JPH0637567Y2 - 非水液体活物質電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は防爆機能を具えた非水液体活物質電池に関す
る。

〔従来の技術〕

塩化チオニル−リチウム電池で代表されるような正極活
物質として塩化チオニル、塩化スルフリル、塩化ホスホ
リルなどのオキシハロゲン化物系液体を用い、負極にリ
チウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属を用
いる非水液体活物質電池では、正極活物質やアルカリ金
属などが水と非常に反応しやすいため、電池容器をハー
メチックシールにより封口する完全密封構造が採用され
ている。

このようなハーメチックシールを採用した非水液体活物
質電池では、密閉性が高く、貯蔵性に優れるという長所
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、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昇し
て電池が破裂し、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おそ
れがある。

そこで、同様に、密封構造をとるアルカリ電池に関して
提案されていような、電池容器の底部に十字状に溝を形
成して電池容器の底部に薄肉部を設けることによって電
池に防爆機能をそなえさせることが、この非水液体活物
質電池においても取り入れることが必要になる。

しかしながら、アルカリ電池において提案されている防
爆用の溝は、その断面形状がＶ字状で、その先端、つま
り溝底部を鋭利な状態にするか（例えば、実公昭58-173
32号公報）、あるいは断面Ｖ字状でその溝底部に0.1〜
0.2mmRの丸みをつけたものであり（例えば、実公昭58-2
6460号公報）、これらは、以下に詳述するように、溝形
成用のポンチの耐久性面や、防爆性能面から、非水液体
活物質電池には適用することができない。

すなわち、アルカリ電池で提案されている断面形状がＶ
字状で溝底部が鋭利な溝は、切欠効果は期待できるもの
の、プレス成形により溝を形成する際に、溝形成用のポ
ンチの先端部がすぐに損傷を受け、特に非水液体活物質
電池では、正極活物質の強い腐食性に耐えるために電池
容器にはステンレス鋼などの硬度の高い耐食性金属が使
用されているので、ポンチの損傷が増々激しくなり、ポ
ンチの耐久性面やポンチの損傷によるＶ字状溝の形状の
バラツキから工業的には到底採用することができない。
一方、断面形状がＶ字状で溝底部に丸みをつけたもの
は、ポンチの損傷は少なくなると考えられるが、このよ
うな溝底部に丸みをつけた場合は、単に薄肉にしたとい
う効果が発揮されるだけで、切欠効果などの付加的効果
がほとんど加わらないため、薄肉部の厚みをよほど薄く
しないかぎり、安全な圧力範囲内では薄肉部の破壊が生
じず、また、薄肉部の厚みを薄くすると、貯蔵中に薄肉
部が腐食を受けて電器機能が失われるおそれがある。

そのため、電池容器の底部に形成する溝の形状を底部が
平坦状になった断面倒立台形状にし、溝底部の端部に電
池の内部圧力による引張力と曲げによる引張力とが複合
してかかるようにし、薄肉部の厚さをある程度維持して
も、比較的低い圧力で、溝底部の端部から切裂破壊が生
じるようにして、電池に安全性の高い防爆機能を付与す
ることが開発され、本出願人によって既に特許出願され
ている（特願昭61−228760号）。

しかしながら、電池を使用する立場からは、薄肉部の厚
さをより厚く保った状態で、より低い圧力で安全性がよ
り確実に確保できる圧力範囲内で防爆機能を作動させた
いという要請がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

この考案は、上記従来製品が持っていた高温加熱下にさ
らされたり、高電圧で充電されたときに電池の内部圧力
が異常に上昇して電池破裂が生じ、大きな破裂音を発生
したり、電池内容物が周囲に飛び散って電池使用機器に
損傷を与えるおそれがあったという問題点を解決し、電
池容器の底部に形成される防爆用の薄肉部の厚さをある
程度厚く保っても、電池が内部圧力の異常上昇を起こし
そうな状況下に置かれたときに、その初期の比較的低い
圧力範囲内で電池容器の一部が確実に切裂破壊して、電
池破裂の原因となる電池内容物を電池外部に放出させて
高圧での電池破裂を防ぐという、安全性の高い防爆機能
を備えた非水液体活物質電池を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、電池容器の底部に形成する溝の形状を断面形
状がＷ状のＷの中央部分を両端部より低くしかつその先
端部を弧状とする形状にし、かつ上記溝の形成によって
電池容器の底部に設けられる防爆用の薄肉部を断面弧状
にすることによって、電池の内部圧力が上昇したとき
に、溝底部の端部に電池の内部圧力による引張力と曲げ
による引張力とがより鋭く複合してかかるようにし、よ
り低い圧力が溝底部の端部のところが大きく切裂破壊す
るようにして、薄肉部の厚みをある程度厚く保っても、
電池の内部圧力上昇初期の安全性が確保できる圧力範囲
内で防爆機能が作動するようにしたものである。

〔実施例〕

つぎに本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本考案において電池容器の底部に形成された
溝、防爆用の薄肉部およびその近傍の拡大断面図であ
り、第２図は本考案の電池に用いられる電池容器を倒立
させた状態で示すもので、第２図（ａ）はその平面図、
第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図
である。なお、第１図および第２図は電池容器を倒立さ
せた状態で示しているので、底部が上側にきており、第
２図（ａ）の平面図は電池容器の底部側から見た図であ
る。

電池容器１は、電池組立前は第２図に示すように有底円
筒状をしており（ただし、上記のように第２図は電池容
器を倒立させた状態で示しているので、底部２が上側に
きている）、その底部２の中央部の凸出部2aには、第２
図（ａ）に示すように平面形状が十字状の溝３が形成さ
れている。溝３は第１図に詳示するように、断面形状が
Ｗ状のＷの中央部分を両端部より低くしかつその先端部
を弧状とする形状（この断面形状がＷ状のＷの中央部分
を両端部より低くしかつその先端部を弧状とする形状と
いう表現は、溝底部3aが下側に配置したときの形状を表
現したものである）をしており、かつ上記溝３の形成に
より部分的に薄肉にされた部分、つまり溝３の形成によ
って電池容器１の底部２に設けられた防爆用の薄肉部４
は断面が弧状にされている。なお、本実施例では、リー
ド端子の取付位置の選定がしやすいように、第２図に示
すように、電池容器１の底部２の中央部に凸出部2aを設
けているので、溝３は該凸出部2aに形成されているが、
凸出部2aは必ずしも必要なものではなく、電池容器１の
底部２は平坦なものであってもよい。その場合、溝３は
電器容器１の平坦な底部２の中央部に形成すればよい
が、そのようにしても、凸出部2aに溝３を形成した場合
と比較して、特に防爆機能が低下するようなことはな
い。

この電池容器１は、例えば第４図に示すような塩化チオ
ニル−リチウム電池の組立に供されるが、電池組立後、
電池の内部圧力が上昇したとき、この断面形状がＷ状の
Ｗの中央部分を両端部より低くしかつその先端部を弧状
する形状の溝３を形成した電池容器１には、第３図に示
すように、電池の内部圧力P₁により、溝底部3aの端部3a
₁に内圧により引張力Paと曲げによる引張力Pbとが複合
してかかり、該溝底部3aの端部3a₁のところが大きく切
裂破壊するようになる。特に、溝３の断面形状がＷ状の
Ｗの中央部分を両端部より低くしかつその先端部を弧状
とする形状であり、しかも薄肉部４の断面形状が弧状を
しているので、電池に内圧がかかったときに、弧状をし
た薄肉部４の中央部が大きく変形するので、溝底部3aの
端部3a₁には内圧による引張力Paと曲げによる引張力Pb
とが、先に出願した断面倒立台形状の溝を設けた場合よ
りも、より鋭く集中してかかるようになり、断面倒立台
形状の溝を形成した場合よりも、より低い圧力で溝底部
3aの端部3a₁のところが大きく切裂破壊するようにな
る。

つぎの第１表は上記電池容器に空気圧を導入してその防
爆機能の作動試験を行ったものである。電池容器１の材
質は、ステンレス鋼で、その厚みは0.3mmである。溝３
は第１図に示すような断面形状がＷ状でＷの中央部分を
両端部より低くしかつその先端部を弧状とする形状で、
その溝形成角度θは60°であり、溝３の底部の幅Ｄ（た
だし水平方向の幅）は0.15mmである。薄肉部４は第１図
に示すように断面が弧状で、その中央部の下面高さｈは
50μｍであり、薄肉部４の厚みｔは80μｍである。この
電池容器を試料No.1とする。

比較のため、アルカリ電池で採用されているような底部
に丸みをつけた溝を形成した電池容器（試料No.2）につ
いても、防爆機能の作動試験を行った。この試料No.2の
電池容器の溝の形状は第７図に示すとおりであり、溝３
の形成角度θは90°で、先端には0.1mmRの丸みをつけ、
薄肉部４の厚みｔは80μｍである。

また、対照品として本出願人が先に出願した場合のよう
な断面倒立台形状の溝を形成した電池容器（試料No.3）
についても防爆機能の作動試験を行った。この試料No.3
の電池容器の溝とその近傍の形状は第６図に示すとおり
であり、溝３の形成角度θは60°で、溝３の底部3aの幅
Ｄは0.15mmであり、薄肉部４の厚みｔは80μｍである。

第１表に示すように、溝の断面形状をＷ状のＷの中央部
分を両端部より低くしかつその先端部を弧状とする形状
にし、薄肉部の断面形状を弧状にした試料No.1の電池容
器は、アルカリ電池に使用されているような先端に丸み
をつけた断面Ｖ字状の溝を形成した試料No.2の電池容器
に比べて防爆機能の作動圧力が低く、また、溝の断面形
状が倒立台形状で薄肉部が平坦な試料No.3の電池容器よ
りも防爆機能が低かった。この結果から、本考案におけ
るように溝の断面形状をＷ状のＷの中央部分を両端部よ
り低くしかつその先端部を弧状とする形状にし、薄肉部
の断面形状を弧状にすることによって、これまでのもの
より薄肉部を厚く保っても、より低い圧力、つまり安全
性がより確実に確保できる圧力範囲内で防爆機能を作動
させることができることがわかる。

第４図は上記第１〜２図に示す電池容器を用いて組み立
てた塩化チオニル−リチウム電池を示すもので、図中、
１は前述のような溝３および防爆用の薄肉部４を設けた
電池容器である。11はアルカリ金属よりなる負極で、本
実施例ではリチウム板を上記電池容器１の内周面に圧着
することにより形成されており、そのため、この電池で
は、電池容器１は負極端子としての機能を有している。
12はセパレータであり、このセパレータ12はガラス繊維
不織布からなり、円筒状をしていて、前記円筒状の負極
11と円柱状の正極13とを隔離している。正極13はアセチ
レンブラックを主成分とする炭素質で形成された炭素多
孔質成形体よりなり、14は正極集電体で、ステンレス鋼
棒よりなる。15は電池蓋で、ステンレス鋼で形成されて
いて、その立ち上がった外周部が電池容器１の開口端部
と溶接により接合され、電池蓋15の内周側には正極端子
17との間にガラス層16が介設されている。ガラス層16は
電池蓋15と正極端子17とを絶縁するとともに、その外周
面でその構成ガラス電池蓋15の内周面に融着し、その内
周面でその構成ガラスが正極端子17の外周面に融着し
て、電池蓋15と正極端子17との間をシールし、電池容器
１の開口部はいわゆるハーメチックシールにより封口さ
れている。正極端子17はステンレス鋼製で電池組立時は
パイプ状をしていて、電解液注入口として使用され、そ
の上端部を電解液注入後にその中空部内に挿入された正
極集電体14の上部と溶接して封止したものである。18は
電解液で、この電解液18は塩化チオニルに支持電解質と
して四塩化アルミニウムリチウムを1.2mol/l溶解したも
ので、塩化チオニルは上記のように電解液の溶媒である
と共に、この電池では正極活物質でもあり、正極13の表
面で、この塩化チオニルと負極11からイオン化して溶出
してきたリチウムイオンとが反応を起こす。そして、19
および20はそれぞれガラス繊維不織布からなる底部隔離
材と上部隔離材であり、21は電池内の上部に設けられた
空気室である。

上記電池を火中に投入し、電池が大きな破裂音を伴って
破裂するか否かを調べた結果を第２表に示す。たの電池
の電池容器は、その底部に前記のように断面形状がＷ状
のＷの中央部分を両端部より低くしかつその先端を弧状
とする形状の溝を形成し、薄肉部の断面形状を弧状にし
た試料No.1の電池容器である。また、比較のため、アル
カリ電池を使用されているような先端に丸みをつけた断
面略Ｖ字状の溝を形成した試料No.2の電池容器を用いた
ほかは上記と同様の構成で作製した電池（比較品）を火
中に投入し、電池が大きな破裂音を伴って破裂するか否
かを調べた結果も第２表に併せて記載する。供試個数は
いずれの電池も10個ずつであり、第２表中の火中破裂電
池個数における数値の分母は試験に供した電池個数を示
し、分子は火中に破裂が生じた電池個個を示す。

第２表に示すように、本考案の電池は、火中破裂を起こ
すものがまったくなく、安定した防爆機能を発揮した。

なお、本考案では、薄肉部の断面形状を弧状と表現した
が、この弧状とは、薄肉部の中央上面が凸出し、かつ薄
肉部の中央下面が凸出しているものであればよく、した
がって、この弧状という表現には例えば逆Ｖ字状や逆Ｕ
字状のような多少の変形形状も含むものである。

また、上記実施例では溝３の形成角度θを60°とし、薄
肉部４の幅Ｄを0.15mmとしたが、溝３の形成角度は一般
に50〜90°の範囲にするのが好ましく、また薄肉部４の
幅Ｄは一般に0.09〜0.5mmの範囲にするのが好ましい。
そして、薄肉部４の厚さｔは80μｍにしたが、薄肉部４
の厚さは一般に30〜100μｍの範囲にするのが好まし
い。特に本考案では、溝の形状を断面形状がＷ状のＷの
中央部分を両端部より低くしかつその先端部を弧状とす
る形状にし、薄肉部の断面形状を弧状にしたことによ
り、防爆機能の作動圧陸を低くすることができたので、
薄肉部の厚みを70〜100μｍ程度と厚くしても、安全性
の確保できる圧力範囲内で防爆機能を作動させることが
できるようになった。

また、上記実施例では、十字状の溝を形成した場合につ
いて説明したが、防爆機能上、溝としては複数本でそれ
らの溝が少なくとも１箇所で交わるものが好ましく、そ
の平面形状としては、実施例で示した十字状以外にも、
例えば第５図に示すように、Ｘ字状（第５図（ａ）参
照）、Ｙ字状（第５図（ｂ）参照）、アスタリスク
（＊）状（第５図（ｃ）参照）、Ｈ字状（第５図（ｄ）
参照）などがとり得る。特に電池に内圧がかかったとき
に電池容器の底部中心部の変形が最も大きくなるので、
電池容器の底部中心部に交点を持つ十字状、その変形で
あるＸ字状、Ｙ字状、アスタリスク状などが好ましい。
また、溝はその中間部が交わっていることは要求され
ず、Ｙ字状のごとく、溝の端部が交わっているものであ
ってもよい。そして、上記溝の形成によって電池容器の
底部に設けられる防爆用の薄肉部も、実施例に例示の十
字状のものに限られることなく、溝と同様の各種平面形
状がとり得る。

なお、本考案において、溝は複数本形成し、該複数本の
溝が少なくとも１箇所交わるようにするのが好ましいと
したのは、溝を複数本にして、それらの溝が交点を持つ
ようにしておくと、電池の内部圧力が該交点に集中して
かかるようになり、電池の内部圧力上昇に正確に対応し
て防爆機能が作動するようになるからである。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案では、電池容器の底部に、
断面形状がＷ状のＷの中央部分を両端部より低くしかつ
その先端部を弧状とする形状の溝を形成し、該溝の形成
により電池容器の底部に設けられる防爆用の薄肉部の断
面形状を弧状にすることによって、薄肉部の厚みをある
程度厚く保っても、低い、つまり安全性が確保できる圧
力範囲内で防爆機能が作動する安全性の高い非水液体活
物質電池を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の電池に用いられる電池容器の底部に形
成された溝、薄肉部およびその近傍の拡大断面図であ
る。第２図は本考案の電池に用いられる電池容器を倒立
させた状態で示すもので、第２図（ａ）はその平面図
で、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＸ−Ｘ線における断
面図である。第３図は第１図に示す電池容器の底部に電
池容器内部から圧力がかかったときの状態を示す部分拡
大断面図である。第４図は本考案の一実施例を示す塩化
チオニル−リチウム電池の断面図である。第５図は本考
案の電池に使用する電池容器の十字状溝以外の溝の平面
形状を概略的に例示するもので、上段はそれぞれの電池
容器の概略正面図で、下段はそれぞれの概略底面図であ
る。第６〜７図は本考案とは構成が異なる電池の電池容
器に形成された溝、薄肉部およびその近傍を示す拡大断
面図であり、第６図は溝が断面倒立台形状の場合を示
し、第７図はアルカリ電池で採用されているような溝が
断面Ｖ字状で先端に丸みを付けている場合を示す。 １…電池容器、２…底部、３…溝、４…薄肉部、11…負
極、12…セパレータ、13…正極、15…電池蓋、16…ガラ
ス層、18…電解液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 横山 賢一 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 渡辺 修 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】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オキシハロゲン化物系液
   体を用い、負極（11）にリチウム、ナトリウム、カリウ
   ムなどのアルカリ金属を用い、電池容器（１）をハーメ
   チックシールにより封口する非水液体活物質電池におい
   て、電池容器（１）の底部（２）に断面形状がＷ状のＷ
   の中央部分を両端部より低くしかつその先端部を弧状と
   する形状の溝（３）を形成し、該溝（３）の形成により
   電池容器（１）の底部（２）に防爆用の薄肉部（４）を
   設け、該薄肉部（４）の断面形状を弧状にしたことを特
   徴とする非水液体活物質電池。