JP2003208877A

JP2003208877A - 二次電池用缶体及び二次電池

Info

Publication number: JP2003208877A
Application number: JP2002003587A
Authority: JP
Inventors: Katsu Kodama; 児玉　　克; Tsutomu Hashimoto; 勉橋本; Hidehiko Tajima; 英彦田島; Koichi Ide; 康一井手
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-07-25
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP4745589B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大型化しても強度と軽量化をともに確保で
き、さらには充放電時の電極膨張に起因する不具合を防
止できる二次電池用缶体及び二次電池を提供する。【解決手段】角型の二次電池用缶体を用いた二次電池
であって、缶体における一の面２の厚みは、一の面に隣
接する面４ａ、４ｃの厚みに比べて厚く、一の面には電
極端子１３が設けられ、電極群１９の積層方向に隣接す
る面４ａ、４ｃが対向している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池等
の密閉型二次電池に好適に用いられる二次電池用缶体及
び二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、リチウム二次電池等の密閉型二次
電池の軽量化を図るべく、電池缶の改良が種々報告され
ている（例えば特許第３０９６６１５号公報参照）。こ
の密閉型二次電池においては、充放電に伴って缶内圧が
上昇して缶体が変形すると不都合が生じるので、缶体強
度を保ちつつ缶厚みを薄くすることが必要になってく
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では上
記リチウム二次電池を大型化してバックアップ電源や電
力貯蔵等に用いる計画も進んでいる。しかしながら、上
記した従来の電池缶の場合、そもそも携帯電話やパーソ
ナルコンピュータ等の小型機器への搭載が主であるた
め、例えばアルミニウム缶であれば缶厚みは０．１〜
０．２ｍｍ程度である。従って、この電池缶をそのまま
大型化しても、充分な缶体強度を得ることは難しい。特
に、角型電池の場合、缶側部（胴部）の強度の確保が困
難である。一方、大型電池といえども徒に重量が増大す
ることは好ましくないので、缶体の軽量化が必要なこと
はいうまでもない。

【０００４】さらに加えて、本発明者らは、密閉型二次
電池を大型化すると次のような問題が生じることを見出
した。つまり、電池を大型化すると、充放電に伴う電極
の膨張や収縮が顕著になるが、かかる場合に電極の自由
な膨張を缶体で規制すると、電極からのガスの円滑な放
散を妨げたり、あるいは電極や電池内部の損傷が生じる
可能性がある。

【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、大型化しても強度と軽量化をともに確
保でき、さらには充放電時の電極膨張に起因する不具合
を防止できる二次電池用缶体及び二次電池を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の二次電池用缶体は、角型の二次
電池用缶体であって、前記缶体における一の面の厚み
は、該一の面に隣接する面の厚みに比べて厚くなってい
ることを特徴とする。前記一の面の厚みは、該一の面に
隣接する面の厚みの２〜５倍であることが好ましい。

【０００７】請求項３記載の二次電池用缶体は、角型の
二次電池用缶体であって、前記缶体における一の面の非
変形耐圧強度は該缶体に収容される二次電池の充放電で
生じる缶内圧以上であり、該一の面に隣接する面の非変
形耐圧強度は０．１〜０．２ＭＰａであることを特徴と
する。前記一の面の非変形耐圧強度は０．５ＭＰａ以上
であることが好ましい。

【０００８】請求項５記載の二次電池用缶体は、角型の
二次電池用缶体であって、前記缶体に０．５ＭＰａの内
圧を負荷した場合の、前記缶体における一の面のたわみ
率は０〜３％であり、該一の面に隣接する面のたわみ率
は１０〜２０％であることを特徴とする。

【０００９】前記一の面には電極端子が設けられている
ことが好ましい。又、前記缶体の内容積は２５００ｃｍ
³以上であることが好ましい。

【００１０】本発明の二次電池は、前記二次電池用缶体
を用いたことを特徴とする。前記二次電池において、電
極群の積層方向に、前記一の面に隣接する面が対向して
いることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の二次電池用缶体及
び二次電池について、各図を参照して説明する。なお、
リチウム二次電池を例として説明する。図１は、本発明
に係る二次電池の斜視図である。図２は、本発明に係る
二次電池の一部分を破断視した斜視図である。

【００１２】図１において、缶蓋部２、缶胴部４ａ〜４
ｄ、缶底６から二次電池の缶体が構成され、この缶体の
外形は、幅１１６ｍｍ×高さ１７９ｍｍ×奥行き６６．
５ｍｍの略直方体形状をなしている。なお、この実施形
態では、缶胴部４ａ〜４ｄと缶底６は、アルミニウム合
金板等をプレス加工して深絞り成形やしごき成形するこ
とにより一体形成されている。そして、缶胴部４ａ〜４
ｄの周縁に缶蓋部２を接合（レーザ溶接や抵抗溶接等）
することにより、缶体が形成されている。又、缶蓋部２
には、安全弁１２、正極端子１３、負極端子１４、注液
口（封口する）１５が設けられている。

【００１３】図２は、二次電池の一部分を破断視した斜
視図であり、符号１６は、例えばマンガン酸リチウム系
材料とされる正極電極板（電極板）、１７は例えば炭素
系材料とされる負極電極板（電極板）、１８はセパレー
タを示す。図に示された通り、正極電極板１６、負極電
極板１７は略直立した状態で配置され、セパレータ１８
を介して、正極電極板１６，セパレータ１８，負極電極
板１７，セパレータ１８，正極電極板１６…の順に複数
積層され、電極群１９が形成されている。各正極電極板
１６は正極端子１３に接続され、各負極電極板１７は負
極端子１４に接続されている。

【００１４】さらに、電池缶の内部には、例えばエチレ
ンカーボネート＋ジメチルカーボネート等の有機材料と
される電解液が封入されている。電解液の液量は、任意
に設定されるが、缶体の内容積に対して２０〜５０パー
セント程度（液位は缶高さの９０％程度）とされてお
り、正極電極１６、負極電極１７、セパレータ１８は、
電解液に浸漬された状態となっている。

【００１５】図３は、安全弁１２が設けられた面を示す
平面図であり、図１の二次電池においては、缶蓋部２を
示す平面図である。安全弁１２は、正極電極板１６（電
極板），負極電極板１７（電極板）の積層方向から容器
１を視た際に上側となる缶蓋部２の対向する二つの角部
に配設されている。また、正極端子１３、負極端子１４
は、缶蓋部２の中心部の左右にそれぞれ配設されてい
る。

【００１６】この二次電池は、例えば定格２７０Ｗｈの
単電池であり、複数の（４つの）単電池を直列に接続し
て、（定格約１ＫＷｈの）モジュールとする。そして、
用途に応じて、モジュールを一または複数組み合わせて
容量を適宜調節して用いる。また、設置場所のスペース
に応じて、図１に示す如く正極端子１３、負極端子１４
が設けられた面が上面となるように縦向きに設置される
場合と、正極端子１３、負極端子１４が設けられた面が
側面となるように横向きに設置される場合とがある。

【００１７】次に、本発明の二次電池用缶体が強度を確
保する機構について、図４を参照して説明する。この図
において、缶体を構成する各面のうち上面が缶蓋部２で
あり、上面に隣接する４つの側面が缶胴部４である。

【００１８】本発明においては、缶蓋部２（缶体の一の
面）の厚みが、缶胴部４（隣接する面）の厚みに比べて
厚くなっている。そのため、上面の缶蓋部２はほとんど
変形することがなく、この部分では充分な缶体強度を有
している。一方、側面の缶胴部４は、缶内圧の上昇等に
伴い変形が生じることになるが、変形の大部分は中央部
４Ｓで生じ、側面同士の交わる綾（角部）４Ｌでは変形
は生じ難くなっている。すなわち、綾４ＬはＬ字形断面
になっているので板厚が薄くても所定の強度を保つよう
になっている。

【００１９】そして、各綾４Ｌは剛性を有する缶蓋部２
に接続しているので、外枠として機能する。そのため、
缶体は全体として所定の強度を保持し、内圧で缶が膨張
したとしても缶の外形寸法（缶の高さ等）が大きく変化
することはない。又、缶体の側面の厚みが比較的薄くな
っているので、缶体の各面の厚みが均一な場合に比べて
缶を軽量化することができる。

【００２０】上記した効果を生じさせるためには、缶体
の缶蓋部２（一の面）の厚みが、缶胴部４ａ、４ｃ（こ
れに隣接する面）の厚みの２〜５倍であることが好まし
い。なお、具体的には、缶体にアルミニウム合金を用い
た場合、缶蓋部の厚み２〜５ｍｍ程度、缶胴部の厚み１
〜１．５ｍｍ程度とすることができる。

【００２１】又、缶体の各面の厚みを上述の如く構成す
るのに変え、以下のように構成しても同様な効果を得る
ことができる。すなわち、缶体の一の面の非変形耐圧強
度を該缶体に収容される二次電池の充放電で生じる缶内
圧以上とし、該一の面に隣接する面の非変形耐圧強度を
０．１（ＭＰａ）〜０．２ＭＰａとする。ここで、非変
形耐圧強度とは、その面に垂直方向から荷重を負荷した
場合の、当該面のたわみ率が１％以下であるときの荷重
値（圧力）をいう。又、たわみ率とは、缶体に内圧が負
荷されないときに互いに対向する面の間隔（缶幅）を基
準とし、内圧が負荷されたときの缶幅の増加率である。
好ましくは、一の面の非変形耐圧強度を０．５ＭＰａ以
上とすると、当該一の面の剛性が高くなり、缶体強度も
向上する。又、本発明において以下のような構成として
も、上記と同様な作用効果を得ることができる。すなわ
ち、缶体に０．５ＭＰａの内圧を負荷した場合に、一の
面のたわみ率を０〜３％とし、一の面に隣接する面のた
わみ率を１０〜２０％とする。このようにすると、一の
面では缶内圧が上昇してもほとんど撓みが生じないが、
隣接する面では適度に撓むよう厚みを薄くでき、軽量化
が計られる。

【００２２】なお、電池、つまり電極が大きくなるほ
ど、充放電に伴う電極の膨張や収縮が顕著になるので、
缶体の内容積が２５００ｃｍ³以上である場合に本発明
はより有効である。ここで缶体の内容積とは、缶を密閉
したときの缶内容積をいい、缶内に収容される電極や電
極端子等の容積を含む。

【００２３】さらに、上記した缶体において、電極群の
積層方向に缶胴部（一の面に隣接する面）を対向させた
構成とすると、以下の効果が生じる。これについて図５
を参照して説明する。図５は、図４のＶ−Ｖ’線に沿う
断面図を示す。

【００２４】この図において、左右方向に正極電極板１
６，負極電極板１７、セパレータ１８が積層され、又、
正極電極板１６の上端部に突出形成された正極タブ１６
ａが集電板１３ａに接続されている。そして、集電板１
３ａは正極端子１３の下端部に接続されている。

【００２５】ここで、通常、充放電に伴う電極反応によ
り電極は膨張する。例えばリチウムイオン二次電池の場
合、負極に用いるカーボンはリチウムイオンを吸蔵した
際に膨張する。又、充放電時にガスが発生する場合にも
電極は膨張する。電極の膨張は、主として電極の積層方
向で顕著となるので、電極は図５の左右方向に膨らむこ
とになる。

【００２６】ところが、缶側面の缶胴部４ａ、４ｃの厚
みを厚くして剛性を付与すると、電極の自由な膨張が規
制され、電極からのガスの円滑な放散が妨げられること
がある。この場合、ガスは電極の上方に上昇して電極上
部付近で最も強度が弱い部分、例えば正極タブ１６ａ
（又はこれと同様な負極タブ）の突出部と電極端子との
接合部分等を破断する虞がある。又、電極の左右方向へ
の膨張が規制されると、その分だけ上下方向への電極の
膨張が顕著となり、これによっても上記接合部分が破断
する場合もある。さらには、電極の自由な膨張が規制さ
れると電極が局所的に膨張し、電極活物質が電極板から
剥離する可能性もある。

【００２７】そこで、本発明においては、缶胴部４ａ、
４ｃの厚みを比較的薄くし、電極の膨張に伴って缶胴部
４ａ、４ｃが撓むようにしている。これにより電極の積
層方向（図５の左右方向）への自由な膨張を規制するこ
とがなく、上記した接合部分の破断や電極の破損を防止
することができる。

【００２８】なお、上記実施形態においては、板厚の厚
い缶蓋部（一の面）に電極端子を設けた場合について説
明したが、これに限らず、電極端子が缶体のどの面に設
けられていてもよい。

【００２９】

【実施例】１．二次電池の作成幅１１６ｍｍ×高さ１７９ｍｍ×奥行き６６．５ｍｍの
略直方体の外形状を有し、缶底部と一体成形された缶胴
部を用意した。この缶胴部に電極群及び電解液を収容し
た後、缶胴部の開口面に缶蓋部を接合して密閉型二次電
池を作成した。缶蓋部には電極端子を設け、電極群上部
のタブに接続させた。缶蓋部、缶胴部はいずれもアルミ
ニウム合金からなり、缶蓋部厚み３ｍｍ、缶胴部厚み１
ｍｍであった。又、正極電極板はマンガン酸リチウム系
材料を活物質とし、負極電極板は炭素系材料を用い、各
電極板の間にセパレータを介装したものを複数積層して
電極群とした。比較として、缶蓋部、缶胴部の厚みをい
ずれも２ｍｍとしたことのほかは上記と同様な二次電池
を作成した。

【００３０】２．充放電試験次に、この二次電池を４．１５Ｖまで３時間充電した
後、３．１Ｖまで放電する充放電サイクルを行ったとこ
ろ、ガスが発生して缶内圧が０．５ＭＰａに上昇した。
この状態で缶体の外形寸法を測定するとともに、電池内
部の導通状態を測定した。得られた結果を表１に示す。

【表１】

【００３１】表１から明らかなように、実施例において
は、缶重量が軽量化されているとともに、充放電で缶内
圧が上昇しても缶の高さ方向の寸法変化は生じていな
い。又、缶胴部がたわみ率１８％で撓んだ結果、電池内
部の導通状態は良好であった。

【００３２】一方、缶胴部の厚みを缶蓋部と同一とした
比較例の場合は、缶重量が過大となった。又、缶の高さ
変化が５ｍｍと大きく、電極が缶の上下方向に膨張した
ために電極端子との接続部分が破断し、電池内部で断線
が生じた。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、角型の二次電池用缶体
の一の面の厚みが、該一の面に隣接する面の厚みに比べ
て厚くなっているので、各面の厚みを均一とした場合に
比べて、電池を大型化した場合に強度と軽量化をともに
確保できる。

【００３４】一の面の非変形耐圧強度を該缶体に収容さ
れる二次電池の充放電で生じる缶内圧以上とし、隣接す
る面の非変形耐圧強度を０．１〜０．２ＭＰａとして
も、電池を大型化した場合に強度と軽量化をともに確保
できる。

【００３５】缶体に０．５ＭＰａの内圧を負荷した場合
の、一の面のたわみ率を０〜３％とし、隣接する面のた
わみ率を１０〜２０％としても、電池を大型化した場合
に強度と軽量化をともに確保できる。

【００３６】請求項９記載の本発明の二次電池によれ
ば、電極群の積層方向に、前記一の面に隣接する面が対
向しているので、充放電により当該積層方向の電極が膨
張するとこの面がそれに追随して撓む。そのため、電極
の自由膨張を妨げることがないので、電極からのガスの
円滑な放散を妨げたり、電極が局所的に膨張して電極活
物質が電極板から剥離するといった不具合が防止され
る。特に、前記一の面側に設けた電極端子に電極群のタ
ブを接合した場合に、電極の膨張に伴って当該接合部分
が破断する問題が回避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二次電池の斜視図である。

【図２】本発明に係る二次電池の一部分を破断視した
斜視図である。

【図３】安全弁１２が設けられた面を示す平面図であ
る。

【図４】本発明の二次電池用缶体が強度を確保する機
構を示す模式図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ’線に沿う断面図である。

【符号の説明】

２一の面４ａ、４ｃ一の面に隣接する面１３電極端子１９電極群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田島英彦長崎県長崎市飽の浦町１番１号三菱重工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者井手康一長崎県長崎市深堀町五丁目717番地１長菱エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA01 CC06 KK00 KK01 KK02 KK04 5H029 AJ11 AK03 AL06 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ12 DJ02 EJ01 HJ00 HJ04 HJ07 HJ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】角型の二次電池用缶体であって、前記缶体における一の面の厚みは、該一の面に隣接する
面の厚みに比べて厚くなっていることを特徴とする二次
電池用缶体。
【請求項２】前記一の面の厚みは、該一の面に隣接す
る面の厚みの２〜５倍であることを特徴とする請求項１
に記載の二次電池用缶体。
【請求項３】角型の二次電池用缶体であって、前記缶体における一の面の非変形耐圧強度は該缶体に収
容される二次電池の充放電で生じる缶内圧以上であり、
該一の面に隣接する面の非変形耐圧強度は０．１〜０．
２ＭＰａであることを特徴とする二次電池用缶体。
【請求項４】前記一の面の非変形耐圧強度は０．５Ｍ
Ｐａ以上であることを特徴とする請求項３に記載の二次
電池用缶体。
【請求項５】角型の二次電池用缶体であって、前記缶体に０．５ＭＰａの内圧を負荷した場合の、前記
缶体における一の面のたわみ率は０〜３％であり、該一
の面に隣接する面のたわみ率は１０〜２０％であること
を特徴とする二次電池用缶体。
【請求項６】前記一の面には電極端子が設けられてい
ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
の二次電池用缶体。
【請求項７】前記缶体の内容積は２５００ｃｍ³以上
であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに
記載の二次電池用缶体。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の二
次電池用缶体を用いたことを特徴とする二次電池。
【請求項９】電極群の積層方向に、前記一の面に隣接
する面が対向していることを特徴とする請求項８に記載
の二次電池。