JP4592315B2

JP4592315B2 - 密閉型二次電池

Info

Publication number: JP4592315B2
Application number: JP2004094360A
Authority: JP
Inventors: 克彦新山; 潔熊谷; 宏中村; 俊之能間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005285404A

Description

この発明は、電池缶内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されると共に、この電池缶の開口部が、端子キャップが設けられた蓋材によって封口されてなる密閉型二次電池に係り、特に、大電流で充放電させた場合などにおいて、大量のガスが発生するのを防止すると共に、大量のガスが外部に放出されてサイクル寿命が低下するのを防止するようにした点に特徴を有するものである。

密閉型二次電池としては、従来より様々な種類の二次電池が使用されており、このような密閉型二次電池の一つとして、例えば、図１に示すような密閉型二次電池が用いられている。

ここで、図１に示す密閉型二次電池においては、正極１と負極２との間にセパレータ３を介在させてスパイラル状に巻いた電極体１０を電池缶２０内に収容させ、上記の正極１を、正極リード１ａを介して端子キャップ３１が設けられた蓋材３０に接続させる一方、上記の負極２を、負極リード２ａを介して電池缶２０に接続させ、この電池缶２０内に電解液（図示せず）を注液した後、上記の電池缶２０の周囲に絶縁パッキン４を介して蓋材３０を取り付け、電池缶２０の開口部を封口させると共に、上記の絶縁パッキン４により電池缶２０と蓋材３０とを電気的に分離させるようにしている。

また、この密閉型二次電池においては、上記の端子キャップ３１によって被覆された蓋材３０の部分に貫通穴３０ａを設けると共に、上記の端子キャップ３１にガス抜き穴３１ａを設け、上記の端子キャップ３１と蓋材３０との間の空間部に弁３２とバネ３３とを設け、このバネ３３により弁３２を蓋材３０に押し付けて、上記の貫通穴３０ａを弁３２によって閉塞させるようにしている。

そして、この密閉型二次電池の充放電により正極や負極においてガスが発生して、この電池の内圧が異常に上昇した場合には、上記のバネ３３が圧縮されて貫通穴３０ａを閉塞していた弁３２が開き、電池内部のガスがこの貫通穴３０ａから上記のガス抜き穴３１ａを通って外部に放出されるようにしている。

また、近年においては、上記のような密閉型二次電池を短時間で充電させて使用するため、大電流で急速に充電させることが要望されている。

しかし、このように大電流で急速に充電させた場合、正極や負極において発生するガスの量が著しく増大し、特に、負極材料に水素吸蔵合金を用いたニッケル・水素蓄電池からなる密閉型二次電池においては、正極のニッケル極において副反応の酸素発生が生じると共に、負極の水素吸蔵合金極において水素解離による水素ガスが多く発生し、多くのガスが外部に放出されるようになり、これによってサイクル寿命が大きく低下するという問題が生じた。

このため、近年においては、充電時に電池の内圧が大きく上昇した場合に、充電を遮断させるようにした密閉型二次電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、上記の密閉型二次電池においては、電池の内圧が上昇した場合に、電池缶の開口部側に設けられた絶縁体の変形によって圧力応答弁が移動して電気を遮断させる機構と、電池内のガスを外部に放出させる機構とを別々に設けるようにしている。

しかし、このように電気を遮断させる機構と、電池内のガスを外部に放出する機構とを別々に設ける場合、構造が複雑になると共に、電気を遮断させる前に電池内のガスが放出される可能性があり、これによりサイクル寿命が低下する可能性があった。
ＵＳ２００２／０１１９３６４Ａ１

この発明は、密閉型二次電池における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と電解液とが収容された電池缶の開口部を、ガス抜き穴を有する端子キャップが設けられた蓋材によって封口させるようにした密閉型二次電池において、大電流で充電させた場合などにおいても、大量のガスが発生するのを防止すると共に、大量のガスが外部に放出されてサイクル寿命が低下するのを抑制することを課題とするものである。

この発明においては、上記のような課題を解決するため、電池缶内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されると共に、この電池缶の開口部が、ガス抜き穴を有する端子キャップが設けられた蓋材によって封口されてなる密閉型二次電池において、上記の蓋材に貫通穴を設ける一方、上記の蓋材と上記の電極体における一方の電極とを接続させる接続部材を移動可能に設けると共に、この接続部材に上記の貫通穴を閉塞させる閉塞部を設け、この閉塞部によって貫通穴を閉塞させると共に接続部材を蓋材と上記の電極とを接続させる方向に付勢する付勢部材を設け、上記の電池缶内の内圧の上昇により接続部材が移動した場合に、この接続部材による蓋材と上記の電極との接続が遮断されるようにしたものである。また、上記の貫通穴はガスの抜け穴であると共に、接続部材を移動させる穴でもある。

そして、この発明における密閉型二次電池において、電池缶内の内圧が上昇して、付勢部材により付勢されている接続部材が移動した場合、この接続部材による上記の蓋材と電極との接続が遮断されて充電が停止され、これにより過剰にガスが発生するのが抑制されるようになる。このため、上記の端子キャップに設けられたガス抜き穴を通して外部に排出されるガスの量が少なくなる。

また、この密閉型二次電池において、上記の接続部材と端子キャップに設けられたガス抜き穴との間を密閉させて、ガスがガス抜き穴から流出するのを所定の圧力まで抑制する遮蔽部材を設けると、上記のように電池缶内の内圧が上昇して、付勢部材により付勢されている接続部材が移動し、この接続部材に設けられた閉塞部によって閉塞されていた貫通穴が開いたとしても、この貫通穴を通して流出したガスが所定の圧力に達するまで上記の遮蔽部材により遮蔽されて、端子キャップに設けられたガス抜き穴を通して外部に排出されるのが抑制されるようになる。

また、上記の付勢部材及び遮蔽部材として、上記の蓋材に設けられた貫通穴を覆うようにして気密性の１つの弾性体を設けると、電池缶内の内圧が過剰に上昇した場合、この気密性の弾性体が押されて膨張し、これにより接続部材が移動して、上記の蓋材と電極との接続が遮断されると共に、ガスがこのように膨張した弾性体内に閉じ込められ、ガスが上記のガス抜き穴を通して外部に放出されるのが防止されると共に、付勢部材と遮蔽部材とを別々に設ける場合に比べて、部品数が少なくなると共にその構造を簡単にすることができる。

また、上記の接続部材が移動する圧力よりも、上記の遮蔽部材がガスの流出を抑制する圧力を高く設定すると、接続部材の移動により蓋材と電極との接続が遮断されて充電が停止された後、さらに電池缶内の内圧が上昇した場合にだけ、ガスが上記のガス抜き穴を通して外部に放出されるようになり、外部へのガスの流出がより一層抑制されるようになる。

また、上記の遮蔽部材を、接続部材と端子キャップに設けられたガス抜き穴との間を密閉させる方向に付勢する第２の付勢部材を設けると、遮蔽部材による遮蔽が開放されて、ガスがガス抜き穴を通して外部に放出された後、電池缶内の内圧が減少すると、上記の第２の付勢部材によって遮蔽部材が復帰して、接続部材と端子キャップに設けられたガス抜き穴との間が密閉されるようになる。

この発明においては、上記のように電池缶内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と電解液とが収容されると共に、この電池缶の開口部が、ガス抜き穴を有する端子キャップが設けられた蓋材によって封口された密閉型二次電池において、上記の蓋材に貫通穴を設ける一方、蓋材と電極体における一方の電極とを接続させる接続部材を移動可能に設けると共に、この接続部材に蓋材に設けられた貫通穴を閉塞させる閉塞部を設け、接続部材によって蓋材と電極とを接続させると共に貫通穴を閉塞部によって閉塞させるように、付勢部材によりこの接続部材を付勢し、電池缶内の内圧の上昇により付勢部材により付勢されている接続部材が移動した場合に、蓋材と上記の電極との接続が遮断されるようにしたため、大電流で充電させた場合などにおいても、大量にガスが発生するのが抑制されるようになる。

このため、上記の端子キャップに設けられたガス抜き穴を通して外部に排出されるガスの量が少なくなり、この密閉型二次電池のサイクル寿命が低下するのが防止されるようになる。特に、負極材料に水素吸蔵合金を用いたニッケル・水素蓄電池からなる密閉型二次電池においては、サイクル寿命が大きく低下するのが防止されるようになる。

ここで、この発明の実施形態に係る密閉型二次電池を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明における密閉型二次電池は、特に下記の実施形態に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

（実施形態１）
この実施形態における密閉型二次電池においても、図２に示すように、図１に示した密閉型二次電池と同様に、正極１と負極２との間にセパレータ３を介在させてスパイラル状に巻いた電極体１０と、電解液とを電池缶２０内に収容させると共に、この電池缶２０の周囲に絶縁パッキン４を介して端子キャップ３１が設けられた蓋材３０を取り付けて、電池缶２０の開口部を封口させると共に、上記の絶縁パッキン４により電池缶２０と蓋材３０とを電気的に分離させるようにしている。

また、この実施形態における密閉型二次電池においても、上記の蓋材３０に貫通穴３０ａを設けると共に、上記の端子キャップ３１にガス抜き穴３１ａを設け、また上記の負極２を、負極リード２ａを介して電池缶２０に接続させるようにしている。

一方、この実施形態における密閉型二次電池においては、上記の正極１から延出された正極リード１ａを集電体１ｂに取り付け、この集電体１ｂと上記の蓋材３０とを接続させる接続部材２１として、軸２１ａに上記の蓋材３０に設けられた貫通穴３０ａを閉塞させる板状の閉塞部２１ｂが設けられたものを用いるようにしている。

そして、この実施形態における密閉型二次電池においては、上記の接続部材２１において、閉塞部２１ｂより上方、すなわち集電体１ｂと反対側に突出した軸２１ａを、ドーム状に形成された気密性の弾性体からなる付勢・遮蔽部材２２に貫通させて、この接続部材２１を付勢・遮蔽部材２２に固定させると共に、このドーム状になった付勢・遮蔽部材２２が上記の貫通穴３０ａを覆うようにして、この付勢・遮蔽部材２２の底面部を上記の蓋材３０に接着させている。そして、この付勢・遮蔽部材２２により、接続部材２１の軸２１ａの下端を上記の集電体１ｂに押し付けると共に、この接続部材２１の閉塞部２１ｂによって蓋材３０の貫通穴３０ａを閉塞させるように付勢し、この接続部材２１により上記の集電体１ｂと蓋材３０とを電気的に接続させている。

ここで、上記の密閉型二次電池を充電させた場合において、上記の電池缶２０内においてガスが発生し、この電池缶２０内における内圧が上昇すると、このガスにより上記の貫通穴３０ａを閉塞させている接続部材２１の閉塞部２１ｂが上方に押されるようになる。

そして、この電池缶２０内における内圧が上記の付勢・遮蔽部材２２による付勢力を超えると、図３に示すように、この付勢・遮蔽部材２２が接続部材２１を介して上方に押されて伸び、これにより接続部材２１が上方に移動して、貫通穴３０ａを閉塞させていた閉塞部２１ｂが蓋材３０から離れると共にこの接続部材２１の軸２１ａが上記の集電体１ｂから離れ、上記の集電体１ｂと蓋材３０とが電気的に分離されて充電が停止され、さらにガスが発生するのが防止されると共に、貫通穴３０ａを通して流出したガスは上記の付勢・遮蔽部材２２内に留まり、ガスが端子キャップ３１に設けられたガス抜き穴３１ａを通して外部に流出するのが防止される。

そして、このように充電が停止されて、電池缶２０内における内圧が減少した場合には、上記の付勢・遮蔽部材２２による付勢力により、上記の接続部材２１が元の位置に弾性復帰し、この接続部材２１の軸２１ａの下端が集電体１ｂに押し付けられると共に、この接続部材２１の閉塞部２１ｂによって蓋材３０の貫通穴３０ａが閉塞され、集電体１ｂと蓋材３０とがこの接続部材２１によって電気的に接続されて充放電できるようになる。

また、上記の密閉型二次電池を大電流で急速充電させるなどにより、電池缶２０内において大量のガスが発生し、電池缶２０内における内圧が異常に上昇した場合などには、上記のように付勢・遮蔽部材２２が上方に伸びて接続部材２１が上方に移動し、集電体１ｂと蓋材３０とが電気的に分離されて充電が停止された後、図４に示すように、さらに付勢・遮蔽部材２２が押し上げられて、蓋材３０に接着されていた付勢・遮蔽部材２２が蓋材３０から外れ、貫通穴３０ａを通して流出したガスが、蓋材３０と付勢・遮蔽部材２２との間を通り、上記の端子キャップ３１に設けられたガス抜き穴３１ａを通して外部に排出されるようになる。

なお、上記のように蓋材３０に接着されていた付勢・遮蔽部材２２が蓋材３０から外れると、この付勢・遮蔽部材２２によって接続部材２１を元の位置に弾性復帰させることができなくなる。

このため、上記のように付勢・遮蔽部材２２が蓋材３０から外れた後も、接続部材２１が元の位置に弾性復帰されるように、図５に示すように、上記の付勢・遮蔽部材２２から上方に突出した接続部材２１における軸２１ａの上端と、上記の端子キャップ３１との間に、ゴムやバネなどで構成された第２の付勢部材２３を設けることができる。

そして、このように第２の付勢部材２３を設けると、上記のようにガスが端子キャップ３１に設けられたガス抜き穴３１ａを通して外部に排出された後、上記の電池缶２０内における内圧が減少した場合には、この第２の付勢部材２３による付勢力により、上記の付勢・遮蔽部材２２と共に接続部材２１が元の位置に弾性復帰し、この接続部材２１の軸２１ａの下端が集電体１ｂに押し付けられると共にこの接続部材２１の閉塞部２１ｂによって蓋材３０の貫通穴３０ａが閉塞され、集電体１ｂと蓋材３０とが接続部材２１により電気的に接続されて、さらに充放電できるようになる。

（実施形態２）
この実施形態における密閉型二次電池においては、図６に示すように、上記の実施形態１に示した密閉型二次電池における付勢・遮蔽部材２２に代えて、接続部材２１と端子キャップ３１に設けられたガス抜き穴３１ａとの間を密閉させるキャップ状の遮蔽部材２２ｂを、接続部材２１を覆うようにして設けると共に、この遮蔽部材２２ｂの内部にバネで構成された付勢部材２２ａを設け、この付勢部材２２ａにより、上記の接続部材２１の軸２１ａの下端を集電体１ｂに押し付けると共に、この接続部材２１の閉塞部２１ｂによって蓋材３０の貫通穴３０ａを閉塞させるように付勢している。

また、この実施形態における密閉型二次電池においては、上記の遮蔽部材２２ｂと端子キャップ３１との間に、バネで構成された第２の付勢部材２３を設け、この第２の付勢部材２３により遮蔽部材２２ｂを蓋材３０に押し付けて、接続部材２１と端子キャップ３１に設けられたガス抜き穴３１ａとの間を密閉させるようにしている。

ここで、この実施形態における密閉型二次電池において、電池缶２０内における内圧が上記の付勢部材２２ａによる付勢力を超えると、図７に示すように、この付勢部材２２ａが収縮して接続部材２１が上方に移動し、貫通穴３０ａを閉塞させていた閉塞部２１ｂが蓋材３０から離れると共に、この接続部材２１の軸２１ａが上記の集電体１ｂから離れ、上記の集電体１ｂと蓋材３０とが電気的に分離されて充電が停止され、さらにガスが発生するのが防止されると共に、貫通穴３０ａを通して流出したガスは遮蔽部材２２ｂ内に留まり、ガスが端子キャップ３１に設けられたガス抜き穴３１ａを通して外部に流出するのが防止される。

そして、このように充電が停止されて、電池缶２０内における内圧が減少した場合には、上記の付勢部材２２ａによる付勢力により、上記の接続部材２１が元の位置に弾性復帰し、この接続部材２１の軸２１ａの下端が集電体１ｂに押し付けられると共に、この接続部材２１の閉塞部２１ｂによって蓋材３０の貫通穴３０ａが閉塞され、集電体１ｂと蓋材３０とがこの接続部材２１によって電気的に接続されて充放電できるようになる。

また、上記の密閉型二次電池を大電流で急速充電させるなどにより、電池缶２０内において大量のガスが発生し、電池缶２０内における内圧が異常に上昇した場合などにおいては、上記のように付勢部材２２ａが収縮して、接続部材２１が上方に移動し、貫通穴３０ａを閉塞させていた閉塞部２１ｂが蓋材３０から離れると共に、この接続部材２１の軸２１ａが上記の集電体１ｂから離れ、上記の集電体１ｂと蓋材３０とが電気的に分離されて充電が停止された後、図８に示すように、上記の遮蔽部材２２ｂを蓋材３０に押し付けていた第２の付勢部材２３が押されて、遮蔽部材２２ｂが蓋材３０から離れ、貫通穴３０ａを通して流出したガスが、上記の端子キャップ３１に設けられたガス抜き穴３１ａを通して外部に排出されるようになる。

そして、上記のようにガスが端子キャップ３１に設けられたガス抜き穴３１ａを通して外部に排出された後、上記の電池缶２０内における内圧が減少した場合には、上記の第２の付勢部材２３による付勢力により、上記の遮蔽部材２２ｂと共に接続部材２１が元の位置に弾性復帰し、この接続部材２１の軸２１ａの下端が集電体１ｂに押し付けられると共に、この接続部材２１の閉塞部２１ｂによって蓋材３０の貫通穴３０ａが閉塞され、集電体１ｂと蓋材３０とが接続部材２１により電気的に接続されて、さらに充放電できるようになる。

従来の密閉型二次電池を示した概略説明図である。この発明の実施形態１に係る密閉型二次電池を示した概略説明図である。上記の実施形態１に係る密閉型二次電池において、付勢・遮蔽部材が蓋材に接着された状態で接続部材が上方に移動して、集電体と蓋材とが電気的に分離された状態を示した概略説明図である。上記の実施形態１に係る密閉型二次電池において、接続部材が上方に移動して集電体と蓋材とが電気的に分離されると共に、付勢・遮蔽部材が蓋材から外れた状態を示した概略説明図である。上記の実施形態１に係る密閉型二次電池において、付勢・遮蔽部材から上方に突出した接続部材における軸の上端と端子キャップとの間に、第２の付勢・遮蔽部材を設けた変更例を示した概略説明図である。この発明の実施形態２に係る密閉型二次電池を示した概略説明図である。上記の実施形態２に係る密閉型二次電池において、付勢部材が収縮されて接続部材が上方に移動し、集電体と蓋材とが電気的に分離された状態を示した概略説明図である。上記の実施形態２に係る密閉型二次電池において、接続部材が上方に移動して集電体と蓋材とが電気的に分離されると共に、遮蔽部材が蓋材から外れた状態を示した概略説明図である。

符号の説明

１正極
１ａ正極リード
１ｂ集電体
２負極
２ａ負極リード
３セパレータ
４絶縁パッキン
１０電極体
２０電池缶
２１接続部材
２１ａ軸
２１ｂ閉塞部
２２付勢・遮蔽部材
２２ａ付勢部材
２２ｂ遮蔽部材
２３第２の付勢部材
３０蓋材
３０ａ貫通穴
３１端子キャップ
３１ａガス抜き穴

Claims

電池缶内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されると共に、この電池缶の開口部が、ガス抜き穴を有する端子キャップが設けられた蓋材によって封口されてなる密閉型二次電池において、上記の蓋材に貫通穴が設けられる一方、上記の蓋材と上記の電極体における一方の電極とを接続させる接続部材が移動可能に設けられると共に、この接続部材に上記の貫通穴を閉塞させる閉塞部が設けられ、この閉塞部によって貫通穴を閉塞させると共に接続部材を蓋材と上記の電極とを接続させる方向に付勢する付勢部材が設けられ、上記の電池缶内の内圧の上昇により上記の接続部材が移動した場合に、この接続部材による蓋材と上記の電極との接続が遮断され、
上記の貫通穴はガスの抜け穴であると共に、接続部材を移動させる穴でもあり、
上記の接続部材と端子キャップに設けられたガス抜き穴との間を密閉させて、ガスがガス抜き穴から流出するのを所定の圧力まで抑制する遮蔽部材が設けられ、
上記の付勢部材及び遮蔽部材として、上記の貫通穴を覆うようにして気密性の１つの弾性体を設けたことを特徴とする密閉型二次電池。
電池缶内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されると共に、この電池缶の開口部が、ガス抜き穴を有する端子キャップが設けられた蓋材によって封口されてなる密閉型二次電池において、上記の蓋材に貫通穴が設けられる一方、上記の蓋材と上記の電極体における一方の電極とを接続させる接続部材が移動可能に設けられると共に、この接続部材に上記の貫通穴を閉塞させる閉塞部が設けられ、この閉塞部によって貫通穴を閉塞させると共に接続部材を蓋材と上記の電極とを接続させる方向に付勢する付勢部材が設けられ、上記の電池缶内の内圧の上昇により上記の接続部材が移動した場合に、この接続部材による蓋材と上記の電極との接続が遮断され、
上記の貫通穴はガスの抜け穴であると共に、接続部材を移動させる穴でもあり、
上記の接続部材と端子キャップに設けられたガス抜き穴との間を密閉させて、ガスがガス抜き穴から流出するのを所定の圧力まで抑制する遮蔽部材が設けられ、
上記の遮蔽部材を接続部材と端子キャップに設けられたガス抜き穴との間を密閉させる方向に付勢する第２の付勢部材が設けられていることを特徴とする密閉型二次電池。
請求項２に記載した密閉型二次電池において、上記の付勢部材及び遮蔽部材として、上記の貫通穴を覆うようにして気密性の１つの弾性体を設けたことを特徴とする密閉型二次電池。
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載した密閉型二次電池において、上記の接続部材が移動される圧力よりも、上記の遮蔽部材がガスの流出を抑制する圧力が高く設定されていることを特徴とする密閉型二次電池。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載した密閉型二次電池において、上記の負極における負極材料が水素吸蔵合金であることを特徴とする密閉型二次電池。