JP2005251422A

JP2005251422A - 電池

Info

Publication number: JP2005251422A
Application number: JP2004056432A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tokuhara; 幸夫得原; Wataru Hirose; 亘廣瀬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】電解液の注液効率及び電池の性能を向上させた電池を提供する。
【解決手段】正極板及び負極板を積層した発電要素２０と、発電要素２０が収容され、外部からの電解液の注入に使用した後に閉塞される注液孔１２を有する電池ケース１４とを備える電池１０において、発電要素の注液端面に対向する電池ケース１４の部分の内面を曲面状に凹ませ、発電要素の注液端面と電池ケース１４の前記注液端面に対向する前記部分の内面との間に空間２２を設け、さらに注液孔１２を電池ケース１４の前記部分に設けた。注液孔１２から注入された電解液は、空間２２に滞留し、注液端面から発電要素内部へ浸透していく。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極板及び負極板を積層した発電要素と、該発電要素が収容され、外部からの電解液の注入に使用した後に閉塞される貫通孔を有する電池ケースとを備える電池に関する。

小型電子機器又は携帯電子機器などの駆動用電源として、例えばシート状の正極板及び負極板がセパレータを介して巻回されるなどして積層された発電要素を電池ケースに収納した電池が用いられている。このような電池は、発電要素を底及び側壁を有するケース本体に挿入し、ケース本体の開口部を塞ぐケース蓋に設けられた正負集電ワッシャと正負極板終端とを夫々接続した後、ケース蓋とケース本体とをレーザー溶接する。また、ケース本体の側壁には電解液を注入するための注液孔が設けられており（例えば、特許文献１参照）、注液孔から電解液を注入し、注入後は前記注液孔を閉塞している。
実用新案登録第２６０２６４８号公報

近年、電池の高エネルギー密度化にともなって、電池内部の余剰空間及び正負極活物質の多孔度は年々減少しており、電解液を短時間で均一に注入することが困難になっている。そのため、電解液の注入時間が増加するという問題に加え、電解液の分布状態が不均一になることにより、電解液注入直後の充電における化成不良が生じたり、サイクル性能が低下するという問題が生じている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発電要素の正極板及び負極板の端面に対向する電池ケースの部分の内面に、凹状の曲面を設け、発電要素の前記端面と電池ケースの前記部分の内面との間に空間を設け、貫通孔を外部から前記空間へ貫通させることにより、電解液の注液効率及び電池の性能を向上させることができる電池を提供することを目的とする。

また、本発明は、電池ケースの前記端面に対向する前記部分を半円筒形状にすることにより、電池の装着の自由度を向上させると共に、前記空間の形成による電池ケースのサイズの増加及び電池容量のロスを最小限に抑えることができる電池を提供することを他の目的とする。

本発明に係る電池は、正極板及び負極板を積層した発電要素と、該発電要素が収容され、外部からの電解液の注入に使用した後に閉塞される貫通孔を有する電池ケースとを備える電池において、前記発電要素の正極板及び負極板の端面に対向する前記電池ケースの部分の内面は凹状の曲面を含み、発電要素の前記端面と電池ケースの前記端面に対向する前記部分の内面との間に空間を有しており、前記貫通孔は外部から前記空間へ貫通していることを特徴とする。

本発明に係る電池は、電池ケースの前記端面に対向する部分は、半円筒形状であることを特徴とする。

本発明においては、発電要素の正極板及び負極板の端面に対向する電池ケースの部分の内面に、凹状の曲面を設け、発電要素の前記端面と電池ケースの前記部分の内面との間に空間を設け、貫通孔を外部から前記空間へ貫通させる。貫通孔から注液された電解液は前記空間に滞留し、発電要素の前記端面から内部の正極活物質、負極活物質、セパレータへ浸透していく。その際、前記空間に滞留している電解液の圧力により、発電要素内部への浸透は高速かつ均一に行われる。

本発明においては、電池ケースの前記端面に対向する前記部分は、半円筒形状にしている。半円筒形状にすることにより、前記部分の外面が曲面となり、平面の場合と比べて電池の装着の自由度が高まると共に、電池ケースの前記部分の厚みに無駄がなく、前記空間の形成による電池ケースのサイズの増加及び電池容量のロスを最小限に抑えることができる。

本発明によれば、発電要素の正極板及び負極板の端面に対向する電池ケースの部分の内面に、凹状の曲面を設け、発電要素の前記端面と電池ケースの前記部分の内面との間に空間を設け、貫通孔を外部から前記空間へ貫通させることにより、貫通孔から注液され、前記空間部に滞留している電解液の圧力によって発電要素内部への電解液の浸透は高速かつ均一に行われるため、電解液の注液効率及び電池の性能を向上させることができる。また、前記空間に電解液を注入した後は、発電要素内部への電解液の浸透完了を待たずに、他の電池への電解液の注入を行うことが可能になるため、電解液の注入作業の効率を大幅に向上させることができる。

本発明によれば、電池ケースの前記端面に対向する部分を半円筒形状にすることにより、前記部分の外面は曲面となるため、平面の場合と比べて電池の装着の自由度が高まると共に、電池ケースの前記部分の厚みの無駄をなくし、前記空間の形成による電池ケースのサイズの増加及び電池容量のロスを最小限に抑えることができる。

図１（ａ）は本発明に係る電池の例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は電池の底面図である。電池１０は、銅集電体にグラファイト（黒鉛）を含んだ負極合剤を塗布してなる長方形状の負極板、及び、アルミニウム集電体にリチウムコバルト複合酸化物を含んだ正極合剤を塗布してなる長方形状の正極板が、ポリエチレン製微多孔膜などのセパレータを介して、短辺の一方が最内周部となるように巻回された扁平巻状の発電要素２０を、アルミニウム製の電池ケース１４に収容したものである。

電池ケース１４は、底及び側壁を有するケース本体１４ａと、ケース本体１４ａの開口部を閉じるケース蓋１４ｂとを有する。ケース蓋１４ｂは、負極端子１６及び図示しない安全弁を有し、レーザー溶接によってケース本体１４ａの開口部に取り付けられる。負極端子１６は負極リードを介して発電要素２０の負極板と接続される。また、発電要素２０の正極板は正極リードを介してケース蓋１４ｂと接続されている。

ケース本体１４ａの底及びケース蓋１４ｂは、長方形状に形成されているが、短辺の一方は円弧状に突出した形状に形成されている。そして、前記底の長辺には平面状の対向する側壁が設けられ、前記底の短辺の一方には外部へ突出した半円筒状の側壁（以下、曲面側壁という）が設けられ、前記短辺の他方には平面状の側壁が設けられている。電池ケース１４のサイズは、横幅ａ＝３４ｍｍ、縦幅ｂ＝５．２ｍｍ、高さｃ＝５０ｍｍである。

発電要素２０は、正極板及び負極板の長辺側の端面を、電池ケース１４の底の短辺側に設けられた側壁へ向けて収容されている。そのため、ケース本体１４ａ内部に収容された発電要素２０の前記端面の一方（以下、注液端面という）と、外部に突出した曲面側壁の内面との間に、空間２２が存在している。発電要素２０の注液端面とケース本体１４ａの曲面側壁の先端部内面との間隔は、３．０ｍｍである。また、ケース本体１４ａの曲面側壁には、内部へ電解液を注入するための貫通孔（以下、注液孔という）１２が設けられている。

注液孔１２を使用して、電池ケース１４内部の排気を行った後、弁を切り替えて電解液を電池ケース１４内部に注入する。注液孔１２から注液された電解液は、空間２２に滞留し、発電要素２０の注液端面から内部のセパレータ、正極活物質、負極活物質へ浸透していく。ここで、電解液を注入する際、電池１０の置き方は、注液孔１２及び曲面側壁が上になるようにすることが好ましい。よって、空間２２は、発電要素２０の対向する前記端面のうち、一方（注液端面）側に設け、他方側には設けないことが好ましい。また、電池ケース１４の小型化においても、空間２２は、発電要素２０の対向する前記端面のうちの一方（注液端面）側に設けることが好ましい。

電解液の注入が完了するなどして、注液孔１２を使用する必要がなくなった場合、注液孔１２を塞ぐ。図２（ａ）及び（ｂ）は、塞がれた注液孔の例を示す断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）の例では、注液孔１２を封止体１３で塞いでいる。ただし、封止体１３とケース本体１４ａの曲面側壁とは溶着されている。なお、注液孔１２を封止体１３で塞いで溶着する場合、注液孔１２は半円筒状に外部へ突出した曲面側壁に形成されているため、溶着作業が行い難くなる可能性があるため、例えば図２（ｃ）及び（ｄ）に示す塞がれた注液孔の例のように、曲面側壁の注液孔１２周辺部をプレスなどで平面状に形成することも可能である。

空間２２を設けた電池１０と、前記空間を設けていない電池とについて、注液速度及び化成後の容量を調べた結果を表１に、注液率を調べた結果を図３に、サイクル性能を調べた結果を図４に示す。ここで、前記空間を設けていない電池は、電池ケースの幅狭側壁に半円筒状の突出部が形成されていない（両幅狭側壁は平面状であり、発電要素との間に空間はほとんどない）こと以外は、図１に示す電池と同様であり、発電要素なども同様である。

表１に示す注液速度は、発電要素２０への注液（浸透）速度であり、３ｃｃの電解液を注入する場合の速度である。また、化成後の容量は、室温２５℃の雰囲気下において、充電電流１０００ｍＡ、充電電圧４．２０Ｖの定電流定電圧で３時間充電した後、放電電流１０００ｍＡ、終止電圧２．７５Ｖの条件で放電を行って測定した。注液速度及び化成後の容量は、前記空間なしの場合を１００とした相対値を示している。

また、図３に示す注液率は、３０秒間で発電要素２０へ注液（浸透）できた電解液量を、発電要素２０の理論空間体積で除して、１００を乗じた値（％）である。また、図４に示すサイクル性能は、上述した条件で充放電を繰り返した場合の初回の測定容量を１００％とした場合の各測定容量の比率（％）を表す。

空間２２を設けた場合は、注液速度及び化成後の容量が向上している。また、注液率及びサイクル性能も向上している。さらに、化成後の電池を解体して調べたところ、空間２２を設けた場合は、設けない場合に比べて電解液の分布が均一であった。

空間２２を設けた場合、注液孔１２から注入された電解液は空間２２に滞留しながら発電要素２０の注液端面から内部のセパレータ、正極活物質、負極活物質に浸透するため、電解液の分布状態が均一になる。また、空間２２に溜まった電解液の圧力が加わるため、電解液の発電要素２０への注入（浸透）は、従来よりも短時間で行うことが可能となる。さらに、注液孔１２から空間２２へ電解液を注液した後、発電要素２０内部への浸透の完了を待たずに、他の電池の空間２２へ電解液を注液することが可能となるため、電解液の注液作業が従来よりも大幅に短縮される。また、電解液の浸透の均一化及び早期注液により化成後の容量及びサイクル性能が向上する。

従来の電池においても、発電要素２０を電池ケース１４内に挿入するための隙間などの僅かな空間が、注液孔１２を有する電池ケース１４側壁内面側に存在しているが、本発明は従来よりも広い空間が存在している。例えば、従来は電解液の総注液量の例えば１０％程度しか前記空間に蓄えられなかったが、本発明では総注液量の例えば２０％程度を前記空間に蓄えることができる。

注液孔１２及び空間２２は、発電要素２０の正極板及び負極板の長辺側の端面と対向する電池ケースの任意の面に設けることが可能である。例えば図１においては、発電要素２０の正極板及び負極板の長辺側の端面が電池ケース１４の幅狭側壁へ向くように収容しているが、図５の電池斜視図に示すように、発電要素２０の正極板及び負極板の長辺側の端面が電池ケース１４のケース蓋１４ｂ及び底へ向くように収容することも可能である。

図５に示す電池１０においては、発電要素２０の形状に合わせて、電池ケース１４のケース蓋１４ｂ及びケース本体１４ａの底は、両短辺が円弧状に突出した形状となっており、前記底の両短辺に設けられた側壁は外部へ半円筒状に突出した側壁となっている。また、ケース本体１４ａの底は、外部へ半円筒状に突出した曲面底となっており、発電要素２０の底側の端面（注液端面）とケース本体１４ａの曲面底の内面との間に、空間２２が存在している。また、曲面底には、注液孔１２が設けられている。

また、上述した実施の形態においては、発電要素２０の注液端面に対向する側壁（曲面側壁）を外部へ半円筒状に突出させて空間２２を設けたが、半円筒状に限定はされず、前記側壁を任意の形状に突出させることが可能である。例えば図６の電池斜視図に示すように、外面は矩形状に突出させ、内面は円弧状に凹ますことも可能である。この場合、電池ケース１４の空間２２が設けられたコーナ部の肉厚が増えるため、電池ケース１４の強度を高めることができる。このように、曲面側壁の外面及び内面は夫々任意の形状にすることができる。

また、図７（ａ）、（ｂ）の電池底面図に示すように、空間２２を、例えば半円柱状の空間と直方体状の空間とを組合わせた形状にすることも可能である。ここで、図７（ａ）及び（ｂ）は図１（ａ）及び図６に示す電池１０の横幅ａ（幅広側壁の横幅方向の長さ）を夫々延ばして空間２２を増加させたものである。また、ケース蓋１４ｂ側の方が底側よりも空間２２が広くなるように、曲面側壁の内面をテーパ状に形成することも可能である。空間２２を設けるコーナ部の外面形状は任意形状にできるため、電池を装着する対象に合わせた形状にして、電池の装着の自由度を高めると共に、電池容量のロスを最小限に抑えることができる。

（ａ）は本発明に係る電池の例を示す斜視図であり、（ｂ）は前記電池の底面図である。閉塞された注液孔の例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線切断断面図であり、（ｄ）は（ｃ）のｄ−ｄ線切断断面図である。空間がある場合とない場合の注液率の例を示す図である。空間がある場合とない場合のサイクル性能の例を示す図である。本発明に係る電池の他の例を示す斜視図である。本発明に係る電池の更に他の例を示す斜視図である。本発明に係る電池の空間の他の例を示す電池底面図である。

符号の説明

１０電池
１２注液孔
１４電池ケース
１６負極端子
２０発電要素
２２空間

Claims

正極板及び負極板を積層した発電要素と、該発電要素が収容され、外部からの電解液の注入に使用した後に閉塞される貫通孔を有する電池ケースとを備える電池において、
前記発電要素の正極板及び負極板の端面に対向する前記電池ケースの部分の内面は凹状の曲面を含み、発電要素の前記端面と電池ケースの前記端面に対向する前記部分の内面との間に空間を有しており、前記貫通孔は外部から前記空間へ貫通していることを特徴とする電池。
電池ケースの前記端面に対向する部分は、半円筒形状であることを特徴とする請求項１記載の電池。