JPH0590809U - 安全弁を備える角形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄肉破壊安全弁の作動圧を正確に制御して、
高信頼性の角形電池とする。 【構成】 角形電池は、電極群を外装缶２に収納し、開
口部を封口板で閉塞している。外装缶２の一部を薄く加
工して、内圧で破損する薄肉破壊安全弁１を設けてい
る。外装缶は角形で、薄肉破壊安全弁１は、外装缶２の
封口部以外の陵の一部に設けている。 【効果】 薄肉破壊安全弁を外装缶の陵に設けているの
で、正確な作動圧で破損する。陵に設けた薄肉破壊安全
弁は、内圧が上昇しても、角形電池を膨らませる等の変
形の原因とならない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電子機器の電源として注目されている角形電池に係り、特に電池内 圧の異常上昇時に電池内のガスを外部に放出させる安全弁を有する角形電池に関 するものである。

【０００２】

【従来の技術】

密閉型電池は、内圧の異常上昇を防止するために安全弁を備える。安全弁は、 内圧が上昇すると開弁して、電池の爆発を防止する。現在多用されているニッケ ルカドミウム電池は、ゴムの弾性を利用した復帰式の安全弁を備える。ガム形電 池と呼ばれる角型のニッケルカドミウム電池は、安全弁の収納場所の幅が狭いた め設計の自由度が少なく、また、封口体を溶接する際の熱の影響も受け易く、確 実な安全機能が得られる弁を設計するのは困難である。

【０００３】 又、有機溶媒を用いるリチウム電池は、安定に動作する安全弁を装備すること が難しい。それは、リチウム電池に使用される電解液に耐性のあるゴムの選択が 難しいからである。リチウム電池の安全弁は、長期間使用するとゴムが劣化して 漏液する可能性がある。

【０００４】 これ等の欠点を解消する安全弁を有する電池が、米国特許第4,175,166号公報 に記載される。この公報に記載される電池は、図１に示すように、ハ−メチック シ−ルにより封口した円筒形電池の外装缶２に、薄肉破壊安全弁１を設けている 。薄肉破壊安全弁１は、外装缶２の一部を薄肉とし、内圧が上昇すると薄肉部分 が破壊する構造としている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

この構造の電池は、ゴムの劣化による液漏れを解消できる特長がある。しかし ながら、この構造の電池は、安全弁の作動圧を正確に制御することが難しく、電 池の内圧が異常に上昇して危険なことがある。それは、円筒状の外装缶に設けた 薄肉破壊安全弁の破壊圧力を一定にすることが難しく、信頼性に欠けることが理 由である。

【０００６】 この考案は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、この 考案の重要な目的は、薄肉破壊安全弁の作動圧を正確に制御し、高い信頼性の安 全弁を備える角形電池を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案の電池は、前述の目的を達成するために下記の構成を備える。この考 案は、負極と正極とを有する電極群を外装缶２に収納し、外装缶２の開口部を封 口板で閉塞し、さらに、外装缶２の一部を薄くして、内圧で破損する薄肉破壊安 全弁１を設けた電池を改良したものである。この考案の角形電池は、外装缶を角 形とするものであって、薄肉破壊安全弁１が正確な作動圧で破壊されるように、 これを外装缶１の封口部以外の陵の一部に設けられたことを特徴とするものであ る。

【０００８】

【作用】

この考案の角形電池は、従来の電池と同じように、外装缶の一部を薄くして薄 肉破壊安全弁を設け、電池内圧が上昇したときに、薄肉破壊安全弁１を破損させ てガスを放出させる。角形電池は、外装缶の平面部分に薄肉破壊安全弁を設けて も正確に作動させることが難しい。それは、平面部分に設けた薄肉破壊安全弁で は、円筒状の電池に設けた薄肉破壊安全弁と同様に破損させるのが難いからであ る。正確に破損しない薄肉破壊安全弁は、電池の内圧を異常に上昇させる。また 平面部分の一部を他の部分よりも薄くして設けた薄肉破壊安全弁は、その近傍が 変形し易く、電池の内圧が比較的低い時点においても外装缶が膨れるという欠点 がある。

【０００９】 この考案の角形電池は、この欠点を解決するために、外装缶２の陵に薄肉破壊 安全弁１を設けている。この部分の薄肉破壊安全弁１は、正確な作動圧で破損さ れる。それは、電池の内圧が上昇すると薄肉破壊安全弁の部分が折曲されるから である。内圧による角形外装缶の陵の折曲が、薄肉破壊安全弁を確実に破壊させ る。角形外装缶の内面に作用する内圧は、外装缶を円筒状にしようとする。この ため、直角に折曲された外装缶の陵は平面状になるように折曲される。したがっ て、角形外装缶の陵に設けた薄肉破壊安全弁は、内圧で折曲されて破壊されやす くなる。金属板を引っ張って破壊すると、極めて強い力を必要とする。同じ部分 を何回か折曲すると比較的簡単に切断できる。この考案の角形電池は、この現象 を有効に利用して、陵に設けた薄肉破壊安全弁を一定の圧力で破壊している。円 筒状の外装缶、あるいは、外装缶の平面部分に設けた薄肉破壊安全弁は、内圧が 上昇してもこの現象が起こらない。内圧で薄肉破壊安全弁の部分が折曲されて、 破壊されやすくなることはない。

【００１０】 さらに、陵に薄肉破壊安全弁１を設けた角形の外装缶２は、平面部分に薄肉部 を設ける必要がない。このため、薄肉破壊安全弁によって平面部分の強度が低下 することを防止でき、電池の内圧が比較的低い時点で外装缶が膨れることを抑制 できる。さらに、外装缶の陵に設けた薄肉破壊安全弁は、プレス加工により形成 することもできるが、切削あるいは研磨加工により形成することによって、厚さ 精度を向上できる。さらに、切削、研磨して設けた薄肉破壊安全弁は、加工部分 の硬度が硬く、脆くなるので、より安定した弁作動圧とすることができる。

【００１１】 外装缶を構成する５面の面積の比率が著しく異なる異方形の角形電池は、最も 大きな面を構成する辺の長辺に薄肉破壊安全弁を設けることによって、内圧の上 昇を敏感に感知することができる。

【００１２】

【実施例】

以下、この考案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、この考案の技術思想を具体化するための角形電池を例示するものであって、 この考案の角形電池は、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。この考案の角形電池は、実用新案登録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、実用新案登録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、「実用新案登録請求の範囲の欄」「作用の欄」 および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ 実用新案登録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Ａ］ 異方形の角形リチウム電池は、外装缶に電極群と電解液とを充填して、開口部 を、図２に示す封口板３で気密に閉塞している。外装缶は、ＳＵＳ３０４のステ ンレス板を絞り加工して、４０ｍｍ×１６ｍｍ×８ｍｍの外寸法を有する角形に 成形したものである。外装缶の厚さは０．２５ｍｍである。外装缶には、図３と 図４とに示すように、長さが４０ｍｍの陵に薄肉破壊安全弁１を設けている。薄 肉破壊安全弁１は、底から３０ｍｍ迄の間で外装缶２の厚さを０．１ｍｍに研磨 して形成している。研磨して外装缶２の陵に設けた薄肉破壊安全弁１は、硬度を Ｈｖ＝３２０とした。

【００１５】 電極群（図示せず）は、正極を二酸化マンガン合剤とし、負極をリチウム金属 とした。電極群には有機電解液を使用した。電極群と電解液とを外装缶に充填し た後、弁構造を有さない封口板を外装缶の開口縁にレ−ザ溶接して外装缶を気密 に閉塞した。

【００１６】 封口板３は、図２に示すように、絶縁部材４を介して端子５を中心に貫通して 気密に固定している。

【００１７】 ［比較例Ｂ］ 実施例Ａの角形電池の比較例として、外装缶に薄肉破壊安全弁を設けない以外 実施例Ａと同様にして比較電池Ｂの角形電池を試作した。

【００１８】 ［比較例Ｃ］ 図５に示す構造のゴム製復帰式弁構造を有する封口体６を用い、外装缶には薄 肉破壊安全弁を設けない以外、実施例Ａと同様にして、比較電池Ｃの角形電池を 試作した。図５に示す封口体６は、封口板３の中心に、絶縁部材４を介して弁キ ャップ７を固定し、弁キャップ７内に弁ゴム８を内蔵させている。弁キャップ７ は２枚の金属板７Ａ、７Ｂの周縁を気密に連結したもので、図において上の金属 板７Ａは中央を上方に突出させる形状にプレス成形して、内部に弁ゴム８を内蔵 する空隙を設けている。上の金属板７Ａには凸部にガス抜口９を開口している。 下の金属板７Ｂは、弁ゴム８で閉塞される弁穴１０を開口している。この構造の 封口体６は、電池の内圧が上昇すると、弁ゴム８が変形して、弁穴１０からガス 抜口９を通過してガスが排出される。

【００１９】 ［比較例Ｄ］ 図６に示すように、外装缶の４０ｍｍ×１６ｍｍの平面に、対角線状に、長さ ３０ｍｍの薄肉破壊安全弁１（厚さ０．１ｍｍ）を設け、図２に示す弁構造を有 さない封口体を用いる以外実施例Ａと同様にして、比較電池Ｄを試作した。

【００２０】 実施例Ａと、比較例Ｂ、Ｃ、Ｄの角形電池をそれぞれ１０個試作し、８０℃で 保存試験した際の電解液のリ−ク発生と厚さ（８ｍｍ方向）の変化を測定した。 その結果を次の頁の表１に示している。

【００２１】 この表に示すように、この考案の実施例Ａの角形電池は、４０日経過後も、電 解液のリークがなく、しかも、厚さの変化も０であった。ゴム製復帰式弁構造を する比較例Ｃの角形電池は、４０日経過後に７個の電池が液漏れを発生した。ま た、平面部分に薄肉破壊安全弁を設けた比較例Ｄの角形電池は、薄肉破壊安全弁 の部分が膨れ、４０日後に厚さが１．３ｍｍ増加した。

【００２２】

【表１】

【００２３】 さらに、安全弁の作動圧を測定するために、外装缶に電極体を収納しない電池 を組み立て、それぞれ実施例Ａ'、比較例Ｂ'、Ｃ'、Ｄ’とし、安全弁が作動す る圧力を測定した。その結果を次の頁の表２に示している。

【００２４】 この表に示すように、本考案の実施例Ａ'の角形電池は、薄肉破壊安全弁の開 弁作動圧を３０〜３７ｋｇ／ｃｍ²、すなわち３３．５±３．５ｋｇ／ｃｍ²と極 めて正確にできる特長がある。これに対して、薄肉破壊安全弁のない比較例Ｂの 電池は、６２〜１０５ｋｇ／ｃｍ²、すなわち８３．５±２１．５ｋｇ／ｃｍ²と 作動圧が高く、また正確でない。さらに、外装缶の平面に薄肉破壊安全弁を設け た比較例Ｄ’の電池は、薄肉破壊安全弁の動作圧が３３．５±１０．５ｋｇ／ｃ ｍ²と不正確である。ゴム製復帰式弁構造を有する封口体を有する比較電池Ｃ’ は、この考案の電池に匹敵する精度で安全弁を作動できるが、表１に示すように 、電解液がリークする欠点がある。

【００２５】

【表２】

【００２６】 以上の実施例は、角形電池をリチウム電池としたが、この考案の角形電池は、 電池の形式をリチウム電池に特定しない。リチウム電池以外の角形電池に使用し ても、安全弁の作動圧を正確に制御できる。

【００２７】 さらに、この考案の角形電池は、薄肉破壊安全弁の厚さに加えて、薄肉破壊安 全弁を設ける部分の硬度を調整することによって、さらに安定して安全弁を作動 させることができる。薄肉破壊安全弁の硬度は、外装缶を研磨することによって 調整できる。薄肉破壊安全弁の硬度を高くすると、脆くなつて破損し易く、作動 圧が低下する。

【００２８】

【考案の効果】

本考案の角形電池は、薄肉破壊安全弁を設ける位置を外装缶の陵に特定するこ とにより、安全弁の作動圧を正確に制御して、電池の信頼性を改善できる特長が ある。それは、陵に設けた薄肉破壊安全弁は、薄肉の部分が内圧で押し出される のに加えて内圧で平面状に変形される折曲力が作用して破損されるからである。 さらにまた、この考案の角形電池は、薄肉破壊安全弁を外装缶の陵に設け、平面 部分に設ける必要がない。このため、薄肉破壊安全弁が平面部分の強度を低下さ せることがなく、内圧で平面部分が膨れるのを少なくできる。このように、この 考案の角形電池は、ゴムのように劣化しやすい部材を使用することなく、安定し た弁作動圧とすることができ、しかも電池の膨れを防止して信頼性と、安全性の 向上でき、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の薄肉破壊安全弁を有する電池の斜視図

【図２】実施例Ａ、比較例Ｂ、Ｄの電池に使用する封口
板の断面図

【図３】実施例Ａの電池の外装缶の隅部を示す断面図

【図４】実施例Ａの電池の正面図

【図５】比較例Ｃの電池に使用する封口体の断面図

【図６】比較例Ｄの電池の正面図

【符号の説明】

１…薄肉破壊安全弁 ２…外装缶 ３…封口板 ４…絶縁部材 ５…端子 ６…封口体 ７…弁キャップ ７Ａ…金属板 ７Ｂ…
金属板 ８…弁ゴム ９…ガス抜口 １０…弁穴

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 負極と正極とを有する電極群が外装缶
   (2)に収納され、外装缶(2)の開口部が封口板(3)で閉塞
   されており、外装缶(2)の一部が薄く加工されて、内圧
   で破損する薄肉破壊安全弁(1)が設けられた角形電池に
   おいて、 外装缶(2)が角形で、薄肉破壊安全弁(1)が、外装缶(2)
   の封口部以外の陵の一部に設けられたことを特徴とする
   安全弁を有する角形電池。