JP2009152173A - 電池の安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リチウムイオン二次電池の破裂や破断を防止し、安全性を保護すると共に電池の極リードの離間により電池機能を停止する簡便構造の電池の安全装置を提供する。
【解決手段】 ケース２を２分割し、その左ケース２ａと右ケース２ｂとの端部の接合部にオーリング１ａ及びホットメルト接着剤の如き接着剤１ｂを介設して夫々と固着させる。ケース２の内部の温度が１００℃になるとオーリング１ａや接着剤１ｂが軟化しケース２ないの内部圧力の低減を図る。これにより破裂等が防止され安全性が確保される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池内部の異常反応により温度が上昇し、電池の破裂や発火が生じて周囲の各部材や機器及び人体等に危害等を及ぼす事故の発生する可能性のある電池の安全装置に係り、特に最近複数の事故を起しているリチウムイオン二次電池に適用でき、構造が簡単で安価に実施できる電池の安全装置に関する。

リチウムイオン二次電池は、軽量で電気量が高く、最近パソコン，デジカメ，携帯電話更には、ハイブリッド車等の電源用電池として幅広く使用され、また、多くの自動車会社，電池製造会社，電気器具製造会社等で高精度、高機能のものが盛んに開発されている状態にあり、今後も広い分野で多量に使用される電池の１つである。
しかしながら、この二次電池は使用時において高温となり、ある温度以上の高熱が生ずると電池そのものの破裂や燃焼が生じ、その結果人体等に危害を及ぼす事故が発生している。
そこで、日本の電子情報技術産業協会（ＪＥＩＴＡ）と電池工業会（ＢＡＪ）は、リチウムイオン二次電池の安全利用のための手引書を策定し、その中で内部短絡等が生じても発火しない構造を求めている。本発明は以上の要請に対応すべく発明されたものである。なお、以上の事故の発生する電池の内部異常短絡の原因の詳細については今の所完全に解明されておらず電池の破裂や発火の根本的な安全対策は開示されていない。しかし安全策として色々の対応が研究，開発され、各種の公知技術が存在している。この内容としては、燃えない電解液の開発、金属異粒子の混入防止策、充電条件や使用条件の調整やセパレータの改良開発等様々のものがあるが、ダイヤフラムやリード弁等を用いて内部ガスを放出させたり、内部熱を放熱するものが比較的多く存在し、その一例として「特許文献１」が挙げられる。
特開平６−５２７３号（図１）

「特許文献１」の「特開平６−５２７３号」の「筒形電池の安全装置とその封口板の製造方法」は、中央にガス抜き孔が設けられている端子板とこの下方に配置されて端子板との間に弁室を構成する封口板と有する筒形電池において、中央に弁穴を開口するリングと、このリングの下方に配置されリード板接続用カレントブレーカを有する金属薄板からなる導電板を設け、電池の内部温度が高くなって内部ガス圧が高くなった場合に切刃によってリード板接続用カレントブレーカを破断させて内部ガスを放出して破裂防止を行うように構成されているものである。

従来の安全手段により高熱時における二次電池の破裂や破断の防止は行われるが、いずれも構造が複雑で高価なものとなり、かつ機械的又は電子素子を使用するものであり、これは、ＰＰＢ（１／１０億）での良品を目標とする安定性においても完全でなく、場合によっては電池が破裂や発火して周囲に危害をもたらすような大きな問題点が生ずる。

本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、装置構造が簡単で安価に実施でき、１００℃程度で軟化する樹脂の物性の応用であるから高熱時における破裂や破断の発生が全くなく、人体に危害を与えることがない電池の安全装置を提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、正極電極と負極電極とこれ等を仕切るセパレータとからなる材料を任意の形状に巻き固めてケース内に収納してなる電池の安全装置であって、該安全装置は分割形成された前記ケースの接合部に電池内の異常反応の熱により軟化する樹脂を介在するものからなり、前記ケースは、前記樹脂の軟化と異常反応の熱による内部圧力の上昇により相互に離脱する方向に移動すべく形成されることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、前記ケース内には電解液が注入され、前記樹脂が前記ケースの前記接合部の接着と前記電解液の封印の機能を有するものからなることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、前記樹脂が、軟化温度が８０℃から２００℃（少なくとも１５０℃）の接着剤と連続使用耐熱温度が１００℃の低密度ポリエチレンを原料とするオーリングとからなることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、前記接着剤がホットメルト又は両面接着テープを有するものからなることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、前記ケースの前記接合部の近傍には前記樹脂の軟化時における前記接合部の移動によりケース内部と連通する小孔が形成されることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、前記電池がリチュームイオン二次電池であることを特徴とする。

本発明の請求項１の電池の安全装置によれば、ケースを２分割し、その接合部に電池内の異常反応により軟化する樹脂を介在させるものからなり、この樹脂の軟化作用によって分割されたケースが内部体積を拡大する方向に移動し内部圧力の減圧を発生せしめて破裂等の発生を防止することができる。また、この移動により極リードが電池素子から離れ、電池としての機能がなくなり排棄品となる。また、この発明は装置構造が極めて簡便で、かつ安価なものからなり、容易に実施することができる。また、内部の異常反応が発生した電池が排棄品となるための容易に識別され、これを排除して新規の正常ものと交換することが確実にできる。

また、本発明の請求項２の電池の安全装置によれば、必要に応じて電解液が注入される電池に対しては樹脂がケースの接合部の封印機能を果すことができる。また、この樹脂は接着性を有するものからなり、２分割されたケースの接合部の接着を確実に行うことができる。

また、本発明の請求項３の電池の安全装置によれば、樹脂が８０℃乃至２００℃の範囲で軟化するものからなり、特に少なくとも１５０℃で軟化するものからなり、かつ連続使用耐熱温度が１００℃の低密度ポリエチレンを原料とするオーリングとからなるため、電池の内部の異常発生により、低温度で容易に軟化することができ、安全性についても十分に確保することができる。

また、本発明の請求項４の電池の安全装置によれば、軟化温度が８０℃乃至２００℃の接着剤として公知のホットメルトが使用されるため、容易に入手することができる。また、両面接着テープを用いることにより接合部への接着の確実化を図ることができる。

また、本発明の請求項５の電池の安全装置によれば、ケースに小孔を設けることにより、内部のガスが確実に排出される。

また、本発明の請求項６の電池の安全装置によれば、電池として異常発生の比較的多いリチウムイオン二次電池が一例として適用され、その安全性の確保ができる。

以下、本発明の電池の安全装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。なお、以下の説明は一例として「リチウムイオン二次電池」により本発明の内容を説明する。発明の説明に先立って従来の「リチウムイオン二次電池」の概要構造を図４及び図５により説明し、リチウムイオン二次電池の概要構造を図３により説明する。

図４はリチウムイオン二次電池の原理を示すものであり、［出典は西美緒，高分子，４４，６８（１９９５）］に記載されているものである。なお、出典にその内容が掲載されているためここでの説明は省略する。
また、図５は筒型のリチウムイオン二次電池の構造を示すものであり、［出典は西美緒，ＰＥＴＲＯＴＥＣＨ，１８，１０４８（１９９５）］に掲載されているものである。なお、この説明もここでは省略する。

正極としてはコバルト酸リチウムが一例として使用され、負極には黒鉛が一例として使用される。また、筒体としては鉄やアルミニウムが使用され、電解液としては有機電解液が使用される。但し、これ等は１つの実施例であり、これ等の材料に限定するものでないことは勿論である。

図３は、図４，図５に示したリチウムイオン二次電池を簡便構造の筒型にしたものを示し、後に説明する本発明の構造と比較するためのものである。
図示のように円筒状のケース２の内部には図４，図５等で示したリチウムイオン二次電池３が収納されている。このリチウムイオン二次電池３はその両端に正極４と負極５とが露出して形成されている。なお、電解液はリチウムイオン二次電池３の内部に封入されているが図示されていない。
以上の構造のリチウムイオン二次電池３はその正極４と負極５とにリード線を連結し、電源や負荷を連結することに充電及び放電が行われる。

図１は本発明のリチウムイオン二次電池の安全装置１の実施例を示すものである。本発明ではケース２は２分割され左ケース２ａと右ケース２ｂとからなり、右ケース２ｂの端部は左ケース２ａの端部に挿入され両者は連結される。なお、このケース２としては鉄製のものでもよいが、本実施例ではアルミ金属が使用される。勿論、これに限定するものではない。

左ケース２ａと右ケース２ｂとの接合部には軟化温度が８０℃乃至２００℃の低融点のＥＶＡを含むポリオレフィン系のホットメルトの如き接着剤１ｂと連続使用耐熱温度が１００℃の低密度ポリエチレンを原料とするオーリング１ａとが介設されている。また、前記接合部にはガス抜き用の小孔６が左ケース２ａ側に貫通形成されている。なお、この小孔６はケース２の移動が生じない通常時においてはオーリング１ａや接着剤１ｂにより閉止されている。また、ホットメルトの接着剤には両面接着テープを使用する場合もある。また、オーリング１ａや接着剤１ｂが前記の温度で軟化し、電解液は３００℃乃至４００℃が発火温度のため電解液が発火する前にケースの移動が生じ安全性が確保される。

図２はケース２内の異常現象が発生した場合の状態を示すものである。例えば、異常充電等により電池内部の温度が上昇し、コバルト酸リチウムに残留している炭酸リチウムが分解されて炭酸ガスを発生し、ケース２内部圧力が上昇する。また、ケース２の内部の温度が上昇する。例えば、ケース２内部温度が１００℃以上になるとオーリング１ａ及び接着剤１ｂが軟化し、ケース２内の内部圧力により図２に示すように右ケース２ｂが移動する。この移動により小孔６がケース２の内部に連通すると共に極がリチウムイオン二次電池３から離脱する。また、小孔６がケース２内部に連通することによりケース２の内部圧力が低下すると共にリチウムイオン二次電池３としては極の離脱によりその機能を果せなくなり、排棄品となる。
以上により、電池の安全性が確保されると共に、電池を新規の正常のものと交換することが容易にできる。

以上のように、本発明の電池の安全装置はケース２を２分割してその間に接着剤１ｂやオーリング１ａを介在させるだけの簡便の構造であり、安価に実施できる。また、その安全性の確保が完全に行われる。また、本発明はリチウムイオン二次電池のすべてに適用可能である。

以上の説明でケース２は２分割とした勿論これに限定するものではなく、また、その他の構成も同一技術的範疇のものが適用されることは勿論である。

本発明は、リチウムイオン二次電池のみならずすべてに電池に適用可能であり、また、寸法の大小に限らずすべてに適用でき、その利用範囲は広い。

本発明の安全装置を示す断面図。 本発明の安全装置の作用を説明するための模式的部分断面図。 従来のリチウムイオン二次電池の一例の概要構造を示す断面図。 従来のリチウムイオン二次電池の原理を説明する原理図。 従来の筒型のリチウムイオン二次電池の構造を示す斜視図。

符号の説明

１ 接着剤
１ａ オーリング
２ ケース
２ａ 左ケース
２ｂ 右ケース
３ リチウムイオン二次電池
４ 正極
５ 負極
６ 小孔

Claims (6)

1. 正極電極と負極電極とこれ等を仕切るセパレータとからなる材料を任意の形状に巻き固めてケース内に収納してなる電池の安全装置であって、該安全装置は分割形成された前記ケースの接合部に電池内の異常反応の熱により軟化する樹脂を介在するものからなり、前記ケースは、前記樹脂の軟化と異常反応の熱による内部圧力の上昇により相互に離脱する方向に移動すべく形成されることを特徴とする電池の安全装置。
2. 前記ケース内には電解液が注入され、前記樹脂が前記ケースの前記接合部の接着と前記電解液の封印の機能を有するものからなることを特徴とする電池の安全装置。
3. 前記樹脂が、軟化温度が８０℃から２００℃（少なくとも１５０℃）の接着剤と連続使用耐熱温度が１００℃の低密度ポリエチレンを原料とするオーリングとからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池の安全装置。
4. 前記接着剤がホットメルト又は両面接着テープを有するものからなることを特徴とする請求項３に記載の電池の安全装置。
5. 前記ケースの前記接合部の近傍には前記樹脂の軟化時における前記接合部の移動によりケース内部と連通する小孔が形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電池の安全装置。
6. 前記電池がリチュームイオン二次電池であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電池安全装置。