JPH07105216B2 - 非水液体活物質電池 - Google Patents
非水液体活物質電池Info
- Publication number
- JPH07105216B2 JPH07105216B2 JP62123142A JP12314287A JPH07105216B2 JP H07105216 B2 JPH07105216 B2 JP H07105216B2 JP 62123142 A JP62123142 A JP 62123142A JP 12314287 A JP12314287 A JP 12314287A JP H07105216 B2 JPH07105216 B2 JP H07105216B2
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- JP
- Japan
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- battery
- explosion
- volume
- air chamber
- groove
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- Expired - Lifetime
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
- H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
- Primary Cells (AREA)
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非水液体活物質に関する。
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閉構造が採用されている。
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閉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。
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、同様に密閉構造をとるアルカリ電池に関して提
案されているような、電池容器の底部に十字状に溝を形
成することによって電池に防爆機能を備えさせること
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。
案されているような、電池容器の底部に十字状に溝を形
成することによって電池に防爆機能を備えさせること
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58−17
332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−
26460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。
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58−17
332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−
26460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の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
が腐食を受けて電池機能が失われるおそれがある。
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の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
が腐食を受けて電池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備えさ
せることが開発され、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）。
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備えさ
せることが開発され、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、防爆機能が作動する要因として重要なこ
とは、高温時に電池内の空気室に加わる圧力であり、単
に防爆用の溝の形状や薄肉部の厚さを考慮するだけでは
必ずしも充分な防爆機能が得られない。
とは、高温時に電池内の空気室に加わる圧力であり、単
に防爆用の溝の形状や薄肉部の厚さを考慮するだけでは
必ずしも充分な防爆機能が得られない。
例えば塩化チオニルを正極活物質として用いた場合、塩
化チオニルの蒸気圧は高温においては水と大差ないが、
体積膨張率が１×10-3deg-1で水の体積膨張率0.207×10
-3deg-1よりも５倍近く大きい。そのため、電池が高温
下にさらされ、塩化チオニルが体積膨張すると、空気の
分圧と塩化チオニルの蒸気圧の和で表される空気室内の
圧力上昇は、電池作製時に設定される空気室の体積によ
って大きく異なり、またアルカリ電池などの水溶液系電
解液を用いる電池での内圧上昇よりも急激である。した
がって、上記空気室の体積が適正でないと、通常の使用
条件下でも防爆機能が作動して、電池機能が喪失される
おそれがある。
化チオニルの蒸気圧は高温においては水と大差ないが、
体積膨張率が１×10-3deg-1で水の体積膨張率0.207×10
-3deg-1よりも５倍近く大きい。そのため、電池が高温
下にさらされ、塩化チオニルが体積膨張すると、空気の
分圧と塩化チオニルの蒸気圧の和で表される空気室内の
圧力上昇は、電池作製時に設定される空気室の体積によ
って大きく異なり、またアルカリ電池などの水溶液系電
解液を用いる電池での内圧上昇よりも急激である。した
がって、上記空気室の体積が適正でないと、通常の使用
条件下でも防爆機能が作動して、電池機能が喪失される
おそれがある。
この発明は、上記従来技術では電池に安全性の高い防爆
機能を付与することができなかったり、あるいは通常使
用条件下でも防爆機能が作動して電池機能が喪失される
ことがあったという問題点を解決し、通常の使用条件下
では防爆機能の作動がなく、かつ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。
機能を付与することができなかったり、あるいは通常使
用条件下でも防爆機能が作動して電池機能が喪失される
ことがあったという問題点を解決し、通常の使用条件下
では防爆機能の作動がなく、かつ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。
本発明は、空気室の体積と空気室内の圧力との関係を検
討して、空気室の体積を全電池内容積の7.5％〜15％に
特定し、かつ防爆用の薄肉部の厚みならびに該薄肉部形
成のための溝形状を特定することによって、通常使用条
件下での防爆機能の作動を防止しつつ、安全性の高い防
爆機能を電池に付与したものである。
討して、空気室の体積を全電池内容積の7.5％〜15％に
特定し、かつ防爆用の薄肉部の厚みならびに該薄肉部形
成のための溝形状を特定することによって、通常使用条
件下での防爆機能の作動を防止しつつ、安全性の高い防
爆機能を電池に付与したものである。
本発明において、電池内の空気室の体積を全電池内容積
の7.5〜15％に特定したのは、次のような実験結果に基
づくものである。
の7.5〜15％に特定したのは、次のような実験結果に基
づくものである。
第４図は、外径14mm、高さ52mmの単３形の塩化チオニル
−リチウム電池について空気室の体積を変化させたとき
の空気室の内圧と温度との関係を示したものである。電
池については、後に第１図に基づいて詳しく説明する
が、この電池内の上部には空気室21が設けられている。
−リチウム電池について空気室の体積を変化させたとき
の空気室の内圧と温度との関係を示したものである。電
池については、後に第１図に基づいて詳しく説明する
が、この電池内の上部には空気室21が設けられている。
この第４図には、電池の空気室の体積を400μ、450μ
、500μ、550μ、600μ、700μ、750μ、8
00μ、850μ、900μと変化させたときのそれぞれ
の空気室内の圧力と温度との関係が示されているが、空
気室の体積が増加するにしたがって同じ圧力に達する温
度が高くなっている。したがって、この第４図から、防
爆用の薄肉部の厚みを規制してある一定圧力で防爆機能
が作動するように設定しても、空気室の体積が変化する
と作動温度が大きく変わってしまうことがわかる。
、500μ、550μ、600μ、700μ、750μ、8
00μ、850μ、900μと変化させたときのそれぞれ
の空気室内の圧力と温度との関係が示されているが、空
気室の体積が増加するにしたがって同じ圧力に達する温
度が高くなっている。したがって、この第４図から、防
爆用の薄肉部の厚みを規制してある一定圧力で防爆機能
が作動するように設定しても、空気室の体積が変化する
と作動温度が大きく変わってしまうことがわかる。
例えば空気室の体積が400μの場合、120℃での空気室
の内圧は300kg/cm2に達し、電池容器の破裂する圧力が2
00〜300kg/cm2であることを考慮すると（この電池では
封口部分は強力につくられているので、防爆機能を備え
ていない場合、電池破裂は電池容器の破裂によって生じ
る）、120℃以下で防爆機能を作動させるように設定し
なければならない。しかし、120℃は、この電池の特性
上、つまり、この電池が他の電池に比べてより高温での
使用が可能であるという特性上、通常の使用条件下でも
かかり得る温度であり、120℃以下で防爆機能が作動す
ることは好ましくない。しかし、空気室の体積が450μ
になると、120℃における内圧は15kg/cm2程度にな
り、この程度の圧力で防爆機能が作動するように設定す
れば、通常使用条件下で防爆機能が作動して電池機能が
喪失されることはなくなる。なお、電池の20℃における
内圧は1.3kg/cm2程度であり、また100℃における内圧は
３〜4kg/cm2である。
の内圧は300kg/cm2に達し、電池容器の破裂する圧力が2
00〜300kg/cm2であることを考慮すると（この電池では
封口部分は強力につくられているので、防爆機能を備え
ていない場合、電池破裂は電池容器の破裂によって生じ
る）、120℃以下で防爆機能を作動させるように設定し
なければならない。しかし、120℃は、この電池の特性
上、つまり、この電池が他の電池に比べてより高温での
使用が可能であるという特性上、通常の使用条件下でも
かかり得る温度であり、120℃以下で防爆機能が作動す
ることは好ましくない。しかし、空気室の体積が450μ
になると、120℃における内圧は15kg/cm2程度にな
り、この程度の圧力で防爆機能が作動するように設定す
れば、通常使用条件下で防爆機能が作動して電池機能が
喪失されることはなくなる。なお、電池の20℃における
内圧は1.3kg/cm2程度であり、また100℃における内圧は
３〜4kg/cm2である。
第５図は、この電池の空気室の体積と充填され得る負極
（リチウム）の電気量および放電で得られる電気量の関
係を示したものである。
（リチウム）の電気量および放電で得られる電気量の関
係を示したものである。
第５図の横軸は電池の空気室の体積を示し、縦軸は電気
量を示し、第５図中の実線は負極の充填電気量、点線は
放電電気量を示す。この電池では放電電気量は負極の充
填電気量の約93％に相当する。
量を示し、第５図中の実線は負極の充填電気量、点線は
放電電気量を示す。この電池では放電電気量は負極の充
填電気量の約93％に相当する。
この単３形の塩化チオニル−リチウム電池に対しては、
ユーザー（使用者）から2000mAh以上の放電電気量を保
持することが要求されている。したがって、2000mAh以
上の放電電気量を確保しようとすれば、空気室の体積は
この第５図から900μ以下にする必要がある。
ユーザー（使用者）から2000mAh以上の放電電気量を保
持することが要求されている。したがって、2000mAh以
上の放電電気量を確保しようとすれば、空気室の体積は
この第５図から900μ以下にする必要がある。
以上の状況から、適当な空気室の体積は450〜900μで
あると考えられる。この電池の全電池内容積が6mlであ
ることから、この450〜900μという空気室体積は全電
池内容積の7.5〜15％に相当する。
あると考えられる。この電池の全電池内容積が6mlであ
ることから、この450〜900μという空気室体積は全電
池内容積の7.5〜15％に相当する。
次に防爆機能が作動する圧力について検討すると、上記
の空気室体積の下限である450μの場合、120℃以上で
防爆機能が作動するようにしようとすれば、第４図から
作動圧力を15kg/cm2程度にすればよいが、より安全性を
高めるためには作動圧力を20kg/cm2以上に設定すること
が好ましい。したがって防爆機能が作動する圧力範囲と
しては20〜200kg/cm2が適当であると考えられる。
の空気室体積の下限である450μの場合、120℃以上で
防爆機能が作動するようにしようとすれば、第４図から
作動圧力を15kg/cm2程度にすればよいが、より安全性を
高めるためには作動圧力を20kg/cm2以上に設定すること
が好ましい。したがって防爆機能が作動する圧力範囲と
しては20〜200kg/cm2が適当であると考えられる。
次に防爆機能を上記のような圧力範囲で作動させるに
は、防爆用の薄肉部をどの程度の厚みにするのが適当か
問題になってくる。
は、防爆用の薄肉部をどの程度の厚みにするのが適当か
問題になってくる。
第６図は、第２〜３図に示すように電池容器１の底部２
に十字状の溝３を形成することによって薄肉部４を形成
し、この防爆用の薄肉部４を有する電池容器にその内部
側から外部側に向けて圧力をかけたときの薄肉部の厚み
と薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動するときの圧力
との関係を示すものである。
に十字状の溝３を形成することによって薄肉部４を形成
し、この防爆用の薄肉部４を有する電池容器にその内部
側から外部側に向けて圧力をかけたときの薄肉部の厚み
と薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動するときの圧力
との関係を示すものである。
第６図の横軸は防爆用の薄肉部の厚みを示し、縦軸は防
爆機能の作動圧力を示すが、この第６図に示されるよう
に、薄肉部の厚みが45μｍで作動圧力が20kg/cm2とな
り、薄肉部の厚みが120μｍで作動圧力が200kg/cm2とな
ることより、20〜200kg/cm2の圧力で防爆機能を作動さ
せるには、薄肉部の厚みを45〜120μｍとするのが適当
である。また、防爆機能をより好ましい範囲、つまり50
〜100kg/cm2程度で作動させるには、薄肉部の厚みは60
〜90μｍとするのが好ましい。
爆機能の作動圧力を示すが、この第６図に示されるよう
に、薄肉部の厚みが45μｍで作動圧力が20kg/cm2とな
り、薄肉部の厚みが120μｍで作動圧力が200kg/cm2とな
ることより、20〜200kg/cm2の圧力で防爆機能を作動さ
せるには、薄肉部の厚みを45〜120μｍとするのが適当
である。また、防爆機能をより好ましい範囲、つまり50
〜100kg/cm2程度で作動させるには、薄肉部の厚みは60
〜90μｍとするのが好ましい。
上記知見を参考にしつつ、防爆用の薄肉部の厚さを30μ
ｍ、45μｍ、70μｍ、120μｍおよび150μｍと変えて電
池容器を作製した。
ｍ、45μｍ、70μｍ、120μｍおよび150μｍと変えて電
池容器を作製した。
以上の５種類の電池容器を用い、空気室の体積が400μ
、450μ、650μ、900μおよび950μの塩化チ
オニル−リチウム電池を作製した。
、450μ、650μ、900μおよび950μの塩化チ
オニル−リチウム電池を作製した。
上記電池の構造は第１図に示す通りである。電池の各構
成部材について説明すると次の通りである。
成部材について説明すると次の通りである。
１は電池容器であり、この電池容器１の底部２には、第
２〜３図に詳示するように、電池に防爆機能を付与する
ための溝３が形成され、該溝３の形成により電池容器１
の底部２は部分的に薄肉にされ、防爆用の薄肉部４が形
成されている。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とを絶縁すると共に、その外周面
でその構成ガラスが電池蓋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
しての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からイオン化したリ
チウムイオンとが反応を起こす。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
る。21は電池内の上部に設けられた空気室であり、この
空気室21の体積は前記のように電池によって400μ、4
50μ、650μ、900μおよび950μに変えられて
いる。
２〜３図に詳示するように、電池に防爆機能を付与する
ための溝３が形成され、該溝３の形成により電池容器１
の底部２は部分的に薄肉にされ、防爆用の薄肉部４が形
成されている。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とを絶縁すると共に、その外周面
でその構成ガラスが電池蓋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
しての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からイオン化したリ
チウムイオンとが反応を起こす。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
る。21は電池内の上部に設けられた空気室であり、この
空気室21の体積は前記のように電池によって400μ、4
50μ、650μ、900μおよび950μに変えられて
いる。
電池容器１は、厚さ0.3mmのステンレス鋼板から作製さ
れ、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、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３図
に詳示するように、断面形状が底部3aが平坦な倒立台形
状（ で、この倒立台形状という表現は、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、溝形成角度θは60゜にされている。４は薄肉部で、
この薄肉部４は上記溝３の形成によって電池容器１の底
部２に十字状に設けられたものであり、薄肉部４の幅Ｗ
は0.15mmで、その厚みｔは前記のように電池容器によっ
て30μｍ、45μｍ、70μｍ、120μｍ、150μｍに変えら
れている。なお、本実施例では、リード端子の取付がし
やすいように、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は電池容器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。
れ、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、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３図
に詳示するように、断面形状が底部3aが平坦な倒立台形
状（ で、この倒立台形状という表現は、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、溝形成角度θは60゜にされている。４は薄肉部で、
この薄肉部４は上記溝３の形成によって電池容器１の底
部２に十字状に設けられたものであり、薄肉部４の幅Ｗ
は0.15mmで、その厚みｔは前記のように電池容器によっ
て30μｍ、45μｍ、70μｍ、120μｍ、150μｍに変えら
れている。なお、本実施例では、リード端子の取付がし
やすいように、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は電池容器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。
これらの電池を室温から500℃まで毎分20℃の昇温速度
で加温し、防爆機能の作動状況を調べた。その結果を第
１表に示す。第１表中の×印は防爆機能が作動せずに電
池が破裂に至ったことを示し、△印は120℃以下の温度
で防爆機能が作動したことを示す。また、○印は120℃
を超えてから防爆機能が作動したことを示す。
で加温し、防爆機能の作動状況を調べた。その結果を第
１表に示す。第１表中の×印は防爆機能が作動せずに電
池が破裂に至ったことを示し、△印は120℃以下の温度
で防爆機能が作動したことを示す。また、○印は120℃
を超えてから防爆機能が作動したことを示す。
第１表に示すように、薄肉部の厚みを150μｍにした電
池は、いずれも、防爆機能が作動せずに、電池容器の側
部が裂けた形で電池が破裂した。これは、第６図に示す
防爆機能の作動試験結果から推定されるように、防爆機
能が300kg/cm2以上で作動するために、電池容器底部に
設けた薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動する前に電
池破裂が生じるためであると考えられる。また、防爆用
の薄肉部の厚みを30μｍにした電池は、空気室の体積が
900μ以下の場合は120℃以下の温度で防爆機能が作動
した。これは防爆用の薄肉部の厚みが薄いために内圧が
比較的低い状態で薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動
してしまうためであると考えられる。また空気室の体積
が400μの電池も120℃以下の温度で防爆機能が作動し
た。これは第４図からもわかるように内圧が120℃以下
で非常に大きくなるためであると考えられる。これに対
し、防爆用薄肉部の厚みが45〜120μｍで空気室の体積
が450〜900μの範囲、つまり、全電池内容積が6mlで
あることから、空気室の体積が全電池内容積の7.5〜15
％の範囲では、いずれも防爆機能が120℃を超える温度
で作動した。ちなみに、薄肉部の厚みが45μｍで、空気
室の体積が45μの場合は、防爆機能の作動温度は約12
5℃で、そのときの圧力は第４図から約30kg/cm2である
と推定される。また、薄肉部の厚みが120μｍで、空気
室の体積が900μの場合は、防爆機能の作動温度は約2
58℃で、そのときの圧力は第４図から約180kg/cm2と推
定される。
池は、いずれも、防爆機能が作動せずに、電池容器の側
部が裂けた形で電池が破裂した。これは、第６図に示す
防爆機能の作動試験結果から推定されるように、防爆機
能が300kg/cm2以上で作動するために、電池容器底部に
設けた薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動する前に電
池破裂が生じるためであると考えられる。また、防爆用
の薄肉部の厚みを30μｍにした電池は、空気室の体積が
900μ以下の場合は120℃以下の温度で防爆機能が作動
した。これは防爆用の薄肉部の厚みが薄いために内圧が
比較的低い状態で薄肉部が切裂破壊して防爆機能が作動
してしまうためであると考えられる。また空気室の体積
が400μの電池も120℃以下の温度で防爆機能が作動し
た。これは第４図からもわかるように内圧が120℃以下
で非常に大きくなるためであると考えられる。これに対
し、防爆用薄肉部の厚みが45〜120μｍで空気室の体積
が450〜900μの範囲、つまり、全電池内容積が6mlで
あることから、空気室の体積が全電池内容積の7.5〜15
％の範囲では、いずれも防爆機能が120℃を超える温度
で作動した。ちなみに、薄肉部の厚みが45μｍで、空気
室の体積が45μの場合は、防爆機能の作動温度は約12
5℃で、そのときの圧力は第４図から約30kg/cm2である
と推定される。また、薄肉部の厚みが120μｍで、空気
室の体積が900μの場合は、防爆機能の作動温度は約2
58℃で、そのときの圧力は第４図から約180kg/cm2と推
定される。
なお、上記実施例では溝３の形成角度θを60゜とし、薄
肉部の幅Ｗを0.15mmとしたが、溝３の形成角度θは一般
に50〜80゜の範囲にするのが好ましく、また薄肉部４の
幅Ｗは一般に0.09〜0.5mmの範囲にするのが好ましい。
肉部の幅Ｗを0.15mmとしたが、溝３の形成角度θは一般
に50〜80゜の範囲にするのが好ましく、また薄肉部４の
幅Ｗは一般に0.09〜0.5mmの範囲にするのが好ましい。
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、溝としては複数本でそれらの溝が少な
くとも１箇所で交わるものであればよく、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７
図に示すように、Ｘ字状（第７図（ａ）参照）、Ｙ字状
（第７図（ｂ）参照）、アスタリスク（＊）状（第７図
（ｃ）参照）、Ｈ字状（第７図（ｄ）参照）などがあげ
られる。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
中間部で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。
いて説明したが、溝としては複数本でそれらの溝が少な
くとも１箇所で交わるものであればよく、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７
図に示すように、Ｘ字状（第７図（ａ）参照）、Ｙ字状
（第７図（ｂ）参照）、アスタリスク（＊）状（第７図
（ｃ）参照）、Ｈ字状（第７図（ｄ）参照）などがあげ
られる。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
中間部で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、本発明においては、溝は複数本形成し、該複数本
の溝が少なくとも１箇所交わるようにしているが、これ
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。
の溝が少なくとも１箇所交わるようにしているが、これ
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。
以上説明したように、本発明では、電池容器の底部に、
底部が平坦な断面倒立台形状の溝を形成し、該溝の形成
により設けられる防爆用の薄肉部の厚みを45〜120μ
ｍ、電池内の空気室の体積を全電池内容積の7.5〜15％
にすることによって、通常使用条件下での防爆機能の作
動がなく、かつ安全に作動する防爆機能を備えた非水液
体活物質電池を提供することができた。
底部が平坦な断面倒立台形状の溝を形成し、該溝の形成
により設けられる防爆用の薄肉部の厚みを45〜120μ
ｍ、電池内の空気室の体積を全電池内容積の7.5〜15％
にすることによって、通常使用条件下での防爆機能の作
動がなく、かつ安全に作動する防爆機能を備えた非水液
体活物質電池を提供することができた。
第１図は本発明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２図は第１図に示す電池に用
いられた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図は本発明にお
いて電池容器の底部に設けられた溝とその近傍の拡大断
面図である。第４図は単３形の塩化チオニル−リチウム
電池における空気室の体積を変化させたときの空気室の
内圧と温度との関係を示す図である。第５図は単３形の
塩化チオニル−リチウム電池の空気室の体積と負極の充
填電気量および放電電気量との関係を示す図である。第
６図は溝の形成により防爆用の薄肉部を設けた電池容器
の防爆用の薄肉部の厚みと防爆機能の作動圧力との関係
を示す図である。第７図は本発明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。 １……電池容器、２……底部、３……溝、 3a……溝の底部、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、21……空気室
ム電池の断面図である。第２図は第１図に示す電池に用
いられた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図は本発明にお
いて電池容器の底部に設けられた溝とその近傍の拡大断
面図である。第４図は単３形の塩化チオニル−リチウム
電池における空気室の体積を変化させたときの空気室の
内圧と温度との関係を示す図である。第５図は単３形の
塩化チオニル−リチウム電池の空気室の体積と負極の充
填電気量および放電電気量との関係を示す図である。第
６図は溝の形成により防爆用の薄肉部を設けた電池容器
の防爆用の薄肉部の厚みと防爆機能の作動圧力との関係
を示す図である。第７図は本発明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。 １……電池容器、２……底部、３……溝、 3a……溝の底部、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、21……空気室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 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)発明者 植谷 慶雄 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)
- 【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
の底部に、底部が平坦な断面倒立台形状で少なくとも１
箇所の交点を有する複数本の溝を形成することにより防
爆用の薄肉部が設けられ、該薄肉部の厚さが45〜120μ
ｍで、かつ電池内上部に設けられた空気室の体積が全電
池内容積の7.5〜15％であることを特徴とする非水液体
活物質電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62123142A JPH07105216B2 (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 非水液体活物質電池 |
| US07/101,259 US4842965A (en) | 1986-09-27 | 1987-09-25 | Non aqueous electrochemical battery with explosion proof arrangement and a method of the production thereof |
| DE8787114076T DE3779996T2 (de) | 1986-09-27 | 1987-09-26 | Explosionsgeschuetzte anordnung fuer eine nichtwaesserige elektrochemische zelle und verfahren zu ihrer herstellung. |
| EP87114076A EP0266541B1 (en) | 1986-09-27 | 1987-09-26 | Explosion-proof arrangement for a non-aqueous electrochemical cell, and method for the production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62123142A JPH07105216B2 (ja) | 1987-05-19 | 1987-05-19 | 非水液体活物質電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63285858A JPS63285858A (ja) | 1988-11-22 |
| JPH07105216B2 true JPH07105216B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=14853228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62123142A Expired - Lifetime JPH07105216B2 (ja) | 1986-09-27 | 1987-05-19 | 非水液体活物質電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105216B2 (ja) |
-
1987
- 1987-05-19 JP JP62123142A patent/JPH07105216B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63285858A (ja) | 1988-11-22 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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