(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
起電力を有する化学物質を収納し通気孔をもつ容器本体と該通気孔を気密的に塞ぐ薄膜部品とをもつ密閉容器を具備する密閉型電池において、該通気孔は長円状もしくは長方形状であり、該薄膜部品は圧延方向が該通気孔の長手方向となりかつ該通気孔を気密的に塞ぐように該容器本体に固定された金属箔とで構成されていることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記金属箔には圧延方向に延びる切欠溝を更に備えている請求項２記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記金属箔は前記通気孔の長手方向の片側もしくは両側の周縁近くに１個もしくは２個の圧延方向に延びる前記切欠溝と、前記各切欠溝の中央部で交差する切欠溝と、をもつ請求項２記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記金属箔は厚さが０．０２〜０．５ｍｍである請求項１〜３何れか１つに記載の密閉型電池。
【請求項５】
前記金属箔はニッケル、アルミニウム、ステンレスあるいは銅である請求項１〜４何れか１つに記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防爆機能を備えた密閉型電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器用の電源として利用されているニッカドあるいはリチウムイオン等の電池では、外気中の水分等の混入による性能劣化や電池内容物の外部への漏出を防ぐため通常密閉構造がとられている。一方、化学電池においては機器の故障、誤使用等による短絡、過充電等の異常な電気的あるいは熱的な負荷が加えられた場合、電界液の分解や蒸発による多量のガスが発生し、密閉構造をとる電池ではガス発生による内圧上昇により容器の破裂が引き起こされるという問題がある。
【０００３】
この密閉型電池容器の破裂を防止する機構として内圧上昇時にガスを放出する弁構造が提案されている。例えば、特開平１−３０９２５２号公報、特開平１−３０９２５３号公報には、密閉容器の一部あるいは密閉容器の開口部を封口する封口体に切欠溝を形成し、容器に比べ耐圧強度が相対的に低くなるよう弁部を設けることで、内圧上昇時に弁部の開裂によりガスを放出する方法が開示されている。
【０００４】
また特開平４−３４９３４７号公報、特開平６−３６７５２号公報には、封口体を含む容器の一部に設けたガス放出孔を予めエッチング、プレス加工等の方法で弁部が形成された薄膜部品で封接することにより防爆用の弁構造を形成する方法が提案されている。
ところで上記の従来例の弁機構の作動圧力の設定にあたり、短絡や過充電時の電池容器の破裂を防止するためには、急激なガス発生に対し弁のガス放出が十分追従できることが必要である。したがって弁機構の作動圧力は電池容器の耐圧力に比べ十分低いことが望ましく、弁の安定した能力を発揮させるため通常の場合、開裂する溝あるいは弁部の肉厚は容器の肉厚の１／２０から１／１０程度の厚みで形成される必要がある。
【０００５】
ところがこのような弁部に溝加工をプレスまたはエッチング等の方法で形成する場合、通常では加工量が大きくなる程寸法バラツキも増加するため、溝加工の寸法誤差が生じ易く、その結果、弁の作動圧力にもバラツキが生じ、通常の使用状態においても弁が誤作動する場合があるという問題があった。
また弁部を形成する薄膜を封接する構造においては、膜厚を薄くする程低い圧力での弁の開裂が得られる傾向にあり、そのため薄膜に施す溝加工量も少なく設定できる。しかし、例えばレ−ザ溶接、かしめ等の方法でガス放出孔に接合する際に加えられる熱あるいは応力により、薄膜が薄い程歪が発生し易い。その結果弁の作動圧力が安定しないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来の問題点に鑑み、電池内部の圧力が異常に上昇した場合には通気孔が開いて電池容器の破裂を確実に防ぎ、また通常の使用状況下では誤作動することのない信頼性の高い防爆構造を有する密閉型電池を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉型電池は、起電力を有する化学物質を収納し長円状もしくは長方形状の通気孔をもつ容器本体と圧延方向が該通気孔の長手方向となりかつ該通気孔を気密的に塞ぐように該容器本体に固定された金属箔とで構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明は金属箔はその圧延方向と直交する方向に引張応力が作用した場合比較的低いしかも一定した圧力で金属箔が破れるという発見に基づいている。圧延金属箔は圧延加工時に形成される圧延組織により圧延方向と直交する方向は機械的性質が圧延方向に比べ相対的にもろくなっている。したがって電池の内圧上昇時のように圧延金属箔の開裂は圧延方向に沿って起こり易い。このことから金属箔に形成される溝方向を箔の圧延方向に一致させること、あるいは、長円または長方形の通気孔の長手方向と圧延方向とを一致させることにより、従来の場合に比べ低圧力で防爆機能を作動させることができる。
【０００９】
本発明の密閉型電池は従来の密閉型電池と同様に密閉容器を有し、この密閉容器に起電力を有する化学物質が収納されている。この密閉容器は通気孔をもつ金属製容器本体とこの通気孔を塞ぐように気密的に固定された金属箔とで構成されている。
【００１２】
本発明の密閉型電池では、容器本体に設けられた通気孔は長円または長方形状であり、その通気孔の長手方向に圧延方向が一致した金属箔が通気孔を気密的に塞ぐように固定されている。なお、通気孔は金属製容器本体自体の内容積等に応じ任意の大きさとすることができる。
この金属箔に切欠溝を設けてもよい。切欠溝は圧延方向に沿って延びる１本の切欠溝とすることもできる。また、切欠溝は圧延方向に沿って延びる少なくとも１本の切欠溝とそれと交差する少なくとも１本の交差切欠溝とで形成することができる。この場合交差部分に亀裂が入り易く、溝の切欠感度が増し亀裂発生がより安定となる。
金属製容器の通気孔形状が長円もしくは長方形状であるので、内圧上昇時に金属箔に作用する引裂力は通気孔の短辺側よりも長辺側に沿って大きくなる。したがって金属箔の圧延方向を通気孔の長辺方向に一致させることにより金属箔の開裂をより低圧力で引起こすことが可能となる。もちろん、この場合においても圧延方向への溝の形成によって、更には圧延方向と直交する方向への溝の追加によって更に低圧力での防爆機能の作動を得ることも可能である。また特に長円もしくは長方形状の通気孔周縁にて金属箔が拘束固定されているので、通気孔短辺側拘束部と比べ長方形拘束部、特に長辺側拘束部の中心付近にて圧力作動時に金属箔への引裂力が作用し易いため、この部位近傍に溝を形成することがより有効である。具体的には、この金属箔はその通気孔の長手方向の周縁近くにそれぞれ１個、計２個の圧延方向に延びる切欠溝と、圧延方向に延びる各該切欠溝の中央部を結ぶ交差切欠溝をＨ字形に形成するのが好ましい。
本発明の金属箔は特に限定されないがその厚さが０．０２〜０．５ｍｍ、より実用的には０．０３〜０．５ｍｍが好ましい。また、金属箔はニッケル、アルミニウム、ステンレスあるいは銅製とすることができる。なお、金属箔の圧延方向とは最後に圧延されたときの方向を意味する。
【００１３】
切欠溝は通気孔の大きさに沿った長さとするのが良い。また、溝の深さは箔の厚さの１／１０〜９／１０程度、溝の幅は０．１〜０．５ｍｍ程度が実用的である。切欠溝はエツチング、プレス加工等で形成できる。
なお、通気孔を塞ぐように金属製容器本体に切欠溝をもつ金属箔を気密的に固定する方法としては、レーザビーム溶接、カシメ加工、溶材を用いた溶接等を採用できる。
【００１５】
【発明の作用】
本発明の密閉型電池では電池本体の通気孔が長円または長方形状でかつその長手方向と圧延方向が一致した金属箔が通気孔を塞いでいる。そして何らかの理由により電池内部の圧力が高まると金属箔はその圧力に押されダイヤフラム状に変形し、圧延方向と直交する方向により強く引張応力が作用する。圧延された金属箔は圧延方向と直交する方向に弱いため、圧延方向に延びる亀裂が生じ金属箔か破れる。そして電池内部の圧力はこの破れより外部に漏れ、電池内部の圧力が下がり、電池の爆発が阻止される。
更に、金属箔が切欠溝をもつ場合には、何らかの理由により電池内部の圧力が高まると切欠溝をもつ金属箔はその圧力に押されダイヤフラム状に変形し、切欠溝を開く方向に力が作用する。圧延された金属箔は圧延方向と直交する方向に弱いため、さらに切欠溝でその周囲よりもはるかに弱くなっているため切欠溝に亀裂が生じ金属箔か破れる。そして電池内部の圧力はこの破れより外部に漏れ、電池内部の圧力が下がり、電池の爆発が阻止される。
【００１６】
【試験例】
（試験例１）
試験例１の角形密閉型電池を以下に説明する。この角形密閉型電池は、その内部構成を簡略化した断面図を図１に示すように、電池容器１とこの容器内に封入された反応物２と絶縁体６により電池容器１と絶縁された正極を兼ねる外部端子４とこの外部端子４と反応物２とを電気的に接続するリード５とから構成されている。
【００１７】
電池容器１はステンレス鋼金属の厚さ０．５ｍｍの金属板で６面体状の箱形状に形成された負極を兼ねる容器本体１１と０．０５ｍｍのニッケル圧延箔で形成された弁部１５とからなる。容器本体１１の上端面には前記した外部端子４が固定されるとともに通気孔１ａが形成されている。この通気孔１ａは直径５ｍｍの円形に形成されている。
【００１８】
弁部１５はこの通気孔１ａを塞ぐように容器本体１１の内面にレ−ザ溶接により固定されている。この弁部１５はその弁部１５を含む角形密閉型電池の上から見た部分拡大図を図２に示すように、通気孔１ａの中央部に１本の切欠溝１５ａをもつ。なお、この弁部１５を形成する金属箔の圧延方向（矢印で示す）は切欠溝１５ａの延びる方向になっている。この切欠溝１５ａはその長さを４ｍｍ、幅０．２ｍｍ、深さ０．０３ｍｍで、化学エッチングにより形成したものである。なお、切欠溝１５ａの底の残肉厚は０．０２ｍｍとなっている。
【００１９】
本試験例１の角形密閉型電池は上記した構成からなる。この角形密閉型電池の電池容器１の機能を見るため、反応物２を封入していない電池容器１だけのものを別に１０個調製し、その内部に静水圧を加え、弁部１５が開く開裂圧力を測定した。これら１０個の開裂圧力の範囲は１４〜１６ｋｇ／ｃｍ2 であった。なお、比較のために弁部１５の切欠溝１５ａを金属箔の圧延方向と直交する方向に形成した反応物２を封入していない電池容器だけの比較試料を同じように１０個調製し、その内部に静水圧を加え、弁部が開く開裂圧力を測定した。これら比較試料の１０個の開裂圧力の範囲は１９〜２２ｋｇ／ｃｍ2 であった。
【００２０】
さらに他の比較試料として、金属箔の圧延方向と直交する切欠溝の深さを更に深くし、切欠溝の底の残肉厚を０．０１ｍｍとし、その他は試験例１の電池容器１と全く同じとしたものを１０個調製し、同じように開裂圧力を測定した。これら比較試料１０個の開裂圧力の範囲は１２〜１８ｋｇ／ｃｍ2 であった。この切欠溝の底の残肉厚を０．０１ｍｍと薄くすることにより開裂圧力を低くすることができたが、開裂圧力のバラツキが大きくなり、またレ−ザ溶接による接合時に溝部に亀裂が生じてしまう場合があった。
【００２１】
試験例１の角形密閉型電池の電池容器１と２種類の比較例の電池容器の開裂圧力の測定より明らかなように、実施例１の電池容器１の場合には、切欠溝１５ａの底の残肉厚さが０．０２ｍｍと比較的厚い場合でも、その開裂圧力を１４〜１６ｋｇ／ｃｍ2 と低く、かつそのバラツキを２ｋｇ／ｃｍ2 の狭い範囲に収めることができた。
（試験例２）
本試験例２の角形密閉型電池の上から見た部分拡大図を図３に示す。この試験例２の角形密閉型電池は試験例１の角形密閉型電池とその弁部が異なるだけで、他の部分は試験例１のものと全く同じである。この試験例２の角形密閉型電池の弁部１６も試験例１の弁部１５と同じ０．０５ｍｍのニッケル圧延箔を用いた。試験例２の弁部１６は切欠溝として、圧延方向に沿った切欠溝１６ａとこれに直交する方向に設けた交差切欠溝１６ｂからなる十字形状の切欠溝をもつ。なお、これら２個の切欠溝１６ａ、１６ｂはいずれも長さを４ｍｍ、幅０．２ｍｍ、深さ０．０３ｍｍ、底の残肉厚０．０２ｍｍで、化学エッチングにより形成したものである。
【００２２】
なお、試験例２の弁部１６の開裂圧力は１２〜１５ｋｇ／ｃｍ2 であった。前記例に比べ開裂圧力が低下する傾向が見られた。この開裂圧力は試験例１の弁部１５の開裂圧力１４〜１６ｋｇ／ｃｍ2 より少し低いものであつた。尚、試験例１および試験例２において、弁部１５および弁部１６は電池容器１の内側位置にて封接した場合を示したが、電池内の圧力上昇時に弁部の変形が電池容器１の外側の部部品等により阻害されず、開裂圧力に影響を及ぼされない限りにおいて、弁部を電池容器１の外側位置にて封接しても一向に差し支えない。
（試験例３）
本発明の実施例にあたる試験例３の角形密閉型電池の上から見た部分拡大図を図４に示す。この試験例３の角形密閉型電池は試験例１の角形密閉型電池とその電池容器の容器本体の通気孔および弁部が異なるだけで、他の部分は試験例１のものと全く同じである。
【００２３】
この容器本体１１の通気孔１ｂは縦横それぞれ４ｍｍ、７ｍｍの長方形となっている。弁部１７はこの通気孔１ｂを塞ぐように容器本体１１の内面にレ−ザ溶接により固定されている。この弁部１７は通気孔１ｂの長手方向と圧延方向とを一致させた厚さ０．０５ｍｍのアルミ製の金属箔で形成されている。本実施例の角形密閉型電池は上記した構成からなる。この角形密閉型電池の電池容器１の機能を見るため、試験例１と同様に、電池容器１だけのものを別に１０個調製し、その内部に静水圧を加え、弁部１７が開く開裂圧力を測定した。これら１０個の開裂圧力の範囲は１３〜１６ｋｇ／ｃｍ2 であった。
【００２４】
なお、比較のために弁部１７をその圧延方向が通気孔１ｂの長手方向と直交する方向としただけが異なり他は全く試験例３と同じにした電池容器だけの比較試料を同じように１０個調製し、その内部に静水圧を加え、弁部が開く開裂圧力を測定した。これら比較試料の１０個の開裂圧力の範囲は１５〜２０ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００２５】
この試験例３より金属箔の圧延方向を容器本体の通気孔の長手方向と一致させることにより開裂圧力を１３〜１６ｋｇ／ｃｍ2 と低くすることができた。尚、試験例１、２から明らかなように弁部１７をニッケルあるいはステンレス等の硬い材料で形成する場合に、図５のように金属箔を圧延方向に切欠溝１７ａを形成することにより、開裂圧力を低く、かつバラツキを少なくすることができる。
（試験例４）
本発明の実施例に当たる試験例４の角形密閉型電池の上から見た部分拡大図を図６に示す。この試験例４の角形密閉型電池は試験例３の角形密閉型電池とその弁部が異なるだけで、他の部分は試験例３のものと全く同じである。この試験例４の角形密閉型電池の弁部１８は０．０５ｍｍのニッケル圧延箔を用いた。
【００２６】
試験例４の弁部１８は切欠溝として、圧延方向に沿いかつ通気孔１ｂの長辺に沿った２個の切欠溝１８ａ、１８ａとこれに直交する方向に設けた交差切欠溝１８ｂからなるＨ字形状の切欠溝をもつ。なお、これら３個の切欠溝１８ａ、１８ａはいずれも長さを６ｍｍ、幅０．２ｍｍ、深さ０．０３ｍｍ、底の残肉厚０．０２ｍｍであり、交差切欠溝１８ｂは長さを４ｍｍ、幅０．２ｍｍ、深さ０．０３ｍｍ、底の残肉厚０．０２ｍｍであり、いずれも化学エッチングにより形成したものである。なお、試験例４の弁部１８の開裂圧力は１０〜１３ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００２７】
本試験例の通気孔１ｂの長辺に沿った２個の切欠溝１８ａ、１８ａとこれに直交する方向に設けた交差切欠溝１８ｂからなるＨ字形状の切欠溝に代えて、図７に示すように通気孔１ｂの長辺の一方に沿った１個の切欠溝１８ａとこの切欠溝１８ａの中央から長辺の他方に伸びる１個の交差切欠溝１８ｂからなるＴ字形状の切欠溝としてもよい。
【００２８】
本発明の実施例にあたる試験例３、試験例４から明らかなように、通気孔の形状を長方形とし、その長手方向と圧延方向を一致させた金属箔で弁部を形成することにより、開裂圧力を低くかつバラツキの小さいものとすることができることがわかる。なお、試験例では通気孔に弁部を接合方法としてレ−ザ溶接を採用したが、両者の気密性及び接合強度を保てる限りにおいて、超音波溶接、接着等どのような接合方法を用いても構わない。また弁部に使用される材質は圧延材料であり、電蝕あるいは電池容器との接合性が使用上問題とならない限り、どのような材質を用いても良い。
【００２９】
また今回、電池容器を封接する封口体に通気孔を設ける例にて本発明を説明したが、電池容器に直接通気孔を設け、弁部にて閉塞するようにしてもよい。尚、従来例のように容器本体あるいはその封口体に直接弁部を設ける場合においても、容器本体あるいはその封口体が圧延金属で形成され、その圧延方向にそって切欠溝を形成してもよいことは明白である。
【００３０】
上記実施例に示すように、本発明によれば低圧力で再現性の良い防爆機能をもつ密閉電池が得られ、近年の携帯機器の携帯性の向上の要求による電池の軽量化への方向における電池容器の薄肉化での最小限の耐圧力保証が必要な状況にて本発明は非常に有効である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の密閉型電池ではその安全弁として使用する金属箔の膜厚化および形成される溝部の厚肉化が可能となる。そのため密閉容器への封接時の熱、外力等による歪の発生や溝加工時の寸法誤差を大幅に抑えることができ、加工が容易となる。また、低い圧力で再現性良く作動する防爆機能が得られ、かつ、通常使用時の誤作動による切欠溝の破れが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例１の密閉型電池の断面図である。
【図２】比較例１の角形密閉型電池の弁部を示す上から見た部分拡大図である。
【図３】比較例２の角形密閉型電池の弁部を示す上から見た部分拡大図である。
【図４】本発明の実施例にあたる比較例３の角形密閉型電池の弁部を示す上から見た部分拡大図である。
【図５】本発明の比較例３の変形例にあたる角形密閉型電池の弁部を示す上から見た部分拡大図である。
【図６】本発明の比較例４の角形密閉型電池の弁部を示す上から見た部分拡大図である。
【図７】本発明の比較例４のの変形例にあたる角形密閉型電池の弁部を示す上から見た部分拡大図である。
【符号の説明】
１─電池容器 ２─反応物 ４─外部端子 ５─リード
６─絶縁体 １１─容器本体 １５、１６、１７、１８─弁部
１ａ、１ｂ─通気孔 １５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａ─切欠溝
１６ｂ、１８ｂ─交差切欠溝
【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】
0003551342.tif 000007
【図７】
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