JPH1173934A

JPH1173934A - 密閉形電池の安全弁

Info

Publication number: JPH1173934A
Application number: JP9236194A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakada; 裕之中田; Chihiro Murata; 千洋村田; Shiyuuichi Arae; 修一荒栄
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】設定した作動圧力に対して小さい誤差範囲内
で確実に作動する、平常時の密閉性に優れて信頼性の高
い電池の安全弁を提供する。【解決手段】所定の圧力が付加されたときに破断する
金属製の安全弁９であって、破断予定パターン１１が板
１２を貫通するスリット１２ａにより形成された比較的
肉厚の第１の金属板１２と、該第１の金属板に、前記破
断予定パターンのスリット１２ａを覆って重ね合わせた
比較的肉薄の第２の金属板１３とを具備する構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパイラル形リチ
ウム電池等の密閉形電池の封口部に内装される安全弁に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のスパイラル形リチウム電池には、
小型、軽量化と共に高性能が求められており、極めて気
密度の高い封口がなされている。そのため、一次電池に
おける内部短絡、外部短絡あるいは漏れ電流などによる
充電や、二次電池における過充電等の異常環境下におい
て、電池の内部圧力が異常に上昇し、電池が発火、破裂
することがある。

【０００３】従って、これを防止するため安全機構のつ
いた電池が種々提案されており、その安全弁として、
（１）Ａｌラミネートフィルムを破断させるものや、
（２）金属、セラミックス、フッ素樹脂等に薄肉溝部を
設けて内圧がかかった時に破れ易くするもの等がある。

【０００４】前者の（１）のタイプのものは、例えば図
６に示すように、電池の組立封口板Ｂの中に設ける安全
弁９を、厚みが２５〜２０μｍのアルミニウム薄板から
成る金属薄板と、その上面に載置した一軸延伸処理を施
した合成樹脂フィルムとで構成し、内圧が１５〜２１ｋ
ｇ／ｃｍ²に上昇したとき、この安全弁９が裂けて電池
内のガスを逃がすようにしたものがある（特開平１−１
５１１５３号公報等）。

【０００５】ここで、前記合成樹脂フィルムには、材質
的に耐有機溶剤性に優れるものが採用され、例えば厚み
２０μｍ程度のポリエチレン（ＰＥ）や、厚み１５μｍ
程度のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及び厚
み８μｍ程度のエチレン−エチルアクリレート共重合樹
脂（ＥＥＡ）等が使用されている。そして、前記封口板
Ｂの底面には、発電要素群Ａの正極活物質からの集電リ
ード７がスポット溶接により一体化され、従って、封口
板Ｂは正極端子を兼ねる。また、封口板Ｂは低透湿性、
耐電解液性のポリプロピレンからなる絶縁ガスケット６
を介して気密封口されている。

【０００６】一方、後者の（２）のタイプのものは、図
７に示すように、電池の封口板Ｂに設ける安全弁９には
金属、セラミックス、フッ素樹脂等を用いて、これに薄
肉溝部を形成した構成としたもので、薄肉溝部はプレス
加工により形成して、例えば生地厚０．４ｍｍのステン
レスに対し、幅０．２ｍｍ、厚みを０．０２ｍｍ程度に
仕上げている（特開昭５９−７９９６５号公報等）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）のＡｌラミネートフィルムによる破断を利用する
安全機構では、安全弁となるＡｌラミネートフィルム
が、Ａｌの片面もしくは両面に樹脂層を形成したものか
ら出来ているため、Ａｌラミネートフィルム自体に電気
的導通性がない。そのため、図６に示すように、集電リ
ード７と溶接される正極端子部８は、Ａｌラミネートフ
ィルム及び封口板Ｂの側部を迂回して、正極端子１０の
上面にまで延在させなければならない。かかる構造は、
電池製造工数及び部品数の増大を招くという問題があ
る。

【０００８】一方、上記（２）の金属、セラミックス、
フッ素樹脂等の薄肉溝部による破断を利用する安全機構
の場合、セラミックスやフッ素樹脂を使用すると材料コ
ストが高価であるという問題がある。また、金属材料を
使用するとすれば、耐食性の観点あるいは電池材料との
関係から、使用できる素材としては、ＳＵＳ３０４，Ｓ
ＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３１６Ｌなどのオーステナイト系
ステンレス鋼に現状では特定されてしまい、これらのも
のでは薄肉溝部の厚さを０．０２ｍｍに形成してもその
破断する作動圧力は２５Ｋｇｆ／ｃｍ²程度にしかなら
ず、しかも加工誤差に伴う作動圧力のばらつきは±４Ｋ
ｇｆ／ｃｍ²ほどになってしまい、スパイラル形リチウ
ム電池の安全弁として望まれている１５±１Ｋｇｆ／ｃ
ｍ²程度の作動圧を確保するのが困難であるという問題
がある。

【０００９】本発明は以上の様な事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、設定した作動圧力に対して小
さい誤差範囲内で確実に作動する、平常時の密閉性に優
れて信頼性の高い電池の安全弁を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかる密閉形電池の安全弁では、所定の圧
力が付加されたときに破断する金属製の弁体で構成され
る安全弁を、破断予定パターンが板を貫通するスリット
により形成された比較的肉厚の第１の金属板と、該第１
の金属鋼板に前記破断予定パターンのスリットを覆って
重ね合わされる比較的肉薄の第２の金属板とで構成す
る。ここで、金属板にオーステナイト系ステンレス鋼を
用いて安全弁を作成する場合、第１の金属板の厚さは例
えば５０〜８０μｍ程度、第２の金属板は例えば１０μ
ｍ程度にするのが望ましい。

【００１１】安全弁に破断予定形状の薄肉溝部を形成す
るにあたって、従来のように金属板にプレス加工あるい
はエッチング処理を施すようにすると、その形成する薄
肉溝部の加工寸法管理が困難であるだけでなく、加工硬
化や残留歪みなどに起因してクラックが生じやすく、そ
の作動圧に対する信頼性を十分に得難いが、本発明のご
とく破断予定形状に抜いたスリットを有する第１の金属
薄板に、薄肉溝部の厚さに相当する厚さの第２の金属薄
板を積層して薄肉溝部を具備する安全弁を形成するよう
にすれば、薄肉溝部の厚さ管理が高精度にしかも容易に
行え、さらに薄肉溝部には加工硬化が生じたり加工歪み
が残留することもなく、当該部位にクラックが発生する
ことを可及的に防止でき、設定作動圧に対して小さい誤
差範囲で確実に作動する信頼性の高い安全弁を得ること
ができる。

【００１２】つまり、従来のものと異なり、破断する部
位として予定されている薄肉溝部の厚さは、第２の金属
板そのものの厚さであるから、厚さとして１０μｍ程度
の薄さが要求される場合であっても、その薄さを実現す
ることに困難性がない。しかも、弁体全体の剛性につい
ては、主として比較的肉厚の第１の金属板に担わせるこ
とができる。

【００１３】また、第１の金属板及び第２の金属板は金
属材料で出来ているから共に導電性があり、弁体全体と
しても導電性がある。このため従来のＡｌラミネートフ
ィルムを用いた場合（図６）のように、封口板をＡｌラ
ミネートフィルム及び正極端子の側部を迂回させる必要
はなく、正極端子を直接に弁体に接続することができ
る。よって、電池の製造工数及び部品数を少なくするこ
とができる。

【００１４】なお、オーステナイト系ステンレス鋼を用
いて安全弁を作成する場合、スパイラル形リチウム電池
に望まれる耐圧を達成するには、その薄肉溝部の厚さは
１０μｍ程度である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る密閉型電池の
安全弁の好適な実施の形態について添付図面に基づいて
説明する。

【００１６】図１は、本発明を適用したスパイラル形リ
チウム電池を示したものであり、次のようにして作成さ
れる。

【００１７】Ａは円筒形の缶１内に収容された発電要素
であり、シート状正極、セパレータ、シート状負極を順
次重ね合わせてスパイラル状に巻回したスパイラル状電
極群２から成る。シート状正極はステンレスの集電体に
二酸化マンガンを圧着したシート、セパレータはＰＰ
（ポリプロピレン）製不織布、そしてシート状負極は金
属リチウムのシートである。スパイラル状電極群２は、
底板３（図７参照）を付けて有底円筒形の缶１内に収容
される。そして、図１に示す群押さえ４を電極群２の上
部に載置した後、群押さえ４の上方部位にて缶１にビー
ディング部（溝部）１ａを設けてスパイラル状電極群２
を固定せしめ、前記金属リチウムに接触した集電体から
の負極リード板５が負極缶１の内底面にスポット溶接さ
れる。

【００１８】次に、ビーディング部１ａの上部にガスケ
ット６を装着して、集電リード７と正極端子部８を溶接
し、注液ノズル（図示せず）を中心孔に差し込んで有機
電解液を注入する。電解液は、溶媒がＰＣ，ＥＣ，Ｄ
Ｏ，ＤＭＥの４成分であり、溶質には、トリフロロメタ
ンスルホン酸リチウムＬｉＣＦ₃ＳＯ₃を使用した。

【００１９】次いで、封口板Ｂとして、安全弁９及び正
極端子１０を挿入載置し、缶１の開口部をカール封口す
る。安全弁９は、予め正極端子１０にスポット溶接され
る。ここで、単に正極端子部８、安全弁９、正極端子１
０の順に積層しただけの形態とすることもできる。

【００２０】安全弁９は、所定の圧力が付加されたとき
に破断する金属製の弁体（いわゆるラプチャーディス
ク）で構成され、その中央部には、図２に示すように、
破断に要する形状ないし破断予定パターン１１が、薄肉
溝部９ａにより形成されている。

【００２１】図１〜図３に示すように、安全弁９は、２
枚の金属鋼板つまり比較的肉厚の第１の金属鋼板１２と
比較的肉薄の第２の金属鋼板１３とを重ね合わせたもの
からなる。これらの金属鋼板１２，１３はオーステナイ
ト系ステンレス鋼でなる。

【００２２】第１の金属鋼板１２は、５０〜８０μｍ程
度の比較的肉厚のものでなり、そのほぼ中央には、当該
板を貫通するスリット１２ａにより、上記の破断予定パ
ターン１１が形成されている。なお、本明細書におい
て、スリットといった場合、広がりのない穴の形態をも
含む。

【００２３】本実施形態の場合、上記の破断予定パター
ン１１は、図２に示すように、円の一部分１１０が切れ
た開ループ状の円形溝部１１ａと、該円形溝部１１ａか
ら半径方向外側に走る複数本の放射線状部１１ｂとから
できており、円形溝部１１ａは、安全弁９のラプチャー
ディスクと同心に位置されている。しかし、本発明はこ
こに示した破断予定パターンの形状寸法や配置に限定さ
れるものではなく、多角形状の破断予定パターンとした
り、中心からずれた位置に破断予定パターンを設けるこ
ともできる。

【００２４】第２の金属鋼板１３は、１０μｍ以下の比
較的肉薄のものからなり、上記第１の金属鋼板１２に対
し、該第１の金属鋼板に明けられた前記破断予定パター
ン１１のスリット１２ａを覆って重ね合わせられる。そ
して、前記安全弁９は、電池の内側に第２の金属鋼板１
３が位置するように設けられる。その理由は、電池の内
圧が高まった場合に、第２の金属鋼板１３が圧力により
第１の金属鋼板１２に圧接される方向の力を受ける配置
関係となるためである。換言すれば、逆に第１の金属鋼
板１２が電池の内側に来るように配置すると、電池の内
圧が高まった場合に、第２の金属鋼板１３が圧力により
第１の金属鋼板１２から剥離される方向の力を受けるの
で好ましくない。

【００２５】本実施形態のごとく薄肉溝部の形状に抜い
た第１の金属薄板１２に、薄肉溝部９ａの厚さに相当す
る厚さ１０μｍ以下の第２の金属薄板を積層すること
で、所定の耐圧を、クラックの発生を心配することなし
に設定することができる。

【００２６】即ち、破断する部位として予定されている
薄肉溝部９ａの厚さは、第２の金属鋼板１３そのものの
厚さであり、技術上、金属鋼板を１０μｍ以下の薄さに
形成することに困難性はない。しかも、第１の金属鋼板
１２の厚さは５０〜８０μｍあるので、安全弁９全体も
十分な剛性を持つことができる。

【００２７】また、第１の金属鋼板１２及び第２の金属
鋼板１３は金属材料で出来ているため、安全弁９の弁体
全体としても導電性がある。このため、正極端子部８は
安全弁９の側部を迂回させて正極カップ兼正極端子１０
に接続する必要がなく、図１の如く直接に安全弁９の内
側面に接続することができる。

【００２８】〔実施例〕本発明の実施例の対象であるス
パイラル形リチウム電池に望まれる耐圧値は、１５±１
Ｋｇｆ／ｃｍ²である。そこで、この耐圧値を得るた
め、第１の金属鋼板１２として、図２に示すような破断
予定パターン１１の形状に抜いたスリット１２ａを有す
るＳＵＳ３０４の金属薄板であって、厚さが５０，６
０，７０，８０μｍと異なるものを４種類用意し、それ
ぞれについてに第２の金属鋼板１３として１０μｍのＳ
ＵＳ３０４から成る金属薄板を積層して、４種類の安全
弁９を作製した。これを第２の金属鋼板１３が電池の内
側になるように用いて単２形の空電池を組立て、その耐
圧測定を行った。この結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】表１から分かるように、どの仕様においても、ばらつき
は±１Ｋｇｆ／ｃｍ²以内であった。

【００３０】よって、本発明によれば所望する１５±１
Ｋｇｆ／ｃｍ²の耐圧値を用意に設定することができ
る。

【００３１】上記実施例では第１の金属鋼板１２及び第
２の金属鋼板１３にステンレス鋼を用いたが、低作動圧
の設計の場合、薄肉溝部の形状に抜いた金属薄板つまり
第１の金属鋼板１２の材質をＡｌにすることも可能であ
る。

【００３２】〔従来例〕従来例として、図６，図７に示
した構造の安全弁９を有する単２形の空電池を組み立て
た。それぞれの空電池において、安全弁９として、直径
２３．５ｍｍのＳＵＳ３０４の円板のほぼ中央部に、本
実施例と同じ図２に示すような形状の薄肉溝部９ａを設
け、単２形の空電池を組み立て後、耐圧を測定した。そ
の結果を図４，図５に示す。

【００３３】図４は材料厚さが０．２ｍｍの場合の薄肉
溝部９ａの厚さ（μｍ）対耐圧値（ｋｇｆ／ｃｍ²）を
示したグラフ、図５は材料厚さが０．１ｍｍの場合の薄
肉溝部９ａの厚さ対耐圧値を示したグラフである。それ
ぞれの図中、黒四角印、白菱形印、黒三角印は熱処理に
より変えたビッカース硬度（ＨＶ）の違いを示し、黒四
角印は１４０ＨＶ、白菱形印は２００ＨＶ、黒三角印は
３１０ＨＶの場合のデータである。

【００３４】本結果より、オーステナイト系ステンレス
鋼を材料に用いた場合、材料厚さは０．１ｍｍ以下ま
た、薄肉溝部厚さ２０μｍ以下が望まれることがわか
る。

【００３５】この条件を満たすには、プレス加工での成
形は不可能であって、またエッチング処理においても薄
肉溝部の厚さの公差の設定が１／１０００ｍｍとなり、
精度に問題が生じる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような優れた効果が得られる。

【００３７】（１）請求項１に記載の密閉形電池の安全
弁は、破断予定パターンの形状に抜いた第１の金属板
と、薄肉溝部の厚さに相当する厚さの第２の金属板とを
積層する構成であるので、クラックの発生を心配するこ
となしに所定の耐圧に設定することができる。即ち、破
断する部位として予定されている薄肉溝部の厚さは、第
２の金属板そのものの厚さとなり、その厚さとして１０
μｍ程度の薄さが要求される場合であっても、加工性に
富む金属板を素材としていることから、その薄さを実現
することは容易である。しかも、弁体全体の剛性につい
ては、第１の金属鋼板に担わせることができる。

【００３８】また、第１の金属板及び第２の金属板は導
電材料であるので、安全弁全体としても導電性がある。
このため、従来のＡｌラミネートフィルムを用いた場合
のように、封口板をＡｌラミネートフィルム及び正極端
子の側部を迂回させる必要はなく、正極端子を安全弁に
直接接続することができる。よって、電池の製造工数及
び部品数を少なくすることができる。

【００３９】（２）請求項２に記載の密閉形電池の安全
弁によれば、前記比較的肉薄の第２の金属板は、その第
１の金属板のスリットを覆っている部分において、ほぼ
１０μｍの厚さを有するので、オーステナイト系ステン
レス鋼を用いて安全弁を作成する場合にスパイラル形リ
チウム電池に望まれる耐圧１５±１Ｋｇｆ／ｃｍ²の耐
圧値を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の安全弁を具備する密閉形電池の部分断
面図である。

【図２】図１の安全弁の平面図である。

【図３】図１の安全弁の一部を拡大して示した図であ
る。

【図４】従来の安全弁の薄肉溝部の厚さと耐圧値との関
係を示した図である。

【図５】従来の安全弁の薄肉溝部の厚さ対耐圧値の関係
を、材料の厚さを変えた場合について示した図である。

【図６】従来のＡｌラミネートフィルムを用いた安全弁
を具備する密閉形電池の断面図である。

【図７】従来の金属等の素材に薄肉溝部をプレス加工に
より設けた安全弁を具備する密閉形電池の断面図であ
る。

【符号の説明】

１缶１ａビーディング部２スパイラル状電極群３底板４群押さえ５負極リ―ド板６ガスケット７集電リード８正極端子部９安全弁９ａ薄肉溝部１０正極端子１１破断予定パターン１１０円の一部分１１ａ円形溝部１１ｂ放射線状部１２第１の金属鋼板１２ａスリット１３第２の金属鋼板Ａ発電要素群Ｂ封口板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の圧力が付加されたときに破断する
金属製の弁体で構成される安全弁であって、破断予定パ
ターンが板を貫通するスリットにより形成された比較的
肉厚の第１の金属板と、該第１の金属板に前記破断予定
パターンのスリットを覆って重ね合わせた比較的肉薄の
第２の金属板とを具備することを特徴とする密閉形電池
の安全弁。
【請求項２】前記第２の金属板は１０μｍ程度の厚さ
を有することを特徴とする請求項１記載の密閉型電池の
安全弁。