JP2015185224A

JP2015185224A - 密閉型電池

Info

Publication number: JP2015185224A
Application number: JP2014057965A
Authority: JP
Inventors: 前園　寛志; Hiroshi Maezono; 寛志前園
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-10-22

Abstract

【課題】通常の充放電を繰り返すことで徐々に発生するガスによっても膨張することがない密閉型リチウム二次電池を提供する。【解決手段】内部に電極体及び電解液が封入される柱状の電池ケースを備え、前記電池ケースには、電解液を注入する為の注入孔と、前記注入孔を封止するため封止栓と、前記電池ケースが内圧の上昇によって膨らんだ際にガスを放出する為の安全弁と、通気性を有する樹脂からなり、充放電の繰り返しによって発生するガスを放出する為のガス放出部が形成することで、安全性の高い密閉型電池を提供するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、電池ケースに設けたガス放出弁を有する密閉型電池に関し、ガス放出弁により電池膨れ防止を図る技術に関する。

特許文献１・２には、電池缶の上面開口を蓋で塞いだ電池ケース内に電極体や電解液などを収容した密閉型電池が開示されている。この密閉型電池では、蓋に設けた注液孔から電池缶内に電解液を注入し、次いで前記注液孔に封止栓を嵌合させて封止栓の上端周縁部を注液孔の上端周縁部にレーザなどを用いてシーム溶接することで、注液孔を封止栓で密封状に封口している。

一方、特許文献３・４には、電池缶の蓋部や電池ケースの側面に、該電池ケース内の圧力が閾値よりも大きくなった場合に開裂する安全弁を形成し、これにより、電池ケース内の圧力が閾値よりも大きくなると該電池ケースの変形によって開裂溝が開裂するため、電池ケース内のガス等を外部へ逃すことができ、該電池ケースの破裂を防止することができる。

特開２０００−１０６１５６号公報特開２００２−３５８９４８号公報特開２００７−０８０５９８号公報特許第４１６６０２８号公報

リチウム二次電池は何らかの要因で短絡が発生した場合、熱暴走により電解液が分解されガスが急激に発生することで電池缶の内圧が上昇して電池ケースが大きく変形し、特許文献３、４のような安全弁が作動することでしガスが放出され、安全性を確保する。しかしながらガスの発生は、通常の充放電を繰り返すことでも徐々に発生するため、数百サイクルを超えた場合には安全弁が作動しない程度に電池缶が膨張することもある。本発明は上記問題を解決したもので、通常のサイクルで発生するガスを外部に放出する機構を設けた、安全性の高い密閉型電池を提供するものである。

前記目的を達成し得た本発明の密閉型電池は、内部に電極体及び電解液が封入される柱状の電池ケースを備え、前記電池ケースには、電解液を注入する為の注入孔と、前記注入孔を封止するため封止栓と、前記電池ケースが内圧の上昇によって膨らんだ際にガスを放出する為の安全弁と、通気性を有する樹脂からなり、充放電の繰り返しによって発生するガスを放出する為のガス放出部が形成されている。
また、前記封止栓は通気性を有する樹脂からなり、前記ガス放出部として機能する。
更には、前記電池ケースには絶縁パッキングを介して端子が設けられており、前記絶縁パッキングが通気性を有する樹脂からなり、前記ガス放出部として機能する。
そして、前記通気性を有する樹脂が多孔質プラスチックからなり、前記多孔質プラスチックは、２０μｍ〜５０μｍの連続した空間を備え、前記空間と前記空間とが５μｍ〜１０μｍの孔により繋がっている。

本発明によれば、充放電を繰り返すことによって発生したガスを、通気性を有する多孔質性プラスチックを介して外部に放出することが可能となり、電池の膨れを防止することができる。

本発明の密閉型電池の構成部材の分解斜視図である。本発明の密閉型電池の縦断正面図である。

図１および図２は、本発明に係る密閉型電池としてのリチウムイオン二次電池を示しており、上面に左右横長の開口を有する有底筒形状の電池缶１と、電池缶１内に収容される電極体２および非水電解液と、電池缶１の開口上面を塞ぐ左右横長の蓋３と、蓋３の内側に配置されるプラスチック製の絶縁体５などを備えている。電池缶１は、アルミニウムまたはその合金からなる板材を深絞り加工して上下縦長の薄型に形成してあり、例えば、左右幅寸法が１８ｍｍ、上下高さ寸法が２０ｍｍ、前後厚み寸法が５ｍｍである。

電極体２は、シート状の正極と負極とを微多孔性ポリエチレンフィルムからなるセパレータを間にして渦巻状に巻回してなる。正極の電極からは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる短冊状の正極集電リード６が上向きに導出されている。負極の電極からは、ニッケルや銅、あるいはこれらの複合体からなる短冊状の負極集電リード７が上向きに導出されている。

各集電リード６・７は、左右幅寸法が３ｍｍ、厚み寸法が８０μｍである。正極集電リード６は電極体２の巻回方向の外周側に配されており、負極集電リード７は電極体２の巻回方向の内周側に配されている。

蓋３は、アルミニウム合金などの板材をプレス成形してなり、電池缶１の開口周縁に蓋３の外周縁がレーザーでシーム溶接される。蓋３の中央には、上側の絶縁パッキング９および下側の絶縁板１０を介して負極端子１１が貫通状に取り付けられる。蓋３の左右方向の一端寄り（図２では右側）には、電解液を電池缶１内に注入するための注液孔１２が上下貫通状に形成されている。

注液孔１２は、電解液の注入後に栓１３で塞いで封口する。蓋３には、防爆用の安全弁として溝１５を形成してある。なお、防爆用の溝を電池缶１に設けたり、電池缶１と蓋３との間のシーム溶接の強度を一部だけ弱くして防爆を図ったりする場合などには、防爆用の溝１５を蓋３に形成しなくてもよい。

負極端子１１の下端には、図２に示すごとく、蓋３の内面において左右横長の薄板からなるリード体１７が接続されている。このリード体１７は、前記注液孔１２の反対側に延びており、下側の絶縁板１０で蓋３と絶縁されている。このリード体１７の下面に負極集電リード７をレーザー溶接する。なお、リード体１７は、注液孔１２の下面に重ならない寸法や形状であれば注液孔１２側に延びるように配してもよい。

電極体２は、次のようにして作製される。負極集電リード７の下端基部は、図１に示すごとく負極において巻回方向の内周側となる位置に溶接し、正極集電リード６下端基部は、正極において巻回方向の外周側となる位置に溶接する。次いで、正極と負極とは、両者間にセパレータを挟んで、電池缶１の形状に合致するよう断面長円形状に巻回したのち、テープ止めする。

前記密閉型電池の組み立てに際しては、まず蓋３の長辺３ａに切り欠き１６を予め設けておく。また、蓋３に対して負極端子１１、上側の絶縁パッキング９、下側の絶縁板１０およびリード体１７を予め取り付けておく。そして、電池缶１内に電極体２および絶縁体５を収容し、正極集電リード６を絶縁体５の外周縁に設けた切り欠き５ａを介して電池缶１の開口上面の外側上方に導出し、さらに負極集電リード７を絶縁体５に設けた透孔５ｂを介して電池缶１の開口上面の外側上方に導出する。

次いで、負極集電リード７をリード体１７にレーザー溶接し、正極集電リード６を蓋３の切り欠き１６に通した状態で、電池缶１の開口上面に蓋３を嵌め込む。この後、電池缶１の開口周縁に蓋３の外周縁をレーザーでシーム溶接する。

続いて、注液孔１２から電解液を注入したのち、最後に注液孔１２を栓１３で塞いで封口し（図２の状態）、密閉型リチウム二次電池を作成する。

（実施例１）
栓１３を多孔質プラスチックである大成プラス社製のＭＩＣＲＯＶＥＮＴ（Ｒ）を用いて密閉型リチウム二次電池を作成した。

（実施例２）
絶縁パッキング９を多孔質プラスチックである大成プラス社製のＭＩＣＲＯＶＥＮＴ（Ｒ）を用いて密閉型リチウム二次電池を作成した。

（実施例３）
蓋３の設けた注液孔１２の負極端子側に隣接して孔部を設け、多孔質プラスチックである大成プラス社製のＭＩＣＲＯＶＥＮＴ（Ｒ）製の栓を用いて密閉型リチウム二次電池を作成した。

（比較例１）
栓１３を蓋３と同じ材質のアルミニウム合金を用いて密閉型リチウム二次電池を作成した。

（サイクル試験）
実施例、比較例でそれぞれ作成したリチウム二次電池を、２３℃の環境下で、１Ｃで４．２ＶになるまでＣＣ充電を行い、その後４．２Ｖの低電圧でＣＶ充電を行って満充電状態とし、満充電となった後、３．０Ｖになるまで０．２Ｃ放電を行うサイクルを８００回繰り返し、電池の初期厚みに対する膨れを測定したところ、実施例１〜３の電池が初期厚みに対しての膨れが３％以内であったのに対し、比較例１の電池は初期厚みに対して７％の膨れであった。実施例１〜３の電池は多孔質プラスチックの部分から発生したガスが放出されるため、電池の膨れを抑えることが確認できた。

１電池缶
２電極体
３蓋
３ａ蓋の長辺
５絶縁体
５ａ切り欠き
５ｂ透孔
６正極集電リード
７負極集電リード
９絶縁パッキング
１０絶縁板
１１負極端子
１２注液孔
１６切り欠き
１７リード体

Claims

内部に電極体及び電解液が封入される柱状の電池ケースを備え、
前記電池ケースには、電解液を注入する為の注入孔と、
前記注入孔を封止するため封止栓と、
前記電池ケースが内圧の上昇によって膨らんだ際にガスを放出する為の安全弁と、
通気性を有する樹脂からなり、充放電の繰り返しによって発生するガスを放出する為のガス放出部が形成されていることを特徴とする密閉型電池。
前記封止栓は通気性を有する樹脂からなり、前記ガス放出部として機能することを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
前記電池ケースには絶縁パッキングを介して端子が設けられており、前記絶縁パッキングが通気性を有する樹脂からなり、前記ガス放出部として機能することを特徴とする請求項１または２に記載の密閉型電池。
前記通気性を有する樹脂が多孔質プラスチックからなることを特徴とする請求項１〜３に記載の密閉型電池。
前記多孔質プラスチックは、２０μｍ〜５０μｍの連続した空間を備え、前記空間と前記空間とが５μｍ〜１０μｍの孔により繋がっていることを特徴とする請求項４に記載の密閉型電池。