JPH0831397A - 防爆型電池 - Google Patents

防爆型電池

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JPH0831397A
JPH0831397A JP6162593A JP16259394A JPH0831397A JP H0831397 A JPH0831397 A JP H0831397A JP 6162593 A JP6162593 A JP 6162593A JP 16259394 A JP16259394 A JP 16259394A JP H0831397 A JPH0831397 A JP H0831397A
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JP
Japan
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battery
explosion
proof
plate
thin
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Application number
JP6162593A
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English (en)
Inventor
Sukesato Ono
祐里 小野
Masanori Kojima
正規 児島
Fumio Oo
文夫 大尾
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0831397A publication Critical patent/JPH0831397A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池使用時あるいは廃棄処理時に、電池破裂
などの問題を生じない安全性に優れた防爆型電池を提供
する。 【構成】 弁孔4を備えた蓋板5と、排気口6を備えた
キャップ上の端子板7と、両者間に介在し、前記蓋板5
の弁孔4を常時閉塞する弁体8を含む防爆封口板9によ
り密閉した電池で、電池内に発生したガス圧による、電
池ケース1の溝入れ部1aに設けた薄肉部2の破断圧力
を、防爆封口板9の弁体8よりも大きく、かつ電池封口
部の耐圧より小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム電池などに適
用される防爆型電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】有機電解液を用いたリチウム電池は、高
率放電特性を確保させるために、反応面積をできるだけ
大きくする設計努力がなされている。このような電池に
対して異常電流負荷、異常加熱、破壊的な衝撃等が加え
られた時、電池内では急激な放電反応もしくは化学反応
が発生し、その反応による急激なガス発生が起こり、そ
の内圧で電池が破壊する危険性がある。そのため電池に
防爆安全装置が付加される。
【0003】従来の電池の防爆安全装置の多くは、例え
ば実公平5−21829号公報記載のように弁体を備え
た封口板を用いて電池ケースを密閉するか、または電池
ケース底面部に薄肉部を設けたものである。電池内に異
常なガス発生が起こった際、前者の弁体を備えた封口板
では弁体が破断し、後者の底面部に薄肉部を設けた電池
ケースはその薄肉部が破断することで、ガスを排出する
ことにより安全性を確保するのが一般的なものであっ
た。
【0004】しかし、電池は機器内に内蔵されているこ
とが多く、電池が異常な内圧状態になった時、前記した
ケース底部の溝状薄肉部が破断するような安全装置を設
けた場合は、電池の破裂は防止できるが、破裂した溝状
薄肉部の裂け目から内部ガスと共に電解液が機器内に直
接噴き出し、機器が漏出した電解液によって使用不可能
となる惧れがある。また、前述した弁体を備えた封口板
を用いた場合は、その弁体の外面側に設けたキャップ端
子等のガス排気口が比較的小さいため、ガスを逃す排気
能力は十分と言えるほど大きくはない。従って、不適切
な電池の取扱い、例えば電池を異常高温下、例えば20
0℃もあるような高温下においたりあるいは火中に投入
したり、強制的に電流を流したりするなどによって、ガ
ス排気能力以上のガスが発生した場合は、電池内圧が上
昇して破裂に至ることがある。さらに、電池の誤使用あ
るいは廃棄する際などで電池の側面部が圧壊された場
合、上下方向の一方の安全装置だけでは他方のガスの排
出が不十分となり、破裂に至ることがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する従来の問題点は、防爆装置が電池の上部または下部
にのみ設けられていて充分な安全装置になっていなかっ
た事である。そこで本発明は安全装置の複合化と最適化
によって、電池使用時あるいは廃棄処理時に電池破裂等
の問題を生じない安全性に優れた防爆型電池を提供する
ことを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために請求項1に係る発明は、側部の溝入れ部に
薄肉部を設けた電池ケースを用い、弁孔を備えた蓋板
と、排気口を備えた端子と、この両者の間に介在した前
記蓋板の弁孔を常時閉塞するように配設された弁体を含
む防爆封口板を有し、絶縁ガスケットにより前記電池ケ
ースの開口部を密閉した電池であって、電池内に発生し
たガス圧による前記電池ケースの溝入れ部の薄肉部の破
断圧力が、前記防爆封口板の弁体の破断圧力よりも大き
く、かつ電池封口部の耐圧より小さくなるように設定
し、請求項2に係る発明は薄肉部のある溝入れ部の破断
圧力を15kgf/cm2以上とし、請求項3に係る発明は、
溝入れ部の薄肉部の破断圧力を5kgf/cm2以下とし、請
求項4に係る発明は、弁体を金属薄板としたものであ
る。
【0007】
【作用】本発明は上記する手段を備えたものであるた
め、ガス発生速度が遅い場合は、防爆封口板に設けられ
た弁体の破断のみで発生ガスを容易に放出できる。そし
て金属ケースの側部の溝入れ部に設けた薄肉部が破断す
ることはない。また、機器に組み込まれた状態で異常が
発生した際には、電解液が金属ケースの側部の溝入れ部
から噴出することはなく、電池交換のみで、電池を内蔵
した機器は再び使用可能である。さらに、廃棄時の焼却
による電池内部の急激なガス発生時、および電池側面部
が圧壊された時等においては金属ケースの側部の溝入れ
部に設けた薄肉部が破断し電池破裂等の問題を生じな
い。
【0008】
【実施例】以下、本発明を円筒型リチウム電池に適用し
た実施例について説明する。
【0009】図1において1は電池ケースを示す。電池
ケースの側部の溝入れ部1aの破断圧力を調節するた
め、溝入れ部1aに薄肉部2を設ける方法として、ニッ
ケル鍍金鋼板製の電池ケースの溝入れ部1aを形成後、
刻印型を用いて、プレス圧縮により溝入れ部1aの一部
に薄肉部2を形成している。
【0010】電池ケース1の内部にはフッ化物、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を介して渦巻状に巻
回した発電要素3を収容している。電池ケース1の開口
部には、弁孔4を備えた蓋板5と、排気口6を備えたキ
ャップ状の端子板7と、この両者の間に介在する弁体8
等を含む防爆封口板9を絶縁性のガスケット10を介し
て嵌合させ、ケースの開口部を金型で内側に折り曲げる
ことによりケースの開口部を密閉している。蓋板5の内
面には、発電要素3に一方の極板のリード片11を溶接
して電気的に接続している。また、他方の極板リード片
(図示せず)はケース1の底部内面に接続して電気的に
接続している。弁体8には、アルミニウム等の金属薄板
を用いる。
【0011】上記のような構成において、弁体8の破断
圧力を25kgf/cm2とし、電池ケース1の溝入れ部1a
に設けた薄肉部2の破断圧力を弁体8の破断圧力より8
kgf/cm2高い33kgf/cm2に設定した電池ケースを用い
た電池をA1とし、弁体8の破断圧力より35kgf/cm2
高い60kgf/cm2に設定した電池ケースを用いた電池を
A2、弁体8の破断圧力より55kgf/cm2高い80kgf
/cm2に設定した電池ケースを用いた電池をA3とす
る。一方、比較例として、溝入れ部1aの薄肉部2の破
断圧力を弁体8の破断圧力よりも3kgf/cm2高い28kg
f/cm2に設定した電池ケースを用いた電池をB、溝入れ
部1aの薄肉部2の破断圧力を弁体8の破断圧力より6
1kgf/cm2高い86kgf/cm2に設定した電池ケースを用
いた電池をCとし、また、溝入れ部の破断圧力が封口耐
圧より大きい電池として、溝入れ部1aには薄肉部2の
ない電池ケースを用いた従来電池をDとする。なお、薄
肉部2の破断圧力(作動圧)は、ガス加圧によって測定
を行う。(表1)に実施例および比較例として製作した
電池の種類を示す。
【0012】
【表1】
【0013】次に、これらの電池を用いて加熱試験とし
ての火中投入試験、さらに圧壊試験を行った結果を示
す。
【0014】(1)火中投入試験 火中投入試験は、電池の廃棄時の焼却を想定した試験で
あって、炭火および木材等の焼却炉中で電池を焼却する
もので、このときの電池の状態を観察した。
【0015】(表2)に本発明の実施例の電池と比較例
の電池の火中投入試験結果を示す。
【0016】
【表2】
【0017】(表2)の結果から、比較例電池Dは10
0ケの電池中77ケの電池が破裂するのに対し、溝入れ
部1aに薄肉部2のある本発明の実施例電池A1,A
2,A3は、破裂に至らなかった。また、溝入れ部1a
の破断圧力が電池封口部の耐圧に接近している比較例電
池Cにおいては、溝入れ部1aに薄肉部2があるにもか
かわらず、急激なガス発生のため、溝入れ部1aの薄肉
部2の破断が間に合わず封口部が変形して100ケ中1
2ケの電池が破裂する。以上の結果から、電池ケースの
溝入れ部1aの薄肉部2の破断圧力は、封口耐圧よりも
5kgf/cm2程度低くすることが望ましい。
【0018】(2)圧壊試験 圧壊試験は、直径20mmの金属丸棒を電池と90度の
角度をなすように配置し、電池の中央部を電池の直径方
向に1/2まで圧縮するもので、この時の電池の状態を
観察した。
【0019】(表3)に本発明の実施例の電池と比較例
の電池の圧壊試験結果を示す。
【0020】
【表3】
【0021】(表3)の結果から、比較例電池Dは電池
の破裂が100ケ中98ケの電池について発生するのに
対し、溝入れ部1aに薄肉部2のある本発明の電池は、
破裂に至らなかった。
【0022】上記の結果より、破断圧力を適正化した弁
体8を組み込んだ排気口6を備えた防爆封口板9と溝入
れ部1aに薄肉部2との両方を併用することにより、従
来電池に比べ非常に安全な電池の作製が可能であること
がわかる。
【0023】(表4)に落下試験の結果の一例を示す。
落下試験は、2mの高さから、コンクリート上に電池を
3方向から各5回ずつ落下し溝入れ部1aの薄肉部2の
状態を観察した。
【0024】
【表4】
【0025】溝入れ部1aの薄肉部2の破断圧力を8kg
f/cm2に設定した電池Eは、溝入れ部1aの薄肉部2が
非常に薄く、また強度的にもかなり弱いため前述した落
下試験においては、その衝撃により溝入れ部1aが破断
するが、溝入れ部1aの薄肉部2の破断圧力を15kgf
/cm2に設定した電池Gは、落下による薄肉部の破断は
見られなかった。従って、薄肉部2のある溝入れ部1a
の破断圧力は15kgf/cm2以上に設定する必要がある。
【0026】
【発明の効果】本発明は以上の説明より明らかなように
広範囲の条件化において破裂等の問題を生ぜず、廃棄時
の焼却による電池内部の急激なガス発生時、および電池
側面部が圧壊された時等においても破裂に至ることはな
く非常に安全な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における防爆型電池の縦断面
【図2】同電池の溝入れ部の要部拡大側面図
【符号の説明】
1 電池ケース 1a 溝入れ部 2 薄肉部 3 発電要素 4 弁孔 5 蓋板 6 排気口 7 端子板 8 弁体 9 防爆封口板 10 ガスケット 11 リード片

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 側部の溝入れ部に薄肉部を設けた電池ケ
    ースに発電要素を収容し、弁孔を備えた蓋板と排気口を
    備えた端子板との両者の間に介在して前記蓋板の弁孔を
    常時閉塞するように配設された弁体とを含む防爆封口板
    を有し、絶縁ガスケットにより前記電池ケースの開口部
    を密閉した電池であって、電池内に発生したガス圧によ
    る前記電池ケースの溝入れ部の薄肉部の破断圧力が、前
    記防爆封口板の弁体の破断圧力よりも大きく、かつ電池
    封口板の耐圧より小さく設定したことを特徴とする防爆
    型電池。
  2. 【請求項2】 電池ケースの薄肉部のある溝入れ部の破
    断圧力を15kgf/cm2以上とした請求項1記載の防爆型
    電池。
  3. 【請求項3】 電池ケースの溝入れ部の薄肉部の破断圧
    力を封口耐圧より5kgf/cm2以下とした請求項1または
    2記載の防爆型電池。
  4. 【請求項4】 弁体が、金属薄板で構成された請求項1
    ないし3のいずれかに記載の防爆型電池。
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