JPH0945304A - 密閉電池の安全装置 - Google Patents

密閉電池の安全装置

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JPH0945304A
JPH0945304A JP7213930A JP21393095A JPH0945304A JP H0945304 A JPH0945304 A JP H0945304A JP 7213930 A JP7213930 A JP 7213930A JP 21393095 A JP21393095 A JP 21393095A JP H0945304 A JPH0945304 A JP H0945304A
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battery
thin
explosion
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Yuzo Sato
裕三 佐藤
Fumiyoshi Kudo
文良 工藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 確実なガス排気機能と電流遮断機能を備えた
密閉型電池を提供する。 【解決手段】 封口防爆弁（１）を、中央部分において
下蓋（３）方向に突出した弁体膨出部分（９）とその周
辺の平板部分とから構成し、前記弁体膨出部分（９）の
周壁部に薄肉部分（１ａ）を形成し、前記弁体膨出部分
（９）をガス導入口（３ａ）を備えた前記下蓋（３）に
溶接部分（１ｃ）で接続して成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガス排気機能と電流
遮断機能を備えた密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年リチウムイオン電池等の二次電池が
ＡＶ機器・携帯用機器等に数多く使用されている。これ
らの密閉型電池は過充電または誤使用によって短絡状態
になった場合、大電流が流れて電池内の電解液が分解し
てガスが発生する。この電池内に発生したガスにより電
池内圧は急激に上昇して、外装缶の耐圧強度を越える
と、電池の破壊に至る場合がある。この様な事故を未然
に防止するために、様々な方策を施した電池が数多く提
案されている。
【０００３】具体的な例としては特開平５−３４３０４
３号公報に開示されているものがある。この電流遮断機
能を備えた密閉電池の構造を従来例として図７に示す。
発電要素１２が外装缶１３に収容され、発電要素１２か
ら導出された正極側リード７は金属薄板２０に接続さ
れ、その金属薄板２０はディスク１９に接続されてい
る。ディスク１９はディスクホルダー１８にて係止され
ていて、ディスクホルダー１８は金属製の安全弁１７に
はめ込まれている。封口部分は外装缶１３の上部に絶縁
性のリング状ガスケット４を介して蓋体と安全弁１７を
気密固定してある。また安全弁１７の凸部１６と金属薄
板２０のＰ３部分を溶接して溶接部Ｐ３を形成している
ことで、正極側の導通を確保している。電流遮断の方法
としては、電池に対して過充電または外部短絡等の異常
な事態が発生して、電池内の電解液が分解してガスが発
生すると、ガス貫通孔１５からガスが導入され安全弁１
７を押し上げる力が働く。この時安全弁１７を押し上げ
る力が、安全弁の凸部１６と金属薄板２０との溶接部Ｐ
３の接合力を上回ると、Ｐ３部分で安全弁１７と金属薄
板２０の接合部が破断して安全弁１７がドーム状に持ち
上がって電流を遮断し、ガスの発生を停止させる。
【０００４】他の例としては、特開平６−１９６１４０
号に記載されたものがある。図８に示したこの例では、
上記の金属薄板２０の代わりに下に凹の皿型に成形した
剛性の金属板２７を使用し、凸部１６の代わりに一か所
に切込み２５ａを有するリード線２５を使用して剛性の
金属板２７と金属板製安全弁１７とを結合する。電解液
の分解によるガスが発生すると、安全弁がドーム状に押
し上げられてリード線の薄肉部を切断して電流を遮断す
る。一方ガスを逃す手段としては安全弁１７を薄い金属
板をかぶせた有孔板で構成することにより、安全弁の一
部を破断してガスを逃す。
【０００５】更に他の例では、特開平６−１９６１３９
号に記載されたものがある。図９に示すように、金属薄
板製の安全弁１７を球面状に凹入し、その最下部を金属
薄板２０に溶接し、溶接部Ｐの周りで安全弁１７に円形
切込み２９を形成しておき、ガス発生時にガス圧により
円形切込２９から安全弁１７を破断させて電流を遮断
し、また形成された開口を通じてガス抜が同時に生じ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれらの
従来例における電流遮断及びガス排気手段には次のよう
な問題点がある。まず、図７の従来例では、安全弁１７
と金属薄板２０との溶接強度によって、電流が遮断する
電池内圧力が決定される。即ち溶接強度にばらつきが発
生した場合、電流が遮断する電池内圧力にもばらつきが
生じて、場合によっては電池内圧力が危険な状態まで上
昇する可能性がある。本発明は電池内圧が上昇した場合
には、溶接強度のばらつきに影響されずに速やかに電流
遮断を行い、尚かつ電池内に発生したガスについても封
口防爆弁がより簡単に開弁する事で、電池内圧が危険な
状態まで上昇するのを防ぐ事を目的とする。次に、図８
の従来例では、切り込み２５ａを有するリード線２５の
両端を皿状板２７と安全弁１７の下面とに溶接しなけれ
ばならず、組立作業が煩雑である問題がある。またガス
抜きは安全弁１７の一部を構成する別個の薄板が破断す
ることによるので別個の部材を要する。本発明は、この
ような複雑な部品を不要とし、煩雑な組立作業を不要と
することを目的とする。更に、図９の例では安全弁１７
が球面状に凹入しているので、ガス圧上昇時にその円形
切込２９のところが破断して、安全弁１７がその周辺で
上方に押されることにより電流の遮断が生じ、またこれ
によりできる開口を通じてガス抜きが行われるが、安全
弁１７は球面状に形成されているので、ガス圧による上
方への持ち上げには大きな抵抗があり、また一旦開口が
生じると圧力が低下するのでそれ以上の持ち上げは生じ
ない。そのため、安全弁１７と金属板２０とが再接触し
て再通電する可能性があり、充分な対策とならない。本
発明は、このような再通電を防止することをも目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】理解を容易にするために
図１の符号を併記して本発明の概要を説明すると、密閉
電池の安全装置では、電池内圧が上昇すると変形可能な
平板状の金属板より成る封口防爆弁１の中央部分に下蓋
３方向に突出させた弁体膨出部分９を設け、この弁体膨
出部分９の周壁部に薄肉加工を施した薄肉部分１ａを具
備させ、この弁体膨出部分９をガス導入口３ａを備えた
下蓋３の溶接部分１ｃで接続させる。また、好ましくは
封口防爆弁１の表面には弁体膨出部分９まで達する薄肉
加工を施した複数の弁体薄肉部分１ｂを放射状に設け
る。更に、好ましくは、封口防爆弁１の平板部分の表面
には弁体薄肉部分１ｂの間で表面または裏面からスジ押
し加工によりスジ押し部８を形成する。
【０００８】
【作用】本発明の構成によると、電池の内圧が上昇した
場合、封口防爆弁１は上蓋２方向に変形を生じる。この
時電池内圧が一定圧力に達すると、封口防爆弁１の弁体
膨出部分９の周壁部に施してある薄肉部分１ａから破断
して電流が遮断される。また封口防爆弁１の薄肉部分１
ａが破断して生じた封口防爆弁１中央の小孔１１を足掛
かりとして、弁体薄肉部分１ｂを押し広げて、電池内に
発生したガスを外部に排気する構造になっている。この
時弁体薄肉部分１ｂから押し広げられて上蓋２方向に変
形した封口防爆弁１はスジ押し８部分から折れ曲がるこ
とで、ガス排気後に上蓋２方向に変形している封口防爆
弁１が下蓋３方向に下降して再通電することを防止す
る。この作用により、電池内圧が急激に上昇した場合で
も封口防爆弁１の電流遮断機構によって、速やかに電流
が遮断され電池の反応を停止する事ができる。またすで
に電池内に発生しているガスについても、ガスの発生状
態に応じて封口防爆弁１中央の小孔１１部分を足掛かり
にして弁体薄肉部分１ｂを押し広げて瞬時にガス排気が
できる。これらの作用により、機器の誤使用または故障
等による電池への過充電・外部短絡が発生した場合で
も、本発明により電池が危険な状態に至るのを防止する
事ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明による実施例を説明する。
【００１０】
【実施例】
実施例１ 図１に本発明の好ましい一実施例を示す。この実施例で
は正極・負極から成る発電要素１２は外装缶１３の中に
収納されていて、その発電要素１２から正極側リード７
が導出している。その正極側リード７はインシュレータ
５の中央孔を通じて、下蓋３に溶接されている。また発
電要素１２から導出している負極側リード２１は外装缶
１３の缶底部に溶接してある。次に、封口部は、ほぼ平
板状の封口防爆弁１と、上蓋２と、下蓋３と、これらの
周辺を結合して一体に支持する手段とよりなる。上蓋２
の周縁部下面には所定温度以上で急激に抵抗を増すＰＴ
Ｃ素子１０を配置し、封口防爆弁１はその周縁部ＰＴＣ
素子１０と絶縁リング６の間に挟み込まれた状態になっ
ている。そしてこれらの部材の周辺部は絶縁性ガスケッ
ト４により一緒に包み込み、さらに外装缶１３の上縁部
をかしめて気密封口している。なお、本例ではＰＴＣ素
子１０を使用しているが、直接封口防爆弁１と上蓋２を
組み合わせる事も可能である。図２に示したように、封
口防爆弁１は、中央部分の弁体膨出部分９とその周辺の
平板部分とからなる。弁体膨出部分９の外周には、平板
部分との境界部において薄肉部分１ａを形成する。この
薄肉部１ａの厚さは、所定の電池内圧力を超えた時に破
断するように定められる。
【００１１】また、図２〜３に示したように、封口防爆
弁１の平板部分の表面には弁体膨出部分９まで達する放
射状の複数の弁体薄肉部分１ｂが形成されている。更
に、その弁体薄肉部分１ｂの間には複数のスジ押し８加
工を施してある。この封口防爆弁１の材質としてはプレ
ス加工で容易に加工ができて、尚かつ電池内で発生する
ガス及び電池内の電解液に侵されないと言う条件を満た
しまた水分を透過させない材質としてアルミニュウム等
の金属が適しており、封口防爆弁１はこれらの金属板か
らプレス加工により絞り成形できる。封口防爆弁１の弁
体膨出部分９は、ガス導入口３ａを備えた下蓋３と面接
触しており、この面で強固に溶接されている。溶接方法
としては電気溶接・超音波溶接等、強固に溶接できれば
特に問題無い。この時、弁体膨出部分９の薄肉部分１ａ
の直径は小さい程、低圧で安定した状態で封口防爆弁１
は動作する。この直径はできるだけ小さくする。例えば
３ｍｍ以下程度が好ましい。
【００１２】実施例２ 図６は本発明の他の実施例を示す。この実施例の図１の
実施例と共通した部分は同一の参照符号を使用し、説明
を省略する。この実施例では、表面に絶縁処理を施した
金属または不導体の材料より形成されたストッパー１４
の円板部が上蓋２の下面に配備され、円板部より起立す
るストッパー棒の先端が、封口防爆弁１の弁体膨出部分
９の凹部の底に押しつけて固定されている。これにより
実施例１とは違い封口防爆弁１の弁体膨出部分９と下蓋
３との溶接強度は強固に溶接する必要は無くなる。
【００１３】変形例 図５はこれら実施例における弁体膨出部分９の各種変形
例を示す。図中（ａ）では、弁体膨出部分９の上面側が
円筒状の凹所の形に絞り成形され、外面側が台形に絞り
形成され、これにより薄肉部分１ａが弁体膨出部分９の
周壁部の中間部分において円周上に形成されている。図
中（ｂ）では上面及び下面のいずれもがほぼ円筒形に成
形され、平板部分に隣接した部分で弁体薄肉部分１ａが
弁体膨出部分９の周壁部に形成されている。図中（ｃ）
では上面及び下面のいずれもが円筒形に成形されて厚肉
の周壁部を形成し、周壁部を上面側から凹入させること
により弁体膨出部分９の周壁部と平板部分の境界部での
み薄肉部１ａを形成する。
【００１４】次にこれらの実施例の電池の動作を説明す
る。これらの構造の電池が何らかの原因で電池内圧が上
昇した場合、電池内に発生したガスは下蓋３のガス導入
口３ａを通り、封口防爆弁１の受圧面１ｄを上蓋２方向
に押し上げる力が働く。この時封口防爆弁１の受圧面１
ｄを押し上げる力が一定圧力に達すると、封口防爆弁１
は薄肉部分１ａで破断する。これにより、図４（ａ）の
ように、封口防爆弁１の弁体膨出部分９を下蓋側３に残
した状態で封口防爆弁１の平板状部分は上方に押し上げ
て変形し、封口防爆弁１と下蓋３の導通は断たれて電流
は遮断される。この時、弁体膨出部の薄肉部分１ａの直
径は小さい程、低圧で安定した状態で封口防爆弁１は動
作する。すでに電池内に発生したガスは封口防爆弁１が
動作する事で生じた小孔１１部分から排気されるのと同
時に、この小孔１１を足掛かりとして封口防爆弁１表面
の弁体薄肉部分１ｂを破断して押し広げる。この状態を
図４（ｂ）に示す。これにより電池内に発生したガスは
上蓋２の排気口２ａを通って外部に排気される。この時
押し広げられた封口防爆弁１は、この封口防爆弁１の表
面に施してあるスジ押し部８で折れ曲がる状態となり、
電池内に発生したガスを排気した後、封口防爆弁１の破
断部分が下蓋３方向に下降して再通電する事を防止す
る。
【００１５】
【発明の効果】本発明によって封口防爆弁と下蓋との溶
接強度に影響されずに電流遮断を行うことができ、封口
防爆弁の開弁についてもより容易に動作する。すなわ
ち、本発明によると、電池の内圧が上昇した場合、封口
防爆弁は弁体膨出部分の周壁部に施してある薄肉部分か
ら破断して電流が遮断される。薄肉部分が破断して生じ
た封口防爆弁中央の小孔を足掛かりとして、弁体薄肉部
分が破断され、電池内に発生したガスを外部に排気でき
る。封口防爆弁にはスジ押し部分が存在するのでここか
ら折れ曲がることで、弁体平板部分はガス排気後に上蓋
方向に変形するので、封口防爆弁が下蓋方向に下降して
再通電することを防止することができる。さらに、本発
明では絞り加工により周壁に正確に規定された薄肉部を
有する弁体膨出部を容易に形成できるので、製造工程が
容易且つ低コストになるだけでなく、安定した動作と安
全性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による封口防爆弁を備えた密閉
電池の概略断面図である。
【図２】図１の封口防爆弁の弁体膨出部とその溶接部を
示す拡大断面図である。
【図３】図１の封口防爆弁の部分平面図である。
【図４】図１の封口防爆弁の動作状態図で、（ａ）は薄
肉部分１ａが破断して弁の平板部分が持ち上げられた状
態を示し、（ｂ）は弁体薄肉部分１ｂが破断して弁の平
板部分がさらに持ち上げられた状態を示す。
【図５】弁体膨出部分の変形例である。
【図６】本発明の他の実施例によるストッパー付き封口
防爆弁を備えた密閉電池の概略断面図である。
【図７】従来の密閉電池の例を示す断面図である。
【図８】従来の他の密閉電池の例を示す断面図である。
【図９】従来の更に他の密閉電池の例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 封口防爆弁 １ａ 膨出薄肉部分 １ｂ 弁体薄肉部分 １ｃ 溶接部分 １ｄ 受圧面 ２ 上蓋 ２ａ ガス排気口 ３ 下蓋 ３ａ ガス導入口 ４ ガスケット ５ インシュレータ ６ 絶縁リング ７ 正極側リード ８ スジ押し ９ 弁体膨出部分 １０ ＰＴＣ素子 １１ 小孔 １２ 発電要素 １３ 外装缶 １４ ストッパー ２１ 負極側リード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電池の開口部に設けられ、発電要素（１
    ２）に正極側リード（７）を介して電気的に接続されて
    いるガス導入口（３ａ）付き下蓋（３）と、前記開口部
    を気密に閉鎖し電池内の圧力上昇により変形する導電性
    の封口防爆弁（１）とを具備した、密閉電池の安全装置
    において、 前記封口防爆弁（１）を、中央部分において前記下蓋
    （３）方向に突出した弁体膨出部分（９）とその周辺の
    平板部分とから構成し、前記弁体膨出部分（９）の周壁
    部に薄肉部分（１ａ）を形成し、前記弁体膨出部分
    （９）をガス導入口（３ａ）を備えた前記下蓋（３）に
    溶接部分（１ｃ）で接続して成ることを特徴とする密閉
    電池の安全装置。
  2. 【請求項２】 上記封口防爆弁（１）の前記平板部分の
    表面に弁体膨出部分（９）まで達する放射状の複数の弁
    体薄肉部分（１ｂ）を有することを特徴とする請求項１
    の密閉電池の安全装置。
  3. 【請求項３】 上記封口防爆弁（１）の前記平板部分の
    表面に施した複数の前記弁体薄肉部分（１ｂ）の間に表
    面または裏面からスジ押し部（８）を形成したことを特
    徴とする請求項１又は２の密閉電池の安全装置。
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