JP3222952B2 - 防爆型の密閉電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防爆型の密閉電池に関
する。

【０００２】

【従来の技術】密閉電池は、使用条件によって内圧が異
常に上昇することがある。たとえば、リチウムイオン二
次電池は、過充電すると内圧が異常に上昇する。また、
ショートして過大な電流が流れるときにも内圧が上昇す
る性質がある。内圧が異常に上昇して、電池の外装缶が
破裂すると、電池を収納する電気機器を損傷することが
ある。また、破裂した外装缶から腐食性のガスや電解液
が漏れると、これが電気機器を腐食する弊害もある。こ
の欠点を避けるために、防爆型の密閉電池は、内圧の異
常な上昇を防止するための機構が設けられる。過充電し
た時における内圧の異常な上昇は、電池の内部で電流を
遮断することによって防止できる。電流が遮断される
と、電池の内部で化学反応が起こらなくなるからであ
る。

【０００３】このようなことを実現する防爆型の密閉電
池は、特開平２−１１２１５１号公報と、特開平２−２
８８０６３号公報とに記載されている。これ等の公報に
記載される密閉電池は、図１ないし図３に示す構造の封
口体１を装備している。この封口体１は、リード線４を
接続する弁体２と、リード線４と弁体２との間に設けら
れたストッパ３とを備える。リード線４と弁体２とは、
弁体２が異常な圧力で変形されると分離できる強度で接
続されている。弁体２はキャップ６に電気的に接続され
ており、キャップ６は、弁体２を介してリード線４に接
続されている。ストッパ３は、電池の内圧が異常に上昇
したときに、弁体２をリード線４から強制的に分離する
ために設けられている。いいかえると、ストッパ３は、
異常な圧力で弁体２が変形するとき、リード線４が弁体
２と一緒に移動するのを防止して、弁体２とリード線４
との接続を切り離す。したがって、ストッパ３は貫通孔
５を有し、貫通孔５を通過したガスが、弁体２の内面を
押圧して変形するようにしている。

【０００４】この構造の密閉電池は、下記の動作をして
内圧の異常な上昇を防止する。 電池の内圧が異常上昇しない通常の状態 この状態においては、弁体２がリード線４に接続されて
いる。それは、電池の内圧に押圧されて弁体２が変形さ
れないからである。したがって、電池のキャップ６は、
弁体２とリード線４とを介して発電素子７に接続され、
通電できる状態となっている。 電池の内圧が設定圧力よりも高く上昇した状態 電池の内圧が上昇すると、図２に示すように、弁体２が
圧力で押し上げられる。リード線４の上昇は、ストッパ
３で阻止される。したがって、リード線４は定位置にあ
り、弁体２のみが上昇されて、弁体２がリード線４から
切り離される。弁体２がリード線４から切り離される
と、電池は内部で電流を遮断する。この状態になると、
電池に電流が流れなくなり、電池内部の化学反応は停止
する。したがって、内圧の上昇は制限される。 電流を遮断してもさらに内圧が上昇する場合 電池の内圧がさらに高くなると、図３に示すように弁体
２の変形量はさらに大きくなる。著しく変形した弁体２
の一部が破壊される。破壊した弁体２は電池内のガスを
排気する。弁体２を通過したガスは、キャップ６のガス
抜き孔８から電池の外部に排気される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上の構造を有する防
爆型の密閉電池は、内圧が上昇したときに、弁体２をリ
ード線４から切り離して電流を遮断するので、内圧の異
常な上昇を防止できる特長がある。しかしながら、この
構造の密閉電池は、作動圧の工程管理を簡単にできない
欠点がある。それは、電池を組み立てた状態で作動圧を
検査するからである。すなわち、弁体２をリード線４に
接続して作動圧を検査するので、電池として組立ない限
り、弁体２がリード線４から離れる圧力を検査できな
い。

【０００６】さらに、この構造の密閉電池は、弁体２と
リード線４との接続強度を高い精度で制御するのが難し
い。弁体２とリード線４との接続強度は、弁体２の作動
圧、すなわち、弁体２がリード線４から切り離される圧
力に影響を与える。両者の接続強度が弱いと、弁体２か
らリード線４は外れ易く、低圧力のときに電池の内部が
遮断されて再使用できなくなる。反対に接続強度が強す
ぎると、電池の内圧が設定圧力に上昇しても弁体２をリ
ード線４から切り離すことができない。この状態になる
と、電池の内圧が著しく上昇する弊害がある。このた
め、弁体２とリード線４の接続強度は、高い精度で制御
することが大切である。

【０００７】さらにまた、弁体をリード線に接続する密
閉電池は、リード線と弁体とを溶着等の方法で接続する
必要がある。いいかえると、弁体とリード線とを弾性的
に押圧する構造とすることができない。それは、リード
線が充分な強度を有しないからである。自由に変形でき
るリード線は、弁体を弾性的に押圧しても、充分な押圧
力で接触できない。

【０００８】本発明は、この欠点を解決することを目的
に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電流
を遮断する作動圧を高精度に調整できると共に、工程管
理を簡素化できる構造とする防爆型の密閉電池を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の密閉電池は、前
述の目的を達成するために下記の構成を備える。すなわ
ち、本発明の防爆型の密閉電池は、内圧が上昇すると変
形する弁体２と、弁体２をリード線４に電気的に接続す
る弁保持体９と、弁保持体９と発電素子７とを接続する
リード線４とを備えている。弁体２と弁保持体９間に絶
縁パッキン１２を挟着して挟弁保持体９をかしめて、弁
体２とキャップ６とを挟着して封口体１を構成してい
る。さらに、弁体２と弁保持体９との接続部分において
は、弁体２が弁保持体９に向かって突出する突出部分を
有するが、弁保持体９は弁体に向かって突出せず、弁体
２の突出部分を弁保持体９に溶接している。弁体２は、
電池の内圧が上昇すると変形する。したがって、弁体２
は、電池の開口部を気密に閉塞すると共に、電池内の圧
力上昇に伴い変形する強度を有する。弁保持体９は、弁
体２に電気的に接続されるが、弁体２が内圧で変形する
と切り離されるように接続されている。リード線４は、
発電素子７を弁保持体９に接続する。弁体２と弁保持体
９とは導電性を有し、弁体２は、弁保持体９を介してリ
ード線４に接続されている。

【００１０】この構造の密閉電池は、電池の内圧が上昇
すると、弁体２が変形して弁保持体９から離れる。弁体
２が弁保持体９から離れると、弁体２と弁保持体９との
通電が遮断され、弁体２とリード線４との接続は遮断さ
れる。すなわち、本発明の防爆型の密閉電池は、従来の
電池のように、弁体２を直接にリード線４に接続するこ
となく、弁体２を弁保持体９に接続し、弁保持体９を介
して弁体２とリード線４とを接続している。

【００１１】

【作用】本発明の防爆型の密閉電池は、内圧が異常に上
昇すると、弁体２と弁保持体９との接続を切り離す。従
来のように、弁体２とリード線４との接続を遮断するも
のではない。リード線４は、弁体２ではなく、弁保持体
９に接続されているので、内圧が上昇すると弁保持体９
を介して弁体２から切り離される。弁保持体９は弁体２
とリード線４とを電気的に接続するので、弁体２と弁保
持体９との接続が切り離されると、弁体２とリード線４
との接続も切り離される。

【００１２】この構造の密閉電池は、下記のように作動
して、内圧の上昇を防止する。 電池の内圧が異常上昇しない通常の状態 この状態においては、弁体２は弁保持体９に接続され
る。弁保持体９はリード線４に接続されているので、弁
体２は弁保持体９を介してリード線４に接続される。し
たがって、電池のキャップ６は、弁体２とリード線４と
を介して発電素子７に接続され、通電できる状態となっ
ている。 電池の内圧が設定圧力よりも高く上昇した状態 電池の内圧が上昇すると、図５に示すように、弁体２が
圧力で押し上げられる。押し上げられた弁体２は、弁保
持体９の上面から離れる。したがって、弁体２とリード
線４とが切り離され、電流が遮断される。 電流を遮断してもさらに内圧が上昇する場合 電池の内圧がさらに高くなると、図６に示すように弁体
２の変形量はさらに大きくなる。著しく変形した弁体２
は一部が破壊される。破壊した弁体２は電池内のガスを
排気する。弁体２を通過したガスは、キャップ６のガス
抜き孔８から電池の外部に排気される。このように、電
流を遮断した後、さらに圧力が上昇すると弁体２を破壊
する密閉電池は、より確実に外装缶の破裂を防止できる
特長がある。ただ、本発明の密閉電池は、必ずしも弁体
２を破壊する必要はない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための密閉電池を例示するものであって、
本発明の密閉電池は、構成部品の種類、タイプ、材質、
形状、構造、配置を下記のものに特定するものでない。
本発明の密閉電池は、特許請求の範囲において、種々の
変更を加えることができる。

【００１４】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００１５】図４に示す防爆型の密閉電池は、外装缶１
０と、外装缶１０に収納された＋−の電極板からなる発
電素子７と、外装缶１０の開口部を閉塞する封口体１と
を備える。外装缶１０は底を閉塞した円筒状で、上端の
開口部に封口体１をかしめて固定している。

【００１６】封口体１は、絶縁パッキン１１を介して外
装缶１０にかしめて固定されて、外装缶１０を気密に閉
塞している。封口体１は、電池の内圧が上昇すると電流
を遮断する。電流を遮断した後、さらに内圧が上昇する
と内部のガスを排気する。

【００１７】このことを実現するために、封口体１は、
キャップ６と、弁体２と、弁保持体９とを備える。キャ
ップ６と弁体２と弁保持体９には導電性が要求されるの
で、金属板をプレス成形して製造されている。この構造
の封口体１は、キャップ６を＋電極としている。キャッ
プ６は、弁体２と弁保持体９とリード線４とを介して発
電素子７である＋電極板に接続される。キャップ６と弁
体２と弁保持体９とは円盤状に切断されている。金属板
である弁保持体９の周縁は、上方に折曲されて、弁体２
とキャップ６とを挟着する状態にかしめられて３枚の金
属板を連結している。キャップ６と弁体２とは直接に接
触するが、弁体２と弁保持体９との間には絶縁パッキン
１２が挟着される。

【００１８】キャップ６は中央凸にプレス加工されて、
ガス抜き孔８を開口している。弁体２は中心部分を下方
に突出させ、突出部分を弁保持体９に溶接している。弁
体２と弁保持体９とは、スポット溶接、あるいは超音波
溶接して接続できる。

【００１９】弁体２は、電池の内圧が設定圧になると、
図５に示すように変形して、弁保持体９から切り離され
る。弁体２が弁保持体９から切り離される強度は、弁体
２を弁保持体９に溶接する強度と、弁体２の変形強度と
で調整できる。弁体２を弁保持体９に強く溶接し、ま
た、弁体２を厚い金属板として変形強度を強くすると、
弁体２が弁保持体９から離れ難くなる。すなわち、電流
を遮断する電池の設定圧が高くなる。反対に、弁体２を
弁保持体９に溶接する強度を弱くし、弁体２を薄い金属
板とすると、電流を遮断する設定圧を低くできる。

【００２０】さらに、弁体２は、電流を遮断した後、さ
らに内圧が上昇すると、図６に示すように、一部を破壊
して、電池内のガスを封口体１から外部に排気する。し
たがって、弁体２は、電流を遮断する設定圧よりもさら
に高い第２の設定圧になると破壊するように、切欠１３
を設けている。切欠１３は、図７ａ、ｂ、ｃに示すよう
に、弁体２の中心から放射状に、方形状に、点状に設け
ることができる。

【００２１】さらに、切欠１３は、図８ａ、ｂ、ｃに示
すように、弁体２に半円状に設けることもできる。半円
状の切欠１３を有する弁体２は、電池の内圧が第２の設
定圧になると、図８ｂに示すように切欠１３で破壊され
る。この状態で破壊された弁体２は、その後に電池の内
圧が低下しても、弁体２が弁保持体９に再接触するのを
防止できる。それは、片方が破壊された弁体２は、もと
の形状に復元するときに、破壊した切欠１３が当たるか
らである。さらに、この形状の切欠１３は、破壊したと
きに、弁体２から分離した破片ができず、破片が弁体２
を弁保持体９にショートすることがない。

【００２２】切欠１３は、図４ないし図６、および図８
に示すように、上面に溝を設け、あるいは、図９に示す
ように、弁体２の両面に溝を設けて形成される。

【００２３】弁保持体９は、これを貫通してガス透過孔
１４を開口している。ガス透過孔１４は、ガスを弁保持
体９に貫通させて、電池の内圧で弁体２を変形させる。
弁保持体９の下面にはリード線４が接続される。リード
線４は、弁保持体９を発電素子７に接続する。すなわ
ち、図４に示す封口体１は、キャップ６を、弁体２と弁
保持体９とリード線４とを介して発電素子７に接続して
いる。

【００２４】図４ないし図６に示す密閉電池の封口体１
は、弁体２を弁保持体９に溶接して接続している。本発
明の密閉電池は、図１０と図１１とに示すように、弁体
２を弾性的に弁保持体９に押圧して電気的に接続するこ
ともできる。これ等の図に示す封口体１は、弁体２をよ
り確実に弁保持体９に接続するために、弁保持体９に貫
通孔１５を設けている。弁体２には、貫通孔１５に挿入
される凸起１６を設けている。さらに、弁体２が弁保持
体９に接触する圧力を調整し、また、弁体２が図１１に
示すように変形する電池の設定圧を調整するために、弁
体２とキャップ６の間に弾性リング１７を配設してい
る。弾性リング１７は、弁体２の上面を弾性的に押圧し
て、弁体２を弁保持体９に押圧している。弾性リング１
７の内径を小さくして、弁体２の押圧力を強くすると、
弁体２は弁保持体９から離れ難くなって、電流を遮断す
る設定圧が高くなる。弾性リング１７には、弾性変形す
る円筒やコイルスプリングを使用できる。

【００２５】さらに、図１０と図１１とに示す密閉電池
の封口体１は、弁保持体９の上面で貫通孔１５の周縁に
絶縁樹脂１８を塗布している。絶縁樹脂１８は、図１１
に示すように、切欠１３が破壊した弁体２が、弁保持体
９に再接続するのを防止する。それは、一旦切欠１３が
破壊した弁体２は、電池の内圧が低下して、もとの形状
に復元しても、凸起１６の位置がずれて絶縁樹脂１８の
表面に接触するからである。切欠１３が破壊した後、凸
起１６がもとの位置に復元しないように、弁体２は半円
形の切欠１３を設ける。

【００２６】さらに図１２と図１３には、弁体２をラプ
チャーディスクとした密閉電池の封口体１を示してい
る。この図に示す弁体２は、中央部分に、下方に突出す
る湾曲部１９を設け、湾曲部１９を弁保持体９に接続し
ている。湾曲部１９は、電池の内圧が設定圧になると、
図１３に示すように上方に反転して変形する。湾曲部１
９が反転されると、弁体２は弁保持体９から切り離され
る。ラプチャーディスクである弁体２は、図１４に示す
ように、湾曲部１９に半円形の切欠１３を設けている。
切欠１３は、電池の内圧が第２の設定圧に上昇すると図
１３に示すように破壊される。

【００２７】キャップ６と弁体２と弁保持体９とを積層
した封口体１は、下記の工程で組立できる。 図１５に示すように、周縁を上方に折曲した弁保持
体９に、リング状の絶縁パッキン１２を嵌入し、絶縁パ
ッキン１２の上に円盤状の弁体２を積層する。 図１６に示すように、弁体２の中心を弁保持体９の
上面に溶接した後、弁体２の上にキャップ６を積層す
る。 その後、弁保持体９の周縁を折り曲げ、弁保持体９
でもって、絶縁パッキン１２とを介して、弁体２とキャ
ップ６の周縁をかしめて固定する。

【００２８】さらに、弁体２とキャップ６との間に弾性
リング１７を介在する封口体１は、図１７に示すよう
に、弁保持体９の上面に、順番に、絶縁パッキン１２、
弁体２、弾性リング１７、キャップ６を積層し、弁保持
体９の周縁を折り曲げて、絶縁パッキン１２を介して、
弁体２とキャップ６の周縁をかしめて固定する。

【００２９】

【発明の効果】本発明の防爆型の密閉電池は、弁体を直
接にはリード線に接続しない。弁体は、弁保持体を介し
てリード線に接続される。さらに、電池の内圧が上昇す
ると、弁体が弁保持体から切り離されて電流を遮断す
る。弁体と弁保持体とは封口体を製造する工程で、接続
できる。このため、本発明の密閉電池は、封口体を製造
する工程で、弁体を弁保持体から切り離す検査をするこ
とができる。密閉電池は、通電を遮断する内圧を抜き取
り検査する必要がある。従来の密閉電池は、リード線と
弁体との接続を切り離して電流を遮断するので、電池と
して組み立てた状態でなければ、電流を遮断する内圧の
試験ができなかった。これに対して、本発明の防爆型の
密閉電池は、弁体を弁保持体から切り離して電流を遮断
するので、電池として組み立てる前工程で、封口体を単
独で電流遮断圧の検査ができる。

【００３０】さらに、本発明の防爆型の密閉電池は、封
口体を製造する工程で、弁体を弁保持体に接続すること
ができる。このため、弁体と弁保持体とを高い精度で接
続できる。決められた強度で弁保持体に接続された弁体
は、電池の内圧が設定圧に上昇すると確実に弁保持体か
ら切り離される。このため、本発明の密閉電池は、電流
を遮断する動作圧を正確にできる。動作圧が正確な密閉
電池は、使用時の衝撃で間違って弁体が弁保持体から外
れて使用できなくなることがなく、また、内圧が設定圧
以上に上昇して電流を遮断されないことがなく、安全に
使用できる特長がある。

【００３１】さらにまた、本発明の密閉電池は、リード
線を弁保持体に接続する強度を正確に調整する必要がな
い。リード線は弁保持体に確実に離れないように接続す
ればよい。このため、電池を組み立てる工程で、リード
線を簡単に弁保持体に接続できる。このことは、封口体
を製造するときに、弁体を弁保持体に正確に接続できる
ことと相乗して、電池の組立の量産性を改善できる特長
を実現する。

【００３２】さらに、本発明の密閉電池は、必要なら
ば、図１０に示すように、弁体を溶着することなく弁保
持体に接触する構造とすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の防爆型の密閉電池の封口体部分を示す断
面図

【図２】図１に示す密閉電池の封口体部分であって電池
の内圧が設定圧以上に上昇した状態を示す断面図

【図３】図１に示す密閉電池の封口体部分であって電池
の内圧が第２の設定圧以上に上昇した状態を示す断面図

【図４】本発明の実施例に係る密閉電池の封口体部分を
示す断面図

【図５】図４に示す密閉電池の封口体部分であって電池
の内圧が設定圧以上に上昇した状態を示す断面図

【図６】図４に示す密閉電池の封口体部分であって電池
の内圧が第２の設定圧以上に上昇した状態を示す断面図

【図７】切欠を設けた弁体を示す平面図

【図８】本発明の他の実施例に係る密閉電池の封口体部
分を示す断面図

【図９】弁体の切欠部分を示す拡大断面図

【図１０】さらに本発明の他の実施例に係る密閉電池に
使用する封口体の断面図

【図１１】図１０に示す封口体が設定圧以上になった状
態を示す断面図

【図１２】さらにまた本発明の他の実施例にかかる密閉
電池の封口体を示す断面図

【図１３】図１２に示す封口体であって設定圧以上にな
った状態を示す断面図

【図１４】図１２に示すラプチャーディスクである弁体
の平面図

【図１５】図４に示す封口体の製造工程を示す断面図

【図１６】図４に示す封口体の製造工程を示す断面図

【図１７】図１０に示す封口体の製造状態を示す断面図

【符号の説明】

１…封口体 ２…弁体 ３…ストッパ ４…リード線 ５…貫通孔 ６…キャップ ７…発電素子 ８…ガス抜き孔 ９…弁保持体 １０…外装缶 １１…絶縁パッキン １２…絶縁パッキン １３…切欠 １４…ガス透過孔 １５…貫通孔 １６…凸起 １７…弾性リング １８…絶縁樹脂 １９…湾曲部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 桂一 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−215747（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−196150（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−347154（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−343043（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 2/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池の開口部を気密に閉塞しており、か
   つ、電池内の圧力上昇に伴い変形する可とう性を有する
   導電性の弁体(2)と、この弁体(2)に電気的に切り離し可
   能に接続されている弁保持体(9)と、この弁保持体(9)と
   発電素子(7)とを接続するリード線(4)とを有し、弁体(2)と弁保持体(9)間に絶縁パッキン(12)を挟着して
   挟弁保持体(9)をかしめて、弁体(2)とキャップ(6)とを
   挟着して封口体(1)を構成しており、さらに、弁体(2)と
   弁保持体(9)との接続部分においては、弁体(2)が弁保持
   体(9)に向かって突出する突出部分を有するが、弁保持
   体(9)は弁体(2)に向かって突出せず、弁体(2)の突出部
   分を弁保持体(9)に溶接しており、 電池の内圧が上昇すると、弁体(2)が変形して弁保持体
   (9)から離れ、弁体(2)と弁保持体(9)の接続が遮断され
   ることによって、弁体(2)とリード線(4)との接続が遮断
   されるように構成されている防爆型の密閉電池。
2. 【請求項２】 弁体(2)の中心部分を下方に突出させ、突
   出部分を弁保持体(9)にスポット溶接あるいは超音波溶
   接して接続している請求項１記載の防爆型の密閉電池。