CN105264690B - 带有安全装置的电化学设备及电化学设备用安全装置 - Google Patents

带有安全装置的电化学设备及电化学设备用安全装置 Download PDF

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Abstract

提供一种带有安全装置的电化学设备，在封入有电化学设备主体部的壳体中能够确保充分的密封性、并且在壳体的内压上升了时进行脱气而能够防止因内压上升导致的壳体破裂。本发明的带有安全装置的电化学设备中，在壳体(2)与主体部(3)之间配置有具备穿孔用突起(5)的可移动板(4)，在因壳体内的产生气体导致的内压上升而使该壳体(2)发生了膨胀变形时，可移动板(4)的穿孔用突起(5)与该膨胀变形联动地向壳体(2)移动。

Description

带有安全装置的电化学设备及电化学设备用安全装置
技术领域
本发明涉及适于用作在智能手机、平板电脑等便携设备所使用的电池、电容器、混合动力汽车、电动汽车、风力发电、太阳能发电、夜间电力的蓄电所使用的电池、电容器等的、带有安全装置的电化学设备及这种电化学设备所使用的安全装置。
需要说明的是，本说明书及权利要求书中，“铝”这一术语的含义包括铝及其合金。
背景技术
近年来，随着移动电子设备的小型化、轻型化，作为搭载于移动电子设备的锂离子电池、锂聚合物电池的外包装材料，取代以往的金属罐，使用在厚度20～100μm左右的铝箔的两面贴合塑料膜而成的层压外包装材料来谋求轻型化。此外，作为其应用，探讨了在电动汽车等的电源、蓄电用途的大型电源、电容器等也用上述结构的层压外包装材料进行包装。
通常，在外包装材料采用金属罐的锂离子电池中，实施安装防爆阀等防爆对策，当因过充电、短路等导致在电池内部积蓄气体而内压变高时，所述防爆阀会在一定压力下使气体逸散到电池外部。
另一方面，在使用在铝箔的两面贴合塑料膜而成的层压外包装材料作为外包装材料的锂离子电池、锂聚合物电池中，提出进行如下这样的防爆对策。
专利文献1中记载了如下结构的片形电池：所述片形电池具备包含片状的正极、片状的负极、正极引线和负极引线的电池单元，具有通过利用热熔接密封用膜以使所述正极引线及所述负极引线的顶端突出到外部的方式将所述电池单元包覆，并通过热熔接使所述膜粘合而得到的结构，在所述片形电池中，在包覆所述电池单元时产生于所述膜的开口部(其中，除了所述正极引线及所述负极引线突出的端部之外)中的至少一端通过贴附其他膜材料(封固用膜)而被封固，其余的开口部通过热熔接而被封固。在该片形电池中，当内压变高了时，能够使气体从封固强度低的封固用膜贴附部分向外部逸散。
专利文献2中记载了如下的电化学设备：外装体具有含有金属箔的层压膜，在该外装体内封入电化学设备单元体，其中，所述外装体的粘接部的一部分具有向电化学设备收纳空间侧突出的突出部。在该电化学设备中，当内压变高了时，因产生气体所致的压力集中于向电化学设备收纳空间侧突出的突出部，因此该部分被破坏而能够使气体向外部逸散。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11－086806号公报
专利文献2:日本特开2002－298795号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在专利文献1记载的技术中，由于封固用膜贴附部分的封固强度低，因此存在通常使用时难以充分确保气密性的问题，为此有恐产生电解液泄漏。
此外，在专利文献2记载的技术中，突出部处的封固强度的控制较难，因此存在达到使该突出部分被破坏的内压容易不均的问题。
本发明是鉴于上述技术背景而做出的，其目的在于提供一种带有安全装置的电化学设备及电化学设备用安全装置，在封入有电化学设备主体部的壳体能够确保充分的密封性，并且在因产生气体而导致壳体的内压上升了时进行脱气而能防止因内压上升所致的壳体破裂。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的，本发明提供以下的手段。
[1]一种带有安全装置的电化学设备，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
在所述壳体与所述主体部之间配置有具备穿孔用突起的可移动板，
在因所述壳体内的产生气体导致的内压上升而使该壳体发生了膨胀变形时，所述可移动板的穿孔用突起与该膨胀变形联动地向所述壳体移动。
[2]一种带有安全装置的电化学设备，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
在所述壳体的至少一个侧壁与所述主体部之间配置有在上端侧具备穿孔用突起的可移动板，
在所述壳体的上壁与所述主体部的上表面之间配置有感应膜，并且所述感应膜的一部分接合于所述壳体的上壁的内表面的至少一部分而形成第一接合部，
所述感应膜穿过所述主体部与所述可移动板之间而向下方延伸地配置、进而穿过所述可移动板的下端与所述壳体的下壁之间朝向上方折返、继而向上方延伸地配置，所述向上方延伸的部分的一部分接合于所述壳体的侧壁的内表面而形成第二接合部，
在因所述壳体内的产生气体导致的内压上升而使所述壳体发生了膨胀变形时，所述感应膜的第一接合部与因所述膨胀变形引起的所述壳体的上壁的上方移动联动地向上方移动，由此存在于所述可移动板的下端与所述壳体的下壁之间的感应膜向上方移动，从而所述可移动板被向上方抬起而所述可移动板的穿孔用突起朝向所述壳体的上壁移动。
[3]一种带有安全装置的电化学设备，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
在所述壳体的至少一个侧壁与所述主体部之间配置有基座板，所述基座板的下方侧的一部分接合于所述壳体的内表面，
在所述壳体的至少一个侧壁与所述基座板之间配置有在上端侧具备穿孔用突起的可移动板，
在所述壳体的下壁与所述主体部的下表面之间配置有感应膜，并且所述感应膜的一部分接合于所述壳体的下壁的内表面的至少一部分而形成第三接合部，
所述感应膜被配置成穿过所述主体部与所述基座板之间而向上方延伸、进而穿过所述基座板的上端与所述壳体的上壁之间朝向下方折返、继而向下方延伸地穿过所述基座板与所述可移动板之间，所述向下方延伸的部分的一部分接合于所述可移动板而形成第四接合部，
在因所述壳体内的产生气体导致的内压上升而使所述壳体发生了膨胀变形时，所述感应膜的第三接合部与因所述膨胀变形引起的所述壳体的下壁的下方移动联动地向下方移动，由此存在于所述基座板与所述可移动板之间的感应膜向上方移动，从而所述可移动板被向上方抬起而所述可移动板的穿孔用突起朝向所述壳体的上壁移动。
[4]在上述[2]或[3]所述的带有安全装置的电化学设备中，
作为所述感应膜，使用厚度0.01mm～0.2mm的树脂膜。
[5]在上述[1]～[4]中任一项所述的带有安全装置的电化学设备中，
所述可移动板由选自树脂板、陶瓷板、玻璃板及树脂被覆金属板中的至少一种材料构成。
[6]在上述[1]～[5]中任一项所述的带有安全装置的电化学设备中，
所述壳体由外包装材料形成，所述外包装材料包含作为外侧层的耐热性树脂拉伸膜层、作为内侧层的热塑性树脂未拉伸膜层和配置于所述两膜层之间的铝箔层。
[7]在上述[1]～[6]中任一项所述的带有安全装置的电化学设备中，
在所述壳体的膨胀变形量变大了时，所述可移动板的穿孔用突起从内侧刺破所述壳体而形成通气孔，所述壳体内的气体经由所述通气孔向外部脱出，由此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。
[8]一种电化学设备用安全装置，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
所述安全装置包括：配置在所述壳体与所述主体部之间、具备穿孔用突起的可移动板，
在因所述壳体内的产生气体导致的内压上升而使所述壳体发生了膨胀变形时，所述可移动板的穿孔用突起与所述膨胀变形联动地向所述壳体移动。
[9]一种电化学设备用安全装置，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
所述安全装置包括：配置在所述壳体的至少一个的侧壁与所述主体部之间、在上端侧具备穿孔用突起的可移动板；配置在所述壳体与所述主体部之间的感应膜，
所述感应膜的一部分配置在所述壳体的上壁与所述主体部的上表面之间，并且所述感应膜的一部分接合于所述壳体的上壁的内表面的至少一部分而形成第一接合部，
所述感应膜穿过所述主体部与所述可移动板之间而向下方延伸地配置、进而穿过所述可移动板的下端与所述壳体的下壁之间朝向上方折返、继而向上方延伸地配置，所述向上方延伸的部分的一部分接合于所述壳体的侧壁的内表面而形成第二接合部。
[10]一种电化学设备用安全装置，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
所述安全装置包括：配置在所述壳体的至少一个侧壁与所述主体部之间的基座板；配置在所述壳体的至少一个侧壁与所述基座板之间、且在上端侧具备穿孔用突起的可移动板；配置在所述壳体与所述主体部之间的感应膜，
所述基座板的下方侧的一部分接合于所述壳体的内表面，
所述感应膜的一部分配置在所述壳体的下壁与所述主体部的下表面之间，并且所述感应膜的一部分接合于所述壳体的下壁的内表面的至少一部分而形成第三接合部，
所述感应膜被配置成穿过所述主体部与所述基座板之间而向上方延伸、进而穿过所述基座板的上端与所述壳体的上壁之间朝向下方折返、继而向下方延伸地穿过所述基座板与所述可移动板之间，所述向下方延伸的部分的一部分接合于所述可移动板而形成第四接合部。
[11]在上述[9]或[10]所述的电化学设备用安全装置中，
作为所述感应膜，使用厚度0.01mm～0.2mm的树脂膜。
[12]在上述[8]～[11]中任一项所述的电化学设备用安全装置中，
所述可移动板由选自树脂板、陶瓷板、玻璃板及树脂被覆金属板中的至少一种材料构成。
发明效果
在[1]的发明中，由于构成为在壳体与主体部之间配置有具备穿孔用突起的可移动板，
在因壳体内的产生气体导致的内压上升而使该壳体发生了膨胀变形时，可移动板的穿孔用突起与该膨胀变形联动地向壳体移动，因此在壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，壳体内的气体经由通气孔向外部脱出，因此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。另一方面，在没有壳体内的内压上升的情况下，壳体不发生膨胀变形，因此可移动板的穿孔用突起不会朝向壳体移动，能够充分确保壳体内的气密性。
在[2]的发明中，由于在因壳体内的产生气体导致的内压上升而使该壳体发生了膨胀变形时，感应膜的第一接合部与因该膨胀变形引起的壳体的上壁的上方移动联动地向上方移动，由此存在于可移动板的下端与壳体的下壁之间的感应膜向上方移动，从而可移动板被向上方抬起而该可移动板的穿孔用突起朝向壳体的上壁移动，因此在壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，壳体内的气体经由通气孔向外部脱出，因此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。另一方面，在没有壳体内的内压上升的情况下，壳体不发生膨胀变形，因此可移动板的穿孔用突起不会朝向壳体移动，能够充分确保壳体内的气密性。
在[3]的发明中，由于在因壳体内的产生气体导致的内压上升而使该壳体发生了膨胀变形时，感应膜的第三接合部与因该膨胀变形引起的壳体的下壁的下方移动联动地向下方移动，由此存在于基座板与可移动板之间的感应膜向上方移动，从而可移动板被向上方抬起而该可移动板的穿孔用突起朝向壳体的上壁移动，因此在壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，壳体内的气体经由通气孔向外部脱出，因此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。另一方面，在没有壳体内的内压上升的情况下，壳体不发生膨胀变形，因此可移动板的穿孔用突起不会朝向壳体移动，能够充分确保壳体内的气密性。
在[4]的发明中，作为所述感应膜，使用厚度0.01mm～0.2mm的树脂膜，由此在因内压上升而壳体发生了膨胀变形时，感应膜(不会断裂地)充分地与其联动而可靠地移动，能够提高防止壳体破裂的可靠性。
在[5]的发明中，可移动板由选自树脂板、陶瓷板、玻璃板及树脂被覆金属板中的至少一种材料构成，有些材料为非导电性材料，因此可充分确保内部绝缘性，并且这些材料的耐电解液性优异，可防止腐蚀劣化，由此，在因内压上升而壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起能够可靠地从内侧刺破壳体而可靠地形成通气孔。
在[6]的发明中，壳体由外包装材料形成，所述外包装材料包含作为外侧层的耐热性树脂拉伸膜层、作为内侧层的热塑性树脂未拉伸膜层和配置于所述两膜层之间的铝箔层，因此能够利用铝箔层充分赋予阻止氧、水分的侵入的气体阻隔性，并能确保良好的热封性、良好的成形性。
在[7]的发明中，在壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，壳体内的气体经由通气孔向外部脱出，因此能够充分防止因内压上升导致的壳体破裂。
在[8]的发明中，由于构成为在壳体与主体部之间配置有具备穿孔用突起的可移动板，
在因壳体内的产生气体导致的内压上升而使该壳体发生了膨胀变形时，可移动板的穿孔用突起与该膨胀变形联动地向壳体移动，因此在壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，壳体内的气体经由通气孔向外部脱出，因此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。另一方面，在没有壳体内的内压上升的情况下，壳体不发生膨胀变形，因此可移动板的穿孔用突起不会朝向壳体移动，能够充分确保壳体内的气密性。
在[9]的发明中，由于在因壳体内的产生气体导致的内压上升而使该壳体发生了膨胀变形时，感应膜的第一接合部与因该膨胀变形引起的壳体的上壁的上方移动联动地向上方移动，由此存在于可移动板的下端与壳体的下壁之间的感应膜向上方移动，从而可移动板被向上方抬起而该可移动板的穿孔用突起朝向壳体的上壁移动，因此在壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，壳体内的气体经由通气孔向外部脱出，因此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。另一方面，在没有壳体内的内压上升的情况下，壳体不发生膨胀变形，因此可移动板的穿孔用突起不会朝向壳体移动，能够充分确保壳体内的气密性。
在[10]的发明中，由于在因壳体内的产生气体导致的内压上升而使该壳体发生了膨胀变形时，感应膜的第三接合部与因该膨胀变形引起的壳体的下壁的下方移动联动地向下方移动，由此存在于基座板与可移动板之间的感应膜向上方移动，从而可移动板被向上方抬起而该可移动板的穿孔用突起朝向壳体的上壁移动，因此在壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，壳体内的气体经由通气孔向外部脱出，因此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。另一方面，在没有壳体内的内压上升的情况下，壳体不发生膨胀变形，因此可移动板的穿孔用突起不会朝向壳体移动，能够充分确保壳体内的气密性。
在[11]的发明中，作为所述感应膜，使用厚度0.01mm～0.2mm的树脂膜，由此在因内压上升而壳体发生了膨胀变形时，感应膜(不会断裂地)充分地与其联动而可靠地移动，能够提高防止壳体破裂的可靠性。
在[12]的发明中，可移动板由选自树脂板、陶瓷板、玻璃板及树脂被覆金属板中的至少一种材料构成，有些材料为非导电性材料，因此可充分确保内部绝缘性，并且这些材料的耐电解液性优异，可防止腐蚀劣化，由此，在因内压上升而壳体的膨胀变形量变大了时，可移动板的穿孔用突起能够可靠地从内侧刺破壳体而可靠地形成通气孔。
附图说明
图1是表示本发明的带有安全装置的电化学设备的一实施方式的剖视图。
图2是表示在图1的带有安全装置的电化学设备中因产生气体导致的内压上升而壳体发生了膨胀变形的状态的剖视图。
图3是表示在图1的带有安全装置的电化学设备中壳体内的内压进一步上升使壳体的膨胀变形量变大、可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成了通气孔的状态的剖视图。
图4是将配置有可移动板的一侧的壳体侧壁的一部分切去来表示图1的电化学设备的侧视图。
图5是表示本发明的带有安全装置的电化学设备的其他实施方式的剖视图。
图6是表示在图5的带有安全装置的电化学设备中因产生气体导致的内压上升而壳体发生了膨胀变形的状态的剖视图。
图7是表示在图5的带有安全装置的电化学设备中壳体内的内压进一步上升使壳体的膨胀变形量变大、可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成了通气孔的状态的剖视图。
图8是将配置有可移动板的一侧的壳体侧壁的一部分切去来表示图5的电化学设备的侧视图。
图9是以制作中途的状态表示图5的电化学设备的图，是表示在下侧的成形壳体(成形外包装材料)内配置了安全装置(可移动板、基座板、感应膜)的状态的立体图。
图10是表示构成壳体的外包装材料的一例的剖视图。
图11是表示感应膜的一例的剖视图。
图12是表示构成电化学设备主体的电极部的一例的剖视图。
图13是表示实施例1～4的电化学设备中的第四接合部的接合方式的剖视图。
具体实施方式
图1示出本发明的带有安全装置的电化学设备1的一实施方式。该电化学设备1中，在大致长方体形状的壳体2的内部封入电化学设备主体部3。
在本实施方式中，电化学设备主体部3配置在2片外包装材料70之间，所述2片外包装材料70的周缘部70a彼此在各自的内侧层75通过热封被密封接合，由此形成壳体2，在该壳体2的内部封入有所述电化学设备主体部3。在本实施方式中，一方的外包装材料(上侧的外包装材料)70通过深拉成形、拉伸成形等成形而形成为立体形状(下表面敞开的大致箱形状)。关于所述外包装材料70的结构等将后面详述。需要说明的是，虽然未图示，正极极耳和负极极耳分别从所述电化学设备主体部3导出到壳体2的外部。
在所述壳体2的一侧壁21与所述主体部3的一侧面31之间(间隙)配置有可移动板4。所述可移动板4被配置成与所述壳体2的一侧壁21大致平行。如图4所示，所述可移动板4中，从侧视呈大致矩形状的基板11的上端缘朝向上方地突出设置有多个穿孔用突起5。所述穿孔用突起5形成为朝向顶端(上端)而缩径的形状，并形成为顶端(上端)尖锐的形状(参照图1、4)。
如图1所示，在所述壳体2的上壁22与所述主体部3的上表面32之间(间隙)配置有感应膜6。此外，所述感应膜6的一部分接合在所述壳体2的上壁22的内表面(内侧层75)的中央部，形成第一接合部41。
所述感应膜6穿过所述主体部3的侧面31与所述可移动板4之间(间隙)而向下方延伸地配置，进而穿过该可移动板4的下端4b与所述壳体2的下壁23之间(间隙)而朝向上方折返、继而向上方延伸地配置，该向上方延伸的部分6A的一部分(上方侧的一部分)接合于所述壳体2的一侧壁21的内表面(内侧层75)而形成第二接合部42。
在本实施方式中，由上述结构的可移动板4和上述结构的感应膜6构成安全装置10。
在上述结构的电化学设备1中，在因过充电、短路等而产生了气体的情况下，若因壳体2内的产生气体导致的内压上升而使壳体2发生膨胀变形，则如图2所示，由于该壳体2的膨胀变形导致壳体2的上壁22向上方移动，感应膜6的第一接合部41与其联动地向上方移动。此时，感应膜6的一部分(第二接合部)42接合于壳体2的一侧壁21的内表面，因此若感应膜6的第一接合部41向上方移动，则存在于可移动板4的下端4b与壳体2的下壁23之间的感应膜6与其联动地向上方移动，由此可移动板4被向上方抬起，该可移动板4的穿孔用突起5朝向壳体2的上壁22移动(参照图2)。
然后，由于因在壳体2内的产生气体导致的内压上升进一步变大，因此壳体2的膨胀变形量变大，感应膜6的第一接合部41进一步向上方移动，则如图3所示，可移动板4进一步被抬起，因此可移动板4的穿孔用突起5从内侧刺破壳体2的上壁22而形成通气孔50。壳体2内的气体经由所述壳体2的上壁22的通气孔50向外部脱出，因此能够防止因内压上升导致的壳体2破裂。即，在因内压上升导致壳体2发生膨胀变形起、直到壳体2达到破裂的期间，可移动板4的穿孔用突起5从内侧刺破壳体2而形成通气孔50，壳体2内的气体经由通气孔50向外部脱出，由此能够防止因内压上升导致的壳体2破裂。
另一方面，在不存在壳体内的内压上升的情况下，壳体2不发生膨胀变形，因此可移动板4的穿孔用突起5不会朝向壳体2的上壁22移动(参照图1)，能够充分确保壳体内的气密性。
需要说明的是，在图1所示的带有安全装置的电化学设备1中，是以使壳体2的下壁23为下侧、使上壁22为上侧的配置方式进行使用(参照图1)。若是上下反转的配置方式(以上壁22为下侧、以下壁23为上侧的配置方式)，则可移动板4因自重而向下方落下，变成穿孔用突起5始终与壳体2的内表面接触，因此无法采用这样的配置方式。
接着，说明本发明的带有安全装置的电化学设备1的其他实施方式。如图5所示，该电化学设备1中，在大致长方体形状的壳体2的内部封入有电化学设备主体部3。
在本实施方式中，电化学设备主体部3配置在2片外包装材料70之间，所述2片外包装材料70的周缘部70a彼此在各自的内侧层75通过热封而被密封接合，由此形成壳体2，在该壳体2的内部封入有所述电化学设备主体部3。在本实施方式中，一方的外包装材料(下侧的外包装材料)70通过深拉成形、拉伸成形等成形而形成为立体形状(上表面敞开的大致箱形状)。关于所述外包装材料70的结构等将在后面详述。需要说明的是，虽然图示，正极极耳和负极极耳分别从所述电化学设备主体部3导出到壳体2的外部。
在所述壳体2的一侧壁21与所述主体部3的一侧面31之间(间隙)配置有基座板(base plate)7。所述基座板7被配置成与所述主体部3的侧面31大致平行。如图8、9所示，所述基座板7侧视呈大致矩形状。所述基座板7的下端部通过熔接而接合于所述壳体2的内表面(内侧层75)，形成第五接合部45。在本实施方式中，所述基座板7的下端部通过熔接而接合于所述壳体2的侧壁21的下端部的内表面(内侧层75)。在所述基座板7的上端7a和所述壳体2的上壁22之间设有间隙。
在所述壳体2的一侧壁21与所述基座板7之间(间隙)配置有可移动板4。所述可移动板4被配置成与所述主体部3的一侧面31大致平行。即，所述可移动板4被配置成与所述基座板7大致平行。如图8所示，所述可移动板4中，从侧视呈大致矩形状的基板11的上端缘朝向上方地突出设置有多个穿孔用突起5。所述穿孔用突起5形成为朝向顶端(上端)而缩径的形状，并形成为顶端(上端)尖锐的形状(参照图5、8)。
如图5所示，在所述壳体2的下壁23与所述主体部3的下表面33之间(间隙)配置有感应膜6。此外，所述感应膜6的一部分接合在所述壳体2的下壁23的内表面(内侧层75)的中央部，形成第三接合部43。
所述感应膜6被配置成穿过所述主体部3的侧面31与所述基座板7之间(间隙)而向上方延伸，进而穿过该基座板7的上端7a与所述壳体2的上壁22之间(间隙)向下方折返、继而向下方延伸而穿过所述基座板7与所述可移动板4之间(间隙)，该向下方延伸的部分6B的一部分(下方侧的一部分)与所述可移动板4接合，形成第四接合部44。
在本实施方式中，由上述结构的基座板7、上述结构的可移动板4及上述结构的感应膜6构成安全装置10。
在上述结构的电化学设备1中，在因过充电、短路等而产生了气体的情况下，若因壳体2内的产生气体导致的内压上升而使壳体2发生膨胀变形，则如图6所示，由于该壳体的膨胀变形导致的壳体2的下壁23向下方移动(相对于主体部3的下表面向下方移动)，感应膜6的第三接合部43与其联动地向下方移动(相对于主体部3的下表面向下方移动)。此时，基座板7的下端部接合于壳体2的内表面，并且感应膜6的一部分(第四接合部)44接合于可移动板4，因此若感应膜6的第三接合部43向下方移动，则存在于基座板7与可移动板4之间的感应膜与其联动地向上方移动，由此可移动板4被向上方抬起，该可移动板4的穿孔用突起5朝向壳体2的上壁22移动(参照图6)。
然后，由于因在壳体2内的产生气体导致的内压上升进一步变大，因此壳体2的膨胀变形量变大，感应膜6的第三接合部43进一步向下方移动(相对于主体部3的下表面进一步向下方移动)，则如图7所示，可移动板4进一步被抬起，因此可移动板4的穿孔用突起5从内侧刺破壳体2的上壁22而形成通气孔50。壳体2内的气体经由所述壳体2的上壁22的通气孔50向外部脱出，因此能够防止因内压上升导致的壳体2破裂。即，在因内压上升导致壳体2发生膨胀变形起、直到壳体2达到破裂的期间，可移动板4的穿孔用突起5从内侧刺破壳体2而形成通气孔50，壳体2内的气体经由通气孔50向外部脱出，由此能够防止因内压上升导致的壳体2破裂。
另一方面，在不存在壳体内的内压上升的情况下，壳体2不发生膨胀变形，因此可移动板4的穿孔用突起5不会朝向壳体2的上壁22移动(参照图5)，能够充分确保壳体内的气密性。
需要说明的是，在图5所示的带有安全装置的电化学设备1中，是以使壳体2的下壁23为下侧、使上壁22为上侧的配置方式进行使用(参照图5)。若是上下反转的配置方式(以上壁22为下侧、以下壁23为上侧的配置方式)，则可移动板4因自重而向下方落下，变成穿孔用突起5始终与壳体2的内表面接触，因此无法采用这样的配置方式。
在本发明中，作为构成所述可移动板4、所述基座板7的材料，通常使用硬质材料，其中，优选使用对锂离子电池、电双层电容器(capacitor)等所使用的有机电解液、强酸也不会腐蚀劣化的材料。即，所述可移动板4、所述基座板7均优选由选自树脂板、陶瓷板、玻璃板及树脂被覆金属板(表面被树脂被覆的金属板)的至少一种材料构成，在该情况下，由于这些材料是非导电性，因此能够充分确保内部绝缘性，并且由于这些材料的耐电解液性优异，因此可防止腐蚀劣化，由此在因内压上升而壳体2的膨胀变形量变大了时，也能使可移动板4的穿孔用突起5可靠地从内侧刺破壳体2而可靠地形成通气孔50。需要说明的是，作为所述树脂，可举出烯烃树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、氟系树脂等。作为所述树脂被覆金属所用的表面树脂，同样可以举出烯烃树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、氟系树脂等。
所述可移动板4的厚度优选设定为0.03mm～3mm。通过设为0.03mm以上，则在因内压上升而壳体2的膨胀变形量变大了时，也能使可移动板4的穿孔用突起5可靠地从内侧刺破壳体2而形成通气孔50，若为3mm以下，则既能够谋求省空间化，还能谋求轻型化。
所述可移动板4的穿孔用突起5只要具备能够刺入所述壳体2(可刺入)的顶端形状即可，其形状没有特别限定，但优选是形成为顶端尖锐的形状。在所述穿孔用突起5的顶端形成为尖锐形状的情况下，俯视下，穿孔用突起5的顶端的张开角α优选是设定在3度～20度的范围(参照图4、8)。通过所述张开角α设定在这样的角度范围，由此在因内压上升而壳体2的膨胀变形量变大了时，也能使可移动板4的穿孔用突起5可靠地从内侧刺破壳体2而可靠地形成通气孔50。
需要说明的是，在上述实施方式中，在所述可移动板4突出设置有多个穿孔用突起5，但并不特别限定于这样的结构，可以采用在所述可移动板4突出设置1个穿孔用突起5的结构。
所述基座板7的厚度优选是设定为0.05mm～3mm。通过设为0.05mm以上，则在壳体的内压上升了时也能充分防止基座板7发生变形，通过设为3mm以下，则既能够谋求省空间化，还能谋求轻型化。
作为所述感应膜6，优选是使用厚度0.01mm～0.2mm的树脂膜。
作为构成所述感应膜6的树脂膜，优选使用具有耐化学药品性的下述材料。
1)拉伸聚酯膜、拉伸聚碳酸酯膜的单层品
2)未拉伸聚乙烯膜、未拉伸酸改性聚乙烯膜、未拉伸聚丙烯膜、未拉伸酸改性聚丙烯膜、未拉伸氟膜的单层品
3)将1)中列举的拉伸膜81和2)中列举的未拉伸膜82经由粘接剂层83层合而成的复合膜(参照图11)。
作为构成所述复合膜的粘接剂层83的粘接剂，例如可举出烯烃系树脂粘接剂等。所述粘接剂层83的厚度优选设定为0.5μm～5μm。通过设为0.5μm以上，能够确保充分的粘接强度，并且通过设为5μm以下，能够降低成本。
接着，说明形成所述壳体2所用的外包装材料70。作为所述外包装材料70，优选使用包含作为外侧层的耐热性树脂拉伸膜层71、作为内侧层的热塑性树脂未拉伸膜层75和配设于所述两膜层之间的铝箔层73的外包装材料。
其中，如图10所示，尤其优选是采用如下结构：在铝箔层73的上表面经由第一粘接剂层72而层合耐热性树脂拉伸膜层(外侧层)71使其一体化，并在所述铝箔层73的下表面经由第二粘接剂层74层合热塑性树脂未拉伸膜层(内侧层)75而使其一体化。
所述耐热性树脂拉伸膜层(外侧层)71是主要承担确保作为外包装材料的良好成形性的作用的部件，即承担防止成形时因铝箔的缩径导致的断裂的作用。作为所述耐热性树脂拉伸膜71，拉伸聚酰胺、拉伸聚酯是适当的。所述耐热性树脂拉伸膜层71的厚度优选设定为12μm～50μm。
所述热塑性树脂未拉伸膜层(内侧层)75针对锂离子二次电池等所用的强腐蚀性电解液等也具有优异的耐化学药品性，承担对外包装材料赋予热封性的作用。
所述热塑性树脂未拉伸膜层75未特别限定，优选通过由选自聚乙烯、改性聚乙烯、聚丙烯及改性聚丙烯中的至少一种热塑性树脂形成的未拉伸膜而构成。所述热塑性树脂未拉伸膜层75的厚度优选设定为20μm～80μm。
所述铝箔层73是承担赋予阻止氧、水分侵入外包装材料的气体阻隔性的作用的部件。作为所述铝箔73，适于使用由纯Al或Al－Fe合金形成的厚度20μm～100μm的箔。
作为所述第一粘接剂层72未特别限定，聚醚聚氨酯系粘接剂层、聚酯聚氨酯系粘接剂层是合适的。
作为所述第二粘接剂层74未特别限定，马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯等的酸改性聚烯烃等烯烃系树脂粘接剂层是合适的。
所述外包装材料70的厚度(壳体2的构成壁的厚度)优选设定为50μm～250μm。其中，所述外包装材料70的厚度(壳体2的构成壁的厚度)更优选设定为65μm～150μm。
图12示出所述电化学设备主体部3的结构例。在该结构例中，作为主体部3的主要部分的电极部是正极集电体91和负极集电体92在塑料制的多孔质状的隔膜93、94、95之间交替层合的结构(图12)，可以采用将这些层合体层叠多个的结构、或将其卷绕多圈的结构等。作为所述电化学设备主体部3未特别限定，例如可举出电池主体部、电容器(capacitor)主体部、电容(condenser)主体部等。
在本发明中，在第一接合部41、第二接合部42及第三接合部43的形成中，感应膜6与壳体2的内表面(内侧层75)的接合可以使用例如具有耐化学药品性的粘接剂进行，也可以通过二者的热熔接进行。
此外，在第四接合部44的形成中，感应膜6与可移动板4的接合可以使用例如具有耐化学药品性的粘接剂进行，在可移动板4的至少表面为树脂时，也可以通过二者的热熔接进行接合。
此外，在第五接合部45的形成中，基座板7与壳体2的内表面(内侧层75)的接合可以使用例如具有耐化学药品性的粘接剂进行，在基座板7的至少表面为树脂时，也可以通过二者的热熔接进行接合。
所述第一接合部41的面积优选是设定为壳体2的上壁22的面积的二分之一以下。此外，所述第三接合部43的面积优选是设定为壳体2的下壁23的面积的二分之一以下。
在本发明中，在通过将所述2片外包装材料70的周缘部70a彼此在各自的内侧层75处热封接合而形成壳体2时，热封的宽度(接合部的宽度)优选设定为0.5mm以上。通过设为0.5mm以上，能够可靠地进行封固。其中，所述热封的宽度(接合部的宽度)优选设定为3mm～15mm。
实施例
接着，说明本发明的具体实施例，但本发明不特别限定于这些实施例。
＜实施例1＞
制作上述的图5所示结构的带有安全装置的电池(带有安全装置的电化学设备)1。所使用的各构成材料的详细情况如下所示。
(基座板7)
将厚度1mm的均聚聚丙烯片冲裁而得到的横33mm×高度4mm的矩形状的基座板(参照图9)。
(可移动板4)
将厚度1mm的均聚聚丙烯片的上端部加工而得到的、上端形成有多个穿孔用突起5的可移动板(参照图8)。穿孔用突起5的顶端的尖锐部的张开角(α)为15度(参照图8)。
(感应膜6)
通过聚烯烃系粘接剂83将厚度12μm的延伸聚酯膜81和厚度30μm的未拉伸聚丙烯膜82贴合而成的厚度45μm的感应膜(纵63mm×横33mm)(参照图11)。
(外包装材料70)
在厚度40μm的由JISA8079规定的软质铝箔73的一个面经由聚酯－氨基甲酸酯系粘接剂72贴合厚度25μm的延伸尼龙膜(外侧层)71，在所述软质铝箔73的另一面经由马来酸酐改性聚丙烯(聚烯烃系粘接剂)74贴合厚度40μm的未拉伸聚丙烯膜(内侧层)75，然后在40℃恒温槽进行3天的固化(curing)，由此得到外包装材料70(参照图10)，准备2片这样的外包装材料70。用纵50mm×横33mm的外模具在一个外包装材料进行深度4mm的深拉成形，由此得到成形为立体形状(上表面敞开的大致箱形状)的成形外包装材料70(参照图9)。另一外包装材料70以平面状直接使用。
(电池主体部3)
将厚度30μm的软质铝箔、厚度30μm的聚丙烯膜和厚度30μm的软质铜箔层叠成层状，并冲裁成纵47mm×横33mm的大小，将这样冲裁后的部件层合40片，做成电池主体部3的模仿品。
如上述这样准备了各构成材料。接着，使所述感应膜6的(未拉伸聚丙烯膜82的)长度方向的一端部重合于所述可移动板4的下端部，用加热到200℃的金属制热板对该重合部进行2秒的热封而使其熔融接合，由此形成第四接合部44，将所述可移动板4和所述感应膜6连结起来。需要说明的是，在该实施例1中，如图13所示，使感应膜6的长度方向的一端部(下端部)向上方并朝内侧(可移动板4侧)少许折返而使感应膜6的未拉伸聚丙烯膜82熔融接合于聚丙烯制可移动板4，由此形成第四接合部44(其他结构与图5相同)。
如图9所示，在成形为所述立体形状(上表面敞开的大致箱形状)的成形外包装材料70的一侧壁21的接近位置配置基座板7，将基座板7的下端部与壳体2的一侧壁21的内表面(未拉伸聚丙烯膜75)熔融接合而形成第五接合部45，在所述成形外包装材料70的一侧壁21与基座板7之间的间隙，以穿孔用突起5为上侧的方式配置与感应膜6相连的可移动板4，使该感应膜6通过基座板7的上端7a之上后，下降成与基座板7呈平行状，进而呈平行状地载置于所述成形外包装材料70的下壁23之上，将感应膜6的(未拉伸聚丙烯膜82的)一部分与该下壁23的内表面的(未拉伸聚丙烯膜75的)中央部熔融接合而形成第三接合部43。用于形成所述第三接合部43的熔融接合，是通过将加热到200℃的10mm×10mm的金属制热板抵接于配置在所述成形外包装材料70的凹部内底面的所述感应膜6的上表面(延伸聚酯膜81面)1秒进行热封而进行的。
接着，在所述成形外包装材料70的凹部内(感应膜6之上)，载置了所述电池主体部3的模仿品之后，在该电池主体部3的上表面滴下5mL的如下液体，该液体是在电解液(在以1：1：1的体积比混合碳酸亚乙酯(ethylene carbonate)：二亚乙基碳酸酯(diethylenecarbonate)：碳酸二甲酯而成的混合碳酸酯中添加LiPF6而得的LiPF6浓度为1摩尔/L的电解液)中以浓度5000ppm添加了用于促使产生气体的纯水而成，然后，将所述平面状的另一外包装材料70的周缘部70a重合于所述成形外包装材料70的周缘部70a之上(以使二者的内侧层75彼此接触的方式重合)，在0.086MPa的减压状态下用加热到200℃的金属制热板对周缘部70a彼此热封2秒而进行封固，由此得到图5所示结构的带有安全装置的电池(模仿品)。
＜实施例2＞
除了将可移动板的厚度1mm变更为厚度0.5mm以外，与实施例1同样地得到带有安全装置的电池(模仿品)。
＜实施例3＞
取代厚度1mm的聚丙烯制的可移动板，使用用聚烯烃粘接剂将厚度0.1mm的聚碳酸酯片和厚度0.03mm的聚丙烯片贴合而成的、同一形状、同一大小的可移动板，并且使用用聚烯烃系粘接剂83将厚度12μm的拉伸聚丙烯膜81和厚度30μm的未拉伸聚丙烯膜82贴合而成的厚度45μm的感应膜(纵63mm×横33mm)而作为感应膜6，除此之外与实施例1同样地得到带有安全装置的电池(模仿品)。
需要说明的是，在该实施例3中，如图13所示，感应膜6的向下方延伸的部分6B中的一端部(下端部)朝向上方地向内侧(可移动板4侧)少许折返而将感应膜6的未拉伸聚丙烯膜82面熔融接合于可移动板4的聚丙烯片面的下端部，由此形成第四接合部44。
＜实施例4＞
取代厚度1mm的聚丙烯制的可移动板，使用同一形状、同一大小的可移动板(其是将厚度0.05mm的不锈钢箔(JIS304－H)浸渍于在甲苯分散有马来酸酐改性聚丙烯的液体后，以200℃进行30秒的烧结处理，由此在不锈钢箔的整个表面形成厚度3μm的被覆层而成)，并且使用用聚烯烃系粘接剂83将厚度12μm的拉伸聚丙烯膜81和厚度30μm的未拉伸聚丙烯膜82贴合而成的厚度45μm的感应膜(纵63mm×横33mm)而作为感应膜6，除此之外与实施例1同样地得到带有安全装置的电池(模仿品)。
需要说明的是，在该实施例4中，如图13所示，感应膜6的向下方延伸的部分6B中的一端部(下端部)朝向上方地向内侧(可移动板4侧)少许折返而将感应膜6的未拉伸聚丙烯膜82面熔融接合于可移动板4的马来酸酐改性聚丙烯被覆层的下端部，由此形成第四接合部44。
＜比较例1＞
不使用基座板、可移动板及感应膜(做成不设置安全装置的结构)，除此之外与实施例1同样地得到电池(模仿品)。
基于下述的评价法对上述得到的各电池(模仿品)进行评价。其结果示于表1。
＜防破裂性能评价法＞
按各实施例、比较例分别准备9个样品，在40℃的恒温槽、60℃的恒温槽、80℃的恒温槽中分别各配置3个，在该状态下经过了24小时后，从恒温槽取出样品，对各样品调查是否有气体从通过安全装置的工作而形成的通气孔向外部放出(是否有因产生气体所致的壳体的膨胀而使可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，使得壳体内的气体向外部脱出)，对于没有气体的外部放出、壳体已膨胀变形的样品，使用数字卡规测定电池的壳体的高度方向的膨胀变形量(向上方的膨胀量的最大值和向下方的膨胀量的最大值的合计；参照图6)(mm)。需要说明的是，在表1中，对从恒温槽取出的样品中确认到有气体从通过安全装置的工作而形成的通气孔向外部放出的(壳体的内压上升已消除的)标记“○”。
【表1】
从表1可知，本发明的实施例1～4的带有安全装置的电化学设备在40℃的条件下，在电池的壳体内产生的气体少，因此壳体的膨胀变形的程度小，不会通过安全装置的工作而形成通气孔。另一方面，实施例1～4的带有安全装置的电化学设备在60℃的条件、80℃的条件下，因产生气体导致的壳体的膨胀变形量变大，可移动板的穿孔用突起从内侧刺破壳体而形成通气孔，壳体内的气体向外部放出，由此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。
与此相对，在未设置本发明的安全装置的比较例1的电化学设备中，在60℃的条件、80℃的条件下，因产生气体导致的壳体的膨胀变形量变得相当大，但由于是气体不会被放出到外部的结构，因此若继续持续膨胀，可能会导致壳体破裂。
产业上的可利用性
本发明的带有安全装置的电化学设备例如可适于用作如下等，但不限于这样的用途，即
1)智能手机、平板电脑等便携设备所使用的锂聚合物电池、锂离子电容器、电双层电容器；
2)混合动力汽车、电动汽车等的电源；
3)风力发电、太阳能发电、夜间电力的蓄电所使用的电池、电容器。
此外，本发明的电化学设备用安全装置例如可适于用作电池用安全装置、电容器用安全装置，但不限于这样的用途。
本申请基于2013年8月30日提出申请的日本专利申请特愿2013－179257号主张优先权，其公开内容直接构成本申请的一部分。
在此所用的术语及说明是为了说明本发明的实施方式而使用的，本发明不限于此。只要在本发明的权利要求书范围内，允许不脱离其发明要旨的任何设计变更。
附图标记的说明
1…电化学设备
2…壳体
3…电化学设备主体部
4…可移动板
4b…可移动板的下端
5…穿孔用突起
6…感应膜
6A…向上方延伸的部分
6B…向下方延伸的部分
7…基座板
7a…基座板的上端
10…安全装置
21…壳体的侧壁
22…壳体的上壁
23…壳体的下壁
31…主体部的侧面
32…主体部的上表面
33…主体部的下表面
41…第一接合部
42…第二接合部
43…第三接合部
44…第四接合部
50…通气孔

Claims (10)

1.一种带有安全装置的电化学设备，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
在所述壳体的至少一个侧壁与所述主体部之间配置有在上端侧具备穿孔用突起的可移动板，
在所述壳体的上壁与所述主体部的上表面之间配置有感应膜，并且所述感应膜的一部分接合于所述壳体的上壁的内表面的至少一部分而形成第一接合部，
所述感应膜穿过所述主体部与所述可移动板之间而向下方延伸地配置、进而穿过所述可移动板的下端与所述壳体的下壁之间朝向上方折返、继而向上方延伸地配置，所述向上方延伸的部分的一部分接合于所述壳体的侧壁的内表面而形成第二接合部，
在因所述壳体内的产生气体导致的内压上升而使所述壳体发生了膨胀变形时，所述感应膜的第一接合部与因所述膨胀变形引起的所述壳体的上壁的上方移动联动地向上方移动，由此存在于所述可移动板的下端与所述壳体的下壁之间的感应膜向上方移动，从而所述可移动板被向上方抬起而所述可移动板的穿孔用突起朝向所述壳体的上壁移动。
2.一种带有安全装置的电化学设备，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
在所述壳体的至少一个侧壁与所述主体部之间配置有基座板，所述基座板的下方侧的一部分接合于所述壳体的内表面，
在所述壳体的至少一个侧壁与所述基座板之间配置有在上端侧具备穿孔用突起的可移动板，
在所述壳体的下壁与所述主体部的下表面之间配置有感应膜，并且所述感应膜的一部分接合于所述壳体的下壁的内表面的至少一部分而形成第三接合部，
所述感应膜被配置成穿过所述主体部与所述基座板之间而向上方延伸、进而穿过所述基座板的上端与所述壳体的上壁之间朝向下方折返、继而向下方延伸地穿过所述基座板与所述可移动板之间，所述向下方延伸的部分的一部分接合于所述可移动板而形成第四接合部，
在因所述壳体内的产生气体导致的内压上升而使所述壳体发生了膨胀变形时，所述感应膜的第三接合部与因所述膨胀变形引起的所述壳体的下壁的下方移动联动地向下方移动，由此存在于所述基座板与所述可移动板之间的感应膜向上方移动，从而所述可移动板被向上方抬起而所述可移动板的穿孔用突起朝向所述壳体的上壁移动。
3.根据权利要求1或2所述的带有安全装置的电化学设备，其中，
作为所述感应膜，使用厚度0.01mm～0.2mm的树脂膜。
4.根据权利要求1或2所述的带有安全装置的电化学设备，其中，
所述可移动板由选自树脂板、陶瓷板、玻璃板及树脂被覆金属板中的至少一种材料构成。
5.根据权利要求1或2所述的带有安全装置的电化学设备，其中，
所述壳体由外包装材料形成，所述外包装材料包含作为外侧层的耐热性树脂拉伸膜层、作为内侧层的热塑性树脂未拉伸膜层、和铝箔层，所述铝箔层配置于所述作为外侧层的耐热性树脂拉伸膜层与所述作为内侧层的热塑性树脂未拉伸膜层之间。
6.根据权利要求1或2所述的带有安全装置的电化学设备，其中，
在所述壳体的膨胀变形量变大了时，所述可移动板的穿孔用突起从内侧刺破所述壳体而形成通气孔，所述壳体内的气体经由所述通气孔向外部脱出，由此能够防止因内压上升导致的壳体破裂。
7.一种电化学设备用安全装置，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
所述安全装置包括：配置在所述壳体的至少一个的侧壁与所述主体部之间、在上端侧具备穿孔用突起的可移动板；配置在所述壳体与所述主体部之间的感应膜，
所述感应膜的一部分配置在所述壳体的上壁与所述主体部的上表面之间，并且所述感应膜的一部分接合于所述壳体的上壁的内表面的至少一部分而形成第一接合部，
所述感应膜穿过所述主体部与所述可移动板之间而向下方延伸地配置、进而穿过所述可移动板的下端与所述壳体的下壁之间朝向上方折返、继而向上方延伸地配置，所述向上方延伸的部分的一部分接合于所述壳体的侧壁的内表面而形成第二接合部。
8.一种电化学设备用安全装置，所述电化学设备是在壳体的内部封入电化学设备主体部而成，其特征在于，
所述安全装置包括：配置在所述壳体的至少一个侧壁与所述主体部之间的基座板；配置在所述壳体的至少一个侧壁与所述基座板之间、且在上端侧具备穿孔用突起的可移动板；配置在所述壳体与所述主体部之间的感应膜，
所述基座板的下方侧的一部分接合于所述壳体的内表面，
所述感应膜的一部分配置在所述壳体的下壁与所述主体部的下表面之间，并且所述感应膜的一部分接合于所述壳体的下壁的内表面的至少一部分而形成第三接合部，
所述感应膜被配置成穿过所述主体部与所述基座板之间而向上方延伸、进而穿过所述基座板的上端与所述壳体的上壁之间朝向下方折返、继而向下方延伸地穿过所述基座板与所述可移动板之间，所述向下方延伸的部分的一部分接合于所述可移动板而形成第四接合部。
9.根据权利要求7或8所述的电化学设备用安全装置，其中，
作为所述感应膜，使用厚度0.01mm～0.2mm的树脂膜。
10.根据权利要求7或8所述的电化学设备用安全装置，其中，
所述可移动板由选自树脂板、陶瓷板、玻璃板及树脂被覆金属板中的至少一种材料构成。
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