(57)【要約】【課題】従来、密閉型電池には、電池の正常作動を長期間、安定に保つための安全機構の１つとして、ラプチャ板が設けられており、このラプチャ板は、特に、非水系電池において、その特性上、密閉性に優れる隔壁となっている。しかしながら上記ラプチャ板は、通電経路を兼ねているために金属板から作製され、それゆえに水分に接触すると腐食する。したがって電池を長期間使用し、または保管している間に電池外方から侵入した水分によってラプチャ板が腐食し、それによって電流遮断素子および圧力開放弁として正常に作動しなくなるおそれがある。【解決手段】有底外包体２０の開口部を封口する封口蓋体３０に、金属製のラプチャ板３３１を備えさせ、ラプチャ板３３１のガス開放路下流側の主面に金属の腐食を抑制する腐食抑制膜３３２を積層させた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラプチャ板を、ガス開放路を遮断する状態で設けてなる密閉型電池であって、
前記ラプチャ板のガス開放路下流側主面には、前記ラプチャ板を保護する保護膜が被着されていることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記ラプチャ板は、金属製であり、
前記保護膜は、金属の腐食を抑制する腐食抑制膜であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記ラプチャ板は、その一部分が電池内外の圧力差によって他の部分よりも破断し易く構成され、
前記一部分のガス開放路下流側主面の全域には、前記腐食抑制膜が被着されていることを特徴とする請求項２に記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記腐食抑制膜は、電池内外の圧力差によって前記ラプチャ板と共に破断することを特徴とする請求項２に記載の密閉型電池。
【請求項５】
前記ラプチャ板のガス開放路下流側に皿状の端子キャップが配され、
当該端子キャップにガス抜き孔が設けられ、
前記ラプチャ板と前記端子キャップとの間に空間が形成され、当該空間が前記ガス抜き孔を通じて外気に開放されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項６】
前記腐食抑制膜は防水性を有することを特徴とする請求項２に記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関し、特に安全機構の腐食抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、密閉型電池には、電池の正常作動を長期間、安定に保つため、様々な安全機構が設けられている。それら安全機構の１つとして、密閉型電池には、ラプチャ板が設けられている。
このラプチャ板は、特に、非水系電池において、その特性上、電池内に水分が侵入することが嫌われるので、正常時に外界と電池内とを隔絶する隔壁となっている。
【０００３】
上記ラプチャ板は、電池内が所定の高圧力に達すると、電池内外の圧力差でその一部分が破断し、電池内の高圧力を開放するようになっている。また、上記ラプチャ板には、通電経路としての機能を与えられたものもある。かかる場合、当該ラプチャ板は、金属板から作製され、上記破断前に、変形することによって通電経路を遮断し、電池内の不測の化学変化や熱暴走を抑制するようになっている。
【０００４】
上記ラプチャ板は、例えば、特許文献１，２に開示されているように、電極体および非水系電解液が収納された外包体を封口し、孔の開けられた端子キャップがラプチャ板の外方側に設けられ、孔の開けられた内部構成板がラプチャ板の電極体側に設けられているものが多い。
【特許文献１】特開平１１−１５４５０１号公報
【特許文献２】特開平１０−３０２７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ガス抜き孔から異物が侵入して、上記ラプチャ板が正常時に破れるおそれがある。正常時に上記ラプチャ板が破れると、電池内部に異物が侵入して内部ショート等が発生するおそれがあり、また、電池から漏液するおそれがある。また、上記ラプチャ板を、金属板から作製した場合、水分に接触すると腐食する。したがって電池を長期間使用したり、保管している間に電池外方から侵入した水分によってラプチャ板が腐食し、それによって電流遮断素子あるいは圧力開放弁として正常に作動しなくなるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ラプチャ板が正常時に破れることを抑制し、ラプチャ板の腐食を抑制することにより安定した電流遮断動作および弁動作を実現することのできる密閉型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る密閉型電池では、ラプチャ板を、ガス開放路を遮断する状態で設けてなる密閉型電池に対し、上記ラプチャ板のガス開放路下流側の主面には、上記ラプチャ板を保護する保護膜を被着させた。
上記保護膜は、電池内外の圧力差によって上記ラプチャ板と共に破断することが好ましい。
【０００８】
なお、ここでいう「腐食」とは、酸化還元反応を含め、本来のラプチャ板の機能を損なう変質現象全般を指すものとする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る密閉型電池では、上記ラプチャ板のガス開放路下流側主面に、上記ラプチャ板を保護する保護膜を被着させたので、当該保護膜を被着させていない場合と比べて、上記ラプチャ板が正常時に破れ難い。したがって、正常時にラプチャ板が破れ、電池内に異物が侵入し、内部ショート等が発生することを抑制でき、また、電池の漏液を抑制できる。さらに、電極を構成する金属が不測の化学反応を起こすことを抑制できる。
【００１０】
上記ラプチャ板が金属製で、上記保護膜が金属の腐食を抑制する腐食抑制膜である場合、上記ガス開放路下流側から水分等、ラプチャ板を腐食する物質が侵入してラプチャ板に接触しようとしても、当該腐食抑制膜によって当該物質がラプチャ板に到達するのを遮断するので、上記ラプチャ板が腐食することを抑制することができる。これによって、本発明に係る密閉型電池では、上記ラプチャ板が長期間に亘って安定した電流遮断機能および弁機能を発揮することができる。
【００１１】
上記腐食抑制膜を上記ラプチャ板のガス開放路下流側の主面全域に被着させてもよいが、部分的に被着させても良い。上記ラプチャ板は通常その一部分を、他の部分よりも破断し易くし、電池内の圧力が所定の高圧力に達したときに電池内外の圧力差によって当該一部分が積極的に破断することで、上記ラプチャ板が弁機能を発揮するので、上記一部分のガス開放路下流側主面全面に上記腐食抑制膜を被着させることによって、ラプチャ板のうち主に電流遮断素子および弁として機能する領域の腐食を確実に抑制して電流遮断機能および弁機能を保持することができる。
【００１２】
さらに、上記腐食抑制膜がラプチャ板に被着されているので、ラプチャ板が破断した後も、基本的に上記腐食抑制膜はラプチャ板に被着されている。したがって、ガス抜き孔を設けた端子キャップがラプチャ板のガス開放路下流側に配設されている場合でも、ラプチャ板破断時に上記腐食抑制膜が端子キャップのガス抜き孔を塞ぐことがない。
また、本発明では、ラプチャ板に上記腐食抑制膜を被着させるので、例えば、シート状の腐食防止膜を貼り付けることにより被着させるほか、液状の前駆体を吹きつけて、これを乾燥させることにより上記腐食抑制膜を被着させる工法を採用することもでき、製造時において多様な工法を採用することができる。
【００１３】
上記ラプチャ板は、電池の端子キャップと別の場所に設けてもよいが、ラプチャ板のガス開放路下流側に端子キャップを配すると、電池の小型化に寄与するので好ましい。
上記腐食抑制膜として防水性を備えているものを用いれば、水分に起因して上記ラプチャ板が腐食することを抑制する効果に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る密閉型電池を、リチウムイオン電池を例にして説明する。ただし、以下に示す実施の形態では、本発明の技術思想を具体化した密閉型電池を例示しており、本発明は、以下のものに限定されない。
また、本実施の形態は、特許請求の範囲に記載されている部材を、本実施の形態に記載された部材に限定するものでない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、理解を促進するために誇張している場合がある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一、同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。
【００１５】
［実施の形態１］
＜リチウムイオン電池１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の斜視構成図である。図１に示すように、本実施の形態に係るリチウムイオン電池１００は、主に、一端が開口された有底円筒状の外包体２０の内方に、電極体８０が収納され、外包体２０の開口端部を略円盤状の封口蓋体３０が封口した構成となっている。
【００１６】
具体的には、外包体２０のうち封口蓋体３０よりも内方側で縮径部２０ａを設け、当該縮径により外包体２０内側に形成された棚部分にガスケット４０を介して封口蓋体３０を載置し、外包体２０の開口端をかしめることにより、外包体２０が封口されている。
外包体２０と封口蓋体３０との間には、リング状のガスケット４０が嵌められている。ガスケット４０は封口蓋体３０の封口機能を補助して外包体２０の開口部を確実に密封し、かつ充放電時に外包体２０と封口蓋体３０とを電気的に絶縁する機能を発揮する。
【００１７】
外包体２０は、例えば、ステンレス鋼、鉄あるいはアルミニウムを主成分とする金属板から作られ、一極性端子（例えば、負極端子）の機能を有する。なお、外包体２０の材質は、外包体２０に求められる特性を備えるならば、金属以外の材質であっても良い。
電極体８０では、正極板８２と負極板８３とがセパレータ８１を挟んで渦巻状に巻回され、中心部に孔の開いた円盤状の絶縁体６１，６２が当該巻回端の各々に配され、一方の巻回端から正極タブ５０が伸び、他方の巻回端から不図示の負極タブが伸びている。
【００１８】
正極板８２と電気的に接続された正極タブ５０が絶縁体６１の孔を経由して一方の巻回端から封口蓋体３０まで伸び、正極タブ５０の延伸端が封口蓋体３０に達してこれと電気的に接続されている。負極板８３と電気的に接続された不図示の負極タブが外包体２０の内側面と絶縁体６２の外縁との間を経由して他方の巻回端から外包体２０の底まで伸び、負極タブの延伸端が絶縁体６２と外包体２０の底とに挟まれた状態で、外包体２０と電気的に接続されている。
【００１９】
正極板８２は、リチウム金属酸化物を主成分としており、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）が正極板８２の材料に用いられる。
負極板８３は、炭素を主成分としており、例えば、グラファイト、コークスが負極板８３の材料に用いられる。
【００２０】
電極体８０には、非水系電解液が浸潤している。
＜封口蓋体３０の構成＞
図２は、本実施の形態におけるリチウムイオン電池の要部断面図である。
図２に示すように、封口蓋体３０は、概ね、電池内方側から外方に向かう順に、内部構成板３１、絶縁体３２、ラプチャ板３３１、腐食抑制膜３３２、ＰＴＣ素子３４、端子キャップ３５が積層された構造を有し、内部構成板３１の外縁部をかしめることによりこれらが一体化された状態となっている。
【００２１】
詳細には、封口蓋体３０では、その外縁部を内部構成板３１の周縁部およびリング状の絶縁体３２が占めている。絶縁板３２が略円盤状のラプチャ板３３１、ＰＴＣ素子３４および端子キャップ３５の外縁部を覆うようにこれらに被着され、かつ当該絶縁板３２を覆うように内部構成板３１の周縁部が被着された状態となっている。
皿状の内部構成板３１には、電極体８０から伸びる正極タブ５０の一端が接続されている。皿状の端子キャップ３５は、一極性端子（たとえば、正極端子）の機能を有し、端子キャップ３５及び内部構成板３１のそれぞれには、電池内の圧力が所定の高圧力に達したとき当該圧力を開放するガス開放路を形成するためにガス抜き孔３１ａ，３５ａが設けられている。
【００２２】
皿状の端子キャップ３５とラプチャ板３３１とがリング状のＰＴＣ素子３４を挟んで積層されており、端子キャップ３５内側の窪みとラプチャ板３３１の窪みとの間にＰＴＣ素子３４の開口部３４ａを経てガス溜め空間７０が形成され、当該ガス溜め空間７０は端子キャップ３５のガス抜き孔３５ａを通じて外気に開放されている。
ＰＴＣ素子３４は、中央に開口部３４ａを有するリング状で、ラプチャ板３３１および端子キャップ３５双方の外縁部に挟まれており、これら両者と電気的に接続されている。ＰＴＣ素子３４は温度上昇に比例して電気抵抗値が変化する特性を有する。すなわち、定常状態でのリチウムイオン電池１００の温度では、ＰＴＣ素子３４の電気抵抗も低い状態となるが、例えば、外部短絡によりリチウムイオン電池１００内で過電流が流れ始めると、リチウムイオン電池１００の温度が上昇し、当該温度が閾値を超えた時点で、ＰＴＣ素子３４の電気抵抗値が急激に上昇してラプチャ板３３１と端子キャップ３５との間の導通が遮断され、リチウムイオン電池１００内の通電を実質的に遮断する。
【００２３】
＜ラプチャ板３３１、腐食抑制膜３３２の構成およびこれらの動作＞
ラプチャ板３３１は、アルミニウムやステンレス等の金属板から作製され、その厚みが０．１［ｍｍ］〜０．５［ｍｍ］の範囲で設定されている。ラプチャ板３３１は正常時において上記ガス開放路を遮断する隔壁であり、そのガス溜め空間７０側（ガス開放路下流側）主面には、腐食抑制膜３３２が積層されている。ラプチャ板３３１は、その略中央部に内部構成板に向かって突き出た凸部３３ａが形成されている。当該凸部３３ａは、球面上に加工され、ラプチャ板３３１周縁部と比べて薄肉化されている。
【００２４】
ラプチャ板３３１の凸部３３ａが薄肉化されていることにより、ラプチャ板３３１の内外圧力差が大きくなるにしたがって当該凸部３３ａは上記周縁部と比べて容易に変形し最終的に破断する。
ラプチャ板３３１の凸部３３ａは、例えば、平らな円板の中央部を工具で押し出し成形して形成することができ、その場合、当該凸部３３ａのうち頂部がラプチャ板３３１のうち最も薄肉化されるので、弁動作時には凸部３３ａのうちこの頂部が最も容易に破断する。
【００２５】
ラプチャ板３３１のガス開放路下流側の主面において腐食抑制膜３３２を被着させる領域については、薄肉化された当該凸部３３ａが容易に変形・破断し易いことから、この領域のガス開放路下流側の主面全面に少なくとも被着させることが好ましい。
本実施の形態では、ラプチャ板３３１のガス開放路下流側の主面のうちＰＴＣ素子３４の設けられていない領域、すなわち凸部３３ａのガス開放路下流側の主面とその周囲に腐食抑制膜３３２が被着されていて、ラプチャ板３３１の外周縁部にはＰＴＣ素子３４との導通を図るため腐食抑制膜３３２は被着されていないが、当該外周縁部とＰＴＣ素子３４とを導通させることができれば、この外周縁部にまで腐食抑制膜３３２を被着させていてもよい。
【００２６】
腐食抑制膜３３２を被着させる工程については電池組み立て前でも後でも良い。例えば、封口蓋体３０完成後あるいはリチウムイオン電池１００完成後に端子キャップ３５のガス抜き孔３５ａからガス溜め空間７０にノズルを差込み、当該ノズルを経由して液状の膜前躯体をラプチャ板３３１のガス溜め空間７０側主面のうち外気に接する領域に塗布し、当該膜前躯体を乾燥させることによって腐食抑制膜３３２を当該凸部３３ａのガス開放路下流側の主面に容易に被着させることができる。
【００２７】
あるいは電池組み立て前に、あらかじめ腐食抑制膜３３２をラプチャ板３３１の外方側の主面に被着させてもよい。
ラプチャ板３３１の凸部３３ａの頂上近傍は皿状の内部構成板３１の底に点接触しており、既述のように絶縁体３２が配されているので、ラプチャ板体３３１と内部構成板３１との間の電流路は当該点接触部分のみで確保されている。
【００２８】
ラプチャ板３３１は、通常、内部構成板３１と接触し導通しているが、既述したように、ラプチャ板３３１のうち凸部３３ａが変形し易いので、電池内の圧力が所定の高圧力になったときには、電池内外の圧力差により当該凸部３３ａが外方に押されて変形し内部構成板３１との点接触を断ち、上記電流路を遮断する。なおかつ、当該高圧力がさらに上昇して電池内外の圧力差が大きくなった際には、当該凸部３３ａのうち最も破断し易い頂が破裂し、それと共に腐食抑制膜３３２も破裂して電池内の高圧力が開放される。このように、ラプチャ板３３１は、電池内の通電経路を遮断すると共に、当該高圧力を開放する安全機構として機能する。
【００２９】
腐食抑制膜３３２の厚みおよび成分は、このようなラプチャ板３３１のガス排出弁としての動作を妨げることなく、かつ、ラプチャ板３３１が破裂する前まで、水分がラプチャ板３３１の外方側主面に接触するのを防ぐ防水性を発揮するように調整されていることが好ましい。
このような観点から、シリコン系オイル、油類、ゴム系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂などは、薄く、かつ水分難透過性の膜を形成し易いので、腐食抑制膜３３２はこれらのいずれかあるいはこれらの組み合わせを主成分とすることが好ましい。
【００３０】
ただし、腐食抑制膜３３２の樹脂材料は、シリコン系、油系、ゴム系、ウレタン系、エポキシ樹脂系などに限定されない。例えば、既述した腐食抑制膜３３２の機能を損なわない限度において、金属製のラプチャ板３３１と比べてイオン化傾向の高い金属膜を腐食抑制膜３３２に採用し、これをラプチャ板３３１の外気側面に被着させるいわゆる犠牲防食処理が施されていても良い。
【００３１】
また、腐食抑制膜３３２には、例えば、耐アルカリ性、耐酸性等が付与されていても良い。当該機能を付与することにより、電池の使用環境を広げることができる。
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の要部断面図である。本実施の形態における封口蓋体１０では、図３に示すように、実施の形態１で示したＰＴＣ素子３４が設けられておらず、その他の構成については、実施の形態１の封口蓋体３０と同様である。
《本実施の形態における密閉型電池の効果》
以上説明したように、ラプチャ板のガス開放路下流側主面に何も被着されていない場合は、ラプチャ板が正常時に破れるおそれがある。すると、異物が電池内に侵入して内部ショート等を発生させ、あるいは、電極材料に不測の化学変化を起こさせるおそれがあり、また、電池内から漏液するおそれがある。さらに、かかる場合、ラプチャ板が腐食するおそれがあり、その腐食に伴って、ラプチャ板の安定した電流遮断動作および弁動作が損なわれることがある。これに対して、本実施の形態では、封口蓋体３０に備えられたラプチャ板３３１のガス開放路下流側主面に腐食抑制膜３３２を被着させ、その腐食抑制膜３３２に防水性を付与したので、端子キャップ３５のガス抜き孔３５ａを主に経由して侵入した水分が、腐食抑制膜３３２で遮断され、ラプチャ板３３１（特に、凸部３３ａ）が腐食することを抑制することができる。これによって、ラプチャ板３３１は、長期間に亘って安定した電流遮断動作および弁動作を確保することができる。
【００３２】
また、当該腐食抑制膜３３２が、ラプチャ板３３１を保護する保護膜として機能するので、ラプチャ板３３１が正常時に破れることを抑制することができ、したがって、異物が電池内に侵入して内部ショート等を発生させ、あるいは、電極材料に不測の化学変化を起こさせることを抑制でき、また、電池内から漏液することを抑制できる。
本実施の形態では、腐食抑制膜３３２が、ラプチャ板３３１に被着されているので、ラプチャ板３３１が破裂したときにも破裂した状態でラプチャ板３３１に原則的に被着されたままとなるので、ガス抜き孔３５ａを設けた端子キャップ３５をラプチャ板３３１のガス開放路下流側に配しても、腐食抑制膜３３２がガス抜き孔３５ａを塞ぐことがなく、電池内の高圧力を確実に電池外方へ開放することができる。
【００３３】
上記バリエーションの構成を採用すれば、封口蓋体３０の構成部材を減らすことができるので、部品点数の削減、コスト低減を図ることができる。
＜その他＞
本実施の形態では、ラプチャ板３３１の外方側に端子キャップ３５を配して、これらを含めて封口蓋体３０を構成したが、端子キャップとラプチャ板体とが別の場所に設けられているタイプのものにも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、リチウムイオン電池をはじめとして、弁機構を必要とする密閉型電池の分野に広く適用することができ、その産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の断面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の要部断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の要部断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０            外包体
２０ａ          縮径部
３０            封口蓋体
３１            内部構成板
３１ａ，３５ａ  ガス抜き孔
３２            絶縁体
３３ａ          凸部
３４            ＰＴＣ素子
３４ａ          開口部
３５            端子キャップ
４０            ガスケット
５０            集電タブ
６１，６２      絶縁板
７０            ガス溜め空間
８０            電極体
８１            セパレータ
８２            正極板
８３            負極板
１００          リチウムイオン電池
３３１          ラプチャ板
３３２          腐食抑制膜
【図１】
2008192323.tif 000003
【図２】
2008192323.tif 000004
【図３】
2008192323.tif 000005