JP2004241308A - 密閉型電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発電要素を電解液と共に電池ケースに挿入し、封口板で密閉した密閉型電池において、前記封口板が、前記電池内部のガス圧により電流遮断を行なう防爆封口板であり、さらに封口板の内部であって前記電解液に触れない部分に、昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれかが配されている密閉電池。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池における防爆機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より密閉型電池で化学反応等にともなって発生するガスによる内部圧力上昇、過充電による発火、爆発に危険性に対する防爆機構として種々の機構が用いられてきている。
【0003】
そのような中で、破断強度の異なる2枚の薄肉部を設けた金属箔を絶縁材料を介して2枚の金属箔の薄肉部を同軸上に設置し、軸上で電気的に接続した構造を有した防爆封口板が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0004】
特許文献1に記載される電池の断面構造を図3に示している。
【0005】
この電池の密閉構造は、下記の動作をして内圧の上昇を防止する。
【0006】
▲1▼電池の内圧が設定圧よりも低い通常の状態
この状態においては、図3に示すように、上弁体1と下弁体2が電気的に接続されている。したがって、電池のキャップ6は、温度抵抗体5、上弁体1、下弁体2、下部フィルター4、リード線7とを介して発電素子8に接続できる状態となっている。
【0007】
▲2▼電池の内圧が設定圧力よりも高く上昇した状態
電池の内圧が上昇すると、図4に示すように、矢印で示す発生したガスの流れ11、12、13が起こり、下部弁体2が圧力で押し上げられる。このとき、下弁体薄肉部2aが切断され、上弁体1と下弁体2が切り離される。したがって、電池は内部で電流を遮断する。この状態になると、電池に電流が流れなくなり、電池内部の化学反応は停止する。したがって、内圧の上昇は制限される。
【0008】
▲3▼電流を遮断してもさらに内圧が上昇する場合
電流を遮断しても、電池の内圧はさらに高くなることがある。このとき、図5に示すように上弁体薄肉部1aで破断される。破断した上弁体1は電池内のガスを矢印で示すガスの流れ14のように排気する。上弁体1を通過したガスは、キャップ6のガス抜き孔9から電池の外部に排気される。
【0009】
しかし、この防爆型密閉電池の構造では、使用設定外の大電流で過充電をしたとき、電池内残空間のバラツキの範囲で残空間の大きいものは、発火、爆発等の活物質の熱暴走に至るものがある。この原因は、電池内圧がそれほど上昇する前に活物質が熱暴走を起こしたためで、前記電流遮断手段が有効に機能しないという課題があった。
【0010】
そのため、過充電時にガスを発生する添加剤と電流遮断手段を組み合わせた構成が提案されている(例えば特許文献2参照)。
【0011】
【特許文献1】
特許第3196607号公報(請求項1、図2)
【特許文献2】
特許第3113652号公報(請求項1、図2)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の電池では、電解液中にガス発生のための添加剤を添加しているため、高温保存中などに分解したり電解液と反応して電池の性能を劣化させるという課題があった。
【0013】
そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたもので、電流遮断手段を備えた非水電解質二次電池を大電流で過充電したときにおいても、上記電流遮断手段が確実に作動し、発火、爆発等の事故を防止することを可能にし、さらに高温保存時においても劣化しにくい非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の密閉型電池は、発電要素を電解液と共に電池ケースに挿入し、封口板で密閉した密閉型電池において、前記封口板が、前記電池内部のガス圧により電流遮断を行なう防爆封口板であり、さらに封口板の内部であって前記電解液に触れない部分に、昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれかが配されていることを特徴としたものである。
【0015】
通常の電池内圧上昇による防爆機構に加えて、電池の温度が上昇すると昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれかがガスを発生し、その圧力により確実に電流遮断を行なう。そして、電解液中に昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれかを添加したわけではないので、高温保存時等でも電解液と反応して特性を落とすことはない。
【0016】
また、前記封口板は、絶縁ガスケットを介して上下に2枚の金属箔を配していて、各金属箔にはO型形状もしくはC型形状の箔肉部を中心部が同軸上となるように設け、前記同軸上で上下の金属箔を電気的に接続しており、下方の金属箔の箔肉部の破断強度は上方の金属箔の箔肉部の破断強度より小さく、かつ上方の金属箔の箔肉部内に下方の金属箔の箔肉部が位置した防爆封口板であると、昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれかが発生したガスによる電流遮断が行なわれ易くなるため好ましい。
【0017】
上記の封口板において、前記上下の金属箔の間に昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれかを配すると、電池が振動した時など、どのような場合においても電解液と接することがないので特に好適である。
【0018】
なお、昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質としては、ジクロルナフタリン、シュウ酸、パラフィン、樟脳、テトラクロルベンゼン、ヘキサクロロエタン、ヨウ素化合物、塩化セレン、ポリビニルピロリドン、ポロビニルブチノールなどがある。その中でも80〜130℃の範囲で昇華、蒸発し、取り扱いの易しいナフタリン化合物が特に望ましく、このような化合物としては、ジクロルナフタリンがある。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例の電池の断面構造を図1に示す。図1において図3に示す従来の電池の封口板のように、上弁体1と下弁体2が電気的に接続されている。したがって、電池のキャップ6は、温度抵抗体5、上弁体1、下弁体2、下部フィルター4、リード線7とを介して発電素子8に接続できる状態となっている。さらに、上弁体1および下弁体2の間に、昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれからなるガス発生剤10を配置する。
【0020】
この配置する方法としては、ガス発生剤を塗工したり、粉体を充填するなどのいろいろ方法があり、リング状に成形して嵌合するようにするのが、組み立てが簡単になるので好ましい。
【0021】
二次電池は過充電すると電池温度が上昇する性質がある。それは、過充電状態になると、電池への入力電力を充電に使用する割合が少なくなって、熱エネルギーとなって消費されるからである。本発明の防爆型封口板は、この性質を利用することで非水電解質二次電池を過充電したときに、通常の電池内圧上昇による防爆機構に加えて、昇華性物質または分解・蒸発性物質の性質を利用した上記の電流遮断機構を作動させることで確実に発火、爆発等の事故を防止することができる。
【0022】
具体的には、本発明の防爆型の封口板は、通常の電池内圧上昇による防爆機構に加えて、電池の温度がガス発生剤10のガス発生温度以上になると、ガス発生、例えば昇華性物質なら昇華性物質の固体から気体への変化による体積膨張によって、図2に示すように上弁体1が圧力で押し上げられる。このとき、下弁体薄肉部2aが切断され、上弁体1と下弁体2が切り離される。このように電池は内部で電流を遮断する。この状態になると、電池に電流が流れなくなり、電池内部の化学反応は停止し、温度の上昇もなくなるため、内圧の上昇は制限される。つまり、電流遮断により発火、爆発等の事故を防止できることになる。
【0023】
【実施例】
次に、本発明の具体例について実施例をもちいて詳細に説明する。
【0024】
(比較例1)
まず、図3に示す構造をもつ従来の電池の封口板を作成した。
【0025】
厚さ0.10mm、外径φ12.7mmのアルミニウム製金属箔7の中央部に外径φ4.0mmのC型形状の刻印を用いて薄肉部7aを設け、厚さ0.10mm、外径φ13.5mmでφ1.5mmの通気孔を4つ持つアルミニウム製金属箔8に外径2.5mmのO型形状の刻印を用いて薄肉部8aを設けこの二枚の金属箔を絶縁ガスケット3を介してそれぞれの箔の中央部を溶接した。ここで、下方の金属箔の薄肉部の破断強度は10〜13kg/cm2であり、上方の金属箔の薄肉部の破断強度は18〜24kg/cm2である。これをφ1.5mmの通気孔を4つ持つアルミ製金属ケースの中に挿入し、その上部に温度抵抗体5および、φ1.5mmの通気孔を4つ持つ金属性キャップ6をのせて、かしめて比較例1の封口板を得た。
【0026】
(実施例1)
次に、図1に示す構造を持つ実施例の電池の封口板を作成した。図3と同じ構造の封口板において、絶縁ガスケットを介してある上下に2枚の金属箔の間に昇華性物質として固形のジクロルナフタレンを配した以外は比較例1とまったく同じ実施例1の封口板を得た。配置の方法は、2mgのジクロルナフタレンをリング状に成形してはめ込んだ。
【0027】
実施例1、実施例2および比較例1で得た封口板を用いて、直径18mm、高さ65mm、容量1200mAhの円筒型非水系電解液を用いるリチウム二次電池にした。なお、電池内残空間は製造上のバラツキで最大となる2.0ccにした。その電池を各々20個づつ電流5Aで過充電状態にすることによって電池の発火、爆発等の不安全現象が生じる発生率を調査した。その結果を(表1)に示す。
【0028】
【表1】
【0029】
以上の結果から本発明の構造を有する封口板は過充電時に電流遮断し、発火、爆発等の事故を防止できることがわかった。
【0030】
以上、本発明を適用した実施例について説明したが、本発明がこれら実施例に限定されるものではなく、電池の構造や形状、寸法、材質等は本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意である。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明は発火、爆発等の事故をより精度よく防止するために、通常の使用範囲では電池特性に影響することなく、過充電等の異常な電池温度上昇に対して確実に遮断できる封口板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の密閉二次電池の一例を示す上部断面図
【図2】図1において内圧が上昇して電流を遮断した状態を示す上部断面図
【図3】従来の防爆型の密閉二次電池の一例を示す上部断面図
【図4】図3において内圧が上昇して電流を遮断した状態を示す上部断面図
【図5】図4よりさらに上昇して安全弁を開弁した状態を示す上部断面図
【符号の説明】
1 上弁体
1a 上弁体薄肉部
2 下弁体
2a 下弁体薄肉部
3 絶縁ガスケット
4 下部フィルター
5 温度抵抗体
6 キャップ
7 リード線
8 発電素子
9 ガス抜き孔
10 ガス発生剤
Claims (4)
- 発電要素を電解液と共に電池ケースに挿入し、封口板で密閉した密閉型電池において、
前記封口板が、前記電池内部のガス圧により電流遮断を行なう防爆封口板であり、さらに封口板の内部であって前記電解液に触れない部分に、昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれかが配されていることを特徴とする密閉型電池。 - 前記封口板は、絶縁ガスケットを介して上下に2枚の金属箔を配していて、各金属箔にはO型形状もしくはC型形状の箔肉部を中心部が同軸上となるように設け、前記同軸上で上下の金属箔を電気的に接続しており、下方の金属箔の箔肉部の破断強度は上方の金属箔の箔肉部の破断強度より小さく、かつ上方の金属箔の箔肉部内に下方の金属箔の箔肉部が位置した防爆封口板である請求項1記載の密閉型電池。
- 前記上下の金属箔の間に昇華性物質、熱分解性物質または蒸発性物質のいずれかを配していることを特徴とする請求項2記載の密閉型電池。
- 前記昇華性物質が80〜130℃の範囲で昇華するナフタリン化合物である請求項1記載の密閉型電池。
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