(57)【要約】【課題】安全弁機構が作動した電池を電気回路から確実に電気的に切り離すことである。【解決手段】電池１０は、有底円筒状をなす導電性の電池ケース２０と、電池ケース内に収納される電極群１８と、電池ケースの開口部を封口する導電性の一方側端子板と、電極群１８から延びて他方側端子板を構成する電池ケースの底部２１の内面に接続される内部リード３６とを備える。電池ケースの底部２１には、外部リード４６が接続される。底部２１は、その外面に、底部の中心部を全周にわたって取り囲んで形成される内周薄肉部４２と、内周薄肉部４２の外周側に形成され、かつ、内周薄肉部４２より切り込み深さが浅い外周薄肉部４４とを含む。内部リード３６が内周薄肉部４２の内側の底部領域２１ａに接続され、外部リード４６が内周薄肉部と外周薄肉部との間の底部領域２１ｂに接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒状をなす導電性の電池ケースと、
前記電池ケース内に収納される電極群と、
前記電池ケースの開口部を封口する導電性の一方側端子板と、
前記電極群から延びて、他方側端子板を構成する前記電池ケースの底部の内面に接続される内部リードとを備え、前記底部の外面に外部リードが接続される電池であって、
前記電池ケースの底部は、前記底部の中心部を全周にわたって取り囲んで形成される内周薄肉部と、該内周薄肉部の外周側に形成され、かつ、前記内周薄肉部より切り込み深さが浅い外周薄肉部とを含み、
前記内部リードが前記内周薄肉部の内側の底部領域に接続され、前記外部リードが前記内周薄肉部と前記外周薄肉部との間の底部領域に接続されている、
電池。
【請求項２】
前記外周薄肉部は、前記内周薄肉部の外周側を取り囲んだ円形状であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記外周薄肉部は、Ｃ字状であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に係り、特に、電池ケース底面に安全弁機構を設けた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウム電池等の二次電池の底面に安全弁機構を設ける構成が知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、非水電解質二次電池の封口蓋において、安全弁形成領域内であって、少なくとも脆弱部を形成する領域に機械加工などにより薄肉部を形成した後、封口蓋の一部に形成した薄肉部の所定位置にレーザーを照射することにより脆弱部を形成し、この脆弱部を具備する安全弁を形成することが記載されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、有底筒状の負極缶の底部の中心を略中心とする略半円形に形成された略半円部に開裂線部を外向きに延設した溝状薄肉部を採用した防爆型電気素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８６１６号公報
【特許文献２】特開平９−１１５４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電池において安全弁機構が作動したとき、その電池が電気回路から確実に電気的に切り離されるようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電池は、有底円筒状をなす導電性の電池ケースと、電池ケース内に収納される電極群と、電池ケースの開口部を封口する導電性の一方側端子板と、電極群から延びて、他方側端子板を構成する電池ケースの底部の内面に接続される内部リードとを備え、底部の外面に外部リードが接続される電池であって、電池ケースの底部は、底部の中心部を全周にわたって取り囲んで形成される内周薄肉部と、該内周薄肉部の外周側に形成され、かつ、内周薄肉部より切り込み深さが浅い外周薄肉部とを含み、内部リードが内周薄肉部の内側の底部領域に接続され、外部リードが内周薄肉部と外周薄肉部との間の底部領域に接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電池によれば、安全弁機構が作動した電池を電気回路から確実に電気的に切り離すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の一つである電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す電池の（ａ）底面図と、（ｂ）底部の断面図である。
【図３】図２（ｂ）の底部の拡大図である。
【図４】実験例である電池の安全弁機構の一例を示す電池の（ａ）底面図と、（ｂ）底部の断面図である。
【図５】図４に示す電池の安全弁機構が作動したときの様子を示す図である。
【図６】実施形態の電池の底部が開裂する様子を示す図である。
【図７】図６に続いて、電池の底部が開裂する様子を示す図である。
【図８】安全弁機構を構成する薄肉部の変形例を示す図である。
【図９】安全弁機構を構成する薄肉部の他の変形例を示す図である。
【図１０】外部リードに破断予定部を設けた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１１】
図１は、実施形態の一つである電池１０の概略構成を示す断面図である。この電池１０は、素電池または電池セルとも呼ばれるもので、例えば、パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器の電源として使用できる。または、多数の電池１０を組み合わせて電動車両等の電源として用いられてもよい。あるいは、多数の電池１０を組み合わせて、工場や家庭等に設置される定置型の電源として用いられてもよい。
【００１２】
また、電池１０としては、円筒形の非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池を採用することができる。なお、電池１０は、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、種々の二次電池、あるいは、一次電池を用いることができる。
【００１３】
図１に示すように、電池１０は、正極１２と負極１４との間にセパレータ１６が配置された電極群１８が、巻回された状態で、非水電解質とともに、有底円筒状をなす電池ケース２０に収納されている。電極群１８の上下には、絶縁板２２，２４が配設されている。
【００１４】
電極群１８の正極１２からは正極リード２６が斜め上方に延出している。正極リード２６は、金属板製の接続部材２８に溶接等によって接合されている。接続部材２８の上には、金属板製のからなるインナーキャップ３０が接続されている。インナーキャップ３０の上には、正極端子を兼ねる端子板３２が接続されている。そして、接続部材２８、インナーキャップ３０、および端子板３２は、これらの周囲を取り囲む絶縁性のガスケット３４によって一体にされた状態で、電池ケース２０の上部開口部を封口している。
【００１５】
なお、金属製のインナーキャップ３０を弁体として用いるとともに、接続部材２８および端子板３２に貫通孔をそれぞれ形成することによって、正極側に安全弁機構が設けられてもよい。
【００１６】
電池ケース２０に収納された電極群１８の負極１４からは負極リード３６が延出している。負極リード３６は、略Ｌ字状に曲がって絶縁板２４の下に潜り込んで、電池ケース２０の底部２１の内面に沿って延びている。電池ケース２０の底部２１は、電池１０の負極端子を兼ねるとともに、後述するように安全弁機構が設けられている。
【００１７】
次に、図２および図３を参照して、実施形態の電池１０に備えられた安全弁機構４０について説明する。図２は、図１に示す電池１０の（ａ）底面図と、（ｂ）底部の断面図である。また、図３は、図２（ｂ）の底部の拡大図である。
【００１８】
図２に示すように、実施形態の電池１０では、電池ケース２０の底部２１の外面に安全弁機構４０が設けられている。安全弁機構４０は、電池ケース２０の底部２１の外面に二重円として形成された内周薄肉部４２および外周薄肉部４４によって構成される。これらの内周薄肉部４２および外周薄肉部４４は、同心状に形成されるのが好ましいが、これに限定されるものではなく、各薄肉部４２，４４の中心が互いにずれていてもよい。また、内周薄肉部４２の中心は、円形をなす底部２１の中心に一致していることが好ましいが、これに限定されるものではなく、底部２１の中心からずれていてもよい。
【００１９】
内周薄肉部４２は、円形をなす電池ケース２０の底部２１の中心部を全周にわたって取り囲んで形成されている。すなわち、内周薄肉部４２によって囲まれた領域が中央弁領域２１ａとして形成されている。この中央弁領域２１ａの内面に、内部リード３６の端部が溶接等によって接合されている。
【００２０】
電池内部の圧力および温度が上昇して内周薄肉部４２が破断すると、底部２１の中央弁領域２１ａが開裂して開口部が形成されることになる。内周薄肉部４２が破断しても、内部リード３６は中央弁領域２１ａに接合された状態にある。
【００２１】
外周薄肉部４４は、内周薄肉部４２の外周側に内周薄肉部４２の全周を取り囲んで形成されている。これにより、外周薄肉部４４と内周薄肉部４２との間に環状弁領域２１ｂが形成されている。この環状弁領域２１ｂには、電池１０の負極端子に接続される外部リード４６の端部が溶接等によって接合されている。外部リード４６は導線により形成される。ただし、これに限定されるものではなく、外部リード４６は、金属薄板によって形成されてもよい。
【００２２】
図２（ｂ）および図３を参照すると、内周薄肉部４２および外周薄肉部４４は、いずれも、Ｖ字状の切り込み溝によって構成されている。これらの切り込み溝は、Ｖ字状の円形型を電池ケース２０の底部２１に押し付けて刻印することによって形成することができるが、これ以外の方法（例えば、切削加工等）によって形成されてもよい。
【００２３】
また、外周薄肉部４４の切り込み深さｄ２は、内周薄肉部４２の切り込み深さｄ１よりも浅く形成されている。換言すれば、内周薄肉部４２の切り込み深さｄ１は、外周薄肉部４４の切り込み深さｄ２よりも深く形成されている。これによって、より低い電池内圧力または作動圧で、内周薄肉部４２の方が外周薄肉部４４よりも先に破断し、中央弁領域２１ａが開口するように設定されている。
【００２４】
続いて、上記の構成からなる安全弁機構４０を備える電池１０の動作を実験例と対比して説明する。まず、図４および図５を参照して、実験例の電池１１における安全弁機構の動作を説明した後、実施形態の電池１０の安全弁機構４０の動作について説明する。
【００２５】
図４は、実験例である電池１１の安全弁機構の一例を示す電池の（ａ）底面図と、（ｂ）底部の断面図である。図５は、図４に示す電池１１の安全弁機構が作動したときの様子を示す図である。
【００２６】
図４に示すように、実験例の電池１１では、電池ケース２０の底部２１の中央弁領域２１ｃに、１つの円形状の切り込み溝からなる薄肉部４３が形成されている。そして、薄肉部４３で囲まれた中央弁領域２１ｃの内面に内部リード３６の端部が接合され、その外面に外部リード４６の端部が接合されている。
【００２７】
この場合、電池１１の内部圧力が所定の閾値を超えると、図５に示すように、円形の薄肉部４３が破断して中央弁領域２１ｃが開口する。これにより、電池内部から高温のガスＧが、電池ケース２０の底部２１の開口した領域から外部に噴出する。
【００２８】
しかしながら、この実験例では、底部２１から破断した後の中央弁領域２１ｃの内面に内部リード３６が、外面に外部リード４６が接合したままとなることがあった。そうすると、安全弁機構が作動した電池１１がこれを含む電気回路に接続されたままの状態となり、電気回路から切り離すことができないことが起こり得た。
【００２９】
また、図５（ｂ）に示すように、内部リード３６および外部リード４６が接合されたままの中央弁領域２１ｃは電池ケース２０の底部２１から大きく離れることができず、斜めに傾いた状態となって開弁される傾向にある。この場合、高温ガスが噴出できる排気開口面積が狭いことから、噴出したガスの温度を効果的に低下させることができないという問題もあった。なお、高圧になった電池内部を解放するときの開口面積が大きいと、噴出したガスの急激な体積膨張によって温度低下の度合いが大きくなる傾向があるという知見がある。
【００３０】
これに対し、実施形態の電池１０では、図６に示すように、電池内部が所定の閾値を超える高圧になると、作動圧が比較的低い中央弁領域２１ａが先に電池ケース２０の底部２１から破断して開口する。これにより、底部２１に形成された中央開口部から高温のガスＧが噴出する。そのため、電池内部の圧力は若干低下する。
【００３１】
このとき、中央弁領域２１ａには、内部リード３６だけが接続され外部リード４６は接続されていないので、内周薄肉部４２の破断によって分離した中央弁領域２１ａは底部２１から少し離れた位置に移動することが可能になる。したがって、内部リード３６は、外部リード４６と分離された状態となり、安全弁機構４０が作動した電池１０を電気回路から確実に電気的に切り離すことができる。
【００３２】
このような中央弁領域２１ａの開口部から高温ガスが噴出することによって、電池内部の圧力は若干低下するが、噴出するガス量よりも電池内部で発生するガス量の増加の方が上回るために、電池内部の圧力は再び上昇する。
【００３３】
そして、電池内部の圧力が外周薄肉部４４の設定破断圧力を超えると、図７に外周薄肉部４４が破断して電池ケース２０の底部２１が大きく開口する。これにより、電池内部から高温ガスＧが電池底部２１に大きく開いた開口部から噴出することができる。その結果、大きな開口部から噴出した高温ガスの温度を効果的に低下させることができる。よって、電池１０の周囲に近接して配置されている他の電池への影響を抑制することができる。
【００３４】
上述したように、実施形態によれば、安全弁機構が作動した電池１０を電気回路から確実に電気的に切り離すことができる。また、安全弁機構が作動した電池１０に近接して配置されている他の電池への影響を抑制することができる。
【００３５】
次に、図８〜図１０を参照して、上記実施形態の変形例について説明する。上記においては、内周薄肉部４２および外周薄肉部４４がいずれも円形状に形成されると説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図８（ａ）に示すように、内周薄肉部４２および外周薄肉部４４がいずれも正方形等の矩形状に形成されてもよいし、三角形、楕円形、星型等の他の形状に形成されてもよい。図８（ｂ），（ｃ）に示すように、内周薄肉部４２および外周薄肉部４４の一方が矩形で他方が円形に形成される等、両者の形状が異なっていてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態においては、外周薄肉部４４が内周薄肉部４２の外側で全周を取り囲んで形成されるものと説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に示すように、外周薄肉部４４は、内周薄肉部４２の略全周を取り囲むが、略Ｃ字状に形成されて薄肉部となっていない非薄肉部分４５を含む形態に形成されてもよい。
【００３７】
さらに、図１０に示すように、内周薄肉部４２によって区画形成される底部２１の中央弁領域２１ａに接続される外部リード４６の端部近傍に、中央弁領域２１ａの開裂時に破断する破断予定部４８が形成されてもよい。この破断予定部４８は、外部リード４６に切り込みを形成して破断しやすくした部分として形成されてもよいし、あるいは、レーザー加工等によって脆弱化させて破断しやすくした部分として形成されてもよい。
【００３８】
なお、本発明に係る電池は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１１  電池、１２  正極、１４  負極、１６  セパレータ、１８  電極群、２０  電池ケース、２１  底部、２１ａ，２１ｃ  中央弁領域、２１ｂ  環状弁領域、２２，２４  絶縁板、２８  接続部材、３０  インナーキャップ、３２  端子板、３４  ガスケット、３６  内部リード、４０  安全弁機構、４２  内周薄肉部、４３  薄肉部、４４  外周薄肉部、４５  非薄肉部分、４６  外部リード、４８  破断予定部、Ｇ  ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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