JPS63294665A

JPS63294665A - 非水液体活物質電池

Info

Publication number: JPS63294665A
Application number: JP62130246A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Yoshikawa; 吉川　博和; Atsushi Sato; 淳佐藤; Shigeru Ikenari; 池成　茂; Kenichi Yokoyama; 賢一横山
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1988-12-01
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07105220B2

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
いる非水液体活物質電池では、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非水液体活物
質電池では、密閉性が高（、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散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状に溝を形
成して電池容器の底部に薄肉部を設けることによって電
池に防爆機能を備えさせることが、この非水液体活物質
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　＋ｍｍＨ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適用する
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、特に残水液体活物質
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くしな
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）。

しかしながら、電池を使用する立場からは、薄肉部の厚
さをある程度厚く保った状態で、より低い圧力で安全性
がより確実に確保できる圧力範囲内で防爆機能を作動さ
せたいという要請がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、上記従来製品が持っていた高温加熱下にさ
らされたり、高電圧で充電されたときに電池の内部圧力
が異常に上昇して電池破裂が生じ、大きな破裂音を発生
したり、電池内容物が周囲に飛び散って電池使用機器に
損傷を与えるおそれがあったという問題点を解決し、電
池容器の底部に形成される防爆用の薄肉部の厚みをある
程度厚く保った状態でも、電池が内部圧力の異常上昇を
起こしそうな状況下に置かれたときに、その初期の比較
的低い圧力範囲内で電池容器の一部が確実に切裂破壊し
て、電池破裂の原因となる電池内容物を電池外部に放出
させて高圧での電池破裂を防ぐという、安全性の高い防
爆機能を備えた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、電池容器の底部に形成する溝の形状を底部が
平坦な断面倒立台形状にし、かつ上記溝を複数本にして
それらが少なくとも１箇所の交点を有するようにし、該
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
薄肉部の溝の交点に位置する部分の厚さを溝の交点以外
のところに位置する部分の厚さの１．０５〜１．５倍に
することにより、電池の内部圧力が上昇したときに、交
点近傍の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より鋭く複合してかかるようにし
、より低い圧力で溝底部の端部のところが大きく切裂破
壊するようにして、薄肉部の厚みをある程度厚く保って
も、電池の内部圧力上昇初期の安全性が確保できる圧力
範囲内で防爆機能が作動するようにしたものである。

本発明において、薄肉部の溝の交点に位置する部分の厚
さを溝の交点以外のところに位置する部分（以下、簡略
化のため、「それ以外の部分」と表現する場合がある）
の厚さの１．０５〜１．５倍にするのは、溝の交点にお
ける薄肉部の厚さがそれ以外の部分の厚さの１．０５倍
より小さい場合は溝の交点近傍の溝底部の端部の切裂破
壊をより低い圧力で起こさせる効果が充分に発揮させる
ことができず、一方、薄肉部の溝の交点に位置する部分
の厚さがそれ以外の部分の厚さより厚くなればなるほど
溝の交点近傍の溝底部の端部の切裂破壊をより低い圧力
で起こさせるようになるが、薄肉部の溝の交点に位置す
る部分の厚さをそれ以外の部分の厚さの１．５倍より大
きく作製することが技術的にむつかしいからである。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明において電池容器の底部に形成された溝
、防爆用の薄肉部およびその近傍の拡大断面図であり、
第２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２図（ａ）はその平面図、第２
図（ロ）は第２図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図であ
る。なお、第１図および第２図は電池容器を倒立させた
状態で示しているので、底部が上側にきており、第２図
（ａ）の平面図は電池容器の底部側から見た図である。

電池容器１は、電池組立前は第２図に示すように有底円
筒状をしており（ただし、上記のように第２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
２図（萄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３図に示すように、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、かつ上記溝３の形
成により部分的に薄肉にされた部分、つまり溝３の形成
によって電池容器１の底部２に設けられた防爆用の薄肉
部４は、その大部分、つまり溝３の交点３ｂ以外のとこ
ろに位置する部分４ｂは平坦状にされている。ただし、
第１図に示すように、薄肉部４の溝３の交点３ｂ、に位
置する部分４ａは凸出しており、この部分４ａの厚さｔ
ｌは薄肉部の溝３の交点３ｂ以外のところに位置する部
分４ｂの厚さ１．の１１．０５〜１．５倍にされている
。そして、この電池容器１の底部２を第２図のＹ−Ｙ線
、つまり溝３の交点３ｂを斜めに横切る線で切断したと
きの断面図は第４図に示すとおりであり、この断面にお
ける溝３の断面形状は略Ｗ字状をしており、溝底部３ａ
の中央部３ａｚは両側の端部３ａ＋、３ａ、、より若干
高くなっている。なお、本実施例では、リード端子の取
付位置の選定がしやすいように、第２図に示すように、
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１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１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。

この電池容器１は、例えば第６図に示すような塩化チオ
ニル−リチウム電池の組立に供されるが、電池組立後、
電池の内部圧力が上昇したとき、この電池容器ｌには、
第５図に示すように、電池の内部圧力Ｐ１により、溝底
部３ａの端部３ａ、に内圧による引張力Ｐａと曲げによ
る引張力ｐｂとが複合してかかり、該溝底部３ａの端部
３ａ、のところが大きく切裂破壊するようになる。特に
、薄肉部４の溝３の交点３ｈに位置する部分４ａがそれ
以外の部分４ｂより厚く形成されているので、第４図に
示すような断面では、溝３の断面形状はＷ字状をしてお
り、電池に内部側から圧力がかかったときに、溝底部３
ａの端部３ａ、には該端部３ａ、を切裂くように内圧に
よる引張力Ｐａと曲げによる引張力ｐｂとがより鋭く集
中してかかるようになり、薄肉部４の溝３の交点３をに
位置する部分４ａの厚さがそれ以外の部分４ｂと同じ厚
さに形成されている場合よりも、より低い圧力で溝底部
３ａの端部３ａ＋のところが切裂破壊するようになる。

つぎの第１表は上記電池容器に空気圧を導入してその防
爆機能の作動試験を行ったものである。

電池容器１の材質はステンレス鋼で、その厚みは０．３
ｍｍである。溝３は第３図に示すように断面倒立台形状
で、その溝形成角度θは６０’であり、溝３の底部３ａ
の輻Ｗは０．１５ｍ−である、そして、上記溝３の形成
により電池容器ｌの底部２に設けられた薄肉部４は、溝
３の交点３ｂ以外に位置する部分４ｂでは平坦でその厚
みｔ８が８０ｐｍであるが、第１図に示すように、溝３
の交点３をに位置する部分４ａは凸出しており、その厚
さ１．は溝３の交点３ｂ以外のところに位置する部分４
ｂの厚さｔ２の１．０５倍（試料Ｎ［Ｌｌ）　、１．３
０倍（試料魚２）　、１．５０倍（試料磁３）となって
いる。

比較のため、アルカリ電池で採用されているような底部
に丸みをつけた溝を十字状に形成した電池容器（試料８
１１４）についても、゛防爆機能の作動試験を行った。

この試料漱４の電池容器の溝の形状は第９図に示すとお
りであり、溝３の形成角度θは９０°で、先端には０．
１ｍｍＨの丸みをつけ、薄肉部４は全体に平坦でその厚
みｔ４は８０ｐｍである。

また、対照品として断面倒立台形状の溝を十字状に形成
し、薄肉部の厚みを全体にわたってほぼ均一にした電池
容器（試料Ｎα５）についても防爆機能の作動試験を行
った。この試料Ｎ１１５の電池容器の溝とその近傍の形
状は第８図に示すとおりであり、溝３の形成角度θは６
０”で、溝３の底部３ａの幅は０．１５ｍ−であり、薄
肉部４の厚みｔ、は、溝３の交点に位置する部分、溝３
の交点以外のところに位置する部分とも、８０μｍであ
る。

第１表に示すように、溝の断面形状を倒立台形状にして
いる試料隘１〜３および試料阻５の電池容器は、薄肉部
の厚みが同じであっても、アルカリ電池に使用されてい
るような先端に丸みをつけた断面Ｖ字状の溝を有する試
料Ｎｌ１２の電池容器に比べて、防爆機能の作動圧力が
低かった。また、薄肉部の溝の交点に位置する部分をそ
れ以外の部分よりも厚くした試料ｋｌ〜３の電池容器は
、薄肉部の厚みを全体でほぼ均一にした、つまり溝の交
点に位置する部分も、溝の交点以外のところに位置する
部分も同じ厚みにした試料阻５の電池容器に比べて、防
爆機能の作動圧力が低かった。この結果から、本発明に
おけるように、薄肉部の溝の交点に位置する部分をそれ
以外の部分よりも厚くすることによって、これまでのも
のより、薄肉部を厚く保っても、より低い圧力、つまり
安全性がより確実に確保できる圧力範囲内で防爆機能を
作動させることができることがわかる。

第６図は上記第１〜４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もので、図中、
１は前述のような溝３および防爆用の薄肉部４を設けた
電池容器である。　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有してい
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１
３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１７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
絶縁するとともに、その外周面でその構成ガラスが電池
蓋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・−ｏ１／ｌ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織布からなる底部隔
離材と上部隔離材であり、２１は電池内の上部に設けら
れた空気室である。

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結果を第２表に示す、電池は実
施例１．２．３のごとく３種類作製されており、それら
実施例１〜３の電池は、それぞれ前記のような試料Ｎ［
１１〜３の電池容器を用いて作製されている。また、比
較のため、アルカリ電池で使用されているような先端に
丸みをつけた断面略Ｖ字状の溝を形成した試料患４の電
池容器を用いたほかは上記と同様の構成で作製した電池
（比較例１）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結果も第２表に併せて記載
する。供試個数はいずれの電池も１０個ずつであり、第
２表中の火中破裂電池個数における数値の分母は試験に
供した電池個数を示し、分子は火中破裂が生じた電池個
数を示す。

第　　　　　２　　　　　表第２表に示すように、本発明の実施例１〜３の電池は、
いずれも火中破裂を起こすものがまったくなく、安定し
た防爆機能を発揮した。

なお、上記実施例では溝３の形成角度θを６０＠とし、
溝底部３の幅Ｗを０．１５ｍ−としたが、満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、
また溝底部３の輻Ｗは一般に０．０９〜０．５１Ｉ１ｍ
の範囲にするのが好ましい、そして、薄肉部の厚々（た
だし、溝の交点以外のところに位置する部分の厚さ）を
８０μｍとしたが、薄肉部４の厚さくただし、溝の交点
以外のところに位置する部分の厚さ）は一般に３０〜１
００　μｍの範囲にするのが好ましい、特に本発明では
、薄肉部の交点に位置する部分をそれ以外の部分より厚
く形成することにより、防爆機能の作動圧力を下げるこ
とができたので、薄肉部の厚み（ただし、溝の交点以外
のところに位置する部分の厚み）を７０〜１００μｍ程
度と厚くしても、安全性の確保できる圧力範囲内で防爆
機能を作動させることができるようになった。

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７
図に示すように、Ｘ字状（第７図（ａ）参照）、Ｙ字状
（第７図（ｂ）参照）、アスタリスク（Ｘ）状（第７図
（Ｃ）参照）、Ｈ字状（第７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箇所で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、
底部が平坦な断面倒立台形状の溝を形成し、該溝の形成
により設けられる防爆用の薄肉部の溝の交点に位置する
部分の厚さをそれ以外の部分の厚さの１．０５〜１．５
倍にすることによって、薄肉部の厚みをある程度厚く保
っても、低い、つまり安全性が確保できる圧力範囲内で
防爆機能が作動する安全性の高い非水液体活物質電池を
提供することができた。

【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の底部に形
成された溝、薄肉部およびその近傍の拡大断面図である
。第２図は本発明の電池に用いられる電池容器を倒立さ
せた状態を示すもので、第２図（ロ）はその平面図で、
第２図（ロ）は第２図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図
である。第３図は本発明において電池容器の底部に形成
された溝とその近傍の拡大断面図であり、特に溝の断面
形状を説明するためのものである。第４図は第２図（ａ
）のＹ−Ｙ線における部分拡大断面図である。第５図は
第４図に示す電池容器の底部に電池容器内部から圧力が
かかったときの状態を示す部分拡大断面図である。第６
図は本発明の一実施例を示す塩化チオニル−リチウム電
池の断面図である。第７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、
下段はそれぞれめ概略底面図である。第８〜９図は本発
明とは構成が異なる電池の電池容器に形成された溝、薄
肉部およびその近傍を示す拡大断面図であり、第８図は
溝が断面倒立台形状で薄肉部が全体にわたってほぼ均一
に形成されている場合を示し、第９図はアルカリ電池で
採用されているような溝が断面Ｖ字状で先端に丸みを付
けている場合を示す。ｌ・・・電池容器、　２・・・底部、　３・・・溝、３
ａ・・・溝の底部、　３ｂ・・・溝の交点、　４・・・
薄肉部、４ａ・・・薄肉部の溝の交点に位置する部分、
４ｂ・・・薄肉部の溝の交点以外のところに位置する部
分、　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１・・・電池容器２・・・底部３・・・溝３ｂ・・・溝の交点４・・・薄肉部４ａ・・・薄肉部の溝の交点にω 第　　２　　図（ｂ）置する部分第　　３　　図１・・・電池容器２・・・底部３・・・溝３ａ・・・溝の底部４・・・薄肉部４ａ・・・薄肉部の溝の交点に位置する部分第　　４　　図第　　６　　図第　　７　　図

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１１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１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
１の底部２に、底部３ａ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３を形成するこ
とにより防爆用の薄肉部４を設け、該薄肉部４の溝３の
交点３をに位置する部分４ａの厚さを、薄肉部４の溝３
の交点３ｂ以外のところに位置する部分４ｂの厚さの１
．０５〜１．５倍にしたことを特徴とする非水液体活物
質電池。