(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートおよびその下側に設けられる電流遮断機を含んでおり、該電流遮断機が前記プレートに堅固に固定される固定部と、該固定部の周りに設けられる機械的な脆弱部とからなり、
前記電流遮断機は、貫通孔と、貫通孔に連結され、両端にノッチが形成されたブリッジとを備えており、該ブリッジの両端に形成されたノッチが前記機械的な脆弱部であり、前記ブリッジの部分が前記固定部であり、
前記プレートは、電流を遮断する前の状態において前記電流遮断機に向かって突出する安全弁を有し、
内部圧力が所定の圧力以上となったとき、前記プレートの安全弁は前記電流遮断機と反対側に向かって突出し、前記固定部は前記安全弁の移動にともなって前記電流遮断機の脆弱部から分離することを特徴とする、二次電池のキャップアセンブリ。
【請求項２】
前記プレートに対する固定部の結合力は、機械的な脆弱部の破裂力より大きいことを特徴とする請求項１記載の二次電池のキャップアセンブリ。
【請求項３】
前記機械的な脆弱部が７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で破裂される深さで形成されていることを特徴とする請求項２記載のキャップアセンブリ。
【請求項４】
前記機械的な脆弱部が固定部の周りに設けられるノッチを含むことを特徴とする請求項１記載のキャップアセンブリ。
【請求項５】
前記電流遮断機は、前記固定部の周りに円形ノッチが形成されており、前記固定部が円形ノッチで破裂されて電流遮断機の余り部分と分離されることを特徴とする請求項１記載のキャップアセンブリ。
【請求項６】
前記機械的な脆弱部が薄膜であることを特徴とする請求項１記載のキャップアセンブリ。
【請求項７】
カン、プレートおよびそのプレートの下側に設けられる電流遮断機を含むキャップアセンブリをもつ二次電池において、前記電流遮断機は、プレートに固定される第１部分と、前記第１部分の周りに設けられる第２部分と、前記第１部分と第２部分を連結し、プレートを押し上げる一定レベルの圧力以下で破裂される第３部分とからなり、
前記電流遮断機は、貫通孔と、貫通孔に連結され、両端にノッチが形成されたブリッジとを備えており、該ブリッジの両端に形成されたノッチが第３部分であり、余り部分が第２部分であり、
前記プレートは、電流を遮断する前の状態において前記電流遮断機に向かって突出する安全弁を有し、
内部圧力が所定の圧力以上となったとき、前記プレートの安全弁は前記電流遮断機と反対側に向かって突出し、前記第１部分は前記安全弁の移動にともなって前記電流遮断機の第３部分から分離することを特徴とする、二次電池の電流遮断機。
【請求項８】
前記第１部分の結合力が前記第３部分の破裂力より大きいことを特徴とする請求項７記載の二次電池の電流遮断機。
【請求項９】
前記第３部分がノッチを含むことを特徴とする請求項７記載の二次電池の電流遮断機。
【請求項１０】
前記第３部分が７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で破裂されることを特徴とする請求項７記載の二次電池の電流遮断機。
【請求項１１】
前記第１部分の周りに形成される円形ノッチを備えており、前記第１部分が円形ノッチで破裂されて第２部分から分離されることを特徴とする請求項７記載の二次電池の電流遮断機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の異常作動とか過充電により、内部の圧力が規定された圧力以上に上昇する場合に、電流の流れを遮断して発熱および爆発を防止し、電池の安全性を確保することができる二次電池のキャップアセンブリおよび二次電池の電流遮断機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は再充電、小型化および大容量化ができるものであり、その代表的なものとして、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池またはリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池が使用されている。
【０００３】
このような二次電池として広く知られたリチウムイオン電池は、正極の活物質としてリチウム−遷移金属酸化物が使用され、負極の活物質として炭素または炭素複合体が用いられ、そのあいだに有機溶媒にリチウム塩を溶かした液体電解質が注入されている。このリチウムイオン電池は、前記正極と負極のあいだにリチウムイオンが移動して起電力が発生し、充電または放電を行なう。
【０００４】
図６は、従来のリチウムイオン電池の構造を示している。リチウムイオン電池は、正極、セパレータおよび負極がともに巻き取られた電極ロール２を液体電解質とともに前記負極と接続されたカン４の内部に収納し、そのカン４の上部にはガスケット６を介して絶縁され、前記正極と接続されたキャップアセンブリ８が設けられる構成からなる。
【０００５】
前記キャップアセンブリ８は、キャップカバー１０、電流制限機１２および安全弁を備えるプレート１４の順に積層され、安全弁を備えたプレート１４の下部に絶縁体１６を介して電流遮断機１８が付着されてカン４の上部をクリンプ（Crimping）することによりアセンブリされ、カン４を密封している。電流遮断機１８には正極リッド２０が組立前に熔接されている。
【０００６】
このように構成されたリチウムイオン電池は、電池の異常作動とか過充電時、陽極で電解液の分解が起り、陰極でリチウム金属が析出してショートすることがある。このとき、内部の圧力が規定された圧力以上に上昇して発熱および爆発の危険性がある。
【０００７】
このような問題を解決するために、従来のリチウムイオン電池の電流遮断機１８は、安全弁を備えるプレート１４との熔接結合が規定された内部圧力以上で分離して電流の流れを遮断し、安全性を確保している。
【０００８】
しかしながら、従来の電流遮断機１８の作動圧力は安全弁を備えるプレート１４との熔接圧力により決まるが、技術的に前記作動圧力を正確に合わせにくいという問題があり、とくに誤動作時に電池が爆発する危険性もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題を解決するために、電流遮断機の一側に機械的な脆弱部を形成することにより、その脆弱部が規定圧力以上で破裂して電流の流れを遮断させて、作動圧力をより容易、かつ正確に設定することができ、発熱および爆発からの電池の安定性を確保することができる二次電池のキャップアセンブリおよび二次電池の電流遮断機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を実現するために、本発明のキャップアセンブリは、プレートおよびその下側に設けられる電流遮断機を含んでおり、該電流遮断機が前記プレートに堅固に固定される固定部と、該固定部の周りに設けられる機械的な脆弱部とからなる。
【００１１】
前記プレートに対する固定部の結合力は機械的な脆弱部の破裂力より大きくて、望ましくは、この機械的な脆弱部は７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で破裂される深さで形成される。
【００１２】
前記機械的な脆弱部は固定部の周りに設けられるノッチを包含している。
【００１３】
望ましくは、前記電流遮断機は、貫通孔と、貫通孔に連結され、両端にノッチが形成されたブリッジを備えており、該ブリッジの両端に形成されたノッチが前記機械的な脆弱部であり、前記ブリッジの部分が前記固定部である。
【００１４】
また望ましくは、前記電流遮断機は、前記固定部の周りに円形ノッチが形成されており、前記固定部が円形ノッチで破裂されて電流遮断機の余り部分と分離される。
【００１５】
前記電流遮断機の機械的な脆弱部は薄膜である。
【００１６】
また本発明の電流遮断機は、プレートに固定される第１部分と、その第１部分の周りに設けられる第２部分と、前記第１部分と第２部分を連結し、プレートを押し上げる一定レベルの圧力以下で破裂される第３部分とからなる。
【００１７】
さらに本発明の電流遮断機は、二つの孔がディスクの中央に対して互いに対向して位置する複数の孔と、ディスクの余り部分より弱い機械的な強度をもつ、二つの孔のあいだの一定部分とを有するディスクからなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実現するための望ましい実施の形態を添付された図面に基づいて詳細に説明する。本発明を説明するにあたり、従来技術の説明で用いた図と同一の本発明の構成に対しては説明の明瞭性のために同一の符号を使用する。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施の形態にかかわるキャップアセンブリの構成を示す断面図である。図１に示されるように、本発明にかかわる二次電池は、正極、負極およびセパレータがともに巻き取られて収納されるカン４と、そのカン４の開口に挿入されたガスケット６を介して絶縁された状態に結合されるキャップアセンブリ８０とからなっている。
【００２０】
キャップアセンブリ８０は、キャップカバー１０、電流制限機１２および安全弁１４１を備えるプレート１４の順に積層され、その下部には絶縁体１６を介して、ディスクである電流遮断機が熔接結合される構造からなる。
【００２１】
このように構成されたキャップアセンブリ８０において、電流遮断機は、プレート１４に固定される第１部分と、前記第１部分の周りに設けられる第２部分と、前記第１部分と第２部分を連結し、プレート１４を押し上げる一定レベルの圧力以下で破裂される第３部分とからなり、本実施の形態では、電流遮断機８２は、安全弁を備えるプレート１４の下側に一体になる程度で堅固に熔接されている。本実施の形態の電流遮断機８２は、前記プレート１４の下側に熔接される固定部であるブリッジ８２６と、該ブリッジ８２６の周りに所定の圧力以上で破裂され、その形成の深さにしたがって破裂圧力が調整される機械的な脆弱部であるノッチ８２０とを形成した構成にされている。
【００２２】
図２は第１の実施の形態の電流遮断機を拡大した底面斜視図である。図２に示されるように、第１の実施の形態の電流遮断機８２は、電池内部の圧力が安全弁を備えるプレート１４に直接作用するようにするために、通気孔８２２を備えるとともに、その内側に破裂圧力をより容易に設定するために貫通孔８２４を形成している。貫通孔８２４の真ん中にはブリッジ８２６が連結されており、そのブリッジ８２６の両端にノッチ８２０が形成されている。ノッチ８２０の形状にしたがって、作動圧力の設定がより容易、かつ正確に調整できる。なお、本発明においては、貫通孔が通気孔の役割をすることができるため、該通気孔を省くこともできる。
【００２３】
このように構成された電流遮断機８２は、正極リッド２０と熔接されたのち、カン４の上側開口にガスケット６を介して安全弁を備えたプレート１４、電流制限機１２およびキャップカバー１０とともに積層するとともに、カン４の内部に液体電解質を注入したのち、真空を維持した状態で開口をクリンプすることにより組み立てられている。
【００２４】
図３は本実施の形態の電流遮断機８２の作動状態を示している。二次電池は異常作動とか過充電時、陽極で電解液の分解が起り、陰極でリチウム金属が析出される。このとき、内部の圧力が規定された圧力以上に上昇する。
【００２５】
図２〜３に示されるように本実施の形態が適用された二次電池においては、電池の内部で上昇した圧力は電流遮断機８２の通気孔８２２と貫通孔８２４を通じて安全弁を備えるプレート１４を押し上げ、その圧力が規定以上に上昇すると、電流遮断機８２のノッチ８２０が破裂する。この場合、電流遮断機８２は、安全弁を備えたプレート１４と堅固に熔接されているので、図３に示されるように機械的に弱いノッチ８２０の境界部が破裂されて他の部分と離脱および分離されることにより、電流の流れを遮断することができる。
【００２６】
ここで、第１の実施の形態のノッチ８２０は、前記プレート１４を押し上げる一定レベルの圧力以下で破裂するものであり、電池内部の圧力が７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2で破裂するような深さに形成されるのが望ましい。また、これに限定されるものではなく、電池の特性により５ｋｇｆ／ｃｍ2程度の低い圧力で破裂するようにすることもできる。
【００２７】
図４は本発明の第２の実施の形態の電流遮断機を示している。
【００２８】
図４に示されるように、第２の実施の形態の電流遮断機８２は、電流遮断機８２の固定部８２８の周りに円形ノッチ８２０ａが形成されており、円形ノッチの部分で破裂することにより、前記固定部８２８が電流遮断機８２の余り部分８３０と分離するものである。
【００２９】
ここで、第２の実施の形態の電流遮断機８２では、第１の実施の形態と違って、電流遮断機８２の真ん中に貫通孔８２４がない形態で円周上に繋がっているため、円形ノッチの破断部位の断面積が増加して、より高い圧力で破裂する。
【００３０】
なお、前記ノッチ８２０および円形ノッチ８２０ａに代えて、機械的な脆弱部として、電流遮断機から固定部が分離されて、除かれた周辺の余り部分の厚さより薄い薄肉部とすることができる。
【００３１】
図５は本発明の第３の実施の形態の電流遮断機を示している。
【００３２】
図５に示されるように、第３の実施の形態の電流遮断機８２は、電流遮断機８２から分離される固定部８２８ａが余り部分８３０と一体に形成されておらず、固定部８２８ａと余り部分８３０とのあいだのギャップを架橋する薄膜８３２によって連結されるものである。
【００３３】
したがって、この実施の形態においては、前記薄膜８３２の厚さにより破裂圧力を規定および調整することができる。ここで、薄膜の物質としては望む圧力で破れるものが使用できる。また前記薄膜８３２は電流遮断機８２の上部または下部に設けられる。
【００３４】
なお、本発明においては、電流遮断機として、二つの孔をディスクの中央に対して互いに対向して位置する複数の孔と、ディスクの余り部より弱い機械的強度をもつ、二つの孔のあいだの一定部分とを有するディスクとすることができる。
【００３５】
このとき、前記一定部分としては、前記実施の形態と同様に、ノッチとすることができるが、電流遮断機の余り部分より薄くしたり、または薄膜にしたりすることもできる。また前記一定部分は７〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で破裂するのが好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は従来の問題を実質的に解決している。
【００３７】
すなわち、本発明は電流遮断機と安全弁を備えるプレートを相互に堅固に熔接し、その固定部の周りに機械的に弱い脆弱部を形成することによって、作動圧力を容易、かつ正確に設定する効果を得ることができる。
【００３８】
また、本発明は単純に脆弱部を形成することができるので、製造工程が容易に実現され、電流遮断機と安全弁を備えるプレートおよびキャップアセンブリの信頼性を向上させる効果を得ることができるし、望ましくは発熱および爆発に対する安全性を確保する効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかわる二次電池のキャップアセンブリの構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態の要部である電流遮断機を拡大した底面斜視図である。
【図３】第１の実施の形態による電流遮断機の作動状態図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかわる電流遮断機を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかわる電流遮断機を示す断面図である。
【図６】従来の二次電池のキャップアセンブリの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２  電極ロール
４  カン
６  ガスケット
１０  キャップカバー
１４  安全弁を備えるプレート
１６  絶縁体
８２  電流遮断機
１４１  安全弁
８２０  ノッチ
８２２  通気孔
８２４  貫通孔
８２６  ブリッジ
【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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