JP2010282824A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】シール信頼性を向上させることができる密閉型電池を提供する。
【解決手段】円筒型リチウムイオン二次電池２０は、有底円筒状の電池容器７を備えている。電池容器７には、正極板および負極板がセパレータを介して配された電極群６が収容されている。電池蓋１４は、ガスケット１０を介して電池容器７の開口部にかしめ固定されている。電池容器７の開口端部、ガスケット１０の円筒部１０ｂが内側に曲げられており、開口端部が内倒部７ｂを形成している。ガスケット１０は、電池容器７の括れ部７ａと電池蓋１４との間で平座部１０ａの一部が薄肉化されている。ガスケット１０と電池容器７との間には、括れ部７ａと電池蓋１４との間で薄肉化された箇所から内倒部７ｂにわたり空間Ｓが形成されている。かしめ固定時にガスケット１０の逃げ場が確保される。
【選択図】図３

Description

本発明は密閉型電池に係り、特に、正極および負極がセパレータを介して配された発電体と、発電体を浸潤する電解液と、発電体および電解液を収容する有底容器と、容器にかしめ固定された蓋体と、蓋体および容器間に介在したガスケットとを備えた密閉型電池に関する。

従来密閉型電池では、例えば、有底円筒形容器に電気絶縁性のガスケット（パッキン）を介して蓋体で封口、シールされている。シール部分は、一般に、容器の開口部に近い箇所に括れ加工が施され、括れ部分の容器内側の開口部側（容器を立てた場合の上側）にゴムやプラスチック樹脂製のガスケットが配置されている。ガスケットの上側に蓋体を配置して、容器の開口端部を内側に折り曲げ変形させる、つまり、かしめることで容器と蓋体との間にあるガスケットが押さえられる。ガスケットが容器と蓋体とで圧縮されることによって、絶縁性とシール性とが兼ね備えられたシール構成とされている。

密閉型電池を代表するリチウムイオン二次電池では、有機電解液が用いられており、電池内部に水分が浸入すると電池性能が著しく低下することがある。さらには、用いられる有機電解液が可燃性液体（消防法でいう危険物第４類、引火性液体）のために、電池外へ漏れ出たときに近傍に火点があると引火する可能性があるので、電池を密閉しておく必要がある。また、密閉型電池では、その使用環境において、所望の性能を維持することが要求されており、通常の使用環境下での使用寿命末期に至るまでシール性能を持ち続ける、すなわちシール信頼性を確保する必要がある。シール信頼性を向上させるために、例えば、容器の括れ部分のガスケットが配置される側の面を平坦状に形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２６６８０５号公報

しかしながら、上述したシール構成においては、圧縮されたガスケットの弾性変形時の反発力でシール性能が実現されるが、ガスケットの素材や形状によって、また容器の素材や形状によって、ガスケットの発揮する反発力が異なるので、シール性能が不十分となることがある。このため、電池寿命に至るまでを考慮して十分な反発力が得られるように、初期（電池組立時）にガスケットの圧縮量や圧縮率を与える必要がある。また、圧縮量や圧縮率は、容器の内径、蓋体の外径、ガスケットの径や厚さといった、構成部品の寸法のばらつきも吸収しきれるように設定することが必要となる。ガスケットに一定の圧縮変形が加わるように容器や蓋体の配置を考慮しないと、ガスケットの圧縮不足からシール性能の低下を招くことになる。ガスケットに荷重が加えられたときは、荷重を加えられた部分が変形し（へこみ）、変形部周囲にガスケット材が逃げる動きとなる。すなわち、蓋体と容器との間に位置するガスケットでは、かしめによりガスケットに荷重がかかり、荷重のかかった部分の厚さが薄くなるように変形（薄肉化）し、荷重のかからない箇所に逃げることになる。このとき、ガスケットが蓋体と容器とに密着している（逃げられる余裕がない）と、かしめにより荷重が加えられても、逃げ場がないためにガスケットに適切な変形を与えることができなくなる。このような場合には、ガスケットの適切な反発力を得ることができなくなり、シール性能を確保することが難しく、シール信頼性を損なうこととなる。

本発明は上記事案に鑑み、シール信頼性を向上させることができる密閉型電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、正極および負極がセパレータを介して配された発電体と、前記発電体を浸潤する電解液と、前記発電体および電解液を収容する有底容器と、前記容器にかしめ固定された蓋体と、前記蓋体および容器間に介在した電気絶縁性ガスケットと、を備え、前記ガスケットは前記蓋体のかしめ固定により圧縮された圧縮箇所を有しており、前記ガスケットと前記蓋体または前記容器との間に空間が形成されていることを特徴とする密閉型電池である。

本発明では、蓋体のかしめ固定によりガスケットが圧縮されたときに、ガスケットの荷重のかからない部分がガスケットと蓋体または容器との間に形成された空間に逃げることから、ガスケットに適切な変形が付与されシール信頼性を向上させることができる。

この場合において、容器が蓋体のかしめ固定された下側に中心側に突出した括れ箇所を有しており、ガスケットが容器の括れ箇所と蓋体との間で薄肉化され圧縮箇所が形成されていてもよい。このとき、ガスケットが、蓋体のかしめ固定により形成される容器の内倒部と蓋体との間で薄肉化され圧縮箇所が更に形成されていてもよい。また、空間が、容器の括れ箇所と蓋体との間の圧縮箇所から、容器の内倒部と蓋体との間の圧縮箇所にわたり形成されていてもよい。ガスケットの圧縮箇所を、容器の内倒部の先端部以外の箇所の一部と蓋体との間で薄肉化されているようにすることができる。ガスケットが蓋体側または容器の括れ箇所側に突出した突起部を有する円環状を呈しており、突起部が蓋体のかしめ固定により圧縮されていてもよい。

本発明によれば、蓋体のかしめ固定によりガスケットが圧縮されたときに、ガスケットの荷重のかからない部分がガスケットと蓋体または容器との間に形成された空間に逃げることから、ガスケットに適切な変形が付与されシール信頼性を向上させることができる、という効果を得ることができる。

本発明を適用した実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図である。 実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池に用いたガスケットを模式的に示す断面図である。 実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の電池容器と電池蓋とのかしめ部を拡大して示し、ガスケットと電池容器との間に形成された空間を模式的に示す部分断面図である。 別の態様の円筒型リチウムイオン二次電池の電池容器と電池蓋とのかしめ部を拡大して示し、ガスケットと電池蓋との間に形成された空間を模式的に示す部分断面図である。 従来の円筒型リチウムイオン二次電池の電池容器と電池蓋とのかしめ部を拡大して示し、ガスケットが電池蓋および電池容器と密着するように配された位置関係を模式的に示す部分断面図である。 他の態様の円筒型リチウムイオン二次電池の電池容器と電池蓋とのかしめ部を拡大して示し、電池容器の内倒部の先端が食い込んだガスケットを模式的に示す部分断面図である。 さらに他の態様の円筒型リチウムイオン二次電池の電池容器と電池蓋とのかしめ部を拡大して示し、電池容器の内倒部の先端以外の部分が食い込んだガスケットを模式的に示す部分断面図である。 図7の円筒型リチウムイオン二次電池に用いた電池容器の製造過程の状態を示す部分断面図であり、（Ａ）は電池容器の開口端部を電池外側にほぼ直角となるように曲げた状態、（Ｂ）はほぼ直角に曲げられた部分を電池容器外周面の直近で切断した状態をそれぞれ示す。 図８（Ｂ）の電池容器の開口端部を拡大して示し、開口端部が面取り加工された状態を示す断面図である。 別の態様のガスケットを示し、平座部外側に突起を有するガスケットを模式的に示す断面図である。 さらに別の態様のガスケットを示し、平座部内側に突起を有するガスケットを模式的に示す断面図である。 平座部外側に突起を有するガスケットを用いた円筒型リチウムイオン二次電池の電池容器と電池蓋とのかしめ部を拡大して示し、圧縮された突起、ガスケットおよびガスケットと電池容器との間に形成された空間を模式的に示す部分断面図である。 実施例および比較例の円筒型リチウム二次電池のヒートサイクル試験の結果を示し、サイクル数に対する電池質量減少の百分率の変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明を適用した円筒型リチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池２０は、ニッケルメッキが施されたスチール製で有底円筒状の電池容器（有底容器）７を備えている。電池容器７には、正極板（正極）および負極板（負極）がセパレータを介して配された発電体としての電極群６が収容されている。

電極群６の捲回中心には、ポリプロピレン樹脂製で円筒状の芯体１が使用されている。電極群６の上側には、芯体１のほぼ延長線上に正極板からの電位を集電するための円環状の正極集電リング４が配置されている。正極集電リング４は、芯体１の上端部に固定されている。正極集電リング４の周囲から一体に張り出している鍔部周縁には、正極板から導出された正極リード片２の端部が溶接で接合されている。正極集電リング４の上方には、正極外部端子となる円盤状の電池蓋１４が配置されている。正極集電リング４の上部には正極リード９の一端が接合されており、正極リード９の他端は接続板を介して電池蓋１４の下面に接合されている。電池蓋１４は、安全弁（弁機構）を有する部品を含む複数の部品で構成されている。電池蓋１４は、切削加工により中央部が突状に形成されたアルミニウム製の円盤が用いられており、突状部分（中央部）以外の厚さが１．６ｍｍに設定されている。電池蓋１４では、外周面が半径０．８ｍｍの丸みをもたせた形状に形成されており、表面粗さが一般粗さに形成されている。

電池蓋１４は、ガスケット１０を介して電池容器７の開口部にかしめ固定されている。ガスケット１０は、図２に示すように、射出成型により断面Ｌ字状のリング状に形成されている。すなわち、ガスケット１０は、円形状の開口が形成された円板状の平座部１０ａと、平座部１０ａの外縁から略直角に立ち上がる円筒部１０ｂとを有している。ガスケット１０では、断面Ｌ字状の角部内側が電池蓋１４の丸みに沿うように半径０．８ｍｍの丸みをもたせた形状に形成されており、角部外側も角部内側と同様に半径０．８ｍｍの丸みをもたせた形状に形成されている。ガスケット１０は、本例では、パーフロロアルキルビニルエーテル・テトラフロロエチレン共重合体（以下、ＰＦＡと略記する。）の材質が用いられており、平座部１０ａ、円筒部１０ｂ共に厚さが０．８ｍｍに設定されている。

図３に示すように、電池容器７には、開口端より容器底面側に括れ加工が施されており、括れ部７ａが形成されている。括れ部７ａは、電池容器７の内部側（中心側）に突出しており、断面Ｕ字状に形成されている。すなわち、括れ部７ａでは、電池容器７の外周に窪みが形成されている。ガスケット１０は、電池容器７の内部側で括れ部７ａの上側（開口端側）に配置されている。電池蓋１４は、ガスケット１０の平座部１０ａの上側に配置されている。換言すれば、括れ部７ａは電池蓋１４の下側に形成されている。電池蓋１４のかしめ固定により、電池容器７の開口端部およびガスケット１０の円筒部１０ｂ（の一部）が電池蓋１４の周縁部に沿うように内側に曲げられている。このため、電池容器７の開口端部が内倒部７ｂを形成している。内倒部７ｂは、電池蓋１４と略平行に曲げられている。ガスケット１０は、括れ部７ａと電池蓋１４との間で平座部１０ａの一部が圧縮され薄肉化されている。すなわち、ガスケット１０の圧縮された圧縮箇所では、厚さが当初（かしめ前）の０．８ｍｍから０．４８ｍｍに薄肉化している。このため、ガスケット１０の圧縮率は、１００×（０．８−０．４８）／０．８＝４０％となる。一方、内倒部７ｂと電池蓋１４との間では、ガスケット１０の厚さが当初の厚さと同じ０．８ｍｍに保たれている。また、ガスケット１０と電池容器７との間には、括れ部７ａと電池蓋１４との間の圧縮箇所から内倒部７ｂにわたり空間Ｓが形成されている。換言すれば、圧縮箇所では、ガスケット１０と電池容器７との間に空間が形成されず密着することとなる。

一方、図1に示すように、電極群６の下側には負極板からの電位を集電するための円環状の負極集電リング５が配置されている。負極集電リング５の内周面には芯体１の下端部外周面が固定されている。負極集電リング５の外周縁には、負極板から導出された負極リード片３の端部が溶接で接合されている。負極集電リング５の下部は、負極リード８を介して負極外部端子を兼ねる電池容器７の内底部に溶接で接合されている。

また、電池容器７内には、電極群６を浸潤する非水電解液が注液されている。非水電解液には、炭酸エチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル等の混合有機溶媒中に６フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を１Ｍ／Ｌ（モル／リットル）程度の濃度で溶解したものが用いられている。得られたリチウムイオン二次電池２０では、電池蓋１４が電池容器７の開口部にかしめ固定されることで内部が密封されている。

図1に示すように、電極群６は、正極板と負極板とが、これら両極板が直接接触しないようにポリエチレン製等の微多孔性のセパレータを介し、芯体１の周囲に断面渦巻状に捲回されている。セパレータは、本例では、厚さが２０〜５０μｍ程度に設定されている。正極リード片２と負極リード片３とが、それぞれ電極群６の互いに反対側の両端面に配されている。電極群６および正極集電リング４の鍔部周面全周には、電極群６と電池容器７との電気的接触を防止するために絶縁被覆が施されている。電極群６の最大径部が絶縁被覆存在部となるように捲き数が調整され、該最大径が電池容器７の内径より僅かに小さく設定されている。電池容器７は、本例では、厚さが０．５ｍｍ、外径が４０ｍｍに設定されている。

電極群６を構成する正極板は、正極集電体としてアルミニウム箔を有している。アルミニウム箔の厚さは、本例では、２０μｍに設定されている。アルミニウム箔の両面には、正極活物質を含む正極合剤が略均等に塗着されている。正極活物質には、リチウム遷移金属複酸化物が用いられている。正極合剤には、正極活物質以外に、炭素材料等の導電材およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のバインダ（結着剤）が配合されている。アルミニウム箔の長寸方向一側の側縁には、正極合剤の無塗着部が形成されている。無塗着部は櫛状に切り欠かれており、切り欠き残部で正極リード片２が形成されている。

一方、負極板は、負極集電体として銅箔を有している。銅箔の厚さは、本例では、１０μｍに設定されている。銅箔の両面には、負極活物質としてリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材料の粉末を含む負極合剤が略均等に塗着されている。負極合剤には、負極活物質以外に、アセチレンブラック等の導電材およびＰＶＤＦ等のバインダが配合されている。銅箔の長寸方向一側の側縁には、正極板と同様に負極合剤の無塗着部が形成されており、負極リード片３が形成されている。

（電池組立）
リチウムイオン二次電池２０の組立では、まず、作製した正負極板をセパレータを介して芯体１の周囲に捲回し電極群６を作製する。正極板、負極板を正極合剤塗着面と負極合剤塗着面とが適切に対向し、かつ、正極リード片２と負極リード片３とが互いに反対方向に位置するように捲回する。作製した電極群６の両端面にそれぞれ配された正極リード片２および負極リード片３を正極集電リング４および負極集電リング５にそれぞれ溶接した後、負極集電リング５を底側に向けて電池容器７内に電極群６を挿入する。芯体１の中空部分に溶接棒を挿入し、負極集電リング５に予め溶接しておいた負極リード８を電池容器７の内底部に抵抗溶接で接合する。

電池容器７の開口端より若干底側に括れ加工を施し、正極集電リング４に予め一端を溶接しておいた正極リード９の他端を電池蓋１４の下面に溶接で接合する。括れ部７ａの電池内部側の容器開口側（電池容器７を立てたときの上側）にガスケット１０を配置し、さらにガスケット１０の上側に正極リード９を接合した電池蓋１４を配置する。電池容器７内に非水電解液を注液し、電極群６を非水電解液に浸潤させた後、電池蓋１４を電池容器７の開口端部を内側に折り曲げ変形させる。電池容器７を変形させるときは、電池蓋１４と電池容器７の括れ部７ａとに挟まれた箇所のガスケット１０の圧縮率が４０％となるように荷重を加える。すなわち、電池蓋１４を電池容器７の開口部にかしめ固定し、リチウムイオン二次電池２０の組立を完成させる。

（作用等）
次に、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池２０の作用等について説明する。

本実施形態のリチウムイオン二次電池２０では、電池蓋１４のかしめ固定によりガスケット１０が括れ部７ａと電池蓋１４との間で圧縮され薄肉化されている。電池容器７とガスケット１０との間には、空間Ｓが形成されている。電池蓋１４をかしめ固定するときに内倒部７ｂがガスケット１０（曲げられた円筒部１０ｂ）を介して電池蓋１４を下方に押し付けることとなるため、電池蓋１４と括れ部７ａとの間に位置するガスケット１０（の平座部１０ａの一部）が圧縮される。ガスケット１０の圧縮箇所が薄肉化するため、圧縮箇所以外へ逃げようとする。ガスケット１０と電池容器７との間に空間Ｓが形成されていることで、ガスケット１０の圧縮変形時に逃げ場が確保されるため、ガスケット１０の圧縮変形量を確保し反発力が発生するように圧縮することができる。従って、ガスケット１０に適切な変形が付与され反発力が確保されるため、リチウムイオン二次電池２０の密閉性、すなわち、シール性能を確保しシール信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態のリチウムイオン二次電池２０では、空間Ｓがガスケット１０の圧縮箇所（薄肉化された部分）から電池容器７の内倒部７ｂにわたり形成されている。このため、電池蓋１４が電池容器７にかしめ固定された後でも空間Ｓが形成されている。従って、ガスケット１０の圧縮変形時の逃げ場が確保されることとなり、シール性能を確保することができる。

更に、本実施形態のリチウムイオン二次電池２０では、電池蓋１４がかしめ固定された後でも空間Ｓが形成されていることから、例えば、電池蓋１４、電池容器７やガスケット１０自体に寸法バラツキが生じても、ガスケット１０の圧縮変形時に、逃げ場を確保しつつ、圧縮変形量を確保することができる。従って、電池構成部材に寸法バラツキが生じても、シール性能のバラツキを抑制して安定化させることができ、電池信頼性を向上させることができる。さらに付言すれば、ガスケット１０の逃げ場を確保しつつも、ガスケット１０を圧縮変形させ、かつ、ガスケット１０と電池容器７（または電池蓋１４）との間に空間Ｓを形成することなく電池蓋１４をかしめ固定することも可能である。しかしながら、電池の工業生産では、電池構成部材の成形寸法のバラツキが生じるため、必ずしも常にガスケット１０を適切に圧縮変形させつつも、空間Ｓを形成させずに電池蓋１４をかしめ固定することができるとは限らない。従って、電池蓋１４をかしめ固定した後でも必ず空間Ｓが形成されるようにしておくことで、シール性能のバラツキの少ない製品を得ることができる。

従来密閉型電池では、ガスケットの弾性変形による反発力でシール性能が実現されるが、ガスケットの素材や形状によって、また容器の素材や形状によって、ガスケットの反発力が異なるので、シール性能が不十分となることがある。このため、電池寿命に至るまで十分な反発力が得られるように、電池組立時にガスケットの圧縮量や圧縮率を与える必要がある。また、圧縮量や圧縮率は、電池容器、電池蓋、ガスケット等の構成部品の寸法バラツキが吸収されるように設定することが必要となる。ガスケットの圧縮変形が不十分な場合は、シール性能の低下を招くこととなる。電池蓋と電池容器との間に介在するガスケットでは、かしめ固定するときにガスケットに荷重が加えられると、荷重を加えられた部分が薄肉化し、その周囲にガスケットが逃げることとなる。図５に示すように、ガスケット１０が電池蓋１４と電池容器７とに密着していると、逃げ場がないためにガスケット１０を適切に変形させることができなくなる。この結果、ガスケットの反発力を得ることができなくなるため、シール性能を確保することが難しくなり、シール信頼性を損なうこととなる。本実施形態は、これらの問題を解決することができるリチウムイオン二次電池である。

なお、本実施形態では、電池容器７とガスケット１０との間に空間Ｓが形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電池蓋１４とガスケット１０との間に空間Ｓが形成されていてもよい。このことは次のように構成することで実現することができる。すなわち、図４に示すように、電池容器７の内部側で括れ部７ａの上側に配置されたガスケット１０は、電池蓋１４のかしめ固定により、括れ部７ａとガスケット１０の上側に配置された電池蓋１４との間で薄肉化されている。空間Ｓは、電池蓋１４とガスケット１０との間で、薄肉化された圧縮箇所から内倒部７ｂにわたり形成されている。このようにしても、ガスケット１０の圧縮変形時の逃げ場が確保されるため、上述した効果を得ることができる。

また、本実施形態では、電池容器７の内倒部７ｂが電池蓋１４と略平行となるように曲げられた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。内倒部７ｂと電池蓋１４との間に位置するガスケット１０が電池蓋１４のかしめ固定により圧縮され薄肉化されているようにしてもよい。このことは、例えば、図６に示すように、内倒部７ｂの先端部（電池容器７の開口端部）がガスケット１０に食い込みを生じるように荷重をかけることで実現することができる。このようにすれば、括れ部７ａと電池蓋１４との間で薄肉化された部分に加え、内倒部７ｂと電池蓋１４との間でもガスケットが圧縮変形され薄肉化されるので、シール性能を一層向上させることができる。この場合、内倒部７ｂの先端部がガスケット１０に食い込むことから、内倒部７ｂの先端部が鋭利状であるとガスケット１０を損傷させる可能性がある。これを回避するために、内倒部７ｂの先端部以外の部分がガスケット１０を圧縮するようにしてもよい。例えば、電池容器７の成形時に、図８（Ａ）に示すように、電池容器７の開口端部を外側に湾曲させてフランジ部を形成した後、図８（Ｂ）に示すように、フランジ部を電池容器７の外周面直近で切断して開口端部Ｐをファンネル形状に形成するようにすれば、ガスケット１０に対する損傷の抑制効果を高めることができる。すなわち、図７に示すように、電池容器７と電池蓋１４とのかしめにより電池蓋１４が固定された状態では、ファンネル形状に形成された電池容器７の湾曲部分がガスケット１０を圧縮するため、ガスケット１０の損傷を抑制することができる。更に、ファンネル形状に形成された電池容器７の開口端部に面取り加工等を施すようにしてもよい。すなわち、図９に示すように、開口端部Ｐの外側の鋭利な角部に面取り加工を施すことで鋭利な角部がなくなるため、かしめ固定時に用いる金型に対する局部的な摩耗を抑制し金型寿命を延ばすことができる。

更に、本実施形態では、ガスケット１０が断面Ｌ字状のリング状で、平座部１０ａと円筒部１０ｂとを有する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、例えば、平座部１０ａが突起部を有するようにしてもよい。このことは、図１０に示すように、平座部１０ａの外側、すなわち、電池容器７の括れ部７ａ側に、ガスケット１０の全周にわたる突起Ｔを有するように成型することで実現することができる。また、図１１に示すように、平座部１０ａの内側、すなわち、電池蓋１４側に突起Ｔを有するように成型することも可能である。このようにすれば、電池容器７と電池蓋１４とのかしめ時に、突起Ｔが優先的に圧縮されてガスケット１０が変形するため、シール性能の向上を図ることができる。

また更に、本実施形態では、ガスケット１０の材質にＰＦＡを例示したが、本発明はガスケット１０の材質に制限されるものではない。本実施形態以外に用いることができるガスケット１０の材質としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム等のゴム材を挙げることができる。また、電池蓋１４や電池容器７の材質、厚さ等にも制限されないことはいうまでもない。

更にまた、本実施形態では、円筒型リチウムイオン二次電池２０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電池蓋が電池容器にかしめ固定されて密閉される密閉型電池に適用することができる。また、正負極の活物質、バインダ、非水電解液等にも制限されないことはもちろんである。更に、電池形状についても円筒型に限定されるものではない。例えば、断面円形状の円筒型に代えて、断面形状を扁平円形状としてもよく、楕円状や長円状とすることも可能である。

次に、本実施形態に従い製造したリチウムイオン二次電池２０の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例についても併記する。

（実施例１）
実施例１では、電池蓋１４が電池容器７にかしめ固定された状態で、内倒部７ｂが電池蓋１４と略平行に位置しており、電池容器７とガスケット１０との間に空間Ｓが形成されているようにした（図３参照）。このとき、電池蓋１４の直径を３６．６ｍｍ、ガスケット１０の円筒部１０ｂの内径を３６．７ｍｍとした。ガスケット１０の厚さは、内倒部７ｂと電池蓋１４との間で０．８ｍｍ、括れ部７ａと電池蓋１４との間で０．４８ｍｍであった。すなわち、ガスケット１０の圧縮率は４０％であった（０．８ｍｍ−０．８ｍｍ×４０％＝０．４８ｍｍ）。

（比較例１）
比較例１では、電池蓋１４の直径を３７．２ｍｍ、ガスケット１０の円筒部１０ｂの内径を３７．３ｍｍとした。電池蓋１４が電池容器７にかしめ固定された状態で、内倒部７ｂが電池蓋１４と略平行に位置しており、電池容器７とガスケット１０との間および電池蓋１４とガスケット１０との間にはいずれも空間Ｓが形成されないようにした（図５参照）。ガスケット１０の厚さは、内倒部７ｂと電池蓋１４との間ではかしめ固定前と変わらず０．８ｍｍ、括れ部７ａと電池蓋１４との間では０．７ｍｍであった。すなわち、ガスケット１０の圧縮率は約１２％であった。

（実施例２）
実施例２では、電池蓋１４の直径を３６．６ｍｍ、ガスケット１０の円筒部１０ｂの内径を３７．３ｍｍとし、電池蓋１４とガスケット１０との間に空間Ｓが形成されているようにした（図４参照。）以外は、実施例１と同様にした。ガスケット１０の圧縮率は４０％であった（０．８ｍｍ−０．８ｍｍ×４０％＝０．４８ｍｍ）。

（実施例３）
実施例３では、実施例１と同様の構成としたが、電池容器７の開口端部（内倒部７ｂの先端部）がガスケット１０に食い込んだ形状で電池容器７に電池蓋１４をかしめ固定した（図６参照）。すなわち、ガスケット１０は、内倒部７ｂが食い込んだ部分でも圧縮されている。

（実施例４）
実施例４では、実施例１と同様の構成としたが、内倒部７ｂの先端部以外の部分の一部がガスケット１０に食い込んだ形状で電池容器７に電池蓋１４をかしめ固定した（図７参照）。すなわち、ガスケット１０は、内倒部７ｂの先端部以外の部分の一部が食い込んだ部分でも圧縮されている。この場合、内倒部７ｂの先端部以外のところが食い込めるように、電池容器７を絞り加工で作製し、加工最終工程でフランジ部を切断することで開口端部直近部のみを予めファンネル形状に広がった形状としておいた（図８（Ａ）（Ｂ）参照）。

（実施例５）
実施例５では、比較例１と同様の構成としたが、平座部１０ａの外側に突起Ｔを有するガスケット１０を用いた（図１０参照）。すなわち、図１２に示すように、突起Ｔが電池蓋１４のかしめ固定により圧縮変形するようにした。突起Ｔより外周側で、電池容器７の括れ部７ａとガスケット１０との間に空間Ｓが形成されている。

（評価）
作製した各実施例および比較例のリチウムイオン二次電池について、ヒートサイクル試験を行いシール性能を評価した。ヒートサイクル試験では、試験前の電池質量を測定した後、室温で、１時間率の電流値で定電流充電し、電池電圧４．０Ｖで定電圧充電した。その後、８５℃で２００時間、−４０℃で２時間のヒートサイクルに投入し、２サイクル毎に電池質量を測定した。このヒートサイクル試験では、高温環境下でガスケットをクリープ劣化させ、圧縮反発力を低下させるように作用し、低温環境下でガスケットを収縮させ、さらに反発力を低下させる状態にする。このため、長期的なクリープ劣化が生じた場合のシール性能を評価することができる。シール性能が低下すると、電池内部の非水電解液が除々に電池外へ逸散するので電池の質量が減少することとなる。従って、かしめシール部のシール性能を電池質量の変化率で評価することができる。シール性能の評価では、ヒートサイクル投入前の電池質量に対する電池質量の変化量を追跡した。すなわち、質量変化量（質量減少率）が小さいほど良好なシール性能であることを示すことになる。

図１３に示すように、比較例１のリチウムイオン二次電池では、ヒートサイクル試験によるサイクル数の増加に対する質量変化量が大きくなる（電池質量が大きく低下する）のに対して、各実施例のリチウムイオン二次電池では、質量変化量が小さく抑制されている。すなわち、各実施例のリチウムイオン二次電池のシール性能が比較例１のリチウムイオン二次電池より優れていることが明らかとなった。

実施例１、実施例２のリチウムイオン二次電池では、電池蓋１４のかしめ固定後においても、ガスケット１０と電池容器７との間、または、ガスケット１０と電池蓋１４との間に空間Ｓが形成されている。すなわち、電池蓋１４のかしめ固定時に、内倒部７ｂがガスケット１０を介して電池蓋１４を下方に押し付ける力で電池蓋１４と括れ部７ａとの間に位置するガスケット１０が圧縮される。このとき、圧縮されたガスケット１０が変形し、圧縮された部分以外に逃げようとする。電池蓋１４のかしめ固定後でも空間Ｓが残されるほど十分な空間があるため、圧縮変形時にガスケット１０の逃げ場が十分に確保される。このため、圧縮変形量が大きくなるように、つまり大きな変形反発力が発生するようにガスケット１０を圧縮することができ、良好なシール性能を得ることができたものと考えられる。

これに対して、比較例１のリチウムイオン二次電池では、電池蓋１４のかしめ固定後にガスケット１０の外側にも内側にも空間が形成されていない。このため、内倒部７ｂが電池蓋１４を下方に押し付ける力で電池蓋１４と括れ部７ａとの間に位置するガスケット１０を圧縮しても、圧縮されたガスケット１０が変形し、逃げようとする場所がないことになる。従って、ガスケット１０を十分に圧縮変形させることができない、つまりガスケット１０の変形反発力が不十分となるので、サイクル途中からシール性能が低下していく結果となったものと考えられる。

また、比較例１では、サイクル初期の性能が実施例１、実施例２と変わりないものの、サイクルを繰り返すことでガスケット１０のクリープ劣化により反発力が低下し、やがてシール性能が維持できなくなることになる。これに対して、実施例１、実施例２では、サイクル初期に十分な変形反発力を得ることができるので、たとえガスケット１０がクリープ劣化したとしても、シール性能を保持することができる。この点に関し、比較例１の電池構成で、ガスケット１０の圧縮変形を大きくすべく、かしめ固定時に荷重を大きくして作製したリチウムイオン二次電池についてシール性能を評価した。ところが、ガスケット１０の圧縮変形による逃げ場がないため、やはり圧縮量（圧縮変形率）を高めるには至らないことが確認された。さらにかしめ固定時の荷重を大きくすることで電池蓋１４の変形が発生した。電池蓋１４が変形するとシール部の形状が破壊されてしまうので、かえってシール性能の低下につながるのは容易に察しがつくことである。

実施例５のリチウムイオン二次電池では、ガスケット１０が平座部１０ａに突起Ｔを有しているため、突起Ｔが優先的に圧縮変形を受け、ガスケット１０の逃げ場がある（空間Ｓが形成されている）ので、実施例１、実施例２のリチウムイオン二次電池と同様に良好なシール性能を確保することができる。

実施例３、実施例４のリチウムイオン二次電池では、電池蓋１４と電池容器７の括れ部７ａとの間で薄肉化された部分に加え、内倒部７ｂと電池蓋１４との間でもガスケット１０が薄肉化されているので、さらにシール性能が向上したものと考えられる。ただし、実施例３においては、２０サイクル経過後のシール部外観で、内倒部７ｂの先端が当接する部分でガスケット１０に亀裂が観察された。これは、内倒部７ｂ先端が鋭利な形状であるためにガスケット１０に突き刺さり、クリープ破断したものと思われる。実施例３では、実施例４とシール性能に差はないものの、電池を工業製品とした場合を想定すると、商品価値としては実施例４より低下したものとなる。

一方、実施例４では、電池容器成型時に開口端部直近をファンネル形状に開いた形状にしたので、内倒部７ｂ先端部がガスケット１０に突き刺さらないように、先端部以外のところで電池蓋１４との間に位置するガスケット１０を圧縮変形することができ（図７、図８も参照。）、実施例３のようなガスケット１０の亀裂が観察されなかった。さらに付言すれば、ファンネル形状に成型した電池容器７の開口端部外側の鋭利な角部を面取り加工等の方法により鋭利な角のない形状にしておくことが好ましい（図９参照）。電池蓋１４のかしめ固定には金型による方法が最も適切であるが、開口端部に鋭利な角部があると、金型の局部的な摩耗が早くなり、金型寿命が短くなるためである。

以上説明したように、ガスケット１０を圧縮変形させる際には、圧縮変形したガスケット材の近傍に十分な逃げ場を設けておくこと、圧縮変形後、すなわち、電池蓋１４のかしめ固定後においても、ガスケット１０の圧縮変形部以外の部分と、電池容器７または電池蓋１４と、の間に空間Ｓが形成されているようにすることにより、ガスケット１０の変形反発力を得ることができることが判明した。電池を工業製品として生産するにあたっては、ガスケット１０の圧縮変形量を管理することで、シール性能が良好で、そしてシール性能のばらつきの少ない製品を得ることができることが明らかとなった。

本発明はシール信頼性を向上させることができる密閉型電池を提供するものであるため、密閉型電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

Ｓ 空間
６ 電極群（発電体）
７ 電池容器（有底容器）
７ａ 括れ部
７ｂ 内倒部
１０ ガスケット
１４ 電池蓋（蓋体）
２０ 円筒型リチウムイオン二次電池（密閉型電池）

Claims (6)

1. 正極および負極がセパレータを介して配された発電体と、
   前記発電体を浸潤する電解液と、
   前記発電体および電解液を収容する有底容器と、
   前記容器にかしめ固定された蓋体と、
   前記蓋体および容器間に介在した電気絶縁性ガスケットと、
   を備え、
   前記ガスケットは前記蓋体のかしめ固定により圧縮された圧縮箇所を有しており、前記ガスケットと前記蓋体または前記容器との間に空間が形成されていることを特徴とする密閉型電池。
2. 前記容器は前記蓋体がかしめ固定された下側に中心側に突出した括れ箇所を有しており、前記ガスケットは前記容器の括れ箇所と前記蓋体との間で薄肉化され前記圧縮箇所が形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。
3. 前記ガスケットは、前記蓋体のかしめ固定により形成される前記容器の内倒部と前記蓋体との間で薄肉化され前記圧縮箇所が更に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の密閉型電池。
4. 前記空間は、前記容器の括れ箇所と前記蓋体との間の前記圧縮箇所から、前記容器の内倒部と前記蓋体との間の前記圧縮箇所にわたり形成されていることを特徴とする請求項３に記載の密閉型電池。
5. 前記圧縮箇所は、前記容器の内倒部の先端部以外の箇所の一部と前記蓋体との間で薄肉化されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の密閉型電池。
6. 前記ガスケットは、前記蓋体側または前記容器の括れ箇所側に突出した突起部を有する円環状を呈しており、前記突起部が前記蓋体のかしめ固定により圧縮されたことを特徴とする請求項２に記載の密閉型電池。

Images