(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒形の金属缶に発電要素を収納し、この金属缶の開口部内側にガスケットを介して封口体を嵌め込み、この金属缶の開口端部を内側にかしめることで缶内部を密閉する円筒形電池において、
前記封口体は、中央に円筒状凸部を有する端子板と、この端子板の下面に配設された中央透孔を有する樹脂パッキンと、この樹脂パッキンの下面に配設された円形ダイアフラムと、このダイアフラムの下面に配設されてその外周部分が前記端子板の外周部にかしめられてなる中央窓孔を有する皿状金属板とから構成され、
前記ダイアフラムは、アルミニウムシートの両面をポリプロピレンで被覆したラミネートフィルムからなり、
前記端子板の前記円筒状凸部には、ガス抜き孔が形成されているとともに、当該凸部の頂部下面には切り刃が下方に突出形成され、
前記樹脂パッキンの前記中央透孔は、前記端子板の前記円筒状凸部と同心の円形に形成されると共にその内径が前記円筒状凸部の内径の５０％〜８０％の範囲内に形成されてなることを特徴とする円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばスパイラル形電極を有するリチウム電池のような円筒形電池に関し、とくに、電池の内圧が所定値以上になったときに内圧を解放して安全を確保する防爆構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒形電池の防爆構造の一例を図１に示しす。この構造では、有底円筒形の金属缶１０に発電要素５０を収容し、金属缶１０の開口部内側にガスケット２０を介してほぼ円盤形の封口体３０をビーディング部１０ｂまで嵌め込み、金属缶１０の開口端部１０ａを内側にかしめることで缶１０内部を密閉している。封口体３０はリード板４０を介して発電要素５０の一方の電極に接続されて一方の端子を構成し、金属缶１０が他方の端子を構成する。
【０００３】
封口体３０は、端子板３１と樹脂パッキン３２とダイアフラム３３と皿状金属板３４との４つの部品から構成される。端子板３１はプレス加工品で、その中央部に外方に膨出した円筒状凸部３１ａを有している。円筒状凸部３１ａの頂部下面には、ダイアフラム３３に対向して下向きに切り刃３１ｃが突出形成されている。この切り刃３１ｃは、その頂部表面を例えばＶ字状に切り裂いて下方に折り曲げて形成され、この切り裂き部３１ｄは後述するガス抜き孔として機能する。この切り裂き部３１ｄとは別に、円筒状凸部３１ａの側部には２つのガス抜き孔３１ｂが貫通形成されている。樹脂パッキン３２は、ポリプロピレンまたはポリエチレンからなり、中央透孔３２ａのある円環状の部品である。ダイアフラム３３は、アルミニウムシートの両面をポリプロピレンで被覆したラミネートフィルムからなる円形の部品である。皿状金属板３４はプレス加工品で、中央窪み部３４ｃに窓孔３４ａが形成されていて、その外径寸法は端子板３１よりも大きくなっている。これら４つの部品３１，３２，３３，３４は順次重ねられて、皿状金属板３４の外周部３４ｂを端子板３１の外縁部にかしめることで一体化されている。
【０００４】
封口体３０は、電池内部の圧力が所定値以上になったときに、この圧力を安全に解放するための防爆機構として機能する。すなわち電池内部の圧力が上昇すると、その圧力を受けてダイアフラム３３が伸展して上方に膨出する。その膨出変形量が大きくなると、ダイアフラム３３が切り刃３１ｃに当接して破断され、ガス抜き孔３１ｂ，３１ｄを通じて電池内のガスが速やかに外部に放出され、危険な状態を回避できる。
【０００５】
樹脂パッキン３２は、電池内部の電解液の漏洩を防止するために、端子板３１とダイアフラム３３との間に挟み込まれ、この間の漏液路を遮断する機能を有している。ダイアフラム３３は端子板３１の円筒状凸部３１ａの内側に沿って上方に膨出するように設計されているため、樹脂パッキン３２の中央透孔３２ａの内径は、ダイアフラム３３の防爆動作に影響を与えないように、端子板３１の円筒状凸部３１ａの内径と同等かそれよりも若干大きく形成されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した防爆構造において最も必要とされることは、電池の誤使用などにより電池の内圧が異常に上昇したときに、電池の内圧を外部に放出して電池の安全性を確保するという点である。そこで、電池を短絡して意図的に電池の内圧を上昇させて、ダイアフラム３３が所定の内圧で破断するかどうかを確認する試験を行っている。本試験のダイアフラム３３が破断するまでの時間及びダイアフラム３３の破断状態については前述した樹脂パッキン３２の中央透孔３２ａの内径と端子板３１の円筒状凸部３１ａの内径との関係で定まる。この要件を▲１▼とする。
【０００７】
一方、この防爆構造に必要とされる他の要件に電池の内圧が所定値に達していないときにダイアフラム３３が破断してはならないことがある。ダイアフラム３３が一旦破断してしまうと内部の電解液が漏れ出て電池として二度と使用できなくなるからである。ところが、従来の電池を７０〜８０℃程度の高温環境下に置いて長期間にわたり保存すると、ダイアフラム３３が破断することがあった。ダイアフラム３３の厚さや材質、それに切り刃の長さなどを変えても、充分に満足し得る特性を得ることはできなかった。
【０００８】
そこで、本発明者らはその原因について追求した結果、長時間７０〜８０℃の高温環境下にさらされた場合、ＰＰ−Ａｌ−ＰＰの３層にて構成されるダイアフラム３３のＰＰ層が軟化し膨張し易くなるためＡｌ層と伸びの差異が生じる。ある程度時間が経過したところでＡｌ層がその膨張に追従しきれず両面ＰＰ層の内部で破断する。Ａｌ層の破断により伸び強度を失ったダイアフラム３３はその後も膨張を続け切刃３１ｃに接触し破断に至る。この要件を▲２▼とする。
【０００９】
更に、ダイアフラム３３が膨出する過程で円筒状凸部３１ａの根元部に接触して損傷されて破断されたり、膨出したダイアフラム３３がガス抜き孔３１ｂを塞ぐ虞があることも判明した。
【００１０】
この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、▲１▼に示した特性を維持し所望の防爆性能を確実に達成すると共に▲２▼のように高温環境下で長期間にわたり保存されても誤作動をすることのない円筒形電池の防爆構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこでこの発明では、有底円筒形の金属缶に発電要素を収納し、この金属缶の開口部内側にガスケットを介して封口体を嵌め込み、この金属缶の開口端部を内側にかしめることで缶内部を密閉する円筒形電池において、
前記封口体は、中央に円筒状凸部を有する端子板と、この端子板の下面に配設された中央透孔を有する樹脂パッキンと、この樹脂パッキンの下面に配設された円形ダイアフラムと、このダイアフラムの下面に配設されてその外周部分が前記端子板の外周部にかしめられてなる中央窓孔を有する皿状金属板とから構成され、
前記ダイアフラムは、アルミニウムシートの両面をポリプロピレンで被覆したラミネートフィルムからなり、
前記端子板の前記円筒状凸部には、ガス抜き孔が形成されているとともに、当該凸部の頂部下面には切り刃が下方に突出形成され、
前記樹脂パッキンの前記中央透孔は、前記端子板の前記円筒状凸部と同心の円形に形成されると共にその内径が前記円筒状凸部の内径の５０％〜８０％の範囲内に形成されてなる円筒形電池としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明を適用した防爆構造の一例を図２に示している。図１の従来構造と比較して、前記樹脂パッキン３３の前記中央透孔３３ａの寸法のみが異なり、その他は前記の従来例と同じ構成であるので、同一構成部分についての説明は省略する。
【００１３】
この実施形態の電池は、外径約２５．５ｍｍ、総高約４９ｍｍの単２形のスパイラル形リチウム電池で、その封口体３０の外径は２３．６ｍｍ、端子板３１および皿状金属板３４の厚さは夫々０．５ｍｍと０．３ｍｍ、ダイアフラム３３の厚さは０．１５ｍｍ（PP-Al-PP：60-30-60[μｍ]）、樹脂パッキン３２の厚さは０．３ｍｍである。
【００１４】
この発明の特徴は、樹脂パッキン３２の中央透孔３２ａの内径が、端子板３１の円筒状凸部３１ａの内径の５０％〜８０％の範囲内にあるという点である。中央透孔３２ａの内径がこのように従来よりも小さく設定されていことにより次の３つの効果を達成する。
（１）ダイアフラム３３の膨脹を適切に抑制することで、ダイアフラム３３が所定の内圧に達しない場合には切り刃３１ｃに到達しない。
（２）ダイアフラム３３が膨出して円筒状凸部３１ａの根元部に接触するのを防止する。
（３）ダイアフラム３３が膨出したときにガス抜き孔３１ｂを塞ぐ可能性を排除する。
樹脂パッキン３２の中央透孔３２ａの内径をあまり小さくすると、電池内圧が所定の圧力に達したときにもダイアフラム３３の上方への膨出が樹脂パッキンによって阻害されるから、パッキンの中央透孔の内径は端子板の円筒状凸部の内径の５０％以上とすることである。
【００１５】
この発明の効果を確認するために、樹脂パッキン３２の中央透孔３２ａの内径（直径）Ｂを種々に変えた９種類の電池を各３０個製作して試験した。端子板３１の円筒状凸部３１ａの内径（直径）Ａは共に１０ｍｍ、中央透孔３２ａの内径（直径）Ｂは２ｍｍから１０ｍｍまで１ｍｍ間隔で変えて９種作成した。これらを６０℃、７０℃、８０℃の各温度下で保存して、保存開始から１００日経過後のダイアフラム３３の破断状態を調べ表１に示した。なお、中央透孔３２ａの内径（直径）Ｂが１０ｍｍのものは比較のために示した従来例に該当する。
【００１６】
この結果、中央透孔３２ａの内径Ｂが２ｍｍ〜８ｍｍの７種の電池には、どの温度においてもダイアフラム３３が破断された形跡は見られなかった。内径Ｂが９ｍｍ、１０ｍｍの電池では、７０℃及び８０℃にてダイアフラム３３の破断が確認された。
【００１７】
【表１】
0004431225.tif 000002
【００１８】
また、前述の短絡試験を上記９種類の電池について実施した。この試験で、中央透孔３２ａの内径（直径）Ｂが２ｍｍ，３ｍｍのダイアフラム３３は破断せず、図３のように電池の容量がなくなったところで電流が減少し電池の表面温度も降下した。その時の電池表面最高温度は約１３０℃を示した。一方、従来例である内径Ｂが１０ｍｍのものは図３に示すように短絡後３分〜３分３０秒でダイアフラム３３は破断し、電池表面最高温度も約１００℃前後であった。また、Ｂが５〜９ｍｍのものは１０ｍｍのものとほぼ同様の挙動を示した。Ｂが４ｍｍのものは１０ｍｍのものに比べ１分程遅れてダイアフラム３３が破断し、電池表面最高温度もダイアフラム３３が破断しない時と同じ約１３０℃を示した。
【００１９】
すなわち、この発明においては、樹脂パッキン３２の中央透孔３２ａの内径を外側端子板３１の円筒状凸部３１ａの内径よりも前記のように小さくしているので、ダイアフラム３３の膨出部が樹脂パッキン３２の中央透孔３２ａによって制限され、前述した従来構造のものよりダイアフラム３３が膨出しにくくなっている。その結果、前記の高温保存下においてダイアフラム３３が破断することがなくなっている。また、電池が急激に昇温・昇圧する短絡試験では、樹脂パッキン３２自体が温度による影響を受けているがその時間は極めて短いため、従来のＢ＝１０ｍｍのものとほぼ同じ時間内でダイアフラム３３が破断している。
【００２０】
以上のことから、樹脂パッキン３２の中央透孔３２ａの内径を端子板３１の円筒状凸部３１ａの内径に対し５０％〜８０％の範囲に形成するのが適切であった。
【００２１】
【発明の効果】
樹脂パッキンの中央透孔の内径を端子板の円筒状凸部の内径の５０％〜８０％に設定することで、電池が７０〜８０℃の環境下で長期間にわたり保存されたときにおいても、ダイアフラムと切り刃との間隔を保って誤作動を防止することができる。また、ダイアフラムが膨出する過程で端子板の円筒状凸部の根元部に接触して損傷されることがない。また、ダイアフラムの膨出部がガス抜き孔を塞ぐ虞もない。しかも、電池内の圧力が所定値まで上昇したときにはダイアフラムが所定量膨張して切り刃と接触し、確実な防爆性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の円筒形電池の封口部の構造を詳細に示した部分断面図である。
【図２】本発明に係る円筒形電池の封口部の構造を詳細に示した部分断面図である。
【図３】本発明と従来の電池の短絡試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  金属缶
２０  ガスケット
３０  封口体
３１  端子板
３１ａ  円筒状凸部
３１ｂ，３１ｄ  ガス抜き孔
３２  樹脂パッキン
３２ａ  中央透孔
３３  ダイアフラム
３３ａ  中央窓孔
３４  皿状金属板
５０  発電要素
【図１】
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【図２】
0004431225.tif 000004
【図３】
0004431225.tif 000005