JPH0877995A - 防爆安全装置を備えた電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 防爆安全装置の動作精度および信頼性を高め
ると共に、防爆安全装置を備えた電池の組立性及び量産
性を高める。 【構成】 ダイヤフラム８の付いた金属かしめリング１
０の上に感温抵抗素子リング７が重ねられ、その上に下
座金６、絶縁リング５、可動片付き金属リング４、上座
金３、金属製端子２が順次重ねられ、これら円形の外形
を有する部品が同心状態で積層される。これら全体がリ
ング形の封口ガスケット１１の内周にはめ込まれて一体
的な蓋要素が構成される。金属製端子２はハット形で、
ガス抜き穴２ａが形成される。可動片付き金属リング４
は、リング部分４ａの中央に片持ち状態の短冊型の可動
片４ｂが一体に形成される。リング部分４ａは絶縁リン
グ５の下の下座金６には接触しない。可動片４ｂの先端
部分は下座金６と絶縁リング５の間に挟み込まれて、下
座金６に圧接する。

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、充電電流または放電電流を電池内
部で遮断し、異常充電また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また
は放電電流を絞り、異常充電また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
電また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の防爆安全装置をご
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、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
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
リード板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。リード
板の位置は絶縁板で規制されているので、リード板と中
間感圧板との溶接が外れ、外部端子につながる充電また
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号公報においては、蓋要素の構成部品である
中間感圧板（安全弁）と絶縁板とを中間嵌合体により仮
組みする構成とし、リード板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板を溶接してか
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板をケース外に引き出
し、そのリード板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、リード板で発電要素とつ
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板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。さらに、中間感圧板の中
央凸部にリード板を溶接した後で、中間感圧板の外周部
分をかしめ加工して外部端子板を一体化するが、このか
しめ工程での機械的ストレスが中間感圧板のリード板溶
接点にも作用し、溶接点が剥がれかかることがある。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
の開口部を密封する蓋要素とからなる。前記蓋要素は、
ガス抜き穴を有する円形の金属製端子と、少なくとも表
面が絶縁性の円形のダイヤフラムと、このダイヤフラム
の外周縁部を上下から挟み込んだ金属かしめリングと、
リング部分の中央に片持ち状態の可動片を一体に有する
可動片付き金属リングと、絶縁リングと、リング形の封
口ガスケットとを有し、前記ダイヤフラムの付いた前記
金属かしめリングの上に前記絶縁リングが重ねられ、前
記絶縁リングの上に前記可動片付き金属リングが重ねら
れ、前記可動片付き金属リングの上に前記金属製端子が
重ねられ、これら全体が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
可動片付き金属リングの前記リング部分は前記絶縁リン
グに接触して前記金属かしめリングには接触しておら
ず、前記可動片の先端部分が前記金属かしめリングに接
続されている。前記発電要素の一方の電極に接続されて
いるリード板の先端が前記金属かしめリングの下面に溶
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】ここで、前記可動片の先端部を前記金属か
しめリングと前記絶縁リングとの間に挟み込んで前記金
属かしめリングに圧接させる構成とすることができる。
この場合、前記絶縁リングは熱可塑性または熱収縮性を
有する材料で構成し、高温になると、前記金属かしめリ
ングと前記絶縁リングとの間に挟み込まれている前記可
動片の挟持力を低下させるように構成することが望まし
い。

【００１０】また、前記金属製端子と前記可動片付き金
属リングとの間に必要に応じて別の金属リングを挟み込
んでもよい。さらに、防爆安全装置に感温遮断回路の機
能を付加する場合は、前記金属かしめリングと前記絶縁
リングとの間に正特性の感温抵抗素子リングおよび第２
の金属リング、あるいは感温抵抗素子リングのみを挟み
込み、前記金属かしめリングが前記感温抵抗素子リング
や前記第２の金属リングを介して前記可動片に電気的に
接続される構成とする。

【００１１】

【作用】電池ケース内の圧力は前記ダイヤフラムに作用
し、圧力が異常上昇するとダイヤフラムは外側へ膨らむ
ように変形し、すぐ上に配置されている前記可動片に当
接してこれを押し上げる。可動片が強く押し上げられる
と、前記金属かしめリングに接続されている可動片の先
端部が外れ、当該先端部と金属かしめリングとの電気的
接続が断たれる。これで前記金属製端子につながる充放
電路が遮断される（感圧遮断回路）。ダイヤフラムがさ
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
抗素子リングを付加したものでは、電池の温度が異常上
昇すると、金属製端子につながる充放電路中に挿入され
ている感温抵抗素子の抵抗値が増大し、充放電電流を減
少させる（感温遮断回路）。

【００１２】

【実施例】この発明の一実施例による防爆安全装置（感
温遮断回路も含む）を備えた電池の構造を図１〜図４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
要素と（図示省略）、電池ケース１の開口部を密封する
蓋要素とからなる。

【００１３】蓋要素は、金属製端子２と、前記別の金属
リングに相当する上座金３と、可動片付き金属リング４
と、絶縁リング５と、前記第２の金属リングに相当する
下座金６と、感温抵抗素子リング７と、ダイヤフラム８
と、シールシート９と、金属かしめリング１０と、封口
ガスケット１１とからなる。いくつかの前記部品の平面
形状を図４に示している。

【００１４】ダイヤフラム８は円形で、金属シートの両
面を絶縁フィルムでラミネートしたシート材か、または
絶縁性のシート材で構成されている。このダイヤフラム
８の外周縁部が金属かしめリング１０で上下から挟み込
まれている。なお、金属かしめリング１０とダイヤフラ
ム８の間にシールシート９を挟み込んで、この間のシー
ル性を高めている。

【００１５】ダイヤフラム８の付いた金属かしめリング
１０の上に感温抵抗素子リング７が重ねられ、その上に
下座金６が重ねられ、その上に絶縁リング５が重ねら
れ、その上に可動片付き金属リング４が重ねられ、その
上に上座金３が重ねられ、その上に金属製端子２が重ね
られ、これら円形の外形を有する部品が同心状態で積層
されている。これら全体がリング形の封口ガスケット１
１の内周にはめ込まれて一体的な蓋要素が構成されてい
る。金属製端子２はハット形で、ガス抜き穴２ａが形成
されている。

【００１６】図４に示すように、可動片付き金属リング
４は、リング部分４ａの中央に片持ち状態の短冊型の可
動片４ｂが一体に形成されている。可動片４ｂは充分に
撓みやすい。可動片付き金属リング４は絶縁リング５の
上に重ねられ、そのリング部分４ａは絶縁リング５の下
の下座金６には接触していない。しかし、可動片４ｂの
先端部分は下座金６と絶縁リング５の間に挟み込まれ
て、下座金６に圧接している。可動片付き金属リング４
は、その可動片４ｂの先端部分でのみ下座金６に電気的
に接続されている。そして、可動片付き金属リング４の
リング部分４ａの上に上座金３が当接し、その上に金属
製端子２が当接している。これで金属かしめリング１０
→感温抵抗素子リング７→下座金６→可動片４ｂの先端
部分→リング部分４ａ→上座金３→金属製端子２という
電気経路が形成されている。

【００１７】以上のように、封口ガスケット１１で蓋要
素を一体化した後、図示していない発電要素の一方の電
極に接続されているリード板１２の先端を金属かしめリ
ング１０の下面に溶接する。そして、一体的な前記蓋要
素を電池ケース１の開口部分の内周にはめ込み、電池ケ
ース１の開口部分を内側にかしめて封口ガスケット１１
を圧縮し、電池ケース１を密封している。

【００１８】図２に示すように、電池ケース１内の圧力
はダイヤフラム８に作用し、圧力が異常上昇するとダイ
ヤフラム８は外側へ膨らむように変形し、すぐ上に配置
されている可動片４ｂに当接してこれを押し上げる。可
動片４ｂが強く押し上げられると、下座金６と絶縁リン
グ５の間に挟持されている可動片４ｂのの先端部分が外
れ、当該先端部と下座金６との電気的接続が断たれる。
これで金属製端子２とリード板１２とを結んでいる電気
経路が遮断される（感圧遮断回路）。ダイヤフラム８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、感温抵抗素子リング７の抵抗値
が増大し、充電電流または放電電流を減少させる（感温
遮断回路）。

【００１９】ところで前記絶縁リング５は、熱可塑性ま
たは熱収縮性のあるプラスチックやゴムあるいは天然樹
脂などの高分子材料からなり、電池の温度が上昇したと
きにこれが軟化あるいは収縮することで、絶縁リング５
と下座金６との間に挟み込んでいる可動片４ｂの挟持力
が適宜に低下するように構成されている。この部分の可
動片４ｂの外れやすさと、ダイヤフラム８の撓みやすさ
と、金属かしめリング１０または下座金６の穴寸法と、
ダイヤフラム８と可動片４ｂの間隔などを適切に設定
し、温度上昇を伴う電池の内圧上昇時に適切なポイント
（動作する圧力と温度）で感圧遮断回路を動作させるよ
うに設計する。

【００２０】なお、可動片４ｂの先端部分を下座金６
（あるいは金属かしめリング１０）側に接続する構成は
前記実施例に限定されず、接着、はんだ付け、超音波溶
接、スポット溶接など、さまざまな手段を採用すること
ができる。

【００２１】

【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板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、リング形の封口ガスケットの内
周に円形の外形を有する部品を積層するというきわめて
簡単な構造で蓋要素が構成されるので、その組み立ても
非常に簡単である。さらに、構成が単純で不安定要素が
ないので、安全弁および感圧遮断回路の動作特性も安定
し、信頼性が向上する。また、防爆安全装置の部分の占
有空間が小さく、電池の有効スペースを削減する割り合
いが少ない。

【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】同上電池の安全装置が作動した状態の要部断面
図である。

【図３】同上電池の要部拡大図である。

【図４】同上電池における蓋要素の構成部品の平面図で
ある。

【符号の説明】

１ 電池ケース ２ 金属製端子 ２ａ ガス抜き穴 ３ 上座金（別の金属リング） ４ 可動片付き金属リング ４ａ リング部分 ４ｂ 可動片 ５ 絶縁リング ６ 下座金（第２の金属リング） ７ 感温抵抗素子リング ８ ダイヤフラム ９ シールシート １０ 金属かしめリング １１ 封口ガスケット １２ リード板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 吉郎 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 北方 雅一 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 (6)

【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
   開口部を密封する蓋要素とからなる電池であって、 前記蓋要素は、ガス抜き穴を有する円形の金属製端子
   と、少なくとも表面が絶縁性の円形のダイヤフラムと、
   このダイヤフラムの外周縁部を上下から挟み込んだ金属
   かしめリングと、リング部分の中央に片持ち状態の可動
   片を一体に有する可動片付き金属リングと、絶縁リング
   と、リング形の封口ガスケットとを有し、前記ダイヤフ
   ラムの付いた前記金属かしめリングの上に前記絶縁リン
   グが重ねられ、前記絶縁リングの上に前記可動片付き金
   属リングが重ねられ、前記可動片付き金属リングの上に
   前記金属製端子が重ねられ、これら全体が前記封口ガス
   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、前記可動片付き金属リングの前記リング部
   分は前記絶縁リングに接触して前記金属かしめリングに
   は接触しておらず、前記可動片の先端部分が前記金属か
   しめリングに接続されており、 前記発電要素の一方の電極に接続されているリード板の
   先端が前記金属かしめリングの下面に溶接され、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、前記可
   動片の先端部は前記金属かしめリングと前記絶縁リング
   との間に挟み込まれて前記金属かしめリングに圧接して
   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、前記絶
   縁リングは熱可塑性または熱収縮性を有する材料からな
   り、高温になると、前記金属かしめリングと前記絶縁リ
   ングとの間に挟み込まれている前記可動片の挟持力が低
   下す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１、請求項２、請求項３のいずれ
   かに記載の電池において、前記金属製端子と前記可動片
   付き金属リングとの間に別の金属リングが挟み込まれて
   いることを特徴とする防爆安全装置を備えた電池。
5. 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４のいずれかに記載の電池において、前記金属かしめリ
   ングと前記絶縁リングとの間に正特性の感温抵抗素子リ
   ングが挟み込まれ、前記金属かしめリングは前記感温抵
   抗素子リングを介して前記可動片に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。
6. 【請求項６】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４、請求項５のいずれかに記載の電池において、前記金
   属かしめリングと前記絶縁リングとの間に正特性の感温
   抵抗素子リングと第２の金属リングとが挟み込まれ、前
   記金属かしめリングは前記感温抵抗素子リングおよび前
   記第２の金属リングを介して前記可動片に電気的に接続
   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。