JP4953225B2

JP4953225B2 - 密閉角形電池

Info

Publication number: JP4953225B2
Application number: JP2005317439A
Authority: JP
Inventors: 芳彦相沢; 良樹杣友
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: US7754373B2; JP2007123201A; KR20070046746A; US20070099070A1; CN1960027B; CN1960027A; KR101061148B1

Description

本発明は、電池内圧が異常上昇したときに、防爆弁が開裂して電池内のガスを解放する密閉角形電池に関する。

リチウム金属を活物質に用いた一次電池や、リチウムイオンを用いて充放電を行う二次電池などの密閉角形電池では、過大な電気負荷が加えられたり、過度の熱負荷が加えられたりすると、電池内部で短絡状態が発生してガスを発生し、電池内圧が異常上昇する。電池が充電過剰になった場合にも、電解液の分解により電池内でガスが発生し、電池内圧が異常上昇する。

電池が内圧の異常上昇に耐えられなくなると、電池ケースが破裂して電解液などの内容物が飛散する。このため、電池ケースには、特許文献１〜１１に示すごとく防爆弁を備えている。この防爆弁は、電池内圧の異常上昇に伴って電池ケースが変形することで裂け、その裂け目から電池内のガスを解放する。

特開平１１−１８５７１４号公報（図２・４）特開２０００−２８５８９２号公報（図２）特開２００１−１４３６６４号公報（図１−６）特開２００１−２６６８０４号公報（図２−１０）特開２００１−３４５０８３号公報（図２−２０）特開２００２−２５５２５号公報（図１−２）特開２００３−２９７３２２号公報（図３・６−８）特開２００４−３９２９４号公報（図３−９）特開２００４−７９３３０号公報（図３・７−１０）特開２００５−１０８５８４号公報（図１・６−８）特開２００５−３８７７３号公報（図３・５）

携帯電話などの小型電子機器に使用する密閉角形電池は、電池ケースが、上下高さ寸法および左右長さ寸法に対して前後幅寸法が小さい扁平四角形状に形成されており、電池内圧の異常上昇時には、電池ケースの前後側壁の中央部分が外側に膨張し、電池ケースの左右側壁および上下壁とが、それぞれ中央側が凹む湾曲状に変形する。

本出願人は、前記電池ケースにおいて変形の大きな箇所に防爆弁を設けることが確実な開裂作動の点で好ましいと考え、電池ケースの前後左右の側壁あるいは上下壁のいずれに防爆弁を設けるのがよいか検討した。これに対し、特許文献１〜１１には、電池ケースの前後側壁や上下壁に防爆弁を設けてあるが、その前後側壁や上下壁では、あまり大きな変形が生じないことが判明した。つまり、特許文献１〜１１では、防爆弁の確実な開裂作動を保障できないことになり、防爆弁の信頼性が低いことになる。

特に、電池ケースの左右側壁をそれぞれ左右方向の外側へ円弧状に膨出形成した前記扁平の密閉角形電池では、左右側壁の強度が高まって左右側壁が変形し難いために、電池内圧の異常上昇時には、電池ケースの左右側壁の上下端近くに応力が集中し、その上下端部で大きく変形する。

本発明の目的は、電池内圧の異常上昇したときの電池ケースの変形状態に着目し、信頼性に優れる防爆弁を備えた密閉角形電池を提供することにある。

本発明に係る密閉角形電池は、上下高さ寸法および左右長さ寸法に対して前後幅寸法が小さい扁平四角形状に形成された電池ケース１を有する。前記電池ケース１の左右側壁３・５のそれぞれは、左右方向の外側へ円弧状に膨出されている。前記左右側壁３・５の上部には、防爆弁２が凹み形成されている。前記防爆弁２は、上方側に中央湾曲部２０ａを有する側面視でＵ字形状の溝であり、該溝２０により左右側壁には肉薄部２１が形成されている。前記左右側壁３・５の上端から前記防爆弁２の前記中央湾曲部２０ａに至るまでの長さ寸法は、該左右側壁３・５の上下方向の長さ寸法で規定される前記電池ケース１の上下高さ寸法の３〜２０％となるように設定されている。そして、前記電池ケース１内の電池内圧が異常上昇すると、左右側壁３・５が上下方向の中央部側に対して上下端部側が左右外方に突出するように折れ曲がり、かかる左右側壁３・５の上端部側の左右外方向の折れ曲がりによって前記溝２０の中央湾曲部２０ａに係る肉薄部２１が引きちぎられて裂け目が形成されることにより、電池内圧が解放されるように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る密閉角形電池は、上下高さ寸法および左右長さ寸法に対して前後幅寸法が小さい扁平四角形状に形成された電池ケース１を有する。前記電池ケース１の左右側壁３・５のそれぞれは、左右方向の外側へ円弧状に膨出されている。前記左右側壁３・５の上部には、防爆弁２が凹み形成されている。前記防爆弁２は、上方側に中央屈曲部２５を有する側面視でＶ字形状の溝であり、該溝２０により左右側壁には肉薄部２１が形成されている。前記左右側壁３・５の上端から前記防爆弁２の前記中央屈曲部２５に至るまでの長さ寸法は、該左右側壁３・５の上下方向の長さ寸法で規定される前記電池ケース１の上下高さ寸法の３〜２０％となるように設定されている。そして、前記電池ケース１内の電池内圧が異常上昇すると、左右側壁３・５が上下方向の中央部側に対して上下端部側が左右外方に突出するように折れ曲がり、かかる左右側壁３・５の上端部側の左右外方向の折れ曲がりによって前記溝２０の中央屈曲部２５に係る肉薄部２１が引きちぎられて裂け目が形成されることにより、電池内圧が解放されるように構成されていることを特徴とする。

ここでの防爆弁２は、電池ケース１の左右側壁３・５のいずれか一方あるいは両方に設けてもよく、さらに左右側壁３・５の上下端のいずれか一方あるいは両方に設けてもよい。防爆弁２は、側面視で直線状あるいは曲線状の一本ないし複数本の溝２０で形成してもよく、側面視で直線と曲線とを組み合わせた形状の溝２０で形成してもよい。溝２０の断面形状は、断面Ｖ字形状や断面Ｕ字形状などの他、奥側の平坦面から開放面側へ溝幅寸法が大きくなる断面台形状のものなどが含まれる。

電池ケース１の左右側壁３・５の形状には、円形状や長円形状や楕円形状などの円弧状に膨出するものが該当し、左右側壁３・５の膨出先端部などに平坦面を有するものも含まれる。前記平坦面としては、前後幅寸法が２mm以下であることが好ましい。

防爆弁２は、図２に示すごとく電池ケース１の上下方向の一端側に中央湾曲部２０ａが位置した、側面視でＵ字形状の溝で形成され、あるいは図６に示すごとく電池ケース１の上下方向の一端側に中央屈曲部２５が位置した、側面視でＶ字形状の溝２０で形成されている。

本発明によれば、電池内圧の異常上昇時に大きく変形することが確認された部位、すなわち電池ケース１の左右側壁３・５の上下方向の一端近くに防爆弁２を設けたので、電池内圧の異常上昇時には、防爆弁２が確実に開裂して電池内圧を解放できる。したがって、密閉角形電池に対して、信頼性に優れた防爆弁２を設けることができる。

防爆弁２が、側面視でＵ字形状あるいはＶ字形状の溝２０で形成されると、電池内圧が異常上昇したときに、溝２０の中央湾曲部２０ａや中央屈曲部２５に相当する箇所から肉薄部２１が容易に引きちぎられて、この裂け目から電池内圧が確実に解放される。

（実施例１）図１ないし図５は、本発明に係る密閉角形電池の実施例１としてのリチウムイオン二次電池を示しており、図３に示すごとく、上下高さ寸法および左右長さ寸法に対して前後幅寸法が小さい扁平四角形状の電池ケース１に、電池内圧の異常上昇時に開裂して電池内圧を解放する防爆弁２が設けられている。電池ケース１の左右側壁３・５は、それぞれ左右方向の外側へ断面円弧状（図４参照）に膨出しており、右側壁５の上端近くに前記防爆弁２が設けられている。

電池ケース１内には、図１に示すごとく電極体６および非水電解液が密閉収容されており、電池ケース１内の上端にプラスチック製のインシュレータ７が配されている。因みに、電池ケース１の左右長さ寸法は３４mm、前後幅寸法は５mm、上下高さ寸法は４５mmである。

電池ケース１は、上面が開口する有底角筒形状のケース本体９と、ケース本体９の開口上面を密閉状に閉じる左右横長の蓋壁１０とからなる。本発明では、ケース本体９の開口上面をトリミング加工する際に、ケース本体９の右側壁５に防爆弁２をプレス成形する。ケース本体９は、ステンレス鋼板などを深絞り加工して形成される。ケース本体９の材質は、アルミニウム、鉄またはステンレス鋼、あるいはこれらの合金が選択される。防爆弁２は、切削加工で形成してもよい。

電極体６は、シート状の正極と、シート状の負極との電極をシート状のセパレータを間にして渦巻状に巻回したのちに、電池ケース１の断面形状に合致するように全体を断面四角形の偏平状に押し潰し変形してある。電極体６の正極からは、アルミニウム製の正極集電リード１１が上向きに導出し、負極からは、ニッケル製の負極集電リード１２が上向きに導出している。

蓋壁１０は、アルミニウム合金などの導電性を有する金属板のプレス成形品であり、外周縁がケース本体９の上端開口周縁にレーザーでシール溶接される。蓋壁１０の中央には、上下の絶縁パッキング１３・１５を介して負極端子１６が貫通状に取り付けられる。蓋壁１０の厚み寸法は、0.８mmとした。

蓋壁１０の右端側に注液孔１７を設けてあり、この注液孔１７を介して電解液が電池ケース１内に注入される。注液孔１７は、電解液の注入後にシールされる。負極端子１６の下端には、左右方向に長い長方形の薄板からなるリード体１９が接続されている。リード体１９は、前記注液孔１７の反対側に延びており、下側の絶縁パッキング１５で蓋壁１０と絶縁されている。このリード体１９の下面に、負極集電リード１２がレーザー溶接される。

正極集電リード１１は、下側の絶縁パッキング１５と注液孔１７との間において蓋壁１０の内面にスポット溶接する。これにより、正極集電リード１１は電池ケース１に導通し、電池ケース１が正極端子を兼ねる。

防爆弁２は、図２に示すごとく側面視でＵ字形状の溝２０で形成されている。溝２０は、電池ケース１の右側壁５において中央湾曲部２０ａが電池ケース１の上端側に位置しており、図１および図４に示すごとく右側壁５に対して断面Ｖ字形状に凹み形成してある。溝２０の幅寸法ｔ１は、0.３mmとした。溝２０によって電池ケース１の右側壁５に形成された肉薄壁（残厚）２１の厚さ寸法ｔ２は0.１５mmとした。電池ケース１の上端から溝２０の中央湾曲部２０ａまでの寸法ｔ３は、ケース本体９の上下高さ寸法ｔ４（図３）の７％に設定した。ケース本体９の左右側壁３・５の厚み寸法は、それぞれ0.３mmとした。

電池内圧が異常上昇すると、電池ケース１に膨張変形が生じる。具体的には図５に示すごとく、ケース本体９の前後側壁の中央部分が外側に膨張し、ケース本体９の左右側壁３・５および下壁と、蓋壁１０とはそれぞれ中央側が凹む湾曲状に変形する。

電池内圧が所定値を越えて異常上昇すると、ケース本体９の左右側壁３・５は、断面円弧状に形成されている分だけ変形し難く、上下方向の中央部側に対して上下端部側が左右外方に突出するよう急峻に折れ曲がる（図５の状態）。この際、図２に示すごとく、右側壁５の上下方向の中央側に属して溝２０で画成された舌片部２２は、その剛性で折れ曲がらずに居残り状態となって、肉薄壁２１を電池内方に引っ張るよう働く。

この肉薄壁２１の内側方への引っ張り力は、溝２０の中央湾曲部２０ａで大きくなるので、中央湾曲部２０ａに相当する箇所から肉薄部２１が引きちぎられ、この裂け目から電池内圧が解放される。

このように、電池内圧の異常上昇時に大きく変形する電池ケース１の右側壁５の上端近くに防爆弁２を設けたので、電池内圧の異常上昇時には防爆弁２が確実に開裂する。

（実施例２）図６は、本発明が対象とする密閉角形電池の実施例２を示している。防爆弁２の溝２０は、側面視でＶ字形状に形成されており、中央屈曲部２５がケース本体９の右側壁５の上端側に位置して上下方向に開脚する。それ以外は、実施例１と同様にした。

実施例２でも、実施例１と同様に、電池内圧の異常上昇によって電池ケース１の左右側壁３・５の上下端部が急峻に折れ曲がったときには、溝２０で画成されたＶ字形状の舌片部２２が、溝２０によって形成された肉薄壁２１を電池内方に引っ張り、中央屈曲部２５に相当する箇所から肉薄部２１が容易に引きちぎられて、この裂け目から電池内圧が解放される。

（実施例３）図７は、本発明が対象とする密閉角形電池の実施例３を示している。実施例３では、防爆弁２の溝２０は、その中央部２６が前後方向に直線状に延びるとともに、中央部２６の前後両端から下方へ開脚状に延びた、側面視で台形状に形成されている。それ以外は、実施例１と同様にした。

（実施例４）図８は、本発明が対象とする密閉角形電池の実施例４を示している。実施例４では、防爆弁２の溝２０は、実施例１が中央湾曲部２０ａを円弧状に形成してあったのに対して、中央湾曲部２０ａの中央をやや尖がった形状に形成している。それ以外は、実施例１と同様にした。

（参考例１）図９は、密閉角形電池の参考例１を示しており、参考例１では、防爆弁２の溝２０が前後方向に延びる直線状に形成されている。

（参考例２）図１０は、密閉角形電池の参考例２を示しており、参考例２では、防爆弁２の溝２０が×形状に形成されている。

（参考例３）図１１は、密閉角形電池の参考例３を示しており、参考例３では、防爆弁２の溝２０が＋形状に形成されている。

防爆弁２は、ケース本体９の上端から溝２０の上端、あるいはケース本体９の下端から溝２０の下端までの寸法が、ケース本体９の上下高さ寸法の３〜２０％に設定してあればよい。溝２０は、断面Ｕ字形状や断面台形状などに凹み形成してあってもよい。

実施例１の密閉角形電池の縦断正面図実施例１の電池の側面図実施例１の電池の斜視図防爆弁の横断平面図電池の膨張状態を説明する斜視図実施例２の防爆弁の側面図実施例３の防爆弁の側面図実施例４の防爆弁の側面図参考例１の防爆弁の側面図参考例２の防爆弁の側面図参考例３の防爆弁の側面図

符号の説明

１電池ケース
２防爆弁
３左側壁
５右側壁
９ケース本体
２０溝
２０ａ中央湾曲部
２１肉薄壁
２５中央屈曲部
２６中央部

Claims

上下高さ寸法および左右長さ寸法に対して前後幅寸法が小さい扁平四角形状に形成された電池ケースを有し、
前記電池ケースの左右側壁のそれぞれは、左右方向の外側へ円弧状に膨出されており、
前記左右側壁の上部には、防爆弁が凹み形成されており、
前記防爆弁は、上方側に中央湾曲部を有する側面視でＵ字形状の溝であり、該溝により左右側壁には肉薄部が形成されており、
前記左右側壁の上端から前記防爆弁の前記中央湾曲部に至るまでの長さ寸法が、該左右側壁の上下方向の長さ寸法で規定される前記電池ケースの上下高さ寸法の３〜２０％となるように設定されており、
前記電池ケース内の電池内圧が異常上昇すると、左右側壁が上下方向の中央部側に対して上下端部側が左右外方に突出するように折れ曲がり、かかる左右側壁の上端部側の左右外方向の折れ曲がりによって前記溝の中央湾曲部に係る肉薄部が引きちぎられて裂け目が形成されることにより、電池内圧が解放されるように構成されていることを特徴とする密閉角形電池。
上下高さ寸法および左右長さ寸法に対して前後幅寸法が小さい扁平四角形状に形成された電池ケースを有し、
前記電池ケースの左右側壁のそれぞれは、左右方向の外側へ円弧状に膨出されており、
前記左右側壁の上部には、防爆弁が凹み形成されており、
前記防爆弁は、上方側に中央屈曲部を有する側面視でＶ字形状の溝であり、該溝により左右側壁には肉薄部が形成されており、
前記左右側壁の上端から前記防爆弁の前記中央屈曲部に至るまでの長さ寸法が、該左右側壁の上下方向の長さ寸法で規定される前記電池ケースの上下高さ寸法の３〜２０％となるように設定されており、
前記電池ケース内の電池内圧が異常上昇すると、左右側壁が上下方向の中央部側に対して上下端部側が左右外方に突出するように折れ曲がり、かかる左右側壁の上端部側の左右外方向の折れ曲がりによって前記溝の中央屈曲部に係る肉薄部が引きちぎられて裂け目が形成されることにより、電池内圧が解放されるように構成されていることを特徴とする密閉角形電池。