JPH07107838B2

JPH07107838B2 - 扁平形密閉電池

Info

Publication number: JPH07107838B2
Application number: JP63214580A
Authority: JP
Inventors: 博和吉川; 佐藤　　淳; 茂池成; 賢一横山
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 1988-08-29
Filing date: 1988-08-29
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPH0265054A

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扁平形密閉電池に関する。

〔従来の技術〕

近年、電子機器の発達に伴い、自己放電が小さく、長寿
命のリチウム電池が多く使用されるようになってきた。
そこで、C MOS RAMのメモリバックアップ用電源として
筒形で電池蓋にメタル−ガラス−メタルのハーメチック
シールを採用したリチウム−塩化チオニル電池が開発さ
れ（例えば、特開昭59-51458号公報）、これらは密閉性
が高く10年間以上にわたって使用できることから急速に
需要が伸びている。

しかし、市場においては、上記のような筒形のバックア
ップ用電池のみならず、ICの消費電流の低減から、、あ
るいは機器の小形、軽量化に伴う要請から、より小形、
薄形のメモリバックアップ用電池が求められている。

そこで、そのような要望に応えるべく、扁平形電池の開
発が試みられているが、扁平形電池の場合、筒形電池で
採用されているような電池蓋の端子部分に電解液注入口
を設けることは、その溶接封止時の熱によってガラス層
を損傷することになるので、採用することができない。
すなわち、筒形電池の場合は、形状が大きく、電池総高
が少なくとも25mm以上あるため、電池蓋の中央部に位置
する端子部分に電解液注入口を設けても、電解液注入口
の封止位置を電池蓋のガラス層から高さ方向に距離を置
いたところに設定することができるので、その溶接封止
時の熱によってガラス層が損傷をうけることはないが、
電池総高が高々10mm程度の扁平形電池では、電池蓋の端
子部分に電解液注入口を設けた場合、その溶接封止部分
とガラス層との距離が短いために、溶接封止時の熱によ
ってガラス層が破壊して使用に耐えなくなるのである。

そのため、オキシハロゲン化物を正極活物質に用い、ハ
ーメチックシールを採用した密閉性の高い扁平形密閉電
池が市場から要請されているにもかかわらず、商品化さ
れていないのが実状であった。

そこで、本発明者らは、そのような要請に応えるべく検
討を重ね、電池容器の底部の中央部に電解液注入口を設
けることによって液状のオキシハロゲン化物を正極活物
質として用い、ハーメチックシールを採用した密閉性の
高い扁平形密閉電池を開発してきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のようなハーメチックシールを採用
した電池は、密閉性が高く、貯蔵性に優れているという
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、あるいは高電圧で充電され
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高圧下で破裂し、いわゆる電池爆
発が生じ、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ことにな
る。

そのため、筒形電池では、電池容器の底部の中央部に薄
肉部を十字状に設け、電池の内部圧力が異常上昇をしは
じめたときに、上記薄肉部が高圧になりすぎない安全性
の確保できる範囲内の圧力で破壊して、電池の高圧下で
の破裂、いわゆる爆発を防止するようにしているが、扁
平形電池では、前述したように、電池容器の底部中央部
に電解液注入口を設ける関係で、防爆用の薄肉部を電池
容器の底部の中央部に設けることができないという事情
がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、電池容器の底部に環状の薄肉部を、該環状の
薄肉部の直径が電池容器の外径の19〜87％の範囲になる
ように設けることによって、オキシハロゲン化物を正極
活物質として用い、ハーメチックシールを採用して高い
密閉性を有し、しかも安全性の高い防爆機能を備えた扁
平形密閉電池を提供したものである。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただ
し、実施例ではリチウム−塩化チオニル系の扁平形密閉
電池について説明するが、本発明はその場合のみに限ら
れるものではない。

第１図は本発明の扁平形密閉電池の一実施例を示す断面
図であり、第２図は第１図に示す電池の概略底面図であ
る。ただし、断面図においては、断面より背面側に位置
する部分の外形線で、図示すると図面を繁雑化させるお
それがあるものについては図示を省略している。

まず、電池の構成について概略的に説明すると、（１）
はリチウムからなる負極、（２）は炭素多孔質成形体か
らなる正極、（３）はガラス繊維不織布からなるセパレ
ータであり、上記負極（１）と正極（２）とを隔離して
いる。（４）は電解液で、（５）はステンレス鋼製の電
池容器、（６）は電池蓋であり、この電池蓋（６）は環
状でステンレス鋼製のボディ（７）とガラスからなる環
状の絶縁層（８）とステンレス鋼製の正極側の端子
（９）とからなり、上記ボディ（７）の外周部は電池容
器（５）の開口端部に溶接されている。（10）は正極側
の集電体であり、ステンレス鋼製網からなり、正極側の
端子（９）の下部にスポット溶接されている。（11）は
ガラス繊維不織布からなる絶縁体で、正極（２）および
正極集電体（10）と電池蓋（６）のボディ（７）との間
を絶縁している。（12）は電解液注入口であり、この電
解液注入口（12）は電池容器（５）の底部（5a）の中央
部に設けられているが、本実施例のものは先端部を電池
内部側に有する円筒状に形成されていて、電解液注入後
にポリテトラフルオロエチレン球からなる封止栓（13）
が圧入されている。（14）はステンレス鋼製の封止板
で、その中央部で電解液注入口（12）の基端部側の開口
部を覆い、外周部が電池容器（５）の底部（5a）に溶接
されている。そして、この電池は、外径33mm、電池総高
6.5mmの円板状をした扁平形電池である。

つぎに、主要構成部材について詳しく説明していくと、
負極（１）はリング状に打抜いたリチウムシートを電池
容器（５）の底部内面に圧着したものであって、負極活
物質のリチウムのみで構成され、正極（２）はアセチレ
ンブラックを主成分とし、これに黒鉛とポリテトラフル
オロエチレンを添加した炭素質を主材とする材料の多孔
質成形体、いわゆる炭素多孔質成形体からなるものであ
る。電解液（４）は塩化チオニルに四塩化アルミニウム
リチウムを1.0mol/l溶解した塩化チオニル溶液からな
り、塩化チオニルは上記のように電解液溶媒であるとと
もに正極活物質でもある。このように塩化チオニルが正
極活物質として用いられていることからも明らかである
ように、上記正極（２）はそれ自身が反応するものでは
なく、正極活物質の塩化チオニルと負極（１）からイオ
ン化して溶出してきたリチウムイオンとの反応場所を提
供するものである。

電池容器（５）は厚さ0.5mmのステンレス鋼板で外径33m
m、高さ6mmの容器状に形成され、その底部（5a）の中央
部には内径2.1mmで電池内部側に先端部を有する高さ約
1.5mmの円筒状の電解液注入口（12）が設けられてい
る。なお、円筒状の電解液注入口（12）とは、電解液の
注入に際し、電解液の通過し得る空隙が円筒によって形
成されたものであることを意味している。

電池蓋（６）は前記のようにステンレス鋼製のボディ
（７）とガラスからなる環状の絶縁層（８）とステンレ
ス鋼製の正極側の端子（９）とからなり、上記ガラスか
らなる絶縁層（８）はその外周面でステンレス鋼製のボ
ディ（７）の内周面に溶着し、その内周面でステンレス
鋼製の正極側の端子（９）の外周面に溶着していて、い
わゆるメタル−ガラス−メタルのハーメチックシールを
有し、また、前記のように電池蓋（６）のボディ（７）
は電池容器（５）の開口端部に溶接されていて、この電
池はいわゆる完全密閉構造になり得るように構成されて
いる。

封止栓（13）は、本実施例では直径2.3mmのポリテトラ
フルオロエチレン球からなり、この封止栓（13）の直径
は前記電解液注入口（12）の内径より若干大きく、電解
液注入後の電解液注入口（12）に圧入されている。その
ため、この封止栓（13）にはその周囲から電解液注入口
（12）の反撥応力がかかり、両者の密接度が高くなっ
て、電解液注入口（12）は少なくとも封止板（14）の溶
接が完了するまでの間、上記封止栓（13）によって封止
されている。いわば、電解液注入口（12）はこの封止栓
（13）によって仮封止され、封止板（14）の外周部の電
池容器（５）の底部（5a）への溶接によって完全に封止
される。封止板（14）は厚さ0.3mm、直径0.45mmのステ
ンレス鋼板からなり、その中央部で電解液注入口（12）
の基端部側の開口部を覆い、その外周部が電池容器
（５）の底部（5a）に炭酸ガスレーザーで出力400W、溶
接速度20mm/secで溶接されている。

そして、電池容器（５）の底部（5a）には防爆用の薄肉
部（15）が環状に設けられており、この薄肉部（15）の
厚みは0.07mmであり、薄肉部（15）の直径（ただし、薄
肉部の中心部間の直径である。第２図中の参照符号のＢ
参照）は電池容器（５）の底部（5a）の外径の19〜87％
になるようにされている。

上記のように薄肉部（15）の直径を電池容器（５）の底
部（5a）の外径の19〜87％にするということは、次の実
験から求められたものである。

まず、第３図に示すように、底部（5a）の中央部に電解
液注入口（12）を設け、かつ薄肉部（15）を環状に設け
た電池容器（５）を用意する。なお、実験にあたって
は、電池容器（５）の底部（5a）の外径Ａ（第２図参
照）は33mmと一定にし、薄肉部（15）の直径Ｂ（第２図
参照）の寸法を変化させて、B/Aの値が０（これは薄肉
部を設けていないことを示す）、0.09、0.19、0.31、0.
47、0.62、0.78、0.87および0.93となるように、多種類
の電池容器（５）を用意する。

薄肉部（15）は電池容器（５）の底部（5a）に、例えば
プレス加工により、第４図に示すように、断面が台形状の溝（16）を形成することによって設けられたものであ
り、ここでは、薄肉部（５）の厚みｔは0.07mmで、薄肉
部（15）の幅Ｗは0.15mm、溝（16の形成角度θは60°に
している。

そして、これらの電池容器（５）には、内部に電解液な
どをまったく入れないで、封止板（14）でその電解液注
入口（12）の基端部側の開口部を覆い、封止板（14）の
外周部を電池容器（５）の底部（5a）に炭酸ガスレーザ
ーで溶接して封止する。

このようにして電解液注入口（12）を封止した電池容器
（５）を加圧治具に取り付け、水圧で電池容器（５）を
加圧して薄肉部（15）の破壊（薄肉部（15）の端部が開
裂する）が生じる圧力を調べ、その結果を第１表に示し
た。

ただし、B/Aの値が０のときは薄肉部（15）を設けてい
ないので、電池容器（５）の底部（5a）の破裂になる。

薄肉部（15）の破壊が生じ、防爆機能が作動して、電池
破裂を防止する圧力をいくらに設定するかが問題になる
が、第１表に示すように、薄肉部（15）を設けていない
場合（つまり、B/A＝０の場合）に電池容器の底部が破
裂する圧力が400kg/cm²であることから、防爆機能の作
動圧力としては上限を180kg/cm²程度に設定しておくの
が好ましいと考えられる。また、通常の使用条件下では
電池の内部圧力が10kg/cm²以上に上昇することはほとん
どなく、多少のバラツキや長期間にわたる貯蔵中の薄肉
部（15）の腐食による破壊圧力の低下を考慮しても、防
爆機能が30kg/cm²以上で作動するように設定しておけ
ば、特に異常事態でもないときに防爆機能が作動するよ
うなことはないと考えられる。そのような観点から、B/
Aの値は0.19〜0.93、すなわち電池容器（５）の底部（5
a）の外径に対する薄肉部（15）の直径は19〜93％に設
定しておくことが好ましいといえる。

つぎに、第１図に示す構造で、B/A値を０、0.09、0.1
9、0.31、0.62、0.78、0.87および0.93に設定した電池
を作製し、高温加熱試験を行い、薄肉部（15）の破壊に
よる防爆機能の作動状況を調べた。高温加熱試験にあた
っては、各B/A値の電池を10個ずつ用意し、電気マッフ
ル炉中に電池を入れ、昇温温度30℃／分で加熱し、その
ときの防爆機能の作動状況を調べ、その結果を第２表に
示した。なお、第２表中の「防爆機能の作動状況」を表
す数値の分母は試験に供した電池個数を示し、分子は薄
肉部（15）が破壊して防爆機能が作動した電池個数を示
している。

第２表に示すように、B/A＝0.09の場合は、10個の電池
のうち７個の電池は防爆機能が作動したが、残り３個の
電池は防爆機能が作動せず、電池容器の底部が破裂し
た。そして、B/Aが0.19以上になると、試験に供した電
池はいずれも防爆機能が作動するようになり、それらの
作動温度はB/A＝0.19〜0.87では160〜230℃であるが、B
/A＝0.93では140℃で作動するものがあった。通常の使
用温度で電池温度が120℃程度になる場合があることを
考慮すると、B/A＝0.93のものは異常事態でない通常使
用時に防爆機能が作動することがあると考えられる。し
たがって、B/A＝0.19〜0.87の範囲、すなわち防爆用の
薄肉部（15）の直径を電池容器（５）の底部（5a）の外
径の19〜87％にすれば、安全性の確保できる範囲内の圧
力で薄肉部（15）が破壊して防爆機能が作動し、高圧下
での電池破裂、いわゆる爆発が防止され、また、異常事
態でないときに防爆機能が作動して電池機能を喪失する
ことがないといえる。

第５図は本発明の扁平形密閉電池の他の実施例を示す断
面図であり、第６図は第５図に示す電池の概略底面図で
ある。

この第５図に示す電池では、電解液注入口（12）をテー
パ筒状にし、それに伴って封止板（14）の直径を若干大
きく5mmにしているほかは前記第１図に示す電池とほぼ
同様に構成されている。なお、電解液注入口（12）がテ
ーパ筒状をしているとは、電解液の注入に際し、電解液
の通過し得る空隙がテーパ筒で形成されていることを意
味している。

つまり、この第５図に示す電池においても、電池容器
（５）の底部（5a）に防爆用の薄肉部（15）が環状に設
けられ、該薄肉部（15）の直径は電池容器（５）の底部
（5a）の外径の19〜87％に設定されている。その結果、
この電池は高温加熱下にさらされたり、高電圧で充電さ
れるなど、異常事態に遭遇して、電池の内部圧力が異常
上昇しはじめたときには、上記薄肉部（15）が安全性の
確保できる範囲内の圧力で破壊して防爆機能が作動し、
電池の高圧下での破裂、つまり爆発を防止することがで
き、かつ異常事態でないときに防爆機能が作動して電池
機能を喪失しないように構成されている。

第７図は本発明の扁平形密閉電池のさらに他の実施例を
示す断面図であり、第８図は第７図に示す電池の概略底
面図である。

この第７図に示す電池では、前記第１図に示す電池にお
ける封止栓（13）と封止板（14）とが一体化したような
封止体（17）が用いられていて、上記封止体（17）の軸
部（17a）が電解液注入口（12）に圧入され、封止体（1
7）の頭部（17b）の外周部が電池容器（５）の底部（5
a）に炭酸ガスレーザーで溶接されている。つまり、電
解液注入口（12）は封止体（17）の軸部（17a）の圧入
によって仮封止され、封止体（17）の頭部（17b）の外
周部の電池容器（５）の底部（5a）への溶接によって完
全に封止されている。上記の点を除いては、この第７図
に示す電池は前記第１図に示す電池とほぼ同様に構成さ
れている。

したがって、この第７図に示す電池においても、電池容
器（５）の底部（5a）に防爆用の薄肉部（15）が環状に
設けられ、該薄肉部（15）の直径は電池容器（５）の底
部（5a）の外径の19〜87％に設定されている。そのた
め、この電池は、高温加熱下にさらされたり、高電圧で
充電されるなど、異常事態に遭遇して、電池の内部圧力
が異常上昇しはじめたときには、上記薄肉部（15）が安
全性の確保できる範囲内の圧力で破壊して防爆機能が作
動し、電池の高圧下での破裂、つまり爆発を防止するこ
とができ、かつ異常事態でないときに防爆機能が作動し
て電池機能を喪失しないように構成されている。

上記実施例では、絶縁層（８）をガラスで構成したが、
ガラスに代えてセラミックスで絶縁層（８）を構成して
もよい。また、実施例では、負極活物質としてリチウム
を用い、正極活物質として塩化チオニルを用いたリチウ
ム−塩化チオニル電池について説明したが、負極活物質
としてはナトリウム、カリウムなどのリチウム以外のア
ルカリ金属であってもよいし、正極活物質も塩化チオニ
ル以外に塩化スルフリル、塩化ホスホリルなどの常温
（25℃）で液体のオキシハロゲン化物（オキシハライ
ド）であってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、ハーメチックシールを
採用した電池において、電池容器（５）の底部（5a）に
防爆用の環状の薄肉部（15）を、電池容器（５）の底部
（5a）の外径に対して19〜87％の直径を有するように設
けることにより、電池の内部圧力が異常上昇しはじめた
ときに、上記薄肉部（15）が安全性の確保できる範囲内
の圧力で破壊して、高圧下での電池破裂、いわゆる爆発
を防止できるようにして、安全性を高め、高い密閉性を
有し、しかも安全性の高い防爆機能を備えた扁平形密閉
電池を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の扁平形密閉電池の一実施例を示す断面
図であり、第２図は第１図に示す電池の概略底面図であ
る。第３図は第１図に示す電池に使用された電池容器を
封止板で封止した状態で示す断面図であり、第４図は電
池容器の底部に設けた薄肉部とその周辺の拡大断面図で
ある。第５図は本発明の扁平形密閉電池の他の実施例を
示す断面図であり、第６図は第５図に示す電池の概略底
面図である。第７図は本発明の扁平形密閉電池のさらに
他の実施例を示す断面図であり、第８図は第７図に示す
電池の概略底面図である。（１）……負極、（２）……正極、（３）……セパレー
タ、（４）……電解液、（５）……電池容器、（5a）…
…底部、（６）……電池蓋、（７）……ボディ、（８）
……絶縁層、（９）……端子、（12）……電解液注入
口、（15）……環状の薄肉部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負極活物質としてリチウム、ナトリウム、
カリウムなどのアルカリ金属を用い、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
常温で液体のオキシハロゲン化物を用い、上記負極活物
質および正極活物質を含む発電要素を電池容器（５）と
電池蓋（６）とで密閉する扁平形密閉電池であって、上
記電池蓋（６）は金属製で環状のボディ（７）と上記環
状のボディ（７）の内周側に位置しガラスまたはセラミ
ックスからなる環状の絶縁層（８）と上記環状の絶縁層
（８）の中心部に位置する一方の電極の端子（９）とか
らなり、該電池蓋（６）のボディ（７）の外周部は前記
電池容器（５）の開口端部に溶接され、電池容器（５）
の底部（5a）の中央部には電解液注入口（12）が設けら
れ、該電解液注入口（12）は電解液注入後に封止され、
かつ上記電池容器（５）の底部（5a）には防爆用の環状
の薄肉部（15）が設けられ、該環状の薄肉部（15）の直
径が電池容器（５）の底部（5a）の外径の19〜87％であ
ることを特徴とする扁平形密閉電池。