JPH06215675A

JPH06215675A - 電気導通遮断装置

Info

Publication number: JPH06215675A
Application number: JP5041672A
Authority: JP
Inventors: Toru Nagaura; 亨永浦
Original assignee: HAIBARU KK
Current assignee: HAIBARU KK
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、機器・装置の異常事態には機器
・装置そのものの運転続行を不能にするための、電気導
通遮断装置に関するものである。【構成】球形の導電体（２）が導電体１のばね力
（ｆ）により導電体４に常に押し付けられて接触してい
るので、導電体１と導電体４は電気的導通がある。ここ
に外力（Ｆ）がばね力（ｆ）に打ち勝つ方向に働くと、
球形導電体（２）が導電体１の中心部の穴を抜けてしま
い、導電体１のばね力（ｆ）は非復帰的に球形導電体
（２）から外れ、導電体１と導電体４の電気的導通は失
われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、種々の機器あるいは
装置の異常事態における事故防止を目的としたもので、
特に異常事態において気体あるいは液体の異常な圧力上
昇を伴って起こる事故を防止するための装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】現在実用段階にある機器あるいは装置と
言えども、以前異常事態による事故は皆無ではない。し
かし特にその事故の種類によっては、絶対に避けたいも
のがある。例えば二次電池の過充電による爆発や発火事
故などはその例である。一般に密閉型の二次電池は大き
な充電電流により過充電された場合は、発火したり、破
裂したりかなり危険な事態を招く。そこで従来、専用充
電器を工夫して、充電末期には充電電流が小さくなるよ
うに充電器側に種々の試みがなされ、大電流による過充
電を防止する安全策が採られている。しかし、その専用
充電器の故障や、過って他の充電器を使用したりして、
大電流によって過充電される可能性は以前として残り、
二次電池充電時の安全性には不安を残している。このよ
うな誤使用での安全性の確保には、誤使用においては機
器や装置がむしろ安全に壊れてしまうことが望ましい。
二次電池の場合であれば、その専用充電器の故障や、過
って他の充電器を使用したりして、大電流によって過充
電されるような場合には、電池自身が安全に壊れてしま
うことが望ましい。しかし、従来の密閉型ニッケルカド
ミウム電池などでは、係る誤使用においては電解液成分
の水の電気分解によるガス発生が起こり、電池内圧が急
上昇する。そこで、安全性を確保する構造として防爆弁
を儲けて、電池内で発生するガスを破裂に至る前に外部
へ放出する方法が採られてきた。しかし、充電電流その
ものはそれ以後も流れ続けるわけで、大きな発熱をとも
なったり、必ずしも充分な安全対策とは言えなかった。
さらに、有機電解液を使用するリチウム二次電池やその
他の非水電解液二次電池においては、単に防爆弁を儲け
て内圧の上昇を防いでも、過充電を続ける限り、最終的
には電池内部の電解液やリチウムなどが燃えだし、発火
に至るケースが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、種々の機器
あるいは装置の異常事態には、機器あるいは装置そのも
のの機能を壊してしまおうとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】二次電池の過充電時のご
とく、異常事態において気体あるいは液体の異常な圧力
上昇を伴って起こる事故を防止するため、異常事態に起
こる気体もしくは液体の異常な圧力上昇を利用して電気
的導通を非復帰的に遮断する電気導通遮断装置を備え
て、機器あるいは装置の機能を壊してしまおうとするも
のである。その具体的手段としては、前記電気導通遮断
装置は以下のごとき機構を有する。（イ）電気的導通遮断部は適切な電気的導通を保持する
ために常に力（ｆ）がかけられている。（ロ）その電気的導通を保つためにかけられている力
（ｆ）は気体もしくは液体の圧力上昇によって生じる外
力（Ｆ）によって非復帰的に失われる機構を有する。

【０００５】

【作用】次に本発明の作用を述べる。本発明の具体的な
構造例を図１および図２に示した。さらに図３に実際に
本発明を採用した二次電池の構造例を模式断面図にて示
した。図１に示す１、２および４は何れも導電体で、３
は絶縁体であり本発明による電気導通遮断装置を構成す
るための主要部品である。導電体２は球形で、導電体１
は中心に導電体２の直径より若干小さい穴（５）が儲け
られた円盤状の金属板であり、３は中心で十文字に交差
する細いスリットを儲けた円盤状のプラスティックシー
トで、４は皿状にプレス加工した金属板である。これら
を重ね合わせると、図２（ａ）に示す、本発明による電
気導通遮断装置の電気的導通遮断部が構成される。導電
体１と導電体４の間には絶縁体３が介在するが、球形の
導電体２が導電体１のばね力（ｆ）により導電体４に押
し付けられ接触しているので導電体１と導電体４は電気
的導通がある。ここに図２（ｂ）に示すごとく、外力
（Ｆ）が働くと、図のように導電体４が変形し、球形導
電体（２）を押し上げ、球形導電体（２）が導電体１の
中心部の穴を抜けてしまい、導電体１のばね力（ｆ）は
非復帰的に球形導電体（２）から外れ、導電体１と導電
体４の電気的導通は失われる。これを二次電池に採用す
る場合は、図３に示すように電池内の発電素子より取り
出した正極もしくは負極のリードを導電体４に溶接し、
電池の正極もしくは負極の外部端子である閉塞蓋体（１
０）は導電体１に接触させて電池を組み立てる。このよ
うに本発明による電気導通遮断装置を内蔵した二次電池
は、その専用充電器の故障や、過って他の充電器を使用
したりして、大電流によって過充電された場合には、過
充電によって内圧が上昇し、所定の内圧（Ｆ）に達した
とき、導電体４が変形し、球形導電体（２）を押し上
げ、球形導電体（２）が導電体１の中心部の穴を抜けて
しまい、導電体１のばね力（ｆ）は非復帰的に球形導電
体（２）から外れ、導電体１と導電体４の電気的導通は
失われる。つまり電池内素子と外部端子である閉塞蓋体
との導通が絶たれ、直ちに充電不能となり、発火や破裂
を阻止することが出来る。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を非水電解液二次電池に採用し
た実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。

【０００７】実施例まず、図１示す本発明による電気導通遮断装置の主要部
品である導電体１、球形導電体（２）、絶縁体（３）お
よび導電体４を用意する。さらに図３を参照しながら本
発明採用の具体的な電池について説明する。発電素子で
ある電池素子は次のようにして用意される。粉末状のピ
ッチコークス９０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部を溶剤であるＮ−メチ
ル−２−ピロリドンと湿式混合してスラリー（ペースト
状）にする。次に、このスラリーを負極集電体となる厚
さ１０μｍの銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥後ロール
プレス機で加圧成型して帯状の負極（１１）を作成す
る。又正極は次のようにして用意される。市販の炭酸リ
チウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ_３）
をＬｉとＣｏの原子比が１：１の組成比になるように混
合し、空気中９００℃で約６時間焼成してＬｉＣｏＯ_２
を得る。次にこのＬｉＣｏＯ_２を９１重量部、導電剤と
してグラファイトを６重量部、結合剤としてポリフッ化
ビニリデン３重量部を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロ
リドンと湿式混合してスラリー（ペースト状）にする。
次に、このスラリーを正極集電体となる厚さ２０μｍの
アルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥後ローラー
プレス機で加圧成型して帯状の正極（１２）を作成す
る。続いてこの帯状の負極（１１）と正極（１２）との
間に多孔質ポリプロピレン製セパレータ（１３）を挟ん
でロール状に巻き上げて電池素子を作成する。次にニッ
ケルメッキを施した鉄製の電池缶（１４）の底部に絶縁
板（１５）を設置し、上記電池素子を収納する。この電
池素子の負極より取り出した負極リード（１６）を上記
電池缶の底に溶接し、電池缶の中に電解液として１モル
／１のＬｉＰＦ_６を溶解したプロピレンカーボネイトと
ジエチルカーボネートの混合溶液を注入する。この時、
電解液量は電池内部の全ての空隙に充満させる量ではな
く、電池の内容積に対して１．５％〜４．２％の空隙を
電池内部に残すように電解液量は調節することが望まし
い。その後、電池素子の上部にも絶縁板（１５）を設置
し、ガスケット（１７）を嵌め、用意した電気導通遮断
装置の主要部品である皿状導電体（４）をこれに電池素
子より取り出した正極リード（１８）を溶接して後ガス
ケット内に設置し、順次絶縁体（３）、球形導電体
（２）および導電体（１）を重ね、さらに導電体（１）
の上にはドーナツ型ＰＴＣスイッチ（１９）を介して正
極外部端子である閉塞蓋体（１０）を重ね、電池缶の外
周部をかしめて密封し、電池（Ａ）を作成する。

【０００８】比較例本発明の効果確認のため、従来の安全弁構造を備えた電
池を次のように作成する。その電池構造は模式断面図で
図４に示す。具体的には、実施例１と同様の方法、手順
で電池素子を作成し、ニッケルメッキを施した鉄製の電
池缶（１４）の底部に絶縁板（１５）を設置し、上記電
池素子を収納する。電池素子の負極よリ取り出した負極
リード（１６）を上記電池缶の底に溶接し、電池缶の中
には電解液として１モル／１のＬｉＰＦ_６を溶解したプ
ロピレンカーボネイトとジエチルカーボネートの混合溶
液を注入する。その後、電池素子の上部にも絶縁板（１
５）を設置し、ガスケット（１７）を嵌め、ここに、防
爆弁（２０）を図４に示すように電池内部に設置する。
内部に設置する防爆弁は図４に示した皿状のアルミニュ
ウム円板で、所定の電池内圧では一部に儲けられた肉薄
部が裂けて穴が開き、電池内のガスは電池蓋体に儲けた
ガス抜き穴（２２）を通して外部へ放出され、電池の破
裂を阻止する。電池素子の正極リード（１８）はこの防
爆弁に溶接し、防爆弁の上にはドーナツ型ＰＴＣスイッ
チ（１９）を介して、電池正極外部端子である閉塞蓋体
（１０）を重ね、電池缶の外周部をかしめて密封し、電
池（Ｂ）を作成する。上述のようにして作成される本発
明実施例電池（Ａ）および比較例による電池（Ｂ）のそ
れぞれの過充電テストにおける特性を図５および図６に
示す。図５に示されるように本発明による電池は、充電
が進につれて電池電圧は上がり、それと共に電池温度も
上昇してくるが、過充電状態が進むと、発電要素の化学
変化により電池内の圧力が上昇し始め、この電池内圧の
力（Ｆ）によって図２（ｂ）に示したと同様に導電体４
が変形し、球形導電体（２）を押し上げ、球形導電体
（２）が導電体（１）の中心部の穴を抜けてしまい、導
電体（１）のばね力（ｆ）は非復帰的に球形導電体
（２）から外れ、導電体（１）と導電体（４）の電気的
導通は失われる。つまり電池内素子と外部端子である閉
塞蓋体との導通が絶たれ、直ちに充電不能となり、発火
や破裂を阻止することが出来る。充電不能となった直後
で電池温度は最高に達するが、何れも５０℃以下の温度
であり、全く危険性はない。その後は電池温度は速やか
に降下し、発火や破裂には至らない。また導電体４には
中心部に肉薄部を儲けて、さらに電池内圧が上昇し続け
る場合はその肉薄部が裂け、穴が開き内圧を開放するよ
うにしてあるが、導電体（１）と導電体（４）の電気的
導通が失われ、電池内素子と外部端子である閉塞蓋体と
の導通が絶たれ、充電不能となった後は、内圧上昇も止
まり、結果的には導電体４には穴が開くことはなく、内
部の電解液の漏れも観察されない。一方、比較例による
電池（Ｂ）については、同じ過充電テストにおける特性
は図６に示すとおりとなる。過充電の初期においては、
本発明の電池と同じように電池電圧は上がり、それと共
に電池温度も上昇してくる。しかし、過充電が進につれ
てその様子は異なり、まず、過充電開始後約４５分程
で、図４に示すガス抜き穴（２２）から電解液の漏れが
観察される。これは過充電が進むと、電池内の圧力が高
まり防爆弁の開放で電池内のガスと共に電解液が押し出
されるものである。防爆弁の働きで、内圧上昇が開放さ
れ破裂には至らないものの、弁開放後も過充電が進み、
温度上昇が急激になり、その後間もなく発火に至る。以
上のように実施例および比較例の過充電テストにおける
特性から、二次電池の過充電における安全性を確保する
上で、本発明が非常に有効であることがわかる。なお、
上述の実施例では、非水電解液二次電池に採用して本発
明の具体的実施例を示したが、本発明は二次電池に限ら
ず、異常事態に気体あるいは液体の異常な圧力上昇を伴
う他の機器・装置にも当然採用し得ることは勿論であ
り、上述実施例の二次電池の過充電時と同様、本発明に
よる電気導通遮断装置採用の機器・装置においても異常
事態に起こる気体もしくは液体の異常な圧力上昇を利用
して電気的導通を非復帰的に遮断し、機器・装置の機能
を早期に壊してしまい、その後の運転続行を不能とし、
係る機器・装置の異常動作による大事故の未然の防止を
可能とするものである。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、二次電池の過充電時の
ごとく、異常事態に起こる気体もしくは液体の異常な圧
力上昇を利用して電気的導通を非復帰的に遮断する電気
導通遮断装置を備えて、異常事態には機器あるいは装置
の機能を早期に壊してしまい、その後の運転続行を不能
とし、異常事態において気体あるいは液体の異常な圧力
上昇を伴って起こる大事故を防止することが出来る。こ
の結果、二次電池に採用すれば広範囲な用途で使用でき
る二次電池を提供できるようになり、またその他の機器
・装置に採用すれば、異常事態における大事故を未然に
防止でき、その工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における電気導通遮断装置の主要部品模
写図

【図２】実施例における導通遮断機構部の断面図

【図３】本発明採用の電池の構造を示した模式的断面図

【図４】比較例における電池の構造を示した模式的断面
図

【図５】本発明採用の電池の過充電テストにおける特性
図

【図６】比較例による電池の過充電テストにおける特性
図

【符号の説明】

１、４は導電体、２は球形導電体、３は絶縁体、１０は
閉塞蓋体、１１は負極、１２は正極、１３はセパレー
タ、１４は電池缶、１５は絶縁板、１６は負極リード、
１７はガスケット、１８は正極リード、１９はＰＴＣス
イッチ、２０は防爆弁、２２はガス抜き穴である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体もしくは液体の異常な圧力上昇時にお
いて、電気的導通を遮断することを目的に使用される電
気導通遮断装置において、電気的導通遮断部が２個以上
の導電体の接触で構成されていて、通常はこれらの導電
体が適切な電気的導通を保持するために必要な接触圧を
得る力（ｆ）が常にかけられていて、且つその力（ｆ）
が気体もしくは液体の圧力上昇によって生じる外力
（Ｆ）によって非復帰的に失われる機構を有した電気導
通遮断装置。
【請求項２】電気的導通遮断部が２個以上の導電体の接
触で構成され、少なくともその１個の導電体が球形であ
る請求項１の電気導通遮断装置。
【請求項３】電池内の圧力が上昇すると、電池の正極端
子、もしくは負極端子が電池内発電素子との電気的導通
を遮断され、電池としての機能を停止する、いわゆる電
気的導通遮断機構を有する二次電池において、請求項１
もしくは請求項２の電気導通遮断装置を備えた二次電
池。