JP2001176496A - Safeguard device - Google Patents

Safeguard device

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JP2001176496A
JP2001176496A JP35631199A JP35631199A JP2001176496A JP 2001176496 A JP2001176496 A JP 2001176496A JP 35631199 A JP35631199 A JP 35631199A JP 35631199 A JP35631199 A JP 35631199A JP 2001176496 A JP2001176496 A JP 2001176496A
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JP
Japan
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upper plate
spacer member
safety device
green sheet
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP35631199A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Takemura
真一 竹村
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JP2001176496A publication Critical patent/JP2001176496A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable safeguard device, ensuring instantaneous disconnection of a conductive passage at a stable pressure value during the generation of abnormal pressure. SOLUTION: The safeguard comprises a cylindrical spacer member 1, on the upper and lower faces of which an upper plate 3, having a conductive passage 4 on the surface and a lower plate are respectively mounted for sealing an internal space of the cylindrical spacer member 1, the conductive passage 4 being adapted to be disconnected by the destruction of the upper plate 3 with a pressure difference between both sides of the upper plate 3. The upper plate 3 is formed of an electrically insulating material, which has a Young's modulus of 60 GPa or larger, bending strength of 80-1,000 MPa and a thickness of 10-100 μm. The degree of planarity of the upper plate 3 is 1.5% or smaller to the minimum diameter of the internal space of the spacer member 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、安全装置として電
流遮断が必要な機器において特に機器内部の圧力上昇が
問題となるものに関するものである。特に再充電可能な
リチウムイオン電池やアルミニウム電解コンデンサ、電
気二重層コンデンサ等の小型化が要求される機器に対し
て有効な安全装置である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a safety device that requires a current interruption as a safety device, and particularly to a device in which a rise in pressure inside the device is a problem. In particular, it is an effective safety device for rechargeable lithium-ion batteries, aluminum electrolytic capacitors, electric double-layer capacitors, and other devices that require miniaturization.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯電話、ビデオカメラ、ノート
パソコンをはじめとする携帯情報端末等、電子機器の普
及が進む中、リチウムイオン電池やアルミニウム電解コ
ンデンサ、電気二重層コンデンサ等がバックアップ用電
源として広く利用されるようになってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of electronic devices such as portable information terminals such as mobile phones, video cameras, and notebook computers, lithium ion batteries, aluminum electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, etc. have been used as backup power supplies. It has become widely used.

【0003】従来の例えばリチウムイオン電池は図5に
示すように、金属製筐体21の内部にプロピレンカーボ
ネード等のアルカリ金属塩から成る有機溶媒溶液を電解
液22として充填するとともに該電解液22の中にリチ
ウム酸化物から成る正極23、とフッ化炭素等の炭素化
合物から成る負極24とを間にセパレータ25を挟んで
対向配置させた構造を有しており、正極23と負極24
との間にリチウム(Li)イオンを移動させることによ
って充電又は放電がおこるようになっている。
In a conventional lithium ion battery, for example, as shown in FIG. 5, an organic solvent solution composed of an alkali metal salt such as propylene carbonate is filled as an electrolytic solution 22 in a metal casing 21 and the electrolytic solution 22 is Has a structure in which a positive electrode 23 made of lithium oxide and a negative electrode 24 made of a carbon compound such as fluorocarbon are arranged to face each other with a separator 25 interposed therebetween.
Is charged or discharged by moving lithium (Li) ions between the two.

【0004】しかしながらこのリチウムイオン電池は過
充電や短絡が起こった場合、電池の温度が上昇して電解
液22に分解が発生し、ガスを生じて電池の筐体21内
圧力を大きく上昇させて最悪の場合、爆発を起こしてし
まう危険性がある。それ故、リチウムイオン電池には各
種の安全装置が備えられている。
However, when this lithium ion battery is overcharged or short-circuited, the temperature of the battery rises and decomposition of the electrolyte solution 22 occurs, generating gas and increasing the pressure inside the battery housing 21 greatly. In the worst case, there is a risk of explosion. Therefore, the lithium ion battery is provided with various safety devices.

【0005】これら安全装置としては、安全弁機構、電
流遮断機構がある。安全弁機構は電池筐体内圧力の上昇
により筐体表面に配置された安全弁が開き、筐体内のガ
スを排気して、圧力上昇を止めるものである。電流遮断
機構としては、ガスの圧力上昇を利用して導電路を遮断
するもの、圧力上昇に伴い起こる筐体内の温度上昇を利
用して、導電路を遮断するものである。
[0005] These safety devices include a safety valve mechanism and a current cutoff mechanism. In the safety valve mechanism, a safety valve arranged on the surface of the housing is opened by an increase in the pressure in the battery housing, and the gas in the housing is exhausted to stop the pressure increase. The current interrupting mechanism is one that interrupts the conductive path by using an increase in the pressure of the gas, and that interrupts the conductive path by using an increase in the temperature inside the housing caused by the increase in the pressure.

【0006】温度上昇を利用した電流遮断機はPTC素
子を利用した簡便な機構で実用化されているが温度上昇
と圧力上昇の間にはどうしてもタイムラグが生じ安全機
構としても動作が不安定となる欠点があった。
A current breaker utilizing a temperature rise has been put to practical use with a simple mechanism utilizing a PTC element, but a time lag is inevitably caused between the temperature rise and the pressure rise, and the operation as a safety mechanism becomes unstable. There were drawbacks.

【0007】圧力上昇を利用したものとしては、例えば
特開平9−55197号公報に示されるように導電路と
電池内圧力により変位する受圧部分とこの受圧部分の変
位により導電路を破壊する機構を備えたものが提案され
ている。
As an apparatus utilizing the pressure increase, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-55197, a conductive path and a pressure receiving portion displaced by the pressure in the battery and a mechanism for breaking the conductive path by the displacement of the pressure receiving portion are disclosed. Provisions have been made.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−55197号公報に示されたものでは上記各機構や
それらを配置、結合する部分が必要であり、機構として
複雑になり、小型化、低コストという面で問題があっ
た。
However, the structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-55197 requires the above-mentioned mechanisms and a portion for arranging and connecting them, which makes the mechanism complicated, miniaturized, and low in size. There was a problem in terms of cost.

【0009】また、携帯電話、ビデオカメラ、ノートパ
ソコンをはじめとする携帯情報端末は、今後ますます小
型化する方向へ進んでおり、電池自体の小型化が緊急の
課題であるが、前述の安全装置は複雑且つ電池内部に取
り込むことが難しいため小型化の大きな障害となってい
る。
[0009] Further, portable information terminals such as mobile phones, video cameras, and notebook personal computers are increasingly being miniaturized in the future, and miniaturization of the battery itself is an urgent issue. The device is complicated and difficult to incorporate into the battery, which is a major obstacle to miniaturization.

【0010】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、電池等の筐体内部に納めることがで
き、且つ小型化に容易に対応できる安全装置を提供する
ことにあり、且つ圧力上昇時に瞬時に作動する機構を有
し、信頼性の高い安全装置を提供することにある。
The present invention has been devised in view of the above-mentioned drawbacks, and has as its object to provide a safety device that can be housed inside a housing of a battery or the like and that can easily cope with miniaturization. Another object of the present invention is to provide a highly reliable safety device having a mechanism that operates instantaneously when the pressure rises.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、筒状スペーサ
部材の上下両面に、該筒状スペーサ部材の内部空間を封
止するように表面に導電路を有する上板と下板を取着し
てなり、上板両面の圧力差で上板が破壊することによ
り、前記導電路が断線されるようにした安全装置であっ
て、前記上板はヤング率が60GPa以上、曲げ強度が
80〜1000MPa、厚みが10〜100μmの電気
絶縁材で形成されており、且つ上板の平坦度が、前記ス
ペーサ部材の内部空間の最小径に対し、1.5%以下の
値であることを特徴とするものである。
According to the present invention, an upper plate and a lower plate having conductive paths on their surfaces are mounted on both upper and lower surfaces of a cylindrical spacer member so as to seal the internal space of the cylindrical spacer member. The safety device is configured such that the conductive path is broken by breaking the upper plate due to a pressure difference between both surfaces of the upper plate, wherein the upper plate has a Young's modulus of 60 GPa or more and a bending strength of 80 to It is formed of an electric insulating material having a thickness of 1000 MPa and a thickness of 10 to 100 μm, and the flatness of the upper plate is 1.5% or less of the minimum diameter of the internal space of the spacer member. Is what you do.

【0012】本発明の安全装置によれば、上板をヤング
率が60GPa以上、曲げ強度が80〜1000MP
a、厚みが10〜100μmの電気絶縁材で形成し、且
つ上板の平坦度をスペーサ部材の内部空間の最小径に対
し、1.5%以下の値としたことから、圧力上昇に伴っ
て上板にかかる応力はスペーサ部材の内周辺と対向する
位置に集中し、その結果、常に安定した圧力値で確実に
上板を破壊することが可能となり、圧力上昇時に瞬時
に、且つ確実に導電路を遮断させることができる極めて
信頼性の高い安全装置となる。
According to the safety device of the present invention, the upper plate has a Young's modulus of 60 GPa or more and a bending strength of 80 to 1000 MPa.
a, The flatness of the upper plate is set to a value of 1.5% or less with respect to the minimum diameter of the internal space of the spacer member. The stress applied to the upper plate is concentrated at a position facing the inner periphery of the spacer member, and as a result, the upper plate can be reliably destroyed with a stable pressure value, and the pressure is instantaneously and surely increased. An extremely reliable safety device that can cut off the road.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0014】図1(a)に本発明の安全装置の断面斜視
図を示す。セラミックス、ガラス、ガラスセラミックス
から成る上板3の周囲に筒上スペーサ部材1を一体的に
備え、このスペーサ部材1の中央部の内部空間は基準圧
力室2となし、この基準圧力室2を覆うように下板5を
一体的に備えている。この下板5は貫通孔5aを備え、
ここに樹脂等の閉塞材を充填して閉塞してある。また、
上板3上には蒸着法等で形成された導電路4を備えてあ
る。
FIG. 1A is a sectional perspective view of the safety device of the present invention. An on-cylinder spacer member 1 is integrally provided around an upper plate 3 made of ceramics, glass, or glass ceramics. An internal space at the center of the spacer member 1 is formed as a reference pressure chamber 2, and covers the reference pressure chamber 2. So that the lower plate 5 is integrally provided. The lower plate 5 has a through hole 5a,
Here, a closing material such as resin is filled and closed. Also,
On the upper plate 3, a conductive path 4 formed by a vapor deposition method or the like is provided.

【0015】この安全装置を使用する場合は、上記導電
路4に例えば二次電池の主電源を接続しておき、上板3
の基準圧力室2と反対側の面の圧力が過充電等により上
昇し、基準圧力室2内とのその圧力差が規定値以上にな
ったとき(以下異常圧力発生時と称す)に、上板3が破
壊して導電路4を破断することで、二次電池等の主電源
を遮断できるようになっている。
When this safety device is used, for example, a main power supply of a secondary battery is connected to the conductive path 4 and the upper plate 3
When the pressure on the surface opposite to the reference pressure chamber 2 rises due to overcharging or the like and the pressure difference between the reference pressure chamber 2 and the inside of the reference pressure chamber 2 exceeds a specified value (hereinafter referred to as abnormal pressure occurrence), By breaking the plate 3 and breaking the conductive path 4, the main power supply of the secondary battery or the like can be cut off.

【0016】このとき、上板3はヤング率が60GPa
以上、曲げ強度が80〜1000MPaの脆性材料で形
成されており、且つ厚みを10〜100μmに、平坦度
をスペーサ部材1の内部空間の最小径に対し1.5%以
下の値に調整することで異常圧力発生時に瞬時に且つ完
全な導電路4の遮断が実現される。
At this time, the upper plate 3 has a Young's modulus of 60 GPa.
As described above, the bending strength is formed from a brittle material having a bending strength of 80 to 1000 MPa, the thickness is adjusted to 10 to 100 μm, and the flatness is adjusted to a value of 1.5% or less with respect to the minimum diameter of the internal space of the spacer member 1. Thus, the instantaneous and complete interruption of the conductive path 4 is realized when an abnormal pressure is generated.

【0017】なお、前記上板3は図1(b)に示すよう
に、スペーサ部材1の内部空間の内側に反りを有するも
ののみが使用され、外側に反りを有するものは使用され
ない。
As shown in FIG. 1B, only the upper plate 3 having a warp inside the inner space of the spacer member 1 is used, and the upper plate 3 having no warp outside is used.

【0018】また、上板3の内部空間の内側への反りは
上板3の平坦度として表わした時、スペーサ部材1の内
部空間(基準圧力室2)の最小径をD、上板3の平坦度
をAとした場合にA0.015Dの範囲に限定される。
When the warpage of the upper plate 3 toward the inside is expressed as the flatness of the upper plate 3, the minimum diameter of the inner space (reference pressure chamber 2) of the spacer member 1 is D, and When the flatness is A, the range is limited to A0.015D.

【0019】さらに、上記上板3の具体的な材料として
は、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、結晶化ガ
ラス等のガラス、あるいはガラスセラミックスを用いる
ことができる。スペーサ部材1、下板5の材料は、上板
3と同じものを用いることが好ましい。
Further, as a specific material of the upper plate 3, ceramics such as alumina and zirconia, glass such as crystallized glass, and glass ceramics can be used. It is preferable to use the same material as the upper plate 3 for the spacer member 1 and the lower plate 5.

【0020】また、本発明は、基準圧力室2を平面視し
たときの形状を、長径/短径の比を1.0〜1.2の範
囲内としておくと、異常圧発生時の瞬時の導電路4の完
全な遮断をより一層確実にすることができる。したがっ
て、基準圧力室2を平面視した時の形状は長径/短径の
比を1.0〜1.2の範囲としておくことが好ましい。
ここで、上記長径とは、基準圧力室2を平面視した時の
最も長い径であり、短径とは、最も短い径のことであ
る。
Further, according to the present invention, if the shape of the reference pressure chamber 2 in plan view is set so that the ratio of the major axis / minor axis is within the range of 1.0 to 1.2, the instantaneous Complete interruption of the conductive path 4 can be further ensured. Therefore, when the reference pressure chamber 2 is viewed in plan, it is preferable that the ratio of the major axis / minor axis is in the range of 1.0 to 1.2.
Here, the long diameter is the longest diameter when the reference pressure chamber 2 is viewed in plan, and the short diameter is the shortest diameter.

【0021】ここで本発明の安全装置の製造方法を説明
する。
Here, a method of manufacturing the safety device of the present invention will be described.

【0022】アルミナ、ジルコニア等のセラミックス粉
末またはガラス、ガラスセラミックス粉末を用い、有機
バインダー、可塑剤、溶剤と混合してスラリーを調整す
る。このスラリーを一般的なドクターブレード法、カレ
ンダーロール法、あるいは圧延法、プレス成形法によ
り、図2に示すように、上板3を形成する薄肉グリーン
シート3’、スペーサ部材1を形成する厚肉のグリーン
シート1’、及び下板5を形成するグリーンシート5’
をそれぞれ作製する。
A slurry is prepared by mixing a ceramic powder such as alumina or zirconia or a glass or glass ceramic powder with an organic binder, a plasticizer and a solvent. As shown in FIG. 2, a thin green sheet 3 ′ for forming the upper plate 3 and a thick wall for forming the spacer member 1 are formed by a general doctor blade method, a calender roll method, a rolling method, or a press molding method. Green sheet 1 'and green sheet 5' forming lower plate 5
Are prepared respectively.

【0023】なお、薄肉、厚肉のグリーンシートを得る
には、上記溶剤系のスラリーに限るものではなく、セラ
ミックス粉末を用いて有機バインダー、可塑剤、分散
材、イオン交換水を混合した水溶性のスラリーを用いて
もよい。また、厚肉のシート状成形体は薄肉のグリーン
シートを積層して用いてもよい。
The thin and thick green sheets are not limited to the above-mentioned solvent-based slurry, but may be obtained by mixing an organic binder, a plasticizer, a dispersant, and ion-exchanged water with ceramic powder. May be used. Further, a thick sheet-shaped molded product may be used by laminating thin green sheets.

【0024】このようにして得られた厚肉のグリーンシ
ート1’に基準圧力室2となる貫通孔2’を、グリーン
シート5’に貫通孔5a’をそれぞれ金型により打ち抜
き形成する。そして、薄肉のグリーンシート3’、貫通
孔2’を有する厚肉のグリーンシート1’、微細な貫通
孔5a’を有する厚肉のグリーンシート5’を図2に示
すようにそれぞれ積層、一体化し、しかる後800℃以
上の大気雰囲気中で一体焼成する。
The thick green sheet 1 'thus obtained is formed by punching a through hole 2' serving as the reference pressure chamber 2 and the green sheet 5 'is formed by punching a through hole 5a' using a mold. Then, a thin green sheet 3 ', a thick green sheet 1' having a through hole 2 ', and a thick green sheet 5' having a fine through hole 5a 'are laminated and integrated as shown in FIG. Thereafter, firing is performed integrally in an air atmosphere at 800 ° C. or higher.

【0025】このようにして、上板3、スペーサ部材
1、下板5を一体焼成した後、上板3上に導電路4を形
成し、基準圧力室2へ貫通する貫通孔5aを樹脂等の閉
塞材で閉塞して本発明の安全装置を得ることができる。
After the upper plate 3, the spacer member 1, and the lower plate 5 are integrally fired in this manner, a conductive path 4 is formed on the upper plate 3, and a through-hole 5a penetrating into the reference pressure chamber 2 is made of resin or the like. And the safety device of the present invention can be obtained.

【0026】なお、上記貫通孔5aを形成しておいて、
最後にこれを閉塞材で閉塞することにより、製造工程中
の破損を防止し、基準圧力室2内の圧力を大気圧とする
ことができる。
It should be noted that the through-hole 5a is formed beforehand.
Finally, by closing this with a closing material, breakage during the manufacturing process can be prevented, and the pressure in the reference pressure chamber 2 can be set to the atmospheric pressure.

【0027】また、別の製造方法として、アルミナ、ジ
ルコニア等のセラミックス粉末またはガラス、ガラスセ
ラミックス粉末を用い、バインダー添加後、プレス法に
てスペーサ部材1と上板3を成すグリーンシートを作製
し、両者を積層して800℃以上の大気雰囲気中で一体
焼成する。その後、基準圧力室2を下板5で覆い、上板
3を所望の厚みに加工した後、上板3上に導電路4を形
成してもよい。
As another manufacturing method, a ceramic sheet such as alumina or zirconia or a glass or glass ceramic powder is added, and after adding a binder, a green sheet forming the spacer member 1 and the upper plate 3 is produced by a press method. Both are laminated and integrally fired in an air atmosphere at 800 ° C. or higher. After that, the reference pressure chamber 2 may be covered with the lower plate 5, the upper plate 3 may be processed to a desired thickness, and then the conductive path 4 may be formed on the upper plate 3.

【0028】なお、導電路4は、Cu、Ni、Cr、A
l、Au、Ag、Pd、W等の金属もしくはこれらの合
金、またはカーボン等の導電材料からなり、メッキ法、
スパッタ法、蒸着法、印刷法によって形成される。
The conductive path 4 is made of Cu, Ni, Cr, A
metal, such as l, Au, Ag, Pd, W or alloys thereof, or a conductive material such as carbon;
It is formed by a sputtering method, an evaporation method, or a printing method.

【0029】さらに、上記安全装置は非常に小型である
ため、多数個取りの手法によって、同時に多数を製造す
ることが出来る。図3に示すように一枚のグリーンシー
ト1’に基準圧力室2となる多数の貫通孔2’を備えて
おき、同様に多数の貫通孔5a’を備えたグリーンシー
ト5’と薄肉のグリーンシート3’を積層し、一体焼成
して導電路4を形成した後、切断することによって、同
時に多数の安全装置を製造することができる。
Further, since the above-mentioned safety device is very small, a large number can be manufactured at the same time by a multi-cavity method. As shown in FIG. 3, one green sheet 1 'is provided with a large number of through-holes 2' serving as reference pressure chambers 2, and similarly, a green sheet 5 'having a large number of through-holes 5a' and a thin green After laminating the sheets 3 ′ and integrally firing to form the conductive paths 4, cutting is performed, so that a large number of safety devices can be manufactured at the same time.

【0030】なお、上述のように上板3、スペーサ部材
1、下板5を一体化して製作する場合は、薄肉のグリー
ンシート3’の焼成収縮率をグリーンシート1’の焼結
収縮率より1.0%〜3.0%大きくなるように、グリ
ーンシートの生密度を調整しておく。
In the case where the upper plate 3, the spacer member 1, and the lower plate 5 are integrally manufactured as described above, the firing shrinkage of the thin green sheet 3 'is calculated from the sintering shrinkage of the green sheet 1'. The green density of the green sheet is adjusted so as to increase by 1.0% to 3.0%.

【0031】これは、各シートを積層し、一体焼結した
際に上板3が変形したり、亀裂が生じたりすることな
く、上板3の平坦度を基準圧力室2の最小径に対して
1.5%以下とするためである。
This is because the flatness of the upper plate 3 is made smaller than the minimum diameter of the reference pressure chamber 2 without deforming or cracking the upper plate 3 when each sheet is laminated and integrally sintered. To 1.5% or less.

【0032】仮に、薄肉のグリーンシート3’とグリー
ンシート1’との焼成収縮率の差が1.0%未満、ある
いは薄肉のグリーンシート3’の方がグリーンシート
1’の焼成収縮率よりも小さい場合、各シートを積層し
て一体焼結した際に、上板3が変形し、平坦度が基準圧
力室2の最小径に対して1.5%を超えてしまう。
If the difference in the firing shrinkage between the thin green sheet 3 ′ and the green sheet 1 ′ is less than 1.0%, or the thin green sheet 3 ′ is smaller than the firing shrinkage of the green sheet 1 ′. If it is small, when the respective sheets are stacked and integrally sintered, the upper plate 3 is deformed, and the flatness exceeds 1.5% with respect to the minimum diameter of the reference pressure chamber 2.

【0033】また、薄肉のグリーンシート3’の焼成収
縮率がグリーンシート1’の焼成収縮率より3.0%よ
り大きい場合には、各シートを一体焼結した際に、焼結
途中で薄肉のグリーンシート3’が他のグリーンシート
1’、5’から引っ張られ、上板3の一部に亀裂が発生
してしまう。
When the firing shrinkage of the thin green sheet 3 ′ is larger than the firing shrinkage of the green sheet 1 ′ by 3.0%, when the respective sheets are integrally sintered, the thin green sheet 3 ′ is sintered. The green sheet 3 ′ is pulled from the other green sheets 1 ′ and 5 ′, and a crack is generated in a part of the upper plate 3.

【0034】次に本発明の安全装置を用いた二次電池の
実施形態を示す。
Next, an embodiment of a secondary battery using the safety device of the present invention will be described.

【0035】図4は図1(a)の安全装置が組み込まれ
た二次電池を示している。
FIG. 4 shows a secondary battery incorporating the safety device of FIG. 1 (a).

【0036】内部電極をなす正極8は筐体11と、電気
的に絶縁された外部電極をなす出力部12に接続され、
もう一方の内部電極である負極9は筐体11に電気的に
接続(不図示)されている。なお、実際の電池では正極
8と負極9がセパレータ7を挟んで幾重にも積層されて
いるが本図では省略している。
The positive electrode 8 serving as an internal electrode is connected to a housing 11 and an output unit 12 serving as an electrically insulated external electrode.
The negative electrode 9 as the other internal electrode is electrically connected to the housing 11 (not shown). In an actual battery, the positive electrode 8 and the negative electrode 9 are stacked in multiple layers with the separator 7 interposed therebetween, but they are omitted in this figure.

【0037】そして、本発明の安全装置10は出力部1
2と正極8の間に超音波溶接法等により電気的に接続さ
れた形で設置される。なお、安全装置10は負極9側に
設置しても何ら問題はない。
The safety device 10 according to the present invention includes the output unit 1
It is installed in a form electrically connected between 2 and the positive electrode 8 by an ultrasonic welding method or the like. There is no problem even if the safety device 10 is installed on the negative electrode 9 side.

【0038】本発明の安全装置10の動作としては概略
以下の通りとなる。何らかの理由で過充電状態になる
と、前述の通り電解液6が揮発し電池ケース内にガスが
発生し、電池ケース内の圧力が上昇し始める。電池内圧
力がある一定値以上になった時点で安全装置10の上板
3が破壊し、上板3上に形成された導電路4が破断さ
れ、充電が止まることによりガス発生が停止し、それ以
上の圧力上昇が防げる。なお、上板3の厚み、材質は破
断すべき圧力及び許容される安全装置10の大きさから
適宜、選定する。
The operation of the safety device 10 of the present invention is roughly as follows. When the battery is overcharged for some reason, the electrolytic solution 6 evaporates and gas is generated in the battery case as described above, and the pressure in the battery case starts to increase. When the internal pressure of the battery becomes a certain value or more, the upper plate 3 of the safety device 10 is broken, the conductive path 4 formed on the upper plate 3 is broken, and charging stops, thereby stopping gas generation. Further pressure rise can be prevented. The thickness and material of the upper plate 3 are appropriately selected from the pressure to be broken and the allowable size of the safety device 10.

【0039】[0039]

【実施例】実施例1 ここでアルミナ粉末を用いて安全装置を作製した例につ
いて説明する。
EXAMPLE 1 Here, an example of manufacturing a safety device using alumina powder will be described.

【0040】アルミナ粉末に、バインダーとしてポリビ
ニルブチラール、可塑剤としてジブチルフタレート、溶
剤にトルエンを用い、分散剤を添加して溶剤系のスラリ
ーを調整し、ドクターブレード法によりアルミナセラミ
ックスから成る上板3のグリーンシート3’及びアルミ
ナセラミックスから成るスペーサ部材1のグリーンシー
ト1’及び下板5のグリーンシート5’を作成した。
Using polyvinyl butyral as a binder, dibutyl phthalate as a plasticizer, and toluene as a solvent, a dispersant was added to the alumina powder to prepare a solvent-based slurry, and the upper plate 3 made of alumina ceramic was formed by a doctor blade method. A green sheet 3 ', a green sheet 1' of the spacer member 1 made of alumina ceramics, and a green sheet 5 'of the lower plate 5 were prepared.

【0041】上板3のグリーンシート3’の厚みを46
μm、スペーサ部材1のグリーンシート1’の厚みを
0.75mm、下板5のグリーンシート5’の厚みを
0.35mmでそれぞれ成形した。
The thickness of the green sheet 3 ′ of the upper plate 3 is set to 46
The thickness of the green sheet 1 'of the spacer member 1 was 0.75 mm, and the thickness of the green sheet 5' of the lower plate 5 was 0.35 mm.

【0042】前記スペーサ部材1のグリーンシート1’
には、基準圧力室2を形成する孔6’を金型によって打
ち抜いた。
The green sheet 1 ′ of the spacer member 1
, A hole 6 'forming the reference pressure chamber 2 was punched out by a mold.

【0043】その後、上板3のグリーンシート3’、ス
ペーサ部材1のグリーンシート1’、下板5のグリーン
シート5’を図2に示すようにそれぞれ積層、形成し一
体化し、55℃、 1.47MPaにて熱圧着した。そ
れぞれのシート間には可塑剤と溶剤、増粘剤、界面活性
剤からなる密着液をスクリーンにて塗布し、密着性をも
たせている。しかる後、上述した多数個取りの手法によ
り所定のサイズにブレーク溝を形成し、1620℃の大
気雰囲気中で焼成した後分割し、真空蒸着法によってア
ルミニウムの導電路4を形成し、本発明の安全装置10
を得た。
Thereafter, the green sheet 3 'of the upper plate 3, the green sheet 1' of the spacer member 1, and the green sheet 5 'of the lower plate 5 are laminated, formed and integrated as shown in FIG. Thermocompression bonding was performed at .47 MPa. An adhesive liquid composed of a plasticizer, a solvent, a thickener, and a surfactant is applied between the sheets with a screen to give an adhesive property. Thereafter, a break groove having a predetermined size is formed by the above-described multi-cavity method, which is baked in an air atmosphere at 1620 ° C., then divided, and a conductive path 4 of aluminum is formed by a vacuum deposition method. Safety device 10
I got

【0044】なお、前記安全装置10の基準圧力室2の
最小径は3mmと5mmの2種を用意した。
The minimum diameter of the reference pressure chamber 2 of the safety device 10 was 3 mm or 5 mm.

【0045】また前記上板3はヤング率が325GP
a、曲げ強度が300MPaのものとする。
The upper plate 3 has a Young's modulus of 325 GP.
a, The bending strength is 300 MPa.

【0046】作成した安全装置10を各40個圧力容器
中に投入し、徐々に圧力を加え0.7MPaまで圧力を
加えた際に、上板3が破壊し、導電路4が破断された確
率を算出し、破断確率とした。
When 40 safety devices 10 were put into a pressure vessel, and the pressure was gradually increased to 0.7 MPa, the probability that the upper plate 3 was broken and the conductive path 4 was broken was obtained. Was calculated as the breaking probability.

【0047】その結果を表1に示す。Table 1 shows the results.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】表1から判るように、上板3の平坦度が基
準圧力室2の最小径に対し1.5%以下である本発明品
(試料No.1〜No.3、試料No.7〜No.9)
は、そのいずれもの破断確率が100%であり、上板3
の平坦度が基準圧力室2の最小径に対し1.5%以上
(試料No.5、No.11)となると、破断確率が低
いものとなってしまう。
As can be seen from Table 1, the flatness of the upper plate 3 is 1.5% or less of the minimum diameter of the reference pressure chamber 2 (samples No. 1 to No. 3, sample No. 7). ~ No.9)
Indicate that all of them have a fracture probability of 100%
When the flatness is 1.5% or more (samples No. 5 and No. 11) with respect to the minimum diameter of the reference pressure chamber 2, the fracture probability becomes low.

【0050】実施例2 次に、材料特性と破壊確率の関係について説明する。Embodiment 2 Next, the relationship between material properties and breakage probability will be described.

【0051】実施例1と同様の方法にて、表2のA〜F
に示すアルミナ、ジルコニア等のセラミックス粉末また
はガラス、ガラスセラミックス粉末を用い、グリーンシ
ートの積層により安全装置10を作製した。なお、焼成
温度については、それぞれの材料に対して適正な温度を
設定した。
In the same manner as in Example 1, A to F in Table 2 were used.
The safety device 10 was manufactured by laminating green sheets using ceramic powder such as alumina, zirconia, or glass or glass ceramic powder shown in FIG. The firing temperature was set to an appropriate temperature for each material.

【0052】上板3の厚みを8〜150μmに調整し、
基準圧力室2の形状を径が3mmの円とし、長径/短径
を1.0とした。また基準圧力室2に連通する貫通孔5
aの径を0.3mmとし、樹脂にて遮蔽した。
The thickness of the upper plate 3 is adjusted to 8 to 150 μm,
The shape of the reference pressure chamber 2 was a circle having a diameter of 3 mm, and the long diameter / short diameter was 1.0. Also, a through hole 5 communicating with the reference pressure chamber 2
The diameter of a was set to 0.3 mm and shielded with resin.

【0053】この様にして作製した安全装置を圧力容器
中に投入し、0.7MPaまでの圧力を徐々に加え、破
壊確率を算出した。
The safety device thus manufactured was charged into a pressure vessel, and a pressure up to 0.7 MPa was gradually applied to calculate a probability of breakage.

【0054】結果を表3に示すように、材料のヤング率
が60MPa以下であり、曲げ強度が80MPa以下で
あるE−1〜E−9では、厚みが薄いとハンドリング中
の破損により安定して製造できるものではなく、厚みが
厚くても破損するものの破壊確率が低く安定した破壊は
得られなかった。これは,ヤング率が低いと圧力がかか
ったときに撓むことにより安定した破壊が得られなかっ
たためである。
As shown in Table 3, the materials E-1 to E-9 in which the Young's modulus of the material is 60 MPa or less and the bending strength is 80 MPa or less are stable due to breakage during handling if the thickness is small. Although it could not be manufactured, it was broken even if the thickness was large, but the failure probability was low and stable breakdown could not be obtained. This is because if the Young's modulus is low, stable destruction cannot be obtained due to bending when pressure is applied.

【0055】また曲げ強度が1000MPaを超えるC
−1〜C−6では、強度が高すぎるために破壊が起こら
なかった。
Further, C having a bending strength exceeding 1000 MPa
In -1 to C-6, no breakage occurred because the strength was too high.

【0056】よって、上板3に用いる材料としてはヤン
グ率60GPa以上であり、曲げ強度が80〜1000
MPaに特定される。
Therefore, the material used for the upper plate 3 has a Young's modulus of 60 GPa or more and a bending strength of 80 to 1000.
MPa.

【0057】また、上板3の厚みについては、厚みが1
0μm以下となるA−1、B−1、C−1、D−1、E
−1、F−1については、厚みが薄いことによって微細
な欠陥の影響を受けやすく、圧力が空所内部にリークし
ているために破砕できないか、または破壊確率が低かっ
た。
The thickness of the upper plate 3 is 1
A-1, B-1, C-1, D-1, E which are 0 μm or less
-1 and F-1 were susceptible to minute defects due to their small thickness, and could not be crushed or had a low probability of breaking because the pressure was leaking into the space.

【0058】逆に厚みが厚くなると必要な破壊圧力も大
きくなりい破壊確率が低くなっている。ここでハンドリ
ング中の破損、破壊確率を考慮すると、上板3の厚みは
10〜100μmに特定され、さらに安全装置としての
利用を考慮すると25〜75μmが望ましい。
Conversely, as the thickness increases, the required breaking pressure also increases and the breaking probability decreases. Here, considering the probability of breakage and destruction during handling, the thickness of the upper plate 3 is specified to be 10 to 100 μm, and more preferably 25 to 75 μm in consideration of use as a safety device.

【0059】[0059]

【表2】 [Table 2]

【0060】[0060]

【表3】 [Table 3]

【0061】また,上記本発明の安全装置を再充電可能
な二次電池の安全装置として用いた作動評価を行った結
果、0.7MPaでの100%破断が確認され、要求の
破断圧力を満たすものであった。また、破損状態として
も導電路4が確実に遮断されたものとなっていた。
In addition, as a result of an operation evaluation using the safety device of the present invention as a safety device for a rechargeable secondary battery, 100% breakage at 0.7 MPa was confirmed, and the required breaking pressure was satisfied. Was something. In addition, the conductive path 4 was surely shut off even in the damaged state.

【0062】なお,ここでは本発明の安全装置を再充電
可能な二次電池の安全装置として用いた例について説明
したが、これに限るものでなく、アルミニウム電解コン
デンサや電気二重層コンデンサ等の安全装置としても使
用し得る。
Here, an example in which the safety device of the present invention is used as a safety device for a rechargeable secondary battery has been described. However, the present invention is not limited to this, and a safety device such as an aluminum electrolytic capacitor or an electric double layer capacitor is used. It can also be used as a device.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明の安全装置によれば、上板をヤン
グ率が60GPa以上、曲げ強度が80〜1000MP
a、厚みが10〜100μmの電気絶縁材で形成し、且
つ上板の平坦度を前記スペーサ部材の内部空間の最小径
に対し、1.5%以下の値としたことから、圧力上昇に
伴って上板にかかる応力はスペーサ部材の内周辺と対向
する位置に集中し、その結果、常に安定した圧力値で確
実に上板を破壊することが可能となり、圧力上昇時に瞬
時に、且つ確実に導電路を遮断することができる極めて
信頼性の高い安全装置となる。
According to the safety device of the present invention, the upper plate has a Young's modulus of 60 GPa or more and a bending strength of 80 to 1000 MPa.
a, the flatness of the upper plate is set to a value of 1.5% or less with respect to the minimum diameter of the internal space of the spacer member. The stress applied to the upper plate is concentrated at a position facing the inner periphery of the spacer member. As a result, the upper plate can be reliably destroyed with a stable pressure value, and instantly and surely when the pressure rises. An extremely reliable safety device that can cut off the conductive path.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は本発明の安全装置を示す断面斜視図、
同図(b)は同図(a)の拡大断面図である。
FIG. 1 (a) is a sectional perspective view showing a safety device of the present invention,
FIG. 2B is an enlarged sectional view of FIG.

【図2】本発明の安全装置の製造方法を示す分解斜視図
である。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a manufacturing method of the safety device of the present invention.

【図3】本発明の安全装置の製造方法を示すグリーンシ
ートの平面図である。
FIG. 3 is a plan view of a green sheet showing a manufacturing method of the safety device of the present invention.

【図4】本発明の安全装置を用いたリチウムイオン電池
の一部破断面図である。
FIG. 4 is a partially broken sectional view of a lithium ion battery using the safety device of the present invention.

【図5】従来のリチウムイオン電池の一部破断面図であ
る。
FIG. 5 is a partially broken sectional view of a conventional lithium ion battery.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:スペーサ部材 2:基準圧力室 3:上板 4:導電路 5:下板 5a:貫通孔 6:電解液 7:セパレータ 8:正極 9:負極 10:安全装置 11:筐体 12:出力部 1: Spacer member 2: Reference pressure chamber 3: Upper plate 4: Conductive path 5: Lower plate 5a: Through hole 6: Electrolyte solution 7: Separator 8: Positive electrode 9: Negative electrode 10: Safety device 11: Housing 12: Output unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】筒状スペーサ部材の上下両面に、該筒状ス
ペーサ部材の内部空間を封止するように表面に導電路を
有する上板と下板を取着してなり、上板両面の圧力差で
上板が破壊することにより、前記導電路が断線されるよ
うにした安全装置であって、前記上板はヤング率が60
GPa以上、曲げ強度が80〜1000MPa、厚みが
10〜100μmの電気絶縁材で形成されており、且つ
上板の平坦度が、前記スペーサ部材の内部空間の最小径
に対し、1.5%以下の値であることを特徴とする安全
装置。
An upper plate and a lower plate having conductive paths on their surfaces are attached to upper and lower surfaces of a cylindrical spacer member so as to seal an internal space of the cylindrical spacer member. A safety device wherein the conductive path is disconnected by breaking the upper plate due to a pressure difference, wherein the upper plate has a Young's modulus of 60.
It is formed of an electrical insulating material having a GPa or more, a bending strength of 80 to 1000 MPa and a thickness of 10 to 100 μm, and the flatness of the upper plate is 1.5% or less with respect to the minimum diameter of the internal space of the spacer member. A safety device characterized by the value of
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100457626B1 (en) * 2002-11-15 2004-11-17 삼성에스디아이 주식회사 Safety apparatus for secondary battery and secondary battery therewith
JP2015028870A (en) * 2013-07-30 2015-02-12 株式会社豊田自動織機 Power storage device, and method of manufacturing power storage device

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