JP3420601B2 - 非水電解液電池 - Google Patents

非水電解液電池

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JP3420601B2
JP3420601B2 JP33770492A JP33770492A JP3420601B2 JP 3420601 B2 JP3420601 B2 JP 3420601B2 JP 33770492 A JP33770492 A JP 33770492A JP 33770492 A JP33770492 A JP 33770492A JP 3420601 B2 JP3420601 B2 JP 3420601B2
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lid
inner lid
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aluminum
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裕二 望月
義明 阿左美
英二郎 松坂
克彦 井上
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Asahi Kasei Corp
Toshiba Corp
FDK Twicell Co Ltd
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Asahi Kasei Corp
Toshiba Battery Co Ltd
Toshiba Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明、防爆機能および正極端子
を兼ねる封口蓋体の内部蓋体への正極タブの接続構造を
改良した非水電解液電池に関する。 【0002】 【従来の技術】最近、非水電解液を使用したリチウム電
池やリチウムイオン電池等の非水電解液を用いた二次電
池が携帯電子機器等に広く使用されつつある。このよう
な二次電池は、従来の電池とは異なり、3V、4Vとい
った高い起電力を有するという特徴があり、その優れた
性能が注目されている。 【0003】ところで、前述した二次電池は、外装缶内
に収納された正極および負極を備える電極体が化学変化
を起こして内圧が高くなり、破裂を生じる場合がある。
例えば、リチウム二次電池のような非水電解液電池に通
常以上の電流を与える、いわゆる過充電状態にしたり、
誤使用により短絡状態になって大電流が流れたりすると
前記電極体の中の非水電解液が分解されてガスが発生す
る場合がある。このようなガスが前記外装缶内に次第に
充満し、外装缶内の内圧が上昇すると、最後には電池が
破裂する。 【0004】このようなことから、従来では前述した電
池の破裂を防止するために防爆機能および正極端子を兼
ねた封口蓋群を備えた非水電解液電池が知られている。
すなわち、負極端子を兼ねる外装缶内には電極体が収納
されている。前記電極体は、正極、セパレータおよび負
極を渦巻状に巻回した構成になっている。絶縁板は、前
記外装缶の底部に配置され、前記電極体の前記正極が前
記負極端子を兼ねる外装缶と電気的に接触するのを防止
している。防爆機能および端子を兼ねる封口蓋群は、前
記外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットを介してカシメ
固定されている。前記封口蓋群は、前記電極体と対向し
て配置された皿状の内部蓋体と、前記内部蓋体上に可撓
性薄膜から形成された弁膜を介して配置され、前記内部
蓋体周縁を内側に折り曲げて形成した環状部により挟持
された補強板と、前記内部蓋体の環状部上に周縁部を当
接して配置された帽子形の外部蓋体とから構成されてい
る。前記内部蓋体、前記補強板および前記外部蓋体に
は、それぞれガス抜き孔が開口されている。正極タブ
は、一端が前記電極体の正極に接続され、他端が前記封
口蓋群の前記内部蓋体の下面に接続されている。 【0005】このような構成の非水電解液電池におい
て、通常以上の電流、例えば過充電状態により大電流が
与えられると、前記電極体および非水電解液が収納され
た外装缶内に前記大電流により分解ガスが発生して内圧
が上昇し、所定の圧力に達すると、前記分解ガスは前記
内部蓋体に開口されたガス抜き孔を通してそのガス抜き
孔の上方に配置された前記弁膜を破断する。その結果、
前記分解ガスは前記弁膜の破断個所、前記補強板および
前記外部蓋体にそれぞれ開口されたガス抜き孔を通して
外部に逃散し、電池の破裂が未然に防止される。 【0006】ところで、前述した非水電解液電池におい
て前記封口蓋群の内部蓋体と前記正極タブとの接続は、
従来、抵抗溶接によって行っていた。しかしながら、前
記内部蓋体と前記正極タブはいずれもアルミニウム(A
l)またはアルミニウム合金(Al合金)により形成さ
れているため、抵抗溶接が難しく、その結果、溶接強度
の低下および強度のばらつき等の問題があった。 【0007】このようなことから、前記問題を回避する
ために前記AlまたはAl合金からなる正極タブの接続
部にチタンまたはステンレス鋼の薄帯を鉢巻き状に被
覆、一体化した後、前記AlまたはAl合金からなる内
部蓋体に抵抗溶接することにより溶接強度の向上および
溶接強度の安定化を図っていた。 【0008】しかしながら、前述した処理を行っても溶
接強度の向上および安定化の点ず必ずしも満足した結果
が得られず、逆に前記正極タブに異種金属(例えばステ
ンレス鋼)の薄帯を鉢巻き状に被覆、一体化したことに
よる悪影響が生じる。すなわち、充電時において前記A
lまたはAl合金のタブと前記ステンレス鋼の薄帯との
間で局部電池が発生して前記薄帯が腐食するため、前記
タブが前記内部蓋体から外れたり、前記薄帯のステンレ
ス鋼が電解液に混入して電池性能を悪化させるという問
題を生じる。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、封口
蓋群の内部蓋体と正極タブとの接続強度の向上および安
定化を図ることができ、かつ前記接続部に起因する性能
低下を解消した非水電解液電池を提供しようとするもの
である。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明に係る非水電解液
電池は、外装缶と、前記外装缶内に収納され、正極、セ
パレータおよび負極からなる電極体と、前記外装缶内に
収容された非水電解液と、前記外装缶の上端開口部に絶
縁ガスケットにより気密にカシメ固定された防爆機能お
よび正極端子を兼ねる封口蓋群とを具備し、前記封口蓋
群は前記電極体と対向して配置されたアルミニウムまた
はアルミニウム合金からなる内部蓋体と、前記内部蓋体
上に弁膜を介して配置され、前記内部蓋体周縁を内側に
折り曲げて形成した環状部により挟持された補強板と、
前記内部蓋体の環状部上に周縁部を当接して配置された
外部蓋体と、前記補強板と前記外部蓋体との間に配置さ
れた環状のPTC素子と、前記内部蓋体、前記補強板お
よび前記外部蓋体にそれぞれ開口されたガス抜き孔とか
ら構成された非水電解液電池において、前記封口蓋群の
前記内部蓋体にアルミニウムまたはアルミニウム合金か
らなる正極タブを超音波溶接により接続したことを特徴
とするものである。 【0011】前記超音波溶接は、振動先端部であるホー
ンによる加圧力を1kgf/cm2 〜5kgf/cm2
とし、発信時間を0.1〜1sの条件で行うことが望ま
しい。前記加圧力を規定した理由は、前記加圧力を1k
gf/cm2 未満にすると前記正極タブと前記内部蓋体
の間の接続強度を十分向上することが困難になり、一方
前記加圧力が5kgf/cm2 を越えると溶接時に前記
内部蓋体が変形する恐れがあるからである。前記発信時
間を規定した理由は、前記発信時間を0.1s未満にす
ると前記正極タブと前記内部蓋体の間の接続強度を十分
向上することが困難になり、一方前記発信時間が1sを
越えると摩擦熱と振動により前記正極タブが切断される
恐れがあるからである。前記弁膜は、Alなどの金属薄
膜と合成樹脂薄膜を積層した複合膜を用いることが好ま
しい。 【0012】前記電極体の巻芯空間部には、分解ガスの
流通経路になる前記巻芯空間部の潰れを防止する目的で
ステンレスなどの金属またはプラスチックからなるパイ
プを配置することを許容する。 【0013】前記前記内部蓋体の環状部と前記外部蓋体
の間には、例えば過充電状態により大電流が与えられ、
温度が急激に上昇した時に抵抗が温度上昇に伴って急激
に増加し、前記内部蓋体と前記外部蓋体間に流れる電流
を遮断する機能を有するPTC素子を介在させることを
許容する。 【0014】 【作用】本発明によれば、封口蓋群のAlまたはAl合
金からなる内部蓋体にAlまたはAl合金からなる正極
タブを超音波溶接することによって、それら被溶接材の
静圧力による圧縮変形と振動による滑り移動によりAl
などの金属表面の酸化皮膜が除去されて清浄な面同士が
接触すると共に弾性変化や塑性変化により前記各金属の
距離が著しく接近し、原子間の吸引力が働いて摩擦熱に
よる境界面の温度上昇が金属原子間の結合を助長するた
め、前記内部蓋体と前記正極タブ間の接続強度の向上お
よび安定化を図ることができる。 【0015】また、前記内部蓋体と前記正極タブとの間
には従来のようにステンレス鋼などの異種金属からなる
薄帯が介在されないため、充電時等において前記接続部
で局部電池が発生するのを防止でき、その結果として前
記薄帯の腐食に起因する正極タブの外れや薄帯の金属が
非水電解液に混入して電池性能の低下を招くという問題
を解消することができる。 【0016】 【実施例】以下、本発明の実施例を図1を参照して詳細
に説明する。 実施例 【0017】例えば負極端子を兼ねる有底円筒形の外装
缶1内に、電極体(図示せず)を収納すると共に、プロ
ピレンカーボネートとγ−ブチルラクトンとの混合溶媒
(体積比率50:50)に四フッ化ホウ酸リチウム(L
iBF4 )を溶解した電解液を収容した。前記電極体
は、リチウムとコバルトの複合酸化物(LiCoO2
に導電剤、バインダを加えて調製した正極合剤をアルミ
ニウム基板に塗布し、乾燥して作製したシート状の正極
と、ポリプロピレン製多孔質フィルムからなるセパレー
タと、リチウムを担持した炭素質物にバインダを添加し
た負極合剤をステンレス基板に塗布、乾燥して作製した
シート状の負極とからなる積層物を渦巻状に巻回した構
造のものを用いた。また、前記正極にはAlからなる正
極タブ2が取り付けられている。 【0018】次いで、底部に円環状部を有する筒状の絶
縁ガスケット3で周縁が覆われた防爆機能および正極端
子を兼ねる封口蓋群4を用意した。前記封口蓋群4は、
前記電極体と対向する側に配置されたAlからなる皿状
の内部蓋体5と、前記内部蓋体5上にAl膜と合成樹脂
膜の複合材からなる弁膜6を介して配置され、前記内部
蓋体5周縁を内側に折り曲げて形成した環状部7により
挟持されたステンレス製の補強板8と、前記内部蓋体5
の環状部7上に配置された導電性の保護板9と、前記保
護板9上に配置されたPTC素子10と、前記PTC素
子10上に周縁部を当接して配置された帽子形の外部蓋
体11とから構成されている。前記内部蓋体5、前記補
強板8、前記保護板9、前記PTC素子10および前記
外部蓋体11には、それぞれガス抜き孔12、13、1
4、15、16が開口されている。つづいて、前記Al
からなる正極タブ2の先端付近を前記封口蓋群4のAl
からなる前記内部蓋体5の下面に当接させ、ホーンの加
圧力1.8kgf/cm2 、超音波発信時間0.5sの
条件下で超音波溶接した。その後、前記封口蓋群4を前
記絶縁ガスケット3と共に前記外装缶1の上端開口部に
挿入し、前記外装缶1の上端開口部をカシメ加工するこ
とにより前記封口蓋群4を前記外装缶1の上端開口部に
前記ガスケット3を介して気密に固定することにより円
筒形非水電解液電池を組み立てた。 比較例 【0019】Alからなる正極タブとして内部蓋体との
接続部に厚さ10μmのステンレス製薄帯を鉢巻き状に
被覆、一体化し、前記ステンレス製薄帯と封口蓋群のA
lからなる内部蓋体に抵抗溶接した以外、実施例と同様
な円筒形非水電解液電池を組み立てた。 【0020】実施例および比較例の電池50個につい
て、前記封口蓋群を前記外装缶にカシメ固定する前に前
記正極タブと前記内部蓋体との間の抵抗値および接続部
の引張り強度を測定した。その結果を下記表1に示す。 表1 平均抵抗値 引張り強度(kg/cm2 ) mΩ 平均値 最大値 最小値 標準偏差 実施例 2.4 1.76 1.79 1.74 0.015 比較例 8.6 1.22 1.70 0.95 0.124 【0021】前記表1から明らかなように本実施例の超
音波溶接により接続された内部蓋体と正極タブとの間の
抵抗値および引張り強度は、従来の抵抗溶接による比較
例に比べていずれも著しく優れていることがわかる。 【0022】なお、前記実施例では円筒形の非水電解液
電池に適用した例を説明したが、コイン形、角形、楕円
形など各種の形状の非水電解液電池にも同様に適用する
ことができる。 【0023】 【発明の効果】以上詳述しように、本発明によれば封口
蓋群の内部蓋体と正極タブとの接続強度の向上および安
定化を図ることができ、かつ前記接続部に起因する性能
低下を解消した信頼性の高い非水電解液電池を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係わる円筒形非水電解液電池の封口蓋
群を外装缶にカシメ固定する前の状態を示す断面図。 【符号の説明】 1…外装缶、2…正極タブ、3…絶縁ガスケット、4…
封口蓋群、5…内部電極、6…弁膜、11…外部蓋体、
12、13、14、15、16…ガス抜き孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿左美 義明 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東 芝電池株式会社内 (72)発明者 松坂 英二郎 神奈川県川崎市川崎区夜光1丁目3番1 号 旭化成工業株式会社内 (72)発明者 井上 克彦 神奈川県川崎市川崎区夜光1丁目3番1 号 旭化成工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−256158(JP,A) 特開 平3−49155(JP,A) 特開 平4−215252(JP,A) 特開 平4−109551(JP,A) 特開 平4−328258(JP,A) 実開 平2−150661(JP,U) 実開 平4−112459(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/20 - 2/34 H01M 10/40

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 外装缶と、前記外装缶内に収納され、正
    極、セパレータおよび負極からなる電極体と、前記外装
    缶内に収容された非水電解液と、前記外装缶の上端開口
    部に絶縁ガスケットにより気密にカシメ固定された防爆
    機能および正極端子を兼ねる封口蓋群とを具備し、前記
    封口蓋群は前記電極体と対向して配置されたアルミニウ
    ムまたはアルミニウム合金からなる内部蓋体と、前記内
    部蓋体上に弁膜を介して配置され、前記内部蓋体周縁を
    内側に折り曲げて形成した環状部により挟持された補強
    板と、前記内部蓋体の環状部上に周縁部を当接して配置
    された外部蓋体と、前記補強板と前記外部蓋体との間に
    配置された環状のPTC素子と、前記内部蓋体、前記補
    強板および前記外部蓋体にそれぞれ開口されたガス抜き
    孔とから構成された非水電解液電池において、 前記封口蓋群の前記内部蓋体にアルミニウムまたはアル
    ミニウム合金からなる正極タブを超音波溶接により接続
    したことを特徴とする非水電解液電池。
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