JP2701375B2

JP2701375B2 - 防爆型密閉電池

Info

Publication number: JP2701375B2
Application number: JP63265783A
Authority: JP
Inventors: 繁大石; 孝夫阿部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1998-01-21
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JPH02112151A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、防爆構造を備えた防爆型密閉電池に関す
る。

〔発明の概要〕

本発明は、防爆構造を備えた防爆型密閉電池におい
て、内圧の上昇に伴ない内圧方向に変形を生じる防爆弁
に、リード遮断用ストリッパーを接触して取付け、所定
の内圧に達したとき、リードが防爆弁より剥離あるいは
／及びリード板が破断して電流を遮断するように構成す
ることにより、過充電又は短絡時に生じる発火，破裂を
防止できるようにすると共に、電解液の漏出を阻止でき
るようにしたものである。

〔従来の技術〕

近時、例えばリチウム電池，カーボンリチウム電池等
の二次電池がビデオテープレコーダや時計等に広く使用
されている。

ところで、上述のような電池は、電池内に収容されて
いる発電要素が化学変化を起こして内圧が高くなり、爆
発を生ずる場合がある。例えば通常リチウム二次電池の
如き非水電解質電池に通常以上の電流を供給していわゆ
る過充電状態としたり、誤使用で短絡状態となって大電
流が流れたりすると、電解液が分解されてガスが発生す
る場合があり、こうしたガスが次第に充満し、電池内の
圧力が高まって最後には爆発してしまう場合がある。

そこで従来では上述の様な電池の爆発を防止するた
め、第６図や第７図に示すように、発電要素を収容した
負極端子を兼ねる外装缶（41）の上端部側に防爆用の安
全弁装置が設けられている。

具体的に説明すると、第６図で示す安全弁装置は、絶
縁性のガスケット（42）の上面に取付けられており、中
心部に弁孔（43）が穿設されている蓋板（44）と、凹部
（45）が形成されてその底面が薄肉部（46）とされた円
筒状の弾性弁体（47）と、この弾性弁体（47）上部を覆
うように取付けられ、ガス抜き穴（48）が穿設された皿
状端子板（49）とから成り、上記弾性弁体（47）の凹部
（45）には上記薄肉部（46）の方向に突出する切断刃
（50）が形成された切断部材（51）が設けられている。

上記電池によれば、外装缶（41）内に収容された発電
要素が化学変化を起こし、この外装缶（41）の内圧が高
くなると、上記弾性弁体（47）の薄肉部（46）が切断部
材（51）に設けられた切断刃（50）方向に伸張する。そ
して、薄肉部（46）が切断刃（50）に当接し、更に内圧
が高まると、この薄肉部（46）が切断刃（50）により破
壊され、皿状端子板（49）に穿設されたガス抜き穴（4
8）を経て大気中にガスが排気されて電池の爆発が防止
される。

また、第７図で示す安全弁装置は、絶縁性のガスケッ
ト（61）に嵌入支持され、中央から放射状に延びる溝に
より形成された薄肉部（62）を有する中央蓋体（63）
と、外装缶（41）を閉塞する閉塞蓋体（64）とから構成
されている。尚、（65）は発電要素を構成する発電体で
あり、負極材と正極材とが電解液を浸み込ませたセパレ
ータを挟んで巻芯（66）上で筒状に巻回されて成ってい
る。また、（67）はリード端子であり、一端は筒状に巻
回された正極材に取付けられ、他端は、絶縁板（68）の
下面から挿通孔（69）を通って中間蓋体（63）の下側面
に溶接により取付けられている。（70）及び（71）は、
発電要素から発生するガスを電池外に挿通するガス抜き
穴である。

上記電池によれば、発電要素の化学変化によりガスが
発生し、このガスによって外装缶（41）の内圧が上昇す
ると、中間蓋体（63）は徐々に閉塞蓋体（64）方向に膨
出し、更に内圧が上昇すると第８図に示すように、中間
蓋体（63）に形成された薄肉部（62）位置から破断す
る。この破断により、外装缶（41）内に充満したガスは
上記破断位置から閉塞蓋体（64）方向に抜け、その後、
ガス抜き穴（70），（71）から大気に排気することによ
って電池の爆発が防止される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第６図及び第７図に示すような従来の
防爆型密閉電池においては、安全弁（第６図で示す電池
においては弾性弁体（47），第７図で示す電池において
は中間蓋体（63））が開裂することによって、内圧の上
昇は抑えられるが、充電電流が流れ続けるために、さら
に電池内の電解液や活物質の分解が進み、それに伴ない
温度が上昇し続け、最後に発火に到ってしまうという場
合がある。第９図に、過充電状態を続けた場合における
電池の発火に到るまでの電池電圧，充電電流及び電池温
度の経時変化を示す。（曲線IV,V,VIはそれぞれ電池電
圧，充電電流，電池温度である。）この現象は、短絡の場合でも同様に発生する。即ち、
安全弁が開裂して内圧の上昇が止まった後も短絡電流が
流れ続けることにより、温度上昇が続き、最後に発火に
到る。

その他、安全弁の開裂により、電解液がその開裂部分
及びガス抜き穴を介して電池の外部に漏れてしまうとい
う不都合さもある。

本発明は、このような点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、簡単な構成で過充電又は短絡時に
生じる発火，破裂が防止できると共に、電解液の漏出を
も阻止することができる防爆型密閉電池を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の防爆型密閉電池は、内圧の上昇に伴ない内圧
方向に変形を生じる防爆弁（３）にリード遮断用ストリ
ッパー（４）を接触して取付け、所定の内圧に達したと
き、リード板（８）が防爆弁（３）より剥離あるいは／
及びリード板（８）が破断して電流を遮断するように構
成する。

〔作用〕

上述の本発明の構成によれば、過充電又は短絡により
電池内の内圧が上昇し始めると、防爆弁（３）が内圧方
向に押圧されて変形すると共に、防爆弁（３）に接触し
て取付けられていたリード板（８）が防爆弁（３）の変
形に伴なってその接触部分において剥離又は破断し、充
電電流を遮断する。即ち、電池内の過充電又は短絡によ
る異常反応の進度を初期のうち（防爆弁（３）の開裂
前）に電流を遮断して停止させることができるため、充
電電流又は短絡電流による温度上昇を初期のうちに抑え
ることができ、電池の発火，破裂や電解液の漏出を阻止
することができる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第３図を参照しながら本発明の実施例
を説明する。

本実施例に係る防爆型密閉電池は、第１図に示すよう
に、発電要素が収納される円筒状の外装缶（１）と、こ
の外装缶（１）の上端側内周に設けられたガスケット
（２）と、このガスケット（２）に嵌入支持された中間
蓋体を兼ねる防爆弁（３）と、該防爆弁（３）の下面に
接して設置されたストリッパー（４）と、上記外装缶
（１）を閉塞する閉塞蓋体（５）とから概略構成されて
おり、上記ガスケット（２），防爆弁（３），閉塞蓋体
（５）は上記外装缶（１）にかしめられて取付けられて
いる。

上記外装缶（１）内には、負極材（例えば金属リチウ
ム箔）と正極材（例えば硫化モリブデンを塗布した正極
基板）とが電解液を浸み込ませたセパレータを挟んで巻
芯（21）上に筒状に巻回されて構成される発電体（６）
が発電要素として収納されると共に、この発電体（６）
の上部にはシート状の絶縁板（７）が形成されている。
上記絶縁体（７）の中央部にはリード板（８）より延長
するリード端子（９）を挿通するための挿通孔（10）が
穿設されている。このリード端子（９）は、リード板
（８）から折曲して筒状に巻回された正極材に取付けら
れている。リード板（８）は後述されるストリッパー
（４）の挿通孔（11）から下方に臨む後述される防爆体
（３）の突起（3a）の下面に超音波溶接等の手法で接続
される。このとき、リード板（８）は、ストリッパー
（４）の下面及び防爆弁（３）の突起（3a）を橋渡すよ
うな状態となる。

一方、上記発電要素が収納されている外装缶（１）の
上端部側は太径部（12）が設けられ、この太径部（12）
に上記ガスケット（２）が嵌入されている。このガスケ
ット（２）は、外装缶（１）内に収納されているセパレ
ータに浸み込んでいる電解液がこの電池の外部に漏れる
のを防ぐために上記外装缶（１）の内周を密封すると共
に、正極と負極とのショートを防止するために絶縁材
料、例えば合成樹脂材料により形成されている。そし
て、上記ガスケット（２）は、環状に形成され、周部に
は円環状の立上がり部（13）が設けられている。

そして、上記ガスケット（２）の上面には、防爆弁
（３）が設けられている。この防爆弁（３）は、アルミ
ニウム，ニッケルあるいはそれらの合金から成り、上記
ガスケット（２）の径よりもやや短径の円盤状をなすと
共に、上記ガスケット（２）に設けられた円環状の立上
がり部（13）の内周側に嵌入される。さらに、この防爆
弁（３）は、ガスケット（２）の内端部よりもやや内方
に環状の段部（14）を有し、該段部（14）より垂下した
部分に下方に突出する環状の隆起部（3b）を有する。ま
た中心部には隆起部（3b）よりも下方に突出する突部
（3a）を有し、さらに隆起部（3b）と突部（3a）との間
において、その上面に突起（3a）の付け根近傍から放射
状の溝により形成された薄肉部（15）を有する。

また、防爆弁（３）の下部に設置されたストリッパー
（４）は、プラスチック等の絶縁性材料で形成され中心
部に防爆弁（３）の突起（3a）が挿通される挿通孔（1
1）を有し、上面には導電膜（16）が被着形成されてい
る。この導電膜（16）は、防爆弁（３）の突起（3a）を
挿通孔（11）に挿入した際、突起（3a）の付け根部分下
部において接触すると共に、環状隆起部（3b）の下面に
おいて接触するようになっている。そして、ストリッパ
ー（４）の下面と突起（3a）の下面とを橋渡すようにし
てリード板（８）が突起（3a）の下面に溶接される。さ
らに、防爆弁（３）の段部（14）の外周部は平面部（3
c）となされており、この平面部（3c）の表面と後述す
る閉塞蓋体（５）の平面部とが互いに接触してリード端
子（９），リード板（８），防爆弁（３）及び閉塞蓋体
（５）に関して電気的接続が行なわれる。

尚、防爆弁（３）の外周部を平面部（3c）としたの
は、防爆弁（３）が電池をかしめるときに下方に変形す
るため、その変形が平面部（3c）によって吸収され肉薄
部（15）に影響を与えないようにするためである。

また、上記防爆弁（３）の上方には、この防爆弁
（３）と面対向するように閉塞蓋体（15）が設けられて
いる。この閉塞蓋体（５）は、正極端子とされるもので
あり、上記防爆弁（３）の径よりもやや短径の円盤状を
なし、上記防爆弁（３）の周端部に設けられた鍔部（1
7）内に収納される。中央部には、この電池の上方に膨
出して設けられた膨出部（18）が形成されている。尚、
この閉塞蓋体（５）は、硬質金属材料により形成される
もので、この例ではステンレス板により形成されこの電
池の強度を高めている。更に、この閉塞蓋体（５）の上
記膨出部（18）には二つのガス抜き穴（19），（20）が
穿設されている。

そして、上記ガスケット（２），防爆弁（３）及び閉
塞蓋体（５）は、外装缶（１）の外周部からこの電池の
軸に向かってかしめ取付けされている。尚、上述のよう
に、かしめ取付けされた防爆弁（３）及び閉塞蓋体
（５）と外装缶（１）とはガスケット（２）を介して一
体化されて、この電池の絶縁が図られている。即ち、ガ
スケット（２）は、周部に立上がり部（13）が設けら
れ、この立上がり部（13）内に防爆弁（３）と閉塞蓋体
（５）とが配設されており、この立上がり部（13）の外
周部に外装缶（１）の周壁部（12）が位置しているの
で、外装缶（１）の外周部からこの電池の軸方向にかし
めると、外装缶（１）と防爆弁（３）及び閉塞蓋体
（５）との間にはガスケット（２）が介在しこの電池が
密閉されることとなる。

従って、上記ガスケット（２）により、正極のリード
端子（９）と接続されている防爆弁（３）及び閉塞蓋体
（５）と、外装缶（１）とは絶縁が図られる。

次に、上述のように構成された本実施例に係る電池に
対し、過充電テストを行なった結果、第２図及び第３図
に示すとおりとなった。

即ち、第２図に示されるように、充電が進むにつれ
て、電池電圧（曲線Ｉ）は上がり、それと共に電池温度
（曲線III）も上昇してくる。過充電状態が進むと、発
電要素の化学変化によりガスが発生・充満し、そのガス
の充満により電池内の内圧が上昇し始め、この内圧の上
昇により防爆弁（３）が変形、更に詳しくは第３図に示
すように防爆弁（３）の突起（3a）が内圧方向即ち閉塞
蓋体（５）の方向に押圧されて上方に移動する。突起
（3a）の上方への移動により、突起（3a）の下面に溶接
されていたリード板（８）が該溶接部分において破断
し、充電電流（第２図における曲線II参照）が遮断され
る。この電流の遮断は第２図のグラフ上では電池温度の
勾配が立上がり始めた時点で行なわれ、その後、電池温
度の降下が始まり、電池の発火，破裂，電解液の漏出な
どの異常が阻止された。

上述の如く本例によれば、従来の安全弁が作動する時
間よりも前に、即ち電池内の分解等の異常反応の進度が
初期のうちに、電流を遮断し停止させることができ、発
火，破裂を防止することができる。

また、防爆弁（３）の開裂する前に反応を停止するこ
とができるので、電池内からの電解液の漏出も阻止する
ことができる。

この効果は、電池の誤用による外部短絡が起こった場
合でも同様に、短絡電流による温度上昇が初期の段階で
電流が遮断されることにより、電池の発火，破裂や電解
液の漏出を阻止することができる。

尚、充電が極度に進むなどして発電要素から大量にガ
スが発生した場合は、防爆弁（３）の薄肉部（15）が開
裂してガスを閉塞蓋体（５）方向に導き、更にガス抜き
穴（19），（20）を介して大気中に排気させる。

また、第３図では、内圧による突起（3a）の持上がり
により、リード板（８）が破断して電流が遮断される例
を示したが、リード板（８）は破断せず、リード板
（８）と突起（3a）とがその溶接部分で剥離することに
よって電気的接続が断たれる場合もありうる。

また、上記実施例では、防爆弁（３）の薄肉部（15）
として、放射状の溝を形成するようにしたが、これに限
定することなく、複数個の溝を同心円状に形成してもよ
いし、幅広の環状溝を一つ又は二つ形成するようにして
もよい。

上記実施例は、防爆弁（３）に中心部において下方に
突出する突起（3a）を設け、該突起（3a）をストリッパ
ー（４）の挿通孔（11）内に挿入したのち、ストリッパ
ー（４）の下面においてリード板（８）をストリッパー
（４）の下面及び突起（3a）の下面を橋渡すようにして
突起（3a）の下面に溶接するようにしたが、第４図に示
すように、防爆弁（３）を平板状とし、リード板（８）
を台形状に変形させてその頂部を防爆弁（３）の中央下
面に溶接させるようにしてもよい。この場合において
も、防爆弁（３）に第１実施例と同様の肉薄部（25）を
設けることが望ましい。

上記第1,第２実施例は安全弁装置を外装缶（１）の上
部、即ち正極側に対して設けるようにしたが、第５図に
示す第３実施例のように外装缶（１）の下部、即ち負極
側に対して設けるようにしてもよい。この第３実施例に
おいては、外装缶（１）の下面部（1A）を第１実施例で
用いた防爆弁（３）と逆の形状に成形し、その内部にお
いてストリッパー（30）をやはり第１実施例と同様に設
置し、リード板（31）をストリッパー（30）の挿通孔
（32）から上方に臨む外装缶下面部（1A）の突起（1a）
の上面に溶接して、ストリッパー（30）の上面及び外装
缶下面部（1A）の突起（1a）を橋渡すように成し、さら
にリード板（31）より延長するリード端子（33）の一端
を筒状に巻回された負極材に取付ける。

尚、図示しないが、第３実施例の外装缶下面部（1A）
を第２実施例と同様に、平板状に形成し、リード板（3
1）をＵ字状に変形させて、その底部を外装缶下面部（1
A）の中央上面に溶接するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明に係る防爆型密閉電池は、内圧の上昇に伴ない
内圧方向に変形を生じる防爆弁にリード板遮断用ストリ
ッパーを接触して取付け、所定の内圧に達したとき、リ
ード板が防爆弁より剥離あるいは／及びリード板が破断
して電流を遮断するように構成したので、過充電又は短
絡時に生じる発火，破裂が防止できると共に、電解液の
漏出をも阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係る防爆型密閉電池の要部拡大断面
図、第２図は過充電テストにおける特性図、第３図は過
充電時における電流遮断状態を示す作用図、第４図は第
２実施例を示す要部拡大断面図、第５図は第３実施例を
示す要部拡大断面図、第６図は従来例を示す要部拡大断
面図、第７図は他の従来例を示す要部拡大断面図、第８
図は他の従来例における中間蓋体の開裂を示す作用図、
第９図は他の従来例の過充電テストにおける特性図であ
る。（１）は外装缶、（２）はガスケット、（３）は防爆
弁、（3a）は突起、（４）はストリッパー、（５）は閉
塞蓋体、（６）は発電体、（８）はリード板、（９）は
リード端子、（15）は薄肉部、（19），（20）はガス抜
き穴である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内圧の上昇に伴ない内圧方向に変形を生じ
る防爆弁に、リード遮断用ストリッパーを接触して取付
け、所定の内圧に達したとき、リード板が防爆弁より剥
離あるいは／及びリード板が破断して電流を遮断するこ
とを特徴とする防爆型密閉電池。