JP2000260410A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低い圧力で確実に作動する圧力開放弁
を有する密閉型電池を得る。 【解決手段】 開裂により電池内部の圧力を開放する圧
力開放弁を有する密閉型電池１において、面積が大きな
面７と面積が小さな面との接合部１０の近傍の、面積が
小さな面に２本の平行な薄肉状の溝部９からなる圧力開
放弁を、面積が大きな面の変形による変形力が作用する
位置に設けたことを特徴とする密閉型電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型電池に関
し、とくに内部圧力の増大の際に圧力を開放する圧力開
放弁を有するリチウムイオン電池等の密閉型電池に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】小型の電子機器が広く使われており、こ
れらの電源として電池が用いられている。携帯電話、ノ
ート型パソコン、カメラ一体型ビデオレコーダ等の電源
としては、小型で大容量の密閉型電池であるリチウムイ
オン二次電池等の非水電解液電池が用いられている。こ
れらの電池では、充放電時に異常な電池反応が進むと、
電池内部で圧力が上昇し、電池の爆発、燃焼等の事態が
発生する可能性がある。そこで、充放電時の過大な電
流、電池の過充電、過放電等を検出し、電流を遮断する
等の保護回路が設けられている。

【０００３】ところが、これらの保護回路が正常に動作
しない場合や、電池が予期し得ない異常な状態で使用さ
れた場合には、電池内部の発電要素の化学反応によって
気体が発生し、電池内部の圧力が上昇し、電池の発熱、
発煙、発火等がおこり、最悪の場合には、破裂、爆発等
の危険が生じる。

【０００４】特に、昨今の密閉型電池の小型大容量化に
伴い、電池内部に蓄えられるエネルギー量も格段と大き
くなり、異常な電池反応が発生すると異常反応は急激に
進むために、異常反応の早い段階、すなわちより低い圧
力で電池内部の圧力を開放し、より穏やかな状態で危険
を回避することが求められている。そこで、これらの電
池には内部圧力の上昇の際に内部圧力を開放する圧力開
放弁が設けられている。

【０００５】図３は、圧力開放弁を有する電池を説明す
る図である。図３は、角型電池１の上部を示す図であ
り、圧力開放弁を電池の上部に設けた例を説明する図で
ある。角型電池１においては、一般に電池缶２の上部の
開口部に、電流取り出し端子３等を設けた電極ヘッダ４
を溶接して電池を作製しており、電極ヘッダ４には、電
池内部の圧力上昇時に圧力を開放する圧力開放弁５を設
けている。

【０００６】図４は、電極ヘッダに設ける圧力開放弁を
説明する図である。圧力開放弁は、電極ヘッダの他の部
分よりも厚さが薄い金属で構成されており、図４（Ａ）
の電極ヘッダ４の圧力開放弁５は、電極ヘッダの構成部
材よりも厚みが薄い面状薄肉部５ａを設けたものであ
る。面状薄肉部５ａは、電極ヘッダの一部の厚みを薄く
するか、あるいは厚みの薄い金属を電極ヘッダに設けた
開口部に溶接あるいはかしめ等によって密着させて製造
されている。

【０００７】図４（Ｂ）ないし図４（Ｅ）は、いずれも
溝状の薄肉部を設けたものであり、図４（Ａ）と同様に
電極ヘッダと一体に、あるいは電極ヘッダに溶接等の手
段で取り付けられている。図４（Ｂ）は、対角線状薄肉
部５ｂを設けたものであり、図４（Ｃ）は、コの字状薄
肉部５ｃを設けたものである。また、図４（Ｄ）は、放
射状薄肉部５ｄを設けたものであり、図４（Ｅ）は、馬
蹄状薄肉部５ｅを設けたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電池
の圧力開放弁は、いずれも圧力開放弁の面に垂直な方向
から作用する電池内部の圧力によって薄肉部が開裂する
ものであるので、比較的低い圧力で開裂させるために
は、薄肉部の厚さを薄くすることが必要であった。薄肉
部の厚さが薄くなると、強度が小さくなり通常時の圧力
の保持にも問題を生じたり、異物との接触によって開孔
が生じる等の可能性もあるので、薄肉部の周上に保護樹
脂を塗布、充填して補強する必要があった。このような
ものでは応答速度に問題を生じることがあった。そこで
圧力の増大時の開裂の応答が高速で、しかも充分な強度
を有し、簡便で安価な圧力開放弁を有する密閉型電池を
提供することが求められていた。とくに、電池の上部の
面積が小さな薄型の角型電池においては、圧力開放弁が
占める面積の割合が大きなものとなるので、圧力開放弁
によって電池の強度が小さくなることを防止することが
重要であり、開裂が速やかに起こり、強度が低下するこ
とがない圧力開放弁を有する密閉型電池を提供すること
が求められていた。

【課題を解決するための手段】本発明は、開裂により電
池内部の圧力を開放する圧力開放弁を有する密閉型電池
において、面積が大きな面と面積が小さな面との接合部
の近傍の面積が小さな面に圧力開放弁を有し、圧力開放
弁は所定の圧力以上において開裂する薄肉部を有し、薄
肉部は接合部に平行な二本の溝からなり、それぞれの溝
は面積が大きな面の変形による変形力が作用する位置に
設けた密閉型電池である。。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、角型電池のような密閉
型電池にあっては、内部圧力が増大すると、圧力は均等
に各面に作用するとともに、圧力開放弁を設けた面と接
合した面積の大きな面の圧力が増大の結果、電池缶の膨
らみを生じることとなり、膨らみによる変形力が圧力開
放弁を設けた面にも作用して圧力開放弁の溝部を開裂す
る力として作用することを見出したものである。すなわ
ち、図４に示したように、従来の圧力開放弁は、いずれ
も薄肉部が開裂する作用は、圧力開放弁の面に垂直な方
向から印加される圧力を利用したものであり、圧力開放
弁を設けた面と接合した面積が大きな面の変形を利用し
たものはなかった。

【００１０】ところが、薄型の角型電池においては、電
池内部の圧力の上昇によって一般には、電池の側面であ
る面積が大きな部分が膨らみ、その結果、面積が大きな
部分と垂直に交わる面にも、膨らみによる変形力が作用
する。この変形力を利用するならば内部圧力の上昇によ
って圧力開放弁に作用する圧力とともに、変形力を圧力
開放弁の開裂に利用することができるので、圧力開放弁
の面に垂直方向から作用する圧力のみでは開裂しないよ
うな圧力であっても開裂可能であることを見出したもの
である。

【００１１】以下に、図面を参照して説明する。図１
は、本発明の一実施例を説明する図であり、角型電池の
上部を示す図である。角型電池１は、電池缶２内に電池
要素を収容した後に上部の開口部に、電流取り出し端子
３等を設けた電極ヘッダ４をレーザー溶接等の方法によ
って溶接し、電池缶の上部の開口部を密閉した後に、電
解液注入口６から電解液を注入した後に、電解液注入口
を封止して密閉型電池を作製している。電池の使用時に
周囲温度の上昇、過大な電流の取り出し等の場合には、
電池缶内の圧力の上昇がおこる。圧力が上昇すると、電
極ヘッダ４に設けた圧力開放弁５の面に垂直な方向から
圧力が加わると共に、面積が大きな側面７に加わる圧力
によって、面積が大きな側面７が外側へ膨らむ力８が作
用し、両者の力の相乗効果によって圧力開放弁５の溝部
９が開裂することとなる。

【００１２】面積が大きな側面に加わる圧力による変形
によって作用する力は、電極ヘッダ４の面において一様
ではなく、電極ヘッダの面と面積が大きな側面との接合
部１０の近傍であるほど大きな影響を受ける。したがっ
て、電極ヘッダ４に設ける圧力開放弁は、面積が大きな
側面との接合部の近傍に設ける方がより小さな圧力によ
って開裂させることができる。しかも面状の薄肉部では
なく、溝状の薄肉部としたので、電極ヘッダに垂直な方
向の圧力のみではなく面積が大きな側面が変形する力を
薄肉部の開裂に有効に利用することができる。

【００１３】圧力開放弁の溝部は、面積が大きな面の膨
張による変形が作用する位置に設けることが必要であ
り、溝の位置は面積が大きな面と圧力開放弁を設けた電
極ヘッダの接合部のごく近傍に設ける方が、変形力が大
きく作用するので好ましい。

【００１４】本発明の密閉型電池においては、圧力開放
弁を形成する開裂する平行な２本の溝部は、電極ヘッダ
の、幅が小さな側の接合部に平行な２本の薄肉部から構
成されており、電極ヘッダの接合部に平行な溝は、接合
部から溝部の中心までの距離を０．８ｍｍ〜１．０ｍｍ
とすることが好ましい。溝部の幅は、０．８ｍｍ〜１．
２ｍｍとすることが好ましい。また、溝部の厚みは、厚
みの薄い部分の厚みが０．０２ｍｍ〜０．０３ｍｍとす
ることが好ましい。

【００１５】また、平行な２本の溝部で形成した薄肉部
の厚みは、それぞれが同じ厚みでなくても良い、また溝
部の薄肉部は断面が急峻な形状とならないように、溝内
に更に肉厚が薄い部分を形成したものでも良く、肉厚の
薄い部分の厚みを０．０２ｍｍ〜０．０３ｍｍとするこ
とによって電池内部の圧力上昇時に比較的低い圧力での
開裂が可能となる。本発明の密閉型電池に使用すること
ができる圧力開放弁の溝部は、エッチング、プレス加工
等によって製造することができる。プレス加工による方
法は製造が容易であり、電極ヘッダの構成部材と一体に
構成することが可能となる。

【００１６】また、プレス加工等のような金属材料の組
織に影響を与える可能性のある方法では、金属組織の硬
化等が生じるためにエッチングした場合に比べて開裂に
は大きな力を要する場合があるため、焼鈍処理を行うこ
とによって開裂圧力の低下を行うことが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示し、本発明を説
明する。 実施例１ 縦５．０ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、厚さ０．３
ｍｍの、ニッケルめっき鋼板製の電池缶に、炭素質材料
の組成物を塗布した負極板とマンガン酸リチウムを含む
組成物を塗布した正極板をセパレータを介して巻回した
電池要素を収容し、厚さ０．５ｍｍのステンレス製の電
極ヘッダに、図２（Ａ）に平面図を示し、図２（Ｂ）
に、図２（Ａ）のＡ−Ａ線で切断した部分の一方の溝部
を拡大した断面図を示す圧力開放弁を形成した。 図２
（Ｂ）において、溝部の接合部からの距離ａを１．５ｍ
ｍ、溝の長さｃを６．５ｍｍ、溝の幅ｄを１．０ｍｍ、
薄肉部の厚さｔを０．０２７ｍｍとした。このような平
行な２本の溝状部をプレス加工によって形成した後に、
焼鈍処理した後に圧力開放弁を有する電池ヘッダとし
た。

【００１８】電極ヘッダを取り付けた電池缶の底部に穴
を具備した電池要素を収納しない空の電池缶を圧力試験
用の試料１ないし試料５の電池とした。圧力試験用の試
料１ないし試料５の電池を、それぞれの試料に油を注入
して昇圧し、圧力開放弁が開裂して内部の圧力が開放さ
れる圧力を測定し、測定結果を表１に示す。圧力の単位
はいずれもｋｇ／ｃｍ² である。

【００１９】

【表１】 試料１ 試料２ 試料３ 試料４ 試料５ 平均 ─────────────────────────────────── 開裂圧力 ２２．７ ２４．３ ２２．９ ２３．７ ２３．８ ２３．５

【００２０】

【発明の効果】本発明の密閉型電池の圧力開放弁は、圧
力開放弁を、面積が大きな面との接合部の近傍に平行な
２本の溝としたので、内部圧力の増大による面積が大き
な面の変形による変形力が作用するので、単に圧力開放
弁の面に垂直な方向からの圧力のみによる圧力開放弁に
比べて小さな圧力によって開裂するので、２本の溝とい
う簡単な構成によって通常使用時の強度の保持特性を従
来水準に維持するとともに電池内部の異常反応が発生し
た場合は、低い圧力での開裂特性を有する密閉型電池を
簡便に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例を説明する図であ
る。

【図２】図２は、本発明の圧力開放弁を設けた位置を説
明する図である。

【図３】図３は、圧力開放弁を有する電池を説明する図
である。

【図４】図４は、電極ヘッダに設ける圧力開放弁を説明
する図である。

【符号の説明】

１…角型電池、２…電池缶、３…電流取り出し端子、４
…電極ヘッダ、５…圧力開放弁、５ａ…面状薄肉部、５
ｂ…対角線状薄肉部、５ｃ…コの字状薄肉部、５ｄ…放
射状薄肉部、５ｅ…馬蹄状薄肉部、６…電解液注入口、
７…面積が大きな側面、８…外側へ膨らむ力、９…溝
部、１０…接合部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開裂により電池内部の圧力を開放する圧
   力開放弁を有する密閉型電池において、面積が大きな面
   と面積が小さな面との接合部の近傍の面積が小さな面に
   圧力開放弁を有し、圧力開放弁は所定の圧力以上におい
   て開裂する薄肉部を有し、薄肉部は接合部に平行な二本
   の溝からなり、それぞれの溝は面積が大きな面の変形に
   よる変形力が作用する位置に設けたことを特徴とする密
   閉型電池。