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JPH08115715A - 防爆形密閉電池 - Google Patents

防爆形密閉電池

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Publication number
JPH08115715A
JPH08115715A JP6275811A JP27581194A JPH08115715A JP H08115715 A JPH08115715 A JP H08115715A JP 6275811 A JP6275811 A JP 6275811A JP 27581194 A JP27581194 A JP 27581194A JP H08115715 A JPH08115715 A JP H08115715A
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JP
Japan
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explosion
lead body
battery
mounting member
welded
Prior art date
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Application number
JP6275811A
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Inventor
Hiroshi Yamamoto
宏 山本
Tetsuo Kawai
徹夫 川合
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Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リード体取り付け部材と防爆弁との溶接部分
の剥離や亀裂がなく、かつ密閉性が優れ、しかも過充電
時や短絡時においても電池の発火や破裂を防止すること
ができる防爆形密閉電池を提供する。 【構成】 電池内圧の上昇に伴い内圧方向に変形を生じ
る防爆弁3とリード体取り付け部材1を溶接し、上記リ
ード体取り付け部材1にリード体8を溶接する防爆形密
閉電池において、上記リード体取り付け部材1に設けた
薄肉部1aの外周部分の同一円周上に発電要素側に向か
って先端部を有する凸部1cを少なくとも1個以上設
け、該凸部1cにリード体8に溶接することによって、
リード体取り付け部材1とリード体8との溶接時の出力
や加圧力を低減させ、そのリード体取り付け部材1とリ
ード体8との溶接時に、リード体取り付け部材1と防爆
弁3との溶接部分5が剥離したり、該溶接部分5に亀裂
が発生するのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、防爆形密閉電池に関
し、さらに詳しくは、リード体取り付け部材と防爆弁と
の溶接部分の剥離や亀裂がなく、かつ密閉性が高く、し
かも過充電時や短絡時においても電流を遮断させて発火
や破裂を防止することができる防爆形密閉電池に関す
る。
【0002】
【従来の技術】最近は、たとえばリチウム電池やリチウ
ム二次電池などの有機溶媒系電解液を用いた密閉電池
が、時計やカメラなどの携帯用機器の電源として広く使
用されている。
【0003】ところが、このような有機溶媒系の電解液
を用いた密閉電池は、電池内部の発電要素が化学変化を
起こして、電池内部の圧力が上昇し、高圧下で破裂する
場合がある。
【0004】たとえば、リチウム二次電池を過充電状態
にしたり、あるいは短絡状態になって大電流が流れる
と、電解液が分解し、その結果、電池内部にガスが発生
し、その発生したガスによって電池内部の圧力が上昇
し、最後には電池が高圧下で破裂してしまうことがあ
る。
【0005】また、リチウム一次電池においても、強制
的に過充電や過放電したり、あるいは他の電池からの強
制放電などによって、電池内部の圧力が上昇し、最後に
は発火にいたるおそれがあった。
【0006】そこで、従来からも、電池内部に発生した
ガスを電池外部へ放出して、電池の高圧下での破裂を防
止する、いわゆる防爆機能を電池に備えさせることが行
われている。
【0007】たとえば、図8に示すように、封口板を兼
ねるリード体取り付け部材1の中央部に薄肉部1aとそ
の周囲にガスが通過し得る圧力導入口1bを設け、端子
板2にガス排出孔2aを設け、電池内圧の上昇に伴い内
圧方向に変形を生じる防爆弁3の中央部を突出させて、
その突出部3aを上記リード体取り付け部材1の薄肉部
1aに溶接し、過充電あるいは短絡などによる異常反応
により電池内部にガスが発生して電池の内圧が上昇した
場合には、そのガス圧によって防爆弁3が変形して、薄
肉部1aを破断させるか、あるいは上記リード体取り付
け部材1の薄肉部1aと防爆弁3の突出部3aとの溶接
部分5を剥離させ、初期の段階で電流を遮断して上記異
常反応を停止させ、充電電流または短絡電流による温度
上昇を抑制し、電池の発火や破裂を防止する防爆構造が
採用されている。
【0008】このような防爆構造部分では、環状ガスケ
ット7の内部にリード体取り付け部材1、絶縁パッキン
グ4、防爆弁3を挿入し、防爆弁3に設けた突出部3a
とリード体取り付け部材1に設けた薄肉部1aとを溶接
した後、リード体8を上記リード体取り付け部材1に溶
接することによって組み立てられる。
【0009】しかしながら、上記防爆構造では、図9に
示すように、リード体取り付け部材1とリード体8の溶
接部分9が平面状であるため(なお、図9では、溶接部
分9をわかりやすくするために、リード体8の溶接部分
に相当する部分に網目状に斜線を入れ、そこに参照符号
9を付けている)、溶接時に大きな出力と加圧力を必要
とし、その結果、先に溶接した防爆弁3の突出部3aと
リード体取り付け部材1の薄肉部1aとの溶接部分5が
剥離したり、あるいは上記溶接部分5に亀裂が発生し、
電路として機能しないという問題が発生する。また、溶
接時の加圧力による影響でリード体取り付け部材1が変
形し、電池としての密閉性が低下するという問題もあっ
た。
【0010】上記以外の組立方法として、環状ガスケッ
ト7にリード体取り付け部材1を挿入した後、リード体
8を溶接し、その後、絶縁パッキング4、防爆弁3を挿
入し、防爆弁3の突出部3aとリード体取り付け部材1
の薄肉部1aとを溶接する方法も考えられるが、この方
法による場合、防爆弁3の突出部3aとリード体取り付
け部材の薄肉部1aとの溶接部分5の剥離や上記溶接部
分5の亀裂発生は解消されるが、生産性が著しく低いと
いう問題があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の防爆形密閉電池が持っていた防爆弁とリード体
取り付け部材との溶接部分が剥離したり、上記溶接部分
に亀裂が生じるという問題点を解消し、防爆弁とリード
体取り付け部材との溶接部分の剥離や亀裂の発生がな
く、かつ密閉性の優れた防爆形密閉電池を提供すること
を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成を、その実施例に対応する図1を用いて
説明すると、本発明は、リード体取り付け部材1の薄肉
部1aの外周部分の同一円周上に発電要素側に先端部を
有する凸部1cを少なくとも1個以上設け、上記凸部1
cにリード体8を溶接する構造とすることによって、上
記目的を達成したものである。
【0013】すなわち、リード体取り付け部材1に凸部
1cを設けておくことにより、リード体取り付け部材1
とリード体8との溶接部分9が面状から線状に変化し、
溶接時の出力および加圧力を小さくすることができるよ
うになる。その結果、先に溶接しておいた防爆弁3とリ
ード体取り付け部材1との溶接部分5の剥離や亀裂が生
じなくなり、電路としての信頼性が向上する。また、リ
ード体取り付け部材1に凸部1cを設けたことにより、
リード体取り付け部材1の強度が向上し、これと上記の
ようにリード体8とリード体取り付け部材1との溶接に
大きな加圧力を要しなくなったこととが相乗的に働い
て、リード体取り付け部材1の変形が防止され、電池と
しての密閉性の低下が防止され、密閉性が向上する。
【0014】
【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。ただし、本発明は実施例に例示のもののみに限
定されることはない。
【0015】図1は本発明の防爆形密閉電池の一実施例
を示す縦断面図である。図2は上記図1に示す防爆形密
閉電池に使用されているリード体取り付け部材を示すも
のであり、図2の(a)はその底面図、図2の(b)は
その縦断面図である。ただし、この図2は、その(a)
でリード体取り付け部材の底面を示していることからも
明らかなように、図1とは上下を反転させた状態で示し
ている。図3は上記図1に示す防爆形密閉電池に使用さ
れている防爆弁を示すものであり、図3の(a)はその
平面図、図3の(b)はその縦断面図である。図4はリ
ード体取り付け部材とリード体との溶接部分とその周辺
の拡大斜視図である。この図4も図1とは上下を反転さ
せた状態で示している。図5は図1に示す防爆形密閉電
池の防爆弁が電池内圧を受けて内圧方向に変形し、リー
ド体取り付け部材に設けた薄肉部が破断した時の状態を
示す要部拡大縦断面図である。図6は図1に示す防爆形
密閉電池の防爆弁が電池内圧を受けて内圧方向に変形
し、リード体取り付け部材と防爆弁との溶接部分が剥離
した時の状態を示す要部拡大縦断面図である。図7は本
発明の防爆形密閉電池に使用されるリード体取り付け部
材の他の実施例を拡大して示すもので、(a)はその底
面図、(b)はその縦断面図である。この図7も図1と
は上下を反転させた状態で示している。
【0016】まず、図1により、電池の構成部材を概略
的に説明すると、1はリード体取り付け部材、2は端子
板、3は防爆弁、4は絶縁パッキング、5は溶接部分、
6は電池ケース、7は環状ガスケット、8は正極側のリ
ード体、9はリード体取り付け部材1の凸部1cとリー
ド体8との溶接部分、10は正極、11は負極、12は
セパレータ、13は電解液、14は絶縁体、15は絶縁
体、16は負極側のリード体である。
【0017】リード体取り付け部材1は、封口板として
の機能を有するものであり、このリード体取り付け部材
1はアルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼な
どからなり、円板状をしていて、その中央部には薄肉部
1aが設けられ、図2に詳しく示されるように、防爆弁
3に電池内圧を作用させるための圧力導入口1bとして
4カ所に孔が設けられ、さらに上記薄肉部1aの外周部
分の同一円周上に凸部1cが設けられている。この凸部
1cは発電要素側(すなわち、正極10や負極11など
に向く側)に先端部を有するものであるが、この図2は
図1とは上下を反転させた状態で示している関係で、先
端部は上方を向いている。また、この実施例に示すもの
では、凸部1cを環状に設けているが、図7に示すよう
に、複数個の凸部1cを設けてもよい。そして、上記薄
肉部1aの上面に防爆弁3の突出部3aの下面が溶接さ
れ、溶接部分5を構成している。
【0018】なお、上記のリード体取り付け部材1に設
けた薄肉部1aや凸部1c、防爆弁3の突出部3aなど
は、図面上での理解がしやすいように、切断面のみを図
示しており、切断面後方の輪郭線は図示を省略してい
る。また、リード体取り付け部材1の薄肉部1aと防爆
弁3の突出部3aとの溶接部分5も、図面上での理解が
容易なように、実際よりは誇張した状態に図示されてい
る。
【0019】端子板2は、鉄にニッケルメッキを施した
金属材料、ステンレス鋼あるいはステンレス鋼にニッケ
ルメッキを施した金属材料で形成され、周縁部が鍔状に
なった帽子状をしており、この端子板2にはガス排出孔
2aが設けられている。
【0020】防爆弁3は、アルミニウム、チタン、ニッ
ケル、ステンレス鋼などの金属材料からなり、円板状を
しており、その中央部には発電要素側に先端部を有する
突出部3aが設けられ、前記したように、その突出部3
aの下面がリード体取り付け部材1の薄肉部1aの上面
に溶接され、溶接部分5を構成している。
【0021】絶縁パッキング4は、ポリプロピレンなど
の耐電解液性を有する合成樹脂で形成されていて、環状
をしており、リード体取り付け部材1と防爆弁3とを絶
縁するとともに、両者の間から電解液が漏れないように
両者の間隙を封止する。
【0022】電池ケース6は鉄にニッケルメッキを施し
た金属材料、あるいはステンレス鋼などの金属材料で形
成されており、環状ガスケット7はポリプロピレンなど
の耐電解液性を有する合成樹脂で形成されている。リー
ド体8はアルミニウム、チタン、ステンレス鋼などの金
属材料からなり、このリード体8の上端部は前記リード
体取り付け部材1の凸部1cの下面に溶接され、溶接部
分9を構成し、それによって、前記リード体取り付け部
材1と正極10とを電気的に接続している。なお、この
溶接部分9についても、図面上での理解がしやすいよう
に、実際よりは誇張した状態に図示している。また、図
4では、溶接部分9をわかりやすくするために、リード
体8の溶接部分に相当する部分に網目状に斜線を入れ、
そこに参照符号9を付けている。
【0023】正極10は、たとえば、MnO2 、TiS
2 、MoS2 、V2 5 、Lix MnOy 、Lix Ni
2 、Lix CoO2 などを活物質とし、これに必要に
応じてカーボンブラックなどの導電助剤とポリテトラフ
ルオロエチレンなどの結着剤などを加えて混合して調製
した正極合剤を成形したものであり、その成形にあたっ
てはステンレス鋼製網などが集電作用を兼ねた芯材とし
て使用されているが、この図1では繁雑化を避けるた
め、ステンレス鋼製網などの芯材は図示していない。
【0024】負極11は、たとえば、金属リチウム、リ
チウム合金、リチウムをドープしかつ脱ドープし得るカ
ーボンなどを用いて作製されたものであり、この負極1
1の作製にあたってもステンレス鋼製網などが集電作用
を兼ねた支持体として使用されているが、この図1では
繁雑化を避けるため、ステンレス鋼製網などの支持体は
図示していない。
【0025】セパレータ12は、ポリプロピレン不織
布、ポリエチレン不織布などの合成繊維不織布からな
り、前記正極10と負極11はこのセパレータ12を介
在させて重ね合わせられ、渦巻状に巻回して渦巻状電極
体として電池ケース6内に収容されている。
【0026】電解液13は、たとえば、プロピレンカー
ボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシ
エタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクト
ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホ
ランなどの有機溶媒の単独または2種以上の混合溶媒に
LiClO4 、LiPF6 、LiSbF6 、LiAsF
6 、LiBF4 、Li(C6 5 4 、、LiCF3
3 、LiC4 9 SO3 、(CF3 SO2 2 NL
i、(CF3 SO2 3 CLiなどの電解質を溶解させ
たものからなり、電池ケース6内に注入されている。
【0027】上記電池ケース6の底部にはポリテトラフ
ルオロエチレンシートなどからなる絶縁体14が設置さ
れ、前記正極10、負極11およびセパレータ12から
なる渦巻状電極体や、電解液13、渦巻状電極体上部の
絶縁体15などは、この電池ケース6内に収容されてい
る。そして、それらの収容後、電池ケース6の開口端近
傍部分に底部が内方に突出した環状の溝が形成される。
【0028】そして、上記電池ケース6の開口部に環状
ガスケット7を入れ、そこに前記のリード体取り付け部
材1と絶縁パッキング4と防爆弁3とを挿入し、防爆弁
3の突出部3aの下面とリード体取り付け部材1の薄肉
部1aの上面とをたとえば抵抗溶接、超音波溶接、レー
ザ溶接などの溶接手段により溶接して溶接部分5を構成
し、リード体8をリード体取り付け部材1の凸部1cに
上記と同様の溶接手段によって溶接し、その上から端子
板2を挿入し、電池ケース6の溝から先の部分を内方に
締め付けることによって電池ケース6の開口部が封口さ
れている。
【0029】上記のような電池組立にあたっては、あら
かじめ負極11と電池ケース6とをニッケル、銅、ステ
ンレス鋼などの金属製のリード体16で接続しておくの
が好ましい。
【0030】従来技術に従い、図8〜9に示すように、
リード体8をリード体取り付け部材1に面状で溶接して
いた場合には、たとえば、超音波溶接で出力80〜10
0%、加圧力3〜4kg/cm2 で溶接を行っていた
が、上記のようにリード体取り付け部材1に凸部1cを
設け、該凸部1cにリード体8を溶接する場合には、超
音波溶接で出力30〜50%、加圧力0.5〜2kg/
cm2 で溶接することができるようになり、その結果、
リード体取り付け部材1の薄肉部1aと防爆弁3の突出
部3aとの溶接部分5の剥離や亀裂発生などが大幅に減
少した。
【0031】そして、上記のようにして組み立てられた
電池においては、リード体取り付け部材1の薄肉部1a
と防爆弁3の突出部3aとが溶接部分5で接触し、防爆
弁3の周縁部と端子板2の周縁部とが接触し、正極10
とリード体取り付け部材1とはリード体8で接続されて
いるので、正極10と端子板2とはリード体8、リード
体取り付け部材1、防爆弁3およびそれらの溶接部分5
によって電気的接続が得られ、電路として正常に機能す
る。
【0032】そして、電池に異常事態がおこり、電池内
部にガスが発生して電池の内圧が上昇した場合には、そ
の内圧上昇により、図5に示すように、防爆弁3の中央
部が内圧方向(図5では、上側の方向)に変形し、それ
によって、薄肉部1aに剪断力が働いて、該薄肉部1a
が破断するか、または図6に示すように、防爆弁3の突
出部3aとリード体取り付け部材1の薄肉部1aとの溶
接部分5が剥離して消失し、それによって、正極10と
端子板2との電気的接続が消失して、電流が遮断される
ようになる。
【0033】なお、上記防爆弁3には薄肉部3bが設け
られており、たとえば、充電が極度に進行して電解液や
活物質などの発電要素が分解し、大量のガスが発生した
場合は、防爆弁3が変形して、防爆弁3の突出部3aと
リード体取り付け部材1の薄肉部1aとの溶接部分5が
剥離した後、この防爆弁3に設けた薄肉部3bが開裂し
てガスを端子板2のガス排出孔2aから電池外部に排出
させて電池の破裂を防止することができる。
【0034】つぎに、図1に示す構造で、正極活物質と
して二酸化マンガンを用い、負極にリチウムを用い、電
解液としてエチレンカーボネートと1,3−ジオキソラ
ンとの体積比1:2の混合溶媒にLiCF2 SO3
0.6mol/l溶解させたものを用いて防爆形密閉電
池を製造した。
【0035】また、図8に示すように、リード体8をリ
ード体取り付け部材1の下面に面状で溶接し、それ以外
は上記実施例の電池と同一の構成の電池を製造した。
【0036】なお、上記実施例の電池では、リード体8
とリード体取り付け部材1の凸部1cとの溶接は、超音
波溶接で出力40%、加圧力1kg/cm2 で溶接する
ことができたが、図8に示す従来構成の電池では、リー
ド体8をリード体取り付け部材1の下面に面状で溶接す
るため、上記実施例と同一条件では溶接することができ
ず、超音波溶接で出力90%、加圧力3.5kg/cm
2 で溶接した。
【0037】上記実施例の電池と図8に示す従来構成の
電池100個ずつについて20℃で内部抵抗を測定した
ところ、実施例の電池には内部抵抗が10Ωを超えるも
のがまったくなかったが、図8に示す従来構成の電池に
は内部抵抗が10Ωを超えるものが52個もあった。
【0038】また、上記実施例の電池と図8に示す従来
構成の電池100個ずつについて60℃、相対湿度90
%の雰囲気中で100日貯蔵し、漏液が発生する電池個
数を調べたところ、実施例の電池には漏液の発生するも
のがまったくなかったが、図8に示す従来構成の電池に
は漏液の発生したものが34個もあった。
【0039】以上の結果を次の表1にまとめて表示す
る。なお、表1では、上記実施例の電池は本発明と表示
し、図8に示す従来構成の電池は従来例と表示した。そ
して、試験に供した電池個数を分母に示し、内部抵抗不
良発生電池個数(すなわち、内部抵抗が10Ωを越えた
電池個数)や漏液の発生した電池個数を分子に示す態様
で表示した。
【0040】
【表1】
【0041】上記実施例の電池について、試験雰囲気2
0℃、2.8A定電流充電の条件下で過充電試験を行っ
たところ、過充電状態になると、充電電流が遮断され
て、電池温度が降下した。これは、過充電状態になる
と、電池内圧の上昇によって防爆弁3が内圧方向に変形
し、リード体取り付け部材1に設けた薄肉部1aが破断
したり、あるいはリード体取り付け部材1と防爆弁3と
の溶接部分5が剥離して、正極10と端子板2との電気
的接続が消失し、充電電流を遮断するからである。そし
て、その充電電流の遮断によって、電池の発火や破裂が
防止されるようになる。
【0042】上記実施例では、リード体取り付け部材1
の凸部1cを連続した環状に設けたが、それに代えて、
たとえば、図7に示すように複数個の凸部1cを薄肉部
1aの外周部分の同一円周上に設けてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、リー
ド体取り付け部材1の薄肉部1aの外周部分の同一円周
上に発電要素側に先端部を有する凸部1cを設け、該凸
部1cにリード体8を溶接することによって、上記溶接
時にリード体取り付け部材1と防爆弁3との溶接部分5
に剥離が生じたり、亀裂が発生するのを防止し、リード
体取り付け1と防爆弁3との溶接部分5の信頼性が高
く、かつ密閉性が優れた防爆形密閉電池を提供すること
ができた。
【0044】また、本発明の電池は、過充電や短絡など
の異常反応により、電池内圧が上昇して所定の圧力に達
したときに、防爆弁3がその内圧を受けて内圧方向に変
形し、それによって、薄肉部1aに剪断力が働いて該薄
肉部1aが破断するか、または防爆弁3とリード体取り
付け部材1との溶接部分5が剥離して、電流を遮断する
ので、過充電時や短絡時においても電池の発火や破裂を
防止することができるという、高い安全性を備えてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の防爆形密閉電池の一実施例を示す縦断
面図である。
【図2】図1に示す防爆形密閉電池に使用されたリード
体取り付け部材を拡大して示すもので、(a)はその底
面図、(b)はその縦断面図である。この図2は図1と
は上下を反転させた状態で示している。
【図3】図1に示す防爆形密閉電池に使用された防爆弁
を拡大して示すもので、(a)はその平面図、(b)は
その縦断面図である。
【図4】図1に示す防爆形密閉電池のリード体取り付け
部材とリード体との溶接部分とその周辺の拡大斜視図で
ある。ただし、この図4は図1とは上下を反転させた状
態で示している。
【図5】図1に示す電池の防爆弁が電池内圧を受けて内
圧方向に変形し、リード体取り付け部材に設けた薄肉部
が破断した状態を拡大して示す要部縦断面図である。
【図6】図1に示す電池の防爆弁が電池内圧を受けて内
圧方向に変形し、防爆弁とリード体取り付け部材との溶
接部分が剥離した状態を拡大して示す要部縦断面図であ
る。
【図7】本発明の防爆形密閉電池に使用されるリード体
取り付け部材の他の実施例を拡大して示すもので、
(a)はその底面図、(b)はその縦断面図である。こ
の図7は図1とは上下を反転させた状態で示している。
【図8】従来の防爆形密閉電池の要部縦断面図である。
【図9】図8に示す従来の防爆形密閉電池のリード体取
り付け部材とリード体との溶接部分とその周辺の拡大斜
視図である。
【符号の説明】
1 リード体取り付け部材 1a 薄肉部 1b 圧力導入口 1c 凸部 2 端子板 2a ガス排出孔 3 防爆弁 3a 突出部 4 絶縁パッキング 5 溶接部分 6 電池ケース 7 環状ガスケット 8 リード体 9 溶接部分 10 正極 11 負極 12 セパレータ 13 電解液

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池内圧の上昇に伴い内圧方向に変形を
    生じる防爆弁3と中央部に薄肉部1aを設けたリード体
    取り付け部材1とを溶接し、上記リード体取り付け部材
    1にリード体8を取り付ける防爆形密閉電池であって、
    上記リード体取り付け部材1の薄肉部1aの外周部分の
    同一円周上に発電要素側に向かって先端部を有する凸部
    1cを少なくとも1個以上設け、該凸部1cにリード体
    8を溶接したことを特徴とする防爆形密閉電池。
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