JPH0731501Y2 - 防爆形リチウム電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この考案はリチウム電池の防爆構造に関し、特に防爆機
構の低温域における実用温度域を拡げ、確実な破断特性
を得られるようにするとともに、低温貯蔵時における耐
漏液性能を向上できるようにした構造に関する。

《従来の技術》 一般にリチウム電池は電気的エネルギー密度が高い分だ
け誤使用などによる内部短絡を原因とする破裂の危険性
が高い。

そこで、この種の電池には防爆構造が採用されており、
例えば実開昭56-26863号公報に示すように、弁孔を開口
した封口板およびガス抜き孔を開口した端子板の間にダ
イアフラムを挟持し、前記封口板の周縁を端子板周縁に
カシメ付け、かつ前記ガス抜き孔から切り起こしによっ
て突設された切刃を前記ダイアフラムに対向させた状態
とし、この組立体を封口ガスケットを介して電池ケース
の開口部に気密にカシメ付けた構造が採用されている。

そして、この構造によれば、ケース内部の発電要素が内
部短絡を生ずるなどして内部にガスが発生し、内圧が急
速に高まると前記ダイアフラムが膨脹し、切刃がこれを
突き破ることによって内部のガスを前記ガス抜き孔を通
じて外部に放出し、安全性が保たれるようになってい
る。

しかしながらこの構成からなる防爆構造にあっては、以
下の問題があった。

《考案が解決しようとする課題》 すなわち、前記ダイアフラムは金属薄板と合成樹脂製薄
板の複合部材であって、これを端子板周縁の下面と封口
板周縁の上面との間に挟持することによって端子板の周
縁と封口板の間のシール性を確保するようにしている
が、前記合成樹脂製薄板の材質は、ポリエチレン、ポリ
プロピレンが用いられており、耐寒性，耐久性の点で不
十分であった。

つまり、ポリエチレンおよびポリプロピレンはその素材
の特性上低温域では−10℃が実用域であり、しかもダイ
アフラムとして用いられている合成樹脂薄板の厚みは薄
いため、この範囲の下限を越えた温度域で使用すると、
その影響を強く受け、脆化によって所定圧力に達する以
前に作動してしまうなどの作動不良が発生していた。

この考案は以上の問題を解決するものであって、ダイア
フラムとして金属薄板とゴム薄板との組み合わせを採用
することによって、電池の保存性能を向上させ、内圧が
所定の圧力に到達した時点で確実に破断動作が行われる
ようにした、低温側での実用温度域の広い防爆形リチウ
ム電池を提供することを目的とするものである。

《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、中央に弁孔を
穿設した封口板と、ガス抜き孔を設けた端子板により形
成された弁室内に、前記弁孔を常時閉塞するとともに、
前記ガス抜き孔に突設された切刃に対向するダイアフラ
ムと、電池ケースの開口部内周にカシメ付けられ、かつ
前記封口板および端子板の周縁を気密に抱持する封口ガ
スケットとを備えた防爆形リチウム電池において、前記
ダイアフラムは金属薄板とゴム薄板とからなる複合部材
で構成され、前記ゴム薄板は材質として三次元構造をと
り、そのガラス転移点は−65℃〜−75℃であることを特
徴とする。

《作用》 電池内部のガス圧力が高まると、ダイアフラムが膨脹
し、切刃を突破り、内部のガスを放出することは従来と
同様であるが、前記ダイアフラムを構成する複合部材中
のゴム薄板は低温での安定性に優れ、低温での作動時に
おける信頼性が向上する。また、、ゴム薄板はシール性
に富み、その破断性は特に低温において従来の合成樹脂
に比べて良好であり、動作安定性に富む。

《実施例》 以下、この考案の一実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図、第２図はこの考案に係る防爆形リチウム電池の
要部を示す断面図である。

図において、１は内部に発電要素（図示省略）を充填す
るとともに、上部開口した円筒型の金属外装缶、２は前
記金属外装缶１の開口内周部に封口ガスケット３を介し
て固定された皿状端子板である。

この端子板２の下部には中央に弁孔4aを開口形成した金
属板からなる封口板４が配置され、両者の間に所定空間
の弁室Ｂを形成しているとともに、前記弁孔4aは封口板
４の上面に積層配置されたダイアフラム５により気密に
閉止されている。

前記端子板２は、凸部2aと、凸部2aの周縁に平板状の形
成されたフランジ部2bとからなっていて、凸部2aの周縁
の複数箇所にガス抜き孔2cを開口するとともに、このガ
ス抜き孔2cの内側に切刃2dfを切起こし成形したもので
あり、この各切刃2dの先端は前記ダイアフラム５の中央
部中縁に対向している。

前記封口ガスケット３はポリプロピレン，ポリエチレン
等から構成されており、リング状のカシメ部3aと、カシ
メ部3aの下部にあって、前記封口部４を支持する中央が
開口した支持プレート部3b及びこの支持プレート部3bの
下部周縁にリング状に延在する区画壁3cを備えており、
支持プレート部3b上に封口板４及び端子板２を積層した
状態でこれを外装缶１に嵌合し、外装缶１の外周をカシ
メ付けることでその外周及び内周部を気密に封止するよ
うになっている。

前記封口板４は、前記弁孔4aの上部周縁及び外周部4bで
一段高くなるように折曲されており、この構造により前
記ダイアフラム５を浮かした状態で周縁をカシメ付け固
定している。

前記ダイアフラム５は、前記封口板４の弁孔4aの周縁及
び外周部4bに直接接触した状態で配置されたゴム薄板６
と、ゴム薄板６の上面に密着状態に積層されたアルミニ
ウムなどの金属薄板７とからなる複合部材、または、そ
の上面にさらにゴム薄板を密着状態に積層してなる複合
部材であり、その周縁はリング状ガスケット８を介して
前記封口板４の周縁部内側にカシメ付け固定され、周縁
を機密に封止している。

そして、このゴム薄板６の材質としては三次元構造をと
っていて、破断時における方向性のない合成ゴム素材が
選ばれる。

また、このゴム薄板６のガラス転移点は、−65〜−75℃
であり、在来のポリエチレンが−21〜−24℃、ポリプロ
ピレンが−35℃に比べてかなり低く、低温での動作安定
性に富むことを示唆している。

但し、合成ゴムの素材の厚みが例えば0.4mm程度以上な
ど、一定以上の厚みになると、合成ゴム自体が極めて弾
性に富む素材であるため、締め付けたときの逃げが大き
くなり、封口性能に悪影響を与えるので、通常のガスケ
ット材料として用いるのは適切でなく、ダイアフラム材
料としてのみ用いることができる。

また、前記金属薄板７はゴム薄板６の背面をバックアッ
プし、所定の強度に保持する機能を持っている。

したがって、複合部材中の樹脂素材として、ゴム薄板６
を用いることによって使用温度の下限を引き下げること
ができ、また温度低下に伴なう脆化もないので、低温域
での破断状態が安定することになる。

また、ゴム薄板６は破断圧力に対して安定性があり、所
定の圧力範囲で確実に破断される特性もあり、後述の第
４図のグラフに示すように、特に低温における破断圧力
分布が従来に比べて小さくなる。

以上の構成のリチウム電池では、内部のガス圧力が高ま
ると、その圧力は弁孔4aを通じてダイアフラム５に直接
作用し、この結果、前記ダイアフラム５は、周縁部を基
点に膨脹する。膨脹によって前記各切刃2dはダイアフラ
ム５を突き破り、第２図に示すように、切刃2dの数に応
じた破口を複数箇所生じ、この破口からガスが前記ガス
抜き孔2cを通じて外部に放出されることになる。

なお、以上の構成の防爆形リチウム電池と従来構造（ダ
イアフラムにポリプロピレンとアルミ板を用いたもの）
のリチウム電池の60℃高温保存時における漏液個数及び
内部抵抗を調べたところ、以下の表１及び第３図のグラ
フに示す結果が得られた。なお、試験に用いた電池はCR
6・Ｈである。

また、作動不良数の温度依存性を50個の電池に付いて比
較した結果、以下の表２に示す結果を得られた。

この結果から、ゴム薄板は低温特性が良好で、従来より
作動不良数を低下できることが容易に理解できる。

さらに、第３図のグラフからは、本考案のダイアフラム
を用いた電池の内部抵抗の増加率は極めて少ないのに対
し、従来品では増加率が高く、本考案のダイアフラムの
シール性が高いことを示している。

同様にして、防爆機構を確実に作動させるためのカシメ
圧力を加えたときの50日および100日保存後の漏液個数
を調べた結果、以下の表３に示す結果が得られた。

以上の結果は、ゴム薄板を用いた場合、耐漏液性を維持
するのに十分な挟持圧でカシメても、ダイアフラムそれ
自体の変形がないからであって、従来品に比べて十分な
カシメ圧力で固定できるためである。そして、このこと
は、本考案のダイアフラムのシール効果が充分にあるこ
とを示唆するものである。

次に、第４図は本考案のダイアフラムを用いた場合と、
従来の合成樹脂素材（ポリプロピレン）からなるダイア
フラムを用いた場合の温度−20℃における作動圧と破断
個数の関係を示すものであって、作動圧30kg/cm²におけ
る破断個数を最大値としたばらつきが、従来のものの場
合には15〜45kg/cm²とかなり拡がっているのに対し、本
考案では23〜36kg/cm²と、確実に作動のばらつきは小さ
なものとなっている。

そして、以上の結果は本考案のダイアフラムを構成する
素材であるゴム薄板の破断性が良好なことを示唆するも
のである。

《考案の効果》 以上実施例により詳細に説明したようにこの考案による
防爆形リチウム電池によれば以下の効果がある。

金属薄板とゴム薄板との組み合わせにより、前記表及び
グラフに示す結果からも明らかなように漏液の発生率や
内部抵抗の増加率を減少でき、電池の保存性能の向上を
図ることができ、しかも破断圧力のばらつきが小さく、
安定した破断性能を得ることができる。

またこの考案では、ゴム薄板はそのガラス転移点が−65
℃〜−75℃であるので、温度低下に伴う脆化は少なく、
低温における防爆機構の実用温度域の下限を従来より拡
げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による防爆形リチウム電池の要部を示
す断面図、第２図は同リチウム電池のガス抜き状態を示
す要部断面図、第３図は従来の防爆構造を備えたリチウ
ム電池と本考案のリチウム電池の保存日数と内部抵抗と
の関係を比較したグラフ、第４図は従来の防爆構造を備
えたリチウム電池と本考案のリチウム電池の破断圧力と
破断個数の関係を比較したグラフである。 １……外装缶（ケース）、２……皿状端子板 2c……ガス抜き孔、2d……切刃 ３……封口ガスケット、４……封口板 ５……ダイアフラム、６……ゴム薄板 ７……金属薄板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 北方 雅一 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−202847（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−26863（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中央に弁孔を穿設した封口板と、ガス抜き
   孔を設けた端子板により形成された弁室内に、前記弁孔
   を常時閉塞するとともに、前記ガス抜き孔に突設された
   切刃に対向するダイアフラムと、電池ケースの開口部内
   周にカシメ付けられ、かつ前記封口板および端子板の周
   縁を気密に抱持する封口ガスケットとを備えた防爆形リ
   チウム電池において、前記ダイアフラムは金属薄板とゴ
   ム薄板とからなる複合部材で構成され、前記ゴム薄板は
   材質として三次元構造をとり、そのガラス転移点は−65
   ℃〜−75℃であることを特徴とする防爆形リチウム電
   池。