JP2009087901A

JP2009087901A - 密閉型電池

Info

Publication number: JP2009087901A
Application number: JP2007259931A
Authority: JP
Inventors: Kazuyo Omura; 和世大村; Yasutaka Nishi; 康尚西; Hideki Matsuzawa; 秀樹松沢
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】落下などの衝撃に対し信頼性の高い密閉型電池を提供すること。
【解決手段】セパレータを介して正極および負極を積層し巻回した電池要素３を電池缶２の開口部より収納しその開口部を封止してなる密閉型電池において、電極タブ８、９が導出された電池要素３を側方の両側から挟み込む絶縁支持板１１ａ、１１ｂが配設された密閉型電池である。その絶縁支持板１１ａ、１１ｂは、電池要素３の側面部を覆うと共に電池要素３の上部を抱持し、かつ電池要素３と電池缶２内面との間を埋めるように介在する。
【選択図】図１

Description

本発明は密閉型電池に関し、特に、その電池ケース内での電池要素の上部の構造について、衝撃時の信頼性に優れる密閉型電池に関する。

近年、小型、ポータブル電子機器等の電源として各種の電池が用いられている。特にリチウムイオン電池等の非水電解液を使用した密閉型電池は、そのエネルギー密度が高い特徴ゆえに、携帯電話、ノートパソコン等の電源として多用されている。また、電子機器の薄型化に伴い、電池も薄型機器に適した角型電池がスペース効率に優れているため、よく用いられるようになり、その完全密閉化は非水電解液を収納することから必須となっている。

図５は、従来技術による角型の密閉型電池の一例を説明する図である。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）はＤ−Ｄ線の部分断面図であって、電池缶２の内部での蓋体４と電池要素３の間にある上部絶縁板５の配設状態を説明する図である。なお、図５（ａ）と図５（ｂ）は縮尺が異なり、図５（ｂ）での、蓋体４、電極導出ピン６および絶縁部材１０は断面でなく側面図で表した。図５に示した電池は、アルミニウムもしくはその合金、またはステンレスからなる電池缶２に、セパレータを介して正極と負極を積層して巻回、成形した電池要素３を収納し、蓋体４を電池缶２に嵌合させた後、レーザー溶接している。この電池の場合、電池缶２の上端には金属板に絶縁部材１０を介して取り付けた電極導出ピン６を備える蓋体４が取り付けられて電池缶２を封口している。電極導出ピン６には、電池要素３の一方の電極タブ８が接合されており、他方の電極タブ９は電池缶内壁に接合されている。電池缶２とは極性の異なる電極タブ８が電池缶２に接触すると短絡を生じるため、電極タブ８と電池要素３の近傍にはポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂製の上部絶縁板５が配置されている。

このような構造に関し、特許文献１では、落下などの衝撃による電池要素と蓋体および電池缶との内部短絡発生抑制のため、弾性を有する絶縁板を配設することが提案されており、特許文献２においては、耐衝撃性向上のため、電池要素と電池缶との間に断面Ｔ字状の絶縁板を配設することが提案されている。また、特許文献３では、落下、衝撃時における電池要素の移動を防ぐため、電池要素側周辺部に突起部を設けた絶縁板の配設が提案されている。

特開２００４−３１２６３号公報特開２００４−６３６３号公報特開２００６−３５１４７１号公報

しかしながら、電池の信頼性を確認するための落下試験回数を重ねた場合、特に蓋体を下方に向けて落下試験を繰り返し実施した場合、缶上部に衝撃を加えることとなり、図５に示すように、落下衝撃により、電池要素が巻回体であるため、その上端部が外周側から徐々に電池缶２の内壁と断面Ｕ字状の上部絶縁板５の側壁との隙間に入り込み、ひいては電池缶２と蓋体４との溶接部に亀裂が生じ漏洩の原因となることがある。

さらに、衝撃による上部絶縁板の位置ずれ、変形により、電池要素から引き出している電極タブが電池缶と接触し内部短絡を発生させる原因となることがある。

そこで、本発明は、落下などの衝撃により、電池要素と電極導出ピンとを接続する電極タブが電池缶に接触して短絡を生ずることがなく、また蓋体と電池缶との溶接部の亀裂発生による電解液の漏洩のない信頼性の高い密閉型電池を提供するものである。

すなわち、本発明の課題は、落下などの衝撃に対し、信頼性の高い密閉型電池を提供することにある。

本発明の課題は、電池缶の開口部よりセパレータを介して正極および負極を積層して巻回した電池要素を収納し前記開口部を封止してなる密閉型電池において、電池要素の直方体短手方向から左右に挟み込む絶縁支持板を配設した密閉型電池によって解決することができる。

前記絶縁支持板においては、前記電池要素の上方部を抱持せしめ、かつ電池要素と電池缶との間隙部をなくすることにより、衝撃時にも、内部短絡、電解液の漏洩を防ぐことができる。

また、電極タブの引き回しにおいて、絶縁支持板に上方へ引き出すガイド溝を設けてもよい。

前記絶縁支持板は、ポリイミド、ポリアミド、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート、またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）などのフッ素樹脂、またはポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂から構成してもよい。

また、前記絶縁支持板は構造用セラミックスで形成してもよく、繊維強化プラスチックで形成してもよく、セラミックス粉体を樹脂で結合した複合材料で形成してもよい。

本発明の密閉型電池によれば、落下などの衝撃時の耐久性の向上が図られた、信頼性の高い密閉型電池を提供できる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１による密閉型電池の構成を示した図であり、図１（ａ）は平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線の部分断面図を示す。なお、蓋体４、電極導出ピン６および絶縁部材１０は断面でなく側面図で示した。本発明の密閉型電池は、角型の電池缶２内にセパレータを介して正極と負極とを積層して偏平に巻回した後にさらに押圧処理して電池缶の形状に合致するように偏平にした電池要素３が収納され、蓋体４で密封する構造となっている。電池要素３の周囲には、図の左右、すなわち電池要素の直方体短手方向左右から挟み込む形状で絶縁支持板１１ａ、１１ｂが配設されている。すなわち、電極タブ８、９が導出された電池要素３を側方の両側から挟み込む絶縁支持板１１ａ、１１ｂが配置されている。その絶縁支持板を図３に示す。図３（ａ）は絶縁支持板１１ａの斜視図であり、図３（ｂ）は絶縁支持板１１ｂの斜視図である。

図１、図３を参照すると、電池要素３から電極導出ピン６にいたる空間において、左右の絶縁支持板１１ａ、１１ｂに挟み込まれる形で一方の電極タブ８が引き回されている。絶縁支持板１１ａ、１１ｂは電極タブ８の引き回しに必要な空間を除いて蓋体４と電池要素３との間に存在する空隙を埋めるようになっている。また、電池要素下端までは厚さ０．１〜０．５ｍｍの板状に絶縁支持板１１ａ、１１ｂが配設されており、このうち一方の絶縁支持板１１ｂは電池缶底で９０°折れ曲がり、電池要素３の底面を覆う形状となっている。

本実施の形態による密閉型電池を絶縁支持板にＰＴＦＥを用い作製した。同時に比較例として従来技術による図５の構造の密閉型電池を作製した。それらの二次電池について、６００回落下試験後の開回路電圧不良率および液漏れ不良率を表１に示す。

表１のように、開回路電圧不良、すなわち、電池内部の微小短絡に起因する電圧低下による不良はゼロにできた。また、液漏れ不良率も１％まで低減できた。

（実施の形態２）図２は本発明の実施の形態２による密閉型電池の構成を示した図である。同図において、図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線の部分断面図を、また図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＣ−Ｃ線の部分断面図を示す。電池要素３を挟み込む絶縁支持板１１ａ、１１ｂに電極タブ導出用のガイド溝１１ｃを設けたものである。その絶縁支持板を図４に示す。図４（ａ）は絶縁支持板１１ａの斜視図であり、図４（ｂ）は絶縁支持板１１ｂの斜視図である。本実施の形態では、矩形断面のガイド溝１１ｃを形成したが、Ｕ字形断面なども可能である。

このように電極タブが案内配置されるガイド溝を絶縁支持板に設けることで、衝撃力が印加されたときに絶縁支持板が電池要素巻回体の上端部をより広い面積で押さえ、電池要素巻回体の上方への移動を抑制できる。

以上の実施の形態では、絶縁支持板には、ＰＴＦＥを用いたが、他に、ポリイミド、ポリアミド、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート、またはＰＦＡ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦなどのフッ素樹脂、またはポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂を用いることができる。

さらに、その絶縁支持板には、アルミナ系、ジルコニア系などの構造用セラミックスを使用でき、またガラス繊維とエポキシ樹脂などによる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）も使用でき、セラミックス粉体を樹脂で結合した複合材料なども使用できる。

以上詳述した如く、本発明によれば、電池要素の直方体短手方向から左右に挟み込む絶縁支持板を配設し、さらに電池要素の上方部を抱持せしめ、かつ電池要素部と電池缶との間隙部をなくすることにより、落下衝撃時などの耐久性の向上により、信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。

本発明の実施の形態１での密閉型電池を示し、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線での部分断面図。本発明の実施の形態２での密閉型電池を示し、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線での部分断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線での部分断面図。本発明の実施の形態１に係る絶縁支持板を示し、図３（ａ）は一方の側から押さえる絶縁支持板の斜視図、図３（ｂ）はその反対側から押さえる絶縁支持板の斜視図。本発明の実施の形態２に係る絶縁支持板を示し、図４（ａ）は一方の側から押さえる絶縁支持板の斜視図、図４（ｂ）はその反対側から押さえる絶縁支持板の斜視図。従来の密閉型電池の構造を示し、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ線での部分断面図。

符号の説明

２電池缶
３電池要素
４蓋体
５上部絶縁板
６電極導出ピン
８，９電極タブ
１０絶縁部材
１１ａ，１１ｂ絶縁支持板
１１ｃガイド溝

Claims

セパレータを介して正極および負極を積層し巻回した電池要素を電池缶の開口部より収納し前記開口部を封止してなる密閉型電池において、電極タブが導出された前記電池要素を側方の両側から挟み込む絶縁支持板が配設されたことを特徴とする密閉型電池。
前記絶縁支持板は、前記電池要素の側面部を覆うと共に前記電池要素の上部を抱持し、かつ前記電池要素と電池缶内面との間を埋めるように介在することを特徴とする、請求項１記載の密閉型電池。
前記電極タブの引き回しまたは引き出しのために前記絶縁支持板に前記電極タブの配設位置を定めるガイド溝を設けたことを特徴とする、請求項１記載の密閉型電池。
前記絶縁支持板は、ポリイミド、ポリアミド、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート、またはＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦなどのフッ素樹脂、またはポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の密閉型電池。
前記絶縁支持板は、構造用セラミックス、または繊維強化プラスチック、またはセラミックス粉体を樹脂で結合した複合材料からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の密閉型電池。