JP2005100769A

JP2005100769A - 角形非水電解液電池

Info

Publication number: JP2005100769A
Application number: JP2003332089A
Authority: JP
Inventors: Soichi Hanabusa; 聡一花房; Munehito Hayami; 宗人早見; Koji Kano; 幸司加納; Kazuo Udagawa; 和男宇田川
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】注液孔の封止部材を正負極いずれか一方のリードと兼用させることにより、封止部材および一方のリードの溶接を１回の溶接で達成して工程の簡略化と部品点数の削減化を図ることが可能な角形非水電解液電池を提供する。
【解決手段】有底矩形筒状の外装缶１およびこの外装缶の開口部に取付けられた蓋体９からなり、いずれか一方の部材に非水電解液の注液孔１３を有する外装部材と、前記外装部材内に収納された正極５、セパレータ３および負極４を有する電極群２と、前記外装部材内に前記注液孔を通して収容された非水電解液と、前記注液孔を封止し、外部機器と接続可能なリード機能を兼ねる封止部材１４とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、角形非水電解液電池に関する。

非水電解液電池（例えば非水電解液一次電池）は、一般に負極に金属リチウムまたは金属リチウム合金を用い、正極に二酸化マンガンに代表される金属酸化物が用いられている。これに対し、非水電解液二次電池では負極にリチウムイオンの出入りが可能な炭素質材料を用い、正極にコバルト酸リチウムに代表されるリチウム複合酸化物が用いられている。

前記非水電解液電池は、一次、二次のそれぞれの分野において他の電池に比べて高いエネルギー密度を有する特徴がある。また、円筒形、角形のような比較的大きな寸法の非水電解液電池は、近年、デジタルスチールカメラ等の駆動用電源として用いられている。

しかしながら、非水電解液電池は非水電解液のようなその構成部材が外気中の水分と反応して変質、分解するものが多く、それによって電池特性を著しく劣化させる。このため、電池の製造工程において外気と遮断した環境下で組立てが行なわれている。

また、前記電池の封口にあたっては、非水電解液に代表される内容物の外部への漏洩のみならず外部からの水分浸入を防ぐことが必要である。このような封口構造を有する非水電解液電池はその外装部材の形状によって二つの封口方式が採用されている。

円筒形のようなランド形状の電池では、有底円筒状の外装缶内に電極群を収納し、さらに非水電解液を注液した後、この外装缶の開口部内側に絶縁材料からなるガスケットを挿入し、さらにこのガスケット内に複数の金属部材からなる封口体を挿入し、最後に前記外装缶の開口端を前記ガスケット側に向けて湾曲させ、そのガスケットを前記封口体と共に外装缶にかしめ固定するクリンプ方式が採用されている。

一方、角形非水電解液電池に前記クリンプ方式を適用した場合には有底矩形状の外装缶の開口部でのストレート部のクリンプ力がそのコーナ部に比べて低下するため、信頼性の高い封口が困難になる。このため、角形非水電解液電池の封口は、前記外装缶の開口部に金属製の蓋体を直接嵌め合せ、周囲をレーザシーム溶接するレーザ封口方式が採用されている。この封口方式において、レーザシーム溶接は外装缶と蓋体の間に非水電解液のような異物が介在すると、溶接時の熱で非水電解液が蒸発、気化し、溶接部にピンホールが発生して溶接性能の悪化、ひいては封口性に悪影響を及ぼす。このため、非水電解液の注液工程はレーザシーム溶接後に行うことが一般的で、予め外装缶または蓋体に注液孔を開口している。このような注液孔は、非水電解液の注液後に金属製の封止蓋（封止部材）を前記注液孔を含む周囲の外装缶または蓋体にレーザ溶接することにより最終的に角形非水電解液電池を密閉している。このような封止部材による注液孔の封止技術は、例えば特許文献１〜３に開示されている。

しかしながら、前述した角形非水電解電池の封口は２回のレーザ溶接工程と、注液孔を封口するための封止部材を用意する必要があり、円筒形非水電解液電池に比べてタクトタイムや部品点数の点で不利であった。
特開平１１−２７３６３８号公報特開２０００−１０６１５６特開２０００−２６８８１１

本発明者らは、外部機器と接続する正負極のリード（外部リード）が外装部材に取付けられることに着目し、注液孔の封止部材をいずれか一方のリードと兼用させることにより、封止部材および一方のリードの溶接を１回の溶接で達成して工程の簡略化と部品点数の削減化を図ることが可能な角形非水電解液電池を見出し、本発明を完成した。

上記課題を解決するために、本発明は有底矩形筒状の外装缶およびこの外装缶の開口部に取付けられた蓋体からなり、いずれか一方の部材に非水電解液の注液孔を有する外装部材と、
前記外装部材内に収納された正極、セパレータおよび負極を有する電極群と、
前記外装部材内に前記注液孔を通して収容された非水電解液と、
前記注液孔を封止し、外部機器と接続可能なリード機能を兼ねる封止部材と
を具備したことを特徴とする角形非水電解液電池が提供される。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、この第１実施形態に係る角形非水電解液一次電池を示す斜視図、図２は図１の要部縦断面図である。

例えば鉄系金属からなる有底矩形状の外装缶１は、負極端子を兼ね、底部内面に図示しない絶縁フィルム４配置されている。外装缶１は、鉄系金属に代えてアルミニウム系金属から作ってもよく、この場合には外装缶１は正極端子として用いられる。電極群２は、前記外装缶１内に収納されている。この電極群２は、例えばセパレータ３、負極４、セパレータ３および正極５を前記セパレータ３が最外周に位置するように渦巻状に捲回した後、扁平状にプレス成形することにより作製される。前記負極４は、例えばニッケル製の内部リード６が接合されている。前記正極５は、例えばステンレス製の内部リード７が接合されている。上部絶縁板８は、前記外装缶１内の前記電極群２上に配置されている。

例えば鉄系金属からなる蓋体９は、前記外装缶１の開口部に例えばレーザシーム溶接により気密に接合されている。これらの外装缶１および蓋体９により負極端子を兼ねる外装部材が構成される。前記蓋体９の中心付近には、矩形状をなす正極端子の取出し穴１０が開口されている。例えば外部に露出する部分が矩形状をなし、ステンレスからなるの正極端子１１は、前記蓋体９の取出しの穴１０にガラス製または樹脂製の絶縁材１２を介してハーメティクシールされている。注入孔１３は、前記取出し穴１０から例えば左側に離れた前記蓋体９の箇所に開口されている。非水電解液は、前記注入孔１３を通して前記外装缶１内に注入されている。

前記蓋体９下端面には、前記負極４の内部リード６が接続されている。前記正極端子１１の下端面には、前記正極５の内部リード７が接続されている。

外部機器と接続可能な負極用外部リードを兼ねる例えば帯状ニッケル板からなる封止部材１４は、その先端側を前記注液孔１３を含む前記蓋体９に例えば前記注液孔１３を挟んで封止部材１４の長手方向に直角にかつ互いに並行するようにレーザ溶接することにより、前記注液孔１３を封止して外装缶１および蓋体８からなる外装部材を密閉している。なお、前記帯状ニッケル板からなる封止部材１４の後端は前記外装缶１の外部に延出している。

接着剤付き絶縁シート１５は、前記正極端子１１を除く前記蓋体９上に被覆されている。例えばニッケルからなる正極用外部リード１６は、先端側が前記絶縁シート１５から露出された前記正極端子１１上面に抵抗溶接により接続され、後端が前記外装缶１の外部に延出されている。

次に、前記セパレータ、負極、正極および非水電解質を説明する。

１）セパレータ
このセパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体からなる微多孔性膜またはこれら材料の繊維を有する織布、不織布により作られる。

２）負極板
この負極は、リチウム金属またはリチウム合金から作られる。

前記リチウム合金としては、例えば０．０５〜１重量％のＡｌを含むＬｉ−Ａｌ合金、０．０５〜１重量％のＳｎを含むＬｉ−Ｓｎ合金等を用いることができる。

３）正極
この正極は、集電体に正極層を担持した構造を有する。

前記集電体としては、例えばアルミニウムまたはステンレスからなるエキスパンドメタル、同金属からなる箔、メッシュ等を挙げることができる。

前記正極層は、二酸化マンガンから選ばれる活物質、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）から選ばれる結着剤、およびアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛から選ばれる導電剤を含有する。

４）非水電解質
この非水電解質としては、例えばリチウム塩を非水溶媒に溶解した非水電解液を挙げることができる。

前記リチウム塩としては、例えば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、四フッ化硼酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、六フッ化砒素酸リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂等を用いることができる。

前記非水溶媒としては、例えばγ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、アニソール、酢酸エステル、プロピオン酸エステル等を用いることができ、２種類以上混合して使用してもよい。

前記非水溶媒中の前記電解質の濃度は、０．５モル／Ｌ以上にすることが好ましい。

以上、本発明の第１実施形態によれば外部機器と接続可能な負極用外部リードを兼ねる例えば帯状ニッケル板からなる封止部材１４を注液孔１３を含む蓋体９にレーザ溶接して前記注液孔１３を封止し、外装缶１および蓋体８からなる外装部材を密閉することによって、封止部材および負極用外部リードの溶接を１回の溶接で達成して工程の簡略化と部品点数の削減化を図ることができる。

また、前記注液孔の封止にあたり、従来のように注液孔より少し大きいサイズで取り扱い難い封止蓋を注液孔を含む蓋体に載置してレーザ溶接する場合に比べて取り扱いが容易な帯状ニッケル板のような帯状金属板を注液孔を含む蓋体上に導入してレーザ溶接し、前記注液孔を封止できるため、注液孔の封止操作を簡素化できる。

特に、帯状ニッケル板のような帯状金属板を捲回したフープからその帯状金属板を注液孔を含む蓋体上に捲き出し、レーザ溶接して前記注液孔を封止した後にその帯状金属板を外部リード長さに切断することにより、注液孔の封止操作をより一層簡素化できる。

（第２実施形態）
図３は、この第２実施形態に係る角形非水電解液一次電池を示す斜視図である。なお、図３において前述した第１実施形態の図１および図２と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

この角形非水電解液一次電池は、外部機器と接続可能な負極用外部リードを兼ねる例えば帯状ニッケル板からなる封止部材１４の他端が過電流加熱保護素子（ＰＴＣ素子）１７の下部電極に接続され、かつこのＰＴＣ素子１７の上部電極に帯状ニッケル板からなる外部リード１８を接続した構造を有する。

以上、本発明の第２実施形態によれば外部機器と接続可能な負極用外部リードを兼ねる例えば帯状ニッケル板からなる封止部材１４を注液孔１３を含む蓋体９にレーザ溶接して前記注液孔１３を封止し、外装缶１および蓋体８からなる外装部材を密閉することによって、前述した第１実施形態と同様に封止部材および負極用外部リードの溶接を１回の溶接で達成して工程の簡略化と部品点数の削減化を図ることができる。

また、前記封止部材１４の他端にＰＴＣ素子１７を接続することによって、角形非水電解液一次電池に大電流が流れたとき、そのＰＴＣ素子１７自身の温度が上昇することで電流を抑制できるために、温度上昇に伴うガス発生等を防止することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で以下に説明するように種々に変形して実施することができる。

（１）実施形態では、封止部材の先端側を注液孔を含む蓋体にレーザ溶接する際、互いに並行する２つの溶接部を形成したが、前記注液孔を囲むように溶接部を形成してもよい。

（２）実施形態では、封止部材の先端側を注液孔を含む蓋体にレーザ溶接する際、その先端を前記注液孔を含む蓋体に載置し、レーザ溶接したが、これに限定されない。例えば、図４に示すように外部機器と接続可能な負極用外部リードを兼ねる例えば帯状ニッケル板からなる封止部材１４の先端部付近の下面に例えばゴムからなる位置決め用栓１９を取付け、この栓１９を蓋体９の注液孔１３に挿入して位置決めし、前記注液孔１３を含む前記蓋体９に例えばレーザ溶接することにより、前記注液孔１３を封止して外装缶１および蓋体８からなる外装部材を密閉してもよい。このような構成によれば、レーザ溶接に際しての封止部材１４の注液孔１３を含む蓋体９への位置決めを簡便化できる。

（３）第２実施形態では、負極用外部リードを兼ねる例えば帯状ニッケル板からなる封止部材の後端にＰＴＣ素子を直接取付けたが、両端にリードが接続されたＰＴＣ素子を前記封止部材の後端に接続してもよい。

（４）実施形態では、注液孔を蓋体の開口したが、外装缶に開口してもよい。

（５）実施形態では、外装缶および蓋体が負極端子を兼ね、この蓋体に正極端子をハーメティクシールした構造にしたが、外装缶および蓋体が正極端子を兼ね、この蓋体に負極端子をハーメティクシールした構造にしてもよい。

（６）実施形態では、角形非水電解液一次電池を例にして説明したが、角形非水電解液二次電池にも同様に適用できる。ただし、角形非水電解液二次電池の場合には負極として例えば黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体などの黒鉛質材料もしくは炭素質材料；熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ系炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソフェーズ小球体などリチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物と結着剤とを含む負極層を集電体の片面もしくは両面に担持した構造のものを用いる。また、正極としてリチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物などの正極活物質、結着剤および導電剤を含む正極層を集電体の片面もしくは両面に担持した構造のものを用いる。

以上詳述したように本発明によれば、工程の簡略化と部品点数の削減化により量産化および低コスト化を実現した角形非水電解液電池を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る角形非水電解液一次電池を示す斜視図。図１の要部縦断面図。本発明の第２実施形態に係る角形非水電解液一次電池を示す斜視図。本発明の他の実施形態に係る角形非水電解液一次電池を示す要部縦断面図。

符号の説明

１…外装缶、２…電極群、３…セパレータ、４…負極、５…正極、９…蓋体、１１…正極端子、１３…注液孔、１４…負極用外部リードを兼ねる帯状ニッケル板からなる封止部材、１５…接着剤付き絶縁シート、１６…正極用外部リード、１７…ＰＴＣ素子、１９…位置決め用栓。

Claims

有底矩形筒状の外装缶およびこの外装缶の開口部に取付けられた蓋体からなり、いずれか一方の部材に非水電解液の注液孔を有する外装部材と、
前記外装部材内に収納された正極、セパレータおよび負極を有する電極群と、
前記外装部材内に前記注液孔を通して収容された非水電解液と、
前記注液孔を封止し、外部機器と接続可能なリード機能を兼ねる封止部材と
を具備したことを特徴とする角形非水電解液電池。
前記封止部材は、帯状の金属板からなり、その金属板の一端側が前記注液孔を含む前記外装部材に接合され、他端が前記外装部材の外部に延出されることを特徴とする請求項１記載の角形非水電解液電池。
前記封止部材は、一端側にゴム栓を有する帯状の金属板からなり、その金属板の一端側が前記外装部材に前記ゴム栓を前記注液孔に挿入した状態で接合され、他端が前記外装部材の外部に延出されることを特徴とする請求項１記載の角形非水電解液電池。
前記封止部材は、過電流加熱保護素子を有することを特徴とする請求項１記載の角形非水電解液電池。
前記過電流加熱保護素子を有する前記封止部材は、前記保護素子の一対の電極に接続された２つの帯状の金属板からなり、一方の金属板の一端側が前記注液孔を含む前記外装部材に接合されることを特徴とする請求項４記載の角形非水電解液電池。
前記過電流加熱保護素子を有する前記封止部材は、前記保護素子の一対の電極に接続された２つの帯状の金属板からなり、かつ一方の金属板の一端側にゴム栓を有し、その金属板の一端側が前記外装部材に前記ゴム栓を前記注液孔に挿入した状態で接合されることを特徴とする請求項４記載の角形非水電解液電池。