JP3652000B2 - 防爆機能を有する電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、防爆機能を有する電池に関し、特に、リチウムイオン二次電池などの高エネルギー密度の電池を対象とした技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
高エネルギー密度の電池は一般に防爆機能を有しており、この防爆機能としては▲1▼内圧解放機能、▲2▼感圧遮断機能等がある。内圧解放機能は、電池ケース内の圧力が異常上昇した時に電池内のガスを外部に放出して爆発を防ぐものであり、感圧遮断機能は、電池ケース内の圧力が異常上昇した時に充電電流または放電電流を電池内部で遮断し、異常充電または異常放電が継続するのを防ぐものである。
【0003】
高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池の多くは、内圧解放機能を備えているとともに感圧遮断機能を有しており、短絡や過充電などの異常な状態になったとき、感圧遮断機能が働いて充電または放電を停止させるとともに内圧解放機能が働くように設計されている。この種の電池を設計する上できわめて重要なことは、高精度で信頼性の高い防爆機能をできるだけコンパクトに、かつ量産性の高い構造で実現し、電池の補助的な付帯機能としてごく安価なものにすることである。
【0004】
内圧解放機能と感圧遮断機能を備えた電池の代表的な構造が特開平2−288063号公報に示されている。この電池は、有底円筒形の金属製電池ケースと、電池ケースに収納された発電要素と、電池ケースの開口部を塞ぐ蓋要素とから基本的に構成されるが、内圧解放機能と感圧遮断機能は蓋要素に備えられている。蓋要素は、ガス抜き穴のある外部端子板と、撓みやすくて破断しやすい薄い金属板からなる中間感圧板と、リードストリッパと呼ぶ絶縁板を備えている。電池ケース内の圧力が中間感圧板に作用し、圧力が高くなると中間感圧板が外側に撓み、設定圧力以上になると中間感圧板が破断し、外部端子板のガス抜き穴からガスが放出される。これが内圧解放機能である。
【0005】
また、発電要素の一方の電極に接続されているリードタブが前記絶縁板の中央の小穴ごしに中間感圧板の中央突部に溶接されており、電池の内圧が異常上昇すると、中間感圧板が外側に膨らむように変形するためリードタブは中間感圧板との溶接が剥離して外部端子板につながる導電経路が遮断される。これが感圧遮断機能である。
【0006】
前述した特開平2−288063号公報においては、蓋要素の構成部品である中間感圧板と絶縁板とを中間嵌合体により仮組みする構成とし、リードタブと中間感圧板の超音波溶接工程を容易化・高精度化し、さらに蓋要素の組立および電池ケースへの取り付けを容易化するように工夫している。しかし、つぎのような理由で量産性および組立精度の面でまったく不十分である。
【0007】
まず、中間感圧板にリードタブを溶接してから蓋要素を組立てるという工程が著しく面倒だという問題がある。つまり、電池ケースに収納した発電要素の一方の電極に接続されているリードタブをケース外に引き出し、そのリードタブと中間嵌合体で仮組みされた状態の中間感圧板とを溶接し、その後、リードタブで電池ケース側とつながった状態の中間感圧板の上面側に外部端子板を重ね、中間感圧板の外周部分をかしめて外部端子板と一体化し、さらにこれらの外周に封口ガスケットを装着することになる。この作業全体が非常にハンドリングの難しい工程となり、量産性を上げるのが困難である。
【0008】
また、中間感圧板の中央突部を絶縁板の小穴にはめ込み、小穴ごしに突部にリードタブを溶接する作業自体も面倒であり、精度を上げるのが難しい。さらに、中間感圧板の中央突部にリードタブを溶接した後で、中間感圧板の外周部分をかしめ加工して外部端子板を一体化するが、このかしめ工程での機械的ストレスが中間感圧板のリードタブ溶接点にも作用し、溶接点が剥がれかかることがあり、そのため最終的に溶接強度がばらつく。
【0009】
さらに、リードタブは一般に3mm程度の幅を有するリボン状の板で柔軟性を有することから、電池内圧が上昇して中間感圧板が変形するときこれに伴ってリードタブが中間嵌合体の小孔内に引きずり込まれてしまって所定の内圧に対して確実に剥離しない場合が生じる。
【0010】
以上のようなことから、感圧遮断機能の動作精度および信頼性が低下するなどの不具合が発生する虞があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、前述したような不具合を解決するものとして、本出願人が既に出願した特願平8−028887号の明細書及び図面には、図7(a)、(b)の要部縦断面図に示すような防爆機能を有する電池が記載されており、この電池の基本構成は、電池の一方の電極をなす有底円筒形の金属製電池ケース1と、この電池ケース1に収装された発電要素(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2と、リードタブ2と電気的に接続され電池ケース1の開口部を塞ぐ蓋要素とからなる。
【0012】
蓋要素は、電池の他方の電極をなす剛性の比較的大きな金属製の端子板3と、正温度特性の感温抵抗素子(PCT素子)4と、撓みやすい金属板からなる中間感圧板5と、絶縁性の固定板6と、上方に突出する突部7aおよび鍔部7bからなる導電部材7と、絶縁性の筒状ガスケット8とを有している。端子板3はガス抜き孔3aがそれぞれ形成され、固定板6は、図8の平面図及び図9の断面図に示すように、上面に浅い凹部6bが形成されるとともにガス透過孔6aが形成されており、中間感圧板5は所定の内圧で破断するように薄肉部5aが形成されている。導電部材7は円形の板の中央を円錐台形状に突出させた突部7aとその外周部からなる鍔部7bからなり、固定板6に埋設されて一体化されている。その突部7aの頂部は固定板6の上面側に露出するとともに固定板6の下面側に鍔部7bの下面が露出している。ガスケット8は、図7(a)、図10(a)の平面図、同図(b)の縦断面図および同図(c)の要部縦断面図に示すように、断面C形湾曲部8aとこれの下方部に一体的に連らなって接続された断面L形屈曲部8dから構成され、この屈曲部8dは垂直壁部8bと水平壁部8cとから構成される。
【0013】
このような蓋要素を電池ケース1の開口部への組み付けるにあたり、先ず固定板6に埋設された導電部材7と中間感圧板5とを予め超音波溶接しておく。このとき、溶接点7cを十分強固に溶接して、内圧が上昇して導電経路の遮断時に、中間感圧板5と導電部材7との溶接点7cを剥離させるといった構成にせず、導電部材7の溶接点7cの周囲を破断させる構成とする。
【0014】
そして、中間感圧板5の下面中央に対して導電部材7の突部7a上面を局部的に溶接する一方、電池ケース1の開口部に予めビーディング加工により縮径されてできた段部1aの上面にガスケット8を嵌入しておく。そして、リードタブ2を導電部材7の鍔部7bの下面に超音波溶接して、ガスケット8の断面L形屈曲部8d内に、導電部材7が埋設された固定板6及び中間感圧板5をはめ込む。次に、断面C形湾曲部8a内に感温抵抗素子4と端子板3とを順次はめ込み、最後に、電池ケース1の開口部を内側にかしめてガスケット8のC形湾曲部8aを圧縮することにより、この湾曲部8aを介して端子板3、感温抵抗素子4及び中間感圧板5の周縁部を電池ケース1の開口端部と段部1aとの間で挾持し、電池ケース1を密封する。
【0015】
以上説明したような電池にあっては、発電要素の一方の電極はリードタブ2により導電部材7に接続され、導電部材7は突部7aの上面の頂部7c(溶接点)で中間感圧板5に接続され、中間感圧板5は感温抵抗素子4を介して端子板3に接続されている。この端子板3は、電池の開口部を封口し、これに負荷回路が接続されることになる。
【0016】
このような構成の電池の使用にあたり、過放電、過充電等により内部にガスが発生すると、電池ケース1内のガス圧力は固定板6のガス透過孔6aを通じて中間感圧板5に作用する。内圧が異常上昇すると、図7(b)に示すように、中間感圧板5が外側へ膨らむように変形し、導電部材7の溶接点7cの周囲が破断される。このことにより、端子板3につながる充電または放電電流回路(導電経路)が遮断される(感圧遮断機能)。中間感圧板5がさらに大きく変形するとついにはその薄肉部5aが破断し、電池ケース1内のガスが外部に放出される(内圧解放機能)。また、電池に接続されている外部回路が短絡されたりして大電流が流れ、電池の温度が異常上昇すると、端子板3につながる充電または放電電流回路中に挿入されている感温抵抗素子4の抵抗値が増大し、充電または放電電流を減少させる(感温遮断機能)。
【0017】
また以上の構成によれば、前述したような、中間感圧板にリードタブを溶接してから蓋要素を組立てるという工程や、中間感圧板の中央突部を絶縁板の小穴にはめ込み小穴ごしに突部にリードタブを溶接する作業をなくすことができ、感圧遮断機能の動作精度および信頼性を向上させるようにしている。
【0018】
しかしながら、前述したような防爆機能を有する電池にあっては、図11(a)、(b)に示すように、その組立時においてガスケット8のC形湾曲部8aが電池ケース1の開口部と段部1aとの間で圧縮されると、ガスケット8の断面C形湾曲部8aの底部8eが電池ケース1の段部1a上を摺動しながら内方に押し出されてくる。これに伴ってガスケット8の断面L形屈曲部8dが内方へ押圧されるが、この屈曲部8dの内周面は固定板6の外周面に密着した状態にあるため、この内周面は固定板6の外周面に圧接しつつ下方にずれていく。つまり、ガスケット8の底部8eが電池ケース1の段部1aと中間感圧板5等の蓋部材との間に挾まれているため、内方へ押されたガスケット8の屈曲部8dの内周面はどうしても固定板6の外周面に圧接しつつ下方へ逃げていってしまうのである。
【0019】
前述したように、電池の異常な上昇による導電経路の遮断にあたっては、中間感圧板5と導電部材7との溶接点7cを剥離させるといった構成にせず、導電部材7の溶接点7cの周囲を破断させる構成にしているため、溶接点7cの十分な強度が必要とされ、これが低下するようなことは必ず避けなければならない。
【0020】
ところが前述したように、ガスケット8の屈曲部8dの内周面が固定板6の外周面に圧接してしつつ下方へずれていくことにより、固定板6を下方へ移動させる力が加わる。このため、固定板6に埋設された導電部材7と中間感圧板5との溶接点7cに対して有害な力が加わりその強度を低下させてしまい、最悪の場合には、図11(b)に示すように導電部材7の溶接点7cの周囲が破断して導電経路が遮断してしまうことが考えられ、電池内圧の異常な上昇に対する導電経路の遮断精度の向上が図れないといった問題があった。
【0021】
また、固定板6に埋設された導電部材7と中間感圧板5との溶接時の位置決め精度を向上させるため、固定板6の外径を大きめにしたり、ガスケット8の屈曲部8dの内径を小さめにしたりして固定板6とガスケット8の屈曲部8dとの嵌め合いをきつくすると、前述したように、その組立時においてガスケット8の屈曲部8dが固定板6を下方へ移動させる力を加えてしまい、導電経路の遮断精度の向上が図れない。そこで反対に、固定板6とガスケット8の屈曲部8dとの嵌め合いを緩くすれば、緩い分だけ固定板6が位置ずれし易くなり、導電部材7と中間感圧板5との位置決めがやりにくくなり、両者の溶接作業が面倒となる。このため、これらを溶接しやすいように固定板6と屈曲部8dとの嵌合精度を上げるためガスケット8の断面L形屈曲部8dの寸法精度に極めて注意を払わなくてはならなくなり、この点、非常に面倒であった。
【0022】
この発明は前述した問題点に鑑みなされたもので、その目的は、導電経路の遮断精度が向上し、感圧遮断機能の信頼性を向上できる防爆機能を有する電池を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項1に係る本発明では、有底筒形の電池ケースと、この電池ケースに収納された発電要素と、前記発電要素の一方の電極に接続されたリードタブと、前記リードタブと電気的に接続され前記電池ケースの開口部を絶縁性の筒状ガスケットを介して塞ぐ蓋要素とからなり、前記蓋要素はガス抜き孔を有する金属製の端子板と可撓性を有し破断しやすい中間感圧板とガス透過孔を有する絶縁性の固定板とを順次積層するとともにこれらの外周部を筒状の前記ガスケットで包被し、前記リードタブの先端部を前記固定板に止着された導電部材に接続するとともに前記導電部材を前記中間感圧板に溶接してなる防爆機能を有する電池において、前記固定板は前記中間感圧板よりも小径にしてその周縁部が肉厚に形成されてなり、前記ガスケットは積層された前記端子板と前記中間感圧板の外周部を囲繞してなる断面C形湾曲部の下方部が前記固定板の外周部を抱持する断面L形屈曲部に一体的に連接してなり、前記断面L形屈曲部が周方向に間隔を置いて所定間隔で形成されてなる。
【0024】
前記目的を達成するため請求項2に係る本発明では、前記ガスケットは積層された前記端子板と前記中間感圧板の外周部を囲繞してなる断面C形湾曲部の下方部が前記固定板の外周部を抱持する垂直壁部と水平壁部とからなる断面L形屈曲部に一体的に連接してなり、前記ガスケットの前記垂直壁部の肉厚を前記断面C形湾曲部の底部の厚みの15〜70%の範囲とする。
【0025】
また前記目的を達成するため請求項3に係る本発明では、前記ガスケットの前記垂直壁部の内周面と前記固定板の外周面との間に補強リングを介装する。
【0026】
さらに前記目的を達成するため請求項4に係る本発明では、前記ガスケットの前記垂直壁部と前記固定板の外周面との間に前記断面C形湾曲部の底部の厚みの20%以上の間隔の空隙を設ける。
【0027】
さらにまた前記目的を達成するため請求項5に係る本発明では、別構成として、有底筒形の電池ケースと、この電池ケースに収納された発電要素と、前記発電要素の一方の電極に接続されたリードタブと、前記リードタブと電気的に接続され前記電池ケースの開口部を絶縁性の筒状ガスケットを介して塞ぐ蓋要素とからなり、前記蓋要素はガス抜き孔を有する金属製の端子板と可撓性を有し破断しやすい中間感圧板とガス透過孔を有する絶縁性の固定板とを順次積層するとともにこれらの外周部を筒状の前記ガスケットで包被し、前記リードタブの先端部を前記固定板に止着された導電部材に接続するとともに前記導電部材を前記中間感圧板に溶接してなる防爆機能を有する電池において、前記固定板の上面に浅い凹部を設けるとともに、前記凹部の内周部に係合可能な下方突部を前記中間感圧板に設ける。
【0028】
以上の構成の本発明にあっては、次のような作用を奏する。
【0029】
請求項1に係る本発明にあっては、固定板の外周部を抱持する断面L形屈曲部が周方向に間隔を置いて所定間隔で形成されているので、電池の組立時にガスケットが電池ケースの開口端部で圧縮されてこれら屈曲部が内方へ押圧されても、これら屈曲部が僅かに外方に変形するに留まり、固定板を下方に押し下げてしまうことが確実に防止される。
【0030】
請求項2に係る本発明にあっては、ガスケットの垂直壁部の肉厚を断面C形湾曲部の底部の厚みの15〜70%の範囲としたので、電池の組立時にガスケットの屈曲部が内方へ押圧されても、屈曲部が肉厚の薄い垂直壁部を中心に外方へ湾曲して僅かに変形するに留まり、固定板を下方に押し下げてしまうことが確実に防止される。
【0031】
請求項3に係る本発明にあっては、ガスケットの垂直壁部の内周面と固定板の外周面との間に補強リングを介装しているので、電池の組立時にガスケットの屈曲部が内方へ押圧されても、補強リングはガスケットの垂直壁部の押圧力を吸収するためこの押圧力が固定板に伝わることが確実に防止される。
【0032】
請求項4に係る本発明にあっては、ガスケットの垂直壁部の内周面と固定板の外周面との間に断面C形湾曲部の底部の厚みの20%以上の間隔の空隙を設けたので、電池の組立時にガスケットの屈曲部が内方へ押圧されても、垂直壁部は固定板に接触しない、あるいは接触したとしても固定板を下方へ押圧するまでに至らない。
【0033】
請求項5に係る本発明にあっては、固定板の上面に浅い凹部を設けるとともに、凹部の内周部に係合可能な下方突部を中間感圧板に設け、かつ該下方突部は中間感圧板の所定半径の円周上に所定間隔で形成してその下面側の外周端部を固定板の凹部の外周端部と一致させたので、電池の組立時において固定板に埋設された導電部材と中間感圧板との溶接を行う際に、これら凹部と下方突部との係合によって、固定板が包被されるガスケットの寸法誤差の影響を受けることなくその位置決めを確実に行うことができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の第1〜5形態による防爆機能を有する電池を、前述した図7 (a)を適宜転用して説明する。先ず、第1形態について説明するとガスケット8以外の構成は、基本的に図7(a)に示す電池と同じであり、それら同一部分については同一の符号を付しその説明は省略する。
【0035】
本形態の電池におけるガスケット8は、図1(a)の平面図、同図(b)の縦断面図および同図(c)の断面L形屈曲部8dの縦断面図に示すように、平面が円弧状帯の断面L形屈曲部8dが周方向に120゜の間隔で3つ形成されており、それぞれの断面L形屈曲部の中心角は30゜である。即ち、この屈曲部8dは、全周に亘って切れ目のない筒状ではなく、その大部分が周方向に所定間隔で切り欠かれたようになっている。
【0036】
このような断面L形屈曲部8dで固定板6の外周部を抱持するのであるが、断面L形屈曲部8dを周方向に120゜の間隔で3つ形成したものにしても十分に固定板6を保持することができる。また図7(a)に示すように、その組立時においてガスケット8が電池ケース1の開口部と段部1aとの間で圧縮されると、ガスケット8の断面C形湾曲部8aの底部8eが電池ケース1の段部1a上を摺動しながら内方に押し出されてくる。これに伴ってガスケット8の断面L形屈曲部8dが内方へ押圧されるが、このとき、3つの屈曲部8dが周方向に120゜の間隔で形成された構成となっているため、これら屈曲部8dが僅かに外方に変形するに留まり、固定板6を下方に押し下げてしまうことが確実に防止される。したがって、固定板6が下方に押し下げられて導電部材7と中間感圧板5との溶接点7cに有害な力が加わることを確実に防止でき、導電経路の遮断精度を向上できる。
【0037】
本形態では、断面L形屈曲部8dを周方向に120゜の間隔で3つ形成したが、同様の作用効果を奏するのであれば適宜変形が可能であり、例えば中心角30゜の屈曲部8dを周方向に60゜の間隔で6つ形成してもよい。また、この他に、全周に亘って設けられた断面L形屈曲部8dにほぼ径方向に所定間隔で切り込みを入れるか、切欠部を設けても良い。
【0038】
以上、説明したようなガスケット8を用いた本形態の防爆機能を有する電池について、高温保存試験を行い、導電経路の遮断精度(電流遮断機能)が向上したか否かを確認した。具体的には、中心角30゜の断面L形屈曲部8dを周方向に120゜の間隔で3つ形成したガスケット8を用いた電池を本発明1、中心角30゜の屈曲部8dを周方向に60゜の間隔で6つ形成したガスケット8を用いた電池を本発明2、前述した断面L形屈曲部が全周に形成されたガスケットを用いた電池を比較例とし、これら本発明1、2及び比較例の電池をそれぞれ50個ずつ用意し、これら電池を100℃の恒温槽において5時間保存した後に、導電経路が遮断しているか否かをテスターを用いて調べた。
【0039】
この試験においては、電池を100℃の高温環境下に5時間おくだけであって積極的に内部圧力を上昇させるわけではないので導電経路が遮断されていないことが望ましいとする。もしこれが遮断されていた場合には、電池の組立時にガスケットの断面L形屈曲部8dが固定板6を下方に押し下げてしまって導電部材7と中間感圧板5との溶接点7cに有害な力が加わり、その強度が弱められたと考えられる。
【0040】
【表1】
以上説明した保存試験の結果、表1に示すように、比較例では50個中19個も導電経路が遮断されていたのに対して、本発明1,2については1個も導電経路が遮断されてはおらず、その遮断精度が向上したことを確認した。
【0041】
次に本発明の実施の第2形態について説明すると、図2(a)〜(c)に示すように、本形態の電池にあってはガスケット8の垂直壁部8bの肉厚d2を全周に亘って底部8eの厚みd1より薄くしている。具体的には、肉厚d2を底部8eの厚みd1の15〜70%の範囲としている。本形態において以上説明した事項以外については、基本的に前述した図7(a)に示す電池と同じであり、それら同一部分については同一の符号を付しその説明は省略する。
【0042】
このような垂直壁部8b及び水平壁部8cからなる断面L形屈曲部8dで固定板6の外周部を抱持するのであるが、垂直壁部8bの肉厚d2を底部8eの厚みd1より薄くしても十分に固定板6を保持することができる。また、その組立時において前記第1形態で説明したように、ガスケット8が圧縮されるとガスケット8の屈曲部8dが内方へ押圧される。このとき、ガスケット8の垂直壁部8bの肉厚d2を底部8eの厚みd1より薄くしているため、屈曲部8dは肉厚の薄い垂直壁部8bを中心に外方へ湾曲して僅かに変形するに留まり、固定板6を下方に押し下げてしまうことが確実に防止される。したがって、固定板6が下方に押し下げられて導電部材7と中間感圧板5との溶接点7cに有害な力が加わることを確実に防止でき、導電経路の遮断精度を向上できる。
【0043】
本形態では、ガスケット8の垂直壁部8bの肉厚d2を全周に亘って断面C形湾曲部8aの底部8eの厚みd1より薄くしたが、同様の作用効果を奏するのであれば適宜変形が可能であり、例えば垂直壁部8bの肉厚を周方向に変化させても良く、この肉厚を薄くする部分を所定間隔で設けたり、さらにこの薄くする部分の厚みを0とする、即ち垂直壁部8bを所定間隔で切り欠くようにしてもよい。
【0044】
以上、説明したようなガスケット8を用いた本形態の防爆機能を有する電池について、前記第1形態の場合と同様に高温保存試験を行い、導電経路の遮断精度(電流遮断機能)が向上したか否かを確認した。具体的には、底部8eの厚みd1を0.6mmとし、この厚みd1に対して15〜70%の範囲内(16,33,50,67%)のものを本発明とするとともに、この範囲外(8,83,100%)のものを比較例とし、各%の厚みの電池をそれぞれ50個ずつ用意した。
【0045】
【表2】
その結果、表2に示すように、比較例において8%のものについては、厚みd1が薄すぎて成形することができず、83%のものについては50個中8個、100%のものについては50個中27個も導電経路が遮断されていたのに対して、本発明については1個も導電経路が遮断されてはおらず、その遮断精度を向上でき、且つ垂直壁部8bの肉厚d2は底部8eの厚みd1の15〜70%の範囲内が望ましいことを確認した。
【0046】
次に本発明の実施の第3形態について説明すると、図3(a)〜(c)に示すように、本形態の電池にあっては、ガスケット8の垂直壁部8bの内周面と固定板6の外周面との間にステンレス(SUS430)製の補強リング11を介装している。具体的には、この補強リング11の肉厚を0.2〜0.5mmの範囲としている。本形態において以上説明した事項以外については、基本的に前述した図7(a)に示す電池と同じであり、それら同一部分については同一の符号を付しその説明は省略する。
【0047】
このような補強リング11を介してガスケット8は垂直壁部8b及び水平壁部8cからなる断面L形屈曲部8dで固定板6の外周部を抱持するのであるが、垂直壁部8bの内周面と固定板6の外周面との間に補強リング11を介装しても十分に固定板6を保持することができる。また電池の組立時には、前記第1形態で説明したように、ガスケット8が圧縮されるとガスケット8の垂直壁部8bが内方へ押圧される。このとき、補強リング11はガスケット8の垂直壁部8bの押圧力を吸収するため、この押圧力が固定板6に伝わることが確実に防止される。したがって、固定板6が下方に押し下げられて導電部材7と中間感圧板5との溶接点7cに有害な力が加わることを確実に防止でき、導電経路の遮断精度を向上できる。
【0048】
本形態の補強リング11にあっては、図3(c)の要部縦断面図に示すように断面が外側下角部の切り欠かれた矩形としているが、同様の作用効果を奏するのであれば適宜変形が可能であり、例えばガスケット8の断面L形屈曲部8dと同様に下方部から内方へ延出する水平壁部を設けて断面L形にして、補強リング11が固定板6の外周を抱持するようにしてもよい。
【0049】
以上、説明した本形態の防爆機能を有する電池について、前記第1形態の場合と同様に高温保存試験を行い、導電経路の遮断精度(電流遮断機能)が向上したか否かを確認した。具体的には、補強リング11の肉厚d3を0.2〜0.5mmの範囲内(0.2,0.3,0.5mm)のものを本発明とし、この範囲外(0.1mm)のもの及び補強リングを設けていない前述した図7(a)に示す電池を比較例とし、各%の厚みの電池をそれぞれ50個ずつ用意した。
【0050】
【表3】
その結果、表3に示すように、比較例において、補強リング11の肉厚d3が0.1mmのものについては50個中5個、導電経路が遮断されており、これは厚みd3が薄すぎるためガスケット8の屈曲部8dの押圧力を補強リング11が吸収しきれなかったとみられる。また、補強リングを設けていない電池については50個中21個も導電経路が遮断されていた。これらに対して、本発明にあっては1個も導電経路が遮断されてはおらず、その遮断精度を向上でき、且つ肉厚d3は0.2mm以上が望ましいことを確認した。
【0051】
次に本発明の実施の第4形態について説明すると、図4(a)〜(c)に示すように、ガスケット8の垂直壁部8bの内周面と固定板6の外周面との間に全周に亘って円筒状の空隙d4を設けている。具体的には、円筒状空隙d4の径方向の間隔を底部8eの厚みd1の20%以上としている。本形態において以上説明した事項以外については、基本的に前述した図7(a)に示す電池と同じであり、それら同一部分については同一の符号を付しその説明は省略する。
【0052】
このような垂直壁部8b及び水平壁部8cからなる断面L形屈曲部8dで固定板6の外周部を抱持するのであるが空隙d4を設けても屈曲部8dで十分に固定板6を保持することができる。また電池の組立時には、前記第1形態で説明したようにガスケット8が圧縮されるとガスケット8の屈曲部8dが内方へ押圧される。このとき、ガスケット8の垂直壁部8bと固定板6の外周面との間に空隙d4があるので垂直壁部8bが固定板6に接触しない、あるいは接触したとしても固定板6を下方へ押圧するまでに至らない。したがって、固定板6が下方に押し下げられて導電部材7と中間感圧板5との溶接点7cに有害な力が加わることを確実に防止でき、導電経路の遮断精度を向上できる。
【0053】
以上、説明した本形態の防爆機能を有する電池について、前記第1形態の場合と同様に高温保存試験を行い、導電経路の遮断精度(電流遮断機能)が向上したか否かを確認した。具体的には、底部8eの厚みd1を0.6mmとし、この厚みd1に対して空隙d4の間隔が20%以上(25,33,50,67,83%)のものを本発明とするとともに、この範囲外(0,17%)のものを比較例とし、各%の電池をそれぞれ50個ずつ用意した。
【0054】
【表4】
その結果、表4に示すように、比較例において空隙d4の設けられていない0%のものについては50個中29個導電経路が遮断され、また、17%のものについては50個中7個、導電経路が遮断されており、これらは、空隙d4の間隔が小さすぎてガスケット8の屈曲部8dが固定板6の外周に当接して固定板6を下方へ押圧し、導電部材と中間感圧板との溶接点7cに有害な力が加わっていたものとみられる。これらに対して、本発明については1個も導電経路が遮断されてはおらず、その遮断精度を向上でき、且つ空隙d4の間隔を底部8eの厚みd1の20%以上とすることが望ましいことを確認した。
【0055】
次に本発明の実施の第5形態について説明すると、前述した図8、9に示すように固定板6の上面に浅い凹部6bを設けるとともに、図5及び図6(a)の平面図、同図(b)の要部断面図に示すように凹部6bの内周部に係合可能な下方突部5bを中間感圧板5に設けている。具体的には、図6(a)、(b)に示すように、下方突部5bは中間感圧板5の所定半径の円周上に所定間隔で5箇所形成されており、その形状は縦断面が円弧状であって平面形状としては所定の中心角で所定の幅を持った円弧状帯に形成されている。また、下方突部5bの下端が平面部分から突出する深さについては固定板6の凹部6bの深さと一致させるとともに、下方突部5bの下面側の外周端部を固定板6の凹部6bの外周端部と一致させることにより、組み立てると図5に示すように、下方突部5bの下端が固定板6の凹部6bに接触するとともに下方突部5bの外周端部が凹部6bの外周端部と当接してこれら下方突部5bと凹部6bとがしっかり嵌合するようにする。本形態において以上説明した事項以外については、基本的に前述した図7(a)に示す電池と同じであり、それら同一部分については同一の符号を付しその説明は省略する。
【0056】
以上のような構成の固定板6及び中間感圧板5によって、組立時において固定板6に埋設された導電部材7と中間感圧板5との溶接を行う際には、これら凹部6bと下方突部5bとの係合によってその位置決めを精度良く行うことができる。このため、固定板6とガスケット8の断面L形屈曲部8dとの嵌合が緩い場合でも、中間感圧板5と導電部材7の溶接のための位置決めを確実に行える。したがって、ガスケット8の寸法誤差の影響を受けることなくその位置決めを確実に行えるため、両者の溶接を高精度に行え、導電経路の遮断精度を向上できる。
【0057】
また、前記位置合わせを行うにあたって、溶接しやすいように固定板6と断面L形屈曲部8dとの嵌合精度を上げるためガスケット8の断面L形屈曲部8dの寸法精度に多大な注意を払う必要がなくなり、この点、部品の生産管理がしやすくなる。
【0058】
本形態の中間感圧板5にあっては、5箇所の下方突部5bが配設される円周の半径は、薄肉部5aの放射状に広がる直線部分の外端部までの半径とほぼ一致しているが、このような下方突部5bと薄肉部5aとの位置関係は適宜変更し得る。
【0059】
以上、説明した本形態の防爆機能を有する電池について、導電経路の遮断圧力について測定した。この遮断圧力を測定するにあたり、遮断圧力測定装置として、恒温槽、与圧用ポンプ、およびテスターを用意する。恒温槽は、その内部に測定用電池を入れておいてその内部温度を一定に保ち、与圧用ポンプは電池内部を所定の圧力にするものである。この与圧用ポンプからはパイプが延出しており、このパイプを通じて圧力を電池内部に加えることができるようになっている。このパイプには圧力ゲージが付設されており、パイプを通じて付与する圧力を測定できるようになっている。また、テスターは、これから延出した各測定用端子を測定用電池の端子板3および導電部材7にそれぞれ接続して、両者間の導通状態を監視することによって、導電部材7の溶接点7cの周囲が破断して導電経路が遮断されたか否かを確認するためのものである。
【0060】
【表5】
具体的には、表5に示すように、本形態の電池を本発明とし、また固定板6や中間感圧板5に位置合わせ用の凹部や下方突部を設けていない前述した図7(a)に示す電池を比較例とし、これら本発明及び比較例について測定用にそれぞれ10個用意した。
【0061】
そして、前記の遮断圧力測定装置を用いて、常温でその導電経路の遮断圧力を測定した。詳しくは、恒温槽内に測定用電池を載置し、その電池ケース1の底部の挿通孔に与圧用ポンプから延出したパイプを気密状態で挿入する。そしてテスターからの各測定端子を電池の端子板3及び導電部材7にそれぞれ接続しておく。この状態で恒温槽の内部を前記の各雰囲気温度に維持するとともに、電池内圧を上げていくようにした。
【0062】
その結果、表5に示すように、比較例については、圧力15〜28Kg/cm 2 の範囲で導電経路が遮断しており、その分散が4.1とばらついている。また、その平均値が18Kg/cm 2 と高めである。これに対して、本発明にあっては、圧力13〜16Kg/cm 2 の範囲で導電経路が遮断し、その分散が1.0とばらつきが極めて小さくなっており、また、その平均値が15と望ましい数値となっている。したがって、本形態にあっては導電経路の遮断精度が極めて向上していることが確認できた。
【0063】
以上説明した第5形態に対して前述した第1〜4形態を組み合わせることも可能である。即ち、固定板6の上面に浅い凹部6bを設けるとともに、凹部6bの内周部に係合可能な下方突部5bを中間感圧板5に設けた構成に対して、前記第1形態のようにガスケット8の断面L形屈曲部8dを周方向に所定間隔を置いて設けたり、前記第2形態のようにガスケット8の垂直壁部8bの肉厚d2を全周に亘って断面C形湾曲部8aの底部8eの厚みd1より薄くしたり、また前記第3形態のようにガスケット8の垂直壁部8bの内周面と固定板6の外周面との間に補強リング11を介装したり、さらにガスケット8の垂直壁部8bの内周面と固定板6の外周面との間に円筒状の空隙d4を設けたりしてもよい。このような組合せの構成によって、導電部材7と中間感圧板5との溶接を行う際の位置決め精度を向上させることと、電池ケース1の開口部を内側にかしめてガスケット8を圧縮する際に導電部材7と中間感圧板5との溶接部分に有害な力が加わることを確実に防止することとが相俟って、極めて導電経路の遮断精度が向上し、感圧遮断機能の信頼性の向上を図るようにすることもできる。このほか、第1〜5形態間で可能な限り組合せの構成を適宜採用できる。
【0064】
以上説明した第1〜5形態にあっては、感温抵抗素子4と中間感圧板5との間に金属リング(図示せず)を介装してもよく、これによって蓋要素全体の強度をより向上できるが、これを省略して組立性を向上させても良い。また、感温抵抗素子4を廃止して中間感圧板5の上に直接、端子板3を重ねる構成にすれば、感温遮断機能の無いタイプの防爆機能となる。
【0065】
なお、前述した第1〜5形態のような円筒形の電池に限らず、蓋要素の各部品の平面外形を矩形にすることで角形のリチウム二次電池などにも適用できる。これら各部品を矩形にすることで成形加工がし易くなるほか、歩留まりが向上しコストダウンが図れる。
【0066】
【発明の効果】
本発明の請求項1〜4に係る防爆機能を有する電池にあっては、固定板が下方に押し下げられて導電部材と中間感圧板との溶接部分に有害な力が加わることを確実に防止できる。このため、導電経路の遮断精度が向上し、感圧遮断機能の信頼性を向上できる。
【0067】
また請求項5に係る防爆機能を有する電池にあっては、ガスケットの寸法誤差の影響を受けることなく固定板に止着された導電部材と中間感圧板の位置決めを確実に行えるため、両者の溶接を高精度に行える。このため、導電経路の遮断精度が向上し、感圧遮断機能の信頼性を向上できる。また前記位置合わせを行うにあたって、ガスケットの寸法精度に多大な注意を払う必要がなくなり、この点、部品の製造管理がしやすくなり生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態による防爆機能を有する電池のガスケットを示しており、(a)は平面図、(b)は縦断面図、(c)は要部縦断面図である。
【図2】本発明の実施の第2形態による防爆機能を有する電池のガスケットを示しており、(a)は平面図、(b)は縦断面図、(c)は要部縦断面図である。
【図3】本発明の実施の第3形態による防爆機能を有する電池のガスケットを示しており、(a)は平面図、(b)は縦断面図、(c)は要部縦断面図である。
【図4】本発明の実施の第4形態による防爆機能を有する電池のガスケットを示しており、(a)は平面図、(b)は縦断面図、(c)は要部縦断面図である。
【図5】本発明の実施の第5形態による防爆機能を有する電池の要部縦断面図である。
【図6】本発明の実施の第5形態による防爆機能を有する電池の中間感圧板を示しており、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線矢視縦断面図である。
【図7】本出願人が既に出願した防爆機能を有する電池を示しており、(a)は要部縦断面図、(b)は(a)の電池において導電経路が遮断された状態を示す要部縦断面図である。
【図8】本発明の実施の第5形態による防爆機能を有する電池における導電部材が埋設された固定板の平面図である。
【図9】図9のB−B線矢視縦断面図である。
【図10】従来の防爆機能を有する電池のガスケットを示しており、(a)は平面図、 (b)は縦断面図、(c)は要部縦断面図である。
【図11】従来の防爆機能を有する電池を示しており、(a)は電池ケース1の封口端部をかしめる前の様子を示す要部縦断面図、(b)は電池ケース1の封口端部をかしめた後の様子示す要部縦断面図。
【符号の説明】
1 電池ケース 1a 段部
2 リードタブ 3 端子板
3a ガス抜き孔 4 感温抵抗素子
5 中間感圧板 5a 薄肉部
5b 下方突部 6 固定板
6a ガス透過孔 6b 凹部
7 導電部材 7a 突部
7b 鍔部 7c 溶接点
8 ガスケット 8a 断面C形湾曲部
8b 垂直壁部 8c 水平壁部
8d 断面L形屈曲部 8e 底部
11 補強リング d4 空隙
Claims (5)
- 有底筒形の電池ケース(1)と、この電池ケース(1)に収納された発電要素と、該発電要素の一方の電極に接続されたリードタブ(2)と、該リードタブ(2)と電気的に接続され該電池ケース(1)の開口部を絶縁性の筒状ガスケット(8)を介して塞ぐ蓋要素とからなり、該蓋要素はガス抜き孔を有する金属製の端子板(3)と可撓性を有し破断しやすい中間感圧板(5)とガス透過孔(6a)を有する絶縁性の固定板(6)とを順次積層するとともにこれらの外周部を筒状の該ガスケット(8)で包被し、該リードタブ(2)の先端部を該固定板(6)に止着された導電部材(7)に接続するとともに該導電部材(7)を該中間感圧板(5)に溶接してなる防爆機能を有する電池において、該固定板(6)は該中間感圧板(5)よりも小径にしてその周縁部が肉厚に形成されてなり、該ガスケット(8)は積層された該端子板(3)と該中間感圧板(5)の外周部を囲繞してなる断面C形湾曲部(8a)の下方部が該固定板(6)の外周部を抱持する断面L形屈曲部(8d)に一体的に連接してなり、該断面L形屈曲部(8d)が周方向に間隔を置いて所定間隔で形成されてなることを特徴とする防爆機能を有する電池。
- 有底筒形の電池ケース(1)と、この電池ケース(1)に収納された発電要素と、該発電要素の一方の電極に接続されたリードタブ(2)と、該リードタブ(2)と電気的に接続され該電池ケース(1)の開口部を絶縁性の筒状ガスケット(8)を介して塞ぐ蓋要素とからなり、該蓋要素はガス抜き孔を有する金属製の端子板(3)と可撓性を有し破断しやすい中間感圧板(5)とガス透過孔(6a)を有する絶縁性の固定板(6)とを順次積層するとともにこれらの外周部を筒状の該ガスケット(8)で包被し、該リードタブ(2)の先端部を該固定板(6)に止着された導電部材(7)に接続するとともに該導電部材(7)を該中間感圧板(5)に溶接してなる防爆機能を有する電池において、該固定板(6)は該中間感圧板(5)よりも小径にしてその周縁部が肉厚に形成されてなり、該ガスケット(8)は積層された該端子板(3)と該中間感圧板(5)の外周部を囲繞してなる断面C形湾曲部(8a)の下方部が該固定板の外周部を抱持する垂直壁部(8b)と水平壁部(8c)とからなる断面L形屈曲部(8d)に一体的に連接してなり、該ガスケット(8)の該垂直壁部(8b)の肉厚を該断面C形湾曲部(8a)の底部(8e)の厚みの15〜70%の範囲としてなることを特徴とする防爆機能を有する電池。
- 有底筒形の電池ケース(1)と、この電池ケース(1)に収納された発電要素と、該発電要素の一方の電極に接続されたリードタブ(2)と、該リードタブ(2)と電気的に接続され該電池ケース(1)の開口部を絶縁性の筒状ガスケット(8)を介して塞ぐ蓋要素とからなり、該蓋要素はガス抜き孔を有する金属製の端子板(3)と可撓性を有し破断しやすい中間感圧板(5)とガス透過孔(6a)を有する絶縁性の固定板(6)とを順次積層するとともにこれらの外周部を筒状の該ガスケット(8)で包被し、該リードタブ(2)の先端部を該固定板(6)に止着された導電部材(7)に接続するとともに該導電部材(7)を該中間感圧板(5)に溶接してなる防爆機能を有する電池において、該固定板(6)は該中間感圧板(5)よりも小径にしてその周縁部が肉厚に形成されてなり、該ガスケット(8)は積層された該端子板(3)と該中間感圧板(5)の外周部を囲繞してなる断面C形湾曲部(8a)の下方部が該固定板の外周部を抱持する垂直壁部(8b)と水平壁部(8c)とからなる断面L形屈曲部(8d)に一体的に連接してなり、該ガスケット(8)の該垂直壁部(8b)の内周面と該固定板(6)の外周面との間に補強リング(11)を介装してなることを特徴とする防爆機能を有する電池。
- 有底筒形の電池ケース(1)と、この電池ケース(1)に収納された発電要素と、該発電要素の一方の電極に接続されたリードタブ(2)と、該リードタブ(2)と電気的に接続され該電池ケース(1)の開口部を絶縁性の筒状ガスケット(8)を介して塞ぐ蓋要素とからなり、該蓋要素はガス抜き孔を有する金属製の端子板(3)と可撓性を有し破断しやすい中間感圧板(5)とガス透過孔(6a)を有する絶縁性の固定板(6)とを順次積層するとともにこれらの外周部を筒状の該ガスケット(8)で包被し、該リードタブ(2)の先端部を該固定板(6)に止着された導電部材(7)に接続するとともに該導電部材(7)を該中間感圧板(5)に溶接してなる防爆機能を有する電池において、該固定板(6)は該中間感圧板(5)よりも小径にしてその周縁部が肉厚に形成されてなり、該ガスケット(8)は積層された該端子板(3)と該中間感圧板(5)の外周部を囲繞してなる断面C形湾曲部(8a)の下方部が該固定板の外周部を抱持する垂直壁部(8b)と水平壁部(8c)とからなる断面L形屈曲部(8d)に一体的に連接してなり、該ガスケット(8)の該垂直壁部(8b)の内周面と該固定板(6)の外周面との間に該断面C形湾曲部(8a)の底部(8e)の厚みの20%以上の間隔の空隙(d4)を設けてなることを特徴とする防爆機能を有する電池。
- 有底筒形の電池ケース(1)と、この電池ケース(1)に収納された発電要素と、該発電要素の一方の電極に接続されたリードタブ(2)と、該リードタブ(2)と電気的に接続され該電池ケース(1)の開口部を絶縁性の筒状ガスケット(8)を介して塞ぐ蓋要素とからなり、該蓋要素はガス抜き孔を有する金属製の端子板(3)と可撓性を有し破断しやすい中間感圧板(5)とガス透過孔(6a)を有する絶縁性の固定板(6)とを順次積層するとともにこれらの外周部を筒状の該ガスケット(8)で包被し、該リードタブ(2)の先端部を該固定板(6)に止着された導電部材(7)に接続するとともに該導電部材(7)を該中間感圧板(5)に溶接してなる防爆機能を有する電池において、
該固定板(6)の上面に浅い凹部(6b)を設けるとともに、該凹部(6b)の内周部に係合可能な下方突部(5b)を該中間感圧板(5)に設け、かつ該下方突部(5b)は中間感圧板(5)の所定半径の円周上に所定間隔で形成してその下面側の外周端部を固定板(6)の凹部(6b)の外周端部と一致させてなることを特徴とする防爆機能を有する電池。
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