JP4431225B2 - Cylindrical battery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばスパイラル形電極を有するリチウム電池のような円筒形電池に関し、とくに、電池の内圧が所定値以上になったときに内圧を解放して安全を確保する防爆構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の円筒形電池の防爆構造の一例を図1に示しす。この構造では、有底円筒形の金属缶10に発電要素50を収容し、金属缶10の開口部内側にガスケット20を介してほぼ円盤形の封口体30をビーディング部10bまで嵌め込み、金属缶10の開口端部10aを内側にかしめることで缶10内部を密閉している。封口体30はリード板40を介して発電要素50の一方の電極に接続されて一方の端子を構成し、金属缶10が他方の端子を構成する。
【0003】
封口体30は、端子板31と樹脂パッキン32とダイアフラム33と皿状金属板34との4つの部品から構成される。端子板31はプレス加工品で、その中央部に外方に膨出した円筒状凸部31aを有している。円筒状凸部31aの頂部下面には、ダイアフラム33に対向して下向きに切り刃31cが突出形成されている。この切り刃31cは、その頂部表面を例えばV字状に切り裂いて下方に折り曲げて形成され、この切り裂き部31dは後述するガス抜き孔として機能する。この切り裂き部31dとは別に、円筒状凸部31aの側部には2つのガス抜き孔31bが貫通形成されている。樹脂パッキン32は、ポリプロピレンまたはポリエチレンからなり、中央透孔32aのある円環状の部品である。ダイアフラム33は、アルミニウムシートの両面をポリプロピレンで被覆したラミネートフィルムからなる円形の部品である。皿状金属板34はプレス加工品で、中央窪み部34cに窓孔34aが形成されていて、その外径寸法は端子板31よりも大きくなっている。これら4つの部品31,32,33,34は順次重ねられて、皿状金属板34の外周部34bを端子板31の外縁部にかしめることで一体化されている。
【0004】
封口体30は、電池内部の圧力が所定値以上になったときに、この圧力を安全に解放するための防爆機構として機能する。すなわち電池内部の圧力が上昇すると、その圧力を受けてダイアフラム33が伸展して上方に膨出する。その膨出変形量が大きくなると、ダイアフラム33が切り刃31cに当接して破断され、ガス抜き孔31b,31dを通じて電池内のガスが速やかに外部に放出され、危険な状態を回避できる。
【0005】
樹脂パッキン32は、電池内部の電解液の漏洩を防止するために、端子板31とダイアフラム33との間に挟み込まれ、この間の漏液路を遮断する機能を有している。ダイアフラム33は端子板31の円筒状凸部31aの内側に沿って上方に膨出するように設計されているため、樹脂パッキン32の中央透孔32aの内径は、ダイアフラム33の防爆動作に影響を与えないように、端子板31の円筒状凸部31aの内径と同等かそれよりも若干大きく形成されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述した防爆構造において最も必要とされることは、電池の誤使用などにより電池の内圧が異常に上昇したときに、電池の内圧を外部に放出して電池の安全性を確保するという点である。そこで、電池を短絡して意図的に電池の内圧を上昇させて、ダイアフラム33が所定の内圧で破断するかどうかを確認する試験を行っている。本試験のダイアフラム33が破断するまでの時間及びダイアフラム33の破断状態については前述した樹脂パッキン32の中央透孔32aの内径と端子板31の円筒状凸部31aの内径との関係で定まる。この要件を▲1▼とする。
【0007】
一方、この防爆構造に必要とされる他の要件に電池の内圧が所定値に達していないときにダイアフラム33が破断してはならないことがある。ダイアフラム33が一旦破断してしまうと内部の電解液が漏れ出て電池として二度と使用できなくなるからである。ところが、従来の電池を70〜80℃程度の高温環境下に置いて長期間にわたり保存すると、ダイアフラム33が破断することがあった。ダイアフラム33の厚さや材質、それに切り刃の長さなどを変えても、充分に満足し得る特性を得ることはできなかった。
【0008】
そこで、本発明者らはその原因について追求した結果、長時間70〜80℃の高温環境下にさらされた場合、PP−Al−PPの3層にて構成されるダイアフラム33のPP層が軟化し膨張し易くなるためAl層と伸びの差異が生じる。ある程度時間が経過したところでAl層がその膨張に追従しきれず両面PP層の内部で破断する。Al層の破断により伸び強度を失ったダイアフラム33はその後も膨張を続け切刃31cに接触し破断に至る。この要件を▲2▼とする。
【0009】
更に、ダイアフラム33が膨出する過程で円筒状凸部31aの根元部に接触して損傷されて破断されたり、膨出したダイアフラム33がガス抜き孔31bを塞ぐ虞があることも判明した。
【0010】
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、▲1▼に示した特性を維持し所望の防爆性能を確実に達成すると共に▲2▼のように高温環境下で長期間にわたり保存されても誤作動をすることのない円筒形電池の防爆構造を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
そこでこの発明では、有底円筒形の金属缶に発電要素を収納し、この金属缶の開口部内側にガスケットを介して封口体を嵌め込み、この金属缶の開口端部を内側にかしめることで缶内部を密閉する円筒形電池において、
前記封口体は、中央に円筒状凸部を有する端子板と、この端子板の下面に配設された中央透孔を有する樹脂パッキンと、この樹脂パッキンの下面に配設された円形ダイアフラムと、このダイアフラムの下面に配設されてその外周部分が前記端子板の外周部にかしめられてなる中央窓孔を有する皿状金属板とから構成され、
前記ダイアフラムは、アルミニウムシートの両面をポリプロピレンで被覆したラミネートフィルムからなり、
前記端子板の前記円筒状凸部には、ガス抜き孔が形成されているとともに、当該凸部の頂部下面には切り刃が下方に突出形成され、
前記樹脂パッキンの前記中央透孔は、前記端子板の前記円筒状凸部と同心の円形に形成されると共にその内径が前記円筒状凸部の内径の50%〜80%の範囲内に形成されてなる円筒形電池としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
この発明を適用した防爆構造の一例を図2に示している。図1の従来構造と比較して、前記樹脂パッキン33の前記中央透孔33aの寸法のみが異なり、その他は前記の従来例と同じ構成であるので、同一構成部分についての説明は省略する。
【0013】
この実施形態の電池は、外径約25.5mm、総高約49mmの単2形のスパイラル形リチウム電池で、その封口体30の外径は23.6mm、端子板31および皿状金属板34の厚さは夫々0.5mmと0.3mm、ダイアフラム33の厚さは0.15mm(PP-Al-PP:60-30-60[μm])、樹脂パッキン32の厚さは0.3mmである。
【0014】
この発明の特徴は、樹脂パッキン32の中央透孔32aの内径が、端子板31の円筒状凸部31aの内径の50%〜80%の範囲内にあるという点である。中央透孔32aの内径がこのように従来よりも小さく設定されていことにより次の3つの効果を達成する。
(1)ダイアフラム33の膨脹を適切に抑制することで、ダイアフラム33が所定の内圧に達しない場合には切り刃31cに到達しない。
(2)ダイアフラム33が膨出して円筒状凸部31aの根元部に接触するのを防止する。
(3)ダイアフラム33が膨出したときにガス抜き孔31bを塞ぐ可能性を排除する。
樹脂パッキン32の中央透孔32aの内径をあまり小さくすると、電池内圧が所定の圧力に達したときにもダイアフラム33の上方への膨出が樹脂パッキンによって阻害されるから、パッキンの中央透孔の内径は端子板の円筒状凸部の内径の50%以上とすることである。
【0015】
この発明の効果を確認するために、樹脂パッキン32の中央透孔32aの内径(直径)Bを種々に変えた9種類の電池を各30個製作して試験した。端子板31の円筒状凸部31aの内径(直径)Aは共に10mm、中央透孔32aの内径(直径)Bは2mmから10mmまで1mm間隔で変えて9種作成した。これらを60℃、70℃、80℃の各温度下で保存して、保存開始から100日経過後のダイアフラム33の破断状態を調べ表1に示した。なお、中央透孔32aの内径(直径)Bが10mmのものは比較のために示した従来例に該当する。
【0016】
この結果、中央透孔32aの内径Bが2mm〜8mmの7種の電池には、どの温度においてもダイアフラム33が破断された形跡は見られなかった。内径Bが9mm、10mmの電池では、70℃及び80℃にてダイアフラム33の破断が確認された。
【0017】
【表1】
【0018】
また、前述の短絡試験を上記9種類の電池について実施した。この試験で、中央透孔32aの内径(直径)Bが2mm,3mmのダイアフラム33は破断せず、図3のように電池の容量がなくなったところで電流が減少し電池の表面温度も降下した。その時の電池表面最高温度は約130℃を示した。一方、従来例である内径Bが10mmのものは図3に示すように短絡後3分〜3分30秒でダイアフラム33は破断し、電池表面最高温度も約100℃前後であった。また、Bが5〜9mmのものは10mmのものとほぼ同様の挙動を示した。Bが4mmのものは10mmのものに比べ1分程遅れてダイアフラム33が破断し、電池表面最高温度もダイアフラム33が破断しない時と同じ約130℃を示した。
【0019】
すなわち、この発明においては、樹脂パッキン32の中央透孔32aの内径を外側端子板31の円筒状凸部31aの内径よりも前記のように小さくしているので、ダイアフラム33の膨出部が樹脂パッキン32の中央透孔32aによって制限され、前述した従来構造のものよりダイアフラム33が膨出しにくくなっている。その結果、前記の高温保存下においてダイアフラム33が破断することがなくなっている。また、電池が急激に昇温・昇圧する短絡試験では、樹脂パッキン32自体が温度による影響を受けているがその時間は極めて短いため、従来のB=10mmのものとほぼ同じ時間内でダイアフラム33が破断している。
【0020】
以上のことから、樹脂パッキン32の中央透孔32aの内径を端子板31の円筒状凸部31aの内径に対し50%〜80%の範囲に形成するのが適切であった。
【0021】
【発明の効果】
樹脂パッキンの中央透孔の内径を端子板の円筒状凸部の内径の50%〜80%に設定することで、電池が70〜80℃の環境下で長期間にわたり保存されたときにおいても、ダイアフラムと切り刃との間隔を保って誤作動を防止することができる。また、ダイアフラムが膨出する過程で端子板の円筒状凸部の根元部に接触して損傷されることがない。また、ダイアフラムの膨出部がガス抜き孔を塞ぐ虞もない。しかも、電池内の圧力が所定値まで上昇したときにはダイアフラムが所定量膨張して切り刃と接触し、確実な防爆性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の円筒形電池の封口部の構造を詳細に示した部分断面図である。
【図2】本発明に係る円筒形電池の封口部の構造を詳細に示した部分断面図である。
【図3】本発明と従来の電池の短絡試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
10 金属缶
20 ガスケット
30 封口体
31 端子板
31a 円筒状凸部
31b,31d ガス抜き孔
32 樹脂パッキン
32a 中央透孔
33 ダイアフラム
33a 中央窓孔
34 皿状金属板
50 発電要素[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylindrical battery such as a lithium battery having a spiral electrode, and more particularly to an explosion-proof structure that ensures safety by releasing the internal pressure when the internal pressure of the battery reaches a predetermined value or more.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional cylindrical battery explosion-proof structure is shown in FIG. In this structure, the
[0003]
The sealing
[0004]
The sealing
[0005]
The
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
What is most needed in the above-described explosion-proof structure is that when the internal pressure of the battery rises abnormally due to misuse of the battery or the like, the internal pressure of the battery is released to the outside to ensure the safety of the battery. . Therefore, a test is performed to check whether the
[0007]
On the other hand, the
[0008]
Therefore, as a result of pursuing the cause, the present inventors have softened the PP layer of the
[0009]
Further, it has also been found that there is a possibility that the
[0010]
The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to maintain the characteristics shown in (1) and surely achieve the desired explosion-proof performance, and in a high-temperature environment as shown in (2). It is an object of the present invention to provide a cylindrical battery explosion-proof structure that does not malfunction even when stored for a long period of time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, the power generation element is housed in a bottomed cylindrical metal can, a sealing body is fitted through the gasket inside the opening of the metal can, and the opening end of the metal can is caulked inside. In the cylindrical battery that seals the inside of the can,
The sealing body includes a terminal plate having a cylindrical convex portion at the center, a resin packing having a central through hole disposed on the lower surface of the terminal plate, a circular diaphragm disposed on the lower surface of the resin packing, It is composed of a plate-like metal plate having a central window hole disposed on the lower surface of the diaphragm and caulked on the outer periphery of the terminal plate,
The diaphragm is made of a laminate film in which both sides of an aluminum sheet are covered with polypropylene,
Said cylindrical protrusion of said terminal plate, with a gas vent hole is formed, the blade cutting the top lower surface of the convex portion formed to project downward,
The central through hole of the resin packing is formed in a circular shape concentric with the cylindrical convex portion of the terminal plate and has an inner diameter in a range of 50% to 80% of the inner diameter of the cylindrical convex portion. This is a cylindrical battery.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of an explosion-proof structure to which the present invention is applied is shown in FIG. Compared with the conventional structure of FIG. 1, only the size of the central through-hole 33a of the
[0013]
The battery of this embodiment is a single-type spiral lithium battery having an outer diameter of about 25.5 mm and a total height of about 49 mm. The outer diameter of the sealing
[0014]
A feature of the present invention is that the inner diameter of the central through hole 32a of the resin packing 32 is in the range of 50% to 80% of the inner diameter of the cylindrical convex portion 31a of the
(1) By appropriately suppressing the expansion of the
(2) The
(3) The possibility of closing the
If the inner diameter of the central through hole 32a of the resin packing 32 is made too small, the upward expansion of the
[0015]
In order to confirm the effect of the present invention, 30 batteries of nine types each having different inner diameters (diameters) B of the central through holes 32a of the resin packing 32 were manufactured and tested. The inner diameter (diameter) A of the cylindrical convex portion 31a of the
[0016]
As a result, there was no evidence that the
[0017]
[Table 1]
[0018]
Moreover, the above-mentioned short circuit test was implemented about the said 9 types of battery. In this test, the
[0019]
That is, in this invention, since the inner diameter of the central through hole 32a of the resin packing 32 is made smaller than the inner diameter of the cylindrical convex portion 31a of the outer
[0020]
From the above, it is appropriate to form the inner diameter of the central through hole 32a of the resin packing 32 in the range of 50% to 80% with respect to the inner diameter of the cylindrical convex portion 31a of the
[0021]
【The invention's effect】
Even when the battery is stored for a long time in an environment of 70 to 80 ° C. by setting the inner diameter of the central through hole of the resin packing to 50% to 80% of the inner diameter of the cylindrical convex portion of the terminal plate, It is possible to prevent malfunctions by keeping the distance between the diaphragm and the cutting blade. Further, the diaphragm does not come into contact with the base portion of the cylindrical convex portion of the terminal plate in the process of swelling. Further, there is no possibility that the bulging portion of the diaphragm blocks the gas vent hole. Moreover, when the pressure in the battery rises to a predetermined value, the diaphragm expands by a predetermined amount and comes into contact with the cutting blade, so that reliable explosion-proof performance is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing in detail the structure of a sealing portion of a conventional cylindrical battery.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing in detail a structure of a sealing portion of a cylindrical battery according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the results of a short circuit test of the present invention and a conventional battery.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記封口体は、中央に円筒状凸部を有する端子板と、この端子板の下面に配設された中央透孔を有する樹脂パッキンと、この樹脂パッキンの下面に配設された円形ダイアフラムと、このダイアフラムの下面に配設されてその外周部分が前記端子板の外周部にかしめられてなる中央窓孔を有する皿状金属板とから構成され、
前記ダイアフラムは、アルミニウムシートの両面をポリプロピレンで被覆したラミネートフィルムからなり、
前記端子板の前記円筒状凸部には、ガス抜き孔が形成されているとともに、当該凸部の頂部下面には切り刃が下方に突出形成され、
前記樹脂パッキンの前記中央透孔は、前記端子板の前記円筒状凸部と同心の円形に形成されると共にその内径が前記円筒状凸部の内径の50%〜80%の範囲内に形成されてなることを特徴とする円筒形電池。 A power generation element is housed in a cylindrical metal can with a bottom, a sealing body is fitted inside the opening of this metal can via a gasket, and the inside of the can is sealed by caulking the opening end of the metal can inside. In cylindrical batteries,
The sealing body includes a terminal plate having a cylindrical convex portion at the center, a resin packing having a central through hole disposed on the lower surface of the terminal plate, a circular diaphragm disposed on the lower surface of the resin packing, It is composed of a plate-like metal plate having a central window hole disposed on the lower surface of the diaphragm and caulked on the outer periphery of the terminal plate,
The diaphragm is made of a laminate film in which both sides of an aluminum sheet are covered with polypropylene,
Said cylindrical protrusion of said terminal plate, with a gas vent hole is formed, the blade cutting the top lower surface of the convex portion formed to project downward,
The central through hole of the resin packing is formed in a circular shape concentric with the cylindrical convex portion of the terminal plate and has an inner diameter in a range of 50% to 80% of the inner diameter of the cylindrical convex portion. A cylindrical battery characterized by comprising:
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