JPH10154497A - 密閉型電池の安全構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造のために特別に高度な加工技術や厳しい
工程管理を必要とせず、しかも、電池内部の圧力が上昇
した場合には、精度よく安定して破断し内部の圧力を外
部に開放できる安全構造を密閉型電池に付与すること。 【解決手段】 密閉型電池の封止部に外部側から内部側
へ順に、リング板２と封口板３と、押付け部材４とを少
なくとも設ける。封口板３は、押付け部材４によってリ
ング板２に押しつけられてリング板の内部側から貫通孔
２ａを塞ぎ、この電池の内外の圧力を仕切る隔壁として
位置する。押付け部材４は、外縁部を電池缶に支持され
て一部が封口板の中央部に押しつけられた状態となるよ
うに配置する。この構造によって、内圧上昇時には封口
板が抜けて貫通孔２ａが開放される。また、封口板と押
付け部材との接触関係を開閉スイッチとしても利用すれ
ば、内圧開放に先立って電流経路が遮断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型電池におけ
る内部の圧力や温度の異常な上昇に対処するための安全
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉型電池は、電池缶内に発電要素を封
入したものであり、例えば、乾電池がよく知られた態様
である。ここでいう発電要素は、発電、充放電を行なう
ための電池の電気化学的な要素である。密閉型電池は、
上記のように電気化学的な要素を電池缶内に封入したも
のであるから、電池外部における使用条件、電池内部で
の電気化学的な反応などに起因して、電池内部に異常な
温度上昇、流体の膨張などが発生した場合、その密閉型
の構造のために内部の圧力は異常に上昇し、ついには爆
発に至る事態が考えられる。そのため、このような異常
な状態が発生し得るような密閉型電池には、内部の高圧
となったガス等を外部に逃がして上記事故を回避するた
めの安全構造が設けられている。

【０００３】図４は、従来の安全構造の代表的な例を概
略的に示す図である。同図に示す例では、電池缶２１の
開口が封止部２２で密封されている。同図では、封止部
２２の断面にだけハッチングを施している。封止部２２
は、金属性の封口板２３を有する。２４は外部電極端子
板であって、通常は内部の発電要素Ｅの正極に導通され
ている。外部電極端子板２４には貫通孔２４ａが設けら
れているので、封口板２３が、密閉された電池内外の圧
力Ｐ１、Ｐ２を仕切る隔壁となっている。封口板２３に
は、該封口板の片側の面または両側の面から板材を除去
して形成した薄肉部分Ｗが環状の曲線を描くように設け
られており、異常事態によって電池内部の圧力Ｐ１が上
昇した場合、電池缶が破裂する前に薄肉部分Ｗが破断
し、内部の高圧流体を外部へ開放する構造となってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記のよう
に、封口板を除去することによって形成した薄肉部分を
破断させる構造では、その薄肉部分の厚さおよび精度が
極めて重要な要素となる。即ち、電池缶の破裂に先立っ
て比較的低い内圧にて破断を生じさせるためには、薄肉
部分の厚さを０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍ程度の特定の
薄い肉厚とする必要がある。しかも、どの製品も同様の
内圧状態で破断を生じさせるためには、製品ごとの肉厚
寸法のバラツキの少ない高精度な薄肉部分を形成する必
要がある。このような薄肉部分を形成するためには、高
度な加工技術と厳しい工程管理を要するため、製造コス
トが高くつくという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、製造のために特別に高度
な加工技術や厳しい工程管理を必要とせず、しかも、電
池内部の圧力が上昇した場合には、精度よく安定した一
定の圧力値において内部の圧力を外部に開放でき、さら
に好ましくは、破断に先立って内部の電流経路を遮断し
得る安全構造を密閉型電池に付与することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の密閉型電池の安
全構造は、次の特徴を有するものである。 （１）密閉型電池の電池缶の開口を密封する封止部に、
当該電池の外部側から内部側へ順に、リング板と、封口
板と、押付け部材とが少なくとも設けられ、リング板
は、その中央部に貫通孔を有し、外周を電池缶と気密に
接合されるリング状物であり、封口板は、リング板の貫
通孔を塞ぎ得る外形を有し、押付け部材によってリング
板に押しつけられてリング板の内部側から貫通孔を塞
ぎ、当該密閉型電池の内部の圧力と外部の圧力とを仕切
る隔壁として位置するものであり、押付け部材は、外縁
部を電池缶に支持されてその一部が封口板の中央部に押
しつけられた状態となるように配置されたものであるこ
とを特徴とする密閉型電池の安全構造。

【０００７】（２）リング板の中央部の貫通孔が、内部
側端部のくちもとに面取を施されたものであって、この
面取の斜面に封口板が外周縁部を接触させて配置された
ものである上記（１）記載の密閉型電池の安全構造。

【０００８】（３）リング板、封口板、押付け部材が、
導電性材料からなるものであり、押付け部材は内部発電
要素の一方の極と導通しており、またリング板と当該密
閉型電池の外部電極端子板とは導通しており、内部の圧
力の上昇によって、封口板は外部側へ変形して押付け部
材から離れ、内部発電要素の一方の極から外部電極端子
板に至る導通路が遮断される構造である上記（１）記載
の密閉型電池の安全構造。

【０００９】（４）封口板の中央部が、通常時において
は内部側へ凸状を呈するものであり、内部の圧力の上昇
時に外部側へ変形するときの変形動作が、反転変形の動
作である上記（３）記載の密閉型電池の安全構造。

【００１０】（５）押付け部材が、電池内部の圧力を封
口板に作用させるための貫通孔を有する板状物であり、
その中央部の外部側に封口板を押しつけるための突起部
を有するものである上記（１）記載の密閉型電池の安全
構造。

【００１１】本発明でいう「内部側」「外部側」とは、
内外の圧力の隔壁として機能する封口板に対していうも
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて詳細に
説明する。図１は、本発明による安全構造の一例を模式
的に示す断面図であって、密閉型電池の内部の圧力を開
放する機構の部分だけを示している。図１（ａ）に示す
ように、当該密閉型電池の外部側から内部側へ順に、リ
ング板２と、封口板３と、押付け部材４とが少なくとも
重ね合わせられて、本発明の安全構造が構成されてい
る。

【００１３】リング板２は、板状物の中央部に貫通孔２
ａを設けてなるリング状物である。リング板の外周縁部
は電池缶と気密に接合されており、内圧開放の点から
は、この貫通孔２ａが電池内部から外部への唯一の通気
孔となり得るように他の部分は気密に構成されている。
この貫通孔２ａを封口板３が内部側から塞いでいる。封
口板３は、リング板の貫通孔２ａを塞ぎ得る外形を有す
るものであり、押付け部材４によって内部側から押しつ
けられて該貫通孔２ａを塞ぎ、電池内部を密閉してい
る。押付け部材４は、外縁部を電池缶に支持されてその
一部が封口板の中央部を押しつけた状態となるように配
置されている。図１（ａ）の例では、押付け部材４は板
状物であり、外周縁部を全周にわたって電池缶に支持さ
れ、中央部に設けられた突起部によって封口板を押しつ
けている。

【００１４】また、図１（ａ）の例では、押付け部材４
は板状物であるが、通気用の貫通孔４ａが設けられてお
り、電池内部のガス圧が封口板の内面に作用するように
なっている。また、封口板の外部側には外部電極端子
（図１には示さず）が封口板を覆うように設けられる場
合が多いが、そのような場合でも外部電極端子には通気
孔などが設けられて、封口板の外面には外部の圧力（大
気圧）Ｐ２が作用する構造となっている。これによっ
て、封口板は、この電池の内部の圧力Ｐ１と外部の圧力
Ｐ２とを仕切る隔壁となっている。

【００１５】このような構造とすることによって、図１
（ａ）において電池内部の圧力Ｐ１が上昇して封口板３
に作用した場合、図１（ｂ）に示すように、封口板３は
その中央部分がリング板の貫通孔２ａ内に入り込んだ状
態で変形（通常、外部側に凸状に変形）する。このとき
封口板の外形は自体の変形に伴って縮小するので、電池
内部の圧力がある値まで上昇したとき、図１（ｃ）に示
すように、ついには封口板の一部または全体がリング板
の貫通孔を通り抜けて閉塞状態が破れ、内部の高圧ガス
は外部に開放される。

【００１６】本発明による安全構造では、リング板の貫
通孔の穴の形状に対して封口板の外形をどの程度大きく
するか、また、封口板・リング板の柔軟性をどの程度と
するかを選択することで、開放時の圧力値を所望の値に
調整することができる。

【００１７】リング板の貫通孔の穴の形状は、電池の形
状に応じて決定すればよいが、角形電池に必ず角穴を用
いる必要はなく、任意に決定してよい。また、貫通孔の
穴の形状は、製造が容易である点、方向性が無く封口板
のセットが容易である点などからも、円形が好ましい形
状である。

【００１８】リング板の貫通孔の態様として、図２に示
すように、貫通孔２ａの両端部のうちの内部側の端部の
くちもとに面取を施す態様が挙げられる。この面取の斜
面２ｂに、封口板３をその外周縁部を接触させて配置す
る。この態様では、面取の角度を選択することで開放時
の圧力値を所望の値に調整することができる。なお、図
２では押付け部材の図示を省略している。

【００１９】図２のようにリング板の貫通孔のくちもと
に面取を施す場合、その斜面に接触する封口板の外周縁
を、図２（ａ）のようなエッジとして斜面２ｂにくい込
ませるか、図２（ｂ）のような面取３ｂ、またはアール
として斜面２ｂに接触させるかは自由に選択してよい。

【００２０】図２に示すように、リング板と封口板３の
外周縁とが接触する部分にシール剤Ｓを適用することに
よって、正常時の電池内部の気密性を高めることができ
る。シール剤Ｓを付与する部分は、図２に示すように、
封口板の外部側が、組立て工程において塗布が容易であ
り好ましい。シール剤は、限定されないが、アスファル
トが好ましいものとして挙げられる。

【００２１】封口板の柔軟性に対するリング板の剛性は
任意に設定してよく、例えば次の〜の態様やそれら
の中間の態様であってもよい。 少なくともリング板の貫通孔周囲に十分大きな剛性を
与え、主として封口板を変形させる態様（図１の例）。 少なくともリング板の貫通孔周囲を封口板と同程度に
柔軟として、リング板と封口板とを共に変形させ、封口
板がリング板の貫通孔をより通り抜けやすくする態様。 少なくともリング板の貫通孔周囲を封口板よりも十分
に柔軟とし、ガス圧は封口板で受けるが、主としてリン
グ板の貫通孔周囲の方を変形させて封口板を通過させる
態様。 上記〜の態様のなかでも、リング板と封口板とのシ
ール性の点から及びの態様が好ましい。

【００２２】リング板・封口板の材料と厚さは、上記
〜の態様、電池の規模、意図する開放時の内部圧力に
応じて選択すればよい。特に材料は、後述の導通路を遮
断する構造を併設しない場合には、導電性の有無を問わ
ないので、金属、樹脂など適当な強度の材料の中から、
電池内部に使用可能なものを選択すればよい。

【００２３】リング板の貫通孔と封口板の形状、寸法の
組合せは、本発明が適用される電池の種類に応じて選択
すればよいが、例えば、電池を直径１４ｍｍの円筒型電
池とし、リング板の材料、封口板の材料を共にアルミニ
ウムとし、リング板の貫通孔の穴形状と封口板の外形状
をともに円形とし、リング板を剛体とみなして封口板だ
けを主に変形させる場合には、リング板、封口板の寸法
仕様として、次の値の範囲が好ましいものとして挙げら
れる。 リング板の厚さ；０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ。 リング板の貫通孔の内径；４ｍｍ〜６ｍｍ。 封口板の厚さ；０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ。 封口板の外径；４．５ｍｍ〜６．５ｍｍ。

【００２４】封口板は、単純な平板状のものだけでな
く、中央部が通常時においては内部側へ凸状を呈し、内
部の圧力が異常に上昇した時に反転変形（バックリン
グ）の動作をもって外部側へ凸状に変形するものであっ
てもよい。

【００２５】押付け部材は、ケース本体に端部を支持さ
れて、封口板の内部側から該封口板をリング板に押付け
得るものであればどのような態様でもよいが、弾性的な
押付け力をもって封口板を押付けるものが好ましく、そ
の押付け力は、経時的な低下が少ないものがより好まし
い。押付け部材の形状は限定されず、線状であっても板
状であってもよいが、組立てが容易である点では板状と
することが好ましい。押付け部材を板状として形成する
場合には、封口板に電池内部の圧力が作用するように通
気孔を設ける。

【００２６】押付け部材の中央部の外部側には、封口板
を押付けるための突起部を設けるのが好ましい。突起部
の形成方法としては、板状物に別途形成した突起部材を
接合する方法や、図１に示すように、板状物の中央部を
突起するよう変形させて形成する方法などが挙げられ
る。突起の形状は限定されないが、円錐台状や半球状が
好ましい形状として挙げられる。

【００２７】当該安全構造のより好ましい態様として、
リング板と封口板とによって内圧を開放する構造に加
え、内圧開放に先立ち、内圧の上昇によって電流が遮断
される構造が付与された態様を次に説明する。図３は、
その態様の一例を模式的に示す図である。同図は、電池
缶Ｂの開口を密閉する封止部の断面を示す図である。封
止部の構成要素の区分を明らかにするため、一部にハッ
チングを施している。封止部１は、電池の外部側から内
部側へ順に、外部電極端子板５、リング板２、封口板
３、押付け部材（板状）４を含むように積層されたもの
であり、この積層体の外周縁部が、電池缶Ｂによって気
密に保持されている。押付け部材４と外部電極端子板５
には、各々貫通孔４ａ、５ａが設けられ、封口板３が、
電池の内部の圧力Ｐ１と外部の圧力Ｐ２とを仕切る隔壁
となっている。

【００２８】同図の例では、リング板２、封口板３、押
付け部材４は、全て導電性材料からなる。封口板３と押
付け部材４は、中央部分だけで互いに接触している。ま
た、リング板２と押付け部材４とは外周縁部分で環状の
絶縁体６を介して積層されており互いに絶縁されてい
る。また、リング板２は外部電極端子板５と導通してお
り、押付け部材４は内部発電要素Ｅの一方の極（例えば
正極）と導通している。これによって、内部発電要素Ｅ
の一方の極から順に、押付け部材４、押付け部材と封口
板との接触部、封口板３、リング板２を経て外部電極端
子板５に至る導通路が形成されている。この態様によっ
て、押付け部材４は、封口板をリング板に押付ける機能
と、内部の圧力の上昇によって開かれる開閉スイッチの
接点としての機能とを有し、２重の機能を果たす部分と
して利用することができる。

【００２９】図３のような構造とすることによって、電
池内部の圧力が異常に上昇したとき、先ず、封口板の変
形によって押付け部材と封口板との接触部が開かれ導通
路が遮断され、異常事態に対して電気的に対処できる。
さらに、電池内部の圧力の上昇に対して、上記説明の通
り、リング板の貫通孔の閉塞の解除によって内部の圧力
を外部に開放することができる。

【００３０】本発明の安全構造には、内部発電要素の一
方の極から外部電極端子板に至る導通路中の一部に高温
時に導電性を失う材料を用い、この材料によって異常時
に導通路を遮断する構造を付与してもよい。このような
材料としては、例えば、ＰＴＣサーミスター (positive
temperature coefficient thermistor)が挙げられる。
例えば、図３に示す安全構造の例において、リング板２
と外部電極端子板５との間に、ＰＴＣサーミスターから
なる層７を挟むことによって、異常時に温度上昇を伴う
場合に、導通路が遮断される。

【００３１】本発明による安全構造は、あらゆる密閉型
電池に対して有用であるが、ノート型パソコン、携帯電
話、携帯ビデオカメラ等の充電可能な電源として使用さ
れる高容量リチウムイオン二次電池の安全を確保するた
めには、特に有用となる。また、本発明による安全構造
は、密閉型電池に関する次のような異常事態で好適に動
作する。即ち、外部温度の上昇など電池外部の環境変
化、充放電に関する外部の回路によって発生する過電流
・過電圧・外部短絡、内部短絡・電解液反応など電池内
部の環境変化、打撃・貫通などの外的破壊行為、などで
生じる電池内部の昇温に伴う電解液の蒸発、及び気体の
熱膨張による電池内部の圧力の上昇である。

【００３２】本発明による安全構造は、一般的な円筒型
（ボタン型を含む）の密閉型電池だけでなく、角型など
任意の形状の電池にも有用である。

【００３３】

【実施例】単３型のリチウムイオン二次電池の封止部
（＝正極端子部）に、図３に示す安全構造を付与した。
リング板２の材料および封口板３の材料をアルミニウム
とし、リング板の貫通孔の穴形状と封口板の外形状をと
もに円形とし、リング板の貫通孔の内径を４ｍｍ、封口
板の外径を４．５ｍｍ、封口板の厚みを０．１ｍｍとし
た。このリチウムイオン二次電池に対して、外部環境の
温度を上昇させることによって内部圧力を上昇させたと
ころ、封口板はバラツキの少ない安定した温度でリング
板の貫通孔を通過して閉塞状態が破れ、電池缶が破裂す
ることなく、未然に内圧が開放されることが確認でき
た。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明による密
閉型電池の安全構造では、内圧の上昇を外部に開放する
という基本構造を形成する点では、特別に高度な加工技
術や厳しい工程管理を必要とせず、しかも、電池内部の
圧力が上昇した場合には精度よく安定して作動し内部の
圧力を開放し得る。また、押付け部材と封口板との接触
状態を電気接点としても活用し、内圧開放の構造に電流
遮断の構造を重ね合わせることによって、より確実に危
険を回避できる安全構造となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による密閉型電池の安全構造の例を模式
的に示す図である。

【図２】本発明における、リング板の貫通孔、封口板の
態様の例を示す図である。

【図３】本発明の安全構造に電流が遮断される構造が付
与された態様の一例を模式的に示す図である。

【図４】従来の安全構造の代表的な例を概略的に示す図
である。

【符号の説明】

１ 封止部 ２ リング板 ３ 封口板 ４ 押付け部材 Ｐ１ 電池の内部の圧力 Ｐ２ 電池の外部の圧力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 啓介 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 川村 賢治 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 仲田 宗弘 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉型電池の電池缶の開口を密封する封
   止部に、当該電池の外部側から内部側へ順に、リング板
   と、封口板と、押付け部材とが少なくとも設けられ、 リング板は、その中央部に貫通孔を有し、外周を電池缶
   と気密に接合されるリング状物であり、 封口板は、リング板の貫通孔を塞ぎ得る外形を有し、押
   付け部材によってリング板に押しつけられてリング板の
   内部側から貫通孔を塞ぎ、当該密閉型電池の内部の圧力
   と外部の圧力とを仕切る隔壁として位置するものであ
   り、 押付け部材は、外縁部を電池缶に支持されてその一部が
   封口板の中央部に押しつけられた状態となるように配置
   されたものであることを特徴とする密閉型電池の安全構
   造。
2. 【請求項２】 リング板の中央部の貫通孔が、内部側端
   部のくちもとに面取を施されたものであって、この面取
   の斜面に封口板が外周縁部を接触させて配置されたもの
   である請求項１記載の密閉型電池の安全構造。
3. 【請求項３】 リング板、封口板、押付け部材が、導電
   性材料からなるものであり、押付け部材は内部発電要素
   の一方の極と導通しており、またリング板と当該密閉型
   電池の外部電極端子板とは導通しており、内部の圧力の
   上昇によって、封口板は外部側へ変形して押付け部材か
   ら離れ、内部発電要素の一方の極から外部電極端子板に
   至る導通路が遮断される構造である請求項１記載の密閉
   型電池の安全構造。
4. 【請求項４】 封口板の中央部が、通常時においては内
   部側へ凸状を呈するものであり、内部の圧力の上昇時に
   外部側へ変形するときの変形動作が、反転変形の動作で
   ある請求項３記載の密閉型電池の安全構造。
5. 【請求項５】 押付け部材が、電池内部の圧力を封口板
   に作用させるための貫通孔を有する板状物であり、その
   中央部の外部側に封口板を押しつけるための突起部を有
   するものである請求項１記載の密閉型電池の安全構造。