JP2018137085A - 円筒型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】異物によるかしめ部分の短絡を従来よりも抑制可能な、円筒型電池を提供する。【解決手段】円筒型電池１０は、電池ケース１２、キャップ３６、絶縁リング６６、及び外装ラベル６８を備える。電池ケース１２は、電極体１４を収容し、負極２２に接続される。キャップ３６は、電池ケース１２の収容口を封止し、正極突起となる凸部５８と凸部５８に接続されその周縁部が絶縁体であるガスケット５０を挟んで電池ケース１２に近接する平坦部６０とを備える。絶縁リング６６は、平坦部６０と電池ケース１２との近接部を含んで平坦部６０を覆い、かつ、凸部５８に対応して露出穴６７が形成される。平坦部６０には、絶縁リング６６との対向面に突条部６４が設けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、円筒型電池に関する。

円筒型電池は、例えば図１２に示すように、有底筒状の電池ケース１００に電極体１０２が収容される。電極体１０２の収容後、電池ケース１００の天面開口がキャップ１０４により封止される。例えば電池ケース１００の上部をかしめてキャップ１０４を電池ケース１００に固定させる。電池ケース１００には負極が接続され、キャップ１０４には正極が接続される。両者の短絡を防ぐために、キャップ１０４は絶縁体であるガスケット１０６を介して電池ケース１００にかしめられる。

上記構造であっても、かしめ部分１１７（図１３参照）において、ガスケット１０６を跨ぐようにして、電池ケース１００及びキャップ１０４に亘って導電性の異物が接触すると、短絡に繋がるおそれがある。そこで、このような異物の侵入を防ぐために、絶縁リング１０８が用いられる場合がある。

絶縁リング１０８は、円環状の板部材であり、電池ケース１００の天面突端１１０上に配置される。絶縁リング１０８の内径（穴径）は、キャップ１０４の凸部１１２の直径とほぼ等しくなるように形成される。絶縁リング１０８の外径は、電池ケース１００の直径とほぼ等しくなるように形成される。絶縁リング１０８は、電池ケース１００に外装される外装ラベル１１６により固定される。外装ラベル１１６は例えばハロンチューブ等の熱収縮性部材から構成される。電池ケース１００とキャップ１０４とが近接するかしめ部分１１７を含むポケット１１４が絶縁リング１０８に覆われることになり、ポケット１１４への異物の侵入が抑制される。

このような円筒型電池の正極側の構造として、例えば特許文献１では、外装ラベルの熱収縮時に絶縁リングが引っ張られて内径側が浮くことを抑制するために、キャップの凸部側面に突起部を設けている。また、特許文献２では、電池ケースに対してキャップが回転することを抑制するために、キャップのガスケットとの接触部分に、ガスケットに食い込む突起部を設けている。

また特許文献３では、キャップのフランジ部に電極体側（下側）に突出する突起部を設けて、フランジ部下面と接触する金属板との隙間を設けている。特許文献４では、キャップのＰＴＣ素子との接触面に突起を設けて、ＰＴＣ素子との電気的接続を確保している。

特開２００８−１１２６０３号公報 特開２００７−２４２５２０号公報 特開平１０−２５５７３２号公報 特開２０１２−２０９１７７号公報

ところで、ポケット１１４は絶縁リング１０８には完全にシールされずに、若干の隙間が形成される場合がある。例えば大量生産を可能とするような公差が設定される結果、絶縁リング１０８とキャップ凸部１１２との間に隙間１１８ができる場合がある。さらに、キャップ１０４の凸部１１２の直径と絶縁リング１０８の内径の公差を小さく取って隙間１１８を無くそうとしても、製造過程で隙間１１８が生じる場合がある。例えば図１４に示すように、外装ラベル１１６の熱収縮時に絶縁リング１０８が引っ張られて内径側が浮いてしまい、その結果隙間１１８が生じる場合がある。これらの場合に、図１５に示すように、隙間１１８から導電性の異物１１９が侵入してポケット１１４内を移動してかしめ部分１１７に到達し、電池ケース１００（負極）とキャップ１０４（正極）とを短絡させるおそれがある。

そこで本発明は、従来よりも異物による短絡を抑制可能な、円筒型電池を提供することを目的とする。

本発明は、円筒型電池に関する。円筒型電池は、電池ケース、キャップ、絶縁リング、及び外装ラベルを備える。電池ケースは、電極体を収容し、負極に接続される。キャップは、電池ケースの収容口を封止し、正極突起となる凸部と凸部に接続されその周縁部が絶縁体を挟んで電池ケースに近接する平坦部とを備える。絶縁リングは、平坦部と電池ケースとの近接部を含んで平坦部を覆い、かつ、凸部に対応して露出穴が形成される。外装ラベルは、絶縁リング及び電池ケースの外面を覆い両者を固定する。平坦部には、絶縁リングとの対向面に突条部が設けられる。

キャップの平坦部に突条部を設けることで、キャップの凸部と絶縁リングとの間隙から異物が侵入しても、この突条部によって移動がブロックされる。その結果、平坦部と電池ケースとの異物による短絡が抑制可能となる。

また、上記発明において、突条部と絶縁リングとの間に間隙を有してもよい。

突条部の天井面を絶縁リングの底面に密着させずに間隙を設けることで、平坦部と電池ケースとの近接部（かしめ部分）から浸み出した電解液の揮発経路を確保できる。

また、上記発明において、絶縁リングの露出穴の径は凸部の径を超過するように形成され、突条部は、絶縁リングと凸部との間隙よりも外周側に形成されてもよい。

絶縁リングと凸部との間隙よりも外周側に突条部を設けることで、かしめ部分への異物の移動を確実にブロックできる。

また、上記発明において、凸部の側壁が蛇腹状に形成され、蛇腹状の側壁の谷部に入り込むように絶縁リングが配置されてもよい。

蛇腹状側壁の谷部に絶縁リングが入り込むことで、凸部と絶縁リングとの隙間がジグザグ形状となり、これにより異物の侵入が抑制される。

本発明によれば、従来よりも異物による短絡を抑制可能となる。

第１実施形態に係る円筒型電池を例示する断面図である。 第１実施形態に係る円筒型電池の、かしめ部分周辺の拡大断面図である。 第１実施形態に係る円筒型電池の、かしめ部分周辺の拡大断面図であり、突条部の別例を示すものである。 突条部による異物のブロック効果を説明する図である。 突条部の寸法や形状等を説明する図である。 第１実施形態に係る円筒型電池の、かしめ部分周辺の拡大断面図であり、突条部の更なる別例を示すものである。 第２実施形態に係る円筒型電池を例示する断面図である。 第２実施形態に係る円筒型電池の、かしめ部分周辺の拡大断面図である。 蛇腹状側壁による異物のブロック効果を説明する図である。 蛇腹状側壁の寸法や形状等を説明する図である。 第３実施形態に係る円筒型電池の、かしめ部分周辺の拡大断面図である。 従来の円筒型電池を例示する断面図である。 従来の円筒型電池の、かしめ部分周辺の拡大断面図である。 従来の円筒型電池の、かしめ部分周辺の拡大断面図の別例である。 従来の円筒型電池の、かしめ部分に生じる短絡を説明する図である。

＜第１実施形態＞
図１に、本実施形態（第１実施形態）に係る円筒型電池１０の断面図を例示する。円筒型電池１０は、例えばリチウムイオン二次電池である１８６５０型の円筒型電池であってよい。なお、以下では適宜、正極側を上側（天面側）、負極側を下側（底面側）に配置した状態で円筒型電池１０の構成について説明する。円筒型電池１０は、電池ケース１２、電極体１４、封口ユニット１６、及び外装ユニット１８を備える。

電池ケース１２は、有底円筒型の収容部材であって、アルミニウム等の導電性材料から構成される。後述するように、電池ケース１２は負極２２に接続される。

電極体１４は、正極２０、負極２２、及びセパレータ２４を備える。例えば図１に例示するように、絶縁体であるセパレータ２４を挟んで正極２０及び負極２２を積層させた積層体が捲回された状態で電池ケース１２に収容される。捲回された電極体１４はその上下（正極側及び負極側）を絶縁体２６Ａ，２６Ｂによって保持される。また電池ケース１２には非水電解質等の電解液が注入され、電極体１４はこの電解液に浸される。

さらに、電極体１４の負極２２から負極リード２８が延設される。負極リード２８は絶縁体２６Ｂの下に回りこみ、電池ケース１２に接続（電気的接続）される。また、電極体１４の正極２０から正極リード３０が延設される。正極リード３０は絶縁体２６Ａの開口３２を経由して封口ユニット１６のフィルタ３４に接続（電気的接続）される。

封口ユニット１６は電池ケース１２の収容口を封止する。封口ユニット１６は、キャップ３６、ＰＴＣ素子３８、上弁体４０、下弁体４２、及びフィルタ３４を備える。これらはいずれも電池ケース１２内に収容可能となるように、略円板形状に形成される。また封口ユニット１６の各部材は導電性材料から構成される。

封口ユニット１６は、絶縁体であるガスケット５０を介して電池ケース１２に固定される。例えば図１に示すように、電池ケース１２をかしめて（塑性変形させて）、その凹部５２と上端縁部７１（折返部）との間に、ガスケット５０を介して封口ユニット１６が保持固定される。

封口ユニット１６の各構成部材については既知であるため、ここでは簡単に説明する。また、キャップ３６の詳細構造については後述する。正極２０から延びる正極リード３０がフィルタ３４に接続され、さらにフィルタ３４、下弁体４２、上弁体４０、ＰＴＣ素子３８、及びキャップ３６が電気的に接続される。

上弁体４０及び下弁体４２は、いわゆるＣＩＤ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）としての機能を備えている。上弁体４０及び下弁体４２は中心に接触部を持ち、その周縁はガスケット５６によって絶縁される。接触部の周囲は肉薄部となっており、電池ケース１２の内圧が増加すると肉薄部から接触部が破断して内部のガスが電池外に放出される。また接触部の破断に伴って上弁体４０及び下弁体４２が非接触状態になるので電流導通が遮断される。

ＰＴＣ素子３８は大電流防止のための受動素子であって、電流の増加に比例して抵抗が増加する素材が用いられている。大電流が流れるとＰＴＣ素子３８によって電流が絞られる。

外装ユニット１８は、絶縁リング６６及び外装ラベル６８を備える。絶縁リング６６は、キャップ３６の平坦部６０を覆う絶縁部材である。より具体的には絶縁リング６６は、図２に例示するように、電池ケース１２と平坦部６０との近接部分であるかしめ部分７６を含んで平坦部６０を覆う。これにより、凸部５８及び電池ケース１２の上端縁部７１との間に形成されるポケット７０が絶縁リング６６に覆われる。

絶縁リング６６は円環板部材から構成され、中心部にはキャップ３６の凸部５８に対応して露出穴６７が形成される。露出穴６７の径は凸部５８の径をわずかに超過するように形成されている。これによって、絶縁リング６６とキャップ３６の凸部５８との間に間隙７２が形成される。後述するように間隙７２は、かしめ部分７６から浸み出した電解液が揮発するガス抜き経路となる。

外装ラベル６８は、円筒型電池１０の外装であって、絶縁リング６６及び電池ケース１２の外面を覆い、両者を固定する。例えば外装ラベル６８は、ハロンチューブ等の熱収縮性部材から構成される。電池ケース１２の上端縁部７１に絶縁リング６６を載せ、さらにこの組立体を外装ラベル６８で覆い加熱することで外装ラベル６８が収縮して絶縁リング６６を電池ケース１２に保持固定する。外装ラベル６８は、例えば絶縁リング６６の一部及び電池ケース１２の負極端（底面）の一部を露出させるように形状が定められる。

キャップ３６は円筒型電池１０の正極端子であって、凸部５８及び平坦部６０を備える、断面形状がハット型の部材である。凸部５８は円筒型電池１０の正極突起であり、断面コ字状に形成される。凸部５８には少なくとも一つのガス抜き穴６２（図１参照）が形成されている。ガス抜き穴６２は外部端子との接続を阻害しないような配置であることが好適であり、例えば凸部５８の周縁部に設けられる。ガス抜き穴６２は上弁体４０及び下弁体４２の接触部と連通しており、この接触部が破断したときに内部のガスがガス抜き穴６２を経由して電池外に放出される。

平坦部６０はハット型のキャップ３６の鍔部分に相当する。すなわち平坦部６０は凸部５８の側面に接続される。平坦部６０の周縁部は絶縁体であるガスケット５０を挟んで電池ケース１２と近接している。

図２を参照して、上述したように、電池ケース１２と平坦部６０との近接部分であるかしめ部分７６を含む平坦部６０は、絶縁リング６６に覆われるが、凸部５８と絶縁リング６６との間に間隙７２が形成されているため、異物がポケット７０に侵入するおそれがある。そこで本実施形態では、異物が間隙７２からポケット７０に侵入した際に、それ以上のかしめ部分７６への進行（移動）をブロックするための突条部６４を平坦部６０に設けている。

突条部６４は、平坦部６０の、絶縁リング６６と対向する面に設けられる。突条部６４は、図２に例示するようにキャップ３６とは別部材であってもよいし、図３に例示するように、キャップ３６の平坦部６０をプレス加工等によって成形してもよい。

突条部６４は、平面視したとき（正極から円筒型電池１０を見たとき）に平坦部６０上に凸部５８を取り囲むように延設される。突条部６４は例えば凸部５８と同心円の形状であってもよいし、凸部５８との離間距離が一定とならない例えば楕円形状であってもよい。また多角形となるように延設されてもよい。

図４に示すように、凸部５８と絶縁リング６６との間隙７２から異物７４がポケット７０内に侵入したときに、異物７４は突条部６４に引っ掛かり、電池ケース１２と平坦部６０とが近接するかしめ部分７６への到達が阻止される。

また、突条部６４と絶縁リング６６との間には間隙８４が形成されてもよい。電池内圧の増加に伴い、電極体１０２に含浸されていた電解液がガスケット５０と電池ケース１２の間や、ガスケット５０と封口ユニット１６との間から浸み出す場合がある。このような場合に、浸み出した電解液は突条部６４と絶縁リング６６との間隙８４から揮発し、さらに絶縁リング６６とキャップ３６の凸部５８との間隙７２から電池外に放出される。

図５を用いて、突条部６４の形状や寸法について説明する。なお図５では、キャップ３６の成形部分（折り曲げ部分）のＲ形状は無視して、直線及び直角を用いて図示している。

間隙７２の幅をａ１、絶縁リング６６の厚さをａ２とすると、角度θはｔａｎθ＝ａ１／ａ２から求められる。この角度θの破線Ｌ１が、異物７４が最もかしめ部分７６に近づく侵入経路となる。突条部６４は、自身の凸部側側面７８が破線Ｌ１と交わるように、その位置が定められる。例えば、突条部６４を、間隙７２よりも外周側に形成すればよい。このようにすることで、異物７４を確実に突条部６４にてブロックできる。

また例えば、突条部６４の凸部側側面７８の、凸部５８の側面８０からの離間距離ｘ１は、凸部５８上面から平坦部６０上面までの高さｈ１、突条部６４の高さｈ２、及び角度θを用いて、ｘ１＞（ｈ１−ｈ２）ｔａｎθであればよい。

また、突条部６４の外周側側面８２と電池ケース１２の上端縁部７１との離間距離ｘ２は、正極２０と負極２２との最小距離、例えば上端縁部７１と平坦部６０との離間距離ｈ３以上であってよい。

さらに、かしめ部分７６から浸み出した電解液の揮発経路として、突条部６４と絶縁リング６６との間隙８４が設けられる。ここで、異物７４の侵入をブロックするという観点から、突条部６４は絶縁リング６６に近接している、つまり間隙８４を狭くすることが好ましい。そこで、間隙８４の幅ａ３は、例えば絶縁リング６６の公差とキャップ３６の公差から求められてよい。例えば間隙８４の幅ａ３は０．１ｍｍ以上であってよい。

なお、図５の例では突条部６４を間隙７２よりも外周側に配置していたが、この形態に限らない。例えば図６のように、間隙７２よりも凸部側側面７８が内周側となるように、突条部６４を形成してもよい。これにより、異物７４が突条部６４の天井面に当接してそれ以上のポケット７０への侵入がブロックされる。

＜第２実施形態＞
図７に、第２実施形態に係る円筒型電池１０を例示する。図１との差異点は、キャップ３６の形状及び絶縁リング６６の配置にある。それ以外の構成については図１と同様であるため、以下では適宜説明を省略する。

図８には、第２実施形態に係る円筒型電池の、かしめ部分７６周辺の拡大断面図が例示される。この実施形態では、キャップ３６の凸部５８の側壁８６が蛇腹状（ジグザグ状）に形成される。さらにこの蛇腹状の側壁８６の谷部８８、つまり相対的な小径部に入り込むように、絶縁リング６６が配置される。なお、側壁８６と絶縁リング６６との間をわずかに離間させ、ガス抜きの間隙７２を確保する。

上記の構成を備えることで、図９に例示するように、キャップ３６と絶縁リング６６の間隙７２に異物７４が侵入しても、それより下部（負極側）の山部９０によって異物７４のそれ以上の進行がブロックされる。その結果、かしめ部分７６における電池ケース１２と平坦部６０の短絡が避けられる。

図１０を用いて、キャップ３６の側壁８６の形状や寸法について説明する。なお図１０では、キャップ３６の成形部分（折り曲げ部分）のＲ形状は無視して、直線及び直角を用いて図示している。

まず、絶縁リング６６と側壁８６との距離ａ４は、正極２０と負極２２との最小距離、例えば上端縁部７１と平坦部６０との離間距離ｈ３（図５参照）以下であってよい。また、側壁８６の角度α１，α２は、異物７４の侵入を防止しつつ、絶縁リング６６の挿入を可能とするような角度にすることが好適である。例えばα１を４５°以下、α２を９０°以下とする。

＜第３実施形態＞
図１１には、第３実施形態に係る円筒型電池１０が例示されている。図１との差異点は、キャップ３６の形状及び絶縁リング６６の配置にある。それ以外の構成については図１と同様であるため、以下では適宜説明を省略する。

図１１には、かしめ部分７６周辺の拡大断面図が例示されている。この実施形態は、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせたものであり、キャップ３６の側壁８６が蛇腹状に形成され、かつ、平坦部６０に突条部６４が形成されている。側壁８６は第２実施形態の同構成に準じるものであり、突条部６４は第１実施形態の同構成に準じるものである。

まず、蛇腹状の側壁８６に絶縁リング６６が入り込む構造を採ることで、間隙７２からポケット７０の奥（かしめ部分７６）への異物７４の移動がブロックされる。さらに万が一、異物７４がポケット７０内に侵入しても、今度は突条部６４によりその進行が妨げられる。その結果、かしめ部分７６の異物７４による短絡が抑制される。

１０ 円筒型電池、１２ 電池ケース、１４ 電極体、１６ 封口ユニット、１８ 外装ユニット、３６ キャップ、５０ ガスケット、５８ 凸部、６０ 平坦部、６４ 突条部、６６ 絶縁リング、６８ 外装ラベル、７０ ポケット、７１ 上端縁部、７２ 凸部と絶縁リングとの間隙、７４ 異物、７６ かしめ部分、８４ 突条部と絶縁リングとの間隙、８６ 側壁、８８ 谷部、９０ 山部。

Claims (4)

1. 電極体を収容し、負極に接続される電池ケースと、
   前記電池ケースの収容口を封止し、正極突起となる凸部と前記凸部に接続されその周縁部が絶縁体を挟んで前記電池ケースに近接する平坦部とを備えるキャップと、
   前記平坦部と前記電池ケースとの近接部を含んで前記平坦部を覆い、かつ、前記凸部に対応して露出穴が形成された絶縁リングと、
   前記絶縁リング及び前記電池ケースの外面を覆い両者を固定する外装ラベルと、
   を備える円筒型電池であって、
   前記平坦部には、前記絶縁リングとの対向面に突条部が設けられた、
   円筒型電池。
2. 請求項１に記載の円筒型電池であって、
   前記突条部と前記絶縁リングとの間に間隙を有する、円筒型電池。
3. 請求項１または２に記載の円筒型電池であって、
   前記絶縁リングの露出穴の径は前記凸部の径を超過するように形成され、
   前記突条部は、前記絶縁リングと前記凸部との間隙よりも外周側に形成された、円筒型電池。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の円筒型電池であって、
   前記凸部の側壁が蛇腹状に形成され、
   前記蛇腹状の側壁の谷部に入り込むように前記絶縁リングが配置された、円筒型電池。