JPH02288063A - 電池の安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電池内圧の上昇によって作動する電池の安全
装置に関するものである。

〔発明の１既要〕 本発明は、電池内圧が所定の値に達したとき、安全弁の
変形によりリードストリッパがリードの安全弁からの剥
離及び／又は破断を行って、電流を遮断するように構成
した電池の安全装置において、前記安全弁に凹凸嵌合に
より取付けられた中間嵌合体をさらに具備し、この中間
嵌合体にさらに前記リードストリッパを凹凸嵌合により
取付けることによって、過充電時又は短絡時に生じる発
熱、破損及び電解液の漏出を効果的に防止すると共に、
電池の組み立て時の作業性を向上させたものである。

〔従来の技術〕

近年、ビデオカメラやヘソドフォンステレオ等の電子機
器の高性能化、小型化には、目覚ましいものがあり、こ
れらの電子機器の電源となる二次電池の重負荷特性の改
善や高エネルギー密度化への要求も、強まってきている
。二次電池としては、鉛二次電池やニッケルカドミウム
二次電池が、従来から用いられている。また、最近は、
リチウム金属、リチウム合金もしくは炭素質材料（コー
クス、有機物焼成体など）のような、リチウムをドープ
、脱ドープできる物質を負極に用いた非水電解質二次電
池の開発が活発におこなわれている。

ところで、電池は、一般に密閉形の構造である場合、何
らかの原因で電池内圧が上昇すると、電池自体が比較的
急速に破損して、その機能を失ったりあるいは周辺の機
器にまで損傷を与えてしまったりすることがある。

例えば、上記非水電解質二次電池は、その充電時に、通
常よりも長い開電流が供給されて電池電圧が高くなる過
充電状態になったり、あるいは放電時に、誤使用や使用
機器側の故障等によって大電流が流れる短絡状態になっ
たりすると、電池内の電解液が分解して、ガスが発生す
る場合がある。

こうしたガスが次第に電池内に充満すると、電池内圧が
上昇してしまう。

さらに、上記過充電状態や短絡状態が続くと、電解液の
分解による電池内圧の上昇のみならず、活物質が分解す
るという異常反応によって、電池が発熱により急速に温
度上昇してしまうことがある。

このような電池の発熱やそれに伴う破損を未然に防ぐこ
とは、上記非水電解質二次電池を実用化するために重要
なことである。かかる目的のために、電池内に設けられ
た安全装置の従来例について、第５図を参照して説明す
る。

従来の電池の安全装置２５は、第５図に示すように、円
筒状の外装缶１の上端部１２の内周面に設けられた環状
のガスケット２と、このガスケット２に嵌合されかつ中
間蓋体を兼ねる安全弁３と、この安全弁３の下面に接し
て設置されたほぼ円板形状のリードストリッパ４と、上
記外装缶ｌを閉塞する閉塞用蓋体５とから、主として構
成されている。そして、上記ガスケット２、安全弁３、
閉塞用蓋体５は、上記外装缶１にかしめられて取付けら
れている。

上記外装缶１内には、正極と負極とが電解液を浸み込ま
せた一対のセパレータを挟んで巻芯２１上に渦巻型に巻
回されて構成される巻回体６が、電池要素として収納さ
れると共に、この巻回体６の上部には、シート４Ｊｅの
絶縁板７が形成されている。上記絶縁板７の中央部には
、その一端側を正極に取付けられた正極リード板８を挿
通するための挿通孔ｌＯが、穿設されている。正極リー
ド板８は、リードストリッパ４の挿通孔１１から下方に
臨む安全弁３の突起３ａの下面に、超音波溶接等の手法
で接続されている。そして、正極リード仮８は、リード
ストリッパ４の下面及び安全弁３の突起部３ａを橋渡し
する状態となっている。

一方、上記巻回体６が収納されている外装缶１の上端部
１２には、上記ガスケット２が嵌合されている。このガ
スケット２は、外装缶ｌ内に収納されているセパレータ
に浸み込んでいる電解液がこの電池の外部に漏れるのを
防ぐために、上記外装缶ｌの内部を密封している。そし
て、このガスケット２は、正極と負極とのショートを防
止するために、絶縁材料、例えば合成樹脂材料により形
成されている。

安全弁３は、アルミニウム、ニッケルあるいはそれらの
合金から成り、上記ガスケット２の径よりもやや短径の
円板形状をなすと共に、上記ガスケット２に嵌合されて
いる。安全弁３の中心部には、下方に突出する突起部３
ａが設けられ、さらにその上面には、突起部３ａの付は
根近傍から放射状に延びる複数本の直線状溝１５ａと、
これらの直線状溝１５ａの内側端を結ぶ円形杖溝１５ｂ
とから形成された薄肉部１５が設けられている・。

安全弁３の下側に配置されたリードストリッパ４は、ア
ルミニウム等の材料で形成され、その中心部に安全弁３
の突起部３ａが挿通される挿通孔１１を有し、その上面
に不織布等から成る絶縁膜ｌ６が設けられている。そし
て、リードストリッパ４の下面と突起部３ａの下面とを
橋渡しするように、正極リード板８が突起部３ａの下面
に溶接されている。

上記安全弁３の上方には、この安全弁３と面対向するよ
うに、閉塞用蓋体５が設けられている。

この閉塞用蓋体５は、正極端子を構成しており、上記安
全弁３の径よりもやや短径の円板形状をなし、上記安全
弁３の周端部に設けられた鍔部１７内にその外周端を収
納されている。この閉塞用蓋体５は、硬質金属材料から
形成され、この例では、ステンレス板により形成されて
いて、この電池の強度を高めている。更に、この閉塞用
蓋体５には、二つのガス抜き穴１９．２０が穿設されて
いる。

上記ガスケット２、安全弁３及び閉塞用蓋体５は、上記
外装缶１の上端部１２により外装缶１の外周囲からこの
電池の軸心に向かってかしめられることによって、この
上端部１２に取付けられている。上述のように、かしめ
取付けされた安全弁３及び閉塞用蓋体５と、外装缶１と
は、ガスヶ・ノド２を介して一体化されて、電池の絶縁
が図られている。

特に図示しないが、上記外装缶１の下部において、巻回
体６の下部端面と外装缶ｌの底面との間に、中心に挿通
孔が設けられた絶縁板が配置され、また、この挿通孔を
通して負極から延びる負極リード端子が外装缶１の底面
に溶接されている。

上述のように構成された安全装置２５を備えた電池は、
例えば過充電状態が進んで電池内部の化学変化によりガ
スが発生・充満し、そのガスの充満により電池内の内圧
が上昇し始めると、この内圧の上昇により安全弁３が変
形する。即ち、安全弁３の突起部３ａが、閉塞用蓋体５
の方に押圧されて、上方に移動する。この突起部３ａの
移動により、突起部３ａの下面に溶接されていた正極リ
ード板８がその溶接部分において安全弁３から剥離する
か、或いはまた、それ自体が破断して、充電電流が遮断
される。なお、上記安全装置２５が作動する電池内圧は
、適宜設定しえる。

充電が極度に進むなどして、電池内部で大量にガスが発
生した場合は、安全弁３の薄肉部１５が開裂して、ガス
を閉塞用蓋体５の方に導き、更にガス抜き穴１９．２０
を介して大気中に排気させる。

以上のように、上記電池の安全装置は、例えば過充電さ
れて電池内圧が上昇すると、充電電流を遮断することが
できるから、電池内部の異常な反応の進行を停止させる
ことができて、電池内圧の急速な温度上昇を防止するこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述したような安全装置を組み立てる際に、
次のような問題があった。即ち、上記安全装置２５は、
安全弁３上に絶縁膜１６をのせ、さらにリードストリッ
パ４をのせてから、安全弁３の突起部３ａとリード板８
との溶接を行うことによって、組み立てられる。これら
の部品は、通常、例えば直径１０〜２０１−前後の円筒
形の電池に組み込まれるから、かなり小さい。従って、
これらの部品の組み立て作業中の取扱いは面倒となり、
特に、電池内に組み込む際にちょっとした不注意によっ
て、組み立てられたこれらの部品はばらばらに分解しや
すいから、作業性が悪い。このことが大量生産する際の
障害となっており、生産性が上がらない。従って、上述
のように作業性が悪い安全装置は、所定通りに組み上が
ることに不安を残しており、信頼性にかけるきらいがあ
った。

本発明は、電池の安全装置の組み立て作業性を改善する
と共に、安全装置の信頼性を向上することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明は、電池内圧の上昇に
伴って変形する安全弁と、この安全弁に接続されている
リードと、前記安全弁の変形に伴って前記リードの前記
安全弁からの剥離及び／又は破断を行うリードストリッ
パとをそれぞれ具備し、前記電池内圧が所定の値に達し
たとき、前記安全弁の変形により前記リードストリッパ
が前記リードの前記安全弁からの剥離及び／又は破断を
行って、電流を遮断するように構成した電池の安全装置
において、前記安全弁に凹凸嵌合により取付けられた中
間嵌合体をさらに具備し、この中間嵌合体に前記リード
ストリッパがさらに凹凸嵌合により取付けられているこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

電池内圧が所定の値に達したとき、リードストッパがリ
ードの剥離及び／又は破断を行うから、過充電時又は短
絡時に生じる発熱、破損及び電解液の漏出を効果的に防
止することができると共に、安全弁とリードストリッパ
とを中間嵌合体を介して簡単に一体化できるから、安全
装置の組み立て時の作業性を向上させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した一実施例について、第１図〜第
４図を参照して説明する。なお、第５図に示す従来例と
同一部分には、同一符号を付けて、その説明を省略する
。

第１Ａ図及び第１Ｂ図は電池の内部に設けた安全装置２
５の縦断面図である。

第１Ａ図及び第１Ｂ図において、安全弁３は、外周平面
部３Ｃと中央平面部３ｄとの間に環状の段部１４を有し
ている。中央平面部３ｄは、突起部３ａ及び薄肉の溝１
５が設けられている以外は、平板状に構成されている。

上記環状段部１４の付は根部において絞り加工を行うこ
とによって、上記段部１４の外周面に環状の溝１４ａが
形成され、このため、このａｌ　４　ａよりも外側に突
出している環状の突部１４ｂが形成されている。

中間嵌合体３０は円板形状に構成され、その上面は、安
全弁３の中央平面部３０ｄと、また、その下面は、垂直
方向に延びる挿通孔１１をその中心に有する円板形状の
リードストリッパ４の上面とそれぞれ対応している。そ
して、中間嵌合体３０の外周には、上面側と下面側とに
それぞれ突出するように、環状の立上がり部３３が設け
られている。この立上り部３３′の上面側の立上がり部
３３ａの内周面には、環状の溝３０ｂと、この溝３０ｂ
と比べて中心方向にわずかに突出する環状の突部３０ａ
とがそれぞれ形成されている。また、立上り部３３の下
面側の肉厚の立上り部３３ｂは、第３Ｂ図に示すように
、間欠的に４つ形成されている。そして、この間欠的な
肉厚の立上がり部３３’ｂの内周面には、同様に間欠的
となる環状の溝３０ｄと、この溝３０ｄに比べて中心方
向に向ってわずかに突出する同様に間欠的となる環状の
突部３０ｃとがそれぞれ形成されている。また、中間嵌
合体３０の下面側の肉厚の立上がり部３３ｂは、その肉
厚が上面側の立上がり部３３ａの肉厚よりも厚く形成さ
れていて、環状溝３０ｄの半径が、この肉厚分だけ、環
状溝３０ｂの半径よりも小さくなっている。

第２図に、上記安全装置２５の第１Ａ図の■■線の横断
面を示す。第２図において、中間嵌合体３０は、その中
心にリードストリッパ４の挿通孔１１よりも大きな中心
孔３１を有し、さらに、上記中心に関して点対称の位置
に、立上がり部３３ｂの内周面を結ぶ円上をほぼ中心と
するほぼ半円状の通気孔３２を複数個有している。そし
て、間欠的な下面側の肉厚の立上がり部３３ｂの間には
、第３Ｂ図に示すように、上記通気孔３２が形成されて
その内周面がえぐられた形状となっている下面側の肉薄
の立上り部３３ｃが間欠的に形成され、肉厚の立上り部
３３ｂと肉薄の立上り部３３Ｃとによって環状の下面側
立上り部が形成されている。従って、その内周面がえぐ
られた形状となっている下面側の立上がり部３３ｃの肉
厚は、立上がり部３３ｂの肉厚よりもかなり薄く形成さ
れている。なお、上面側の立上がり部３３ａに関しては
、通気孔３２が存在していても、突部３０ａとｍ３０ｂ
とは全円周に亘って同様の形状に形成されている。

中間嵌合体３０に上述のような通気孔３２を設けると、
中間嵌合体３０の下面側にリードストリッパ４を嵌め込
んだ場合、このリードストリッパ４の外周面４ａと立上
がり部３３ｃの内周面との間に第３Ｃ図に示すように大
きな間隙３５が形成されて、この間隙３５と通気孔３２
とが連通される。従って、電池内圧は安全弁３の中央平
面部３ｄに十分に加えられるようになる。

上記中間嵌合体３０は、例えばＰＵＴ　（ポリブチレン
テレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＥＫ
　（ポリエーテルエーテルケトン）などの弾性を有する
合成樹脂を用いてつくられてよく、これらは電気絶縁体
であるから、第５図に示す従来例の場合における不織布
等からなる絶縁膜１６は不要となる。

以上のように構成された安全弁３、中間嵌合体３０、リ
ードストリッパ４及びリード板８は、次のようにして組
み立てられる。即ち、突起部３ａを有する安全弁３上に
、中間嵌合体３０をのせて、これをわずかに強く押すと
、第１Ａ図及び第１Ｂ図に示すように、中間嵌合体３０
の突部３０ａが安全弁３の突部１４ｂを超えて安全弁３
の溝１４ａに凹凸嵌合される。従って、第３Ａ図におい
て実線で示す安全弁３と、−点鎖線で示す中間嵌合体３
０とは、一体に結合される。

次に、中間嵌合体３０上にリードストリッパ４をのせて
、これをわずかに強く押すと、リードストリッパ４の外
周面４ａが中間嵌合体３０の突部３０ｃを超えて中間嵌
合体３０の？Ｒ３０ｄに凹凸嵌合される。従って、第３
Ｂ図において実線で示す安全弁３と、−点鎖線で示すリ
ードストリッパ４とは、実線で示す中間嵌合体３０を介
して、−体に結合される。この場合、中間嵌合体３０に
対してリードストリッパ４を凹凸嵌合させてから、安全
弁３を凹凸嵌合させ得ることは、言うまでもない。この
ように一体となった安全弁３とリードストリッパ４とは
、通常の取り扱いでは、中間嵌合体３０から容易には脱
落しない。次に、第３Ｃ図において一点ｔｊｆ　ＮｆＡ
で示すリード板８を、リードストリッパ４の挿通孔１１
を通してその頭部が臨んでいる安全弁３の突起部３ａに
、超音波溶接等によって取付ける。

次に、上記安全装置２５が内圧の上昇に応じて電流を遮
断する動作について、第４図を参照して説明する。既述
したような原因によって電池内圧が上昇すると、この電
池内圧が間隙３５と通気孔３２とを通して安全弁３の中
央平面部３ｄに伝えられる。安全弁３は、その外周平面
部３Ｃにおいて蓋体５と共に固定されているから、この
電池内圧が所定の値に達すると、第４図に示すように、
突起部３ａを含む中心部分が上方に持ち上げられた状態
になる。従って、リード板８が突起部３ａ上の溶接部に
おいて安全弁３から少くとも部分的に剥離するか、或い
はまた、それ自体が破断して、電流が遮断される。

以上説明したように、安全弁３とリードストリッパ４と
を中間嵌合体３０に簡単に凹凸嵌合させることができ、
これらは一体に結合されて容易には分離しないから、安
全装置の組み立て作業がやり易くなる。また、リードス
トリッパ４は安全弁３に固定されているから、リードス
トリッパ４にリード板８を溶接する作業もやり易くなる
。従って、上記安全装置は、その組み立て時における作
業性が従来のものよりもはるかに改善され、また、所定
通りに正確に組み立てることができるから、安全装置の
作動が確実となって、その信頼性が高まる。

なお、上述の実施例においては、リードとして、薄板状
のリード板８を用いたが、線状その他任意の形状のもの
を用いることができる。

〔発明の効果〕

上述のように構成された本発明によれば、電池内圧が所
定の値に達したとき、リードストリッパがリードの剥離
及び／又は破断を行うように構成されているから、過充
電時又は短絡時に生じる発熱、破損及び電解液の漏出を
効果的に防止することができる。

また、安全弁とリードストリッパとを中間嵌合体を介し
て簡単に一体化できるように構成されているから、安全
装置の組み立て時の作業性を向上させることができると
共に、安全装置の信頼性を向上させることができ、この
ため、安全装置が組み込まれた電池の量産化が可能とな
って、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明を適用した一実施例を示すもの
であって、第１Ａ図は電池内の安全装置を示す第２図の
ＩＡ−ＩＡ線の縦断面図、第１Ｂ図は第１Ａ図の１８部
の部分拡大図、第２図は第１Ａ図のｔｉ−ｎ線の横断面
図、第３Ａ図〜第３Ｃ図は安全装置の安全弁、中間嵌合
体、リードストリッパ及びリード板の組み立て順序を上
下位置関係を逆にして示す斜視図、第４図は作動した後
の安全装置を示す縦断面図、第５図は従来例の安全装置
を示す縦断面図である。 なお、図面に用いた符号において、 ３−・−・・−・−・−−−−一安全弁４−・−−一一
−−−−−−−−・・・・−リードストリッパ８−・・
・・−・・−・−−−−−−−リード板２５−・−・〜
・・・−・−安全装置 ３０−・−・−・−−一−−−−−中間嵌合体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電池内圧の上昇に伴って変形する安全弁と、この安全
   弁に接続されているリードと、前記安全弁の変形に伴っ
   て前記リードの前記安全弁からの剥離及び／又は破断を
   行うリードストリッパとをそれぞれ具備し、 前記電池内圧が所定の値に達したとき、前記安全弁の変
   形により前記リードストリッパが前記リードの前記安全
   弁からの剥離及び／又は破断を行って、電流を遮断する
   ように構成した電池の安全装置において、 前記安全弁に凹凸嵌合により取付けられた中間嵌合体を
   さらに具備し、 この中間嵌合体に前記リードストリッパがさらに凹凸嵌
   合により取付けられていることを特徴とする電池の安全
   装置。