(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装缶と、前記外装缶に収納され正極と負極とセパレータとで構成された電極体と、を備える密閉型二次電池用の防爆弁群であって、
前記外装缶の開口部分に絶縁ガスケットを介して封口蓋と一体的に密封固定され、
前記防爆弁群は、
金属基板とその下面に積層付着された金属からなる防爆弁体と、
中央部にガス抜き用の穴が形成された空芯状の絶縁体と、
中央部に穴が形成された金属基板と金属箔を積層付着させたリード蓋と、で構成され、
前記リード蓋は、
その中央部に開けられた穴に露出している金属箔を加工した突起部が、
前記防爆弁体の中央部に形成された窪みと当接して電流回路を形成するとともに、同心円状の貫通したガス抜き穴が複数配設されており、
前記防爆弁体に形成された弁は、
金属基板をその厚さ方向に貫通して形成された同心円状の間隔から金属箔が露出されており、
電池内部の圧力により回動基部を支点として曲げられて変形することにより、前記防爆弁体と前記リード蓋とで構成されていた電流路が遮断されるとともに、
前記同心円状の間隔に露出した金属箔が裂けることにより、電池内部に発生したガスを電池外部に解放するようにしたことを特徴とする防爆弁群。
【請求項２】
前記防爆弁群は、密閉型二次電池内で電流路を構成すべく形成された前記防爆弁体の窪みと前記リード蓋の突起部とがレーザ溶接または超音波溶接されることを特徴とする請求項１記載の防爆弁群。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の防爆弁群を用いた密閉型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、過充電や短絡等で発生したガスのため密閉型電池の内部圧が上昇したときに、速やかに電池内部の電流路を遮断するとともに、発生したガスを電池の外部に解放するリード蓋を有する防爆弁群及び密閉型二次電池に関する。
【背景技術】
近年、電子機器の小型化、携帯化、高性能化にともない、高エネルギー密度の非水電解液二次電池がそれら電子機器の電源として使用されている。非水電解液二次電池の正極及び負極にはリチウム等のアルカリ金属が使用されているため、リチウム等のアルカリ金属が大気中の水分と反応しないように電池容器には密閉構造が採用されている。
このような密閉構造の非水電解液二次電池では、貯蔵性に優れるという長所を有するものの、その反面、密閉性が高いために、高温にさらされたり、誤まって使用されたりすると密閉型非水電解液二次電池の内部圧力が異常に上昇し、最後には密閉型非水電解液二次電池が破裂してしまう。例えば、リチウム二次電池において、定格以上の電流を与えて過充電状態にしたり、誤使用などで正極端子と負極端子を短絡させてしまって大電流が流れたりすると、電極体の中の非水電解液が分解されてガスが発生することがある。このようなガスが前記密閉構造の電池容器に充満すると、電池の内部圧力が異常に上昇し、最後にはリチウム二次電池が破裂してしまう。
このため、非水電解液二次電池を電源として使用している電子機器を損傷させてしまう場合もあり得る。
そこで、従来では前述した電池の破裂を防止するために防爆機能を備えた密閉型非水電解液二次電池が知られている。
例えば、特開平６−215760号公報には有底円筒形の外装缶内に収納された電極体上部に弁膜を設けるとともに、前記弁膜の上方に電流遮断リードを設けた密閉型非水電解液二次電池が記載され、電池内の圧力が上昇したときには、前記弁膜が上方に変形し、前記電流遮断リードを破断させて電流を遮断させるとともに、前記弁膜が破れて電池内の圧力を下げる防爆機能が開示されている。
しかしながら、このような従来の電池の破裂を防止するための防爆機能を備えた密閉型非水電解液二次電池においては、電流路を確実に遮断するためにリード板若しくはリード線等の精密な加工を要し、組み立てて製品とするときにもその位置決めなどに格別の注意を要し、所定の機能を発揮させるためには、工程上の工数が多くなるなどの問題点があった。
そこで本発明は、従来リード板若しくはリード線等の、電池内部の電流路を構成していたものを、リード蓋として防爆弁と一体化させることで、精密な加工やその位置決めなどに要していた工程の工数削減を可能とするとともに、製品の歩留まりの向上、コストの削減を可能とする防爆弁群及び密閉型二次電池を提供することを目的とする。
【発明の開示】
請求項１に記載の防爆弁群は、外装缶と、前記外装缶に収納され正極と負極とセパレータとで構成された電極体と、を備える密閉型二次電池用の防爆弁群であって、前記外装缶の開口部分に絶縁ガスケットを介して封口蓋と一体的に密封固定され、前記防爆弁群は、金属基板とその下面に積層付着された金属からなる防爆弁体と、中央部にガス抜き用の穴が形成された空芯状の絶縁体と、中央部に穴が形成された金属基板と金属箔を積層付着させたリード蓋と、で構成され、
前記リード蓋は、その中央部に開けられた穴に露出している金属箔を加工した突起部が、前記防爆弁体の中央部に形成された窪みと当接して電流回路を形成するとともに、同心円状の貫通したガス抜き穴が複数配設されており、前記防爆弁体に形成された弁は、金属基板をその厚さ方向に貫通して形成された同心円状の間隔から金属箔が露出されており、電池内部の圧力により回動基部を支点として曲げられて変形することにより、前記防爆弁体と前記リード蓋とで構成されていた電流路が遮断されるとともに、前記同心円状の間隔に露出した金属箔が裂けることにより、電池内部に発生したガスを電池外部に解放するようにしたことを特徴とする。
請求項２に記載の防爆弁群は、請求項１記載の防爆弁群において、密閉型二次電池内で電流路を構成すべく形成された前記防爆弁体の窪みと前記リード蓋の突起部とがレーザ溶接または超音波溶接されることを特徴とする。
請求項３に記載の密閉型二次電池は、請求項１又は２に記載の防爆弁群を用いたものであることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、防爆弁体を備えた密閉型二次電池における上部断面図である。図２は、防爆弁群の分解斜視図である。図３は、防爆弁の正面図及び断面図である。図４は、リード蓋の正面図及び断面図である。図５は、異常時に動作する防爆弁の動作説明図Ａである。図６は、異常時に動作する防爆弁の動作説明図Ｂである。
図面で用いる代表的な符号の説明は、下記のとおりである。
V:防爆弁体、P:発生したガス、10:防爆弁群、11:金属基板、12:金属箔、13:絶縁体、14:金属基板、15:金属箔、16:リード蓋、22:間隔、23:回動基部、24:突起、24a:突起用穴、25:リード蓋のガス抜き用穴、26:絶縁体のガス抜き用穴、30:封口蓋、31:ガス抜き孔、40:絶縁ガスケット、50:外装缶、60:電極体、60a:正極、60b:セパレート、60c:負極、61:正極リード、70:押え板、71:押え板のガス抜き用穴。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の防爆弁群及び密閉型二次電池の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の防爆弁群を備えた密閉型二次電池の上部断面図である。図２は、リード蓋を有する防爆弁群の分解斜視図である。図３は、前記防爆弁の正面図及び断面図である。図４は、前記リード蓋の正面図及び断面図である。図５及び図６は、定格以上の電流を与えて過充電状態にしたり、正極端子と負極端子を短絡させてしまって大電流が流れたときの異常時に動作する防爆弁の動作説明図である。
図１に示すように、負極端子を兼ねる有底円筒型の外装缶50内には、電極体60が収納されている。前記電極体60は、正極60a、セパレータ60b、及び負極60cからなり、これらの積層物を渦巻状に巻き回した構成になっている。防爆機能と正極端子とを兼ねる封口蓋30は、帽子形に形成され、ガス抜き孔31を有し、前記外装缶50の上端開口部に絶縁ガスケット40を介してリード蓋16を有する防爆弁群10とともにカシメ固定されている。前記封口蓋30が、前記電極体60と対向して配置され、その間に前記リード蓋16を有する防爆弁群10が備えられている。
前記防爆弁群10は、上から防爆弁体Ｖ、絶縁体13、リード蓋16の順に構成され、密閉型二次電池の中心軸とそれらの中心が略同一となるように配置されている。
前記防爆弁体Ｖの中央部は、所定の窪み20を形成するように加工され、前記リード蓋16の中央部に形成された突起部24と当接し、密閉型二次電池内の電流路を構成する。
この際、前記防爆弁体Ｖの所定の窪み20と前記リード蓋16の突起部24との当接部分を、レーザ溶接または超音波溶接等で溶接すると、これらの電流路の確保が確実となる。
また、前記防爆弁体Ｖは、金属基板11と前記金属基板11の下面に積層付着された金属箔12とからなり、前記金属基板11には所定の形状の弁21が形成されている。
前記絶縁体13の中央部は、ガス抜き穴を兼ねる大きな穴26が形成されている。前記リード蓋16は、金属基板14と前記金属基板14の下面に積層付着された金属箔15とからなる。前記金属基板14の中央部には、電池内の電流路を構成すべく所定の突起24のための穴24aが開けられている。一方、複数のガス抜き穴25は、前記金属基板14と前記金属箔15とを完全に貫通させて開けられ、同心円状に配設されている。
また、前記リード蓋14の中央部に開けられた穴に露出している前記金属箔15の部分は、前述したように前記防爆弁体Ｖと電池内の電流路を構成すべく所定の突起24となるように加工される。
複数のガス抜き穴71を有する押え板70は、前記電極体60上に配置されている。正極リード61は、一端が前記押え板70の周縁切欠部を通して前記電極体60の正極60aに接続され、他端が前記リード蓋14の下面に接続されている。
図２に示すように、前記防爆弁群10は、上から防爆弁体Ｖ、絶縁体13、リード蓋16の順に配置されている。
前記防爆弁体Ｖは、例えば、図３に示すように平面図において円形をなし、金属基板11と前記金属基板11の下面に積層付着された金属箔12とからなる。前記金属基板11には所定の形状の弁21が形成されている。
図３に示される弁21の形状により、同心円状の間隔22は、前記金属基板11をその厚さ方向に完全に貫通して形成されている。このため、前記金属基板11を上から見ると前記同心円状の間隔22中に露出した前記金属箔12の部分を見ることができる。
前記同心円状の間隔22中に露出した前記金属箔12の部分が、発生したガスの圧力を受けて変形する。このとき、前記弁21は、発生したガスの圧力を受けて直接変形するのではなく、前記同心円上に形成された間隔22中に露出した前記金属箔12の部分が発生したガスの圧力を受けて変形するにともなって、間接的に変形するのである。前記弁21が変形するとき、前記金属基板11と前記弁21とが接続されている部分に非破断線部が生じ、ここに回動基部23が形成され、前記弁21に前記回動基部23を支点とする曲げの力が作用しているのである。
尚、弁の形状については、防爆の機能を損なわない限り、任意に変えることができる。すなわち、発生したガスの圧力を受けて直接変形する部分は、前述したように前記金属基板11の下面に積層付着された前記金属箔12であって、前記金属基板11に形成されている前記弁21自体が、発生したガスの圧力を受けて直接変形するわけではない。前記金属基板11に形成されている前記弁21は、前記金属箔12が発生したガスの圧力を受けて変形するにともなって間接的に変形するのである。このため、前記弁21の形状を任意に変えて、例えば、より低圧で弁を動作させるためには、弁の表面積を小さくすればよいということがわかる。弁の表面積を小さくするということは、前記金属基板11を上からみたときに露出している前記金属基板11の下面に積層付着された前記金属箔12の表面積を大きくするということに他ならない。
前記防爆弁体Ｖの中央部は、前記金属基板11の下面に前記金属箔12が積層付着された後、所定の窪み20を形成するように加工される。所定の窪み20となるように加工するためには、例えは、プレス機のようなもので前記防爆弁体Ｖの上面に所定の窪み20をつけるだけでよい。前記所定の窪み20を形成するについては、加える力の調整若しくは治工具の交換で、容易に窪みの形状を変えることができる。例えば、球状、円筒状、正六面体状または六面体状に変えることができる。
また、前記金属基板11の材料としては、鋼板、ステンレス鋼板、銅板またはアルミニウム板などが使用される。一方、前記金属箔12の材料としては、鋼箔、ステンレス箔、銅箔、アルミニウム箔またはニッケル−鉄合金箔などが使用される。
前記絶縁体13は、図２に示すように、空芯状の円板であり、この穴の中心付近で前記防爆弁体Ｖの中央部の前記所定の窪み20と前記リード蓋14の中央部の前記所定の突起24とが当接して密閉型二次電池内の電流路を構成するとともに中央部の大きな穴26は、ガス抜き用穴を兼ねている。
前記リード蓋16は、例えば、図４に示すように平面図において円形をなし、金属基板14と前記金属基板14の下面に積層付着された金属箔15とからなる。
前記金属基板14は、その中央部に穴24aがあけられ、前記金属箔15が積層付着される。その後、密閉型二次電池内で前記防爆弁体と電流路を構成すべく前記金属箔15に突起24が形成され、前記複数のガス抜き用の穴25が、同心円状に配設される。前記ガス抜き用の穴25は、前記金属基板14と前記金属箔15とを完全に貫通させて形成され、その趣旨を損なわない限りどのような形状でも良く、また、その個数も任意である。例えば、円状若しくはリード蓋の外径に沿って中心部が湾曲した楕円上のガス抜き穴を２乃至６個開けても良い。中央部に前記所定の突起24を形成するためには、例えば、プレス機のようなもので前記リード蓋16を構成する前記金属箔15の面に前記所定の突起24を形成すればよい。
前記所定の突起24を形成するについては、加える力の調整若しくは治工具の交換で、容易に突起の形状を変えることができる。例えば、球状、円筒状、正六面体状または六面体状に変えることができる。
また、前記金属基板14の材料としては、鋼板、ステンレス鋼板、銅板またはアルミニウム板などが使用される。一方、前記金属箔15の材料としては、鋼箔、ステンレス箔、銅箔、アルミニウム箔またはニッケル−鉄合金箔などが使用される。
このような構成の密閉型二次電池において、その定格以上の電流、例えば、過充電のため大電流が与えられとき、電解液が分解してガスが発生する。発生したガスは、二次電池の外装缶50内に充満し、電池の内部圧が上昇する。前記内部圧は、前記リード蓋16の複数のガス抜き用の穴25と前記絶縁体13の中央部の大きな穴26とを通してその上に配置された前記防爆弁体Ｖを構成する前記金属箔12に伝わる。
前記金属箔12は、前記金属基板11の下面に積層付着され、前記防爆弁体Ｖを構成し、前記絶縁体13と前記リード蓋16とともに絶縁ガスケット40を介して前記外装缶50の上端開口部にカシメ固定されているため、所定の値に達すると図５に示すように前記同心円状の間隔22中に露出した前記金属箔12の部分が、発生したガスの圧力を受けて変形する。
このとき、前記弁21は、前記同心円状の間隔22中に露出した前記金属箔12の部分が発生したガスの圧力を受けて変形するにともなって、前記金属基板11と前記弁21とが接続されている部分に非破断線部が生じてここに回動基部23が形成され、前記回動基部23を支点とする曲げの力が作用し、上に押し上げられるように変形する。
このため、図５に示すように、前記防爆弁体Ｖと前記リード蓋16とで構成されていた電池内部の電流路が遮断され、もはや大電流が流れることはない。
続いて、図６に示すように、上昇した内部圧を下げるため前記同心円状の間隔22中に露出した前記金属箔12の部分が裂けて、発生したガスＰを図１に示す封口蓋30のガス抜き孔31を通じて電池の外部へと解放する。
尚、前述したように、前記金属基板11に所定の形状に形成された弁21及び前記同心円状の間隔22中に露出した前記金属箔12の部分の変形は、いずれも塑性変形なので一度電流路が遮断されると再度電流路を構成することはない。また、裂けた部分が再生することもない。
【産業上の利用可能性】
以上説明したように、本発明では、従来リード板若しくはリード線等、電池内部の電流路を構成していたものをリード蓋として防爆弁と一体化させることで、精密な加工やその位置決めなどに要していた工程の工数削減を可能とするとともに、製品の歩留まりの向上、コストの削減を可能とした、安価で安全なリード蓋を有する防爆弁群を備えた密閉型二次電池を提供することができる。
【図１】
0003655644.tif 000002
【図２】
0003655644.tif 000003
【図３】
0003655644.tif 000004
【図５】
0003655644.tif 000005
【図４】
0003655644.tif 000006
【図６】
0003655644.tif 000007