JPH10247483A

JPH10247483A - 密閉型電池の安全構造

Info

Publication number: JPH10247483A
Application number: JP9048902A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Yamamoto; 啓介山本; Atsushi Omae; 淳御前; Mitsuhiro Marumoto; 光弘丸本
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】プレアセンブル方式によって製造された密閉
型電池において、電流の遮断と封口板の破断とを同時に
行うことで安全性を高める。【解決手段】電池蓋２と封口板３とからなる積層体
が、その外周縁全周を、絶縁体４を介して環状の導電性
ケース５に保持されて封口ユニット１とされ、封口ユニ
ット１はガスケット１１を介して電池缶１０の開口部を
封止しており、導電性ケース５は電池内部の発電要素Ｅ
と電気的に接続され、封口板３は電池内部の圧力上昇に
よって破断する破断予定部Ｗを有し、破断予定部Ｗに囲
まれた部分３ａは、電池内部側の面において、導電性バ
ネ部材６によって導電性ケース５と電気的に接続されて
おり、導電性バネ部材は破断予定部に囲まれた部分３ａ
にその重量以上の押圧力を付与している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型電池の安全
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉型電池は、電池缶内に発電要素を封
入したものであり、例えば、乾電池がよく知られた態様
である。ここでいう発電要素とは、発電、充放電を行な
うための電池の電気化学的な要素である。密閉型電池に
おいては、その構造上、内部に異常な温度上昇による気
体の膨張や、電解液の分解などが発生すると、内部の圧
力が異常に上昇し、ついには爆発に至る事態が考えられ
る。そのため、従来より密閉型電池には、内部の高圧と
なったガス等を外部に逃がして、このような事態を回避
するための安全構造が設けられている。

【０００３】図６は、従来の安全構造及び製造工程を示
す断面図であり、断面に現れた線のみを示している。な
お、ハッチングは絶縁性の部品にのみ施している。同図
の例では、封口ユニット１を予め組み立て、この組み立
てられた封口ユニット１を電池缶１０にはめ込んで密閉
型電池を製造するプレアセンブル方式について示してい
る。上記のようにプレアセンブル方式は、安全構造に係
る部品を予め別工程で組み立てる製造方法であり、電池
の組み立てラインにおいて、部品点数を減らすことがで
き、該組み立てラインの稼働率を高めることができる。

【０００４】同図（ａ）は、電池缶１０の開口部に封口
ユニット１をはめ込む前を示している。封口ユニット１
は予め組み立てられており、電池蓋２の内部側に封口板
３、絶縁リング７、端子板６を順に積層し、その積層体
の外周縁全周を絶縁体４を介して環状の導電性ケース５
で保持した構成となっている。電池蓋２には貫通孔が設
けられている（図示せず）ので、封口板３が電池内部の
圧力と外部の圧力とを仕切る隔壁となっている。端子板
６は、中央部分に凸部を有した形状のものであり、凸部
の頂点において封口板３に溶接されて接続されている。
端子板６の中央部分には図示していないが貫通孔が設け
られている。封口板３には、封口板３の片側の面または
両側の面から板材を除去して形成した薄肉部分Ｗが、破
断予定部として環状の曲線を描くように設けられてい
る。

【０００５】同図（ｂ）では、封口ユニット１を、ガス
ケット１１を介して電池缶１０の開口部にはめ込んで密
閉型電池を完成したところを示している。電池缶１０の
開口部における電池缶壁１０ａは、「コの字形」の断面
形状を含むように折り曲げられて、封口ユニット１を挟
み込んでいる。封口ユニット１は端子板６において、発
電要素Ｅに電気的に接続されている。

【０００６】同図に示す構造においては、異常事態によ
って電池内部の圧力がＰ１まで上昇すると、封口板３が
持ち上がり、封口板３と端子板６とを接続する溶接が剥
がれて電流が遮断される。なお、この段階においては、
封口板３は破壊されておらず、隔壁としての機能を未だ
果たしている。更に、圧力が上昇してＰ２に達すると、
薄肉部分Ｗが破断し、内部の高圧流体を外部へ開放して
電池缶が破裂するのを回避する。一般的に、Ｐ２はＰ１
の１．２倍〜２．５倍に設定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、封口板３と
端子板６との接続部分の溶接破壊強度を正確にＰ１に設
定するには高度な溶接技術が要求され、常識的な誤差範
囲である±５％〜±１５％以内に納めることは非常に困
難であり、信頼性に欠けるという問題がある。

【０００８】また、異常事態によって電池内部の圧力が
Ｐ１に達し、電流は遮断されているが、Ｐ２には達して
いない状態の場合、電池内部の圧力は、少なくとも５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²以上、高い場合は１５ｋｇｆ／ｃｍ²以上
に達する。これは、法的にも高圧容器に用いられる圧力
に該当しており、この状態が継続することは十分に安全
な状態とは言えない。

【０００９】本発明の課題は、プレアセンブル方式によ
って製造された密閉型電池において、電流の遮断と封口
板の破断とを同時に行うことで安全性が高められた密閉
型電池の安全構造を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の密閉型電池の安
全構造は、次の特徴を有するものである。（１）少なくとも電池蓋と封口板とからなる積層体
が、その外周縁全周を、絶縁体を介して環状の導電性ケ
ースに保持されてなる封口ユニットが、または、少なくとも電池蓋、封口板、環状の絶縁板、環状の導
電板が順に積層された積層体が、電池蓋を電池外部側と
してガスケットを介して電池缶の開口部を封止してお
り、前記の環状の導電性ケースまたは前記の環状の
導電板は、電池内部の発電要素と電気的に接続され、封
口板は、電池内部の圧力上昇によって破断する破断予定
部を有し、この破断予定部に囲まれた部分は、電池内部
側の面において、導電性バネ部材によって、前記の環
状の導電性ケースまたは前記の環状の導電板と電気的
に接続されており、かつ、導電性バネ部材からこの破断
予定部に囲まれた部分の重量以上の押圧力を受けている
密閉型電池の安全構造。

【００１１】（２）破断予定部が破断したときに、破
断予定部に囲まれた部分と電池蓋との接触を妨害し得る
位置に、絶縁膜が設けられている上記（１）記載の密閉
型電池の安全構造。

【００１２】（３）上記導電性バネ部材が板バネであ
る上記（１）記載の密閉型電池の安全構造。

【００１３】

【作用】本発明の安全構造においては、封口板の破断予
定部に囲まれた部分と導電性ケース又は導電板とが、導
電性バネ部材を介して電気的に接続された構造となって
いる。そのため、異常事態によって電池内部の圧力が上
昇し破断予定部が破断した場合、破断予定部に囲まれた
部分は、該バネ部材によって、封口板から分離又は封口
板と一部接続した状態に維持され、電池蓋と接触するこ
とができない。即ち、本発明の安全構造では、破断予定
部の破断と同時又は略同時に電池内部の電流を遮断又は
減流し得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて詳細に
説明する。図１は、本発明の密閉型電池の安全構造の第
一の態様を示す断面図である。同図では断面に現れた線
のみを示しており、絶縁体４及びガスケット１１にはハ
ッチングを施している。同図に示す態様では、電池蓋２
と封口板３とからなる積層体が、その外周縁全周を、絶
縁体４を介して環状の導電性ケース５に保持され、予め
一つのユニットとしてプレアセンブルされた封口ユニッ
ト１が構成されている。封口ユニット１は、封口板３を
電池内部側として、ガスケット１１を介して電池缶１０
の開口部を封止している。導電性ケース５は、電池内部
の発電要素Ｅと電気的に接続されている。封口板３は、
電池内部の圧力上昇によって破断する破断予定部Ｗを有
し、この破断予定部Ｗに囲まれた部分３ａは、電池内部
側の面において、導電性バネ部材６によって導電性ケー
ス５と電気的に接続されている。破断予定部Ｗに囲まれ
た部分３ａは、導電性バネ部材６から、該囲まれた部分
３ａ自身の重量以上の押圧力を受けている。

【００１５】同図の例では導電性バネ部材６は、展開す
れば短冊状となる板バネであって、板材の両端をそれぞ
れ別々の方向に折り曲げて形成されている。導電性バネ
部材６の一方の端部は破断予定部Ｗに囲まれた部分３ａ
に、他方の端部は導電性ケース５に各々溶接されてい
る。

【００１６】図２は本発明の密閉型電池の安全構造の第
二の態様を示す断面図である。同図では断面に現れた線
のみを示しており、環状の絶縁板２４及びガスケット１
１にはハッチングを施している。同図の例は、図１のプ
レアセンブルとは異なり、封口部分の積層が電池缶の封
止時に順次なされるものであり、少なくとも電池蓋２
２、封口板２３、環状の絶縁板２４、環状の導電板２５
が順に積層された積層体が、電池蓋２２を電池外部側と
してガスケット１１を介して電池缶１０の開口部を封止
している。環状の導電板２５は、電池内部の発電要素Ｅ
と電気的に接続されている。封口板２３は図１の態様と
同様の破断予定部Ｗを有している。この破断予定部Ｗに
囲まれた部分２３ａは、電池内部側の面において、導電
性バネ部材２６によって、環状の導電板２５と電気的に
接続されている。更に、この破断予定部Ｗに囲まれた部
分２３ａは、導電性バネ部材２６から、該囲まれた部分
２３ａ自身の重量以上の押圧力を受けている。

【００１７】同図の例では、導電性バネ部材２６は、図
１の例と同様の展開すれば短冊状となる板バネであっ
て、同様に板材を折り曲げて形成されているが、中央部
分に凸部を有した形状となっている。導電性バネ部材２
６の両端部は導電板２５に、凸部の頂点は破断予定部Ｗ
に囲まれた部分２３ａに、各々溶接されている。

【００１８】図１、２に示した安全構造とすることによ
り、電池内部の圧力の異常上昇により破断予定部Ｗが破
断し、破断予定部Ｗに囲まれた部分３ａが封口板３から
分離した場合、該囲まれた部分３ａは導電性バネ部材６
により、分離した状態が維持され、電池缶に接触するこ
ともない。即ち、本発明の安全構造では、破断予定部Ｗ
の破断と同時に電池内部の電流が遮断される。

【００１９】本発明でいう封口ユニットは、前述したプ
レアセンブル方式において、電池缶の開口部を密封する
ものであり、電池缶にはめ込まれる前に予め組み立てら
れる。封口ユニットの組み立ては、電池蓋の内部側に封
口板を重ね合わて積層し、この積層体の外周縁の全周
を、絶縁体を介して、環状の導電性ケースで保持するこ
とにより行なう。

【００２０】封口ユニットに用いられる絶縁体や導電性
ケースは、破断予定部に囲まれた部分が電池内部側に露
出するように、積層体を保持し得るものであれば良く、
従来より使用されているものであっても良い。これらの
形状や大きさは積層体に合わせて適宜決定すれば良く、
又これらの断面形状も図１の例に限定されない。但し、
導電性ケースは、少なくとも導電性バネ部材が破断予定
部に囲まれた部分に、該囲まれた部分の重量以上の押圧
力を与えることができるように、該バネ部材を支持し得
るものである必要がある。

【００２１】環状の導電板及び環状の絶縁板は、破断予
定部に囲まれた部分が電池内部側に露出するように、積
層体の周縁部に重ね合わされるものであれば良い。これ
らの形状や大きさは、積層体の形状や大きさに合わせて
適宜決定すれば良く、又これらの断面形状は図２の例に
限定されるものではない。環状の導電板は、導電性バネ
部材と一体的に形成されていても良い。但し、環状の導
電板は、前述した導電性ケースと同様に、少なくとも導
電性バネ部材が破断予定部に囲まれた部分に、該囲まれ
た部分の重量以上の押圧力を与えることができるよう
に、該バネ部材を支持し得るものである必要がある。

【００２２】導電性バネ部材は、導電性を有し、破断予
定部に囲まれた部分にそれ自身の重量以上の押圧力を加
えることができるものであって、破断予定部が破断した
時に、該囲まれた部分を、封口板から分離した状態又は
一部において封口板と接触した状態に維持し得るもので
あれば良い。導電性バネ部材としては、図１、２に示し
たような矩形の板材を折り曲げて形成した板バネや、図
３に示すような中心部分に凸部を有する円板状のバネ３
６が挙げられる。図３は導電性バネ部材の一例を示す図
であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は断面図であ
る。なお、上記したバネのうち、部品単価が安く、組立
作業性が良い等の点から、図１に示した板バネが好まし
い。

【００２３】導電性バネ部材が図１、２に示すような板
バネ又は図３に示すような円板状バネであるならば、そ
の材料としては、アルミニウムやその合金等の有機電解
液に対する耐食性に優れた金属、導電性プラスチック、
プラスチックにアルミニウム等の導電性材料を鍍金（塗
布）したもの等が挙げられる。上記バネの成形方法は特
に限定されず、プレス加工、切削加工、板金加工等を適
宜選択すれば良い。上記板バネと封口板又は導電性ケー
スとの接続は、超音波溶接、レーザー溶接、抵抗溶接等
の溶接や、冷間圧接等により行えば良い。

【００２４】封口板は、図１に示すように、電池内部の
圧力と外部の圧力とを仕切る隔壁となるものである。封
口板はその周縁部において電池蓋と重ね合わされてお
り、封口板と電池蓋とは導通している。封口板には、上
記周縁部以外の部分において、電池内部の圧力上昇によ
って破断する破断予定部が形成されている。破断予定部
は封口板の面上において環状に形成されるものである。
封口板は破断予定部に囲まれた部分において、その電池
内部側の面にて導電性バネ部材に接続されている。封口
板の材料としては、導電性材料であれば良いが、有機電
解液に対する耐食性に優れたものが好ましく、例えば、
アルミニウム合金、導電性プラスチック、プラスチック
にアルミニウム等の導電性材料を鍍金（塗布）したもの
等が挙げられる。

【００２５】破断予定部は、電池内部の圧力が予め設定
された圧力に達すると破断するものであれば良い。破断
予定部としては、例えば図１に示すような封口板の一部
の厚さを薄くして形成した薄肉部が挙げられる。その
他、封口板として、図４に示すような薄板４２と開口４
４を有する厚板４３とを重ね合わせて構成したものを使
用するのであれば、開口の下側（薄板４２と接触する
側）の全周に対応する薄板４２の領域が破断予定部とな
る。この場合、開口の下側の全周には必要に応じて刃物
等を設けておくのが好ましい。なお、図４は封口板４１
の断面図であり、厚板４３にのみハッチングを施してい
る。

【００２６】破断予定部の形成は、破断後に、破断予定
部に囲まれた部分が封口板から分離するように行う必要
がある。分離は該囲まれた部分が封口板から完全に分離
してしまう場合が好ましい。但し、一部を残して部分的
に分離する場合であっても、該部分と封口板との接続抵
抗が数Ω程度に達するのであれば（破断前においては１
０ｍΩ以下）、電池電圧が３Ｖ〜５Ｖであるので、十分
電流を減流することとなり好ましい態様である。破断予
定部が前述した薄肉部であるならば、破断予定部の形成
方法としては、プレス成形、切削加工、エッチング加工
等が挙げられる。図４に示す場合であれば、孔あき厚板
に薄板を溶接して破断予定部を形成する方法が挙げられ
る。

【００２７】破断予定部が封口板の面上に描く線は、好
ましく破断を生じさせる点では環状の曲線がよい。ここ
でいう環状の曲線とは、完全に閉じた閉曲線だけではな
く、「Ｃ字形」のように一部が途切れたものでもよい。
環状の曲線の形状は、円形、楕円形、方形、菱形など用
途に応じて設定してよく、円筒型電池には円形、角形電
池には方形とするだけでなく、角形電池の角形断面に収
まる円形であっても良い。環状の曲線の大きさを選択す
ることによって、破断の圧力を調整することができる。

【００２８】図５は、本発明の密閉型電池の安全構造の
他の例を示す断面図であり、断面に現れた線のみを示し
ている。同図は、図１の安全構造に絶縁膜７を設けた例
を示している。同図の例では、絶縁膜７は電池蓋２と封
口板３との間に設置されており、中心部分が凸状に膨ら
んだ形状となっている。このように絶縁膜７を設けるこ
とにより、破断予定部Ｗが破断した時、それに囲まれた
部分３ａが電池蓋２に接触するのを確実に防ぐことがで
きる。

【００２９】本発明で用いられる絶縁膜は、破断予定部
に囲まれた部分が封口板から分離した後、それに囲まれ
た部分と電池蓋とが接触、即ち電気的に接続するのを防
止し得るものであれば良い。従って、その形状、大き
さ、厚みは電池蓋の仕様に応じて適宜決定すれば良い。
絶縁膜の設置位置は、破断予定部に囲まれた部分と電池
蓋との接触を妨害し得る位置であれば良く、図５に示し
た態様に限られない。例えば、電池蓋の突起部分の内部
側の全面に重ね合わせた態様であっても良いし、板状の
絶縁膜を封口板の電池外部側に重ね合わせた態様であっ
ても良い。

【００３０】絶縁膜は通気性を有したものであっても、
有していないものであっても良いが、電池内部の圧力の
上昇により高圧となったガス等は、外部に逃がす必要が
あるため、通気性を有したものであるのが好ましい。但
し、通気性を有していないものであっても、破断予定部
の破断によって破れるように、その厚さ、材料、強度等
が設定されておれば、好ましい態様である。なお、本発
明の安全構造の作動の確実性の点からは、通気性を有し
ている絶縁膜の方が優れているが、通気性を有していな
い絶縁膜では正常時に封口板を外部雰囲気から保護でき
るため、長期信頼性の点ではこちらの方が優れている。

【００３１】絶縁膜の材料としては、プラスチック、ゴ
ム、紙等が挙げられる。絶縁膜に通気性を付与するので
あれば、上記材料に打ち抜き等による後工程を施して孔
を設けて通気性を付与しても良いし、絶縁膜の材料とし
て多孔質のもの、例えば不織布等を用いても良い。絶縁
膜の形成方法としては、プレスによる打ち抜き加工や射
出成型加工等が挙げられるが、特に限定されるものでは
ない。

【００３２】電池缶は、一般的に密閉型電池に用いられ
るものであれば良く、特に限定されるものではない。電
池缶の長手方向に垂直な断面の形状は、特に限定される
ものではなく、丸形、角形等のいずれであっても良い。
電池缶は通常負極となることが多いが、本発明において
は特に限定されず、正極となっていても良い。電池缶は
最終製品段階において、絶縁チューブ等において被覆さ
れていても良い。電池缶の材料としては、ニッケルメッ
キ鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等が挙げられる。電
池缶の成形方法としては、多段プレス成形による方法、
インパクトプレス成形による方法、深絞り成形による方
法等が挙げられる。

【００３３】電池蓋は電池の外部電極となるものであっ
て、電池缶と同様に一般的に密閉型電池に用いられるも
のであれば良く、特に限定されるものではない。電池蓋
の形状は電池缶に合わせて決定されれば良く、丸形、角
形等のいずれであっても良い。電池蓋は通常正極となる
ことが多いが、本発明においては特に限定されず、負極
となっていても良い。電池蓋の材料としては、導電性材
料であれば特に限定されないが、金属−ニッケル鍍金
鉄、ステンレス、アルミニウム、導電性プラスチック、
プラスチックにニッケル等導電性材料を鍍金（塗布）し
たもの等が挙げられる。電池缶の成形方法としては、プ
レス加工、射出成型加工、鋳造、切削加工及びそれらの
組合せ等が挙げられる。

【００３４】本発明による安全構造は、あらゆる密閉型
電池に対して有用であるが、ノート型パソコン、携帯電
話、携帯ビデオカメラ等の充電可能な電源として使用さ
れる高容量リチウムイオン二次電池の安全を確保するた
めには、特に有用となる。本発明による安全構造は、密
閉型電池に関する次のような異常事態で好適に動作す
る。即ち、外部温度の上昇など電池外部の環境変化、充
放電に関する外部の回路異常によって発生する過電流・
過電圧・外部短絡、内部短絡・電解液反応など電池内部
の環境変化、打撃・貫通などの外的破壊行為等で生じる
電池内部の異常昇温に伴う電解液の蒸発、及び気体の熱
膨張による電池内部の圧力の上昇である。本発明による
安全構造は、一般的な円筒型（ボタン型を含む）の密閉
型電池だけでなく、角型など任意の形状の電池にも有用
である。

【００３５】

【実施例】外径約１８ｍｍのリチウムイオン二次電池の
電池缶の開口部に、図５に示す安全構造を付与した。導
電性バネ部材には、板バネ（長さ８ｍｍ、幅２ｍｍ、厚
み０．２ｍｍ、材料アルミニウム合金）を用い、封口板
に囲まれた部分が受ける押圧力が１０ｇｆ程度となるよ
うに弾性変形させて取り付けた。絶縁膜は、材料ポリプ
ロピレンを、図５に示す形状に射出成形して作製し（厚
み０．１ｍｍ）、同図と同様に設置した。封口板（材料
アルミニウム合金）は、破断予定部以外の部分の厚さが
０．３ｍｍ、破断予定部の厚さが０．０４ｍｍとなるよ
うに設定した。

【００３６】このリチウムイオン二次電池に対して、過
充電（定格容量の２５０％まで充電する）試験を行なう
ことによって、内部圧力を上昇させたところ、バラツキ
の少ない安定した圧力で封口板が破断予定部で破断し、
同時に電池内部の電流が遮断され、電池缶が破裂するこ
となく、未然に内圧が開放されることが確認できた。

【００３７】

【発明の効果】本発明では、特に、プレアセンブル方式
で製造された密閉型電池であっても、二段階の圧力設定
をすることなく、密閉型電池の安全を図ることができ
る。更に、構造を簡単にできるため、組み立てが容易と
なり、生産速度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の密閉型電池の安全構造の第一の態様を
示す断面図である。

【図２】本発明の密閉型電池の安全構造の第二の態様を
示す断面図である。

【図３】本発明の密閉型電池の安全構造に用いられる導
電性バネ部材の一例を示す図である。

【図４】本発明の密閉型電池の安全構造に用いられる封
口板の一例を示す断面図である。

【図５】本発明の密閉型電池の安全構造の他の例を示す
断面図である。

【図６】従来の密閉型電池の安全構造及び製造工程を示
す断面図である。

【符号の説明】

１封口ユニット２電池蓋３封口板３ａ破断予定部に囲まれた部分４絶縁体５導電性ケース６導電性バネ部材１０電池缶１１ガスケットＥ発電要素Ｗ破断予定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも電池蓋と封口板とからなる
積層体が、その外周縁全周を、絶縁体を介して環状の導
電性ケースに保持されてなる封口ユニットが、または、
少なくとも電池蓋、封口板、環状の絶縁板、環状の導
電板が順に積層された積層体が、電池蓋を電池外部側と
してガスケットを介して電池缶の開口部を封止してお
り、前記の環状の導電性ケースまたは前記の環状の
導電板は、電池内部の発電要素と電気的に接続され、封
口板は、電池内部の圧力上昇によって破断する破断予定
部を有し、この破断予定部に囲まれた部分は、電池内部
側の面において、導電性バネ部材によって、前記の環
状の導電性ケースまたは前記の環状の導電板と電気的
に接続されており、かつ、導電性バネ部材からこの破断
予定部に囲まれた部分の重量以上の押圧力を受けている
密閉型電池の安全構造。
【請求項２】破断予定部が破断したときに、破断予定
部に囲まれた部分と電池蓋との接触を妨害し得る位置
に、絶縁膜が設けられている請求項１記載の密閉型電池
の安全構造。
【請求項３】上記導電性バネ部材が板バネである請求
項１記載の密閉型電池の安全構造。