WO2018198954A1 - 薄膜弁およびそれを備えた二次電池 - Google Patents

薄膜弁およびそれを備えた二次電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2018198954A1
WO2018198954A1 PCT/JP2018/016256 JP2018016256W WO2018198954A1 WO 2018198954 A1 WO2018198954 A1 WO 2018198954A1 JP 2018016256 W JP2018016256 W JP 2018016256W WO 2018198954 A1 WO2018198954 A1 WO 2018198954A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thin film
film valve
plate
hole
discharge port
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/016256
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
賢三 池田
三代　祐一朗
Original Assignee
日立化成株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立化成株式会社 filed Critical 日立化成株式会社
Priority to JP2019514454A priority Critical patent/JP6895092B2/ja
Publication of WO2018198954A1 publication Critical patent/WO2018198954A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a thin film valve that discharges the inner pressure to the outside when the inner pressure becomes a predetermined value or more, such as a battery container of a secondary battery formed of a plate material, and a secondary battery including the same. .
  • a thin film valve may be provided as a safety valve for discharging the internal pressure when the inner pressure becomes a predetermined value or more.
  • the secondary battery has a battery container, and the battery container is provided with a thin film valve for discharging the internal pressure when the internal pressure becomes a predetermined value or more.
  • Thin film valves are also referred to as cleavage valves.
  • Secondary batteries have a power storage function of storing electricity by charging, and secondary batteries include lead batteries, nickel cadmium batteries, lithium ion batteries, and the like. Such a secondary battery is used as a drive source for a portable electronic device, and further used as a power supply source for a hybrid vehicle or an electric vehicle. Further, the secondary battery is used as a power storage facility for backing up electric power in a factory or an office building or using distributed renewable energy such as wind power generation or solar power generation.
  • the secondary battery has an electrode group including a positive electrode plate and a negative electrode plate and an electrolytic solution, and these are accommodated in a battery container made of a plate material.
  • a lithium ion battery has an electrode group obtained by laminating a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator disposed between them to prevent a short circuit between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • a secondary battery in a form in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator are wound and laminated in a cylindrical shape to form an electrode group, and a current collecting tab is disposed at an end of the electrode group is a cylindrical type.
  • the secondary battery in a form in which the electrode group is wound into a flat shape without being wound into a cylindrical shape or stacked in a rectangular parallelepiped shape is a square shape.
  • the cylindrical battery container has a side plate and lid plates attached to both ends of the side plate, and the square battery container has a box and a cover plate covering the opening.
  • Each lid plate is provided with a thin film valve as a safety valve for discharging the gas to the outside when the temperature inside the battery container is excessively increased and the gas generated in the container exceeds a predetermined value. ing.
  • Patent Document 1 describes a safety valve for a rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery.
  • This safety valve is a thin film valve provided with a thin film having a thickness of 50 ⁇ m, and a carved portion is provided in the thin film by forming a horseshoe-shaped groove into the thin film by etching.
  • the thickness of the engraved portion that is, the remaining thickness of the thin film by the etching process is set to 15 ⁇ m.
  • the film thickness of the engraved part may not be constant over the entire length from one end to the other end. For this reason, the film thickness of the engraved part is measured at many points in the folded part, and the safety valve that does not maintain the predetermined film thickness is discarded, and the film thickness is measured in the safety valve in which the engraved part is formed in the thin film. Many processes are required including the process, and the production yield of safety valves cannot be improved. Further, in the case of etching a thin film, if the concentration of the processing solution is changed, the thickness of the engraved portion is not maintained at the set value, so that there is a problem that it is necessary to strictly control the concentration of the etching solution.
  • the thin film is welded to the inner surface of the battery container by laser welding, and when the outer peripheral part of the thin film having a thickness of 50 ⁇ m is directly welded to the battery container, the outer peripheral part of the thin film may be dissolved. For this reason, there is a problem in that setting management of welding conditions cannot be easily performed and the yield of welding cannot be improved.
  • the outer diameter of the thin film cannot be set large.
  • the pressure receiving area of the thin film is reduced. Therefore, if the gas pressure in the container is not increased, the thin film is not cleaved, and the operating characteristics of the safety valve cannot be improved.
  • the thin film is deformed into a dome shape when subjected to pressure, so that the operating characteristics may be significantly reduced.
  • An object of the present invention is to make it possible to easily manufacture a thin film valve provided with a thin film with few steps.
  • Another object of the present invention is to improve the operating characteristics of a thin film valve having a small thin film.
  • the thin film valve of the present invention is a thin film valve provided in a discharge port formed in a plate material that separates an inner side and an outer side having a pressure generation source, and is provided in the plate material, and closes an outer opening of the discharge port.
  • a thin film and a through-hole having a shape corresponding to the discharge port, a knife ring disposed on the outer side of the thin film, and provided projecting inwardly on the knife ring, when the inner pressure is increased Cleaving protrusions for cleaving the thin film.
  • the secondary battery of the present invention includes a cover plate and a side plate as a plate material in which a discharge port is formed, a battery container that accommodates an electrode group having a positive electrode plate and a negative electrode plate, and an electrolyte, and the thin film valve.
  • the thin film valve has a thin film and a knife ring disposed on the outer side and provided with a through hole, and closes a discharge port formed in the plate material.
  • the knife ring is provided with a cleaving protrusion that protrudes inward.
  • a small thin film valve can be provided even if the space for providing the large thin film valve is not secured in the cover plate of the battery container, and the internal pressure of the battery container is equal to the predetermined cleavage pressure.
  • the internal pressure can be discharged when it becomes.
  • FIG. 1 It is a partially omitted front view showing a secondary battery provided with a thin film valve.
  • A) is a left side view of FIG. 1, and (B) is a right side view of FIG. It is a perspective view which shows the left end part of FIG. It is an expanded sectional view which shows the one end part of a secondary battery.
  • A) is an exploded perspective view of a thin film valve
  • B) is a perspective view of a thin film valve.
  • A) is an expanded sectional view of the A part in FIG. 4
  • FIG. 4 (B) is a top view of (A). It is sectional drawing which shows the state which the thin film of the thin film valve was cleaved. It is an expanded sectional view which shows the state which welds the thin film valve to the battery container. It is a top view which shows the modification of a thin film valve.
  • a secondary battery 10 shown in FIG. 1 has a battery container 11, which is formed by a cylindrical side plate 12 and lid plates 13 and 14 attached to both ends of the side plate 12.
  • a storage chamber is formed inside the battery container 11, and the inner storage chamber and the outside are partitioned by the battery container 11 made of a plate material.
  • the secondary battery 10 shown in FIGS. 1 to 3 is a cylindrical lithium ion secondary battery.
  • an axial core 15 is disposed inside the battery container 11, and the axial core 15
  • the electrode group 16 is accommodated in a space between the side plate 12 and the side plate 12.
  • the electrode group 16 is formed by winding a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator disposed between them to prevent a short circuit between the positive electrode plate and the negative electrode plate in a cylindrical shape.
  • the cover plates 13 and 14 are made of a metal material such as an aluminum alloy or steel (SUS).
  • Electrode terminals 17 and 18 are attached to both ends of the shaft core 15.
  • One electrode terminal 17 projects from one cover plate 13 as shown in FIG. 2A, and the other electrode terminal 18 As shown in FIG. 2B, it protrudes from the other cover plate 14.
  • One of the two electrode terminals 17 and 18 is a positive terminal, and the other is a negative terminal.
  • the inner end portion of the electrode terminal 17 is fitted into the hollow portion of the shaft core 15, and a current collecting portion 19 that is abutted against the end face of the electrode group 16 is provided on the electrode terminal 18 as shown in FIG. 4. .
  • the other electrode terminal 17 has the same structure as the electrode terminal 18.
  • a nut 21 is screwed to the protruding ends of the electrode terminals 17 and 18, and a washer 22 made of rubber or resin is connected to the nut 21 and the cover plate 13, 14 is fastened.
  • a sealing member 23 is attached between the cover plates 13 and 14 and the current collector 19.
  • the electrode terminals 17 and 18 are formed with screw holes 24 opened at the end surfaces, and current members such as bus bars are attached to the electrode terminals 17 and 18 by bolts (not shown) screwed to the screw holes 24. .
  • An electrolytic solution is injected into the battery container 11.
  • a non-aqueous electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used.
  • a liquid injection hole (not shown) is provided in one lid plate 13, and a member such as the electrode group 16 is incorporated in the battery container 11.
  • the electrolytic solution is injected into the battery container 11 through the injection hole.
  • the injection hole is sealed with a sealing plug or rivet 25 as shown in FIG.
  • the electrode group 16 is infiltrated with the electrolytic solution.
  • the electrolytic solution is not shown.
  • a thin film valve 26 as a safety valve is provided on each of the cover plates 13 and 14.
  • the thin film valve 26 discharges the gas to the outside when the temperature inside the battery container 11 is excessively increased and the gas generated in the container becomes a predetermined pressure or higher.
  • the battery container 11 is a plate material that partitions the inner storage chamber from the outer side, and the electrode group 16 and the electrolyte stored in the storage chamber serve as a pressure generation source.
  • each thin film valve 26 includes a thin film 27 and a knife ring 28, and is arranged in a discharge port 31 having a circular cross-sectional shape formed in the cover plates 13 and 14. Is done.
  • the thin film 27 is manufactured by punching a thin plate of steel (SUS) by pressing.
  • the knife ring 28 is manufactured by stamping a steel (SUS) plate material that is thicker than the thin film 27.
  • the inner opening of the discharge port 31 opens to the inside of the battery container 11, and the outer opening opens to the outside of the battery container 11.
  • the thickness of the thin film 27 is about 10 ⁇ m, but the thickness of the thin film 27 may be in the range of 5 to 50 ⁇ m.
  • the thickness of the knife ring 28 is about 200 ⁇ m, but the thickness may be larger than this. In FIG. 5, each thickness is exaggerated.
  • the discharge port 31 includes a discharge hole 31a having an inner diameter D0 and a mounting hole 31b having an inner diameter D1 larger than the discharge hole 31a.
  • the mounting hole 31b is connected to the outer opening of the discharge hole 31a through a radial mounting surface.
  • the thin film valve 26 is fixed to the mounting surface and closes the outer opening of the discharge port 31.
  • the inner diameter D0 is about 7.77 mm
  • the inner diameter D1 is about 12 mm.
  • the knife ring 28 has a circular shape corresponding to the cross-sectional shape of the discharge port 31 and has a through hole 32 having an inner diameter D 2.
  • the knife ring 28 is disposed outside the thin film 27 and exposed to the outer surface of the battery container 11.
  • the inner diameter D2 is about 8 mm.
  • the knife ring 28 is provided with a cleavage protrusion 33 that protrudes inwardly of the circular through hole 32.
  • the cleaving protrusion 33 includes a leading edge 34 that is a protruding end, a first inclined edge 35 that extends toward one end of the through-hole 32 around the leading edge 34, and a second inclined edge that extends toward the other end of the through-hole 32. 36, and the leading edge 34 has an acute angle.
  • the first inclined edge 35 extends between the leading edge 34 and the end of the circular arc surface on one side in the circumferential direction of the through hole 32, and the second inclined edge 36 penetrates the leading edge 34. It extends between the end of the circular arc surface on the other circumferential side of the hole 32.
  • the first inclined edge 35 of the cleavage protrusion 33 shown in FIG. 6 is shorter than the second inclined edge 36.
  • the width dimension M in the radial direction of the knife ring 28 at the portion of the cleavage protrusion 33 is about 3 mm.
  • the circumferential width dimension W1 of the first inclined edge 35 is about 0.5 mm, and the circumferential width dimension W2 of the second inclined edge 36 is about 1.5 mm.
  • the cleaving protrusion 33 has first and second inclined edges 35 and 36 extending from the tip edge 34 to both sides in the circumferential direction of the through hole 32, and when the pressure inside the battery container 11 is increased above a predetermined value.
  • the thin film 27 is cleaved by the internal pressure applied to the thin film 27, that is, a tear is generated to open the inside of the battery container 11.
  • the internal pressure of the battery container 11 is applied to the entire inner surface of the thin film 27, but stress concentration occurs in the portion of the thin film 27 that contacts the tip edge 34 of the cleavage protrusion 33 due to the internal pressure. For this reason, when the internal pressure is increased above a predetermined value, a portion of the thin film 27 that contacts the tip edge 34 is broken, and a tear is generated from this portion.
  • the thin film 27 When a tear is generated in the thin film 27, as shown in FIG. 7, the thin film 27 has a rupture portion, that is, a rupture portion 29 whose outer peripheral surface is a portion corresponding to the inner peripheral surface of the cleavage protrusion 33 and the through hole 32.
  • the cleaving portion 29 is bent with the portion where the tear is generated first as a tip portion and the portion facing the cleaving protrusion 33 as a base end portion to open the discharge port 31. Thereby, it is prevented that the pressure inside the battery container 11 is excessively increased, and the safety of the secondary battery 10 is ensured. 6 and 7, the thin film 27 is indicated by a thick solid line.
  • the lengths of both inclined edges 35 and 36 may be made equal. However, if the first inclined edge 35 is shortened, the first first short edge 35 is broken when the thin film 27 is cleaved. The portion of the inclined edge 35 is first cleaved, and then the portion of the long second inclined edge 36 is cleaved, and the portion of the thin film 27 that is in contact with the cleavage protrusion 33 becomes the open end portion. In the thin film 27, the portion of the cleavage protrusion 33 is first broken, so that the base end portion of the cleavage portion 29 is left on the lid plate 14 and the possibility that the cleavage portion 29 is held by the lid plate 14 is increased.
  • the film thickness of the engraved part may not be constant overall, and after forming the engraved part It was necessary to measure the thickness of the engraved part.
  • the thin film valve 26 can be formed by a simple process without etching the groove or measuring the film thickness. While being able to manufacture, the manufacturing yield of the thin film valve 26 as a safety valve can be improved.
  • FIG. 8 shows a state in which the outer peripheral portion of the thin film valve 26 is irradiated with the laser light L with the thin film valve 26 disposed on the lid plate 14.
  • the laser light L is applied to the thin film 27 when the entire circumference of the boundary portion between the outer peripheral portion of the knife ring 28 and the inner peripheral portion of the attachment hole 31b is irradiated. L is not directly irradiated.
  • the heat of the knife ring 28 and the cover plate 14 that are thicker than the thin film 27 heated by the laser light L is indirectly transmitted from the knife ring 28 to the thin film 27, so that the outer peripheral portion of the thin film 27 is dissolved. Without being damaged, it is softened or melted and fixed to the cover plate 14 by welding. Therefore, the thin film valve 26 can be easily welded to the cover plate 14 as compared with the case where the thin film 27 is directly irradiated with the laser beam and the thin film 27 is directly welded to the cover plate 14. The yield of welding can be improved.
  • the thin film valve 26 may be fixed to the cover plate 14 by irradiating only the outer peripheral portion of the knife ring 28 without irradiating the inner peripheral portion of the mounting hole 31b with the laser beam L.
  • the thin film valve 26 can be attached to the cover plate 14 by welding or bonding the thin film 27 and the knife ring 28 in advance if the discharge port 31 can be closed while the internal pressure of the battery container 11 does not increase.
  • the knife ring 28 to which the thin film 27 is fixed may be welded to the cover plate 14, and after the thin film 27 is pre-welded or bonded to the cover plate 14, the knife ring 28 is welded to the cover plate 14. May be.
  • FIG. 9 is a plan view showing a modification of the thin film valve 26, and shows the same portion as FIG. 6 (B).
  • members having commonality with the members shown in FIG. 9 are members having commonality with the members shown in FIG.
  • a scattering prevention part 37 is provided on the inner peripheral surface of the knife ring 28 so as to face the cleavage protrusion 33, and the scattering prevention part 37 faces the cleavage protrusion 33 inward in the radial direction. It protrudes.
  • the base 29 is prevented from being cut by the anti-scattering portion 37 in the cleavage portion 29 of the thin film 27 that is torn at the tip edge 34 portion. It is held while attached to the lid plate 14 side.
  • the cleaved part 29 which is cut and cleaved in the thin film 27 can be reliably retained on the cover plate 14.
  • the anti-scattering portion 37 has a tip surface 37 a and both side surfaces 37 b connected to the right angle, and is composed of three orthogonal sides.
  • the length dimension N of the tip surface 37a is about 2 mm
  • the radial width dimension P of the knife ring 28 at the portion of the anti-scattering portion 37 is about 2.5 mm.
  • the shape of the anti-scattering portion 37 is not limited to the shape consisting of three orthogonal sides as shown in FIG. 9, but the tip end surface of the anti-scattering portion 37 may be an arc surface as shown by a two-dot chain line 38. good. Further, each scattering prevention part 37 may be bent away from the thin film 27 without contacting the thin film 27.
  • the secondary battery 10 shown in FIGS. 1 to 3 is a single battery, that is, a battery cell, and a plurality of battery cells are combined in series or in parallel via the electrode terminals 17 and 18 to assemble a high-power module battery. .
  • a module battery can be used as a power supply source for a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the above-described embodiment shows a case where the thin film valve 26 is attached to the cover plates 13 and 14 of the battery container 11.
  • the thin film valve is applied to any container or pipe member in which a pressure generation source is accommodated. can do.
  • the secondary battery is not limited to a cylindrical type, and may be a square type.
  • the thin film valve of the present invention can be applied to a plate material that separates the inside from the outside, such as a container for a secondary battery such as a lithium ion battery.
  • the thin film valve is provided at a discharge port formed in the plate member, and discharges the internal pressure to the outside when the internal pressure becomes a predetermined value or more.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

薄膜弁２６は、圧力発生源を有する内側と外側とを仕切る板材に形成された排出口３１に設けられる。薄膜弁２６は、排出口３１の外側開口部を閉塞する薄膜２７と、排出口３１に対応した形状の貫通孔３２を有し、薄膜２７の外側に配置されるナイフリング２８とを有し、ナイフリング２８には開裂突起３３が内方に突出して設けられ、開裂突起３３は内側の圧力が高まったときに薄膜２７を開裂する。

Description

薄膜弁およびそれを備えた二次電池
　本発明は、板材により形成された二次電池の電池容器等のように内側の圧力が所定値以上となったときに内側の圧力を外側に排出する薄膜弁およびそれを備えた二次電池に関する。
　板材により形成され、圧力発生源が収容される容器等には、内側の圧力が所定値以上となったときに、内部の圧力を排出するための安全弁として薄膜弁が設けられる場合がある。例えば、二次電池は電池容器を有し、電池容器には内部の圧力が所定値以上となったときに内部の圧力を排出するための薄膜弁が設けられている。薄膜弁は開裂弁とも言われる。
　二次電池は、充電を行うことにより電気を蓄える蓄電機能を有しており、二次電池には、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池等がある。このような二次電池は、携帯型電子機器の駆動源として使用され、さらにハイブリッド自動車や電気自動車の電力供給源として使用される。また、二次電池は、工場やオフィスビルにおいて電力をバックアップしたり、風力発電や太陽光発電等の分散型再生可能エネルギーを利用したりするための電力貯蔵設備として使用される。
　二次電池は、正極板および負極板を備えた電極群と電解液とを有しており、これらは板材からなる電池容器に収容される。例えば、リチウムイオン電池は、正極板と負極板とこれらの間に配置されて正極板と負極板との短絡を防止するセパレータとを積層して得られる電極群を有しており、電解液としては、有機溶媒にリチウム塩が溶解された非水電解液が使用される。正極板と負極板とセパレータとを円筒形状に捲回積層して電極群を形成し、電極群の端部に集電タブを配置した形態の二次電池は円筒型である。一方、電極群を円筒形状に捲回することなく、扁平形状に捲回、または直方体形状に積層した形態の二次電池は角型である。
　円筒型の電池容器は、側板とこの側板の両端部に取り付けられる蓋板とを有し、角型の電池容器は箱体とこれの開口部を覆う蓋板とを有している。それぞれの蓋板には、電池容器の内部の温度が過度に高められて、容器内に発生したガスが所定値以上となった場合にガスを外部に排出するための安全弁として薄膜弁が設けられている。
　特許文献１には、角形非水電解液二次電池用の安全弁が記載されている。この安全弁は、厚さが５０μｍの薄膜を備えた薄膜弁であり、エッチングにより馬蹄形状の溝を薄膜に形成することにより、彫り込み部が薄膜に設けられている。彫り込み部の膜厚つまりエッチング処理による薄膜の残厚は１５μｍに設定されている。電池容器の内圧が所定の圧力となると、薄膜が彫り込み部の部分で薄膜が破断することにより、内部を開放するように薄膜が開裂して容器内部のガスが外部に排出される。
特許第３６３７８０６号公報
　従来の安全弁つまり薄膜弁のように、薄膜をエッチング処理して彫り込み部を形成すると、彫り込み部の膜厚が一端部から他端部までの全長において一定にならないことがある。このため、彫り込み部の膜厚を折り込み部の多数点において測定し、所定の膜厚が維持されていない安全弁は廃棄されており、薄膜に彫り込み部を形成するようにした安全弁においては膜厚測定工程を含めて多くの工程が必要となるとともに、安全弁の製造歩留まりを向上させることができないという問題点がある。また、薄膜をエッチング処理する場合には、処理液の濃度が変化すると、彫り込み部の厚みが設定値に維持されなくなるので、エッチング液の濃度管理を厳密に行う必要があるという問題点がある。
　薄膜は電池容器の内面にレーザー溶接により溶接されており、膜厚５０μｍの薄膜の外周部を電池容器に直接溶接すると、薄膜の外周部が溶解してしまうことがある。このため、溶接条件の設定管理を容易に行うことができず、溶接の歩留まりを向上させることができないという問題点がある。
　さらに、安全弁の設置スペースが限られた電池容器においては、薄膜の外径を大きく設定することができない。薄膜の外径が小さくなると、薄膜の受圧面積が小さくなるので、容器内のガスの圧力が大きくならないと、薄膜が開裂しなくなり、安全弁の作動特性を向上することができないという問題点がある。特に、作業性の良い円形での溶接設置を行う場合には、圧力を受けた際に薄膜がドーム状に変形するため、作動特性が著しく低下する場合がある。
　本発明の目的は、薄膜を備えた薄膜弁を少ない工程で容易に製造することができるようにすることにある。
　本発明の他の目的は、小型の薄膜を備えた薄膜弁の作動特性を向上することにある。
　本発明の薄膜弁は、圧力発生源を有する内側と外側とを仕切る板材に形成された排出口に設けられる薄膜弁であって、前記板材に設けられ、前記排出口の外側開口部を閉塞する薄膜と、前記排出口に対応した形状の貫通孔を有し、前記薄膜の外側に配置されるナイフリングと、前記ナイフリングに内方に突出して設けられ、前記内側の圧力が高まったときに前記薄膜を開裂する開裂突起と、を有する。
　本発明の二次電池は、排出口が形成された板材としての蓋板および側板を備え、正極板および負極板を有する電極群と電解液とを内側に収容する電池容器と、上記薄膜弁とを有する。
　薄膜弁は薄膜とその外側に配置され貫通孔が設けられたナイフリングとを有し、板材に形成された排出口を閉塞する。ナイフリングには内方に突出する開裂突起が設けられ、薄板に圧力が加わると、開裂突起により薄板が開裂されて内側の圧力が外部に排出される。これにより、薄膜弁を小型化し、薄膜の受圧面積を小さくしても、所定の開裂圧力により薄膜を開裂することができ、薄膜弁の作動特性を向上させることができる。薄膜弁を電池容器に適用すると、大型の薄膜弁を設けるスペースが電池容器の蓋板に確保されていなくとも、小型の薄膜弁を設けることができ、電池容器の内部圧力が所定の開裂圧力となったときに内部の圧力を排出することができる。
　薄膜にはエッチング加工により彫り込み溝を形成することが不要となるとともに、彫り込み溝の部分の薄膜の厚みを測定する工程が不要となり、薄膜弁を容易に製造することができ、さらに製造歩留まりを向上させることができる。
薄膜弁が設けられた二次電池を示す一部省略正面図である。 （Ａ）は図１の左側面図であり、（Ｂ）図１の右側面図である。 図１の左端部を示す斜視図である。 二次電池の一端部を示す拡大断面図である。 （Ａ）は薄膜弁の分解斜視図であり、（Ｂ）は薄膜弁の斜視図である。 （Ａ）は図４におけるＡ部の拡大断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。 薄膜弁の薄膜が開裂した状態を示す断面図である。 薄膜弁を電池容器に溶接している状態を示す拡大断面図である。 薄膜弁の変形例を示す平面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示される二次電池１０は電池容器１１を有しており、電池容器１１は円筒形状の側板１２と側板１２の両端部に取り付けられる蓋板１３、１４とにより形成される。電池容器１１の内側には収容室が形成され、板材からなる電池容器１１により内側の収容室と外側とが仕切られている。図１～図３に示される二次電池１０は、円筒型のリチウムイオン二次電池であり、図４に示されるように、電池容器１１の内部には軸芯１５が配置され、軸芯１５と側板１２との間のスペースには、電極群１６が収容される。電極群１６は、正極板と負極板とこれらの間に配置され正極板および負極板の短絡を防止するセパレータとを円柱形状に捲回して形成される。蓋板１３、１４は、アルミニウム合金や鋼（ＳＵＳ）等の金属材料により形成されている。
　軸芯１５の両端部には、電極端子１７，１８が取り付けられており、一方の電極端子１７は図２（Ａ）に示されるように一方の蓋板１３から突出し、他方の電極端子１８は図２（Ｂ）に示されるように他方の蓋板１４から突出している。２つの電極端子１７，１８の一方は正極端子であり、他方は負極端子である。電極端子１７の内方端部は軸芯１５の中空部内に嵌合され、図４に示されるように、電極群１６の端面に突き当てられる集電部１９が電極端子１８に設けられている。他方の電極端子１７も電極端子１８と同様の構造である。
　電極端子１７、１８を蓋板１３，１４に締結するために、電極端子１７、１８の突出端部にはナット２１がねじ結合され、ゴムや樹脂からなるワッシャー２２がナット２１と蓋板１３、１４の間に締結される。蓋板１３、１４と集電部１９との間には、シール部材２３が装着される。電極端子１７、１８には、ねじ孔２４が端面に開口して形成されており、ねじ孔２４にねじ結合される図示しないボルトにより、電極端子１７、１８にはバスバー等の通電部材が取り付けられる。
　電池容器１１には電解液が注入される。電解液としては、有機溶媒にリチウム塩が溶解された非水電解液が使用される。電解液を電池容器１１の内部に注入するために、一方の蓋板１３には、図示しない注液孔が設けられており、電池容器１１の内部に電極群１６等の部材が組み込まれた状態のもとで、注液孔から電解液が電池容器１１の内部に注入される。電解液を注入した後には注液孔は、図２（Ａ）に示されるように、封止栓つまりリベット２５により封止される。電解液が注入されると、電極群１６は電解液が浸潤された状態になる。なお、電解液は図示省略されている。
　それぞれの蓋板１３、１４には、図２に示されるように、安全弁としての薄膜弁２６が設けられている。薄膜弁２６は、電池容器１１の内部の温度が過度に高められて、容器内に発生したガスが万一所定の圧力以上となった場合にガスを外部に排出する。電池容器１１は、内側の収容室と外側とを仕切る板材であり、収容室に収容された電極群１６および電解液は、圧力発生源になる。
　それぞれの薄膜弁２６は、図５および図６に示されるように、薄膜２７とナイフリング２８とを備えており、蓋板１３、１４に形成された横断面形状が円形の排出口３１に配置される。薄膜２７は鋼（ＳＵＳ）の薄板をプレス加工により打ち抜くことにより製造される。ナイフリング２８は薄膜２７よりも厚い鋼（ＳＵＳ）の板材を打ち抜き加工することにより製造される。図４に示されるように、排出口３１の内側開口部は電池容器１１の内部に開口し、外側開口部は電池容器１１の外部に開口している。薄膜２７の厚みは約１０μｍであるが、薄膜２７の厚みとしては５～５０μｍの範囲であれば良い。ナイフリング２８の厚みは約２００μｍであるが、これよりも厚みを大きくしても良い。図５においては、それぞれの厚みが誇張して示されている。
　図６に示されるように、排出口３１は、内径Ｄ0の排出孔３１ａと、排出孔３１ａよりも大径の内径Ｄ1の取付孔３１ｂとからなる。取付孔３１ｂは排出孔３１ａの外側開口部に径方向の取付面を介して連なっている。薄膜弁２６は、取付面に固定されて排出口３１の外側開口部を閉塞する。内径Ｄ0は、約７．７７ｍｍであり、内径Ｄ1は約１２ｍｍである。
　ナイフリング２８は排出口３１の断面形状に対応した円形であって内径Ｄ2の貫通孔３２を有し、薄膜２７の外側に配置され電池容器１１の外面に露出される。内径Ｄ2は約８ｍｍである。ナイフリング２８には、円形の貫通孔３２の内方に突出する開裂突起３３が設けられている。開裂突起３３は突出端である先端エッジ３４と、先端エッジ３４を中心として貫通孔３２の一方端側に延びる第１の傾斜エッジ３５と、貫通孔３２の他方端側に延びる第２の傾斜エッジ３６とを有しており、先端エッジ３４は鋭角である。このように、第１の傾斜エッジ３５は先端エッジ３４と貫通孔３２の円周方向一方側の円弧面の端部との間において延びており、第２の傾斜エッジ３６は先端エッジ３４と貫通孔３２の円周方向他方側の円弧面の端部との間において延びている。
　図６に示される開裂突起３３の第１の傾斜エッジ３５は、第２の傾斜エッジ３６よりも短い。開裂突起３３の部分のナイフリング２８の径方向の幅寸法Ｍは約３ｍｍである。第１の傾斜エッジ３５の円周方向の幅寸法Ｗ1は約０．５ｍｍであり、第２の傾斜エッジ３６の円周方向の幅寸法Ｗ2は約１．５ｍｍである。
　開裂突起３３は先端エッジ３４から貫通孔３２の円周方向両側に延びる第１と第２の傾斜エッジ３５、３６を有しており、電池容器１１の内部の圧力が所定値よりも高められると、薄膜２７に加わる内圧により薄膜２７は開裂つまり、裂け目が発生して電池容器１１の内部を開放する。電池容器１１の内部の圧力は、薄膜２７の内面全体に加わることになるが、薄膜２７のうち、開裂突起３３の先端エッジ３４に接触する部分には、内部圧力により応力集中が発生する。このため、内部の圧力が所定値よりも高められると、薄膜２７のうち先端エッジ３４に接触する部分が破られて、この部分から裂け目が発生する。
　薄膜２７に裂け目が発生すると、図７に示されるように、薄膜２７には開裂突起３３と貫通孔３２の内周面に対応した部分を外周面とする破断部分つまり開裂部２９が発生する。開裂部２９は、最初に裂け目が発生した部分を先端部とし、開裂突起３３に対向する部分を基端部として、折り曲げられて排出口３１を開放する。これにより、電池容器１１の内部の圧力が過度に高められることが防止され、二次電池１０の安全が確保される。なお、図６および図７においては、薄膜２７は太い実線で示されている。
　先端エッジ３４が鋭角であれば、両方の傾斜エッジ３５、３６の長さを等しくするようにしても良いが、第１の傾斜エッジ３５を短くすると、薄膜２７の開裂時には、短寸の第１の傾斜エッジ３５の部分が先に開裂し、その後に長寸の第２の傾斜エッジ３６の部分が開裂することになり、薄膜２７のうち開裂突起３３に接触した部分が開放端部となる。薄膜２７は、開裂突起３３の部分が先に破断されるので、開裂部２９の基端部は蓋板１４に残されて開裂部２９が蓋板１４に保持される可能性が高められる。
　ナイフリング２８に開裂突起３３を設けない薄膜弁と、開裂突起３３を設けた薄膜弁２６とについて、それぞれ膜厚を１０μｍとして薄膜２７が開裂するときの電池容器１１内の圧力を比較実験した。その結果、開裂突起３３を設けない場合には、内部圧力が２．２～２．４Ｍｐａのときに薄膜２７が開裂したのに対し、開裂突起３３をナイフリング２８に設けた場合には、１．３０～１．３８Ｍｐａで薄膜２７が開裂した。このように、薄膜弁２６の外径を小さくしても、低い圧力で薄膜２７が開裂することが判明し、小型の薄膜２７を備えた薄膜弁２６の作動特性を向上させることができる。
　従来のように、薄膜に馬蹄形状の溝をエッチング処理して馬蹄形状の彫り込み部を形成する場合には、彫り込み部の膜厚が全体的に一定とならないことがあり、彫り込み部を形成した後に、彫り込み部の肉厚を測定する必要があった。これに対し、予め一定の厚みに膜厚が管理された薄膜２７を薄膜弁２６として使用すると、溝をエッチング加工したり、膜厚測定をしたりすることなく、簡単な工程により薄膜弁２６を製造することができるとともに、安全弁としての薄膜弁２６の製造歩留まりを向上させることができる。
　薄膜弁２６を構成する薄膜２７とナイフリング２８は、蓋板１３、１４にレーザー溶接により溶接される。図８は薄膜弁２６が蓋板１４に配置された状態のもとで、レーザー光Ｌを薄膜弁２６の外周部に照射している状態を示す。
　ナイフリング２８は薄膜２７の外側に配置されているので、ナイフリング２８の外周部と取付孔３１ｂの内周部との境界部分の全周にレーザー光Ｌを照射すると、薄膜２７にはレーザー光Ｌが直接照射されることがない。薄膜２７よりも厚みの大きなナイフリング２８と蓋板１４とがレーザー光Ｌにより加熱された熱が、ナイフリング２８から薄膜２７に間接的に伝達されることにより、薄膜２７の外周部は溶解してしまうことなく、軟化ないし溶融されて蓋板１４に溶接固定される。したがって、薄膜２７に直接レーザー光を照射して薄膜２７を蓋板１４に直接溶接する場合と比較して、薄膜弁２６を容易に蓋板１４に溶接することができ、高品質の薄膜弁２６の溶接の歩留まりを向上させることができる。
　なお、薄膜弁２６の蓋板１４に対する溶接固定は、取付孔３１ｂの内周部にレーザー光Ｌを照射することなく、ナイフリング２８の外周部のみに照射するようにしても良い。また、薄膜弁２６の蓋板１４に対する取付は、電池容器１１の内圧が高まらない状態で排出口３１を閉塞できるのであれば、薄膜２７とナイフリング２８とを予め溶接したり、接着しておき、薄膜２７が固定されたナイフリング２８を蓋板１４に溶接するようにしても良く、薄膜２７を蓋板１４に予め溶接したり接着した後に、ナイフリング２８を蓋板１４に溶接するようにしても良い。
　図９は薄膜弁２６の変形例を示す平面図であり、図６（Ｂ）と同様の部分が示されている。図９においては、図６（Ｂ）に示された部材と共通性を有する部材には同一の符号が付されている。
　図９に示されるように、ナイフリング２８の内周面には開裂突起３３に対向して飛散防止部３７が設けられており、飛散防止部３７は径方向内方に開裂突起３３に向けて突出している。このように、飛散防止部３７を設けると、薄膜２７のうち、先端エッジ３４の部分で切り裂かれた開裂部２９は、その基端部が飛散防止部３７により切断されることが防止されて、蓋板１４側に付着したまま保持される。これにより、飛散防止部３７を設けない場合に比して、薄膜２７のうち切り裂かれて開裂した開裂部２９は、確実に蓋板１４に残留保持させることができる。
　飛散防止部３７は、図９に示されるように、先端面３７ａとこれに連なる両側面３７ｂとが直角となっており、直交する３辺からなる。先端面３７ａの長さ寸法Ｎは約２ｍｍであり、飛散防止部３７の部分のナイフリング２８の径方向の幅寸法Ｐは約２．５ｍｍである。飛散防止部３７の形状としては、図９に示されるように直交する３辺からなる形状に限られることなく、二点鎖線３８で示すように、飛散防止部３７の先端面を円弧面としても良い。また、それぞれの飛散防止部３７を薄膜２７に接触させることなく、薄膜２７から離れる方向に屈曲させても良い。
　図１～図３に示される二次電池１０を単電池つまり電池セルとして、複数の電池セルを、電極端子１７、１８を介して直列または並列に組み合わせることにより、高電力のモジュール電池が組み立てられる。このようなモジュール電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車の電力供給源として使用することができる。
　上述した実施の形態は、薄膜弁２６を電池容器１１の蓋板１３、１４に取り付けた場合を示すが、内部に圧力発生源が収容される容器や管部材であれば、上記薄膜弁を適用することができる。
　本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、二次電池としては、円筒型に限られることなく、角型でも良い。
　本発明の薄膜弁は、リチウムイオン電池等の二次電池の容器等のように、内部と外部とを仕切る板材に適用することができる。薄膜弁は、前記板材に形成された排出口に設けられ、内部の圧力が所定値以上となったときに内部の圧力を外部に排出する。

Claims (5)

  1. 　圧力発生源を有する内側と外側とを仕切る板材に形成された排出口に設けられる薄膜弁であって、
    　前記板材に設けられ、前記排出口の外側開口部を閉塞する薄膜と、
    　前記排出口に対応した形状の貫通孔を有し、前記薄膜の外側に配置されるナイフリングと、
    　前記ナイフリングに内方に突出して設けられ、前記内側の圧力が高まったときに前記薄膜を開裂する開裂突起と、
    　を有する薄膜弁。
  2. 　請求項１記載の薄膜弁において、前記開裂突起は先端エッジと、前記先端エッジと前記貫通孔との間に前記先端エッジから前記貫通孔の一方端側に延びる第１の傾斜エッジと、前記先端エッジと前記貫通孔との間で前記先端エッジから前記貫通孔の他方端側に延びる第２の傾斜エッジと、を有する薄膜弁。
  3. 　請求項２記載の薄膜弁において、前記第１の傾斜エッジは前記第２の傾斜エッジよりも短い、薄膜弁。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の薄膜弁において、前記開裂突起に対向して前記ナイフリングに内方に突出して設けられ、前記開裂突起により開裂された前記薄膜のうちの開裂部の基端部を前記板材に保持する飛散防止部を有する、薄膜弁。
  5. 　排出口が形成された板材としての蓋板および側板を備え、正極板および負極板を有する電極群と電解液とを内側に収容する電池容器と、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の薄膜弁と、
    　を有する二次電池。
PCT/JP2018/016256 2017-04-26 2018-04-20 薄膜弁およびそれを備えた二次電池 WO2018198954A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019514454A JP6895092B2 (ja) 2017-04-26 2018-04-20 薄膜弁およびそれを備えた二次電池

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017086861 2017-04-26
JP2017-086861 2017-04-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018198954A1 true WO2018198954A1 (ja) 2018-11-01

Family

ID=63919232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/016256 WO2018198954A1 (ja) 2017-04-26 2018-04-20 薄膜弁およびそれを備えた二次電池

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6895092B2 (ja)
WO (1) WO2018198954A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022117723A1 (de) * 2020-12-02 2022-06-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54152931U (ja) * 1978-04-14 1979-10-24
JPS6065976U (ja) * 1983-10-14 1985-05-10 富士電気化学株式会社 アルカリ電池
JP2001256946A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Sanyo Electric Co Ltd 円筒型二次電池
JP2001256945A (ja) * 2000-03-09 2001-09-21 Sanyo Electric Co Ltd 電池の安全弁
JP2011040391A (ja) * 2009-08-14 2011-02-24 Sb Limotive Co Ltd 二次電池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54152931U (ja) * 1978-04-14 1979-10-24
JPS6065976U (ja) * 1983-10-14 1985-05-10 富士電気化学株式会社 アルカリ電池
JP2001256945A (ja) * 2000-03-09 2001-09-21 Sanyo Electric Co Ltd 電池の安全弁
JP2001256946A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Sanyo Electric Co Ltd 円筒型二次電池
JP2011040391A (ja) * 2009-08-14 2011-02-24 Sb Limotive Co Ltd 二次電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022117723A1 (de) * 2020-12-02 2022-06-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle

Also Published As

Publication number Publication date
JP6895092B2 (ja) 2021-06-30
JPWO2018198954A1 (ja) 2020-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101698258B1 (ko) 밀폐형 이차 전지
KR100560158B1 (ko) 고 안전성 리튬 이차 전지 및 그 제조방법
WO2010053100A1 (ja) 密閉型電池
CN109768339B (zh) 二次电池
US20130196191A1 (en) Sealed battery
KR20160131416A (ko) 전류 제한 기능의 전극리드를 포함하는 파우치형 이차전지
KR101910738B1 (ko) 이차전지용 캡조립체 및 그 이차전지
JP2010272389A (ja) 密閉型電池
KR20170021102A (ko) 전지 셀
US20210159474A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
EP2660896B1 (en) Rechargeable battery
KR20140087773A (ko) 안정성이 향상된 파우치형 이차전지
JPH10284035A (ja) 密閉型電池用防爆封口板およびその製造方法
KR101846050B1 (ko) 전류 제한 기능의 전극리드를 포함하는 파우치형 이차전지
WO2018198954A1 (ja) 薄膜弁およびそれを備えた二次電池
KR20170012138A (ko) 이차전지용 캡조립체 및 그 이차전지
JP2018037327A (ja) 密閉型二次電池
JP2016103412A (ja) 角形二次電池
WO2019054079A1 (ja) 電池モジュール
JP2008270032A (ja) 二次電池モジュール
JP3322566B2 (ja) 密閉型電池用防爆封口板
KR101136215B1 (ko) 이차 전지
KR102335696B1 (ko) 전류차단부재 및 캡 조립체
JP4222820B2 (ja) 電池用安全機構の製造方法
JP2007042527A (ja) 円筒型二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18791468

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019514454

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18791468

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1