JPH03116651A - 角形密閉式電池 - 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］ この発明は、安全弁が設けられた封口板と電池容器との
間の密封を改善した角形密閉式電池に関するものである
。

［従来の技術］ 近年、ポータプルタイプ電子機器の小形化、薄形化が進
むに伴い、その電源に使用される密閉式電池に対しても
小形で容量密度の大きいものが要求されるようになって
きた。特に機器に一体として組み込まれて長期間使用さ
れることが多い電池、例えば密閉式アルカリ蓄電池、あ
るいはリチウム電池などにおいては従来の円筒形やボタ
ン形電池よりも収納時のスヘース効率のよい小形の角形
や薄形電池への要望が強まり、具体的な商品として既に
いくつかのものが商品化されている。

この商品の具体例として、例えばヘッドホーンステレオ
等に使用されるチューインガムサイズ（角形）のＰｂ−
ＰｂＯ２電池、Ｃｄ−Ｎｉ０ＯＨ電池などがあげられる
。これらの電池はチュ−インガムサイズでありながら１
００Ｗｈ／、ｆｌ　、　３０Ｗｈ／Ｋｇ程度の高エネル
ギー密度で、かつ６００〜１００１００Ｏ程度の比較的
大容量のものが商品化されている。

これらの電池のように高エネルギー密度、大容量である
ことは、その使い方によっては危険を伴い、そのため電
池メーカーは漏液防止等に対する封口の信頼性や過充電
、過放電時に発生する（前記の電池の場合はＨ２，０２
）ガス圧に対する安全性について十分注意を払わねばな
らない。

漏液を防止し封口の信頼性を確保するための容器と封目
板との封口技術としては、レーザー封口。

クリンプ封口、熱融着封口などが知られている。

レーザー封口は容器と封目板との接合部をレーザーで溶
接する封目方法で、溶接部周縁を過熱させずに精度よい
微細な溶接ができる長所を有する反面、レーザービーム
は微細径で直進するため接合部の嵌合精度が問題になり
、嵌合が悪いと溶接不良になったり、容器内部の発電要
素を損傷させることも起こる。特に角形電池の場合には
部品加工の製造技術上の問題でこのような不具合が起こ
り易く、またレーザー溶接装置は構成が複雑でもあり、
これらの事情からレーザー封口はコスト高とならざるを
得ない。

クリンプ封口は角形電池の金属容器のアニール技術やク
リンププレスの平行精度が重要であり、これらが適切で
ないと角形のコーナ一部のクリンプが不十分となり液漏
れが発生しなり、コーナーに応力が集し過ぎて容器を不
当に変形してしまったりする等の問題を生じる。

一方熱融着法は角形の電池容器と封目板との密封に熱融
着性樹脂を用いるもので、この方法によれば金属製の角
形電池容器と封目板とを熱融着性樹脂により接合し、こ
れを加熱することにより両者間に流動させ、冷却するこ
とにより両者を固定密閉することができ、レーザー溶接
のときに要求されるような容器および封目板に対する高
い寸法精度が要求されない利点があり、またこれに使用
される熱融着装置はレーザー溶接装置に比べ格段に安い
という利点もあり、さらに熱融着装置を用いることから
接合部分にかける温度、圧力、時間等接着に係わる条件
を変えて密封の最適条件を決定することが容易であるこ
とも大きな特長である。

しかしこの熱融着封口は密封性を十分確保するために容
器と封口板との接合面積を広くすることが望ましく、本
願発明者らは実願平１−６５５０８号に、容器および封
口板にテーパーを設けて、これらの接合面積を実効的に
広くかつ密着性を良くして、封口の信頼性を高める熱融
着封口の一方法を提案している。

また過充電、過放電時に発生する（Ｈ２，０２等）ガス
圧に対する安全性については、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖ
ｅ　Ｔ＋ｖｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
）素子を設けるとか、セパレータ、安全弁などに工夫が
なされたものがある。

電池内部のガス圧が所定の値に達したとき電池内部のガ
スを外部に退散放出させる安全弁に関しテハ、例えばＰ
ｂ−ＰｂＯ２角形電池、Ｃｄ−Ｎｉ　００Ｈ角形電池な
どに使用される第６図に示すような安全弁が知られてい
る。同図において６１は封口板であり、その中央部には
通気孔６２が設けられており、この通気孔６２は通常は
弁蓋６３内に収納されたゴム弁体６４により弁＃６４の
弾性力で塞がれ容器を密封状態にしているが、内圧が高
まるとガス圧がゴム弁体６４を押し上げて通気孔６２と
ゴム弁体６４との間に隙間を作りガスを逃散放出させる
ように作用するものであって、密封性とガス逃散性とは
相反する性質を持っており、どの程度の内圧で安全弁を
作用させるかで、ゴム弁体６４の弾性率やその厚みおよ
び通気孔６２の径等を決定する必要があり、またゴム弁
体６４の材質の経年変化等を考慮すると、密封性とガス
逃散性とを長期に互って良好に保持させることに多少の
難点がある。

またＬｉ−ＭｎＯ２系のスパイラル円筒形電池等に使用
される安全弁は第７図に示すように、容器７１を封口す
るため通気孔７２を有する金属板７３と突起部７４およ
びガス排出孔７５を備えたメタルトップ７６とに挟まれ
たフィルム７７とでなる封口部を絶縁体７８を介して容
器７１にクリンプ封口した構造のフィルムタイプのもの
が多い。

この構造の安全弁は過充電、過放電時にガス（この場合
はＣＨ３、ＣＨ，ＣＨ２ガス）が発生すると、このガス
が通気孔７２を通ってフィルム７７を押し上げメタルト
ップ７６に設けられた突起部７４に触れ、この突起部７
４によりフィルム７６が破られることでガスをガス排出
孔７５から外部に逃散させることができる。

この種の電池の安全弁の場合、リチウムが水を嫌う性質
があるので、フィルム７７としてポリプロピレンやポリ
エチレンとアルミニウムとのラミネート・フィルムなど
の透湿性が非常に少ないフィルムが使用されることが多
い。

またこのタイプ電池のサイズをＣＲ２／３Ａと仮定する
と、その外形はφ１６Ｘｈ３３．１■程度であり、φ１
６■の外径に対しメタルトップ７６の内径をφ４〜８面
程度とした弁孔とし、メタルトップフ６底面平坦部と通
気孔７２を有する金属板７３の底面平坦部との間にフィ
ルム７７を挟持することは比較的容易であり、また電池
容器が円筒形であることから角形の容器では多少難点の
あったクリンプ封口を適用することもでき、これらを総
合して考察すると円筒形の電池に使用されるフィルムタ
イプの安全弁は密封性とガス逃散性との相反する性質を
うまく調和させることができ好ましい。

［発明が解決しようとする課題］ リチウム系電池をチューインガムサイズの角形電池で構
成しようとする場合、密封性の点からフィルムタイプの
安全弁の方が望ましいが、チューインガムサイズの角形
電池の実際の寸法は、例えばＬ６７ｘＴ６ｘＷ１６．８
菌程度であり、電極の構成構造上から電池内のガスを逃
散させるための安全弁を設られる位置は６關の厚さ部分
にならざる得す、また電池の構造上幅方向が望ましく、
したがって容器の缶厚を０．４ａｍ程度とした場合５．
２ＩＩＩＩＸ１６ａｍの面積の中に安全弁を設ける必要
がある。

フィルムタイプの安全弁はＬｉ−ＭｎＯ２系のスパイラ
ル円筒形電池でその技術が確立されているが、弁孔径と
して実施可能な最小径φ４面としても厚さ方向に残され
る寸法は１．２ｍ＋であり、弁孔の両側にそれぞれ残さ
れる“のりしろ”としては０．６ａｍＬか残されず、従
来の構造では密封性等を確保することが困龍である。

この発明はこの問題を解決して、密封性つまり貯蔵特性
の優れた角形密閉式電池を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ この発明は、開口側に広がるテーパー状の開口部を有す
る容器と、この容器を密閉するための前記開口部に対応
したテーパー状の立上り部を有する封口板とを具備し、
前記開口部と前記封口板の立上り部とを熱融着樹脂によ
って融着密閉する角形密閉式電池において、前記封口板
の底面にはこの底面より外側に凹んだ弁口を有しその内
側に歯突起を有する弁収納部が設けられるとともに、こ
の封口板の前記立上り部より前記底部に互って金属薄板
を中央に挟み両側に樹脂を配した三層のラミネート被覆
体が接着被覆されたことを特徴としている。

［作用］ このように構成することにより、弁口付近の“のりしろ
”部分を封口板の立上り部まで幅広く確保でき、密閉性
を高めることができる。

［実施例］ 以下図面を参照しながらこの発明の一実施例を説明する
。第１図はこの実施例の角形リチウム二酸化マンガン電
池の封口部分を説明するための部分断面図であり、第２
図はこの封口部分の主体となる封口板の断面図である。

第１図において１は角形電池の容器であり、その開口部
１ａは開口側が広くなったテーパーを形成しており、こ
の開口部１ａにラミネート被覆体２に被覆された封口板
３を嵌合させ容器１を密閉している。

封口板３は第２図に示すように容器１の開口部１ａに対
応したテーパーを形成する立上り部３ａとその内側の底
面３ｂに正ｆ！端子３Ｃと安全弁の弁収納部３ｄおよび
中央部に穴３ｅが設けられており、また弁収納部３ｄの
内側には電池内のガス圧が高くなった時にラミネート被
覆（＊２を破るための歯突起３ｆが弁孔３ｇを介してラ
ミネート被覆体２に対向するように設けられており、ま
た弁収納部３ｄにはこの時のガスを外部に逃散させるた
めの通気孔３ｈ設けられている。

このような構成の封口板３は穴３ｅを除く立上り部３ａ
の外側より底面３ｄに亘って熱融着によるラミネート被
覆体２で被覆されている。

ラミネート被覆体２は第３図に示すような皿状をなし、
変性ポリプロピレン等の熱融着性樹脂を外側にしその中
心部にアルミニウム膜を挟んだ三層構成をなした成形加
工品であり、容器１の開口部に接する接合面２ａは封口
板３の立上り部３ａとともに開口部１ａに嵌合するのに
適したテーパー状をなしている。このラミネート被覆体
２の接合面２ａにより容器１と封口板３との両者を熱融
着し密封するとともにラミネート被覆体２自体も前記し
たように封口板３に熱融着されて封口板３を被覆するよ
うになっている。

ラミネート被覆体２に被覆された封口板３には穴３ｅを
通しポリオレフィン系の絶縁チューブ４ａ、絶縁性ポリ
オレフィン系の熱融着性フィルム４ｂを介して、この熱
融着性フィルム４ｂに融着する平板部５ａを有する負極
リード５ｂが配設されており、その平板部５ａの上面に
過大な放電電流を制限するＰＴＣ素子５ｃを介して負極
端子６を積層接着してあり、さらに正極端子３０、負極
端子６および弁収納部３ｄの通気孔３ｈの部分を除く部
分には絶縁キャップ４ｃが施されている。

また正極端子３０には図示しない電極より集電する正極
リード５ｄがスポット溶接されており、封口板３は事実
上容器１より絶縁された構造になっている。

このように構成された構造の電池において、電池内の内
圧が高まると封口板３の弁孔３ｇに対向する部分のラミ
ネート被覆体２が弁収納部３ｄ内に凸状に膨らみ、歯突
起３ｆに触れアルミ膜が破れてガスを通気孔３ｈを通し
て外部に逃散させるようになっている。

第４図はラミネート被覆体としてフィルム状のものを折
り曲げて使用する第二の実施例のラミネートフィルム７
の展開図であり、このラミネートフィルム７は第一の実
施例に使用したラミネート被覆体２の構成と同じく、変
性ポリプロピレン等の熱融着性樹脂を外側にしその中心
部にアルミニウム膜を挟んだ三層構成をなしており、こ
のラミネートフィルム７は同図の破線で示す折りしろ部
分で折り曲げられて接合面２ａか形成され、第３図に示
すような皿状のラミネート被覆体２が構成されて、第一
の実施例の場合と同様に封口板３を挿着し覆い密閉の目
的で使用されるもので、第二の実権例の他の部分の構成
構造は第１図に示した第一の実施例のものと全く同じで
ある。

第一、第二の実施例の電池と従来の考え方による精造の
電池との貯蔵特性を比較するため、第一第二の実施例の
電池としては密閉目的のラミネート被覆体２として第一
実施例では成形加工のもの、第二実施例では折り曲げ加
工のものを使用する以外は同構造で、外形寸法がＬ６７
ｘＴ６ｘＷ１６゜８止で弁収納部３ｄの弁径３ｇがφ４
間の角形リチウム・二酸化マンガン電池を試作してそれ
ぞれを電池Ａおよび電池Ｂとし、従来の考え方による構
造の比較例電池としては、実施例に使用したと同じ構成
の第４図に示す平板状の三層ラミネート板７を封口板３
の底面３ｂのみに熱融着し、立上り部３ａまでは覆わな
い構造とし、また封口板３の立上り部３ａと容器１の開
口部１ａに介在させ両者を密封する熱融着性樹脂は実施
例のラミネート被覆体２に使用されたと同じ熱融着性樹
脂を用い、その樹脂の厚さが第一、第二の実施例のもの
と同じになるように封口板３の寸法を変えた以外は、第
一、第二の実施例の電池Ａ、Ｂと全く同じ構造寸法の電
池Ｃを試作し、電池Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれについて貯蔵特
性試験を行った。

貯蔵特性試験は、電池Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれを温度４５℃
で湿度９３％Ｒｈの恒温槽に一週間貯蔵したときの試験
前と試験後における各電池の内部インピーダンス変化を
もって表わした。その試験結果を表１に示す。

以下余白 表１ 表１の試験結果から実施例の電池Ａ、Ｂの内部インピー
ダンス変化より比較例の電池Ｃの変化が格段に大きいこ
とがわかる。

これは比較例の電池Ｃは弁孔３ｇ周囲の三層ラミネート
板の封口板３との間の“のりしろ”が厚さ方向では０．
６市程度しか取れず、この部分の密封が十分でないため
と考えられる。つまり弁収納部３ｄの通気孔３ｈを通し
て湿気が“のりしろ”の狭い部分より容器１内に浸入し
、電極のリチウム表面に皮膜を形成して内部インピーダ
ンスを高くするものと考察される。

一方、実施例の電池Ａ、Ｂは弁孔３ｇ付近のラミネート
被覆体２も封口板３の立上り部３ａまでに亘り幅広くな
っているので、湿気が容器１内部に浸入しにくく、その
ためリチウム表面に皮膜を形成させることなく内部イン
ピーダンスを初度状態に近い値を保つものと考えられる
。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものでなく、
要旨を変更しない範囲で変形して実施できる。

例えば、実施例ではリチウム・二酸化マンガン電池のも
のを説明したが、他種の電池に対しても実施できる。

またラミネート被覆体を構成する熱融着性樹脂としては
、ポリプロピレン（ＰＰ）のほか、ポリエチレン（ＰＥ
）、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレ
ン・アクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレン・エチル
アクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン・メタクリ
ル酸共重合体（ＥＭＡＡ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、
ポリエステルエボキシアロイ、ナイロン１１．ナイロン
１２なども使用できる。

三層のラミネート被覆体は容器の開口部に接する面が熱
融着性樹脂であり、他面側は通常の樹脂で構成され、封
目板には接着材を使用して接着するようにしてもよい。

［発明の効果］ この発明によれば、容器の開口部にはテーパーが設けら
れ、この開口部に嵌合し容器を密封すす封目板は立上り
部より底面に亘ってラミネート被覆体により被覆されて
いるので密閉性が優れ、この封目板に安全弁等を設けて
もその密閉性は確保でき、貯蔵特性を大幅に向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の部分断面図、第２図は同
実施例の電池容器を封口するための封目板の断面図、第
３図は第一および第二の実施例のラミネート被覆体の斜
視図、第４図は第二の実施例のラミネートフィルムの展
開図、第５図は比較例の電池に使用したラミネートフィ
ルムの平面図、第６図、第７図はそれぞれ従来の安全弁
の構造を説明するための部分断面図である。 １・・・・・・容器　　　　　　　１ａ・・・開口部２
・・・・・・ラミネート被覆体　２ａ・・・接合面３・
・・・・・封口板 ３ｂ・・・底面 ３ｄ・・・弁収納部 ３ｇ・・・弁口 ６・・・・・・負極端子 ７・・・・・・ラミネートフィルム ３ａ・・・立上り部 ３ｃ・・・正極端子 ３ｆ・・・歯突起

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）開口側に広がるテーパー状の開口部を有する容器
   と、この容器を密閉するための前記開口部に対応したテ
   ーパー状の立上り部を有する封口板とを具備し、前記開
   口部と前記封口板の立上り部とを熱融着樹脂によって融
   着密閉する角形密閉式電池において、前記封口板の底面
   にはこの底面より外側に凹んだ弁口を有しその内側に歯
   突起を有する弁収納部が設けられるとともに、この封口
   板の前記立上り部より前記底面に亙って、金属薄板を中
   央に挟み両側に樹脂を配した三層のラミネート被覆体が
   接着被覆されたことを特徴とする角形密閉式電池。
2. （２）上記ラミネート被覆体は、構成する樹脂の少なく
   とも一方は熱融着樹脂であり、かつ成形加工または折り
   曲げ加工により形成されたことを特徴する請求項１記載
   の角形密閉式電池。