【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極板群と電解液が収容されている電池缶の開口部を封口板にて封口してなる電池に関し、特に過充電時や短絡時においても安全性に優れた封口板を有する電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、携帯情報端末等の携帯電子機器の性能は、搭載される半導体素子、電子回路だけでなく、充放電可能な二次電池の性能に大きく依存しており、搭載される二次電池の容量アップと共に、軽量・コンパクト化も同時に実現することが望まれている。これらの要望に応える二次電池として、ニッケルカドミウム蓄電池の約２倍のエネルギー密度を有するニッケル水素蓄電池が開発され、次いで、これを上回るリチウムイオン電池が開発され、使用機器の用途に応じて使い分けされている。
【０００３】
これらの電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回や積層した極板群と電解液からなる発電要素を円筒形、角形や扁平形の電池缶に収容し、かしめ封口やレーザー封口することによって構成されている。
【０００４】
ところで、充電器の故障や充電制御不能による過充電や短絡などによる異常反応により、電解液や活物質が分解して、電池内部にガスが発生し、電池内圧の急激な上昇を招く。その結果として、電池が発火や破裂に至ったり、使用機器に損傷を与えるなどの恐れがある為、安全機能が設けられている。
【０００５】
例えば、図４の（ａ）に扁平な角形電池の平面図、（ｂ）に部分縦断面図を示す従来例の場合、極板群２２と電解液を収容した断面形状が長円形の有底筒状に形成され電池缶２１の開口端と封口板２４とがレーザー溶接され、封口されている。電池缶２１に接合して電池の正極となる封口板２４には、その中央に上ガスケット２５ａ及び下ガスケット２５ｂにより絶縁して締結されたリベット２６に極板群２２を構成する負極板から引き出された負極リード２３を接合することにより、前記リベット２６が負極の外部接続端子となるように構成されている。そして、封口板２４の一部には金属箔状板を貼り合わせたクラッド板が形成されており、その一部が易破壊部となる安全弁２７が構成されている（例えば、特許文献１参照）。なお、２８は電解液注入孔を閉じる封栓で、電池缶２１内に電解液を注入した後、電解液注入孔は封栓２８と封口板２４とをレーザー溶接することによって密閉されている。電池内圧が所定の設定値を超えたときに、上記安全弁２７の易破壊部の金属箔状板を破断して、異常上昇した電池内圧を外部に放出させ、電池が破裂することを防止している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２４１６５１号公報（第１〜６頁、図１〜図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、封口板２４に上下の各ガスケット２５ａ、２５ｂで絶縁してリベット２６を締結する構造は、構成部品数や組立工数が増加する課題があった。すなわち、封口板２４に形成された貫通孔に対して封口板２４の両面から上ガスケット２５ａと下ガスケット２５ｂとを嵌め合わせ、上下ガスケット２５ａ、２５ｂの孔にリベット２６の軸部分を挿入し、リベット２６により上下ガスケット２５ａ、２５ｂを封口板２４に締結する工程が必要であるため、電池を製造するためのコストや工数の増加を招くといった課題があった。
【０００８】
また、エネルギー密度の高いリチウム二次電池には、ＰＴＣ素子や温度ヒューズなどの電流遮断素子を配設して過充電時や短絡時に電池を保護し、安全性を確保する機能を設けるのは必須要件となっている。
【０００９】
しかしながら、小型の円筒形電池、角形電池や扁平形電池の場合には、これらの電流遮断素子を配設するためのスペースを確保することができず、電池外部に配設した電池パックの形態で構成されていた。この場合、過充電時や短絡時の電池温度の検出を電池外部から行っているため、異常温度の検出に遅れを生じたり、検出精度のばらつきが大きいといった課題があった。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、過充電時や短絡時において安全性に優れている上、構成部品数や組立工数が少なく安価な封口板を有する電池を提供することを主たる目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するための本発明は、極板群と電解液が収容されている電池缶の開口部を封口板にて封口してなる電池において、前記封口板にはガスケットを介して絶縁されているリベットに凹部が設けられており、その凹部には電流遮断素子と外部接続端子部材が配設され、電流遮断素子の一方が前記凹部に接合されるとともに、他方が外部接続端子部材に接合されており、樹脂で充填されている凹部によって外部接続端子が固定されていることを特徴とする電池であり、前記電流遮断素子が温度ヒューズであることが好ましく、前記ガスケットの凹部をリベットによりかしめることによってリベットと封口板とが一体化されており、前記極板群の一方の電極端子がリベットに接合され、他方の電極端子が封口板または電池缶に接合されていることが好ましい。
【００１２】
このような封口板構造によれば、電池内に電流遮断素子が配設されているので、過充電時や短絡時の電池温度の異常検出に遅れを生じたり、検出精度のばらつきを生じることが無く、安全性に優れた電池を得ることができる。
【００１３】
また、封口板に上下の各ガスケットを絶縁してリベットを締結する構造でないため、構成部品数や組立工数が少なく安価な電池を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
本発明のリチウム二次電池の形状としては、円筒形、角形、扁平形などの形状に限定されるものではないが、図１の（ａ）に示す角形リチウム二次電池の平面図、（ｂ）に示す部分縦断面図を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１に示すように扁平角形の有底筒状に形成された電池缶１内に極板群２が収容されており、その開口端は封口板５とレーザー溶接にて接合されている。
【００１７】
電池缶１と接合して正極の外部接続端子となる封口板５には、ガスケット６を介して絶縁されている中央部にリベット４が設けられている。このリベット４には凹部が設けられており、その凹部には温度ヒューズからなる電流遮断素子７と外部接続端子部材８が配設され、電流遮断素子７の一方が前記凹部に接合されるとともに、他方が外部接続端子部材８に接合されており、樹脂９で凹部を充填することによって外部接続端子部材８が固定されている。
【００１８】
なお、１０は電解液注入孔を閉じる封栓で、電池缶１内に電解液を注入した後、電解液注入孔は封栓１０と封口板５とをレーザー溶接することによって密閉されている。また、極板群２を構成する負極板から引き出された負極リード３をリベット４に接合することにより、外部接続部材８が負極端子となる構成である。
【００１９】
電池缶１としては、上端が開口する有底の角形扁平状外装缶であり、その材質はアルミニウム合金からなり、耐圧強度の観点からマンガン、銅等の金属を微量含有するアルミニウム合金が好ましく、合金Ｎｏ．３０００系のアルミニウム合金が最適である。
【００２０】
極板群２は、正極板と負極板とがセパレータを介して絶縁された状態で構成されている。正極板は、アルミニウム製の箔やラス加工やエッチング処理された箔からなる集電体の片側または両面に正極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤、増粘剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作製することができる。そして、正極板の厚みは扁平状の巻芯を用いて、その形状にできるだけ忠実に巻回し、１００μｍ〜２００μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【００２１】
正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種類の金属とリチウムとの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏｘＮｉ（１−ｘ）Ｏ２（０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｒＯ２、αＬｉＦｅＯ２、ＬｉＶＯ２等が好ましい。
【００２２】
結着剤としては、活物質間の密着性を保つフッ素樹脂材料、ポリアルキレンオキサイド骨格を持つ高分子材料、またはスチレン−ブタジエン共重合体などがある。フッ素系樹脂材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）が好ましい。
【００２３】
必要に応じて加える導電剤としてはアセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素系導電剤が好ましい。
【００２４】
増粘剤としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどが好ましい。
【００２５】
溶剤としては、結着剤が溶解可能な溶剤が適切で、有機系結着剤の場合は、アセトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合溶剤が好ましく、水系結着剤の場合は水や温水が好ましい。
【００２６】
負極板は、銅製の箔やラス加工やエッチングされた箔からなる集電体の片側または両面に負極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤、増粘剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作製することができる。そして、負極板の厚みは扁平状の巻芯を用いて、その形状にできるだけ忠実に巻回し、正極板と同様に１００μｍ〜２１０μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【００２７】
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る黒鉛型結晶構造を有するグラファイトを含む材料、例えば天然黒鉛や人造黒鉛が使用される。特に、格子面（００２）の面間隔（ｄ００２）が３．３５０〜３．４００Åである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料を使用することが好ましい。尚、結着剤、溶剤および必要に応じて加えることができる導電剤、増粘剤としては正極と同様のものを使用することができる。
【００２８】
セパレータとしては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂の微多孔膜や不織布からなる単層または多層構造で構成されており、ポリエチレン樹脂とポリプロピレン樹脂の２層または両端がポリプロピレン樹脂で中間層がポリエチレン樹脂の３層構造でシャットダウン機能を有するセパレータが好ましく、セパレータの厚みは１０〜３０μｍの範囲が好ましい。
【００２９】
封口板５としては、レーザー溶接による電池缶との接合性から電池缶と同じ材質であることが好ましい。
【００３０】
ガスケット６としては、耐電解液性のある熱可塑性樹脂が好ましく、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂などを挙げることができ、これらを単独またはブレンドした樹脂、変成した樹脂を用いることができる。そして、ガラス繊維、タルク、シリカなどの充填材を添加して用いることもできる。
【００３１】
リベットの凹部内に充填する樹脂９としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を射出成形や注型する方法を挙げることができるが、生産性、寸法精度の観点や溶融温度が低く、短時間で固化させることができ、電流遮断素子７に悪影響を与えにくい熱可塑性樹脂を金型を用いて射出成形するのが好適である。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂などを挙げることができ、これらを単独又はブレンドした樹脂、変性した樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂にガラス繊維、タルク、シリカなどの充填材を添加して用いることもできる。
【００３２】
尚、凹部内に配設する電流遮断素子７に溶融した樹脂９が直接接すると電流遮断素子７自体の機能を停止してしまうことがあるので、電流遮断素子７を断熱シートで貼着して樹脂９の熱が伝わらないようにすることがより好ましい。
【００３３】
また、リベット４や電流遮断素子７の金属部材は金型内で予め予熱した後、金型内に樹脂９を射出することによって、樹脂９と金属部材との密着性をより向上させることができる。
【００３４】
非水電解液としては、非水溶媒と電解質からなり、非水溶媒としては、主成分として環状カーボネートおよび鎖状カーボネートが含有される。前記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、およびブチレンカーボネート（ＢＣ）から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。また、前記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【００３５】
電解質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３等が挙げられる。これらの電解質は、一種類で使用しても良く、二種類以上組み合わせて使用しても良い。これらの電解質は、前記非水溶媒に対して０．５〜１．５Ｍの濃度で溶解させることが好ましい。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例および比較例を用いて詳細に説明するが、これらは、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００３７】
（実施例１）
ＬｉＣｏＯ２を正極活物質とする正極と黒鉛を負極活物質とする負極とを厚さ１５μｍの微多孔性ポリエチレン樹脂の両面に厚さ５μｍの微多孔性ポリプロピレン樹脂からなるセパレータを介して扁平状に巻回した極板群を、長辺面から常温で５．０ＭＰａの圧力にてプレスことにより長円状の極板群を得た。
【００３８】
電池缶１はＪＩＳ 合金Ｎｏ．３００３に規定されているアルミニウム合金を用いて、長辺側寸法３０．０ｍｍ、短辺側寸法５．３ｍｍ、高さ寸法４８．０ｍｍ、厚み０．２０ｍｍの形状にプレス成型により作製した。
【００３９】
封口板５は、図１に示すような射出成形により作製したポリプロピレン樹脂製のガスケット６を介して絶縁されている中央部に鉄製のリベット４を設け、リベット４をかしめることによってリベット４と一体化した封口板５を構成した。このリベット４には凹部が設けられており、その凹部に作動温度が１０４℃の温度ヒューズからなる電流遮断素子７と外部接続端子部材８を配設し、電流遮断素子７の一方を前記凹部の底部にレーザー溶接により接合するとともに、他方を外部接続端子部材８と接合した。そして、この凹部を１９０℃に加熱した熱可塑性ポリアミド樹脂であるＴＲＬ社製サーメルト８１７からなる樹脂９で充填することによって外部接続端子部材８を固定した。
【００４０】
このようにして得られた電池缶１に前記極板群を挿入し、負極板から引き出された負極リード３をリベット４に接合し、電池缶１と封口板５とをレーザー溶接した後、封口板の注入孔からエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートの等量混合溶媒中に、電解質としてヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１．２５モル／ｌ溶かした非水電解液を所定量注液した後、この注入孔を封栓１０により閉じ、封口板５とレーザー溶接することによって密閉した。
【００４１】
さらに、電池電圧が４．２Ｖに達するまで１５０ｍＡ（０．２ＩｔＡ）の定電流定電圧充電を行った後、４５℃に保持した恒温槽に１週間保存してエージング処理を行い、電池容量７５０ｍＡｈの密閉角形扁平電池を作製した。
【００４２】
（実施例２）
ＬｉＣｏＯ２を正極活物質とする正極と黒鉛を負極活物質とする負極とを厚さ１５μｍの微多孔性ポリエチレン樹脂と厚さ１０μｍの微多孔性ポリプロピレン樹脂の２層からなるセパレータを介して略真円状に巻回した極板群１２を作製した。
【００４３】
電池缶１１は、鉄にニッケルメッキを施した直径が１８．０ｍｍ、高さ寸法６６．５ｍｍ、厚み０．２０ｍｍの形状にプレス成型により作製した。
【００４４】
封口板１５は、図２に示すような射出成形により作製したポリフェニレンサルファイド樹脂製のガスケット１６を介して絶縁されている中央部に鉄製のリベット１４を設け、リベット１４をかしめることによってリベット１４と一体化した封口板１５を構成した。このリベット１４には凹部が設けられており、その凹部に作動温度が１１２℃の温度ヒューズからなる電流遮断素子１７と外部接続端子部材１８を配設し、電流遮断素子１７の一方を前記凹部の底部にレーザー溶接により接合するとともに、他方を外部接続端子部材１８と接合した。この凹部を１８０℃に加熱したポリエチレン樹脂からなる樹脂９で充填することによって外部接続端子部材１８を固定した。
【００４５】
このようにして得られた電池缶１１に前記極板群１２を挿入し、正極板から引き出された正極リード１３をリベット１４に接合し、非水電解液を注入した後、電池缶１１と封口板１５とをかしめることによって密閉した。
【００４６】
さらに、電池電圧が４．２Ｖに達するまで４００ｍＡ（０．２ＩｔＡ）の定電流定電圧充電を行った後、４５℃に保持した恒温槽に１週間保存してエージング処理を行い、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ、電池容量２０００ｍＡｈの円筒形非水電解液二次電池を作製した。
【００４７】
（実施例３）
実施例２と同様にして、略真円状に巻回した極板群１２及び電池缶を作製した。
【００４８】
封口板１５は、図３に示すような射出成形により作製したポリフェニレンサルファイド樹脂製のガスケット１６を介して絶縁されている中央部に鉄製のリベット１４を設け、リベット１４をかしめることによってリベット１４と一体化した封口板１５を構成した。このリベット１４には凹部が設けられており、その凹部に作動温度が１１２℃の温度ヒューズからなる電流遮断素子１７と外部接続端子部材１８を配設し、電流遮断素子１７の一方を接続端子３１ａを介して前記凹部の底部にレーザー溶接により接合するとともに、他方を前記凹部の底部と下絶縁シート３２ｂにより絶縁されている接続端子３１ｂを介して外部接続端子部材１８と接合した。尚、外部接続端子部材１８と接続端子３１ａとは上絶縁シート３２ａにより絶縁されており、上絶縁シート３２ａは電流遮断素子１７に樹脂１９を充填するときの熱が伝わらないようにする断熱シートの役目を兼ねている。
【００４９】
これ以外のことは、実施例２と同様にして直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ、電池容量２０００ｍＡｈの円筒形非水電解液二次電池を作製した。
【００５０】
（比較例１）
図４に示すように電池缶２１に接合して電池の正極となる封口板２４には、その中央に上ガスケット２５ａ及び下ガスケット２５ｂにより絶縁して締結されたリベット２６に極板群２２を構成する負極板から引き出された負極リード２３を接合し、前記リベット２６が負極の外部接続端子となるように構成した。そして、封口板２４の一部には金属箔状板を貼り合わせたクラッド板を形成し、その一部が易破壊部となる安全弁２７を構成した。このような封口板２４を用いた以外は、実施例１と同様にして、電池容量７５０ｍＡｈの密閉角形扁平電池を作製した。
【００５１】
尚、電流遮断素子を電池内部に配設するためのスペースを確保することができなかったので、電池外部に配設した電池パックの形態で温度ヒューズからなる電流遮断素子を構成した。
【００５２】
このようにして作製した実施例１〜実施例３、比較例１の電池各２０個を用いて、過充電試験を評価した結果を表１に示す。
【００５３】
過充電試験は、３．０Ｖの終止電圧まで１．０ＩｔＡ（実施例１及び比較例１の場合７５０ｍＡ、実施例２〜実施例３の場合２０００ｍＡ）の定電流で残存放電した後、電池電圧が４．２Ｖに達するまでは０．７ＩｔＡ（実施例１及び比較例１の場合５２５ｍＡ、実施例２〜実施例３の場合１４００ｍＡ）の定電流充電を行い、その後、電流値が減衰して０．０５ＩｔＡ（実施例１及び比較例１の場合３８ｍＡ、実施例２〜実施例３の場合１００ｍＡ）になるまで充電した満充電の電池を、３．０ＩｔＡ（実施例１及び比較例１の場合２２５０ｍＡ、実施例２〜実施例３の場合６０００ｍＡ）の定電流で過充電して、電池の破裂の発生率を調べた結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１から明らかなように、実施例１〜実施例３の電池は電池内に電流遮断素子が配設されているので、過充電されても電池温度の異常検出に遅れを生じたり、検出精度のばらつきを生じることが無いので、電池が破裂することがなく、安全性に優れた電池を得ることができることがわかった。
【００５６】
また、封口板に上下の各ガスケットを絶縁してリベットを締結する構造でないため、構成部品数や組立工数が少なく安価な電池を得ることができた。
【００５７】
これに対して、比較例１の電池は、電池外部に配設した電池パックの形態で、過充電時の電池温度の検出を行っているため、異常温度の検出が遅れや検出精度のばらつきが大きいことに起因すると考えられる電池の破裂が１３／２０発生した。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように、本発明の電池は、ガスケットを介して絶縁されているリベットに凹部を設け、その凹部に電流遮断素子と外部接続端子部材を配設し、電流遮断素子の一方を前記凹部に、他方を外部接続端子部材に接合し、樹脂で充填されている凹部によって外部接続端子が固定されている封口板を用いているので、過充電時や短絡時の電池温度の異常検出に遅れを生じたり、検出精度のばらつきを生じることが無く、確実に電流遮断機構を作動させることができるので、電池の信頼性を大幅に向上させることができ、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に係るリチウム二次電池の平面図
（ｂ）同上電池の部分縦断面図
【図２】（ａ）本発明に係る別のリチウム二次電池の平面図
（ｂ）同上電池の部分縦断面図
【図３】（ａ）本発明に係るさらに別のリチウム二次電池の平面図
（ｂ）同上電池の部分縦断面図
【図４】（ａ）従来例に係るリチウム二次電池の平面図
（ｂ）同上電池の部分縦断面図
【符号の説明】
１、１１、２１ 電池缶
２、１２、２２ 極板群
３、２３ 負極リード
４、１４、２６ リベット
５、１５、２４ 封口板
６、１６ ガスケット
７、１７ 電流遮断素子
８、１８ 外部接続端子部材
９、１９ 樹脂
１０、２８ 封栓
１３ 正極リード
２５ａ 上ガスケット
２５ｂ 下ガスケット
２７ 安全弁
３１ａ、３１ｂ 接続端子
３２ａ 上絶縁シート
３２ｂ 下絶縁シート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery in which an electrode plate group and an opening of a battery can containing an electrolyte are sealed with a sealing plate, particularly having a sealing plate excellent in safety even during overcharge or short circuit. Battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the performance of portable electronic devices such as mobile phones and personal digital assistants largely depends on the performance of rechargeable rechargeable batteries as well as the semiconductor elements and electronic circuits to be mounted. It is desired that the battery be light and compact at the same time as the capacity of the battery is increased. As a secondary battery that meets these demands, a nickel-metal hydride storage battery with approximately twice the energy density of a nickel-cadmium storage battery has been developed, and then a lithium-ion battery that exceeds this has been developed, and can be used according to the application of the equipment used. ing.
[0003]
In these batteries, a positive electrode plate and a negative electrode plate are spirally wound or laminated through a separator, and a power generation element composed of an electrolyte and an electrolyte is housed in a cylindrical, square or flat battery can, and caulked. It is configured by sealing or laser sealing.
[0004]
By the way, the electrolyte or the active material is decomposed due to an abnormal reaction due to overcharge or short circuit due to a failure of the charger or inability to control the charging, and gas is generated inside the battery, causing a rapid rise in the internal pressure of the battery. As a result, the battery may be ignited or exploded, or the equipment used may be damaged. Therefore, a safety function is provided.
[0005]
For example, in the case of a conventional example in which a plan view of a flat rectangular battery is shown in FIG. 4A and a partial vertical cross-sectional view is shown in FIG. The opening end of the battery can 21 and the sealing plate 24 are formed by welding with a laser and sealed. A sealing plate 24 joined to the battery can 21 and serving as a positive electrode of the battery is pulled out from a negative electrode plate constituting the electrode plate group 22 to a rivet 26 insulated and fastened to the center by an upper gasket 25a and a lower gasket 25b. The rivet 26 is configured to be an external connection terminal of the negative electrode by joining the negative electrode lead 23 thus formed. Further, a clad plate in which a metal foil plate is bonded is formed on a part of the sealing plate 24, and a part of the clad plate constitutes a safety valve 27 serving as an easily breakable portion (for example, see Patent Document 1). . Reference numeral 28 denotes a plug for closing the electrolyte injection hole. After the electrolyte is injected into the battery can 21, the electrolyte injection hole is sealed by laser welding the plug 28 and the sealing plate 24. When the battery internal pressure exceeds a predetermined set value, the metal foil plate of the easily breakable portion of the safety valve 27 is broken to release the abnormally increased battery internal pressure to the outside to prevent the battery from bursting. I have.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-241651 (pages 1 to 6, FIGS. 1 and 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the structure in which the rivet 26 is fastened to the sealing plate 24 by insulating the upper and lower gaskets 25a and 25b from each other has a problem that the number of components and the number of assembly steps increase. That is, the upper gasket 25a and the lower gasket 25b are fitted into the through holes formed in the sealing plate 24 from both sides of the sealing plate 24, and the shaft portion of the rivet 26 is inserted into the holes of the upper and lower gaskets 25a, 25b, and the rivet is inserted. 26 requires a step of fastening the upper and lower gaskets 25a and 25b to the sealing plate 24, which causes an increase in cost and man-hours for manufacturing the battery.
[0008]
In addition, it is essential for lithium secondary batteries with high energy density to provide a function to protect the battery at the time of overcharge or short circuit by installing a current interrupting element such as a PTC element and a thermal fuse, and to ensure safety. Requirements.
[0009]
However, in the case of a small cylindrical battery, a square battery, or a flat battery, it is not possible to secure a space for disposing these current interrupting elements, and the battery pack is arranged outside the battery. Was composed. In this case, since the battery temperature at the time of overcharging or short circuit is detected from the outside of the battery, there is a problem that the detection of the abnormal temperature is delayed or the detection accuracy is largely varied.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems, and has as its main object to provide a battery having excellent safety at the time of overcharge or short circuit, and having an inexpensive sealing plate with a small number of components and assembling steps. Aim.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-described problems is directed to a battery in which an electrode plate group and an opening of a battery can containing an electrolyte are sealed with a sealing plate. The insulated rivet is provided with a concave portion, and a current interrupting element and an external connection terminal member are provided in the concave portion. One of the current interrupting elements is joined to the concave portion, and the other is connected to the external connecting terminal. The battery is joined to a member, and the external connection terminal is fixed by a concave portion filled with resin.The current interrupting element is preferably a thermal fuse, and the concave portion of the gasket is The rivet and the sealing plate are integrated by caulking with a rivet, one electrode terminal of the electrode plate group is joined to the rivet, and the other electrode terminal is joined to the sealing plate or the battery can. It is preferable to have been.
[0012]
According to such a sealing plate structure, since the current interrupting element is provided in the battery, the detection of the abnormality of the battery temperature at the time of overcharging or short circuit may be delayed or the detection accuracy may vary. And a battery with excellent safety can be obtained.
[0013]
In addition, since the upper and lower gaskets are not insulated from the sealing plate and the rivets are not fastened, an inexpensive battery with a small number of components and a small number of assembly steps can be obtained.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
The shape of the lithium secondary battery of the present invention is not limited to a cylindrical shape, a square shape, a flat shape, or the like, but a plan view of the rectangular lithium secondary battery shown in FIG. An embodiment of the present invention will be described with reference to a partial longitudinal sectional view shown in ()).
[0016]
As shown in FIG. 1, a group of electrode plates 2 is accommodated in a battery can 1 formed in a flat rectangular cylindrical shape with a bottom, and the open end thereof is joined to a sealing plate 5 by laser welding.
[0017]
A rivet 4 is provided at the center of the sealing plate 5 which is joined to the battery can 1 and serves as an external connection terminal of the positive electrode, and is insulated via a gasket 6. The rivet 4 is provided with a concave portion, in which a current interrupting element 7 composed of a thermal fuse and an external connection terminal member 8 are provided, and one of the current interrupting elements 7 is joined to the concave portion. The other is joined to the external connection terminal member 8, and the external connection terminal member 8 is fixed by filling the concave portion with the resin 9.
[0018]
Reference numeral 10 denotes a plug for closing the electrolyte injection hole. After the electrolyte is injected into the battery can 1, the electrolyte injection hole is sealed by laser welding the plug 10 and the sealing plate 5. In addition, the external connection member 8 serves as a negative electrode terminal by joining the negative electrode lead 3 drawn from the negative electrode plate constituting the electrode plate group 2 to the rivet 4.
[0019]
The battery can 1 is a bottomed rectangular flat outer can with an open upper end, made of an aluminum alloy, and is preferably an aluminum alloy containing a small amount of metal such as manganese or copper from the viewpoint of pressure resistance. No. A 3000 series aluminum alloy is optimal.
[0020]
The electrode plate group 2 is configured such that the positive electrode plate and the negative electrode plate are insulated via a separator. The positive electrode plate is made by mixing and dispersing a positive electrode active material and a binder, and if necessary, a conductive agent and a thickener on one or both sides of a current collector made of aluminum foil or lath-processed or etched foil. The prepared paste can be applied, dried, and rolled. The positive electrode plate preferably has a thickness of 100 μm to 200 μm and is flexible, using a flat core and winding the shape as faithfully as possible.
[0021]
As the positive electrode active material, for example, a lithium-containing transition metal compound that can accept lithium ions as a guest is used. For example, a composite metal oxide of lithium and at least one metal selected from cobalt, manganese, nickel, chromium, iron and vanadium, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiCo x Ni (1-x) O 2 ( 0 <x <1), LiCrO 2 , αLiFeO 2 , LiVO 2 and the like are preferable.
[0022]
Examples of the binder include a fluororesin material that maintains the adhesion between active materials, a polymer material having a polyalkylene oxide skeleton, and a styrene-butadiene copolymer. As the fluorine-based resin material, polyvinylidene fluoride (PVDF), a copolymer P of vinylidene fluoride (VDF) and hexafluoropropylene (HFP) (VDF-HFP) is preferable.
[0023]
As the conductive agent to be added as necessary, a carbon-based conductive agent such as acetylene black, graphite, or carbon fiber is preferable.
[0024]
As the thickener, ethylene-vinyl alcohol copolymer, carboxymethylcellulose, methylcellulose and the like are preferable.
[0025]
As the solvent, a solvent capable of dissolving the binder is suitable. In the case of an organic binder, an organic solvent such as acetone, cyclohexanone, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and methyl ethyl ketone (MEK) is used alone. Alternatively, a mixed solvent obtained by mixing these is preferable, and in the case of an aqueous binder, water or hot water is preferable.
[0026]
The negative electrode plate was prepared by kneading and dispersing a negative electrode active material and a binder on one or both sides of a current collector made of a copper foil or a lath-processed or etched foil, a conductive agent, and a thickener as necessary. The paste can be produced by applying, drying, and rolling. The negative electrode plate preferably has a thickness of 100 μm to 210 μm and is flexible as in the case of the positive electrode plate, using a flat winding core and winding the shape as faithfully as possible.
[0027]
As the negative electrode active material, for example, a material containing graphite having a graphite type crystal structure capable of inserting and extracting lithium ions, for example, natural graphite and artificial graphite is used. In particular, it is preferable to use a carbon material having a graphite type crystal structure in which the lattice spacing (d 002 ) of the lattice plane (002) is 3.350 to 3.400 °. In addition, as the binder, the solvent, and the conductive agent and the thickener which can be added as required, the same as those for the positive electrode can be used.
[0028]
The separator has a single-layer or multi-layer structure composed of a microporous film or a non-woven fabric of a polyolefin resin such as a polyethylene resin or a polypropylene resin, and two layers or both ends of a polyethylene resin and a polypropylene resin are a polypropylene resin and an intermediate layer is a polyethylene. A separator having a shutdown function with a three-layer structure of resin is preferable, and the thickness of the separator is preferably in the range of 10 to 30 μm.
[0029]
The sealing plate 5 is preferably made of the same material as the battery can in view of the joining property with the battery can by laser welding.
[0030]
As the gasket 6, a thermoplastic resin having an electrolytic solution resistance is preferable, and a polyolefin resin such as a polyethylene resin and a polypropylene resin, a polyethylene terephthalate resin, a polyphenylene sulfide resin, a polyarylate resin, and a polyamide resin can be used. A single or blended resin or a modified resin can be used. Then, a filler such as glass fiber, talc, silica or the like can be added and used.
[0031]
As the resin 9 to be filled in the recess of the rivet, a method of injection molding or casting a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be mentioned. It is preferable to injection mold a thermoplastic resin that can be solidified by using a mold and can hardly adversely affect the current interrupting element 7. Examples of the thermoplastic resin include a polyolefin resin such as a polyethylene resin and a polypropylene resin, a polyethylene terephthalate resin, a polyarylate resin, and a polyamide resin. These resins may be used alone or as a blend, or a modified resin. Further, a filler such as glass fiber, talc, silica or the like can be added to these resins and used.
[0032]
If the melted resin 9 comes into direct contact with the current interrupting element 7 provided in the recess, the function of the current interrupting element 7 itself may be stopped. Therefore, the current interrupting element 7 is attached with a heat insulating sheet. More preferably, the heat of the resin 9 is not transmitted.
[0033]
Further, after preheating the metal members of the rivet 4 and the current interrupting element 7 in the mold, and then injecting the resin 9 into the mold, the adhesion between the resin 9 and the metal member can be further improved. .
[0034]
The non-aqueous electrolyte comprises a non-aqueous solvent and an electrolyte. The non-aqueous solvent contains cyclic carbonate and chain carbonate as main components. The cyclic carbonate is preferably at least one selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC). In addition, the chain carbonate is preferably at least one selected from dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and the like.
[0035]
As the electrolyte, for example, a lithium salt having a strong electron-withdrawing property is used. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C) 2 F 5) 2, LiC ( SO 2 CF 3) 3 and the like. These electrolytes may be used alone or in combination of two or more. These electrolytes are preferably dissolved in the non-aqueous solvent at a concentration of 0.5 to 1.5M.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but these are merely examples embodying the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention.
[0037]
(Example 1)
A positive electrode using LiCoO 2 as a positive electrode active material and a negative electrode using graphite as a negative electrode active material are flattened on both sides of a 15 μm-thick microporous polyethylene resin via a separator made of a 5 μm-thick microporous polypropylene resin. The wound electrode group was pressed from the long side surface at normal temperature at a pressure of 5.0 MPa to obtain an elliptical electrode group.
[0038]
Battery can 1 is made of JIS alloy No. Using an aluminum alloy specified in No. 3003, it was formed by press molding into a shape having a long side dimension of 30.0 mm, a short side dimension of 5.3 mm, a height dimension of 48.0 mm, and a thickness of 0.20 mm.
[0039]
The sealing plate 5 is provided with an iron rivet 4 at a central portion insulated through a gasket 6 made of injection-molded polypropylene resin as shown in FIG. 1 and is integrated with the rivet 4 by caulking the rivet 4. Thus, a sealing plate 5 was formed. The rivet 4 is provided with a concave portion, in which a current interrupting element 7 composed of a temperature fuse having an operating temperature of 104 ° C. and an external connection terminal member 8 are disposed, and one of the current interrupting elements 7 is provided in the concave portion. The bottom was joined by laser welding, and the other was joined to the external connection terminal member 8. Then, the external connection terminal member 8 was fixed by filling the concave portion with a resin 9 made of TRL Co., Ltd., which is a thermoplastic polyamide resin heated to 190 ° C.
[0040]
The electrode plate group was inserted into the battery can 1 thus obtained, the negative electrode lead 3 pulled out from the negative electrode plate was joined to the rivet 4, and the battery can 1 and the sealing plate 5 were laser-welded and then sealed. After injecting a predetermined amount of a nonaqueous electrolyte obtained by dissolving 1.25 mol / l of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte in a mixed solvent of equal amounts of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate from an injection hole of the plate. The injection hole was closed with a plug 10 and sealed by laser welding with the sealing plate 5.
[0041]
Further, the battery was charged at a constant current and a constant voltage of 150 mA (0.2 ItA) until the battery voltage reached 4.2 V, stored in a thermostat kept at 45 ° C. for one week, and subjected to an aging treatment to obtain a battery capacity of 750 mAh. A sealed rectangular flat battery was produced.
[0042]
(Example 2)
A positive electrode using LiCoO 2 as a positive electrode active material and a negative electrode using graphite as a negative electrode active material are substantially true through a separator composed of two layers of a 15 μm-thick microporous polyethylene resin and a 10 μm-thick microporous polypropylene resin. An electrode group 12 wound in a circular shape was produced.
[0043]
The battery can 11 was manufactured by press molding into a shape in which nickel was plated on iron, the diameter was 18.0 mm, the height was 66.5 mm, and the thickness was 0.20 mm.
[0044]
The sealing plate 15 is provided with an iron rivet 14 at a central portion insulated through a polyphenylene sulfide resin gasket 16 manufactured by injection molding as shown in FIG. 2, and the rivet 14 is swaged by caulking the rivet 14. An integrated sealing plate 15 was configured. The rivet 14 is provided with a concave portion, in which a current interrupting element 17 composed of a temperature fuse having an operating temperature of 112 ° C. and an external connection terminal member 18 are disposed, and one of the current interrupting elements 17 is provided in the concave portion. The bottom was joined by laser welding, and the other was joined to the external connection terminal member 18. The external connection terminal member 18 was fixed by filling the recess with a resin 9 made of polyethylene resin heated to 180 ° C.
[0045]
The electrode group 12 is inserted into the battery can 11 thus obtained, the positive electrode lead 13 pulled out from the positive electrode plate is joined to the rivet 14, a non-aqueous electrolyte is injected, and the battery can 11 is sealed. The plate 15 was sealed by caulking.
[0046]
Further, the battery was charged at a constant current and a constant voltage of 400 mA (0.2 ItA) until the battery voltage reached 4.2 V, and was then stored in a thermostat kept at 45 ° C. for one week to perform aging treatment. A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a length of 65 mm and a battery capacity of 2000 mAh was produced.
[0047]
(Example 3)
In the same manner as in Example 2, an electrode plate group 12 and a battery can wound in a substantially perfect circular shape were produced.
[0048]
The sealing plate 15 is provided with an iron rivet 14 at a central portion insulated through a polyphenylene sulfide resin gasket 16 manufactured by injection molding as shown in FIG. An integrated sealing plate 15 was configured. The rivet 14 is provided with a concave portion, in which a current interrupting element 17 composed of a temperature fuse having an operating temperature of 112 ° C. and an external connection terminal member 18 are disposed, and one of the current interrupting elements 17 is connected to a connection terminal 31a. And the other end was joined to the external connection terminal member 18 via a connection terminal 31b insulated from the bottom of the recess by a lower insulating sheet 32b. The external connection terminal member 18 and the connection terminal 31a are insulated from each other by an upper insulating sheet 32a, and the upper insulating sheet 32a is a heat insulating sheet for preventing heat when the resin 19 is filled in the current interrupting element 17 from being transmitted. Also serves a role.
[0049]
Otherwise, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a diameter of 18 mm, a height of 65 mm, and a battery capacity of 2,000 mAh was produced in the same manner as in Example 2.
[0050]
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 4, an electrode plate group 22 is formed on a sealing plate 24 which is joined to the battery can 21 and serves as a positive electrode of the battery, with a rivet 26 insulated and fastened in the center by an upper gasket 25a and a lower gasket 25b. The negative electrode lead 23 pulled out from the negative electrode plate to be bonded was joined, and the rivet 26 was configured to be an external connection terminal of the negative electrode. Then, a clad plate in which a metal foil plate was bonded was formed on a part of the sealing plate 24, and a part of the clad plate was used as a safety valve 27 serving as an easily breakable portion. A sealed rectangular flat battery having a battery capacity of 750 mAh was produced in the same manner as in Example 1 except that such a sealing plate 24 was used.
[0051]
Since a space for disposing the current interrupting element inside the battery could not be secured, the current interrupting element formed of a thermal fuse was configured in the form of a battery pack arranged outside the battery.
[0052]
Table 1 shows the results of the evaluation of the overcharge test using each of the 20 batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 thus manufactured.
[0053]
In the overcharge test, after the battery was discharged with a constant current of 1.0 ItA (750 mA in Example 1 and Comparative Example 1 and 2000 mA in Examples 2 to 3) until the final voltage of 3.0 V, the battery voltage was lowered. Until the voltage reaches 4.2 V, constant-current charging of 0.7 ItA (525 mA in Example 1 and Comparative Example 1, and 1400 mA in Examples 2 to 3) is performed. A fully charged battery charged until it reached 05 ItA (38 mA for Example 1 and Comparative Example 1, 100 mA for Examples 2 and 3) was charged to 3.0 ItA (2250 mA for Example 1 and Comparative Example 1). In the case of Examples 2 and 3, overcharging was performed at a constant current of 6000 mA), and the result of examining the occurrence rate of battery rupture is shown in Table 1.
[0054]
[Table 1]
[0055]
As is clear from Table 1, the batteries of Examples 1 to 3 have a current interrupting element in the batteries, so that even if overcharged, the battery temperature abnormality detection may be delayed or the detection accuracy may be reduced. It was found that the battery did not rupture, so that a battery with excellent safety could be obtained.
[0056]
Also, since the upper and lower gaskets are not insulated from the sealing plate and the rivets are not fastened, an inexpensive battery with a small number of components and a small number of assembly steps can be obtained.
[0057]
On the other hand, the battery of Comparative Example 1 is in the form of a battery pack disposed outside the battery and detects the battery temperature during overcharging. 13/20 rupture of the battery considered to be due to the large size occurred.
[0058]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the battery of the present invention has a rivet which is insulated via a gasket, a concave portion, and a current interrupting element and an external connection terminal member are disposed in the concave portion. Is bonded to the recess and the other is connected to the external connection terminal member, and a sealing plate in which the external connection terminal is fixed by the recess filled with resin is used. Since the current cutoff mechanism can be reliably operated without causing a delay in detection or a variation in detection accuracy, the reliability of the battery can be greatly improved, and its industrial value is extremely high. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a plan view of a lithium secondary battery according to the present invention, and FIG. 2 (b) is a partial longitudinal sectional view of the same battery. FIG. 2 (a) is a plan view of another lithium secondary battery according to the present invention. 3) (a) Plan view of still another lithium secondary battery according to the present invention (b) Partial longitudinal cross-sectional view of same battery [FIG. 4] (a) Conventional example Plan view of lithium secondary battery (b) Partial vertical cross-sectional view of the same battery
1, 11, 21 Battery can 2, 12, 22 Electrode group 3, 23 Negative electrode lead 4, 14, 26 Rivet 5, 15, 24 Sealing plate 6, 16 Gasket 7, 17 Current interrupting element 8, 18 External connection terminal member 9, 19 Resin 10, 28 Seal 13 Positive electrode lead 25a Upper gasket 25b Lower gasket 27 Safety valve 31a, 31b Connection terminal 32a Upper insulating sheet 32b Lower insulating sheet
