JP2010186753A - リチウム二次電池用缶及びこれを利用したリチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウム二次電池が縦軸に垂直である方向に圧縮されるとき、リチウム二次電池の缶の底壁が缶の内方に折れることを防止し、リチウム二次電池の安全性を向上させる。
【解決手段】正極板と負極板及び正極板と負極板との間に介されるセパレータが巻き取られて形成される電極組立体と、電極組立体が上段開口部に挿入されて受容される缶を含むリチウム二次電池に適用されるリチウム二次電池用缶であって、缶５００は底壁５３０が外方に所定の高さで突出する曲面で形成され、底壁５３０は缶５００の短側辺及び長側辺の方向に所定の曲率を有するように形成され、底壁５３０は中央部に所定の大きさで形成される平面部を含む。
【選択図】図５ａ

Description

本発明は、リチウム二次電池用缶及びこれを利用したリチウム二次電池に関し、特に、リチウム二次電池の缶の底壁が下方に突出する曲面で形成されてリチウム二次電池が縦軸に垂直な方向に圧縮される際、底壁が缶の内方に撓むのを防止することによって安全性を向上させたリチウム二次電池用缶及びこれを利用したリチウム二次電池に関する。

一般に、ビデオカメラ、携帯型電話、携帯型コンピュータなどのような携帯型無線機器の軽量化及び高機能化が進行することによって、その駆動電源として使われる二次電池に対し、多くの研究がなされている。このような二次電池は、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがある。これらの中でもリチウム二次電池は再充電が可能であり、小型及び大容量化が可能なものであって、作動電圧が高く、単位重量当りのエネルギー密度が高いという長所を有しているため、先端電子機器分野で広く使われている。

図１は一般的なリチウム二次電池に対する分離斜視図である。

前記リチウム二次電池は、正極板１１３、負極板１１５及びセパレータ１１４から構成される電極組立体１１２を電解液と共に缶１１０に受納して、この缶１１０の上段開口部１１０ａをキャップ組立体１２０で封入することにより形成される。

前記缶１１０は、一般に、アルミニウムまたはその合金材質で形成され、ディップスローイング方式により製作される。前記缶１１０の底壁１１０ｂは一般にほとんど平面形状で形成される。

前記電極組立体１１２は正極板１１３と負極板１１５との間にセパレータ１１４が挟まれながら巻き取られて形成される。前記正極板１１３には正極タブ１１６が結合して電極組立体１１２の上段部に突出し、負極板１１５には負極タブ１１７が結合して電極組立体の上段部に突出する。前記電極組立体１１２において、前記正極タブ１１６と負極タブ１１７は所定距離離れて形成されて電気的に絶縁するようにする。前記正極タブ１１６と負極タブ１１７は、一般に、ニッケル金属で形成される。

前記キャップ組立体１２０は、キャッププレート１４０、絶縁プレート１５０、ターミナルプレート１６０及び電極端子１３０を含んで構成される。キャップ組立体１２０は別途の絶縁ケース１７０と結合して缶の上段開口部１１０ａに結合され缶１１０を封入することになる。

前記キャッププレート１４０は前記缶１１０の上段開口部１１０ａと相応する大きさと形状を有する金属板で形成される。前記キャッププレート１４０の中央には所定の大きさの端子通孔（１）１４１が形成されて、端子通孔（１）１４１には電極端子１３０が挿入される。前記電極端子１３０が端子通孔（１）１４１に挿入される時は電極端子１３０とキャッププレート１４０との絶縁のために電極端子１３０の外面にはチューブ型のガスケットチューブ１４６が嵌め込まれ共に挿入される。一方、前記キャッププレート１４０の一側には電解液注入孔１４２が前記キャッププレート１４０の他側に所定の大きさで形成される。前記キャップ組立体１２０が前記缶１１０の上段開口部１１０ａに組立てられた後、電解液注入孔１４２を通じて電解液が注入され、電解液注入孔１４２は別途の密閉手段により密閉される。

前記電極端子１３０は前記負極板１１５の負極タブ１１７または前記正極板１１３の正極タブ１１６に連結されて負極端子または両極端子として作用することになる。

前記絶縁プレート１５０はガスケットのような絶縁物質で形成され、キャッププレート１４０の底壁に結合される。絶縁プレート１５０には前記キャッププレート１４０の端子通孔（１）１４１に対応する位置に前記電極端子１３０が挿入される端子通孔（２）１５１が形成されている。前記絶縁プレート１５０の底壁には前記ターミナルプレート１６０が安着されるようにターミナルプレート１６０の大きさに相応する安着溝１５２が形成される。

前記ターミナルプレート１６０は、一般に、Ｎｉ合金で形成され、前記絶縁プレート１５０の底壁に装着される。前記ターミナルプレート１６０にはキャッププレート１４０の端子通孔（１）１４１に対応する位置に前記電極端子１３０が挿入される端子通孔（３）１６１が形成されており、前記電極端子１３０が前記ガスケットチューブ１４６により絶縁しながらキャッププレート１４０の端子通孔（１）１４１を通じて結合するので、前記ターミナルプレート１６０は前記キャッププレート１４０と電気的に絶縁されながら前記電極端子１３０と電気的に連結される。

前記ターミナルプレート１６０の一側には前記負極板１１５に結合される負極タブ１１７が熔接され、キャッププレート１４０の他側には前記正極板１１３に結合された正極タブ１１６が熔接される。前記負極タブ１１７と正極タブ１１６を結合させる熔接方法としては、抵抗熔接、レーザー熔接などが使われ、一般には抵抗熔接が使われる。

最近、リチウム二次電池はエネルギー密度が高まりつつも薄型化が進行して、リチウム二次電池の衝撃、圧縮に対して脆弱になるという問題が発生している。従って、リチウム二次電池が衝撃または圧縮を受ける場合、缶の内部に受容された電極組立体の変形とそれによる電極板間ショートなどによって、リチウム二次電池の発火、爆発などが発生する問題がある。

特に、図１に示すように、リチウム二次電池の安全性の項目の１つである縦圧縮試験において、リチウム二次電池が縦圧縮力（Ｆａ）によって縦軸（ｂ）を基準として変形する際、ほとんど平面で形成された缶の底壁を内方に屈曲しながら缶の内部に受容された電極組立体の下部に局部的な圧力を加えて電極板間ショートを誘発することになるという問題がある。

図１に類似する従来の電池としては下記特許文献１に示すようなものがある。

特開２００２−３５８９４６号公報

本発明は、上記の問題を解決するために案出したものであって、特に、リチウム二次電池の缶の底壁が下方に突出する曲面で形成されてリチウム二次電池が縦軸に垂直な方向に圧縮される際、底壁が缶の内方に撓むのを防止することによって安全性を向上させたリチウム二次電池用缶及びこれを利用したリチウム二次電池を提供することをその目的とする。

本発明のリチウム二次電池用缶は、正極板と負極板及び前記正極板と負極板との間に介されるセパレータが巻き取られて形成される電極組立体と、前記電極組立体が上段開口部に挿入されて受容される缶を含むリチウム二次電池に適用されるリチウム二次電池用缶であって、前記缶は底壁が外方に所定の高さで突出する曲面で形成される。前記底壁は前記缶の短側辺及び長側辺の方向に所定の曲率を有するように形成され、また、前記底壁は中央部に所定の大きさで形成される平面部を含む。

また、本発明に係るリチウム二次電池は、正極板と負極板及び前記正極板と負極板との間に介されるセパレータが巻き取られて形成される電極組立体と、前記電極組立体が上段開口部に挿入されて受容される缶を含むリチウム二次電池であって、前記缶は略ボックス形状で形成され、底壁が下方に突出する曲面で形成される。前記底壁は前記缶の短側辺及び長側辺の方向に所定の曲率を有するように形成され、また、前記底壁は中央部に所定の大きさで形成される平面部を含む。

本発明に係るリチウム二次電池用缶によれば、缶の底壁が下部方向に曲面をなし、底壁は中央部に所定の大きさで形成される平面部を含むことによって、リチウム二次電池が縦圧力によって変形される際、缶の底壁が缶の外部に変形されて缶の内部に受容された電極組立体の下部に局部的な圧力を加えることが防止され、電極板間ショートが防止できるという効果がある。

一般的なリチウム二次電池の分離斜視図である。 本発明の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図である。 図２ａのＡ−Ａ断面図である。 本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図である。 図３ａのＢ−Ｂ断面図である。 本発明の又他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図である。 本発明の又他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図である。 図５ａのＣ−Ｃ断面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明に係る実施形態を詳細に説明する。

図２ａは、本発明の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図を示す。図２ｂは、図２ａのＡ−Ａ断面図を示す。図３ａは、本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図を示す。図３ｂは、図３ａのＢ−Ｂ断面図を示す。図４は、本発明の又他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図を示す。図５ａは、本発明の又他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図を示す。図５ｂは、図５ａのＣ−Ｃ断面図を示す。

本発明の実施形態に係るリチウム二次電池用缶２００は、図２ａと図２ｂを参照すれば、長側壁２１０、短側壁２２０及び底壁２３０を含んで略ボックス形状で形成される。また、前記缶２００は金属材で、好ましくは、軽くて軟性のあるアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、特に缶の材質を限るものではない。

前記缶２００は、好ましくは、ディップドローリング（ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ）方式により形成され、前記長側壁２１０、短側壁２２０及び前記底壁２３０は一体形成される。

前記缶２００は幅または水平方向の辺の長さが比較的長い長側壁２１０と水平方向の辺の長さが比較的短い短側壁２２０とを含んで側壁を構成することになる。即ち、前記長側壁２１０は一対が所定の間隔をおいて互いに対向するように形成されて前記缶２００の正面と後面をなすことになる。また、前記短側壁２２０は一対が所定の間隔をおいて互いに対向するように形成されて前記缶２００の両側面をなすことになる。前記短側壁２２０は平面の他にも曲面で形成されることができる。即ち、前記缶２００の内部に受容される電極組立体の側面の曲面形状に対応して前記短側壁２２０の形状も曲面で形成されることができる。

前記底壁２３０は、図２ｂを参照すれば、前記缶２００の底面をなすことになり、好ましくは、外方に突出する曲面で形成される。より詳細に説明すれば、前記底壁２３０は前記長側壁２１０の下辺、即ち、長側辺２１０ａ方向に所定の曲率を有するように形成される。従って、前記底壁２３０は前記長側辺２１０ａに沿って缶２００の下方に漸進的に突出した後、また上方に入りながら曲面を形成してなされる。この際、前記底壁２３０は短側辺２２０ａ方向には曲面を形成しなくなる。従って、前記底壁２３０は全体的に長側壁２１０方向でのみ“Ｕ”字形状をなすことになる。

前記底壁２３０は下方に突出する高さが、少なくても０．１ｍｍとなる曲率を有する曲面で形成される。好ましくは、前記底壁２３０は下方に突出する高さが前記底壁２３０の厚さの５０％と同一になる曲率を有する曲面で形成される。即ち、前記底壁２３０は前記底壁２３０の突出前の仮想平面と前記底壁２３０の突出した曲面の頂点を含む仮想平面との間の距離が前記底壁の厚さの５０％と等しいか大きくなるように形成される。前記底壁２３０の突出する高さがあまりに小さくて曲率があまりに小さくなれば、缶２００の縦圧縮時、底壁２３０が内方に撓むことが防止される。また、前記底壁２３０の突出する高さがあまりに大きくなれば、リチウム二次電池の容量が増加しないにもかかわらずリチウム二次電池の大きさが大きくなってしまうという問題がある。従って、前記底壁２３０が突出する高さは機種と電池の容量によって適正に決定されることが好ましい。前記底壁２３０は突出する高さがより好ましくは２ｍｍより小さくなるように形成される。

図３ａは、本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図を示す。図３ｂは、図３ａのＢ−Ｂ断面図を示す。

本発明の他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶３００は、図３ａと図３ｂを参照すれば、前記底壁３３０が下方に突出する曲面で形成される。より詳細には、前記底壁３３０は前記短側壁３２０の下辺、即ち、短側辺３２０ａ方向に所定の曲率を有するように形成される。従って、前記底壁３３０は前記短側辺３２０ａに沿って缶３００の下方に漸進的に突出しながら曲面が形成されてなされる。この際、前記底壁３３０は長側辺３１０ａ方向には曲面を形成しなくなる。従って、前記底壁３３０は全体的に短側壁３１０方向でのみ“Ｕ”字形状をなすことになる。

前記底壁３３０は下方に突出する高さが少なくても０．１ｍｍとなる曲率を有する曲面で形成される。好ましくは、前記底壁３３０は、下方に突出する高さが少なくても前記底壁３３０厚さの５０％と同一になる曲率を有する曲面で形成される。前記底壁３３０の突出する高さがより小さくなり曲率がより小さくなれば、缶３００の縦圧縮時、底壁３３０が内方に撓むことが防止される。また、前記底壁３３０の突出する高さがより大きくなれば、リチウム二次電池の容量が増加しないにもかかわらず、リチウム二次電池の大きさが大きくなってしまうという問題がある。従って、前記底壁３３０の突出する高さは機種と電池の容量によって適正に決定されることが好ましい。前記底壁３３０は突出する高さがより好ましくは２ｍｍより小さくなるように形成される。

図４は、本発明の又他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図を示す。

本発明の又他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶４００は、図４を参照すれば、前記底壁４３０が下方に突出する曲面で形成される。より詳細には、前記底壁４３０は長側壁４１０の下辺、即ち、長側辺４１０ａ方向と短側壁４２０の下辺、即ち、短側辺４２０ａ方向に所定の曲率を有するように形成される。従って、前記底壁４３０は前記長側辺４１０ａと短側辺４２０ａに沿って缶４００の下方に漸進的に突出しながら曲面が形成されてなされる。従って、前記底壁４３０が全体的に球面形状で形成される。

前記底壁４３０は下方に突出する高さが少なくても０．１ｍｍとなる曲率を有する曲面で形成される。好ましくは、前記底壁４３０は下方に突出する高さが少なくても前記底壁４３０の厚さの５０％と同一になる曲率を有する曲面で形成される。前記底壁４３０の突出する高さがより小さくなり曲率がより小さくなれば、缶４００の縦圧縮時、底壁４３０が内方に撓むことが防止される。また、前記底壁４３０の突出する高さがあまりに大きくなれば、リチウム二次電池の容量が増加しないにもかかわらず、リチウム二次電池の大きさが大きくなってしまうという問題がある。従って、前記底壁４３０の突出する高さは機種と電池の容量によって適正に決定されることが好ましい。前記底壁４３０は、より好ましくは、突出する高さが２ｍｍより小さくなるように形成される。

図５ａは、本発明の又他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の斜視図を示す。図５ｂは、図５ａのＣ−Ｃ断面図を示す。

本発明の又他の実施形態に係るリチウム二次電池用缶５００は、図５ａと図５ｂを参照すれば、前記底壁５３０が下方に突出する曲面で形成され、中央に所定の大きさの平面部５３５が形成される。より詳細には、前記底壁５３０は長側壁５１０の下辺、即ち、長側辺５１０ａ方向に所定の曲率を有するように形成され、底壁５３０の中央部分には所定の大きさで平面部５３５が形成される。前記平面部５３５は、好ましくは前記缶５００に結合されるリードプレート（図示していない）と底壁の接触面積に対応する大きさで形成される。前記平面部５３５の大きさは、前記平面部５３５に接触する前記リードプレートの部分の長さと幅に対応し、前記平面部５３５が前記リードプレートの部分の全体の長さと幅に概ね重なり合う大きさである。また、前記平面部５３５は４つの横方向の大きさを持ち、前記缶５００の底の突出する面は前記平面部５３５の横方向の大きさを完全に囲んでいる。リチウム二次電池の機種によっては前記缶５００の底壁に二次保護素子（図示していない）と連結されるリードプレートが熔接されて結合する。この際、前記リードプレートが熔接される底壁部位は平面をなすことが熔接に有利になる。従って、前記底壁５３０は前記リードプレートと接触する部分が平面で形成される。

前記底壁５３０は、前記平面部５３５が形成される高さが少なくても０．１ｍｍになるように形成される。好ましくは、前記底壁５３０は前記平面部５３５が形成される高さが少なくても前記底壁５３０の厚さの５０％と同一になるように形成される。前記底壁５３０の前記平面部５３５が形成される高さがあまりに小さくなれば、缶５００の縦圧縮時、底壁５３０が内方に撓むことが防止される。また、前記底壁５３０の前記平面部５３５が形成される高さがあまりに大きくなれば、リチウム二次電池の容量が増加しないにもかかわらずリチウム二次電池の大きさが大きくなってしまうという問題がある。従って、前記底壁５３０の突出する高さは機種と電池の容量によって適正に決定されることが好ましい。前記底壁５３０は突出する高さが、より好ましくは、２ｍｍより小さくなるように形成される。

一方、図５ａと図５ｂに図示されたリチウム二次電池用缶では底壁に長側辺方向に曲率が形成され、底壁の中央部分に平面部が形成される缶の場合に対して説明したが、図３ａと図３ｂでのように、短側辺方向に曲率が形成された底壁を含む缶、または、図４に示すように長側辺と短側辺方向に曲率が形成された底壁を含む缶でも底壁の中央部分に平面部が形成できることは勿論である。

次に、本発明の実施形態に係るリチウム二次電池用缶の作用に対して説明する。

本発明の実施形態に係るリチウム二次電池用缶２００は、図２ａと図２ｂを参照すれば、底壁２３０は缶２００の下方に所定の高さだけ突出して全体的に曲面を有するように形成される。従って、前記缶２００または前記缶２００が使われたリチウム二次電池が縦圧力を受けることになって縦軸を基準として折られることになっても、前記底壁２３０は缶２００の内方でない外方（即ち、下方）に折り曲げられる。すなわち、底壁２３０は外方に撓むようになる。前記缶２００の底壁２３０が外側に折り曲げられれば前記缶２００の内部に受容されている電極組立体（図示していない）の下部に局部的に加えられる力がなくなるので、電極組立体の電極板間ショートが発生しなくなる。従って、リチウム二次電池の安全性が向上する。

前記ではリチウム二次電池を実施形態として説明したが、他の二次電池にも本発明に係る二次電池用缶が適用できることは勿論である。

以上、説明したように、本発明は上述の特定の好ましい実施形態に限るのではなく、特許請求範囲から請求する本発明の要旨を外れない範囲で当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形の実施が可能であることは勿論であり、そのような変更は特許請求範囲の記載の範囲内にあることになる。

２００、３００、４００、５００ 缶、
２１０、３１０、４１０、５１０ 長側壁、
２２０、３２０、４２０、５２０ 短側壁、
２３０、３３０、４３０、５３０ 底壁。

Claims (11)

1. 正極板と負極板及び前記正極板と負極板との間に介されるセパレータが巻き取られて形成される電極組立体と、前記電極組立体が上段開口部に挿入されて受容される缶を含むリチウム二次電池に適用されるリチウム二次電池用缶であって、
   前記缶は底壁が外方に所定の高さで突出する曲面で形成され、
   前記底壁は前記缶の短側辺及び長側辺の方向に所定の曲率を有するように形成され、
   前記底壁は中央部に所定の大きさで形成される平面部を含むことを特徴とするリチウム二次電池用缶。
2. 前記缶は底壁の平面部に結合されるリードプレートを含み、前記リードプレートは前記缶を二次保護素子に接続するものであって、前記平面部の大きさは、前記平面部に接触する前記リードプレートの部分の長さと幅に対応し、前記平面部が前記リードプレートの部分の全体の長さと幅に重なり合うことを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用缶。
3. 前記底壁の平面部は４つの横方向の大きさを持ち、底の突出する面は前記平面部の横方向の大きさを完全に囲むことを特徴とする請求項１または２に記載のリチウム二次電池用缶。
4. 前記缶は長側壁と短側壁と底壁とを含む略ボックス形状で形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリチウム二次電池用缶。
5. 前記底壁は突出する高さが少なくても０．１ｍｍとなる曲率を有するように形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリチウム二次電池用缶。
6. 前記底壁は突出する高さが少なくても前記底壁の厚さの５０％となる曲率を有するように形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリチウム二次電池用缶。
   
7. 前記底壁は突出する高さが２ｍｍより小さくなる曲率を有するように形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリチウム二次電池用缶。
8. 正極板と負極板及び前記正極板と負極板との間に介されるセパレータが巻き取られて形成される電極組立体と、前記電極組立体が上段開口部に挿入されて受容される缶を含むリチウム二次電池であって、
   前記缶は略ボックス形状で形成され、底壁が下方に突出する曲面で形成され、
   前記底壁は前記缶の短側辺及び長側辺の方向に所定の曲率を有するように形成され、
   前記底壁は中央部に所定の大きさで形成される平面部を含むことを特徴とするリチウム二次電池。
9. 前記缶は底壁の平面部に結合されるリードプレートを含み、前記リードプレートは前記缶を二次保護素子に接続するものであって、前記平面部の大きさは、前記平面部に接触する前記リードプレートの部分の長さと幅に対応し、前記平面部が前記リードプレートの部分の全体の長さと幅に重なり合うことを特徴とする請求項８に記載のリチウム二次電池。
10. 前記底壁の平面部は４つの横方向の大きさを持ち、底の突出する面は前記平面部の横方向の大きさを完全に囲むことを特徴とする請求項８または９に記載のリチウム二次電池。
11. 前記底壁は請求項５ないし７のいずれか１項による形状で形成されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のリチウム二次電池。