JP3129895U - 樹脂電池缶の安全構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大量のガスが瞬間で強力に電池缶から噴出して設備を汚染し破壊することを回避でき、且つ作用溝が瞬間に膨らみ可能になる樹脂電池缶の安全構造を提供する。
【解決手段】樹脂で一体成形されたものであり、内部に開口を持つ収容空間２１が成形してあり、電極板と電解液とが開口から入れられ、開口が電池蓋２３により閉鎖されて収容空間が密封状態になる樹脂電池缶の安全構造において、電池缶の収容空間の内部の壁面に少なくとも一つの作用溝３０が予めに成形してあり、作用溝の溝口が電池缶の内部に向いており、作用溝の底部と、電池缶の外部の壁面との間には、電池缶全体の壁面の最も薄い作動部位が成形され、電池缶の内部のガス圧力が異常に高くなる場合には、作動部位が電池缶の半径方向に沿って外側へ大幅に膨らんで亀裂を発生して、圧力を持つガスが前記亀裂から放出されることを特徴とする構造。
【選択図】図２

Description

本考案は、樹脂電池缶の安全構造に係り、特に、内部の圧力ガスを安全に放出可能な樹脂電池缶の安全構造に関するものである。

リチウムイオン二次電池は、技術の大幅な進展により、高容量の電源（例えばリン酸鉄リチウム二次電池）とすることが可能になり、例えば電動自転車や電動車椅子などの高容量二次電池を必要なものに適用することができるようになり、このような高容量の非水電解液使用のリチウムイオン二次電池は、電力貯蔵量および電力供給量が従来のものよりも大きく、その電池缶はアルミ製電池缶を使用することが一般であり、電池缶に電極板と非水電解液とを入れた後、電池内部の長期安定性を確保するために、電池缶の開口に蓋をカバーしてレーザ溶接によって密封する。

上記のようなリチウムイオン二次電池は、過充電により内部の電流が正常値を超え、又は使用ミスにより電池が短絡状態になった場合には、電池缶の内部の非水電解液が激しく分解するようになって、ガスが大量に発生し、密封状態の電池缶の内部のガスの圧力が電池缶の耐える圧力値を超えた場合には、電池缶が急速に爆発してガスを大量で強力に噴出するようになり、だから、この電池をする設備は、損壊になり、又は電解液に汚染される。

だから、従来の非水電解液使用のリチウムイオン二次電池は、電池缶のアルミ製の蓋に通気穴を予めに開設することが一般であり、且つより薄いアルミ製安全ダイアフラムにより前記通気穴を密封し、そうすると、ガスの圧力が予定値を超えた場合には、アルミ製安全ダイアフラムがガス圧力により破壊されて内部のガスが放出される。

特に、前記安全ダイアフラムは、前記蓋の端面に設けられ、電極板の中段との距離が遠く、且つ前記蓋の面積の規制により通気穴の穴径が小さいので、ガス圧力によりアルミ製安全ダイアフラムを破壊する時間がかなり掛かり、だから、電池缶の内部のガス圧力が異常に高くなったときに、電池缶の中段が瞬間に膨らんで爆発しても、アルミ製安全ダイアフラムが破壊しないことがよくあった。

図１に示すのは米国特許第6964690号に提案したアルミ製電池缶の安全構造であって、主に、アルミ製電池缶１０の長手側面の外面に削り溝１１が複数に開設してあり、前記削り溝１１の底部の電池缶１０と対応する内面には、肉厚をより薄くすることにより破裂が易くなる部位が成形してあり、そうすると、電池缶の内部のガス圧力が予定値を超えた場合には、アルミ製安全ダイアフラムがガス圧力により破壊されて内部のガスが放出される。

金属製の電池缶の外部に削り溝を開設することにより、破裂が易くなる部位を形成する設計は、電池缶の内部のガス圧力が異常に高くなったときに、破裂が易くなる削り溝がガス圧力により破壊され、特に、大量のガスは極めて短い時間のうちに面積の小さい破裂箇所に衝撃するので、電池缶の破裂穴の寸法は極めて大きくなり、これにより、ガスおよび非水電解液が破裂箇所から強力に噴出され、且つ電池の内部の電極板が大面積に外部に露出するので、この電池を使用する設備は破壊される虞がある。
米国特許第6964690号

本考案の主な目的は、樹脂で一体成形された電池缶の内面に複数の作用溝を予めに開設し、前記作用溝の溝口が電池缶の内部に向いており、電池缶の内部のガス圧力が異常に高くなった場合には、作用溝が瞬間に膨らむようになり、且つ膨らんだ作動部位はすぐに破裂することがなく、肉厚が徐々にゼロになったときに亀裂が発生して、電池缶の内部の圧力ガスを前記亀裂から放出するので、大量のガスが瞬間で強力に電池缶から噴出して設備を汚染し破壊することを回避できる樹脂電池缶の安全構造を提供することにある。

本考案の次の目的は、作用溝が瞬間に膨らみ可能な樹脂電池缶の安全構造を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本願の考案は、樹脂で一体成形されたものであり、内部に開口を持つ収容空間が成形してあり、電極板と電解液とが前記開口から入れられ、前記開口が電池蓋により閉鎖されて前記収容空間が密封状態になる樹脂電池缶の安全構造において、前記電池缶の収容空間の内部の壁面に少なくとも一つの作用溝が予めに成形してあり、前記作用溝の溝口が電池缶の内部に向いており、前記作用溝の底部と、電池缶の外部の壁面との間には、前記電池缶全体の壁面の最も薄い作動部位が成形され、電池缶の内部のガス圧力が異常に高くなる場合には、前記作動部位が電池缶の半径方向に沿って外側へ大幅に膨らんで亀裂を発生して、圧力を持つガスが前記亀裂から放出されることを特徴とする樹脂電池缶の安全構造であることを要旨としている。

本願の考案では、前記作用溝は、断面形状がＶ字形を呈し、且つ溝口が電池缶の内部に向いていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂電池缶の安全構造であることを要旨としている。

本願の考案では、前記作用溝は電池缶の内壁面の縦方向に沿って開設されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂電池缶の安全構造であることを要旨としている。

本願の考案では、前記作用溝は電池缶の内壁面の横方向に沿って開設されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂電池缶の安全構造であることを要旨としている。

本考案の樹脂電池缶の安全構造によれば、大量のガスが瞬間で強力に電池缶から噴出して設備を汚染し破壊することを回避でき、且つ作用溝が瞬間に膨らみ可能になる効果を有する。

以下、添付図面を参照して本考案の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、図２乃至図４を参照する。本考案の樹脂電池缶の安全構造は、電池缶の内部に少なくとも一本の作用溝を予めに成形してある。

前記電池缶２０は、樹脂で一体成形された丸形電池缶であり、内部に開口を持つ収容空間２１が成形してあり、電池コア４０と、パッキン６０と、非水電解液５０となどの電池部材が前記開口から入れられ、前記開口の端縁に結合縁２２が凸設してあり、且つ前記開口が電池蓋２３により閉鎖され、電池蓋２３と結合縁２２とがネジ２４で締め付けられ、そうすると、電池缶２０の収容空間２１が密封状態になる。

特に、本考案の電池缶２０の収容空間の内部の壁面に少なくとも一本の作用溝３０が予めに成形してあり、前記作用溝３０の溝口３１が電池缶２０の内部に向いており、前記作用溝３０の底部と、電池缶２０の外部の壁面との間には、前記電池缶２０全体の壁面の最も薄い作動部位３２が成形された。

電池が異常（例えば過充電、電極片短絡や超過負荷など）になって非水電解液が高圧ガスに激しく分解する場合には、作動部位３２が電池缶の半径方向に沿って外側へ大幅に膨らんで、徐々に薄くなって亀裂を発生して、高圧ガスが前記亀裂から放出される。

すなわち、樹脂製の電池缶は、内壁面に作用溝が予めに成形してあり、電池缶の内部のガス圧力が設定値を超えた場合には、作用溝の作動部位が先に膨らんで徐々に薄くなって破裂し、これにより、電池が瞬間に爆裂することを回避可能であり、安全な状態で圧力ガスを放出することができる。

次に、本考案の樹脂電池缶の安全構造の作動プロセスを詳細に説明する。図２乃至図４に示すように、本考案は、樹脂で一体成形された電池缶２０であり、電池缶２０の内壁面に複数の作用溝３０が予めに成形してあり、前記作用溝３０の底部と、電池缶２０の外部の壁面との間には、前記電池缶２０全体の壁面の最も薄い作動部位３２が成形され、なお、作用溝３０の本数は電池缶２０の実際寸法を見て増減することができ、直径が２０センチの丸形電池缶２０を例にすれば、作用溝３０が丸形電池缶２０の内壁面の軸方向に沿って四本設けてあり、且つ各作用溝３０が等間隔で配置される。

また、図４乃至図６に示すように、電池が異常になって非水電解液が高圧ガス７０に激しく分解する場合には、高圧ガス７０により電池缶２０が外側へ膨らむようになり、特に、異常箇所は電池缶２０の内部の一側面だけであることがあり、この場合には、電池缶２０の内壁面に受ける圧力値が最大であり、最大圧力点に最も近い作用溝３０はガス圧力によって作動部位３２が瞬間に膨らむようになり、電池缶２０は、樹脂製品であり、壁面に撓み性があるので、瞬間に膨らむ作動部位３２はすぐに破裂することがなく、作動部位３２の肉厚が徐々にゼロになった際に、微細な亀裂３３が始めて発生して、電池の内部の高圧ガス７０が前記亀裂３３から放出される。

特に、本考案の電池缶は樹脂製品なので、従来のアルミ製電池缶に比べると、電池の落下衝突試験のテスト結果はより優れた。

また、図４に示すように、本考案の作用溝３０は、断面形状がＶ字形を呈し、且つ溝口３１が電池缶２０の内部に向いているので、異常のガス圧力が電池缶２０の内壁面に加える場合には、作用溝３０の溝口３１の方向がガス圧力の方向に対向し、応力が集中されて肉厚の最も薄い作動部位３２が電池の半径方向に沿って外側へ膨らんで、最後に、亀裂３３を徐徐に形成し、だから、溝口３１の向き方向は極めて重要であることが分かる。

また、作用溝３０の開設される位置は、電池缶２０の内部のガス４０の放出しようとする位置であり、本考案の構造設計を通じて、作用溝３０が適当な位置に配置され、これにより、ガス４０の放出する位置を予測可能になり、電池を使用する設備が汚染され、又は衝撃されて損壊になることを回避可能であり、一方、作用溝３０の開設方向は、図７に示すように、電池缶２０の内壁面の縦方向に沿って開設されてもいいし、図８に示すように、電池缶２０の内壁面に、縦方向作用溝３０と横方向作用溝３０ａとを同時に開設されてもよく、両方ともガス圧力を安全にリリースすることができる。

また、本考案の樹脂電池缶の安全構造は、丸形電池缶に適用してもいいし、立方形電池缶に適用してもいい。図９は本考案の作用溝３０と作動部位３２とが立方形電池缶２０ａの内壁面に成形された状態を示す概略図であり、図１０は図９における電池缶２０ａの作動部位３２が膨らんで破裂した後に、ガスが放出される状態を示す概略図である。

上記の説明から明らかなように、本考案は、主に、電池缶の内壁面に少なくとも一つの作用溝が予めに成形してあり、樹脂製電池缶が撓み性を持つので、電池缶の内部のガス圧力が異常に高くなる場合には、作用溝の底部にある作動部位は、電池缶の半径方向に沿って外側へ瞬間に膨らんで、肉厚が徐々に薄くなって亀裂が発生して、圧力を持つガスが前記亀裂から放出され、すなわち、本考案の電池缶は、樹脂の撓み性により、圧力が異常に上昇したガスの衝撃力を緩衝した後にガスを放出するので、圧力が異常に上昇したガスを安全にリリースすることが可能になる。

従来の米国特許第6964690号に提案したアルミ製電池缶の安全構造の斜視図である。 本考案の丸形樹脂電池缶と電池コアの分解斜視図である。 本考案の丸形樹脂電池缶の安全構造の組合状態の縦方向断面概略図である。 本考案の丸形樹脂電池缶の安全構造の組合状態において、作動部位が膨らんだ状態の横方向断面概略図である。 図４の作動部位が瞬間に膨らんだ状態の縦方向断面概略図である。 図４の作動部位が膨らんで破裂した後にガスが放出される状態の縦方向断面概略図である。 本考案の丸形樹脂電池缶に縦方向と横方向との作動溝を成形した状態の斜視図である。 図７の電池缶の組合状態において、作動部位が膨らんで破裂した後にガスが放出される状態の縦方向断面概略図である。 本考案の立方形状樹脂電池缶と電池コアの分解斜視図である。 図９の電池缶の組合状態において、作動部位が膨らんで破裂した後にガスが放出される状態の縦方向断面概略図である。

符号の説明

１０ アルミ製電池缶
１１ 削り溝
２０，２０ａ 電池缶
２１ 収容空間
２２ 結合縁
２３ 電池蓋
２４ ネジ
３０，３０ａ 作用溝
３１ 溝口
３２ 作動部位
３３ 亀裂
４０ 電池コア
５０ 非水電解液
６０ パッキン
７０ ガス

Claims (4)

1. 樹脂で一体成形されたものであり、内部に開口を持つ収容空間が成形してあり、電極板と電解液とが前記開口から入れられ、前記開口が電池蓋により閉鎖されて前記収容空間が密封状態になる樹脂電池缶の安全構造において、
   前記電池缶の収容空間の内部の壁面に少なくとも一つの作用溝が予めに成形してあり、前記作用溝の溝口が電池缶の内部に向いており、前記作用溝の底部と、電池缶の外部の壁面との間には、前記電池缶全体の壁面の最も薄い作動部位が成形され、電池缶の内部のガス圧力が異常に高くなる場合には、前記作動部位が電池缶の半径方向に沿って外側へ大幅に膨らんで亀裂を発生して、圧力を持つガスが前記亀裂から放出されることを特徴とする、
   樹脂電池缶の安全構造。
2. 前記作用溝は、断面形状がＶ字形を呈し、且つ溝口が電池缶の内部に向いていることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂電池缶の安全構造。
3. 前記作用溝は電池缶の内壁面の縦方向に沿って開設されることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂電池缶の安全構造。
4. 前記作用溝は電池缶の内壁面の横方向に沿って開設されることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂電池缶の安全構造。