JP3655643B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

【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、この弁室内に少なく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号公報の方式では、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電池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、この金属基板内に破断線によって形成され、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とからなる密閉型電池を提供したものである。
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が、動作して前記弁体が押し上げられるように変形し、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その電気的接続が遮断され、また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、本発明の完全密閉型電池の上部縦断面である。図２は、同弁体チップの平面図である。図３は、同弁体チップの縦断面図である。図４は、異常時の弁体チップの動作説明図である。図５は、同弁体チップの他の実施例を示す平面図である。図６は、同弁体チップの更に他の実施例を示す平面図である。
これらの図面において、図面に付した符号の説明は下記のとおりである。
１・・金属基板,2・・金属箔,3・・破断線,4・・回動基部,5・・円形弁体,6・・リード線,7・・弁孔
【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は本発明の完全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は異常時の弁体チップの動作説明図である。また図５及び図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40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の内面に積層付着された金属箔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−鉄合金箔などが用いられる。
前記金属基板１内には、ほぼ円形の破断線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、その円形の一部に非破断線部が形成されて回動基部４が形成されている。この破断線３の内側部分に電池内圧上昇時に圧力解放片をなす弁体５が形成され、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４）。
前記金属箔２には、前記リード線６が例えばろう付けにより付着されている。次に、異状時の動作について説明する。今、電池内圧が上昇すると、前記弁体５が図４に示すように、回動基部４を基点として金属箔２を破りながら上方に持ち上がって前記弁孔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。
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ので、リード線６が図４に示すように断線されるか、又は、リード線６の金属箔２へのろう付け部分が離れて電気的接続が遮断される。
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５に示すように回動基部４に腕部4aを有する弁体10であってもよく、図６に示すように舌片状の弁体11であってもよい。
本発明の構成によると、完全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、金属箔２は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可撓性の金属基板１の回動基部４を回動基点として金属基板１に完全に入れた破断線３によって形成された円形弁体５を押し上げ、リード線６を切断して電気的接続を遮断する。図４の弁体チップの作動時横断面図に示すように、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、本発明の安全弁チップによれば、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。

Claims (6)

1. 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、
   この金属基板内に破断線によって形成され、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と、からなり、
   電池内圧の上昇によって、前記弁体が回動基部を基点と して金属箔を破りながら上方に持ち上がり弁孔を開口し て電池内に発生したガスを解放するとともに、
   前記金属箔に付着され前記電極体に伸長するリード線の 電気的接続が遮断されることを特徴とする密閉型電池。
2. 前記弁体がほぼ円形で、その一部が回動基部となっている請求項１記載の密閉型電池。
3. 前記弁体がほぼ円形で、回動基点が腕部を有している請求項１記載の密閉型電池。
4. 前記弁体がほぼ舌片状である請求項１記載の密閉型電池。
5. 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４のいずれかに記載の密閉型電池。
6. 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５のいずれかに記載の密閉型電池。

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