JP4155734B2 - 電池の安全弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池を封口する板状の封口板の開放孔に薄肉の弁体が形成されて、電池内部圧力が所定値以上となったときに上記弁体が破砕して電池内のガスを電池外に放出する電池の安全弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、LiCoO2 やLiMn2O4等のリチウム含有複合酸化物を正極材料とする一方、リチウムイオンを吸蔵、放出し得るリチウム−アルミニウム合金、炭素材料等を負極材料とする非水電解液電池が、高容量化が可能な電池として注目されている。
【0003】
上記非水電解液電池では、火中に投下したり、異常条件での充放電を行う等、誤った取り扱いにより電池内で多量のガスが発生することがあるが、この場合、電池内のガスを速やかに電池外に放出する必要がある。そこで、上記電池には、異常時に、電池内のガスを速やかに電池外に放出するための安全弁が設けられており、このような安全弁には、主として、以下に示すような機能を有することが求められている。
【0004】
(1)電池内部圧力上昇時(電池異常時) に速やかに作動すること。
(2)電池内部のガスを速やかに排気すること。
(3)落下衝撃を受ける等の場合に作動しないこと。
ここで、従来は、以下に示すような安全弁が提案されている。
【0005】
(A)特開2000−348700号公報(図16及び図17参照)に示すように、封口板50に梯子状の破砕溝51が形成され、異常時にその破砕溝51から開裂させる安全弁。
このような構造の安全弁では、電池内部圧力上昇時に安全弁近傍の変形量が微小であるため、電池内部圧力が低圧の場合に作動させるのが難しく、作動圧の制御も困難である。加えて、開裂時のガス排出面積が極めて小さく、ガス排出スピードが遅い。したがって、上記(1)(2)の機能を満たすことができないという課題を有していた。
【0006】
(B)特開平11−273640号公報(図18及び図19参照)に示されるように、封口板50の開放孔53にドーム状を成す薄肉の弁体54が形成され、この弁体54の周縁近傍に破砕溝55を形成したもの。
一般に、封口板に薄肉部を設けて、その薄肉部に破砕溝を形成するタイプの安全弁においては、電池内部圧力が上昇した時に、薄肉の弁体54が電池内部の圧力を受けて変形することにより安全弁を作動させるため、比較的低圧で安全弁を作動させることができる。しかし、上記構造の如く薄肉の弁体54の周縁に破砕溝55を形成したタイプの安全弁では、薄肉の弁体54における周縁の変形量が小さく、しかも薄肉の弁体54が受ける力が破砕溝55に均一に加わるため、低作動圧で安全弁を作動させることができず、且つ安全弁の作動圧バラツキも大きくなる。したがって、上記(1)の機能を満たすことができないという課題を有していた。
【0007】
(C)本願出願人が特開2001−325934号公報で先に提案したように(図20及び図21参照)、封口板50の開放孔53に、ドーム形状を成すドーム部56が2個形成され、これらドーム部56・56の周縁には弁体の破砕を容易にするための破砕溝55・55が、安全弁の略中央部で隣接するように形成したもの。
上記構造の安全弁では、安全弁の略中央部(変形量が大きい部分)に破砕溝55・55が配置されているので、電池内部圧力による応力が当該部分に集中する。したがって、低作動圧で安全弁が作動し、且つ、安全弁の作動圧のバラツキが低減される。しかしながら、変形量の大きい安全弁の中央部に過度の落下衝撃等が加わった場合には、当該位置の破砕溝55・55が破砕して、電解液の漏液を招く可能性がある。したがって、上記(3)の機能を満たすことができないという課題を有していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、電池内部圧力上昇時に速やかに作動すると共に、当該圧力上昇時に電池内部のガスを速やかに排気でき、且つ、落下衝撃を受ける等の場合には作動しない電池の安全弁を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項1記載の発明は、電池を封口する板状の封口板に薄肉の弁体が形成されて、電池内部圧力が所定値以上となったときに上記弁体が開放して電池内のガスを電池外に放出する電池の安全弁において、上記弁体には弁体を開放する環状の破砕溝と、この破砕溝の内方側領域に設けられた破砕補助溝とが形成され、且つ、上記破砕溝は上記弁体の周縁近傍に設けられる一方、上記破砕補助溝は上記破砕溝より残肉厚が大きくなるように構成されると共に、少なくとも破砕補助溝の一端は上記破砕溝に連結されていることを特徴とする。
【0010】
このように、弁体を開放する環状の破砕溝の内方側領域に破砕補助溝が形成されていれば、電池内部圧力が加わった場合には、破砕溝の内方側領域が変形しようとする力を受けて、破砕補助溝に大きな応力が加わることになる。そして、少なくとも破砕補助溝の一端は破砕溝に連結されていることから、破砕補助溝と破砕溝との交点に上記応力が集中することになる。この結果、電池内部圧が上昇した際に破砕補助溝と破砕溝との交点から弁体が確実に破砕して、安全弁が速やかに作動する。また、破砕補助溝と破砕溝との交点への応力集中を利用するため、若干弁体の厚みにバラツキがあっても電池毎の安全弁の作動圧力差が小さくなる。したがって、電池毎の作動圧のバラツキも小さくなる。更に、弁体の製造にあたって、破砕溝の肉厚に対する公差を緩和することができ、品質管理や金型調整が容易となるので、生産性が向上する。
【0011】
加えて、破砕補助溝と破砕溝との交点を破砕開始点として破砕溝全体が破砕されて、安全弁の開放面積が大きくなる。したがって、電池内部のガスを速やかに排気することも可能となる。
【0012】
また、落下等の衝撃を受けた場合には、破砕溝の内方側領域に形成された破砕補助溝には破砕溝に比べて大きな力が加わるが、破砕補助溝は破砕溝より残肉厚が大きくなるように構成されているので、このような落下等の衝撃が加わった場合であっても破砕補助溝が破砕するのを抑制できる。したがって、落下衝撃を受ける等の場合において、安全弁が作動することによる電解液の漏れ等を阻止できる。
【0013】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記破砕補助溝の他端も上記破砕溝に連結されていることを特徴とする。
前述の如く、破砕補助溝と破砕溝との交点に応力が集中することになるが、上記構成の如く、破砕補助溝の他端も破砕溝に連結されていれば、応力が集中する点が2点となるため、より円滑に安全弁が作動することになる。
【0014】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、上記破砕補助溝が弁体の中心を通っていることを特徴とする。
弁体の中心は最も弁体の変形量が大きな点であるので、上記構成の如く、当該部位に破砕補助溝が存在していれば、弁体の変形による破砕補助溝が受ける応力も極めて大きくなる。したがって、破砕補助溝と破砕溝との交点により大きな応力が集中するので、弁体がより確実に破砕して、安全弁が一層速やかに作動する。
【0015】
請求項4記載の発明は、請求項2又は3記載の発明において上記破砕溝と破砕補助溝とで、上記弁体が2以上の領域に分割され、当該領域の少なくとも1つの領域がドーム形状を成していることを特徴とする。
上記構成の如く、破砕溝と破砕補助溝とで弁体が2以上の領域に分割され、当該領域のうち、少なくとも1つの領域がドーム形状を成していれば、ドーム形状を形成する際の残留応力の効果によって破砕溝全体が確実に破砕されるので、電池内部のガスを一層確実且つ速やかに排気することも可能となる。
【0016】
請求項5記載の発明は、請求項1〜4記載の発明において、上記弁体の平面形状が真円状、楕円状又は小判状であることを特徴とする。
弁体の平面形状が、四角形状等の多角形状であると、破砕補助溝と破砕溝との交点を有する部位の破砕溝は円滑に破砕するが、この破砕が角部で止まることがあるため、破砕補助溝と破砕溝との交点を有しない部位の破砕溝は円滑に破砕しないことがあるからである。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図1〜図13に基づいて、以下に説明する。
図1は本発明に係る安全弁の平面図、図2は図1のA−A線矢視断面図、図3は本発明に係る安全弁を用いた非水電解液電池の平面図、図4は図3のB−B線矢視断面図、図5は破砕補助溝近傍の拡大断面図、図6は破砕溝近傍の拡大断面図、図7は本発明に係る安全弁において電池内部圧力が増大したときの破砕溝に加わる応力の状態を示す説明図、図8は他の例に係る安全弁の平面図、図9は他の例に係る安全弁の平面図、図10は他の例に係る安全弁の平面図、図11は安全弁が平板状である場合の安全弁の断面図、図12は安全弁がドーム状である場合の安全弁の断面図、図13は他の例に係る安全弁の平面図である。
【0018】
図3に示すように、本発明の非水電解液電池は、有底筒状の外装缶8を有しており、この外装缶8内には、アルミニウム合金から成る芯体にLiCoO2 を主体とする活物質層が形成された正極と、銅から成る芯体に黒鉛を主体とする活物質層が形成された負極と、これら両電極を離間するセパレータとから成る偏平渦巻き状の電極体7が収納されている。また、上記外装缶8内には、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とが体積比で4:6の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6 が1M(モル/リットル)の割合で溶解された電解液が注入されている。更に、上記外装缶8の開放孔口にはアルミニウム合金から成る封口板6(厚さ:1mm)がレーザー溶接されており、これによって電池が封口される。
【0019】
上記封口板6は、ガスケット11、絶縁板12及び導電板14と共に、挟持部材16により挟持されており、この挟持部材16上には負極端子キャップ10が固定されている。また、上記負極から延設される負極タブ15は、上記導電板14と挟持部材16とを介して、上記負極端子キャップ10と電気的に接続される一方、上記正極は正極タブ(図示せず)を介して、上記外装缶8と電気的に接続されている。
【0020】
ここで、上記封口板6と上記絶縁板12とには、開放孔17が形成されており、この開放孔17には、図1及び図2に示すように、薄肉の弁体(厚み70μm)から成り上記封口板6と一体形成された安全弁9(封口板6と同様にアルミニウム合金から成る)が設けられている。この安全弁9の平面形状は小判状であり、電池内部圧力が所定値以上となったときに破砕溝4が破砕して開放口が開き、電池内のガスを電池外に放出する構造となっている。上記弁体には電池外側方向に膨らんでドーム形状を成すドーム部2が2個形成されており、これらドーム部2・2の周縁には弁体の破砕を容易にするための破砕溝4が形成されている。この破砕溝4の平面形状は小判状であり、また、断面形状は、電池内部圧力が高くなった場合に破砕溝4の破砕を容易にするため、図6に示すようにV字状に形成されている。更に、上記ドーム部2・2間で弁体の中央部を通る部位には、直線状の破砕補助溝1が形成されており、この破砕補助溝1の終端1a・1bは上記破砕溝4と連結されている。また、破砕補助溝1の断面形状は、電池内部圧力が高くなった場合に破砕補助溝1の破砕を防止にするため、図5に示すようにU字状に形成されている。上記破砕補助溝1が形成されている部位の残肉厚(図5におけるt1であり、以下、破砕補助溝の残肉厚と略す)は41μmであり、上記破砕溝4が形成されている部位の残肉厚(図6におけるt2であり、以下、破砕溝の残肉厚と略す)は31μmとなっており、破砕補助溝の残肉厚は破砕溝の残肉厚より大きくなるように形成されている。
【0021】
上記構成の如く、ドーム部2・2間で弁体の中央部を通る部位に、直線状の破砕補助溝1が形成されていれば、電池内部圧力が加わった場合には、破砕溝4の内方側領域が変形しようとする力を受けて、破砕補助溝1に大きな応力が加わることになる。そして、破砕補助溝1の終端1a・1bは上記破砕溝4と連結されていることから、図7に示すように、破砕補助溝1と破砕溝4との交点18・18に上記応力が集中することになる。この結果、電池内部圧が上昇した際に破砕補助溝1と破砕溝4との交点から弁体が確実に破砕して、安全弁が速やかに作動する。
【0022】
ここで、上記構造の非水電解質電池を、以下のようにして作製した。
先ず、正極活物質としてのLiCoO2 を90質量%と、導電剤としてのカーボンブラックを5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5質量%と、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合してスラリーを調製した後、上記スラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように切断し、更にアルミニウム合金製の正極集電タブを溶接した。
【0023】
これと並行して、負極活物質としての黒鉛粉末を95質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5質量%と、溶剤としてのNMP溶液とを混合してスラリーを調製した後、上記スラリーを負極集電体としての銅箔の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように切断し、更にニッケル製の負極集電タブを溶接した。
【0024】
次に、上記正極と負極とをポリエチレン製微多孔膜から成るセパレータを介して巻回して偏平渦巻き状の電極体7を作製した後、この電極体7を外装缶8内に挿入した。
一方、上記の工程と並行して、封口板の所定位置に鍛造加工(塑性加工の一種)により薄い平板部分を形成した後、その平坦部分にコイニング加工(塑性加工の一種)を施し破砕溝4と破砕補助溝1とを形成すると共にドーム部2・2を設け、これにより、封口板6と一体形成された安全弁9を作成した。この後、封口板6、ガスケット11、絶縁板12及び導電板14を挟持部材16により挟持した。
【0025】
しかる後、外装缶8と封口板6とをレーザー溶接した後、挟持部材16に設けた透孔より外装缶8内に電解液を注入し、更に挟持部材16上に負極端子キャップ10を固定することにより非水電解液電池を作製した。
【0026】
〔その他の事項〕
(1)上記実施の形態においては、破砕補助溝1の両端1a・1bが破砕溝4と連結されているが、このような構造に限定するものではなく、例えば、図8に示すように、破砕補助溝1の一端1aのみが破砕溝4と連結されている構造であっても良い。
但し、実施の形態の如く、破砕補助溝1の両端1a・1bが破砕溝4と連結されていれば、弁体が変形した際の応力が集中する点が2点となるため、より円滑に安全弁が作動することになる。
【0027】
(2)上記実施の形態においては、破砕補助溝1は1つしか設けられていないが、このような構造に限定するものではなく、例えば、図9に示すように、破砕補助溝1を2つ設けてもよく、更に3以上設けても良い。
上記の如く破砕補助溝が2つ設けられていれば、破砕補助溝と破砕溝との交点18…が4つ形成されるので、応力が集中する点が4点となり、より一層円滑に安全弁9を作動させることができる。
【0028】
(3)上記実施の形態においては、破砕補助溝1が弁体の中心を通っているが、このような構造に限定するものではなく、例えば、図10に示すように、破砕補助溝1が弁体の中心を通っていなくても良い。
但し、実施の形態の如く、破砕補助溝1が弁体の中心を通っていれば、弁体の中心は最も弁体の変形量が大きな点であるので、弁体の変形によって破砕補助溝1が受ける応力も極めて大きくなる。したがって、破砕補助溝1と破砕溝4との交点18・18により大きな応力が集中するので、弁体がより確実に破砕して、安全弁9が一層速やかに作動する。
【0029】
(4)上記実施の形態においては、破砕溝4と破砕補助溝1とで分割された各領域はドーム形状を成しているが、このような形状に限定するものではなく、例えば、図11に示すように、平面状であっても良い。
但し、実施の形態の如く、破砕溝4と破砕補助溝1とで分割された各領域はドーム形状を成していれば、ドーム形状を形成する際の残留応力が、安全弁9の作動時に破砕溝4に有効に働くため、破砕溝4全体が確実に破砕される。加えて、破砕溝4と破砕補助溝1とで分割された各領域が、図11に示すように平面形状である場合、安全弁9に内部圧力が加わると、破砕溝内方側領域に作用する内部圧力は、まず安全弁9の変形のために作用するので、作動圧はやや大きくなる。これに対して、破砕溝4と破砕補助溝1とで分割された各領域が、図12に示すようにドーム状である場合、破砕溝内方側領域に内部圧力が作用しても、ドーム部分は変形しにくく、ほぼ破砕溝を破砕する力として作用する。したがって、破砕溝4と破砕補助溝1とで分割された各領域がドーム状である場合の方が、破砕補助溝1と破砕溝4との交点18・18により大きな応力が集中して、安全弁9がより円滑に作動する。これらのことから、破砕溝4と破砕補助溝1とで分割された各領域がドーム形状を成している方が、電池内部のガスを一層確実且つ速やかに排気することが可能となる。
【0030】
(5)上記実施の形態においては、破砕溝4と破砕補助溝1との残肉厚の差を10μmとしたが、これに限定するものではなく、破砕溝4と破砕補助溝1との残肉厚の差は5μm以上であれば、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【0031】
(6)上記実施の形態においては、弁体の平面形状を小判状としたが、これに限定するものではなく、真円状、楕円状、又は四角形状等の多角形状であっても良い。
但し、弁体の平面形状が四角形状等の多角形状であると、図13に示すように、破砕補助溝1と破砕溝4との交点18・18を有する部位の破砕溝4a・4bは円滑に破砕するが、この破砕が角部19…で止まることがあるため、破砕補助溝1と破砕溝4との交点18・18を有しない部位の破砕溝4c・4dは円滑に破砕しないことがある。したがって、弁体の平面形状は小判状、真円状、楕円状等の角部を有しない形状であることが望ましい。
【0032】
(7)上記実施の形態においては、破砕溝4の断面形状を略V字状とし、破砕補助溝1の断面形状を略U字状としたが、このような形状に限定するものではない。
但し、電池内部圧が上昇した際に、破砕溝4は確実に破砕する必要があるので、破砕し易いように断面V字状とするのが好ましく、また、電池内部圧が上昇した際に、破砕補助溝1は破砕するのを防止する必要があるので、破砕し難いように断面U字状とするのが好ましい。
【0033】
(8)封口板6及び安全弁9の材質としてはアルミニウム合金に限定するものではなく、純アルミニウム等を用いても良く、また本発明は上記非水電解液電池に限定するものではなく、薄肉状の安全弁9を備えた電池であれば適用しうることは勿論である。
【0034】
但し、本発明を上記非水電解液電池に適用する場合には、正極材料としては上記LiCoO2 の他、例えば、LiNiO2 、LiMn2 O4 或いはこれらの複合体等のリチウム含有複合酸化物が好適に用いられ、また負極材料としては上記炭素材料の他、リチウム金属、リチウム合金、或いは金属酸化物(スズ酸化物等)等が好適に用いられる。更に、電解液の溶媒としては上記のものに限らず、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの比較的比誘電率が高い溶液と、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、2−メトキシテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等の低粘度低沸点溶媒とを適度な比率で混合した溶媒を用いることができる。また、電解液の電解質としては、上記LiPF6 の他、LiAsF6 、LiClO4 、LiBF4 、LiCF3 SO3 等を用いることができる。(9)薄肉状の安全弁9の形成部分は封口板6上に限らず、例えば、外装缶8の底部など電池の他の部分に形成しても良い。また、上記実施の形態では安全弁9は封口板6を塑性加工することで形成しているが、封口板6と安全弁9を別の部品で用意し、封口板6に安全弁9を溶接等で接合することで形成しても良い。量産性を勘案すると上記実施の形態の如く安全弁9を形成することが好ましい。
【0035】
【実施例】
〔第1実施例〕
(実施例)
実施例としては、上記発明の実施の形態における第1の形態に示す方法と同様の方法にて作製した電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Aと称する。
【0036】
(比較例)
従来の技術の(B)特開平11−273640号公報(図18及び図19参照)に示されるように、破砕補助溝1を設けない他は上記実施例と同様の電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Xと称する。
【0037】
(実験)
上記本発明電池A及び比較電池Xにおいて、負極キャップ10を外し、挟持部材16の透孔から電池内部に空気圧をかけて安全弁の作動圧を調べたので、それらの結果を下記表1に示す。尚、試料数は、各電池20個である。
【0038】
【表1】
【0039】
上記表1から明らかなように、破砕溝の残肉厚は本発明電池Aと比較電池Xとでは同じであるのに係わらず、本発明電池Aは比較電池Xに比べて、平均作動圧が約0.05MPa程度低く、しかも、作動圧のバラツキも低減していることが認められた。
【0040】
このような結果となったのは、以下に示す理由によるものと考えられる。即ち、本発明電池Aの如く、ドーム部2・2間で弁体の中央部を通る部位に、直線状の破砕補助溝1が形成されていれば、電池内部圧力が加わった場合には、破砕溝4の内方側領域が変形しようとする力を受けて、破砕補助溝1に大きな応力が加わることになる。そして、破砕補助溝1の終端1a・1bは上記破砕溝4と連結されていることから、図7に示すように、破砕補助溝1と破砕溝4との交点18・18に上記応力が集中することになる。この結果、電池内部圧が上昇した際に破砕補助溝1と破砕溝4との交点から弁体が確実に破砕して、安全弁が速やかに作動する。これに対して、比較電池Xの如く破砕補助溝が形成されていないと、電池内部圧力が加わった場合には、図14に示すように、破砕溝4には均等に応力が加わることになる。この結果、電池内部圧が大きく上昇しなければ弁体が破砕しないので、安全弁が速やかに作動し難いという理由によるものと考えられる。
【0041】
〔第2実施例〕
(実施例1)
破砕補助溝が形成されている部位の残肉厚(以下、破砕補助溝の残肉厚と略す)を35μmとし、破砕溝が形成されている部位の残肉厚(以下、破砕溝の残肉厚と略す)を25μmとした他は、上記実施の形態と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池B1と称する。
【0042】
(実施例2)
破砕補助溝の残肉厚を52μmとし、破砕溝の残肉厚を42μmとした他は、上記実施の形態と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池B2と称する。
(実施例3)
図15に示すように、安全弁の長手方向に破砕補助溝1を形成した他は、上記実施の形態と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池B3と称する。
【0043】
(比較例1)
従来の技術の(C)本願出願人が特開2001−325934号公報で先に提案したように(図20及び図21参照)、封口板50の開放孔53に、ドーム形状を成すドーム部56が2個形成されており、これらドーム部56・56の周縁には弁体の破砕を容易にするための破砕溝55・55が、安全弁の略中央部で隣接するように形成された電池を用いた。尚、破砕溝の残肉厚は22μmとした。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Y1と称する。
(比較例2)
破砕溝の残肉厚を32μmとした他は、上記比較例1と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Y2と称する。
【0044】
(実験)
上記本発明電池B1〜B3及び比較電池Y1〜Y3について、耐衝撃試験を行ったので、その結果を表2に示す。尚、落下試験は2つの方法で行った。耐衝撃試験(1)は電池の各面をそれぞれ下向きにして落下させるのを1セット(即ち、6回の落下を1セット)として、何セットで安全弁が開放するかを調べた。また、耐衝撃試験(2)は電池の安全弁が形成された面を下向きにして落下させ、何回落下すると安全弁が開放するかを調べた。尚、試料数は各電池10個である。
【0045】
【表2】
【0046】
安全弁の作動圧が1.47MPaである本発明電池B1・B3と、比較電池Y1とを比べたところ、本発明電池B1・B3では耐衝撃試験(1)において、それぞれ25〜47セット、20〜38セットで安全弁が作動しているのに対して、比較電池Y1では7〜12セットで安全弁が作動していることが認められ、また、本発明電池B1・B3では耐衝撃試験(2)において、それぞれ39〜55回、33〜42回で安全弁が作動しているのに対して、比較電池Y1では19〜24回で安全弁が作動していることが認められた。
更に、安全弁の作動圧が2.26MPaである本発明電池B2と、比較電池Y2とを比べたところ、本発明電池B2では耐衝撃試験(1)において、44〜71セットで安全弁が作動しているのに対して、比較電池Y2では12〜21セットで安全弁が作動していることが認められ、また、本発明電池B2では耐衝撃試験(2)において、70〜91回で安全弁が作動しているのに対して、比較電池Y2では28〜38回で安全弁が作動していることが認められた。
【0047】
以上のことから、安全弁の作動圧が同じであっても、本発明電池B1〜B3は比較電池Y1・Y2に比べて耐衝撃性に優れていることが分かる。これは、本発明電池B1〜B3では破砕補助溝が設けられているので、比較電池Y1・Y2に比べて破砕溝の残肉厚を大きくすることができるという理由によるものと考えられる。
【0048】
また、比較電池Y1と比較電池Y2とにおける破砕溝の残肉厚の差は10μm〔比較電池Y2(32μm)−比較電池Y1(22μm)〕であり、また、比較電池Y1と比較電池Y2とにおける安全弁の作動圧の差は0.79MPa〔比較電池Y2(2.26MPa)−比較電池Y1(1.47MPa)〕である。したがって、比較電池Y1・Y2の形状の安全弁では、破砕溝の残肉厚1μmに対して、安全弁の作動圧は0.08MPaも変動する。
【0049】
一方、本発明電池B1と本発明電池B2とにおける破砕溝の残肉厚の差は17μm〔本発明電池B2(42μm)−本発明電池B1(25μm)〕であり、また、本発明電池B1と本発明電池B2とにおける安全弁の作動圧の差は0.79MPa〔本発明電池B2(2.26MPa)−本発明電池B1(1.47MPa)〕である。したがって、本発明電池B1・B2の形状の安全弁では、破砕溝の残肉厚1μmに対して、安全弁の作動圧は0.05MPaしか変動していないことが分かる。
したがって、本発明電池B1・B2の方が比較電池Y1・Y2に比べて、破砕溝の残肉厚のバラツキに対する安全弁の作動圧のバラツキが小さくなるので、弁体の製造にあたって、破砕溝の肉厚に対する公差を緩和することができる。この結果、品質管理や金型調整が容易となるので、生産性が向上する。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電池内部圧力上昇時に速やかに作動し、当該圧力上昇時に電池内部のガスを速やかに排気できると共に、耐落下衝撃性に優れ、且つ生産性を向上させることができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る安全弁の平面図。
【図2】図1のA−A線矢視断面図。
【図3】本発明に係る安全弁を用いた非水電解液電池の平面図。
【図4】図3のB−B線矢視断面図。
【図5】破砕補助溝近傍の拡大断面図。
【図6】破砕溝近傍の拡大断面図。
【図7】本発明に係る安全弁において電池の内部圧力が増大したときの破砕溝に加わる応力の状態を示す説明図。
【図8】他の例に係る安全弁の平面図。
【図9】他の例に係る安全弁の平面図。
【図10】他の例に係る安全弁の平面図。
【図11】安全弁が平板状である場合の安全弁の断面図。
【図12】安全弁がドーム状である場合の安全弁の断面図。
【図13】他の例に係る安全弁の平面図。
【図14】比較例に係る安全弁において電池の内部圧力が増大したときの破砕溝に加わる応力の状態を示す説明図。
【図15】他の例に係る安全弁の平面図。
【図16】従来例に係る安全弁を用いた非水電解液電池の平面図。
【図17】図16のC−C線矢視断面図。
【図18】従来例に係る安全弁を用いた非水電解液電池の平面図。
【図19】図18のD−D線矢視断面図。
【図20】従来例に係る安全弁を用いた非水電解液電池の平面図。
【図21】図20のE−E線矢視断面図。
【符号の説明】
1:破砕補助溝
2:ドーム部
4:破砕溝
7:電極体
8:外装缶
6:封口板
9:安全弁
17:開放孔
18:交点
Claims (5)
- 電池に薄肉の弁体が形成されて、電池内部圧力が所定値以上となったときに上記弁体が開放して電池内のガスを電池外に放出する電池の安全弁において、
上記弁体には弁体を開放する環状の破砕溝と、この破砕溝の内方側領域に設けられた破砕補助溝とが形成され、且つ、上記破砕補助溝は上記破砕溝より残肉厚が大きくなるように構成されると共に、少なくとも破砕補助溝の一端は上記破砕溝に連結されていることを特徴とする電池の安全弁。 - 上記破砕補助溝の他端も上記破砕溝に連結されている、請求項1記載の電池の安全弁。
- 上記破砕補助溝が弁体の中心を通っている、請求項1又は2記載の電池の安全弁。
- 上記破砕溝と破砕補助溝とで、上記弁体が2以上の領域に分割され、当該領域の少なくとも1つの領域がドーム形状を成している、請求項2又は3記載の電池の安全弁。
- 上記破砕溝の環状形状が真円状、楕円状又は小判状である、請求項1〜4記載の電池の安全弁。
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