JP3015667B2 - 密閉形の角形電池 - Google Patents

密閉形の角形電池

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は角形外装缶に非真円形渦
巻電極体を収納している密閉形の角形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ポータブルのＯＡ機器、通信機器
の需要が高まるにつれ、その電源となるニッケルカドミ
ウム電池やリチウムイオン二次電池の中でも、特に実装
効率の高い角形電池の要求が高まっている。また、電池
はポータブル機器の電源に使用されるので、容積当り容
量を大きくすることは言うまでもなく、近年では軽量
化、つまり高エネルギー密度である特性が重要視されて
いる。
【０００３】外装缶の材質を、鉄やステンレスから軽い
アルミニウムに変更し、あるいは、外装缶の肉厚を薄く
することは、電池の軽量化に効果がある。外装缶の重量
が、電池の総重量に占める割合が大きいからである。し
かしながら、外装缶をアルミニウムに変更したり、薄く
すると、外装缶の強度が低下してしまう弊害がある。
【０００４】たとえば、外装缶の材質を、鉄やステンレ
スからアルミニウムに変更すると、アルミニウムの縦弾
性係数は鉄の３分の１であるから、同寸法の外装缶に設
計すると、アルミニウム製外装缶のたわみ強度は、鉄製
外装缶の３分の１に極減してしまう。
【０００５】外装缶の強度が低下すると、電池の内圧が
上昇したときに、外装缶が変形してしまう弊害が発生す
る。密閉形の電池は、ショートし、過電流が流れ、ある
いは過充電する等の電池異常の際に内部でガスが発生す
る。ガスは電池内圧を上昇させる。電池の内圧が上昇す
ると、強度が充分でない外装缶は変形してしまう欠点が
ある。外装缶の変形は、種々の弊害の原因となる。たと
えば、外装缶が大きく変形すると、これが破損して電池
を収納する電気機器に損傷を与える。さらに、外装缶に
収納する電極体の最外周を外装缶に接触させる密閉形の
電池は、外装缶が変形すると、電極と外装缶が離れて接
触抵抗が大きくなって内部抵抗が増加する等の弊害があ
る。
【０００６】外装缶を独特の補強構造とする技術が特開
昭６２−９３８５４号公報に記載される。この公報に記
載される密閉形電池は、外装缶の一部に肉厚部を設けて
補強している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】肉厚部は外装缶を補強
して変形を少なくできる。しかしながら、外装缶の一部
を厚くすると、外装缶の外形が大きくなって、小形化す
ることが出来なくなってしまう。本発明は、さらにこの
欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明
の重要な目的は、外装缶の外形を大きくすることなく、
外装缶の変形を効果的に防止できる密閉形の角形電池を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の密閉形の角形電
池は、前述の目的を達成するために下記の構成を備え
る。密閉形の角形電池は、角形外装缶１に非真円形状の
渦巻電極体２を収納している。さらに、密閉形の角形電
池は、外装缶の各コーナ部分の厚みを、外装缶の直線部
分の厚みより大きくしている。内部に非真円形渦巻電極
体２を収納する角形外装缶１は、外装缶のコーナ部分の
内側部分に空隙３ができる。この理由は、外装缶に収納
する電極体が渦巻状であり、さらに外装缶の形状が角形
であるからである。本発明の密閉形の角形電池は、この
空隙３を有効に利用して、角形外装缶１を補強する。
【０００９】さらに、本発明の請求項２に記載される密
閉形の角形電池は、角形外装缶１のコーナ部内面の曲率
半径をＲ、角形外装缶１のコーナ部外面の曲率半径を
ｒ、角形外装缶１の直線部分の厚みをｄとするとき、Ｒ
とｒとｄとが下記の式を満足する。
Ｒ＞ｒ−ｄ
【００１０】さらにまた、本発明の請求項３に記載され
る密閉形の角形電池は、外装缶を軽量化するために、角
形外装缶１の材質をアルミニウム又はアルミニウム合金
としている。
【００１１】
【作用】本発明の密閉形の角形電池は、渦巻状の電極体
２を角形外装缶１に収納するときにコーナ部にできる空
隙を有効に利用して、外装缶の外形を大きくすることな
く、角形外装缶１の強度を増大させている。コーナ部を
直線部分と同じ肉厚とする従来の角形電池は、図１に示
す断面構造をしている。これに対して、コーナ部を直線
部分よりも厚くした本発明の角形電池の角形外装缶１
は、図２に示す断面構造となる。
【００１２】ところで、角形外装缶のたわみ強度は、長
辺長さの３乗に比例して低下することが証明されてい
る。長辺長さが長くなると内圧でストレート部分が変形
しやすくなる。本発明の角形電池は、角形外装缶のコー
ナ部の肉厚を厚くすることによって、長辺長さを短くし
てたわみ強度を著しく増強できる。
【００１３】たとえば、図１に示す従来の角形電池の外
装缶と、図２に示す本発明の角形電池の外装缶の寸法を
下記のようにすると、本発明の角形電池の外装缶のたわ
み強度は、従来のものと外形を同じにした場合約５０％
も増強される。
【００１４】(1) 図１に示す従来例の角形電池の外装
缶 外装缶の外形（縦×横） ２２ｍｍ×７．６ｍｍ 外装缶の直線部分の厚みｄ ０．５ｍｍ 外装缶コーナ部の外側の曲率半径ｒ １．７ｍｍ 外装缶コーナ部の内側の曲率半径Ｒ １．２ｍｍ 外装缶の長辺長さ １８．６ｍｍ （長辺長さは、下記の計算式で計算される。） 長辺長さ＝２２−０．５×２−１．２×２
【００１５】(2) 図２に示す本発明の角形電池の外装
缶 外装缶の外形（縦×横） 図１の外装缶と同
じ 外装缶の直線部分の厚みｄ 図１の外装缶と同じ 外装缶コーナ部の外側の曲率半径ｒ １．７ｍｍ 外装缶コーナ部の内側の曲率半径Ｒ ２．３ｍｍ 外装缶の長辺長さ １６．４ｍｍ （長辺長さは、下記の計算式で計算される。） 長辺長さ＝２２−０．５×２−２．３×２
【００１６】外装缶のたわみ強度は、長辺長さの３乗に
比例するので、本発明の角形電池の外装缶のたわみ強度
は、（１８．６ｍｍ／１６．４ｍｍ）3＝１．４６倍と
なって、約５０％も増強される。
【００１７】図３は、図１と図２に示す外装缶の内圧に
対する膨れ量を示している。この図において、○のプロ
ットは図２に示す本発明の角形電池の外装缶の膨れ量を
示し、●のプロットは図１に示す従来の角形電池の外装
缶の膨れ量を示している。この図に示すように、たとえ
ば、内圧を５ｋｇ／ｃｍ2とするときに、本発明の角形
電池の外装缶の膨れ量が０．６４ｍｍ、従来の角形電池
の外装缶の膨れ量は０．９６ｍｍとなる。即ち、従来の
角形電池の外装缶は、本発明品の外装缶に比し約５０％
も膨れ量が多くなる。このことは、前記の計算結果にほ
ぼ一致する。
【００１８】以上のように、本発明の角形電池は、角形
外装缶１の外形を大きくすることなく、無駄なスペース
となっている外装缶のコーナ部内側にできる空隙３を有
効に利用して、外装缶のたわみ強度を著しく増強できる
優れた特長を実現する。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための密閉形の角形電池を例示するもので
あって、本発明は密閉形の角形電池を下記のものに特定
しない。
【００２０】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２１】図２と図４に示す密閉形の角形電池は、角
形外装缶１に非真円形渦巻電極体２を内蔵させている。
非真円形渦巻電極体２は、正極板と負極板とをセパレー
タを介して積層して非真円形の渦巻状に巻回したもので
ある。非真円形渦巻電極体２は、角形外装缶１に収納さ
れて、最外周の電極を角形外装缶１の内面に電気的に接
触させている。すなわち、図に示す角形電池は、非真円
形渦巻電極体２を最外周接触構造として角形外装缶１に
収納している。非真円形渦巻電極体２の最外周は通常は
正極である。したがって、外装缶は正極となる。非真円
形渦巻電極体２の負極板は、電極リードを介して、外装
缶に絶縁して固定された負極５に接続される。絶縁蓋４
は外装缶の開口部を気密に閉塞している。絶縁蓋の負極
には安全弁を設けることもできる。
【００２２】角形外装缶１はアルミニウム製である。た
だ、角形外装缶１は材質をアルミニウムに特定せず、鉄
やステンレス製とすることもできるのは言うまでもな
い。鉄やステンレス製の角形外装缶１は、アルミニウム
製のものに比較して強いので薄く設計できる。
【００２３】［実施例１］ アルミニウム製の角形外装缶の寸法を、下記の寸法に設
計する。 (1) 外装缶の外形（縦×横） ２２ｍｍ×７．６ｍｍ (2) 外装缶の肉厚 ０．５ｍｍ (3) 外装缶コーナ部の外側の曲率半径 １．７ｍｍ (4) 外装缶コーナ部の内側の曲率半径 ２．３ｍｍ (5) 外装缶コーナ部の最大肉厚 ０．９６ｍｍ (6) 外装缶の長辺長さ １６．４ｍｍ
【００２４】［実施例２］ アルミニウム製の角形外装缶の寸法を、下記の寸法に設
計する。 (1) 外装缶の外形（縦×横） ２２ｍｍ×７．６ｍｍ (2) 外装缶の肉厚 ０．５ｍｍ (3) 外装缶コーナ部の外側の曲率半径 １．７ｍｍ (4) 外装缶コーナ部の内側の曲率半径 ３．０ｍｍ (5) 外装缶コーナ部の最大肉厚 １．２５ｍｍ (6) 外装缶の長辺長さ １５．０ｍｍ （長辺長さは、下記の計算式で計算される。） 長辺長さ＝２２−０．５×２−３．０×２
【００２５】実施例１と実施例２の寸法の角形外装缶１
を使用した本発明の角形電池と、図１に示す寸法の角形
外装缶１を使用した従来の角形電池の充放電サイクル
（１Ｃ充電、４．２Ｖ充電停止／１Ｃ放電、２．７５Ｖ
放電停止）１００サイクル後に、３Ｃでハイレート放電
したとき及び本発明の角形電池の充放電サイクルを繰り
返す前の電圧特性カーブを図５に示す。この図に示すよ
うに、従来の角形電池は、本発明品に比較して平均電圧
が低下し、さらに容量も減少した。それは、充放電を１
００サイクル繰り返すことにより、電池の内圧が上昇し
て外装缶の膨れが発生し、内部抵抗が増加するからであ
る。これに対して本発明の実施例にかかる角形電池は外
装缶の膨れが少なく、内部抵抗が増加せず電圧が高く容
量も大きい優れた特性を示した。
【００２６】さらに、比較のため充放電１００サイクル
後に角形電池の膨れ量を測定したところ、本発明の角形
電池は下記の優れた特性を示した。 (1) 実施例１の外装缶の角形電池の膨れ
０．３２ｍｍ (2) 実施例２の外装缶の角形電池の膨れ
０．２２ｍｍ (3) 図１の外装缶の従来の角形電池の膨れ
０．４９ｍｍ
【００２７】
【発明の効果】本発明の密閉形の角形電池は、コーナ部
の肉厚を直線部分よりも厚くして外装缶を補強するの
で、角形外装缶に非真円形渦巻電極体を収納して出来る
無駄なスペースを有効に利用して外装缶を補強すること
ができる。このため、外装缶の外形を大きくすることな
く、角形外装缶を効果的に補強することができる。さら
に、角形外装缶に非真円形状渦巻電極体を収納すること
によって生じる空間スペースを外装缶強度に有効に利用
しているので、角形電池自身の持つ電池容量を減少させ
ることがない。したがって、本発明の密閉形の角形電池
は、外形を同じに設計して角形外装缶を強靱にでき、角
形外装缶の膨れに起因する電池特性の低下を防止するこ
とができる。このため、外装缶の肉厚を薄く設計し、あ
るいは、角形外装缶の材質を鉄やステンレスからアルミ
ニウムに変更して、充分な強度とするのに好都合であ
る。
【００２８】このように、本発明にかかる密閉形の角形
電池は、電池容量を少なくすることなく、外装缶のたわ
み強度を充分にできる。さらに、角形外装缶のたわみ強
度を増強できるので、非真円形渦巻電極体の極板間の緊
迫度を安定させることができ、電池特性としての大容
量、高エネルギー密度、ハイレート放電特性を向上でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の角形電池の構造を示す一部断面平面図
【図２】本発明にかかる角形電池の構造を示す断面図
【図３】角形電池の外装缶の内圧に対する膨れ量を示す
グラフ
【図４】本発明にかかる角形電池の外装缶の外形を示す
一部断面正面図
【図５】本発明の一実施例にかかる角形電池と従来の角
形電池の充放電サイクル１００サイクル後に３Ｃでハイ
レート放電したとき、及び本発明の角形電池の初期の電
圧特性カーブを示すグラフ
【符号の説明】
１…角形外装缶 ２…渦巻電極体 ３…空隙 ４…絶縁蓋 ５…負極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 康弘 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−342649（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 2/02 H01M 10/28

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 角形外装缶に非真円形渦巻電極体を収納
    してなる角形電池において、前記外装缶の各コーナにお
    ける厚みが、外装缶の直線部分の厚みより大である密閉
    形の角形電池。
  2. 【請求項２】 角形外装缶のコーナ部内面の曲率半径を
    Ｒ、角形外装缶のコーナ部外面の曲率半径をｒ、角形外
    装缶の直線部分の厚みをｄとするとき、Ｒとｒとｄとが
    下記の式を満足することを特徴とする請求項１記載の密
    閉形の角形電池。 Ｒ＞ｒ−ｄ
  3. 【請求項３】 前記外装缶部材がアルミニウム又はアル
    ミニウム合金である請求項１記載の密閉形の角形電池。
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