JP2006172975A

JP2006172975A - 密閉形電池

Info

Publication number: JP2006172975A
Application number: JP2004365697A
Authority: JP
Inventors: Masatomo Hase; 昌朋長谷; Tatsuya Hashimoto; 達也橋本; Takafumi Fujii; 隆文藤井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】従来の密閉形電池は、封口板に電解液注入用の注液口と電池内圧が急激に上昇した時のガスの排出用の排気口が別々に設けられているために、生産性が低く、また、レーザービーム溶接不良による漏液の発生する確率も高かった。本発明は、電池の過充電、短絡電流等による電池の劣化を防止し、安全性および生産性に優れた密閉形電池を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる密閉形電池は、封口板に注液口を備えるとともに、注液口に金属板を溶接されてなる安全弁が備えられ、前記安全弁の作動圧が８〜１５ｋｇｆ／ｃｍ²であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、捲回されて構成される極板群を収納した電池ケース内に電解液を注液して封止を行うことにより密閉された密閉型電池に関する。

従来の密閉型電池は、正極、負極、セパレータを捲回してからなる極板群を収納した電池ケース内に電解液を注入し気密封止され、この極板群の正極および負極にそれぞれ連結された正極端子および負極端子が電池ケース外部に露出されるようにして構成されたものである。

上記構成において、電池ケース内部に電解液を注入するために、封口板の一部分に貫通穴を形成し注液口としている。この密閉形電池は上記封口板を電池ケースの上端開口部に嵌め込んで周囲を溶接することにより封止を行った後に、この封口板の注液口から電解液を注入する。そして、その注液口にアルミやステンレス鋼製の注液栓やボルトを用いて封止することにより密閉形電池としていた。

また上記構成の密閉形電池は、特許文献１に示されるように過充電や短絡電流等によって電池内圧が急激に上昇したときに電池内部のガスを電池の外部へ排出するための排気口が貫通溝で形成されている。この排気口には安全弁が溶接により接合され、密閉形電池としている。上記安全弁には電池内部で発生したガスがある一定量まで蓄積されたときに安全弁が容易に且つ安定して開弁を行うようにされている。
特開平５−３１４９５９号公報

しかしながら、上記のような構造の密閉形電池は、封口板に電解液注入用の注液口と電池内圧が急激に上昇した時のガスの排出用の排気口が別々に設けられているために、生産性が低かった。また、レーザービーム溶接不良による漏液の発生する確率も高く、生産性が低かった。

そこで、本発明は、電池の過充電、短絡電流等による電池の劣化を防止し、安全性および生産性に優れた密閉形電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる密閉形電池は、封口板に注液口を備えるとともに、注液口に金属板を溶接されてなる安全弁が備えられ、前記安全弁の作動圧が８〜１５ｋｇｆ／ｃｍ²であることを特徴とする。

このように、封口板に電解液注入用の注液口を設け、この注液口が内圧上昇時に開弁する金属板より封止されてなることにより、注液口が排気口の口となる。したがって、電池の過充電状態または短絡状態により電池内圧が上昇した場合においても、金属板が開弁することにより内圧が開放されて電池ケースが破損することがない。また、封口板に設けられた注液口が排気口を兼ねることから、封口板に排気口を新たに設ける必要が無くなり、その結果、溶接不良等の製品不良の発生率が低減され、生産性を向上させることが出来る。更に、封口板に複数の穴を設ける必要性がなくなるため、電池の小型化が容易になる。

本発明の密閉形電池は、正極、負極およびセパレータが捲回された極板群と、電解液が収容された電池ケースを封口板によって密閉されてなる密閉型電池であって、前記封口板に注液口が備えられ、前記注液口に金属板を溶接されてなる安全弁が備えられ、前記安全弁の作動圧が８〜１５ｋｇｆ／ｃｍ²であることを特徴とする。

表１に示すように安全弁の作動圧を７ｋｇｆ／ｃｍ²に設定すると電池ケースの変形がほとんど見られない状態で安全弁を作動させることになる。この状態はサイクル中に発生するガスで開弁を行うことになり、電池内圧が急激に上昇時のガス排出する為に設定する安全弁とは異なってくる。一方、安全弁の作動圧を１６ｋｇｆ／ｃｍ²に設定をすると、電池ケースが急激に変形をしてしまい、電池を搭載する機器に影響を及ぼしてしまう。したがって、良好な状態で安全弁を作動させるために、安全弁の作動圧は８〜１５ｋｇｆ／ｃｍ²とすることが好ましい。

なお、作動圧は安全弁の溶接強度を調整することにより設定した。

以下、リチウムイオン二次電池の構成要素について説明する。

正極は集電体であるアルミ箔上に正極活物質、導電材および結着剤などの正極合剤層を設けることによって構成されている。まず正極活物質、導電材、結着剤さらには粘度調整等の目的で溶媒を混練して正極合剤ペーストを作製し、その正極合剤ペーストを、アルミニウム箔の集電体に塗布、乾燥させる。その後必要に応じてプレス、スリット加工することにより所定の寸法に加工し、シート状の正極を作製する。

正極活物質にはＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄などのリチウム金属複合酸化物が使用されるが、上記Ｃｏ、ＮｉまたはＭｎの一部をさらにＣｏ、Ｍｎ、Ａｌ等で置換したもの、Ｌｉで置換したものなど、他元素置換タイプのものも使用することが可能であり、これら正極活物質はリチウムを吸蔵、放出可能であって、充放電反応が可能である活物質であれば上記に限定されるものではない。

また、導電材は正極合剤の充放電反応を効率的に行うために電気伝導性を高めるためのものであり、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック（ＫＢ）、または黒鉛等の炭素材料を単体、もしくは複合して用いることができる。

また、結着剤は合剤同士の接着、および合剤と芯材の間の接着機能を持たせるものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）などを用いる。水を溶媒とする場合にはＰＴＦＥの水溶性ディスパージョンが特に用いられる。増粘剤としては例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の水溶性高分子を用いることができる。

また、これらの材料を混練して合剤ペーストを作製するが、合剤混合比は電池の使用適性に応じて任意に調整することが可能である。

一方、負極は集電体である銅箔上に負極活物質と結着剤などの負極合剤層によって構成されており、正極と同様に合剤ペーストを作製し、その合剤ペーストを銅箔に塗布、乾燥させ、その後必要に応じてプレス、スリット加工することにより所定の寸法に加工し、シート状の負極を得る。

負極活物質にはリチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料が用いられ、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス等の炭素材料を用いることができる。金属リチウムを用いることも可能であるが充放電効率が悪いなどの問題がある。結着剤としては、ＰＶｄＦやスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を用い、これら活物質および結着剤を分散させる溶媒にはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の有機溶媒もしくは水を用いることができる。

セパレータは正極と負極間の絶縁、さらには電解液を保持するなどの機能を持つものであり、このセパレータにはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、あるいはそれら積層品等の薄い微多孔膜を用いることができ、その必要機能を得るものであればこれらに限定されるものではない。

電解液はリチウム塩を有機溶媒に溶解したものであり、有機溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等の環状カーボネート、また、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の鎖状カーボネートなどの単独もしくは混合系を用いる。また、リチウム塩としては、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄等を用いることができる。

極板群は正極、負極、セパレータを介して捲回を行った後に扁平に圧縮させて極板群を完成させる。極板群においては正極、負極のそれぞれの未塗後部は互いに反対側に突出されており、突出した正極の未塗後部に正極集電体がレーザービーム溶接や電子ビーム溶接にて接合され、突出した負極の未塗工部に負極集電板がレーザービーム溶接や電子ビーム溶接にて接合されている。

封口板３においては平面形状が電池ケース２の上端部内周に嵌合する長円形で、その外周縁の全周に環状立ち上げ部が外側（極板群とは反対側）に向けて立ち上げ形成されており、この封口板が電池ケース２の上端部に嵌合され、電池ケース２の上端部と環状立ち上げ部がレーザービーム溶接などで溶接を行い密封状態にしている。

封口板３には図１に示すように注液口４が配設されている。この注液口４より電解液を注入し初期充電を行い、発生するガスを注液口４によって排出を行う。初期充電終了後注液口４に安全弁５をレーザービーム溶接により接合を行い一体化させ密閉形電池としている。

本発明に係る密閉電池は、生産性を向上させることが可能となるので、密閉形電池として有用である。

本発明の一実施形態における角形電池の斜視図本発明の一実施形態における角形電池の斜視図

符号の説明

１密閉形電池
２電池ケース
３封口板
４注液口
５安全弁

Claims

正極、負極およびセパレータが捲回された極板群と、電解液が収容された電池ケースを封口板によって密閉されてなる密閉型電池であって、前記封口板に注液口が備えられ、前記注液口に金属板を溶接されてなる安全弁が備えられ、前記安全弁の作動圧が８〜１５ｋｇｆ／ｃｍ²である密閉型電池。