JPH0265052A - 扁平形密閉電池 - 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〕 本発明は防爆機能を備えた扁平形密閉電池に関する。

〔従来の技術〕

近年、電子機器の発達に伴い、自己放電が小さく、長寿
命のリチウム電池が多く使用されるようになってきた。

そこで、ＣＭＯＳ　　ＲＡＭのメモリバックアップ用電
源として筒形でメタル−ガラス−メタルのハーメチック
シールを電池蓋に採用したりチウム−塩化チオニル電池
が開発され（例えば、特開昭５９−５１４５８号公報）
、これらは密閉性が高り１０年間以上にわたって使用で
きることから象、速に需要が伸びている。

しかし、市場においては、上記筒形のパックアツブ用電
池のみならず、ＩＣの消費電流の低減から、あるいは機
器の小形、軽量化に伴う要請から、より小形、薄形のメ
モリバックアップ用電池が求められている。

そこで、そのような要望に応えるべく、扁平形電池の開
発が試みられているが、扁平形電池の場合、筒形電池で
採用されているような電池蓋の端子部分に電解液注入口
を設けることは、その溶接封止時の熱によってガラス層
を損傷することになるので、採用することができない。

すなわち、筒形電池の場合は形状が大きく、電池総高が
少なくとも２５１以上あるため、電池蓋の中央部に位置
する端子部分に電解液注入口を設けても、電解液注入口
の封止位置を電池蓋のガラス層から高さ方向に距離を置
いたところに設定することができるので、その溶接封止
時の熱によってガラス層が損傷を受けることはないが、
電池総高が高々１０ｍ＋ｍ程度の扁平形電池では、電池
蓋の端子部分に電解液注入口を設けた場合、その溶接封
止部分とガラス層との距離が短いために、溶接封止時の
熱によってガラス層が破壊して使用に耐えなくなるので
ある。

また、他の部分に電解液注入口を設ける場合でも、その
溶接封止部分と電解液との距離が近接せざるを得ないた
め、溶接封止時の熱によって電解液が気化し、それが溶
接部分にまで飛来してくるため、溶接部分にピンホール
が発生して気密性が低下するなどの問題が生じ、扁平形
密閉電池が市場から要請されているにもかかわらず、商
品化されていないのが実状であった。

そこで、本発明者らは、そのような要請に応えるべく検
討を重ね、電池容器の底部の中央部に電池内部側に先端
部を存する円筒状またはテーパ筒状の電解液注入口を設
け、電解液注入後に上記電解液注入口に封止栓を圧入し
て、電解液注入口を一旦封止した上で、この電解液注入
口の基端部側の開口部を金属製の封止板で覆い、該封止
板の外周部を電池容器の底部に溶接することによって、
液状のオキシハロゲン化物を土掻活物質として用い、ハ
ーメチックシールを採用した密閉性の高い扁平形密閉電
池を開発してきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のようなハーメチックシールを採用
した電池は、密閉性が高く、貯蔵性に優れているという
長所を有するものの、その反面、密閉性が高いために、
高温加熱下にさらされたり、あるいは高電圧で充電され
るなどの異常事態に遭遇したときに、電池の内部圧力が
異常に上界して電池が高圧下で破裂し、いわゆる電池爆
発が生じ、大きな破裂音が発生すると共に、電池内容物
が周囲に飛び散って電池使用機器を汚損することになる
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記扁平形密閉電池における封止栓として金
属球を用い、封止板に防爆用の薄肉部を十字状に設ける
ことによって、オキシハロゲン化物を王権活物質として
用い、ハーメチックシールを採用して高い密閉性を有し
、しかも高圧下での電池破裂を防止し得る安全性の高い
扁平形密閉電池を提供したものである。

すなわち、本発明の構成を実施例に対応する第１〜６図
に基づいて説明すると、本発明は電池容器（５）の底部
（５ａ）の中央部に電池内部側に先端部を有する円筒状
またはテーパ筒状の電解液注入口０りを設け、電解液注
入後に上記電解液注入口（１２１に金属球からなる封止
栓面を圧入し、上記電解液注入口０″ＩＪの基端部側の
開口部を防爆用の薄肉部０５）を十字状に設けた金属製
の封止板（１４）で覆い、該封止板０滲の外周部を電池
容器００の底部（５ａ）に溶接してなることを特徴とす
る扁平形密閉電池に関する。

〔作用〕

まず、封止板０４）の溶接にあたっては、円筒状または
テーパ筒状の電解液注入口０りに封止栓０■を圧入して
いるので、封止栓側にその周囲から電解液注入口（１２
１の反撥応力がかかり、両者の密接度が高まらて、少な
くとも封止板０４）の溶接が終了するまでの間は、上記
封止栓０′！Ｊによって電解液注入口（＋２１が封止さ
れているので、封止板（１４）の溶接時に電解液の気化
物が溶接部分にまで飛来することがなく、したがって封
止板（１４）の外周部を電池容器（５）の底部（５ａ）
に何らの妨げがなく溶接することができ、また、ピンホ
ールが発生することがない。

そして、電池が高温加熱下にさらされたり、高電圧で充
電されるなど、電池が異常事態に遭遇して、電池内部の
圧力が異常に上昇したときには、その内圧上昇によって
、電解液注入口（１２）に圧入されていた金属球からな
る封止栓０■が押し戻され、封止板０滲に当接して封止
板０４を押圧するので、封止板０４に設けた薄肉部０５
）が安全性の確保できる範囲内の圧力で破壊して、高圧
下での電池破裂、つまり電池爆発が防止される。

Ｃ実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただ
し、実施例ではリチウム−塩化チオニル系の扁平形密閉
電池について説明するが、本発明はその場合のみに限ら
れるものではない。

第１図は本発明の扁平形密閉電池の一実施例を示す断面
図であり、第２図は第１図に示す電池の概略底面図であ
る。ただし、電池を示す断面図においては、断面より背
面側に位置する部分の外形線で、図示すると図面を繁雑
化させるおそれがあるものについては図示を省略してい
る。第３図は第１図に示す電池に使用された封止板を拡
大して示すもので、第３図（ａ）はその平面図、第３図
（ｂ）は第３図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、第３図（Ｃ）
は第３図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、第３図（ｄ）は底面
図である。

まず、電池の構成について概略的に説明すると、（＋１
はリチウムからなる負極、（２）は炭素多孔質成形体か
らなる正極で、（３）はガラス繊維不繊布からなるセパ
レータであり、上記負極（１）と正極（２）とを隔ｆａ
ｔ、ティる。（４）は電解液で、（５）はステンレス鋼
製の電池容器、（６）は電池蓋であり、この電池蓋（６
）は環状でステンレス鋼製のボディ（７）とガラスから
なる絶縁層（８）とステンレス鋼製の正極側の端子（９
）とからなり、上記ボディ（７）の外周部は電池容器（
５）の開口端部と溶接されている。Ｏωは正極側の集電
体であり、ステンレス鋼製網からなり、正極側の端子（
９）の下部にスポット溶接されている。０（）はガラス
繊維不織布からなる絶縁体で、正極（２）および正極集
電体０ωと電池蓋（６）のボディ（７）との間を絶縁し
ている。（１２）は電解液注入口であり、この電解液注
入口（１２）は電池容器（５）の底部（５ａ）の中央部
に設けられているが、本実施例のものは先端部を電池内
部側に存する円筒状に形成されていて、電解液注入後に
ステンレス鋼球からなる封止栓０■が圧入されている。

０４１はステンレス鋼製の封止板で、その中央部で電解
液注入口（１２１の基端部側の開口部を覆い、外周部が
電池容器（５）の底部（５ａ）に溶接されている。

そして、この封止板側には後に詳述するように防爆用の
薄肉部ａつが十字状に設けられている。この電池は、外
径３３−園、電池総高６．５＋１１１の円板状をした扁
平形電池である。

つぎに、主要構成部材について詳しく説明していくと、
負１）はリング状に打抜いたリチウムシートを電池容器
（５）の底部内面に圧着したものであって、負極活物質
のリチウムのみで構成され、正極（２）はアセチレンブ
ラックを主成分とし、これに黒鉛とポリテトラフルオロ
エチレンを添加した炭素質を主材とする材料の多孔質成
形体、いわゆる炭素多孔質成形体からなるものである。

電解液（４）は塩化チオニルに四塩化アルミニウムリチ
ウムを１、Ｏｍｏｌ／ｊ！溶解した塩化チオニル溶液か
らなり、塩化チオニルは上記のように電解液溶媒である
とともに正極活物質でもある。このように塩化チオニル
が正極活物質として用いられていることからもわかるよ
うに、上記正極（２）はそれ自身が反応するものではな
く、正極活物質の塩化チオニルと負極（１）からイオン
化して溶出してきたリチウムイオンとの反応場所を提供
するものである。

電池容器（５）は厚さ０．５ｆｆｉｍのステンレス鋼板
で直径３３１、高さ６ｆｆｉ１１の容器状に形成され、
その底部（５ａ）の中央部を電池内部側に向けて凸出さ
せ（電池の底部外面からは電池内部側に凹んだ状態にさ
せている）、その凸出した部分の中央に内径２．１１Ｉ
Ｉ１１で電池内部側に先端部を有する高さ約１．５１の
円筒状の電解液注入口（＋２１が設けられている。なお
、円筒状の電解液注入口（１２１とは、電解液の注入に
際し、電解液の通過し得る空隙が円筒によって形成され
たものであることを意味している。

電池蓋（６）は前記のようにステンレス鋼製のボディ（
７）とガラスからなる環状の絶縁層（８）とステンレス
鋼製の正極側の端子（９）とからなり、上記ガラスから
なる絶縁層（８）はその外周面でステンレス鋼製のボデ
ィ（７）の内周面に溶着し、その内周面でステンレス鋼
製の正極側の端子（９）の外周面に溶着していて、いわ
ゆるメタル−ガラス−メタルのハーメチックシールを持
ち、また、前記のように電池蓋（６）のボディ（７）は
電池容器（５）の開口端部に溶接されていて、この電池
はいわゆる完全密閉構造となり得るように構成されてい
る。

封止栓０■は直径２．３ｎ＋ｎ＋のステンレス鋼球から
なり、この封止栓側の直径は前記電解液注入口（１２１
の内径より若干大きく、電解液注入後の電解液注入口（
１２）に圧入されている。そのため、この封止栓面には
その周囲から電解液注入口（１２）の反撥応力がかかり
、両者の密接度が高くなって、電解液注入口Ｑ２）は少
なくとも封止板（ロ）の封止溶接が終了するまでの間、
上記封止栓０湯によって封止される。したがって、少な
くとも封止板（ロ）の外周部を電池容器（５）の底部（
５ａ）に溶接しおわるまでの間は、電解液の気化物が溶
接部分に出てくることがないので、溶接が妨げられるこ
となくスムーズに行うことができ、またピンホールを生
じることがない、封止板θａは厚さ０．３ｍｍ、直径５
＋＊ｍのステンレス鋼板がらなり、その中央部で電解液
注入口０７Ｊの基端部側の開口部を覆い、その外周部が
電池容器（５）の底部（５ａ）に炭酸ガスレーザーで溶
接され（溶接条件は出カニ　　４００Ｗ、溶接速度：　
２０ｍｍ／５ｅｃ）　、それによって上記電解液注入口
θ′！Ｊは完全に封止される。

そして、上記封止板ＯＩＯには、第３図に詳しく示され
ているように、防爆用の薄肉部０ωが十字状に設けられ
ている。この薄肉部０５）は、例えばプレス加工により
、第４図（この第４図は第３図（ａ）のＣ−Ｃ線におけ
る断面の要部を拡大したものである）に示すように、断
面が台形状（ただし、凸形状）の溝００を形成すること
によって設けられたものであり、ここでは、薄肉部０５
）の厚さｔは０．０７ｍ５で、薄肉部ｃつの幅Ｗは０．
１５ｍｍ、溝０ωの形成角度θは６０’にしている。

本実施例の電池は上記のように構成されるので、もし、
この電池が高温加熱下にさらされたり、高電圧で充電さ
れるなど、異常事態に遭遇して、電池内部の圧力が異常
に上昇しはじめたときは、その圧力上昇によって、電解
液注入口０りに圧入されている封止栓０３）が押し戻さ
れ、封止栓α４に当接して封止板（ロ）を押圧する。そ
の結果、封止板側の薄肉部０りが高圧になるまえの安全
性の確保できる範囲内の圧力で破壊（薄肉部０５１の端
部が開裂する）して、高圧下での電池破裂、つまり爆発
が防止される。

第５図は本発明の扁平形密閉電池の他の実施例を示す断
面図であり、第６図は第５図に示す電池の概略底面図で
ある。

この第５図に示す電池では、電解液注入口（１２＋をテ
ーパ筒状にしている点やそれに伴って封止板（ロ）の直
径が６−−と大きくなっている点などが、前記第１図に
示す電池と異なっているが、それらを除いては前記第１
図に示す電池とほぼ同様に構成されている。なお、電解
液注入口（１２１がテーパ筒状をしているとは、電解液
の注入に際し、電解液の通過し得る空隙がテーパ筒によ
って形成されたちのであることを意味している。

この第５図に示す電池においても、電池容器（５）の底
部（５ａ）の中央部に電解液注入口（１２）が設けられ
（ただし、電池容器（５）の底部（５ａ）の中央部を電
池内部側に凸出させ、その凸出した部分の中央に電解液
注入口θりを設けていて、その電解液注入口（＋２）は
テーパ状をしている）、その電解液注入口（１２）の先
端部の最も内径の小さいところの内径は２．１ｍｍであ
り、封止栓Ｑ３）のステンレス鋼球の直径は２．３ｆｆ
ｌＩｍであって、封止栓０３１の直径は電解液注入口０
りの上記内径より若干大きく、電解液注入口（１２１に
封止栓０３）が圧入されている。そして、上記電解液注
入口０りの基端部側の開口部は防爆用の薄肉部０！ＩＯ
を十字状に設けた封止板０４）で覆われ、該封止板（１
４）の外周部は電池容器（５）の底部（５ａ）　（ただ
し、中央部の凸出させた部分）に炭酸ガスレーザーによ
り溶接されている。上記封止板０４）は直径６　ｍｍ、
厚さ０．３１１１１のステンレス鋼板からなり、その十
字状に設けられた薄肉部０５）の厚みは前記第１図に示
す電池の場合と同様に０．０７＋ｕｅである。

したがって、この電池も、高温加熱下にさらされたり、
高電圧で充電されるなど、電池が異常事態に遭遇して、
電池の内部圧力が異常上昇しはじめたときは、その内圧
上昇によって、電解液注入口ＱＺに圧入されている封止
栓０３が押し戻され、封止板０４）に当接して封止板０
４）を押圧するので、封止板０４１の薄肉部ｑつが安全
性の確保できる範囲内の圧力で破壊して、電池の高圧下
での破裂、つまり爆発を防止する。

つぎに、上記第１図に示す実施例の電池および第５図に
示す実施例の電池について高温加熱試験を行い、薄肉部
０ωの破壊による防爆機能の作動状況を副べた結果を第
１表に示す、第１表においては、第１図に示す実施例の
電池を電池Ａ、第５図に示す実施例の電池を電池Ｂで示
すが、高温加熱試験にあたっては、両電池とも１０個ず
つ用意し、電気マツフル炉中に電池を入れ、昇温速度３
０℃／分で加熱し、そのときの防爆機能の作動状況を調
べた。なお、第１表中の「防爆機能の作動状況」を表す
欄の数値の分母は試験に供した電池個数を示し、分子は
薄肉部０５）が破壊して防爆機能が作動した電池個数を
示している。

第　　　　１ 表 上記第１表に示すように、本発明の電池は、電池Ａ、電
池Ｂとも、１７０〜２３０　’Ｃの温度領域ですべての
電池の防爆機能が作動し、高温加熱下にさらされた場合
などには、電池温度が高温になりすぎないうちに、つま
り、電池内部の圧力が高くなりすぎないうちに、薄肉部
０５１の破壊による防爆機能が作動した。ちなみに、同
様の構造をとり、封圧板に防爆用の薄肉部を設けていな
い電池では、上記高温加熱試験で、２５０〜２９０°Ｃ
の温度領域で電池容器の底部が破壊して、いわゆる電池
爆発を生じた。

つぎに、前記高温加熱試験の場合のように実装電池にせ
ず、第１図に示す電池の電池容器（５）および第５図に
示す電池の電池容器（５）に、頁捲などの発電要素をま
ったく充填せず、それらの電池容器（５）の電解液注入
口（１２）にそれぞれ前記と同様の封止栓０３）を圧入
し、その電解液注入口Ｑ２１の基端部側の開口部を防爆
用の薄肉部０ωを十字状に設けた封圧板０４で覆い、該
封止板側の外周部を電池容器（５）の底部（５ａ）に炭
酸ガスレーザーで溶接して、電解液注入口（１２）を封
止し、これらの電池容器（５）を加圧治具に接続し、水
圧で加圧して、防爆用の薄肉部θつの破壊圧力を調べ、
その結果を第２表に示した。

なお、試験にあたっては、電池Ａの電池容器（５）、電
池Ｂの電池容器（５）とも、１０個ずつ用いた。

第　　　　２　　　　表 上記第２表に示すように、電池Ａ０）電池容器（５）、
電池Ｂの電池容器（５）とも、その封止板側の薄肉部０
５）が８０〜１１０　ｋｇ／ｃｄで破壊したが、比較の
ため、それぞれの電池（電池Ａおよび電池Ｂ）の電池容
器に防爆用の薄肉部０つを設けていない封止板０４１を
溶接して同様の加圧試験を行った場合は、両者とも４０
０ｋｇ／ｄで電池容器が破壊して、大きな破裂音を伴っ
た。

上記高温加熱試験および加圧試験の結果からも明らかな
ように、本発明の実施例の電池では、電池が高温加熱下
にさらされたり、高電圧で充電されるなど、異常事態に
遭遇して、電池の内部圧力が異常上昇しはじめたときに
は、封止板０４に設けた防爆用の薄肉部０ωが安全性の
確保できる範囲内の圧力で破壊して、電池の高圧下での
破裂、つまり爆発を防止することができる。

上記実施例では、封止栓いとしてステンレス鋼製のもの
を用いたが、ステンレス鋼以外にも、ニッケル製のもの
などであってもよい。

また、実施例では、封止板側が電池容器（５）の底面か
ら電池外部側に飛び出さないように、電池容器（５）の
底部（５ａ）の中央部を電池内部側に凸出させ、その凸
出した部分に電解液注入口（１２）を設けたが、そのよ
うに電池容器（５）の底部（５ａ）の中央部を凸出させ
ることなく、電解液注入口（１２１を設けてもよい。

さらに、実施例では、絶縁層（８）をガラスで構成した
が、ガラスに代えて、セラミックスで絶縁層（８）を構
成してもよい。そして、実施例では、負極活物質として
リチウムを用い、正極活物質として塩化チオニルを用い
たリチウム−塩化チオニル電池について説明したが、負
極活物質としてはナトリウム、カリウムなどのリチウム
以外のアルカリ金属であってもよいし、正極活物質も塩
化チオニル以外に塩化スルフリル、塩化ホスホリルなど
の常温（２５°Ｃ）で液体のオキシハロゲン化物（オキ
シハライド）であってもよい。

なお、本発明において、電解液注入口０りの形状を円筒
状またはテーパ筒状と説明したが、本発明は電池総高が
高々１０＋ｏｎ程度の扁平形電池を対象としている関係
で、それらの高さは実施例でも示したように、］、、５
ｍｍ程度のものであって、高さの高いものではない。

また、封止板０ａの電池容器（５）の底部（５ａ）に溶
接する部分をその外周部と表現したが、溶接する部分は
、電解液注入口０りの基端部側の開口部の周囲でさえあ
ればよく、電解液注入口（１２＋の基端部側の開口部を
覆っている部分を中央部と表現した場合に対応する表現
であって、封止板Ｑ４１が大きい直径のものである場合
にその外周端近くの一部のみを指すものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、電池容器（５）の底
部（５ａ）の中央部に円筒状またはテーバ筒状の電解液
注入口ｑりを設け、電解液注入後、上記電解液注入口０
りに金属球からなる封止栓θりを圧入し、上記電解液注
入口０′ＩＪの基端部側の開口部を、防爆用の薄肉部Ｇ
つを十字状に設けた封止板０４で覆い、該封止板（１４
）の外周部を電池容器（５）の底部（５ａ）に溶接して
、電解液注入口（１２）を封止することにより、オキシ
ハロゲン化物を正極活物質として用い、ハーメチックシ
ールを採用して高い密閉性を保持しながら、高圧下での
電池破裂、つまり電池爆発を防止することができる安全
性の高い扁平形密閉電池を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の扁平形密閉電池の一実施例を示す断面
図であり、第２図は第１図に示す電池の概略底面図であ
る。第３図は封止板を拡大して示すもので、第３図（ａ
）はその平面図、第３図（ハ）は第３図（ａ）のＡ−Ａ
線断面図、第３図（Ｃ）は第３図（ａ）　（７）Ｂ−Ｂ
線断面図、第３図（ｄ）は底面図である。第４図は封止
板に設けた薄肉部とその周辺の拡大断面図である。第５
図は本発明の扁平形密閉電池の他の実施例を示す断面図
であり、第６図は第５図に示す電池の概略底面図である
。 （１）・・・負極、　（２）・・・王権、　（３）・・
・セパレータ、（４）・・・電解液、　（５）・・・電
池容器、　（５ａ）・・・底部、（６）・・・電池蓋、
　（７）・・・ボディ、　（８）・・・絶縁層、（９）
・・・端子、　（１２）・・・電解液注入口、　ｑ■・
・・封止栓、０４・・・封止板、　０９・・・薄肉部第 図 １４・・・封止板 １５・・・薄肉部 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）負極活物質としてリチウム、ナトリウム、カリウ
   ムなどのアルカリ金属を用い、正極活物質として塩化チ
   オニル、塩化スルフリル、塩化ホスホリルなどの常温で
   液体のオキシハロゲン化物を用い、上記負極活物質およ
   び正極活物質を含む発電要素を電池容器（５）と電池蓋
   （６）とで密閉する扁平形密閉電池であって、上記電池
   蓋（６）は金属製で環状のボディ（７）と上記環状のボ
   ディ（７）の内周側に位置しガラスまたはセラミックス
   からなる環状の絶縁層（８）と上記環状の絶縁層（８）
   の中心部に位置する一方の電極の端子（９）とからなり
   、該電池蓋（６）のボディ（７）の外周部は前記電池容
   器（５）の開口端部に溶接され、電池容器（５）の底部
   （５ａ）の中央部には電池内部側に先端部を有する円筒
   状またはテーパ筒状の電解液注入口（１２）が設けられ
   、電解液注入後に該電解液注入口（１２）に金属球から
   なる封止栓（１３）を圧入し、上記電解液注入口（１２
   ）の基端部側の開口部を防爆用の薄肉部（１５）を十字
   状に設けた金属製の封止板（１４）で覆い、該封止板（
   １４）の外周部を電池容器（５）の底部（５ａ）に溶接
   してなることを特徴とする扁平形密閉電池。