JP2006032311A - Case for battery and secondary battery using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として、携帯端末、あるいは、情報機器、家電機器などの電源としての使用に好適な電池用ケース及びそれを用いた二次電池に関する。 The present invention mainly relates to a battery case suitable for use as a power source for portable terminals, information devices, home appliances, and the like, and a secondary battery using the same.
近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要は大きく延びている。このような二次電池として、 特にリチウムイオン二次電池が注目されている。 With the recent development and spread of portable information devices such as mobile phones, notebook personal computers, and video cameras, demand for secondary batteries that are small, light, and high in energy density has greatly increased. As such a secondary battery, a lithium ion secondary battery is particularly attracting attention.
リチウムイオン二次電池における発電素子の一般的な構造は、リチウム−コバルト複合酸化物などの正極活物質粉末、導電性粉末、およびバインダからなる正極活物質層を、アルミニウム箔の正極集電体表面に形成してなる正極、炭素系の負極活物質粉末、及びバインダからなる負極活物質層を、銅箔の負極集電体表面に形成してなる負極を、多孔質のフイルムから成るセパレータを介して重ね、電解液を含浸したものである。 The general structure of a power generating element in a lithium ion secondary battery is that a positive electrode active material layer made of a positive electrode active material powder such as lithium-cobalt composite oxide, a conductive powder, and a binder is formed on the surface of a positive electrode current collector made of aluminum foil. A negative electrode formed by forming a negative electrode active material layer made of a positive electrode, a carbon-based negative electrode active material powder, and a binder on the surface of a negative electrode current collector of a copper foil through a separator made of a porous film. And are impregnated with an electrolytic solution.
そして、二次電池としての容量増加のため、正極及び負極の対を複数積層した積層素子や、帯状に形成した正極及び負極を巻き回した巻回素子などが、発電素子として用いられているが、いずれの場合も電解液を用いる。従って、前記の発電素子を金属ケースに封入して、電解液が外部に漏れないようにしている。 In order to increase the capacity of the secondary battery, a laminated element in which a plurality of pairs of positive and negative electrodes are laminated, a winding element in which a positive electrode and a negative electrode formed in a strip shape are wound, and the like are used as power generation elements. In either case, an electrolytic solution is used. Therefore, the power generation element is sealed in a metal case so that the electrolyte does not leak outside.
発電素子を封入するケースの形状は、電池を携帯電話などの機器に用いる場合、空間の有効利用のため、薄型の直方体形状が最適である。また、ケースを構成する材質は、電池の重量当たりのエネルギー密度の向上を目的とし軽量化に適する材質として、アルミニウムが、多く使用されている。アルミニウムは、低比重であるが、そのほか、前記リチウムイオン二次電池のように、電解液に非水電解液を用いた電池においては、正極として充分な耐食性を有しており、電池用ケースに好適な材料である。 When the battery is used in a device such as a mobile phone, the shape of the case enclosing the power generation element is optimally a thin rectangular parallelepiped shape for effective use of space. As the material constituting the case, aluminum is often used as a material suitable for weight reduction for the purpose of improving the energy density per weight of the battery. Aluminum has a low specific gravity, but in addition to the lithium ion secondary battery, a battery using a non-aqueous electrolyte as the electrolyte has sufficient corrosion resistance as a positive electrode, and is used as a battery case. It is a suitable material.
そして、このようなケースを用いた電池においては、ケースの開口部を封口するための蓋に電極（特に負極）を設け、もう一方の電極（つまり正極）として、蓋と絶縁した状態で、ケースをそのまま用いることができる。ところが、電池と機器を接続するためのリードには、ニッケルのような材料が用いられ、アルミニウムとニッケルでは、溶接などによる接続が困難なため、蓋およびケース底部に電極引出端子を設ける必要がある。 In a battery using such a case, an electrode (particularly a negative electrode) is provided on a lid for sealing the opening of the case, and the other electrode (that is, a positive electrode) is insulated from the lid as a case. Can be used as they are. However, a material such as nickel is used for the lead for connecting the battery and the device, and since it is difficult to connect aluminum and nickel by welding or the like, it is necessary to provide an electrode lead terminal on the lid and the bottom of the case. .
つまり、ニッケルの電気抵抗は、アルミニウムの約２．６倍であるため、抵抗溶接が困難であること、またニッケルの融点は、アルミニウムより約８００℃程高いため、超音波溶着が困難であるという問題点がある。 In other words, the electrical resistance of nickel is about 2.6 times that of aluminum, so resistance welding is difficult, and the melting point of nickel is about 800 ° C. higher than aluminum, so that ultrasonic welding is difficult. There is a problem.
これに対処するための技術が、特許文献１および特許文献２に記載されている。即ち、特許文献１には、電極端子として、アルミニウムとニッケルからなるクラッド材を、アルミニウム側をケースに向けて配置し、抵抗溶接などにより接合する方法が記載されている。また、特許文献２には、溶接の作業性や信頼性を向上するために、プロジェクション溶接を用いる技術が記載されている。 Techniques for coping with this are described in Patent Document 1 and Patent Document 2. That is, Patent Document 1 describes a method in which a clad material made of aluminum and nickel is disposed as an electrode terminal with an aluminum side facing a case and joined by resistance welding or the like. Patent Document 2 describes a technique using projection welding in order to improve the workability and reliability of welding.
図５は、従来の電池用ケースであって、プロジェクション溶接を用いた、従来の電極引出端子の接合例を示す斜視図である。図５において、３４は電池用ケース、３５はクラッド材からなる電極引出端子、３６はプロジェクション溶接を用いた溶接個所、３７は安全弁である。ここでは、電池用ケース３４の底部に、電極引出端子３５を接合した例を示している。
FIG. 5 is a perspective view showing a conventional battery case and an example of joining conventional electrode lead terminals using projection welding. In FIG. 5, 34 is a battery case, 35 is an electrode lead terminal made of a clad material, 36 is a welding point using projection welding, and 37 is a safety valve. Here, an example in which an
しかしながら、電池用ケースに、プロジェクション溶接のような加工を施すのは、製造工程の増加や、高価な設備を要するなどの理由で、製造コストの増加につながるという問題点がある。従って、本発明の課題は、簡略な方法で電極引出端子を設けた電池用ケースであって、メインの安全弁を補う補助の安全弁として作用する機能も設けた電池用ケース及びそれを用いた二次電池を提供することである。 However, subjecting the battery case to a process such as projection welding has a problem in that it leads to an increase in manufacturing cost due to an increase in manufacturing steps and the need for expensive equipment. Accordingly, an object of the present invention is a battery case provided with an electrode lead terminal by a simple method, and a battery case provided with a function acting as an auxiliary safety valve to supplement a main safety valve, and a secondary case using the same. It is to provide a battery.
本発明の電池用ケースは、溶接を用いないで、底部の外側に、かしめにより固定された板状の電極引出端子を有する電池用ケースとする。ここで、前記電極引出端子は、ニッケル、またはニッケルとアルミニウムのクラッド材からなる。 The battery case of the present invention is a battery case having a plate-like electrode lead terminal fixed by caulking outside the bottom without using welding. Here, the electrode lead terminal is made of nickel or a clad material of nickel and aluminum.
即ち、本発明は、有底筒状のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、底部の外側に、かしめにより固定されてなる板状の電極引出端子を有する電池用ケースである。 That is, the present invention is a battery case having a plate-like electrode lead terminal made of bottomed cylindrical aluminum or an aluminum alloy and fixed by caulking on the outside of the bottom.
また、本発明は、前記電極引出端子を、ニッケル、またはニッケルとアルミニウムのクラッド材とする電池用ケースである。 The present invention also provides a battery case in which the electrode lead-out terminal is nickel or a clad material of nickel and aluminum.
また、本発明は、前記底部に、電池用ケースの側面の厚さより薄い薄肉部が設けられた電池用ケースである。 Further, the present invention is the battery case in which a thin portion thinner than the thickness of the side surface of the battery case is provided on the bottom portion.
また、本発明は、前記薄肉部が、前記電極引出端子の対向面に設けられた電池用ケースである。 Moreover, this invention is a battery case in which the said thin part was provided in the opposing surface of the said electrode extraction terminal.
また、本発明は、前記電池用ケースと、前記電池用ケースに挿入され、セパレータを介して正負の電極を積層してなる発電素子と、前記電池用ケースに注入された電解液と、前記電池用ケースの開口部を封してなる蓋を有する電池用ケースを用いた二次電池である。 The present invention also provides the battery case, a power generating element that is inserted into the battery case and has positive and negative electrodes laminated via a separator, an electrolyte injected into the battery case, and the battery. This is a secondary battery using a battery case having a lid formed by sealing an opening of the battery case.
本発明の電池用ケースにおいては、かしめにより、電池用ケースに電極引出端子を取り付けるので、従来の溶接法のように高価な設備を必要とせず、生産性を向上することが可能であり、電池用ケース及びそれを用いた二次電池の製造コストを低減できる。 In the battery case of the present invention, since the electrode lead terminal is attached to the battery case by caulking, it is possible to improve productivity without requiring expensive equipment as in the conventional welding method. The manufacturing cost of the case and the secondary battery using the same can be reduced.
また、底部に、電池用ケースの側面よりも、厚みが小さい薄肉部を設けるので、形状変化を伴うような外部衝撃を受けた場合には、前記薄肉部がメインの安全弁を補う作用をし、前記薄肉部で内圧を開放することが可能となり、安全性を向上できる。 In addition, since the bottom portion is provided with a thin portion having a smaller thickness than the side surface of the battery case, when receiving an external impact accompanied by a shape change, the thin portion acts to supplement the main safety valve, It is possible to release the internal pressure at the thin portion, and safety can be improved.
特に、前記薄肉部を、前記電極引出端子の対向面に設けることで、前記電極引出端子により前記薄肉部の強度を補うことができる。一方で、形状変化を伴うような外部衝撃を受けた場合には、前記電極引出端子は、かしめだけで固定されているので、分解しやすく、従って内圧を、開放しやすい。 In particular, by providing the thin portion on the opposing surface of the electrode lead terminal, the strength of the thin portion can be supplemented by the electrode lead terminal. On the other hand, when subjected to an external impact such as a change in shape, the electrode lead-out terminal is fixed only by caulking, so that it can be easily disassembled and therefore the internal pressure can be easily released.
以上、本発明によれば、簡略な方法で電極引出端子を設けた、しかもメインの安全弁を補う補助の安全弁として作用する機能も設けた電池用ケース及びそれを用いた二次電池を提供することができる。 As described above, according to the present invention, there are provided a battery case provided with an electrode lead terminal by a simple method, and also provided with a function of acting as an auxiliary safety valve to supplement a main safety valve, and a secondary battery using the same. Can do.
本発明の実施の形態による電池用ケース及びそれを用いた二次電池について、以下に説明する。 A battery case according to an embodiment of the present invention and a secondary battery using the same will be described below.
本発明の電池用ケースは、有底筒状のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、底部の外側に、かしめにより固定されてなる板状の電極引出端子を有する。ここで、前記電極引出端子は、ニッケル、またはニッケルとアルミニウムのクラッド材からなる。更に、前記底部に、電池用ケースの側面の厚みよりも厚みが小さい薄肉部が設けられ、前記薄肉部が前記電極引出端子の対向面に設けられる。 The battery case of the present invention is made of bottomed cylindrical aluminum or aluminum alloy, and has a plate-like electrode lead terminal fixed by caulking on the outside of the bottom. Here, the electrode lead terminal is made of nickel or a clad material of nickel and aluminum. Further, a thin portion having a thickness smaller than that of the side surface of the battery case is provided on the bottom portion, and the thin portion is provided on the opposing surface of the electrode lead-out terminal.
また、本発明の二次電池は、前記電池用ケースと、前記電池用ケースに挿入され、セパレータを介して正負の電極を積層してなる発電素子と、前記電池用ケースに注入された電解液と、前記電池用ケースの開口部を封してなる蓋とで構成される。 Further, the secondary battery of the present invention includes the battery case, a power generation element that is inserted into the battery case and has positive and negative electrodes laminated via a separator, and an electrolyte injected into the battery case. And a lid formed by sealing the opening of the battery case.
ここで、電池用ケースの底部には、矩形状の薄肉部を設ける。薄肉部としては、電極端子形状に合わせた形状にすると良いが、特に矩形状に限定されるものではなく、電池用ケースの側面よりも厚みが薄い部分が形成されるならば、曲面あるいは、Ｖ字型の窪みであっても良い。 Here, a rectangular thin portion is provided at the bottom of the battery case. The thin portion is preferably a shape that matches the shape of the electrode terminal, but is not particularly limited to a rectangular shape. If a portion having a thickness thinner than the side surface of the battery case is formed, a curved surface or V It may be a letter-shaped depression.
電池用ケースを構成する材料としてはアルミニウムを用いるのが良い。また、前記アルミニウムの他に、アルミニウムーマンガン系などのアルミニウム合金を用いることができる。電極引出端子を構成する材料として、ニッケルを用いると良いが、他に、アルミニウムとニッケルのクラッド材を用いることもできる。 As a material constituting the battery case, aluminum is preferably used. In addition to the aluminum, an aluminum alloy such as aluminum-manganese can be used. Nickel is preferably used as a material constituting the electrode lead-out terminal, but aluminum and nickel clad materials can also be used.
また、電池用ケースの内部に封入する発電素子としては、公知のものが使用可能である。例を挙げると、９２重量％のスピネル構造のマンガン酸リチウム粉末、５重量％のカ−ボンブラク、３重量％のポリフッ化ビニリデンを含む正極電極活物質の層をアルミニウム箔の両面に形成した正極、５０重量％のグラファイト、４７重量％のカーボンナノチューブ、３重量％のポリフッ化ビニリデンを含む負極電極活物質の層をアルミニウム箔の両面に形成した負極を、多孔質のポリプロピレンフイルムを介して積層して得られる発電素子が用いられる。 Moreover, a well-known thing can be used as a power generation element enclosed with the inside of a battery case. For example, a positive electrode in which a layer of a positive electrode active material containing 92% by weight of spinel lithium manganate powder, 5% by weight of carbon black, 3% by weight of polyvinylidene fluoride is formed on both sides of an aluminum foil, A negative electrode in which layers of a negative electrode active material containing 50% by weight of graphite, 47% by weight of carbon nanotubes, and 3% by weight of polyvinylidene fluoride are formed on both sides of an aluminum foil is laminated via a porous polypropylene film. The resulting power generation element is used.
同様に、電池用ケースに注入する電解液にも、公知のものが使用可能である。例えば、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートを、容量比で６０／４０で混合した溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウムを１モル／リットルの濃度で溶解した溶液が用いられる。 Similarly, a well-known thing can be used also for the electrolyte solution inject | poured into a battery case. For example, a solution in which lithium hexafluorophosphate is dissolved at a concentration of 1 mol / liter in a solvent in which propylene carbonate and ethylene carbonate are mixed at a volume ratio of 60/40 is used.
このように調整した電池用ケースに、発電素子を装入し、蓋を用いて電池用ケースの開口部を封口して、リチウムイオン電池が得られる。蓋側にも、電極引出端子および安全弁を設けるが、蓋側の電極引出端子は、従来の溶接法によって接合することも可能であり、また蓋側の安全弁は、電池ケースの変形が伴わないような、小さな内圧の上昇を開放できれが良い。 A power generation element is inserted into the battery case adjusted as described above, and the opening of the battery case is sealed using a lid to obtain a lithium ion battery. An electrode lead-out terminal and a safety valve are also provided on the lid side, but the electrode lead-out terminal on the lid side can be joined by a conventional welding method, and the lid-side safety valve does not involve deformation of the battery case. It is good to release a small rise in internal pressure.
なお、この発明は、上記の例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更でも、同様の効果が得られるものである。 Note that the present invention is not limited to the above-described example, and similar effects can be obtained even with design changes within a range not departing from the gist of the invention.
図１は、本発明の実施例１による電池用ケースであって、電極引出端子の取り付け状態を示す説明図である。図１（ａ）は電池用ケースの断面図であり、図１（ｂ）は下面図である。図１において、１１は電池用ケース、１２は電極引出端子、１３はかしめ部である。なお、図示しないが、電池用ケース１１の開口部の蓋の部分には、安全弁が設置されている。
FIG. 1 is a battery case according to a first embodiment of the present invention, and is an explanatory view showing an attachment state of electrode lead terminals. FIG. 1A is a cross-sectional view of a battery case, and FIG. 1B is a bottom view. In FIG. 1, 11 is a battery case, 12 is an electrode lead terminal, and 13 is a caulking portion. Although not shown, a safety valve is installed at the lid portion of the opening of the
また、図２は、図１の電極引出端子のかしめ部分の拡大図である。図２（ａ）は、かしめ後の状態を示し、図２（ｂ）は、かしめ前の状態を示す図である。 FIG. 2 is an enlarged view of the caulking portion of the electrode lead terminal of FIG. FIG. 2A shows a state after caulking, and FIG. 2B shows a state before caulking.
本実施例１では、電池用ケース１１の底部に、電極引出端子１２が嵌合し得るように、あらかじめ段差と、かしめ加工用の、爪状立ち上がり部分１４を設けておく。ここで、電極引出端子１２を嵌合させた後、爪状立ち上がり部分１４を内側に折り曲げることで、電池用ケース１１に電極引出端子１２を取り付ける。
In the first embodiment, a step and a claw-like rising
電池用ケース１１はアルミニウムで構成し、電極引出端子１２はニッケルで構成している。一般に、アルミニウムは、機械的な強度が比較的小さいので、かしめ加工には必ずしも適さないが、電極引出端子１２が、電池用ケース１１の肉厚よりも薄いので、大きな強度を必要としない。従って、図１（ｂ）に示したように、電極引出端子１２の全周にかしめ加工を施すことができる。
The
図３は、本発明の実施例２による電池用ケースであって、電極引出端子の取り付け状態を示す説明図である。図３（ａ）は電池用ケースの断面図であり、図３（ｂ）は下面図である。図３において、２１は電池用ケース、２２は電極引出端子、２３はかしめ部である。また、図４は、図３の電極引出端子のかしめ部分の拡大図である。図４（a）は、かしめ後の状態を示す図であり、図４（ｂ）は、かしめ前の状態を示す図である。なお、図示しないが、電池用ケース１１の開口部の蓋の部分には、安全弁が設置されている。
FIG. 3 is an explanatory view showing a battery case according to the second embodiment of the present invention and showing an attached state of electrode lead terminals. 3A is a cross-sectional view of the battery case, and FIG. 3B is a bottom view. In FIG. 3, 21 is a battery case, 22 is an electrode lead terminal, and 23 is a caulking portion. FIG. 4 is an enlarged view of a caulked portion of the electrode lead terminal of FIG. 4A is a diagram showing a state after caulking, and FIG. 4B is a diagram showing a state before caulking. Although not shown, a safety valve is installed at the lid portion of the opening of the
本実施例では、電池用ケース２１は、実施例１と同様に、アルミニウムで構成した。電池用ケース２１は、側面の厚さが０．２ｍｍであり、電極引出端子２２および薄肉部２７のない部分における底部の厚さが０．５ｍｍ、電極引出端子２２と薄肉部２７に挟まれた電池用ケース底部の厚さが０．１ｍｍになるように、プレスおよび深絞り加工によって成形した。このとき、かしめ部もプレスによって同時に形成した。なお、電極引出端子は、厚さが０．２ｍｍのものを用いた。
In this example, the
本実施例では、電池用ケースの底部に、電池用ケースの側面の厚さよりも薄い薄肉部２７を設けていることで、電池用ケースが形状変化を伴うような外部衝撃を受けた場合に、前記薄肉部２７がメインの安全弁を補う補助の安全弁として作用し、電池用ケースの側面等の不特性個所がひび割れたり、破裂することなく電池用ケースの内圧を開放することで、安全性が高まるという更なる効果を得ることができる。
In this embodiment, by providing a
また、前記薄肉部２７は、電池用ケースの電極引出端子２２の対向面に形成されているため、電極引出端子２２により前記薄肉部２７の強度を補うことができる。一方で、形状変化を伴うような外部衝撃を受けた場合には、前記電極引出端子２２は、かしめだけで固定されているため、分解しやすく、内圧をより開放しやすい。
Further, since the
なお、外部衝撃を伴なわない内圧の上昇に対しては、電池蓋に設けている安全弁（図示せず）によって、内圧の開放を行うことができる。 It should be noted that the internal pressure can be released by a safety valve (not shown) provided in the battery lid against an increase in the internal pressure not accompanied by an external impact.
１１，２１，３４ 電池用ケース
１２，２２，３５ 電極引出端子
１３，２３ かしめ部
１４ 爪状立ち上がり部分
２７ 薄肉部
３６ 溶接個所
３７ 安全弁
11, 21, 34
14 Claw-shaped rising
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