JP2001283793A - 電 池 - Google Patents

電 池

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JP2001283793A
JP2001283793A JP2000099947A JP2000099947A JP2001283793A JP 2001283793 A JP2001283793 A JP 2001283793A JP 2000099947 A JP2000099947 A JP 2000099947A JP 2000099947 A JP2000099947 A JP 2000099947A JP 2001283793 A JP2001283793 A JP 2001283793A
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Takuma Morishita
拓磨 森下
Hironori Marubayashi
啓則 丸林
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

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
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
2 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
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
他、例えば、LiNiO2 、LiMn2 4 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
4 、LiBF4 、LiCF3 SO3 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 (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
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