JP2001185226A

JP2001185226A - 非水電解液電池

Info

Publication number: JP2001185226A
Application number: JP37576599A
Authority: JP
Inventors: Takenori Ishizu; 竹規石津; Akira Kojima; 亮小島; Mitsuru Koseki; 満小関; Tatsuo Horiba; 達雄堀場
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】安全性が高く、部品数を増加させずに絶縁密
閉構造を確保できる大型非水電解液電池を提供する。【解決手段】折り曲げ部１１ａと段部１１ｂとの間
に、密閉・絶縁性及び耐熱性に優れる、ＰＦＡ樹脂製の
絶縁部材１２を介して封口電池蓋群１４と電池缶１１と
が気密にカシメ固定されている。絶縁部材１２にはスカ
ート部１２ａが形成されており、空間１５に対応する側
面外部からの外部応力で電池が変形しても、正極リード
５と段部１１ａとの短絡が防止される。軸芯１１は電池
缶１１底部と上蓋ケース７に当接し電極群１３の移動を
規制する。上蓋ケース７はアルミニウム合金製で非水電
解液に対する耐食性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非水電解液電池に係
り、特に、大型の非水電解液電池の絶縁密閉構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に広く用いられている二次電
池としては、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム電池など
の水溶液系二次電池が主流であった。しかし、これらの
水溶液系二次電池は、水の分解電位を越える動作電圧を
得られないので、エネルギー密度が低いという欠点を有
していた。そこで最近では、リチウム二次電池に代表さ
れる非水電解液電池の研究開発が盛んである。この非水
電解液電池は、動作電圧が高く、高エネルギー密度を有
し、サイクル特性にも優れているので、電気容量が１．
５Ａｈ程度の民生用小型電池のみならず、近時の省エネ
ルギーや環境保全の要請と相俟って、電力貯蔵用や電気
自動車用の大型電池への展開が期待されている。

【０００３】ところが、非水電解液電池では、電池内へ
の水分の侵入を厳密に防止する必要があるので、電池の
気密性の確保が水溶液系二次電池以上に重要となる。ま
た、電池の安全性の点でも、電極群の一方の極を外部集
電端子に導通する導電部材と反対の極性を有する部材と
の接触・短絡を防止する必要があるので、民生用小型電
池の分野では、例えば、特開平第５−４１２４４号公報
に開示されているように、電極群の上部に絶縁板を配
し、電池缶と電極群との短絡を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報の技術を電気容量が５Ａｈを上回るような大容量の大
型非水電解液電池に適用しようとすると、安全性及び作
業性に関し考慮すべき種々の問題点が発生する。すなわ
ち、上記公報の技術では、カシメ部付近の電池側面から
の外部応力で電池缶が変形することにより、一方の極と
導通した電池缶又は電池缶段部と、電極群中の他方の極
と導通した導電部材と、が接触・短絡することを防止す
ることができない。このような接触・短絡を防止するた
めには、例えば、導電部材を絶縁テープなどで巻くなど
の対応も考えられるが、作業を複雑化させ、作業効率を
低減させてしまう。また、電池の上下方向への振動又は
電池が電池蓋群を下方にした状態で落下した際に、電極
群は電池缶開口部方向へ容易に移動するので、電極群の
端が破損し正極板及び／又は負極板が薄膜セパレータを
貫通して、電極群中の正極板と負極板との短絡が生ず
る。

【０００５】更に、大型電池において、民生用小型電池
と同様に外部集電端子を兼ねた電池蓋群と電池缶とのカ
シメ機構により密閉しようとする場合には、カシメ部に
使用される絶縁部材は、気密性を保持する機能が必要と
されると共に、電池容量が大きくなることから出力電流
値も大きくなるので、その高出力充放電に応じた高い絶
縁性を有することも必要とされる。

【０００６】このように大型の非水電解液電池では、安
全性、並びに、気密性・絶縁性の確保、及び、電池作製
上の作業効率の向上は、特に重要な課題である。

【０００７】本発明は上記事案に鑑み、安全性が高く、
部品数を増加させずに絶縁密閉構造を確保することがで
きると共に作業効率の向上を図ることができる、大型の
非水電解液電池を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して軸
芯に捲回した電極群と、前記電極群を収容し、上部開口
端を内側へ折り曲げて形成された折り曲げ部と該折り曲
げ部の下方に形成され内側に突出した形状の段部とを有
する電池缶と、前記電極群のいずれか一方の極板と前記
電池缶とを導通する第１の導電部材と、前記電池缶の折
り曲げ部及び段部との間に密着されるＰＦＡ（テトラフ
ルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合体）樹脂製の絶縁部材と、防爆機構を有すると共
に外部集電端子となり、前記電池缶の折り曲げ部と段部
との間に前記絶縁部材を介して気密にカシメ固定され、
前記電池缶の上部開口を封口する封口電池蓋群と、前記
封口電池蓋群に接合され、前記電極群のいずれか他方の
極板と前記封口電池蓋群とを導通する第２の導電部材
と、を具備している。

【０００９】本発明では、正極板と負極板とをセパレー
タを介して軸芯に捲回した電極群が電池缶に収容されて
いる。第１の導電部材により電極群のいずれか一方の極
板と電池缶とは導通されており、また、第２の導電部材
により電極群のいずれか他方の極板と封口電池蓋群とは
導通されており、第２の導電部材は封口電池蓋群に接合
されている。封口電池蓋群は、防爆機能を有すると共に
外部集電端子となり、電池缶の折り曲げ部と段部との間
に、該折り曲げ部及び段部にＰＦＡ樹脂製の絶縁部材を
介して気密にカシメ固定され、電池缶の上部開口が封口
されている。従って、絶縁部材は電池缶の折り曲げ部及
び段部との間で封口電池蓋群と電池缶とに密着して両者
間をシール（密閉）する。

【００１０】本発明によれば、絶縁部材にＰＦＡ樹脂を
使用したので、ＰＦＡ樹脂は封口電池蓋群と電池缶とに
挟まれて電池缶の折り曲げ部と段部との間にカシメ固定
されても、カシメ時の曲げ応力に十分に耐えることがで
きる。また、ＰＦＡ樹脂は高い絶縁性を有しているの
で、第１の導電部材で電極群のいずれか一方の極板に導
通された電池缶と、第２の導電部材で電極群のいずれか
他方の極板に導通された封口電池蓋群と、の間に短絡を
生じさせることなく出力電流値の大きい大型の非水電解
液電池での絶縁性を確保することができる。また、ＰＦ
Ａ樹脂は適度な弾性を有しているので、カシメ固定によ
り電池缶と封口電池蓋群との気密性を確保することがで
き、しかもこの気密性は、電池異常時に電池内圧が上昇
しても封口電池蓋群の防爆機構が機能するまで保持する
ことが可能なことから、電池内容物を電池外部に飛散さ
せることを防止することができる。更に、ＰＦＡ樹脂は
耐熱性を有しているので、電池異常時に電池温度が上昇
しても軟化・溶解しずらいので、電池異常時でも気密
性、絶縁性を確保することができる。

【００１１】この場合において、絶縁部材が、電池缶の
段部と第２の導電部材とを絶縁するように、電池缶の段
部よりも下部方向へ延出されたスカート部を有するよう
にすれば、段部と第２の導電部材との間に絶縁性が確保
されるので、カシメ部近辺の電池側面からの外部応力に
より電池缶が変形した場合でも、段部と第２の導電部材
との接触・短絡を防止することができると共に、新たな
短絡防止部品の増加を伴わずに短絡を防止することがで
きるので、作業効率を向上させることができる。また、
軸心を、封口電池蓋群に当接するようにすれば、電極群
は固定されるので、電極群が電池缶の上部開口方向へ容
易に移動して電極群の端部を破損したり、又は、正極及
び／又は負極板がセパレータを貫通することにより生ず
る短絡を防止することができる。更に、第２の導電部材
と接合される、封口電池蓋群の内側の部材をアルミニウ
ム合金製とすれば、封口電池蓋群の非水電解液との接触
による腐蝕を防ぐことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明が適
用可能な非水電解液電池の実施の形態について説明す
る。

【００１３】（構成）図１に示すように、本実施形態の
非水電解液電池２０は、軸芯４を捲回中心として正極板
１と負極板２とをセパレータ３を介して渦巻状に捲回し
た電極群１３を非水電解液電池２０の缶体となる導電性
の有底電池缶１１内に、軸芯４の下端を電池缶１１の底
部に当接させて、収容している。正極板１、負極板２及
びセパレータ３で構成される発電要素は、軸心４への捲
回を開始する際に、発電要素の巻きはじめ端部が軸芯４
に接着剤で固定されている。なお、電極群１３の上下両
端には、電極群１３と電池缶１１との短絡を防止する絶
縁板が配されている。

【００１４】負極板２からはニッケル製の第１の導電部
材としての負極リード６が導出されており、負極リード
６は電池缶１１の底部に溶接されている。一方、正極板
１からはアルミニウム合金製の第２の導電部材としての
正極リード５が導出されており、正極リード５の先端部
は封口電池蓋群１４の内側に配置されたアルミニウム合
金製の皿状上蓋ケース７に溶接されている。

【００１５】封口電池蓋群１４は、上述した上蓋ケース
７、防爆機構として機能する安全弁９、安全弁９を挟ん
で周縁部を上蓋ケース７の周縁部でカシメられ正極外部
集電端子として外部へ露出する導電性の上蓋キャップ１
０及び上蓋ケース７の皿底部外面周縁に配置され安全弁
９を押さえるリング状の弁押さえ８で一体に構成されて
いる。上述した軸芯４の上端は、正極リード５を収容す
るためのスペースとして、電極群１３上端に配された絶
縁板と封口電池蓋群１４との間に側面を電池缶１１で画
定された空間１５、を突き抜けて上蓋ケース７の皿底部
内面中央に当接している。

【００１６】封口電池蓋群１４は、電池蓋１１にＰＦＡ
（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニ
ルエーテル共重合体）樹脂製の絶縁部材１２を介して気
密にカシメ固定されている。このカシメにより、電池缶
１１には、上端開口端が内側方向に折り曲げられた折り
曲げ部１１ａと、折り曲げ部１１ａの下方で内側方向に
突出した形状の段部１１ｂと、が形成される。また、絶
縁部材１２は、ＰＦＡ樹脂が適度な弾性を有しているた
め、カシメにより電池缶１１と封口電池蓋群１４との双
方が密着され密閉状態が確保されている。本実施形態で
は、この密閉状態を更に向上させるために、折り曲げ部
１１ａと段部１１ｂとの間（以下便宜上、カシメ部とい
う。）で、絶縁部材１２と上蓋ケース７とが密着する部
位、及び、絶縁部材１２と電池缶１１とが密着する部位
にシール材が塗着されている。

【００１７】また、絶縁部材１２には、段部１１ｂより
も下部方向に（電極群１３の上端方向に）延出されたス
カート部１２ａが形成されており、空間１５内で段部１
１ｂ及び電池缶１１を覆って正極リード５との接触を防
止する絶縁構造が採られている。

【００１８】なお、非水電解液電池２０には、電池缶１
１内に図示しない非水電解液が充填されている。

【００１９】（作用等）大型の非水電解液電池では、絶
縁部材１２は封口電池蓋群１４と電池缶１１との絶縁を
確保する機能を有し、かつ、カシメの応力に耐える強度
と、電池の圧壊や釘刺し等の電池異常時の内圧上昇や温
度上昇においても、封口電池蓋群１４や発電要素等の電
池内容物を外部に飛散させないために、形状（密閉構
造）を保持する機能を有する必要がある。特に大型電池
では、民生用小型電池の数倍から数十倍の電解液量が充
填されるので、内部短絡等の異常時には、この充填され
た電解液が気化又は分解し、急激かつ大量にガス化す
る。絶縁部材１２は、この発生ガスによる内圧上昇に耐
え、発生ガスを防爆機構の作動により、外部に完全に放
出するまでカシメ構造を維持する機能が必要である。ま
た、圧壊等による内部短絡では、短時間で急速放電が起
こるので、大容量の大型電池の場合には、電池温度が１
００°Ｃ以上まで容易に到達する。１００°Ｃ以上の高
温下では、大半の絶縁部材は軟化又は溶解し、形状を維
持することはできない。このような温度上昇と内圧上昇
が同時に起こる過酷な条件下であっても、カシメ構造に
よる絶縁密閉性を維持可能な絶縁部材を使用する必要が
ある。本発明者らは、鋭意検討の結果、カシメ部の絶縁
部材１２の材質としてＰＦＡ樹脂が最も適していること
を見い出し、本発明に至った。以下、本実施形態の非水
電解液電池２０の作用について説明する。

【００２０】本実施形態では、ＰＦＡ樹脂を材質とした
絶縁部材１２は高い絶縁性を有するので、電池缶１１と
封口電池蓋群１４とを絶縁することができると共に、Ｐ
ＦＡ樹脂は適度な弾性を有しているので、カシメにより
電池缶１１と封口電池蓋群１４との間で双方と密着し電
池缶１１の上部開口をシールすることができる。また、
ＰＦＡ樹脂はカシメ時の曲げ応力にも充分に耐える機能
を有している。更に、絶縁部材１２は電池内側に配置さ
れるので、図示しない非水電解液と接触するが、ＰＦＡ
樹脂は非水電解液との長期接触にも膨潤することなく、
絶縁性と密閉性を保持することができる。しかも、ＰＦ
Ａ樹脂は耐熱性を有するので、高率放電時又は電池缶１
１が１００°Ｃを超える電池異常状況下であっても十分
に耐えことができる。

【００２１】民生用小型電池では、電極群と正極リード
との短絡を防止すると共に、上下方向の振動等により電
極群は容易に開口部方向へ移動するので、電池缶と正極
板との接触（短絡）を防止するために、電極群の上端部
中央に円形穴が形成された絶縁板を配置している。しか
しながら、大型電池における電極群は重量も大きくなる
ので、このような絶縁板による絶縁だけでは、短絡防止
には有効ではない。本実施形態では、電極群１３を固定
し開口部方向へ移動できない構造が採用されている。

【００２２】すなわち、電極群１３中の軸心４は封口電
池蓋群１４を構成する上蓋ケース７の内面と電池缶１１
の底部とに当接しており、封口電池蓋群１４はカシメ構
造により電池缶１１に固定されているので、軸心４は封
口電池蓋群１４と電池缶１１とにより移動が規制され電
池缶１１内に固定される。また、電極群１３は正極板１
と負極板２とがセパレータ３を介して捲回されており、
捲回する際の張力と、正極板１とセパレータ３、及び、
セパレータ３と負極板２との間に存在する非水電解液の
表面張力と、により固定され、上述したように、これら
発電要素と軸心４とは捲回の巻きはじめ端部に接着剤に
より固定されているので、電極群１３は、上記構造や接
着力を越える外部応力が加わらない限り、上部開口方向
へは移動できないことから、電極群１３と正極リード５
との短絡は起こらない。

【００２３】しかし、電池缶１１の段部１１ａの下方に
は、電池内部に空間１５が存在するので、この箇所を側
面方向からの外部応力により電池缶１１が内側へ変形し
た場合には、正極板１に導通した正極リード５と、負極
板２に導通した電池缶１１と、が容易に短絡することと
なる。本実施形態では、絶縁部材１２にスカート部１２
ａを形成して電池缶１１及び段部１１ｂを覆い、正極リ
ード５との接触を防止する絶縁構造を採用したので、側
面方向からの外部応力により電池缶１１が変形しても、
正極リード５と電池缶１１及び／又は段部１１ｂとの内
部短絡を防止することができる。しかも、絶縁部材１２
にＰＦＡ樹脂を使用しているので、上述したように絶縁
性・耐電解液性等の機能を十分満足させることができ
る。

【００２４】更に、本実施形態では、正極外部集電端子
となる上蓋キャップ１０の周縁部が、非水電解液と接触
する位置に配置された上蓋ケース７にカシメられている
が、上蓋ケース７をアルミニウム合金製としたので、電
池内部での腐蝕を防ぐことができると共に、電池電圧が
４Ｖ以上まで上昇する非水電解液電池２０の高電圧に耐
え得る構造とすることができる。

【００２５】従って、本実施形態よれば、絶縁と密閉を
確保するための部品個数を増加させることなく作業効率
を向上させることができると共に、大型の非水電解液電
池２０の安全性を確保するために特に有効な絶縁密閉構
造を提供することができる。

【００２６】

【実施例】（実施例）本実施形態に従って、絶縁部材１
２にＰＦＡ樹脂を用いた非水電解液電池２０（以下、実
施例の電池という。）を作製した。非水電解液には、エ
チレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶
液中に、１モル／リットルの割合で６フッ化リン酸リチ
ウム（ＬｉＰＦ_６）を溶解したものを用い、電池缶１１
の開口部より注液した後、上述したカシメ機構により封
口した。作製した実施例の電池の放電容量は７．４Ａｈ
であった。

【００２７】（比較例）また、実施例の電池の効果を確
認するために、比較例の電池を作製した。この比較例の
電池は、絶縁部材１２にＰＦＡ樹脂に代えてＰＰ樹脂を
使用した以外は、実施例の電池と同様に作製したもので
ある。

【００２８】（試験）＜試験内容＞次に、上記のように作製した実施例及び比
較例の電池について、充電容量７．４Ａｈの満充電の状
態で、直径４０ｍｍの丸棒を用い、電池の中央部を電池
直径の半分まで圧壊して、そのときの両電池の挙動を調
べる圧壊試験を行った。この圧壊試験では、電極群１３
内の発電要素が変形するために正負極に内部短絡が生
じ、この内部短絡により非水電解液の気化・分解により
急激な内圧上昇と温度上昇が起こり、さらに圧壊時の外
部応力によりカシメ部にも外部応力が加えられる等の過
酷な試験である。

【００２９】＜試験結果、評価＞圧壊試験の結果、実施
例の電池では、電池を圧壊し始めてまもなく安全弁９が
作動し発煙が見られたものの、封口電池蓋群１４はカシ
メ部に固定されていた。一方、比較例の電池では、電池
を圧壊し始めてまもなく発煙が見られる共に、カシメ構
造を維持することができず、封口電池蓋群１４がカシメ
部から外れて飛び出した。この飛び出した封口電池蓋群
１４を観察したところ、正極リード５の先端部が溶接さ
れた上蓋ケース７の皿底部中央が大きく安全弁９側へ湾
曲していた。これは、圧壊部分の体積変化で電極群１３
の中央に配置された軸心４が上蓋ケース７を押し上げた
ことによりアルミニウム合金製で比較的変形しやすい上
蓋ケース７の皿底部中央を湾曲させたものと思われる。

【００３０】圧壊試験の試験結果から明らかなように、
電池が内圧上昇や温度上昇を引き起こし、更に内部応力
や外部応力が加わる等の複合的な電池異常時であって
も、カシメ部にＰＦＡ樹脂製の絶縁部材１２を使用した
実施例の電池は、安全性が確保されている。

【００３１】なお、本実施形態では、本発明に係る非水
電解液電池を適用した１例のみを示したが、本発明は本
例に限定されることなく、上述した特許請求の範囲にお
いて種々の態様を採ることができることは論を待たな
い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
絶縁部材にＰＦＡ樹脂を使用したので、ＰＦＡ樹脂は封
口電池蓋群と電池缶とに挟まれて電池缶の折り曲げ部と
段部との間にカシメ固定されても、カシメ時の曲げ応力
に十分に耐えることができる。また、ＰＦＡ樹脂は高い
絶縁性を有しているので、第１の導電部材で電極群のい
ずれか一方の極板に導通された電池缶と、第２の導電部
材で電極群のいずれか他方の極板に導通された封口電池
蓋群と、の間に短絡を生じさせることなく出力電流値の
大きい大型の非水電解液電池での絶縁性を確保すること
ができる。また、ＰＦＡ樹脂は適度な弾性を有している
ので、カシメ固定により電池缶と封口電池蓋群との気密
性を確保することができ、しかもこの気密性は、電池異
常時に電池内圧が上昇しても封口電池蓋群の防爆機構が
機能するまで保持することが可能なことから、電池内容
物を電池外部に飛散させることを防止することができ
る。更に、ＰＦＡ樹脂は耐熱性を有しているので、電池
異常時に電池温度が上昇しても軟化・溶解しずらいの
で、電池異常時でも気密性、絶縁性を確保することがで
きる、という種々の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用可能な実施の形態の非水電解液電
池の部分断面図である。

【符号の説明】

１正極板２負極板３セパレータ４軸芯５正極リード（第２の導電部材）６負極リード（第１の導電部材）７上蓋ケース８弁押さえ９安全弁（防爆機構）１０上蓋キャップ（外部集電端子）１１電池缶１１ａ折り曲げ部１１ｂ段部１２絶縁部材１３電極群１４封口電池蓋群１５空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小関満東京都中央区日本橋本町二丁目８番７号新神戸電機株式会社内 (72)発明者堀場達雄東京都中央区日本橋本町二丁目８番７号新神戸電機株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA09 AA13 FF03 GG02 HH02 5H012 AA01 BB02 BB04 DD01 EE01 EE04 FF01 GG01 JJ01 5H029 AJ12 AJ14 AM03 AM07 BJ02 BJ14 BJ27 CJ03 CJ07 DJ02 DJ03 DJ07 EJ01 EJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板と負極板とをセパレータを介して
軸芯に捲回した電極群と、前記電極群を収容し、上部開口端を内側へ折り曲げて形
成された折り曲げ部と該折り曲げ部の下方に形成され内
側に突出した形状の段部とを有する電池缶と、前記電極群のいずれか一方の極板と前記電池缶とを導通
する第１の導電部材と、前記電池缶の折り曲げ部及び段部との間に密着されるＰ
ＦＡ樹脂製の絶縁部材と、防爆機構を有すると共に外部集電端子となり、前記電池
缶の折り曲げ部と段部との間に前記絶縁部材を介して気
密にカシメ固定され、前記電池缶の上部開口を封口する
封口電池蓋群と、前記封口電池蓋群に接合され、前記電極群のいずれか他
方の極板と前記封口電池蓋群とを導通する第２の導電部
材と、を具備した非水電解液電池。
【請求項２】前記絶縁部材は、前記電池缶の段部と前
記第２の導電部材とを絶縁するように、前記電池缶の段
部よりも下部方向へ延出されたスカート部を有すること
を特徴とする請求項１に記載の非水電解液電池。
【請求項３】前記軸心は、前記封口電池蓋群に当接す
ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非水
電解液電池。
【請求項４】前記第２の導電部材と接合される、前記
封口電池蓋群の内側の部材がアルミニウム合金製である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項
に記載の非水電解液電池。