JP2023077815A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】弁体及び外部端子キャップを備える電池において、ベント圧のばらつきを抑制する。【解決手段】本実施形態の非水電解質二次電池10は、電池内圧が所定圧力に達した際に破断する薄肉部21を有する弁体17と、外部接続タブが溶接される外部端子キャップ15と、弁体17と外部端子キャップ15との間に配置されている閾板16とを備え、外部端子キャップ15と閾板16、及び閾板16と弁体17はそれぞれ接合されている。【選択図】図1
Description
本開示は、電池内圧が所定圧力に達した際に破断するガス排出部を有する弁体を備える電池に関する。
近年の電子機器の小型化、軽量化に伴い、電源となる電池に対しても小型軽量化の要望が非常に大きくなっている。小型軽量でかつ高容量で充放電可能な電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が挙げられ、小型ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコン等の携帯用電子・通信機器等に広く用いられている。
電池は、電極、電解液等を収容する電池ケースと、電池ケースの開口部を封口する封口体とを有する。封口体は、一般的に、電池内部のガス圧が上昇して所定の圧力以上になると破断(ベント)するガス排出部を有する弁体を備えている。
ところで、複数の電池を直列・並列に接続したり外部負荷に接続したりするための外部接続タブを電池に溶接する際、封口体を構成する弁体が電池の最外部であると、外部接続タブを弁体に直接溶接しなければならない場合がある。そして、外部接続タブを弁体に直接溶接すると、弁体に負荷が掛かり、弁体が下反りして変形してしまう場合がある。したがって、外部接続タブを弁体に直接溶接する場合には、弁体の中でも、変形し難い厚肉部を溶接箇所としなければならないため、溶接可能範囲は狭い範囲に限定される。
そこで、従来、外部接続タブの溶接可能範囲を拡大し、弁体の変形量を抑制するために、弁体上に外部端子キャップが設置される(例えば、特許文献1参照)。
しかし、弁体上に外部端子キャップを設置した電池では、電池内部のガス圧が上昇した場合、まず、弁体が破断して、その後、外部端子キャップが破断するように、2段階で破断する構造となる。このように2段階で破断する構造の場合、電池内部のガスが外部へ排出される際の電池内圧(以降、ベント圧と称する場合がる)にばらつきが生じる。
そこで、本開示は、弁体及び外部端子キャップを備える電池において、ベント圧のばらつきを抑制することを目的とする。
本開示の一態様に係る電池は、電池内圧が所定圧力に達した際に破断するガス排出部を有する弁体と、外部接続タブが溶接される外部端子キャップと、前記弁体と前記外部端子キャップとの間に配置されている閾板とを備え、前記外部端子キャップと前記閾板、及び前記閾板と前記弁体はそれぞれ接合されている。
本開示によれば、弁体及び外部端子キャップを備える電池において、ベント圧のばらつきを抑制することが可能となる。
以下に、本開示の電池の一例として、非水電解質二次電池を例に説明するが、本開示の電池は以下の非水電解質二次電池に特定されるものではなく、本開示の技術思想を逸脱しない範囲において種々の電池に適用される。
図1は、実施形態に係る非水電解質二次電池の構成の一例を示す一部模式断面図である。図1に示す非水電解質二次電池10は、正極11及び負極12を有する電極体と、非水電解質と、電池ケース13と、外部端子キャップ15と、閾板16と、封口体(弁体17、絶縁部18及び金属板19を有する)と、正極リード23と、上部絶縁板24とを備える。
電池ケース13は、例えば、開口部を有する有底円筒状の金属製容器であり、電極体や非水電解質等を収容する。電池ケース13は円筒形状に限定されず、例えば、角形形状等でもよい。電池ケース13の開口部は、封口体を構成する弁体17により塞がれている。電池ケース13と弁体17との間にはシール部材25が設けられ、電池内部の密閉性が確保される。電池ケース13は、例えば、側面部の一部が内側に張り出し、弁体17を支持する張り出し部14を有する。張り出し部14は、電池ケース13の周方向に沿って環状に形成されていることが好ましく、張り出し部14の上面で弁体17を支持している。
電極体は、正極11及び負極12との間に設けられるセパレータ(不図示)を備えることを好ましい。電極体は、例えば、正極11及び負極12がセパレータを介して巻回されてなる巻回型構造を有する。なお、電極体は、例えば、正極及び負極がセパレータを介して交互に積層されてなる積層型構造でもよい。
正極11には、正極リード23が取り付けられている。正極リード23は、電極体と封口体との間に配置されている上部絶縁板24の貫通孔を通って、封口体側に延びている。そして、正極リード23は、封口体を構成する金属板19の下面に溶接等で接合されている。後述するように、金属板19と外部端子キャップ15は電気的に接続されているので、外部端子キャップ15が正極端子となる。なお、図での説明は省略するが、負極12には負極リードが取り付けられている。負極リードは、例えば、電極体と電池ケース13の底部との間に設けられた下部絶縁板を通って、電池ケース13の底部側に延びている。そして、負極リードは、電池ケース13の底部内面に溶接等で接合され、電池ケース13が負極端子となる。
正極11は、例えば、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層を備えている。正極集電体には、例えば、アルミニウムなどの正極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。正極活物質層は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を含む。
正極活物質層に含まれる正極活物質としては、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物等が挙げられる。具体的には、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウムニッケルマンガン複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物等が挙げられ、これらのリチウム遷移金属複合酸化物にAl、Ti、Zr、Nb、B、W、Mg、Mo等を添加してもよい。
正極活物質層に含まれる導電剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素粉末等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
正極活物質層に含まれる結着剤としては、例えば、フッ素系高分子、ゴム系高分子等が挙げられる。フッ素系高分子としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはこれらの変性体等が挙げられる。また、ゴム系高分子としては、例えば、エチレンープロピレンーイソプレン共重合体、エチレンープロピレンーブタジエン共重合体等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
負極12は、例えば、負極集電体と、負極集電体上に形成される負極活物質層とを備える。負極集電体には、例えば、銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極活物質層は、例えば、負極活物質、増粘剤、結着剤を含む。
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素材料を用いることができる。炭素材料としては、例えば、黒鉛、難黒鉛性炭素、易黒鉛性炭素、繊維状炭素、コークス及びカーボンブラック等を用いることができる。さらに、負極活物質としては、非炭素系材料を用いてもよい。非炭素材料としては、例えば、シリコン、スズ及びこれらを主とする合金や酸化物を用いることができる。
結着剤としては、例えば、正極の場合と同様にPTFE等を用いることもできるが、スチレンーブタジエン共重合体(SBR)又はこの変性体等を用いてもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いることができる。
非水電解質は、例えば、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒は、例えば、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、エステル類及びこれらの2種以上の混合溶媒等が用いられる。
電解質塩は、リチウム塩等が挙げられ、例えば、LiPF6、LiBF4、LICF3SO3及びこれらの2種以上の混合物等が用いられる。溶媒に対する電解質塩の溶解量は、例えば0.5~2.0mol/Lである。
セパレータには、例えば、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シート等が用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータの材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、セルロースなどが好適である。セパレータは、セルロース繊維層及びオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂繊維層を有する積層体であってもよい。また、ポリエチレン層及びポリプロピレン層を含む多層セパレータであってもよく、セパレータの表面にアラミド系樹脂、セラミック等の材料が塗布されたものを用いてもよい。
以下に、封口体(弁体17、絶縁部18、金属板19)、外部端子キャップ15、閾板16について詳述する。
封口体は、正極11及び負極12を有する電極体側から順に、金属板19、絶縁部18、弁体17が積層された構造を有する。また、封口体上(実質的には弁体17上)に、閾板16が配置され、閾板16上に外部端子キャップ15が配置されている。
封口体を構成する弁体17、金属板19は、例えば、円板形状を有し、絶縁部18は、例えば、中央部が開口したリング形状を有する。弁体17は、中央部分に、電池内部側に向かって凸となるように突出した厚肉の凸状部20と、周縁部分に厚肉のフランジ部22と、凸状部20とフランジ部22との間に位置する薄肉部21とを有する。弁体17と金属板19との間には絶縁部18が介在している。但し、弁体17の凸状部20が、絶縁部18の開口部を通して、金属板19の中央部分に接触し、金属板19と弁体17とが電気的に接続されている。弁体17と金属板19の接触部分は、例えば、抵抗溶接、超音波溶接等の溶接等により接合されている。
閾板16は、例えば、円板形状を有する金属板等の導電性部材である。閾板16と弁体17とは、例えば、各々の周縁部で接触している。具体的には、図1に示すように、閾板16の周縁部分と弁体17のフランジ部22とが接触し、閾板16と弁体17とが電気的に接続されている。なお、図1に示すように、閾板16と、弁体17の凸状部20及び薄肉部21とは接触せずに、離間していることが好ましい。これにより、後述する電流遮断機能が阻害されない。閾板16の厚みは、例えば、0.2~0.5mm程度の範囲であることが好ましい。
外部端子キャップ15は、例えば、中央部が電池外方に向けて凸となるように膨出した凸状部を有する金属製円板である。外部端子キャップ15は、キャップ内と外気とを連通する連通口が形成されていてもよいし、当該連通口が形成されていなくてもよい。外部端子キャップ15には、電池同士を接続したり、外部負荷に接続したりするための外部接続タブが溶接されるため、外部接続タブの溶接可能範囲を拡大する点で、連通口が形成されていない方が好ましい。外部端子キャップ15の厚みは、例えば、0.2~0.5mm程度の範囲であることが好ましい。
外部端子キャップ15と閾板16とは、例えば、各々の周縁部で接触している。具体的には、図1に示すように、外部端子キャップ15の凸状部の底辺部をなすフランジ部と閾板16の周縁部とが接触し、閾板16と外部端子キャップ15が電気的に接続されている。
外部端子キャップ15と閾板16との接触部分、閾板16と弁体17との接触部分は、例えば、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接等の溶接等により接合されている。外部端子キャップ15と閾板16との接合箇所、閾板16と弁体17との接合箇所は、同じ位置でも異なる位置でもよいし、1箇所でも複数箇所でもよい。接合箇所を複数個所とする場合は、接合する部材の中心部を挟んで対向する位置がよい。
このように、金属板19、弁体17、閾板16及び外部端子キャップ15は互いに電気的に接続されている。すなわち、外部端子キャップ15は、正極リード23が接続された金属板19と電気的に接続されているため、正極端子として機能する。
図1に示す封口体では、弁体17と金属板19により、感圧型の電流遮断部が構成されている。感圧型の電流遮断部とは、電池の内圧が所定圧力に達した際に電流経路を遮断するものである。例えば、内部短絡等による発熱で電池内圧が上昇すると、弁体17の凸状部20及び薄肉部21が閾板16側に押し上げられるように変形する。これにより、凸状部20に接触している部分の金属板19が破断し、凸状部20が金属板19から離れ、弁体17と金属板19との電流経路が遮断される。なお、図1に示す金属板19のように、凸状部20と接触している部分及びその近傍を薄肉部にすることが好ましい。これにより、電池内圧の上昇により金属板19が破断し易くなる。
図1に示す弁体17では、薄肉部21により、電池内圧が所定圧力に達した際に破断するガス排出部が構成されている。なお、封口体に電流遮断部を設ける場合には、弁体17の薄肉部21は、電流遮断部が作動する圧力より高い圧力(例えば2~3MPa)で破断するように構成されている。ガス排出部は、薄肉部21により構成されるものに限定されず、電池内圧が所定圧力に達した際に破断するものであれば、従来公知のものが適用される。以下、電池内圧が上昇して、弁体17の薄肉部21が破断した場合について、図面を用いて説明する。
図2は、本実施形態の非水電解質二次電池において弁体の薄肉部が破断した状態を示す一部模式断面図である。図3は、従来の非水電解質二次電池の一部模式断面図であり、図4及び5は、従来の非水電解質二次電池において弁体の薄肉部が破断した状態を示す一部模式断面図である。図3の従来の非水電解質二次電池10Aは、閾板16を備えていないこと以外は、図1に示す非水電解質二次電池10の構成と同様である。そして、図3の従来の非水電解質二次電池10Aでは、外部端子キャップ15の凸状部の底辺部をなすフランジ部と弁体17のフランジ部22とが接触している。
従来の非水電解質二次電池10Aでは、例えば、内部短絡等による発熱で電池内圧が上昇して、前述したように電流遮断部が作動した後、更に電池内圧が上昇すると、図4に示すように、弁体17の薄肉部21が破断した後、さらに、図5に示すように、外部端子キャップ15が破断する。外部端子キャップ15の破断箇所は、例えば、弁体17との接合箇所である。このように、従来の非水電解質二次電池10Aの場合、弁体17の薄肉部21が破断した後、外部端子キャップ15が破断するように、2段階で破断する構造となるため、電池内部のガスが外部へ排出される際の電池内圧(ベント圧)にばらつきが生じる。
一方、本実施形態の非水電解質二次電池10の場合、例えば、内部短絡等による発熱で電池内圧が上昇して、電流遮断部が作動した後、更に電池内圧が上昇すると、図2に示すように、弁体17の薄肉部21が破断すると共に閾板16が破断する。薄肉部21の破断時には薄肉部21及び凸状部20が上に押し上げられていて、弁体17と閾板16との間に隙間がなくなるため、薄肉部21と閾板16の破断は同時に起こる。閾板16の破断箇所は、例えば、弁体17のフランジ部22との接合箇所である。そして、閾板16が破断した際には、閾板16がその上の外部端子キャップ15を押し上げるため、電池内部のガスが外部へ排出される。このように、本開示の非水電解質二次電池10の場合、弁体17が破断すれば、電池内部のガスを外部へ外出することができるため、ベント圧のばらつきを抑制することができる。
閾板16及び外部端子キャップ15は、弁体17の凸状部20や薄肉部21を覆うように配置することが好ましい。これにより、弁体17の凸状部20や薄肉部21を腐食から保護できる。また、外部端子キャップ15は電池の最外部にあたるため、外部端子キャップ15には、電池の落下による衝撃等の外部荷重が加わりやすい。しかし、閾板16及び外部端子キャップ15を弁体17の凸状部20や薄肉部21を覆うように配置することで、電池の落下による衝撃等の外部荷重から、弁体17の凸状部20や薄肉部21を保護できるため、弁体17の変形を抑制できる。なお、外部端子キャップ15を設置することで、外部接続タブの接合面積を拡大することができる。
閾板16と弁体17の接合は、閾板16の周縁部と、弁体17のガス排出部(薄肉部21)より外側の周縁部である肉厚のフランジ部22とが接合されることが好ましい。また、外部端子キャップ15と閾板16との接合は、閾板16の周縁部と、外部端子キャップ15の凸状部の底辺部をなすフランジ部とが接合されることが好ましい。これにより、閾板16や外部端子キャップ15の接合時における弁体17の変形、例えば、弁体の下反りの変形を抑制することができる。
ところで、閾板16や外部端子キャップ15を接合するに際しては、例えば、封口体の弁体17上に閾板16を載置し、閾板16側から所定の箇所に溶接を施して、閾板16を弁体17に接合した後、閾板16上に外部端子キャップ15を載置し、外部端子キャップ15側から所定の箇所に溶接を施して、外部端子キャップ15を閾板16に接合してもよい。或いは、閾板16上に外部端子キャップ15を載置し、外部端子キャップ15側から所定の箇所に溶接を施して、外部端子キャップ15を閾板16に接合した後、外部端子キャップ15が取り付けられた閾板16を封口体の弁体17上に載置し、閾板16側から所定の箇所に溶接を施して、外部端子キャップ15が取り付けられた閾板16を弁体17に接合してもよい。
<実施例1>
[正極の作製]
正極活物質としてのアルミニウム含有ニッケルコバルト酸リチウムを100質量部と、導電剤としてのアセチレンブラック(AB)を1質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)を0.9質量部とを混合し、さらに、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)を適量加えて、正極合剤スラリーを調製した。次に、正極合剤スラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥させた。これを所定の電極サイズに切り取り、ローラーを用いて圧延して、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極を作製した。
[正極の作製]
正極活物質としてのアルミニウム含有ニッケルコバルト酸リチウムを100質量部と、導電剤としてのアセチレンブラック(AB)を1質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)を0.9質量部とを混合し、さらに、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)を適量加えて、正極合剤スラリーを調製した。次に、正極合剤スラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥させた。これを所定の電極サイズに切り取り、ローラーを用いて圧延して、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極を作製した。
[負極の作製]
負極活物質としての黒鉛粉末を100質量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を1質量部と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)を1質量部とを混合し、さらに水を適量加えて、負極合剤スラリーを調製した。次に、負極合剤スラリーを、銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥させた。これを所定の電極サイズに切り取り、ローラーを用いて圧延して、負極集電体の両面に負極活物質層が形成された負極を作製した。
負極活物質としての黒鉛粉末を100質量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を1質量部と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)を1質量部とを混合し、さらに水を適量加えて、負極合剤スラリーを調製した。次に、負極合剤スラリーを、銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥させた。これを所定の電極サイズに切り取り、ローラーを用いて圧延して、負極集電体の両面に負極活物質層が形成された負極を作製した。
[非水電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とからなる混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/L溶解させて、非水電解液を調製した。
エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とからなる混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/L溶解させて、非水電解液を調製した。
[封口体の作製、及び閾板及び外部端子キャップの接合]
アルミニウム製の金属板、絶縁部、アルミニウム製の弁体の順に積層し、弁体中央部分の凸状部を金属板の中央部分に溶接して、封口体を作製した。封口体の弁体上に厚み0.3mmのアルミニウム製の閾板を載置し、閾板の周縁部と弁体のフランジ部が接合されるように、閾板の周縁部に2箇所(閾板中心に対して対向する位置の2箇所)に溶接を行い、閾板と封口体の弁体とを接合した。さらに閾板上に、アルミニウム製の外部端子キャップ(凸状部の高さ1mm)を載置し、外部端子キャップのフランジ部と閾板の周縁部とが接合されるように、外部端子キャップのフランジ部に2箇所(キャップ中心に対して対向する位置の2箇所)に溶接を行い、閾板と外部端子キャップを接合した。
アルミニウム製の金属板、絶縁部、アルミニウム製の弁体の順に積層し、弁体中央部分の凸状部を金属板の中央部分に溶接して、封口体を作製した。封口体の弁体上に厚み0.3mmのアルミニウム製の閾板を載置し、閾板の周縁部と弁体のフランジ部が接合されるように、閾板の周縁部に2箇所(閾板中心に対して対向する位置の2箇所)に溶接を行い、閾板と封口体の弁体とを接合した。さらに閾板上に、アルミニウム製の外部端子キャップ(凸状部の高さ1mm)を載置し、外部端子キャップのフランジ部と閾板の周縁部とが接合されるように、外部端子キャップのフランジ部に2箇所(キャップ中心に対して対向する位置の2箇所)に溶接を行い、閾板と外部端子キャップを接合した。
[非水電解質二次電池の作製]
図1に示す非水電解質二次電池を作製した。具体的には、以下の通りである。上記正極にアルミニウム製の正極リードを、上記負極にニッケル製の負極リードをそれぞれ取り付けた。そして、ポリエチレン層を有するセパレータを介して正極及び負極を巻回することにより巻回型の電極体を作製した。次に、この電極体の上下に絶縁板を配置し、負極リードを電池ケースの底部に溶接し、閾板及び外部端子キャップが取り付けられた封口体の金属板に正極リードを溶接した後、電極体を電池ケース内に収容した。その後、電池ケース内に上記非水電解液を注入した後、封口体の弁体の周囲にPFA製のシール部材を介在させて、電池ケースの開口部内側に装着し、電池ケースの開口部分を内方にかしめて、電池ケースを密閉することにより、非水電解質二次電池を作製した。
図1に示す非水電解質二次電池を作製した。具体的には、以下の通りである。上記正極にアルミニウム製の正極リードを、上記負極にニッケル製の負極リードをそれぞれ取り付けた。そして、ポリエチレン層を有するセパレータを介して正極及び負極を巻回することにより巻回型の電極体を作製した。次に、この電極体の上下に絶縁板を配置し、負極リードを電池ケースの底部に溶接し、閾板及び外部端子キャップが取り付けられた封口体の金属板に正極リードを溶接した後、電極体を電池ケース内に収容した。その後、電池ケース内に上記非水電解液を注入した後、封口体の弁体の周囲にPFA製のシール部材を介在させて、電池ケースの開口部内側に装着し、電池ケースの開口部分を内方にかしめて、電池ケースを密閉することにより、非水電解質二次電池を作製した。
<実施例2>
凸状部の高さ1.3mmの外部端子キャップを使用したこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
凸状部の高さ1.3mmの外部端子キャップを使用したこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
<比較例1>
図6に示す非水電解質二次電池10Bを作製した。具体的には、封口体上に閾板及び外部端子キャップを取り付けなかったこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
図6に示す非水電解質二次電池10Bを作製した。具体的には、封口体上に閾板及び外部端子キャップを取り付けなかったこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
<比較例2>
図3に示す非水電解質二次電池を作製した。具体的には、封口体の弁体上に外部端子キャップを載置し、外部端子キャップのフランジ部に2箇所(キャップ中心に対して対向する位置の2箇所)に溶接を行い、封口体の弁体と外部端子キャップを接合した。そして、外部端子キャップを取り付けた封口体を使用したこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
図3に示す非水電解質二次電池を作製した。具体的には、封口体の弁体上に外部端子キャップを載置し、外部端子キャップのフランジ部に2箇所(キャップ中心に対して対向する位置の2箇所)に溶接を行い、封口体の弁体と外部端子キャップを接合した。そして、外部端子キャップを取り付けた封口体を使用したこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
<比較例3>
凸状部の高さ1.3mmの外部端子キャップを使用したこと以外は、比較例2と同様に非水電解質二次電池を作製した。
凸状部の高さ1.3mmの外部端子キャップを使用したこと以外は、比較例2と同様に非水電解質二次電池を作製した。
<ベント圧の測定>
各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池の電池ケースの底からN2ガスを0.1MPaで供給し、外部端子キャップが破断したときの電池内圧を測定し、この値をベント圧とした。電池内へのN2ガスの供給は、電池ケースの底にφ3mmの穴をあけて、その穴に銅管を挿入し、銅管と穴の隙間をはんだ付けして密閉した状態で、銅管にN2ガスを導入することにより行った。ベント圧の測定は非水電解質二次電池20個に対して行い、得られた複数のベント圧から標準偏差(σ)を算出した。ベント圧の標準偏差(σ)が小さいほど、ベント圧のばらつきが少ないことを示している。
各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池の電池ケースの底からN2ガスを0.1MPaで供給し、外部端子キャップが破断したときの電池内圧を測定し、この値をベント圧とした。電池内へのN2ガスの供給は、電池ケースの底にφ3mmの穴をあけて、その穴に銅管を挿入し、銅管と穴の隙間をはんだ付けして密閉した状態で、銅管にN2ガスを導入することにより行った。ベント圧の測定は非水電解質二次電池20個に対して行い、得られた複数のベント圧から標準偏差(σ)を算出した。ベント圧の標準偏差(σ)が小さいほど、ベント圧のばらつきが少ないことを示している。
<外部接続タブ溶接可能範囲の計測>
外部端子キャップを凸状部側から見た上面視において、フラットな領域の面積を計測し、この面積を外部接続タブが溶接できる外部接続タブ溶接可能範囲とした。但し、比較例1の場合は、弁体のフランジ部の面積を計測し、この面積を外部接続タブ溶接可能範囲とした。
外部端子キャップを凸状部側から見た上面視において、フラットな領域の面積を計測し、この面積を外部接続タブが溶接できる外部接続タブ溶接可能範囲とした。但し、比較例1の場合は、弁体のフランジ部の面積を計測し、この面積を外部接続タブ溶接可能範囲とした。
<弁体の下反り変形量(1)の測定>
各実施例及び比較例2~3における非水電解質二次電池において、外部端子キャップの中央部に、外部接続タブを抵抗溶接した。また、比較例1における非水電解質二次電池においては、弁体の中央部に、外部接続タブを抵抗溶接した。溶接条件は、溶接電流1.2kA、電極棒の加圧力30Nに設定した。そして、抵抗溶接後の弁体の周縁部と中央部の高低差から、抵抗溶接前の弁体の周縁部と中央部の高低差を差し引いた値を算出し、その値を弁体の下反り変形量(1)とした。
各実施例及び比較例2~3における非水電解質二次電池において、外部端子キャップの中央部に、外部接続タブを抵抗溶接した。また、比較例1における非水電解質二次電池においては、弁体の中央部に、外部接続タブを抵抗溶接した。溶接条件は、溶接電流1.2kA、電極棒の加圧力30Nに設定した。そして、抵抗溶接後の弁体の周縁部と中央部の高低差から、抵抗溶接前の弁体の周縁部と中央部の高低差を差し引いた値を算出し、その値を弁体の下反り変形量(1)とした。
<弁体の下反り変形量(2)の測定>
外部端子キャップ(比較例1では弁体)への外部接続タブの溶接を超音波溶接に変更した。そして、超音波溶接後の弁体の周縁部と中央部の高低差から、超音波溶接前の弁体の周縁部と中央部の高低差を差し引いた値を算出し、その値を弁体の下反り変形量(2)とした。
外部端子キャップ(比較例1では弁体)への外部接続タブの溶接を超音波溶接に変更した。そして、超音波溶接後の弁体の周縁部と中央部の高低差から、超音波溶接前の弁体の周縁部と中央部の高低差を差し引いた値を算出し、その値を弁体の下反り変形量(2)とした。
<弁体の下反り変形量(3)の測定>
各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池を1.5mの高さから、外部端子キャップを下向きにして、コンクリート上に10回落下させた。落下後の弁体の周縁部と中央部の高低差から、落下前の弁体の周縁部と中央部の高低差を差し引いた値を算出し、その値を弁体の下反り変形量(3)とした。
各実施例及び各比較例の非水電解質二次電池を1.5mの高さから、外部端子キャップを下向きにして、コンクリート上に10回落下させた。落下後の弁体の周縁部と中央部の高低差から、落下前の弁体の周縁部と中央部の高低差を差し引いた値を算出し、その値を弁体の下反り変形量(3)とした。
表1に、各実施例及び各比較例のベント圧の標準偏差(σ)、外部端子キャップの接合可能範囲、弁体の下反り変形量(1)~(3)の結果をまとめた。
弁体と外部端子キャップとの間に閾板を介在させ、弁体と閾板、閾板と外部端子キャップを接合した実施例1及び2は、弁体の上に外部端子キャップを接合した比較例2、3と比べて、ベント圧の標準偏差の値が低く、ベント圧のばらつきが抑えられた。なお、実施例1,2は、外部端子キャップを備えているため、外部接続タブ溶接可能範囲を広く確保することができた。また、実施例1,2は、閾板は、弁体のフランジ部に接合され、外部端子キャップは、閾板の周縁部分に接合されているため、弁体の下反り変形量が抑えられた。
10 非水電解質二次電池、11 正極、12 負極、13 電池ケース、14 張り出し部、15 外部端子キャップ、16 閾板、17 弁体、18 絶縁部、19 金属板、20 凸状部、21 薄肉部、22 フランジ部、23 正極リード、24 上部絶縁板、25 シール部材。
Claims (4)
- 電池内圧が所定圧力に達した際に破断するガス排出部を有する弁体と、外部接続タブが溶接される外部端子キャップと、前記弁体と前記外部端子キャップとの間に配置されている閾板とを備え、前記外部端子キャップと前記閾板、及び前記閾板と前記弁体はそれぞれ接合されている、電池。
- 前記弁体は、前記ガス排出部より外側の周縁部に肉厚のフランジ部を有し、前記閾板の周縁部と前記弁体の前記フランジ部とが接合されていることを特徴とする、請求項1に記載の電池。
- 前記外部端子キャップは、中央部が電池外方に向けて凸となる凸状部と、前記凸状部の底辺部をなすフランジ部とを有し、
前記閾板の周縁部と前記外部端子キャップの前記フランジ部とが接合されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電池。 - 前記弁体と前記閾板の接合箇所、及び前記閾板と前記外部端子キャップの接合箇所は複数である、請求項1~3のいずれか1項に記載の電池。
Priority Applications (1)
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JP2021191281A JP2023077815A (ja) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 電池 |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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JP2021191281A Pending JP2023077815A (ja) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 電池 |
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2021
- 2021-11-25 JP JP2021191281A patent/JP2023077815A/ja active Pending
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Legal Events
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