JP2004152697A

JP2004152697A - 密閉形電池

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Publication number: JP2004152697A
Application number: JP2002318869A
Authority: JP
Inventors: Takao Abe; 孝夫阿部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】本発明は、リードが破断するのを防止できる密閉形電池を提供することを目的とする。
【解決手段】密閉形電池の電池缶１は、少なくとも発電素子２と絶縁板３を収納する。発電素子２の一側面に絶縁板３を配置している。安全弁装置９は電池缶１の開口部を封止する。絶縁板３と安全弁装置９の間に支持部材１４を配置する。支持部材１４は安全弁装置９のディスク１２に固定されている。支持部材１４は、安全弁装置９のディスク１２の一部に切り込みを入れ、この切り込み部分を折り曲げたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉形電池に関する。具体的には、絶縁板と安全弁装置の間に支持部材を配置することにより、リードが破断するのを防止する密閉形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用電気機器に用いられる電池として、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケル亜鉛二次電池、リチウムイオン電池等が知られている。
【０００３】
中でもリチウムイオン電池は、高いエネルギー密度を有することで注目を浴び、最近ではパソコンや携帯機器のバックアップ電源の主流になりつつある。
【０００４】
図４は、従来のリチウムイオン電池の構成を示す断面図である。
電池缶１は、上の方（図面上）に開口部を有する円筒形の缶である。電池缶１には、発電素子２が収納されている。発電素子２は、帯状の正極と帯状の負極を、帯状のセパレータを介して、卷回した電極体である。発電素子２の上の方と下の方（図面上）には、それぞれ絶縁板３と絶縁板４が配置してある。絶縁板３，４は、中央に孔を有するプラスチック製の円盤である。発電素子２の正極には正極リード５が接続されている。正極リード５は、アルミニウム製のリボンである。
【０００５】
端子板７、ＰＴＣ素子８、および安全弁装置９は、ガスケット６を介して、電池缶１の開口部にかしめられて固定されている。安全弁装置９は、安全弁１０、ディスクホルダ１１、およびディスク１２を重ねて構成されている。
【０００６】
図５は、従来のリチウムイオン電池に用いられるディスクを示す、斜視図、断面図、および平面図である。
ディスク１２は、円盤をその一方の面側に膨らませた形状をしている。ディスク１２は、通気孔１２ａを６つもっている。ディスク１２は、その中心に中心孔１２ｂをもっている。中心孔１２ｂの周辺部には、中心孔２ｂの半径よりも大きな半径をもつサブディスク１３が固定されている。
【０００７】
サブディスク１３には、図４に示すように、正極リード５が固定されている。ディスク１２と絶縁板３は互いに離れているので、ディスク１２と絶縁板３の間には空間が存在している。
【０００８】
ガスケット６の支持部６ａは、絶縁板３の表面に接している。絶縁板３は、上の方へ移動するのが押さえられている。この結果、発電素子２は、上の方へ移動するのが押さえられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電池の容量を上げていくために、絶縁板３の板厚は薄肉化され、また、ディスク１２と絶縁板３の空間も小さくなってきている。この結果、以下の問題が生じている。
【００１０】
図６は、従来のリチウムイオン電池において、正極リードが破断に至るまでの様子を示す断面図である。
図６Ａは、通常の状態を示すものである。
【００１１】
図６Ｂは、電池を１０ｃｍの高さから繰り返し落下させた場合の状態を示すものである。発電素子２は、落下の衝撃により、上の方へ移動する力を受ける。ガスケット６の支持部６ａが絶縁板３に接しているので、発電素子２は上の方に移動するのが押さえられる。しかし、発電素子２は、正極、負極、およびセパレータを卷回したものであるので、落下の衝撃により、互いの接触面がずれる。発電素子２の中心に近い部分が上の方へ移動しようとする。絶縁板３は、薄いので発電素子２の移動を押さえるのが困難である。電池の繰り返し落下により、発電素子２の中心に近い部分は繰り返し上の方に移動する。折り返された正極リード５のうち、下側の正極リード５の山形の頂部が上側の正極リード５に接触する。
【００１２】
図６Ｃは、電池の繰り返し落下により、正極リードが破断する状態を示すものである。下側の正極リード５の山形の頂部が上側の正極リード５に接触すると、山形の頂部は力を受けて折り曲げられる。電池の繰り返し落下により、山形の頂部は繰り返し折り曲げられる。最後に、山形の頂部は、金属疲労により破断に至る。
【００１３】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、リードが破断するのを防止できる密閉形電池を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉形電池は、発電素子と、前記発電素子の少なくとも一側面に配置する絶縁板と、少なくとも前記発電素子と前記絶縁板を収納する電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する安全弁装置とを有する密閉形電池において、前記絶縁板と前記安全弁装置の間に支持部材を配置するものである。電池の落下等により、発電素子は力を受けて変形しようとする。支持部材はこの変形を抑制する。
【００１５】
上述の支持部材は安全弁装置に固定されていることが好ましい。また、上述の支持部材は、安全弁装置の一部に切り込みを入れ、この切り込み部分を折り曲げたものであることが好ましい。また、上述の支持部材は絶縁板に固定されていることが好ましい。また、上述の支持部材は支持部材固定板に固定されていることが好ましい。また、上述の支持部材は、支持部材固定板の両面から突出していることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、密閉形電池にかかる第１の発明の実施の形態について説明する。
図１は、密閉形電池の一例であるリチウムイオン電池の構成を示す断面図である。
【００１７】
電池缶１は、その形状が例えば有底円筒形で、上の方（図面上）に開口部を有している。電池缶１は、例えば薄肉の鉄材からなり、ニッケルめっきが施されている。
【００１８】
電池缶１の中には、発電素子２が収納されている。発電素子２は、それぞれフィルム状の正極と負極とが、フィルム状のセパレータを介して積層され、この積層フィルムが円柱状に渦巻き状に巻回されてなるものである。
【００１９】
正極は、正極集電体と正極合剤層からなっている。正極集電体は帯状の金属箔であり、例えばアルミニウムからなる。正極集電体の長さ方向の一端部は、正極合剤層不存在域であり、正極集電体がむき出しになっている。正極集電体の正極合剤層不存在域には、正極リード５が溶接等により固定されている。正極集電体のうち正極合剤層不存在域以外の領域では、その両面に正極合剤層が形成されている。
【００２０】
正極合剤層に含まれる、正極活物質としては、以下の電池電極材料が挙げられる。
すなわち、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、Ａｇ_２Ｏ、ＣｕＳ、ＣｕＳＯ_４などのＩ属金属化合物、ＴｉＯ_２、ＴｉＳ_２、ＳｉＯ_２、ＳｎＯなどのＩＶ属金属化合物、ＶＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１２、ＶＯｘ、ＮｂＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３などのＶ属金属化合物、ＣｒＯ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｏＯ_２、ＭｏＯ_３、ＭｏＳ_２、ＷＯ_２、ＷＯ_３、ＳｅＯ_２などのＶＩ属金属化合物、ＭｎＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３などのＶＩＩ属金属化合物、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＦｅＳ_２、ＮｉＯ_２、Ｎｉ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｏＯ_３、ＣｏＯなどのＶＩＩＩ属金属化合物、または、一般式ＬｉｘＭＸ_２、ＬｉｘＭＮｙＸ_２（Ｍ、ＮはＩからＶＩＩＩ属の金属、Ｘは酸素、硫黄などのカルコゲン化合物を示す。）などで表される、例えば、リチウム−コバルト系複合酸化物あるいはリチウム−マンガン系複合酸化物などの金属化合物などが使用できる。
【００２１】
一般式ＬｉＭＯ_２の複合酸化物は、Ｍとしては具体的には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅからなる群のうちの少なくとも１種以上を含有することが好ましい。
【００２２】
また、ＳＯ_２、ＳＯＣｌ_２、（ＣＦｘ）ｎ、Ａｇ_２ＣｒＯ_４、Ｂｉ_２Ｐｂ_２Ｏ_５などを使用できる。また、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料などの導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材料などが使用できる。
【００２３】
特に、Ｌｉ^＋挿入型材料としては、二酸化マンガン、λ−ＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_３Ｏ_６等のマンガン酸化物、五酸化バナジウム、八酸化三バナジウム、七酸化三バナジウム等のバナジウム酸化物、ＬｉｘＣｏＯ_２、二酸化モリブデン、また二硫化チタン、二硫化モリブデン、ニオブの硫化物、ＣｕＳ等の金属硫化物、ＮｂＳｅ、ＶＳｅ_２等の金属セレン化物、ＣｕＣｌ_２、フッ化炭素等のハロゲン化物、クロム酸化物、および酸化銅等の公知の材料が使用できる。
【００２４】
つぎに、負極について説明する。負極は、負極集電体と負極合剤層からなっている。負極集電体は一定の幅を持つ帯状の金属箔であり、例えば銅からなる。負極集電体の長さ方向の一端部には、負極合剤層不存在域があり、負極集電体がむき出しになっている。負極集電体の負極合剤層不存在域には、負極リードが固定されている。負極リードは、溶接等により負極合剤層不存在域に固定されている。負極合剤層不存在域以外の領域では、負極集電体の両面に負極合剤層が形成されている。
【００２５】
負極合剤層に含まれる、負極活物質材料にはリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料を用いることができる。例えば、リチウムと合金あるいは化合物を形成可能な金属あるいは半導体、またはこれらの合金あるいは化合物が挙げられる。これら金属、合金あるいは化合物は、例えば、化学式ＤｓＥｔＬｉｕで表されるものである。この化学式において、Ｄはリチウムと合金あるいは化合物を形成可能な金属元素および半導体元素のうちの少なくとも１種を表わし、ＥはリチウムおよびＤ以外の金属元素および半導体元素のうち少なくとも１種を表す。また、ｓ、ｔおよびｕの値は、それぞれｓ＞０、ｔ≧０、ｕ≧０である。
【００２６】
中でも、リチウムと合金あるいは化合物を形成可能な金属元素あるいは半導体元素としては、４Ｂ族の金属元素あるいは半導体元素が好ましく、特に好ましくはケイ素あるいはスズであり、最も好ましくはケイ素である。これらの合金あるいは化合物も好ましく、具体的には、ＳｉＢ_４、ＳｉＢ_６、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｓｎ、Ｎｉ_２Ｓｉ、ＴｉＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＣａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、Ｃｕ_５Ｓｉ、ＦｅＳｉ_２、ＭｎＳｉ_２、ＮｂＳｉ_２、ＴａＳｉ_２、ＶＳｉ_２、ＷＳｉ_２あるいはＺｎＳｉ_２などが挙げられる。
【００２７】
また、リチウムを吸臓・離脱可能な負極材料としては、炭素材料，金属酸化物あるいは高分子材料なども挙げられる。炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素，人造黒鉛，コークス類，グラファイト類，ガラス状炭素類，有機高分子化合物焼成体，炭素繊維，活性炭あるいはカーボンブラック類などが挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス，ニードルコークスあるいは石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。また、金属酸化物としては、酸化鉄，酸化ルテニウム，酸化モリブデンあるいは酸化スズなどが挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどが挙げられる。
【００２８】
つぎにセパレータについて説明する。セパレータは、一定の幅を有する帯状のプラスチック膜であり、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂の微多孔膜によって構成することができる。
【００２９】
上述した正極、負極、およびセパレータを用いて発電素子２を作製する。２枚のセパレータの端部を、巻芯のスリットに挟み込む。巻芯を回転させセパレータを巻芯に巻き取る。正極の端部のうち正極リードが固定されている方の端部を巻芯側に向けて、正極をセパレータのうち上のものと巻芯の間に挿入して、正極を巻芯に巻き取る。負極の端部のうち負極リードが固定されていない方の端部を巻芯側に向けて、２枚のセパレータの間に挿入し、負極を巻芯に巻き取る。正極、負極、およびセパレータの巻き取りが完了すると発電素子２ができあがる。
【００３０】
発電素子２は、非水電解液を含んでいる。非水電解液は、有機溶媒とこれに溶解した電解質からなる。あるいは、非水電解液を高分子化合物と混合させたいわゆるポリマー電解質や、高分子化合物に電解質を混合もしくは結合させたポリマー電解質を用いることもできる。
【００３１】
有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン等のエーテル等の１種以上を用いることができる。
【００３２】
電解質としては、用いる溶媒に溶解し、イオン導電性を示すリチウム塩の例えばＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等の１種以上を用いることができる。
【００３３】
発電素子２の中心部には円柱状の空間が存在する。この空間には中空円筒状のセンターピン（図示していない）が配置されている。
【００３４】
発電素子２の上側（図面上）の平面部には絶縁板３が配置されている。発電素子２の下側（図４参照）の平面部には絶縁板４が配置されている。絶縁板３，４は薄肉の円盤である。絶縁板３の中心には中心孔３ａが存在する。
【００３５】
絶縁板の板厚は、０．１〜０．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。市販品の範囲で加工性・組立性を確保できるという利点があるからである。
【００３６】
絶縁板の材質としては、プラスチックを用いることができる。具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイト、フッ素樹脂などを用いることができる。
【００３７】
発電素子２の正極集電体から、正極リード５が導出されている。正極リード５は、絶縁板３の中心孔３ａを通り空間部１５に至っている。正極リード５は短冊状の形状をしている。正極リード５は例えばアルミニウムからなる。
【００３８】
発電素子２の反対側の負極集電体から例えばニッケルよりなる負極リードが導出されて電池缶１の底部に溶接されている（図示していない）。負極リードは短冊状の金属板である。
【００３９】
端子板７は、電池の正極側端子導出部となり、例えばステンレスにより作製されている。端子板７は外側に膨出する皿状に形成され、その一部に、通気孔が設けられている。
【００４０】
端子板７の下には、ＰＴＣ素子８が配置されている。ＰＴＣ素子８は、大きな中心孔を有する円盤である。ＰＴＣ素子８の周辺部は、端子板７のフランジ部と接している。ＰＴＣ素子８は、高温になると電気抵抗が大きくなる材質からなる。ＰＴＣ素子は、電池が高温になると、端子板７と安全弁１０の間に電流が流れるのを阻止する。
【００４１】
ガスケット６は、耐電解液性を有する例えばポリオレフィン樹脂や、フッ素樹脂、例えばポリプロピレンや、パーフルオロアルキルビニルエーテルと四フッ化エチレンとの共重合体による円筒リング状の樹脂成形品によって構成される。ガスケット６を介して、端子板７、ＰＴＣ素子８、およびと安全弁装置９は、かしめられて電池缶１の開口部を封止している。
【００４２】
ガスケット６は、下の方に支持部６ａをもっている。支持部６ａは円筒形である。支持部６ａは、絶縁板３の表面のうち周辺部に近い部分と接している。支持部６ａは、発電素子２のうち周辺部に近い部分が上の方に移動するのを阻止している。
【００４３】
安全弁装置９は、安全弁１０、ディスクホルダ１１、ディスク１２、およびサブディスク１３から構成されている。
【００４４】
ＰＴＣ素子８の内側には、例えばアルミニウムよりなり、端子板７とは反対側に膨出する皿状の安全弁１０が重ねられて配置されている。
【００４５】
安全弁１０には、リング状の絶縁体であるディスクホルダ１１を介して、ディスク１２が対向して配置されている。このディスク１２の中心部には透孔が穿設され、この透孔を通じて安全弁１０の中心部に形成した突出部が、発電素子２側に導出するようになされている。
【００４６】
安全弁１０の突出部の先端には、例えばアルミニウムによるサブディスク１３が溶接され、このサブディスク１３には、発電素子２から導出された正極リード５の遊端が溶接される。
【００４７】
安全弁装置９は、過充電時に電流を遮断する仕組みの遮断弁装置、および電池内部でガスが異常発生した時に電池内部のガスを外部へ逃がす仕組みの開裂弁装置とを備えている。例えば何らかの原因で電池缶１内にガスが発生して内部の圧力が増加したとき、安全弁１０が上の方に押し上げられて変形し、内圧を緩和すると共に、その突出部とサブディスク１３との溶接部が剥離して発電要素２の正極リード５と、端子板７との間の電気的接続を切断する。そして、さらに内部の圧力が増大するときは、安全弁１０自体が、例えばその肉薄部における機械的軟弱部で破壊して、端子板７の通気孔を通じ電池缶１を開放するようになされている。
【００４８】
絶縁板３と、ディスク１２またはサブディスク１３との間には、空間部１５が形成されている。空間部１５のうち、サブディスク１３と絶縁板３との距離を空間部１５の厚さと定義する。空間部１５の厚さは、０．２〜１．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。厚さが０．２ｍｍ未満であると、ガスの流通を確保できないという不具合がある。厚さが１．０ｍｍより厚いと、容量が低下するという不具合がある。
【００４９】
ディスク１２について詳しく説明する。図２は、リチウムイオン電池に用いられるディスクを示す、斜視図、断面図、および平面図である。
【００５０】
ディスク１２は、円盤をその一方の面側に膨らませた形状をしている。ディスク１２は、６つの通気孔１２ａをもっている。通気孔１２ａは、ディスク１２の一部を切り取ったものである。通気孔１２ａは、ディスク１２の中心から放射状に配置されている。
【００５１】
図２のＡに示すように、ディスク１２には、４つの支持部材１４が形成されている。支持部材１４は安全弁装置のディスク１２に固定されている。支持部材１４は、長方形の板である。支持部材１４は、ディスク１２の平面部分に対して垂直の方向に向いている。
【００５２】
支持部材１４は、安全弁装置のディスク１２の一部に切り込みを入れ、この切り込み部分を折り曲げたものである。支持部材１４をこのように作製することにより、つぎのような効果が得られる。支持部材１４はディスク１２の一部を使用しているので、新たな材料を必要としない。支持部材１４をディスク１２に溶接したり接着したりする工程が不要である。
【００５３】
支持部材１４は、安全弁装置９のディスク１２の一部に切り込みを入れ、この切り込み部分を折り曲げたものに限定されない。支持部材１４は、ディスク１２とは別の材料を使用できる。支持部材１４は、長方形の板、直方体、円柱、角柱などの形状を採用できる。絶縁板３を支持できる形状であればいかなる形状も採用できる。支持部材１４のディスク１２への固定は、溶接、接着剤による接着などの方法が採用できる。
【００５４】
図２のＣに示すように、正極リード５が左右方向に配置されている。正極リード５はサブディスク１３に固定されている。正極リード５は、左右に存在する２つの通気孔１２ａの一部または全部と重なっている。この２つの通気孔１２ａにおいては、正極リード５が邪魔になるので支持部材１４は設けていない。このほかの４つの通気孔１２ａにおいては、正極リード５が邪魔にならないので、支持部材１４を設けている。
【００５５】
図２のＢは、図２のＣのａ−ａ断面図である。支持部材１４がディスクの一部を折り曲げたものであることがわかる。ディスク１２の中心には中心孔１２ｂが設けられている。中心孔１２ｂの周辺部には、サブディスク１３が固定されている。
【００５６】
図１に示すように、絶縁板３と、安全弁装置９のディスク１２との間に支持部材１４が配置されている。支持部材１４は２点鎖線で示している。支持部材１４についてのみ、図２のＣのａ−ａ断面を表している。支持部材１４の下の方は絶縁板３の表面に接している。支持部材１４は、絶縁板３の内側の部分を支持している。これにより、発電素子２の内側の部分が、上の方に移動するのが押さえられる。支持部材１４とガスケット６の双方により、発電素子２の全体が上の方に移動するのを押さえる。
【００５７】
支持部材１４は、図２のＣに示すように、ディスク１２の中心を中心とする円周上に配置されている。支持部材１４は、円周の一部を使用している。支持部材１４の形態はこれに限定されない。図３のＡに示すように、正極リード５が存在する領域を除き、円周上のすべての領域に支持部材１４を形成することができる。これにより、絶縁板３を支持する面積が大きくなり、発電素子２が上の方に移動するのを強力に抑えることができる。
【００５８】
図３のＡにおいて、上と下に存在する円弧状の支持部材１４をさらに分割して複数の独立した支持部材とすることもできる。複数の支持部材１４の円周上の距離の合計値は、円周の長さの２０％以上であることが好ましい。合計値が２０％以上あると、発電素子２の移動を阻止する機械的強度を確保できる。複数の支持部材１４は点対称に存在することが好ましい。点対称に存在すると、支持部材１４が発電素子２をバランス良く支持できる。
【００５９】
支持部材１４は、図１に示すａの領域に存在することが好ましい。このａの領域の右端は、絶縁板３の内側の縁である。このａの領域の左端は、ガスケット６の内側の面と、絶縁板３の内側の縁との中間点である。支持部材１４がａの領域に存在すると、発電素子２の内側の部分が移動するのを十分に阻止できる。
【００６０】
支持部材１４の位置がａの領域の左側に近づくと、通気孔１２ａの面積が小さくなる。この場合は、ディスク１２の内側から切り込みを入れ、切り込み部分を外側の部分で折り曲げる。これにより支持部材１４の内側に通気孔１２ａを確保することができる。なお、ａの領域は、図示していないが、絶縁板の中心を対称として右側にも存在する。
【００６１】
本実施の形態で説明したリチウムイオン電池は、一次電池および二次電池の双方に適用することができる。
本実施の形態では、リチウムイオン電池について説明した。電池は、リチウムイオン電池に限定されない。このほか、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケル亜鉛二次電池などを採用することができる。
【００６２】
以上のことから、本実施の形態によれば、絶縁板と安全弁装置の間に支持部材が配置されている。支持部材は安全弁装置に固定されている。電池の落下等により、発電素子は力を受けて変形しようとする。支持部材はこの変形を抑制する。この結果、リードが破断するのを防止できる。
【００６３】
なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００６４】
つぎに、密閉形電池にかかる第２の発明の実施の形態について説明する。
図３のＢ，Ｃは、絶縁板に設けた支持部材の例を示す図である。図３のＢは、長方形の板からなる支持部材１４が絶縁板３に固定されている例である。図３のＣは円柱の支持部材１４が絶縁板３に固定されている例である。支持部材の形状は、これらに限定されない。このほか、直方体、角柱などの形状を採用できる。ディスク１２を支持できる形状であればいかなる形状も採用できる。
【００６５】
絶縁板３への支持部材１４の固定方法は、接着剤による接着、加熱・溶融による融着、超音波溶接などの方法を採用できる。絶縁板３と支持部材１４を一体成形しても良い。絶縁板３の一部に切り込みを入れ、加熱しながら切り込み部分を折り曲げる方法も採用できる。この場合、切り込み部分に長方形の板を接着して補強したり、または切り込み部分を折り返して重ねたりすることにより、支持部材１４の機械的強度を大きくすることができる。
【００６６】
支持部材１４は、図３のＢ，Ｃに示すように、絶縁板３の中心を中心とする円周上に配置されている。支持部材１４の形態はこれに限定されない。正極リード５が存在する領域を除き、円周上のすべての領域に支持部材１４を形成することができる。これにより、ディスク１２を支持する面積が大きくなり、発電素子２が上の方に移動するのを強力に抑えることができる。
【００６７】
上の例において、上と下に存在する円弧状の支持部材１４をさらに分割して複数の独立した支持部材とすることもできる。複数の支持部材１４の円周上の距離の合計値は、円周の長さの２０％以上であることが好ましい。合計値が２０％以上あると、発電素子２の移動を阻止する機械的強度を確保できる。複数の支持部材１４は点対称に存在することが好ましい。点対称に存在すると、支持部材１４が発電素子２をバランス良く支持できる。
【００６８】
支持部材１４は、図１に示すａの領域に存在することが好ましい。支持部材１４がａの領域に存在すると、発電素子２の内側の部分が移動するのを十分に阻止できる。
【００６９】
本実施の形態における、その他の点については、上述した第１の発明の実施の形態と同様である。
【００７０】
以上のことから、本実施の形態によれば、絶縁板と安全弁の間に支持部材が配置されている。支持部材は絶縁板に固定されている。電池の落下等により、発電素子は力を受けて変形しようとする。支持部材はこの変形を抑制する。この結果、リードが破断するのを防止できる。
【００７１】
なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７２】
つぎに、密閉形電池にかかる第３の発明の実施の形態について説明する。
図３のＤは、支持部材固定板に設けた支持部材の例を示す図である。支持部材固定板１６は、ディスク１２と絶縁板３の間の空間に配置される。長方形の板からなる支持部材１４が支持部材固定板１６に固定されている。支持部材１４の形状は、これらに限定されない。このほか、直方体、円柱、角柱などの形状を採用できる。ディスク１２および絶縁板３を支持できる形状であればいかなる形状も採用できる。
【００７３】
支持部材１４は、支持部材固定板１６の外側の縁に固定されている。支持部材１４が固定される場所はここに限定されない。支持部材１４は、支持部材固定板１６の平面部の中に形成しても良い。
【００７４】
支持部材１４は、支持部材固定板１６の両面から突出している。支持部材固定板１６を、ディスク１２と絶縁板３の間の空間に配置すると、支持部材固定板１６とディスク１２との間に空間ができる。支持部材固定板１６と絶縁板３との間にも空間ができる。電池内部にガスが発生したとき、ガスはこの２つの空間を通過して、スムーズに通気孔１２ａに達することができる。
【００７５】
支持部材固定板１６には中心孔１６ａが設けられている。電池内部にガスが発生したとき、ガスはこの中心孔１６ａを通過して、スムーズに通気孔１２ａに達することができる。
【００７６】
支持部材固定板１６への支持部材１４の固定方法は、接着剤による接着、加熱・溶融による融着、超音波溶接などの方法を採用できる。支持部材固定板１６と支持部材１４を一体成形しても良い。支持部材固定板１６の外側の縁に、複数の曲げしろを設けても良い。曲げしろを加熱し、一部の曲げしろを一方の面側に折り曲げ、残る曲げしろを他方の面側に折り曲げる方法も採用できる。この場合、曲げしろに長方形の板を接着して補強したり、または曲げしろを折り返して重ねたりすることにより、支持部材１４の機械的強度を大きくすることができる。
【００７７】
支持部材１４は、図３のＤに示すように、支持部材固定板１６の外側の縁の円周上に配置されている。支持部材１４の形態はこれに限定されない。正極リード５が存在する領域を除き、円周上のすべての領域に支持部材１４を形成することができる。これにより、ディスク１２および絶縁板３を支持する面積が大きくなり、発電素子２が上の方に移動するのを強力に抑えることができる。
【００７８】
上の例において、上と下に存在する円弧状の支持部材１４をさらに分割して複数の独立した支持部材とすることもできる。複数の支持部材１４の円周上の距離の合計値は、円周の長さの２０％以上であることが好ましい。合計値が２０％以上あると、発電素子２の移動を阻止する機械的強度を確保できる。複数の支持部材１４は点対称に存在することが好ましい。点対称に存在すると、支持部材１４が発電素子２をバランス良く支持できる。
【００７９】
支持部材１４は、図１に示すａの領域に存在することが好ましい。支持部材１４がａの領域に存在すると、発電素子２の内側の部分が移動するのを十分に阻止できる。
【００８０】
本実施の形態における、その他の点については、上述した第１の発明の実施の形態と同様である。
【００８１】
以上のことから、本実施の形態によれば、絶縁板と安全弁の間に支持部材が配置されている。支持部材は支持部材固定板に固定されている。電池の落下等により、発電素子は力を受けて変形しようとする。支持部材はこの変形を抑制する。この結果、リードが破断するのを防止できる。
【００８２】
なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００８３】
【実施例】
つぎに、本発明にかかる実施例について具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではないことはもちろんである。
【００８４】
［実施例］
サンプル電池の作製方法について説明する。
粉末ＬｉＣｏＯ_２を８６質量％、導電剤としてグラファイトを１０質量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン４質量％を混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーにした。その後、この正極合剤スラリーを正極集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布した。正極集電体の一端には、正極合剤スラリーを両面とも塗布していない正極合剤層不存在域をつくり、乾燥後、ローラープレス機で圧縮成形を行い帯状の正極を形成した。
【００８５】
黒鉛材料粉末を９０質量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを１０質量％の割合で混合して負極合剤を作製し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーにした。その後、この負極合剤スラリーを負極集電体となる厚さ１０μｍの銅箔の両面に均一に塗布した。負極集電体の一端には、負極合剤スラリーを両面とも塗布していない負極合剤層不存在域をつくり、乾燥後、ローラープレス機で圧縮成形を行い帯状の負極を形成した。
【００８６】
正極リードを作製した。正極リードの断面の寸法は、厚さが０．１ｍｍで、幅が３．０ｍｍである。正極リードの材質はアルミニウム（ＡｌＮ３０−Ｈ１８）である。正極の正極合剤層不存在域に、正極リードを溶接により固定した。
【００８７】
負極の負極合剤層不存在域に、短冊状の負極リードを溶接により固定した。負極リードはニッケルからなる。
【００８８】
上述したようにして作製した正極および負極を厚さ２５μｍの微多孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータを介して、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層し、巻芯に巻回した。正極の正極合剤層不存在域は、巻芯側に配置した。負極の負極合剤層不存在域は、巻芯とは反対側に配置した。巻き終わり部は粘着テープで固定し、発電素子を作製した。発電素子の最内周の正極合剤層不存在域に正極リードが接続され、発電素子の最外周の負極合剤層不存在域に負極リードが接続されている。
【００８９】
このようにして作製した発電素子をニッケルめっきを施した内径１７．３５ｍｍの鉄製電池缶に収納した。発電素子の中心部にセンターピンを挿入した。発電素子の上下両面には絶縁板（外径：１７ｍｍ、穴径：５ｍｍ、板厚：０．４ｍｍ、材質：ポリプロピレン）を配置した。
【００９０】
ディスクは図２に示すとおりである。通気孔１２ａを６つ設けた。支持部材１４を４つ設けた。支持部材１４が存在する円周の直径は８ｍｍである。
【００９１】
アルミニウム製の正極リードを正極集電体から導出して、端子板と電気的な導通が確保された安全弁装置に溶接した。また、ニッケル製の負極リードを負極集電体から導出して電池缶に溶接した。
【００９２】
電解液はエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを５：５なる容量比で混合した有機溶媒中に、電解質塩ＬｉＰＦ_６を１モル／リットルの濃度で溶解することで調製した。この電解液を電池缶内に注入した後、アスファルトで表面を塗布したガスケットを介し、電池缶の開口部をかしめることにより、電流遮断機構と開裂弁機構とを有する安全弁装置、ＰＴＣ素子ならびに端子板を固定し、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型のリチウムイオン二次電池を作製した。ディスクと絶縁板の距離は０．５ｍｍであった。絶縁板３は、図１に示すように、支持部材１４により支持されている。実施例の電池を５本作製した。
【００９３】
［従来例］
用いたディスクは、図５に示すとおりである。図４に示すように、支持部材は存在しない。これ以外は、実施例と同様である。従来例の電池を５本作製した。
【００９４】
実施例および従来例のサンプル電池はつぎの方法により評価した。
サンプル電池を１０ｃｍの高さから端子板を下にして垂直に繰り返し落下させる。試験は５０００回まで実施し、５００回毎に電池の電圧と抵抗値（Ｉｍｐ）を確認し、正極リードが切れるかを確認した。
【００９５】
評価結果は、表１，２に示すとおりである。
【００９６】
【表１】

【００９７】
【表２】

【００９８】
実施例のサンプル電池の評価結果は表１に示すとおりである。サンプル電池のサンプルＮｏ．１〜５のすべてについて、落下を５０００回行っても正極リードの破断は認められなかった。
【００９９】
従来例のサンプル電池の評価結果は表２に示すとおりである。サンプル電池のサンプルＮｏ．１〜４については、３０００〜４０００回落下させると、正極リードの破断が認められた。サンプルＮｏ．５のみが、５０００回落下させても正極リードの破断が認められなかった。
【０１００】
表１と表２の評価結果を比較すると、従来例のサンプル電池に比較して、実施例のサンプル電池は正極リードの破断が抑制されていることがわかる。これは、ディスクと絶縁板の間に支持部材を配置することにより、発電素子の移動が抑制されたためであると考えられる。
【０１０１】
以上のことから、本実施例によれば、発電素子の移動が抑えられることによって、繰り返し落下した時にリードが切れることを防ぐことができる。振動が加わった場合でも、同様の効果が期待できる。発電素子の移動が抑えられることによって、落下した時に安全弁に発電素子が当たり、安全弁が変形するのを防ぐことができる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する
発電素子と、前記発電素子の少なくとも一側面に配置する絶縁板と、少なくとも前記発電素子と前記絶縁板を収納する電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する安全弁装置とを有する密閉形電池において、前記絶縁板と前記安全弁の間に支持部材が配置されているので、リードが破断するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】密閉形電池の一例であるリチウムイオン電池の構成を示す断面図である。
【図２】リチウムイオン電池に用いられるディスクを示す、斜視図、断面図、および平面図である。
【図３】ディスクに設けた支持部材の例、絶縁板に設けた支持部材の例、および支持部材固定板に設けた支持部材の例を示す図である。
【図４】従来のリチウムイオン電池の構成を示す断面図である。
【図５】従来のリチウムイオン電池に用いられるディスクを示す、斜視図、断面図、および平面図である。
【図６】従来のリチウムイオン電池において、正極リードが破断に至るまでの様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１‥‥電池缶、２‥‥発電素子、３‥‥絶縁板、３ａ‥‥中心孔、４‥‥絶縁板、５‥‥正極リード、６‥‥ガスケット、６ａ‥‥支持部、７‥‥端子板、８‥‥ＰＴＣ素子、９‥‥安全弁装置、１０‥‥安全弁、１１‥‥ディスクホルダ、１２‥‥ディスク、１２ａ‥‥通気孔、１２ｂ‥‥中心孔、１３‥‥サブディスク、１４‥‥支持部材、１５‥‥空間部、１６‥‥支持部材固定板、１６ａ‥‥中心孔

Claims

発電素子と、
前記発電素子の少なくとも一側面に配置する絶縁板と、
少なくとも前記発電素子と前記絶縁板を収納する電池缶と、
前記電池缶の開口部を封止する安全弁装置と
を有する密閉形電池において、
前記絶縁板と前記安全弁装置の間に支持部材を配置する
ことを特徴とする密閉形電池。
支持部材は安全弁装置に固定されている
ことを特徴とする請求項１記載の密閉形電池。
支持部材は、安全弁装置の一部に切り込みを入れ、この切り込み部分を折り曲げたものである
ことを特徴とする請求項１記載の密閉形電池。
支持部材は絶縁板に固定されている
ことを特徴とする請求項１記載の密閉形電池。
支持部材は支持部材固定板に固定されている
ことを特徴とする請求項１記載の密閉形電池。
支持部材は、支持部材固定板の両面から突出している
ことを特徴とする請求項５記載の密閉形電池。