JP3331946B2

JP3331946B2 - 電流遮断素子および電流遮断素子を有する電池

Info

Publication number: JP3331946B2
Application number: JP02538598A
Authority: JP
Inventors: 昌彦足立; 知也村田; 幸由大屋; 稔稲垣; 光大須賀
Original assignee: エフ・ディ−・ケイ株式会社
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2002-10-07
Anticipated expiration: 2018-02-06
Also published as: JPH11224658A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池内の圧力上昇
により電流を遮断するようにした電池の防爆安全機構に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は特開平９−７５７３号公報に開示
された円筒形電池の防爆機構を示す図である。

【０００３】この電池は、有底円筒形の金属製電池ケー
ス２１と、この電池ケース２１に収納された発電要素
（図示略）と、この発電要素の一方の電極に接続された
リードタブ２２と、このリードタブ２２と電気的に接続
された電池ケース２１の開口部を塞ぐ蓋要素とから構成
されている。

【０００４】前記蓋要素は、金属製の端子板２３と、撓
みやすい金属板から成る中間感圧板２５と、絶縁性の固
定板２６と、上方に突出する突部２７ａおよび基部２７
ｂから成る導電部材２７と、絶縁性の筒状ガスケット２
８とを有している。また、前記端子板２３および固定板
２６にはそれぞれガス抜き穴２３ａ，２６ａが形成され
ており、中間感圧板２５は所定の内圧で破断するように
薄肉部２５ａが形成されている。

【０００５】また、発電要素の一方の電極はリードタブ
２２により導電部材２７に接続され、導電部材２７は突
部２７ａの上面の溶接点２７ｃで中間感圧板２５に溶接
により接続され、さらに、中間感圧板２５は感温抵抗素
子２４を介して端子板２３に接続されている。

【０００６】前記構成の円筒形電池にあっては、過放
電、過電圧等で電池内部にガスが発生すると、電池ケー
ス２１内のガス圧は固定板２６のガス抜き穴２６ａを通
じて中間感圧板２５に作用する。内圧が異常上昇する
と、中間感圧板２５が外側に膨らむように変形し、導電
部材２７の溶接点２７ｃの溶接が剥離して端子板２３に
繋がる充電または放電電流経路が遮断され、次いで前記
中間感圧板２５の薄肉部２５ａが破断して端子板２３の
ガス抜き穴２３ａからガスが放出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、角形電池に
あっては、前記円筒形電池に見られるような電流遮断機
構を装備したものは少なく、通常、電池ケースの一部に
傷を付け、内圧上昇時にその薄肉部分を破壊することで
防爆手段とされていた。

【０００８】このように、角形電池に電流遮断機構を装
備し難い理由は、次のような電池自体の形状に起因する
寸法上・構造上の制約よるものである。

【０００９】すなわち、角形電池の場合は、角形で有る
がため、上述の円筒形電池に比べて内圧上昇に対する外
装ケース２１の変形量が多く、外装ケース２１を破裂さ
せずに電流遮断機構を動作させるには、その作動圧力を
極端に低く設定しなくてはならない。

【００１０】仮に、前記した円筒形電池の電流遮断機構
をそのまま角形電池（例えば、縦１１ｍｍ、横３４ｍｍ
の底部を有するハーフインチサイズ対応の小形角形電
池）に適用しようとすると、内圧を受ける中間感圧板２
５の面積は円筒形電池の場合に比べて小さくせざるを得
ない。小さな受圧面積で中間感圧板２５を大きく変形さ
せるためにはその板厚を極端に薄くする必要があるが、
板厚を薄くすることにより電気的接触を得るための導電
部材２７と中間感圧板２５との溶接性が悪くなる。ま
た、電流遮断後、何らかの外的衝撃等により、一旦遮断
された電流経路が再接触してしまう場合がある。

【００１１】さらに、前記円筒形電池本来の電流遮断機
構においても、溶接点２７ｃの溶接性、および溶接ナゲ
ット径のバラツキにより溶接点２７ｃの溶接強度が左右
されてしまうため、安定した遮断圧力を維持するのは困
難であった。

【００１２】本発明は、前記した従来の防爆機構の欠点
に鑑みて成されたものであって、電池内圧が所定圧力値
に達した時に電流経路を確実に遮断でき、且つ、遮断後
の電気的再接触を確実に防止できる動作精度および信頼
性の高い電流遮断素子およびこの電流遮断素子を有する
電池を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明では、
ガス抜き用の伝圧穴（４ａ）を有する金属製の外側端子
（４）と、金属製の連結リング（５）と、中央部に受圧
部（７ａ）を突設した金属板より成るダイヤフラム
（７）と適所に伝圧穴（９ａ）および薄肉部（９ｂ）を
形成した金属製のディスク（９）とをリング状の絶縁板
（８）を介在して重ね合わせ、相接触する前記ディスク
（９）と前記ダイヤフラム（７）の受圧部（７ａ）とを
溶接により電気的に接続させて構成される感圧破断部材
（６）と、前記ディスク（９）の溶接部を裏側より予圧
するための絶縁性を有するスプリング（１０）と、伝圧
穴（１１ａ）を有し、内側に前記スプリング（１０）を
縮設した金属製の内側端子（１１）とを順番に重ね合わ
せ、これら重合部材を絶縁性のガスケット（１３）を介
在して金属製の端子ケース（１４）に収納すると共に、
該端子ケース（４）の開口部を内側にかしめ前記内装の
重合部材を一体的に固定して電流遮断素子（３）を構成
するものである。

【００１４】また、本発明では、有底筒状の外装ケース
（１）と、この外装ケース（１）に収納された発電要素
と、この発電要素の一方の電極に接続されたリードタブ
（２）と、前記外装ケース（１）の開口部に装着され、
前記リードタブ（２）と電気的に接続された電流遮断素
子（３）とで電池を構成するものである。

【００１５】このように構成された電池では、前記外装
ケース（１）内の圧力が所定値に上昇すると、前記感圧
破断部材（６）を構成するダイヤフラム（７）が膨出
し、この膨出によるディスク（９）の変位と、これを補
助するように作用するスプリング（１０）によるディス
ク（９）への予圧力とでディスク（９）の薄肉部（９
ｂ）が破断されて前記リードタブ（２）と前記外側端子
（４）との導電経路が遮断する。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明による防爆安全機構
を装備した角形電池の要部構成を示す図であって、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図、（ｃ）は側断面図
である。

【００１７】本発明の角形電池は、有底角形筒状の金属
製外装ケース１（例えば、縦１１ｍｍ、横３４ｍｍの底
部を有するハーフインチサイズ対応の角形ケース）を有
しており、この外装ケース１内には正極と負極とで構成
された発電要素（図示せず）が収納されている。

【００１８】また、外装ケース１の開口部には封口用の
封止蓋１５がレーザ溶接されており、この封止蓋１５の
中央部分には本発明による防爆安全機構としての電流遮
断素子３が図中１６で示すように溶接によって装着され
ている。そして、この電流遮断素子３の底部に前記発電
要素の一方の電極（例えば、正極）より導出された薄板
状の金属製のリードタブ２が溶接により接続されてい
る。

【００１９】図２は前記電流遮断素子３の内部構造を示
す断面図である。本電流遮断素子３は、適所にガス抜き
用の伝圧穴４ａを設けた円筒状の金属製外側端子４（例
えば、正極端子）と、金属製の連結リング５と、後述す
る複数の部材を組み合わせて構成された感圧破断部材６
と、絶縁処理された金属製のスプリング１０と、前記外
側端子４と同様に適所に伝圧穴１１ａを設けた円筒状の
金属製内側端子１１と、金属製の補強リングとを有し、
これらの部材がその周縁部分を重ね合わせるようにして
順番に積層され、この重合体が椀型の絶縁性ガスケット
１３を介在して同じ椀型の金属製端子ケース１４に収納
されている。

【００２０】また、前記感圧破断部材６は、ダイヤフラ
ム７とディスク９をリング状の絶縁板８を介して重ね合
わせたものである。ダイヤフラム７は撓みやすい金属製
の薄板で形成されており、中央部に円錐台形の受圧部７
ａが突設されている。ディスク９は金属製の円板であっ
て、図４（ａ）に示すように、重ね合わせ時に前記ダイ
ヤフラム７の受圧部７ａの頂面と当接する周縁部を囲む
ように細長形状の伝圧穴９ａが環状に３個連設されてお
り、さらに、これら伝圧穴９ａと９ａの間は図４（ｂ）
に示すように所定の楔形切込みを設け、設定された電流
遮断圧力値に応じた所定の剪断強度を有する薄肉部９ｂ
とされている。

【００２１】次ぎに、図５に基づき本電流遮断素子３の
組立手順を説明する。尚、本図では各々組み立て用の部
材を組立作業に即した向きに示してあり、図１や図２に
示された電流遮断素子３とは上下逆向きとなっている。

【００２２】組立に際し、先ず、ダイヤフラム７と絶縁
板８とディスク９を重ね合わせて感圧破断部材６を組み
立てておく。この時、ダイヤフラム７の受圧部７ａにデ
ィスク９の薄肉部９ｂが対向するように重ね合わせ、接
触する受圧部７ａの頂面とディスク９とを溶接により電
気的に接続しておく。

【００２３】次ぎに、端子ケース１４の開口部よりガス
ケット１３を挿入し、両部材の縮径部１３ａ，１４ａ同
士が重なるように嵌入して端子ケース１４の内壁を絶縁
性のガスケット１３で被覆する。

【００２４】次いで、このガスケット１３内に外側端子
４を挿入し、その頭部４ｂを端子ケース１４の縮径部１
４ａより突出させ、露出部を負荷接続用の端子（例え
ば、正極端子）とする。

【００２５】さらに、この外側端子４の鍔部４ｃ上に連
結リング５を重ね、次ぎにダイヤフラム７側が接するよ
うに感圧破断部材６を重ね、次ぎに筒部にスプリング１
０を収納する形で内側端子１１を重ね（この時、スプリ
ング１０はディスク９の面に圧接する）、最後に補強リ
ング１２を内側端子１１の鍔部分に重ね合わせる。各部
材を収納後、端子ケース１４の開口部側を内側にカール
させて内装の重合部材を一体的に固定し、これで電流遮
断素子３の組立が完了する。

【００２６】組み立てた電流遮断素子３を封止蓋１５に
溶接した後、電流遮断素子３の内側端子１１の頭部１１
ｂにリードタブ２を溶接によって接続し、さらにこの封
止蓋１５を外装ケース１の開口部に溶接して外装ケース
１を密封する。

【００２７】次ぎに、図２および図３に基づき、本電流
遮断素子３による防爆安全機構の動作を説明する。

【００２８】前記構成の筒形電池にあっては、発電要素
内の一方の電極（本実施形態では正極とする）は、これ
より導出されたリードタブ２を通し、内側端子１１、デ
ィスク９、ダイヤフラム７、連結リング５で形成される
電流経路により外側端子４に導通されている。

【００２９】過充電あるいは過放電等、何等かの原因で
電池内部にガスが発生すると、電池の内圧が徐々に上昇
していき、その圧力は内側端子１１の伝圧穴１１ａとデ
ィスク９の伝圧穴９ａを通してダイヤフラム７に作用す
る。このガス圧によりダイヤフラム７は図中の上方（外
側端子４側）に変形しようとする力を受け、これに溶接
されているディスク９を上方に変位させようとする。ま
た、このディスク９はスプリング１０によって下側から
上方に予圧されており、内圧が異常に上昇してダイヤフ
ラム７がディスク９を引っ張る力とスプリング１０によ
る予圧とが合わさってディスク９の薄肉部９ａの有する
剪断強度に以上に高くなると、ディスク９の薄肉部９ａ
が破断して前記電流経路（すなわち、放電電流経路、あ
るいは充電電流経路）が完全に遮断される。尚、スプリ
ング１０は絶縁処理されているため、これ自体は内側端
子１１とディスク９との導通に与らない。

【００３０】このように、本実施形態では、ディスク９
の薄肉部９ａの破断によって発電素子と外側端子４を結
ぶ電流経路を遮断するように構成されているので、電気
的接触を得るためのダイヤフラム７の受圧部７ａとディ
スク９との溶接は一定以上の強度を有すれば良く、溶接
強度の精度を厳密に管理する必要はない。従って、溶接
性や溶接ナゲット径がある程度バラ付いたとしても、こ
れが電流遮断圧力値（すなわち、防爆安全機構の作動
圧）の設定に直接悪影響することはない。

【００３１】また、スプリング１０を使用してガス圧方
向にディスク９を予圧することにより、本実施形態に示
す小形角形電池のようにダイヤフラム７の受圧面積を大
きくとれない構造であっても、低い圧力での電流遮断が
可能となると共に、このスプリング１０による予圧がデ
ィスク９の破断後もダイヤフラム７の変形を補助する方
向に作用するため、一旦破断された電流経路が何等かの
原因で再度電気的に接続されるといった不都合が防止で
きる。

【００３２】また、電流遮断圧力値は、既述したよう
に、ディスク９の薄肉部９ｂの板厚に依らずスプリング
強度を適宜変更するようにしても調整可能である。

【００３３】また、本実施形態では角形電池について説
明したが、形状はこれに限定されるものではなく、勿
論、円筒形電池にも適用可能である。

【００３４】図６にその実施形態を示すが、円筒形電池
の場合は、電流遮断素子３を構成する端子ケース１４を
外装ケース１のビーディング処理で代用することができ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流を遮断するに当たり、絶縁性を有するスプリングに
よりディスクの薄肉部を予圧する構成としたから、ダイ
ヤフラムの受圧面積が小さくても低い圧力での電流遮断
が可能となる。

【００３６】また、前記スプリングによる予圧はディス
クが破断された後もダイヤフラムの変形を補助するよう
に作用し、一旦破断された電流経路が何等かの原因で電
気的に再接続されるといった不都合が防止されることか
ら、電流遮断機構の信頼性が向上し、電池の安全性が向
上する。

【００３７】また、電流経路の遮断個所を剪断強度の管
理が比較的容易なディスクに持たせた構成としたので、
電気的接触を得るための溶接のバラツキや溶接ナゲット
径のバラツキ等の影響を受けることはなく、常に安定し
た電流遮断圧力が維持できるようになるため、防爆安全
機構の作動精度が向上する。

【００３８】さらに、本発明では、上記電流遮断素子を
円筒形電池はもとより、構造的にダイヤフラムの受圧面
積を大きくできない角形電池に適用することにより、電
流遮断機能を備えた防爆安全機構を有する角形電池の実
現が可能となり、その信頼性向上に著しい効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る防爆安全機構を装備した角形電池
の要部構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断
面図、（ｃ）は側断面図である。

【図２】本発明に係る電流遮断素子の内部構造を示す断
面図である。

【図３】本発明に係る防爆安全機構が作動した状態を示
す電流遮断素子の断面図である。

【図４】本発明に係るディスクの構造を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図５】本発明に係る電流遮断素子の組立手順を示す図
である。

【図６】本発明に係る防爆安全機構を装備した円筒形電
池の要部構成を示す断面図である。

【図７】従来の防爆安全機構を装備した円筒形電池の要
部断面図である。

【符号の説明】

１外装ケース２リードタブ３電流遮断素子４外側端子４ａ伝圧穴５連結リング６感圧破断部材７ダイヤフラム７ａ受圧部８絶縁板９ディスク９ａ伝圧穴９ｂ薄肉部１０スプリング１１内側端子１１ａ伝圧穴１２補強リング１３ガスケット１４端子ケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大須賀光東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内審査官植前充司 (56)参考文献特開平10−261400（ＪＰ，Ａ) 特開平10−154530（ＪＰ，Ａ) 特開平９−134714（ＪＰ，Ａ) 実開平４−131858（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−119351（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 2/12 101 H01M 2/20 - 2/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス抜き用の伝圧穴（４ａ）を有する金
属製の外側端子（４）と、金属製の連結リング（５）と、中央部に受圧部（７ａ）を突設した金属板より成るダイ
ヤフラム（７）と適所に伝圧穴（９ａ）および薄肉部
（９ｂ）を形成した金属製のディスク（９）とをリング
状の絶縁板（８）を介在して重ね合わせ、相接触する前
記ディスク（９）と前記ダイヤフラム（７）の受圧部
（７ａ）とを溶接により電気的に接続させて構成される
感圧破断部材（６）と、前記ディスク（９）の溶接部を裏側より予圧するための
絶縁性を有するスプリング（１０）と、伝圧穴（１１ａ）を有し、内側に前記スプリング（１
０）を縮設した金属製の内側端子（１１）とを順番に重
ね合わせ、これら重合部材を絶縁性のガスケット（１３）を介在し
て金属製の端子ケース（１４）に収納すると共に、該端
子ケース（１４）の開口部を内側にかしめて前記内装の
重合部材を一体的に固定して成ることを特徴とする電流
遮断素子。
【請求項２】有底筒状の外装ケース（１）と、この外
装ケース（１）に収納された発電要素と、この発電要素
の一方の電極に接続されたリードタブ（２）と、前記外
装ケース（１）の開口部に装着され、前記リードタブ
（２）と電気的に接続された請求項１に記載の電流遮断
素子（３）とで構成されることを特徴とする電池。