JP2005251548A - Square shape secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池内圧上昇時の安全機構に優れた角形二次電池に関する。 The present invention relates to a prismatic secondary battery having an excellent safety mechanism when the battery internal pressure increases.
角形二次電池は、携帯電話を始めとする携帯用機器から、電気自動車の駆動用電源など各種用途に用いられている。その中でも、携帯用機器には角形リチウムイオン二次電池が用いられている。角形リチウムイオン二次電池は、一般的に、次のような構造をしている。有底の角形の金属ケース内に極板群が挿入されている。この極板群は、正極活物質が塗着された正極集電体からなる正極板と、負極活物質が塗着された負極集電体からなる負極板と、両電極板の間に介在したセパレータとが渦巻き状に巻かれている。この金属ケースの開口部には金属封口板が接合され気密が保たれている。この金属封口板には絶縁材を介して負極端子が取り付けられ、この負極端子は負極集電体とリードで接続されている。このような角形二次電池において、過充電時における安全性を確保する方法として、金属封口板内に電流遮断機構を備えている。 Square secondary batteries are used in various applications such as portable devices such as mobile phones and power sources for driving electric vehicles. Among these, prismatic lithium ion secondary batteries are used for portable devices. A prismatic lithium ion secondary battery generally has the following structure. An electrode plate group is inserted into a rectangular metal case with a bottom. The electrode plate group includes a positive electrode plate made of a positive electrode current collector coated with a positive electrode active material, a negative electrode plate made of a negative electrode current collector coated with a negative electrode active material, and a separator interposed between both electrode plates, Is spirally wound. A metal sealing plate is joined to the opening of the metal case to maintain airtightness. A negative electrode terminal is attached to the metal sealing plate via an insulating material, and the negative electrode terminal is connected to the negative electrode current collector through a lead. In such a square secondary battery, as a method for ensuring safety during overcharge, a current blocking mechanism is provided in the metal sealing plate.
この電流遮断機構は、電池内圧が上昇した時に作動して、負極板と負極端子との間の電気的な接続を遮断し、電池内圧の異常上昇を防止しようとするものである。しかし、次のような場合に作動しないという問題がある。これは、電流遮断機構が作動するためには比較的高い圧力が必要であり、その圧力により作動する前に金属ケースが変形してしまう可能性があるためである。 This current interrupting mechanism operates when the battery internal pressure rises, interrupts the electrical connection between the negative electrode plate and the negative electrode terminal, and tries to prevent an abnormal increase in the battery internal pressure. However, there is a problem that it does not operate in the following cases. This is because a relatively high pressure is required to operate the current interrupt mechanism, and the metal case may be deformed before the current interrupting mechanism operates.
そこで、金属ケースの変形を利用した電流遮断機構として、次のような構造のものが提案されている。金属ケースの側壁に、電池内部に向かって凸状の形状をした接触子が設けられている。この接触子は、正負極板のどちらか一方にレーザー溶接により接続されている。電池内圧が上昇した時に、金属ケースの側壁が外側に変形し、極板と接触している接触子が離れ、電気的な接続が遮断される構造となっている(特許文献1)。
このような従来の角形二次電池は、過充電時において、電池内圧が急激に上昇した際に、金属ケースの側壁の変形が内圧上昇に追従できず、電流遮断機構が働かない可能性がある。 In such a conventional square secondary battery, when the internal pressure of the battery suddenly increases during overcharge, the deformation of the side wall of the metal case cannot follow the increase in internal pressure, and the current interrupting mechanism may not work. .
そこで本発明は、このような従来の課題を解決するもので、電池内圧の急激な上昇に対しても、確実に作動する電流遮断機構を備えた角形二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention is to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a prismatic secondary battery having a current interrupting mechanism that operates reliably even when the internal pressure of the battery suddenly increases. .
前記課題を解決するために、本発明は、有底の角形の金属ケース、前記金属ケース内に絶縁層を介して挿入された極板群、前記金属ケースの開口部に気密に接合された金属封口板、前記金属封口板に絶縁材を介して取り付けられた一方の電極端子、および前記極板群の一方の電極と前記電極端子とを接続するリードを具備し、前記金属ケースの1つの側面に薄肉部を設けるとともに、他方の電極に接続するリードに突出部を設け、この突出部を前記絶縁層の透孔を通して前記薄肉部に接続させた角形二次電池に関する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a bottomed rectangular metal case, a group of electrode plates inserted through an insulating layer in the metal case, and a metal hermetically bonded to the opening of the metal case. A side plate of the metal case, comprising: a sealing plate; one electrode terminal attached to the metal sealing plate via an insulating material; and a lead connecting the one electrode of the electrode plate group and the electrode terminal. Further, the present invention relates to a rectangular secondary battery in which a thin portion is provided, a protrusion is provided on a lead connected to the other electrode, and the protrusion is connected to the thin portion through a through hole of the insulating layer.
過充電時に電池圧力が上昇した際、所定の圧力で、確実に電流遮断機構を作動させることができる。したがって、安全性の高い角形二次電池を提供することできる。 When the battery pressure rises during overcharge, the current interrupt mechanism can be reliably operated at a predetermined pressure. Therefore, a highly safe prismatic secondary battery can be provided.
本発明の角形二次電池は、有底の角形の金属ケース内に絶縁層を介して極板群が挿入されている。この極板群は、好ましくは、正極活物質が塗着された正極集電体からなる正極板と、負極活物質が塗着された負極集電体からなる負極板と、両電極板の間に介在したセパレータとが渦巻き状に巻かれている。この金属ケースの開口部には、金属封口板が接合され気密が保たれている。この金属封口板には、絶縁材を介して負極端子が取り付けられ、この負極端子は負極集電体とリードで接続されている。この金属ケースの1つの側面には薄肉部が設けられている。極板群の他方の電極に接続されたリードは、前記絶縁層の透孔を通して、前記薄肉部に電気的に接続する突出部を持っている。 In the prismatic secondary battery of the present invention, an electrode plate group is inserted through an insulating layer into a bottomed prismatic metal case. Preferably, the electrode plate group includes a positive electrode plate made of a positive electrode current collector coated with a positive electrode active material, a negative electrode plate made of a negative electrode current collector coated with a negative electrode active material, and an electrode plate interposed between the two electrode plates. The separator is wound in a spiral. A metal sealing plate is joined to the opening of the metal case to maintain airtightness. A negative electrode terminal is attached to the metal sealing plate via an insulating material, and the negative electrode terminal is connected to the negative electrode current collector by a lead. A thin portion is provided on one side surface of the metal case. The lead connected to the other electrode of the electrode plate group has a protruding portion that is electrically connected to the thin portion through the through hole of the insulating layer.
前記リードと薄肉部とを電気的に接続するには、レーザーによる溶接や、抵抗溶接など、溶接によって接続するのが好ましい。 In order to electrically connect the lead and the thin-walled portion, it is preferable to connect by welding such as laser welding or resistance welding.
本発明の角形二次電池は、過充電時において、電池内圧が上昇した際に、金属ケースの1つの側面に設けた薄肉部が、所定の圧力で変形する。これにより、薄肉部と、極板群の他方の電極に接続されたリードに設けられた突出部との接続が切れ、電気的接続を遮断することができるような電流遮断機構になっている。 In the prismatic secondary battery of the present invention, when the battery internal pressure increases during overcharging, the thin wall portion provided on one side surface of the metal case is deformed with a predetermined pressure. Thereby, the connection between the thin portion and the protruding portion provided on the lead connected to the other electrode of the electrode plate group is cut off, and the electric current cut-off mechanism is formed so that the electrical connection can be cut off.
本発明の好ましい実施の形態において、金属ケースは、相対向する2つの面を主表面とする扁平形であり、前記主表面の一方に前記薄肉部が設けられている。 In a preferred embodiment of the present invention, the metal case has a flat shape having two opposing surfaces as main surfaces, and the thin portion is provided on one of the main surfaces.
小型電子機器、例えば、携帯電話において、その駆動電源として用いられている角形リチウムイオン二次電池は、電池に与えられたスペースから鑑みて、相対向する2つの面を主表面とする扁平形の電池が多く使用されている。そのため、金属ケースは、相対向する2つの面を主表面とする扁平形が好ましい。 In a small electronic device, for example, a mobile phone, a rectangular lithium ion secondary battery used as a driving power source is a flat type having two surfaces facing each other as a main surface in view of the space given to the battery. Many batteries are used. Therefore, the metal case is preferably a flat shape having two opposite surfaces as main surfaces.
金属ケースの薄肉部は、金属ケースの外面の窪み部に設けられているのが好ましい。
例えば、携帯電話において、電池をパックケースに入れた電池パックとして搭載しているのが一般的である。この電池は、内圧上昇によって金属ケースが変形したとしても、金属ケースに設けた薄肉部のみが変形するため、薄肉部以外の電池の厚みは変わらないという利点がある。このように電池の変形箇所を特定することにより、変形を考慮した電池パックを設計することができるようになる。
It is preferable that the thin part of the metal case is provided in a recess on the outer surface of the metal case.
For example, a mobile phone is generally mounted as a battery pack in which a battery is put in a pack case. This battery has an advantage that even if the metal case is deformed due to an increase in internal pressure, only the thin part provided in the metal case is deformed, and the thickness of the battery other than the thin part is not changed. By specifying the deformation part of the battery in this way, a battery pack can be designed in consideration of the deformation.
本発明のさらに好ましい実施の形態において、絶縁層は、絶縁性樹脂からなり、金属ケースの内面に密に接している内部ケースである。 In a further preferred embodiment of the present invention, the insulating layer is an inner case made of an insulating resin and in close contact with the inner surface of the metal case.
電池の内圧上昇により薄肉部が変形し、薄肉部とリードに設けられた突出部との接続部分が外れて電気的接続が遮断される場合において、絶縁層は、薄肉部の変形と共に、リードに設けられた突出部が追従しないように、内部ケースの肉厚は0.3〜1.5mmが好ましい。また、内部ケースの孔部のサイズは、薄肉部のサイズと同じ大きさかそれより小さくするのが好ましい。過充電時において、電池内圧が上昇するのは、非水電解液などの電解質が分解することにより、電池内部の温度も上昇するためである。このような温度においても、絶縁層が、変形しないために、耐熱温度は100℃以上が好ましい。絶縁層は、耐熱性を有すると共に、極板群と金属ケースとを絶縁することができ、非水電解液などの電解質に溶解しない材料が好ましい。例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いることができる。また、薄肉部に接続されるリードの厚みが、薄肉部の厚みより厚ければ、絶縁層がテープでもよい。薄肉部に接続されるリードの厚みが、薄肉部の厚みより厚いため、薄肉部が変形しても、リード自体の強度により変形しないためである。 In the case where the thin wall part is deformed by the increase in internal pressure of the battery, and the connection part between the thin part and the projecting part provided on the lead is disconnected and the electrical connection is interrupted, the insulating layer is attached to the lead along with the deformation of the thin part. The thickness of the inner case is preferably 0.3 to 1.5 mm so that the provided protrusions do not follow. The size of the hole of the inner case is preferably the same as or smaller than that of the thin portion. The reason that the internal pressure of the battery rises during overcharge is that the temperature inside the battery also rises due to decomposition of an electrolyte such as a non-aqueous electrolyte. Even at such temperatures, the heat resistant temperature is preferably 100 ° C. or higher so that the insulating layer does not deform. The insulating layer is preferably made of a material that has heat resistance, can insulate the electrode plate group and the metal case, and does not dissolve in an electrolyte such as a non-aqueous electrolyte. For example, a polypropylene resin or a polyphenylene sulfide resin can be used. Further, the insulating layer may be a tape if the thickness of the lead connected to the thin portion is larger than the thickness of the thin portion. This is because the thickness of the lead connected to the thin portion is larger than the thickness of the thin portion, so that even if the thin portion is deformed, the lead is not deformed due to the strength of the lead itself.
携帯電話の駆動電源に用いられている電池サイズ、例えば、幅20mm、高さ50mm、厚み5mm程度のサイズから、幅50mm、高さ95mm、厚み10mm程度のサイズの電池において、金属ケースの薄肉部の面積は、金属ケースの1つの側面に対して、直径3mmの円形〜全面の範囲で設けるのが好ましい。実用性の視点から、さらに直径5mmの円形〜金属ケースの1つの側面の面積の50%が好ましい。薄肉部の形状は、金属ケースに薄肉部を設ける場合の加工のし易さと、薄肉部が均等に変形するようにという両視点から、円形が好ましいが、これに限定されない。例えば、直径3mmの円形に相当する面積であれば、正方形でもよい。また、前記の電池サイズより大きい、電気自動車用の駆動電源に用いられる電池においては、金属ケースの薄肉部の面積は、金属ケースの1つの側面に対して、実用性の視点から、金属ケースの1つの側面の面積の20%〜全面の範囲が好ましい。 The battery case used for the driving power source of the mobile phone, for example, a battery having a width of about 20 mm, a height of 50 mm, and a thickness of about 5 mm to a width of about 50 mm, a height of 95 mm, and a thickness of about 10 mm. Is preferably provided in a range from a circle having a diameter of 3 mm to the entire surface with respect to one side surface of the metal case. From the viewpoint of practicality, 50% of the area of one side surface of a circular to metal case having a diameter of 5 mm is preferable. The shape of the thin portion is preferably circular from both viewpoints of ease of processing when the thin portion is provided in the metal case and so that the thin portion is uniformly deformed, but is not limited thereto. For example, a square may be used as long as the area corresponds to a circle with a diameter of 3 mm. Moreover, in the battery used for the drive power supply for electric vehicles larger than the said battery size, the area of the thin part of a metal case is one side of a metal case with respect to one side of a metal case from a practical viewpoint. The range of 20% to the entire area of one side surface is preferable.
金属ケースの薄肉部の肉厚は、金属ケースの基材肉厚の10〜50%が好ましい。実用性の視点から、さらに20〜50%が好ましい。 The thickness of the thin part of the metal case is preferably 10 to 50% of the thickness of the base material of the metal case. From the viewpoint of practicality, 20 to 50% is more preferable.
正極活物質としては、複合酸化物を挙げられる。複合酸化物としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムや、それらの変性体などが好ましい。それらの変性体には、アルミニウム、マグネシウムなどの元素を含むものもある。また、コバルト、ニッケルおよびマンガンの元素の少なくとも2種を含むものもある。 Examples of the positive electrode active material include composite oxides. As the composite oxide, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, and modified products thereof are preferable. Some of these modified products contain elements such as aluminum and magnesium. Some include at least two elements of cobalt, nickel and manganese.
負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、アルミニウムやそれを主体とする種々の合金、酸化スズなどの金属酸化物、金属窒化物を用いることができる。 As the negative electrode active material, natural graphite, artificial graphite, aluminum, various alloys mainly composed thereof, metal oxides such as tin oxide, and metal nitrides can be used.
電解質には、非水電解液や、ポリマー材料に非水電解液を含ませたゲル電解質が挙げられる。非水電解液は非水溶媒と溶質とからなる。溶質として、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)などのリチウム塩が挙げられる。非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類などが好ましいが、これらに限定されない。非水溶媒は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を組み合わせてもよい。また、添加剤としては、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。 Examples of the electrolyte include a non-aqueous electrolyte and a gel electrolyte obtained by adding a non-aqueous electrolyte to a polymer material. The nonaqueous electrolytic solution is composed of a nonaqueous solvent and a solute. Examples of the solute include lithium salts such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ). As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable, but not limited thereto. The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more. Examples of the additive include vinylene carbonate, cyclohexyl benzene, and diphenyl ether.
ゲル電解質のポリマー材料として、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデンなどやこれらの誘導体、混合物、複合体などの高分子マトリックス材料が挙げられる。特に、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体やポリフッ化ビニリデンとポリエチレンオキサイドの混合物が好ましいが、これに限定されない。 Examples of the polymer material for the gel electrolyte include polymer matrix materials such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, and polyvinylidene fluoride, and derivatives, mixtures, and composites thereof. In particular, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene or a mixture of polyvinylidene fluoride and polyethylene oxide is preferable, but not limited thereto.
セパレータは、大きなイオン透過度を持ち、適度な機械的強度がある電子絶縁性の微多孔性薄膜であればよく、特に限定されない。一般的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂からなる微多孔フィルムが挙げられる。微多孔フィルムは、1種のポリオレフィン系樹脂からなる単層膜であってもよく、2種以上のポリオレフィン系樹脂からなる多層膜であってもよい。 The separator is not particularly limited as long as it is an electronically insulating microporous thin film having a large ion permeability and appropriate mechanical strength. In general, a microporous film made of a polyolefin-based resin such as polyethylene or polypropylene can be used. The microporous film may be a single layer film made of one kind of polyolefin resin or a multilayer film made of two or more kinds of polyolefin resin.
図1に、本発明の一実施例である角形リチウムイオン二次電池の概略縦断面図を示す。図2に、その極板群の下端部の概略縦断面図を示す。図3に、同電池の斜視図を示す。図1は、図3のX−Y線断面図である。 FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a prismatic lithium ion secondary battery which is an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a schematic longitudinal sectional view of the lower end portion of the electrode plate group. FIG. 3 shows a perspective view of the battery. 1 is a cross-sectional view taken along line XY in FIG.
角形リチウムイオン二次電池は、アルミニウム箔集電体1に正極合剤3が塗着された正極板5と、銅箔集電体2に負極合剤4が塗着された負極板6と、それら両極間にセパレータとして厚み25μmのポリプロピレン樹脂製微多孔フィルム7を配して、渦巻き状に巻かれた扁平状の極板群8を備えている。アルミニウム箔集電体1の最外周部には、突出部9bが設けれた正極リード端子9aが溶接されている。銅箔集電体2には、負極リード端子10が溶接されている。正極リード端子9aは扁平状の極板群8の面積の大きい側面に配置されている。負極リード端子10は極板群8の上に配置されている。極板群8は、絶縁層となる内部ケースとして、肉厚1mmのポリプロピレン製内部ケース11aに挿入されている。内部ケース11aには、面積の大きい側面の一方に孔部11bが設けられている。内部ケース11aの孔部11bは正極リード端子9a側に来るようにする。内部ケース11aに挿入された極板群8は、肉厚1mmのアルミニウム製金属ケース12内に収納されている。金属ケース12の1つの側面に薄肉部13aが設けられている。薄肉部13a側に正極リード端子9aが来るようにする。薄肉部13aは、正極リード端子9aの突出部9bと電気的に接続させるために、金属ケース12の薄肉部13aの外側からレーザーにより、正極リード端子9aの突出部9bと薄肉部13aとを溶接している。
The prismatic lithium ion secondary battery includes a positive electrode plate 5 in which a positive electrode mixture 3 is applied to an aluminum foil current collector 1, a
図3に示したように、金属封口板14は、注液孔15(図示せず)、電池の内圧が上昇した際に電池内部に発生するガスを外部へ放出する調圧弁16、および絶縁部17を介して取り付けらたニッケル製負極外部端子18を有する。極板群8の上方向に配置した負極リード端子10と、ニッケル製負極外部端子18とを抵抗溶接により電気的に接続させている。
As shown in FIG. 3, the
金属ケース12と金属封口板14との周縁部がレーザーにより溶接され、封止されている。その後に、金属封口板14に設けた注液孔15(図示せず)から、減圧下で、非水電解液を注入する。注液孔15(図示せず)はアルミニウム製封栓19で閉塞され、その周縁部はレーザーで溶接され、密閉されている。
The peripheral portions of the
このようにして、幅50mm、高さ95mm、厚み10mmの角形二次電池を作製した。電池の設計容量は3000mAhである。 Thus, a square secondary battery having a width of 50 mm, a height of 95 mm, and a thickness of 10 mm was produced. The design capacity of the battery is 3000 mAh.
電池内部の圧力が上昇し、薄肉部13aが変形した場合を、図1に点線で変形後の薄肉部13bとして示す。このようにして、薄肉部13aが薄肉部13bのように変形することにより、正極リード端子9aの突出部9bとの溶接が破断されるようになる。
A case where the internal pressure of the battery increases and the
正極板5は以下のようにして作製する。正極合剤3として、コバルト酸リチウム粉末を85重量部、導電剤として炭素粉末を10重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略す)のN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す)溶液をPVDFが5重量部相当を混合する。この混合物を厚み15μmのアルミニウム箔集電体1に、塗布、乾燥した後、圧延して厚みが100μmの正極板5を作製する。 The positive electrode plate 5 is produced as follows. As positive electrode mixture 3, 85 parts by weight of lithium cobaltate powder, 10 parts by weight of carbon powder as conductive agent, and polyvinylidene fluoride (hereinafter abbreviated as PVDF) N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as PVDF) as binder The solution is mixed with 5 parts by weight of PVDF. This mixture is applied to an aluminum foil current collector 1 having a thickness of 15 μm, dried, and then rolled to produce a positive electrode plate 5 having a thickness of 100 μm.
負極板6は以下のようにして作製する。負極合剤4として、人造黒鉛粉末を95重量部、および結着剤としてPVDFのNMP溶液をPVDFが5重量部相当を混合する。この混合物を厚み10μmの銅箔集電体2に、塗布、乾燥した後、圧延して厚みが110μmの負極板6を作製する。
The
非水電解液は以下のように調製する。非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比1:1で混合し、これに溶質として、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)が1mol/Lになるように溶解する。このように調製した非水電解液を24ml用いる。
以下に、薄肉部13aについて具体的に説明する。
The non-aqueous electrolyte is prepared as follows. As a non-aqueous solvent, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 1, and as a solute, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved at 1 mol / L. 24 ml of the non-aqueous electrolyte prepared in this way is used.
Below, the
《実施例1〜6》
薄肉部13aのサイズは以下に説明する表1に示したようにし、その肉厚は0.2mmに固定した。
<< Examples 1-6 >>
The size of the
《実施例7〜11》
薄肉部13aの肉厚は以下に説明する表1に示したようにし、そのサイズは直径5mmに固定した。
<< Examples 7 to 11 >>
The thickness of the
《比較例》
薄肉部13aが設けられていない以外は、実施例1と同様とした。
《Comparative example》
Example 1 was performed except that the
上述した実施例1〜11と比較例の電池について、高温保存時における、薄肉部に接続した正極リードの突出部の溶接の破断の有無と、過充電試験時の異常温度上昇の評価を行った。 Regarding the batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Example described above, the presence or absence of welding breakage of the protruding portion of the positive electrode lead connected to the thin wall portion during high temperature storage and the abnormal temperature rise during the overcharge test were evaluated. .
高温保存試験には各100セルずつ用いた。20℃で、定電流3Aで上限電圧4.2Vまで充電し、定電圧4.2Vで保持した後、85℃で48時間保存した。保存後の電池については、電流遮断機構となる、薄肉部に接続した正極リードの突出部の溶接の破断の有無を確認した。 100 cells each were used for the high temperature storage test. The battery was charged at 20 ° C. with a constant current of 3 A to an upper limit voltage of 4.2 V, held at a constant voltage of 4.2 V, and then stored at 85 ° C. for 48 hours. About the battery after a preservation | save, the presence or absence of the fracture | rupture of the welding of the protrusion part of the positive electrode lead connected to the thin part used as an electric current interruption mechanism was confirmed.
過充電試験には各25セルずつ用いた。20℃で、充電状態からさらに5Cレート相当の電流値15Aで過充電を行なった。電池が異常温度上昇するか否かを確認した。ここで、電池表面温度が130℃以上になった場合を異常温度上昇と判断した。
それらの結果を表1に示した。
25 cells each were used for the overcharge test. At 20 ° C., overcharging was further performed from the charged state at a current value of 15 A corresponding to the 5C rate. It was confirmed whether or not the battery would rise abnormally. Here, the case where the battery surface temperature became 130 ° C. or higher was judged as an abnormal temperature rise.
The results are shown in Table 1.
表1の結果から、実施例1〜11および比較例の電池において、高温保存時の電流遮断機構となる薄肉部に接続した正極リードの突出部の溶接の破断は観察されなかった。過充電試験においては、実施例2〜10の電池は異常温度上昇が観察されなかった。実施例1の電池は2/25セル、実施例11の電池は3/25セル、比較例の電池は10/25セルの異常温度上昇が観察された。しかし、異常温度上昇が観察された電池の数は、比較例の方が多かった。 From the results of Table 1, in the batteries of Examples 1 to 11 and the comparative example, no welding breakage was observed in the protruding portion of the positive electrode lead connected to the thin wall portion serving as a current interruption mechanism during high temperature storage. In the overcharge test, no abnormal temperature rise was observed in the batteries of Examples 2 to 10. An abnormal temperature increase of 2/25 cells was observed for the battery of Example 1, 3/25 cells for the battery of Example 11, and 10/25 cells for the battery of the comparative example. However, the number of batteries in which an abnormal temperature increase was observed was larger in the comparative example.
このことから、実施例のように薄肉部を設けることにより、電池が異常温度上昇することを抑制することができるといえる。 From this, it can be said that an abnormal temperature rise of the battery can be suppressed by providing the thin portion as in the embodiment.
実施例2〜10の電池は、過充電試験において、経過時間に対する電池電圧と電池温度との関係から、電池が異常温度上昇する前に薄肉部が変形し、薄肉部と正極リードの突出部との接続が外れ、温度上昇を抑制していることがわかった。これに対し、異常温度上昇が観察された実施例1、11と、比較例の電池とは、温度が上昇しても薄肉部と正極リードの突出部との溶接が外れず、異常温度上昇に至っていることがわかった。 In the batteries of Examples 2 to 10, in the overcharge test, from the relationship between the battery voltage and the battery temperature with respect to the elapsed time, the thin part deforms before the battery rises abnormally, and the thin part and the protruding part of the positive electrode lead It was found that the connection of was disconnected and temperature rise was suppressed. On the other hand, in Examples 1 and 11 in which an abnormal temperature increase was observed, and the batteries of the comparative example, even if the temperature increased, the weld between the thin wall portion and the protruding portion of the positive electrode lead did not come off, resulting in an abnormal temperature increase. I found out that
このことから、金属ケースの薄肉部のサイズは、金属ケースの側面の一面のみに直径3mmの円形〜全面に設けることが好ましい。実用性の視点から、さらに直径5mmの円形〜金属ケースの1つの側面の面積に対して50%が好ましい。金属ケースの薄肉部の肉厚は、金属ケースの基材肉厚1mmに対して0.1〜0.5mmが好ましく、すなわち、金属ケースの肉厚に対して10〜50%が好ましい。実用性の視点から、さらに20〜50%が好ましい。 For this reason, the size of the thin portion of the metal case is preferably provided on a single side surface of the metal case from a circle of 3 mm to the entire surface. From the viewpoint of practicality, 50% is preferable with respect to the area of one side surface of the circular to metal case having a diameter of 5 mm. The thickness of the thin portion of the metal case is preferably 0.1 to 0.5 mm with respect to 1 mm of the substrate thickness of the metal case, that is, 10 to 50% with respect to the thickness of the metal case. From the viewpoint of practicality, 20 to 50% is more preferable.
なお、実施例では角形リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、角形アルカリ蓄電池にも使用することができる。 In addition, although the Example demonstrated the square lithium ion secondary battery, it is not limited to this. For example, it can be used for a prismatic alkaline storage battery.
実施例では、金属ケースが相対向する2つの面を主表面とする扁平形な場合について説明したが、角形であればよく、これに限定されない。 In the embodiment, the case where the metal case is a flat shape having two surfaces facing each other as the main surface has been described. However, the shape is not limited to this as long as it is square.
また、実施例では、帯状の正極板と、帯状の負極板と、それら両極間に帯状のセパレータを配して、渦巻き状に巻かれた扁平状の極板群について説明したが、平板状の正極板と、平板状の負極板と、それら両極間にセパレータを配した単電池素子を積層した極板群を用いた場合においても、同様の効果が得られる。 Further, in the examples, the strip-shaped positive electrode plate, the strip-shaped negative electrode plate, and the strip-shaped separator between the two electrodes are described, and the flat electrode plate group wound in a spiral shape is described. The same effect can be obtained when a positive electrode plate, a flat negative electrode plate, and an electrode plate group in which unit cell elements each having a separator disposed between them are stacked are used.
本発明による角形二次電池は、過充電時に電池圧力が上昇した際、所定の圧力で、確実に電流遮断機構を作動させることができる。したがって、安全性の高い角形二次電池を提供することできる。本発明による角形二次電池は、電子機器の駆動電源として、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラなどに用いることができる。また、大電流充放電を要する電気自動車などの駆動電源にも適用することができる。 The prismatic secondary battery according to the present invention can reliably operate the current interrupting mechanism at a predetermined pressure when the battery pressure rises during overcharge. Therefore, a highly safe prismatic secondary battery can be provided. The prismatic secondary battery according to the present invention can be used as a drive power source for electronic devices, for example, in notebook computers, mobile phones, digital still cameras, and the like. Further, the present invention can also be applied to a drive power source such as an electric vehicle that requires large current charge / discharge.
1 アルミニウム箔集電体
2 銅箔集電体
3 正極合剤
4 負極合剤
5 正極板
6 負極板
7 ポリプロピレン樹脂製微多孔フィルム
8 極板群
9a 正極リード端子
9b 突出部
10 負極リード端子
11a ポリプロピレン製内部ケース
11b 孔部
12 アルミニウム製金属ケース
13a 薄肉部
13b 変形後の薄肉部
14 金属封口板
15 注液孔
16 調圧弁
17 絶縁部
18 ニッケル製負極外部端子
19 アルミニウム製封栓
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記金属ケースの1つの側面に薄肉部を設けるとともに、他方の電極に接続するリードに突出部を設け、この突出部を前記絶縁層の透孔を通して前記薄肉部に接続させた角形二次電池。 A rectangular metal case with a bottom, an electrode plate group inserted into the metal case via an insulating layer, a metal sealing plate hermetically bonded to the opening of the metal case, and an insulating material interposed in the metal sealing plate One electrode terminal attached, and a lead for connecting one electrode of the electrode plate group and the electrode terminal,
A rectangular secondary battery in which a thin portion is provided on one side surface of the metal case, a protrusion is provided on a lead connected to the other electrode, and the protrusion is connected to the thin portion through a through hole of the insulating layer.
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