JP2014232856A5

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Publication number: JP2014232856A5
Application number: JP2013125038A
Authority: JP
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2033-05-28

Description

密閉型電気化学デバイス用防爆装置

本発明は、金属材でできた封口板により封口された本体内に電解液を有するコンデンサー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、本体内に発生したガスを排出する防爆装置に関する。

封口板により封口された本体内に電解液を有するコンデンサー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、電解液が本体外に漏れ出ないように密閉されているので、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解液が分解されて、その本体内で水素ガスや炭酸ガスなどのガスが発生し、そのガスが本体内に蓄積されることにより急激に内圧が上昇して、密閉型電気化学デバイスが破裂しないように、本体内に発生したガスを排出する防爆装置が前記封口板に設けられている。例えば、特許文献１にて、電解液を有する電池において、封口板がガス抜き穴となるガス排出用孔を有する金属材でできており、そのガス排出用孔を常時閉塞する弁体がポリエチレン樹脂やポリエチレン樹脂の合成樹脂材のフィルムとアルミニウムなどの金属薄板とを貼り合わせた複合被膜で構成して破断させる防爆装置が提案されている。

しかし、特許文献１の防爆装置は、金属材でできた封口板により封口された前記本体内に発生したガスをガス排出用孔から排出するに際して、ガス排出用孔を常時閉塞する弁体が所定以上の内圧により破断して密閉型電気化学デバイスが破裂するのを防止するとともにアルミニウムなどの金属薄板は本体外から水蒸気や水などの水分が本体内に透過しないように作用するが、本体内に発生した水素ガスや炭酸ガスなどのガスのみをその都度、排出させて、内圧上昇となるガスを本体内に蓄積させないようにして密閉型電気化学デバイスの性能の低下を招かないようにすることは考慮されていない。

そこで、ガス排出用孔を常時閉塞する弁体が所定以上の内圧により破断して密閉型電気化学デバイスが破裂するのを防止するに際して、前記本体外から水蒸気や水などの水分が本体内に透過しないようにするとともに前記本体内に発生した水素ガスや炭酸ガスなどのガスのみをその都度、排出させて、内圧上昇となるガスを本体内に蓄積させないようにする機能をもたせた防爆装置が要望される。その防爆装置として、特許文献２には密閉型電気化学デバイスが、開放端を有している缶と、前記缶から前記電気化学材料が漏出するのを防止するためのナイロンなどの合成樹脂材でできたシールと、ガス排出用孔となる開口を有する金属材でできた内側被覆（封口板）とを有する電気化学的セルであって、このシールは、他の部分よりも薄い、少なくとも１つの圧力逃がしセグメントを有していて、過剰な内部セル圧力により圧力逃がしセグメントが裂けて、開口を通って内部気体（ガス）がセルを出るのを可能とし、さらに、シールとは別にアスファルトやワニスなどから形成された湿気不浸透性材料の層が配置され、シールの外側の面した位置に外側被覆が挿入された湿気防護壁を有する電気化学的セルが提案されている。

しかし、特許文献２のように提案された湿気防護壁を有する電気化学的セルにおいては、アスファルトやワニスなどから形成された湿気不浸透性材料の層が破断可能とする配慮がされていない。

特開平２−１２７５７号公報特許第４２２５６９６号公報

本発明は、上記の問題点を解消するために、ガス排出用孔を有し金属材でできた封口板により封口された本体内に電解液を有するコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスで、本体内の急激な内圧上昇時にガスを一気に排出するとともに内圧上昇となるガスを本体内に蓄積させないように本体外に排出する機能をもたせた防爆装置において、生産性のよい防爆装置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防爆装置は、ガス排出用孔を有し金属材でできた封口板により封口された本体内に電解液を有するコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイス用防爆装置において、合成樹脂材で成形してできた筒状の防爆装置用弁体の周壁部を前記ガス排出用孔の周壁に接合させて前記本体内に発生したガスを透過させるようにした密閉型電気化学デバイス用防爆装置であって、前記封口板と前記合成樹脂材とを一体に成形することにより、前記ガス排出用孔の周壁に接合させる周壁部と前記周壁部の一方の端面にあって前記ガス排出用孔を閉塞する破断可能な薄膜部とを有する防爆装置用弁体を前記封口板のガス排出用孔に形成し、前記薄膜部は前記端面に向かって先細となる断面が三角形状の切り込みが形成されており、前記薄膜部の外面に水分を遮断し破断可能なバリヤー部を設けて本体外から水分を本体内に透過させにくくし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防爆装置で、前記防爆装置用弁体の薄膜部の外面に凹所を設け、前記バリヤー部で前記凹所を閉塞させ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に記載の密閉型電気化学デバイス用防爆装置で、前記周壁部の一方の端面に向かって前記端面の途中まで先細となるように形成した断面台形状の空間の底面に前記先細の切り込みを形成したことを特徴とする。

本発明の密閉型電気化学デバイス用防爆装置は、ガス排出用孔を有し金属材でできた封口板により封口された本体内に電解液を有するコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイス用防爆装置において、合成樹脂材で成形してできた筒状の防爆装置用弁体の周壁部を前記ガス排出用孔の周壁に接合させて前記本体内に発生したガスを透過させるようにした密閉型電気化学デバイス用防爆装置であって、前記封口板と前記合成樹脂材とを一体に成形することにより、前記ガス排出用孔の周壁に接合させる周壁部と前記周壁部の一方の端面にあって前記ガス排出用孔を閉塞する破断可能な薄膜部とを有する防爆装置用弁体を前記封口板のガス排出用孔に形成し、前記薄膜部は前記端面に向かって先細となる断面が三角形状の切り込みが形成されており、前記薄膜部の外面に水分を遮断し破断可能なバリヤー部を設けて本体外から水分を本体内に透過させにくくしているので、本体内の急激な内圧上昇時に前記薄膜部を破断させてガスを一気に排出することができるとともに前記本体内に発生したガスを透過させて内圧上昇となるガスを本体内に蓄積しないようにすることができ、しかも、前記封口板と前記合成樹脂材とを一体に成形することにより、前記防爆装置用弁体を前記封口板に備える作業が簡単にできて生産性のよい防爆装置を提供することができるなどの効果がある。

本発明の実施形態１で封口板に形成した防爆装置の断面図である。同上で、封口板に形成した防爆装置の平面図である。同上で、電極端子と並設した防爆装置を示す断面図である。本発明の実施形態２で封口板に形成した防爆装置の断面図である。同上で、封口板に形成した防爆装置の平面図である。同上で、封口板に形成した防爆装置の背面図である。本発明の実施形態３で封口板に形成した防爆装置の断面図である。同上で、封口板に形成した防爆装置の平面図である。本発明の実施形態４で封口板に形成した防爆装置の断面図である。同上で、封口板に形成した防爆装置の平面図である。

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から図３を参照して、ガス排出用孔１１を有し金属材でできた封口板１と合成樹脂材とを一体に成形することにより、封口板１のガス排出用孔１１の周壁に密着接合させる周壁部２１と周壁部２１の一方の端面２４にあってガス排出用孔１１を閉塞する破断可能な薄膜部２２とを有する防爆装置用弁体２を備え、薄膜部２２を含み端面２４の外面の一部分に水分を遮断し破断可能なバリヤー部を形成して密閉型電気化学デバイスの本体外から水分を前記本体内に透過させにくくし、ガスを排出するようにする機能をもたせた密閉型電気化学デバイス用防爆装置を説明する。

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、図３においては、その形状を矩形状として、開口端のある直方体状の箱型ケース１０を閉蓋する形状を例示するが、この封口板１の形状は、円板（楕円を含む）状で、開口端のある円筒状の箱型ケースを閉蓋する形状でもよい。

防爆装置用弁体２は水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過する合成樹脂材でできており、この金属材でできた封口板１を成形型にて一体成形することにより封口板１に形成される。防爆装置用弁体２は、周壁部２１と、この周壁部２１の両端には周壁部２１を交叉する方向に延出した環状鍔部を有する端面２４、２５とを有し、端面２４の外面には凹所２６が形成されており、周壁部２１の端面２５から端面２４に向かって先細となる断面が三角形状に形成された破断促進用の切り込み２３により端面２４には薄膜部２２が形成されている。この場合、防爆装置用弁体２の形状は円筒を例示しているが角筒でもよい。また、防爆装置用弁体２の合成樹脂材としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリブチレンナフタレート系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂などの熱可塑性樹脂が例示できる。これらの合成樹脂材を成形型で封口板１と一体成形することにより、封口板１の両面には、防爆装置用弁体２が周壁部２１の端面２４、２５の環状鍔部にて密着接合されている。また、封口板１のガス排出用孔１１には、防爆装置用弁体２の周壁部２１が密着接合されるとともに、防爆装置用弁体２の破断可能な薄膜部２２により閉塞されている。この薄膜部２２の厚さは、本体内の急激な内圧上昇時に破断してガスを一気に排出されるように、０．０５〜０．２ｍｍの薄肉であり、その厚さはガス透過率の大きさや破断する圧力により設定すればよい。

水分を遮断する破断可能なバリヤー部３が、薄膜部２２を含むように端面２４の外面でその凹所２６を閉塞し、端面２４の環状鍔部の外面の一部分に接着剤を介して設けられている。このバリヤー部３の厚さは数μｍ〜１０数μｍで、素材としてはアルミニウム材などの金属材で、アルミニウム材であってもバリヤー部３は密閉型電気化学デバイスの本体外に配置されているので、電解液による腐食の影響は回避できる。バリヤー部３は、好ましくは、アルミニウム箔の箔押し（ホットスタンプ）により端面２４の外面に薄層を形成する。このようにして端面２４の外面に設けた水分を遮断するバリヤー部３は、密閉型電気化学デバイスの本体外から水分を本体内に透過させにくくし、かつ本体内の急激な内圧上昇時にガスを一気に排出できるように薄膜部２２とともに破断可能となっている。さらに、防爆装置用弁体２は水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過する合成樹脂材で封口板１と一体に成形してできており、端面２４の環状鍔部の外面の全面にはバリヤー部３が設けられていないので、密閉型電気化学デバイスの本体に発生した水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過することができる。なお、バリヤー部３が端面２４の外面に占める面積は、密閉型電気化学デバイスの本体外から水分を本体内に透過させにくくする量と、本体外にガスを排出するようにガスのみを透過させやすくする量との関係で、密閉型電気化学デバイスの使用に応じて、設定すればよい。

次に、図３は、封口板１には電極端子挿入用孔１２がガス排出用孔１１と並設されており、電極端子挿入用孔１２には合成樹脂材でできたガスケット５２により電気的に絶縁された電極端子５１が形成されており、ガス排出用孔１１には図１および図２に示す防爆装置用弁体２を有する防爆装置が形成されており、この封口板１により封口された本体内に電解液８４を有するコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスを示す。

封口板１は前述の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、ガス抜き用孔１１と電極端子挿入用孔１２とが並設するように形成されており、電極端子挿入用孔１２は中央位置に形成されているが、ガス抜き用孔１１が中央位置に形成されていてもよい。この電極端子挿入用孔１２には正極端子である端子部５が配置するように設けられており、端子部５は銅（その合金を含む）やアルミニウム（その合金を含む）などでできた電極端子５１を有し、電極端子５１は合成樹脂材でできたガスケット５２にて電気的に絶縁されている。電極端子５１はガスケット５２と密着接合させる必要があり、電極端子５１をガスケット５２に挿入してかしめて封口板１に密着接合するように固着されてもよいが、電極端子５１とガスケット５２と封口板１とを確実に密着接合させるために、ガスケット５２の合成樹脂材を防爆装置用弁体２の合成樹脂材と同じ素材とし、防爆装置用弁体２を成形型で封口板１と一体に成形する際に、電極端子５１とガスケット５２と封口板１とを同時に成形することが好ましい。この場合も防爆装置用弁体２は水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過する合成樹脂材で封口板１と一体に成形してできており、端面２４の環状鍔部の外面の全面にはバリヤー部３が設けられていないので、密閉型電気化学デバイスの本体に発生した水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過することができる。

防爆装置２および端子部５を有する封口板１を開口端のあるアルミニウム（その合金を含む）やステンレスなどの金属材でできた箱型ケース１０と組み合わせて、箱型ケース１０を閉蓋するようにレーザなどの接合手段９にて接合して密閉された密閉型電気化学デバイスの本体が形成されている。このように封口板１で封口された本体内にはリード８２、８３、正負極素子部８１および電解液８４が気密状態に設けられている。端子部５はリード８２を介して正負極素子部８１と接続されており、封口板１はリード８３を介して正負極素子部８１と接続されている。なお、この封口板１には正極端子と負極端子の何れか一方の端子例えば正極端子を設けた場合を示すが、正極端子と負極端子の両方の端子を設けてあってもよい。

このように金属材でできた封口板１に防爆装置用弁体２を有する防爆装置が形成されており、本体内の急激な内圧上昇時にガスを一気に排出するとともに内圧上昇となるガスを本体内に蓄積させないように本体外に排出する機能をもたせて、生産性のよい防爆装置を提供することができる。

（実施形態２）
図４から図６は、実施形態１に示す密閉型電気化学デバイスと同様な構成で、防爆装置用弁体２に代えて、防爆装置用弁体４を有する防爆装置の異なる実施形態を示し、以下説明する。

防爆装置用弁体４は、実施形態１と同様な水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過する合成樹脂材で、金属材でできた封口板１を成形型にて一体成形することにより封口板１に形成されてできている。防爆装置用弁体４は、周壁部４１と、この周壁部４１の両端から周壁部４１を交叉する方向に延出した環状鍔部を有する端面４４、４５とを有し、周壁部４１の端面４５から端面４４に向かって先細となる断面が三角形状の環状の破断促進用の切り込み４３により周壁部４１の一方の端面４４には薄膜部４２が形成されている。実施形態１と異なる部分は、破断促進用の切り込み４３の形状が環状であり、その外面は平担で凹所は形成されていない形状である。なお、バリヤー部３は、実施形態１と同様な水分を遮断する材質で、薄膜部４２を含むように端面４４の外面の一部分に、接着剤を介して設けられており、水分を遮断しかつ破断可能とするとともに内圧上昇となるガスを本体内に蓄積させないように本体外に排出する機能をもたせている。

この実施形態２における防爆装置用弁体４を有する防爆装置は、封口板１の電極端子挿入用孔１２が並設されたガス排出用孔１１に形成されて、実施形態１の図３に示すコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスに使用することにより、本体内の急激な内圧上昇時にガスを一気に排出するとともに内圧上昇となるガスを本体内に蓄積させないように本体外に排出する機能をもたせて、生産性のよい防爆装置を提供することができる。

（実施形態３）
図７および図８は、実施形態１に示す密閉型電気化学デバイスと同様な構成で、防爆装置用弁体２に代えて、防爆装置用弁体６を有する防爆装置の異なる実施形態を示し、以下説明する。

防爆装置用弁体６は、実施形態１と同様な水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過する合成樹脂材で、金属材でできた封口板１を成形型にて一体成形することにより封口板１に形成されてできている。防爆装置用弁体６は、周壁部６１と、この周壁部６１の上端の端面６４と、周壁部６１の下端で周壁部６１を交叉する方向に延出した環状鍔部を有する端面６５と、端面６５から端面６４に向かって先細となって端面６４の途中まで形成した断面台形状の空間部６６とを有し、空間部６６の底面から端面６４に向かって先細となる断面が三角形状に形成された破断促進用の切り込み６３により周壁部６１の一方の端面６４には薄膜部６２が形成されている。防爆装置用弁体６において実施形態１と異なる部分は、周墜部６１の端面６４に環状鍔部を有さない形状である。一方、水分を遮断するバリヤー部３０は、実施形態１と同様な水分を遮断する材質で、薄膜部６２を含み端面６４の一部分の外面に接着剤を介して設けられている。この場合、バリヤー部３０は、薄膜部６２の破断時に破断しやすいようにするとともに０．１〜１０μｍの複数の微細孔パターンを有し、この端面で水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過する合成樹脂材の本体外への露出面積を確保している。このバリヤー部３０は、好ましくは、アルミニウム箔をもちい、前記微細孔パターンを有するように箔押し（ホットスタンプ）により薄層となるようにしている。なお、この微細孔が占有する面積は、密閉型電気化学デバイスの本体外から水分を本体内に透過させにくくする量と、本体外にガスを排出するようにガスのみを透過させやすくする量との関係で、密閉型電気化学デバイスの使用に応じて、設定すればよい。

この実施形態３における防爆装置用弁体６を有する防爆装置は、ガス排出用孔１１が電極端子挿入用孔１２に並設された封口板１に形成して、実施形態１の図３に示すコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスに使用することにより、本体内の急激な内圧上昇時にガスを一気に排出するとともに内圧上昇となるガスを本体内に蓄積させないように本体外に排出する機能をもたせて、生産性のよい防爆装置を提供することができる。

（実施形態４）
図９および図１０は、実施形態１に示す密閉型電気化学デバイスと同様な構成で、防爆装置用弁体２に代えて、防爆装置用弁体７を有する防爆装置の異なる実施形態を示し、以下説明する。

防爆装置用弁体７は、実施形態１と同様な水素ガスや炭酸ガスなどのガスを透過する合成樹脂材で、金属材でできた封口板１を成形型にて一体成形することにより封口板１に形成されてできている。防爆装置用弁体７は、周壁部７１と、この周壁部７１の両端から周壁部７１を交叉する方向に延出した環状鍔部を有する端面７４、７５と、端面７５から端面７４に向かって先細となって端面７４の途中まで形成した断面台形状の空間部７６とを有し、空間部７６の底面から端面７４に向かって先細となる断面が三角形状の破断促進用の切り込み７３により、周壁部７１の一方の端面７４には薄膜部７２が形成されている。バリヤー部３１は、周壁部７１の端面７４の外面に接着剤を介して設けられるように第１のバリヤー部３１Ａと第２のバリヤー部３１Ｂとからなり、実施形態１と同様な水分を遮断する材質でできている。第１のバリヤー部３１Ａと第２のバリヤー部３１Ｂとは端面７４の外面でその端面７４が露出したバリヤー切除部７７ができるように離間しており、第１のバリヤー部３１Ａは端面７４の薄膜部７２を含む部分の外面にあり、第２のバリヤー部３１Ｂは端面７４の環状鍔部の外面、すなわち、バリヤー部３１は、薄膜部７２を含み端面７４の外面の一部分に形成されている。この場合、第１のバリヤー部３１Ａと第２のバリヤー部３１Ｂとは水分を遮断する材質であるが、第１のバリヤー部３１Ａは薄膜部７２の破断時に破断可能となることが必要である。なお、バリヤー部３１が端面７４の外面に占める面積は、密閉型電気化学デバイスの本体外から水分を本体内に透過させにくくする量と、本体外にガスを排出するようにガスのみを透過させやすくする量との関係で、密閉型電気化学デバイスの使用に応じて、設定すればよい。

この実施形４における防爆装置用弁体７を有する防爆装置は、ガス排出用孔１１が電極端子挿入用孔１２に並設された封口板１に形成して、実施形態１の図３に示すコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスに使用することにより、本体内の急激な内圧上昇時にガスを一気に排出するとともに内圧上昇となるガスを本体内に蓄積させないように本体外に排出する機能をもたせて、生産性のよい防爆装置を提供することができる。

本発明の封口板は、ガス排出用孔を有し金属材でできており、その封口板により封口された本体内に電解液を有するコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイス、特に非水素電解液の密閉型電気化学デバイスにおいて、その本体内で発生する水素ガスにより本体が膨れるのを抑制し充放電サイクル特性を向上させる防爆装置として有用である。

１封口板
１１ガス抜き用孔
２、４、６、７防爆装置用弁体
２２、４２、６２、７２薄膜部
３、３０、３１バリヤー部

Claims

ガス排出用孔を有し金属材でできた封口板により封口された本体内に電解液を有するコンデンサーやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイス用防爆装置において、合成樹脂材で成形してできた筒状の防爆装置用弁体の周壁部を前記ガス排出用孔の周壁に接合させて前記本体内に発生したガスを透過させるようにした密閉型電気化学デバイス用防爆装置であって、前記封口板と前記合成樹脂材とを一体に成形することにより、前記ガス排出用孔の周壁に接合させる周壁部と前記周壁部の一方の端面にあって前記ガス排出用孔を閉塞する破断可能な薄膜部とを有する防爆装置用弁体を前記封口板のガス排出用孔に形成し、前記薄膜部は前記端面に向かって先細となる断面が三角形状の切り込みが形成されており、前記薄膜部の外面に水分を遮断し破断可能なバリヤー部を設けて本体外から水分を本体内に透過させにくくしたことを特徴とする密閉型電気化学デバイス用防爆装置。
前記防爆装置用弁体の薄膜部の外面に凹所を設け、前記バリヤー部で前記凹所を閉塞させ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防爆装置。
前記周壁部の一方の端面に向かって前記端面の途中まで先細となるように形成した断面台形状の空間の底面に前記先細の切り込みを形成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防爆装置。