JPH10144279A

JPH10144279A - 角形電気化学素子の防爆構造

Info

Publication number: JPH10144279A
Application number: JP8295378A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takada; 和夫高田; Masanori Nakanishi; 正典中西; Tatsuya Yamazaki; 龍也山崎; Masahiro Iguchi; 雅尋井口; Hideko Nobeoka; 英子延岡
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】電気化学素子の内部の圧力が異常に上昇した
場合に、この内圧を開放する防爆用安全弁を角形ケース
の射出成形と同時に形成することのできる防爆構造を
提供すること。【解決手段】角形ケース１の４つの外側角部の少なく
とも１つの角部２ａを他の外側角部より薄肉５に形成し
て防爆用安全弁として機能させる。または、角形ケース
１の４つの内側角部の少なくとも１つの内側角部４ａの
曲率半径を他の内側角部の曲率半径よりも小さくして防
爆用安全弁として機能させる。或いは、上記の夫々の構
造を組み合わせる。または、ケースの広幅な側面の少な
くとも何れか一方の側面６の中央部を長手方向に沿って
細長に他の部分よりも薄肉に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電池または電気
二重層コンデンサなどの電気化学素子に関し、特に素子
内部が高圧になると安全弁として機能する防爆機構を備
えた電気化学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電気化学素子においては活物質
や電解液等の発電要素を金属製もしくは樹脂製のケース
に密閉している。このケースとしては、横断面が長方形
で、その一端が閉じて底面を構成し、他端は開口した扁
平角形のものが知られている。

【０００３】一般に、この種のケースでは、過充電等に
よりケース内の発電要素の反応が過度に進行して素子内
部においてガスが発生・蓄積して内圧が異常に上昇する
と、密閉されたケースが勢いよく破裂して、内部の電解
液等が飛散してこの電気化学素子を収納している電気機
器を損傷することがある。このため、このケースには、
内圧が異常に上昇した場合に内部ガスを抜気する安全弁
としての防爆構造が施されている。

【０００４】従来においては、この防爆構造として、図
６に示すように、ケースの広幅な側面中央部に円盤状の
薄肉部Ａを設け、電気化学素子の過充電等の異常事態に
より内圧が上昇すると、この円盤状薄肉部Ａが応力集中
により比較的低圧で破断して安全弁として機能し、内部
ガスを抜気し、ケース全体が破裂するのを防止してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように機能する円盤状薄肉部を樹脂ケースの広幅な側面
中央部に形成しようとすると、薄肉部Ａを０．３ｍｍ程
度の極薄とし、さらにこの薄肉部の直径を相当大きくす
る必要がある。しかしながら、このような極薄な薄肉形
状の場合には、射出成型時に、当該薄肉部に溶融樹脂を
均一に回り込ませることが難しく、成形されたケースご
とに上記安全弁の作動圧が大きくばらついてしまうとい
う問題があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は防爆用安全弁の作動圧がほぼ均一となる
ように射出成型によって形成されるケースを用いた角形
電気化学素子の防爆構造を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、断面が矩形にし
て扁平な合成樹脂製ケース内に発電要素を密閉収納して
なる電気化学素子において、このケースの４つの外側角
部のうちの少なくとも１つを、他の外側角部より薄肉に
形成し、内圧の上昇時に該薄肉角部を防爆用安全弁とし
て機能させるようにした。

【０００８】また、請求項２に記載の発明においては、
上記ケースの４つの内側角部の少なくとも１つの曲率半
径を、他の内側角部の曲率半径よりも小さくし、内圧の
上昇時にこの小曲率半径の角部に他の角部に比べて大き
な応力が生じるようにして、防爆用安全弁として機能さ
せるようにした。

【０００９】また、請求項３に記載の発明においては、
上記のケースの４つの外側角部の少なくとも１つを、他
の外側角部より薄肉に形成し、この薄肉とした外側角部
に対向する内側角部の曲率半径を他の内側角部の曲率半
径よりも小さくして、内圧の上昇時に上記薄肉にして小
曲率半径の角部に他の角部に比べて大きな応力が生じる
ようにし、防爆用安全弁として機能させるようにした。

【００１０】また、請求項４に記載の発明においては、
上記ケースの広幅な側面の少なくとも何れか一方の面の
中央部を長手方向に沿って細長に他の部分よりも薄肉に
形成し、内圧の上昇時にケース中央部に発生する曲げ応
力を利用して、防爆用安全弁として機能させるようにし
た。

【００１１】また、請求項５に記載の発明においては、
上記請求項１から４の発明における薄肉部を、ケースの
底面端もしくは開放端に達しない範囲で形成するように
した。また、請求項６に記載の発明においては、請求項
１から５の発明におけるケースの素材を、ポリフェニレ
ンサルファイド樹脂（樹脂のうちでは比較的硬質）とし
た。

【００１２】そして、請求項７に記載の発明において
は、請求項１から６の発明における薄肉な部分の表面
に、フィルムまたは熱収縮性チューブを被覆し、防爆用
安全弁の作動時に電解液等が飛散するのを防ぐようにし
た。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態を図に基づき
詳細に説明する。以下の実施形態における電池または電
気二重層コンデンサのケースは、断面が矩形に形成さ
れ、その一端は閉じて底面を構成しており、他端は開口
した形の角形ケースで、その内部に電池または電気二重
層コンデンサなどを構成する活物質や電解液等の発電要
素を密閉収納するものである。また本実施形態における
ケースはすべてポリフェニレンサルファイド樹脂の射出
成型により形成されている。

【００１４】実施形態１においては、図１に示すように
断面が矩形（長方形）にして扁平な合成樹脂製ケース１
の４つの外側角部の１つの角部２ａに、図１（ｄ）に示
すように、Ｌ字型の切欠部３を設け、この外側角部２ａ
とこれに対向する内側角部４ａとの間の肉厚（ｔ）が他
の角部における肉厚よりも小さい薄肉部５として形成し
ている。図示の例では、ケース１の肉厚を全体にわたっ
て２ｍｍとし、上記角部２ａ、４ａ間の薄肉部５を１ｍ
ｍとしている。そして、この薄肉部５を図１（ｂ）、
（ｃ）に示すように、ケース１の上端面および下端面に
達しない長さで、ケース１の中央部に形成している。

【００１５】このように薄肉部を５形成することにより
ケース１内部の発電要素の過充電等により内圧が異常に
上昇した場合には、この薄肉部５が他の角部に先だって
比較的低圧で裂けるように破断し、ケース全体が破裂
（爆裂）するのを防止して防爆用安全弁として機能す
る。

【００１６】実施形態２においては、上記実施形態１と
対比して切欠部３の形状が相違するだけである。即ち、
この実施形態では、図２（ｄ）に示すように、ケース１
の外側角部の１つの角部２ａに斜めの切欠部３ａを設
け、ここに薄肉部５を形成している。その他の構成は、
実施形態１の場合と同様である。

【００１７】そして、その作用も実施形態１の場合と同
様で、ケース１内部の発電要素の過充電等によりケース
１の内圧が異常に上昇した場合には、この薄肉部５が他
の角部に先だって比較的低圧で破断し、ケース全体が破
裂するのを防止して防爆用安全弁として機能する。

【００１８】実施形態３においては、前記実施形態１お
よび２のようにケースの外側角部に切欠部３または３ａ
を設けることなく、図３（ｄ）に拡大して示したよう
に、ケース１の４つの内側角部の曲率半径のうち１つの
内側角部４ａの曲率半径のみを他の内側角部４ｂの曲率
半径よりも小さくしている。

【００１９】これにより、ケース１の内圧が異常に上昇
した時には、この曲率半径の小さい角部４ａに、他の角
部４ｂよりも大きな応力が発生し、この角部が他の角部
よりも先に破断してケース全体が破裂するのを防止して
防爆用安全弁として機能する。

【００２０】実施形態４は、前記の実施形態２と実施形
態３とを組み合わせたもので、図４に示すように、ケー
ス１のうち一つの外側角部２ａに上記実施形態２と同様
に切欠部３ａを設けて他の外側角部より薄肉とし、さら
に薄肉とした外側角部２ａに対向する内側角部４ａの曲
率半径を上記実施形態３と同様に、他の３つの内側角部
４ｂの曲率半径よりも小さくしている。

【００２１】このような構造とすることによって、ケー
ス１の内圧が異常に上昇した時には、この曲率半径の小
さい角部４ａに他の角部よりも大きな応力が集中すると
ともに、この外側角部２ａが薄肉であるため、この角部
が他の角部よりも先に破断してケース全体が破裂するの
を防止して防爆用安全弁として機能する。

【００２２】実施形態５においては、前記実施形態１乃
至４と異なり、図５に示すように、ケース１の広幅な側
面のうちの一つの面６の中央部に長手方向に延長するＵ
字形またはＶ字形の切欠部３ｂを形成し、この部分に他
の部分よりも薄肉とした薄肉部５ｂを形成している。内
圧が上昇し側面が外側に膨張した時に、この薄肉部５ｂ
の中央部に応力集中が起き、この薄肉部に先に亀裂が生
じてケース全体が破裂するのを防して防爆用安全弁とし
て機能する。

【００２３】ところで、上記何れの実施形態において
も、ケースの破断時にケース内に収納されている電解液
等の発電要素が飛散する可能性があるので、薄肉部表面
もしくはケース全体にフィルムまたは熱収縮チューブに
よる被覆を施すことが好ましい。

【００２４】以上の実施形態１乃至５に係る本発明のケ
ースと、図６に示した従来例のケースと、またケースの
肉厚及び内側角部の曲率半径を均一にして防爆構造を持
たないケースを比較例とし、各ケースが破断または破裂
するときの作動圧を測定するとともに作動状態を観察し
た。ここで本発明の各実施形態における薄肉部の厚さ
は、射出成型によっても均一に量産加工できる厚さの１
ｍｍとし、他の部分は２ｍｍとした。従来例のケースは
肉厚を２ｍｍとし、薄肉部は前述のように０．３ｍｍと
した。また、比較例のケースは均一な肉厚の２ｍｍとし
た。作動圧の測定は、ケースの一箇所に穴を穿設し、こ
こからガスボンべにより圧力をかけて、防爆用安全弁か
らガスが抜ける時の圧力を測定することにより行った。
角形ケースの素材としてはポリフェニレンサルファイド
樹脂を使用した。また、ケースの開口部にポリフェニレ
ンサルファイド樹脂製の蓋を、低周波溶接により溶接
し、ケースを密閉した。測定はそれぞれにつき５回ずつ
行い、平均値と分散値を算出した。下記に示す表１はこ
の測定結果についてまとめたものである。

【００２５】

【表１】上記表１に示されるように、本発明の全ての実施形態の
防爆用安全弁の作動圧は、防爆構造が極薄の円形弁であ
る従来例と比べてほぼ同じ程度かそれ以下となってお
り、本発明による実施形態４においては、防爆構造が極
薄の円形弁である従来例と比べると作動圧が約１０％も
低くなっている。さらに、比較例、従来例では、ケース
の割れによる破片の飛散がみられたが、本発明の全ての
実施形態においては、ケースの割れは生じず、防爆用安
全弁が防爆機能を十分に果たすことを示している。

【００２６】

【発明の効果】本発明における角形電気化学素子の防爆
構造では、応力集中しやすい角部を薄肉部とした場合に
は、従来のように０．３ｍｍ程度の極薄の薄肉部を設け
る必要がなく、射出成型によっても均一に量産が可能な
厚さ（約１ｍｍ程度）の薄肉部で十分に防爆効果を得る
ことができる。

【００２７】また、いずれか一つの内側角部の曲率半径
を他のものよりも小さくしてこの内側角部に応力を集中
させて、他の部分に先だって当該角部を破断させるよう
にした場合には、ケースの外形を従来とほとんど同様と
することができ、このケースの電気化学素子を収納する
電気機器の格納部の形状を変更する必要性が生じない。

【００２８】また、ケースの４つの外側角部の少なくと
も１つを他の外側角部より薄肉とするとともに、この薄
肉とした外側角部に対向する内側角部の曲率半径を他の
内側角部の曲率半径よりも小さくすることによって、防
爆構造の作動圧を他の実施形態のものより低く設定する
ことができる。

【００２９】また、ケースの広幅な側面の中央部に、長
手方向に沿って薄肉部を形成した場合には、内圧の上昇
によりケースが外側に膨らんだ際の曲げ応力で当該薄肉
部が引き裂かれるように破断するため、薄肉部を従来よ
りも厚くして、成形性を高めることができる。

【００３０】また、薄肉な部分を、ケースの底面端と開
放端から離れた部分に長手方向に沿って形成したので、
防爆用安全弁の作動時に生じた薄肉部の亀裂が底面端も
しくは開放端に拡がるのを防止できる。

【００３１】また、ケースの素材を硬質のポリフェニレ
ンサルファイドとすれば、ケース自体（防爆用安全弁を
持たない状態）の耐圧力が高いため、安全弁の作動圧の
設定が容易となる。

【００３２】また、薄肉部の表面にフィルムまたは熱収
縮性チューブを被覆することにより、単純な方法で安全
弁作動時に電解液等が飛散するのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る防爆構造を採
用したケースを示し、（ａ）はそのケースを横方向に切
断した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は
（ａ）の底面図、（ｄ）は（ａ）の円で囲った部分の拡
大図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る防爆構造を採
用したケースを示し、（ａ）はそのケースを横方向に切
断した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は
（ａ）の底面図、（ｄ）は（ａ）の円で囲った部分の拡
大図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係る防爆構造を採
用したケースを示し、（ａ）はそのケースを横方向に切
断した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は
（ａ）の底面図である。

【図４】本発明の第４の実施形態に係る防爆構造を採
用したケースを示し、（ａ）はそのケースを横方向に切
断した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は
（ａ）の底面図、（ｄ）は（ａ）の円で囲った部分の拡
大図である。

【図５】本発明の第５の実施形態に係る防爆構造を採
用したケースを示し、（ａ）はそのケースを横方向に切
断した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は
（ａ）の底面図、（ｄ）は（ａ）の円で囲った部分の拡
大図である。

【図６】従来の防爆構造を採用したケースの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ケース２ａ１つの外側角部３，３ａ切欠部４ａ１つの内側角部５、５ｂ薄肉部６１つの広幅な側面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井口雅尋東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (72)発明者延岡英子東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面が矩形にして扁平な合成樹脂製ケー
ス（１）内に発電要素を密閉収納してなる電気化学素子
において、該ケース（１）の４つの外側角部の少なくと
も１つ（２ａ）を他の外側角部より薄肉に形成して防爆
用安全弁として機能させるようにしてなることを特徴と
する角形電気化学素子の防爆構造。
【請求項２】断面が矩形にして扁平な合成樹脂製ケー
ス（１）内に発電要素を密閉収納してなる電気化学素子
において、該ケースの（１）４つの内側角部の少なくと
も１つ（４ａ）の曲率半径を他の内側角部の曲率半径よ
りも小さくして防爆用安全弁として機能させるようにし
てなることを特徴とする角形電気化学素子の防爆構造。
【請求項３】断面が矩形にして扁平な合成樹脂製ケー
ス（１）内に発電要素を密閉収納してなる電気化学素子
において、該ケース（１）の４つの外側角部の少なくと
も１つ（２ａ）を他の外側角部より薄肉にするととも
に、該薄肉とした外側角部に対向する内側角部（４ａ）
の曲率半径を他の内側角部の曲率半径よりも小さくして
防爆用安全弁として機能させるようにしてなることを特
徴とする角形電気化学素子の防爆構造。
【請求項４】断面が矩形にして扁平な合成樹脂製ケー
ス（１）内に発電要素を密閉収納してなる電気化学素子
において、該ケース（１）の広幅な側面（６）の少なく
とも何れか一方の面の中央部を長手方向に沿って細長に
他の部分よりも薄肉（５ｂ）に形成して防爆用安全弁と
して機能させるようにしてなることを特徴とする角形電
気化学素子の防爆構造。
【請求項５】前記薄肉な部分（５，５ｂ）が前記ケー
ス（１）の底面端と開放端とから離れた部分に長手方向
に沿って形成されてなることを特徴とする請求項１、３
項または４項に記載の角形電気化学素子の防爆構造。
【請求項６】前記ケース（１）がポリフェニレンサル
ファイド樹脂から成形されてなることを特徴とする請求
項１乃至５の何れか１項に記載の角形電気化学素子の防
爆構造。
【請求項７】前記薄肉な部分の表面にフィルムまたは
熱収縮性チューブを被覆してなることを特徴とする請求
項１、３乃至６の何れか１項に記載の角形電気化学素子
の防爆構造。