JP2000323114A

JP2000323114A - 密閉電池

Info

Publication number: JP2000323114A
Application number: JP11131227A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimoyamada; 啓下山田; Katsuhiko Inoue; 克彦井上; Masahiro Ito; 正浩伊藤; Yuichi Sato; 雄一佐藤
Original assignee: A&T Battery Corp; AT Battery KK
Current assignee: A&T Battery Corp; AT Battery KK
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】異常事態が発生しても安全性の高い密閉電
池。【解決手段】密閉電池に設けられた電流遮断機構１１
が作動する圧力と、防爆弁４の破断性薄肉部４ａ…４ｄ
が開裂する圧力をそれぞれの適正値に設定可能にし、そ
れぞれを独立に作動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異常事態に対して
安全性の高い安全・防爆機能を備えた密閉電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラやへツドホンステレ
オなどの電子機器の高性能化、小型化には目覚しいもの
があり、これらの電子機器の電源となる二次電池の高エ
ネルギー化の要求も強まっている。このため、リチウム
金属、リチウム合金、もしくは炭素質材料のようなリチ
ウムを吸蔵・放出できる物質を負極材料に使用する密閉
電池の開発が活発に行われれている。

【０００３】しかしながら、電池の高エネルギー化に伴
い危険性も増している。例えば、非水電解液を用いた密
閉電池は、充電時の際に定格よりも過大な電流が供給さ
れて過充電状態になったり、あるいは密閉電池を使用す
る機器の故障や誤使用により大電流が流れて短絡状態に
なったりすると、密閉電池内部の電解液が分解してガス
が発生して電池の内圧が上昇してしまい密閉電池が破裂
してしまう場合が発生する。

【０００４】更に、過充電あるいは電池内での短絡が続
くと、電解液の分解による発熱により電池温度が急激に
上昇し、それによっても密閉電池が破裂してしまう場合
が発生する。

【０００５】そこで、密閉電池の内圧上昇や発熱による
破裂を未然に防ぐことが、密閉電池特に非水電解液を用
いた場合の実用化には必須であるため、特開平２−２８
８０６３号公報に示されるような防爆機能と電流遮断機
能を有する封口構造を備えた密閉電池が実用化されてい
る。

【０００６】この封口構造では、図５に密閉電池の封口
構造の一部破断断面図に示すように、円筒状の外装缶３
１の開口部３１ａに設けられた封口ガスケツト３６と、
ガス抜き孔３２ａが形成されてなる端子を兼ねた封口蓋
３２と、金属製の安全井３５と、この安全弁３５下方に
中間嵌合体３８を嵌入して配設されたリードストリッパ
３７とから形成されている。封口蓋３２と安全弁３５は
外装缶３１により封口ガスケット３６を介して気密にか
しめ固定されている。

【０００７】安全弁３５は、アルミニウム、ニッケルあ
るいはそれらの合金製で、中心部には下方に突出する突
起状の接点３５Ａが設けられている。さらに、その上面
には密閉電池の内圧上昇時の変形や開裂を容易にするた
めの破断性薄肉部３５ｂが形成されている。

【０００８】また、安全弁３５の下側には中間嵌合体３
８を介してリードストリッパ３７が固定されている。こ
のリードストリッパ３７はアルミニウム等の材料で形成
され、その中心部には安全弁３５の接点３５Ａが挿通さ
れる挿通孔３７ｂを有し、その挿通孔３７ｂを橋渡しす
るように、外装缶３１に収納された発電要素３９から延
出するリード４０が溶接されている。

【０００９】密閉電池の内圧上昇時に電気的な接続を、
電池の内部で遮断する電流遮断機構４１の接点は、安全
弁３５の接点３５Ａと、リードストリッパ３７の挿通孔
３７ｂを橋渡しするように配設されたリード４０を超音
波溶接等により接合して形成されている。

【００１０】上述のような、電流遮断機能および防爆機
能を備えた密閉電池の電流遮断機構が作動した場合の封
口部一部破断断面図を図６に示す。なお、各部は図５と
同一部品であるので、同一符号を付して個々の説明は省
略する。

【００１１】すなわち、図６に示す通り、例えば、過充
電状態が進行して密閉電池内部の内圧が上昇すると、安
全弁３５が変形する。即ち、密閉電池の内圧が上昇する
ことにより安全弁３５の接点３５Ａが封口蓋３２の方向
に押圧され移動することにより、接点３５Ａに溶接され
ていたリード４０が、その溶接部分において安全弁３５
から剥離するか、或いはそれ自体が破断して電気的な接
続を遮断する。その結果、充電電流が遮断されるため、
密閉電池の過充電の進行を抑止することが出来る。

【００１２】また、極度に充電が進む等により密閉電池
内部で大量にガスが発生した場合には、所定の圧力に到
達すると安全弁３５の破断性薄肉部３５ｂが開裂するこ
とにより、発生ガスを円滑に密閉電池の外部に排出し、
密閉電池の破裂を未然に防止する構造になっている。

【００１３】つまり、この密閉電池は、電池内部のガス
発生により内圧が所定値以上に上昇すると、電池の内部
で電気的接続を遮断する電流遮断機構を設けて、電気的
接続を遮断することにより過充電時などの電池の内圧上
昇や発熱を初期で抑えることができる。また、さらに電
池の内圧が上昇した場合には、発生したガスを円滑に電
池の外部に排出する防爆弁の作用により密閉電池の破裂
を防止している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平２−２８８０６３号公報に開示された技術での
電流遮断機能と防爆機能を有する封口構造では、電流遮
断機構の接点が外れる圧力と安全弁が開裂する圧力は、
共に安全弁の変形により作動する構造に設定されてい
る。したがって、電池内に異常状態が発生すると、ま
ず、安全弁は変形する圧力を受けると所定量変形するこ
とにより接点が外れて電流遮断機能を果たす。更に圧力
が高まると、安全弁がさらに所定量変形して開裂するこ
とにより、電池の内部の発生ガスを円滑に排出して防爆
機能（防爆弁としての機能）を果たす。このため、安全
弁の変形による動作と連動しないで電流遮断機能と防爆
機能とを独立して所定値に設定することは困難である。

【００１５】また、上述した封口構造では、電流遮断機
構の接点が外れる圧力を低くするには、安全弁を低い圧
力で変形させる必要があり、例えば、安全弁を薄くした
り、安全弁の材質を柔らかいものにすることなどが考え
られるが、その場合には安全弁が開裂する圧力（防爆圧
力）は低くなってしまう。逆に、安全弁の開裂する圧力
を高く設定した場合、安全弁の圧力に対する変形量は小
さくなり、電流遮断機構が作動する圧力は高くなってし
まう。

【００１６】しかも、電流遮断機構の接点が外れる圧力
は、密閉電池の通常使用における微少な内圧上昇の際
に、低い方が異常時の外部との導電経路を早期に遮断で
きるために望ましい。それに対して、安全弁が開裂する
圧力（防爆圧力）は、電池が破裂に至らない範囲におい
て高い方が電解液の外部への漏れを防止できるために望
ましい。そのため、双方の設定値は適正値が相互に逆の
傾向を示しており、電流遮断機構が作動する圧力と安全
弁の開裂圧力について、双方の適正値が両立するのは困
難である。

【００１７】本発明は上述の事情に基づいてなされたも
ので、電流遮断機構が作動する圧力と防爆弁の開裂する
圧力をそれぞれの適正値に設定可能にし、それぞれを独
立に作動させることにより、異常事態が発生しても安全
性の高い密閉電池を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、外装缶の開口部端の気密かしめによりこの
外装缶の開口部が気密封口されている密閉電池におい
て、前記気密かしめは、上方から少なくとも封口蓋、防
爆弁および安全弁の各端部が積層して絶縁ガスケットに
包まれた状態で前記外装缶に気密にかしめられているこ
とを特徴とする密閉電池である。

【００１９】また請求項２の発明による手段によれば、
前記安全弁は接点が形成され、この接点が前記外装缶内
に収納されている発電要素の正極に正極リードを介して
接続しているリードストリッパもしくはこのリードスト
リッパに溶接されたリード等それに準ずる部品と接合し
て電流遮断機構を形成していることを特徴とする密閉電
池である。

【００２０】また請求項３の発明による手段によれば、
前記防爆弁は、破断用薄肉部が形成されている薄板であ
ることを特徴とする密閉電池である。

【００２１】また請求項４の発明による手段によれば、
前記防爆弁は、全体が金属箔で形成されていることを特
徴とする密閉電池である。

【００２２】また請求項５の発明による手段によれば、
前記電流遮断機構は、前記安全弁と前記リードストリッ
パとの間に絶縁材が介挿されていることを特徴とする密
閉電池である。

【００２３】また請求項６の発明による手段によれば、
前記安全弁は、破断用薄肉部が形成されていることを特
徴とする密閉電池である。

【００２４】また請求項７の発明による手段によれば、
前記安全弁は、全体が金属箔で形成されていることを特
徴とする密閉電池である。

【００２５】また請求項８の発明による手段によれば、
前記封口蓋は、ガス抜き孔が孔設されていることを特徴
とする密閉電池である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の電流遮断機構の動
作とは独立した防爆弁が形成された密閉電池の一部破断
断面図である。

【００２７】すなわち、密閉電池（以下電池と略す）の
封口構造は、環状の括れ部１ｂを備えた円筒状の外装缶
１の開口端部１ａに、ガス抜き孔２ａが形成されてなる
封口蓋２、リング状に打ち抜き加工されたＰＴＣ（Ｐｏ
ｓｉｔｉｖｅＴｈｅｒｍａｌＣｏｅｆｆｃｉｅｎ
ｔ）素子３と、アルミニウム製で所定圧力に到達した時
に開裂するように破断性薄肉部４ａ、４ｂを設けた防爆
弁４と、電流遮断用の接点５Ａが突起状に形成された安
全弁５とを、ポリプロピレン製の封口ガスケツト６を介
して気密かしめにより固定されている。

【００２８】さらに安全弁５の下方には、電気絶縁性で
あるポリブチレンテレフタレート製の中間嵌合体８を嵌
入して、電池の内圧を安全弁５に伝達するためのガス抜
き孔７ａを備えたアルミニウム製のリードストリッパ７
が配置されている。なお、安全弁５の中心部突起５ａと
リードストリッパ７の中心部とは超音波溶接により溶接
され電流遮断機構１１の接点５Ａを形成している。

【００２９】発電要素９は、図示しない正極と負極との
間にセパレータを介して渦巻き状に捲回したものに、非
水電解液を含浸して使用し、外装缶１の環状括れ部１ｂ
の下に収納されている。発電要素９の正極から延出する
正極リード１０は、リードストリッパ７に溶接され、ま
た、負極は負極リードにより外装缶１と電気的に接続さ
れている。

【００３０】本実施の形態では、防爆弁４として０．２
０ｍｍのアルミニウム板を円形に打ち抜き、図２に示す
ような、中心部に位置する円形状の破断性薄肉部４ａ
と、そこから放射状に延びる複数本の直線の破断性薄肉
部４ｂを形成し、本実施の形態の封口構造に組み込んだ
場合に、３０ｋｇｆ／ｃｍ^２で開裂するように破断性薄
肉部４ａ、４ｂの厚みが調整されたものを使用してい
る。

【００３１】また、安全弁５としては、厚さ０．２５ｍ
ｍのアルミニウム板から加工したものを使用し、上述し
たように中間嵌合体８を嵌入してリードストリッパ７を
配置し、超音波溶接により接点を形成して電流遮断圧力
が１０ｋｇｆ／ｃｍ^２、安全弁の開裂圧力が２０ｋｇｆ
／ｃｍ^２となるように破断性薄肉部５ａ、５ｂを加工し
た。破断性薄肉部５ａ、５ｂの形状は防爆弁４の破断性
薄肉部４ａ、４ｂと同じような、中心部に位置する円形
状の破断性薄肉部５ａと、そこから放射状に延びる複数
本の直線の破断性薄肉部５ｂが形成されている。

【００３２】したがって、上述の防爆弁４と安全弁５で
構成された本実施の形態の電池は、電池の内圧上昇に対
して１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で電流遮断機構１１が作動して
接点が外れて電流が遮断され電池の機能が停止する。さ
らに、電池内部の圧力が上昇してしまった場合は、３０
ｋｇｆ／ｃｍ^２で防爆弁４が開裂して発生ガスを電池の
外部に排出する構造である。

【００３３】つまり、この防爆弁４を備える電池の動作
は、異常時の内圧上昇により安全弁５が変形し、所定圧
力に達すると電流遮断機構１１の接点５Ａが外れ、電池
の内圧上昇や電池の発熱を抑える。また、さらに電池の
内圧が上昇した場合には安全弁５、防爆弁４の順に破断
性薄肉部５ａ、５ｂ、４ａ、４ｂが開裂して発生ガスを
円滑に電池の外部に排出して電池の破裂を防ぐことがで
きる。非水電解液の漏洩等を防止することができる。

【００３４】なお、本実施の形態の防爆弁４は、電流遮
断機構１１の安全弁５の接点５Ａが外れる動作に直接的
に関わらない構造であるが、防爆弁４は端子を兼ねる封
口蓋２と電流遮断機構１１の導通を可能にするために、
材質としてはアルミニウム、ニツケルなどの金属、ある
いはそれらの合金が望ましい。

【００３５】また、防爆弁４は微少な内圧上昇や落下な
とによる衝撃に対しては、破断性薄肉部４ａ、４ｂが開
裂しない程度の強度を持ち、異常な電池の内圧上昇に対
しては、所定圧力で破断性薄肉部４ａ、４ｂが開裂し
て、電池の内部の発生ガスを円滑に電池の外部に排出す
る必要がある。そのため、例えば、これらの条件を満足
するアルミニウム、ニツケルなどの金属、あるいはそれ
らの合金の金属箔や、破断性薄肉機能を備える材質の板
等を用いることができる。

【００３６】また、防爆弁４と安全弁５の破断性薄肉部
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂは、図２に示した形状の他に
も、図３（ａ）および（ｂ）に示すような、防爆弁４
´、４"に対して破断性薄肉部４ｃ、４ｄの形状等の様
々な形状を設定することができる。

【００３７】また、防爆弁４は電流遮断機構１１と封口
蓋２の間であれば任意の位置に設置することができる。
例えば、上述の構造では、封口蓋２と電流遮断機構１１
の接点５Ａを兼ねる安全弁５の間に挟めることになる
が、封口蓋２と安全弁５の間にＰＴＣ素子３を備えた構
造では、封口蓋２とＰＴＣ素子３の間でも安全弁５とＰ
ＴＣ素子３との間でも良い。

【００３８】また、安全弁５も防爆弁４と同様に、電池
の内部の発生ガスを円滑に安全弁５の外部に排出する必
要がある。そのため、例えば、これらの条件を満足する
アルミニウム、ニツケルなどの金属、あるいはそれらの
合金の金属箔や、破断性薄肉機能を備える材質の板等を
用いることができる。

【００３９】なお、安全弁５に金属箔を用いる場合は、
電流遮断機構１１の図示しない接点はリードストリッパ
７の上側に凸設し金属箔と溶接する。この場合は、異常
状態には、電池内部の圧力によって金属箔の安全弁５が
上昇して、リードストリッパ７に設けられた接点と分離
して電流を遮断する。

【００４０】また、ＰＴＣ素子３は上述の実施の形態の
ように気密かしめの中に挿入せずに、別の箇所に配置し
てもよい。

【００４１】また、上述の実施の形態では、密閉電池の
断面形状は円形状であったが、矩形状その他の形状でも
同様の効果を奏することは言うまでもない。

【００４２】（比較例１）図４に比較例として用いた従
来方式の電流遮断機構および防爆機構を持つ密閉電池の
封口構造を示す。この封口構造は、図１で示した本発明
の封口構造から、安全弁と防爆弁の独立構造の部分を従
来方式の一体型に変更したもので、その他の構成は図１
で説明した同構成であるので同符号を用いており、各部
の説明は省略する。

【００４３】上述の実施の形態による封口構造と比較す
ると、防爆弁を使用しない以外は同一の部品で構成され
ており、安全弁には厚さ０．２５ｍｍのアルミニウム板
を加工して使用した。この電池の電流遮断圧力は１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ^２で、安全弁の開裂圧力は２０ｋｇｆ／ｃｍ
^２に設定した。

【００４４】（比較例２）比較例１と同じく、上述の実
施の形態による防爆弁を使用しない構造で、比較例１で
使用した厚さ０．２５ｍｍの安全弁５の代わりに、厚さ
０．３０ｍｍのアルミニウム板の加工して、厚み以外は
同じ形状の安全弁を使用して比較例２とした。この構成
の電池では電流遮断圧力が１５ｋｇｆ／ｃｍ^２で、安
全弁の開裂圧力が２５ｋｇｆ／ｃｍ^２に設定した。

【００４５】これら本発明の実施の形態、比較例１、２
の各電池を試作して、過充電試験を実施した。過充電試
験は５Ａ，１５Ｖに設定された定電流定電圧電源によ
り、電池を充電することにより行った。

【００４６】その結果、電池が破裂に至った数と、液漏
れした数を表１に示す。

【表１】上述の本発明の実施の形態で示した電池については、破
裂や試験後の液漏れが発生せず安全性を満足している。

【００４７】それに対して、比較例１の電池は、電流遮
断のタイミングは本発明の実施の形態の電池と同じく、
過充電初期で電流が遮断されるが、安全弁の開裂する圧
力が低いために試験後に液漏れしたものが６５セル発生
した。

【００４８】また、比較例２については電流遮断のタイ
ミングが遅いために電池が発熱してしまい、破裂に至っ
たものが１５セル、試験後に漏液したものが１０セル発
生した。

【００４９】以上の過充電試験の結果、本発明の構成に
よれば、電流遮断機構の作動する圧力と、防爆弁が開裂
する圧力をそれぞれ最適値に調整することが可能にな
り、電池の安全性が向上した。

【００５０】したがって、このように独立した防爆弁を
備えることにより、電流遮断機構の作動する圧力と防爆
弁が開裂する圧力をそれぞれに所定値に独立して設定す
ることが出来るため、それぞれの圧力を最適な値に設定
することが容易になる。その結果、安全性と信頼性の高
い密閉電池が得られる。

【００５１】

【発明の効果】本発明の封口構造を用いた密閉電池で
は、電流遮断機構の作動する圧力と防爆弁が開裂する圧
力を、容易に最適値に設定できるため、安全性と信頼性
の高い密閉電池を得ることができる。

【００５２】また、密閉電池の電流遮断圧力と、防爆弁
の開裂圧力は、電池を構成する発電要素や密閉電池内部
の空間など、さまざまな要素により最適値が変化する
が、本発明により最適値への調整が容易になるため、信
頼性の高い密閉電池の開発および生産を容易かつ迅速に
行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す密閉電池の一部破断
断面図。

【図２】本発明の実施の形態を示す防爆弁の平面図。

【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態を
示す防爆弁の変形例の平面図。

【図４】従来方式の電流遮断機構および防爆機構を持つ
密閉電池の封口構造を示す一部破断断面図。

【図５】従来の密閉電池の封口構造を示す一部破断断面
図。

【図６】図５で示した密閉電池の電流遮断機構が作動し
た場合の封口部一部破断断面図。

【符号の説明】

１…外装缶、１ａ…開孔端部、１ｂ…環状括れ部、２…
封口蓋、４…防爆弁、４ａ…４ｄ…破断性薄肉部、５…
安全弁、５Ａ…接点、５ｄ…破断性薄肉部、１１…電流
遮断機構

フロントページの続き (72)発明者伊藤正浩神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社エイ・ティーバッテリー内 (72)発明者佐藤雄一神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社エイ・ティーバッテリー内Ｆターム(参考） 5H011 AA13 DD06 FF03 5H012 AA01 BB02 DD05 GG01 5H022 AA09 CC13 KK01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外装缶の開口部端の気密かしめによりこ
の外装缶の開口部が気密封口されている密閉電池におい
て、前記気密かしめは、上方から少なくとも封口蓋、防爆弁
および安全弁の各端部が積層して絶縁ガスケットに包ま
れた状態で前記外装缶に気密にかしめられていることを
特徴とする密閉電池。
【請求項２】前記安全弁は接点が形成され、この接点
が前記外装缶内に収納されている発電要素の正極に正極
リードを介して接続しているリードストリッパもしくは
このリードストリッパに溶接されたリード等それに準ず
る部品と接合して電流遮断機構を形成していることを特
徴とする請求項１記載の密閉電池。
【請求項３】前記防爆弁は、破断用薄肉部が形成され
ている薄板であることを特徴とする請求項１又は２のい
ずれかに記載の密閉電池。
【請求項４】前記防爆弁は、全体が金属箔で形成され
ていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記
載の密閉電池。
【請求項５】前記電流遮断機構は、前記安全弁と前記
リードストリッパとの間に絶縁材が介挿されていること
を特徴とする請求項３記載の密閉電池。
【請求項６】前記安全弁は、破断用薄肉部が形成され
ていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記
載の密閉電池。
【請求項７】前記安全弁は、全体が金属箔で形成され
ていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記
載の密閉電池。
【請求項８】前記封口蓋は、ガス抜き孔が孔設されて
いることを特徴とする請求項１記載の密閉電池。