JPH0650244U - 電池の安全機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池内部の温度上昇に応じて内部回路を物理
的に遮断し、温度が低下すれば内部回路を確実に復旧接
続できる電池の安全機構を提供する。 【構成】 電池の端子部４は、発電要素２から導出され
るリード板５の上端が接続された押さえ板６，７と、押
さえ板７上に配置された円盤８と、円盤８上に絶縁板９
を介して配置されたリング１０と、リング１０上に配置
された外部接続用の端子板本体１１とからなっている。
押さえ板６，７間には封口板１２が挾持され、電池内外
を気密に区画している。円盤８の中央に立上げ形成され
た固定接点部８ａの外周は、リング１０の内周にその一
端が固定されたバイメタル部材１４の可動接点部１４ａ
と離接可能に接触している。端子板本体１１の中央に
は、ガス抜き穴１１ａおよびこれの打抜きにより形成さ
れる切刃１１ｂが電池内部側に向けて突設され、前記封
口板１２に対向している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、例えば筒形および角形アルカリ電池，ニッケル−カドミウム電池 ，リチウム一次または二次電池などにおいて、発熱を伴う短絡等に対して内部回 路を確実に遮断するための電池の安全機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】

筒形および角型アルカリ電池，ニッケル−カドミウム電池，リチウム一次また は二次電池などのような高エネルギー密度の電池では、内部短絡や外部電源など による強制的な過大電流放電などにより急激に温度が上昇すると、電池内にガス が発生し内圧が著しく高くなり、ついには破裂および発火などの事故に至ること がある。

【０００３】 また、特にニッケル−カドミウム電池やリチウム二次電池などの充電を行う電 池では、過大電圧により過充電がなされた場合には同じく発熱を伴う内圧上昇が 生じ、同じく破裂，発火などの惧れがあり、安全上重大な問題となっている。

【０００４】 以上の問題を解決するために、この種の電池では従来次の安全機構が採用され ていた。 封口部分に薄肉部を形成しておき、内圧上昇が生じたときにこの部分が局部破 壊してガスを外部に逃がす防爆機構。 封口部分に切刃を対向させ、内圧上昇が生じたときに封口部分の膨脹により切 刃が封口部分を突き破りガスを外部に逃がす防爆機構。 電流制限要素としてＰＴＣ素子を用いた電流遮断機構。 前記とまたはとの組合せ機構。

【０００５】 これらの安全機構のうち、前記ＰＴＣ素子を用いたまたはの安全機構を有 する電池では、温度が上昇することによりＰＴＣ素子の抵抗値が指数関数的に増 加し、温度が下がるとＰＴＣ素子の抵抗値が可逆的に減少するため、抵抗値増加 により電池の内部電流が遮断され、それによって温度が低下すると、再び導通状 態となる。このため、ＰＴＣ素子を用いたものは封口破壊以前にＰＴＣ素子が電 流を遮断して温度上昇および内圧上昇が抑制されれば、封口の破壊を伴わず、電 池を再使用できる利点がある。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このＰＴＣ素子を用いた電流遮断機構にあっては、一般にトリ ップ現象と称されるショートモードになった場合には、ＰＴＣ素子自体が発熱し 、なおかつ電流も流れ続けて、安全機構としての機能を失う場合もあるため、電 流遮断機構としては完全なものではなかった。

【０００７】 この考案は以上の問題を解決するものであって、その目的は、前記ＰＴＣ素子 による電流遮断機構に代えて、温度上昇が生じたときには電池の内部回路を物理 的に確実に遮断し、それによって温度が低下したときには回路を確実に復旧でき る遮断機構を備えることにより、さらに安全性を高めた電池を提供するものであ る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するためにこの考案は、電池内部に収装された発電要素から導 出された電流取出しリードと前記電池に設けられた外部接続用端子部との間に、 該電池内部の温度に依存して変形するバイメタル部材を介設し、該バイメタル部 材の一端部を前記電流取出しリードまたは前記外部接続用端子部の一方に接続し 、該バイメタル部材の他端部に前記電流取出しリードまたは前記外部接続用端子 部の他方側に離接可能に接続される接点部を設けたことを特徴とする。

【０００９】 また、この考案は、電池内部に収装された発電要素から導出された電流取出し リードと前記電池に設けられた外部接続用端子部との間に可撓性を有する導電性 部材を介設し、該導電性部材の一端部を前記電流取出しリードまたは前記外部接 続用端子部の一方に電気的に常時接続し、該導電性部材の他端部を前記電流取出 しリードまたは前記外部接続用端子部の他方側に離接可能に接続される接点部と するとともに、該電池内部に該電池内部の温度に依存して変形し、前記導電性部 材の接点部側を前記電流取出しリードまたは前記外部接続用端子部に対して接触 あるいは離隔させるバイメタル部材を設けたことを特徴とする。

【００１０】 さらに、この考案に係る前記電池の安全機構には、前記電池の内部圧力が上昇 したときに、該電池外方へ向けて膨出，破断して、前記電池の内部と外部とを連 通させる封口板を備えた防爆機構を併せて設けてもよい。

【００１１】

【作用】

以上の構成によれば、電池内部の発熱により内部温度が上昇すると、バイメタ ル部材または導電性部材の接点部が電流取出しリードまたは外部接続用端子部か ら離隔し、このように内部回路が遮断されて温度が低下したときに前記バイメタ ル部材または導電性部材の接点部が再び電流取出しリードまたは外部接続用端子 部に接触するので、電池の内部回路の遮断，接続復旧動作を確実に行うことがで きる。

【００１２】 さらに、電池の内圧上昇を抑制する防爆機構と組合せれば、電流遮断による温 度上昇抑制とともに、確実に電池の内圧を逃がして電池の破裂を防止することが できる。

【００１３】

【実施例】

以下、この考案の実施例につき添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】 図１，図２はこの考案を筒形リチウム一次電池に適用した場合の第一実施例 を示す。この電池は、有底円筒形の電池ケース１と、ケース１の内部に収装され た発電要素２と、ケース１の上部開口に封口ガスケット３を介して気密にカシメ 付け固定された端子部４とを備えている。発電要素２は図示省略するが、正極に 二酸化マンガンを主剤とする合剤を、負極に金属リチウムを用いこれをセパレー タを介してスパイラル状に巻回し、さらに非水電解液を注液したものである。こ の発電要素２から引き出される図示しない一方のリード板は電池ケース１側にス ポット溶接などにより接続され、他方のリード板５は、以下の構造により端子部 ４に接続されている。

【００１５】 すなわち、端子部４は、内部に防爆機構および電流遮断機構を組込んだ多層組 立体であって、その下部から順に前記発電要素２から導出される前記リード板５ の上端がスポット溶接により接続された第一の押さえ板６，第二の押さえ板７と 、第二の押さえ板７上に配置された円盤８と、円盤８上に絶縁板９を介して配置 されたリング１０と、リング１０上に配置された外部接続用の端子板本体１１と を備えている。

【００１６】 第一の押さえ板６および第二の押さえ板７は偏平リングであり、両者の中央に は防爆機構を構成する封口板１２の周縁が挾持固定され、この封口板１２によっ て電池内は外部と気密に区画されている。この封口板１２はプラスチックフィル ムと金属薄板とを積層した延性に富む材料で、所定の圧力により膨脹し、破断す る機能をもっている。

【００１７】 円盤８の中央には円筒状をなす固定接点部８ａが立上げ形成されている。一方 前記リング１０の内周にその一端が固定された電流遮断機構を構成する半円弧状 のバイメタル部材１４の遊端側には可動接点部１４ａが設けられ、この可動接点 部１４ａが前記固定接点部８ａに離接可能に接触している。

【００１８】 前記端子板本体１１は、その中央に外部と接触すべく形成された凸状部を備え た皿状の部材で、その凸状部中央にはガス抜き穴１１ａおよびこれの打抜きによ る切刃１１ｂが下部側（電池内部側）に向けて突設され、前記封口板１２に対向 している。

【００１９】 前記第一の押さえ板６，第二の押さえ板７，および円盤８は互いに導通し、か つ前記リード板５に接続されている。これに対し、リング１０および端子板本体 １１は互いに導通しているが、絶縁板９によって電池内部側とは絶縁されており 、前記バイメタル部材１４を介してリード板５側に接続されている。

【００２０】 以上の構成における電流遮断作用は次の通りである。まず通常温度では図３（ ａ）に示すようにバイメタル部材１４の可動接点部１４ａは円盤８側の固定接点 部８ａに向けて付勢されており、可動接点部１４ａと固定接点部８ａとは電気的 に導通し、この結果リード板５は端子板本体１１側に導通し、外部回路と接続可 能となっている。

【００２１】 この状態から、内部短絡等の何らかの異常により電池内部温度が上昇すると、 図３（ｂ）に示すようにバイメタル部材１４は固定接点部８ａの径方向外方へ向 けて順次変形され、設定温度に至るとその可動接点部１４ａが固定接点部８ａか ら離隔して、リード板５と端子板本体１１との間の導通を物理的に遮断し、電池 内部の温度上昇を抑制する。そして、この回路遮断の結果内部温度が下がると、 再びバイメタル部材１４は固定接点部８ａに向けて付勢され、その可動接点部１ ４ａを固定接点部８ａに接触させ、再び電池の内部回路を構成する。

【００２２】 図４（ａ），（ｂ）は、リング１０と円盤８の固定接点部８ａとの間の電気的 な接続の構成の他の実施例を示している。通常温度では、図４（ａ）に示すよう に、リング１０の径方向内方へ向けて突設されたバイメタル部材１４は直線状の 形状を保持しており、導電性部材としての可動リード板１５の可動接点部１５ａ は円盤８側の固定接点部８ａに向けて付勢されており、可動接点部１５ａと固定 接点部８ａとは電気的に導通し、この結果リード板５は端子板本体１１側に導通 し、外部回路と接続可能となっている。

【００２３】 この状態から、内部短絡等の何らかの異常により電池内部温度が上昇すると、 図３（ｂ）に示すように、バイメタル部材１４は次第に湾曲して可動リード板１ ５の押圧部１５ｂを固定接点部８ａの径方向外方へ向けて順次押圧移動させ、設 定温度に至るとその可動接点部１５ａが固定接点部８ａから離隔して、リード板 ５と端子板本体１１との間の導通を物理的に遮断し、電池内部の温度上昇を抑制 する。そして、この回路遮断の結果内部温度が下がると、再びバイメタル部材１ ４は直線状（図４（ａ）の状態）に戻り、可動リード板１５の可動接点部１５ａ は固定接点部８ａに向けて付勢され、再び電池の内部回路を構成する。

【００２４】 次にこの電池の防爆作用について説明する。まず電池の内圧が正常であれば、 図５（ａ）に示すように封口板１２は平坦に保持されている。しかし、何らかの 異常により電池内部でガスが発生して内圧が高まり、これが所定圧力以上になる と、図５（ｂ）に示すように封口板１２は電池の外方へ向けて膨出し、これと対 向する切刃１１ｂに接触して破断される。内部のガスは、この破孔から図中矢印 のごとくガス抜き穴１１ａを通じて外部に放出され、電池自体の破裂は防止され る。

【００２５】 図６，図７（ａ）および（ｂ）は、上記実施例と異なる防爆機構を備えた電池 を示すものである。この電池にあっては、バイメタル部材１４による電流遮断作 用は前記実施例と同様であるが、防爆機構に関しては、端子板本体１１側にガス 抜き穴１１ａが開口されているのみで、切刃は設けられていない。

【００２６】 この電池の防爆作用について述べると、正常時には図７（ａ）に示すように、 封口板１２は平坦に保持されているが、何らかの異常により内圧が高まると、図 ７（ｂ）に示すように、封口板１２は電池外方へ向けて膨出し、内圧が所定圧力 以上になると自己破断し、内部のガスはこの破孔から矢印のごとくガス抜き穴１ １ａを通じて外部に放出され電池自体の破裂を防止する。

【００２７】 なお、前記各実施例ではこの考案をリチウム一次電池に適用した場合について 示したが、この考案は、その他の電池、例えば筒形および角形アルカリ電池，ニ ッケル−カドミウム電池，リチウム二次電池などに適用できることは勿論である 。

【００２８】

【考案の効果】

以上各実施例によって詳細に説明したように、この考案による電池の安全機構 によれば、電池内部の発熱により内部温度が上昇すると、バイメタル部材または 導電性部材の接点部が電流取出しリードまたは外部接続用端子部から離隔し、こ のように内部回路が遮断されて温度が低下したときに前記バイメタル部材または 導電性部材の接点部が再び電流取出しリードまたは外部接続用端子部に接触する ので、電池の内部回路の遮断，接続復旧動作を確実に行うことができる。

【００２９】 また、電池の内圧上昇を抑制する防爆機構と組合せた場合には、電流遮断によ る温度上昇抑制とともに、確実に電池の内圧を逃がして電池の破裂を防止するこ とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の第一実施例によるリチウム一次電池
の要部断面図である。

【図２】この考案の第一実施例によるリチウム一次電池
の安全機構を示す分解斜視図である。

【図３】（ａ），（ｂ）はこの考案の電流遮断機構の第
一実施例の動作を示す説明図である。

【図４】（ａ），（ｂ）はこの考案の電流遮断機構の第
二実施例の動作を示す説明図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は防爆機構の一実施例の動作を
示す説明図である。

【図６】他の防爆機構を有するこの考案のリチウム一次
電池の要部断面図である。

【図７】（ａ），（ｂ）は防爆機構の他の実施例の動作
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 電池ケース ２ 発電要素 ４ 端子部 ５ リード板 ８ａ 固定接点部 １１ 端子板本体 １２ 封口板 １４ バイメタル部材 １４ａ 可動接点部 １５ 可動リード板 １５ａ 可動接点部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池内部に収装された発電要素から導出
   された電流取出しリードと前記電池に設けられた外部接
   続用端子部との間に、該電池内部の温度に依存して変形
   するバイメタル部材を介設し、該バイメタル部材の一端
   部を前記電流取出しリードまたは前記外部接続用端子部
   の一方に電気的に常時接続し、該バイメタル部材の他端
   部を前記電流取出しリードまたは前記外部接続用端子部
   の他方側に離接可能に接続される接点部としたことを特
   徴とする電池の安全機構。
2. 【請求項２】 電池内部に収装された発電要素から導出
   された電流取出しリードと前記電池に設けられた外部接
   続用端子部との間に可撓性を有する導電性部材を介設
   し、該導電性部材の一端部を前記電流取出しリードまた
   は前記外部接続用端子部の一方に電気的に常時接続し、
   該導電性部材の他端部を前記電流取出しリードまたは前
   記外部接続用端子部の他方側に離接可能に接続される接
   点部とするとともに、該電池内部に該電池内部の温度に
   依存して変形し、前記導電性部材の接点部側を前記電流
   取出しリードまたは前記外部接続用端子部に対して接触
   あるいは離隔させるバイメタル部材を設けたことを特徴
   とする電池の安全機構。
3. 【請求項３】 前記電池の内部圧力が上昇したときに、
   該電池外方へ向けて膨出，破断して、前記電池の内部と
   外部とを連通させる封口板を備えた防爆機構を有するこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の電池の安全機
   構。