JPH0650940Y2 - 防爆形リチウム電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この考案はリチウム電池の防爆構造に関し、特に防爆機
構の実用温度域を拡げ、確実な破断特性を得られるよう
にするとともに、高温貯蔵時における耐漏液性能を向上
できるようにした構造に関する。

《従来の技術》 一般にリチウム電池は電気的エネルギー密度が高い分だ
け誤使用などによる内部短絡を原因とする破裂の危険性
が高い。

そこで、この種の電池には防爆構造が採用されており、
例えば実開昭56-26863号公報に示すように、弁孔を開口
した封口板およびガス抜き孔を開口した端子板の間にダ
イアフラムを挟持し、前記封口板の周縁を端子板周縁に
カシメ付け、かつ前記ガス抜き孔から切り起こしによっ
て突設された切刃を前記ダイアフラムに対向させた状態
とし、この組立体を封口ガスケットを介して電池ケース
の開口部に気密にカシメ付けた構造が採用されている。

そして、この構造によれば、ケース内部の発電要素が内
部短絡を生ずるなどして内部にガスが発生し、内圧が急
速に高まると前記ダイアフラムが膨脹し、切刃がこれを
突き破ることによって内部のガスを前記ガス抜き孔を通
じて外部に放出し、安全性が保たれるようになってい
る。

しかしながらこの構成からなる防爆構造にあっては、以
下の問題があった。

《考案が解決しようとする課題》 すなわち、前記ダイアフラムは金属薄板と合成樹脂製薄
板の複合部材であって、これを端子板周縁の下面と封口
板周縁の上面との間に狭持することによって端子板の周
縁と封口板の間のシール性を確保するようにしている
が、前記合成樹脂製薄板の材質は、ポリエチレン，ポリ
プロピレンが用いられており、耐熱性、耐久性の点で不
十分であった。

つまり、ポリエチレンおよびポリプロピレンはその軟化
点の制限から、高温域では60℃が実用域であり、しかも
ダイアフラムとして用いられている合成樹脂薄板の厚み
は薄いため、この範囲の上限を越えた温度域で使用する
と、その影響を強く受け、軟化によって所定圧力に達し
ても作動しないか、その逆に所定圧力に到達する以前に
作動してしまうなどの作業不良が発生していた。

また、以上の金属薄板と合成樹脂素材の複合部材を用い
たダイヤフラムでは、カシメ時の締め付け圧力が高い
と、変形が生ずることがあり、このためカシメ圧力を減
ずると、耐漏液性が低下し、内部抵抗が増大するなど、
電池の保存性能にも悪影響を及ぼしていた。

すなわち、この種のダイアフラムを対漏液性を確保する
上で十分な挟持圧で封口板にカシメ付けた場合には、第
５図（ａ），（ｂ）に示すようにダイヤフラムＤの周縁
のカシメ部分ａより内側ｂに皺がより、伸びが発生す
る。この結果、ダイアフラムに対向する切刃との位置関
係が設計時と変り、またダイアフラム全体の伸びもあっ
て、所定圧で防爆機構が作動しない欠点が生じていた。

この考案は以上の問題を解決するものであって、ダイア
フラムとしてセロハンと金属薄板の組み合わせを採用す
ることによって、電池の保存性能を向上させ、内圧が所
定の圧力に到達した時点で確実に破断動作が行われるよ
うにした、高温側での実用温度域の広い防爆形リチウム
電池を提供することを目的とするものである。

《課題を解決するための手段》 前記目的を達成するために、この考案は、中央に弁孔を
穿設した封口板と、ガス抜き孔を設けた端子板により形
成された弁室内に、前記弁孔を常時閉塞するとともに、
前記ガス抜き孔に突設された切刃に対向するダイアフラ
ムと、電池ケースの開口部内周にカシメ付けられ、かつ
前記封口板および端子板の周縁を気密に抱持する封口ガ
スケットとを備えた防爆形リチウム電池において、前記
ダイアフラムは、金属薄板とセロハンとからなる複合部
材で構成されていることを特徴とする。

《作用》 電池内部のガス圧力が高まると、ダイアフラムが膨脹
し、切刃を突破り、内部のガスを放出することは従来と
同様であるが、前記ダイアフラムを構成する複合部材中
のセロハンは高温での熱的安定性に優れ、高温での作動
時における信頼性が向上する。また、セロハンの破断性
は温度条件如何にかかわらず、従来の合成樹脂に比べて
良好であり、動作安定性に富む。

さらに、セロハンは耐漏液性を確保するのに十分な挟持
圧でカシメ付けたとしても変形が生じないので、カシメ
付け作業後の切刃との位置関係は設計当初と同一とな
る。

《実施例》 以下、この考案の一実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図、第２図はこの考案に係る防爆形リチウム電池の
要部を示す断面図である。

図において、１は内部に発電要素（図示省略）を充填す
るとともに、上部開口した円筒型の金属外装缶、２は前
記金属外装缶１の開口内周部に封口ガスケット３を介し
て固定された皿状端子板である。

この端子板２の下部には中央に弁孔4aを開口形成した金
属板からなる封口板４が配置され、両者の間に所定空間
の弁室Ｂを形成しているとともに、前記弁孔4aは封口坂
４の上面に積層配置されたダイアフラム５により気密に
閉止されている。

前記端子板２は、凸部2aと、凸部2aの周縁に平板状に形
成されたフランジ部2bとからなっていて、凸部2aの周縁
の複数箇所にガス抜き孔2cを開口するとともに、このガ
ス抜き孔2cの内側に切刃2dを切起こし成形したものであ
り、この各切刃2dの先端は前記ダイアフラム５の中央部
周縁に対向している。

前記封口ガスケット３はポリプロピレン，ポリエチレン
等から構成されており、リング状のカシメ部3aと、カシ
メ部3aの下部にあって、前記封口板４を支持する中央が
開口した指示プレート部3b及びこの支持プレート部3bの
下部周縁にリング状に延在する区画壁3cを備えており、
支持プレート部3b上に封口板４及び端子板２を積層した
状態でこれを外装缶１に嵌合し、外装缶１の外周をカシ
メ付けることでその外周及び内周部を気密に封止するよ
うになっている。

前記封口板４は、前記弁孔4aの上部周縁及び外周部4bで
一段高くなるように折曲されており、この構造により前
記ダイアフラム５を浮かした状態で周縁をカシメ付け固
定している。

前記ダイアフラム５は、前記封口板４の弁孔4aの周縁及
び外周部4bに直接接触した状態で配置されたセロハン６
と、セロハン６の上面に密着状態に積層されたアルミニ
ウムなどの金属薄板７とからなる複合部材、または、そ
の上面にさらにセロハンを密着状態に積層してなる複合
部材であり、その周縁はリング状ガスケット８を介して
前記封口板４の周縁部内側にカシメ付け固定されてい
る。

前記複合部材中のセロハン６としては、当然のことなが
ら水蒸気などの透過性のない防湿形のセロハンが用いら
れる。

そして、前記セロハン６には融点はなく、約190℃で炭
化するのに対して、従来のダイアフラムとして用いられ
ている合成樹脂、すなわちポリエチレンの融点は105〜1
15℃であり、またポリプロピレンの融点はこれよりやや
高く160〜170℃であるものの、軟化点はやや低く150℃
前後である。

また、前記金属薄板７はセロハン６の背面をバックアッ
プし、所定の強度に保持する機能をもっている。

したがって、複合部材中の樹脂素材として、セロハン６
を用いることによって使用温度の上限を引き上げること
ができ、また温度上昇に伴なう軟化もないので、高温域
での破断状態が安定することになる。

また、セロハン６は破断圧力に対して安定性があり、所
定の圧力範囲で確実に破断される特性もあり、後述の第
４図のグラフに示すように破断圧力分布が従来に比べて
小さくなる。

さらに、従来のポリエチレン，ポリプロピレンがカシメ
時の締め付け強度を増すために圧縮強度を大としたり、
成形品形状を大きく変えて圧縮したりすると、伸びなど
の変形が起りやすかったのに対して、セロハン６はこの
種の締め付けによる変形がなく、したがって、締め付け
強度を増したとしても切刃2dとの位置関係に狂いが生ず
ることがなく、設計当初の状態を維持できる。

また、その結果、耐漏液性が向上し、保存性能が向上す
る。

以上の構成のリチウム電池では、内部のガス圧力が高ま
ると、その圧力は弁孔4aを通じてダイアフラム５に直接
作用し、この結果、前記ダイアフラム５は、周縁部を基
点に上方に膨張する。この膨張によって前記各切刃2dは
ダイアフラム５を突き破り、第２図に示すように、切刃
2dの数に応じた破口が複数箇所生じ、この破口からガス
が前記ガス抜き孔2cを通じて外部に放出されることにな
る。

なお、以上の構成の防爆形リチウム電池と従来構造（ダ
イアフラムにポリプロピレンとアルミ板を用いたもの）
のリルウム電池の60℃高温保存時における漏液個数及び
内部抵抗を調べたところ、以下の表１及び第３図のグラ
フに示す結果が得られた。なお、試験に用いた電池はCR
6・Ｈである。

また、作動不良数の温度依存性を50個の電池に付いて比
較した結果、以下の表２に示す結果が得られた。

この結果から、セロハンは高温特性が良好で、従来より
作動不良数を低下できることが容易に理解できる。

さらに、第３図のグラフからは、本考案のダイアフラム
を用いた電池の内部抵抗の増加率は極めて少ないのに対
し、従来品では増加率が高く、本考案のダイアフラムの
シール性が高いことを示している。

同様にして、防爆機構を確実に作動させるためのカシメ
圧力を加えたときの50日および100日保存後の漏液個数
を調べた結果、以下の表３に示す結果が得られた。

以上の結果は、セロハンを用いた場合、耐漏液性を維持
するのに十分な挟持圧でカシメても、ダイアフラムそれ
自体の変形がないからであって、従来品に比べて十部な
カシメ圧力で固定できるためである。そして、このこと
は、本考案のダイアフラムのシール効果が充分にあるこ
とを示唆するものである。

次に、第４図あ本考案のダイアフラムを用いた場合と、
従来の合成樹脂素材（ポリプロピレン）からなるダイア
フラムを用いた場合の温度20℃における動作圧と破断個
数の関係を示すものであって、作動圧30kg/cm²における
破断個数を最大値としたばらつきが、従来のものの場合
には20〜40kg/cm²とかなり拡がっているのに対し、本考
案では25〜35kg/cm²と、確実に作動のばらつきが小さな
ものとなっている。

そして、以上の結果は本考案のダイアフラムを構成する
素材であるセロアンの破断性が良好なことを示唆するも
のである。

《考案の効果》 以上実施例により詳細に説明したようにこの考案による
防爆形リチウム電池によれば以下の効果がある。

金属薄板とセロハンとの組み合わせにより、前記表及び
グラフに示す結果からも明らかなように漏液の発生率や
内部抵抗の増加率を減少でき、電池の保存性能の向上を
図ることができ、しかも破断圧力のばらつきが小さく、
安定した破断性能を得ることができる。

また、この考案では、高温における防爆機構の実用温度
域を従来より拡げることができる。

さらに、セロハンは耐漏液性を確保するのに十分な挟持
圧でカシメ付けたとしても変形が生じないので、カシメ
付け作業後の切刃との位置関係は設計当初と同一であ
り、精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による防爆形リチウム電池の要部を示
す断面図、第２図は同リチウム電池のガス抜き状態を示
す要部断面図、第３図は従来の防爆構造を備えたリチウ
ム電池と本考案のリチウム電池の保存日数と内部抵抗と
の関係を比較したグラフ、第４図は従来の防爆構造を備
えたリチウム電池と本考案のリチウム電池の破断圧力と
破断個数の関係を比較したグラフ、第５図は従来の合成
樹脂素材を用いたダイアフラムを所定の挟持圧でカシメ
た場合における変形を示す説明図である。 １……外装缶（ケース）、２……皿状端子板 2c……ガス抜き孔、2d……切刃 ３……封口ガスケット、４……封口板 ５……ダイアフラム、６……セロハン ７……金属薄板

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中央に弁孔を穿設した封口板と、ガス抜き
   孔を設けた端子板により形成された弁室内に、前記弁孔
   を常時閉塞するとともに、前記ガス抜き孔に突設された
   切刃に対向するダイアフラムと、電池ケースの開口部内
   周にカシメ付けられ、かつ前記封口板および端子板の周
   縁を気密に抱持する封口ガスケットとを備えた防爆形リ
   チウム電池において： 前記ダイアフラムは、金属薄板とセロハンとからなる複
   合部材で構成されていることを特徴とする防爆形リチウ
   ム電池。