JP4608719B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ラップトップコンピュータ、ワープロ等の携帯情報機器、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、液晶テレビジョン等のＡＶ機器や、携帯電話等の移動体通信機器等の発展はめざましく、電源として用いられる電池に対して、小型、軽量、高エネルギー密度の二次電池が要求されている。これまで、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の水溶液系二次電池が使用されていたが、軽量化、高エネルギー密度等の要求に対して、十分でない。
最近、高エネルギー密度を有しクリーンな電池として、非水電解液二次電池に大きな関心と期待が持たれている。
【０００３】
ここで、従来の非水電解液二次電池について、図４〜６を参照しながら説明する。
図４は、従来の非水電解液二次電池（例えば、特開平８−３１５７９８号公報に開示されている）を示す断面図である。
【０００４】
この非水電解液二次電池においては、円筒型の有底外装缶１内に、電極素子２が収容され、外装缶１内に非水電解液（図示せず）が注入され、この非水電解液が電極素子２に含浸されて成る。
【０００５】
電極素子２は、それぞれフィルム状の正極電極と負極電極とが、フィルム状のセパレータを介して積層され、この積層フィルムが、例えば円筒状の巻芯の周囲に渦巻き状に巻回されて成る。
【０００６】
この電極素子２は、外装缶１内に、負極リード１０の導出側を、外装缶１の底部側にして挿入される。
電極素子２を挟んでその両側には、絶縁薄板が配置され、その外側に、電極素子２の各リード９および１０の遊端を導出する。そして、負極リード１０の遊端は、電極端子導出部となる外装缶１の底面に溶接される。
【０００７】
外装缶１の一端側には、蓋体７、ＰＴＣ素子３、及び安全弁６がガスケット８を介してかしめつけられて封口される。
安全弁６は、その中央部に、電極素子２側に向かって突出する突起部６ａが形成され、その突起部６ａが、正極リード９の遊端に溶接されたサブディスク４と溶接される。これにより、突起部６ａは電極素子２の正極リード９と電気的に接続される。
【０００８】
つぎに、従来の非水電解液二次電池に用いる安全弁について、図５および６を参照しながら詳細に説明する。
まず、安全弁の構成について説明する。図５Ａは、従来の非水電解液二次電池についての、通常状態における安全弁の働きを示す断面図である。この図５Ａは、図４のうちその上部を示したものである。
【０００９】
図６Ａは、従来の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、通常状態におけるその構成を示す平面図と断面図である。図６Ａからわかるように、突起部６ａを中心とする円にほぼ沿って、線状の肉薄部６ｃが形成されている。さらに、薄肉部６ｃの外側には、放射方向に延長する４本の肉薄部６ｄが形成されている。
【００１０】
つぎに、安全弁の動作について、図５および６を参照しながら説明する。ここで、安全弁６は電流遮断機構と開裂機構の２つの機構を有している。
まず、電流遮断機構における動作について説明する。図５Ｂは、従来の非水電解液二次電池についての、電流遮断状態における安全弁の働きを示す断面図である。
【００１１】
何らかの原因で外装缶１内にガスが発生したとき、内部の圧力が増加する。このとき、発生したガスは、ディスク１１の外周付近に存在する孔を通過し、安全弁６の内側の面に圧力をかける。これにより安全弁６は外側に変形する。
【００１２】
さらに、この安全弁６の変形により、安全弁６の突起部６ａとサブディスク４との溶接部において、その溶接部の周囲に存在するサブディスク４がせん断力により引きちぎられる。このように、突起部６ａとサブディスク４とが離れることにより、電極素子２の正極リード９と、蓋体７との間の電気的接続が切断される。
【００１３】
ここで、安全弁６の変形についてさらに詳細に説明する。図５Ｂからわかるように、安全弁６が変形するときは、６ｋおよび６ｌの所で大きく変形する。すなわち、安全弁６の内側の平坦領域の外周部である６ｋと、突起部６ａのごく近くの６ｌの所である。このうち屈曲点である６ｌの位置は、図６Ａにおける、肉薄部６ｃの部分に相当する。この肉薄部６ｃの部分が機械的に一番弱いところであるので、圧力により最も大きく変形をするのである。
【００１４】
また、図５Ｂからわかるように、屈曲点である６ｋと６ｌの距離は大きい。そのため、安全弁６の変形により、突起部６ａは、サブディスク４から大きく離れることになる。このように、突起部６ａとサブディスク４が大きく離れるので、電流遮断が確実に行うことができる。
【００１５】
つぎに、開裂機構における動作について説明する。図５Ｃは、従来の非水電解液二次電池についての、開裂状態における安全弁の働きを示す断面図である。
外装缶１内の圧力が、上述した電流遮断状態における圧力よりも、さらに増大するときは、安全弁６自体が開裂して、蓋体７に形成されている通気孔を通じ発生ガスを解放するようになされている。
【００１６】
この安全弁６の開裂の動作を、図６Ｂを参照して詳細に説明する。図６Ｂは、従来の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、開裂状態における開裂の様子を示す平面図と断面図である。
【００１７】
ここでは、つぎの順序により一連の開裂がなされる。すなわち、最初に円に沿う肉薄部６ｃがその溝に沿って開裂する。つぎに、放射状に形成されている肉薄部６ｄに、溝の方向に直角方向の引張り力が作用し、その溝に沿って肉薄部６ｄが開裂する。なお、この場合は、図５Ｃで示すように、肉薄部６ｃが一部開裂せずに残ることもある。
【００１８】
このように、外装缶１内部の圧力が高くなると、肉薄部６ｃおよび６ｄが連続的に開裂するので、発生したガスを安全弁６の開裂後に外部に解放することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の非水電解液二次電池では、肉薄部６ｃはほとんど開裂するが、肉薄部６ｄは中心側からから半分ぐらいの所までしか開裂せず、また、開裂の幅も狭いものである。すなわち、発生ガスの通過面積は、中心の円の部分である分離部６ｅとそのまわりの肉薄部６ｄの僅かな隙間だけである。したがって、外装缶１内にガスが発生した場合は、従来用いられていた安全弁では、発生ガスを短時間に外部に解放することができないという問題がある。
【００２０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電流遮断時において確実に電流遮断ができ、また開裂時においてガスを短時間に解放できる非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の非水電解液二次電池は、電極素子と、電極素子が収納された筒状外装缶と、筒状外装缶の一端側に設けられた薄板状の安全弁とを備える。そして、安全弁は、中心部に電極素子のリードと接続する突起部と、安全弁内において他の部分よりも薄く、連続した線状に形成される肉薄部と、肉薄部で囲まれた分離部とを有する。肉薄部は、突起部を中心とする小径円に沿って線状に設けられた第１肉薄部と、突起部を中心とする大径円に沿って線状に設けられた第２肉薄部と、突起部からの放射線方向に沿って設けられた第３肉薄部とからなる。また、分離部に第２肉薄部及び第３肉薄部に囲まれた扇状部位が設けられる。そして、肉薄部において安全弁と分離部とが開列可能であり、分離部内に突起部が形成されている。
【００２２】
本発明の非水電解液二次電池によれば、突起部を中心とする少なくとも２つの円周上にほぼ沿って、それぞれ複数の線状肉薄部が形成され、隣り合う各線状肉薄部の端部に差し渡って放射方向に延長する肉薄部が形成されているので、電流遮断時における突起部とリードとの距離が十分にとれ、また開裂時におけるガスの通過面積が大きくなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、非水電解液二次電池に係る発明の実施の形態について、図１〜３を参照しながら説明する。
図１は、非水電解液二次電池に係る発明の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態は、リチウムをドープ、脱ドープ可能な材料を正極及び（または）負極に備え、非水電解液を備えてなる、非水電解液リチウム二次電池に適用した場合であるが、本発明はこの実施の形態および図１の例に限られるものではない。
【００２４】
この実施の形態においては、ニッケル（Ｎｉ）メッキが施された鉄製の円筒型の有底外装缶１内に、電極素子２が収容され、外装缶１内に非水電解液（図示せず）が注入され、この非水電解液が電極素子２に含浸されて成る。
なお、外装缶１は上述のように円筒型のものに限定されるわけではない。このほか角形等他の筒状の電池であってもかまわない。
【００２５】
電極素子２は、それぞれフィルム状の正極電極と負極電極とが、フィルム状のセパレータを介して積層され、この積層フィルムが、例えば円筒状の巻芯の周囲に渦巻き状に巻回されて成る。
【００２６】
電極素子２の正極電極および負極電極は、それぞれ例えばアルミニウム（Ａｌ）箔および銅（Ｃｕ）箔より成る帯状の集電体箔の両面に正極活物質および負極活物質が塗布されて成る。
【００２７】
各正極電極および負極電極の、各集電体箔の互いの反対側の端部からＡｌより成る正極リード９およびＮｉより成る負極リード１０の一端が溶接され、図１に示すように、例えば電極素子２の中心部から正極リード９が電極素子２外に導出され、電極素子２の外周側から負極リード１０が導出される。
【００２８】
この電極素子２は、外装缶１内に、負極リード１０の導出側を、外装缶１の底部側にして挿入される。
電極素子２を挟んでその両側には、絶縁薄板が配置され、その外側に、電極素子２の各リード９および１０の遊端を導出する。そして、負極リード１０の遊端は、例えば電極端子導出部となる外装缶１の底面に溶接される。
【００２９】
上述の電極素子２において、正極電極の正極活物質は、例えばＬｉを脱ドープ、再ドープ可能な物質、例えばリチウム遷移金属複合酸化物による活物質Ｌｉx ＭＯ2 （Ｍは、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎの１種以上の遷移金属で、０．４≦ｘ≦１．１）で表せる複合酸化物、中でもＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 等が好ましい。このようなリチウム遷移金属酸化物は、例えばＬｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎの炭酸塩、硝酸塩、酸化物、水酸化物等を出発原料として、これらを組成に応じた量で混合し、６００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成することにより得られる。
【００３０】
また、負極電極の負極活物質は、例えばＬｉをドープ、脱ドープ可能な物質例えば２０００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料や、結晶化しやすい原料を３０００℃近くの高温で処理した人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性材料等が用いられる。例えば、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭などが使用可能である。
【００３１】
低結晶性炭素材料として好ましくはフラン樹脂や、石油ピッチ等を１５００℃未満で焼成して炭素化したもので、広角Ｘ線回折法による（００２）面の面間隔が３．７０オングストローム以上、真密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 未満であり、かつ空気気流中の示差熱分析で７００℃以上に発熱ピークを有していない炭素質材料を用いる。黒鉛粉末として好ましくは、広角Ｘ線回折法による（００２）面の面間隔が３．４２オングストローム未満である炭素質材料を用いる。これらの炭素質材料は、Ｌｉのドープ、脱ドープ量が大きく、かつ充放電サイクル寿命性能にすぐれている材料であり、また負極材料は、正極材料との組み合せで、使用する機器に最も適合する組み合せを選定することができる。
【００３２】
セパレータは、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、テフロンの微多孔膜によって構成することができる。
【００３３】
また、非水電解液は、有機溶媒とこれに溶解した電解質から成る。あるいは、非水電解液を高分子化合物と混合させたいわゆるポリマー電解質や、高分子化合物に電解質を混合もしくは結合させたポリマー電解質を用いることもできる。
有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−パレロラクトン等の環状エステル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン等のエーテル等の１種以上を用いることができる。
電解質としては、用いる溶媒に溶解し、イオン導電性を示すリチウム塩の例えばＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＣ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 等の１種以上を用いることができる。
【００３４】
外装缶１の一端側には、蓋体７、ＰＴＣ素子３、及び安全弁６がガスケット８を介してかしめつけられて封口される。すなわち、例えばステンレス、Ｎｉ、Ｆｅによる正極側端子導出部となる蓋体７と、例えば正温度特性を有するリング状のＰＴＣ素子３と、その内側に配置された例えばＡｌによる安全弁６が、ガスケット８によって挟み込まれて外装缶１の開口端にかしめつけられて封止される。
【００３５】
安全弁６は、例えばその中央部に、電極素子２側に向かって突出する突起部６ａが形成され、その突起部６ａが、正極リード９の遊端に溶接された例えばＡｌによるサブディスク４と溶接される。これにより、突起部６ａは電極素子２の正極リード９と電気的に接続される。
【００３６】
また、安全弁６とサブディスク４との間には、中央に安全弁６の突起部６ａを通ずる中心孔を有する、ディスクホルダ１２を介して例えばＡｌ金属板よりなるディスク１１が配置される。
【００３７】
つぎに、本実施の形態の非水電解液二次電池に用いる安全弁について、図２および３を参照しながら詳細に説明する。
まず、安全弁の構成について説明する。図２Ａは、本実施の形態の非水電解液二次電池についての、通常状態における安全弁の働きを示す断面図である。この図２Ａは、図１のうちその上部を示したものである。ここで、サブディスク４はディスク１１の中心孔を塞いでいるものの、サブディスク４の径は小さいので、ディスク１１の外周近くに設けられている孔を塞いでいない。また、ディスク１１は、上述のようにその外周付近に設けられた孔は塞がれていないので電池内に存在する気体は通過することができる。これに対して、安全弁６は孔が存在しないので、電池内に存在する気体は外部に出ることができず気密の状態が保たれる。この状態が、図２Ａに示す通常状態である。
【００３８】
図３Ａは、本実施の形態の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、通常状態におけるその構成を示す平面図と断面図である。図３Ａからわかるように、突起部６ａを中心とする少なくとも２つの円のその円周上にほぼ沿って、それぞれ複数の線状肉薄部が形成されている。図３Ａにおいては、径が小さな円（以下、「小径円」という）と径が大きな円（以下、「大径円」という）が存在し、これらの小径円と大径円にそれぞれ沿った複数の線状肉薄部が示されている。すなわち、突起部６ａの近くには小径円に沿った肉薄部６ｇが４本形成されている。これらの肉薄部６ｇの長さはそれぞれほぼ等しく、また、肉薄部６ｇが形成されていない小径円上の弦の長さもほぼ等しい。
【００３９】
また、安全弁６の外周部の近くには大径円に沿った肉薄部６ｈが４本形成されている。これらの肉薄部６ｈの長さはそれぞれほぼ等しく、また、肉薄部６ｈが形成されていない大径円上の弦の長さもほぼ等しい。
【００４０】
さらに、隣り合う肉薄部６ｇと肉薄部６ｈのそれぞれの端部に差し渡って、放射方向に延長する肉薄部６ｉが形成されている。このように肉薄部６ｇ、肉薄部６ｈ、および肉薄部６ｉにより、連続した１本の肉薄部からなる、４枚の扇型の葉を有する形状が形成される。なお、これらの形状は、突起部を中心とする９０°ごとに、の同一パターンが繰り返される形状となっている。
また、図３Ａにおいて、肉薄部６ｇ，６ｈ，および６ｉの厚さは０．１ｍｍであり、これらの肉薄部６ｇ．６ｈ，および６ｉを除く部分、すなわち安全弁本体部６ｂと分離部６ｆの厚さは０．３ｍｍである。
【００４１】
ここで、葉の数は、上述した４枚には限定されるわけではない。すなわち、葉の数は２〜１０枚の範囲にあることが好ましい。葉が１枚であると、形状の対称性が失われるので、開裂（後述する）において、葉の部分が充分に分離できないおそれがあるからであり、１０枚より多くなると、肉薄部の総延長が長くなりすぎ、肉薄部をせん断するのに大きなエネルギーが必要となるので、開裂がかえって困難になるおそれがあるからである。
【００４２】
また、上述の実施の形態では、肉薄部が沿うべき円として小径円と大径円の２つについて説明したが、この２つの円に限定されるわけではない。３つ以上の円であってもかまわない。ただし、開裂が円滑に行われるためには、最大径の円に沿う肉薄部の線分の中央と突起部の中心を結ぶ直線に対して形状が対称となることが好ましい。また、上述したように最大径の円に沿う１つの肉薄部を含む形状が同一の角度で同一パターンが繰り返される形状であることが好ましい。
【００４３】
また、上述の実施の形態では、隣り合う薄肉部同士の端部を結ぶ線として、突起部の中心を通る放射方向の直線を採用したが、これに限定されるわけではない。放射方向の直線であっても突起部の中心を通らなくても良いし、直線でなく放射方向の曲線であってもかまわない。
【００４４】
また、上述の実施の形態では肉薄部６ｇ，６ｈ，および６ｉの厚さとして０．１ｍｍを採用したが、この厚さに限定されるわけではない。開裂させるべき圧力の値により適宜厚さを変更することができることはもちろんである。さらに、肉薄部６ｇ，６ｈ，および６ｉの厚さは肉薄部全体に一様にするばかりでなく、その一部について厚さを異ならせることにより、開裂が発生しやすい箇所を設けることもできる。
【００４５】
つぎに、安全弁の動作について、図２および３を参照しながら説明する。ここで、安全弁６は電流遮断機構と開裂機構の２つの機構を有している。
まず、電流遮断機構における動作について説明する。図２Ｂは、本実施の形態の非水電解液二次電池についての、電流遮断状態における安全弁の働きを示す断面図である。
【００４６】
何らかの原因で外装缶１内にガスが発生したとき、内部の圧力が増加する。このとき、発生したガスは、ディスク１１の外周付近に存在する孔を通過し、安全弁６の内側の面に圧力をかける。その結果、安全弁６は外側に押されて外側方向に膨らんで変形する。この変形により、電池内部の容積が増加し、その分だけ内圧を緩和することができる。
【００４７】
さらに、この安全弁６の変形により、安全弁６の突起部６ａとサブディスク４との溶接部において、その溶接部の周囲に存在するサブディスク４がせん断力により引きちぎられる。このように、突起部６ａとサブディスク４とが離れることにより、電極素子２の正極リード９と、蓋体７との間の電気的接続が切断される。すなわち、正極リード４は、突起部６ａを通じて安全弁６と、さらにＰＴＣ素子３および蓋体７を通じて電気的に接続されているが、上述のように正極リード９と突起部６ａとが離れることにより、正極リード９と蓋体７の電気的接続も切断されることになる。
【００４８】
ここで、安全弁６の変形についてさらに詳細に説明する。図２Ｂからわかるように、安全弁６が変形するときは、６ｋおよび６ｌの所で大きく変形する。すなわち、安全弁６の内側の平坦領域の外周部である６ｋと、突起部６ａのごく近くの６ｌの所である。このうち屈曲点である６ｌの位置は、図３Ａにおける、小径円に沿った部分、すなわち肉薄部６ｇの部分に相当する。この肉薄部６ｇの部分が機械的に一番弱いところであるので、圧力により最も大きく変形をするのである。これら以外の部分、すなわち、突起部６ａはほとんど変形せず、また突起部６ｓの外側の平坦部分も僅かな変形にとどまっている。
【００４９】
また、図２Ｂからわかるように、屈曲点である６ｋと６ｌの距離は大きい。そのため、安全弁６の変形により、突起部６ａは、サブディスク４から大きく離れることになる。このことにより、本実施の形態に用いる安全弁６は、従来の安全弁と同様に、突起部６ａとサブディスク４を大きく離すことができる。このように、突起部６ａとサブディスク４が大きく離れるので、電流遮断が確実に行えるという効果が発生する。
【００５０】
なお、図６Ａで説明した従来の安全弁６において、肉薄部６ｃの円の径を単に大きくするだけでは、上述の効果を得ることができない。すなわち、この場合は肉薄部６ｃの所で屈曲することになるので、図２Ｂにおける６ｋと６ｌの間に相当する距離が短くなる。この結果、突起部６ａとサブディスク４とを充分に離すことができなくなる。その結果、電流遮断の確実性が減少することになる。
【００５１】
つぎに、開裂機構における動作について説明する。図２Ｃは、本実施の形態の非水電解液二次電池についての、開裂状態における安全弁の働きを示す断面図である。
外装缶１内の圧力が、上述した電流遮断状態における圧力よりも、さらに増大するときは、安全弁６自体が開裂して、蓋体７に形成されている通気孔を通じ発生ガスを解放するようになされている。
【００５２】
この安全弁６の開裂の動作を、図３Ｂを参照して詳細に説明する。図３Ｂは、本実施の形態の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、開裂状態における開裂の様子を示す平面図と断面図である。
ここでは、つぎの順序により一連の開裂がなされる。すなわち、最初に小径円に沿う肉薄部６ｇがその溝に沿って開裂する。つぎに、この肉薄部６ｇが開裂することにより突起部が安全弁から離れるにしたがい、放射状に形成されている肉薄部６ｉにせん断力が作用し、その溝に沿って肉薄部６ｉが開裂する。つぎに、肉薄部６ｉが全て開裂すると、大径の円に沿う肉薄部６ｈがその溝と直角の方向に引張られるので、肉薄部６ｈには引張り応力が作用し開裂する。
なお、この場合は、図２Ｃで示すように、肉薄部６ｈが一部開裂せずに残ることもある。これは、外装缶内部の圧力の大きさにより決まるものである。
【００５３】
このように、外装缶１内部の圧力が高くなると、肉薄部６ｇ，６ｉ，および６ｈが連続的に開裂するので、これらの肉薄部６ｇ，６ｉ，および６ｈにより囲まれた分離部６ｆの全部または大部分を安全弁本体部６ｂから短時間に切り離すことができる。この結果、発生したガスの通過する断面積を非常に大きくすることができ、発生したガスを安全弁６の開裂後短時間に外部に解放することができる。
【００５４】
つぎに、本実施の形態の非水電解液二次電池に用いる安全弁の効果を確認するために、安全弁の電流遮断機構および開裂機構について検討を行った。
検討に用いた安全弁は、図３に示すものである。また、本実施の形態に用いる安全弁と比較するために、図６Ａに示す従来用いられていた安全弁についても検討をした。
【００５５】
ここで、本実施の形態の安全弁および従来用いられていた安全弁とも、互いに平坦部の厚さを同じにし、かつ肉薄部の厚さも同じにした。また、本実施の形態に用いる安全弁（図３Ａ）における肉薄部６ｇに対応する円の径と、従来用いられていた安全弁（図６Ａ）における肉薄部６ｃに対応する円の径を同じにした。また、本実施の形態（図３Ａ）における肉薄部６ｈに対応する大径の円の半径と、従来例（図６Ａ）における肉薄部６ｃの外側の端部から突起部の中心までの距離を同じにした。
【００５６】
本実施の形態および従来例ともに、電流遮断機構および開裂機構の検討については、電極素子を用いることなく円筒型の電池に安全弁を封口して組立て、ついで缶底に油圧シリンダを取り付けて加圧試験を実施した。
【００５７】
検討の結果、本実施の形態における電流遮断作動圧力は１．５ＭＰａであり、従来例における電流遮断作動圧力も１．５ＭＰａであった。このように、本実施の形態においても、従来用いられていた安全弁と同一の圧力で電流遮断をすることができる。
また、本実施の形態における開裂作動圧力は２．５ＭＰａであり、従来例の開裂作動圧力も２．５ＭＰａであった。このように、本実施の形態においては、従来用いられていた安全弁と同一の圧力で開裂機構を作動することができる。
【００５８】
つぎに、上述の開裂状態における、開裂の様子を本実施の形態および従来例について観察をした。
その結果、本実施の形態においては、図２Ｃに示すように、肉薄部６ｇの全て、および肉薄部６ｉの全てが開裂していた。また、肉薄部６ｈについては、一個所を除き全てが開裂していた。一方、従来例においては、図５Ｃに示すように、肉薄部６ｃはほとんど開裂していたが、肉薄部６ｄは中心側からから半分ぐらいの所までしか開裂をしたおらず、また、開裂の幅も狭いものであった。
【００５９】
これらの観察結果から、本実施の形態に用いる安全弁と従来用いられていた安全弁の開裂の状態を比較すると、発生ガスの通過面積は、従来例が中心の円の部分６ｅとそのまわりの肉薄部６ｄの僅かな隙間であるのに対して、本実施の形態においては、分離部６ｆがほとんど切り離されているので通過面積は大きいものであった。したがって、外装缶１内にガスが発生した場合は、従来用いられていた安全弁よりも本実施の形態に用いる安全弁の方が、発生ガスを短時間に外部に解放することができる。
【００６０】
以上のことから、本実施の形態によれば、突起部を中心とする少なくとも２つの円周上にほぼ沿って、それぞれ複数の線状肉薄部が形成され、隣り合う各線状肉薄部の端部に差し渡って放射方向に延長する肉薄部が形成されているので、電流遮断時における突起部とリードとの距離が十分にとれ、また開裂時におけるガスの通過面積が大きくなる。この結果、電流遮断時において確実に電流遮断ができ、また開裂時においてガスを短時間に解放できる。
【００６１】
なお、上述の実施の形態では、筒状の非水電解液二次電池についた説明したが、本発明の適用範囲はこの筒状の非水電解液二次電池に限定されるものではない。すなわち、その他、圧力解放機構を有する他の電池に適用できることはもちろんである。
また、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
突起部を中心とする少なくとも２つの円周上にほぼ沿って、それぞれ複数の線状肉薄部が形成され、隣り合う各線状肉薄部の端部に差し渡って放射方向に延長する肉薄部が形成されているので、電流遮断時において確実に電流遮断ができ、また開裂時においてガスを短時間に解放できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非水電解液二次電池に係る発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の非水電解液二次電池についての、通常状態、電流遮断状態、および開裂状態における安全弁の働きを示す断面図である。
【図３】本発明の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、通常状態におけるその構成、および開裂状態における開裂の様子を示す平面図と断面図である。
【図４】従来の非水電解液二次電池を示す断面図である。
【図５】従来の非水電解液二次電池についての、通常状態、電流遮断状態、および開裂状態における安全弁の働きを示す断面図である。
【図６】従来の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、通常状態におけるその構成、および開裂状態における開裂の様子を示す平面図と断面図である。
【符号の説明】
１‥‥外装缶、２‥‥電極素子、３‥‥ＰＴＣ素子、４‥‥サブディスク、６‥‥安全弁、６ａ‥‥突起部、６ｂ‥‥安全弁本体部、６ｃ，６ｄ，６ｇ，６ｈ，６ｉ‥‥肉薄部、６ｅ，６ｆ‥‥分離部、７‥‥蓋体、８‥‥ガスケット、９‥‥正極リード、１０‥‥負極リード、１１‥‥ディスク、１２‥‥ディスクホルダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ラップトップコンピュータ、ワープロ等の携帯情報機器、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、液晶テレビジョン等のＡＶ機器や、携帯電話等の移動体通信機器等の発展はめざましく、電源として用いられる電池に対して、小型、軽量、高エネルギー密度の二次電池が要求されている。これまで、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の水溶液系二次電池が使用されていたが、軽量化、高エネルギー密度等の要求に対して、十分でない。
最近、高エネルギー密度を有しクリーンな電池として、非水電解液二次電池に大きな関心と期待が持たれている。
【０００３】
ここで、従来の非水電解液二次電池について、図４〜６を参照しながら説明する。
図４は、従来の非水電解液二次電池（例えば、特開平８−３１５７９８号公報に開示されている）を示す断面図である。
【０００４】
この非水電解液二次電池においては、円筒型の有底外装缶１内に、電極素子２が収容され、外装缶１内に非水電解液（図示せず）が注入され、この非水電解液が電極素子２に含浸されて成る。
【０００５】
電極素子２は、それぞれフィルム状の正極電極と負極電極とが、フィルム状のセパレータを介して積層され、この積層フィルムが、例えば円筒状の巻芯の周囲に渦巻き状に巻回されて成る。
【０００６】
この電極素子２は、外装缶１内に、負極リード１０の導出側を、外装缶１の底部側にして挿入される。
電極素子２を挟んでその両側には、絶縁薄板が配置され、その外側に、電極素子２の各リード９および１０の遊端を導出する。そして、負極リード１０の遊端は、電極端子導出部となる外装缶１の底面に溶接される。
【０００７】
外装缶１の一端側には、蓋体７、ＰＴＣ素子３、及び安全弁６がガスケット８を介してかしめつけられて封口される。
安全弁６は、その中央部に、電極素子２側に向かって突出する突起部６ａが形成され、その突起部６ａが、正極リード９の遊端に溶接されたサブディスク４と溶接される。これにより、突起部６ａは電極素子２の正極リード９と電気的に接続される。
【０００８】
つぎに、従来の非水電解液二次電池に用いる安全弁について、図５および６を参照しながら詳細に説明する。
まず、安全弁の構成について説明する。図５Ａは、従来の非水電解液二次電池についての、通常状態における安全弁の働きを示す断面図である。この図５Ａは、図４のうちその上部を示したものである。
【０００９】
図６Ａは、従来の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、通常状態におけるその構成を示す平面図と断面図である。図６Ａからわかるように、突起部６ａを中心とする円にほぼ沿って、線状の肉薄部６ｃが形成されている。さらに、薄肉部６ｃの外側には、放射方向に延長する４本の肉薄部６ｄが形成されている。
【００１０】
つぎに、安全弁の動作について、図５および６を参照しながら説明する。ここで、安全弁６は電流遮断機構と開裂機構の２つの機構を有している。
まず、電流遮断機構における動作について説明する。図５Ｂは、従来の非水電解液二次電池についての、電流遮断状態における安全弁の働きを示す断面図である。
【００１１】
何らかの原因で外装缶１内にガスが発生したとき、内部の圧力が増加する。このとき、発生したガスは、ディスク１１の外周付近に存在する孔を通過し、安全弁６の内側の面に圧力をかける。これにより安全弁６は外側に変形する。
【００１２】
さらに、この安全弁６の変形により、安全弁６の突起部６ａとサブディスク４との溶接部において、その溶接部の周囲に存在するサブディスク４がせん断力により引きちぎられる。このように、突起部６ａとサブディスク４とが離れることにより、電極素子２の正極リード９と、蓋体７との間の電気的接続が切断される。
【００１３】
ここで、安全弁６の変形についてさらに詳細に説明する。図５Ｂからわかるように、安全弁６が変形するときは、６ｋおよび６ｌの所で大きく変形する。すなわち、安全弁６の内側の平坦領域の外周部である６ｋと、突起部６ａのごく近くの６ｌの所である。このうち屈曲点である６ｌの位置は、図６Ａにおける、肉薄部６ｃの部分に相当する。この肉薄部６ｃの部分が機械的に一番弱いところであるので、圧力により最も大きく変形をするのである。
【００１４】
また、図５Ｂからわかるように、屈曲点である６ｋと６ｌの距離は大きい。そのため、安全弁６の変形により、突起部６ａは、サブディスク４から大きく離れることになる。このように、突起部６ａとサブディスク４が大きく離れるので、電流遮断が確実に行うことができる。
【００１５】
つぎに、開裂機構における動作について説明する。図５Ｃは、従来の非水電解液二次電池についての、開裂状態における安全弁の働きを示す断面図である。
外装缶１内の圧力が、上述した電流遮断状態における圧力よりも、さらに増大するときは、安全弁６自体が開裂して、蓋体７に形成されている通気孔を通じ発生ガスを解放するようになされている。
【００１６】
この安全弁６の開裂の動作を、図６Ｂを参照して詳細に説明する。図６Ｂは、従来の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、開裂状態における開裂の様子を示す平面図と断面図である。
【００１７】
ここでは、つぎの順序により一連の開裂がなされる。すなわち、最初に円に沿う肉薄部６ｃがその溝に沿って開裂する。つぎに、放射状に形成されている肉薄部６ｄに、溝の方向に直角方向の引張り力が作用し、その溝に沿って肉薄部６ｄが開裂する。なお、この場合は、図５Ｃで示すように、肉薄部６ｃが一部開裂せずに残ることもある。
【００１８】
このように、外装缶１内部の圧力が高くなると、肉薄部６ｃおよび６ｄが連続的に開裂するので、発生したガスを安全弁６の開裂後に外部に解放することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の非水電解液二次電池では、肉薄部６ｃはほとんど開裂するが、肉薄部６ｄは中心側からから半分ぐらいの所までしか開裂せず、また、開裂の幅も狭いものである。すなわち、発生ガスの通過面積は、中心の円の部分である分離部６ｅとそのまわりの肉薄部６ｄの僅かな隙間だけである。したがって、外装缶１内にガスが発生した場合は、従来用いられていた安全弁では、発生ガスを短時間に外部に解放することができないという問題がある。
【００２０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電流遮断時において確実に電流遮断ができ、また開裂時においてガスを短時間に解放できる非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の非水電解液二次電池は、電極素子と、電極素子が収納された筒状外装缶と、筒状外装缶の一端側に設けられた薄板状の安全弁とを備える。そして、安全弁は、中心部に電極素子のリードと接続する突起部と、安全弁内において他の部分よりも薄く、連続した線状に形成される肉薄部と、肉薄部で囲まれた分離部とを有する。肉薄部は、突起部を中心とする小径円に沿って線状に設けられた第１肉薄部と、突起部を中心とする大径円に沿って線状に設けられた第２肉薄部と、突起部からの放射線方向に沿って設けられた第３肉薄部とからなる。また、分離部に第２肉薄部及び第３肉薄部に囲まれた扇状部位が設けられる。そして、肉薄部において安全弁と分離部とが開列可能であり、分離部内に突起部が形成されている。
【００２２】
本発明の非水電解液二次電池によれば、突起部を中心とする少なくとも２つの円周上にほぼ沿って、それぞれ複数の線状肉薄部が形成され、隣り合う各線状肉薄部の端部に差し渡って放射方向に延長する肉薄部が形成されているので、電流遮断時における突起部とリードとの距離が十分にとれ、また開裂時におけるガスの通過面積が大きくなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、非水電解液二次電池に係る発明の実施の形態について、図１〜３を参照しながら説明する。
図１は、非水電解液二次電池に係る発明の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態は、リチウムをドープ、脱ドープ可能な材料を正極及び（または）負極に備え、非水電解液を備えてなる、非水電解液リチウム二次電池に適用した場合であるが、本発明はこの実施の形態および図１の例に限られるものではない。
【００２４】
この実施の形態においては、ニッケル（Ｎｉ）メッキが施された鉄製の円筒型の有底外装缶１内に、電極素子２が収容され、外装缶１内に非水電解液（図示せず）が注入され、この非水電解液が電極素子２に含浸されて成る。
なお、外装缶１は上述のように円筒型のものに限定されるわけではない。このほか角形等他の筒状の電池であってもかまわない。
【００２５】
電極素子２は、それぞれフィルム状の正極電極と負極電極とが、フィルム状のセパレータを介して積層され、この積層フィルムが、例えば円筒状の巻芯の周囲に渦巻き状に巻回されて成る。
【００２６】
電極素子２の正極電極および負極電極は、それぞれ例えばアルミニウム（Ａｌ）箔および銅（Ｃｕ）箔より成る帯状の集電体箔の両面に正極活物質および負極活物質が塗布されて成る。
【００２７】
各正極電極および負極電極の、各集電体箔の互いの反対側の端部からＡｌより成る正極リード９およびＮｉより成る負極リード１０の一端が溶接され、図１に示すように、例えば電極素子２の中心部から正極リード９が電極素子２外に導出され、電極素子２の外周側から負極リード１０が導出される。
【００２８】
この電極素子２は、外装缶１内に、負極リード１０の導出側を、外装缶１の底部側にして挿入される。
電極素子２を挟んでその両側には、絶縁薄板が配置され、その外側に、電極素子２の各リード９および１０の遊端を導出する。そして、負極リード１０の遊端は、例えば電極端子導出部となる外装缶１の底面に溶接される。
【００２９】
上述の電極素子２において、正極電極の正極活物質は、例えばＬｉを脱ドープ、再ドープ可能な物質、例えばリチウム遷移金属複合酸化物による活物質Ｌｉx ＭＯ2 （Ｍは、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎの１種以上の遷移金属で、０．４≦ｘ≦１．１）で表せる複合酸化物、中でもＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 等が好ましい。このようなリチウム遷移金属酸化物は、例えばＬｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎの炭酸塩、硝酸塩、酸化物、水酸化物等を出発原料として、これらを組成に応じた量で混合し、６００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成することにより得られる。
【００３０】
また、負極電極の負極活物質は、例えばＬｉをドープ、脱ドープ可能な物質例えば２０００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料や、結晶化しやすい原料を３０００℃近くの高温で処理した人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性材料等が用いられる。例えば、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭などが使用可能である。
【００３１】
低結晶性炭素材料として好ましくはフラン樹脂や、石油ピッチ等を１５００℃未満で焼成して炭素化したもので、広角Ｘ線回折法による（００２）面の面間隔が３．７０オングストローム以上、真密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 未満であり、かつ空気気流中の示差熱分析で７００℃以上に発熱ピークを有していない炭素質材料を用いる。黒鉛粉末として好ましくは、広角Ｘ線回折法による（００２）面の面間隔が３．４２オングストローム未満である炭素質材料を用いる。これらの炭素質材料は、Ｌｉのドープ、脱ドープ量が大きく、かつ充放電サイクル寿命性能にすぐれている材料であり、また負極材料は、正極材料との組み合せで、使用する機器に最も適合する組み合せを選定することができる。
【００３２】
セパレータは、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、テフロンの微多孔膜によって構成することができる。
【００３３】
また、非水電解液は、有機溶媒とこれに溶解した電解質から成る。あるいは、非水電解液を高分子化合物と混合させたいわゆるポリマー電解質や、高分子化合物に電解質を混合もしくは結合させたポリマー電解質を用いることもできる。
有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−パレロラクトン等の環状エステル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン等のエーテル等の１種以上を用いることができる。
電解質としては、用いる溶媒に溶解し、イオン導電性を示すリチウム塩の例えばＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＣ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 等の１種以上を用いることができる。
【００３４】
外装缶１の一端側には、蓋体７、ＰＴＣ素子３、及び安全弁６がガスケット８を介してかしめつけられて封口される。すなわち、例えばステンレス、Ｎｉ、Ｆｅによる正極側端子導出部となる蓋体７と、例えば正温度特性を有するリング状のＰＴＣ素子３と、その内側に配置された例えばＡｌによる安全弁６が、ガスケット８によって挟み込まれて外装缶１の開口端にかしめつけられて封止される。
【００３５】
安全弁６は、例えばその中央部に、電極素子２側に向かって突出する突起部６ａが形成され、その突起部６ａが、正極リード９の遊端に溶接された例えばＡｌによるサブディスク４と溶接される。これにより、突起部６ａは電極素子２の正極リード９と電気的に接続される。
【００３６】
また、安全弁６とサブディスク４との間には、中央に安全弁６の突起部６ａを通ずる中心孔を有する、ディスクホルダ１２を介して例えばＡｌ金属板よりなるディスク１１が配置される。
【００３７】
つぎに、本実施の形態の非水電解液二次電池に用いる安全弁について、図２および３を参照しながら詳細に説明する。
まず、安全弁の構成について説明する。図２Ａは、本実施の形態の非水電解液二次電池についての、通常状態における安全弁の働きを示す断面図である。この図２Ａは、図１のうちその上部を示したものである。ここで、サブディスク４はディスク１１の中心孔を塞いでいるものの、サブディスク４の径は小さいので、ディスク１１の外周近くに設けられている孔を塞いでいない。また、ディスク１１は、上述のようにその外周付近に設けられた孔は塞がれていないので電池内に存在する気体は通過することができる。これに対して、安全弁６は孔が存在しないので、電池内に存在する気体は外部に出ることができず気密の状態が保たれる。この状態が、図２Ａに示す通常状態である。
【００３８】
図３Ａは、本実施の形態の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、通常状態におけるその構成を示す平面図と断面図である。図３Ａからわかるように、突起部６ａを中心とする少なくとも２つの円のその円周上にほぼ沿って、それぞれ複数の線状肉薄部が形成されている。図３Ａにおいては、径が小さな円（以下、「小径円」という）と径が大きな円（以下、「大径円」という）が存在し、これらの小径円と大径円にそれぞれ沿った複数の線状肉薄部が示されている。すなわち、突起部６ａの近くには小径円に沿った肉薄部６ｇが４本形成されている。これらの肉薄部６ｇの長さはそれぞれほぼ等しく、また、肉薄部６ｇが形成されていない小径円上の弦の長さもほぼ等しい。
【００３９】
また、安全弁６の外周部の近くには大径円に沿った肉薄部６ｈが４本形成されている。これらの肉薄部６ｈの長さはそれぞれほぼ等しく、また、肉薄部６ｈが形成されていない大径円上の弦の長さもほぼ等しい。
【００４０】
さらに、隣り合う肉薄部６ｇと肉薄部６ｈのそれぞれの端部に差し渡って、放射方向に延長する肉薄部６ｉが形成されている。このように肉薄部６ｇ、肉薄部６ｈ、および肉薄部６ｉにより、連続した１本の肉薄部からなる、４枚の扇型の葉を有する形状が形成される。なお、これらの形状は、突起部を中心とする９０°ごとに、の同一パターンが繰り返される形状となっている。
また、図３Ａにおいて、肉薄部６ｇ，６ｈ，および６ｉの厚さは０．１ｍｍであり、これらの肉薄部６ｇ．６ｈ，および６ｉを除く部分、すなわち安全弁本体部６ｂと分離部６ｆの厚さは０．３ｍｍである。
【００４１】
ここで、葉の数は、上述した４枚には限定されるわけではない。すなわち、葉の数は２〜１０枚の範囲にあることが好ましい。葉が１枚であると、形状の対称性が失われるので、開裂（後述する）において、葉の部分が充分に分離できないおそれがあるからであり、１０枚より多くなると、肉薄部の総延長が長くなりすぎ、肉薄部をせん断するのに大きなエネルギーが必要となるので、開裂がかえって困難になるおそれがあるからである。
【００４２】
また、上述の実施の形態では、肉薄部が沿うべき円として小径円と大径円の２つについて説明したが、この２つの円に限定されるわけではない。３つ以上の円であってもかまわない。ただし、開裂が円滑に行われるためには、最大径の円に沿う肉薄部の線分の中央と突起部の中心を結ぶ直線に対して形状が対称となることが好ましい。また、上述したように最大径の円に沿う１つの肉薄部を含む形状が同一の角度で同一パターンが繰り返される形状であることが好ましい。
【００４３】
また、上述の実施の形態では、隣り合う薄肉部同士の端部を結ぶ線として、突起部の中心を通る放射方向の直線を採用したが、これに限定されるわけではない。放射方向の直線であっても突起部の中心を通らなくても良いし、直線でなく放射方向の曲線であってもかまわない。
【００４４】
また、上述の実施の形態では肉薄部６ｇ，６ｈ，および６ｉの厚さとして０．１ｍｍを採用したが、この厚さに限定されるわけではない。開裂させるべき圧力の値により適宜厚さを変更することができることはもちろんである。さらに、肉薄部６ｇ，６ｈ，および６ｉの厚さは肉薄部全体に一様にするばかりでなく、その一部について厚さを異ならせることにより、開裂が発生しやすい箇所を設けることもできる。
【００４５】
つぎに、安全弁の動作について、図２および３を参照しながら説明する。ここで、安全弁６は電流遮断機構と開裂機構の２つの機構を有している。
まず、電流遮断機構における動作について説明する。図２Ｂは、本実施の形態の非水電解液二次電池についての、電流遮断状態における安全弁の働きを示す断面図である。
【００４６】
何らかの原因で外装缶１内にガスが発生したとき、内部の圧力が増加する。このとき、発生したガスは、ディスク１１の外周付近に存在する孔を通過し、安全弁６の内側の面に圧力をかける。その結果、安全弁６は外側に押されて外側方向に膨らんで変形する。この変形により、電池内部の容積が増加し、その分だけ内圧を緩和することができる。
【００４７】
さらに、この安全弁６の変形により、安全弁６の突起部６ａとサブディスク４との溶接部において、その溶接部の周囲に存在するサブディスク４がせん断力により引きちぎられる。このように、突起部６ａとサブディスク４とが離れることにより、電極素子２の正極リード９と、蓋体７との間の電気的接続が切断される。すなわち、正極リード４は、突起部６ａを通じて安全弁６と、さらにＰＴＣ素子３および蓋体７を通じて電気的に接続されているが、上述のように正極リード９と突起部６ａとが離れることにより、正極リード９と蓋体７の電気的接続も切断されることになる。
【００４８】
ここで、安全弁６の変形についてさらに詳細に説明する。図２Ｂからわかるように、安全弁６が変形するときは、６ｋおよび６ｌの所で大きく変形する。すなわち、安全弁６の内側の平坦領域の外周部である６ｋと、突起部６ａのごく近くの６ｌの所である。このうち屈曲点である６ｌの位置は、図３Ａにおける、小径円に沿った部分、すなわち肉薄部６ｇの部分に相当する。この肉薄部６ｇの部分が機械的に一番弱いところであるので、圧力により最も大きく変形をするのである。これら以外の部分、すなわち、突起部６ａはほとんど変形せず、また突起部６ｓの外側の平坦部分も僅かな変形にとどまっている。
【００４９】
また、図２Ｂからわかるように、屈曲点である６ｋと６ｌの距離は大きい。そのため、安全弁６の変形により、突起部６ａは、サブディスク４から大きく離れることになる。このことにより、本実施の形態に用いる安全弁６は、従来の安全弁と同様に、突起部６ａとサブディスク４を大きく離すことができる。このように、突起部６ａとサブディスク４が大きく離れるので、電流遮断が確実に行えるという効果が発生する。
【００５０】
なお、図６Ａで説明した従来の安全弁６において、肉薄部６ｃの円の径を単に大きくするだけでは、上述の効果を得ることができない。すなわち、この場合は肉薄部６ｃの所で屈曲することになるので、図２Ｂにおける６ｋと６ｌの間に相当する距離が短くなる。この結果、突起部６ａとサブディスク４とを充分に離すことができなくなる。その結果、電流遮断の確実性が減少することになる。
【００５１】
つぎに、開裂機構における動作について説明する。図２Ｃは、本実施の形態の非水電解液二次電池についての、開裂状態における安全弁の働きを示す断面図である。
外装缶１内の圧力が、上述した電流遮断状態における圧力よりも、さらに増大するときは、安全弁６自体が開裂して、蓋体７に形成されている通気孔を通じ発生ガスを解放するようになされている。
【００５２】
この安全弁６の開裂の動作を、図３Ｂを参照して詳細に説明する。図３Ｂは、本実施の形態の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、開裂状態における開裂の様子を示す平面図と断面図である。
ここでは、つぎの順序により一連の開裂がなされる。すなわち、最初に小径円に沿う肉薄部６ｇがその溝に沿って開裂する。つぎに、この肉薄部６ｇが開裂することにより突起部が安全弁から離れるにしたがい、放射状に形成されている肉薄部６ｉにせん断力が作用し、その溝に沿って肉薄部６ｉが開裂する。つぎに、肉薄部６ｉが全て開裂すると、大径の円に沿う肉薄部６ｈがその溝と直角の方向に引張られるので、肉薄部６ｈには引張り応力が作用し開裂する。
なお、この場合は、図２Ｃで示すように、肉薄部６ｈが一部開裂せずに残ることもある。これは、外装缶内部の圧力の大きさにより決まるものである。
【００５３】
このように、外装缶１内部の圧力が高くなると、肉薄部６ｇ，６ｉ，および６ｈが連続的に開裂するので、これらの肉薄部６ｇ，６ｉ，および６ｈにより囲まれた分離部６ｆの全部または大部分を安全弁本体部６ｂから短時間に切り離すことができる。この結果、発生したガスの通過する断面積を非常に大きくすることができ、発生したガスを安全弁６の開裂後短時間に外部に解放することができる。
【００５４】
つぎに、本実施の形態の非水電解液二次電池に用いる安全弁の効果を確認するために、安全弁の電流遮断機構および開裂機構について検討を行った。
検討に用いた安全弁は、図３に示すものである。また、本実施の形態に用いる安全弁と比較するために、図６Ａに示す従来用いられていた安全弁についても検討をした。
【００５５】
ここで、本実施の形態の安全弁および従来用いられていた安全弁とも、互いに平坦部の厚さを同じにし、かつ肉薄部の厚さも同じにした。また、本実施の形態に用いる安全弁（図３Ａ）における肉薄部６ｇに対応する円の径と、従来用いられていた安全弁（図６Ａ）における肉薄部６ｃに対応する円の径を同じにした。また、本実施の形態（図３Ａ）における肉薄部６ｈに対応する大径の円の半径と、従来例（図６Ａ）における肉薄部６ｃの外側の端部から突起部の中心までの距離を同じにした。
【００５６】
本実施の形態および従来例ともに、電流遮断機構および開裂機構の検討については、電極素子を用いることなく円筒型の電池に安全弁を封口して組立て、ついで缶底に油圧シリンダを取り付けて加圧試験を実施した。
【００５７】
検討の結果、本実施の形態における電流遮断作動圧力は１．５ＭＰａであり、従来例における電流遮断作動圧力も１．５ＭＰａであった。このように、本実施の形態においても、従来用いられていた安全弁と同一の圧力で電流遮断をすることができる。
また、本実施の形態における開裂作動圧力は２．５ＭＰａであり、従来例の開裂作動圧力も２．５ＭＰａであった。このように、本実施の形態においては、従来用いられていた安全弁と同一の圧力で開裂機構を作動することができる。
【００５８】
つぎに、上述の開裂状態における、開裂の様子を本実施の形態および従来例について観察をした。
その結果、本実施の形態においては、図２Ｃに示すように、肉薄部６ｇの全て、および肉薄部６ｉの全てが開裂していた。また、肉薄部６ｈについては、一個所を除き全てが開裂していた。一方、従来例においては、図５Ｃに示すように、肉薄部６ｃはほとんど開裂していたが、肉薄部６ｄは中心側からから半分ぐらいの所までしか開裂をしたおらず、また、開裂の幅も狭いものであった。
【００５９】
これらの観察結果から、本実施の形態に用いる安全弁と従来用いられていた安全弁の開裂の状態を比較すると、発生ガスの通過面積は、従来例が中心の円の部分６ｅとそのまわりの肉薄部６ｄの僅かな隙間であるのに対して、本実施の形態においては、分離部６ｆがほとんど切り離されているので通過面積は大きいものであった。したがって、外装缶１内にガスが発生した場合は、従来用いられていた安全弁よりも本実施の形態に用いる安全弁の方が、発生ガスを短時間に外部に解放することができる。
【００６０】
以上のことから、本実施の形態によれば、突起部を中心とする少なくとも２つの円周上にほぼ沿って、それぞれ複数の線状肉薄部が形成され、隣り合う各線状肉薄部の端部に差し渡って放射方向に延長する肉薄部が形成されているので、電流遮断時における突起部とリードとの距離が十分にとれ、また開裂時におけるガスの通過面積が大きくなる。この結果、電流遮断時において確実に電流遮断ができ、また開裂時においてガスを短時間に解放できる。
【００６１】
なお、上述の実施の形態では、筒状の非水電解液二次電池についた説明したが、本発明の適用範囲はこの筒状の非水電解液二次電池に限定されるものではない。すなわち、その他、圧力解放機構を有する他の電池に適用できることはもちろんである。
また、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
突起部を中心とする少なくとも２つの円周上にほぼ沿って、それぞれ複数の線状肉薄部が形成され、隣り合う各線状肉薄部の端部に差し渡って放射方向に延長する肉薄部が形成されているので、電流遮断時において確実に電流遮断ができ、また開裂時においてガスを短時間に解放できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非水電解液二次電池に係る発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の非水電解液二次電池についての、通常状態、電流遮断状態、および開裂状態における安全弁の働きを示す断面図である。
【図３】本発明の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、通常状態におけるその構成、および開裂状態における開裂の様子を示す平面図と断面図である。
【図４】従来の非水電解液二次電池を示す断面図である。
【図５】従来の非水電解液二次電池についての、通常状態、電流遮断状態、および開裂状態における安全弁の働きを示す断面図である。
【図６】従来の非水電解液二次電池に用いる安全弁についての、通常状態におけるその構成、および開裂状態における開裂の様子を示す平面図と断面図である。
【符号の説明】
１‥‥外装缶、２‥‥電極素子、３‥‥ＰＴＣ素子、４‥‥サブディスク、６‥‥安全弁、６ａ‥‥突起部、６ｂ‥‥安全弁本体部、６ｃ，６ｄ，６ｇ，６ｈ，６ｉ‥‥肉薄部、６ｅ，６ｆ‥‥分離部、７‥‥蓋体、８‥‥ガスケット、９‥‥正極リード、１０‥‥負極リード、１１‥‥ディスク、１２‥‥ディスクホルダ
Claims (6)
- 電極素子と、
前記電極素子が収納された筒状外装缶と、
前記筒状外装缶の一端側に設けられた薄板状の安全弁とを備え、
前記安全弁は、
中心部に前記電極素子のリードと接続する突起部と、
前記安全弁内において他の部分よりも薄く、連続した線状に形成される肉薄部と、
前記肉薄部で囲まれた分離部とを有し、
前記肉薄部は、前記突起部を中心とする小径円に沿って線状に設けられた第１肉薄部と、前記突起部を中心とする大径円に沿って線状に設けられた第２肉薄部と、前記突起部からの放射線方向に沿って設けられた第３肉薄部とからなり、
前記分離部に前記第２肉薄部及び前記第３肉薄部に囲まれた扇状部位が設けられ、
前記肉薄部において前記安全弁と前記分離部とが開列可能であり、
前記分離部内に前記突起部が形成されている
非水電解液二次電池。 - 前記分離部に形成される前記扇状部位が２以上１０以下である請求項１に記載の非水電解液二次電池。
- 複数形成される前記第１肉薄部の長さがそれぞれほぼ等しく、複数形成される前記第２肉薄部の長さがそれぞれほぼ等しい請求項２に記載の非水電解液二次電池。
- 前記分離部が前記突起部を通る直線に対して線対称である請求項３に記載の非水電解質二次電池。
- 前記分離部に形成される複数の前記扇状部位が、それぞれ同一形状である請求項３に記載の非水電解液二次電池。
- 前記第１肉薄部及び前記第２肉薄部と異なる径の円に沿って線状に設けられた第４肉薄部を有し、前記第３肉薄部を介して、前記第１肉薄部、前記第２肉薄部及び前記第４肉薄部が連続して形成されている請求項１に記載の非水電解液二次電池。
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