JP2007200755A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスが発生した際の変形を抑制することができる電池を提供する。
【解決手段】電池容器２０の内部に電池素子１０が収納されており、電池容器２０の開放部には安全弁３０、熱感抵抗素子４０および電池蓋５０がガスケット６０を介してかしめられることにより取り付けられている。電池素子１０と安全弁３０との間には絶縁板７１が配設されている。絶縁板７１には中心部の周囲において安全弁３０の通気口３１Ｂと対向可能な位置に複数の開口部７１Ｃが設けられている。開口部７１Ｃは円周方向において７個以上に分割されている。絶縁板７１の開口部７１Ｃと安全弁３０の通気口３１Ｂとの位置関係が円周方向にずれても、それらの対向面積を広くすることができる。
【選択図】図１
【解決手段】電池容器２０の内部に電池素子１０が収納されており、電池容器２０の開放部には安全弁３０、熱感抵抗素子４０および電池蓋５０がガスケット６０を介してかしめられることにより取り付けられている。電池素子１０と安全弁３０との間には絶縁板７１が配設されている。絶縁板７１には中心部の周囲において安全弁３０の通気口３１Ｂと対向可能な位置に複数の開口部７１Ｃが設けられている。開口部７１Ｃは円周方向において７個以上に分割されている。絶縁板７１の開口部７１Ｃと安全弁３０の通気口３１Ｂとの位置関係が円周方向にずれても、それらの対向面積を広くすることができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、電池素子に安全弁が電気的に接続され、電池素子と安全弁との間に絶縁板が配置された電池に関する。
近年、カメラ一体型ＶＴＲ（Videotape Recorder；ビデオテープレコーダ），デジタルスチルカメラ，携帯電話，携帯情報端末あるいはノート型パソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。それに伴い、これらの電子機器の電源として、軽量で高エネルギー密度を得ることができる二次電池の開発が進められている。中でも、負極に炭素材料を用い、正極にリチウム（Ｌｉ）と遷移金属との複合材料を用い、電解液に炭酸エステルを用いたリチウムイオン二次電池は、従来の鉛電池およびニッケルカドミウム電池と比べて、大きなエネルギー密度を得ることができるので広く実用化されている。
図９は、実用化されているリチウムイオン二次電池の一構成例を表す断面図である。この電池は、正極１１１と負極１１２とをセパレータ１１３を介して巻回した電池素子１１０を一対の絶縁板１７１，１７２で挟んで電池容器１２０の内部に収納し、電池容器１２０の開放部に安全弁１３０および電池蓋１５０を配設したものである（例えば、特許文献１，２参照）。絶縁板１７１には、中心部に中心孔１７１Ａが設けられ、その周囲に複数の小さな開口部１７１Ｃが設けられている。中心孔１７１Ａは、電池素子１１０のリード１１５を引き出して安全弁１３０に接続すると共に、加熱時などに発生したガスを通過させて安全弁１３０を働かせるためのものであり、また、電池容器１２０の内部に電解液を注入するためのものでもある。周囲の開口部１７１Ｃは、主に、電解液の注入性を向上させ、絶縁板１７１の上に電解液が残存してしまうことを防止するためのものである。
特開２００１−２１０３８４号公報
特開２００４−１１１１０５号公報
しかしながら、最近では、電池性能の向上によりエネルギー密度が高くなり、加熱時などに発生するガスの量が増加してきたので、従来の絶縁板１７１に設けられている中心孔１７１Ａおよび開口部１７１Ｃでは十分にガスを通過させることができず、電池が変形してしまうなどの問題があった。特に、この問題は、負極１１２に、スズ（Ｓｎ）あるいはケイ素（Ｓｉ）などの高容量材料を用いる場合に顕著であった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ガスが発生した際の変形を抑制することができる電池を提供することにある。
本発明の電池は、電池素子に安全弁が電気的に接続され、電池素子と安全弁との間に絶縁板が配置されたものであって、安全弁は、中心部の周囲に複数の通気口を有し、絶縁板は、中心部の周囲において安全弁の通気口と対向可能な位置に、円周方向において７個以上に分割された開口部を有するものである。
本発明の電池によれば、絶縁板の中心部の周囲において安全弁の通気口と対向可能な位置に、開口部を円周方向において７個以上に分割して設けるようにしたので、絶縁板の開口部と安全弁の通気口との位置関係が円周方向にずれても、それらの対向面積を広くすることができる。よって、ガスが発生した際に、速やかにガスを通過させることができ、電池の変形を抑制することができる。
特に、負極に、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質、例えばスズおよびケイ素のうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料を含む場合には、電池のエネルギー密度が高く、ガスの発生量も多いので、より高い効果を得ることができる。
また、開口部の円周方向における分割数を９個以下とするようにすれば、または、開口部の円周方向における間の距離を０．１ｍｍ以上とするようにすれば、または、開口部の１つ当たりの大きさを０．７８ｍｍ2 以上７．１ｍｍ2 以下の範囲内とするようにすれば、ガスの通過性を確保しつつ、絶縁板の強度を確保することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものであり、図２は図１に示した安全弁を分解して表しており、図３は図１に示した絶縁板の平面構造を表している。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれ、電池素子１０をほぼ中空円柱状の電池容器２０の内部に収納したものである。電池素子１０は、例えば、帯状の正極１１と帯状の負極１２とをセパレータ１３を介して積層し、巻回した構造を有しており、中心には例えばセンターピン１４が挿入されている。
正極１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）箔などよりなる正極集電体の両面に正極活物質層が設けられており、正極集電体にはアルミニウムなどよりなるリード１５が取り付けられている。正極活物質層は、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて導電材および結着材を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１種を含むものが好ましい。より高い容量を得ることができるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉx ＭＩＯ2 あるいはＬｉy ＭIIＰＯ4 で表される。式中、ＭＩおよびＭIIは１種類以上の遷移金属元素を表す。ｘおよびｙの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。
負極１２は、例えば、銅（Ｃｕ）箔よりなる負極集電体の両面に負極活物質層が設けられており、負極集電体には銅などよりなるリード１６が取り付けられている。負極活物質層は、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じて導電材および結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む負極材料が挙げられる。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体，共晶（共融混合物），金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えばリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム，ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），ケイ素，ゲルマニウム（Ｇｅ），スズ，鉛（Ｐｂ），ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ），パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）などが挙げられる。
中でも、この負極材料としては、長周期型周期表における１４族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。具体的には、例えば、ケイ素の単体，合金，あるいは化合物、またはスズの単体，合金，あるいは化合物、またはこれらの１種あるいは２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
特に、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素（Ｃ）とを構成元素として含むＣｏＳｎＣ含有材料、または、スズと、鉄と、炭素とを構成元素として含むＦｅＳｎＣ含有材料が好ましい。高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。このＣｏＳｎＣ含有材料はスズとコバルトと炭素とを含む相を有し、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。同様に、ＦｅＳｎＣ含有材料はスズと鉄と炭素とを含む相を有し、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、ＣｏＳｎＣ含有材料およびＦｅＳｎＣ含有材料において、構成元素である炭素の少なくとも一部は、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。なお、これらＣｏＳｎＣ含有材料およびＦｅＳｎＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。
負極活物質としては、また、天然黒鉛，人造黒鉛，難黒鉛化炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料を用いてもよい。炭素材料を用いれば優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。また、負極活物質としては、リチウム金属も挙げられる。負極活物質はこれらの１種を単独で用いてもよいが、２種以上を混合して用いてもよい。
セパレータ１３は、例えば、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
セパレータ１３には、例えば、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、溶媒と、電解質塩とを含んでいる。溶媒としては、例えば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、１, ２−ジメトキシエタン、１, ２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１, ３−ジオキソラン、４−メチル−１, ３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどの非水溶媒が挙げられる。電解質塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ，ＣＨ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＣＦ3 ＳＯ3 Ｌｉ，（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉ，（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 ＣＬｉ，（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉ，ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒなどのリチウム塩が挙げられる。溶媒および電解質塩には、１種を単独で用いてもよいが、２種以上を混合して用いてもよい。
電池容器２０は、例えばニッケルのめっきがされた鉄あるいはステンレス鋼により構成されており、一端側が閉鎖され他端側が開放されている。電池容器２０は、閉鎖部にリード１６が溶接されており、負極端子として機能するようになっている。また、電池容器２０の開放部には、安全弁３０、熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）４０および電池蓋５０が、ガスケット６０を介してかしめられることにより取り付けられており、電池容器２０の内部は密閉されている。
安全弁３０は、例えば、アルミニウムなどの金属材料よりなる支持板３１と、支持板３１との間に絶縁部材３２を介して配設されたアルミニウムなどの金属材料よりなる反転板３３とを有している。支持板３１の中心部には例えば開口３１Ａが設けられており、この中心部の反転板３３と反対側にはアルミニウムなどの金属材料よりなる接触板３４が接合されている。接触板３４はリード１５が溶接されることにより電池素子１０と電気的に接続されている。支持板３１には、また例えば、中心部の周囲に複数、例えば６個の通気口３２Ｂが設けられている。この通気口３１Ｂは、電池容器２０の内部圧力の変化を反転板３３に伝えるためのものである。反転板３３は、例えば、中心部に電池素子１０の側に突出した突出部３３Ａを備えており、この突出部３３Ａが支持板３１の開口３１Ａに挿入され、接触板３４と接触している。これにより、反転板３３は熱感抵抗素子４０を介して電池蓋５０とリード１５とを電気的に接続しており、電池蓋５０は正極端子として機能するようになっている。また、反転板３３は、支持板３１の開口３１Ａを通じて電池容器２０の内部圧力の上昇が伝えられると、電池蓋５０の側に変形し、内部圧力の上昇を緩和すると共に、リード１５との電気的接続を遮断して、電池蓋５０と電池素子１０との電気的接続を遮断するようにもなっている。なお、安全弁３０には接触板３４を設けずに、リード１５を反転板３３の突出部３３Ａに直接接触させるようにしてもよい。
電池容器２０の内部には、また、電池素子１０を挟むように一対の絶縁板７１，７２が配設されている。絶縁板７１は電池素子１０と安全弁３０との間に配置されており、絶縁板７２は電池容器２０の閉鎖部側において電池素子１０と電池容器２０との間に配置されている。絶縁板７１，７２は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリフェニレンスルフィドなどのプラスチックにより構成されている。絶縁板７１，７２の厚みは、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。
絶縁板７１は、例えば、中心部に中心孔７１Ａを有している。この中心孔７１Ａは、リード１５を引き出すと共に、電池容器２０の内部に電解液を注入するためのものであり、また、電池容器２０の内部圧力が上昇した場合にガスを通過させるためのものである。中心孔７１Ａには、例えば、中心部に向かって突出された凸部７１Ｂが設けられており、センターピン１４が中心孔７１Ａから突出してリード１５を損傷することを防止するようになっている。
絶縁板７１は、また例えば、中心部の周囲に複数の開口部７１Ｃを有している。この開口部７１Ｃは、電解液を注入する際の注入性を向上させると共に、電池容器２０の内部圧力が上昇した際にガスをより速やかに通過させるためのものである。開口部７１Ｃは、安全弁３０の通気口３１Ｂと対向可能な位置、具体的には、絶縁板７１の中心部を中心として回転させたときに通気口３１Ｂと対向する領域に設けられている。開口部７１Ｃは、また、円周方向において７個以上に分割されている。６個以下では、例えば図４に示したように、絶縁板１７１の開口部１７１と支持板１３１の通気口１３１Ｂとの位置関係が円周方向にずれるとそれらの対向面積が狭くなってしまうのに対して、７個以上とすれば、例えば図５（１）（２）に示したように、それらの位置関係が円周方向にずれても対向面積を広くすることができるからである。なお、図４および図５では、絶縁板７１，１７１の開口部７１Ｃ，１７１Ｃと支持板３１，１３１の通気口３１Ｂ，１３１Ｂとの対向領域を分かりやすくするために、その対向領域に左下斜線を付して表している。また、図３および図５は、開口部７１Ｃを８個に分割した場合を例として表しており、図５は（１）と（２）とで絶縁板７１がπ／８ｒａｄ回転した状態を表している。
開口部７１Ｃの円周方向における分割数は、９個以下であることが好ましく、８個が最も好ましい。９個よりも多いと、絶縁板の強度を確保することが難しいからである。また、開口部７１Ｃの円周方向における間の距離は、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、開口部７１Ｃと中心孔７１Ａとの間に距離は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。これよりも短いと絶縁板７１の強度を確保することが難しいからである。更に、開口部７１Ｃの１つ当たりの大きさは、０．７８ｍｍ2 以上７．１ｍｍ2 以下の範囲内であることが好ましい。あまり大きいと絶縁板７１の強度を確保することが難しく、あまり小さいとガスの通過性を確保することが難しく、また生産性も低下し、更にリード１５が入り込み内部ショートを生じる恐れがあるからである。
なお、図３および図５では、開口部７１Ｃが中心孔７１Ａと分離されている場合について示したが、開口部７１Ｃは中心孔７１Ａと一部において連続していてもよい。但し、図３に示したように分離されている方が好ましい。リード１５が入り込み、内部ショートを生じたり、またはリード１５が損傷する恐れがあるからである。また、図３および図５では、開口部７１Ｃの形状を円形とする場合について示したが、円形に限らず、多角形、扇形などの他の形状としてもよい。
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、例えば、正極活物質と導電剤と結着剤とを混合して分散媒に分散させ、正極集電体に塗布し乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層を形成し、正極１１を作製する。次いで、正極集電体にリード１５を接合する。また、例えば、負極活物質と結着剤などとを混合して分散媒に分散させ、負極集電体に塗布し乾燥させたのち圧縮成型して負極活物質層を形成し、負極１２を作製する。次いで、負極集電体にリード１６を接合する。
続いて、正極１１と負極１２とをセパレータ１３を介して積層し、多数回巻回して、巻回電極体を作製する。そののち、巻回電極体の中心にセンターピン１４を挿入し、リード１５を安全弁３０に接合すると共にリード１６を電池容器２０に接合し、巻回電極体を絶縁板７１，７２で挟んで電池容器２０の内部に収納する。次いで、電池容器２０の内部に絶縁板７１の上から電解液を注入し、セパレータ１３に含浸させる。続いて、電池容器２０の開放部に、安全弁３０、熱感抵抗素子４０および電池蓋５０をガスケット６０を介してかしめることにより固定する。これにより、本実施の形態に係る二次電池が得られる。
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極１１からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極１２に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極１２からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極１１に吸蔵される。また、この二次電池では、温度上昇などにより電解液が分解し、ガスが発生する場合がある。特に、負極１２に、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を用いる場合には、電池のエネルギー密度が高いので、ガスの発生量も多くなる。但し、本実施の形態では、絶縁板７１の中心部の周囲において安全弁３０の通気口３１Ｂと対向可能な位置に、開口部７１Ｃが円周方向において７個以上に分割して設けられているので、絶縁板７１の開口部７１Ｃと安全弁３０の通気口３１Ｂとの対向面積が広くなっている。よって、発生したガスが速やかに通過して安全弁３０を動作させ、電池の変形が抑制される。
このように本実施の形態によれば、絶縁板７１の中心部の周囲において安全弁３０の通気口３１Ｂと対向可能な位置に、開口部７１Ｃを円周方向において７個以上に分割して設けるようにしたので、組み立て時などに絶縁板７１の開口部７１Ｃと安全弁３０の通気口３１Ｂとの位置関係が円周方向にずれても、それらの対向面積を広くすることができる。よって、ガスが発生した際に、速やかにガスを通過させて安全弁３０を動作させることができ、電池の変形を抑制することができる。
特に、負極１２に、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質、例えばスズおよびケイ素のうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料を含む場合に、より高い効果を得ることができる。
また、開口部７１Ｃの円周方向における分割数を９個以下とするようにすれば、または、開口部７１Ｃの円周方向における間の距離を０．１ｍｍ以上、開口部７１Ｃと中心孔７１Ａとの間の距離を０．１ｍｍ以上とするようにすれば、または、開口部７１Ｃの１つ当たりの大きさを０．７８ｍｍ2 以上７．１ｍｍ2 以下の範囲内とするようにすれば、ガスの通過性を確保しつつ、絶縁板７１の強度を確保することができる。
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
実施例１〜３として実施の形態で説明した二次電池を作製した。まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2 ）を用い、このコバルト酸リチウムと、導電剤であるグラファイトと、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを混合して分散媒に分散させ、アルミニウム箔よりなる正極集電体の両面に塗布して乾燥させたのち、圧縮成型して正極活物質層を形成し、正極１１を作製した。次いで、正極集電体にアルミニウム製のリード１５を取り付けた。
また、負極活物質としてＣｏＳｎＣ含有材料を用い、このＣｏＳｎＣ含有材料と、導電剤および負極活物質である人造黒鉛およびカーボンブラックと、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを混合して分散媒に分散させ、銅箔よりなる負極集電体の両面に塗布して乾燥させたのち、圧縮成型して負極活物質層形成し、負極１２を作製した。次いで、負極集電体にニッケル製のリード１６を取り付けた。
なお、ＣｏＳｎＣ含有材料は、スズコバルト合金粉末と炭素粉末とを混合し、メカノケミカル反応を利用して合成した。合成したＣｏＳｎＣ含有材料について組成の分析を行ったところ、コバルトの含有量は２９．３質量％、スズの含有量は４９．９質量％、炭素の含有量は１９．８質量％であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、コバルトおよびスズの含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析により測定した。また、このＣｏＳｎＣ含有材料についてＸ線回折を行ったところ、回折角２θ＝２０°〜５０°の間に、回折角２θが１．０°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このＣｏＳｎＣ含有材料についてＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy；Ｘ線光電子分光法）を行ったところ、ＣｏＳｎＣ含有材料中におけるＣ１ｓのピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られ、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。
続いて、微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ１３を用意し、正極１１，セパレータ１３，負極１２，セパレータ１３の順に積層したのち、渦巻状に多数回巻回して巻回電極体を作製した。そののち、巻回電極体の中心にセンターピン１４を挿入し、リード１５を安全弁３０に接合すると共にリード１６を電池容器２０に接合し、巻回電極体を絶縁板７１，７２で挟んで電池容器２０の内部に収納した。
その際、絶縁板７１には、図３に示したように、中心孔７１Ａと複数の開口部７１Ｃとを設けたものを用い、開口部７１Ｃの数、すなわち円周方向における分割数は、実施例１が７個、実施例２が８個、実施例３が９個とした。なお、各開口部７１Ｃは直径が約２ｍｍ、面積が約３．１４ｍｍ2 の円形とし、各開口部７１Ｃの間の距離および各開口部７１Ｃと中心孔７１Ａと間の距離は、それぞれ０．１ｍｍ以上とした。
次いで、電池容器２０の内部に絶縁板７１の上から電解液を注入した。電解液には、炭酸エチレン５０体積％と炭酸ジエチル５０体積％とを混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｌの含有量で溶解させたものを用いた。続いて、電池容器２０の開放部に、安全弁３０、熱感抵抗素子４０および電池蓋５０をガスケット６０を介してかしめることにより固定した。これにより実施例１〜３の二次電池を得た。
本実施例に対する比較例１，２として、図６（１）（２）に示したように、絶縁板１７１の開口部１７１Ｃを実施例１〜３よりも外周側に設けてガスケット１６０と重ね、支持板１３１の通気口１３１Ｂの対向面積を狭くすると共に、開口部１７１Ｃの数を５個または１０個としたことを除き、他は実施例１〜３と同様にして二次電池を作製した。また、比較例３として、絶縁板の開口部の数を５個としたことを除き、他は実施例１〜３と同様にして二次電池を作製した。
作製した実施例１〜３および比較例１〜３の二次電池について、それぞれ５個ずつ火中投下試験を行い、破裂した電池の数を調べると共に、破裂しなかった電池については図７に示したクリンプしろＬの変形量を調べた。得られた結果を表１および図８に示す。なお、表１および図８に示したクリンプしろＬの変形量は、破裂しなかった電池における平均値である。
表１および図８に示したように、実施例１〜３によれば、破裂がなく、クリンプしろＬの変形量も僅かであった。これに対して、絶縁板の開口部を外周側に設けてガスケットと重なるようにした比較例１，２では、破裂がみられ、クリンプしろＬの変形量も大きかった。また、絶縁板の開口部を安全弁の通気口と対向可能な位置に設け、開口部の数を５個とした比較例３では、破裂はみられなかったものの、クリンプしろＬの変形量を十分に小さくすることはできなかった。
すなわち、安全弁３０の通気口３１Ｂと対向可能な位置に、絶縁板７１の開口部７１Ｃを円周方向において７個以上に分割して設けるようにすれば、ガスが発生した際に、ガスを速やかに通過させて電池の変形を抑制することができることが分かった。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液を用いる場合について説明したが、高分子化合物に電解液を保持させたゲル状の電解質、高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子固体電解質、または、イオン伝導性セラミックス，イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶よりなる無機固体電解質などの他の電解質を用いるようにしてもよい。
また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。
更に、本発明は、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても同様に適用することができる。
１０…電池素子、１１…正極、１２…負極、１３…セパレータ、１４…センターピン、１５，１６…リード、２０…電池容器、３０…安全弁、３１…支持板、３１Ａ…開口、３１Ｂ…通気口、３２…絶縁部材、３３…反転板、３３Ａ…突出部、３４…接触板、４０…熱感抵抗素子、５０…電池蓋、６０…ガスケット、７１，７２…絶縁板、７１Ａ…中心孔、７１Ｂ…凸部、７１Ｃ…開口部
Claims (7)
- 電池素子に安全弁が電気的に接続され、前記電池素子と前記安全弁との間に絶縁板が配置された電池であって、
前記安全弁は、中心部の周囲に複数の通気口を有し、
前記絶縁板は、中心部の周囲において前記安全弁の通気口と対向可能な位置に、円周方向において７個以上に分割された開口部を有する
ことを特徴とする電池。 - 前記開口部の円周方向における分割数は、９個以下であることを特徴とする請求項１記載の電池。
- 前記開口部の円周方向における間の距離は、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の電池。
- 前記開口部の１つ当たりの大きさは、０．７８ｍｍ2 以上７．１ｍｍ2 以下の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の電池。
- 前記安全弁は、前記通気口が設けられた支持板と、この支持板との間に絶縁部材を介して配設された反転板とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の電池。 - 前記電池素子は、正極と負極とをセパレータを介して積層し、巻回した構造を有し、
前記負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含む
ことを特徴とする請求項１記載の電池。 - 前記負極は、前記負極活物質として、スズ（Ｓｎ）およびケイ素（Ｓｉ）のうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料を含むことを特徴とする請求項６記載の電池。
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