JPH06215746A - 防爆安全装置および防爆安全装置を備えた電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池が短絡、過充電、逆充電状態にあっても
安全性と信頼性を確保できる防爆安全装置を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 二重の反転変形構造を有し、電池内の内圧が
上昇した時に、まず第一の反転変形によって端子板と発
電要素間の電気的導通経路を遮断し、次に第にの反転変
形と同時に安全弁を破壊して電池内部の発生ガスを円滑
に外部に排出し、電池の破裂を未然に防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

【０００２】本発明は、電池に用いる防爆安全装置に関
するものである。

【０００３】

【従来の技術】

【０００４】近年、ＡＶ機器あるいはパソコン等の電子
機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでお
り、これらの駆動用電源として小型、軽量で高エネルギ
ー密度を有する密閉型電池への要望が高い。特にリチウ
ム二次電池は、とりわけ高電圧、高エネルギー密度を有
する電池として期待が大きい。

【０００５】ところが、密閉型電池、例えばリチウム金
属やカーボン材料を負極として使用するリチウム二次電
池は、短絡、過充電、逆充電等の誤使用された時に、電
池内にガスが発生し、内圧が上昇して破裂しその機能を
失ったり、周辺機器に損傷を与えることがあった。

【０００６】特に、過充電状態が継続すると、電解液の
分解および活物質の分解により、電池が急激に温度上昇
したり、爆発を招く恐れがあるという問題があった。

【０００７】このような、短絡、過充電、逆充電状態に
おける電池の爆発を未然に防止するため、従来は、例え
ば実開昭５４−１３７７３４号公報、実公昭５９−１５
３９８号公報に示されているように、電池内圧上昇に伴
い破壊して内圧を電池外に排出する可撓性薄板（ダイア
フラム）を有する防爆安全装置が提案されている。この
安全装置は、図５の（Ａ）および（Ｂ）に示したように
内圧の上昇に伴い、この内圧により可撓性薄板４２（ダ
イアフラム）が外方に変形を生じて破壊してガスを電池
外に排出し電池の爆発を未然に防止するものであるが、
電池の短絡、過充電、逆充電状態は継続される。したが
って、この安全装置をエネルギー密度（単位体積もしく
は単位重量当りの電池から取り出せる電気エネルギー
量）の高い電池、例えばリチウム二次電池に用いた場
合、特に過充電状態が継続すると電池内圧が急激に上昇
し、可撓性薄板の破壊によるガスの排出が追従せず、爆
発にいたる場合があった。

【０００８】その改良案として特開平２−１１２１５１
号、特開平２−２８８０６３号には、電池内圧上昇に伴
いリードと防爆弁を剥離もしくは切断して電流を遮断す
る防爆安全装置を提案している。この防爆安全装置は、
図６の（Ａ）および（Ｂ）に示したように内圧の上昇に
伴い外方に変形を生じる防爆弁２１を、その突起部２２
ａがリード遮断用ストリッパー２２に接触するようにし
て取り付け、所定の内圧に達したとき、防爆弁２１の作
用によりリード板２３を破断するようにして電流を遮断
し、爆発を防止するようにしたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の防爆安全装置の場合、図６で解るようにリード遮
断用ストリッパー２２の穴を介して突出した金属薄板製
の防爆弁２１の突起部２２ａの先端に一方の極板から導
出したリード板２３を溶接しているため、接続強度が不
安定となりやすい。接続強度にバラツキが発生すると、
電流遮断されるときの電池内圧（作動圧）の著しいバラ
ツキとなる。

【００１０】接続強度を安定化することは、レーザー溶
接、超音波溶着等で適切な溶接条件を選定することで可
能である。

【００１１】ところが、密閉型電池のなかでも比較的エ
ネルギー密度の高いリチウム二次電池の場合、電解液と
して、低引火点の有機溶媒からなる非水電解液を用いる
ため、火花の発生を伴うリード板と防爆弁との接続は、
電池に電解液を注液する前にあらかじめ実施する必要が
ある。つまり、電池を組み立てる場合、極板群を電池ケ
ースに挿入した後に、封口板をリード板に接続し、電解
液を注液し、しかる後に封口することが一般的である。
そこで、一定の接続強度でリード板と防爆弁を接続して
も、その後封口するまでに、注液工程を経るため組み立
て工程において接続部に機械的ストレスが加わり、結果
的に接続強度のバラツキが発生した。リード板と防爆弁
との接続部に加わる機械的ストレスを可能な限り少なく
することは自動組立機などで大量生産する際に障害とな
りやすい。また、電池に機械的振動もしくは、落下等外
部から衝撃を加えた場合、電池ケース内において極板群
が移動し、リード板が防爆弁より剥離し、電池としての
機能を失うという問題があった。

【００１２】そこで、本発明は、電池の大量生産が容易
で、電池に振動、落下等の衝撃が加わった後において
も、短絡、過充電、逆充電状態における電池の安全性と
信頼性を確保することのできる防爆安全装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の防爆安全装置
は、周縁部において外部端子板と、中央部において内部
有孔端子板とそれぞれ電気的に接続され、発電要素から
外部端子板への電気的導通経路としても作用する安全弁
を備え、この安全弁が、その中央側に配置され、前記内
部有孔端子板と通常状態においては電気的に接続されて
いる第１反転部と、該第１反転部の外方に配置された第
２反転部とを備え、前記第１反転部が、比較的低い電池
内部圧力で反転変形して、前記内部有孔端子板と安全弁
との電気的接続を遮断するようになっているとともに、
前記第２反転部が、比較的高い電池内部圧力で反転変形
するとともに、少なくとも一部が破断し、電池内ガスを
排出するようになっていることを特徴とするものであ
る。

【００１４】上記反転部は、少なくとも２重の折れ曲が
り部によって形成され、前記第２反転部を形成する折れ
曲がり部に、薄肉部が形成されていることが望ましい。

【００１５】本発明の電池は、上記の防爆安全装置を備
えていることを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】以上の構成により、短絡、過充電、逆充電状態
により、電池内圧が上昇した場合、まず低い方の設定値
に電池の内部圧力が達した時に、低い方の設定に該当す
る折れ曲がり部が反転変形を生じ、このことにより電気
的導通経路を遮断し電池の急激な温度上昇を防止するこ
とができ、また、急激なガス発生によって高い方の設定
値に電池の内部圧力が達した時には、高い方の設定に該
当する折り曲がり部が反転変形を生じると同時に破壊さ
れ、電池内部のガスを逸散させ爆発を未然に防ぐことが
可能である。

【００１７】また、防爆安全装置自体が電気的接続遮断
の機能を有するため、リード板と封口板との電気的接続
を強くすることが可能となり、電池の量産が容易であ
り、さらに電池に振動、落下等の衝撃が加わり極板群が
電池ケース内を移動しても、リード板が封口板から剥離
することもなく、安全性、信頼性の高い電池を得ること
ができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面とともに本発明を具体的な実施例
によって説明する。

【００１９】図１、図２および図３は、本発明の実施例
における防爆安全装置を含む組立封口板を示す図であ
る。この組立封口板は、可撓性の金属製安全弁１、絶縁
リング２、中央に突起部３ａが設けられ、この突起部３
ａの周囲に通気孔３ｂが形成された金属製内部有孔端子
板３、金属製リード取りつけ板４、外部端子板５および
絶縁ガスケット６より構成されている。金属製安全弁１
は、環状の折り曲がり部１ａおよび１ｂが一体に形成さ
れており、また金属製安全弁１の中央部は、絶縁リング
を２を介して突出する金属製有孔端子板３の突起部３ａ
の上面に溶着しており、溶着部ｓの形成により、金属製
安全弁１と端子板３とは電気的に接続されている。な
お、金属製安全弁１と金属製有孔端子板３の突起部３ａ
との溶着は、超音波溶着もしくは抵抗溶接、レーザー溶
接等により行うことが適切である。金属製安全弁１の折
り曲がり部１ａには図３に示したように薄肉部１ｃが設
けられていてもよい。

【００２０】また、金属製リード取りつけ板４には、通
気孔４ａが設けられており、電池内圧は、この通気孔４
ａ、絶縁リング２の内開口および金属製有孔端子板３の
通気孔３ｂ、金属製安全弁１に充分加えられるよう構成
されている。

【００２１】次に、上記本実施例による組立封口板が、
電池内圧の上昇に応じて電流を遮断する動作について、
図４の（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。組立封
口板は、極板に付属したリード板７と溶接され、電解液
注液後に、端子板を兼ねる電池ケース８をかしめること
により取りつけられ、電池を密閉している。短絡、過充
電もしくは、逆充電等により電池内圧が上昇した場合、
この電池内圧が金属製リード取りつけ板４、金属製有孔
端子板３、絶縁リング２に設けられた通気孔を通して金
属製安全弁１に伝えられる。金属製安全弁１はその外周
部が電池ケース８によりかしめられ固定されているた
め、電池内圧が所定の値に達すると、図４の（Ａ）に示
すように中心部が上方へ持ち上げられ折り曲がり部１ｂ
が反転変形し、この応力によって前記溶着部ｓが剥離さ
れ金属製有孔端子板３との接続が解かれて電流が遮断さ
れる。

【００２２】なお、上述の電池内圧の上昇による金属製
安全弁１と金属製有孔端子板３との電流遮断は、電池の
短絡、過充電もしくは、逆充電状態を解くため内圧によ
る金属製安全弁１の破壊される以前に確実に行う必要が
あるが、そのために、金属製安全弁１と金属製有孔端子
板３の突起部３ａとの溶着はその溶着強度を金属製安全
弁１の破壊強度よりも小さくするよう構成されている。
本実施例においては、金属製安全弁１の折り曲がり部１
ｂの折り曲がり角度を鈍角に折れ曲がり部１ａの折り曲
がり角度を鋭角に構成し、折り曲がり部１ｂの方が低圧
で反転変形を生じるようにしている。

【００２３】さらに、反転変形によって金属製安全弁１
と金属製有孔端子板３が充分隔離されるため、電流遮断
後に電池内圧の変動によって金属製安全弁１と金属製有
孔端子板３が接触しチャタリング現象を起こすこともな
い。

【００２４】また、図３に示すように構成すれば、すな
わち、金属製安全弁１の折れ曲がり部１ａに薄肉部１ｃ
を設ければ、上述のように、短絡、過充電、逆充電状態
において、他のなんらかの要因で電池の内圧が急激に上
昇した場合においても、図４の（Ｂ）に示すように前記
金属製安全弁１の折り曲がり部１ａに設けた薄肉部１ｃ
が折り曲がり部１ａの反転変形と同時に破壊され、端子
板５に設けた通気孔５ａを通してガスを電池外部に確実
に排出することができる。

【００２５】本発明の防爆安全装置を用いれば、防爆安
全装置自体が電流遮断機構を有するため、リード板との
溶接強度を比較的高くすることができるので、電池組み
立て工程における組立封口板はずれのトラブル発生を回
避でき電池の量産化を容易にすることができる。また、
電池に振動あるいは落下等の衝撃を加えても組立封口板
からのリードはずれによる電池動作不良といったトラブ
ルも回避できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明における防爆安全装置によれば、
短絡、過充電、逆充電時においても、電池の発熱、爆発
を効果的に防止することができ、振動、落下等の衝撃を
加えても動作不良が発生しにくい信頼性の高い防爆安全
装置を備えた電池を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の防爆安全装置を含む組立封口
板の断面図である。

【図２】本発明の実施例の防爆安全装置を含む組立封口
板の分解斜視図である。

【図３】本発明の実施例の防爆安全装置を含む組立封口
板の断面図である。

【図４】上記防爆安全装置を備えた電池の作動状態を説
明するための説明図である。

【図５】従来の密閉型電池断面図である。

【図６】従来の密閉型電池断面図である。

【符号の説明】

１ 金属製安全弁 ２ 絶縁リング ３ 金属製有孔端子板 ４ 金属製リード取りつけ板 ５ 端子板 ６ 絶縁ガスケット ７ リード板 ８ 電池ケース １ａ 折り曲がり部 １ｂ 折り曲がり部 １ｃ 薄肉部 ３ａ 突起部 ３ｂ 通気孔 ４ａ 通気孔 ５ａ 通気孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 哲哉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周縁部において外部端子板と、中央部に
   おいて内部有孔端子板とそれぞれ電気的に接続され、発
   電要素から外部端子板への電気的導通経路としても作用
   する安全弁を備え、この安全弁が、その中央側に配置さ
   れ、前記内部有孔端子板と通常状態においては電気的に
   接続されている第１反転部と、該第１反転部の外方に配
   置された第２反転部とを備え、前記第１反転部が、比較
   的低い設定電池内部圧力で反転変形して、前記内部有孔
   端子板と安全弁との電気的接続を遮断するようになって
   いるとともに、前記第２反転部が、比較的高い設定電池
   内部圧力で反転変形するとともに、少なくとも一部が破
   断し、電池内ガスを排出するようになっている防爆安全
   装置。
2. 【請求項２】 前記反転部が、少なくとも２重の折り曲
   がり部によって形成されている請求項１の防爆安全装
   置。
3. 【請求項３】 前記第２反転部を形成する折れ曲がり部
   に、薄肉部が形成されている請求項２の防爆安全装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかの防爆安全
   装置を備えた電池。