JP3573295B2 - 角型密閉式電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はポータブル機器の駆動用電源としての角型密閉式電池に関するものであり、特に短絡や過充放電時等における電池内圧上昇や、電池温度上昇時等に対する防爆、安全構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ラップトップコンピューター、ワープロ等の携帯情報機器、カメラ一体型ＶＴＲ、液晶テレビ等のＡＶ機器や携帯電話等の移動通信機器等々のように、電源としての電池に対し大電流、大出力を要求する機器が多種多様に発達し、より高エネルギー密度の電池が要望されている。
【０００３】
現在、密閉式電池にはその形状の違いから、円筒型と角型に大別される。円筒型密閉式電池はその断面に円形部分を有するため、機器に搭載した場合、容積的に収納部分での無駄が多い。小さなスペースを有効に利用するという点から、角型密閉式電池の使用が好ましい。
【０００４】
これまで、長円渦巻電極群を使用した角型密閉式電池の場合、図５に示したように、渦巻電極群を使用した円筒型密閉式電池で実施されている構造と同様に、長楕円渦巻電極群４４の巻軸（Ｚ−Ｚ’）と角型電池ケース４５の開口面（Ｃ）とが直角に位置するように挿入されていた。
【０００５】
しかしながら、この構造の場合、電極群を挿入する際、電極の端面の縁部がしばしば角型電池ケース開口面の縁に接触してめくり上がり活物質の剥離脱落、電極基材の折れ曲がり、セパレータの破れ等が発生し、内部短絡の原因となっていた。
【０００６】
そこで上述の問題を解決するため、図３に示すように長円渦巻状に巻回してなる渦巻電極群２４を角型電池ケース２５の開口面（Ｂ）より渦巻電極群の巻軸の中心線（Ｙ−Ｙ’）が開口面と平行になるように挿入することにより、角型電池ケースへの電極群の挿入時では長円渦巻電極群の最外巻回部の滑らか曲面部分から角型電池ケース内へ挿入されるので、角型電池ケースの開口面の縁と電極が接触しても引っかかることがなく、セパレータの破れが発生せず内部短絡を防止することが可能となる。
【０００７】
ところで、この種の電池が高温に晒されたり、外部短絡又は電極やセパレータの劣化、形状変化等による内部短絡、或は外部電源による強制的な過大電流放電により急激な温度上昇があった場合や、さらに、二次電池においては過大電圧による過充電がなされた場合に、電解液が揮発或は分解してガスが発生し、このガスが電池内に閉じ込められ、電池内圧が著しく上昇するため、電池ケースが膨張変形し、電池を搭載している機器を破損し、時として電池が破裂し、安全上重大な問題となる。
【０００８】
そこで、この対策として、電池の破裂を未然に防止するものとして、電池にガス抜き孔を設け、破裂板で密封して電池内圧上昇時に破裂板が破れ、電池内圧を外部に安全に開放する構造を持たしている。
【０００９】
従来の電池構造では、図５に示すようにガス抜き孔が、長円渦巻電極群４４の巻回面の投影した面内である蓋板４９に設置されているため、異常時に電極群内に発生するガスが巻軸方向（Ｚ−Ｚ’）に沿ってスムーズにガス抜き孔を通して電池外に放出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３のような構造においては、蓋板２９にガス抜き孔を設置した場合、渦巻電極群の巻回面が角型電池ケース側面に接触して塞がれるため、異常時に電極群内に発生するガスが蓋板に設置したガス抜き孔までスムーズに流れず、電池が膨れ、時として、破裂に至る危険性がある。よって、安全性に優れた角型密閉式電池を得ることが課題となる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電池の膨れや破裂を防止できる安全性機構を具備した角型密閉式電池を得ることを目的とするもので、ガス抜き孔を、渦巻電極群の巻回面を角型電池ケース上に投影した面内に設置することにより上記課題を解決しようとするものである。
【００１２】
【作用】
本発明電池によれば、電極群内に発生するガスは巻軸方向に沿ってスムーズに電池外に放出されるため異常時による電池の破裂がなく、安全性に優れている。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例につき図面に基づき詳述する。
【００１４】
図１は一実施例による電極群を角型電池ケースに挿入するさいの組立図、図２は図１に示したＸ−Ｘ’軸方向の断面図であり、角型リチウムイオン電池に適用した例である。なお図２においては発電要素を省略している。
【００１５】
図１において、正極板１と負極板２とを幅２２ｍｍ、厚み２５μｍ のポリエチレン微多孔膜からなるセパレータ３を介して長円渦巻状に巻いてなる電極群４を、巻軸の中心線（Ｘ−Ｘ’）がニッケルメッキを施した厚み０．３ｍｍ，内寸５．７ｍｍ×２１．５ｍｍ×４５．５ｍｍの鉄製の角型電池ケース５の開口面（Ａ）と平行である方向から角型電池ケース５に挿入する。１２は封口板で、蓋板９にガラスハーメチックシール１１を介して正極端子１０が固定されているものよりなる。８は正極リードであり、１０の正極端子と抵抗溶接にて接続されている。また、封口板と角型電池ケースはレーザー溶接により密封されている。６はガス抜き孔を閉塞している破裂膜であり、１０μｍ のニッケル箔にＸ字のエッチング７を施したものを角型電池ケースにレーザー溶接にて取り付けている。このＸ字のエッチングにより破裂時の圧力を９ ｋｇ／ｃｍ^２ に設定している。
【００１６】
正極板１には厚み２０μｍ のアルミニウム箔の両面に、リチウムコバルト複合酸化物に結着剤であるポリフッ化ビニリデンと導電剤であるグラファイトをペースト状に混合し、塗布、乾燥後、幅１９ｍｍに切断したものを用いた。
【００１７】
負極板２には厚み１８μｍの銅箔の両面に、黒鉛に結着剤であるポリフッ化ビニリデンをペースト状に混合し、塗布、乾燥後、幅２０ｍｍに切断したものを用いた。
【００１８】
図２は実施例の図１に示したＸ−Ｘ’方向の断面図で、発電要素は省略している。図２において、１３はガス抜き孔で、長円渦巻電極群の端面の角型電池ケース上に投影した面内に面積０．２０ｃｍ^２ の長円の形状をしている。
【００１９】
従来の技術に基づく比較例として、図３、図４に示すように、ガス抜き孔３３および破裂膜２６を蓋板２９に設置した他は実施例と同様にして電池を組み立てた。尚、ガス抜き孔の面積および形状は実施例１と同様にした。
【００２０】
上述の電池を用いて誤使用を想定した安全性試験を行った。
実施例および比較例の電池を１Ａの電流で連続充電し電池を観察した。試験結果は、比較例では電池が破裂し封口板と角型電池ケースの溶接部がはずれた。これは、電極群の端面と角型電池ケース内側側面とが接触しているため、電極群内に発生するガスが抜け難く破裂に至ったものと考えられる。しかし、実施例では角型電池ケースの渦巻電極群の巻回面を投影した面内にガス抜き孔を設けたため、電極群巻軸方向に沿ってガス抜き孔より電極群内に発生するガスがスムーズに電池外に開放され、破裂はなく安全であった。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明電池によれば、電池内圧上昇時に電池内のガスを容易に外部に開放するので、電池が破裂に至る危険性はなく安全性に優れており、その工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における角型密閉式電池の組立図。
【図２】本発明の実施例における角型密閉式電池の要部断面図。
【図３】比較例における角型密閉式電池の組立図。
【図４】比較例における角型密閉式電池の要部断面図。
【図５】従来の角型密閉式電池の組立図。
【符号の説明】
１ 正極板
２ 負極板
３ セパレータ
４ 電極群
５ 角型電池ケース
６ 破裂膜
７ Ｘ字のエッチング
８ 正極リード
９ 蓋板
１０ 正極端子
１１ ガラスシール
１２ 封口板
１３ ガス抜き孔

Claims (2)

1. 帯状の正極板（１）と負極板（２）とをセパレータ（３）を介して長円渦巻状に巻回してなる渦巻電極群（４）を角型電池ケース（５）の開口面（Ａ）より渦巻電極群の巻軸の中心線（Ｘ−Ｘ’）が開口面と平行になるように挿入したのち開口面を封口板（１２）で密閉した角型密閉式電池において、
   ガス抜き孔（１３）が角型電池ケースに設置されており、且つ、該ガス抜き孔が渦巻電極群（４）の巻回面を角型電池ケース上に投影した面内にあることを特徴とする角型密閉式電池。
2. 帯状の正極板と負極板とがセパレータを介して長円渦巻状に巻回されてなる渦巻電極群を備えており、
   前記渦巻電極群の巻軸の中心線は電池ケースの封口面と平行であり、
   前記電池ケースにはガス抜き孔が設けられており、
   前記ガス抜き孔の位置は前記渦巻電極群の巻回面を角型電池ケース上に投影した面内であることを特徴とする角型密閉式電池。

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