JPH09139196A - 密閉電池容器の開裂式安全弁 - Google Patents

密閉電池容器の開裂式安全弁

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JPH09139196A JP7294258A JP29425895A JPH09139196A JP H09139196 A JPH09139196 A JP H09139196A JP 7294258 A JP7294258 A JP 7294258A JP 29425895 A JP29425895 A JP 29425895A JP H09139196 A JPH09139196 A JP H09139196A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高エネルギー密度で小型軽量を特長とする高性
能二次電池等の密閉型電池では、短絡や過充電等の異常
時に電池容器の内部に高圧が発生し、電池容器の過大な
変形や爆発等を引き起こす恐れがある。これらの危険を
回避する為に、電池容器の内圧が予め規定された値に達
した場合には、精度良く速やかに作動して異常な内圧を
開放できる開裂式安全弁が求められていた。 【解決手段】本発明では密閉型電池容器の一部に通気孔
を設け、この通気孔を塞ぐように冷間圧接法で金属箔２
を接合して密閉し、電池容器の内圧が上昇して規定値に
達した場合には金属箔２の冷間圧接法による接合部９の
側近に位置し、規定される開裂圧に応じた板厚に加工さ
れた薄肉部５が開裂し、通気孔から内圧を開放して防爆
機能を発揮する開裂式安全弁を開発した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の金属容
器のような、密閉容器に設置する開裂式安全弁に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】密閉型の電池容器では、過充電、逆充
電、短絡等により電池容器内部の圧力が上昇し電池容器
が破壊して、内容物が飛散し使用中の機器を破損したり
人体へ危険が及ぶ恐れがある。従来の技術ではこれらの
危険を回避するために、図７に示す切欠き溝式安全弁を
使用してきた。切欠き溝式安全弁では切欠き溝１３の薄
肉部１２が規定値を越えて上昇した電池容器内部の圧力
により開裂することを防爆に利用している。切欠き溝式
安全弁では、電池容器の一部に直接プレス加工やエッチ
ング加工で切欠き溝１３を加工して薄肉部１２を形成す
る場合と、電池容器の一部にあけた通気孔をふさぐよう
に金属板を溶接し、この金属板に同様の加工で切欠き溝
を加工し薄肉部を形成する場合がある。切欠き溝方式で
は、プレス加工及びエッチング加工で切欠き溝１３を加
工するが、これらの加工方法ではその性質上、切欠き溝
薄肉部１２の肉厚は０．０２ｍｍ程度が下限となる。こ
の方式での安全弁を角型の電池容器に設ける場合、設置
面の短辺の寸法が８ｍｍ以上の電池容器であれば、切欠
き溝薄肉部１２の板厚が０．０２から０．０５ｍｍ程度
でも、１５から２０ｋｇ／ｃｍ2 で開裂するのに必要な
切欠き溝の加工面積が確保できる。しかし、これより小
型の電池容器に切欠き溝式安全弁を設けた場合、切欠き
溝薄肉部１２の板厚はそのままで、受圧部１０の面積の
みが小さくなるために、開裂圧が高くなり、安全弁とし
て機能に問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】切欠き溝式安全弁を短
辺が６ｍｍ以下となる小型の電池容器に設けた場合、薄
肉部１２の肉厚は加工上の制約により０．０２から０．
０５ｍｍのまま、受圧部１０の面積のみが小さくなるた
め相対的に開裂圧が上昇し、５０ｋｇ／ｃｍ2 以上とな
ってしまう。このような高圧で安全弁が開裂する際に
は、電池容器に大きな変形と爆発的な破壊が伴い、機器
の破損と人体への危害が避けられない。切欠き溝式安全
弁を使用した電池容器ではこのような理由により小型化
が困難である。本発明ではプレス加工により切欠き溝薄
肉部１２を加工する方法にかわり、容器の密閉を保ちつ
つ小型でも適正な開裂圧を実現できる薄肉の加工方法の
開発を主な課題とした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】切欠き溝式安全弁では電
池容器の小型化に伴い開裂圧が上昇し、異常時の危険回
避が難しくなるが、この問題の解決には、新たな薄肉部
の加工法が必要である。本発明では冷間圧接法により、
従来の技術では不可能とされてきた板厚０．０３ｍｍ未
満の金属箔２を、電池容器の通気孔４をふさぐ様に接合
し、これを安全弁とした。冷間圧接法で金属箔２を蓋１
に接合した場合、接合部分９とその側近には圧接金型で
の加圧で、箔の板厚が１／２以下に減少した薄肉部５が
形成される。本発明ではこの薄肉部５を利用して小型電
池容器でも適正な開裂圧で作動する安全弁を実用化し
た。
【０００５】これまで、冷間圧接法は主に水晶振動子等
を封入するカンとヘッダーの接合に応用されてきた。従
来の冷間圧接技術では、接合する部品各々の接合部の板
厚は０．３ｍｍ以上必要で、これより薄い板厚で冷間圧
接を行った場合には接合部で材料が破断してしまい、接
合は無理であるとされていた。しかし、本発明では冷間
圧接用金型の歯形や、接合面の形状、さらに圧接時の上
下パンチの食い込み量等を細かく調整し、従来技術の１
／１０以下の薄い金属箔２を冷間圧接法で接合し、小型
でも適正な開裂圧と密閉性を合わせ持つ安全弁の開発に
成功したのである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明では、金属箔２を蓋に冷間
圧接する際に接合部９の側近に薄肉部５を形成し、この
薄肉部５の板厚の調整で開裂圧を制御する。冷間圧接法
では図５に示す通り、金属箔２を蓋１の通気孔４をふさ
ぐように位置決めし、圧接金型の歯部で加圧し接合す
る。この際、金属箔２の接合部９及びその側近の薄肉部
５は圧接前の金属箔２の板厚の１／２以下になる。この
薄肉部５により、小型でも適正な開裂圧が実現できる。
【０００７】
【実施例】図１及び図２に示す密閉型の電池容器は、板
厚０．４ｍｍのＳＰＣＥ製で外形寸法が３４ｍｍ×６ｍ
ｍ×４７ｍｍで３４ｍｍ×６ｍｍの面が開口部となって
いる角筒型の電池缶３と、板厚０．４ｍｍのＳＰＣＥ製
で外形寸法が電池缶３の開口部の内のり寸法に等しい蓋
１から構成される。蓋１の中央には電極引き出し口８が
配置され、この電極引き出し口８と長手方向の端面の間
に、φ１．５ｍｍの通気孔４があけられており、蓋１と
電池缶３は溶接により接合されている。この通気孔４の
片面には冷間圧接法で金属箔２が接合されている。図１
〜図８に示す蓋１、金属箔２、電池缶３、薄肉部５、接
合部９、切欠き溝薄肉部１２、等における肉厚及び図４
における通気孔４の直径は誇張して示されており、図２
において電池の内容物は省略している。図３には、安全
弁となる金属箔２を示す。この金属箔２を、蓋１に開け
られたφ１．５ｍｍの通気孔４をふさぐ様に冷間圧接し
さらにこの蓋１を電池缶３の開口部に挿入し、外周を溶
接にて接合する。このようにして、内容物が未充填の電
池容器を製作し、電池缶３の底面に開裂実験用の孔をあ
けて、ここから静水圧を印加し、蓋１に接合された金属
箔２が開裂する圧力を求めた。
【０００８】その結果、金属箔２は、冷間圧接加工で形
成された、接合部９の側近の薄肉部５から開裂し、小型
の電池容器でも開裂圧は１５から２０ｋｇ／ｃｍ2 に容
易に制御できることがわかった。冷間圧接された蓋１と
金属箔２を通気孔４の中心線に沿って切断し、顕微鏡に
てその断面を観察しながら冷間圧接加工の条件を調整
し、薄肉部５の板厚の下限を探ったところ、０．００５
ｍｍまで調整可能であった。この最小肉厚は、金属箔２
の材質、板厚、熱処理、表面処理や、冷間圧接金型の歯
先形状、冷間圧接加工時の下死点位置等により調整でき
る。冷間圧接法では従来の切欠き溝法では、実現できな
かった０．００５ｍｍ程度の薄肉部５を安定して加工で
きることが確認された。本発明による冷間圧接法で接合
した金属箔２を密閉容器の開裂式安全弁として使用すれ
ば、従来の切欠き溝式安全弁に比べて開裂圧を大幅に低
くでき、小型の電池容器でも１５から２０ｋｇ／ｃｍ2
の理想的な開裂圧が実現できた。
【０００９】図６に示す通り、接合された金属箔２は圧
接時に接合部９に発生した伸びにより中央がドーム状に
変形するが、この変形は圧接金型の歯先形状等の調整に
より電池容器の内側と外側のどちらにも安定して制御で
きる。電池容器の内側に凸として蓋１に金属箔２を接合
した試験片で、電池容器の内外両側からそれぞれ開裂実
験を行い開裂圧を測定したところ、容器内側からの加圧
では、１５から２０ｋｇ／ｃｍ2 、容器外側からの加圧
では、５０から６０ｋｇ／ｃｍ2 の開裂圧となることが
確認された。ドーム状の変形を電池容器内側に凸として
接合した場合容器内部からの圧力には適正な開裂圧で開
裂するが、外部からの圧力に対しては２倍以上の耐圧性
を有することがわかり、密閉容器の安全弁として望まし
い性能を発揮することも併せて確認された。
【００１０】
【発明の効果】本発明により、安全弁の設置面の一辺が
６ｍｍ以下となるような小型の電池容器においても、そ
の密閉性を損なうことなく、電池容器の内圧が規定値を
越えて上昇した場合には再現性良く、適正な圧力で開裂
する安全弁が実用化された。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池容器の平面図
【図２】電池容器の側面からの断面図
【図３】開裂弁（金属箔）
【図４】蓋の断面図（圧接前）
【図５】冷間圧接前の蓋と金属箔の拡大断面図
【図６】冷間圧接後の蓋と金属箔の拡大断面図
【図７】切欠き溝式安全弁の断面図
【図８】冷間圧接後の金属箔の薄肉部の拡大断面図
【符号の説明】
１．蓋 ２．開裂弁（金属箔） ３．電池缶 ４．通気孔 ５．薄肉部 ６．圧接型上型 ７．圧接型下型 ８．電極引き出し ９．接合部 １０．切欠き溝式安全弁での受圧部 １１．冷間圧接式安全弁での受圧部 １２．切欠き溝薄肉部 １３．切欠き溝
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年２月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 密閉電池容器の開裂式安全弁
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型二次電池の
金属製容器のように、何等かの異常によって内圧が上昇
し、金属製容器の過大な変形や爆発等の危険が生じる恐
れのある密閉容器に設置する防爆弁に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】密閉型の電池容器では、過充電、逆充
電、短絡等の異常時に、電池容器内部の圧力が耐圧限度
を越えて上昇すると、電池容器が過大に変形したり爆発
する等の危険がある。一部の密閉型電池にはこれらの危
険を回避する目的で、図７に示す切欠き溝式安全弁が設
置されている。切欠き溝式安全弁は、電池容器の内圧が
上昇して規定値に達すると、切欠き溝１３の底部の切欠
き溝薄肉部１２が開裂し、防爆弁として機能する。切欠
き溝式安全弁には、電池容器の一部に直接プレス加工や
エッチング加工で切欠き溝１３を加工するタイプと、予
め電池容器とは別の金属板にプレス加工やエッチング加
工で切欠き溝１３を加工し、これを電池容器の通気孔を
塞ぐ様に位置決めして溶接法によって接合し、密閉する
タイプがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の切欠き溝式安全
弁において開裂圧を制御する要因は切欠き溝式安全弁の
受圧部１０の面積と、切欠き溝１３底部の切欠き溝薄肉
部１２の板厚である。切欠き溝１３は、プレス加工やエ
ッチング加工で加工するが、これらの加工方法で切欠き
溝１２の板厚を薄く加工した場合、クラックや部分的な
破断が発生しやすい。小型の密閉電池容器に切欠き溝式
安全弁を設置する目的で小型化する場合、切欠き溝薄肉
部１２の板厚をそのままにして受圧部１０の面積のみを
減少させると、開裂圧は相対的に上昇してしまい安全弁
としての機能に問題が生じるので、小型化した場合でも
適性な開裂圧を保つ為には、受圧部１０の面積の減少に
応じて切欠き溝薄肉部１２の板厚を薄く加工する必要が
ある。しかし、切欠き溝薄肉部１２の板厚の下限値には
加工上の制約があり、小型の電池容器に設置する目的で
切欠き溝式安全弁を小型化すると、適性な開裂圧の実現
が難しくなる問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】切欠き溝式安全弁を小型
化すると、適性に低い開裂圧の実現が難しくなる問題を
解決し、小型の密閉電池容器に設置すべく小型化して
も、適正な開裂圧で作動する開裂式安全弁を実現する為
には、プレス加工やエッチング加工以外の方法で薄肉部
を形成する新たな加工法の開発が必要であった。本発明
では、従来の技術では不可能とされてきた板厚０．０３
ｍｍ未満の金属箔を冷間圧接法で接合する技術を開発
し、図２に示す様な密閉電池容器の通気孔４に、図３に
示す金属箔２を冷間圧接法で接合して密閉し、これを開
裂式安全弁としたのである。図４に示す封口板１に金属
箔２を冷間圧接法で接合すると、図８に示すように、接
合部９の側近には冷間圧接金型での加圧により金属箔２
が押し潰され、板厚が１／２以下に減少した薄肉部５が
形成される。本発明では金属箔２と封口板１を冷間圧接
金型の圧接型上型６と圧接型下型７で加圧し、押し潰し
ながら接合する過程で、薄肉部５の板厚を従来のプレス
加工やエッチング加工による切欠き溝薄肉部１２の肉厚
に比べて１／５から１／１０の大幅に薄く加工すること
に成功し、小型の電池容器においても適正な開裂圧で作
動する安全弁を実用化したのである。
【０００５】
【作用】本発明では、密閉型電池容器を構成する封口板
１に通気孔４を設け、その開口部に図４に示す様な冷間
圧接の為の予備加工を行い、金属箔２を封口板１の通気
孔４を塞ぐ様に位置決めし、これを図５に示す通り、圧
接型上型６と圧接型下型７で加圧し冷間圧接接合した。
接合部の状態は図６及び図８に示す通りで、金属箔２の
接合部９の側近には薄肉部５が形成され、この薄肉部５
の板厚と冷間圧接式安全弁の受圧部１１の面積により、
小型化した場合でも適正な開裂圧が精度よく実現できる
ようになった。
【０００６】
【実施例】本事例では、図１及び図２に示す様な角筒型
の密閉電池容器に本発明による金属箔の冷間圧接法によ
る開裂式安全弁を設置する例について説明する。本事例
の密閉電池容器は角筒型の電池缶３とその開口部の内の
り寸法に等しい矩形の封口板１から構成され、封口板１
の中央には電極引き出し口８が加工され、この電極引き
出し口８と長手方向の端面の間に、通気孔４が加工され
ている。通気孔４の片面の周囲には冷間圧接の為の予備
加工が行われ、その後金属箔２を冷間圧接法で接合して
いる。封口板１は電極引き出し口８に電極を取付け、通
気孔４に金属箔２を接合した後、電池缶３の開口部に位
置決めされ、溶接法で接合され密閉型電池容器を構成す
る。図１から図８に示す封口板１、金属箔２、電池缶
３、薄肉部５、接合部９、切欠き溝薄肉部１２、等にお
ける板厚及び形状等は誇張されており、図２においては
発電要素等の電池内容物は省略されている。
【０００７】封口板１と金属箔２の冷間圧接加工は、ま
ず、封口板１の通気孔４の片面に冷間圧接加工の前準備
として予備加工を行い、その後金属箔２と封口板１を充
分に洗浄し、冷間圧接加工における接合不良の原因とな
る油分やゴミ等を除去する。その後、図５に示すとお
り、封口板１の通気孔４を塞ぐように金属箔２を位置決
めして圧接型上型６と圧接型下型７で金属箔２と封口板
１を挟み込んで加圧し、一定の保持時間を与えて冷間圧
接接合を行う。本事例では金属箔２側を加圧する圧接型
上型６の加圧面は平坦面とし、封口板１側を加圧する圧
接型下型７の加圧面は先端に平坦部を持つくさび状の歯
型形状とした。
【０００８】図６に示す通り、金属箔２と封口板１の接
合部９は圧接型上型６と圧接型下型７に挟み込まれて押
し潰されながら加圧され、板厚が減少すると同時に横方
向への延びが発生する。この時、接触面においては摩擦
力と加圧力によって活性面が創出され、最後に下死点で
保持時間を与える事により原子間結合が発生し、冷間圧
接が終了する。加圧時に金属箔２の接合部９では、金属
箔２の外周及び中心に向かって延びが発生するが、中心
に向かって発生した延びは金属箔２の中央に集中する。
本発明では封口板１の通気孔４の周囲に予め加工する予
備加工の各部の形状や寸法、圧接型下型７の歯先形状等
を調整することにより、金属箔２の中央に集中する延び
を安定してドーム形状に成形できるようにした。このド
ーム形状は電池容器の内側と外側のどちら側にも成形す
る事が可能である。本事例ではこのようにして、封口板
１に金属箔２を冷間圧接法で接合し、さらにこの封口板
１を電池缶３の開口部に溶接法で接合し、内容物が未充
填の電池容器を製作し、電池缶３の底面にあけた加圧用
の孔から静水圧を印加し、蓋１に接合された金属箔２の
気密性や開裂圧について実験した。
【０００９】実験の結果、金属箔２と封口板１の接合部
の気密性試験で密閉不良は無く、正常時の使用環境下で
は電池内部の電解液やガスの漏れは無い事が確認され
た。開裂圧の試験では、電池容器に水圧を印加し規定値
に達すると、金属箔２のドームは冷間圧接加工時に形成
された、接合部９の側近の薄肉部５から精度良く開裂
し、密閉電池容器の開裂式安全弁として、優れた性能を
有することが分かった。本発明による開裂式安全弁の小
型化の可能性を探る目的で、冷間圧接後の封口板１と金
属箔２を通気孔４の中心線に沿って切断し、顕微鏡にて
その断面を観察しながら、金属箔２と封口板１の材質、
板厚、熱処理、表面処理、冷間圧接金型の歯先形状、冷
間圧接加工時の下死点位置、下死点位置での保持時間
等、冷間圧接加工の諸条件を調整し、密閉不良の発生し
ない薄肉部５の板厚の下限値を探ったところ、０．００
５ｍｍまで調整可能であった。
【００１０】金属箔の冷間圧接法による開裂式安全弁で
は、従来の切欠き溝式安全弁の切欠き溝薄肉部１２の下
限値に比べて大幅に薄い薄肉部５が得られることが確認
され、従来の切欠き溝式安全弁では適正に低い開裂圧が
得られず対応できなかった小型の密閉電池容器に設置し
た場合でも理想的な開裂圧を精度よく実現できる事が分
かった。
【００１１】さらに、封口板１に冷間圧接した後の金属
箔２のドームを電池容器の内側に凸とした場合と、外側
に凸とした場合の開裂圧の違いを知る目的で、同じスペ
ックで製作した密閉電池容器のサンプルで、電池容器の
内側から水圧を印加した場合の開裂圧と、電池容器の外
側から水圧を印加した場合の開裂圧を測定し比較したと
ころ、電池容器内側からの加圧では１６から１８ｋｇ／
ｃｍ２で開裂し、容器外側からの加圧では５３から５９
ｋｇ／ｃｍ２で開裂することが確認された。この結果、
金属箔２のドーム形状を電池容器内側に凸として設置し
た場合には、電池容器内部の圧力には適正な開裂圧で開
裂するが、外部からの圧力に対しては２倍以上の耐圧性
を有することがわかり、密閉電池容器の安全弁として望
ましい性能を併せ持つ事も確認された。
【００１２】
【発明の効果】本発明により、従来の切欠き溝式安全弁
では適性な開裂圧が実現できなかった小型の密閉型電池
容器においても、適性な開裂圧で精度良く作動し、安全
性を確保できる金属箔の冷間圧接法による開裂式安全弁
が実用化された。
【図面の簡単な説明】
【図１】密閉電池容器の平面図
【図２】密閉電池容器の側面からの断面図
【図３】金属箔
【図４】封口板の断面図（冷間圧接前）
【図５】冷間圧接前の封口板と金属箔の拡大断面図
【図６】冷間圧接後の封口板と金属箔の拡大断面図
【図７】切欠き溝式安全弁の断面図
【図８】冷間圧接後の金属箔の薄肉部の拡大断面図
【符号の説明】 １．封口板 ２．金属箔 ３．電池缶 ４．通気孔 ５．薄肉部 ６．圧接型上型 ７．圧接型下型 ８．電極引き出し口 ９．接合部 １０．切欠き溝式安全弁の受圧部 １１．冷間圧接式安全弁の受圧部 １２．切欠き溝薄肉部 １３．切欠き溝

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属製の密閉容器にあけられた通気孔を
    ふさぐように、冷間圧接法で金属箔を接合し、密閉容器
    内部の圧力が規定値を越えて上昇した場合には金属箔の
    圧接部側近に形成される薄肉部が開裂し内圧を逃がす。
    冷間圧接法で接合した金属箔の密閉性と薄肉部の開裂性
    を利用し、密閉性と防爆機能を合わせ持つ開裂式安全
    弁。
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