JP3433326B2 - 密閉型電池及び封口体 - Google Patents

密閉型電池及び封口体

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JP3433326B2 JP54903298A JP54903298A JP3433326B2 JP 3433326 B2 JP3433326 B2 JP 3433326B2 JP 54903298 A JP54903298 A JP 54903298A JP 54903298 A JP54903298 A JP 54903298A JP 3433326 B2 JP3433326 B2 JP 3433326B2
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昭良 高田
謹二 西條
一雄 吉田
信行 好本
剛彦 磯部
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Toyo Kohan Co Ltd
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Fukuda Metal Foil and Powder Co Ltd
Toyo Kohan Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電池温度や電池内圧が上昇した時に、特に
低圧において所定の圧力で破裂して、内圧を速やかに解
放すると同時に電流を遮断することが可能な密閉型電池
及び封口体に関する。
背景技術 近年、小型化、高性能化した電子機器の要求に基づ
き、高エネルギー密度を有する非水電池の使用が一般的
となって来ている。そして負極の活物質にリチウム、ナ
トリウム、カリウム等のアルカリ金属を用いる電池で
は、アルカリ金属が水と非常に反応しやすいため、電池
容器に完全密閉構造が採用されている。
このような完全密閉構造の電池では、貯蔵性に優れる
という長所を有するものの、その反面、密閉性が高いた
めに、高温にさらされたり、電池内部または外部で短絡
し大電流が流れたり、製造中に混入した水分により発生
した水素ガス等により、電池の内部圧力が異常に上昇し
て電池が破裂し、機器を損傷したり、場合によってはそ
の使用者を負傷させる事もある。そこで内圧があまり高
くならないうちに圧力を外部へ逃がす機構が要求され
る。
内圧を外部へ逃がす機構としては従来いくつかの方法
が提案され、そのいくつかは実用化されてきた。例え
ば、特開平2−304861号公報では、外装缶の一部に電池
内部に通じる弁孔と外部に通じる排気孔を有する弁室が
構成され、この弁室内に少な<とも弁孔へ向いた面がゴ
ムでできている弁体と該弁体のゴム面を弁孔へ押圧する
弾性体が装着された安全弁によるもので、ゴムが弁孔を
ふさぐことで密閉性を保ち、内圧上昇時には予め弾性体
に設定されている解放圧に内圧が到達すると弁孔が解放
されて設定以上に内圧が上昇することを防止している。
従来のこの構造の安全弁は、Ni−Cd系の電池では既に
広く採用されているが、弾性体が弁体を弁孔へ押圧し密
閉した状態であっても、非水電池に要求される様な高い
密閉性は得られないため、アルカリ金属を負極活物質と
する非水電池に採用されるには至らない。
高い密閉性を要求される電池の内圧を、外部に逃がす
機構としては特開昭63−285859号公報にあるように外装
缶の壁の一部に薄肉部があり、その薄内部の形成方法が
缶壁を適当なプレス装置で冷間圧縮し、缶壁の一部にも
との厚みの半分程度の部分を設ける方法で、もともとひ
とつの連続した缶の一部の形状を変更するだけの加工の
ため、この場所の密閉性は良好である。
更にこの種の逃がし機構としては、特開平6−215760
号公報に開示されたものがある。この逃がし機構は、有
底円筒形の外装缶内の電極体上部の開口部に弁膜を設け
るとともに、この弁膜上方に電流遮断リードを設けてい
る。電池内の圧力が上昇したときには、弁膜が膨れて電
流遮断リードを破断させて電流を遮断する。
しかし、特開昭63−285859号公報の方式では比較的低
い圧力で作動させようとすると、薄肉部の肉厚を薄くす
る必要があるが、あまり薄くすると、プレスによって薄
肉部にマイクロクラックが入り、密閉性が失われる。
また、金属を冷間加工すると必ず加工硬化を起こす
が、この硬化の仕方が一定ではないために、作動圧力が
ばらつくという欠点もある。薄肉部を形成する方法とし
て、ハーフエッチング法もあるが、この方法は製造上エ
ッチング残厚の管理が困難で歩留まりも悪く、もうひと
つの問題としてハーフエッチング部にピンホールが発生
し、全数検査することも必要であった。
また、特開平6−215760の方式では、所定圧で電流遮
断リードを遮断させるためには、そのリードに形成され
た切除部の深さを正確にしなければならず、加工上問題
があり、所定圧で安定して電流が遮断しないという問題
があった。
本発明は、上記従来技術の欠点を解決すべく、特に低
圧において安定的に精度良く、所定の圧力で破裂して内
圧を速やかに解放することが可能で、かつその製造が容
易な弁体チップを備えた密閉型電池及びそれに用いられ
る封口体を提供することを技術的課題とする。
発明の開示 これらの課題を解決するために、本発明は、正極、負
極及びセパレーターとで構成された電極体が、電解液と
共に電池外装缶内に収納され、該外装缶開口部の内周に
嵌入支持された封口体とにより、該外装缶開口部が閉塞
されてなる密閉型電池において、該封口体が金属基板
と、この金属基板内に偏心して幅のある間隙によって形
成され、電池内圧が上昇したときに金属基板に開口部を
形成するように回動基点から折れ曲がり、解放片を形成
する弁体と、前記金属基板の内面に付着された金属箔か
らなり、前記弁体の周囲と金属基板間には間隙が設けら
れ、前記弁体の中心が金属基板の中心に対して偏心して
いる密閉型電池及び封口体を提供するものである。
本発明の構成によると、短絡、過充電、逆充電等によ
り電池内圧が上昇した際、内圧解放用の弁体を形成した
金属基板と、前記弁体が常時は閉塞している貫通弁孔を
閉塞するように、前記基板上に積層された、均一な厚み
精度の金属箔より構成された弁体チップにおいて、前記
弁体の偏心により広い幅を有する間隙で容易に動作して
前記弁体が押し上げられるように変形し、その電気的接
続が遮断され、電池内圧が所定の値に達した時、前記金
属箔が安定的に精度良く破裂して電池内部のガスが外部
排出され、電池の急激な温度上昇や爆発を未然に防止す
ることが可能となる。
図面の簡単な説明 図1は、本発明の密閉型電池の上部縦断面図である。
図2は、同弁体チップの平面図である。図3は、図2の
Y−Y断面図である。図4は、異常時の弁体チップの動
作説明図である。図5は、異常時の弁体チップの動作説
明図である。図6は、同弁体チップの他の実施例を示す
平面図である。これらの図の説明における符号の説明
は、以下のとおりである。
1:可撓性金属基板,2:金属箔,3:間隙,4:回動基部,5:円形
弁体,6:リード線,7:弁孔,8:ろう付け部,C1:弁体中心,C
2:弁孔中心 発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施の形態及び実施例を図面を参照し
ながら説明する。
図1は本発明の密閉型電池における上部縦断面であり、
図2はその弁体チップの平面図である。図3は前記弁体
チップの縦断面図であり、図4及び図5は異常時の弁体
チップの動作説明図である。また図6は前記弁体チップ
の他の実施例を示す平面図である。
図1において、負極端子を兼ねる有底円筒形の外装缶
30内には、電解液内で外部と遮断された電極体32が収納
されている。前記電極体32は正極32aと、この正極32aに
セパレーター32bを介して対向して設けられた負極32cの
積層物を渦巻状に巻回した構成になっている。
防爆機能及び正極端子を兼ねるガス抜き孔0、0を有
する封口蓋33が、前記外装缶30の上端開口部に絶縁ガス
ケット34を介してカシメ固定されている。前記電極体32
の上方には皿状の内部蓋体37が設けられ、その中央部分
には、大きな径のガス抜き孔35が設けられている。
この内部蓋体37と前記封口蓋33間には、電極体32等を
封入するための封口体をなす弁体チップVが設けられ、
この弁体チップVの周縁36が前記封口蓋33の周縁33aと
接触しており、これら両周縁36、33aは絶縁ガスケット4
0を介して前記内部蓋体37の周囲37aにカシメ固定されて
いる。
また、前記電池上部開口部を閉塞する封口体をなす弁
体チップVの内面には、リード線6が適宜の手段により
付着され、このリード線6は、前記電極体32の正極32a
に伸長している。
前記弁体チップVは、図2及び3に示すように、平面
図においてほぼ円形をなし、この弁体チップVは円形の
金属基板1とこの金属基板1の内面に積層圧着された金
属箔2とからなり、前記金属基板1の材料としては、鋼
板、ステンレス鋼板、銅板またはアルミニウム板のいず
れかが用いられ、前記金属箔2としては鋼箔、ステンレ
ス箔、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル箔又はニッケル
鉄合金箔のいずれかを用いることが望ましい。
前記金属基板1内には、弁体5が形成され、この弁体
5の中心が偏心しており、部位により異なる幅のある三
日月状の間隙3が金属基板1をその厚さ方向に完全に貫
通して形成され、その弁体の一部に非間隙部が形成され
て回動基部4が形成されている。前記間隙3は、弁体5
の中心に対して回動基部4の反対側が最大の幅を有する
ように形成され、そこから間隙3の両端部に向かって順
次狭くなるように形成されている。前記弁体5は間隙3
の内側部分に電池内圧上昇時に圧力解放片をなすように
形成され、この弁体5が上方に回動基部4から持ち上が
ったときに電池内の圧力を解放するための開口部をなす
弁孔7が形成されることとなる(図5参照)。前記金属
箔2には、前記リード線6が、例えばろう付け部8によ
り付着されている。
次に、異常時の動作について説明する。今、過充電等
を原因として電解液の分解ガスが発生し、電池内圧が上
昇する。このとき、前記弁体チップVには部位により異
なる幅のある三日月状の間隔3が形成されているため
に、前記弁体5は、比較的低い電池内圧で、図4に示す
ように、回動基部4を基点として金属箔2を伴ってスム
ーズに上方に持ち上がり、リード線6のろう付け部8が
離れて電流を確実に遮断する。そして図5に示すよう
に、部位により異なる幅のある三日月状の間隙3に対応
する金属箔2が破裂し、前記弁孔7が開口して電池の内
部圧力を開放する。発生した電解液の分解ガスは、前記
弁孔7を通って封孔蓋33のガス抜き孔0から外部に排出
される。
なお、この際、前記弁体5が回動基部4を基点として
上昇するが、弁体中心C1が弁孔中心C2に対して偏心して
いるので広い間隙部分が形成され、弁孔の持ち上がりが
大きい。
なお、弁体の形状は必ずしも、図2に示すようなほぼ
円形のものに限定されず、図6に示すように回動基部4
に腕部4aを有する弁体10であってもよい。本発明の構成
によると、密閉型電池において短絡、過充電、逆充電等
の異常により電池内圧が上昇した際、間隙3の幅広部分
を形成してあるために、前記弁体5が図4に示すよう
に、スムーズに回動基部4を基点として金属箔2を伴っ
て上方に持ち上がり、リード6線を切断又は前記リード
線6のろう付け部8が離れて電流を確実に遮断する。そ
して、三日月状の間隙3が破裂し、前記弁体5が回動基
部4を基点として上昇するので、前記弁孔7が開口して
電池の内部圧力を解放する。圧力が上昇したガスは弁孔
7を通って封口蓋33のガス抜き孔0から外部に放出され
る。図5の弁体チップVの動作説明図に示すように、作
動時には弁孔7を生ぜしめて電池内部のガスを外部に排
出させ、電池の急激な温度上昇や爆発を未然に防止する
ことが可能となる。弁体チップを作動させる圧力は、金
属箔1の製造がミクロンオーダーの高い厚み精度で可能
であり、その材質組成を選択すること及び回動基部4の
長さを長・短に調整することにより安定した範囲に設定
することが出来る。
産業上の利用可能性 以上のように、本発明の封口体を用いた密閉型電池を
用いれば、短絡、過充電、逆充電等により電池内圧が上
昇した際、電池内圧が所定の値に達した時、低圧でも金
属箔が安定的に精度良く破裂して電池内部のガスが外部
に放出され、電池の急激な温度上昇や爆発を未然に防止
することが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 好本 信行 山口県柳井市日積2350番地 (72)発明者 磯部 剛彦 下松市末武上534―10番地 (56)参考文献 特開 平5−314959(JP,A) 特開 昭62−97256(JP,A) 特開 平7−105933(JP,A) 特開 平7−254402(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/12 101

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極、負極及びセパレーターとを有する電
    極体が、電解液と共に電池外装缶内に収納され、該外装
    缶開口部の内周に嵌入支持された封口体とにより、該外
    装缶開口部が閉塞されてなる密閉型電池において、 該封口体が、金属基板と該金属基板の内面に付着された
    金属箔とからなり、該金属箔には前記電極体から封口蓋
    に電流を導くためのリード部材が付着され、 また、前記金属基板内には、電池内圧上昇時において圧
    力解放片をなすように弁体が形成され、該弁体の周囲と
    前記金属基板間には部位により異なる幅のある三日月状
    の間隙が設けられ、前記弁体の中心が前記金属基板の中
    心に対して偏心してなり、 電池内圧上昇時には、前記弁体が回動基部を基点として
    前記間隙に対応する金属箔を伴って上方に持ち上がるこ
    とにより、前記リード部材が前記金属箔から離れて電気
    的接続を遮断し、 さらに、その後、前記間隙に対応する金属箔が破裂して
    弁孔が開口して電池の内部圧力を解放するように構成さ
    れている密閉型電池。
  2. 【請求項2】前記弁体がほぼ円形で、電池内圧が上昇し
    たときにその一部が回動基部となって上方に折れ曲がる
    請求項1記載の密閉型電池。
  3. 【請求項3】前記回動基部が腕部を有している請求項2
    記載の密閉型電池。
  4. 【請求項4】前記金属基板が鋼板、ステンレス鋼板、銅
    板またはアルミニウム板である請求項1乃至3項のいず
    れかに記載の密閉型電池。
  5. 【請求項5】前記金属箔が鋼箔、ステンレス箔、銅箔、
    アルミニウム箔、ニッケル箔又はニッケル鉄合金箔であ
    る請求項1乃至4項のいずれかに記載の密閉型電池。
  6. 【請求項6】請求項1〜5記載のいずれかの密閉型電池
    に用いられる封口体。
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