JPS63285859A

JPS63285859A - 非水液体活物質電池

Info

Publication number: JPS63285859A
Application number: JP62123143A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sato; 淳佐藤; Hirokazu Yoshikawa; 吉川　博和; Shigeru Ikenari; 池成　茂; Kenichi Yokoyama; 賢一横山; Yoshio Uetani; 植谷　慶雄
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1987-05-19
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1988-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07105217B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は防爆機能を備えた非水液体活物質電池に関する
。

〔従来の技術〕

塩化チオニル−リチウム電池で代表されるような正極活
物質として塩化チオニル、塩化スルフリル、塩化ホスホ
リルなどのオキシハロゲン化物系液体を用い、負極にリ
チウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属を用
いる電池では、正極活物質やアルカリ金属などが水と非
常に反応しやすいため、電池容器をハーメチックシール
により封口する完全密閉構造が採用されている。

このようなハーメチックシールを採用した電池では、密
閉性が高く、貯蔵性に優れるという長所を有するものの
、その反面、密閉性が高いために、高温加熱下にさらさ
れたり、高電圧で充電されるなどの異常事態に遭遇した
ときに、電池の内部圧力が異常に上昇して電池が破裂し
、大きな破裂音が発生すると共に、電池内容物が周囲に
飛び敗って電池使用機器を汚損するおそれがある。

そこで、同様に密閉構造をとるアルカリ電池に関して提
案されているような、電池容器の底部に十字杖に溝を形
成することによって電池に防爆機能を備えさせることが
、この非水液体活物１１電池においても取り入れること
が必要になる。

しかしながら、アルカリ電池において提案されている防
爆用の溝は、その断面形状がＶ字状で、その先端、つま
り溝底部を鋭利な状態にするか（例えば、実公昭５８−
１７３３２号公報）、あるいは断面Ｖ字状でその溝底部
に０．１〜０．２　ｍ１ＩＲの丸みをつけたものであり
（例えば、実公昭５８−２６４６０号公報）、これらは
、以下に詳述するように、溝形成用のポンチの耐久性面
や、防爆性能面から、非水液体活物質電池には通用する
ことができない。

すなわち、アルカリ電池で提案されている断面形状がＶ
字状で溝底部が鋭利な溝は、切欠効果は期待できるもの
の、プレス成形により溝を形成する際に、溝形成用のポ
ンチの先端部がすぐに損傷を受け、特に非水液体活物質
電池では、正極活物質の強い腐食性に耐えるために電池
容器にはステンレス鋼などの硬度の高い耐食性金属が使
用されているので、ポンチの損傷が増々激しくなり、ポ
ンチの耐久性面やポンチの損傷によるＶ字状溝の形状バ
ラツキから工業的には到底採用することができない。一
方、断面形状がＶ字状で溝底部に丸みをつけたものは、
ポンチの損傷は少なくなると考えられるが、このような
溝底部に丸みをつけた場合は、単に薄肉にしたという効
果が発揮されるだけで、切欠効果などの付加的効果がほ
とんど加わらないため、薄肉部の厚みをよほど薄＜シな
いかぎり、安全な圧力範囲内での薄肉部の破壊が生じず
、また、薄肉部の厚みを薄くすると、貯蔵中に薄肉部が
腐食を受けて電池機能が失われるおそれがある。

そのため、電池容器の底部に形成する溝の形状を底部が
平坦状になった断面倒立台形状にし、溝底部の端部に電
池の内部圧力による引張力と曲げによる引張力とが複合
してかかるようにし、薄肉部の厚さをある程度維持して
も、比較的低い圧力で、溝底部の端部から切裂破壊が生
じるようにして、電池に安全性の高い防爆機能を付与す
ることが開発され、本出願人によって既に特許出願され
ている　（特願昭６１−２２８７６０号）。

ところで、本発明のごと（オキシハロゲン化物系液体を
正極活物質に用いる電池では、電池が高温下にさらされ
ると、電池内部の圧力（内圧）は第５図に示すような変
化を示し、内圧が５０ｋｇ／ｃ４を超えるあたりから急
激に増加するという特徴がある。

すなわち、第５図は電池内の圧力と温度との関係を示す
もので、横軸は温度を、縦軸は電池内の圧力を示してい
るが、この電池では、温度が１７０°Ｃをすぎる頃から
内圧の上昇が大きくなり、温度が１８０°Ｃで内圧が５
０ｋｇ／ｃ４近くなり、この５０ｋｇ／ｃｄを超える頃
から、わずかな温度上昇でも内圧は大きく上昇し、圧力
上昇は急激になる。

そのため、電池が実際に火災などによって急激な温度上
昇下にさらされた場合、防爆用の薄肉部が開裂しても、
電池の内圧が充分に低下せず、電池の内圧低下よりも電
池の内圧上昇が速くなって、電池が破裂する場合がある
。これは、防爆用の薄肉部が開裂して防爆機能が作動し
ようとするときに、その開口部分の面積が小さすぎ、電
池内容物のセパレータや正極がその開口部分をふさいで
しまうからであると考えられる。つまり、第４図℃）に
示すように、薄肉部４の幅が狭く面積が小さい場合、電
池内圧が高くなってたとえ薄肉部４が開裂して防爆機能
が作動しようとしても、開口面積が小さいために、セパ
レータ、正極などの電池内容物がその開口部分をふさい
でしまう。そのため、内圧の低下が遅く、特に急激な温
度上昇がある場合は、電池内圧の上昇の方が速くなって
、電池破裂にいたるようになるのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記のように従来電池では、たとえ防爆用の
薄肉部が開裂しても、その開口部分がセパレータや正極
などの電池内容物によってふさがれ、防Ｉｓ機能を発揮
することができない場合があったという問題点を解決し
、たとえ急激な温度上昇があったような場合でも、安定
して防爆機能を発揮できる非水液体活物質電池を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、防爆用の薄肉部が開裂したときにその開口部
分が電池内容物によってふさがれて防爆機能が発揮でき
なくなるのを防止するため、防爆用の薄肉部の面積に検
討を加え、防爆用の薄肉部の面積を電池容器の底部面積
の０．７〜５．２％にすることによって、たとえ急激な
温度上昇下にさらされても、安定して防爆機能が発揮で
きるようにしたものである。

すなわち、第４図（ａ）に示すように、防爆用の薄肉部
４の幅を広く、つまり面積を広くしておくと、薄肉部４
が開裂したときにその開口部分が広くなり、該開口部分
がセパレータ、正極などの電池内容物によってふさがれ
ることが少なくなり、安定して防爆機能が発揮されるよ
うになる。そこで、本発明では、この防爆機能が安定し
て発揮されるようにするためには、まず、上記防爆用の
薄肉部の面積を電池容器の底部面積に対してどの程度以
上にすべきかを検討し、防爆用の薄肉部の面積を電池容
器の底部面積の０．７％以上に特定したのである。しか
し、薄肉部の幅があまり広くなりすぎると、薄肉部の開
裂圧力が高くなってしまい、所望の圧力範囲内で防爆機
能が発揮されなくなるおそれがある。すなわち、薄肉部
の開裂は、電池内圧が上昇して電池容器の底部が膨らみ
、溝の底部の端部に電池の内部圧力による引張力と曲げ
による引張力とが複合してかかり、溝底部の端部（つま
り、薄肉部の端部）で生じるのであるが、薄肉部の幅が
広いと、溝底部の端部にかかる応力が分散され、切裂効
果が小さくなって、所望とする圧力範囲内での開裂が生
じなくなるのである。そこで、本発明では薄肉部の幅を
広く、面積を広くしていったときにどの程度までであれ
ば、防ｆＪＪ機能が所望とする圧力範囲で作動し得るか
を検討し、防爆用の薄肉部の面積の上限を電池容器の底
部面積に対して５．２％に特定したのである。

〔実施例〕

薄肉部の幅が０．０５ｍｍ、　０．０７＋＋ｍ、０．１
＋ｕ＋＋、　０．１５ｍｍ、０、Ｊａｎ、０．５＋ｗｍ
、０．６ｍｍと異なる電池容器を作製し、該電池容器を
用いて第３図に示す構造で単３形の塩化チオニル−リチ
ウム電池を作製した。電池の各構成部材について説明す
ると次の通りである。

１は電池容器であり、この電池容器１には第１〜２図に
詳示するように、電池に防爆機能を付与するための溝３
が形成され、該溝３の形成により電池容器１の底部２は
部分的に薄肉にされ、薄肉部４が形成されている。１１
はアルカリ金属よりなる負極で、本実施例ではリチウム
板を上記電池容器１の内周面に圧着することにより形成
されており、そのため、この電池では、電池容器１は負
極端子としての機能を存している。、１２はセパレータ
であり、このセパレータ１２はガラス繊維不織布からな
り、円筒状をしていて、前記円筒状の負極１１と円柱状
の正極１３とを隔離している。正極１３はアセチレンブ
ラックを主成分とする炭素質で形成された炭素多孔質成
形体よりなり、１４は正極集電体で、ステンレス鋼棒よ
りなる。１５は電池蓋で、ステンレス鋼で形成されてい
て、その立ち上がった外周部が電池容器１の開口端部と
溶接により接合され、電池蓋１５の内周側には正極端子
Ｉ７との間にガラス層１６が介設されている。ガラス層
１６は電池蓋１５と正極端子１７とを絶縁すると共に、
その外周面でその構成ガラスが電池１［１５の内周面に
融着し、その内周面でその構成ガラスが正極端子１７の
外周面に融着して、電池蓋１５と正極端子１７との間を
シールし、電池容器１の開口部はいわゆるハーメチック
シールにより封口されている。正極端子１７はステンレ
ス鋼製で電池組立時はパイプ状をしていて、電解液注入
口として使用され、その上端部を電解液注入後にその中
空部内に挿入された正極集電体１４の上部と溶接して封
止したものである。１８は電解液で、この電解液１８は
塩化チオニルに支持電解質としての四塩化アルミニウム
リチウムを１．２　ｍｏｌ／　Ｑ溶解したもので、塩化
チオニルは上記のように電解液の溶媒であると共に、こ
の電池では正極活物質でもあり、正極１３の表面で、こ
の塩化チオニルと負極１１からイオン化したリチウムイ
オンとが反応を起こす。そして、１９および２０はそれ
ぞれガラス繊維不繊布からなる底部隔離材と上部隔離材
であり、２Ｉは空気室である。

電池容器ｌは、厚さ０．３ｍ１１のステンレス鋼板から
作製され、電池組立前は第１図に示すように有底円筒状
をしており　（ただし、第１図は電池容器を倒立させた
状態で示しているので、底部２が上側にきている）、そ
の底部２の中央部の凸出部２ａには、第１図（ａ）に示
すように平面形状が十字状の溝３が形成されている。溝
３は第２図に詳示するように、断面形状が底部３ａが平
坦な倒立台形状（υ形状で、この倒立台形状という表現
は、溝底部３ａが下側に配置したときの形状を表現した
ものである）をしており、溝形成角度θは６０″にされ
ている。４は薄肉部で、この薄肉部４は上記溝３の形成
により電池容器１の底部２に十字状に設けられたもので
あり、薄肉部４の厚みｔは０．０７＋ｍｓで、その幅Ｗ
は前記のように電池容器によって０．０５ｍ５．０．０
７１１＋＋＊、　　０．１ｏｎ、　０．１５ｍｍ、０．
３ａ＋＋＊、　　０．５ｍｍ、　　０．６ｍ１１と変え
られており、各溝３の長さは８■で、２本で十字状に形
成されていることより、このときの薄肉部４の面積はそ
れぞれ０．８−１１．１−１■、６−１２．４−１４．
８−１８−１９．６−である、また、電池容器の底部面
積は１５３．９−であることから、これら薄肉部４の面
積はそれぞれ電池容器の底部面積の０．５％、０．７％
、０．１０％、　１．６％、３．１％、５．２％、６．
２％に相当する。なお、本実施例では、リード端子の取
付がしやすいように、電池容器１の底部２の中央部に凸
出部２ａを設けているので、溝３は該凸出部２ａに形成
されているが、凸出部２ａは必ずしも必要なものではな
く、電池容器ｌの底部２は平坦なものであってもよい。

その場合、溝３は電池容器ｌの平坦な底部２の中央部に
形成すればよいが、そのようにしても、凸出部２ａに溝
３を形成した場合と比較して、特に防爆機能が低下する
ようなことはない。

上記電池を火中に投入し、電池が大きな破裂音を伴って
破裂するか否かを調べた。その結果を第１表に示す、ま
た、上記電池容器に内圧を加え、その薄肉部が開裂する
ときの圧力を測定し、その結果も第１表に併せて記載し
た。

第　　　　　　１　　　　　　表第１表に示すように、薄肉部の幅Ｗが０．３０ｍｍ以下
で、電池容器の底部面積に対する薄肉部の面積が３．１
％以下の範囲では、いずれの場合も、電池容器の薄肉部
の開裂圧力は６２〜８０ｋｇ／ｃｄの範囲内であり、防
爆機能は６２〜８０ｋｇ／ｃｄの範囲で作動するものと
考えられるが、実際に電池を組み立てて火中に投入する
と、電池容器の底部面積に対して薄肉部の面積が０．５
％の場合は、試験に供した１０個の試料中２個に電池破
裂が生じ、防爆機能が充分に発揮されなかったが、薄肉
部の面積が電池容器の底部面積に対して０．７％以上に
なると、火中破裂がなくなり、安定した防爆機能が発揮
されるようになった。一方、薄肉部の幅が広くなり、電
池容器の底部面積に対する薄肉部の面積が大きくなると
、薄肉部の開裂圧力が高くなり、電池容器の底部面積に
対する薄肉部の面積が５．２％の場合では、薄肉部の開
裂圧力が１３５ｋｇ／ｃｄで、火中破裂が生じなかった
が、電池容器の底部面積に対する薄肉部の面積が６．２
％になると、薄肉部の開裂圧力は２８０ｋｇ／ｃ１１に
なり、火中破裂が１０個の試料中、６個も生じた。

以上の試験結果から、防爆用の薄肉部の面積としては、
電池容器の底部面積の０．７〜５．２％が適当であると
いえる。

なお、上記実施例では溝３の形成角度θを６０’とし、
薄肉部４の厚みＬを０．０７＋＊ｍとしたが、溝３の形
成角度θは一般に５０〜８０°の範囲にするのが好まし
く、また、薄肉部４の厚みＬは一般に０．０４〜Ｏ，１
２ｍｍの範囲にするのが好ましい。

また、上記実施例では、十字状の溝を形成した場合につ
いて説明したが、溝としては複数本でそれらの溝が少な
くとも１箇所で交わるものであればよく、その平面形状
としては、実施例で示した十字状以外にも、例えば第６
図に示すように、Ｘ字状（第６図（ａ）参照）、Ｙ字状
（第６図（ｂ）参照）、アスタリスク（Ｈ）状（第６図
（Ｃ）参照）、Ｈ字状（第６図（ロ）参照）などがあげ
られる。特に電池に内圧がかかったときに電池容器の底
部中心部の変形が最も大きくなるので、電池容器の底部
中心部に交点を持つ十字状、その変形であるＸ字状、Ｙ
字状、アスタリスク状などが好ましい。また、溝はその
中間部で交わっていることは要求されずＹ字状のごとく
、溝の端部が交わっているものであってもよい、そして
、上記溝の形成によって電池容器の底部に設けられる防
爆用の薄肉部も、実施例に例示の十字状のものに限られ
ることなく、溝と同様の各種平面形状がとり得る。

なお、本発明においては、溝は複数本形成し、該複数本
の溝が少なくとも１箇所交わるようにしているが、これ
は、溝を複数本にして、それらの溝が交点を持つように
しておくと、電池の内部圧力が該交点に集中してかかる
ようになり、電池の内部圧力上昇に正確に対応して防爆
機能が作動するようになるからである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、電池容器の底部に設
ける防爆用の薄肉部の面積を電池容器の底部面積の０．
７〜５．２％にすることによって、薄肉部開裂時の電池
内容物による開口部分の閉塞を防止し、防爆機能を安定
して発揮させることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電池に用いられる電池容器を倒立させ
た状態で示すもので、第１図（ａ）はその平面図で、第
１回部）は第１図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図であ
る。第２図は本発明において電池容器の底部に設けられ
た溝とその近傍の拡大断面図である。第３図は本発明の
一実施例を示すもので、第１〜２図に示す電池容器を用
いて組み立てた塩化チオニル−リチウム電池を示す断面
図である。第４図は電池容器の底部に設けられた防爆用の薄肉部が
開裂したときの状態を模式的に示すもので、第４図（ａ
）は薄肉部の幅が広い場合を示し、第４図（ｂ）は薄肉
部の幅が狭い場合を示す、第５図は塩化チオニル−リチ
ウム電池における電池内の圧力と温度との関係を示す図
である。第６図は本発明の電池に使用する電池容器の十
字状溝以外の溝の平面形状を概略的に例示するもので、
上段はそれぞれの電池容器の概略正面図で、下段はそれ
ぞれの概略底面図である。１・・・電池容器、　２・・・底部、　３・・・溝、３
ａ・・・溝の底部、　４・・・薄肉部、　１１・・・負
極、１２・・・セパレータ、　１３・・・正極、　１５
・・・電池蓋、１６・・・ガラス層、　１８・・・電解
液第１図（ｂ）第２図第　　３　　図温　　　度　　　（℃　）（ａ）　　　　　（ｂ）６図（Ｃ）　　　　　（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）正極活物質として塩化チオニル、塩化スルフリル
、塩化ホスホリルなどのオキシハロゲン化物系液体を用
い、負極にリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアル
カリ金属を用い、電池容器をハーメチックシールにより
封口する非水液体活物質電池において、電池容器の底部
に、底部が平坦な断面倒立台形状で少なくとも１箇所の
交点を有する複数本の溝を形成することにより、防爆用
の薄肉部が設けられ、該防爆用の薄肉部の面積が電池容
器の底部面積の０．７〜５．２％であることを特徴とす
る非水液体活物質電池。