JP2006269354A - 密閉型電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 正極リード部2を、外装缶3と、樹脂製の絶縁ガスケット1とが密着して形成される気密性保持領域Sまで入り込まないように、外装缶3と絶縁ガスケット1の延伸部とで挟むことにより固定するため、気密性の経時的低下を抑制することができ、品質の劣化を抑制することができる。
【選択図】 図1
Description
上記電極リード部の厚みを、少なくとも上記絶縁ガスケットと上記外装缶内側面とで挟まれた領域において、10μm以上50μm以下とすると、電極リード部が破断しにくくなり、また、絶縁ガスケットの歪みを抑制でき、上記効果を奏することができる。
本発明にかかる密閉型電池について、図1を用いて説明する。図1(a)は、実施の形態1における密閉型電池の一部を示す要部断面図であり、図1(b)は、密閉型電池の一部を拡大した要部断面図である。
図1(a)において、例えば、厚み0.30mmのAl合金からなる円筒形の外装缶3内に図示しない電極体が挿入され、非水電解液が、例えば800mg注入されている。
非水電解液は、エチレンカーボネート(EC)およびジメチレンカーボネート(DMC)を重量比で3:7に混合し、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/L溶解させている。
封口端子5は、三つの部材の端を溶接してなり、外装缶3の開口部を封口する蓋および電極として機能し、図示しない渦巻電極体に向けて伸びている延伸部を備えており、当該延伸部は、絶縁ガスケット1を支える受け部として機能し、絶縁ガスケット1が正極リード部2を外装缶3の内壁に押圧するのを補助する。当該延伸部には、図示しない渦巻電極体の負極板から伸びている負極リード部4が接続されている。
図示しない渦巻電極体を構成する正極板、負極板、セパレータは、以下のように形成されたものを用いている。
正極板として、炭酸リチウム(Li2CO3)と四酸化三コバルト(Co3O4)を混合して、空気中において900℃で焼成したコバルト酸リチウム(LiCoO2)を正極活物質とし、これに導電剤としてアセチレンブラックを3重量%混合した後、結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂のN−メチルピロリドン10重量%溶液をスラリー固形成分の5重量%添加しスラリー状態として、そのスラリーを、厚み20μmのAl箔に塗布、乾燥し、厚みが170μmになるように圧延した後、幅36mm長さ170mmに切断されたものを用いている。その正極板には厚み30μmの箔状Al製正極リード板が超音波溶着されている。
負極板として、平均粒径20μmの人造黒鉛を増粘剤としてカルボキシメチルセルロースの水性ディスパージョンを1重量%添加、混練した後、結着剤としてスチレンブタジエンラバー(SBR)水溶液をSBR質量比が1重量%になるように添加、混練してスラリー状とし、そのスラリーを、厚み15μmのCu箔に塗布、乾燥し、厚みが150μmになるように圧延した後、幅40mm、長さ180mmに切断されたものを用いている。
セパレータとして、厚み25μmのポリエチレンからなる多孔性フィルムを幅44mm、長さ360mmに切断されたものを用いている。
(実施の形態2)
本発明にかかる密閉型電池の製造方法について、図3を用いて説明する。図3は、本発明にかかる密閉型電池の製造方法を示す概略工程図である。
図3(a)において、絶縁ガスケット1として、外周面全体が外装缶3の内側面と密着し、かつ内周面が封口端子5の受け部と密着するように規定されたものを用い、絶縁ガスケット1を封口端子5に圧着させ、図示しない渦巻電極体から延出された正極リード部2を絶縁ガスケット1と外装缶3との間に挟まるように、図示しない渦巻電極体と、絶縁ガスケット1が圧着された封口端子5とを外装缶3に挿入する。
《本実施の形態における密閉型電池の効果》
本実施の形態における密閉型電池においては、正極リード部2の延出端が、上記縮径部の頂部領域で留まっていることから、正極リード部2が、絶縁ガスケット1と外装缶3とが密着して形成される上記気密性保持領域Sに入り込み難く、その結果、気密性保持領域の気密性能を経時的に低下させずに済み、経時劣化に伴う外部からの水分の浸入を抑制し、電解液の漏出を抑制でき、したがって、安定した集電を可能にするとともに密閉型電池の劣化を抑制することができる。また、絶縁ガスケット1が、外装缶3側壁に設けられた凹部状の縮径部の頂部領域全面を覆うように、外装缶3に沿って当該頂部近傍まで延伸形成されているため、絶縁ガスケット1の延伸部が正極リード部2を外装缶3に押圧する押圧部として機能し、正極リード部2の延出端を、上記縮径部の頂部領域に留めても、確実に外装缶3に固定することができる。そして、封口端子5が、外装缶3に内包される電極体に向けて伸びる延伸部を備えているため、封口端子5の延伸部が、絶縁ガスケット1の延伸部を支えて、絶縁ガスケット1の延伸部が正極リード部2を外装缶3の内壁に押圧するのを補助する受け部として機能し、より強固に正極リード部2を外装缶3に固定することができる。したがって、正極リード部2の延出端を、上記縮径部の頂部領域に留めても、確実、強固に外装缶3に固定することができる。また、正極リード部2の厚みを10μm以上50μm以下とすることで、密閉型電池製造の際に正極リード部2が破断するのを防止し、また、絶縁ガスケット1の歪みを防ぐことができるので、歩留まり向上と気密性の低下をより抑制することができる。
本実施の形態における密閉型電池の製造方法では、実施の形態1において記載した本発明にかかる密閉型電池を簡単に製造することができる。すなわち、受け部が備えられた封口端子5と、全外周面が外装缶3の内面に密着し、内周面が封口端子5の受け部に密着する絶縁ガスケット1とを外装缶3に挿入し、その後、外装缶3の側壁全周にわたって外装缶3の外から絞り加工を施すことにより、絞り加工による押力が封口端子5の受け部にて受け止められ、その反力が絶縁ガスケット1の押圧部を押圧して、絶縁ガスケット1の押圧部に、正極リード部2を押圧させることができるので、上記構成を有する密閉型電池を簡単に製造することができる。
<評価試験>
本発明にかかる密閉型電池の効果を検証するべく、実施の形態1における密閉型電池について、電極リード部の厚みが異なるものを複数用意するとともに、比較の対象として、従来の電池も用意し、評価試験を行った。
(実施例1)
実施例1の密閉型電池は、上述した密閉型電池の構成と同じであるので、説明を省略する。すなわち、正極リード部2の厚みが、30μmのものを用いている。
(実施例2)
実施例2の密閉型電池は、上述した密閉型電池の構成と同じであるので、説明を省略する。ただし、正極リード部2として、その厚みが5μmのものを用いている。
(実施例3)
実施例3の密閉型電池は、上述した密閉型電池の構成と同じであるので、説明を省略する。ただし、正極リード部2として、その厚みが10μmのものを用いている。
(実施例4)
実施例4の密閉型電池は、上述した密閉型電池の構成と同じであるので、説明を省略する。ただし、正極リード部2として、その厚みが40μmのものを用いている。
(実施例5)
実施例5の密閉型電池は、上述した密閉型電池の構成と同じであるので、説明を省略する。ただし、正極リード部2として、その厚みが50μmのものを用いている。
(比較例1)
比較例1の密閉型電池について図2を用いて説明する。図2(a)は、比較例1の密閉型電池の一部を示す要部断面図であり、図2(b)は、比較例1の密閉型電池の一部を拡大した要部断面図である。比較例1の密閉型電池が、上記実施例1から5までの密閉型電池と異なる点は、封口端子5および絶縁ガスケット1の構成および正極リード部2の延出位置のみであるので、上記にて説明した構成については、説明を省略する。
また、正極リード部2の延出位置が、実施例1から5までの密閉型電池では、上記縮径部の頂部領域の半ばであるのに対し、図2(b)に示すように、比較例1のそれでは、上記縮径部の頂部領域を越えて、絶縁ガスケット1と外装缶3とが密着してなる気密性保持領域S(図2(b)に示した二点鎖線で囲った領域)にまで及んでいる。気密性保持領域Sについては、すでに説明したとおりである。
(比較例2)
比較例2の密閉型電池は、実施例1の密閉型電池と同じ構成であるので、説明を省略する。ただし、正極リード部2として、その厚みが60μmのものを用いている。
上記実施例、比較例に挙げた密閉型電池に対し、保存信頼性試験を実施した。満充電状態での密閉型電池(充電方法:CC−CV 1C−4.2VC/,C/20 cut off)の電気特性として内部抵抗(交流法 1kHz)を測定し、その後、密閉型電池を60℃90%RHの高温加湿雰囲気中に20日間放置した。保存後の内部抵抗(交流法 1kHz)も測定し、表1に示すような結果を得た。
表1から、内部抵抗の変化を確認したところ、同じ厚みの正極リード部2を用いた実施例1の密閉型電池と比較例1のそれとを比べると、実施例1の密閉型電池のほうが、比較例1のそれよりも内部抵抗の増加が抑制されていることが分かった。
<耐漏液信頼性試験>
上記実施例、比較例の密閉型電池について、耐漏液信頼性試験を実施した。満充電状態での密閉型電池(充電方法:CC−CV 1C−4.2V,C/20 cut off)の電池をー40℃(2時間)、室温(15分)、75℃(2時間)の順に温度変化させた。この変化を10サイクル繰り返し、質量減少を測定し、表2に示すような結果を得た。
密閉型電池の質量減少から電解液の量の変化を推察できると考えられ、表2から電解液の量の変化を考察すると、耐漏液信頼性試験でも、保存信頼性試験の結果と同様の傾向であった。すなわち、同じ厚みの正極リード部2を用いた実施例1の密閉型電池と比較例1のそれとを比べると、実施例1の密閉型電池のほうが、比較例1のそれより電解液の減少が抑制されており、実施例1から5および比較例2の各密閉型電池を比較すると、正極リード部2の厚みが増加するにしたがって電解液の減少量が大きくなる傾向にあり、正極リード部2の厚みが50μmを超えると、液量が極端に減少することが分かった。以上の各試験における結果から、以下のことが言える。
比較例1の密閉型電池では、図2(b)において二点鎖線で囲った気密性保持領域Sにまで正極リード部2が延出されているため、気密性が経時的に低下し、外部から水分の浸入を許すこととなって内部抵抗が増加し、また電解液の漏出を許すこととなって密閉型電池の質量減少が起きたと考えられる。これに対して、実施例1の密閉型電池では、図1(b)に示すように、気密性保持領域Sにまで正極リード部2が延出しておらず、気密性の経時的低下を抑制することができるため、外部からの水分の浸入および電解液の漏出を抑制でき、その結果、内部抵抗の増加および密閉型電池の質量減少を抑制できたと考えられる。したがって、本発明にかかる密閉型電池の効果の有効性が立証された。
実施例1から5および比較例2の密閉型電池において、正極リード部2の厚みの増加に比例して特性が低下していることから、正極リード部2の厚みが増加するにつれて、絶縁ガスケット1に与える歪みが大きくなり、それにしたがって、気密性能が徐々に低下すると考えられる。
よって、上記表1から導出した結果および表2の結果と合わせると、正極リード部2の厚みを、10μm以上50μm以下とすることが好ましい。
2 正極リード部
3 外装缶
4 負極リード部
5 封口端子
Claims (5)
- 正負両極板がセパレータを挟んで対向配置された電極体と、前記電極体を収納可能な電極体収納部を備えた有底筒型外装缶と、外装缶開口部に配され、その封口に供される封口蓋とを有し、前記電極体を収納した有底筒型外装缶が、外装缶開口部と電極体収納部との間で、縮径され、封口蓋が、絶縁ガスケットを介して前記開口部を封口してなる密閉型電池であって、
前記電極体の一方の極から延出された電極リード部が、弾性体の絶縁ガスケットと外装缶内側面とで挟まれて、前記外装缶との接触により電気接続され、かつ前記電極リード部の延出端が、前記内側面における外装缶縮径部の頂部領域を延出限として留まっていることを特徴とする密閉型電池。 - 前記絶縁ガスケットが、外装缶内側面における前記縮径部の頂部領域を覆って前記頂部近傍まで伸び、かつ外装缶内側面に沿って、前記電極リード部を外装缶内側面に押圧する押圧部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の密閉型電池。
- 前記封口蓋が、封口された外装缶内部で絶縁ガスケットの押圧部を支える受け部を備えていることを特徴とする請求項2に記載の密閉型電池。
- 前記電極リード部の厚みは、少なくとも前記絶縁ガスケットと外装缶内側面とで挟まれた領域において、10μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の密閉型電池。
- 正負両極板がセパレータを挟んで対向配置された電極体を、有底筒型外装缶の電極体収納部に収納するステップと、封口蓋および弾性体の絶縁ガスケットを外装缶開口部に配するステップと、外装缶を、外装缶開口部と電極体収納部との間で縮径するステップとを含む密閉型電池の製造方法であって、
封口蓋および弾性体の絶縁ガスケットを外装缶開口部に配するステップでは、前記外装缶の内部で外装缶縮径部の頂部領域を覆って前記頂部近傍まで外装缶内側面に沿って延伸可能で、かつ前記電極リード部を押圧可能な弾性体の絶縁ガスケットおよび外装缶内部で絶縁ガスケットの押圧部を支える受け部を設けた封口蓋を用い、なおかつ電極体の一方の極から延出された電極リード部を、絶縁ガスケットの押圧部と外装缶内側面とで挟むサブステップを含み、
外装缶を縮径するステップでは、封口蓋の受け部と外装缶とで絶縁ガスケットの押圧部および前記電極リード部を挟持するサブステップと、前記電極リード部を、電極リード部の延出端が、外装缶縮径部の頂部領域を延出限として留まるように、外装缶内側面に押圧して固定するサブステップとを含むことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
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