JPH09259842A

JPH09259842A - 密閉型角形電池

Info

Publication number: JPH09259842A
Application number: JP8072031A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kakiuchi; 尚垣内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】安全弁を確実に開弁して金属ケースの破裂に
よる事故を防止する密閉型角形電池を簡単な構造で安価
に提供する。【解決手段】密閉型角形電池は、開口部を有する角形
金属ケース１と、開口部に溶接されて閉塞している封口
蓋２と、角形金属ケース１に内蔵される発電素体と、電
池の内圧が異常に上昇したときに開弁して内圧上昇を防
止する安全弁４と備える。角形金属ケース１に溶接され
る封口蓋２の１辺の溶接強度を他辺よりも弱くし、電池
の内圧が異常に上昇したときに、この辺が切断されて封
口蓋２と角形金属ケース１の溶接部分の一部が破損さ
れ、内部のガスをスムーズに排気する。また安全弁４
は、弁作動後に自己復帰するものであり、安全弁４の開
弁する作動圧を、溶接強度の弱い辺が破損される圧力よ
りも低く設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池内圧が異常に
上昇したときに開弁して、電池の破損を防止する安全弁
を内蔵する密閉型角形電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ蓄電池等の従来の密閉型角形電
池は、安全弁を内蔵している。安全弁は、電池内部にガ
スが発生して、内部の圧力が上昇したときに開弁され
て、電池内部のガスを電池の外に放出して、電池が破裂
するのを防止する。電池は、内圧が急激に上昇すると、
開口部を気密に閉塞している封口部が破裂することも考
えられる。高圧ガスに起因する封口部の破裂は、高圧液
体に起因する破壊に比較して損傷が大きい。液体は圧縮
性がないので、極微量を排出して圧力を急激に低下でき
るが、ガスは圧縮性があるので、微量を排出しても直ち
に圧力が低下せず、封口部に連続的に圧力が作用して破
裂させる。急激に上昇したガス圧で電池が破裂される
と、封口蓋が電池の角形金属ケースから飛ばされて危険
な状態となることも考えられる。

【０００３】密閉型の蓄電池は、使用環境によって一時
的に内圧が上昇することがある。たとえば、大電流で放
電したり、あるいは過充電するとガスが発生して、電池
内圧が上昇することがある。また、燃焼されるときも内
部でガスが発生して内圧が急激に上昇する。このとき、
安全弁が作動してガスを排出して電池の破損を防止する
ように設計されている。電池内圧が正常な値に低下する
と、安全弁は閉弁する。安全弁が閉弁すると、密閉型角
形電池は再使用できる状態となる。安全弁が開弁したと
きに、少量のガスが排出されて、電池性能は多少低下す
るが、再使用できる状態に復元する。密閉型の二次電池
は、充電して、繰り返し使用可能であることから、安全
弁を作動後においても自己復帰させて使用可能な構造と
している。

【０００４】自己復帰する安全弁を内蔵する従来の密閉
型角形電池の断面構造を図１に示す。この図の密閉型角
形電池の安全弁４は、電池内圧が上昇すると開弁し、内
圧が低下すると閉弁できるように、弾性を有するバネ６
を内蔵している。バネ６は弁体７を、封口蓋２の中心に
絶縁ガスケット８を介して固定されている正極端子９の
上面を弾性的に押圧している。正極端子９は貫通孔１０
があり、この貫通孔１０をバネ６で押圧される弁体７で
閉塞して閉弁している。この構造の密閉型角形電池は、
電池内圧が上昇すると、弁体７が押し上げられて、正極
端子９の貫通孔１０が開口される。貫通孔１０が開口さ
れると、電池内のガスは、貫通孔１０を通過して、封口
蓋２に開口された排気孔５を通過して、電池の外に排出
される。電池内圧が低下すると、バネ６が弁体７を正極
端子９に押し付けて貫通孔１０を閉塞し、安全弁４を閉
弁する。この図の密閉型角形電池は、バネ６で弁体７を
押圧しているが、バネに代わってゴムで貫通孔を閉塞す
ることもできる。ゴムは弁体を使用することなく、直接
に貫通孔を閉塞する構造とすることもできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１に示すように、自
己復帰する安全弁４を内蔵する密閉型角形電池は、安全
弁４作動後に、弾性により弁体が自己復帰してもとの位
置に戻り、電池内部を密閉状態に保持して、電池として
使用できる特長がある。

【０００６】ところが、ゴムの弾性で閉弁する安全弁を
内蔵する密閉型角形電池は、電池の過大電流によって温
度が上昇して、ゴムが溶融、硬化して貫通孔を塞いで正
常に作動しなくなることも考えられる。また、バネを内
蔵する安全弁は、さびの発生により、弁体が正常に作動
しなくなることも考えられる。安全弁が正常に作動しな
くなった密閉型角形電池は、電池内部圧力が上昇したと
きに、電池の封口部が破壊されて、内部ガスを電池外に
放出する。さらに、密閉型角形電池はつねに適正な状況
で使用されず、異常な方法で使用されることがある。こ
のとき、安全弁のガス排出能力を越えて電池内部圧力が
急激に上昇すると、電池の封口部が破損することがあ
る。

【０００７】これらの弊害は、機械的に作動する安全弁
の故障を皆無にすれば解消できる。極めて簡単な構造
で、電池内圧が異常に上昇したときに確実に開弁する安
全弁として、角形金属ケースに溝を設けた密閉型角形電
池が開発されている（実開平６−３８１５５号公報、実
公平５−４２０４号公報）。これ等の公報に記載される
密閉型角形電池は、角形金属ケースの内面、あるいは外
面に、内圧が異常に上昇したときに破損する安全弁とし
て溝を設けている。角形金属ケースの溝の部分は破損し
やすいので、電池内圧が異常に高くなったときに、この
部分で破損してガスを放出できる。この構造の安全弁
は、構造が極めて簡単であるために、確実に作動する特
長がある。

【０００８】しかしながら、この構造の密閉型角形電池
は、溝を設定された圧力で破損させるために、高い精度
で加工する必要がある。それは、溝の形状が内圧で破損
する圧力を変動させるからである。さらに、この構造の
密閉型角形電池は、角形金属ケースを製造する工程で、
高い精度で溝を加工する特別な加工工程を必要とするの
で、角形金属ケースの製造コストが高くなる欠点もあ
る。

【０００９】本発明は、さらにこの欠点を解決すること
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、電
池の危険な破裂を有効に防止できると共に、電池の破裂
を防止するための余分な処理加工を必要とせず安価に多
量生産できる密閉型角形電池を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の密閉型角形電池
は、開口部を有する角形金属ケース１と、この角形金属
ケース１の開口部に溶接されて開口部を閉塞している封
口蓋２と、封口蓋２で閉塞される角形金属ケース１に内
蔵される発電素体と、封口蓋２と角形金属ケース１で閉
塞された電池の内圧が異常に上昇したときに開弁して内
圧上昇を防止する安全弁４とを備える。

【００１１】さらに、本発明の密閉型角形電池は、角形
金属ケース１に溶接される封口蓋２の１辺の一部の溶接
強度を他辺より弱くしている。この密閉型角形電池は、
電池の内圧が異常に上昇したときに、溶接強度の弱い辺
が切断されて、封口蓋２と角形金属ケース１の溶接部分
の一部が破損され、内部のガスをスムーズに排気する。
封口蓋２は、レーザー溶接して角形金属ケース１に固定
される。

【００１２】さらに、本発明の請求項２に記載する密閉
型角形電池は、安全弁４の開弁する作動圧を、溶接強度
の弱い辺が破損して局部破損される一部破損圧力よりも
低く設定している。さらに、安全弁４は、弁作動後に自
己復帰するものであり、電池内圧が異常に上昇すると安
全弁４が開弁し、安全弁４が作動しないときに、溶接強
度の弱い辺が破損して、電池内圧の上昇を防止する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態
は、本発明の技術思想を具体化するための密閉型角形電
池を例示するものであって、本発明は密閉型角形電池を
下記のものに特定しない。

【００１４】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応す
る番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解
決するための手段の欄」に示される部材に付記してい
る。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形
態の部材に特定するものでは決してない。

【００１５】図２に示す密閉型角形電池は、ニッケル−
カドミウム二次電池で、角形金属ケース１に、発電素体
と電解液を充填している。電池は、角形金属ケース１
と、この角形金属ケース１の開口部を閉塞する封口蓋２
とを有する。図に示す密閉型角形電池はニッケル−カド
ミウム電池であるが、本発明は密閉型角形電池をニッケ
ル−カドミウム電池に特定しない。密閉型角形電池は、
たとえば、ニッケル−水素電池やリチウムイオン二次電
池等とすることもできる。発電素体は＋−の電極板をセ
パレータを介して積層したもので、発電素体の−極を角
形金属ケース１に接続し、＋極を封口蓋２の正極端子に
接続している。

【００１６】角形金属ケース１は、底を閉塞した角筒状
に成形されている。角形金属ケース１は、鉄板やステン
レス板等の金属板をプレスして、底のある角筒状、すな
わち有底筒状に成形して製造される。鉄板製の角形金属
ケース１は、プレス加工した後に、あるいはプレス加工
する前工程で、表面にニッケル等のメッキを施す。角形
金属ケース１には、アルミニウムも使用できる。アルミ
ニウム製の角形金属ケース１は、軽量にできる。

【００１７】角形金属ケース１は、開口部に封口蓋２を
レーザー溶接して気密に閉塞している。封口蓋２は、絶
縁ガスケット８を介して正極端子を固定している。正極
端子は絶縁ガスケット８を介して封口蓋２から絶縁され
ている。

【００１８】封口蓋２は、安全弁４を内蔵している。安
全弁４を内蔵する封口蓋２の断面図を図３に示す。この
図の封口蓋２は、封口蓋２の中心を開口し、開口部に絶
縁ガスケット８を介して正極端子９をかしめている。正
極端子９は、中心に貫通孔１０を開口している。また正
極端子９の上面には、電極キャップ１１を気密にスポッ
ト溶接している。電極キャップ１１は中央部を上方に突
出し、正極端子９との間に安全弁４であるバネ６と弁体
７とを配設している。弁体７は金属板１２の下面にゴム
１３を積層している。弁体７が正極端子９の貫通孔１０
を閉塞するために、弁体７は貫通孔１０の上面に、バネ
６で弾性的に押圧されている。貫通孔１０の外周縁に
は、弁体７を気密に密着させる凸部１４を設けている。
貫通孔１０に押圧される弁体７は、貫通孔１０を気密に
閉塞して安全弁４を閉弁状態に保持する。バネ６は、安
全弁４に内蔵される弾性変形する弾性体であり、下方に
向かって巻き径が次第に小さくなる渦巻状のコイルバネ
である。

【００１９】弾性部材には、図示しないが、バネに代わ
ってゴム状弾性体も使用できる。さらに、弾性部材とし
てゴム状弾性体を使用する安全弁は、弁部材を使用する
ことなく、弾性部材と弁部材とを一体構造として、弾性
部材自体で貫通孔を閉塞する構造とすることもできる。
ゴム状弾性体の弾性部材を使用する安全弁は、構造が簡
単で安価に製造できる特長を実現する。さらにゴム状弾
性体の弾性部材は、貫通孔を閉塞する下面で、他の部分
よりも強度を硬くしたものを使用すると、電池の内部圧
力が上昇したときに、ゴム状弾性体の下面全体が平面状
のまま圧縮されて開弁できるので、広い面積で開弁して
より確実に安全弁を開弁させることができる。

【００２０】この構造の安全弁４は、電池内圧が設定圧
よりも低いときに閉弁状態に保持される。バネ６が弁体
７を正極端子９に押し付けて貫通孔１０を閉塞している
からである。電池内圧が上昇すると、貫通孔１０に作用
するガス圧が弁体７を押し上げて開弁する。この状態に
なると、電池内のガスは、正極端子９の貫通孔１０と、
電極キャップ１１の排気孔５を通過して電池外に放出さ
れる。電極キャップ１１には、図３に示すように排気孔
５を開口している。弁体７が貫通孔１０から離れる電池
内圧、いいかえると安全弁４が開弁する作動圧は、たと
えば、ニッケル−カドミウム電池の場合は約２０±５ｋ
ｇ／ｃｍ²に設定される。安全弁４の作動圧は、電池が
破裂する圧力に比較して充分に低い圧力に設定される。

【００２１】電池は、角形金属ケース１の開口部を封口
蓋２で気密に閉塞している。封口蓋２は、パルス式のＹ
ＡＧレーザ溶接して角形金属ケース１に気密に固定され
る。封口蓋２は、角形金属ケース１に嵌入され、その外
周と角形金属ケース１の境界にレーザービームを照射し
て、角形金属ケース１にレーザー溶接される。レーザー
ビームは、封口蓋２と角形金属ケース１の境界を溶融し
て溶着する。レーザービームの出力は、封口蓋２と角形
金属ケース１の境界を、約０．２０ｍｍと、０．１５ｍ
ｍの深さに溶融できるように設定される。レーザービー
ムは、封口蓋２の外周に沿って走査されて、封口蓋２の
全周を角形金属ケース１の内面に気密に溶着する。レー
ザービームの周囲には、不活性ガスとして窒素ガスを噴
射して、金属製の角形金属ケース１と封口蓋２の酸化を
防止する。

【００２２】電池は、溶接される封口蓋２の１辺の溶接
強度を他辺より弱くして、電池の内圧が異常に上昇した
ときに溶接強度の弱い辺が切断されて、封口蓋２と角形
金属ケース１の溶接部分の一部を破損するようにしてい
る。図４は、図２に示す密閉型角形電池の、角形金属ケ
ース１と封口蓋２のレーザー溶接部分の断面を示してい
る。図４において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）
は、図２に示す密閉型角形電池の（ａ）（ｂ）（ｃ）
（ｄ）各辺の断面図を示している。この図の密閉型角形
電池は、ｂ辺の溶接深度を０．１５ｍｍ、ａ、ｃ、ｄ辺
の溶接深度を０．２０ｍｍとしている。溶接深度の浅い
ｂ辺は、溶接強度が弱くなり、電池の内圧が異常に上昇
したときに破損する。

【００２３】ｂ辺が破損して、電池が局部的に破損され
る一部破損圧力は、安全弁４が開弁する圧力、すなわち
安全弁４の作動圧よりも高く設定される。ａｂｃｄ辺
を、たとえば０．２０ｍｍの溶接深度とした角形金属ケ
ース１の破壊圧力が約６０ｋｇ／ｃｍ²とすれば、一部
破損圧力はこれよりも低くなる。封口蓋２を角形金属ケ
ース１にレーザー溶接するときに、封口蓋２の１辺の溶
接強度を他辺より弱くするには、パルス溶接の重複率を
低くする方法、溶接幅を小さくする方法、走査速度を速
くする方法、レーザービームの集束径を大きくする方法
等がある。

【００２４】封口蓋２と角形金属ケース１は、下記の条
件でレーザー溶接して、溶接深度を０．２０ｍｍと、
０．１５ｍｍとする。パルス幅………………………１〜４ｍｓ電圧……………………………４００〜５００Ｖ重なり（REP RATE）…………３２ＰＰＳスピード………………………５〜１２ｍｍ／ｓ不活性ガス（Ｎ₂）噴射圧……０．５ｋｇ／ｃｍ² レーザービーム集束径………０．５〜０．７ｍｍ

【００２５】さらに、本発明の密閉型角形電池は、図５
の斜視図に示すように、対向する２辺が湾曲している角
形金属ケース１とすることもできる。本明細書において
密閉型角形電池は、必ずしも、断面形状を方形状とする
電池に特定しない。図５に示すように、対向する２辺を
湾曲させる形状の電池を含む広い意味に使用する。この
図の密閉型角形電池は、図２の密閉型角形電池と同じよ
うに、たとえば、ｂ辺の溶接強度をａｃｄ辺よりも弱く
して、電池の内圧が異常に上昇したときにｂ辺を切断さ
せる。さらに、この構造の密閉型角形電池は、湾曲する
辺であるａ辺、またはｃ辺の溶接強度を他の辺よりも弱
くすることもできる。ａ辺、またはｃ辺の溶接強度を弱
くすると、鎖線で示すように封口蓋２の端部が変形し
て、内圧をスムーズに排気できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の密閉型角形電池は、角形金属ケ
ースに溶接される封口蓋の１辺の溶接強度を他辺より弱
くして、電池の内圧が異常に上昇したときに、溶接強度
の弱い辺を破損させる。この構造の密閉型角形電池は、
電池の内圧が異常に上昇して、封口蓋が吹き飛ぶ等の危
険な破裂を確実に防止できる。それは、内圧が異常に高
くなったときに、溶接強度を弱くしている一部は破損す
るが、その他の部分は破損しないからである。

【００２７】さらに、本発明の密閉型角形電池は、電池
の危険な破裂を有効に防止できる優れた特長を有するに
もかかわらず、このことを実現するために、角形金属ケ
ースに余分の加工工程を必要としない。たとえば、角形
金属ケースの一部に、破損しやすい溝を設けた電池は、
角形金属ケースを高い精度で溝加工する必要がある。こ
れに対して、本発明の密閉型角形電池は、封口蓋を角形
金属ケースに溶接するときに、１辺の溶接強度を弱くす
ることで実現できる。溶接強度の調整は極めて簡単であ
る。このため、本発明の密閉型角形電池は、簡単にケー
スの一部が破損されるように構成でき、安価に多量生産
して、高い安全性も補償される特長がある。

【００２８】さらに、本発明の請求項２に記載する密閉
型角形電池は、自己復帰する安全弁を備え、この安全弁
の作動圧を、溶接強度の弱い辺が破損して局部破損され
る一部破損圧力よりも低く設定しているので、電池内圧
が異常に上昇すると安全弁が開弁し、安全弁が作動しな
いときに、溶接強度の弱い辺が破損して、電池内圧の上
昇を防止するように構成している。この構造の密閉型角
形電池は、電池内圧が上昇した時に、通常は、安全弁が
開弁して、電池内圧が異常に上昇するのを防止する。し
かしながら、極めて希な現象ではあるが、自己復帰型で
ある安全弁は正常に作動しないことも考えられる。安全
弁の異常により、弁が作動しない場合、あるいは、安全
弁のガス排出能力を越える急激な圧力上昇が起こった場
合においても、本発明の密閉型角形電池は、溶接強度の
弱い部分が局部的に破損して、電池外に圧力を放出す
る。

【００２９】さらに本発明の密閉型角形電池は、溶接強
度の弱い部分が破損する一部破損圧力を、安全弁の作動
圧よりも高く設定しているので、一時的な電池内圧の上
昇によって、角形金属ケースの一部が破損して、以後電
池が使用できなくなることがない。

【００３０】電池内圧が異常に上昇して密閉型角形電池
の封口部全体が吹き飛ばされると、電池内部に収容した
部品が電池外に放出される恐れがある。本発明の密閉型
角形電池は、安全弁が作動しないときに、封口部全体が
吹き飛ばされる高い圧力に達する前に低い圧力で局部的
に破損する。このため、安全弁が作動しないときに、電
池内部の部品が破裂して放出されることがなく、安心し
て使用できる特長を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】自己復帰する安全弁を内蔵する従来の密閉型角
形電池の封口部を示す断面図

【図２】本発明の一実施の形態を示す密閉型角形電池の
斜視図

【図３】図２に示す密閉型角形電池の封口蓋を示す断面
図

【図４】図２に示す密閉型角形電池の（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）辺のレーザー溶接部分を示す断面図

【図５】本発明の他の実施の形態を示す密閉型角形電池
の斜視図

【符号の説明】

１…角形金属ケース２…封口蓋４…安全弁５…排気孔６…バネ７…弁体８…絶縁ガスケット９…正極端子１０…貫通孔１１…電極キャップ１２…金属板１３…ゴム１４…凸部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口部を有する角形金属ケース(1)と、
この角形金属ケース(1)の開口部に溶接されて開口部を
閉塞する封口蓋(2)と、封口蓋(2)で閉塞される角形金属
ケース(1)に内蔵される発電素体と、封口蓋(2)と角形金
属ケース(1)で閉塞された電池の内圧が異常に上昇した
ときに開弁して内圧上昇を防止する安全弁(4)とを備え
る密閉型角形電池において、角形金属ケース(1)に溶接される封口蓋(2)の１辺の一部
の溶接強度が他辺より弱く、電池の内圧が異常に上昇し
たときに溶接強度の弱い辺が切断されて封口蓋(2)と角
形金属ケース(1)の溶接部分の一部が破損されるように
構成されてなることを特徴とする密閉型角型電池。
【請求項２】安全弁(4)が開弁する作動圧は、溶接強
度の弱い辺が破損して局部破損される一部破損圧力より
も低く、かつ、安全弁(4)は弁作動後に自己復帰するも
のであり、電池内圧が異常に上昇すると安全弁(4)が開
弁し、安全弁(4)が作動しないときに、溶接強度の弱い
辺が破損して、電池内圧の上昇を防止するように構成さ
れてなる請求項１に記載される密閉型角形電池。