JP2014022129A

JP2014022129A - リチウムイオン電池

Info

Publication number: JP2014022129A
Application number: JP2012158236A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Nozawa; 和哉野澤; Kanichi Denma; 寛一傳馬
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】
電池の輸送中や設置中に落下や転倒が発生すると、その衝撃で安全弁が開いて電解液が飛散する恐れがある。また、設置中に工具等で不注意にあるいは故意に安全弁を開けてしまう恐れがある。さらに、過充電などの内圧上昇時に電池内容物が飛散する恐れがある。
【解決手段】
正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極群が収納された有底の電池缶と、開口部が形成されて電池缶に取り付けられる電池蓋とで構成されて、開口部をすべて覆うように電池蓋の片面に接着剤が塗布された樹脂製フィルムが設けられたリチウムイオン電池とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、安全弁を備えたリチウムイオン電池に係り、特に電解液の飛散防止を改善する構造を備えたリチウムイオン電池に関する。

電子技術の進歩により、電子機器の高性能化、小型化、ポータブル化が進み、それに伴い、高エネルギー密度、軽量といった利点を持つリチウムイオン電池が多用されている。また、近年では、電池の大型化が進んでおり、太陽光や風力発電の平準化やバックアップ用電源など用途が広がっている。しかし、リチウムイオン電池は、非水電解液を使用しており、密閉型の構造をとる場合、高温で使用したり高電圧で充放電が行われたりし、電池の内圧が上昇しやすく、電池が破裂してしまう恐れがあった。そこで、この種のリチウムイオン電池においては、所定の電池内圧で開裂し、内圧を開放して電池の破裂を防ぐ安全機構を備えた安全弁が設けられている。例えば、産業用の円筒型リチウムイオン電池においては、電池端部に内部に発生したガスを噴出する開口部を有し、その内側に薄い金属箔の安全弁が溶接されている。このような構成を有する電池において、電池の内圧が上昇すると、所定の内圧で安全弁が開裂する。そして、安全弁開裂時の圧力は、開口部から開放されて電池の破裂を未然に防ぐことができる。このような安全弁の構造の一例が、特許文献１に開示されている。

特開平９−２５９８５３号公報

例えば特許文献１に開示された安全機構の場合、安全弁の強度が電池缶の強度よりも弱くなる。また、電池が大型になると開裂する内圧が小さくなるのが一般的で、安全弁を薄くしたり、大きくしたりして開裂する圧力を低くするために、大型のリチウムイオン電池では更に安全弁の強度が弱くなる。そのため、電池の輸送中や設置中に落下や転倒が発生すると、その衝撃で安全弁が開いて電解液が飛散する恐れがある。また、設置中に、工具等で不注意にあるいは故意に安全弁を開けてしまう恐れがある。また、過充電などの内圧上昇時の電池内容物が飛散する恐れがある。そこで、内容物飛散抑止については、例えば特許文献１により解決策が提示されているが、開口部を覆っているだけで密閉していないために、電解液が漏れ出す恐れがある。また、内圧上昇時には、安全弁の形状によっては安全弁自体が吹き飛んでしまい、結線の部分に落ちると短絡する恐れがある。

例えば、正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極群が収納された有底の電池缶と、開口部が形成されて電池缶に取り付けられる電池蓋とで構成されて、開口部をすべて覆うように電池蓋の片面に接着剤が塗布された樹脂製フィルムが設けられたリチウムイオン電池とする。

または、正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極群が収納された有底の電池缶と、開口部が形成されて電池缶に取り付けられる電池蓋とで構成されて、開口部をすべて覆うように電池蓋の片面に接着剤が塗布されたアルミニウムテープが設けられたリチウムイオン電池とする。

このとき、電極群は積層型または扁平捲回型である。

また樹脂製フィルムは、電池缶内部の視認が可能なフィルムであってもよい。樹脂製フィルムは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、またはポリエチレンテレフタレートのいずれかであるとよい。

樹脂製フィルムの厚さは、０．０５〜０．１０ｍｍであると好ましい。

接着剤の粘着力の強さは、５〜１０Ｎ／２５ｍであると好ましい。

開口部は、電解液の注液口と兼用される構造であってもよい。

安全弁の上方がフィルムで覆われているので、落下や転倒で開裂弁が開いたときに電池の内容物が噴出することを防止することができる。またフィルムにより安全弁に直接触れることができないため、不注意あるいは故意に穴を開けることを防止することができる。またフィルムと安全弁とが接触していないので、安全弁の機能（開裂圧）に影響を与えない。過充電などの内圧上昇時には、噴出する高圧ガスの熱で溶けたり、ガスの噴出の勢いで剥がれたり、ガスの噴出を阻害しないため、安全弁の安全機構に影響を与えない。

本発明の一実施形態を示すリチウムイオン電池の断面図である。図１に示すフィルムの部分を拡大した図である。本発明の一実施形態を示すリチウムイオン電池の斜視図である。本発明の一実施形態を示すリチウムイオン電池の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１〜３は本発明を角型リチウムイオン電池で実施した例の断面図である。

角型リチウムイオン電池は、ステンレス製の電池缶１を備えている。電池缶１の内部には、正極板２と負極板３とがセパレータ４を介して形成された構造の電極群が収容されている。電極群は、複数の電極が積層されているものでも、扁平捲回されているものでもよい。また、その積層枚数や捲回量は、その電池の容量の大きさにより決まる。

角型リチウムイオン電池は、ステンレス製の電池缶１の一部としての電池蓋５を備えており、電極群を収納した後、電池缶１の上部開口周縁と電池蓋５の周縁とを溶接することで封止されている。電池蓋５には通電部分６が取り付けられており、電極のタブ７と溶着されている。通電部分６は、正極２及び負極３の外部出力端子及びタブを接合したタブ融着板や、タブ融着板を外部出力端子に押し付ける押し板やナット、ワッシャ、ボルト等の金属製締結部材などの副通電部品から構成され、電気的接続がなされている部品類のことである。電池蓋５には通電部分６の他に、非水電解液を注入する注液口８及び電池内圧上昇時の安全機構として開口部１０とその内側にステンレス箔を溶接した安全弁９が備え付けられている。注液口８は、電解液注入後に注液栓１１により密閉されている。安全弁９は、電池内圧上昇時にこのステンレス箔が破断して、内部のガスを放出する機能を有している。また、電池蓋５の上面には、端子部分が露出されるように穴の開いたポリエチレン製のカバー１３が、電池缶１の絶縁と保護をするために設置されている。カバー１３を透明にすれば、電池蓋５に貼られたラベルを見ることができる。また、このカバー自体にラベルを貼ることもできる。
（実施例１）
上記の角型リチウムイオン電池の開口部１０をすべて覆うように電池蓋５の片面に接着剤の塗布された面（接着面１２’）を有するポリプロピレン製フィルム１２を貼った。フィルム１２の材質は耐電解液性のあるポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレートなどで代用しても良い。また、透明性を持つ材質のものを使用すると安全弁９が開いているかどうかを確認することができる。フィルム１２の厚さは、ドライバーなどが不注意により当たったときでも破れない程度に厚く、ガスの噴出を疎外しない程度の薄さとする（０．０５〜０．１０ｍｍ）。接着剤には耐溶媒性の高いものが望ましいが、粘着力の強さが、安全弁９が開いた状態で逆さまにしても剥がれて電解液がこぼれず、ガスの噴出の勢いや熱で剥がれればアクリル系、ゴム系、シリコン系でも良い（５〜１０Ｎ／２５ｍ）。フィルム１２は、ガス排出弁に触れずに、安全弁９の機能や開裂する圧力に影響を与えていないようにしなければならない。また、フィルム１２は、開口部１０を密閉しており、電池外部から安全弁９に直接触れられない用になっている。

本実施例の角型リチウムイオン電池に過充電試験を実施すると、安全弁９は、フィルム１２が無い場合とほぼ同じタイミングで開裂する。開裂時に、フィルム１２はガスの勢いで剥がれるため、内圧の開放を阻害することはない。また、本実施例の角型リチウムイオン電池に運搬を見立てた落下試験を行ったとき、安全弁９が開いてしまっても、電解液はフィルム１２の外に飛散しなかった。
（実施例２）
図２のフィルム１２をアルミニウムなどの金属薄膜にしても良い。アルミテープにした場合は、落下などの衝撃により開裂弁が開いて電解液が飛び出しても、電解液が飛散することはない。また、過充電になった場合もフィルム１２が吹き飛んでガスの噴出を妨害しない。
（比較例１）
特許文献１に記載された構成のようにフィルムを粘着剤無しに覆った場合は、電解液が飛散したとき、フィルムと缶との隙間に電解液が浸透し漏れ出してしまう。
（比較例２）
フィルムの材質を紙にした場合は、電解液により濡れて穴が開いてしまうので、電解液が飛散してしまう。

１…電池缶、２…正極板、３…負極板、４…セパレータ、５…電池蓋、６…通電部分、７…電極のタブ、８…注液口、９…安全弁、１０…開口部、１１…注液栓、１２…フィルム、１２’…接着面、１３…カバー。

Claims

正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極群が収納された有底の電池缶と、開口部が形成されて前記電池缶に取り付けられる電池蓋とで構成されたリチウムイオン電池であって、
前記開口部をすべて覆うように前記電池蓋の片面に接着剤が塗布された樹脂製フィルムが設けられたことを特徴とするリチウムイオン電池。
正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極群が収納された有底の電池缶と、開口部が形成されて前記電池缶に取り付けられる電池蓋とで構成されたリチウムイオン電池であって、
前記開口部をすべて覆うように前記電池蓋の片面に接着剤が塗布されたアルミニウムテープが設けられたことを特徴とするリチウムイオン電池。
前記電極群が、積層型または扁平捲回型であることを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン電池。
前記樹脂製フィルムが、前記電池缶内部の視認が可能なフィルムであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
前記樹脂製フィルムが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、またはポリエチレンテレフタレートのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
前記樹脂製フィルムの厚さが、０．０５〜０．１０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
前記接着剤の粘着力の強さが、５〜１０Ｎ／２５ｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン電池。
前記開口部が、電解液の注液口と兼用される構造であることを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン電池。