に薄肉部１６から突出部１４に金属が逃げた結果、突出部１４が基部１２よりも厚くなることもあり得る。したがって、上記Ｔ_Ｐ／Ｔ_Ｂの上限は、１００％以下に限定されず、１２０％以下でもよいし、１１０％以下でもよい。

図２に示すように、突出部１４の第１面１４ａは、径方向における中央部が第１の方向に向かって突出するように湾曲している。これによって、突出部１４の成形時に、突出部１４の第１面１４ａの中央に向かって金属が集まるような塑性変形が生じるため、薄肉部１６から突出部１４に金属を逃がすことが容易になる。また、かかる形状の突出部１４を成形することによって、ケース内部で生じたガスから加えられる応力を薄肉部１６に集中させることができるため、ガス排出弁１０の作動安定性の向上にも貢献できる。

図４に示すように、本実施形態では、突出部１４の第１面１４ａに、平面形状が線状の第２溝部１９が形成されている。これによって、大量のガスが急激に発生した際に線状の第２溝部１９を起点として突出部１４が折れ曲がり、薄肉部１６に大きな応力を加えることができるため、薄肉部１６をより容易に破断させることができる。なお、図４に示すように、本実施形態では、平面形状が略真円形の突出部１４の中心を通過するように、１本の第２溝部１９が形成されている。しかし、第２溝部の本数および形成位置は、図４に示す形態に限定されない。例えば、略真円形の突出部の中心で交差する２本の第２溝部が形成されてもよい。また、複数本の第２溝部が略平行に形成されていてもよい。これらの場合でも、ケース内圧が急激に上昇した際に、第２溝部を起点として突出部が折れ曲がるため、薄肉部に大きな応力を加えることができる。また、線状の第２溝部１９は、略矩形の封口板１の短手方向（図４中の奥行方向Ｙ）に沿って延びるように形成されていることが好ましい。これによって、第２溝部１９を起点として突出部１４が折れ曲がりやすくなるため、ガス排出弁１０の作動安定性をさらに向上できる。

また、第２溝部１９の長さＬ_Ｄ２は、突出部１４の外径（長径）Ｄ_Ｐに基づいて設定されていることが好ましい。例えば、突出部の長径Ｄ_Ｐに対する第２溝部の長さＬ_Ｄ２の割合（Ｌ_Ｄ２／Ｄ_Ｐ）が６０％～９５％であることが好ましく、７０％～９０％であることがより好ましい。上記Ｌ_Ｄ２／Ｄ_Ｐが大きくなるにつれて、ケース内圧が急激に上昇した際に、第２溝部１９を起点として突出部１４が折れ曲がりやすくなる傾向がある。一方、Ｌ_Ｄ２／Ｄ_Ｐが小さくなるにつれて、第２溝部１９を形成することによる加工負荷の増大を抑制されるため、突出部１４の成形が容易になる傾向がある。また、第２溝部１９の形成による加工負荷の増大を抑制するという観点では、第２溝部１９の長さ方向（図４中の奥行方向Ｙ）における第２溝部１９の中央部１９ａの深さを両端部１９ｂの深さよりも深くすることが好ましい。さらに、長さ方向の両端部１９ｂから中央部１９ａに向かって連続的に第２溝部１９が深くなるように形成されているとより好ましい。これによって、第２溝部１９の形成による加工負荷の増大を特に好適に抑制できる。

（３）薄肉部
薄肉部１６は、突出部１４の周囲に形成された環状の領域である。図２に示すように、薄肉部１６の厚みＴ_Ｔは、突出部１４の厚みＴ_Ｐよりも厚みが小さい。本実施形態に係る封口板１のガス排出弁１０は、大量のガスが急激に発生した際に薄肉部１６が破断することによって、電池ケース内部で発生したガスを外部に排出する。なお、薄肉部１６は、二次電池の電池ケースの容積や使用環境などを考慮し、過充電などの不具合が発生した際に安定的に破断するように厚みＴ_Ｔが設計されていることが好ましい。一例として、基部１２の厚みＴ_Ｂに対する薄肉部１６の厚みＴ_Ｔの割合（Ｔ_Ｔ／Ｔ_Ｂ）は、１％～３０％であることが好ましく、５％～２０％であることがより好ましい。これによって、所望の圧力で薄肉部１６が破断して開口するガス排出弁１０を構築できる。具体的には、上記Ｔ_Ｔ／Ｔ_Ｂが小さくなるにつれて薄肉部１６が破断しやすくなるため、ケース内圧の上昇に対するガス排出弁１０の反応性が向上する。一方、上記Ｔ_Ｔ／Ｔ_Ｂが大きくなるにつれて薄肉部１６の強度が向上するため、ガス排出弁１０の誤作動を防止できる。

また、本実施形態における薄肉部１６の第１面１６ａは、基部１２の第１面１２ａと略同一面上に形成されている。「略同一面」としては、薄肉部１６の第１面１６ａは、基部１２の第１面１２ａに対して垂直な方向（図２中の高さ方向Ｚ）において、基部１２の第１面１２ａの±５ｍｍ以内とすることができる。また、薄肉部１６の第１面１６ａは、基部１２の第１面１２ａに対して垂直な方向において、基部１２の第１面１２ａの±１ｍｍ以内とすることがより好ましい。薄肉部１６の第１面１６ａは、基部１２の第１面１２ａと同一面上になることが更に好ましい。かかる基部１２の第１面１２ａと略同一面上に第１面１６ａが形成される薄肉部１６は、金属部材Ｗの第２面Ｗａを第１面Ｗｂに向かって一方向に押し潰すことによって成形される（図５参照）。これによって、金属部材の両面側から押し潰すように成形する場合と比べて、塑性変形に伴う加工負荷や加工硬化を低減できる。

なお、本実施形態における薄肉部１６には、突出部１４を囲む略環状の第１溝部１７が設けられている。かかる第１溝部１７が形成された部分は、薄肉部１６の中でも特に強度が低い脆弱部となるため、ケース内圧が急激に上昇した際に薄肉部１６が破断する起点となる。換言すると、薄肉部１６に第１溝部１７を設けることによって、ガス排出弁１０が動作する際の破断開始位置を容易に制御できる。この結果、所望の圧力で安定的に作動するガス排出弁１０を設計することが容易になる。例えば、薄肉部１６の厚みに対する第１溝部１７の深さの割合は、５％～６０％であることが好ましく、１０％～５０％であることがより好ましい。上記薄肉部１６の厚みに対する第１溝部１７の深さが大きくなるにつれて、第１溝部１７を起点とした薄肉部１６の破断が生じやすくなるため、ガス排出弁１０の動作安定性が向上する傾向がある。一方、薄肉部１６の厚みに対する第１溝部１７の深さが小さくなるにつれて薄肉部１６の強度が向上する。この結果、第１溝部１７成形時に薄肉部１６が破損することを防止できると共に、ガス排出弁１０の誤作動を防止することもできる。なお、略環状の第１溝部１７は、完全な環状の溝部だけでなく、その一部が掛けた環状の溝部を包含する。例えば、完全な環状の溝部の周長を１００％としたとき、上記略環状の第１溝部１７の周長は、８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましく、９５％以上がさらに好ましい。また、第１溝部１７は、完全な環状であってもよい。

また、上述した通り、本実施形態に係る封口板１を二次電池に用いる場合、ガス排出弁１０の第１面側がケース内部（ケース内圧上昇時の陽圧側）に配置される。このため、第１溝部１７は、ケース外に配置される第２面１６ｂの方に形成することが好ましい。これによって、大量のガスが急激に発生して薄肉部１６の第１面１６ａを第２の方向（図２中の高さ方向Ｚの上方）に向けて加圧した際に、第１溝部１７が拡がるように薄肉部１６を破断させることができる。この結果、ガス排出弁１０の作動安定性をさらに向上することができる。

（４）凹部
さらに、本実施形態では、薄肉部１６および突出部１４の第２面（図２中の上面）に、基部１２の第２面１２ｂから窪んだ凹部１８が設けられている。かかる凹部１８は、平面形状が略真円形の窪みである。換言すると、ガス排出弁１０の上側に形成された凹部１８は、環状の薄肉部１６の外縁から略垂直に立ち上がった環状の周壁１８ａに囲まれた空間である。そして、この凹部１８の底面１８ｃは、相対的に厚みが薄い薄肉部１６と、薄肉部１６よりも厚い突出部１４を備えている。

そして、本実施形態では、凹部１８の周壁１８ａにテーパー部１８ｂが設けられている。具体的には、凹部１８の周壁１８ａの上端部に、径方向の外側から内側に向かうにつれて高さが低くなるような斜面であるテーパー部１８ｂが形成されている。ガス排出弁１０が開口した際に、薄肉部１６の一部を介して基部１２と繋がった突出部１４が開口部の第２の方向の空間に留まり、電池ケース内からのガス抜けを阻害することが有り得る。これに対して、凹部１８の周壁１８ａにテーパー部１８ｂを形成すると、ガス排出弁１０が開口した際の突出部１４の可動域を充分に確保できる。この結果、突出部１４が凹部１８の周壁１８ａに接触して開口部の第２の方向の空間に留まることを防止し、ガス排出弁１０が開口した際のガス排出量を充分に確保できる。なお、図２では、凹部１８の周壁１８ａの上端部のみにテーパー部１８ｂが形成されている。しかし、ガス抜け悪化の抑制という観点では、テーパー部が形成される領域は特に限定されない。例えば、凹部の周壁の全体に、径方向の外側から内側に向かうにつれて高さが低くなるように傾斜したテーパー部が形成されていてもよい。

また、本実施形態におけるガス排出弁１０では、凹部１８の底面１８ｃに環状の段差１８ｄが設けられており、当該環状の段差１８ｄよりも外側の領域が内側の領域よりも高くなる。具体的には、環状の段差１８ｄは、薄肉部１６よりも内側に位置する突出部１４の第２面１４ｂに設けられている。これによって、薄肉部１６と突出部１４との境界における厚みをある程度確保できるため、プレス加工中に薄肉部１６と突出部１４との境界が破断することを防止できる。

＜ガス排出弁の成形＞
次に、上記構成のガス排出弁１０を封口板１に成形する手順について説明する。図５および図６は、本実施形態に係る封口板におけるガス排出弁の成形手順を説明する断面図である。

図５に示すように、本実施形態におけるガス排出弁１０を成形する際には、まず、平板状の金属部材Ｗを準備し、一対の押圧治具２１０、２２０の間に配置する。以下では、説明の便宜上、金属部材Ｗの第２面（図５中の上側の面）Ｗａを押圧する押圧治具２１０を「第１押圧治具２１０」と称し、金属部材Ｗの第１面（図５中の下側の面）Ｗｂを押圧する押圧治具２２０を「第２押圧治具２２０」と称する。そして、第１押圧治具２１０には、基準面２１４から第１の方向（図５中の下方）に向かって突出した円柱状の凸部２１２が形成されている。一方、第２押圧治具２２０には、基準面２２４から第１の方向に向かって窪んだ円柱状の凹部２２２が形成されている。ここで、上記構成のガス排出弁１０を成形する際には、第１押圧治具２１０の凸部２１２の直径Ｄ_１を、第２押圧治具２２０の凹部２２２の直径Ｄ_２よりも大きくする。なお、ここで示す第１押圧治具２１０と第２押圧治具２２０は、加工を１工程に集約した形態であるが、これらを別々の治具に分割し、別工程として加工する形態も同様である。

そして、図６に示すように、第１押圧治具２１０と第２押圧治具２２０との間に、金属部材Ｗを挟み込んでプレス加工を実施する。このとき、金属部材Ｗの中央部Ｗ１は、第１押圧治具２１０の凸部２１２に押圧され、第２押圧治具２２０の凹部２２２に入り込むように塑性変形する。これによって、基部１２の第１面１２ａから第１の方向に向かって突出する突出部１４が形成される。このとき、第１押圧治具２１０の凸部２１２の直径Ｄ_１は第２押圧治具２２０の凹部２２２の直径Ｄ_２よりも大きいため、金属部材Ｗの中央部Ｗ１の周囲の領域Ｗ２が、第１押圧治具２１０の凸部２１２と第２押圧治具２２０の基準面２２４との間に挟み込まれる。これによって、突出部１４の周囲に、当該突出部１４よりも厚みが薄い薄肉部１６が成形される。さらに、金属部材Ｗの外周縁部Ｗ３は、第１押圧治具２１０の基準面２１４と第２押圧治具２２０の基準面２２４との間に挟み込まれる。これによって、薄肉部１６の周囲に、当該薄肉部１６よりも厚みが厚い基部１２が成形される。

ここで、上述のプレス加工における薄肉部１６の成形では、金属部材Ｗの中央部Ｗ１の周囲の領域Ｗ２に存在していた金属が、第１押圧治具２１０の凸部２１２と第２押圧治具２２０の基準面２２４とによって薄く押し潰される。このとき、本実施形態では、上記中央部Ｗ１の周囲の領域Ｗ２を押し潰した金属を、凹部２２０内に成形された突出部１４に逃がすことができる。さらに、本実施形態では、凹部の底面全体を薄く押し潰して薄膜部を形成する従来技術と比べて塑性変形させる金属の総量が少ない。これらの作用によって、プレス加工を行う際の抵抗（加工負荷）を低減するため、不良品の発生を抑制して量産安定性を向上させることができる。さらに、塑性変形させる金属の総量が少なくなった結果、成形後の薄肉部１６の加工硬化も低減するため、薄肉部１６の厚みＴ_Ｔ（図２参照）などを設計する際の自由度も向上する。

なお、本実施形態では、第１押圧治具２１０の凸部２１２の第１面２１２ａに、当該円柱状の凸部２１２の外周縁部に沿った環状の突起２１７が形成されている。これによって、成形後の薄肉部１６の第２面１６ｂに環状の第１溝部１７が形成される。この結果、当該第１溝部１７を起点として薄肉部１６が破断する作動安定性に優れたガス排出弁１０を成形できる。また、第１押圧治具２１０の基準面２１４と凸部２１２との間には、基準面２１４から凸部２１２に向かうにつれて下降するように傾斜した斜面２１８が形成されている。これによって、成形後の凹部１８の周壁１８ａの上端部にテーパー部１８ｂが形成される。この結果、開口したガス排出弁１０の突出部１４が凹部１８の周壁１８ａと干渉してガス流路上に留まることを抑制できる。

また、第１押圧治具２１０の凸部２１２の第１面２１２ａの中央部には、凸部２１２の第１面２１２ａから更に第１の方向に突出した円板状の凸部２１６が形成されている。これによって、成形後の凹部１８の底面１８ｃに環状の段差１８ｄを形成し、環状の段差１８ｄよりも外側の領域（薄肉部１６の第２面１６ｂ）を内側の領域（突出部１４の第２面１４ｂ）よりも高くすることができる。これによって、第１押圧治具２１０の凸部２１２と、第２押圧治具２２０の凹部２２２の周壁２２６の上端２２６ａとの間に挟み込まれた位置において、薄肉部１６が破断することを防止できる。

一方、第２押圧治具２２０の凹部２２２の底面２２７の中央部では、平面形状が線状の突起２２８が第２の方向に向かって突出している。これによって、成形後の突出部１４の第１面に線状の第２溝部１９が形成される。この結果、ケース内圧が急激に上昇した際に、第２溝部１９に沿って突出部１４が折れ曲がり、薄肉部１６に大きな応力を加えることができる。さらに、第２押圧治具２２０の凹部２２２の底面２２７は、径方向における中央部の方が周縁部よりも深くなるように湾曲している。これによって、第１面１４ａの中央が第１の方向に向かって突出するように湾曲した突出部１４を形成できる。この結果、突出部１４の成形において、凹部２２２の底面２２７の中央部に向かって金属が集まるような塑性変形が生じるため、第１押圧治具２１０の凸部２１２と第２押圧治具２２０の基準面２２４との間で押し潰された金属を凹部２２２内に逃がすことが容易になる。

＜二次電池＞
上記構成の封口板１は、二次電池の電池ケースの側壁の１つを構成する二次電池部品である。以下、上記構成の封口板１を用いた二次電池について説明する。図７は、本実施形態に係る二次電池を模式的に示す斜視図である。図８は、本実施形態に係る二次電池の封口板のケース外側面を模式的に示す平面図である。

図７に示す二次電池１００は、電極体（図示省略）と、電極体を収容する電池ケース２０とを備えている。詳しい図示は省略するが、電極体は、正極と負極とセパレータとを有する。例えば、電極体は、帯状の正極と帯状の負極とが２枚の帯状のセパレータを介して積層され、捲回軸を中心として捲回された捲回電極体であり得る。また、電極体の構造の他の例として、複数枚の方形状（典型的には矩形状）の正極と、複数枚の方形状（典型的には矩形状）の負極とが、絶縁された状態で積み重ねられた積層電極体が挙げられる。なお、電極体を構成する各部材（正極、負極、セパレータなど）の材料および構造は、一般的な二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）にて採用され得るものを特に制限なく採用でき、ここに開示される技術を限定するものではないため、詳細な説明を省略する。また、図示は省略するが、電池ケース２０には電解液も収容されている。かかる電解液についても、一般的な二次電池にて採用され得るものを特に制限なく採用できる。

電池ケース２０は、上記電極体を収容する筐体である。電池ケース２０の材質は、従来から使用されているものと同じでよく、特に制限はない。例えば、電池ケース２０は、所定の強度を有した金属製であることが好ましい。かかる電池ケース２０の材質の一例として、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等が挙げられる。

図７に示すように、電池ケース２０は、扁平かつ有底の直方体形状（角形）の外形を有する。かかる電池ケース２０は、上面に開口を有する外装体２２と、当該外装体２２の開口を塞ぐ封口板１とを備えている。外装体２２は、平面形状が矩形の底壁（図示省略）と、矩形の底壁の長辺から高さ方向Ｚに沿って延びて相互に対向する一対の長側壁２２ａと、矩形の底壁の短辺から高さ方向Ｚに沿って延びて相互に対向する一対の短側壁２２ｂとを備えた箱状の部材である。そして、この外装体２２の上面には、一対の長側壁２２ａと一対の短側壁２２ｂの各々の上辺に囲われた略矩形状の開口部（図示省略）が形成される。そして、上記構成のガス排出弁１０を有した封口板１は、外装体２２の上面の開口部を塞ぐように外装体２２に取り付けられ、外装体２２の底壁と対向する。そして、外装体２２の開口部の周縁と封口板１の外周縁とを接合（例えば溶接）することによって、内部が封止（密閉）された電池ケース２０が構築される。なお、封口板１の接合には、例えばレーザ溶接等を用いることができる。

また、この二次電池１００の封口板１には、正極端子３０と負極端子４０が取り付けられている。正極端子３０は、高さ方向Ｚに沿って延びる長尺な導電部材である。かかる正極端子３０の下端は、電池ケース２０の内部において電極体の正極と接続されている。一方、正極端子３０の上端は、電池ケース２０の外部に露出している。また、負極端子４０も、正極端子３０と略同等の構造を有している。すなわち、かかる負極端子４０の下端は、電池ケース２０内部で負極と接続され、上端は、電池ケース２０の外部に露出する。なお、正極端子と負極端子は、封口板以外の電池ケースの側壁（外装体の側壁）に設けられていてもよい。

そして、上記構成の封口板１には、ガス排出弁１０が設けられている。このとき、封口板１は、ガス排出弁１０の第１面が電極体と対向するように配置される。換言すると、本実施形態に係る二次電池１００では、電池ケース２０内部の電極体に向かってガス排出弁１０の突出部１４が突出するように封口板１が外装体２２に取り付けられる。そして、突出部１４の周囲には、当該突出部１４の厚みＴ_Ｐよりも薄い環状の薄肉部１６が設けられる。また、薄肉部１６の第１面１６ａ（電極体側の面）は、封口板１の内側面と略同一面上に存在している。

上記構成の封口板１は、量産安定性や設計自由度に優れたガス排出弁を備えているため、急激に発生したガスを安定的に排出できる信頼性が高い二次電池１００を容易に設計・量産できる。さらに、ケース内圧が上昇した際に陽圧となる電極体側に向かって突出部１４が突出しているため、内圧上昇時の応力を薄肉部１６に集中させることができる。これによって、ガス排出弁１０の作動安定性の向上にも貢献できる。

なお、本実施形態のように、封口板１の平面形状が略矩形である場合、当該略矩形の封口板１の短手方向（図８では奥行方向Ｙ）において、封口板１の長さＬ_Ｓに対する薄肉部１６の外径Ｄ_Ｔの割合（Ｄ_Ｔ／Ｌ_Ｓ）が３０％～７０％であることが好ましい。二次電池１００の内部において多量のガスが急激に生じて矩形状の封口板１が変形する場合には、当該封口板１の短手方向（奥行方向Ｙ）に沿った稜線が形成されるように封口板１が折れ曲がる。このとき、第１壁の短手方向において所定の長さの外径を有する薄肉部１６が形成されていれば、その薄肉部１６における第１壁の短手方向の両端付近に大きな応力を集中させることができる。この結果、ケース内圧上昇時に薄肉部１６の所望の位置を破断させやすくなるため、作動時の再現性が高い二次電池１００を構築できる。

＜他の実施形態＞
以上、ここに開示される技術の一実施形態について説明した。なお、ここに開示される技術は、上述の実施形態に限定されず、種々の実施形態を包含する。以下、ここに開示される封口板の他の実施形態について説明する。

例えば、ここに開示される封口板の他の実施形態として、図９および図１０に示される封口板１が挙げられる。この封口板１のガス排出弁１０Ａでは、上述の実施形態において形成されていた第１溝部１７、第２溝部１９、テーパー部１８ｂおよび段差１８ｄが形成されておらず、突出部１４の第１面も平坦である（図２～図４参照）。しかし、かかる形態であっても、薄肉部１６の形成領域が突出部１４の周囲に限定されていれば、ガス排出弁１０の成形における金属の塑性変形量を少なくできる。さらに、薄肉部１６の成形時に押し潰した金属を突出部１４に逃がすことができるため、成形時の加工負荷を低減して量産安定性を向上できる。また、成形時の金属の塑性変形量を少なくすることによって、成形後の薄肉部１６の加工硬化が低減するため、設計自由度も向上できる。すなわち、図９及び図１０に示す形態であっても、基部１２の第１面１２ａから第１の方向に突出する突出部１４を有し、突出部１４の周囲に、突出部１４の厚みよりも厚みの小さい環状の薄肉部１６が設けられており、薄肉部１６の第１面１６ａが基部１２の第１面１２ａと略同一面上にあるという構成を備えているため、量産安定性や設計自由度に優れたガス排出弁１０Ａを備えた封口板１を得ることができる。

また、上述した各実施形態におけるガス排出弁１０、１０Ａでは、平面視において略真円形状の突出部１４が形成されており、当該突出部１４の周囲には、外縁が略真円の環状の薄肉部１６が形成されていた。しかし、平面視における突出部１４と薄肉部１６の形状は、特に限定されず、種々の形状を特に制限なく採用できる。例えば、図１１および図１２に示すように、ガス排出弁１０Ｂは、平面形状が楕円形の突出部１４と、外縁が楕円形の環状の薄肉部１６とを備えていてもよい。かかる形態におけるガス排出弁１０Ｂであっても、成形時の加工負荷と加工硬化を低減し、量産安定性と設計自由度を向上できる。なお、図示は省略するが、突出部の平面形状は、角型（例えば四角形、五角形など）であってもよい。但し、ガス排出弁の作動安定性や量産安定性などを考慮すると、図３、図９および図１１に示すように、突出部１４の平面形状は円形であることが好ましい。また、上述した各実施形態では、平面視における突出部１４の外縁の形状と、薄肉部の外縁の形状が略同一である。しかしながら、突出部の外縁の形状と、薄肉部の外縁の形状は、異なっていてもよい。例えば、平面視において角型の突出部の周囲に、外縁が略真円形状の薄肉部が形成されていてもよい。このような場合でも、ここに開示される技術の効果を充分に発揮することができる。

以上、ここに開示される技術の実施形態について説明した。しかし、上述の説明は例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、上述の説明にて例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１ 封口板
１０、１０Ａ、１０Ｂ ガス排出弁
１２ 基部
１４ 突出部
１６ 薄肉部
１７ 第１溝部
１８ 凹部
１８ａ 周壁
１８ｂ テーパー部
１８ｃ 底面
１８ｄ 段差
１９ 第２溝部
２０ 電池ケース
２２ 外装体
３０ 正極端子
４０ 負極端子
１００ 二次電池

Claims (18)

1. ガス排出弁を備えた二次電池用の封口板であって、
   前記ガス排出弁は、平板状の基部と、当該基部の第１面から第１の方向に向かって突出する突出部とを有し、
   前記突出部の周囲に、前記突出部の厚みよりも厚みの小さい環状の薄肉部が設けられており、
   前記薄肉部の第１面は、前記基部の第１面と略同一面上にあり、
   前記突出部の第１面は、中央が第１の方向に突出するように湾曲している、封口板。
2. 前記突出部の厚みが前記基部の厚み以下である、請求項１に記載の封口板。
3. 前記基部の厚みに対する前記突出部の厚みの割合が、５０％～１００％である、請求項２に記載の封口板。
4. 前記薄肉部に、前記突出部を囲む略環状の第１溝部が設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の封口板。
5. 前記第１溝部は、前記薄肉部の第２面に形成されている、請求項４に記載の封口板。
6. 前記薄肉部の厚みに対する前記第１溝部の割合が１０％～５０％である、請求項４または５に記載の封口板。
7. 前記基部の厚みに対する前記薄肉部の厚みの割合が５％～２０％である、請求項１～６のいずれか一項に記載の封口板。
8. 前記突出部の平面視の形状は、長径と短径の比率が９０％以上である略真円形状である、請求項１～７のいずれか一項に記載の封口板。
9. 前記突出部の前記第１面に、平面視の形状が線状である第２溝部が形成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の封口板。
10. 前記突出部の平面視の形状が、長径と短径の比率が９０％以上である略真円形状であり、
    前記突出部の長径に対する前記第２溝部の長さの割合が７０％～９０％である、請求項９に記載の封口板。
11. 前記第２溝部の長さ方向における前記第２溝部の中央部の深さが、両端部の深さよりも深い、請求項９または１０に記載の封口板。
12. 前記第２溝部が前記封口板の短手方向に沿って延びている、請求項９～１１のいずれか一項に記載の封口板。
13. 前記薄肉部および前記突出部の第２面に、前記基部の第２面から窪んだ凹部が設けられており、前記凹部の周壁にテーパー部が設けられている、請求項１～１２のいずれか一項に記載の封口板。
14. 前記凹部の底面に環状の段差が設けられており、前記環状の段差よりも外側の領域が内側の領域よりも高くなる、請求項１３に記載の封口板。
15. 前記環状の段差は、前記薄肉部よりも内側の前記突出部の第２面に設けられている、請求項１４に記載の封口板。
16. 前記封口板の短手方向における前記封口板の長さに対する、前記封口板の短手方向における前記薄肉部の外径の割合が３０％～７０％である、請求項１～１５のいずれか一項に記載の封口板。
17. ガス排出弁を備えた二次電池用の封口板であって、
    前記ガス排出弁は、平板状の基部と、当該基部の第１面から第１の方向に向かって突出する突出部とを有し、
    前記突出部の周囲に、前記突出部の厚みよりも厚みの小さい環状の薄肉部が設けられており、
    前記薄肉部の第１面は、前記基部の第１面と略同一面上にあり、
    前記突出部の平面視の形状は、長径と短径の比率が９０％以上である略真円形状であり、
    前記薄肉部および前記突出部の第２面に、前記基部の第２面から窪んだ凹部が設けられており、前記凹部の周壁にテーパー部が設けられている、封口板。
18. 正極及び負極を含む電極体と、前記電極体を収容する電池ケースとを備えた二次電池であって、
    前記電池ケースは、
    一つの面が開口部となった外装体と、
    前記外装体の前記開口部を塞ぐ封口板と、
    を備え、
    前記封口板は、請求項１～１７のいずれか一項に記載の封口板であり、前記ガス排出弁の前記突出部が前記電極体に向かって突出するように配置される、二次電池。

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