JP2002083578A - 密閉容器の安全弁装置及びそれを用いた密閉型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的課題は、電池等密閉容器の内圧
が一定以上に上昇したときに、封口板あるいは密閉容器
胴部に付けた金属板の貫通部を塞ぐ金属箔あるいは金属
板の薄肉部が安定して確実に破断し、密閉容器の破裂防
止を十分に担保できる密閉容器の安全装置及び同安全装
置を具備する密閉型電池を提供することにある。 【解決手段】 本発明に係る密閉型電池等の密閉容器の
安全装置は、密閉容器胴部あるいは該密閉容器の一端に
取り付けられる封口板を、少なくとも１つの安全弁開口
を有する金属板と、該金属板の安全弁開口を被覆する金
属薄肉部とから形成すると共に、前記外装缶内の圧力が
所定の値となったとき前記金属板の安全弁開口が塑性変
形するように形成し、前記安全弁開口の形が変形するこ
とにより、前記金属薄肉部が破断されるようにしたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、防爆機能を有する
密閉容器の安全弁装置及びそれを用いた密閉型電池に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、非水電解液を使用したリチウム電
池やリチウムイオン電池等に非水電解液を用いた二次電
池が携帯電子機器等に広く使用されつつある。このよう
な二次電池は高い起電力を有するという特徴がある反
面、外装缶内に収納された正極及び負極を備える電極体
間で電気化学的反応を起こし発生ガスによって内圧が高
くなり、破裂が生じる場合がある。例えば、リチウム二
次電池のような非水電解液電池を過充電状態にしたり、
誤使用による短絡状態になって大電流が流れたりする
と、電極体の中の非水電解液が分解されてガスが発生す
る場合がある。このようなガスが外装缶内に次第に充満
し、外装缶内の内圧が上昇すると、最後には電池が破裂
する。このような電池の破裂を防止するため、従来にお
いても、安全弁等を設け破裂前に圧力を放出させたり、
圧力を感知して電源供給回線を破断させたりする各種形
態の密閉型電池が開発されており、その一形態として、
スコア加工を行った平板状の遮蔽板を安全装置として外
装缶内に取り付けたものがある。例えば図５に示したも
の（特許第2748539号公報）はこれに該当し、外装缶１
の一端に取り付けられる正極蓋５を、最内蓋を形成する
と共に正極リードを介して電極体の正極に接続された金
属製受圧板３と、中間蓋を形成すると共に中央溶着部３
ａを介して金属製受圧板３に電気的に接続された金属製
遮蔽板８と、最外蓋を形成すると共に金属製遮蔽板８に
電気的に接続された金属製キャップ端子５とから構成さ
れたものであり、正常時の形態が図５のＡに示されてい
る。上記した構成によって、電池内圧が上昇した時に
は、図５のＢに示すように前記金属製受圧板３が変形変
位して金属製遮蔽板８と溶着されている中央溶着部３ａ
を破断させることにより金属製受圧板３と金属製遮蔽板
８の電気的接続を遮断する。これにより電池のショーと
や過充電は停止されることになるが、更にガスの発生が
続き内圧が上昇した時には、安全弁として金属製遮蔽板
８に設けられたのスコア加工部１５ａが破壊されること
により電池内部のガスを外部に排出し、電池の破裂を未
然に防止する。すなわち、電池缶内が過圧状態となった
ときには受圧板を変形させて溶着したリードを破断させ
てまず電源回路を遮断し、更に圧力上昇が起こった時に
は安全弁を開裂させて破裂を防止しようという技術的思
想に基くものである。

【０００３】しかし、上記した従来の密閉型電池は、防
爆技術を具備しながらもその動作上の安定性並びに確実
性という点で問題点を有していた。すなわち、上記の中
央溶着部３ａは、専ら金属製受圧板３の中央部を金属製
遮蔽板８の中央部にスポット溶接することによって形成
しているが、スポット溶接部が設定した所定圧力の元で
破断するようにスポット溶接を均一に行うことは極めて
困難であるため、製造において溶接強度は密閉型電池ご
とにばらつくことになる。その結果、金属製受圧板３と
金属製遮蔽板８の電気的接続を遮断する電池内圧は一定
しないことになり、密閉型電池によっては、電池内圧が
設定遮断圧力に達しているにもかかわらず金属製受圧板
３と金属製遮蔽板８の電気的接続が遮断されない状態が
生じたり、反対に設定遮断圧力に達していないにもかか
わらず金属製受圧板３と金属製遮蔽板８の電気的接続が
遮断されてしまうことが生じ、密閉型電池の安全性への
信頼性を著しく損なうことになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的課題は、
このような問題点を解決しようとするものであり、電池
等の密閉容器の内圧が一定以上に上昇したときに、封口
板あるいは密閉容器胴部に付けた金属板の貫通部を塞ぐ
金属箔あるいは金属板の薄肉部が安定して確実に破断
し、密閉型電池等密閉容器の破裂防止を十分に担保でき
る密閉容器の安全装置及び同安全装置を具備する密閉型
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】上記目的を達成するため
の本発明に係る密閉型電池等の密閉容器の安全装置は、
密閉容器胴部あるいは該密閉容器の一端に取り付けられ
る封口板を、少なくとも１つの安全弁開口を有する金属
板と、該金属板の安全弁開口を被覆する金属薄肉部とか
ら形成すると共に、前記密閉容器内の圧力が所定の値と
なったとき前記金属板の安全弁開口が塑性変形するよう
に形成し、前記安全弁開口の形が変形することにより、
前記金属薄肉部が破断されるようにしたものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、所定圧において安定し
て確実に作動する密閉型電池の安全装置を得ることを目
的として出発するものである。従来それを得ることが困
難であった原因を究明したところ製品の仕上り精度には
バラツキがでて設定圧力に対応して安定した作動を担保
出来ないことが分かった。すなわち、スポット溶着によ
る金属製受圧板３の中央部と金属製遮蔽板８の中央部の
溶着状態が均一に出来ないためその部分の破断圧力がま
ちまちであること、また、安全弁として作動する金属製
遮蔽板８のスコア加工が微妙でありそれにより開裂圧力
に差がでてしまうことである。この製品のバラツキをな
くすためには製造過程において微妙な加工が要求され、
それが実現を困難にしていることに鑑み、本発明は圧力
応動機構を構造から変え、微妙な加工が要求されない安
定した作動を実現しようという発想にたった。まず、従
来の安全弁の動作としてガス抜き開口に箔や薄肉を張っ
て作った弁部が内圧を受けて外側に膨張し箔や薄肉の破
断点を越えたとき開裂してガスを外に放出するという基
本構成を採っており、この破断点は箔や薄肉自体の厚み
加工やスコア加工によってわざわざ機械的弱点部（切れ
目となる溝など）を加工して設定していた。そこで、本
発明はこの内圧を受けて外側に膨張し箔や薄肉の破断点
を越えたとき外に向けて開裂する方式を止めて、箔を張
ったりや薄肉部として作った弁部開口が圧力を受けて変
形しその変位によって薄肉部材が横方向に引き裂かれる
新規な方式に想到したものである。

【０００７】いま、本発明の一実施の形態に係る密閉型
電池の安全装置の構成について、図１〜図４を参照して
説明する。図１に示すように、正極となる電池缶２に
は、安全弁５を付けた封口板１、電池缶とは電気的に絶
縁である負極端子３と電解液注入口４からなる。図２は
図１の封口板部を示し、上方のＡは平面図であり下方の
Ｂは該平面図中のＡ−Ａ’断面図である。安全弁５の開
口は金属板６の貫通孔部を金属箔７で積層することによ
り封口しているか、金属板６をスコア加工により局部的
に薄肉の形態にして形成する。安全弁部分すなわち弁開
口部の形状は缶の内圧上昇により容易に変形し易いよう
に、線状、楕円状、長方形等一方向に長いスリット状と
するのが良い。該開口の金属箔７又は薄肉部は内圧によ
り直接開裂するのではなくこの開口の変形により引き裂
かれる。安全弁の設置個所は位置的には端部に近いとこ
ろが変形を受け易いが、胴部との溶接のため端部から所
定寸法離す必要がある。今、図２に示した例はこの安全
弁部分すなわち貫通孔部の形状は長い楕円形を採用した
が、この例で金属板６の開口のスリット部と電池缶２の
側壁端部間距離をａとおき、一方向に長いスリットの幅
をｂと、該スリットの長さをｃと、そして金属箔７又は
薄肉の厚さをｄとしたとき、その値と安全弁が作動する
圧力との関係特性を定性的に示す。電池の外装缶は所謂
２ピース缶であり、１枚の金属板を絞って底と胴部分を
つくり上面を他の板部材を溶接して形成したものであ
る。即ち図３で示すこのａ値は封口板の溶接代がいるの
で最低0.5ｍｍ必要である。安全弁の作動圧は材料の物
性とａ，ｂ，ｃ，ｄ値との関数で表され、このａ，ｂ，
ｃ，ｄを適宜選択することにより広範囲の作動圧が設定
できる。なお、この金属板６の厚さは0.3ｍｍ〜1.2ｍｍ
に設計されるがこの値は作動圧にはほとんど影響はな
い。材料としては、Ａｌ、Ａｌ合金、ステンレス、ニッ
ケル、ＣｕあるいはＮｉメッキした鋼からなる板あるい
は箔が使える。また、あるいはＣｕあるいはＮｉメッキ
した電解鉄箔でも良い。金属板の厚み、金属箔の厚みあ
るいは金属板の薄肉部の厚みは、設定した破断圧力範囲
に合わせて適宜決めればよい。

【０００８】図４に示すように、電池内で何らかの異常
で内圧が上昇したときには、缶の構造上胴の側壁面が広
げられるような力を受けるが、この力は胴端部で溶接さ
れている封口板１にも及ぶ。封口板１にはスリット状の
安全弁の口が設けられており、上記の力は狭い幅寸法ａ
に形成され構造的に変形し易い部分に及び、図４Ｂのよ
うに安全弁５の口が外側に開く方向に電池缶を変形させ
る。ちなみに図４Ａは正常時の形状である。この変形に
より、安全弁部５の金属箔あるいは薄肉部が引き裂かれ
て破断するというように作用する。この作用は内圧を受
けた弁膜が外側に膨らされて限界を超えたところで開裂
される従来の安全弁の作用と異なり、弁の口の変形によ
り金属箔あるいは薄肉部が引き裂かれて破断するという
作用に基づくものである。この弁は箔や薄肉自体の厚み
加工やスコア加工によってわざわざ機械的弱点部を微妙
に加工して設定する必要がなく、材料の物性とａ，ｂ，
ｃ，ｄ値との関数で決められるため、高圧ガスは設定圧
に対応して安定した作動のもとに放出され、電池缶が爆
発することは確実に防げる。また、本発明は局部的な弁
部の受圧力でなく広い電池缶側壁面で受けた力を弁の口
の変位として作用させその変位により金属箔や薄肉部を
引き裂いて安全弁は作動するので、金属箔の厚みあるい
は金属板の薄肉部の厚みは従来のものより厚くできる。
そのため、落下等の外的ショックあるいは腐食に対して
も耐性が高いという特徴点ももっている。

【０００９】以上の説明において本発明の安全装置は、
リチウム電池、リチウムイオン電池等の非水系の二次電
池だけでなく、リチウム系のポリマー電池などにも適用
できる。また、本発明は密閉電池を対象に出発したが電
池だけでなく、広く一般の圧力密閉容器の安全弁装置と
しても適用できる。また、この安全弁を設ける場所は封
口板に限らず、容器の胴部に設けてもよい。その場合の
動作は胴部が内圧により外側に膨れようと力を受ける
と、一方向に長いスリット部はスリットの幅を広げよう
とする力となりその力が金属箔や薄肉部を引き裂くこと
になる。

【００１０】

【実施例１】本発明の安全装置を、リチウム電池、リチ
ウムイオン電池等の非水系の二次電池に適用した例を示
す。正極を構成する電池缶２は幅4.3ｍｍ，長さ33ｍ
ｍ，高さ48.5ｍｍの寸法で底厚が0.6ｍｍ，側壁の厚さ
が0.3ｍｍ，のアルミニウム。この電池缶は0.6ｍｍのア
ルミニウム板を絞り、しごき加工して作る。封口板１に
はクラッド材を採用し、冷間圧延後熱処理する方法、熱
間圧延法、爆着法等の通常の製造方法で作られた厚さ
（ｄ寸法）30μｍのアルミニウム箔を採用し、安全弁の
開口はａ寸法1ｍｍ，ｂ寸法1.4ｍｍ，ｃ寸法15ｍｍに形
成する。なお、このクラッド材は、例えば、本出願人が
先に特開平１−２２４１８４号公報で開示したように、
金属板及び金属箔の接着面を真空中のアルゴンガス雰囲
気で、表面を清浄化後、低圧下率の冷間圧延で圧着する
方法は、接着面に材料の機械的特性を変化させる合金が
できなく、安定した破断圧力が得られるので特に好まし
い。この実施例の安全弁の作動圧は0.5ＭPaに設定した
ものである。ちなみに、作動試験において最大誤差は0.
15ＭPa、９割は15％以内であった。

【００１１】

【実施例２】この例は、封口板１としてクラッド材の替
わりに金属板は薄肉部を有するスコアー材を用いたもの
である。正極を構成する電池缶２は幅4.3ｍｍ，長さ33
ｍｍ，高さ48.5ｍｍの寸法で底厚が0.6ｍｍ，側壁の厚
さが0.3ｍｍ，のアルミニウムで、0.6ｍｍのアルミニウ
ム板を絞り、しごき加工して作る点は先の例と同様であ
る。スコアー加工した薄肉部の厚さ（ｄ寸法）は35μm
で、封口板１の加工寸法はａ寸法1ｍｍ，ｂ寸法１ｍ
ｍ，ｃ寸法15ｍｍに形成する。この実施例の安全弁の作
動圧は0.7ＭPaに設定したものである。ちなみに、作動
試験においてこの実施例でも最大誤差は0.15ＭPa、９割
は15％以内であった。

【００１２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の密閉
容器の安全弁装置は、容器胴部の一端に取り付けられる
封口板または前記容器胴部自体が、少なくとも１つの貫
通孔を有する金属板と、該金属板の貫通孔を被覆した金
属箔とからなるクラッド材、若しくは少なくとも１つの
スリット状の薄肉部を有する金属板から形成され、前記
密閉容器内の圧力が設定値を超えると、前記金属板の貫
通部、若しくはスリットが変形し、前記金属箔または薄
肉部が破断されことにより缶内圧力を放出するように作
動するものであるから、密閉容器の内圧の上昇に伴って
密閉容器自体が外側に膨れる力を受け、この膨れにより
金属板の貫通部、またはスリットを封口している金属箔
あるいは薄肉部が変位して安全弁を作動させる。すなわ
ち、金属箔あるいは薄肉部は内圧を受けて外側に膨れ直
接開裂されるのではなく、内圧を受けた貫通部またはス
リットの変形によって間接的に引き裂かれる形態で破断
するので、正確な設定圧力で安定して作動する。この弁
は箔や薄肉自体の厚み加工やスコア加工によってわざわ
ざ機械的弱点部を微妙に加工して設定する必要がなく、
材料の物性と構造上の寸法（ａ，ｂ，ｃ，ｄ値）との関
数で決められるため、高圧ガスは設定圧に対応して安定
した作動のもとに放出され、密閉容器が爆発することは
確実に防ぐことができる。

【００１３】また、本発明は局部的な弁部の受圧力でな
く広い密閉容器面で受けた力を弁の開口部の変位として
作用させその変位により安全弁は作動するので、金属箔
の厚みあるいは金属板の薄肉部の厚みは従来のものより
厚くできる。そのため、落下等の外的ショックあるいは
腐食に対しても耐性が高いという効果をも奏するもので
ある。そして、本発明の安全弁装置を密閉型電池に適用
すれば、従来正確で安定した作動が得られなかった安全
装置に代えて高性能で安全性の高い作動を保証する安全
弁装置を提供でき、しかもその安全機能を備えた密閉型
電池を安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の安全弁装置を備えた密閉型電池の概略
構成図である。

【図２】Ａは図１に示した密閉型電池の封口板の平面図
であり、Ｂは図Ａ中のA−A'断面図である。

【図３】Ａ乃至Ｄは安全弁の作動圧力と封口板の諸因子
（寸法）との関係を特性傾向として表したグラフであ
る。

【図４】封口板に設けた安全弁の作動形態を示す図で、
Ａは安全弁が作動する前の状態、Ｂは作動後の状態を示
した図である。

【図５】従来の密閉型電池の安全装置を示した図で、Ａ
は安全装置が作動する前の状態、Ｂは作動後の状態を示
した図である。

【符号の説明】

１ 封口板 ２ 電池缶 ３ 負極端子 ４ 電解液注入口 ５ 安全弁 ６ 金属板 ７ 金属箔あるいは金属板の薄肉部 ａ 電池缶端部とスリット型安全弁の端面幅 ｂ スリット幅 ｃ スリット長 ｄ 金属箔あるいは金属板の薄肉部の厚み

フロントページの続き (72)発明者 西村 邦雄 山口県下松市東豊井1302番地 東洋鋼鈑株 式会社下松工場内 Ｆターム(参考） 5H012 AA07 BB02 CC01 EE04 FF01 GG01 JJ10

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器の一部が、少なくとも１つの貫
   通孔を有する金属板と、該金属板の貫通孔を被覆した金
   属箔とからなるクラッド材で構成され、前記密閉容器内
   の圧力が設定値を超えると、前記金属板の貫通部が変形
   し、前記金属箔が破断されことにより容器内圧力を放出
   するようにしたことを特徴とする密閉容器の安全弁装
   置。
2. 【請求項２】 密閉容器の一部が、少なくとも１つのス
   リット状の薄肉部を有する金属板からなり、前記密閉容
   器内の圧力が設定値を超えると、前記金属板のスリット
   部が変形し、前記薄肉部が破断されことにより缶内圧力
   を放出するようにしたことを特徴とする密閉容器の安全
   弁装置。
3. 【請求項３】 前記金属板の安全弁開口の形状が、線
   状、楕円状、長方形といった一方向に長いスリット状で
   あることを特徴とする請求項１または２に記載の密閉容
   器の安全弁装置。
4. 【請求項４】 前記金属板はアルミニウム、アルミニウ
   ム合金、ステンレス、ニッケル板、銅あるいはニッケル
   をメッキした鋼板からなることを特徴とする請求項１乃
   至３に記載の密閉容器の安全弁装置。
5. 【請求項５】 前記金属箔はアルミニウム、アルミニウ
   ム合金、ステンレス、ニッケル箔、銅あるいはニッケル
   をメッキした鋼箔あるいは電解鉄箔からなることを特徴
   とする請求項１、３または４に記載の密閉容器の安全弁
   装置。
6. 【請求項６】 密閉容器は電池用外装缶であって、該外
   装缶内の圧力が設定値を超えると作動し安全弁装置とな
   る金属板は電池缶の封口板であることを特徴とする請求
   項１乃至５に記載の安全弁装置を備えた密閉型電池。
7. 【請求項７】 密閉容器は電池用外装缶であって、該外
   装缶内の圧力が設定値を超えると作動し安全弁装置とな
   る金属板は電池缶の胴部であることを特徴とする請求項
   １乃至５に記載の安全弁装置を備えた密閉型電池。
8. 【請求項８】 前記金属板の安全弁開口が、外装缶の周
   端部より少なくとも０．５ｍｍ離れていることを特徴と
   する請求項５又は６記載の安全弁装置を備えた密閉型電
   池。