JPH0265055A

JPH0265055A - 扁平形密閉電池

Info

Publication number: JPH0265055A
Application number: JP63214581A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sato; 淳佐藤; Hirokazu Yoshikawa; 吉川　博和; Shigeru Ikenari; 池成　茂; Kenichi Yokoyama; 賢一横山
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1988-08-29
Filing date: 1988-08-29
Publication date: 1990-03-05
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPH07107839B2

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〕本発明は防爆機能を備えた扁平形密閉電池に関する。

〔従来の技術］近年、電子機器の発達に伴い、自己放電が小さく、長寿
命のリチウム電池が多く使用されるようになってきた。

そこで、ＣＭＯＳ　　ＲＡＭのメモリバンクアップ用電
源として筒形で電池蓋にメタル−ガラス−メタルのハー
メチンクシールを採用したリチウム−塩化チオニル電池
が開発され（例えば、特開昭５９−５１４５８号公報）
、これらは密閉性が高＜１０年間以上にわたって使用で
きることから急速に需要が伸びている。

しかし、市場においては、上記のような筒形のバックア
ンプ用電池のみならず、ＩＣの消費電流の低減から、あ
るいは機器の小形、軽量化に伴う要請から、より小形、
薄形のメモリバックアップ用電池が求められている。

そこで、そのような要望に応えるべく、扁平形電池の開
発が試みられているが、扁平形電池の場合、筒形電池で
採用されているような電池蓋の端子部分に電解液注入口
を設けることは、その溶接封止時の熱によってガラス層
を損傷することになるので、採用することができない。

すなわち、筒形電池の場合は、形状が大きく、電池総高
が少なくとも２５ＩＩＩ１１以上あるため、電池蓋の中
央部に位置する端子部分に電解液注入口を設けても、電
解液注入口の封止位置を電池蓋のガラス層から高さ方向
に距離を置いたところに設定することができるので、そ
の溶接封止時の熱によってガラス層が損傷をうけること
はないが、電池総高が高々ＩＯｍｄ２度の扁平形電池で
は、電池蓋の端子部分に電解液注入口を設けた場合、そ
の溶接封止部分とガラス層との距離が短いために、溶接
封止時の熱によってガラス層が破壊して使用に耐えなく
なるのである。

そのため、オキシハロゲン化物を正極活物質に用い、ハ
ーメチックシールを採用した密閉性の高い扁平形密閉電
池が市場から要請されているにもかかわらず、商品化さ
れていないのが実状であった。

そこで、本発明者らは、そのような要請に応えるべく検
討を重ね、電池容器の底部の中央部に電解液注入口を設
けることによって液状のオキシハロゲン化物を正極活物
質として用い、ハーメチックシールを採用した密閉性の
高い扁平形密閉電池を開発してきた。

〔発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記のようなハーメチックシールを採用
した電池は、密閉性が高く、貯蔵性に優れているという
長所を有するものの、その反面、密閉性が高いために、
高温加熱下にさらされたり、あるいは高電圧で充電され
るなどの異常事態に遭遇したときに、電池の内部圧力が
異常に上昇して電池が高圧下で破裂し、いわゆる電池爆
発が生じ、大きな破裂音が発生すると共に、電池内容物
が周囲に飛び散って電池使用機器を７万損することにな
る。

そのため、筒形電池では、電池容器の底部の中央部に薄
肉部を十字状に設け、電池の内部圧力が異常上昇をしは
じめたときに、上記薄肉部が高圧になりすぎない安全性
の確保できる範囲内の圧力で破壊して、電池の高圧下で
の破裂、いわゆる爆発を防止するようにしているが、扁
平形電池では、前述したように、電池容器の底部中央部
に電解液注入口を設ける関係で、防爆用の薄肉部を電池
容器の底部の中央部に設けることができないという事す
青がある。

（課題を解決するための手段〕本発明は、電池容器の底部に環状の薄肉部を０゜０５〜
０．２０ｎｍの厚みで設けることによって、オキシハロ
ゲン化物を正極活物質として用い、ハーメチックシール
を採用して高い密閉性を有し、しかも安全性の高い防爆
機能を備えた扁平形密閉電池を捷供したものである。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただ
し、実施例ではリチウム−塩化チオニル系の扁平形密閉
電池について説明するが、本発明はその場合のみに限ら
れるものではない。

第１図は本発明の扁平形密閉電池の一実施例を示す断面
図であり、第２図は第１図に示す電池の概略底面図であ
る。ただし、断面図においては、断面より背面側に位置
する部分の外形線で、図示すると図面を繁雑化させるお
それがあるものについては図示を省略している。

まず、電池の構成について概略的に説明すると、（１）
はリチウムからなる負極、（２）は炭素多孔質成形体か
らなる正極、（３）はガラス繊維不織布からなるセパレ
ータであり、上記負極（１）と正極（２）とを隔離して
いる。（４）は電解液で、（５）はステンレス鋼製の電
池容器、（６）は電池蓋であり、この電池蓋（６）は環
状でステンレス鋼製のボディ（７）とガラスからなる環
状の絶縁層（８）とステンレス鋼製の正極側の端子（９
）とからなり、上記ボディ（７）の外周部は電池容器（
５）の開口端部に溶接されている。０ωは正極側の集電
体で、ステンレス鋼製網からなり、正極側の端子（９）
の下部にスポット溶接されている。０１）はガラス繊維
不織布からなる絶縁体で、正極（２）および正極集電体
００）と電池蓋〔６）のボディ（７）との間を絶縁して
いる。（１２１は電解液注入口であり、この電解液注入
口０りは電池容器（５）の底部（５ａ）の中央部に設け
られているが、本実施例のものは先端部を電池内部側に
有する円筒状に形成されていて、電解液注入後にポリテ
トラフルオロエチレン球からなる封止栓０湯が圧入され
ている。０４１はステンレス鋼製の封止板で、その中央
部で電解液注入口（１２）の基端部側の開口部を覆い、
外周部が電池容器（５）の底部（５ａ）に溶接されてい
る。そして、この電池は、外径３３ｍｍ、電池総高６　
、５＋＋＋ｍの円板状をした扁平形電池である。

つぎに、主要構成部材について詳しく説明していくと、
負極（１）はリング状に打抜いたリチウムシートを電池
容器（５）の底部内面に圧着したものであって、負極活
物質のリチウムのみで構成され、正極（２）はアセチレ
ンブラックを主成分とし、これに黒鉛とポリテトラフル
オロエチレンを添加した炭素質を主材とする材料の多孔
質成形体、いわゆる炭素多孔質成形体からなるものであ
る。電解液（４）は塩化チオニルに四塩化アルミニウム
リチウムを１．０　ｍｏｌ／ｆｆｉ溶解した塩化チオニ
ル溶液からなり、塩化チオニルは上記のように電解液溶
媒であるとともに正極活物質でもある。このように塩化
チオニルが正極活物質として用いられていることからも
明らかであるように、上記正極（２）はそれ自身が反応
するものではなく、正極活物質の塩化チオニルと負極（
１）からイオン化して溶出してきたリチウムイオンとの
反応場所を徒供するものである。

電池容器（５）は厚さ０．５ｍ−のステンレス鋼板で外
径３３＋ａ＋ｓ、高さ６Ｎ１１の容器状に形成され、そ
の底部（５ａ）の中央部には内径２．１１で電池内部側
に先端部を有する高さ約１．５ｍｍの円筒状の電解液注
入口０りが設けられている。なお、円筒状の電解液注入
口θりとは、電解液の注入に際し、電解液の通過し得る
空隙が円筒によって形成されたものであることを意味し
ている。

電池蓋（６）は前記のようにステンレス鋼製のボディ（
７）とガラスからなる環状の絶縁層（８）とステンレス
鋼製の正極側の端子（９）とからなり、上記ガラスから
なる絶縁層（８）はその外周面でステンレス鋼製のボデ
ィ（７）の内周面に溶着し、その内周面でステンレス鋼
製の正極側の端子（９）の外周面に溶着していて、いわ
ゆるメタル−ガラス−メタルのハーメチンクシールを有
し、また、前記のように電池蓋（６）のボディ（７）は
電池容器（５）の開口端部に溶接されていて、この電池
はいわゆる完全密閉構造になり得るように構成されてい
る。

封止栓０湯は、本実施例では直径２．３１のポリテトラ
フルオロエチレン球からなり、この封止栓θ湯の直径は
前記電解液注入口（１２）の内径より若干大きく、電解
液注入後の電解液注入口０りに圧入されている。そのた
め、この封止栓側にはその周囲から電解液注入口（１２
１の反ｆｉｌ応力がかかり、両者の密接度が高くなって
、電解液注入口０力は少なくとも封止板０４１の溶接が
完了するまでの間、上記封止栓側によって封止されてい
る。いわば、電解液注入口（１２１はこの封止栓０■に
よって仮封止され、封止板側の外周部の電池容器（５）
の底部（５ａ）への溶接によって完全に封止される。封
止板Ｏａは厚さ０．３ＩＩｌｌＩ、直径５＋ａ＋＊のス
テンレス鋼板からなり、その中央部で電解液注入口（１
２１の基端部側の開口部を覆い、その外周部が電池容器
（５）の底部（５ａ）に炭酸ガスレーザーで出力４００
Ｗ、溶接速度２Ｏｆｆｉｎ／ｓｅｃで溶接されている。

そして、電池容器（５）の底部（５ａ）には防爆用の薄
肉部（１５）が環状に設けられており、この薄肉部０ω
の直径（ただし、薄肉部０５）の中心部間の直径）は２
０ａｒｍであって、厚みは０．０５〜０．２０ｍｍの範
囲に設定されている。

上記のように薄肉部０ωの厚みを０．０５〜０．２０ｍ
ｍにするということは、次の実験から求められたもので
ある。

まず、第３図に示すように、底部（５ａ）の中央部に電
解液注入口（１２１を設け、かつ薄肉部θつを環状に設
けた電池容器（５）を用意する。なお、実験にあたって
は、薄肉部０つの厚みを０．０３ｍｍ、　０．０５ｎ＋
＋ｗ、０．０７ｍ（０，１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．
２０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．４０１１
＋１．０．５０＋ｍ１１　（これは薄肉部を設けていな
いことを示す）と変化させて、多種類の電池容器（５）
を用意する。

薄肉部０ωは電池容器（５）の底部（５ａ）に、例えば
プレス加工により、第４図に示すように、断面が台形状
（ただし、凸形状）の溝００を形成することによって設
けられたものであり、実験にあたっては、薄肉部０ωの
幅Ｗは０．１５ｍｍ、溝００の形成角度θは６０゜にし
、薄肉部０９の厚みは上記のように０．０３〜０．５０
ｍｍの範囲で変化させており、薄肉部（＋５１の直径は
２０ｍｍｍにしている。

そして、これらの電池容器（５）には、内部に電解液な
どをまったく入れないで、封止板０４１でその電解液注
入口０りの基端部側の開口部を覆い、封止板０４１の外
周部を電池容器（５）の底部（５ａ）に炭酸ガスレーザ
ーで溶接して封止する。

このようにして電解液注入口（１２１を封止した電池容
器（５）を加圧治具に取り付け、水圧で電池容器（５）
を加圧して薄肉部（＋５１の破壊（薄肉部θつの端部が
開裂する）が生しる圧力を調べ、その結果を第１表に示
した。

ただし、薄肉部の厚みが０．５０＋ｕ＋のときは薄肉部
θつを設けていないので、電池容器（５）の底部（５ａ
）の破裂になる。

第　　　　１　　　　表薄肉部０ωの破壊が生じ、防爆機能が作動して、電池破
裂を防止する圧力をいくらに設定するかが問題になるが
、第１表に示すように、薄肉部０５１１を設けていない
場合（つまり、薄肉部０ωの厚みが０゜５０−一の場合
）に電池容器の底部が破裂する圧力が４００ｋｇ／ｃ４
であることから、防爆機能の作動圧力としては上限を１
８０ｋｇ／ｃｉａ程度に設定しておくのが好ましいと考
えられる。また、通常の使用条件下では電池の内部圧力
が１０ｋｇ／ｃ４以上に上昇することはほとんどなく、
多少のバラツキや長期間にわたる貯蔵中の薄肉部０５Ｉ
の腐食による破壊圧力の低下を考慮しても、防爆機能が
３０ｋｇ／＋ｊ以上で作動するように設定しておけば、
特に異常事態でもないときに防爆機能が作動するような
ことはないと考えられる。そのような観点から、薄肉部
θ■の厚みは０．０５〜０．２０ｍｍに設定しておくこ
とが好ましいといえる。

つぎに、第１図に示す構造で、薄肉部０５１の厚みを０
．０３ｍｍ、　０．０５ｓ＋ｍ、　　０．０７ｍ１ｌ、
　　０．ＩＱｍｍ、　０．１５ｍｍ＋、　０゜２０ｍｍ
、　０．２５−一、０．３０＋ｌＩＩ、　０．４０１１
１１および０．５ｈ鋼にした電池を作製し、高温加熱試
験を行い、薄肉部θつの破壊による防爆機能の作動状況
を調べた。高温加熱試験にあたっては、各厚み（Ｆｉｌ
ｌ肉部の厚み）の電池を１０個ずつ用意し、電気マツフ
ル炉中に電池を入れ、昇温温度３０°Ｃ／分で加熱し、
そのときの防爆機能の作動状況を調べ、その結果を第２
表に示した。なお、第２表中の［防爆機能の作動状況」
を表す数値の分母は試験に供した電池個数を示し、分子
は薄肉部０ωが破壊して防爆機能が作動した電池個数を
示している。

第表第２表に示すように、薄肉部の厚みが０．０３〜０゜２
０ｍｍの範囲では、試験に供した電池はいずれも防爆機
能が作動するが、薄肉部の厚みが０．２５ｍｍになると
、試験に供した１０個の電池のうち８個の電池は防爆機
能が作動するが、残り２個の電池は防爆機能が作動せず
、電池容器の底部が破裂した。なお、薄肉部の厚みが０
．０３〜０．２０Ｉ１ｍの範囲では、試験に供した電池
はいずれも防爆機能が作動し、それらの作動温度は薄肉
部の厚みが０．０５〜０．２０＋ｕ＋では１５０〜２２
０°Ｃで、薄肉部の厚みが０．０３ｍｍの場合は１３０
°Ｃで作動するものがあった０通常の使用温度で電池温
度が１２０°Ｃ程度になる場合があることを考慮すると
、薄肉部の厚みが０　、０３ｍｍのものは異常事態でな
い通常使用時に防爆機能が作動することがあると考えら
れる。したがって、薄肉部θつの１￥みを０．０５〜０
．２ｋｍにすれば、安全性の確保できる範囲内の圧力で
薄肉部（１５）が破壊して防爆機能が作動し、高圧下で
の電池破裂、いわゆる爆発が防止され、また、異常事態
でないときに防爆機能が作動して電池機能を喪失するこ
とがないといえる。

第５図は本発明の扁平形密閉電池の他の実施例を示す断
面図であり、第６図は第５図に示す電池の概略底面図で
ある。

この第５図に示す電池では、電解液注入口（＋２１をテ
ーバ筒状にしている点を除いては前記第１図に示す電池
とほぼ同様に構成されている。なお、電解液注入口０の
がテーバ筒状をしているとは、電解液の注入に際し、電
解液の通過し得る空隙がテーバ筒で形成されていること
を意味している。

つまり、この第５図に示す電池においても、電池容器（
５）の底部（５ａ）に防爆用の薄肉部０ωが環状に設け
られ、該薄肉部０５）の厚みは０．０５〜０．２０ｇｕ
＋に設定されている。その結果、この電池は高温加熱下
にさらされたり、高電圧で充電されるなど、異常事態に
遭遇して、電池の内部圧力が異常上昇しはじめたときに
は、上記薄肉部（１５１が安全性の確保できる範囲内の
圧力で破壊して防爆機能が作動し、電池の高圧下での破
裂、つまり爆発を防止することができ、かつ異常事態で
ないときに防爆機能が作動して電池機能を喪失しないよ
うに構成されている。

第７図は本発明の扁平形密閉電池のさらに他の実施例を
示す断面図であり、第８図は第７図に示す電池の概略底
面図である。

この第７図に示す電池では、前記第１図に示す電池にお
ける封止栓０″３）と封止板０４とが一体化したような
封止体θ力が用いられていて、上記封止体０７）の軸部
（１７ａ）が電解液注入口（１２）に圧入され、封止体
θ力の頭部（１７ｂ）の外周部が電池容器（５）の底部
（５ａ）に炭酸ガスレーザーで溶接されている。つまり
、電解液注入口Ｑ２１は封止体０りの軸部（１７ａ）の
圧入によって仮封止され、封止体α力の頭部（１７ｂ）
の外周部の電池容器（５）の底部（５ａ）への溶接によ
って完全に封止されている。上記の点を除いては、この
第７図に示す電池は前記第１図に示す電池とほぼ同様に
構成されている。

したがって、この第７図に示す電池においても、電池容
器（５）の底部（５ａ）に防爆用の薄肉部０ωが環状に
設けられ、該薄肉部ｑ５１の厚みは０．０５〜０．２０
ｍ＋ａに設定されている。そのため、この電池は、高温
加熱下にさらされたり、高電圧で充電されるなど、異常
事態に遭遇して、電池の内部圧力が異常上昇しはじめた
ときには、上記薄肉部０ωが安全性の確保できる範囲内
の圧力で破壊して防爆機能が作動し、電池の高圧下での
破裂、つまり爆発を防止することができ、かつ異常事態
でないときに防爆機能が作動して電池機能を喪失しない
ように構成されている。

上記実施例では、絶縁層（８）をガラスで構成したが、
ガラスに代えてセラミックスで絶縁層（８）を構成して
もよい。また、実施例では、負極活物質としてリチウム
を用い、正極活物質として塩化チオニルを用いたリチウ
ム−塩化チオニル電池について説明したが、負極活物質
としてはナトリウム、カリウムなどのリチウム以外のア
ルカリ金属であってもよいし、正極活物質も塩化チオニ
ル以外に塩化スルフリル、塩化ホスホリルなどの常温（
２５’Ｃ）で液体のオキシハロゲン化物（オキシハライ
ド）であってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、ハーメチックシールを
採用した電池において、電池容器（５）の底部（５ａ）
に防爆用の環状の薄肉部Ｑ５１を０．０５〜０．２０ｍ
ｍの厚みで設けることにより、電池の内部圧力が異常上
昇しはじめたときに、上記薄肉部（１５）が安全性の確
保できる範囲内の圧力で破壊して、高圧下での電池破裂
、いわゆる爆発を防止できるようにして、安全性を高め
、高い密閉性を有し、しかも安全性の高い防爆機能を備
えた扁平形密閉電池を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の扁平形密閉電池の一実施例を示す断面
図であり、第２図は第１図に示す電池の概略底面図であ
る。第３図は第１図に示す電池に使用された電池容器を
封止板で封止した状態で示す断面図であり、第４図は電
池容器の底部に設けた薄肉部とその周辺の拡大断面図で
ある。第５図は本発明の扁平形密閉電池の他の実施例を
示す断面図であり、第６図は第５図に示す電池の概略底
面図である。第７図は本発明の扁平形密閉電池のさらに
他の実施例を示す断面図であり、第８図は第７図に示す
電池の概略底面図である。（１）・・・負極、　（２）・・・正極、　（３）・・
・セパレータ、（４）・・・電解液、　（５）・・・電
池容器、　（５ａ）・・・底部、（６）・・・電池蓋、
　（７）・・・ボディ、　（８）・・・絶縁層、（９）
・・・端子、　ａ′ＩＪ・・・電解液注入口、　０ω・
・・環状の薄肉部５ａ底部第図５ａ・底部第ｒ凶第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）負極活物質としてリチウム、ナトリウム、カリウ
ムなどのアルカリ金属を用い、正極活物質として塩化チ
オニル、塩化スルフリル、塩化ホスホリルなどの常温で
液体のオキシハロゲン化物を用い、上記負極活物質およ
び正極活物質を含む発電要素を電池容器（５）と電池蓋
（６）とで密閉する扁平形密閉電池であって、上記電池
蓋（６）は金属製で環状のボディ（７）と上記環状のボ
ディ（７）の内周側に位置しガラスまたはセラミックス
からなる環状の絶縁層（８）と上記環状の絶縁層（８）
の中心部に位置する一方の電極の端子（９）とからなり
、該電池蓋（６）のボディ（７）の外周部は前記電池容
器（５）の開口端部に溶接され、電池容器（５）の底部
（５ａ）の中央部には電解液注入口（１２）が設けられ
、該電解液注入口（１２）は電解液注入後に封止され、
かつ上記電池容器（５）の底部（５ａ）には防爆用の環
状の薄肉部（１５）が設けられ、該環状の薄肉部（１５
）の厚みが０．０５〜０．２０ｍｍであることを特徴と
する扁平形密閉電池。