JP2870067B2 - 密閉形電池 - Google Patents

密閉形電池

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、防爆安全装置を備えた密閉形電池に関し、
特に、オキシハロゲン化物系の液体活物質を用い、ハー
メチックシールを採用した密閉形電池に関するものであ
る。
従来の技術 塩化チオニル−リチウム電池で代表されるような、正
極活物質としてオキシハロゲン化物を用い、負極活物質
としてアルカリ金属を用いる電池では、活物質が水分と
非常に反応しやすいため、電池ケースをハーメチックシ
ールにより封口する完全密閉構造が採用されている。
このようなハーメチックシールを採用した電池では、
密閉性が高い反面、高温加熱下に置かれたり、高電圧で
充電されるなどの事態に遭遇すると、電池の内部圧力が
異常に上昇して破裂に至り、電池使用機器を破損するお
それがある。そこで、種々の防爆安全装置が提案されて
きたが、特に電池ケースの底部に溝を加工し薄肉部を形
成したものが多かった。
塩化チオニル−リチウム電池では、正極活物質の強い
腐食性に耐えるために電池ケースにはステンレス鋼など
の硬度の高い耐食性金属が使用され、特に溝の加工をプ
レス成形で行う場合、ステンレス鋼が加工硬化してポン
チが損傷を受け易く、ポンチの耐久性面と防爆性能面の
両方を満足させる溝の設計が要求される。
従来、この種の密閉形電池は、第5図に示すような構
成であった。第5図において、塩化チオニル−リチウム
電池の発電要素、例えばリチウム負極11,セパレータ12,
19,20,炭素多孔質成形体正極13などを収納した電池ケー
ス1の開口部にガラス層16を介して正極端子17を設けた
電池蓋15を溶接してあり、正極端子17はパイプ状をして
いて、その上端部を電解液18を注入した後正極集電体14
の上部と溶接して封止してあった。電池ケース1の底部
2に、底部が平坦な断面倒立台形状で少なくとも1箇所
の交点を有する複数本の溝3(実施例においては平面形
状が十字状)が形成されていた。第6図は、第5図に示
す従来の構成による密閉形電池に用いた電池ケースの底
部に形成された溝、薄肉部およびその近傍の拡大断面図
である。第6図において、電池ケース1の底部2に、溝
3の形成によって薄肉部4を設け、更に、該薄肉部4の
溝3の交点3bに位置する部分4aの厚さt1を、薄肉部4
の溝3の交点3b以外のところに位置する部分4bの厚さt
2よりも厚く(1.05〜1.5倍)にしていた(特開昭63-294
665号公報)。
発明が解決しようとする課題 このような従来の構成では、溝をプレス成形する際、
第6図に示す、4aと4bが同じ厚さの場合よりも、交点部
に相当するポンチの損傷が軽減されてはいるが、溝底部
に平坦部があるためケース材料が逃げにくいので、薄く
加工しようとするほど加工荷重が大きくなり、ポンチに
負担がかかる。また防爆機能面をみると、電池の内部圧
力が異常に上昇し電池ケースの底部が外方向へ膨張した
時、一番引張応力の加わる交点部分が肉厚になればなる
ほど破壊されにくくなり、交点近傍の薄肉部に亀裂が生
じても、交点部で寸断され亀裂が拡大せず、内部圧力の
逸散能力におくれをきたすという課題があった。
本発明はこのような課題を解決するもので、電池ケー
スの底部の溝形状を改良し、プレス成形による薄肉加工
を安定化させることにより、安全性及び量産性の高い防
爆機能を備えた密閉形電池を提供することを目的とする
ものである。
課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、オキシハロゲン
化物系の液体活物質を用い、ハーメチックシールを行
い、金属製の有底電池ケースを用いた密閉形電池におい
て、該電池ケースの底部に、断面形状が五角形である溝
を形成して薄肉部を設けたものである。好ましくは前記
溝が交わらない3本の溝より構成され、そのうちの1本
は該電池ケースの底部の中心部を通り、他の2本は該中
心部を通る溝を中心線として線対称の位置関係にあり、
かつ該中心部を通る溝の中点より垂直方向に延びる線上
に形成することにより、防爆機能を持たせたものであ
る。
作用 この構成により、溝加工時に断面形状五角形の4辺に
相当するポンチの斜面に沿ってケースの材料が逃げ易い
ので、従来の技術にみるような溝の底部に平坦部を有す
る場合の溝加工よりも加工荷重が小さくて済み、ポンチ
の負担が軽減されるため、ポンチの先端に角度を持って
はいるものの耐久性は差がない。また、断面形状が三角
形(V字状)の溝加工と比べると、ポンチの先端が肉厚
であるため、ポンチ自体の強度が保たれ、耐久性があ
る。そして、防爆機能の作動性においては、ケースの板
厚内にある断面形状五角形の三つの角がそれぞれ切欠効
果を発揮し、電池の内部圧力が上昇し、ケースの底部が
膨張することによる引張力が、最も薄肉の部分を破壊
し、亀裂が溝に沿って走り、十分な内部圧力の逸散がで
きる。更に、前述の交わらない3本の溝の構成において
は、ケース底部の膨張に伴い、線対称の2本の溝に相当
する薄肉部分で折れ曲がり、このことが底部の中心部を
通る溝に沿った亀裂の拡大を助長することとなり、量産
性もありかつより逸散能力の優れた防爆機能を得ること
となる。
実施例 第1図は本発明の一実施例による密閉形電池の半裁断
面図であり、第1図において、金属リチウム2をステン
レス製の電池ケース1の内周面に圧着し、この金属リチ
ウム2の内側には、ガラス繊維不織布からなるセパレー
タ3,上紙3a,底紙3bを介して炭素成形体(正極)4を収
納する。四塩化アルミニウムリチウムを含む塩化チオニ
ル溶液5の一部を、前記セパレータ3,上紙3a,底紙3b、
及び炭素成形体4が含浸している。ニッケル製集電体6
は、下部大半を炭素成形体4に埋設してあり、上部先端
はステンレス製パイプ7の上部先端と溶接している(溶
接部11)。他極性端子を兼ねるステンレス製パイプ7
は、ガラスハーメチック層8を介して電池蓋9に挿着さ
れている。電池蓋9の周縁端部は、電池ケース1の開口
部に溶接され(溶接部12)、完全密閉構造になってい
る。電池ケース1の底部1aの外面に断面形状が五角形の
溝10を形成している。第2図(A)は、第1図に示す本
発明の実施例による密閉形電池に用いた電池ケースの半
裁断面図であり、第2図(B)は、電池ケースの底部の
平面図である。第2図(A)及び第2図(B)に示すよ
うに、断面形状が五角形の溝10が電池ケースの底部1aの
中心部を通るように設けられている。第3図は、本発明
の実施例による電池ケースの要部拡大断面図である。第
3図において、板厚Tの電池ケースの底部1aに、断面形
状が点a−b−c−d−eで結ばれた五角形の溝10を形
成することにより、薄肉部1bを設けている。溝加工時に
は、角度θ1〜θ4の設定によって、辺ab,ae,bc,及びde
に相当するポンチの斜面に沿ってケース材料が逃げる。
第4図(A)は、本発明の他の実施例による密閉形電池
に用いた電池ケースの半裁断面図であり、第4図(B)
は、第4図(A)に示す電池ケースの底部の平面図であ
る。第4図(A)及び第4図(B)に示すように、交わ
らない3本の溝10,11,12が電池ケースの底部1aに形成さ
れ、各々が断面形状が五角形であり、溝11と12は、溝10
を中心線として線対称の位置関係にあり、かつ溝10の中
点10aより垂直方向に延びる線上に形成している。
量産対応における防爆機能の作動の安定性を以下の方
法で評価した。電池ケースの材料にステンレス鋼(SVS3
04,厚みT=0.3mm)を用い、溝加工ポンチの材質に超硬
合金を用い、電池ケースの底部の溝加工を実施した。ま
ず本発明による電池ケースの溝加工では、第3図におい
て、角度θ1,θ2は20°で角度θ3,θ4は25°に、辺a
b,aeの長さは各々0.8mmに設定し、加工後の薄肉部1bの
厚さtが0.06mmになるように加工荷重を調節した。尚、
断面形状が五角形a−b−c−d−eの溝10の平面図に
おける長さを8mmとした。以上の本発明の電池ケースを
(イ)とする。次に本発明の他の実施例の溝加工につい
ては、電池ケース(イ)に、更に第4図(A),(B)
に示すように溝11,12(但し、溝11,12は溝10と同じ断面
形状であり、平面図における長さを各々3mmとし、溝10
から0.5mmの距離にある。)を付加形成している。他の
実施例による電池ケースを(ロ)とする。次に従来の技
術による電池ケースの溝形状については、第6図におい
て、t1=0.06mm,t2=0.075mm,W=0.16mm,θ5=50°に
なるように溝加工を行った。この従来の技術による電池
ケースを(ハ)とする。以上、本発明による電池ケース
(イ),(ロ)、従来の技術による電池ケース(ハ)の
3種類について評価することにした。(イ),(ロ),
(ハ)の3種類の電池ケースについて、各々1万個の溝
加工を実施し、次に加工した10個を抜き取り、作動圧の
測定と溝加工ポンチの損傷を調べた。次に、5万個の溝
加工を実施し、次に加工した10個を抜き取り、作動圧の
測定と溝加工ポンチの損傷を調べた結果を表1に示す。
尚、作動圧測定前に電池ケースは全て1010℃,10分間
の熱処理を施した。
表1に示すように、数万個レベルの量産対応におい
て、従来の技術と本発明による場合とでは、溝加工ポン
チの損傷状況に差はなく、切欠効果が安定して確保でき
ており、本発明の方が作動圧の変化が若干少なく、より
安定している。
次に、5万個加工後、更に抜き取った電池ケース
(イ),(ロ),(ハ)の3種を用いて試作した塩化チ
オニル−リチウム電池を各々(イ)′,(ロ)′,
(ハ)′として、各10個を火中投入した。その結果を表
2に示す。
表2に示すように、従来の技術による試作電池
(ハ)′は、火中投中で10個中1個破裂した。破裂した
電池のケースを調べてみると、ケースの円筒部分が裂け
ており、底部の溝加工部を見ると、第6図に示す4aと4b
の連結部分に小さな亀裂が生じているだけで、どうも逸
散能力が不十分であったために破裂に至ったものと思わ
れる。(イ)′,(ロ)′については、全て亀裂が大き
く、(ロ)′の方が(イ)′よりも更に大きく、逸散能
力が十分であり、破裂に至らなかった。
発明の効果 以上のように本発明によれば、プレス成形による薄肉
加工時に、溝の断面形状の五各形の4辺に相当するポン
チの斜面に沿ってケースの材料が逃げ、また交点部もな
いので、加工荷重が小さくて済み、ポンチの負担が軽減
できる。そこで、ポンチの耐久性の比較において、断面
形状が三角形(V字状)の溝を加工する場合よりは、ポ
ンチの先端が肉厚で強度があるため耐久性があり、断面
形状が倒立台形状で溝の底部に平坦部を有する場合と差
がない。
そして、防爆機能面では、交点のある断面倒立台形状
の溝を加工した電池ケースよりも、本発明による電池ケ
ースを用いた方が、電池の火中投入テストにおいて、薄
肉部の亀裂が大きく発生するため、電池の内部圧力の逸
散能力が優れている。すなわち、本発明を採用した密閉
形電池は、安全性が高く、且つ量産時にも安定した防爆
機能を備えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による密閉形電池の縦断面
図、第2図(A)は第1図に示す本発明の実施例による
密閉形電池に用いた電池ケースの縦断面図、第2図
(B)は本発明の実施例における電池ケースの底部の平
面図、第3図は本発明の実施例における電池ケースの要
部拡大断面図、第4図(A)は本発明の他の実施例によ
る電池ケースの縦断面図、第4図(B)は本発明の他の
実施例による電池ケースの底部の平面図、第5図は従来
の構成による密閉形電池を示す縦断面図、第6図は第5
図に示す従来の構成による密閉形電池に用いた電池ケー
スの要部拡大断面図である。 1……電池ケース、2……金属リチウム、3……セパレ
ータ、4……炭素成形体、5……正極活物質兼電解液、
6……集電体、7……金属パイプ、8……ガラスハーメ
チック層、9……電池蓋、10……断面形状五角形の溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森垣 健一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小林 茂雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−86243(JP,A) 実開 昭56−20276(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 2/02 H01M 2/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オキシハロゲン化物系の液体活物質を用
    い、ハーメチックシールを行い、金属製の有底電池ケー
    スを用いた密閉形電池において、該電池ケースの底部に
    断面形状が五角形である溝を形成することにより薄肉部
    を設けたことを特徴とする密閉形電池。
  2. 【請求項2】断面形状が五角形の溝は、交わらない3本
    の溝より構成され、そのうちの1本は前記電池ケースの
    底部の中心部を通り、他の2本は前記中心部を通る溝を
    中心線として線対称の位置関係にあり、かつ前記中心部
    を通る中点より垂直方向に延びる線上に形成したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の密閉形電池。
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CN104716279A (zh) * 2015-03-19 2015-06-17 苏州市职业大学 一种易取出型干电池

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