JP2004014217A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の圧力で確実に作動する安全弁を備えた非水電解質二次電池を提供する。
【解決手段】貫通孔１４を穿設した支持板１２と、貫通孔１４を塞ぐようにして設けたニッケル箔１３とを備えた安全弁を非水電解質二次電池に設ける。貫通孔１４の側壁面の一つには、貫通孔１４の内側に向かって突出する突出部１５を設け、非水電解質二次電池の内圧の上昇により膨張したニッケル箔１３が突出部１５の先端１５Ａにより破られる構成とする。そして、ニッケル箔１３と先端１５Ａとの間に隙間を設ける。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解質二次電池に関し、特にその安全弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池は、高電圧・高エネルギー密度を有し、携帯電話、携帯用パソコン、ビデオカメラ、電気自動車等の用途に好適に用いることができる。
一般に、非水電解質二次電池は、電解質として電池内の酸化還元雰囲気に耐えうる有機溶媒に電解質塩を溶解したものが用いられており、密閉構造とされている。しかし、密閉された電池では過充電や短絡などにより、電池内部の温度が上昇し、電解質の分解などによるガスが発生して、内部の圧力が異常に上昇する場合がある。
【０００３】
そこで、非水電解質二次電池には、安全装置の一つとして安全弁が備えられている。安全弁は、内圧が異常上昇した場合に、内部のガスなどを放出するためのものである。
このような安全弁としては、例えば、電池容器に設けられた貫通孔を金属箔で塞ぎ、金属箔が電池の内圧により破れるようにしたものが知られている。
この安全弁は、一旦作動すると再び作動しない非復帰式とされているため、安全装置類の中では最後に作動する構成とされ、電池の目的や用途に応じた所定の圧力で、確実に作動することが要求される。
そして、安全弁の作動圧力は金属箔の厚みと相関関係があるから、異なる膜厚を有する金属箔を安全弁に使用することより、作動圧力を所定値とすることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異なる膜厚を有する金属箔を使用しようとしても、一般に市場に提供されている金属箔の膜厚は、例えば５μｍ、１０μｍ、１５μｍのように限られている。
このため、市場に提供されている金属箔を用いた場合においては、作動圧力を連続的に変化させることはできないから、目標とする圧力で作動する安全弁を作製することは困難であった。
もちろん、所望の膜厚の金属箔を作製し、この金属箔を安全弁に使うことも考えられるが、特殊な膜厚の金属箔の製造コストが高いため安全弁のコスト上昇を招いてしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、コストを上昇させることなく、所定の圧力で確実に作動する安全弁を備えた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、貫通孔を穿設した支持板と、前記貫通孔を塞ぐようにして設けられた膜と、前記貫通孔の縁部に設けられ、この縁部から前記貫通孔の内方向に突出した突出部からなる安全弁を設けた非水電解質二次電池において、前記突出部の先端と前記膜との間に隙間を設けたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記安全弁が、プレス加工により、前記貫通孔が打ち抜かれるとともに、前記突出部が形成されるところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の非水電解質二次電池によれば、安全弁の突出部が、この突出部の先端と膜との間に隙間を開けて設けられているから、膨張した膜が突出部の先端に達した場合に、この先端により膜が破られる構成となっている。
よって、この構成では、隙間の大きさを変えると、膜が膨張して突出部の先端に達して破れるまでの膜の膨張の程度が変化する。
【０００９】
この膜の膨張の程度は、電池内圧と相関関係があるから、隙間の大きさを変えると、膜が破れる際の電池内圧が変化することになる。そして、隙間の大きさは連続的に変えることができるから、安全弁が作動する圧力を連続的に変えることができる。
【００１０】
従って、隙間の大きさを変えるだけで、コストを上昇させることなく、所定の圧力で確実に作動する安全弁を備えた非水電解質二次電池を提供することができる。
【００１１】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、プレス加工により、貫通孔及び突出部が形成されるから、製造コストを低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１ないし図３によって説明する。
図１は、本発明を具体化した角型の非水電解質二次電池１（以下、「電池１」と略す）の断面図である。電池１は、アルミニウム板等により形成された扁平な箱状の電池容器６に、発電要素２を図示しない非水電解質とともに収容し、電池蓋７で密封してなるものである。発電要素２は、正極３と負極４とがセパレータ５を介して渦巻状に巻回されてなる。
正極は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を構成要素とする正極合剤層を備え、負極は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を構成要素とする負極合剤層を備えている。
【００１３】
電池蓋７には負極端子９が設けられており、負極端子９は電池蓋７と絶縁されるとともに、負極リード１１を介して負極４と電気的に接続されている。正極３は正極リード１０を介して電池蓋７と電気的に接続されている。
そして、電池蓋７の厚み方向に貫通形成された孔部には、安全弁８が嵌め込まれ、レーザー溶接されている。
【００１４】
電池蓋７の孔部に嵌め込まれていない状態の安全弁８の平面図を図２に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図を図３（Ａ）に示す。安全弁８は、鉄により形成された支持板１２と、本発明の膜に相当するニッケル箔１３とを備えている。支持板１２は、矩形状をなし、その厚み方向に略矩形状の貫通孔１４が穿設されている。そして、ニッケル箔１３は貫通孔１４の一方の開口面を塞ぐように支持板１２にレーザ溶接されている。
【００１５】
支持板１２には、貫通孔１４の側壁面の一つから、相対する側壁面に向かって突出する突出部１５が設けられている。この突出部１５を設けた側壁面が、本発明の縁部に相当する。突出部１５は、その平面形状が三角形状とされている（図２参照）。また、突出部１５は、支持板１２より薄く形成され、突出部１５と貫通孔１４を塞ぐニッケル箔１３との間に隙間が設けられている。突出部１５のニッケル箔１３に面する角である先端１５Ａは、貫通孔１４内において、突出部１５が設けられた側壁面と相対する側壁面との、突出部１５の突出方向の中央より、突出部１５が設けられた側壁面側に位置している。
【００１６】
そして、支持板１２は、鉄板をプレス加工することにより、貫通孔１４を打ち抜くとともに、突出部１５及び先端１５Ａを圧縮して形成し、製造されている。このため、支持板１２、突出部１５、及び先端１５Ａを、一つの工程で形成でき、安全弁８の製造コストを低減できる。
【００１７】
このようにして、通常時（電池１に内圧が生じていない時）に先端１５Ａと、ニッケル箔１３との間には隙間が設けられている（図３（Ａ）参照）。なお、安全弁８は、突出部１５がニッケル箔１３に対して電池容器６の外側となるようにして、電池蓋７に取り付けられている。
【００１８】
次に、本実施形態にかかる安全弁８の作用及び効果について説明する。
電池１が通常に使用されており、電池１の内圧が通常の圧力範囲に保たれているときには、貫通孔１４を塞ぐニッケル箔１３に膨張、変形は見られない（図３（Ａ））。
【００１９】
しかし、過充電、過放電、高温環境下での長時間放置などにより、電池１の内部でガスが発生すると、電池１の内圧が上昇し、電池容器６が内側から圧迫される。このとき、安全弁８のニッケル箔１３は電池容器６などと比較して変形しやすいため、圧力を受けて電池容器６の外側（支持板１２の厚み方向で突出部１５のある方向、すなわち図３（Ａ）、（Ｂ）の上方）に向かって膨張する。
【００２０】
ここで、通常時において先端１５Ａとニッケル箔１３との間には隙間が設けられているから、膨張したニッケル箔１３が先端１５Ａに達した場合に、先端１５Ａにより破られるようになっている。
【００２１】
よって、この構成では先端１５Ａとニッケル箔１３との隙間の大きさ、すなわち、ニッケル箔１３と先端１５Ａとの支持板１２の厚み方向での距離を変えることにより、ニッケル箔１３が膨張して先端１５Ａに達して破れるまでのニッケル箔１３の膨張の程度が変化する。
【００２２】
このニッケル箔１３の膨張の程度は、電池１の内圧と相関関係があり、電池１の内圧が大きければニッケル箔１３が大きく膨張する。このため、ニッケル箔１３と先端１５Ａとの支持板１２の厚み方向での距離を変えることにより、ニッケル箔１３が破れる際の電池１の内圧を変えることができる。そして、ニッケル箔１３と先端１５Ａとの距離は、突出部１５を設計する際に連続的に変えることができるから、安全弁８が作動する圧力を連続的に変えることができる。
【００２３】
なお、ニッケル箔１３の厚みを変えることにより、安全弁８の作動圧力を連続的に変えることも可能であるが、その場合には、安全弁８の動作圧力に対応する所定の厚みのニッケル箔１３を作製する必要があり、ニッケル箔１３の製造コストが大きくなってしまう。
【００２４】
従って、支持板１２の厚み方向での距離を変えるだけで、コストを上昇させることなく、所定の圧力で確実に作動する安全弁８を備えた非水電解質二次電池を提供することができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、コストを上昇させることなく、所定の圧力で確実に作動させることができる安全弁を提供できる。
【００２６】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００２７】
（１）上記実施形態によれば、突出部１５のニッケル箔１３に面する角の部分が先端１５Ａとなっているが、先端１５Ａの形状はこれに限られない。例えば、図４（Ａ）に示すように、突出部１５の先端１５Ａにニッケル箔１３に向かう突起１５Ｂを設け、突起１５Ｂの先端によりニッケル箔１３を破るようにしてもよい。また、図４（Ｂ）に示すように突出部１５のニッケル箔１３に面する底面を、突出部１５の先端１５Ａから突出部１５の設けられている側壁面に向かって、ニッケル箔１３から離れる形状としてもよい。
【００２８】
（２）上記実施形態によれば、突出部１５の平面形状は三角形状であったが、本発明によれば突出部１５の形状は上記実施形態に限るものではなく、例えば、長方形状であってもよい。また、突出部１５の数は、一つに限られず、複数設けることもできる。
【００２９】
（３）上記実施形態によれば、支持板１２及び貫通孔１４の形状は略矩形状であったが、本発明によれば支持板１２及び貫通孔１４の形状は上記実施形態に限るものではなく、例えば、円形状、多角形状等であってもよい。また、支持板１２と貫通孔１４の形状が異なっていてもよい。
【００３０】
（４）上記実施形態によれば、安全弁８は電池蓋７に設けられた孔部に取り付けられていたが、本発明によれば、安全弁８の取付け部分及び取付け方法はこれに限られない。例えば、電池容器６に孔部を設け、安全弁８を取り付ける構成とすることができる。また、電池容器６または電池蓋７に貫通孔１４及び突出部１５をプレス加工により形成し、貫通孔１４にニッケル箔１３をレーザ溶接して、安全弁８とすることができる。
【００３１】
（５）上記実施形態によれば、貫通孔１４の側壁面が本発明の縁部に相当していたが、本発明の貫通孔１４の縁部はこれに限られない。例えば、支持板１２のニッケル箔１３が設けられていない面の貫通孔１２周辺部も貫通孔１２の縁部に含まれ、ここに突出部１５を設けることができる。
【００３２】
（６）上記実施形態では、安全弁８の作動圧力を変える方法として、突出部１５とニッケル箔１３との支持板１２の厚み方向における距離を変えた例について示したが、本発明によれば安全弁の作動圧力を変える方法はこれに限られない。例えば、突出部１５が側壁面の一つから貫通孔１４の内方向に突出する長さを変えることにより、ニッケル箔１３が先端１５Ａに達するときの膨張の程度を変えることができる。これにより、ニッケル箔１３が膨張して、先端１５Ａにより破られ、安全弁８が作動する圧力を変えることができる。
【００３３】
（７）上記実施形態によれば、膜としてニッケル箔１３が用いられていたが、本発明によれば、膜の材質はこれに限られない。例えば、ステンレス箔、銅箔、アルミニウム箔等を使用でき、これらの金属箔にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート等の樹脂膜を複合させることができる。また、支持板１２は、鉄により形成されていたが、支持板１２の材質はこれに限られない。例えば、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、銅等の金属により支持板１２を形成することができる。
【００３４】
（８）上記実施形態によれば、ニッケル箔１３はレーザ溶接により支持板１２に取り付けられていたが、本発明によればニッケル箔１３の取付け方法はこれに限られない。例えば、冷間圧接により支持板１２に取付けてもよい。
【００３５】
（９）上記実施形態では、電池１は角型であったが、本発明によれば電池１の形状はこれに限られない。例えば、円筒形、コイン型の電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる安全弁を備えた非水電解質二次電池の断面図
【図２】その安全弁の平面図
【図３】その安全弁の断面図
【図４】他の実施形態にかかる安全弁の断面図
【符号の説明】
８…安全弁
１２…支持板
１３…ニッケル箔
１４…貫通孔
１５…突出部
１５Ａ…先端

Claims (2)

1. 貫通孔を穿設した支持板と、前記貫通孔を塞ぐようにして設けられた膜と、前記貫通孔の縁部に設けられ、この縁部から前記貫通孔の内方向に突出した突出部からなる安全弁を設けた非水電解質二次電池において、
   前記突出部の先端と前記膜との間に隙間を設けたことを特徴とする非水電解質二次電池。
2. プレス加工により、前記貫通孔が打ち抜かれるとともに、前記突出部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。

Images