JPH06168712A - 防爆形密閉電池 - Google Patents

防爆形密閉電池

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JPH06168712A
JPH06168712A JP43A JP34148492A JPH06168712A JP H06168712 A JPH06168712 A JP H06168712A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34148492 A JP34148492 A JP 34148492A JP H06168712 A JPH06168712 A JP H06168712A
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JP
Japan
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explosion
battery
lead body
proof valve
mounting member
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Withdrawn
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JP43A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Yamamoto
宏 山本
Kenichi Yokoyama
賢一 横山
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Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過充電時や短絡時においても電池の発火や破
裂を防止することができる防爆形密閉電池を提供する。 【構成】 電池内圧の上昇に伴い内圧方向に変形を生じ
る防爆弁3とリード体取り付け部材1とを溶接し、上記
リード体取り付け部材1にリード体8を取り付け、通常
の状態では防爆弁3とリード体取り付け部材1との電気
的接続を確保して電池として機能させ、過充電や短絡な
どにより電圧内圧が上昇して所定の圧力に達したとき
は、防爆弁3が変形し、防爆弁3とリード体取り付け部
材1との溶接部分5が剥離して電流を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、防爆形密閉電池に関す
る。さらに詳しくは、過充電時や短絡時においても電流
を遮断させて発火や破裂を防止することができる防爆形
密閉電池に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、リチウム電池やリチウム二次電池
などの有機溶媒系電解液を用いた密閉電池が時計やカメ
ラなどの携帯用機器の電源として広く使用されている。
【0003】ところで、このような有機溶媒系の電解液
を用いた密閉電池は、電池内部の発電要素が化学変化を
起こして内圧が上昇し高圧下で破裂する場合がある。
【0004】たとえば、リチウム二次電池を過充電した
り、あるいは短絡状態になって大電流が流れると、電解
液が分解し、その結果、電池内部にガスが発生し、その
発生したガスによって電池内部の圧力が上昇し、最後に
は電池が高圧下で破裂してしまうことがある。
【0005】そこで、従来からも、電池内部に発生した
ガスを電池外部へ放出して、電池の高圧下での破裂を防
止する、いわゆる防爆機能を電池に備えさせることが行
われている。
【0006】たとえば、図6に示すように、封口板を兼
ねるリード体取り付け部材1にガスが通過し得る圧力導
入口1aを設け、端子板2にガス排出孔2aと切刃2b
を設け、リード体取り付け部材1と端子板2との間に可
撓性薄板16を配設し、電池内部にガスが発生して電池
の内圧が上昇したときに、上記可撓性薄板16が端子板
2側にふくらんで切刃2bに接触して破壊され、それに
よって、電池内部のガスを端子板2のガス排出孔2aか
ら電池外部に放出させて、電池の高圧下での破裂を防止
する、いわゆる防爆機能を電池に備えさせることが行わ
れている(たとえば、実開平2−71966号公報)。
【0007】また、図7に示すように、電池ケース6の
底部に十字状に薄肉部6aを設け、電池内部にガスが発
生して、電池の内圧が上昇したときに、該薄肉部6aが
切裂破壊して、電池内部のガスを電池外部に放出させ、
電池の高圧下での破裂を防止することも行われている
(たとえば、特開昭63−285859号公報)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の防爆形密閉電池は、電池内圧の上昇による高圧下で
の破裂は防止し得るものの、たとえば過充電状態になっ
た場合、充電電流が流れ続けるため、電池内部の電解液
や活物質が分解を続け、それによって電池の温度が上昇
すると共に電池内圧も上昇を続け、最後には発火や破裂
に至ってしまうという問題がある。
【0009】したがって、本発明は、上記のような従来
の防爆形密閉電池が持っていた問題点を解決し、過充電
時や短絡時における発火や破裂を防止することができる
安全性の高い防爆形密閉電池を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成をその実施例に対応する図1〜図3を用
いて説明すると、本発明は、電池内圧の上昇に伴い内圧
方向に変形を生じる防爆弁3とリード体取り付け部材1
とを溶接し、上記リード体取り付け部材1にリード体8
を取り付け、電池内圧が上昇して所定の圧力に達した
時、防爆弁3が変形し、防爆弁3とリード体取り付け部
材1との溶接部分5が剥離して電流を遮断する構成にし
て、上記目的を達成したものである。
【0011】
【作用】通常の状態では、図1に示すように、リード体
8を取り付けたリード体取り付け部材1と防爆弁3とは
溶接により一体化しているため、正極9から端子板2ま
での電気的接続は、リード体8、リード体取り付け部材
1、防爆弁3およびそれらの溶接部分5によって確保さ
れていて、電池として機能するが、過充電あるいは短絡
などによる異常反応により電解液や活物質が分解して電
池内部にガスが発生した時には、図3に示すように、そ
の電池内部に発生したガスによって防爆弁3が内圧方向
(内圧が拡散していく方向)に押圧されて変形すること
により、防爆弁3とリード体取り付け部材1との溶接部
分5が剥離して消失する。
【0012】その結果、過充電時や短絡時の初期段階で
電流が遮断され、それによって反応が停止し、充電電流
または短絡電流による電池の温度上昇や内圧上昇が抑え
られ、電池の発火や破裂が防止される。
【0013】
【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、本発明は実施例に例示のもののみに限定
されることはない。
【0014】図1は本発明の防爆形密閉電池の一実施例
を示す縦断面図である。図2は上記本発明の防爆形密閉
電池に使用される防爆弁を示すものであり、図2の
(a)はその平面図、図2の(b)はその縦断面図であ
る。図3は図2に示す防爆弁が電池内圧を受けて内圧方
向に変形した時の状態を示す縦断面図である。
【0015】図中、1はリード体取り付け部材、2は端
子板、3は防爆弁、4は絶縁パッキング、5は溶接部
分、6は電池ケース、7は環状ガスケット、8は正極側
のリード体、9は正極、10は負極、11はセパレー
タ、12は電解液、13は絶縁体、14は絶縁体、15
は負極側のリード体である。
【0016】リード体取り付け部材1は、本実施例では
封口板としての機能も有しており、このリード体取り付
け部材1はアルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼など
からなり、底の浅い円筒状をしていて、防爆弁3に電池
内圧を作用させるための圧力導入口1aとして4カ所に
孔が設けられてある。端子板2は、鉄にニッケルメッキ
を施した金属材料、ステンレス鋼あるいはステンレス鋼
にニッケルメッキを施した金属材料で形成され、周縁部
が鍔状になった帽子状をしており、この端子板2にはガ
ス排出孔2aが設けられている。
【0017】防爆弁3は、アルミニウム、ニッケル、ス
テンレス鋼などの金属材料からなり、平面形状が円形で
その中央部は下方側に突出しており、その突出部3aの
下面は前記リード体取り付け部材1の中央部上面に溶接
され、溶接部分5を構成している。ただし、この溶接部
分5は図面上からの理解が容易なように、実際よりは誇
張した状態で図示されている。
【0018】絶縁パッキング4は、ポリプロピレンなど
の電解液に侵されることのない合成樹脂で形成されてい
て、環状をしており、リード体取り付け部材1と端子板
2とを絶縁するとともに、両者の間から電解液が漏れな
いように両者の間隙を封止している。
【0019】そして、これらのリード体取り付け部材
1、端子板2、防爆弁3および絶縁パッキング4は、た
とえば次に示すように組み立てられて封口蓋を形成して
いる。すなわち、リード体取り付け部材1の内部に絶縁
パッキング4を配置し、その上に防爆弁3を配置し、防
爆弁3の突出部3aの下面をリード体取り付け部材1の
上面にたとえばスポット溶接、レーザ溶接などの溶接手
段により溶接して溶接部分5とし、さらにその防爆弁3
上に端子板2を配置し、リード体取り付け部材1の開口
端部を内方に締め付け、端子板2の周縁部および防爆弁
3の周縁部を絶縁パッキング4を介してリード体取り付
け部材1の底部内面の周縁部に押し付け、封口蓋を形成
している。
【0020】上記のように、防爆弁3はその中央部の下
方に突出した突出部3aの下面とリード体取り付け部材
1の中央部上面との溶接部分5でリード体取り付け部材
1に接触し、防爆弁3の周縁部と端子板2の周縁部とが
接触し、正極9とリード体取り付け部材1とは正極側の
リード体8で接続されているので、正極9と端子板2と
はリード体8、リード体取り付け部材1、防爆弁3およ
びそれらの溶接部分5によって電気的接続が得られ、電
池として正常に機能する。
【0021】そして、電池に異常事態が起こり、電池内
部にガスが発生して電池の内圧が上昇した場合には、そ
の内圧上昇により、図3に示すように、防爆弁3の中央
部が変形して上昇し、防爆弁3とリード体取り付け部材
1との溶接部分5が剥離して消失し、それによって正極
9と端子板2との電気的接続が消失して電流が遮断され
るようになる。
【0022】その結果、電池反応が進行しなくなるの
で、過充電時や短絡時でも、充電電流や短絡電流による
電池の温度上昇や内圧上昇がそれ以上進行しなくなっ
て、電池の発火や破裂が防止されるようになる。
【0023】なお、上記防爆弁3には薄肉部3bが設け
られており、たとえば充電が極度に進行して電解液や活
物質などの発電要素が分解し、大量のガスが発生した場
合は、防爆弁3が変形して、防爆弁3とリード体取り付
け部材1との溶接部分5が剥離した後、この防爆弁3に
設けた薄肉部3bが開裂してガスを端子板2のガス排出
孔2aから電池外部に排出させて電池の破裂を防止する
ことができる。
【0024】正極9は、たとえばMnO2 、TiS2
MoS2 、V2 5 、Lix MnO y 、Lix CoO2
などを活物質とし、これに必要に応じてカーボンブラッ
クなどの導電助剤とポリテトラフルオロエチレンなどの
結着剤などを加えて混合した正極合剤を成形したもので
あり、その成形にあたってはステンレス鋼製網などが集
電作用を兼ねた芯材として使用されているが、この図1
では繁雑化を避けるため、ステンレス鋼製網などの芯材
は図示していない。
【0025】負極10は、たとえば金属リチウム、リチ
ウム合金、リチウムをドープしかつ脱ドープし得るカー
ボンなどを用いて作製されたものであり、この負極10
の作製にあたってもステンレス鋼製網などが集電作用を
兼ねた支持体として使用されているが、この図1では繁
雑化を避けるため、ステンレス鋼製網などの支持体は図
示していない。
【0026】セパレータ11は、ポリプロピレン不織
布、ポリエチレン不織布などの合成繊維からなり、この
セパレータ11は袋状にし、前記正極9をこのセパレー
タ11で包み、これに負極10を重ね合わせ、渦巻状に
巻回して渦巻状電極体として電池ケース6内に挿入して
いる。
【0027】電解液12は、たとえばプロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエ
タン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクト
ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホ
ランなどの有機溶媒の単独または2種以上の混合溶媒
に、LiClO4 、LiPF6 、LiSbF6 、LiA
sF6 、LiBF4 、Li(C6 5 4 、LiCF3
SO3 、LiC4 9 SO3 、(CF3 SO2 2NL
i、(CF3 SO2 3 CLiなどの電解質を溶解させ
たものからなり、電池ケース5内に注入されている。
【0028】電池ケース6は鉄にニッケルメッキを施し
た金属材料、あるいはステンレス鋼などの金属材料で形
成されており、環状ガスケット7はポリプロピレンなど
の電解液に侵されることのない合成樹脂で形成されてい
る。
【0029】上記電池ケース6の底部にはポリテトラフ
ルオロエチレンシートなどからなる絶縁体13が設置さ
れ、前記正極9、負極10およびセパレータ11からな
る渦巻状電極体や、電解液12、渦巻状電極体上部の絶
縁体14などは、この電池ケース6内に収容されてい
る。そして、それらの収容後、電池ケース6の開口端近
傍部分に底部が内方に突出した環状の溝が形成される。
【0030】前記のリード体取り付け部材1、端子板
2、防爆弁3および絶縁パッキング4などからなる封口
蓋は、環状ガスケット7を介して電池ケース6の開口部
に配置され、電池ケース6の溝から先の部分を内方に締
め付けることによって電池ケース6の開口部が封口され
ている。
【0031】負極10と電池ケース6とはニッケル、
銅、ステンレス鋼などの金属製のリード体15で接続さ
れ、正極9とリード体取り付け部材1とはチタン、アル
ミニウム、ステンレス鋼などの金属製のリード体8で接
続される。
【0032】つぎに、図1に示す構造で、正極活物質と
して二酸化マンガンを用い、負極にリチウムを用い、電
解液としてエチレンカーボネートと1,3−ジオキソラ
ンとの体積比1:2の混合溶媒にLiCF3 SO3
0.6mol/l溶解させたものを用いた電池を作製
し、この実施例の電池について、試験雰囲気20℃、
2.8A定電流充電の条件下で過充電試験の行ったとき
の、充電時間と電池電圧、充電電流、電池温度の関係を
図4に示す。
【0033】図4に示すように、実施例の電池は過充電
状態(電池温度の勾配の立ち上がり始めた時点)になる
と、充電電流が遮断されて、電池温度が降下しはじめ
る。これは、過充電状態になると、電池内圧の上昇によ
って防爆弁3が変形し、防爆弁3とリード体取り付け部
材1との溶接部分5が剥離して、充電電流を遮断するか
らである。そして、その充電電流の遮断によって、電池
の発火や破裂が防止される。
【0034】これに対して、活物質、電解液の構成を実
施例の電池と同一にして防爆機能を図6に示す構成にし
た従来電池について同様の試験を行ったところ、防爆機
能は作動し電池の破裂は防止されたものの、充電電流が
流れ続けたために発火した。
【0035】なお、実施例では、防爆弁3がほぼ円板状
で、リード体取り付け部材1が浅い円筒状になったもの
を用いたが、防爆弁3やリード体取り付け部材1はそれ
に限られることなく、図5に示すように、リード体取り
付け部材1が円板状で、防爆弁3が浅い円筒状に形成さ
れたものでもよい。
【0036】ここで、図5について説明すると、端子板
2を浅い円筒状をした防爆弁3に入れ、防爆弁3の開口
端部に内方を折り曲げ、防爆弁3と端子板2とが離脱し
ないようにしている。そして、リード体取り付け部材1
は円板状をしており、そのリード体取り付け部材1上に
環状の絶縁パッキング4を配置し、その上に前記の防爆
弁3を配置し、絶縁パッキング4によって防爆弁3の周
縁部とリード体取り付け部材1の周縁部とが接触しない
ようにしている。
【0037】ただし、この図5に示す場合においても、
防爆弁3の中央部における下方への突出部3aの下面と
リード体取り付け部材1の中央部上面とは溶接によって
接続され、通常の状態では、その溶接部分5によって防
爆弁3とリード体取り付け部材1との電気的接続が確保
され、電池として正常に機能し、電池に異常事態が発生
した時には、防爆弁3とリード体取り付け部材1との溶
接部分5が剥離して、電流が遮断され、電池の発火や破
裂が防止される。
【0038】上記例示のものでは、防爆弁3の中央部に
下方への突出部3aを形成し、その下面をリード体取り
付け部材1の上面に溶接していたが、防爆弁3の形状は
上記例示に限られることなく、リード体取り付け部材1
との溶接部分を剥離できるものであれば他の形状であっ
てもよい。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、防爆
弁3とリード体取り付け部材1とを溶接して、通常の状
態では防爆弁3とリード体取り付け部材1との電気的接
触を確保して電池として機能させ、過充電や短絡などの
異常反応により、電池内圧が上昇して所定の圧力に達し
たときは、防爆弁3が変形し、防爆弁3とリード体取り
付け部材1との溶接部分5が剥離して、電流を遮断する
構成にすることによって、過充電時や短絡時においても
発火や破裂を防止することができる安全性の高い防爆形
密閉電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の防爆形密閉電池の一実施例を示す縦断
面図である。
【図2】図1に示す本発明の防爆形密閉電池に使用され
た防爆弁を示すもので、(a)はその平面図、(b)は
その縦断面図である。
【図3】図1に示す電池の防爆弁が電池内圧を受けて変
形し、防爆弁とリード体取り付け部材との溶接部分が剥
離した状態を示す要部拡大縦断面図である。
【図4】本発明の実施例の電池の過充電試験を行ったと
きの、充電時間と電池電圧、充電電流、電池温度の関係
を示す図である。
【図5】本発明の防爆形密閉電池の他の例を示す要部拡
大縦断面図である。
【図6】従来の防爆形密閉電池の要部の縦断面図であ
る。
【図7】従来の防爆形密閉電池に使用されている電池ケ
ースの要部を示す図で、(a)はその底面図、(b)は
その縦断面図である。
【符号の説明】
1 リード体取り付け部材 1a 圧力導入口 2 端子板 3 防爆弁 3a 突出部 3b 薄肉部 4 絶縁パッキング 5 溶接部分 6 電池ケース 7 環状ガスケット 8 リード体 9 正極 10 負極 11 セパレータ 12 電解液 13 絶縁体 14 絶縁体 15 リード体
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年7月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年9月10日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池内圧の上昇に伴い内圧方向に変形を
    生じる防爆弁3とリード体取り付け部材1とを溶接し、
    上記リード板取り付け部材1にリード板8を取り付けて
    なり、電池内圧が上昇して所定の圧力に達したとき、防
    爆弁3が変形し、防爆弁3とリード体取り付け部材1と
    の溶接部分5が剥離して、電流を遮断することを特徴と
    する防爆形密閉電池。
JP43A 1992-11-27 1992-11-27 防爆形密閉電池 Withdrawn JPH06168712A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP43A JPH06168712A (ja) 1992-11-27 1992-11-27 防爆形密閉電池

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JP43A JPH06168712A (ja) 1992-11-27 1992-11-27 防爆形密閉電池

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002279953A (ja) * 2001-03-05 2002-09-27 Samsung Sdi Co Ltd 2次電池及びその製造方法
US9412981B2 (en) 2013-11-05 2016-08-09 Casio Computer Co., Ltd. Electronic device

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