JP2002008615A

JP2002008615A - 密閉型電池

Info

Publication number: JP2002008615A
Application number: JP2001118462A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takahashi; 昌弘高橋; Satoshi Onodera; 敏小野寺
Original assignee: NEC Mobile Energy Corp
Current assignee: NEC Mobile Energy Corp
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】低い作動圧で作動し、破片から飛散片が生じ
ることがない密閉型電池を提供する。【解決手段】内部圧力の増大によって開裂する圧力開
放弁を設けた密閉型電池において、長辺と短辺を有する
矩形状もしくは長円状の薄肉部の輪郭に沿って、一方の
長辺を除いて内部圧力の増大時に開裂する溝を形成した
ものであり、圧力開放時に開裂する部分が、矩形状もし
くは長円状の平行な二つの長辺の間の間隔よりも深い電
池缶壁面に形成した凹部の底面に設けた密閉型電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池要素を電池缶
内に収納した密閉型電池に関し、短絡等の充放電時の異
常時における電池缶内の圧力上昇の際に速やかに電池の
内部圧力を開放し、密閉型電池の破裂等の事態を回避す
ることができる安全性の大きな密閉型電池を提供するこ
とを課題とするものである。

【０００２】

【従来の技術】小型の電子機器の電源として各種の電池
が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコ
ーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池である
リチウムイオン二次電池等の非水電解液電池が用いられ
ている。これらの非水電解液電池としては、円筒型、角
型の構造を有したものが用いられている。小型の電子機
器の電源として用いられているリチウムイオン電池にお
いては、正極集電体および負極集電体にそれぞれ活物質
を塗布した後に、セパレータを介在させて積層したもの
を電池缶内に収納して密閉したものが用いられている。

【０００３】これらの電池では、充放電時に異常な電池
反応が進むと、電池内部で圧力が上昇し、電池の爆発、
燃焼等の事態が発生する可能性がある。そこで、充放電
時の過大な電流、電池の過充電、過放電等を検出し、電
流を遮断する等の保護回路が設けられている。ところ
が、保護回路が正常に動作しない場合や、電池が予期し
得ない異常な状態で使用された場合には、電池内部の電
池反応によって気体が発生し、電池内部の圧力が上昇
し、電池の発熱、発煙、発火等がおこり、最悪の場合に
は、破裂、爆発等の危険が生じる。

【０００４】特に、昨今の密閉型電池の小型大容量化に
伴い、電池内部に蓄えられるエネルギー量も格段と大き
くなり、異常な電池反応が発生すると異常反応は急激に
進むために、異常反応の早い段階、すなわちより低い圧
力で電池内部の圧力を開放し、より穏やかな状態で危険
を回避することが求められている。そこで、これらの電
池には内部圧力の上昇の際に内部圧力を開放する各種の
圧力開放弁が設けられている。

【０００５】図４は、従来の電池を説明する図であり斜
視図である。密閉型電池１において電池缶２の上部の開
口部に、電流取り出し端子３等を設けたヘッダ４を溶接
して電池を作製している。このような密閉型電池におい
ては、異常な充放電が起こらないように充放電制御回路
を設けて異常時の充放電を防止している。ところが、異
常時に充放電制御回路が充分に作用しない場合には、電
池缶の内部の圧力が上昇し電池缶の破裂を防止するため
に、圧力開放弁を設けることが行われている。そこで、
ヘッダ４には、電池内部の圧力上昇時に圧力を開放する
圧力開放弁５が設けられている。圧力開放弁は、ヘッダ
の他の部分よりも厚さが薄い金属で作製した後にヘッダ
部に接合したり、ヘッダの一部をプレス加工、エッチン
グによって薄肉部を形成したり、あるいは溝状の開裂部
を設けることが行われている。

【０００６】圧力開放弁の開裂圧力は、内部圧力の増大
時に速やかに開放することが求められており、圧力増大
時に確実に開裂するように圧力開放弁の薄肉部を薄いも
のとすることが行われている。しかしながら、圧力開放
弁の薄肉部の形成によって、電池缶に脆弱部が形成され
ることとなるので、電池の強度の面からは薄肉部の形成
は好ましくない問題であった。ところが、単に薄肉部を
形成したり、あるいは溝を形成した場合にも、３ＭＰａ
程度の圧力を必要としており、０．５ＭＰａ程度の比較
的低い圧力で圧力開放弁を作動させることは困難であっ
た。そこで、比較的低い圧力で圧力開放弁を作動させる
ことができるように、所定の領域を囲繞する輪郭に沿っ
て溝を形成するとともに、溝の内側に表面側に膨出する
膨出部を形成した密閉型電池が特開平１１−２７３６４
０号公報において提案されている。

【０００７】図５は、膨出部を有した圧力開放弁設けた
ヘッダを有する密閉型電池を説明する図である。図５
（Ａ）は、ヘッダを説明する平面図であり、ヘッダ４に
は、圧力開放弁５が設けられており、圧力開放弁は圧力
上昇時に開裂する薄肉部からなる溝８に囲まれた膨出部
７が形成されている。図５（Ｂ）は、図４（Ａ）におい
て、Ｃ−Ｃ’線で切断した断面図である。圧力開放弁５
は、溝８と膨出部１０を有している。電池の内圧の上昇
の結果、図５（Ｃ）に示すように、膨出部１０に内圧の
上昇が作用して薄肉部で破断し、膨出部が上部へ飛び出
すことが起こる。圧力開放弁の膨出部が飛び出し飛散片
１２が生じると使用者に危険を及ぼす可能性があり、電
池容器あるいは電池使用機器には、飛散片による機器の
損傷や事故の防止のために覆いを設けることが必要であ
った。

【０００８】また、特開２０００−３１１６６９号に
は、薄膜円盤状であり、馬蹄形状の彫り込み部を有する
非水電解液二次電池用の安全弁が記載されている。この
ような安全弁においては、彫り込み部以外の厚みが薄い
場合、あるいは馬蹄形の彫り込み部の形状によっては、
安全弁が飛散する可能性があり、製造ロットの違いによ
る微妙な品質の相違によっても飛散する可能性があっ
た。また、安全弁が開放した場合に、厚みの厚い部分が
破壊されないようにした場合には、安全弁の開放角度は
小さくなり、圧力開放が不充分となるおそれがあった。
特にこのような構造で、小型のリチウムイオン電池のよ
うに厚みの薄い電池缶において、確実に内部圧力を開放
するとともに安全弁が飛散しないものとすることは困難
であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、比較的低圧
力で作動する圧力開放弁として機能する薄肉部を中央に
有し、周囲に開裂する溝を形成した圧力開放弁を設けた
密閉型電池において、圧力開放弁が作動して開裂した際
に飛散片が生じることを確実に防止した密閉型電池を提
供することを課題とするものである。また、圧力開放弁
の設置面積が小さな小型の密閉型電池においても確実に
圧力開放動作を行う圧力開放弁を有する密閉型電池を提
供することを課題とするものである。また、圧力開放弁
が作動した際には、作動した圧力開放弁の一部が電池使
用機器等に衝突して電池使用機器を損傷する可能性がな
い密閉型電池を提供することを課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、内部圧
力の増大によって開裂する圧力開放弁を設けた密閉型電
池において、長辺と短辺を有する矩形状もしくは長円状
の薄肉部の輪郭に沿って、一方の長辺を除いて内部圧力
の増大時に開裂する溝を形成した密閉型電池によって解
決することができる。また、圧力開放時に開裂する部分
が、矩形状もしくは長円状の平行な二つの長辺の間の間
隔よりも深い電池缶壁面に形成した凹部の底面に設けた
前記の密閉型電池である。薄肉部が、表面側に膨出した
膨出部を形成した前記の密閉型電池である。また、圧力
開放弁の溝は、先端部の一部の高さが異なる押圧治具を
使用して形成されたものである前記の密閉型電池であ
る。また、圧力開放弁の溝は、圧力開放弁の開裂しない
部分に対応する凹部を設けた基台に載置した状態で環状
の凸部を有する押圧治具によって押圧されて形成された
ものである前記の密閉型電池である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の密閉型電池は、比較的低
い圧力によって作動させることが可能な圧力開放弁を有
した密閉型電池において、長円状、あるいは矩形状から
なる薄肉部を形成すると共に、同時に長円状もしくは矩
形状の薄肉部の輪郭に沿って、長辺の一方を除いて内部
圧力の増大時に開裂する厚みの薄い溝を形成したことに
よって、電池内部の圧力上昇時に長辺の一方を残して開
裂する圧力開放弁を形成したものである。

【００１２】その結果、薄肉部に沿った長辺の一方には
厚みの薄い溝が形成されていないので、圧力開放時には
長辺部においてつなぎ止められるとともに、長辺と短辺
から構成された大きな面積の開裂によって速やかな内部
圧力の放出が可能な圧力開放弁を有する密閉型電池を提
供することが可能であることを見いだしたものである。
また、電池開放弁を電池缶壁に形成した凹部に設けると
ともに、凹部の底面までの深さを、二つの長辺の間の間
隔よりも大きくしたことにより、圧力開放時には薄肉部
が電池の壁面よりも外方へ突出することがなくなり、圧
力開放時に開裂した部分の衝突による衝撃で電池使用機
器に損傷を及ぼすことがない密閉型電池を提供すること
が可能であることを見出したものである。更に、薄肉部
には、膨出部を形成することによって、比較的低い圧力
によって作動させることが可能な圧力開放弁を有する密
閉型電池を提供することが可能であることを見出したも
のである。なお、本発明において、長円状、矩形状は、
長辺と短辺で形成されている形状のものを広く意味し、
平行な二つの長辺と二つの長辺を結合する直線もしくは
曲線状の短辺からなる矩形状もしくは長円状のものを意
味するが、二つの長辺が厳密に平行なもののみを意味す
るのではなく、長辺が曲線状のものも意味する。

【００１３】図１は、本発明の密閉型電池の一実施例を
説明する図である。図１（Ａ）は、密閉型電池の上面の
ヘッダ部を説明する平面図である。また、図１（Ａ）に
おいて、圧力開放弁をＡ−Ａ’線で切断した断面図を図
１（Ｂ）に示し、圧力開放弁が作動した状態を図１
（Ｃ）に示す。電池缶のヘッダ４には、圧力開放弁５が
設けられており、圧力開放弁５は長円状の薄肉部６の輪
郭に沿って平行な長辺の一方７を除き、圧力上昇時に開
裂する溝８が形成されている。電池内部の圧力の増大に
よって圧力開放弁が作動した場合には、圧力開放弁５
は、長辺の一方７によってつなぎ止められて、圧力開放
弁５の飛散を防止することができる。本発明の密閉型電
池の圧力開放弁は、プレス成形、エッチング等によって
形成することができるが、プレス成形では成型時に使用
する治具を工夫することによって、圧力開放弁を成形の
際に溝と厚みの厚い部分も同時に作製することが可能と
なる。

【００１４】図２は、本発明の他の実施例を説明する図
である。図２（Ａ）は、密閉型電池の上面のヘッダ部を
説明する平面図である。また、図２（Ａ）において、圧
力開放弁をＢ−Ｂ’線で切断した断面図を図２（Ｂ）に
示し、圧力開放弁が作動した状態を図２（Ｃ）に示す。
電池缶のヘッダ４には、凹部９が設けられており、凹部
９の底部に圧力開放弁５が設けられている。圧力開放弁
５には、長円状の薄肉部６の輪郭に沿って平行な長辺の
一方７を除き、圧力上昇時に開裂する溝８が形成されて
いる。また、長円状の薄肉部は、外方へ膨出した膨出部
１０を形成しており、平面状の薄肉部に比べて小さな圧
力での開裂を可能としている。更に、凹部９の深さａ
は、長円状の薄肉部の長辺間の間隔ｂよりも大きいこと
を特徴としている。その結果、図２（Ｃ）に示すよう
に、内部の圧力が高まって開裂した場合には、長辺の一
方の辺の厚みの厚い部分１１によってつなぎ止められて
薄肉部６の飛散を防止するとともに、開裂した薄肉部６
が電池缶の壁面の外方へ飛び出すことはなく、電池使用
機器等に対して損傷を及ぼすことも防止できる。また、
以上のような密閉型電池の圧力開放弁は、プレス成形に
よって形成することができるが、プレス成型時に使用す
る治具を工夫することによって、薄肉部の形成時に、溝
および厚みの厚い部分も同時に作製することが可能とな
る。

【００１５】図３は、本発明の密閉型電池の圧力開放弁
の製造工程の一例を説明する図である。図３（Ａ）は、
押圧治具に特殊な形状の治具を用いた例を示す図であ
り、断面図である。押圧治具２０は、テーパーを有した
円筒状の先端部２１を有し、薄肉部の溝形成部２２と先
端部が欠落して短くなった肉厚部形成部２３を有してお
り、平板状の基台２４に載置して押圧治具２０によって
押圧して成形することによって、薄肉部６、溝８および
厚みの厚い部分１１が同時に形成される。

【００１６】また、図３（Ｂ）は、成型時の基台として
特殊な形状の基台を用いた例を示す図であり、断面図で
ある。押圧治具２０は、テーパーを有した円筒状の先端
部２１を有しており、先端部は同じ高さで作製されてい
る。一方、成型時の基台２４には、一部に凹部２５が設
けられており、基台上において成形治具２０で押圧する
と、基台の平面部に載置された部分は、薄肉部の輪郭に
溝８が形成されるとともに、基台の凹部２５に位置する
部分は、押圧治具の先端によって押圧されて凹部へ変形
することによって厚みを保持することとなり、厚みの厚
い部分が形成される。

【００１７】本発明の密閉型電池は、アルミニウム製の
電池缶、ニッケルめっきした軟鋼製の電池缶等のいずれ
の材料の金属缶にも適用することが可能である。例え
ば、アルミニウム３００３を用いたアルミニウム製の電
池缶を用いた、幅２９．６ｍｍ、厚さ４．４ｍｍ、高さ
４８．０ｍｍの電池においては、図２に示した形状の長
円形の一方の長辺を除いて厚みを０．０２ｍｍの溝を形
成し、長円の一方の長辺を飛散防止用の厚みが厚い個所
の厚みを０．１ｍｍとすることによって、作動圧力０．
５ないし１．０ＭＰａであって、飛散することがない圧
力開放弁を有する密閉型電池を得ることができた。

【００１８】

【発明の効果】本発明の電池は、長円状または矩形状の
薄肉部の輪郭に沿って、長辺の一方を除いて、電池内部
圧力の増大によって開裂する溝を形成したので、電池内
部圧力の増大によって溝の部分が開裂した場合には、圧
力開放弁は大きく開放するとともに、一方の長辺の厚み
に厚い部分によって保持されるので飛散を防止すること
ができる。また、圧力開放弁を、長辺の間隔よりも深い
凹部の底部に設けた場合には、圧力開放時に圧力開放弁
が電池使用機器を損傷するおそれはない。更に、圧力開
放弁の薄肉部を外方へ膨出した膨出形状とした場合に
は、平面状にした場合に比べて作動する圧力が小さな電
池を得ることができる。以上のように、本発明によって
安全性の高い電池を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の密閉型電池の一実施例を説明
する図である。

【図２】図２は、本発明の密閉型電池の他の実施例を説
明する図である。

【図３】図３は、本発明の密閉型電池の圧力開放弁の製
造工程の一例を説明する図である。

【図４】図４は、従来の電池を説明する図であり斜視図
である。

【図５】図５は、膨出部を有した圧力開放弁設けたヘッ
ダを有する密閉型電池を説明する図である。

【符号の説明】

１…密閉型電池、２…電池缶、３…電流取り出し端子、
４…ヘッダ、５…圧力開放弁、６…薄肉部、７…長辺の
一方、８…溝、９…凹部、１０…膨出部、１１…厚い部
分、１２…飛散片、２０…押圧治具、２１…先端部、２
２…溝形成部、２３…肉厚部形成部、２４…平板状の基
台、２５…凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H012 AA07 BB02 DD01 DD05 EE04 FF01 GG01 5H029 AJ12 AM01 BJ02 BJ27 DJ02 DJ14 EJ01 HJ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部圧力の増大によって開裂する圧力開
放弁を設けた密閉型電池において、長辺と短辺を有する
矩形状もしくは長円状の薄肉部の輪郭に沿って、一方の
長辺を除いて内部圧力の増大時に開裂する溝を形成した
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】圧力開放時に開裂する部分が、矩形状も
しくは長円状の平行な二つの長辺の間の間隔よりも深い
電池缶壁面に形成した凹部の底面に設けたことを特徴と
する請求項１記載の密閉型電池。