JPH0615401Y2 - 有機電解質電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、負極活物質としてリチウム等の軽金属を用い
て構成される有機電解質電池の安全保護装置を備えた封
口板に関するものである。

従来の技術 従来より電池が放電されている状態にあっては、電池内
にＱ＝i²Rt（Ｑ：発熱量〔cal〕、ｉ：電流〔Ａ〕、
Ｒ：抵抗〔Ω〕、ｔ：時間〔hrs〕）で示されるジュー
ル熱が発生する。この場合放電される電流が大きい程、
発生される熱は大きく電池部品が損傷を受けたり、爆発
する危険性が大きくなる。特にリチウム電池などの高出
力一次電池などは短絡時において大電流が流れ、電池自
身の温度が２００℃付近にまで上昇する場合がある。こ
のため電池を過度の電流及び温度から保護するため正温
度係数抵抗装置（ＰＴＣ、すなわち Positive Temperatuve Coefficient）を、第２図に示す
ように皿状封口板４、弁体５、スペーサ６、ＰＴＣ７、
端子キャップ８を順次積層して、ＰＴＣ７を介在させた
封口板Ｂとする試みがあった。なお弁体５及びスペーサ
６を配置する理由としては万一、ＰＴＣ７が動作しなか
った場合に、電池内の内圧が急上昇し弁体を外方向に膨
くらませる力が働き、弁体自身が破損するかあるいは端
子キャップ８に設けた切刃８ｂで弁体５を破壊し電池内
発生ガスを円滑に排気して電池内圧を低下させ爆発など
の不測の事態を未然に防止しようとするものである。な
おスペーサ６は、後述する理由により弁体５の保護をす
るために必要な補強板である。

考案が解決しようとする課題 しかしながら、前述のような構成をした場合、電池が短
絡などの異常状態になった時、ＰＴＣ７が動作し、ＰＴ
Ｃの抵抗が数ミリオームから数十オームに急激に上昇
し、そのため流れる電流が小さくなり電池自身の発熱を
制御する、反面ＰＴＣ７は自身は発熱し、短絡現象が長
時間に及んだり、周囲温度が比較的高い場合などにおい
てはＰＴＣ７の当接部、つまりスペーサ６、弁体５、皿
状封口板４にＰＴＣ自身の発熱が伝幡し、極端な場合に
おいてはＰＴＣの発熱が１２０〜１５０℃付近になるこ
とがあり、電池内部では比較的融点の低い金属リチウム
が溶融状態、あるいはセパレータが破れたりすることが
ある。このような状態になった時、電池内部では急激な
内部短絡が起こり電池が発火、あるいは爆発に至る場合
がある。次に、この種の電池に使用される弁体として
は、破損圧が２０〜４０kg/cm²と比較的低圧で破損する
ように設計されるのが常であり、このような低圧破損性
を有する材料としては厚みが0.1〜0.3mm程度の肉薄な合
成樹脂、合成ゴム材料が適しているが、このような肉薄
な材料では、大気中の水分，あるいは他の産業廃棄ガス
等を極めて容易に電池内に透過してしまい電池性能に悪
影響を及ぼすものである。反面、アルミニウム，ニッケ
ル，ＳＵＳ等の金属薄板は水分、気体の透過は十分阻止
できるが、破損圧を２０〜４０kg/cm²とするには厚みを
数十〜数百ミクロンにする必要がある。また金属材を使
用するため、電池内圧が上昇して、金属薄体が外方に膨
くれて、端子キャップ８に設けた切刃８ｂに接した時、
ＰＴＣ７を介さない導電路が形成され電池の安全対策上
に極めて危険な状態となる。以上述べたような主要な２
点の解決すべき課題がある。

課題を解決するための手段 本考案は、前述の２点の問題を解決するものである。つ
まり、ＰＴＣ自身の発熱に対してはＰＴＣ７と、スペー
サ６等との接触面積を小さく、かつ放熱空間１０を形成
することにより解決するものである。端子キャップ８に
設けた切刃８ｂと、弁体５の導通については、金属薄板
５の一方の面に合成樹脂フィルム１３をラミネーション
加工したものを用いて、合成樹脂フィルム面を切刃の方
向に向けて配置するか、あるいは皿状封口板の周縁立上
がり部の内周側面及び底面を絶縁体１２でコーティング
するか、切刃部分を絶縁体１１でコーティング処理する
ことにより解決するものである。

作用 以上のような構成とすることにより、ＰＴＣが動作した
時の発熱をできるだけ小さくし、発電要素への熱的影響
を軽減できる。また、皿状封口板の内周側面及び底面を
絶縁体化、あるいは切刃部分を絶縁体化することによ
り、あるいは金属薄体からなる弁体の切刃に当接する面
を絶縁体で被覆することにより弁体と切刃が接した場合
でもＰＴＣを介さない導電路の形成を防止できるもので
ある。

実施例 第１図は本考案に係る封口板Ａを用いた電池の要部断面
である。１は正極，負極活物質，有機電解質の発電要素
を収納した電池ケース、２はフッ化物、金属酸化物等の
正極活物質をシート状にし、負極活物質である金属リチ
ウムシートをセパレータ材（図示せず）を介して巻回し
た電極群で、それぞれの活物質からは導電性リード片３
で、電池ケース１の内底面、あるいは封口板Ａに接続さ
れている。封口板Ａは、電池容器側へ突出した底面部４
ａに弁孔４ｂを有した皿状封口板４と、皿状封口板の周
縁内底部には、前記弁孔４ｂを常時閉塞する弁体５と、
弁体５を保護するリング状のスペーサ６を配し、その後
皿状封口板４の周縁立上がり部４ｃを金型でもって内方
にカシメて、弁体５、スペーサ６を固定している。７は
前記皿状封口板５の周縁立上がり部４ｃの上面に載置し
たリング状のＰＴＣである。８は前記ＰＴＣ７の上面に
配した端子キャップであり、端子キャップ８の上端突出
部８ａには、金型でもって切り起こし成形加工した切刃
８ｂを前述の弁体５に対向するように設けている。９は
封口板Ａの周縁部に取り付けられた絶縁パッキングで、
電池の両極間の絶縁、及び内部電解液の漏出を防止して
いる。１０は本考案に係る放熱空間であり皿状封口板４
の周縁立上がり部４ｃ、スペーサ６、ＰＴＣ７によって
形成されている。次に本考案のものと、第２図に示すよ
うな従来構成品との比較について調査した具体的には直
径17.0mm、高さ33.5mm電池容量1300mAhの円筒形二酸化
マンガンリチウム電池を構成し、電池を２ケ直列、電池
３ケ直列につないだものを短絡させた時の電池ケース、
端子キャップ及びＰＴＣの表面温度を測定し、その時の
各部位での最高表面温度を表１に示す。

なお表中の数字は、それぞれの電池を５回実験した時の
最高値である。実験に際して端子キャップの切刃が弁体
に接触することのないよう、端子キャップの切刃を排除
して行った。

次に、端子キャップの切刃と弁体の接触によってＰＴＣ
を介さない導電路の形成を防止する方法を述べると１つ
の方法としては第３図に示すように端子キャップ８の切
刃８ｂを、エポキシ系、アクリル系等の紫外線硬化型の
合成樹脂１１を瞬時に硬化させて表面に覆う。あるいは
フッ素樹脂コーティング、ゴムライニング法で表面に合
成樹脂、合成ゴムの絶縁体１１を被覆する。あるいは皿
状封口板４の周縁立上がり部４ｃの内周側面及び底面を
ピッチ、アスファルト等の瀝青剤12あるいは溶剤に溶か
したスチレン、塩ビ等の合成樹脂１２、スチレン−ブタ
ジェンゴム、塩素化ポリエチレン等の合成ゴム等の絶縁
体１２を塗布し絶縁化を図ったものを使用し、弁体５、
スペーサ６をカシメ固定する。もしくは、第４図に示す
ように金属薄板からなる弁体５の一方の面に合成樹脂フ
ィルム１３をラミネート加工法により一体化したものを
使用し、端子キャップ８の切刃８ｂに対向する面に合成
樹脂層１３を対向させるように配したものを使用すれば
良い。第５，６，７図は、前述した方法によってＰＴＣ
を介さない導電路の形成を阻止した本考案品によるもの
と、そうでないものをそれぞれ１個短絡させた時の流れ
る電流値と、電池ケース表面温度をグラフ化したもので
ある。

なお、表２は本考案品，従来品において、それぞれを４
ケ直列に接続し短絡させた時の電池の発火，爆発した個
数を示す。テストとしてはそれぞれ５００セット実施し
た。本考案品として弁体５の一方の面に厚みが２０μｍ
のポリエチレンテレフタレートのフィルム層１３を配
し、金属薄板としては厚みが１５μｍのニッケルを用い
たものでる。

なお、第５図は本考案の実施例、第６図は弁体として絶
縁体の層を設けずニッケル薄板のみを使用したもの、第
７図は第２図に示す従来構成のもので、切刃の部分を絶
縁体で絶縁処理したものを用いたもので前述の実験を行
った結果をグラフ化したもので、細破線は電流値、破線
は電池ケースの表面温度を示す。

考案の効果 以上、実験結果より明らかなように、本考案によるもの
は、ＰＴＣと皿状封口板の間に空間部が形成されてお
り、ＰＴＣの発熱を電池内部まで伝達しにくい構造とな
っており、図から明らかなように約３０℃電池の表面温
度が低くなっている。

また電池内圧が上昇した時に弁体が上方に膨くれ、端子
キャップに設けた切刃に接触した場合においても切刃部
を絶縁、皿状封口板の周縁立上がり部の内周側面及び底
面を絶縁処理、あるいは弁体自身の切刃当接面に絶縁体
を配することによりＰＴＣを介して電流が流れるため第
６図に示すような切刃と弁体の導通による電流ピークが
発生することはなくなる。いいかえれば電池の発熱も抑
制されるものである。また電池を多数直列接続して高出
力の状態で使用して、短絡などの異常事態が生じた場合
でも本考案のものは極めて安全な状態に電池を維持でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す電池の断面図、第２図は
従来品の構成を示す電池の断面図、第３図は本考案の封
口板を示す断面図、第４図は本考案の弁体を示す断面
図、第５図は本考案に係る構成の電池を短絡させた時の
実験結果を示すグラフ、第６図，第７図は従来構成の電
池を短絡させた時の実験結果を示すグラフである。 １……電池ケース、２……電極群、４……皿状封口板、
４ａ……底面部、４ｂ……弁孔、４ｃ……立上がり部、
５……弁体、６……スペーサ、７……ＰＴＣ、８……端
子キャップ、８ｂ……切刃、９……絶縁パッキング、１
０……放熱空間、１１，１２……絶縁体、１３……合成
樹脂フィルム、Ａ，Ｂ……封口板。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】正極と、軽金属負極と、有機電解質からな
   る発電要素を有し、皿状封口板の電池容器側へ突出した
   底面に弁孔をあけ、かつこの弁孔を封口板の内側から閉
   塞する弁体を弁体の上面に配したリング状スペーサを介
   して皿状封口板の周縁立上がり部を内方にカシメて固定
   した皿状封口板と、前記発電要素、ならびに内面中央部
   に切刃を有した端子キャップとの間に導電路の一部を形
   成するリング状の正温度係数抵抗装置（ＰＴＣ装置）を
   設けた封口板を封口部に備える有機電解質電池。
2. 【請求項２】請求項１においてＰＴＣ装置は、皿状封口
   板の周縁カシメ部に係止され、ＰＴＣ装置自体と皿状封
   口板リング状スペーサによって形成される空間部を有し
   ている有機電解質電池。
3. 【請求項３】請求項１において、端子キャップの切刃
   部、もしくは皿状封口板の立上がり部の内周側底面部の
   いずれか一方が絶縁体で被覆されている有機電解質電
   池。
4. 【請求項４】請求項１において、弁体材料として、金属
   薄板と合成樹脂フィルムのラミネートフィルムから構成
   され、合成樹脂フィルムの面を端子キャップに設けた切
   刃に対向するように載置した有機電解質電池。