(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電極及び電解液を収容する容器の開口を遮蔽する導電性の隔壁と、前記隔壁の中央部内側に位置して前記容器に固定されるとともに前記電極に導通可能に接続される導電性の接触導体とを備え、前記隔壁と前記接触導体との導通の遮断及び前記隔壁の破断が前記容器の内圧上昇に基づく前記隔壁の変位により発生する電池の安全装置において、
前記接触導体と前記隔壁との間に介設されて両面が前記接触導体及び前記隔壁にそれぞれ接合される導体板からなる中間接合体を備え、前記中間接合体は前記内圧上昇による前記隔壁の破断以前に前記隔壁から前記接触導体を分離し、且つ該分離が前記中間接合体に形成された易破断部位を介して行われるようにされており、前記隔壁の内、前記中間接合体が接合されている部位が、バネの反転作用を有する断面凹部形状を有しており、その結果、前記中間接合体が前記接触導体から分離した後においては、その分離を保持する方向に前記断面凹部の向きが前記接合時と反転することを特徴とする電池の安全装置。
【請求項２】
前記中間接合体の前記易破断部位は、前記内圧上昇による前記隔壁の破断以前に破断可能な形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の電池の安全装置。
【請求項３】
前記中間接合体の前記易破断部位は、前記中間接合体に形成された薄肉部であることを特徴とする請求項２記載の電池の安全装置。
【請求項４】
前記薄肉部は、前記中間接合体に形成された凹部により構成されていることを特徴とする請求項３記載の電池の安全装置。
【請求項５】
前記中間接合体は円板形状を有しており、前記凹部は前記中間接合体の円板表面にリング状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の電池の安全装置。
【請求項６】
前記中間接合体は円板形状を有しており、前記凹部は前記中間接合体の円板表面に、仮想リング線に沿って互いに距離を隔てて複数形成されているとともに、該複数の凹部の間には前記中間接合体を貫通する貫通部が形成されていることを特徴とする請求項４記載の電池の安全装置。
【請求項７】
前記隔壁の内、前記中間接合体が接合されている前記部位が断面凹部形状により形成されていることにより該部位が塑性変形容易な形状を有することを特徴とする請求項１記載の電池の安全装置。
【請求項８】
前記隔壁から前記接触導体を分離した後、前記容器の内圧上昇により変位した前記隔壁を破断可能とする破断用刃部を前記容器に固定したことを特徴とする請求項１〜７何れか一つに記載の電池の安全装置。
【請求項９】
前記隔壁の内、前記中間接合体とは反対側に位置して該隔壁を覆うように前記容器に固定された蓋を有し、該蓋に前記容器の内部と外部とを連通する内圧排出口を形成し、且つ前記刃部を前記蓋に固定したことを特徴とする請求項８に記載の電池の安全装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリチウム電池等の二次電池に用いて好適な電池の安全装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、特願平７−７３９１号において、電池容器内の電極に接続された導電性の接触導体と、該容器の開口を塞ぐ隔壁との間に、両面がそれぞれ接合される導体板からなる中間接合体を有し、容器の内圧が上昇すると隔壁の破断以前に中間接合体が接触導体から分離することにより、上記隔壁から上記電極への電流を遮断する構造を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の提案をさらに発展させて隔壁と接触導体との分離時の圧力を管理し易くして電流遮断時の圧力のばらつきを低減しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜５によれば、本発明は、中間接合体に易破断部位を形成し、該易破断部位を介して前記隔壁から接触導体を分離する構成とした。
このように構成することにより、易破断部位の形状を適切に設定することで該易破断部位の破断時の圧力を適切に管理することができ、従って電流遮断時の圧力のばらつきを少なくすることができる。
【０００５】
特に、請求項６のように易破断部位形状である複数の薄肉凹部の間に貫通部を形成することにより、該凹部の変形、ひいては該凹部の破断を容易に達成することができ、電流遮断時の圧力の管理が容易となる。請求項１、７によれば、一旦中間接合体の易破断部位が破断して隔壁から接触導体が分離した後に、容器の内圧の低下または外部振動により隔壁が中間接合体を介して接触導体に再接触して電流の導通路が形成されるのを防ぐことができる。
【０００７】
請求項８及び９によれば、隔壁と接触導体との間の電流遮断後、更に容器の内圧が上昇した際には、刃部によって隔壁を破断して内圧を隔壁及び蓋の内圧排出口を通して容器の外部へ排出し、容器の内圧を低下させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の安全装置を採用する電池の一実施形態を図１に示す。
この電池は、良導電性を有して負極端子を構成する底付円筒形状の容器１と、この容器１の上端開口を密閉する蓋２と、容器１内に収容された電極集合体３及び電解液（図示せず）とからなる。電極集合体３は、軸心Ｍに沿って立設された丸棒状の正極側の集電棒３１と、シート状の正極（図示せず）及び負極（図示せず）を多孔フィルムからなるセパレータ（図示せず）を挟んで渦巻き状に巻装してなる渦巻き電極部（図示せず）とからなり、電解液に浸漬されている。集電棒３１は上記正極に電気的に接続されている。
【０００９】
次に、本実施例の特徴をなす蓋２について説明する。
蓋２は、外部正極端子をなす外蓋２０と、外蓋２０の内に位置して上下に重ねて配設された隔壁２１と、隔壁２１の内に位置して上下に重ねて配設された接触導体２２と、絶縁材２３、２４、２６と、上述の各部材を一体化するための金属薄板状の外周枠体２７と、中間接合体２８と、破断用刃部２９と、絶縁材２５とからなる。
【００１０】
外周枠体２７は、良導電性の金属薄板を成形してなり、上側輪板部２７ａと、上側輪板部２７ａの外周から軸方向下側へ延在する円筒部２７ｂと、円筒部２７ｂの下端から径方向内側に延在する下側輪板部２７ｃとからなり、円筒部２７ｂが容器１の上端開口近傍の内周面に接して、溶接されている。
外蓋２０はアルミニウム合金からなる厚肉略円板形状を有している。外蓋２０はその外周部において段差部を有し、これによりその中央部は外周部より上方に突出している。２０ａは外蓋２０の開口である。
【００１１】
隔壁２１は、アルミニウム合金からなる厚さ約０．２ｍｍの薄板円板からなり、その外周部上面は外蓋２０の外周部下面に密接している。
接触導体２２は、アルミニウム合金からなる厚肉略円板形状を有し、該接触導体２２は厚肉円板部２２ａと外周部２２ｂとの間に位置して開口２２ｃが適数個形成されている。又、接触導体２２の中心にも開口２２ｄが一つ形成されている。接触導体２２は図示しないリードの端部に溶接され、このリードを通じて集電棒３１に電気的に接続されている。
【００１２】
これら外蓋２０、隔壁２１及び接触導体２２の各外周部は、底付円筒形状の円筒形状を有する絶縁材２４及び輪板形状の絶縁材２３を介して外周枠体２７の上下輪板部２７ａ、２７ｃに挟圧されており、輪板形状の絶縁材２６は、隔壁２１の外周部と接触導体２２の外周部２２ｂとに挟まれてそれらを電気的に分離している。更に輪板形状の絶縁材２５は外周枠体２７の下側輪板部２７ｃの下面に接着されて、下側輪板部２７ｃの下面の電気的絶縁を図っている。
【００１３】
中間接合体２８は、厚さ約０．２ｍｍのアルミニウム合金からなる薄板円板形状を有し、接触導体２２の厚肉円板部２２ａの上面全体と隔壁２１の中央部下面とにそれぞれ溶接されている。
ところで、中間接合体２８には、図４に示すように、凹部形状の薄肉部２８ａが形成されており、該薄肉部２８ａは中間接合体２８のその円板表面にリング状に位置している。
【００１４】
破断用刃部２９は、略厚肉円板形状を有して良導電性金属からなり、外蓋２０の中央部の嵌め込み穴に嵌め込まれて溶接されている。もちろん、外蓋２０と破断用刃部２９とを一体成形したり、外蓋２０の下面に破断用刃部２９を接着したりすることも可能である。破断用刃部２９はその外周部下面に複数の下向き突起２９ａを有し、これら下向き突起２９ａが隔壁２１を破断するための刃部となっている。
【００１５】
上記した電池において、外蓋２０は、隔壁２１、中間接合体２８、接触導体２２、リード（図示せず）を通じて集電棒３１に接続されている。
以下、この電池の内圧上昇時の動作を説明する。
この実施形態では、隔壁２１に上向きの力が加えられた場合において、中間接合体２８と隔壁２１との溶接強度は中間接合体２８と接触導体２２との溶接強度より大きく設定されている。又、中間接合体２８の薄肉部２８ａの破断強度はこれら溶接強度よりも最も小さく設定されている。
【００１６】
又、隔壁２１に上記よりも高い値の上向きの力が加えられた場合において、中間接合体２８の薄肉部２８ａ部分の破断強度は中間接合体２８と接触導体２２との溶接強度より大きく設定されている。
従って、電池の内圧が上昇すると、平板状の隔壁２１は上方へ付勢される。ここで、中間接合体２８には薄肉部２８ａが形成されているため、隔壁２１を上方に付勢する力が該薄肉部２８ａに作用して該薄肉部２８ａが破断し（図３）、中間接合体２８と接触導体２２との接触が実質的に解除（電流遮断）される。
【００１７】
このように、中間部材２８と隔壁２１及び接触導体２２との溶接部位を剥離する方式ではないため、薄肉部２８ａの面積、薄肉の程度を適宜設定することにより、中心部材２８と接触導体２２との間の電流遮断時の圧力を容易に管理することができる。このことは、電流遮断時期のばらつきを低減できることを意味する。
【００１８】
又、この電流遮断時には、隔壁２１の内、中間接合体２８が接合されている部位２１ａがバネ反転作用を有する断面凹部形状とされているために、該部位２１ａが今度は上方に断面凸部形状となるように反転する。
以上の作動により、集電棒３１に電気的に接続された接触導体２２が隔壁２１から離れるため、隔壁２１を介しての外蓋２０と集電棒３１との間の電気的導通が遮断される。
【００１９】
又、隔壁２１の中央部位２１ａがバネ作用により上方に断面凸部形状となるように反転するため、容器１の内圧が減少したり、あるいは容器１に対する外部振動によって隔壁２１が再び中間接合体２８に接触することがない。
なお、内圧が更に上昇すると、隔壁２１が破断用刃部２９の下向き突起２９ａに押圧され、隔壁２１が破断され、内部ガスが隔壁２１の破断箇所及び開口２０ａを通じて外気に放出される（図４参照）。
【００２０】
次に、この電池の製造方法を説明する。蓋２の組立工程は例えば以下のようになされる。
まず、接触導体２２の上に中間接合体２８を置き、スポット溶接により例えば３箇所溶接する。次に、隔壁２１と接触導体２２との間に、絶縁材２６を挟み、隔壁２１と中間接合体２８とをスポット溶接により例えば１箇所溶接して隔壁セミアセンブリを形成する。次に、破断用刃部２９が固定された外蓋２０と隔壁２１とを重ね、絶縁材２３、２４を挟んで外周枠体２７に嵌め込む。なお、外周枠体２７の上側輪板部２７ａの内周端は最初、外側（図１では上側）に開いており、上記隔壁セミアセンブリを嵌め込み易くなっている。嵌め込み後、上側輪板部２７ａは図１に示す正規の位置にかしめられる。なお、外周枠体２７には絶縁材２５が予め接着されている。このようにして蓋２が組み立てられる。接触導体２２には予めリボン状のリード（図示せず）の一端が接続されており、このリードの他端を集電棒３１に接続後、このリードを折り畳んで蓋２を容器１に嵌め込み、蓋２を容器１に溶接して組立を完了する。
【００２１】
なお、接触導体２２と集電棒３１とは単に接触させて電気的に接続し、リードを省略してもよい。なお、組立工程及び電池構造自体は本実施例の特徴部分では無く、渦巻き構造以外に積層構造でもよく公知の各種変形を採用することができる。
図６(a) 、(b) は中間接合体２８の別の実施形態を示すものである。この実施形態では、薄肉部２８ａを仮想リング線に沿って互いに距離を隔てて４つ形成し、且つ該各薄肉部２８ａの間に該中間接合体２８を貫通する貫通部２８ｂを形成したものである。
【００２２】
かかる実施形態によれば、貫通部２８ｂの存在により薄肉部２８ａの破断がより一層容易となり、しかも容器１の内圧が低圧でも該薄肉部２８ａを容易に破断することができる。
図７及び図８は薄肉部２８ａの数をそれぞれ３つ、２つとしたもので、図６の変形例である。
【００２３】
図９(a) 、(b) は図６の変形例であり、中間接合体２８の中央部位に所定の間隔を隔てて貫通部２８ｂを４つ形成し、この貫通部２８ｂの間に位置する４つの架橋部２８ｃを易破断部位としたものである。
この変形例では図６に比較して薄肉部を有していないため、製造上容易であるという利点がある。
【００２４】
図１２(a) 、(b) 〜図１６(a) 、(b) は隔壁２１の別の実施形態を示すものである。
これら実施形態は何れも隔壁２１が容器１の内圧によって中間接合体２８が接触導体２２から分離した後において、その分離を保持する形状になり易いように隔壁２１の中央部分を塑性変形可能な形状としたものである。
【００２５】
即ち、図１２及び図１３は隔壁２１に段差部２１ｂを形成することにより、隔壁２１の塑性変形時の変位を増大して元の形状に戻らないようにしたものである。
又、図１４〜図１６は薄肉とする溝部２１ｃ（図中では実線で示す）を隔壁２１に形成することにより、隔壁２１の塑性変形時の変位を増大して元の形状に戻らないようにしたものである。
【００２６】
図１７〜図２０は本発明の更なる別の実施形態に関するものである。この実施形態について説明すると、この実施形態においては、中間接合体２８及び隔壁２１の構造が図２の構造と異なっている。
即ち、中間接合体２８は、図１８に示すように、平面Ｃ字形状のスリット穴２８ｄを有している。易破断部位としては、このスリット穴２８ｄによって隔てられた中央部２８ｅと周縁部２８ｆの一部とがつながった部位に相当する。
【００２７】
中間接合体２８は隔壁２１に対しては中央部２８ｅと周縁部２８ｆとで接合されており、接触導体２２とは周縁部２８ｆのみで接合されている。易破断部位に所定の剪断力が作用するとこの部位において破断する。
隔壁２１は図１７から理解されるように、中間接合体２８との接触部分の外周部にはその縦断面方向において３箇所の屈曲部２１ｄ、２１ｅ、２１ｆが形成されている。なお、この屈曲部は隔壁２１を製造する過程にて作成されるものであり、これら３箇所の屈曲部２１ｄ、２１ｅ、２１ｆは何れもリング状とされている。
【００２８】
隔壁２１の３箇所の屈曲部２１ｄ、２１ｅ、２１ｆの存在により、隔壁２１は容器１内の内圧上昇が所定範囲では変位が少なく、該所定範囲を越えると変位が大きくなるような形状である。このことは、換言すれば隔壁２１の少なくとも一部に他部に比較して剛性を拡大した部位を形成することにより、内圧上昇が所定の範囲内では該隔壁２１が変位しないよう設定されていることになる。
【００２９】
従って、隔壁２１は上記内圧が所定の範囲を越えると３箇所の屈曲部２１ｄ、２１ｅ、２１ｆにて塑性変形し、再度上記内圧が所定の範囲に復帰した場合にはその変形が戻らないようになる。その結果、通常の充放電のように、多少の圧力上昇では隔壁２１の３箇所の屈曲部２１ｄ、２１ｅ、２１ｆの部分にてその圧力に抗することができ、そのような通常時には中間接合体２８が誤って破断しないようにされている。
【００３０】
又、容器１内の圧力が異常に上昇した際には、３箇所の屈曲部２１ｄ、２１ｅ、２１ｆの存在により隔壁２１の変位が拡大して、確実なる変位が得られ、その結果中間接合体２８の破断を実行できる。そして、中間接合体２８が破断した後には３箇所の屈曲部２１ｄ、２１ｅ、２１ｆの塑性変形部によって、その塑性変形が維持され、容器１内の圧力が何らかの要因で下降した際に再び中間接合体２８が接触導体２２に接触して導通しないようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の実施形態を示す一部断面図である。
【図２】図１の電池の正常時状態を示す一部断面図である。
【図３】図１の電池の中間接合体の薄肉部が破断した状態を示す断面図である。
【図４】図１の電池の隔壁が破損した状態を示す一部断面図である。
【図５】  (a) は図１の電池の中間接合体の断面図、(b) は(a) のＡ部の拡大図である。
【図６】  (a) は電池の中間接合体の他の実施形態を示す平面図、(b) は(a) のＡ−Ｏ−Ｂ断面図である。
【図７】図６の変形例を示す平面図である。
【図８】図６の他の変形例を示す平面図である。
【図９】  (a) は図６の更に他の変形を示す平面図、(b) は(a) のＡ−Ｏ−Ｂ断面図である。
【図１０】図９の変形例を示す平面図である。
【図１１】図９の他の変形例を示す平面図である。
【図１２】  (a) は隔壁の他の実施形態を示す斜視図、(b) は(a) の断面図である。
【図１３】  (a) は図１２の他の変形例を示す斜視図、(b) は(a) の断面図である。
【図１４】隔壁の更に他の変形例を示す平面図である。
【図１５】図１４の変形例を示す平面図である。
【図１６】  (a) は図１４の変形例を示す平面図、(b) は(a) の断面図である。
【図１７】本発明の電池の他の実施形態の要部である正常時の状態を示す一部断面図である。
【図１８】図１７の中間接合体を示す平面図である。
【図１９】図１７の電池の中間接合体の薄肉部が破断した状態を示す断面図である。
【図２０】図１７の電池の隔壁が破損した状態を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１  容器
２  蓋
２１  隔壁
２１ａ  中央部位
２１ｂ  段差部
２１ｃ  溝部
２１ｄ  屈曲部
２１ｅ  屈曲部
２１ｆ  屈曲部
２２  接触導体
２８  中間接合体
２８ａ  薄肉部
２８ｂ  貫通部
２８ｃ  架橋部
２９  破断用刃部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004135193.tif 000013
【図１３】
0004135193.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004135193.tif 000016
【図１６】
0004135193.tif 000017
【図１７】
0004135193.tif 000018
【図１８】
0004135193.tif 000019
【図１９】
0004135193.tif 000020
【図２０】
0004135193.tif 000021