JP2010040328A - 密閉型電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池の蓋部3の中央部には、断面視がT字状をなす負極端子4が、ガスケット5に包囲された状態で設けられている。蓋部3の一端部には、平面視が長円状をなす開裂弁31がプレス加工により凹設されて、蓋部3の他端部には、平面視が矩形状をなす凹部32がプレス加工により設けられている。開裂弁31には、内周縁に沿って所定幅を有する溝部312が設けられている。開裂弁31において、溝部312の内周側の弁本体311の厚みは均一であるが、溝部312の厚みは蓋部3の長手方向の端部から中央部に向かうに従って漸減するように構成されている。
【選択図】図2
Description
これらの要求を満たす二次電池として、非水電解質を含む非水電解質二次電池が挙げられる。
電池51は、銅集電体に負極合剤を塗布してなる負極板、及びAl集電体に正極合剤を塗布してなる正極板がセパレータを介して巻回された扁平巻状の電極群、及び非水電解質(図示せず)を、一面が開口した略直方体状をなし、Al又はAl合金製のケース52に収容し、ケース52の開口をAl又はAl合金製の蓋部53により閉塞してなる。
この電池51においては、作動圧を下げるために、溝部542の厚みを薄くした場合、溝部542は開裂弁54の全周に亘って設けられているので、広範囲に薄肉部分が存在することになり、電池51が落下等して衝撃が加わったときに、溝部542に応力が集中して開裂弁54が開裂する虞があるという問題があった。
特許文献1には、略長円状の開裂弁の溝部を開裂弁の周縁部に沿って、一方の長辺を除いて形成した密閉型電池の発明が開示されているが、上記と同様の問題を有していた。
さらに、最薄部分は広範囲に設けられておらず、電池に衝撃が加わった場合に変形しやすい、前記面の端部側は厚みが厚いので、開裂弁は開裂しにくく、耐衝撃性が良好である。従って、電池は良好な安全性を有する。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る密閉型電池(以下、電池という)1を示す斜視図、図2は電池1の蓋部3を示す一部破断側面図である。
蓋部3の一端部には、電池1の内部圧力の異常な上昇時に圧力を開放するために他の部分よりも肉厚を薄くしており、平面視が略長円状をなす開裂弁31がプレス加工により凹設されている。開裂弁31は、内面(裏面)が蓋部3の他の部分の内面と同一平面上にあるように設けられている。蓋部3の他端部には、平面視が略矩形状をなす凹部32がプレス加工により設けられており、該凹部32の下側には突設部33が形成されている。
前記突設部33には、Al製であり、板状をなす集電体8が接続されている。該集電体8に垂設したタブ81には、前記電極群の正極板に接続された正極リードが接続される。
蓋部3に、過充電及び過放電を防止するための保護回路及び出力端子を有する保護回路基板を配して電池パックを構成する場合に、負極端子4はリードを介して該保護回路基板の一方の接続端子と接続され、凹部32はクラッド材及びリードを介して保護回路基板の他方の接続端子と接続されるように構成されている。
開裂弁31には、内周縁部に沿って所定幅を有する溝部312が設けられている。
開裂弁31において、溝部312の内周側の弁本体311の厚みは均一であるが、溝部312の厚みは蓋部3の長手方向の端部から中央部に向かうに従って漸減するように構成されている。すなわち、図3(b)に示す位置A、B、D、Eにおける溝部312の厚みは漸次的に薄く(溝部312の底面の高さが低く)なっており、図3(c)に示す位置F、G、Hにおける溝部312の厚みは漸次的に薄くなっている。図3(d)に示すように溝部312の蓋部3の短手方向の厚みは等しい。
実施の形態2に係る電池は、開裂弁22の構成が実施の形態1に係る電池1の開裂弁31の構成と異なる。
図4(a)は本発明の実施の形態2に係る電池の蓋部21の開裂弁22の近傍の構成を示す模式的平面図、(b)は(a)のb−b線模式的断面図である。説明を分かりやすくするために、(b)においては、(a)の蓋部21の縦横の寸法に比して蓋部21の厚みを厚くしている。
また、電池が落下する等して衝撃が加わった場合に、変形しやすい蓋部21の長手方向の端部側において開裂弁22の厚みが厚く、開裂弁22の最薄部分の面積は狭いので、開裂弁22は開裂せず、電池は良好な耐衝撃性を有する。
実施の形態3に係る電池は、開裂弁24の構成が実施の形態1に係る電池1の開裂弁31の構成と異なる。
図5(a)は本発明の実施の形態3に係る電池の蓋部23の開裂弁24の近傍の構成を示す模式的平面図、(b)は(a)のb−b線模式的断面図、(c)は(a)のc−c線模式的断面図である。説明を分かりやすくするために、(b)及び(c)においては、(a)の蓋部23の縦横の寸法に比して蓋部23の厚みを厚くしている。
図5(b)及び(c)に示すように、溝部242は蓋部23の長手方向の端部側から中央部側に向かうに従い、厚みが漸減するように構成されている。
また、電池が落下する等して衝撃が加わった場合に、変形しやすい蓋部23の長手方向の端部側において開裂弁24の厚みが厚く、開裂弁24の最薄部分の面積は狭いので、電池は良好な耐衝撃性を有する。
実施の形態4に係る電池は、開裂弁26の構成が実施の形態1に係る電池1の開裂弁31の構成と異なる。
図6(a)は本発明の実施の形態4に係る電池の蓋部25の開裂弁26の近傍の構成を示す模式的平面図、(b)は(a)のb−b線模式的断面図、(c)は(a)のc−c線模式的断面図、(d)は(a)のd−d線模式的断面図である。説明を分かりやすくするために、(b)、(c)及び(d)においては、(a)の蓋部25の縦横の寸法に比して蓋部25の厚みを厚くしている。
図6(b)及び(c)に示すように、溝部262は蓋部25の長手方向の端部側から中央部側に向かうに従い、厚みが漸減するように構成されている。図6(d)に示すように溝部262の蓋部25の短手方向の厚みは等しい。
また、電池が落下する等して衝撃が加わった場合に、変形しやすい蓋部25の長手方向の端部側において開裂弁26の厚みが厚く、開裂弁26の最薄部分の面積は狭いので、電池は良好な耐衝撃性を有する。
実施の形態5に係る電池は、開裂弁28の構成が実施の形態1に係る電池1の開裂弁31の構成と異なる。
図7(a)は本発明の実施の形態5に係る電池の蓋部27の開裂弁28の近傍の構成を示す模式的平面図、(b)は(a)のb−b線模式的断面図、(c)は(a)のc−c線模式的断面図である。説明を分かりやすくするために、(b)及び(c)においては、(a)の蓋部27の縦横の寸法に比して蓋部27の厚みを厚くしている。
図7(b)及び(c)に示すように、上溝部282は蓋部27の長手方向の端部側から中央部側に向かうに従い、厚みが漸減するように下向きに傾斜しており、下溝部283は上向きに傾斜している。
また、電池が落下する等して衝撃が加わった場合に、変形しやすい蓋部27の長手方向の端部側において開裂弁28の厚みが厚く、開裂弁28の最薄部分の面積は狭いので、電池は良好な耐衝撃性を有する。
実施の形態6に係る電池は、開裂弁30の構成及び設置位置が実施の形態1に係る電池1の開裂弁31の構成及び設置位置と異なる。
図8(a)は本発明の実施の形態6に係る電池のケースの底面29の開裂弁30の近傍の構成を示す模式的平面図、(b)は(a)のb−b線模式的断面図である。説明を分かりやすくするために、(b)においては、(a)の底面29の縦横の寸法に比して該底面29の厚みを厚くしている。
また、電池が落下する等して衝撃が加わった場合に、変形しやすい開裂弁30の周縁部の厚みが厚く、開裂部301の面積は狭いので、電池は良好な耐衝撃性を有する。
なお、本実施の形態においては、開裂弁30をケースの底面29の略中央部に設けた場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、蓋部の略中央部に設けることにしてもよい。
実施の形態7に係る電池は、開裂弁36,37が該電池の蓋部35に2つ設けられている点が実施の形態1に係る電池1と異なる。
図9は、本発明の実施の形態7に係る電池の蓋部35を示す模式的断面図である。
実施の形態7に係る電池の開裂弁36,37は略長円状を有し、蓋部35の長手方向の両端部に、蓋部35の外面の他の部分から凹んだ状態で設けられている。
開裂弁36,37には、内周縁部に沿って所定幅を有する溝部362,372が設けられている。
開裂弁36,37において、溝部362,372の内周側の弁本体361,371の厚みは均一であるが、溝部362,372の厚みは蓋部35の長手方向の端部から中央部に向かうに従って漸減するように構成されている。
また、電池が落下する等して衝撃が加わった場合に、変形しやすい蓋部35の長手方向の両端部において開裂弁36,37の厚みが厚く、開裂弁36,37の最薄部分の面積は狭いので、電池は良好な耐衝撃性を有する。
実施例1として、前記実施の形態1に係る電池1を作製した。
ここで、実施の形態1に係る蓋部3の開裂弁31は、図3の位置A、G、Eにおける開裂弁31の厚みがそれぞれ40μm、31μm、26μmとなるように、プレス加工により形成した。
そして、実施の形態1に係る負極端子4を集電体7にかしめて蓋部3に固定し、集電体7,8のタブ71,81に、それぞれ前記電極群の負極リード,正極リードを接続した状態で、該電極群をケース2に収容し、蓋部3をケース2の開口部に固定して溶接した。そして、注液孔から前記非水電解質を注入し、注液孔を封口して、電池1を作製した。
電池1の大きさは縦46mm、横34mm、厚み4.0mmであり、蓋部3の厚みは0.8mm、弁本体311の厚みは0.1mmである。
開裂弁を、図3の位置A、G、Eにおける開裂弁の厚みがそれぞれ44μm、34μm、28μmとなるように形成したこと以外は、実施例1と同様にして実施例2の電池を作製した。
開裂弁を、図3の位置A、G、Eにおける開裂弁の厚みがそれぞれ48μm、37μm、30μmとなるように形成したこと以外は、実施例1と同様にして実施例3の電池を作製した。
開裂弁を、前記図10及び11の電池51の開裂弁と同一の構成を有し、図11の位置A、G、Eにおける開裂弁の厚みがそれぞれ26μm、26μm、26μmとなるように形成したこと以外は、実施例1と同様にして比較例1の電池を作製した。
開裂弁を、図11の位置A、G、Eにおける開裂弁の厚みがそれぞれ33μm、33μm、33μmとなるように形成したこと以外は、比較例1と同様にして比較例2の電池を作製した。
開裂弁を、図11の位置A、G、Eにおける開裂弁の厚みがそれぞれ40μm、40μm、40μmとなるように形成したこと以外は、比較例1と同様にして比較例3の電池を作製した。
開裂弁を、前記図12の電池の開裂弁と同一の構成を有し、図12の位置A、G、Eにおける開裂弁の厚みがそれぞれ50μm、26μm、26μmとなるように形成したこと以外は、実施例1と同様にして比較例4の電池を作製した。
開裂弁を、図12の位置A、G、Eにおける開裂弁の厚みがそれぞれ50μm、33μm、33μmとなるように形成したこと以外は、比較例4と同様にして比較例5の電池を作製した。
開裂弁を、図12の位置A、G、Eにおける開裂弁の厚みがそれぞれ50μm、40μm、40μmとなるように形成したこと以外は、比較例4と同様にして比較例6の電池を作製した。
実施例1乃至3、比較例1乃至6の電池を各10個作製し、作動圧を測定した。作動圧はケースの底面に穴を開け、穴の部分をシールテープで密封した状態で電池の内部に空気を送り込み、溝部が開裂したときの圧力(MPa)を圧力ゲージ計により測定して求めた。下記の表1に、各実施例及び各比較例の10個の平均値を示す。
1.5m落下試験は、各実施例及び各比較例の電池を1.5mの高さからコンクリート面へと自由落下させて実施した。各電池の六面を順に下に向けて落下させるのを1サイクルとし、各電池につき、溝部が開裂したときのサイクル数を求めた。各10個の電池の開裂サイクル数、平均値、及び標準偏差σを上記表1に示す。
開裂弁の構成が等しい実施例1乃至3の電池、比較例1乃至3の電池、比較例4乃至6の電池それぞれにおいて、開裂弁の溝部の厚みが増加するのに従い、開裂サイクル数が大きくなって耐衝撃性は向上するが、作動圧は大きくなる。実施例1乃至3の電池は作動圧の目標値をクリアするとともに、良好な耐衝撃性を有する。
そして、実施例1乃至3の電池の場合、溝部の開裂部分が最薄部分に特定されるので、作動圧の標準偏差、すなわちバラツキが小さくなっていることが分かる。
また、前記実施の形態1乃至5、及び7においては、開裂弁を蓋部に設けた場合につき説明し、前記実施の形態6においては、開裂弁をケースの底面に設けた場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、ケースの他の面に設けることにしてもよい。また、開裂弁が設けられる個数も1又は2個には限定されない。さらに開裂弁は長円状を有する場合に限定されず、矩形状等であってもよく、溝部の形状等も実施の形態1乃至7において説明した形状には限定されない。
2 ケース
3、21、23、25、27、35 蓋部
31、22、24、26、28、30、36、37 開裂弁
311、241、261、281、361、371 弁本体
312、242、262、362、372 溝部
282 上溝部
283 下溝部
29 底面
301 開裂部
32 凹部
33 突設部
4 負極端子
41 頭部
42 脚部
5 ガスケット
6 絶縁体
7、8 集電体
71、81 タブ
Claims (3)
- 開口縁部が長円状又は矩形状を有する有底筒状のケースに発電要素を収容し、開口を蓋部で閉塞してなり、前記ケース及び/又は蓋部に、他の部分より厚みが薄い一又は複数の開裂弁が設けられている密閉型電池において、
少なくとも一の開裂弁の一部又は全部は、該開裂弁が設けられている前記ケース又は蓋部の面の長手方向の端部側から中央部側に向かうに従って厚みが漸減するように構成されていることを特徴とする密閉型電池。 - 前記開裂弁は長円状又は矩形状を有し、前記開裂弁の外面又は内面に、該開裂弁の内周縁部の一部又は全部に沿うように溝部が設けられており、
前記溝部は、該溝部が設けられている前記ケース又は蓋部の面の長手方向の端部側から中央部側に向かうに従って厚みが漸減するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の密閉型電池。 - 前記発電要素は、非水電解質を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の密閉型電池。
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