JPH1186822A - 密閉型電池 - Google Patents

密閉型電池

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JPH1186822A
JPH1186822A JP24411497A JP24411497A JPH1186822A JP H1186822 A JPH1186822 A JP H1186822A JP 24411497 A JP24411497 A JP 24411497A JP 24411497 A JP24411497 A JP 24411497A JP H1186822 A JPH1186822 A JP H1186822A
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Kanehito Masumoto
Katsuhiko Mori
Tetsuya Murakami
Kazuhiko Watanabe
兼人 増本
哲哉 村上
克彦 森
和彦 渡邉
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Matsushita Electric Ind Co Ltd
松下電器産業株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池が異常使用された場合の電池内圧の異常
上昇により通電回路を遮断する通電回路遮断構造を備え
た密閉型電池を提供する。 【解決手段】 電池ケース10の端部開口を封口する封
口板1の電池内部側に金属板6aと金属箔6bとを重ね
合わせた複合金属板6を配し、金属板6aの中央部に形
成した開口部11を覆う金属箔6bに金属薄板4の膨出
部4aの中心を溶接する。電池内圧が異常上昇したとき
の内圧は複合金属板6に形成した通気穴12から金属薄
板4に及び、内圧により膨出部4aが反転するとき開口
部11を覆う金属箔6bが破り取られ、複合金属板6か
ら金属キャップ9に至る通電回路が遮断される。

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、特に
リチウム二次電池等の高エネルギー密度を有する密閉型
電池が異常使用された場合の過大な内圧を処理すると共
に通電回路を遮断することができる電池封口構造を備え
た密閉型電池に関するものである。

【0002】

【従来の技術】リチウム二次電池等のエネルギー密度の
高い密閉型電池は、この電池を使用する機器や充電器等
の故障、あるいは誤った使用がなされた場合に、電池内
部に異常にガスが発生して内圧が過大上昇することがあ
る。このような異常使用に備えて異常発生したガスを排
出するガス抜き機構が設けられる。また、非水電解液二
次電池では異常温度上昇を伴うので、ガス排出に先立っ
て通電電流を遮断する電流遮断機構が設けられる。

【0003】前記ガス抜き機構や電流遮断機構を備えた
密閉型電池の従来技術として、特開平5−335011
号、特開平5−343043号、特開平8−30635
1号、特開平8−315798号、特開平9−1991
05号、特開平9−199106号の各公報に開示され
たものが知られている。これらに開示された構成は、異
常上昇した内圧により金属薄板を変形させることによ
り、電気的接続のための接合を絶って通電を遮断し、異
常なガス発生の根源となっている過大電流回路を遮断す
るように構成されている。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池内
圧が所定値以上に上昇したときに通電回路を完全に遮断
するためには、電気的接続のために溶接により接合され
ている部分が確実に剥離する精度、あるいは所定の電池
内圧が加わったときに破断する易破断部の破断精度が要
求されるため、接合部の材厚や溶接強度や易破断部の精
度管理が難しく製品の歩留りが低下する問題点があっ
た。

【0005】本発明が目的とするところは、電池内圧の
上昇時に電気的接合部が遮断される遮断精度を向上さ
せ、信頼性の高い封口板を備えた密閉型電池を提供する
ことにある。

【0006】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、発電要素を収容する電池ケースの端部開口
が封口板により密閉封口され、この封口板の電極部を形
成する金属キャップから電池内部寄りに設けられた金属
薄板が電池内圧の上昇によって変形することにより、発
電要素から金属キャップに至る通電回路を遮断する機構
を備えた密閉型電池において、前記封口板の電池内部に
面した位置に前記発電要素に電気的接続して設けられ、
金属板と金属箔とを重ね合わせた複合板材の中央部にお
いて前記金属板のみに開口部を形成すると共に、複合板
材の適所に金属板と金属箔とを貫いた通気穴を形成した
複合金属板と、この複合金属板の電池外部側に絶縁部材
を介して周辺部が前記複合板材と共に固定支持されると
共に、前記金属キャップに電気的に接続して設けられ、
中央部に電池内部側に膨出する膨出部を形成して、この
膨出部の中心部が複合金属板の前記開口部上の金属箔に
溶接される金属薄板とを備えて封口板が構成されてなる
ことを特徴とする。

【0007】上記構成によれば、複合金属板を構成する
金属板の中央部に設けた開口部は金属箔で覆って形成さ
れ、この部分の金属箔に金属薄板の膨出部の中心が溶接
されているので、異常上昇した電池内圧が複合金属板に
形成された通気穴から侵入し、その圧力が金属薄板に及
ぶと、加圧された金属薄板の膨出部は溶接された開口部
位置の金属箔を破り取って反転し、複合金属板から金属
キャップに至る通電回路を遮断することになる。この構
成では、電池内圧による通電回路の遮断精度は、開口部
を覆う金属箔の破断強度に依存するので、この金属箔の
材質及び厚さに関わる破断強度を管理すればよく、金属
箔を一定の品質に管理すれば安定動作する通電回路遮断
構造を構成することができる。

【0008】上記構成における複合金属板は、金属板と
金属箔とを冷間圧接したクラッド材として形成すること
ができ、所定厚さの金属箔を金属板に接合しておくこと
により、金属板の開口部を覆う金属箔の破断強度を所定
精度に設定することができる。

【0009】また、複合金属板は、金属板の外周部を求
心方向に折り返し、この折り返し部に金属箔の周辺部を
挟圧保持して構成することができ、金属板の中央部に形
成された開口部に進出させた金属薄板の膨出部の中心と
金属箔とが溶接されるので、金属薄板が電池内圧により
反転して開口部から後退するときに金属箔を破断する範
囲は開口部を覆う範囲となり、金属箔の破断強度を所定
精度に設定することができる。

【0010】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。

【0011】図1は、本発明の第1の実施形態に係る密
閉型電池の封口板部分の構成を断面構造として示してお
り、密閉型電池は図示省略した下部に発電要素を収容し
て有底円筒形に形成された電池ケース10の上部開口を
封口板1で密閉封口して構成されている。この封口板1
は、電池ケース10にかしめ加工により固定された周囲
部において、電池内部側から、金属板6aに金属箔6b
をクラッド加工により接合した複合金属板6、絶縁リン
グ5、中央部に電池内部側への膨出部4aが形成された
金属薄板4、リング状の臨界温度抵抗体であるPTC
3、通気口9aが形成された金属キャップ9の順に配設
され、それぞれを積層してガスケット2により電池ケー
ス10との間を絶縁して電池ケース10にかしめ加工に
より固定される。前記複合金属板6の金属板6aには発
電要素に接続するリード8が接合され、金属箔6bと前
記金属薄板4の膨出部中心位置とは溶接により接合され
ているので、複合金属板6から金属薄板4、PTC3、
金属キャップ9へと通じる通電回路が形成される。

【0012】前記複合金属板6は、図3に示すように、
中心位置に開口部11が形成されたアルミニウム円板
(金属板)6aの表面にアルミニウム箔(金属箔)6b
を冷間圧接したクラッド材として形成し、その後にアル
ミニウム板6a及びアルミニウム箔6bを貫通させて通
気口12を形成したものである。

【0013】また、前記金属薄板4は、中央部に電池内
部側に緩やかに膨出させた膨出部4aを形成すると共
に、この膨出部4aにCの字状に薄肉部を形成した易破
断部4bが設けられている。具体的な構成例でこれを示
すと、厚さ0.15mmのアルミニウム板を直径12.
7mmの円板に形成し、膨出部4aに直径4.0mmの
C型形状の刻印を用いてCの字状の薄肉部分を形成する
ことにより易破断部4bを形成する。この金属薄板4は
膨出部4aの中心を前記複合金属板6の開口部12の中
心でアルミニウム箔6bにレーザー溶接される。

【0014】また、PTC(Positive Tem
perature Coefficient)3は、周
知の臨界温度抵抗体であって、正常時は無視できる僅か
な電気抵抗値であるが、過大な電流が流れることによる
温度上昇により、その温度が所定の温度域(臨界温度)
を越えたとき急激に電気抵抗値が増大する正温度係数抵
抗素子である。

【0015】上記構成になる封口板1を備えた密閉型電
池が、この密閉型電池を使用する機器の故障、あるいは
誤った使用、外部短絡等の異常使用がなされた場合に発
生するガス等による内部圧力の異常上昇、あるいは異常
な温度上昇に対応する異常対応動作について、図1〜図
3を参照して以下に説明する。

【0016】電池の異常使用のケースとして、電池を使
用する機器の故障による正負電極間の短絡、充電器の故
障による過充電、電池容量を無視した過負荷使用、故意
または予期せぬ事態による正負電極間の短絡、多数直列
接続による過放電、逆充電等々が考えられるが、このよ
うな異常使用に対処すべく、3通りの異常対応動作がな
される。

【0017】まず、第1の異常対応動作は、過大な電流
が流れた場合に、PTC3は過大電流が流れたことによ
り温度上昇し、それが臨界温度に達したとき、その電気
抵抗値が急激に増大するので通電電流は大幅に減少維持
され、外部短絡や過大電流での誤使用における電池損傷
が防止される。

【0018】しかし、密閉型電池の一例であるリチウム
二次電池では、充電器の故障等による無制御での過充
電、あるいは逆充電、多数直列接続での過放電などの場
合に、前記PTC3が臨界温度に温度上昇するに至らな
い電流であっても電池安全容量を越えて電池内圧が上昇
することがある。即ち、このような異常電流が継続して
流れた場合に、電解液及び活物質の分解などを伴いなが
ら電池温度が急激に上昇し、大量のガスあるいは蒸気を
発生させる。そこで、このような電池内圧が所定圧より
上昇した場合に、通電電流回路を遮断する第2の異常対
応動作が起動する。

【0019】図1に示す封口板1の各構成要素の状態は
正常時の状態であって、電池ケース10内の内圧が上昇
したとき、その内圧は複合金属板6に形成された通気口
12から侵入して金属薄板4に及ぶので、この内圧が所
定値を越えたとき、図2に示すように、金属薄板4の膨
出部4aは、その中心位置で複合金属体6の開口部11
で溶接されている金属箔6bを引き破り、その膨出方向
を反転させる。この膨出部4aの反転によって、複合金
属板6と金属薄板4との間の導通が絶たれ通電回路が遮
断されるので、電池内圧上昇の原因となっている異常電
流は絶たれ、電池内圧上昇の根源は排除される。

【0020】しかし、異常電流が遮断されても瞬時に温
度が低下するわけもなく、ガスや蒸気の発生も瞬時には
治まらず、電池内圧が更に上昇し続けた場合には、第3
の異常対応動作が起動する。即ち、大量のガスまたは蒸
気が発生して、電池内圧が金属薄板4に設けた易破断部
4bの破断強度に基づいて設定した所定値に達すると、
易破断部4bが破断して金属薄板4の中央部が開裂さ
れ、電池内部に充満していたガスや蒸気は金属キャップ
8の通気口8aから外部放出される。

【0021】次に、本発明の第2の実施形態に係る密閉
型電池の構成について図4〜図6を参照して説明する。
本構成は、第1の実施形態の構成における複合金属板6
の変形例を示すもので、他の構成要素は共通する。従っ
て共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明
は省略する。

【0022】図4において、封口板1aの電池内部側に
は複合金属板13が設けられており、この複合金属板1
3は、図6に示すように、中央に開口部14を形成した
金属円板(金属板)13に0.01mm〜0.1mm厚
さの金属箔13bを重ね合わせ、外周部で金属円板13
aを周囲から求心方向に折り返して金属箔13bの周囲
を挟圧固定し、金属円板13a及び金属箔13bを貫通
する通気穴15を形成して構成されている。

【0023】この複合金属板13は、図4に示すよう
に、中央部において金属箔13bが電池内部側となるよ
うに配設され、金属円板13aの中央に形成された開口
部14内に進出する金属薄板4の膨出部4aの中心と金
属箔13bとが溶接される。

【0024】本構成において、電池内圧が異常上昇した
ときには、複合金属板13に形成された通気穴15から
封口板1a内に侵入する電池内圧は金属薄板4に及び、
図5に示すように膨出部4aを反転させる。このとき、
金属薄板4の膨出部4aに溶接されている金属箔13b
は反転する膨出部4aに破り取られる。この金属箔13
bの破断強度は、金属円板13aに形成された開口部1
4を覆う金属箔13bが開口部14の周縁部分で破断す
る強度として設定できるので、金属箔13bの材質及び
厚さを管理することにより破断精度を一定に維持するこ
とができる。従って、一定の接合強度に加工し難い溶接
部分の剥離強度に依存しないので、安定した通電回路遮
断構造を構成することができる。

【0025】尚、本構成におけるPTC3による過大電
流の抑制、電流遮断後の電池内圧の異常上昇時のガスの
外部放出の構成は、先に説明した第1実施形態の構成の
動作と同様なので、その説明は省略する。

【0026】また、上記実施形態においては、円筒形の
電池について説明したが、角筒形電池あるいはそれに類
似の電池においても同様に実施することができる。

【0027】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、複合
金属板を構成する金属板の開口部を覆う金属箔に金属薄
板の膨出部の中心を溶接して電池内圧の異常上昇による
通電回路の遮断構造が形成されているので、電池内圧に
より金属薄板の膨出部が反転したときに前記開口部を覆
う金属箔が反転する膨出部に破り取られ、通電回路が遮
断される。従って、一定の接合強度が得難い溶接部の剥
離に依存することなく、開口部を覆う金属箔の破断強度
で管理することができるので、金属箔の材質及び厚さを
一定に管理することにより動作精度の高い通電回路の遮
断構造が構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の第1の実施形態に係る密閉型電池の封
口板の構成を示す断面図。

【図2】図1に示す平常状態から通電回路遮断の動作が
なされた状態を示す断面図。

【図3】第1の実施形態に係る複合金属板の構成を示す
(a)は平面図、(b)はA−A線矢視断面図。

【図4】本発明の第2の実施形態に係る密閉型電池の封
口板の構成を示す断面図。

【図5】図4に示す平常状態から通電回路遮断の動作が
なされた状態を示す断面図。

【図6】第2の実施形態に係る複合金属板の構成を示す
(a)は平面図、(b)はA−A線矢視断面図。

【符号の説明】

1、1a 封口板 3 PTC 4 金属薄板 4a 膨出部 4b 易破断部 6、13 複合金属板 6a、13a 金属板 6b、13b 金属箔 9 金属キャップ 10 電池ケース 11、14 開口部 12、15 通気穴

フロントページの続き (72)発明者 村上 哲哉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電要素を収容する電池ケースの端部開
    口が封口板により密閉封口され、この封口板の電極部を
    形成する金属キャップから電池内部寄りに設けられた金
    属薄板が電池内圧の上昇によって変形することにより、
    発電要素から金属キャップに至る通電回路を遮断する機
    構を備えた密閉型電池において、 前記封口板の電池内部に面した位置に前記発電要素に電
    気的接続して設けられ、金属板と金属箔とを重ね合わせ
    た複合板材の中央部において前記金属板のみに開口部を
    形成すると共に、複合板材の適所に金属板と金属箔とを
    貫いた通気穴を形成した複合金属板と、 この複合金属板の電池外部側に絶縁部材を介して周辺部
    が前記複合板材と共に固定支持されると共に、前記金属
    キャップに電気的に接続して設けられ、中央部に電池内
    部側に膨出する膨出部を形成して、この膨出部の中心部
    が複合金属板の前記開口部上の金属箔に溶接される金属
    薄板とを備えて封口板が構成されてなることを特徴とす
    る密閉型電池。
  2. 【請求項2】 複合金属板が、金属板と金属箔とを冷間
    圧接したクラッド材として形成されてなる請求項1記載
    の密閉型電池。
  3. 【請求項3】 複合金属板が、金属板の外周部を求心方
    向に折り返し、この折り返し部に金属箔の周辺部を挟圧
    保持してなる請求項1記載の密閉型電池。
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