JPH10144277A

JPH10144277A - 開裂式安全弁及びそれを用いた電池

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Publication number: JPH10144277A
Application number: JP8294242A
Authority: JP
Inventors: Riyoujiyu Watanabe; 綾樹渡辺; Hideya Takahashi; 秀哉高橋; Naoyuki Kato; 尚之加藤; Kanji Murano; 寛治村野; Yutaka Konno; 豊今野; Kazuo Suzuki; 一穂鈴木; Keiichi Konno; 啓一今野
Original assignee: KONNO KOGYOSHO KK; Sony Corp
Current assignee: KONNO KOGYOSHO KK; Sony Corp
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】電池の大きさに依らず、開裂圧を適正な値に
制御することが可能な開裂式安全弁を提供する。また、
そのような開裂弁を用いることによって、異常使用時の
内圧上昇に際してトラブルの生じない信頼性に優れた電
池を実現する。【解決手段】電池の密閉容器に、通気孔４を形成する
とともに前記通気孔４を閉塞するように金属箔５を冷間
圧接法によって接合することで安全弁を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の内圧上昇に
際して内圧を開放する開裂式安全弁及びそれを用いた電
池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子技術の進歩により電子機器の
高性能化、小型化、ポータブル化が進み、これら電子機
器に使用される二次電池に対しても高エネルギー密度化
への要求が強まっている。

【０００３】従来、これらの電子機器に使用される二次
電池としては、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池等が
用いられている。しかし、これらの二次電池は、放電電
位が低いため、高エネルギー密度化への要求には十分に
応えられないのが実情である。

【０００４】一方、最近、リチウム金属やリチウム合金
あるいはリチウムイオンをドープ・脱ドープすることが
可能な物質を負極活物質として使用する非水電解液二次
電池が、高エネルギー密度が得られる電池システムとし
て注目されている。特に、炭素材料のようなリチウムイ
オンをドープ・脱ドープすることが可能な物質について
は、研究開発が盛んに行われている。

【０００５】すなわち、リチウムやリチウム合金を負極
活物質として用いる非水電解液二次電池では、充放電の
繰り返しによって負極からリチウムがデンドライト状に
結晶成長し、正極に到達して内部短絡を生じさせたり、
あるいは負極が微粒子化する等の問題があり、サイクル
特性の点で難がある。

【０００６】これに対して、炭素材料を負極活物質とし
て用いる非水電解液二次電池は、電池系内においてリチ
ウムが金属状態で存在しないため、サイクル劣化に関す
る問題がない。そして、特に、正極活物質として酸化還
元電位の高いリチウム化合物を用いることによって電池
電圧が高くなり、高いエネルギー密度が得られるように
なる。さらに、この電池は、自己放電もニッケル・カド
ミウム電池と比較して少なく、二次電池として非常に優
れている。

【０００７】このため、この非水電解液二次電池は、８
ｍｍビデオテープレコーダ、コンパクトディスクプレー
ヤ、ラップトップ・コンピュータ、セルラーテレフォン
等のポータブル用電子機器の電源として商品化が開始さ
れており、今後、大いに期待されている。

【０００８】ここで、これら電子機器で用いられる非水
電解液二次電池は、密閉された電池容器内に負極、正極
及び電解液が収容されて構成され、その電池形状として
は円筒形、角形、長円形等がある。

【０００９】このうち、円筒形の電池は生産性や価格の
点で優れており、最も汎用される電池形状である。しか
し、円筒状であることから、機器に搭載したときにどう
しても他のデバイスとの間に余分な空間が空いてしま
い、スペース効率が悪いといった欠点がある。

【００１０】一方、角形電池や長円形電池は、他のデバ
イスとの間に余分な空間を空けることなく搭載すること
ができ、スペース効率が高い。このため、電子機器の薄
形化を図るのに有利であり、携帯電話等のポータブル機
器においてはこの角形電池あるいは長円形電池が適して
いると言える。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、密閉型の非
水電解液二次電池では、過充電や逆充電といった通常使
用とは異なる状態で使用されたり、短絡等のトラブルが
発生した場合には、電池内で異常反応が生じ、電池温度
や電池内圧が急上昇する恐れがある。このため、この異
常反応による電池容器の破損を防止するために防爆機構
を備えさせるのが通常である。

【００１２】例えば、角型電池に対しては、電池の内圧
上昇によって開裂し、内圧を開放するような開裂式安全
弁が防爆機構として提案されている。

【００１３】この安全弁の一例としては、特開平１−３
０９２５２号公報で開示されている刻印型安全弁が挙げ
られる。

【００１４】この刻印型安全弁は、図７に示すように、
例えば電池蓋２１にプレス加工やエッチング加工によっ
て、円状に切り欠き溝２２を刻設したものである。この
刻印型開裂弁では電池内圧が規定値を越えて上昇する
と、その圧力によって切り欠き溝２２に開裂が生じ、こ
の開裂部から電池内圧が開放される。これによって電池
缶の内圧上昇による破損が防止されることになる。

【００１５】この他、安全弁としては、図８に示すよう
に、例えば電池蓋２３に通気孔２４を設け、この通気孔
２４を塞ぐように金属箔２５を溶接した溶接型安全弁が
提案されている。この金属箔の溶接には、通常レーザ溶
接あるいは抵抗溶接等が用いられる。このような安全弁
では、電池内圧が上昇すると通気孔を閉塞する金属箔が
開裂し、通気孔から電池内圧が開放される。これによっ
て電池缶の内圧上昇による破損が防止されることにな
る。

【００１６】ここで、電池では内圧が５０ｋｇ／ｃｍ²
を越えた場合に破損の危険が出てくるので、このような
内圧に至らないように、安全弁としては開裂圧が２０ｋ
ｇ／ｃｍ²以下であることが必要である。

【００１７】しかしながら、これまで提案されている安
全弁は、特に電池が薄型化や小型化した場合に、開裂圧
を２０ｋｇ／ｃｍ²以下に制御するのが難しく、安定な
防爆機能が得られないといった問題がある。

【００１８】たとえば刻印型開裂弁では、切り欠き溝２
２によって囲まれた領域（受圧部）２６の面積と、切り
欠き溝２２での厚さｄによって開裂圧が決まり、受圧部
２６の面積が広い程、また切り欠き溝２２での厚さが薄
い程、開裂圧が低くなる。

【００１９】しかし、切り欠き溝２２の形成に用いられ
るプレス加工やエッチング加工では、０．０２ｍｍ程度
が肉厚の下限である。この場合、たとえば電池の設置面
の短辺が８ｍｍ以上の比較的大型の電池容器では、受圧
部２６の面積を十分に確保できるので、切り欠き溝２２
での厚さｄが０．０２〜０．０５ｍｍ程度であっても開
裂圧を１５〜２０ｋｇ／ｃｍ²程度にもっていくことが
できる。一方、それよりも小型の電池では、受圧部２６
が狭い面積でしか確保できないため、切り欠き溝での厚
さｄが０．０２ｍｍ以上であると、開裂圧は５０ｋｇ／
ｃｍ²を越えてしまう。

【００２０】また、通気孔に金属箔を溶接した溶接型の
安全弁では、金属箔２５の厚さが薄くなる程開裂圧が低
くなるが、厚さの薄い金属箔は溶接加工が困難であると
ともに、溶接に際してダメージが生じ易く、開裂圧が安
定しない。また、この溶接による接合では、金属箔にピ
ンホール等が発生し、電池の密閉性が損なわれるという
問題もある。

【００２１】そこで、本発明はこのような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、電池の大きさに依らず、
開裂圧を適正な値に制御することが可能な開裂式安全弁
を提供することを目的とする。

【００２２】また、そのような開裂弁を用いることによ
って、異常使用時の内圧上昇に際してトラブルの生じな
い信頼性に優れた電池を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の開裂式安全弁は、密閉容器に、通気孔が
形成されるとともに前記通気孔を閉塞するように金属箔
が冷間圧接法によって接合されて構成され、上記金属箔
は、密閉容器の内圧が規定値を越えて上昇したときに開
裂することを特徴とするものである。

【００２４】また、本発明の電池は、密閉容器内に、正
極と負極が収容されてなる電池において、上記密閉容器
に、通気孔が形成されるとともに前記通気孔を閉塞する
ように金属箔が冷間圧接法によって接合され、上記金属
箔は、密閉容器の内圧が規定値を越えて上昇したときに
開裂することを特徴とするものである。

【００２５】密閉型の電池において、密閉容器に、通気
孔が形成されるとともに前記通気孔を閉塞するように金
属箔が冷間圧接法によって接合されていると、異常使用
によって電池内圧が上昇したときに、上記金属箔にも圧
力がかかり、電池内圧がある値を越えたところでこの金
属箔が開裂する。これにより、この開裂部から密閉容器
内で発生したガスが排気され、内圧上昇による電池の膨
張や破損等が回避される。

【００２６】ここで、特に冷間圧接法では金属箔がダメ
ージやピンホール等を生じることなく接合できるので、
電池の密閉性を損なうことがない。また金属箔の開裂圧
も変動しないので、この冷間圧接法を用いることによっ
て動作の安定な安全弁が得られる。

【００２７】なお、金属箔の開裂圧は、電池蓋の全面積
Ｓ₁と通気口の開口面積Ｓ₂の比Ｓ₂／Ｓ₁、金属箔の厚さ
及び圧接によって金属箔の接合部側近に形成される薄肉
部の厚さ等によって制御され、これらを制御することに
よって電池の大きさに依らず容易に２０ｋｇｆ／ｃｍ²
以下の開裂圧が実現する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２９】この実施の形態の電池は、図１（ａ），
（ｂ）に示すように、一側方が開放された角形の電池缶
１と、この電池缶１の開放側を閉蓋する電池蓋２よりな
る密閉容器３内に、正極と負極が収容されてなり、前記
電池蓋２には、通気孔４が形成されるとともに前記通気
孔４を閉塞するように金属箔５が冷間圧接法によって接
合されている。

【００３０】電池蓋２に形成される通気孔４と、この通
気孔４を閉塞する金属箔５は、電池内で異常反応が生じ
て電池内圧が上昇したときに、電池内圧を開放する安全
弁となるものである。

【００３１】すなわち、この電池では、異常使用によっ
て電池内圧が上昇したときに、上記金属箔５にも圧力が
かかり、電池内圧がある値を越えたところでこの金属箔
５が開裂する。これにより、この開裂部から密閉容器３
内で発生したガスが排気され、内圧上昇による電池の膨
張や破損等が回避される。

【００３２】そして、特に、本発明の電池では、安全弁
の金属箔５が冷間圧接法によって接合されている。

【００３３】冷間圧接法で金属箔５を接合するには、図
２に示すように、たとえば電池蓋２に形成された通気孔
４を閉塞するように金属箔５を位置合わせし、図３に示
すように電池蓋２を挟んで両側に配された冷間圧接用金
型１０，１１によって金属箔５と電池蓋２を圧接するこ
とで金属箔５を接合する。

【００３４】この冷間圧接法では、金属箔５がダメージ
やピンホール等を生じることなく接合できるので、電池
の密閉性を損なうことがない。また金属箔５の開裂圧も
変動しないので、このような冷間圧接法を用いることに
よって動作の安定な安全弁が得られる。

【００３５】安全弁は、電池蓋２に限らず密閉容器３の
いずれの箇所に設けられても良いが、電池蓋２に安全弁
を設ける方が加工が容易である。また電池缶１に通気孔
を設けると、当該電池缶１の強度が損なわれる恐れがあ
り、これを回避するためにも電池蓋２に安全弁を設ける
方が有利である。

【００３６】また、通気孔４を閉塞するための金属箔５
の材質は特に限定されないが、銅、Ａｌ，Ｎｉ等が現実
的である。

【００３７】このような安全弁において、金属箔５の開
裂圧は、通気孔４の開口面積や金属箔の厚さによって制
御される。適正な開裂圧を得るためには、この通気孔４
の開口面積や金属箔５の厚さが次のようになされている
のが望ましい。

【００３８】まず、通気孔４の開口面積は、金属箔のう
ちで、電池の内側から圧力を受ける受圧部の面積に相当
する。この通気孔４の開口面積は、電池蓋２の全面積
（電池蓋の領域と通気孔の領域を合わせた面積）を
Ｓ₁，通気孔４の開口面積をＳ₂としたときに０．００５
＜Ｓ₂／Ｓ₁＜０．５なる条件を満たすことが望ましい。
Ｓ₂／Ｓ₁が０．００５以下である場合、すなわち電池蓋
２の全面積Ｓ₁に対して通気孔４の開口面積Ｓ₂が小さ過
ぎる場合には、電池内圧の異常上昇に際して金属箔が開
裂しない可能性がある。また、Ｓ₂／Ｓ₁が０．５以上で
ある場合には、安全弁が実使用条件下で誤作動する恐れ
がある。また、電池蓋２上において、通気孔４の占める
割合が大きくなることから、電池蓋２上で正極端子等を
設けるスペースを確保するのが困難になったり、電池蓋
２の強度が損なわれるといった不都合も生じる。

【００３９】一方、金属箔５の厚さＴは、０．００５ｍ
ｍ＜Ｔ＜０．３ｍｍであることが望ましい。金属箔５の
厚さＴが０．００５ｍｍ以下であると、金属箔５の強度
が弱くなることから、安全弁が実使用条件下で誤作動し
たり、外力によって金属箔５が容易に破れる可能性があ
る。また、金属箔５の厚さＴが０．３ｍｍ以上である
と、金属箔５の強度が大き過ぎ、電池内圧の異常上昇に
際して金属箔５が開裂しない可能性がある。

【００４０】なお、金属箔５の開裂圧は、このような面
積比Ｓ₂／Ｓ₁や金属箔５の厚さの他、冷間圧接に際して
金属箔５の接合部側近に形成される薄肉部の厚さによっ
ても制御される。

【００４１】すなわち、冷間圧接法による金属箔の接合
では、金属箔が冷間圧接用金型によって圧接されること
で、圧接された部分では圧接前に比べて肉厚が１／２以
下になる。ここで、冷間圧接用金型の歯先形状を選択す
ることで、図４に示すように、金属箔の接合部５ａより
も内周側であって、この接合部５ａの側近に、このよう
な肉厚の薄い薄肉部５ｂが形成されるようにすると、電
池内圧の上昇に際して、金属箔がこの薄肉部５ｂに対応
した箇所から開裂するようになる。この開裂圧は、薄肉
部５ｂが形成されていない場合に比べて低圧となるの
で、このような薄肉部５ｂを設けることによって、例え
ば２０ｋｇｆ／ｃｍ²以下の開裂圧の範囲で、通気孔４
の開口面積Ｓ₂を比較的小さくしたり、あるいは金属箔
５の厚さを比較的厚くすることが可能となる。したがっ
て、薄い金属箔５を用いることによる様々な不都合が回
避される。また通気孔４の開口面積を確保するのが難し
い、例えば設置面の短辺の長さが６ｍｍ程度の小型電池
に用いると有利である。なお、この金属箔５の薄肉部５
ｂの厚さは、接合面の形状や、金属箔の材質，板厚，熱
処理，表面処置、さらには冷間圧接用金型の歯先形状，
冷間圧接加工時の下死点位置等により調整できる。ま
た、この薄肉部の下限は、０．００５ｍｍである。

【００４２】また、このように金属箔５に薄肉部が形成
されるようにした場合、金属箔５には圧接時に発生した
伸びにより中央がドーム状に変形する。このドーム状の
変形は、図５に示すように、電池の内側が凸面となるよ
うな変形であるのが望ましい。金属箔５が、電池の内側
が凸面となるようにドーム状に変形していると、電池の
内側からの加圧に対しては比較的低圧で開裂するが、電
池の外側からの加圧に対しては耐圧性を有するようにな
る。なお、金属箔の変形は、圧接金型の歯先形状等の調
整により制御できる。

【００４３】以上のように本発明の電池では防爆機構と
して開裂式安全弁が備えられるが、これと併せて、電池
の内圧上昇によって電池系内の電流を遮断する電流遮断
機構を用いるようにしても良い。

【００４４】本発明の電池は、このような防爆機構が備
えられた密閉容器内に正極、負極及び電解液が収容され
て構成される。これらの発電要素は特に制限されず、密
閉型電池で通常用いられるものがいずれも採用できる。

【００４５】たとえば、非水電解液二次電池の場合で
は、正極活物質、負極活物質、電解質として以下のもの
が用いられる。

【００４６】まず、正極活物質としては、Ｌｉ_xＭＯ
₂（但し、Ｍは１種以上の遷移金属、好ましくはＣｏま
たはＮｉの少なくとも１種を表し、０．０５≦ｘ≦１．
１０である。）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物
が用いられる。このうち、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、
ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等を用いるのが望
ましい。

【００４７】なお、リチウム遷移金属複合酸化物は、例
えばリチウム、コバルト、ニッケル、マンガンの炭酸
塩、硝酸塩、酸化物、水酸化物等を出発原料とし、これ
らの原料を所望の組成に応じて混合し、酸素雰囲気下、
６００〜１０００℃の温度範囲で焼成することにより合
成される。

【００４８】負極活物質としては、リチウム、リチウム
合金、さらにはリチウムをドープ且つ脱ドープ可能な炭
素材料等が用いられる。

【００４９】このうち炭素材料には、有機化合物を２０
００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶
性炭素材料の他、結晶化しやすい原料を３０００℃近く
の高温で処理することで得られる人造黒鉛や天然黒鉛等
の高結晶性炭素材料がいずれも使用可能である。

【００５０】低結晶性炭素材料としては、熱分解炭素
類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、
石油コークス等）、有機高分子化合物焼成体（フラン樹
脂等を適当な温度で焼成し、炭素化したもの）等が挙げ
られる。このうち特に、（００２）面の面間隔が０．３
７０ｎｍ以上、真比重が１．７０ｇ／ｃｍ³未満であ
り、且つ空気気流中における示差熱分析で７００℃以上
に発熱ピークを有しないといった物性を有するものを用
いると負極容量を増大できる。

【００５１】また、高結晶性炭素材料としては、黒鉛
類、ガラス状炭素類、炭素繊維、活性炭等が挙げられ
る。これら高結晶性炭素材料は、真比重が２．１０ｇ／
ｃｍ³以上であるので、負極の活物質充填率を上げる上
で有利である。

【００５２】なお、低結晶性炭素材料と高結晶性炭素材
料を組み合わせて使用しても差し支えない。これによ
り、それぞれの炭素材料の長所を兼ね備えた負極が得ら
れる。この場合、炭素材料全量に対して低結晶性炭素材
料の割合が１０〜９０重量％、より好ましくは２０〜８
０重量％であるのが良い。

【００５３】電解液としては、リチウム塩を支持電解質
塩とし、これを有機溶媒に溶解させた非水電解液が用い
られる。

【００５４】有機溶媒としては、環状炭酸エステル類と
鎖状炭酸エステル類の混合溶媒を用いるのが望ましい。

【００５５】このうち環状炭酸エステル類としては、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレ
ンカーボネート等が挙げられる。また、鎖状炭酸エステ
ル類としては、対称鎖状炭酸エステルであるジメチルカ
ーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボ
ネートや、非対称鎖状炭酸エステルであるメチルエチル
カーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプ
ロピルカーボネート等が挙げられる。

【００５６】支持電解質塩としては、ＬｉＣｌ，ＬｉＢ
ｒ、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣｌＯ₄、LiAsF₆、ＬｉＰ
Ｆ₆、ＬｉＢＦ₄等のリチウム塩が単独もしくは２種類以
上が組み合わされて使用される。

【００５７】

【実施例】本発明の具体的な実施例について実験結果に
基づいて説明する。

【００５８】実施例１まず、一側方が開放された角型の電池缶と、この電池缶
の開放された側を閉蓋する電池蓋を用意した。電池蓋は
電池缶の内のり寸法と等しい外形寸法（８ｍｍ×３４ｍ
ｍ）となされている。図６に示すように、この電池蓋１
１には、略中央に正極ピンを挿入するための端子挿入孔
１２が形成されており、この端子挿入孔１２から所定距
離を隔てた位置に円形の通気孔１３が形成されている。
なお、電池蓋の全面積Ｓ₁に対する通気孔の面積Ｓ₂の比
Ｓ₂／Ｓ₁は０．０２である。

【００５９】そして、この電池蓋１１上に、電池の外側
に対応する側から当該電池蓋の通気孔を閉塞するように
銅箔を位置決めして載置し、冷間圧接法によって接合す
ることで安全弁（圧接型安全弁）を設けた。なお、銅箔
の厚さは０．０３ｍｍである。

【００６０】一方、電池缶の中には、炭素材料を負極活
物質とする負極板と、リチウム遷移金属複合酸化物を正
極活物質とする正極板をセパレータを介して複数層積層
した積層電極体を収容するとともに、リチウム塩を有機
溶媒に溶解させて調製した非水電解液を注入した。

【００６１】そして、安全弁が設けられた電池蓋の端子
挿入孔にＡｌ製の正極ピンを挿入した後、この電池蓋
を、電池缶の開放側に被せ、溶接することで角型の非水
電解液二次電池を作製した。

【００６２】比較例１通気孔が形成されていない電池蓋を用意し、この電池蓋
の端子挿入孔から所定距離を隔てた位置に、断面Ｖ字状
の溝を円形に形成することで刻印型安全弁を設けたこと
以外は実施例１と同様にして非水電解液二次電池を作製
した。

【００６３】比較例２銅箔を電池蓋に接合するに際して溶接法を用い、溶接型
安全弁を設けたこと以外は実施例１と同様にして非水電
解液二次電池を作製した。

【００６４】このようにして作製された電池について密
閉性を評価した。

【００６５】なお、密閉性は、電池２０個にレッドチェ
ック法による浸透試験を行い、試験後に電解液の漏液の
有無を調べることで評価した。漏液が生じた電池の個数
を表１に示す。

【００６６】

【表１】

【００６７】表１に示すように、溶接型安全弁を設けた
比較例２の電池では、２０個のうち４個（２０％）の電
池に漏液が生じるのに対して、圧接型安全弁を設けた実
施例１の電池や、刻印型安全弁を設けた比較例１の電池
では漏液が防止される。

【００６８】続いて、漏液が生じなかった実施例１の電
池及び比較例１の電池について、安全弁が作動する圧力
（開裂圧）を油圧試験機を用いて測定した。その結果を
表２に示す。なお、測定に用いた電池の個数は各２０個
である。

【００６９】

【表２】

【００７０】表２に示すように、圧接型安全弁を設けた
実施例１の電池では、２０ｋｇｆ／ｃｍ²程度の低い圧
力で安全弁が作動し、また開裂圧が２０個の電池でほと
んどばらつかない。これに対して、刻印型安全弁を設け
た比較例１の電池では電池内圧が３０ｋｇｆ／ｃｍ²を
越えないと安全弁が作動せず、また安全弁の開裂圧が２
０個の電池で大きくばらつく。また、溶接型安全弁を設
けた比較例２の電池の１６個についても測定を行ったと
ころ、開裂圧が２６±５ｋｇｆ／ｃｍ²と比較的大き
く、また値にばらつきがある。

【００７１】このことから、圧接型安全弁は、他のタイ
プの安全弁に比べて、安全弁としての機能及び電池の密
閉性に優れていることがわかった。

【００７２】通気孔の開口面積の検討次に、安全弁の通気孔について適正な開口面積を検討し
た。

【００７３】電池蓋の全面積Ｓ₁と通気孔の開口面積Ｓ₂
の比Ｓ₂／Ｓ₁を表３に示すように変えたこと以外は実施
例１と同様にして角型の非水電解液二次電池を作製し
た。

【００７４】このようにして作製された電池について開
裂圧を油圧試験機を用いて測定するとともに、各電池を
温度１２０℃雰囲気の恒温槽に放置し、安全弁が作動す
るのに要する時間を測定した。その結果を表３に示す。
なお、測定に用いた電池の個数は各２０個である。

【００７５】

【表３】

【００７６】表３に示すように、Ｓ₂／Ｓ₁を０．００５
とした電池では、安全弁の開裂圧が５２±１０ｋｇｆ／
ｃｍ²と高く、また温度１２０℃雰囲気下で５００時間
以上放置しても安全弁が作動しない。

【００７７】また、Ｓ₂／Ｓ₁を０．５とした電池では、
安全弁の開裂圧が１０±４ｋｇｆ／ｃｍ²と低く、温度
１２０℃雰囲気下で放置すると４２〜６４時間で安全弁
が作動する。このことは、電池の通常使用状態において
も安全弁が作動してしまう可能性を示唆している。ま
た、Ｓ₂／Ｓ₁を０．５とすると、電池蓋に対して通気孔
の占める割合が大きくなり過ぎることから、電池蓋に正
極端子部等を設けるのが困難になる。また、電池作製時
や電池使用時に箔の破損が生じ易い。

【００７８】したがって、電池蓋の全面積Ｓ₂に対する
通気孔の開口面積Ｓ₁の比Ｓ₂／Ｓ₁は０．００５＜Ｓ₂／
Ｓ₁＜０．５、さらには０．００６＜Ｓ₂／Ｓ₁＜０．４
５とするのが望ましい。

【００７９】金属箔の厚さの検討続いて安全弁の金属箔について適正な厚さを検討した。

【００８０】通気孔を閉塞するための銅箔の厚さを表４
に示すように変えたこと以外は実施例１と同様にして角
型の非水電解液二次電池を作製した。

【００８１】このようにして作製した各電池について開
裂圧を油圧試験機を用いて測定するとともに、各電池を
温度１２０℃雰囲気の恒温槽に放置し、安全弁が作動す
るのに要する時間を測定した。その結果を表４に示す。
なお、測定に用いた電池の個数は各２０個である。

【００８２】

【表４】

【００８３】表４に示すように、０．３ｍｍ厚の銅箔を
用いた電池では、安全弁の開裂圧が４２±１０ｋｇｆ／
ｃｍ２と高く、温度１２０℃雰囲気下で５００時間以上
放置しても安全弁が作動しない。また、０．００８ｍｍ
厚の銅箔を用いた電池では、安全弁の開裂圧が５±２ｋ
ｇｆ／ｃｍ２と低く、温度１２０℃雰囲気下で放置する
と２３〜４１時間で安全弁が作動する。このことは、電
池の通常使用状態においても安全弁が作動してしまう可
能性を示唆している。

【００８４】したがって、安全弁の通気孔を閉塞する金
属箔の厚さＴは０．００５ｍｍ＜Ｔ＜０．３ｍｍ、さら
には０．０１ｍｍ＜Ｔ＜０．２９ｍｍとするのが望まし
い。

【００８５】金属箔の薄肉部の検討次に、金属箔に薄肉部を設ける効果を検討した。

【００８６】板厚０．４ｍｍのＳＰＣＥよりなる角型の
電池缶と電池蓋を用意した。電池缶の外形寸法は３４ｍ
ｍ×６ｍｍ×４７ｍｍであり、開放部面積は３４ｍｍ×
６ｍｍである。また、電池蓋の外形寸法は電池缶の開放
部の内のり寸法と略等しくなされている。この電池蓋に
は、略中央に電極引き出し口が形成されている。また、
この端子挿入孔から所定距離を隔てた位置には凹部が形
成され、この凹部内に、当該凹部よりも一回り小さい面
積で円状の通気孔（外径１．５ｍｍ）が形成されてい
る。

【００８７】そして、この電池蓋上に、電池の外側に対
応する側から当該電池蓋の通気孔を閉塞するように金属
箔を位置決めして載置し、冷間圧接法によって接合する
ことで安全弁を設けた。なお、このとき、冷間圧接法の
条件を制御することによって、図４に示すように、金属
箔５に、当該金属箔５の接合部５ａより内周側であって
も、この接合部５ａ側近に薄肉部５ｂが形成されるよう
にした。また、金属箔は、この圧接時に伸びを生じてド
ーム状に変形するが、ここでは、この変形が電池の内側
が凸面となるように生じるようにした。

【００８８】続いて、この電池蓋を、電池缶の開放側に
被せ、溶接することで発電要素が未充填の電池容器を作
製した。

【００８９】このように作製された電池容器の底面に開
裂式実験用の孔部を形成し、この孔部から静水圧を印加
して金属箔の開裂圧を求めた。

【００９０】その結果、金属箔の開裂圧は１５〜２０ｋ
ｇ／ｃｍ²であり、この開裂圧は、金属箔に薄肉部を設
けないこと以外は同様にして作製された電池容器に比べ
て低い値であった。

【００９１】このことから、安全弁の開裂圧は、金属箔
の接合部側近に薄肉部を設けることによっても制御でき
ることがわかった。

【００９２】なお、冷間圧接された蓋と金属箔を通気孔
の中心に沿って切断し、顕微鏡によって観察しながら冷
間圧接法の条件を調整し、薄肉部の下限を調べたとこ
ろ、０．００５ｍｍ程度の厚さまで、冷間圧接法によっ
て安定に薄肉加工できることがわかった。

【００９３】また、容器の内側及び外側から加圧し、金
属箔の開裂圧を測定したところ、容器の内側からの加圧
では１５〜２０ｋｇ／ｃｍ²の開裂圧であるのに対し
て、容器の外側からの加圧では５０〜６０ｋｇ／ｃｍ²
の開裂圧となることが確認された。

【００９４】このことから、電池の内側が凸面となるよ
うに金属箔をドーム状に変形させることによって、電池
の内側からの加圧に対しては適正な開裂圧が得られ、ま
た電池の外側からの加圧に対しては２倍以上の耐圧性を
有するようになることがわかった。

【００９５】なお、以上の実施例では、金属箔として銅
箔を使用しているが、金属箔としてＡｌ、Ｎｉ等、他の
金属箔を使用した場合でも同傾向の結果が得られた。

【００９６】また、電池のサイズも特に制限されず、電
池蓋のサイズを例えば１４ｍｍ×３４ｍｍとした場合に
も同様な結果が得られるた。

【００９７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では、電池の密閉容器に、通気孔を形成するとともに
前記通気孔を閉塞するように金属箔を冷間圧接法によっ
て接合することで設けられる安全弁を用いるので、電池
を小型化した場合でも、安全弁の開裂圧を２０ｋｇｆ／
ｃｍ²以下にすることができる。また、この安全弁は、
電池の密閉性を損なうことがない。したがって、本発明
によれば、異常使用時の内圧上昇に際してトラブルの生
じない安全性、信頼性に優れた小型電池を実現すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した電池の密閉容器の１例を示す
ものであり、（ａ）は容器を上から見た平面図、（ｂ）
は縦断面図である。

【図２】金属箔と電池蓋を示す要部概略断面図である。

【図３】金属箔と電池蓋を冷間圧接法によって接合して
いる様子を示す要部概略断面図である。

【図４】金属箔の薄肉部を示す要部概略断面図である。

【図５】金属箔がドーム状に変形している様子を示す要
部概略断面図である。

【図６】電池蓋を示す模式図である。

【図７】刻印型開裂弁を示す要部概略断面図である。

【図８】溶接型開裂弁を示す要部概略断面図である。

【符号の説明】

１電池缶、２，１１電池蓋、３密閉容器、４，１
３通気孔、５金属箔、５ａ接合部、５ｂ薄肉
部、１０，１１冷間圧接用金型

フロントページの続き (72)発明者高橋秀哉福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１番地の１株式会社ソニー・エナジー・テック内 (72)発明者加藤尚之福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１番地の１株式会社ソニー・エナジー・テック内 (72)発明者村野寛治東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者今野豊宮城県仙台市若林区六丁の目元町13−３株式会社今野工業所内 (72)発明者鈴木一穂宮城県仙台市若林区六丁の目元町13−３株式会社今野工業所内 (72)発明者今野啓一宮城県仙台市若林区六丁の目元町13−３株式会社今野工業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器に、通気孔が形成されるととも
に前記通気孔を閉塞するように金属箔が冷間圧接法によ
って接合されて構成され、上記金属箔は、密閉容器の内圧が規定値を越えて上昇し
たときに開裂することを特徴とする開裂式安全弁。
【請求項２】密閉容器内に、正極と負極が収容されて
なる電池において、上記密閉容器に、通気孔が形成されるとともに前記通気
孔を閉塞するように金属箔が冷間圧接法によって接合さ
れ、上記金属箔は、密閉容器の内圧が規定値を越えて上昇し
たときに開裂することを特徴とする電池。
【請求項３】密閉容器は、一側方が開放された電池缶
と、この電池缶の開放された側を閉塞する電池蓋よりな
り、上記電池蓋に、通気孔が形成されるとともに前記通気孔
を閉塞するように金属箔が冷間圧接法によって接合さ
れ、電池蓋の全面積をＳ₁、通気口の開口面積をＳ₂としたと
きに０．００５＜Ｓ₂／Ｓ₁＜０．５なる条件を満たすこ
とを特徴とする請求項２記載の電池。
【請求項４】金属箔の厚さＴが、０．００５ｍｍ＜Ｔ
＜０．３ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項２記
載の電池。
【請求項５】冷間圧接法によって、金属箔が接合され
るとともに当該金属箔の接合部分の側近が薄肉とされる
ことを特徴とする請求項２記載の電池。