JP2002251987A

JP2002251987A - 密閉型電池の安全弁

Info

Publication number: JP2002251987A
Application number: JP2001175505A
Authority: JP
Inventors: Shiyuuichi Arae; 修一荒栄; Nobuyasu Inayoshi; 伸泰稲吉; Hirohiko Ota; 廣彦太田; Chihiro Murata; 千洋村田
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-09-06

Abstract

(57)【要約】【課題】電池内の圧力が上昇し、所定の圧力に達した
ときに破断できることは勿論のこと、破断予定部分の凹
凸が明確に形成されことによって量産用のパーツフィー
ダーに充分対応出来、効率の良いパーツフィード（部品
移送）を可能にした新規な防爆型電池の安全弁（ラプチ
ャ・ディスク）を提供する。【解決手段】電池内の圧力が所定の圧力に達したときに
破断する金属製安全弁を備えてなる密閉型電池におい
て、安全弁２０は、同一平面上に位置する環状の外環部
２１と、上記外環部と同心状又は偏心状に形成した内円
部２２とを備え、上記外環部２１の内周縁部２１ａと上
記内円部２２の外周部２２ａとの差Ｘと、上記内円部２
２の底面２２ｂと上記外環部２１の上面２１ｂとの差Ｙ
は、それぞれ、上記円盤状安全弁２０の基材２０ａの厚
みｔのおよそ１０〜１７％の範囲に形成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム一次電池
や非水電解液一次電池などの密閉型電池において、内圧
の異常な上昇を外部に逃す安全弁を備えた防爆型の電池
に関するものであり、短絡時、過放電時、火中投入時な
ど内部温度上昇や内部圧力が上昇した際の電池安全性を
確保し、防爆機能を備えた密閉型電池の安全弁に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】密閉型電池の一例であるリチウム一次電
池の縦断面を示す図５において、シート状の正極１及び
負極２をセパレータ３を挟んで重ね合わせると共に、こ
れらを渦巻き状に巻回することによって形成されたスパ
イラル電極４を有する。更に、このスパイラル電極４が
収納される負極端子を兼ねた有底筒状の外装缶５と、こ
の外装缶５の開口部に絶縁ガスケット６を介して取り付
けられ、この開口部を封止する封口体８（７，９，１
１，１５）とを有し、上記封口体８には、正極端子７、
正極カップ９，パッキング１１、アルミラミネートフィ
ルム１５が配置されている。そして、前記外装缶５内に
は、その開口部の封口に先だって、非水電解液が注入さ
れている。

【０００３】ところで、このようなリチウム一次電池な
どの密閉型電池においては、短絡時、過放電などが起こ
った場合、電池内部の温度や圧力が異常に上昇してしま
うことが想定される。

【０００４】そこで、従来では、リチウム一次電池に異
常な電流が流れたときに電流を遮断するＰＴＣ素子など
を設置するなどして、前記の不具合の発生を防止するこ
とが行われている。本発明が関連する、正極端子の内側
にガス排出孔１６と連通させた空間に安全弁機構１０を
設けた構成もその一つである。

【０００５】上記安全弁機構１０としては、例えば、添
付の図５に示すように、リチウム電池のような密閉型電
池は、異常に内圧が上昇したとき、内圧を電池の外部に
開放するように安全弁機構１０が内蔵されている。その
安全弁機構１０は、正極７の端子部７ａに切刃７ｂを設
け、且つ、その下部にアルミラミネート１５を設置した
ものが多用されており、この構造では、内圧が上昇した
ときアルミラミネート１５が矢印のように上方に膨ら
み、その膨らみが上記端子の切刃７ｂに達し、それによ
ってアルミラミネート１５が破断して内圧が電池外部に
開放される仕組みとなっている。ここで、上記アルミラ
ミネート１５は、およそ３０ミクロン厚のアルミニウム
シートの上下両面にそれぞれ６０ミクロン程度の厚みの
ポリプロピレンシートを被覆した三層構造ものが一般的
となっている。

【０００６】ところが、安全弁機構１０に上記のような
アルミラミネート１５を用いると、電池が誤使用された
場合、或いは使用環境温度が高温である場合などの高温
環境下では、その安全弁破断圧力は常温でのそれと比較
すると著しく低下する傾向にある。その理由は、内圧が
上昇するとラミネート１５が膨らむが、その膨らみ方が
温度によって異なり、破断圧力を一定に出来ないためで
ある。また、上下面が絶縁されているアルミラミネート
を用いているため、封口体を別個に準備しなければなら
ず、その分電池全体に占める封口体の割合が大きくなる
ため、活物質の充填量を増やし、性能を上げたい場合の
大きな障害となっている。従って、アルミラミネートを
用いる手法は、余り好適なものとは言えない面があっ
た。

【０００７】上記のアルミニウムラミネートフィルムを
破断させる手法とは別に、金属、セラミックス、フッ素
樹脂などに薄肉溝部を形成して電池の内圧が上昇したと
きに破れ易くするようにしたものが提案されている。こ
の種の構造は、電池の封口板に形成する安全弁には、金
属、セラミックス、フッ素樹脂などを用いて、これに薄
肉溝部を形成した構成としたもので、薄肉溝部はプレス
加工により「刻印」として形成し、例えば生地厚０．４
ｍｍのステンレスに対して、幅０．２ｍｍ、厚みを０．
０２ｍｍ程度に仕上げているものが採用されている（特
開昭５９−７９９６５号公報等）。

【０００８】また、上記とは別に、本願出願人の提案に
よるものがいくつかある。その一つは、破断予定パター
ンが板を貫通するスリットにより形成された比較的肉厚
の第１の金属と、これに上記破断予定パターンのスリッ
トを覆って重ね合わせた比較的肉薄の第２の金属板とを
備えた構成（特開平１１−７３９３４号公報参照）。ま
た、別の構成としては、金属箔を、中央に開口を備えた
２枚の環状金属板で挟みこんだ構造を安全弁として提案
した（特許願２０００−１６８４３８号）。

【０００９】上記、本願出願人提案の構造は、電池内の
圧力が上昇し、所定の圧力に達したときにおいて極めて
信頼性の高い破断が得られることで防爆機能を備えたも
のとして確認されており、その意味では極めて優れた安
全弁として評価されている。

【００１０】ところで、上記の破断の確実性及び防爆型
の機能とは全く異なる次元において、更に改良の余地が
あることが知得された。即ち、安全弁単体を製造する場
合に於ける量産の際のパーツフィーダー（部品送り装
置）との関連において、前記した刻印による破断溝を形
成した多数の安全弁を自動的に送り込む場合、刻印の深
さが浅いためにその方向性（表裏）を識別することが出
来ず、結局何度もパーツフィーダー内を循環することに
なって非効率的であった。これは、刻印の深さが浅く、
送り込まれる際にその方向（表裏）が定まらないことに
起因している。しかしながら、刻印による破断用溝の深
さを大きくすることには自ずから限度がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本願は、電池内の圧力
が上昇し、所定の圧力に達したときに破断できることは
勿論のこと、破断予定部分の凹凸が明確に形成されてパ
ーツフィーダーに充分対応出来、効率の良いパーツフィ
ード（部品移送）を可能にした新規な防爆機能を有する
密閉型電池の安全弁（破断板体、ラプチャ・ディスク）
を提供することを目的とするものである。

【００１２】本発明の別の目的は、形状及び構造が簡単
で、従ってその製造においてプレスの金型を安価にでき
る、改良された防爆型で密閉型の電池の安全弁を提供す
ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、電池内の圧力
が上昇し、所定の圧力に達したときに破断する金属製安
全弁を備えてなる密閉型電池において、上記安全弁２０
は、同一平面上に位置する環状の外環部２１と、上記外
環部と同心状又は偏心状に形成した内円部２２とを備
え、上記外環部２１の内周縁部２１ａと上記内円部２２
の外周部２２ａとの差Ｘと、上記内円部２２の底面２２
ｂと上記外環部２１の上面２１ｂとの差Ｙは、それぞ
れ、上記円盤状安全弁２０の基材２０ａの厚みｔのおよ
そ１０〜１７％の範囲に形成してなる密閉型電池の安全
弁である。この場合、上記内円部２２は、その中心部に
おいて外側に湾曲して突出させた湾曲部２２ｃを備えた
構成とすることが望ましい。この場合の、湾曲部の突出
度合いは、上記内円部２２の直径に対して上記湾曲部２
２ｃの頂点の突出長さを２０〜３０％の範囲内とするの
が良い。

【００１４】更に、本発明は、上記の安全弁において、
上記円盤状安全弁２０の基材２０ａの厚みｔをおよそ
０．３ｍｍととし、上記外環部２１の内周縁部２１ａと
上記内円部２２の外周部２１ａとの差Ｘ、および上記内
円部２２の底面２２ｂと上記外環部２１の上面２１ｂと
の差Ｙを、それぞれ０．０３〜０．０５ｍｍの範囲とし
た、密閉型電池の安全弁である。

【００１５】更に、本発明は、上記内円部２２はその外
周部２２ａが上記外環部２１の中心（Ｃ）若しくはその
近傍を通るように、上記外環部２１の中心に対して非同
心状に形成されている密閉型電池の安全弁である。

【００１６】更に、上記金属製安全弁は、ＳＵＳ３０４
などのＳＵＳ材製としてなる、密閉型電池の安全弁であ
る。

【００１７】

【作用】本発明において、電池内の圧力が上昇し、所定
の圧力に達したときに破断する金属製安全弁を備えてな
る密閉型電池において、上記安全弁２０は、同一平面上
に位置する環状の外環部２１と、上記外環部と同心状又
は偏心状に形成した内円部２２とを備え、上記外環部２
１の内周縁部２１ａと上記内円部２２の外周部２２ａと
の差と、上記内円部２２の底面２２ｂと上記外環部２１
の上面２１ｂとの差は、それぞれ、上記円盤状安全弁２
０の基材２０ａの厚み（ｔ）のおよそ１０〜１７％の範
囲に形成してなる密閉型電池の安全弁であるので、防爆
機能に優れていることは勿論のこと、円盤状の金属安全
弁自体にはっきりした凹凸の表裏が形成されることか
ら、量産用のパーツフィーダーに合致して適切に所定位
置に移送されることができる。

【００１８】また、上記内円部２２はその外周部２２ａ
が上記外環部２１の中心（Ｃ）若しくはその近傍を通る
ように、上記外環部２１の中心に対して非同心状に形成
する構成においては、内圧が上昇したときに最も膨らみ
やすい中心部に内円部の外周（即ち、最も薄い部分）が
位置する為に、所定圧力に達したときの破断が更に確実
に達成できる。また、この安全弁を用いることにより、
従来のように封口体とその為のスペースを必要とせず、
狭い電池内空間を有効利用できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】先ず、図１は、本発明の安全弁が
採用される密閉型電池の構成の一例を示す図である。こ
の図において、図示の電池はリチウム一次電池の縦断面
図であり、この図に示すリチウム一次電池は、シート状
の正極１及び負極２をセパレータ３を挟んで重ね合わせ
ると共に、これらを渦巻き状に巻回することによって形
成されたスパイラル電極４と、このスパイラル電極４が
収納される負極端子を兼ねた有底筒状の外装缶５と、こ
の外装缶５の開口部に絶縁ガスケット６を介して取り付
けられ、上記ガスケット６には、上から順に、正極端子
７、過電流防止目的のＰＴＣ素子１２、安全弁２０及び
集電リング９が把持されるように配置されている。前記
外装缶５内には、その開口部の封口に先だって、非水電
解液が注入されている。

【００２０】ここまでの構成は前記の従来例（図５）の
構成と大同小異である。本発明では、新規構成の安全弁
２０が配置されている。

【００２１】即ち、上記構造の密閉型の電池において、
安全弁２０は図２に示すように、円盤状の基材より成
り、同一平面上に位置する環状の外環部２１と、上記外
環部と同心状又は偏心状に形成した内円部２２とを備え
ている。この実施例では、外環部２１と内円部２２とは
共に正円形状に、且つ同心状に形成されている。図示の
ように、外環部２１はそれ自体同一平面上にあるが、内
円部２２とは異なる平面上に在る。即ち、この円盤状の
安全弁２０本体は、内円部２２が一方（図面では上方）
に突出したハット（ｈａｔ）型の形状をした一体構成体
である。従って、安全弁２０における上記内円部２２は
一方（上方）においては凸部であり、他方（下方）にお
いては凹所となる。

【００２２】図２（ｃ）に示すように、上記外環部２１
の内周縁部２１ａと上記内円部２２の外周部２２ａとの
差Ｘと、上記内円部２２の底面２２ｂと上記外環部２１
の上面２１ｂとの差Ｙは、それぞれ、上記円盤状安全弁
２０の基材の厚み（符号ｔ）のおよそ１０〜１７％の範
囲に形成されている。この範囲は、使用する金属の材質
にも依存するものであるが、好ましい材質として採用可
能なＳＵＳの場合、上記範囲を下回ると必要以上に脆弱
となって小さな圧力でも破断してしまい、上記範囲を超
えると、所定の内圧で破断できる機能を失ってしまう。

【００２３】更に具体的な実施例としては、上記円盤状
安全弁２０の基材の厚み（ｔ）を約０．３ｍｍとし、上
記外環部２１の内周縁部２１ａと上記内円部２２の外周
部２１ａとの差Ｘ、および上記内円部２２の底面２２ｂ
と上記外環部２１の上面２１ｂとの差Ｙを、それぞれ
０．０３〜０．０５ｍｍの範囲に形成してある。かよう
にして形成した円盤状の安全弁２０の全体の厚み（Ｔ）
は、およそ０．５７ｍｍの厚さとなる。

【００２４】図３は、本発明の別の実施例を示すもので
ある。この実施例では、上記内円部２２はその外周部２
２ａが上記外環部２１の中心（Ｃ）若しくはその近傍を
通るように、上記外環部２１の中心に対して非同心状に
形成されている。これは、電池内圧が上昇したときに最
も影響が受けやすい中心部Ｃに、破断ラインを形成する
部分となり得る内円部２２と外環部２１との間の薄肉の
段部分を位置させることで、確実な破断作用が達成出来
るものである。

【００２５】また、金属板より形成した円盤状の安全弁
２０は、ステンレス鋼よりなり、具体的には、厚みが
０．３ｍｍの好ましくはＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ
材等の好適なＳＵＳ材より成り、プレス成形法により形
成する。

【００２６】図４は本発明の更に別の実施例を示すもの
であり、図２に示した安全弁の変形例を示している。即
ち、上方に隆起させた内円部２２を外環部２１と同心状
に形成する点では図２の構成と同様であるが、図４の変
形例では、隆起させた内円部２２を円弧状に外側に湾曲
させた湾曲部２２ｃを有する構成としている。この構成
は、試験の結果、より正確且つ確実に所定の破裂動作を
なし得ることが判明した。恐らく、電池内部の圧力を上
記湾曲部に集中させる作用を有するためと思われる。こ
の構成は、パーツフィーダーとの対応性を助長するとい
う本発明の主たる目的に沿うものであると共に、上記の
ように所定の圧力による破断の確実性を高めるものであ
る。尚、上記円弧状湾曲部の構成としては、内円部２２
の直径に対して湾曲部２２ｃの頂点の突出長さを２０〜
３０％程度の範囲内とすることが望ましい。その他の構
成は図２の実施例と同様であるので詳細な説明は省略す
る。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明は、電池内の圧力
が上昇し、所定の圧力に達したときに破断する金属製安
全弁を備えてなる密閉型電池において、上記安全弁２０
は、同一平面上に位置する環状の外環部２１と、上記外
環部と同心状又は偏心状に形成した内円部２２とを備
え、上記外環部２１の内周縁部２１ａと上記内円部２２
の外周部２２ａとの差Ｘと、上記内円部２２の底面２２
ｂと上記外環部２１の上面２１ｂとの差Ｙは、それぞ
れ、上記円盤状安全弁２０の基材２０ａの厚み（ｔ）の
およそ１０〜１７％の範囲に形成してなる密閉型電池の
安全弁であるので、防爆機能に優れていることは勿論の
こと、円盤状の金属安全弁自体にはっきりした凹凸の表
裏が形成されることから、量産用のパーツフィーダーに
合致して適切に所定位置に移送されることができる。

【００２８】また、上記内円部２２はその外周部２２ａ
が上記外環部２１の中心（Ｃ）若しくはその近傍を通る
ように、上記外環部２１の中心に対して非同心状に形成
する構成においては、内圧が上昇したときに最も膨らみ
やすい中心部に内円部の外周（即ち、最も薄い部分）が
位置する為に、所定圧力に達したときの破断が更に確実
に達成できる。

【００２９】また、この安全弁を用いることにより、従
来のように封口体とその為のスペースを必要とせず、狭
い電池内空間を有効利用できるという利点も併せ備えて
いる。

【００３０】更に、隆起させた内円部２２を、円弧状に
外側に湾曲させた湾曲部２２ｃを有する構成とすること
で、所定の破裂動作確実になし得る。これは、電池内部
の圧力を上記湾曲部に集中させることができる結果と思
われる。

【００３１】以上より、電池全体として信頼性の高い密
閉型電池を提供できるだけでなく、量産に使用されるパ
ーツフィーダにも充分対応出来るので、効率的な製造を
達成できる。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による安全弁を採用した密閉型電池の一
例を示す断面図である。

【図２】本発明の密閉型電池用安全弁の構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の密閉型電池用安全弁の別の態様を示す
図である。

【図４】本発明の更に別の実施例を示す断面図である。

【図５】従来の密閉型電池の安全弁機構を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

２０安全弁２１外環部２１ａ外環部の内周縁部２１ｂ上面２２内円部２２ａ内円部の外周部２２ｂ底面２２ｃ湾曲部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田廣彦東京都港区新橋５丁目36番11号エフ・ディー・ケイ株式会社内 (72)発明者村田千洋東京都港区新橋５丁目36番11号エフ・ディー・ケイ株式会社内Ｆターム(参考） 5H012 AA01 BB02 BB11 DD01 DD03 DD05 EE04 FF01 GG01 JJ10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池内の圧力が上昇し、所定の圧力に達
したときに破断する安全弁を備えてなる密閉型電池にお
いて、上記安全弁（２０）は、同一平面上に位置する環
状の外環部（２１）と、上記外環部と同心状又は偏心状
に形成した内円部（２２）とを備え、上記外環部（２
１）の内周縁部（２１ａ）と上記内円部（２２）の外周
部（２２ａ）との差（Ｘ）と、上記内円部（２２）の底
面（２２ｂ）と上記外環部（２１）の上面（２１ｂ）と
の差（Ｙ）は、それぞれ、上記円盤状安全弁（２０）の
基材（２０ａ）の厚み（ｔ）のおよそ１０〜１７％の範
囲に形成してなる密閉型電池の安全弁。
【請求項２】上記安全弁（２０）の円盤状基材（２０
ａ）の厚み（ｔ）をおよそ０．３ｍｍとし、上記外環部
（２１）の内周縁部（２１ａ）と上記内円部（２２）の
外周部（２１ａ）との差（Ｘ）、および上記内円部（２
２）の底面（２２ｂ）と上記外環部（２１）の上面（２
１ｂ）との差（Ｙ）を、それぞれ０．０３〜０．０５ｍ
ｍの範囲とした、請求項１に記載の密閉型電池の安全
弁。
【請求項３】上記内円部（２２）はその外周部（２２
ａ）が上記外環部（２１）の中心（Ｃ）若しくはその近
傍を通るように、上記外環部（２１）の中心に対して非
同心状に形成されている請求項１又は２に記載の密閉型
電池の安全弁。
【請求項４】上記金属製安全弁は、ＳＵＳ３０４等の
ＳＵＳ材より形成してなる請求項１に記載の密閉型電池
の安全弁。
【請求項５】上記内円部（２２）は、その中心部におい
て外側に円弧状に湾曲させた湾曲部（２２ｃ）を備えて
なる請求項１に記載の密閉型電池の安全弁。
【請求項６】上記円弧状湾曲部（２２ｃ）は、上記内円
部（２２）の直径に対して上記湾曲部（２２ｃ）の頂点
の突出長さを２０〜３０％の範囲内とする請求項５に記
載の密閉型電池の安全弁。