JP5368345B2 - 非水電解液円筒型電池 - Google Patents
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Description
本発明は非水電解液円筒型電池の絶縁密閉構造に関する。
従来、一般に広く用いられている二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム電池などの水溶液系二次電池が主流であったが、これらの水溶液系二次電池は、水の分解電位をこえる動作電圧を得られないので、エネルギー密度が低かった。
近年、省エネルギーや環境保全の要請と相俟って、電気容量が１．５Ａｈ程度の民生用小型電池のみならず、電力貯蔵用や電気自動車用の大型電池へ展開が要求される中で、リチウム二次電池に代表される非水電解液電池の研究開発が盛んである。非水電解液電池は、動作電圧が高く、高エネルギー密度を有し、サイクル特性にも優れている。
しかし、非水電解液電池では、電池内への水分の浸入及び、電解液成分の大気への放散を厳密に防止する必要があり、電池の密閉性の確保が水溶液系二次電池以上に重要となる。
非水電解液電池における密閉性確保のためのシール方法としては、封口体と電池容器の開口部とをレーザー溶接により密閉する方法や、封口体を絶縁樹脂製ガスケットを介して電池容器の開口部にかしめることによって電池密閉蓋に密着させ、シールする方法（特許文献１）が主に採用されているが、非水電解液円筒型電池では、後者が一般的である。
特許文献１の非水電解液円筒型電池では、絶縁樹脂製ガスケットと電池容器及び密閉蓋との密着性を高めて電解液の漏液を確実に防止する必要があるが、密閉蓋および電池容器と最も密着するガスケットの最圧縮ポイントが電池の密閉性を決定するシールポイントとなり、シールポイントは電池容器の開口端部の折り曲げ部内側端縁に設定される。
電池容器の開口端部は内側に折曲され、かつ、電池容器底部方向に傾斜が与えられているので、その先端である折曲げ内周端がシールポイントとなる。しかしながらこの内周端はかしめ加工時の擦れキズ部が発生しやすく、このキズ部が電池の使用環境、たとえば高湿度等によって腐食酸化する可能性があり、シールが破れる恐れがある。
請求項１の発明による非水電解液円筒形二次電池は、発電ユニットと、前記発電ユニットを収納する電池容器と、前記電池容器の開口端部に配置され、パーフルオロ系ふっ素樹脂からなる絶縁ガスケットを介して前記電池容器を密閉する密閉蓋とを備え、前記電池容器の開口端部には環状かしめ空間が形成され、前記密閉蓋の周縁部は、絶縁ガスケットを介して、その上下面が環状かしめ空間の内面によって挟持され、前記環状かしめ空間は、前記電池容器の開口端部の外周面を内方に凹ませて形成される突部と、前記電池容器の開口端部を電池内方に折り曲げて形成される折れ曲げ部とで挟まれた空間であり、前記折れ曲げ部は、電池軸心と直交する平面に平行、もしくは電池軸心側に下る傾斜角度が５度未満である傾斜面として形成され、前記絶縁ガスケットの第１の最圧縮ポイントを、前記電池容器の開口端部に形成されている折り曲げ部の内周縁から電池外周側に所定距離離間した領域に設定し、前記絶縁ガスケットの第２の最圧縮ポイントを、前記突部の上面と前記電池蓋の下面との間に設定し、前記第２の最圧縮ポイントと前記折り曲げ部の内周縁との間に前記第１の最圧縮ポイントを設定し、前記第２の最圧縮ポイントにおける圧縮率を前記第１の最圧縮ポイントにおける圧縮率よりも大きく設定したことを特徴とする。
本願の発明によれば、最圧縮ポイントを２箇所に設定し、かつ、第２の最圧縮ポイントと折り曲げ部の内周縁との間に第１の最圧縮ポイントを設定すると共に第２の最圧縮ポイントにおける圧縮率を前記第１の最圧縮ポイントにおける圧縮率よりも大きく設定したので、電解液の液漏れを電池のより内側で防止することができ、シール性能をより向上することができる。
以下、この発明の密閉型電池を円筒型リチウムイオン二次電池に適用した一実施形態について図面を参照して説明する。
−密閉型電池の構造−
図１は、この発明の密閉型電池の実施形態を示す縦断面図であり、図２は、図１に示された密閉型電池の分解斜視図である。また、図３は発電ユニットを説明する図、図４は、密閉蓋かしめ構造の詳細を示す図である。
図１は、この発明の密閉型電池の実施形態を示す縦断面図であり、図２は、図１に示された密閉型電池の分解斜視図である。また、図３は発電ユニットを説明する図、図４は、密閉蓋かしめ構造の詳細を示す図である。
密閉型電池１は、例えば、外形４０ｍｍφ、高さ１００ｍｍの寸法を有する。この円筒型二次電池１は、密閉蓋５０で開口部が封止される有底円筒型の電池容器６０の内部に発電ユニット２０を収容して構成されている。
まず、電池容器６０と発電ユニット２０について説明し、次に、密閉蓋５０を説明する。
まず、電池容器６０と発電ユニット２０について説明し、次に、密閉蓋５０を説明する。
（電池容器６０）
有底円筒型の電池容器６０には、容器開口端部６０ａ(図５参照)側にかしめ部６１が形成されている。このかしめ部６１で密閉蓋５０を電池容器６０にかしめ固定することにより、非水電解液を使用する密閉型電池１のシール性能を担保している。かしめ部６１は、容器開口端部６０ａを内側に折り曲げてなる折り曲げ部６２と、容器開口端部６０ａから電池底面側に所定距離離れた位置で内側に突き出した突部６３とを備えている。後述するように、折り曲げ部６２と突部６３との間にガスケット４３を介在させて密閉蓋５０がかしめ固定され、電池が密閉されている。
有底円筒型の電池容器６０には、容器開口端部６０ａ(図５参照)側にかしめ部６１が形成されている。このかしめ部６１で密閉蓋５０を電池容器６０にかしめ固定することにより、非水電解液を使用する密閉型電池１のシール性能を担保している。かしめ部６１は、容器開口端部６０ａを内側に折り曲げてなる折り曲げ部６２と、容器開口端部６０ａから電池底面側に所定距離離れた位置で内側に突き出した突部６３とを備えている。後述するように、折り曲げ部６２と突部６３との間にガスケット４３を介在させて密閉蓋５０がかしめ固定され、電池が密閉されている。
（発電ユニット２０）
発電ユニット２０は、電極群１０と、正極集電部材３１と、負極集電部材２１とを、以下で説明するように一体的にユニット化して構成されている。電極群１０は、中央部に軸芯１５を有し、軸芯１５の周囲に正極電極、負極電極およびセパレータが捲回されている。図３は、電極群１０の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。図３に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の外周に、正極電極１１、負極電極１２、および第１、第２のセパレータ１３、１４が捲回された構成を有する。
発電ユニット２０は、電極群１０と、正極集電部材３１と、負極集電部材２１とを、以下で説明するように一体的にユニット化して構成されている。電極群１０は、中央部に軸芯１５を有し、軸芯１５の周囲に正極電極、負極電極およびセパレータが捲回されている。図３は、電極群１０の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。図３に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の外周に、正極電極１１、負極電極１２、および第１、第２のセパレータ１３、１４が捲回された構成を有する。
この電極群１０では、軸芯１５の外周に接する最内周には第１のセパレータ１３が捲回され、その外側を、負極電極１２、第２のセパレータ１４および正極電極１１が、この順に積層され、捲回されている。最内周の負極電極１２の内側には第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４が数周（図３では、１周）捲回されている。また、最外周は負極電極１２およびその外周に捲回された第１のセパレータ１３となっている。最外周の第１のセパレータ１３が接着テープ１９で止められる（図２参照）。
正極電極１１は、アルミニウム箔により形成され長尺な形状を有し、正極シート１１ａと、この正極シート１１ａの両面に正極合剤１１ｂが塗布された正極処理部を有する。正極シート１１ａの長手方向に沿った上方側の側縁は、正極合剤１１ｂが塗布されずアルミニウム箔が露出した正極合剤未処理部１１ｃとなっている。この正極合剤未処理部１１ｃには、軸芯１５と平行に上方に突き出す多数の正極リード１６が等間隔に一体的に形成されている。
正極合剤１１ｂは正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）等が挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極への伝達を補助できるものであれば制限は無い。正極導電材の例として、黒鉛やアセチレンブラックなどが挙げられる。
正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤層の形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤１１ｂの形成方法の例として、正極合剤１１ｂの構成物質の分散溶液を正極シート１１ａ上に塗布する方法が挙げられる。
正極合剤１１ｂを正極シート１１ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法等が挙げられる。正極合剤１１ｂに分散溶液の溶媒例として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）や水等を添加し、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスして裁断する。正極合剤１１ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。正極シート１１ａを裁断する際、正極リード１６を一体的に形成する。
負極電極１２は、銅箔により形成され長尺な形状を有し、負極シート１２ａと、この負極シート１２ａの両面に負極合剤１２ｂが塗布された負極処理部を有する。負極シート１２ａの長手方向に沿った下方側の側縁は、負極合剤１２ｂが塗布されず銅箔が露出した負極合剤未処理部１２ｃとなっている。この負極合剤未処理部１２ｃには、正極リード１６とは反対方向に延出された、多数の負極リード１７が等間隔に一体的に形成されている。
負極合剤１２ｂは、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤１２ｂは、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いることが好ましい。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤１２ｂの形成方法は、負極シート１２ａ上に負極合剤１２ｂが形成される方法であれば制限はない。負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂの構成物質の分散溶液を負極シート１２ａ上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法等が挙げられる。
負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂに分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンや水を添加し、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスして裁断する。負極合剤１２ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。負極シート１２ａを裁断する際、負極リード１７を一体的に形成する。
第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の幅をＷS、負極シート１２ａに形成される負極合剤１２ｂの幅をＷC、正極シート１１ａに形成される正極合剤１１ｂの幅をＷAとした場合、下記の式を満足するように形成される。
ＷS＞ＷC＞ＷA（図３参照）
すなわち、正極合剤１１ｂの幅ＷAよりも、常に、負極合剤１２ｂの幅ＷCが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート１２ｂが露出していると負極シート１２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
ＷS＞ＷC＞ＷA（図３参照）
すなわち、正極合剤１１ｂの幅ＷAよりも、常に、負極合剤１２ｂの幅ＷCが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート１２ｂが露出していると負極シート１２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
図１および図３において、中空な円筒形状の軸芯１５は軸方向（図面の上下方向）の上端部の内面に径大の溝１５ａが形成され、この溝１５ａに正極集電部材３１が圧入されている。正極集電部材３１は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部３１ａ、この基部３１ａの内周部において軸芯１５側に向かって突出し、軸芯１５の内面に圧入される下部筒部３１ｂ、および外周縁において密閉蓋５０側に突き出す上部筒部３１ｃを有する。正極集電部材３１の基部３１ａには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部３１ｄが形成されている。
正極シート１１ａの正極リード１６は、すべて、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに溶接される。この場合、図２に図示されるように、正極リード１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃ上に重なり合って接合される。各正極リード１６は大変薄いため、１つでは大電流を取りだすことができない。このため、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまでの全長に亘り、多数の正極リード１６が所定間隔に形成されている。
正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周には、正極シート１１ａの正極リード１６およびリング状の押え部材３２が溶接されている。多数の正極リード１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周に密着させておき、正極リード１６の外周に押え部材３２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
正極集電部材３１は、電解液によって酸化されるので、アルミニウムで形成することにより信頼性を向上することができる。アルミニウムは、なんらかの加工により表面が露出すると、直ちに、表面に酸化アルミウム皮膜が形成され、この酸化アルミニウム皮膜により、電解液による酸化を防止することができる。
また、正極集電部材３１をアルミニウムで形成することにより、正極シート１１ａの正極リード１６を超音波溶接またはスポット溶接等により溶接することが可能となる。
また、正極集電部材３１をアルミニウムで形成することにより、正極シート１１ａの正極リード１６を超音波溶接またはスポット溶接等により溶接することが可能となる。
軸芯１５の下端部の外周には、外径が径小とされた段部１５ｂが形成され、この段部１５ｂに負極集電部材２１が圧入されて固定されている。負極集電部材２１は、例えば、銅により形成され、円盤状の基部２１ａに軸芯１５の段部１５ｂに圧入される開口部２１ｂが形成され、外周縁に、電池容器６０の底部側に向かって突き出す外周筒部２１ｃが形成されている。
負極シート１２ａの負極リード１７は、すべて、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃに超音波溶接等により溶接される。各負極リード１７は大変薄いため、大電流を取りだすために、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまで全長にわたり、所定間隔で多数形成されている。
負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周には、負極シート１２ａの負極リード１７およびリング状の押え部材２２が溶接されている。多数の負極リード１７は、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周に密着させておき、負極リード１７の外周に押え部材２２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
負極集電部材２１の下面には、銅製の負極通電リード２３が溶接されている。負極通電リード２３は、電池容器６０の底部において、電池容器６０に溶接されている。電池容器６０は、例えば、０．５ｍｍの厚さの炭素鋼で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。このような材料を用いることにより、負極通電リード２３は、電池容器６０に抵抗溶接等により溶接することができる。
正極集電部材３１の基部３１ａの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな正極導電リード３３が、その一端部を溶接されて接合されている。正極導電リード３３は、複数枚のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。つまり、大電流を流すには接続部材の厚さを大きくする必要があるが、１枚の金属板で形成すると剛性が大きくなり、フレキシブル性が損なわれる。そこで、板厚の小さな多数のアルミニウム箔を積層してフレキシブル性を持たせている。正極導電リード３３の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度であり、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム箔を５枚積層して形成される。
以上説明したように、多数の正極リード１６が正極集電部材３１に溶接され、多数の負極リード１７が負極集電部材２１に溶接されることにより、正極集電部材３１、負極集電部材２１および電極群１０が一体的にユニット化された発電ユニット２０が構成される（図２参照）。但し、図２においては、図示の都合上、負極集電部材２１、押え部材２２および負極通電リード２３は発電ユニット２０から分離して図示されている。
（密閉蓋５０）
図１、図２および図４を参照して密閉蓋５０について詳細に説明する。
図１、図２および図４を参照して密閉蓋５０について詳細に説明する。
密閉蓋５０は、排気口３ｃを有するキャップ３と、キャップ３に装着され開裂溝３７ａを有するキャップケース３７と、キャップケース３７の中央部裏面にスポット溶接された正極接続板３５と、正極接続板３５の周縁上面とキャップケース３７の裏面との間に挟持される絶縁リング４１とを備え、予めサブアセンブリとして組み立てられている。
キャップ３は、炭素鋼等の鉄にニッケルメッキを施して形成されている。キャップ３は、円盤状の周縁部３ａと、この周縁部３ａから上方に突出する有頭無底の筒部３ｂとを有し、全体としてハット型を呈している。筒部３ｂには、中央に開口部３ｃが形成されている。筒部３ｂは正極外部端子として機能し、バスバーなどが接続される。
キャップ３の周縁部は、アルミニウム合金で形成されたキャップケース３７の折り返しフランジ３７ｂで一体化されている。すなわち、キャップケース３７の周縁をキャップ３の上面に沿って折り返してキャップ３がかしめ固定されている。キャップ３の上面で折り返されている円環、すなわちフランジ３７ｂとキャップ３が摩擦接合溶接されている。すなわち、キャップケース３７とキャップ３は、フランジ３７ｂによるかしめ固定と溶接によって一体化されている。このように、密閉蓋５０はキャップケース３７とキャップ３とが一体化したフランジ５０Ｆを備えている。
キャップケース３７の中央円形領域には、円形形状の開裂溝３７ａと、この円形開裂溝３７ａから四方に放射状に伸びる開裂溝３７ａとが形成されている。開裂溝３７ａは、プレスによりキャップケース３７の上面側をＶ字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。開裂溝３７ａは、電池容器６０内の内圧が所定値以上に上昇すると開裂して、内部のガスを放出する。
密閉蓋５０は防爆機構を構成している。電池容器６０の内部に発生したガスにより、内部圧力が基準値を超えると、開裂溝においてキャップケース３７に亀裂が発生し、内部のガスがキャップ３の排気口３ｃから排出されて電池容器６０内の圧力が低減される。また、電池容器６０の内圧によりキャップケースと呼ばれるキャップケース３７が容器外方に膨出して正極接続板３５との電気的接続が断たれ、過電流を抑制する。
密閉蓋５０は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃ上に絶縁状態で載置されている。すなわち、キャップ３が一体化されたキャップケース３７は、その絶縁リング４１を介して絶縁状態で正極集電部材３１の上端面に載置されている。しかし、キャップケース３７は、正極導電リード３３により正極集電部材３１とは電気的に接続され、密閉蓋５０のキャップ３が電池１の正極となる。ここで、絶縁リング４１は、開口部４１ａ（図２参照）および下方に突出する側部４１ｂを有している。絶縁材４１の開口部４１ａ内には接続板３５が嵌合されている。
接続板３５は、アルミニウム合金で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板３５の厚さは、例えば、１ｍｍ程度である。接続板３５の中心には、薄肉でドーム形状に形成された突起部３５ａが形成されており、突起部３５ａの周囲には、複数の開口部３５ｂ（図２参照））が形成されている。開口部３５ｂは、電池内部に発生するガスを放出する機能を有している。接続板３５の突起部３５ａはキャップケース３７の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦拡散接合により接合されている。
そして、電池容器６０に電極群１０を収容し、予め部分アセンブリとして作製された密閉蓋５０を正極集電部材３１と正極導電リード３３により電気的に接続して筒上部に載置する。そして、プレス等により、ガスケット４３の外周壁部４３ｂを折曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、密閉蓋５０を軸方向に圧接するようにかしめ加工する。これにより、密閉蓋５０がガスケット４３を介して電池容器６０に固定される。
ガスケット４３は、当初、図２に図示されるように、リング状の基部４３ａの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部４３ｂと、内周側に、基部４３ａから下方に向けてほぼ垂直に垂下して形成された筒部４３ｃとを有する形状を有している。電池容器６０をかしめることにより、密閉蓋５０は外周壁部４３ｂを介して電池容器６０で挟持される。
密閉蓋５０と電池容器６０とを最も密着するガスケット４３の最圧縮ポイントが電池の密閉性を決定するシールポイントとなる。従来は、このシールポイントを、電池容器６０の開口端部６０ａを内側に折曲げた折り曲げ先端部に設定していた。本発明では、このシールポイントを、折曲げ先端部から電池外周側に離間した位置に設定することにより、耐久性の改善を図るものである。
また、この実施形態による密閉型電池では、ガスケット４３と電池容器６０との間のシールポイントを２箇所設定してシール性能の向上を図っている。
また、この実施形態による密閉型電池では、ガスケット４３と電池容器６０との間のシールポイントを２箇所設定してシール性能の向上を図っている。
密閉蓋５０をガスケット４３を介在させて電池容器６０の開口端部６０ａにかしめ固定するかしめ構造は後で詳細に説明する。
電池容器６０の内部には、非水電解液が所定量注入されている。非水電解液の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ６）、等が挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。
（密閉蓋かしめ構造）
図４は、密閉蓋５０を電池容器６０にかしめ固定するかしめ構造を示す図であり、電池開口端要部の拡大縦断面図である。
図４は、密閉蓋５０を電池容器６０にかしめ固定するかしめ構造を示す図であり、電池開口端要部の拡大縦断面図である。
有底円筒型の電池容器６０には、その開口端部６０ａ（図５参照）側にかしめ部６１が形成されている。かしめ部６１は、上述したように、容器６０の開口端部６０ａを内側に折り曲げた折り曲げ部６２と、折り曲げ部６２から電池底面側に所定距離離れた容器外壁を内側に突き出した突部６３とを備え、折り曲げ部６２と突部６３は容器周壁６４で接続されている。折り曲げ部６２の下面６２ａと、容器周壁６４の内周面６４ａと、突部６３の上面６３ａとにより環状かしめ空間６５が形成されている。この環状かしめ空間６５が、密閉蓋かしめ構造の設置空間である。
図４では、環状かしめ空間６５の右半分がコ字状に示されている。かしめ空間の内周面に沿って、ガスケット４３が密閉蓋５０のフランジ５０Ｆを挟圧するように設けられている。密閉蓋５０のフランジ５０Ｆは、キャップケース３７とキャップ３とが一体化して形成されている。
絶縁ガスケット４３の材質は、たとえばパーフルオロ系ふっ素樹脂である。後述するように、この樹脂を採用する理由は、ガスケット４３の剛性をある程度高くして、折り曲げ部６２の傾斜角度を０度〜５度未満に調節するためである。したがって、シール性能が担保できるのであれば、パーフルオロ系ふっ素樹脂に限定されない。
ガスケット４３は、フランジ５０Ｆの上面５０Ｆａと折り曲げ部６２の下面６２ａとの間、フランジ５０Ｆの外周面５０Ｆｂと容器周壁６４の内周面６４ａとの間、フランジ５０Ｆの下面５０Ｆｃと突部６３の上面６３ａとの間で圧縮されて介在している。フランジ５０Ｆの上面５０Ｆａと折り曲げ部６２の下面６２ａとの間のガスケット４３、すなわち上側ガスケット４３Ｕは領域６１Ａでもっとも圧縮されている。この領域６１Ａを第１圧縮ポイント（第１シールポイント）と呼ぶ。フランジ５０Ｆの下面５０Ｆｃと突部６３の上面６３ａとの間のガスケット４３、すなわち下側ガスケット４３Lは、領域６１Ｂでもっとも圧縮されている。この領域６１Ｂを第２圧縮ポイント（第２シールポイント）と呼ぶ。
このように、本実施形態では、第１および第２圧縮ポイント（シールポイント）を設定している。また、図４に示すように、上側ガスケット４３Ｕの厚さＨａは下側ガスケット４３Ｌの厚さＨｂよりも大きく設定している。すなわち、第２圧縮ポイントにおけるガスケット４３Ｌの圧縮率は、第１圧縮ポイントにおけるガスケット４３Ｕの圧縮率よりも大きく設定している。
従来は、折り曲げ部６２の内周縁６２ａにシールポイントを設定しているが、本実施形態では、折り曲げ部６２の内周縁６２ａから電池外周側の領域６１Ａにシールポイントを設定している。このような位置にシールポイントを設定するため、電池容器６０の開口端部６０ａを折り曲げ加工する際、電池軸心と直交する平面に対する折り曲げ部６２の傾斜角度θが０度〜５度未満になるようにした。さらに、第２圧縮ポイントにおけるガスケット４３Ｌの圧縮率が第１圧縮ポイントにおけるガスケット４３Ｕの圧縮率よりも大きくなるように、突部６３の位置、形状、寸法を調節した。
以上説明した実施形態による密閉型電池では次のような作用効果を奏することがきる。
（１）折り曲げ部６２の内周縁６２ａから電池外周側の領域６１Ａにシールポイントを設定した。折り曲げ部内周縁６２ａにシールポイントを設定する場合は、加工時に折り曲げ内周端部６２ａに傷がつくと、電池が配置される環境、たとえば湿度によって折り曲げ内周縁６２ａが腐食酸化してシール性が劣化する。シールポイントを折り曲げ部内周縁６２ａから電池外周側に設定することにより、折り曲げ部内周縁６２ａが腐食してもシール性能に影響を与えず、電解液が漏洩する恐れもない。
（１）折り曲げ部６２の内周縁６２ａから電池外周側の領域６１Ａにシールポイントを設定した。折り曲げ部内周縁６２ａにシールポイントを設定する場合は、加工時に折り曲げ内周端部６２ａに傷がつくと、電池が配置される環境、たとえば湿度によって折り曲げ内周縁６２ａが腐食酸化してシール性が劣化する。シールポイントを折り曲げ部内周縁６２ａから電池外周側に設定することにより、折り曲げ部内周縁６２ａが腐食してもシール性能に影響を与えず、電解液が漏洩する恐れもない。
（２）ガスケット４３によるシールポイントを領域６１Ａと領域６１Ｂの２箇所に設定したので、シールポイントが１箇所に比べて、シール性能が向上する。
（３）領域６１Ｂのガスケット４３Ｌの圧縮率を、領域６１Ａのガスケット４３Ｕの圧縮率よりも大きく設定した。すなわち、電池容器のより内方に位置するガスケット部４３Ｌのシール性能を高くした。その結果、電解液の液漏れを電池のより内側で防止することができる。
（３）領域６１Ｂのガスケット４３Ｌの圧縮率を、領域６１Ａのガスケット４３Ｕの圧縮率よりも大きく設定した。すなわち、電池容器のより内方に位置するガスケット部４３Ｌのシール性能を高くした。その結果、電解液の液漏れを電池のより内側で防止することができる。
（４）絶縁ガスケット４３の材質をパーフルオロ系ふっ素樹脂とした。この樹脂の剛性はある程度高いので、折り曲げ部６２の傾斜角度θを０度〜５度の範囲で制御可能である。剛性が低い樹脂では、折り曲げ部６２の傾斜角度θを０度〜５度の範囲で制御できず、シールポイントを折り曲げ部内周端部６２ａから電池外周側の領域６１Ａに設定することが難しい。したがって、シール性能が改善できない。
次に、密閉蓋５０を電池容器６０にかしめる工程（封口工程）を説明する。
［工程１］
先ず、図５に示すように、電池容器６０内に電極群１０などを収容し、底部を溶接した仕掛品を準備する。なお、図５〜図８は加工部分を強調して表示し、部品を適宜省略して示す。
［工程１］
先ず、図５に示すように、電池容器６０内に電極群１０などを収容し、底部を溶接した仕掛品を準備する。なお、図５〜図８は加工部分を強調して表示し、部品を適宜省略して示す。
［工程２］
図６に示すように、電池容器６０内にガイド支持体２００を開口端６０ａから挿入して固定した状態において、電池容器６０の所定の外面に溝付けローラ２１０を押し付け、電池容器６０をその軸心ＳＬ回りに回転させる。これにより、電池容器６０を中心方向に絞り込むことで、突部６３を形成する。
図６に示すように、電池容器６０内にガイド支持体２００を開口端６０ａから挿入して固定した状態において、電池容器６０の所定の外面に溝付けローラ２１０を押し付け、電池容器６０をその軸心ＳＬ回りに回転させる。これにより、電池容器６０を中心方向に絞り込むことで、突部６３を形成する。
［工程３］
電池容器６０の突部６３の上にガスケット４３を収容する。この状態におけるガスケット４３は、図２に図示するように、リング状の基部４３ａの上方に、基部４３ａに対して垂直な外周壁部４３ｂを有する構造となっている。この構造で、ガスケット４３は、電池容器６０の突部６３上部の内側に留まっている。
電池容器６０の突部６３の上にガスケット４３を収容する。この状態におけるガスケット４３は、図２に図示するように、リング状の基部４３ａの上方に、基部４３ａに対して垂直な外周壁部４３ｂを有する構造となっている。この構造で、ガスケット４３は、電池容器６０の突部６３上部の内側に留まっている。
そして、予め部分アセンブリとして作製された密閉蓋５０を正極集電部材３１と正極導電リード３３により電気的に接続して、密閉蓋５０のフランジ５０Ｆをガスケット４３の筒部４３ｃ上に載置する。この場合、絶縁リング４１のフランジ４１ｂの外周に正極集電部材３１の上部筒部３１ｃが嵌合されるようにする。
この状態で、図７に示すように、絶縁ガスケット４３と密閉蓋５０を環状突部６３の上面６３ａに配置した状態で（図中、これら部品を省略して示す）、例えば、周方向に３つ割りの支持金型２２０で電池容器６０をチャッキングしながら、上方からかしめ金型２３０によって開口端部６０ａを内側にかしめる。これにより、電池容器６０の突部６３と折り曲げ部６２との間でガスケット４３が圧縮され、いわゆる、かしめ加工され、ガスケット４３と共に密閉蓋５０が電池容器６０に固定される。
［工程４］
最後に、図８に示すように、サイジング用金型２４０によって電池容器６０の外周を支持しつつ、サイジング用金型２７０によって上方から環状突部６５を押圧し、折り曲げ部６２と突部６３を上下に締め付けるように押し潰す。これによって、電池容器６０の高さを所定寸法に調整するとともに、電池容器６０と絶縁ガスケット４３の圧着をはかる。
最後に、図８に示すように、サイジング用金型２４０によって電池容器６０の外周を支持しつつ、サイジング用金型２７０によって上方から環状突部６５を押圧し、折り曲げ部６２と突部６３を上下に締め付けるように押し潰す。これによって、電池容器６０の高さを所定寸法に調整するとともに、電池容器６０と絶縁ガスケット４３の圧着をはかる。
正極集電部材３１とキャップ３が正極導電リード３３、接続板３５およびキャップケース３７を介して導電接続されており、図１に図示された円筒型二次電池が作製される。
［試験結果］
図９に示すように、上記封口工程を経て封口された非水電解液電池の耐漏液性試験の結果を従来例と比較した。耐漏液性試験では、３０個のサンプルについて、湿度８０ＲＨ％、温度−４０℃から＋９０℃のサイクルを５ヶ月間実施した。
図９に示すように、上記封口工程を経て封口された非水電解液電池の耐漏液性試験の結果を従来例と比較した。耐漏液性試験では、３０個のサンプルについて、湿度８０ＲＨ％、温度−４０℃から＋９０℃のサイクルを５ヶ月間実施した。
従来例では、漏液個数は、２ヶ月後で１個、３ヶ月後で３個、４ヶ月後で９個であり、５ヶ月後には全数が漏液した。一方、本実施形態では、５ヵ月経過時点で、全く漏液が生じなかった。これより、シール性能の高さ、安定性が確認された。
試験後の従来例および本実施形態の電池を解体してみると、いずれの電池も、開口端部の内周縁６２ａに腐食酸化（サビ）が見られた。折り曲げ部６２の内周縁６２ａはかしめ加工時の擦れキズ部が発生しやすく、８０ＲＨ％の高湿度の温度サイクルでは、このキズの部位が腐食したものと思われる。
前述のとおり、絶縁ガスケット４３を電池容器６０の開口端部６０ａ（折り曲げ部６２）でかしめることによって封水を行うタイプの非水電解液円筒型電池では、絶縁ガスケット４３の最圧縮ポイントがシール性能を左右するが、従来例は、最圧縮ポイントが折り曲げ部６２の内周縁６２ａに形成されているため、この部位の腐食酸化でシールが破れ、漏液したものと思われる。
一方、本実施形態は、第２圧縮ポイントである領域６１Ｂを電池容器６０の内部空間寄りに配置し、さらに、第２圧縮ポイントと折り曲げ部内周縁６２ａとの間に第１の圧縮ポイントである領域６１Ａを設け、さらに、絶縁ガスケット４３の材質としてパーフルオロ系ふっ素樹脂を採用して、ガスケット４３の圧縮ポイントを任意の位置、任意の圧縮率に設定した。したがって、ケース開口端部の内周端が腐食破壊した場合においても、シールポイントは影響を受けず、漏液が発生しなかったものと考えられる。
シールポイントを３箇所以上設定してもよい。
２０：発電ユニット
４３：絶縁ガスケット
５０：密閉蓋
６０：電池容器
６０ａ：開口端部
６１：かしめ部
６１Ａ、６１Ｂ：圧縮ポイント
６２：折り曲げ部
６２ａ：折り曲げ部内周縁
６３：内側突部
６４：未加工の容器外壁
６５：環状かしめ空間
４３：絶縁ガスケット
５０：密閉蓋
６０：電池容器
６０ａ：開口端部
６１：かしめ部
６１Ａ、６１Ｂ：圧縮ポイント
６２：折り曲げ部
６２ａ：折り曲げ部内周縁
６３：内側突部
６４：未加工の容器外壁
６５：環状かしめ空間
Claims (1)
- 発電ユニットと、
前記発電ユニットを収納する電池容器と、
前記電池容器の開口端部に配置され、パーフルオロ系ふっ素樹脂からなる絶縁ガスケットを介して前記電池容器を密閉する密閉蓋とを備え、
前記電池容器の開口端部には環状かしめ空間が形成され、
前記密閉蓋の周縁部は、絶縁ガスケットを介して、その上下面が環状かしめ空間の内面によって挟持され、
前記環状かしめ空間は、前記電池容器の開口端部の外周面を内方に凹ませて形成される突部と、前記電池容器の開口端部を電池内方に折り曲げて形成される折れ曲げ部とで挟ま
れた空間であり、前記折れ曲げ部は、電池軸心と直交する平面に平行、もしくは電池軸心側に下る傾斜角度が５度未満である傾斜面として形成され、
前記絶縁ガスケットの第１の最圧縮ポイントを、前記電池容器の開口端部に形成されている折り曲げ部の内周縁から電池外周側に所定距離離間した領域に設定し、
前記絶縁ガスケットの第２の最圧縮ポイントを、前記突部の上面と前記電池蓋の下面との間に設定し、
前記第２の最圧縮ポイントと前記折り曲げ部の内周縁との間に前記第１の最圧縮ポイントを設定し、
前記第２の最圧縮ポイントにおける圧縮率を前記第１の最圧縮ポイントにおける圧縮率よりも大きく設定したことを特徴とする非水電解液円筒形二次電池。
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