JP3615322B2

JP3615322B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP3615322B2
Application number: JP25836296A
Authority: JP
Inventors: 伸一竹内; 敬米村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JPH10106523A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池の構造に関し、更に詳しくは電池の安全弁機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型電池、特に密閉型ニッケル−カドミウム蓄電池においては、電池を過充電又は過放電した場合には、電池内部で酸素ガスや水素ガスが異常発生することがある。このためこの種の電池では、ガスの異常発生により電池内圧が所定圧（しきい値）を超えたときガスを電池外に放出し、このガス放出によって電池内圧が低下したときには、再び電池が密閉化される復帰方式の安全弁機構が組み込まれている。このような復帰方式の安全弁機構は、しきい値圧力と付勢部材の押圧力とをバランスさせ、電池内圧が定常状態のときには、スプリング等で付勢された弾性弁体を封口板に密着させて封口板に設けられた弁孔を塞ぎ、他方、電池内圧がしきい値を超えた場合には、弾性弁体と弁孔との間に隙間を形成してガスを電池外に排出する構造になっている。
【０００３】
しかし、この種の従来の安全弁機構は、電池内圧が予想を超えて急激に上昇した場合における安全性に問題を有していた。即ち、電池内圧が安全弁のガス排出能力を超える程急激かつ異常に上昇した場合には、安全弁は作動するものの、一時的に電池外装缶と封口板からなる電池ケースが電池内圧に耐えられなくなり、電池外装缶の底部または封口板が外方に突出して変形することがある。また、このように電池内圧が急激かつ異常に上昇する場合には、電池温度も上昇していることが多く、この温度上昇により電池内容物、例えばナイロン（セパレータ素材）などが溶融することがあり、安全弁が作動して弾性弁体と封口板との間に隙間が形成されても、この隙間に前記溶融物が付着して、安全弁のガス排出能力を低下させることがある。よって、従来の電池では、安全性が十分に確保されているとは言えなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、急激に電池内圧が高まった場合であっても、確実に電池内のガスを逃がすことのできる安全弁機構を案出し、もって安全性に優れた密閉型電池を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は次の構成を有する。開口を有する有底筒状の電池外装缶と、前記開口を封口する封口板（２）と、封口板（２）に設けられた弁孔（２ａ）を覆うようにして封口板（２）上に配置される、ガス放出孔（１ａ）を有する電池キャップ（１）とを備え、かつ封口板（２）と電池キャップ（１）とで形成される空間内に復帰式の安全弁機構が収納された密閉型電池において、前記安全弁機構は、弁孔（２ａ）を開閉するための弁体（３）と、弁体（３）に対し弁孔（２ａ）を閉塞する方向に付勢力を及ぼす付勢部材（４）とを有し、かつ、電池キャップ（１）の内側には、付勢部材の底面に係合して付勢部材を支える突起部が設けられ、当該突起部は、電池内圧が所定値以下のときには、付勢部材（４）が第１の位置で弁体（３）を付勢し、電池内圧が所定値を超えたときには係合が外れて、付勢部材（４）が前記第１の位置における場合よりも弱い力で弁体（３）を付勢する第２の位置への移動を可能とする形状に形成されている。
【０００６】
上記構成であると、電池内でのガスの発生量が通常予想される範囲にあるときには、付勢部材が第１の位置にあって弁孔の開放を制御する。一方、電池内圧が異常かつ急激に上昇したときには、瞬間的に大きな応力が弁体を介して付勢部材に加わり、この力によって突起部と付勢部材との係合が外れる結果、付勢部材が第２の位置に移動する。そして、このように付勢部材が第２の位置に移動すると、弾性弁体が封口板を押圧する付勢力が弱まるため、付勢部材が第１の位置にあったときよりも電池内部のガスを放出する能力が向上して、電池内で異常かつ急激に発生したガスをスムーズに電池外部に放出することができる。また、上記急激な電池内圧の上昇が電池の温度上昇と共に生じて電池内容物が溶融し、その溶融物が弾性弁体と封口板との間の隙間に付着しても、前記付勢部材の付勢力の低下により、安全弁作動時における弾性弁体と封口板との間の隙間が従来の安全弁よりも大きくなるため、電池内部のガスを容易に放出することが可能である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の密閉型電池において、前記突起部が、電池キャップの周壁を内側に突出させて形成したものであることを特徴とする。この構成であると、突起部を形成するための部材を必要としないので、低コストでもって安全性の高い密閉型電池と成すことができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の密閉型電池において、前記付勢部材がコイルバネであることを特徴とする。
弾力性に優れたコイルバネを使用するこの構成であると、突起部で係合させ易いと共に、コイルバネが第２の位置に移動した場合であっても、優れた弾力性によって弁孔の開閉が好適に制御される。よって、本発明の効果が一層有効に発揮される。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の密閉型電池において、前記付勢部材（４）及び弁体（３）が、弁体一体型弾性体（９）に置換されたことを特徴とする。
この構成であると、部品数が少なくなるので、安全弁機構の構造を単純化でき、その分コストの低減が図れる。
【００１０】
【実施の形態】
本発明密閉型電池の第一の態様を図１〜図３に示し、第二の態様を図４に示す。これらの図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、図１は全体構造を示す断面図、図２〜図４は、本発明の要部を示す部分断面図である。
【００１１】
本発明の第一の態様にかかる密閉型電池は、付勢部材としてコイルバネを用いたものである。以下、ニッケル−カドミウム二次電池を具体例として図１〜図３を参照しながら第一の態様にかかる電池構造を説明する。この電池は、ニッケルを主体とする正極（図示せず）とカドミウムを主体とする負極（図示せず）と、これら両極間に介装されるセパレータ（図示せず）とを巻回して成る発電要素８が、負極端子を兼用する有底筒状の外装缶７内に内装されている。外装缶７の開口縁には封口板２が固定されており、より詳細には、リング状の絶縁ガスケット６を介して外装缶７の開口縁に封口板２がカシメ固定されている。封口板２の中央部には電池内で発生したガスを逃がすための弁孔２ａ（ガス排出孔）が設けられており、この弁孔２ａを覆うようにして正極端子を兼ねる有底筒状の電池キャップ１が、封口板に固定されている。
【００１２】
電池キャップ１にはガスを電池外に排出するガス放出孔１ａが設けられ、電池キャップ１と封口板２とで形成される空間内には、電池内圧が高まったときに作動する安全弁機構が組み込まれている。この安全弁機構の詳細は次の通りである。封口板２の発電要素８と反対側面には、封口板２に設けられた弁孔２ａを閉塞するための弁体３が配置されている。この弁体３は、鉄板等にゴムなどの弾性体を張り付けたものであり、弾性体側が弁孔２ａとなるように配置され、コイルバネ４Ａ（付勢部材４）により、弁孔２ａを閉塞する方向に付勢されている。
【００１３】
また、電池キャップ１には、壁面を内側に突出させてなる突起部５が形成されており、この突起部５にコイルバネ４Ａの底面が係合されている（第１の位置）。コイルバネ４Ａは、電池内圧が所定値以下の場合においては、この第１の位置に位置し、ここから弁体３に付勢力を及ぼす。図２にコイルバネが第１の位置にある場合における安全弁機構の形状を示す。
【００１４】
他方、電池内圧が急激かつ異常に上昇した場合においては、コイルバネ４Ａと突起部５との係合が外れて、コイルバネは弁体３に対する付勢力が弱まる第２の位置に移動する。この状態を図３に示す。なお、図２、３では第２の位置を電池キャップの底面としたが、これに限られるものではない。例えば、突起部５と電池キャップ底面との間に、もう一つ突起部を設けてもよい。
【００１５】
ここで、上記所定値とは、予め設定された圧力値Ｐ_１以下の場合をいい、この圧力値Ｐ_１は電池の安全性を考慮して任意に設定できる。この圧力値Ｐ_１を超えて電池内圧が高まったとき前記係合が外れるようにするには、例えば突起の形状や突出し度合いを適当に変化させ、コイルバネ４Ａと突起部５との係合程度を調節する。また、例えばコイルバネ４Ａの弾性力を調節等することにより、所望の放出ガス圧（しきい値）未満のときには、弁孔が閉塞され、しきい値から前記圧力値Ｐ_１までのガス圧の場合においては、コイルバネが第１の位置にあって弁孔を開放するようにする。
【００１６】
ところで、図１〜図３では、付勢部材としてコイルバネを用いたが、付勢部材はコイルバネに限定されるものではない、例えば「く」の字形状の板バネ、或いは弾性ゴムからなるものであってもよい。また、図１〜図３では、弁体として、鉄板等にゴムなどの弾性体を張り付けた２層構造の板状物を用いたが、これに限られるものでない。弁体は、付勢部材との関係において弁孔を開閉できる形状・材質のものであればよく、例えば金属や樹脂などからなるボール状のものであってもよい。更に、突起部は、電池キャップの内周を一周するように形成してもよく、或いは内周の数カ所に不連続的に形成してもよい。また、突起部を有する他の部材を電池キャップ内に新たに配置する方法であってもよい。なお、突起部を不連続的に形成する場合には、好ましくは周方向のほぼ均等な３箇所に形成するのがよい。
【００１７】
本発明のもう一つの態様を、図４に示す。この態様では、付勢部材と弁体とを一体化したゴム弾性体９Ａ（弁体一体型弾性体９）が使用されている。このゴム弾性体９Ａは、弁孔を閉塞する弁体の機能と、弁孔を開閉するための付勢力とを自らが兼ね備えている。このような弁体一体型弾性体であっても、上述と同様な作用効果が得られる。なお、図４では、弁体一体型弾性体として、ゴムからなる弾性体を用いたが、ゴムに代えて他の弾性体を使用できることは勿論である。
【００１８】
なお、上記では電池キャップ１を正極外部端子とし、電池外装缶７を負極外部端子としたが、この逆であってもよい。また、上記では密閉型ニッケル−カドミウム二次電池を具体例としたが、例えばＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２等の正極活物質を主体とする正極と、リチウムを吸蔵放出可能な炭素材料や、金属リチウム等を主体とする負極と、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン製の微多孔膜から成るセパレータとから構成される非水電解液蓄電池、ニッケルを主体とする正極と、水素吸蔵合金を主体とする負極と、ナイロン不織布から成るセパレータとから構成される金属−水素アルカリ蓄電池等にも本発明が好適に適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電池内圧が急激かつ異常に上昇した場合であっても２段階に安全弁機構が動作して、電池内容物の噴出によって狭められたガス逃げ道を拡大するように作用する。よって、本発明によれば、密閉型電池の安全性が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の態様にかかる密閉型蓄電池の断面図である。
【図２】電池内圧が所定値以下である場合における付勢部材の位置（第１の位置）を示す部分断面図である。
【図３】電池内圧が所定値を超えた場合における付勢部材の位置（第２の位置）を示す部分断面図である。
【図４】第二の態様における本発明密閉型電池の主要部の部分断面図である。
【符号の説明】
１電池キャップ
１ａガス放出孔
２封口板
２ａ弁孔
３弁体
４付勢部材
４Ａコイルバネ（付勢部材）
５突起部
６絶縁ガスケット
７電池外装缶
８発電要素
９弁体一体型弾性体
９Ａゴム弾性体（弁体一体型弾性体）

Claims

開口を有する有底筒状の電池外装缶と、前記開口を封口する封口板（２）と、封口板（２）に設けられた弁孔（２ａ）を覆うようにして封口板（２）上に配置される、ガス放出孔（１ａ）を有する電池キャップ（１）とを備え、かつ封口板（２）と電池キャップ（１）とで形成される空間内に復帰式の安全弁機構が収納された密閉型電池において、
前記安全弁機構は、弁孔（２ａ）を開閉するための弁体（３）と、弁体（３）に対し弁孔（２ａ）を閉塞する方向に付勢力を及ぼす付勢部材（４）とを有し、かつ、電池キャップ（１）の内側には、付勢部材の底面に係合して付勢部材を支える突起部が設けられ、当該突起部は、電池内圧が所定値以下のときには、付勢部材（４）が第１の位置で弁体（３）を付勢し、電池内圧が所定値を超えたときには係合が外れて、付勢部材（４）が前記第１の位置における場合よりも弱い力で弁体（３）を付勢する第２の位置への移動を可能とする形状に形成されている、ことを特徴とする密閉型電池。
前記突起部が、電池キャップの周壁を内側に突出させて形成したものである、請求項１記載の密閉型電池。
前記付勢部材がコイルバネである、請求項１又は２記載の密閉型電池。
前記付勢部材及び弁体が、弁体一体型弾性体（９）である、請求項１又は２記載の密閉型電池。