JPH11144705A - 防爆型非水電解液二次電池及びその破断圧力設定方法 - Google Patents
防爆型非水電解液二次電池及びその破断圧力設定方法Info
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- JPH11144705A JPH11144705A JP9308294A JP30829497A JPH11144705A JP H11144705 A JPH11144705 A JP H11144705A JP 9308294 A JP9308294 A JP 9308294A JP 30829497 A JP30829497 A JP 30829497A JP H11144705 A JPH11144705 A JP H11144705A
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 過充電時に電池内の電気的接続を安全確実に
遮断するとともに、正常な使用あるいは高温での保管の
際には作動しない通電遮断装置を有する防爆型非水電解
液二次電池を提供する。 【解決手段】 封口部に、互いに機械的かつ電気的に結
合された上下１対の弁板１、２を備え、電池ケース７の
内圧が所定値以上になったとき、上下１対の弁板１、２
間の機械的結合が破断されて通電をカットするように構
成した防爆型非水電解液二次電池の破断圧力設定方法に
おいて、前記上下１対の弁板１、２間の機械的結合が破
断される破断圧力を、電池の空間体積占有率に応じ、空
間体積占有率が増加するに従って、低下させるように設
定したことを特徴とする。
遮断するとともに、正常な使用あるいは高温での保管の
際には作動しない通電遮断装置を有する防爆型非水電解
液二次電池を提供する。 【解決手段】 封口部に、互いに機械的かつ電気的に結
合された上下１対の弁板１、２を備え、電池ケース７の
内圧が所定値以上になったとき、上下１対の弁板１、２
間の機械的結合が破断されて通電をカットするように構
成した防爆型非水電解液二次電池の破断圧力設定方法に
おいて、前記上下１対の弁板１、２間の機械的結合が破
断される破断圧力を、電池の空間体積占有率に応じ、空
間体積占有率が増加するに従って、低下させるように設
定したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
等に適用される防爆型非水電解液二次電池に関するもの
である。
等に適用される防爆型非水電解液二次電池に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＡＶ機器あるいはパソコンなどの
電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んで
おり、これらの駆動用電源としては、高容量化した各種
のアルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池に代表され
る非水電解液（有機溶媒系電解液）二次電池が適してい
る。さらに、非水電解液二次電池は、高エネルギー密度
で、負荷特性の優れた密閉型電池とすることが促進され
ており、これら密閉型電池は時計やカメラなどの携帯用
機器の電源として広く使用されている。
電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んで
おり、これらの駆動用電源としては、高容量化した各種
のアルカリ蓄電池やリチウムイオン二次電池に代表され
る非水電解液（有機溶媒系電解液）二次電池が適してい
る。さらに、非水電解液二次電池は、高エネルギー密度
で、負荷特性の優れた密閉型電池とすることが促進され
ており、これら密閉型電池は時計やカメラなどの携帯用
機器の電源として広く使用されている。
【０００３】ところで、非水電解液二次電池では、充電
器を含む機器の故障や過充電あるいは誤使用などが生じ
た場合、電池内部の発電要素が化学変化を起こす。例え
ば、過充電や短絡などによる異常反応により電解液や活
物質が分解して、電池内部に異常にガスが発生し、電池
内圧が過大となる。このため、この種の電池には下記の
ような防爆安全機構が従来から付加されている。すなわ
ち、電池内圧が設定値を越えたときに、その内圧を受け
た弁体が内圧方向（内圧が拡散していく方向）に押圧さ
れて変形することにより、導電部材の薄肉部を破断させ
るか、または弁体と導電部材との溶着部を剥離させて、
過充電や短絡時の発生の初期段階で通電電流を遮断して
異常反応を停止させる。それにより、充電電流または短
絡電流による電池の温度上昇や電池内圧の上昇を抑え
て、電池の安全性を確保している。
器を含む機器の故障や過充電あるいは誤使用などが生じ
た場合、電池内部の発電要素が化学変化を起こす。例え
ば、過充電や短絡などによる異常反応により電解液や活
物質が分解して、電池内部に異常にガスが発生し、電池
内圧が過大となる。このため、この種の電池には下記の
ような防爆安全機構が従来から付加されている。すなわ
ち、電池内圧が設定値を越えたときに、その内圧を受け
た弁体が内圧方向（内圧が拡散していく方向）に押圧さ
れて変形することにより、導電部材の薄肉部を破断させ
るか、または弁体と導電部材との溶着部を剥離させて、
過充電や短絡時の発生の初期段階で通電電流を遮断して
異常反応を停止させる。それにより、充電電流または短
絡電流による電池の温度上昇や電池内圧の上昇を抑え
て、電池の安全性を確保している。
【０００４】米国特許明細書第４，９４３，４９７号に
開示されている電池構造体は、過充電の際に内部的に十
分に保護される商業上有用な製品を作ることができると
いう点においては価値あるものである。遮断装置を起動
する気体発生機構は、電池の電圧、温度及び時間に依存
している。気体発生の速度は一定ではないが、電池の電
圧及び温度とともに大きくなる。実際に電池を使用する
場合に特に重要なことは、気体の発生が、所定の電圧及
び温度においては時間の経過に伴って継続するというこ
とである。気体の発生により、過充電の際に電池の安全
な動作の停止を確保することが必要となるが、通常の操
作の際には長引く気体の発生を避けなければならない。
気体の発生を避けることができないと、気体分解生成物
が時間の経過に伴って蓄積し、気体の圧力が上昇するの
で、遮断装置は正常な使用の際に作動してしまう可能性
がある。
開示されている電池構造体は、過充電の際に内部的に十
分に保護される商業上有用な製品を作ることができると
いう点においては価値あるものである。遮断装置を起動
する気体発生機構は、電池の電圧、温度及び時間に依存
している。気体発生の速度は一定ではないが、電池の電
圧及び温度とともに大きくなる。実際に電池を使用する
場合に特に重要なことは、気体の発生が、所定の電圧及
び温度においては時間の経過に伴って継続するというこ
とである。気体の発生により、過充電の際に電池の安全
な動作の停止を確保することが必要となるが、通常の操
作の際には長引く気体の発生を避けなければならない。
気体の発生を避けることができないと、気体分解生成物
が時間の経過に伴って蓄積し、気体の圧力が上昇するの
で、遮断装置は正常な使用の際に作動してしまう可能性
がある。
【０００５】実際に、電解液と正極物質の正しい選択に
より、ある程度安全性に関する要件を満足させることが
できる。しかしながら、これらの要件は、コスト、複雑
性、エネルギー密度などのような別の理由により上記選
択を妨害する。更に、気体の発生が、その他の点で完全
に密閉された電池において継続する場合には、遮断機構
の最大寿命が制限を受ける。
より、ある程度安全性に関する要件を満足させることが
できる。しかしながら、これらの要件は、コスト、複雑
性、エネルギー密度などのような別の理由により上記選
択を妨害する。更に、気体の発生が、その他の点で完全
に密閉された電池において継続する場合には、遮断機構
の最大寿命が制限を受ける。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、リチウムイ
オン二次電池等の非水電解液二次電池において、過充電
時に電池内の電気的接続を安全確実に遮断するととも
に、正常な使用あるいは高温での保管の際には作動しな
い遮断装置を有し、さらに電池の廃棄、火中投下などに
よりガス廃棄能力以上のガスが発生した場合には安全装
置の複合化と最適化によって電池破裂等の問題を生じな
い安全性に優れた防爆型非水電解液二次電池を提供する
ことを主目的とする。
オン二次電池等の非水電解液二次電池において、過充電
時に電池内の電気的接続を安全確実に遮断するととも
に、正常な使用あるいは高温での保管の際には作動しな
い遮断装置を有し、さらに電池の廃棄、火中投下などに
よりガス廃棄能力以上のガスが発生した場合には安全装
置の複合化と最適化によって電池破裂等の問題を生じな
い安全性に優れた防爆型非水電解液二次電池を提供する
ことを主目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、封口部に、互いに機械的かつ電気的に結
合された上下１対の弁板を備え、電池ケースの内圧が所
定値以上になったとき、上下１対の弁板間の機械的結合
が破断されて通電をカットし、その後更に電池ケースの
内圧が上昇して所定値以上になったとき、上弁板に形成
した易破断部が破断され電池ケース内の気体が外部に放
出されるように構成した防爆型非水電解液二次電池の破
断圧力設定方法において、前記上下１対の弁板間の機械
的結合が破断される破断圧力を、電池の空間体積占有率
に応じ、空間体積占有率が増加するに従って、低下させ
るように設定したことを特徴とし、又上弁板の易破断部
の破断圧力を１８〜２４Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定したこと
を特徴とするものである。
成するために、封口部に、互いに機械的かつ電気的に結
合された上下１対の弁板を備え、電池ケースの内圧が所
定値以上になったとき、上下１対の弁板間の機械的結合
が破断されて通電をカットし、その後更に電池ケースの
内圧が上昇して所定値以上になったとき、上弁板に形成
した易破断部が破断され電池ケース内の気体が外部に放
出されるように構成した防爆型非水電解液二次電池の破
断圧力設定方法において、前記上下１対の弁板間の機械
的結合が破断される破断圧力を、電池の空間体積占有率
に応じ、空間体積占有率が増加するに従って、低下させ
るように設定したことを特徴とし、又上弁板の易破断部
の破断圧力を１８〜２４Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定したこと
を特徴とするものである。
【０００８】更に本発明は、上記目的を達成するため
に、封口部に、互いに機械的かつ電気的に結合された上
下１対の弁板を備え、電池ケースの内圧が所定値以上に
なったとき、上下１対の弁板間の機械的結合が破断され
て通電をカットし、その後更に電池ケースの内圧が上昇
して所定値以上になったとき、上弁板に形成された易破
断部が破断され電池ケース内の気体が外部に放出される
ように構成した防爆型非水電解液二次電池において、電
池ケースの底面部に易破断部を形成し、その破断圧力を
上弁板の易破断部の破断圧力より１６Ｋｇｆ／ｃｍ2 以
上高くなるように設定したことを特徴とし、又封口部カ
シメ耐圧が電池ケースの底面部に形成した易破断部の破
断圧力より１０Ｋｇｆ／ｃｍ2 以上高くなるように設定
したことを特徴とするものである。
に、封口部に、互いに機械的かつ電気的に結合された上
下１対の弁板を備え、電池ケースの内圧が所定値以上に
なったとき、上下１対の弁板間の機械的結合が破断され
て通電をカットし、その後更に電池ケースの内圧が上昇
して所定値以上になったとき、上弁板に形成された易破
断部が破断され電池ケース内の気体が外部に放出される
ように構成した防爆型非水電解液二次電池において、電
池ケースの底面部に易破断部を形成し、その破断圧力を
上弁板の易破断部の破断圧力より１６Ｋｇｆ／ｃｍ2 以
上高くなるように設定したことを特徴とし、又封口部カ
シメ耐圧が電池ケースの底面部に形成した易破断部の破
断圧力より１０Ｋｇｆ／ｃｍ2 以上高くなるように設定
したことを特徴とするものである。
【０００９】上記発明によればリチウム二次電池等の非
水電解液二次電池の過充電時に電池内の電気的接続を安
全確実に遮断するとともに、正常な使用あるいは高温で
の保管の際には作動しない通電遮断装置を有し、さらに
電池の廃棄、火中投下などによりガス廃棄能力以上のガ
スが発生した場合には防爆装置の複合化と最適化によっ
て電池破裂等の問題を生じない安全性に優れた防爆型非
水電解液二次電池を提供できる。
水電解液二次電池の過充電時に電池内の電気的接続を安
全確実に遮断するとともに、正常な使用あるいは高温で
の保管の際には作動しない通電遮断装置を有し、さらに
電池の廃棄、火中投下などによりガス廃棄能力以上のガ
スが発生した場合には防爆装置の複合化と最適化によっ
て電池破裂等の問題を生じない安全性に優れた防爆型非
水電解液二次電池を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。
態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】図１は本発明の一実施の形態に係る防爆型
リチウム二次電池の縦断面図である。同図において、こ
の電池に使われている防爆封口板は、薄い金属箔からな
る上弁体（上弁板）１と、この上弁体１に対設された薄
い金属箔からなる下弁体（下弁板）２と、上弁体１と下
弁体２の各々の周縁部分の間に介在されたリング状の絶
縁性インナーガスケット３と、上弁体１の周縁部の上面
に重ねられたリング状のＰＴＣ素子４と、このＰＴＣ素
子４に載置された６個の排気孔５ａを有する金属キャッ
プ５と、上記の各部材を積層状態で挿入させて保持する
４個の通気孔６ａを有するアルミニウム製の金属ケース
６とを備えている。
リチウム二次電池の縦断面図である。同図において、こ
の電池に使われている防爆封口板は、薄い金属箔からな
る上弁体（上弁板）１と、この上弁体１に対設された薄
い金属箔からなる下弁体（下弁板）２と、上弁体１と下
弁体２の各々の周縁部分の間に介在されたリング状の絶
縁性インナーガスケット３と、上弁体１の周縁部の上面
に重ねられたリング状のＰＴＣ素子４と、このＰＴＣ素
子４に載置された６個の排気孔５ａを有する金属キャッ
プ５と、上記の各部材を積層状態で挿入させて保持する
４個の通気孔６ａを有するアルミニウム製の金属ケース
６とを備えている。
【００１２】インナーガスケット３は、耐電解液性を有
する合成樹脂、例えばシラン架橋性ポリプロピレン系ポ
リマーによりリング形状の周縁部３ａの周端から筒状部
３ｂが上方に延出した形状に形成されている。上記上弁
体１は、例えば厚さ０．１５ｍｍで、外径が１２．７ｍ
ｍのアルミニウム円板からなり、中央部分が下方に向け
湾曲形状に膨出した凹状部１ａと、この凹状部１ａの周
囲に、平面視Ｃ字形状の刻印を用いて形成されたＣ字形
状の易破断性の薄肉部１ｂとを有している。
する合成樹脂、例えばシラン架橋性ポリプロピレン系ポ
リマーによりリング形状の周縁部３ａの周端から筒状部
３ｂが上方に延出した形状に形成されている。上記上弁
体１は、例えば厚さ０．１５ｍｍで、外径が１２．７ｍ
ｍのアルミニウム円板からなり、中央部分が下方に向け
湾曲形状に膨出した凹状部１ａと、この凹状部１ａの周
囲に、平面視Ｃ字形状の刻印を用いて形成されたＣ字形
状の易破断性の薄肉部１ｂとを有している。
【００１３】下弁体２は、例えば厚さ０．１ｍｍで外径
が１３．５ｍｍのアルミニウム円板からなり、中央部分
２ａの周囲に、平面視円形状の刻印を用いて形成された
易破断性の薄肉部２ｂとを有している。この薄肉部２ｂ
は、電池内圧が所定値に達したときに破断する破断強度
であって、上弁体１の薄肉部１ｂの破断強度よりも低い
強度に設定されている。
が１３．５ｍｍのアルミニウム円板からなり、中央部分
２ａの周囲に、平面視円形状の刻印を用いて形成された
易破断性の薄肉部２ｂとを有している。この薄肉部２ｂ
は、電池内圧が所定値に達したときに破断する破断強度
であって、上弁体１の薄肉部１ｂの破断強度よりも低い
強度に設定されている。
【００１４】上弁体１と下弁体２の各々の中心部が溶接
により結合部Ｓが形成されており、上弁体１と下弁体２
とは、結合部Ｓのみを介して電気的に接続されている。
なお、ＰＴＣ素子４は、設定値以上の電流が流れること
により、所定の温度域を越えると桁違いに電気抵抗値が
増大する正温度特性の抵抗素子である。
により結合部Ｓが形成されており、上弁体１と下弁体２
とは、結合部Ｓのみを介して電気的に接続されている。
なお、ＰＴＣ素子４は、設定値以上の電流が流れること
により、所定の温度域を越えると桁違いに電気抵抗値が
増大する正温度特性の抵抗素子である。
【００１５】次に、上記防爆封口板により電池ケース７
の開口部を封口してなる上記電池について簡単に説明す
る。先ず、この防爆封口板を底部に薄肉部７ｂを有する
電池ケース７に挿入するに際して、電池ケース７内に収
容した極板群１０の一方の極板（通常は正極）から導出
されたリード体８を金属ケース６に溶接により接続し、
極板群１０に電解液を注入後、防爆封口板を、その周囲
に絶縁ガスケット９を介在させて電池ケース７の開口部
内側に装着する。その後に、電池ケース７の開口端部分
７ａを内方にかしめ加工すると、防爆封口板が電池ケー
ス７を密閉する。なお、底部に設けた薄肉部７ｂは、図
２に示すように、平面視Ｃ字形状をしており、易破断部
となっている。
の開口部を封口してなる上記電池について簡単に説明す
る。先ず、この防爆封口板を底部に薄肉部７ｂを有する
電池ケース７に挿入するに際して、電池ケース７内に収
容した極板群１０の一方の極板（通常は正極）から導出
されたリード体８を金属ケース６に溶接により接続し、
極板群１０に電解液を注入後、防爆封口板を、その周囲
に絶縁ガスケット９を介在させて電池ケース７の開口部
内側に装着する。その後に、電池ケース７の開口端部分
７ａを内方にかしめ加工すると、防爆封口板が電池ケー
ス７を密閉する。なお、底部に設けた薄肉部７ｂは、図
２に示すように、平面視Ｃ字形状をしており、易破断部
となっている。
【００１６】この電池の通電電流は、電池ケース７内に
収容された極板、リード体８、金属ケース６、下弁体２
から結合部Ｓを介して上弁体１、ＰＴＣ素子４および外
部端子を兼ねる金属キャップ５に流れ、電池として機能
する。ここで、過大電流が流れた場合、ＰＴＣ素子４は
短時間で動作温度に達して抵抗値が増大し、通電電流が
大幅に減少維持される。それにより、外部短絡あるいは
過大電流での誤使用による電池の著しい損傷を防止す
る。
収容された極板、リード体８、金属ケース６、下弁体２
から結合部Ｓを介して上弁体１、ＰＴＣ素子４および外
部端子を兼ねる金属キャップ５に流れ、電池として機能
する。ここで、過大電流が流れた場合、ＰＴＣ素子４は
短時間で動作温度に達して抵抗値が増大し、通電電流が
大幅に減少維持される。それにより、外部短絡あるいは
過大電流での誤使用による電池の著しい損傷を防止す
る。
【００１７】また、充電器故障などによる過充電、ある
いは逆充電、または多数直列過放電などが発生した場
合、ＰＴＣ素子４の動作電流以下の電流値であっても、
電池の安全許容電流を越え、電池内圧が上昇することが
多い。この電池内圧が下弁体２の薄肉部２ｂの破断強度
によって設定された所定値まで上昇すると、上記電池内
圧を通気孔６ａを通じて受ける下弁体２の薄肉部２ｂの
一部が破断し、その破断部を通じて受ける圧力により、
上弁体１は凹状部１ａが反転して上方へ向け変形し、そ
れによって下弁体２の薄肉部２ｂはせん断力が作用して
破断する。それにより、下弁体２の薄肉部２ｂで囲まれ
た部分はくり抜かれて上弁体１と共に下弁体２から離れ
るため、結合部Ｓを通じてのみ導通していた上弁体１と
下弁体２が離間して通電電流が遮断される。
いは逆充電、または多数直列過放電などが発生した場
合、ＰＴＣ素子４の動作電流以下の電流値であっても、
電池の安全許容電流を越え、電池内圧が上昇することが
多い。この電池内圧が下弁体２の薄肉部２ｂの破断強度
によって設定された所定値まで上昇すると、上記電池内
圧を通気孔６ａを通じて受ける下弁体２の薄肉部２ｂの
一部が破断し、その破断部を通じて受ける圧力により、
上弁体１は凹状部１ａが反転して上方へ向け変形し、そ
れによって下弁体２の薄肉部２ｂはせん断力が作用して
破断する。それにより、下弁体２の薄肉部２ｂで囲まれ
た部分はくり抜かれて上弁体１と共に下弁体２から離れ
るため、結合部Ｓを通じてのみ導通していた上弁体１と
下弁体２が離間して通電電流が遮断される。
【００１８】そののちに、電池の内部圧力がさらに上昇
し続けた場合には、大量のガスが発生し電池内圧が上弁
体１の薄肉部１ｂの破断強度によって設定された所定値
に達すると、その薄肉部１ｂが開裂し、充満していたガ
スが金属キャップ５の排気孔５ａから電池外部に排出さ
れる。
し続けた場合には、大量のガスが発生し電池内圧が上弁
体１の薄肉部１ｂの破断強度によって設定された所定値
に達すると、その薄肉部１ｂが開裂し、充満していたガ
スが金属キャップ５の排気孔５ａから電池外部に排出さ
れる。
【００１９】急激に電池の内部圧力が上昇し続けた場合
には、電池内圧が電池ケース７の底部薄肉部７ｂの破断
強度に達すると、その薄肉部７ｂが開裂し、充満してい
たガスが電池外部に排出される。
には、電池内圧が電池ケース７の底部薄肉部７ｂの破断
強度に達すると、その薄肉部７ｂが開裂し、充満してい
たガスが電池外部に排出される。
【００２０】上記のような構成において、電池内密閉空
間中における空間部（すなわち発電要素を構成しない空
間部分）の占める体積割合である空間体積占有率を１５
〜２０％とし下弁体２の破断圧力を３〜１１Ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ１、空間体積占
有率１０〜１４％とし下弁体２の破断圧力を４〜１３Ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ２、空
間体積占有率９％とし下弁体２の破断圧力を５〜１３Ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ３、空
間体積占有率８％とし下弁体２の破断圧力を５．５〜１
３Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ
４、空間体積占有率７％とし下弁体２の破断圧力を７〜
１３Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ
５、空間体積占有率６％とし下弁体２の破断圧力を９〜
１４Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ
６、空間体積占有率５％とし下弁体２の破断圧力を１３
〜１５Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池を
Ａ７とする。なお、薄肉部の破断圧力（作動圧）は、ガ
ス加圧によって測定を行なう。
間中における空間部（すなわち発電要素を構成しない空
間部分）の占める体積割合である空間体積占有率を１５
〜２０％とし下弁体２の破断圧力を３〜１１Ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ１、空間体積占
有率１０〜１４％とし下弁体２の破断圧力を４〜１３Ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ２、空
間体積占有率９％とし下弁体２の破断圧力を５〜１３Ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ３、空
間体積占有率８％とし下弁体２の破断圧力を５．５〜１
３Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ
４、空間体積占有率７％とし下弁体２の破断圧力を７〜
１３Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ
５、空間体積占有率６％とし下弁体２の破断圧力を９〜
１４Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＡ
６、空間体積占有率５％とし下弁体２の破断圧力を１３
〜１５Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池を
Ａ７とする。なお、薄肉部の破断圧力（作動圧）は、ガ
ス加圧によって測定を行なう。
【００２１】次に、これらの電池を用いて過充電試験、
高温保存試験、火中投下試験を行った結果を示す。
高温保存試験、火中投下試験を行った結果を示す。
【００２２】（１）過充電試験 過充電試験は、充電器故障などによる無制御での過充電
を想定した試験であって、このときの電池の状態を観察
した。比較例として、空間体積占有率１５〜２０％とし
下弁体２の破断圧力を１３Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封
口板を用いた電池をＢ１、空間体積占有率７〜１４％と
し下弁体２の破断圧力を１４Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した
封口板を用いた電池をＢ２、空間体積占有率６％とし下
弁体２の破断圧力を１５Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口
板を用いた電池をＢ３、空間体積占有率５％とし下弁体
２の破断圧力を１６Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を
用いた電池をＢ４とする。表１に本発明の実施例の電池
と比較例の電池の過充電試験結果を示す。
を想定した試験であって、このときの電池の状態を観察
した。比較例として、空間体積占有率１５〜２０％とし
下弁体２の破断圧力を１３Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封
口板を用いた電池をＢ１、空間体積占有率７〜１４％と
し下弁体２の破断圧力を１４Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した
封口板を用いた電池をＢ２、空間体積占有率６％とし下
弁体２の破断圧力を１５Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口
板を用いた電池をＢ３、空間体積占有率５％とし下弁体
２の破断圧力を１６Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を
用いた電池をＢ４とする。表１に本発明の実施例の電池
と比較例の電池の過充電試験結果を示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１の結果から、比較例電池Ｂ１〜Ｂ４は
電池の発火が発生するのに対し、本発明の実施例電池Ａ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７は発火には至
らなかった。比較例電池Ｂ１〜Ｂ４においては、下弁体
２の破断圧力が高いために通電電流の電気的接続を遮断
するタイミングが遅れ、電解液の分解が継続され電池内
圧が上昇し電池温度も上昇し続ける。このまま電池の発
熱暴走開始温度に達し酸素を含むガスを出しながら発火
に至ったものである。
電池の発火が発生するのに対し、本発明の実施例電池Ａ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７は発火には至
らなかった。比較例電池Ｂ１〜Ｂ４においては、下弁体
２の破断圧力が高いために通電電流の電気的接続を遮断
するタイミングが遅れ、電解液の分解が継続され電池内
圧が上昇し電池温度も上昇し続ける。このまま電池の発
熱暴走開始温度に達し酸素を含むガスを出しながら発火
に至ったものである。
【００２５】一方、本発明の実施例電池Ａ１、Ａ２、Ａ
３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７は、空間体積占有率に対し
て最適な破断圧力に設定されており通電電流の電気的接
続を遮断するタイミングが遅れることはない。従って電
池内圧が上昇し電池温度も上昇し続け電池の発熱暴走開
始温度に達することはなく発火に至らない。
３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７は、空間体積占有率に対し
て最適な破断圧力に設定されており通電電流の電気的接
続を遮断するタイミングが遅れることはない。従って電
池内圧が上昇し電池温度も上昇し続け電池の発熱暴走開
始温度に達することはなく発火に至らない。
【００２６】（２）高温保存試験 高温保存試験は、８５℃の恒温槽の中で３日間保存する
もので、この時の電池の状態を観察した。比較例として
空間体積占有率１５〜２０％とし下弁体２の破断圧力を
２Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＣ
１、空間体積占有率１０〜１４％とし下弁体２の破断圧
力を３Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池を
Ｃ２、空間体積占有率９％とし下弁体２の破断圧力を４
Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＣ３、
空間体積占有率８％とし下弁体２の破断圧力を５Ｋｇｆ
／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＣ４、空間体
積占有率７％とし下弁体２の破断圧力を６Ｋｇｆ／ｃｍ
2 に設定した封口板を用いた電池をＣ５、空間体積占有
率６％とし下弁体２の破断圧力を８Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設
定した封口板を用いた電池をＣ６、空間体積占有率５％
とし下弁体２の破断圧力を１２Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定し
た封口板を用いた電池をＣ７とする。表２に本発明の実
施例の電池と比較例の電池の高温保存試験結果を示す。
もので、この時の電池の状態を観察した。比較例として
空間体積占有率１５〜２０％とし下弁体２の破断圧力を
２Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＣ
１、空間体積占有率１０〜１４％とし下弁体２の破断圧
力を３Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池を
Ｃ２、空間体積占有率９％とし下弁体２の破断圧力を４
Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＣ３、
空間体積占有率８％とし下弁体２の破断圧力を５Ｋｇｆ
／ｃｍ2 に設定した封口板を用いた電池をＣ４、空間体
積占有率７％とし下弁体２の破断圧力を６Ｋｇｆ／ｃｍ
2 に設定した封口板を用いた電池をＣ５、空間体積占有
率６％とし下弁体２の破断圧力を８Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設
定した封口板を用いた電池をＣ６、空間体積占有率５％
とし下弁体２の破断圧力を１２Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定し
た封口板を用いた電池をＣ７とする。表２に本発明の実
施例の電池と比較例の電池の高温保存試験結果を示す。
【００２７】
【表２】
【００２８】表２の結果から、比較例電池Ｃ１〜Ｃ７は
封口板の電流遮断の誤作動が生じ電池の導通が絶たれ電
池として機能しないのに対し、本発明の実施例電池Ａ１
〜Ａ７は、封口板の電流遮断の誤作動は生じなかった。
この試験においては、電池が８５℃という高温にさらさ
れる結果、電解液の蒸発と気体の体積膨張により内圧が
上昇する。比較例電池Ｃ１〜Ｃ７は封口板の下弁体２の
破断圧力が低いために通電電流の電気的接続が誤って遮
断された。一方、本発明の実施例電池Ａ１〜Ａ７は、空
間体積占有率に対して最適な破断圧力に設定されており
通電電流の電気的接続を誤って遮断することはない。上
記の結果より、電池内部の空間体積占有率に対して最適
化した遮断作動圧を設定した防爆封口板を備えた電池
は、過度の過充電の際に遮断装置が電池の発火の前に作
動するが、高温での保管の際には作動しないことによ
り、従来電池に比べ安全でかつ信頼性の高い電池の作製
が可能であることが分かる。
封口板の電流遮断の誤作動が生じ電池の導通が絶たれ電
池として機能しないのに対し、本発明の実施例電池Ａ１
〜Ａ７は、封口板の電流遮断の誤作動は生じなかった。
この試験においては、電池が８５℃という高温にさらさ
れる結果、電解液の蒸発と気体の体積膨張により内圧が
上昇する。比較例電池Ｃ１〜Ｃ７は封口板の下弁体２の
破断圧力が低いために通電電流の電気的接続が誤って遮
断された。一方、本発明の実施例電池Ａ１〜Ａ７は、空
間体積占有率に対して最適な破断圧力に設定されており
通電電流の電気的接続を誤って遮断することはない。上
記の結果より、電池内部の空間体積占有率に対して最適
化した遮断作動圧を設定した防爆封口板を備えた電池
は、過度の過充電の際に遮断装置が電池の発火の前に作
動するが、高温での保管の際には作動しないことによ
り、従来電池に比べ安全でかつ信頼性の高い電池の作製
が可能であることが分かる。
【００２９】（３）火中投下 火中投入試験は、電池の廃棄時の焼却を想定した試験で
あって炭火及び木材等の燃焼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。本発明の実施例
電池Ａ１〜Ａ７の上弁体１の破断圧力を１８〜２４Ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 、ケース底部薄肉部破断圧力を４０〜６０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 、封口板の封口カシメ耐圧を７０〜９０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 とする。比較例として空間体積占有率と下
弁体２の破断圧力はＡ１〜Ａ７にそれぞれに準じ、封口
板の上弁体１の破断圧力を１８〜２４Ｋｇｆ／ｃｍ2 、
ケース底部薄肉部破断圧力を１７Ｋｇｆ／ｃｍ2 、封口
板の封口カシメ耐圧を７０〜９０Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定
した電池を比較例電池Ｄ１〜Ｄ７、上弁体１の破断圧力
を１８〜２４Ｋｇｆ／ｃｍ2 、ケース底部薄肉部破断圧
力を４０〜６０Ｋｇｆ／ｃｍ2 、封口板の封口カシメ耐
圧を３０Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した電池を比較例電池Ｅ
１〜Ｅ７とする。表３に本発明の実施例電池と比較例電
池の火中投入試験結果を示す。
あって炭火及び木材等の燃焼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。本発明の実施例
電池Ａ１〜Ａ７の上弁体１の破断圧力を１８〜２４Ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 、ケース底部薄肉部破断圧力を４０〜６０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 、封口板の封口カシメ耐圧を７０〜９０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 とする。比較例として空間体積占有率と下
弁体２の破断圧力はＡ１〜Ａ７にそれぞれに準じ、封口
板の上弁体１の破断圧力を１８〜２４Ｋｇｆ／ｃｍ2 、
ケース底部薄肉部破断圧力を１７Ｋｇｆ／ｃｍ2 、封口
板の封口カシメ耐圧を７０〜９０Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定
した電池を比較例電池Ｄ１〜Ｄ７、上弁体１の破断圧力
を１８〜２４Ｋｇｆ／ｃｍ2 、ケース底部薄肉部破断圧
力を４０〜６０Ｋｇｆ／ｃｍ2 、封口板の封口カシメ耐
圧を３０Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した電池を比較例電池Ｅ
１〜Ｅ７とする。表３に本発明の実施例電池と比較例電
池の火中投入試験結果を示す。
【００３０】
【表３】
【００３１】表３の結果から、比較例電池Ｄ１〜Ｄ７は
電池の破裂は発生しなかったが、ケース底部薄肉部破断
圧力が封口板の上弁体１の破断圧力より低いために、電
池の過充電等で電池温度の上昇などの原因によるわずか
な電池内圧上昇が生じた際、封口板の上弁体１の破断の
みで安全性が確保できるような場合においてもケース底
部薄肉部が破断するような場合が生じる。その結果、電
解液が流出し機器を故障させる原因になりかねない。従
って上弁体１の破断圧力とケース底部薄肉部破断圧力の
差をいくつか設定して試験を行った結果、少なくともケ
ース底部薄肉部破断圧力は上弁体１の破断圧力より１６
Ｋｇｆ／ｃｍ2 程度高く設定することが望ましいことが
分かった。次に比較例電池Ｅ１〜Ｅ７は電池の破裂が発
生した。
電池の破裂は発生しなかったが、ケース底部薄肉部破断
圧力が封口板の上弁体１の破断圧力より低いために、電
池の過充電等で電池温度の上昇などの原因によるわずか
な電池内圧上昇が生じた際、封口板の上弁体１の破断の
みで安全性が確保できるような場合においてもケース底
部薄肉部が破断するような場合が生じる。その結果、電
解液が流出し機器を故障させる原因になりかねない。従
って上弁体１の破断圧力とケース底部薄肉部破断圧力の
差をいくつか設定して試験を行った結果、少なくともケ
ース底部薄肉部破断圧力は上弁体１の破断圧力より１６
Ｋｇｆ／ｃｍ2 程度高く設定することが望ましいことが
分かった。次に比較例電池Ｅ１〜Ｅ７は電池の破裂が発
生した。
【００３２】これは火中に投入された時、異常な加熱に
より電池内部で急速な化学反応が起こると同時に、電池
内に急激なガス発生が起こり、封口板に設けた上弁体１
の破断によるガス排気能力以上のガスが発生した結果、
電池内圧が急激に上昇して封口カシメ耐圧以上の圧力に
なったため破裂に至ったものである。従ってケース底部
薄肉部破断圧力と封口カシメ耐圧の差をいくつか設定し
て試験を行った結果、少なくともケース底部薄肉部破断
圧力は封口カシメ耐圧より１０Ｋｇｆ／ｃｍ2 程度低く
設定することが望ましいことが分かった。一方、本発明
の実施例電池Ａ１〜Ａ７は破裂には至らなかった。これ
は火中投下により電池内圧が上昇した際、封口カシメ耐
圧に達するまでに、上弁体１の破断によるガス排気が起
こり、それでもガス排気能力以上のガスが発生した場合
ケース底部薄肉部破断によるガス排気が行われ、作動圧
レベルを設定することによりガス排気順序が規制され電
池内に発生したガスをスムーズに電池外部に排出するこ
とができるためだと考えられる。
より電池内部で急速な化学反応が起こると同時に、電池
内に急激なガス発生が起こり、封口板に設けた上弁体１
の破断によるガス排気能力以上のガスが発生した結果、
電池内圧が急激に上昇して封口カシメ耐圧以上の圧力に
なったため破裂に至ったものである。従ってケース底部
薄肉部破断圧力と封口カシメ耐圧の差をいくつか設定し
て試験を行った結果、少なくともケース底部薄肉部破断
圧力は封口カシメ耐圧より１０Ｋｇｆ／ｃｍ2 程度低く
設定することが望ましいことが分かった。一方、本発明
の実施例電池Ａ１〜Ａ７は破裂には至らなかった。これ
は火中投下により電池内圧が上昇した際、封口カシメ耐
圧に達するまでに、上弁体１の破断によるガス排気が起
こり、それでもガス排気能力以上のガスが発生した場合
ケース底部薄肉部破断によるガス排気が行われ、作動圧
レベルを設定することによりガス排気順序が規制され電
池内に発生したガスをスムーズに電池外部に排出するこ
とができるためだと考えられる。
【００３３】上記実施形態では、電池ケース７の内圧が
所定値以上になったとき、下弁体２の易破断部（薄肉
部）２ｂが破断されて通電をカットするように構成され
ているが、下弁体２に易破断部２ｂを形成せず、結合部
Ｓが破断されて通電をカットするように構成してもよ
い。又上弁板１に設けた易破断部や電池ケース底面部に
設けた易破断部は、上記実施形態に示すＣ字形状の薄肉
部１ｂ、７ｂで構成できるのみならず、種々の態様のも
ので構成できることは云うまでもない。
所定値以上になったとき、下弁体２の易破断部（薄肉
部）２ｂが破断されて通電をカットするように構成され
ているが、下弁体２に易破断部２ｂを形成せず、結合部
Ｓが破断されて通電をカットするように構成してもよ
い。又上弁板１に設けた易破断部や電池ケース底面部に
設けた易破断部は、上記実施形態に示すＣ字形状の薄肉
部１ｂ、７ｂで構成できるのみならず、種々の態様のも
ので構成できることは云うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、過充電時に電池内の電
気的接続を安全確実に遮断するとともに、正常な使用あ
るいは高温での保管の際には作動しない通電遮断装置を
有し、さらに電池の廃棄、火中投下など広範囲の条件下
においてガス廃棄能力以上のガスが発生した場合には防
爆装置の複合化と最適化によって電池破裂等の問題を生
じない安全性に優れた防爆型非水電解液二次電池を提供
できる。
気的接続を安全確実に遮断するとともに、正常な使用あ
るいは高温での保管の際には作動しない通電遮断装置を
有し、さらに電池の廃棄、火中投下など広範囲の条件下
においてガス廃棄能力以上のガスが発生した場合には防
爆装置の複合化と最適化によって電池破裂等の問題を生
じない安全性に優れた防爆型非水電解液二次電池を提供
できる。
【図１】本発明の一実施形態における防爆型電池の縦断
面図である。
面図である。
【図２】その底面図である。
１ 上弁板（上弁体） １ｂ 易破断部（薄肉部） ２ 下弁板（下弁体） ２ｂ 易破断部（薄肉部） ３ 絶縁性インナーガスケット ４ ＰＴＣ素子 ５ 金属キャップ ６ 金属ケース ７ 電池ケース ７ｂ 易破断部（薄肉部） ８ リード体 ９ 絶縁ガスケット １０ 極板群
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴田 邦夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 封口部に、互いに機械的かつ電気的に結
合された上下１対の弁板を備え、電池ケースの内圧が所
定値以上になったとき、上下１対の弁板間の機械的結合
が破断されて通電をカットし、その後更に電池ケースの
内圧が上昇して所定値以上になったとき、上弁板に形成
した易破断部が破断され電池ケース内の気体が外部に放
出されるように構成した防爆型非水電解液二次電池の破
断圧力設定方法において、前記上下１対の弁板間の機械
的結合が破断される破断圧力を、電池の空間体積占有率
に応じ、空間体積占有率が増加するに従って、低下させ
るように設定したことを特徴とする防爆型非水電解液二
次電池の破断圧力設定方法。 - 【請求項２】 電池の空間体積占有率と上下１対の弁板
間の機械的結合が破断される破断圧力とが下記の関係に
あるように設定されている請求項１記載の防爆型非水電
解液二次電池の破断圧力設定方法。 空間体積占有率 破断圧力 （％、数字は四捨五入） （Ｋｇｆ／ｃｍ2 、数字は四捨五入） １５〜２０ ３〜１１ １０〜１４ ４〜１３ ９ ５〜１３ ８ ５．５〜１３ ７ ７〜１３ ６ ９〜１４ ５ １３〜１５ - 【請求項３】 上弁板の易破断部の破断圧力を１８〜２
４Ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した請求項１又は２記載の防爆
型非水電解液二次電池の破断圧力設定方法。 - 【請求項４】 封口部に、互いに機械的かつ電気的に結
合された上下１対の弁板を備え、電池ケースの内圧が所
定値以上になったとき、上下１対の弁板間の機械的結合
が破断されて通電をカットし、その後更に電池ケースの
内圧が上昇して所定値以上になったとき、上弁板に形成
された易破断部が破断され電池ケース内の気体が外部に
放出されるように構成した防爆型非水電解液二次電池に
おいて、請求項１〜３のいずれかに記載の破断圧力設定
方法で破断圧力が設定されたことを特徴とする防爆型非
水電解液二次電池。 - 【請求項５】 封口部に、互いに機械的かつ電気的に結
合された上下１対の弁板を備え、電池ケースの内圧が所
定値以上になったとき、上下１対の弁板間の機械的結合
が破断されて通電をカットし、その後更に電池ケースの
内圧が上昇して所定値以上になったとき、上弁板に形成
された易破断部が破断され電池ケース内の気体が外部に
放出されるように構成した防爆型非水電解液二次電池に
おいて、電池ケースの底面部に易破断部を形成し、その
破断圧力を上弁板の易破断部の破断圧力より１６Ｋｇｆ
／ｃｍ2 以上高くなるように設定したことを特徴とする
防爆型非水電解液二次電池。 - 【請求項６】 電池ケースの底面部に形成した易破断部
の破断圧力が４０〜６０Ｋｇｆ／ｃｍ2 である請求項５
記載の防爆型非水電解液二次電池。 - 【請求項７】 封口部カシメ耐圧が電池ケースの底面部
に形成した易破断部の破断圧力より１０Ｋｇｆ／ｃｍ2
以上高くなるように設定した請求項５又は６記載の防爆
型非水電解液二次電池。 - 【請求項８】 封口部カシメ耐圧が７０〜９０Ｋｇｆ／
ｃｍ2 である請求項７記載の防爆型非水電解液二次電
池。 - 【請求項９】 電池ケースの底面部に易破断部を形成
し、その破断圧力を上弁板の易破断部の破断圧力より１
６Ｋｇｆ／ｃｍ2 以上高くなるように設定したことを特
徴とする請求項４記載の防爆型非水電解液二次電池。 - 【請求項１０】 電池ケースの底面部に形成した易破断
部の破断圧力が４０〜６０Ｋｇｆ／ｃｍ2 である請求項
９記載の防爆型非水電解液二次電池。 - 【請求項１１】 封口部カシメ耐圧が電池ケースの底面
部に形成した易破断部の破断圧力より１０Ｋｇｆ／ｃｍ
2 以上高くなるように設定した請求項９又は１０記載の
防爆型非水電解液二次電池。 - 【請求項１２】 封口部カシメ耐圧が７０〜９０Ｋｇｆ
／ｃｍ2 である請求項１１記載の防爆型非水電解液二次
電池。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9308294A JPH11144705A (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | 防爆型非水電解液二次電池及びその破断圧力設定方法 |
| PCT/JP1998/005051 WO1999025037A1 (en) | 1997-11-11 | 1998-11-10 | Explosion-proof nonaqueous electrolyte secondary cell and rupture pressure setting method therefor |
| US09/341,457 US6258477B1 (en) | 1997-11-11 | 1998-11-10 | Explosion-proof nonaqueous electrolyte secondary cell and rupture pressure setting method therefor |
| CA002277049A CA2277049C (en) | 1997-11-11 | 1998-11-10 | Explosion-proof non-aqueous electrolyte secondary battery and method of setting rupture pressure |
| DE69837842T DE69837842T2 (de) | 1997-11-11 | 1998-11-10 | Explosionsgeschützte nichtwässrige elektrolytische sekundärzelle und verfahren zum regeln des bruchdruckes der zelle |
| CNB988017105A CN1147942C (zh) | 1997-11-11 | 1998-11-10 | 防爆型非水电解质二次电池及其断裂压力设定方法 |
| EP98951758A EP0973213B1 (en) | 1997-11-11 | 1998-11-10 | Explosion-proof nonaqueous electrolyte secondary cell and rupture pressure setting method therefor |
| KR1019997006283A KR100351608B1 (ko) | 1997-11-11 | 1998-11-10 | 방폭형 비수전해액 이차전지 및 그 파단압력 설정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9308294A JPH11144705A (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | 防爆型非水電解液二次電池及びその破断圧力設定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11144705A true JPH11144705A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17979318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9308294A Pending JPH11144705A (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | 防爆型非水電解液二次電池及びその破断圧力設定方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6258477B1 (ja) |
| EP (1) | EP0973213B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11144705A (ja) |
| KR (1) | KR100351608B1 (ja) |
| CN (1) | CN1147942C (ja) |
| CA (1) | CA2277049C (ja) |
| DE (1) | DE69837842T2 (ja) |
| WO (1) | WO1999025037A1 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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