(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収容する電池ケースの端部開口が封口板により密閉封口され、この封口板の電極部を形成する金属キャップから電池内部寄りに設けられた金属薄板が電池内圧の上昇によって変形することにより、発電要素から金属キャップに至る通電回路を遮断する機構を備えた密閉型電池において、
前記封口板の電池内部に面した位置に前記発電要素に電気的接続して設けられ、金属板と金属箔とを重ね合わせて冷間圧接したクラッド材の中央部において前記金属板のみに開口部を形成すると共に、クラッド材の適所に金属板と金属箔とを貫いた通気穴を形成した複合金属板と、
この複合金属板の電池外部側に絶縁部材を介して周辺部が前記複合金属板と共に固定支持されると共に、前記金属キャップに電気的に接続して設けられ、中央部に電池内部側に緩やかに膨出する膨出部を形成して、この膨出部の中心部が複合金属板の前記開口部上の金属箔に溶接される金属薄板とを備え、
異常上昇した電池内圧により前記金属薄板の膨出部が、これに溶接された開口部上の金属箔を破り取って、電池外部側に反転することで、複合金属板から金属キャップに至る通電回路を遮断するように構成した
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
発電要素を収容する電池ケースの端部開口が封口板により密閉封口され、この封口板の電極部を形成する金属キャップから電池内部寄りに設けられた金属薄板が電池内圧の上昇によって変形することにより、発電要素から金属キャップに至る通電回路を遮断する機構を備えた密閉型電池において、
前記封口板の電池内部に面した位置に前記発電要素に電気的接続して設けられ、金属板と金属箔とを前者が電池外部側になるように重ね合わせ、金属板の外周部を求心方向に折り返し、この折り返し部に金属箔の周辺部を挟圧保持した複合板材からなり、この複合板材の中央部において前記金属板のみに開口部を形成すると共に、複合板材の適所に金属板と金属箔とを貫いた通気穴を形成した複合金属板と、
この複合金属板の電池外部側に絶縁部材を介して周辺部が前記複合金属板と共に固定支持されると共に、前記金属キャップに電気的に接続して設けられ、中央部に電池内部側に緩やかに膨出する膨出部を形成して、この膨出部の中心部が複合金属板の前記開口部上の金属箔に溶接される金属薄板とを備え、
異常上昇した電池内圧により前記金属薄板の膨出部が、これに溶接された開口部上の金属箔を破り取って、電池外部側に反転することで、複合金属板から金属キャップに至る通電回路を遮断するように構成した
ことを特徴とする密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池、特にリチウム二次電池等の高エネルギー密度を有する密閉型電池が異常使用された場合の過大な内圧を処理すると共に通電回路を遮断することができる電池封口構造を備えた密閉型電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池等のエネルギー密度の高い密閉型電池は、この電池を使用する機器や充電器等の故障、あるいは誤った使用がなされた場合に、電池内部に異常にガスが発生して内圧が過大上昇することがある。このような異常使用に備えて異常発生したガスを排出するガス抜き機構が設けられる。また、非水電解液二次電池では異常温度上昇を伴うので、ガス排出に先立って通電電流を遮断する電流遮断機構が設けられる。
【０００３】
前記ガス抜き機構や電流遮断機構を備えた密閉型電池の従来技術として、特開平５−３３５０１１号、特開平５−３４３０４３号、特開平８−３０６３５１号、特開平８−３１５７９８号、特開平９−１９９１０５号、特開平９−１９９１０６号の各公報に開示されたものが知られている。これらに開示された構成は、異常上昇した内圧により金属薄板を変形させることにより、電気的接続のための接合を絶って通電を遮断し、異常なガス発生の根源となっている過大電流回路を遮断するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池内圧が所定値以上に上昇したときに通電回路を完全に遮断するためには、電気的接続のために溶接により接合されている部分が確実に剥離する精度、あるいは所定の電池内圧が加わったときに破断する易破断部の破断精度が要求されるため、接合部の材厚や溶接強度や易破断部の精度管理が難しく製品の歩留りが低下する問題点があった。
【０００５】
本発明が目的とするところは、電池内圧の上昇時に電気的接合部が遮断される遮断精度を向上させ、信頼性の高い封口板を備えた密閉型電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、発電要素を収容する電池ケースの端部開口が封口板により密閉封口され、この封口板の電極部を形成する金属キャップから電池内部寄りに設けられた金属薄板が電池内圧の上昇によって変形することにより、発電要素から金属キャップに至る通電回路を遮断する機構を備えた密閉型電池において、前記封口板の電池内部に面した位置に前記発電要素に電気的接続して設けられ、金属板と金属箔とを重ね合わせて冷間圧接したクラッド材の中央部において前記金属板のみに開口部を形成すると共に、クラッド材の適所に金属板と金属箔とを貫いた通気穴を形成した複合金属板と、この複合金属板の電池外部側に絶縁部材を介して周辺部が前記複合金属板と共に固定支持されると共に、前記金属キャップに電気的に接続して設けられ、中央部に電池内部側に緩やかに膨出する膨出部を形成して、この膨出部の中心部が複合金属板の前記開口部上の金属箔に溶接される金属薄板とを備え、異常上昇した電池内圧により前記金属薄板の膨出部が、これに溶接された開口部上の金属箔を破り取って、電池外部側に反転することで、複合金属板から金属キャップに至る通電回路を遮断するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、複合金属板を構成する金属板の中央部に設けた開口部は金属箔で覆って形成され、この部分の金属箔に金属薄板の膨出部の中心が溶接されているので、異常上昇した電池内圧が複合金属板に形成された通気穴から侵入し、その圧力が金属薄板に及ぶと、加圧された金属薄板の膨出部は溶接された開口部位置の金属箔を破り取って反転し、複合金属板から金属キャップに至る通電回路を遮断することになる。この構成では、電池内圧による通電回路の遮断精度は、開口部を覆う金属箔の破断強度に依存するので、この金属箔の材質及び厚さに関わる破断強度を管理すればよく、金属箔を一定の品質に管理すれば安定動作する通電回路遮断構造を構成することができる。
【０００９】
複合金属板は、上記クラッド材で構成することに代えて、金属板の外周部を求心方向に折り返し、この折り返し部に金属箔の周辺部を挟圧保持して構成することができ、金属板の中央部に形成された開口部に進出させた金属薄板の膨出部の中心と金属箔とが溶接されるので、金属薄板が電池内圧により反転して開口部から後退するときに金属箔を破断する範囲は開口部を覆う範囲となり、金属箔の破断強度を所定精度に設定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る密閉型電池の封口板部分の構成を断面構造として示しており、密閉型電池は図示省略した下部に発電要素を収容して有底円筒形に形成された電池ケース１０の上部開口を封口板１で密閉封口して構成されている。この封口板１は、電池ケース１０にかしめ加工により固定された周囲部において、電池内部側から、金属板６ａに金属箔６ｂをクラッド加工により接合した複合金属板６、絶縁リング５、中央部に電池内部側への膨出部４ａが形成された金属薄板４、リング状の臨界温度抵抗体であるＰＴＣ３、通気口９ａが形成された金属キャップ９の順に配設され、それぞれを積層してガスケット２により電池ケース１０との間を絶縁して電池ケース１０にかしめ加工により固定される。前記複合金属板６の金属板６ａには発電要素に接続するリード８が接合され、金属箔６ｂと前記金属薄板４の膨出部中心位置とは溶接により接合されているので、複合金属板６から金属薄板４、ＰＴＣ３、金属キャップ９へと通じる通電回路が形成される。
【００１２】
前記複合金属板６は、図３に示すように、中心位置に開口部１１が形成されたアルミニウム円板（金属板）６ａの表面にアルミニウム箔（金属箔）６ｂを冷間圧接したクラッド材として形成し、その後にアルミニウム板６ａ及びアルミニウム箔６ｂを貫通させて通気口１２を形成したものである。
【００１３】
また、前記金属薄板４は、中央部に電池内部側に緩やかに膨出させた膨出部４ａを形成すると共に、この膨出部４ａにＣの字状に薄肉部を形成した易破断部４ｂが設けられている。具体的な構成例でこれを示すと、厚さ０．１５ｍｍのアルミニウム板を直径１２．７ｍｍの円板に形成し、膨出部４ａに直径４．０ｍｍのＣ型形状の刻印を用いてＣの字状の薄肉部分を形成することにより易破断部４ｂを形成する。この金属薄板４は膨出部４ａの中心を前記複合金属板６の開口部１２の中心でアルミニウム箔６ｂにレーザー溶接される。
【００１４】
また、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）３は、周知の臨界温度抵抗体であって、正常時は無視できる僅かな電気抵抗値であるが、過大な電流が流れることによる温度上昇により、その温度が所定の温度域（臨界温度）を越えたとき急激に電気抵抗値が増大する正温度係数抵抗素子である。
【００１５】
上記構成になる封口板１を備えた密閉型電池が、この密閉型電池を使用する機器の故障、あるいは誤った使用、外部短絡等の異常使用がなされた場合に発生するガス等による内部圧力の異常上昇、あるいは異常な温度上昇に対応する異常対応動作について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
【００１６】
電池の異常使用のケースとして、電池を使用する機器の故障による正負電極間の短絡、充電器の故障による過充電、電池容量を無視した過負荷使用、故意または予期せぬ事態による正負電極間の短絡、多数直列接続による過放電、逆充電等々が考えられるが、このような異常使用に対処すべく、３通りの異常対応動作がなされる。
【００１７】
まず、第１の異常対応動作は、過大な電流が流れた場合に、ＰＴＣ３は過大電流が流れたことにより温度上昇し、それが臨界温度に達したとき、その電気抵抗値が急激に増大するので通電電流は大幅に減少維持され、外部短絡や過大電流での誤使用における電池損傷が防止される。
【００１８】
しかし、密閉型電池の一例であるリチウム二次電池では、充電器の故障等による無制御での過充電、あるいは逆充電、多数直列接続での過放電などの場合に、前記ＰＴＣ３が臨界温度に温度上昇するに至らない電流であっても電池安全容量を越えて電池内圧が上昇することがある。即ち、このような異常電流が継続して流れた場合に、電解液及び活物質の分解などを伴いながら電池温度が急激に上昇し、大量のガスあるいは蒸気を発生させる。そこで、このような電池内圧が所定圧より上昇した場合に、通電電流回路を遮断する第２の異常対応動作が起動する。
【００１９】
図１に示す封口板１の各構成要素の状態は正常時の状態であって、電池ケース１０内の内圧が上昇したとき、その内圧は複合金属板６に形成された通気口１２から侵入して金属薄板４に及ぶので、この内圧が所定値を越えたとき、図２に示すように、金属薄板４の膨出部４ａは、その中心位置で複合金属体６の開口部１１で溶接されている金属箔６ｂを引き破り、その膨出方向を反転させる。この膨出部４ａの反転によって、複合金属板６と金属薄板４との間の導通が絶たれ通電回路が遮断されるので、電池内圧上昇の原因となっている異常電流は絶たれ、電池内圧上昇の根源は排除される。
【００２０】
しかし、異常電流が遮断されても瞬時に温度が低下するわけもなく、ガスや蒸気の発生も瞬時には治まらず、電池内圧が更に上昇し続けた場合には、第３の異常対応動作が起動する。即ち、大量のガスまたは蒸気が発生して、電池内圧が金属薄板４に設けた易破断部４ｂの破断強度に基づいて設定した所定値に達すると、易破断部４ｂが破断して金属薄板４の中央部が開裂され、電池内部に充満していたガスや蒸気は金属キャップ８の通気口８ａから外部放出される。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る密閉型電池の構成について図４〜図６を参照して説明する。本構成は、第１の実施形態の構成における複合金属板６の変形例を示すもので、他の構成要素は共通する。従って共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００２２】
図４において、封口板１ａの電池内部側には複合金属板１３が設けられており、この複合金属板１３は、図６に示すように、中央に開口部１４を形成した金属円板（金属板）１３に０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ厚さの金属箔１３ｂを重ね合わせ、外周部で金属円板１３ａを周囲から求心方向に折り返して金属箔１３ｂの周囲を挟圧固定し、金属円板１３ａ及び金属箔１３ｂを貫通する通気穴１５を形成して構成されている。
【００２３】
この複合金属板１３は、図４に示すように、中央部において金属箔１３ｂが電池内部側となるように配設され、金属円板１３ａの中央に形成された開口部１４内に進出する金属薄板４の膨出部４ａの中心と金属箔１３ｂとが溶接される。
【００２４】
本構成において、電池内圧が異常上昇したときには、複合金属板１３に形成された通気穴１５から封口板１ａ内に侵入する電池内圧は金属薄板４に及び、図５に示すように膨出部４ａを反転させる。このとき、金属薄板４の膨出部４ａに溶接されている金属箔１３ｂは反転する膨出部４ａに破り取られる。この金属箔１３ｂの破断強度は、金属円板１３ａに形成された開口部１４を覆う金属箔１３ｂが開口部１４の周縁部分で破断する強度として設定できるので、金属箔１３ｂの材質及び厚さを管理することにより破断精度を一定に維持することができる。従って、一定の接合強度に加工し難い溶接部分の剥離強度に依存しないので、安定した通電回路遮断構造を構成することができる。
【００２５】
尚、本構成におけるＰＴＣ３による過大電流の抑制、電流遮断後の電池内圧の異常上昇時のガスの外部放出の構成は、先に説明した第１実施形態の構成の動作と同様なので、その説明は省略する。
【００２６】
また、上記実施形態においては、円筒形の電池について説明したが、角筒形電池あるいはそれに類似の電池においても同様に実施することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、複合金属板を構成する金属板の開口部を覆う金属箔に金属薄板の膨出部の中心を溶接して電池内圧の異常上昇による通電回路の遮断構造が形成されているので、電池内圧により金属薄板の膨出部が反転したときに前記開口部を覆う金属箔が反転する膨出部に破り取られ、通電回路が遮断される。従って、一定の接合強度が得難い溶接部の剥離に依存することなく、開口部を覆う金属箔の破断強度で管理することができるので、金属箔の材質及び厚さを一定に管理することにより動作精度の高い通電回路の遮断構造が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る密閉型電池の封口板の構成を示す断面図。
【図２】図１に示す平常状態から通電回路遮断の動作がなされた状態を示す断面図。
【図３】第１の実施形態に係る複合金属板の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線矢視断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る密閉型電池の封口板の構成を示す断面図。
【図５】図４に示す平常状態から通電回路遮断の動作がなされた状態を示す断面図。
【図６】第２の実施形態に係る複合金属板の構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線矢視断面図。
【符号の説明】
１、１ａ  封口板
３  ＰＴＣ
４  金属薄板
４ａ  膨出部
４ｂ  易破断部
６、１３  複合金属板
６ａ、１３ａ  金属板
６ｂ、１３ｂ  金属箔
９  金属キャップ
１０  電池ケース
１１、１４  開口部
１２、１５  通気穴
【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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