JP2009146601A - 角形密閉電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からの衝撃や圧力による内部での負極タブと電池外装缶の接触を防ぎ、信頼性を高めた角形密閉電池を提供すること。
【解決手段】 正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる電極巻回素子１が電解液と共に電池外装缶２に収納され電池蓋６により封止された角形密閉電池であり、電極巻回素子１と電池蓋６の間には中間絶縁高分子板５が設けられ、負極板より導出された負極タブ４が、その中間絶縁高分子板５を貫通し、その上面に沿うように折り曲げられ、負極タブ４の折り曲げられた端部に電気接続する外部負極端子８が電池蓋６の本体とは電気的に絶縁されながら電池蓋６の本体を貫通するように設けられ、この外部負極端子８の下端と負極タブ４の折り曲げられた端部とは押圧による接触により電気接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は角形密閉電池に関し、特に外部圧力や外部衝撃に対し内部短絡を生じない角形密閉電池に関する。

小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン等の電源として、小型で大容量のが用いられ、近年は特にエネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池等の非水電解液を使用した角形密閉電池が用いられている。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が優れているため用いられるようになり、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８は、従来の角形密閉電池の一例を説明する模式図である。従来はアルミニウムまたはその合金からなる電池外装缶２にセパレータを介して正極と負極を積層して巻回、成型した電極巻回素子１を収納し電池蓋６を電池外装缶２に嵌合させた後、レーザ溶接している。この電池の場合、電極巻回素子１の上部にはポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂製の中間絶縁高分子板５が配設されている。

しかしながら、この構造の場合、電池外装缶２に電極巻回素子１を収納した後に外部負極端子８と接続させるために、電極巻回素子１からタブを用いて外部負極端子８まで引き回す必要がある。その場合、電極巻回素子１を電池外装缶２に収納後に負極タブ４を外部負極端子８と溶接することが必要となり、負極タブ４が必要最小限の長さ以上に長くしておく必要がある。負極タブ４が必要以上に長いことで、最終的に電池外装缶２に収納された状態においては、図８に示す様に負極タブ４が湾曲した状態で収納されることになる。この負極タブ４が電池外装缶２や正極タブ３と接触することを防ぐために中間絶縁高分子板５が配設されているが、それだけでは外部からの衝撃や圧力が電池外装缶２に加わった場合、負極タブ４と電池外装缶２の内壁或いは正極タブ３との接触を充分に防止することはできず、短絡を起こすことがある。

また、特許文献１には、蛇行状にリード（電極タブ）を折り畳むことで、絶縁枠体の内部に高精度にリードを位置決めして収容する技術が開示されているが、この場合にも、電池外装缶に加えられる衝撃や圧力が一定値を超えると、電池外装缶と絶縁枠体の変形が起こり、内部短絡を完全に防止することは難しい。

特開２００３−２４２９５７号公報

すでに説明したように、従来の角形密閉電池では、外部から衝撃や圧力が電池外装缶に加わった場合に、負極タブと電池外装缶の内壁との接触による内部短絡を完全に防止することは難しい。

そこで、本発明の課題は、外部からの衝撃や圧力による内部での負極タブと電池外装缶の接触を防ぎ、信頼性を高めた角形密閉電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の角形密閉電池は、正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる電極巻回素子が電解液と共に電池外装缶に収納され電池蓋により封止された角形密閉電池において、前記電極巻回素子と前記電池蓋の間には中間絶縁高分子板が設けられ、前記負極板より導出された負極タブが、前記中間絶縁高分子板を貫通し、この中間絶縁高分子板の主面に沿うように折り曲げられ、前記負極タブの折り曲げられた端部に電気接続する外部負極端子が前記電池蓋の本体とは電気的に絶縁されながら前記電池蓋の内外を導通するように設けられ、前記外部負極端子の一端と前記負極タブの端部とは押圧による接触により電気接続されたことを特徴とする。

前記中間絶縁高分子板がその主面に垂直な平面により２分割されてなる部分板からなり、前記部分板の少なくとも一方には切り欠き部が設けられ、前記部分板が合わされて前記負極タブが貫通する穴が形成されるとよい。

前記電池外装缶の内壁に前記中間絶縁高分子板の挿入位置を設定する挿入ストッパーを設けるとよい。

前記外部負極端子での前記負極タブの折り曲げられた端部に接触する部分には１つ以上の凸部が設けられ、この凸部と負極タブの折り曲げられた端部とが１点または多点で接触するとよい。

前記中間絶縁高分子板は、ポリアミド、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリビニリデンフルオライドおよびポリビニルフルオライドのいずれかからなるとよい。

本発明の角形密閉電池によれば、電極巻回素子より延伸した負極タブを中間絶縁高分子板に貫通させ、その上面に沿うように折り曲げ端部を形成し、この負極タブ端部と電池蓋に備えられた外部負極端子の下端とを押圧により接触させることで、電池蓋内外の導通を確保することができる。その結果、電池蓋の装着固定時に負極タブの湾曲は発生せず、外部からの衝撃による内部短絡を防ぎ、信頼性の高い角形密閉電池を提供できる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明に係る角形密閉電池の構造を説明する模式図である。本実施の形態では、図１に示す様に正極タブ３および負極タブ４を有する電極巻回素子１を電池外装缶２に挿入後、負極タブ４を中間絶縁高分子板５の中央のスリット状の穴２１を通して延伸した後に折り曲げる。なお、電極巻回素子１の電極巻回部は２点鎖線で模式的に表示した。

また、図２に電極巻回素子の構成を模式的な斜視図で示す。正極タブ３が引き出された正極板１０と負極タブ４が引き出された負極板１１がセパレータ１２を介して巻回された電極巻回素子である。なお、その作製方法は、たとえば、公知の巻回型リチウムイオン二次電池のものと同様である。

図３には中間絶縁高分子板５上での負極タブ４の折り曲げ状況を斜視図で示す。さらに、図７は本発明に係る負極タブの端部折り曲げ状況を示し、図７（ａ）は図３に対応する端部折り曲げの第１例の斜視図、図７（ｂ）は端部折り曲げの第２例の斜視図である。

図３のような端部折り曲げ構造を形成すると、電池外装缶２（図１）の開口挿入部に、絶縁部７を介して外部負極端子８を保持する電池蓋６を、上方から下方に押し込むことで、すでに折り曲げられた負極タブ４の端部に密着・接続し外部負極端子８との導通を確保できる。すなわち、電池蓋６および中間絶縁高分子板５が電池外装缶２に固定されることで、負極タブ４の折り曲げ端と外部負極端子８の下端との間に押圧力が発生する。

このような接続構造によれば負極タブ４は電池内部で弛むことなく中間絶縁高分子板５上にその端部が配置され且つ外部負極端子８と接続し電池蓋６の外部まで導通を確保することが可能になる。ところで、負極タブ４の材質としてはニッケルなどが好適であるが、外部負極端子８との接触部分にめっき処理などの表面処理を施せばアルミニウムなどを用いるのもよい。

なお、正極タブ３については電池外装缶２の内壁に圧接してもよいが、超音波溶接を行っても、負極タブ４とは異なり湾曲による内部短絡は生じない。

また、中間絶縁高分子板５は、電極巻回素子１を適切に保持しながら絶縁する機能の他に、外部負極端子８の下端面を負極タブ４の折り曲げ端部に押圧する力を維持する機能が必要である。したがって、材質としては、ポリアミド、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリビニリデンフルオライドおよびポリビニルフルオライドなどが好適である。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２での中間絶縁高分子板と負極タブを示す模式的な斜視図であり、図４（ａ）はその第１例、図４（ｂ）はその第２例を示す。なお、本実施の形態は請求項２の発明に係る。これは中間絶縁高分子板を２枚の中間絶縁高分子板片５Ａ、５Ｂに分割することで、負極タブ４の中間絶縁高分子板の貫通を容易にするだけでなく、負極タブ４を中間絶縁高分子板が安定に支持することができる。図４（ａ）の第１例では、中間絶縁高分子板片５Ａの凹部（切り欠き部２１Ａ）に沿うように負極タブ４を通過させた後、中間絶縁高分子板片５Ｂの凹部（切り欠き部２１Ｂ）で挟む構造である。図４（ｂ）の第２例では、中間絶縁高分子板片５Ａ、５Ｂは細い幅で深く切り込まれた切り欠き部２１Ａ、２１Ｂを持つが、この場合も、中間絶縁高分子板片５Ａだけを電池外装缶内に配置した状態で負極タブ４を上方に引き出し、その後、中間絶縁高分子板片５Ｂを電池外装缶内に配置するときに、負極タブ４を固定することができる。

すなわち、実施の形態１での図３の場合には、負極タブ４とそれが通過する中間絶縁高分子板５の穴２１との間に隙間ができ、端部の折り曲げにより固定するが、本実施の形態では負極タブと穴の内側面とを密着状態にし、負極タブの固定をいっそう確実にすることができる。なお、切り欠き部を持つ中間絶縁高分子板片（部分板）と、切り欠き部を持たない中間絶縁高分子板片（部分板）とを組み合わせることで、負極タブが貫通する穴を形成してもよい。

（実施の形態３）
図５は実施の形態３の角形密閉電池を説明する模式図であり、この実施の形態は請求項３に係る。本実施の形態では電池外装缶２の内部に挿入ストッパー９を設けることで電極巻回素子１と中間絶縁高分子板５の位置を制御よく製造することが可能になる構造である。電極巻回素子１と中間絶縁高分子板５の位置は挿入時の角度ズレや挿入押し込み圧力によらず、均一に導通を確保することが可能になり、負極タブ４の長さも最小限にすることが可能になる。よって負極タブ４と電池外装缶２および正極タブ３の接触の可能性がさらに低くなり短絡の可能性を低減する構造を提供できる。

（実施の形態４）
図６は実施の形態４の角形密閉電池を説明する模式図であり、この実施の形態は請求項４に係る。本実施の形態では、電池蓋６に備えられた外部負極端子８の先端部８Ａに負極タブ４と接触する１つの凸部を設けることで安定した接触状態を確保する。また、凸部の数を増やして、エンボス形状とすることで安定した接触を確保する構造である。このように外部負極端子８の先端部をエンボス形状にすると接触部面積が広がり、さらに外部負極端子８の外側端部までの安定した導通を得ることができる。

本発明に係る角形密閉電池の構造を説明する模式図。 電極巻回素子の構成を説明する模式的な斜視図。 本発明に係る中間絶縁高分子板上での負極タブの折り曲げ状況を示す斜視図。 本発明の実施の形態２での中間絶縁高分子板と負極タブを示し、図４（ａ）はその第１例、図４（ｂ）はその第２例を示す斜視図。 実施の形態３の角形密閉電池を説明する模式図。 実施の形態４の角形密閉電池を説明する模式図。 本発明に係る負極タブの端部折り曲げ状況を示し、図７（ａ）は端部折り曲げの第１例の斜視図、図７（ｂ）は端部折り曲げの第２例の斜視図。 従来の角形密閉電池の一例を説明する模式図。

符号の説明

１ 電極巻回素子
２ 電池外装缶
３ 正極タブ
４ 負極タブ
５ 中間絶縁高分子板
５Ａ、５Ｂ 中間絶縁高分子板片
６ 電池蓋
７ 絶縁部
８ 外部負極端子
８Ａ 先端部
９ 挿入ストッパー
１０ 正極板
１１ 負極板
１２ セパレータ
２１ 穴
２１Ａ、２１Ｂ 切り欠き部

Claims (5)

1. 正極板および負極板をセパレータを介して積層してなる電極巻回素子が電解液と共に電池外装缶に収納され電池蓋により封止された角形密閉電池において、
   前記電極巻回素子と前記電池蓋の間には中間絶縁高分子板が設けられ、
   前記負極板より導出された負極タブが、前記中間絶縁高分子板を貫通し、この中間絶縁高分子板の主面に沿うように折り曲げられ、
   前記負極タブの折り曲げられた端部に電気接続する外部負極端子が前記電池蓋の本体とは電気的に絶縁されながら前記電池蓋の内外を導通するように設けられ、
   前記外部負極端子の一端と前記負極タブの端部とは押圧による接触により電気接続されたことを特徴とする角形密閉電池。
2. 前記中間絶縁高分子板がその主面に垂直な平面により２分割されてなる部分板からなり、前記部分板の少なくとも一方には切り欠き部が設けられ、前記部分板が合わされて前記負極タブが貫通する穴が形成されたことを特徴とする、請求項１記載の角形密閉電池。
3. 前記電池外装缶の内壁に前記中間絶縁高分子板の挿入位置を設定する挿入ストッパーを設けたことを特徴とする、請求項１または２記載の角形密閉電池。
4. 前記外部負極端子での前記負極タブの折り曲げられた端部に接触する部分には１つ以上の凸部が設けられ、前記凸部と負極タブの折り曲げられた端部とが１点または多点で接触することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の角形密閉電池。
5. 前記中間絶縁高分子板は、ポリアミド、ポリイミド、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリビニリデンフルオライドおよびポリビニルフルオライドのいずれかからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の角形密閉電池。

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