JP2000149901A - 電池及びこの電池を用いた組電池 - Google Patents

電池及びこの電池を用いた組電池

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非水電解質二次電池１の側面の平面状の部分
や底面に冷却プレート７が密着して塞がれる場合にも、
発電要素２の下端部から抜け出た高圧のガスを円滑に外
部に放出することができる電池及びこの電池を用いた組
電池を提供する。 【解決手段】 非水電解質二次電池１の電池ケース３の
側面の下端部に安全弁６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、巻回型の発電要素
を電池ケース内に収納した非水電解質二次電池等の電池
及びこの電池を用いた組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】大型大容量の長円筒形の非水電解質二次
電池１の従来の構造例を説明する。この非水電解質二次
電池１の発電要素２は、図１９に示すように、帯状の正
極２ａと負極２ｂを帯状のセパレータ２ｃを介して長円
筒形に巻回したものである。正極２ａは、アルミニウム
箔の表面に正極の活物質やバインダ等からなる合剤２ｄ
を塗布したものであるが、帯状の下端部付近にこの合剤
２ｄの未塗工部を形成してアルミニウム箔が露出するよ
うにしている。また、負極２ｂは、銅箔の表面に負極の
活物質やバインダ等からなる合剤２ｅを塗布したもので
あるが、帯状の上端部付近にこの合剤２ｅの未塗工部を
形成して銅箔が露出するようにしている。これらの正極
２ａと負極２ｂは、それぞれ上下に少しずつずらして巻
回することにより、下方には正極２ａの下端部を突出さ
せると共に、上方には負極２ｂの上端部を突出させてい
る。
【０００３】上記発電要素２の上方に突出する負極２ｂ
の上端部には、図２０に示すように、負極集電体９を接
続固定する。負極集電体９は、銅合金板をプレス加工し
たものであり、この銅合金板を折り返して形成した各ス
リット部に負極２ｂの上端部に露出した銅箔をそれぞれ
挟み込んでかしめや溶接等により接続固定する。この負
極集電体９には、銅合金からなる負極端子５が上方に突
出するようにしてかしめや溶接等により接続固定されて
いる。また、発電要素２の下方に突出する正極２ａの下
端部には、正極集電体８を接続固定する。正極集電体８
は、アルミニウム合金板をプレス加工したものであり、
このアルミニウム合金板を折り返して形成した各スリッ
ト部に正極２ａの下端部に露出したアルミニウム箔をそ
れぞれ挟み込んでかしめや溶接等により接続固定する。
この正極集電体８は、一端を発電要素２の側面に沿わせ
て負極集電体９の上方まで引き出し、ここにアルミニウ
ム合金からなる正極端子４をかしめや溶接等によって接
続固定している。
【０００４】上記正極集電体８と負極集電体９を接続し
た発電要素２は、図２１に示すような長円筒形の電池ケ
ース３内に収納される。電池ケース３は、アルミニウム
合金板やステンレス鋼板等からなり、長円筒形容器状の
ケース本体３ａの上端開口部に長円形板状の蓋板３ｂを
嵌め込んで周囲を溶接等によって封止固定したものであ
る。そして、発電要素２に接続固定された上記正極端子
４と負極端子５は、それぞれ内側から蓋板３ｂの２箇所
の開口孔に通して上方に突出させ、各開口孔との間の隙
間にガラスハーメチックシールを形成することにより絶
縁封止固定される。なお、実際にはこれらの正極端子４
と負極端子５には、予め蓋板３ｂと同種の金属リングが
ガラスハーメチックシールやセラミックハーメチックシ
ールによって絶縁固定されている。そして、これらの正
極端子４と負極端子５に絶縁固定した金属リングを蓋板
３ｂの２箇所の開口孔に溶接によってそれぞれ封止固定
した後に、この蓋板３ｂをケース本体３ａに嵌め込んで
溶接等により封止固定する。
【０００５】上記非水電解質二次電池１は、異常時に発
電要素２が過熱すると電解液が分解してガスを発生する
ので、内部が高圧になり電池ケース３が破裂する危険性
がある。そこで、従来は、ケース本体３ａの底面と蓋板
３ｂに安全弁６を形成している。安全弁６は、ケース本
体３ａや蓋板３ｂを構成するアルミニウム合金板やステ
ンレス鋼板等に溝を形成してその部分の板厚を薄くした
ものであり、電池ケース３内の圧力が異常に上昇する
と、この板厚の薄い溝部分が破断して内部のガス抜きが
行われるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ここで、発電要素２内
で発生したガスは、正極２ａや負極２ｂが密に巻回され
ているために、巻軸方向に沿った上下いずれかの端部側
にしか移動することができない。このために、ケース本
体３ａの底面と蓋板３ｂに安全弁６を形成して、この発
電要素２の巻軸方向に沿って上下の端部から抜け出して
来たガスを円滑に外部に放出できるようにしている。た
だし、このような長円筒形の非水電解質二次電池１が単
電池で用いられる場合には、内部の圧力が上昇するとケ
ース本体３ａの側面の平面状の部分が外側に膨らむの
で、例えば発電要素２の下端部から抜け出たガスをこの
ケース本体３ａの側面の膨らんだ部分を通して上端部側
に移動させることにより、この上端の蓋板３ｂにのみ安
全弁６を設けるようにすることも可能である。しかし、
上記非水電解質二次電池１を複数個密着して並べ組電池
として用いる場合には、隣接する非水電解質二次電池１
の側面の平面状の部分が互いに押し合うので、単電池の
場合にように内部の圧力によって膨らむことができず、
発電要素２の下端部から抜け出たガスが上端部に移動で
きないために、ケース本体３ａの底面にも安全弁６が必
要になる。
【０００７】このため、従来の非水電解質二次電池１を
組電池として用いた場合には、安全弁６が形成された電
池の底面を塞いだ状態で使用することができないという
問題があった。例えば、航空宇宙用等の特殊用途の組電
池の場合には、図２２に示すように、複数個の各非水電
解質二次電池１の間と、これらの非水電解質二次電池１
の底面の下方とに、アルミニウム合金等の熱伝導性のよ
い材質からなる冷却プレート７を密着させて配置し、図
外の冷却装置による冷却を行うことがある。そして、こ
のような場合には、各非水電解質二次電池１の側面の平
面状の部分が冷却プレート７に束縛されて膨らむことが
できないので、ケース本体３ａの底面に安全弁６を形成
する必要があるが、このケース本体３ａの底面も冷却プ
レート７によって塞がれるので、安全弁６が正常に機能
できないという問題が生じる。
【０００８】また、上記非水電解質二次電池１を単電池
として用いる場合であっても、設置スペースに隙間なく
挟まれて配置されケース本体３ａの側面が膨らむことが
できないようなときには、ケース本体３ａの底面に安全
弁６が必要になる。従って、このような場合にも、安全
弁６が形成された電池の底面を塞がないようにして使用
しなければならないという問題が生じる。
【０００９】さらに、円筒形の非水電解質二次電池の場
合には、電池ケースの側面が全て湾曲し平面状の部分が
ないために、単電池として余裕のある設置スペースで用
いたときにも、この側面が膨らむことができない。従っ
て、この円筒形の非水電解質二次電池の場合にも、電池
ケースの上面と底面に安全弁を形成する必要があり、こ
の電池を底面が塞がれた状態で使用することができない
という問題が生じる。
【００１０】なお、このような問題は、必ずしも非水電
解質二次電池に限らず、安全弁を必要とし巻回型の発電
要素を用いた全ての電池に共通するものである。
【００１１】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、電池ケースの側面の底面付近に安全
弁を設けることにより、底面を塞いだ状態でも使用する
ことができる電池及びこの電池を用いた組電池を提供す
ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、巻回
型の発電要素を電池ケース内に収納した電池において、
発電要素の巻軸方向に沿った電池ケースの側面におけ
る、この発電要素の少なくとも一方の電極の合剤塗布部
端面を含む位置に安全弁が形成されたことを特徴とす
る。
【００１３】請求項１の発明によれば、安全弁が電池ケ
ースの側面の少なくともいずれか一方の端部に形成され
ているので、電池の一方の端面が塞がれている場合に
も、巻回型の発電要素の一方の端部側に抜け出たガスを
この安全弁から外部に円滑に放出させることができるよ
うになる。なお、この安全弁は、電池ケースの側面にお
ける双方の端部に設けることもできる。
【００１４】請求項２の発明は、長円筒に巻回した巻回
型の発電要素を長円筒形の電池ケース内に収納した電池
において、発電要素の巻軸方向に沿った電池ケースの側
面における、長円筒形の湾曲部側であって、この発電要
素の少なくとも一方の電極の合剤塗布部端面を含む位置
に安全弁が形成されたことを特徴とする。
【００１５】請求項２の発明によれば、安全弁が長円筒
形の電池ケースの側面における湾曲部に設けられるの
で、この側面の平面状の部分が膨らむことができないよ
うに塞がれている場合にも、内部のガスを横方向に円滑
に放出させることができるようになる。
【００１６】請求項３の電池は、前記電池ケースの側面
に沿った高さが、幅の最も狭い部分の１．５倍以上であ
ることを特徴とする。
【００１７】請求項３の発明によれば、電池ケースの側
面に沿った発電要素の巻軸方向の長さが幅に対して十分
に長いので、安全弁がなければ電池ケースの一方の端面
側で逃げ場を失うおそれのあるガスを、側面に形成した
安全弁から確実に外部に放出することができるようにな
る。
【００１８】請求項４の組電池は、前記一方の端面側が
底面側である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
電池が複数個並べて配置されると共に、これらの電池の
底面側と隣接する各電池間とにそれぞれ冷却プレートが
配置されたことを特徴とする。
【００１９】請求項４の発明によれば、組電池の冷却プ
レートによって各電池の電池ケースの側面と底面とが塞
がれた場合でも、この電池ケースの側面の底面側に安全
弁を設けることにより、巻回型の発電要素の底面側に抜
け出たガスを外部に円滑に放出させることができるよう
になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
【００２１】図１〜図４は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１は非水電解質二次電池の全体斜視図、
図２は非水電解質二次電池の下端部付近の構造を示す部
分拡大縦断面図、図３は非水電解質二次電池の内部構造
を示す縦断面図、図４は複数の非水電解質二次電池を並
べた組電池の斜視図である。なお、図１９〜図２２に示
した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号
を付記する。
【００２２】本実施形態は、図１９〜図２２に示した従
来例と同様の長円筒形に巻回された発電要素２を備えた
非水電解質二次電池１について説明する。図１に示すよ
うに、この非水電解質二次電池１の電池ケース３は、長
円筒形容器状のケース本体３ａの上端開口部に長円形板
状の蓋板３ｂを嵌め込んで周囲をレーザ溶接やＴＩＧ溶
接等によって封止固定したものであり、アルミニウム合
金板やステンレス鋼板等からなる。図１９〜図２０に示
した発電要素２は、この電池ケース３内に収納される。
また、この発電要素２に接続固定された正極端子４と負
極端子５は、蓋板３ｂの２箇所の開口孔から上方に突出
されて、ガラスハーメチックシールにより絶縁封止固定
される。なお、正極端子４と負極端子５は、ガラスハー
メチックシール以外にも、セラミックハーメチックシー
ルを用いたり、合成樹脂製のパッキン材をねじで締め付
ける等の手段で蓋板３ｂに絶縁封止固定することができ
る。
【００２３】上記蓋板３ｂには、従来と同様に、中央部
に安全弁６が形成されている。また、ケース本体３ａに
は、側面の湾曲部側における下端部に安全弁６が形成さ
れている。これらの安全弁６は、ケース本体３ａや蓋板
３ｂを構成するアルミニウム合金板やステンレス鋼板等
に溝を形成してその部分の板厚を薄くしたものである。
この溝の形成方法としては、切削加工、プレス加工又は
エッチング等が用いられる。ただし、切削加工によりケ
ース本体３ａの側面の湾曲部に安全弁６を形成する場合
には、３次元ＮＣ等の曲面を切削できる装置が必要にな
る。また、プレス加工による場合は、ケース本体３ａの
絞り加工や蓋板３ｂの打ち抜き加工と同時に溝を形成す
ることも可能ではあるが、通常はこれらの加工後に別途
溝に沿った突起を有する金型によって刻印を押すように
形成する。エッチングは、ケース本体３ａや蓋板３ｂの
溝を形成する部分以外の表面を保護膜で覆い、エッチン
グ液の化学反応によって金属板の板厚を薄くして溝を形
成する技術である。このような安全弁６が形成される
と、異常時に電池ケース３の内部の圧力が異常に上昇し
た場合に、板厚の薄い溝部分が破断してガスを外部に放
出することができるようになる。
【００２４】上記ケース本体３ａの側面に形成する安全
弁６は、図２に示すように、溝の下端が発電要素２にお
ける正極２ａの合剤２ｄと負極２ｂの合剤２ｅが塗布さ
れている下端の位置Ａよりも下方に至るように形成され
る。発電要素２の下方には、図３に示すように、正極２
ａの下端部を接続固定する正極集電体８が配置されるの
で、ケース本体３ａの底面との間に隙間が生じる。この
ため、発電要素２の下端部から抜け出たガスは、ケース
本体３ａの底面との隙間を通って側面の下端部に至るこ
とができる。そこで、ケース本体３ａの安全弁６の溝を
発電要素２の下端よりも下方に至るように形成しておけ
ば、この安全弁６がケース本体３ａの底面になくても、
ガスをケース本体３ａの側面の下端部から外部に円滑に
放出させることができる。また、発電要素２におけるセ
パレータ２ｃと、正極２ａの合剤２ｄが塗布されていな
いアルミニウム箔が露出した部分や、負極２ｂの合剤２
ｅが塗布されていない銅箔が露出した部分は、剛性がな
くある程度柔軟性があるために、高圧のガスはこれらを
押し退けて移動することができる。従って、ケース本体
３ａの安全弁６の溝は、発電要素２の下端ではなく、図
２に示した合剤２ｄと合剤２ｅの塗工部の下端の位置Ａ
よりも下方に至るように形成するだけでも足りる。
【００２５】上記構成の非水電解質二次電池１は、電池
ケース３の側面が束縛されて底面が塞がれた場合であっ
ても、異常時に発電要素２の下端部から抜け出たガスを
ケース本体３ａの側面の安全弁６から外部に円滑に放出
させることができるようになる。なお、発電要素２の巻
軸方向の長さが短い場合には、この発電要素２の内部で
発生したガスを全て上端部から抜け出させるようにする
ことも可能である。このため、本発明は、長円筒形の狭
い方の幅の１．５倍以上の高さを有する非水電解質二次
電池１の場合に特に有効である。また、円筒形の非水電
解質二次電池１の場合にも、直径の１．５倍以上の高さ
を有する場合に特に有効となる。
【００２６】本実施形態では、図４に示すように、上記
非水電解質二次電池１を複数個並べて組電池とし、これ
ら各非水電解質二次電池１の間と底面の下方に冷却プレ
ート７を密着させて配置して使用する。この場合、各非
水電解質二次電池１は、側面の平面状の部分が冷却プレ
ート７に束縛されて膨らむことができないので、異常時
に発電要素２の下端部から抜け出したガスを上端部に移
動させて蓋板３ｂの安全弁６から外部に放出させること
ができない。また、ケース本体３ａの底面も冷却プレー
ト７によって塞がれるので、ここに安全弁６を形成する
こともできない。しかし、本実施形態の非水電解質二次
電池１は、ケース本体３ａの側面における湾曲部の下端
部に安全弁６が形成されるので、高圧のガスを底面との
隙間を通しこの安全弁６から外部に円滑に放出すること
ができるようになる。
【００２７】なお、上記実施形態では、安全弁６がＹ字
形と逆Ｙ字形を上下に繋いだ溝形状である場合について
説明したが、所定以上の圧力を受けて確実に破断し得る
溝形状であれば、必ずしもこの第１の構成例に限定され
るものではなく、例えば以下のような安全弁６の構成例
が考えられる。図５及び図６に示す第２の構成例は、Ｙ
字形と逆Ｙ字形を上下に繋いだ溝の両側にさらに上下方
向の溝を形成したものである。図７及び図８に示す第３
の構成例は、上下方向の矢印形状の溝としたものであ
る。図９及び図１０に示す第４の構成例は、上下方向の
矢印形状の溝の両側にさらに上下方向の溝を形成したも
のである。図１１及び図１２に示す第５の構成例は、下
向きの矢印形状の溝の下端にさらに水平方向の溝を形成
したものである。図１３及び図１４に示す第６の構成例
は、上向きの矢印形状の溝の上端にさらに水平方向の溝
を形成したものである。図１５及び図１６に示す第７の
構成例は、方形の溝にさらに両対角線の溝を形成したも
のである。図１７及び図１８に示す第９の構成例は、上
下方向の１本の溝の上下端に溝幅よりも少し大きい窪み
を形成したものである。
【００２８】また、上記のような溝を形成する安全弁６
に代えて、ケース本体３ａや蓋板３ｂに設けた開口孔に
金属の薄板をレーザ溶接等で張り付けて密閉したり、こ
の開口孔に弾性体を用いた圧力弁を取り付けるようにし
たもの等を用いることもできる。
【００２９】さらに、上記実施形態では、非水電解質二
次電池１について説明したが、安全弁６を設けた巻回型
の発電要素２を用いる電池であればどのようなものにも
同様に実施可能である。また、上記実施形態では、長円
筒形の電池について説明したが、円筒形の電池の場合に
も同様に実施することができる。さらに、上記実施形態
では、電池の側面の下端部にのみ安全弁６を設けたが、
側面の上端部に設けることもでき、この場合には蓋板３
ｂの安全弁６は不要となる。また、電池の上端面が塞が
れるような場合には、この電池の側面の上端部にのみ安
全弁６を設けることもできる。
【００３０】さらに、上記実施形態では、ケース本体３
ａと蓋板３ｂを組み合わせた電池ケース３について説明
したが、これに限らず、この電池ケース３の構成は任意
である。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池及びこの電池を用いた組電池によれば、安全弁が
電池ケースの側面の端部に形成されているので、電池の
端面が塞がれている場合にも、内部で発生したガスをこ
の安全弁から外部に円滑に放出させることができるよう
になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、非水
電解質二次電池の全体斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、非水
電解質二次電池の下端部付近の構造を示す部分拡大縦断
面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、非水
電解質二次電池の内部構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、複数
の非水電解質二次電池を並べた組電池の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、安全
弁の溝形状の第２の構成例を示す非水電解質二次電池の
全体斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態を示すものであって、安全
弁の溝形状の第２の構成例を示す非水電解質二次電池の
側面図である。
【図７】本発明の一実施形態を示すものであって、安全
弁の溝形状の第３の構成例を示す非水電解質二次電池の
全体斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態を示すものであって、安全
弁の溝形状の第３の構成例を示す非水電解質二次電池の
側面図である。
【図９】本発明の一実施形態を示すものであって、安全
弁の溝形状の第４の構成例を示す非水電解質二次電池の
全体斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第４の構成例を示す非水電解質二次電池
の側面図である。
【図１１】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第５の構成例を示す非水電解質二次電池
の全体斜視図である。
【図１２】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第５の構成例を示す非水電解質二次電池
の側面図である。
【図１３】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第６の構成例を示す非水電解質二次電池
の全体斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第６の構成例を示す非水電解質二次電池
の側面図である。
【図１５】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第７の構成例を示す非水電解質二次電池
の全体斜視図である。
【図１６】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第７の構成例を示す非水電解質二次電池
の側面図である。
【図１７】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第８の構成例を示す非水電解質二次電池
の全体斜視図である。
【図１８】本発明の一実施形態を示すものであって、安
全弁の溝形状の第８の構成例を示す非水電解質二次電池
の側面図である。
【図１９】従来例を示すものであって、発電要素の構成
を示すための斜視図である。
【図２０】従来例を示すものであって、発電要素と集電
体と端子の構成を示すための斜視図である。
【図２１】従来例を示すものであって、非水電解質二次
電池の全体斜視図である。
【図２２】従来例を示すものであって、複数の非水電解
質二次電池を並べた組電池の斜視図である。
【符号の説明】 １ 非水電解質二次電池 ２ 発電要素 ２ａ 正極 ２ｂ 負極 ２ｄ 正極活物質 ２ｅ 負極活物質 ３ 電池ケース ３ａ ケース本体 ３ｂ 蓋板 ６ 安全弁 ７ 冷却プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増田 英樹 京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地 日本電池株式会社内 Ｆターム(参考） 5H011 AA13 CC06 DD05 KK01 5H012 AA01 BB01 DD05 EE04 FF01 GG01 5H029 AJ12 AM01 BJ22 BJ27 CJ04 DJ02 DJ11 EJ01 HJ12

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 巻回型の発電要素を電池ケース内に収納
    した電池において、 発電要素の巻軸方向に沿った電池ケースの側面におけ
    る、この発電要素の少なくとも一方の電極の合剤塗布部
    端面を含む位置に安全弁が形成されたことを特徴とする
    電池。
  2. 【請求項２】 長円筒に巻回した巻回型の発電要素を長
    円筒形の電池ケース内に収納した電池において、 発電要素の巻軸方向に沿った電池ケースの側面におけ
    る、長円筒形の湾曲部側であって、この発電要素の少な
    くとも一方の電極の合剤塗布部端面を含む位置に安全弁
    が形成されたことを特徴とする電池。
  3. 【請求項３】 前記電池ケースの側面に沿った高さが、
    幅の最も狭い部分の１．５倍以上であることを特徴とす
    る請求項１又は請求項２に記載の電池。
  4. 【請求項４】 前記一方の端面側が底面側である請求項
    １乃至請求項３のいずれかに記載の電池が複数個並べて
    配置されると共に、これらの電池の底面側と隣接する各
    電池間とにそれぞれ冷却プレートが配置されたことを特
    徴とする組電池。
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