JPH0869785A - 防爆安全装置を備えた電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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、防爆安全装置を備えた電池の組立性および
量産性を高める。 【構成】 かしめリング１２の内周に内側ガスケット１
１をはめ込み、内側ガスケット１１の内周に内部端子板
５と絶縁リング６と中間感圧板４とを順に重ねるように
はめ込み、その状態で中間感圧板４と内部端子板とをそ
の中央の凸部４ｃで局部的に超音波溶接する。つぎに内
側ガスケット１１の内周に感温抵抗素子９と外部端子板
３とを順に重ねるようにはめ込み、内側ガスケット１１
を圧縮しつつかしめリング１２をかしめ加工し、全体を
一体化する。その後、かしめリング１２による一体化物
を外側ガスケット７の内周にはめ込むことで一体的な蓋
要素を構成する。その後、電池ケース１内に収納されて
いる発電要素２から引き出されたリードタブ８の先端を
内部端子板５の下面側に溶接する。

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
た電池とその製造方法に関し、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電池を対象とし
た技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電池に一体的に組み込まれる防爆安全装
置としては、安全弁、感圧遮断回路、感温遮断回
路がある。安全弁は、電池ケース内の圧力が異常上昇し
た時に作動し、電池内のガスを安全に外部に放出して爆
発を防ぐ。感圧遮断回路は、電池ケース内の圧力が異常
上昇した時に作動し、充電電流または放電電流を電池内
部で遮断し、異常充電または異常放電が継続するのを防
ぐ。感温遮断回路は、電池内部の温度が異常上昇したの
に感応し、電池の内部抵抗を急上昇させて充電電流また
は放電電流を絞り、異常充電または異常放電が継続する
のを防ぐ。

【０００３】最近の円筒形リチウムイオン二次電池の多
くは、安全弁を備えているとともに、感圧遮断回路と感
温遮断回路の一方または両方を備えており、短絡や過充
電などの異常な状態になったとき、遮断回路が作動して
充電または放電を停止させるとともに安全弁が作動する
ように設計している。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ごく安価なものに
することである。

【０００４】安全弁と感圧遮断回路を備えた電池の代表
的な構造が特開平２−２８８０６３号に示されている。
この電池は、有底円筒形の金属製電池ケースと、電池ケ
ースに収納された発電要素と、電池ケースの開口部を塞
ぐ蓋要素とから基本的に構成されるが、安全弁と感圧遮
断回路は蓋要素に一体的に組み込まれている。蓋要素
は、ガス抜き穴のある外部端子板と、撓みやすくて破断
しやすい薄い金属板からなる中間感圧板と、リードスト
リッパと呼ぶ絶縁板を備えている。電池ケース内の圧力
が中間感圧板に作用し、圧力が高くなると中間感圧板が
外側に撓み、設定圧力以上になると中間感圧板が破断
し、外部端子板のガス抜き穴からガスが安全に放出され
る。これが安全弁の機能である。また、発電要素の一方
の電極に接続されているリードタブが前記絶縁板の中央
の小穴ごしに中間感圧板の中央凸部に溶接されている。
電池の内圧が異常上昇すると、中間感圧板が外側に膨ら
むように変形するが、リードタブの位置は絶縁板で規制
されているので、リードタブと中間感圧板との溶接が外
れ、外部端子板につながる放電電流回路が遮断される。
これが感圧遮断回路の機能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した特開平２−２
８８０６３号公報においては、蓋要素の構成部品である
中間感圧板と絶縁板とを中間嵌合体により仮組みする構
成とし、リードタブと中間感圧板の超音波溶接工程を容
易化・高精度化し、さらに蓋要素の組立および電池ケー
スへの取り付けを容易化するように工夫している。しか
し、つぎのような理由で量産性および組立精度の面でま
ったく不十分である。

【０００６】まず、中間感圧板にリードタブを溶接して
から蓋要素を組立てるという工程が著しく面倒だという
問題がある。つまり、電池ケースに収納した発電要素の
一方の電極に接続されているリードタブをケース外に引
き出し、そのリードタブと中間嵌合体で仮組みされた状
態の中間感圧板とを溶接し、その後、リードタブで電池
ケース側とつながった状態の中間感圧板の上面側に外部
端子板を重ね、中間感圧板の外周部分をかしめて外部端
子板と一体化し、さらにこれらの外周に封口ガスケット
を装着することになる。この作業全体が非常にハンドリ
ングの難しい工程となり、量産性を上げるのが困難であ
る。また、中間感圧板の中央凸部を絶縁板の小穴にはめ
込み、小穴ごしに凸部にリードタブを溶接する作業自体
も面倒であり、精度を上げるのが難しい。さらに、中間
感圧板の中央凸部にリードタブを溶接した後で、中間感
圧板の外周部分をかしめ加工して外部端子板を一体化す
るが、このかしめ工程での機械的ストレスが中間感圧板
のリードタブ溶接点にも作用し、溶接点が剥がれかかる
ことがある。そのため最終的に溶接強度がばらつき、感
圧遮断回路の動作精度および信頼性が低下する。

【０００７】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、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、防爆安全装置を備えた電
池の組立性および量産性を高めることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に防爆安全装置
を備えた電池は、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
の開口部を塞ぐ蓋要素とからなる。前記蓋要素は、外部
端子板と、中間感圧板と、内部端子板と、絶縁リング
と、内側ガスケットと、かしめリングと外側ガスケット
とを有し、前記外部端子板および前記内部端子板は、剛
性の比較的大きな金属板からなり、その外形は円形であ
り、中間部分にガス抜き穴が形成されており、前記中間
感圧板は、撓みやすくて破断しやすい薄い金属板からな
り、その外形は円形である。前記中間感圧板の下面側に
前記絶縁リングを挟み込んだ状態で前記内部端子板が組
み合わされ、前記中間感圧板と前記内部端子板の少なく
とも一方の中央部分に形成された凸部で両者が接触し、
その接触部分で両者が局部的に溶接されており、これら
中間感圧板・絶縁リング・内部端子板の積層物と前記中
間感圧板の上に重ねられた前記外部端子板の全体が前記
かしめリングの内周に装着されている前記内側ガスケッ
トの内周にはめ込まれてかしめ付けにより一体化され、
さらに前記かしめリングによる一体化物が前記外側ガス
ケットの内周にはめ込まれることで一体的な前記蓋要素
が構成されている。前記発電要素の一方の電極に接続さ
れているリードタブの先端が前記内部端子板の下面に溶
接され、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外側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。

【０００９】前記の構成においては、前記かしめリング
によってかしめ付けられる前記内部端子板の周辺部を比
較的薄肉に形成するとともに、前記内部端子板の中央部
分を充分に厚肉で下面側に凸に形成し、その中央凸部の
下面に前記リードタブの先端を溶接する構成を採れる。
また、前記内部端子板の中央凸部の下面が前記かしめリ
ングの下面よりさらに下方に突出させる構成が好まし
い。

【００１０】この発明の製造方法では、前記の電池を製
作するにあたり、前記かしめリングの内周に前記内側ガ
スケットを装着し、前記内部端子板と前記絶縁リングと
前記中間感圧板とを積層状態で前記内側ガスケットの内
周にはめ込み、その後、前記中間感圧板と前記内部端子
板とをその中央部分で局部的に溶接し、その後、前記中
間感圧板の上面側に重ねるように前記外部端子板を前記
内側ガスケットにはめ込み、その後、前記かしめリング
をかしめ付けて全体を一体化し、これを前記外側ガスケ
ットの内周にはめ込んで一体的な前記蓋要素を構成し、
その後、前記リードタブの先端を前記内部端子板の下面
側の溶接する。

【００１１】また、防爆安全装置に感温遮断回路の機能
を付加する場合は、前記絶縁リングおよび前記内部端子
板を一体化してなる前記中間感圧板と、ドーナツ板形に
形成された正特性の感温抵抗素子と、前記外部端子板と
を順に重ね合わせるように前記封口ガスケットの内周に
はめ込み、前記中間感圧板と前記外部端子板の間に前記
抵抗素子を挟み込んでなる一体的な前記蓋要素を構成す
る。

【００１２】

【作用】電池ケース内の圧力は前記内部端子板のガス抜
き穴を通じて前記中間感圧板に作用する。内圧が異常上
昇すると、前記中間感圧板が外側へ膨らむように変形
し、中間感圧板と内部端子板との溶接点が剥がれ、外部
端子板につながる充電または放電電流回路が遮断される
（感圧遮断回路）。中間感圧板がさらに大きく変形する
とついには破断し、ケース内のガスが安全に外部に放出
される（安全弁）。また前記感温抵抗素子を付加したも
のでは、電池の温度が異常上昇すると、外部端子板につ
ながる充電または放電電流回路中に挿入されている感温
抵抗素子の抵抗値が増大し、充電または放電電流を減少
させる（感温遮断回路）。

【００１３】また、前記内部端子板の周辺部を比較的薄
肉に形成するとともに内部端子板の中央部分を充分に厚
肉で下面側に凸に形成しその中央凸部の下面に前記リー
ドタブの先端を溶接する構成としたので中央凸部に溶接
する作業が非常に簡単になる。

【００１４】さらに、前記リードタブを溶接する中央凸
部が充分に肉厚なので、この溶接時の熱が前記内部端子
板と前記中間感圧板との溶接箇所に悪影響を及ぼすこと
がない。

【００１５】さらにまた、前記中央凸部の下面が前記か
しめリングの下面よりさらに下方に突出する構成とすれ
ば上記溶接作業性がさらに向上して溶接品質も向上する
とともに溶接作業時に前記リードタブが前記かしめリン
グに接触して電気的導通のなかった前記かしめリングが
正極と等しい電位を持つことにより生じる前記かしめリ
ングの腐蝕を起こすような不良は生じない。

【００１６】

【実施例】この発明の一実施例による防爆安全装置（感
温遮断回路を含む）を備えた電池の構造を図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
開口部を塞ぐ蓋要素とからなる。

【００１７】蓋要素は、外部端子板３と、中間感圧板４
と、内部端子板５と、絶縁リング６と、内側ガスケット
１１と、かしめリング１２と、外側ガスケット７とを有
する。外部端子板３および内部端子板５は、剛性の比較
的大きな金属板からなり、その外形は円形であり、中間
部分にガス抜き穴が形成されている。外部端子板３の中
央部は上に向けて凸になっている。中間感圧板４は、撓
みやすくて破断しやすい薄い金属板からなり、外形は円
形であり、その中央部に小さな下向きの凸部４ｃが形成
されている。感温抵抗素子９はドーナツ板形に形成され
た正特性の素子である。

【００１８】中間感圧板４の下面側に絶縁リング６を挟
み込んだ状態で内部端子板５が組み合わされ、中間感圧
板４の中央の凸部４ｃの下端部が内部端子板５に接触
し、その接触部分で両者が局部的に溶接されている。こ
れら中間感圧板４・絶縁リング６・内部端子板５の積層
物と中間感圧板４の上に重ねられた感温抵抗素子９およ
び外部端子板３の全体が前記かしめリング１２の内周に
装着されている内側ガスケット１１の内周にはめ込まれ
てかしめ付けにより一体化され、さらに前記かしめリン
グ１２による一体化物が外側ガスケット７の内周にはめ
込まれることで一体的な前記蓋要素が構成されている。

【００１９】つまり図２（ａ）に示すように、ラジアル
断面がＬ形のかしめリング１２の内周に同じくＬ形断面
の内側ガスケット１１をはめ込み、この内側ガスケット
１１の内周に内部端子板５と絶縁リング６と中間感圧板
４とを順に重ねるようにはめ込み、その状態で中間感圧
板４と内部端子板とをその中央の凸部４ｃで局部的に超
音波溶接する。この溶接工程では両部品が完全に位置決
めされているので、簡単に高精度な溶接品質が得られ
る。つぎに図２（ｂ）に示すように、内側ガスケット１
１の内周に感温抵抗素子９と外部端子板３とを順に重ね
るようにはめ込む。つぎに図２（ｃ）に示すように、内
側ガスケット１１を圧縮しつつかしめリング１２をかし
め加工し、全体を一体化する。

【００２０】その後図１に示すように、前記かしめリン
グ１２による一体化物を外側ガスケット７の内周にはめ
込むことで一体的な蓋要素を構成する。その後、電池ケ
ース１内に収納されている発電要素２から引き出された
リードタブ８の先端を内部端子板５の下面側に溶接す
る。その後、一体的な蓋要素を電池ケース１の開口部分
の内周にはめ込み、ケース開口部分を内側にかしめて外
側ガスケット７を圧縮し、ケースを密封している。

【００２１】発電要素２の一方の電極はリードタブ８に
より内部端子板５に接続され、内部端子板５は中央の前
記溶接点で中間感圧板４に接続され、中間感圧板４は感
温抵抗素子９を介して外部端子板３に接続されている。
この外部端子板３に負荷回路が接続されることになる。
そして、電池ケース１内の圧力は内部端子板５のガス抜
き穴を通じて中間感圧板４に作用する。内圧が異常上昇
すると、中間感圧板４が外側へ膨らむように変形し、中
間感圧板４と内部端子板５との溶接点が剥がれ、外部端
子板３につながる充電または放電電流回路が遮断される
（感圧遮断回路）。中間感圧板４がさらに大きく変形す
るとついには破断し、ケース１内のガスが安全に外部に
放出される（安全弁）。また電池の温度が異常上昇する
と、外部端子板３につながる充電または放電電流回路中
に挿入されている感温抵抗素子９の抵抗値が増大し、充
電または放電電流を減少させる（感温遮断回路）。な
お、感温抵抗素子９を廃止して、中間感圧板４の上に直
接外部端子板３を重ねる構成にすれば、感温遮断回路の
無いタイプの防爆安全装置となる。

【００２２】この発明の他の実施例の構成を図３と図４
に示している。これは先の実施例とつぎの点が異なる。
つまり、前記かしめリング１２によってかしめ付けられ
る前記内部端子板５の周辺部５ａを比較的薄肉に形成す
るとともに、内部端子板５の中央部分５ｂを充分に厚肉
で下面側に凸に形成し、その中央凸部５ｂの下面に前記
リードタブ８の先端を溶接している。この内部端子板５
は比較的肉厚のアルミニウム板をプレス加工して製作さ
れたもので、下面側に台形状に凸になった中央凸部５ｂ
の肩部から周辺に４個のガス抜き穴５ｃを形成してい
る。

【００２３】図３の実施例においては、かしめリング１
２による一体化物（内部端子板５・絶縁リング６・中間
感圧板４・感温抵抗素子９・外部端子板３・内側ガスケ
ット１１）を外側ガスケット７の内周にはめ込むことで
一体的な蓋要素を構成すると、内部端子板５の中央凸部
５ｂの下面がかしめリング１２の下面よりさらに下方に
突出している。そのため、リードタブ８の先端を蓋要素
における中央凸部５ｂに溶接する作業が非常に簡単にな
り、溶接作業のミスによりリードタブ８がかしめリング
１２に接触して電気的導通のなかったかしめリング１２
が正極と等しい電位を持つことにより生じるかしめリン
グ１２の腐蝕を起こすような不良は生じない。また、リ
ードタブ８を溶接する中央凸部５ｂが充分に肉厚なの
で、この溶接時の熱が内部端子板５と中間感圧板４の凸
部４ｃとの溶接箇所に悪影響を及ぼすことがない。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、安全弁と感圧遮断回
路を（さらには感温遮断回路も）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、感圧遮断回路の要部である中間
感圧板と内部端子板との溶接は独立した状態で行え、か
つ部品間の位置決めが完全になされた後で溶接すること
になるので、この溶接作業は非常に簡単となり、したが
って溶接精度が向上する。溶接後にかしめリングでかし
める為、さらに、電池ケースの最終的な封口かしめ加工
後にも前記かしめリングや内部端子板により非常に大き
な強度が維持されるので、中間感圧板と内部端子板との
溶接点に有害なストレスが加わりにくい。その結果、溶
接強度が安定し、感圧遮断回路の動作特性が安定する。

【００２５】また前記内部端子板の周辺部を比較的薄肉
に形成するとともに、内部端子板の中央部分を充分に厚
肉で下面側に凸に形成し、その中央凸部の下面に前記リ
ードタブの先端を溶接するとともに中央凸部の下面が前
記かしめリングの下面よりさらに下方に突出しているの
で、リードタブの先端を蓋要素における中央凸部に溶接
する作業が非常に簡単になり、溶接品質も向上する。

【００２６】さらに、溶接作業時に前記リードタブが前
記かしめリングに接触して電気的導通のなかった前記か
しめリングが正極と等しい電位を持つことにより生じる
前記かしめリングの腐蝕を起こすような不良は生じな
い。

【００２７】さらにまた、前記リードタブを溶接する前
記中央凸部が充分に肉厚なのでこの溶接時の熱が前記内
部端子板と前記中間感圧板との溶接箇所に悪影響を及ぼ
すことがない。

【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
た電池の要部断面図である。

【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】この発明の他の実施例による防爆安全装置を備
えた電池の要部断面図である。

【図４】同上他の実施例の電池の組立工程を示す概略図
である。

【符号の説明】

１ 電池ケース ２ 発電要素 ３ 外部端子板 ４ 中間感圧板 ４ｃ 凸部 ５ 内部端子板 ５ａ 薄肉周辺部 ５ｂ 厚肉中央凸部 ５ｃ ガス抜き穴 ６ 絶縁リング ７ 外側ガスケット ８ リードタブ ９ 感温抵抗素子 １１ 内側ガスケッ
ト １２ かしめリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 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 (72)発明者 山本 浩平 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 (6)

【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１と、こ
   の電池ケース１に収納された発電要素２と、前記電池ケ
   ース１の開口部を塞ぐ蓋要素とからなる電池であって、 前記蓋要素は、外部端子板３と、中間感圧板４と、内部
   端子板５と、絶縁リング６と、内側ガスケット１１と、
   かしめリング１２と外側ガスケット７とを有し、前記外
   部端子板３および前記内部端子板５は、剛性の比較的大
   きな金属板からなり、その外形は円形であり、中間部分
   にガス抜き穴が形成されており、前記中間感圧板４は、
   撓みやすくて破断しやすい薄い金属板からなり、その外
   形は円形であり、 前記中間感圧板４の下面側に前記絶縁リング６を挟み込
   んだ状態で前記内部端子板５が組み合わされ、前記中間
   感圧板４と前記内部端子板５の少なくとも一方の中央部
   分に形成された凸部で両者が接触し、その接触部分で両
   者が局部的に溶接されており、これら中間感圧板４・絶
   縁リング６・内部端子板５の積層物と前記中間感圧板４
   の上に重ねられた前記外部端子板３の全体が前記かしめ
   リング１２の内周に装着されている前記内側ガスケット
   １１の内周にはめ込まれてかしめ付けにより一体化さ
   れ、さらに前記かしめリング１２による一体化物が前記
   外側ガスケット７の内周にはめ込まれることで一体的な
   前記蓋要素が構成され、 前記発電要素２の一方の電極に接続されているリードタ
   ブ８の先端が前記内部端子板５の下面に溶接され、一体
   的な前記蓋要素が前記電池ケース１の開口部分の内周に
   はめ込まれ、前記電池ケース１の開口部分が内側にかし
   められることで前記外側ガスケット７が圧縮されて、前
   記電池ケース１が密封されていることを特徴とする防爆
   安全装置を備えた電池。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電池において、前記内
   部端子板５は、前記かしめリング１２によってかしめ付
   けられる周辺部５ａが比較的薄肉に形成され、中央部分
   が充分に厚肉で下面側に凸に形成されており、その中央
   凸部５ｂの下面に前記リードタブ８の先端が溶接されて
   いることを特徴とする防爆安全装置を備えた電池。
3. 【請求項３】 前記内部端子板５の中央凸部５ｂの下面
   が前記かしめリング１２の下面よりさらに下方に突出し
   てなることを特徴とする請求項２に記載の防爆安全装置
   を備えた電池。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記
   載の電池において、前記中間感圧板４と前記外部端子板
   ３との間に、ドーナツ板形に形成された正特性の感温抵
   抗素子９が挟み込まれ、この抵抗素子９を介して前記中
   間感圧板４と前記外部端子板３とが電気的に接続されて
   いることを特徴とする防爆安全装置を備えた電池。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記
   載の電池を製作するにあたり、前記かしめリング１２の
   内周に前記内側ガスケット１１を装着し、前記内部端子
   板５と前記絶縁リング６と前記中間感圧板４とを積層状
   態で前記内側ガスケット１１の内周にはめ込み、その
   後、前記中間感圧板４と前記内部端子板５とをその中央
   部分で局部的に溶接し、その後、前記中間感圧板４の上
   面側に重ねるように前記外部端子板３を前記内側ガスケ
   ット１１にはめ込み、その後、前記かしめリング１２を
   かしめ付けて全体を一体化し、これを前記外側ガスケッ
   ト７の内周にはめ込んで一体的な前記蓋要素を構成し、
   その後、前記リードタブ８の先端を前記内部端子板５の
   下面側の溶接することを特徴とする電池の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の製造方法において、ド
   ーナツ板形に形成された正特性の感温抵抗素子９を前記
   中間感圧板４の上面側に重ねるように前記内側ガスケッ
   ト１１の内周にはめ込むとともに、前記抵抗素子９の上
   面側に重ねるように前記外部端子板３を前記内側ガスケ
   ット１１の内周にはめ込み、前記中間感圧板４と前記外
   部端子板３の間に前記抵抗素子９を挟み込んでなる一体
   的な前記蓋要素を構成することを特徴とする電池の製造
   方法。