JP2013143370A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、電解液を有するコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにおいて、その内圧上昇により内部に発生したガスを排出する防爆弁を備えた密閉型電気化学デバイス用封口板に関する。
電解液を有するコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにあっては、短絡・過充電・逆充電などにより電解液の分解によりその本体内でガスが発生し、本体内に蓄積されたガスによりその内圧が上昇し、破裂や発火などの密閉型電気化学デバイスに悪影響を与えるおそれがあり、その本体に蓄積されたガスを電池外に排出して内圧を大気開放するアルミニウム金属箔でできた防爆弁が使用されている。本体の内圧値が所定の値に達した時、この防爆弁が破断して本体内に蓄積されたガスを本体外に排出するように密閉型電気化学デバイスの封口体に形成した防爆弁装置が知られている。しかし、防爆弁の素材にアルミニウム金属箔を使用する場合には、アルミニウム金属箔は電解液に腐食されやすく、外部から異物により突き破られやすいので、アルミニウム金属箔の表面に特別な処理などをする必要があり、コスト高となるので、アルミニウム金属箔に代替する素材でできた防爆弁が要望されている。
そこで、アルミニウム金属箔に代替する素材でできた防爆弁として、例えば、電解液を有する密閉型電気化学デバイスとして、電解液を有するコンデンサを例にすると、特許文献1において、合成樹脂で成形したが封口栓(本願の封口板に相当)の一部に防爆孔(本願のガス抜き孔)を形成し、その防爆孔にゴム・合成樹脂などの弾性皮膜(本願の弁膜部に相当)を合成樹脂の支持体で成形して支持して、その弾性皮膜をコンデンサ内のガスの圧力で膨張破断することによりガスを排出するようにした防爆弁装置が提案されている。
また、電解液を有する密閉型電気化学デバイスとして、リチウム電池を例にすると、特許文献2において、一極性端子を兼用する封口蓋板の一部にガス抜き孔を設け、ポリプロピレン樹脂製のフィルム(本願の弁膜部に相当)を熱溶着により封口蓋板に貼り付けて、そのフィルムでガス抜き孔を閉塞し、電池内圧の上昇によりこのフィルムが破断するようにした防爆弁装置が提案されている。
しかし、特許文献1の防爆弁装置では、本願の弁膜部に相当する弾性皮膜は圧力で膨張破断するので、突き破るようにして一気に破断することができず破断に至るのに時間がかかり、ガスにより急激に内圧が上昇する場合に迅速にガスを排出し難いという問題がある。
また、特許文献2の防爆弁装置では、本願の弁膜部に相当するフィルムがポリプロピレン樹脂のような熱可塑性樹脂でできているので、特許文献1と同様にフィルムが突き破るようにして一気に破断せず、破断に時間がかかり迅速にガスを排出し難く、さらに、フィルムの貼り付け作業やフィルムと封口蓋板との密着接合を確実にするよう配慮する必要がある。さらに、ポリプロピレン樹脂のような熱可塑性樹脂で射出成形などで成形する場合には、ウエルドによる成形欠陥が発生しやすく、皮膜のような薄肉の成形部においてこのようなウエルドにより強度が劣化して強度に信頼性がなくなるので、上記のような内圧による破断作用が不安定となる。
本発明は、上記の問題点を解消するために、コンデンサやリチウム電池などの電解液を有する密閉型電気化学デバイスの本体内に蓄積されたガスにより急激に内圧が上昇しても迅速にガスをその本体外へ排出させて、この密閉型電気化学デバイスが破裂したり発火したりするのを未然に防止する防爆弁を提供することを目的とする。
本発明の密閉型電気化学デバイス用封口板は、ガス抜き孔を備え、かつ、前記ガス抜き孔を閉塞する熱硬化性樹脂で成形してできた弁膜部からなる防爆弁を備えた密閉型電気化学デバイス用封口板であって、前記ガス抜き孔は金属材でできた封口板の貫通孔に中空状の筒部を密着接合させることにより形成し、前記筒部の一端には封口板の一方の表面に密着させて外周方向に延出した外側鍔部を有し、前記筒部の他端には封口板の他方の表面に密着させて外周方向に延出した内側鍔部を有し、前記外側鍔部には前記ガス抜き孔を閉塞しかつ前記外側鍔部の厚さよりも薄い厚さの弁膜部を有し、これら筒部と外側鍔部と内側鍔部と弁膜部を熱硬化性樹脂で前記封口板に一体に成形してできたことを特徴とする。同請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の密閉型電気化学デバイス用封口板で、前記弁膜部の一部に薄肉部を形成して破断しやすくしたことを特徴とする。同請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の密閉型電気化学デバイス用封口板で、前記ガス抜き孔は弁膜部の方向に断面積を小さくしノズル形状となるように傾斜壁が形成されたことを特徴とする。
本発明の密閉型電気化デバイス用封口板は、熱硬化性樹脂で成形してできた弁膜部からなる防爆弁を備えているので、本体内に蓄積されたガスにより急激に内圧が上昇したときに弁膜部を突き破るようにして一気に破断させて、そのガスを迅速に本体外に排出して、この密閉型電気化学デバイスが破裂したり発火したりするのを未然に防止することができ、しかも、熱可塑性樹脂で成形してできた弁膜部に比しウエルドによる成形欠陥が発生しにくく強度に信頼性のある弁膜部が得られるので、上記の破断作用が安定する。また、筒部と外側鍔部と内側鍔部と弁膜部を熱硬化性樹脂で前記封口板に一体に成形することにより、弁膜部を貼り付けて形成する作業を必要とせず、筒部と外側鍔部と内側鍔部とを前記封口板に密着させて、本体内から電解液が漏れ出るのを防ぐことができる。また、防爆弁の弁膜部の一部に薄肉部を形成することにより、弁膜部の破断がしやすい。さらに、密閉型電気化学デバイス用封口板と前記防爆弁とを熱硬化性樹脂で一体に成形することにより、防爆弁の弁膜部を閉型電気化学デバイス用封口板に確実にかつ複雑な構成とせずに備えることができる。また、前記ガス抜き孔は弁膜部の方向に断面積を小さくしノズル形状となるように傾斜壁が形成されているので、本体内に蓄積されたガスによりその内圧が上昇した場合、そのガスがより速い速度で弁膜部7を突き破るようにして一気に切断をしやすくするなどの効果を有する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(実施形態1)
図1および図4において、図1は実施形態1の防爆弁3を示し、図4はその防爆弁3および端子部12を備えた封口板1を密閉型電気化学デバイスの本体に設けた密閉型電気化学デバイスを示し、その防爆弁3は拡大して図示する。
図1および図4において、図1は実施形態1の防爆弁3を示し、図4はその防爆弁3および端子部12を備えた封口板1を密閉型電気化学デバイスの本体に設けた密閉型電気化学デバイスを示し、その防爆弁3は拡大して図示する。
この密閉型電気化学デバイスは電解液を有するコンデンサやリチウム電池などで、円板(楕円を含む)状や矩形状の封口板1を蓋として組み合わせて密封して閉じられる箱型ケース18からなる本体としており、この箱型ケース18は負極端子となるように封口板1と同様なアルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできているが、この負極端子以外の部分を合成樹脂やゴムなどで被覆するように処理をしてもよい。封口板1を箱型ケース18に組み合わせるにはレーザ溶接などの接合手段17で本体内を密封するように行うので、その本体内には電解液20および正負極素子部19が気密状態に設けられている。
図4における封口板1は極性端子を兼用するようにアルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできており、防爆弁3および端子部12を有し、この端子部12の金属端子13はリード15にて正負極素子部19と電気接続されている。この金属端子13は銅(その合金を含む)やアルミニウム(その合金を含む)などでできており、端子部12は金属端子13が絶縁材14を介して封口板1と電気的に絶縁しかつ密着するように一体に成形またはかしめ固着されている。
図1を参照して、防爆弁3の構成を説明する。封口板1はアルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできており、端子部12と離れた位置に貫通孔2が形成されている。この貫通孔2に中空状の筒部4が設けられて、筒部4の中空部がガス抜き孔8となり、この筒部4の一端には外周方向に延出した外側鍔部5と筒部4の他端には外周方向に延出した内側鍔部6が封口板1を挟むように形成されており、外側鍔部5には皮膜状となるように外側鍔部5の厚さよりも薄い厚さの弁膜部7が形成されて防爆弁3を構成している。この防爆弁3を構成する際、筒部4、外側鍔部5、内側鍔部6および弁膜部7を熱硬化性樹脂で、封口板1と一体に成形することにより、封口板1の貫通孔2に中空状の筒部4を密着接合させ、筒部4の一端の外側鍔部5を封口板1の一方の表面に密着させ、筒部4の他端の内側鍔部6を封口板1の他方の表面に密着させるとともに、外側鍔部5にはガス抜き孔8を閉塞しかつ外側鍔部5の厚さよりも薄い厚さで、熱硬化性樹脂で成形してできた弁膜部7が形成されている。これらの熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂やエポキシ樹脂やジリアルフタレート樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などを例示でき、弁膜部7はこのような熱硬化性樹脂で成形してできた皮膜となるので、膨張破断をさせるゴムや熱可塑性樹脂でできた皮膜に比し突き破るようにして一気に破断しやすい。従って、本願の密閉型電気化学デバイスにおいては、短絡・過充電・逆充電などにより電解液20が分解されて、その本体内でガスが発生し、その蓄積されたガスによりその内圧が上昇するが、上記のような防爆弁3の構成により、その内圧で弁膜部7が突き破るようにして一気に破断するので、閉塞されていたガス抜き孔8を開放してガスを本体外へ排出させて内圧を大気開放することにより、密閉型電気化学デバイスに破裂や発火などの悪影響を与えないようにしている。
また、防爆弁3を封口板1に密着させた構成とすることにより、本体内の電解液20が封口板1と防爆弁3との間から本体外に漏れ出るのを防ぐことができる。この実施形態1においては、弁膜部7の下面は外側鍔部5の下面と同一平面上にあり、弁膜部7の上面は外側鍔部5の上面よりも下方にあるように凹所9が形成されており、弁膜部7の上面は外側鍔部5よりも高さを低くしているので、封口板1の表面に突出せず、弁膜部7が本体外に突出しないようすることができ、弁膜部7が外部から損傷を受け難くしている。なお、好ましい例として、内側鍔部6を外側鍔部5よりも変形しにくくすれば、ガス圧により弁膜部7を突き破る際、弁膜部7を本体外の方向に加圧されやすくなるので、実施例としては内側鍔部6を封口板1の表面に密着させる面積は、外側鍔部5をその厚さが内側鍔部6と同じであっても、封口板1の表面に密着させる面積よりも多くしている。
(実施形態2)
図2は、アルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできた封口板1に皮膜状の弁膜部7からなる防爆弁31を一体に成形した密閉型電気化学デバイスに用いる封口板の防爆弁を示す。弁膜部7はフェノール樹脂やエポキシ樹脂やジリアルフタレート樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂で成形してできており、その構成は、実施形態1を示す図1と同じものは同じ符号で示しているので、詳細な構成は図1に示すとおりである。この防爆弁31は図4における端子部12とともに極性端子を兼用する封口板1に備えられており、本体外方向に突き破って破断される弁膜部7は突き破って一気に破断しやすくするように上記熱硬化性樹脂でできており、その中央に上方側の表面を切除した薄肉部10が形成されており、この薄肉部10は弁膜部7の破断を促進することができる。この実施形態では薄肉部10を弁膜部7の中央に形成しているが、十文字状に形成したり、周辺位置に環状に形成したりして弁膜部7の一部に形成してもよい。なお、弁膜部7の厚さおよび薄肉部10の厚さは破断する圧力により設定すればよい。
図2は、アルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできた封口板1に皮膜状の弁膜部7からなる防爆弁31を一体に成形した密閉型電気化学デバイスに用いる封口板の防爆弁を示す。弁膜部7はフェノール樹脂やエポキシ樹脂やジリアルフタレート樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂で成形してできており、その構成は、実施形態1を示す図1と同じものは同じ符号で示しているので、詳細な構成は図1に示すとおりである。この防爆弁31は図4における端子部12とともに極性端子を兼用する封口板1に備えられており、本体外方向に突き破って破断される弁膜部7は突き破って一気に破断しやすくするように上記熱硬化性樹脂でできており、その中央に上方側の表面を切除した薄肉部10が形成されており、この薄肉部10は弁膜部7の破断を促進することができる。この実施形態では薄肉部10を弁膜部7の中央に形成しているが、十文字状に形成したり、周辺位置に環状に形成したりして弁膜部7の一部に形成してもよい。なお、弁膜部7の厚さおよび薄肉部10の厚さは破断する圧力により設定すればよい。
(実施形態3)
図3は、アルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできた封口板1に皮膜状の弁膜部7からなる防爆弁32を一体に成形した密閉型電気化学デバイスに用いる封口板の防爆弁を示す。弁膜部7はフェノール樹脂やエポキシ樹脂やジリアルフタレート樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂で成形してできており、その構成は、実施形態1を示す図1と同じものは同じ符号で示しているので、詳細な構成は図1に示すとおりである。この防爆弁32は図4における端子部12とともに極性端子を兼用する封口板1に備えられており、防爆弁32の筒部4の中空部は、外側鍔部5の方向すなわち弁膜部7の方向に断面積を小さくしノズル形状となるように傾斜壁が形成されたガス抜き孔81を構成して、この弁膜部7を本体外方向に突き破るようにして一気に破断させるようにしている。このようなガス抜き孔81により、ガス抜き孔81がノズル形状となって、本体内に蓄積されたガスによりその内圧が上昇した場合、そのガスがガス抜き孔81からさらに速い速度で弁膜部7を突き破るようにして切断をしやすくしている。さらに、図示しないが、弁膜部7に実施形態2のように上方側の表面を切除した薄肉部を形成すれば、さらに、弁膜部7を突き破りやすくなり、弁膜部7の破断を促進することができる。
図3は、アルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできた封口板1に皮膜状の弁膜部7からなる防爆弁32を一体に成形した密閉型電気化学デバイスに用いる封口板の防爆弁を示す。弁膜部7はフェノール樹脂やエポキシ樹脂やジリアルフタレート樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂で成形してできており、その構成は、実施形態1を示す図1と同じものは同じ符号で示しているので、詳細な構成は図1に示すとおりである。この防爆弁32は図4における端子部12とともに極性端子を兼用する封口板1に備えられており、防爆弁32の筒部4の中空部は、外側鍔部5の方向すなわち弁膜部7の方向に断面積を小さくしノズル形状となるように傾斜壁が形成されたガス抜き孔81を構成して、この弁膜部7を本体外方向に突き破るようにして一気に破断させるようにしている。このようなガス抜き孔81により、ガス抜き孔81がノズル形状となって、本体内に蓄積されたガスによりその内圧が上昇した場合、そのガスがガス抜き孔81からさらに速い速度で弁膜部7を突き破るようにして切断をしやすくしている。さらに、図示しないが、弁膜部7に実施形態2のように上方側の表面を切除した薄肉部を形成すれば、さらに、弁膜部7を突き破りやすくなり、弁膜部7の破断を促進することができる。
実施形態1から3の各防爆弁3、31、32および端子部12を備えたアルミニウム(その合金を含む)やステンレスなどの金属材でできた封口板1を密閉型電気化学デバイスの本体に設ける場合、図4においては、封口板1は極性端子を兼用するようにしたが、端子部12を正極と負極の一対の端子部121、122として備えれば、極性端子と兼用しない封口板1であってもよいので、以下、図5を参照して説明する。
図5は、実施形態1の防爆弁3および一対の端子部121、122を備えた封口板1を密閉型電気化学デバイスの本体に設けた密閉型電気化学デバイスを示し、その防爆弁3は拡大して図示しており、この防爆弁3としては実施形態2の防爆弁31または実施形態3の防爆弁32であってもよい。図5において、一対の端子部121、122は防爆弁3を介して離間して設けられており、それぞれの端子部121、122は絶縁材141、142を介して封口板1に固着された金属端子131、132を有する。各金属端子132、134はそれぞれ正極または負極となり、リード15、16にて正負極素子部19と電気接続されている。なお、金属端子131、132の材質は銅(その合金を含む)やアルミニウム(その合金を含む)などであり、封口板1への固着は、絶縁材141、142の素材を防爆弁3と同じフェノール樹脂やエポキシ樹脂やジリアルフタレート樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂とし、防爆弁3を封口板1に一体に成形する際に、インサート成形により一体に成形すればよい。また、他の構成は、図4と同じ符号であるので、説明は省略する。この防爆弁3の構成により、短絡・過充電・逆充電などにより電解液20の分解により密閉型電気化学デバイスの本体内でガスが発生し、本体内に蓄積されたガスによりその内圧が上昇し、その内圧で弁膜部7が突き破るようにして一気に破断できるので、閉塞されていたガス抜き孔8を開放してガスを本体外へ排出させて内圧を大気開放することにより、密閉型電気化学デバイスに破裂や発火などの悪影響を与えないようにしている。
以上のように、本願のガス抜き孔8、81を備え、かつ、ガス抜き孔8、81を閉塞する熱硬化性樹脂で成形してできた弁膜部7からなる防爆弁3、31、32を備えた密閉型電気化学デバイスにおいては、短絡・過充電・逆充電などにより電解液20が分解されて、その本体内でガスが発生し蓄積されて本体の内圧が上昇することとなり、上記のような防爆弁3、31、32の構成により、その内圧で弁膜部7を突き破るようにして一気に破断させるので、閉塞されていたガス抜き孔8、81を迅速に開放させてガスを本体外へ排出させて内圧を迅速に大気開放することにより、密閉型電気化学デバイスに破裂や発火などの悪影響を与えないようにしている。この場合、弁膜部7は、フェノール樹脂やエポキシ樹脂やジリアルフタレート樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂で成形してできた皮膜となるので、ゴムや熱可塑性樹脂でできた皮膜のような膨張破断ではなく、突き破るようにして一気に破断できるので、ガスを本体外へ迅速に排出させることができる。なお、これら弁膜部7の厚さは破断する圧力により設定すればよい。
本発明の封口板は、電解液を有するコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスの防爆に有用である。
1 封口板
2 貫通孔
3、31、32 防爆弁
4 筒部
5 外側鍔部
6 内側鍔部
7 弁膜部
8、81 ガス抜き孔
10 薄肉部
2 貫通孔
3、31、32 防爆弁
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7 弁膜部
8、81 ガス抜き孔
10 薄肉部
Claims (3)
- ガス抜き孔を備え、かつ、前記ガス抜き孔を閉塞する熱硬化性樹脂で成形してできた弁膜部からなる防爆弁を備えた密閉型電気化学デバイス用封口板であって、前記ガス抜き孔は金属材でできた封口板の貫通孔に中空状の筒部を密着接合させることにより形成し、前記筒部の一端には封口板の一方の表面に密着させて外周方向に延出した外側鍔部を有し、前記筒部の他端には封口板の他方の表面に密着させて外周方向に延出した内側鍔部を有し、前記外側鍔部には前記ガス抜き孔を閉塞しかつ前記外側鍔部の厚さよりも薄い厚さの弁膜部を有し、これら筒部と外側鍔部と内側鍔部と弁膜部を熱硬化性樹脂で前記封口板に一体に成形してできたことを特徴とする密閉型電気化学デバイス用封口板。
- 前記弁膜部の一部に薄肉部を形成して破断しやすくしたことを特徴とする請求項1に記載の密閉型電気化学デバイス用封口板。
- 前記ガス抜き孔は弁膜部の方向に断面積を小さくしノズル形状となるように傾斜壁が形成されたことを特徴とする請求項1または2に記載の密閉型電気化学デバイス用封口板。
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