JP4269356B2 - 密閉型電池用防爆封口板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池、特にリチウム二次電池などの高エネルギー密度を有する電池において、内圧上昇時に、その圧力を外部に逃がすと共に、電池内部の電気的導通を完全に遮断する防爆封口板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のリチウム二次電池のようなエネルギー密度の高い密閉型電池では充電器を含む関連機器の故障による過充電や誤使用などによる外部短絡等により、化学反応が起こり、発熱を伴って電池内部で異常にガスが発生することがある。その際、電池内圧が異常上昇し、電池が破裂したり、電解液が流出して、その電池を駆動源とする機器に損傷を与える可能性がある。
【０００３】
したがって、高エネルギー密度を有する密閉型電池にはこのような事故を防ぐため、電
池の内圧が異常上昇したとき封口板内に設置された弁膜を開いてガスを排出する安全弁が備えられている。しかし、前記安全弁の作動が遅れると、電池内で急激な温度上昇が起こっていた。
【０００４】
そのため安全弁が作動する前に電池の内圧を検知し、通電電流を完全に遮断するための安全機構が設けられている。電流が遮断されると電池内部での化学反応が起こらなくなり、内圧の異常な上昇が防止できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の封口板の構造を図７に示す。上部金属箔１と、下部金属箔２の周縁部を絶縁ガスケット３を介して重ね合わせ、上部金属箔１の一部で凹状に湾曲成形した凹状部１ａと、下部金属箔２の一部で凸状に湾曲成形した凸状部２ａとをそれぞれの中央部で接触させ、その接触面をレーザー溶接する。その後上部金属箔１の上に導電性材質のスペーサー５を載置し、電池内部の圧力が異常に上昇すると、アルミニウム製ケース４の孔を通して、上部金属箔１に圧力が伝えられる。この圧力が、所定値以上に達すると上部金属箔１の凹状部１aが上部に載置したスペーサー５の長円形の開孔部８を通して上方に反転し、これにともなって下部金属箔２との接触部分が破断され、最終的には上部金属箔と下部金属箔の電気的接合が遮断される。
【０００６】
ここで、上部金属箔１の凹状部１ａが電流遮断圧と孔径の差（スペーサー５の開孔部の孔径−上部金属箔の凹状部１ａの幅）との関係を図３に示す。図３よりスペーサー５の長円形の開孔部８の孔幅７に依存することがわかる。このスペーサー５の開孔部８は一般的にプレス成形により作られている。このとき図２に示すようにパンチ９が入る面では開孔部８の周上の面は直角ではなくＲ面１０になっている。またパンチ９が出る面では微小エッジが立ったエッジ面１１状態になっている。そのため、局所的に見るとパンチ９が入る面と出る面では開孔部８の孔幅７が異なる。またパンチ９はプレスの面数が増すことによりエッジ部１２が直角でなくＲ形状となり切れ味が悪くなる。それに伴いスペーサー５の開孔部８にパンチ９が入る面のＲ面１０の半径が大きくなっていき、結果として開孔部８の孔幅７が大きくなる。そのため、上部金属箔１の下方へ向けて膨らんだ凹状部１ａが、圧力を受けて上方に反転する反転圧力は経時的に低くなっていき、電流遮断圧力もまた図４に示すように経時的に低くなっていく。逆に、スペーサー５の開孔部８形成用のパンチ９を交換すると、スペーサー５の開孔部８にパンチ９が入る面のＲ面１０の半径が小さくなり、開孔部８の孔幅７が小さくなる。そのため、上部金属箔１の下方へ向けて膨らんだ凹状部１ａが、圧力を受けて上方に反転する反転圧力は高くなり、電流経路を遮断する電流遮断圧も高くなるといった問題がある。また、スペーサー５の開孔部８にパンチ９が入る面と出る面の判別をしなければ、エッジ面１１ではＲ面１０より前記上部金属箔の動きをより規制するため、形状差の影響は同一形状での孔幅の変化より大きく、図５に示すように電流遮断圧のピーク値が２個となり、電流遮断圧を精度よく得ることができないといった問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、所定の電流遮断圧を精度よく設定できる構成を備えた密閉型電池用防爆封口板を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では上部金属箔の凹状部分とスペーサーの開孔部の大きさについて、スペーサーの開孔部の大きさが凹状部分の大きさより小さいものであり、角形電池の場合にはスペーサーの長円形開孔部の短径が上部金属箔の長円形凹状部分の短径より小さいものである。
【０００９】
これによりスペーサーの開孔部の周縁部のＲ形状、バリ形状といった局所的な形状の変化に関係なく、電池内圧が上部金属箔の反転圧力と下部金属箔の易破断部の破断強度により設定された所定圧力値に達すると前記凹状部分が反転し、下部金属箔との接続部を上方に引き上げ、下部金属箔の一部が破断する。そして、上下両金属箔間の電気的導通が絶たれ、通電電流が遮断される。
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施形態にのみに限定されるものではない。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は請求項１に記載の密閉型電池用防爆封口板の横断面図を示すものであり、上部金属箔１は厚さ０．０６ｍｍ、長さ２７．３ｍｍ、幅３．５ｍｍのアルミニウム製で、その中央部に縦方向に半径９ｍｍ、横方向に半径１ｍｍ、高さ方向に０．３６ｍｍの凹状部１ａを設けてある。下部金属箔２は厚さ０．０８ｍｍ、長さ２７．８ｍｍ、幅４ｍｍのアルミニウム製で、その中央部に幅１．８ｍｍ、長さ１．８ｍｍの凸状部２ａ及びその両側に所定の破断圧力になるように易破断部２ｂを設けてある。この２枚の金属箔を絶縁ガスケット３を介して、アルミニウム製ケース４に挿入し、上部金属箔１の凹状部１ａの中央部と凸状部２ａを積重固定し、レーザーにて溶接する。この上部にφ２ｍｍ通気孔と、その中央部に長さ９ｍｍ、幅１．８ｍｍの開孔部８を持つ金属製のスペーサー５、及びφ１．５ｍｍの通気孔を持つ金属製キャップ６をのせ、かしめて密閉型電池用防爆封口板を得た。
【００１２】
上記の方法で得た封口板の電流遮断圧分布を調べ、結果を図６に示す。図６より上記構成の封口板を用いることにより安定的な電流遮断圧を得ることができることがわかる。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、上部金属箔と下部金属箔により電流遮断部を構成した防爆封口板において、上部金属箔の凹状に成形した部分の大きさをスペーサーの開孔部の大きさより大きくしているのでスペーサーの開孔部の状態に影響を受けず、所定の電池内圧に達すると電流遮断機能を確実に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の密閉型電池用防爆封口板の横断面図
【図２】 封口板内に収容されるスペーサーの上面図
【図３】 スペーサーの開孔部の孔径と上部金属箔の凹状部分との差に対する電流遮断圧の関係を示す図
【図４】 スペーサーの開孔部の孔抜きパンチショット数と電流遮断圧との関係を示す図
【図５】 従来の封口板を用いた電池の電流遮断圧の分布を示す図
【図６】 本発明の封口板を用いた電池の電流遮断圧の分布を示す図
【図７】 従来の密閉型電池用防爆封口板の断面図
【符号の説明】
１ 上部金属箔
２ 下部金属箔
３ 絶縁ガスケット
４ アルミニウム製ケース
５ スペーサー
６ キャップ
７ 孔幅
８ 開孔部
９ パンチ
１０ Ｒ面
１１ エッジ面
１２ エッジ部
１ａ 凹状部
２ａ 凸状部
２ｂ 易破断部

Claims (2)

1. 開孔部を有する絶縁ガスケットの上下に、それぞれに配される上部金属箔と下部金属箔があり、上部金属箔はその一部が凹状に湾曲成形され、凹状部の一部が絶縁ガスケットの開孔部を通じて下部金属箔の一部と電気的に接続されているとともに、上部金属箔の上部に配され、前記凹状部の上方の位置に開孔部があるスペーサーと、スペーサーの上部に配される端子用キャップと、下部金属箔の下部に配され、内側に前記キャップ、スペーサー、上部金属箔、下部金属箔、絶縁ガスケットを順次収容する皿状ケースとを備え、電池内にガスが蓄積し内圧が上昇した場合、前記皿状ケース、下部金属箔の開孔部を通過したガスが前記上部金属の凹状部を上方に押し上げ、凹状部を凸形に反転させることによって、上部金属箔と下部金属箔の電気的接続を破断する防爆封口板であって、前記上部金属箔の凹状に成形した部分の大きさがスペーサーの開孔部の大きさより大きい密閉型電池用防爆封口板。
2. 封口板は長方形であり、スペーサーの長円形開孔部の短径は、上部金属箔の長円形凹状部の短径より小さい請求項１記載の密閉型電池用防爆封口板。

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