JP3355263B2

JP3355263B2 - ２次電池

Info

Publication number: JP3355263B2
Application number: JP19754495A
Authority: JP
Inventors: 忠満畦間
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 2002-12-09
Anticipated expiration: 2015-08-02
Also published as: JPH0945361A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、安全性を確保するため
に圧力遮断センサを有する、再充電により再生可能な２
次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の２次電池（蓄電池）に充電が完
了しても更に充電を行ったり、規定された電流よりも大
きな電流で充電を行う、あるいは過放電を行うと、２次
電池に異常が生じて２次電池内に気体が発生し、２次電
池内の圧力や温度が上昇し、２次電池の膨張、更には亀
裂による電解液の滲み出しにより、２次電池が組み込ま
れた機器に悪影響を与えることがある。また、これまで
に至らなくとも、このような状態のままで２次電池の使
用を継続すると、前述した２次電池の膨張が進行し、亀
裂や破裂が生じる可能性があり、異常が生じた２次電池
は速やかに使用を止める必要がある。そこで、従来よ
り、この種の２次電池には安全対策が施されており、２
次電池内の圧力の上昇により開き、２次電池内の気体を
排気する安全弁を２次電池に設けるタイプや、その温度
上昇を検知して２次電池が接続する電気回路に電流を流
さなくする手段を２次電池外に設けたタイプなどがあ
る。

【０００３】例えば、特開平２−２８８０６３号公報の
技術を図４に示してある。図４(a),(b)は従来の２次電
池の概略を示し、(a)は破断前の状態、(b)は破断後の状
態を示す説明図である。

【０００４】図４に示すように、従来の２次電池は、電
池内圧の上昇に伴って変形する金属性の安全弁４３と、
この安全弁４３に設けた中央突起部４３ａに接続された
リード４５と、安全弁４３の変形に伴って安全弁４３か
ら剥離又は破断を行うリードストリッパ板４６と、安全
弁４３とリードストリッパ板４６を絶縁する絶縁板４７
を具備している。安全弁４３は電池ケース４１に絶縁性
のガスケット４２を介して、正極端子を兼ねる電池蓋４
４とともにかしめられて閉塞して固定される。絶縁板４
７は一体化して設けられた額部４７ｃを有し、その額部
４７ｃによって絶縁板４７は安全弁４３の下に取り付け
られる。リードストリッパ板４６は、その額部４７ｃに
設けられた溝に嵌め込むことによって絶縁板４７の真ぐ
下に隣接して取り付けられる。中央突起部４３ａは絶縁
板４７とリードストリッパ板４６に連通した穴４７ａ及
び４６ａに挿通され、その先端部にリード４５が接続さ
れる。リードストリッパ板４６とそれを固定する額部４
７ｃの間には、部分的に額部４７ｃがえぐられて隙間４
７ｄが設けられている。この隙間４７ｄと連通するよう
に絶縁板４７に穴４７ｂが設けられている。４８は中空
の巻芯、４９は巻芯４８に正極及び負極を巻回されて構
成された発電部である。なお、発電部４９の負極と外部
負極（電池ケース）４１とは図示しないリードで接続さ
れている。この発電部４９は酸化リチウムコバルトから
なる正極、カーボンからなる負極、正極と負極のショー
トを防止するセパレータが組み込まれており、また、負
極はセパレータを挟んで正極と対向するように設けられ
ている。さらに、この電池ケース４１の内部は電解液
（図示せず）で満たされている。

【０００５】このような従来の２次電池は、発電要素の
異常な化学変化により、発電部の圧力が上昇すると、気
体は、主に図４（ｂ）内の矢印で示すように、隙間４７
ｄ及び穴４７ｂを通って流れ、圧力が安全弁４３に伝え
られ安全弁４３は図４（ｂ）に示すように持ち上げられ
るとともに、リードストリッパ板４６によって剥離又は
破断される。そして、さらに圧力が増してそれが所定の
圧力に達すると、安全弁４３の肉薄部４３ｂが破れ、気
体が電池蓋４４の穴４４ａを通して外に開放される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の装置では、２次電池の上部に圧力遮断センサを配置
していたので、その分、２次電池の外形寸法、特に高さ
寸法が高くなってしまい、２次電池の小型化、あるいは
高電池容量化の障害となっていた。

【０００７】本発明の第１の目的は、従来デッドスペー
スであった電池巻芯の中に圧力遮断センサを入れること
で、同じ外形寸法であれば電池容量を高めることがで
き、若しくは電池容量を同じくする場合は小型化を図
れ、また、圧力遮断センサの接続を正極側だけでなく、
負極側での対応もでき、電池の設計の自由度を増すこと
ができる２次電池を提供することにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、構造が単純で、か
つ電池巻芯部分に配置することができ、かつ電池巻芯か
らの端子の接続が容易であり、また、破断部材（導電
路）の遮断が行われても、電池内部ガスのアーク等によ
る爆発の虞れがない２次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】前記第１の目的は、電池
ケース内に、電池巻芯に正極と負極を巻回して発電部を
構成すると共に、前記発電部の内部正極と外部正極を結
ぶ導電路中か、あるいは内部負極と電池ケース等の外部
負極を結ぶ導電路中の少なくとも一方に、２つの端子を
有し、前記端子の一方を前記外部正極あるいは外部負極
に接続し、前記端子の他方を前記内部正極あるいは内部
負極に接続し、通常は前記両端子間を導通させ、電池内
部圧力が設定値以上になると、前記両端子間の導通を遮
断する破断部材とを設けた圧力遮断センサを備え、前記
電池巻芯の中空部内に若しくは電池巻芯に代えて電池巻
芯として前記圧力遮断センサを配設した第１の手段によ
り達成される。

【００１０】前記第２の目的は、第１の手段おいて、前
記圧力遮断センサは、内部に前記破断部材を収納し、電
池内部圧力により撓んで前記破断部材を押圧する受圧
部、及び前記破断部材の一端部を保持する保持部を有す
る密閉部材と、導電路を有し、前記保持部により片持ち
支持されるとともに、所定値を越える圧力を受けると、
前記密閉部材の受圧部により押し曲げられて該導電路を
遮断させられる破断部材と、前記導電路の端部にそれぞ
れ接続され、あるいは一体に、同一方向に前記密閉部材
の外部へ延設された一対の端子とを具備した第２の手段
により達成される。

【００１１】

【作用】前記第１の手段にあっては、従来デッドスペー
スであった電池巻芯の中に圧力遮断センサを入れること
で、従来、電池の上方に占めていた圧力遮断センサ及び
圧力遮断センサ取付部材のスペースが必要なくなってそ
のスペースを電池の電極の増設に回せるので、同じ外形
寸法であれば電池容量を高めることができ、若しくは電
池容量を同じくする場合は小型化を図れる。また、従来
のような電池蓋近傍でなく電池巻芯部分に圧力遮断セン
サを配設しているので、圧力遮断センサの接続を正極側
（内部正極と外部正極を結ぶ導電路中）だけでなく、負
極側（内部負極と電池ケース等の外部負極を結ぶ導電路
中）での対応もでき、電池の設計の自由度を増すことが
できる。

【００１２】前記第２の手段にあっては、構造が単純
で、かつ電池巻芯部分に配置することができ、かつ電池
巻芯からの端子の接続が容易である。また、破断部材
（導電路）の遮断が密閉された密閉部材内部で行われる
ので、電池内部ガスのアーク等による爆発の虞れがな
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。図１(a),(b)は本発明の実施例に係る２次電池の
縦断面図、及びＡ−Ａ線断面図、図２は図１(a)に対応
し、導電路が遮断された状態の断面図、図３は本発明の
実施例に係る２次電池としてリチウムイオン２次電池を
使用した状態の概略を示す説明図である。

【００１４】まず、図１〜図２を参照して圧力遮断セン
サについて説明する。これらの図において、１は圧力遮
断センサで、圧力遮断センサ１は全体として丸棒状で、
破断部材２と、保持体３と、内ケース４と、外ケース５
と、端子６ａ，６ｂから主に構成されている。破断部材
２は、絶縁性の長尺板状のセラミック若しくはＰＰＳ等
の硬質材料からなる基板２ａと、基板２ａの長手方向に
沿って一側面から下端面（説明の都合上、図面上の上下
を便宜的に上下として説明する）そして他側面にＵ字状
に巻回されて接着固定されたアルミ箔からなる導電路
（リード）２ｂと、導電路２ｂの上方の両端部から前記
アルミ箔と一体に引き出された端子６ａ，６ｂとから構
成されている。なお、端子６ａ，６ｂは導電路２ｂと一
体でなく、導電路２ｂを基板２ａに印刷により形成し、
別体の一対の端子を導電路２ｂの両端部に接着固定する
ようにしてもよい。この破断部材２及び端子６ａ，６ｂ
は、保持体３に差し込まれて固定し、片持ち支持されて
いる。

【００１５】保持体３は絶縁性のポリプロピレン樹脂製
で、破断部材２の上端部を嵌合して破断部材２を下方に
突出させている円柱部３ａと、円柱部３ａの上端部に形
成されたフランジ部３ｂと、破断部材２の端子６ａ，６
ｂと、円柱部３ａ及びフランジ部３ｂのほぼ軸心に沿っ
て形成され、破断部材２の基板２ａの一端部が差し込ま
れる破断部材取付穴３ｃと、及び破断部材取付穴３ｃの
内底部に連通し、端子６ａ，６ｂが差し込まれる一対の
端子挿入穴３ｄ，３ｄとから構成されている。したがっ
て、破断部材２は保持体３の下面から垂下されるととも
に、端子６ａ，６ｂは保持体３内を通って保持体３の上
面から引き出されている。

【００１６】この保持体３には、下方から垂下されてい
る破断部材２を覆うようにして内ケース４が嵌合されて
いる。この内ケース４は有底の円筒状に形成され、その
内部４ａの形状はそのほぼ上半分が保持体３の円柱部３
ａの外形と同様に形成され、その下半分は図１（ｂ）に
示すように、互いに対向しかつ破断部材２の基板２ａの
側面に平行に、平面状の内側面４ｂ，４ｃが形成されて
いる。そして、保持体３下の破断部材２は内ケース４内
の密閉された空間に収納されている。一方の内側面４ｂ
は破断部材２の基板２ａの側面に近接して設けられてい
る。また、一方の内側面４ｂがある内ケース４の外周部
は切り欠かれて切欠き部４ｄが設けられているととも
に、一方の内側面４ｂを構成している部分は薄肉に形成
されて受圧部４ｅが設けられており、受圧部４ｅは高い
外部圧力（電池内部圧力）を受けると内側に撓んで受圧
部４ｅの内側面４ｂが、破断部材２の基板２ａを左方に
押して基板２ａを破断させる。これら保持体３及び内ケ
ース４により密閉部材が構成され、この密閉部材は端子
６ａ，６ｂが引き出される部分が少なくとも絶縁性を有
すればよい。

【００１７】さらに、保持体３のフランジ部３ｂ及び内
ケース４の外周には、上下が開口された円筒状の外ケー
ス５が嵌合されている。外ケース５の下部開口縁５ａは
内ケース４の下端面よりやや長く形成されている。ま
た、外ケース５の下部開口は、外ケース５内の内ケース
４の切欠き部４ｄにより、受圧部４ｅの外面に連通され
ており、したがって、圧力遮断センサ１を２次電池内に
備えたとき、２次電池内の電解液が切欠き部４ｄ内にも
満たされ、受圧部４ｅに電解液の圧力（電池内圧）がか
かるようになっている。また、外ケース５の外周面は円
筒形状なので、その外周面に後述する正極２２、負極２
３、及びセパレータ等を渦巻状に巻きやすくなってい
る。

【００１８】なお、前述した圧力遮断センサ１は、２次
電池の正極２２側に接続される場合のもので、２次電池
の負極２３側に接続する場合は端子を銅製とする。

【００１９】次に、図１に示す圧力遮断センサ１の組立
方法について説明する。まず、基板２ａにアルミ箔を接
着固定して基板２ａに一体化する。この状態で、破断部
材２の一端部から同一方向に一対の端子６ａ，６ｂが引
き出されている。この破断部材２を端子６ａ，６ｂから
保持体３の破断部材取付穴３ｃ及び端子挿入穴３ｄ，３
ｄに差し込む。次いで、保持体３の円柱部３ａに内ケー
ス４を嵌合して内ケース４内に破断部材２を収納する。
次いで、外ケース５内に保持体３のフランジ部３ｂ及び
内ケース４を嵌合させ、さらに、図１（ａ）のＢ部分、
つまり保持体３と外ケース５が重なり合う部分を全周に
渡ってかしめて、圧力遮断センサ１内部を確実に密閉し
ている。

【００２０】このような圧力遮断センサ１は、リチウム
イオン２次電池やニッケル水素２次電池など２次電池９
の内部に組み込まれて使用される。図３は本発明の一実
施例に係るリチウムイオン２次電池を例にして２次電池
１９の要部概略を示したものである。２１は上端部が開
口されている有底の内部中空の円筒体であり外部負極と
なる電池ケースである。そして、この電池ケース２１の
内部には内部電極（発電部）４８として酸化リチウムコ
バルトからなる正極２２、カーボンからなる負極２３、
正極２２と負極２３のショートを防止するセパレータ等
が、圧力遮断センサ１自体を電池巻芯として渦巻状に巻
回されている。また、負極２３はセパレータを挟んで正
極２２と対向するように設けられているとともに、リー
ド線５０によって電池ケース（外部負極）２１と接続し
ている。さらに、この電池ケース２１の内部は電解液
（図示せず）で満たされている。圧力遮断センサ１は端
子６ａにより外部電極（正極）と接続されており、また
端子６ｂにより２次電池の正極（内部正極）２２側に接
続されている。

【００２１】なお、図３には図示していないが、２次電
池２０の電池ケース２１の上部開口には、外部電極（図
示せず）との間には全周にわたってガスケット（図示せ
ず）が設けられており、電池ケース２１の頂部に設けた
カシメ部（図示せず）を全周にわたってカシメつけるこ
とによって、外部電極（図示せず）の電池ケース２１へ
の保持、電池ケース２１と外部電極（図示せず）の絶縁
性を確保、２次電池内の密閉性の確保を行っている。

【００２２】次に、前記実施例の動作について説明す
る。充電中、圧力遮断センサ１において電流は、外部電
極（図示せず）から順次、端子６ａ、導電路２ｂ、端子
６ｂと流れ、２次電池の正極２２に導出される。このと
き充電が完了しても電流を流し続けて更に過充電が行わ
れたり、規定された電流よりも大きな電流で充電が行わ
れる、あるいは過放電が行われると、２次電池に異常が
生じて２次電池内の圧力や温度が上昇する。２次電池内
の圧力が上昇すると、電解液の圧力も高まって電池内部
圧力として圧力遮断センサ１の受圧部４ｅに伝わる。す
ると、この電池内部圧力が受圧部４ｅをその内方（図１
（ａ）の左方）へ撓ませて変形させ、受圧部４ｅの内側
面４ｂが破断部材２の右側面に当接して図１（ａ）の左
方に押す。更に２次電池内の圧力が上昇し、その圧力が
一定の圧力に達したとき、つまり、さらに受圧部４ｅが
押し込まれると、図２に示すように、破断部材２の基板
２ａに割れＣが生じて破断する。この破断により、基板
２ａ上の導電路２ｂも破断あるいは剥離して電流の導通
が遮断される。

【００２３】このようにして、圧力遮断センサ１は外部
電極と正極２２間に流れる電流を遮断し、これ以上の充
電を止めさせるとともに、放電も遮断してリチウムイオ
ン２次電池が２次電池として機能できない状態にする。

【００２４】なお、受圧部４ｅの内側に、破断部材２に
当接する突起を設けてもよし、また、破断部材２の基部
の一面もしくは両面に切欠きを形成して基板２ａが破断
されやすいようにしてもよい。また、前記実施例では、
圧力遮断センサ１を内部正極２２と外部正極（電極）を
結ぶ導電路中に設けた例で説明したが、本発明はこれに
限られるものでなく、圧力遮断センサ１を内部負極２３
と電池ケース等の外部負極を結ぶ導電路中に設けるよう
にしても、あるいは両方の導電路中に設けるようにして
も良い。

【００２５】このように構成された前記実施例にあって
は、電池ケース２１内に、電池巻芯４８に正極２２と負
極２３を巻回して発電部４９を構成すると共に、発電部
４９の内部正極２２と外部正極（外部電極）を結ぶ導電
路中（あるいは内部負極２３と電池ケース２１等の外部
負極を結ぶ導電路中の少なくとも一方）に、２つの端子
６ａ，６ｂを有し、端子６ａを外部正極（あるいは外部
負極）に接続し、端子６ｂを内部正極２２（あるいは内
部負極２３）に接続し、通常は両端子６ａ，６ｂ間を導
通させ、電池内部圧力が設定値以上になると、両端子６
ａ，６ｂ間の導通を遮断する破断部材２とを設けた圧力
遮断センサ１を備え、電池巻芯４８の中空部内に若しく
は電池巻芯に代えて電池巻芯として圧力遮断センサ１を
配設したため、従来デッドスペースであった電池巻芯部
分に圧力遮断センサ１を配設して、従来、電池の上方に
占めていた圧力遮断センサ及び圧力遮断センサ取付部材
のスペースが必要なくなってそのスペースを電池の電極
の増設に回せるので、同じ外形寸法であれば電池容量を
高めることができ、若しくは電池容量を同じくする場合
は小型化を図れる。また、従来のような電池蓋近傍でな
く電池巻芯部分に圧力遮断センサ１を配設しているの
で、圧力遮断センサ１の接続を正極側（内部正極２２と
外部正極を結ぶ導電路中）だけでなく、負極側（内部負
極２３と電池ケース２１等の外部負極を結ぶ導電路中）
での対応もでき、電池の設計の自由度を増すことができ
る。

【００２６】また、前記実施例にあっては、圧力遮断セ
ンサ１は、内部に破断部材２を収納し、電池内部圧力に
より撓んで破断部材２を押圧する受圧部４ｅ、及び破断
部材２の一端部を保持する保持体３を有する密閉部材
（３，４）と、導電路２ｂを有し、保持体３により片持
ち支持されるとともに、所定値を越える圧力を受ける
と、密閉部材（３，４）の受圧部４ｅにより押し曲げら
れて該導電路２ｂを遮断させられる破断部材２と、導電
路２ｂの端部にそれぞれ接続され、あるいは一体に、同
一方向に密閉部材（３，４）の外部へ延設された一対の
端子６ａ，６ｂとを具備したため、構造が単純で、かつ
電池巻芯部分に配置することができ、かつ電池巻芯から
の端子の接続が容易である。また、破断部材２（導電路
２ｂ）の遮断が密閉された密閉部材（圧力遮断センサ
１）内部で行われるので、電池内部ガスのアーク等によ
る爆発の虞れがない。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、従来デッ
ドスペースであった電池巻芯部分に圧力遮断センサを配
設して、従来、電池の上方に占めていた圧力遮断センサ
及び圧力遮断センサ取付部材のスペースが必要なくなっ
てそのスペースを電池の電極の増設に回せるので、同じ
外形寸法であれば電池容量を高めることができ、若しく
は電池容量を同じくする場合は小型化を図れる。また、
従来のような電池蓋近傍でなく電池巻芯部分に圧力遮断
センサを配設しているので、圧力遮断センサの接続を正
極側（内部正極と外部正極を結ぶ導電路中）だけでな
く、負極側（内部負極と電池ケース等の外部負極を結ぶ
導電路中）での対応もでき、電池の設計の自由度を増す
ことができる。

【００２８】請求項２記載の発明によれば、構造が単純
で、かつ電池巻芯部分に配置することができ、かつ電池
巻芯からの端子の接続が容易である。また、破断部材
（導電路）の遮断が密閉された密閉部材（圧力遮断セン
サ）内部で行われるので、電池内部ガスのアーク等によ
る爆発の虞れがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a),(b)は本発明の実施例に係る圧力遮断セン
サの縦断面図、及びＡ−Ａ線断面図である。

【図２】図１(a)に対応し、導電路が遮断された状態の
断面図である。

【図３】本発明の実施例に係る２次電池としてリチウム
イオン２次電池を使用した状態の概略を示す説明図であ
る。

【図４】(a),(b)は従来の圧力遮断センサの概略を示す
説明図である。

【符号の説明】

１圧力遮断センサ２破断部材２ｂ導電路３保持体４内ケース４ｅ受圧部６ａ，６ｂ端子２１電池ケース４８電池巻芯４９発電部５０リード線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電池ケース内に、電池巻芯に正極と負極
を巻回して発電部を構成すると共に、前記発電部の内部
正極と外部正極を結ぶ導電路中か、あるいは内部負極と
電池ケース等の外部負極を結ぶ導電路中の少なくとも一
方に、２つの端子を有し、前記端子の一方を前記外部正極ある
いは外部負極に接続し、前記端子の他方を前記内部正極
あるいは内部負極に接続し、通常は前記両端子間を導通
させ、電池内部圧力が設定値以上になると、前記両端子
間の導通を遮断する破断部材とを設けた圧力遮断センサ
を備え、前記電池巻芯の中空部内に若しくは電池巻芯に代えて電
池巻芯として前記圧力遮断センサを配設したことを特徴
とする２次電池。
【請求項２】請求項１記載おいて、前記圧力遮断セン
サは、内部に前記破断部材を収納し、電池内部圧力により撓ん
で前記破断部材を押圧する受圧部、及び前記破断部材の
一端部を保持する保持部を有する密閉部材と、導電路を有し、前記保持部により片持ち支持されるとと
もに、所定値を越える圧力を受けると、前記密閉部材の
受圧部により押し曲げられて該導電路を遮断させられる
破断部材と、前記導電路の端部にそれぞれ接続され、あるいは一体
に、同一方向に前記密閉部材の外部へ延設された一対の
端子とを具備したことを特徴とする２次電池。