JPH09161751A - スパイラル形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池内部が高圧状態及び高温状態になった際
に電極群の上方への突出を阻止すること。 【解決手段】 スパイラル形電池２０は中空筒体状の電
極缶２の内部に正極シートと負極シートとセパレータと
が積層捲回されて形成された断面スパイラル状の電極群
４を備えている。電極群４の上面上には押え部材２２が
配置され、さらに電極缶の内面に押え部材の上方部位に
沿ってビーディング部８が突出形成されていて押え部材
を介し電極群を電極缶の内部に係止している。電極群の
上方には一部に肉薄の溝部が形成されたダイヤフラム
（防爆弁）１０が配設されていている。押え部材はセラ
ミックスで形成されていて電極缶の内部が高圧状態とと
もに高温状態となったときに電極群の突出を阻止するの
で、ダイヤフラムはガス圧で押し上げられその肉薄の溝
部が破断されガス排出路を形成し安定確実に作動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正極シートと負極
シートとセパレータとが積層捲回された断面スパイラル
状の電極群を備えたスパイラル形電池に係り、特に防爆
安全機構を備えたスパイラル形電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的によく知られたスパイラル形電池
は、図７に示すように、中空筒体状の電極缶２の内部
に、正極シートと負極シートとセパレータとが積層捲回
されて形成された断面スパイラル状の電極群４が収装さ
れている。この電極群４の上面上には樹脂で形成された
押え部材６が配置され、電極群４と電極缶２の内面とを
絶縁するようになっている。電極缶２の内面には押え部
材６の上方部位に沿ってビーディング部８が突出形成さ
れ、押え部材６を介して前記電極群４を係止している。

【０００３】このような電池の内部には、前記電極群４
で電池短絡時或いは電池温度が何らかの理由により異常
上昇してガスが大量に発生した場合に備えて、電池の破
裂または爆発などを防止するための様々な防爆安全機構
が組み込まれている。この電池では、防爆安全機構とし
て一部に肉薄な溝部を形成したダイヤフラム（防爆弁）
１０が電極群４の上方に配設されていて、電池内部が前
記ガスの発生により所定の圧力にまで高まったときに、
ガス圧でこのダイヤフラム（防爆弁）１０が押し上げら
れてその溝部が破断して内部のガスを放出するようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記電
極群４で大量に発生したガスは、前記電極群４の捲回の
際に形成された中空の巻芯部１２に蓄積されやすく、そ
の圧力で図８（ａ）に示すように電極群４の巻芯部１２
の内壁面を押圧する。このため、電極群４は、図８
（ｂ）に示すように、巻芯部１２を中心に外側へと押し
広げられる形になり、その上端部があたかもタケノコの
先端部のように上方へ突出しようとして、電極群４が前
記押え部材６の下面を押圧する場合のあることが判明し
た。押え部材６は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エ
ポキシあるいはベークなどの安価な樹脂で製作されてい
るので、内圧上昇に伴って内部温度が１２０〜１３０℃
程に高まると軟化していまい、前記電極群４の押圧に対
し外形形状を保持しきれなくなって変形してしまうこと
が考えられた。これにより、前記電極群４の上端部分が
突出した場合にはその先端がすぼまった状態になるた
め、電極群４の巻芯部１２からその上方のダイヤフラム
（防爆弁）１０にかけてのガスの流通が阻害され、ガス
がダイヤフラム（防爆弁）１０により生じたガス抜き穴
より放出されないのではないかとの危惧があった。

【０００５】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、電極群で大量のガスが発生した
場合に電極群の上端部分が突出しようとして押え部材を
押圧しても、これを阻止することができる押え部材を備
えたスパイラル形電池を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明に係るスパイラル形電池は、正極シートと負極
シートとセパレータとが積層捲回されて中空筒体状の電
極缶内部に収装された断面スパイラル状の電極群と、該
電極群の上面上に配置された押え部材と、該押え部材の
上方部位に該電極缶の内面に沿って突出形成されて該押
え部材を介し該電極群を該電極缶内部に係止するビーデ
ィング部と、該電極群の上方に配設され該電極群で発生
したガスによって該電極缶内部が所定の圧力に高まった
ことを感知し作動する防爆安全機構とを備えていて、該
押え部材がセラミックスで形成されている。

【０００７】これにより、前記押え部材は、従来と遜色
なく電極群と電極缶内面とを十分絶縁できる上、電極群
におけるガスの大量発生によって電池の内部圧力が高ま
ったのに伴い内部温度が高まった場合でも、軟化するこ
となく外形形状を十分保持できるので、電極群の上端部
分の突出を十分阻止することができる。このことから、
電極群から防爆安全機構にかけてガスの流通路が確実に
確保され、防爆安全機構に対しガス圧の伝達を良好に行
うことができるので、防爆安定機構をより安定確実に作
動させることができて安全性の向上を図ることができ
る。

【０００８】また、前記電極群の下方に位置する前記電
極缶の内底面には肉薄の溝等からなる防爆安全機構が設
けられるとともに、該内底面と該電極群の下面との間に
はセラミックスで形成された絶縁部材が介設されてい
る。これにより、電極群が下方へと突出しようとして
も、これが前記絶縁部材により阻止されるので、電極缶
の内底面に設けられた防爆安全機構は、電極群で生じた
ガスの圧力が良好に伝えられて安定確実に作動する。

【０００９】そして、前記押え部材あるいは前記絶縁部
材がジルコニアあるいはアルミナで形成されていれば、
電極群の突出を阻止できるだけの十分な強度を確保する
ことができる上、比較的安価で製作可能なので製造コス
トを低く抑えることができる。

【００１０】さらにまた、前記押え部材には前記電極群
から延出されたリード部材の挿通孔が形成されており、
また該押え部材の周縁、周縁部または該挿通孔には電解
液の注入をスムーズに行うために切欠または貫通孔が形
成されている。これら貫通孔や切欠によって、解液の注
入の際の液の吹き出しまたは液漏れを防ぐことができ、
良好な電池性能を従来と遜色なく得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るスパイラル
形電池の実施の形態について、添付図面に基づき詳述す
る。尚、従来と同一の構成要素には同一符号を付してあ
る。

【００１２】図１は、本発明に係るスパイラル形電池２
０の内部構造を示したものである。この電池２０は、有
底中空円筒体状の電極缶２内部に、正極シートと負極シ
ートとポリエチレン製の多孔膜からなるセパレータとが
積層捲回されて形成された断面スパイラル状の電極群４
が収装されている。この電極群４は、捲回の際に形成さ
れた中空の巻芯部１２を備えている。電極群４の上面上
には押え部材２２が配置され、さらに電極缶２の内面に
押え部材２２の上方部位に沿ってビーディング部８が突
出形成され、押え部材２２を介して電極群４を係止して
いる。

【００１３】また、この電池２０では、電極群４でガス
が大量に発生した場合に備えて電池２０の破裂または爆
発などを防止するために、様々な防爆安全機構を備えて
いる。この電池２０では、防爆安全機構として電極群４
の上方に、電池２０内部が前記ガスの発生により所定の
圧力にまで高まったときこれを感知するダイヤフラム
（防爆弁）１０を備え、電流遮断機構及びガス排出機構
が形成されている。

【００１４】すなわち、このダイヤフラム（防爆弁）１
０は、その下方に配設された金属板２６に対し下面に形
成された接点３４において溶接接続され、他方その両端
部において電極端子３６に接続されている。金属板２６
の下面には、前記電極群４の上端から延出されたアルミ
ニウム製のリード３０が前記押え部材２２の中央部に形
成された挿通孔３２を介して接続されている。このよう
にしてダイヤフラム（防爆弁）１０は、金属板２６、電
極群４のリード３０及び電極端子３６とともに内部導通
路を形成している。これに加えて、ダイヤフラム（防爆
弁）１０には図示されていない肉薄な溝部が形成されて
いる。

【００１５】そして、電極群４でガスが大量に発生して
内圧が高まったときには、そのガス圧が前記押え部材２
２の挿通孔３２を介して、さらに金属板２６に貫通形成
された流通孔３８を通じダイヤフラム（防爆弁）１０に
加えられる。これにより、ダイヤフラム（防爆弁）１０
はガス圧で押し上げられて、ダイヤフラム（防爆弁）１
０の接点３４は金属板２６から剥離される。これで、前
記内部導通路を遮断して、電流遮断機構として作動する
ようになっている。また、ダイヤフラム（防爆弁）１０
では押し上げられたことで前記肉薄な溝部が破断され、
これによりガスの排出路を形成して、ガス排出機構とし
て作動するようになっている。

【００１６】殊に、このスパイラル形電池２０では、前
記押え部材２２がセラミックスで形成されている。特
に、この押え部材２２は、セラミックスの中でも、十分
な電池の構造強度を確保できる上、安価で製作可能なジ
ルコニアあるいはアルミナで形成されるのが好ましい。
この他、さらに強度を向上させたい場合には、窒化ケイ
素あるいは窒化アルミニウムを採用しても良い。図１に
示された押え部材２２は、その外形形状が前記電極缶の
内側形状に対応していて、厚さ０．３〜２ｍｍ程のガス
発生時の内圧に耐えられる強度を持ち、厚さをできるだ
け薄くして電極群の体積を減らさない板状に形成されて
いる。

【００１７】前記押え部材２２は、セラミックスで形成
されていることで、前記電極群４でガスが大量に発生し
て電池２０の内部圧力が高まるのに伴い内部温度が高ま
った場合でも、軟化することなく十分に外形形状を保持
することができる。これにより、電極群４の上端部分の
突出に対しこれに対抗して阻止することができる。この
ことから、電極群４によってガスが流通する前記金属板
２６の流通孔３８が塞が塞がれたりすることはなく、電
極群４の巻芯部１２からダイヤフラム（防爆弁）１０に
かけてガスの流通路が十分確保され、ダイヤフラム（防
爆弁）１０は安定確実に作動し、電池２０の安全性の向
上を図ることができる。

【００１８】また、前記セラミックス製の押え部材２２
は、電解液の注液をスムーズに行うために好ましくは、
図２（ａ）〜（ｃ）に示すような外形形状に形成されて
いる。図２（ａ）に示した押え部材２２ａは、その中央
部に前記リード３０が挿通される円形状の前記挿通孔３
２が形成されている他、その周縁部には同じく円形状の
貫通孔４０が周方向に沿って所定間隔置きに４箇所配置
形成されている。この貫通孔４０は、電解液の注液の際
に、注液される電解液と電極缶２内部の空気との入れ替
えをスムーズに行うためのもので、注液時の液の吹き出
しまたは液漏れが防止される。また、図２（ｂ）に示し
た押え部材２２ｂは、その中央部にリード３０の挿通孔
３２が形成され、さらに、前記貫通孔４０の代わりに、
その周縁には円弧状の切欠４２が周方向に沿って所定間
隔置きに８箇所形成されていて、前記図２（ａ）の場合
と同様、電解液の注液をスムーズに行うようになってい
る。さらに、図２（ｃ）に示した押え部材２２ｃは、そ
の開口した中心部から八方向へと放射状に深く切り込み
４１が形成されて開口部４３が形成されている。この切
り込み４１は、前記同様、電解液の注液をスムーズに行
うためのものである。

【００１９】図３は、電極群４の下方に位置する電極缶
２の内底面２ａに防爆安全機構として設けられた肉薄の
溝部４６を示したものである。この溝部４６は、電池２
０の内部圧力が高まったときにガス圧で破断されて、電
極缶２の内外を流通可能にし、内部のガスを排出できる
ようになっている。このように電極群４の下方に溝部４
６などの防爆安全機構が設けられた電池の場合には、電
極缶２の内底面２ａと電極群４の下面との間に、前記押
え部材２２と同様にセラミックスで形成された絶縁部材
４８が介設される。ここで用いられる絶縁部材４８は、
厚さ０．３〜２ｍｍの板状で、その中央部に電極群４の
下端から延出されて電極缶２の内底面２ａへと接続され
たリード５０の挿通孔５２が形成されていて円環状に形
成されている。この絶縁部材４８が、図４に示すよう
に、電極群４の下面と電極缶２の内底面２ａとの間に介
設されていることで、電池内部が高圧状態とともに高温
状態になったとき、電極群４の下端部が下方へと突出す
ることを阻止し、前記の場合と同様に、電極群４の巻芯
部１２から内底面２ａの肉薄の溝部４６にかけてガスの
流通路が十分確保され、溝部４６も安定確実に作動し、
電池の安全性の向上を図ることができる。

【００２０】また、前記セラミックス製の押え部材は、
円筒形電池の他、角型電池の内部にも配設されることも
ある。図５は、角型電池の内部に配設される押え部材５
４を示したものである。この押え部材５４は板状に形成
されているとともに、その外形形状は角型電池の電極缶
５６の断面内側形状に対応して矩形状となっており、電
極群５８のリード６０の延出位置に対応してリード６０
の挿通孔６２が貫通形成されている。押え部材５４は、
電極缶５６の内部に収装される電極群５８の上面上に、
挿通孔６２にリード６０が挿通された状態で配置され、
電極缶５６の内部に収装される。その後、図６（ａ）に
示すように、押え部材５４は、角型電池６４の内部、即
ち電極缶５６の上端開口部を封口する封口板６６と前記
電極群５８との間に配置される。封口板６６の上面に
は、防爆安全機構として、図６（ｂ）に示すように、肉
薄の溝部６８等が設けられており、前記押え部材５４
は、この肉薄の溝部６８等が破断された時、電極群５８
の突出を阻止することで、迅速なガスの放出を可能と
し、内部圧の上昇による破裂を防ぐ。

【００２１】

【発明の効果】以上発明の実施の形態で説明したように
本発明に係るスパイラル形電池によれば、電極群の上面
上に配置された押え部材がセラミックスで形成されてい
るので、電池内部が高圧状態とともに高温状態になった
ときでも、電極群の上方への突出を十分阻止することが
できる。このことから、電極群から防爆安全機構にかけ
てガスの流通路が確実に確保され、防爆安全機構はガス
圧の伝達が良好に行われて安定確実に作動するので、電
池の安全性の向上をさらに図ることができる。

【００２２】電極群の下方に位置する電極缶の内底面に
肉薄の溝等からなる防爆安全機構が設けられる場合に
は、内底面と電極群の下面との間にセラミックスで形成
された絶縁部材が介設されることで、電極群の下方への
突出を阻止することができるので、内底面の防爆安全機
構でも安定確実に作動し、電池の安全性の向上をさらに
図ることができる。

【００２３】前記押え部材あるいは前記絶縁部材がジル
コニアあるいはアルミナで形成されることで、電極群の
突出を阻止できるだけの十分な強度を確保することがで
きる上、比較的安価で製作可能なので製造コストを低く
抑えることができる。

【００２４】また、前記押え部材に、前記電極群から延
出されたリード部材の挿通孔が形成され、また該押え部
材の周縁、周縁部または該挿通孔には電解液の注入をス
ムーズに行うために切欠または貫通孔が形成されること
で、押え部材の材質がセラミックに変わった場合でも、
従来と遜色なく貫通孔や切欠が形成され、電解液の注入
の際の液の吹き出しまたは液漏れを防ぐことができ、良
好な電池性能を従来と遜色なく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明及び従来のスパイラル形電池の内部構造
を示した一部断面図である。

【図２】（ａ）リードの挿通孔と貫通孔とが形成された
押え部材を示した斜視図である。 （ｂ）リードの挿通孔と周縁部の切欠とが形成された押
え部材を示した斜視図である。 （ｃ）開口された中央部から八方向へと放射状に深く切
り込みが形成された押え部材を示した斜視図である。

【図３】スパイラル型電池の底部の内部構造を示した斜
視図である。

【図４】スパイラル型電池の底部の内部構造を示した断
面図である。

【図５】角型電池の電極缶に収装される電極群と押え部
材とを示した斜視図である。

【図６】（ａ）角型電池の内部構造を示した縦断面図で
ある。 （ｂ）角型電池の上面図である。

【図７】従来のスパイラル形電池の内部構造を示した縦
断面図である。

【図８】従来の電極群の突出する様子を示した説明図で
ある。

【符号の説明】

２ 電極缶 ２ａ 内底面 ４ 電極群 ６ 押え部材 ８ ビーディング部 １０ ダイヤフ
ラム（防爆弁） １２ 巻芯部 ２０ スパイラ
ル形電池 ２２ 押え部材 ２６ 金属板 ３０ リード ３２ 挿通孔 ３４ 接点 ３６ 電極端子 ３８ 流通孔 ４０ 貫通孔 ４１ 切り込み ４２ 切欠 ４３ 開口部 ４６ 溝部 ４８ 絶縁部材 ５０ リード ５２ 挿通孔 ５４ 押え部材 ５６ 電極缶 ５８ 電極群 ６０ リード ６２ 挿通孔 ６４ 角型電池 ６６ 封口板 ６８ 溝部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 吉郎 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】 正極シートと負極シートとセパレータと
   が積層捲回されて中空筒体状の電極缶（２）内部に収装
   された断面スパイラル状の電極群（４）と、該電極群
   （４）の上面上に配置された押え部材（２２）と、該電
   極缶（２）の内面に該押え部材（２２）の上方部位に沿
   って突出形成されて該押え部材（２２）を介し該電極群
   （４）を該電極缶（２）内部に係止するビーディング部
   （８）と、該電極群（４）の上方に配設され該電極群
   （４）で発生したガスによって該電極缶（２）内部が所
   定の圧力に高まったことを感知し作動する防爆安全機構
   （１０）とを備えたスパイラル形電池において、該押え
   部材（２２）がセラミックスで形成されていることを特
   徴とするスパイラル形電池。
2. 【請求項２】 前記電極群（４）の下方の前記電極缶
   （２）の内底面（２ａ）には肉薄の溝（４６）等からな
   る防爆安全機構（４４）が設けられているとともに、該
   内底面（２ａ）と該電極群（４）の下面との間にはセラ
   ミックスで形成された絶縁部材（４８）が介設されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のスパイラル形電
   池。
3. 【請求項３】 前記押え部材（２２）あるいは前記絶縁
   部材（４８）がジルコニアあるいはアルミナで形成され
   ていること特徴とする請求項１または２に記載のスパイ
   ラル形電池。
4. 【請求項４】 前記押え部材（２２）には前記電極群
   （４）から延出されたリード部材（３０）の挿通孔（３
   ２）が形成されており、また該押え部材（２２）の周縁
   または周縁部には電解液の注入をスムーズに行うために
   切欠（４２）または貫通孔（４０）が形成されているこ
   とを特徴とする請求項１乃至３に記載のスパイラル形電
   池。