JPH07105933A

JPH07105933A - 防爆形密閉電池

Info

Publication number: JPH07105933A
Application number: JP5276070A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamamoto; 宏山本; Kenichi Yokoyama; 賢一横山
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】過充電時や短絡時においても電池の発火や破
裂を防止することができる防爆形密閉電池を提供する。【構成】電池内圧の上昇に伴い内圧方向に変形を生じ
る防爆弁３とリード体取り付け部材１とを溶接し、上記
リード体取り付け部材１の防爆弁３との溶接部分５の外
周側部分に薄肉部１ｃを設け、上記リード体取り付け部
材１にリード体８を取り付け、通常の状態ではリード体
取り付け部材１と防爆弁３との電気的接続を確保して電
池として機能させ、過充電や短絡などにより電圧内圧が
上昇して所定の圧力に達したときは、防爆弁３が電池内
圧を受けて内圧方向に変形し、上記リード体取り付け部
材１に設けた薄肉部１ｃが破断するか、またはリード体
取付け部材１と防爆弁３との溶接部分５が剥離して、リ
ード体取り付け部材１と防爆弁３との電気的接続を消失
させ、電流を遮断させる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防爆形密閉電池に関す
る。さらに詳しくは、過充電時や短絡時においても電流
を遮断させて発火や破裂を防止することができる防爆形
密閉電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、たとえばリチウム電池やリチウム
二次電池などの有機溶媒系電解液を用いた密閉電池が、
時計やカメラなどの携帯用機器の電源として広く使用さ
れている。

【０００３】ところが、このような有機溶媒系の電解液
を用いた密閉電池は、電池内部の発電要素が化学変化を
起こして、電池内部の圧力が上昇し、高圧下で破裂する
場合がある。

【０００４】たとえば、リチウム二次電池を過充電状態
にしたり、あるいは短絡状態になって大電流が流れる
と、電解液が分解し、その結果、電池内部にガスが発生
し、その発生したガスによって電池内部の圧力が上昇
し、最後には電池が高圧下で破裂してしまうことがあ
る。

【０００５】また、リチウム一次電池においても、強制
的に過充電や過放電したり、あるいは他の電池からの強
制放電などによって、電池内部の圧力が上昇し、最後に
は発火にいたるおそれがあった。

【０００６】そこで、従来からも、電池内部に発生した
ガスを電池外部へ放出して、電池の高圧下での破裂を防
止する、いわゆる防爆機能を電池に備えさせることが行
われている。

【０００７】たとえば、図８に示すように、封口板を兼
ねるリード体取り付け部材１にガスが通過し得る圧力導
入口１ａを設け、端子板２にガス排出孔２ａと切刃２ｂ
を設け、リード体取り付け部材１と端子板２との間に可
撓性薄板１６を配設し、電池内部にガスが発生して電池
の内部が上昇したときに、上記可撓性薄板１６が端子板
２側にふくらんで切刃２ｂに接触して破壊され、それに
よって、電池内部のガスを端子板２のガス排出孔２ａか
ら電池外部に放出させて、電池の高圧下での破裂を防止
する、いわゆる防爆機能を電池に備えさせることが行わ
れている（たとえば、実開平２−７１９６６号公報）。

【０００８】また、図９に示すように、電池ケース６の
底部に十字状に薄肉部６ａを設け、電池内部にガスが発
生して、電池の内圧が上昇したときに、該薄肉部６ａが
切裂破壊して、電池内部のガスを電池外部に放出させ、
電池の高圧下での破裂を防止することも行われている
（たとえば、特開昭６３−２８５８５９号公報）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の防爆形密閉電池は、電池内圧の上昇による
高圧下での破裂は防止し得るものの、たとえば過充電状
態になった場合、充電電流が流れ続けるため、電池内部
の電解液や活物質が分解を続け、それによって電池の温
度が上昇すると共に電池内圧も上昇を続け、最後には発
火や破裂に至ってしまうという問題がある。

【００１０】したがって、本発明は、上記のような従来
の防爆形密閉電池が持っていた問題点を解決し、過充電
時や短絡時における発火や破裂を防止することができる
安全性の高い防爆形密閉電池を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成をその実施例に対応する図１〜図５を用
いて説明すると、本発明は、電池内圧の上昇に伴い内圧
方向に変形を生じる防爆弁３とリード体取り付け部材１
とを溶接し、上記リード体取り付け部材１にリード体８
を取り付けた防爆形密閉電池において、上記リード体取
り付け部材１の防爆弁３との溶接部分５の外周側部分に
薄肉部１ｃを設け、電池内圧が上昇して所定の圧力に達
したとき、防爆弁３が内圧方向に変形して、上記リード
体取り付け部材１に設けた薄肉部１ｃが破断するか、ま
たはリード体取り付け部材１と防爆弁３との溶接部分５
が剥離して、電流を遮断する構成にして、上記目的を達
成したものである。

【００１２】

【作用】通常の状態では、図１に示すように、リード体
８を取り付けたリード体取り付け部材１と防爆弁３とは
溶接により一体化しているため、正極９から端子板２ま
での電気的接続は、リード体８、リード体取り付け部材
１、防爆弁３およびそれらの溶接部分５によって確保さ
れていて、電池として機能するが、過充電あるいは短絡
などによる異常反応により電解液や活物質が分解して電
池内部にガスが発生した時には、図４に示すように、そ
の電池内部に発生したガスによって防爆弁３が内圧方向
（内圧が拡散していく方向）に押圧されて変形すること
により、リード体取り付け部材１の薄肉部１ｃに剪断力
を生じさせて該薄肉部１ｃを破断させるか、または図５
に示すようにリード体取り付け部材１と防爆弁３との溶
接部分５を剥離させる。

【００１３】その結果、過充電時や短絡時の初期段階で
正極９から端子板２までの電気的接続が消失し、電流が
遮断されて反応が停止し、充電電流または短絡電流によ
る電池の温度上昇や内圧上昇が抑えられ、電池の発火や
破裂が防止される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、本発明は実施例に例示のもののみに限定
されることはない。

【００１５】図１は本発明の防爆形密閉電池の一実施例
を示す縦断面図である。図２は上記図１に示す防爆形密
閉電池に使用されているリード体取り付け部材を示すも
のであり、図２の（ａ）はその平面図、図２の（ｂ）は
その縦断面図である。図３は上記図１に示す防爆形密閉
電池に使用されている防爆弁を示すものであり、図３の
（ａ）はその平面図、図３の（ｂ）はその縦断面図であ
る。図４は図１に示す防爆形密閉電池の防爆弁が電池内
圧を受けて内圧方向に変形し、リード体取り付け部材に
設けた薄肉部が破断した時の状態を示す縦断面図であ
る。図５は図１に示す防爆形密閉電池の防爆弁が電池内
圧を受けて内圧方向に変形し、リード体取り付け部材と
防爆弁との溶接部分が剥離した時の状態を示す縦断面図
である。

【００１６】まず、図１により、電池の構成部材を概括
説明すると、１はリード体取り付け部材、２は端子板、
３は防爆弁、４は絶縁パッキング、５は溶接部分、６は
電池ケース、７は環状ガスケット、８は正極側のリード
体、９は正極、１０は負極、１１はセパレータ、１２は
電解液、１３は絶縁体、１４は絶縁体、１５は負極側の
リード体である。

【００１７】リード体取り付け部材１は、封口板として
の機能を有するものであり、このリード体取り付け部材
１はアルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼な
どからなり、円板状をしていて、図２に示すように防爆
弁３に電池内圧を作用させるための圧力導入口１ａとし
て２カ所に孔が設けられ、かつ中央部を上方側に突出さ
せ、その突出部１ｂの上面は防爆弁３の中央部下面に溶
接され、溶接部分５を構成している。そして、該溶接部
分５の外周側部分には薄肉部１ｃが設けられている。

【００１８】なお、上記のリード体取り付け部材１に設
けた薄肉部１ｃは図面上での理解がしやすいように、切
断面のみを図示しており、切断面後方の輪郭線は図示を
省略している。また、リード体取り付け部材１と防爆弁
３との溶接部分５も図面上での理解が容易なように、実
際よりは誇張した状態に図示されている。

【００１９】端子板２は、鉄にニッケルメッキを施した
金属材料、ステンレス鋼あるいはステンレス鋼にニッケ
ルメッキを施した金属材料で形成され、周縁部が鍔状に
なった帽子状をしており、この端子板２にはガス排出孔
２ａが設けられている。

【００２０】防爆弁３は、アルミニウム、チタン、ニッ
ケル、ステンレス鋼などの金属材料からなり、円板状を
しており、その中央部下面には、前記したように、リー
ド体取り付け部材１の突出部１ｂの上面が溶接され、溶
接部分５を構成している。

【００２１】絶縁パッキング４は、ポリプロピレンなど
の耐電解液性を有する合成樹脂で形成されていて、環状
をしており、リード体取り付け部材１と防爆弁３とを絶
縁するとともに、両者の間から電解液が漏れないように
両者の間隙を封止する。

【００２２】そして、これらのリード体取り付け部材
１、防爆弁３および絶縁パッキング４は、たとえば次に
示すようにあらかじめ組立ておくことが好ましい。すな
わち、リード体取り付け部材１の上部に絶縁パッキング
４を配置し、その上に防爆弁３を配置し、防爆弁３で絶
縁パッキング４を充分にリード体取り付け部材１に押圧
しておいてから、リード体取り付け部材１の突出部１ｂ
の上面と防爆弁３の中央部の下面とをたとえば抵抗溶
接、超音波溶接、レーザ溶接などの溶接手段により溶接
して溶接部分５を構成し、リード体取り付け部１、防爆
弁３および絶縁パッキング４の積層体として組み立てて
おくことが好ましい。

【００２３】電池ケース６は鉄にニッケルメッキを施し
た金属材料、あるいはステンレス鋼などの金属材料で形
成されており、環状ガスケット７はポリプロピレンなど
の耐電解液性を有する合成樹脂で形成されている。リー
ド体８はアルミニウム、チタン、ステンレス鋼などの金
属材料からなり、前記リード体取り付け部材と正極９と
を接続している。

【００２４】正極９は、たとえばＭｎＯ₂、ＴｉＳ₂、
ＭｏＳ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ｌｉ_xＭｎＯ_y、Ｌｉ_xＮｉ
Ｏ₂、Ｌｉ_xＣｏＯ₂などを活物質とし、これに必要に
応じてカーボンブラックなどの導電助剤とポリテトラフ
ルオロエチレンなどの結着剤などを加えて混合して調製
した正極合剤を成形したものであり、その成形にあたっ
てはステンレス鋼製網などが集電作用を兼ねた芯材とし
て使用されているが、この図１では繁雑化を避けるた
め、ステンレス鋼製網などの芯材は図示していない。

【００２５】負極１０は、たとえば金属リチウム、リチ
ウム合金、リチウムをドープしかつ脱ドープし得るカー
ボンなどを用いて作製されたものであり、この負極１０
の作製にあたってもステンレス鋼製網などが集電作用を
兼ねた支持体として使用されているが、この図１では繁
雑化を避けるため、ステンレス鋼製網などの支持体は図
示していない。

【００２６】セパレータ１１は、ポリプロピレン不織
布、ポリエチレン不織布などの合成繊維不織布からな
り、このセパレータ１１は袋状にし、前記正極９をこの
セパレータ１１で包み、これに負極１０を重ね合わせ、
渦巻状に巻回して渦巻状電極体として電池ケース６内に
収容されている。

【００２７】電解液１２は、たとえばプロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエ
タン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクト
ン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラ
ン、１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホ
ランなどの有機溶媒の単独または２種以上の混合溶媒
に、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＡ
ｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、Ｌｉ（Ｃ₆Ｈ₅）₄、ＬｉＣＦ₃
ＳＯ₃、ＬｉＣ₄Ｆ₉ＳＯ₃、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂ＮＬ
ｉ、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃ＣＬｉなどの電解質を溶解させ
たものからなり、電池ケース６内に注入されている。

【００２８】上記電池ケース６の底部にはポリテトラフ
ルオロエチレンシートなどからなる絶縁体１３が設置さ
れ、前記正極９、負極１０およびセパレータ１１からな
る渦巻状電極体や、電解液１２、渦巻状電極体上部の絶
縁体１４などは、この電池ケース６内に収容されてい
る。そして、それらの収容後、電池ケース６の開口端近
傍部分に底部が内方に突出した環状の溝が形成される。

【００２９】そして、上記電池ケース６の開口部に環状
ガスケット７を入れ、そこに前記のようにして組み立て
ておいたリード体取り付け部材１と絶縁パッキング４と
防爆弁３との積層体を挿入し、さらにその上から端子板
２を挿入し、電池ケース６の溝から先の部分を内方に締
め付けることによって電池ケース６の開口部が封口され
ている。

【００３０】上記のような電池組立にあたっては、あら
かじめ負極１０と電池ケース６とをニッケル、銅、ステ
ンレス鋼などの金属製のリード体１５で接続し、正極９
とリード体取り付け部材１とを前記のようにアルミニウ
ム、チタン、ステンレス鋼などの金属製のリード体８で
接続しておく。

【００３１】上記のようにして組み立てられた電池にお
いては、リード体取り付け部材１と防爆弁３とが溶接部
分５で接触し、防爆弁３の周縁部と端子板２の周縁部と
が接触し、正極９とリード体取り付け部材１とは正極側
のリード体８で接続されているので、正極９と端子板２
とはリード体８、リード体取り付け部材１、防爆弁３お
よびそれらの溶接部分５によって電気的接続が得られ、
電池として正常に機能する。

【００３２】そして、電池に異常事態が起こり、電池内
部にガスが発生して電池の内圧が上昇した場合には、そ
の内圧上昇により、図４に示すように、防爆弁３の中央
部が内圧方向（図４では上側の方向）に変形し、それに
伴って溶接部分５で一体化されているリード体取り付け
部材１も変形し、それによって該リード体取り付け部材
１に設けられている薄肉部１ｃに剪断力が働いて、該薄
肉部１ｃが破断するか、または図５に示すように、防爆
弁３とリード体取り付け部材１との溶接部分５が剥離し
て消失し、それによって正極９と端子板２との電気的接
続が消失して、電流が遮断されるようになる。

【００３３】その結果、電池反応が進行しなくなるの
で、過充電時や短絡時でも、充電電流や短絡電流による
電池の温度上昇や内圧上昇がそれ以上進行しなくなっ
て、電池の発火や破裂が防止されるようになる。

【００３４】なお、上記防爆弁３には薄肉部３ａが設け
られており、たとえば充電が極度に進行して電解液や活
物質などの発電要素が分解し、大量のガスが発生した場
合は、防爆弁３が変形して、防爆弁３とリード体取り付
け部材１との溶接部分５が剥離した後、この防爆弁３に
設けた薄肉部３ａが開裂してガスを端子板２のガス排出
孔２ａから電池外部に排出させて電池の破裂を防止する
ことができる。

【００３５】つぎに、図１に示す構造で、正極活物質と
して二酸化マンガンを用い、負極にリチウムを用い、電
解液としてエチレンカーボネートと１，３−ジオキソラ
ンとの体積比１：２の混合溶媒にＬｉＣＦ₃ＳＯ₃を
０．６ｍｏｌ／１溶解させたものを用いた電池を作製
し、この実施例の電池について、試験雰囲気２０℃、
２．８Ａ定電流充電の条件下で過充電試験の行ったとき
の、充電時間と電池電圧、充電電流、電池温度の関係を
図６に示す。

【００３６】図６に示すように、実施例の電池は過充電
状態（電池温度の勾配が立ち上がり始めた時点）になる
と、充電電流が遮断されて、電池温度が降下しはじめ
る。これは、過充電状態になると、電池内圧の上昇によ
って防爆弁３が内圧方向に変形し、リード体取り付け部
材１に設けた薄肉部１ｃが破断したり、あるいはリード
体取り付け部材１と防爆弁３との溶接部分５が剥離し
て、正極９と端子板２との電気的接続が消失し、充電電
流を遮断するからである。そして、その充電電流の遮断
によって、電池の発火や破裂が防止される。

【００３７】これに対して、活物質、電解液の構成を実
施例の電池と同一にして防爆機能を図８に示す構成にし
た従来電池について同様の試験を行ったところ、防爆機
能は作動し電池の破裂は防止されたものの、充電電流が
流れ続けたために発火した。

【００３８】なお、上記実施例では、リード体取り付け
部材１の薄肉部１ｃは、リード体取り付け部材１にブリ
ッジ部分を作製して対向するように設けたが、薄肉部１
ｃはそれに限られることはなく、たとえば図７に示すよ
うにリング状に設けるなど、他の態様で設けてもよい。

【００３９】上記実施例に例示のものでは、突出部をリ
ード体取り付け部材１に設け、それを防爆弁３の中央部
下面に溶接して溶接部分５としたが、それに代えて、突
出部を防爆弁３の中央部に下方に向けて設け、それをリ
ード体取り付け部材１の中央部上面に溶接して溶接部分
５としてもよい。また、突出部をリード体取り付け部材
１に設ける場合であっても、図示のものに限られること
なく、防爆弁３との溶接部分を剥離できるものであれ
ば、他の形状のものでもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、電池
内圧の上昇に伴い内圧方向に変形を生じる防爆弁３とリ
ード体取り付け部材１とを溶接し、上記リード体取り付
け部材１の防爆弁３との溶接部分５の外周側部分に薄肉
部１ｃを設け、通常の状態では上記溶接部分５により防
爆弁３とリード体取り付け部材１との電気的接続を確保
して電池として機能させ、過充電や短絡などの異常反応
により、電池内圧が上昇して所定の圧力に達したとき
は、防爆弁３がその内圧を受けて内圧方向に変形し、そ
れに伴ってこの防爆弁３と溶接部分５とで一体化してい
るリード体取り付け部材１も変形して薄肉部１ｃに剪断
力が働いて該薄肉部１ｃが破断するか、または防爆弁３
とリード体取付け部材１との溶接部分５が剥離して、電
流を遮断する構成にすることによって、過充電時や短絡
時においても発火や破裂を防止することができる安全性
の高い防爆形密閉電池を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の防爆形密閉電池の一実施例を示す縦断
面図である。

【図２】図１に示す防爆形密閉電池に使用されたリード
体取り付け部材を拡大して示すもので、（ａ）はその平
面図、（ｂ）はその縦断面図である。

【図３】図１に示す防爆形密閉電池に使用された防爆弁
を拡大して示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は
その縦断面図である。

【図４】図１に示す電池の防爆弁が電池内圧を受けて内
圧方向に変形し、リード体取り付け部材に設けた薄肉部
が破断した状態を拡大して示す要部縦断面図である。

【図５】図１に示す電池の防爆弁が電池内圧を受けて内
圧方向に変形し、防爆弁とリード体取り付け部材との溶
接部分が剥離した状態を拡大して示す要部縦断面図であ
る。

【図６】本発明の実施例の電池の過充電試験を行ったと
きの、充電時間と電池電圧、充電電流、電池温度の関係
を示す図である。

【図７】本発明の防爆形密閉電池に使用されるリード体
取り付け部材の他の例を拡大して示すもので、（ａ）は
その平面図、（ｂ）はその縦断面図である。

【図８】従来の防爆形密閉電池の要部縦断面図である。

【図９】従来の防爆形密閉電池に使用されている電池ケ
ースの要部を示す図で、（ａ）はその底面図、（ｂ）は
その縦断面図である。

【符号の説明】

１リード体取り付け部材１ａ圧力導入口１ｂ突出部１ｃ薄肉部２端子板３防爆弁４絶縁パッキング５溶接部分６電池ケース７環状ガスケット８リード体９正極１０負極１１セパレータ１２電解液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池内圧の上昇に伴い内圧方向に変形を
生じる防爆弁３とリード体取り付け部材１とを溶接し、
上記リード体取り付け部材１にリード体８を取り付けた
防爆形密閉電池において、上記リード体取り付け部材１
の防爆弁３との溶接部分５の外周側部分に薄肉部１ｃを
設け、電池内圧が上昇して所定の内圧に達したとき、防
爆弁３が内圧方向に変形して、上記リード体取り付け部
材１に設けた薄肉部１ｃが破断するか、または上記リー
ド体取り付け部材１と防爆弁３との溶接部分５が剥離し
て、電流を遮断することを特徴とする防爆形密閉電池。