JP2009230896A - Safety device for battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電池用安全装置及びそれを用いた二次電池に関する。特に、非水電解液二次電池などの密閉容器が使用される電池に用いられる電流遮断機構とガス放出機構を有する電池用安全装置及び前記電池用安全装置が取り付けられた二次電池に関する。 The present invention relates to a battery safety device and a secondary battery using the same. In particular, the present invention relates to a battery safety device having a current interruption mechanism and a gas release mechanism used for a battery in which a sealed container such as a nonaqueous electrolyte secondary battery is used, and a secondary battery to which the battery safety device is attached.
近年、電子技術の進歩により電子機器の高性能化が進み、それらの電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池に代表される高エネルギー密度を有する密閉容器型電池が使用されている。密閉容器型電池では、過充電、短絡などの異常が発生した場合、電池容器内は温度が上昇し、それにより電解液が分解されてガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇する。電池容器内の圧力が過度に上昇すると、電池は発火、破壊や電解液の漏出などを起こし、人体に危害を及ぼす、使用中の電子機器を破損させるなどの危険の恐れがある。 In recent years, electronic devices have been improved in performance due to advances in electronic technology, and sealed container type batteries having a high energy density typified by lithium ion secondary batteries have been used as power sources for these electronic devices. In an airtight container type battery, when an abnormality such as overcharge or short circuit occurs, the temperature in the battery container rises, whereby the electrolyte is decomposed to generate gas and the pressure in the battery container rises. If the pressure in the battery container rises excessively, the battery may ignite, break down, leak electrolyte, etc., and there is a risk of harming the human body or damaging electronic devices in use.
従来、これらの危険を回避するため、過充電、短絡などの異常により、電池容器内の圧力が上昇して、特定の圧力に到達すると、電流を遮断する機構と発生ガスを電池系外に放出して、電池容器内の圧力を低下させるガス放出機構を有する安全弁を構成部品とする安全装置が使用されている。前記の安全装置は、二次電池の発電要素からのリードと接続されて、電池蓋の下面に配置され、電池蓋外周縁と安全装置の外周部とを合わせ、その外側を絶縁性のガスケットで包み、ガスケットを介して、発電要素が収容されている外装缶の開口端にかしめて取り付けられる。 Conventionally, in order to avoid these dangers, the pressure inside the battery container rises due to abnormalities such as overcharge and short circuit, and when a specific pressure is reached, a mechanism that shuts off the current and releases the generated gas to the outside of the battery system Thus, a safety device having a safety valve having a gas release mechanism for reducing the pressure in the battery container as a component is used. The safety device is connected to the lead from the power generation element of the secondary battery, and is disposed on the lower surface of the battery lid. The outer periphery of the battery lid is aligned with the outer periphery of the safety device, and the outside is covered with an insulating gasket. It is wrapped and attached to the open end of the outer can containing the power generation element via a gasket.
二次電池の通電時は、発電要素からの電流がリードを通じて、安全弁に流れ、安全弁から電池蓋に流れる。従来、電池蓋と安全弁は、前述のように、両者の外周面を合わせ、その外周部を絶縁性のガスケットで包み、電池外装缶の開口端にかしめて、組付けられている。この方法では、電池蓋と安全弁とは物理的に合わせられているだけであり、両者の合わせ面の間隔は、電池外装缶にかしめる時の組立条件によって異なり、又、振動や衝撃により変化することがある。電池蓋と安全弁との合わせ面の間隔が変化すると、通電時の抵抗が変化し、電流量が不安定となる、電池寿命が短くなるなどの課題がある。通電時の抵抗の変化は、電池を並列あるいは直列に接続して使用する場合、より顕著となる。 When the secondary battery is energized, the current from the power generation element flows through the lead to the safety valve and from the safety valve to the battery lid. Conventionally, as described above, the battery lid and the safety valve are assembled by aligning the outer peripheral surfaces of the battery lid and wrapping the outer peripheral portion with an insulating gasket and caulking the open end of the battery outer can. In this method, the battery lid and the safety valve are only physically aligned, and the interval between the mating surfaces of the two differs depending on the assembly conditions when caulking to the battery outer can, and also changes due to vibration and impact. Sometimes. When the distance between the mating surfaces of the battery lid and the safety valve changes, there is a problem that the resistance during energization changes, the amount of current becomes unstable, and the battery life is shortened. The change in resistance during energization becomes more prominent when batteries are used connected in parallel or in series.
電池蓋と安全弁との合わせ面の間隔を一定化する提案がされている。例えば、特許文献1、2には、電池蓋と安全弁を電池外装缶の開口端に組付ける際、図11に示したように、安全弁の外周部を折り曲げて、電池蓋の外周縁を包み込み、その外周を絶縁性のガスケットで覆い、ガスケットを介して、電池外装缶の開口端に組付ける方法が記載されている。この方法は、電池蓋の外周と安全弁の外周を合わせただけの方法に比べれば、改良されている。しかし、電池蓋と安全弁とは、物理的に合わされているだけで、従来同様であり、上記課題を解決するには十分でない。また、電池蓋と安全装置との組立は別工程であり、生産面での課題もある。
Proposals have been made to make the interval between the mating surfaces of the battery lid and the safety valve constant. For example, in
本発明は、電池に振動や衝撃が加わった場合でも、電流は安定して流れ、電池に異常が発生した際、適切に危険が回避でき、かつ、生産性の良い電池用安全装置の提供を目的とする。 The present invention provides a battery safety device capable of avoiding danger appropriately and having good productivity even when a battery is subjected to vibrations or shocks, in which current flows stably and abnormality occurs in the battery. Objective.
請求項1の発明は、電池蓋、リング材、電流遮断機構とガス放出機構とを有する安全弁、インシュレーター、ディスク及びサブディスクからなる電池用安全装置において、前記電池蓋、前記リング材、前記安全弁はいずれも導電性を有しており、前記電池蓋と前記安全弁は、前記リング材を介して溶接で接続されており、前記インシュレーターは筒形状であって、筒の内側に筒の軸方向と直交する棚が設けられ、前記棚の電池蓋側に安全弁が嵌合され、電源要素側にディスクが嵌合されている電池用安全装置である。
The invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明の電池用安全装置において、前記電池蓋がニッケル系金属あるいは鉄系金属で形成され、前記リング材がニッケル系金属とアルミニウム系金属の2層で形成され、前記安全弁がアルミニウム系金属で形成されている電池用安全装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the battery safety device according to the first aspect of the invention, the battery cover is formed of nickel-based metal or iron-based metal, and the ring material is formed of two layers of nickel-based metal and aluminum-based metal. And a safety device for a battery in which the safety valve is formed of an aluminum-based metal.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2のいずれかの発明の電池用安全装置を発電要素の上部に設置し、前記電池用安全装置と正極リードとを接続させた二次電池である。
The invention according to claim 3 is a secondary battery in which the battery safety device according to any one of
請求項1の発明の電池用安全装置は、電池蓋と安全弁とは、リング材を介して、溶接により導電性を有する状態で接続され、安全弁は危険回避のための電流遮断機構とガス放出機構を保有する。又、電池蓋、リング材、安全弁は溶接により同一工程で一体化され、安全弁、インシュレーター及びディスクは嵌合や挿入などの簡便な工程で組立てられ、電池用安全装置製造の生産性は優れている。電池蓋と安全弁とが一体化されているため、安全装置の性能は実用時に対応した検査が容易となる。本発明の電池用安全装置を用いた二次電池は、使用時に振動や衝撃を受けても、電流量の変化が少なく、自動車や建設機器など、使用時に振動や衝撃を受ける可能性が高い用途での電池の信頼性向上に寄与する。 In the battery safety device according to the first aspect of the present invention, the battery lid and the safety valve are connected to each other in a conductive state by welding through a ring material, and the safety valve has a current interruption mechanism and a gas discharge mechanism for avoiding danger. Is held. In addition, the battery lid, ring material, and safety valve are integrated by welding in the same process, and the safety valve, insulator, and disc are assembled in a simple process such as fitting and insertion, and the productivity of manufacturing battery safety devices is excellent. . Since the battery lid and the safety valve are integrated, the performance of the safety device can be easily inspected in practical use. The secondary battery using the battery safety device of the present invention has a small change in the amount of current even when subjected to vibration or impact during use, and is likely to be subjected to vibration or impact during use, such as an automobile or construction equipment. This contributes to improved battery reliability.
請求項2の発明の電池用安全装置は、請求項1と同様の効果を有し、電池蓋はニッケル系金属あるいは鉄系金属で形成され、安全弁はアルミニウム系金属で形成されている。ニッケル系金属あるいは鉄系金属とアルミニウム系金属とを直接溶接することは困難である。電池蓋と安全弁との間に、ニッケル系金属とアルミニウム系金属で形成されるリング材を配置することにより、電池蓋と安全弁はリング材を介して、容易に溶接することができる。電池蓋と安全弁は導電性が良好な状態で接続されるため、電気流通時の抵抗変化の影響を抑えることができる。 The battery safety device according to a second aspect of the present invention has the same effect as that of the first aspect, wherein the battery cover is formed of nickel-based metal or iron-based metal, and the safety valve is formed of aluminum-based metal. It is difficult to directly weld nickel-based metal or iron-based metal to aluminum-based metal. By disposing a ring material made of nickel-based metal and aluminum-based metal between the battery lid and the safety valve, the battery lid and the safety valve can be easily welded via the ring material. Since the battery lid and the safety valve are connected in a state of good conductivity, it is possible to suppress the influence of the resistance change during electrical distribution.
請求項3の発明は、請求項1あるいは請求項2の発明のいずれかの電池用安全装置が組み込まれた二次電池に関するものである。得られた二次電池は振動や衝撃を受けても、電流は安定して流れ、電池の異常発生時には、適切に、電流遮断とガス放出を行うことができ、危険回避が容易となる。
The invention of claim 3 relates to a secondary battery in which the battery safety device of
本発明に係る電池用安全装置Sの一実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る電池用安全装置の構成断面図である。なお、図1の各部分に付した符号は、図2以降で説明する図面において、対応する部分には同一符号を付して説明する。電池用安全装置Sは、電池蓋1、リング材2、安全弁10、インシュレーター20、ディスク30及びサブディスク40で構成される。
Hereinafter, an embodiment of a battery safety device S according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural cross-sectional view of a battery safety device according to an embodiment of the present invention. 1 are denoted by the same reference numerals in the drawings described in FIG. 2 and subsequent drawings. The battery safety device S includes a
電池蓋1とリング材2の接合面3及びリング材と安全弁10の接合面4は溶接により接続されている。本発明の電池用安全装置は、従来の電池蓋1と安全弁10との面を物理的に合わせる場合に比べ、電気流通時の抵抗変化は少なく、また、電池蓋1と安全弁10との間隔が振動や衝撃で変化することが無いため、電流は安定して流れる。溶接は超音波溶接、レーザー溶接、抵抗溶接などの公知の溶接法のいずれかの方法により、点溶接、部分溶接あるいは全面溶接等で行われる。電池蓋1、リング材2及び安全弁10は溶接により一体化された後、図1に示したように、安全弁10の外周端部17を折曲げて、電池蓋1の外周縁を包み込こんでも良いし、また、包み込まれなくても良い。溶接により接続され、一体となった電池蓋1、リング材2及び安全弁10は外周を絶縁性のガスケット5で覆われ、ガスケット5を介して、発電要素(図示せず)が収容されている電池外装缶6の開口部にかしめて、取付けられる。これにより、電池外装缶は密閉容器となる。
The joint surface 3 between the
安全弁10は発電要素側に凸の皿形状であり、皿形状底面の外周部は平面状のフランジ11が形成され、皿形状底面の中央部は発電要素側に凸面12が形成され、該凸面12の中心部に、発電要素側に向かって突出する突起部13が形成される。安全弁10の下部外周部18は、インシュレーター20の内部に設けられた棚24の電池蓋側に嵌合圧着される。インシュレーター20の棚24の電源要素側には、アルミニウム系金属で形成された平板状のディスク30が挿入保持される。
The
インシュレーター20の内部にある棚24の中心部には安全弁10の突起部13が通る中央孔21が設けられ、周辺部に複数のガス抜き孔22が設けられる。ディスク30は平板状で、中央部に安全弁10の突起部13が通る貫通孔31が設けられ、周辺部に複数のガス通過孔32が設けられる。アルミニウム系金属で形成されたサブディスク40は、ガス通過孔32を塞ぐことなく、貫通孔31を塞いだ状態でディスク30に溶接などの方法により、取付けられる。サブディスク40の電池蓋側の面は安全弁10の突起部13と溶接等の方法で接続される。発電要素からのリード50はサブディスク40の発電要素側面に接続される。これにより、リード50から電池蓋1まで電気的に導通する。なお、リード50はディスク30に接続されていても良い。
A central hole 21 through which the
図2(a)は電池蓋1の発電要素側から見た平面図、(b)は側面断面図である。電池蓋1の平面形状は、電池外装缶6の形状に対応する形状であれば良く、円形、多角形などのいずれの形状であっても良い。本発明では、便宜上、電池蓋1、リング材2、安全弁10、インシュレーター20、ディスク30の上面から見た平面形状は円形で説明する。電池蓋1の周辺部はフランジ部1A、中央部は電源要素側から見て、凹面1Bが形成されている。凹面1Bには、二次電池の異常により発生したガスを電池外に排出するための排気孔7が設けられている。排気孔7の数は1箇所以上あれば良いが、凹面1Bの傾斜面に、2〜5箇所、等間隔に設けられることが好ましい。排気孔7の大きさ、形状は、電池異常時に放出されるガスの圧力が出来るだけ低くなるように設計されていれば、特に制約はない。
2A is a plan view seen from the power generation element side of the
電池蓋1は導電性材料で形成される。導電性材料の中では、ニッケル系金属、または鉄系金属で形成されることが好ましい。電池蓋1は前記金属材料を用い、公知のプレス加工や鋳造などの方法で製造される。電池蓋1が鉄系金属で形成される場合、電池蓋1の耐食性や表面硬度などを向上させる目的で、ニッケルめっきされることが好ましい。電池蓋1がニッケルめっきされた鉄系金属で形成される場合、予め、ニッケルめっきされた鉄系金属をプレス加工しても良く、また、鉄系金属で電池蓋1を形成した後、ニッケルめっきを行っても良い。
The
電池蓋1のニッケルめっきは、公知のニッケル方法で行われる。予め、銅めっきを行った後、ニッケルめっきを行う方法が好ましい。ニッケルめっきの種類としては、半光沢や無光沢のニッケルめっきが好ましい。ニッケルめっきの厚さは0.5μm以上、より好ましくは、1.0〜100.0μmである。なお、ニッケル系金属とは、純ニッケルあるいは、ニッケルと銅、鉄、モリブデン、その他の金属から選ばれた1種以上の金属との合金でニッケルが主成分である合金をいう。鉄系金属とは公知の冷延鋼板、熱延鋼板や鉄系成分が80%以上含有されている合金をいう。
Nickel plating of the
図3の(a)はリング材2の電源要素側から見た平面図、(b)は側面断面図である。リング材2は、公知の打ち抜き法やプレス法等で製造され、中空の円板形状である。リング材2は電池蓋1及び安全弁10と溶接可能な導電性を有する材料で形成される。リング材2には、一面がニッケル系金属2A、他面がアルミニウム系金属2Bの金属2層で形成されるものが好ましく用いられる。具体例としては、公知の冷間圧接法などで製造されるニッケル系金属とアルミニウム系金属からなるクラッド材が挙げられる。クラッド材は、オーバーレイクラッド材、インレイクラッド材のいずれであっても良い。リング材2の外径は電池蓋1の外径とほぼ同一であれば良いが、電池蓋1の外径の95〜100%が好ましい。リング材2の内径は、リング材2の外径の55〜90%の範囲が好ましい。なお、アルミニウム系金属とは、純アルミニウム、または、アルミニウムとマグネシウム、マンガン、シリコーン、銅、その他の金属などから選ばれた一種以上の金属との合金で、アルミニウムが主成分である合金をいう。
3A is a plan view of the
リング材2の厚さは、0.05〜1.5mm、好ましくは、0.1〜1.0mmの範囲である。リング材2の厚さが上記下限より薄い場合、電池蓋1と安全弁10との溶接が難しくなる。上記上限より厚い場合、電池用安全装置が大きくなったり、重くなったりする。リング材2がニッケル系金属2Aとアルミニウム系金属2Bの2層で構成される場合、アルミニウム系金属2Bの厚さはニッケル系金属2Aの厚さより厚いことが好ましい。アルミニウム系金属2Bを厚くすることにより、リング材2の導電性がより良好となる。電池蓋1、リング材2及び安全弁10は、リング材2のニッケル系金属面を電池蓋1側に、アルミニウム計金属面を安全弁10側に向けて配置し、電池蓋1、リング材2及び安全弁10を同時に溶接することができる。又、リング材2のアルミニウム系金属面と安全弁10とを溶接した後、リング材2のニッケル系金属面と電池蓋1とを溶接しても良く、電池蓋1とリング材2のニッケル系金属面とを溶接した後、リング材2のアルミニウム系金属面と安全弁10を溶接しても良い。
The thickness of the
安全弁10は導電性金属で形成されるが、アルミニウム系金属で形成されることが好ましい。安全弁10の製造は、公知のプレス加工法により製造される。図4の(a)は安全弁10の電池蓋側から見た平面図、(b)は側面断面図である。安全弁10は電源要素側に凸の皿形状である。皿形状の外周端部17は、電池蓋1やリング材2を設置する際、ガイドとなる。外周端部17の高さは、通常、電池蓋1の厚さとリング材2の厚さの和より少し高く、設計される。外周端部17は、電池蓋1、リング材2及び安全弁10を溶接により接続した後、折り曲げて、電池蓋1を包み込んでも良い。なお、図5に示す外周端部の無い形状の安全弁10の使用も可能である。
The
安全弁10の皿形状の外周端部17内部の外周部は平面状のフランジ11が形成され、フランジ11の内側には発電要素側に凸面12が形成され、該凸面12の中心部に、発電要素側に向かって突出する突起部13が形成される。突起部13の形状は、特に、制約は無いが、加工の容易さから、発電要素側が細くなった略円錐形状や略台形形状が好ましい。突起部13の先端部は平面状であっても、電源要素側に膨らんでいても良い。突起部13の凸面12での大きさ13aは、凹面12の径12aの3〜25%の大きさが好ましく、より好ましくは、5〜20%の大きさである。また、該突起部13の深さ13bは、サブディスク40と接続して、電池用安全装置Sの厚さができるだけ抑えられる深さである。好ましくは、(インシュレーター20の棚24の厚さ+ディスク30の厚さ)≦13b<(インシュレーター20の棚24の厚さ+ディスク30の厚さ+0.2mm)である。
A
凸面12の平面部には、突起部13を囲む溝部15が形成されている。更に、溝部15から凸面12の外周部に向かって複数の線状溝部16が形成されている。溝部15及び線状溝部16は、電池の異常発生により発生するガスの圧力により、突起部13とサブディスク40とが分離して、電流が遮断された後、更に、電池容器内の圧力が上昇し、所定の圧力に到達した際、開裂して、電池容器内のガスを放出させる部分である。溝部15の形状は、突起部13を囲む形状であれば、特に、制約はない。溝部15の加工性を考慮すると、円形であることが好ましい。また、溝部15の内径は、特に、制約は無いが、開裂した際、ガス放出の圧力と関係するため、ガス放出時の圧力をできるだけ低くできるよう、大きいほうが好ましい。例えば、溝部15の径15aは、突起部13の径13aより大きく、凸面12の径12aの10〜35%が好ましく、より好ましくは、15〜30%である。
A
溝部15は、図6に示したように、不連続部14が設けられることが好ましい。電池の異常発生により、電池内の圧力が上昇し、電流遮断の設定圧力で、突起部13とサブディスク30とが切り離され、電流が遮断される。更に、圧力は上昇するため、設定圧力で、溝部15、線状溝部16は開裂する。溝部15の内部は不連続部14が設けられているため、安全弁10から分離することは無い。不連続部14が設けられない場合、開裂により、溝部15の内部は安全弁10から分離し、分離した溝部15の内部は安全弁10とディスク30またはサブディスク40またはリード50とを短絡させることがある。短絡すると、電池用安全装置Sに、再び、電流が流れ、二次電池が異常状態に戻ることがある。
As shown in FIG. 6, the
不連続部14の大きさ14aは、溝部15の開裂時の圧力で切り離されない大きさであれば良く、例えば、溝部15の円周の長さの1/50〜1/2であり、より好ましくは、1/20〜1/3の大きさであれば良い。溝部15、線状溝部16の深さは、開裂時の圧力と対応しており、使用される電池の開裂設計圧力によって決定される。溝部15、線状溝部16の深さは同一であることが好ましいが、必ずしも、同一である必要はない。また、溝部15と線状溝部16の線幅は、0.05〜0.5mmの範囲で形成されることが好ましい。
The size 14a of the
線状溝部16は、図4の(a)では、突起部13の中心を通る放射方向の直線で示したが、これに限定されない。例えば、線状溝部16が突起部13の中心を通らない直線であっても良く、放射方向の曲線であっても良い。線状溝部16の数には特に制約は無いが、通常、2〜10本の範囲にあることが好ましい。線状溝部16の長さは、線状溝部16が溝部15と同様、異常発生の際、所定の圧力で開裂して、ガスを放出する箇所であるため、可能な範囲で長い方が好ましい。
In FIG. 4A, the
インシュレーター20は絶縁性材料で形成される。射出成形法、圧縮成形法、注型成形法、プレス成形法など公知の樹脂成形方法で製造される樹脂成形品が好ましい。樹脂としては、吸湿性が低く、耐熱性に優れた樹脂が好ましく使用される。好適な樹脂材料の具体例としては、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、フェノール樹脂などが挙げられる。これらの樹脂材料はガラス繊維、無機添加物などが混合されていても良い。
The
インシュレーター20の外観は筒形状であり、円柱、多角柱などの各種形状がある。以下、円筒形状を例として説明する。図7の(a)はインシュレーター20の電池蓋側から見た平面図、(b)は側面断面図である。インシュレーター20は、円筒形状で、円筒内部に、円筒の軸心と直交する棚24が設けられる。棚24の中央部には、安全弁10の突起部13を通すことができる中央孔21が設けられ、周辺部には複数のガス通過孔22が設けられる。中央孔21は、電池用安全装置Sを組み立てた際、安全弁10の突起部13と接触することが無い形状、大きさであれば良い。ガス通過孔22は、電池に異常が起った際、発生するガスを通過させることの出来る形状であって、下記ディスク30の周辺部に設けられるガス抜き孔32を可能なかぎり閉塞させることのない形状、大きさであれば良い。ガス抜き孔32は、インシュレーター20の中心に対して、対称的に複数個設けられることが好ましい。
The external appearance of the
インシュレーター20の棚24の電池蓋側に安全弁10が衝合するように嵌合保持され、棚24の電源要素側には、ディスク30が衝合するように嵌めこまれ保持される。これにより、安全弁10とディスク30とは絶縁される。なお、インシュレーター20の棚24は、インシュレーター20の内径の55〜95%の孔を設け、その孔で、中央孔21とガス通過孔22を兼ねさせる構造であっても良い。インシュレーター20は、保持された安全弁10の回転やガタツキ防止のため、回転防止23が設けられることが好ましい。
The
ディスク30は引張強度が安全弁10より大きい導電性の材料で形成されることが好ましい。ディスク30の好ましい材料はアルミニウム系金属である。ディスク30に使用する材料の引張強度を安全弁10の材料より高くすることにより、電池の異常発生により、電池容器内の圧力が上昇した際、安全弁10の変形がディスク30の変形より大きくなるため、安全弁10の突起部13とサブディスク40との接続部への負荷が大きくなり、接続部の剥離が所定圧力で確実に行うことが容易となる。なお、安全弁10とディスク30とが同一の導電性材料で形成される場合、ディスク30の厚さは安全弁10より厚く設計される。
The
ディスク30は、平板形状である。以下、円板形状を例として、説明する。図8の(a)はディスク30の電池蓋側から見た平面図、(b)は側面断面図である。ディスク30は円板形状で、公知のプレス加工法や切削加工法により製造される。ディスク30の中央部に安全弁10の突起部13を通すことができる貫通孔31が設けられ、周辺部には複数のガス抜き孔32が設けられる。貫通孔31は、電池用安全装置Sを組立てた際、安全弁10の突起部13と接触することが無い大きさであれば良く、形状に特別の制約は無い。貫通孔31の好ましい形状は円形である。ガス抜き孔32は電池の異常時に発生するガスを通過させることができる形状、大きさであれば良い。ガス抜き孔32は、ディスク30の中心に対して、対称的に複数個設けられることが好ましい。ディスク30は、インシュレーター20の棚24の電源要素側に、衝合するように嵌めこまれ保持される。ディスク30には、インシュレーター20に嵌合した後、回転やガタツキ防止のため、回転防止33が設けられることが好ましい。
The
サブディスク40は導電性の材料で形成される。サブディスク40は、厚さ0.03〜0.5mmのアルミニウム系金属で形成されることが好ましい。サブディスク40は、図9に示したように、ディスク30の発電要素側の面に当接され、ディスク30の貫通孔31を塞いで、公知の溶接方法により、ディスク30に接続される。サブディスク40は、貫通孔31の全域に亘って対向し、貫通孔31を完全に塞ぎ、且つ、ガス抜き孔32を閉塞させない形状、大きさである。
The
サブディスク40の電池蓋側の面の略中心部は、ディスク30の貫通孔31を通った安全弁10の突起部13の先端と公知の溶接方法により接続される。サブディスク30と突起部13の接続強度及びディスク30とサブディスク40の接続強度は、振動や落下などの衝撃により剥離しなければ、特に制約は無い。両者の接続強度が同等であっても良く、いずれかの接続強度が大きくても良い。
The substantially central portion of the surface of the
発電要素からのリード50は、ディスク30あるいはサブディスク40のいずれかと公知の溶接法により接続される。
The lead 50 from the power generation element is connected to either the
本発明の電池用安全装置Sは、電池蓋1、リング材2、安全弁10の3者を溶接接続してから、安全弁10にインシュレーター20、ディスク30、サブディスク40を組付けても良く、安全弁10にインシュレーター20、ディスク30、サブディスク40を組付けた後、電池蓋1、リング材2、安全弁10を溶接接合しても良い。
In the battery safety device S of the present invention, the
本発明の電池用安全装置Sは嵌合と溶接という公知の簡便な方法で組み立が可能で、特殊な設備や製造技術を必要としないため、作業性は良好である。また、予め、電池蓋1と安全弁10とが一体化されているため、生産性も良好である。本発明の電池用安全装置Sの電池への組込み方法の一例を挙げると、ディスク30あるいはサブディスク40の発電要素側の面にリード50を接続した後、本発明の電池用安全装置Sの電池蓋1、リング材2及び安全弁10の外周部をガスケット5で挟み込み、電池外装缶6の上部開口端にかしめることにより行われる。
The battery safety device S of the present invention can be assembled by a known and simple method of fitting and welding, and does not require special equipment or manufacturing technology, so that workability is good. Further, since the
次に、電池に組込まれた本発明の電池用安全装置Sの作動について説明する。図10は安全弁10のみを取出し、その作動状況を示した図である。なお、説明は、安全弁10の突起部13を囲む溝部15は不連続部14を有する形状の安全弁10で行う。
Next, the operation of the battery safety device S of the present invention incorporated in the battery will be described. FIG. 10 is a view showing only the
図10の(a)は電池が正常時の安全弁10の状態である。この状態では、電流は発電要素からのリード50を通じて、サブディスク40から安全弁10、リング材2、電池蓋1へと流れる。電池に、過充電、短絡などの異常が発生した場合、電池容器内の温度が上昇し、温度上昇により、ガスが発生して、電池容器内の圧力が上昇する。発生したガスはディスク30のガス抜き孔32及びインシュレーター20のガス通過孔22を通過して、安全弁10の凸部12の発電要素側面に圧力をかける。これにより、図10の(b)に示したように、安全弁10の凸部12は電池の蓋側に押し上げられ、安全弁10の突起部13とサブディスク40との接続部に引き離しの力がかかる。電池容器内の圧力が更に上昇し、安全弁10の凸部12にかかる圧力が、安全弁10の突起部13とサブディスク40との接続部切り離しの設計圧力値に到達すると、安全弁10の突起部13とサブディスク40との接続部は切り離され、電流が遮断される。なお、接続部の切り離しでは、接続点のみで切り離されることもあり、接続点のサブディスク40の一部が引きちぎられることもある。
FIG. 10A shows the state of the
電流が遮断されても暫くはガス発生が継続するため、電池容器内の圧力は更に上昇し、圧力が溝部15、線状溝部16の開裂設計圧力値に到達すると、図10の(c)のように、安全弁10の溝部15および線状溝部16が開裂する。この開裂により、電池容器内のガスは電池蓋1に形成されている排気孔7から電池系外へ放出される。これにより、電池の異常状態は解消される。安全弁10の突起部13を囲む溝部15の内部は不連続箇所14があるため、電池の蓋側の方向に向いた状態となり、安全弁10から切り離されることはない。そのため、電池の異常状態が解消された後、本発明の安全装置は、電流遮断の状態が継続され、電池は安全な状態で維持される。
Since the gas generation continues for a while even when the current is cut off, the pressure in the battery container further rises, and when the pressure reaches the design value for the cleavage of the
以上より、本発明の電池用安全装置は、通常時に振動や衝撃を受けても、電流が安定して流れ、電池に異常が発生した場合、電池容器内の圧力が上昇し、所定圧力に到達すると電流が遮断し、引き続いて、安全弁10の溝部15及び線状溝部16が開裂して、ガスを放出することにより、電池の異常状態は解消される。本発明の安全装置Sは異常状態解消後、電流遮断状態は確実に保持され、電池は、再度、異常状態に戻ることは無い。
As described above, the battery safety device according to the present invention has a stable current even if it receives vibration or shock during normal operation, and when an abnormality occurs in the battery, the pressure in the battery container increases and reaches a predetermined pressure. Then, the current is cut off, and subsequently, the
本発明の電池用安全装置は圧力解放機構を有する多くの種類の電池に適用できる。本発明の安全装置が組込まれた電池は、各種電子機器に使用可能であり、それら電子機器の安全性を高めることが可能となる。 The battery safety device of the present invention can be applied to many types of batteries having a pressure release mechanism. The battery in which the safety device of the present invention is incorporated can be used for various electronic devices, and the safety of these electronic devices can be improved.
S 電池用安全装置
1 電池蓋
1A 電池蓋のフランジ
1B 電池蓋の凹面
2 リング材
2A リング材のニッケル系金属
2B リング材のアルミニウム系金属
3 電池蓋とリング材の溶接面
4 リング材と安全弁の溶接面
5 ガスケット
6 電池外装缶
7 電池蓋の排気孔
10 安全弁
11 安全弁のフランジ部
12 安全弁の凹面
12a 凹面の内径
13 突起部
13a 突起部の径
13b 突起部の深さ
14 溝部の不連続部
14a 不連続部の大きさ
15 溝部
16 線状溝部
17 皿形状の外周端部
18 安全弁の下部外周部
20 インシュレーター
21 インシュレーターの中央孔
22 インシュレーターのガス通過孔
23 インシュレーターの回転・移動防止
24 インシュレーター円筒内部の棚
30 ディスク
31 ディスクの貫通孔
32 ディスクのガス抜き孔
33 ディスクの回転・移動防止
40 サブディスク
50 リード
S
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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JP2008071625A JP2009230896A (en) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | Safety device for battery |
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2008
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