JP4996857B2 - 電池 - Google Patents
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Description
一般に、密閉型の電池には、電池内の圧力が高まった際にケーシングの一部を開放して内圧が過剰に上昇することを防止する安全弁が装備されている。
安全弁をケーシングに形成する技術が、特許文献1に記載されている。特許文献1の技術では、金属板からなる蓋部の一部に他の部分よりも板厚の薄い薄肉領域を設ける。その薄肉領域が安全弁として作用し、電池内の圧力が増加した場合には薄肉領域の一部が破断することにより電池の内圧が過剰に上昇することを防止する。また、特許文献2には、ケーシングの通気孔の縁部に安全弁の縁部を溶接して接合する技術が記載されている。
ケーシングは、電池の内外を連通する通気孔を備えている。ケーシングの通気孔は安全弁によって閉塞されている。本発明の電池では、通気孔の端部と安全弁の縁部の間に合成樹脂製のシール部材を備えており、そのシール部材によってケーシングの通気孔の縁部と安全弁の縁部が非接触状態で接合されている。安全弁は、ケーシングよりも電池内側に、ケーシングの表面から窪んだ状態で備えられているとともに、安全弁の縁部全周がシール部材に差し込まれた状態で接合されている。また、安全弁の表面には略中央で交差する溝が設けられている。
本発明の電池は、ケーシングの通気孔を安全弁で閉塞するために、通気孔の端部と安全弁の縁部の間に合成樹脂製のシール部材を備えており、そのシール部材によってケーシングの通気孔の縁部と安全弁の縁部が非接触状態で接合されている。合成樹脂は、金属よりも衝撃や振動を伝播しにくい。安全弁以外の領域で電池に加えられた衝撃や安全弁以外の領域で発生した振動は、安全弁に伝播する前にシール部材によって吸収される。安全弁には、外部から受けた衝撃や振動が弱められた状態で伝播する。本発明の構成によれば、安全弁は、外部からの衝撃によって破断しにくい。また、継続的又は断続的にケーシングに振動が発生しても、安全弁は劣化しにくい。
安全弁は、ケーシングの一部に備えられていればよく、形成箇所は特に限定されない。例えば、開口を有する筐体とその開口を塞ぐ蓋体から構成されるケーシングの場合、安全弁は、蓋体に形成されてもよく、筐体の一部に形成されてもよい。安全弁は、電池の使用条件や設置条件に合わせ、ケーシングの都合のよい場所にあればよい。
安全弁の構成は、内圧上昇時に優先的に破断する薄板であればよく、他の構成は特に限定されない。例えば、ケーシングを構成する材料と同様の材料を選択してもよい。この場合、安全弁には、ケーシングの壁部の厚みよりも薄い薄板を採用するとよい。また、薄板の表面に溝部を形成し、内圧上昇時に溝部から破断するようにしてもよい、
また、安全弁の形状は、シール部材と合わせてケーシングの通気孔を閉塞できればよく、形状は特に限定されない。安全弁の輪郭は、ケーシングの通気孔の輪郭と略等しい形状であるか、やや大きい形状であるか、やや小さい形状であることが好ましい。
また、一般的な合成樹脂とゴム系高分子やエラストマーを混練した材料を適用してもよい。
振動吸収効果を有するシール部材がケーシングの通気孔の縁部と安全弁の縁部を被覆することで、安全弁に振動や衝撃がより伝播しにくい。また、ケーシングの通気孔の縁部と安全弁の縁部をシール部材が被覆することで、シール部材と両者の接触面積が広くなる。これにより、安全弁とケーシングをより強固に接合できる。
安全弁の周囲に皮膜状の樹脂層が形成されている場合、ケーシングに加えられた振動やケーシングに生じた衝撃はその樹脂皮膜によって減衰される。安全弁に伝播する衝撃や振動は、効果的に弱められる。このような構成を有すると、外方からの衝撃や振動によって安全弁が損傷したり劣化したりすることを効果的に防止できる。
本発明の電池の製造方法は、電池の内外を連通する通気孔を有する金属製のケーシングを用意する工程と、金属薄板から成る安全弁を用意する工程と、ケーシングと安全弁を合成樹脂製のシール部材を介して非接触状態で接合する工程を備えている。
この場合、ケーシングに加えられた振動やケーシングに生じた衝撃が安全弁に伝播しづらい電池を安価に製造することができる。
(形態1)電池は、リチウムイオン二次電池である。
(形態2)電池は、ケーシングの内部から外部に引き出される端子を有している。
(形態3)電池は、端子とケーシングが樹脂を介在した状態で接合されている。
(形態4)電池のケーシングは、開口を有する筐体と開口を塞ぐ蓋体からなる。筐体の開口と蓋体は溶接によって接合されている。
(形態5)安全弁は、ケーシングの蓋体に形成されている。
(形態6)ケーシングは、アルミニウム製の板材で構成されている。
(形態7)安全弁は、アルミニウム製の板材で構成されている。
(形態8)安全弁は蓋体に備えられており、シール部材は、蓋体の略全域に亘って被覆している。シール部材が蓋体の全域に亘って被覆していると、外部からの衝撃や振動が安全弁に伝播する前に効果的に吸収される。
本実施例のリチウムイオン二次電池10を模式的に示す斜視図を図1に示す。また、電池10の蓋体12を上部にしたときの平面図を図2に示す。また、図3は、図2のIII−III線断面図である。
図1に示すように、本実施例の電池10は、蓋体20と筐体12からなるアルミニウム製のケーシング18を有する。ケーシング18の内部には、電極体16と電解質等の発電要素が収容されている。
電極体16は、セパレータを介して正極シート(正極)と負極シート(負極)を積層し、扁平渦状に捲回して形成されている捲回型電極体である。電極体16(図3参照)は、電解質とともに本リチウムイオン二次電池10の発電要素を構成している。
正極シートはアルミニウム製の集電箔を有し、その集電箔の表裏両面には正極活物質層が設けられている。正極シートは、正極端子24に接続されている。正極端子24はアルミニウム製の板材からなる。正極端子24は、蓋体20に固定されている。
負極シートは銅製の集電箔を有し、その集電箔の表裏両面には負極活物質層が設けられている。負極シートは、負極端子26に接続されている。負極端子26は、銅製の板材からなる。負極端子26は、蓋体20に固定されている。
セパレータは、多孔質ポリオレフィンシートである。セパレータには、電解質が染み込んでいる。
電解質は、前記したように電池10の発電要素を構成している。電解質には、従来から知られているリチウムイオン二次電池用の液状の非水系電解質やゲル状のポリマー電解質を用いることができる。例えば、ジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)の混合溶媒(例えばDEC:ECが7:3の質量比である混合溶媒)にリチウム塩として六フッ化リチウム(LiPF6)を溶解した電解質を用いることができる。
ケーシング18の蓋体20の形状は、角部に丸みを帯びた長方形である。蓋体20は筐体12の開口に嵌め込まれた状態で接合されている。蓋体20は、電池10の内部の電極体16(図3参照)から伸びる正極端子24と負極端子26が貫通している。図2に詳細に示すように、蓋体20には、通気孔25が形成されている。通気孔25は、蓋体20の中央部に形成されている。通気孔25は、角に丸みを帯びた長方形状に形成されている。通気孔25は、安全弁30とシール部材28で接合されることで閉塞されている。安全弁30は、安全弁30の略中央で交差する溝32が形成されている。電池10内の圧力が上昇すると安全弁30は溝32の交差部分から破断する。
通気孔25の縁部と安全弁30の縁部は、シール部材28によって接合されている。シール部材28は、振動吸収効果と衝撃吸収効果を有するPPSから構成されている。なお、PPSの他、PP、PE、LCPなどを使用してもよい。特にLCPやPPSは、耐熱性が良い。また、LCPやPPSは、電解質の溶媒である有機溶媒に対して耐性がよい。シール部材28の材料には、LCPやPPSなどの結晶性エンジニアリングプラスチック材料を適用するとよい。シール部材28は、安全弁30の全周と通気孔25の縁部の全周に沿って途切れることなく設けられている。シール部材28の断面形状は、上下に長い楕円形状である。安全弁30の縁部は、シール部材28に差し込まれている。通気孔25の縁部あって蓋体20の一部も、シール部材28に差し込まれている。安全弁30と蓋体20は、シール部材28を介することで非接触の状態が維持されている。また、正極端子24と蓋体20の間には、絶縁部材29が介在しており、負極端子26と蓋体20の間にも絶縁部材29が介在している。金属板22と端子24、26の間に絶縁部材29、29が介在することで、端子24、26の間の絶縁状態が保たれている。
先ず、ケーシング18の蓋体20と筐体12を用意する。
筐体12は、角部に丸みを有する長方形の開口部と、その周縁を形成する計4つの側壁と、開口部に対向する面に底壁を有する金属製の筐体を用意する。
蓋体20は、次のような手順で構築される。先ず、正極端子24が貫通する孔部と負極端子26が貫通する孔部と通気孔25が形成された角部に丸みを帯びた長方形の金属板22を用意する。図示はしないが、金属板22には、電解液を注入する貫通孔が形成されている。金属板22の輪郭は、筐体12の開口部の形状と略等しい形状である。次いで、通気孔25の縁部と縁部の周辺を粗面加工する。粗面加工することによって、シール部材28と通気孔25の縁部の接合状態が良くなる。粗面加工の方法は特に限定されない。
次いで、金属板22の端子用の孔に正極端子24と負極端子26を貫通させる。そして、金属板22に正極端子24と負極端子26を固定する。正極端子24と負極端子26は絶縁部材29、29が介されることで絶縁状態が保たれるように接合される。上記の手順により蓋体20を構築する。
予め作製した電極体16と蓋体20の正極端子24及び負極端子26を接続する。正極端子24は、電極体16の正極シートに溶接される。負極端子26は、電極体16の負極シートに溶接される。電極体16の作製については、従来の手法を適用すればよいので、説明は省略する。
本試験の振動の対数掃引速度の条件について説明する。振動の周波数が7Hzから18Hzに達するまで、1gn(10m/s2)のピーク加速度で加速した。振幅を0.8mm(合計変位1.6mm)に保ち、ピーク加速度を1gnから8gnまで変化させながら周波数を50Hzまで増加した。8gnのピーク加速度を保持した状態で、周波数を200Hzまで増加した。その後、周波数が200Hzでしばらく保持した。その後200Hzから7Hzまで振動周波数を減少した。以上の条件を1サイクルとして振動試験を実施した。1サイクルの試験時間は、約15分である。
振動方向は、三次元直交座標におけるX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の3方向とした。試験は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の各方向で12サイクルずつ繰り返して実施した。
本試験の結果、安全弁30と蓋体20の間に衝撃吸収効果を有するシール部材28を備えることで、電池の外方からの作用による安全弁の破断や、安全弁の損傷が抑制されることがわかった。本実施例の電池10の構成によれば、電池内のガスは、所定の設定内圧値で開放される。
本実施例のリチウムイオン二次電池110を模式的に示す斜視図を図4に示す。また、電池110の蓋体112を上部にしたときの平面図を図5に示す。また、図5のVI−VI線断面図を図6に示す。
本実施例の電池110は、蓋体120に備えられる正極端子124、負極端子126、シール部材135以外の構成は、上記第1実施例の電池10と同様の構成である。従って、上記第1実施例の電池10と重複する説明は省略する。
図4に示すように、本実施例の電池110は、蓋体120と筐体112からなるアルミニウム製のケーシング118を有する。ケーシング118の内部には、電極体116と電解質等の発電要素が収容されている。
皮膜領域127は、金属板122の外側表面、内側表面を覆うように形成されている。皮膜領域127により、電池110の外方からの衝撃や振動は、安全弁130に伝播する前に大幅に減衰される。
シール部128は、蓋体120の内側であり通気孔125の縁部の樹脂の厚みが皮膜領域127よりも厚い。安全弁120の縁部は、全周がシール部128に差し込まれた状態で接合されている。これにより、蓋体120の通気孔125は閉塞されている。また、通気孔125の縁部と安全弁130の縁部は、シール部128によって非接触な状態で接合されている。
端子シール部134、136は、端子124、126と貫通孔121、123の間に形成された隙間を埋めるように形成されている。端子シール部134、136により、正極端子124と負極端子126の絶縁状態は保たれる。本実施例の電池110のように、端子124、126がケーシング118の内側から外側に伸びだす形状の場合、ケーシング118と端子124、126の接合部には外部からの振動や衝撃の負荷が加わり易い。本実施例のように、貫通孔121、123の縁部と端子124、126の間に樹脂領域(端子シール部134、136)が形成されていると、端子124、126とケーシング118の接合領域に損傷が生じにくい。
安全弁130は、安全弁130の略中央で交差する溝132が形成されている。電池110内の圧力が上昇すると安全弁130は溝132の交差部分から破断する。
予め作製した電極体116と蓋体120の正極端子124及び負極端子126を接続する。正極端子124は、電極体116の正極シートに溶接される。負極端子126は、電極体116の負極シートに溶接される。
次に筐体112の開口部から電極体116を筐体12の内部に収容する。電極体116は、蓋体20に取り付けられた状態で筐体12に収容される。この作業により、蓋体20は、筐体112の開口部に嵌る。そして、蓋体120の縁部と筐体112の開口部の縁部が重なりあった溶接領域114をレーザー溶接によって接合する。接合後、蓋体20の電解質注入口から電解質を注入する。そして電解液注入口を密栓し、本実施例にかかるリチウムイオン二次電池110が完成する。
また、ニッケル水素電池のように、電解質が強アルカリ性である場合、耐アルカリ性樹脂を用いればよい。例えば、PTFE(ポリエチレンテレフタレート)や、ポリアミド樹脂、PEEK樹脂などを選択してもよい。
12、112 筐体
16、116 電極体
18、118 ケーシング
20、120 蓋体
22、122 蓋板部
24、124 正極
26、126 負極
28 シール部材
127 樹脂層
128 シール部
30、130 安全弁
Claims (2)
- 金属製のケーシングと、薄板から成る安全弁を備えている電池であり、
ケーシングは電池の内外を連通する通気孔を備えており、
通気孔の縁部と安全弁の縁部の間に合成樹脂製のシール部材を備えており、
シール部材によってケーシングの通気孔の縁部と安全弁の縁部が非接触状態で接合されており、
薄板から成る安全弁は、
その表面に、略中央で交差する溝が設けられており、
ケーシングよりも電池内側に、ケーシングの表面から窪んだ状態で備えられているとともに、安全弁の縁部全周がシール部材に差し込まれた状態で接合されていることを特徴とする電池。 - 前記シール部材が、ケーシングの通気孔を有する面の外側及び/又は内側に皮膜状に延出するように形成されていることを特徴とする請求項1の電池。
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