JP2000058035A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常態における発電要素体と電極端子との電気
的導通が安定しているコンパクトな電池回路遮断機構を
有する密閉型電池を提供することにある。 【解決手段】 発電要素体と電極端子とは、常態では電
池蓋を電池内の圧力から気密に保持し且つ導電性材料に
て形成された封口板（例えばラプチャー板）、導電性
枠、および溶接部を経由して互いに電気的導通状態とし
ておき、電池内圧の上昇に基づく封口板の変形により電
極端子と導電性枠とが相対変位して溶接部が破壊して上
記の電気的導通が遮断されるようにした密閉型電池。 【効果】 電池回路遮断機構がコンパクトであるので、
小型角型電池を含む種々の密閉型電池に電池回路遮断機
構と圧力開放機構の両機構を併設することができる。

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関し、
特に電解液を有する各種の二次電池、例えば電解液内蔵
型リチウム二次電池などとして好適な密閉型電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電解液内蔵型リチウム二次電池は、高起
電力であり電池容量も大きいので携帯用電話などの電源
として多用され、益々その需要は増大する傾向にある。
携帯用電話などに多用されるだけにその安全性に留意す
る必要があり、このために該電池はラプチャー板を含む
安全装置を具備しており、異常事態により電池内の圧力
が急上昇した場合には、ラプチャー板を破裂せしめて電
池内の高圧を大気中に放出し得る構造となっている。し
かし近時においては、該リチウム二次電池の安全性を一
層重視する立場から、電池回路の遮断機構を設けて、電
池の内圧が急上昇した際、ラプチャー板が破裂する前に
発電要素体と電極端子との電気的導通を早期に遮断させ
ることの必要性が重視されている。その理由は、発電要
素体と電極端子との電気的導通が遮断すると、発電要素
体による発電機能が停止して電池内圧の上昇が止まる場
合が多くあり、結果的にリチウム二次電池の安全性が確
率的に一層高まることによる。

【０００３】従来、主として円筒型電池において、その
電池蓋に上記の電池回路遮断機構と圧力開放機構とを併
設することが提案され、一部実施されている。しかし従
来の電池回路遮断機構は、概して構造的に複雑であり且
つ常態における発電要素体と電極端子との電気的導通が
不安定となりがちな問題がある。このために、一部の電
池には、例えば小型のものが支配的であり且つ薄型であ
る角型電池には、電池回路遮断機構は設けられていなか
った。しかし最近では、パソコン用などとして大型の角
型電池の開発検討が始められており、それに伴って円筒
型電池には勿論のこと、大小の角型電池にも設置し得る
コンパクトな電池回路遮断機構の開発要求が高まってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかして本発明は、コ
ンパクトでありながら常態における発電要素体と電極端
子との電気的導通が安定している電池回路遮断機構を有
し、小型の角型電池にも適用し得る密閉型電池を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、つぎの手段を有することを特徴とす
る。 (1) 常態において電池蓋の少なくとも一部を電池内の圧
力から気密に保持し且つ導電性材料にて形成された封口
板、電極端子、電池蓋に電気絶縁ガスケットを介して気
密に固定され且つ封口板と電気的に接触せる導電性枠、
電極端子を導電性枠と封口板とから電気的に絶縁するた
めの絶縁部材、および常態において電極端子と導電性枠
とを電気的に導通するための溶接部とを有し、且つ電池
内圧の上昇に基づく封口板の変形により電極端子と導電
性枠とが相対変位して溶接部が破壊して上記の電気的導
通が遮断されるように電極端子が導電性枠内に設置され
ていることを特徴とする密閉型電池。 (2) 溶接部が点溶接である上記(1) 記載の密閉型電池。 (3) 電極端子が、頭部と挿設用部とを有し、且つ挿設用
部がその外側を覆う絶縁部材と共に導電性枠に設けられ
た中孔に導電性枠と相対変位し得るように挿設されてな
る上記(1) または(2) 記載の密閉型電池。 (4) 絶縁部材が、電極端子の挿設用部を導電性枠と封口
板とから絶縁し得る有底の筒体であって、且つ該筒体の
上側部は導電性枠の中孔を通過し得る細体であるが、そ
の下側部は該中孔を通過し得ない太体である上記(1) 〜
(3)のいずれかに記載の密閉型電池。 (5) 封口板がラプチャー板としての機能を有し、且つ封
口板が破れたときに電池内の圧力を大気中に放出し得る
気体通路をさらに有する上記(1) 〜(4) のいずれかに記
載の密閉型電池。 (6) 封口板がラプチャー板としての機能を有する、ある
いは有しないものであり、電池蓋に別途ラプチャー機構
を設けてなる上記(1) 〜(5) のいずれかに記載の密閉型
電池。 (7) 電解液内蔵型リチウム二次電池用である上記(1) 〜
(6) のいずれかに記載の密閉型電池。

【０００６】

【作用】本発明の密閉型電池では、発電要素体と電極端
子とは、常態においては封口板、導電性枠、および溶接
部を経由して導通しているので、両者間の導通は頗る安
定している。一方、電池に異常事態が発生して電池の内
圧が上昇すると封口板が全体的に変形し、この変形によ
り後記する機構にて電極端子と導電性枠とが相対変位し
て溶接部が破壊し、この結果、発電要素体と電極端子と
の電気的導通が遮断される。このように本発明における
電池回路遮断機構は、封口板の変形による溶接部の破壊
を利用し、しかして特殊な電池回路遮断手段を採用する
必要がないので密閉型電池の小型化が可能となる。さら
に本発明において、封口板をラプチャー板にて形成する
ことができる。かくすると、封口板としてのラプチャー
板の上記した変形による発電要素体と電極端子との電気
的導通が遮断した後においても電池内圧の上昇が続く場
合には、ラプチャー板が破裂して電池内の圧力を大気中
に放出し、電池を爆発から守ることができる。しかし
て、電池回路遮断機構と圧力開放機構との一体的な併設
が可能となって、密閉型電池の一層の小型化が可能とな
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図例により詳細に
説明する。以下の図１〜図１０に示す実施例では、封口
板としてその一実施態様たるラプチャー板が用いられて
電池回路遮断機構と圧力開放機構とが共に電池蓋上の一
ケ所に設置されており、一方、図１１〜図１２に示す実
施例では、該両機構が電池蓋上で互いに離れた位置で設
置されている。図１は、本発明の実施例の部分上面図、
図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図、図３は図１の部
分平面図である。図４〜６は、図１〜図３に示す導電性
枠７を抜き出してそれのみについての説明図であって、
図４は導電性枠７の上面図、図５は図４のＹ−Ｙ線に沿
った断面図、図６は図４の平面図である。図７〜８は、
図２に示す電極端子９と電気絶縁スリーブ８とを抜き出
してそれらのみについての説明図であって、図７は電極
端子９の上面図、図８は図７のＺ−Ｚ線に沿った断面図
である。図９は、ラプチャー板１０が図２に示す未変形
の状態から僅かに変形した状態での断面図であり、図１
０はラプチャー板１０が図９の状態から更に大きく変形
して破裂寸前である状態での断面図である。図１１は、
本発明の他の実施例の一部斜視図、図１２は図１１にお
けるＸ−Ｘ線に沿った一部概略断面図である。

【０００８】図１〜図３において、１は発電要素体、２
は発電要素体１から延び出ている電極リード、３は発電
要素体１の上に設置された電気絶縁スペーサ、４は電池
缶、５は電池蓋、６は電気絶縁ガスケット、７は導電性
枠、８は絶縁部材の一実施態様たる電気絶縁スリーブ、
９は電極端子、１０はラプチャー板、１１は補強板、１
２は補強板１１に設けられた通気孔（４ケ）、１３は導
電性枠７に設けられた通気孔（４ケ）、１４は電極端子
９と導電性枠７とを電気的に接続する点溶接である。

【０００９】図４〜図６において、導電性枠７は電極端
子支持部７１、電極端子支持部７１から延びるかしめ部
７２、および足部７３とが一体に結合した構造を有す
る。電極端子支持部７１は、その表面は平坦となってい
て平坦表面の中央に電極端子９を挿設するための中孔７
１１を有し、電極端子支持部７１の裏面壁は、図示する
通り、中孔７１１に向ってテーパとなっている。なお該
平坦表面上の１４’は、電極端子支持部７１が電極端子
９と点溶接１４にて溶接されている箇所を示す。かしめ
部７２は、かしめ作業の前段階においては電極端子支持
部７１から垂直に延びており、電気絶縁ガスケット６を
介してかしめられて導電性枠７を電池蓋５に気密に且つ
強固に固定する機能をなす。足部７３は、後記する通
り、ラプチャー板１０を設置する機能をなす。

【００１０】図７〜図８において、電極端子９は、頭部
９１、十字状に配置された四枚の鍔からなる鍔部９２、
および前記した挿設用部の一実施態様たる円柱部９３と
が一体的に結合した構造を有する。鍔部９２の四枚の鍔
のうちの二枚の裏面上の１４’は、電極端子支持部７１
が電極端子９と点溶接１４にて溶接されている箇所を示
す。

【００１１】電極端子９の円柱部９３は、電気絶縁スリ
ーブ８内に収容されている。電気絶縁スリーブ８は有底
の円筒体であって、その円筒体部は上側の小径部８１と
それに続く下側の大径部８２とからなっている。小径部
８１は、導電性枠７の電極端子支持部７１の中央に設け
られた中孔７１１の孔径より僅かに小さい外径を有し、
該孔に挿設されて電極端子９と共に上下動自在である。
これに対して大径部８２は、中孔７１１の孔径より大き
い外径を有するために、後記するように、ラプチャー板
１０が電池の内圧の上昇にて上に向かって膨れ、この膨
れにより電極端子９が上方に移動せんとした際、中孔７
１１からの電極端子９の飛び出しを防止するストッパー
としての機能をなす。

【００１２】図２において、ラプチャー板１０は、弱点
部１０５（図３参照）を有する円盤状部１０１、円盤状
部１０１の周囲から立ち上がるリング状の側壁部１０
２、および側壁部１０２の先端から内側に折れ込んだ封
止用部１０３とからなる。弱点部１０５は、円盤状部１
０１の回転中心と同心の円部と該円部から放射状に周辺
に向かって延びる４本の放射部とからなっている。ラプ
チャー板１０は、その円盤状部１０１の周辺部が導電性
枠７の足部７３（図２、図３〜図６参照）の底面と接
し、その側壁部１０２が足部７３の外側面と接し、また
その封止用部１０３が足部７３の上側面と接するように
設置されて、且つ電気絶縁ガスケット６を介して導電性
枠７と共に電池蓋５に気密に固定されている。なおラプ
チャー板１０が図２に示す状態に、即ちその封止用部１
０３が導電性枠７の足部７３の上側面と電気絶縁ガスケ
ット６との間に位置する状態にもたらされる前段階で
は、該封止用部１０３は、側壁部１０２に縦続して垂直
に立っている。換言すると、図２に示す状態にもたらす
前のラプチャー板１０は、円盤状部１０１と円筒体（側
壁部１０２と封止用部１０３）とからなる形状を呈し、
後記するように、導電性枠７のかしめ部７２のかしめに
より図２に示す状態にもたらされ、常態において電池蓋
５を電池内の圧力から気密に保持する機能をなしてい
る。

【００１３】補強板１１は、電極端子９を収容した電気
絶縁スリーブ８の底の裏面を支持するスリーブ支持面１
１１と４つの通気孔１２（図２および図３参照）とを有
し、且つ比較的高機械的強度を有する円盤体にて形成さ
れている。補強板１１は、導電性枠７の足部７３の内側
に嵌め込まれ、ラプチャー板１０と電気絶縁スリーブ８
との間に位置する。封口板の一実施態様たるラプチャー
板１０は、封口板の前記した機能（即ち、常態において
電池蓋の少なくとも一部を電池内の圧力に対して気密に
保持する機能、並びに封口板の変形による溶接部の破
壊）をなす。ところでラプチャー板１０の機械的強度が
過度に低いか、あるいは電極端子９が高重量である場
合、いま仮に補強板１１を省略して電極端子９を収容し
た電気絶縁スリーブ８の底をラプチャー板１０に直接接
触させると、その直接接触した箇所に応力が集中してそ
の箇所のラプチャー板１０が局部的に異常変形して封口
板としての本来の機能（溶接部の破壊）を奏し得なくな
る。かかる場合に補強板１１を用いると、ラプチャー板
１０の局部的な変形を防止することができ、封口板とし
ての本来の機能をなすことができる。ラプチャー板１０
は、機械的強度が一般的に高くないので、封口板として
用いられるときは補強板１１を併用することが好まし
い。

【００１４】図１〜図３に示す実施例の製造の際には、
かしめ部７２が未かしめの状態にある導電性枠７の中孔
７１１に電極端子９を上から挿設し、その円柱部９３に
導電性枠７の裏面から電気絶縁スリーブ８を被せる（図
８参照）。その折りに、後記するようにラプチャー板１
０が電池の内圧にて破裂し、電極端子９が電気絶縁スリ
ーブ８と共に上方に押上げられたときに電極端子９のみ
が導電性枠７から飛び出すことがないように、円柱部９
３の外面と電気絶縁スリーブ８の内側面との間を適当な
接着剤にて接着しておくとよい。導電性枠７と電極端子
９との前記した箇所１４’は、導電性枠７または電極端
子９のいずれかの面上に約０．２〜０．３ｍｍ程の小さ
な凸部を作り、抵抗溶接して点溶接１４を形成する。点
溶接１４の大きさは、その上面の投影面積の平均径にし
て０．２〜０．４ｍｍ程度が適当である。ついで補強板
１１を導電性枠７の足部７３の内側に嵌め込み、未加工
の即ち上記した円盤状部１０１と円筒体とからなる形状
のラプチャー板１０を導電性枠７の足部７３の外側に被
せ、該円筒体の上部を導電性枠７の足部７３の上側面上
に折り曲げて封止用部１０３とする。

【００１５】かくして得た導電性枠７、電極端子９、電
気絶縁スリーブ８、補強板１１、およびラプチャー板１
０のアセンブルを、電気絶縁ガスケット６を介して導電
性枠７のかしめ部７２をかしめて電池缶４に溶接される
前の電池蓋５に固定する。このかしめにより、かしめ部
７２と電池蓋５との間のみならず、ラプチャー板１０の
封止用部１０３もかしめられて導電性枠７の足部７３の
上側面と封止用部１０３との間、および封止用部１０３
と電池蓋５との間も十分な気密性を保持するに至る。

【００１６】この後、電池缶４に収容された発電要素体
１から電気絶縁スペーサ３の中孔を経由して延び出てい
る電極リード２の先端をラプチャー板１０の裏面に溶接
し、上記のアセンブルを有する電池蓋５を電池缶４に溶
接する。電池蓋５と電池缶４との溶接の後、電池蓋５に
設けられた脱気孔（図示せず）から電池缶４内を脱気
し、ついで該脱気孔から電解液を電池缶４内に注入し、
最後に脱気孔を封止し、かくして実施例の電池を製造す
ることができる。

【００１７】上記の実施例における各部材の形成材料
は、斯界で通常使用されているものと基本的に同じであ
ってよい。以下に各部材毎に代表的な形成材料例の若干
について説明する。電極端子９と導電性枠７は、銅、ア
ルミニウムなどの導電性金属である。電気絶縁スペーサ
３、電気絶縁ガスケット６、および電気絶縁スリーブ８
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどの
ポリオレフィン、ナイロン、ポリエステル、ポリ塩化ビ
ニルなどのその他の電気絶縁性の良好な有機高分子であ
る。補強板１１は、アルミニウム、鉄などの金属板であ
る。電池缶４と電池蓋５は、鉄やアルミニウムなどであ
る。ラプチャー板１０は、アルミニウム、鉄、ＳＵＳな
どである。なお、常時大気に曝される可能性の高い電極
端子９の表面には、リード線の溶接や半田付けが容易な
金属のキャップを施すことが好ましい。

【００１８】つぎに、本実施例の安全機能の作動につい
て図９〜図１０により説明する。電池が常態にあるとき
は図２に示すように、発電要素体１（図９〜図１０では
図示せず）の一方の電極は、電極リード２、ラプチャー
板１０、導電性枠７、および点溶接１４を順次経由して
電極端子９と電気的に導通している。いま電池に異変が
生じてその内圧が上昇すると、ラプチャー板１０が図９
に示すように上方に膨れ、この結果、補強板１１と電気
絶縁スリーブ８とが、しかして電極端子９がラプチャー
板１０の膨れ分だけ上昇する。一方、導電性枠７は電池
蓋５に固定されているので不変である。このために導電
性枠７の電極端子支持部７１の表面と電極端子９の鍔部
９２の裏面との間に隙間Ｓが生じ、点溶接１４が外れあ
るいは破壊されて、導電性枠７と電極端子９との導通が
遮断されることになる。

【００１９】導電性枠７と電極端子９との導通が遮断さ
れて発電要素体１と電極端子９との電気的導通が遮断す
ると、多くの場合、発電要素体１による発電機構が停止
して電池の内圧も低下するが、ときには発電機構が停止
した後も電池の内圧が上昇し続けることもある。かかる
場合には、図１０に示すようにラプチャー板１０が更に
大きく膨れて遂には破裂する。ラプチャー板１０が破裂
すると、電池内の気体は、補強板１１の通気孔１２およ
び導電性枠７内の通気孔１３を経由して大気中に放出さ
れ、かくして電池はその破裂から免れ得る。

【００２０】図１１〜図１２において、１は発電要素
体、２は発電要素体１から延び出ている電極リード、３
は発電要素体１の上に設置された電気絶縁スペーサ、４
は電池缶、５は電池蓋、Ａは電池回路遮断機構、Ｂは圧
力開放機構である。電池回路遮断機構Ａは、その詳細構
造は省略されているが前記した図１〜図１０における実
施例が有する電池回路遮断機構、即ち電気絶縁ガスケッ
ト６、導電性枠７、電気絶縁スリーブ８、電極端子９、
補強板１１、通気孔１２、通気孔１３、点溶接１４を有
し、それは隔壁Ｃにより圧力開放機構Ｂと隔離されてい
る。またその封口板１０’は電池回路遮断機構Ａが存在
する部分の電池蓋５のみを常態において電池内の圧力か
ら気密に保持する機能をなす。該封口板１０’は、ラプ
チャー機能を有するものであってもよく、また有しない
ものであってもよい。圧力開放機構Ｂは、電池蓋５の上
にラプチャー板１０を溶接などにて固定したのみの簡単
な構造である。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、つぎの種々の効果を有する。 常態においては電池内の部材間の電気的導通は安定
しており、その電気的導通は経時的に劣化することはな
い。 電池の内圧が上昇すると、前記した溶接部が確実に
外れて発電要素体と電極端子との電気的導通を確実に早
期遮断することができる。よって電池の安全性が頗る高
い。 電池回路遮断機構がコンパクトであるので、小型角
型電池を含む種々の密閉型電池に電池回路遮断機構と圧
力開放機構の両機構を併設することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の部分上面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

【図３】図１の部分平面図である。

【図４】図１〜図３に示す導電性枠７の上面図である。

【図５】図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

【図６】図４の平面図である。

【図７】図２に示す電極端子９の上面図である。

【図８】図７のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。

【図９】図１〜図３に示す実施例において、ラプチャー
板１０が僅かに変形した状態での断面図である。

【図１０】図１〜図３に示す実施例において、ラプチャ
ー板１０が大きく変形して破裂寸前の状態での断面図で
ある。

【図１１】本発明の他の実施例の斜視図である。

【図１２】図１１におけるＸ−Ｘ線に沿った一部断面図
である。

【符号の説明】

１ 発電要素体 ２ 電極リード ３ 電気絶縁スペーサ ４ 電池缶 ５ 電池蓋 ６ 電気絶縁ガスケット ７ 導電性枠 ８ 電気絶縁スリーブ ９ 電極端子 １０ ラプチャー板 １０’ 封口板 １１ 補強板 １２ 通気孔 １３ 通気孔 １４ 点溶接

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 聖司 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 木下 和夫 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 5H011 AA13 EE04 FF03 5H012 AA01 AA07 BB11 CC01 FF01 JJ02 5H022 AA09 BB16 CC02 CC08 CC12 KK01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常態において電池蓋の少なくとも一部を
   電池内の圧力から気密に保持し且つ導電性材料にて形成
   された封口板、電極端子、電池蓋に電気絶縁ガスケット
   を介して気密に固定され且つ封口板と電気的に接触せる
   導電性枠、電極端子を導電性枠と封口板とから電気的に
   絶縁するための絶縁部材、および常態において電極端子
   と導電性枠とを電気的に導通するための溶接部とを有
   し、且つ電池内圧の上昇に基づく封口板の変形により電
   極端子と導電性枠とが相対変位して溶接部が破壊して上
   記の電気的導通が遮断されるように電極端子が導電性枠
   内に設置されていることを特徴とする密閉型電池。
2. 【請求項２】 溶接部が点溶接である請求項１記載の密
   閉型電池。
3. 【請求項３】 電極端子が、頭部と挿設用部とを有し、
   且つ挿設用部がその外側を覆う絶縁部材と共に導電性枠
   に設けられた中孔に導電性枠と相対変位し得るように挿
   設されてなる請求項１または２記載の密閉型電池。
4. 【請求項４】 絶縁部材が、電極端子の挿設用部を導電
   性枠と封口板とから絶縁し得る有底の筒体であって、且
   つ該筒体の上側部は導電性枠の中孔を通過し得る細体で
   あるが、その下側部は該中孔を通過し得ない太体である
   請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型電池。
5. 【請求項５】 封口板がラプチャー板としての機能を有
   し、且つ封口板が破れたときに電池内の圧力を大気中に
   放出し得る気体通路をさらに有する請求項１〜４のいず
   れかに記載の密閉型電池。
6. 【請求項６】 封口板がラプチャー板としての機能を有
   する、あるいは有しないものであり、電池蓋に別途ラプ
   チャー機構を設けてなる請求項１〜５のいずれかに記載
   の密閉型電池。
7. 【請求項７】 電解液内蔵型リチウム二次電池用である
   請求項１〜６のいずれかに記載の密閉型電池。