JP4121130B2 - Sealed battery - Google Patents
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Description
本発明は、開裂ベントを備えたリチウムイオン二次電池などの円筒形の密閉型電池に関する。 The present invention relates to a cylindrical sealed battery such as a lithium ion secondary battery provided with a cleavage vent.
近年、電子機器の小型化および高機能化に伴って、電源に用いられる密閉型電池の高容量化が求められている。これらの用途に有用な電池としては、金属リチウムなどを正極活物質に用いた密閉型電池が注目されている。かかる密閉型電池では、電子機器のトラブルなどによって異常な充放電を行なったり、電池を火中に投下した場合などの誤った取り扱いにより、電池内で多量のガスが発生して電池内圧が過大になり、電池が破裂することがある。 In recent years, with the miniaturization and higher functionality of electronic devices, there is a demand for higher capacity of sealed batteries used for power supplies. As a battery useful for these applications, a sealed battery using metallic lithium as a positive electrode active material has attracted attention. In such a sealed battery, a large amount of gas is generated in the battery due to incorrect handling such as abnormal charging / discharging due to troubles of electronic devices or dropping of the battery into the fire, resulting in excessive battery internal pressure. The battery may explode.
これに対し、特許文献1〜5には、円筒形状の電池ケースの上下面を密封する円形の封口壁に、電池の破裂を防止するための開裂ベントを設けたものが開示されている。かかる開裂ベントは、封口壁に溝を設けることで薄肉部分を形成しており、電池内圧が所定値以上になった場合に薄肉部分が開裂して、電池内部のガスを速やかに放出するようになっている。
On the other hand,
特許文献1〜3では、薄肉部分が封口壁の中心を通っており、電池内圧が上昇して封口壁がドーム状に膨張変形したときに封口壁の中心付近の変形が最大になることで、封口壁の中心部分が起点となって薄肉部分が開裂する。このため、特許文献1〜3では、封口壁の中心に正極端子などが配されていると薄肉部分が開裂し難くなる。
In
特許文献4では、薄肉部分が封口壁の周縁と同心円になる半円状に形成されており、前記封口壁がドーム状に膨張変形したときに、封口壁の中心側が弾性復元力で平面状態に戻ろうとして、薄肉部分を上下に引っ張って引きちぎる。この場合、封口壁に大きな開口が形成される。このため、特許文献4では、薄肉部分の開裂に伴なって内容物である電極の一部などが飛び出して、電池周辺を汚したり電池周辺の物に損傷を与えたりするおそれがある。また、薄肉部分以外の部分まで開裂するおそれがあり、この場合には内容物がより飛び出し易くなる。 In Patent Document 4, the thin wall portion is formed in a semicircular shape that is concentric with the periphery of the sealing wall, and when the sealing wall is inflated and deformed into a dome shape, the center side of the sealing wall is in a planar state by an elastic restoring force. To return, pull the thin part up and down and tear it off. In this case, a large opening is formed in the sealing wall. For this reason, in Patent Document 4, there is a possibility that part of the electrode, which is the contents, jumps out as the thin portion is cleaved, and the periphery of the battery is soiled or the object around the battery is damaged. Moreover, there is a possibility that the portion other than the thin portion may be cleaved, and in this case, the contents are more likely to jump out.
そこで本発明の目的は、開裂ベントの作動を確実なものにしたうえで、開裂ベントが作動した場合に内容物が飛び出し難い密閉型電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a sealed battery in which the contents are not easily ejected when the cleavage vent is actuated after ensuring the action of the cleavage vent.
本発明が対象とする密閉型電池は、図3に示すごとく、有底円筒形状の電池ケース1の上方開口が円形の封口壁2で密封されており、封口壁2の中心にはカシメ封止された端子5が配されており、その端子5を囲むように1個の開裂ベント7が配されている。開裂ベント7は、封口壁2に対して溝10・11を設けることで、電池内圧が所定値以上の場合に開裂する薄肉部分12を含んでいる。薄肉部分12は、封口壁2の周縁と同心円になる円弧状に延びており、封口壁2の中心と、1個の開裂ベント7の両端とをそれぞれ結ぶ仮想直線で規定されるベント角度θ1が、90°〜150°の範囲に設定されていることを特徴とする。
As shown in FIG. 3, the sealed battery targeted by the present invention is such that the upper opening of a bottomed
開裂ベント7の前記薄肉部分12は、封口壁2の表裏に溝10・11を対向状にプレス加工することで形成してある。封口壁2の表面側の溝10は、上向きの平坦面を有して、該封口壁2の表面よりも1段下がった段付き状に凹み形成されている。封口壁2の内面側の溝は、2段のプレス加工により形成したものであって、下向きの平坦面を有して、該封口壁2の内面よりも1段下がった段付き状に凹み形成された1段目の溝と、下向きの平坦面を有して、該1段目の溝の平坦面よりも1段下がった段付き状に凹み形成された2段目の溝とで構成されており、2段目の溝は、その平坦面が1段目の溝の平坦面の幅方向の中央部に位置するように形成されているようにすることができる。The thin-
本発明によれば、薄肉部分12が封口壁2の周縁と同心円となる円弧状に形成されているので、封口壁2の中心部に正極端子5などが配されていても、その正極端子5などと干渉しないように開裂ベント7を形成でき、開裂ベント7を確実に作動させることができる。
According to the present invention, since the
開裂ベント7のベント角度θ1を90°以上にしたので、開裂ベント7の加工が容易であるとともに、開裂ベント7の作動圧力が大きくなり過ぎず、電池の破裂を適正に防止できる。そのうえで、ベント角度θ1を150°以下にしたので、開裂ベント7の作動時に電池の内容物の飛び出しを確実に防止でき、電池の内容物で電池周辺を汚したり、電池周辺の物に損傷を与えることを確実に防止でき、更に薄肉部分12の面積が大きくなり過ぎず、開裂ベント7の作動圧力が安定する。
Since the vent angle θ1 of the
表裏の溝10・11の少なくとも一方を2段にプレス加工して薄肉部分12が形成されていると、電池内圧の上昇による封口壁2の膨張変形の際に、薄肉部分12に応力を集中させて開裂させることができ、開裂ベント7の作動の確実性をより高めることができるとともに、薄肉部分12の厚さの寸布精度を高めることができて、より安定した開裂ベント7の作動圧力を得ることができる。
When the
(実施例1) 図1ないし図3は、本発明が対象とする密閉型電池の実施例1を示しており、図3に示すごとく、上面が開口する有底円筒形状の電池ケース1と、電池ケース1の上面開口を塞ぐ円形状の封口板(封口壁)2と、電池ケース1内に収容される電極巻回体3および非水電解液とを有する。電池ケース1および封口板2は、冷間圧延鋼板(SPCC)で形成されている。
(Example 1) FIGS. 1 to 3 show Example 1 of a sealed battery targeted by the present invention, and as shown in FIG. 3, a bottomed
封口板2の中央には、絶縁ガスケット4および正極端子5が通る端子取付孔6を貫通状に設けてある。電池ケース1の上面開口に封口板2を内嵌して、電池ケース1の開口内周面に封口板2の外周縁をレーザ溶接することにより、電池ケース1の開口を封口板2で密封している。正極端子5は、絶縁ガスケット4を介して端子取付孔6の周縁にかしめ固定される。
In the center of the
電極巻回体3は、正極活物質を塗布したシート状の正極と、負極活物質を塗布したシート状の負極とを合成樹脂製フィルムからなるシート状のセパレータとを挟んで積層し、これを円柱状に巻回した電極群を電池ケース1内に収容している。電極巻回体3の正極と正極端子5と、および電池ケース1の内面と電極巻回体3の負極とはそれぞれ導電タブで接続されている。
The electrode winding body 3 is formed by laminating a sheet-like positive electrode coated with a positive electrode active material and a sheet-shaped negative electrode coated with a negative electrode active material with a sheet-like separator made of a synthetic resin film sandwiched between them. A group of electrodes wound in a cylindrical shape is accommodated in the
封口板2には、図1に示すごとく、封口板2の周縁と同心円になる円弧状に延びる開裂ベント7が設けられている。開裂ベント7は、図2に示すごとく、封口板2の表裏に溝10・11を対向状にプレス加工することで形成してある。封口板2の表側に設けた溝10は1段のプレス加工で形成され、封口板2の裏側に設けた溝11は2段のプレス加工で形成される。かかるプレス加工で表裏の溝10・11の底面の間に薄肉部分12が形成される。
As shown in FIG. 1, the
開裂ベント7の薄肉部分12は、図1および図2に示すごとく、その中心線における直径L1が10.7mm、上下厚さT1が0.05mmである。開裂ベント7の表側の溝10は、幅寸法L2が1.2mm、上下深さ寸法T2が0.25mmである。開裂ベント7の裏側の溝11における1段目の溝11aの幅寸法L3は1.2mm、溝11aの上下深さ寸法T3は0.15mmである。開裂ベント7の裏側の溝11における2段目の溝11bの幅寸法L4は0.3mm、溝11bの上下深さ寸法T4は0.15mmである。因みに、封口板2の上下厚さ寸法T5は0.6mm、封口板2の直径は16.1mmである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示す封口板2の中心Oと、開裂ベント7の両端とをそれぞれ結ぶ仮想直線間のベント角度θ1は120°、図2に示すごとく、表側の溝10における幅方向の側面の開き角度θ2は60°、裏側の溝11における1段目の溝11aの幅方向の側面の開き角度θ3は60°、2段目の溝11bにおける幅方向の側面の開き角度θ4は60°である。
The vent angle θ1 between the imaginary straight lines connecting the center O of the
異常な充放電を行った場合や電池を火中に投下した場合などのように、電池内圧が急激に上昇して一定値を越えた場合には、開裂ベント7の薄肉部分12が電池内圧で開裂して電池内のガスが放出され、電池が破裂する事態を未然に防止することができる。
When the internal pressure of the battery suddenly increases and exceeds a certain value, such as when abnormal charging / discharging is performed or when the battery is dropped into the fire, the
(実施例2) 実施例2では、ベント角度θ1を90°とした。その他の点は、実施例1と同じであるので説明を省略する。 (Example 2) In Example 2, the vent angle θ1 was set to 90 °. Since the other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
(実施例3) 実施例3では、ベント角度θ1を150°とした。その他の点は、実施例1と同じであるので説明を省略する。 (Example 3) In Example 3, the vent angle θ1 was set to 150 °. Since the other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
(比較例1) 比較例1では、ベント角度θ1を180°とした。その他の点は、実施例1と同じであるので説明を省略する。 (Comparative Example 1) In Comparative Example 1, the vent angle θ1 was set to 180 °. Since the other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
(比較例2) 比較例2では、ベント角度θ1を240°とした。その他の点は、実施例1と同じであるので説明を省略する。 (Comparative Example 2) In Comparative Example 2, the vent angle θ1 was 240 °. Since the other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
(比較例3) 比較例3では、裏側の溝11を1段のプレス加工で形成した。また、裏側の溝11の幅寸法は1.2mm、上下深さ寸法は0.275mmである。表側の溝10は、幅寸法が1.2mm、上下深さ寸法は0.275mmである。因みに、薄肉部分12の上下厚さT1は0.05mmである。その他の点は、実施例1と同じであるので説明を省略する。
(Comparative example 3) In the comparative example 3, the groove | channel 11 on the back side was formed by one-step press work. The width of the groove 11 on the back side is 1.2 mm, and the vertical depth is 0.275 mm. The
(比較例4) 比較例4では、表側の溝10の幅寸法と、裏側の溝11の幅寸法とをそれぞれ0.3mmとした。その他の点は、比較例3と同じであるので説明を省略する。
Comparative Example 4 In Comparative Example 4, the width dimension of the front-
本発明の実施例1〜3に係る電池と、比較例1〜4の電池とをそれぞれ5個ずつ用意して、開裂ベント7の作動圧試験と、開裂ベント7の作動時における開裂度合の確認とを行なった。
Five batteries according to Examples 1 to 3 of the present invention and five batteries of Comparative Examples 1 to 4 were prepared, respectively, and the operating pressure test of the
(開裂ベント7の作動圧試験) 開裂ベント7の作動圧の試験では、電池ケース1内に電極巻回体3を装着しない状態で、電池ケース1の底壁に試験用の孔を設け、この孔から水を電池内に注入して、水圧によって封口板2を内側から加圧した。表1は、その試験結果である開裂ベント7の作動圧の平均値と、その標準偏差値とを示す。
(Operating pressure test of the cleavage vent 7) In the operation pressure test of the
実施例1〜3および比較例1・2の試験結果に示すごとく、ベント角度θ1が大きくなるにつれて、開裂ベント7の作動圧が低下し、かつ標準偏差値が大きくなった。開裂ベント7の作動圧が低下したのは、ベント角度θ1が大きくなるにつれて薄肉部分12の面積が増加するためと考えられる。標準偏差値が大きくなったのは、薄肉部分12の厚みのばらつきが、薄肉部分12の面積の増加と共に大きくなったためと考えられる。
As shown in the test results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, as the vent angle θ1 increased, the operating pressure of the
比較例3・4の試験結果は、実施例1と同様にベント角度θ1が120°であるが、実施例1よりも比較例3・4の標準偏差値が大きくなった。比較例3・4では、1段のプレス加工で薄肉部分12を形成したので、薄肉部分12の厚みのばらつきが大きくなったためと考えられる。つまり、1段のプレス加工では、薄肉部分12の厚みの寸法精度の高いプレス加工が困難である。
As for the test results of Comparative Examples 3 and 4, the vent angle θ1 was 120 ° as in Example 1, but the standard deviation value of Comparative Examples 3 and 4 was larger than that of Example 1. In Comparative Examples 3 and 4, since the
(開裂ベント7の開裂度合の確認) 開裂ベント7の開裂度合の確認では、電池ケース1の側面をガスバーナーで加熱した擬似的な火中投入試験によって開裂ベント7を開裂させて、その開裂度合および電極巻回体3などの内容物の飛び出しの有無を目視で確認した。表2は、その結果を示す。
(Confirmation of the degree of cleavage of the cleavage vent 7) In confirmation of the degree of cleavage of the
実施例1〜3および比較例3・4では、開裂ベント7の開裂度合が小さく、あるいは中程度で収まったために内容物の飛び出しがなかったのに対し、比較例1・2では、開裂ベント7の開裂度合が大きいために、比較例1で内容物の一部が露出し、比較例2で内容物の大部分が露出した。比較例1・2で内容物が露出するのは、ベント角度θ1が大きいために開裂面積が大きくなって、内容物が飛び出し易くなるためと考えられる。
In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 3 and 4, the cleavage degree of the
ベント角度θ1を90°より小さくした場合には、薄肉部分12の面積が小さくなり過ぎるため、開裂ベント7のプレス加工が困難になるとともに、開裂ベント7の作動圧が過度に高くなる。ベント角度θ1を150°より大きくした場合には、比較例1・2に示すごとく内容物が飛び出し易くなる。
When the vent angle θ1 is smaller than 90 °, the area of the
また、ベント角度θ1を大きくするほど、開裂ベント7の円弧方向の端部に生じる応力が小さくなるため、薄肉部分12が開裂する前に前記開裂ベント7の端部に生じる応力が封口板2の許容応力以上になることを防止できる。つまり、開裂ベント7の円弧方向の中心部で生じた破砕が開裂ベント7の円弧方向の端部で止まって、開裂ベント7以外の部分まで破断することがない。その一方で、ベント角度θ1が大きくなり過ぎると、前述のように開裂ベント7の開裂時に内容物が飛び出し易くなる。
Further, as the vent angle θ1 is increased, the stress generated at the end portion in the arc direction of the
例えば、封口板2が前記冷間圧延鋼板である場合は、ベント角度θ1を120°にすると、開裂ベント7以外の部分まで破断することがないうえに内容物の飛び出しがない。因みに、封口板2の許容応力は、300MPaである。ベント角度θ1は、120°が最も好ましいが、110〜130°の範囲でも好ましく、更に90°〜150°の範囲であればよい。
For example, when the sealing
電池ケース1の上下面を開口し、これらの上下面を封口板(封口壁)でそれぞれ密封してもよい。 Opening the upper and lower surfaces of the
1 電池ケース
2 封口板
7 開裂ベント
10・11 開裂ベントの溝
12 薄肉部分
1
Claims (2)
前記封口壁の中心にはカシメ封止された端子が配されており、その端子を囲むように1個の開裂ベントが配されており、
前記開裂ベントは、前記封口壁に対して溝を設けることで、電池内圧が所定値以上の場合に開裂する薄肉部分を含んでおり、
前記薄肉部分は、前記封口壁の周縁と同心円になる円弧状に延びており、
前記封口壁の中心と、前記1個の開裂ベントの両端とをそれぞれ結ぶ仮想直線で規定されるベント角度が、90°〜150°の範囲に設定されていることを特徴とする密閉型電池。 The upper opening of the bottomed cylindrical battery case is sealed with a circular sealing wall,
A crimp-sealed terminal is arranged at the center of the sealing wall, and one cleavage vent is arranged so as to surround the terminal ,
The cleavage vent, by providing the groove with respect to the sealing wall, and Nde including a thin portion of the battery internal pressure is cleaved in the case of more than a predetermined value,
The thin portion extends in an arc shape that is concentric with the periphery of the sealing wall,
A sealed battery characterized in that a vent angle defined by imaginary straight lines connecting the center of the sealing wall and both ends of the one cleavage vent is set in a range of 90 ° to 150 °.
前記封口壁の表面側の溝は、上向きの平坦面を有して、該封口壁の表面よりも1段下がった段付き状に凹み形成されており、
前記封口壁の内面側の溝は、2段のプレス加工により形成したものであって、下向きの平坦面を有して、該封口壁の内面よりも1段下がった段付き状に凹み形成された1段目の溝と、下向きの平坦面を有して、該1段目の溝の平坦面よりも1段下がった段付き状に凹み形成された2段目の溝とで構成されており、
前記2段目の溝は、その平坦面が前記1段目の溝の平坦面の幅方向の中央部に位置するように形成されている請求項1記載の密閉型電池。 The thin portion of the cleavage vent is formed by pressing the groove on the front and back of the sealing wall in an opposing manner,
The groove on the surface side of the sealing wall has an upward flat surface, and is formed in a stepped shape that is one step lower than the surface of the sealing wall,
The groove on the inner surface side of the sealing wall is formed by two-stage pressing, has a flat surface facing downward, and is formed in a stepped shape that is one step lower than the inner surface of the sealing wall. A first-stage groove and a second-stage groove having a downward flat surface and being recessed in a stepped shape one step lower than the flat surface of the first-stage groove. And
2. The sealed battery according to claim 1, wherein the second-stage groove is formed such that a flat surface thereof is positioned at a center portion in a width direction of the flat surface of the first-stage groove .
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