JP-2026077353-A - 蓄電デバイス

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Abstract

【課題】高い気密性を保ちながらも、開弁後には、外気がケース内に逆流入したり、ケース内部と外部が連通した状態となるのを適切に防止できる蓄電デバイスを提供する。【解決手段】蓄電デバイス1,11,21,31,41は、金属からなるケース4,14,24,34,44と、ケース内に収容された電極体2とを備え、ケースは、開弁圧が第１開弁圧POsである非復帰型の安全弁部5,35と、安全弁部と直列に配置され、開弁圧が第１開弁圧よりも低い第２開弁圧POrである逆止機構6,16,26,36,46であって、安全弁部及び逆止機構の開弁によるガスGS放出後のケース内圧PIcの低下によって閉弁して、ケースの外部からケース内への外気ARの流入を防止する逆止機構と、を含む複合弁部7,17,27,37,47を有する【選択図】図１

Inventors

佐藤良彦

Assignees

プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20241025

Claims (5)

金属からなるケースと、前記ケース内に収容された電極体と、を備える蓄電デバイスであって、前記ケースは、開弁圧が第１開弁圧である非復帰型の安全弁部と、前記安全弁部と直列に配置され、開弁圧が前記第１開弁圧よりも低い第２開弁圧である逆止機構であって、前記安全弁部及び前記逆止機構の開弁による、前記ケース内のガス放出後のケース内圧の低下によって閉弁して、前記ケースの外部から前記ケース内への外気の流入を防止する逆止機構と、を含む複合弁部を有する蓄電デバイス。
請求項１に記載の蓄電デバイスであって、前記安全弁部は、前記ケースをなすケース側壁に設けられており、前記逆止機構は、前記ケース側壁のうち前記安全弁部を囲む弁周囲部に外側から気密に取り付けられて、前記安全弁部を前記ケースの外側から気密に覆ってなる蓄電デバイス。
請求項１に記載の蓄電デバイスであって、前記安全弁部は、前記ケースをなすケース側壁に設けられており、前記逆止機構は、前記ケース側壁のうち前記安全弁部を囲む弁周囲部に内側から気密に取り付けられて、前記安全弁部を前記ケースの内側から気密に覆ってなる蓄電デバイス。
請求項１に記載の蓄電デバイスであって、前記逆止機構は、前記ケースをなすケース側壁に一体に成形された本体部を有し、前記安全弁部は、前記逆止機構に一体に設けられてなる蓄電デバイス。
請求項１に記載の蓄電デバイスであって、前記複合弁部は、独立の複合弁構造体をなしており、前記複合弁構造体は、前記ケースをなすケース側壁に取り付けられてなる蓄電デバイス。

Description

本発明は、安全弁を備える蓄電デバイスに関する。特許文献１のように、復帰型の安全弁を用いた二次電池が知られている。一方、第２文献のように、非復帰型の安全弁を用いた二次電池も知られている。特開２００７－５９１４５号公報特開２０２３－８８６６３号公報実施形態１に係る電池のうち、複合弁部をなす安全弁及び逆止機構の付近を拡大して示す部分拡大断面図である。実施形態１に係り、安全弁及び逆止機構を通じたガス放出を示す説明図である。実施形態１に係り、ガス放出後に逆止機構を閉じた状態を示す説明図である。実施形態２に係る電池のうち、複合弁部をなす安全弁及び逆止機構の付近を拡大して示す部分拡大断面図である。実施形態２に係り、安全弁及び逆止機構を通じたガス放出を示す説明図である。実施形態２に係り、ガス放出後に逆止機構を閉じた状態を示す説明図である。実施形態３に係る電池のうち、複合弁部をなす安全弁及び逆止機構の付近を拡大して示す部分拡大断面図である。実施形態４に係る電池のうち、複合弁部をなす安全弁及び逆止機構の付近を拡大して示す部分拡大断面図である。実施形態５に係る電池のうち、複合弁構造体をなす安全弁及び逆止機構の付近を拡大して示す部分拡大断面図である。変形形態１に係る電池のうち、複合弁構造体をなす安全弁及び逆止機構の付近を拡大して示す部分拡大断面図である。（実施形態１）以下、本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池である電池１（蓄電デバイスの一例）を、図１から図３を参照しつつ説明する。この電池１は、角型で密閉型のリチウムイオン二次電池であり、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車等の車両や各種の機器に搭載される。本実施形態の電池１は、ケース４と、このケース４の内部に収容された電極体２と、ケース４に固設された図示しない正極端子及び負極端子と、ケース４内に収容された電解液３とから構成されている。このうち、ケース４は、金属（本実施形態ではアルミニウム）からなり、直方体の箱状である。電極体２は、ケース４内で、図示しない袋状の絶縁フィルムに覆われている。またケース４内に収容された電解液３は、その一部が電極体２内に含浸され、他の一部はケース４の図示しない底部に溜まっている。ケース４内に収容された電極体２は、矩形板状の正極板２Ｐと、矩形板状の負極板２Ｎとを矩形板状のセパレータ２Ｓを介して、図１において紙面に直交する方向に積層してなる。電極体２のうち、正極板２Ｐは、その両表面に、正極活物質粒子と導電粒子と結着剤とからなる正極活物質層２ＰＡを備える。本実施形態では、正極活物質粒子として、リチウム遷移金属複合酸化物粒子、具体的には、例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物粒子を用いている。導電粒子としては、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）を用いている。また、結着剤には、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いている。一方、負極板２Ｎは、その両表面に、負極活物質粒子と結着剤とからなる負極活物質層２ＮＡとを備える。本実施形態では、負極活物質粒子として黒鉛粒子２ＮＡＣを用いている。この黒鉛粒子２ＮＡＣは炭素系活物質粒子の一例である。なお、炭素系活物質粒子としては、上述の黒鉛粒子のほか、アセチレンブラック、カーボンナノチューブなどの炭素系活物質が挙げられる。電解液３は、有機溶媒と支持塩であるフッ素を含有するリチウム塩とを有する可燃性の非水電解液である。本実施形態では、有機溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートとを混合した有機溶媒を用いている。また、フッ素を含有するリチウム塩として、ＬｉＰＦ6を用いている。非水電解液としては、上述のように可燃性の有機溶媒に電解質塩を溶解させた非水溶液系電解液が挙げられる。非水電解液に用いる可燃性の有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類が挙げられる。さらにこの電池１は、直方体状のケース４をなす六面のケース側壁のうちの一つに複合弁部７を有している。具体的には、ケース４のうち、図示しない有底四角筒状のケース本体の開口を閉塞する蓋体４Ｓに、非復帰型の安全弁部５と逆止機構の一例である逆止弁部６とからなる複合弁部７を有している。なお、蓋体４Ｓと収容された電極体２との間には、ケース内空間ＳＰが存在している。このケース内空間ＳＰに存在するガスＧＳの気圧をケース内圧ＰＩｃとする。本実施形態１の複合弁部７のうち安全弁部５は、蓋体４Ｓに設けられている。更に具体的には、プレス成形により蓋体４Ｓを得ると共に、蓋体４Ｓに一体に成形されてなる。一方、逆止弁部６は、安全弁部５と異なり、開弁と閉弁とを繰り返し可能な復帰型の弁部である。この逆止弁部６は、蓋体４Ｓのうち安全弁部５を囲む弁周囲部４ＳＶに外側（図１において上側）から気密に取り付けられて、安全弁部５を蓋体４Ｓの外側から気密に覆ってなる。本実施形態１では、蓋体４Ｓの弁周囲部４ＳＶに、逆止弁部６のうち後述する脚部６Ｍｆを、その全周に亘り、レーザ溶接による溶接部６Ｗによって気密に溶接してなる。このようにして、逆止弁部６は、安全弁部５に対して直列に配置されている。即ち後述するように、ケース４内のガスＧＳが、開弁した安全弁部５を通り、その後に逆止弁部６を通って外部に放出されるようにガス排出経路が設定されている。本実施形態１の安全弁部５は、内側（図１において下側）に窪む円形の弁凹部５Ｈと、この弁凹部５Ｈ内に設けられた薄板状の弁本体部５Ｓとからなる。この弁本体部５Ｓには、断面Ｖ溝状のノッチ５Ｎが所定の形状（例えば、円とＸ字が重なった形状）に形成されている。この弁本体部５Ｓの第１開弁圧は開裂圧ＰＯｓである。即ち、この弁本体部５Ｓは、ケース内圧ＰＩｃと大気圧との差圧が第１開弁圧である開裂圧ＰＯｓを超えた場合にノッチ５Ｎで開裂して、例えば図２に示すように、外側に反り返った開裂部５Ｂとなることで開弁して、ケース内空間ＳＰのガスＧＳを外側に放出する。なお、この安全弁部５は、非復帰型や破壊型と呼ばれる安全弁部であり、一旦開弁すると閉弁不能である。このため図３に示すように、開弁後にケース内圧ＰＩｃと大気圧との差圧が開裂圧ＰＯｓを下回っても、開裂部５Ｂは元に戻らないで、安全弁部５を通じて内外が連通したままとなる。一方、逆止弁部６は、金属（本実施形態１ではアルミニウム）からなる概略円筒状の弁本体部材６Ｍと、ステンレス板からなり円環状で中央に弁孔ＢＨを有する弁孔板６Ｈと、同じくステンレス板からなり、中央部分には弁孔ＢＨに対向してこれを塞ぐ弁体部６Ｂｖを有し、弁体部６Ｂｖの周囲には厚み方向に貫通するガス通過孔ＰＨを有する弁体板６Ｂと、バネ鋼からなるコイルばね６Ｓと、を備える。このうち弁本体部材６Ｍは、円筒状で内側に雌ネジ部６Ｍｓを設けた脚部６Ｍｆと、脚部６Ｍｆから外側（図１において上側）に延びる段付き円筒状の胴部６Ｍｄと、胴部６Ｍｄよりも外側に位置し、胴部６Ｍｄを外側から塞ぐと共に、中央部分に貫通孔の頂部放出孔ＲＨを有する頂部６Ｍｔとからなる。また、弁孔板６Ｈは、外周に雄ネジ部６Ｈｓが形成されている。逆止弁部６は、弁本体部材６Ｍの胴部６Ｍｄ内の胴部空間ＤＳに、コイルばね６Ｓ及び弁体板６Ｂをこの順に挿入し、さらに、脚部６Ｍｆの雌ネジ部６Ｍｓを用いて、外周に雄ネジ部６Ｈｓを設けた弁孔板６Ｈを、脚部６Ｍｆ内の弁閉空間ＢＳに螺入し、弁体板６Ｂを介して、コイルばね６Ｓを図１において上下方向に圧縮している。かくして、コイルばね６Ｓの弾性力によって、弁体板６Ｂを弁孔板６Ｈの側（図１において下側）に向けて付勢している。これにより、弁体板６Ｂの弁体部６Ｂｖが、弁孔ＢＨを塞ぐように弁孔板６Ｈに押し付けられている。但し、逆止弁部６は、開放空間である胴部６Ｍｄ内の胴部空間ＤＳの気圧、即ち大気圧に対し、脚部６Ｍｆ内の弁閉空間ＢＳ及び弁孔ＢＨの気圧が高くなり、差圧が第２開弁圧である開弁圧ＰＯｒを超えると、図２に示すように、弁体板６Ｂが上側に移動して、弁体部６Ｂｖによる弁孔ＢＨの閉塞が解除される。これにより、弁閉空間ＢＳから、弁孔ＢＨ、弁孔板６Ｈと弁体板６Ｂとの間隙、ガス通過孔ＰＨ、胴部空間ＤＳ、及び、頂部放出孔ＲＨを通じて、ガスＧＳが外部に排出される。その後、ガスＧＳが放出されて弁閉空間ＢＳ及び弁孔ＢＨの気圧と外気ＡＲの大気圧との差圧が開弁圧ＰＯｒを下回ると、コイルばね６Ｓの付勢により、弁体板６Ｂが下側に移動し弁体板６Ｂに当接して、弁体部６Ｂｖによって弁孔ＢＨが再び閉塞される。このように、逆止弁部６は、開弁と閉弁を繰り返すことができる復帰型の弁部である。また、逆止弁部６は、弁閉空間ＢＳ及び弁孔ＢＨの気圧が外気ＡＲの大気圧より低い場合には閉弁を維持するので、外気ＡＲが、頂部放出孔ＲＨから弁閉空間ＢＳに向けて逆流入することを防止する逆止弁としての機能をも有している。なお、安全弁部５が未開裂の状態では、弁閉空間ＢＳ及び弁孔ＢＨの気圧は、概ね電池１製造時の大気圧となっている。さらに、本実施形態１の電池１では、安全弁部５の開裂圧ＰＯｓに比して、逆止弁部６の開弁圧ＰＯｒを低く（ＰＯｓ＞ＰＯｒ）設定してある。このため、電池１では、内部短絡や異常加熱など何らかの理由でケース内圧ＰＩｃが急速に高まって、ケース内圧ＰＩｃ（ケース内圧ＰＩｃと大気圧との差圧）が開裂圧ＰＯｓを超えた場合には、安全弁部５が開弁する。さらに、これに続いて逆止弁部６が開弁する（図２参照）。これにより、ケース４内のガスＧＳは、開弁した安全弁部５の開裂口ＳＯ及び逆止弁部６内を通して外部に放出され、ケース内圧ＰＩｃを安全に低下させることができる。さらに、ガスＧＳの放出を終えてケース内圧ＰＩｃと大気圧との差圧が逆止弁部６の開弁圧ＰＯｒを下回ると、図３に示すように、開裂口ＳＯが開いたまま、即ち、安全弁部５は開弁したままであるが、逆止弁部６が閉弁する。かくして、ケース４の外部から内部へ外気ＡＲが逆流入するのを防止することができる。また、ケース４内外が連通したままの状態となるのを防止することができる。なお、本実施形態１では、逆止弁部６の脚部６Ｍｆ内に弁閉空間ＢＳを設け、弁本体部５Ｓと弁孔板６Ｈとの間に十分な高さの隙間を設けている。このため、開弁により発生した開裂部５Ｂが、弁孔板６Ｈに当たって、弁本体部５Ｓが開裂不十分となることも防止されている。なお前述したように、この電池１では、ケース４内に可燃性の電解液３を含んでいる。また、電極体２に黒鉛粒子など炭素系活物質粒子を含む活物質層を有する負極板２Ｎを有している。しかし、上述の逆止機構によって、適切に外気ＡＲの逆流入を防止できるので、ケース４内の電解液３や炭素系活物質粒子が、逆流入した外気ＡＲに触れたり、外気ＡＲに触れたままとなるのを抑止できる。加えてこの電池１では、安全弁部５が蓋体４Ｓに設ける一方、逆止弁部６は蓋体４Ｓの外側に設けた。このため、ケース４内に収容する電極体２や図示しない端子部材などの配置への影響が少ない。また、逆止弁部６をケース４内に設けないので、逆止弁部６に使用する材質などの制限が少なく、逆止弁部６の構成の自由度が高い利点が有る。なお、本実施形態１では、安全弁部５として、蓋体４Ｓの一部をプレス成形等で成形して蓋体４Ｓと一体型の安全弁部５を設けた。しかし、別途形成した別体の安全弁部材を、蓋体４Ｓに設けた貫通孔を塞ぐように気密に固定しても良い。加えて、この電池１の複合弁部７では、弁凹部５Ｈ内にノッチ５Ｎを有する薄板状の弁本体部５Ｓを設けた安全弁部５を用いている。このため、この安全弁部５が未開弁の状態では、安全弁部５で高い気密性を保ち得る。また安全弁部５の開裂圧ＰＯｓを一定に保ち易い。また、逆止弁部