JP4212386B2

JP4212386B2 - Sealed battery

Info

Publication number: JP4212386B2
Application number: JP2003060513A
Authority: JP
Inventors: 康弘山内; 聡司吉田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP2004273217A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池内圧に起因する電池厚みの増加を抑制する溝を備えた密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の小型・軽量化が急速に進展しており、その駆動電源としての電池にはさらなる高容量化、高エネルギー密度化が要求されている。リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるので、上記のような移動情報端末の駆動電源として広く利用されている。
【０００３】
このような非水電解質二次電池は、有機溶媒を使用しているので、高温条件下（約８５℃）での使用により、電池内部の電解液の一部が揮発して電池の内圧が高まり、電池が膨張することがある。電子機器内の実装電池が膨張すると、その周囲に配置されている電子回路等を破壊する恐れがある。したがって、電池の膨張は最小限に押さえる必要がある。
【０００４】
そこで、従来より電池の膨張を防止するために、外装缶材料の強度を増やし外装缶の剛性を高めることが行われている。しかし、外装缶材料の強度を増やすと、絞り加工性が悪くなり、規格サイズの外装缶を作製することが困難になるという問題がある。
【０００５】
他方、電池外装缶の外表面に溝を設け、電池内圧上昇時に溝を開裂させ電池内のガスを排出することにより、電池の膨張を防止する技術がある（例えば特許文献１、２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１２６６９３号公報（第２−３頁）
【特許文献２】
特開２００１−１４３６６４号公報（第２−３頁）
【０００７】
これらの技術によると、電池膨張時に外表面に設けられた溝が開裂して電池内のガスが排出されるため、電池異常時の安全性が向上する。しかしながら、この技術によると、一度電池が膨張すると溝が開裂してしまう結果、電池寿命が尽きてしまうという問題がある。また、排出ガスが電子回路等を損傷する恐れもある。
【０００８】
【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、通常の条件で電池使用時の電池の膨張を効果的に抑制することのできる電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、開口を有する角形外装缶と、前記外装缶に収納された電極体と、前記外装缶の開口を封口する封口体と、を有する密閉型電池において、前記外装缶は電池膨張を抑制する溝を有し、前記溝は外装缶の最も面積の大きい面の外表面の中心と当該面の外周とを結ぶ線分の中点より外周側に設けられ、前記溝の横断面形状における２つの溝角θ₁, θ₂は、前記外表面中心側の溝角θ₁よりも、外周側の溝角θ₂の方が小さいことを特徴とする。
【００１０】
外装缶の外表面の外周は他の面と交わっているため、外表面の中央に比べて、電池膨張時の厚みの増加量が小さい。外表面の中心と当該面の外周とを結ぶ線分の中点より外周側に溝が設けられている上記構成によると、電池膨張時に前記溝を起点としてより大きな体積でもって膨張するので、電池の最大膨張部分である外表面中央の厚み増加量が小さくなる。つまり、電池の膨張に伴う最大電池厚みを小さくすることができる。
【００１１】
また、このような溝は、通常、絞り加工後の外装缶をプレス加工して作製するのであるが、対称形状の溝を作製する場合、プレスされた部分の肉が、中心部側と外周側とに均等に流れる。ここで、外表面外周側は他の面と交差していることから形状変化に対する抵抗力が強いため、プレス時の応力が面の中央部に集中し、中央部が盛り上がる。この結果、厚みが電池の規格サイズを超えてしまうので、規格サイズとなるようにする追加の加工工程を必要とし、その分製造コストが上昇する。しかるに、外表面中心側の溝角θ₁を、外表面外周側の溝角θ₂よりも大きくした上記構成であると、加工時にプレスされた肉の多くが、変形耐性の大きい外周側に流れるため、プレス加工時における電池中央部の盛り上がりが抑制される。
【００１２】
なお、外表面の中心と当該面の外周とを結ぶ線分の中点より外周側とは、図１３の斜線部で示す領域のことである。
【００１３】
また、上記構成において、前記外表面中心側の溝角θ₁が、７５°以上９０°以下であるとすることができる。
【００１４】
外表面中心側の溝角θ₁が、７５°未満であると、プレス加工時に中心側にも肉が流れるので、電池中央部の盛り上がりを抑制する効果が小さくなってしまう。また、外表面中心側の溝角θ₁を、９０°より大きくすることは困難である。したがって、外表面中心側の溝角θ₁を上記範囲内に規制することが好ましい。
【００１５】
また、上記構成において、前記外表面外周側の溝角θ₂が、４５°以上７５°未満である、とすることができる。
【００１６】
前記外表面外周側の溝角θ₂が、７５°以上であると、プレス加工時に流れる肉が少なくなるため、電池中央部の盛り上がりを抑制する効果が小さくなる。また、４５°未満であると、プレス加工圧が分散してしまい、溝の形成が難しくなる。よって、上記範囲内に規制することが好ましい。
【００１７】
ここで、上記溝角とは、溝の形状を示す図４（ｂ）におけるθ₁及びθ₂で示す角度を意味している。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、本発明は下記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００１９】
図１は本発明電池の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視部分断面図、図３は本発明電池を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は側面図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本発明の非水電解液電池は、有底筒状のアルミニウム合金製の外装缶２（側面部の厚み：０．２０ｍｍ）を有しており、この外装缶２内には、正極と、負極と、これら両電極を離間するセパレータとから成る偏平渦巻状の電極体１が収納されている。また、上記外装缶２内には、電解液が注入されている。更に、上記外装缶２の開口にはアルミニウム合金から成る封口板３がレーザー溶接されており、これによって電池が封口されている。上記電池の大きさは、縦５０ｍｍ、横３４ｍｍ、厚み３．４ｍｍである。
【００２１】
上記封口板３は、ガスケット６、絶縁板７及び導電板８と共に、挟持部材９により挟持されており、この挟持部材９上には負極端子４が固定されている。また、上記負極から延設される負極タブ５は、上記導電板８と挟持部材９とを介して、上記負極端子４と電気的に接続される一方、上記正極は正極タブ（図示せず）を介して、上記外装缶１と電気的に接続されている。
【００２２】
ここで、図３に示すように、上記外装缶１の最も面積の広い面１０の中心と当該面１０の外周とを結ぶ線分の中点より外周側に溝１３が形成されている。また、図４（ａ）に示すように、上記溝の深さｔ１は０．１ｍｍであり、当該溝１３に対応する部分の残肉厚ｔ２は０．１ｍｍとなるように形成されているため、当該溝１３における残肉量が十分に確保されている。また、図４（ｂ）における中心部側の溝角θ₁は９０°、外周側の溝角θ₂は５５°に形成されている。
【００２３】
なお、ここでは一方の面１０にのみ溝１３を設けたが、最も面積の大きい外表面が２以上ある時は、上記溝はそのうちの一つ以上の外表面に形成されていればよい。
【００２４】
また、溝の深さ（図４のｔ１の大きさ）は、外装缶の厚みの２５〜５０％の範囲とすることが好ましい。この範囲より浅い溝であると電池の膨張を防止する効果が十分ではなく、またこの範囲より深い溝であると、電池落下時等に溝が破れて電解液が漏れ出す危険性があるからである。
【００２５】
また、上記溝の作用効果はプレス加工により作製した電池に顕著に現れるが、エッチング加工、レーザー加工等の方法により溝を作製することを排除するものではない。
【００２６】
また、非水電解質二次電池は、公知の材料、方法を用いて作製すればよい。例えば、正極材料としてはコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複合酸化物、負極材料としては黒鉛、コークス等の炭素質物、リチウム合金、金属酸化物等、非水溶媒としてはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチロラクトン等のエステル類、１，２−ジメトキシエタン等のエーテル類等、電解質塩としてはＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＰＦ₆等をそれぞれ単独で、あるいは二種以上混合して用いることができる。
【００２７】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２８】
（実施例１）
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）からなる正極活物質９０質量部と、アセチレンブラックからなる導電剤５質量部と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）からなる結着剤５質量部と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合して活物質スラリーとした。
【００２９】
この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み２０μｍのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった有機溶媒を除去した。次いで、この極板を厚みが０．１７ｍｍになるようにロールプレス機により圧延して正極を作製した。
【００３０】
黒鉛からなる負極活物質９５質量部と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）からなる結着剤５質量部と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合して活物質スラリーとした。この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み２０μｍの銅箔からなる負極芯体の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった有機溶媒を除去した。次いで、この極板を厚みが０．１４ｍｍになるようにロールプレス機により圧延して負極を作製した。
【００３１】
エチレンカーボネート（ＥＣ）４０質量部と、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）６０質量部とが混合された非水溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ₆を１Ｍ（モル／リットル）となるよう溶解させ、電解液を作製した。
【００３２】
上記のように作成した正極と負極に、それぞれ正極リードあるいは負極リードを取り付けた後、両極をオレフィン系樹脂製の微多孔膜（厚み：０．０２５ｍｍ）からなるセパレータを間にし、かつ各極板の幅方向の中心線を一致させて重ね合わせた。この後、巻き取り機により巻回し、最外周をテープ止めすることにより扁平渦巻状電極体１を作成した。
【００３３】
一方、上記の工程と並行して、アルミニウム合金製の薄板（厚み０．２ｍｍ）を絞り加工することにより、外装缶２を形成した。この外装缶２における面積の最も広い側面１０のうちの一方の面に、図４に示す形状の溝１３を、図３に示す位置にプレス加工により形成した（外周からの距離４ｍｍ、長さ２６ｍｍ）。また、アルミニウム合金製の薄板を用いて封口板３を作製した。この後、この封口板３、ガスケット６、絶縁板７及び導電板８を挟持部材９により挟持させ、しかる後、導電板８と電極体１から導出される負極タブ５とを溶接し、電極体１を外装缶２に挿入した。そして、外装缶２と封口板３とをレーザー溶接した後、封口板１の透孔より外装缶２内に電解液を注入し、更に挟持部材９上に負極端子４を固定することにより、本発明に係る溝付き密閉型電池を作製した。
【００３４】
（比較例１）
図７に示す、先端形状が対称形の溝（溝角は外周側、中央部側ともに７２．５°）をプレス加工により形成したこと以外は、上記実施例１と同様にして、密閉型電池を作製した。
【００３５】
（比較例２）
溝を形成しなかったこと以外は、上記実施例１と同様にして、密閉型電池を作製した。
【００３６】
作製した各電池の最大厚みを測定した後、この電池を用いて充電試験、高温短時間保存試験、高温長時間保存試験を行った。なお、充電条件は、定電流６３０ｍＡ、定電圧４．２Ｖ、終止電流１２．６ｍＡであり、全ての試験において各電池をそれぞれ５個用いた。なお、電池のサイズは、縦５０ｍｍ、横３４ｍｍ、厚み３．４ｍｍであり、厚み公差は±０．１５ｍｍであった。
【００３７】
（充電試験）
各電池に対しそれぞれ３０％、５０％、１００％の充電を行い、電池最大厚みを測定した。尚、１００％の充電とは、満充電（６３０ｍＡｈ）を意味している。
【００３８】
（高温短時間保存試験）
満充電後の電池をそれぞれ８５℃、３時間保存し、取り出し直後及び室温まで冷却した後の電池最大厚みを測定した。
【００３９】
（高温長時間保存試験）
満充電後の電池をそれぞれ８５℃、４日間保存し、取り出し直後及び室温まで冷却した後の電池最大厚みを測定した。
【００４０】
各電池の試験結果を下記表１に示す。
【００４１】
【表１】

上段：平均厚み下段：平均厚み増加量
全て、５検体の平均値であり、単位はｍｍである。
【００４２】
表１から明らかなように、溝が作製されていない比較例２では、放電状態の厚みは３．４６ｍｍと規格サイズ内（３．４０±０．１５ｍｍ）であるものの、高温短時間保存試験及び高温長時間保存試験では、電池の取り出し後、冷却後ともに電池の膨張量が実施例１と比べて０．１１〜０．１６ｍｍ以上大きく、電池厚み自体も実施例１と比べて０．０８〜０．１３ｍｍ大きくなっている。これは、溝が形成されていないため、電池の膨張を均一化する効果が全くないことによると考えられる。
【００４３】
他方、溝が対称形に形成されている比較例１では、電池厚みの変化量は実施例１とほとんど変わらないものの、プレス加工後の厚みが３．６０ｍｍと実施例１と比べて０．１１ｍｍ大きく、電池規格外のサイズとなっている。このことは、対称形状の溝であるため、加工時に溝部の肉が、中心部側と外周側とに均等に流れる。ここで、他の面と交差している外周側は変形しにくいため、プレス時の応力が電池中央部に集中し、電池中央部が盛り上がってしまうことによると考えられる。
【００４４】
他方、溝が非対称形に形成されている実施例１では、電池厚みの変化量が小さいとともに、プレス加工後の厚みも溝を作製していない比較例２とほとんど差がない。このことは、次のように考えられる。加工時に溝部の肉の多くが、変形耐性が高い外周側に流れ、中央部側にはほとんど流れない。この結果、プレスの応力が膨張量の少ない外周側に集中することとなり、電池中央部の盛り上がりが抑制される。
【００４５】
電池が膨張する様子に関して、図８、９を用いてさらに詳細に説明する。図８は実施例１に係る電池及び比較例１に係る電池がプレス加工により変形する様子の説明図である。図８（ａ）は実施例１に係る電池の加工前後の肉の流れを示す説明図、図８（ｂ）は比較例１に係る電池の加工前後の肉の流れを示す説明図、図８（ｃ）は実施例１に係る電池の加工前後を示す断面図、図８（ｄ）は比較例１に係る電池の加工前後を示す断面図であり、加工後を実線、加工前を破線で示した。また、図９は、実施例１に係る電池及び比較例２に係る電池が膨張により変形する様子の説明図であって、図９（ａ）は実施例１に係る電池の膨張状態の断面図、図９（ｂ）は比較例２に係る電池の膨張状態の断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）を実線、図９（ｂ）を破線にして重ね合わせた図面である。
【００４６】
図８（ａ）に示すように、実施例１では、外周側の溝角θ₂が中央部側の溝角θ₁よりも小さい。したがって、プレス加工によりプレスされた部分の肉の多くが外周側に流れやすいが、外装体側面の外周側は他の面と交わっているので、中央部よりも強度が強い。このため、中央部側に肉が流れる場合と比較して盛り上がりが小さくなる。つまり、外装缶の表面は図８（ｃ）に示すように変形するが、その程度は小さくなる。
【００４７】
他方、比較例１では、図８（ｂ）に示すように溝が対称形であるので、プレス加工によりプレスされた部分の肉が均等に流れる。この肉の流れと、外周側の強い強度との作用によって、外装缶は図８（ｄ）に示すように変形する。この結果、中央部の厚みの増加量が大きくなる。
【００４８】
また、電池が膨張するとき、溝が形成されている実施例１では、図９（ａ）に示すように、溝を起点に折れ曲がり、電池中央の厚みが小さくなるように変形する。他方、溝が形成されていない比較例２では、図９（ｂ）に示すようになだらかに変形する。この結果、両電池の膨張の程度を比較した図９（ｃ）に示すように、電池の最大膨張部分（電池の中央部）の厚みは、溝が形成されている実施例１の方が小さくなる。
【００４９】
尚、上記実施の形態では非水電解質二次電池を作製したが、本発明は電池の種類に限定されるものではない。よって、例えばニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池等、他の種類の電池にも本発明を適用することができる。
【００５０】
また、上記実施の形態では溝の深さを０．１ｍｍとしているが、この深さに限定するものではなく、電池の種類や、外装缶の材質等を考慮して、変えることができることは勿論である。また、図４では、台形である形状の溝を示したが、この形状に限定する必要はなく、図１０に示すように、三角状、先端円形状等他の形状の溝であってもよい。また、上記実施の形態では封口板及び外装缶としてアルミニウム合金を用いたが、これに限定するものではなく、鉄等の公知の材質を用いることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、角形の電池を作製したが、本明細書で言う角形の電池には、図１２に示すような角の部分が半円形の電池も含まれる。
【００５２】
また、上記実施の形態では、最も面積の大きい外表面における封口体近傍領域及び缶底近傍領域に直線状の溝１３が形成されているが、このような構造に限定するものではない。外装缶における面中央と外周との中点よりも外周側に溝が形成されていれば、図５に示すように一箇所のみに曲線状に形成されていてもよい。
しかし、溝の形成されていない電池は、図１１に示すように側面の四隅から凸部稜線１４を形成して膨張する。この凸部稜線付近がもっとも外装缶の変形量が大きいため、本発明の効果を最大限に得るためには、この凸部稜線に交差する位置に溝を形成することが好ましく、図６（ａ）に示すように四隅近傍の凸部稜線全てにそれぞれ交差する溝を形成するのがより好ましく、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、四隅近傍の凸部稜線の二つ以上と交差する位置に形成されていることが好ましい。
【００５３】
また、電池膨張時に形成される凸部稜線１４は、外装缶の側面における長手方向と短手方向との長さがあまり変わらない場合には、図１１に示すように、隅部における長辺との角度θが約４５°となるように形成されるが、電池の長手方向と短手方向との長さが大きく変わる場合には必ずしも上記θが略４５°になるとは限らない。但し、上記θの範囲は、一般的に３０〜６０°程度になるので、この範囲に形成される凸部稜線１４と溝１３とが交差するように設計すれば良い。凸部稜線１４は、四隅の近傍領域において、隅部からθの角度で形成され始め、そして、電池の大面積の側面における長手方向の中央領域において、前記長辺とほぼ平行に形成される。
【００５４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、溝形成のために歩留りが悪くなったり、電池の製造コストが高くなったり、落下等の衝撃による溝の開裂のために電解液が漏れることを防止しつつ、電池膨張時における最大厚みを小さくすることができる。また、溝をプレス加工によって形成する際、プレスの応力によって電池中央部が盛り上がり、規格外サイズになることも防止できる。よって、本発明によると、実装電池の膨張に起因する電子機器用の破損を防止し得た密閉型電池を低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明電池の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視部分断面図である。
【図３】本発明電池を示す図であって、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は側面図である。
【図４】本発明電池の溝の断面図であって、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は溝角の説明図である。
【図５】本発明電池の変形例を示す正面図である。
【図６】本発明電池の他の変形例を示す正面図である。
【図７】比較例１に係る電池の溝の拡大断面図である。
【図８】実施例１に係る電池及び比較例１に係る電池がプレス加工により変形する様子の説明図であって、図８（ａ）は実施例１に係る電池の加工前後の肉の流れを示す説明図、図８（ｂ）は比較例１に係る電池の加工前後の肉の流れを示す説明図、図８（ｃ）は実施例１に係る電池の加工前後を示す断面図、図８（ｄ）は比較例１に係る電池の加工前後を示す断面図である。
【図９】実施例１に係る電池及び比較例２に係る電池が膨張により変形する様子の説明図であって、図９（ａ）は実施例１に係る電池の膨張状態の断面図、図９（ｂ）は比較例２に係る電池の膨張状態の断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）を実線、図９（ｂ）を破線にして重ね合わせた図面である。
【図１０】本発明電池の溝の変形例を示す拡大断面図である。
【図１１】溝が形成されていない電池の膨張状態を示す正面図である。
【図１２】角形電池の他の形態を示す平面図である。
【図１３】溝が形成される領域を示す平面図である。
【符号の説明】
１電極体
２外装缶
３封口板
４負極端子
５負極タブ
６ガスケット
７絶縁板
８導電板
９狭持部材
１０側面
１３溝
１４凸部稜線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealed battery provided with a groove that suppresses an increase in battery thickness due to battery internal pressure.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile information terminals such as mobile phones, notebook computers, and PDAs have been rapidly reduced in size and weight, and batteries as drive power sources are required to have higher capacity and higher energy density. A non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery has a high energy density and a high capacity, and is therefore widely used as a driving power source for the mobile information terminal as described above.
[0003]
Since such a non-aqueous electrolyte secondary battery uses an organic solvent, use of the non-aqueous electrolyte secondary battery under a high temperature condition (about 85 ° C.) causes a part of the electrolytic solution inside the battery to volatilize and increase the internal pressure of the battery. The battery may expand. When the mounted battery in the electronic device expands, there is a risk of destroying an electronic circuit or the like disposed around the battery. Therefore, it is necessary to minimize the expansion of the battery.
[0004]
Therefore, conventionally, in order to prevent the battery from expanding, the strength of the outer can material is increased to increase the rigidity of the outer can. However, when the strength of the outer can material is increased, there is a problem that drawing workability is deteriorated and it is difficult to produce a standard-sized outer can.
[0005]
On the other hand, there is a technique for preventing the battery from expanding by providing a groove on the outer surface of the battery outer can and cleaving the groove when the battery internal pressure rises to discharge the gas in the battery (see, for example, Patent Documents 1 and 2). .
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-126693 (page 2-3)
[Patent Document 2]
JP 2001-143664 A (page 2-3)
[0007]
According to these techniques, the groove provided on the outer surface is cleaved when the battery expands, and the gas in the battery is discharged, so that safety in the event of battery abnormality is improved. However, according to this technique, there is a problem that the battery life is exhausted as a result of the groove breaking once the battery is expanded. In addition, exhaust gas may damage electronic circuits and the like.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
This invention is made | formed in view of the above situation, Comprising: It aims at providing the battery which can suppress the expansion | swelling of the battery at the time of use of a battery on a normal condition effectively.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problems is a sealed battery having a rectangular outer can having an opening, an electrode body housed in the outer can, and a sealing body for sealing the opening of the outer can. The outer can has a groove for suppressing battery expansion, and the groove is provided on the outer peripheral side from the midpoint of the line segment connecting the center of the outer surface of the outermost surface of the outer can and the outer periphery of the surface, The two groove angles θ ₁ and θ ₂ in the cross-sectional shape of the groove are characterized in that the groove angle θ ₂ on the outer peripheral side is smaller than the groove angle θ ₁ on the outer surface center side.
[0010]
Since the outer periphery of the outer surface of the outer can intersects with other surfaces, the amount of increase in thickness when the battery is expanded is smaller than the center of the outer surface. According to the above configuration in which the groove is provided on the outer peripheral side from the midpoint of the line segment connecting the center of the outer surface and the outer periphery of the surface, the battery expands with a larger volume starting from the groove when the battery expands. The amount of increase in thickness at the center of the outer surface, which is the maximum expansion portion, becomes small. That is, the maximum battery thickness accompanying battery expansion can be reduced.
[0011]
In addition, such a groove is usually produced by pressing an outer can after drawing, but when producing a symmetrical groove, the pressed portion of the meat is at the center side and the outer periphery side. And flows evenly. Here, since the outer peripheral side of the outer surface intersects with other surfaces, the resistance to shape change is strong, so that the stress during pressing is concentrated at the center of the surface and the center is raised. As a result, since the thickness exceeds the standard size of the battery, an additional processing step for achieving the standard size is required, and the manufacturing cost increases accordingly. However, if the groove angle θ ₁ on the outer surface center side is larger than the groove angle θ ₂ on the outer surface outer peripheral side, most of the meat pressed during processing flows to the outer peripheral side having high deformation resistance. For this reason, the bulge in the center of the battery during press working is suppressed.
[0012]
Note that the outer peripheral side from the midpoint of the line segment connecting the center of the outer surface and the outer periphery of the surface is a region indicated by the hatched portion in FIG.
[0013]
In the above configuration, the groove angle θ ₁ on the center side of the outer surface can be 75 ° or more and 90 ° or less.
[0014]
If the groove angle θ ₁ on the center side of the outer surface is less than 75 °, the meat also flows on the center side during press working, so the effect of suppressing the bulge in the center of the battery becomes small. Further, it is difficult to make the groove angle θ ₁ on the outer surface center side larger than 90 °. Therefore, it is preferable to regulate the groove angle θ ₁ on the outer surface center side within the above range.
[0015]
In the above configuration, the groove angle θ ₂ on the outer peripheral side of the outer surface can be 45 ° or more and less than 75 °.
[0016]
When the groove angle θ ₂ on the outer peripheral side of the outer surface is 75 ° or more, the amount of flesh flowing during the press working is reduced, so that the effect of suppressing the bulge at the center of the battery is reduced. On the other hand, if it is less than 45 °, the press working pressure is dispersed, making it difficult to form grooves. Therefore, it is preferable to regulate within the above range.
[0017]
Here, the groove angle means angles indicated by θ ₁ and θ ₂ in FIG. 4B showing the shape of the groove.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not change the summary, it can change suitably and can implement.
[0019]
1 is a plan view of the battery of the present invention, FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing the battery of the present invention, FIG. FIG. 3B is a front view, and FIG. 3C is a side view.
[0020]
As shown in FIGS. 1 and 2, the nonaqueous electrolyte battery of the present invention has a bottomed cylindrical aluminum alloy outer can 2 (side face thickness: 0.20 mm). The can 2 accommodates a flat spiral electrode body 1 including a positive electrode, a negative electrode, and a separator that separates the two electrodes. In addition, an electrolytic solution is injected into the outer can 2. Further, a sealing plate 3 made of an aluminum alloy is laser welded to the opening of the outer can 2, thereby sealing the battery. The size of the battery is 50 mm long, 34 mm wide, and 3.4 mm thick.
[0021]
The sealing plate 3 is sandwiched by a sandwiching member 9 together with the gasket 6, the insulating plate 7 and the conductive plate 8, and the negative electrode terminal 4 is fixed on the sandwiching member 9. The negative electrode tab 5 extending from the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 4 through the conductive plate 8 and the sandwiching member 9, while the positive electrode is a positive electrode tab (not shown). Is electrically connected to the outer can 1.
[0022]
Here, as shown in FIG. 3, a groove 13 is formed on the outer peripheral side from the midpoint of the line segment connecting the center of the surface 10 having the largest area of the outer can 1 and the outer periphery of the surface 10. Further, as shown in FIG. 4A, the depth t1 of the groove is 0.1 mm, and the remaining thickness t2 of the portion corresponding to the groove 13 is formed to be 0.1 mm. The remaining amount of the groove 13 is sufficiently secured. Further, the groove angle θ ₁ on the center side in FIG. 4B is 90 °, and the groove angle θ ₂ on the outer peripheral side is 55 °.
[0023]
Here, the grooves 13 are provided only on one surface 10. However, when there are two or more outer surfaces having the largest area, the grooves may be formed on one or more of the outer surfaces.
[0024]
Further, the depth of the groove (the size of t1 in FIG. 4) is preferably in the range of 25 to 50% of the thickness of the outer can. If the groove is shallower than this range, the effect of preventing the expansion of the battery is not sufficient, and if the groove is deeper than this range, there is a risk that the groove may be broken and the electrolyte leaks when the battery is dropped. is there.
[0025]
Further, although the effect of the groove appears remarkably in a battery manufactured by press working, it does not exclude that the groove is formed by a method such as etching or laser processing.
[0026]
In addition, the nonaqueous electrolyte secondary battery may be manufactured using known materials and methods. For example, lithium-containing transition metal composite oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate as positive electrode materials, carbonaceous materials such as graphite and coke, lithium alloys, metal oxides, etc. as non-aqueous solvents As carbonates such as ethylene carbonate and diethyl carbonate, esters such as γ-butyrolactone, ethers such as 1,2-dimethoxyethane, and electrolyte salts such as LiN (CF ₃ SO ₂ ) ₂ and LiPF ₆ It can be used alone or in combination of two or more.
[0027]
【Example】
The invention is explained in more detail by means of examples.
[0028]
Example 1
90 parts by mass of a positive electrode active material composed of lithium cobaltate (LiCoO ₂ ), 5 parts by mass of a conductive agent composed of acetylene black, 5 parts by mass of a binder composed of polyvinylidene fluoride (PVdF), and N-methyl-2 -Pyrrolidone (NMP) was mixed to make an active material slurry.
[0029]
The active material slurry is uniformly applied to both surfaces of a positive electrode core body made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade, and then passed through a dryer to be dried, thereby removing the organic solvent necessary for slurry preparation. Removed. Next, this electrode plate was rolled by a roll press so that the thickness was 0.17 mm, and a positive electrode was produced.
[0030]
An active material slurry was prepared by mixing 95 parts by mass of a negative electrode active material made of graphite, 5 parts by mass of a binder made of polyvinylidene fluoride (PVdF), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). This active material slurry is uniformly applied to both surfaces of a negative electrode core made of a copper foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade, and then passed through a drier to dry the organic solvent necessary for slurry preparation. Removed. Subsequently, this electrode plate was rolled with a roll press so that the thickness was 0.14 mm, thereby producing a negative electrode.
[0031]
LiPF ₆ as an electrolyte salt is dissolved to a concentration of 1 M (mol / liter) in a non-aqueous solvent in which 40 parts by mass of ethylene carbonate (EC) and 60 parts by mass of diethyl carbonate (DEC) are mixed to produce an electrolyte solution. did.
[0032]
After attaching the positive electrode lead or the negative electrode lead to the positive electrode and the negative electrode prepared as described above, both electrodes are sandwiched by a separator made of a microporous film (thickness: 0.025 mm) made of an olefin resin, and each electrode plate The center lines in the width direction were overlapped with each other. Then, the flat spiral electrode body 1 was created by winding with a winder and tapering the outermost periphery.
[0033]
On the other hand, the outer can 2 was formed by drawing a thin plate (thickness 0.2 mm) made of an aluminum alloy in parallel with the above process. A groove 13 having the shape shown in FIG. 4 is formed by pressing in one of the side surfaces 10 having the largest area in the outer can 2 (distance 4 mm from the outer periphery, length 26 mm). ). Moreover, the sealing board 3 was produced using the thin plate made from an aluminum alloy. Thereafter, the sealing plate 3, the gasket 6, the insulating plate 7 and the conductive plate 8 are sandwiched by the sandwiching member 9, and then the conductive plate 8 and the negative electrode tab 5 led out from the electrode body 1 are welded to form an electrode body. 1 was inserted into the outer can 2. Then, after the outer can 2 and the sealing plate 3 are laser-welded, an electrolyte is injected into the outer can 2 from the through hole of the sealing plate 1, and the negative electrode terminal 4 is fixed on the sandwiching member 9. A grooved sealed battery according to the invention was produced.
[0034]
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 7, a sealed battery is formed in the same manner as in Example 1 except that a groove having a symmetrical tip shape (the groove angle is 72.5 ° on both the outer peripheral side and the central side) is formed by pressing. Was made.
[0035]
(Comparative Example 2)
A sealed battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the groove was not formed.
[0036]
After measuring the maximum thickness of each produced battery, a charge test, a high temperature short time storage test, and a high temperature long time storage test were performed using this battery. The charging conditions were a constant current of 630 mA, a constant voltage of 4.2 V, and a termination current of 12.6 mA, and 5 batteries were used in all tests. The size of the battery was 50 mm in length, 34 mm in width, 3.4 mm in thickness, and the thickness tolerance was ± 0.15 mm.
[0037]
(Charge test)
Each battery was charged at 30%, 50%, and 100%, and the maximum battery thickness was measured. Note that 100% charge means full charge (630 mAh).
[0038]
(High temperature for a short time saved test)
Each fully charged battery was stored at 85 ° C. for 3 hours, and the maximum thickness of the battery was measured immediately after removal and after cooling to room temperature.
[0039]
(High temperature for a long time saved test)
Each fully charged battery was stored at 85 ° C. for 4 days, and the maximum battery thickness was measured immediately after removal and after cooling to room temperature.
[0040]
The test results of each battery are shown in Table 1 below.
[0041]
[Table 1]

Upper row: Average thickness Lower row: Average thickness increase amount is an average value of 5 specimens, and the unit is mm.
[0042]
As is clear from Table 1, in Comparative Example 2 in which no groove was formed, the thickness in the discharge state was 3.46 mm, which is within the standard size (3.40 ± 0.15 mm), but the high-temperature short-time storage test and In the high-temperature long-term storage test, after the battery was taken out and cooled, the amount of expansion of the battery was 0.11 to 0.16 mm or more larger than that of Example 1, and the battery thickness itself was 0.08 to It is 0.13 mm larger. This is considered to be because there is no effect of making the expansion of the battery uniform because no groove is formed.
[0043]
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the grooves are formed symmetrically, the amount of change in battery thickness is almost the same as in Example 1, but the thickness after press working is 3.60 mm, which is 0.11 mm compared to Example 1. Large and out of battery standards. Since this is a symmetrical groove, the flesh of the groove flows evenly on the center side and the outer peripheral side during processing. Here, since the outer peripheral side intersecting with the other surface is not easily deformed, it is considered that the stress at the time of pressing is concentrated on the battery central part and the battery central part is raised.
[0044]
On the other hand, in Example 1 in which the grooves are formed asymmetrically, the amount of change in battery thickness is small, and the thickness after press working is almost the same as that of Comparative Example 2 in which no grooves are formed. This is considered as follows. During processing, most of the flesh of the groove flows to the outer peripheral side where deformation resistance is high, and hardly flows to the center side. As a result, the stress of the press is concentrated on the outer peripheral side where the expansion amount is small, and the bulge of the battery center is suppressed.
[0045]
The manner in which the battery expands will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 8 is an explanatory diagram showing how the battery according to Example 1 and the battery according to Comparative Example 1 are deformed by press working. FIG. 8A is an explanatory diagram showing the flow of meat before and after processing of the battery according to Example 1, FIG. 8B is an explanatory diagram showing the flow of meat before and after processing of the battery according to Comparative Example 1, and FIG. (C) is sectional drawing which shows before and after the process of the battery which concerns on Example 1, FIG.8 (d) is sectional drawing which shows the process before and after the battery which concerns on the comparative example 1, and after processing is a continuous line and before processing is a broken line Indicated. FIG. 9 is an explanatory diagram showing how the battery according to Example 1 and the battery according to Comparative Example 2 are deformed by expansion, and FIG. 9A is a cross-sectional view of the expanded state of the battery according to Example 1. 9B is a cross-sectional view of the battery according to Comparative Example 2 in an expanded state, and FIG. 9C is a diagram in which FIG. 9A is overlaid with a solid line and FIG. 9B is overlaid with a broken line.
[0046]
As shown in FIG. 8A, in Example 1, the groove angle θ ₂ on the outer peripheral side is smaller than the groove angle θ ₁ on the center side. Therefore, most of the meat pressed by the press work tends to flow to the outer peripheral side, but the outer peripheral side of the side surface of the exterior body intersects with other surfaces, and therefore the strength is stronger than the central portion. For this reason, a rise is small compared with the case where meat flows into the center side. That is, the surface of the outer can is deformed as shown in FIG.
[0047]
On the other hand, in Comparative Example 1, since the grooves are symmetrical as shown in FIG. 8B, the meat of the portion pressed by the press work flows evenly. The outer can is deformed as shown in FIG. 8D by the action of the flow of meat and the strong strength on the outer peripheral side. As a result, the amount of increase in the thickness of the central portion is increased.
[0048]
Further, when the battery expands, in Example 1 in which the groove is formed, as shown in FIG. 9A, the battery is bent so that the groove is started, and the battery is deformed so that the thickness at the center of the battery becomes small. On the other hand, in Comparative Example 2 where no groove is formed, the film is gently deformed as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 9C, which compares the degree of expansion of both batteries, the thickness of the maximum expansion portion (battery central portion) of the battery is smaller in Example 1 where the groove is formed. Become.
[0049]
Although the non-aqueous electrolyte secondary battery is manufactured in the above embodiment, the present invention is not limited to the type of battery. Therefore, the present invention can be applied to other types of batteries such as a nickel-hydrogen storage battery and a nickel-cadmium storage battery.
[0050]
In the above embodiment, the depth of the groove is 0.1 mm. However, the groove is not limited to this depth, and can be changed in consideration of the type of battery, the material of the outer can, and the like. It is. In addition, although the trapezoidal groove is shown in FIG. 4, the groove is not limited to this shape, and may be a groove having another shape such as a triangle or a circular tip as shown in FIG. 10. . Moreover, in the said embodiment, although aluminum alloy was used as a sealing board and an exterior can, it is not limited to this, Well-known materials, such as iron, can be used.
[0051]
Further, in the above embodiment, a rectangular battery is manufactured. However, the rectangular battery referred to in this specification includes a battery having a semicircular corner as shown in FIG.
[0052]
Moreover, in the said embodiment, although the linear groove | channel 13 is formed in the sealing body vicinity area | region and can bottom vicinity area | region in the outer surface with the largest area, it is not limited to such a structure. As long as the groove is formed on the outer peripheral side from the midpoint between the center of the surface and the outer periphery of the outer can, it may be formed in a curved shape only at one place as shown in FIG.
However, the battery in which no groove is formed expands by forming convex ridge lines 14 from the four corners of the side surface as shown in FIG. Since the deformation amount of the outer can is the largest in the vicinity of the convex ridge line, in order to obtain the maximum effect of the present invention, it is preferable to form a groove at a position intersecting the convex ridge line. It is more preferable to form grooves that intersect all the convex ridge lines near the four corners, as shown in FIGS. 6B and 6C, and two or more convex ridge lines near the four corners. It is preferable that they are formed at intersecting positions.
[0053]
Further, when the length of the convex portion ridge line 14 formed at the time of battery expansion in the side surface of the outer can is not significantly changed, as shown in FIG. The angle θ is approximately 45 °. However, when the lengths of the battery in the longitudinal direction and the short direction are largely changed, the angle θ is not necessarily approximately 45 °. However, since the range of θ is generally about 30 to 60 °, it may be designed so that the convex ridge line 14 and the groove 13 formed in this range intersect. The convex ridge line 14 begins to be formed at an angle θ from the corner in the region near the four corners, and is formed substantially parallel to the long side in the central region in the longitudinal direction of the large-area side surface of the battery.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the yield decreases due to the groove formation, the manufacturing cost of the battery increases, and the electrolyte leaks due to the groove rupture due to an impact such as dropping. While preventing, the maximum thickness at the time of battery expansion can be reduced. Further, when the groove is formed by press working, it is possible to prevent the battery central portion from rising due to the stress of the press and becoming a nonstandard size. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a sealed battery that can prevent damage to an electronic device due to expansion of the mounted battery at a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a battery of the present invention.
2 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3A and 3B show a battery of the present invention, in which FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, and FIG. 3C is a side view.
4A and 4B are cross-sectional views of a groove of the battery of the present invention, in which FIG. 4A is a cross-sectional view and FIG. 4B is an explanatory view of a groove angle.
FIG. 5 is a front view showing a modification of the battery of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing another modification of the battery of the present invention.
7 is an enlarged sectional view of a groove of a battery according to Comparative Example 1. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which the battery according to Example 1 and the battery according to Comparative Example 1 are deformed by press working, and FIG. 8A is a flow of meat before and after the processing of the battery according to Example 1; FIG. 8B is an explanatory view showing the flow of meat before and after the processing of the battery according to Comparative Example 1, and FIG. 8C is a cross-sectional view showing the state before and after the processing of the battery according to Example 1. 8 (d) is a cross-sectional view showing before and after processing of the battery according to Comparative Example 1. FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing how the battery according to Example 1 and the battery according to Comparative Example 2 are deformed by expansion, and FIG. 9A is a cross-sectional view of the expanded state of the battery according to Example 1; 9 (b) is a cross-sectional view of the battery according to Comparative Example 2 in an expanded state, and FIG. 9 (c) is a drawing in which FIG. 9 (a) is a solid line and FIG. 9 (b) is a broken line.
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a modification of the groove of the battery of the present invention.
FIG. 11 is a front view showing an expanded state of a battery in which no groove is formed.
FIG. 12 is a plan view showing another embodiment of the prismatic battery.
FIG. 13 is a plan view showing a region where a groove is formed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode body 2 Exterior can 3 Sealing plate 4 Negative electrode terminal 5 Negative electrode tab 6 Gasket 7 Insulating plate 8 Conductive plate 9 Holding member 10 Side surface 13 Groove 14 Convex ridgeline

Claims

In a sealed battery having a rectangular outer can having an opening, an electrode body housed in the outer can, and a sealing body for sealing the opening of the outer can,
The outer can has a groove for suppressing battery expansion, and the groove is provided on the outer peripheral side from the midpoint of the line segment connecting the center of the outer surface of the surface of the outer can with the largest area and the outer periphery of the surface,
Two groove angles θ ₁ and θ ₂ in the cross-sectional shape of the groove are smaller in the groove angle θ ₂ on the outer peripheral side than the groove angle θ ₁ on the outer surface center side.
A sealed battery characterized by that.

The sealed battery according to claim 1,
The groove angle θ ₁ on the outer surface center side is not less than 75 ° and not more than 90 °.
A sealed battery characterized by that.

The sealed battery according to claim 1 or 2,
The groove angle θ ₂ on the outer peripheral side is 45 ° or more and less than 75 °,
A sealed battery characterized by that.