JPH1186820A

JPH1186820A - 二次電池

Info

Publication number: JPH1186820A
Application number: JP9243687A
Authority: JP
Inventors: Morio Kobayashi; 守夫小林; Katsuyuki Matsuki; 勝行松木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】安全弁の動作圧力のばらつきを改善した高精度
の安全弁構造とすることと、安全弁溶接部の漏れを防止
する溶接構造とする。【解決手段】弁孔付金属板に金属薄板をクラッドした安
全弁を、金属製電池ケースの一部に設けた穴部や開放穴
付の溝部に嵌合させて、安全弁の外周部を全周溶接によ
り密閉した二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車，電動
カート等の移動体機器，ビデオカメラ，パソコン等の携
帯機器，停電時のバックアップ機器，電力貯蔵用機器、
及びセキュリテイ機器等の製品の電源として使われる二
次電池の異常時に、ガスを放出することにより電池の爆
発を防止する安全弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電解液二次電池の安全弁は、電池
容器の一部に切り込みやプレス等により部分的に弱点溝
を設けたり、電池容器に設けたガス放出用孔を金属箔等
の薄膜により密封し、電池の短絡や過充電等の温度上昇
やガス発生により電池内圧が上昇したときに、前記弱点
溝や金属薄膜を破断して電池内のガスを放出し、電池の
爆発を防止していた。例えば、特開平6−140012 号公報
に記載の技術では、電池内部に透通する弁孔と、この弁
孔を弾性体の押圧手段により閉じる弁体からなる安全弁
が示されている。また比較例として、電池容器の一部を
なす封口板に開けた弁孔の上に弁孔より大きな径のアル
ミ箔を置き、このアルミ箔の周辺を変成ポリプロピレン
で接着して弁孔を閉塞した安全弁が紹介されている。ま
た、特開平6−36752号公報に記載の技術では、電池容器
の一部をなす封口板に開けられた放圧用孔と、放圧用孔
に対応する箇所に設けられた溝によりその底部に弁膜が
形成された薄膜を前記封口板にレーザ溶接により密封し
た安全弁が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平6−140012 号公報に記載の技術は、弁孔を閉じるの
に弁体を弁孔に押圧する手段によって構成されている
為、電池内部からの電解液の密閉性に問題がある。この
ため、弁体と弁孔との間にグリスを充填する等の電解液
漏洩防止策が行われている。しかし、押圧による接触で
は電解液の漏洩を完全に防止することはできないため、
電解液が漏れて電池内の電解液が不足すると、充電電気
容量が減って電池寿命が短くなるばかりでなく、漏洩し
た電解液は腐食性であるので電池容器や周辺の機器を腐
食させるという問題がある。また、弁孔にアルミ箔を変
成ポリプロピレンで接着閉塞した安全弁は、接着剤が電
池内の電解液や大気中の各種ガスとの反応や風化作用に
より接着力が落ち、電池寿命との関係から長期間の密閉
性を保つには問題がある。また上記特開平6−36752号公
報に記載の技術では、５０〜６０μｍの薄膜にプレスや
エッチングにより溝加工を行い、溝底部に２０〜３３μ
ｍの弁膜を形成している。従って、薄膜から更に薄い弁
膜を形成するプレスやエッチング加工のばらつきによ
り、弁膜の厚さを精度よく形成することが困難であり、
安全弁の動作圧力がばらつくという問題があった。さら
に、強度を必要とする電池容器の一部である板厚の厚い
封口板に板厚の薄い金属薄膜を直接レーザ溶接するため
に、熱容量の少ない金属薄膜が先に高温となって溶けて
しまい溶接部に穴が開いたり、金属薄膜が溶接により痩
せて溶接欠陥部ができるという問題があった。

【０００４】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、生産性が
高く精度のよい動作圧力を備えた安全弁により、電池の
安全性や品質の向上を図った二次電池を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、フィルム状の正極および負極をセパレータ
を介して対向させた電極群と電解液からなる発電要素を
金属製の電池ケース内に密封収納した二次電池におい
て、弁孔付金属板に金属薄膜をクラッドして弁孔を閉塞
した安全弁を電池ケースの一部に設けた穴部または穴付
凹み部に嵌合させ、その接合部を全周溶接により密封し
た。また金属薄板クラッド金属板の板厚を前記電池ケー
スの溶接部板厚とほぼ同一厚さとした。さらに安全弁は
複数個の弁孔を開けた金属板に金属薄板を全面にクラッ
ド圧着した後に、各弁孔を中心として打ち抜いて生産し
たものである。

【０００６】斯かる本発明によれば、圧力により破裂す
る圧力弁体である金属薄板が、加工により厚さ調整する
ことなく、ほぼ原板のままの精度の高い板厚なので、安
全弁の動作圧力がばらつきなく正確に作動する。また、
安全弁の溶接がほぼ同じ板厚同士を接続するので溶接性
がよく、溶接加工の歩留まりを向上し信頼性の高い二次
電池とすることができる。さらに安全弁の生産がクラッ
ド圧着加工とプレス打ち抜き加工により完成するので生
産性が高く、高品質の安全弁が安価にできるものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる二次電池の
一実施の形態を、リチウムイオン二次電池を例にして図
面を参照しながら説明する。図１は、本発明の二次電池
の一実施の形態を示す構造縦断面図であり、図２は図１
の安全弁取り付け部の拡大断面図である。同図におい
て、１は正極であり、帯状のアルミ箔からなる正極集電
体２の両面に無機リチウムインターカレーション・デイ
ンターカレーション材料を正極活物質とする正極合剤３
（例えば活物質としてＬｉＭｎ₂Ｏ₄，ＬｉＣｏＯ₂ ，Ｌ
ｉＮｉＯ₂ 等、導電材としてカーボン、結着剤としてポ
リフッ化ビニリデンを混合調整したもの）を塗布プレス
して保持させたものである。４は負極であり、帯状の銅
箔からなる負極集電体５の両面にリチウムインターカレ
ーション・デインターカレーションのカーボン材料を負
極活物質とする負極合剤６（例えば活物質として黒鉛，
結着剤としてポリフッ化ビニリデンを混合調整したも
の）を塗布プレスして保持させたものである。７はセパ
レータであり、ポリエチレン、またはポリプロピレン等
の熱可塑性樹脂の微多孔性薄膜もしくは不織布からな
る。

【０００８】なお、ポリエチレンフィルムは温度が上昇
した時、フィルム自身の溶融によって前記微多孔が閉じ
るシャットダウン開始温度が約１３０℃であり、ポリプ
ロピレンフィルムのシャットダウン開始温度は約１５０
℃である。つまり、電池が内部短絡や外部短絡等の異常
状態により温度上昇した場合に、セパレータの熱可塑性
樹脂が溶けて微多孔や不織布の目詰まりを生じて、正負
極間のイオンの移動を遮断することにより電池の電流を
遮断し、電池を保護する働きがある。

【０００９】上記、正極１と負極４はセパレータ７を介
して対向した状態で渦巻き状に巻回され、電極群１１を
形成している。この場合、セパレータ７は正極１，負極
４よりも若干幅広く巻かれており、さらに巻芯部および
巻き終わり部において数回セパレータ７が単独で巻かれ
ており、正極，負極間及び電極群周囲との絶縁性を持た
せている。この電極群１１は電解液（図示せず）に浸漬
されて発電要素となる。上記電解液は、ＬｉＰＦ₆，Ｌ
ｉＢＦ₄，ＬｉＣｌＯ₄，ＬｉＡｓＦ₆等のリチウム塩を
電解質として有機溶媒（プロピレンカーボネート，エチ
レンカーボネート，ジエチルカーボネート，ジメチルカ
ーボネート等の単独または混合物）に溶解したものが使
われる。２０は金属製の容器部でステンレス鋼，ニッケ
ルメッキ鉄，ニッケルメッキ銅やアルミニウム等が使わ
れ、上記電極群１１と電解液からなる発電要素を容器部
に収納し、金属製の蓋部２１を被せて溶接等により密封
し、電池ケースとしたものである。蓋部２１は容器部２
０と溶接する関係上、同じ材質の金属がよい。また、容
器部２０内の容器底部２０ａおよび蓋部２１側には電池
内充電部と電池ケースとの電気絶縁性を保つために、絶
縁板１３ａ，１３ｂが設置されている。絶縁板は安全弁
の動作を阻害しないように安全弁の位置する場所は穴が
開けられている。８は短冊形アルミニウム材の正極リー
ドであり、正極１の正極集電体２とアルミニウム材の正
極端子１４に溶接等により接続されている。９は短冊形
ニッケル材又は銅材の負極リードであり、負極４の負極
集電体５とニッケル又は銅材の負極端子１５に溶接等に
より接続されている。なお、正極リード８および負極リ
ード９は中・大形電池となると１本では電流容量が取れ
ないので、複数個のリード線を接続する必要がある。１
２は円筒形状の絶縁デスタントであり、電極群１１と蓋
部２１間に、正極リード８および負極リード９を絶縁分
離する分離板１２ａを円筒内に設けて各極リード線を収
納する独立空間を確保すると共に、電極群１１が電池ケ
ース内で移動しないように押さえている。したがって、
複数個からなる正極リード８および負極リード９は、お
互いに分離板１２ａにより分離されており、接触するこ
となしに絶縁が保たれる。

【００１０】正極端子１４，負極端子１５は、蓋部２１
に、ガラスまたはプラスチック層を介在させて電気絶縁
をすると共に、密封性を持たせたハーメチックシール１
７により貫通固定され、端子ケース外に出た部分が外部
との電気接続部となる。

【００１１】蓋部２１に設けられた穴２１ａには、安全
弁２２が穴２１ａにぴったり合うように埋め込まれて、
外周部で全周レーザ溶接等により溶接されている。安全
弁２２の取り付け場所は、電池ケースの一部であれば容
器部２０でも良く、蓋部２１に限定されるものではな
い。安全弁２２は、基材としてステンレス鋼，ニッケル
メッキ鉄，ニッケルメッキ銅やアルミニウム等の金属板
２３が使われ、中心部に弁孔２３ａが開けられ、金属板
２３全面に金属薄板２４がクラッド圧着されて弁孔２３
ａを閉塞している。

【００１２】金属薄板２４はアルミ箔，ニッケル箔，ス
テンレス箔等の耐電解液性および耐腐食性の金属が適し
ている。

【００１３】安全弁２２の製造方法としては、金属板２
３のシート材に複数個の弁孔２３ａをプレス加工により
開けておき、金属板２３に金属薄板２４を重ね合わせて
クラッド圧着加工をした後に、弁孔２３ａを中心にして
弁孔よりも大きい形状に外周をプレス打ち抜きにより生
産する。金属板２３と金属薄板２４のクラッド圧着接合
は同種金属間および異種金属間でも可能であり、その結
合は原子間結合により強力に接合されており、密封性は
完全である。

【００１４】したがって、高品質，高精度の安全弁が同
時に大量生産できるので、安価である。弁孔２３ａの大
きさと金属薄板２４の材質・板厚で安全弁の開裂圧力が
決められるので、安全弁の動作圧力が自由に設定でき
る。さらに、金属薄板はクラッド前の原板の厚さにほぼ
等しく均一であり、弁孔もプレスにより寸法精度の高い
孔径が得られるので、安全弁の動作圧力がばらつき少な
く正確である。

【００１５】さて、電池の過充電や短絡等により温度が
上昇し、電池ケース１１内の圧力が高圧になって設定圧
力になると、弱点部である金属薄板２４が開裂し、電池
ケースの爆発を防止する。

【００１６】図３は安全弁２２の他の実施の形態を示す
取り付け構造図であり、蓋部２１の一部に中心部に開放
穴２１ｃを有する凹み部２１ｂを設け、この凹み部内に
安全弁２２を嵌合させて安全弁２２の外周と凹み部周辺
の接合部を全周レーザ溶接等により溶接したものであ
る。

【００１７】また図４は安全弁２２の更に他の実施の形
態を示す取り付け構造図であり、蓋２１の一部に中心部
に開放穴２１ｃを有する輪状の立上部２１ｄを設け、こ
の立上部２１ｄ内に安全弁２２を嵌合させて安全弁２２
外周と立上部２１ｄの接合部を全周レーザ溶接等により
溶接したものである。

【００１８】上記全ての実施例において、安全弁２２の
金属薄板２４は電池ケース２０の内側に位置させること
が望ましい。つまり、金属薄板２４は１０〜１００μｍ
の薄い金属箔からできており、電池の加工工程や取り扱
い等で傷付き破れやすいので、外部から触れにくい場所
に設置するのがよい。また、レーザ溶接する関係から安
全弁の金属板２３と蓋部２１の材質は同じにする必要が
ある。さらに、安全弁２２の金属薄板をクラッドした金
属板の厚さｔは電池ケースの一部に設けられた穴２１ａ
周辺または凹み部２１ｂ周辺または立上部の板厚Ｔに対
し５０〜１５０％が望ましい。つまり、板厚の差が大き
いとレーザ照射したときに、熱抵抗の差により熱容量の
小さい薄板の方が早く溶けてしまい、溶接不良となるか
らである。実験の結果では、ｔ／Ｔ＝０.５〜１.５の範
囲で溶接される母材の熱流がバランスし、溶接歩留まり
が良好であった。

【００１９】また、図３，図４に示すように安全弁の弁
孔２３ａと電池ケース側取り付け部の開放穴２１ｃが重
ね合わさる場合は、弁孔２３ａの直径ｄと開放穴２１ｃ
の直径Ｄの大きさを比較し、小さい方の直径で安全弁の
作動圧力が決定される。

【００２０】次に、本発明による非水電解液二次電池の
組み立て方法について説明する。組み立ての前に、蓋部
２１には正極端子１４，負極端子１５がハーメチックシ
ールにより貫通固定され、安全弁２２も溶接されて蓋部
組品として準備される。したがって、安全弁の取り付け
が部品の状態で行われるので生産性が良い。組み立て順
としては、帯状の正極１および負極４をセパレータ７を
介して渦巻き状に巻回していく。この時、正極リード８
を正極集電体２に、負極リード９を負極集電体５に、そ
れぞれスポット溶接または超音波溶接により必要数だけ
順次取り付けながら正負極を巻回し、巻き終わり部はテ
ープで止めて電極群１１を作る。このとき、電池容量の
大きさにより取り付けるリード線の数は増減される。次
に、容器の底部２０ａ側から絶縁板１３ａ，電極群１
１，絶縁デスタント１２の順に入れ、正極リード８，負
極リード９をそれぞれ束ねて纏めておく。それから絶縁
板１３ｂを電池の蓋２１の裏側に重ね合わせ、正極リー
ド８，負極リード９を蓋部２１の正極端子１４，負極端
子１５に溶接する。次に容器２０の開口部から電解液を
注入し、蓋２１を容器２０に被せて容器２０の開口部と
蓋２１を溶接により密封して電池組み立ては完成する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、フィ
ルム状の正極および負極をセパレータを介して対向させ
た電極群と電解液とからなる発電要素を金属製の電池ケ
ースに密封した二次電池において、弁孔付金属板に金属
薄板をクラッドした安全弁を前記電池ケースの一部に設
けた開放穴付の取り付け溝に嵌合させ、その接合部を全
周溶接により密封した。したがって、均一な厚さの金属
薄膜と均一な大きさの弁孔および開放穴により精度のよ
い安全弁の動作圧力が得られ、安全性の高い防爆性能を
持った二次電池が得られ、生産性もよい。また、金属薄
板をクラッドした金属板の厚さと電池ケースの取り付け
部の厚さをバランス良くしたので、レーザ溶接が確実に
でき、加工歩留まりおよび電池のガス漏れ信頼性が向上
した。さらに、安全弁の破裂弁体となる金属薄板を電池
ケースの内側に位置するように取り付けたので、電池の
取り扱い時に外傷による金属薄板の損傷防止ができ、高
品質の電池が得られる。一方、安全弁の生産において
も、プレス加工とクラッド圧着加工のみにより寸法精度
の高い高品質の安全弁を大量に安価に生産できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二次電池の一実施の形態を示す構造断
面図である。

【図２】図１の安全弁取り付け部の拡大図である。

【図３】本発明の二次電池の安全弁取り付け構造の他の
実施の形態を示す断面図である。

【図４】本発明の二次電池の安全弁取り付け構造のさら
に他の実施の形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１…正極、２…正極集電体、３…正極合剤、４…負極、
５…負極集電体、６…負極合剤、７…セパレータ、８…
正極リード、９…負極リード、１１…電極群、１２…絶
縁デスタント、１２ａ…分離板、１３ａ，１３ｂ…絶縁
板、１４…正極端子、１５…負極端子、１７…ハーメチ
クシール、２０…容器部、２０ａ…容器底部、２１…蓋
部、２１ａ…穴、２１ｂ…凹み部、２１ｃ…開放穴、２
１ｄ…立上部、２２…安全弁、２３…金属板、２３ａ…
弁孔、２４…金属薄板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルム状の正極および負極をセパレータ
を介して対向させて配置してなる電極群と電解液とを備
えた、発電要素を金属製の容器部と蓋部とを有する電池
ケース内に密封収納した二次電池において、弁孔付金属
板に金属薄板をクラッド閉塞した安全弁を前記金属製電
池ケースの一部に設けた穴部または開放穴付凹み部また
は開放穴付周囲立上部に嵌合させ、その接合部を全周溶
接により密閉した二次電池。
【請求項２】金属薄板クラッド金属板の板厚が電池ケー
スの穴部周辺または凹み部周辺または立上部の板厚に対
し、５０〜１５０％の厚さである請求項１記載の二次電
池。
【請求項３】安全弁の金属薄板が電池ケースの内側に位
置するように取り付けた請求項１記載の二次電池。
【請求項４】複数個の弁孔付金属板に金属薄板を全面ク
ラッドして弁孔を閉塞した後に各弁孔を中心部として弁
孔よりも大きな形状に打ち抜いた安全弁を使用した請求
項１記載の二次電池。