JP2009266782A - 電池蓋と一体化されている安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の異状発生の際、危険が確実に回避でき、電池に振動や衝撃が加わった場合でも、電流及び抵抗の変化が少なく、製造の容易な電池蓋と一体化されている安全装置の提供。
【解決手段】電池蓋と一体化されている安全装置において、安全装置Ｓは、外周にフランジ面３１を有する皿形状であって、該皿形状底面３２は、中央に電源要素方向に突出する突起部３３、周辺に所定圧力で開裂する溝部３５及び線状溝部３６が設けられる安全弁３０、皿形状で中央に中心孔４１が設けられるインシュレーター４０及び導電板５０で構成され、安全弁３０はインシュレーター４０に嵌合され、突起部３３はインシュレーター４０の中央孔４１を通り、導電板５０と溶接されており、安全弁３０と電池蓋１０とは溶接介助材を介して溶接されている電池蓋と一体化されている安全装置。
【選択図】図１

Description

本発明は電池蓋と一体化されている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蓋と一体化されている安全装置及び電池蓋と一体化されている安全装置が取り付けられる二次電池に関する。

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。

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、電池容器内が危険な圧力に到達する前に、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装置の提案がある。

例えば、特許文献１には、防爆弁、導電膜が被着形成されているストリッパー、リード板で形成される安全装置が提案されている。この提案によれば、電池の異常発生時、防爆弁とリード板の分離により電流遮断が行われ、防爆弁の開裂によりガスを放出させる。しかしながら、ストリッパーへの導電膜被着作業は煩雑であり、また、防爆弁とストリッパーの導電膜との溶接や防爆弁と動き易いリード板との溶接は難しく、溶接強度が不十分となることがある。そのため、安全装置の製造工程は煩雑となる。溶接強度が不十分となることから、溶接箇所が、電池使用時の衝撃や振動により、分離することがある。また、電池蓋への防爆弁の取付けは、電池蓋と防爆弁とが物理的に合わせられるだけであり、電池使用時の振動や衝撃により、電池蓋と防爆弁の合わせ面の間隔が変化したり、両者の位置がずれることがある。これにより、通電時に抵抗、電流量が変化することがある。

特許文献２には、安全弁、ディスクホルダー、ディスク、金属薄板で構成される安全装置が提案されている。この提案によれば、電池使用時の衝撃や振動により、安全弁とディスクホルダーや金属薄板とリード板が剥離することは少なく、特許文献１に比べ、改善されている。しかしながら、電池蓋への安全弁の取付けは、電池蓋と安全弁とが物理的に合わせられるだけであり、電池使用時の振動や衝撃により、電池蓋と安全弁の合わせ面の間隔が変化したり、両者の位置がずれることがある。それにより、通電時に抵抗や電流量が変化する。また、電池蓋と安全装置の組立は別工程で行われ、製造効率は良くないという課題もある。

特許２７０１３７５号公報 特許３３８７１１８号公報

本発明は、電池の異状発生の際、危険が確実に回避でき、電池に振動や衝撃が加わった場合でも、電流及び抵抗の変化が少なく、製造の容易な電池蓋と一体化された安全装置の提供を目的とする。

請求項１の発明は、電池蓋と一体化されている安全装置において、前記安全装置は、外周にフランジ面を有する皿形状であって、該皿形状底面は、中央に電源要素方向に突出する突起部、周辺に所定圧力で開裂する溝部及び線状溝部が設けられる安全弁、皿形状で中央に中心孔が設けられるインシュレーター及び導電板で構成され、前記安全弁は前記インシュレーターに嵌合され、前記突起部は前記インシュレーターの中央孔を通り、前記導電板と溶接されており、前記安全弁のフランジ面と電池蓋のフランジ部とは溶接介助材を介して、溶接されている電池蓋と一体化されている安全装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電池蓋と一体化されている安全装置において、前記インシュレーターと前記導電板とが一体化されている電池蓋と一体化されている安全装置である。

請求項３の発明は、電池蓋と一体化されている安全装置において、前記安全装置は、外周にフランジ面を有する皿形状であって、該皿形状底面は、中央に電源要素方向に突出する突起部、周辺に所定圧力で開裂する溝部及び線状溝部が設けられる安全弁、皿形状で中央に中心孔が設けられるインシュレーター、皿形状で中央に貫通孔が設けられるディスク及び導電板で構成され、前記安全弁は前記インシュレーターに嵌合され、前記インシュレーターは前記ディスクに嵌合され、前記突起部は前記インシュレーターの中央孔及び前記ディスクの貫通孔を通り、前記導電板と溶接されており、前記安全弁のフランジ面と電池蓋のフランジ部とは溶接介助材を介して溶接されている電池蓋と一体化されている安全装置である。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかの１項に記載の発明の電池蓋と一体化されている安全装置において、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、前記溶接介助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あるいはマグネシウム系金属で形成されている電池蓋と一体化されている安全装置である。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかの1項に記載の電池蓋と一体化されている安全装置において、前記安全弁に設けられる所定圧力で開裂する溝部が不連続部を有することを特徴とする電池蓋と一体化されている安全装置。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかの1項に記載の発明の電池蓋と一体化されている安全装置を発電要素の上部に設置し、電池蓋と一体化されている安全装置の導電板と発電要素からのリードとを接続させる二次電池である。

本発明によれば、電池蓋と安全装置の安全弁とは、溶接介助材を介して、溶接により接続され、一体化されている。電池使用時に、振動や衝撃を受けた場合でも、通電時の抵抗変化や電流量の変化は少ない。また、安全弁はインシュレーターに嵌合されることにより、容易に、確実に接続され、安全弁とインシュレーターとの接続は振動や衝撃の影響を受けることは少ない。また、安全弁はインシュレーターの皿形状内に嵌合されるため、安全装置の小型化が図れる。安全装置は嵌合と公知の溶接により製造され、特殊な技術や設備を必要とすることが無く、更に、安全装置の組立と電池蓋との一体化は同一工程で行うことが可能であり、インシュレーターと導電板との一体化により、安全装置の製造はより容易となる。

本発明の安全装置は小型で、二次電池内の空間効率を低下させることが少ない。また、所定の設定圧力での電流遮断とガス放出により、確実に電池の危険回避ができる。そのため、自動車や建設機械など、電池使用時に振動や衝撃を受ける厳しい使用環境の用途分野においても好適に使用される。

本発明に係る電池蓋と一体化されている安全装置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蓋と一体化されている安全装置の構成概略図である。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。電池蓋１０は、外周にフランジ部１１が設けられ、フランジ部１１の内部は電源要素方向に凹面１２であり、電池異常により発生するガスを放出するためのガス放出孔１３が設けられる。安全装置Ｓは、安全弁３０、インシュレーター４０及び導電板５０で構成される。電池蓋１０、安全弁３０、及び導電板５０は導電性材料で形成され、インシュレーター４０は絶縁性材料で形成される。電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３０のフランジ面３１の間に導電性材料で形成される溶接介助材２０が置かれ、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３０のフランジ面３１とは溶接介助材２０を介して溶接され、これにより電池蓋１０と安全装置Ｓとは一体化される。

電池蓋１０と安全装置Ｓとは溶接介助材２０を介して、溶接により、導電性の良好な状態で接続されるため、通電時に振動や衝撃を受けた場合でも、電池の抵抗変化及び電流変化はほとんど見られない。電池蓋１０、溶接介助材２０及び安全弁３０は溶接により一体化された後、電池蓋１０の外周は安全弁３０のフランジ面３１を折り曲げた外周部３７で包み込こまれていても良い。本発明での溶接は超音波溶接、レーザー溶接、抵抗溶接などの公知の各種溶接法のいずれかにより行われる。又、溶接は点溶接、部分溶接、全面溶接などいずれであっても良い。

安全弁３０の外周はフランジ面３１が形成されており、フランジ面３１の内側は発電要素方向に凸の皿形状であり、該皿形状底面３２の中心部に電源要素方向に突出する突起部３３が設けられ、周辺部に所定圧力で開裂する溝部及び線状溝部が設けられている。安全弁３０は絶縁材で形成される電源要素方向に凸の皿状のインシュレーター４０の内面に当接されて、嵌合保持される。

インシュレーター４０の皿状底面４４は、中央部に中央孔４１を、周辺部にとガス抜き孔４２が設けられる。ガス抜き孔４２は、電池異常により発生するガスを放出するための孔である。導電板５０は、インシュレーター４０の中央孔４１の電源要素方向の面を覆って、取付けられる。導電板５０の電池蓋方向の面は、インシュレーター４０の中央孔４１を通る安全弁３０の突起部３３と溶接により、接続される。電源要素からのリード６０は導電板５０の電源要素方向の面と溶接により接続される。なお、導電板５０にはリード６０と溶接するためのタブ５１が設けられていても良い。タブ５１が設けられる場合、リード６０はタブ５１と溶接される。電源要素からの電流は、リード６０、導電板５０、安全弁３０、溶接介助材２０を通って電池蓋１０へ流れる。

図２は、本発明の電池蓋と一体化されている安全装置の電池への組み込み概略図である。電池蓋１０と安全装置Ｓは、溶接介助材２０を介して、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３０のフランジ面３１とが溶接され、一体化されている。電源要素からのリード６０は導電板５０と溶接により接続される。一体化された電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３０のフランジ面３１の外周は絶縁性のガスケット１で覆われ、ガスケット１を介して、発電要素が収容されている電池外装缶２の開口部３にかしめられる。これにより、安全装置Ｓは電池に取付けられ、電池は密閉容器となる。

図３は本発明の他の実施形態に係る安全装置の構成概略図である。電池蓋１０は、外周にフランジ部１１が設けられ、フランジ部１１の内部は電源要素方向に凹面１２であり、電池異常により発生するガスを放出するためのガス放出孔１３が設けられる。安全装置Ｓを構成する部品は安全弁３０、インシュレーター４０、ディスク７０、導電板５０である。電池蓋１０、安全弁３０、ディスク７０、及び導電板５０は導電性材料で形成され、インシュレーター４０は絶縁性材料で形成される。ディスク７０はインシュレーター４０の皿状底面４４の厚さが薄い場合や形成する材料の曲げ弾性率が低い場合、使用される。電池蓋１０と安全装置Ｓとは、導電性材料で形成される溶接介助材２０を介して、電池蓋１０のフランジ部１１と安全装置Ｓの安全弁３０のフランジ面３１とが溶接されることにより、一体化される。

安全弁３０の外周にはフランジ面３１が形成されており、フランジ面３１の内側は発電要素方向に凸の皿形状であり、皿形状底面３２の中心部に電源要素方向に突出する突起部３３が設けられ、周辺部に所定圧力で開裂する溝部及び線状溝部が設けられている。安全弁３０は絶縁材で形成された電源要素方向に凸の皿状のインシュレーター４０の内面に当接させて、嵌合保持される。

インシュレーター４０の皿状底面４４には中央孔４１とガス抜き孔４２が設けられる。インシュレーター４０の皿状外周面は皿形状のディスク７０の内面に当接され、嵌合保持される。安全弁３０とディスク７０はインシュレーター４０により絶縁される。ディスク７０の皿底面７４の中央部に貫通孔７１、周辺部にガス通過孔７２が設けられる。ガス通過孔７２は、電池異常により発生するガスを放出する孔である。導電板５０は、ディスク７０の貫通孔７１の電源要素方向の面を覆って、溶接により取付けられる。導電板５０の電池蓋方向の面は、インシュレーター４０の中央孔４１及びディスク７０の貫通孔７１を通る安全弁３０の突起部３３と溶接により、接続される。電源要素からのリード６０は導電板５０の電源要素方向の面と溶接により接続される。

電池蓋１０は導電性材料で形成され、公知のプレス加工や鋳造などの方法で製造される。好ましい材料としては、導電性及び加工性の良いニッケル系金属、鉄系金属、または、ステンレスなどが挙げられる。電池蓋１０が鉄系金属で形成される場合、電池蓋１０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１０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１０を形成した後、ニッケルめっきを行っても良い。

鉄系金属で形成される電池蓋１０のニッケルめっきは、公知のニッケルめっき方法で行われる。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。ニッケルめっきが半光沢や無光沢で無い場合、溶接が難しくなることがある。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。めっき厚さが前記下限より薄い場合、耐食性や表面硬度の向上が不十分となることがあり、また、溶接が難しくなることがある。また、上限より厚くなると、めっき時間が長くなる。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。

図４（ａ）は電池蓋１０の発電要素方向から見た平面図、（ｂ）は側面図である。電池蓋１０の平面形状は、電池外装缶２の開口部３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１０、安全弁３０、インシュレーター４０の上面から見た平面形状は円形で説明する。電池蓋１０の周辺部はフランジ部１１、中央部は電源要素方向から見て、凹面１２が形成される。凹面１２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ガス放出孔１３が設けられる。ガス放出孔１３の数は１箇所以上あれば良いが、凹面１２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。ガス放出孔１３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良い。

安全弁３０は導電性材料で形成され、主に公知のプレス加工法で製造される。安全弁３０を形成する材料は、安全弁３０の形状加工性や電池異常時に発生するガスの放出圧力を精度良く制御するため、弾性率が１．５×１０^１１Ｐａより低い導電性材料が好ましく使用される。安全弁３０を形成する好ましい材料の具体例として、アルミニウム系金属、マグネシウム系金属、銅系金属が挙げられる。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、銅などの一種以上の金属との合金で、アルミニウムが主成分の合金をいう。また、マグネシウム系金属とは、純マグネシウム、または、マグネシウムとアルミニウム、その他の金属との合金で、マグネシウウムが主成分の合金をいう。銅系金属とは、純銅、リン青銅、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｂｅ合金、黄銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金などをいう。

図５の（ａ）は電池蓋方向から見た安全弁３０の平面図、（ｂ）は側面図である。安全弁３０は外周にフランジ面３１が形成され、フランジ面３１の内側は、電源要素方向に凸の皿形状である。フランジ面３１の外周は電池蓋方向に折り曲げられていても良い。フランジ面３１の外周が折り曲げられている場合、この折り曲げ部（図示せず）は、安全弁３０と電池蓋１０とを組み合わせる際のガイドとなる。また、安全弁３０のフランジ面３１と電池蓋１０のフランジ部１１とを溶接介助材２０を介して、溶接した後、折り曲げ部により、電池蓋１０を包み込んでも良い。

安全弁３０の皿形状底面３２の中心部に電源要素方向に突出する突起部３３が、周辺部に溝部３５と複数の線状溝部３６が設けられている。突起部３３は導電板５０と溶接などの方法で接続される。異状により電池内が設定圧力に到達すると、突起部３３と導電板５０との接続部が切断され、電流は遮断される。その後、さらに圧力が上昇して、設定圧力に到達すると、溝部３５及び線状溝部２６は開裂し、電池内の圧力を低下させる。

突起部３３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３３の先端部は平面状であっても、電源要素方向に膨らんでいても良い。突起部３３の皿形状底面３２での径３３ａは、皿形状底面３２の径３２ａ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、突起部３３の深さ３３ｂは、導電板５０と接続して、安全装置Ｓの厚さができるだけ抑えられる深さである。安全装置Ｓが安全弁３０、インシュレーター４０及び導電板５０で構成される場合、（インシュレーター４０の皿状底面４４の厚さ）≦３３ｂ＜（インシュレーター４０の皿状底面４４の厚さ＋０．２ｍｍ）である。また、安全装置Ｓが安全弁３０、インシュレーター４０、ディスク７０及び導電板５０で構成される場合、（インシュレーター４０の皿状底面４４の厚さ＋ディスク７０の皿形状底面７４の厚さ）≦３３ｂ＜（インシュレーター４０の皿状底面４４の厚さ＋ディスク７０の皿形状底面７４の厚さ＋０．２ｍｍ）である。

皿形状底面３２の周辺部には、突起部３３を囲む溝部３５と溝部３５から皿形状底面３２の外周部に向かって複数の線状溝部３６が形成されている。溝部３５と線状溝部３６とは接続しているほうが好ましい。溝部３５及び線状溝部３６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３３と導電板５０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、設定圧力に到達した際、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３５の形状は、突起部３３の周囲を囲む形状であれば、特に、制約はない。溝部３５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３５の内面積は、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３５の径３５ａは、突起部３３の径３３ａより大きく、皿形状底面３２の径３２ａの１０〜３５％が好ましく、より好ましくは、１５〜３０％である。

溝部３５は、連続する形状であっても良いが、不連続部３４が設けられる形状が好ましい。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、電流が遮断され、更に、圧力が上昇し、設定圧力で、溝部３５、線状溝部３６は開裂する。溝部３５は不連続部３４が設けられている場合、開裂時に溝部３５の内部が開裂箇所として、安全弁３０から分離することが無い。不連続部３４が無い場合、開裂により、溝部３５の内部が開裂箇所として分離し、分離する開裂箇所が安全弁３０と導電板５０あるいはリード６０とを短絡させることがあり、安全装置Ｓは、再び、電流が流れ、二次電池が異常状態に戻る危険性がある。

不連続部３４の大きさ３４ａは、溝部３５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３５の円周の長さの１／５０〜１／２、より好ましくは、１／２０〜１／３の大きさであれば良い。溝部３５、線状溝部３６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３５、線状溝部３６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３５と線状溝部３６の線幅は、０．０５〜０．５ｍｍの範囲で形成されることが好ましい。

線状溝部３６は、突起部３３の中心を通る放射方向の直線であっても良く、また、線状溝部３６が突起部３３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３６の本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３６の長さは、線状溝部３６が溝部３５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。

電池蓋１０の好ましい材料であるニッケル系金属や鉄系金属と安全弁３０の好ましい材料であるアルミニウム系金属やマグネシウム系金属とを直接溶接することは困難である。溶接介助材２０は、直接溶接することが難しい材料同士の間に介在し、溶接することが難しい材料同士を溶接させる材料である。本願発明で使用される溶接介助材２０は、一面がニッケル系金属や鉄系金属と溶接が容易なニッケル系金属、他の面がアルミニウム系金属やマグネシウム系金属と溶接が容易なアルミニウム系金属の２層で形成される材料が好ましい。ニッケル系金属とアルミニウム系金属の間に導電性材料が含まれる３層で形成される材料の使用も可能である。溶接介助材２０の具体例としては、ニッケル系金属とアルミニウム系金属との張り合わせ材、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などが挙げられる。

溶接介助材２０の形状は、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３１のフランジ面３１
との当接面内に、設置できる形状であれば良い。図６に、溶接介助材２０の具体的な形状の例をいくつか示す。図６の（ａ）は、リング形状の溶接介助材２０の例であり、（ｂ）は、略円板形状の溶接介助材２０の例であり、（ｃ）は、略角板形状の溶接介助材２０の例である。溶接介助材２０の形状はこれらに限定されない。いずれの形状であっても、図６では、上面がニッケル系金属部２１であり、下面がアルミニウム系金属部２２である。溶接介助材の形状が、略円板形状や略角板形状である場合、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３１のフランジ面３１との当接面内に、２個以上が設置される。

溶接介助材２０の設置の方法は、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３１のフランジ面３１とが溶接できる設置方法であれば良い。例えば、図１に示すように、電池蓋１０のフランジ部１１及び安全弁３１のフランジ面３１が平面状の場合、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３１のフランジ面３１の当接面の間に置かれる。また、図３に示すように、電池蓋１０のフランジ部１１に、溶接介助材２０を保持できる埋め込み部を設け、その埋め込み部に溶接介助材２０を設置する方法であっても良い。図７に、電池蓋１０のフランジ部１１に設けられる埋め込み部１４のいくつかの例の電源要素方向から見た平面図を示す。図７の斜線部で示す部分が埋め込み部である。図７の（ａ）はリング形状の溶接介助材２０が用いられる埋め込み部１４の例であり、（ｂ）は略円板形状の溶接介助材２０が用いられる埋め込み部１４の例であり、（ｃ）は、略角板形状の溶接介助材２０が用いられる埋め込み部１４の例である。なお、略円板形状や略各板形状が使用される場合、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３１のフランジ面３１の当接面に、２個以上が設置される。なお、この埋め込み部は安全弁３０のフランジ面３１に設けられても良く、フランジ部１１及びフランジ面３１の両方に設けられても良い。

溶接介助材２０の厚さは、電池蓋１０のフランジ部１１の厚さより薄ければ良いが、好ましくは、０．０５〜１．５ｍｍ、より好ましくは、０．１〜１．０ｍｍの範囲である。溶接介助材２０の厚さが上記下限より薄い場合、電池蓋１０と安全弁３０との溶接が難しくなることがある。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。本発明では、導電性の観点から、アルミニウム系金属部２２の厚さがニッケル系金属部２１の厚さより厚い溶接介助材２０が好ましく使用される。

溶接介助材２０の設置方法や形状はいずれであっても、電池蓋１０のフランジ部１１にニッケル系金属２１の面を向け、安全弁３０のフランジ面３１にアルミニウム系金属２２の面を向けて置かれる。電池蓋１０、溶接介助材２０、安全弁３０の溶接は、前記３者を公知の溶接法により、同時に行っても良く、また、電池蓋１０と溶接介助材２０との溶接、溶接介助材２０と安全弁３０との溶接を、それぞれ別に行っても良い。

インシュレーター４０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、射出成形温度２００℃以上の、耐熱性に優れた樹脂が好ましく使用される。樹脂材料の具体例としては、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、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、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。また、これら樹脂材料にはガラス繊維や各種の無機充填材が配合されていても良い。前記の樹脂材料の中では、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーなどが好ましく使用される。

図８の（ａ）は電池蓋方向から見たインシュレーター４０の平面図、（ｂ）は側面図である。インシュレーター４０は、電源要素方向に凸の皿状で、皿状底面３４の中央部に安全弁３０の突起部３３を通すことができる中央孔４１が設けられ、周辺部には複数のガス抜き孔４２が設けられる。中央孔４１は、安全装置Ｓを組み立てる際、安全弁３０の突起部３３を通すことができる大きさであれば良く、形状に特別の制約は無い。形状としては、加工上、円形であることが好ましい。ガス抜き孔４２は、電池に異常が起った場合、発生するガスを容易に通過させることの出来る形状である。ガス抜き孔４２は、インシュレーター４０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。また、インシュレーター４０を形成する材料の曲げ弾性率Ｍと皿状底面３４の厚さＴとの積ＭＴは４８０ＭＰａ・ｍｍ以上であることが好ましい。ＭＴの値が４８０ＭＰａ・ｍｍより小さい場合、電池の異状発生時の電池内圧力により、インシュレーター４０の形状が変化することがあり、安全装置Ｓが正常に機能しないことがある。

安全弁３０とインシュレーター４０との接続は、インシュレーター４０の皿状の内側に、安全弁３０の外周部を嵌合し、保持することで行われる。安全弁３０をインシュレーター４０に嵌合した後、回転や離脱防止のため、離脱防止（図示せず）が設けられることが好ましい。安全弁３０の厚さを可能な範囲で、インシュレーター４０の皿状の深さに近づけることにより、安全装置Ｓの小型化・薄型化が容易となる。

導電板５０は導電性材料で形成される。導電板５０はアルミニウム系金属、銅系金属、ニッケル系金属、マグネシウム系金属などで形成されることが好ましい。図９は導電板５０と安全弁３０の突起部３３との接続部概略図である。導電板５０の形状は、インシュレーター４０の中央孔４１を塞ぎ、且つ、ガス抜き孔４２を可能な限り閉塞させなければ良い。導電板５０の厚さは、リード６０と溶接可能であれば良い。通常、厚さは、０．０１ｍｍ以上あれば良いが、好ましくは、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍである。

導電板５０はインシュレーター４０の中央孔４１の電源要素方向を塞いで取付けられており、導電板５０の電池蓋方向は、インシュレーター４０の中央孔４１を通った突起部３３の先端部と溶接により接続される。導電板５０の電源要素方向の面はリード６０と溶接により接続される。

インシュレーター４０と導電板５０とは、物理的に合わされているだけでも良いが、接続され、一体化されていることが好ましい。インシュレーター４０と導電板５０とを接続、一体化する方法は、樹脂と金属材料との公知の接続法により行われる。例えば、インサート成形法、熱溶着法、接着剤法、物理的な噛み合わせ法などが挙げられるが、これらに限定されない。インシュレーター４０と導電板５０との一体化は、インシュレーター４０の製造時に同一工程で行うことが可能であり、これにより安全装置Ｓの製造はより容易となる。

安全装置Ｓの組立ては、安全弁３０を導電板５０と一体化されたインシュレーター４０と嵌合し、安全弁３０の突起部３３と導電板５０とを溶接する方法が、工程が短く、好ましいが、この方法に限定されない。他の方法の例としては、インシュレーター４０に安全弁３０を嵌合した後、安全弁３０の突起部３３と導電板５０とを溶接し、その後、導電板５０とインシュレーター４０とを接続させて、組み立てても良い。本発明の安全装置Ｓは嵌合と溶接等の公知の方法で製造される。製造には特殊な設備や製造技術を必要としないため、製造は容易である。

電池蓋１０と安全装置Ｓとの一体化は、安全装置Ｓを組立てた後、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３０のフランジ面３１との間に溶接介助材２０を置き、溶接しても良い。また、電池蓋１０のフランジ部１１と安全弁３０のフランジ面３１との間に溶接介助材２０を置き、溶接により、電池蓋１０、溶接介助材２０、安全弁３０を一体化した後、安全弁３０にインシュレーター４０及び導電板５０を取付けても良い。

図１０は、本発明の安全装置Ｓの安全弁３０の作動状況を説明する図である。図１０の（ａ）は電池が正常時の状態である。この状態では、電流は発電要素からのリード６０を通じて、導電板５０から安全弁３０、溶接介助材２０、電池蓋１０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、電池内にガスが発生して、電池容器内の圧力が上昇する。発生したガスはインシュレーター４０のガス抜き孔４２を通過して、安全弁３０の皿形状底面３２の発電要素方向の面に圧力をかける。これにより、安全弁３０の突起部３３の先端と導電板５０との接続部に引き離しの力がかかり、所定圧力に到達すると突起部３３と導電板５０とは切り離され、図１０の（ｂ）の状態となり、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、接続点の導電板５０の一部が引きちぎられることもある。

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、皿形状底面３２は電池蓋方向に、更に、膨れ上がる。図１０の（ｃ）は、電池内圧力が溝部３５、線状溝部３６の開裂設計圧力値に到達して、安全弁３０の溝部３５および線状溝部３６が開裂した状態である。この開裂により、電池容器内のガスは電池蓋１０に形成されているガス放出孔１３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３０の開裂箇所は電池蓋方向に開いた状態にあるため、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。

以上より、本発明の電池蓋と一体化されている安全装置は、通電時に振動や衝撃を受けても、抵抗や電流量の変化は少なく、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３０の溝部３５及び線状溝部３６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。また、安全装置Ｓは小型化されており、製造は容易である。

本発明の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。

本発明の一実施形態に係る電池蓋と一体化されている安全装置の構成概略図 電池蓋と一体化されている安全装置の電池への組み込み概略図 本発明の他の実施形態に係る電池蓋と一体化されている安全装置の構成概略図 電池蓋の平面図と側面図 安全弁の平面図と側面図 溶接介助材の形状の例 電池蓋に設けられる埋め込み部の平面図 インシュレーターの平面図と側面図 突起部と導電板との接続概略図 本発明安全装置の安全弁の作動図

符号の説明

Ｓ 電池用安全装置
１ ガスケット
２ 電池外装缶
３ 電池外装缶の開口部
１０ 電池蓋
１１ 電池蓋のフランジ部
１２ 電池蓋の凹面
１３ 電池蓋のガス放出孔
１４ 埋め込み部
２０ 溶接介助材
２１ 溶接介助材のニッケル系金属部
２２ 溶接介助材のアルミニウム系金属部
３０ 安全弁
３１ 安全弁のフランジ面
３２ 皿形状底面
３２ａ 皿形状底面の内径
３３ 突起部
３３ａ 突起部の径
３３ｂ 突起部の深さ
３４ 溝部の不連続部
３４ａ 不連続部の大きさ
３５ 溝部
３６ 線状溝部
３７ フランジ面の外周部
４０ インシュレーター
４１ インシュレーターの中央孔
４２ インシュレーターのガス抜き孔
４４ インシュレーターの皿状底面
５０ 導電板
５１ 導電板のタブ
６０ リード
７０ ディスク
７１ ディスクの貫通孔
７２ ディスクのガス通過孔
７４ ディスクの皿形状底面

Claims (6)

1. 電池蓋と一体化されている安全装置において、前記安全装置は、外周にフランジ面を有する皿形状であって、該皿形状底面は、中央に電源要素方向に突出する突起部、周辺に所定圧力で開裂する溝部及び線状溝部が設けられる安全弁、皿形状で中央に中心孔が設けられるインシュレーター及び導電板で構成され、前記安全弁は前記インシュレーターに嵌合され、前記突起部は前記インシュレーターの中央孔を通り、前記導電板と溶接されており、前記安全弁のフランジ面と電池蓋のフランジ部とは溶接介助材を介して、溶接されていることを特徴とする電池蓋と一体化されている安全装置。
2. 請求項１に記載の電池蓋と一体化されている安全装置において、前記インシュレーターと前記導電板とが一体化されていることを特徴とする電池蓋と一体化されている安全装置。
3. 電池蓋と一体化されている安全装置において、前記安全装置は、外周にフランジ面を有する皿形状であって、該皿形状底面は、中央に電源要素方向に突出する突起部、周辺に所定圧力で開裂する溝部及び線状溝部が設けられる安全弁、皿形状で中央に中心孔が設けられるインシュレーター、皿形状で中央に貫通孔が設けられるディスク及び導電板で構成され、前記安全弁は前記インシュレーターに嵌合され、前記インシュレーターは前記ディスクに嵌合され、前記突起部は前記インシュレーターの中央孔及び前記ディスクの貫通孔を通り、前記導電板と溶接されており、前記安全弁のフランジ面と電池蓋のフランジ部とは溶接介助材を介して溶接されていることを特徴とする電池蓋と一体化されている安全装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかの1項に記載の電池蓋と一体化されている安全装置において、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、前記溶接介助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あるいはマグネシウム系金属で形成されていることを特徴とする電池蓋と一体化されている安全装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかの1項に記載の電池蓋と一体化されている安全装置において、前記安全弁に設けられる所定圧力で開裂する溝部が不連続部を有することを特徴とする電池蓋と一体化されている安全装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかの１項に記載の電池蓋と一体化されている安全装置を発電要素の上部に設置し、電池蓋と一体化されている安全装置の導電板と発電要素からのリードとを接続させることを特徴とする二次電池。

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