JP2015029029A - 密閉型電気化学デバイス用防爆装置およびその防爆弁素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、封口板で密閉された本体内に電解液を有するコンデンサや電池などの密閉型電気化学デバイスにおいて、封口板のガス排出用孔に設けて発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時にその発生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させ、本体外で発生する水蒸気などの水分を本体内に侵入させにくくする機能をもたせた防爆弁素子を提供する。【解決手段】本発明の防爆弁素子１は、合成樹脂材で成形されて、軸部１１と軸部１１の一端の一部分が薄肉となるように他端から一端に向けて形成された凹溝部１３と前記一端の外周面から環状に張り出した鍔部１２とからなり、軸部１１を封口板のガス排出用孔に突き出して配置させ、鍔部１２を封口板に固着させて、封口板のガス排出用孔を閉塞し、凹溝部１３の薄肉の部位で破断可能となりガスを一気に排出するようにした。【選択図】図１
Description
本発明は、封口板で密閉された本体内に電解液を有するコンデンサや電池などの密閉型電気化学デバイスにおいて、発生ガスにより本体内の急激な内圧上昇時にその発生ガスを排出する防爆装置およびその防爆弁素子に関する。
封口板で密閉された本体内に電解液を有するコンデンサや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、充放電サイクルの繰り返しや高温下の放置や短絡・過充電・逆充電などにより電解液が分解されて、その本体内でガスが発生し、その発生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するおそれがある。そこで、封口板のガス排出用孔に設けて本体内の急激な内圧上昇時に発生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させ、本体外で発生する水蒸気などの水分を本体内に侵入させにくくする機能をもたせた防爆弁素子が望まれる。
密閉型電気化学デバイスが電解液を有する密閉型電池として、特許文献１にて、アルカリ電解質の電解液を有する密閉型電池に使用される防爆装置が提案されている。
特許文献１に提案されている防爆装置は、アルカリ電解質の電解液を有する密封容器の閉鎖ガスケット（封口板に相当）に防爆弁素子が設けられている。この防爆弁素子は、発生するガスを水素ガスと特定して、その水素ガスを透過させて密閉容器外に放出するとともに電池内圧が所定の限界を超えたときに破断する薄膜からなるようにビニール、ナイロン、ポリエチレンなどでできており、この防爆弁素子を閉鎖ガスケット（封口板に相当）の通気開口（ガス排出孔に相当）に接着剤や超音波やヒートシールなどで固着して防爆装置としている。しかし、特許文献１の防爆装置に用いられる防爆弁素子は、ビニール、ナイロン、ポリエチレンなどでできた薄膜であるため、この薄膜のみでは、本体外で発生する水蒸気などの水分を本体内に侵入させにくくすることができないという問題がある。
また、密閉型電気化学デバイスが電解液を有する密閉型コンデンサとして、特許文献２にて、使用時において発熱のためにガスが発生してそのガス圧力によってケースが破断したり蓋が外れたりするのを防止するために防爆弁を作動させるようにしたアルミ電解コンデンサに使用される防爆装置が提案されている。
特許文献２に提案されている防爆装置は、破断可能な弁が破断する強度のバラツキを低下させるように、防爆弁素子が電解液を含浸したコンデンサ素子をケースに収納する蓋（封口板に相当）に設けられている。この防爆弁素子は、ツバを設けたシリコン等のゴム製の帽子状で、破断可能な弁として作動するように、頂部の中央に肉厚の薄い弱点部を設けている。前記蓋には径の大きい部分と径の小さい部分とからなる孔が設けられており、防爆弁素子をこの孔にはめ込んで固定している。言い換えれば、このツバを設けた帽子状は、一端が開口した有底の筒状でその筒の開口した一端に鍔が形成された形状で、底の一部分が薄肉となるように肉厚の薄い弱点部で破断可能にして内圧上昇となった発生ガスを一気に排出するようにしている。しかし、このような特許文献２の防爆装置に用いられる防爆弁素子においては、ツバを設けた帽子状により、発生ガスを透過させることはできるが、中空となっているので、外部で発生した水蒸気などの水分を内部に侵入させにくくすることは考慮されていない。
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で密閉された本体内に電解液を有するコンデンサや電池などの密閉型電気化学デバイスで、発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時にその発生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、本体外で発生した水蒸気などの水分を本体内に侵入させにくくする防爆弁素子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弁素子は、封口板のガス排出用孔を閉塞し、発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時にその発生ガスを一気に排出するように破断可能にした密閉型電気化学デバイス用防爆弁素子において、封口板のガス排出用孔に突き出して配置させる軸部と、前記軸部の一端の一部分が薄肉となるように他端から一端に向けて形成した凹溝部と、前記一端の外周面から環状に張り出して封口板に固着させる鍔部とからなるように合成樹脂材で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防爆弁素子で、前記凹溝部が形成された軸部の一端の前記薄肉に対応する外面に水蒸気などの水分を遮断し破断可能なバリヤー部を形成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防爆弁素子を前記封口板に固着させた防爆装置で、前記軸部を封口板のガス排出用孔に突き出して配置させ、前記鍔部を封口板に固着させて、封口板のガス排出用孔を閉塞するように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弁素子は、封口板のガス排出用孔を閉塞し、発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時にその発生ガスを一気に排出するように破断可能にした密閉型電気化学デバイス用防爆弁素子において、封口板のガス排出用孔に突き出して配置させる軸部と、前記軸部の一端の一部分が薄肉となるように他端から一端に向けて形成した凹溝部と、前記一端の外周面から環状に張り出して封口板に固着させる鍔部とからなるように合成樹脂材で成形してできているので、内圧上昇となる発生ガスを本体内に蓄積させないように本体外に排出させることができ、発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時に前記薄肉の部位で破断させてその発生ガスを本体外に一気に排出させることができる機能を有し、前記軸部は前記薄肉の部位よりも厚さが大きい状態で封口板のガス排出用孔に突き出して配置しているので、前記薄肉の部位に比し、本体外で発生した水蒸気などの水分を本体内に侵入させにくくする機能を有する。さらに、前記薄肉の部位に対応する外面に水分を遮断し破断可能なバリヤー部を形成しているので、外部からの水分の侵入をさらに効果よく本体内に侵入させにくくすることができる。また、密閉型電気化学デバイス用防爆弁素子を前記封口板に固着させた防爆装置で、前記軸部を封口板のガス排出用孔に突き出して配置させ、前記鍔部を封口板に固着させて、封口板のガス排出用孔を閉塞することにより、ガスを透過させ、水蒸気などの水分を侵入させにくくするとともに前記凹溝部の薄肉の部位で破断可能となりガスを一気に排出するようにした密閉型電気化学デバイス用防爆装置を提供することができる。
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。
図１から図５を参照して、軸部１１と軸部１１の一端の一部分が薄肉となるように他端から一端に向けて形成された凹溝部１３と前記一端の外周面から環状に張り出した鍔部１２とからなるように合成樹脂材で成形されており、軸部１１を封口板２のガス排出用孔２１に突き出して配置させ、鍔部１２を封口板に固着させて、封口板２のガス排出用孔２１を閉塞することにより、発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時に凹溝部１３の薄肉の部位で破断させてその発生ガスを一気に排出するとともに、軸部１１の部位で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とともに本体外で発生した水蒸気などの水分を本体内に侵入させにくくするようにした防爆弁素子１を説明する。
図１および図２において、防爆弁素子１は、軸部１１とその一端の一部分が薄肉となるように他端から一端に向けて形成された凹溝部１３と前記一端の外周面から環状に張り出した鍔部１２とからなるように合成樹脂材で一体に成形されてできている。この成形としては射出成形が望ましく、使用する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、ポリ塩化ビニール系樹脂、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、熱硬化性樹脂でもよいが、ガスを透過させる合成樹脂材であればよい。透過させるガスとしては、使用される密閉型電気化学デバイスの種類により発生するガスが種々異なり、その割合も異なるが、水素ガス、炭酸ガス、一酸化ガス、窒素ガス、メタンガスなどが例示できる。このように防爆弁素子１は密閉型電気化学デバイスにおいて発生するガスを透過させるように合成樹脂材でできており、軸部１１と凹溝部１３と鍔部１２とからなるが、軸部１１は封口板２のガス排出用孔２１（図３および図４参照）に密着若しくは空隙を有して挿入できるよう所定の厚さＴで突き出すようにした形状で、その形状は円柱でも角柱でもよい。この軸部１１は封口板２のガス排出用孔２１に所定の厚さＴで突き出すように配置されているので、凹溝部１３で形成された薄肉の部位に比し、本体外で発生した水蒸気などの水分を本体内に侵入させにくくする機能をもたせるようにしている。
また、防爆弁素子１を構成する鍔部１２は、軸部１１の一端においてその外周面から環状に張り出して形成されているが、軸部１１の最先端から他端方向に離れた部位でその外周面から環状に張り出して形成させてもよい。この鍔部１２の内面は封口板２に接合される固着部となるので、連なった環状ではなく、図示しないが複数の分割された鍔片が間隔をあけて離間した環状でもよい。さらに、凹溝部１３で形成された薄肉の部位については、軸部１１の他端から一端に向けて図２の破線部に示すように環状に切り込まれた形状の凹溝部１３にて、その一端の一部分の厚さｔが小さい薄肉となるように形成されている。この凹溝部１３の形状は図示するような環状として特定するものではなく、十文字状など破断が可能な形状であればよい。また、この凹溝部１３で形成された薄肉の部位の厚さｔは、０．０５〜０．２ｍｍで、密閉型電気化学デバイスの密閉された本体（図８参照）内の発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時にその発生ガスを一気に排出されるように設定すればよい。
次に、図３から図５は、このように形成された防爆弁素子１を密閉型電気化学デバイスの内部が密閉されるように封口板２に固着させて防爆装置とすることを示す。封口板２の形状は矩形または円形など任意であり、その材質もアルミニウム（その合金を含む）やステンレスなどの金属材または合成樹脂材など任意である。この封口板２には円形状または矩形状のガス排出孔２１が形成されている。このガス排出孔２１は密閉型電気化学テバイスの電解をその本体内に注入する注入口とし防爆弁素子１が閉栓を兼ねてもよい。
図３において、防爆弁素子１を封口板２のガス排出孔２１に対面させた状態で矢印方向に移動させて防爆弁素子１の軸部１１をガス排出孔２１に挿入して、鍔部１２の内面を封口板２に接合するように当接させた状態として後、図４およひ図５に示すように、防爆弁素子１の鍔部１２を封口板２に固着させることにより、防爆弁素子１の軸部１１は封口板のガス排出孔２１に突き出して配置される。鍔部１２を封口板２に固着させる方法は、例えば、接着剤を用いた接合や超音波やレーザによる接合やインサート成形などが例示できる。
図６および図７は、図１および図２に示す防爆弁素子１にバリヤー部３が形成された防爆装置を示す。このバリヤー部３は防爆弁素子１の凹溝部１３が形成された軸部１１の一端の外面に形成され、その厚さは数μｍ〜１０数μｍで、水分を遮断する破断可能な素材でできており、例えば、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、本体内に有する電解液による腐食の影響は回避できる。バリヤー部３は、軸部１１の一端の外面に形成されているが、好ましくは、凹溝部１３で薄肉となるように形成された部位の外面、例えば、凹溝部１３が環状の場合には、その環状の形状に対応して環状とすることにより破断できるようにする。破断できるようにバリヤー部３を形成する方法は、アルミニウム箔の箔押し（ホットスタンプ）や防湿コーティングが例示できる。このようにして軸部１１の一端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蒸気などの水分をさらに効率よく本体内に侵入させにくくし、かつ本体内の急激な内圧上昇時にガスを一気に排出するように軸部１１の一端の薄肉とともに破断可能となっている。
この場合、水分を遮断するバリヤー部３には、水蒸気などの水分を遮断する作用以外にも以下のような作用がある。
防爆弁素子１は、合成樹脂材でできており、図１に示すように、その軸部１１の一端において厚さｔが小さい薄肉となっているので、この薄肉の部位は破断可能であるとともに、密閉型電気化学デバイスの本体内に発生する水素ガスを主体とするガスが透過しやすくなる。しかし、このようにガス透過させやすくすると、特に、密閉型電気化学デバイスが水素吸蔵合金を用いるニッケル・水素電池のように水素ガスが減少すると正極と負極との容量バランスがくずれて特性が著しく低下しやすくなる密閉型電気化学デバイスにおいては、水素ガスを著しく透過させないようにする必要がある。そこで、図６および図７に示すように、バリヤー部３を軸部１１の一端の厚さｔが小さい薄肉となっている部位に形成することにより、その薄肉の部位において本体外に水素ガスを透過させにくくし、一方、軸部１１の薄肉ではない他の部位にてガスを透過させて、過度にガスを透過させないようにすることができる。
次に、図８は、封口板２に固着させた防爆弁素子１を有するコンデンサや電池などの密閉型電気化学デバイスを示す。
封口板２にはガス排出用孔２１と並設された電極端子挿入用孔２２が形成されており、封口板２の素材としてはアルミニウム（その合金を含む）やステンレスなどの金属材が例示できる。この封口板２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４と組み合わせて、箱型ケース４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本体が形成されており、この本体内にリード６１、６２、正負極素子部８および電解液７が気密状態に設けられている。この封口板２に形成された電極端子挿入用孔２２には端子部５が設けられている。端子部５は合成樹脂材でできたガスケット５２とこのガスケット５２を介して封口板２と電気的に絶縁されるように設けた正極端子５１とからなり、この正極端子５１はリード６１を介して正負極素子部８と接続されている。また、封口板２は、負極端子を兼ねるようにリード６２を介して正負極素子部８と接続されている。なお、防爆弁素子１はこのような金属材でできた封口板２に固着されることを例示したが、正極端子および負極端子を備えた金属材でできた封口板や合成樹脂材でできた封口板に固着されてもよい。
このように密閉型電気化学デバイスの密閉された本体には合成樹脂材でできた防爆弁素子１により、発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時にその発生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させ、さらに、防爆弁素子１がその軸部１１を封口板２のガス排出用孔２１に突き出すように配置されているので、その軸部１１の突き出した厚さＴを任意の大きさに設定することができて、本体外で発生した水蒸気などの水分を本体内に侵入させにくくすることができるので充放電サイクル特性を向上させている。
本発明の防爆弁素子は、封口板で密閉された本体内に電解液を有するコンデンサや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ガスにより内圧が上昇して本体が膨れるのを抑制し、本体外で発生する水蒸気などの水分が本体内に侵入させにくくして、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 防爆弁素子
１１ 軸部
１２ 鍔部
１３ 凹溝部
２ 封口板
２１ ガス抜き用孔
３ バリヤー部
１１ 軸部
１２ 鍔部
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２ 封口板
２１ ガス抜き用孔
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Claims (3)
- 封口板のガス排出用孔を閉塞し、発生ガスによる本体内の急激な内圧上昇時にその発生ガスを一気に排出するように破断可能にした密閉型電気化学デバイス用防爆弁素子において、封口板のガス排出用孔に突き出して配置させる軸部と、前記軸部の一端の一部分が薄肉となるように他端から一端に向けて形成した凹溝部と、前記一端の外周面から環状に張り出して封口板に固着させる鍔部とからなるように合成樹脂材で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防爆弁素子。
- 前記凹溝部が形成された軸部の一端の前記薄肉に対応する外面に水分を遮断し破断可能なバリヤー部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弁素子。
- 請求項１または２に記載の密閉型電気化学デバイス用防爆弁素子を前記封口板に固着させた防爆装置であって、前記軸部を封口板のガス排出用孔に突き出して配置させ、前記鍔部を封口板に固着させて、封口板のガス排出用孔を閉塞するように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。
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|---|---|---|---|---|
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-
2013
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|---|---|---|---|---|
| CN112448097A (zh) * | 2019-09-04 | 2021-03-05 | 东莞新能源科技有限公司 | 防爆阀及电池组件 |
| CN114284068A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-05 | 宣城市东科电器有限公司 | 电容器的防爆结构 |
| CN114284068B (zh) * | 2021-12-27 | 2023-12-26 | 宣城市东科电器有限公司 | 电容器的防爆结构 |
| WO2023142648A1 (zh) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 用于电池的防爆阀贴片、端盖组件、电池和用电装置 |
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