JPH07105216B2 - Non-aqueous liquid active material battery - Google Patents

Non-aqueous liquid active material battery

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JPH07105216B2
JPH07105216B2 JP62123142A JP12314287A JPH07105216B2 JP H07105216 B2 JPH07105216 B2 JP H07105216B2 JP 62123142 A JP62123142 A JP 62123142A JP 12314287 A JP12314287 A JP 12314287A JP H07105216 B2 JPH07105216 B2 JP H07105216B2
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battery
explosion
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air chamber
groove
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博和 吉川
茂 池成
賢一 横山
慶雄 植谷
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は防爆機能を備えた非水液体活物質に関する。The present invention relates to a non-aqueous liquid active material having an explosion-proof function.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

塩化チオニル−リチウム電池で代表されるような正極活
物質として塩化チオニル、塩化スルフリル、塩化ホスホ
リルなどのオキシハロゲン化物系液体を用い、負極にリ
チウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属を用
いる電池では、正極活物質やアルカリ金属などが水と非
常に反応しやすいため、電池容器をハーメチックシール
により封口する完全密閉構造が採用されている。
A battery using an oxyhalide-based liquid such as thionyl chloride, sulfuryl chloride, or phosphoryl chloride as a positive electrode active material typified by a thionyl chloride-lithium battery and using an alkali metal such as lithium, sodium, or potassium for the negative electrode Since active materials and alkali metals react very easily with water, a completely sealed structure that seals the battery container with a hermetic seal has been adopted.

このようなハーメチックシールを採用した電池では、密
閉性が高く、貯蔵性に優れるという長所を有するもの
の、その反面、密閉性が高いために、高温加熱下にさら
されたり、高電圧で充電されるなどの異常事態に遭遇し
たときに、電池の内部圧力が異常に上昇して電池が破裂
し、大きな破裂音が発生すると共に、電池内容物が周囲
に飛び散って電池使用機器を汚損するおそれがある。
Batteries employing such a hermetic seal have the advantages of high airtightness and excellent storability, but on the other hand, because of their high airtightness, they are exposed to high temperature heating and are charged at high voltage. When an abnormal situation such as the above is encountered, the internal pressure of the battery rises abnormally and the battery explodes, creating a loud popping noise, and the battery contents may scatter around and contaminate the equipment using the battery. .

そこで、同様に密閉構造をとるアルカリ電池に関して提
案されているような、電池容器の底部に十字状に溝を形
成することによって電池に防爆機能を備えさせること
が、この非水液体活物質電池においても取り入れること
が必要になる。
Therefore, in this non-aqueous liquid active material battery, it is possible to provide the battery with an explosion-proof function by forming a cross-shaped groove in the bottom of the battery container, as is proposed for an alkaline battery having a similar sealed structure. Will also need to be incorporated.

しかしながら、アルカリ電池において提案されている防
爆用の溝は、その断面形状がV字状で、その先端、つま
り溝底部を鋭利な状態にするか(例えば、実公昭58−17
332号公報)、あるいは断面V字状でその溝底部に0.1〜
0.2mmRの丸みをつけたものであり(例えば、実公昭58−
26460号公報)、これらは、以下に詳述するように、溝
形成用のポンチの耐久性面や、防爆性能面から、非水液
体活物質電池には適用することができない。
However, the explosion-proof groove proposed in the alkaline battery has a V-shaped cross-section, and its tip, that is, the groove bottom is sharpened (see, for example, Japanese Utility Model Publication No. 58-17).
No. 332), or a V-shaped cross section with 0.1 to
It has a roundness of 0.2mmR (for example,
As described in detail below, these cannot be applied to a non-aqueous liquid active material battery from the viewpoint of durability of the punch for groove formation and the explosion-proof performance.

すなわち、アルカリ電池で提案されている断面形状がV
字状で溝底部が鋭利な溝は、切欠効果は期待できるもの
の、プレス成形により溝を形成する際に、溝形成用のポ
ンチの先端部がすぐに損傷を受け、特に非水液体活物質
電池では、正極活物質の強い腐食性に耐えるために電池
容器にはステンレス鋼などの硬度の高い耐食性金属が使
用されているので、ポンチの損傷が増々激しくなり、ポ
ンチの耐久性面やポンチの損傷によるV字状溝の形状バ
ラツキから工業的には到底採用することができない。一
方、断面形状がV字状で溝底部に丸みをつけたものは、
ポンチの損傷は少なくなると考えられるが、このような
溝底部に丸みをつけた場合は、単に薄肉にしたという効
果が発揮されるだけで、切欠効果などの付加的効果がほ
とんど加わらないため、薄肉部の厚みをよほど薄くしな
いかぎり、安全な圧力範囲内での薄肉部の破壊が生じ
ず、また、薄肉部の厚みを薄くすると、貯蔵中に薄肉部
が腐食を受けて電池機能が失われるおそれがある。
That is, the cross-sectional shape proposed for alkaline batteries is V
Although a groove with a sharp groove bottom can be expected to have a notch effect, the tip of the groove-forming punch is immediately damaged when the groove is formed by press molding, especially for non-aqueous liquid active material batteries. In order to withstand the strong corrosiveness of the positive electrode active material, the battery container uses corrosion-resistant metal with high hardness such as stainless steel. Due to the variation in the shape of the V-shaped groove, it cannot be industrially adopted. On the other hand, the V-shaped cross-section with rounded groove bottom is
It is thought that the punch will be less damaged, but if the bottom of the groove is rounded, the effect of simply making it thinner will be exhibited, and additional effects such as a notch effect will hardly be added, so Unless the thickness of the thin section is very thin, the thin section does not break within the safe pressure range.If the thin section is thin, the thin section may be corroded during storage and the battery function may be lost. There is.

そのため、電池容器の底部に形成する溝の形状を底部が
平坦状になった断面倒立台形状にし、溝底部の端部に電
池の内部圧力による引張力と曲げによる引張力とが複合
してかかるようにし、薄肉部の厚さをある程度維持して
も、比較的低い圧力で、溝底部の端部から切裂破壊が生
じるようにして、電池に安全性の高い防爆機能を備えさ
せることが開発され、本出願人によって既に特許出願さ
れている(特願昭61−228760号)。
Therefore, the shape of the groove formed in the bottom of the battery container is an inverted trapezoidal cross-section with a flat bottom, and the tensile force due to the internal pressure of the battery and the tensile force due to bending are applied to the ends of the groove bottom. Even if the thickness of the thin wall is maintained to some extent, it is possible to develop a battery with a highly safe explosion-proof function so that the fracture at the end of the groove bottom will occur at a relatively low pressure. The applicant has already applied for a patent (Japanese Patent Application No. 61-228760).

しかしながら、防爆機能が作動する要因として重要なこ
とは、高温時に電池内の空気室に加わる圧力であり、単
に防爆用の溝の形状や薄肉部の厚さを考慮するだけでは
必ずしも充分な防爆機能が得られない。
However, the important factor that activates the explosion-proof function is the pressure applied to the air chamber in the battery at high temperatures, and it is not always sufficient to consider the shape of the groove for explosion-proof and the thickness of the thin-walled part. Can't get

例えば塩化チオニルを正極活物質として用いた場合、塩
化チオニルの蒸気圧は高温においては水と大差ないが、
体積膨張率が1×10-3deg-1で水の体積膨張率0.207×10
-3deg-1よりも5倍近く大きい。そのため、電池が高温
下にさらされ、塩化チオニルが体積膨張すると、空気の
分圧と塩化チオニルの蒸気圧の和で表される空気室内の
圧力上昇は、電池作製時に設定される空気室の体積によ
って大きく異なり、またアルカリ電池などの水溶液系電
解液を用いる電池での内圧上昇よりも急激である。した
がって、上記空気室の体積が適正でないと、通常の使用
条件下でも防爆機能が作動して、電池機能が喪失される
おそれがある。
For example, when thionyl chloride is used as the positive electrode active material, the vapor pressure of thionyl chloride is not much different from that of water at high temperature,
Volume expansion coefficient of 1 × 10 -3 deg -1 water volume expansion coefficient of 0.207 × 10
Nearly 5 times larger than -3 deg -1 . Therefore, when the battery is exposed to high temperatures and the volume of thionyl chloride expands, the pressure rise in the air chamber, which is the sum of the partial pressure of air and the vapor pressure of thionyl chloride, is the volume of the air chamber set when the battery is manufactured. It is significantly different from the above, and it is more rapid than the internal pressure rise in a battery using an aqueous electrolyte such as an alkaline battery. Therefore, if the volume of the air chamber is not appropriate, the explosion-proof function may operate even under normal use conditions, and the battery function may be lost.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

この発明は、上記従来技術では電池に安全性の高い防爆
機能を付与することができなかったり、あるいは通常使
用条件下でも防爆機能が作動して電池機能が喪失される
ことがあったという問題点を解決し、通常の使用条件下
では防爆機能の作動がなく、かつ安全性の高い防爆機能
を備えた非水液体活物質電池を提供することを目的とす
る。
The present invention has a problem in that the above-mentioned conventional technology cannot provide a highly safe explosion-proof function to the battery, or the explosion-proof function is activated even under normal use conditions and the battery function is lost. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous liquid active material battery that does not operate in an explosion-proof function under normal use conditions and has a highly safe explosion-proof function.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、空気室の体積と空気室内の圧力との関係を検
討して、空気室の体積を全電池内容積の7.5%〜15%に
特定し、かつ防爆用の薄肉部の厚みならびに該薄肉部形
成のための溝形状を特定することによって、通常使用条
件下での防爆機能の作動を防止しつつ、安全性の高い防
爆機能を電池に付与したものである。
The present invention examines the relationship between the volume of the air chamber and the pressure in the air chamber, specifies the volume of the air chamber to 7.5% to 15% of the total battery internal volume, and the thickness of the thin portion for explosion protection and By specifying the groove shape for forming the thin portion, the explosion-proof function with high safety is imparted to the battery while preventing the operation of the explosion-proof function under normal use conditions.

本発明において、電池内の空気室の体積を全電池内容積
の7.5〜15%に特定したのは、次のような実験結果に基
づくものである。
In the present invention, the reason why the volume of the air chamber in the battery is specified to be 7.5 to 15% of the total internal volume of the battery is based on the following experimental results.

第4図は、外径14mm、高さ52mmの単3形の塩化チオニル
−リチウム電池について空気室の体積を変化させたとき
の空気室の内圧と温度との関係を示したものである。電
池については、後に第1図に基づいて詳しく説明する
が、この電池内の上部には空気室21が設けられている。
FIG. 4 shows the relationship between the internal pressure of the air chamber and the temperature when the volume of the air chamber of an AA thionyl chloride-lithium battery having an outer diameter of 14 mm and a height of 52 mm was changed. The battery will be described later in detail with reference to FIG. 1, but an air chamber 21 is provided in the upper part of the battery.

この第4図には、電池の空気室の体積を400μ、450μ
、500μ、550μ、600μ、700μ、750μ、8
00μ、850μ、900μと変化させたときのそれぞれ
の空気室内の圧力と温度との関係が示されているが、空
気室の体積が増加するにしたがって同じ圧力に達する温
度が高くなっている。したがって、この第4図から、防
爆用の薄肉部の厚みを規制してある一定圧力で防爆機能
が作動するように設定しても、空気室の体積が変化する
と作動温度が大きく変わってしまうことがわかる。
In Figure 4, the volume of the air chamber of the battery is 400μ, 450μ
, 500μ, 550μ, 600μ, 700μ, 750μ, 8
The relationship between the pressure and temperature in each air chamber when changing to 00μ, 850μ, 900μ is shown, but the temperature reaching the same pressure increases as the volume of the air chamber increases. Therefore, from FIG. 4, even if the explosion-proof function is set to operate at a certain pressure by controlling the thickness of the thin portion for explosion-proof, the operating temperature changes greatly when the volume of the air chamber changes. I understand.

例えば空気室の体積が400μの場合、120℃での空気室
の内圧は300kg/cm2に達し、電池容器の破裂する圧力が2
00〜300kg/cm2であることを考慮すると(この電池では
封口部分は強力につくられているので、防爆機能を備え
ていない場合、電池破裂は電池容器の破裂によって生じ
る)、120℃以下で防爆機能を作動させるように設定し
なければならない。しかし、120℃は、この電池の特性
上、つまり、この電池が他の電池に比べてより高温での
使用が可能であるという特性上、通常の使用条件下でも
かかり得る温度であり、120℃以下で防爆機能が作動す
ることは好ましくない。しかし、空気室の体積が450μ
になると、120℃における内圧は15kg/cm2程度にな
り、この程度の圧力で防爆機能が作動するように設定す
れば、通常使用条件下で防爆機能が作動して電池機能が
喪失されることはなくなる。なお、電池の20℃における
内圧は1.3kg/cm2程度であり、また100℃における内圧は
3〜4kg/cm2である。
For example, when the volume of the air chamber is 400μ, the internal pressure of the air chamber at 120 ℃ reaches 300kg / cm 2 , and the burst pressure of the battery container is 2
Considering that it is 00 to 300 kg / cm 2 (This battery has a strong sealing part, so if the battery does not have an explosion-proof function, the battery will burst if the battery container bursts). It must be set to activate the explosion proof function. However, because of the characteristics of this battery, that is, the characteristic that this battery can be used at a higher temperature than other batteries, 120 ° C is a temperature that can be taken under normal use conditions. It is not preferable that the explosion-proof function operates below. However, the volume of the air chamber is 450μ
Then, the internal pressure at 120 ℃ will be about 15 kg / cm 2 , and if the explosion-proof function is set to operate at this pressure, the explosion-proof function will operate under normal use conditions and the battery function will be lost. Disappears. The internal pressure of the battery at 20 ° C is about 1.3 kg / cm 2 , and the internal pressure at 100 ° C is 3 to 4 kg / cm 2 .

第5図は、この電池の空気室の体積と充填され得る負極
(リチウム)の電気量および放電で得られる電気量の関
係を示したものである。
FIG. 5 shows the relationship between the volume of the air chamber of this battery, the quantity of electricity of the negative electrode (lithium) that can be filled, and the quantity of electricity obtained by discharging.

第5図の横軸は電池の空気室の体積を示し、縦軸は電気
量を示し、第5図中の実線は負極の充填電気量、点線は
放電電気量を示す。この電池では放電電気量は負極の充
填電気量の約93%に相当する。
The horizontal axis of FIG. 5 shows the volume of the air chamber of the battery, the vertical axis shows the amount of electricity, the solid line in FIG. 5 shows the amount of electricity charged in the negative electrode, and the dotted line shows the amount of electricity discharged. In this battery, the amount of electricity discharged corresponds to about 93% of the amount of electricity charged to the negative electrode.

この単3形の塩化チオニル−リチウム電池に対しては、
ユーザー(使用者)から2000mAh以上の放電電気量を保
持することが要求されている。したがって、2000mAh以
上の放電電気量を確保しようとすれば、空気室の体積は
この第5図から900μ以下にする必要がある。
For this AA thionyl chloride-lithium battery,
It is required by the user (user) to maintain a discharge electricity amount of 2000 mAh or more. Therefore, in order to secure a discharge electricity amount of 2000 mAh or more, the volume of the air chamber needs to be 900 μ or less as shown in FIG.

以上の状況から、適当な空気室の体積は450〜900μで
あると考えられる。この電池の全電池内容積が6mlであ
ることから、この450〜900μという空気室体積は全電
池内容積の7.5〜15%に相当する。
From the above situation, it is considered that the appropriate volume of the air chamber is 450 to 900μ. Since the total battery internal volume of this battery is 6 ml, the air chamber volume of 450 to 900 μ corresponds to 7.5 to 15% of the total battery internal volume.

次に防爆機能が作動する圧力について検討すると、上記
の空気室体積の下限である450μの場合、120℃以上で
防爆機能が作動するようにしようとすれば、第4図から
作動圧力を15kg/cm2程度にすればよいが、より安全性を
高めるためには作動圧力を20kg/cm2以上に設定すること
が好ましい。したがって防爆機能が作動する圧力範囲と
しては20〜200kg/cm2が適当であると考えられる。
Next, considering the pressure at which the explosion-proof function operates, if the lower limit of the above-mentioned air chamber volume is 450μ and it is tried to make the explosion-proof function operate at 120 ° C or higher, the operating pressure is 15 kg / The pressure may be about cm 2, but the operating pressure is preferably set to 20 kg / cm 2 or more in order to enhance safety. Therefore, 20 to 200 kg / cm 2 is considered appropriate as the pressure range in which the explosion proof function operates.

次に防爆機能を上記のような圧力範囲で作動させるに
は、防爆用の薄肉部をどの程度の厚みにするのが適当か
問題になってくる。
Next, in order to operate the explosion-proof function in the pressure range as described above, there is a problem as to how thick the thin portion for explosion-proof should be.

第6図は、第2〜3図に示すように電池容器1の底部2
に十字状の溝3を形成することによって薄肉部4を形成
し、この防爆用の薄肉部4を有する電池容器にその内部
側から外部側に向けて圧力をかけたときの薄肉部の厚み
と薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動するときの圧力
との関係を示すものである。
FIG. 6 shows the bottom portion 2 of the battery container 1 as shown in FIGS.
The thin-walled portion 4 is formed by forming the cross-shaped groove 3 in the thin-walled portion, and the thickness of the thin-walled portion when the pressure is applied to the battery container having the thin-wall portion 4 for explosion-proof from the inside to the outside. It shows the relationship with the pressure when the thin wall portion is fractured by fracture and the explosion-proof function is activated.

第6図の横軸は防爆用の薄肉部の厚みを示し、縦軸は防
爆機能の作動圧力を示すが、この第6図に示されるよう
に、薄肉部の厚みが45μmで作動圧力が20kg/cm2とな
り、薄肉部の厚みが120μmで作動圧力が200kg/cm2とな
ることより、20〜200kg/cm2の圧力で防爆機能を作動さ
せるには、薄肉部の厚みを45〜120μmとするのが適当
である。また、防爆機能をより好ましい範囲、つまり50
〜100kg/cm2程度で作動させるには、薄肉部の厚みは60
〜90μmとするのが好ましい。
The horizontal axis of Fig. 6 shows the thickness of the thin portion for explosion protection, and the vertical axis shows the working pressure of the explosion-proof function. As shown in Fig. 6, the thickness of the thin portion is 45 µm and the working pressure is 20 kg. / cm 2, and the more the operating pressure thickness at 120μm thin portion is 200 kg / cm 2, to operate the explosion-proof function at a pressure of 20 to 200 kg / cm 2, and 45~120μm the thickness of the thin portion It is appropriate to do. Also, the explosion-proof function is more preferable range, that is, 50
To operate at to 100 kg / cm 2 approximately, the thickness of the thin portion 60
It is preferably about 90 μm.

〔実施例〕〔Example〕

上記知見を参考にしつつ、防爆用の薄肉部の厚さを30μ
m、45μm、70μm、120μmおよび150μmと変えて電
池容器を作製した。
While referring to the above knowledge, the thickness of the thin wall for explosion protection is 30μ.
m, 45 μm, 70 μm, 120 μm, and 150 μm, to prepare a battery container.

以上の5種類の電池容器を用い、空気室の体積が400μ
、450μ、650μ、900μおよび950μの塩化チ
オニル−リチウム電池を作製した。
Using the above 5 types of battery containers, the volume of the air chamber is 400μ
, 450μ, 650μ, 900μ and 950μ thionyl chloride-lithium batteries were made.

上記電池の構造は第1図に示す通りである。電池の各構
成部材について説明すると次の通りである。
The structure of the battery is as shown in FIG. Each component of the battery will be described as follows.

1は電池容器であり、この電池容器1の底部2には、第
2〜3図に詳示するように、電池に防爆機能を付与する
ための溝3が形成され、該溝3の形成により電池容器1
の底部2は部分的に薄肉にされ、防爆用の薄肉部4が形
成されている。11はアルカリ金属よりなる負極で、本実
施例ではリチウム板を上記電池容器1の内周面に圧着す
ることにより形成されており、そのため、この電池で
は、電池容器1は負極端子としての機能を有している。
12はセパレータであり、このセパレータ12はガラス繊維
不織布からなり、円筒状をしていて、前記円筒状の負極
11と円柱状の正極13とを隔離している。正極13はアセチ
レンブラックを主成分とする炭素質で形成された炭素多
孔質成形体よりなり、14は正極集電体で、ステンレス鋼
棒よりなる。15は電池蓋で、ステンレス鋼で形成されて
いて、その立ち上がった外周部が電池容器1の開口端部
と溶接により接合され、電池蓋15の内周側には正極端子
17との間にガラス層16が介設されている。ガラス層16は
電池蓋15と正極端子17とを絶縁すると共に、その外周面
でその構成ガラスが電池蓋15の内周面に融着し、その内
周面でその構成ガラスが正極端子17の外周面に融着し
て、電池蓋15と正極端子17との間をシールし、電池容器
1の開口部はいわゆるハーメチックシールにより封口さ
れている。正極端子17はステンレス鋼製で電池組立時は
パイプ状をしていて、電解液注入口として使用され、そ
の上端部を電解液注入後にその中空部内に挿入された正
極集電体14の上部と溶接して封止したものである。18は
電解液で、この電解液18は塩化チオニルに支持電解質と
しての四塩化アルミニウムリチウムを1.2mol/l溶解した
もので、塩化チオニルは上記のように電解液の溶媒であ
ると共に、この電池では正極活物質でもあり、正極13の
表面で、この塩化チオニルと負極11からイオン化したリ
チウムイオンとが反応を起こす。19および20はそれぞれ
ガラス繊維不織布からなる底部隔離材と上部隔離材であ
る。21は電池内の上部に設けられた空気室であり、この
空気室21の体積は前記のように電池によって400μ、4
50μ、650μ、900μおよび950μに変えられて
いる。
Reference numeral 1 denotes a battery container, and a groove 2 for imparting an explosion-proof function to a battery is formed in a bottom portion 2 of the battery container 1 as shown in detail in FIGS. Battery container 1
The bottom portion 2 of the is partially thinned to form an explosion-proof thin portion 4. Reference numeral 11 denotes a negative electrode made of an alkali metal, which is formed by pressing a lithium plate onto the inner peripheral surface of the battery container 1 in this embodiment. Therefore, in this battery, the battery container 1 functions as a negative electrode terminal. Have
12 is a separator, and this separator 12 is made of glass fiber nonwoven fabric and has a cylindrical shape, and the cylindrical negative electrode.
11 and the cylindrical positive electrode 13 are separated. The positive electrode 13 is made of a carbon porous molded body formed of carbonaceous material containing acetylene black as a main component, and 14 is a positive electrode current collector made of a stainless steel rod. Reference numeral 15 denotes a battery lid, which is formed of stainless steel, and the raised outer peripheral portion is joined to the open end of the battery container 1 by welding, and the positive electrode terminal is provided on the inner peripheral side of the battery lid 15.
A glass layer 16 is provided between the glass layer 16 and The glass layer 16 insulates the battery lid 15 and the positive electrode terminal 17 from each other, and at the outer peripheral surface thereof, the constituent glass is fused to the inner peripheral surface of the battery lid 15, and at the inner peripheral surface, the constituent glass of the positive electrode terminal 17 is formed. The outer peripheral surface is fused and sealed between the battery lid 15 and the positive electrode terminal 17, and the opening of the battery container 1 is sealed by a so-called hermetic seal. The positive electrode terminal 17 is made of stainless steel and has a pipe shape at the time of battery assembly, and is used as an electrolyte injection port. It is welded and sealed. 18 is an electrolytic solution, which is a solution of thionyl chloride in which 1.2 mol / l of lithium aluminum tetrachloride as a supporting electrolyte is dissolved.Thionyl chloride is a solvent of the electrolytic solution as described above, and in this battery, It is also a positive electrode active material, and on the surface of the positive electrode 13, this thionyl chloride reacts with lithium ions ionized from the negative electrode 11. Reference numerals 19 and 20 are a bottom separator and a top separator made of glass fiber non-woven fabric, respectively. 21 is an air chamber provided in the upper part of the battery, and the volume of the air chamber 21 is 400 μm or 4 μm depending on the battery as described above.
It has been changed to 50μ, 650μ, 900μ and 950μ.

電池容器1は、厚さ0.3mmのステンレス鋼板から作製さ
れ、電池組立前は第2図に示すように有底円筒状をして
おり(ただし、第2図は電池容器を倒立させた状態で示
しているので、底部2が上側にきている)、その底部2
の中央部の凸出部2aには、第2図(a)に示すように平
面形状が十字状の溝3が形成されている。溝3は第3図
に詳示するように、断面形状が底部3aが平坦な倒立台形
状( で、この倒立台形状という表現は、溝底部3aが下側に配
置したときの形状を表現したものである。)をしてお
り、溝形成角度θは60゜にされている。4は薄肉部で、
この薄肉部4は上記溝3の形成によって電池容器1の底
部2に十字状に設けられたものであり、薄肉部4の幅W
は0.15mmで、その厚みtは前記のように電池容器によっ
て30μm、45μm、70μm、120μm、150μmに変えら
れている。なお、本実施例では、リード端子の取付がし
やすいように、電池容器1の底部2の中央部に凸出部2a
を設けているので、溝3は該凸出部2aに形成されている
が、凸出部2aは必ずしも必要なものではなく、電池容器
1の底部2は平坦なものであってもよい。その場合、溝
3は電池容器1の平坦な底部2の中央部に形成すればよ
いが、そのようにしても、凸出部2aに溝3を形成した場
合と比較して、特に防爆機能が低下するようなことはな
い。
The battery container 1 is made of a stainless steel plate having a thickness of 0.3 mm, and has a bottomed cylindrical shape as shown in Fig. 2 before the battery is assembled (however, Fig. 2 shows the battery container in an inverted state. The bottom 2 is on the upper side, as shown),
A groove 3 having a cross shape in a plan view is formed in the protruding portion 2a at the center of the groove as shown in FIG. 2 (a). As shown in detail in FIG. 3, the groove 3 has an inverted trapezoidal cross-section with a flat bottom 3a ( The expression "inverted trapezoidal shape" represents the shape when the groove bottom portion 3a is arranged on the lower side. ), And the groove forming angle θ is set to 60 °. 4 is the thin part,
The thin portion 4 is provided in a cross shape on the bottom portion 2 of the battery container 1 by forming the groove 3 and has a width W of the thin portion 4.
Is 0.15 mm, and its thickness t is changed to 30 μm, 45 μm, 70 μm, 120 μm, 150 μm depending on the battery container as described above. In this embodiment, the protruding portion 2a is provided at the center of the bottom portion 2 of the battery container 1 so that the lead terminal can be easily attached.
Since the groove 3 is provided in the protruding portion 2a, the protruding portion 2a is not always necessary, and the bottom portion 2 of the battery container 1 may be flat. In that case, the groove 3 may be formed in the central portion of the flat bottom portion 2 of the battery container 1, but even in that case, the explosion-proof function is particularly improved as compared with the case where the groove 3 is formed in the protruding portion 2a. There is no such thing as a drop.

これらの電池を室温から500℃まで毎分20℃の昇温速度
で加温し、防爆機能の作動状況を調べた。その結果を第
1表に示す。第1表中の×印は防爆機能が作動せずに電
池が破裂に至ったことを示し、△印は120℃以下の温度
で防爆機能が作動したことを示す。また、○印は120℃
を超えてから防爆機能が作動したことを示す。
These batteries were heated from room temperature to 500 ° C at a heating rate of 20 ° C / min, and the operation status of the explosion-proof function was investigated. The results are shown in Table 1. The X mark in Table 1 indicates that the explosion proof function did not operate and the battery ruptured, and the Δ mark indicates that the explosion proof function operated at a temperature of 120 ° C. or less. Also, ○ indicates 120 ° C
Indicates that the explosion-proof function has been activated after the value exceeded.

第1表に示すように、薄肉部の厚みを150μmにした電
池は、いずれも、防爆機能が作動せずに、電池容器の側
部が裂けた形で電池が破裂した。これは、第6図に示す
防爆機能の作動試験結果から推定されるように、防爆機
能が300kg/cm2以上で作動するために、電池容器底部に
設けた薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動する前に電
池破裂が生じるためであると考えられる。また、防爆用
の薄肉部の厚みを30μmにした電池は、空気室の体積が
900μ以下の場合は120℃以下の温度で防爆機能が作動
した。これは防爆用の薄肉部の厚みが薄いために内圧が
比較的低い状態で薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動
してしまうためであると考えられる。また空気室の体積
が400μの電池も120℃以下の温度で防爆機能が作動し
た。これは第4図からもわかるように内圧が120℃以下
で非常に大きくなるためであると考えられる。これに対
し、防爆用薄肉部の厚みが45〜120μmで空気室の体積
が450〜900μの範囲、つまり、全電池内容積が6mlで
あることから、空気室の体積が全電池内容積の7.5〜15
%の範囲では、いずれも防爆機能が120℃を超える温度
で作動した。ちなみに、薄肉部の厚みが45μmで、空気
室の体積が45μの場合は、防爆機能の作動温度は約12
5℃で、そのときの圧力は第4図から約30kg/cm2である
と推定される。また、薄肉部の厚みが120μmで、空気
室の体積が900μの場合は、防爆機能の作動温度は約2
58℃で、そのときの圧力は第4図から約180kg/cm2と推
定される。
As shown in Table 1, in all of the batteries having a thin portion with a thickness of 150 μm, the explosion-proof function did not operate, and the battery ruptured with the side part of the battery container ruptured. This is because, as estimated from the operation test results of the explosion-proof function shown in Fig. 6, the explosion-proof function operates at 300 kg / cm 2 or more, so the thin-walled part provided at the bottom of the battery container is fractured and broken. It is considered that this is because the battery bursts before the function operates. Also, the battery with the explosion-proof thin wall thickness of 30 μm has an air chamber volume
When it was 900μ or less, the explosion-proof function operated at the temperature of 120 ° C or less. It is considered that this is because the thin wall portion for explosion protection has a small thickness, so that the thin wall portion is fractured and broken and the explosion protection function is activated when the internal pressure is relatively low. In addition, the explosion-proof function of a battery with an air chamber volume of 400μ was activated at temperatures below 120 ° C. It is considered that this is because the internal pressure becomes extremely large at 120 ° C. or lower, as can be seen from FIG. On the other hand, the thickness of the explosion-proof thin portion is 45 to 120 μm, and the volume of the air chamber is in the range of 450 to 900 μ, that is, the total battery internal volume is 6 ml, so the volume of the air chamber is 7.5% of the total battery internal volume. ~ 15
In the range of 100%, the explosion-proof function operated at temperatures above 120 ° C. By the way, when the thickness of the thin part is 45 μm and the volume of the air chamber is 45 μ, the operating temperature of the explosion-proof function is about 12
At 5 ° C, the pressure at that time is estimated to be about 30 kg / cm 2 from Fig. 4. If the thin part has a thickness of 120 μm and the volume of the air chamber is 900 μ, the operating temperature of the explosion-proof function is about 2
At 58 ° C, the pressure at that time is estimated to be about 180 kg / cm 2 from Fig. 4.

なお、上記実施例では溝3の形成角度θを60゜とし、薄
肉部の幅Wを0.15mmとしたが、溝3の形成角度θは一般
に50〜80゜の範囲にするのが好ましく、また薄肉部4の
幅Wは一般に0.09〜0.5mmの範囲にするのが好ましい。
Although the forming angle θ of the groove 3 is set to 60 ° and the width W of the thin portion is set to 0.15 mm in the above embodiment, the forming angle θ of the groove 3 is preferably in the range of 50 to 80 °. Generally, the width W of the thin portion 4 is preferably in the range of 0.09 to 0.5 mm.

また、上記実施例では、十字状の溝を形成した場合につ
いて説明したが、溝としては複数本でそれらの溝が少な
くとも1箇所で交わるものであればよく、その平面形状
としては、実施例で示した十字状以外にも、例えば第7
図に示すように、X字状(第7図(a)参照)、Y字状
(第7図(b)参照)、アスタリスク(*)状(第7図
(c)参照)、H字状(第7図(d)参照)などがあげ
られる。特に電池に内圧がかかったときに電池容器の底
部中心部の変形が最も大きくなるので、電池容器の底部
中心部に交点を持つ十字状、その変形であるX字状、Y
字状、アスタリスク状などが好ましい。また、溝はその
中間部で交わっていることは要求されず、Y字状のごと
く、溝の端部が交わっているものであってもよい。そし
て、上記溝の形成によって電池容器の底部に設けられる
防爆用の薄肉部も、実施例に例示の十字状のものに限ら
れることなく、溝と同様の各種平面形状がとり得る。
Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the cross-shaped groove is formed has been described. However, as long as there are a plurality of grooves and those grooves intersect at at least one location, the planar shape is the same as in the embodiment. In addition to the cross shape shown, for example, the seventh
As shown in the figure, an X shape (see FIG. 7A), a Y shape (see FIG. 7B), an asterisk (*) shape (see FIG. 7C), an H shape (See FIG. 7 (d)). In particular, when the internal pressure is applied to the battery, the center of the bottom of the battery container is most deformed.
A letter shape, an asterisk shape and the like are preferable. Further, the groove is not required to intersect at the middle portion thereof, and the end portions of the groove may intersect, such as a Y shape. The explosion-proof thin-walled portion provided at the bottom of the battery container by forming the groove is not limited to the cross shape illustrated in the embodiment, and may have various planar shapes similar to the groove.

なお、本発明においては、溝は複数本形成し、該複数本
の溝が少なくとも1箇所交わるようにしているが、これ
は、溝を複数本にして、それらの溝が交点を持つように
しておくと、電池の内部圧力が該交点に集中してかかる
ようになり、電池の内部圧力上昇に正確に対応して防爆
機能が作動するようになるからである。
In addition, in the present invention, a plurality of grooves are formed, and the plurality of grooves intersect at at least one position. However, this is achieved by forming a plurality of grooves so that the grooves have intersection points. If this is done, the internal pressure of the battery will be concentrated on the intersection, and the explosion-proof function will operate accurately in response to the increase in the internal pressure of the battery.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明では、電池容器の底部に、
底部が平坦な断面倒立台形状の溝を形成し、該溝の形成
により設けられる防爆用の薄肉部の厚みを45〜120μ
m、電池内の空気室の体積を全電池内容積の7.5〜15%
にすることによって、通常使用条件下での防爆機能の作
動がなく、かつ安全に作動する防爆機能を備えた非水液
体活物質電池を提供することができた。
As described above, in the present invention, the bottom of the battery container,
A groove with an inverted trapezoidal cross section with a flat bottom is formed, and the thickness of the thin wall for explosion protection provided by the groove is 45 to 120 μm.
m, the volume of the air chamber in the battery is 7.5 to 15% of the total volume of the battery
By doing so, it was possible to provide a non-aqueous liquid active material battery having an explosion-proof function that does not operate under normal use conditions and that operates safely.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す塩化チオニル−リチウ
ム電池の断面図である。第2図は第1図に示す電池に用
いられた電池容器を倒立させた状態で示すもので、第2
図(a)はその平面図で、第2図(b)は第2図(a)
のX−X線における断面図である。第3図は本発明にお
いて電池容器の底部に設けられた溝とその近傍の拡大断
面図である。第4図は単3形の塩化チオニル−リチウム
電池における空気室の体積を変化させたときの空気室の
内圧と温度との関係を示す図である。第5図は単3形の
塩化チオニル−リチウム電池の空気室の体積と負極の充
填電気量および放電電気量との関係を示す図である。第
6図は溝の形成により防爆用の薄肉部を設けた電池容器
の防爆用の薄肉部の厚みと防爆機能の作動圧力との関係
を示す図である。第7図は本発明の電池に使用する電池
容器の十字状溝以外の溝の平面形状を概略的に例示する
もので、上段はそれぞれの電池容器の概略正面図で、下
段はそれぞれの概略底面図である。 1……電池容器、2……底部、3……溝、 3a……溝の底部、4……薄肉部、11……負極、 12……セパレータ、13……正極、15……電池蓋、 16……ガラス層、18……電解液、21……空気室
FIG. 1 is a sectional view of a thionyl chloride-lithium battery showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the battery container used for the battery shown in FIG. 1 in an inverted state.
Figure (a) is a plan view thereof, and Figure 2 (b) is Figure 2 (a).
3 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the groove provided in the bottom portion of the battery container and its vicinity in the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the internal pressure of the air chamber and the temperature when the volume of the air chamber in the AA type thionyl chloride-lithium battery is changed. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the volume of the air chamber and the amount of electricity charged to the negative electrode and the amount of electricity discharged from the AA thionyl chloride-lithium battery. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the thickness of the explosion-proof thin portion of the battery container provided with the explosion-proof thin portion by forming the groove and the operating pressure of the explosion-proof function. FIG. 7 schematically illustrates a planar shape of a groove other than the cross-shaped groove of the battery container used for the battery of the present invention. The upper stage is a schematic front view of each battery container, and the lower stage is a schematic bottom face of each. It is a figure. 1 ... Battery container, 2 ... bottom, 3 ... groove, 3a ... groove bottom, 4 ... thin-walled part, 11 ... negative electrode, 12 ... separator, 13 ... positive electrode, 15 ... battery lid, 16 …… Glass layer, 18 …… Electrolyte, 21 …… Air chamber

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 賢一 大阪府茨木市丑寅1丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 植谷 慶雄 大阪府茨木市丑寅1丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kenichi Yokoyama, 1-88, Torora, Ibaraki-shi, Osaka Prefecture Hitachi Maxell Co., Ltd. Maxel Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】正極活物質として塩化チオニル、塩化スル
フリル、塩化ホスホリルなどのオキシハロゲン化物系液
体を用い、負極にリチウム、ナトリウム、カリウムなど
のアルカリ金属を用い、電池容器をハーメチックシール
により封口する非水液体活物質電池において、電池容器
の底部に、底部が平坦な断面倒立台形状で少なくとも1
箇所の交点を有する複数本の溝を形成することにより防
爆用の薄肉部が設けられ、該薄肉部の厚さが45〜120μ
mで、かつ電池内上部に設けられた空気室の体積が全電
池内容積の7.5〜15%であることを特徴とする非水液体
活物質電池。
1. A positive electrode active material comprising an oxyhalide liquid such as thionyl chloride, sulfuryl chloride or phosphoryl chloride, an alkaline metal such as lithium, sodium or potassium as a negative electrode, and a hermetically sealed battery container. In a water-liquid active material battery, at least one cross-section inverted trapezoidal shape with a flat bottom is provided at the bottom of the battery container.
An explosion-proof thin-walled portion is provided by forming a plurality of grooves having intersections of points, and the thin-walled portion has a thickness of 45 to 120 μm.
m, and the volume of the air chamber provided in the upper part of the battery is 7.5 to 15% of the total internal volume of the battery.
JP62123142A 1986-09-27 1987-05-19 Non-aqueous liquid active material battery Expired - Lifetime JPH07105216B2 (en)

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