JP2006338981A

JP2006338981A - 密閉型円柱状二次電池

Info

Publication number: JP2006338981A
Application number: JP2005160887A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Mitani; 貴之三谷; Katsunori Suzuki; 克典鈴木; Yuichi Takatsuka; 祐一高塚; Mikio Oguma; 幹男小熊
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-01
Also published as: JP4934994B2

Abstract

【課題】１０Ａｈ以上の容量をもつ電池において、電池への急激な変形を伴う外力が作用した場合でも安全な二次電池を提供する。
【解決手段】円柱状リチウムイオン電池は、容量が１０Ａｈ以上であり、中央に平面部を有する皿状のダイヤフラム２と、周縁部がダイヤフラム２の周縁部に固定され外部出力端子となる上蓋キャップと、正極に接続され中央の平面部がダイヤフラム２の平面部と接合された接続板とを有する上蓋を備え、上蓋がガスケットを介して電池缶にカシメ固定されている。ダイヤフラム２には所定圧で開裂する第１の開裂溝８ａが形成されており、第１の開裂溝８ａは、ダイヤフラム２の中心を通る仮想中心線ＣＬをＡ：Ｂ（Ａ＞Ｂ）の割合で分割する点Ｐを通って仮想中心線ＣＬに交わると共に、ダイヤフラム２の中心を通り仮想中心線ＣＬと直交する仮想直線ＶＬで２分されたダイヤフラム２の領域の一側に偏って形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は二次電池に係り、特に、中央に平面部を有する皿状の導電性ダイヤフラムと、周縁部がダイヤフラムの周縁部に固定され外部出力端子となるトップキャップと、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方に電気的に接続され中央の平面部がダイヤフラムの平面部と接合された接続板とを有する上蓋を備え、上蓋がガスケットを介して円筒状電池缶にカシメ固定された密閉型の円柱状二次電池であって、容量が１０Ａｈ以上の二次電池に関する。

従来、密閉型二次電池は家電製品に汎用されており、最近では、密閉型二次電池の中でも特にリチウム電池が数多く用いられるに至っている。また、リチウム電池はエネルギ密度が高いことから、電気自動車（ＥＶ）又はハイブリッド車（ＨＥＶ）の車載電源としても開発が進められている。

しかし、密閉型二次電池は充電装置の故障などによって過充電状態に陥ると、電池内圧が極端に上昇することがある。特に、有機溶媒を電解液として用いるリチウム電池においては、電池容量が大きくなるので、より確実な防爆動作が要求される。このため、薄板金属板の中央部を下方に突出させた突起部を厚板金属板に溶接し、これらの金属板の周部がカシメ固定された防爆機構を有する二次電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、本発明者らは、周部が電池缶に固定され防爆機構を内蔵した上蓋を有する密閉円筒型リチウム二次電池を先に提案している（特許文献２参照）。この二次電池は、図７（Ａ）に示すように、上蓋２０が正極外部出力端子として機能する円板状の上蓋キャップ（トップキャップ）１を有しており、上蓋キャップ１の周縁部は、平面状の底部を有する皿状の導電性ダイヤフラム２の周縁部でカシメ固定されている。ダイヤフラム２の底部と周縁部との間には、電池内圧が所定の開裂圧に達すると開裂する開裂溝１８が形成されており、ダイヤフラム２の底面と接続板６の中央の突出部とは抵抗溶接により接合されている。図７（Ｂ）に示すように、開裂溝１８は、円周状の溝１８ａと、溝１８ａから放射線状に延びる溝１８ｂとで形成されている。この防爆機構では、電池内圧が反転圧に達すると、ダイヤフラム２が上蓋キャップ１側に反転して充電電流が遮断され（接続板６との接合が解除され）、電池内圧が開裂溝１８の開裂圧に達すると開裂溝１８が開裂する。なお、開裂溝１８の開裂圧はダイヤフラム２の反転圧より高く設定されている。

特開平第８−７８６６号公報特開２００４−１３４２０４号公報

しかしながら、高容量の二次電池、例えば、１０Ａｈ以上の容量を有する二次電池において、上述した防爆機構では、過充電時の電池内圧上昇時に、安全に電池を使用不能状態とすることはできるものの、電池への急激な変形を伴う外力が作用した場合には、図６（Ｂ）に示すように、電池内圧の急激な上昇によりダイヤフラム２が上蓋キャップ１の底部に張り付いてしまい、開裂溝１８が確実に機能せず、電池の破裂・発火につながる、という問題点があることが判明した。

本発明は上記事案に鑑み、１０Ａｈ以上の容量をもつ電池において、電池への急激な変形を伴う外力が作用した場合でも安全な二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、中央に平面部を有する皿状の導電性ダイヤフラムと、周縁部が前記ダイヤフラムの周縁部に固定され外部出力端子となるトップキャップと、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方に電気的に接続され中央の平面部が前記ダイヤフラムの平面部と接合された接続板とを有する上蓋を備え、前記上蓋がガスケットを介して円筒状電池缶にカシメ固定された密閉型の円柱状二次電池であって、容量が１０Ａｈ以上の二次電池において、前記ダイヤフラムには所定圧で開裂する第１の開裂溝が形成されており、該第１の開裂溝は、前記ダイヤフラムの中心を通る仮想中心線をＡ：Ｂ（Ａ＞Ｂ）の割合で分割する点を通って前記仮想中心線に交わると共に、前記ダイヤフラムの中心を通り前記仮想中心線と直交する仮想直線で２分された前記ダイヤフラムの領域の一側に偏って形成されたことを特徴とする。

本発明では、電池内圧が所定の反転圧に達すると、ダイヤフラムが反転してダイヤフラムの平面部と接続板の平面部との接合が解除され、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方とトップキャップとの電気的接続が遮断されるので、過充電時の安全性を確保することができる。また、電池への急激な変形を伴う外力が作用した場合には、電極群の正極及び負極が短絡することに伴って電池内圧は急激に上昇し、上記反転圧より高い圧力に設定された第１の開裂溝の開裂圧に達して第１の開裂溝が開裂する。本発明では、第１の開裂溝が、ダイヤフラムの中心を通る仮想中心線をＡ：Ｂ（Ａ＞Ｂ）の割合で分割する点を通って仮想中心線に交わると共に、ダイヤフラムの中心を通り仮想中心線と直交する仮想直線で２分されたダイヤフラムの領域の一側に偏って形成されている。このため、第１の開裂溝の開裂箇所が上蓋キャップに張り付くことなく、電池内で発生したガスが第１の開裂溝の開裂箇所、上蓋キャップを介して電池外に排出されるため、電池内圧が確実に低減し、安全性を確保することができる。

本発明において、第１の開裂溝は、仮想中心線に対して線対称の形状を有していてもよい。また、第１の開裂溝は、円弧状もしくは馬蹄形の曲線または放射線状の直線であることが好ましく、ダイヤフラムの中心側に開いていることがより好ましい。また、ダイヤフラムには、第１の開裂溝に対して交わる第２の開裂溝が更に形成されていてもよい。第２の開裂溝は、第１の開裂溝に対して直交していることが好ましく、第１の開裂溝よりダイヤフラムの周縁部側に形成されていることがより好ましく、第１の開裂溝と第２の開裂溝とが交わる箇所は第１の開裂溝の端部以外であることが更に好ましい。更に、トップキャップは、ダイヤフラムの上方に位置し電池内部で発生したガスを排出するための開口が形成されており、第１の開裂溝と第２の開裂溝とが交わる箇所は、トップキャップに形成された開口を避けた位置の直下に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、電池内圧が所定圧に達すると、ダイヤフラムが反転してダイヤフラムの平面部と接続板の平面部との接合が解除され、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方との電気的接続が遮断されるので、過充電時の安全性を確保することができると共に、電池への急激な変形を伴う外力が作用した場合には、第１の開裂溝が、ダイヤフラムの中心を通る仮想中心線をＡ：Ｂ（Ａ＞Ｂ）の割合で分割する点を通って仮想中心線に交わると共に、ダイヤフラムの中心を通り仮想中心線と直交する仮想直線で２分されたダイヤフラムの領域の一側に偏って形成されているので、第１の開裂溝の開裂箇所が上蓋キャップに張り付くことなく、電池内で発生したガスが第１の開裂溝の開裂箇所、上蓋キャップを介して電池外に排出されるため、電池内圧が確実に低減し、安全性を確保することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を円柱状リチウムイオン電池に適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の円柱状リチウムイオン電池５０は、中空円筒状の軸心の周りに、正極及び負極を、リチウムイオンの通過を許容するポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して捲回した電極捲回群１１を備えている。

正極は、正極活物質のリチウムマンガン複合酸化物の粉末９０重量部に対して、導電材として炭素粉末５重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン５重量部と、を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドンを添加、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレス、集電するための一部を残して短冊状に裁断して得られたものである。集電するために残した部分には正極タブが形成されている。上述したリチウムマンガン複合酸化物には、例えば、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）又はＬｉＭｎ_２Ｏ_４のリチウムサイト又はマンガンサイトを他の金属元素で置換又はドープした、例えば、化学式Ｌｉ_１＋ｘＭ_ｙＭｎ_{２−ｘ−ｙ}Ｏ_４（ＭはＬｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｇａ、Ｂ、Ｆ）や層状系マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_xＭ_1-xＯ₂）（ＭはＬｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｇａ、Ｂ、Ｆの１種類以上の金属元素）を用いることができる。

一方、負極は、負極活物質の非晶質炭素粉末９０重量部に、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔（負極集電体）の両面に塗布し、乾燥させた後、プレス、所定寸法にプレス、集電するための一部を残して短冊状に裁断して得られたものである。集電するために残した部分には負極タブが形成されている。負極活物質には、上述した非晶質炭素の他に、リチウムを吸蔵放出可能な物質または金属リチウムを用いるようにしてもよい。

電極捲回群１１は有底円筒状の金属製電池缶１０内に挿入されており、上述した正極タブ及び負極タブは電極捲回群１１の互いに反対側の両端面に位置するように配置されている。軸芯の下端には、集電用の負極集電リングが固定されており、負極集電リングの周縁部には負極タブが超音波溶接されている。負極集電リングは、電池缶１０に抵抗溶接されている。一方、軸芯の上端には集電用の正極集電リング１４が固定されており、正極集電リング１４の周縁部には正極タブが超音波溶接されている。正極集電リング１４には、短冊状のアルミニウム箔を積層し略Ｕ字状に折り曲げられた正極リード板３２の一側が溶接されている。正極リード板３２の他側は、電極捲回群１１の上部に配置された上蓋２０を構成するアルミニウム合金製のスプリッタ４の底面に溶接されている。

図２に示すように、上蓋２０は、鉄製でニッケルメッキが施された円板状の上蓋キャップ１を有している。円板の中央には上方に向けて突出した円筒状の突起が形成されており、突起の上面及び側面には電池内部で発生したガスを排出するための開口が形成されている。上蓋キャップ１は正極外部出力端子としての機能を有しており、上蓋キャップ１の周部はダイヤフラム２の周部でカシメ固定されている。ダイヤフラム２は、アルミニウム合金製で下方に底部が形成された皿状の形状を有している。皿状の底部は平面状でありダイヤフラム２の中央部を形成している。ダイヤフラム２の中央部と周部との間には、薄肉化されており電池内圧が所定圧に達すると開裂する開裂溝８が形成されている。

開裂溝８は、円弧状若しくは馬蹄形状の曲線又は放射線状の直線からなる第１の開裂溝と、選択的に付加され第１の開裂溝に対して直交する第２の開裂溝とで形成されている。

図３に示すように、第１の開裂溝は、ダイヤフラム２の中心Ｏ（後述する接合部７の中心）を通る仮想中心線ＣＬをＡ：Ｂ（Ａ＞Ｂ）の割合で分割する点Ｐ（以下、分割点Ｐという。）を通って仮想中心線ＣＬに交わっており、ダイヤフラム２の中心Ｏを通り仮想中心線ＣＬと直交する仮想直線ＶＬで２分されたダイヤフラム２の領域の一側（図３の斜線部側）に偏って形成されている。図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、第１の開裂溝８ａは、円弧状もしくは馬蹄形上の曲線または分割点Ｐを中心とする放射線状の直線の形状を有している。第１の開裂溝８が円弧状もしくは馬蹄形上の曲線の場合には、仮想中心線ＣＬに対して線対称であることが好ましい。

一方、図４（Ｅ）に示すように、開裂溝８は、交点Ｑで第１の開裂溝８ａに交わる第２の開裂溝８ｂを有していてもよい。この交点Ｑ、及び、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示した分割点Ｐは、上蓋キャップ１に形成された開口を避けた位置の直下に形成されていることが好ましい。

図２に示すように、ダイヤフラム２の中央部の底面と、アルミニウム合金製でダイヤフラム６より肉厚が薄い接続板６の上方に突出した平面状の中央部の上面とは、抵抗溶接により接合部７で電気的・機械的に接合されている。ダイヤフラム２の中央部の底面と接続板６の周縁部との間には、フランジ部がダイヤフラム２の中央部の底面に当接するポリプロピレン樹脂製で円環状のブッシュ５を介して、スプリッタ４が狭持されている。このため、スプリッタ４と接続板６とは電気的に接続されている。

また、スプリッタ４には、電池内部とダイヤフラム２とを連通させる複数の貫通穴９が形成されている。スプリッタ４の外周部は、断面略Ｔ字状の樹脂製絶縁リング３によりダイヤフラム２の底面と所定間隔を隔てて係止されている。絶縁リング３は、内面側にスプリッタ４の外周部を支持する複数のツメを有しており、絶縁リング３とツメとは一体成形されている。なお、ダイヤフラム２、スプリッタ４、上蓋キャップ１及び接続板６は、プレス加工により成形されている。

図１に示すように、電池缶１０内に非水電解液が所定量注入された後、上蓋２０の周縁部は電池缶１０にガスケット１３を介してカシメ固定されて電池内が密閉されている。非水電解液には、６フッ化リン酸リチウムや４フッ化ホウ酸リチウムをエチレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの有機溶媒に１モル／リットル程度溶解した電解液が用いられている。本実施形態の円柱状リチウムイオン電池５０は１０Ａｈ以上の容量を有している。なお、非水電解液には、これ以外に、例えば、カーボネート系、スルホラン系、エーテル系、ラクトン系等の有機溶剤を単体または混合して用いた溶媒中にリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。

（動作等）
次に、本実施形態の円柱状リチウムイオン電池５０の電池異常時の動作等について説明する。

本実施形態の円柱状リチウムイオン電池５０では、接合部７の接合が解除されダイヤフラム２が上蓋キャップ１側に反転する反転圧と、ダイヤフラム２に形成された開裂溝８が開裂する開裂圧とが設定されており、反転圧は大気圧より大きく（例えば、１．５ＭＰａ）、開裂圧は反転圧より大きい値に設定されている（例えば、２ＭＰａ）。

電池内圧が反転圧に達すると、接続板６が破断し（ダイヤフラム２の中央部の底面と、接続板６の中央部の上面との接合部７の接合が解除され）て、ダイヤフラム２が上蓋キャップ１側に反転する。これにより、電極捲回群１１の正極タブ、正極集電リング１４、正極リード板３２、スプリッタ４、接続板６、ダイヤフラム２、上蓋キャップ１（正極外部出力端子）の順で接続された電流経路のうち、接続板６とダイヤフラム２との間の電流経路が遮断されるので、上蓋キャップ１（正極外部出力端子）及び電極捲回群１１間の通電が遮断される。このため、円柱状リチウムイオン電池５０が過充電状態に陥っても、安全に円柱状リチウムイオン電池５０を使用不能状態とすることができる。なお、反転圧は大気圧より大きい値に設定されているので、一旦ダイヤフラム２が反転すると、再度、ダイヤフラム２の中央部の底面と、接続板６の中央部の上面とが接触することはない。

円柱状リチウムイオン電池５０への急激な変形を伴う外力が作用した場合（例えば、円柱状リチウムイオン電池５０が圧壊されたり、釘等の異物で突き刺された場合）には、電極捲回群１１の正極及び負極が短絡し、非水電解液が加速度的に分解する。とりわけ、本実施形態の円柱状リチウムイオン電池５０は１０Ａｈ以上であり、非水電解液の量も多いため、電池内圧は熱暴走を伴って急激に上昇する。電池内圧が開裂圧に達すると、開裂溝８が開裂する。このとき、ダイヤフラム２は既に上蓋キャップ１側に反転しているが、開裂溝８は仮想直線ＶＬで２分されたダイヤフラム２の領域の一側（図３の斜線部側）に偏って形成されているため、図６（Ａ）に示すように、開裂溝８から排出されるガスが、開裂溝８の開裂箇所の上蓋キャップ１（の底面）への張り付きを回避させる。従って、円柱状リチウムイオン電池５０は、急激な変形を伴う外力が作用した場合でも、電池内圧を確実に低減させることができるので、電池の安全性を確保することができる。

また、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示したように、放射線状の直線で形成された第１の開裂溝８ａが交わる分割点Ｐや、図４（Ｅ）に示したように、第１の開裂溝８ａが第２の開裂溝８ｂに交わる交点Ｑが、上蓋キャップ１に形成された開口を避けた位置の直下に形成されている場合には、開裂溝８が開裂したときに、ガスが一旦上蓋キャップ１の底部に向けて噴出し直接上蓋キャップ１の開口から電池外に噴出することはない。ここで、電池の安全性とは、電池が異常な状態にさらされたときの電池挙動が、人体に損害を与えないことはもとより、電池が収容された機器や電池が搭載された車両等への損害を最小限に抑えることを意味する。従って、このような電池の安全性を考慮すると、噴出したガスを開裂溝８の開裂箇所から上蓋キャップ１に形成された開口から直接排出するより、一旦、上蓋キャップ１の底部に向けて噴出させ、次いで上蓋キャップ１の開口から電池外に噴出させることが好ましい。

なお、本実施形態では、リチウムイオン電池について例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１０Ａｈ以上の容量をもつ密閉型の円柱状二次電池に適用可能である。また、電極捲回群１１を構成する正極、負極、セパレータや電解液について例示したが、本発明はこれらの活物質、材質、溶質、溶媒等に制限されるものでないことは論を待たない。更に、本実施形態では、電極捲回群１１の正極を上蓋キャップ１に接続して正極外部出力端子とした例を示したが、負極を上蓋キャップ１に接続するようにしてもよい。また、本実施形態では、第１の開裂溝８ａがダイヤフラム２の中心Ｏ側に開いた形状を例示したが、第１の開裂溝８ａがダイヤフラム２の中心Ｏ側に閉じた（ダイヤフラム２の周縁側に開いた）形状としてもよい。

次に、上記実施形態に従って作製した実施例の電池について説明する。比較のために従来例として挙げた（図７（Ｂ）に示した）ダイヤフラムを用いて作製した電池についても併記する。なお、実施例及び比較例の電池において、開裂圧はすべて２．０ＭＰａに設定し、電池の容量はすべて１３Ａｈとした。

（実施例１、２）
実施例１、２の電池は、ダイヤフラム２に形成された開裂溝８が、仮想中心線ＣＬに対して線対称の第１の開裂溝のみを有している。図５（Ａ）に示すように、実施例１の第１の開裂溝８ａは、ダイヤフラム２の中心Ｏ側に閉じた円弧状の曲線であり、図５（Ｂ）に示すように、実施例２の第１の開裂溝は、ダイヤフラム２の中心Ｏ側に開いた円弧状の曲線である。

（実施例３〜５）
実施例３〜５の電池は、ダイヤフラム２に形成された開裂溝８が、第１の開裂溝と第２の開裂溝とを有している。図５（Ｃ）に示すように、実施例３は、第１の開裂溝が、実施例２の第１の開裂溝と同様に、ダイヤフラム２の中心Ｏ側に開いた円弧状の曲線であり、第２の開裂溝が、第１の開裂溝の上端部に交わり（連接され）仮想直線ＶＬ（図３参照）上に形成された直線である。図５（Ｄ）に示すように、実施例４は、第１の開裂溝が、実施例２の第１の開裂溝と同様に、ダイヤフラム２の中心Ｏ側に開いた円弧状の曲線であり、第２の開裂溝が、第１の開裂溝の中央（図３の分割点Ｐ）で交わり、仮想中心線ＣＬ上をダイヤフラム２の中心Ｏ側に延出された直線である。図５（Ｅ）に示すように、実施例５は、第１の開裂溝が、実施例２の第１の開裂溝と同様に、ダイヤフラム２の中心Ｏ側に開いた円弧状の曲線であり、第２の開裂溝が、第１の開裂溝の中央（図３の分割点Ｐ）で交わり、仮想中心線ＣＬ上をダイヤフラム２の周縁側に延出された直線である。

（比較例）
図７（Ｂ）に示したように、比較例の電池は、ダイヤフラム２に形成された開裂溝１８が円周状の溝１８ａと、溝１８ａから放射線状に延びる溝１８ｂとで形成されている。

（試験・評価）
以上のように作製した実施例及び比較例の電池、各２０個（ｎ＝２０）について、７．５Ａ（約０．５Ｃ）の直流電流による過充電試験、垂直方向（軸心の方向）からの釘刺し試験、及び、垂直方向からの圧壊試験を行った。この釘刺し試験は、電池をＳＯＣ１００％に調整した後、半径５．５ｍｍの釘を、１．６ｍ／ｍｉｎの速度で垂直方向から電池中心へ向けて突き刺す試験であり、圧壊試験は、電池をＳＯＣ１００％に調整した後、半径１７．５ｍｍの圧壊治具で１．６ｍ／ｍｉｎの速度で垂直方向から電池中心へ向けて外圧を加える試験である。

これらの試験結果を下表１に示す。なお、表１において、ｎ＝２０の電池で、二重丸の印で示した箇所は１００％破裂・発火がなかった場合、一重丸の印で示した箇所は８１％〜９９％の範囲で破裂・発火がなかった場合、△印で示した箇所は６１％〜８０％の範囲で破裂・発火がなかった場合、×印で示した箇所は０％〜６０％の範囲で破裂・発火がなかった場合を表している。

表１に表すように、比較例の電池では、容量が１３Ａｈと高容量化した場合に、釘刺し試験や圧壊試験を行うと、ダイヤフラム２が上蓋キャップ１の底部に張り付き開裂溝１８が開裂せずに破裂発火が起こった（図６（Ｂ）参照）。実施例１の電池では、過充電試験において、一部、接続板６とダイヤフラム２との間の電流を遮断する電流遮断機構の不作動による破裂・発火が見られた。一方、実施例２の電池では、開裂溝８が上蓋キャップ１の底部に張り付くことなく開裂したため（図６（Ａ）参照）、比較例の電池と比べると釘刺し試験や圧壊試験において破裂・発火に至る割合が小さくなった。また、実施例３〜実施例５の電池ように、第１の開裂溝と交わる第２の開裂溝を有する場合には、第１の開裂溝と第２の開裂溝との交点から安定して開裂が起こるため、安全性が向上したと考えられる。第１の開裂溝と第２の開裂溝との交点が第１の開裂溝の端部以外に存在する実施例４、５の電池では、釘刺し試験及び圧壊試験での安全性が更に向上した。

本発明は１０Ａｈ以上の容量をもつ電池において、電池への急激な変形を伴う外力が作用した場合でも安全な二次電池を提供すること目的とするため、二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の円柱状リチウムイオン電池の断面図である。実施形態の円柱状リチウムイオン電池の上蓋の断面図である。開裂溝が形成される領域を模式的に示すダイヤフラムの平面図である。開裂溝が形成されたダイヤフラムの平面図であり、（Ａ）〜（Ｅ）は実施形態のダイヤフラムの開裂溝の例を示す。開裂溝が形成されたダイヤフラムの平面図であり、（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ実施例１〜実施例５に対応する。電池内圧が急激に上昇したときの上蓋の断面図であり、（Ａ）は実施形態のダイヤフラムの動作を示す断面図、（Ｂ）は従来技術のダイヤフラムの動作を示す断面図である。従来技術の電池の上蓋およびダイヤフラムを示し、（Ａ）は上蓋の断面図であり、（Ｂ）は開裂溝が形成されたダイヤフラムの平面図である。

符号の説明

１上蓋キャップ（トップキャップ）
２ダイヤフラム
６接続板
８開裂溝
８ａ第１の開裂溝
８ｂ第２の開裂溝
１０電池缶
１１電極捲回群（電極群）
１３ガスケット
２０上蓋
５０円柱状リチウムイオン電池（二次電池）
ＣＬ仮想中心線
ＶＬ仮想直線
Ｏダイヤフラムの中心
Ｐ分割点
Ｑ交点

Claims

中央に平面部を有する皿状の導電性ダイヤフラムと、周縁部が前記ダイヤフラムの周縁部に固定され外部出力端子となるトップキャップと、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方に電気的に接続され中央の平面部が前記ダイヤフラムの平面部と接合された接続板とを有する上蓋を備え、前記上蓋がガスケットを介して円筒状電池缶にカシメ固定された密閉型の円柱状二次電池であって、容量が１０Ａｈ以上の二次電池において、前記ダイヤフラムには所定圧で開裂する第１の開裂溝が形成されており、該第１の開裂溝は、前記ダイヤフラムの中心を通る仮想中心線をＡ：Ｂ（Ａ＞Ｂ）の割合で分割する点を通って前記仮想中心線に交わると共に、前記ダイヤフラムの中心を通り前記仮想中心線と直交する仮想直線で２分された前記ダイヤフラムの領域の一側に偏って形成されたことを特徴とする二次電池。
前記第１の開裂溝は、前記仮想中心線に対して線対称の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記第１の開裂溝は、円弧状もしくは馬蹄形状の曲線または放射線状の直線であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
前記第１の開裂溝は、前記ダイヤフラムの中心側に開いていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
前記ダイヤフラムに前記第１の開裂溝に対して交わる第２の開裂溝が更に形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の二次電池。
前記第２の開裂溝は、前記第１の開裂溝に対して直交していることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
前記第２の開裂溝は、前記第１の開裂溝より前記ダイヤフラムの周縁部側に形成されたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の二次電池。
前記第１の開裂溝と前記第２の開裂溝とが交わる箇所は、前記第１の開裂溝の端部以外であることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の二次電池。
前記トップキャップは、前記ダイヤフラムの上方に位置し電池内部で発生したガスを排出するための開口が形成されており、前記第１の開裂溝と前記第２の開裂溝とが交わる箇所は、前記トップキャップに形成された開口を避けた位置の直下に形成されたことを特徴とする請求項８に記載の二次電池。