JP2009295401A - 円筒型電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一方の電極を兼ねる有底円筒状の電極缶11内に、発電要素(21〜23)が収納されるとともに、当該電極缶の開口13が内方にかしめられることで、封口体(31,32)が絶縁性の樹脂からなる封口ガスケット40aを介して開口に嵌着されて当該電極缶が密封されてなる円筒型電池1aであって、電極缶開口を上方として、前記封口ガスケットは、円形底部41の周囲に円筒側面42を上方に立設させてなる円形カップ状で、前記底部は、中央に円形の開口43が形成されているとともに、上面41bに当該開口との同心円をなす円環状の厚肉部45が前記開口の周縁から前記円筒側面に向かって形成されている。
【選択図】図3
Description
電極缶開口を上方として、前記封口ガスケットは、円盤状の底部の周囲に円筒側面を上方に立設させてなる円形カップ状で、前記底部には中央に円形の開口が形成され、当該底部の上面には、前記開口との同心円をなす円環状の厚肉部が当該開口の周縁を内円として形成されているともに、当該円環状の厚肉部の外円を内円とした円環状の薄肉部が円筒側面まで形成されている円筒型電池としている。
図9に示した従来の円筒型電池1bにおいて、電池缶11をかしめて封口する際に封口ガスケット40に加わる応力の分布を解析した。当該解析には、周知の有限要素法に基づくコンピュータシミュレーション技術を利用した。なお、以下では、円筒型電池1bにおける電池缶11の円筒軸60を上下方向とし、正極端子部12を下方、負極端子を上方として説明する。
上記推測に基づいて、封口ガスケットの形状について考察したところ、図1に示した底部41における応力集中箇所50bの応力を厚肉部に均一に伝達させるとともに、少なくとも開口43の外周44近傍では、円筒側面42から電極缶11の内方に向かって下方に傾斜させないようにすることが必要であると考えた。そして、コンピュータシミュレーションによる解析を重ね、図2に示した側断面形状の封口ガスケット40aを得た。この封口ガスケット40aは、円盤状の底部41の周囲に円筒側面42を上方に立設させてなる円形カップ状で、底部41の中央に円形の開口43が形成されている。そして、当該底部41には、開口43の周縁、すなわち外周44、またはその近傍から円筒側面42に向かって開口43と同心円をなす円環状の厚肉部45が形成されている。そして、その厚肉部45の円環の外円から円筒側面42に至るまで、厚肉部45より薄く一定の厚さの円環状領域(薄肉部)46が形成されている。
上記シミュレーションでは、封口ガスケット40aの底部開口43と同心円をなす円環状の厚肉部45は、厚さが大きくなるほどその外径を小さくできることが分かった。しかし、正極缶11内において、封口ガスケット40aが収容される空間の大きさは限られており、厚肉部45が厚すぎると、厚肉部45の上面41eが封口板32に干渉し、十分に底部41が上方に撓めず、下方に撓んだ状態のままとなる。また、厚肉部45が薄すぎるとその厚肉部45の外径が大きくなるため、厚肉部45が円筒側面42近傍にまで及んでしまう。そうなると、U字状断面をなす負極端子の周縁38を収容するための空間が無くなってしまう。したがって、実用上の見地から、厚肉部45の厚さを最適化する必要がある。
表1の結果において、B/A=2.1では、C/A≦2.8で合格であった。また、B/A=2.2では、C/A≦3.0で合格であった。しかし、実用上は、厚肉部45を薄くしつつ、C/Aの上限値を上げることが望ましい。そこで、封口ガスケット40aの形状についてさらに検討し、底部41の外周にて鉛直方向に立設する円筒側面42が当該底部41を下方から支える構造とすれば、厚肉部45の底面41cが正極缶11の内方に向かって上方に傾斜するための力を補助、あるいは増強できると考えた。そして、図6に示したように、底部41の下面41aを開口43の外周44から円筒側面42に向かって一定の深さDで薄くした領域(以下、減厚部)47を設けた形状の封口ガスケット40bを作成した。そして、その封口ガスケット40bをつかって正極缶11開口をかしめて封口してみた。その結果、減厚部47の深さDを含んだ薄肉部46の厚さAと、同じく当該深さDを含んだ厚肉部45の厚さBとの比をB/A=2.0とするとともにD/A=0.2とした場合、すなわち、減厚部47の深さDを含まない薄肉部46と厚肉部45の厚さをそれぞれa、bとして、a/b=2.25とした場合、C/A≦3.3で合格となった。減厚部47がない封口ガスケット40aでは、B/A=2.2においてC/A≦3.0が合格条件だったので、減厚部47を設けたことによる効果は十分にあり、図6に示したような、減厚部47を設けた封口ガスケット40bとすることがより望ましいと言える。
上述した封口ガスケット(40a、40b)において、厚肉部45は、底部開口43の外周44を内円とした円環状であったが、厚肉部45の内円の位置は、底部開口43の周縁であればよく、厳密に外周44と一致させる必要はない。例えば、図7に示すように、内円48を開口43の外周44より僅かに円筒側面42側にずらした封口ガスケット40cとしてもよい。実際に、図2、および図4に示した封口ガスケット40aにおける合否の境界条件である、B/A=2.2、C/A=3.0を採用するとともに、E/A=0.1となるように内円48の位置をずらした封口ガスケット40cを作成し、この封口ガスケット40cをボビン形リチウム電池に組み込んで同様に評価した。その結果、内円48と開口外周44とが一致する封口ガスケット40aと同様に合格であった。
コンピュータシミュレーションでは、厚肉部45の断面形状を単純な矩形とした場合、すなわち、厚肉部45の厚さを一定にした場合では、厚肉部45が上記応力集中箇所(図1:符号50b)の一部を含むように形成されていることが必要であるということが分かった。その一方で、厚肉部45が上記応力集中箇所50bの一部を含むように形成されていなくても、厚肉部45の形状や形成領域、および体積を調整することで、下方への撓みを抑止できることも分かった。しかし、断面形状が矩形となる形状は、最も単純な形状であり、複雑な断面形状とするより、封口ガスケットの製造コストを安くすることができる。したがって、封口ガスケットは、厚肉部の形成領域では、厚さ一定であるとともに応力集中箇所を含む、という条件を満たしていることが望ましい。
11 電極缶(正極缶)
14 ビーディング部
31 負極端子板
32 封口板
40、40a〜40g 封口ガスケット
41 封口ガスケットの底部
42 封口ガスケット外周の円筒側面
43 封口ガスケットの底部開口
45 厚肉部
46 薄肉部
47 減厚部
Claims (4)
- 一方の電極を兼ねる有底円筒状の電極缶内に、発電要素が収納されるとともに、当該電極缶の開口が内方にかしめられることで、封口体が絶縁性の樹脂からなる封口ガスケットを介して前記開口に嵌着されて前記電極缶が密封されてなる円筒型電池であって、
電極缶開口を上方として、前記封口ガスケットは、円盤状の底部の周囲に円筒側面を上方に立設させてなる円形カップ状で、前記底部には中央に円形の開口が形成され、当該底部の上面には、前記開口との同心円をなす円環状の厚肉部が当該開口の周縁を内円として形成されているともに、当該円環状の厚肉部の外円を内円とした円環状の薄肉部が円筒側面まで形成されている
ことを特徴とする円筒型電池。 - 前記封口ガスケットは、前記厚肉部の厚さが一定であり、前記電極缶に封口体がかしめにより嵌着された状態では、当該厚肉部における底部下面の傾斜が前記円筒側面から前記開口の中央へ向かう方向に水平以上となっていることを特徴とする請求項1に記載の円筒型電池。
- 前記円盤状の底部の下面は、前記開口の周縁から前記円筒側面に向かって所定の深さで厚さが減じられていることを特徴とする請求項2に記載の円筒型電池。
- 前記底部は、前記厚肉部が形成されていない領域の厚さAと、当該厚肉部が形成されている領域の厚さBとの比B/Aが2.0<B/A≦5.0であることを特徴とする請求項2または3に記載の円筒型電池。
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