JPH087866A - 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】 中間感圧板４の円筒部４ｂの内周に絶縁リン
グ６をはめ込み、つぎに絶縁リング６の内周に内部端子
板５をはめ込み、つぎに円筒部４ｂをかしめ、その後、
中間感圧板４と内部端子板５とをその中央部分で局部的
に超音波溶接する。その後、絶縁リング６および内部端
子板５を一体化してなる中間感圧板４と、ドーナツ板形
に形成された正特性の感温抵抗素子９と、外部端子板３
とを順に重ね合わせるように封口ガスケット７の内周に
はめ込み、中間感圧板４と外部端子板３の間に感温抵抗
素子９を挟み込んでなる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、又は放電電流を電池内
部で遮断し、異常充電、又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、又
は放電電流を絞り、異常充電、又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
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充電又は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】この発明の防爆安全装置
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、封口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、円板部の外周に短い円筒部が連
続した浅いカップ型に製作されたものである。前記絶縁
リングは前記中間感圧板の前記円筒部の内周から前記円
板部に接して配置され、前記内部端子板は前記絶縁リン
グの内周にはめ込まれ、前記中間感圧板の前記円筒部が
内側にかしめられることで前記絶縁リングを介して前記
中間感圧板と前記内部端子板とが適宜な隙間を保って一
体化されており、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、その接触部分が局部的に溶接されており、前記絶縁
リングと前記内部端子板が前記かしめにより一体化され
た前記中間感圧板と、前記中間感圧板の上に重ねられた
前記外部端子板とがリング形の前記封口ガスケットの内
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。

【０００９】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、前記中間感圧板の前記円筒部の内周に
前記絶縁リングと前記内部端子板とをはめ込んでから前
記円筒部をかしめ、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
記中間感圧板と前記外部端子板とを前記封口ガスケット
の内周にはめ込み、前記中間感圧板の上に前記外部端子
板を重ね合わせてなる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
に溶接する。

【００１０】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。

【００１１】

【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、又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、又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、又は放電電流を減少
させる（感温遮断回路）。

【００１２】

【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。

【００１３】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、封口ガスケット
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おり、内部端子板
５の中央部分が下に向けてわずかに凸になっている。

【００１４】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、図２に示すように、円板部４ａ
の外周に短い円筒部４ｂが連続した浅いカップ型に製作
されたものである。絶縁リング６は適宜な弾性のあるプ
ラスチック製で、図２に示すように、中間感圧板４の円
筒部４ｂの内周から円板部４ａに接して配置され、内部
端子板５は絶縁リング６の内周にはめ込まれ、円筒部４
ａが内側にかしめられることで絶縁リング６を介して中
間感圧板４と内部端子板５とが適宜な隙間を保って一体
化されている。また、中間感圧板４と中央部分には小さ
な凸部４ｃが形成されており、この凸部４ｃの下端が内
部端子板５に接触し、その接触部分が局部的に溶接され
ている。

【００１５】つまり図２（ａ）のように、中間感圧板４
の円筒部４ｂの内周に絶縁リング６をはめ込み、つぎに
図２（ｂ）のように絶縁リング６の内周に内部端子板５
をはめ込み、つぎに図２（ｃ）のように円筒部４ｂをか
しめ、その後、中間感圧板４と内部端子板５とをその中
央部分で局部的に溶接（レーザ，超音波，抵抗）する。
この溶接工程では両部品が完全に位置決めされており、
また溶接前にすでに中間感圧板４がかしめ加工されてい
る。したがって簡単に高精度な溶接品質が得られる。

【００１６】その後図１に示すように、絶縁リング６お
よび内部端子板５を一体化してなる中間感圧板４と、ド
ーナツ板形に形成された正特性の感温抵抗素子９と、外
部端子板３とを順に重ね合わせるように封口ガスケット
７の内周にはめ込み、中間感圧板４と外部端子板３の間
に感温抵抗素子９を挟み込んでなる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封口ガスケット７を圧縮し、ケース
を密封している。

【００１７】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、又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、又は放電電流回路中
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、又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。

【００１８】

【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。しかも、この溶接は中間感圧
板のかしめ加工後に行われるので、従来のように溶接後
にかしめ加工を行うことで溶接部が剥がれかかるような
ことが無くなる。さらに、電池ケースの封口かしめ加工
時にも前記絶縁リングが機械的ストレスを吸収するの
で、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。

【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。

【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 ４ａ 円板部 ４ｂ 円筒部 ４ｃ 凸部 ５ 内部端子板 ６ 絶縁リング ７ 封口ガスケット ８ リードタブ ９ 感温抵抗素子

フロントページの続き (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 (4)

【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、外部端子板と、中間感圧板と、内部端子
   板と、絶縁リングと、封口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、円板部の外周
   に短い円筒部が連続した浅いカップ型に製作されたもの
   であり、 前記絶縁リングは前記中間感圧板の前記円筒部の内周か
   ら前記円板部に接して配置され、前記内部端子板は前記
   絶縁リングの内周にはめ込まれ、前記中間感圧板の前記
   円筒部が内側にかしめられることで前記絶縁リングを介
   して前記中間感圧板と前記内部端子板とが適宜な隙間を
   保って一体化されており、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、その接触部分が局部的に溶接されており、
   前記絶縁リングと前記内部端子板が前記かしめにより一
   体化された前記中間感圧板と、前記中間感圧板の上に重
   ねられた前記外部端子板とがリング形の前記封口ガスケ
   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、 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
   た電池。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電池において、前記中
   間感圧板と前記外部端子板との間に、ドーナツ板形に形
   成された正特性の感温抵抗素子が挟み込まれ、この抵抗
   素子を介して前記中間感圧板と前記外部端子板とが電気
   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。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電池を製作するにあた
   り、前記中間感圧板の前記円筒部の内周に前記絶縁リン
   グと前記内部端子板とをはめ込んでから前記円筒部をか
   しめ、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
   と前記外部端子板とを前記封口ガスケットの内周にはめ
   込み、前記中間感圧板の上に前記外部端子板を重ね合わ
   せてなる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に溶接するこ
   とを特徴とする電池の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の製造方法において、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ことを特徴とする電
   池の製造方法。