JP2010157415A - 密閉型電池用封口体及びこれを用いてなる密閉型電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】漏液のおそれのない密閉型電池を生産性高く提供する。
【解決手段】略長方形状の封口板と、平板状の端子板と、前記端子板と前記封口板とを絶縁する絶縁ガスケットと、端子リベットと、前記封口板と前記端子リベットとを絶縁する絶縁板と、を有し、前記絶縁ガスケット及び前記絶縁板をかしめることにより、前記端子板および前記端子リベットが前記封口板に固定される構造の密閉型電池用封口体において、前記端子板近傍であって、前記封口板の長軸に平行であり前記端子板を通る中心線に線対称に、且つ前記封口板の短軸に平行であり前記端子板を通る中心線に線対称に、圧力分散溝が設けられており、前記圧力分散溝の合計長さが、前記封口板の短軸長さの１００〜２００％であることを特徴とする。
【選択図】図３
【解決手段】略長方形状の封口板と、平板状の端子板と、前記端子板と前記封口板とを絶縁する絶縁ガスケットと、端子リベットと、前記封口板と前記端子リベットとを絶縁する絶縁板と、を有し、前記絶縁ガスケット及び前記絶縁板をかしめることにより、前記端子板および前記端子リベットが前記封口板に固定される構造の密閉型電池用封口体において、前記端子板近傍であって、前記封口板の長軸に平行であり前記端子板を通る中心線に線対称に、且つ前記封口板の短軸に平行であり前記端子板を通る中心線に線対称に、圧力分散溝が設けられており、前記圧力分散溝の合計長さが、前記封口板の短軸長さの１００〜２００％であることを特徴とする。
【選択図】図３
Description
本発明は、密閉型電池に関し、より詳しくは、耐衝撃性の向上を目的とした密閉型電池用封口体の改良に関する。
角形の密閉型電池は、電子機器内部に実装しやすいことから、さまざまな電子機器の駆動電源として用いられている。
この種の密閉型電池は、角形外装缶の内部に、正極と負極とを備えた電極体と、電解液とが収容され、角形外装缶の開口部と封口体とを嵌合し、該嵌合部をレーザ溶接することにより密閉され、作製される。
角形密閉型電池の封口体に外部から圧力が作用すると、封口体の中央部にその応力が集中しやすい。これにより、封口体の中央部が変形して、封口体の中央部近傍のレーザ溶接部が破壊され、電解液の漏液が起きるという問題が生じる。特に、角形密閉型電池の設計上、封口体の中央部に電極外部端子が設けられることが多く、また電池全高に対して電極外部端子の突出が高くなりすぎないように、封口体に凹部を形成してその部分に電極外部端子収めるように設計するので、その分当該部分の強度が弱くなり、上述した問題が起きやすくなる。
ここで、密閉型電池に関する技術としては、たとえば下記特許文献１がある。
特許文献１は、電池の外側になる表面側に、外周側よりも中央側の方が厚み方向に窪んだ段差部が、外周に沿って形成されている封口体を用いる技術である。この技術によると、レーザ溶接を行う時に、レーザ光の照射エネルギーをできるだけ低く抑え、クラックの発生を抑制することができるとされる。
しかし、この技術では、レーザ溶接部の応力による破壊を、十分に抑制することはできない。
本発明は、上記に鑑みなされたものであって、衝撃等が加えられた場合においても漏液のおそれのない密閉型電池を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための封口体にかかる本発明は、略長方形状の封口板と、平板状の端子板と、前記端子板と前記封口板とを絶縁する絶縁ガスケットと、端子リベットと、前記封口板と前記端子リベットとを絶縁する絶縁板と、を有し、前記絶縁ガスケット及び前記絶縁板をかしめることにより、前記端子板および前記端子リベットが前記封口板に固定される構造の密閉型電池用封口体において、前記端子板近傍であって、前記封口板の長軸に平行であり前記端子板を通る中心線に線対称に、且つ前記封口板の短軸に平行であり前記端子板を通る中心線に線対称に、圧力分散溝が設けられており、前記圧力分散溝の合計長さが、前記封口板の短軸長さの１００％以上であることを特徴とする。
この構造であると、端子板近傍に設けられた圧力分散溝が、衝撃が加えられたときに生じる応力を分散して緩和するように作用するので、応力による変形量が小さくなり、レーザ溶接部の破壊が抑制される結果、漏液が生じにくくなる。
ここで、端子板近傍とは、図２に示すように、電極外部端子１０（端子板）の長さをＬ１とするとき、電極外部端子の外側の距離Ｌ２＝１〜２Ｌ１の領域を意味する。
なお、圧力分散溝は、電極外部端子よりも封口板の長軸方向外側に設けることが好ましい。また、圧力分散溝を電極外部端子よりも電極外部端子の長さＬ１の１．５倍よりも内側に設けることで十分に応力を緩和できるのでより好ましい。
また、圧力分散溝を、封口板の長軸に平行であり端子板を通る中心線に線対称に、且つ封口板の短軸に平行であり端子板を通る中心線に線対称に設けない場合は、応力の分散が不均衡になるので、効果的に応力を緩和できない。また、効果的に応力を緩和するためには、圧力分散溝の合計長さを封口板の短軸長さの１００％以上とする。
また、圧力分散溝を設ける領域は、上述した範囲内であり、この領域内に多数の圧力分散溝を設けることは技術的に難しく、且つ大きな効果が得られない。このため、圧力分散溝の合計長さの上限は、封口板の短軸長さの２００％（短軸に等しい長さの圧力分散溝を２本）とする。
また、圧力分散溝を設ける領域は、上述した範囲内であり、この領域内に多数の圧力分散溝を設けることは技術的に難しく、且つ大きな効果が得られない。このため、圧力分散溝の合計長さの上限は、封口板の短軸長さの２００％（短軸に等しい長さの圧力分散溝を２本）とする。
圧力分散溝の深さは、０．２〜０．４ｍｍであることが好ましく、圧力分散溝の幅は、０．５〜２ｍｍであることが好ましい。
上記課題を解決するための密閉型電池にかかる本発明は、上記構造の密閉型電池用封口体を用いてなる密閉型電池である。
本発明によると、漏液のおそれのない密閉型電池を生産性高く提供することができる。
（実施の形態）
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、本発明を非水電解質二次電池に適用した例を用いて、図面を用いながら説明する。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、本発明を非水電解質二次電池に適用した例を用いて、図面を用いながら説明する。
図１（ａ）に示すように、本発明に係る密閉型電池用封口体１は、電池内圧が異常に上昇したときに電池内部のガスを電池外部に排出する安全弁６と、電解液を外装缶内部に注液するための注液孔７と、電極外部端子１０と、を有している。ここで、安全弁６、注液孔７は、本発明の必須の構成要素ではない。
図１（ｂ）に、電極外部端子１０近傍の断面構造を示す。本発明に係る密閉型電池用封口体１は、封口板１３と、端子板１１と、絶縁ガスケット１２と、端子リベット１５と、絶縁板１４とを有している。封口体１は、絶縁ガスケット１２及び絶縁板１４をかしめることにより、端子板１１および端子リベット１５が封口板１３に固定される構造である。電極外部端子１０は、電流取り出しに関与する端子リベット１５、端子板１１と、これらを固定するための絶縁板１４、絶縁ガスケット１２とで構成される。ここで、封口体１を平面視した場合には、端子板１１が主に現れるので、電極外部端子１０の長さが、端子板１１の長さとなる。
図２は、本発明に係る密閉型電池用封口体１の平面透視図であり、図３は封口板１３の長軸方向に沿った断面図である。図２、図３に示すように、封口板１３の電池内方面の電極外部端子１０近傍には、封口板の短軸に平行な圧力分散溝２０が、２本形成されている。また、２本の圧力分散溝２０は、封口板１３の短軸に対して線対称に（電極外部端子からの距離が等しく）配置されており、且つ長さが封口板の短軸長さと等しい。このため、圧力分散溝２０の配置は、封口板１３の長軸に対しても線対称である。
ここで、電極外部端子１０の長さＬ１は６ｍｍであり、Ｌ２は７．５ｍｍ（１．２５Ｌ１）である。また、圧力分散溝２０の深さは０．２ｍｍ、圧力分散溝２０の幅は１．５ｍｍである。
本実施の形態では、図３に示すように、封口板１３の外周縁を立ち上げた形状としている。これは、レーザ溶接時に、レーザ熱を逃げにくくするためのものである。しかし、このような形状は、本発明の必須の要素ではない。
ここで、封口板の材料としては、軽量で加工性に優れたアルミニウム系材料（純アルミニウムやアルミニウム合金）を用いることが好ましい。アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｎ合金が好ましい。
以下、本発明に係る密閉型電池の製造方法について説明する。
〈正極の作製〉
正極活物質としての平均粒径５μｍのＬｉＣｏＯ2粉末９質量部と、導電剤としての人造黒鉛粉末１質量部とを混合して、正極合剤を調製する。この正極合剤と、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に５質量％溶かした結着剤溶液とを、乾燥後の固形分質量比が正極合剤：ポリフッ化ビニリデン＝９５：５に成るように混練して、正極活物質スラリーを調製する。
正極活物質としての平均粒径５μｍのＬｉＣｏＯ2粉末９質量部と、導電剤としての人造黒鉛粉末１質量部とを混合して、正極合剤を調製する。この正極合剤と、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に５質量％溶かした結着剤溶液とを、乾燥後の固形分質量比が正極合剤：ポリフッ化ビニリデン＝９５：５に成るように混練して、正極活物質スラリーを調製する。
このスラリーを、正極集電体としてのアルミ箔（箔厚み：１５μｍ）の両面に塗布する。この際、両面塗布部の乾燥後質量で５００ｇ／ｍ2(片面塗布２５０ｇ／ｍ2、集電体除く)塗布した後、乾燥させてその極板を圧縮し、正極活物質の充填密度３．７ｇ／ｍｌの正極板を作製する。その後、極板を電池高さに合うように裁断する。
〈負極の作製〉
リン片状天然黒鉛(ｄ００２値：３.３５６Å,Ｌｃ値：１０００Å、平均粒径：２０μｍ)と、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）のディスパージョン（固形分：４８％）を水に分散させ、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を添加して負極活物質スラリーを調製する。乾燥後の固形分質量組成比は、例えば黒鉛：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝１００：３： ２となるように調製する。
リン片状天然黒鉛(ｄ００２値：３.３５６Å,Ｌｃ値：１０００Å、平均粒径：２０μｍ)と、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）のディスパージョン（固形分：４８％）を水に分散させ、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を添加して負極活物質スラリーを調製する。乾燥後の固形分質量組成比は、例えば黒鉛：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝１００：３： ２となるように調製する。
このスラリーを負極集電体としての銅箔（箔厚み：１０μｍ）の両面に、乾燥後質量で２００ｇ／ｍ2(片面塗布１００ｇ／ｍ2、集電体除く)となるよう塗布した後、乾燥させてその極板を圧縮し、正極活物質の充填密度１．７ｇ／ｍｌの負極板を作製する。その後極板を電池高さに合うように裁断する。
〈電極体の作製〉
上記正極及び負極を、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して巻回し、この後プレスすることにより、偏平渦巻状の電極体を作製する。
上記正極及び負極を、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して巻回し、この後プレスすることにより、偏平渦巻状の電極体を作製する。
〈電解液の調整〉
非水電解液質として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との体積比５０：５０（２５℃）の混合溶媒に，ＬｉＰＦ6を１モル／リットルとなるように溶かして、電解液となす。
非水電解液質として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との体積比５０：５０（２５℃）の混合溶媒に，ＬｉＰＦ6を１モル／リットルとなるように溶かして、電解液となす。
〈封口体の作製〉
公知の鍛造加工法により、端子板１１や端子ガスケット１２を収めるための凹部や端子リベット１５用の貫通孔、安全弁６、注液孔７が設けられた封口板１３を作製する。この封口板１３の電池内方となる面であって、端子板１１（Ｌ１＝６ｍｍ）からさらに０．７５ｍｍ離れた位置に、プレスによって圧力分散溝２０を形成する。この後、絶縁ガスケット１２及び絶縁板１４をかしめることにより、端子板１１および端子リベット１５を封口板１３に固定して、封口体を得る。
公知の鍛造加工法により、端子板１１や端子ガスケット１２を収めるための凹部や端子リベット１５用の貫通孔、安全弁６、注液孔７が設けられた封口板１３を作製する。この封口板１３の電池内方となる面であって、端子板１１（Ｌ１＝６ｍｍ）からさらに０．７５ｍｍ離れた位置に、プレスによって圧力分散溝２０を形成する。この後、絶縁ガスケット１２及び絶縁板１４をかしめることにより、端子板１１および端子リベット１５を封口板１３に固定して、封口体を得る。
〈電池の組み立て〉
アルミニウム合金製の角形の外装缶に上記電極体を挿入し、外装缶の開口部と上記封口体１とをレーザ溶接する。この後、封口体１の注液孔７から上記電解液を注液する。この後、注液孔７を押さえ板と突状部とを有する封止栓で密閉し、封口板と押さえ板の外周縁とをレーザ溶接することにより、本実施の形態に係る非水電解質二次電池を作製する。
アルミニウム合金製の角形の外装缶に上記電極体を挿入し、外装缶の開口部と上記封口体１とをレーザ溶接する。この後、封口体１の注液孔７から上記電解液を注液する。この後、注液孔７を押さえ板と突状部とを有する封止栓で密閉し、封口板と押さえ板の外周縁とをレーザ溶接することにより、本実施の形態に係る非水電解質二次電池を作製する。
（試験用セル１）
電極体及び電解液を用いないこと以外は、上記実施の形態と同様にして、試験用セル１を作製した。
電極体及び電解液を用いないこと以外は、上記実施の形態と同様にして、試験用セル１を作製した。
（試験用セル２）
圧力分散溝を形成しない封口体を用いたこと以外は、上記試験用セル１と同様にして、試験用セル２を作製した。
圧力分散溝を形成しない封口体を用いたこと以外は、上記試験用セル１と同様にして、試験用セル２を作製した。
〔押し込み強度の測定〕
上記で作製した各試験用セルの電極端子に先端の直径が３ｍｍである冶具を押し当て、溶接部が開裂するときの強度を測定した。この結果を下記表１に示す。なお、試験数は、５である。
上記で作製した各試験用セルの電極端子に先端の直径が３ｍｍである冶具を押し当て、溶接部が開裂するときの強度を測定した。この結果を下記表１に示す。なお、試験数は、５である。
上記表１において、括弧外数値は平均、括弧内数値はバラツキを示す。
上記表１から、圧力分散溝を設けた試験用セル１は、押し込み強度が平均４０２Ｎと、圧力分散溝を設けていない試験用セル２の平均３７３Ｎよりも大きいことがわかる。
このことは、次のように考えられる。図４（ａ）に示すように、封口板の端子板近傍に圧力分散溝を設けると、圧力分散溝が押し込みによって封口体の中央部に集中する応力を吸収して緩和するので、封口体の中央部に作用する応力が分散され、押し込みによる変形量が小さくなり、押し込み強度が高まる。従来の封口体では、この作用が得られないので、押し込みによる変形量が大きくなり、押し込み強度が低くなる（図４（ｂ）参照）。
（追加事項）
上記実施の形態では、短軸長さと等しい長さの圧力分散溝を形成したが、図５（ｂ）に示すように、封口体の短軸長さよりも短い圧力分散溝２０であってもよい。また、図５（ａ）に示すように、連続しない圧力分散溝２０を形成してもよい。これらの場合、圧力分散溝２０の合計長さ（図５（ａ）では４本の合計、図５（ｂ）では２本の合計）を、封口体の短軸長さの１００％以上とする。
上記実施の形態では、短軸長さと等しい長さの圧力分散溝を形成したが、図５（ｂ）に示すように、封口体の短軸長さよりも短い圧力分散溝２０であってもよい。また、図５（ａ）に示すように、連続しない圧力分散溝２０を形成してもよい。これらの場合、圧力分散溝２０の合計長さ（図５（ａ）では４本の合計、図５（ｂ）では２本の合計）を、封口体の短軸長さの１００％以上とする。
また、上記実施例の形態では、端子板は封口板の中心に形成したが、図６に示すように、封口板の中心よりも短辺側に寄った位置に形成してもよい。
また、圧力分散溝の形成方法としては、プレス以外に、例えば切削法を用いてもよい。
以上説明したように、本発明によると、封口体の電極端子近傍に圧力分散溝を設けることにより、落下等の衝撃によっても電解液の漏液が少ない、安全性に優れた密閉型電池を提供できる。よって、本発明の産業上の利用可能性は大きい。
１ 封口体
６ 安全弁
７ 注液孔
１０ 電極外部端子
１１ 端子板
１２ 絶縁ガスケット
１３ 封口板
１４ 絶縁板
１５ 端子リベット
２０ 圧力分散溝
６ 安全弁
７ 注液孔
１０ 電極外部端子
１１ 端子板
１２ 絶縁ガスケット
１３ 封口板
１４ 絶縁板
１５ 端子リベット
２０ 圧力分散溝
Claims (3)
- 略長方形状の封口板と、平板状の端子板と、前記端子板と前記封口板とを絶縁する絶縁ガスケットと、端子リベットと、前記封口板と前記端子リベットとを絶縁する絶縁板と、を有し、前記絶縁ガスケット及び前記絶縁板をかしめることにより、前記端子板および前記端子リベットが前記封口板に固定される構造の密閉型電池用封口体において、
前記端子板近傍であって、前記封口板の長軸に平行であり前記端子板を通る中心線に線対称に、且つ前記封口板の短軸に平行であり前記端子板を通る中心線に線対称に、圧力分散溝が設けられており、
前記圧力分散溝の合計長さが、前記封口板の短軸長さの１００〜２００％である、
ことを特徴とする密閉型電池用封口体。 - 請求項１に記載の密閉型電池用封口体において、
前記圧力分散溝の深さが、０．２〜０．４ｍｍであり、
前記圧力分散溝の幅が、０．５〜２ｍｍである、
ことを特徴とする密閉型電池用封口体。 - 請求項１又は２に記載の密閉型電池用封口体を用いてなる密閉型電池。
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