JPH07235288A - 防爆安全装置を備えた電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 防爆安全装置の動作精度及び信頼性を高め、
これを備えた電池の組立性及び量産性を高める。 【構成】 中間感圧板４の下面側に絶縁リング６を挟み
込んだ状態で内部端子板５を組合わせた状態で中間感圧
板４と内部端子板５とを中央凸部４ｃで局部的に溶接
し、中間感圧板４の円筒部４ｂ内にまず第２の絶縁リン
グ１０をはめ込み、絶縁リング１０の内周に外部端子板
３をはめ込み、その上に感温抵抗素子９をはめ込む。つ
ぎに円筒部４ｂを内側にかしめて外部端子板３・感温抵
抗素子９・絶縁リング１０を下面側の絶縁リング６及び
内部端子板５とともに一体化し、リング形封口ガスケッ
ト７の内周に仮組み状態の外部端子板３・感温抵抗素子
９・絶縁リング１０・中間感圧板４・絶縁リング６・内
部端子板５をはめ込んで一体的な蓋要素とし、ケース１
内の発電要素２から引出されたリードタブ８の先端を内
部端子板５の下面側に溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、防爆安全装置を備え
た電池とその製造方法に関し、特に、円筒形リチウムイ
オン二次電池などの高エネルギー密度の電池を対象とし
た技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電池に一体的に組み込まれる防爆安全装
置としては、安全弁、感圧遮断回路、感温遮断回
路がある。安全弁は、電池ケース内の圧力が異常上昇し
た時に作動し、電池内のガスを安全に外部に放出して爆
発を防ぐ。感圧遮断回路は、電池ケース内の圧力が異常
上昇した時に作動し、充電電流又は放電電流を電池内部
で遮断し、異常充電、又は異常放電が継続するのを防
ぐ。感温遮断回路は、電池内部の温度が異常上昇したの
に感応し、電池の内部抵抗を急上昇させて充電電流、又
は放電電流を絞り、異常充電、又は異常放電が継続する
のを防ぐ。

【０００３】最近の円筒形リチウムイオン二次電池の多
くは、安全弁を備えているとともに、感圧遮断回路と感
温遮断回路の一方または両方を備えており、短絡や過充
電などの異常な状態になったとき、遮断回路が作動して
充電、又は放電を停止させるとともに安全弁が作動する
ように設計している。この種の電池を設計する上できわ
めて重要なことは、高精度で信頼性の高い防爆安全装置
をできるだけコンパクトに、かつ量産性の高い構造で実
現し、電池の補助的な付帯機能としてごく安価なものに
することである。

【０００４】安全弁と感圧遮断回路を備えた電池の代表
的な構造が特開平２−２８８０６３号に示されている。
この電池は、有底円筒形の金属製電池ケースと、電池ケ
ースに収納された発電要素と、電池ケースの開口部を塞
ぐ蓋要素とから基本的に構成されるが、安全弁と感圧遮
断回路は蓋要素に一体的に組み込まれている。蓋要素
は、ガス抜き穴のある外部端子板と、撓みやすくて破断
しやすい薄い金属板からなる中間感圧板と、リードスト
リッパと呼ぶ絶縁板を備えている。電池ケース内の圧力
が中間感圧板に作用し、圧力が高くなると中間感圧板が
外側に撓み、設定圧力以上になると中間感圧板が破断
し、外部端子板のガス抜き穴からガスが安全に放出され
る。これが安全弁の機能である。また、発電要素の一方
の電極に接続されているリードタブが前記絶縁板の中央
の小穴ごしに中間感圧板の中央凸部に溶接されている。
電池の内圧が異常上昇すると、中間感圧板が外側に膨ら
むように変形するが、リードタブの位置は絶縁板で規制
されているので、リードタブと中間感圧板との溶接が外
れ、外部端子板につながる充電、又は放電電流回路が遮
断される。これが感圧遮断回路の機能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した特開平２−２
８８０６３号においては、蓋要素の構成部品である中間
感圧板と絶縁板とを中間嵌合体により仮組みする構成と
し、リードタブと中間感圧板の超音波溶接工程を容易化
・高精度化し、さらに蓋要素の組立および電池ケースへ
の取り付けを容易化するように工夫している。しかし、
つぎのような理由で量産性および組立精度の面でまった
く不十分である。

【０００６】まず、中間感圧板にリードタブを溶接して
から蓋要素を組立てるという工程が著しく面倒だという
問題がある。つまり、電池ケースに収納した発電要素の
一方の電極に接続されているリードタブをケース外に引
き出し、そのリードタブと中間嵌合体で仮組みされた状
態の中間感圧板とを溶接し、その後、リードタブで電池
ケース側とつながった状態の中間感圧板の上面側に外部
端子板を重ね、中間感圧板の外周部分をかしめて外部端
子板と一体化し、さらにこれらの外周に封口ガスケット
を装着することになる。この作業全体が非常にハンドリ
ングの難しい工程となり、量産性を上げるのが困難であ
る。また、中間感圧板の中央凸部を絶縁板の小穴にはめ
込み、小穴ごしに凸部にリードタブを溶接する作業自体
も面倒であり、精度を上げるのが難しい。そのため最終
的に溶接強度がばらつき、感圧遮断回路の動作精度およ
び信頼性が低下する。

【０００７】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、防爆安全装置の動作精度お
よび信頼性を高めるとともに、防爆安全装置を備えた電
池の組立性および量産性を高めることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の防爆安全装置
を備えた電池は、有底円筒形の金属製電池ケースと、こ
の電池ケースに収納された発電要素と、前記電池ケース
の開口部を塞ぐ蓋要素とからなる。前記蓋要素は、外部
端子板と、中間感圧板と、内部端子板と、絶縁リング
と、封口ガスケットとを有し、前記外部端子板および前
記内部端子板は、剛性の比較的大きな金属板からなり、
その外形は円形であり、中間部分にガス抜き穴が形成さ
れており、前記中間感圧板は、撓みやすくて破断しやす
い薄い金属板からなる。前記中間感圧板の下面側に前記
絶縁リングを挟み込んだ状態で前記内部端子板が組み合
わされ、前記中間感圧板と前記内部端子板の少なくとも
一方の中央部分に形成された凸部で両者が接触し、その
接触部分で両者が局部的に溶接されており、前記中間感
圧板の上面側に前記外部端子板が重ね合わされ、これら
外部端子板・中間感圧板・絶縁リング・内部端子板がリ
ング形の前記封口ガスケットの内周にはめ込まれること
で一体的な前記蓋要素が構成されている。前記発電要素
の一方の電極に接続されているリードタブの先端が前記
内部端子板の下面に溶接され、一体的な前記蓋要素が前
記電池ケースの開口部分の内周にはめ込まれ、前記電池
ケースの開口部分が内側にかしめられることで前記封口
ガスケットが圧縮されて、前記電池ケースが密封されて
いる。

【０００９】この構成において、前記中間感圧板は円板
部の外周に短い円筒部が連続した浅いカップ型に形成し
ておき、前記中間感圧板の上面側に前記円筒部内にはめ
込んだ状態で前記外部端子板を重ね合わせ、前記円筒部
を内側にかしめ付けることで両者を一体化することがで
きる。

【００１０】この発明の製造方法では、前記中間感圧板
の下面側に前記絶縁リングを挟み込んだ状態で前記内部
端子板を組み合わせ、その状態で前記中間感圧板と前記
内部端子板とをその中央部分で局部的に溶接し、その
後、前記中間感圧板の上面側の前記円筒部内にはめ込む
ように前記外部端子板を重ね合わせ、前記円筒部を内側
にかしめることで両者を一体化し、これら外部端子板・
中間感圧板・絶縁リング・内部端子板をリング形の前記
封口ガスケットの内周にはめ込むことで一体的な前記蓋
要素を構成し、その後、前記リードタブの先端を前記内
部端子板の下面側に溶接する。

【００１１】また、防爆安全装置に感温遮断回路の機能
を負荷する場合は、前記中間感圧板と前記外部端子板と
の間に、ドーナツ板形に形成された正特性の感温抵抗素
子および第２の絶縁リングを挟み込み、この抵抗素子を
介して前記中間感圧板と前記外部端子板とを電気的に接
続する。

【００１２】

【作用】電池ケース内の圧力は前記内部端子板のガス抜
き穴を通じて前記中間感圧板に作用する。内圧が異常上
昇すると、前記中間感圧板が外側へ膨らむように変形
し、中間感圧板と内部端子板との溶接点が剥がれ、外部
端子板につながる充電、又は放電電流回路が遮断される
（感圧遮断回路）。中間感圧板がさらに大きく変形する
とついには破断し、ケース内のガスが安全に外部に放出
される（安全弁）。また前記感温抵抗素子を付加したも
のでは、電池の温度が異常上昇すると、外部端子板につ
ながる充電、又は放電電流回路中に挿入されている感温
抵抗素子の抵抗値が増大し、充電又は放電電流を減少さ
せる（感温遮断回路）。

【００１３】

【実施例】この発明の一実施例による防爆安全装置（感
温遮断回路を含む）を備えた電池の構造を図１に示し、
その要部の組立工程を図２に示している。この電池の基
本構成は、有底円筒形の金属製電池ケース１と、この電
池ケース１に収納された発電要素２と、電池ケース１の
開口部を塞ぐ蓋要素とからなる。

【００１４】蓋要素は、外部端子板３と、中間感圧板４
と、内部端子板５と、絶縁リング６と、封口ガスケット
７とを有する。外部端子板３および内部端子板５は、剛
性の比較的大きな金属板からなり、その外形は円形であ
り、中間部分にガス抜き穴が形成されている。外部端子
板３の中央部は上に向けて凸になっており、内部端子板
５の中央部分が下に向けてわずかに凸になっている。感
温抵抗素子９はドーナツ板形に形成された正特性の素子
である。

【００１５】中間感圧板４は、撓みやすくて破断しやす
い薄い金属板からなり、図２に示すように、円板部４ａ
の外周に短い円筒部４ｂが連続した浅いカップ型に形成
されているとともに、その中央部には小さな下向きの凸
部４ｃが形成されている。この中間感圧板４の円筒部４
ｂの下面に絶縁リング６を挟み込んだ状態で内部端子板
５が組み合わされ、中間感圧板４の中央の凸部４ｃで両
者が接触し、その接触部分で両者が局部的に溶接されて
いる。また、中間感圧板４の上面側の円筒部４ｂ内には
め込まれた状態で外部端子板３が第２の絶縁リング１０
および感温抵抗素子９を介して重ね合わされ、円筒部４
ｂが内側にかしめられることでこれらが一体化されてい
る。

【００１６】つまり図２（ａ）に示すように、中間感圧
板４の下面側に絶縁リング６を挟み込んだ状態で内部端
子板５を組み合わせ、その状態で中間感圧板４と内部端
子板とをその中央の凸部４ｃで局部的に溶接（レーザ、
超音波、抵抗）する。つぎに図２（ｂ）に示すように、
中間感圧板４の上面側の円筒部４ｂ内にまず第２の絶縁
リング１０をはめ込み、その絶縁リング１０の内周に外
部端子板３をはめ込み、さらにその上に感温抵抗素子９
を重ねるようにはめ込む。つぎに図２（ｃ）に示すよう
に、円筒部４ｂを内側にかしめることで外部端子板３・
感温抵抗素子９・絶縁リング１０を下面側の絶縁リング
６および内部端子板５とともに一体化する。

【００１７】その後図１に示すように、リング形の封口
ガスケット７の内周に仮組み状態の外部端子板３・感温
抵抗素子９・絶縁リング１０・中間感圧板４・絶縁リン
グ６・内部端子板５をはめ込んで一体的な蓋要素を構成
する。その後、電池ケース１内に収納されている発電要
素２から引き出されたリードタブ８の先端を内部端子板
５の下面側に溶接する。その後、一体的な蓋要素を電池
ケース１の開口部分の内周にはめ込み、ケース開口部分
を内側にかしめて封口ガスケット７を圧縮し、ケースを
密封している。

【００１８】発電要素２の一方の電極はリードタブ８に
より内部端子板５に接続され、内部端子板５は中央の前
記溶接点で中間感圧板４に接続され、中間感圧板４は感
温抵抗素子９を介して外部端子板３に接続されている。
この外部端子板３に負荷回路が接続されることになる。
そして、電池ケース１内の圧力は内部端子板５のガス抜
き穴を通じて中間感圧板４に作用する。内圧が異常上昇
すると、中間感圧板４が外側へ膨らむように変形し、中
間感圧板４と内部端子板５との溶接点が剥がれ、外部端
子板３につながる充電又は放電電流回路が遮断される
（感圧遮断回路）。中間感圧板４がさらに大きく変形す
るとついには破断し、ケース１内のガスが安全に外部に
放出される（安全弁）。また電池の温度が異常上昇する
と、外部端子板３につながる充電又は放電電流回路中に
挿入されている感温抵抗素子９の抵抗値が増大し、充電
又は放電電流を減少させる（感温遮断回路）。

【００１９】なお図３に示すように、感温抵抗素子９を
廃止して、中間感圧板４の上に直接外部端子板３を重ね
る構成にすれば、感温遮断回路の無いタイプの防爆安全
装置となる。このタイプの防爆安全装置の要部の組立工
程を図４に示している。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、安全弁と感圧遮断回
路を（さらには感温遮断回路も）組み込んだ蓋要素が独
立した部品要素として組み立てられ、この蓋要素を電池
ケースに装着する直前でリードタブが蓋要素に溶接され
る。したがって全体の組立工程が非常に簡単になり、量
産性が向上する。また、感圧遮断回路の要部である中間
感圧板と内部端子板との溶接は独立した状態で行えるの
で、この溶接作業は非常に簡単となり、したがって溶接
精度が向上する。さらに、剛性の高い内部端子板を設け
たことで、電池ケースのかしめによる封口力に対する強
度が増し、封口部の機械的ストレスが中間感圧板と内部
端子板との溶接点に悪影響を与えにくくなる。その結
果、溶接強度が安定し、感圧遮断回路の動作特性が安定
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による防爆安全装置を備え
た電池の要部断面図である。

【図２】同上電池の要部の組立工程を示す概略図であ
る。

【図３】感温遮断回路の無いこの発明の他の実施例の電
池の要部断面図である。

【図４】図３の電池の要部の組立工程を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 電池ケース ２ 発電要素 ３ 外部端子板 ４ 中間感圧板 ４ａ 円板部 ４ｂ 円筒部 ４ｃ 凸部 ５ 内部端子板 ６ 絶縁リング ７ 封口ガスケット ８ リードタブ ９ 感温抵抗素子 １０ 第２の絶縁リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 浩平 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 日野 義久 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 名倉 秀哲 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有底円筒形の金属製電池ケースと、この
   電池ケースに収納された発電要素と、前記電池ケースの
   開口部を塞ぐ蓋要素とからなる電池であって、 前記蓋要素は、外部端子板と、中間感圧板と、内部端子
   板と、絶縁リングと、封口ガスケットとを有し、前記外
   部端子板および前記内部端子板は、剛性の比較的大きな
   金属板からなり、その外形は円形であり、中間部分にガ
   ス抜き穴が形成されており、前記中間感圧板は、撓みや
   すくて破断しやすい薄い金属板からなり、 前記中間感圧板の下面側に前記絶縁リングを挟み込んだ
   状態で前記内部端子板が組み合わされ、前記中間感圧板
   と前記内部端子板の少なくとも一方の中央部分に形成さ
   れた凸部で両者が接触し、その接触部分で両者が局部的
   に溶接されており、前記中間感圧板の上面側に前記外部
   端子板が重ね合わされ、これら外部端子板・中間感圧板
   ・絶縁リング・内部端子板がリング形の前記封口ガスケ
   ットの内周にはめ込まれることで一体的な前記蓋要素が
   構成され、 前記発電要素の一方の電極に接続されているリードタブ
   の先端が前記内部端子板の下面に溶接され、一体的な前
   記蓋要素が前記電池ケースの開口部分の内周にはめ込ま
   れ、前記電池ケースの開口部分が内側にかしめられるこ
   とで前記封口ガスケットが圧縮されて、前記電池ケース
   が密封されていることを特徴とする防爆安全装置を備え
   た電池。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電池において、前記中
   間感圧板は円板部の外周に短い円筒部が連続した浅いカ
   ップ型に製作されたものであり、前記中間感圧板の上面
   側に前記円筒部内にはめ込まれた状態で前記外部端子板
   が重ね合わされ、前記円筒部が内側にかしめられること
   で両者が一体化されていることを特徴とする防爆安全装
   置を備えた電池。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の電池において、前記中
   間感圧板と前記外部端子板との間に、ドーナツ板形に形
   成された正特性の感温抵抗素子および第２の絶縁リング
   が挟み込まれ、この抵抗素子を介して前記中間感圧板と
   前記外部端子板とが電気的に接続されていることを特徴
   とする防爆安全装置を備えた電池。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の電池を製作するにあた
   り、前記中間感圧板の下面側に前記絶縁リングを挟み込
   んだ状態で前記内部端子板を組み合わせ、その状態で前
   記中間感圧板と前記内部端子板とをその中央部分で局部
   的に溶接し、その後、前記中間感圧板の上面側の前記円
   筒部内にはめ込むように前記外部端子板を重ね合わせ、
   前記円筒部を内側にかしめることで両者を一体化し、こ
   れら外部端子板・中間感圧板・絶縁リング・内部端子板
   をリング形の前記封口ガスケットの内周にはめ込むこと
   で一体的な前記蓋要素を構成し、その後、前記リードタ
   ブの先端を前記内部端子板の下面側に溶接することを特
   徴とする電池の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の製造方法において、前
   記中間感圧板の上面側の前記円筒部内に前記外部端子板
   をはめ込む際に、ドーナツ板形に形成された正特性の感
   温抵抗素子および第２の絶縁リングを前記中間感圧板と
   前記外部端子板の間に挟み込むように組み合わせ、前記
   抵抗素子を介して前記中間感圧板と前記外部端子板とを
   電気的に接続した状態で前記円筒部を内側にかしめて、
   これらを一体化することを特徴とする電池の製造方法。