(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒形の金属製電池ケース（１）と、この電池ケース（１）に収納された発電要素（２）と、この発電要素（２）の一方の電極に接続されたリード（８）と、該リード（８）と電気的に接続されるとともに絶縁性の外側ガスケット（７）を介して該電池ケース（１）の開口部に装着されて該開口部を塞ぐ蓋要素（Ａ）とからなる電池において、該蓋要素（Ａ）は、ガス抜き穴が形成された金属製の内部端子板（５）と、破断しやすい可撓性の金属板からなる中間感圧板（４）と、該中間感圧板（４）の上方にこれと電気的に接続した状態で積層されてなるガス抜き穴が形成された金属製の外部端子板（３）とを有し、該リード（８）の先端が該内部端子板（５）の下面に接続され、該内部端子板（５）の上方には該中間感圧板（４）が積層されて両部材は該中間感圧板（４）の中央部分（４ｃ）で局部的に固着されることでその固着部分でのみ電気的に接続されるとともにこれら両部材の間には弾性部材（１０）が圧縮された状態で介装され、該中間感圧板（４）と該内部端子板（５）間の接続が遮断された時に該弾性部材（１０）は弾性復帰してその肉厚が増大し該中間感圧板（４）と該内部端子板（５）間の再接続を防止してなることを特徴とする防爆機能を有する電池。
【請求項２】
前記中間感圧板（４）と前記内部端子板（５）との間には絶縁リング（６）が挟み込まれ、該中間感圧板（４）は正温度係数抵抗素子（９）を介して前記外部端子板（３）に電気的に接続されており、該内部端子板（５）、該絶縁リング（６）、前記弾性部材（１０）、該中間感圧板（４）、該正温度係数抵抗素子（９）および前記外部端子板（３）の積層物の全体が内側ガスケット（１１）を介してかしめリング（１２）の内周にはめ込まれてかしめ付けにより一体化されてなることを特徴とする請求項１に記載の防爆機能を有する電池。
【請求項３】
前記弾性部材（１０）は、シート状の弾性体、あるいはスプリング状または板状のばねであって、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、または四フッ化エチレンからなる群の中から少なくとも一つ選ばれた材質からなることを特徴とする請求項１または２に記載の防爆機能を有する電池。
【請求項４】
前記弾性部材（１０）は、表面の少なくとも一部が絶縁処理されたスプリング状または板状の金属からなるばねであって、該金属は鉄、ステンレス、ニッケル、またはチタンのうち少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の防爆機能を有する電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、防爆機能を有する電池に関し、特に、リチウムイオン二次電池などの充放電可能な電池を対象とした技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リチウムイオン二次電池の防爆機能としては、例えば、特開平２−２８８０６３号公報に示されるように、電池内部の温度上昇を初期の内に抑えて電池の発火を防止するとともに電池内部の圧力が上昇するとガス抜きを行い、電池の爆発を防止するようにしたものが公知となっている。このような電池の封口構造は、図２の要部断面図に示すように、円筒状の電池ケース２１と、この電池ケース２１内に収装された電極群２６と、電池ケース２１の開口端２１ａに封口ガスケット２２を介して取り付けられるとともにガス抜き孔２０が形成されてなる端子板２５と、電極群２６に一端側が取り付けられ他端側が防爆機構を介して端子板２５と電気的に接続されてなるリード２８とから構成されている。
【０００３】
防爆機構は、端子板２５の下方に配設された金属製の封口板２３と、この封口板２３の下方に配設されたリードストリッパ２４と、封口板２３とリードストリッパ２４との間に嵌入された中間嵌合体３０とから主に構成されている。封口板２３は、円板形状をなすとともに中心部には下方に突出した突部２３ａが形成され、上面にはこの突部２３ａの付け根部分近傍から放射状に広がる薄肉部２３ｂが形成されて、端子板２５とともにガスケット２２を介して電池ケース２１の上端部２１ａにかしめられて固定されている。また、リードストリッパ２４は絶縁性材料で形成されて円板形状をなし、その中心部には封口板２３の突部２３ａが挿通される挿通孔２４ａが形成されている。そして、中間嵌合体３０は絶縁性材料で形成されて円板形状をなし、ストリッパ２４と封口板２３との間に凹凸嵌合されて一体的に結合されている。そして、電極群２６に一端側が取り付けられたリード２８は、その他端側がリードストリッパ２４の下面と挿通孔２４ａから下方に臨む突部２３ａの下面とに渡って超音波溶接で接続され突部２３ａの下面を越えて延出されている。
【０００４】
このような防爆機構では、感圧遮断機能として、例えば過充電や短絡状態が進んで電池内部の化学変化によりガスが発生・充満して電池内圧が上昇すると、封口板２３は端子板２５の方に押圧されて上方に変形し、突部２３ａの下面に溶接されていたリード２８がその溶接部分において封口板２３から剥離して電流が遮断される。
【０００５】
さらに電池内圧が上昇すると封口板２３が上方に膨出し、設定圧力以上になると薄肉部２３ｂが破断し、外部端子板のガス抜き穴からガスが安全に放出される。これが内圧開放機能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば充電時に過充電状態になる等して電池内圧が上昇すると、前述したように、封口板２３が上方に変形し、突部２３ａとリード２８の溶接部分が剥離し、電池内部の導電経路が遮断される。この状態で、さらに電池内圧が上昇して前記内圧解放機能が作動することにより電池内圧が低下すると、上方に移動した封口板２３の突部２３ａが元の位置に戻ってリード２８と接続し、再び導通してしまう可能性がある、といった問題があった。
【０００７】
また、電池内圧が非常にゆっくり上昇すると、封口板２３が上方へ移動して前記剥離が生じて電流を遮断できても外部振動などが原因で封口板２３とリード２８とがその溶接部分で再度接触して電流が流れたり再度電流遮断したりするハンチング状態を起こすという問題も考えられる。
【０００８】
前述したように内圧解放機能が働いた状態で電池内部の導電経路が再導通したり、ハンチング状態になったりすると、金属リチウムが溶解の起こりにくい針状に析出、即ちデンドライトが発生してしまうことも考えられる。
【０００９】
本願発明は前述したような問題を鑑みてなされ、その目的は、電流遮断状態を確実に維持でき、信頼性の向上した防爆機能を有する電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本願発明の防爆機能を有する電池は、有底筒形の金属製電池ケースと、この電池ケースに収納された発電要素と、この発電要素の一方の電極に接続されたリードと、前記リードと電気的に接続されるとともに絶縁性の外側ガスケットを介して前記電池ケースの開口部に装着されて前記開口部を塞ぐ蓋要素とからなる電池において、前記蓋要素は、ガス抜き穴が形成された金属製の内部端子板と、破断しやすい可撓性の金属板からなる中間感圧板と、前記中間感圧板の上方にこれと電気的に接続した状態で積層されてなるガス抜き穴が形成された金属製の外部端子板とを有し、前記リードの先端が前記内部端子板の下面に接続され、前記内部端子板の上方には前記中間感圧板が積層されて両部材は前記中間感圧板の中央部分で局部的に固着されることでその固着部分でのみ電気的に接続されるとともにこれら両部材の間には弾性部材が圧縮された状態で介装され、前記中間感圧板と前記内部端子板間の接続が遮断された時に前記弾性部材は弾性復帰してその肉厚が増大し前記中間感圧板と前記内部端子板間の再接続を防止してなる。
【００１１】
好ましくは、前記中間感圧板と前記内部端子板との間には絶縁リングが挟み込まれ、前記中間感圧板は正温度係数抵抗素子を介して前記外部端子板に電気的に接続されており、前記内部端子板、前記絶縁リング、前記弾性部材、前記中間感圧板、前記正温度係数抵抗素子および前記外部端子板の積層物の全体が内側ガスケットを介してかしめリングの内周にはめ込まれてかしめ付けにより一体化されてなる。
【００１２】
また、前記弾性部材は、シート状の弾性体、あるいはスプリング状または板状のばねであって、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、または四フッ化エチレンからなる群の中から少なくとも一つ選ばれた材質からなることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記弾性部材は、表面の少なくとも一部が絶縁処理されたスプリング状または板状の金属からなるばねであって、前記金属は鉄、ステンレス、ニッケル、またはチタンのうち少なくとも一種からなることが好ましい。
【００１４】
前述したような本願発明の防爆機能を有する電池にあっては、中間感圧板と内部端子板との間に弾性部材を圧縮状態で挾持した構成としたので、電池内圧が上昇して中間感圧板の中央部が上方に移動して溶接点が剥離し、電池内部の導電経路が遮断された場合には、弾性部材はその圧縮状態が開放されるためその弾性部材は弾性復帰してその肉厚が増大する。このことにより中間感圧板の中央部を内部端子板の上面から離間した状態を維持する。したがって、電池内圧が低下しても中間感圧板と内部端子板とが再び接触して導通してしまうことが防止され、電流遮断状態を確実に維持する。
【００１５】
【発明の実施の態様】
本願発明の好適な実施の一態様による防爆機能を有する電池の要部構造を図１に示す。この電池の基本構成は、有底円筒形の金属製電池ケース１と、この電池ケース１に収納された発電要素２と、この発電要素２の一方の電極に接続されたアルミニウム製リード８と、リード８と電気的に接続され、かつ絶縁性のポリプロピレン製外側ガスケット７を介して電池ケース１の開口部に密封装着された蓋要素Ａとからなる。
【００１６】
この蓋要素Ａは、アルミニウム製内部端子板５、ポリプロピレン製絶縁リング６、可撓性のアルミニウム製中間感圧板４、リング状正温度係数抵抗素子、即ちＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子９、外部端子板３、ポリプロピレン製内側ガスケット１１、およびステンレス製かしめリング１２を有し、特に本願発明の特徴部分であるリング状弾性部材１０が中間感圧板４と内部端子板５との間に圧縮された状態で介装されている。
【００１７】
外部端子板３および内部端子板５にはそれぞれ複数のガス抜き穴３ａ、５ａが形成され、中間感圧板４は中央部に下方へ突出する突部４ａと薄肉部４ｂとが形成されている。
【００１８】
弾性部材１０はスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）からなるシート状の弾性体をリング状に打ち抜いたものであり、その内径は中間感圧板４の突部４ａが挿入可能な大きさに設定されている。
【００１９】
蓋要素Ａの組立手順を説明すると、先ず、かしめリング１２の内周に内側ガスケット１１を嵌入した後、内側ガスケット１１の内周に内部端子板５を嵌入する。そして、内部端子板５の上面の所定位置に絶縁リング６およびリング状弾性部材１０を載置する。その後、中間感圧板４を絶縁リング６およびリング状弾性部材１０の上面に載置し、中間感圧板４の突部４ａを絶縁リング６の内周側に挿入した状態とする。次に、中間感圧板４の突部４ａと内部端子板５の上面とを超音波溶接、抵抗溶接、あるいはレーザ溶接する。このとき、中間感圧板４の突部４ａの下端部を内部端子板５の上面に圧接することにより弾性部材１０を圧縮状態で中間感圧板４および内部端子板５間に挾持させる。溶接の強度としては所定の電池内圧で溶接部が破断するように設定するとともに、弾性部材１０の弾性復元力が溶接強度より低くなるように弾性部材１０の寸法形状を予め設定しておくことにより、溶接完了後、弾性部材１０が圧縮されたままで両部材間に挾持された状態を維持するようにする。そして、中間感圧板４の上面にＰＴＣ素子９、外部端子板３を順次積層した後、かしめリング１２の上端部を内側にカールすることにより、一体的な蓋要素Ａとする。
【００２０】
以上説明した蓋要素Ａを構成する内部端子板５の下面中央部に対して発電要素２から引き出されたリード８の一端をスポット溶接する。そして、外側ガスケット７の内周に蓋要素Ａを嵌入した後、電池ケース１の開口部分を内側にカールしてかしめ付け、外側ガスケット７を圧縮して電池ケース１を密封する。
【００２１】
以上の構成において、中間感圧板４と内部端子板５とは中間感圧板４の突部４ａで両部材が接続してこの接続部分でのみ両部材が導通し、中間感圧板４と外部端子板３とはＰＴＣ素子９を介して電気的に接続されている。
【００２２】
このような構成の電池の使用にあたり、過充電等により内部にガスが発生すると、電池ケース１内のガス圧力は内部端子板５のガス抜き穴５ａを通じて中間感圧板４に作用する。電池内圧が異常に上昇すると、中間感圧板４が上方へ膨らむように変形し、突部４ａと内部端子板５との溶接点が剥がれ両部材が離間した状態となる。このことにより、外部端子板３につながる電池内導電経路が遮断される（感圧遮断機能）。
【００２３】
中間感圧板４と内部端子板５との間で圧縮挾持されていた弾性部材１０は、突部４ａと内部端子板５との溶接が剥離したことにより圧縮状態から解放され、圧縮前の状態に膨張復元して肉厚が増す。したがって、中間感圧板４の突部４ａは内部端子板５の上面から離間した状態を維持する。
【００２４】
さらに、電池内圧が上昇して中間感圧板４がさらに大きく変形するとついにはその薄肉部４ｂが破断し、電池ケース１内のガスが外部に放出される（内圧解放機能）。
【００２５】
このとき電池内圧が低下しても、前述したように、弾性部材１０の弾性復元力により中間感圧板４の突部４ａは内部端子板５の上面から離間した状態を維持するため、両部材が再び接触して導通してしまうことが確実に防止され、電流遮断状態を確実に維持する。
【００２６】
また、電池の温度が異常に上昇すると、外部端子板３につながる電池内導電経路中に挿入されているＰＴＣ素子９の抵抗値が増大し、充電または放電電流を絞り込む（感温遮断機能）。
【００２７】
感圧遮断機能および感温遮断機能は、電池の状態によって作動の順序は変わるが、何れの機能が先に働いても電池の安全は確保される。
【００２８】
さらに、ＰＴＣ素子９を廃止して、中間感圧板４の上に直接、外部端子板３を重ねる構成にすれば、感温遮断機能の無いタイプの防爆機能となるが、電池が異常に温度上昇する場合は電池内圧も以上に上昇するため、十分に安全性は確保される。
【００２９】
弾性部材１０としては、耐電解液性および絶縁性を有していれば好ましく、前述したものの他に、天然ゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、またはシリコンゴムからなるシートをリング状に打ち抜いたものや、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、または四フッ化エチレン等からなるスプリング状または板状のばねでもよい。これらの他に、鉄、ステンレス、ニッケル、またはチタン等の金属製のスプリングばねや板ばねも適用可能である。この場合、内部端子板５と中間感圧板４との間を弾性部材１０を介して導通させることがないように、一方あるいは両方の部材に対する接触面、あるいは表面全体に対して化学的に安定で機械的強度も大きく良好な絶縁性を有するエポキシ樹脂を塗布するなどして絶縁処理する。
【００３０】
なお、かしめリング１２に接触する部材としては、内側ガスケット１１および外側ガスケット７のみであるが、これらはすべて絶縁性のものである。したがって、かしめリング１２は発電要素２や外部端子３と電気的に絶縁状態にある。このため、かしめリング１２の電気的な原因による腐食の発生を確実に防止することができる。
【００３１】
このため、かしめリング１２の材料選択の自由度が大きくなり本願実施の態様のようにステンレスを用いることができる。このため、金や白金などの高価な貴金属や十分なかしめ力を得られないアルミニウム等を用いなくて済む。
【００３２】
そして、かしめリング１２にステンレスを用いることで、蓋要素Ａに十分な強度を持たせることができる。したがって、組立工程における電池ケース１のカール時に水平方向のストレスが加わっても、十分に耐えうることができる。したがって、このストレスによって中間感圧板４の突部４ａと内部端子板５との溶接部分に有害なストレスを与えることがなく、感圧遮断機能の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
また、内部端子板５、絶縁リング６、中間感圧板４、ＰＴＣ素子９、外部端子板３、弾性部材１０、内側ガスケット１１、およびかしめリング１２の積層物がかしめリング１２の内部に嵌入されて蓋要素Ａとして一体的化された構成となっている。したがって、予め蓋要素Ａを組み立てておき、電池の組立時には、この蓋要素Ａを電池ケース１の開口部分に外側ガスケット７を介して装着するだけでよいため組立性が向上する。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の防爆機能を有する電池にあっては、電池内圧が上昇して中間感圧板と内部端子板との溶接点が剥離することにより感圧遮断機能が作動した場合に、電池内圧が低下しても電流遮断の状態を確実に維持でき、防爆機能の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の一態様による防爆機能を有する電池の要部断面図である。
【図２】従来の防爆機能を有する電池の要部断面図である。
【符号の説明】
１  電池ケース                    ２  発電要素
３  外部端子板                    ３ａ  ガス抜き穴
４  中間感圧板                    ４ａ  突部
４ｂ  薄肉部                      ５  内部端子板
５ａ  ガス抜き穴                  ６  絶縁リング
７  外側ガスケット                ８  リード
９  ＰＴＣ素子（正温度係数抵抗素子）    １０  弾性部材
１１  内側ガスケット              １２  かしめリング
【図１】
0003649491.tif 000002
【図２】
0003649491.tif 000003