JP3734210B2

JP3734210B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP3734210B2
Application number: JP01865799A
Authority: JP
Inventors: 裕司四月朔日; 清秀滝本; 遠藤　　隆之
Original assignee: Ｎｅｃトーキン栃木株式会社
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000223102A

Description

【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
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、薄肉部の周上を保護樹脂を塗布、充填して補強する必要があり、圧力の増大時の開裂の応答が早く、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。
【０００９】
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、圧力開放弁は作動時に開裂する溝部を有し、作動時に開裂する溝部は、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。
圧力開放弁を形成する開裂する溝部は、幅が小さな側の接合部に平行であって、小さな幅に対して接合部から２０％以下の距離に形成したものである前記の密閉型電池である。
【００１０】
【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が圧力の増大の結果、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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内に発電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としている。
【００１４】
電池缶内の圧力が上昇すると、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。
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。
【００１５】
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、圧力開放弁の開裂する部位をコの字状の溝部で形成する場合には、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。
【００１６】
具体的には、圧力開放弁を形成する開裂する溝部は、幅が小さな側の接合部に平行であって、小さな幅に対して接合部から２０％以下の距離に形成したものであることが好ましく、１５％以下のすることがより好ましく、１３％以下とすることがさらに好ましい。
例えば、電極ヘッダと電池缶を溶接するレーザースポットの直径が０．５ｍｍの場合には、電極ヘッダ端面から溝部端面までの距離を１．０ｍｍとすることが挙げられる。
【００１７】
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薄肉部は、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。
【００１８】
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が、そのような場合には、焼鈍処理を行っても良い。
【００１９】
【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６ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ４８ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの、ニッケル層を具備した圧延鋼板（ＳＰＣＣ材）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発電要素を収容した。また、厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の電極ヘッダを図２に示した。
図２（Ａ）に平面図を示し、図２（Ｂ）に、図２（Ａ）のＡ−Ａ線で切断した拡大した断面図を示す。圧力開放弁のコの字状の溝部の接合部からの距離ａを０．８ｍｍ、距離ｂを７ｍｍ、距離ｃを４ｍｍとするとともに、溝の幅ｄを０．５ｍｍ、深さｅを０．４５ｍｍとした。
このようなコの字状の溝状部をプレス加工によって圧力開放弁として作製した。電極ヘッダ、電池缶の底部に穴を具備した発電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。
【００２０】
【表１】

【００２１】
比較例１
圧力開放弁のコの字状の溝の位置を図２（Ａ）において、ａで示す距離を１．３ｍｍに変更した点を除き、実施例１と同様にして比較試料１ないし５の圧力測定用の試料を製造し、実施例１と同様に圧力開放弁の開裂する圧力を測定し、測定結果を表２に示す。圧力の単位はいずれもｋｇ／ｃｍ² である。
【００２２】
【表２】

【００２３】
【発明の効果】
本発明の圧力開放弁は、圧力開放弁を設ける面と面積が大きな面との接合部の近傍に設けたので、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ほぼ半分の圧力によって開裂するので、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、５ｂ…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

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、面積が小さな面であって、面積が大きな面との接合部から、面積が小さな面の幅の１５％以下の距離に、接合部に平行な溝部の両端部から接合部と反対方向に伸びた溝部からなるコの字状の溝部を形成した圧力開放弁を有することを特徴とする密閉型電池。