JPH05159762A

JPH05159762A - 防爆型二次電池

Info

Publication number: JPH05159762A
Application number: JP3321624A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Watanabe; 庄一郎渡邊; Zenichiro Ito; 善一郎伊藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-12-05
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】防爆型二次電池の安全装置に関し、過充電等
においても電池の爆発を防止でき、安全性および信頼性
の高い防爆型二次電池を実現する。【構成】本発明の防爆型二次電池は、封口板に設けら
れた安全弁膜の膨れ変形につれて変形するリード片状の
導電性部材と、この導電性部材と対向するように電池缶
に設けられた延長端子板によって構成される常開形スイ
ッチ部分からなる安全装置を備え、電池内圧の上昇につ
れて変形する安全弁膜で導電性部材を変形させ、スイッ
チをＯＦＦからＯＮ状態にし、電流の迂回路を形成す
る。【効果】電池内圧の上昇にともなって膨れ変形する安
全弁膜により導電性部材が変形し、延長端子板と接触し
て、スイッチがＯＦＦからＯＮになり、今まで電池系内
に流れていた充電電流は電池外部へ迂回されるので、そ
れ以上の電池内圧の上昇は停止され、電池の爆発を防止
でき、電池の安全性を高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防爆型二次電池の、と
くにその電池内圧に応答して作動する安全装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＡＶ機器あるいはパーソナルコン
ピュータ等の電子機器等のポータブル化、コードレス化
が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として小型、
軽量の高エネルギー密度を有する二次電池が待望されて
いる。このような要望に対応してニッケル・カドミウム
蓄電池やニッケル・水素蓄電池あるいは負極にリチウム
やリチウム合金、またはリチウムをインターカレーショ
ン、デインターカレーションできる炭素質材料等を用い
た二次電池が開発・研究されてきている。このような電
池の開発・研究において、安全性の確保は最重要課題で
ある。このような二次電池の安全性に関する１つの課題
として、過充電、逆充電、短絡等における電池内でのガ
ス発生に起因した電池の破裂やガス放出にともなう電解
液の液枯れの問題があった。

【０００３】上記の二次電池のうち、ニッケル・カドミ
ウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池では、電池内部にガ
スが発生した場合、このガスを電極で吸収除去すること
ができるため、電池内圧の上昇による電池の破裂は良好
に防止することができる。また異常時の電池外へのガス
放出にともなった電解液の逸散による電解液の液枯れも
急激なものではなかった。ところが負極にリチウムやリ
チウム合金あるいはリチウムをインターカレートした炭
素質材料を用いたリチウム二次電池では、電極による電
池内でのガスの吸収除去が行われないため、内圧上昇に
よる電池の破裂の危険性があった。

【０００４】このような内圧上昇による電池の破裂を回
避するため、電池内圧の上昇によって作動する安全弁を
封口部分に設けて、電池内圧が所定値以上になったと
き、電池内のガスを外部へ排出する対策が考えられた。
この電池を図７に示す。

【０００５】図７に示したようにこの電池の封口板部分
は、切断刃２１が設けられた正極端子板２２と、電池内
圧の上昇にともなって変形する安全弁膜２３と中央に開
孔のある座板２４を絶縁ガスケット２５とともにかしめ
ることによって構成されている。この構成により、図７
に示した電池では、過充電時等に発生したガスが、座板
２４の開孔を通り、安全弁膜２３を上方に膨らむよう変
形させる。電池内圧の上昇にともなう膜２３の変形が所
定以上になると、正極端子板２２に設けられた切断刃２
１により安全弁膜２３が破断されるため、電池内のガス
は、膜２３の破断部を通り端子板に設けた排気部から電
池外部へ排出される。これにより、電池内圧の異常な上
昇は防止されていた。しかしながら、安全弁膜２３の破
断後も、充電は続けられるので、電解液はさらに分解さ
れ、その後、電池活物質まで分解されたり、活性なリチ
ウムが電極表面に析出して、空気中の酸素に接すること
により発火、爆発するという危険性があった。

【０００６】このような過充電、短絡状態における爆発
を未然に防止するため、例えば、特開平２−１１２１５
１号公報、特開平２−２８８０６３号公報には、電池内
圧の上昇にともない電流を遮断できる安全装置を設けた
防爆型二次電池が提案されている。

【０００７】この安全装置を設けた防爆型二次電池を図
８に示す。図８に示したようにこの電池の安全装置はガ
ス抜き穴３１の設けられた正極端子板３２と、電池内圧
の上昇にともなって変形する安全弁膜３３と、極板から
導かれこの安全弁膜に接続されているリード３４と、リ
ードの安全弁膜からの剥離または破断を行うリードスト
リッパ３５とを備えている。

【０００８】このような構成により、電池内圧の上昇に
ともない安全弁膜３３が圧力方向である上側に向けて変
形するが、この変形が所定以上になると安全弁膜３３に
接続されたリード３４がリード遮断用ストリッパ３５に
よって安全弁膜３３から剥離するか、あるいはリード３
４の一部が破断される。これにより、電流を強制的に遮
断し、それ以上の電池への通電を止めて電池の爆発を防
止している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
防爆型二次電池は、電流の遮断をリードの安全弁膜から
の剥離あるいはリード自体の破断により行うので、この
剥離あるいはリードの破断時にスパークが発生する。こ
のスパークが電解液や電池内のガスに引火することによ
り電池が爆発するという問題点があった。

【００１０】また、電池内ガスをガス抜き穴３１から外
部へ排気することにより、安全弁膜が元の位置に復帰す
ると、これにつれて一度剥離あるいは破断したリードの
接触が復元されてしまい、再び過充電や逆充電が継続さ
れることにより、電池の爆発の危険性が継続されるとい
う問題点があった。

【００１１】さらに、この構造でリード３４と薄い安全
弁膜３３との溶接強度を一定にすることは非常に困難で
あり、このため電流が遮断されるときの電池内圧に著し
いバラツキがあった。

【００１２】また、電池が倒立状態のように封口部が下
向きに設置されている場合には、リードが破断されると
発電要素への通電は停止しても電池缶と封口板とには給
電が続き、この両者の間で電解液の分解が起こるという
問題点があった。

【００１３】そこで本発明は、過充電等に際しても、ス
イッチ部分でスパークを発生することなく安全装置を作
動させるとともに、この安全装置が作動する電池内圧の
バラツキを無くし、電池内圧が上昇した場合には、確実
に電池を不活性な状態にすることにより、電池の安全性
および信頼性を向上させた防爆型の二次電池を提供する
ことを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明の防爆型二次電池は次の構成をもつもので
ある。

【００１５】すなわち、正極と負極とセパレータおよび
電解液からなる発電要素と、この発電要素を収納し正、
負いずれか一方の極、たとえば負極の端子をなす電池缶
と、この電池缶を封口し他方の極、たとえば正極とリー
ドにより接続されて正極の端子をなす封口板と、充電に
ともなう電池内圧の上昇により膨れ変形する膜と、この
膜に対向して設けられ膜が所定以上に変形した際、これ
を破壊する切断刃とからなり、封口板に取り付けられる
安全装置を備えた二次電池において、封口板には導電性
部材が接続される一方、この導電性部材に対向して延長
端子板が電池缶に接続されていて、導電性部材と延長端
子板とで充電電流を迂回させる常開形スイッチ部分を構
成しており、導電性部材は充電時電池内圧の上昇による
前記膜の膨れ変形にともなって、延長端子板方向に変形
し、その変形が所定値以上になったとき、延長端子板と
電気的に接触し充電電流を電池外部へ迂回させるもので
ある。

【００１６】

【作用】この構成では、充電時に電圧センサの故障等の
理由で電池が過充電状態になったり、あるいは接続ミス
等により逆充電状態になると、電解液の分解によりガス
が発生する。このガスによる電池内圧の上昇とともに安
全装置の膜が上方に膨れ変形し、その変形にともなって
スイッチ部分の一方の接片を構成する導電性部材が延長
端子板方向に押し上げられ、延長端子板に接触する。

【００１７】この導電性部材と延長端子板との接触によ
り、電池内に流れ込んでいた電流は、正極端子板から導
電性部材と延長端子板を通って電池缶へ流れるため、電
池内にはそれ以上の電流は流れ込まなくなる。

【００１８】また、この常開形スイッチ部分のオン、オ
フは導電性部材と延長端子板との接触であり、スイッチ
の切片の開閉動作が電池内部の発電要素とは安全装置の
膜で区切られた外側に設けられている。従って開閉にと
もなって切片部分にスパークが発生しても、電池内のガ
スや電解液に引火する恐れはない。

【００１９】このことは、電池を倒立状態で使用しても
安全を保てることを意味する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１から図５は、本発明の実施例に
おける防爆型二次電池を示す図である。

【００２１】図１に示すように、組立封口板部分には安
全装置が設けられている。この安全装置は、アルミニウ
ム箔をラミネートしたポリエチレンフィルムで作成され
た安全弁膜１とその上側に位置するアルミニウム、ステ
ンレス鋼などで作成された環状の導電性部材１３とがそ
の外周を揃えて接しており、安全弁膜１と対向する切断
刃６を備え、かつキャップ部に切り欠き部３ａを設けた
正極端子板３とで構成されている。組立封口板はこの他
に上部絶縁板４、開孔部のある金属製の座板７、通電体
をなす金属製のスペーサ１４および絶縁ガスケット５を
備えている。

【００２２】図２には、導電性部材１３の上面図を
（Ａ）に、断面図を（Ｂ）にそれぞれ示す。環状をした
導電性部材１３は薄い金属シートを打ち抜いて形成され
ていて、その内縁に一対の切片１３ａが対向して設けら
れている。この切片１３ａには、安全弁膜１の上方への
膨れ変形に応じて、上方に変形しやすいようにその切片
１３ａのつけ根部に薄肉なヒンジ部１３ｂを設けてあ
る。図３はこの組立封口板の分解斜視図である。

【００２３】環状の導電性部材１３は、安全弁膜１とと
もに座板７に嵌め込まれ、座板７の周縁を内側へかしめ
られる。ついでスペーサ１４、切断刃６を備えるととも
に切り欠き部３ａのある正極端子板３、上部絶縁板４を
順にその上に配し、これら全体を絶縁ガスケット５で一
体化し、これを電池缶８の中に入れ電池缶８の開口縁部
をかしめることによって電池内に設置される。

【００２４】また、図４には延長端子板２とその電池へ
の取り付け方法の例を示している。延長端子板２は、導
電性部材１３の切片１３ａと接触する接片部分２ａと電
池缶８に接続する固定バンド部分２ｂとで構成される金
属製の平板であり、この延長端子板を図４のようにする
と、電池への取り付けを簡易にでき、しかも取り付け状
態を良好に確保できる。なお、固定バンド部分２ｂは電
池缶８の上部にある溝入れ部１２に嵌入され、溶接、か
しめ等により固着するとよく、その前後において切片部
分２ａを内側に折り込む。折り込まれた延長端子板２の
切片部分２ａは端子板３の切り欠き部３ａ内に入り込
み、導電性部材１３の上方に設置される。

【００２５】図５は、安全装置の作動状態を示した図で
ある。図５に示したように、安全弁膜１は、過充電等に
より発生したガスによる電池内圧の上昇とともに上方に
膨れ変形する。この安全弁膜１の変形にともなって、導
電性部材１３の接片１３ａは延長端子板２の方向に押し
上げられ、延長端子板２の接片部分２ａに接触する。

【００２６】この導電性部材１３と延長端子板２との接
触により電池内に流れ込んでいた充電電流は、正極端子
板３から導電性部材１３と延長端子板２を通って負極端
子である電池缶８へ流れるため、電池内にはそれ以上の
電流は流れなくなる。

【００２７】この本発明の防爆型二次電池と従来の防爆
型二次電池における過充電時の電池電圧と電池温度の経
時変化を図６に示した。

【００２８】図６に示したように従来の防爆型二次電池
では充電は停止しないため過充電を続けると、ある時点
で電圧、温度が急激に上昇し、爆発に至った。

【００２９】これに対し、本発明の防爆型二次電池では
過充電時の電池内圧の上昇により本発明の安全装置が作
動し、導電性部材１３と延長端子板２との接触によって
充電電流の迂回路が形成される。そして、電池に流れ込
んでいた充電電流は、この迂回路を通り、電池外部へ流
されるので、電池にはそれ以上の電流は流れなくなり、
電池の爆発は防止できる。

【００３０】以上のように、本発明の防爆型二次電池に
おける安全装置は、過充電時等に電池内圧の上昇によっ
て、作動して充電電流をそれ以上電池内部に流さないた
め、電池の爆発を防止することができる。

【００３１】なお、本発明において、電池内圧がさらに
上昇した場合には切断刃により安全弁膜が破断され、電
池内部のガスが正極端子板の切り欠き部から外部に排気
され、電池の爆発は回避される。

【００３２】なお、本発明の電池を電池ホルダー等に頻
繁に着脱して使用する場合には、正極端子板と延長端子
板が外部短絡しないように、延長端子板の上面を絶縁性
のカバーで覆うと良い。

【００３３】また前記の実施例では封口板を正極端子、
電池缶を負極端子としたが、封口板を負極端子、電池缶
を正極端子としても同様の効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明の防爆型二次電池は
封口板に、安全弁膜の変形につれて変形する導電性部材
と電池缶に備えられた延長端子板によって構成される安
全装置を備えており、過充電等になると充電電流を迂回
させ、電池内圧のそれ以上の上昇を防止するので、安全
性および信頼性の高い防爆型二次電池を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における防爆型二次電池の断面
図

【図２】（Ａ）本発明の実施例における導電性部材の平
面図（Ｂ）（Ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った導電性部材の断面図

【図３】本発明の実施例における封口板の分解斜視図

【図４】本発明の実施例における延長端子板とその取り
付け方法を示す図

【図５】本発明の実施例における安全装置の作動状態を
示す図

【図６】本発明と従来の防爆型二次電池の過充電時にお
ける電池電圧と電池温度との関係を示す図

【図７】従来の防爆型二次電池の断面図

【図８】従来の防爆型二次電池の断面図

【符号の説明】

１安全弁膜２延長端子板３正極端子板３ａ切り欠き部４上部絶縁板５絶縁ガスケット６切断刃７座板８電池缶９電極群１０リード１１下部絶縁板１３導電性部材１３ａ切片１３ｂ薄肉ヒンジ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極とセパレータおよび電解液から
なる発電要素と、この発電要素を収納し正、負いずれか
一方の極の端子をなす電池缶と、この電池缶を封口し前記他方の極とリードにより接続さ
れてこの他方の極の端子をなす封口板と、充電にともなう電池内圧の上昇により変形する膜とこの
膜に対向して設けられた切断刃とからなり、前記封口板
に取り付けられる安全装置を備えた二次電池であり、前
記封口板には導電性部材が接続される一方、この導電性
部材に対向した延長端子板が電池缶に接続されていて、
この導電性部材と延長端子板とで常開形スイッチ部分を
構成しており、前記導電性部材は前記膜の変形にともな
い、前記延長端子板方向に変形し、その変形が所定値以
上になったとき前記延長端子板と電気的に接触して充電
電流を電池外部へ迂回させる防爆型二次電池。
【請求項２】導電性部材は係合部を有し、延長端子板に
は前記係合部の係止部分を設けて、前記導電性部材と延
長端子板との接触時以降、係合部の係止が持続される請
求項１記載の防爆型二次電池。
【請求項３】常開形スイッチ部分を構成する導電性部材
が環状であり、その内縁部分には延長端子板と接触する
切片を備えている請求項１記載の防爆型二次電池。
【請求項４】切片の導電性部材の付け根部分に薄肉ヒン
ジ部が設けられている請求項３記載の防爆型二次電池。
【請求項５】封口板の正極端子をなすキャップ部に切り
欠き部を設け、この切り欠き部内に延長端子板を挿入し
て前記導電性部材の上方に延長端子板を配置した請求項
１記載の防爆型二次電池。