(57)【要約】      （修正有）【課題】密閉型二次電池の保安機構として、内圧が異常に上昇した場合に、電池内部の回路を遮断したり、容器の一部に通気穴を形成するなど、種々の方法が実用化されているが、回路遮断機能と防爆機能を複合化し、単価を削減することや、安全性、耐久性を向上させることが求められていた。【解決手段】受圧板１に回路遮断規定圧に応じた接合強度で接合板を接合し、内圧が回路遮断規定圧まで上昇すると、電池の内部回路が遮断される回路遮断機構を開発し、回路遮断規定圧と防爆規定圧を同一とする場合には回路遮断機能と防爆機能を同時に発揮できる保安機構とした。さらに、接合部１２を保護する凸形状１６を考案し、接合部が損傷することを防止した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池容器を密閉し、その一部が内圧で外側に向かって変形する機能と構造を有する受圧板の内側に、破断トリガー部をはさんで対峙して位置決めされ、タブを介して発電要素に接続される接続板の一部を  回路遮断規定圧に応じた接合強度で受圧板に接合し、内圧が回路遮断規定圧まで上昇すると、この内圧で、受圧板の一部が接続板を伴って外側に向かって変形し、接続板の一部が破断トリガー部に遮られて、受圧板と接続板の接合部にこれを引きはがす応力が発生して破断し、受圧板と接続板が離反することにより、電池の内部回路が遮断される機能と構造を有する密閉型電池の回路遮断機構
【請求項２】
請求項１において、受圧板と接続板を冷間圧接法で接合することを特徴とする密閉型電池の回路遮断機構
【請求項３】
請求項１において、電池容器の内圧が回路遮断規定圧を越えて上昇し、受圧板と接続板の接合部が破断する際に、受圧板の接合部側近が、接続板側の接合部に剥ぎ取られ、受圧板に通気穴が形成され、回路遮断機能と防爆機能が同時に発揮されることを特長とする密閉型電池の保安機構
【請求項４】
請求項１において、受圧板の一部に、回路遮断設定圧より高い開裂設定圧を有する開裂式安全弁を設け、異常時に電池容器の内圧が上昇する過程において、回路遮断機能と防爆機能が異なる内圧で作動することを特徴とする密閉型電池の保安機構
【請求項５】
請求項１において、受圧板と接続板の両方あるいはいずれか一方の、接合部周辺に、受圧板と接続板が接合された状態において、両方あるいはいずれか一方の対峙する側の面に、接触する高さ寸法の凸形状を設け、電池容器の内圧が回路遮断規定圧未満の状態においては  電池容器が外部から受ける衝撃や振動で接続板が動揺し、接合部が損傷することを防ぎ、電池容器の内圧が回路遮断規定圧を越えて上昇した場合には  受圧板の変形を接合部を離反させる応力として接合部に作用させ、接合部の破断を促進する機能を有することを特長とする密閉型電池の回路遮断機構
【請求項６】
請求項３おいて、受圧板と接続板の接続を冷間圧接法で接合することを特長とする密閉型電池の保安機構
【請求項７】
請求項１において、電池容器の内圧が回路遮断規定圧未満の場合において、受圧板に接合される接続板が、受圧板及びタブ以外の部品に接触しないことを特長とする密閉型電池の保安機構
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型電池の内圧が、何等かの異常により、保安上の規定値を越えて上昇した場合に、電池容器内部の回路を遮断したり、電池容器の一部に通気穴を形成することにより、電池容器の温度が上昇したり、爆発したりする事を防止する保安機構に関する
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ノートパソコン、ヘッドホンステレオ等の携帯型電子機器等に密閉型二次電池が普及している。
密閉型二次電池は  過充電や短絡、あるいは  誤って火中に投じられるなどの異常時に、電池容器内部でガスが発生して電池容器の内圧が上昇し、電池容器が過大に変形して機器を破損したり、爆発によって人体に危害を与える危険性がある。
このような危険を防止すべく、各種の保安機構が検討されている。
【特許文献１】特願平８−３０６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
円筒型の密閉型二次電池では  電池缶に発電要素を収納し、開口部に、樹脂製のパッキン、外部端子板、ＰＴＣ、開裂式安全弁等の部品を挿入し、電池缶の開口部付近をかしめて固定する構造が主流となっている。
【０００４】
このような構造を有する密閉型電池に設けられる保安機構として、電池の内圧が規定値を越えて異常に上昇した場合に、電池内部の電気回路を遮断したり、密閉容器の一部に通気穴を形成して異常な内圧を開放すべく、種々の方法が実用化されており、回路遮断機能と防爆機能を同時に発揮する保安機構の開発により、部品点数を削減し、製造単価を削減することや、保安機構としての安全性や耐久性の向上が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では  図１に示す通り、密閉型電池の電池容器を密閉し、内圧に反応してその一部が電池容器の外側に向かって変形する機能と構造を有する受圧板Ａ１と、電池容器の受圧板Ａ１の内側に収納され、パッキン５の一部に形成された破断トリガー部５ａをはさんで対峙して位置決めされ、タブ９を介して電池容器内部に収納される発電要素１０に接続される接続板Ａ３を、回路遮断規定圧に応じた接合強度で受圧板Ａ１に接合した。
【０００６】
異常時に、電池容器の内圧が回路遮断規定圧まで上昇すると、この内圧が接続板Ａ通気窓３ａを通って、受圧板Ａ１の受圧部１１に作用し、受圧板Ａ１の一部が、接続板Ａ３を伴って電池容器の外側に向かって変形し、接続板Ａ３の一部がパッキンの破断トリガー部５ａに遮られて、受圧板Ａ１と接続板Ａ３の接合部Ａ１２にこれを引きはがす応力が発生して破断し、電池の内部回路が遮断される機能と構造を有する密閉型電池の回路遮断機構を開発した。
【０００７】
さらに、受圧板Ａ１に接合される接続板Ａ３を  タブ９以外の他の部品と接触しない構造とし、電池缶７の開口部にパッキン５を介して、端子板８、ＰＴＣ６、受圧板Ａ１等をかしめる際に、パッキン５に発生する変形が接続板Ａ３に伝わり、接合部Ａ１２が損傷することを防止した。
【０００８】
又、受圧板Ａ１と接続板Ａ３の両方あるいはいずれか一方の、接合部Ａ１２周辺に、受圧板Ａ１と接続板Ａ３が接合された状態において、両方あるいはいずれか一方の対峙する側の面に接触する高さ寸法の接合部保護用凸形状１６を設け、電池容器の内圧が回路遮断規定圧未満の状態においては  電池容器が外部から受ける衝撃や振動で接続板Ａ３が接合部Ａ１２を支点として動揺し、接合部Ａ１２が損傷することを防ぎ、電池容器の内圧が回路遮断規定圧を越えて上昇した場合には  受圧板Ａ１の変形を接合部Ａ１２を離反させる応力として接合部Ａ１２に作用させ、接合部Ａ１２の破断を促進する機能を付加した。
【０００９】
回路遮断規定圧と防爆規定圧を同一の圧力に設定する場合には  図２に示す通り、受圧板Ｂ２と接続板Ｂ４の接合部Ｂ１３の形状と寸法を  接合部Ｂ１３が破断する際に図３ｂに示すとおり、受圧板Ｂ２側の接合部Ｂ１３の側近が接続板Ｂ４側に剥ぎ取られて、受圧板Ｂ２に通気穴Ｂ１５が形成される様、図３ａのとおりに設定し、規定値を越える内圧が、接続板Ｂ通気窓４ａを通って受圧板Ｂ２に作用し、回路遮断機能と通気穴Ｂ１５の形成による防爆機能が同時に発揮できる保安機構とした。
これによって、別途の開裂式安全弁の設置を不要とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、精度良く安定して作動する回路遮断機構が実用化され安全性が向上した。又、量産加工における歩留まり率の向上や、従来型の開裂式安全弁の省略によって大幅な単価削減が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
密閉型電池に回路遮断機能と防爆機能を付加する際に、電池容器内における省スペース、高耐久性、低コスト対応に配慮し、最小の部品点数で、所定の機能を発揮する保安機構として実現した。
【実施例】
【００１２】
以下に、図１、図２、図３に示す、本発明による回路遮断機構を、電池の外径が１８ｍｍで、長さが６５ｍｍの円筒型リチウムイオン二次電池（１８６５０型）に設置した事例と、本発明による回路遮断機構と防爆機構の作動精度に関する実験結果について説明する。
【００１３】
図１は、本発明による回路遮断機構を構成する受圧板Ａ１に、回路遮断規定圧より高い圧力で作動する開裂式安全弁１ａを併設した１８６５０型リチウムイオン二次電池の縦断面図である。
電池缶７には  発電要素１０が収納され、開口部には端子板８、ＰＴＣ６、受圧板Ａ１、の３点の部品が、パッキン５を介して固定され、電池缶７の開口部を密閉している。
【００１４】
受圧板Ａ１はＰＴＣ６を介して端子板８に接続され、接続板Ａ３はタブ９を介して発電要素１０に接続されている。
受圧板Ａ１と接続板Ａ３はパッキン５の破断トリガー部５ａをはさんで対峠し、接合部Ａ１２で、回路遮断規定圧に応じた接合強度で冷間圧接法により接合され、導通している。
【００１５】
接合部Ａ１２は  破断する際に、接続板Ａ３側の接合部Ａ１２の側近の部材の一部が、受圧板Ａ１側に剥ぎ取られ、受圧板Ａ１側に通気穴が形成されないように、接続板Ａ３側の機械的強度が弱くなる寸法形状に設定した事例である。
【００１６】
電池容器の内圧が回路遮断規定圧以上になると、この内圧に反応して受圧板Ａ１の一部が、接続板Ａ３を伴って電池容器の外側に向かって変形し、接続板Ａ３の一部がパッキン５の破断トリガー部５ａに遮られて、受圧板Ａ１と接続板Ａ３の接合部Ａ１２にこれを引きはがす応力が発生して破断され、発電要素１０から端子板８に至る電池の内部回路が遮断される。
【００１７】
図１ａは  電池容器の内圧が回路遮断規定圧に満たない状態、図１ｂは電池容器の内圧が回路遮断規定圧に達して接合部Ａ１２が破断した状態、図１ｃは  電池容器の内圧が内部回路が遮断された後にもさらに上昇を続け、防爆規定圧に達し、開裂式安全弁１ａが作動し、通気穴Ａ１４が形成された直後の状態を示す。
【００１８】
図２は  回路遮断機能と防爆機能を同一の内圧で作動させるべく、受圧板Ｂ２と接続板Ｂ４を冷間圧接法で接合し、受圧板Ｂ４側の接合部側近に、接合部Ｂ１３が破断する際に通気穴Ｂ１５が形成されるように、機械的強度を弱くする寸法形状に設定した事例である。
【００１９】
図３ａは図２に示す回路遮断機能と防爆機能が同一の内圧で作動する保安機構の受圧板Ｂ２と接続板Ｂ４の接合部Ｂ１３付近の拡大図で、破断時に受圧板Ｂ２に通気穴Ｂ１５が形成される様、受圧板Ｂ２側の接合部Ｂ１３側近の形状及び寸法としていることを示す。
又、接合部Ｂ１３の周辺側近には  接合部Ｂ１３の保護を目的として、接合部保護用凸形状１６が設けられ接合部Ｂ１３が接合状態にある場合には受圧板Ｂ２と接続板Ｂ４の姿勢を一定に保ち、接合部Ｂ１３の損傷や破損を防止することを示す。
【００２０】
図３ｂは  規定値を越える内圧により、受圧板Ｂ２と接続板Ｂ４の接合部Ｂ１３が破断し、その際に、受圧板Ｂ２に通気穴Ｂ１５が形成され回路遮断機能と同時に防爆機能が発揮されていることを表している。
接合部保護用凸形状１６の機能については  図１に示す事例と同等である。
【００２１】
又、図１、図２における両方の事例において、受圧板Ａ１に接合される接続板Ａ３及び、受圧板Ｂ２に接合される接続板Ｂ４は  電池容器の内圧が回路遮断規定圧未満の状態では  パッキン５に対して接続板半径方向隙間１７と接続板軸方向隙間１８を保つ構造とした。
【００２２】
本事例では本発明による、回路遮断機構と防爆機構の作動を確認する目的で、危険防止のために電解液を注入せず、電池缶７の底部に試験加圧用の穴をあけた加圧試験用テストピースを２種類準備した。
【００２３】
一方は  図１に示す回路遮断機構と開裂式安全弁を併設したもので、回路遮断規定圧を０．９８ＭＰａ、防爆規定圧を１．４７ＭＰａとし、これを１００個製作した。もう一方は  図２に示す、回路遮断機能と防爆機能を同じ内圧で発揮する機能と構造を有するもので、０．９８ＭＰａを規定圧とし、これも１００個製作した。
【００２４】
回路遮断機能と防爆機能を確認するために、２種のテストピースについて、受圧板Ａ１及び受圧板Ｂ２に接続される端子板８と、接続板Ａ３及び接続板Ｂ４に接続される電池缶７の間の電気抵抗値と、印加する空気圧を測定しながら、電池缶７の底部から、０．０５ＭＰａ／Ｓ程度の加圧速度で空気圧を印加し、導通が遮断され電気抵抗値が無限大となる瞬間の圧力と、受圧板に通気穴が形成され防爆機能が作動する瞬間の圧力を測定した。
【００２５】
実験の結果、２００個のテストピースのすべてにおいて、加圧前の状態における導通不良は無く、組み立て時のカシメ作業で、パッキン５に生じる変形が、接続板Ａ３及び接続板Ｂ４に作用することによって起こる、接合部Ａ１２及び接合部Ｂ１３の損傷が発生していないことが確認された。
【００２６】
図１に示す、遮断機能と防爆機能を別個の内圧で作動させるタイプのテストピース１００個の測定結果は回路遮断圧が０．９８ＭＰａの設定に対して、実測値は最大が１．０６ＭＰａ、最小値が０．９９ＭＰａ、平均値が１．０２ＭＰａであった。
開裂式安全弁の作動圧は１．４７ＭＰａの設定に対して、最大１．６５ＭＰａ、最小１．４１ＭＰａ、平均が１．４９ＭＰａであった。
【００２７】
図２に示す、遮断機能と防爆機能を同一の圧力で作動させるタイプのテストピース１００個の測定結果は  最大１．１０ＭＰａ、最小０．９６ＭＰａ、平均が０．９９ＭＰａという極めて精度の高いもので、本発明による保安機構の信頼性が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本事例では円筒型リチウムイオン二次電池へ本発明を適用した事例について説明したが、角型リチウムイオン二次電池についても同等の構造で本発明を適用できることが確認されている。
又、本発明はリチウムイオン二次電池に限らず、その他の密閉型電池にも適用が可能で、安全性の向上に極めて有効であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による回路遮断機構と金属箔の冷間圧接法による開裂式安全弁を併設した、円筒型リチウムイオン二次電池の縦断面図である。
【図２】本発明による、回路遮断機能と防爆機能を同一の内圧で作動させる機能を有する、円筒型リチウムイオン二次電池の縦断面図である。
【図３】図２に示す、回路遮断機能と防爆機能を同一の内圧で作動させる機能を有する保安機構の受圧板と接続板の接合部の拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１受圧板Ａ
１ａ開裂式安全弁
２受圧板Ｂ
３接続板Ａ
３ａ接続板Ａ通気窓
４接続板Ｂ
４ａ接続板Ｂ通気窓
５パッキン
５ａ破断トリガー部
６ＰＴＣ
７電池缶
８端子板
９タブ
１０発電要素
１１受圧部
１２接合部Ａ
１３接合部Ｂ
１４通気穴Ａ
１５通気穴Ｂ
１６接合部保護用凸形状
１７接続板半径方向隙間
１８接続板軸方向隙間
【図１】
2005123043.tif 000003
【図２】
2005123043.tif 000004
【図３】
2005123043.tif 000005