JPH08124554A - 防爆安全装置を備えた二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安全弁と常開型感圧スイッチ機構を含んだ防
爆安全装置の動作精度および信頼性を高めるとともに電
池の組立性および量産性を高める。 【構成】 蓋要素は、円筒部３ａと底板部３ｂとを一体
に有するリング形の封口ガスケット３と、封口ガスケッ
ト３の上面側内周にはめ込まれたストッパ座金４と、ス
トッパ座金４の上に重ねて封口ガスケット３の内周には
め込まれた金属薄板からなる円形のダイヤフラム５と、
ダイヤフラム５の上に外周部分が重なるように封口ガス
ケット３の内周にはめ込まれたガス抜き穴６ａを有する
円形でハット形の金属製蓋端子板６と、封口ガスケット
３の下面に同心に装着された固定接点座金７と、ダイヤ
フラム５の下面中央に一体的に突設された金属製の連結
部材８ａと、連結部材８ａの下端に上面中央が一体的に
接合された金属製の可動接点板８とにより一体的に組み
立てられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、防爆安全装置を備え
た二次電池に関し、特に、円筒形リチウムイオン二次電
池などの高エネルギー密度の二次電池の過充電や逆充電
による事故を未然に防止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電池に一体的に組み込まれる防爆安全装
置の代表的なものは安全弁である。よく知られているよ
うに、安全弁は、電池ケース内の圧力が異常上昇したと
きに作動し、電池内のガスを安全に外部に放出して危険
な爆発を防ぐ。またリチウムイオン二次電池などを対象
とし、過充電や逆充電による事故を防止することを意図
した防爆安全装置としては、特開平５−６２６６４号お
よび特開平５−１５９７６２号に開示されているような
常開型感圧スイッチ機構がある。この機構はつぎのよう
に動作する。

【０００３】二次電池を充電器に接続して充電するとき
に、誤って逆充電したり過充電したとする。すると電池
内の圧力が上昇し、安全弁の構成要素であるダイヤフラ
ムが外側に膨らむように変形する。このダイヤフラムの
変形によって常開型のスイッチ機構が機械的に動かさ
れ、電池のマイナス端子となっている電池ケースとプラ
ス端子となっている蓋端子板とが内部で短絡する（常開
型スイッチ機構が閉路する）。これで充電器の出力が前
記スイッチ機構で短絡されたことになり、内部の発電要
素に対する充電電流の供給が停止する。したがって逆充
電や過充電による発電要素の異常反応が止み、爆発の危
険を回避する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の電池を設計す
る上できわめて重要なことは、高精度で信頼性の高い防
爆安全装置をできるだけコンパクトに、かつ量産性の高
い構造で実現し、電池の補助的な付帯機能としての防爆
安全装置をごく安価なものにすることである。前記の常
開型感圧スイッチ機構を含んだ特開平５−６２６６４号
公報および特開平５−１５９７６２号公報の防爆安全装
置では、その構成上、感圧スイッチ機構の動作の信頼性
・確実性が乏しいとともに、組立性・量産性が悪いとい
う問題があった。

【０００５】つまり前記の従来技術では、ダイヤフラム
の上面側に付設した金属リードと、電池ケースの上端部
分に付設した延長端子板とを蓋端子板の内側で対向させ
た構成になっている。ここで、延長端子板が蓋端子板の
ガス抜き穴を通って内部に向かって配設されているの
で、外面に見える部分で延長端子板と蓋端子板がごく接
近している。そのため誤って両者を接触させてしまう危
険性が高く、この面でかえって安全性が損われる。ま
た、内圧上昇によりダイヤフラムが変形してスイッチ機
構が閉路すると、前述のように発電要素に充電電流が供
給されなくなるが、その結果内圧が低下するとスイッチ
機構が再び開路してしまう。安全性の面では、スイッチ
機構がいったん閉路したならば、圧力が低下しても閉路
状態を保つほうが良いが、従来はそうなっていなかっ
た。さらに、電池ケースの開口端部分に前記延長端子板
を装着するところの組立性が非常に悪く、精度の高い組
立を能率よく行うことが難しい。

【０００６】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、安全弁と常開型感圧スイッ
チ機構を含んだ防爆安全装置の動作精度および信頼性を
高めるとともに、電池の組立性および量産性を高めるこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の防爆安全装置
を備えた二次電池は、有底円筒形の金属製電池ケース
と、この電池ケースに収納された発電要素と、前記電池
ケースの開口部を密封する蓋要素とからなる。

【０００８】前記蓋要素は、リング形の封口ガスケット
の上面側内周にはめ込まれたストッパ座金と、このスト
ッパ座金の上に重ねて前記封口ガスケットの内周にはめ
込まれた金属薄板からなる円形のダイヤフラムと、この
ダイヤフラムの上に外周部分が重なるように前記封口ガ
スケットの内周にはめ込まれたガス抜き穴を有する円形
でハット形の金属製蓋端子板と、前記封口ガスケットの
下面に同心に装着された固定接点座金と、前記ダイヤフ
ラムの下面中央に一体的に突設された金属製の連結部材
と、この連結部材の下端に上面中央が一体的に接合され
た金属製の可動接点板とにより一体的に組み立てられて
いる。

【０００９】前記固定接点座金の内径寸法は前記可動接
点板の外径寸法より僅かに小さく、常態では前記可動接
点板は前記固定接点座金の下方に位置していて非接触に
保たれ、前記ストッパ座金の内径寸法は前記可動接点板
の外径寸法より充分に小さい。

【００１０】前記発電要素の一方の電極は前記電池ケー
スに接続され、前記発電要素の他方の電極に接続されて
いるリードタブの先端が前記可動接点板の下面に接続さ
れ、一体的な前記蓋要素が前記電池ケースの開口部分の
内周にはめ込まれ、前記固定接点座金が前記電池ケース
のくびれ部の上に当接し、前記電池ケースの開口部分が
内側にかしめられることで前記封口ガスケットが圧縮さ
れて、前記電池ケースが密封されている。

【００１１】

【作用】電池ケース内の圧力は前記ダイヤフラムに作用
し、圧力が異常上昇するとダイヤフラムは外側へ膨らむ
ように変形する。ダイヤフラムの下面には前記連結部材
を介して前記可動接点板が取り付けられており、ダイヤ
フラムの変形によって可動接点板が上方へ引き上げられ
る。可動接点板がある程度上方へ変位すると、すこし上
に位置していた前記固定接点座金に接触する。固定接点
座金は一方の端子である電池ケースに電気的に接続され
た部品であり、可動接点板は他方の端子であり蓋端子板
に電気的に接続された部品である。したがって、可動接
点板が上方に変位して固定接点板に接触すると、電池ケ
ースと蓋端子板が電気的に接続（短絡）したことにな
る。これが常開型感圧スイッチ機構の動作である。

【００１２】固定接点座金の内径寸法は可動接点板の外
径寸法より僅かに小さいだけなので、ダイヤフラムの大
きな変形により可動接点板が強く引き上げられると、可
動接点板は固定接点座金の内周にはまり込んで上面側に
抜け出し、前記ストッパ座金に当たる。この状態でも可
動接点板と固定接点座金とが接触しているので、前記ス
イッチ機構は閉路状態に保たれる。この閉路状態はケー
ス内圧が低下しても維持される。

【００１３】ケース内圧がさらに増大すると、ついには
ダイヤフラムが破断し、ケース内のガスが蓋端子板のガ
ス抜き穴から安全に放出される。これが安全弁の動作で
ある。

【００１４】

【実施例】この発明の一実施例による防爆安全装置を備
えた二次電池の構造を図１に示し、その要部の組立工程
を図２に示し、防爆安全装置の動作状態を図３と図４に
示している。この電池の基本構成は、有底円筒形の金属
製電池ケース１と、この電池ケース１に収納された発電
要素２と、電池ケース１の開口部を密封する蓋要素とか
らなる。

【００１５】前記蓋要素は、円筒部３ａと底板部３ｂと
を一体に有するリング形の封口ガスケット３と、封口ガ
スケット３の上面側内周にはめ込まれたストッパ座金４
と、このストッパ座金４の上に重ねて封口ガスケット３
の内周にはめ込まれた金属薄板からなる円形のダイヤフ
ラム５と、このダイヤフラム５の上に外周部分が重なる
ように封口ガスケット３の内周にはめ込まれたガス抜き
穴６ａを有する円形でハット形の金属製蓋端子板６と、
封口ガスケット３の下面に同心に装着された固定接点座
金７と、ダイヤフラム５の下面中央に一体的に突設され
た金属製の連結部材８ａと、この連結部材８ａの下端に
上面中央が一体的に接合された金属製の可動接点板８と
により一体的に組み立てられている。

【００１６】この実施例においては、可動接点板８は連
結部材８ａと一体のアルミニウム製で、その外形は円形
で、中間部分にはいくつかのガス抜き穴８ｂを有する。
そして、固定接点座金７の内径寸法は可動接点板８の外
径寸法より僅かに小さく、常態では可動接点板８は固定
接点座金７の下方に位置していて非接触に保たれてい
る。また、ストッパ座金４の内径寸法は可動接点板８の
外径寸法より充分に小さい。

【００１７】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ま
ず封口ガスケット３の上面側にストッパ座金４をセット
するとともに下面側に固定接点座金７を装着する。つぎ
に可動接点板８の連結部材８ａをダイヤフラム８の中心
に溶接し、つぎに蓋端子板６をセットする。これで一体
的な蓋要素が組み立てられる。

【００１８】図示していないが、発電要素２の一方の電
極は電池ケース１に接続されている。また、発電要素２
の他方の電極に接続されているリードタブ９の先端を、
前記のように一体化された蓋要素における可動接点板８
の下面に溶接する。その後、蓋要素を電池ケース１の開
口部分の内周にはめ込み、固定接点座金７を電池ケース
１のくびれ部１ａの上に当接する。そして、電池ケース
１の開口部分を内側にかしめることで封口ガスケット３
を圧縮し、電池ケース１を密封している。

【００１９】電池ケース１内の圧力はダイヤフラム５に
作用し、過充電や逆充電などの誤った使用により圧力が
異常上昇すると、図３に示すようにダイヤフラム５は外
側へ膨らむように変形する。ダイヤフラム５の下面には
連結部材８ａを介して可動接点板８が取り付けられてお
り、ダイヤフラム５の変形によって可動接点板８が上方
へ引き上げられる。可動接点板８がある程度上方へ変位
すると、すこし上に位置していた固定接点座金７に接触
する。

【００２０】固定接点座金７は一方の端子である電池ケ
ース１に電気的に接続された部品であり、可動接点板８
は他方の端子であり蓋端子板６に電気的に接続された部
品である。したがって、可動接点板８が上方に変位して
固定接点板７に接触すると、電池ケース１と蓋端子板６
が電気的に接続（短絡）したことになる。これが常開型
感圧スイッチ機構の動作である。これにより当該電池を
接続している充電器の出力が前記のスイッチ機構によっ
て短絡され、内部の発電要素２に対する充電電流の供給
が停止する。したがって逆充電や過充電による発電要素
の異常反応が止み、爆発の危険を回避することができ
る。

【００２１】固定接点座金７の内径寸法は可動接点板８
の外径寸法より僅かに小さいだけなので、ダイヤフラム
５の大きな変形により可動接点板８が強く引き上げられ
ると、図３に示すように、可動接点板８は固定接点座金
７の内周にはまり込んで上面側に抜け出し、ストッパ座
金４に当たる。この状態でも可動接点板８と固定接点座
金７とが接触しているので、前記スイッチ機構は閉路状
態に保たれる。この閉路状態はケース内圧が低下しても
維持される。

【００２２】ケース内圧がさらに増大すると、図４に示
すように、ついにはダイヤフラム５が破断し、ケース１
内のガスが蓋端子板６のガス抜き穴６ａから安全に放出
される。これが安全弁の動作である。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、安全弁と常開型感圧
スイッチ機構を組み込んだ蓋要素が独立した部品要素と
して組み立てられ、この蓋要素を電池ケースに装着する
直前でリードタブが蓋要素に溶接される。したがって全
体の組立工程が非常に簡単になり、量産性が向上する。
また、リング形の封口ガスケットの内周に円形の外形の
部品を同心状態に組み合わせるという簡単な構造で蓋要
素が構成されるので、その組み立ても非常に簡単であ
る。また、構成が単純で不安定要素がないので、安全弁
および感圧スイッチ機構の動作特性も安定し、信頼性が
向上する。しかも、感圧スイッチ機構が一度閉動作する
と、ケース内圧が低下しても閉路状態に保たれるので、
安全性が高い。さらに、防爆安全装置の部分の占有空間
が小さく、電池の有効スペースを削減する割り合いが少
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による防爆安全装置を備え
た二次電池の要部断面図であるる。

【図２】同上電池の要部の組立工程を示す概略図であ
る。

【図３】同上防爆安全装置の感圧スイッチ機構の動作状
態を示す図である。

【図４】同上防爆安全装置の安全弁の動作状態を示す図
である。

【符号の説明】

１ 電池ケース １ａ くびれ部 ２ 発電要素 ３ 封口ガスケット ３ａ 円筒部 ３ｂ 底板部 ４ ストッパ座金 ５ ダイヤフラム ６ 蓋端子板 ６ａ ガス抜き穴 ７ 固定接点座金 ８ 可動接点座金 ８ａ 連結部材 ８ｂ ガス抜き穴 ９ リードタブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 義久 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 (72)発明者 名倉 秀哲 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有底円筒形の金属製電池ケースと、この
   電池ケースに収納された発電要素と、前記電池ケースの
   開口部を密封する蓋要素とからなる電池であって、 前記蓋要素は、リング形の封口ガスケットの上面側内周
   にはめ込まれたストッパ座金と、このストッパ座金の上
   に重ねて前記封口ガスケットの内周にはめ込まれた金属
   薄板からなる円形のダイヤフラムと、このダイヤフラム
   の上に外周部分が重なるように前記封口ガスケットの内
   周にはめ込まれたガス抜き穴を有する円形でハット形の
   金属製蓋端子板と、前記封口ガスケットの下面に同心に
   装着された固定接点座金と、前記ダイヤフラムの下面中
   央に一体的に突設された金属製の連結部材と、この連結
   部材の下端に上面中央が一体的に接合された金属製の可
   動接点板とにより一体的に組み立てられ、 前記固定接点座金の内径寸法は前記可動接点板の外径寸
   法より僅かに小さく、常態では前記可動接点板は前記固
   定接点座金の下方に位置していて非接触に保たれ、前記
   ストッパ座金の内径寸法は前記可動接点板の外径寸法よ
   り充分に小さく、 前記発電要素の一方の電極は前記電池ケースに接続さ
   れ、前記発電要素の他方の電極に接続されているリード
   タブの先端が前記可動接点板の下面に接続され、一体的
   な前記蓋要素が前記電池ケースの開口部分の内周にはめ
   込まれ、前記固定接点座金が前記電池ケースのくびれ部
   の上に当接し、前記電池ケースの開口部分が内側にかし
   められることで前記封口ガスケットが圧縮されて、前記
   電池ケースが密封されていることを特徴とする防爆安全
   装置を備えた二次電池。