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WO2021182080A1 - 密閉電池 - Google Patents

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Publication number
WO2021182080A1
WO2021182080A1 PCT/JP2021/006491 JP2021006491W WO2021182080A1 WO 2021182080 A1 WO2021182080 A1 WO 2021182080A1 JP 2021006491 W JP2021006491 W JP 2021006491W WO 2021182080 A1 WO2021182080 A1 WO 2021182080A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thin
walled portion
walled
valve
battery
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/006491
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
良太 沖本
曉 高野
Original Assignee
三洋電機株式会社
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 三洋電機株式会社 filed Critical 三洋電機株式会社
Priority to EP21767741.8A priority Critical patent/EP4120447A4/en
Priority to US17/908,464 priority patent/US20230098011A1/en
Priority to CN202180017051.3A priority patent/CN115176377B/zh
Priority to JP2022505888A priority patent/JPWO2021182080A1/ja
Publication of WO2021182080A1 publication Critical patent/WO2021182080A1/ja

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    • 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
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • 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
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
    • H01M50/152—Lids or covers characterised by their shape for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • 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

  • This disclosure relates to sealed batteries.
  • the sealing body has a structure in which, for example, an internal terminal plate, a lower valve body, an insulating member, an upper valve body, and a cap are laminated in this order.
  • the lower valve body and the upper valve body are connected to each other at the central portion thereof, and an insulating member is interposed between the peripheral portions thereof.
  • the lower valve body deforms and breaks so as to push the upper valve body toward the cap side, so that the current path between the lower valve body and the upper valve body is changed. It is blocked.
  • the upper valve body breaks and gas is discharged from the opening of the cap.
  • the conventional sealing body when an abnormality occurs in the battery and the internal pressure rises, the current path of the battery is cut off and a gas discharge path is formed, so that the battery at the time of the abnormality occurs. Safety is ensured.
  • the conventional sealing body has problems such as a large thickness, a large number of parts, and a complicated shape of parts. Therefore, there is a demand for a sealing body having a thin thickness, a simple structure, and a small number of parts while ensuring a function as a safety valve.
  • the sealed battery according to one aspect of the present disclosure is a sealed battery including an electrode body having an electrode tab, a bottomed tubular outer can for accommodating the electrode body, and a sealing body for closing the opening of the outer can. Therefore, the sealing body is surrounded by a first thin-walled portion formed in an annular shape and the first thin-walled portion that deforms so as to be convex to the outside of the battery when the internal pressure of the battery rises.
  • the valve portion and the linear second thin-walled portion formed on the valve portion are included, and the electrode tab or the metal plate to which the electrode tab is connected is arranged so as to intersect the second thin-walled portion. It is characterized in that it is joined to the inner surface of the valve portion so as to sandwich the second thin-walled portion.
  • the sealed battery provided with a sealing body having a thin thickness, a simple structure, and a small number of parts while ensuring a function as a safety valve.
  • the valve portion is deformed so as to be convex to the outside of the battery, and the linear thin-walled portion formed in the valve portion is broken and exhausted.
  • the electrode tab disengages from the seal and the current path of the battery is quickly cut off.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a sealed battery which is an example of the embodiment.
  • FIG. 2 is a bottom view of a sealed body which is an example of the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which the sealing body, which is an example of the embodiment, is inverted and broken.
  • FIG. 5 is a bottom view of a sealed body which is another example of the embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which the sealing body, which is another example of the embodiment, is inverted and broken.
  • the sealing body 17 side will be referred to as “top” and the bottom side of the outer can 16 will be referred to as “bottom”.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a sealed battery 10 which is an example of an embodiment.
  • the sealed battery 10 includes an electrode body 14, a bottomed tubular outer can 16 for accommodating the electrode body 14, and a sealing body 17 for closing the opening of the outer can 16.
  • the outer can 16 contains an electrolyte.
  • the electrode body 14 includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a separator 13 interposed between the positive electrode 11 and the negative electrode 12, and has a positive electrode tab 20 and a negative electrode tab 21 as electrode tabs.
  • the electrode tab is generally composed of a strip-shaped metal plate thicker than the core of the electrode.
  • the electrode body 14 has a winding structure in which the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are wound via the separator 13.
  • the electrolyte may be either an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte.
  • An example of a suitable sealed battery 10 is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery using a non-aqueous electrolyte.
  • the non-aqueous electrolyte includes, for example, a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent.
  • the non-aqueous solvent esters, ethers, nitriles, amides, a mixed solvent of two or more of these, and the like are used.
  • the non-aqueous solvent may contain a halogen substituent in which at least a part of hydrogen in these solvents is substituted with a halogen atom such as fluorine.
  • the non-aqueous electrolyte is not limited to the liquid electrolyte, and may be a solid electrolyte.
  • the electrolyte salt for example, a lithium salt such as LiPF 6 is used.
  • the electrode body 14 includes a long positive electrode 11, a long negative electrode 12, two long separators 13, a positive electrode tab 20 bonded to the positive electrode 11, and a negative electrode bonded to the negative electrode 12. It has a tab 21 and.
  • the negative electrode 12 is formed to have a size one size larger than that of the positive electrode 11 in order to suppress the precipitation of lithium. That is, the negative electrode 12 is formed longer than the positive electrode 11 in the longitudinal direction and the lateral direction (vertical direction).
  • the two separators 13 are formed at least one size larger than the positive electrode 11, and are arranged so as to sandwich the positive electrode 11, for example.
  • the positive electrode 11 has a positive electrode core body and positive electrode mixture layers provided on both sides of the positive electrode core body.
  • a foil of a metal stable in the potential range of the positive electrode 11 such as aluminum or an aluminum alloy, a film in which the metal is arranged on the surface layer, or the like can be used.
  • the positive electrode mixture layer contains a positive electrode active material, a conductive agent such as acetylene black, and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVdF).
  • a positive electrode mixture slurry containing a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like is applied onto the positive electrode core, the coating film is dried, and then compressed to form the positive electrode mixture layer into the positive electrode core. It can be produced by forming on both sides of.
  • a lithium transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material.
  • Metal elements contained in the lithium transition metal composite oxide include Ni, Co, Mn, Al, B, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Sr, Zr, Nb, In and Sn. , Ta, W and the like.
  • An example of a suitable lithium transition metal composite oxide is a lithium metal composite oxide containing at least one of Ni, Co, and Mn. Specific examples include a composite oxide containing Ni, Co and Mn, and a composite oxide containing Ni, Co and Al.
  • the negative electrode 12 has a negative electrode core body and negative electrode mixture layers provided on both sides of the negative electrode core body.
  • a foil of a metal stable in the potential range of the negative electrode 12 such as copper or a copper alloy, a film in which the metal is arranged on the surface layer, or the like can be used.
  • the negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material and a binder such as styrene-butadiene rubber (SBR).
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • the negative electrode 12 is formed by applying a negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material, a binder and the like on the negative electrode core, drying the coating film, and then compressing the negative electrode mixture layers on both sides of the negative electrode core. It can be produced by forming.
  • the negative electrode active material for example, a carbon-based active material such as natural graphite such as scaly graphite, massive graphite, earthy graphite, artificial graphite such as massive artificial graphite, and graphitized mesophase carbon microbeads is used.
  • a carbon-based active material such as natural graphite such as scaly graphite, massive graphite, earthy graphite, artificial graphite such as massive artificial graphite, and graphitized mesophase carbon microbeads is used.
  • an element that alloys with lithium such as Si and Sn, an alloy containing the element, a compound containing the element, and the like may be used, and these may be used in combination with a carbon-based active material. good.
  • Insulating plates 18 and 19 are arranged above and below the electrode body 14, respectively.
  • the positive electrode tab 20 attached to the positive electrode 11 extends to the sealing body 17 side through the through hole of the insulating plate 18, and the negative electrode tab 21 attached to the negative electrode 12 passes through the outside of the insulating plate 19. It extends to the bottom side of the outer can 16.
  • the positive electrode tab 20 is connected to the inner surface of the sealing body 17 facing the inside by welding or the like, and the sealing body 17 serves as a positive electrode external terminal.
  • the negative electrode tab 21 is connected to the inner surface of the bottom of the outer can 16 by welding or the like, and the outer can 16 serves as a negative electrode external terminal.
  • the negative electrode tab 21 may be connected to the inner surface of the sealing body 17, and in this case, the sealing body 17 serves as the negative electrode external terminal.
  • the outer can 16 is, for example, a bottomed cylindrical metal container.
  • a resin gasket 23 is provided between the outer can 16 and the sealing body 17.
  • the gap between the outer can 16 and the sealing body 17 is closed by the gasket 23, and the inside of the battery is sealed.
  • the outer can 16 has, for example, a grooved portion 22 that supports the sealing body 17 formed on the side surface portion by spinning processing from the outside of the side surface portion.
  • the grooved portion 22 is preferably formed in an annular shape along the circumferential direction of the outer can 16, and the sealing body 17 is supported on the upper surface thereof.
  • the upper end of the outer can 16 is bent inside the can and crimped to the peripheral edge of the sealing body 17.
  • FIG. 2 is a bottom view of the sealing body 17, and FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • the sealing body 17 has a first thin-walled portion 34 formed in an annular shape. Further, the sealing body 17 has a valve portion 30 surrounded by the first thin-walled portion 34, an annular portion 31 located outside the first thin-walled portion 34, and a linear second portion formed on the valve portion 30. It has a thin-walled portion 36 of the above.
  • the valve portion 30 is a portion that deforms so as to be convex to the outside of the battery when an abnormality occurs in the battery and the internal pressure rises.
  • the first thin-walled portion 34 is a portion thinner than the valve portion 30 (excluding the portion where the second thin-walled portion 36 is formed) and the annular portion 31, and is the starting point of deformation of the valve portion 30 when the internal pressure rises. Is the part that becomes.
  • the sealing body 17 is fixed to the outer can 16 by sandwiching the annular portion 31 by the upper end portion of the outer can 16 and the grooved portion 22 via the gasket 23.
  • the valve portion 30 is not sandwiched between the upper end portion of the outer can 16 and the grooved portion 22, and can be deformed when the internal pressure rises.
  • the sealing body 17 is composed of one metal plate including a valve portion 30 and an annular portion 31 separated by a first thin-walled portion 34. Therefore, the sealing body 17 has the advantages of being thin, having a simple structure, and having a small number of parts.
  • the positive electrode tab 20 is joined to the inner surface of the valve portion 30 by welding or the like.
  • External wiring connected to an electric product (not shown), another sealed battery 10 or the like is connected to the outer surface of the sealing body 17 by welding or the like.
  • the external wiring may be connected to either the valve portion 30 or the annular portion 31 as long as the position does not prevent the valve portion 30 from being inverted or broken.
  • the valve portion 30 has a convex downward convex shape on the inside of the battery, and is configured to be convex on the outside of the battery when the internal pressure rises. As will be described in detail later, the valve portion 30 is inverted so as to have an upward convex shape that is convex outward of the battery when the internal pressure reaches a predetermined pressure. Then, the exhaust port is formed by breaking the second thin-walled portion 36, the positive electrode tab 20 is disengaged from the valve portion 30, and the current path of the battery is cut off. The positive electrode tab 20 may come off from the valve portion 30 and the current path may be cut off after the valve portion 30 is inverted and before the second thin-walled portion 36 breaks.
  • the metal plate constituting the sealing body 17 is, for example, an aluminum alloy plate containing aluminum as a main component.
  • the thickness of the metal plate is not particularly limited, but as an example, it is 0.3 mm to 2 mm in a portion other than the first thin-walled portion 34 and the second thin-walled portion 36.
  • the thickness of the valve portion 30 and the annular portion 31 may be the same or different.
  • the sealing body 17 forms, for example, an annular first thin-walled portion 34 and a linear second thin-walled portion 36 on one metal plate, and lowers a valve portion 30 surrounded by the first thin-walled portion 34. Manufactured by pressing into a convex shape.
  • the annular first thin-walled portion 34 is formed by the annular first groove 35.
  • the first groove 35 is formed on the inner surface of the sealing body 17, but can also be formed on the outer surface.
  • the thickness of the first thin-walled portion 34 is, for example, 10% to 50% of the maximum thickness of the valve portion 30, and can be adjusted by changing the depth of the first groove 35.
  • the first thin-walled portion 34 is preferably formed thicker than the second thin-walled portion 36.
  • the first thin-walled portion 34 (first groove 35) is preferably formed in a circular shape with no corners when viewed from the bottom surface, and is particularly preferably formed in a substantially perfect circular shape as shown in FIG.
  • the "substantially perfect circle” means a perfect circle shape and a shape recognized as a substantially perfect circle.
  • the first groove 35 shown in FIG. 3 is formed in a substantially triangular shape in cross-sectional view, but the cross-sectional shape of the first groove 35 is not limited to a triangular shape, and may be, for example, a semicircular shape or a quadrangular shape. good.
  • the first thin-walled portion 34 is not limited to the linear thin-walled portion formed by the first groove 35, and for example, the thickness of the metal plate is continuous from the inside to the outside in the radial direction of the sealing body 17. It may be a wide thin-walled portion that is reduced to.
  • the valve portion 30 preferably has a substantially perfect circular shape when viewed from the bottom. In this case, the reversal of the valve portion 30 when the internal pressure rises becomes smooth. As described above, since the valve portion 30 and the annular portion 31 are separated by the first thin-walled portion 34 (first groove 35), the bottom-view shape thereof is determined by the bottom-view shape of the first thin-walled portion 34. .. When the valve portion 30 has a perfect circular shape when viewed from the bottom, the annular portion 31 is formed in an annular shape when viewed from the bottom.
  • the diameter d of the valve portion 30 is, for example, 50% to 90%, preferably 55% to 85% of the diameter D of the sealing body 17.
  • the sealing body 17 can be stably fixed to the outer can 16, and a large exhaust port can be formed when an abnormality occurs, so that gas can be discharged smoothly.
  • the valve portion 30 has an inwardly convex downward convex shape under normal use conditions when the internal pressure of the battery is low. That is, the valve portion 30 is recessed inward when viewed from the outside of the battery. The valve portion 30 bulges toward the electrode body 14 as long as it does not come into contact with the electrode body 14.
  • the shape of the valve portion 30 is not particularly limited as long as it can be deformed into an upward convex shape by internal pressure, but it is preferably a shape that can be inverted from a downward convex shape to an upward convex shape, for example, the entire valve portion 30. May have a dome-shaped curved shape.
  • the valve portion 30 has a flat bottom portion 32 that bulges most toward the electrode body 14, and an annular inclined portion 33 formed around the bottom portion 32.
  • the inclined portion 33 is formed so as to have a constant gradient from the bottom portion 32 toward the annular portion 31, and a bent portion exists at the boundary portion between the bottom portion 32 and the inclined portion 33.
  • the bottom portion 32 is formed substantially parallel to the annular portion 31 and is arranged substantially parallel to the bottom portion of the outer can 16.
  • the bottom portion 32 has a substantially perfect circular shape when viewed from the bottom, and the inclined portion 33 is formed in an annular shape when viewed from the bottom so as to surround the bottom portion 32.
  • the valve portion 30 is formed with a linear second thin-walled portion 36.
  • the second thin-walled portion 36 is thinner than the first thin-walled portion 34, and breaks preferentially over the first thin-walled portion 34 when the internal pressure rises due to an abnormality of the battery, for example.
  • the second thin-walled portion 36 is formed only on the valve portion 30.
  • the sealing body 17 is configured so that an exhaust port is formed by breaking the second thin-walled portion 36.
  • the second thin-walled portion 36 is formed by a linear second groove 37.
  • the second groove 37 is preferably linear, but may be slightly curved as long as it is linear.
  • the second groove 37 is formed on the inner surface of the valve portion 30, but can also be formed on the outer surface.
  • the thickness of the second thin portion 36 is, for example, 30% to 90%, preferably 50% to 80% of the maximum thickness of the valve portion 30, and can be adjusted by changing the depth of the second groove 37. ..
  • one second thin wall portion passes through the center ⁇ of the first thin wall portion 34 formed in an annular shape, that is, the center ⁇ of the valve portion 30, and along the radial direction of the first thin wall portion 34.
  • the portion 36 is formed. Since stress is concentrated in the central portion of the valve portion 30 when the valve portion 30 is deformed, if the second thin-walled portion 36 is formed so as to pass through the center ⁇ , the second thin-walled portion 36 is formed as the valve portion 30 is deformed. The portion 36 is easily broken. Further, the second thin-walled portion 36 is formed over the entire length in the radial direction of the valve portion 30 and is connected to the first thin-walled portion 34.
  • the second groove 37 shown in FIG. 3 is formed in a substantially triangular shape in cross-sectional view, but may be formed in a semicircular shape or a quadrangular shape, for example.
  • the shapes of the grooves forming the thin-walled portions are made different from each other.
  • the first groove 35 may have a semicircular shape in cross section
  • the second groove 37 may have a triangular shape in cross section.
  • each of them may be a triangular groove in a cross-sectional view, and the angle ⁇ of the triangle at the back of the groove may be different.
  • two or more second thin-walled portions 36 may be formed within a range that does not interfere with the joining of the positive electrode tabs 20, or may be formed in a cross shape so as to intersect at the center ⁇ of the valve portion 30. good.
  • the positive electrode tab 20 is arranged so as to intersect the second thin-walled portion 36, and is joined by welding or the like so as to sandwich the second thin-walled portion 36 with respect to the inner surface of the valve portion 30.
  • the positive electrode tab 20 overlaps the second thin-walled portion 36 in the vertical direction and intersects the second thin-walled portion 36 in the bottom view of the sealing body 17.
  • the tip of the positive electrode tab 20 is bent along the bottom 32 of the valve portion 30 and is in contact with the inner surface of the bottom 32. It is preferable that the tip of the positive electrode tab 20 is arranged so as not to protrude from the bottom 32 so as not to hinder the deformation of the valve portion 30, and the bent portion of the positive electrode tab 20 is formed in a range overlapping the bottom 32.
  • the tip of the positive electrode tab 20 along the bottom 32 is arranged so as to be orthogonal to the second thin-walled portion 36 (second groove 37) at the center ⁇ of the valve portion 30.
  • the positive electrode tab 20 is welded to the inner surface of the bottom portion 32 of the valve portion 30 at a portion separated by a predetermined length from both ends in the width direction of the second groove 37 to the outside in the radial direction of the valve portion 30.
  • the positive electrode tab 20 intersects the second thin-walled portion 36 and is welded to the valve portion 30 so as to sandwich the second thin-walled portion 36, so that the valve portion 30 is inverted and the second thin-walled portion 36 is sandwiched.
  • the welded portion 25 of the positive electrode tab 20 breaks and the current path of the battery is cut off.
  • Welded portions 25 are formed on the inner surface of the valve portion 30 at at least two locations on both sides of the second groove 37 in the width direction.
  • the length from the second groove 37 to each welded portion 25 is substantially the same, and each welded portion 25 is formed to have substantially the same size. In this case, when the second thin-walled portion 36 breaks, the two welded portions 25 are likely to break at the same time.
  • the length from the second groove 37 to the welded portion 25 is, for example, 50% or less of the radius of the valve portion 30, preferably 30% or less, and more preferably 20% or less.
  • the welded portion 25 is preferably formed in the vicinity of the second groove 37 within a range that does not overlap with the second groove 37.
  • the positive electrode tab 20 is preferably arranged at the center ⁇ of the valve portion 30 as described above. Further, it is preferable that the two welded portions 25 formed on both sides of the second groove 37 in the width direction are aligned in the radial direction of the valve portion 30. In this case, when the valve portion 30 is inverted and the second thin-walled portion 36 is broken, the two welded portions 25 are likely to be broken at the same time.
  • the positive electrode tab 20 is directly welded to the inner surface of the valve portion 30, it is preferable that the positive electrode tab 20 and the second groove 37 are substantially orthogonal to each other in the bottom view of the sealing body 17.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which the sealing body 17 having the above configuration is inverted and broken.
  • the valve portion 30 having a convex downward convex shape inside the battery is inverted starting from the first thin-walled portion 34, and the battery It has an upward convex shape that is convex outward.
  • the welded portion 25 of the positive electrode tab 20 is not broken, and the sealing body 17 and the positive electrode tab 20 are electrically connected.
  • the linear second thin-walled portion 36 formed in the valve portion 30 breaks. Then, an exhaust port for allowing gas to escape is formed in the valve portion 30, and the positive electrode tab 20 is disengaged from the valve portion 30 to cut off the current path of the battery. Since the positive electrode tab 20 is welded so as to sandwich the second thin-walled portion 36 with respect to the inner surface of the valve portion 30, when the second thin-walled portion 36 breaks and the valve portion 30 opens, the welded portion 25 is welded. It is strongly pulled upward and outward in the radial direction of the sealing body 17, thereby breaking the welded portion 25.
  • the welded portion 25 was fractured and the current path was cut off triggered by the fracture of the second thin-walled portion 36, but when the valve portion 30 was inverted and became an upward convex shape.
  • the current path may be cut off, and then the second thin-walled portion 36 may be broken to form an exhaust port.
  • FIG. 5 is a bottom view of the sealing body 17x
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the same reference numerals will be used for the components common to the above-described embodiments, and duplicate description will be omitted.
  • the sealing body 17x has a tab welded plate 26 joined to the inner surface of the valve portion 30, and the positive electrode tab 20 electrically with the valve portion 30 via the tab welded plate 26.
  • the positive electrode tab 20 differs from the sealing body 17 that is directly welded to the inner surface of the valve portion 30 in that it is connected.
  • the tab weld plate 26 is a metal plate arranged so as to intersect the second thin wall portion 36.
  • the tab weld plate 26 is welded to the portions located on both sides of the second thin portion 36 so as to sandwich the second thin portion 36 with respect to the inner surface of the valve portion 30, and the positive electrode tab 20 is tabbed. It is welded to the lower surface of the welding plate 26.
  • the welded portion 29 of the positive electrode tab 20 with respect to the tab welded plate 26 is formed at a position overlapping the center ⁇ of the valve portion 30.
  • the positive electrode tab 20 When the positive electrode tab 20 is directly welded to the inner surface of the valve portion 30, by welding the positive electrode tab 20 so as to be orthogonal to the second thin-walled portion 36, the second thin-walled portion 36 is likely to break when the internal pressure rises. The current path can be easily cut off. Therefore, it is preferable to align the positive electrode tab 20 so as to be orthogonal to the second thin portion 36, but if the tab welded plate 26 is used, such alignment becomes unnecessary. That is, if the tab welding plate 26 is welded in advance so as to sandwich the second thin-walled portion 36, the positive electrode tab 20 is attached to the tab welding plate 26 without worrying about the orientation of the positive electrode tab 20 with respect to the second thin-walled portion 36. 20 may be welded.
  • the tab welding plate 26 may be arranged so as to straddle the second thin portion 36 (second groove 37), and may be a metal plate having a size capable of welding the positive electrode tab 20, and its shape is not particularly limited. However, the tab weld plate 26 is preferably smaller than the bottom 32 of the valve portion 30 so as not to hinder the deformation of the valve portion 30. Further, the tab welded plate 26 preferably breaks together with the second thin-walled portion 36, and has, for example, the same thickness as the second thin-walled portion 36.
  • a substantially square tab welded plate 26 is arranged at the center ⁇ of the valve portion 30, and the welded portion 28 is formed so as to sandwich the second groove 37 at the four corners of the tab welded plate 26.
  • Each welded portion 28 is formed, for example, at a position substantially equidistant from the center ⁇ of the valve portion 30.
  • the welded portions 28 formed on both sides of the second groove 37 in the width direction are formed side by side in the radial direction of the valve portion 30.
  • the tab weld plate 26 is formed with two notches 27 at positions overlapping with the second groove 37.
  • the two notches 27 are formed on two opposite sides of the quadrangle so as to be aligned in the extending direction of the second thin-walled portion 36, and serve as a starting point when the tab weld plate 26 breaks.
  • a triangular notch 27 viewed from the bottom is formed, and the tab weld plate 26 is arranged so that the apex of the notch 27 overlaps the second groove 37.
  • the tab welded plate 26 may have a thin-walled portion formed in a portion substantially overlapping with the second thin-walled portion 36 along the direction in which the second thin-walled portion 36 extends, and connects the two notches 27.
  • a thin-walled portion may be formed as described above.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which the sealing body 17x having the above configuration is inverted and broken.
  • the valve portion 30 When the internal pressure rises due to an abnormality in the sealed battery 10, as shown in FIG. 7A, the valve portion 30 is inverted starting from the first thin-walled portion 34 and becomes an upward convex shape.
  • the second thin-walled portion 36 breaks and at the same time the tab weld plate 26 breaks. Then, an exhaust port for allowing gas to escape is formed in the valve portion 30, and the positive electrode tab 20 is disengaged from the tab welding plate 26 to cut off the current path of the battery.
  • the welded portion 29 was broken due to the breakage of the tab weld plate 26 and the current path was cut off, but when the valve portion 30 was inverted and became an upward convex shape, the welded portion 29 was formed.
  • the positive electrode tab 20 may be broken and detached from the tab welded plate 26.
  • the sealing bodies 17, 17x have the advantages of having excellent performance as a safety valve, being thin, having a simple structure, and having a small number of parts. Therefore, by using the sealing bodies 17, 17x, for example, the manufacturing cost of the sealed battery 10 can be reduced, and the energy density can be improved.
  • the above-described embodiment can be appropriately redesigned as long as the object of the present disclosure is not impaired.
  • the sealing bodies 17, 17x including the downwardly convex valve portion 30 are illustrated, but the valve body does not have a downwardly convex shape, and the sealing body has a flat disk shape. good.
  • the tab weld plate 26 having two notches 27 is illustrated, the notch 27 may be one.
  • a metal plate without a notch 27 may be used instead of the tab weld plate 26, a metal plate without a notch 27 may be used.

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Abstract

本開示は、安全弁としての機能を確保しつつ、厚みが薄く、構造が単純で部品点数の少ない封口体を備えた密閉電池を提供することを目的とする。実施形態の一例である密閉電池は、電極タブを有する電極体と、電極体を収容する有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを備える。封口体は、環状に形成された第１の薄肉部と、電池の内圧が上昇したときに電池の外側に凸となるように変形する、第１の薄肉部に囲まれた弁部と、弁部に形成された線状の第２の薄肉部とを含む。電極タブは、第２の薄肉部と交差するように配置され、弁部の内面に対して第２の薄肉部を挟むように接合されている。

Description

密閉電池
　本開示は、密閉電池に関する。
　従来、有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを備えた密閉電池が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されるように、封口体は、例えば内部端子板、下弁体、絶縁部材、上弁体、およびキャップがこの順に積層された構造を有する。下弁体と上弁体は各々の中央部で互いに接続され、各々の周縁部の間には絶縁部材が介在している。この場合、電池に異常が発生して内圧が上昇すると、下弁体が上弁体をキャップ側に押し上げるように変形して破断することにより、下弁体と上弁体の間の電流経路が遮断される。さらに内圧が上昇すると、上弁体が破断し、キャップの開口部からガスが排出される。
特開２０１８－０１４１６０号公報
　上記のように、従来の封口体によれば、電池に異常が発生して内圧が上昇したときに、電池の電流経路が遮断されると共に、ガスの排出経路が形成され、異常発生時における電池の安全性が確保される。しかし、従来の封口体は、厚みが大きい、部品点数が多い、また部品の形状が複雑といった課題がある。そのため、安全弁としての機能を確保しつつ、厚みが薄く、構造が単純で部品点数の少ない封口体が求められている。
　本開示の一態様である密閉電池は、電極タブを有する電極体と、前記電極体を収容する有底筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを備える密閉電池であって、前記封口体は、環状に形成された第１の薄肉部と、電池の内圧が上昇したときに電池の外側に凸となるように変形する、前記第１の薄肉部に囲まれた弁部と、前記弁部に形成された線状の第２の薄肉部とを含み、前記電極タブまたは前記電極タブが接続された金属板が、前記第２の薄肉部と交差するように配置され、前記弁部の内面に対して前記第２の薄肉部を挟むように接合されていることを特徴とする。
　本開示の一態様によれば、安全弁としての機能を確保しつつ、厚みが薄く、構造が単純で部品点数が少ない封口体を備えた密閉電池を提供できる。本開示に係る密閉電池によれば、例えば、電池の異常による内圧上昇時に弁部が電池の外側に凸となるように変形し、弁部内に形成された線状の薄肉部が破断して排気口が形成されると共に、電極タブが封口体から外れて電池の電流経路が速やかに遮断される。
図１は、実施形態の一例である密閉電池の断面図である。 図２は、実施形態の一例である封口体の底面図である。 図３は、図２中のＡＡ線断面図である。 図４は、実施形態の一例である封口体が反転し、破断する様子を示す図である。 図５は、実施形態の他の一例である封口体の底面図である。 図６は、図５中のＢＢ線断面図である。 図７は、実施形態の他の一例である封口体が反転し、破断する様子を示す図である。
　以下、本開示の実施形態の一例について詳細に説明する。以下では、本開示に係る密閉電池の実施形態の一例として、巻回型の電極体１４が有底円筒形状の外装缶１６に収容された円筒形電池を例示するが、電池は角形の外装缶を備えた角形電池であってもよい。また、電極体は、複数の正極と複数の負極がセパレータを介して交互に積層されてなる積層型であってもよい。本明細書では、説明の便宜上、封口体１７側を「上」、外装缶１６の底部側を「下」として説明する。
　図１は、実施形態の一例である密閉電池１０の断面図である。図１に示すように、密閉電池１０は、電極体１４と、電極体１４を収容する有底筒状の外装缶１６と、外装缶１６の開口部を塞ぐ封口体１７とを備える。また、外装缶１６には電解質が収容されている。電極体１４は、正極１１と、負極１２と、正極１１および負極１２の間に介在するセパレータ１３とを含み、電極タブとして正極タブ２０および負極タブ２１を有する。電極タブは、一般的に、電極の芯体より厚みのある短冊状の金属板で構成される。また、電極体１４は、正極１１と負極１２がセパレータ１３を介して巻回されてなる巻回構造を有する。
　電解質は、水系電解質、非水電解質のいずれであってもよい。好適な密閉電池１０の一例は、非水電解質を用いた、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池である。非水電解質は、例えば非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、エステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、およびこれらの２種以上の混合溶媒等が用いられる。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。なお、非水電解質は液体電解質に限定されず、固体電解質であってもよい。電解質塩には、例えば、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩が使用される。
　電極体１４は、長尺状の正極１１と、長尺状の負極１２と、長尺状の２枚のセパレータ１３と、正極１１に接合された正極タブ２０と、負極１２に接合された負極タブ２１とを有する。負極１２は、リチウムの析出を抑制するために、正極１１よりも一回り大きな寸法で形成される。即ち、負極１２は、正極１１より長手方向および短手方向（上下方向）に長く形成される。２枚のセパレータ１３は、少なくとも正極１１よりも一回り大きな寸法で形成され、例えば正極１１を挟むように配置される。
　正極１１は、正極芯体と、正極芯体の両面に設けられた正極合剤層とを有する。正極芯体には、アルミニウム、アルミニウム合金など正極１１の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極合剤層は、正極活物質、アセチレンブラック等の導電剤、およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等の結着剤を含む。正極１１は、正極芯体上に正極活物質、導電剤、および結着剤等を含む正極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して正極合剤層を正極芯体の両面に形成することにより作製できる。
　正極活物質には、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。リチウム遷移金属複合酸化物に含有される金属元素としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ等が挙げられる。好適なリチウム遷移金属複合酸化物の一例は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの少なくとも１種を含有するリチウム金属複合酸化物である。具体例としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎを含有する複合酸化物、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌを含有する複合酸化物が挙げられる。
　負極１２は、負極芯体と、負極芯体の両面に設けられた負極合剤層とを有する。負極芯体には、銅、銅合金など負極１２の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極合剤層は、負極活物質、およびスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の結着剤を含む。負極１２は、負極芯体上に負極活物質、および結着剤等を含む負極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して負極合剤層を負極芯体の両面に形成することにより作製できる。
　負極活物質には、例えば鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、塊状人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛などの炭素系活物質が用いられる。負極活物質には、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと合金化する元素、当該元素を含有する合金、当該元素を含有する化合物等が用いられてもよく、これらが炭素系活物質と併用されてもよい。
　電極体１４の上下には、絶縁板１８，１９がそれぞれ配置される。図１に示す例では、正極１１に取り付けられた正極タブ２０が絶縁板１８の貫通孔を通って封口体１７側に延び、負極１２に取り付けられた負極タブ２１が絶縁板１９の外側を通って外装缶１６の底部側に延びている。正極タブ２０は、封口体１７の電池の内側を向いた内面に溶接等で接続され、封口体１７が正極外部端子となる。負極タブ２１は、外装缶１６の底部内面に溶接等で接続され、外装缶１６が負極外部端子となる。なお、負極タブ２１が封口体１７の内面に接続されてもよく、この場合、封口体１７が負極外部端子となる。
　外装缶１６は、例えば、有底円筒形状の金属製容器である。外装缶１６と封口体１７との間には、樹脂製のガスケット２３が設けられる。ガスケット２３によって外装缶１６と封口体１７の隙間が塞がれ、電池内部が密閉されている。また、外装缶１６は、例えば、側面部の外側からのスピニング加工により側面部に形成された、封口体１７を支持する溝入部２２を有する。溝入部２２は、外装缶１６の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体１７を支持する。外装缶１６の上端部は、缶の内側に折り曲げられ封口体１７の周縁部に加締められている。
　以下、図２～図４をさらに参照しながら、封口体１７について詳説する。図２は封口体１７の底面図、図３は図２中のＡＡ線断面図である。
　図２および図３に示すように、封口体１７は、環状に形成された第１の薄肉部３４を有する。また、封口体１７は、第１の薄肉部３４に囲まれた弁部３０と、第１の薄肉部３４の外側に位置する環状部３１と、弁部３０に形成された線状の第２の薄肉部３６とを有する。弁部３０は、電池に異常が発生して内圧が上昇したときに電池の外側に凸となるように変形する部分である。第１の薄肉部３４は、弁部３０（第２の薄肉部３６が形成された部分を除く）および環状部３１よりも厚みが薄い部分であって、内圧上昇時に弁部３０の変形の起点となる部分である。
　封口体１７は、ガスケット２３を介して外装缶１６の上端部および溝入部２２によって環状部３１が挟持されることで、外装缶１６に固定されている。一方、弁部３０は外装缶１６の上端部および溝入部２２に挟持されておらず、内圧上昇時に変形可能である。また、封口体１７は、第１の薄肉部３４によって区分けされた弁部３０および環状部３１を含む１枚の金属板によって構成されている。ゆえに、封口体１７は、厚みが薄く、構造が単純で部品点数が少ないという利点を有する。
　密閉電池１０では、弁部３０の内面に正極タブ２０が溶接等で接合されている。封口体１７の外面には、図示しない電気製品、他の密閉電池１０等につながる外部配線が溶接等により接続される。なお、外部配線は、弁部３０の反転、破断を妨げない位置であれば、弁部３０および環状部３１のいずれに接続されてもよい。
　弁部３０は、電池の内側に凸の下凸形状を有し、内圧上昇時に電池の外側に凸となるように構成されている。詳しくは後述するが、弁部３０は、内圧が所定の圧力に達したときに電池の外側に凸の上凸形状となるように反転する。そして、第２の薄肉部３６が破断することにより排気口が形成され、正極タブ２０が弁部３０から外れて電池の電流経路が遮断される。なお、弁部３０の反転後、第２の薄肉部３６が破断する前に、正極タブ２０が弁部３０から外れて電流経路が遮断されてもよい。
　封口体１７を構成する金属板は、例えば、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金板である。金属板の厚みは特に限定されないが、一例としては、第１の薄肉部３４および第２の薄肉部３６以外の部分で０．３ｍｍ～２ｍｍである。弁部３０と環状部３１の厚みは、同じであってもよく、異なっていてもよい。封口体１７は、例えば、１枚の金属板に環状の第１の薄肉部３４および線状の第２の薄肉部３６を形成し、第１の薄肉部３４に囲まれた弁部３０を下凸形状にプレス加工して製造される。
　本実施形態では、環状の第１の溝３５によって環状の第１の薄肉部３４が形成されている。第１の溝３５は、封口体１７の内面に形成されているが、外面に形成することも可能である。第１の薄肉部３４の厚みは、例えば、弁部３０の最大厚みの１０％～５０％であって、第１の溝３５の深さを変更することで調整できる。なお、第１の薄肉部３４は、第２の薄肉部３６よりも厚く形成されることが好ましい。
　第１の薄肉部３４（第１の溝３５）は、底面視で角のない円形状に形成されることが好ましく、図２に示すように略真円状に形成されることが特に好ましい。ここで、「略真円状」とは、真円形状および実質的に真円と認められる形状を意味する。図３に示す第１の溝３５は、断面視略三角形状に形成されているが、第１の溝３５の断面形状は三角形状に限定されず、例えば半円形状や四角形状であってもよい。
　なお、第１の薄肉部３４は、第１の溝３５によって形成される線状の薄肉部に限定されず、例えば、封口体１７の径方向内側から外側に向かって金属板の厚みが連続的に減少する幅広の薄肉部であってもよい。
　弁部３０は、底面視略真円形状を有することが好ましい。この場合、内圧上昇時の弁部３０の反転がスムーズになる。上記のように、弁部３０および環状部３１は第１の薄肉部３４（第１の溝３５）によって区切られるため、その底面視形状は第１の薄肉部３４の底面視形状によって決定される。弁部３０が底面視真円形状である場合、環状部３１は底面視円環状に形成される。
　弁部３０の直径ｄは、例えば、封口体１７の直径Ｄの５０％～９０％であり、好ましくは５５％～８５％である。直径ｄ／Ｄが当該範囲内であれば、外装缶１６に対して封口体１７を安定に固定できると共に、異常発生時には大きな排気口を形成可能でスムーズにガスを排出できる。
　弁部３０は、電池の内圧が低い通常の使用状態において、内側に凸の下凸形状を有する。即ち、弁部３０は、電池の外側から見ると、内側に凹んでいる。弁部３０は、電極体１４と接触しない範囲で、電極体１４側に膨出している。弁部３０の形状は、内圧によって上凸形状に変形可能な形状であれば特に限定されないが、下凸形状から上凸形状に反転可能な形状であることが好ましく、例えば、弁部３０の全体がドーム状に湾曲した形状であってもよい。
　本実施形態において、弁部３０は、電極体１４側に最も膨出した平坦な底部３２と、底部３２の周囲に形成された環状の傾斜部３３とを有する。図３に示す例では、傾斜部３３は底部３２から環状部３１に向けて一定の勾配を有するように形成されており、底部３２と傾斜部３３の境界部に屈曲部が存在する。底部３２は、環状部３１と略平行に形成され、外装缶１６の底部と略平行に配置される。底部３２は底面視略真円形状を有し、傾斜部３３は底部３２を囲むように底面視円環状に形成されている。
　弁部３０には、上記のように、線状の第２の薄肉部３６が形成されている。第２の薄肉部３６は、第１の薄肉部３４よりも厚みが薄く、例えば電池の異常による内圧上昇時に第１の薄肉部３４よりも優先的に破断する。第２の薄肉部３６は、弁部３０のみに形成される。封口体１７は、第２の薄肉部３６が破断することにより、排気口が形成されるように構成されている。
　第２の薄肉部３６は、直線状の第２の溝３７によって形成されている。第２の溝３７は、直線状であることが好ましいが、線状であれば多少曲がっていてもよい。第２の溝３７は、弁部３０の内面に形成されているが、外面に形成することも可能である。第２の薄肉部３６の厚みは、例えば弁部３０の最大厚みの３０％～９０％、好ましくは５０％～８０％であって、第２の溝３７の深さを変更することで調整できる。
　本実施形態では、円環状に形成された第１の薄肉部３４の中心α、即ち弁部３０の中心αを通り、第１の薄肉部３４の径方向に沿って１本の第２の薄肉部３６が形成されている。弁部３０の中央部には弁部３０が変形したときに応力が集中するため、中心αを通るように第２の薄肉部３６を形成すれば、弁部３０の変形に伴い第２の薄肉部３６が破断し易くなる。また、第２の薄肉部３６は、弁部３０の径方向の全長にわたって形成され、第１の薄肉部３４につながっている。図３に示す第２の溝３７は、断面視略三角形状に形成されているが、例えば半円形状や四角形状に形成されてもよい。
　第２の薄肉部３６（第２の溝３７）を第１の薄肉部３４（第１の溝３５）よりも優先的に破断させるために、各薄肉部を形成する溝の形状を互いに異ならせてもよい。例えば、第１の溝３５を断面視半円形状とし、第２の溝３７を断面視三角形状としてもよい。或いは、いずれも断面視三角形状の溝とし、溝の奥における当該三角形の角度θを異ならせてもよい。なお、第２の薄肉部３６は、例えば、正極タブ２０の接合の邪魔にならない範囲で２本以上形成されてもよく、弁部３０の中心αで交差するように十字状に形成されてもよい。
　密閉電池１０では、正極タブ２０が第２の薄肉部３６と交差するように配置され、弁部３０の内面に対して第２の薄肉部３６を挟むように溶接等で接合されている。正極タブ２０は、第２の薄肉部３６と上下方向に重なり、封口体１７の底面視において第２の薄肉部３６と交差している。なお、正極タブ２０の先端部は、弁部３０の底部３２に沿うように折り曲げられて底部３２の内面に接触している。弁部３０の変形を阻害しないように、正極タブ２０の先端は底部３２からはみ出さないように配置され、また正極タブ２０の折り曲げ部は底部３２と重なる範囲に形成されることが好ましい。
　図２に示す例では、底部３２に沿った正極タブ２０の先端部が、弁部３０の中心αにおいて第２の薄肉部３６（第２の溝３７）と直交するように配置されている。そして、弁部３０の底部３２の内面であって、第２の溝３７の幅方向両端から弁部３０の径方向外側に所定長さ離れた部分に、正極タブ２０が溶接されている。詳しくは後述するが、正極タブ２０が第２の薄肉部３６と交差し、第２の薄肉部３６を挟むように弁部３０に溶接されることで、弁部３０が反転して第２の薄肉部３６が破断したときに、正極タブ２０の溶接部２５が破断して電池の電流経路が遮断される。
　弁部３０の内面には、第２の溝３７の幅方向両側の少なくとも２箇所に溶接部２５が形成される。例えば、第２の溝３７から各溶接部２５まで長さは略同一であり、また各溶接部２５は略同一の大きさで形成される。この場合、第２の薄肉部３６が破断したときに、２つの溶接部２５が同時に破断し易くなる。第２の溝３７から溶接部２５までの長さは、例えば、弁部３０の半径の５０％以下であり、好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下である。溶接部２５は、第２の溝３７と重ならない範囲において第２の溝３７の近傍に形成されることが好ましい。
　正極タブ２０は、上記のように、弁部３０の中心αに配置されることが好ましい。また、第２の溝３７の幅方向両側に形成される２つの溶接部２５は、弁部３０の径方向に並んでいることが好ましい。この場合、弁部３０が反転して第２の薄肉部３６が破断したときに、２つの溶接部２５が同時に破断し易くなる。正極タブ２０が弁部３０の内面に直接溶接される場合、封口体１７の底面視において、正極タブ２０と第２の溝３７は略直交していることが好ましい。
　図４は、上記構成を備えた封口体１７が反転して破断する様子を示す図である。密閉電池１０の異常により内圧が上昇すると、図４（ａ）に示すように、電池の内側に凸の下凸形状を有する弁部３０が第１の薄肉部３４を起点として反転し、電池の外側に凸の上凸形状となる。このとき、図４（ａ）に示す例では、正極タブ２０の溶接部２５は破断せず、封口体１７と正極タブ２０は電気的に接続された状態である。
　電池の内圧がさらに上昇すると、図４（ｂ）に示すように、弁部３０に形成された直線状の第２の薄肉部３６が破断する。そして、弁部３０にガスを逃がす排気口が形成されると共に、正極タブ２０が弁部３０から外れて電池の電流経路が遮断される。正極タブ２０は弁部３０の内面に対して第２の薄肉部３６を挟むように溶接されているため、第２の薄肉部３６が破断して弁部３０が開く際に、溶接部２５は上方および封口体１７の径方向外側に向かって強く引っ張られ、これにより溶接部２５が破断する。
　なお、図４に示す例では、第２の薄肉部３６の破断をきっかけに溶接部２５が破断して電流経路が遮断されたが、弁部３０が反転して上凸形状となったときに電流経路が遮断されてもよく、その後、第２の薄肉部３６が破断して排気口が形成されてもよい。
　以下、図５～図７を参照しながら、実施形態の他の一例である封口体１７ｘについて詳説する。図５は封口体１７ｘの底面図、図６は図５中のＢＢ線断面図である。以下では、上述の実施形態と共通する構成要素には同じ符号を用いて重複する説明を省略する。
　図５および図６に示すように、封口体１７ｘは、弁部３０の内面に接合されたタブ溶接板２６を有し、正極タブ２０がタブ溶接板２６を介して弁部３０と電気的に接続される点で、正極タブ２０が弁部３０の内面に直接溶接される封口体１７と異なる。タブ溶接板２６は、第２の薄肉部３６と交差するように配置される金属板である。本実施形態では、タブ溶接板２６が弁部３０の内面に対して第２の薄肉部３６を挟むように、第２の薄肉部３６の両側に位置する部分に溶接され、正極タブ２０がタブ溶接板２６の下面に溶接されている。図５に示す例では、弁部３０の中心αと重なる位置に、タブ溶接板２６に対する正極タブ２０の溶接部２９が形成されている。
　正極タブ２０が弁部３０の内面に直接溶接される場合、第２の薄肉部３６と直交するように正極タブ２０を溶接することで内圧上昇時に第２の薄肉部３６が破断し易くなり、電流経路の遮断が容易になる。このため、正極タブ２０が第２の薄肉部３６と直交するように位置合わせを行うことが好ましいが、タブ溶接板２６を用いれば、このような位置合わせが不要となる。つまり、第２の薄肉部３６を挟むようにタブ溶接板２６を予め溶接しておけば、第２の薄肉部３６に対する正極タブ２０の向きは気にすることなく、タブ溶接板２６に正極タブ２０を溶接すればよい。
　タブ溶接板２６は、第２の薄肉部３６（第２の溝３７）を跨いで配置でき、正極タブ２０を溶接可能な大きさを有する金属板であればよく、その形状は特に限定されない。ただし、弁部３０の変形を阻害しないように、タブ溶接板２６は弁部３０の底部３２より小さいことが好ましい。また、タブ溶接板２６は、第２の薄肉部３６と一緒に破断することが好ましく、例えば第２の薄肉部３６と同程度の厚みを有する。
　図５に示す例では、略四角形状のタブ溶接板２６が、弁部３０の中心αに配置されており、タブ溶接板２６の四隅に第２の溝３７を挟むように溶接部２８が形成されている。各溶接部２８は、例えば、弁部３０の中心αから略等距離の位置に形成されている。また、第２の溝３７の幅方向両側に形成される溶接部２８は、弁部３０の径方向に並んで形成されている。
　タブ溶接板２６には、第２の溝３７と重なる位置に２つの切欠き２７が形成されている。２つの切欠き２７は、第２の薄肉部３６が延びる方向に並んで、四角形の対向する二辺に形成され、タブ溶接板２６が破断する際の起点となる。図５に示す例では、底面視三角形状の切欠き２７が形成され、切欠き２７の頂点が第２の溝３７と重なるようにタブ溶接板２６が配置されている。なお、タブ溶接板２６には、第２の薄肉部３６と略重なる部分に、第２の薄肉部３６が延びる方向に沿って薄肉部が形成されていてもよく、２つの切欠き２７をつなぐように薄肉部が形成されていてもよい。
　図７は、上記構成を備えた封口体１７ｘが反転して破断する様子を示す図である。密閉電池１０の異常により内圧が上昇すると、図７（ａ）に示すように、弁部３０が第１の薄肉部３４を起点として反転して上凸形状となる。電池の内圧がさらに上昇すると、図７（ｂ）に示すように、第２の薄肉部３６が破断すると同時に、タブ溶接板２６が破断する。そして、弁部３０にガスを逃がす排気口が形成されると共に、正極タブ２０がタブ溶接板２６から外れて電池の電流経路が遮断される。
　なお、図７に示す例では、タブ溶接板２６の破断により溶接部２９が破断して電流経路が遮断されたが、弁部３０が反転して上凸形状となったときに溶接部２９が破断して、正極タブ２０がタブ溶接板２６から外れてもよい。
　以上のように、封口体１７，１７ｘは、安全弁としての優れた性能を有し、かつ厚みが薄く、構造が単純で部品点数が少ないという利点を有する。このため、封口体１７，１７ｘを用いることにより、例えば、密閉電池１０の製造コストを削減でき、エネルギー密度を向上させることができる。
　なお、上述の実施形態は本開示の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。例えば、上述の実施形態では、下凸形状の弁部３０を含む封口体１７，１７ｘを例示したが、弁体は下凸形状を有さず、封口体は平坦な円板形状であってもよい。また、２つの切欠き２７を有するタブ溶接板２６を例示したが、切欠き２７は１つであってもよい。或いは、タブ溶接板２６の代わりに、切欠き２７のない金属板を用いてもよい。
　１０　密閉電池、１１　正極、１２　負極、１３　セパレータ、１４　電極体、１６　外装缶、１７，１７ｘ　封口体、１８，１９　絶縁板、２０　正極タブ、２１　負極タブ、２２　溝入部、２３　ガスケット、２５，２８，２９　溶接部、２６　タブ溶接板、２７　切欠き、３０　弁部、３１　環状部、３２　底部、３３　傾斜部、３４　第１の薄肉部、３５　第１の溝、３６　第２の薄肉部、３７　第２の溝

Claims (5)

  1. 　電極タブを有する電極体と、前記電極体を収容する有底筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを備える密閉電池であって、
    　前記封口体は、
    　環状に形成された第１の薄肉部と、
    　電池の内圧が上昇したときに電池の外側に凸となるように変形する、前記第１の薄肉部に囲まれた弁部と、
    　前記弁部に形成された線状の第２の薄肉部と、
    　を含み、
    　前記電極タブまたは前記電極タブが接続された金属板が、前記第２の薄肉部と交差するように配置され、前記弁部の内面に対して前記第２の薄肉部を挟むように接合されている、密閉電池。
  2. 　前記第１の薄肉部は、円環状の溝によって円環状に形成され、
    　前記第２の薄肉部は、前記第１の薄肉部の中心を通り、前記第１の薄肉部の径方向に沿って直線状に形成されている、請求項１に記載の密閉電池。
  3. 　前記第２の薄肉部は、前記第１の薄肉部よりも厚みが薄い、請求項１または２に記載の密閉電池。
  4. 　前記弁部は、電池の内側に凸の形状を有し、内圧上昇時に電池の外側に凸となるように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の密閉電池。
  5. 　前記金属板には、前記第２の薄肉部と重なる位置に切欠きが形成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の密閉電池。
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