JP2002231194A - 密閉型電池 - Google Patents

密閉型電池

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JP2002231194A
JP2002231194A JP2001024614A JP2001024614A JP2002231194A JP 2002231194 A JP2002231194 A JP 2002231194A JP 2001024614 A JP2001024614 A JP 2001024614A JP 2001024614 A JP2001024614 A JP 2001024614A JP 2002231194 A JP2002231194 A JP 2002231194A
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battery
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JP2001024614A
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Hisanori Yamaguchi
尚範 山口
Shuichi Yamashita
修一 山下
Zensaku Yasutake
善作 安武
Masamune Oki
雅統 大木
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池が落下した場合等、電池に外力が加えら
れた場合であっても、環状凹部が変形するのを抑制する
ことにより、電池内部で短絡が生じるのを防止できる密
閉型電池を提供することを目的としている。 【解決手段】 内部に発電要素2が収納された有底筒状
の外装缶1を有し、この外装缶1の開口部には、環状凹
部3と鍔部4とに挟持されて封口体6がかしめ固定され
る構造の密閉型電池において、上記環状凹部3には、環
状凹部3の変形を抑制する補強部材7が設けられている
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、内部に発電要素が
収納された有底筒状の外装缶を有し、この外装缶の開口
部には、環状凹部と鍔部とに挟持されて封口体がかしめ
固定される構造の密閉型電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、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、放出し得る炭素材料を負極材料とするリチウムイオ
ン電池が、高容量化が可能な電池として注目されてい
る。このようにリチウムイオン電池は優れた性能を有す
るということから、円筒型形状の密閉型電池等に用いら
れている。
【0003】ここで、上記リチウムイオン電池の具体的
な構造は、図4に示すように、内部に発電要素30が収
納された有底筒状の外装缶31を有し、この外装缶31
の開口部には、外部ガスケット35を介して、環状凹部
32と鍔部33とに挟持されて封口体34がかしめ固定
される構造となっている。ところが、上記構造のリチウ
ムイオン電池では、電池が落下した場合等、電池に外力
が加えられると、図5に示すように、環状凹部32が発
電要素30方向に変形して、発電要素30が変形する。
このため、正極板36…や負極板37…が折れ曲がり、
セパレータ38…が破断することにより、電池内部で短
絡が生じるという課題を有していた。
【0004】
【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、電池が落下した場合等、
電池に外力が加えられた場合であっても、環状凹部が変
形するのを抑制することにより、電池内部で短絡が生じ
るのを防止できる密閉型電池を提供することを目的とし
ている。
【0005】
【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、内部に発電
要素が収納された有底筒状の外装缶を有し、この外装缶
の開口部には、環状凹部と鍔部とに挟持されて封口体が
かしめ固定される構造の密閉型電池において、上記環状
凹部には、環状凹部の変形を抑制する補強部材が設けら
れていることを特徴とする。上記構成の如く、環状凹部
の変形を抑制する補強部材が設けられていれば、電池が
落下した場合等、電池に外力が加えられた場合であって
も、環状凹部が発電要素方向に変形するのを抑制でき
る。したがって、発電要素が変形するのを抑えることが
できるので、電池内部で短絡が生じるのを防止できる。
【0006】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、上記環状凹部の断面形状が略U字状
を成すことを特徴とする。環状凹部の断面形状が、例え
ば、V字状等であれば、電池が落下した場合には、補強
部材を環状凹部から押し出すような力が補強部材に加わ
るため、補強部材としての作用が十分に発揮されず、環
状凹部の変形抑制効果が不十分となることがある。これ
に対して、環状凹部の断面形状が略U字状であれば、補
強部材を環状凹部から押し出すような力が補強部材に加
わることがないので、補強部材としての作用が十分に発
揮され、環状凹部の変形抑制効果を最大限に発現でき
る。
【0007】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、上記環状凹部に沿ってリング
状を成す補強部材が設けられることを特徴とする。
【0008】また、請求項4記載の発明は、請求項1又
は2記載の発明において、上記環状凹部に沿って複数の
補強部材が間隔をあけて設けられることを特徴とする。
上記構成であれば、補強部材がリング状を成す場合と比
べて、補強部材全体の体積を小さくすることができるの
で、電池を軽量化することが可能となる。
【0009】また、請求項5記載の発明は、請求項1〜
4記載の発明において、上記補強部材が樹脂から成るこ
とを特徴とする。上記構成であれば、補強部材が金属か
ら成る場合に比べて、補強部材が軽くなるので、電池を
軽量化することが可能となる。
【0010】また、請求項6記載の発明は、請求項1〜
5記載の発明において、上記補強部材のロックウェル硬
度(Mスケール)の実測値が70以上に規制されること
を特徴とする。このように規制するのは、ロックウェル
硬度(Mスケール)の実測値が70未満であると、補強
部材の弾性力が不十分となって、変形抑制効果が低減す
るからである。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図1〜図
3に基づいて、以下に説明する。図1は本発明の一例に
係るリチウムイオン電池の要部断面図、図2は本発明電
池の環状凹部における断面図、図3は本発明電池の変形
例を示す断面図である。
【0012】図1に示すように、本発明の一例に係るリ
チウムイオン電池は、有底円筒状の外装缶1を有してお
り、この外装缶1内には、LiCoO2 を主体とする正
極と、黒鉛を主体とする負極と、これら両電極を離間す
るセパレータとから成る渦巻き状の発電要素2が収納さ
れている。また、上記外装缶1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、LiP
6 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。
【0013】ここで、上記外装缶1の開口部には、ポリ
プロピレン(PP)から成る絶縁性の外部ガスケット5
を介して、封口体6がかしめ固定されており、具体的に
は、かしめにより形成され断面形状が略U字状の環状凹
部3と鍔部4とに封口体6が挟持される構造となってい
る。上記環状凹部3には、図1及び図2に示すように、
環状凹部3に沿ってポリカーボネート〔ロックウェル硬
度(Mスケール)の実測値が70〕から成るリング状の
補強部材7が設けられている。この補強部材7の外径L
1 は、上記外装缶1の外径L2 の約0.95倍となるよ
うに構成されている。
【0014】また、上記封口体6は、アルミニウム合金
から成る封止板9を有しており、この封止板9には、P
Pから成る絶縁性の内部ガスケット10を介して、アル
ミニウム合金から成る防爆弁8と、PTC素子12と、
端子キャップ13とがかしめ固定されている。更に、上
記発電要素2と環状凹部3との間には、絶縁板15が配
置されている。
【0015】ここで、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。先ず、正極活物質としてのL
iCoO2 を90質量%と、導電剤としてのカーボンブ
ラックを5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリ
デンを5質量%と、溶剤としてのN−メチル−2−ピロ
リドン(NMP)溶液とを混合してスラリーを調製した
後、このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔
(厚み:20μm)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することにより正極を作
製した。
【0016】これと並行して、負極活物質としての黒鉛
粉末を95質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリ
デンを5質量%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、このスラリーを負極集電体と
しての銅箔(厚み:16μm)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することによ
り負極を作製した。
【0017】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(厚み:25μm)を介し
て巻回して発電要素2を作製した後、この発電要素2を
絶縁板15と共に外装缶1内に挿入した。
【0018】その後、防爆弁8、PTC素子12、及び
端子キャップ13を、内部ガスケット10を介して封止
板9にかしめ固定して、封口体内部20を封止した。し
かる後、ECとDMCとが体積比で4:6の割合で混合
された混合溶媒に、LiPF 6 が1M(モル/リット
ル)の割合で溶解された電解液を外装缶1内に注入した
後、外部ガスケット5を介して、封口板6を外装缶1の
開口端部にかしめ固定した。最後に、環状凹部3に沿っ
てポリカーボネートを塗布した後、これを乾燥してリン
グ状の補強部材7を形成することにより、密閉型電池を
作製した。
【0019】尚、補強部材7の構造としては、上記のよ
うにリング状に限定するものではなく、例えば、図3に
示すように、環状凹部3に沿って複数の補強部材7…を
間隔をあけて設けらるような構造であっても良い。ま
た、補強部材7の種類としては、上記ポリカーボネート
に限定するものではなく、例えば、表1に示すように、
ゴム、尿素樹脂等の熱硬化性樹脂、或いは形状記憶合金
等の金属であっても良い。更に、補強部材7の形成方法
としても、表1に示すように、各種材料に適応した種々
の方法を用いることが可能である。
【0020】
【表1】
【0021】更に、上記の如く、補強部材7の外径L1
は外装缶1の外径L2 の約0.95倍となるような構成
に限定するものではないが、0.80〜1.05倍であ
ることが望ましい。このように限定するのは、環状凹部
3の径(環状凹部3の底部における径)は外装缶1の外
径L2 の約0.80倍であるということから、補強部材
7の外径L1 が外装缶1の外径L2 の0.80倍未満に
なると、補強部材7として機能を発揮し得ない一方、補
強部材7の外径L1 が外装缶1の外径L2 の1.05倍
を越えると、補強部材7が出っ張って見栄えが悪くなる
と共に電池質量が増加するという問題が生じるからであ
る。加えて、本発明は上記リチウムイオン電池に限定す
るものではなく、内部短絡を確実に防止する必要性のあ
る電池であれば適用しうることは勿論である。但し、本
発明を上記リチウムイオン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、LiN
iO2 、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、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、
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Li
PF6 の他、LiAsF6 、LiClO4 、LiB
4 、LiCF3 SO3 等を用いることができる。
【0022】
【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。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。
【0023】〔実施例2〜11〕表2に示すように、補
強部材の材質を尿素樹脂、メラニン樹脂等とした他は、
上記実施例1と同様にして電池を作製した。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〜
A11と称する。
【0024】〔比較例〕環状凹部に補強部材を設けない
他は、上記実施例1と同様にして電池を作製した。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。
【0025】〔実験1〕上記本発明電池A1〜A11及
び比較電池Xについて、落下試験を行って、落下試験後
の電池の内部短絡数を調べたので、その結果を表1に示
す。尚、落下試験は、5mの高さから環状凹部側を下向
きにしてコンクリート上に電池を20回落下させること
により行った。また、試料数は、各電池100個とし
た。
【0026】
【表2】
【0027】上記表2から明らかなように、比較電池X
では7個で内部短絡が生じているのに対して、本発明電
池A1〜A11では全て4個以内の内部短絡数であるこ
とが認められた。したがって、環状凹部に補強部材を設
けることにより、電池落下時の内部短絡を抑制できるこ
とが分かる。また、特に、ロックウェル硬度(Mスケー
ル)の実測値が70以上の本発明電池A1〜A9では、
全く内部短絡が生じていないことが認められた。したが
って、環状凹部の補強部材の材質としては、ロックウェ
ル硬度(Mスケール)の実測値が70以上のものを用い
るのが望ましいことが分かる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電池が落下した場合等、電池に外力が加えられた場合で
あっても、環状凹部が変形するのを抑制することによ
り、電池内部で短絡が生じるのを防止できるといった優
れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例に係るリチウムイオン電池の要部
断面図である。
【図2】本発明電池の環状凹部における断面図である。
【図3】本発明電池の変形例を示す断面図である。
【図4】従来電池に係るリチウムイオン電池の要部断面
図である。
【図5】従来電池に係るリチウムイオン電池を落下させ
たときのの要部断面図である。
【符号の説明】
1:外装缶 2:発電要素 3:環状凹部 4:顎部 6:封口体 7:補強部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安武 善作 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 大木 雅統 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 AA01 AA13 CC02 CC06 CC08 CC12 DD06 DD15 FF03 GG02 KK07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に発電要素が収納された有底筒状の
    外装缶を有し、この外装缶の開口部には、環状凹部と鍔
    部とに挟持されて封口体がかしめ固定される構造の密閉
    型電池において、 上記環状凹部には、環状凹部の変形を抑制する補強部材
    が設けられていることを特徴とする密閉型電池。
  2. 【請求項2】 上記環状凹部の断面形状が略U字状を成
    す、請求項1記載の密閉型電池。
  3. 【請求項3】 上記環状凹部に沿ってリング状を成す補
    強部材が設けられる、請求項1又は2記載の密閉型電
    池。
  4. 【請求項4】 上記環状凹部に沿って複数の補強部材が
    間隔をあけて設けられる、請求項1又は2記載の密閉型
    電池。
  5. 【請求項5】 上記補強部材が樹脂から成る、請求項1
    〜4記載の密閉型電池。
  6. 【請求項6】 上記補強部材のロックウェル硬度(Mス
    ケール)の実測値が70以上に規制される、請求項1〜
    5記載の密閉型電池。
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US7927734B2 (en) 2002-09-05 2011-04-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Lithium secondary battery and fabrication method thereof
WO2024019547A1 (ko) * 2022-07-19 2024-01-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리, 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차

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