(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディンプル部を有するセーフティーカバーとストリッパーディスクとを絶縁体であるディスクホルダーを挟んで嵌合すると共に、前記ストリッパーディスクの反ディスクホルダー側に前記ディンプル部に超音波溶接されるサブディスクを配設してなる非水電解液二次電池の安全弁において、
前記セーフティーカバーは、外周部分がフラットなフランジ状をなし、中央部に凹部が形成され、更にその中心部分にディンプル部が設けられ、
前記ディスクホルダーは、樹脂材料の射出形成部品あるいはシート状絶縁材料の打ち抜き形成部品として構成され、中央部に大きな内径孔を有し、前記セーフティーカバーの凹部の外側に嵌め込まれて組み立てられてなり、
前記ストリッパーディスクは、その中央部に薄肉部を設けることによって前記サブディスク部を一体形成すると共に、前記セーフティーカバーとの間に前記絶縁体であるディスクホルダーを挟み込むようにディスクホルダーの外周に嵌め込まれて組み立てられ、
前記ストリッパーディスクと前記ディスクホルダーとの間に、前記サブディスク部と前記ディンプル部との超音波溶接を可能とするクリアランスを設け、
前記クリアランスは、両者の嵌合部全体にガタを持たせるように設定され、
このストリッパーディスクのサブディスク部と前記セーフティーカバーのディンプル部とを超音波溶接することによって、電気的に通電され、
所定の遮断圧力にて前記サブディスク部と前記ディンプル部との超音波溶接が切り離されるよう構成したことを特徴とする非水電解液二次電池の安全弁。
【請求項２】
前記安全弁を正極リードと電池蓋との間の電池トップ部に設置し、セル内部の内圧に応じて電流を遮断可能としたことを特徴とする請求項１に記載の非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池及び同二次電池における内部短絡あるいは過充電等の異常発生時に、セル内部の内圧上昇を利用して外部からの電気エネルギー供給を遮断する電流遮断機構を構成する非水電解液二次電池の安全弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子技術の進歩により電子機器の高性能化が進み、それに伴って電子機器に使用される電池の高エネルギー密度化が要求されている。
このような電子機器に使用される電池は二次電池であり、従来、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池が使用されてきたが、放電電位が低くエネルギー密度が充分でないことから、上記の要求には応じられなくなっている。
【０００３】
そこで、これらの要求を満たす二次電池としてリチウムイオン二次電池に代表される、小型・軽量・高エネルギー特性を有する非水電解液二次電池と称する二次電池が開発され、実用化されるに至っている。
このリチウムイオン二次電池は、体積当たりの容量密度が高く、上記したニッケルカドミウム電池等に比べて約３倍の高電圧が得られるうえ、電池内のリチウムはイオン状態で存在するため極めて高い安全性を有する等の特徴があり、ビデオカメラや携帯電話等の大幅な小型・軽量化をもたらし、こうした電子機器の電源として多方面で数多く使用され、需要が急増している状況にある。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、シート状をした負極集合体及び負極リードを備えた負極と、同じくシート状をした正極集合体及び正極リードを備えた正極とを、微多孔性ポリプロピレンフィルムのセパレータを介して巻き込んで渦巻き状の巻回体として電池素子を形成し、この電池素子をニッケルメッキを施した鉄製セルの底部に絶縁板を介して内挿し、負極リードをセルの底部に溶着すると共に、正極リードをセル内部の内圧に応じて電流を遮断する安全弁に溶着し、電池蓋を絶縁封口ガスケットを介してセルに溶着することにより構成されている。
【０００５】
図４は上記した非水電解液二次電池のトップ部の断面図で、１０はセル、１１は絶縁板、１２は正極リード、１３は安全弁、１４は絶縁封口ガスケット、１５は電池蓋である。
安全弁１３は、図５に示すようにディンプル部１７を有するセーフティーカバー１６とストリッパーディスク１８とを絶縁体であるディスクホルダー１９を挟んで嵌合すると共に、ストリッパーディスク１８の反ディスクホルダー側にディンプル部１７に超音波溶接されるサブディスク２０を配設し、このサブディスク２０をストリッパーディスク１８にレーザー溶接することによって、図６に示すように組み立て構成し、セル１０のトップ部の正極リード１２と電池蓋１５との間に絶縁封口ガスケット１４を介して組み込み設置している。
【０００６】
この安全弁１３は、組み立て状態ではセーフティーカバー１６とサブディスク２０とが超音波溶接部を通じて電気的に導通されている。
しかして、非水電解液二次電池は、外部から電気エネルギーを供給することにより充電されるようになっているが、その際に過充電や内部短絡等の異常が発生すると、セル１０内部の圧力が上昇し、この内圧がセーフティーカバー１６にかかってディンプル部１７を押し上げることになる。
【０００７】
一方、サブディスク２０はストリッパーディスク１８にレーザー溶接により固定されているため、上記のディンプル部１７の上昇に追従できず、その結果、ディンプル部１７とサブディスク２０との間の超音波溶接部が切り離されることになり、これによってセーフティーカバー１６とサブディスク２０間で電流が遮断され、外部からの電気エネルギー供給を遮断する安全機構として機能するようになっている。
【０００８】
しかしながら、上記した従来の安全弁では、サブディスク２０を超音波溶接できるようにするため、ストリッパーディスク１８とは独立した別部品として構成している。そのため組み立て時にサブディスク２０の位置ずれや変形等に起因する組み立て不良が発生し易く、品質低下の要因となっていると共に、サブディスク２０を別部品として購入管理する必要があるため、余分なコストがかかる等の問題があった。
また、サブディスク２０の組み立て工程及び同工程においてサブディスク２０を供給し、プレス（金型）、位置合わせする等の組み立て設備を抱える必要があり、設備費用が高くなると共に、設備の大型・複雑化は避けられず、それが生産コスト上昇の要因となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解消することを目的としてなされたものであり、その第一の課題は、サブディスクとストリッパーディスクの組み立て不良をなくすることによって、品質改善を達成することができる非水電解液二次電池及びその安全弁を提供することにある。
本発明のもう一つの課題は、部品点数の削減及び部品購入管理の軽減によってコストダウン、省力化を図ることができる非水電解液二次電池及びその安全弁を提供することにある。
また、本発明の更なる課題は、組み立て工程及び組み立て設備を簡略化することによって生産コストの低減を図ることができる非水電解液二次電池及びその安全弁を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明に係る非水電解液二次電池の安全弁は、ディンプル部を有するセーフティーカバーとストリッパーディスクとを絶縁体であるディスクホルダーを挟んで嵌合すると共に、ストリッパーディスクの反ディスクホルダー側にディンプル部に超音波溶接されるサブディスクを配設してなる非水電解液二次電池の安全弁において、セーフティーカバーは、外周部分がフラットなフランジ状をなし、中央部に凹部が形成され、更にその中心部分にディンプル部が設けられ、ディスクホルダーは、樹脂材料の射出形成部品あるいはシート状絶縁材料の打ち抜き形成部品として構成され、中央部に大きな内径孔を有し、セーフティーカバーの凹部の外側に嵌め込まれて組み立てられてなり、ストリッパーディスクは、その中央部に薄肉部を設けることによってサブディスク部を一体形成すると共に、セーフティーカバーとの間に絶縁体であるディスクホルダーを挟み込むようにディスクホルダーの外周に嵌め込まれて組み立てられ、ストリッパーディスクとディスクホルダーとの間に、サブディスク部とディンプル部との超音波溶接を可能とするクリアランスを設け、クリアランスは、両者の嵌合部全体にガタを持たせるように設定され、このストリッパーディスクのサブディスク部とセーフティーカバーのディンプル部とを超音波溶接することによって、電気的に通電され、所定の遮断圧力にてサブディスク部とディンプル部との超音波溶接が切り離されるよう構成したことを特徴とするもので、サブディスク部をストリッパーディスクに一体形成し、セーフティーカバーのディンプル部に所定の遮断圧力にて切り離されるように超音波溶接しているため、異常発生時に電気エネルギーの供給を遮断するという所期の安全機構としての電流遮断機能を維持したまま、サブディスクとストリッパーディスクとを一体化した構造とすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る非水電解液二次電池は、上記した非水電解液二次電池の安全弁を正極リードと電池蓋との間の電池トップ部に設置し、セル内部の内圧に応じて電流を遮断可能としたことを特徴とするもので、サブディスク部をストリッパーディスクに一体形成してサブディスクの組み立て工程を廃止し、しかもサブディスクの組み立て不良のない構成の安全弁を組み込むことができるため、安全弁しいては二次電池自体の品質改善を図ることができると共に、組み立て工程及び組み立て設備の簡略化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る非水電解液二次電池の安全弁の構成を示す分解状態図、図２はその組み立て状態図、図３は図２におけるＳ部拡大図である。
【００１５】
図中において、１は非水電解液二次電池において内部短絡、過充電等の異常発生時に、セル内部の内圧上昇を利用して電気エネルギーの供給を遮断するという安全機構としての電流遮断機能を有する安全弁であり、ディンプル部３を有するセーフティーカバー２と、絶縁体であるディスクホルダー４と、サブディスク部６を一体形成したストリッパーディスク５とから構成される。
【００１６】
セーフティーカバー２は、外周部分がフラットなフランジ状をなし、中央部に凹部７が形成され、更にその中心部にディンプル部３が設けられた構成をもつものである。
また、絶縁体であるディスクホルダー４は、樹脂材料の射出成形部品あるいはシート状絶縁材料の打ち抜き成形部品として構成され、中央部に大きな内径孔８を有し、セーフティーカバー２の凹部７の外側に嵌め込まれて組み立てられるものである。
【００１７】
更に、ストリッパーディスク５は、セーフティーカバー２との間に絶縁体であるディスクホルダー４を挟み込むようにディスクホルダー４の外側に嵌め込まれて組み立てられるもので、その中央部に薄肉部を設けることによってサブディスク部６を一体に形成している。
このストリッパーディスク５は、一般にアルミニウム材（例えばＡ１０５０−Ｈ１８）にて構成され、一定の遮断圧力を確保して電流遮断機能を有するため、ストリッパー部分の厚さを０．４ｍｍ程度、サブディスク部６の厚さを０．１ｍｍ程度に設定している。
【００１８】
そして、ストリッパーディスク５に一体形成されたサブディスク部６とセーフティーカバー２のディンプル部３は超音波溶接され、電気的に導通される。
ここで、サブディスク部６を上記のようにストリッパーディスク５に一体形成すると、サブディスク部６自体が超音波溶接する際に横振動できなくなり、超音波溶接が困難になるため、ディスクホルダー４の形状を、図３に示すようにディスクホルダー４とストリッパーディスク５間にクリアランス９が設定される形状に変更することにより、ストリッパーディスク５が横振動できるようにして超音波溶接を可能にしている。
【００１９】
また、寸法公差の問題で組み立て時にサブディスク部６とディンプル部３との間に隙間が生じてしまうと、超音波溶接することができなくなるため、ディスクホルダー４とストリッパーディスク５間のクリアランス９は、両者の嵌合部全体にガタを持たせるように設定されている。
なお、上記の安全弁１は、図４に示した従来のものと同様、非水電解液二次電池のセル１０のトップ部において、正極リード１２と電池蓋１５との間に絶縁封口ガスケット１４を介して組み込み設置されるものとする。
【００２０】
しかして、上記の実施形態に係る安全弁１によると、内部短絡、過充電等の異常発生によって、二次電池のセル内部の内圧が上昇すると、セーフティーカバー２にその圧力がかかり、ディンプル部３を押し上げる。
これによってディンプル部３とストリッパーディスク５に一体形成したサブディスク部６との超音波溶接が外れて切り離され、セーフティーカバー２とストリッパーディスク５間の電流が遮断されることになり、安全機構としての機能を果たすよう作用する。
【００２１】
そして、この安全弁１は、ストリッパーディスク５とサブディスク部６を一体形成した構成としているため、サブディスクを独立した部品として購入する必要がなくなり、部品点数を削減することができると共に、部品の購入管理を省くことができ、その分コスト低減することができる。
また、別部品であるサブディスクを組み立てる必要がなくなるため、サブディスクの位置ずれや変形に起因する組み立て不良発生の問題を解消し、安全弁しいてはそれを使用した非水電解液二次電池の品質を改善することができる。
【００２２】
更には、サブディスクの組み立て工程を廃止することができると共に、サブディスクの供給、プレス、位置決め、レーザー溶接等に要していた設備を廃止することができるため、組み立て設備の簡略化、低コスト化を図ることができると共に、生産効率を高めて安全弁及び非水電解液二次電池の生産コストを低減することができる。
【００２３】
なお、ディスクホルダー４とストリッパーディスク５間にクリアランス９を設定して両者の嵌合部全体にガタを持たせるようにしているため、ストリッパーディスク５にサブディスク部６を一体化した構成としても、超音波溶接時の横振動や寸法公差を吸収してサブディスク部６とディンプル部３とを超音波溶接することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明に係る非水電解液二次電池およびその安全弁によると、ストリッパーディスクとサブディスク部とを一体形成しているため、部品点数を削減してコストダウンを図ることができると共に、サブディスクを別部品として購入管理する必要がなくなるため、その分の省力化、コストセーブを達成することができる
【００２５】
また、サブディスクを別部品として組み立てる必要がなくなり、サブディスクの組み立て不良に起因する安全弁及び非水電解液二次電池の品質低下の問題を改善することができる。
更に、サブディスクの組み立て工程及びサブディスクの組み立てに要していた各種設備を廃止することができるため、組み立て工程及び組み立て設備を簡素化して生産効率を高め、安全弁及び非水電解液二次電池の生産コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る非水電解液二次電池の安全弁の構成を示す分解状態図である。
【図２】本発明の実施形態に係る非水電解液二次電池の安全弁の構成を示す組み立て状態図である。
【図３】図２におけるＳ部拡大図である。
【図４】非水電解液二次電池のトップ部の構成を示す断面図である。
【図５】従来の非水電解液二次電池の安全弁の構成を示す分解状態図である。
【図６】従来の非水電解液二次電池の安全弁の構成を示す組み立て状態図である。
【符号の説明】
１…安全弁、２…セーフティーカバー、３…ディンプル部、４…ディスクホルダー、５…ストッパーディスク、６…サブディスク部、９…クリアランス、１０…セル、１２…正極リード、１５…電池蓋
【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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