JP2748539B2

JP2748539B2 - 電池の安全装置

Info

Publication number: JP2748539B2
Application number: JP1106584A
Authority: JP
Inventors: 望如渡辺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: JPH02288063A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電池内圧の上昇によって作動する電池の安
全装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、電池内圧が所定の値に達したとき、安全弁
の変形によりリードストリッパがリードの安全弁からの
剥離及び／又は破断を行って、電流を遮断するように構
成した電池の安全装置において、前記安全弁に凹凸嵌合
により取付けられた中間嵌合体をさらに具備し、この中
間嵌合体にさらに前記リードストリッパを凹凸嵌合によ
り取付けることによって、過充電時又は短絡時に生じる
発熱、破損及び電解液の漏出を効果的に防止すると共
に、電池の組み立て時の作業性を向上させたものであ
る。

〔従来の技術〕

近年、ビデオカメラやヘッドフォンステレオ等の電子
機器の高性能化、小型化には、目覚ましいものがあり、
これらの電子機器の電源となる二次電池の重負荷特性の
改善や高エネルギー密度化への要求も、強まってきてい
る。二次電池としては、鉛二次電池やニッケルカドミウ
ム二次電池が、従来から用いられている。また、最近
は、リチウム金属、リチウム合金もしくは炭素質材料
（コークス、有機物焼成体など）のような、リチウムを
ドープ、脱ドープできる物質を負極に用いた非水電解質
二次電池の開発が活発におこなわれている。

ところで、電池は、一般に密閉形の構造である場合、
何らかの原因で電池内圧が上昇すると、電池自体が比較
的急速に破損して、その機能を失ったりあるいは周辺の
機器にまで損傷を与えてしまったりすることがある。

例えば、上記非水電解質二次電池は、その充電時に、
通常よりも長い間電流が供給されて電池電圧が高くなる
過充電状態になったり、あるいは放電時に、誤使用や使
用機器側の故障等によって大電流が流れる短絡状態にな
ったりすると、電池内の電解液が分解して、ガスが発生
する場合がある。こうしたガスが次第に電池内に充満す
ると、電池内圧が上昇してしまう。

さらに、上記過充電状態や短絡状態が続くと、電解液
の分解による電池内圧の上昇のみならず、活物質が分解
するという異常反応によって、電池が発熱により急速に
温度上昇してしまうことがある。

このような電池の発熱やそれに伴う破損を未然に防ぐ
ことは、上記非水電解質二次電池を実用化するために重
要なことである。かかる目的のために、電池内に設けら
れた安全装置の従来例について、第５図を参照して説明
する。

従来の電池の安全装置25は、第５図に示すように、円
筒状の外装缶１の上端部12の内周面に設けられた環状の
ガスケット２と、このガスケット２に嵌合されかつ中間
蓋体を兼ねる安全弁３と、この安全弁３の下面に接して
設置されたほぼ円板形状のリードストリッパ４と、上記
外装缶１を閉塞する閉塞用蓋体５とから、主として構成
されている。そして、上記ガスケット２、安全弁３、閉
塞用蓋体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、正極と負極とが電解液を浸み込
ませた一対のセパレータを挟んで巻芯21上に渦巻型に巻
回されて構成される巻回体６が、電池要素として収納さ
れると共に、この巻回体６の上部には、シート状の絶縁
板７が形成されている。上記絶縁板７の中央部には、そ
の一端側を正極に取付けられた正極リード板８を挿通す
るための挿通孔10が、穿設されている。正極リード板８
は、リードストリッパ４の挿通孔11から下方に臨む安全
弁３の突起3aの下面に、超音波溶接等の手法で接続され
ている。そして、正極リード板８は、リードストリッパ
４の下面及び安全弁３の突起部3aを橋渡しする状態とな
っている。

一方、上記巻回体６が収納されている外装缶１の上端
部12には、上記ガスケット２が嵌合されている。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の内部を密封している。そし
て、このガスケット２は、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。

安全弁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
の円板形状をなすと共に、上記ガスケット２に嵌合され
ている。安全弁３の中心部には、下方に突出する突起部
3aが設けられ、さらにその上面には、突起部3aの付け根
近傍から放射状に延びる複数本の直線状溝15aと、これ
らの直線状溝15aの内側端を結ぶ円形状溝15bとから形成
された薄肉部15が設けられている。

安全弁３の下側に配置されたリードストリッパ４は、
アルミニウム等の材料で形成され、その中心部に安全弁
３の突起部3aが挿通される挿通孔11を有し、その上面に
不織布等から成る絶縁膜16が設けられている。そして、
リードストリッパ４の下面と突起部3aの下面とを橋渡し
するように、正極リード板８が突起部3aの下面に溶接さ
れている。

上記安全弁３の上方には、この安全弁３と面対向する
ように、閉塞用蓋体５が設けられている。この閉塞用蓋
体５は、正極端子を構成しており、上記安全弁３の径よ
りもやや短径の円板形状をなし、上記安全弁３の周端部
に設けられた鍔部17内にその外周端を収納されている。
この閉塞用蓋体５は、硬質金属材料から形成され、この
例では、ステンレス板により形成されていて、この電池
の強度を高めている。更に、この閉塞用蓋体５には、二
つのガス抜き穴19、20が穿設されている。

上記ガスケット２、安全弁３及び閉塞用蓋体５は、上
記外装缶１の上端部12により外装缶１の外周囲からこの
電池の軸心に向かってかしめられることによって、この
上端部12に取付けられている。上述のように、かしめ取
付けされた安全弁３及び閉塞用蓋体５と、外装缶１と
は、ガスケット２を介して一体化されて、電池の絶縁が
図られている。

特に図示しないが、上記外装缶１の下部において、巻
回体６の下部端面と外装缶１の底面との間に、中心に挿
通孔が設けられた絶縁板が配置され、また、この挿通孔
を通して負極から延びる負極リード端子が外装缶１の底
面に溶接されている。

上述のように構成された安全装置25を備えた電池は、
例えば過充電状態が進んで電池内部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
が上昇し始めると、この内圧の上昇により安全弁３が変
形する。即ち、安全弁３の突起部3aが、閉塞用蓋体５の
方に押圧されて、上方に移動する。この突起部3aの移動
により、突起部3aの下面に溶接されていた正極リード板
８がその溶接部分において安全弁３から剥離するか、或
いはまた、それ自体が破断して、充電電流が遮断され
る。なお、上記安全装置25が作動する電池内圧は、適宜
設定しえる。

充電が極度に進むなどして、電池内部で大量にガスが
発生した場合は、安全弁３の薄肉部15が開裂して、ガス
を閉塞用蓋体５の方に導き、更にガス抜き穴19、20を介
して大気中に排気させる。

以上のように、上記電池の安全装置は、例えば過充電
されて電池内圧が上昇すると、充電電流を遮断すること
ができるから、電池内部の異常な反応の進行を停止させ
ることができて、電池内圧の急速の温度上昇を防止する
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述したような安全装置を組み立てる際
に、次のような問題があった。即ち、上記安全装置25
は、安全弁３上に絶縁膜16をのせ、さらにリードストリ
ッパ４をのせてから、安全弁３の突起部3aとリード板８
との溶接を行うことによって組み立てられる。これらの
部品は、通常、例えば直径10〜20mm前後の円筒形の電池
に組み込まれるから、かなり小さい。従って、これらの
部品の組み立て作業中の取扱いは面倒となり、特に、電
池内に組み込む際にちょっとした不注意によって、組み
立てられたこれらの部品はばらばらに分解しやすいか
ら、作業性が悪い。このことが大量生産する際の障害と
なっており、生産性が上がらない。従って、上述のよう
に作業性が悪い安全装置は、所定通りに組み上がること
に不安を残しており、信頼性にかけるきらいがあった。

本発明は、電池の安全装置の組み立て作業性を改善す
ると共に、安全装置の信頼性を向上することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明は、電池内圧の上昇
に伴って変形する安全弁と、この安全弁に接続されてい
るリードと、前記安全弁の変形に伴って前記リードの前
記安全弁からの剥離及び／又は破断を行うリードストリ
ッパとをそれぞれ具備し、前記電池内圧が所定の値に達
したとき、前記安全弁の変形により前記リードストリッ
パが前記リードの前記安全弁からの剥離及び／又は破断
を行って、電流を遮断するように構成した電池の安全装
置において、前記安全弁に凹凸嵌合により取付けられた
中間嵌合体をさらに具備し、この中間嵌合体に前記リー
ドストリッパがさらに凹凸嵌合により取付けられている
ことを特徴とするものである。

〔作用〕

電池内圧が所定の値に達したとき、リードストリッパ
がリードの剥離及び／又は破断を行うから、過充電時又
は短絡時に生じる発熱、破損及び電解液の漏出を効果的
に防止することができると共に、安全弁とリードストリ
ッパとを中間嵌合体を介して簡単に一体化できるから、
安全装置の組み立て時の作業性を向上させることができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した一実施例について、第１図〜
第４図を参照して説明する。なお、第５図に示す従来例
と同一部分には、同一符号を付けて、その説明を省略す
る。

第1A図及び第1B図は電池の内部に設けた安全装置25の
縦断面図である。

第1A図及び第1B図において、安全弁３は、外周平面部
3cと中央平面部3dとの間に環状の段部14を有している。
中央平面部3dは、突起部3a及び薄肉の溝15が設けられて
いる以外は、平板状に構成されている。上記環状段部14
の付け根部において絞り加工を行うことによって、上記
段部14の外周面に環状の溝14aが形成され、このため、
この溝14aよりも外側に突出している環状の突部14bが形
成されている。

中間嵌合体30は円板形状に構成され、その上面は、安
全弁３の中央平面部30dと、また、その下面は、垂直方
向に延びる挿通孔11をその中心に有する円板形状のリー
ドストリッパ４の上面とそれぞれ対応している。そし
て、中間嵌合体30の外周には、上面側と下面側とにそれ
ぞれ突出するように、環状の立上がり部33が設けられて
いる。この立上り部33の上面側の立上がり部33aの内周
面には、環状の溝30bと、この溝30bと比べて中心方向に
わずかに突出する環状の突部30aとがそれぞれ形成され
ている。また、立上り部33の下面側の肉厚の立上り部33
bは、第3B図に示すように、間欠的に４つ形成されてい
る。そして、この間欠的な肉厚の立上がり部33bの内周
面には、同様に間欠的となる環状の溝30dと、この溝30d
に比べて中心方向に向ってわずかに突出する同様に間欠
的となる環状の突部30cとがそれぞれ形成されている。
また、中間嵌合体30の下面側の肉厚の立上がり部33b
は、その肉厚が上面側の立上がり部33aの肉厚よりも厚
く形成されていて、環状溝30dの半径が、この肉厚分だ
け、環状溝30bの半径よりも小さくなっている。

第２図に、上記安全装置25の第1A図のII−II線の横断
面を示す。第２図において、中間嵌合体30は、その中心
にリードストリッパ４の挿通孔11よりも大きな中心孔31
を有し、さらに、上記中心に関して点対称の位置に、立
上がり部33bの内周面を結ぶ円上をほぼ中心とするほぼ
半円状の通気孔32を複数個有している。そして、間欠的
な下面側の肉厚の立上がり部33bの間には、第3B図に示
すように、上記通気孔32が形成されてその内周面がえぐ
られた形状となっている下面側の肉薄の立上り部33cが
間欠的に形成され、肉厚の立上り部33bと肉薄の立上り
部33cとによって環状の下面側立上り部が形成されてい
る。従って、その内周面がえぐられた形状となっている
下面側の立上がり部33cの肉厚は、立上がり部33bの肉厚
よりもかなり薄く形成されている。なお、上面側の立上
がり部33aに関しては、通気孔32が存在していても、突
部30aと溝30bとは全円周に亘って同様の形状に形成され
ている。

中間嵌合体30に上述のような通気孔32を設けると、中
間嵌合体30の下面側にリードストリッパ４を嵌め込んだ
場合、このリードストリッパ４の外周面4aと立上がり部
33cの内周面との間に第3C図に示すように大きな間隙35
が形成されて、この間隙35と通気孔32とが連通される。
従って、電池内圧は安全弁３の中央平面部3dに十分に加
えられるようになる。

上記中間嵌合体30は、例えばPBT（ポリブチレンテレ
フタレート）、PP（ポリプロピレン）、PEEK（ポリエー
テルエーテルケトン）などの弾性を有する合成樹脂を用
いてつくられてよく、これらは電気絶縁体であるから、
第５図に示す従来例の場合における不織布等からなる絶
縁膜16は不要となる。

以上のように構成された安全弁３、中間嵌合体30、リ
ードストリッパ４及びリード板８は、次のようにして組
み立てられる。即ち、突起部3aを有する安全弁３上に、
中間嵌合体30をのせて、これをわずかに強く押すと、第
1A図及び第1B図に示すように、中間嵌合体30の突部30a
が安全弁３の突部14bを超えて安全弁３の溝14aに凹凸嵌
合される。従って、第3A図において実線で示す安全弁３
と、一点鎖線で示す中間嵌合体30とは、一体に結合され
る。

次に、中間嵌合体30上にリードストリッパ４をのせ
て、これをわずかに強く押すと、リードストリッパ４の
外周面4aが中間嵌合体30の突部30cを超えて中間嵌合体3
0の溝30dに凹凸嵌合される。従って、第3B図において実
線で示す安全弁３と、一点鎖線で示すリードストリッパ
４とは、実線で示す中間嵌合体30を介して、一体に結合
される。この場合、中間嵌合体30に対してリードストリ
ッパ４を凹凸嵌合させてから、安全弁３を凹凸嵌合させ
得ることは、言うまでもない。このように一体となった
安全弁３とリードストリッパ４とは、通常の取り扱いで
は、中間嵌合体30から容易には脱落しない。次に、第3C
図において一点鎖線で示すリード板８を、リードストリ
ッパ４の挿通孔11を通してその頭部が臨んでいる安全弁
３の突起部3aに、超音波溶接等によって取付ける。

次に、上記安全装置25が内圧の上昇に応じて電流を遮
断する動作について、第４図を参照して説明する。既述
したような原因によって電池内圧が上昇すると、この電
池内圧が間隙35と通気孔32とを通して安全弁３の中央平
面部3dに伝えられる。安全弁３は、その外周平面部3cに
おいて蓋体５と共に固定されているから、この電池内圧
が所定の値に達すると、第４図に示すように、突起部3a
を含む中心部分が上方に持ち上げられた状態になる。従
って、リード板８が突起部3a上の溶接部において安全弁
３から少くとも部分的に剥離するか、或いはまた、それ
自体が破断して、電流が遮断される。

以上説明したように、安全弁３とリードストリッパ４
とを中間嵌合体30に簡単に凹凸嵌合させることができ、
これらは一体に結合されて容易には分離しないから、安
全装置の組み立て作業がやり易くなる。また、リードス
トリッパ４は安全弁３に固定されているから、リードス
トリッパ４にリード板８を溶接する作業もやり易くな
る。従って、上記安全装置は、その組み立て時における
作業性が従来のものよりもはるかに改善され、また、所
定通りに正確に組み立てることができるから、安全装置
の作動が確実となって、その信頼性が高まる。

なお、上述の実施例においては、リードとして、薄板
状のリード板８を用いたが、線状その他任意の形状のも
のを用いることができる。

〔発明の効果〕

上述のように構成された本発明によれば、電池内圧が
所定の値に達したとき、リードストリッパがリードの剥
離及び／又は破断を行うように構成されているから、過
充電時又は短絡時に生じる発熱、破損及び電解液の漏出
を効果的に防止することができる。

また、安全弁とリードストリッパとを中間嵌合体を介
して簡単に一体化できるように構成されているから、安
全装置の組み立て時の作業性を向上させることができる
と共に、安全装置の信頼性を向上させることができ、こ
のため、安全装置が組み込まれた電池の量産化が可能と
なって、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明を適用した一実施例を示すもの
であって、第1A図は電池内の安全装置を示す第２図のI
A−I A線の縦断面図、第1B図は第1A図の1B部の部分拡大
図、第２図は第1A図のII−II線の横断面図、第3A図〜第
3C図は安全装置の安全弁、中間嵌合体、リードストリッ
パ及びリード板の組み立て順序を上下位置関係を逆にし
て示す斜視図、第４図は作動した後の安全装置を示す縦
断面図、第５図は従来例の安全装置を示す縦断面図であ
る。なお、図面に用いた符号において、３……安全弁４……リードストリッパ８……リード板 25……安全装置 30……中間嵌合体である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電池内圧の上昇に伴って変形する安全弁
と、この安全弁に接続されているリードと、前記安全弁
の変形に伴って前記リードの前記安全弁からの剥離及び
／又は破断を行うリードストリッパとをそれぞれ具備
し、前記電池内圧が所定の値に達したとき、前記安全弁の変
形により前記リードストリッパが前記リードの前記安全
弁からの剥離及び／又は破断を行って、電流を遮断する
ように構成した電池の安全装置において、前記安全弁に凹凸嵌合により取付けられた中間嵌合体を
さらに具備し、この中間嵌合体に前記リードストリッパがさらに凹凸嵌
合により取付けられていることを特徴とする電池の安全
装置。