(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収納した電池ケースの開口部を密閉するとともに、電池内圧が設定値まで上昇したときに一部が破断して通電電流を遮断する密閉型電池用防爆封口板において、
導電性を有する上部および下部の両金属箔弁体が、それらの周縁部間に絶縁ガスケットを介在して重ね合わされ、且つ各々の中央部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に導通され、
前記両金属箔弁体が、前記上部金属箔弁体の上部に金属キャップを配置して金属ケース内に挿入されてなり、
前記下部金属箔弁体は、
前記接続部を囲むように設けられた分離線部と、
前記分離線部の両端部に連設されて相対向し、電池内圧を前記上部金属箔弁体に作用させる一対の通気孔と、
前記両通気孔の相対向する各々の孔縁部間の部分により形成され、電池内圧が所定値に達した時に破断する易破断部とを備え、
電池内圧が所定値に達したときに、前記上部金属箔弁体の上方への変形による応力を受けて前記易破断部が破断することにより、前記分離線部、前記両通気孔および前記易破断部で囲まれる部分が前記上部金属箔弁体と共に分離するように構成され、
易破断部に対する外周側近傍位置に、下部金属箔弁体を金属ケースに局部的に固定する固定部を設け、
前記固定部は、分離線部、両通気孔および易破断部を結ぶ環状の中心点と、前記両通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線の中点とを通る線上に、前記固定部の中心点を設定して形成されている
ことを特徴とする密閉型電池用防爆封口板。
【請求項２】
上部および下部の両金属箔弁体の接続部は、両通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線の中点に対し、前記直線に平行な線上において何れかの方向にずれた位置に形成されている請求項１に記載の密閉型電池用防爆封口板。
【請求項３】
固定部は、下部金属箔弁体と金属ケースとの所定の対面部位を互いに溶接した溶着部からなる請求項１または請求項２に記載の密閉型電池用防爆封口板。
【請求項４】
固定部は、金属ケースまたは絶縁ガスケットに設けた凸部によって下部金属箔弁体が局部的に強く金属ケースに圧接されるように構成されている請求項１または請求項２に記載の密閉型電池用防爆封口板。
【請求項５】
下部金属箔弁体の一対の通気孔は、多角形状に形成されるとともに、共に同一形状のものが対称配置に形成されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の密閉型電池用防爆封口板。
【請求項６】
発電要素を収納した電池ケースの開口部を密閉するとともに、電池内圧が設定値まで上昇したときに一部が破断して通電電流を遮断する密閉型電池用防爆封口板において、
導電性を有する上部および下部の両金属箔弁体が、それらの周縁部間に絶縁ガスケットを介在して重ね合わされ、且つ各々の中央部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に導通され、
前記両金属箔弁体が、前記上部金属箔弁体の上部に金属キャップを配置して金属ケース内に挿入されてなり、
前記下部金属箔弁体は、
前記接続部を囲むように設けられた分離線部と、
前記分離線部の両端部に連設されて相対向し、電池内圧を前記上部金属箔弁体に作用させる一対の通気孔と、
前記両通気孔の相対向する各々の孔縁部間の部分により形成され、電池内圧が所定値に達した時に破断する易破断部とを備え、
電池内圧が所定値に達したときに、前記上部金属箔弁体の上方への変形による応力を受けて前記易破断部が破断することにより、前記分離線部、前記両通気孔および前記易破断部で囲まれる部分が前記上部金属箔弁体と共に分離するように構成され、
下部金属箔弁体の分離線部は、Ｃ字形状のスリットからなり、その両端部が一対の通気孔にそれぞれ連通するよう形成されていることを特徴とする密閉型電池用防爆封口板。
【請求項７】
発電要素を収納した電池ケースの開口部を密閉するとともに、電池内圧が設定値まで上昇したときに一部が破断して通電電流を遮断する密閉型電池用防爆封口板において、
導電性を有する上部および下部の両金属箔弁体が、それらの周縁部間に絶縁ガスケットを介在して重ね合わされ、且つ各々の中央部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に導通され、
前記両金属箔弁体が、前記上部金属箔弁体の上部に金属キャップを配置して金属ケース内に挿入されてなり、
前記下部金属箔弁体は、
前記接続部を囲むように設けられた分離線部と、
前記分離線部の両端部に連設されて相対向し、電池内圧を前記上部金属箔弁体に作用させる一対の通気孔と、
前記両通気孔の相対向する各々の孔縁部間の部分により形成され、電池内圧が所定値に達した時に破断する易破断部とを備え、
電池内圧が所定値に達したときに、前記上部金属箔弁体の上方への変形による応力を受けて前記易破断部が破断することにより、前記分離線部、前記両通気孔および前記易破断部で囲まれる部分が前記上部金属箔弁体と共に分離するように構成され、
下部金属箔弁体の易破断部は、前記一対の通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線が、前記下部金属箔弁体を製造する際の圧延ロールによる筋目方向に合致するように形成されていることを特徴とする密閉型電池用防爆封口板。
【請求項８】
下部金属箔弁体の易破断部には、一対の通気孔の孔縁部間を結ぶ直線に沿って形成されたミシン目または細い溝からなる破断規定線が設けられている請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の密閉型電池用防爆封口板。
【請求項９】
上部金属箔弁体に、中央部分が下方へ向け膨出した凹状部が設けられ、
下部金属箔弁体に、中央部分が上方へ向け膨出し、その膨出部分の外周に沿って分離線部、一対の通気孔および易破断部が環状に配して形成された凸状部が設けられ、
前記両金属箔弁体が、前記凹状部と前記凸状部との接触部位を溶接により互いに溶着した接続部を介して電気的導通状態に連結されている請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の密閉型電池用防爆封口板。
【請求項１０】
請求項３に記載の密閉型電池用防爆封口板の製造方法であって、
中央部分が上方へ向け膨出した凸状部を有する下部金属箔弁体を金属ケース内に挿入して、前記下部金属箔弁体における周縁部の所定部位と金属ケースの対面部位とをレーザー溶接により相互に溶着して固定部を形成する工程と、
中央部分が下方へ向け膨出した凹状部を有する上部金属箔弁体を前記金属ケース内に挿入して、前記両金属箔弁体の各々の周縁部分を絶縁ガスケットを介在して重ね合わせ、前記凹状部と前記凸状部との各々の先端部位を互いに接触させる工程と、
前記両金属箔弁体における各々の周縁部分を固定治具により上下から挟み付けて固定する工程と、
前記凹状部と前記凸状部との互いに接触する部位をレーザー溶接により相互に溶着して接続部を形成する工程と、
を有する密閉型電池用防爆封口板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池、特にリチウム二次電池などの高エネルギ密度を有する密閉型の非水電解液電池の封口に用いられる密閉型電池用防爆封口板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡＶ機器あるいはパソコンなどの電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これら携帯機器の駆動電源としては、高容量化した各種のアルカリ蓄電池やリチウム二次電池に代表される非水電解液（有機溶媒系電解液）二次電池が適しており、さらに、これら非水電解液二次電池は、高エネルギ密度で負荷特性の優れた密閉型とすることが促進されている。
【０００３】
ところで、エネルギ密度の高い密閉型の非水電解液電池では、電池内部で発生するガスを対極で消費する、所謂ノイマン方式を採用できないため、過充電や過放電を避ける必要がある。ところが、充電器を含む機器の故障や過充電あるいは誤使用などが生じた場合には、電池内部の発電要素が化学反応を起こし、例えば、過充電や短絡などによる異常反応により電解液や活物質が分解し、それに伴って電池内部に異常にガスが発生し、電池内圧が過大となる。このような問題の発生を未然に確実に防止するために、この種の電池には、電池内圧が設定値を超えたときに弁体を開いてガスを排出する防爆安全装置が従来から付加されている。
【０００４】
さらに、非水電解液二次電池では、過充電状態となった場合に充電電流が流れ続けるため、電解液や活物質が分解し続けて急激に温度上昇するおそれもある。そこで、この種の電池には、電池内圧が所定値に上昇したのを検知することにより、ガスの排出に先立って通電電流を完全に遮断する確実な防爆安全機構が設けられている。
【０００５】
このような防爆安全機構としては、例えば図８に示す構成のものが知られている（特開平6-215747号公報参照）。この防爆安全機構は、上部の弁体１と通気孔３を有する端子板２とが各々の周縁部の間に絶縁ガスケット１０を介在して積み重ねられ、弁体１と端子板２とは、各々の中央部の溶着部４を通じてのみ導電状態になっている。通常時には、通電電流が極板（図示せず）、リード体（図示せず）、金属ケース７および端子板２から溶着部４を介して弁体１、ＰＴＣ素子８および金属キャップ９に流れ、電池として機能する。そして、電池内圧が所定値まで上昇した場合には、この電池内圧を金属ケース７の通気孔５および端子板２の通気孔３を通じて受ける弁体１が内圧作用方向（図の上方）へ変形する応力によって、弁体１が端子板２の溶着部４から剥離し、通電電流を遮断する。
【０００６】
ところで、上記の防爆安全機構では、溶着部４の形成に際して、弁体１と端子板２との所定部位同士を一定の電池内圧によって剥離可能な低い溶着強度に溶接する必要があるため、そのような低い溶着強度に溶接が可能な超音波溶接が採用されていた。しかしながら、超音波溶接は、振動発熱により被溶接物の接合部の表面にのみ溶解を起こさせて被溶接物同士を溶接するものであって、不安定要素が多いことから溶着強度にどうしてもばらつきが生じる。これに対し上記の防爆安全機構では、この溶着強度によって電流を遮断するための電流遮断圧力を設定しているので、電流遮断圧力は、溶着強度のばらつきに応じて相違し、一定値に設定できない欠点がある。それにより、電池内圧が所定値に達する以前に電流が遮断されてしまったり、逆に、電池内圧が所定値に達しているにも拘わらず電流が遮断されないなどの不都合が生じることになる。
【０００７】
そこで、図９に示すような密閉型電池用防爆封口板が提案されている。この密閉型電池用防爆封口板は、電池内圧の上昇によって電流を遮断する際に、溶着強度の影響を受けることのないものである。すなわち、この防爆封口板は、上部金属箔弁体１１と下部金属箔弁体１２とにより防爆弁機構が構成されており、その他の構成は図８のものと同様である。上部金属箔弁体１１には、中央部に平面視Ｃ字形状の薄肉部からなる上部易破断部１３が形成され、下部金属箔弁体１２には、上部易破断部１３よりも径の小さい平面視円形の薄肉部からなる下部易破断部１４が中央部に形成されている。この両金属箔弁体１１，１２は、各々の易破断部１３，１４が同心状に対向する相対位置で各々の中央部が互いに溶接されて、溶着部１５が形成されている。ここで、下部易破断部１４は上部易破断部１３に対し破断強度を低く設定されている。
【０００８】
上記防爆封口板は、両金属箔弁体１１，１２の中央部の溶着部１５のみを介して電気的に接続されており、電流遮断圧力は、刻印手段で形成された下部易破断部１４の破断強度によって設定されているため、溶着部１５の溶着強度のばらつきの影響を受けない。すなわち、電池内圧が所定値まで上昇したときに、円形の下部易破断部１４の全体が破断されて、下部金属箔弁体１２における下部易破断部１４の内方部位がくり抜かれて上部金属箔弁体１１と一体に下部金属箔弁体１２から離間し、通電電流が遮断される。電池内圧がさらに上昇した場合には、上部易破断部１３が破断して開口し、ガスを外部に排出する。この防爆封口板では溶着部１５を剥離させる必要がないから、溶着部１５を強固な溶着強度に溶接が可能なレーザー溶接によって形成できる。したがって、電流遮断圧力は、刻印手段などで形成される下部易破断部１４の破断強度によって設定されるから、溶着強度のばらつきの影響を全く受けない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記防爆封口板は、上述のように顕著な防爆安全機能を発揮するものであるが、以下のような問題が残存している。すなわち、下部易破断部１４は溶着部１５を囲む円形状であって全体の長さが比較的長く、電流遮断圧力は、上述の長い下部易破断部１４の厚みの全体の和による破断強度により設定される。そのため、下部易破断部１４は、全体にわたりμｍオーダーの極めて薄く、且つ均一な厚みに正確に管理して形成する必要があるから、量産性に欠ける。しかも、下部易破断部１４は、刻印手段を高精度に制御する加工を施したとしても、極めて薄い厚みに形成することから、どうしても厚みにばらつきが生じる。また、円形の下部易破断部１４は、その全体に対し均等に破断圧力が作用するから、破断され始める部位が特定されず、破断動作が不安定になり易い。したがって、電流遮断圧力は、以上の不安点要因により信頼性の低いものになりがちである。
【００１０】
そこで本発明は、上述の問題点を解消し、所定の電池内圧で破断させる易破断部を、量産性に優れた製作手段により所定の破断強度に正確に形成でき、信頼性の高い電流遮断機能を得られる密閉型電池用防爆封口板およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願の第１発明は、発電要素を収納した電池ケースの開口部を密閉するとともに、電池内圧が設定値まで上昇したときに一部が破断して通電電流を遮断する密閉型電池用防爆封口板において、導電性を有する上部および下部の両金属箔弁体が、それらの周縁部間に絶縁ガスケットを介在して重ね合わされ、且つ各々の中央部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に導通され、前記両金属箔弁体が、前記上部金属箔弁体の上部に金属キャップを配置して金属ケース内に挿入されてなり、前記下部金属箔弁体は、前記接続部を囲むように設けられた分離線部と、前記分離線部の両端部に連設されて相対向し、電池内圧を前記上部金属箔弁体に作用させる一対の通気孔と、前記両通気孔の相対向する各々の孔縁部間の部分により形成され、電池内圧が所定値に達した時に破断する易破断部とを備え、電池内圧が所定値に達したときに、前記上部金属箔弁体の上方への変形による応力を受けて前記易破断部が破断することにより、前記分離線部、前記両通気孔および前記易破断部で囲まれる部分が前記上部金属箔弁体と共に分離するように構成され、易破断部に対する外周側近傍位置に、下部金属箔弁体を金属ケースに局部的に固定する固定部を設け、前記固定部は、分離線部、両通気孔および易破断部を結ぶ環状の中心点と、前記両通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線の中点とを通る線上に、前記固定部の中心点を設定して形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記第１発明に係る密閉型電池用防爆封口板は、電池内圧が下部金属箔弁体の易破断部の破断強度によって設定された所定値まで上昇すると、この圧力を下部金属箔弁体の通気孔を通じて受ける上部金属箔弁体が上方へ向け凸状に変形し、それによって下部金属箔弁体の易破断部に剪断力が作用して、易破断部が破断する。それにより、下部金属箔弁体における分離線部、両通気孔および易破断部で囲まれた部分は、接続部により上部金属箔弁体と共に下部金属箔弁体から離れるため、接続部を通じてのみ導通していた両金属箔弁体が離間して通電電流が遮断される。
【００１３】
この密閉型電池用防爆封口板では、易破断部の破断強度が一対の通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線の長さにより設定されており、上記直線の長さは、従来の防爆封口板の円形の易破断部に比較して格段に短い。したがって、易破断部は、従来の易破断部と同一の破断強度に設定する場合に長さが格段に短くなった分だけ厚くすることができ、下部金属箔弁体の全体厚みを一定にすることは容易であるから、易破断部は、一対の通気孔の間隔のみの管理により所定の破断強度に正確に設定でき、この一対の通気孔は打ち抜き加工により正確な間隔に製作できる。この防爆封口板は、従来の高精度な制御を必要とする刻印加工を用いないことから量産性に優れているとともに、易破断部を設定した破断強度に正確に形成できることから、電流遮断圧力にばらつきが生じない。
【００１４】
また上記第１発明は、易破断部に対する外周側近傍位置に、下部金属箔弁体を金属ケースに局部的に固定する固定部を設けている。
【００１５】
これにより、下部金属箔弁体が接続部を介して上部金属箔弁体により引っ張り上げられるときに、下部金属箔弁体における易破断部の外周側近傍箇所は固定部を介して金属ケースにより引っ張り上げられないように保持されるから、易破断部は、下部金属箔弁体の展性や絶縁ガスケットの変形による影響を受けて破断強度がばらつくといったことが生じない。そのため、この防爆封口板は、易破断部を一対の通気孔の間隔のみにより所定の破断強度に正確に設定できることと併せて、電流遮断圧力に高い信頼性を得られる。
【００１６】
さらに上記第１発明は、固定部を、分離線部、両通気孔および易破断部を結ぶ環状の中心点と、前記両通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線の中点とを通る線上に、前記固定部の中心点を設定して形成している。
【００１７】
これにより、固定部は、易破断部の中点に対応して形成されることから、易破断部の全体にわたり均等な保持力を安定に作用させることができる。
【００１８】
前記発明において、上部および下部の両金属箔弁体の接続部を、両通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線の中点に対し、前記直線に平行な線上において何れかの方向にずれた位置に形成することが好ましい。
【００１９】
これにより、易破断部は、その全体が水平に引っ張り上げらるのではなく、易破断部の中点からずれた位置に形成された接続部により斜め方向に引き裂く状態に破断されることになり、所定の電池内圧に達した時点で円滑且つ安定に破断される。
【００２０】
前記発明において、固定部を、下部金属箔弁体と金属ケースとの所定の対面部位を互いに溶接した溶着部により構成することができる。
【００２１】
これにより、下部金属箔弁体が接続部を介して上部金属箔弁体により引っ張り上げられるときに、下部金属箔弁体における易破断部に対し外周側近傍部位を、金属ケースにより引き上げられないように確実に保持できる。
【００２２】
前記発明において、固定部を、金属ケースまたは絶縁ガスケットに設けた凸部によって下部金属箔弁体が局部的に強く金属ケースに圧接される構成とすることもできる。
【００２３】
これにより、下部金属箔弁体が接続部を介して上部金属箔弁体により引っ張り上げられるときに、下部金属箔弁体における易破断部に対し外周側近傍部位を、絶縁ガスケットと金属ケースとにより局部的に強く挟み付けて引き上げられないように確実に保持できる。
【００２４】
前記発明において、下部金属箔弁体の一対の通気孔を、多角形状に形成するとともに、共に同一形状のものを対称配置に形成することが好ましい。
【００２５】
これにより、一対の通気孔を、その多角形状の角部を相対向させて形成するようにすれば、両通気孔の間隔を所定値に正確に形成できるとともに、易破断部の破断部位を、両通気孔の各々の角部を結ぶ直線上にほぼ規定でき、易破断部を所定の破断強度に容易にかつ正確に形成することができる。
【００２６】
本願の第２発明は、発電要素を収納した電池ケースの開口部を密閉するとともに、電池内圧が設定値まで上昇したときに一部が破断して通電電流を遮断する密閉型電池用防爆封口板において、導電性を有する上部および下部の両金属箔弁体が、それらの周縁部間に絶縁ガスケットを介在して重ね合わされ、且つ各々の中央部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に導通され、前記両金属箔弁体が、前記上部金属箔弁体の上部に金属キャップを配置して金属ケース内に挿入されてなり、 前記下部金属箔弁体は、前記接続部を囲むように設けられた分離線部と、前記分離線部の両端部に連設されて相対向し、電池内圧を前記上部金属箔弁体に作用させる一対の通気孔と、前記両通気孔の相対向する各々の孔縁部間の部分により形成され、電池内圧が所定値に達した時に破断する易破断部とを備え、電池内圧が所定値に達したときに、前記上部金属箔弁体の上方への変形による応力を受けて前記易破断部が破断することにより、前記分離線部、前記両通気孔および前記易破断部で囲まれる部分が前記上部金属箔弁体と共に分離するように構成され、下部金属箔弁体の分離線部は、Ｃ字形状のスリットからなり、その両端部が一対の通気孔にそれぞれ連通するよう形成されていることを特徴とする。
【００２７】
これにより、分離線部を打ち抜き加工などの量産性に優れた加工により容易に形成できるとともに、下部金属箔弁体における接続部を囲む環状部分は、易破断部のみを介在して下部金属箔弁体の本体部分に接続された状態となり、電流遮断圧力は、易破断部の長さと厚みとで決定する破断強度のみにより設定できるから、正確に設定できる。
【００２８】
本願の第３発明は、発電要素を収納した電池ケースの開口部を密閉するとともに、電池内圧が設定値まで上昇したときに一部が破断して通電電流を遮断する密閉型電池用防爆封口板において、導電性を有する上部および下部の両金属箔弁体が、それらの周縁部間に絶縁ガスケットを介在して重ね合わされ、且つ各々の中央部位を互いに溶着した接続部のみを介して電気的に導通され、前記両金属箔弁体が、前記上部金属箔弁体の上部に金属キャップを配置して金属ケース内に挿入されてなり、 前記下部金属箔弁体は、前記接続部を囲むように設けられた分離線部と、前記分離線部の両端部に連設されて相対向し、電池内圧を前記上部金属箔弁体に作用させる一対の通気孔と、前記両通気孔の相対向する各々の孔縁部間の部分により形成され、電池内圧が所定値に達した時に破断する易破断部とを備え、電池内圧が所定値に達したときに、前記上部金属箔弁体の上方への変形による応力を受けて前記易破断部が破断することにより、前記分離線部、前記両通気孔および前記易破断部で囲まれる部分が前記上部金属箔弁体と共に分離するように構成され、下部金属箔弁体の易破断部は、前記一対の通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線が、前記下部金属箔弁体を製造する際の圧延ロールによる筋目方向に合致するように形成されていることを特徴とする。
【００２９】
これにより、易破断部を常に安定に破断させることができる。
【００３０】
前記発明において、下部金属箔弁体の易破断部に、一対の通気孔の孔縁部間を結ぶ直線に沿って形成したミシン目または細い溝からなる破断規定線を設けることができる。
【００３１】
これにより、易破断部は、破断規定線部により破断部位を確実に規定されるから、破断動作を安定に且つ円滑に行わせることができ、電流遮断圧力を一層確実に所定値に設定することができる。
【００３２】
前記発明において、上部金属箔弁体に、中央部分が下方へ向け膨出した凹状部が設けられ、下部金属箔弁体に、中央部分が上方へ向け膨出し、その膨出部分の外周に沿って分離線部、一対の通気孔および易破断部が環状に配して形成された凸状部が設けられ、前記両金属箔弁体が、前記凹状部と前記凸状部との接触部位を溶接により互いに溶着した接続部を介して電気的導通状態に連結された構成とすることができる。
【００３３】
これにより、両金属箔弁体間に溶接により接続部を形成する場合、両金属箔弁体の凹状部および凸状部は保持手段を用いることなく各々の先端部同士を密着状態に保持することができるため、溶接不良や穿孔が生じることがなく、強固な接続部を歩留りよく形成することができる。
【００３４】
本願の第４発明に係る密閉型電池用防爆封口板の製造方法は、請求項３に記載の密閉型電池用防爆封口板の製造に際して、中央部分が上方へ向け膨出した凸状部を有する下部金属箔弁体を金属ケース内に挿入して、前記下部金属箔弁体における周縁部の所定部位と金属ケースの対面部位とをレーザー溶接により相互に溶着して固定部を形成する工程と、中央部分が下方へ向け膨出した凹状部を有する上部金属箔弁体を前記金属ケース内に挿入して、前記両金属箔弁体の各々の周縁部分を絶縁ガスケットを介在して重ね合わせ、前記凹状部と前記凸状部との各々の先端部位を互いに接触させる工程と、前記両金属箔弁体における各々の周縁部分を固定治具により上下から挟み付けて固定する工程と、前記凹状部と前記凸状部との互いに接触する部位をレーザー溶接により相互に溶着して接続部を形成する工程と、を有している。
【００３５】
上記密閉型電池用防爆封口板の製造方法では、固定部の形成に際して、互いの溶接すべき箇所である金属ケースと下部金属箔弁体の周縁部分とは、共に平坦面であって直接的に押圧しなくても隙間なく密着するから、支障なくレーザー溶接できる。また、レーザー溶接により接続部を形成するに際して、両金属箔弁体の各々の凹状部および凸状部の各々の先端部位は隙間のない状態に密着するから、溶接不良や穿孔が生じることがなく、強固な接続部を歩留りよく形成することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板を示す縦断面図、同図（ｂ）はこの防爆封口板における下部金属箔弁体１８の平面図である。同図において、この密閉型電池用防爆封口板は、可撓性を有する薄い上部金属箔弁体１７と、この上部金属箔弁体１７に対設された可撓性を有する薄い下部金属箔弁体１８と、両金属箔弁体１７，１８の各々の周縁部分の間に介在されたリング状の絶縁ガスケット１９と、上部金属箔弁体１８の周縁部の上面に重ね合わされたリング状のＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子２０と、このＰＴＣ素子２０上に載置された複数の排気孔２１ａを有する金属キャップ２１と、上記の各部材を積層状態で挿入させて保持する複数の通気孔２２ａを有するアルミニウム製の金属ケース２２とを備えている。
【００３７】
上部金属箔弁体１７は、例えば厚さ0.10ｍｍで外径が12.7ｍｍの可撓性を有するアルミニウム円板からなり、中央部が下方に向け湾曲形状に膨出した凹状部２３と、この凹状部２３の周囲にＣ字形状の刻印を用いて形成された易破断性の薄肉部２４とを有している。一方、下部金属箔弁体１８は、例えば厚さ0.10ｍｍで外径が13.5ｍｍの可撓性を有するアルミニウム円板からなり、その中央部分が上方に向け膨出した凸状部２７を有している。両金属箔弁体１７，１８は、（ｂ）に示す両金属箔弁体１７，１８の各々の中心点Ｓよりずれた部位を局部的にレーザー溶接することにより互いに溶着されてなる接続部２８のみを介して電気的導通状態に接続されている。
【００３８】
下部金属箔弁体１８には、（ｂ）に明示するように、接続部２８を囲むように設けられた平面視Ｃ字形状のスリットからなる分離線部２９と、この分離線部２９の両端部にそれぞれ連設されて相対向する三角形状の一対の通気孔３０Ａ，３０Ａと、この両通気孔３０Ａ，３０Ａの相対向する残存部分からなる易破断部３１とを備えている。また、下部金属箔弁体１８は、易破断部３１に対し接続部２８とは反対側の近傍部位が金属ケース２２にレーザー溶接されて、固定部３２が形成されている。
【００３９】
一対の通気孔３０Ａ，３０Ａは、同一の三角形状であって、各々の角部を相対向させて対称配置に形成されている。易破断部３１は、一対の通気孔３０Ａ，３０Ａの各々の三角形状の角部が相対向されていることにより、（ｂ）に破線で図示するように破断部位がほぼ規定されており、その破断部位の長さＬおよび厚みにより電池内圧を受けたときの破断強度が設定されている。さらに、易破断部３１は、一対の通気孔３０Ａ，３０Ａの各々の孔縁部間を結ぶ（ｂ）に破線で示す直線が、下部金属箔弁体１８を製造する際の圧延ロールによる筋目方向３３に合致するよう形成されている。
【００４０】
上記接続部２８は、両金属箔部弁体１７，１８の中心点Ｓに対し、易破断部３１における両通気孔３０Ａ，３０Ａの各々の孔縁部間を結ぶ直線に平行な線Ｒ上のいずれかの方向にずれて形成される。したがって、接続部２８は（ｂ）の２点鎖線で示す部位に設けてもよい。また、固定部３２は、上記中心点Ｓと、両通気孔３０Ａ，３０Ａの各々の孔縁部間を結ぶ直線の中点を通る線上に、溶接の中心点を設定して形成されている。
【００４１】
上記防爆封口板は、絶縁ガスケット１９を介在して重ね合わせた両金属箔弁体１７，１８の上にＰＴＣ素子２０および金属キャップ２１を重ね合わせた状態で金属ケース２２内に挿入し、金属ケース２２の上部を内方にかしめ加工して組立られている。この防爆封口板を電池ケース３４に挿入するに際しは、（ａ）に示すように、電池ケース３４内に収容した極板群３７から導出したリード体３８を金属ケース２２に溶接により接続し、極板群３７に電解液を注入した後に、上述のように組み立てた防爆封口板を、その周囲に絶縁ガスケット３９を介在させて電池ケース３４の開口部に装着する。そののちに、電池ケース３４の上端部分を内方にかしめ加工すると、防爆封口板が電池ケース３４を密閉する。
【００４２】
次に、上記防爆封口板により電池ケース３４の開口部を密閉してなる密閉型電池の作用について説明する。通電電流は、極板群３７、リード体３８、金属ケース２２、下部金属箔弁体１８から接続部２８を介して上部金属箔弁体１７、ＰＴＣ素子２０および金属キャップ２１に流れ、電池として機能する。この密閉型電池では防爆安全機能が３段階に機能する。先ず、第１の防爆安全機能について説明する。過大電流が流れた場合、ＰＴＣ素子２０は短時間で動作温度に達して抵抗値が増大し、通電電流が大幅に減少維持される。それにより、外部短絡あるいは過大電流での誤使用による電池の著しい損傷を防止できる。
【００４３】
ところで、リチウム二次電池などでは、充電器の故障などによる無制御での過充電、あるいは逆充電、または多数直列過放電などが発生した場合、上記ＰＴＣ素子２０の動作電流以下の電流値であっても、電池の安全許容電流を超え、電池内圧が上昇することが多い。この場合、さらに継続して電池に電流が流れた場合には、電解液および活物質の分解などを伴いながら電池温度が急激に上昇して、過大量のガスあるいは蒸気を発生させるおそれがある。そこで、電池内圧を検知して通電電流を完全に遮断する第２の防爆安全機能が作用する。
【００４４】
すなわち、電池内圧が下部金属箔弁体１８の易破断部３１の破断強度によって設定された所定値まで上昇すると、この圧力を金属ケース２２の通気孔２２ａおよび下部金属箔弁体１８の通気孔３０Ａを通じて受ける上部金属箔弁体１７は、図２に示すように、凹状部２３が反転して上方へ向け凸状に変形し、それによって下部金属箔弁体１８の易破断部３１に剪断力が作用して、易破断部３１が破断する。それにより、下部金属箔弁体１８における分離線部２９、両通気孔３０Ａ，３０Ａおよび易破断部３１で囲まれた部分は、上部金属箔弁体１７と共に下部金属箔弁体１８から離れるため、接続部２８を通じてのみ導通していた両金属箔弁体１７，１８が離間して通電電流が遮断される。ここで、上部金属箔弁体１７の薄肉部２４は易破断部３１よりも高い破断強度に設定されているため、上部金属箔弁体１７は電流遮断時にそのままの状態を維持して、電解液が漏れ出るのを防止するので、電解液がＰＴＣ素子２０に付着したり、電解液が外部に漏出して機器を腐食するといったことが生じない。
【００４５】
そののちに、電池内圧がさらに上昇し続けた場合には、第３の防爆安全機能が作用する。すなわち、大量のガスまたは蒸気が発生して電池内圧が上部金属箔弁体１７の薄肉部２４の破断強度によって設定された所定値に達すると、その薄肉部２４が開裂し、充満していたガスが金属キャップ２１の排気孔２１ａから電池の外部に排出される。ここで、下部金属箔弁体１８における分離線部２９、両通気孔３０Ａ，３０Ａおよび易破断部３１で囲まれた部分は、Ｃ字形状の薄肉部２４の径よりも小さい径の環状形状に設定されて、薄肉部２４内に包含される相対位置で対設されている。したがって、離間して上部金属箔弁体１７に付着している下部金属箔弁体１８の一部分は、上部金属箔弁体１７における薄肉部２４の破断により開口したガス排出孔を塞ぐことがなく、大量のガス発生時にも内部ガスを迅速に外部排出することができる。
【００４６】
上記防爆封口板では、易破断部３１が一対の通気孔３０Ａ，３０Ａの各々の孔縁部間を結ぶ直線の長さＬと下部金属箔弁体１８の厚みとにより設定されており、線の長さＬは、図９の易破断部１４に比較して格段に短い。したがって、図９と同等の破断強度に設定する場合、易破断部３１は、長さが格段に短くなった分だけ図９の場合より厚くすることができ、この下部金属箔弁体１８の全体を一定の厚みに形成することは容易に行えるから、易破断部３１は、一対の通気孔３０Ａ，３０Ａの間隔のみの管理により所定の破断強度に正確に設定できる。一対の通気孔３０Ａ，３０Ａは打ち抜き加工により正確な間隔に製作できるから、この防爆封口板は、従来の高精度な制御を必要とする刻印加工を用いないことから量産性に優れるとともに、電流遮断圧力に高い信頼性を得られる。
【００４７】
しかも、上記防爆封口板は、下記の種々の手段を講じたことにより電流遮断圧力をより一層正確に設定できるとともに、破断動作を安定に行わせて高い信頼性を得られる。先ず、第１に、下部金属箔弁体１８が接続部２８を介して上部金属箔弁体１７により引っ張り上げられるときに、下部金属箔弁体１８における易破断部３１の外側の近傍箇所は固定部３２により金属ケース２２に離間しないよう保持されるから、易破断部３１は、下部金属箔弁体１８の展性や絶縁ガスケット１９の変形による影響を受けて破断強度がばらつくといったことが生じない。しかも、固定部３２は易破断部３１の中点に対応して形成されているから、易破断部３１にはその全体にわたり均等な保持力が安定に作用する。
【００４８】
第２に、接続部２８は、下部金属箔弁体１８の中心点Ｓから上述の方向にずれた位置に設けられているから、易破断部３１は、その全体が水平に引っ張り上げらるのではなく、接続部２８により斜め方向に引き裂く状態で破断されることになり、所定の電池圧力に達した時点で円滑且つ安定に破断される。第３に、易破断部３１は、一対の通気孔３０Ａ，３０Ａの各々の三角形の対向角部で規定された破断方向が下部金属箔弁体１８の圧延ロールによる筋目方向３３と一致するよう設定して形成されているので、常に安定した破断動作を得ることができる。このように、易破断部３１は上述のような種々の破断のための要件を備えているから、電流遮断圧力にばらつきが生じない。
【００４９】
上記第１の実施の形態の防爆封口板および図９の従来の防爆封口板の各々の電流遮断圧力を図３に示す検査装置により測定した。すなわち、防爆封口板を筒型の一対の電極体４０，４１により気密に挟み付け、この電極体４０，４１を介して電源４２から防爆封口板に電流を供給した状態において、高圧空気源４３から電極体４１を通じて防爆封口板に加える高圧空気を毎秒0.6 ｋｇ／ｃｍ2 で徐々に昇圧させていき、易破断部３１が破断して電流が遮断されたのを検流計４４が検知したときの圧力センサ４７の指示値を電流遮断圧力として計測した。その結果を（表１）に示す。
【００５０】
【表１】
0003853461.tif 000002
【００５１】
この表１から明らかなように、従来の防爆封口板では標準偏差が1.28であったのが、上記実施の形態の防爆封口板の場合には、標準偏差が0.30に大幅に低減している。なお、標準偏差σは下記の式（１）に基づき計算した。式（１）において、ｘi は上記装置により測定した電流遮断圧力、ｘ0 は平均値、ｎは測定回数をそれぞれ示す。
【００５２】
【数１】
0003853461.tif 000003
【００５３】
上記実施の形態の防爆封口板の易破断部３１は、一対の三角形状の通気孔３０Ａ，３０Ａの各々の角部を相対向させることにより、破断される箇所がほぼ規定されている。この易破断部３１は、図４（ａ）に示す円形の一対の通気孔３０Ｂ、３０Ｂ、または同図（ｂ）に示す四角形状の一対の通気孔３０Ｃ、３０Ｃの各々の角部を相対向させて形成し、それらの角部の間に形成してもよい。この場合、いずれの通気孔３０Ｂ，３０Ｃも、同一形状のものを一対用いて、対称配置に形成すれば、上記実施の形態と同様の破断効果を得ることができる。
【００５４】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板における下部金属箔弁体１８を示す平面図である。この下部金属箔弁体１８は、易破断部３１に、三角形状の一対の通気孔３０Ａ，３０Ａの孔縁部間を結ぶ直線に沿って破断規定線部となるミシン目４８が形成されており、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。したがって、易破断部３１は、ミシン目４８によって破断部位が確実に規制されるから、破断動作を安定に且つ円滑に行わせることができ、電流遮断圧力を一層確実に所定値に設定することができる。なお、ミシン目４８に代えて、薄肉の溝部を形成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
図６は本発明の第３の実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板を示す縦断面図である。この実施の形態の防爆封口板が第１および第２の実施の形態のものと異なるのは、下部金属箔弁体１８の易破断部３１に対し外側の近傍箇所に設ける固定部４９の構成のみであり、その他の構成は上記各実施の形態と同様である。
【００５６】
この実施の形態の固定部４９は、金属ケース２２における易破断部３１の外周側の近傍部位の対応箇所に、上方に突出する凸部２２ｂを設け、この凸部２２ｂにより下部金属箔弁体１８の対応箇所が押し上げられて絶縁ガスケット１９との間で局部的に強く金属ケース２２に圧接された構成になっている。なお、この固定部４９は、金属ケース２２の凸部２２ｂに代えて、絶縁ガスケット１９に下方へ突出する凸部を設けて構成してもよい。
【００５７】
上記固定部４９は、第１の実施の形態の防爆封口板の固定部３２と同様に、電池内圧により上部金属箔弁体１７の凹状部２３が変形するのに伴って下部金属箔弁体１８における分離線部２９の内方部位が引き上げられるときに、下部金属箔弁体１８における易破断部３１の外方箇所が金属ケース２２に押し付けて引き上げられるのを阻止する。それにより、下部金属箔弁体１８の展性により易破断部３１の破断強度がばらつくのを確実に防止できるから、易破断部３１は所定の電池内圧に達した時点でばらつきなく確実に破断される。
【００５８】
つぎに、第１または第２の実施の形態に係る防爆封口板の製造方法について説明する。図７（ａ）は、金属ケース２２と下部金属箔弁体１８との各々の所定部位を相互に溶着して固定部３２を形成する工程を示す。金属ケース２２内に、分離線部２９、通気孔３０Ａ，３０Ａおよび易破断部３１を予め形成した下部金属箔弁体１８、或いは上記構成に加えてミシン目４８を形成した下部金属箔弁体１８を挿入する。続いて、金属ケース２２と下部金属箔弁体１８とを、光通過孔５７ａを有する固定治具５７と熱退避用空間５８ａを有する固定治具５８により両側から挟み付け、金属ケース２２の所定部位に、レーザー溶接機５４から光通過孔５７ａを通じレーザー光を照射して、下部金属箔弁体１８における易破断部３１の外周側近接部位と金属ケース２２とを相互にレーザー溶接して固定部３２を形成する。ここで、互いの溶接すべき箇所である金属ケース２２と下部金属箔弁体１８の周縁部分とは、共に平坦面であるから、直接的に押圧しなくても隙間なく密着し、支障なくレーザー溶接できる。
【００５９】
次工程では、両金属箔弁体１７，１８相互間に接続部２８を形成する。図７（ｂ）に示すように、絶縁ガスケット１９および上部金属箔弁体１７を金属ケース２２内に順次挿入して、両金属箔弁体１７，１８の各々の周縁部分を絶縁ガスケット１９を介在して重ね合わせる。絶縁ガスケット１９を介在して重ね合わされた両金属箔弁体１７，１８の各々の周縁部分を、上下の固定治具５２，５３により金属ケース２２を介在して挟み付け、固定する。
【００６０】
つぎに、凹状部２３および凸状部２７の各々の接触部分の所定部位に、レーザー溶接機５４から上部固定治具５２の光通過孔５２ａを通じレーザー光を照射してレーザー溶接し、接続部２８を形成する。図７（ｂ）に示すように、上部金属箔弁体１７を金属ケース２２内に挿入して、上部金属箔弁体１７の周縁部分を絶縁ガスケット１９上に載置すると、上部および下部の金属箔弁体１７，１８の各々の凹状部２３と凸状部２７との先端部同士が互いに接触する。すなわち、下部金属箔弁体１８の凸状部２７および上部金属箔弁体１７の凹状部２３は、下部金属箔弁体１８の周縁部上面から凸状部２７の先端までの突出寸法をｄ１、上部金属箔弁体１７の周縁部下面から凹状部２３先端までの突出寸法をｄ２、絶縁ガスケット１９の厚みをＤとしたときに、ｄ１＋ｄ２＞Ｄの寸法関係に設定されている。
【００６１】
上述の絶縁ガスケット１９を介在して重ね合わされた両金属箔弁体１７，１８の各々の周縁部分を、上下の固定治具５２，５３により金属ケース２２を介在して挟み付け、固定する。このとき、上記のｄ１＋ｄ２＞Ｄの寸法関係から明らかなように、凹状部２３および凸状部２７が僅かに撓められて、それらの各々の先端部位は、屈撓による復元力によって互いに強く押し付け合って、隙間のない状態に密着する。つぎに、凹状部２３および凸状部２７の各々の接触部分の所定部位に、レーザー溶接機５４から上部固定治具５２の光通過孔５２ａを通じレーザー光を照射してレーザー溶接し、接続部２８を形成する。
【００６２】
ところで、レーザー溶接は、溶着強度の高い溶着部を形成できるものであって、被溶接物が剛性体や厚みの大きいものである場合にはそれ自体が変形しないことから支障なく溶接を行える。しかし、本発明における被溶接物である金属箔弁体１７，１８は、0.1 〜0.15ｍｍ程度の厚みの薄いものであって変形し易いため、レーザー溶接するに際してこれらの被溶接部位を互いに密着状態に保持する必要があるが、それらの被溶接部位を、固定治具を両側から押し付ける手段などにより密着させるようなことはできない。なぜならば、一方の固定治具にはレーザー光の通過孔を、他方の固定治具におけるレーザー光の照射箇所には熱影響を避けるための空間を、それぞれ必要とするためである。もし、被溶接部位に隙間が生じると、レーザー光を照射される一方の被溶接部材から他方の被溶接部材への熱伝導が不十分となり、溶接不良や孔があくなどの欠陥が生じる。
【００６３】
これに対し、本発明の製造方法では、被溶接物である両金属箔弁体１７，１８の凹状部２３および凸状部２７は、絶縁ガスケット１９の厚みＤに対し上記のようにｄ１＋ｄ２＞Ｄの寸法関係に設定したので、凹状部２３と凸状部２７とは、保持手段を用いることなく各々の先端部同士を密着同士に保持することができる。そのため、溶接不良や穿孔が生じることがなく、強固な接続部２８を歩留りよく形成することができる。なお、図７の工程以後は、従来と同様の工程により防爆封口板を製作する。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の密閉型電池用防爆封口板によれば、易破断部の破断強度を一対の通気孔の各々の孔縁部間を結ぶ直線の長さにより設定する構成とし、所定の位置に下部金属箔弁体を金属ケースに局部的に固定する固定部を設けたので、易破断部は、長さが格段に短くなった分だけ大きな厚みで所定の破断強度に正確に設定でき、また、一対の通気孔は、その間隔を正確に形成するのは容易であるから、破断強度にばらつきが生じない。したがって、この防爆封口板は、量産性に優れるとともに、電流遮断圧力に高い信頼性を得ることができる。
【００６５】
本発明に係る密閉型電池用防爆封口板の製造方法によれば、共に平坦面である金属ケースと下部金属箔弁体の周縁部分とを隙間なく密着させてレーザー溶接することにより、強固な固定部を確実に形成できる。また、両金属箔弁体の各々の凹状部および凸状部の各々の先端部位を隙間のない状態に密着させてレーザー溶接することにより、溶接不良や穿孔のない強固な接続部を歩留りよく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）における下部金属箔弁体のみの平面図。
【図２】同上防爆封口板の下部金属箔弁体が破断した状態の縦断面図。
【図３】同上防爆封口板の検査装置の概略を示す水平断面図。
【図４】（ａ），（ｂ）はいずれも下部金属箔弁体に形成する一対の通気孔の変形例を示す平面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板における下部金属箔弁体を示す平面図。
【図６】本発明の第３の他の実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板を示す縦断面図。
【図７】第１または第２の実施の形態に係る密閉型電池用防爆封口板の製造方法を示す工程図。
【図８】従来の密閉型電池用防爆封口板を示す縦断面図。
【図９】従来の他の密閉型電池用防爆封口板を示す縦断面図。
【符号の説明】
１７  上部金属箔弁体
１８  下部金属箔弁体
１８ａ  凸部
１９  絶縁ガスケット
１９ａ  凸部
２１  金属キャップ
２２  金属ケース
２３  凹状部
２７  凸状部
２８  接続部
２９  分離線部
３０Ａ〜３０Ｃ  通気孔
３２，４９  固定部
３３  筋目方向
３４  電池ケース
４８  ミシン目（破断規定線部）
５２，５３  固定治具
５７，５８  固定治具
【図１】
0003853461.tif 000004
【図２】
0003853461.tif 000005
【図３】
0003853461.tif 000006
【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】
0003853461.tif 000011
【図９】
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