JP5782225B2 - 蓄電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、蓄電デバイスに関するものである。特に、防爆弁を設けた蓄電デバイスに関するものである。

蓄電デバイスたとえばアルミニウム電解コンデンサは、表面をエッチング処理し化成による酸化膜を形成した陽極箔と、表面をエッチング処理し酸化膜を形成しない、あるいは低圧化成による酸化膜を形成した陰極箔とを電解紙等のセパレータを介して巻き回したコンデンサ素子に電解液を含浸し、このコンデンサ素子をアルミニウム製のケース内に収納後、陽極箔および陰極箔から引き出した引き出しリードタブを、蓋を貫通する外部端子にそれぞれ接続し、蓋をケースに取り付けて密閉した構造になっている。

ところで、従来、アルミニウム電解コンデンサの寿命劣化に伴って発生するガスにより、内部圧力が上昇し、コンデンサ素子を収納するケースが破裂する場合があり、この破裂を防止するために、ケースの底面または側面に、溝状の防爆弁を設け、この溝状の防爆弁がさけることにより内部圧力を外部に逃がしていた。特に、ケースの内底面の中央に、コンデンサ素子巻き芯の固定用の突起がある場合や、ケースの外底面側に冷却用のヒートシンクなどがあり、ケースの底面部分にこの溝状の防爆弁を設けることができない場合には、ケースの側面に溝状の防爆弁を設けていた。

ケースの側面に溝状の防爆弁を設ける例として、特許文献１には、切削用バイトによる切削方法や、押切刃により、ケースの側面の長さ方向に、防爆圧に対応した深さに直線状の溝を形成する方法が記載されている。
また、特許文献２には、リチウム２次電池において、内圧上昇により爆発の危険を回避するために、ケースの底面または側面に溝状の防爆弁を設ける方法が開示されている。

特開昭５２−１１５３５８号公報 特開平９−３２０５４９号公報

蓄電デバイスを大容量化すると、使用するケースも大型化する必要があり、それに伴ってケースの厚さも充分厚い必要がある。ところで、溝状の防爆弁にとっては、溝部周辺が変形し溝がさける必要があるが、ケースの厚さが厚くなると、この溝部周辺の変形が容易ではなくなってしまう。
また、少しのふくれ変化で溝状の防爆弁がさけるようにするには、ケースの厚さに対して十分深い溝を設ける必要があるが、溝部のケースの厚さが薄くなるため、加工精度が得にくく、動作圧にばらつきが生じやすい。また、ケースのふくれ以外の理由たとえば振動などで溝部に亀裂が発生してしまう恐れもある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ケースの厚さが厚くても容易に溝部周辺が変形して溝がさけやすく、内部圧力が問題圧力に上昇した場合には、迅速に防爆弁機能が動作する蓄電デバイスを得ることを目的としている。

本発明は、溝状の防爆弁を円柱形のケースの側面に設け、そのケースに素子を収納した蓄電デバイスにあって、前記防爆弁には、ケースの軸方向の溝部と、前記防爆弁の溝部周辺の左右どちらか一方に前記溝部の深さ方向から２０度から７０度に傾斜したテーパーとを、前記ケースの外壁に設けたことを特徴とする蓄電デバイスを提供するものである。

本発明は、溝部周辺の左右どちらか一方のケースの肉厚を薄くしたことにより、肉厚の薄い側が肉厚を薄くしていない側より大きく変形するので容易に溝部がさけやすく、内部圧力が問題圧力に上昇した場合には迅速に防爆弁機能が動作するコンデンサを得ることができる。

本発明に係る蓄電デバイスとその防爆弁のところの断面図を示している。 比較例の蓄電デバイスとその防爆弁のところの断面図を示している。 比較例の蓄電デバイスとその防爆弁のところの断面図を示している。

本発明に述べる素子は、寿命劣化に伴って発生するガスまたはその他の理由でガスが発生する可能性のある素子をさす。たとえば、アルミニウム電解コンデンサの素子の場合には、表面をエッチング処理し化成による酸化膜を形成した陽極箔と、表面をエッチング処理し酸化膜を形成しない、あるいは低圧化成による酸化膜を形成した陰極箔とを電解紙等のセパレータを介して巻き回したもので電解液を含浸してある。
また、リチウムイオン２次電池の素子の場合には、正極にリチウム金属酸化物を用い、負極にグラファイトなどの炭素材を用い、集電箔に塗布して電解紙等のセパレータを介して巻き回したもので電解液を含浸してある。

本発明に述べるケースは、上面が開口したアルミニウム、ステンレス等の金属材からなり、外観的に円柱状や楕円柱状の円筒形または角形に形成されている。ケース内側の底部には、中央に素子巻き芯の固定用の突起があってもよい。

本発明に述べる溝状の防爆弁は、ケースの側面または底面にあって、防爆弁の溝部周辺の左右どちらか一方のケースの肉厚を薄くした防爆弁である。そのため、肉厚の薄い側が肉厚を薄くしていない側より大きく変形するので容易に溝部がさけやすく、内部圧力が問題圧力に上昇した場合には迅速に防爆弁機能が動作する。
防爆弁の形状は、例えば、溝の長さは、３ｍｍから３０ｍｍ程度で、溝の幅は０．２ｍｍから２ｍｍ程度、溝の深さはケースの側面の厚さの９０％から７０％程度で作動するようにするが、これらの適正値はケースサイズにより選定する。
ケースの肉厚を薄くする形状は、段差を設けるか、またはテーパーを設ける。段差としては、溝の深さの３０％から９０％程度で、溝の幅の１．５倍から１０倍程度の幅とする。テーパーとしては、溝の深さ方向から２０度から７０度程度傾ける。
溝の方向は、ケースの軸方向またはそれより少し傾いていてもよいし、Ｓ字状のように波打っていてもよい。またエ形やＹ形など主直線部分以外に枝があってもよい。
溝の作成方法は、プレス、または切削用バイトによる切削方法、または押切刃により作成することができる。
また、溝部周辺の左右どちらか一方のケースの肉厚を薄くする方法は、溝を作成する前にプレス等で成形しておく。または、溝を作成後、切削用バイトによる切削方法により作成する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る蓄電デバイスとそのケースの一部断面図を示している。
図１（ａ）は、アルミニウム電解コンデンサを、図１（ｂ）は、その防爆弁のところのＡ−Ａ’断面図を、図１（ｃ）は、ケース内部の圧力が所定の圧力に達したときに、図１（ｂ）の部分の溝部が変形してさけたことを模式的に示している。

図１（ａ）に示すように、本発明に係る蓄電デバイスたとえばアルミニウム電解コンデンサの場合は、通常のアルミニウム電解コンデンサと同様に、電極箔を適当な幅に裁断された後、電極箔に引き出しリード箔を接続し、紙などのセパレータと共に捲回または積層されたコンデンサ素子が、電解液と共に上面が開口したアルミニウム等の金属材からなり外観的に円筒状や楕円筒状に形成されているケース１内に収容し、封口板により封口されていて、電極箔から引き出されたリード箔が、封口板を貫通した外部端子２に接続されている構造になっている。図１（ｂ）に示すように、そしてケースの側面には、少なくともひとつの溝状の防爆弁３を設けていて、溝部周辺の左右どちらか一方にケースの肉厚より薄くなっているテーパー状の薄厚部分４を設けている。
このことにより、図１（ｃ）に示すように、肉厚の薄い側が肉厚を薄くしていない側よりケース外側に押し広げるように大きく変形するので、変形に差があり、容易に溝部がさけやすく、内部圧力が問題圧力に上昇した場合には迅速に防爆弁機能が動作する。

実施例１は、定格４００Ｖ、１２００μＦの電解コンデンサを製造する場合について説明する。
先ず、封口板とケースを準備しておく。封口板は、厚さ２ｍｍの紙フェノール絶縁板の表面に、厚さ１ｍｍのブチルゴム板を、その裏側には厚さ１００μｍのイオン物質遮断性の樹脂フィルムとしてポリプロピレンを貼り合わせて、打ち抜き加工により封口板の外形加工と、封口板を貫通する外部端子用の貫通孔を設けた。次に、ゴム板側にリベットとそれに取り付けた金属板端子を設け、絶縁板側から固定用のワッシャをリベットの先から差し込んで、封口板に外部端子を固定した。
ケースは、直径４０ｍｍ、高さ８０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの一方に開放口のある円柱形のものを使用した。溝状の防爆弁は、図１に示すように、溝の長さは１０ｍｍで、溝の幅は０．３ｍｍ、溝の深さは０．３５ｍｍとし、溝部の左側を溝の深さ方向から６０度傾けたテーパー状に加工して溝部周辺の一方のケースの肉厚を薄くした。
次に、陽極箔は厚さ約１００μｍのアルミニウム箔を処理して製造する。すなわち、このアルミニウム箔を直流および化学エッチング法によって粗面化する。粗面化後、純水中でボイルする。ボイル後、ホウ酸の化成液中において、６００Ｖの直流電圧をかけて化成し、化成膜を形成する。化成処理後、安定化するために、リン酸処理をし、ついで温度５５０℃で焼成処理をする。焼成処理後、幅４０ｍｍ、長さ３０００ｍｍの大きさに切断して、陽極箔とする。
また、陽極用リード箔には未エッチングで６００Ｖの化成処理を施した厚さ１５０μｍ、幅５ｍｍ、長さ６０ｍｍのアルミニウム箔を用いる。そしてこの陽極用リード箔を陽極箔にコールドウェルドにより接続する。
陰極箔は、厚さ３０μｍのアルミニウム箔をエッチング、リン酸処理後、約２００μＦ／ｃｍ^２としたものを用い、幅４０ｍｍ、長さ３０５０ｍｍの大きさに切断する。
陰極用リード箔は、アルミニウム箔を長さ１５０μｍ、幅１０００ｍｍに圧延し、次いで焼なまし、５００ｍｍの幅に切断した後、さらに幅５ｍｍの大きさに切断して製造する。そしてこの陰極用リード箔を陰極箔にコールドウェルドにより接続する。
電解紙としては、幅５０ｍｍのものを使用し、厚さ６０μｍ、密度０．７５ｇ／ｃｍ^３のクラフト紙を用いた。
この電解紙を介して陽極箔と陰極箔とを積層して捲回し、コンデンサ素子を形成した。その後、エチレングリコールと２−ブチルオクタン二酸アンモニウムの有機酸系電解液を含浸した。
電解液を含浸後、コンデンサ素子から引き出した陽極用リード箔及び陰極用リード箔の端部に、リベット差し込み用の穴をあけ、そして、各々封口板に貫通して設けた陽極端子及び陰極端子に接続した。接続後、ケースにコンデンサ素子を収納した。収納後、封口板をケースの端に取り付けて、ケースを密閉した。ケースを密閉後、温度８５℃の雰囲気中に放置して４２５Ｖの電圧を加えてエージング処理した。

（比較例１）
比較例１では、図２に示すように、溝状の防爆弁３は、溝部周辺の左右どちらもケースの肉厚を薄くしないとし、それ以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム電解コンデンサを作成した。
図２は、比較例１の蓄電デバイスとその防爆弁のところの断面図を示していて、図２（ａ）は、アルミニウム電解コンデンサを、図２（ｂ）は、その防爆弁のところのＢ−Ｂ’断面図を模式的に示している。図２（ａ）に示すように、外観的には図１（ａ）と同じで、図２（ｂ）に示すように、溝状の防爆弁３を設けていて、溝部周辺の左右どちらにもケースの肉厚が薄くなっていない。

（比較例２）
比較例２では、溝状の防爆弁３は、図３に示すように、溝部の両側を溝の深さ方向から６０度傾けたテーパー状にして溝部周辺の両方の部分においてケースの肉厚を薄くした以外、実施例１と同様にしてアルミニウム電解コンデンサを作成した。
図３は、比較例２の蓄電デバイスとその防爆弁のところの断面図を示していて、図３（ａ）は、アルミニウム電解コンデンサを、図３（ｂ）は、その防爆弁のところのＣ−Ｃ’断面図を模式的に示している。図３（ａ）に示すように、外観的には図１（ａ）と同じで、図３（ｂ）に示すように、溝状の防爆弁３を設けていて、溝部周辺の左右どちらもケースの肉厚が薄くなっている。

実施例１、比較例１および比較例２の試料数は各４０個とした。圧力０．９ＭＰで弁作動するようにしたときの、溝部の深さ、併せて溝部底壁の厚みと、その深さに設定したときの動作不良の割合を比較し、結果を表１に示す。

表１から、実施例では、比較例と比べ、溝部の深さを浅くでき、溝部底壁の厚みを厚くできるので、ケースのふくれ以外の理由たとえば振動などで溝部に亀裂が発生してしまう恐れが少ない。また、溝部の深さの浅い実施例の加工では、比較例と比べ、溝部底壁の厚みのばらつきが少なく、弁作動精度も良好な結果を得た。

上記の試験結果から、比較例１は、図２（ｃ）に示すように、溝部周辺の左右どちらの部分も変形に差がなく、内部圧力が問題圧力に上昇した場合に、ケース径が増加しながら、ケース外側に押し広げるように変形するが、ケースの厚さが厚い場合にはケース径が増加しにくくそのため、容易には溝部がさけにくい。そのため、迅速に防爆弁機能が動作するには、ケースの厚さに対して十分深い溝を設ける必要があり、溝部底壁の厚みをより薄くする必要がある。
また、比較例２は、比較例１と比べ、溝部周辺の左右どちらもケースの肉厚が薄くなっているので、内部圧力が問題圧力に上昇した場合には、溝部周辺がケース外側に押し広げるようには変形し易くなるが、図３（ｃ）に示すように、溝部周辺の左右どちらの部分も変形に差がないため、ケース外側に押し広げるように変形しても、容易には溝部がさけにくい。また、内部圧力が問題圧力に上昇した場合にケース径を増加させようと、ケースの円周方向に伸びる方向に変形するが、溝部周辺の左右どちらもケースの肉厚が薄くなっていると溝部に伸びが集中できにくいため、溝部がさけにくくなってします。そのため、迅速に防爆弁機能が動作するには、ケースの厚さに対して十分深い溝を設ける必要があり、溝部底壁の厚みを薄くする必要がある。

１…ケース、２…外部端子、３…溝状の防爆弁、４…薄厚部分

Claims (1)

1. 溝状の防爆弁を円柱形のケースの側面に設け、そのケースに素子を収納した蓄電デバイスにあって、前記防爆弁には、ケースの軸方向の溝部と、前記防爆弁の溝部周辺の左右どちらか一方に前記溝部の深さ方向から２０度から７０度に傾斜したテーパーとを、前記ケースの外壁に設けたことを特徴とする蓄電デバイス。

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