JP4399630B2 - 扁平形非水電解質二次電池 - Google Patents
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- Secondary Cells (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は扁平形非水電解質二次電池係わり、詳しくは過充電や過放電等の異常時でも電池の破裂が起こらない安全性の優れた扁平形非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やＰＤＡなどの小型情報端末を中心に使用機器の小型化が加速しており、主電源である二次電池についても小型化が要求されている。一方、特許文献１、あるいは特許文献２に開示されているような負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に少なくとも正極、セパレータ、負極を含む発電要素と、非水電解質を内包した扁平形非水電解質二次電池において、扁平形電池の扁平面に平行な垂直な方向の断面を見た場合に、少なくとも３面以上の正極と負極がセパレータを介し対向している正負極対向面を有する電極群が収納され、かつ、電極群内の正負極対向面積の総和が絶縁ガスケットの開口面積よりも大きい扁平形非水電解質二次電池が、小型化の要求を満たす電池として提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６８１４３号公報
【特許文献２】
特開２００１−６８１６０号公報
【０００４】
しかしながら、上記のように絶縁ガスケットを介し、正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有する電池は密封性が向上するため、過充電や過放電状態になると、電解液の分解等によるガス発生などで電池の内圧が上昇してもガスがリークすることなく、最終的には破裂に至る可能性がある。このため、異常時に電池の電圧や表面温度を検知し、一定以上で電流を遮断する機能のついた回路を用いたり、安全弁を設け、そこからガスを逃がしたりしているのが現状である。
【０００５】
しかし、回路を備えた場合は、コストアップや回路の容積により電池容量が制限され、また安全弁を設けた場合は、安全弁から吹き出した電解液が電気機器等の回路基板上に侵食するなどして、回路自体が使い物にならなくなる等の不具合が起こる恐れがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記情況に対処するためになされたもので、その課題は過充電や過放電等の異常時でも、電池の破裂が起こらず、また電池の内容物が外部に飛び出すことのない扁平形非水電解質二次電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来の扁平形非水電解質二次電池においては、電極と外装缶とをリード端子等を用いず直接電極群の上下がそれぞれ電極の集電体であり、正極ケース、負極ケースと接することで、電池内の集電をとるという利点を利用し、異常時の電池の内圧上昇時に、電池の破裂を起こすことなく、かつ電解液の飛び出しや、保護回路を用いないでも安全性に優れた電池の開発を行ってきた。
【０００８】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、それぞれ２辺以上の直線部を持ち、それぞれの直線部の接点が曲線により結ばれ、かつ前記負極ケースと正極ケースが絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに加締め加工により正極ケースの開口端部が折り曲げられている封口構造を有し、その内部に少なくとも帯状の正極及び負極とがセパレータを介して捲回された発電要素である電極群と、非水電解質を内包した扁平形非水電解質二次電池において、前記負極ケースの中心部に設けた円形または方形の溝と、この溝から放射状に延びる溝を設けてある扁平形非水電解質二次電池を提供した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例及び比較例について詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本発明が適用される扁平形非水電解質二次電池の断面図、図２は図１のＡ−Ａ方向からみた平面図である。
【００１０】
図に示すように、正極端子を兼ねる金属製の正極ケース１と負極端子を兼ねる金属製の負極ケース５が、それぞれ２辺以上の直線部を持ち、それぞれの直線部の接点が曲線により結ばれており、正極ケース１と負極ケース５が絶縁ガスケット６を介して嵌合され、さらに加締め加工により正極ケース１の開口端部が折り曲げられている封口構造を有し、その内部に帯状の正極２と負極４がセパレータ３を介して捲回された電極群と非水電解質が内包されている。
【００１１】
また、負極ケース５の中心部に対称性の形状の溝である方形状の溝８を設け、またそこから放射状に溝９を設けている。この溝９を設けることで、電池内の内圧が上昇したとき変形が大きくなり、特に負極ケース５の中心部の溝で覆われた部分の垂直方向への変形が大きくなり、少しの内圧上昇でも図４に示すようにケースが変形し、電極群と電池ケースの接触が完全に遮断され、それ以降の電流が流れなくなり、これにより内圧の上昇を防ぐことが可能となる。
【００１２】
電池ケースと電極群との接触は、電極群と電池ケースの溝で覆われている部分を接触しておけばよく、その他の部分は電極群自体でも、ケース自体でもマスキングなどの絶縁処理を施しておけば、異常時に上記部分の接触が妨げられる。
【００１３】
溝に関しては中心部に方形または円形の形状と、そこから放射状に延びる線の形状の形に主点をおいたものであり、その溝の形状、深さには特に限定されるものではない。正極作用物質、負極作用物質、セパレータ、電解液については特に限定されるものではない。
【００１４】
また、上記実施例では、方形または円形およびそれから延びる溝はケースの表面に設けているか、ケースの裏側に形成すると外観も良く、その効果も本実施例と同様の効果が得られる。
【００１５】
次に、本実施例１の電池の製造方法を説明する。
まず、ＬｉＣｏＯ2１００質量部に対し導電材としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部を加え、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを５質量部加え、Ｎ−メチルピロリドンで希釈、混合し、スラリー状の正極合剤を得た。次にこの正極合剤を、正極集電体である厚さ０．０２ｍｍのアルミ箔の片面にドクターブレード法により塗工、乾燥を行い、アルミ箔表面に正極作用物質含有層を形成した。以後、正極作用物質含有層の塗膜厚さが両面で０．１５ｍｍとなるまで塗工、乾燥を繰り返し、両面塗工正極を作製した。次に、この電極体の片面の端から１０ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、アルミ層を剥き出し通電部とし、幅１９ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの長さに切り出した正極２を作製した。
【００１６】
次に、黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースをそれぞれ２．５質量部を添加し、イオン交換水で希釈、混合し、スラリー状の負極合剤を得た。得られた負極合剤を負極集電体である厚さ０．０２ｍｍの銅箔に作用物質含有層の厚さが０．１５ｍｍとなるように正極の場合と同様に塗工、乾燥を繰り返し実施し、両面塗工負極を作製した。次に、この電極体の片面の端から２３ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、銅層を剥き出し通電部とし、幅２０ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの長さに切り出した負極４を作製した。
【００１７】
次に、正負極通電部面を外周巻き終わり側とし、これら正極２と負極４の間に厚さ２５μｍのポリエチレン微多孔膜からなるセパレータ３を介し渦巻状に捲回し、扁平形電池の扁平面に対し水平方向に正負極対向部を持つように一定方向に捲回電極の中心部の空間がなくなるまで加圧した。
【００１８】
作製した電極群を８５℃で１２ｈ乾燥した後、絶縁ガスケット６を一体化したケースの中心部に図２に示すように、方形状の溝８を設け、またそこから放射線状に溝９を設けてある負極ケース５の内底面に電極群の片面塗工負極板の未塗工側が負極ケース５に接するように配置し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解せしめた非水電解質を注液し、直線部の高さ２．８ｍｍ、曲線部の高さが２．７ｍｍのステンレス製の正極ケース１を嵌合し、上下反転後、正極ケースに加締め加工を実施し、縮口し、厚さ３．２ｍｍ、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍの角形の扁平形非水電解質二次電池を作製し、実施例１とした。
【００１９】
（実施例２）
ケースの中心部に図３に示すように円形状の溝１０を設け、その溝１０から放射線状に溝１１を設けた負極ケース５と溝を設けていない正極ケース１を用いた以外は実施例１と同様に扁平形非水電解質二次電池を作製し、実施例２とした。
【００２０】
（比較例１）
ケースに溝を設けていない正極及び負極ケースを用いた以外は実施例１と同様の扁平形非水電解質二次電池を作製し、比較例１とした。
【００２１】
以上の通り作製した実施例１，２及び比較例１の電池をそれぞれ１０個用い、４．２Ｖ、１０ｍＡの定電流定電圧で４８ｈ初充電を実施し、１２Ｖ，１．５Ａの電流値で４８ｈ過充電試験を行い、電池の破裂個数を観察し、その結果を表１に示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
上記表１に示すように、実施例の電池では電池の内容物の飛び出しが起こらないことはもちろんのこと、電池の破裂が起こらなかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、電池の内圧が上昇する異常時においても、電池の破裂が起こらない安全性に優れた非水電解質二次電池が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電池断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ方向からみた平面図。
【図３】本発明の実施例２の平面図。
【図４】内圧上昇時の実施例１の電池の断面図。
【符号の説明】
１…正極ケース、２…正極、３…セパレータ、４…負極、５…負極ケース、６…絶縁ガスケット、７…絶縁塗料、８，９，１０，１１…溝。
【発明の属する技術分野】
本発明は扁平形非水電解質二次電池係わり、詳しくは過充電や過放電等の異常時でも電池の破裂が起こらない安全性の優れた扁平形非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やＰＤＡなどの小型情報端末を中心に使用機器の小型化が加速しており、主電源である二次電池についても小型化が要求されている。一方、特許文献１、あるいは特許文献２に開示されているような負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部に少なくとも正極、セパレータ、負極を含む発電要素と、非水電解質を内包した扁平形非水電解質二次電池において、扁平形電池の扁平面に平行な垂直な方向の断面を見た場合に、少なくとも３面以上の正極と負極がセパレータを介し対向している正負極対向面を有する電極群が収納され、かつ、電極群内の正負極対向面積の総和が絶縁ガスケットの開口面積よりも大きい扁平形非水電解質二次電池が、小型化の要求を満たす電池として提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６８１４３号公報
【特許文献２】
特開２００１−６８１６０号公報
【０００４】
しかしながら、上記のように絶縁ガスケットを介し、正極ケースまたは負極ケースが加締め加工により加締められた封口構造を有する電池は密封性が向上するため、過充電や過放電状態になると、電解液の分解等によるガス発生などで電池の内圧が上昇してもガスがリークすることなく、最終的には破裂に至る可能性がある。このため、異常時に電池の電圧や表面温度を検知し、一定以上で電流を遮断する機能のついた回路を用いたり、安全弁を設け、そこからガスを逃がしたりしているのが現状である。
【０００５】
しかし、回路を備えた場合は、コストアップや回路の容積により電池容量が制限され、また安全弁を設けた場合は、安全弁から吹き出した電解液が電気機器等の回路基板上に侵食するなどして、回路自体が使い物にならなくなる等の不具合が起こる恐れがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記情況に対処するためになされたもので、その課題は過充電や過放電等の異常時でも、電池の破裂が起こらず、また電池の内容物が外部に飛び出すことのない扁平形非水電解質二次電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来の扁平形非水電解質二次電池においては、電極と外装缶とをリード端子等を用いず直接電極群の上下がそれぞれ電極の集電体であり、正極ケース、負極ケースと接することで、電池内の集電をとるという利点を利用し、異常時の電池の内圧上昇時に、電池の破裂を起こすことなく、かつ電解液の飛び出しや、保護回路を用いないでも安全性に優れた電池の開発を行ってきた。
【０００８】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、それぞれ２辺以上の直線部を持ち、それぞれの直線部の接点が曲線により結ばれ、かつ前記負極ケースと正極ケースが絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに加締め加工により正極ケースの開口端部が折り曲げられている封口構造を有し、その内部に少なくとも帯状の正極及び負極とがセパレータを介して捲回された発電要素である電極群と、非水電解質を内包した扁平形非水電解質二次電池において、前記負極ケースの中心部に設けた円形または方形の溝と、この溝から放射状に延びる溝を設けてある扁平形非水電解質二次電池を提供した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例及び比較例について詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本発明が適用される扁平形非水電解質二次電池の断面図、図２は図１のＡ−Ａ方向からみた平面図である。
【００１０】
図に示すように、正極端子を兼ねる金属製の正極ケース１と負極端子を兼ねる金属製の負極ケース５が、それぞれ２辺以上の直線部を持ち、それぞれの直線部の接点が曲線により結ばれており、正極ケース１と負極ケース５が絶縁ガスケット６を介して嵌合され、さらに加締め加工により正極ケース１の開口端部が折り曲げられている封口構造を有し、その内部に帯状の正極２と負極４がセパレータ３を介して捲回された電極群と非水電解質が内包されている。
【００１１】
また、負極ケース５の中心部に対称性の形状の溝である方形状の溝８を設け、またそこから放射状に溝９を設けている。この溝９を設けることで、電池内の内圧が上昇したとき変形が大きくなり、特に負極ケース５の中心部の溝で覆われた部分の垂直方向への変形が大きくなり、少しの内圧上昇でも図４に示すようにケースが変形し、電極群と電池ケースの接触が完全に遮断され、それ以降の電流が流れなくなり、これにより内圧の上昇を防ぐことが可能となる。
【００１２】
電池ケースと電極群との接触は、電極群と電池ケースの溝で覆われている部分を接触しておけばよく、その他の部分は電極群自体でも、ケース自体でもマスキングなどの絶縁処理を施しておけば、異常時に上記部分の接触が妨げられる。
【００１３】
溝に関しては中心部に方形または円形の形状と、そこから放射状に延びる線の形状の形に主点をおいたものであり、その溝の形状、深さには特に限定されるものではない。正極作用物質、負極作用物質、セパレータ、電解液については特に限定されるものではない。
【００１４】
また、上記実施例では、方形または円形およびそれから延びる溝はケースの表面に設けているか、ケースの裏側に形成すると外観も良く、その効果も本実施例と同様の効果が得られる。
【００１５】
次に、本実施例１の電池の製造方法を説明する。
まず、ＬｉＣｏＯ2１００質量部に対し導電材としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部を加え、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを５質量部加え、Ｎ−メチルピロリドンで希釈、混合し、スラリー状の正極合剤を得た。次にこの正極合剤を、正極集電体である厚さ０．０２ｍｍのアルミ箔の片面にドクターブレード法により塗工、乾燥を行い、アルミ箔表面に正極作用物質含有層を形成した。以後、正極作用物質含有層の塗膜厚さが両面で０．１５ｍｍとなるまで塗工、乾燥を繰り返し、両面塗工正極を作製した。次に、この電極体の片面の端から１０ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、アルミ層を剥き出し通電部とし、幅１９ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの長さに切り出した正極２を作製した。
【００１６】
次に、黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースをそれぞれ２．５質量部を添加し、イオン交換水で希釈、混合し、スラリー状の負極合剤を得た。得られた負極合剤を負極集電体である厚さ０．０２ｍｍの銅箔に作用物質含有層の厚さが０．１５ｍｍとなるように正極の場合と同様に塗工、乾燥を繰り返し実施し、両面塗工負極を作製した。次に、この電極体の片面の端から２３ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、銅層を剥き出し通電部とし、幅２０ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの長さに切り出した負極４を作製した。
【００１７】
次に、正負極通電部面を外周巻き終わり側とし、これら正極２と負極４の間に厚さ２５μｍのポリエチレン微多孔膜からなるセパレータ３を介し渦巻状に捲回し、扁平形電池の扁平面に対し水平方向に正負極対向部を持つように一定方向に捲回電極の中心部の空間がなくなるまで加圧した。
【００１８】
作製した電極群を８５℃で１２ｈ乾燥した後、絶縁ガスケット６を一体化したケースの中心部に図２に示すように、方形状の溝８を設け、またそこから放射線状に溝９を設けてある負極ケース５の内底面に電極群の片面塗工負極板の未塗工側が負極ケース５に接するように配置し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解せしめた非水電解質を注液し、直線部の高さ２．８ｍｍ、曲線部の高さが２．７ｍｍのステンレス製の正極ケース１を嵌合し、上下反転後、正極ケースに加締め加工を実施し、縮口し、厚さ３．２ｍｍ、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍの角形の扁平形非水電解質二次電池を作製し、実施例１とした。
【００１９】
（実施例２）
ケースの中心部に図３に示すように円形状の溝１０を設け、その溝１０から放射線状に溝１１を設けた負極ケース５と溝を設けていない正極ケース１を用いた以外は実施例１と同様に扁平形非水電解質二次電池を作製し、実施例２とした。
【００２０】
（比較例１）
ケースに溝を設けていない正極及び負極ケースを用いた以外は実施例１と同様の扁平形非水電解質二次電池を作製し、比較例１とした。
【００２１】
以上の通り作製した実施例１，２及び比較例１の電池をそれぞれ１０個用い、４．２Ｖ、１０ｍＡの定電流定電圧で４８ｈ初充電を実施し、１２Ｖ，１．５Ａの電流値で４８ｈ過充電試験を行い、電池の破裂個数を観察し、その結果を表１に示した。
【００２２】
【表１】
上記表１に示すように、実施例の電池では電池の内容物の飛び出しが起こらないことはもちろんのこと、電池の破裂が起こらなかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、電池の内圧が上昇する異常時においても、電池の破裂が起こらない安全性に優れた非水電解質二次電池が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電池断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ方向からみた平面図。
【図３】本発明の実施例２の平面図。
【図４】内圧上昇時の実施例１の電池の断面図。
【符号の説明】
１…正極ケース、２…正極、３…セパレータ、４…負極、５…負極ケース、６…絶縁ガスケット、７…絶縁塗料、８，９，１０，１１…溝。
Claims (1)
- 負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、それぞれ２辺以上の直線部を持ち、それぞれの直線部の接点が曲線により結ばれ、かつ前記負極ケースと正極ケースが絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに加締め加工により正極ケースの開口端部が折り曲げられている封口構造を有し、その内部に少なくとも帯状の正極及び負極とがセパレータを介して捲回された発電要素である電極群と、非水電解質を内包した扁平形非水電解質二次電池において、前記負極ケースの中心部に設けた円形または方形の溝と、この溝から放射状に延びる溝を設けたことを特徴とする扁平形非水電解質二次電池。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003175935A JP4399630B2 (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | 扁平形非水電解質二次電池 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003175935A JP4399630B2 (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | 扁平形非水電解質二次電池 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005011731A JP2005011731A (ja) | 2005-01-13 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
| CN114300816B (zh) * | 2021-12-23 | 2023-10-20 | 三一技术装备有限公司 | 一种电池极芯及电池 |
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2003
- 2003-06-20 JP JP2003175935A patent/JP4399630B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP4115006B2 (ja) | リチウムイオン電池 |
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