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JP2846699B2 - 安全弁装置を備えた密閉型電池 - Google Patents

安全弁装置を備えた密閉型電池

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Publication number
JP2846699B2
JP2846699B2 JP2046923A JP4692390A JP2846699B2 JP 2846699 B2 JP2846699 B2 JP 2846699B2 JP 2046923 A JP2046923 A JP 2046923A JP 4692390 A JP4692390 A JP 4692390A JP 2846699 B2 JP2846699 B2 JP 2846699B2
Authority
JP
Japan
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battery
safety valve
sealed battery
valve device
separator
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP2046923A
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JPH03250562A (ja
Inventor
良和 石倉
啓文 市岡
健次 井上
孝直 松本
基弘 三木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Denki Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Denki Co Ltd
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/317Re-sealable arrangements
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    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/317Re-sealable arrangements
    • H01M50/325Re-sealable arrangements comprising deformable valve members, e.g. elastic or flexible valve members
    • H01M50/333Spring-loaded vent valves
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】 この発明は、安全弁装置を備えた密閉型電池の改良に
関する。
【従来の技術】
密閉型電池は、円筒形のニッケルカドミウム電池やリ
チウム電池に代表される。これ等の電池は、内部に電極
体を内蔵している。電極体は、正極と負極との間にセパ
レータを介在して捲回して渦巻電極体とするか、あるい
は、これ等を交互に積層して平板状としている。 これ等の密閉型電池は、内部短絡などの異常時に、電
池の内圧が上昇する。この状態における電池の破壊を防
止するために、安全弁装置を設けている。安全弁装置と
して種々の構造が開発されている。最も簡単な安全弁装
置は、例えば、特開昭60-165040号公報に示されてい
る。この公報に示される密閉型電池は、安全弁装置を貫
通孔と金属箔とで構成している。すなわち、電池蓋に貫
通孔を開口し、金属箔を貫通孔の周囲に溶接して閉塞し
ている。この構造の密閉型電池は、内部短絡等で、電池
の内圧が高くなると、金属箔が破損して電池を破壊する
のを防止している。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構造の密閉型電池は、大電流放電
すると、電池蓋の貫通孔が閉塞されて破壊することがあ
る。電池の破壊は下記の状態で発生する。 電池を大電流放電すると、電池内の温度が上昇し
て、合成樹脂製のセパレータが溶融する。 セパレータが溶融すると、正極と負極とが接触して
内部短絡が発生する。 内部短絡によって、電池の内圧が上昇する。 合成樹脂が溶融したセパレータは電池蓋の貫通孔を
閉塞する。 電池蓋の貫通孔からガスが排気できず、内圧が高く
なって電池が破壊される。 このように、セパレータが溶融すると、これが排気孔
を塞いで、安全弁装置の正常な動作を阻害する。 この発明は、この欠点を解決することを目的に開発さ
れたもので、この発明の重要な目的は、電池内に異常が
発生すると、安全弁装置が確実に動作して破壊が防止さ
れる安全弁装置を備えた密閉型電池を提供するにある。
【課題を解決する為の手段】
この発明の安全弁装置を備えた密閉型電池は、前述の
目的を達成するために、下記の構成を備えている。 (a) 密閉型電池は、正極と、負極と、樹脂製のセパ
レータとを捲回してなる渦巻電極体を電池缶内に収納し
ている。 (b) 密閉型電池は、安全弁装置を備えた封口体によ
り電池缶の開口部を閉塞している。 (c) 前記渦巻電極体と、封口体との間に、隔離部材
が配設されている。 (d) 隔離部材は、気体透過性を有する。 (e) 隔離部材は、溶融樹脂が前記渦巻電極体側から
前記封口体側へ透過するのを抑制する物性を有する。 隔離部材は、気体を透過させ、セパレータの溶融合成
樹脂の透過を阻止するために配設されている。従って、
隔離部材がセパレータの溶融合成樹脂の透過を抑制する
物性とは、溶融合成樹脂の透過を完全に阻止するのみで
なく、溶融合成樹脂の透過を少なくして密閉型電池の破
壊を少なくできる材質も含むものとする。
【作用】
この発明の密閉型電池は、内圧が上昇すると、安全弁
装置が確実に動作して電池の破壊が防止される。それ
は、渦巻電極体と封口体との間に隔離部材を配設してい
ることが理由である。隔離部材は、気体は通過するが、
セパレータが溶融した合成樹脂は通過しない。このた
め、セパレータの溶融合成樹脂が安全弁の孔を閉塞する
ことがなく、圧力が上昇したガスが排気される。 従来の密閉型電池は、合成樹脂製のセパレータが溶融
すると、これが上昇して、安全弁装置の孔を閉塞して電
池を破壊した。 この発明の密閉型電池は、隔離部材でもって、溶融し
たセパレータが安全弁に移動するのを阻止して、ガスの
みを安全弁に供給している。このため、安全弁装置の動
作がセパレータの溶融合成樹脂に阻害されることがな
く、正常に動作して電池の破壊が防止される。
【実施例】
以下、この発明の実施例を渦巻電極体を備えた円筒型
ニッケル−カドミウム電池を例にとって図面に基づいて
説明する。 但し、以下に示す実施例はこの発明の技術思想を具体
化する為の密閉型電池を例示するものであって、この発
明の密閉型電池は、構成部品の材質、形状、構造、配置
を下記の構造に特定するものでない。この発明の密閉型
電池は、特許請求の範囲に記載の範囲に於て、種々の変
更が加えられる。 第1図に示す密閉型電池は、渦巻電極体1と、外装缶
2と、封口体3と、隔離部材4とを備えている。 渦巻電極体1は、正極5と、セパレータ7と、負極6
とを積層して捲回したものである。正極5はニッケルを
活性物質とし、負極6はカドミウムを活性物質としてい
る。セパレータ7は両電極の間に介在されて、両電極を
絶縁している。セパレータ7には熱可塑性の合成樹脂シ
ートが使用されている。 渦巻電極体1は外装缶2に収納され、外装缶2の開口
部は封口体3で閉塞されている。封口体3は、安全弁装
置を備えている。 この図に示す安全弁装置は、蓋板8と、弁板9と、ス
プリング10と、カバー11とで構成されている。蓋板8
は、内部のガスを排気するために、上下に貫通して弁孔
12が開口されている。弁板9は、弁孔12の上面を閉塞し
ている。スプリング10は、弁板9を弁孔12の上面に弾性
的に押圧して、通常の状態で弁孔12を閉塞している。カ
バー11はスプリング10の上端を押圧している。また、カ
バー11には弁孔12から排気されるガスを大気中に排出す
るためのガス抜孔13が開口されている。 この安全弁装置は、密閉型電池の内圧が上昇すると、
ガス圧で弁板9が押し上げられて弁孔12が開口される。
密閉型電池の内圧が正常な状態にあっては、スプリング
10が弁板9を弁孔12に押圧して閉塞する。 ところで、この発明は安全弁装置の機構を特定するも
のでない。したがって、安全弁装置には、密閉型電池内
の圧力で孔が開口される全ての機構を利用できる。 隔離部材4は、安全弁装置を備える封口体3と、渦巻
電極体1との間に配設される。隔離部材4は、渦巻電極
体1で発生したガスは通過するが、合成樹脂が溶融した
セパレータ7が、図において下から上に透過するのを抑
制する材質のものが使用される。すなわち、隔離部材4
は気体透過性を有し、セパレータ7の溶融樹脂が渦巻電
極体1側から封口体3側に透過するのを完全に阻止し、
あるいは、透過を少なくする材質のシート材が使用でき
る。 隔離部材4には、例えば、ジルコニアシート、炭素繊
維のグラファイトクロス、アルミナペーパー、ニッケル
の発泡体等を使用することができる。 隔離部材4には無機質の多孔質材が使用できる。無機
質の多孔質材は、気孔率によって溶融合成樹脂の透過率
が変化する。例えば、隔離部材4にカーボン繊維のグラ
ファイトペーパーを使用する場合、気孔率が96%ではセ
パレータ7の溶融合成樹脂がほとんど透過しない。とこ
ろが、気孔率が98%のグラファイトペーパーは、セパレ
ータ7の溶融合成樹脂の透過を抑制はできるが、多少は
透過する。このため、気孔率が98%のグラファイトペー
パーを隔離部材4に使用した密閉型電池は、破壊率が高
くなった。 ちなみに、隔離部材4に、気孔率が98%のカーボン繊
維グラファイトペーパーを使用して試作した単二型の密
閉型電池は、10C(18A)で30分急速充電したところ、電
池の破壊率は80%となった。この条件で隔離部材4がな
い以外同じ構造の密閉型電池は100%破壊した。このた
め、この材質の隔離部材4を使用したこの発明の密閉型
電池は、破壊を20%減少できた。 このことから、隔離部材4に多孔性の無機質材を使用
する場合、好ましくは気孔率を98%以下として、セパレ
ータ7の溶融合成樹脂透過率を少なくするのがよい。 このように、隔離部材4に多孔性無機質材を使用する
場合、気孔率を調整して、隔離部材4の溶融合成樹脂の
透過状態を調整することができる。 隔離部材4は、外周を外装缶2の内面に密着できるよ
うに、外形が外装缶2の内径にほぼ等しい形状に裁断さ
れている。外装缶2が円筒の場合、外装缶2は、第4図
に示すように円盤状に裁断される。隔離部材4は、正極
5のリード端子14が貫通する。したがって、隔離部材4
は外周の一部を切欠している。正極5のリード端子14
は、切欠を通過して、正極5と封口体3とを電気的に接
続する。 本発明者は、実際に電池の破壊率を測定するために、
好ましい材質の隔離部材を使用して密閉型電池を試作し
た。試作した電池の個数は、それぞれの材質の隔離部材
につき50個とした。電池は、公称容量1800mAhの単二型
電池とした。隔離部材には下記のものを使用した。測定
結果を、第1表に示している。 電池A……ジルコニアシート、 (ジルカープロダクト製、ZYF-50) 気孔率96% 電池B……カーボン繊維のグラファイトクロス 気孔率90% 電池C……アルミナペーパー 気孔率90% 電池D……ニッケルの発泡体 気孔率80% 本発明電池A、B、C、Dがいかに優れた特性を示す
かを比較するために、隔離部材を使用しない以外、同じ
構造の密閉型電池を比較電池として試作した。 この表に示すように、本発明の密閉型電池A、B、
C、Dは、隔離部材によって破壊率を著しく低減でき
た。 さらに、隔離部材と外装缶との間にパッキンを挿入す
ることによって、セパレータの溶融合成樹脂の透過を効
果的に阻止することができる。第2図は、隔離部材4の
外周と外装缶2の内面との間にパッキン15を固定した密
閉型電池を示している。パッキン15は、大電流放電時に
熱で溶融しないように耐熱性が要求される。また、パッ
キン15は、外装缶2の内面に突出して環状に設けられる
環状凸部に押圧されると弾性変形する可撓性が要求され
る。したがって、パッキン15には、例えば、フッ素系、
あるいは、シリコン系等の耐熱製の合成樹脂が使用され
る。 パッキン15は、第2図に示すように、隔離部材4の上
面に配設され、外装缶2の内面に突出する環状凸部に押
圧されて、外装缶2に密着する。 このように、パッキン15を介して隔離部材4を外装缶
2の内面に密着する密閉型電池は、セパレータ7の溶融
合成樹脂が隔離部材4を透過するのを、より効果的に防
止できる特長がある。 実際にパッキンを使用した密閉型電池を試作し、その
破壊試験をした。その結果を第2表に示している。 この表において、本発明電池A、B、C、Dの隔離部
材には、第1表の測定に使用した電池と同じものを使用
した。本発明電池Eは、本発明電池Aと同じ材質の隔離
部材を使用し、パッキンは使用しなかった。この表の作
成にあたって、測定条件は第1表と同じにした。 この表に示すように、パッキンを使用することによっ
て、さらに電池の破壊を効果的に防止することができ
た。 さらにまた、第3図に示すように、隔離部材4は、接
着剤16を介して外装缶2の内面に接着することも可能で
ある。接着剤16には、大電流放電の発熱に耐える耐熱性
のある無機性接着剤が使用できる。無機性接着剤には、
シリカ−アルミナ系の接着剤、アルミナ系の接着剤であ
るセメダイン株式会社のAZ-120等が使用できる。 接着剤16は、隔離部材4を外装缶2に入れた後、隔離
部材4と外装缶2との間に塗布した常温で硬化される。
接着剤でもって、隔離部材が外装缶の内面に密着された
密閉型電池は、さらに効果的にセパレータの溶融合成樹
脂の通過を阻止できる特長がある。 実際に接着剤を使用した密閉型電池を試作し、その破
壊試験をした。その結果を第3表に示している。 この表において、本発明電池A、B、C、Dの隔離部
材には、第1表の測定に使用した電池と同じものを使用
した。本発明電池E、Fは、本発明電池Aと同じ材質の
隔離部材を使用した。さらに、本発明電池Eは接着剤を
使用しないで隔離部材を外装缶の内面に配設した。本発
明電池Fは隔離部材を有機性接着剤(エポキシ系接着
剤)で外装缶の内面に接着した。この表の作成にあたっ
て、測定条件は第1表と同じにした。 この表に示すように、接着剤を使用することによっ
て、さらに電池の破壊を効果的に防止することができ
る。
【発明の効果】
この発明の安全弁装置を備えた密閉型電池は、封口体
と電極体との間に隔離部材を介在させている。隔離部材
は、気体は透過させるが、セパレータの溶融合成樹脂の
透過を抑制する。このため、電池の内部短絡、過充電、
過大電流による充放電により電池の内部温度が上昇し
て、セパレータが溶融しても、これが安全弁装置に流動
するのを抑制できる。このため、この発明の密閉型電池
は、温度上昇による破壊を防止して、安全性を改善でき
る特長がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図はこの発明の実施例を示す電池
の断面図、第4図は隔離部材の平面図である。 1……渦巻電極体、2……外装缶、3……封口体、4…
…隔離部材、5……正極、6……負極、7……セパレー
タ、8……蓋板、9……弁板、10……スプリング、11…
…カバー、12……弁孔、13……ガス抜孔、14……リード
端子、15……パッキン、16……接着剤。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 孝直 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 三木 基弘 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 10/34 H01M 2/12 H01M 2/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の構成を有する安全弁装置を備えた密
    閉型電池。 (a) 密閉型電池は、正極と、負極と、樹脂製のセパ
    レータとを捲回してなる渦巻電極体を電池缶内に収納し
    ている。 (b) 密閉型電池は、安全弁装置を備えた封口体によ
    り電池缶の開口部を閉塞している。 (c) 前記渦巻電極体と、封口体との間に、隔離部材
    が配設されている。 (d) 隔離部材は、気体透過性を有する。 (e) 隔離部材は、溶融樹脂が前記渦巻電極体側から
    前記封口体側へ透過するのを抑制する物性を有する。
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