JP4358482B2 - 電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池内部にガスが発生して内圧が異常上昇したとき、異常内圧を外部に放出して電池の破裂を防止するためのガス抜き孔を設けた電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電池はそのエネルギー密度が高くなるに従って異常が生じたときに事故をまねきやすくなるため、異常が生じたときに人体や機器に損傷を与えない安全性を確保する必要がある。例えば、電池の正極と負極との間が何らかの原因によって短絡した場合、エネルギー密度の高い電池では過大な短絡電流が流れ、内部抵抗によるジュール熱によって電池は温度上昇する。電池が高温になると正極活物質と電解液との反応や電解液の気化、分解などが生じて電池内部のガス圧が急上昇し、電池は破裂に至る恐れがある。電池が高温になる原因は上記短絡だけでなく、電池を過充電した場合や、電池を高温の環境下に放置した場合も該当する。
【0003】
電池内部のガス圧が異常上昇したときに電池が破裂に至ることを防止するために、エネルギー密度の高い電池では安全機構が設けられており、異常なガス圧に対応してガス抜き
孔を開き、ガスを外部に放出する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガス抜き孔は異常上昇したガス圧を外部に放出するので、電池はガス抜き孔から放出されたガス圧によって推進力を得て予測し難い方向に飛び出すことがある。この状態は非常に危険で、人体や機器に損傷を与える恐れがある。ガス抜き孔によって電池の破裂による危険性を回避したことが別の危険を生むことにもなりかねない。
【0005】
本発明が目的とするところは、ガス放出によって電池が飛び出すことを防止するガス抜き孔構造を備えた扁平直方体形状の電池を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る電池は、発電要素を収容した有底扁平四角筒形状の電池缶の開口端を封口した封口板に電池缶内の異常内圧を外部放出する安全弁が形成され、前記封口板上にPTC素子及び温度ヒューズと正極外部接続端子及び/又は負極外部接続端子を形成した端子台とが配設され、前記正極外部接続端子及び/又は負極外部接続端子を外部露出させて封口板上を覆う有頂四角筒形状のキャップが電池缶の開口端側に接合され、ガス抜き孔が前記キャップの両側面の対向する位置に少なくとも1対設けられていることを特徴とするもので、前記キャップの両側面の対向する位置にガス抜き孔が設けられているので、安全弁が作動してキャップ内にガスが噴出したとき、前記対向する位置にあるガス抜き孔からガスは対称方向に外部に放出され、対称方向に放出されるガスの噴出圧力は相殺され、ガス抜き孔からのガス放出によって電池が飛び出すことが防止される。
【0007】
上記構成において、ガス抜き孔はフィルム体を用いて被覆しておくことにより、ガス抜き孔が塞がれたり異物が侵入することがなく、ガス放出時にはフィルム体は破断されるので、ガス抜きの障害とはならない。
【0008】
また、ガス抜き孔を水没シールを用いて貼着することにより、電池が水没したことを検知することができ、水没シールを貼着する必要がある場合に、ガス抜き孔を被覆するために別途部材を用意することがない。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0010】
図1は、本実施形態に係る電池1の外観を示すもので、扁平角形のリチウムイオン二次電池として構成されたものである。この電池1は、図2に示すように、有底角筒状の電池缶5内に発電要素を収容し、開口端を封口板6によって封口してなる電池本体2の封口板6上に、後述する電池保護手段及び正極外部接続端子3及び負極外部接続端子4を構成し、正極外部接続端子3及び負極外部接続端子4を外部露出させて金属キャップ7により封口板6上の構成物を被覆している。
【0011】
図2において、電池缶5の開口端にレーザー溶接により接合され、電池缶5を封口する封口板6に形成された中央開口部には、上ガスケット11及び下ガスケット12で封口板6と絶縁すると共に密閉性を確保してリベット10が締結されている。このリベット10の締結時に電気的接続を行うための金属板13が同時に締結される。リベット10の電池缶5内側には、電池缶5内に収容された図示しない極板群を構成する正極板から引き出された正極リードが溶接接続され、リベット10は電池本体2の正極を構成する。負極板は
電池缶5に接続されるので、それに溶接された封口板6は電池本体2の負極を構成する。また、封口板6の一部は金属箔21を貼り合わせたクラッド板に形成されており、封口板6のクラッド板部分に開口部22を形成して安全弁(安全機構)20が形成されている。尚、19は封栓であって、電池缶5が封口板6により封口された後、注液口から電池缶5内に電解液を注入し、注液口に封栓19が挿入され、封口板6に溶接される。
【0012】
上記構成になる電池本体2の封口板6上に電池保護手段が配設され、外部接続端子を形成する端子台が形成される。前記金属板13には接続板14の一方面が接続され、接続板14の他方面にはPTC素子8の下電極板8aが接続される。PTC素子8の上電極板8bには温度ヒューズ9の一方リード9aが接続され、温度ヒューズ9の他方リード9bは正極端子板18に接続され、正極端子板18の端部は正極外部接続端子3に形成されているので、電池本体2の正極が正極外部接続端子3にPTC素子8と温度ヒューズ9とを直列接続して電気的接続された状態が得られる。
【0013】
図2〜図4に示すように、前記PTC素子8及び温度ヒューズ9を囲むように封口板6上に樹脂カバー17が配設され、樹脂成形によって形成された樹脂カバー17には前記正極端子板18及び負極端子板16がそれぞれ正極外部接続端子3部位及び負極外部接続端子4部位を外部露出させて樹脂成形時にインサートされて端子台が構成されている。前記負極端子板16の一端は負極外部接続端子4に形成され、図4に示すように、封口板6側に向けて折り曲げられ、樹脂カバー17から露出する部分の先端部が封口板6に接合されるので、電池本体2の負極が負極外部接続端子4に電気的接続された状態が得られる。尚、前記正極端子板18の正極外部接続端子3の形成部位及び負極端子板16の負極外部接続端子4の形成部位は、接触導通性のよい金属薄板の接合もしくはメッキが施される。
【0014】
上記のように電池本体2の封口板6上に構成された構成要素は、正極側がPTC素子8及び温度ヒューズ9がリベット10から正極端子板18に接続され、負極側が樹脂カバー17にインサートされた負極端子板16が封口板6に接合されることにより電池本体2に固定されるので、金属キャップ7を樹脂カバー17に接着もしくは電池缶5に溶接することにより、図1に示すような外観形状の電池1に形成される。また、正極外部接続端子3及び負極外部接続端子4の周囲には金属キャップ7と絶縁して絶縁部材15が貼着される。
【0015】
この電池1は、これに接続された機器の故障や金属物の接触等により正極外部接続端子3と負極外部接続端子4との間が外部短絡されたような場合に、正極外部接続端子3に直列接続されたPTC素子8に過大な短絡電流が流れるので、PTC素子8は短絡電流により自己発熱して温度上昇し、その温度が設定されたトリップ温度に達したとき、トリップにより抵抗値を急上昇させるので、短絡電流が制限され、外部短絡状態の継続に伴う電池1の温度上昇を抑える。また、この電池1が装填された機器が暖房機の傍らや炎天下の車内に放置されたような場合に、PTC素子8は環境温度の上昇によりトリップして抵抗値を増大させるので、高温環境での電池使用を制限する作用をなす。PTC素子8は環境温度が低下し、短絡状態が解除されたときには抵抗値が平常状態の僅少値に低下するので、電池1の使用は可能となる。
【0016】
上記PTC素子8の作動環境を越える高温状態に電池1が曝された場合に、温度ヒューズ9が作動して溶断により入出力回路を遮断するので、高温環境による電池本体2の破裂等が防止される。この温度ヒューズ9の作動による回路遮断を越えて高温状態が継続されたような場合に、電池本体2は電池缶5内の電解液の気化、分解等によりガスが発生し、内圧が異常上昇すると、安全弁20を構成する金属箔21が破断して異常内圧を開口部22から金属キャップ7に囲まれた中に噴出するが、図1に示すように、金属キャップ7の両側面にはガス抜き孔23が設けられているので、金属キャップ7内に噴出したガスは、
ガス抜き孔23から外部放出され、電池の破裂を防止することができる。
【0017】
上記ガス抜き孔23が電池1の重心位置から対称な位置に設けられているので、ガスは電池1の重心と対称の位置から放出されるため、ガス放出に伴う推進力が相殺され、ガスの噴出圧力により電池1が飛び出し、人体や機器に損傷を与えることが防止できる。
【0018】
ガス抜き孔23は、金属キャップ7の両側面に対になるように設けるのが好ましく、例えば、図6に示すように、4個のガス抜き孔23a〜23dが2対となるように金属キャップ7の両側面に形成すると、ガス放出に伴う推進力の相殺により効果的となる。
【0019】
電池1は電池本体2及び金属キャップ7の側面には、品番、注意書き等を印刷したフィルム体からなるシートが貼着され、ガス抜き孔23が塞がれたり、異物の侵入が防止できる。前記ガス抜き孔23はシートの端辺により被覆されるようにすると、ガスの噴出時にはシート端辺の貼着が破断してガスの噴出を妨げることはない。また、シートのガス抜き孔23に対応する位置にミシン目を形成しておくことにより、ガス噴出によるシートの破断を容易にすることができ、この場合はガス抜き孔23の全体を覆って電池1の側周面全体にシートを貼着することができる。
【0020】
前記シートを形成するフィルム体としては、とくに限定されるものではないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素系の樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリイミド樹脂などの耐熱性のある基材と天然ゴム、イソブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリル系などの糊剤とからなるものや、ポリエチレンテレフタレート樹脂系やポリエチレン樹脂などの熱収縮性のあるものが好ましく、その厚さは20μm〜60μmのものが好ましい。
【0021】
また、ガス抜き孔23を水没シールで塞いで貼着することにより、電池1を水中に落とした自己経歴を検知することができ、水没シールを貼着する必要がある電池の場合、ガス抜き孔23を被覆するために別途部材を用意する必要がない。
【0022】
上記構成になる電池1は、PTC素子8及び温度ヒューズ9を内装して二重の電池保護機能を備えただけでなく、正極及び負極が同一の平面上に形成できるので、機器との電気的接続構造を簡易に構成できる。また、正極外部接続端子3及び負極外部接続端子4は形状、面積が異なるように形成すると、正極、負極の判別が容易になる。また、正極外部接続端子3及び負極外部接続端子4の形状は、絶縁部材15の開口部形状を変更することにより、自在な形状で外部露出させることができる。また、正極外部接続端子3及び負極外部接続端子4は一方側に偏った位置に形成することにより、機器に対して電池1が逆装填されることが防止できる。
【0023】
以上説明した構成において、金属キャップ7は薄板をプレス加工して形成されるが、電池本体2上に被せられたとき電池本体2の外形寸法より材厚分だけ段差が生じることになる。薄板であるから電池1としての外形寸法の増加は僅少であるが、段差が生じることに違和感がある場合には、図5に示すように、電池本体2の金属キャップ7が被さる部位、即ち、電池缶5に上部に縮口加工を施すと、金属キャップ7を被せることにより発生する段差をなくすことができる。
【0024】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、扁平直方体形状の電池の安全弁が作動したときに噴出するガスが、キャップの両側面の対向する位置に少なくとも1対設けられたガス抜き孔から外部に放出されるので、ガス放出による推進力が相殺され、ガス放出に伴って電池が
飛び出し、人体や機器に損傷を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態に係る電池の外観を示す(a)は平面図、(b)(c)は側面図。
【図2】 同上電池A−A線矢視断面図。
【図3】 同上電池の金属キャップを取り外した状態の平面図。
【図4】 同上電池の負極端子板の構成を示す断面図。
【図5】 同上電池の金属キャップ装着部分の変形例を示す断面図。
【図6】 ガス抜き孔を複数対に設けた電池の外観を示す(a)は平面図、(b)(c)は側面図。
【符号の説明】
1 電池
2 電池本体
3 正極外部接続端子
4 負極外部接続端子
5 電池缶
6 封口板
7 金属キャップ
8 PTC素子
9 温度ヒューズ
16 負極端子板
17 樹脂カバー
18 正極端子板
23、23a〜23d ガス抜き孔
Claims (3)
- 発電要素を収容した有底扁平四角筒形状の電池缶の開口端を封口した封口板に電池缶内の異常内圧を外部放出する安全弁が形成され、前記封口板上にPTC素子及び温度ヒューズと正極外部接続端子及び/又は負極外部接続端子を形成した端子台とが配設され、前記正極外部接続端子及び/又は負極外部接続端子を外部露出させて封口板上を覆う有頂四角筒形状のキャップが電池缶の開口端側に接合され、ガス抜き孔が前記キャップの両側面の対向する位置に少なくとも1対設けられていることを特徴とする電池。
- ガス抜き孔はフィルム体により被覆されてなる請求項1に記載の電池。
- ガス抜き孔は電池が水没したことを検知する水没シールで被覆されてなる請求項1に記載の電池。
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