WO2005078824A1 - 略長円形状電池 - Google Patents

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WO2005078824A1
WO2005078824A1 PCT/JP2005/002330 JP2005002330W WO2005078824A1 WO 2005078824 A1 WO2005078824 A1 WO 2005078824A1 JP 2005002330 W JP2005002330 W JP 2005002330W WO 2005078824 A1 WO2005078824 A1 WO 2005078824A1
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battery
battery case
sealing plate
gas
shape
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Inventor
Masatomo Nagatani
Tatsuya Hashimoto
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
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    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a gas exhaust system of a battery.
  • a conventional prismatic battery has a battery case, and an electrode plate group including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the like is accommodated inside the battery case and filled with an electrolytic solution, and an opening of the battery case is opened.
  • a sealing plate which is formed in the same shape as the opening of the battery case, is disposed in the housing portion, and the sealing plate has an explosion-proof mechanism that opens by the pressure of gas generated inside the battery case.
  • the safety valve is joined by welding.
  • the opening of the battery case and the sealing plate are subjected to welding along the boundary, the sealing plate and the battery case are integrated, and the inside of the battery case is sealed.
  • an exhaust system is provided.
  • This exhaust mechanism is provided with a safety valve in which a V-shaped or C-shaped groove or thin-walled portion is provided on a sealing plate or the like that separates the inside and the outside of the battery.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-043845
  • Patent Document 1 discloses a fragile weld where the welding strength is set to be weaker than other welds such as the connection between the opening of the rectangular cylindrical container and the short side end of the sealing plate. It is difficult to control the valve opening pressure stably because it is difficult to control the force beat width and the amount of penetration that is shown.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a battery capable of facilitating the opening control of the exhaust valve without requiring expensive equipment and man-hours.
  • the purpose is
  • a battery according to the present invention is a substantially oval battery including a battery case having a substantially oval cross-sectional shape, a substantially oval sealing plate, and an electrode plate group.
  • the cross-sectional shape of the sealing plate is U-shaped, and the thickness of the battery is 4 mm or more, and the aspect ratio force is 3 ⁇ 4 or more.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery of the present example.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the same battery when the internal pressure of the battery rises.
  • FIG. 3 is a perspective view of a sealing portion of the same battery.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a cross-sectional location of a straight portion and a circumferential portion for confirming the operating condition of the exhaust mechanism of the same battery.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of the straight portion of the battery before deformation
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the straight portion of the battery after deformation.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of the circumferential portion of the battery before deformation
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the circumferential portion of the battery after deformation.
  • FIG. 7 is a view showing the curvature radius R of the same battery.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a conventional prismatic battery tested for comparison in the present example. Best mode for carrying out the invention
  • the present invention provides a substantially oval battery 1 including a battery case 2 having a substantially oval cross section as shown in FIG. 1, a sealing plate 3 having a substantially oval shape, and an electrode plate group.
  • the cross-sectional shape of the sealing plate 3 is U-shaped, the thickness of the battery 1 is 4 mm or more, and the aspect ratio is 3 or more, and a simple exhaust mechanism safely emits gas. It has the effect of being able to discharge.
  • the above aspect ratio is represented by W / T by the battery width W (mm) and the battery thickness T (mm).
  • the battery case 2 has a cylindrical shape with both ends open, and the battery case 2 can be manufactured easily and at low cost, and the battery case 2 of any length can be simplified. It is possible to easily produce batteries of any capacity.
  • one open end is selectively broken such that the weld starts to break from the intersection of the circumferential portion and the straight portion at one open end. It is possible to position the exhaust mechanism by providing a U-shaped sealing plate 3 only at the end or setting the valve opening pressure at one open end lower than the valve opening pressure at the other open end. It becomes.
  • an electrode plate group including a positive electrode, a negative electrode, and a separator is housed inside a battery case 2 having an oval cross-sectional shape, and the same oval as the opening of the battery case.
  • a sealing plate 3 having a U-shaped cross section is disposed, and a welding process is applied along the boundary between the opening of battery case 2 and sealing plate 3 to seal the inside of the battery. It has been
  • the inventors of the present invention have found that when the internal pressure in the battery case rises and the substantially oval battery 1 is deformed to a shape as shown in FIG. 2, the aspect ratio of the substantially oval battery 1 and the battery From the relationship of thickness T, find that the deformation forms of the battery case 2 and the sealing plate 3 are different, and by breaking the battery case 2 and the sealing plate 3, break the weld from the intersection point of the circumferential portion and the straight portion Thus, a battery is realized that enables gas to be easily discharged to the outside without requiring expensive equipment and man-hours.
  • Example 1 As a welding method, a general welding method such as laser welding and spot welding can be used.
  • the present invention fracture is caused using deformation of battery case 2 and sealing plate 3 starting from an intersection point 7 of circumferential portion 5 and straight portion 4 of substantially oval battery 1 shown in FIG.
  • the battery case 2 and the battery case 2 are discharged according to the value of the aspect ratio (WZT) obtained from the battery thickness T (mm), the battery width W (mm) of the battery, and the battery thickness T (mm). Since the deformation mode of the sealing plate 3 is different, the following study was conducted.
  • the material of the battery case 2 and the sealing plate 3 was aluminum.
  • the pressure in the battery is increased by welding the sealing plate 3 to the battery case 2 in a sealed state, and batteries of various sizes can be stably used for the circumferential portion 5 and the straight portion 4. It was broken starting at intersection point 7, and it was investigated whether stable valve opening control could be achieved.
  • the valve opening pressure was 3 kgf / cm 2 .
  • Table 1 shows the relationship among the battery thickness T, battery width W, radius of curvature R and aspect ratio W / T of the batteries used in this example.
  • Table 6 shows the results of the gas exhaust test.
  • “o” indicates that the exhaust valve has been opened stably at a predetermined pressure
  • “X” indicates that the exhaust valve has not been opened at the predetermined pressure.
  • FIG. 4 shows respective cut portions in the straight portion 4 and the circumferential portion 5 when the sealing portion of the battery of the present invention is cut in the thickness T direction of the battery.
  • the straight part 4 is cut at the cutting plane V-V
  • the circumferential part 5 is cut at the cutting plane VI-VI.
  • FIGS. 5A and 5B respectively show the shapes of the battery case 2 and the sealing plate 3 in the straight portion 4 before and after deformation.
  • the central portion of the battery case 2 expands.
  • the opening of the battery case 2 (the junction of the battery case 2 and the sealing plate 3) tends to be pulled toward the central portion of the battery case 2.
  • the straight portion of the sealing plate 3 is deformed toward the inside of the battery.
  • the deformation form of the circumferential portion 5 is different from that of the straight portion 4. That is, as shown in FIG. 6A showing the shape before deformation and FIG. 6B showing the shape after deformation, when the internal pressure of the battery case 2 rises, the central part of the battery case 2 expands. Next, as the center of the battery case expands, the opening of the battery case 2 tends to be pulled toward the center of the battery case.
  • the circumferential part the circumferential part is inside the battery like the above-mentioned straight part.
  • the deformation does not occur because the force to suppress the deformation works.
  • the central portion of the battery case 2 further expands, the force of the deformation in the opposite direction becomes larger than the force of the deformation in the same direction with respect to the internal direction of the battery. The department is expanded.
  • the same effect can be obtained if the force measured at a valve opening pressure of 3 kgf / cm 2 and not more than 20 kgf Zcm 2 (preferably 1 Okgf / cm 2 or less).
  • the value of is suitably set according to the welding conditions (laser energy amount etc. in the case of laser welding) between the battery case and the sealing plate.
  • the same test was performed on a rectangular battery 11 using a flat rectangular cylindrical battery case 12 formed in a flat rectangular shape as shown in FIG. Based on the result of the battery used in the oval cylindrical container, the thickness of the battery case 12 and the sealing plate 13 can be stably broken and the thickness of the battery is 5 (mm) and 30 (mm), and the aspect ratio is 3, 4
  • the results of gas exhaust were summarized in Table 7 for batteries of 6 and 8. Note that "one" indicates that the test has not been conducted.
  • the battery formed in an oval shape has a battery thickness T and an aspect ratio (W / T) at which the exhaust valve is opened at a predetermined pressure. However, it was confirmed that good effects were not obtained.
  • the explosion-proof mechanism of the battery of the present invention can be provided extremely easily as compared to the explosion-proof mechanism consisting of a thin portion and a groove portion, so that an expensive precision machining device requiring little effort and labor can be provided. Since the required explosion-proof mechanism can be provided for the battery to be used, it is useful for reducing the operation cost and equipment cost of the battery.

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Abstract

　横断面形状が略長円形状の電池ケース（２）と、略長円形状の封口板（３）と、極板群とを含む略長円形状電池であって、前記封口板（３）の断面形状をＵ字状とし、前記電池の厚みを４ｍｍ以上、アスペクト比を３以上とすることによって、高価な設備や工数を必要とすることなく、電池内部に発生するガスの排気弁の開弁制御を容易にし、簡易かつ安全にガスを排出することができる排気機構を有した電池を提供する。

Description

明 細 書
略長円形状電池
技術分野
[0001] 本発明は、電池のガス排気機構に関するものである。
背景技術
[0002] 従来の角形電池は電池ケースを有し、この電池ケースの内部に、正極や負極、セパ レータなどからなる極板群が収装されているとともに電解液が充填され、電池ケース の開口部には、電池ケースの開口部と同じ形状に形成された封口板が配設されてお り、この封口板に、電池ケースの内部で発生するガスの圧力によって開弁を行う防爆 機構をもった安全弁が溶接により接合されている。また、電池ケースの開口部と封口 板とはその境界に沿って溶接処理が施され、封口板と電池ケースが一体化され、電 池ケースの内部が密閉されている。
[0003] 角形電池をはじめとする従来の電池には、極板群から大量のガスが発生し、内圧が 急激に高まった際にガスを電池外へ排出するものがあり、このような電池では、一般 的に排気機構が設けられている。この排気機構は、電池の内部と外部を仕切る封口 板などに V字状または C字状の溝部や薄肉部などを施した安全弁が設けられている
[0004] 一方、安全弁を有さないものとしては、封口板に直接 V字状または C字状の溝部や 薄肉部などを施したものがあり、これらの溝部や薄肉部は、電池内部でガスが発生し 内圧が所定の圧力にまで達したときに電池内部のガスを外部へ排出するものである 特許文献 1：特開 2001 - 043845号公報
[0005] しかしながら、角形電池では大きな排気機構を形成するのが難しぐ小さな排気機構 を設けることとなってしまう。このため、溝部や薄肉部の形成にあたり精度の高い加工 が施されないと規定された圧力で電池内のガスを外部へ排出することが出来ないこと となり、開弁制御を行うのが大変難しぐ高価な加工装置や相当な手間を必要とする こととなり、コストがかかる要因となっていた。 [0006] また特許文献 1には、角形筒状容器の開口部と封口板の短辺側端部どうしを接合す る接続部など他の溶接部よりも溶接強度が弱く設定された脆弱溶接部を設けた角形 電池が示されている力 ビート幅、溶け込み量の制御が難しいため、安定して開弁圧 制御を行うのが難しい。
[0007] そこで本発明は、上記の課題を解決するものであって、高価な設備や工数などを必 要とせず、排気弁の開弁制御を容易にすることができる電池を提供することを目的と する。
発明の開示
[0008] 上記目的を達成するために本発明にかかる電池は、横断面形状が略長円形状の 電池ケースと、略長円形状の封口板と、極板群とを含む略長円形状電池であって、 前記封口板の断面形状が U字状であり、前記電池の厚みが 4mm以上、アスペクト比 力 ¾以上であるものである。
[0009] このような構成とすることにより、排気機構を備えるために電池に溝部加工や薄肉 部加工を施す必要がなぐ排気弁の作製のために高い精度の加工を行う必要もない ことから、低コストで開弁圧の制御が容易な排気機構を設けることができる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]図 1は、本実施例の電池の斜視図である。
[図 2]図 2は、同電池の電池内圧上昇時の状態を示す斜視図である。
[図 3]図 3は、同電池の封口部の斜視図である。
[図 4]図 4は、同電池の排気機構の作動状況を確認するための直線部および円周部 の断面箇所を示す斜視図である。
[図 5]図 5Aは、同電池の直線部における変形前の断面図であり、図 5Bは、同電池の 直線部における変形後の断面図である。
[図 6]図 6Aは、同電池の円周部における変形前の断面図であり、図 6Bは、同電池の 円周部における変形後の断面図である。
[図 7]図 7は、同電池の曲率半径 Rを示す図である。
[図 8]図 8は、本実施例において比較のために試験を行った従来の角形電池を示す 斜視図である。 発明を実施するために最良の形態
[0011] 本発明は、図 1に示されるような横断面形状が略長円形状の電池ケース 2と、略長 円形状の封口板 3と、極板群とを含む略長円形状電池 1であって、前記封口板 3の断 面形状が U字状であり、前記電池 1の厚みが 4mm以上、アスペクト比が 3以上である という構成を有し、簡易な排気機構により安全にガスの排出が出来るという効果を奏 する。なお、前記アスペクト比は電池幅 W (mm)と電池厚み T (mm)により W/Tで表 されるものである。
[0012] また、本発明は、前記電池ケース 2が両端開口の筒状であり、電池ケース 2を簡単に かつ低コストにて製造することができるとともに、任意の長さの電池ケース 2を簡単に 得ることができ、任意の容量の電池を簡単に製造することができる。
[0013] さらに、筒状の電池ケース 2を用いた場合において、一方の開口端部において選択 的に円周部と直線部の交点を起点として溶接部の破断が起こるように、一方の開口 端にのみ U字状の封口板 3を設ける、もしくは一方の開口端部の開弁圧を他方の開 口端部の開弁圧よりも低く設定することで、排気機構の位置決めをすることが可能と なる。
[0014] ここで、本発明の電池は、横断面形状が長円形状の電池ケース 2の内部に正極や負 極、セパレータからなる極板群を収納し、電池ケースの開口部と同じ長円形状に形 成された断面形状が U字状の封口板 3が配設され、電池ケース 2の開口部と封口板 3との間の境界に沿って溶接処理が施されて電池内部が密閉された状態にされてい る。
[0015] 本発明者らは、電池ケース内の内圧が上昇し、略長円形状電池 1が図 2に示すような 形状へと変形したときに、略長円形状電池 1のアスペクト比と電池厚み Tの関係から、 電池ケース 2と封口板 3の変形形態が異なることを見出し、電池ケース 2と封口板 3の 変形により、円周部と直線部の交点を起点として溶接部を破断させることによって高 価な設備や工数等を必要とせず、容易にガスを外部へ排出させることを可能とする 電池を実現したものである。
[0016] なお本発明において、溶接方法は、レーザー溶接、スポット溶接等の一般的な溶接 方法を用いることができる。 実施例 1
[0017] 以下、本発明のより具体的な実施の形態について示す。
[0018] 本発明は、図 3に示される略長円形状電池 1の円周部 5と直線部 4の交点 7を起点と し電池ケース 2と封口板 3の変形を利用して破断を起こし、ガスを排出するものである が、電池厚み T (mm)と、電池の電池幅 W (mm)および電池厚み T (mm)から求めら れるアスペクト比 (WZT)の値により、電池ケース 2と封口板 3の変形形態が異なるた め、以下に示す検討を行った。なお、電池ケース 2および封口板 3の材料としては、 アルミニウムを使用した。
[0019] また、電池 1の円周部 5の曲率半径 Rは図 7に示されるように、円周部端部を結んだ 直線の中心から円周の外周までの距離であり、このとき 2R=Tとなっている。
[0020] 本実施例では、電池ケース 2に封口板 3を溶接して密閉状態とした電池内の圧力を 上昇させ、様々な大きさの電池で安定して円周部 5と直線部 4の交点 7を起点に破断 し、安定した開弁制御ができるかについて調べた。なお、本実施例においては開弁 圧を 3kgf/cm2として測定を行った。表 1一表 5に本実施例で用いた電池の電池厚 み T、電池幅 W、曲率半径 Rおよびアスペクト比 W/Tの関係を示す。
[0021] また、表 6にはガス排気試験結果を示す。なお。表 6中の「〇」は所定の圧力で安定 して排気弁が開弁したものを示し、「 X」は所定の圧力で安定して排気弁が開弁され なかったものを示す。
[0022] [表 1]
Figure imgf000006_0001
[0023] [表 2] 電池厚み T (mm) 4 5 10 20 30 電池幅 W (mm) 12 15 30 60 90 曲率半径 R (mm) 2 2. 5 5 10 15 アスペク ト比 （W/T) 3 3 3 3 3
[0024] [表 3]
Figure imgf000007_0001
[0025] [表 4]
Figure imgf000007_0002
[0026] [表 5]
Figure imgf000007_0003
[0027] [表 6] 電池厚み T (mm)
4 5 10 20 30
ァ 2 X X X X X
ス 3 〇 〇 〇 〇 〇
へ
4 〇 〇 〇 〇 〇 ク
卜 6 〇 〇 〇 〇 〇
比 8 〇 〇 〇 〇 〇
これらの結果から、電池の厚みを 4mm以上、アスペクト比を 3以上に設定することに より、円周部 5と直線部 4の交点 7から破断させることを安定して行えることが確認でき た。
[0028] 一方、表 6に示される「X」の電池は、直線部 4と円周部 5の交点 7を起点に開弁させ ること力 Sできず、開弁部分が不規則になってしまった。これは、開弁部分が不規則に なることにより、開弁圧も不安定になると考えられる。
[0029] ここで、排気機構が作動する状況についてさらに詳しく以下に示す。
[0030] 図 4は、本発明の電池の封口部を電池の厚み T方向に切断した際の直線部 4およ び円周部 5におけるそれぞれの切断箇所を示すものである。図 4に示されるように、 直線部 4は切断面 V— Vにて切断し、円周部 5は切断面 VI— VIにて切断する。
[0031] 図 5Aおよび図 5Bは直線部 4における電池ケース 2と封口板 3の変形前と変形後の 形状をそれぞれ示す。電池ケース内の内圧が上昇すると電池ケース 2の中央部が膨 れてくる。次いで、この電池ケース中央部が膨らむのに伴レ、、電池ケース 2の開口部（ 電池ケース 2と封口板 3の接合部分）は電池ケース 2の中央部に向けて引っ張られよ うとする。さらに電池ケース 2の中央部が膨らみ電池厚みが増加すると封口板 3の直 線部が電池内部に向けて変形する。
[0032] それに対し、円周部 5の変形形態は直線部 4のそれとは異なる。すなわち、変形前の 形状を示す図 6Aおよび変形後の形状を示す図 6Bにそれぞれ示されるように、電池 ケース 2の内圧が上昇すると電池ケース 2の中央部は膨れてくる。次いで、電池ケー スの中央部が膨らむのに伴レ、電池ケース 2の開口部は電池ケースの中央部に向け て引っ張られようとする。ここで円周部では、上記直線部のように円周部が電池内部 に向けて変形しょうとする一方、変形を抑制しょうとする力が働くために変形が起こら なレ、。そしてさらに電池ケース 2の中央部が膨らんでくると電池内部方向に対して同 方向への変形に力かる力より反対方向への変形に力かる力の方が大きくなり、封口 板 3の円周部が広げられる。
[0033] このような変形形態の違いにより直線部と円周部の交点の部分にはせん断応力が作 用するため、この交点を起点として電池ケース 2と封口板 3の接合面が破断され、電 池ケース 2の内部に蓄積したガスが外部へ排出される。
[0034] なお、本実施例では開弁圧を 3kgf/cm2として測定を行った力 20kgfZcm2以下（ 好ましくは 1 Okgf /cm2以下）であれば同様の効果が得られるものであり、これらの数 値は電池ケースと封口板との溶接条件（レーザー溶接であればレーザーエネルギー 量等）によって適宜設定されるものである。
[0035] また、本実施例では電池ケースおよび封口板材料としてアルミニウムを使用したが 、鉄などの金属材料を用いたとしても同様の効果が得られる。
[0036] なお、比較例として、図 8に示されるような扁平矩形状に形成された扁平矩形状筒状 電池ケース 12を使用した角形電池 11で同様の試験を行った。使用する電池は長円 形状の筒状容器で行った結果に基づいて、電池ケース 12と封口板 13の破断が安定 して行える電池厚み 5 (mm)および 30 (mm)、アスペクト比 3、 4、 6および 8の電池と し、表 7にガス排気結果をまとめた。なお、「一」は試験を行っていないことを示す。
[0037] [表 7]
Figure imgf000009_0001
表 7から、扁平矩形状に形成された角形電池 11では、長円形状に形成された電池 で所定の圧力で排気弁が開弁した電池厚み T、アスペクト比 (W/T)の条件におい ても、良好な効果が得られなレ、ことが確認できた。
[0038] これは扁平矩形状に形成された角形電池 11では、扁平矩形状筒状電池ケース 12 が持つ四つ角により長円形状に形成された電池のような変形が見られないために良 好な防爆機構が得られなかったものと考えられる。
産業上の利用可能性
[0039] 以上説明したとおり、本発明の電池の防爆機構は薄肉部や溝部からなる防爆機構 に比べて非常に簡単に設けることができ、手間や労力をかけることなぐまた高価な 精密加工装置を使用することなぐ電池に所要の防爆機構を設けることができること から、電池において、作業コストや設備費用の面で低減化を図るうえで有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 1.横断面形状が略長円形状の電池ケース（2)と、略長円形状の封口板（3)と、極板 群とを含む略長円形状電池であって、前記封口板の断面形状が U字状であり、前記 電池の厚みが 4mm以上、アスペクト比が 3以上である略長円形状電池。
[2] 2.前記電池ケース（2)が両端開口の筒状である請求の範囲第 1項に記載の略長円 形状電池。
[3] 3.前記電池ケース（2)と前記封口板（3)が溶接により接合されている請求の範囲第 1又は第 2項の何れかに記載の略長円形状電池。
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