JP4015414B2

JP4015414B2 - 二次電池及び二次電池用容器

Info

Publication number: JP4015414B2
Application number: JP2001381846A
Authority: JP
Inventors: 博子半田; 克明井上; 勉橋本; 英彦田島; 児玉　　克
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: JP2003187760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内圧の上昇により破壊される部分を設けることにより、内圧の異常上昇による容器自体の破損を防止する二次電池用容器、および該容器を用いた二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、さまざまな分野で二次電池が用いられている。例えば、小型のものであれば、携帯電話機やビデオカメラ等の電子機器の電源として用いられている。また、大型のものであれば、電気自動車の電源や家庭用等の電力貯蔵装置として用いられている。また、従来から用いられている鉛二次電池やニッケル・カドミウム二次電池に代わって、より軽量でコンパクトなリチウム二次電池が普及しつつある。
【０００３】
このリチウム二次電池は、有機材料の電解液を使用しており、例えば、短絡などによる大電流の放出に伴って電池内部の温度が上昇すると、電解液がガス化して電池容器内部の圧力が上昇することがある。
図８は、このような場合に電池容器内のガスを放出して容器自体の破損を防止するための安全弁を備えたリチウム二次電池の一従来例を示すものである。
符号１０１は容器、１０２は安全弁、１０３は内部の正極板に接続された陽極端子、１０４は内部の負極板に接続された陰極端子である。この一従来例にあっては、容器１００の内圧が上昇すると、安全弁が作動することにより、内部の高圧ガスを放出して、容器１００自体の破損が防止されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記容器１０１は、通常、鋼板やアルミニウム板などにより形成されたものであって、内圧により容易に変形するものであるから、内圧の上昇が安全弁１０２自体の変位により吸収されて正常に動作し得ない場合がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、内圧の上昇に伴い安全弁を確実に動作させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の二次電池用容器は、複数積層した電極板と該電極板が浸漬される電解液とを収容する容器において、該容器を金属板からなる複数の面から構成し、前記金属板の一部に設けられた取付け孔に固着されるフランジ部を有する弁部材に、前記容器内が所定以上の圧力となることにより破壊されて容器内外を連通する薄板部を設け、該薄板部の周囲に、薄板部より剛性が５倍以上であって周状に突出した補強部を設けたことを特徴とする。
また、前記弁部材の前記薄板部が設けられる個所の周囲に、熱処理により硬化された部分である前記補強部を設けたことを特徴とする。
また、前記弁部材を前記面に溶接部を介して固着することにより、該固着部分を硬化させ前記補強部としたことを特徴とする。
また、前記弁部材を塑性加工することにより前記薄板部を形成して、該薄板部の周囲に塑性加工による加工硬化部である前記補強部を形成したことを特徴とする。
また、上記構成の二次電池用容器内に前記電極および電解液を封入し、前記二次電池用容器の表面に、前記電極に電気的に接続された端子を設けることにより、二次電池を構成したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を示すもので、符号１は容器、符号２は陽極端子、符号３は陰極端子である。
前記容器１は、例えば鋼板により構成された密閉容器であって、その天板部４における前記陽極端子２と陰極端子３との間の位置に、安全弁としての機能を果たす薄板部５が設けられている。
この薄板部５は、図１（ｂ）に示すように、天板部４の外面（大気側の面）を機械加工等の手段によって薄肉化することにより形成されている。具体的には、天板部４の一部に切削加工を施すことや、プレス加工のような塑性加工を施すことにより形成されている。
【０００８】
上記薄板部５は、天板部４に比して、相対的にその剛性が小さく設定されているため、天板部４自身が薄板部５より十分に剛性の大きな補強部として機能することができる。したがって、薄板部５は、あたかも、天板部４の薄板部５以外の部分により拘束された円板のように変形することができる。この結果、容器１の内圧上昇に際して薄板部５が変形し、所定圧力以上となると薄板部５がなると薄板部５が破壊して容器１内の高圧ガスを外部に放出し、容器１自体の破損を防止することができる。なお、薄板部５を確実に破壊するために必要とされる、周囲の部材との剛性比は、天板部４の長辺方向の長さを６０ｍｍ、薄板部５の直径を２０ｍｍとすれば、周囲の天板部４の剛性を薄板部の５倍以上とすることが望ましい。
また、天板部４を構成する材料の許容剪断応力をτ（Ｎ／ｍｍ²）、薄板部４の半径ｒ（ｍｍ）および厚さｔ（ｍｍ）によって、下記のように容器１の許容内圧Ｐ（Ｎ／ｍｍ²）を設定することができる。

【０００９】
図２（ａ）〜（ｃ）は上記天板部４の形状の例を示すものである。
すなわち、（ａ）に示すように、天板部４の下面（内側の面）を凹とし、あるいは、（ｂ）に示すように、天板部４の上下面をともに凹として薄板部５を形成してもよい。
また、（ｃ）に示すように、天板部４の一部に周状の突出した補強部６を設け、その内側に薄板部５を形成するようにしてもよい。このように、薄板部５の周囲を意図的に厚肉化することにより、薄板部５とその周囲の部分との剛性比をより大きくして、薄板部５をより確実に変形させるようにしてもよい。なお、この（ｃ）の例は、天板部４にプレス加工を施し、薄板部とすべき部分を中心として半径方向外方へ向けて塑性変形させることにより、該変形例の如き周状の補強部６を設けることができる。このようにして形成された補強部６は、プレス加工に伴う加工硬化を生じるから、単なる寸法上の剛性強化のみならず、特にアルミニウム系の材料に対して有効に作用して、材料自体の加工硬化による剛性向上を図ることができる。
【００１０】
図３および図４は本発明の第２実施形態を示すものである。この実施形態は、周状の補強部６の内側に薄板部５を設けてなる弁部材７を用い、この弁部材７のフランジ部（の外周面）９を天板４側の取り付け孔（の内周面）８に溶接等の手段により固着した構成となっている。加工硬化部である補強部６は、フランジ部９にプレス加工を施し、薄板部とすべき部分を中心として半径方向外方へ向けて塑性変形させることにより設けることができる。この実施形態にあっても、内圧の上昇により薄板部５を破壊させて、容器内部の高圧ガスを外部に放出することができる。
【００１１】
図５は本発明の第３実施形態を示すものである。この実施形態は、天板部４にほぼ前記補強部６の外径に対応する取り付け孔８を設け、前記弁部材７のフランジ部９を取り付け孔８の周囲の天板部４に重ね合わせた状態で固着するようにしたものである。このように、フランジ部９を天板部４に重ね合わせることにより、薄板部５の周囲の剛性が高まり、内圧上昇に際して薄板部５をより確実に破壊させることができる。
【００１２】
さらに、図６は本発明の第４実施形態を示すものである。この実施形態は、円板状に形成された薄板部５により、天板部４の取り付け孔８を覆った構成となっている。前記薄板部５は、溶接、あるいは無機系接着剤やゴム系接着剤を用いた接着等の手段により天板部４に固着されている。この実施形態では、天板部４に比べて薄板部５の剛性が小さいため、内圧の上昇によって前記薄板部５をより確実に破壊させることができる。
【００１３】
さらに、図７は本発明の第５実施形態を示すものである。この実施形態は、円板状の弁部材１０の中央に薄板部５を設け、この弁部材１０の外周を取り付け孔８の内周と突き合わせ状に配置し、溶接部１１を介して固着した構成となっている。このように溶接部１１を設けた場合、特に鋼系の材料にあっては、溶接時の熱によって弁部材１０およびその周囲の天板部４が硬化し、薄板部５に対する周囲の剛性を高めて、より確実に薄板部５を破壊させることができる。
【００１４】
なお、上記各実施形態では、主として薄板部５の周囲に積極的に厚さの大きな部分を設けることによって薄板部５の周囲の剛性を高める構成としたが、高周波加熱等の手段によって、薄板部５の周囲を選択的に熱処理し、その材料を硬化させて剛性を高めるようにしてもよい。
【００１５】
また、上記各実施形態では、容器を構成する面のうち、天板部に安全弁としての薄板部を設けるようにしたが、他の面に設けてもよい。また、薄板部の平面形状が円に限られるものではなく他の形状であってもよい。さらに、薄板部の剛性を積極的に低下させてより確実に破壊させるべく、切り欠き等を設けるようにしてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、二次電池用容器を構成する金属板の少なくともいずれかの面に、容器内が所定以上の圧力となることにより破壊されて容器内外を連通する薄板部を設け、該薄板部の周囲に、薄板部より剛性が大きな補強部を設けたから、電池の内圧が所定以上に高まった場合に前記薄肉部を確実に破壊させて内部のガスを大気中に放出し、容器内の予期しない高圧化による容器全体の破壊を確実に防止することができる。
また、前記容器を構成する金属板の一部に取付け孔を設け、前記補強部の内側に前記薄板部を設けてなる弁部材により前記取付け孔を塞ぐことにより、容器本体と製造工程に影響を与えることなく、必要な性能の安全弁を設けることができる。
また、前記取付け孔の前記薄肉部の周囲に、溶接に際しての熱や、高周波加熱等の手段による熱処理を施すことにより、あるいは、薄肉部を構成する際の塑性加工による加工硬化を利用して、薄肉部の周囲の材料自体を硬化させることによっても、その剛性を高めることができる。
さらに、上記構成により、薄肉部をより確実に破壊させることを可能として、該容器を利用した二次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】第１実施形態の平面図、ａ図のｂ−ｂ線に沿う矢視図、および側面図。
【図２】第１実施形態のｂ部の変形例の断面図。
【図３】第３実施形態の斜視図。
【図４】第３実施形態の断面図。
【図５】第４実施形態の断面図。
【図６】第５実施形態の断面図。
【図７】第６実施形態の断面図。
【図８】一従来例の斜視図。
【符号の説明】
１容器２陽極端子３陰極端子
４天板部５薄板部６補強部
７弁部材８取り付け孔９フランジ部
１０弁部材１１溶接部

Claims

複数積層した電極板と該電極板が浸漬される電解液とを収容する容器において、該容器を金属板からなる複数の面から構成し、前記金属板の一部に設けられた取付け孔に固着されるフランジ部を有する弁部材に、前記容器内が所定以上の圧力となることにより破壊されて容器内外を連通する薄板部を設け、該薄板部の周囲に、薄板部より剛性が５倍以上であって周状に突出した補強部を設けたことを特徴とする二次電池用容器。
前記弁部材の前記薄板部が設けられる個所の周囲に、熱処理により硬化された部分である前記補強部を設けたことを特徴とする請求項１記載の二次電池用容器。
前記弁部材を前記面に溶接部を介して固着することにより、該固着部分を硬化させ前記補強部としたことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池用容器。
前記弁部材を塑性加工することにより前記薄板部を形成して、該薄板部の周囲に塑性加工による加工硬化部である前記補強部を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の二次電池用容器。
請求項１ないし４のいずれかに記載の二次電池用容器内に前記電極および電解液を封入し、前記二次電池用容器の表面に、前記電極に電気的に接続された端子を設けたことを特徴とする二次電池。