JPH10289706A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接技術を用いることなく、所定の電池内圧
において電池正負極間の回路を遮断し得る安全機構を有
する密閉型電池を提供することを目的とする。 【解決手段】 異常事態が発生した際に電気回路を遮断
するための安全構造における回路遮断部分に金属膜を用
いる。この金属膜は、接触端子を有し且つ電池内圧に即
応して弾性変形し、該弾性変形により接触端子と電極端
子との常態時の電気的接触が遮断される。 【効果】 電池の組み立て作業が容易、所定の電池内圧
にて正負極間を遮断して電池作動を停止し得る、安全構
造を電池の所望の個所に設置し得るので、電池の適用範
囲が拡大する、など。

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関し、
特に異常事態により電池の内圧が上昇した際に電池正負
極間の回路を遮断し得る安全機構を有する密閉型電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電池の破裂事故は種々の原因によって生
じるが、その主たるものは電池内での短絡事故である。
短絡事故は、電池内を異常昇温させ、ひいては液体電解
質などの気化およびそれによる内圧上昇を惹起して電池
破裂に至らしめる。密閉型電池の一般的な安全構造にお
いては、電池の内圧が異常上昇すると、電池の正負極間
の回路を遮断して電池作動を停止させて内圧の異常上昇
を抑制せんとする。

【０００３】例えば特開平２−１１２１５１号に開示さ
れた技術では、電池内圧の上昇に伴い、内圧方向に変形
する防爆弁にリード板を溶接により取り付け、電池の内
圧が上昇して所定値に達すると、リード板と防爆弁との
溶接が剥離する、あるいはリード板が破断するなどして
電池の正負極間の回路を遮断する。しかし、この技術で
はリード板と防爆弁とは溶接にて組み立てねばならず、
したがって電池正負極間の回路を遮断し得る電池内圧が
溶接部の剥離強度やリード板の材料破断強度に依存する
ことになる。しかし、リード板の材料破断強度の管理は
ともかくとして、溶接部の剥離強度は溶接技術により大
きくばらつくので、所定の電池内圧にて電池正負極間の
回路を遮断することはすこぶる困難である。しかも、リ
ード板と防爆弁との組み立てに手間のかかる溶接技術を
使用する問題もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかして本発明は、溶
接技術を用いることなく、且つ所定の電池内圧において
電池正負極間の回路を遮断し得る安全機構を有する密閉
型電池を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、つぎの特徴を
有する。 (1) 発電要素体の電極リードと電気的に接続されている
金属膜と該金属膜の表面上から延在する接触端子と常態
時には電気的に接触する電極端子とからなる安全構造を
有し、電池内の圧力変化に基づく金属膜の変形により接
触端子の延在角度が変化して電極端子と接触端子とが電
気的に非接触となるようにしてなることを特徴とする密
閉型電池。 (2) 電極端子が、正極端子および／または負極端子であ
る上記(1) 記載の密閉型電池。 (3) 金属膜がラプチャー機能を有するものである上記
(1) または(2) 記載の密閉型電池。 (4) 接触端子と電極端子とは、常態時において互いにＪ
ＩＳ−Ｂ０４０１で規定されている締まり嵌め公差で互
いに圧接している上記(1) 〜(3) のいずれかに記載の密
閉型電池。

【０００６】

【作用】発電要素体の電極リードと電気的に接続されて
いる金属膜は、その表面上から延在する接触端子を有す
る。また該接触端子は、電池内の圧力変化に基づく該金
属膜の変形によりその延在角度が変化する。そこで今、
電池が常態であるときに、該接触端子が金属膜の表面上
から例えば垂直に延在して電極端子と電気的に接触して
いる状態とする。つぎに電池に異常事態が発生してその
内圧が上昇すると、金属膜が内圧に押されて変形（膨
れ）し、この変形により接触端子の延在角度が変化して
電極端子と接触端子とが電気的に非接触状態に移行す
る。かくの如く本発明では、電池に異常事態が発生した
際の電池正負極間の回路遮断は、金属膜の変形に基づく
接触端子の延在角度変化を利用し、従来技術のように関
係部材間の溶接部の剥離などを利用しないので上記の課
題が達成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図例により詳細に
説明する。図１は本発明の実施例の常態における断面
図、図２は図１の部分拡大断面図、図３は異常時におけ
る図１の部分拡大断面図、図４は図２におけるＸ−Ｘに
沿った断面図、および図５は図３におけるＸ−Ｘに沿っ
た断面図である。図６〜図９は、いずれも本発明の他の
実施例の常態における部分拡大断面図である。

【０００８】図１〜３において、１は金属性の電池缶、
２は負極電気絶縁板、３は発電要素体、３１は発電要素
体３の下部から露出する負極リード、３２は同発電要素
体３の上部から露出する正極リード、４はドーナツ状の
正極電気絶縁板、６は電池の上部安全構造、６１は上部
安全構造６の一構成要素たる正極蓋、７は上部安全構造
６および正極蓋６１とを電池缶１から絶縁するための電
気絶縁ガスケット、８は電池缶１の外壁上に設けられ、
正極電気絶縁板４および発電要素体３などの電池内容物
をガタツキなく固定するための絞り、５は下部安全構造
である。上部安全構造６は従来よく知られた構造を有
し、ラプチャー板、ＰＴＣ板、正極蓋６１などからな
る。発電要素体３の正極（図示せず）は、正極リード３
２を介して正極蓋６１と電気的に導通している。

【０００９】下部安全構造５が本発明の特徴部分であっ
て、図２および図３において、５１は金属膜、５２、５
２は金属膜５１の表面上から延在する一対の接触端子、
５３は負極端子、５４は電気絶縁性材料からなる電極端
子保持部である。Ｓ１は、金属膜５１と負極端子５３や
電極端子保持部５４との間に生じる空間である。

【００１０】金属膜５１は、電池缶１の断面形状と相似
形を有する平板体からなる。例えば電池缶１が円筒体で
あるなら、該円筒体の内径よりやや小さい直径を有する
円盤体であり、電池缶１が断面が正方形や長方形のよう
な角状筒体であるなら、その断面積よりやや小さい面積
を有する正方形や長方形のような平板体からなる。金属
膜５１は、いずれの形状であるにせよ、その全端部５１
１は図示する通り断面Ｕ字型に折れ込んだ電池缶１の先
端１１と溶接されており、この結果、空間Ｓ１は電池缶
１の内部の空間Ｓ２から金属膜５１により遮断されてい
る。金属膜５１の空間Ｓ１に面する側には、一対の接触
端子５２、５２がその表面上から垂直に延在しており、
後記する状態にて負極端子５３と常態時には電気的に接
触している。

【００１１】負極端子５３は、円盤状の中間部５３１、
中間部５３１の片面に設けられた円柱状の接触部５３
２、および接触部５３２が存在する側面とは反対の面に
設けられた円盤状の表面部５３３とからなり、中間部５
３１の先端部が電極端子保持部５４に食い込んだ状態に
て該保持部５４により電池缶１の裏面に保持されてい
る。中間部５３１は、多数の空気孔５３４を有し、これ
らの空気孔５３４を介して空間Ｓ１は常時大気圧となっ
ている。なお本実施例においては、これらの空気孔５３
４は必ずしも必要ではない。

【００１２】図２および図４において、一対の接触端子
５２、５２は、その長手方向の断面が円柱状を有する接
触部５３２の表面の曲率に略等しい曲率を有する円弧状
を呈しており、その円弧状の内面が接触部５３２の側表
面と接触している。

【００１３】つぎに電池に異常事態が発生して電池の内
圧Ｐが上昇すると、内圧Ｐにより金属膜５１は図３に示
す通り太鼓の如く弾性変形して空間Ｓ１の方に膨れ、こ
の膨れにより一対の接触端子５２、５２の各延在角度θ
が変化し、互いの間隔が開いて接触部５３２から離れ
る。かくして接触端子５２、５２と接触部５３２との電
気的な導通が遮断され、発電要素体３の正負極間の回路
が遮断されて電池作動が停止するに到る。

【００１４】延在角度θの大きさは、金属膜５１の降伏
点以下の弾性変形領域においては内圧Ｐの大きさに実質
的に直線的に比例し、内圧Ｐが大きくなると延在角度θ
も大きくなることが知られている。その際の比例定数
は、金属膜５１を構成する材料の種類、厚み、あるいは
金属膜５１の全体形状などに依存するが、それらが固定
されればそれは実験により決定することができる。しか
して例えば、電池の内圧ＰがＰ１に至れば接触端子５
２、５２と接触部５３２との電気的導通が遮断されるよ
うに電池を設計するにはつぎのようにすればよい。即
ち、先ず接触端子５２、５２の上記した遮断に必要な延
在角度θ１が決定される。つぎに内圧Ｐ１にて延在角度
θ１を生じ得る金属膜５１を、その構成材料や厚みなど
を種々変えて試行錯誤的に得る。

【００１５】なお電池の常態時においては、接触端子５
２、５２は接触部５３２と可能な限り良好な電気的接触
状態を安定的に維持することが好ましいことは言うまで
もない。かかる電気的接触状態は、接触端子５２、５２
と接触部５３２との嵌め合いをＪＩＳ−Ｂ０４０１で規
定されている締まり嵌め公差で、具体的には、接触端子
５２、５２間の距離より接触部５３２の外径の方が若干
大きい状態として、接触部５３２を接触端子５２、５２
間に圧入することにより達成される。あるいは電池の内
圧を適当な方法で高めて接触端子５２、５２の延在角度
θを若干大きくしておき、その状態で接触部５３２を挿
入し、電池内圧を元に戻して接触端子５２、５２にて接
触部５３２を挟み締め付けるようにしてもよい。

【００１６】図６〜図７は、接触端子と接触部との良好
な電気的接触状態を達成するためのさらに他の構造例を
示す。図６では接触端子５２、５２はその内側壁がテー
パ状となっており、接触部５３２はそのテーパ状内側壁
内に挿入できるように截頭円錐形となっている。図７で
は、接触部５３２が挿入する前の接触端子５２、５２は
その内側壁に多数の小突起５２１を有し、接触部５３２
を圧入することによりこれら小突起５２１が潰れ、しか
して両者の電気的接触が良好となるようになっている。

【００１７】図１〜図７に示す実施例に採用された接触
端子５２、５２については、種々の変形実施態様が可能
であって、要は、電池の常態時においては接触部５３２
との電気的接触状態を維持し得、且つ電池の異常時にお
ける金属膜５１の上記した変形に伴なう自体の延在角度
θの変化により接触部５３２と電気的に非接触となり得
るものであればよい。例えば、接触端子の長手方向の断
面形状から言えば、円弧状ではなくて長方形や円形であ
るもの、接触端子の本数から言えば、最低限の１本から
接触部５３２の全周囲を囲むように多数本からなるも
の、などである。また接触端子は、金属膜と一体成形さ
れたものであっても、あるいは金属膜に溶接されたもの
であってもよい。

【００１８】接触端子５２、５２と接触部５３２との電
気的遮断により発電要素体３の電池作動が停止した直後
から、電池の内圧Ｐが降下して電池は破裂から免れる。
また金属膜５１は弾性回復し、接触端子５２、５２と接
触部５３２との間の電気的導通が復元して電池作動が再
開可能となる。ところで場合によっては、接触端子５
２、５２と接触部５３２との電気的遮断にて電池作動が
停止した後においても電池の内圧Ｐの上昇が続くことが
ある。かかる場合には、上部安全構造６が作動（ラプチ
ャー板の破壊）して電池内の高圧は正極蓋６１に設けら
れている孔６２（図１参照）を介して開放され、電池は
破裂から免れる。その場合、電池缶１の耐破裂圧力をＰ
３とすると、ラプチャー板の破壊圧力は前記したＰ１と
Ｐ３との中間の値Ｐ２に設定される。

【００１９】図８において、１は金属性の電池缶、２は
負極電気絶縁板、３は発電要素体、３１は発電要素体３
の下部から露出する負極リード、３２は同発電要素体３
の上部から露出する正極リード、４はドーナツ状の正極
電気絶縁板、５は電池の安全構造である。安全構造５
は、基本的に図１などに示す前記の実施例における下部
安全構造５と同じ構造を有し同様の安全機能をなすの
で、その説明の一部は該下部安全構造５についての説明
に譲る。図８において、５１は金属膜、５２、５２は金
属膜５１の表面上から延在する一対の接触端子、５３は
正極端子、５４は電気絶縁性材料からなる電極端子保持
部である。Ｓ１は、金属膜５１と正極端子５３や電極端
子保持部５４との間に生じる空間である。

【００２０】金属膜５１は、その全端部５１１は図示す
る通り断面Ｕ字型に折れ込んだ電池缶１の先端１１と溶
接されており、この結果、空間Ｓ１は電池缶１の内部の
空間Ｓ２から金属膜５１により遮断されている。金属膜
５１の空間Ｓ１に面する側には、一対の接触端子５２、
５２がその表面上から垂直に延在しており、正極端子５
３と常態時には電気的に接触している。正極端子５３
は、円盤状の中間部５３１、中間部５３１の片面に設け
られた円柱状の接触部５３２、および接触部５３２が存
在する側面とは反対の面に設けられた円盤状の表面部５
３３とからなり、中間部５３１の先端部が電極端子保持
部５４に食い込んだ状態にて該保持部５４により電池缶
１の上面に保持されている。中間部５３１は、多数の空
気孔５３４を有し、これらの空気孔５３４を介して空間
Ｓ１は常時大気圧となっている。

【００２１】金属膜５１は、ラプチャー機能をも奏し得
るように弱点部５１２を有する。図３において説明した
ように、金属膜５１は、電池缶１の内部圧力Ｐ１におい
て接触端子５２、５２と接触部５３２との電気的導通が
遮断される弾性変形特性を有し、且つ弱点部５１２がＰ
１と電池缶１の耐破裂圧力Ｐ３との中間の値Ｐ２にて破
裂するようにしておく。かく設計された安全構造５は、
図１などに示す実施例における上部安全構造６と下部安
全構造５がそれぞれ有する機能の両方を併せ有すること
になる。

【００２２】図９に示す実施例は、図８に示す実施例と
は金属膜５１の構造が異なるのみで他は同じである。金
属膜５１は、多数の貫通小孔５１３を有し、且つ空間Ｓ
１に面する表面上に貫通小孔５１３の各開口端を塞ぐよ
うにパッチ板５１４が貼着されている。その貼着強度あ
るいはパッチ板５１４自体の破裂強度は、上記したＰ１
とＰ３との中間の値Ｐ２とされている。かかる金属膜５
１を有する図９の安全構造５は、図８に示す実施例の安
全構造５と同様の機能を有する。パッチ板５１４の貼着
強度は、接着剤の選択により容易に調整することがで
き、一方パッチ板５１４自体の破裂強度は、パッチ板５
１４自体の形成材料種や厚みの選択により容易に調整す
ることができる。

【００２３】本発明において、各実施例における金属膜
５１、接触端子５２、５２、正あるいは負の電極端子５
３、および電池缶１は、いずれも良導電性の金属、例え
ば銅、アルミニウム、ニッケル、ニッケルメッキ鉄、ス
テンレスなどにて形成される。金属膜５１上への接触端
子５２、５２の形成は、プレス成形による両者の一体成
形にても、あるいは金属膜５１の所定の個所に接触端子
５２、５２を溶接する方法によってもよい。電極端子保
持部５４は、ゴム、プラスチック、セラミックスなどの
電気絶縁性材料にて形成される。

【００２４】電池内圧に対する金属膜５１の弾性変形度
は、電池の種類や寸法、使用する電池缶の耐破裂強度な
どにより左右されるが、例えばニッケルメッキ鉄製の単
３型電池缶を用いた非水液体電解質系のリチウム二次電
池の場合においては、１〜２０ｋｇｆ／ｃｍ² 程度、特
に７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ² 程度の電池内圧にて接触端子
５２、５２と接触部５３２との電気的導通が遮断される
弾性変形度を示すものが適している。またかかる弾性変
形度を示す金属膜５１の厚みは、その構成材料の機械的
特性によって左右されるが、試行錯誤的に設定すること
ができる。一例を示すと、単３型電池用のニッケルメッ
キ鉄の場合で０．１〜０．３ｍｍ程度である。

【００２５】本発明は、種々の変形実施態様を含む。例
えば金属膜と電極端子とからなる本発明の安全構造は、
電池の任意の場所に設置し得る。例えば図１における電
池裏面や図８や図９における電池上面以外にも、電池の
側面に設置してもよい。またその際の電極端子は正極端
子であっても負極端子であってもよく、あるいは正極端
子と負極端子の両方が本発明の安全構造に組み入れられ
ていてよい。さらに本発明が適用される電池種は、円筒
型や角型の一次電池あるいは二次電池などであってよ
い。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、安全構造を有する従来の密閉
型電池と対比して、つぎに示す種々の効果がある。 異常事態が発生した際に電気回路を遮断するための安
全構造における回路遮断部分の電気的接続部を、溶接に
依らずして単なる物理的な電気的接触とするので、電池
の組み立て作業が大幅に簡素化される。 安全構造の回路遮断部分に電池内圧に即応して弾性変
形を示す金属膜を採用するので、所定の電池内圧にて正
負極間を遮断して電池作動を停止することができる。 電池を必要とする電気機器の構造や特殊事情に応じて
安全構造を電池の所望の個所に設置し得るので、電池の
適用範囲が拡大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の常態における断面図である。

【図２】図１の部分拡大断面図である。

【図３】異常時における図１の部分拡大断面図である。

【図４】図２におけるＸ−Ｘに沿った断面図である。

【図５】図３におけるＸ−Ｘに沿った断面図である。

【図６】本発明の他の実施例の常態における部分拡大断
面図である。

【図７】本発明の更に他の実施例の常態における部分拡
大断面図である。

【図８】本発明の更に他の実施例の常態における部分拡
大断面図である。

【図９】本発明の更に他の実施例の常態における部分拡
大断面図である。

【符号の説明】

１ 電池缶 ３ 発電要素体 ５ 安全構造 ５１ 金属膜 ５２ 接触端子 ５３ 負極端子または正極端子 ５４ 電極端子保持部 Ｓ１ 空間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電要素体の電極リードと電気的に接続
   されている金属膜と該金属膜の表面上から延在する接触
   端子と常態時には電気的に接触する電極端子とからなる
   安全構造を有し、電池内の圧力変化に基づく金属膜の変
   形により接触端子の延在角度が変化して電極端子と接触
   端子とが電気的に非接触となるようにしてなることを特
   徴とする密閉型電池。
2. 【請求項２】 電極端子が、正極端子および／または負
   極端子である請求項１記載の密閉型電池。
3. 【請求項３】 金属膜がラプチャー機能を有するもので
   ある請求項１または２記載の密閉型電池。
4. 【請求項４】 接触端子と電極端子とは、常態時におい
   て互いにＪＩＳ−Ｂ０４０１で規定されている締まり嵌
   め公差で互いに圧接している請求項１〜３のいずれかに
   記載の密閉型電池。