JPH05205727A - 密閉電池の安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用時の信頼性が高く、異常時には確実に作
動し、不安全状態が解除された場合には再び復帰して正
常に使用することも可能とする。 【構成】 安全装置は、キャツプ４の内側に電流遮断バ
イメタル３を備える。電流遮断バイメタル３は、電池内
が設定温度以上に上昇すると、変形してキャツプ４と集
電リード２との電気的な接続を遮断する。 【効果】 温度を検出して電流を遮断し、また、復元性
のある電流遮断バイメタル３を使用して異常時に電流を
遮断するので、作動精度を向上して、一時的な異常や厳
しい環境での使用にも耐える優れた信頼性を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種エレクトロニクス機
器の電源として用いられる高エネルギー密度密閉電池の
安全装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクスの急激な進歩に
伴い、機器の小型、軽量化が進み、その電源用として、
円筒状のリチウム電池やアルカリ系二次電池（ニッカド
電池、ニッケル水素電池）が多く用いられている。これ
等の電池には、安全装置として、缶切り方式、弾性体復
帰式等の安全弁が具備されており、誤使用や使用機器の
故障等の異常時の安全性を確保している。

【０００３】さらに、新しい安全装置として、電池の内
圧が高くなると電流を遮断する安全装置が開発されてい
る（特開平２−１１２５１号公報、および、特開平２−
２８８０６３号公報）。これ等の公報に記載される安全
装置を、図１と図２とに示している。この安全装置は、
電池の内圧が上昇すると変形する安全弁１を備える。安
全弁１は、下面でその中心に集電リード２を溶着してい
る。電池の内圧が低いときには、図１に示すように、下
面に集電リード２が溶着されている。電池の内圧が上昇
すると、安全弁１は図２に示すように変形して、集電リ
ード２を破断する。この状態で、電流は遮断される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この構造の安全装置
は、電池の内圧が上昇すると電流を遮断できる。しかし
ながら、過大電流が流れて電池内の温度が上昇しても、
電流を遮断できない欠点がある。

【０００５】また、図１と図２に示す安全装置は、内圧
上昇時の安全性を向上して、電解液の漏出も防げるもの
の、集電リードと安全弁との接合強度のバラツキに問題
がある。集電リードと安全弁との接合強度が弱いと、落
下等の機械的ショックで切断される可能性がある。反対
に接合強度が強すぎると設定圧になっても集電リードが
安全弁から破断されず、内圧を開放できない。さらに、
これ等の図に示す安全装置は、内圧が上昇して電流を遮
断するので、内部短絡等の外部回路を構成しない異常時
の効果は期待できない欠点がある。

【０００６】さらにまた、これ等の図に示す従来の安全
装置は、集電リードが安全弁から破断されると、ふたた
び接続できない非復帰式のために、比較的軽度の異常で
作動すると、電池内部にダメージを与えていなくても、
一旦作動してしまうと、二度と使用できなくなってしま
い、長寿命の二次密閉電池の安全装置としては最適でな
い。

【０００７】本発明は、これ等従来の欠点を解決するこ
とを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、
使用時の信頼性が高く、異常時には確実に作動し、不安
全状態が解除された場合には再び復帰して正常に使用で
きる密閉電池の安全装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の密閉電池の安全
装置は、前述の目的を達成するために、下記の構成を備
えている。すなわち、本発明の密閉電池の安全装置は、
キャツプ４の内側に、電流遮断バイメタル３を配設して
いる。電流遮断バイメタル３はキャツプ４の外周縁に取
り付けられている。電池内が設定温度以上に上昇する
と、電流遮断バイメタル３が変形してキャツプ４と集電
リード２との電気的な接続が遮断される。電池内の温度
が設定温度以下では、キャツプ４は電流遮断バイメタル
３を介して集電リード２に接続される。

【０００９】すなわち、本発明の密閉電池の安全装置
は、誤使用、機器の故障等で異常な状態になると、電池
の内部温度が上昇することを利用して、電流を遮断する
ものである。温度上昇を検出して電流を遮断するため
に、温度を検知して変形する電流遮断バイメタル３を内
蔵している。電流遮断バイメタル３は、異常時に温度が
上昇すると変形して電流を遮断する。異常な状態が解除
されると、電池の温度は低下する。このとき、電流遮断
バイメタル３はもとの形状に復帰して、再び正常に使用
できる状態とする。

【００１０】さらに本発明の密閉電池の安全装置は、他
の安全機構と併用して使用することもできる。例えば、
圧力開放型の安全弁と組み合せて使用することによっ
て、温度、圧力の両方で電流を遮断し、また、内圧を開
放することができる。この安全装置は、内部短絡等にも
効果的に作動し、軽度の異常時は電流遮断バイメタルが
作動して電流を遮断し、異常が続くようであれば、内圧
を開放してガスを開放することで二重の安全装置とする
ことができる。

【００１１】

【作用】電池は、過充電、過放電、あるいは短絡等の異
常が発生すると発熱する。本発明の安全装置は、内蔵す
る電流遮断バイメタル３で内部発熱を検出する。電流遮
断バイメタル３は、電池内が設定温度以上に発熱すると
作動して電流を遮断し、電池の異常な過熱を防止する。
また、不注意等で電池を外部で短絡させた場合、短絡を
解除すれば温度が下がる。本発明の安全装置に装備され
る電流遮断バイメタルは、短絡すると作動して電流を遮
断するが、短絡が解消されて温度が下がると、もとの形
状に復帰して、電池を再び正常に使用できる状態とす
る。本発明の安全装置は、不安全な状態が継続している
時のみに作動して、電池の発火、破裂を防止し、安全な
状態に戻れば再び使用可能な状態に復帰することができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための密閉電池の安全装置を例示すもので
あって、本発明の安全装置は、構成部品の材質、形状、
構造、配置を下記の構造に特定するものでない。本発明
の安全装置は、特許請求の範囲において、種々の変更を
加えることができる。

【００１３】更に、この明細書は、特許請求の範囲を理
解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号
を、「特許請求の範囲」、および「課題を解決する為の
手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許
請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定する
ものでは決してない。

【００１４】［実施例１］図３と図４に示す密閉電池の
安全装置は、電池のケーシング９の上端に、キャツプ４
と、電流遮断バイメタル３と、封口板５とを積層してか
しめて固定している。

【００１５】キャツプ４と電流遮断バイメタル３と封口
板５とは、導電性のある金属板を同じ外径に裁断してい
る。キャツプ４の下面には、電流遮断バイメタル３を通
電状態に積層している。さらに電流遮断バイメタル３の
下方には、絶縁板６を介して、絶縁状態で封口板５を積
層している。キャツプ４と電流遮断バイメタル３と封口
板５との積層体は、絶縁パッキン７を介して、電池のケ
ーシング９にかしめ加工で気密に挟着されている。

【００１６】キャツプ４は中央部分を凸にプレス成形
し、封口板５は中央凹にプレス成形し、キャツプ４と封
口板５との間に、上下に反転して変形する電流遮断バイ
メタル３の収納室を形成している。

【００１７】電流遮断バイメタル３は、全体の形状をド
ーム状に成形しており、外周には、キャツプ４と絶縁板
６とに挟着される鍔を設けている。電流遮断バイメタル
３は、電池内の温度が設定温度よりも低いときは、図３
に示すように、下方に突出して封口板５に押圧される。
電池内の温度が設定温度よりも高くなると、突出方向が
反転して、上方に突出する。電流遮断バイメタル３は、
図３に示す形状から、図４に示す形状に反転して変形す
るもので、その途中で停止することはない。すなわち、
電流遮断バイメタル３は、ラプチャーディスクのよう
に、上下何れかの方向に突出する形状を保持し、例え
ば、平面状等の形状で停止することはない。このよう
に、突出方向を反転させるために、ドーム状に成形して
いる。

【００１８】図３と図４に示す電流遮断バイメタル３
は、温度が低いと下方に突出して封口板５に弾性的に押
圧され、温度が高いと上方に突出する。したがって、こ
の電流遮断バイメタル３は、下面に積層する金属の熱膨
張を上面の金属よりも大きくしている。下面に熱膨張の
大きい金属を積層した電流遮断バイメタル３は、温度が
上昇すると下面が膨張して、上方に突出する。電流遮断
バイメタル３に使用する金属材料は、従来のバイメタル
に使用され、あるいは、これから開発される全ての金属
材料を使用できる。

【００１９】この構造の密閉電池の安全装置は、電池に
異常が起きて発熱すると、図４に示すように、電流遮断
バイメタル３が作動反転し、外部回路との電流遮断を行
い、異常状態から電池を保護する。外部の異常が取り除
かれ、電池の温度が下がると、図３に示す位置に電流遮
断バイメタル３が復帰し、再使用が可能な状態となる。

【００２０】電流遮断バイメタル３はヒステリシスを有
しており、作動温度と、復帰温度の差の大きいものを選
択する。ヒステリシスのある電流遮断バイメタル３は、
チャタリングを防止することができる。例えば、図５に
示すように、９０℃以上で作動して電流を遮断し、６０
℃で復帰する電流遮断バイメタル３を使用する。この温
度特性の電流遮断バイメタル３は、温度が下がった状態
で異常状態が続いていると、鎖線で示す経路をたどりな
がら再び作動して電流を遮断する。温度が下がって異常
が解消されていると、電流遮断バイメタル３が復帰して
再使用できる状態となる。

【００２１】［実施例２］図６ないし図８に示す密閉電
池の安全装置は、異常時に内圧を開放できる弁板１０を
内蔵している。これ等の図に示す安全装置は、電流遮断
バイメタル３の下方に、弁板１０と封口板５との積層体
を配設している。弁板１０と封口板５とは、外周縁を金
属製の挟着リング１１で挟着している。挟着キャツプ４
は、上面に電流遮断バイメタル３が接触するリング状に
設計されている。挟着リング１１とキャツプ４との間に
は絶縁板８が挟着されて、キャツプ４と挟着リング１１
とは絶縁状態で積層されている。絶縁板８とキャツプ４
との間に、電流遮断バイメタル３の外周を取り付けてい
る。

【００２２】電流遮断バイメタル３は、円錐、あるいは
ドームの中心を除去したリング状としている。温度が低
いときは、図６に示すように下方に突出して挟着リング
１１に弾性的に押圧され、設定温度よりも高くなると、
図７に示すように、突出方向が下から上に反転する形状
に変形する。この電流遮断バイメタル３も、実施例１の
ものと同様に、設定温度よりも高くなると突出方向が反
転し、途中の平面状では停止しないものを使用する。

【００２３】この安全装置は、電池の温度が設定温度よ
りも低いと、図６に示すように、電流遮断バイメタル３
が下方に突出し、先端を挟着リング１１に電気的に接触
する。この状態で、挟着リング１１は、電流遮断バイメ
タル３、挟着リング１１、封口板５、および集電リード
２を介して電極に接続される。電池の温度が上昇する
と、図７に示すように、電流遮断バイメタル３は突出方
向が上方に反転する。この状態では、電流遮断バイメタ
ル３が挟着リング１１に接触されず、封口板５と挟着リ
ング１１とが電気的に接続されず、電流が遮断される。

【００２４】電流が遮断された後も、異常な状態が取り
除かれず長時間続いた場合、特に内部短絡等が発生して
外部との電流を遮断した状態では効果のない場合に、電
池の内圧が上昇する。内圧が上昇すると、封口板５の上
面を気密に閉塞する弁板１０が内圧に押し上げられて図
８に示すように変形する。弁板１０が上方に突出して変
形すると、キャツプ４の下面に設けられた突起４Ａに突
かれて破断する。弁板１０が破断すると、封口板５のガ
ス抜孔５Ａと、キャツプ４のガス抜孔４Ｂとを透過して
内圧が開放される。

【００２５】この構造の電池は、短時間の異常に対して
は、復帰式の安全装置である電流遮断バイメタル３が作
動して電流を遮断し、重度の異常の際は圧力開放によ
り、安全性を確保することができる。

【００２６】［実施例３］さらに、図９と図１０とに示
す密閉電池の安全装置は、電流遮断バイメタル３を実施
例１の安全装置と同様にドーム状に成形している。この
電流遮断バイメタル３は、中心にガス孔３Ａを開口して
いる。一方、封口板５には、上方に突出してガス孔３Ａ
を閉塞する突起５Ｂを設け、これを貫通してガス抜孔５
Ａを開口している。封口板５の外周上面は、実施例１の
安全装置と同様に、絶縁板６を介して、電流遮断バイメ
タル３とキャツプ４から絶縁している。

【００２７】この構造の安全装置は、実施例２の装置と
同じ機能を有するが、ドーム状の電流遮断バイメタル３
が温度、圧力のいずれの情報に対しても機能する特長が
ある。温度の感知による作動で電流遮断する機能は実施
例１と同様であるが、この際内圧の開放も行うことがで
きる。このため、内部短絡の際でも温度感知で作動する
ため、ガスの放出速度が比較的小さく、内部の電解液を
噴霧することもない。また、温度上昇を伴わない内圧の
上昇についてもガス抜孔５Ａから電流遮断バイメタル３
が押し上げられ、内圧の開放を行うことができる。

【００２８】この構造の安全装置は、電流遮断バイメタ
ル３を下方に突出させる状態では、ガス孔３Ａを封口板
５の突起５Ｂで気密に閉塞する。この構造は、内部に霧
出される電流遮断バイメタル３に、耐食性と耐食対策が
施される。ただ、耐食性については、リチウム電池の場
合、負極側に安全装置を配設することによつて、アノー
ド防食効果が得られるため問題はない。

【００２９】図１と図２に示す従来の安全装置と、実施
例１〜３の安全装置を具備した電池を組み立て、次の様
な信頼性、安全性について比較を行った。試験結果を表
１に示している。

【００３０】

【００３１】ただし、 落下試験（１ｍ×１０回）＋振動試験（ＪＩＳ） 連続外部短絡試験 一時外部短絡試験（２分間） 高温保存（１２０℃で２時間） 模擬内部短絡試験（専用治具使用） ○印 安全性、性能共問題なし。 △印 安全性は問題ないが、特性的に問題のあるもの。 ×印 安全性に問題のあるもの。 （）内は、問題の発生した確率を示す。

【００３２】この表に示すように、本発明の実施例１〜
３の安全装置は、安全性を確保しながら信頼性も向上さ
せることができる。内部短絡対策の十分な電池は、実施
例１のものも充分に安全に使用できる。更に、実施例２
〜３の安全装置は、内部短絡に対しても優れた特性を示
し、より優れた安全性を備える。

【００３３】

【発明の効果】本発明の密閉電池の安全装置は、作動精
度を向上して、一時的な異常や厳しい環境での使用にも
耐える優れた信頼性を備える。この特長は、電流遮断バ
イメタルという、復元性のある素子を使用して異常時に
電流を遮断することが理由である。従来の安全装置は、
異常を未然に防ぐために、安全弁の作動条件を安全側に
セットしすぎるために、軽微な異常で安全装置が作動し
て電池が使用できなくなり、信頼性が低下してしまう例
も少なくない。これに対して、本発明の安全装置は、高
い安全性を実現して使用時の信頼性を向上でき、異常時
には確実に作動して電流を遮断し、不安全状態が解除さ
れると再び復帰して正常にすることも可能である。した
がって、本発明の密閉電池の安全装置は、電池に求めら
れる厳しい条件に耐えられると共に、優れた安全性を確
保して、用途拡大に寄与するところまことに大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電池の安全装置の一例を示す断面図

【図２】図１に示す安全装置であって安全弁が集電リー
ドから破断された状態を示す断面図

【図３】本発明の実施例１の安全装置を示す断面図

【図４】図３に示す安全装置であって電流を遮断する状
態を示す断面図

【図５】電流遮断バイメタルの電池温度に対する作動状
態を示すグラフ

【図６】本発明の実施例２の安全装置を示す断面図

【図７】図６に示す安全装置であって電流を遮断する状
態を示す断面図

【図８】図６に示す安全装置であって内圧を開放する状
態を示す断面図

【図９】本発明の実施例３の安全装置を示す断面図

【図１０】図９に示す安全装置の電流遮断状態を示す断
面図

【符号の説明】

１…安全弁 ２…集電リード ３…電流遮断バイメタル ３Ａ…ガス孔 ４…キャツプ ４Ａ…突起 ４Ｂ
…ガス抜孔 ５…封口板 ５Ａ…ガス抜孔 ５Ｂ
…突起 ６…絶縁板 ７…絶縁パッキン ８…絶縁板 ９…ケーシング １０…弁板 １１…挟着リング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャツプ(4)の内側に電流遮断バイメタ
   ル(3)が配設されており、電流遮断バイメタル(3)はキャ
   ツプ(4)の外周縁に取り付けられており、電池内が設定
   温度以上に上昇すると、電流遮断バイメタル(3)が変形
   してキャツプ(4)と集電リード(2)との電気的な接続が遮
   断されるように構成されたことを特徴とする密閉電池の
   安全装置。