JPH09147821A - 二次電池用防爆封口板 - Google Patents

二次電池用防爆封口板

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JPH09147821A
JPH09147821A JP7310519A JP31051995A JPH09147821A JP H09147821 A JPH09147821 A JP H09147821A JP 7310519 A JP7310519 A JP 7310519A JP 31051995 A JP31051995 A JP 31051995A JP H09147821 A JPH09147821 A JP H09147821A
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良弘 樫原
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康弘 竹内
Kazuhiko Watanabe
和彦 渡邉
Ichiro Matsuhisa
一朗 松久
Yoshiko Ishida
佳子 石田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属製防爆弁の電池組立工程での溶着部剥離
による不良を防ぎ、短絡、過充電、逆充電により電池内
圧が上昇した場合でも防爆弁の変形が確実に動作し電気
的接続を遮断することにより電池の爆発を防ぎ、電池の
安全性と信頼性を確保することのできる二次電池用防爆
封口板を提供する。 【解決手段】 電池内の所定の圧力が作用すると破断す
る薄肉部を有し、かつ、波状弁体を用い、さらに波状弁
体の山部と谷部の差を明確にするために、絶縁ガスケッ
トの弁体と接触する面に傾斜もしくは段差を設けたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電池の防爆安全性向
上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、AV機器、パソコンなどの電池機
器のコードレス化、ポータブル化に伴いその駆動用電源
として、小型、軽量で高エネルギー密度の電池が求めら
れている。特にリチウム二次電池は高エネルギー密度を
有する電池であり、次世代電池の主力としておおいに期
待され、その潜在的市場規模も大きい。
【0003】ところが、密閉型電池、例えばリチウム金
属やカーボン材料を負極として使用するリチウム二次電
池は短絡、過充電、逆充電等の状態になると、電解液や
活物質の分解などにより電池内でガスが発生蓄積し、電
池内圧の上昇により電池が破裂してその機能を失った
り、周辺機器に損傷を与えることがあった。特に電池の
過充電状態が長時間継続すると、電池内圧が高まるとと
もに電池温度が急激に上昇し、電池の爆発を招く恐れが
あった。このような短絡、過充電、逆充電等の電池の爆
発を未然に防止するために、特開平6−196139号
公報には、図4に示すように電池内の圧力上昇に伴い変
形する導電性の弁体2と、所定の圧力になると破断して
開弁される薄板2aとを備え、電池の内圧が上昇すると
弁体2の一部が破断され、電極内のガスは破断された弁
体を貫通して薄板を破断する。このため、電流を遮断し
た後に安全弁が開弁される防爆装置が提案されている。
また、封口板基本構造は次の通りである。電池内部と外
部端子とは、弁体3と導電性金属板6と中央部で溶着さ
れ電気的に接続されている。電池内に異常なガス発生が
起こった際、弁体3に圧力がかかり上方へ押し上げよう
とする。この力が溶着強度を上回った時溶着部が剥離す
る。さらに内圧が大きくなると弁体に設けた刻印が破断
する。これによって電池内のガスは外部に放出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この種の安全弁装置
は、弁体と導電性金属板との剥離強度が安定せず、電池
組立工程で溶着部が剥離し電池外部と電池内部の電気的
接触が断たれ、不良が多数発生する。また、所定の内圧
に達した際、溶着部が完全に剥離していないため弁が作
動したにもかかわらず弁体3と導電性金属板6との導通
状態が保たれ、短絡などの状態が続き発煙、発火に至る
という課題も有していた。
【0005】本発明は、このような課題を解決するもの
で、金属製防爆弁の短絡、過充電、逆充電により電池内
圧が上昇した場合でも防爆弁が所定の圧力で確実に動作
し電気的接続を遮断することにより電池の爆発を防ぎ、
また封口板組立工程での溶着部剥離による不良発生を防
ぐ、電池の安全性と信頼性を確保することのできる二次
電池用防爆封口板を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために、本発明は、前記防爆封口板に薄肉部を有する弁
体3と、ガス排出口を有する導電性金属板6と、前記弁
体と金属板との間に開口部を有する絶縁ガスケット4を
備え、前記弁体と金属板の一部は前記絶縁ガスケットの
開口部内で溶着されている。また、前記絶縁ガスケット
の一部に傾斜もしくは段差部を設けることにより、弁体
に波状を形成し波の山部3aが前記絶縁ガスケットと接
触する弁体の上面よりも上方に位置し、弁体波形の谷部
は同接触面よりも下方に設けた。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明では弁体を波状にし波の山
部と谷部の位置的な差を明確にすることにより、電池内
圧が所定の圧力値に達した際、前記弁体が的確に変形し
溶着部が離れて確実に金属板から剥離する。その結果、
前記弁体と前記導電性金属板との電気的接続は確実に遮
断される。電池内圧がさらに上昇すると、前記弁体に設
けた薄肉部が破断され電池内のガスは外部に放出され
る。さらに凸部を設けると波状が明確になる。さらに電
池組立行程での溶着部剥離による不良を防ぐことができ
る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
【0009】(実施例1)図1は本発明封口板の側面断
面図である。本発明の防爆封口板は、開孔部を有する絶
縁ガスケット4の上部に配される弁体3の底面と前記導
電性金属板とが前記絶縁ガスケットの開孔部内で溶着部
5により電気的に接続されている。前記絶縁ガスケット
と前記弁体と前記弁体の上部に配されるPTC素子2と
前記PTC素子の上部に配されるキャップ状端子1と凹
凸段差部を設けた導電性金属板6は、開孔部を有する金
属製ケース7に収納され、かしめ封口されている。
【0010】電池ケース内部には、金属箔集電体にLi
CoO2を主成分とするペーストを塗布、乾燥し短冊状
に切断した正極板と、カーボンをペースト状にして金属
箔集電体に塗布、乾燥し短冊状に切断した負極板とを、
フィルム状セパレーターを介して巻回した発電要素を内
蔵し、電池ケース開口部に、絶縁性樹脂からなるガスケ
ットを介して、前記防爆封口板はカシメ封口される。本
発明の防爆封口板は外部端子となるキャップ状端子1、
充電時や電池外部短絡時等に大電流が流れた場合これを
カットし、電池の安全性を確保するためのPTC素子、
及び、防爆機能のためにC形形状薄肉部を有し、さらに
は、波状になる様に金型プレスにて癖ずけが行われた弁
体3を、ポリプロピレン等の樹脂を略L字形で環状に成
形した絶縁性を有する絶縁ガスケット4内に積重載置す
ると共に、前記絶縁ガスケット4の底部(下部)に導電
性金属板6を配設し、前記弁体3の中央部付近で金属板
6と超音波溶接によって溶着し両者を電気的に接続し
た。これらを、通気孔を有し周縁に立ち上がり部を有す
る金属製ケース7に収納し、カシメ金型により内方に折
り曲げてカシメ密封(封口)する。
【0011】また、前述の波状を有する弁体3、金属板
6、PTC素子2との位置関係は、波状の山部8aがP
TC素子の底面(弁体との接触面)よりも上方に、B寸
0mm、0.2mm、0.4mm、位置するように、ま
た、谷部は同接触面よりも下方に0.2mm位置し導電
性金属板6と溶接されるように、予め弁体3に波状を癖
ずけした。さらに詳しくは、防爆封口板に用いた弁体
は、外形φ14mmのアルミニウムの金属薄板にC型形
状刻印などを用いて弁体薄肉部を形成した弁体を用い、
弁体薄肉部の厚みを調整することで、弁体破断圧力(作
動圧)がほぼ25kgf/cm2になる様に設定した。
また、弁体3と導電性金属板6との溶着は溶着条件が設
定しやすく使いがっての良い超音波溶接を用い、超音波
振動子に接続されたホーンの先端荷重を最適に調整し超
音波振動(40kHz)を印加して溶接した。ここで、
導電性金属板6、金属製ケース7も弁体と同様に材質は
電解液に対する耐食性の良いアルミニウムを用いた。
【0012】(比較例1)図3に示すように、実施例1
で用いた弁体3の山部をなくし、谷部を前記PTCの底
面と弁体との接触面よりも下部に0.2mmの位置に有
するようにした。
【0013】(比較例2)図4に示すように、実施例1
で用いた弁体3の山部、谷部を設けない構造とした。
【0014】本発明者等は、このような封口板を用いた
電池の内圧上昇時における電気的接続部の遮断動作圧を
測定した。その結果を(表1)に示す。また、実際に本
発明の封口板を用いた電池を各300個試作して、耐漏
液試験、高温保存試験、落下試験を行い、不良品の発生
する状態をテストした。その結果を(表2)に示してい
る。ただし表2は下記の条件で測定した。
【0015】(1)ヒートサイクル試験は、−10度〜
60度を16h/1サイクルとして20サイクル行っ
た。
【0016】(2)落下試験は、75cmの高さからコ
ンクリート上に電池を上部、底部、側面部の3方向から
各5回ずつ落下させて、弁体と金属板との外れを観察し
た。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】(実施例2)実施例1において、弁体3に
波状の癖ずけを金型プレスにより行ったが、絶縁ガスケ
ット4の成形時に予め段差部4aを設け弁体に波状が形
成される様に構成した。図2(A)に実施例封口板側面
図を、図2(B)に一部拡大図を示した。4a段差部A
寸を、0.4mm、0.8mmで絶縁ガスケット4を成
形し実施例1と同様に電池評価テストを実施した。表2
に本発明実施例1、2のテスト結果を示した。テスト結
果より明らかな様に、本発明(実施例1、2)防爆封口
板は弁体剥離作動圧バラツキを極めて小さくすること
で、電池の安全性、信頼性を大きく向上させ、また、実
使用においても弁体3と金属板6の溶接ハズレによるト
ラブルや工程内での不良を大幅に解消することができ
た。
【0020】
【発明の効果】以上のように、本発明は電池内の所定の
圧力が作用すると破断する薄肉部を有し、かつ、波状弁
体を用い、さらに波状弁体の山部と谷部の差を明確にす
るために、絶縁ガスケットの弁体と接触する面に傾斜も
しくは段差を設けたものである。
【0021】弁体を波状にし波の山部と谷部の位置的な
差を明確にすることにより、電池内圧が所定の圧力値に
達した際、前記弁体が的確に変形し溶着部が離れて確実
に金属板から剥離する。その結果、前記弁体と前記導電
性金属板との電気的接続は確実に遮断される。電池内圧
がさらに上昇すると、前記弁体に設けた薄肉部が破断さ
れ電池内のガスは外部に放出される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリチウム二次電池用防爆封口板(段差
なし)の側面断面図
【図2】(A) 本発明のリチウム二次電池用防爆封口
板の側面断面図 (B) 本発明のリチウム二次電池用防爆封口板の要部
側面断面拡大図
【図3】従来のリチウム二次電池用防爆封口板の側面断
面図
【図4】従来のリチウム二次電池用防爆封口板の側面断
面図
【図5】従来のリチウム二次電池用防爆封口板の1例の
側面断面図
【符号の説明】
1 キャップ状端子 2 PTC素子 3 弁体 3a 弁体山部 3b 弁体谷部 3c 弁体薄肉部 4 絶縁ガスケット 4a 絶縁ガスケット段差部 5 溶着点 6 導電性金属板 7 金属製ケース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松久 一朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石田 佳子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極板、負極板をセパレーターを介して巻
    回して構成した極板群と、電解液を備えた円筒型電池の
    封口板であり、この封口板は薄肉部を有する弁体3と、
    ガス排出口を有する導電性金属板6と、前記弁体と金属
    板との間に配されて開口部を有する絶縁ガスケット4を
    備え、前記弁体の一部と金属板の一部を前記絶縁ガスケ
    ット4の開口部内で溶着し、前記絶縁ガスケット4と接
    触する弁体3の上面を、前記弁体3と金属板6との溶着
    部より上方に位置させるとともに、前記弁体3を略波状
    にして、電池内圧が所定の圧力値に達すると前記弁体3
    が上方に反転し前記弁体3と金属板6との電気的接続を
    遮断する二次電池用防爆封口板。
  2. 【請求項2】絶縁ガスケットの弁体と接触する面の一部
    に傾斜状もしくは段差状の凸部を設けて波状にするとと
    もに波の山部3aが前記絶縁ガスケットと接触する弁体
    の上面よりも上方に位置し、弁体と金属板との溶着部は
    前記弁体の上面よりも下方に位置させた請求項1記載の
    二次電池用防爆封口板。
  3. 【請求項3】弁体にC型形状の薄肉部を設ける請求項1
    記載の二次電池用防爆封口板。
  4. 【請求項4】弁体の上部にはPTC素子2が配され、前
    記PTC素子2の上部にキャップ状端子1が配される請
    求項1記載の二次電池用防爆封口板。
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