JP2008130371A - 電池ケース、該電池ケースを備える非水電解質二次電池及び該非水電解質二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極群を挿入するときに、電極群の外側部分が損傷することがなく、初回充電時に極板が膨張したときに極板に歪みが生じにくく、電極群の厚みの増加を抑制することが出来、電池の厚みの増加、及び電池間の厚みのばらつきを低減することが出来る電池ケース、該電池ケースを備える非水電解質二次電池、及び該非水電解質二次電池の製造方法を提供する。
【解決手段】電池ケース１は、底板部１１と、底板部１１に周設され、電極群の外側の面の平坦部分が当接する第１側板部１２，１２と、第１側板部１２，１２に隣接する第２側板部１３，１３とを有する。電池ケース１は、一部がプレス加工されており、第１側板部１２は、平面断面視の形状が、電極群の前記平坦部分に当接する平坦部と、平坦部から両端部側に至る斜面部とを有する台形状である。また、第１側板部１２は、立断面視の形状が、中央部が内側に凹んだ円弧状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、底板部、該底板部に周設された側板部、及び蓋板部を有し、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群を収容する電池ケース、該電池ケース及び電極群を備える非水電解質二次電池、並びに該非水電解質二次電池の製造方法に関する。

近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ等の携帯可能な電子機器の高性能化、小型軽量化が進んでおり、これらの電子機器に使用する高エネルギー密度の二次電池として、非水電解液を用いたリチウムイオン電池の利用が拡大している。
しかし、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池では、板状の正極及び負極をセパレータを介し巻回してなる電極群の初期充電時の膨張が大きく、この電極群の膨張によって電池ケースが変形し、電池の厚みが大きくなるという問題があった。

また、リチウムイオン電池においては、近年、高容量化のために、極板を高充填密度化している。極板を高充填密度化した場合、電解液の浸透性が低下するため、電極群が圧迫されていないときには、極板各部の反応が不均一になり、充電が進行している部分とあまり進行していない部分との膨張率の差による歪みが生じ易くなるという問題がある。

内圧に対する外装缶の変形量を少なくする技術として、特許文献１には、外装缶の幅広面を中央部が凹となるように湾曲させた密閉式角型蓄電池の発明が開示されている。
特許文献２には、電池ケースの幅広面に、底面が平面である凹部を形成した電池の発明が開示されている。
特許文献３には、外装缶の電極群の端板と当接する側面に予め凹部を形成する角型密閉電池の製造方法の発明が開示されている。

特許文献４には、電池ケースの側壁外面に、底に凸部を有する凹部を形成した電池の発明が開示されている。
特許文献５には、電池ケースに、体積膨張を補償及び防止するための体積膨張補償・防止手段を少なくとも１つ備えた電池の発明が開示されている。
特開平５−１３０５４号公報 特開平１１−３１５２３号公報 特開平７−１８３０１０号公報 特開２００５−３４６９６５号公報 特開２００６−４０８７９号公報

しかし、上述した特許文献１等の電池ケースの場合、凹部によって中央部分等の一部しか電極群が圧迫されておらず、圧迫されていない部分で極板の歪みが生じやすく、極板の各部で不均一に反応が進行して各部の膨張率の差から電極群が変形する可能性があるという問題があった。
また、特許文献１等の電池においては、電極群を電池ケースに挿入する際に、電極群の外側部分が、電池ケースの内側の凹部の角部との摩擦によって損傷及び破れが生じるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、積層電極群が収容されたときに該積層電極群の積層方向に垂直となる、又は巻回電極群が収容されたときに巻回軸に平行となる第１側板部が内側に凹んでおり、平面断面視の形状が、電極群に当接する平坦部と、該平坦部から両端部側に至る斜面部とを有する台形状であり、第１側板部に隣接する第２側板部側からの立断面視で、少なくとも蓋板部側が内側に凹んだ円弧状をなすように構成することにより、電極群を挿入するときに、電極群の外側部分が角部に引っ掛かることがないので、損傷及び破れが生じず、また、電極群の外周面を広範囲に圧迫することが出来るので、初回充電時に極板が膨張したときに極板に歪み（しわ）が生じにくく、電極群の厚みの増加を抑制することが出来、初回充放電後の電池の厚みの増加、及び電池間の厚みのばらつきを低減することが出来る電池ケースを提供することを目的とする。

また、本発明は、第１側板部は、第２側板部側からの立断面視の形状が、中央部が内側に凹んだ円弧状であるように構成することにより、電極群を均一に圧迫して厚みの増加を抑制することが出来、また、容易に製造することが出来る電池ケースを提供することを目的とする。

そして、本発明は、電極群が、板状の正極及び負極をセパレータを介し巻回してなり、側面視の形状が長円状であるように構成することにより、第１側板部の前記平坦部が、電極群の外周面の広範囲に延びる平坦部分を確実に圧迫し、電極群の歪みを効果的に抑制することが出来る電池ケースを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、上述のいずれかの電池ケースと、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群と、非水電解質とを備えることにより、電極群の挿入時に角部に引っ掛かることがないので、電極群の外側部分に損傷及び破れが生じず、初回充電時に極板が膨張したときに極板に歪みが生じにくく、電極群の厚みの増加が抑制され、初回充放電後の電池の厚みの増加、及び電池間の厚みのばらつきが低減された非水電解質二次電池を提供することを目的とする。

また、本発明は、上述のいずれかに記載の電池ケースに、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群を、電極群の積層方向を電池ケースの第１側板部に垂直にした状態で、又は電極群の巻回軸を第１側板部に平行にした状態で収容する工程を有することにより、電池ケースの第１側板部が、立断面視の形状が、少なくとも蓋板部側が内側に凹んだ円弧状であり、電極群の挿入時に、電極群は第１側板部と滑らかに接触するので、電極群の外側部分に損傷及び破れが生じることなく、非水電解質二次電池が製造される非水電解質二次電池の製造方法を提供することを目的とする。

第１発明に係る電池ケースは、底板部と、該底板部に周設された第１側板部、及び該第１側板部に隣接する第２側板部と、蓋板部とを有し、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群が、該電極群の積層方向を前記第１側板部に垂直にした状態で、又は前記電極群の巻回軸を前記第１側板部に平行にした状態で収容される電池ケースにおいて、前記第１側板部は、内側に凹んでおり、平面断面視の形状が、前記電極群に当接する平坦部と、該平坦部から両端部側に至る斜面部とを有する台形状であり、前記第２側板部側からの立断面視で、少なくとも前記蓋板部側が内側に凹んだ円弧状をなすことを特徴とする。

本発明においては、第１側板部が、平面断面視で、平坦部を有しているので、電極群を広範囲に圧迫することが出来、極板間の隙間等が均一化され、充電時の反応が極板各部で均一に進行する。従って、この電池ケースに電極群を収容して電池を構成し、充電して極板が膨張したときに極板に歪み（しわ）が生じにくく、また、各部で不均一に反応が進行して各部の膨張率の差から極板が変形することもない。
そして、第１側板部の平面断面視の形状が円弧状である場合、及び第１側板部が局所的に凹部を有する場合と異なり、電極群の外側の面と第１側板部との接触面積が広く、負極活物質と非水電解質との反応により生じるガスが、電極群内の正極板と負極板との間に溜まりにくく、電極群の変形が抑制され、電池の膨れが抑制される。
従って、初回充電時に電極群の厚みの増加を抑制して電池の厚みの増加を抑制することが出来、初回充放電後の電池の厚みの増加、及び電池間の厚みのばらつきを低減させることが出来るとともに、継続使用時の電池の膨れも抑制することが出来る。
さらに、第１側板部が、立断面視の形状が、少なくとも蓋板部側が内側に凹んだ円弧状であり、立断面視で角部を有する場合と異なり、丸みをつけているため、電極群の挿入時に、電極群は第１側板部と滑らかに接触して引っ掛かることがなく、外側部分に損傷及び破れが生じない。

第２発明に係る電池ケースは、第１発明において、前記第１側板部は、前記第２側板部側からの立断面視の形状が、中央部が内側に凹んだ円弧状であることを特徴とする。

本発明においては、電極群を均一に押圧して電極群の厚みの増加を抑制することが出来、電池間の変形のばらつきを小さくし、電池の厚み不良率を低減させることが出来る。また、容易に製造することが出来る。

第３発明に係る電池ケースは、第１又は第２発明において、前記電極群は、板状の正極及び負極をセパレータを介し巻回してなり、側面視の形状が長円状であり、前記第１側板部の平坦部は、前記電極群の外周面の平坦部分に当接することを特徴とする。

電極群の側面視の形状が長円状である場合、電極群の外周面の平坦に延びる平坦部分の面積が広いので、第１側板部が平坦部を有することで、前記平坦部分を効果的に圧迫し、電極群の歪みが良好に抑制される。

第４発明に係る非水電解質二次電池は、第１乃至第３発明のいずれかの電池ケースと、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群と、非水電解質とを備えることを特徴とする。

本発明においては、初回充電時に極板が膨張したときに極板に歪みが生じにくく、電極群の厚みの増加が抑制され、初回充放電後の電池の厚みの増加、及び電池間の厚みのばらつきが低減されるとともに、継続使用時の電池の膨れも抑制される。
また、第１側板部が、立断面視の形状が、少なくとも前記蓋板部側が内側に凹んだ円弧状であり、第１側板部が角部を有する場合と異なり、電極群の挿入時に引っ掛かることがないので、電極群の外側部分に損傷及び破れが生じることがない。

第５発明の非水電解質二次電池の製造方法は、第１乃至第３発明のいずれかの電池ケースに、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群を、該電極群の積層方向を前記電池ケースの前記第１側板部に垂直にした状態で、又は前記電極群の巻回軸を前記第１側板部に平行にした状態で収容する工程を有することを特徴とする。

本発明においては、電池ケースの第１側板部が、立断面視の形状が、少なくとも蓋板部側が内側に凹んだ円弧状であり、立断面視で角部を有する場合と異なり、丸みをつけているため、電極群の挿入時に、電極群は第１側板部と滑らかに接触し、外側部分に損傷及び破れが生じることなく、非水電解質二次電池が製造される。

第１発明によれば、積層電極群が収容されたときに該積層電極群の積層方向に垂直となる、又は巻回電極群が収容されたときに巻回軸に平行となる第１側板部が内側に凹んでおり、平面断面視の形状が、電極群に当接する平坦部と、平坦部から両端部側に至る斜面部とを有する台形状であるので、電極群の外側の面を広範囲に圧迫することが出来、初回充電時に極板が膨張したときに極板に歪みが生じにくく、電極群の厚みの増加が抑制され、初回充放電後の電池の厚みの増加、及び電池間の厚みのばらつきが低減され、電池の不良率が低減するとともに、継続使用時の電池の膨れも抑制することが出来る。
そして、第２側板部側からの立断面視の形状が、少なくとも蓋板部側が内側に凹んだ円弧状であるので、電極群を挿入するときに、電極群が引っ掛かることがなく、電極群の外側部分に損傷及び破れが生じない。

第２発明によれば、第１側板部は、第２側板部側からの立断面視で、中央部が内側に凹んだ円弧状をなすので、電極群を均一に押圧し、電極群の厚みの増加を抑制することが出来、容易に電池ケースを製造することが出来る。

第３発明によれば、電極群は、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなり、側面視が長円状をなすので、第１側板部が平坦部を有することで、外周面の平坦に延びる平坦部分の面積が広い電極群に対し、歪みを効果的に抑制することが出来る。

第４発明によれば、上述のいずれかの電池ケースと、板状の正極及び負極をセパレータを介して巻回した巻回電極群と、非水電解質とを備えるので、初回充電時に極板が膨張したときに極板に歪みが生じにくく、電極群の厚みの増加が抑制され、初回充放電後の電池の厚みの増加、及び電池間の厚みのばらつきが低減される。そして、電極群の挿入時に引っ掛かることがなく、電極群の外側部分に損傷及び破れが生じるのが抑制されている。

第５発明によれば、上述のいずれかに記載の電池ケースに、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群を、電極群の積層方向を電池ケースの第１側板部に垂直にした状態で、又は電極群の巻回軸を第１側板部に平行にした状態で収容する工程を有しており、電池ケースの第１側板部が、立断面視の形状が、少なくとも蓋板部側が内側に凹んだ円弧状であるので、電極群の挿入時に、電極群は第１側板部と滑らかに接触し、外側部分に損傷及び破れが生じることなく、非水電解質二次電池が製造される。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
本発明の非水電解質二次電池（以下、電池と称す）は、通常、その構成として、正極、負極及びセパレータからなる電極群と、非水電解質とを電池ケースに収容してなる。

（１）負極
本発明の電池の負極に含まれる負極活物質としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ，Ｃｄ等とＬｉとの合金、ＬｉＦｅ₂ Ｏ₃ 等、ＷＯ₂等の遷移金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素材料、Ｌｉ₃（Ｌｉ₃ Ｎ）等の窒化リチウム、若しくは金属リチウム箔、又はこれらの混合物を用いることが出来る。
粒状の炭素材料を用いる場合、例えば、負極活物質と結着剤とからなる合剤を銅等の金属集電体上に形成することにより負極を作製することが出来る。この炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛（ＭＣＭＢ又はＭＣＦ等のメソフェーズ系黒鉛）を用いることが好ましく、メソフェーズ系黒鉛（ＭＣＭＢ又はＭＣＦ）を用いることがさらに好ましい。さらに、天然黒鉛の表面の一部又は全部を、天然黒鉛より結晶性が低い低結晶性炭素で被覆したものを用いてもよい。

（２）正極
本発明の電池に用いられる正極活物質としては、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物である、組成式Ｌｉ_x ＭＯ₂ 、Ｌｉ_x Ｍ_aＭ′_1-aＯ₂ 、Ｌｉ_y Ｍ₂ Ｏ₄ 、又はＬｉ_y Ｍ_b Ｍ′_2-bＯ₄ （但し、Ｍは遷移金属から選ばれる一種又は複数種、Ｍ′はＭｇ又はＡｌから選ばれる一種又は複数種、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜２）で表される複合酸化物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物を用いることが出来る。その具体例としては、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂ 、ＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ 、Ｌｉ₂ Ｍｎ₂Ｏ₄ 等があり、これらを混合して用いてもよい。
粒状の正極活物質を用いる場合、正極は、例えば、正極活物質粒子と導電助剤と結着剤とからなる合剤をアルミニウム等の金属集電体上に形成することにより作製することが出来る。

（３）非水電解質
本発明の電池に用いられる非水電解質の溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、３−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の非水溶媒が挙げられ、これらを単独、又は混合して使用することが出来る。また、適宜、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン等の重合剤等の添加剤を、適量含有してもよい。

非水電解質は、これらの非水溶媒に支持塩を溶解して使用する。支持塩として、ＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＰＦ₆ 、ＬｉＢＦ₄ 、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ ＣＯ₂ 、ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ 、ＬｉＣＦ₃ＣＦ₂ ＳＯ₃ 、ＬｉＣＦ₃ ＣＦ₂ ＣＦ₂ ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ ＣＦ₃ ）₂ 、ＬｉＮ（ＳＯ₂ ＣＦ₂ＣＦ₃ ）₂ 、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ₃ ）₂ 、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ₂ＣＦ₃ ）₂ 、ＬｉＰＦ₃ （ＣＦ₂ ＣＦ₃ ）₃、ＬｉＦＯＢ（リチウムジフルオロオキサラートボレート）、及びＬｉＢＯＢ（リチウムビスオキサラートボレート）等の塩、若しくはこれらの混合物を使用することが出来る。

（４）セパレータ
本発明の電池に用いられるセパレータとしては、多孔性ポリオレフィン膜、多孔性ポリ塩化ビニル膜等の多孔性ポリマー膜、又は、リチウムイオン若しくはイオン導電性ポリマー電解質膜を、単独、又は組み合わせて使用することが出来る。

（５）電極群
本発明の電池に用いられる電極群としては、板状に形成した前記正極及び負極がセパレータを介し、積層されて得られる積層電極群、又は巻回されて得られる巻回電極群を使用することが出来る。

（６）電池ケース
図１は、本発明に係る電池ケース１を示す斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
電池ケース１はアルミニウム製であり、底板部１１と、底板部１１に周設され、電極群の外周面の平坦部分が当接する第１側板部１２，１２と、第１側板部１２，１２に隣接する第２側板部１３，１３とを有する。電池ケース１は、開口部を閉塞する蓋板部を有するが、図１においては省略している。
なお、電池ケース１はアルミニウム製に限定されるものではなく、アルミニウム合金、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）めっきした鉄、ステンレス（ＳＵＳ）等からなるものであってもよい。

電池ケース１は、一部がプレス加工されており、図２に示すように、平面断面視の形状が、後述する電極群の平坦部分に当接する平坦部１２ａと、平坦部１２ａから第１側板部１２の両端部側に至る斜面部１２ｂ，１２ｂとを有する台形状である。また、図３に示すように、第１側板部１２，１２は、立断面視の形状が、中央部が内側に凹んだ円弧状である。
なお、第１側板部１２の立面視の形状は図３に示した場合に限定されるものではなく、後述する実施例２に示すように、円弧状曲面と、平坦面と、斜面とからなる形状を有する場合であってもよく（図５（ｂ）参照）、少なくとも蓋板部側が内側に凹んだ円弧状であればよい。
電池ケース１は、その大きさにもよるが、第１側板部１２において、開口部側から略８ｍｍ、底板部１１側から略７ｍｍ、幅方向で両側から略５ｍｍのところをプレスすることで、上述の形状に形成される。

（７）電池の製造方法
本発明の電池は、以下のようにして製造される。
まず、前記電池ケース１に、積層電極群の積層方向を電池ケース１の第１側板部１２に垂直にした状態で、又は巻回電極群の巻回軸を第１側板部１２に平行にした状態で挿入する。このとき正極（負極）が平坦部１２ａに当接する。負極（正極）は、電池ケース１の蓋板部に設けられた負極端子（正極端子）に接続する。その後、電池ケース１に非水電解質を注入し、蓋板部の周縁部を電池ケース１の開口端の周縁部にレーザー溶接することにより、電池ケース１は密閉され、電池が得られる。

以下に好適な実施例を用いて本発明を説明するが、本発明は、本実施例により、何ら限定されるものではなく、その主旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することが出来る。

［実施例１］
図４は、本発明に係る非水電解質二次電池（電池）１０を示す立断面図である。
電池１０は、銅集電体に負極合剤を塗布してなる負極３、及びＡｌ集電体に正極合剤を塗布してなる正極４がセパレータ５を介して巻回された扁平巻状の電極群（電極エレメント）２と、非水電解液とを電池ケース１に収容してなる。電池ケース１には、安全弁８及び負極端子９を備えた蓋板部７がレーザー溶接によって取り付けられている。また、負極端子９は負極リード１４を介して負極３と接続され、正極４は、上述した電池ケース１の平坦部１２ａ，１２ａと接触して電気的に接続されている。

負極３は、以下のようにして作製した。
負極活物質としての炭素材料９７質量％と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース１．５質量％及びスチレンブタジエンゴム１．５質量％とを混合し、これに蒸留水を適宜加えて分散させ、スラリーを調整した。このスラリーを厚み８μｍの銅集電体に均一に塗布し、１００℃で５時間乾燥させた後、ロールプレスで負極合剤層の密度が１．６ｇ／ｃｍ³ となるように圧縮成形することにより負極３を得た。

正極４は、以下のようにして作製した。
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ₂ ９４質量％と、導電助剤としてのアセチレンブラック３質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）３質量％とを混合して正極合剤とし、これをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させることによりペーストを調整した。このペーストを厚み１５μｍのＡｌ集電体に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで正極合剤層の密度が３．７ｇ／ｃｍ³となるように圧縮成形することにより正極４を得た。

セパレータ５としては、厚み１６μｍ程度の微多孔性ポリエチレンフィルムを用いた。
電解質としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを体積比で３：７で混合した混合溶媒にＬｉＰＦ₆ を１．１ｍｏｌ／Ｌ溶解させたものを用いた。

電池ケース１は、第１側板部１２において、開口部側から８ｍｍ、底板部１１側から７ｍｍ、幅方向で両側から５ｍｍのところをプレスし、平面断面視で、横幅２５ｍｍの平坦部１２ａと斜面部１２ｂ，１２ｂとを有する台形状をなし、立断面視で、第１側板部１２が内側に凹んだ円弧状（曲率半径：５００−５１０ｍｍ）をなすように作製した（図１乃至図３参照）。
長円筒状の電極群２を、底面部を側方に向けた状態で（巻回軸を第１側板部１２に平行にした状態で）、電池ケース１に挿入し、正極４を平坦部１２ａに当接させる。負極３は、電池ケース１の蓋板部７に設けられた負極端子９に接続する。その後、電池ケース１に非水電解質を注入し、蓋板部７の周縁部を電池ケース１の開口端の周縁部にレーザー溶接することにより、電池ケース１は密閉され、電池１０が得られる。
電池１０のサイズは、高さ３７ｍｍ、幅３５ｍｍ、厚み略５．５ｍｍであり、容量は８５０ｍＡｈである。

［実施例２］
図５（ａ）は、実施例２の電池ケース１５を示す平面断面図、（ｂ）は、電池ケース１５を示す立断面図である。
図５（ｂ）に示すように、電池ケース１５の第１側板部１５ａは、円弧状曲面と、平坦面と、斜面とからなる形状を有している。
この形状を有するように、電池ケース１５の第１側板部１５ａをプレスした以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。

［比較例１］
図６（ａ）は、比較例１の電池ケース２１を示す平面断面図、（ｂ）は、電池ケース２１を示す立断面図である。
図６に示すように、電池ケース２１の第１側板部２１ａは、平面断面視の形状が円弧状であり、立断面視の形状が円弧状である。
この形状を有するように、電池ケース２１の第１側板部をプレスした以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。

［比較例２］
図７（ａ）は、比較例２の電池ケース３１を示す平面断面図、（ｂ）は、電池ケース３１を示す立断面図である。
図７に示すように、電池ケース３１の第１側板部３１ａは、平面断面視の形状が台形状であり、立断面視の形状が台形状である。
この形状を有するように、電池ケース３１の第１側板部３１ａをプレスした以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。

［比較例３］
図８（ａ）は、比較例３の電池ケース４１を示す平面断面図、（ｂ）は、電池ケース４１を示す立断面図である。
図８に示すように、電池ケース４１の第１側板部４１ａは、平面断面視の形状が円弧状であり、立断面視の形状が台形状である。
この形状を有するように、電池ケース４１の第１側板部４１ａをプレスした以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。

［比較例４］
電池ケースの第１側板部をプレスせず、平板状に形成した以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。

前記実施例１及び２、及び比較例１乃至４の電池を各２００セルずつ作製し、電極群を電池ケースに挿入する際の問題の有無の評価を行い、初回充放電後の電池の厚みを測定して該厚みの平均値及び標準偏差を求めた。その結果を下記の表１に示す。

電極群の挿入時の問題の有無の評価は、電極群を電池ケースに収容する際の電極群の最外層の正極の損傷又は破れの発生の有無を調べ、２００セルのうちの一つにでも損傷又は破れが認められた場合には×とし、損傷及び破れが生じなかった場合は○とした。その結果を上記表１に示す。

電池の厚みの測定は、８５０ｍＡの電流で、４．２Ｖまで定電流定電圧充電を３時間行った後、８５０ｍＡの定電流で３Ｖまで放電を行い、さらに、８５０ｍＡの電流で３０分間、定格容量に対して５０％となるまで充電を行った。この充電の終了後、５時間放置し、ノギスを用いて電池の中央部の厚みを測定し、各実施例及び比較例につき、２００セルの平均値及び標準偏差を求めた。

表１より、実施例１，２、及び比較例１，４の電池の場合、電極群を電池ケースに収容する際、電極群の最外層の正極に損傷又は破れが発生しないことが分かる。これは、実施例１，２、及び比較例１の電池の場合、電池ケースの第１側板部が、立断面視で、少なくとも蓋板部側が内側に凹んだ円弧状をなし、比較例４は凹部を有しないので、比較例２，３の電池のように立断面視が台形状で角部を有する場合と異なり、電極群の外側部分が挿入時に第１側板部と滑らかに接触し、引っ掛かることがないためと考えられる。

実施例１，２、比較例１〜４の中では、比較例４の電池が、電池の厚みの平均値及び標準偏差ともに最も大きい。これは、第１側板部が凹部を有しないので、電極群の平坦部分が圧迫されず、初回充電時に極板が膨張したときに極板に歪みが生じやすく、また、極板間の隙間が不均一であるので不均一に反応が進行し、各部で膨張率に差から生じることからも歪みが起きやすく、電極群が変形して電池が膨れ、また、この変形は電池間でばらつきが大きいためと考えられる。

実施例１と比較例１と、比較例２と比較例３とをそれぞれ比較すると、立断面視の形状が同一である場合、平面断面視の形状が、円弧状である方より、台形状である方が電池の厚みの平均値が小さく、標準偏差も小さい。これは、台形状である方が電極群の平坦部分を広範囲に圧迫することが出来、初回充電時に極板が膨張したときに極板に歪みが生じにくく、また、極板間の隙間が均一になるので均一に反応が進行し、各部で膨張率に差が生じず、膨張率の差から生じる歪みも起きにくく、電池の厚みの増加が抑制され、電池間の変形のばらつきも小さくなるためと考えられる。

実施例１と実施例２とを比較すると、実施例１の方が電池の厚みの標準偏差が小さい。これは、実施例１の電池は、立断面視の形状が電池ケースの高さ方向の中心線に対して線対称であり、電極群の平坦部分を均一に圧泊することが出来、また、極板間の隙間が均一になるので均一に反応が進行し、各部で膨張率に差が生じず、膨張率の差から生じる歪みも実施例２の電池より起きにくく、電池間の変形のばらつきが小さくなるためと考えられる。

以上のように、本発明の電池は、電極群の電池ケースへの挿入時に電極群の外側部分が損傷することがなく、電極群の厚みの増加が効果的に抑制されて、電池の厚みの増加が抑制され、また、電池間の厚みのばらつきが低減される。
そして、電池ケースの第１側板部の平面断面視が円弧状である場合、及び第１側板部が局所的に凹部を有する場合と異なり、負極活物質と非水電解質との反応により生じるガスが正極板と負極板との間に溜まりにくく、電極群の膨れが抑制され、使用時の電池の膨れも抑制される。
従って、本発明においては、極板の柔軟性、及び電池の構成成分に関わらず、初回充放電後の電池の膨れを抑制し、また、電池間の厚みのばらつきを低減させ、継続使用時の電池の膨れを抑制することが出来る。

なお、前記実施例においては、電極群２の側面視の形状が長円状である場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、電極群２の側面視の形状が楕円状であってもよい。電極群２の側面視の形状が長円状である場合、電極群２の外周面の平坦部分の面積が広いので、第１側板部が平坦部を有することで、効果的に電極群２の歪みを抑制することが出来る。
また、前記実施例においては、電極群２が巻回されている場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層したものであってもよい。
そして、前記実施例においては、長円筒状の電極群２を、底面部を側方に向けた状態で、電池ケース１に挿入した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、底面部を上方に向けた状態で挿入するものであってもよい。

本発明に係る電池ケースを示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明に係る非水電解質二次電池を示す立断面図である。 （ａ）は、実施例２の電池ケースを示す平面断面図、（ｂ）は、電池ケースを示す立断面図である。 （ａ）は、比較例１の電池ケースを示す平面断面図、（ｂ）は、電池ケースを示す立断面図である。 （ａ）は、比較例２の電池ケースを示す平面断面図、（ｂ）は、電池ケースを示す立断面図である。 （ａ）は、比較例３の電池ケースを示す平面断面図、（ｂ）は、電池ケースを示す立断面図である。

符号の説明

１、１５、２１、３１、４１ 電池ケース
２ 電極群
３ 負極
４ 正極
５ セパレータ
７ 蓋板部
８ 安全弁
９ 負極端子
１０ 非水電解質二次電池
１１ 底板部
１２、１５ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ 第１側板部
１３ 第２側板部
１４ 負極リード

Claims (5)

1. 底板部と、該底板部に周設された第１側板部、及び該第１側板部に隣接する第２側板部と、蓋板部とを有し、
   板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群が、
   該電極群の積層方向を前記第１側板部に垂直にした状態で、又は前記電極群の巻回軸を前記第１側板部に平行にした状態で収容される電池ケースにおいて、
   前記第１側板部は、内側に凹んでおり、
   平面断面視の形状が、前記電極群に当接する平坦部と、該平坦部から両端部側に至る斜面部とを有する台形状であり、
   前記第２側板部側からの立断面視で、少なくとも前記蓋板部側が内側に凹んだ円弧状をなすことを特徴とする電池ケース。
2. 前記第１側板部は、前記第２側板部側からの立断面視の形状が、中央部が内側に凹んだ円弧状である請求項１に記載の電池ケース。
3. 前記電極群は、板状の正極及び負極をセパレータを介し巻回してなり、側面視の形状が長円状であり、
   前記第１側板部の平坦部は、前記電極群の外周面の平坦部分に当接する請求項１又は２に記載の電池ケース。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電池ケースと、
   板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群と、
   非水電解質と
   を備えることを特徴とする非水電解質二次電池。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電池ケースに、
   板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなる電極群を、
   該電極群の積層方向を前記電池ケースの前記第１側板部に垂直にした状態で、又は前記電極群の巻回軸を前記第１側板部に平行にした状態で収容する工程を有することを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。

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