JP2007194064A - Sealed battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負極活物質としてリチウム金属またはリチウム合金を用いたリチウム一次電池などの密閉型電池に関する。 The present invention relates to a sealed battery such as a lithium primary battery using lithium metal or a lithium alloy as a negative electrode active material.
前記リチウム一次電池においては、特許文献1に示すごとく、正極と負極との間にセパレータを介在させた状態で渦巻状に巻回して電極体を形成し、その電極体を電池缶内に収容して蓋で密閉する構造が知られている。 In the lithium primary battery, as shown in Patent Document 1, an electrode body is formed by spirally winding a separator between a positive electrode and a negative electrode, and the electrode body is accommodated in a battery can. A structure that is sealed with a lid is known.
前記リチウム一次電池では、前記蓋に対して、出力端子が絶縁ガスケットを介して貫通状に取り付けられており、集電リードによって電極体の正極が出力端子に接続されることで、出力端子が正極の電位になっている。電極体の負極は、電池缶の内面に接続されていて、電池缶を介して蓋が負極の電位になっている。 In the lithium primary battery, the output terminal is attached in a penetrating manner to the lid through an insulating gasket, and the positive electrode of the electrode body is connected to the output terminal by a current collecting lead, so that the output terminal is positive. The potential is. The negative electrode of the electrode body is connected to the inner surface of the battery can, and the lid is at the negative potential through the battery can.
この種のリチウム一次電池は、アルカリ電池などと比べて、高エネルギー密度であって長期間の使用ができることから、その需要がますます増えるとともに、その用途も広がっている。 This type of lithium primary battery has a higher energy density and can be used for a long period of time as compared with an alkaline battery and the like.
前記リチウム一次電池では、誤って充電されると、本来の放電電流とは逆方向に電流が流れる。また、放電容量が少なくなった古い電池と新品の電池とを混ぜて使用すると、新品の電池から古い電池へ本来の放電電流とは逆方向に電流が流れる。これらの場合、負極の電位となる蓋の内面などに微粒子状のリチウム金属が析出し、このリチウム金属が成長して出力端子に接触し、内部短絡が生じることがある。 In the lithium primary battery, when it is accidentally charged, a current flows in a direction opposite to the original discharge current. Further, when an old battery having a reduced discharge capacity and a new battery are mixed and used, a current flows from the new battery to the old battery in a direction opposite to the original discharge current. In these cases, fine lithium metal may be deposited on the inner surface of the lid that becomes the potential of the negative electrode, and the lithium metal may grow and contact the output terminal, causing an internal short circuit.
前記リチウム金属の析出に起因する内部短絡の防止手段が、特許文献1〜3に開示されている。ところが、特許文献1では、電極体の外周全面および下面周辺部と、電池缶の内面との短絡を絶縁フィルムで防ぐだけである。特許文献2では、リチウム金属がセパレータを乗り越えて正極に短絡することを隔離板で防ぐだけであり、特許文献3では、リチウム金属がセパレータを乗り越えることを絶縁性物質で防ぐだけである。
Patent Documents 1 to 3 disclose means for preventing an internal short circuit caused by the deposition of lithium metal. However, in Patent Document 1, the short circuit between the entire outer periphery and lower surface periphery of the electrode body and the inner surface of the battery can is prevented only by the insulating film. In
つまり、特許文献1〜3では、負極の電位となる蓋の内面にリチウム金属が析出することには着目されておらず、蓋の内面に析出したリチウム金属が出力端子に接触して内部短絡することを防止できないところに問題がある。 That is, Patent Documents 1 to 3 do not pay attention to the deposition of lithium metal on the inner surface of the lid, which is the potential of the negative electrode, and the lithium metal deposited on the inner surface of the lid contacts the output terminal and causes an internal short circuit. There is a problem where this cannot be prevented.
また、電極体の負極を出力端子に接続し、電極体の正極を電池缶の内面に接続した電池では、出力端子の下部にリチウム金属が析出するため、この電池でも前記リチウム金属によって蓋の内面と出力端子とが内部短絡するおそれがある。 Further, in a battery in which the negative electrode of the electrode body is connected to the output terminal and the positive electrode of the electrode body is connected to the inner surface of the battery can, lithium metal is deposited below the output terminal. And the output terminal may be internally short-circuited.
そこで本発明の目的は、蓋の内面や出力端子にリチウム金属が析出しても、そのリチウム金属で蓋と出力端子とが内部短絡することがない密閉型電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a sealed battery in which, even if lithium metal is deposited on the inner surface of the lid or the output terminal, the lid and the output terminal are not internally short-circuited by the lithium metal.
本発明が対象とする密閉型電池は、図2に示すごとく、上面が開口する有底筒形状の電池缶1と、正極11と負極12とを有して電池缶1内に収容される電極体2と、電池缶1の開口上面を塞ぐ蓋3と、蓋3に対して絶縁ガスケット6を介して貫通状に取り付けられる出力端子7とを含む。
As shown in FIG. 2, the sealed battery targeted by the present invention has a bottomed cylindrical battery can 1 having an open top, a
本発明は、図1に示すごとく、正極11および負極12のいずれか一方の電極11から導出された集電リード15が出力端子7に接続されており、電池内に露出する出力端子7の下部と蓋3の内面とのうち、少なくとも一方が絶縁材で被覆されている。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the
ここでの絶縁材には、絶縁性塗料21や絶縁テープなどが該当し、絶縁材の材料としては、UV硬化樹脂や、ゴム系樹脂や、フッ化ビニリデン(PVDF)樹脂や、水ガラス(ケイ酸ナトリウム溶液)などが該当する。絶縁材が絶縁性塗料21の場合には、塗布後に半固体状あるいは固体状に固化するものでもよい。
Insulating materials here include
絶縁材は、出力端子7の下部あるいは蓋3の内面において電池内に露出する箇所の全てを被覆することが好ましいが、出力端子7の下部であって蓋3の内面に近い周辺部のみ、あるいは蓋3の内面であって出力端子7の下部に近い周辺部のみを被覆するものであってもよい。
The insulating material preferably covers all of the portions exposed in the battery at the lower portion of the
具体的には、電極体2は、帯状の正極11と帯状の負極12との間にセパレータ13を介在させた状態で巻回して形成してあり、負極12の負極活物質としては、リチウム金属またはリチウム合金を用いている。
Specifically, the
集電リード15は、絶縁材で被覆されているものとすることができる。
The current collecting
より具体的には、蓋3に、絶縁ガスケット6および出力端子7が貫通状に取り付けられる端子取付孔9を設けてあり、絶縁ガスケット6の下側に押さえ板10が配されて、出力端子7が、押さえ板10および絶縁ガスケット6を介して端子取付孔9の周縁に固定されており、押さえ板10が絶縁材で被覆されている。
More specifically, the
本発明によれば、電池内に露出する出力端子7の下部と蓋3の内面とのうち、少なくとも一方が絶縁材で被覆されるので、出力端子7の下部あるいは蓋3の内面にリチウム金属などが析出しても、そのリチウム金属などによって出力端子7と蓋3との間で内部短絡が生じることが防止され、その分だけ電池の信頼性が向上する。
According to the present invention, at least one of the lower portion of the
集電リード15を絶縁材で被覆すると、集電リード15と蓋3との間での内部短絡も確実に防止できて、電池の信頼性がより向上する。
If the
出力端子7が押さえ板10および絶縁ガスケット6を介して端子取付孔9の周縁に固定されている場合に、押さえ板10を絶縁材で被覆すると、押さえ板10と蓋3との間での内部短絡が確実に防止できて、この点でも電池の信頼性が向上する。
When the
図面は、本発明が対象とする密閉型電池を示し、図2に示すごとく、上面が開口する有底円筒形状の電池缶1と、電池缶1内に収容される電極体2および非水電解液と、電池缶1の開口上面を塞ぐ円形状の蓋3と、電極体2と蓋3との間に配置される絶縁体5とを含む。電池缶1および蓋3は、冷間圧延鋼板(SPCC)などで形成される。前記電池は、外径寸法が17mm、高さ寸法が45mmである。
The drawing shows a sealed battery as an object of the present invention. As shown in FIG. 2, a bottomed cylindrical battery can 1 having an open top surface, an
蓋3の中央には、図1に示すごとく、絶縁ガスケット6および出力端子7が貫通状に取り付けられる端子取付孔9が設けられる。蓋3の外周縁が電池缶1の開口内周面にレーザーでシーム溶接されることで、電池缶1と蓋3とが導通する。絶縁ガスケット6の下側には、押さえ板10が配されており、出力端子7は、押さえ板10および絶縁ガスケット6を介して端子取付孔9の周縁にかしめ固定される。
In the center of the
電極体2は、電極としての帯状の正極11と帯状の負極12とを有しており、正極11と負極12との間に帯状のセパレータ13を介在させた状態で渦巻状に巻回して形成される。セパレータ13は、ポリプロピレン樹脂製の微多孔性薄膜フィルムからなる。
The
正極11は、網状ステンレス箔製の正極集電体11aの裏表両面に正極剤が配されることで形成される。正極剤は、正極活物質としての二酸化マンガンと、バインダーと、カーボンブラックなどを含有する。負極12は、銅箔製の負極集電体12aの裏表両面に負極活物質としてのリチウム金属またはリチウム合金が配されることで形成される。正極11からは、薄板状の正極集電リード15が導出されており、負極12からは、薄板状の負極集電リード16が導出される。
The
蓋3の外周寄りには、開裂ベント17が形成されており、電池内圧が異常上昇したときに開裂ベント17が開裂して電池内圧を解放する。蓋3には、電池缶1内に電解液を注入するための注液孔19が形成されており、電解液の注入後の注液孔19に栓20が配されてレーザーでシーム溶接される。
A cleaving
前記かしめ加工後の出力端子7の下端面7aには、図1に示すごとく正極集電リード15が溶接される。負極集電リード16は、図2に示すごとく電池缶1の内周上端部に溶接される。これによって、出力端子7が正極の電位になり、電池缶1および蓋3が負極の電位になる。負極集電リード16は、蓋3の内面に溶接されてもよい。電極体2は、その外周面がセパレータ13で巻回されるよう形成される。
A positive electrode
非水電解液は、プロピレンカーボネート(PC)やジメチルエーテル(DME)などを含有する有機溶剤からなる。絶縁体5および絶縁ガスケット6は、ポリプロピレン(PP)樹脂などからなる。押さえ板10は、ステンレス鋼でリング状に形成される。なお、本発明に係る電池は、電池缶1が有底角筒形状などであってもよい。電池缶1の底部には、図2に示すごとく、ポリプロピレン(PP)樹脂などからなる絶縁板25が配される。
The non-aqueous electrolyte is composed of an organic solvent containing propylene carbonate (PC), dimethyl ether (DME), or the like. The
電池の組み立てに際しては、蓋3に対し、前述のように出力端子7、絶縁ガスケット6および押さえ板10を取り付けておき、絶縁板25、電極体2および絶縁体5を電池缶1内に収容したのちに、正極集電リード15を出力端子7の下端面7aに、負極集電リード16を電池缶1の内周面にそれぞれ前述の要領で溶接する。
When assembling the battery, the
次いで、図1に示すごとく、電池内に露出する出力端子7の下端部と押さえ板10と正極集電リード15の上部とに絶縁性塗料(絶縁材)21がそれぞれ塗布されて被覆される。絶縁性塗料21は、UV硬化樹脂や、ゴム系樹脂や、フッ化ビニリデン樹脂や、水ガラスなどの前記電解液に対して耐性を有する絶縁材が設定される。ゴム系樹脂としては、前記電解液に膨潤し難く、かつ溶解し難いものが好ましく、ブチルゴムやポリイソブチレンゴムまたはこれらの混合物からなるゴム成分などが好ましい。
Next, as shown in FIG. 1, an insulating paint (insulating material) 21 is applied and coated on the lower end portion of the
絶縁性塗料21は、撥水性や發油性を有するものがより好ましい。正極集電リード15の全体に絶縁性塗料21を塗布してもよいが、正極集電リード15の下部は、図1に示すごとく絶縁テープ22で覆われているために、前記下部には絶縁性塗料21を塗布しなくても済むことになる。
The insulating
絶縁性塗料21の塗布後に蓋3を電池缶1に前述の要領で溶接し、注液孔19から電解液を注入したのちに、注液孔19を栓20で塞いで溶接することで電池が完成する。
After applying the insulating
このように、正極の電位であって電池内に露出し、かつ蓋3の内面近くに位置する箇所、すなわち出力端子7の下部と、押さえ板10と、正極集電リード15の上部とが絶縁性塗料21で被覆されるので、蓋3の内面にリチウム金属が析出しても、そのリチウム金属が出力端子7や押さえ板10や正極集電リード15に接触することが低減される。
In this way, the potential of the positive electrode that is exposed in the battery and located near the inner surface of the
前記説明では、出力端子7と、押さえ板10と、正極集電リード15とを絶縁性塗料21で被覆したが、これに代えて蓋3の内面を絶縁性塗料21で被覆してもよく、また出力端子7と、押さえ板10と、正極集電リード15と、蓋3の内面とをそれぞれ絶縁性塗料21で被覆してもよい。
In the above description, the
本発明は、出力端子7を負極の電位、電池缶1および蓋3を正極の電位に設定した電池であっても適用できる。この場合、前述と同様に出力端子7と、押さえ板10と、正極集電リード15とを絶縁性塗料21で被覆してもよく、これに代えて蓋3の内面を絶縁性塗料21で被覆してもよく、また出力端子7と、押さえ板10と、正極集電リード15と、蓋3の内面とを絶縁性塗料21で被覆してもよい。
The present invention can also be applied to a battery in which the
1 電池缶
2 電極体
3 蓋
6 絶縁ガスケット
7 出力端子
11 正極
12 負極
13 セパレータ
15 正極集電リード
21 絶縁性塗料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery can 2
Claims (4)
前記正極および前記負極のいずれか一方の電極から導出された集電リードが前記出力端子に接続されており、
電池内に露出する前記出力端子の下部と前記蓋の内面とのうち、少なくとも一方が絶縁材で被覆されることを特徴とする密閉型電池。 A bottomed cylindrical battery can having an open top surface, an electrode body having a positive electrode and a negative electrode and housed in the battery can, a lid for closing the open top surface of the battery can, and insulation from the lid In a sealed battery including an output terminal attached in a penetrating manner through a gasket,
A current collecting lead led out from one of the positive electrode and the negative electrode is connected to the output terminal,
A sealed battery, wherein at least one of the lower part of the output terminal exposed in the battery and the inner surface of the lid is covered with an insulating material.
前記負極の負極活物質としては、リチウム金属またはリチウム合金を用いた請求項1記載の密閉型電池。 The electrode body is formed by winding with a separator interposed between the strip-shaped positive electrode and the strip-shaped negative electrode,
The sealed battery according to claim 1, wherein lithium metal or a lithium alloy is used as the negative electrode active material of the negative electrode.
前記絶縁ガスケットの下側に押さえ板が配されて、前記出力端子が、前記押さえ板および前記絶縁ガスケットを介して前記端子取付孔の周縁に固定されており、
前記押さえ板が、前記絶縁材で被覆される請求項1又は2又は3記載の密閉型電池。 The lid is provided with a terminal mounting hole for mounting the insulating gasket and the output terminal in a penetrating manner,
A pressing plate is arranged on the lower side of the insulating gasket, and the output terminal is fixed to a peripheral edge of the terminal mounting hole via the pressing plate and the insulating gasket,
The sealed battery according to claim 1, wherein the pressing plate is covered with the insulating material.
Priority Applications (1)
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2006
- 2006-01-19 JP JP2006010805A patent/JP2007194064A/en not_active Withdrawn
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