(57)【要約】【課題】防爆安全機構の作動後に内圧を確実にかつ速やかに開放することができる筒型電池を提供する。【解決手段】発電要素（３、４、５）が収納されている有底筒状の電池缶２の上部開口に、フランジ部８１が形成されたカップ状の端子板８ａと円板状の封口板７とから構成された封口体１０ａが封口ガスケット９を介して嵌着されてなり、底部８２を上方にして配置された端子板のフランジ部の下面に封口板が当接し、端子板は、底部に切欠８３によって形成された舌片を下方に折り曲げてなる第１の切り刃８５と排気口８６を備え、周側面８７に等角度間隔で形成された複数の切欠８３ａを内方に向かって斜め下方に折り曲げられてなる第２の切り刃８５ａと通気孔８８ａを備え、第２の切り刃の先端は、前記第１の切り刃の先端よりも下方にある筒型電池１ａとしている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に円形に開口する有底筒状の金属製電池缶内に発電要素が収納されているとともに、前記電池缶の開口に樹脂製の封口ガスケットを介して封口体が嵌着されて当該電池缶が密閉されてなる筒型電池であって、
前記封口体は、金属製で、円形の開口の縁に中空円板状のフランジ部が形成されたカップ状の端子板と、金属製薄板からなる円板状の封口板とから構成され、前記端子板が底部を上方にして配置されつつ、前記封口板が前記フランジ部の下面に当接した状態で前記端子板の下方に配置されてなり、
前記端子板は、前記底部に形成された第１の切り刃と排気口を備えるとともに、前記底部の周縁から下方に垂設されつつ前記フランジ部に接続する周側面に等角度間隔で複数箇所に形成された第２の切り刃と通気孔を備え、
前記第１の切り刃は、基端となる一辺を残して切り欠かれてなる舌片が、当該基端にて前記電池缶の内方に向けて下方に折り曲げられてなり、
前記第排気口は、前記第１の切り刃を形成した跡として開口されてなり、
前記第２の切り刃は、前記端子板の前記フランジ部と前記周側面との境界の円周に沿う一辺を基端として切り欠かれてなる舌片が、当該基端にて前記電池缶の内方に向けて斜め下方に折り曲げられてなり、
前記通気孔は、前記第２の切り刃を形成した跡として開口されてなり、
前記第２の切り刃の先端は、前記第１の切り刃の先端よりも下方にある、
ことを特徴とする筒型電池。
【請求項２】
請求項１に記載の筒型電池において、上下方向から見て前記第２の切り刃の先端が前記底部の内周の外方にあることを特徴とする筒型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有底筒状の電池缶内に発電要素を収納してなる筒型電池に関し、具体的には、筒型電池の防爆安全機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の対象となる筒型電池の一例として、有底円筒状の電池缶を備えたボビン形リチウム一次電池を挙げる。図１にそのボビン形リチウム一次電池（以下、筒型電池１とも言う）の構造を示した。なお以下では、有底円筒状の電池缶２の円筒軸１００の方向を上下方向とし、電池缶２の底部を下方として上下の各方向を規定すると、図１（Ａ）は、筒型電池１を円筒軸１００を含む断面で切断したときの縦断面図であり、図１（Ｂ）は、当該筒型電池１を上方から見たときの平面図である。図１（Ｃ）は図１（Ａ）におけるｂ−ｂ矢視断面図であり、ここでは、筒型電池１の上端側を拡大して示した。なお図１（Ａ）は図１（Ｂ）におけるａ−ａ矢視断面に対応する。
【０００３】
図１（Ａ）に示したように、例示した筒型電池１は、上方が開口する有底円筒状の電池缶２、二酸化マンガン等の正極活物質を黒鉛等の導電助剤とともにリングコアに似た中空円筒状に成形された正極合剤３、円筒状の負極リチウム４、円筒カップ状のセパレーター５、負極端子を兼ねて電池缶２の開口を密閉封口する封口体１０などによって構成されている。そして、電池缶２内には非水電解液が充填されている。
【０００４】
電池缶２は金属製であって電池ケースと正極集電体を兼ねる。下方底面には正極の端子部２１がプレス加工により外方に突出するように形成されている。また、開口部近傍の周囲には絞り加工によるビーディング部２２が形成されている。そして、この電池缶２内に、正極合剤３が圧入されているとともに、中空円筒状の正極合剤３の内方に負極リチウム４がセパレーター５を介して配置されている。  
負極リチウム４には、帯状の金属薄板で形成されて負極集電体を兼ねる負極リード６の一方の端部が取り付けられている。他方の端部は封口体１０を構成するステンレスなどの金属製薄板からなる円板状の封口板７の下面にスポット溶接されている。封口体１０は、当該封口板７とステンレスなどの金属からなる負極の端子板８とによって構成されている。端子板８は、開口の周囲に中空円板状のフランジ部８１が一体的に形成されているカップ状であり、伏せたカップのように、底部８２を上方にした状態で封口板７と積層されている。
【０００５】
封口体１０は、樹脂製の封口ガスケット９とともに電池缶２の開口部内側にビーディング部２２を座として装着されつつ、電池缶２におけるビーディング部２２より上方の上端部分が内方にかしめ加工（カール加工）されることで電池缶２に嵌着されている。
【０００６】
図１（Ｂ）に示したように、上記構造の筒型電池１において、カップ状の端子板８の底部８２のほぼ中央には、略Ｖ字状の切欠８３が画成され、その切欠８３の末端同士を接続した一辺を基端８４とした舌片が、その基端８４で下方に向かって折り曲げられている。それによって、その舌片が鋭利な先端を有する切り刃８５となる。そして、端子板８の底部８２には、この切り刃８５を形成したことにより、内外を連絡する鋭角三角形状の孔（排気口）８６が開口する。また、図１（Ｃ）に示したように、端子板８の底部８２の周縁から下方に垂設されてフランジ部８１に至る壁面（周側面）８７には、端子板８の内外を連絡する小孔（通気孔）８８が形成されている。
【０００７】
封口板７と切り刃８５は、筒型電池１の誤使用による過放電や充電などで、筒型電池１の内部にガスが発生し内圧が上昇した場合の防爆安全機構として動作する。排気口８６は、電池缶２の内外を連絡してガスを外方へ放出するための通路（排気通路）となり、通気孔８８は、補助的な排気通路としての役割を担っている。
【０００８】
図２に、図１に示した筒型電池１における防爆安全機構の動作を示した。図２（Ａ）は、内圧が上昇した際の封口体１０の状態を示しており、図２（Ｂ）は防爆安全機構が作動したときの図である。まず図２（Ａ）に示したように、内圧が上昇すると、封口板７において、端子板８のフランジ部８１の下面に接していない直径φ１の円形の領域が上方に膨らむように撓む。そして図２（Ｂ）に示したように、封口板７がさらに上方に膨らむと、切り刃８５の先端がこの封口板７に突き刺さり封口板７に穴７０を開ける。それによって、この穴７０から排気口８６に至る経路（排気経路）が形成されて、筒型電池１内のガスが外部へ逃げる。ガスの一部は、封口板７に開いた穴７０から通気孔８８に至る排気経路を通って外部に排気される。図中に排気経路を太線矢印で示した。このようにして、筒型電池１の破裂を防止できるようになっている。防爆安全機構が作動する圧力については、例えば、ＣＲ１７４５０型のボビン形リチウム一次電池では、２．５ＭＰａ〜３．５ＭＰａ程度となるように設定されている。
【０００９】
なお、以下の特許文献１は、切り刃によって封口板に穴を開ける態様の防爆安全機構を備えた筒状電池について記載されている。また、以下の非特許文献１には、同じ構造の防爆安全機構を備えたボビン形リチウム一次電池について記載されている
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１８６６５０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ＦＤＫ株式会社、”高容量円筒形リチウム一次電池”、[online]、[平成２９年２月９日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fdk.co.jp/battery/lithium/lithium_cylindrical.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の筒型電池における防爆安全機構では、電池缶内の圧力が急激に上昇した場合、切り刃が封口板を破断して防爆安全機構自体は作動するものの、その破断箇所が電池の内容物によって閉塞されてしまう可能性があった。破断箇所が電池の内容物によって閉塞されてしまうと電池缶の内圧を速やかに開放することができなくなる。内圧の上昇が爆発的である場合、電池の内容物や電池を構成する部品（封口体、リード端子など）など飛散する可能性もある。
【００１３】
また、電池缶内の圧力がゆっくりとした速度で上昇するような場合では、封口板が撓む速度も遅くなり、防爆安全機能が作動して切り刃の先端が封口板に突き刺さっても、切り刃が封口板に徐々に食い込んでいき、切り刃自体が破断箇所を塞ぐ栓のようになってしまう場合がある。このような場合においても、電池缶の内圧を速やかに開放することができなくなる。さらに、封口板に切り刃が深く食い込んで封口板が切り裂かれるまで圧力が上昇し続け、封口板が切り裂かれた時点で内容物がその切り裂かれた開口から一気に噴出する可能性もある。
【００１４】
そこで本発明は、防爆安全機構の作動後に内圧を確実にかつ速やかに開放することができる筒型電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、上方に円形に開口する有底筒状の金属製電池缶内に発電要素が収納されているとともに、前記電池缶の開口に樹脂製の封口ガスケットを介して封口体が嵌着されて当該電池缶が密閉されてなる筒型電池であって、
前記封口体は、金属製で、円形の開口の縁に中空円板状のフランジ部が形成されたカップ状の端子板と、金属製薄板からなる円板状の封口板とから構成され、前記端子板が底部を上方にして配置されつつ、前記封口板が前記フランジ部の下面に当接した状態で前記端子板の下方に配置されてなり、
前記端子板は、前記底部に形成された第１の切り刃と排気口を備えるとともに、前記底部の周縁から下方に垂設されつつ前記フランジ部に接続する周側面に等角度間隔で複数箇所に形成された第２の切り刃と通気孔を備え、
前記第１の切り刃は、基端となる一辺を残して切り欠かれてなる舌片が、当該基端にて前記電池缶の内方に向けて下方に折り曲げられてなり、
前記第排気口は、前記第１の切り刃を形成した跡として開口されてなり、
前記第２の切り刃は、前記端子板の前記フランジ部と前記周側面との境界の円周に沿う一辺を基端として切り欠かれてなる舌片が、当該基端にて前記電池缶の内方に向けて斜め下方に折り曲げられてなり、
前記通気孔は、前記第２の切り刃を形成した跡として開口されてなり、
前記第２の切り刃の先端は、前記第１の切り刃の先端よりも下方にある、
ことを特徴とする筒型電池としている。
【００１６】
上記筒型電池は、上下方向から見て前記第２の切り刃の先端が前記底部の内周の外方にあることを特徴とする筒型電池であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の筒型電池は、防爆安全機構の作動後に内圧を確実にかつ速やかに開放することができ、高い安全性を備えたものとなる。なお、その他の効果については以下の記載で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】筒型電池の一例を示す図である。
【図２】筒型電池における従来の防爆安全機構の動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施例に係る筒型電池が備える封口体の構造を示す図である。
【図４】実施例に係る筒型電池における防爆安全機構の動作を説明する図である。
【図５】実施例に係る筒型電池における防爆安全機構の性能を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。
【００２０】
＝＝＝実施例＝＝＝
＜封口体の構造＞
本発明の実施例に係る筒型電池の基本構成は、図１に示した従来の筒型電池１と同様である。しかし封口体の構造が従来のものとは異なっている。図３に本実施例に係る筒型電池１ａの要部を示した。図３（Ａ）は本実施例の筒型電池１ａを上方から見たときの平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるｃ−ｃ矢視断面図であり、電池缶２の上端側を拡大して示している。
【００２１】
図３（Ａ）に示したように、本実施例の筒型電池１ａにおける端子板８ａは、底部８２にＶ字型の切欠８３によって形成された三角形状の舌片を下方に折り曲げてなる切り刃８５と、その切り刃８５を形成することによって開口した排気口８６が形成されている。また、上方から見て端子板８ａの周側面８７からフランジ部８１にかけて、複数の通気孔８８ａが円筒軸１００周りに等角度間隔に形成されている。この例では４５゜間隔で８箇所に形成されている。さらに各通気孔８８ａは、周側面８７とフランジ部８１との境界となる円周に沿う一辺を基端８４ａとしつつ、上方に凸となるＶ字状の切欠によって形成された舌片８５ａが折り曲げられたことで開口している。
【００２２】
図３（Ｂ）に示したように、周側面８７とフランジ部８１との境界は曲面で、その境界を介して周側面８７とフランジ部８１とが滑らかに連続している。複数の通気孔８８ａは、この境界に基端８４ａを有しつつ周側面８７にかけて形成された切欠８３ａによって形成された三角形状の舌片８５ａが、その基端８４ａを折り線として斜め下方に向かって折り曲げられた跡として開口している。また、舌片８５ａの先端は、底部８２に設けられた切り刃（以下、第１の切り刃８５とも言う）の先端よりも下方に位置している。そして、この舌片８５ａが第１の切り刃８５とは別の切り刃（以下、第２の切り刃８５ａとも言う）。
【００２３】
＜防爆安全機構の動作＞
図４に本実施例の筒型電池１ａによる防爆安全機構の動作状態を示した。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、内圧上昇に伴う防爆安全機構の作動状態の遷移を示しており、ここでは、封口体１０ａのみを示した。まず、図４（Ａ）に示したように、内圧が上昇すると、封口板７が上方に撓む。このとき、第２の切り刃８５ａが基端８４ａから端子板８ａの内方に斜め下方向に向かって屈曲しているため、この第２の切り刃８５ａの先端が、自ずと、封口板７の上面と端子板８ａのフランジ部８１の下面との接触領域よりも内方の位置で封口板７の上面に浅い角度で接する。そして、内圧がさらに上昇すると、封口板７は、自身の上面に接している第２の切り刃８５ａによって上方への撓みが規制され、直径φ１の上記接触領域よりも内方の直径φ２の領域のみが内圧によって変形可能となる。すなわち、封口板７は、従来よりも狭い面積で内圧を受け止めることになり、封口板７が上方に急速、かつ大きく撓む。それによって図３（Ｂ）に示したように、第１の切り刃８５が封口板７を速やかに破断する。すなわち、実施例の筒型電池では第１の切り刃８５が封口板７に当接してからこれを破断するまでの時間を短くすることができ、内容物が破断箇所７０を閉塞する前に電池缶内のガスを外方に放出することができる。もちろん、内圧がゆっくりとした速度で徐々に上昇するような場合であっても、第２の切り刃８５ａが封口板７に当接した時点で急速に内圧が上昇するため、第１の切り刃８５が封口板７に素早く食い込む。それによって、第１の切り刃８５自体が破断箇所７０を塞ぐ栓となることを抑止することができる。たとえ、第１の切り刃８５が破断箇所７０を閉鎖し、さらに内圧が上昇した場合でも、図３（Ｃ）に示したように、複数の第２切り刃８５ａが封口板７を複数箇所で破断する。そのため、内容物が噴出したり部品が飛散したりするような大きな内圧に達する前に内圧を開放することができる。また、複数の破断箇所７０ａによって複数系統の通気経路が確保され、内容物などが一箇所に集中することがなく、内容物の噴出や部品の飛散をより確実に抑止することができる。
【００２４】
このように、本実施例の筒型電池１ａでは、封口体１０ａの構造に特徴を有して、防爆安全機構が動作した際には、電池缶２内の内圧が確実かつ速やかに開放されるようになっている。
【００２５】
＝＝＝安全性試験＝＝＝
次に、図３に示した本実施例に係る筒型電池１ａをサンプルとして作製した。また実施例に対する比較例として、図１に示した従来の筒型電池１もサンプルとして作製した。実施例と比較例のサンプルにおける封口体（１０ａ、１０）以外の構成や構造は図１に示した筒型電池１と同様であり、ここでは直径１７ｍｍ、高さ４５．０ｍｍのＣＲ１７４５０型に相当するボビン形リチウム電池を作製した。そして、筒型電池（１ａ、１）が極めて過酷な状況で誤使用されることも想定し、各サンプルに対し、バーナーで加熱する加熱試験、サンプルを完全に放電させたのちにさらに１Ａの電流で放電させる強制放電試験、およびＵＬ規格に基づいて１５ｍＡの電流で充電する異常充電試験を行った。また、各試験では、実施例と比較例のそれぞれに対応する２種類のサンプルを、それぞれ１５個ずつ作製した。そして、各試験において内圧の上昇によって電池缶内の内容物や封口体を構成する部品が飛散した個体の数を調べた。
【００２６】
以下の表１に各試験の結果を示した。
【００２７】
【表１】
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表１において、サンプル１は実施例に係る筒型電池１ａであり、サンプル２は比較例に係る筒型電池１である。この表１に示したように、実施例となるサンプル１は、各試験の全てにおいて、１５個の個体の内、内容物や部品が飛散した個体が一つもなかった。一方、比較例となるサンプル２では、加熱試験、強制放電試験、および異常充電試験のそれぞれについて、１５個中１個、２個、および１個の個体において内容物あるいは部品が飛散した。以上により本発明の実施例に係る筒型電池では、極めて高い安全性を有していることが確認できた。
【００２８】
次に、電池缶２内の圧力が徐々に上昇するような状況を再現するために、電池缶２の開口を図１に示した従来の筒型電池１と同様の封口体１０で封止したサンプルと、図３に示した実施例に係る筒型電池１ａの封口体１０ａで封止したサンプルとを作製した。また、各サンプルでは電池缶２に内外を連絡する孔を形成し、電池缶の内圧が０．１ＭＰａ/秒の速度で上昇するように、その孔から圧搾空気を電池缶２内に導入し、防爆安全機構を作動させた。すなわち封口板７を第１の切り刃によって破断させた。そして、防爆安全機構の作動後も圧搾空気の導入を継続し、防爆安全機構の作動時点からの経過時間と電池缶２内の圧力との関係を調べた。なお、電池缶２は、ここでも、外径１４．５ｍｍ、高さ４５．０ｍｍのボビン形リチウム一次電池（例えば、ＣＲ１４２５０型）用のものを用いた。また、電池缶２自体が膨らまないように、電池缶２内には円筒形の電池缶２の側面を支持する正極合剤３を収納した。
【００２９】
図５に防爆安全機構の作動時点を起点とした経過時間と電池缶２内の圧力との関係を示した。図５では、グラフの縦軸である電池缶２内の圧力を、従来の筒型電池１の封口体１０を用いたサンプル（図中「従来例」）において防爆安全機構が作動したときの圧力を１００％とした場合の相対値で示している。
【００３０】
図示したように、実施例の筒型電池１ａに用いた封口体１０ａで封止したサンプル（図中「実施例」）では、封口板７において撓むことが可能な領域が従来例よりも狭いため、防爆安全機構が動作する圧力が従来例よりも高くなっている。しかし、防爆安全機構の作動後は時間の経過とともに速やかに電池缶２内の圧力が減少し、１２秒程度で大気圧と平衡状態となった。一方、従来例のサンプルでは２０秒後も防爆安全機構が作動したときの圧力が維持されて、内圧が効果的に開放されていない。このように、実施例に係る筒型電池１ａでは、電池缶２内の圧力が徐々に上昇するような場合であっても、防爆安全機構が作動すれば、確実、かつ速やかにその圧力を開放することができる。
【００３１】
＝＝＝製造容易性について＝＝＝
ところで、図１や図３に示した筒型電池（１、１ａ）の端子板（８、８ａ）は、普通、円板状の金属板をプレス加工することで作製される。本実施例の筒型電池１ａの端子板８ａでは、円板状の金属板に第１および第２の切り刃（８５、８５ａ）となる切欠を形成し、その上で端子板８ａの中心を所定の径のポンチでプレス加工してフランジ部８１のあるカップ状に成形する。そのため、ポンチの径、すなわち図３（Ｂ）に示した端子板８ａの底部８２の内径φ３よりも内側に第２の切り刃８５ａとなる切欠が形成されていると（φ３＞φ２）、第２の切り刃８５ａの先端が上方に折れ曲がってしまう。そのため、円板状の金属板をカップ状に成形した後に第２の切り刃８５ａとなる切欠を端子板８ａの周側面８７に後工程で形成する必要がある。そのため、端子板８ａの製造工程が複雑となり、筒型電池１ａの製造コストを増大させる可能性がある。そこで、図３に示したように、第２の切り刃８５ａの先端位置が底部８２の内径φ３よりも外方となるように（φ３＜φ２）端子板８ａを形成すれば、フランジ部８１から周側面８７にかけて切欠８３ａを形成するとともに、その切欠８３ａによって形成された舌片を折り曲げるだけでよく、実施例の筒型電池１ａにおける端子板８ａを、従来の筒型電池１の端子板８とほぼ同様の手順で安価に作製することができる。
【００３２】
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記実施例では、第２の切り刃８５ａが等角度間隔で８箇所に形成されていたが、等角度間隔で複数箇所にあればよく、例えば１８０゜間隔で２箇所にのみ第２の切り刃８５ａが形成されていても、内圧の上昇に伴って第２の切り刃８５ａの先端は、第１の切り刃の先端よりも先に封口板７に当接する。そして、その当接箇所は、フランジ部８１と封口板７との接触領域より内方である。したがって、図４に示した動作と同様にして内圧を速やかに開放することができる。もちろん、内圧がさらに上昇しても第２の切り刃８５ａが封口板７を破断するため、内容物の噴出や部品の飛散も発生しない。
【００３３】
第２の切り刃８５ａの数の上限については、数が多いほど、封口板７には円形に近い形状で第２の切り刃８５ａの先端が当接することになり、封口板７の撓み状態に偏りが生じにくくなる。それによって、防爆安全機構が作動する圧力のバラツキがより均一になる。その一方で、端子板８ａの強度が低下し、第２の切り刃８５ａをより多く設けることによって製造コストも増加する。したがって、第２の切り刃８５ａの数は、端子板８ａの強度や製造コストなどに応じて適宜に設定すればよい。
【００３４】
上記実施例に係る筒型電池１ａは、ボビン形リチウム一次電池であったが、もちろん実施例に係る筒型電池は、封口体の構成や構造が実施例と同様であれば、スパイラル型のリチウム一次電池、発電原理が異なる他の種類の電池（アルカリ電池など）、二次電池などであってもよい。また、本発明に係る実施例は、例えば、角筒状の電池缶の端面に円形の開口が形成されている電池にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  筒型電池（ボビン形リチウム一次電池）、２  電池缶、３  正極合剤、
４  負極リチウム、５  セパレーター、７  封口板、８，８ａ  端子板、
９  封口ガスケット、１０，１０ａ  封口体、７０，７０ａ  破断箇所（穴)、
８１  端子板のフランジ部、８２  端子板の底部、８３，８３ａ  切欠、
８４，８４ａ  切欠の基端、８５  切り刃（第１の切り刃）、８５ａ  第２の切り刃、
８６  排気口、８７  端子板の周側面、８８  通気孔
【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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