JP4951207B2 - Cylindrical sealed battery - Google Patents
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Description
この発明は、発電要素を収容した有底筒状正極缶と、この正極缶の開口部内側面と負極端子板との間の介在する環状封口ガスケットとを有する筒形密閉電池に関し、たとえば、筒形やボビン形のリチウム電池に適用して有効である。 The present invention relates to a cylindrical sealed battery having a bottomed cylindrical positive electrode can containing a power generation element and an annular sealing gasket interposed between an inner surface of an opening of the positive electrode can and a negative electrode terminal plate. And is effective when applied to lithium batteries of bobbin type.
たとえば特許文献１や２等に開示されている筒形密閉電池は、図２に示すように、発電要素２０を収容した正極缶１１’の開口部を、この正極缶１１’の開口部内側面と負極端子板２７の外周縁部との間の介在する環状封口ガスケット３２’を用いて密閉封止している。
For example, as shown in FIG. 2, the cylindrical sealed battery disclosed in
正極缶１１’は有底筒状であって、その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成されている。正極缶１１には、ガスケット３２’を下方から支持するビーディング部１３と、ガスケット３２’を外方から圧迫するかしめ部（カール加工部）１４’とが形成されている。ガスケット３２’の材質としてはポリオレフィン系樹脂が従来使用されていた。
The positive electrode can 11 ′ has a bottomed cylindrical shape, and a convex positive
図示例の筒形密閉電池は、負極作用物質２３としてリチウムを用いた筒形リチウム電池であって、この負極作用物質２３がセパレータ２２および正極作用物質２１と共に正極缶１１’内に装填されて非水電解液に浸漬されている。
The cylindrical sealed battery of the illustrated example is a cylindrical lithium battery using lithium as the negative electrode
正極缶１１’は正極集電子および正極端子を兼ねる。負極作用物質２３には負極集電体２４に圧着し、この負極集電体２４は負極集電リード２５を介して金属製封口板２６に導電接続されている。封口板２６は負極端子板２７と正極缶１１’内との間を気密隔離するものであって、その周辺部は負極端子板２７と封口ガスケット３２’の間に挟持されている。
上述した筒形密閉手電池について、本発明者らは、とくに高温環境下での保存や使用に対応するための耐熱性について検証したところ、次のような問題のあることがあきらかとなった。 Regarding the above-described cylindrical sealed hand battery, the present inventors have verified the heat resistance to cope with the storage and use particularly in a high temperature environment, and it has become clear that there are the following problems.
すなわち、電池をたとえば９５℃以上の高温環境下に放置すると、ポリオレフィン系樹脂製のガスケット３２’が脆化して漏液が生じやすくなる。また、正極缶１１’とガスケット３２間に隙間が生じやすく、これも漏液の原因となる。正極缶１１’の開口端部はガスケット３２’を外方が圧迫するべくかしめ加工されるが、このかしめ部１４’とガスケット３２’の間に隙間が生じて耐漏液性を低下させていることが判明した。
That is, if the battery is left in a high temperature environment of, for example, 95 ° C. or higher, the
従来においては、ガスケットのシール機能を高めるために、ガスケットにポリブテンを用いたシール剤を塗布することが行われていた。しかし、このシール剤も高環境下では十分な効果を得られないことが判明した。つまり、耐熱性を高めることはできなかった。 Conventionally, in order to enhance the sealing function of the gasket, a sealing agent using polybutene has been applied to the gasket. However, it has been found that this sealing agent cannot obtain a sufficient effect even in a high environment. That is, the heat resistance could not be improved.
一方、ガスケットの耐熱性を高める手段としては、ＰＴＥＥやＰＦＡのようなフッ素系樹脂の使用が有効であることが知られている。しかし、フッ素系樹脂は耐熱性にすぐれてはいるが、非常に高コストであるという問題がある。 On the other hand, it is known that the use of a fluorine-based resin such as PTEE or PFA is effective as means for increasing the heat resistance of the gasket. However, although the fluororesin is excellent in heat resistance, there is a problem that it is very expensive.
この発明は以上のような技術背景および問題を鑑みたものであって、その目的は、ガスケットの材質に高コストなフッ素系樹脂を使わず、低コスト化に適した材質および構成でもって、高温環境下での保存や使用に対応可能な耐熱性を備えた筒形密閉電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the technical background and problems as described above, and its object is not to use a high-cost fluorine-based resin for the gasket material, but to use a high-temperature material and configuration suitable for cost reduction. An object of the present invention is to provide a cylindrical sealed battery having heat resistance capable of being stored and used in an environment.
本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Other objects and configurations of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本発明による手段は次のとおりである。
（１）発電要素を収容する有底筒状正極缶と、この正極缶の開口部内側面と負極端子板との間の介在する環状封口ガスケットとを有する筒形密閉電池であって、
上記正極缶には、上記ガスケットを下方から支持するビーディング部と、上記ガスケットを外方から圧迫するかしめ部とが形成され、
前記環状封口ガスケットは、チタン酸カリウムが添加されたポリプロピレンを主材質としているとともに、外周面および内周面にシール剤が塗布され、
上記シール剤は、アスファルトと鉱物油の混合体である、
ことを特徴とする筒形密閉電池。
Means according to the present invention are as follows.
(1) a bottomed cylindrical positive electrode canister that houses the power generating element, a cylindrical sealed battery that have a annular sealing gasket interposed between the opening side of the positive electrode can and the negative electrode terminal plate,
In the positive electrode can, a beading portion that supports the gasket from below and a caulking portion that presses the gasket from the outside are formed,
The annular sealing gasket is mainly made of polypropylene to which potassium titanate is added , and a sealing agent is applied to the outer peripheral surface and the inner peripheral surface,
The sealing agent is a mixture of asphalt and mineral oil .
A cylindrical sealed battery characterized by that.
上記手段（１）は、さらに次のような手段を形成することにより、さらに有効な効果が得ることができる。
（２）シール剤として、アスファルトの１に対して鉱物油が１〜３の重量比で混合したシール剤を用いたことを特徴とする手段（１）に記載の筒形密閉電池。
The above means (1) can obtain more effective effects by forming the following means.
(2) The cylindrical sealed battery according to means (1), wherein a sealing agent in which mineral oil is mixed at a weight ratio of 1 to 3 with 1 of asphalt is used as the sealing agent.
（３）正極缶の材質がＳＵＳ３０４のステンレススチールであって、その板厚は０．２〜０．３ｍｍであり、かつ、かしめ部を形成する湾曲部の長さが１．２〜１．６ｍｍとなるように形成されていることを特徴とする手段（１）または（２）に記載の筒形密閉電池。 (3) The material of the positive electrode can is SUS304 stainless steel, the plate thickness is 0.2 to 0.3 mm, and the length of the curved portion forming the caulking portion is 1.2 to 1.6 mm. The cylindrical sealed battery according to means (1) or (2), wherein the cylindrical sealed battery is formed to be
（４）正極缶の材質硬度が１５０Ｈｖ〜１８０Ｈｖであることを特徴とする手段（１）〜（３）のいずれかに記載の筒形密閉電池。 (4) The cylindrical sealed battery according to any one of means (1) to (3), wherein the positive electrode can has a material hardness of 150 Hv to 180 Hv.
（５）正極缶に収容された発電要素の負極リードが導電接続され、かつ負極端子板と正極缶内との間を隔離する金属製封口板を有し、この封口板の周辺部が負極端子板と封口ガスケットの間に挟持されていることを特徴とする手段（１）〜（４）のいずれかに記載の筒形密閉電池。 (5) The negative electrode lead of the power generation element housed in the positive electrode can is conductively connected, and has a metal sealing plate that separates the negative electrode terminal plate from the inside of the positive electrode can, and the periphery of the sealing plate is the negative electrode terminal The cylindrical sealed battery according to any one of means (1) to (4), which is sandwiched between a plate and a sealing gasket.
ガスケットの材質に高コストなフッ素系樹脂を使わず、低コスト化に適した材質および構成でもって、高温環境下での保存や使用に対応可能な耐熱性を備えた筒形密閉電池を提供することができる。 Providing a sealed cylindrical battery with heat resistance that can be stored and used in high-temperature environments with a material and configuration suitable for cost reduction, without using high-cost fluorocarbon resin as the gasket material. be able to.
上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Operations / effects other than those described above will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
図１は、本発明の技術が適用された筒形密閉電池の断面図とその部分拡大図を示す。同図に示す実施形態の電池は、負極作用物質２３としてリチウムを用いた筒形（あるいはボビン形）リチウム電池であって、この負極作用物質２３がセパレータ２２および正極作用物質２１と共に正極缶１１内に装填されて非水電解液に浸漬されることにより、発電要素２０が形成される。
FIG. 1 shows a cross-sectional view and a partially enlarged view of a cylindrical sealed battery to which the technology of the present invention is applied. The battery of the embodiment shown in the figure is a cylindrical (or bobbin-type) lithium battery using lithium as the negative electrode
発電要素２０を収容する正極缶１１は有底筒状であって、環状封口ガスケット３２を用いて密閉封止されている。ガスケット３２は、正極缶１１の開口部内側面と負極端子板２７の外周縁部との間の介在させられている。
The positive electrode can 11 that houses the
正極缶１１は深絞りプレス加工により形成され、その外底面には凸状の正極端子部１２が一体形成されている。この正極缶１１には、ガスケット３２を下方から支持するビーディング部１３と、ガスケット３２を外方から圧迫するかしめ部（カール加工部）１４とが形成されている。
The positive electrode can 11 is formed by deep drawing press processing, and a convex positive
この場合、そのかしめ部１４は、正極缶１１の開口端からの長さＬｒが１．２〜１．６ｍｍとなるように形成されている。つまり、かしめ部１４を形成する湾曲部の長さＬｒが１．２〜１．６ｍｍの範囲となるようにかしめ加工されている。
In this case, the
正極缶１１の材質には、ＳＵＳ３０４のステンレススチールで、材質硬度が１５０Ｈｖ〜１８０Ｈｖのものが使用されている。また、板厚は０．２〜０．３ｍｍのものが使用されている。 The material of the positive electrode can 11 is SUS304 stainless steel having a material hardness of 150 Hv to 180 Hv. The plate thickness is 0.2 to 0.3 mm.
ガスケット３２は、主材質としてチタン酸カリウムを添加したポリプロピレンを使用して構成されている。チタン酸カリウムは微粉状のものがポリプロピレンに対して重量比で３０％ほど添加されている。このガスケット３２の外周面および内周面にはシール剤４１が塗布されている。このシール剤４１にはアスファルトと鉱物油の混合体が使用されている。この混合体は、アスファルトの１に対して鉱物油が１〜３の重量比で混合したものがとくに好適である。
The
さらに、図示の実施形態では、負極端子板２７と正極缶１１内との間を金属製封口板２６が気密隔離している。このため、封口板２６は、その周辺部が負極端子板２７と封口ガスケット３２の間に挟持されている。これにより、封口板２６と負極端子板２７間は導電接続されている。
Further, in the illustrated embodiment, a
上記封口板２６の内側面（発電要素２０側面）には負極リード２５がスポット溶接等により導電接続されている。負極リード２５は、負極作用物質２３に圧着するネット状の負極集電体２４に導電接続されている。
A
上述した筒形密閉電池では、ガスケット３２の主材質としてチタン酸カリウムを添加したポリプロピレンを使用している。この主材質は、フッ素系樹脂等に比べて大幅に低コストな材料であるが、ガスケット３２として使用したときに、高温環境下でも脆化を生じ難いことが判明した。
In the above cylindrical sealed battery, polypropylene added with potassium titanate is used as the main material of the
また、ガスケット３２の外周面および内周面に塗布したシール剤４１も、ガスケット３２が高温環境下で脆化するのを防ぐ効果のあることが判明した。これは、シール剤４１としてアスファルトと鉱物油の混合体を用いたことによる。鉱物油としてはタービン油が好適に使用できる。この実施形態では新日本石油製の「ＦＢＫタービン３２」を使用した。
It has also been found that the sealing agent 41 applied to the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the
上記シール剤４１と上記ガスケット３２の主材質との相乗効果により、電池の耐熱性を大幅に向上させることができた。これにより、ガスケットの材質に高コストなフッ素系樹脂を使わず、低コスト化に適した材質および構成でもって、高温環境下での保存や使用に対応可能な耐熱性を備えた筒形密閉電池を提供することができる。
Due to the synergistic effect of the sealing material 41 and the main material of the
さらに、本発明では、正極缶１１の板厚、材質硬度、かしめ部１４の長さＬｒについて、それぞれ次のような特異的な最適条件が存在することが、本発明者らによりあきらかにされた。 Further, in the present invention, the present inventors have revealed that the following specific optimum conditions exist for the plate thickness, material hardness, and caulking portion length Lr of the positive electrode can 11 respectively. .
すなわち、正極缶１１の板厚については、０．２〜０．３ｍｍが最適範囲となる。０．２ｍｍ未満では、ビーディング加工時に缶が切れるという不具合が生じる。また、この板厚（０．２ｍｍ未満）のステンレスだと、深絞り加工による正極缶の製造が困難になる。一方、その板厚が０．３ｍｍを超えると、正極缶の内容積が小さくなり、電極材料の充填容量（発電容積）が減って電池性能が低下する。 That is, the optimal range for the plate thickness of the positive electrode can 11 is 0.2 to 0.3 mm. If it is less than 0.2 mm, a problem that the can is cut during beading occurs. In addition, when the plate thickness (less than 0.2 mm) is used, it becomes difficult to manufacture a positive electrode can by deep drawing. On the other hand, when the plate thickness exceeds 0.3 mm, the internal volume of the positive electrode can is reduced, the filling capacity (power generation volume) of the electrode material is reduced, and the battery performance is lowered.
正極缶１１の材質硬度については、１５０Ｈｖ〜１８０Ｈｖが最適範囲となる。１５０Ｈｖ未満では、かしめ加工（カール加工）時に正極缶の開口端にめくれが生じやすくなる。一方、１８０Ｈｖを超えると、かしめ加工時にビーディング部１３が座屈（ざくつ）する問題が生じるようになる。
About the material hardness of the positive electrode can 11, 150Hv-180Hv becomes an optimal range. If it is less than 150 Hv, the opening end of the positive electrode can tends to be turned during caulking (curling). On the other hand, when it exceeds 180 Hv, the problem that the
かしめ部１４の長さＬｒについては、１．２〜１．６ｍｍが最適範囲となる。１．２ｍｍ未満では、かしめ加工時に座屈が生じやすい、ガスケットが切れたり割れたりする、ガスケットと正極缶の間に隙間（図２参照）ができる、などの問題が生じる。一方、その長さＬｒが１．６ｍｍを超えると、ガスケットを圧迫する力が分散して封口が緩くなり、漏液が生じやすくなる。また、異常な衝撃等により負極端子板等の封口部材が抜けるといった問題も生じるようになる。
About the length Lr of the
本発明の構成を備えた筒形密閉電池と、同タイプの従来電池をそれぞれ複数サンプル作製した。本発明品と従来品をそれぞれ９５℃の高温環境下で保存し、その保存日数と重量減量値を調べる試験を行った。この場合、重量減量値は電解液の漏液に関係し、封止力が弱い電池ほど多くなる。 A plurality of samples of a cylindrical sealed battery having the configuration of the present invention and a conventional battery of the same type were produced. The product of the present invention and the conventional product were each stored in a high temperature environment of 95 ° C., and a test was conducted to check the storage days and weight loss values. In this case, the weight loss value is related to the leakage of the electrolytic solution, and increases as the battery has a lower sealing force.
この試験にて、９５℃２０日保存後の重量減量値は、従来品が５０ｍｇであったのに対し、本発明品は２０ｍｇであった。また、４０日保存後は、従来品で漏液するものがあった。漏液しないものでも重量減量値は１００ｍｇに達した。これに対し、本発明品で漏液したものはなく、重量減量値も４５ｍｇまでと少なかった。 In this test, the weight loss after storage at 95 ° C. for 20 days was 50 mg for the conventional product, but 20 mg for the product of the present invention. Further, after 40 days of storage, some of the conventional products leaked. Even if the liquid did not leak, the weight loss value reached 100 mg. On the other hand, there was no leakage of the product of the present invention, and the weight loss value was as low as 45 mg.
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明は筒形あるいはボビン形リチウム電池に用いてとくに有効であるが、リチウム電池以外の筒形密閉電池にも有効に適用可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the typical Example, this invention can have various aspects other than having mentioned above. For example, the present invention is particularly effective when used for a cylindrical or bobbin type lithium battery, but can also be effectively applied to a cylindrical sealed battery other than a lithium battery.
ガスケットの材質に高コストなフッ素系樹脂を使わず、低コスト化に適した材質および構成でもって、高温環境下での保存や使用に対応可能な耐熱性を備えた筒形密閉電池を提供することができる。 Providing a sealed cylindrical battery with heat resistance that can be stored and used in high-temperature environments with a material and configuration suitable for cost reduction, without using high-cost fluorocarbon resin as the gasket material. be able to.
１１ 正極缶
１２ 正極端子部
１３ ビーディング部
１４ かしめ部（カール加工部）
２０ 発電要素
２１ 正極作用物質
２２ セパレータ
２３ 負極作用物質
２４ 負極集電体
２５ 負極リード
２６ 封口板
２７ 負極端子板
３２ 封口ガスケット
４１ シール剤
11 Positive electrode can 12 Positive
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記正極缶には、上記ガスケットを下方から支持するビーディング部と、上記ガスケットを外方から圧迫するかしめ部とが形成され、
前記環状封口ガスケットは、チタン酸カリウムが添加されたポリプロピレンを主材質としているとともに、外周面および内周面にシール剤が塗布され、
上記シール剤は、アスファルトと鉱物油の混合体である、
ことを特徴とする筒形密閉電池。 A bottomed cylindrical positive electrode canister that houses the power generating element, a cylindrical sealed battery that have a annular sealing gasket interposed between the opening side of the positive electrode can and the negative electrode terminal plate,
In the positive electrode can, a beading portion that supports the gasket from below and a caulking portion that presses the gasket from the outside are formed,
The annular sealing gasket is mainly made of polypropylene to which potassium titanate is added , and a sealing agent is applied to the outer peripheral surface and the inner peripheral surface,
The sealing agent is a mixture of asphalt and mineral oil .
A cylindrical sealed battery characterized by that.
The negative electrode lead of the power generation element housed in the positive electrode can is conductively connected, and has a metal sealing plate that separates the negative electrode terminal plate and the inside of the positive electrode can, and the periphery of the sealing plate is the negative electrode terminal plate and the sealing member The cylindrical sealed battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the cylindrical sealed battery is sandwiched between gaskets.
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