JP5162106B2 - 圧力開放弁を有する電池 - Google Patents

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Description

本発明は、金属製外装ケースを有するリチウムイオン二次電池やその他各種電池の安全対策技術に関し、特に電池内部の異常な圧力上昇を防ぐための、圧力開放弁の構造に関するものである。
従来の技術の一例として、図１にアルミニウム製の圧力開放弁を採用したリチウムイオン２次電池の構造の全体図示す。缶ケース１と蓋板２を合わせて金属製の外装ケース１３とし、その内側には集電体５が内蔵され、蓋板２の中央に絶縁体Ａおよび絶縁体Ｂと端子６が設置され、蓋板２の端には注入孔３と従来技術の圧力開放弁であるアルニウム膜９が設置されている。
また、図２には前記圧力開放弁のアルニウム膜９の拡大図を示す。これは、内部圧力が高くなった時の安全弁となる。すなわち、アルミニウム製の蓋板２の一部を薄く潰すことによってアルミニウム膜９を形成し、この部分が所定圧力で破れることで圧力開放弁として機能する。以下、この技術を「アルミニウム膜タイプ」と呼ぶ。例えば、特許文献１にこのような圧力開放弁が記載されている。
特開２００５−７１８３６号公報
前記アルミニウム膜タイプでは、アルミニウム膜９自体が衝撃に弱く、本来の圧力開放時ではなく、製造過程において加わる負荷によっても破れてしまいやすいという欠点があった。そのためアルミニウム膜９と一体である蓋板２の、組み立て前の運搬や保管に際しては、互いに接触することを避けるために整列収納用トレーを用いるなどの配慮が必要であった。
また、蓋板２に対して超音波溶接を行おうとする場合、その振動によってアルミニウム膜９が破損してしまう場合もあるため、超音波溶接の加工条件には制約があった。
正確に必要な圧力で開放するような圧力開放弁とするためには、アルミニウム膜９の厚さや組織の状態を一定に保って生産することが必要であり、それには非常に高度な加工技術が求められていた。
従って、本発明の課題は、製造過程において、衝撃等で加わる負荷によって開放弁が壊れるという問題を解決し、必要な内部圧力にて開放する圧力開放弁を有する電池を提供することである。
本発明によれば、金属製外装ケースを有する電池において、圧力開放弁用の厚さ０．３ｍｍ以下の単一の樹脂膜が設けられた合成樹脂製のブッシュが金属製外装ケースに開けられた穴を塞ぐ形で配置された電池であって、前記ブッシュの内側に通気口を有する合成樹脂製の圧入ピンを圧入することで金属製外装ケースが密閉されたことを特徴とする電池が得られる。
また、本発明によれば、電池の端子と金属製外装ケースとを絶縁するための絶縁材とブッシュとを、同一の合成樹脂で同時にインサート成形したことを特徴とする電池が得られる。
圧力開放用の安全弁に取り扱いの難しいアルミニウム膜を使わない構造としたので、組み立て前の蓋板の運搬や保管に際しての専用トレーが不要となる。また、蓋板への超音波溶接の条件設定に制約がなくなる安全弁を提供することができる。さらに、安全弁の必要な電池であっても蓋板製作時の加工難易度が低い安全弁を提供することができる。
図４に、本発明の圧力開放弁を有する電池を示す。蓋板２に本発明のブッシュ１０を取り付けたものである。なお、缶ケース１と蓋板２を合わせたものが金属製の外装ケース１３である。また、図５には、図４の開放弁付近の拡大図を示す。圧力開放弁にはブッシュ１０および圧入ピン１２が配置される。
本発明では、金属製外装ケースを有する電池において、金属製の外装ケース１３に開けられた穴を塞ぐ形で合成樹脂製のブッシュ１０が配置され、前記ブッシュ１０の内側に金属または合成樹脂製の圧入ピン１２が圧入される。
前記ブッシュ１０には一定圧力以上で弁が開放される厚さが０．３ｍｍ以下の樹脂膜１１が施されており、前記ブッシュ１０の内側に圧入ピン１２を圧入することで外装ケース１３を密閉している構造とした。この構造により、樹脂膜１１による圧力開放弁を採用することが可能となり、加えて、電池組み立て後に圧力開放弁を取り付けるということも可能となる。
図４と図５は、リチウムイオン２次電池に本発明を実施した場合である。ここで、リチウムイオン２次電池は、缶ケース１と蓋板２でできた金属製の外装ケース１３内に集電体５が設置され、また端子６が絶縁材１４で蓋板２と直接接触しないように配置され、集電体５の端子部が端子６に接合されることで電池の基本構造が構成されている。
また、アルミニウム製の蓋板２にあらかじめ穴を明けておき、その穴を塞ぐ形でブッシュ１０を挿入する。ブッシュ１０には弾力によるシール性、耐熱性、耐薬品性が求められるため、テフロン（登録商標）系樹脂を用いて射出成形することが好ましい。
ブッシュ１０を挿入した後、圧入ピン１２を圧入することによって蓋板２の穴内面にブッシュ１０が押し付けられる形となり、ブッシュ１０と蓋板２の境界面の密閉性を確保する。圧入ピン１２は圧入の機械的負荷に耐えられるような強度を持った金属または硬質の合成樹脂の部品とする。
また、圧入ピン１２には圧力開放弁作動時に電池内圧を逃がすための通気口１６が開いている。ブッシュ１０には、圧力開放弁用の樹脂膜１１を設け、樹脂膜１１の厚さをどれくらいにするかによって安全弁としての開放圧力も自在に設定できる。この構造の場合、ブッシュ１０を取り付けるための穴を、電池内部へ電解液を注入する孔としても利用できる。この場合、従来必要であった注入孔３が不要となり、注入孔３を塞ぐための栓４と、栓４をレーザー溶接して密閉する工程も不要となる利点がある。
図６と図７もリチウムイオン２次電池に本発明の別の態様を実施した場合である。図４と図５の構造において、電池の端子６と外装ケース１３とを絶縁するための絶縁材１４とブッシュ１０とを、同一の合成樹脂で同時にインサート成形するものである。この場合、電池の組み立て時には、蓋板２とブッシュ１０が一体となっているため、蓋板２のブッシュ１０用の穴を電解液注入孔として利用することはできなくなる。しかし、ブッシュ１０をそれのみで製作する必要がなく、また蓋板２に対してブッシュ１０を挿入する手間を省くことができる利点がある。
従来技術であるアルミニウム膜タイプを採用したリチウムイオン２次電池の構造図。 図１のアルミニウム膜部の拡大図。 図１の注入孔付近の拡大図。 本発明の圧力開放弁を有する電池。 図４の開放弁付近の拡大図。 端子の絶縁体と開放弁の合成樹脂が一体となった電池。 図６の端子付近と開放弁の拡大図。
符号の説明
１ 缶ケース
２ 蓋板
３ 注入孔
４ 栓
５ 集電体
６ 端子
７ 絶縁材Ａ
８ 絶縁材Ｂ
９ アルミニウム膜
１０ ブッシュ
１１ 樹脂膜
１２ 圧入ピン
１３ 外装ケース
１４ 絶縁材
１５ レーザー溶接部
１６ 通気口

Claims (2)

  1. 金属製外装ケースを有する電池において、圧力開放弁用の厚さ０．３ｍｍ以下の単一の樹脂膜が設けられた合成樹脂製のブッシュが金属製外装ケースに開けられた穴を塞ぐ形で配置された電池であって、前記ブッシュの内側に通気口を有する合成樹脂製の圧入ピンを圧入することで前記金属製外装ケースが密閉されたことを特徴とする電池。
  2. 電池の端子と前記金属製外装ケースとを絶縁するための絶縁材と前記ブッシュとを、同一の合成樹脂で一体にインサート成形したことを特徴とする請求項１記載の電池。
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