JP2009295489A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池に短絡が発生した場合に、電池温度の上昇を抑制し、電池の安全性を高める。
【解決手段】上部開口を有する電池ケースと、電極群と、電解質と、電極群および電解質を収容した電池ケースの上部開口を覆う封口板とを含み、電極群は、第１電極、第２電極およびこれらの間に介在するセパレータを含み、第１電極と封口板とが第１リードで接続されており、第２電極と電池ケースの所定面とが第２リードで接続されており、第２リードは、前記所定面に隣接する湾曲面に沿って配置された屈曲部を有し、屈曲部が、湾曲面と接触している電池。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池の電極と端子との接続構造に関し、具体的には電池の安全性を高めるリードの構造に関する。

リチウム二次電池、アルカリ蓄電池などの化学電池は、軽量で、高エネルギー密度を有することから、ポータブル機器を中心に電源として実用化されている。なかでも、底部と側部と上部開口とを有する円筒型または角型の電池ケースと、電極群と、電解質と、これらを収容した電池ケースの上部開口を覆う封口板とを含む電池構造が主流となっている。電極群は、正極、負極およびこれらの間に介在するセパレータを含む。正極と負極とは、セパレータを介して、捲回または積層されている。セパレータは、正極と負極とを電気的に絶縁し、さらに電解質を保持する役目を有する。

円筒型電池の場合、正極と封口板とが正極リードで接続され、負極と電池ケースの底部内面とが負極リードで接続されることが多い。負極リードの一端は、電極群の最外周に接続され、他端は、電池ケースの底部内面に接続される。後者の接続を容易にするために、負極リードは、電極群の端面（電池ケースの底部側）に向かってほぼ垂直に折り曲げられ、その後、電極群とともに電池ケースに挿入される。これにより、負極リードの他端は、電池ケースの底部内面に当接される。

図１は、従来の円筒型リチウム二次電池の縦断面図である。
この電池は、捲回式の電極群４を具備する。電極群４は、正極１と、正極１と対向する負極２と、これらの間に介在し正極１と負極２との接触を防ぐ多孔質のセパレータ３とで構成されている。セパレータ３には、リチウムイオン伝導性を有する電解質が含浸されている。電極群４は、上部絶縁板１５ａおよび下部絶縁板１５ｂにより挟まれた状態で、電解質とともに、鉄製の電池ケース６の内部に収容されている。電池ケース６は、底部と側部と上部開口とを有し、上部開口はガスケット９を介して封口板７で封口されている。

正極１と負極２には、それぞれ正極リード１０１および負極リード２０１の一端が接続されている。正極リード１０１の他端は、封口板の裏面に溶接されている。負極リード２０１の他端は、電池ケースの底部内面に溶接されている。負極リード２０１は、電極群４の周面から底面に向かってほぼ９０度に折り曲げられている。

図２に、電池ケースの側部内面と底部内面との境界部付近の拡大図を示す。
電極群４の底面には、底部絶縁板１５ｂが配置されるため、負極リード２０１の他端は、下部絶縁板１５ｂと電池ケース６の底部との間に挟まれた状態となる。通常、電極群４の底面よりも下部絶縁板１５ｂの直径は小さくなっている。そのため、負極リード２０１は、電極群４の底面端部で一旦折り曲げられ、底部絶縁板１５ｂの端部で更に折り曲げられる。よって、電池ケースの側部内面と底部内面との境界部と、負極リード２０１との間には空間が存在し、負極リードと境界部との間に接触は見られない。

上記のように、負極リードが電極群の周面から底面に向かってほぼ９０度に折り曲げられる場合、電極群の底面から突出するセパレータ端部の座屈が原因で負極リードが過度に屈曲し、負極リードが損傷する場合がある。その結果、正極および負極にも負荷がかかり、電極が損傷を受ける。そこで、負極リードの屈曲部の曲率半径を、電池ケースの側部内面と底面内面との境界部の曲率半径よりも大きくすることが提案されている（特許文献１）。この場合、負極リードの損傷は回避できると考えられるが、屈曲部と境界部の形状とが対応しておらず、負極リードと境界部との間には空間が形成される。

上記のような構造の負極リードは、耐食性や化学的安定性の観点から、一般にニッケルで構成されている。ニッケルは、比較的比抵抗が大きい（６．８４μΩ・ｍ）ため、過剰な電流が流れると、発熱しやすい。例えば、電池ケースと封口板との間で短絡が発生した場合、負極リードに短絡電流が流れ、負極リードが発熱する。この熱によって、電池が発熱し、過熱に至る可能性がある。そこで、短絡電流が流れた場合の集電リードの発熱を抑制する観点から、比抵抗の小さい銅を集電リードに用いることが提案されている（特許文献２）。
特開平９―４５３６０号公報 特開平１１―８６８６８号公報

電池の高容量化および高出力化に対する要望は大きく、短絡電流が原因となる過熱は、将来の大きな懸念材料である。しかし、集電リードとして銅を用いると、電池ケースと集電リードとの溶接および負極と集電リードとの溶接が困難となり、過放電時の耐食性も劣化する。

集電リードの幅を広くしたり、厚みを厚くしたりすることにより、集電リードの抵抗を低くし、短絡時の発熱量を少なくすることも考えられる。しかし、集電リードの体積が大きくなったり、集電リードからの押圧により電極群断面の真円度が低くなったりして、電池の高容量化が困難になる。よって、短絡発生時の発熱量が大きくなる高容量かつ高出力の電池には、幅広または厚みの大きな集電リードを適用できない。

上記を鑑み、本発明は、短絡が生じた場合に、集電リードの発熱を抑制し、安全性の高い電池を提供することを目的とする。
本発明は、上部開口を有する電池ケースと、電極群と、電解質と、電極群および電解質を収容した電池ケースの上部開口を覆う封口板とを含み、電極群は、第１電極、第２電極および第１電極と第２電極との間に介在するセパレータを含み、第１電極と封口板とが第１リードで接続されており、第２電極と電池ケースの所定面とが第２リードで接続されており、第２リードは、前記所定面に隣接する湾曲面に沿って配置された屈曲部（リード屈曲部）を有し、リード屈曲部が、前記湾曲面と接触している電池に関する。
本発明の好ましい一態様は、底部と側部と上部開口とを有する円筒型または角型の電池ケースと、電極群と、電解質と、電極群および電解質を収容した電池ケースの上部開口を覆う封口板とを含み、電極群は、第１電極、第２電極および第１電極と第２電極との間に介在するセパレータを含み、第１電極と封口板とが第１リードで接続されており、第２電極と前記底部内面とが第２リードで接続されており、第２リードは、前記側部内面と前記底部内面との境界部の形状に沿って配置された屈曲部（リード屈曲部）を有し、リード屈曲部が、前記境界部と接触している電池に関する。この場合、第２リードが接続される所定面は、電池ケースの底部内面に相当する。ただし、第２リードが接続される所定面は、電池ケースの底部内面に限らず、電池ケースの形状等によって変化する場合がある。

ここで、リード屈曲部の前記湾曲部もしくは境界部側（凸側）の曲率半径は、２５０〜５００μｍであることが好ましい。
リード屈曲部の前記湾曲部もしくは境界部側の曲率半径ｒと、電池ケースの前記湾曲部もしくは境界部の曲率半径Ｒとは、０．８≦ｒ／Ｒ≦１を満たすことが好ましく、ｒ＝Ｒであることが好ましい。これにより、第２リードと電池ケースとの接触面積が更に大きくなり、電池の安全性が更に向上する。

電池ケースの底部内面側における電極群の端面と、前記底部内面との間に、絶縁板が配置されている場合、絶縁板が、リード屈曲部を前記境界部に押し付ける押圧部を有することが好ましい。これにより、第２リードと電池ケースとの接触状態を安定させることができ、電池の安全性が更に向上する。

本発明によれば、短絡発生時に最も発熱しやすい集電リードの屈曲部において、発生した熱を効率よく電池ケースに放出することができる。よって、電池の安全性が向上する。本発明は、高出力かつ高エネルギー密度を有するリチウム二次電池に適用した場合に、特に大きな効果を発揮する。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明するが、以下の記載内容は本発明を限定するものではない。なお、図１の構成と同一もしくは対応する構成には、同一符号を付して説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る電池の要部拡大図である。
この電池は、要部以外、図１と同様の構造を有する。すなわち、電池ケース６は、底部と側部と上部開口とを有し、円筒型または角型の形状を有する。電池ケース６の内部には、電極群４および電解質が収容されており、電極群４および電解質を収容した電池ケースの上部開口は封口板で覆われている。電極群４は、第１電極１、第２電極２および第１電極と第２電極との間に介在するセパレータ３を含む。第１電極１は第１リードにより封口板と接続されており、第２電極２は第２リード２０１により電池ケースの底部内面と接続されている。電極群４の底面と電池ケース６の底部内面との間には、底部絶縁板１５ｂが配置されている。第１リードと封口板との接続および第２リード２０１と電池ケースの底部内面との接続は、例えば溶接による接合により行われる。

第２リード２０１は、電池ケース６の側部内面と底部内面との境界部の形状に沿って配置されている。第２リード２０１の屈曲部において、ケース境界部側の全面と、前記境界部の全面とが面接触している。ただし、リード屈曲部の境界部側の全面と、境界部の全面とが面接触している必要はなく、リード屈曲部の境界部側の一部と、境界部の一部とが接触しているだけでもよい。
ここで、境界部とは、電池ケースの側部内面と底部内面との間の屈曲している領域をいう。また、面接触とは、例えば境界部のリード屈曲部との対向面のうち７０％以上の領域が、リード屈曲部と接触している状態をいう。

リード屈曲部の境界部側の曲率半径ｒは、特に限定されないが、例えば２５０〜５００μｍであることが好ましい。このような範囲であれば、リード屈曲部の境界部側と境界部との十分な接触を確保することが容易である。

リード屈曲部の境界部側の曲率半径ｒと、境界部の曲率半径Ｒとは、０．８≦ｒ／Ｒ≦１を満たすことが好ましく、ｒ＝Ｒであることが好ましい。ｒ＝Ｒである場合、図３に示すように、リード屈曲部の境界部側の全面と境界部の全面とを面接触させることが容易である。
なお、曲率半径ｒもしくはＲは、図３に示すような電池の縦断面図において、最も曲率の高い位置で定義される。ただし、境界部の曲率は、通常一定であり、曲率半径は、事実上、一義的に決定される。

第２電極が負極である場合、第２リードの材質は、ニッケル、ニッケル合金などであることが好ましい。
第２電極が正極である場合、第２リードの材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼などであることが好ましい。

第２リードの形状は、帯状もしくはストリップ（stripe）状であり、幅２〜５ｍｍ、厚さ３０〜２００μｍであることが好ましい。幅が大きくなりすぎると、円筒型電池の場合には、屈曲部の境界部側と境界部とを、十分な面積で接触させることが困難になる場合がある。

上記のような構造であれば、内部短絡もしくは外部短絡が発生し、第２リードに過剰電流が流れ、第２リードが発熱した場合に、熱が速やかに電池ケース６に放熱される。よって、電池が高温になるのを防ぐことができる。
なお、リード屈曲部の境界部側は、樹脂テープなどで保護してもよい。すなわち、リード屈曲部の境界部側と、境界部との接触は、樹脂テープ（一般的にはポリオレフィン製のテープ）などを介在させた間接的な接触であってもよい。このような場合でも、第２リードに過剰電流が流れた場合には、リードの発熱により容易にテープが溶融し、リード屈曲部と境界部との直接的な接触が達成される。ただし、発明の効果を十分に確保する観点からは、第２リード２０１を樹脂テープなどで保護することなく、屈曲部の境界部側を境界部に直接接触させることが好ましい。
上記構成によれば、特に高出力で高エネルギー密度を有する電池（例えばリチウム二次電池）を構成した場合、従来と比較して高い安全性を確保することができる。

図４は、本発明の別の一実施形態に係る電池の要部拡大図である。
電極群４の底面と電池ケース６の底部内面との間には、底部絶縁板８が配置されている。底部絶縁板８は、第２リード２０１の屈曲部を、電池ケース６の側部内面と底部内面との境界部に押し付ける押圧部８０１を有する。押圧部８０１は、底部絶縁板８の外周部に設けることが好ましい。例えば、底部絶縁板８の直径Ｄを、電極群４の底面の直径ｄと同程度の直径とすることにより、押圧部８０１を底部絶縁板８の周縁部として設けることができる。このとき、直径Ｄと直径ｄは、０．９５≦Ｄ／ｄ≦１．０５を満たすことが好ましい。
押圧部８０１は、底部絶縁板８の第２リードと対向する位置だけに、タブ状に設けることもできる。

下部絶縁板８が押圧部８０１を有する場合、押圧部８０１からの圧力により、リード屈曲部の境界部側を境界部とほぼ同じ曲面に維持することができ、接触を確実に確保することができる。また、第２リードの屈曲部をしっかりと境界部に固定することができる。よって、第２リードと電池ケースとの接触状態が安定し、安全性の確保も安定化する。

次に、本発明の電池の一般的な構成について、リチウム二次電池を例にとって説明する。
正極１は、正極集電体１ａと正極活物質層１ｂからなる。正極活物質層１ｂは、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、Ｌｉ₂ＭｎＯ₄などのリチウム含有複合酸化物またはこれらをベースとする変性物を正極活物質として含む。正極活物質としては、上記以外に、ＬｉＭＰＯ₄（Ｍ＝Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）の一般式で表されるオリビン型リン酸リチウム、Ｌｉ₂ＭＰＯ₄Ｆ（Ｍ＝Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）の一般式で表されるフルオロリン酸リチウムなども利用可能である。さらに、これらの一部元素を異種元素で置換してもよい。金属酸化物、リチウム酸化物、導電剤などで、正極活物質を表面処理してもよく、表面を疎水化処理してもよい。

正極活物質層１ｂは、任意成分として、導電剤、結着剤などを含む。
導電剤としては、天然黒鉛や人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウムなどの金属粉末類、酸化亜鉛やチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、フェニレン誘導体などの有機導電性材料を用いることができる。

正極の結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースなどを使用可能である。また、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエンより選択された２種以上の材料の共重合体を用いてもよい。

正極集電体１ａには、アルミニウム（Ａｌ）、炭素、導電性樹脂などが使用可能である。正極集電体はカーボンなどで表面処理してもよい。

負極２は、負極集電体２ａと負極活物質層２ｂからなる。負極活物質層２ｂは、天然黒鉛、人造黒鉛などの炭素材料、Ｓｉを含む物質（Ｓｉ単体、Ｓｉ合金、ＳｉＯ_x（０＜ｘ＜２）など）、Ｓｎを含む物質（Ｓｎ単体、Ｓｎ合金、ＳｎＯなど）、リチウム金属などを負極活物質として含む。リチウム金属は、リチウム単体でもよく、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇなどを含むリチウム合金でもよい。

負極活物質層２ｂは、任意成分として、導電剤、結着剤などを含むことができる。負極に含ませる結着剤や導電剤としては、例えば既に正極用に例示したものを用いることができる。

負極集電体２ａには、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンなどの金属箔、炭素や導電性樹脂の薄膜などが用いられる。負極集電体は、カーボン、ニッケル、チタンなどで表面処理を施してもよい。

非水電解質には、有機溶媒に溶質を溶解した溶液や、これらを含み高分子で非流動化されたポリマー電解質を適用可能である。溶液を用いる場合には、正極１と負極２との間にセパレータ３を介在させることが望ましい。セパレータには、不織布や微多孔膜が用いられる。不織布や微多孔膜の材質には、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、アミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミドなどが用いられる。セパレータの内部あるいは表面に、アルミナ、マグネシア、シリカ、チタニアなどの耐熱性フィラーを含ませてもよい。セパレータとは別に、耐熱性フィラーと結着剤とを含む耐熱層を正極と負極との間に設けてもよい。

非水電解質に用いる溶質としては、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮＣＦ₃ＣＯ₂、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢ₁₀Ｃｌ₁₀、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランリチウム、ビス（１，２−ベンゼンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，３−ナフタレンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，２’−ビフェニルジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（５−フルオロ−２−オレート−１−ベンゼンスルホン酸−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウムなどのホウ酸塩類、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂ＮＬｉ、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）（Ｃ₄Ｆ₉ＳＯ₂）、（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂ＮＬｉ、テトラフェニルホウ酸リチウムなどを適用できる。

有機溶媒には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシメタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジエトキシエタン、１，２−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、トリメトキシメタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなどのテトラヒドロフラン誘導体、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソランなどのジオキソラン誘導体、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、スルホラン、３−メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、エチルエーテル、ジエチルエーテル、１，３−プロパンサルトン、アニソール、フルオロベンゼンなどを、単独で、または２種以上を混合して適用できる。

非水電解質には、更に、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、ジアリルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、カテコールカーボネート、酢酸ビニル、エチレンサルファイト、プロパンサルトン、トリフルオロプロピレンカーボネート、ジベニゾフラン、２，４−ジフルオロアニソール、ｏ−ターフェニル、ｍ−ターフェニルなどの添加剤を含ませてもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、ここで述べる内容は本発明の例示に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。

《実施例１》
（ａ）正極の作製
正極活物質であるコバルト酸リチウム３ｋｇと、正極結着剤である呉羽化学（株）製の「＃１３２０（商品名）」（ＰＶＤＦを１２重量％含むＮＭＰ溶液）１ｋｇと、導電剤であるアセチレンブラック９０ｇと、適量のＮＭＰとを、双腕式練合機で攪拌し、正極合剤スラリーを調製した。このスラリーを正極集電体である厚み１５μｍのアルミニウム箔の両面に、正極リードの接続部を除いて塗布し、乾燥させた。乾燥後の塗膜をローラで圧延して、正極合剤層を形成した。この際、アルミニウム箔および正極合剤層からなる極板の厚みを１６０μｍに制御した。その後、円筒型電池（直径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍ）の電池缶に挿入可能な幅に極板を裁断し、正極を得た。

（ｂ）負極の作製
負極活物質である人造黒鉛３ｋｇと、負極結着剤である日本ゼオン（株）製の「ＢＭ−４００Ｂ（商品名）」（スチレン−ブタジエン共重合体の変性体を４０重量％含む水性分散液）７５ｇと、増粘剤であるＣＭＣを３０ｇと、適量の水とを、双腕式練合機で攪拌し、負極合剤スラリーを調製した。このスラリーを負極集電体である厚さ１０μｍの銅箔の両面に、負極リード接続部を除いて塗布し、乾燥させた。乾燥後の塗膜をローラで圧延して、負極合剤層を形成した。この際、銅箔および負極合剤層からなる極板の厚みを１８０μｍに制御した。その後、上述した電池缶に挿入可能な幅に極板を裁断し、負極を得た。

（ｃ）非水電解質の調製
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３：７で含む非水溶媒の混合物に、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた。得られた溶液１００重量部あたり、ビニレンカーボネート（ＶＣ）を３重量部添加し、非水電解質の溶液を得た。

（ｄ）電池の作製
以下の要領で円筒型電池を作製した。
まず、正極および負極のリード接続部に、それぞれアルミニウムからなる幅３mm、厚さ１００μｍの正極リードおよびニッケルからなる幅３mm、厚さ１００μｍの負極リードの一端を接続した。その後、正極と負極とを厚み２０μｍのポリエチレンからなる微多孔質膜（旭化成（株）製）を介して捲回し、円柱状の電極群（底面の直径ｄ＝１７．３ｍｍ）を構成した。

次に、電極群の底部に下部絶縁板（直径Ｄ＝１６ｍｍ）を配して、ポリプロピレン製のテープで下部絶縁板を固定した。その際、負極リードがテープで被覆されないように注意した。

負極リードを底面方向に伸ばしたまま、電極群を、電池ケース（電池缶）に挿入した。電池ケースの側部内面と底部内面との境界部の曲率半径は３５０μｍであった。挿入の際、電池ケースの側部内面と底部内面との境界部に負極リードを押し付けながら、負極リードを湾曲させた。電池ケース内には、空間的余裕がほとんど無く、負極リードに折り曲げ跡も無いため、負極リードは電池ケースの内面に押し付けられながら、境界部の曲面形状に沿って変形し、屈曲部を形成した。

その後、Ｘ線ＣＴ装置により、電池ケースの内部を縦断面図で確認したところ、リード屈曲部の境界部側が境界部と接触しており、リード屈曲部の境界部側の曲率半径ｒと、境界部の曲率半径Ｒとの間には、ｒ＝０．９８Ｒの関係が成立していた。

電池ケースに挿入された電極群の上に、上部絶縁板を配置した後、電池ケースの底部内面に当接されている負極リードの他端を当該底部内面に溶接した。その後、成型により、電池ケースの開口端部より下方に溝を形成した。

次いで、上記の非水電解質５ｇを電池ケース内に注入し、電極群に非水電解質を含浸させた。すなわち、電極群の表面に非水電解質の残渣が確認できなくなるまで、電極群を１３３Ｐａの減圧下に放置した。その後、正極リードの他端を封口板の下面に溶接した。次に、電池ケースの開口に封口板を挿入し、かしめ成型を行って円筒型リチウムイオン二次電池を完成させた。設計容量は２２００ｍＡｈであった。

《実施例２》
下部絶縁板の直径Ｄを、電極群の底面の直径ｄと同じく、１７．３ｍｍとした（すなわちＤ／ｄ＝１．０とした）こと以外、実施例１と同様にして、円筒型リチウムイオン二次電池を完成させた。

《比較例１》
電極群作成後、電極群の底面と負極リードとで、下部絶縁板を挟み込み、電極群の底面周縁部付近で、負極リードを９０°に折り曲げた。その後、折り曲げ跡の付いた負極リードとともに、電極群を、電池ケースに挿入したこと以外は、実施例と同様の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。

実施例１、２および比較例１の電池について、以下の評価を行った。
各電池について、慣らし充放電を二度行い、更に４００ｍＡの電流値で４．１Ｖに達するまで充電した。その後、充電状態の電池を、４５℃環境下で７日間保存した。
その後、電池に対し、２０℃環境下で、以下の条件で充電を行った。
定電流充電：充電電流値１５００ｍＡ／充電終止電圧４．２Ｖ
定電圧充電：充電電圧値４．２Ｖ／充電終止電流１００ｍＡ
定電流放電：放電電流値２２００ｍＡ／放電終止電圧３Ｖ

その後、２０℃環境下において、外部回路に約２０ｍΩの抵抗を介して、電池の正極端子−負極端子間を短絡させた。そして、短絡させてから２０秒後の電池温度を測定した。
その結果、比較例１の電池については、９２℃まで上昇したのに対し、実施例１の電池については、６０℃までしか上昇せず、実施例２の電池については、５８℃までしか上昇しなかった。
実施例１、２の電池では、負極リードと電池ケースとの接触面積を増大させたことにより、負極リードで発生した熱を速やかに電池ケースへ放熱させることができたものと考えられる。

本発明の電池は、電池に短絡が生じた場合においても高い安全性を保持することができる。よって、本発明の電池は、あらゆる機器の電源として好適であり、例えば携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の電源に用いることができる。ただし、用途は特に限定されない。本発明は、電池一般に適用可能であるが、特に、リチウムイオン二次電池において有用である。

従来のリチウム二次電池の縦断面図である。 従来のリチウム二次電池の要部拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の要部拡大縦断面図である。 本発明の別の一実施形態に係るリチウム二次電池の要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 正極
１ａ 正極集電体
１ｂ 正極活物質層
２ 負極
２ａ 負極集電体
２ｂ 負極活物質層
３ セパレータ
４ 電極群
１０１ 正極リード
２０１ 負極リード
６ 電池ケース
７ 封口板
１５ａ 上部絶縁板
１５ｂ、８ 下部絶縁板
８０１ 押圧部
９ ガスケット

Claims (6)

1. 上部開口を有する電池ケースと、電極群と、電解質と、前記電極群および前記電解質を収容した前記電池ケースの上部開口を覆う封口板とを含み、
   前記電極群は、第１電極、第２電極および前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータを含み、
   前記第１電極と前記封口板とが第１リードで接続されており、
   前記第２電極と前記電池ケースの所定面とが第２リードで接続されており、前記第２リードは、前記所定面に隣接する湾曲面に沿って配置された屈曲部を有し、前記屈曲部が、前記湾曲面と接触している、電池。
2. 前記電池ケースが、底部と側部と上部開口とを有し、前記所定面が、前記底部内面であり、前記湾曲面が、前記側部内面と前記底部内面との境界部である、請求項１記載の電池。
3. 前記屈曲部の前記湾曲面側の曲率半径が、２５０〜５００μｍである、請求項１または２記載の電池。
4. 前記屈曲部の前記湾曲面側の曲率半径ｒと、前記湾曲面の曲率半径Ｒとが、０．８≦ｒ／Ｒ≦１を満たす、請求項３記載の電池。
5. 前記屈曲部の前記湾曲面側と、前記湾曲面とが、面接触している、請求項１〜４のいずれかに記載の電池。
6. 前記電極群の前記底部内面側の端面と、前記底部内面との間に、絶縁板が配置されており、前記絶縁板が、前記屈曲部を前記境界部に押し付ける押圧部を有する、請求項２記載の電池。

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