JPH01311558A - 有機電解液電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、安全弁機構を備えた有機電解液電池に関する
ものである。

［従来の技術］ リチウム、ナトリウム等の軽金属を負極活物質として用
いる有機電解液電池は、高電圧、高エネルギー密度、長
期信頼性の点に優れ、その需要は増大する傾向にある。

かかる有機電解液電池は、その性能上から長期に亙って
安定した密閉性、特に気密性が要求されるため、極めて
気密性の高い封口がなされている。こうした気密構造の
ために、内部短絡、外部短絡時や漏れ電流などによる充
電時等において電池内部でガスが発生すると、電池内圧
が上昇して外装缶等の破裂に至る問題がある。

このようなことから、従来、有機電解液電池では以下に
示す防爆機構が設けられている。

■、外装缶の一部を薄肉とし、電池内圧が上昇した時に
外装缶全体が破裂する前に前記薄肉部が破裂してガスを
外部に逃散させる。

■、特公昭８２−２５９３４２号公報に開示されている
中央付近を上方に湾曲させると共に、該湾曲した頂部内
面に鋭利な突起部を形成し、かつ該中央付近にガス抜き
穴を開孔した上部板材と、この上部板材と対向して配置
された中央付近が下方に湾曲され、かつ該中央付近にガ
ス抜き穴を開孔した下部板材と、前記上下の板材間の弁
室にそれら板材に挟持して配置された金属薄板、合成樹
脂、合成ゴムの薄板又は両者を積層した複合薄板とから
構成された防爆機構を有する組立て封目板。かかる封口
板を外装缶の上部開口部に気密に取付けて電池を組立て
、電池内圧が上昇した場合には、前記上下の板材間の弁
室に配置された薄板が上方に膨出し、上部板材の内面に
取付けられた鋭利な突起部に接触して破れるため、外装
缶内のガスは下部板材ガス抜き穴、薄膜の破損箇所、上
部板材のガス抜き穴から逃散される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記■の防爆機構では例えば鉄製の外装
缶に薄肉部を形成させる際、加工精度からその肉厚を０
．０８〜０．１５朋程度までしか薄く加工できないのが
現状である。このため、電池内圧が５０〜１０１９ｒ／
Ｃｄの高圧に達しないと防爆機構が作動しないという問
題があった。

上記■の防爆機構を有する組立て封口板では、上部板材
の湾曲内面に鋭利な突起部を取付けたり、上下の板材の
間に薄板を挟持したりする必要があるため、その製作が
極めて繁雑となるばかりか、部品点数の増大によりコス
ト高となる。更に、正負極いずれかに集電棒を固定し、
この集電棒を巻回軸として正負極及びセパレータを渦巻
き状に巻回して電極群（発電要素）とする場合、集電棒
と組立て封目板の電気的接続が非常に困難となり、事実
上、かかる構造の電池を製作することが困難となる問題
があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、製作で容易でかつ気密性に優れ、更に外部短絡、
内部短絡等が起きた時に外装缶内のガスを内部温度が高
くなる前に安定的に外部にリークさせて外装缶等の破損
を防止し得る有機電解液電池を提供しようとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、外装缶と、この外装缶内に収納された発電要
素と、前記外装缶の上部開口部に気密に設けられた封口
板とを具備した有機電解液電池において、前記封口板に
ガス抜き穴を開孔し、かつ該ガス抜き穴周囲の封口板部
分に変性高密度ポリエチレンからなる熱接着性フィルム
と金属薄膜とを積層した複合薄膜を弁体として熱接着し
たことを特徴とする有機電解液電池である。

上記変性高密度ポリエチレンとしては、例えば無水マレ
イン酸などのカルボン酸でグラフト重合させた変性ポリ
エチレンが好ましいが、その他アクリル酸、メタクリル
酸、イタコン酸、フマル酸等のカルボキシル基を有する
不飽和カルボン酸添加による変性ポリエチレン等を挙げ
ることができる。かかる変性高密度ポリエチレンは、Ｊ
　Ｉ　５Ｋ６７６０によるメルトフローレートが０．３
〜１．５９　／　ｌＯａ＋ｉｎであるものが望ましい。

この理由は、変性高密度ポリエチレンのメルトフローレ
ートを０．３９　／　１０ｍ１ｎ未満にすると該ポリエ
チレンからなる熱接着性フィルムが熱接着される封口板
の表面が平坦でない場合、加熱時に該フィルムが充分に
溶融、流延せずにガス抜き穴の封口性が低下する恐れが
あり、かといってそのメルトフローレートが１．５９　
／　１０ｍ１ｎを越えると加熱時に流延し過ぎてしまい
、製造環境の汚染、電池の外観性の低下を招く恐れがあ
るからである。また、前記変性高密度ポリエチレンはＪ
　Ｉ　５Ｋ６７６０によるビカット軟化点が１００〜１
３０℃のものが望ましい。この理由は、変性高密度ポリ
エチレンのビカット軟化点を１００℃未満にすると通常
の使用状態で該ポリエチレンからなる熱接着性フィルム
が封口板から剥離してガス抜き穴からのガスの逃散が生
じる恐れがあり、かといってそのビカット軟化点が１３
０℃を越えると外装缶でのガス発生による電池内圧の上
昇、及びこれに伴う発熱が平行して起こって゛もポリエ
チレンからなる熱接着性フィルムが封目板から剥離せず
、その前に外装缶自体が破損される恐れがあるからであ
る。さらに、前記変性高密度ポリエチレンからなる熱接
着性フィルムの厚さは５０〜１００μｍの範囲にするこ
とが望ましい。

上記金属薄膜は、耐食性を有するものが望ましく、例え
ばステンレス、クロム合金、ニッケル、チタン等を挙げ
ることができる。

［作用］ 本発明によれば、外装缶の上部開口部に気密に設けられ
た封口板にガス抜き穴を開孔し、かつ該ガス抜き穴周囲
の封口板部分に変性高密度ポリエチレンからなる熱接着
性フィルムと金属薄膜とを積層した複合薄膜を弁体とし
て熱接着することによって、外装缶内でのガス発生に伴
う内圧上昇と同時に発生する熱により前記弁体の封口板
側に位置する熱接着性フィルムが軟化し、かつ前記ガス
抜き穴に加わるガス圧力により液穴を覆う弁体が押し上
げられるため、該弁体の一部が封目板から、Ｚｌ離して
外装缶内のガスを逃散できる。その結果、電池の内圧上
昇による外装缶等の破損を防止できる。しかも、弁体は
変性高密度ポリエチレンからなる熱接着性フィルムによ
り封目板のガス抜き穴周囲に気密に接着されているため
、通常の状態での電池の気密性を良好に保持できる。ま
た、搬送時や使用時において弁体表面が引掻き等の外力
が加わっても、弁体は接着性フィルムと金属薄膜との積
層構造になっているため、該金属薄膜により接着性フィ
ルムが破損されるのを防止でき、長期に亙って信頼性の
高い弁機能を維持できる。

更に、弁体を構成する熱接着性フィルムをＪ　ｌ５Ｋ６
７６０によるメルトフローレートが０．３〜１．５９　
／　１０ｍ１ｎの変性高密度ポリエチレンから形成すれ
ば、該弁体をガス抜き穴周囲の比較的平坦度の低い封目
板部分にも良好に熱接着でき、ガス抜き大部分での気密
性を一層向上できる。

また、弁体を構成する熱接着性フィルムをＪ　Ｉ　５Ｋ
６７６０によるビカット軟化点が１００〜１３０℃の変
性高密度ポリエチレンから形成すれば、該弁体をガス抜
き穴周囲の封口板部分に熱接着させた後、外部短絡等に
よりガスの発生、温度上昇が起きた際、外装缶等の破損
が生じないガス圧力、温度の時点で弁体の一部を封口板
から適確に剥離してガスをリークできるため、外装缶等
の破損を一層確実に防止できる。

［実施例］ 以下、本発明を直径１７．０１１１１１１．総高さ３３
．５１１Ｊｆの円筒形リチウム電池に適用した例につい
て第１図及び第２図を参照して説明する。

図中の１は、負極端子を兼ねる有底円筒形の鉄製外装缶
であり、この外装缶１の底部には絶縁紙２が配置されて
いる。前記外装缶１内には、リチウム負極３、電解液が
含浸されたポリプロピレン不繊布からなるセパレータ４
及び二酸化マンガン正極５を渦巻状に巻回した発電要素
としての電極群６が収納されており、かつ該電極群６の
中心には正極集電棒７が該電極群６の正極５と接触する
ように挿入されている。なお、前記電極群６の負極３は
図示しないリード線を介して前記外装缶１に接続されて
いる。また、前記外装缶１の上部開口部には正極端子を
兼ねる例えば厚さ０．５朋の５ＵＳ３０４からなる封口
板８がポリプロピレン製絶縁パツキン９を介して気密に
装着されている。

この封口板８は、帽子形状をなし、その突出部周辺下面
には中央に筒部を有する接続リード板１０が溶接等によ
り取着されている。この接続リード板ｌＯの筒部には、
前記集電棒７の上端が嵌入され、該接続リード板１０を
介して前記封口板８に接続されている。そして、前記帽
子形状をなす封口板８の鍔部には例えば直径り、５ｍｍ
のガス抜き穴１１が開孔されている。このガス抜き穴１
１周辺の封口板８には、弁体１２が熱接着されている。

この弁体１２は、第２図に示すように前記封目板８側に
配置されて熱接着されるポリエチレンに無水マレイン酸
５重量％をグラフト重合させた変性高密度ポリエチレン
（Ｊ　Ｉ　５Ｋ６７６０によるメルトフローレート１．
２ｇ／護、Ｊ　Ｉ　５Ｋ６７６０によるビカット軟化点
１２６℃）からなる厚さ７５μｍの熱接着性フィルムＬ
２ａと５ＵＳ３０４からなる厚さ４０μｍの金属薄膜１
２ｂとの複合薄膜から構成されている。

しかして、本実施例のリチウム電池について５０ｍΩの
抵抗で外部短絡させた時の電流値と電池外壁温度の経時
変化を調べた。その結果、第３図に示す特性図を得た。

なお、第３図中のＡは電流変化曲線、Ｂは電池外壁温度
変化曲線を夫々示す。

第３図から明らかなように、外部短絡後から約５分間ま
で電池外壁温度が上昇して約１３０℃の温度に達するが
、１３０℃に到達時点で温度が下降され、かつ電流値も
激減することがわかる。こうした電池外壁温度が約１３
０°Ｃに到達した時点を境にした該外壁温度の下降及び
電流値の激減は、外部短絡後に電池外壁温度が約１３０
℃に達した時点で、封口板８のガス抜き穴１１周辺に熱
接着された弁体１２の熱接着性フィルム１２ａがその熱
により軟化し、かつ該ガス抜き穴１１に加わるガス圧力
により弁体１２が押し上げられ、該弁体１２の一部が封
口板８から剥離して封口板８が気密に装着された外装缶
ｌ内のガスが該弁体１２の剥離箇所からリークしたこと
によるものである。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば製作で容易でかつ気
密性に優れ、更に外部短絡、内部短絡等が起きた時に外
装缶内のガスを内部温度が高くなる前に安定的に外部に
リークさせて外装缶等の破損を防止でき、ひいては安価
で安全かつ長期信頼性の高い有機電解液電池を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す円筒形リチウム電池の
断面図、第２図は第１図の電池の要部拡大断面図、第３
図は本発明の実施例の円筒形リチウム電池における外部
短絡後の経過時間と電流値及び電池外壁温度の変化を示
す特性図である。 ■・・・外装缶、３・・・負極、４・・・セパレータ、
５・・・正極、６・・・電極群、７・・・集電棒、８・
・・封口板、１１・・・ガス抜き穴、１２・・・弁体、
１２ａ・・・接着性フィルム、１２ｂ・・・金属薄膜。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　外装缶と、この外装缶内に収納された発電要素と、前
   記外装缶の上部開口部に気密に設けられた封口板とを具
   備した有機電解液電池において、前記封口板にガス抜き
   穴を開孔し、かつ該ガス抜き穴周囲の封口板部分に変性
   高密度ポリエチレンからなる熱接着性フィルムと金属薄
   膜とを積層した複合薄膜を弁体として熱接着したことを
   特徴とする有機電解液電池。