JP3771366B2

JP3771366B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP3771366B2
Application number: JP00409598A
Authority: JP
Inventors: 淳御前; 啓介山本
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2018-01-12
Also published as: JPH11204093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラプチャー板によって安全構造を構成する密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型電池は、電池缶内に発電要素を封入したものであり、例えば、乾電池がよく知られた態様である。ここでいう発電要素とは、発電、充放電を行なうための電池の電気化学的な要素である。
密閉型電池においては、その構造上、内部に異常な温度上昇、流体の膨張などが発生すると、内部の圧力が異常に上昇し、ついには爆発に至る事態が考えられる。そのため、従来より密閉型電池には、内部の高圧となったガス等を外部に逃がして、このような事態を回避するための安全構造が設けられている。
【０００３】
図３は、従来における密閉型電池の安全構造の代表的な例を示す図であり、断面で示している。同図に示す例では、電池缶３７の開口が封止部３１で密封されている。同図では、ガスケット３８、リング状の絶縁板３９にのみハッチングを施している。封止部３１は、金属製の電池蓋３２、ラプチャー板３４、接続板３３を有しており、これらは内部の発電要素Ｅに電気的に接続されている。電池蓋３２には貫通孔３２ａが設けられているので、ラプチャー板３４が電池内部の圧力と外部の圧力とを仕切る隔壁となっている。接続板３３は、中央部分に凸部を有した形状のものであり、凸部の頂点においてラプチャー板３４に溶接されて接続している。凸部の頂点の周囲には貫通孔３３ａが設けられている。ラプチャー板３４には、ラプチャー板３４の一方の面に溝部を設けて形成した薄肉部Ｗが、環状の曲線を描くように設けられている。リング状の絶縁板３９は、接続板３３とラプチャー板３４とを周縁部において絶縁している。
【０００４】
図３に示す構造においては、異常事態によって電池内部の圧力が上昇すると、ラプチャー板３４が持ち上がり、ラプチャー板３４と接続板３３とを接続する溶接が剥がれて電池内部の電流が遮断される。なお、この段階においては、ラプチャー板３４は破壊されておらず、隔壁としての機能を未だ果たしている。次に、さらに圧力が上昇すると、薄肉部Ｗが破断し、内部の高圧流体を外部へ開放して電池缶が破裂するのを回避する。このようにラプチャー板３４は、密閉型電池の安全を図る上で重要な役目を果たしている。また、破断圧力の値は、薄肉部Ｗの厚みで決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、薄肉部は、ラプチャー板を構成する板材にプレス加工によって環状の溝部を設けることで形成される。薄肉部は、通常一工程のプレス加工により所望の厚みに形成される。
【０００６】
しかしながら、このようなプレス加工により所望の厚みの薄肉部を形成する場合においては、プレスの際に板材の薄肉部を形成すべき部位に生じる応力集中により、薄肉部の厚みがばらつき、ラプチャー板の歩留りが悪くなるという問題が生じている。
【０００７】
本発明の課題は、上記問題を解決し、歩留りを向上し得るラプチャー板の製造方法およびその製造方法により製造されたラプチャー板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は発電要素に電気的に接続される接続板、アルミニウム合金からなるラプチャー板、及び貫通孔を有する電池蓋をこの順に重ねて、これらの側周部をガスケットに嵌め込み、該ガスケットを、前記接続板が電池缶内の中央側となるように、電池缶の開口部近傍の缶内面に嵌合してなる封止部よりなる安全構造を有する密閉型電池であって、前記接続板の中央部分に凸部を設けるとともに該凸部の周囲に貫通孔を設け、前記ラプチャー板の一方の面を前記接続板の凸部に溶接し、他方の面には前記接続板の凸部と同心となる環状の溝部であって、その溝深さを段階的に深くした溝部を形成したことを特徴とする安全構造を有する密閉型電池に関する。
【００１０】
【作用】
前記のように、本発明の製造方法においては二工程以上のプレス加工によって溝部を設けて薄肉部を形成している。このため、従来のように一工程のみしか行わない場合に比べて、プレスの際に板材に生じる応力を小さくでき、又応力が狭い範囲に集中するのを抑制できる。従って、ラプチャー板間の薄肉部の厚みのバラツキを抑制でき、ラプチャー板の歩留りを向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明のラプチャー板及びその製造方法の一例を示す図であり、断面で示している。図１の例に示すように、本発明のラプチャー板の製造方法は、ラプチャー板１を構成する板材２に、少なくとも二工程以上のプレス加工を行い、環状の溝部４をその深さを段階的に深くしながら設け、薄肉部３を形成する工程を少なくとも有している。
【００１２】
図１の例では、プレス加工は二工程で行われている。溝部４は、一工程目のプレスで設けられた第一の溝部４ａと、二工程目のプレス加工で設けられた第二の溝部４ｂとで構成されている。この溝部４によって板材の一部の厚みは減少されており、厚みが減少された部分が薄肉部３となっている。また、このようにプレス加工は二工程で行われているため、各工程で生じる応力は、一工程のみで薄肉部を形成する場合に比べて小さくなっている。
【００１３】
また、図１の例に示すように、上記の製造方法により製造されたラプチャー板１においては、溝部４は非連続的に幅が狭くなる部位５を有している。同図の例では、溝部４の断面形状は階段状となっている。
【００１４】
図２は、本発明のラプチャー板の他の例を示す図であり、断面で示している。図２の例に示すように、溝部２４も図１の例と同様に非連続的に幅が狭くなる部位２５を有している。図２の例では、溝部２４は三工程のプレス加工により設けられている。溝部の断面形状は階段状となっており、幅は二段階に狭くなっている。図１の例と同様に、溝部２４によって板材２の一部の厚みは減少されており、厚みが減少された部分が薄肉部２３となっている。なお、各工程で生じる応力は、一工程のみで薄肉部を形成する場合だけでなく、図１の例に比べても更に小さいものとなっている。
【００１５】
本発明のラプチャー板は前記した図３に示すように、電池缶の開口に取り付けられ、密閉型電池の内部の圧力と外部の圧力とを仕切る隔壁となるものである。ラプチャー板は、通常その周縁部において電池蓋と電気的に接続される。ラプチャー板は薄肉部で囲まれた部分の電池内部側の面において、発電要素にも電気的に接続される。
【００１６】
ラプチャー板を構成する板材の材料としては、導電性材料であれば良いが、有機電解液に対する耐食性に優れたものが好ましい。具体的には、アルミニウム合金、導電性プラスチック、プラスチックにアルミニウム等の導電性材料を鍍金（塗布）したもの等が挙げられる。ラプチャー板を構成する板材の厚みは、密閉型電池の容量、電圧、用途等に応じて適宜設定すれば良いが、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００１７】
板材に形成される環状の薄肉部は、図１、２に示すようにプレス加工で設けられた環状の溝部で形成される。なお、本明細書でいう「環状」とは、薄肉部及びそれを形成する溝部が、上記板材の面上において環状の線を描いていることをいう。また、「環状」は完全に閉じた閉曲線のような状態に限らず、「Ｃ字形」のように一部において途切れたものでも良い。好ましく破断を生じさせる点では、薄肉部及びそれを形成する溝部は環状の曲線を描いているのが好ましい。
【００１８】
溝部は二工程以上のプレス加工により段階的に深くされながら設けられたものであれば良く、その形状等は特に限定されるものではない。但し、より応力を分散させられる形状として、溝部は、図１、２に示ように非連続的に幅が狭くなった部位を有するものであるのが好ましい。
【００１９】
薄肉部の厚みや幅は、設定する破断圧力やラプチャー板を構成する板材の材料に応じて適宜決めれば良い。例えば、密閉型電池がイオンリチウム二次電池であって、破断圧力を１５ｋｇｆ／ｃｍ²〜２５ｋｇｆ／ｃｍ²、ラプチャー板を構成する板材の材料をアルミニウム合金とするならば、薄肉部は厚みが０．０２０ｍｍ〜０．０５０ｍｍ、幅が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに設定されているのが好ましい。
【００２０】
プレス加工における工程数（二工程以上）、一工程毎の溝部の深さの増分、プレス荷重等の条件は、ラプチャー板を構成する板材の材料や種類、形成する薄肉部の厚みなどに応じて適宜設定すれば良く、特に限定されるものではない。
例えば、ラプチャー板を構成する板材の材料がアルミニウム合金であって、板材の厚みが０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ、形成する薄肉部の厚みが０．０２０ｍｍ〜０．０５０ｍｍの場合においては、次のように条件を設定する。
工程数については２回〜４回、好ましくは２回〜３回に設定する。一工程毎の溝部の深さの増分については０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍに設定する。
【００２１】
本発明におけるプレス加工は、一台のプレス機により行っても良いし、複数台のプレス機により工程毎に行っても良い。また、トランスファプレスにより、薄肉部だけでなくラプチャー板の外形をも含めて自動的に加工しても良い。
【００２２】
本発明のラプチャー板は、あらゆる密閉型電池の安全構造に対して有用であるが、ノート型パソコン、携帯電話、携帯ビデオカメラ等の充電可能な電源として使用される高容量リチウムイオン二次電池の安全構造に特に有用である。本発明のラプチャー板は、一般的な円筒型（ボタン型を含む）の密閉型電池の安全構造だけでなく、角型など任意の形状の電池の安全構造にも有用である。
【００２３】
本発明のラプチャー板の薄肉部は電池内部の圧力が、設定された破断圧力まで上昇したときに破断する。電池内部の圧力が上昇する場合としては、例えば、外部温度の上昇など電池外部の環境変化、充放電に関する外部の回路異常によって発生する過電流・過電圧・外部短絡、内部短絡・電解液反応など電池内部の環境変化、打撃・貫通などの外的破壊行為、などにより電池内部が異常昇温し、電解液の蒸発や気体の熱膨張が生じた場合が挙げられる。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示す。
実施例
実際に、図１に示す製造方法により、同図に示すラプチャー板の製造を行なった。
【００２５】
ラプチャー板を構成する板材としては、外径φ１４．４ｍｍ、厚み０．３ｍｍ、材料Ａ１０５０の円盤状の板材を使用した。プレス加工は図１に示したように二工程とした。一工程毎の溝部の深さの増分は、一工程目においては０．２ｍｍとし、二工程目においては０．０７ｍｍとして、最終的に溝部の深さが０．２７ｍｍ、薄肉部の厚みが０．０３ｍｍとなるように設定した。なお、溝部の幅は０．３ｍｍとし、溝部は外径φ５．５ｍｍの円を描くものとした。ラプチャー板は２０枚作製した。
【００２６】
上記で作製した各ラプチャー板を、外径φ１８ｍｍの円筒型リチウムイオン二次電池の安全構造として取り付けた。次に、各リチウムイオン二次電池に対して、外部環境の温度を上昇させて電池内部の圧力を上昇させた。
結果、各ラプチャー板の破断圧力は２２ｋｇｆ／ｃｍ²〜２３ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲内にあった。
【００２７】
比較例
プレス加工を一工程のみとした以外は実施例１と同様にして、ラプチャー板を作製し、これを密閉型電池の安全構造として取付け、電池内部の圧力を上昇させた。結果、各ラプチャー板の破断圧力は２０ｋｇｆ／ｃｍ²〜２４ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲内にあった。
【００２８】
このように比較例に比べ実施例では、破断圧力のバラツキは小さくなっており、このことから本発明の製造方法によればラプチャー板の歩留りを向上させることができるといえる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ラプチャー板間の薄肉部の厚みのバラツキを抑制することができ、ラプチャー板の歩留りを向上させることができる。更に、電池の安全構造に使用した場合に電池間の破断圧力の個体差を小さくでき、安定した品質の密閉型電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラプチャー板およびその製造方法の一例を示す図である。
【図２】本発明のラプチャー板の他の例を示す図である。
【図３】従来における密閉型電池の安全構造の代表的な例を示す図である。
【符号の説明】
１ラプチャー板
２ラプチャー板を構成する板材
３薄肉部
４溝部

Claims

発電要素に電気的に接続される接続板、アルミニウム合金からなるラプチャー板、及び貫通孔を有する電池蓋をこの順に重ねて、これらの側周部をガスケットに嵌め込み、該ガスケットを、前記接続板が電池缶内の中央側となるように、電池缶の開口部近傍の缶内面に嵌合してなる封止部よりなる安全構造を有する密閉型電池であって、前記接続板の中央部分に凸部を設けるとともに該凸部の周囲に貫通孔を設け、前記ラプチャー板の一方の面を前記接続板の凸部に溶接し、他方の面には前記接続板の凸部と同心となる環状の溝部であって、その溝深さを段階的に深くした溝部を形成したことを特徴とする安全構造を有する密閉型電池。