JP5128759B2

JP5128759B2 - 密閉型電池の安全弁体の成形方法、及び、密閉型電池の安全弁体の成形装置

Info

Publication number: JP5128759B2
Application number: JP2005053962A
Authority: JP
Inventors: 仁志亀尾; 浩之細井
Original assignee: Kaga Inc
Current assignee: Kaga Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006236949A

Description

本発明は密閉型電池の安全弁板及びその成形方法、更に詳しくは密閉された有機電解質電池の内圧上昇時に電池内のガスを大気中に放出する密閉型電池容器の安全弁板及びその成形方法並びにその成形装置に関するものである。

従来、密閉型電池の安全弁板には、電池容器の開口部に弁孔を有する皿板とガス抜き孔を有する端子板とで弁孔を閉塞する可撓膜を挟持し、端子板に可撓膜と相対して切刃を突設すると共に、前記端子板に弁孔の中心として楔状の環状凹部による肉薄部を設けた安全弁構造（特許文献１参照）が提案されている。

密閉型有機電解質電池では、短絡、或いは熱源の接触等による電池内の異常反応で内圧（作動圧力）が上昇して、電池容器の破壊を起こすことがあった。
そこで、内圧が所定圧に達すると、ガスを放出させて、電池容器の破壊を未然に防止する安全弁を電池容器の開口部を閉塞する安全弁板に設けている。
特許文献１は、電池容器の内圧が所定圧力を越えると、可撓膜がその内圧で弾性変形して切刃で切断されるか、また端子板に形成されている肉薄部が破損されてガスを放出するようになっている。
その脆弱部である肉薄部は、楔状を呈する環状溝部を同心円状に異なる径をもって相対向して設けることでその環状溝部のその底部に形成され、その環状溝部で囲まれたエリアをガスの受圧面にして、その受圧面にガス圧が作用することで肉薄部（脆弱部）が破断し、ガスを放出する。

しかしながら、特許文献１では、切刃付きの皿板と端子板とで可撓膜を挟持して電池容器の開口部に組付固定する構成のため、構造が複雑であるばかりでなく、切刃の使用で、密閉型電池組立時に誤って怪我することがあり、安全性が乏しい。
しかも、可撓膜では経時的な膜成分の組成変化等によって展延度が変化し、所定破断作動圧での破断に対して信頼性がない。
その環状溝部は切削加工で成形されるものであるから、成形が面倒で、作業時間も要し、３部材（切刃付きの皿板、可撓膜、端子板）使用という構造の複雑さも相乗して、廉価な提供を困難にする。
実開昭６３−１６７６６９号公報

本発明は上記従来事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、脆弱部が周りに設けられた広狭がない安定面積の受圧面を有し、所定の破断作動圧での破断に好適な密閉式電池の安全弁板（圧縮成形品）及びその成形方法並びにその成形装置を提供することにある。
他の目的とする処は、前記安定面積の受圧面に連続する脆弱部における破断箇所の鋭利度の設定で、所定の破断作動圧（ガス圧）でのタイムリーな破断に最適な密閉式電池の安全弁板（圧縮成形品）及びその成形方法並びにその成形装置を提供することにある。

本発明者等は、加工容易性、構成の簡素化、安全性を兼備させるべく鋭意研究を重ねた結果、金属板に設定された所定エリアとその周りの凹部とを構成部とする圧縮成形構成において、その所定エリアの凹部圧縮成形時に発生するその膨らみを押える制御をすることによってその所定エリアに面積が安定する受圧面を形設できることを知見し、本発明に至ったものである。
また、受圧面の面積安定化に加えて、凹部底（脆弱部）における受圧面側の隅部の鋭利度を所定に設定することによって、所定の破断作動圧（ガス圧）に内圧が達するタイムリーにその脆弱部を破断することを本発明に至ったものである。
即ち、本発明は、密閉型有機電解質電池の電池容器の開口部を閉塞する安全弁構成用の金属板表面の所定エリア周りに圧縮成形された薄肉な凹部底と、該凹部圧縮成形でのその所定エリアの膨らみを押えて成形された寸法安定部とを備えたことを特徴とする密閉型電池の安全弁板である。
また、密閉型有機電解質電池の電池容器の開口部を閉塞する安全弁構成用の金属板表面の第１所定エリアに凹所を凹設し、該凹所底に設定された第２所定エリア周りに、圧縮成形された薄肉な凹部底を設け、該第２所定エリアを、凹部圧縮成形での膨らみを押えて成形された寸法安定部で構成した密閉型電池の安全弁板であると好適なものである。

本発明は圧縮形成で脆弱部とそれを周りに有する受圧面を同時成形している。
圧縮成形、詳細にはプレス成形は、ある部分を成形すると、それに隣接する部分を変形させる応力を生じさせる。
これが、例えば環状や略環状の溝であれば、それにかこまれたエリアは膨らみ現象を起こす。
その膨らみ量は、薄肉なものであればあるほど、金属板厚の変化や表面の起伏の有無、加工室の温度、湿度等の影響を受けて変動する傾向がある。
これを容認すると、受圧面の面積に広狭が生じて脆弱部に作用する破断力が不安定になり、所定破断作動圧でのタイムリーなガスの放出を阻害する。

脆弱部となる凹部を周りに有するエリアを受圧面とする安全弁構造の場合、その受圧面の面積の安定化に、その脆弱部における受圧面との連設箇所の鋭利度が補完されて、所定の破断作動圧（ガス圧）での、よりタイムリーな凹部からの破断を可能にする。
本願の発明では受圧面の面積の不安定化の原因であるその膨らみを押えている。この押えは膨らませない完全抑制と、自由な膨らみを阻止する半抑制（規制）とを包含する。
この膨らみ押えによって、凹部を周りに有するエリアの自由な膨らみは規制されて、受圧面積のバラツキが少ない寸法安定部をそのエリアに形成することができる。

所定の破断作動圧（ガス圧）での、よりタイムリーな凹部からの破断を行うために、その凹部底において寸法安定部側の隅角部を、半径を５μm〜５０μmとする鋭利隅にしている。

そして、成形方法は、密閉型有機電解質電池の電池容器の開口部を閉塞する安全弁構成用の金属板表面に設定された第１所定エリアに凹所を凹設した後、該凹所底に設定された第２所定エリア周りに凹部を圧縮成形する時に、該第２所定エリアの膨らみを凹部成形体と一体なエリア成形体で押えて、成形する構成である。
その成形装置は、密閉型有機電解質電池の電池容器の開口部を閉塞する安全弁構成用の金属板表面に設定された第１所定エリアに凹所を凹設する凹所成形体と、凹所底に設定された第２所定エリア周りに凹部を圧縮成形する凹部成形体と、その凹部成形体と一体とされ前記凹部圧縮成形時の第２所定エリアの膨らみを抑えるエリア成形体とを備えた構成にすることである。
このように構成することによって受圧面積が安定する寸法安定部を、凹部の圧縮成形と同時に成形することができる。

また、成形方法としては、密閉型有機電解質電池の電池容器の開口部を閉塞する安全弁構成用の金属板表面に設定された第１所定エリアに凹所を凹設した後、該凹所底に設定された第２所定エリア周りに凹部を圧縮成形する時に、該第２所定エリアの膨らみを凹部成形体に対して独立して可動するエリア成形体で押えて、成形する構成を採用するようにすると好適である。
その成形装置は、密閉型有機電解質電池の電池容器の開口部を閉塞する安全弁構成用の金属板表面に設定された第１所定エリアに凹所を凹設する凹所成形体と、凹所底に設定された第２所定エリア周りに凹部を圧縮成形する凹部成形体と、その凹部成形体に対して独立して可動され前記凹部圧縮成形時の第２所定エリアの膨らみを抑えるエリア成形体とを備えた構成である。

以上の手段によれば、可動式のエリア成形体で膨らみを完全に抑制したり、押え量を調整することができる。

成形方法は、好ましくは、凹部成形体の前記第２所定エリア側の先端角を半径を５μm〜５０μmとする鋭利縁で形成し、凹部圧縮成形時に前記第２所定エリアに生じる膨らみ変形を前記エリア成形体で外周方向への変形に変換して第２所定エリア側の凹部の隅角部を凹部成形体の前記鋭利縁に沿わすようにすると最適なものである。

各請求項において、薄肉な凹部底は金属板表面の所定エリアの周りの全周に亘って設けられたり、一部を除いて設けられている。

本発明は以上のように構成したから、下記の利点がある。
凹部を周りに有する所定エリアで構成される寸法安定部を、凹部を圧縮成形する時にその所定エリアの膨らみを押えて成形した安全弁板であるから、寸法安定部の内面であるガス受圧面の面積に広狭が無く、凹部底に作用する破断力を安定させ、所定破断作動圧でのガスの放出に好適な安全弁板を圧縮成形品で提供することができる。
しかも、薄肉な凹部底と、その凹部を周りに有する寸法安定部とからなる安全弁板であるから、皿板と端子板とで可撓膜を挟持して電池容器の開口部に組付固定する先行技術のように複雑構成にならず、電池容器の廉価な提供に寄与することができるし、電池容器組立時に切刃で怪我をするような虞れもない。

凹部を圧縮成形する時に同時にその凹部を周りに有するエリアの膨らみを抑える方法、装置であるから、成形タクト時間を短縮し、生産性を向上することができるし、装置も簡単構成で設備コストが廉価である。

また、凹部圧縮成形時のそのエリアの膨らみを押えるエリア成形体が凹部成形体とは独立して可動する方法、装置であるから、その調整機能で膨らみを完全に抑制できる。

凹部の寸法安定部側の隅角部を、半径を５μm〜５０μmとする鋭利隅にしたため、所定の破断作動圧になると、タイムリーにその鋭利隅が破断する、最適な安全弁板を提供できる。
しかも、その鋭利隅を凹部成形体とエリア成形体とで成形するから、その鋭利隅を成形する別途手段、工程が全く不要である。

次に、本発明密閉型電池容器の安全弁板及びその成形方法並びにその成形装置の実施の形態を説明すると、図１〜図６はその第１の実施の形態を、図７は同第２の実施の形態を示している。

図１〜図６に示すその第１の実施の形態を説明すると、符号１は電池容器の安全弁板である。
電池容器はアルミニウム合金製であり、直方体形状に加工されて、内部に例えば有機電解質電池部材を収容するようになっており、安全弁板１はその電池容器のその開口部にレーザー溶接等の適宜手段で気密状に接合されている。

前記安全弁板１は、図１等に示すように電池容器の開口部の開口面積に一致する面積を有する金属板１’の片短手縁寄りに凹部底１２ａと寸法安定部２２とからなる安全弁２を備えている。

前記凹部１２は、同図１に示すように所要間隔をおいて平行する長手縁両縁の両端を円弧縁で連続した平面視トラック形状に形成されている。
尚、凹部２の平面視形状は、他の平面視形状に形成しても良いものである。

前記凹部１２は、前記金属板１’に設定された第１所定エリアｃ１に凹所３２を凹設した後、その底に設定された第２所定エリアｃ２周りに圧縮成形で連続形成され、その底を薄肉にしている。

前記寸法安定部２２は、前記凹部１２圧縮成形での第２所定エリアｃ２の膨らみを押えることによって形成されている。
詳細には、この寸法安定部２２は、凹部１２圧縮成形時に生じる第２所定エリアｃ２の自由な膨らみを抑える半抑制（規制）や膨らませない完全抑制で、凹部１２を周りに有して電池容器内に臨む受圧面２２ａの面積を安定させてある。
そして、寸法安定部２２と凹部１２との連設部において、凹部底１２ａの寸法安定部２２側の隅角部を半径を５μm〜５０μmとする鋭利隅にして、その凹部底１２ａをその鋭利隅１２’が破断時の実際の破断箇所として働くようにしてある。

次に、その密閉型電池容器の安全弁板の成形方法並びにその成形装置を図４〜図６に基づいて説明すると、各図において符号３はダイ、４は凹所成形体、５は凹部成形体、６はエリア成形体である。共に圧縮成形装置、即ちプレス装置に金型として交換・着脱可能に組み込まれる。

この成形方法及び成形装置は前記する自由な膨らみを抑える半抑制（規制）方法及びその装置を示しており、その凹所成形体４は前記第１所定エリアｃ１面積と一致する平面積を有する加工パンチ、前記凹部成形体５は前記１所定エリアｃ１に圧縮成形された凹所底に設定されている第２所定エリアｃ２周りに施こされる凹部用の加工パンチ、エリア成形体６は前記凹部成形体５と一体な加工パンチであり、このエリア成形体６は凹部成形体５で囲まれる部分全域を凹部成形体５先端方向に向かって高さを変化させることによって一体に設けた成形面をフラット（水平）とする加工パンチである。

この実施の形態では、前記凹部成形体５の第２所定エリアｃ２側の先端角を、半径を５μm〜５０μmとする鋭利縁で形成している。

この成形装置を使用して、金属板１’に安全弁２を成形するその手順を説明すると、まず、ダイ３上にセットされた金属板１’に設定されている第１所定エリアｃ１に凹所成形体４で圧縮成形（圧印加工）を行ない、平面視トラック形状の凹所３２を成形する。

次に、その凹所３２底面に設定されている第２所定エリアｃ２周りに凹部成形体５で環状をもって圧縮成形を行なう。
その圧縮成形（圧印加工）は、第２所定エリアｃ２の片側円弧縁の中間部分を除いて行っても良いものである。
この時、凹部１２の圧縮成形で薄肉な凹部底１２ａへと圧縮されるに従って生じる上方への膨らみ変形はエリア成形体６で抑制されて、凹部成形体５方向への変形に変換される。
詳細には、エリア成形体６が、上方への膨らみ変形を押えて、その膨らみ変形を外周方向への変形に変換する。そして、第２所定エリアｃ２側の凹部１２の隅角部を凹部成形体５の前記鋭利縁に沿わすのである。

これによって、第２所定エリアｃ２は、例えばエリア成形体６でその膨らみを押えない自由な膨らみ変形を容認する安全弁板１に比して、脆弱部である薄肉な凹部底１２ａでかこまれたエリアに電池容器内に面するその受圧面２２ａの面積が安定する寸法安定部２２を再現性をもって形成することができる。

次に図７に示す第２の実施の形態を説明すると、この実施の形態は、前記エリア成形体６を凹部成形体５に対して独立して可動する構成の成形装置を示している。
このように、エリア成形体６の突出量を可変式にすることによって、エリア成形体６で膨らみを完全抑制することができる。また、必要に応じてその押え量を調整することができる。

また、金属板自体の圧縮成形は２回行なっているが、１回目の圧縮成形を省略して、２回目の圧縮成形のみとしても良いものである。この場合、金属板（必要に応じて絞り加工を行っても良い）の前記第１所定エリアに相当するエリアに前記第１の実施の形態のエリア成形体一体型の凹部成形体や第２の実施の形態の凹部成形体と可動式のエリア成形体との併用で外周方向への変形に変換するように膨らみを押えて、成形する。

次に凹部底１２ａ厚（脆弱部）に対する破断作動圧の実験結果（表）について説明する。
（実験例１）前記第１の実施の形態で記載する成形方法、装置で成形した安全弁板（半抑制）であり、第２所定エリアｃ２側の先端角を半径を５０μmとするエリア成形体６一体型の凹部成形体５を使用した。
（実験例２）第２の実施の形態で記載する成形方法、装置で成形した安全弁板（完全抑制）であり、第２所定エリアｃ２側の先端角を半径を５０μmで形成した凹部成形体５と、可動式のエリア成形体６とを併用した。
（比較例１）第２の実施の形態で記載する成形方法、装置で成形した安全弁板（完全抑制）であり、第２所定エリアｃ２側の先端角を半径を１００μmで形成した凹部成形体５と、可動式のエリア成形体６とを併用した。
前記（実験例１）では、エリア成形体６を凹部成形体５先端から３８０μm上方位置に設定している。
また、金属板厚は８００μm、凹所深さは５００μmのものである。
共に、４ｍｍ幅の電池容器の開口部に装着した使用状態での実験結果である。
尚、各黒丸は、各々試験用サンプルである。

各例ともに本発明の成形方法、装置を使用して凹部底厚を２９μm〜３１μmまで圧縮成形（圧印加工）した受圧面（寸法安定部の電池容器内に臨む面）２２ａの面積を安定させた安全弁板である。
（実験例１）では、３００μmの凹所底厚から２９μm〜３１μmの凹部底厚まで圧縮成形（圧印加工）されるので、その凹部底が薄底へと変化する時の第２所定エリアに生じる膨らみ変形をエリア成形体で押え抑制して、寸法安定部が外側方向に変形して表面（外面）をその加工パンチ形状、凹部成形体の加工パンチ形状に沿うようになる。
前記２９μm〜３１μmの凹部底厚は、耐落下衝撃強度を兼備する必要確保厚であり、自社規格値である。
また、自社規格では、破断作動圧を１．４Ｍpa〜２．０Ｍpaの範囲（薄グレー表示）、更に自社最適規定作動厚（濃グレー表示）を１．６Ｍpa〜２．０Ｍpaと厳しく規定し、それら破断作動圧範囲を所定値とし、それ以外での提供を禁止している。

この実験結果によると、（実験例１）、（実験例２）は自社規格（所定圧）１．７Ｍpa〜１．９５Ｍpa、１．６５Ｍpa〜１．８Ｍpaの範囲で夫々鋭利隅から安全弁が破断したのに対して、（比較例１）は、２．１５Ｍpa〜２．４Ｍpaという高い作動圧でないとその鋭利隅（破断箇所）から破断しないものであった。
そして、成形方法、装置を同じくする（実験例２）と（比較例１）両者の比較においても、（実験例２）は、自社最適規定作動厚内に少ないバラツキをもって低破断作動圧に安定しており、これによって凹部底隅の鋭利度も破断作動圧を左右することが立証される。
また、６ｍｍ幅の電池容器に装着した安全弁板についても同様に実験を行ったが、凹部底厚、破断作動圧に差異はあれど、同様な傾向を示した。

この実験結果によって、寸法安定部２２の受圧面２２ａ面積の安定化に凹部底１２ａにおける寸法安定部２２側の隅角部の鋭利度がそれに補完されて、所定破断作動圧での、よりタイムリーな破断を実現することが理解される。
また先端角を半径を５μmとするエリア成形体６を使用しての実験は破断作動圧のバラツキがより少ないものであった。

本発明密閉型電池の安全弁板の電池容器に装着した状態を示す平面図で一部切欠し拡大して示す。第１の実施の形態に示す成形方法、装置で成形した安全弁板の図１の（ａ）−（ａ）線断面図。同安全弁板の図１の（ｂ）−（ｂ）線断面図。第１の実施の形態に示す成形方法、装置において、凹所成形体で凹所を圧縮成形（圧印加工）する状態を示す前記（ａ）−（ａ）線に沿える断面図。第１の実施の形態に示す成形方法、装置において、金属板にエリア成形体を一体に備えた凹部成形体で凹部を圧縮成形（圧印加工）することと併行して膨らみを抑えた状態を示す前記（ａ）−（ａ）線に沿える断面図。第１の実施の形態に示す成形方法、装置において、金属板にエリア成形体を一体に備えた凹部成形体で凹部を圧縮成形（圧印加工）することと併行して膨らみを抑えた状態を示す前記（ｂ）−（ｂ）線に沿える断面図。第２の実施の形態に示す成形方法、装置において、金属板に凹部成形体と可動式のエリア成形体とで凹部を圧縮成形（圧印加工）することと併行して膨らみを抑えた状態を示す前記（ａ）−（ａ）線に沿える断面図。

符号の説明

１：安全弁板１’：金属板
２２：寸法安定部１２：凹部
１２ａ：凹部底ｃ１：第１所定エリア
ｃ２：第２所定エリア３２：凹所
４：凹所成形体５：凹部成形体
６：エリア成形体２：安全弁
２２ａ：受圧面１２’：鋭利隅
３：ダイ

Claims

密閉型有機電解質電池の電池容器の開口部を閉塞する安全弁構成用の金属板表面に設定された第１所定エリアに凹所を凹設した後、該凹所底に設定された第２所定エリア周りに凹部を圧縮成形する時に、該第２所定エリアの膨らみを凹部成形体と一体のエリア成形体で押えて、成形することを特徴とする密閉型電池の安全弁体の成形方法。
前記凹部成形体の前記第２所定エリア側の先端角を半径を５μm〜５０μmとする鋭利縁で形成し、凹部圧縮成形時に前記第２所定エリアに生じる膨らみ変形を前記エリア成形体で外周方向への変形に変換して前記第２所定エリア側の凹部の隅角部を凹部成形体の前記鋭利縁に沿わすことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池の安全弁体の成形方法。
密閉型有機電解質電池の電池容器の開口部を閉塞する安全弁構成用の金属板表面に設定された第１所定エリアに凹所を凹設する凹所成形体と、凹所底に設定された第２所定エリア周りに凹部を圧縮成形する凹部成形体と、その凹部成形体と一体とされ前記凹部圧縮成形時の第２所定エリアの膨らみを抑えるエリア成形体とを備えたことを特徴とする密閉型電池の安全弁体の成形装置。