JP2003242936A - 電 池 - Google Patents
電 池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Abstract
要としない部分の缶厚を薄くして、外装缶材料を有効に
配分し、外装缶の質量を増大させることなく、強度に優
れた外装缶を得て、サイクル特性に優れた電池を提供で
きるようにする。 【解決手段】 本発明の電池は正極1と負極2とこれら
の両極1,2を隔離するセパレータ3と、電解液とを収
容する有底角筒状外装缶10を備えている。そして、有
底角筒状外装缶10は一対の平板状壁11を備えるとと
もに、平板状壁11の外周部Bの肉厚の方が中央部Aの
肉厚よりも厚く形成されている。これにより、外装缶材
料を有効に配分することが可能になり、有底角筒状外装
缶10の質量を増大させることなく強度に優れた有底角
筒状外装缶10を得ることができる。
Description
これらの両極を隔離するセパレータと、電解液と、これ
らを収容する有底角筒状外装缶とを備えた電池に係り、
特に、有底角筒状外装缶の改良に関する。
ートパソコン等の携帯用電子・通信機器の需要が高まる
につれて、その電源となるニッケル−水素蓄電池、ニッ
ケル−カドミウム等のアルカリ蓄電池や、リチウムイオ
ン電池で代表されるリチウム二次電池の需要が増大し
た。これらのアルカリ蓄電池やリチウム二次電池の中で
も、特に実装効率の高い角形電池の要求が高まった。そ
して、この種の角形電池は、携帯用電子・通信機器に用
いられることから、容積当たりの電池容量(放電容量)
を大きくすることはいうまでもなく、軽量化、つまり高
エネルギー密度である特性が重視されるようになった。
鉄やステンレスから軽量のアルミニウムに変更したり、
あるいは外装缶の肉厚を薄くすることにより、電池の軽
量化を達成する試みが行われるようになった。これは、
外装缶の質量が電池の総質量に占める割合が大きいから
である。しかしながら、外装缶をアルミニウムに変更し
たり、外装缶の肉厚を薄くすると、外装缶の強度が低下
してしまう弊害がある。例えば、外装缶の材質を鉄やス
テンレスから軽量のアルミニウムに変更すると、アルミ
ニウムの縦弾性係数は鉄の3分の1であるから、同一寸
法の外装缶に設計すると、アルミニウム製外装缶のたわ
み強度は、鉄製外装缶の3分の1に減少してしまう。
する問題が生じる。これは、充放電に伴い電極が膨張収
縮するため、電極を巻回した電極体が膨張収縮し、特に
電極体の膨張は、外装缶を変形させるように作用するた
めである。このため、外装缶の強度が弱いと、電極体の
膨張により外装缶が膨れるように変形してしまう。一旦
外装缶が変形すると形状は完全に復元しないため、電極
体の正負極を均一に対向させておく力が不均一になり、
電池反応が不均一になる。この結果、電池特性の劣化が
加速することとなる。
各角部の厚みを直線部分の厚みよりも大きくして、角形
外装缶の強度を補強するようにすることが、特開平7−
326331号公報にて提案されるようになった。しか
しながら、特開平7−326331号公報にて提案され
た角形外装缶においては、角形外装缶の強度を増大させ
るために各角部の厚みを大きくするようにしている。こ
のため、角形外装缶の質量が増大し、電池の質量効率を
高めたり、高エネルギー密度化を達成できないという問
題を生じた。
容した電池を用い、この電池の内圧が上昇した場合に、
電池内部から角形外装缶の表面(平板状壁)に付与され
る応力を感圧紙を用いて測定すると、図7に示すような
結果が得られた。即ち、扁平状角形外装缶の一対の平板
状壁の中央部Aに付与される応力は小さく、平板状壁の
周辺部Bに付与される応力は大きく、さらに周辺部の
内、角部から45度方向の部分Cに付与される応力は最
大であるという知見を得た。
であって、強度が必要な部分の缶厚を厚くするととも
に、強度を必要としない部分の缶厚を薄くして、外装缶
材料を有効に配分し、外装缶の質量を増大させることな
く、強度に優れた外装缶を得て、サイクル特性に優れた
電池を提供できるようにすることを目的とする。
め、本発明の電池は正極と、負極と、これらの両極を隔
離するセパレータと、電解液と、これらを収容する有底
角筒状外装缶とを備えている。そして、有底角筒状外装
缶は一対の平板状壁と一対の側部壁と底壁とを備え、平
板状壁はその内壁面に段差がなく、かつ電池内部より発
生する応力が大きい部分の厚みが電池の外壁面側に向け
て厚くなるように形成されていることを特徴とする。こ
のように、電池内部より発生する応力が大きい部分の厚
みを電池の外壁面側に向けて厚くすると、応力が付与さ
れる部分の強度が増大する。これにより、電池に変形を
生じることが防止でき、電極体の正負極を対向させてお
く力が均一となり、サイクル特性に優れた電池を提供で
きるようになる。
なく、かつ該平板状壁の周辺部の厚みが中央部の厚みよ
りも電池の外壁面側に向けて厚くなるように形成されて
いると、平板状壁の中央部よりも大きな応力が付与され
る平板状壁の外周部の強度を大きくできるので望まし
い。また、平板状壁はその内壁面に段差がなく、かつ該
平板状壁の周辺部の角部の厚みが中央部および周辺部の
厚みよりも電池の外壁面側に向けて厚くなるように形成
されていると、平板状壁の外周部のうちで特に大きな応
力が付与される角部の強度を大きくできるので好まし
い。
ス、アルミニウム、アルミニウム合金から選択される金
属材料により形成すればよいが、軽量のアルミニウムや
アルミニウム合金を用いても、必要とする強度が容易に
得られるので、軽量で強度に優れた外装缶が得られるよ
うになる。また、強度が大きい鉄やステンレスを用いる
と、強度に優れた構造の外装缶が得られるので、これら
の外装缶の肉厚をさらに薄くすることができ、質量エネ
ルギー密度に優れた電池を得ることができる。
1〜図5に基づいて以下に説明するが、本発明はこの実
施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を
変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能であ
る。なお、図1は実施例1の有底角筒状外装缶を示して
おり、図1(a)は有底角筒状外装缶の概略構成を模式
的に示す斜視図であり、図1(b)はそのa−a断面を
表す一部破断した斜視図である。
を示しており、図2(a)は有底角筒状外装缶の概略構
成を模式的に示す斜視図であり、図2(b)はそのa−
a断面を表す一部破断した斜視図であり、図2(c)は
そのb−b断面を表す一部破断した斜視図である。図3
は比較例の有底角筒状外装缶を示しており、図3(a)
は有底角筒状外装缶の概略構成を模式的に示す斜視図で
あり、図3(b)はそのa−a断面を表す一部破断した
斜視図である。図4はこれらの有底角筒状外装缶の製造
工程を模式的に示す断面図である。図5はこれらの有底
角筒状外装缶を用いて形成した角形電池を模式的に示す
断面図である。
に、アルミニウム合金(例えば、JIS規格 H400
0における合金番号3003の合金)製で、扁平な有底
角筒状に形成されており、一対の平板状壁11,11
と、一対の側部壁12,12と、底壁13とで構成され
ており、底壁13の反対側に開口14が形成されてい
る。ここで、本実施例1の有底角筒状外装缶10の特徴
的な構成は、一対の平板状壁11,11の肉厚が中央部
Aにおいては薄く、外周部Bにおいては厚く形成されて
いることである。
Aの肉厚(t1)は0.23mmで、外周部Bの肉厚
(t2)は0.28mmで、外周部Bの肉厚(t2)の
方が中央部Aの肉厚(t1)よりも約20%程度厚く形
成されている。なお、側部壁12,12の肉厚は0.3
mmに形成されており、底壁13の肉厚は0.5mmに
形成されている。この場合、中央部Aと外周部Bの面積
比が7対3(A:B=7:3)になるように設定されて
いる。なお、有底角筒状外装缶10の外形寸法が、厚み
が4.2mmで、幅が30mmで、高さ(長さ)が4
6.5mmになるように形成されている。
なアルミニウム合金を用い、図2に示すように、扁平な
有底角筒状に形成されており、一対の平板状壁21,2
1と、一対の側部壁22,22と、底壁23とで構成さ
れており、底壁23の反対側に開口24が形成されてい
る。ここで、本実施例2の有底角筒状外装缶20の特徴
的な構成は、一対の平板状壁21,21の肉厚が中央部
Aにおいては薄く、外周部Bにおいては中央部Aよりも
厚く、外周部の角部Cにおいては外周部Bよりも厚く形
成されていることである。
Aの肉厚(t1)は0.20mmで、外周部Bの肉厚
(t2)は0.23mmで、外周部Bの角部Cの肉厚
(t3)は0.28mmで、外周部Bの肉厚(t2)の
方が中央部Aの肉厚(t1)よりも約15%程度厚く、
外周部Bの角部Cの肉厚(t3)の方が外周部Bの肉厚
(t2)よりも約20%程度厚く形成されている。な
お、側部壁22,22の肉厚は0.3mmに形成されて
おり、底壁23の肉厚は0.5mmに形成されている。
この場合、中央部Aと外周部Bと外周部Bの角部Cとの
面積比が5対3対2(A:B:C=5:3:2)になる
ように設定されている。なお、有底角筒状外装缶20の
外形寸法が、厚みが4.2mmで、幅が30mmで、高
さ(長さ)が46.5mmになるように形成されてい
る。
アルミニウム合金を用い、図3に示すように、扁平な有
底角筒状に形成されており、一対の平板状壁31,31
と、一対の側部壁32,32と、底壁33とで構成され
ており、底壁33の反対側に開口34が形成されてい
る。ここで、この比較例においては、従来例の有底角筒
状外装缶と同様に、平板状壁31,31の全ての場所の
肉厚(t1)は0.25mで等しく形成されている。な
お、側部壁32,32の肉厚は0.3mmに形成されて
おり、底壁33の肉厚は0.5mmに形成されている。
なお、有底角筒状外装缶30の外形寸法が、厚みが4.
2mmで、幅が30mmで、高さ(長さ)が46.5m
mになるように形成されている。
法を図4に基づいて以下に説明する。まず、アルミニウ
ム合金(例えば、JIS規格 H4000における合金
番号3003の合金)を圧延して厚さが0.5mmの板
材を得た後、この板材を円形に打ち抜いて、図4(a)
に示すような、例えば、直径が50cmになるような円
形板40を形成した。ついで、図示しない絞りポンチと
ダイスとを用いて、図4(b)に示すように、一対の平
板状壁41と一対の側部壁42と底部43とからなる前
絞り筒40aを成形した。
保持部材と再絞りダイス(図示せず)とで保持し、保持
部材および再絞りダイスと同軸にかつ保持部材内を出入
りし得るように設けられた再絞りポンチと再絞りダイス
とを互いに噛み合うように相対的に移動させ、図4
(c)に示すように、前絞り筒40aを深絞り加工し
て、平板状壁41と側部壁42とを平板状壁44と側部
壁45に延伸させた深絞り筒40bを成形した。
4(d)に示すように、深絞り筒40bをさらに深絞り
加工して、平板状壁44と側部壁45とを平板状壁47
と側部壁48にさらに延伸させた深絞り筒40cを成形
した。最後に、開口部までの長さが所定の長さになるよ
うに切断して、継ぎ目のない平板状壁47および側部壁
48と、この平板状壁47および側部壁48に継ぎ目な
しに一体的に形成された底壁49からなる扁平状の有底
角筒状缶を形成した。これにより、平板状壁31の全て
の場所での肉厚(t1)が等しい比較例の有底角筒状外
装缶30が形成されることとなる。
に治具を挿入して有底角筒状缶30を固定した後、平板
状壁31と大きさが等しく、かつ中央部が突出し、外周
部が凹んだ形状の一対のパンチ(図示せず)を、平板状
壁31,31の両面に押し当てる動作を繰り返した。こ
れにより、図1に示すような、平板状壁11,11の肉
厚が中央部Aにおいては薄く(t1)、外周部Bにおい
ては厚く(t2)形成された実施例1の有底角筒状外装
缶10が形成されることとなる。
つ中央部が突出し、外周部が凹み、この外周部の角部が
さらに凹んだ形状の一対のパンチ(図示せず)を、平板
状壁31,31の両面に押し当てる動作を繰り返した。
これにより、図2に示すような、平板状壁21,21の
肉厚が中央部Aにおいては薄く(t1)、外周部Bにお
いては中央部Aよりも厚く(t2)、外周部の角部Cに
おいては外周部Bよりも厚く(t3)形成された実施例
2の有底角筒状外装缶20が形成されることとなる。こ
れらの有底角筒状外装缶10,20,30のスペックを
示すと、下記の表1に示すようになる。
ク、グラファイト等の炭素系導電剤と、ポリビニリデン
フルオライド(PVdF)よりなる結着剤等とを、N−
メチル−2−ピロリドン(NMP)からなる有機溶剤等
に溶解したものを混合して、スラリーを作製した。この
スラリーをダイコーターあるいはドクターブレードを用
いて、正極集電体(例えば、アルミニウム箔あるいはア
ルミニウム合金箔)の両面に均一に塗布して、活物質層
を塗布した正極板を形成した。この後、乾燥機中を通過
させて、スラリー作製時に必要であった有機溶剤(NM
P)を除去した。乾燥後、この乾燥正極板をロールプレ
ス機により所定の厚みに圧延した後、所定寸法に切断し
て帯状正極1を作製した。
ルオライド(PVdF)よりなる結着剤等とを、N−メ
チル−2−ピロリドン(NMP)からなる有機溶剤等に
溶解したものを混合して、スラリーを作製した。これら
のスラリーをダイコーターあるいはドクターブレードを
用いて、負極集電体(例えば、銅箔)に塗着し、乾燥
後、所定の厚みに圧延した後、所定寸法に切断して帯状
負極2を作製した。
負極板2とを用意し、これらの間にポリエチレン製微多
孔膜からなるセパレータ3を介在させて重ね合わせて渦
巻状に巻回した。ついで、これを扁平になるように押し
つぶして断面が楕円形状の電極群を作製した後、この電
極群を有底角筒状外装缶10(20,30)の開口部よ
り挿入した。ついで、電極群の上部にスペーサを配置し
た後、電極群の負極板2より延出する負極集電タブ2a
を封口体5に設けられた端子板6の内底部に溶接した。
一方、電極群の正極板1より延出する正極リード1aを
有底角筒状外装缶10(20,30)と封口体5との間
に挟み込むようにして、封口体5を有底角筒状外装缶1
0(20,30)の開口部に配置した。ついで、有底角
筒状外装缶10(20,30)の開口部の周壁と封口体
5との間をレーザ溶接した。
メチルエチルカーボネート(MEC)からなる混合溶媒
(EC:MEC=30:70:体積比)にLiPF6を
1モル/リットル溶解して電解液を調製した。この電解
液を端子板6に設けられた透孔を通して、有底角筒状外
装缶10(20,30)内に注入した後、負極端子を各
端子板6に溶接して封止した。これにより、設計容量が
650mAhで角形(厚み:4.2mm、幅:30m
m、高さ(長さ):46.5mm)のリチウム二次電池
X,Y,Zをそれぞれ作製した。ここで、実施例1の有
底角筒状外装缶10を用いたものを電池Xとし、実施例
2の有底角筒状外装缶20を用いたものを電池Yとし、
比較例の有底角筒状外装缶30を用いたものを電池Zと
した。
25℃)で、650mA(1It)の充電電流で、電池
電圧が4.2Vになるまで定電流充電し、4.2Vの定
電圧で電流値が20mAに達するまで定電圧充電した。
この後、650mA(1It)の放電電流で、電池電圧
が2.75Vに達するまで放電させるという充放電サイ
クルを300サイクル繰り返して行った。このとき、1
00サイクル後、200サイクル後、300サイクル後
の各電池X,Y,Zの最大厚み(mm)を求めると図6
に示すような結果が得られた。
Zの最大厚み(mm)と、充放電前の各電池X,Y,Z
の最大厚み(mm)との差を電池膨れ量(mm)として
求めると下記の表2に示すような結果になった。また、
300サイクル後の放電容量(mAh)を求め、初期の
放電容量と300サイクル後の放電容量との比率を容量
維持率(%)として求めると、下記の表2に示すような
結果となった。
うに、平板状壁31の肉厚が等しい比較例の有底角筒状
外装缶30を用いた電池Zにおいては、充放電サイクル
を繰り返す毎に電池の厚みの増加量が大きく、300サ
イクル後の電池膨れ量も大きく、かつ300サイクル後
の容量維持率も大きく低下していることが分かる。これ
は、電池Zにおいては、有底角筒状外装缶30の強度が
小さいために、充放電サイクルを繰り返す毎に電池の膨
れ量が大きくなる。このため、電極体の正負極を対向さ
せる力が不均一となり、それに伴い電池反応が不均一と
なり、容量維持率も低下したと考えられる。
を繰り返す毎に電池の厚みは増加するが、電池Zよりも
その増加量が少なく、また、300サイクル後の電池膨
れ量も電池Zよりも低下しており、かつ300サイクル
後の容量維持率も向上していることが分かる。また、電
池Yにおいては、充放電サイクル後の電池の厚み増加が
少なく、300サイクル後の電池膨れ量も低く、かつ3
00サイクル後の容量維持率も格段に向上していること
が分かる。
の中央部Aの厚みよりも平板状壁11の外周部Bの厚み
を電池の外方に向けて厚くなるように形成された有底角
筒状外装缶10を用いている。また、電池Yにおいて
は、平板状壁21の中央部Aの厚みを薄くし、これより
外周部Bの厚みを厚くし、さらに角部Cの厚みを外周部
Bの厚みよりも厚く形成された有底角筒状外装缶20を
用いている。このため、これらの有底角筒状外装缶1
0,20の強度が向上して、電池膨れ量を低減させるこ
とが可能となっと考えられる。そして、有底角筒状外装
缶10,20の膨れ量が低減することにより、電池反応
が均一になり容量維持率が向上したと考えられる。この
結果、電池X,Yにおいては、サイクル特性に優れた電
池を得ることが可能となる。
池内部より発生する応力が大きい平板状壁11の外周部
Bの厚み、あるいは平板状壁21の外周部Bおよびこの
外周部Bの角部Cの厚みを、電池の外方に向けて厚くな
るようにしているので、応力が付与される部分の強度が
増大するようになる。これにより、電池に変形を生じる
ことが防止でき、変形に起因する電池反応の不均一を防
止できるようになって、サイクル特性に優れた電池を提
供できるようになる。
発明の有底角筒状外装缶を非水電解液二次電池に適用す
る例について説明したが、本発明の有底角筒状外装缶
は、上述した非水電解液二次電池に限らず、他の非水電
解液二次電池にも適用できることは明らかである。さら
に、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム等の
アルカリ蓄電池や、固体電解質電池等の他の電池にも適
用できることは明らかである。
底角筒状外装缶の材質としてアルミニウム合金を用いる
例について説明したが、有底角筒状外装缶の材質として
は、アルミニウム合金に代えてアルミニウムを用いるよ
うにしてもよい。また、軽量のアルミニウムやアルミニ
ウム合金に代えて、強度が大きい鉄やステンレスを用い
ると、強度に優れた構造の外装缶が得られるので、これ
らの外装缶の肉厚をさらに薄くすることができ、質量エ
ネルギー密度に優れた電池を得ることができる。
図1(a)は概略を示す斜視図であり、図1(b)はそ
のa−a断面を表す一部破断した斜視図である。
図2(a)は概略を示す斜視図であり、図2(b)はそ
のa−a断面を表す一部破断した斜視図であり、図2
(c)はそのb−b断面を表す一部破断した斜視図であ
る。
3(a)は概略を示す斜視図であり、図3(b)はその
a−a断面を表す一部破断した斜視図である。
めの製造工程を模式的に示す断面図である。
角形電池を示す断面図である。
である。
圧紙により示した図である。
極集電タブ、3…セパレータ、10…有底角筒状外装
缶、11…平板状壁、12…側部壁、13…底壁、14
…開口、20…有底角筒状外装缶、21…平板状壁、2
2…側部壁、23…底壁、24…開口、30…有底角筒
状外装缶、30…角形外装缶、31…平板状壁、32…
側部壁、33…底壁、34…開口、A…中央部、B…外
周部、C…角部
Claims (3)
- 【請求項1】 正極と、負極と、これらの両極を隔離す
るセパレータと、電解液と、これらを収容する有底角筒
状外装缶とを備えた電池であって、 前記有底角筒状外装缶は一対の平板状壁と一対の側部壁
と底壁とを備え、 前記平板状壁はその内壁面に段差がなく、かつ電池内部
より発生する応力が大きい部分の厚みが電池の外壁面側
に向けて厚くなるように形成されていることを特徴とす
る電池。 - 【請求項2】 正極と、負極と、これらの両極を隔離す
るセパレータと、電解液と、これらを収容する有底角筒
状外装缶とを備えた電池であって、 前記有底角筒状外装缶は一対の平板状壁と一対の側部壁
と底壁とを備え、 前記平板状壁はその内壁面に段差がなく、かつ該平板状
壁の周辺部の厚みが中央部の厚みよりも電池の外壁面側
に向けて厚くなるように形成されていて、 前記平板状壁の中央部よりも大きな応力が付与される同
平板状壁の周辺部の強度を大きくしたことを特徴とする
電池。 - 【請求項3】 正極と、負極と、これらの両極を隔離す
るセパレータと、電解液と、これらを収容する有底角筒
状外装缶とを備えた電池であって、 前記有底角筒状外装缶は一対の平板状壁と一対の側部壁
と底壁とを備え、 前記平板状壁はその内壁面に段差がなく、かつ該平板状
壁の周辺部の角部の厚みが中央部および周辺部の厚みよ
りも電池の外壁面側に向けて厚くなるように形成されて
いて、 前記平板状壁の中央部および周辺部よりも最も大きな応
力が付与される同平板状壁の周辺部の角部の強度を最も
大きくしたことを特徴とする電池。
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JP2002038507A JP4145056B2 (ja) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | 電池 |
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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