JP2001256946A

JP2001256946A - 円筒型二次電池

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Publication number: JP2001256946A
Application number: JP2000067773A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Okita; 一成大北; Atsuhiro Funabashi; 淳浩船橋; Toshiyuki Noma; 俊之能間; Ikuro Yonezu; 育郎米津
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP3661989B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池缶１の内部に巻き取り電極体２が収納さ
れた円筒型二次電池において、コンパクトで且つ、組立
工数の増大することのない簡易な構成を有し、然も電解
液の含浸を短時間で行なうことが出来る円筒型二次電池
を提供する。【解決手段】本発明に係る円筒型二次電池において、
電池缶１を構成する蓋体12には、電池缶１の内圧が所定
値を越えたときに作動すべきガス排出弁５が、蓋体12に
開設したねじ孔15にねじ込み固定されている。ガス排出
弁５は、蓋体12のねじ孔15に螺合する外ねじ52を具えた
円筒状の弁座51と、該弁座51の端部に固定されたクラッ
ド板４とから構成される。クラッド板４は、弁座51の開
口縁に溶接されたリング部材41と、該リング部材41の片
面にクラッドされた金属薄膜42とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状電池缶の内
部に二次電池要素となる巻き取り電極体を収容して、電
池缶に設けられた一対の電極端子部から巻き取り電極体
の発生電力を取り出すことが可能な円筒型二次電池に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型電子機器、電気自動車等の
電源として、エネルギー密度の高いリチウム二次電池が
注目されている。例えば電気自動車に用いられる比較的
大きな容量の円筒型リチウム二次電池は、図５に示す様
に、筒体(11)の両端部のそれぞれに蓋体(12)を溶接固定
してなる円筒状の電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体
(２)を収容して構成されている。各蓋体(12)には、電極
端子機構(９)が取り付けられており、巻き取り電極体
(２)と各電極端子機構(９)とが、複数本の集電タブ(３)
により互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生す
る電力を両電極端子機構(９)(９)から外部に取り出すこ
とが可能となっている。又、蓋体(12)には、ばね復帰式
のガス排出弁(13)が取り付けられている。

【０００３】巻き取り電極体(２)は、リチウム複合酸化
物を含む正極(21)と炭素材料を含む負極(23)の間に、非
水電解液が含浸されたセパレータ(22)を介在させて、こ
れらを渦巻き状に巻回して構成されている。巻き取り電
極体(２)の正極(21)及び負極(23)からは夫々複数本の集
電タブ(３)が引き出され、極性が同じ複数本の集電タブ
(３)の先端部(31)が１つの電極端子機構(９)に接続され
ている。尚、図５においては、便宜上、一部の集電タブ
の先端部が電極端子機構(９)に接続されている状態のみ
を示し、他の集電タブについては、電極端子機構(９)に
接続された先端部分の図示を省略している。

【０００４】電極端子機構(９)は、電池缶(１)の蓋体(1
2)を貫通して取り付けられたネジ部材(91)を具え、該ネ
ジ部材(91)の基端部には鍔部(92)が形成されている。蓋
体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋
体(12)と締結部材(91)の間の電気的絶縁性とシール性が
保たれている。ネジ部材(91)には、筒体(11)の外側から
ワッシャ(94)が嵌められると共に、ナット(95)が螺合し
ている。このナット(95)を締め付けて、ネジ部材(91)の
鍔部(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキング(93)を
挟圧することにより、シール性を高めている。前記複数
本の集電タブ(３)の先端部(31)は、ネジ部材(91)の鍔部
(92)に、スポット溶接或いは超音波溶接によって固定さ
れている。

【０００５】又、図６に示す如く、蓋体(12)に開設した
貫通孔(14)を塞いで、クラッド板(４)からなる圧力開放
型のガス排出弁を設置した円筒型二次電池が提案されて
いる(特開平１１−８６８２０号)。クラッド板(４)は、
リング部材(41)の片面に、厚さ１０〜１００μｍ程度の
アルミニウム箔からなる金属薄膜(42)をクラッドして作
製されており、リング部材(41)が筒体(11)の貫通孔(14)
の開口縁にレーザ溶接されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すばね復帰式のガス排出弁(13)を具えた円筒型二次電
池おいては、電池缶(１)の内圧が上昇したとき、ガス排
出弁(13)は復帰力に抗して開かれることになるが、急激
な圧力上昇が発生した場合、ガス排出弁(13)の弁孔の開
口面積が小さい初期の段階で、圧力を十分に逃がすこと
が出来ない問題がある。又、バネや弁機構などの構成部
品が多く、図５の如く電極端子機構(９)を越える高さと
なるため、例えば複数の二次電池を配列して組電池を構
成する場合、組電池の筐体が大形化する問題がある。

【０００７】これに対し、図６に示す如くクラッド板
(４)からなるガス排出弁を具えた円筒型二次電池におい
ては、電池缶(１)の内部に所定値を越える高い圧力が発
生したとき、クラッド板(４)の金属薄膜(42)が破れて、
圧力が一気に開放されるので、圧力の上昇は瞬時に抑制
される。又、クラッド板(４)からなるガス排出弁は、ば
ね復帰式のガス排出弁(13)に比べて構成部品の数が少な
く、小型化が可能であるため、組電池を構成する場合に
もコンパクト化が可能である。

【０００８】ところが、クラッド板(４)からなるガス排
出弁を具えた従来の円筒型二次電池では、その組立工程
において、電池缶(１)の内部に電解液を注入する際、蓋
体(12)にはクラッド板(４)が溶接固定されているため、
蓋体(12)の別の位置に、電解液注入孔(12a)を開設し
て、該電解液注入孔(12a)から電解液を注入している
が、最後にこの孔(12a)を塞ぐ必要がある。この結果、
構成が複雑となるばかりでなく、組立工数が増加する問
題がある。又、電解液の注入後、電解液注入孔(12a)を
塞いだ状態で、電池缶の内部を加圧して、巻き取り電極
体に電解液を含浸させる工程において、加圧力が高くな
ると、クラッド板(４)の金属薄膜(42)が破れる虞れがあ
るため、十分な圧力で加圧を行なうことが出来ず、この
結果、電解液の含浸に長い時間を要する問題があった。

【０００９】そこで本発明の目的は、コンパクトで且
つ、組立工数の増大することのない簡易な構成を有し、
然も電解液の含浸を短時間で行なうことが出来る円筒型
二次電池を提供することである。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る円筒型二次電
池において、電池缶(１)を構成する一対の蓋体(12)(12)
の内、少なくとも一方の蓋体(12)には、電池缶(１)の内
圧が所定値を越えたときに作動すべきガス排出弁(５)
が、蓋体(12)に開設したねじ孔(15)にねじ込み固定され
ている。該ガス排出弁(５)は、蓋体(12)のねじ孔(15)に
螺合する外ねじ(52)を具えた円筒状の弁座(51)と、該弁
座(51)の中央孔(53)を塞いで弁座(51)の端部に固定され
たクラッド板(４)とから構成され、該クラッド板(４)
は、前記弁座(51)と同軸に設置されて弁座(51)の開口縁
に溶接されたリング部材(41)と、該リング部材(41)の片
面にクラッドされた金属薄膜(42)とから構成されている

【００１１】上記本発明の円筒型二次電池においては、
電池缶(１)の内圧が所定値を越えて上昇すると、ガス排
出弁(５)を構成するクラッド板(４)の金属薄膜(42)が破
れて、電池缶(１)内部のガスが一気に外部へ放出され
る。

【００１２】上記本発明の円筒型二次電池の組立におい
て、巻き取り電極体(２)に電解液を含浸させる工程で
は、筒体(11)内に巻き取り電極体(２)を装填し、該筒体
(11)の両開口部に蓋体(12)(12)を溶接固定した後、蓋体
(12)のねじ孔(15)から電解液を注入し、電池缶(１)の内
部を所定の圧力に加圧する。これによって、巻き取り電
極体(２)に電解液が含浸される。この際、蓋体(12)には
ガス排出弁(５)が取り付けられていないので、電池缶
(１)の内部には充分に大きな圧力をかけることが出来
る。その後、蓋体(12)のねじ孔(15)にガス排出弁(５)を
ねじ込み固定して、電池の組立を完了する。従って、従
来の如く蓋体(12)に電解液注入用のねじ孔を別に開設す
る必要がなく、この結果、組立工程の工数が減少する。

【００１３】具体的構成において、ガス排出弁(５)の弁
座(51)には、中央孔(53)の出口側の端部に、クラッド板
(４)の厚さと同等の深さを有する段部(54)が凹設され、
該段部(54)にクラッド板(４)が収容され、該クラッド板
(４)は、金属薄膜(42)が段部(54)の底面に密着する向き
に設置されている。

【００１４】該具体的構成においては、クラッド板(４)
の金属薄膜(42)が、弁座(51)の段部(54)の底面に設置さ
れ、ガス排出弁(５)の表面よりも低い位置に取り付けら
れているので、異物がガス排出弁(５)の表面に衝突した
場合にも、この異物が金属薄膜(42)に直接に当たる虞れ
は低く、安全である。

【００１５】

【発明の効果】本発明に係る円筒型二次電池は、クラッ
ド板(４)を具えた圧力開放型のガス排出弁(５)を蓋体(1
2)にねじ込み固定した構成を有しているので、ばね復帰
式のガス排出弁を具えた従来の電池よりも、構造の簡易
化、小型化が図られると共に、ガス排出弁(５)をねじ込
むためのねじ孔(15)を電解液注入のために利用すること
が出来、これによって組立工数の減少が図られる。然
も、電解液の含浸を充分な圧力で行なうことが出来るの
で、短時間で含浸が終了する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。本発明に係る円筒
型二次電池は、図１及び図２に示す如く、筒体(11)の両
端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶
(１)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構成され
ている。両蓋体(12)(12)には、正負一対の電極端子機構
(９)(９)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の
両極と両電極端子機構(９)(９)とがそれぞれ、複数本の
集電タブ(３)により互いに接続されて、巻き取り電極体
(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(９)(９)から
外部に取り出すことが可能となっている。又、各蓋体(1
2)に開設したねじ孔(15)には、圧力開放型のガス排出弁
(５)がねじ込み固定されている。

【００１７】巻き取り電極体(２)は、リチウム複合酸化
物を含む正極(21)と炭素材料を含む負極(23)の間に、非
水電解液が含浸されたセパレータ(22)を介在させて、こ
れらを渦巻き状に巻回して構成されている。巻き取り電
極体(２)の正極(21)及び負極(23)からは夫々複数本の集
電タブ(３)が引き出され、極性が同じ複数本の集電タブ
(３)の先端部(31)が１つの電極端子機構(９)に接続され
ている。尚、図１においては、便宜上、一部の集電タブ
の先端部が電極端子機構(９)に接続されている状態のみ
を示し、他の集電タブについては、電極端子機構(９)に
接続された先端部分の図示を省略している。

【００１８】電極端子機構(９)は、電池缶(１)の蓋体(1
2)を貫通して取り付けられたネジ部材(91)を具え、該ネ
ジ部材(91)の基端部には鍔部(92)が形成されている。蓋
体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋
体(12)と締結部材(91)の間の電気的絶縁性とシール性が
保たれている。ネジ部材(91)には、蓋体(12)の外側から
ワッシャ(94)が嵌められると共に、ナット(95)が螺合し
ている。このナット(95)を締め付けて、ネジ部材(91)の
鍔部(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキング(93)を
挟圧することにより、シール性を高めている。前記複数
本の集電タブ(３)の先端部(31)は、ネジ部材(91)の鍔部
(92)に、スポット溶接或いは超音波溶接によって固定さ
れている。

【００１９】ガス排出弁(５)は、図３及び図４に示す如
く、円筒状の弁座(51)と円板状のクラッド板(４)とから
構成される。弁座(51)は、蓋体(12)に開設されたねじ孔
(15)に螺合する外ねじ(52)を具えると共に、中央孔(53)
の出口側に段部(54)を有し、該段部(54)にクラッド板
(４)が設置されている。クラッド板(４)は、リング部材
(41)の片面に、厚さ３０μｍのアルミニウム箔からなる
金属薄膜(42)をクラッドして作製され、金属薄膜(42)を
弁座(51)の段部(54)に密着させた向きで設置されて、リ
ング部材(41)の外周縁が弁座(51)にレーザ溶接(６)され
ている。

【００２０】尚、クラッド板(４)の外径Ｄは９ｍｍ、厚
さＳは０.６ｍｍである。一方、弁座(51)の高さＨは７
ｍｍ、外ねじ(52)の長さＬは４ｍｍ、中央孔(53)の内径
Ｅは５ｍｍ、外ねじ(52)のねじ径Ｆは１／４インチ、段
部(54)の深さＴは０.６ｍｍである。又、段部(54)の内
径は９ｍｍであって、クラッド板(４)の外径Ｄに対して
＋０.２ｍｍ、−０ｍｍの公差を有している。

【００２１】図１に示す円筒型二次電池の組立において
は、電池缶(１)の蓋体(12)のねじ孔(15)から電池缶(１)
の内部へ電解液を注入した後、電池缶(１)の内部に所定
の圧力をかけて、電解液を巻き取り電極体(２)の正極(2
1)、セパレータ(22)及び負極(23)に含浸させる。その
後、ねじ孔(15)にガス排出弁(５)をねじ込んで固定す
る。

【００２２】上記円筒型二次電池においては、電池缶
(１)の内部の圧力が増大したとき、ガス排出弁(５)を構
成するクラッド板(４)の金属薄膜(42)に破れが生じて、
内圧を一気に外部へ逃がすことが出来る。

【００２３】

【実施例】図１に示す本発明に係る円筒型二次電池(実
施例１及び２)と、図６に示す従来の円筒型二次電池(比
較例)を作製して、本発明の効果を確認した。先ず、各
電池に共通の製造工程について説明した後、電池毎に異
なる組立工程について説明する。

【００２４】（正極の作製）正極活物質としてのリチウ
ム複合酸化物（ＬｉＮｉ_０.７Ｃｏ_０.３Ｏ_２）と導電剤
としての炭素とを重量比９０：５で混合し、正極合剤を
作製した。次に、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを
Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させて、
ＮＭＰ溶液を調製した。そして、正極合剤とポリフッ化
ビニリデンの重量比が９５：５になるように正極合剤と
ＮＭＰ溶液を混練してスラリーを調製し、このスラリー
を正極集電体としてのアルミニウム箔の両面にドクター
ブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥
を施して、正極を作製した。

【００２５】（負極の作製）結着剤であるポリフッ化ビ
ニリデンをＮＭＰに溶解させて、ＮＭＰ溶液を調製し
た。そして、黒鉛粉末とコークス粉末をポリフッ化ビニ
リデンの重量比が９５：５になるように混練してスラリ
ーを調製し、このスラリーを負極集電体としての銅箔の
両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２
時間の真空乾燥を施して、負極を作製した。

【００２６】（電解液の調製）エチレンカーボネートと
ジエチルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒
に、ＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解せしめ、電
解液を調製した。

【００２７】（巻き取り電極体の作製）正極を構成して
いるアルミニウム箔の表面に、厚さ０.１ｍｍのアルミ
ニウム製集電タブを１０本、一定間隔をおいて溶接する
と共に、負極を構成している銅箔の表面に、厚さ０.１
ｍｍのニッケル製集電タブを１０本、一定間隔をおいて
溶接した。そして、正極と負極の間にセパレータを挟ん
で渦巻き状に巻回し、巻き取り電極体を構成した。尚、
セパレータとしては、イオン透過性のポリエチレン製の
微多孔性膜を用いた。

【００２８】（電池の組立）電池缶を構成すべき筒体の
内部に巻き取り電極体を装填し、該巻き取り電極体から
伸びる正側及び負側の集電タブを夫々、蓋体に取り付け
られた電極端子機構に接続し、該蓋体を筒体の開口部に
溶接固定した後、電解液を注入して、円筒型二次電池を
組み立てた。尚、電池缶は、筒体の外径が６４ｍｍ、高
さが３４０ｍｍ、厚さが１ｍｍであり、蓋体の外径が６
４ｍｍ、厚さが５ｍｍである。

【００２９】実施例１開口径５ｍｍのリング部材に厚さ３０μｍのアルミニウ
ム薄膜をクラッドしてクラッド板を作製し、レーザビー
ムによって該クラッド板を弁座に溶接し、作動圧８ｋｇ
ｆ／ｃｍ^２(７８.４×１０^４Ｐａ)のガス排出弁を作製
した。そして、電池缶に巻き取り電極体を収容して、電
解液の注入、加圧を行なった後、蓋体に上記ガス排出弁
をねじ込み固定し、図１に示す二次電池(実施例１)を組
み立てた。

【００３０】実施例２開口径９ｍｍのリング部材を用いてクラッド板を作製
し、電子ビームによって該クラッド板を弁座に溶接し、
作動圧５ｋｇｆ／ｃｍ^２(４９.０×１０^４Ｐａ)のガス
排出弁を作製したこと以外は実施例１と同様にして、図
１に示す二次電池(実施例２)を組み立てた。

【００３１】比較例開口径５ｍｍのリング部材に厚さ３０μｍのアルミニウ
ム薄膜をクラッドしてクラッド板を作製し、レーザビー
ムによって該クラッド板を蓋体に直接に溶接して、作動
圧８ｋｇｆ／ｃｍ^２(７８.４×１０^４Ｐａ)のガス排出
弁を構成した(図６参照)。そして、電池缶に巻き取り電
極体を収容して、蓋体に別に開設した電解液注入孔から
電解液を注入し、加圧を行なった後、電解液注入孔を栓
で塞いで、従来の二次電池(比較例)を組み立てた。

【００３２】充放電試験比較例については、ガス排出弁の作動圧が８ｋｇｆ／ｃ
ｍ^２であることから、電解液注入後に、作動圧よりも低
い圧力７ｋｇｆ／ｃｍ^２(６８.６Ｐａ×１０^４)によ
り、５時間、１０時間、及び１５時間の加圧後、充放電
試験を行なって、放電容量を測定した。一方、実施例１
及び実施例２については、蓋体のねじ孔に開閉バルブを
取り付け、電解液注入後、バルブを閉じた状態で、１０
ｋｇｆ／ｃｍ^２(９８.１×１０ ^４Ｐａ)の圧力により、
５時間、１０時間、及び１５時間の加圧後、それぞれガ
ス排出弁をねじ込み固定した状態で充放電試験を行なっ
て、放電容量を測定した。充放電試験の結果を表１に示
す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１に示す様に、実施例１及び実施例２で
は、加圧時間が１０時間で電解液が電極及びセパレータ
に浸透したため、設計容量７０Ａｈが得られたが、比較
例では、加圧力が実施例１及び２よりも低いため、設計
容量を得るために１５時間が必要であった。この様に、
実施例１及び２では、比較例よりも大きな圧力を加える
ことが出来るので、電解液の含浸時間が短くなり、電池
の組立に必要な時間を短縮することが出来る。

【００３５】上述の如く、本発明に係る円筒型二次電池
によれば、電池の組立工程において、電池缶の内部に電
解液を注入する際、図６に示す従来の二次電池では、別
に電解液注入用の孔を開設する必要があるが、本発明の
二次電池では、蓋体に開設されたガス排出弁ねじ込み用
のねじ孔を利用することが出来るので、構成が簡易とな
る。

【００３６】又、複数本の二次電池を用いて組電池を組
み立てる場合、本発明の二次電池においては、図１に示
す圧力開放型のガス排出弁(５)は、電極端子機構(９)の
高さよりも低く形成することが出来るので、各二次電池
を導線で互いに結線する作業が圧力開放弁によって阻害
されることはなく、従来例の二次電池を用いて同様の組
電池を組み立てる場合に比べて、組立作業が容易とな
る。

【００３７】更に、複数本の二次電池を直列に接続して
組電池を構成する場合、本発明の二次電池によれば、従
来の二次電池を用いて同様の組電池を構成する場合に比
べて、筐体の小形化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る円筒型二次電池の要部を示す断面
図である。

【図２】本発明に係る円筒型二次電池において、電池缶
にガス排出弁をねじ込む様子を表わす斜視図である。

【図３】本発明に係るガス排出弁の拡大断面図である。

【図４】本発明に係るガス排出弁からクラッド板を分解
した状態の拡大断面図である。

【図５】ばね復帰式のガス排出弁を具えた従来の円筒型
二次電池の断面図である。

【図６】圧力開放型のガス排出弁を具えた従来の円筒型
二次電池の要部を示す断面図である。

【符号の説明】

(１) 電池缶 (11) 筒体 (12) 蓋体 (15) ねじ孔 (２) 巻き取り電極体 (３) 集電タブ (４) クラッド板 (41) リング部材 (42) 金属薄膜 (５) ガス排出弁 (51) 弁座 (52) 外ねじ (９) 電極端子機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者能間俊之大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者米津育郎大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA09 DD13 FF02 HH13 5H012 AA01 BB02 CC08 DD01 DD05 DD06 EE04 FF01 JJ02 JJ03 5H029 AJ00 AK03 AL07 AM03 BJ02 CJ05 DJ03 EJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒体(11)の両開口部にそれぞれ蓋体(12)
を固定してなる電池缶(１)の内部に、二次電池要素とな
る巻き取り電極体(２)が収納され、該巻き取り電極体
(２)が発生する電力を一対の電極端子部から外部に取り
出すことが出来る円筒型二次電池において、少なくとも
何れか一方の蓋体(12)には、電池缶(１)の内圧が所定値
を越えたときに作動すべきガス排出弁(５)が、蓋体(12)
に開設したねじ孔(15)にねじ込み固定され、該ガス排出
弁(５)は、蓋体(12)のねじ孔(15)に螺合する外ねじ(52)
を具えた円筒状の弁座(51)と、該弁座(51)の中央孔(53)
を塞いで弁座(51)の端部に固定されたクラッド板(４)と
から構成され、該クラッド板(４)は、前記弁座(51)と同
軸に設置されて弁座(51)の開口縁に溶接されたリング部
材(41)と、該リング部材(41)の片面にクラッドされた金
属薄膜(42)とから構成されていることを特徴とする円筒
型二次電池。
【請求項２】ガス排出弁(５)の弁座(51)には、中央孔
(53)の出口側の端部に、クラッド板(４)の厚さと同等の
深さを有する段部(54)が凹設され、該段部(54)にクラッ
ド板(４)が収容され、該クラッド板(４)は、金属薄膜(4
2)が段部(54)の底面に密着する向きに設置されている請
求項１に記載の円筒型二次電池。