JP2002134072A

JP2002134072A - 扁平形非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2002134072A
Application number: JP2000328331A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Sakai; 広隆酒井; Munehito Hayami; 宗人早見; Masami Suzuki; 正美鈴木; Kazuo Iizuka; 一雄飯塚
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】封口性を維持したままで破裂を防止し、安全性
を向上させた大電流放電可能な扁平形非水電解質二次電
池を提供する。【解決手段】帯状の正極と、負極とをセパレータを介し
て捲回された電極群を電池ケースに収納した扁平形非水
電解質二次電池において、正極ケースの側面部分に欠刻
を設け、この欠刻の幅が正極ケースの円周に対し中心角
０．１π〜０．９πｒａｄで、かつ欠刻の深さが正極ケ
ースの高さの５〜３０％であると、電池の破裂を防止す
ることができ、貯蔵による漏洩も生じないので、電池の
安全性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は重負荷放電特性及び
その安全性に優れた扁平形非水電解質二次電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】正極作用物質にＭｎＯ₂やＶ₂Ｏ₅等の金
属酸化物、あるいはフッ化黒鉛等の無機化合物、あるい
はポリアニンやポリアセン構造体等の有機化合物を用
い、負極に金属リチウム、あるいはリチウム合金、ある
いはポリアセン構造体等の有機化合物、あるいはリチウ
ムを吸蔵、放出可能な炭素質材料、あるいはチタン酸リ
チウムやリチウム含有珪素酸化物のような酸化物を用
い、電解質にプロピレンカーボネート、エチレンカーボ
ネート、ブチレンカーボネート、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、ジメトキシエタン、γ−ブチルラクトン等の非水溶
媒にＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃Ｓ
Ｏ₃、ＬｉＮ(ＣＦ₃ＳＯ₂)₂、ＬｉＮ(Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂)₂等の
支持塩を溶解した非水電解質を用いたコイン形やボタン
形の扁平形非水電解質二次電池は、数〜数十μＡ程度の
軽負荷で放電を行われるＳＲＡＭのバックアップや、腕
時計の主電源等に用いられている。

【０００３】これら従来のコイン形やボタン形の扁平形
非水電解質二次電池は製造が簡便であり、量産性に優
れ、長期信頼性や安全性に優れるという長所をもってお
り、さらに構造が簡便なので小型化が可能である。

【０００４】しかしその反面、電極面積が制限されるた
め中〜重負荷放電は不可能であり、小型電池のニーズが
大きい携帯電話やＰＤＡ等の情報端末の主電源としては
採用することができなかった。

【０００５】そこで、本発明者らは電池形状は変更せ
ず、電極面積を大きくすることで重負荷放電が可能なコ
イン形やボタン形の扁平形非水電解質二次電池を提供し
た。すなわち扁平形電池の扁平面に垂直な方向の断面を
見た場合、少なくとも３面以上の正極と負極がセパレー
タを介し対向している正負極対向面を有する電極群を配
し、かつ電極群内の正負極対向面積の総和を絶縁ガスケ
ットの開口面積よりも大きくすることで重負荷放電特性
を著しく向上させた扁平形非水電解質二次電池を提供す
ることができた。しかしこのような電池は大電流が得ら
れる反面、使用法を誤り短絡等異常な状況下におかれる
と著しい温度上昇が生じ、熱暴走現象を誘発し、破裂や
爆発を招くおそれがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、かしめ構造の円
筒型非水電解質二次電池では、安全性素子を電池内部に
設けている。また、円筒型アルカリマンガン一次電池の
中には、電池容器を径方向のみに圧縮して絶縁ガスケッ
トをかしめることにより電池の破裂を回避しているもの
もある。

【０００７】安全性素子としては、温度上昇と共に抵抗
値が上昇するＰТＣ特性を有する素子が一般的に用いら
れている。これは絶縁性樹脂と導電性カーボンを配合し
た樹脂を金属電極板で挟んだもので、通常の使用状態で
はごく小さな抵抗値を示すが、過電流発生時や温度上昇
時に抵抗値が上昇するため電流が遮断され、熱暴走を阻
止する効果がある。しかしこの手段をコイン形やボタン
形の小型電池に適用するには構造が複雑になるため小型
化が困難となる。

【０００８】一方、後者の径方向にのみかしめる方法で
は、電池の高さ方向には絶縁ガスケットが圧縮されてい
ないため、内圧が上昇した場合容易に外れ、破裂を未然
に防止することができる。また、電池容器開口部円周の
５０％程度を突出させ段差を作り、さらにこの突出部を
内傾させ、絶縁ガスケットがかしめ部から外れた場合で
も突出部に突き当てることにより電池容器から絶縁ガス
ケットが離脱するのを防止した電池も生産されている。
しかし、このような構造の電池では絶縁ガスケットの圧
縮率が低いため電解液の漏液が多発するなどの不具合が
発生する。

【０００９】扁平形非水電解質二次電池に対しては上記
のような安全性素子による安全対策を適用できず、また
後者の手段を採用した場合は封口性に優れ信頼性が高い
という扁平形非水電解質二次電池の特徴が損なわれる。

【００１０】本発明は、上記事情に対処するためになさ
れたもので、電池封口性を維持したまま、破裂を防止し
安全性を向上させることのできる大電流放電が可能な扁
平形非水電解質二次電池を提供することが課題である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、従来の扁平形電池のかしめ方法を改良
し、正極ケースの側面部分に欠刻を設け、かしめたこと
を特徴とする。すなわち、絶縁パッキングが径方向及び
高さ方向に圧縮されるため通常の状態で漏液は生じない
が、正極ケースの欠刻部分は変形しやすいため、熱暴走
による内圧上昇の際には絶縁ガスケットを開放し破裂を
未然に防止することができる。

【００１２】また、熱暴走状態で確実に破裂を回避し、
かつ通常の使用状態での漏液などの不具合を生じさせな
いためには、以下の実験に示されるように、正極ケース
の側面部分に設けられた欠刻の幅が正極ケースの円周に
対し中心角０．１π〜０．９πｒａｄ、欠刻の深さが正
極ケース高さの５〜３０％となることが望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例及び比較例
について詳細に説明する。（実施例１）本発明の実施例１の電池の断面図を図１
に、正極ケースの斜視図を図２に示す。以下本実施例１
の電池の製造方法を説明する。

【００１４】まず、ＬｉＣｏＯ₂１００質量部に対し導
電剤としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質
量部を加え、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを５質
量部加え、Ｎ−メチルピロリドンで希釈、混合し、スラ
リー状の正極合剤を得た。次にこの正極合剤を、正極集
電体である厚さ０．０２ｍｍのアルミ箔の両面にドクタ
ーブレード法により塗工、乾燥を行い、正極作用物質含
有層の塗膜厚さが両面で０．１５ｍｍの両面塗工正極を
作製した。次に、この電極体の片面の端から１０ｍｍ部
分の作用物質含有層を除去し、アルミ層を剥き出しにし
通電部とし、幅１５ｍｍ、長さ１２０ｍｍに切り出し正
極板２を作製した。

【００１５】次に、黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維
粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴ
ム（ＳＢＲ）とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）
をそれぞれ２．５質量部を添加し、イオン交換水で希
釈、混合し、スラリー状の負極合剤を得た。得られた負
極合剤を負極集電体である厚さ０．０２ｍｍの銅箔両面
にドクターブレード法により塗工、乾燥を行い、作用物
質含有層の厚さが０．１５ｍｍの両面塗工負極を作製し
た。次に、この電極体片面の端から１０ｍｍ部分の作用
物質含有層を除去し、銅層を剥き出しにし通電部とし、
幅１５ｍｍ、長さ１２０ｍｍに切り出した負極板４を作
製した。

【００１６】次に、正負極板通電部面を外周巻き終り側
とし、これら正極板２と負極板４の間に厚さ２５μｍの
ポリエチレン微多孔膜からなるセパレータ３を介して渦
巻状に捲回し、扁平形電池の扁平面に対し水平方向に正
負極対向部を持つように一定方向に捲回電極の中心部の
空間がなくなるまで加圧した。

【００１７】作製した電極群を８５℃で１２ｈ乾燥した
後、絶縁ガスケット６を一体化した負極金属ケース５の
内底面に電極群の負極板の作用物質含有層除去部が接す
るように配置し、エチレンカーボネートとメチルエチル
カーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支
持塩としてＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解せし
めた非水電解質を注液し、さらに電極群の正極板の作用
物質含有層除去部に接するようにステンレス製の正極ケ
ース１を嵌合し、上下反転後、正極ケース１に径方向お
よび高さ方向のかしめ加工を実施し、封口した。前記正
極ケース１は高さ３ｍｍ、直径φ２４．５ｍｍで、第２
図に示すように、中心角０．１πｒａｄ、深さ０．１５
ｍｍの欠刻部１ａが設けられている。これにより厚さ３
ｍｍ、直径φ２４．５ｍｍの実施例１の扁平形非水電解
質二次電池を５０個作製した。

【００１８】（実施例２）正極ケース１に施された欠刻
部１ａの寸法が、中心角０．１πｒａｄ、深さ０．９０
ｍｍである以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の
電池を５０個作製した。

【００１９】（実施例３）正極ケース１に施された欠刻
部１ａの寸法が、中心角０．９πｒａｄ、深さ０．１５
ｍｍである以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の
電池を５０個作製した。

【００２０】（実施例４）正極ケース１に施された欠刻
部１ａの寸法が、中心角０．９πｒａｄ、深さ０．９０
ｍｍである以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の
電池を５０個作製した。

【００２１】（比較例１）図３に示す欠刻のない正極ケ
ース１を用いたこと以外は実施例１と同様の、図１に示
す構造の電池を５０個作製した。

【００２２】（比較例２）正極ケース１に施された欠刻
部１ａの寸法が、中心角０．１πｒａｄ、深さ０．１０
ｍｍである以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の
電池を５０個作製した。

【００２３】（比較例３）正極ケース１に施された欠刻
部１ａの寸法が、中心角０．１πｒａｄ、深さ０．９５
ｍｍである以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の
電池を５０個作製した。

【００２４】（比較例４）正極ケース１に施された欠刻
部１ａの寸法が、中心角０．０５πｒａｄ、深さ０．９
０ｍｍである以外は実施例１と同様の、図１に示す構造
の電池を５０個作製した。

【００２５】（比較例５）正極ケース１に施された欠刻
部１ａの寸法が、中心角０．９５πｒａｄ、深さ０．１
５ｍｍである以外は実施例１と同様の、図１に示す構造
の電池を５０個作製した。

【００２６】（比較例６）正極ケース１に施された欠刻
部１ａの寸法が、中心角０．１πｒａｄ、深さ０．１５
ｍｍであり、正極ケース１に径方向のみのかしめ加工を
実施して封口したこと以外は実施例１と同様の、図４に
示す構造の電池を５０個作製した。

【００２７】これらの電池について、４．２Ｖ，３ｍＡ
の定電流定電圧で４８時間初充電を実施後、４５℃−９
３％Ｒｈ−１００日間貯蔵し、電解液漏液の発生数を調
べた。また、３００ｍＡ，６時間の定電流強制放電試験
と、昇温速度５℃／分で１６０℃／１０分持続の加熱試
験を行い、破裂の発生を調べた。

【００２８】表１に試験結果を示す。本実施例及び比較
例１，２，４の電池では貯蔵による漏液は発生しなかっ
た。それに対し比較例３では欠刻が深すぎるため欠刻部
から電解液が漏出した。また比較例５では欠刻の幅が広
すぎ、比較例６では絶縁ガスケットの圧縮率が上昇せ
ず、気密性が低かったため電解液が漏出したものであ
る。

【００２９】また強制放電試験、加熱試験では、本実施
例及び比較例３，５，６の電池では破裂しなかったが、
比較例１，２，４の電池は正極ケースが変形せず、絶縁
ガスケットを開放しなかったため破裂が見られた。

【００３０】

【表１】

【００３１】上述したように、正極ケースの欠刻を、幅
が正極ケースの円周に対し中心角０．１π〜０．９πｒ
ａｄで、かつ深さを正極ケース高さの５〜３０％とする
ことにより、異常時の破裂がなく、かつ貯蔵による漏液
がない扁平形非水溶媒二次電池を得ることができる。

【００３２】なお、本発明の実施例は、非水電解質に非
水溶媒を用いた扁平形非水溶媒二次電池を用いて説明し
たが、非水電解質にポリマー電解質を用いたポリマー二
次電池や固体電解質を用いた固体電解質二次電池につい
ても、同様の効果が得られる。さらに樹脂製セパレータ
の代わりにポリマー薄膜や固体電解質膜を用いることも
可能である。また、欠刻が単数の場合について説明した
が、複数の欠刻を設けた場合でもそれらの幅の総和が正
極ケースの円周に対し中心角０．１π〜０．９πｒａｄ
であれば同様の効果が得られる。さらに電池形状につい
ては正極ケースのかしめ加工により封口するコイン形非
水電解質二次電池をもとに説明したが、正負極電極を入
れ替え、負極ケースに欠刻を設けてかしめ加工により封
口することも可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によると、
扁平形非水電解質二次電池の破裂を防止することがで
き、さらに貯蔵による漏液も生じないという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の扁平形非水電解質二次電池
の断面図。

【図２】図１の正極ケースの斜視図。

【図３】従来の正極ケースの斜視図。

【図４】比較例６の扁平形非水電解質二次電池の断面
図。

【符号の説明】

１…正極ケース、１ａ…正極ケースの欠刻部、２…正極
板、３…セパレータ、４…負極板、５…負極ケース、６
…絶縁ガスケット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木正美東京都品川区南品川三丁目４番10号東芝電池株式会社内 (72)発明者飯塚一雄東京都品川区南品川三丁目４番10号東芝電池株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA13 CC06 DD15 FF03 GG02 HH02 KK00 KK01 KK02 5H029 AJ12 AK02 AL06 AL12 AL16 AM03 AM05 AM07 BJ03 BJ16 DJ02 DJ12 DJ14 EJ01 HJ00 HJ04 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負極端子を兼ねる金属製の負極ケース
と、正極端子を兼ねる金属製のケースが、絶縁ガスケッ
トを介し嵌合され、さらに絶縁ガスケットを前記正極ケ
ースが径方向及び高さ方向に圧縮するかしめ加工により
かしめられた封口構造を有し、その内部にリチウム含有
酸化物の正極と、セパレータと、炭素質材料の負極と、
非水電解液を内包した扁平形非水電解質二次電池におい
て、帯状の正極と負極とをセパレータを介して捲回した
電極群が収納され、かつ前記正極ケースの側面部分に欠
刻が設けられており、欠刻の幅が正極ケースの円周に対
し中心角０．１π〜０．９πｒａｄで、かつ欠刻の深さ
が正極ケースの高さの５〜３０％であることを特徴とす
る扁平形非水電解質二次電池。