JP4724907B2

JP4724907B2 - 電池

Info

Publication number: JP4724907B2
Application number: JP2000285395A
Authority: JP
Inventors: 哲三小島; 岳人松原
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: JP2002100330A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安全弁と端子を設けた蓋板を電池容器の開口部に取り付けた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池には、図４に示すように、電池エレメント２を収納した円筒容器状の電池容器１の上端開口部に蓋２１を取り付けた円筒型のものがある。このリチウムイオン二次電池は、ステンレス鋼板を組み合わせてボタン状とした蓋２１の内部に安全弁を設け、この蓋２１をパッキン２２を介してステンレス鋼製の電池容器１の上端開口部に嵌め込み周囲をかしめることにより正極端子としている。また、電池容器１は、負極端子となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記円筒型のリチウムイオン二次電池は、パッキン２２を介してかしめ加工により電池容器１の内部を密閉するので、加工精度が必ずしも高くないかしめ加工によって気密性が低下したり、パッキン２２が経年変化することにより長期間にわたって確実な気密性を保つことが困難となる。このため、特に大型のリチウムイオン二次電池では、蓋２１をかしめ加工ではなく、溶接によって電池容器１の上端開口部に確実に封着したいという要請が従来からあった。しかしながら、蓋２１を電池容器１に溶接すると負極端子と導通することになるので、この蓋２１にパッキン以外の確実な方法で正極端子を絶縁封止して取り付ける必要があり、しかも、蓋２１には安全弁が設けられるので、この正極端子を十分な大きさで配置することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、電池容器に溶接された蓋板に例えばガラスハーメチックシールのような絶縁封止材を介して端子を取り付け、この端子に接続された端子板を蓋板の安全弁の上方に配置することにより、電池容器内部の密閉を確実にすることができる電池を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電池は、電池容器の上端開口部に溶接された蓋板に安全弁が設けられると共に、この蓋板に設けられた端子孔に絶縁封止材を介して端子材が貫通して封着され、この蓋板上に、端子材の上端突出部が嵌入する端子口と、安全弁の上方を開放する通気口とが設けられた絶縁板を固着し、この絶縁板上に、少なくとも通気口の上方を覆い、端子口に嵌入した端子材の上端部に接続固定された端子板が配置されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、蓋板が電池容器の上端開口部に溶接されると共に、端子材が絶縁封止材で絶縁されて蓋板に封着されるので、長期間にわたって確実に電池容器内部の気密性を保つことができる。また、この端子材に接続された端子板が安全弁の上方に絶縁板を介して配置されるので、蓋板上に十分な大きさの端子を設けることができるようになる。さらに、電池容器内部の圧力が異常に上昇して安全弁が開口した場合には、この安全弁から出た高圧ガスが絶縁板の通気口を通り、上方を覆う端子板の周縁部との間の隙間を抜けて外部に放出されることになる。また、端子板が端子材の上端部にだけ接続固定されている場合には、大量に噴出した高圧ガスによってこの端子板が持ち上がり、この持ち上がった隙間を抜けて外部に放出させることもできる。
【０００７】
本発明の電池においては、前記端子板に、絶縁板の通気口に通じる通気孔が形成されることが好ましい。
【０００８】
このように端子板に通気孔が形成されていれば、蓋板の安全弁が開口した場合に、絶縁板の通気口を通って噴出する高圧ガスをこの通気孔から外部に放出することができるようになる。また、このような通気孔を形成しておけば、端子板は、端子材の上端部に接続固定するだけでなく、周縁部を絶縁板に密着させて固定することもできる。ただし、端子板を端子材の上端部にだけ接続固定していた場合であっても、高圧ガスが大量ではない場合には、通気孔だけを通して放出し、大量に噴出した場合には、この端子板が持ち上がった隙間からも放出させるようにすることができる。
【０００９】
本発明の電池においては、前記絶縁板上に、端子板の上方を覆い、かつ、この端子板における絶縁板の通気口を覆う部分の上方に開口部が形成された上部絶縁板が固着されることが好ましい。
【００１０】
このように端子板の周囲を上部絶縁板が覆っていれば、この端子板の周縁部と絶縁板との間が露出して、不用意に端子板がめくれ上がったりするのを防止することができる。この場合、蓋板の安全弁が開口すると、上述のような端子板の通気孔だけを通して高圧ガスを放出するようにしてもよいが、通気孔の有無にかかわらず、上部絶縁板の開口部の周縁部で係止されていた端子板がこの係止を外して持ち上がるようにし、この持ち上がった隙間から放出させるようにすることもできる。
【００１１】
本発明の電池においては、前記安全弁が、溝を形成した薄い金属板で蓋板の開口孔を塞ぎ、この金属板の周囲を溶接により蓋板に封着したものであることが好ましい。
【００１２】
このように安全弁が蓋板とは別個の薄い金属板として形成されていれば、この金属板の板厚や溝の深さ等を高精度に制御して安定した動作を行うようにすることができる。
【００１３】
本発明の電池においては、前記絶縁板が、両面テープによって蓋板上に固着されていることが好ましい。
【００１４】
このように両面テープを用いれば、絶縁板を簡便に蓋板上に固着することができるようになる。
【００１５】
本発明の電池においては、前記蓋板上の少なくとも安全弁と端子孔の上方を除く部分に、金属製の取付板が溶接によって固着されると共に、前記絶縁板が、この取付板の係止部に係止されて固定されていることが好ましい。
【００１６】
このように蓋板に溶接された取付板に絶縁板が係止固定されていれば、この絶縁板を確実強固に蓋板上に固着することができるようになる。
【００１７】
本発明の電池においては、前記端子板が円板状であり、この円板状の一端からリード部が突設されると共に、このリード部の反対側の端から係止部が突設され、前記リード部が端子材の上端部に接続固定されると共に、前記係止部が絶縁板に止め付けられていることが好ましい。
【００１８】
なお、係止部の絶縁板への止め付け方法としては、例えば上述のような上部絶縁板が固着されている場合には、係止部をこの上部絶縁板で絶縁板に押し付ける方法を用いることができ、上部絶縁板の有無にかかわりなく、係止部を両面テープ等で絶縁板に貼り付ける方法を用いることもできる。
【００１９】
このような係止部が絶縁板に止め付けられていれば、端子板が下方から強い力で押し上げられた場合に、この係止部が絶縁板から外れて、端子板がリード部から先で折れ曲がり持ち上がることにより、高圧ガスを一気に排出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１〜図３は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は円筒型のリチウムイオン二次電池の構造を示す縦断面正面図、図２はリチウムイオン二次電池の蓋の構造を示す分解斜視図、図３はリチウムイオン二次電池の蓋の他の構造を示す分解斜視図である。なお、図４に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００２２】
本実施形態は、図４に示した従来例と同様の円筒型のリチウムイオン二次電池について説明する。このリチウムイオン二次電池は、図１に示すように、円筒容器状の電池容器１内に電池エレメント２を収納し、この電池容器１の上端開口部に蓋板３を嵌め込んで溶接により封着したものである。この電池容器１は、ステンレス鋼製であり、内部に収納した電池エレメント２の負極と接続されることにより負極端子となる。
【００２３】
上記蓋板３は、図２に示すように、中央部に開口孔３ａが形成され、その周囲が窪んだステンレス鋼板からなる円板であり、電池容器１の上端開口部に嵌合して溶接し易くするために、円板状の周縁部が上方に向けて環状に屈曲されている。この蓋板３の中央部から少しずれた位置には、端子孔３ｂが開口されている。そして、この端子孔３ｂに絶縁封止材としてのガラスハーメチックシール４を介して、端子材５が貫通して封着されている。端子孔３ｂは、このガラスハーメチックシール４が十分な厚さに形成されるように、開口縁部を上方に向けて環状に屈曲させている。端子材５は、ステンレス鋼製のピンであり、上下端部がこのガラスハーメチックシール４からそれぞれ上下に突出し、下端部は電池容器１内に収納された電池エレメント２の正極に接続される。
【００２４】
この蓋板３の開口孔３ａの周囲の窪みには、上方から、電池容器１内部の圧力が異常に常用すると開口する円板状の安全弁６とリング状のホルダ７が載置され、このホルダ７上から溶接を行うことにより安全弁６の周囲を蓋板３に溶着させ開口孔３ａを塞いでいる。安全弁６は、表面に十字形状の溝６ａが形成されたニッケルのメッキ層からなる薄い金属板であり、この金属板の厚さを５０μ程度に高精度に形成すると共に、溝６ａの深さを３０μ程度に高精度に形成することにより、電池容器１内部の圧力が所定値に達すると、残厚が２０μの溝６ａが確実に破断して開口するように形成している。ただし、このように薄い安全弁６を蓋板３に直接溶接することはできないので、リング状のステンレス鋼板のホルダ７を安全弁６の周囲に重ねて、その上から溶接を行うようにしている。
【００２５】
この蓋板３の円板上には、絶縁板８が両面テープ９により貼り付けて固着されている。絶縁板８は、蓋板３よりも少し径の小さいＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の絶縁性の樹脂からなる円板であり、中央部の安全弁６の上方に位置する部分に通気口８ａが開口されると共に、端子材５の上端部が突出する部分に端子口８ｂが開口されている。また、両面テープ９は、これら通気口８ａや端子口８ｂを避けて絶縁板８と蓋板３との間を固着するように、Ｃ字形にカットされたものを用いている。
【００２６】
上記絶縁板８上には、通気口８ａと端子口８ｂの上方を塞ぐように端子板１０が配置されている。端子板１０は、ニッケルメッキ鋼板からなる円板であるが、浅い容器を伏せたように周縁部を除いた部分が上方に突出した形状をなしている。また、この端子板１０の円板が上方に突出した部分には、両側の対称位置に円弧状の通気孔１０ａ，１０ａがそれぞれ開口されている。さらに、この端子板１０は、円板状の一端からリード部１０ｂが側方に突出すると共に、このリード部１０ｂの反対側の端からも係止部１０ｃが側方に突出している。そして、リード部１０ｂの端部が絶縁板８の端子口８ｂから突出する端子材５の上端部に溶接によって接続固定されている。
【００２７】
この絶縁板８上には、上部絶縁板１１が両面テープ１２により貼り付けて固着されている。上部絶縁板１１は、蓋板３よりもわずかに径の大きい、絶縁板８と同じ絶縁性の樹脂からなる円板であり、周縁部が下方に向けて突出するように形成されると共に、中央部に端子板１０の上方への突出部が嵌入するような端子孔１１ａが開口されている。また、両面テープ１２は、絶縁板８上の端子板１０を避けて上部絶縁板１１とこの絶縁板８との間を固着するように、Ｃ字形にカットされたものを用いている。
【００２８】
上記構成のリチウムイオン二次電池は、蓋板３の周囲が電池容器１の上端開口部に嵌まり込んで溶接により封着されると共に、端子材５がガラスハーメチックシール４を介して蓋板３に封着されるので、従来のように経年劣化するパッキン２２を介して加工精度の高くないかしめ加工により封着を行う場合と異なり、長期間にわたって確実に電池容器１内部の気密性を保つことができるようになる。また、電池容器１内に収納された電池エレメント２の正極が端子材５を介して端子板１０に接続されるので、この面積の広い端子板１０を正極端子とすることができる。しかも、この端子板１０は、上部絶縁板１１の端子孔１１ａを通して露出するので、周縁部に不用意に力が加わって破損するようなこともなくなる。さらに、この正極端子に配線を施す際に、端子板１０に強い力や衝撃が加わったとしても、端子材５にこれらの力が直接加わることがないので、ガラスハーメチックシール４が損傷を受けて気密性が低下するようなことも生じない。また、電池容器１の内部の圧力が異常に上昇して安全弁６の溝６ａが破断し開口した場合には、この電池容器１内の高圧ガスが絶縁板８の通気口８ａを通り、端子板１０の通気孔１０ａ，１０ａを抜けて外部に放出されるようになる。しかも、高圧ガスが大量に噴出したような場合には、通気孔１０ａ，１０ａから抜け出すだけでは足りずに、端子板１０が下方から強い力で押し上げられるので、係止部１０ｃが上部絶縁板１１の端子孔１１ａから外れて、この端子板１０がリード部１０ｂから先で折れ曲がり持ち上がることにより、高圧ガスを一気に排出することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、絶縁板８を両面テープ９で蓋板３に固着する場合について説明したが、図３に示すように、取付板１３を介して固着してもよい。取付板１３は、ステンレス鋼板からなる円板に、絶縁板８上の通気口８ａや端子口８ｂを避けるためのＵ字形の切り欠きを形成したものであり、このＵ字形の切り欠きの両側に形成された係止片１３ａ，１３ａが上方に向けて折り曲げられている。また、絶縁板８には、これら係止片１３ａ，１３ａに対応する位置にそれぞれスリット状の係止孔８ｃ，８ｃが設けられている。そして、取付板１３が蓋板３上に溶接によって固着されると共に、絶縁板８の係止孔８ｃ，８ｃに下方からこの取付板１３の係止片１３ａ，１３ａを挿入し突出部を外側に折り曲げることにより絶縁板８も係止固定される。このような取付板１３を用いると、加工や組み立ての手間は増加するが、絶縁板８を確実強固に固着することができるようになる。
【００３０】
また、上記実施形態では、端子板１０に通気孔１０ａ，１０ａを開口する場合について説明したが、通気口８ａとこの上方を覆う端子板１０との間に十分な隙間があれば、通気孔１０ａ，１０ａは必ずしも開口する必要はない。さらに、上記実施形態では、電池容器１内部からの大量の高圧ガスを端子板１０が持ち上がることにより排出させる場合について説明したが、通気孔１０ａ，１０ａの大きさが十分であれば、この端子板１０が絶縁板８や上部絶縁板１１に固定されていてもよい。また、上部絶縁板１１は、端子板１０を保護するものであるため、必ずしも取り付けなくてもよい。この場合、端子板１０は、リード部１０ｂ以外の部分を絶縁板８に固着したり係止しておくことが好ましい。
【００３１】
また、上記実施形態では、安全弁６を蓋板３とは別の薄い金属板で構成する場合について説明したが、蓋板３に直接溝を形成して安全弁とすることもできる。ただし、安全弁６を別の金属板で構成すれば、特に本実施形態のようにメッキ層によって形成することにより、溝６ａの残厚を高精度に制御して安定した動作が行えるようにすることができる。さらに、この安全弁は、溝が破断することにより開口する形式のものに限らず、電池容器１内部の異常に高い圧力を受けて開口する弁であれば、いずれの形式の安全弁を用いてもよい。例えば、電池容器１内部の圧力が所定値を超えると、弁体がバネ材の付勢に逆らって開口部を開くような形式の安全弁を用いることもできる。また、上記実施形態では、リチウムイオン二次電池に安全弁だけを設ける場合について説明したが、温度上昇に応じて電流を制限するポリスイッチ等の安全機構を設けることもできる。例えば、電池容器１の底面にポリスイッチのシートを介して負極板を固着すれば、電池容器１の温度上昇に応じてこの負極板を通る電流を制限することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、端子板１０が正極端子を構成し電池容器１が負極端子を構成する場合について説明したが、これらの正負極は逆にすることもできる。さらに、電池容器１自体を端子とする場合だけでなく、端子板１０とは異なる極の端子を別に設けることもできる。
【００３３】
また、上記実施形態では、円筒型のリチウムイオン二次電池について説明したが、電池の種類はリチウムイオン二次電池に限るものではなく、電池容器の上端開口部に蓋板を溶接するものであれば、角形等の任意の形状の電池に同様に実施可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、蓋板が電池容器の上端開口部に溶接されると共に、端子材がガラスハーメチックシール等の絶縁封止材で絶縁されて蓋板に封着されるので、長期間にわたって確実な気密性を保つことができるようになる。また、この端子材には、安全弁の上方を覆う端子板が接続されるので、蓋板上に十分な大きさの端子を設けることができるようになる。さらに、電池容器内部の圧力が異常に上昇して安全弁が開口した場合には、端子板の通気孔や周縁部の隙間、又は、この端子板を持ち上げることにより形成した隙間を抜けて高圧ガスを外部に放出させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、円筒型のリチウムイオン二次電池の構造を示す縦断面正面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、リチウムイオン二次電池の蓋の構造を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、リチウムイオン二次電池の蓋の他の構造を示す分解斜視図である。
【図４】従来例を示すものであって、円筒型のリチウムイオン二次電池の構造を示す縦断面正面図である。
【符号の説明】
１電池容器
３蓋板
３ａ開口孔
３ｂ端子孔
４ガラスハーメチックシール
５端子材
６安全弁
８絶縁板
８ａ通気口
８ｂ端子口
８ｃ係止孔
９両面テープ
１０端子板
１０ａ通気孔
１０ｂリード部
１０ｃ係止部
１１上部絶縁板
１１ａ端子孔
１２両面テープ
１３取付板
１３ａ係止片

Claims

電池容器の上端開口部に溶接された蓋板に安全弁が設けられると共に、この蓋板に設けられた端子孔に絶縁封止材を介して端子材が貫通して封着され、この蓋板上に、端子材の上端突出部が嵌入する端子口と、安全弁の上方を開放する通気口とが設けられた絶縁板を固着し、この絶縁板上に、少なくとも通気口の上方を覆い、端子口に嵌入した端子材の上端部に接続固定された端子板が配置されたことを特徴とする電池。