JP4235990B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池に関する。さらに詳しくは、電池の密閉性を向上させて液体電解質の漏出を防止し、電池の安全性を向上させることができる二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は再充電、小型化および大容量化ができるものであり、代表的なものでは、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池、およびリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池が使用されている。
【０００３】
二次電池として広く知られたリチウムイオン電池は、正極活物質でリチウム−遷移金属酸化物が使用され、負極活物質で炭素または炭素複合体が用いられ、そのあいだに有機溶媒にリチウム塩を溶かす液体電解質が注入される。このようなリチウムイオン電池は、前記正極と負極とのあいだをリチウムイオンが移動して起電力が発生して充電および放電がなされる。
【０００４】
図４は、従来より知られているリチウムイオン電池の構造を示している。正極とセパレ−タおよび負極が共に巻き取られた電極ロール６２は液体電解質とともに前記負極と接続されたカン６４の内部に収納され、そのカン６４の上部には前記正極と接続されたキャップアセンブリ６６が設けられる。
【０００５】
キャップアセンブリ６６はガスケット６８を介してカン６４と絶縁され、キャップカバー７０、電流制限器７２および安全弁を備えるプレート７４が順に積層された状態でカン６４の上部をクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）することによりアセンブリおよび密封される。前記安全弁を備えるプレート７４の下部には絶縁体７６を介して電流遮断器７８が付着される。電流遮断器７８は正極との接続をするために組立前に正極タップ８０と溶接される。
【０００６】
このように設けられたリチウムイオン電池は内部の密閉性を確保し、液体電解質の漏出を防止するためにガスケット６８とキャップアセンブリ６６とのあいだにタール８２を塗り、ガスケット６８を所定圧力で加圧および圧縮する。しかし、ガスケット６８のあいだに染み込む酸性の電解液とタール８２とのあいだの反応によりタール８２が解けたり電池の充放電時に発生する熱がタール８２を溶かして電池の密閉性に問題が発生するおそれがある。
【０００７】
したがって、電池の充放電時に内部圧力が大きくなる場合、電池内圧が徐々に高まるある時点に安全弁を破裂させて電解液を漏出させて安全性を確保すべきであるが、タールが解ける場合には圧力が漏れ出るので安全弁を破裂させることができず、電池内部の瞬間的な発熱反応による内圧の急激な増加で電池が爆発することがあり得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の問題点を解決するためのものとして、ガスケットとキャップアセンブリが接触する部分の密閉性を強化して液体電解質の露出が防止される二次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】
かかる目的を実現するために本発明は正極、負極およびセパレータが共に巻き取られた電極ロールと液体電解質が収納されたカンの上側開口をガスケットが介されたキャップアセンブリで密封する構造からなる二次電池であって、キャップアセンブリとガスケットのあいだに形成されるガスケットと同一材料からなる高分子密閉補強材を含み、前記キャップアセンブリはカンの内周面に向かって垂直に延在し、高分子密閉補強材は、カンの内周面と対向する前記キャップアセンブリの外周にコーティングされ、前記キャップアセンブリの厚さ方向の少なくとも一部の外周にコーティングされてなる二次電池を提供する。
【００１０】
ここで、キャップアセンブリは下部から安全弁を備えるプレート、電流制限器およびキャップカバーが積層される。また、安全弁を備えるプレートの下部に絶縁体と電流遮断器をさらに追加して配置させることができる。
【００１１】
この際、キャップアセンブリの外周にコーティングされる高分子密閉補強材はフッ化物、ポリイミド、テフロン（商品名）などのポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちから選ばれた１つを使用できる。
【００１２】
本発明の特徴として、前記キャップアセンブリは下部から安全弁を備えるプレート、電流制限器およびキャップカバーが順に積層され、これらのうち、少なくとも１つとガスケットが接触する部分に高分子密閉補強材をコーティングすることができる。
【００１３】
望ましくは前記高分子密閉補強材はキャップカバーの上断面および電流制限器の下断面の角に延長してコーティングされることができる。また、安全弁を備えるプレートは絶縁体を介してその下部に電流遮断器を結合させることができ、電流遮断器の側面と下断面の一部分の中でガスケットと接触する部分を高分子密閉補強材でコーティングすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実現するための望ましい実施の形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
実施の形態１
図１は本発明の二次電池の一部を部分切開した斜視説明図である。本実施の形態にかかわる二次電池は正極、負極およびセパレータが共に巻き取られた電極ロール２４が収納されるカン２６と、そのカン２６の開口内側に挿入され、ガスケット２８を介して絶縁された状態で結合されるキャップアセンブリ３０とからなり、その内部には液体電解質が挿入される。前記ガスケット２８は通常の高分子材料を使用している。
【００１６】
ここで、本発明のキャップアセンブリ３０は上部からキャップカバー３２と電流制限器３４および安全弁を備えたプレート３６の順に積層されるものであり、これらは通常の金属材料のうちの１つからなる。このようなキャップアセンブリ３０とガスケット２８との密閉性を確保するためにキャップアセンブリ３０の外周を本発明の特徴である高分子密閉補強材３８で包むようにコーティングする。
【００１７】
本実施の形態における高分子密閉補強材３８はキャップカバー３２と電流制限器３４およびプレート３６の外周面で構成されるキャップアセンブリの外周にコーティングされる。高分子コーティングはキャップアセンブリ３０がカン２６に設置される前に行われ、この高分子コーティングはガスケット２８に物理的な力を加えてクリンピングする従来の方法に比べて非常に優秀な結合を提供する。
【００１８】
すなわち、本発明によると、ガスケット２８はカン２６の上部がクリンプされる前に高分子コーティングされるキャップアセンブリ３０の周りに配置される。したがって、従来と異なり、ガスケット２８はそれと同一な材料からなるキャップアセンブリ３０のコーティング面に圧着され、その接触面が融合されて非常に密接に密封される。
【００１９】
前記高分子密閉補強材３８は、前記ガスケット２８を構成する材料と同一であるもの、たとえば、フッ化物、ポリイミド、テフロン（商品名）などのポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちの１つを使用することができる。
【００２０】
このように設けられたキャップアセンブリ３０は、電極ロール２４が収納されたカン２６の上側開口に積層され、安全弁を備えたプレート３６と電極ロール２４の正極が正極リッド４０で連結された状態でカン２６の内部に液体電解質を注入し、真空を維持した状態に開口をクリンピングすることにより組み立てられる。
【００２１】
実施の形態２
図２は本発明の二次電池の他の実施の形態であり、電流遮断器４６が附加的に設けられた以外は実施の形態１と同一の構造を有する。すなわち、この実施の形態の二次電池は前述した実施の形態１のキャップアセンブリ３０の安全弁を備えたプレート３６の下部に絶縁体４４を介し、絶縁体４４の下部に電流遮断器４６がプレート３６の中心部と溶接結合された構成を含んでおり、電流遮断による安全手段をさらに確保している。このようなキャップアセンブリ４２も本発明の特徴によりキャップアセンブリ４２の外周を高分子密閉補強材３８が包むようにコーティングされる。この実施の形態では、キャップアセンブリ４２の外周は絶縁体４４と電流遮断器４６の外周面をさらに含むものである。高分子密閉補強材３８は前述した実施の形態１のキャップアセンブリ３０にコーティングされたものと同一の物質を使用することができる。
【００２２】
実施の形態３
本発明の二次電池のさらに他の実施の形態を図３に示した。この実施の形態の二次電池はカン４８の上側開口に前述した実施の形態２の構造と同一のキャップアセンブリ５０がクリンピングされる。前述した実施の形態１と実施の形態２ではキャップカバー、電流制限器、プレート、絶縁体および電流遮断器などが組み立てられた状態でキャップアセンブリ３０、４２の外周全体が高分子密閉補強材３８で一度にコーティングされたが、実施の形態３では各々の外周に高分子密閉補強材３８が別にコーティングされたのち組み立てられる方式を現わしている。望ましくは本発明の目的にしたがって前述した実施の形態２のキャップアセンブリ４２の部品のうち、通常の金属材料からなるキャップカバー３２、安全弁を備えたプレート３６および電流遮断器４６がガスケット２８と接触される円周面で高分子密閉補強材３８でコーティングされる。
【００２３】
前記高分子密閉補強材３８も前記ガスケット２８を構成する材料と同一であるもの、たとえば、フッ化物、ポリイミド、テフロン（商品名）などのポリフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちの１つを使用することができる。
【００２４】
より望ましくは、さらに向上された密閉性を保障するためにガスケット２８と接触されるキャップカバー３２の上面の一部分と、電流遮断器４６の下面の一部分にも高分子密閉補強材３８をコーティングする。したがって、カン２６の開口をクリンピングするとき、加わる圧力により前記ガスケット２８とこれと同一の材質のキャップアセンブリ３０にコーティングされた高分子密閉補強材３８は互いに堅固に密着されるのである。
【００２５】
したがって、ガスケット２８とキャップアセンブリ５０との接触部分にタールを塗らなくてもカン４８の内部に注入される液体電解質の露出を防止して電池の安全性を確保することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかわる実施の形態は従来の問題点を実質的に解消している。
【００２７】
すなわち、キャップアセンブリを構成するキャップカバー、安全弁を備えたプレートおよび電流遮断器の各々の外周面またはこれらの部品を組み立てた全体の外周にガスケットと同一の材質の高分子密閉補強材をコーティングするので、カンの開口をクリンピングするときに加わる圧力により互いに堅固に密着されて二次電池の密閉性を保障するとともに電池の安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次電池の一実施の形態を部分切開して示す斜視説明図である。
【図２】本発明の二次電池の他の実施の形態を部分切開して示す斜視説明図である。
【図３】本発明の二次電池のさらに他の実施の形態を示す側断面説明図である。
【図４】従来の二次電池の断面図である。
【符号の説明】
２４ 電極ロール
２６、４８ カン
２８ ガスケット
３０、４２、５０ キャップアセンブリ
３２ キャップカバー
３４ 電流制限器
３６ 安全弁を備えたプレート
３８ 密閉補強材
４０ 正極リッド
４４ 絶縁体
４６ 電流遮断器
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池に関する。さらに詳しくは、電池の密閉性を向上させて液体電解質の漏出を防止し、電池の安全性を向上させることができる二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は再充電、小型化および大容量化ができるものであり、代表的なものでは、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池、およびリチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池が使用されている。
【０００３】
二次電池として広く知られたリチウムイオン電池は、正極活物質でリチウム−遷移金属酸化物が使用され、負極活物質で炭素または炭素複合体が用いられ、そのあいだに有機溶媒にリチウム塩を溶かす液体電解質が注入される。このようなリチウムイオン電池は、前記正極と負極とのあいだをリチウムイオンが移動して起電力が発生して充電および放電がなされる。
【０００４】
図４は、従来より知られているリチウムイオン電池の構造を示している。正極とセパレ−タおよび負極が共に巻き取られた電極ロール６２は液体電解質とともに前記負極と接続されたカン６４の内部に収納され、そのカン６４の上部には前記正極と接続されたキャップアセンブリ６６が設けられる。
【０００５】
キャップアセンブリ６６はガスケット６８を介してカン６４と絶縁され、キャップカバー７０、電流制限器７２および安全弁を備えるプレート７４が順に積層された状態でカン６４の上部をクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）することによりアセンブリおよび密封される。前記安全弁を備えるプレート７４の下部には絶縁体７６を介して電流遮断器７８が付着される。電流遮断器７８は正極との接続をするために組立前に正極タップ８０と溶接される。
【０００６】
このように設けられたリチウムイオン電池は内部の密閉性を確保し、液体電解質の漏出を防止するためにガスケット６８とキャップアセンブリ６６とのあいだにタール８２を塗り、ガスケット６８を所定圧力で加圧および圧縮する。しかし、ガスケット６８のあいだに染み込む酸性の電解液とタール８２とのあいだの反応によりタール８２が解けたり電池の充放電時に発生する熱がタール８２を溶かして電池の密閉性に問題が発生するおそれがある。
【０００７】
したがって、電池の充放電時に内部圧力が大きくなる場合、電池内圧が徐々に高まるある時点に安全弁を破裂させて電解液を漏出させて安全性を確保すべきであるが、タールが解ける場合には圧力が漏れ出るので安全弁を破裂させることができず、電池内部の瞬間的な発熱反応による内圧の急激な増加で電池が爆発することがあり得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の問題点を解決するためのものとして、ガスケットとキャップアセンブリが接触する部分の密閉性を強化して液体電解質の露出が防止される二次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】
かかる目的を実現するために本発明は正極、負極およびセパレータが共に巻き取られた電極ロールと液体電解質が収納されたカンの上側開口をガスケットが介されたキャップアセンブリで密封する構造からなる二次電池であって、キャップアセンブリとガスケットのあいだに形成されるガスケットと同一材料からなる高分子密閉補強材を含み、前記キャップアセンブリはカンの内周面に向かって垂直に延在し、高分子密閉補強材は、カンの内周面と対向する前記キャップアセンブリの外周にコーティングされ、前記キャップアセンブリの厚さ方向の少なくとも一部の外周にコーティングされてなる二次電池を提供する。
【００１０】
ここで、キャップアセンブリは下部から安全弁を備えるプレート、電流制限器およびキャップカバーが積層される。また、安全弁を備えるプレートの下部に絶縁体と電流遮断器をさらに追加して配置させることができる。
【００１１】
この際、キャップアセンブリの外周にコーティングされる高分子密閉補強材はフッ化物、ポリイミド、テフロン（商品名）などのポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちから選ばれた１つを使用できる。
【００１２】
本発明の特徴として、前記キャップアセンブリは下部から安全弁を備えるプレート、電流制限器およびキャップカバーが順に積層され、これらのうち、少なくとも１つとガスケットが接触する部分に高分子密閉補強材をコーティングすることができる。
【００１３】
望ましくは前記高分子密閉補強材はキャップカバーの上断面および電流制限器の下断面の角に延長してコーティングされることができる。また、安全弁を備えるプレートは絶縁体を介してその下部に電流遮断器を結合させることができ、電流遮断器の側面と下断面の一部分の中でガスケットと接触する部分を高分子密閉補強材でコーティングすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実現するための望ましい実施の形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
実施の形態１
図１は本発明の二次電池の一部を部分切開した斜視説明図である。本実施の形態にかかわる二次電池は正極、負極およびセパレータが共に巻き取られた電極ロール２４が収納されるカン２６と、そのカン２６の開口内側に挿入され、ガスケット２８を介して絶縁された状態で結合されるキャップアセンブリ３０とからなり、その内部には液体電解質が挿入される。前記ガスケット２８は通常の高分子材料を使用している。
【００１６】
ここで、本発明のキャップアセンブリ３０は上部からキャップカバー３２と電流制限器３４および安全弁を備えたプレート３６の順に積層されるものであり、これらは通常の金属材料のうちの１つからなる。このようなキャップアセンブリ３０とガスケット２８との密閉性を確保するためにキャップアセンブリ３０の外周を本発明の特徴である高分子密閉補強材３８で包むようにコーティングする。
【００１７】
本実施の形態における高分子密閉補強材３８はキャップカバー３２と電流制限器３４およびプレート３６の外周面で構成されるキャップアセンブリの外周にコーティングされる。高分子コーティングはキャップアセンブリ３０がカン２６に設置される前に行われ、この高分子コーティングはガスケット２８に物理的な力を加えてクリンピングする従来の方法に比べて非常に優秀な結合を提供する。
【００１８】
すなわち、本発明によると、ガスケット２８はカン２６の上部がクリンプされる前に高分子コーティングされるキャップアセンブリ３０の周りに配置される。したがって、従来と異なり、ガスケット２８はそれと同一な材料からなるキャップアセンブリ３０のコーティング面に圧着され、その接触面が融合されて非常に密接に密封される。
【００１９】
前記高分子密閉補強材３８は、前記ガスケット２８を構成する材料と同一であるもの、たとえば、フッ化物、ポリイミド、テフロン（商品名）などのポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちの１つを使用することができる。
【００２０】
このように設けられたキャップアセンブリ３０は、電極ロール２４が収納されたカン２６の上側開口に積層され、安全弁を備えたプレート３６と電極ロール２４の正極が正極リッド４０で連結された状態でカン２６の内部に液体電解質を注入し、真空を維持した状態に開口をクリンピングすることにより組み立てられる。
【００２１】
実施の形態２
図２は本発明の二次電池の他の実施の形態であり、電流遮断器４６が附加的に設けられた以外は実施の形態１と同一の構造を有する。すなわち、この実施の形態の二次電池は前述した実施の形態１のキャップアセンブリ３０の安全弁を備えたプレート３６の下部に絶縁体４４を介し、絶縁体４４の下部に電流遮断器４６がプレート３６の中心部と溶接結合された構成を含んでおり、電流遮断による安全手段をさらに確保している。このようなキャップアセンブリ４２も本発明の特徴によりキャップアセンブリ４２の外周を高分子密閉補強材３８が包むようにコーティングされる。この実施の形態では、キャップアセンブリ４２の外周は絶縁体４４と電流遮断器４６の外周面をさらに含むものである。高分子密閉補強材３８は前述した実施の形態１のキャップアセンブリ３０にコーティングされたものと同一の物質を使用することができる。
【００２２】
実施の形態３
本発明の二次電池のさらに他の実施の形態を図３に示した。この実施の形態の二次電池はカン４８の上側開口に前述した実施の形態２の構造と同一のキャップアセンブリ５０がクリンピングされる。前述した実施の形態１と実施の形態２ではキャップカバー、電流制限器、プレート、絶縁体および電流遮断器などが組み立てられた状態でキャップアセンブリ３０、４２の外周全体が高分子密閉補強材３８で一度にコーティングされたが、実施の形態３では各々の外周に高分子密閉補強材３８が別にコーティングされたのち組み立てられる方式を現わしている。望ましくは本発明の目的にしたがって前述した実施の形態２のキャップアセンブリ４２の部品のうち、通常の金属材料からなるキャップカバー３２、安全弁を備えたプレート３６および電流遮断器４６がガスケット２８と接触される円周面で高分子密閉補強材３８でコーティングされる。
【００２３】
前記高分子密閉補強材３８も前記ガスケット２８を構成する材料と同一であるもの、たとえば、フッ化物、ポリイミド、テフロン（商品名）などのポリフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちの１つを使用することができる。
【００２４】
より望ましくは、さらに向上された密閉性を保障するためにガスケット２８と接触されるキャップカバー３２の上面の一部分と、電流遮断器４６の下面の一部分にも高分子密閉補強材３８をコーティングする。したがって、カン２６の開口をクリンピングするとき、加わる圧力により前記ガスケット２８とこれと同一の材質のキャップアセンブリ３０にコーティングされた高分子密閉補強材３８は互いに堅固に密着されるのである。
【００２５】
したがって、ガスケット２８とキャップアセンブリ５０との接触部分にタールを塗らなくてもカン４８の内部に注入される液体電解質の露出を防止して電池の安全性を確保することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかわる実施の形態は従来の問題点を実質的に解消している。
【００２７】
すなわち、キャップアセンブリを構成するキャップカバー、安全弁を備えたプレートおよび電流遮断器の各々の外周面またはこれらの部品を組み立てた全体の外周にガスケットと同一の材質の高分子密閉補強材をコーティングするので、カンの開口をクリンピングするときに加わる圧力により互いに堅固に密着されて二次電池の密閉性を保障するとともに電池の安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次電池の一実施の形態を部分切開して示す斜視説明図である。
【図２】本発明の二次電池の他の実施の形態を部分切開して示す斜視説明図である。
【図３】本発明の二次電池のさらに他の実施の形態を示す側断面説明図である。
【図４】従来の二次電池の断面図である。
【符号の説明】
２４ 電極ロール
２６、４８ カン
２８ ガスケット
３０、４２、５０ キャップアセンブリ
３２ キャップカバー
３４ 電流制限器
３６ 安全弁を備えたプレート
３８ 密閉補強材
４０ 正極リッド
４４ 絶縁体
４６ 電流遮断器
Claims (13)
- 正極、負極およびセパレータが共に巻き取られた電極ロールと液体電解質が収納されたカンの上側開口をガスケットが介されたキャップアセンブリで密封する構造からなる二次電池であって、前記キャップアセンブリとガスケットとのあいだに形成される前記ガスケットと同一材料からなる高分子密閉補強材を含み、前記キャップアセンブリは前記カンの内周面に向かって垂直に延在し、前記高分子密閉補強材は、前記カンの内周面と対向する前記キャップアセンブリの外周にコーティングされ、前記キャップアセンブリの厚さ方向の少なくとも一部の外周にコーティングされてなる二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、前記キャップアセンブリの外周にコーティングされてなる請求項１記載の二次電池。
- 前記キャップアセンブリが、下部から安全弁を備えるプレート、電流制限器およびキャップカバーが積層された構造からなる請求項１記載の二次電池。
- 前記キャップアセンブリが、安全弁を備えるプレートの下部に絶縁体と電流遮断器がさらに配置されてなる請求項２記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、フッ化物、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちの１つである請求項１記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、キャップカバー、電流制限器およびプレートの少なくとも１つの外周にコーティングされてなる請求項３記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、キャップカバー、電流制限器およびプレートの外周で構成されるキャップアセンブリの外周にコーティングされてなる請求項３記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、フッ化物、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちの１つである請求項６または７記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、前記ガスケットと接触されるキャップカバーの上段面と電流制限器の下段面の角に延長してコーティングされてなる請求項７記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、キャップカバー、電流制限器、プレート、絶縁体および電流遮断器の少なくとも１つの外周にコーティングされてなる請求項４記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、キャップカバー、電流制限器、プレート、絶縁体および電流遮断器の外周で構成されるキャップアセンブリの外周にコーティングされてなる請求項４記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、ガスケットと接触されるキャップカバーの上段面と電流遮断器の下断面の角に延長してコーティングされてなる請求項１１記載の二次電池。
- 前記高分子密閉補強材が、フッ化物、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのうちの１つである請求項１０また１１記載の二次電池。
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