JP2001283793A

JP2001283793A - 電池

Info

Publication number: JP2001283793A
Application number: JP2000099947A
Authority: JP
Inventors: Takuma Morishita; 拓磨森下; Hironori Marubayashi; 啓則丸林
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】単位体積当たりの電池容量の低下や、電池重
量の増大を招くことなく、充放電を繰り返した場合の外
装缶の膨れを抑制し、且つコストアップを招来すること
なく、電池を過充電した際の電池の破裂或いは発火を抑
制することができる電池を提供することを目的とする。【解決手段】有底筒状で断面外形が長方形状の外装缶
８が金属アルミニウム又はアルミニウム合金から成り、
当該外装缶８内には発電要素７が収納される電池におい
て、上記外装缶８の正面１ａ及び背面１ｂには凹凸部２
が設けられ、これら凹凸部２が電池の上下方向に延設さ
れることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有底筒状で断面外
形が長方形状の外装缶が金属アルミニウム又はアルミニ
ウム合金から成り、当該外装缶内には発電要素が収納さ
れる電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属リチウム又はＬｉＣｏＯ₂等
のリチウム含有複合酸化物を正極材料とする一方、リチ
ウムイオンを吸蔵、放出し得るリチウム−アルミニウム
合金、炭素材料等を負極材料とする非水電解液電池が、
高容量化が可能な電池として注目されている。

【０００３】上記非水電解液電池の外装缶としては、図
８及び図９に示すように、有底角筒状の外装缶２１を用
い、また、電池の軽量化を考慮して、外装缶２１の材料
としては金属アルミニウム又はアルミニウム合金が用い
られている。ところが、金属アルミニウム又はアルミニ
ウム合金は変形し易いため、上記電池の充放電を繰り返
して電池内でガスが生じ、電池内部圧力が高くなると、
外装缶に膨れが生じるという課題を有していた。

【０００４】この場合、外装缶の厚みを大きくするとい
うことも考えられるが、これでは、発電要素が小さくな
って単位体積当たりの容量が低下するという課題があ
る。また、外装缶を容易に変形し難いステンレス等で構
成することも考えられるが、これでは、電池重量の増大
を招く。更に電池作製後にエージングを施してガス発生
を抑制するというような方法も考えられるが、正負極に
対する電解液の含浸性にバラツキがあるということか
ら、必ずしもガス発生を抑制することができない。

【０００５】加えて、非水電解液電池では、電池を過充
電した際、発電要素の温度が急激に上昇して、電池の破
裂或いは発火を招くことがある。そこで、セパレータの
材質を変えて、一定温度以上になるとメルトダウンして
充電を阻止するような方法、或いは電解液の材料を変え
て最適化を図るような方法も提案されているが、電池の
破裂或いは発火を確実に防止することができない。ま
た、保護回路等の安全部品を設けることも考えられる
が、これではコストアップを招来することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みなされたものであって、単位体積当たりの電池容
量の低下や、電池重量の増大を招くことなく、充放電を
繰り返した場合の外装缶の膨れを抑制し、且つコストア
ップを招来することなく、電池を過充電した際の電池の
破裂或いは発火を抑制することができる電池を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうちで請求項１記載の発明は、有底筒状で
断面外形が長方形状の外装缶が金属アルミニウム又はア
ルミニウム合金から成り、当該外装缶内には発電要素が
収納される電池において、上記外装缶の正面及び背面に
は凹凸部が設けられ、これら凹凸部が電池の上下方向に
延設されることを特徴とする。

【０００８】上記構成の如く、外装缶の正面及び背面に
電池の上下方向に延設された凹凸部が設けられていれ
ば、凹凸部が形成されていない場合に比べて外装缶の強
度が格段に大きくなる。したがって、電池内でガスが生
じて電池内部圧力が高くなった場合であっても、外装缶
が膨れるのを抑制できる。

【０００９】また、外装缶の厚みを大きくする必要がな
いので、単位体積当たりの容量が低下することもなく、
また、外装缶には金属アルミニウム又はアルミニウム合
金を用いるので、電池重量の増大を招くことはない。

【００１０】更に、外装缶の正面及び背面に凹凸部が設
けられていれば、電池の表面積が増加する。したがっ
て、発電要素の温度が急激に上昇した場合であっても、
十分に放熱することができるので、電池の破裂或いは発
火を確実に阻止できる。

【００１１】加えて、外装缶の正面及び背面に凹凸部を
設けるだけで良いので、電池の製造コストが高くなるこ
ともない。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、上記外装缶の両側面に凹凸部が設け
られ、これら凹凸部が上記正面及び背面に設けられた凹
凸部と直交方向に延設されることを特徴とする。

【００１３】外装缶の両側面にも凹凸部が設けられてい
れば、上記効果が一層発揮される。尚、凹凸部の延設方
向を、正面及び背面に設けられた凹凸部と直交方向に規
制するのは、正面及び背面に設けられた凹凸部と同じ方
向に形成すると、電池強度が弱くなる場合があるからで
ある。

【００１４】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載の発明において、上記外装缶の厚みに対する上
記凹凸部の高さの割合が、２０〜５０％に規制されるこ
とを特徴とする。

【００１５】このように規制するのは、外装缶の厚みに
対する上記凹凸部の高さの割合が２０％未満になると、
膨らみに対する強度が不十分となって、充放電を繰り返
した際に外装缶の膨れを十分に抑制できない場合がある
一方、外装缶の厚みに対する上記凹凸部の高さの割合が
５０％を超えると、電池の落下に対する強度が不十分と
なって、電池を落下した場合にリークが発生することが
あるという理由によるものである。

【００１６】また、請求項４記載の発明は、請求項１、
２又は３記載の発明において、上記凹凸部の本数が、２
〜２０本に規制されることを特徴とする。

【００１７】このように規制するのは、凹凸部の本数が
１本になると、外装缶の強度が余り大きくならず、外装
缶が膨れるのを十分に抑制できず、しかも、電池の表面
積が余り大きくならないので、十分に放熱することがで
きず、電池の破裂或いは発火を招く場合がある一方、凹
凸部の本数が２０本を超えると、材料の加工硬化が進む
ため外装缶が脆くなる場合があるという理由によるもの
である。

【００１８】また、請求項５記載の発明は、請求項１、
２、３又は４記載の発明において、上記凹凸部の断面形
状が円弧状、三角形状、或いは台形状であることを特徴
とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１〜図
７に基づいて、以下に説明する。

【００２０】図１は本発明に用いる外装缶の平面図、図
２は本発明に用いる外装缶の半断面正面図、図３は本発
明電池の断面図、図４は本発明に用いる外装缶の他の例
を示す平面図、図５は本発明に用いる外装缶の他の例を
示す半断面正面図、図６は本発明に用いる外装缶の他の
例を示す平面図、図７は本発明に用いる外装缶の他の例
を示す半断面正面図である。

【００２１】図３に示すように、本発明の非水電解液電
池は、アルミニウムから成る外装缶８を有しており、こ
の外装缶８内には、アルミニウム合金から成る芯体にＬ
ｉＣｏＯ₂を主体とする活物質層が形成された正極と、
銅から成る芯体に黒鉛を主体とする活物質層が形成され
た負極と、これら両電極を離間するセパレータとから成
る偏平渦巻き状の発電要素７が収納されている。また、
上記外装缶８内には、エチレンカーボネート（ＥＣ）と
ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とが体積比で４：６の
割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆が１Ｍ（モル
／リットル）の割合で溶解された電解液が注入されてい
る。更に、上記外装缶８の開放孔にはアルミニウム合金
から成る封口板６（厚さ：１ｍｍ）がレーザー溶接され
ており、これによって電池が封口される。

【００２２】上記封口板６は、ガスケット１１、絶縁板
１２及び導電板１４と共に、挟持部材１６により挟持さ
れており、この挟持部材１６上には負極端子キャップ１
０が固定されている。また、上記負極から延設される負
極タブ１５は、上記導電板１４と挟持部材１６とを介し
て、上記負極端子キャップ１０と電気的に接続される一
方、上記正極は正極タブ（図示せず）を介して、上記外
装缶８と電気的に接続されている。

【００２３】ここで、図１及び図２に示すように、上記
外装缶８は有底筒状で且つ断面外形が長方形状を成し、
外装缶８の正面１ａ及び背面１ｂには、断面円弧状で電
池の上下方向に延びる１０本の凹凸部２が設けられてい
る。この凹凸部２の高さ（凹部の底部から凸部の頂部ま
での長さ）ｔ₁は０．２ｍｍとなっており、外装缶８の
厚み（ｔ₂＝０．４ｍｍ）に対する割合が５０％となる
ように規定されている。更に、上記凹凸部２のピッチｔ
₃は、１．０ｍｍとなっている。

【００２４】一方、外装缶８の左側面３ａ及び右側面３
ｂには、断面円弧状で上記凹凸部２と直交する方向に延
びる１０本の凹凸部４が設けられている。この凹凸部４
の高さｔ₄は０．２ｍｍとなっており、外装缶８の厚み
ｔ₂に対する割合が５０％となるように規定されてい
る。

【００２５】尚、電池の大きさは、厚み１０ｍｍ、高さ
５０ｍｍ、幅３５ｍｍである。

【００２６】上記構造の非水電解質電池を、以下のよう
にして作製した。

【００２７】先ず、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ₂を
９０重量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５重
量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５重量
％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭ
Ｐ）溶液とを混合してスラリーを調製した後、上記スラ
リーを正極集電体としてのアルミニウム箔の両面に塗布
した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の厚みに
まで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように切断
し、更にアルミニウム合金製の正極集電タブを溶接し
た。

【００２８】これと並行して、負極活物質としての黒鉛
粉末を９５重量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリ
デンを５重量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合し
てスラリーを調製した後、上記スラリーを負極集電体と
しての銅箔の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、
ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び
長さになるように切断し、更にニッケル製の負極集電タ
ブを溶接した。

【００２９】次に、上記正極と負極とをポリエチレン製
微多孔膜から成るセパレータを介して巻回して偏平渦巻
き状の発電要素７を作製した後、この発電要素７を、し
ぼり加工により正面、背面及び両側面に凹凸部２・４が
設けられた外装缶８内に挿入した。

【００３０】しかる後、外装缶８と封口板６とをレーザ
ー溶接した後、外装缶８内に電解液を注入し、更に負極
端子キャップ１０を固定することにより非水電解液電池
を作製した。

【００３１】尚、上記実施の形態においては、凹凸部２
・４の断面形状を円弧状としたが、このような形状に限
定するものではなく、例えば、図４及び図５に示すよう
に三角形状や、図６及び図７に示すように台形状であっ
ても良い。

【００３２】また、外装缶８の材質はアルミニウム合金
に限定するものではなく、金属アルミニウムであっても
良い。

【００３３】更に、上記凹凸部２・４の延設方向を上記
実施の形態とは逆方向にする（即ち、凹凸部２を左右方
向に延設し、凹凸部４を上下方向に延設する）ことも考
えられるが、これでは外装缶８の強度が小さくなるの
で、好ましくない。

【００３４】加えて、本発明は上記非水電解液電池に限
定するものではなく、その他の電池にも適用しうること
は勿論である。

【００３５】但し、本発明を上記非水電解液電池に適用
する場合には、正極材料としては上記ＬｉＣｏＯ₂の
他、例えば、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄或いはこれ
らの複合体等が好適に用いられ、また負極材料としては
上記炭素材料の他、リチウム金属、リチウム合金、或い
は金属酸化物（スズ酸化物等）等が好適に用いられる。
更に、電解液の溶媒としては上記のものに限らず、プロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレン
カーボネート、γ−ブチロラクトンなどの比較的比誘電
率が高い溶液と、ジエチルカーボネート、ジメチルカー
ボネート、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフ
ラン、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラ
ン、２−メトキシテトラヒドロフラン、ジエチルエーテ
ル等の低粘度低沸点溶媒とを適度な比率で混合した溶媒
を用いることができる。また、電解液の電解質として
は、上記ＬｉＰＦ₆の他、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌ
Ｏ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等を用いることが
できる。

【００３６】

【実施例】〔第１実施例〕（実施例１）実施例１としては、上記発明の実施の形態
に示す方法と同様の方法にて作製した電池を用いた。

【００３７】このようにして作製した電池を、以下、本
発明電池Ａ１と称する。（実施例２〜４）凹凸部の高さを、それぞれ０．０４ｍ
ｍ、０．０８ｍｍ、０．２４ｍｍ（外装缶の厚みに対す
る凹凸部の高さの割合が、それぞれ１０％、２０％、６
０％）とした他は、上記実施例１と同様にして電池を作
製した。

【００３８】このようにして作製した電池を、以下、そ
れぞれ本発明電池Ａ２〜Ａ４と称する。（実施例５〜８）外装缶の両側面に凹凸部を形成しない
他は、それぞれ上記実施例１〜４と同様にして電池を作
製した。

【００３９】このようにして作製した電池を、以下、そ
れぞれ本発明電池Ａ５〜Ａ８と称する。（比較例）外装缶の正面、背面及び両側面に凹凸部を形
成しない他は、上記実施例１と同様にして電池を作製し
た。

【００４０】このようにして作製した電池を、以下、比
較電池Ｘと称する。（実験１）上記本発明電池Ａ１〜Ａ８及び比較電池Ｘに
ついて、電流１Ｃで２時間３０分充電し、充電中に電池
の破裂、封口体の突出を生じるか否かを調べる過充電試
験を行ったので、その結果を表１に示す。尚、試料数は
各電池５個である。

【００４１】

【表１】上記表１から明らかなように、比較電池Ｘでは電池の破
裂、封口体の突出を生じたのに対して、本発明電池Ａ１
〜Ａ８ではこのようなことが全く生じないことが認めら
れる。（実験２）上記本発明電池Ａ１〜Ａ８及び比較電池Ｘに
ついて、電流１Ｃで１時間充電し、電流１Ｃで１時間放
電するという充放電条件で５００サイクル充放電を行
い、５００サイクル充放電後の電池膨れ量（以下、電池
膨れ量と略す）を調べたので、その結果を上記表１に併
せて示す。

【００４２】前記表１から明らかなように、比較電池Ｘ
では電池膨れ量が０．４０ｍｍと大きくなっているのに
対して、本発明電池Ａ１〜Ａ８では電池膨れ量が０．２
２ｍｍ以下と小さくなっていることが認められる。

【００４３】特に、外装缶の正面及び背面のみならず両
側面にも凹凸部を設けた本発明電池Ａ１〜Ａ４は、外装
缶の正面及び背面のみに凹凸部を設けた本発明電池Ａ５
〜Ａ８に比べて（同じ凹凸高さを有する電池同士を比べ
るものであり、例えば本発明電池Ａ１と本発明電池Ａ５
を比べて）、電池膨れ量が更に小さくなっていることが
認められる。したがって、電池膨れを抑制するという点
からは、凹凸部は外装缶の正面及び背面のみならず両側
面にも設けるのが望ましい。

【００４４】また、上記本発明電池Ａ１〜Ａ４の中で
も、外装缶の厚みに対する凹凸部の高さの割合が２０％
以上の本発明電池Ａ１、Ａ３、Ａ４では、外装缶の厚み
に対する凹凸部の高さの割合が１０％の本発明電池Ａ２
よりも電池膨れ量が小さくなっていることが認められ
る。したがって、電池膨れを抑制するという点からは、
外装缶の厚みに対する凹凸部の高さの割合は２０％以上
に規制するのが望ましい。（実験３）上記本発明電池Ａ１〜Ａ８及び比較電池Ｘに
ついて、下記条件で落下させて、外装缶からのリーク数
を調べたので、その結果を上記表１に併せて示す。・落下条件２ｍの高さからコンクリート上に、６面ある電池の各面
を下向きにして落下させるのを１セットとして（即ち、
６回の落下を１セットとして）、１０セット落下させる
という条件。

【００４５】前記表１から明らかなように、比較電池Ｘ
及び本発明電池Ａ１〜Ａ３、Ａ５〜Ａ７では全くリーク
が発生していないのに対して、本発明電池Ａ４、Ａ８で
はリークが発生していることが認められる。したがっ
て、電池の落下強度の面からは外装缶の厚みに対する凹
凸部の高さの割合は５０％以下に規制するのが望まし
い。

【００４６】〔第２実施例〕（実施例１〜４）凹凸部の数を、それぞれ１本、２本、
２０本、２５本とした他は、前記第１実施例の実施例１
と同様にして電池を作製した。

【００４７】このようにして作製した電池を、以下、そ
れぞれ本発明電池Ｂ１〜Ｂ４と称する。（実施例５〜８）凹凸部の数を、それぞれ１本、２本、
２０本、２５本とした他は、前記第１実施例の実施例５
と同様にして電池を作製した。

【００４８】このようにして作製した電池を、以下、そ
れぞれ本発明電池Ｂ５〜Ｂ８と称する。（実験１）上記本発明電池Ｂ１〜Ｂ８について、前記第
１実施例の実験１と同様の条件で過充電試験を行ったの
で、その結果を表２に示す。尚、試料数は各電池５個で
あり、また前記本発明電池Ａ１、Ａ５及び比較電池Ｘに
ついても表２に併せて示している。

【００４９】

【表２】上記表２から明らかなように、凹凸部が１本の本発明電
池Ｂ１、Ｂ５では電池の破裂、封口体の突出が生じたの
に対して、凹凸部が２本以上の本発明電池Ｂ２〜Ｂ４、
Ａ１、Ｂ６〜Ｂ８、Ａ５ではこのようなことが全く生じ
ないことが認められる。したがって、過充電時に電池の
破裂、封口体の突出を防止するには、凹凸部は２本以上
設けるのが望ましい。（実験２）上記本発明電池Ｂ１〜Ｂ８について、前記第
１実施例の実施例１と同様の条件で５００サイクル充放
電を行い、５００サイクル充放電後の電池膨れ量（以
下、電池膨れ量と略す）を調べたので、その結果を上記
表２に併せて示す。尚、前記本発明電池Ａ１、Ａ５及び
比較電池Ｘについても表２に併せて示している。

【００５０】前記表２から明らかなように、凹凸部が１
本の本発明電池Ｂ１、Ｂ５では電池膨れ量がそれぞれ
０．３７ｍｍ、０．３８ｍｍと若干大きくなっているの
に対して、凹凸部が２本以上の本発明電池Ｂ２〜Ｂ４、
Ａ１、Ｂ６〜Ｂ８、Ａ５では電池膨れ量が０．２６ｍｍ
以下と小さくなっていることが認められる。したがっ
て、電池膨れを防止する観点からは、凹凸部は２本以上
設ける方が望ましい。

【００５１】特に、外装缶の正面及び背面のみならず両
側面にも凹凸部を設けた本発明電池Ｂ１〜Ｂ４、Ａ１
は、外装缶の正面及び背面のみに凹凸部を設けた本発明
電池Ｂ５〜Ｂ８、Ａ５に比べて（同じ凹凸高さを有する
電池同士を比べるものであり、例えば本発明電池Ｂ１と
本発明電池Ｂ５を比べて）、電池膨れ量が小さくなって
いることが認められる。したがって、電池膨れを防止す
る観点からは、凹凸部は外装缶の正面及び背面のみなら
ず両側面にも設ける方が望ましい。

【００５２】尚、凹凸部の本数が２０本を超えると、し
ぼり加工時にアルミニウム材料の加工硬化が進んで、脆
くなることがあるので、凹凸部の本数は２０本以下であ
ることが望ましい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単位体積当たりの電池容量の低下や、電池重量の増大を
招くことなく、充放電を繰り返した場合の外装缶の膨れ
を抑制し、且つコストアップを招来することなく、電池
を過充電した際の電池の破裂或いは発火を抑制すること
ができるといった優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる外装缶の平面図。

【図２】本発明に用いる外装缶の半断面正面図。

【図３】本発明電池の断面図。

【図４】本発明に用いる外装缶の他の例を示す平面図。

【図５】本発明に用いる外装缶の他の例を示す半断面正
面図。

【図６】本発明に用いる外装缶の他の例を示す平面図。

【図７】本発明に用いる外装缶の他の例を示す半断面正
面図。

【図８】従来電池に用いる外装缶の平面図。

【図９】従来電池に用いる外装缶の半断面正面図。

【図１０】電池の膨れ状態を示す説明図。

【符号の説明】

１ａ：正面１ｂ：背面２：凹凸部３ａ：左側面３ｂ：右側面４：凹凸部７：発電要素８：外装缶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有底筒状で断面外形が長方形状の外装缶
が金属アルミニウム又はアルミニウム合金から成り、当
該外装缶内には発電要素が収納される電池において、上記外装缶の正面及び背面には凹凸部が設けられ、これ
ら凹凸部が電池の上下方向に延設されることを特徴とす
る電池の安全弁。
【請求項２】上記外装缶の両側面に凹凸部が設けら
れ、これら凹凸部が上記正面及び背面に設けられた凹凸
部と直交方向に延設される、請求項１記載の電池。
【請求項３】上記外装缶の厚みに対する上記凹凸部の
高さの割合が、２０〜５０％に規制される、請求項１又
は２記載の電池。
【請求項４】上記凹凸部の本数が、２〜２０本に規制
される、請求項１、２又は３記載の電池。
【請求項５】上記凹凸部の断面形状が円弧状、三角形
状、或いは台形状である、請求項１又は２記載の電池。