JP2000504479A - 回路遮断端子を備えた密封電気化学的電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回路遮断端子の外部接触部分（７）と電池の正または負電極の一方（６）との間の電気接続を実現する回路遮断端子（３）を備え、端子の前記外部接触部分（７）が、この端子の不浸透性を確保し、内圧増加の作用で変形可能な壁面（１１）に電気的に接続され、前記壁面（１１）が、電流伝導を確保する手段（１３、１４、１６）によって前記電極（６）に接続され、前記伝導が、所定圧力値Ｐ₁ を超える内圧Ｐが現れたときに中断され、前記壁面の変形、および壁面（１１）と破壊部片（１３）との間の接続の遮断を引き起こす密封電気化学的電池（１）であって、前記回路遮断端子（３）が、電池を閉じるカバー（２）を密封された状態で貫通し、前記カバーがさらに、圧力Ｐ₂ ＞Ｐ₁ の下で破壊される安全内側カプセル（４）を個別に備えることを特徴とする電池に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 回路遮断端子を備えた密封電気化学的電池 本発明は、回路遮断端子の外部接触部分と電池の正または負電極の一方との間 の電気接続を確保する回路遮断端子を備える密封電気化学的電池に関し、回路遮 断端子の前記外部接触部分は、この端子を確実に密封し、内圧の増加の作用で変 形可能な導電性壁面に電気的に接続され、前記壁面は、電気的導通を確保する手 段によって前記電極に接続され、前記電気的導通は、内圧Ｐが所定値Ｐ₁ を超え る値に達したときに中断され、前記壁面を変形させ、壁面と破壊部分との間の接 続を遮断する。 米国特許第４９４３４９７号に、このような電池が開示されている。 この装置は特にリチウムイオン蓄電池に有効である。このような蓄電池は一般 に、その活物質が、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化マンガン、およびそれら の混合物からしばしば選択されるリチウム含有金属酸化物である正電極と、その 活物質が、充電中にリチウムを受けることができる、天然および人造黒鉛、非晶 質炭素、コークス、およびそれらの混合物から選択される 炭素含有材料である負電極と、非水系電解質とから構成される。このような蓄電 池には比エネルギー密度が非常に高いという利点があるが、充電終了時のカット オフ電圧を厳密に制御しなければならない。限度を大幅に超えると、通常これに 付随している保護および制御回路の故障に続いて二次反応が起こる可能性がある 。このような反応は一般に圧力増加および温度上昇に関連するものであり、回路 を中断して、十分に早く過充電反応を中断できることが望ましい。 したがって上述の文献には、内圧が異常に増加すると直ちに充電回路を中断す る内部回路遮断器が開示されている。それでも圧力は上昇し続ける可能性があり 、爆発を防止するために上述の従来技術の文献では、端子の密封を確保する変形 可能な導電性壁面に弱点を含めて、圧力が上昇し続けるとこれが破壊され、外部 にガスを逃がし、それによりエレメントの爆発を防止するようにしている。 したがって、変形可能な壁面は、１）圧力が危険に上昇した場合に電気回路を 確実に中断する、および２）圧力が上昇し続けた場合に確実にガスを逃がし、そ れにより爆発を回避する、という明白な二つの機能を実行する。 このような装置の信頼性の高い動作を確保することが困難であり、圧力上昇中に は、電気的切断が起こる圧力に達する前に弱点を含む壁面が破裂する危険性が大 きいので、このような二つの機能は望ましくない。 さらに、このような状況では、過充電および電気的切断が起こらなければ圧力 はそれ以上上昇することができず、その結果爆発する危険性がある。 本発明の目的は、動作の信頼性がはるかに高いシステムであって、前記回路遮 断端子がその電池のクロージャのふたを密封された状態で貫通し、前記ふたが圧 力Ｐ₂ ＞Ｐ₁ の下で破壊される安全カプセルを個別に備えることを特徴とする上 記で規定した電気化学的電池を提供するシステムを提案することである。 したがって本発明では、これらの機能は明らかに分離され、全く異なる二つの 部材によって得られ、端子の密封を確保する変形可能な導電性壁面は、圧力上昇 の影響で変形したときに壁面と電極との間の電気的接続を遮断するというただ一 つの機能を有する。さらにカプセルもまた、圧力Ｐ₂ ＞Ｐ₁ の下で破裂するとい うただ一つの機能を有する。圧力Ｐ₁ およびＰ₂ は明らかに異なり、例えばＰ₁ は０．５メガパスカル（５バール）から ０．９メガパスカル（９バール）の範囲、Ｐ₂ は１メガパスカル（１０バール） から２メガパスカル（２０バール）の範囲となるので、様々な部材の限界機械的 強さを決定し、二つの機能のそれぞれを各圧力レベルで実行することができるよ うにすることは容易である。信頼性は、上述の従来技術の場合よりも大幅に高ま る。 回路遮断端子を電池のクロージャのふたに取り付け、上述の従来技術の文献の 場合のようにそれ自体をふたの構成要素にしないことから得られる重要な利点は 、本発明では、回路遮断端子およびカプセルに単一の標準サイズが提供され、こ れらを両方とも、サイズに関わらずどのような電池にも備え付けることができる ことである。したがって、使用する材料の必要な破壊強さは、一度計算するだけ でよい。上述の従来技術では、強さ（変形可能な壁面に平行な平面中）は、サイ ズの異なる電池のそれぞれについて特に計算する必要がある。 本発明は、柱形電池エレメントに特に適用可能である。 本発明の実施態様の説明を、添付の図面に関して以下に行う。 第１図は、本発明の電気化学的電池を示す斜視図である。 第２図は、第１図の電池のふたに取り付けられた回路遮断端 子を示す分離された断面図である。 第３図は、第２図に示す部分の上面図である。 第４図は、第３図のＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 第５図は、回路遮断端子（外側を示す）および破壊カプセルを備えた第１図の 電池のふたを示す、第６図のＶ−Ｖに沿った分離された断面図である。 第６図は、第５図の下面図である。 第１図を参照すると、例えば回路遮断端子３および分離した安全カプセル４を 備えたクロージャのふた２を含む、リチウムイオン型の電気化学的電池１がされ ている。このふたは電解質で充填される穴５を有する位置も含む。当然、この穴 はその後に閉じられる。 第２図は、回路遮断端子３の詳細を示す図である。この端子は、電池の正極６ と端子の一部を形成する外部接触部分７との間の電気的接続を確保する。さらに 、この端子は、例えば５バールから９バールの範囲にある所定値Ｐ₁ に等しい内 圧Ｐに電池の内圧が達したときに動作する、内部回路遮断機能も有する。 端子は、その間に絶縁カラー９が挿入された外部カラー８中でクリンプされた 部分のアセンブリから構成される。このアセ ンブリは、密封された状態でふた２上に溶接される。絶縁カラー９および外部カ ラー８中では、このようにして外部カラーをクリンプすることによって、穴１０ が開けられた皿形外部接触部分７、薄膜１１、絶縁ディスク１２、破壊ディスク １３、および穴１５が開けられた底皿１４が組み立てられる。 底皿１４は接続部１６を介して電極６に接続される。 薄膜１１は、絶縁カラー９と協働して端子の内部での密封を確保する壁面を構 成する。この壁面は、電池の内側の圧力増加の作用で変形することができる。通 常の動作では、これは、破壊ディスク１３、底皿１４、および接続部１６と協働 して、外部部分７と電極６との間の電気的導通も提供する。薄膜１１は、その周 囲が外部カラー８に締め付けられることによってその他の部分に接して保持され るのに加えて、この図には示していない溶接された中央点を介して破壊ディスク １３の中心にも固定される。 第３図および第４図は、破壊ディスク１３を詳細に示す図である。図から分か るように、これは、周囲部分１３Ａと、スロット１８によって互いに分離された 弱い材料の四つのブリッジ１７のみによって周囲部分と接続される中央部分１３ Ｂを含む。 したがって、電池の内圧Ｐが値Ｐ₁ まで増加すると、薄膜１１が不意に変形して その凹面側を下方に向け、ディスクの中央部分１３Ｂを引き上げ、ブリッジ１７ を破壊する。薄膜と破壊ディスクの外部部分１３Ａとの間の電気的導通はこうし て破壊される。このようにして電気回路は永久に中断されるが、変形可能な薄膜 １１は強いので密封は完全に維持される。 薄膜の性質は、電気化学対を構成する材料と化学的に適合しなければならない 。該材料は、本発明の装置を取り付ける電極の極性によって決まる。例えばＬｉ イオン電池では、極性は一般に正であり、この場合には、薄膜（１１）ならびに 部分（１３）および（１４）は、有利にアルミニウムにすることができる、正の 活物質の酸化に耐える金属で作成される。極性を負にすることもでき、この場合 には、アルミニウムは、負電極中に含まれるリチウムと反応して合金となるので 適当ではない。したがって、薄膜（１１）ならびに関連部分（１３）および（１ ４）は、例えばニッケルめっき鋼、ニッケル、または銅、あるいはリチウムの電 位で安定なその他の任意の金属から有利に作成される。 薄膜が変化することが望ましい圧力は、その特徴によって決 まる。したがって、約０．７メガパスカル（７バール）の変化圧力を有するアル ミニウム薄膜は、厚さ０．０８ｍｍ、直径８．５ｍｍという特徴を有する。 回路遮断端子３は標準サイズであり、様々なサイズの電池のふたに取り付ける ことができる。電池がどのようなサイズであっても、破壊が起こる前に圧力は薄 膜の一定面積に加わるので、破壊ディスク１３は全ての回路遮断端子について一 回設計される。 次に、第１図の電池のふた２を別々に示す第５図および第６図を参照すると、 このふたが、上述の回路遮断端子２に加えて、安全カプセル４を備えることが分 かる。 安全カプセル４は、連続密封線１９に沿って、前記ふた中に作成された開口２ ０の周囲でふた２の内側表面に接着された長方形シート（第６図）から構成され る。 例えば１メガパスカル（１０バール）を超える、好ましくは１メガパスカル（ １０バール）から２メガパスカル（２０バール）の範囲にある値Ｐ₂ を圧力が超 えると、カプセル４が破裂し、電池の残りの部分は、爆発することなく、例えば ４メガパスカル（４０バール）などのはるかに大きな圧力に耐えること ができるものと考えられる。 したがって、第一に爆発の危険性がなく、第二に、回路遮断器が機能した後で 圧力増加が停止する、または少なくとも値Ｐ₂ （明らかにＰ₁ とは異なる）に達 しない場合には、電池は漏れの危険なく密封されたままとなる。 第１図および第５図から分かるように、開口２０を覆ってふた２上に補強リン グ２２が接着される。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回路遮断端子の外部接触部分（７）と電池の正または負電極の一方（６）と の間の電気接続を確保する回路遮断端子（３）を備え、回路遮断端子の前記外部 接触部分（７）が、回路遮断端子を確実に密封し、内圧の増加の作用で変形可能 な壁面（１１）に電気的に接続され、前記壁面（１１）が、電気的導通を確保す る手段（１３、１４、１６）によって前記電極（６）に接続され、前記連続性が 、内圧Ｐが所定値Ｐ₁ を超える値に達したときに中断され、前記壁面を変形させ 、壁面（１１）と破壊部分（１３）との間の接続を遮断する密封電気化学的電池 （１）であって、前記回路遮断端子（３）が電池のクロージャのふた（２）を密 封された状態で貫通し、前記ふたが圧力Ｐ₂ ＞Ｐ₁ の下で破壊される安全カプセ ル（４）を個別に備えることを特徴とする電池。 ２．圧力の前記値Ｐ₁ が０．５メガパスカル（５バール）から０．９メガパスカ ル（９バール）の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電池。 ３．安全カプセル（４）が破壊される圧力の値Ｐ₂ が１メガパ スカル（１０バール）より大きく、好ましくは１メガパスカル（１０バール）か ら２メガパスカル（２０バール）の範囲であることを特徴とする請求の範囲第１ 項または第２項に記載の電池。 ４．前記回路遮断端子（３）が正の端子であること、ならびに密封を確保する変 形可能な前記壁面（１１）と、前記破壊部分（１３）と、前記壁面（１１）と前 記電極（６）に接続された接続部（１６）との間の前記電気的導通を確保する底 皿（１４）とが、ともにアルミニウムで作成されることを特徴とする請求の範囲 第１項から第３項のいずれか一項に記載の電池。 ５．前記回路遮断端子（３）が負の端子であること、ならびに密封を確保する変 形可能な前記壁面（１１）と、前記破壊部分（１３）と、前記壁面（１１）と前 記電極（６）に接続された接続（１６）との間の前記電気的導通を確保する底皿 （１４）とが、ニッケルめっき鋼、ニッケル、および銅から選択した金属で作成 されることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の電 池。 ６．活物質がリチウム含有金属酸化物である正電極と、活物質が充電中にリチウ ムを受けることができる炭素含有材料である 負電極と、非水系電解質とを含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項 のいずれか一項に記載の電池。 ７．前記金属酸化物が、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化マンガン、およびそ れらの混合物から選択されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の電池。 ８．前記炭素含有材料が、天然および人造黒鉛、非晶質炭素、コークス、および それらの混合物から選択されることを特徴とする請求の範囲第６項または第７項 に記載の電池。