JP2004164978A - 角形電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蓋板12の直角コーナー部位の略45度方向に線状に薄肉部24を形成して、内圧が異常上昇して蓋板12に生じる膨らみにより薄肉部24を破断させて異常内圧を外部放出して電池の破裂を防止する安全弁とする。蓋板12に形成された窪み23内に薄肉部24を被覆して吸液シート27が配置され、薄肉部24が破断したときの電解液の飛散や極板群の飛び出しを防止する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半殻体に形成された本体ケースの開口部を蓋板によって封口した電池ケース内に発電要素を収容した扁平形状の角形電池に関し、特に、この電池ケース構造に適した安全弁構造を設けたことを特徴とするものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話機やPDAなどの携帯電子機器は、高機能化と共に小型化、薄型化の進展が著しく、それに適用する電池に小型、薄型にして高エネルギー密度であることが要求され、これに対応する電池として扁平角形のリチウムイオン二次電池が広く用いられている。この扁平角形の電池に適用される電池ケースは、深絞り加工によって有底角筒形状に形成された電池缶と、その開口端を閉じる封口板とによって構成され、電池ケース内に極板群および電解液からなる発電要素が収容されている。
【0003】
電池の薄型化を達成するためには、前記電池缶をより狭い幅の角筒に深絞りする必要があるが、加工方向の深さに対して開口面積が小さくなるほどに加工が困難となり、深絞り加工による電池缶の薄型化には限度がある。また、幅が狭く深い筒状に形成された電池缶に極板群を挿入することも、薄型化して開口面積が小さくなるほどに困難になる。
【0004】
従って、薄型化に限度がある角形電池の更なる薄型化を図るためには、電池ケースの構造を変える必要があり、半殻体に形成された本体ケースと、この本体ケースの開口部を閉じる平板もしくは半殻体に形成された蓋板とによって電池ケースを形成した電池が開発されている。
【0005】
例えば、図7に示すように、上カップ1内に極板群を収容し、その開口部を下カップ2によって封口した角形電池が知られている(特許文献1参照)。この電池ケース構造では、浅い絞り加工によって発電要素を収容する凹部を形成することができるので、電池ケースの製造は容易である。
【0006】
二次電池が外部短絡や過充電、高温環境に曝されて高温になると、正負極活物質と電解液との反応や電解液の分解、気化が生じ、それらは発熱を伴うために反応が加速されてガスが発生し、内圧の上昇により電池ケースに膨らみを生じさせ、破裂に至る恐れがある。破裂は電池を装填した機器に損傷を与えるだけでなく、電池ケースやケース内の内容物を飛散させて危険を伴う。破裂を防止するためには、破裂に至る以前に異常上昇した内圧を外部放出させる必要があり、安全弁構造が設けられる。上記従来例電池では、上カップ1又は下カップ2の板厚を部分的に薄くした安全弁2bが形成されている。
【0007】
また、角形電池の安全弁構造として、電池ケースを内面側に樹脂フィルムを接着した金属板によって形成し、本体ケースの底面に金属板を貫通させた切り込みを形成して、これを安全弁とした構成が知られている(特許文献2参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−250517号公報(第2〜4頁、図1)
【0009】
【特許文献2】
特開平07−211300号公報(第2〜3頁、図1)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
安全弁は、電池内圧が異常上昇したとき確実に作動するように構成することが必要であるため、異常内圧の影響を最も受けやすい部位に設け、破裂に至る以前に確実に内圧を外部に放出できることが要求される。しかし、上記従来例電池に設けられた安全弁は、安全弁構造として要求される要件を満たしているとはいえず、半殻体に形成された本体ケースの開口部を蓋板で閉じる構造に形成された電池ケースを用いた角形電池に適した安全弁構造が求められている。
【0011】
また、安全弁が作動したときには、電池ケース内に収容された電解液が飛散し、極板群が飛び出すこともあり、電池を装填した機器に汚損、損傷を与えることになる。従来の安全弁構造を備えた電池において、安全弁が作動したときの被害を防止することは考慮されていなかった。また、安全弁が作動したとき、安全弁形成部分の金属片が外方に突出すると、電池を被覆している外装フィルムを破断させ、電解液の飛散や極板群の飛び出しが広範囲に広がることになる。
【0012】
本発明が目的とするところは、半殻体ケースを蓋板で閉じる構造の電池ケースを用いた角形電池に適した安全弁構造を備え、安全弁が作動したときの被害を抑制する構造を備えた角形電池を提供することにある。
【0013】
【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は、四角形の半殻体に形成された本体ケースの開口部に蓋板の周辺部を溶接することによって本体ケース内が封口された電池ケース内に発電要素が収容されてなる角形電池であって、前記蓋板の直角コーナー部分に少なくとも略45度方向の線状に薄肉部が形成されてなることを特徴とする。
【0014】
上記構成によれば、電池ケースの内圧が異常上昇したとき、広い平坦面を有する本体ケースの底面及び蓋板は球状に膨らみが発生する。特に、その影響を最も受けやすい蓋板はより膨らみが生じやすくなる。四角形の面に膨らみが生じたとき、直角コーナー部分から略45度方向は板面が変形して破断が発生しやすい状態になるので、その線上に薄肉部を形成して、これを安全弁とすることにより、内圧が異常上昇したとき、薄肉部から破断して内圧が外部放出されるので、電池の破裂が防止される。
【0015】
上記構成において、薄肉部は、略45度方向の線状部と、線状部からその延長方向と異にする方向に直線状または孤状に延出する延出部とを設けて形成することにより、内圧の異常上昇に伴って薄肉部が破断したときの開口面積が大きくなり、内圧の外部放出が円滑になされる。
【0016】
また、蓋板の材厚を本体ケースの材厚より薄く形成することにより、異常内圧による膨らみは蓋板側でより大きくなり、蓋板に形成した薄肉部を安全弁として作動させるのに好適である。
【0017】
また、薄肉部を被覆して吸液性のシートを配置することにより、薄肉部が破断して破断部分から噴出した電解液を吸液して外部に飛散することを防止し、電解液の染み出しを遅らせることができる。
【0018】
また、上記シートは、吸液性に加えて難破断性を備えたものを適用することにより、噴出した電解液によって破断したり、極板群が破断部分から飛び出すのを防止することができる。また、薄肉部の破断により変形突出した破断片で電池を被覆する外装フィルムが破断するのを防止することができる。
【0019】
また、極板の膨らみや内圧上昇に伴う電池の膨れが電池厚さの増加にならないように、予め蓋板の中央部に本体ケース側に向けて凹部を形成し、膨らみを凹部内で吸収し、その凹部上に薄肉部を形成し、凹部内にシートを配置することにより、シート配置による電池厚さの増加がなく、外装フィルムで電池を被覆したときに凹部の段差をシートで埋め、平坦な外装面に仕上げることが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0021】
図1は、本実施形態に係る角形電池の外観形状を示すもので、リチウムイオン二次電池として構成されたものである。この角形電池は、図2に示す電池本体20と、それを被覆する外装体30とによって構成されている。
【0022】
電池本体20は、図3に各構成要素に分解して示すように、半殻体に形成された本体ケース11と、その開放部を閉じる蓋板12とにより電池ケース10が構成されており、本体ケース11の凹部15内に極板群14を収容し、本体ケース11に形成されたフランジ部13に蓋板12の周囲を溶接して本体ケース11の開口部を蓋体12で封止するように構成されている。
【0023】
前記本体ケース11は、金属板をプレス加工して一端側に絞り深さを小さくした段差部16を設けて凹部15を形成すると共に、凹部15の周囲にフランジ部13を設けて形成される。前記段差部16は正極及び負極の外部接続端子を形成する部位で、ここでは段差部16に形成された端子孔17に下ガスケット18で本体ケース2と絶縁すると共に気密性を確保してリベット19によりPTCユニット26を段差部16の外面上に固定している。
【0024】
前記PTCユニット26は、図6に示すように、PTC導電性ポリマ33aの両面に上電極33bと下電極33cとを接合したPTC素子33をPTCホルダ34内に収容し、上ガスケット35によって段差部16と絶縁してワッシャ37を介して前記リベット19を締結することにより段差部16上に固定され、前記PTCホルダ34の開口部にホルダプレート36を溶接したものである。ホルダプレート36は、ここでは正極外部接続端子を構成する。尚、PTC(PositiveTemperature Coefficient)素子33は、過電流や過熱により温度上昇して素子温度が所定温度に達すると急激に抵抗値が上昇するデバイスであり、平常時は僅少な抵抗値で通電回路の電力損失は低く抑えられ、所定温度に達したときには抵抗値が10の4乗から6乗にも急上昇するので、外部短絡が生じたときに温度上昇して短絡電流を抑え、電池を外部短絡から保護する。
【0025】
前記本体ケース11の凹部15内には、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平に巻回された極板群14が収容される。極板群14は最外周が負極板となるように巻回され、その巻回方向は、段差部16からその対向辺に向く方向であり、巻き終わり端が段差部16側になるようにして、正極板及び負極板それぞれの巻き終わり端から正極リード21、負極リード22が引き出される。この極板群14を正極リード21及び負極リード22が引き出された側を前記段差部16側にして凹部15内に収容すると、極板群14から引き出された正極リード21の先端部は前記リベット19上に位置し、負極リード22の先端部分は段差部16上に位置するので、正極リード21はリベット19に、負極リード22は段差部16にそれぞれ接合される。
【0026】
極板群14を収容した本体ケース11の開口部上に蓋板12を被せ、フランジ部13と蓋板12とをそれぞれの外縁端が一致するように位置決めして、蓋板12の周辺部とフランジ部13との間を溶接する。
【0027】
蓋板12は本体ケース11に用いる金属板材の厚さより薄い金属板材が適用され、図示するように中央部に浅い窪み23を形成して、極板群4の膨張、あるいは内圧の上昇により電池ケース50に膨らみが生じたとき、膨らみを窪み23の形成深さ内で吸収して、角形電池としての全体厚さに変化が生じないようにしている。また、窪み23内の直角コーナー部位には略45度方向に薄肉部24が形成されている。前記薄肉部24は、略45度方向の線上を刻印、スクライブ等によって板厚を部分的に薄くしたもので、これを安全弁とする。
【0028】
また、前記窪み23内には、吸液性又は吸液性且つ難破断性を有する吸液シート27が薄肉部24を被覆して配置される。
【0029】
蓋板12とフランジ部13との間の溶接は、レーザ溶接、電子ビーム溶接、シーム溶接、超音波溶接などの方法を適用することが可能であるが、ここでは、板厚の薄い蓋板12側からレーザ照射してレーザ溶接し、極板群14を収容した凹部15内を封止する。
【0030】
封止された凹部15内には、段差部16に形成された電解液注入口28から所定量の電解液が注入され、注入完了後に電解液注入口28には封栓29が挿入され、段差部16に封栓29を溶接することにより凹部15内は密封される。
【0031】
上記のように形成された電池本体20には、図5に示すように、樹脂成形によって形成された樹脂カバー25が被せられ、樹脂フィルム38を巻着することにより、図1に示した角形電池に形成される。
【0032】
前記樹脂カバー25には、段差部16の外面上に固定されたPTCユニット26のホルダプレート36上に開口する正極端子窓31と、本体ケース11底面の段差部16が形成されていない部位上に開口する負極端子窓32とが形成され、正極端子窓31及び負極端子窓32の部分には、前記樹脂フィルム38が巻着されないように切り欠きが形成されているので、正極端子窓31から正極外部接続端子となるホルダプレート36が外部露出し、負極端子窓32から負極外部接続端子となる本体ケース11が外部露出するので、外部接続の用に供することができる。
【0033】
上記構成になる角形電池は、極板の膨張や通常使用における内圧上昇が生じたとき、板厚が本体ケース11より薄く形成された蓋板12に膨らみが生じるが、蓋板12に窪み23が形成されていることにより、膨らみを窪み23の形成深さ内で吸収して、角形電池全体の厚さに変化が生じないようにする。
【0034】
通常使用における膨らみは窪み23で吸収することができるが、角形電池が高温環境に曝されたり、過充電や外部短絡等によって温度上昇し、それに伴って内圧が異常上昇したとき、蓋板12は窪み23の深さを越えるまでに球状に膨らみが生じる。このとき、四角形の面が球状に膨らむので、四角形の直角コーナー部位の略45度方向には大きな変形が及び、その変形の大きな部分に線状に薄肉部24が形成されているので、異常内圧による膨らみにより薄肉部24から破断して異常内圧を外部放出する。従って、薄肉部24は、異常上昇した内圧によって角形電池が破裂することを防止する安全弁の作用をなす。
【0035】
薄肉部24は、図4(a)〜(c)に示すように、薄肉部24を形成する直線部分からその延長方向を異にする方向に直線状または弧状に延出する部分を形成した薄肉部24a〜24cに形成することにより、破断時の開口面積が大きくなり、内圧の外部放出が円滑になされる。
【0036】
薄肉部24が破断して異常内圧が外部放出されたとき、ガスと共に電解液も破断部位から噴出する。電解液は導電性であり、噴出した電解液が角形電池を装填した機器に付着すると短絡を発生させる恐れがあり、機器を汚損させることにもなる。これを防止するために、窪み24内に吸液シート27が配置されており、噴出した電解液の飛散を防止すると共に、電解液を吸収して機器側に染み出すことを防止し、漏出量が多いときにも染み出す速度を遅らせることができる。
【0037】
また、破断した薄肉部24から極板群14が飛び出したり、破断して外方に突出した金属片が樹脂フィルム38を破壊する恐れもあるが、これを防止するために、吸液シート27を吸液性且つ難破断性を有するシートで形成することが効果的である。
【0038】
以上説明した実施形態の構成においては、本体ケース2と蓋板3の材厚が異なるようにして変形強度に差があるようにしているが、本体ケース2を構成する板材の剛性が蓋板3を構成する板材の剛性より大きくなるようにしても、本体ケース2の変形強度の方が大きくなるように構成することができ、変形圧力が加わったときに蓋板3側を変形させ、本体ケース2の変形を抑制することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、四角形半殻体に形成された本体ケース内に極板群を収容して蓋板によって封口した構造の角形電池に適した安全弁構造が形成されるので、外部短絡や過充電等の原因によって内圧の異常上昇が生じたとき、確実に異常内圧を外部放出して角形電池の破裂を防止することができる。また、異常内圧を外部放出したときに噴出する電解液や極板群の飛び出しを防止することができるので、安全弁が作動したときに角形電池が装填された機器に損傷や汚損を与えることが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る角形電池の外観形状を示す斜視図。
【図2】同上角形電池を構成する電池本体の外観形状を示す斜視図。
【図3】電池本体の構成を示す分解斜視図。
【図4】薄肉部の変形例を示す部分平面図。
【図5】角形電池の構成を示す分解斜視図。
【図6】PTCユニットの構成を示す断面図。
【図7】従来技術に係る角形電池の構成を示す分解斜視図。
【符号の説明】
10 電池ケース
11 本体ケース
12 蓋板
13 フランジ部
14 極板群
15 凹部
16 段差部
20 電池本体
24 薄肉部
27 吸液シート
38 樹脂フィルム
Claims (6)
- 四角形の半殻体に形成された本体ケースの開口部に蓋板の周辺部を溶接することによって本体ケース内が封口された電池ケース内に発電要素が収容されてなる角形電池であって、
前記蓋板の直角コーナー部分に少なくとも略45度方向の線状に薄肉部が形成されてなることを特徴とする角形電池。 - 薄肉部は、略45度方向の線状部と、線状部からその延長方向と異にする方向に直線状または孤状に延出する延出部とを設けて形成されてなる請求項1に記載の角形電池。
- 蓋板の材厚が、本体ケースの材厚より薄く形成されてなる請求項1又は2に記載の角形電池。
- 薄肉部を被覆して吸液性のシートが配置されてなる請求項1〜3いずれか一項に記載の角形電池。
- 薄肉部を被覆して吸液性且つ難破断性のシートが配置されてなる請求項1〜3いずれか一項に記載の角形電池。
- 蓋板の中央部に本体ケース側に向けて凹部が形成され、凹部上に薄肉部を形成し、凹部内にシートが配置されてなる請求項1〜5いずれか一項に記載に角形電池。
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