JPH0615400Y2 - 防爆型電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は封口体に防爆装置を備えさせた防爆型電池に関
する。

〔従来の技術〕

例えば、有機電解液を用いる筒形のリチウム電池などで
は、内部短絡の発生などによって電池内部にガスが発生
し、電池内部の圧力が異常上昇を起こしかけたときに、
可撓性薄板が上方に撓んで切刃に接触して破壊すること
により、電池内部のガスを電池外部に排出して、電池の
急激な破裂、いわゆる電池の爆発を防止する防爆装置を
封口体に備えさせることが行われている（例えば、実公
昭59-15398号公報）。

本考案者らも、そのような防爆装置を封口体に備えさせ
た防爆型電池について研究を重ね、これまでに第５図に
示すような電池を開発してきた。

この第５図に示す電池では、封口板10のガス通気孔11を
閉塞する可撓性薄板40の周縁部と環状パッキング30とを
端子板20の鍔状周縁部22と封口板10とで挾持し、内部短
絡などの発生により電池内部の圧力が上昇すると、第６
図に示すように、可撓性薄板40が上方に撓んで端子板20
に設けた切刃24に接触して破壊することにより、電池内
部のガスを封口板10のガス通気孔11を介して端子板20の
ガス排気孔23から電池外部へ排出させて電池破裂を防止
する。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、この第５図に示す電池においても、また前記実
公昭59-15398号公報に示される電池においても、これま
での電池においてはいずれも、切刃24は先端が鋭く尖っ
た三角形状のものであり、可撓性薄板40を破壊するのに
適しているものの、先端が鋭く尖っているために可撓性
薄板40にあく孔が第６図に示すように小さくなり、大き
な破壊が生じないため、該孔を介してのガスの排出より
も電池内部の圧力上昇の方が速くなり、電池破裂にいた
ることがあった。

本考案は、上述したように従来の防爆型電池は切刃24の
先端が鋭く尖っていたために可撓性薄板40にあく孔が小
さく、そのため防爆装置のガス排出効率が悪かったとい
う問題点を解決し、ガス排出効率に優れ防爆装置が確実
に作動する防爆型電池を提供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手段を本考案の第１実施例に
対応する第１図ならびに第３図に基づいて説明すると、
本考案は端子板20に設ける切刃24の形状を先端部24aが
0.3〜0.9mmの幅を有する台形状にし、かつ切刃24を可撓
性薄板40に対して傾斜させるようにしたものである。

〔作用〕

切刃24の先端部24aの形状を幅を有したものにすると、
可撓性薄板40は破壊しにくくなり、防爆装置の作動圧力
は高くなるが、電池内部の圧力が高くなって可撓性薄板
40に破壊が生じるときには、第２図に示すように、可撓
性薄板40に大きな破壊が生じるので、電池内部に蓄積し
たガスは短時間で排出されるようになり、防爆装置が確
実に作動するようになって、従来電池に見られたような
ガスの排出よりも電池内部の圧力上昇の方が速くなるよ
うなことは生じなくなる。

また、切刃24を可撓性薄板40に対して傾斜させると（第
３図(b)参照）、可撓性薄板40が上下に破壊されるよう
になり、大きな破壊が生じ、電池内部に蓄積したガスが
短時間で排出されるようになって、防爆装置が確実に作
動するようになる。

〔課題を解決するための手段の詳細な説明〕

本考案においては、切刃24の先端部24aの幅を0.3〜0.9m
mに規定するが、これは切刃24の先端部24aの幅が狭すぎ
ると、前述したように可撓性薄板40にあく孔が小さくな
ってガスの排出効率が悪くなり、また、切刃24の先端部
24aの幅が広くなりすぎると、可撓性薄板40を破壊する
ときの面積が大きくなって防爆装置の作動圧力が高くな
りすぎ、安全性の確保できる範囲内で防爆装置が作動し
なくなることに基づいている。すなわち、切刃24の先端
部24aの幅が0.3mmより狭い場合は、従来同様に切刃24の
先端部24aが鋭利なために可撓性薄板40は破れやすく、
したがって防爆装置の作動圧力は低くなるが、可撓性薄
板40に小さい孔があくだけなので、ガスの排出効率が悪
く、ガスの排出よりも電池内部の圧力上昇の方が速くな
って電池破裂にいたることがある。一方、切刃24の先端
部24aの幅が0.9mmを超えるようになると、前記したよう
に可撓性薄板40が破れにくくなって防爆装置の作動圧力
が高くなりすぎ、安全性の確保できる範囲内で防爆装置
が作動しなくなる。なお、端子板20は、材質的には表面
にニッケルメッキを施した圧延鋼板（SPC板）、ステン
レス鋼板（SUS304板、SUS430板など）などの金属板が用
いられ、その厚さは電池の大きさや材質によっても若干
異なるが、通常0.2〜0.4mm程度のものが用いられる。そ
して、切刃24は端子板20の本体部分21の上板部に部分的
に切込みを入れ、それを先端部側から内側（図面では下
側）に折曲げることによって形成されるものであり、前
記の0.3〜0.9mmという切刃24の先端部24aの幅は、概
略、端子板20の板厚の１〜３倍に相当している。

また、本考案においては、切刃24を可撓性薄板40に対し
て傾斜させるが、これも可撓性薄板40を大きく破壊させ
てガスの排出効率を良くするためである。すなわち、従
来のように切刃24を内側に直角に折曲げていたときには
（なお、従来の切刃を第７図に示す。特に第７図(b)参
照）、可撓性薄板40は破壊しやすいが、その破壊程度は
小さくなり、ガスの排出効率が悪くなる。これに対し、
第３図(b)に示すように、切刃24を可撓性薄板40に対し
て傾斜させると、可撓性薄板40は破壊しにくくなるが、
破壊したときには可撓性薄板40は上下に大きく破壊する
ようになり、ガスの排出効率が良好になる。しかし、切
刃24を可撓性薄板40に対してあまりにも傾斜させすぎる
と、可撓性薄板40の破壊が生じにくくなって安全性が確
保できる範囲内で防爆装置が作動しなくなるので、切刃
角度（この切刃角度とは、第３図(b)に示す状態で、端
子板20の本体部分21と切刃24とのなす角度θをいう。つ
まり、第３図(b)に示す状態で端子板20の本体部分21側
から切刃24の先端を見たときの俯角をいう）が50〜70°
の範囲内にあることが好ましい。すなわち、切刃角度
（θ）が50°より小さい場合は、切刃24を可撓性薄板40
に対して傾斜させすぎることになり、可撓性薄板40が破
壊しにくくなって、防爆装置が安全性の確保できる範囲
内で作動しなくなり、また切刃角度（θ）が70°より大
きくなると、可撓性薄板40の破壊が小さくなり、ガスの
排出効率が悪くなる。

〔実施例〕

第１図は本考案の防爆型電池の第１実施例を示す拡大断
面図であり、第２図は第１図に示す電池の防爆装置の作
動状態における要部拡大断面図である。第３図は第１図
に示す電池の切刃およびその周辺を拡大して示すもので
あり、第３図(a)は第１図と同じ切断面での断面図で、
第３図(b)は第３図(a)のＡ−Ａ線における断面図であ
る。

図中、１は防爆装置を備えた封口体であって、この封口
体１は、ガス通気孔11を穿設した封口板10と、本体部分
21と鍔状周縁部22からなり本体部分21にガス排気孔23お
よび切刃24を設けた高さの低い帽子状の端子板20と、前
記封口板10の周縁部上に配置する環状パッキング30と、
周縁部が上記環状パッキング30上に配置し該環状パッキ
ング30と共に端子板20の鍔状周縁部22と封口板10とで挾
持された可撓性薄板40からなる。

封口板10は浅い容器状のものが用いられているが、その
開口縁は封口体１の組立にあたって内方へ折曲げられ、
その折曲縁12をかしめることによって端子板20の鍔状周
縁部22を押圧して封口体１を気密液密状態にしている。
端子板20は本体部分21と鍔状周縁部22とからなり、該本
体部分21には切刃24とガス排気孔23が設けられ、鍔状周
縁部22は斜め上方に向けて折曲げられさらにその先端部
がほぼ水平になるように折曲げられている。なお、端子
板20の本体部分21は上板部と周壁部とからなり、上記切
刃24は端子板20の本体部分21の上板部に部分的に切込み
を入れてその部分を先端部側から内側（図面では下側）
に折曲げることによって形成されたものであり、ガス排
気孔23は上記切刃24の形成によって本体部分21の上板部
に形成された孔からなるものである。環状パッキング30
はその内径が端子板20の本体部分21の外径より大きく形
成されていて、端子板20の本体部分21より径方向外方側
に封じ込められている。可撓性薄板40の周縁部は上記環
状パッキング30と共に端子板20の鍔状周縁部22と封口板
10とで挾持され、平常時には可撓性薄板40の中央部が封
口板10のガス通気孔11を閉塞する役割を果たしている。
なお、前記環状パッキング30は封口板10と可撓性薄板40
との間の密閉性を高めるために任意的に用いられるもの
である。

切刃24は第３図(a)に詳示するように台形状をしてお
り、その先端部24aの幅は0.3〜0.9mmにされている。ま
た、切刃24は第３図(b)に示すように可撓性薄板40に対
して傾斜しており、その切刃角度、つまり切刃24と端子
板20の本体部分21との角度θは50〜70°が好ましい。す
なわち、切刃角度が50°未満では切刃24を可撓性薄板40
に対して傾斜させすぎたことになり可撓性薄板40が破壊
しにくくなって安全性が確保できる範囲内で防爆装置が
作動しなくなるおそれがある。一方、切刃角度が70°よ
り大きくなると従来同様に可撓性薄板40の破壊が小さく
なり、ガス排出効率が悪くなって、ガスの排出よりも内
圧上昇の方が速くなって電池破裂にいたるおそれがあ
る。

そして、上記封口体１は、あらかじめ発電要素３を内填
しておいた電池ケース２の開口部に絶縁パッキング４を
介して装着されて防爆型電池が作製される。つまり、電
池ケース２にはあらかじめ発電要素３、すなわち正極活
物質、負極活物質、電解液、セパレータなどをそれぞれ
必要時に電池反応が生じるのに適した状態で装填してお
き、その電池ケース２の開口端近傍に封口体１の下部周
縁部を支えるためのくびれ部を形成し、封口体１を絶縁
パッキング４と共に電池ケース２の開口部に挿入したの
ち、電池ケース２の開口縁を内方に締め付けて電池ケー
ス２の開口部を封口する。これによって、電池は平常時
には密閉状態に保たれる。発電要素３は公知の構成のも
のでよく、その代表的なものを例示すると、有機電解液
系の発電要素、例えばリチウムを負極活物質として用い
その板状物を集電体に圧着した負極板と二酸化マンガン
を正極活物質とする正極合剤を集電体に保持させた正極
板とをセパレータを介在させて渦巻状に巻回した渦巻電
極と、有機電解液とからなるものなどがあげられる。

そして、この電池に内部短絡などが生じて電池内部にガ
スが発生して電池内部の圧力が高くなると、可撓性薄板
40が上方に撓んで切刃24に接触し、第２図に示すように
可撓性薄板40が切刃24によって破壊され、防爆装置が作
動して、電池内部のガスは封口板10のガス通気孔11を介
して端子板20のガス排気孔23から電池外部へ排出され
る。この際、可撓性薄板40は第２図に示すように切刃24
によって大きく破壊されるので、電池内部のガスは短時
間で電池外部へ排出され、ガスの排出よりも電池内部の
圧力上昇の方が速くなるようなことがなく、防爆装置は
確実に作動する。

次の第１表は、切刃24の先端部24aの幅と切刃角度
（θ）を変えて封口体１を組み立て、該封口体１を絶縁
パッキング４を介して電池ケース２の開口部に装着した
防爆型電池の防爆装置作動時のガス排出時間と防爆装置
の作動圧力との関係を示すものである。

上記第１表に示す防爆装置作動時のガス排出時間や防爆
装置の作動圧力を調べるのに使用された電池の封口板10
は厚さ0.3mmのステンレス鋼板（SUS430板）で浅い容器
状に成形されたものであり、環状パッキング30はポリプ
ロピレンで成形されたものである。可撓性薄板40は厚さ
0.015mmのチタン板からなり、端子板20は表面にニッケ
ルメッキを施した厚さ0.3mmの圧延鋼板（SPC板）で第１
図に示すような形状に成形したものであり、切刃24はこ
の端子板20の本体部分21の上板部に所定形状の切込みを
入れ、それを先端部側から内側に折曲げることによって
形成したものである。

電池は、正極活物質として二酸化マンガンを用い、負極
活物質にはリチウムを用い、電解液にはプロピレンカー
ボネートと１，２−ジメトキシエタンとの容量比１：２
の混合溶媒に過塩素酸リチウムを1.0モル／溶解した
有機電解液を用いた直径15mm、総高40mmの筒形の二酸化
マンガン−リチウム電池であり、二酸化マンガンはこれ
を正極活物質とし黒鉛やフッ素樹脂バインダーと混合し
て調製した正極合剤を集電体に保持させて正極板とし、
リチウムは板状のものを集電体に圧着して負極板とし、
この正極板と負極板とをそれらの間にセパレータを介在
させて渦巻状に巻回した状態で電池ケース２に挿入され
ている。そして、防爆装置の作動状況は電池を内部短絡
させ、防爆装置の作動時のガス排出時間と作動圧力を調
べたものである。

前記第１表における試料NO.１〜３は本考案の実施例に
相当するものであるが、それら試料NO.１〜３のもので
は第１表に示すように防爆装置作動時のガス排出時間が
それぞれ７秒、５秒、４秒と短く、また防爆装置の作動
圧力もそれぞれ５kg/cm²、６kg/cm²、７kg/cm²であって
安全性の確保できる範囲の低い圧力で防爆装置を作動さ
せることができた。これに対し、従来品に相当する試料
NO.５では防爆装置の作動圧力は４kg/cm²と低かったが
防爆装置の作動時のガス排出時間が15秒と長く、そのた
めガスの排出よりも電池内部の圧力上昇の方が速くな
り、電池破裂にいたる可能性があった。また、切刃の先
端部の幅を1.2mmにした試料NO.５では防爆装置の作動圧
力が高くなり、防爆装置が作動せず電池が破裂した。

第４図は本考案の防爆型電池の第２実施例を示す要部拡
大断面図であり、この第４図に示す第２実施例の電池で
は封口板10と端子板20の本体部分21とで形成される空間
部60の可撓性薄板40より上側の部分に環状の熱変形部材
50を配置している。この環状の熱変形部材50は、例えば
ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂で成形され、通常の使
用温度範囲内（一般に60℃以下）での温度変化により生
じる一時的な内圧上昇に対しては可撓性薄板40の撓む部
分の径を規制して、大きな内圧上昇が生じないかぎり防
爆装置が作動しないようにし、一方、内部短絡の発生な
ど温度上昇を伴う継続的な内圧上昇に対しては熱変形を
起こして可撓性薄板40の撓む部分の径を大きくして安全
性が確保できる程度の低い圧力で防爆装置の作動を可能
にする。

この第４図に示す第２実施例の電池は、上記のような環
状の熱変形部材50を配置している以外は、第１図に示す
第１実施例の電池と同様の構成からなるものあり、この
第２実施例の電池においても、可撓性薄板40が破壊する
際には、大きく破壊して、ガスの排出効率が良く、従来
電池に見られたようなガスの排出よりも電池内部の圧力
上昇の方が速くなるようなことがなく、防爆装置が確実
に作動する。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案では、切刃24をその先端部
24aが0.3〜0.9mmの幅を有する台形状にし、かつ切刃24
を可撓性薄板40に対して傾斜させることによって、可撓
性薄板40の破壊を大きくさせ、ガスの排出効率を高め、
防爆装置を確実に作動させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の防爆型電池の第１実施例を示す拡大断
面図で、第２図は第１図に示す電池の防爆装置の作動状
態における要部拡大断面図である。第３図は第１図に示
す電池に使用されている切刃とその周辺を拡大して示す
ものであり、第３図(a)は第１図と同じ切断図での断面
図で、第３図(b)は第３図(a)のＡ−Ａ線における断面図
である。第４図は本考案の防爆型電池の第２実施例を示
す要部拡大断面図である。第５図は本考案とは構成が異
なる防爆型電池の一例を示す要部拡大断面図であり、第
６図は第５図に示す電池の防爆装置の作動状態における
要部拡大断面図である。第７図は第５図に示す電池に使
用されている切刃とその周辺を拡大して示すものであ
り、第７図(a)は第５図と同じ切断面での断面図で、第
７図(b)は第７図(a)のＢ−Ｂ線における断面図である。 １……封口体、２……電池ケース、３……発電要素、４
……絶縁パッキング、10……封口板、11……ガス通気
孔、12……折曲縁、20……端子板、21……本体部分、23
……鍔状周縁部、23……ガス排気孔、24……切刃、24a
……先端部、30……環状パッキング、40……可撓性薄板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 杣友 良樹 大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)考案者 北村 富夫 大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】発電要素３を内填した電池ケース２の開口
   部に防爆装置を備えた封口体１を絶縁パッキング４を介
   して装着した防爆型電池であって、上記封口体１は、ガ
   ス通気孔11を穿設した封口板10と、本体部分21と鍔状周
   縁部22からなり本体部分21にガス排気孔23および切刃24
   を設けた帽子状の端子板20と、周縁部が単独でまたは環
   状パッキング30と共に上記端子板20の鍔状周縁部22と封
   口板10とで挾持される可撓性薄板40を有してなり、電池
   内部にガスが発生して電池内部の圧力が上昇したときに
   上記可撓性薄板40が上方に撓んで切刃24に接触して破壊
   することにより、電池内部のガスを封口板10のガス通気
   孔11を介して端子板20のガス排気孔23から電池外部に排
   出するものにおいて、上記切刃24をその先端部24aが、
   0.3〜0.9mmの幅を有する台形状にし、かつ切刃24を可撓
   性薄板40に対して傾斜させたことを特徴とする防爆型電
   池。