JP3732945B2 - 密閉型電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に発電要素が収納されて電池本体部を構成する有底筒状の外装缶と、この外装缶の開口部を封口する封口体とを有すると共に、この封口体内には封口体内部を上記電池本体部から封止するための内部ガスケットが設けられた密閉型電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、LiCoO2 等のリチウム含有複合酸化物を正極材料とする一方、金属リチウム又はリチウムイオンを吸蔵、放出し得る合金又は炭素材料を負極材料とするリチウムイオン電池が、高容量化が可能な電池として注目されている。
ここで、電池の充電時或いは電池の保存時(特に、高温保存時)に、電池の内部圧力が上昇して、内部ガスケットとこの内部ガスケットを圧縮する部材(防爆弁等)との間から封口体内部に電解液が浸透することがある。このため、封口体内部にあるPTC素子や防爆弁が電解液によって侵され、これらの誤作動を招くという課題を有していた。
【0003】
このようなことを考慮して、従来、内部ガスケットの一方の面に凸部を形成し、これにより電解液が浸透を抑制するようなものが提案されているが、単に一方の面に凸部を形成するだけでは、凸部に十分な圧縮力が働かないため、電解液の浸透を十分に抑制することができないという課題を有していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、内部ガスケットとこの内部ガスケットを圧縮する部材との間から封口体内部に電解液が浸透するのを十分に抑制することにより、封口体内部にあるPTC素子や防爆弁等が誤作動するのを確実に防止することができる密閉型電池の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明第1の態様は、内部に発電要素が収納されて電池本体部を構成する有底筒状の外装缶と、この外装缶の開口部を封口する封口体とを有すると共に、この封口体内には封口体内部を上記電池本体部から封止するための内部ガスケットが設けられた密閉型電池において、上記内部ガスケットの両面に凸部が形成されていることを特徴とする。
【0006】
上記構成の如く、内部ガスケットの両面に凸部が形成されていれば、凸部が十分に圧縮されるので、内部ガスケットとこの内部ガスケットを圧縮する部材との間から封口体内部に電解液が浸透するのを十分に抑制することができる。したがって、封口体内部にあるPTC素子や防爆弁等が侵されることによる、これらの誤作動を確実に防止することができる。
【0007】
また、本発明第2の態様は、上記第1の態様の発明において、上記凸部は、上記内部ガスケットの両面における相対応する位置に形成されていることを特徴とする。また、本発明第3の態様は、上記第1の態様の発明において、上記凸部は、上記内部ガスケットの両面に交互に形成されていることを特徴とする。このように、凸部は内部ガスケットの両面における相対応する位置又は内部ガスケットの両面に交互に形成することができるが、後者のようにして形成するのが好ましい。これは、前者の構成であれば、凸部が形成されている部位では圧縮力は大きくなるが、凸部が形成されていない部位における圧縮力は極めて小さくなる一方、後者の構成であれば、いずれの部位においても凸部が形成されているので、内部ガスケットに対する圧縮力が均一に増大するという理由によるものと考えられる。
【0008】
また、本発明第4の態様は、上記第1、第2又は第3の発明において、封口体の一部を構成する弁キャップの端部には、上記内部ガスケットを介して、上記弁キャップ以外の封口体構成部材がかしめ固定されると共に、このかしめ代内に上記凸部が存在する。このようにかしめ代内に凸部が存在していれば、凸部に対する圧縮力は更に増大し且つ均一化されるので、封口体内部に電解液が浸透するのを一層確実に防止することができる。また、本発明第5の態様は、上記第1、第2、第3又は第4の発明において、上記凸部は、上記内部ガスケットの両面に各々複数個形成されていることを特徴とする。このような構成であれば、内部ガスケットの両面において複数の箇所で凸部に対する圧縮力が得られるので、封口体内部に電解液が浸透するのを一層確実に防止することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図1〜図4に基づいて、以下に説明する。
図1は本発明に係るリチウムイオン電池の分解斜視図、図2は電池の封口体の拡大半断面図、図3は本発明に用いる内部ガスケットの拡大断面図、図4は本発明に用いる他の例に係る内部ガスケットの拡大断面図である。
【0010】
図1に示すように、本発明のリチウムイオン電池は、有底円筒状の外装缶5を有しており、この外装缶5内には、アルミニウムから成る芯体にLiCoO2 を主体とする活物質層が形成された正極1と、銅から成る芯体に黒鉛を主体とする活物質層が形成された負極2と、これら両電極1・2を離間するセパレータ3とから成る渦巻き状の発電要素4が収納されている。また、上記外装缶5内には、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とが体積比で4:6の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6 が1M(モル/リットル)の割合で溶解された電解液が注入されている。更に、上記外装缶5の開口部には封口体6がかしめ固定されており、これによって電池が封口される。
【0011】
ここで、上記封口体6は、図2に示すように、アルミニウム合金から成り且つガス抜き穴23を有する弁キャップ9を有している。この弁キャップ9上には、アルミニウム合金から成ると共に両端が弁キャップ9に溶接された金属箔11が設けられており、この金属箔11上には、アルミニウム合金から成ると共に略半円球状を成す防爆弁8が溶接されている。この防爆弁8は、封口体内部20と電池本体部(図1における発電要素4が収納されている部位)とを区切るものであり、通常状態では、弁キャップ9を介して正極集電タブ10と電気的に接続された金属箔11と溶接されている一方(図中、実線で示す)、過充電時等の異常時に電池内部の圧力が所定値(10〜20kgf/cm2 )以上になった場合には、金属箔11から剥がれて、これにより充電が中止される(図中、二点鎖線で示す)。また、上記防爆弁8の端部上には、順に、PTC素子12と、ガス抜き穴24が設けられた正極端子7とが設けられている。また、前記弁キャップ9はポリプロピレン(PP)から成る絶縁性の外部ガスケット(図示せず)を介して前記外装缶5にかしめ固定されて、これにより電池内部が封止される一方、上記防爆弁9、上記PTC素子12、及び上記正極端子7はPPから成る絶縁性の内部ガスケット15を介して弁キャップ9にかしめ固定されて、これにより封口体内部20が封止される。
ここで、上記内部ガスケット15の具体的な構造は、図3に示すように、断面略L字状を成す本体部15aと、この本体部15aと一体成形された凸部15b…とから成る。上記凸部15b…は、上記本体部15aの両面に各3個ずつ交互に形成されており、また、全ての凸部15b…がかしめ代14(図2参照)内に配置される構造である。更に、上記本体部15aの厚みL1 は0.3mm、凸部15b…の厚みL2 は0.1mm、凸部15b…のピッチL3 は0.3mmとなるように構成されている。
【0012】
尚、前記外装缶5には、負極2と電気的に接続された負極集電タブ13が接続される一方、前記封口体6の弁キャップ9には正極集電タブ10が接続され、更に前記発電要素4の上下両端部近傍には、絶縁板16・17が配置されている。
【0013】
ここで、上記構造の非水電解質電池を、以下のようにして作製した。
先ず、正極活物質としてのLiCoO2 を90重量%と、導電剤としてのカーボンブラックを5重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5重量%と、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合してスラリーを調製した後、正極集電タブ10の溶接部位を除き、上記スラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔(厚み:20μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように切断し、更にアルミニウム製の正極集電タブ10(幅:3mm)を溶接した。
【0014】
これと並行して、負極活物質としての黒鉛粉末を95重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5重量%と、溶剤としてのNMP溶液とを混合してスラリーを調製した後、負極集電タブ13の溶接部位を除き、上記スラリーを負極集電体としての銅箔(厚み:16μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように切断し、更にニッケル製の負極集電タブ13(幅:3mm)を溶接した。
【0015】
次に、上記正極1と負極2とをポリエチレン製微多孔膜から成るセパレータ3(厚み:25μm)を介して巻回して発電要素4を作製した後、この発電要素4を絶縁板16と共に外装缶5内に挿入し、更に負極集電タブ13を外装缶5の缶底に溶接した。
その後、防爆弁9、PTC素子12、及び正極端子7を、内部ガスケット15を介して弁キャップ9にかしめ固定して、封口体内部20を封止した。しかる後、正極集電タブ10を封口板6に溶接すると共に、ECとDMCとが体積比で4:6の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6 が1M(モル/リットル)の割合で溶解された電解液を外装缶5内に注入した後、封口板6を外装缶5の開口端部にかしめ固定することにより、円筒形の電池を作製した。
【0016】
尚、本体部15aの厚みL1 、凸部15b…の厚みL2 、及び凸部15b…のピッチL3 は上記の長さに限定するものではなく、本体部15aの厚みL1 は0.3〜0.5mm、凸部15b…の厚みL2 は0.03〜0.1mm、及び凸部15b…のピッチL3 は0.1〜0.3mmの範囲であれば本発明の目的を十分に達成できる。また、凸部15b…の数は両面各3個づつに限定するものではなく、1〜3個(特に好ましくは、2〜3個)の範囲であっても上記と同様の効果を有する。但し、本発明においては、本体部15aの厚みL1 、凸部15b…の厚みL2 、凸部15b…のピッチL3 、凸部15b…の数を上記の範囲に限定するものではない。
また、内部ガスケット15の材質としてはPPに限定するのではなく、例えばポリエチレン(PE)等を用いることも可能である。
加えて、本発明は上記リチウムイオン電池に限定するものではなく、封口体6の内部20を確実に封口する必要性のある電池であれば適用しうることは勿論である。
但し、本発明を上記リチウムイオン電池に適用する場合には、正極材料としては上記LiCoO2 の他、例えば、LiNiO2 、LiMn2 O4 或いはこれらの複合体等が好適に用いられ、また負極材料としては上記炭素材料の他、リチウム金属、リチウム合金、或いは金属酸化物(スズ酸化物等)等が好適に用いられる。更に、電解液の溶媒としては上記のものに限らず、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの比較的比誘電率が高い溶液と、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、2−メトキシテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等の低粘度低沸点溶媒とを適度な比率で混合した溶媒を用いることができる。また、電解液の電解質としては、上記LiPF6 の他、LiAsF6 、LiClO4 、LiBF4 、LiCF3 SO3 等を用いることができる。
【0017】
【実施例】
〔実施例1〕
実施例1としては、上記発明の実施の形態に示す方法と同様の方法にて作製した電池を用いた。このようにして作製した電池を、以下、本発明電池A1と称する。
〔参考例2〕
内部ガスケット15として、図4に示すような凸部15b…が形成された内部ガスケット15(内部ガスケット15の両面における相対応する位置に凸部15b…が形成されたもの)を用いる他は、上記実施例1と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、参考電池A2と称する。
〔実施例3〕
内部ガスケット15の凸部15b…をかしめ部14に対応しない位置に配置する他は、上記実施例1と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、本発明電池A3と称する。
〔参考例4〕
内部ガスケット15の凸部15b…をかしめ部14に対応しない位置に配置する他は、上記実施例2と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、参考電池A4と称する。
【0018】
〔比較例〕
内部ガスケット15として、凸部15b…が内部ガスケット15の片面にのみ形成されたものを用いる他は、上記実施例1と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Xと称する。
【0019】
〔実験〕
上記本発明電池A1、A3、参考電池A2、A4及び比較電池Xについて、不良数(封口体内部に電解液が侵入したもの)について調べたので、その結果を下記表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】
上記表1から明らかなように、比較電池Xでは不良数が多いのに対して、電池A1〜A4では不良数が減少しており、電池A1、A2では全く不良が認められない。したがって、凸部は内部ガスケットの片面ではなく両面に形成されているのが望ましく、特にかしめ代内に上記凸部が存在することが望ましいことがわかる。尚、本発明電池A3と参考電池A4との比較より、かしめ代内に凸部が存在しない場合には、凸部は内部ガスケットの両面に交互に形成されているのが望ましいことがわかる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内部ガスケットとこの内部ガスケットを圧縮する部材との間から封口体内部に電解液が浸透するのを十分に抑制することができるので、封口体内部にあるPTC素子や防爆弁等が誤作動するのを確実に防止することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係るリチウムイオン電池の分解斜視図である。
【図2】図2は電池の封口体の拡大半断面図である。
【図3】図3は本発明に用いる内部ガスケットの拡大断面図である。
【図4】 図4は参考例で用いた内部ガスケットの拡大断面図である。
【符号の説明】
4:発電要素
5:外装缶
6:封口体
15:内部ガスケット
15b:凸部
20:封口体内部
Claims (3)
- 内部に発電要素が収納されて電池本体部を構成する有底筒状の外装缶と、この外装缶の開口部を封口する封口体とを有すると共に、この封口体内には封口体内部を上記電池本体部から封止するための内部ガスケットが設けられた密閉型電池において、
上記内部ガスケットの両面に交互に凸部が形成されている、
ことを特徴とする密閉型電池。 - 上記封口体の一部を構成する弁キャップの端部には、上記内部ガスケットを介して、上記弁キャップ以外の封口体構成部材がかしめ固定されると共に、このかしめ代内に上記凸部が存在する、
請求項1記載の密閉型電池。 - 上記凸部は、上記内部ガスケットの両面に各々複数個形成されている、請求項1または2に記載の密閉型電池。
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