(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌまたはＡｌ合金で形成された箱体と、Ａｌ又はＡｌ合金で形成され貫通孔と安全弁の受け部が加工形成されているとともに前記受け部に圧着リングの逃げ部が形成されている上蓋とからなる電池容器と、
前記貫通孔に順番に配置された気密リング、安全弁、および圧着リングから構成され、前記逃げ部を埋める如く前記圧着リングを塑性変形させて前記上蓋に固定してなる防爆安全装置と、
を備えたことを特徴とした防爆安全装置付き電池容器。
【請求項２】
ＡｌまたはＡｌ合金で形成された箱体と、Ａｌ又はＡｌ合金で形成され貫通孔と安全弁の受け部と圧着部が加工形成されている上蓋とからなる電池容器と、
前記貫通孔に順番に配置された気密リングおよび安全弁から構成され、
前記圧着部を加圧により変形させて前記気密リングおよび安全弁を前記上蓋に固定してなる防爆安全装置と、
を備えたことを特徴とした防爆安全装置付き電池容器。
【請求項３】
前記安全弁は上部板と下部板を接着によって固定することによって構成され、安全弁の作用をする下部板材料にＡｌまたはＡｌ合金の薄膜を用いることを特徴とした請求項１記載の防爆安全装置付き電池容器。
【請求項４】
前記安全弁は上部板と下部板を接着によって固定することによって構成され、安全弁の作用をする下部板材料に樹脂薄膜を用いることを特徴とした請求項１記載の防爆安全装置付き電池容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム電池、ニッケル水素電池などの電池容器に防爆安全弁が取り付けられた防爆安全装置付き電池容器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電池用防爆安全装置として使われている構造を図７に示す。電池容器の内部圧力が加熱や過電流によって異常に高くなった時に、電池の爆発による事故を防ぐ目的で所定の圧力で破損し、ガス抜きをする安全弁が取り付けられている。従来の防爆安全装置７９は電池容器の上蓋の一部に設けられた貫通孔７８に、薄肉部をもつ安全弁７３を溶接により気密封止した構造である。破壊圧力は一例として、１５Ｋｇ／ｃｍ2であるので安全弁の気密固定には微細な溶接ができるレーザ溶接がよく使われている。電池用防爆安全装置は、特開昭５９−７９９６５号公報にステンレス鋼板を用いて述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電池容器の材料はステンレス鋼板、鉄および鉄合金、ニッケルおよびニッケル合金が主に使われ、これに取り付ける安全弁も電池作用の腐食を避けるために同じ系列の材料が使われている。しかし、このような材料は比重が大きいので電池の重量が重くなる欠点がある。電気自動車用に大容量の電池を多数個搭載する用途には軽量化が必須の課題である。また、２次電池は寿命を長く、長期間劣化の少ない構成であることが必要で、このための一つとして電池容器の内部および外部とも化学変化（耐薬品性と呼ぶ）に強いことを課題にしており、従来の安価を目的とした鉄および鉄合金による電池では耐薬品性に乏しい欠点がある。また、安全弁を容器に気密封止する溶接技術は確立されたものであるが、レーザ溶接では設備投資が高く、作業時間が長い欠点がある。また、溶接技術は材料が限定され、Ａｌ系の金属は難しい欠点がある。今後、大量に安全弁付き電池が使用される見通しに対して大量生産用製造ラインはできるだけ低コストで構築できる技術の組み合わせを利用できることが好ましい。このため、本発明の目的は軽量で耐薬品性が高く環境に強い電池を低コストで供給できる構造の防爆安全装置付き電池容器を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
従来技術の課題を解決するための手段を以下に記す。本発明の基本とする電池用防爆安全装置の構造を図１に示す。防爆安全装置９は安全弁３、圧着リング４および気密リング５から構成され、電池容器の上蓋２の貫通孔８に設けられている。本発明の第一の目的は電池容器の材料にＡｌおよびＡｌ合金を使い、安全弁を圧着によって気密封止することによって達成される。これによって従来よりも数分の一程度に電池容器の重さを低減することができる。また、ＡｌおよびＡｌ合金はＡｌ表面に形成される表面安定膜（酸化Ａｌや窒化Ａｌ）によって耐薬品性がきわめて高い特徴がある。本発明の第二の目的は安全弁を上部板と下部板を接着によって固定することによって構成し、安全弁の作用をする下部板材料にＡｌおよびＡｌ合金を用いることによって達成される。これによって電池容器と安全弁が同種類のＡｌ材料から構成でき、耐薬品性の優れた防爆安全装置付き電池容器を提供することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る防爆安全装置の実施例を図１〜６を用いて説明する。
【０００６】
実施例１
まず、第一の実施例を図１と図２により詳細に説明する。Ａｌ材で箱１と上蓋２からなる電池容器を形成する。防爆安全装置９は安全弁３、圧着リング４および気密リング５から構成され、これが電池容器の上蓋２の貫通孔８に設けられている。図１は防爆安全装置９の組み立て後の構造であるが、この組み立て方を図２により説明する。電池容器の上蓋２２には貫通孔２８と安全弁の受け部２６と圧着リングの逃げ部２７が加工、形成されている。これに外径１５ｍｍのテフロンの気密リング（Ｏ−リング）２５、外径１５ｍｍのＡｌの安全弁２３と外径１６ｍｍのＡｌの圧着リング２４を順番に挿入する。圧着リング２４が挿入される貫通孔２８の内径の寸法公差は約０．２ｍｍと緩くてよい。これは加工費と公差のバランスで決める。配列後は圧着リング２４が上蓋２の上面より約０．３ｍｍ突出した設計にし、圧着リング２４を平行に加重して圧着すると各部品も変形するがＡｌの圧着リング２４は圧着リングの逃げ部２７を埋める如く塑性変形し上蓋に固定される。気密性はＯ−リング２５と圧着リング２４の変形によって保たれ、約２５Ｋｇ／ｃｍ2までリークなしに固定できる構造であることが確かめられた。これは安全弁２３の破壊圧力約１５Ｋｇ／ｃｍ2に対して十分高い値である。なお、圧着リングの逃げ部２７の形状は図のように三角形であったり、丸形や四角形であってもよい。
【０００７】
実施例２
次に、第二の実施例を図３により詳細に説明する。これは、第一の実施例で述べた防爆安全装置の別の構造による組み立て方である。以下、これを図２により説明する。電池容器の上蓋３２には貫通孔３８と安全弁の受け部３６と圧着リングの逃げ部３７が加工、形成されている。第一の実施例と異なるところは圧着リングの逃げ部３７と圧着リング３４の形状だけである。圧着リングの逃げ部３７の形状は図のようにテーパ形であり、圧着後の気密性と耐圧の確保が十分に配慮されている構造である。圧着リング３４の形状はテーパがついていてもよい。両者を圧着した後は圧着リングの逃げ部３７のテーパ形状に沿って圧着リング３４が変形し、圧着後の密着面積が大きくとれる構造が特徴である。防爆安全装置３９はＡｌの気密リング３５とＡｌの安全弁３３を圧着リング３４で圧着されることで構成される。図３では気密リング３５を用いているが、圧着後、密着面積が大きいのでこれを省略することも可能である。また、貫通孔３８のテーパ方向は図３の天地を入れ替えてもよい。
【０００８】
気密リングはテフロンの他、樹脂、ゴム材料またはＡｌの他、Ｎｉ等の金属材料であってもよい。また、気密リングに相当する機能が安全弁や圧着リングに一体化されていてもよい。
【０００９】
実施例３
次に、第三の実施例を図４により詳細に説明する。これは、防爆安全装置の別の構造による組み立て方である。以下、これを図４により説明する。電池容器の上蓋４２には貫通孔４８と安全弁の受け部４６と圧着部４１が加工、形成されている。第一と第二の実施例と異なるところは圧着リングを用いずに上蓋４２に圧着部４１をこれの代わりにしたことである。図４に圧着前（ａ）と圧着後（ｂ）の構造を示す。Ａｌの気密リング４５とＡｌの安全弁４３をセットし、圧着治具４０で加圧すると、上蓋４２の圧着部４１が変形して上記部品を固定４４することができる。
【００１０】
以上、実施例１〜３の様に圧着で安全弁を気密固定する方法は、従来の溶接の方法に比べて材料の組み合わせの自由度が極端に大きい。これによって、軽量の電池を安価に提供できるようになった。また、高信頼性の材料を選択できるので電池容器が長寿命のものも実現できるようになった。また、圧着による組み立て技術はすでに確立されたものであり、圧着作業は自動化しやすい特徴がある。このため製造ラインは従来の溶接法と比べて設備投資と維持費が一桁以上安く構成でき、製造コストは大幅に安くできる。圧着の作業時間は短いので生産性が上がり、本発明の構造と製造方法は大量生産に最適である。
【００１１】
実施例４
次に、第四の実施例を図５により詳細に説明する。これは本発明の防爆安全装置に使われる安全弁１００の構造に関する。安全弁１００の上面図と中心線における切断面を図４に示す。これは厚さ２０μｍのＡｌの下部板１０１と厚さ１００μｍのＡｌの上部板１０２をエポキシ系接着剤１０３で固着した構造である。Ａｌの上部板１０２の一部はＣ字型に除去してあり、安全弁作動部分１０４にあたる、厚さ２０μｍのＡｌの下部板１０１が約１５Ｋｇ／ｃｍ2±２．５Ｋｇ／ｃｍ2の圧力で破壊され、安全弁の機能をもつ。
【００１２】
この安全弁は次のような手順で作られる。厚さ１００μｍのＡｌの上部板に約３μｍの厚さのエポキシ系接着剤を塗布し金型でパターンを抜く。この工程では多量の素子がばらばらにならないように連結手で繋いでおく。つぎに厚さ２０μｍのＡｌの下部板を上記上部板と接着面を介して密着し、両者を接着剤で固定する。この複合板を金型パターンで抜くか、カッタで個々の素子に分割して安全弁を大量生産する。下部板には圧延で作った純Ａｌの箔を用いる。これは（１）厚さのばらつきが±２．０〜３．０μｍ以内の高精度であり、（２）膜中の欠陥（異物、ボイド等）がなく、（３）材料費が安い点が特徴であり、安全弁として破壊圧力の絶対値が一定に揃った安全弁が安価に提供できる効果がある。破壊圧力の値は膜厚と上部板のパターン形状によってきめられる。
【００１３】
実施例５
次に、第五の実施例を図６により詳細に説明する。これは本発明の防爆安全装置に使われる別の安全弁２００の構造に関する。安全弁２００の中央部の切断面は、樹脂薄膜の、厚さ１０μｍのポリフェニリンスルフィド（ＰＰＳ）の下部板２０１と厚さ４０μｍのＮｉの上部板２０２がエポキシ系接着剤２０３で固着した構造である。Ｎｉの上部板２０２の一部はＣ字型に除去してあり、安全弁作動部分２０４にあたる、厚さ１０μｍ±１．０μｍのＰＰＳの下部板２０３とエポキシ系接着剤２０３が約１５Ｋｇ／ｃｍ2±１．５Ｋｇ／ｃｍ2の圧力で破壊され、安全弁の機能をもつ。
【００１４】
この安全弁は次のような手順で作られる。ＳＵＳ電極板に上部板２０２の逆ホトレジパターンを厚さ４０μｍで形成する。続いて電解鍍金によりＮｉパターンを４０μｍの厚さに形成し、のちホトレジを除去する。２μｍの厚さのエポキシ系接着剤を塗布した厚さ１０μｍのＰＰＳの下部板に上記Ｎｉパターンを密着、固定する。この後上記ＳＵＳ電極板をＮｉパターンからはずし、沢山の安全弁が配列された複合板をえる。この複合板を金型パターンで抜くか、カッタ切断し、個々の素子に分割して安全弁を大量生産する。下部板のＰＰＳ膜も品質が保証されており、純Ａｌ箔と同等の特徴があり、破壊圧力の絶対値が一定に揃った安全弁を安価に提供できる特徴がある。樹脂薄膜にＰＰＳ膜を用いる例を述べたが、これに限定されるものでなく、ポリイミド等も利用できる。また、樹脂薄膜はピンホールがないので、これを下部板に用いた安全弁はピンホール検査が不要になりさらに低コストになる。
【００１５】
以上、実施例４〜５では本発明の防爆安全装置に使われる安全弁の構造ならびに製造方法の例を述べたが、電池の容器をＡｌ系にすると、電池内部に接する安全弁の下部板材料は電池作用の腐食をさけるためにＡｌの同系かＰＰＳを用いることが好ましい。この場合の安全弁の上部板はＡｌ、ＮｉおよびＮｉ合金など任意の組み合わせが可能である。上部板のパターン加工には打ち抜きや電解鍍金の他に化学エッチングで除去してもよい。また、接着剤は有機系のほか、セラミックス系などの無機剤であってもよい。上部板と下部板を接着によって密着固定する方法は大面積のロール巻の薄膜を重ねてプレス接着で形成できるので、自動化による大量生産に向いている。また、安全弁の破壊圧力に直接関係する下部板は品質のよい薄膜を選べるので、従来より安全弁の品質検査が省力化できるようになった。このような結果、高品質の安全弁を低コストで大量に供給できるようになった。
【００１６】
【発明の効果】
（１）電池等の防爆安全装置の安全弁を圧着で固定する構造により、Ａｌ系容器が使えるようになって、軽量で耐薬品性の優れた電池を安価に提供できるようになった。
（２）上記製造方法によって製造コストが大幅に下がり、自動化と大量生産ができる製造ラインを安価に提供できるようになった。
（３）防爆安全装置の安全弁を上部板と下部板に分け、両者を接着剤で固定する構造により、下部板にＡｌ系材料が使えるようになり、Ａｌ系容器で耐薬品性の優れた電池を供給できるようになった。
（４）安全板の破壊圧力を支配する下部板に品質のよいＡｌ箔やピンホールなしのＰＰＳフィルムを用いるので破壊圧力のばらつきが大幅に小さくなった。また、この製造方法は大量生産向きで、特性の揃った安全弁を安価に提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の電池用防爆安全装置の主要構成図。
【図２】  本発明の実施例１の電池用防爆安全装置の組み立てにおける主要構成図。
【図３】  本発明の実施例２の電池用防爆安全装置の組み立てにおける主要構成図。
【図４】  本発明の実施例３の電池用防爆安全装置の組み立てにおける主要構成図。
【図５】  本発明の実施例４の防爆安全装置用安全弁の主要構成図。
【図６】  本発明の実施例５の防爆安全装置用安全弁の主要構成図。
【図７】  従来の電池用防爆安全装置の主要構成図。
【符号の説明】
９、２９、３９、４９、７９…防爆安全装置
３、２３、３３、４３、１００、２００、６３…安全弁
４、２４、３４…圧着リング
５、２５、３５、４５…気密リング
１０、２０１…下部板
１０２、２０２…上部板
１０３、２０３…接着剤
１０４、２０４…安全弁作動部分。
【図１】
0004152459.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004152459.tif 000006
【図６】
0004152459.tif 000007
【図７】
0004152459.tif 000008