JP2009224087A - Sealed battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、密閉型電池に関し、特に、渦巻状に巻回された電極体の内部の中空部に筒状のセンターピンが挿入された構造を有する密閉型電池に関する。 The present invention relates to a sealed battery, and more particularly, to a sealed battery having a structure in which a cylindrical center pin is inserted into a hollow portion inside an electrode body wound in a spiral shape.
近年の携帯用機器の普及に伴い、これらの携帯機器の電源として小型、軽量かつ高エネルギー密度の密閉型電池が求められている。密閉型電池の中でも、経済性の観点から、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池等の充放電が可能な二次電池が多く使用されるようになっている。特にリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、他の二次電池よりも軽量かつ高エネルギー密度であるということから、多く使用されるようになっている。 With the spread of portable devices in recent years, compact, lightweight and high energy density sealed batteries are required as power sources for these portable devices. Among sealed batteries, secondary batteries that can be charged and discharged, such as nickel metal hydride storage batteries and lithium ion secondary batteries, are often used from the viewpoint of economy. In particular, non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are used more frequently because they are lighter and have higher energy density than other secondary batteries.
しかしながら、二次電池は、充電時に通常よりも長く電流が供給される過充電状態になったり、誤使用や使用する機器の故障などにより大電流が流れて短絡状態になったりすると、電解液が分解しガスが発生し、このガスの発生によって電池内圧が上昇してしまう。更に、このような過充電あるいは短絡状態が続くと、活物質の急速な分解や前記電解液の燃焼等による発熱により電池温度が急激に上昇し、密閉された二次電池が突然に爆発して使用している機器を破損してしまうことがある。そのため、特に非水電解質二次電池の場合には、従来から防爆用の安全弁を備えたものが使用されている(下記特許文献1及び2参照)。 However, if the secondary battery becomes overcharged, in which current is supplied for a longer time than usual during charging, or if a large current flows due to misuse or failure of the equipment used, the electrolyte solution will The gas is decomposed to generate gas, and the internal pressure of the battery increases due to the generation of this gas. Furthermore, if such an overcharge or short circuit condition continues, the battery temperature rapidly rises due to rapid decomposition of the active material or heat generation due to the combustion of the electrolyte, and the sealed secondary battery suddenly explodes. The device you are using may be damaged. For this reason, in particular, in the case of a nonaqueous electrolyte secondary battery, a battery equipped with an explosion-proof safety valve has been used (see Patent Documents 1 and 2 below).
この安全弁は、機器の破損防止、火災事故防止等の観点から確実に作動させる必要がある。そのため、従来は、下記の特許文献1に示されているように、電池外装缶内に、セパレータを挟んで対向配置された正極板及び負極板が中心に中空部を有する形状に巻回して形成された電極体を配置すると共に、この電極体の中空部に円筒状のセンターピンを配置し、過充電などによって発生したガスを電極体の中空部に配置されたセンターピンを介して安全弁に導くようにしている。このセンターピンは、非水電解質二次電池の内部で発生したガスによる圧力は正極板、負極板及びセパレータの重ね合せ方向に加わるため、中空部がつぶれてガスの通路を塞いでしまわないようにするために設けられているものである。 This safety valve must be reliably operated from the viewpoint of preventing damage to equipment and preventing fire accidents. Therefore, conventionally, as shown in Patent Document 1 below, a positive electrode plate and a negative electrode plate arranged opposite to each other with a separator sandwiched in a battery outer can are wound into a shape having a hollow portion at the center. A cylindrical center pin is disposed in the hollow portion of the electrode body, and gas generated by overcharging or the like is guided to the safety valve via the center pin disposed in the hollow portion of the electrode body. I am doing so. In this center pin, the pressure generated by the gas generated inside the nonaqueous electrolyte secondary battery is applied in the overlapping direction of the positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator, so that the hollow portion is not crushed and the gas passage is not blocked. It is provided to do.
また、センターピンは、コスト及びガス排出効率の面から、通常、金属製の薄板を筒状に丸めて形成される。そのため、センターピンの周方向における薄板の端部同士は接合されず、これらの両端部間にスリットが残されたままになっている。このセンターピンに形成されたスリットは、非水電解質二次電池の内部で発生したガスの通路を確実に確保して安全弁を正常に作動させるようにするだけでなく、非水電解液の流通を良くする役目も果たす。すなわち、非水電解質二次電池の内部では、非水電解液がスリットを通してセンターピンの内外を流通できるので、非水電解質二次電池の内部での電解液の流通性が優れ、イオン交換が円滑に行われるため、電池性能を高めることができる。 The center pin is usually formed by rolling a thin metal plate into a cylindrical shape from the viewpoint of cost and gas discharge efficiency. For this reason, the ends of the thin plates in the circumferential direction of the center pin are not joined to each other, and a slit is left between these both ends. The slit formed in the center pin not only ensures the passage of the gas generated inside the non-aqueous electrolyte secondary battery and operates the safety valve normally, but also allows the non-aqueous electrolyte to flow. Also plays the role of improving. That is, inside the non-aqueous electrolyte secondary battery, the non-aqueous electrolyte can flow inside and outside the center pin through the slit. Therefore, the flow of the electrolyte inside the non-aqueous electrolyte secondary battery is excellent, and ion exchange is smooth. Therefore, battery performance can be improved.
ところが、このような非水電解質二次電池を高いところから落としたり、非水電解質二次電池の上に物を落としたりした場合には、電池外装缶に変形を生じる。このように電池外装缶が変形を受けると、内部に挿設されたセンターピンも変形してしまう場合がある。センターピンが変形すると、スリットを臨む端部が電極体に突き刺さってセパレータを破損させてしまうことがあり、電極体内部で局部的に短絡が生じて過大な短絡電流が流れ、非水電解質二次電池が異常発熱してしまうことがある。 However, when such a nonaqueous electrolyte secondary battery is dropped from a high place or an object is dropped on the nonaqueous electrolyte secondary battery, the battery outer can is deformed. When the battery outer can is thus deformed, the center pin inserted therein may also be deformed. If the center pin is deformed, the end facing the slit may pierce the electrode body and damage the separator, causing a short circuit locally inside the electrode body, causing an excessive short-circuit current to flow, and the non-aqueous electrolyte secondary The battery may overheat.
そこで、下記特許文献2に開示されている発明では、センターピンにおけるスリットを臨む端部をセンターピンの仮想外周より内方に配置させ、外力によってセンターピンが変形した場合であっても、内方に配置されたスリット端部が電極体にダメージを与え難くし、内部短絡を生じさせないようにしている。更に、下記特許文献2には、センターピンの側面に複数の窓部を形成し、電池内部における電解液の流通をより一層向上させるようになした例も示されている。
しかしながら、従来の非水電解質二次電池においては、電極体の中空部に配置されたセンターピンは単に電極体の中空部に挿入されているだけであるため、密封電池の使用中に移動する虞がある。特に、衝撃や振動などを受けると、センターピンは激しく大きく移動して端部分が飛び出してしまう。そのような状態で電極体から引き出されて封口体に接続される集電タブの取り回し経路に不具合があると集電タブの折曲部分に当たり、集電タブの絶縁皮膜を破損させて電気的な短絡を生じさせることがある。集電タブの取り回しの不具合は外装缶を封口体で封止する際に、各部品の寸法バラツキや製造装置のエラー等により、所定の取り回し形状に成形されないことにより生じるものである。 However, in the conventional nonaqueous electrolyte secondary battery, the center pin disposed in the hollow portion of the electrode body is merely inserted into the hollow portion of the electrode body, and thus may move during use of the sealed battery. There is. In particular, when subjected to shock or vibration, the center pin moves greatly and the end portion protrudes. In such a state, if there is a defect in the routing path of the current collector tab that is pulled out of the electrode body and connected to the sealing body, it will hit the bent portion of the current collector tab and damage the insulation film of the current collector tab. May cause a short circuit. The trouble in handling the current collecting tab is caused when the outer can is sealed with the sealing body, because it is not formed into a predetermined handling shape due to a dimensional variation of each part, an error of a manufacturing apparatus, or the like.
また、特に非水電解質二次電池の下部が加熱された場合には、セパレータなどが溶解して溶融物がセンターピンの下部を塞いでしまうことがある。この場合においても、センターピンの周面に形成したスリットによってガスの通気性はある程度保たれる。しかしながら、セパレータの溶解が著しくなると、溶融物によってセンターピンの下部が完全に塞がれ、センターピンのスリットだけの通気では不十分になってしまい、その結果、電池内のガス圧が上昇し、電池が破壊してしまうことがある。 In particular, when the lower part of the non-aqueous electrolyte secondary battery is heated, the separator or the like may dissolve and the melt may block the lower part of the center pin. Even in this case, the gas permeability is maintained to some extent by the slit formed in the peripheral surface of the center pin. However, when dissolution of the separator becomes significant, the lower part of the center pin is completely blocked by the melt, and ventilation with only the slit of the center pin becomes insufficient, resulting in an increase in gas pressure in the battery, The battery may be destroyed.
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、外力を受けても、集電タブがセンターピンによって損傷されることが少なく、電気的な短絡事故などが発生し難く、しかも、セパレータが溶融しても十分な通気性を確保することができるセンターピンを備えた密閉型電池を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and even when an external force is applied, the current collecting tab is rarely damaged by the center pin, and an electrical short-circuit accident or the like is unlikely to occur. An object of the present invention is to provide a sealed battery equipped with a center pin that can ensure sufficient air permeability even when the separator is melted.
前記課題を解決するために、本願発明の密閉型電池は、セパレータを挟んで対向配置された正極板及び負極板が中心に中空部を有する形状に巻回して形成された電極体と、前記中空部に挿入されたセンターピンと、前記電極体を収納する電池外装缶と、前記電池外装缶内のガス圧が規定値を超えた場合にガスを排出する安全弁を兼ねる外部端子を備え、前記電池外装缶の開口部を密閉するための封口板と、前記電極体の最内周側にある一方の電極板に一端が接続され他端が前記外部端子に接続された一方の集電タブと、を備えた密閉型電池において、前記センターピンは金属線材を螺旋状に巻回したコイルバネからなることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a sealed battery according to the present invention includes a positive electrode plate and a negative electrode plate that are arranged to face each other with a separator interposed therebetween, and an electrode body that is formed by winding in a shape having a hollow portion at the center, and the hollow A center pin inserted into the part; a battery outer can that houses the electrode body; and an external terminal that also serves as a safety valve that discharges gas when the gas pressure in the battery outer can exceeds a specified value. A sealing plate for sealing the opening of the can, and one current collecting tab having one end connected to one electrode plate on the innermost peripheral side of the electrode body and the other end connected to the external terminal, In the sealed battery provided, the center pin is formed of a coil spring in which a metal wire is spirally wound.
本発明の密閉型電池においては、電極体の中空部に配置されるセンターピンはコイルバネからなるので、センターピン自体が衝撃を吸収することができる。従って、密閉型電池自体が衝撃や振動などを受けてセンターピンが中空部から飛び出しても、センターピンが集電タブの絶縁被膜を損傷させ難くなるので、電気的な短絡事故が発生し難くなる。また、コイルバネの線間に生じている間隙がコイルバネ状のセンターピンの全周にわたって形成されているので、電極体が外力を受けて変形しても、電池外装缶内部とコイルバネ状のセンターピンの内部との間にガスの通路が確保されている。そのため、コイルバネ状のセンターピンの端部が溶融物によって塞がれても、電池外装缶内に発生するガスは、コイルバネの線間に生じている間隙を介して円滑に安全弁側に流れることができるので、安全弁を確実に作動させることができる。 In the sealed battery of the present invention, since the center pin disposed in the hollow portion of the electrode body is made of a coil spring, the center pin itself can absorb the impact. Therefore, even if the sealed battery itself receives an impact or vibration, and the center pin jumps out of the hollow portion, the center pin is difficult to damage the insulating coating of the current collecting tab, so that an electrical short circuit accident is less likely to occur. . In addition, since the gap formed between the coil spring lines is formed over the entire circumference of the coil spring-shaped center pin, even if the electrode body is deformed by an external force, the inside of the battery outer can and the coil spring-shaped center pin A gas passage is secured between the interior and the interior. Therefore, even if the end of the coil spring-shaped center pin is blocked by the melt, the gas generated in the battery outer can smoothly flows to the safety valve side through the gap formed between the coil spring lines. As a result, the safety valve can be operated reliably.
しかも、このような効果をもたらすセンターピンは金属線材をコイル状に形成するだけのものであるため、高品質の密閉型電池が低コストで得られる。なお、本発明は、非水電解質二次電池、ニッケル水素二次電池等、渦巻状に巻回された電極体の中心部にセンターピンを備えている密閉型電池であれば、等しく適用可能である。 Moreover, since the center pin that brings about such an effect is merely a metal wire formed in a coil shape, a high-quality sealed battery can be obtained at low cost. Note that the present invention is equally applicable to non-aqueous electrolyte secondary batteries, nickel metal hydride secondary batteries, and the like as long as they are sealed batteries having a center pin at the center of a spirally wound electrode body. is there.
また、本発明の密閉型電池においては、前記金属線材はステンレススチールであることを特徴とする。 In the sealed battery of the present invention, the metal wire is stainless steel.
係る態様の密閉型電池においては、センターピンがステンレススチールからなるため、高温で溶融することがなく、耐腐食性にも優れているので長期間にわたって安定的に安全弁を作動させることができるようになる。また、ステンレススチールは、大きな剛性を有するので、電極体が外力を受けて変形してもコイルバネ状のセンターピンの形状を維持することができるため、安全弁を正常に作動させることができるようになる。 In the sealed battery of this aspect, since the center pin is made of stainless steel, it does not melt at high temperatures and has excellent corrosion resistance, so that the safety valve can be stably operated over a long period of time. Become. Since stainless steel has great rigidity, the shape of the coil spring-like center pin can be maintained even if the electrode body is deformed by an external force, so that the safety valve can be operated normally. .
以下、本発明の実施形態を実施例、比較例及び図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための一例として非水電解質二次電池を例示するものであって、本発明をこの実施の形態に特定することを意図するものでなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to Examples, Comparative Examples, and the drawings. However, the examples shown below illustrate a nonaqueous electrolyte secondary battery as an example for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is intended to be specified in this embodiment. The present invention is equally applicable to other embodiments within the scope of the claims.
なお、図1は実施例における密閉型電池としての円筒形の非水電解質二次電池を縦方向に切断して示す斜視図である。図2Aは図1におけるセンターピンを示す正面図であり、図2Bは図2の部分拡大断面図である。図3は比較例における密閉型電池としての円筒形の非水電解質二次電池を縦方向に切断して示す斜視図である。図4は正極集電タブの不具合な取り回し経路の例を示す拡大断面図である。図5は正極集電タブの正常な取り回し経路の例を示す拡大断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery as a sealed battery in the embodiment cut in the vertical direction. 2A is a front view showing the center pin in FIG. 1, and FIG. 2B is a partially enlarged sectional view of FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery as a sealed battery in a comparative example cut in the vertical direction. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a defective routing path of the positive electrode current collecting tab. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a normal routing path of the positive electrode current collecting tab.
[実施例の電池の製造]
実施例の非水電解質二次電池10Aは、図1に示したように、正極板11と負極板12とがセパレータ13を介して渦巻状に巻回された電極体14が用いられており、この電極体14の中心には中空部14aが形成されている。電極体14は、上下にそれぞれ絶縁板15及び16が配置され、負極端子を兼ねる有底で円筒形の電池外装缶17の内部に収容されている。この電池外装缶17は表面にニッケルめっきをした鉄製のものが使用されている。
[Manufacture of Battery of Example]
As shown in FIG. 1, the nonaqueous electrolyte secondary battery 10 </ b> A of the example uses an
絶縁板15及び16は中央部分が中空部14aの開口と同一形状に切り欠かれている。そして、負極板12の集電タブ12aが電池外装缶17の内側底部に溶接され、正極板11の集電タブ11aは、絶縁板15に形成された透孔15aを通して安全弁18を兼ねる正極端子19の底板部に溶接されている。そして、電池外装缶17の内部には図示しない非水電解質が注入されており、電池外装缶17の開口部は安全弁18を兼ねる正極端子19によって密閉されている。
The insulating
正極板11の作製方法の一例を示すと次のとおりである。まず、正極活物質としてリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物:コバルト酸リチウム=1:9(質量比)の割合となるように秤量し、正極導電剤としてのカーボン、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)粉末とを、正極活物質:カーボン:PVdF=94:3:3の質量比でN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に投入、混練してスラリーを調製する。このスラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔製の芯体の両面にドクターブレード法により塗布した後、乾燥させて、正極集電体の両面に正極活物質層を形成する。その後、圧縮ローラを用いて圧縮して正極板11を作製する。作製された正極板11は例えば長さ700mm、幅55mm、厚さ100μmである。
An example of a method for producing the
また、負極板12の作製方法の一例を示すと次のとおりである。まず、負極活物質としての黒鉛粉末と、結着剤としてスチレンブタジエンゴム(SBR)(スチレン:ブタジエン=1:1)のディスパージョンを水に分散させ、更に、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を添加して負極活物質合剤スラリーを調製する。なお、この負極活物質合剤スラリーの乾燥質量比は、例えば黒鉛:SBR:CMC=95:3:2となるように調製する。この負極活物質合剤スラリーを厚みが10μmの銅箔製の芯体の両面にドクターブレード法により塗布し、乾燥した後、圧縮ローラで圧縮して負極板12を作製する。作製された負極板12は例えば長さ750mm、幅57mm、厚さ75μmである。
An example of a method for producing the
電解質の作製方法の一例としては、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)とジメチルカーボネート(DMC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とをそれぞれ15:10:65:10(体積比、20℃)となるように混合した混合溶媒にLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解し、次いで、ビニレンカーボネート(VC)を2質量%、フェニルシクロヘキサンを2質量%となるように添加して非水電解液とする。 As an example of the method for producing the electrolyte, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC) are each 15: 10: 65: 10 (volume ratio, 20 ° C.). LiPF 6 was dissolved in the mixed solvent so as to be 1 mol / liter, and then vinylene carbonate (VC) was added in an amount of 2% by mass and phenylcyclohexane was added in an amount of 2% by mass. Use electrolyte.
渦巻状に巻回された電極体14は具体的には以下の方法によって作製される。まず、正極板11と負極板12をポリエチレン製微多孔膜のセパレータ13を挟んで互いに絶縁した状態で重ね合わせ、巻き芯部材(図示せず)に巻き付ける。ここで、重ね合わせた状態では最下層と最上層とにセパレータ13が配された状態になっている。セパレータ13は正極板11と負極板12よりも長く幅も広い。一方、負極板12は正極板11よりも幅広になっている。
Specifically, the
正極板11の巻き始め部分にはアルミニウム製の集電タブ11aの一端が溶接されている。負極板12の巻き終わり部分には同じくニッケル製の集電タブ12aの一端が溶接されている。集電タブ11a、12aは、可撓性の平板であり、表面は、両端の溶接部分を除いて、絶縁被膜で覆われている。また、渦巻状に巻回された電極体14は巻回状態が維持されるように最外周を絶縁テープで止められている。更に、巻き芯部材を取り外し、渦巻状に巻回された電極体14を底部に中央に開口が形成された絶縁板16を当接しながら円筒状の電池外装缶17内に挿入し、この電極体14から巻き心部材を取り外したことにより生じた中空部14aを介して負極集電タブ12aを電池外装缶17の内面中央部に溶接する。
One end of an aluminum
次いで、実施例のセンターピンとして、図2A及び図2Bに示したようなコイルバネ状のセンターピン20aを用意する。このコイルバネ状のセンターピン20aは、長さが渦巻状に巻回された電極体14と同程度とし、太さは中空部14aにスムーズに挿入できる程度の直径とする。コイルバネ状のセンターピン20aを構成する線材は、直径が0.2〜0.5mm程度、500〜600℃ないしそれ以上の高温でも溶解しないステンレススチールのような金属線材を用いる。センターピン20aのピッチは、中空部14aに配された状態で線間に間隙を生ずるように設定されている。ここではコイルバネ状のセンターピン20aとして、例えば、自由高さ59.2mm、直径3mm、材料の直径0.33mm、バネの間隔0.1mmのステンレススチール製のものを用いた。
Next, a coil spring-shaped
ここでは、コイルバネ状のセンターピン20aを、センターピン20aの下端開口部を被覆する程度の一定面積のセパレータ(図示せず)を貼り付け、この貼り付けたセパレータが電池外装缶17の内側底部に当接するように、渦巻状に巻回された電極体14の中空部14a内に挿入した。なお、このコイルバネ状のセンターピン20aの下端に貼り付けたセパレータは、本発明の効果を確認するためにセンターピン20aの下端が詰まりやすい状態とするために設けられたものであり、本来の非水電解質二次電池10Aの構成としては不要である。
Here, a coil spring-shaped
更に、渦巻状に巻回された電極体14の上部に中央に開口が形成された絶縁板15を当接し、この絶縁板15の開口に正極集電タブ11aを通し、正極集電タブ11aの先端を安全弁18を兼ねる正極端子19に溶接する。ここでは、コイルバネ状のセンターピン20aの効果を確認するため、正極集電タブ11aを渦巻状に巻回された電極体14の最内周側から図4に示したように、絶縁板15の開口15aを経て電極体14の中空部14a側に屈曲するように配置した。なお、この部分の正常な形状は図5に示すように、電極体14の最内周側から絶縁板15の開口15aを経て電極体14の外周方向に屈曲するように形成される。
Further, an insulating
次いで、所定量の非水電解質を電池外装缶17内に注入した後、安全弁18を兼ねる正極端子19の周囲に絶縁ガスケット21を当接して正極端子19と電池外装缶17との間を電気的に絶縁し、電池外装缶17の先端部を加締めることによって実施例の密閉型電池としての非水電解質二次電池10Aを得た。なお、安全弁18は、非水電解質二次電池10Aの内部でガスが発生して電池内部の圧力が規定値を超えた場合、ガスを非水電解質二次電池10Aの外部に排出するために設けられたものである。また、この実施例の非水電解質二次電池10Aのサイズは、直径18mm、高さ65mmであり、設計容量は2800mAhである。
Next, after injecting a predetermined amount of nonaqueous electrolyte into the battery outer can 17, an insulating
[比較例の電池の製造]
比較例の密閉型電池としての非水電解質二次電池10Bは、図3に示すように、センターピン20bとして、長さ60mm、外径3mm、厚さ0.35mmのステンレススチール製の中空パイプを用意し、このセンターピン20bを実施例のコイルバネ状のセンターピン20aに換えて用いた他は実施例の非水電解質二次電池10Aと同様に作製した。この比較例の非水電解質二次電池10Bにおいても、センターピン20bの効果を確認するため、センターピン20bの下端には開口部を被覆する程度の一定面積のセパレータが貼り付けられており、また、正極集電タブ11aを渦巻状に巻回された電極体14の最内周側から、図4に示したように、絶縁板15の開口15aを経て電極体中空部14a側に屈曲するように配置してある。
[Manufacture of Comparative Battery]
As shown in FIG. 3, a nonaqueous electrolyte
[加熱試験]
上述のようにして作製された実施例の非水電解質二次電池10A及び比較例の非水電解質二次電池10Aのそれぞれ20個について、電池電圧が4.2Vとなるまで1It=2800mAの定電流で充電し、電池電圧が4.2Vに達した後は4.2Vの定電圧で電流値が1/50It=56mAになるまで充電し、それぞれ満充電状態の非水電解質二次電池10A及び10Bを得た。これらの満充電状態の非水電解質二次電池10A及び10Bをそれぞれ10個ずつ、ホットプレート上に縦に載置し、ホットプレートを300℃に加熱し、燃焼ないし破裂するか否かについて調べた、結果をまとめて表1に示した。
[Heating test]
For each of the 20 non-aqueous electrolyte
表1中における数値は、(破裂した電池個数/試験に供した電池個数)を示す。表1に示すように、比較例では10個中1個の割合で破裂ないし燃焼が発生したが、本発明の実施例によれば1個も生じていない。このような差異が生じる原因は、従来例ではセンターピン10bの下端が溶融したセパレータによって閉鎖されると、渦巻状に巻回された電極体14の内部で発生したガスがセンターピン20b内に浸入できないので、安全弁18に電池内部の圧力が伝達されず、安全弁18が正常に作動しないものが存在したためであると推定される。それに対し、実施例の非水電解質二次電池10Aは、コイルバネ状のセンターピン20aを用いたため、コイルバネ状のセンターピン20aの下端が溶融したセパレータで閉鎖されてもコイルバネの線間の間隙がガスの流路となるので、渦巻状に巻回された電極体14の内部で発生したガスはコイルバネ状のセンターピン20a中に侵入できるため、安全弁18はガス圧に応じて正常に作動するようになる。
[振動試験]
The numerical values in Table 1 indicate (number of ruptured batteries / number of batteries subjected to test). As shown in Table 1, in the comparative example, bursting or combustion occurred at a rate of 1 out of 10 but according to the example of the present invention, none occurred. In the conventional example, the difference is caused when the lower end of the center pin 10b is closed by the melted separator, and the gas generated inside the spirally
[Vibration test]
次に、衝撃や振動などの外力を受けた場合の電池の挙動について確認するため、実施例の非水電解質二次電池10A及び比較例の非水電解質二次電池10Bに対して振動試験を行った。上述の加熱試験で採用されたものと同様にして満充電状態とした実施例の非水電解質二次電池10A及び比較例の非水電解質二次電池10Bを、それぞれ10個ずつ、振動試験機に固定し、所定の振動を所定時間負荷し、その後に電池の電圧及び内部抵抗を測定して電気的な内部短絡の有無を測定した。
Next, in order to confirm the behavior of the battery when subjected to an external force such as impact or vibration, a vibration test was performed on the nonaqueous electrolyte
なお、振動は、電池の高さと平行な方向と直角な方向の2方向について、夫々振動の振幅を2mm、周期を10Hzから55Hzまで上げ、更に55Hzから10Hzまで下げ、この掃引速度を1Hz/分として90〜100分間にわたって行なった。結果をまとめて表2に示した。 In addition, for vibration, the vibration amplitude is increased by 2 mm, the period is increased from 10 Hz to 55 Hz, and further decreased from 55 Hz to 10 Hz, and the sweep speed is reduced to 1 Hz / min in two directions perpendicular to the height of the battery. As 90 to 100 minutes. The results are summarized in Table 2.
表2中における数値は、(短絡した電池個数/試験に供した電池個数)を示す。表に示すように、比較例では10個中1個の割合で短絡が発生したが、本発明の実施例によれば1個も生じていない。このような差異が生じる原因は、従来例では振動中にセンターピン20bが移動して正極11の集電タブ11aと何度も接触し、集電タブ11aの表面に形成されている絶縁テープを破壊ないし集電タブ11a自体を突き破ってしまうため、短絡が生じたものと思われる。それに対し、実施例で使用したコイルバネ状のセンターピン20aは、弾性があるため、振動中に移動して正極11の集電タブ11aと何度も接触することがあっても、コイルバネ状のセンターピン20aが変形して衝撃を吸収するので、集電タブ11aの表面に形成されている絶縁テープを破壊することがなく、かつ、集電タブ11a自体を突き破ることがないためであると思われる。
The numerical values in Table 2 indicate (number of short-circuited batteries / number of batteries subjected to test). As shown in the table, in the comparative example, a short circuit occurred at a rate of 1 out of 10, but according to the example of the present invention, no short circuit occurred. The reason for this difference is that in the conventional example, the
従って、本発明の密閉型電池においては、密閉型電池自体が衝撃や振動などを受けてセンターピン20aが中空部から飛び出すようなことがあっても、センターピン20aが正極の集電タブ11aの絶縁被膜を損傷させ難くなるので、電気的な短絡事故が発生し難くなる。また、センターピン20aにおいては、コイルバネの線間に生じている間隙がコイルバネ状のセンターピンの全周にわたって形成されているので、渦巻状に巻回された電極体14が外力を受けて変形しても、電池外装缶17の内部とコイルバネ状のセンターピンの内部との間にガスの通路が確保されている。そのため、コイルバネ状のセンターピン20aの端部が溶融物によって塞がれても、電池外装缶17内に発生するガスは、コイルバネの線間に生じている間隙を介して円滑に安全弁18に流れることができるので、安全弁18を確実に作動させることができる。しかも、このような効果をもたらすセンターピンは金属線材をコイル状に形成するだけのものであるため、高品質の密閉型電池10Aが低コストで得られるようになる。
Therefore, in the sealed battery of the present invention, even if the sealed battery itself receives impact, vibration, or the like and the
上記実施例では、負極12も集電タブ12aを備え、この集電タブ12aを電池外装缶17の内側底部に溶接した例を示したが、この集電タブ12は電池外装缶12との間の電気的接続が確実に取れれば電池外装缶17の何処に溶接してもよく、或いは最外周側の電極が直接電池外装缶17と接触するように形成してもよい。更に、本発明の実施例においては、正極11が内周側に、負極12が外周側にある渦巻状に巻回された電極体14の場合について述べたが、正極11と負極12との配置を逆にしても同様の作用の効果を奏する。
In the above embodiment, the
10A、10B:非水電解質二次電池 11:正極板 11a:集電タブ 12:負極板 12a:集電タブ 13:セパレータ 14:渦巻状の電極体 14a:中空部 15、16:絶縁板 17:電池外装缶 18:安全弁 19正極端子 20a、20b:センターピン 21:絶縁ガスケット
10A, 10B: Nonaqueous electrolyte secondary battery 11:
Claims (2)
前記センターピンは金属線材を螺旋状に巻回したコイルバネからなることを特徴とする密閉型電池。 An electrode body formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate opposed to each other with a separator in a shape having a hollow portion at the center, a center pin inserted in the hollow portion, and a battery exterior housing the electrode body A can, an external terminal also serving as a safety valve for discharging gas when the gas pressure in the battery outer can exceeds a specified value, and the external terminal is electrically insulated from the opening of the battery outer can A sealed battery comprising: an insulating member for sealing; and one current collecting tab having one end connected to one electrode plate on the innermost peripheral side of the electrode body and the other end connected to the external terminal In
The center pin comprises a coil spring in which a metal wire is spirally wound.
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CN110168772A (en) * | 2017-08-29 | 2019-08-23 | 株式会社Lg化学 | Pouch-typed secondary battery including air discharge guide device |
CN111602278A (en) * | 2018-03-23 | 2020-08-28 | 重庆金康新能源汽车有限公司 | Battery cell for an electric vehicle battery pack |
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CN110168772B (en) * | 2017-08-29 | 2021-11-09 | 株式会社Lg化学 | Pouch-shaped secondary battery including exhaust gas guide device |
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