JP2000003700A

JP2000003700A - 密閉型電池

Info

Publication number: JP2000003700A
Application number: JP11162695A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiro Taki; 清弘滝; Kazuo Togashi; 和男富樫; Toshimitsu Masuko; 俊光益子; Kiyoshi Katayama; 喜代志片山; Takeshi Yuda; 健湯田; Hiroshi Nishikawa; 寛西川; Ryoichi Yamane; 良一山根
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-01-07
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JP3351392B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池内圧上昇時の電流遮断と、内圧緩和を確
実に行うことができるようにする。【解決手段】中央に安全弁凸部９を有する安全弁５
を、安全弁５と発電要素１との間に設けた金属薄板によ
って溶接部を介して発電要素１に接続し、電池内圧の上
昇による安全弁５の変形によって、内圧緩和と溶接部の
剥離による電流遮断とを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型電池に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】近時、例えばリチウム電池、カーボンリ
チウム電池等の２次電池がビデオテープレコーダや時計
等に広く使用されている。

【０００３】この種の電池は、密閉型電池構成を採る
が、このような電池は、電池内に収容されている発電要
素が化学変化を起こして内圧が高くなり、爆発を生じる
場合がある。

【０００４】例えば、通常リチウム２次電池のような非
水電解質電池が過充電状態になったり、誤使用等によっ
て短絡状態となって大電流が流れたりすると、電解液が
分解されてガスが発生する場合がある。そして、このガ
スが電池内に充満するとこれによって、電池の内圧が高
まって瞬時的、衝撃的破壊を来すおそれがある。

【０００５】このような現象の発生を回避する密閉型電
池としては、例えば、特開平２−１１２１５１号公報の
開示のものがある。

【０００６】この密閉型電池は、図８に示すように発電
要素１が収容される外装缶２の開口端に、通常正極端子
となる蓋体３が、リング状ガスケット４を介して封止さ
れ、この蓋体３内に電池内圧の上昇により変形する金属
板材より成る安全弁５が設けられ、この安全弁の変形に
よって作動する電流遮断手段６が設けられる。

【０００７】図９及び図１０は、この電池の正常状態
と、内圧上昇の異常状態での要部の拡大断面図を示すも
のである。発電要素１は、例えば、それぞれシート状の
負極材と正極材とが、電解液を染み込ませたセパレータ
を挟み込んで筒状に巻回されて成る。そして、その負極
側及び正極側にそれぞれリボン状のリード板７及び８が
導出され、一方のリード板８は、外装缶２の底面に接続
される。

【０００８】安全弁５は、円板状金属板材より成り、プ
レス成型によって発電要素１の配置側に向かって膨出す
る皿状に形成されると共に、同様に発電要素１の配置側
に向かって膨出する安全弁凸部９がその中央に設けられ
る。そして、この安全弁５の外周のフランジ部は、例え
ば蓋体３の外周縁を包み込むように折曲げられて蓋体３
と共に絶縁性のリング状ガスケット４を介して外装缶２
の開口端にかしめつけられて封止される。

【０００９】蓋体３にはガス抜きの透孔１０が穿設され
るが、安全弁５によって外装缶２内は、外部と遮断する
ように密封封止された状態を保持するようになされてい
る。

【００１０】そして安全弁５の皿状部の外周部に、円筒
状のディスクホルダ１１が嵌め込まれてこのディスクホ
ルダ１１の保持がなされる。

【００１１】このディスクホルダ１１の円筒部内には図
１１及び図１２にそれぞれその平面図及びそのＡ−Ａ線
上の断面図を示すように、円筒部内にその軸心と直交す
る板部１１ａが設けられ、これに衝合するように、ディ
スクホルダ１１内に、ディスク１２が嵌め込まれて保持
される。

【００１２】ホルダ１１の板部１１ａとディスク１２の
中心部には、中心孔１１ｃ及び１２ｃが穿設され、これ
らに安全弁５の中心部に形成されている安全弁凸部９が
挿入され、その先端がディスク１２の発電要素１側に臨
み、この凸部９の先端に、発熱要素１の正極側リード板
７が衝合するようになされる。そして、この衝合部にお
いて凸部９に対し、リード板７が超音波溶接等によって
溶接される。

【００１３】そして、ディスク１２と、ディスクホルダ
１１の板部１１ａには、互いに対応する位置にそれぞれ
ガスを通じ得るガス貫通孔１２Ｗ及び１１Ｗが穿設され
る。

【００１４】この構成において、何らかの理由で、発電
要素１の収容部でガスが発生し、内圧が上昇すると、デ
ィスク１２の貫通孔１２Ｗと、ディスクホルダ１１の板
部１１ａの貫通孔１１Ｗを通じて、安全弁５にこの内圧
が加えられることから、これが図１０で示すように蓋体
３側に向かってふくらむ膨出変形が生じる。これによっ
て電池内の内圧が緩和されると共に、この安全弁５の変
形に伴って凸部９が持ち上がる。このとき、これに溶接
されているリード板７も持ち上がろうとするが、リード
板７は、ディスク１２の存在によってこれが移動できな
い。そこで、リード板７は、これが引きちぎられ、リー
ド板７と安全弁５との電気的接続、つまり、発電要素１
と蓋体３との電気的接続が断たれる。このようにして電
流遮断手段６が構成される。

【００１５】このようにしてガスの発生も停止し、これ
以上の電池内圧の上昇も抑制される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この構成に
よる場合、リボン状リード板７は、一般に３ｍｍ幅程度
で柔軟性を有することから、電池内圧が上昇して安全弁
５が変形するとき、これに伴ってリード板７が、ディス
ク１２の中心孔１２ｃ内に引き込まれてしまうおそれが
ある。この場合、その引きちぎりによるリード板７の切
断が必ずしも確実に行われない場合が生じ、更に切断さ
れたリード板７の先端が、浮遊状態になることから、こ
れが不用意に外装缶２に、即ち負極側に接触して短絡状
態を来すなど安全性が充分でない。

【００１７】本発明は、電池内圧の上昇時に確実に電流
遮断を行い、リードの短絡事故などを来すことなく確実
に内圧低下を生じさせ衝撃的破壊を確実に防止すること
ができるようにする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明による密閉型電池
は、開口端に蓋体がガスケットを介して封着された外装
缶と、この外装缶内に収容された、負極材と正極材と
が、電解液が含浸されたセパレータを挟み込んで巻回さ
れた発電要素と、外装缶内の、発電要素と蓋体との間に
配置された安全弁と、この安全弁と発電要素との間に配
置され、溶接部を介して安全弁と電気的に導通し且つ発
電要素と電気的に導通する導電薄板とが設けられる。そ
して、導電薄板には、ガス貫通孔が形成され、安全弁
は、外装缶の内圧上昇により変形を生じて、発電要素と
の電気的導通を遮断することができるように構成され
る。

【００１９】上述の本発明による密閉型電池は、その電
池内の圧力が上昇した場合、安全弁がその圧力上昇と共
に変形することによって、この安全弁と、発電要素との
間を溶接部を介して電気的に連結する導電薄板におい
て、その溶接部に剥離を生じさせるものであり、このよ
うにして、発電要素と安全弁との電気的連結、すなわち
通電を断ち、これ以上のガスの発生を抑えるものであ
る。

【００２０】このようにして、安全弁５の変形をもって
電池内圧の緩和と共に、電池通電を断つことによって電
池内圧が、衝撃的破壊を発生する程度に著しく増加する
ような不都合を回避できる。

【００２１】このように本発明では、内圧上昇による安
全弁５の変形によって、溶接部での剥離によって電流遮
断を行うようにしたので、従来におけるように柔軟なリ
ード板７を引きちぎって切断させる場合に比し、安定し
た剥離を行うことができ、内圧が上昇によって確実に電
流遮断を行うことができ、ガス発生を確実に停止させる
ことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明による密閉型電池は、前述
したように、開口端に蓋体がガスケットを介して封着さ
れた外装缶に収容された発電要素と、蓋体との間に安全
弁が配置され、この安全弁と発電要素との間に、溶接部
を介して安全弁と電気的に導通し且つ発電要素と電気的
に導通する導電薄板が配置される。

【００２３】導電薄板には、ガス貫通孔が形成される。
また安全弁は、外装缶の内圧上昇により変形を生じて、
発電要素との電気的導通を遮断することができるように
構成される。

【００２４】蓋体には、ガス抜き透孔が設けられ、安全
弁の配置部によって、外装缶内の発電要素の配置部が気
密的に密閉される。

【００２５】また、外装缶内には、溶接部以外での安全
弁と発電要素との電気的導通を阻止すると共に、導電薄
板の位置を設定するホルダが配置される。

【００２６】また、発電要素と導電薄板とは、リードに
より電気的に導通する構成とすることができる。本発明
による密閉型電池の実施形態の一例を図１及び図２を参
照して説明する。図１及び図２において、図９〜図１１
と対応する部分には同一符号を付す。この例において
も、電池の発電要素１と、電池の正極端子となる蓋体３
との間に電流遮断手段６を配置した場合である。

【００２７】発電要素１も、例えば、図９〜図１１の場
合と同様に、それぞれシート状の負極材と正極材とが、
電解液を染み込ませたセパレータを挟み込んで筒状に巻
回されて成る。そして、その負極側及び正極側にそれぞ
れ例えばリボン状のリード板が導出され、図示しないが
負極側のリード板は、外装缶２の底面に接続されてい
る。

【００２８】安全弁５は、金属材から成り、例えばプレ
ス成型によって円板状金属材が発電要素１の配置側に向
かって膨出する皿状に形成されると共に、同様に発電要
素１の配置側に向かって膨出する安全弁凸部９がその中
央に設けられる。そして、この安全弁３の外周のフラン
ジ部は、例えば蓋体３の外周縁を包み込むように折曲げ
られて蓋体３と共に絶縁性のリング状ガスケット４を介
して発電要素１が収容された外装缶２の開口端にかしめ
つけられて封止される。

【００２９】蓋体３にはガス抜けの透孔１０が穿設され
るが、外装缶２内は、安全弁５によって外部と遮断する
ように封止された密閉状態を保持するようになされてい
る。

【００３０】そして、安全弁９の皿状膨出部の外周部に
絶縁性のプラスチック等より成る円筒状のディスクホル
ダ３１が嵌め込まれて圧着保持される。

【００３１】このディスクホルダ３１はその円筒部内の
中間部に、その円筒部の内周から中心に向かって突出す
るリング板３１ａが一体に設けられて成り、このリング
板３１ａに衝合するようにディスクホルダ３１内にディ
スク２３が圧入によって嵌め込まれて保持される。

【００３２】ディスク２３は、平面性を保持できる有る
程度の剛性を有する材料及び厚さが選定された金属板よ
り成り、その中心に中央貫通孔２１が穿設され、これに
安全弁５の中心の安全弁凸部９を緩入させて、その先端
が、ディスク２３の発電要素１側に臨むことができるよ
うになされている。

【００３３】また、このディスク２３の中心部以外に、
ガスを通ずることのできるガス貫通孔２２が、ディスク
２３の軸心に対して対称的に複数個穿設される。そし
て、このディスク２３の、発電要素１側の面に金属薄板
２４を当接させ、点Ｐ₁をもって示すように、この金属
薄板２４を、ディスク２３に強固に例えば溶接によって
接合し、ディスク２３と金属薄板２４とによる導電薄板
が構成される。

【００３４】金属薄板２４は、ディスク２３の中心貫通
孔２１を閉塞させるように、中心貫通孔２１の全域に亘
って対向し、その中心貫通孔２１の全周に亘って跨がる
形状、大きさに選定され、且つガス貫通孔２２を閉塞さ
せることがない形状、大きさに選定される。

【００３５】更に、この金属薄板２４の、発電要素１と
対向する側の面に、点Ｐ₂で示すように、発電要素１の
一方のリード板、即ちこの例では正極側のリード板７を
強固に例えば溶接によって接合する。

【００３６】また、安全弁５の安全弁凸部９の先端と、
金属薄板２４とを、ディスク２３の中心貫通孔２１を通
じて点Ｐ₃で示すように、剥離可能な所要の強度をもっ
て溶接する。

【００３７】このようにして、発電要素１の正極リード
板７が金属薄板２４及び安全弁５を介して蓋体３に電気
的に連結される。２０は発電要素１上に配された絶縁シ
ートを示す。

【００３８】この構成において今何らかの原因、例えば
過負荷、過充電、短絡等によってガスが発生し、電池内
圧が高まったとすると、このガスがディスク２３のガス
貫通孔２２を通じて安全弁５の内面に与えられて、安全
弁５を、蓋体３側に押し上げようとする。このときその
安全弁５の安全弁凸部９は、その先端が金属薄板９と点
Ｐ₃において溶接されていて、その押し上げを引き止め
ようとするものの、内圧がある程度以上となると、この
点Ｐ₃における溶接は、予め剥離可能な強度に溶接され
ていることから、安全弁５は、図２に示すようにその中
央部がディスク２３から遠去けられるように外方に膨出
変形し、これと同時に点Ｐ₃の溶接が剥離し電流遮断状
態となる。

【００３９】このとき、金属薄板２４は、ディスク２３
の中心貫通孔２１の周縁部との衝合によって、その位置
が規制されて平板状を保持しているので点Ｐ₃の溶接部
の剥離は、一定の内圧で確実に行なわれる。したがっ
て、ガスの発生が停止される。

【００４０】しかしながら、なおかつ、ガスの発生が停
止されない場合に対処して安全弁５には、図示しないが
肉薄部を設けるなどその気密性が或る程度の内圧以上で
破れるようにして電池の衝撃的破壊を回避するようにな
す。

【００４１】上述の構成によれば、その電流遮断手段６
即ち、安全弁５、ディスク２３、ディスクホルダ３１、
金属薄板２４は、これを予め蓋体３に対して組込んでお
いて外装缶２への装着に当たってリード板７との接続を
行い、外装缶２の開口に、絶縁リング状ガスケット４を
介して封止するという組立態様を採り得るので、電流遮
断手段６の良否の検査等は、電池として完成する前に行
うことができる。

【００４２】上述の図１及び図２に示した例では、ディ
スク２３と金属薄板２４とによる導電薄板を構成し、リ
ード板７が溶接された金属薄板２４に、電池内圧の上昇
によって変形する安全弁５の安全弁凸部９を溶接したも
のであるが、この金属薄板２４を省略して図３に示すよ
うに安全弁５の安全弁凸部９を、金属即ち導電性を有す
るディスク２３による導電薄板に剥離可能に溶接する構
成とし、図４に示すように、電池内圧が上昇したとき
に、蓋体３側に膨出変形が生じ同時に凸部９の溶接部Ｐ
₃を剥離して電流遮断を行う電流遮断手段６を構成する
こともできる。

【００４３】図３及び図４において図１及び図２と対応
する部分には同一符号を付して重複説明を省略するが、
この場合、ディスク２３の中心部で安全弁５の中心部の
安全弁凸部９の溶接を行うものであり、したがってこの
場合図１及び図２における中央貫通孔２１が存在しな
い。そしてこのディスク２３の発電要素１側の面にリー
ド板７の溶接がなされる。

【００４４】尚、上述したように、本発明においては、
安全弁５の安全弁凸部９を、金属薄板２４、或はディス
ク２３に点Ｐ₃で示すように剥離可能に溶接するもので
あるが、この溶接は、超音波溶接によって行うこともで
きるし、レーザ溶接によって行うこともできる。そし
て、この場合の溶接強度の設定は、溶接エネルギー、溶
接ポイントの大きさ、溶接ポイント数等の選定によって
行うことができる。

【００４５】また、図３及び図４で説明した構造のもの
においては、安全弁５を、ディスク２３に溶接する構造
を採ることから、図１及び図２、或いは従来の図９及び
図１０で示した構造における場合のように、ディスク２
３を貫通して、ディスクの安全弁５の配置側とは反対側
で、金属薄板２４或いはリード板７と溶接する場合に比
し、図５でその断面を示すように安全弁凸部９の高さを
低くすることができることから安全弁５の作製が容易と
なる。

【００４６】そして、図１、図３のいずれの構成におい
ても、ディスクホルダ３１は、円筒状をなし、この円筒
内に単にリング板３１ａが突出する形状を有するに過ぎ
ないことから図１１及び図１２で説明した構造に比し、
その構造は簡略化されていてその製造は簡単となる。

【００４７】そして、今、図３及び図４で示した構造に
よる電池を、５０個作製し、安全弁５による電流遮断手
段６の電流遮断が生じた遮断圧を測定したところ、その
遮断圧と個数（度数）の関係は、図６に示す結果が得ら
れた。

【００４８】これに対し、図９及び図１０に示した従来
構造の電池を３０個作製して同様の測定を行った結果を
図７に示す。図６を図７と比較して明らかなように、本
発明構造による場合、従来のものに比し、その遮断圧が
集中していることが分かる。因みに、本発明の場合、標
準偏差σ＝０．７５であるに比し、従来構造の場合、ρ
＝０．９２となった。

【００４９】尚、上述の構造では、電池の正極側に電流
遮断手段６を設けた場合であるが負極側にこの手段６を
設ける構造とすることもできるなど上述した例に限らず
種々の変形変更を行うことができる。

【００５０】

【発明の効果】上述したように本発明構成では、溶接部
を介して安全弁と電気的に導通し、且つ発電要素と電気
的に導通する導電薄板を配置した構成として従来構造に
おけるように電池の柔軟なリード板自体を引きちぎって
切断するという電流遮断態様を採ることを回避したこと
によって、電池内圧の上昇で膨出変形する安全弁を、確
実に発電要素側から剥離できるものである。したがって
確実な電流遮断を行うことができ、電池内圧の上昇によ
る電流遮断を確実に行うことができる。

【００５１】また、この遮断によってもリード板７の端
部は、金属薄板２４、或いはディスク２３に固着された
ままの状態にあるので、これが不安定に浮遊して他部、
例えば外装缶２と接触する事故も回避できる。

【００５２】したがって、本発明構成によれば、安定に
確実に、電池の過負荷、過充電等によるガス発生による
衝撃的破壊などの事故を回避できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電池の一例の要部の断面図である。

【図２】本発明電池の一例の要部のガス発生異常状態で
の断面図である。

【図３】本発明電池の他の例の要部の断面図である。

【図４】本発明電池の他の例のガス発生異常状態での断
面図である。

【図５】安全弁の一例の断面図である。

【図６】本発明の電池の安全弁遮断圧の測定結果を示す
図である。

【図７】従来の電池の安全弁遮断圧の測定結果を示す図
である。

【図８】密閉電池の一例の一部を断面とした側面図であ
る。

【図９】従来電池の要部の断面図である。

【図１０】従来電池の要部の異常状態での断面図であ
る。

【図１１】従来電池のディスクホルダの平面図である。

【図１２】従来電池のディスクホルダの断面図である。

【符号の説明】

１‥‥発電要素、２‥‥外装缶、３‥‥蓋体、５‥‥安
全弁、６‥‥電流遮断手段、７‥‥リード板、２３‥‥
ディスク、２４‥‥金属薄板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者益子俊光福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１−１株式会社ソニー・エナジー・テック郡山工場内 (72)発明者片山喜代志福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１−１株式会社ソニー・エナジー・テック郡山工場内 (72)発明者湯田健東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者西川寛東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者山根良一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口端に蓋体がガスケットを介して封着
された外装缶と、該外装缶内に収容された、負極材と正極材とが、電解液
が含浸されたセパレータを挟み込んで巻回された発電要
素と、上記外装缶内の、上記発電要素と上記蓋体との間に配置
された安全弁と、該安全弁と上記発電要素との間に配置され、溶接部を介
して上記安全弁と電気的に導通し且つ上記発電要素と電
気的に導通する導電薄板とが設けられ、該導電薄板には、ガス貫通孔が形成され、上記安全弁は、上記外装缶の内圧上昇により変形を生じ
て、上記発電要素との電気的導通を遮断するようになさ
れたことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】上記蓋体に、ガス抜き透孔が設けられ、
上記安全弁の配置部によって、上記外装缶内の上記発電
要素の配置部が気密的に密閉されたことを特徴とする請
求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】上記外装缶内に、上記溶接部以外での上
記安全弁と上記発電要素との電気的導通を阻止すると共
に、上記導電薄板の位置を設定するホルダが配置された
ことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項４】上記発電要素と上記導電薄板とを、リー
ドにより電気的に導通させたことを特徴とする請求項１
に記載の密閉型電池。