JP2006040684A

JP2006040684A - 密閉角型電池

Info

Publication number: JP2006040684A
Application number: JP2004218188A
Authority: JP
Inventors: Shuji Sugimoto; 修二杉本; Toshitaka Niitsuma; 敏孝新妻; Fuminori Ozaki; 文則尾▲崎▼
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】密閉角型電池のケースの膨張を抑え、外装缶の強度をあげることで、変形を少なくし性能の安定化を図る。
【解決手段】セパレータで正極と負極とが絶縁されている電極群を、上端が開口する有底の角型扁平状外装缶に収納してなる密閉角型電池において、前記外装缶の長辺面、短辺面の幅方向全周にわたり、外装缶内側に凸状厚肉部、または外装缶に環状溝部を形成しており、前記凸状厚肉部または環状溝部は筒心方向に対し垂直かつ直線形状であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電可能な角型二次電池に関するものである。

近年デジタルスティールカメラ、オーディオなどＡＶ機器のポータブル化が進んでいる。これらの機器に利用される角型電池において、軽量化・薄型化・高容量化への要望が高まっている。また形状としては、機器のスペースの有効活用を考慮して、円筒型よりも角型の電池が使用されている。

さて電池は保存や充放電サイクルを繰り返すと、電気化学反応によるガス発生に伴う内圧上昇や電極群の膨潤によって外装缶の側面、底面、封口部に圧力がかかる。円筒型電池の場合、側面全体に均等に圧力がかかるが、角型電池の場合、長辺面に圧力がかかり膨張などの変形を生じやすい。

電池が膨張すると、機器内部から取り出せなくなったり、時には機器を破損してしまうこともあった。

そこでこのような変形を防ぐ方法として特許文献１には、密閉型角型電池の長辺面に長方形形状の凹部を設けている。また特許文献２には、密閉型角型電池の長辺面に略菱形形状の凹部を設けることにより、密閉型角型電池の膨れを抑えている。

その他にも、特許文献３には、外装缶内側に筒心方向に対し４５°の角度に傾斜して格子状の凸部を設ける方法が記載されている。
特開平７−１８３０１０号公報特開２００２−４２７４１号公報特開２００３−１２３７０４号公報

しかしこれらの方法は、外装缶長辺面の大面積にわたってプレス加工等により凹部もしくは凸部を設けているため、外装缶内部に収納されている電極群に、加工の際、圧力を与えることになる。それによって二次電池としての特性である、放電特性や寿命特性に影響を与える可能性がある。

さらに外装缶長辺面の大面積にわたってプレス加工等により凹部もしくは凸部を設けているため、場合によっては外装缶自体の耐落下強度が弱くなることが考えられる。

本発明では、セパレータで正極と負極とが絶縁されている電極群を、上端が開口する有底の角型扁平状外装缶に収納してなる密閉角型電池において、前記外装缶の長辺面、短辺面の幅方向全周にわたり外装缶内側に凸状厚肉部、または外装缶に環状溝部が形成されていることを特徴とする。前記凸状厚肉部または環状溝部は筒心方向に対し垂直かつ直線形状である。直線形状にすることにより外装缶内部に収納する電極群に、加工の際の外部からの圧力に対して多大な影響を与えることがない。

本構成により、外装缶の長辺面、短辺面の強度が増加し、外装缶の膨らみを抑えるという作用がある。

さらに、本発明の請求項２に記載の角型二次電池は、請求項１に記載の角型二次電池において、凸状厚肉部、または環状溝部の形状を示したものである。筒心方向に対し垂直かつ直線形状であるため、複雑な形状ではなく、容易に作成することが可能である。

また、本発明の請求項３に記載の角型二次電池は、請求項１に記載の角型二次電池において、外装缶の長辺面、短辺面の幅方向全周にわたり外装缶内側に凸状厚肉部を形成することを特徴とする。

そして、本発明の請求項４に記載の角型二次電池は、請求項１に記載の角型二次電池において、その製造法を示したものである。これにより加工性よく外装缶の長辺面、短辺面の幅方向全周にわたり、外装缶に環状溝部を形成することができる。

本構成により、外装缶の強度を増加させ電池内圧の上昇や電極群の膨潤による外装缶の膨れを抑えることができる。

本発明では、外装缶に凸状厚肉部または環状溝部をもうけることにより、内圧上昇や電極群の膨潤に対して、外装缶が膨れにくい構造であることに利点がある。

さらに凸状厚肉部または環状溝部が、外装缶長辺面の幅方向に対して直線状に設けられているため、外装缶内部に収納されている電極群に対して、プレス加工する際に電極群に多大な影響を与えることがないという利点も兼ね備えている。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は本発明の密閉角型電池の外観図である。１は密閉角型電池の外装缶である。外装缶の内部には電極群が挿入されており、封口体２により密閉されている。３は外装缶の長辺面、４は外装缶の短辺面である。３と４を横断するように幅方向全周にわたり、凸状厚肉部または環状溝部が形成されている。

図２は従来の密閉角型電池の縦断面図である。従来の外装缶は凸状肉厚部または環状溝部をもうけていない。図２の形態を従来例として本実施例と比較する。

図３は図１において、外装缶内側に凸状厚肉部を設けたものである。外装缶の肉厚を厚くすることで、外装缶の強度を増加させ膨れを防止する効果がある。

図４は図１において、外装缶に環状溝部をもうけたものである。外装缶に溝部を設けることで外装缶を補強し、外装缶の膨れ防止の効果がある。

図５は図３において、外装缶内側に凸状厚肉部を設けた際の寸法を示したものである。図５に示す寸法で、本実施例の効果を測定した。

図６は図５において、外装缶内側に凸状厚肉部を設けた際の、外装缶に対する厚肉部の本数と位置を示したものである。図６に示す本数と位置について、本実施例の効果を測定した。

図７は図４において、外装缶に環状溝部をもうけた際の寸法を示したものである。図７に示す寸法で、本実施例の効果を測定した。

以下、本発明のさらに具体的な例について実施例をもとに説明する。本実施においては、膨れ量をＣＡＥシミュレーションによって計算する。

（比較例１）
まずＣＡＥシミュレーションの整合性を検討するため、図２で示す従来の密閉角型電池を用いて、膨れ量を測定した。

ＪＩＳＧ３１４１で規定されている鋼鈑を外装缶の材質とし、電池状態での外形寸法を長辺１６．４５ｍｍ、短辺５．７５ｍｍ、高さ３３．２０ｍｍとする。さらに外装缶長辺ストレート部の厚さを０．２５ｍｍ、短辺ストレート部の厚さを０．２６ｍｍとする。

上記外装缶に圧力１０ｋｇ／ｃｍ²で窒素ガスを注入したところ、膨れ量は１．１９６ｍｍとなった。

一方、ＣＡＥシミュレーションにより上記外装缶に圧力１０ｋｇ／ｃｍ²を加えたところ、膨れ量は１．１２ｍｍとなった。この外装缶を、比較例１の外装缶とする。

これにより、ＣＡＥシミュレーションによる計算値は整合性があると判断し、図３、図４、図６の形状において、ＣＡＥシミュレーションを用いて膨れ量を計算した。

（実施例１）
凸状厚肉部を１本施した本実施例の外装缶について、プレス加工により実際に成型した。凸状厚肉部は外装缶に電極群を挿入する前に、外装缶内部に加工用中子を挿入し、外装缶外側からプレスすることにより成型可能である。ＪＩＳＧ３１４１で規定されている鋼鈑を外装缶の材質とし、電池状態での外形寸法は長辺１６．４５ｍｍ、短辺５．７５ｍｍ、高さ３３．２０ｍｍとなった。

この成型した外装缶に窒素ガスを注入して膨れ量を測定した。内圧１０ｋｇ／ｃｍ²という条件においては、膨れ量は０．９２４ｍｍとなった。

これにより、ＣＡＥシミュレーションによる計算値は、従来の比較例のみならず、本実施例においても整合性があると判断した。

（実施例２）
外装缶内側に凸状厚肉部を施した場合について、説明する。図１において、外装缶の短辺面４と平行に切断したときの断面図が図３である。図３において、６は外装缶で封口部７により密閉されている。

図３において、ＣＡＥシミュレーションによって膨れ量を計算した。ＪＩＳＧ３１４１で規定されている鋼鈑を外装缶の材質とし、電池状態での外形寸法を長辺１６．４５ｍｍ、短辺５．７５ｍｍ、高さ３３．２０ｍｍとする。さらに外装缶長辺ストレート部の厚さを０．２５ｍｍ、短辺ストレート部の厚さを０．２６ｍｍとし、凸状厚肉部の寸法を図５のようにする。

ここで圧力１０ｋｇ／ｃｍ²という条件においては、膨れ量は０．８９０ｍｍになった。

（実施例３）
さらに凸状厚肉部の本数を増減させることによる、膨れ量の差を計算した。ここでは凸状厚肉部の本数を１〜４本として計算を行った。計算には先ほどと同様にＣＡＥシミュレーションを用いている。図６に示すように外装缶内側に凸状厚肉部をもうける。凸状厚肉部が１ヶ所のときは外装缶底部から１６ｍｍの位置に１本、２ヶ所のときは外装缶底部から１０ｍｍ間隔で２本、３ヶ所のときは外装缶底部から８ｍｍ間隔で３本、４ヶ所のときは外装缶底部から６ｍｍ間隔で４本、それぞれ作成した。内圧１０ｋｇ／ｃｍ²という条件においては、膨れ量は以下の通りになった。

（表１）から明らかなように凸状厚肉部の本数を増やすことで、膨れ量を抑えるられることがわかる。凸状厚肉部の本数をさらに増やすことで、その効果は向上すると考えられる。ただし凸部の本数を増やしすぎても、膨れ防止の効果が劇的に上がるものではないと思われる。

（実施例４）
次に外装缶に環状溝部を施した場合について、説明する。前記環状溝部は、断面形状に合致した突部をもつ金型に前記外装缶を接触させて外装缶を回転させることで、形成される。図１において、外装缶の短辺面４と平行に切断したときの断面図が図４である。図４において、９は外装缶で封口部１０により密閉されている。

図４において、ＣＡＥシミュレーションによって膨れ量を計算した。ＪＩＳＧ３１４１で規定されている鋼鈑を外装缶の材質とし、電池状態での外形寸法を長辺１６．４５ｍｍ、短辺５．７５ｍｍ、高さ３３．２０ｍｍとする。さらに外装缶長辺ストレート部の厚さを０．２５ｍｍ、短辺ストレート部の厚さを０．２６ｍｍとし、環状溝部の寸法を図７のように設定する。

ここで圧力１０ｋｇ／ｃｍ²という条件においては、膨れ量は１．０１８ｍｍになった。

以上述べた外装缶の膨れ量を下記の（表２）にまとめて示す。

デジタルスティールカメラ、オーディオなどのポータブルＡＶ機器等の電源として有用である。

本発明の一実施形態における外装缶の外観図従来の外装缶の縦断面模式図本発明の実施方法を示した、外装缶内側に凸状厚肉部を施した場合の密閉角型電池の縦断面模式図本発明の実施方法を示した、外装缶に環状溝部を施した場合の密閉角型電池の縦断面模式図図３に施す凸状厚肉部の寸法図図３に施す凸状厚肉部の本数を増やしたときの、外装缶に対する位置を示した縦断面模式図図４に施す環状溝部の寸法図

符号の説明

１，６，９外装缶
２，７，１０封口部
３外装缶長辺面
４外装缶短辺面
５外装缶に施す凸状厚肉部、もしくは環状溝部
８外装缶外側に施した凸状厚肉部
１１外装缶内側に施した環状溝部

Claims

セパレータで正極と負極とが絶縁されている電極群を、上端が開口する有底の角型扁平状外装缶に収納してなる密閉角型電池において、前記外装缶の長辺面、短辺面の幅方向全周にわたり外装缶内側に凸状厚肉部、または外装缶に環状溝部が１本以上形成されていることを特徴とする密閉角型電池。
前記凸状厚肉部または環状溝部が筒心方向に対し垂直かつ直線形状であることを特徴とする請求項１に記載の密閉角型電池。
前記凸状厚肉部は外装缶外側を変形させることなく、外装缶の肉厚を増すように外装缶内側に凸状厚肉部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の密閉角型電池。
前記環状溝部が、断面形状に合致した突部をもつ金型に前記外装缶を接触させて外装缶を回転させることで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉角型電池。