JP4009019B2 - 電池のキャップ組立体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池に係り、さらに詳細には、電池内部の内圧上昇により安全部材が破裂される時、電気的な短絡をも共にできるよう構造が改良された電池のキャップ組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ、携帯電話、携帯用パソコンなど携帯用機器の軽量化及び高機能化が進むに伴って、これらの駆動用電源として用いられる電池に関する各種の研究がなされつつある。特に、充電及び放電が可能なリチウムイオン２次電池は、既存の鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池などに比較し、単位重量当りエネルギー密度が略３倍程度高く、且つ急速充電が可能である。
【０００３】
このリチウムイオン２次電池の陽極活物質としては、リチウムコバルト酸化物（LiCoO2）、リチウムニッケル酸化物（LiNiO2）、リチウムマンガン酸化物（LiMn2O4）などがあり、陰極活物質としてはリチウムやその合金、及び炭素材料などが挙げられる。そして電解質として、有機電解液や固体ポリマー電解質が汎用される。
【０００４】
一般に２次電池としては、円筒形と方形とが挙げられるが、特に方形２次電池は製品の軽量化及び小型化の面から有利である。
【０００５】
図３を参照すれば、通常の方形リチウムイオン２次電池は、セパレータを介し陽極板と陰極板とが交互に積層される電極コア（図示せず）が収容される電池ケース１７と、前記電池ケース１７の上部に取付けられるキャップ組立体１０とを備える。
【０００６】
前記キャップ組立体１０は、前記電池ケース１７の上部を覆うキャッププレート１２と、前記キャッププレート１２の上部に取付けられる陽極部材１１と、前記陽極部材１１とキャッププレート１２とに形成される結合孔を貫通してこれらを係合するリベット部材１５とを有する。前記陽極部材１１とキャッププレート１２との間には第１絶縁部材１３が介され、前記キャッププレート１２とリベット部材１５は第２絶縁部材１４により相互絶縁される。
【０００７】
前記リベット部材１５には、前記電極組立体の陽極板と連結される陽極タブ１６が溶接されている。さらに、前記電池ケース１７は図示しない陰極タブと連結される。
【０００８】
また、前記キャッププレート１２の一側には電解液を仕込むための電解液注入口１２ａが形成され、他側には電池の内圧上昇時に破壊される破裂部１２ｂが形成される。
【０００９】
前記方形リチウムイオン２次電池の非正常的な動作が原因で内圧が上昇する場合、前記キャッププレート１２の破裂部１２ｂが破壊されながらガスが排出される。しかし、この時にも前記電池は依然として外部と通電されたまま保たれるため安全性が保障できず、製品に対する電気衝撃などを引き起こすことがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した事情に鑑みて成されたものであり、電池の非正常的な作動による内圧上昇時に電池内部のガスを放出せしめると共に、電池の通電状態を遮断し得る電池のキャップ組立体を提供することにその目的がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明に係る電池のキャップ組立体は、電池ケースの上面を覆うキャッププレートと、前記キャッププレートの上部に絶縁されるように結合される陽極部材と、排気孔が形成されており、前記キャッププレートと陽極部材とに形成された貫通孔を貫通することにより、前記キャッププレート及び陽極部材を係合するリベット突起を有し、前記陽極部材と電気的に接続されるリベット部材と、前記排気孔が密閉されるよう前記リベット部材の下端に結合される安全部材と、前記安全部材の下端と結合され、前記電池ケース内に納まる電極組立体の陽極タブと連結される陽極タブ固定部材と、前記陽極部材とキャッププレートとの間に介される第１絶縁部材と、前記キャッププレートと前記陽極タブ固定部材との間に介される第２絶縁部材と、前記第２絶縁部材に結合され、前記陽極タブ固定部材を固定する補助金具と、を含み、前記電池ケースの内部の圧力上昇により、前記陽極タブ固定部材は、前記補助金属体により固定されて位置が維持され、前記安全部材は、前記リベット突起の前記排気孔側に加圧されて、前記陽極タブ固定部材から脱離しながら破壊される。
【００１２】
前記安全部材と陽極タブ固定部材とは相互溶接により結合される。
【００１３】
前記安全部材は、半球状に形成されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施の形態につき説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る電池のキャップ組立体が採用される２次電池を示す図面である。これを参照すれば、電池ケース２３内には、セパレータ３１を介し陰極板３２と陽極板３３とが交互に積層される電極コア２２が収容される。前記陽極板３３及び陰極板３２は陽極タブ２２ａ及び陰極タブ２２ｃと連結されており、且つ、前記陰極タブ２２ｃは電池ケース２３と連結される。
【００１６】
前記電極コア２２の上部には絶縁板２４が位置し、前記陽極タブ２２ａは前記絶縁板２４に形成される貫通孔２４ａを介して突出され、後述する陽極タブ固定部材４８と組み合せられる。
【００１７】
前記電池ケース２３の上部には本発明に係る電池のキャップ組立体４０が取付けられる。
【００１８】
図１及び図２を参照すれば、前記キャップ組立体４０は前記電池ケース２３の上部を覆うキャッププレート４３と、前記キャッププレート４３の上部に取付けられる陽極部材４１とを有する。前記陽極部材４１とキャッププレート４３との間には第1絶縁部材４２が介されている。前記キャッププレート４３の下面には絶縁体のガスケット４４が結合される。前記キャッププレート４３には、前記電池ケース２３内にリチウム塩が含有された電解液を仕込める電解液注入区４３ａが形成されている。
【００１９】
前記キャッププレート４３、第１絶縁部材４２、陽極部材４１及びガスゲット４４はリベット部材４６により締結される。すなわち、前記リベット部材４６のリベット突起４６ｂが前記キャッププレート４３、第１絶縁部材４２、陽極部材４１及びガスケット４４に各々形成された貫通孔を貫通することにより、これらは締結される。前記リベット突起４６ｂには、排気孔４６ａが形成されており、組立後にこの排気孔４６ａは電池ケース２３の内部と連通される。
【００２０】
前記リベット部材４６は、第２絶縁部材４５がその間に介されることにより、前記キャッププレート４３と絶縁される。図示するように、前記第２絶縁部材４５の側面には補助金具４９が結合されうる。つまり、前記補助金具４９はこれに形成された突起４９ａを前記第２絶縁部材４５に形成された結合溝４５ａに嵌め込むことにより結合される。前記補助金具４９は陽極タブ固定部材４８を安定に固定せしめるためのものである。
【００２１】
前記リベット部材４６の下端には、前記排気孔４６ａを塞げるよう安全部材４７が結合される。前記安全部材４７は溶接部Ｗ２、Ｗ４においてその外周部が前記リベット部材４６の下端に溶接されることが好ましい。前記安全部材４７は、図示するように、半球状に形成されることが好ましい。
【００２２】
さらに、前記安全部材４７の下端は前記陽極タブ固定部材４８と溶接部Ｗ３において溶接される。前記陽極タブ固定部材４８は、溶接部Ｗ１、Ｗ５において前記補助金具４９と溶着されている。
【００２３】
前記したような構成を有するキャップ組立体を採用した電池の動作において、電流は前記電極コア２２から陽極タブ２２ａ、陽極タブ固定部材４８、安全部材４７、リベット部材４６及び陽極部材４１を介して順次流れるようになる。
【００２４】
電池が非正常的に作動してガスが生じた場合、電池ケース２３の内部圧力は上昇する。このような電池の内圧上昇は、ほとんどは電池の内部の衝撃や電気回路のショートなどにより触発される。電池の異常により過電流が流れると、電池の内部には発熱現象により電池の内部にある有機溶剤が気化され、内圧が上昇するのである。
【００２５】
このように電池の内部において圧力が上昇すると、前記安全部材４７が内圧により変形されながら陽極タブ固定部材４８から脱落される。これにより、前述した電流の流れは遮断される。次に、継続的な内圧の上昇により前記安全部材４７は変形され、前記リベット部材４６の排気孔４６ａに向って押し上がりながら破壊される。したがって、電池ケース２３の内部と前記排気孔４６ａとが互いに連通されるので、電池ケース２３の内部のガスは前記排気孔４６ａを介して外部に排出でき、これにより電池の内圧は減少される。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る電池のキャップ組立体によれば、電池の内圧が上昇すると、安全部材が破裂されながら電池ケースの内部のガスが外部に排気されると共に、電流の流れも遮断されることにより、電池の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電池のキャップ組立体を示す分離斜視図。
【図２】図１のキャップ組立体を示す組立断面図。
【図３】通常の方形リチウムイオン２次電池のキャップ組立体を示す一部切欠斜視図。
【符号の説明】
２２ 電極コア
２２ａ 陽極タブ
２２ｃ 陰極タブ
２３ 電池ケース
２４ 絶縁板
２４ａ 貫通孔
３１ セパレータ
３２ 陰極板
３３ 陽極板
４０ キャップ組立体
４１ 陽極部材
４２ 第１絶縁部材
４３ キャッププレート
４３ａ 注入口
４４ ガスケット
４５ 第２絶縁部材
４６ リベット部材
４６ａ 排気孔
４６ｂ リベット突起
４７ 安全部材
４８ 陽極タブ固定部材
４９ 補助金具
【発明の属する技術分野】
本発明は電池に係り、さらに詳細には、電池内部の内圧上昇により安全部材が破裂される時、電気的な短絡をも共にできるよう構造が改良された電池のキャップ組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ、携帯電話、携帯用パソコンなど携帯用機器の軽量化及び高機能化が進むに伴って、これらの駆動用電源として用いられる電池に関する各種の研究がなされつつある。特に、充電及び放電が可能なリチウムイオン２次電池は、既存の鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池などに比較し、単位重量当りエネルギー密度が略３倍程度高く、且つ急速充電が可能である。
【０００３】
このリチウムイオン２次電池の陽極活物質としては、リチウムコバルト酸化物（LiCoO2）、リチウムニッケル酸化物（LiNiO2）、リチウムマンガン酸化物（LiMn2O4）などがあり、陰極活物質としてはリチウムやその合金、及び炭素材料などが挙げられる。そして電解質として、有機電解液や固体ポリマー電解質が汎用される。
【０００４】
一般に２次電池としては、円筒形と方形とが挙げられるが、特に方形２次電池は製品の軽量化及び小型化の面から有利である。
【０００５】
図３を参照すれば、通常の方形リチウムイオン２次電池は、セパレータを介し陽極板と陰極板とが交互に積層される電極コア（図示せず）が収容される電池ケース１７と、前記電池ケース１７の上部に取付けられるキャップ組立体１０とを備える。
【０００６】
前記キャップ組立体１０は、前記電池ケース１７の上部を覆うキャッププレート１２と、前記キャッププレート１２の上部に取付けられる陽極部材１１と、前記陽極部材１１とキャッププレート１２とに形成される結合孔を貫通してこれらを係合するリベット部材１５とを有する。前記陽極部材１１とキャッププレート１２との間には第１絶縁部材１３が介され、前記キャッププレート１２とリベット部材１５は第２絶縁部材１４により相互絶縁される。
【０００７】
前記リベット部材１５には、前記電極組立体の陽極板と連結される陽極タブ１６が溶接されている。さらに、前記電池ケース１７は図示しない陰極タブと連結される。
【０００８】
また、前記キャッププレート１２の一側には電解液を仕込むための電解液注入口１２ａが形成され、他側には電池の内圧上昇時に破壊される破裂部１２ｂが形成される。
【０００９】
前記方形リチウムイオン２次電池の非正常的な動作が原因で内圧が上昇する場合、前記キャッププレート１２の破裂部１２ｂが破壊されながらガスが排出される。しかし、この時にも前記電池は依然として外部と通電されたまま保たれるため安全性が保障できず、製品に対する電気衝撃などを引き起こすことがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した事情に鑑みて成されたものであり、電池の非正常的な作動による内圧上昇時に電池内部のガスを放出せしめると共に、電池の通電状態を遮断し得る電池のキャップ組立体を提供することにその目的がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明に係る電池のキャップ組立体は、電池ケースの上面を覆うキャッププレートと、前記キャッププレートの上部に絶縁されるように結合される陽極部材と、排気孔が形成されており、前記キャッププレートと陽極部材とに形成された貫通孔を貫通することにより、前記キャッププレート及び陽極部材を係合するリベット突起を有し、前記陽極部材と電気的に接続されるリベット部材と、前記排気孔が密閉されるよう前記リベット部材の下端に結合される安全部材と、前記安全部材の下端と結合され、前記電池ケース内に納まる電極組立体の陽極タブと連結される陽極タブ固定部材と、前記陽極部材とキャッププレートとの間に介される第１絶縁部材と、前記キャッププレートと前記陽極タブ固定部材との間に介される第２絶縁部材と、前記第２絶縁部材に結合され、前記陽極タブ固定部材を固定する補助金具と、を含み、前記電池ケースの内部の圧力上昇により、前記陽極タブ固定部材は、前記補助金属体により固定されて位置が維持され、前記安全部材は、前記リベット突起の前記排気孔側に加圧されて、前記陽極タブ固定部材から脱離しながら破壊される。
【００１２】
前記安全部材と陽極タブ固定部材とは相互溶接により結合される。
【００１３】
前記安全部材は、半球状に形成されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施の形態につき説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る電池のキャップ組立体が採用される２次電池を示す図面である。これを参照すれば、電池ケース２３内には、セパレータ３１を介し陰極板３２と陽極板３３とが交互に積層される電極コア２２が収容される。前記陽極板３３及び陰極板３２は陽極タブ２２ａ及び陰極タブ２２ｃと連結されており、且つ、前記陰極タブ２２ｃは電池ケース２３と連結される。
【００１６】
前記電極コア２２の上部には絶縁板２４が位置し、前記陽極タブ２２ａは前記絶縁板２４に形成される貫通孔２４ａを介して突出され、後述する陽極タブ固定部材４８と組み合せられる。
【００１７】
前記電池ケース２３の上部には本発明に係る電池のキャップ組立体４０が取付けられる。
【００１８】
図１及び図２を参照すれば、前記キャップ組立体４０は前記電池ケース２３の上部を覆うキャッププレート４３と、前記キャッププレート４３の上部に取付けられる陽極部材４１とを有する。前記陽極部材４１とキャッププレート４３との間には第1絶縁部材４２が介されている。前記キャッププレート４３の下面には絶縁体のガスケット４４が結合される。前記キャッププレート４３には、前記電池ケース２３内にリチウム塩が含有された電解液を仕込める電解液注入区４３ａが形成されている。
【００１９】
前記キャッププレート４３、第１絶縁部材４２、陽極部材４１及びガスゲット４４はリベット部材４６により締結される。すなわち、前記リベット部材４６のリベット突起４６ｂが前記キャッププレート４３、第１絶縁部材４２、陽極部材４１及びガスケット４４に各々形成された貫通孔を貫通することにより、これらは締結される。前記リベット突起４６ｂには、排気孔４６ａが形成されており、組立後にこの排気孔４６ａは電池ケース２３の内部と連通される。
【００２０】
前記リベット部材４６は、第２絶縁部材４５がその間に介されることにより、前記キャッププレート４３と絶縁される。図示するように、前記第２絶縁部材４５の側面には補助金具４９が結合されうる。つまり、前記補助金具４９はこれに形成された突起４９ａを前記第２絶縁部材４５に形成された結合溝４５ａに嵌め込むことにより結合される。前記補助金具４９は陽極タブ固定部材４８を安定に固定せしめるためのものである。
【００２１】
前記リベット部材４６の下端には、前記排気孔４６ａを塞げるよう安全部材４７が結合される。前記安全部材４７は溶接部Ｗ２、Ｗ４においてその外周部が前記リベット部材４６の下端に溶接されることが好ましい。前記安全部材４７は、図示するように、半球状に形成されることが好ましい。
【００２２】
さらに、前記安全部材４７の下端は前記陽極タブ固定部材４８と溶接部Ｗ３において溶接される。前記陽極タブ固定部材４８は、溶接部Ｗ１、Ｗ５において前記補助金具４９と溶着されている。
【００２３】
前記したような構成を有するキャップ組立体を採用した電池の動作において、電流は前記電極コア２２から陽極タブ２２ａ、陽極タブ固定部材４８、安全部材４７、リベット部材４６及び陽極部材４１を介して順次流れるようになる。
【００２４】
電池が非正常的に作動してガスが生じた場合、電池ケース２３の内部圧力は上昇する。このような電池の内圧上昇は、ほとんどは電池の内部の衝撃や電気回路のショートなどにより触発される。電池の異常により過電流が流れると、電池の内部には発熱現象により電池の内部にある有機溶剤が気化され、内圧が上昇するのである。
【００２５】
このように電池の内部において圧力が上昇すると、前記安全部材４７が内圧により変形されながら陽極タブ固定部材４８から脱落される。これにより、前述した電流の流れは遮断される。次に、継続的な内圧の上昇により前記安全部材４７は変形され、前記リベット部材４６の排気孔４６ａに向って押し上がりながら破壊される。したがって、電池ケース２３の内部と前記排気孔４６ａとが互いに連通されるので、電池ケース２３の内部のガスは前記排気孔４６ａを介して外部に排出でき、これにより電池の内圧は減少される。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る電池のキャップ組立体によれば、電池の内圧が上昇すると、安全部材が破裂されながら電池ケースの内部のガスが外部に排気されると共に、電流の流れも遮断されることにより、電池の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電池のキャップ組立体を示す分離斜視図。
【図２】図１のキャップ組立体を示す組立断面図。
【図３】通常の方形リチウムイオン２次電池のキャップ組立体を示す一部切欠斜視図。
【符号の説明】
２２ 電極コア
２２ａ 陽極タブ
２２ｃ 陰極タブ
２３ 電池ケース
２４ 絶縁板
２４ａ 貫通孔
３１ セパレータ
３２ 陰極板
３３ 陽極板
４０ キャップ組立体
４１ 陽極部材
４２ 第１絶縁部材
４３ キャッププレート
４３ａ 注入口
４４ ガスケット
４５ 第２絶縁部材
４６ リベット部材
４６ａ 排気孔
４６ｂ リベット突起
４７ 安全部材
４８ 陽極タブ固定部材
４９ 補助金具
Claims (3)
- 電池ケースの上面を覆うキャッププレートと、
前記キャッププレートの上部に絶縁されるように結合される陽極部材と、
排気孔が形成されており、前記キャッププレートと陽極部材とに形成された貫通孔を貫通することにより、前記キャッププレート及び陽極部材を係合するリベット突起を有し、前記陽極部材と電気的に接続されるリベット部材と、
前記排気孔が密閉されるよう前記リベット部材の下端に結合される安全部材と、
前記安全部材の下端と結合され、前記電池ケース内に納まる電極組立体の陽極タブと連結される陽極タブ固定部材と、
前記陽極部材とキャッププレートとの間に介される第１絶縁部材と、
前記キャッププレートと前記陽極タブ固定部材との間に介される第２絶縁部材と、
前記第２絶縁部材に結合され、前記陽極タブ固定部材を固定する補助金具と、
を有し、
前記電池ケースの内部の圧力上昇により、
前記陽極タブ固定部材は、前記補助金属体により固定されて位置が維持され、
前記安全部材は、前記リベット突起の前記排気孔側に加圧されて、前記陽極タブ固定部材から脱離しながら破壊されることを特徴とする電池のキャップ組立体。 - 前記安全部材と陽極タブ固定部材とは相互溶着されることを特徴とする請求項１に記載の電池のキャップ組立体。
- 前記安全部材は、半球状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池のキャップ組立体。
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