JP5599627B2

JP5599627B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP5599627B2
Application number: JP2010051896A
Authority: JP
Inventors: 裕史坂上
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-03-09
Also published as: JP2011187325A

Description

本発明は、角形の外装缶の開口を封口体で封口した密閉型電池に関する。

近年、携帯電話やモバイル機器等の小型軽量の電子機器が普及している。これらの電子機器に用いる電池として、角形の密閉型電池が知られている（例えば下記特許文献１参照）。密閉型電池は、電極体を内蔵した有底筒状の外装缶の開口を封口体で封止したものである。

封口体に絶縁材を介して負極端子を設けた場合、負極端子に接続されたリード体に電極体から導出した負極集電リードが接合され、封口体に電極体から導出した正極集電リードが直接接合されることになる。この構成では、負極端子は負極電位に帯電し、封口体及び外装缶が正極電位に帯電することになる。この場合、封口体に金属板を接合し、これを正極端子として用いることができる。

特開２００７−３１７５７７号公報

しかしながら、角形の密閉型電池は、高容量薄型化が進んでおり、これに伴い外装缶の厚さを薄くする傾向にある。この場合、密閉型電池に外力が加わった際の座屈による破損も生じ易くなる。座屈による破損は、応力集中が生じる部分や剛性の弱い部分で生じ易く、前記のような密閉型電池においては、封口体の表面に設けた開裂ベントの部分において生じ易くなる。

開裂ベントが電極体から導出した負極集電リードの近傍に配置されていると、開裂ベント部分の変形により、電極体から導出した負極集電リードが、正極電位に帯電した外装缶の内壁に接触し易くなる。このような接触が生じると、内部短絡による発煙・発火の可能性も生じることになる。このため、密閉型電池の高容量薄型化が進むと、前記のような内部短絡の可能性も高まることになる。内部短絡防止は、絶縁テープの追加や絶縁材の塗布等により可能になるが、コスト面では不利になる。

本発明は、前記のような問題を解決するものであり、外力を受けた際の内部短絡防止に有利な密閉型電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の密閉型電池は、角形の外装缶の開口を封口体で封口した密閉型電池であって、前記封口体に、開裂ベントと負極端子とを設けており、前記開裂ベントは、前記封口体の長手方向における中心に対して、前記外装缶の両端のうちの一方の端部側に片寄って配置されており、前記外装缶内に、負極集電リード及び正極集電リードが導出された電極体が内蔵されており、前記負極集電リード及び前記正極集電リードは、前記中心に対し、前記一方の端部の反対側に配置されており、前記封口体を平面視したときに、前記封口体の長手方向と直交する方向を縦方向とし、前記開裂ベントの前記縦方向の縦中心線と前記外装缶の前記一方の端部との間の距離をＸとすると、前記封口体の長手方向において、前記開裂ベントの前記縦中心線と、前記負極集電リードとの最短距離は、前記Ｘ以上であることを特徴とする。

本発明の密閉型電池によれば、外力を受けた際の内部短絡防止に有利になる。

本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１において、外装缶２の開口３に封口体４を嵌合させる様子を示す斜視図。本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１において、外装缶２に封口体４を接合した状態を示す斜視図。本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１の完成状態の斜視図。図３のＡＡ線における断面図。本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１を直立させた状態を示した図。本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１が湾曲した状態を示した図。本発明の一実施の形態の別の例に係る密閉型電池１′において、外装缶２の開口３に封口体４を嵌合させる様子を示す斜視図。

本発明の密閉型電池によれば、外装缶に圧縮荷重が加わり開裂ベントの近傍が変形したときに、密閉型電池の内部の電極体から導出された負極集電リードが外装缶に接触することを防止でき、密閉型電池の内部短絡による発煙・発火を防止することができる。また、内部短絡防止のために、絶縁テープの追加や絶縁材の塗布等は不要になり、コスト面でも有利になる。

前記本発明の密閉型電池においては、前記負極端子は、前記封口体を介してリード体に接続されており、前記封口体の長手方向において、前記開裂ベントの前記縦中心線と、前記リード体との最短距離は、前記Ｘ以上であることが好ましい。この構成によれば、負極電位に帯電するリード体が、外装缶や封口体に接触することを防止でき、密閉型電池の内部短絡防止により有利になる。

また、前記負極集電リードは、前記負極端子に対し前記開裂ベント側と反対側に配置されていることが好ましい。この構成によれば、負極集電リードを開裂ベントからより確実に遠ざけることができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る密閉型電池１において、外装缶２の開口３に封口体４を嵌合させる様子を示す斜視図である。

密閉型電池１は、例えば、角形リチウムイオン電池であり、携帯電話やモバイル機器等に用いられる。外装缶２は角形であり、上端に略矩形状の開口３を形成した有底筒状体である。外装缶２は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金の薄板を深絞り加工して形成する。

外装缶２内には扁平状の電極体５を内蔵している。電極体５は、帯状の正極集電体と帯状の負極集電体との間に、帯状のセパレータを介在させた状態で、正極集電体及び負極集電体を渦巻状に巻回して作製したものである。負極集電体からは薄板状の負極集電リード６を導出しており、正極集電体からは薄板状の正極集電リード７を導出している。

封口体４は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金の薄板をプレス成形した横長状部材である。封口体４の表面には負極端子９（図２）を設けている。また、封口体４には、注液孔２０及び開裂ベント３０を形成している。注液孔２０は、電解液を外装缶２内に注液するための孔である。

開裂ベント３０は、電池内圧が異常上昇したときに、開裂して電池内圧を開放するためのものである。開裂ベント３０は、封口体４の裏面側の凹部３１と表面側の凹部３２（図２、４）とで構成されている。また、開裂ベント３０は、封口体４の長手方向における外装缶２の両端２ａ及び２ｂのうち、端部２ａ側に片寄って配置されている。

封口体４の裏面には負極端子９（図２）に接続したリード体８を設けている。リード体８には、負極端子９と一体の凸部１０が貫通している。リード体８と封口体４の裏面との間には、絶縁板１６を介在させている。リード体８は負極集電リード６に接合されている。このことにより、負極端子９（図２）は負極電位に帯電することになる。負極端子９（図２）の取り付け構造の詳細は、後に図４を参照しながら説明する。

また、封口体４には、正極集電リード７が直接接合されている。このことにより、封口体４及び封口体４が接合される外装缶２は、正極電位に帯電することになる。

図１において、縦中心線２１は、封口体４を平面視（矢印ａ方向）し、封口体４の長手方向と直交する方向を縦方向としたときの、開裂ベント３０の縦中心線である。距離Ｘは、縦中心線２１と外装缶２の端部２ａとの間の距離である。外装缶２に封口体４を接合した状態を示す図２、３にも、距離Ｘを図示している。

封口体４の長手方向において、縦中心線２１と、負極集電リード６との最短距離Ｙは、Ｘ以上である。負極集電リード６をこのような配置としているのは、本実施の形態に係る密閉型電池１は、外装缶２に外力が加わった際の密閉型電池１の内部短絡を防止するためである。このことの詳細については、後に図５、６を参照しながら説明する。

図２は、外装缶２に封口体４を接合した状態を示す斜視図である。図２の状態は、図１の状態から、負極集電リード６及び正極集電リード７を折り曲げつつ、封口体４の外周を、外装缶２の開口３の内周面に嵌合させている。さらに図２では、封口体４は、外装缶２の開口３（図１）の内周面に嵌合した状態で、シーム溶接により接合されている。

図２には注液孔２０に装着する前の封止体１１が示されている。注液孔２０から外装缶２内に非水電解液が注入された後に、注液孔２０は封止体１１で塞がれる。封止体１１は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム板１２と、ニッケル又はニッケル合金で形成したニッケル板１３とを圧着して積層したものである。アルミニウム板１２には、注液孔２０に挿入される凸部１４が一体になっている。ニッケル板１３は正極端子として使用できる。

図３は、密閉型電池１の完成状態の斜視図を示している。本図の状態では、図２の注液孔２０は封止体１１で塞がれている。封止体１１は、アルミニウム板１２の外周部を封口体４に溶接することにより、封口体４に接合している。

封口体４とアルミニウム板１２は、いずれもアルミニウム又はアルミニウム合金の同種金属で形成されている。このため両部材の溶接性は良好である。また、ニッケル板１３には、ニッケル板１３と同種金属のリードプレートとの溶接性が良好になる。

図４は、図３のＡＡ線における断面図を示している。図４では、外装缶２の図示は省略している。負極端子９は凸部１０が一体になっており、凸部１０は絶縁パッキング１５、絶縁板１６及びリード体８を貫通している。凸部１０とリード体８とは電気的に接続されており、リード体８には負極集電リード６が接合されている。このことにより、凸部１０と一体の負極端子９は負極電位に帯電することになる。負極端子９と封口体４との間は絶縁パッキング１５が介在し、リード体８と封口体４との間は絶縁板１６が介在している。このことにより、負極電位に帯電する負極端子９及びリード体８は、正極集電リード７が接合されて正極電位に帯電する封口体４と絶縁されている。

封止体１１の凸部１４は、注液孔２０に挿入されている。前記の通り、封止体１１のアルミニウム板１２の外周部は封口体４に溶接されているので、封止体１１は封口体４と同じ正極電位に帯電する。このため、ニッケル板１３は正極端子として使用できる。

図５は、密閉型電池１を直立させた状態を示している。本図では、密閉型電池１は、封口体４の長手方向が接地面４０に対し垂直になるように直立している。すなわち、密閉型電池１は封口体４が縦長状態になるように直立している。

図５では、外装缶２の上端部に圧縮荷重Ｆを加えている。圧縮荷重Ｆを増加させていくと、密閉型電池１は高さ方向に圧縮されずに、急に湾曲し不安定な状態になる座屈現象が生じる。

また、封口体４に形状が変化した部分があると、図５のように圧縮荷重Ｆが加わると、形状が変化した部分に応力集中が生じることになる。前記のような座屈現象が生じると、応力集中が生じる部分や剛性の低い部分において、破損が生じ易くなる。

このことについて、図６を参照しながら説明する。図６は、本実施の形態に係る密閉型電池１が湾曲した状態を示した図である。圧縮荷重Ｆの増加により、開裂ベント３０の位置を支点（Ｐ）とした湾曲が生じている。このように、開裂ベント３０の位置を支点とした湾曲が生じているのは、開裂ベント３０の位置は応力が集中し、かつ剛性も低いためと考えられる。

具体的には、図４において、開裂ベント３０の形成部分は、凹部３１と凹部３２とにより封口体４の断面形状を変化させている。このことにより、図５のように圧縮荷重Ｆが加わると、開裂ベント３０の形成部分に応力が集中することになる。また、凹部３１と凹部３２とにより薄肉部３３が形成されており、開裂ベント３０の形成部分は剛性が低くなっている。

ここで、図１に示したように、電極体５からは負極集電リード６が導出している。図６のように、開裂ベント３０の位置を支点とした湾曲が生じた場合には、負極集電リード６の位置が開裂ベント３０の位置に近いと、湾曲と一体に負極集電リード６も移動し、負極集電リード６が外装缶２に接触し易くなる。

前記の通り外装缶２は、正極集電リード７が接合された封口体４に接合されているため、正極電位に帯電する。したがって、負極集電リード６と外装缶２とが接触すると、密閉型電池１内において内部短絡が生じ、発煙・発火の可能性も高くなる。この可能性は、密閉型電池１の湾曲がさらに進み破損に至った場合に、一層高まることになる。

これに対し、開裂ベント３０の位置を支点とした湾曲が生じた場合、開裂ベント３０の位置から遠ざかるほど、外装缶２及びこれと一体の電極体５の変形は小さくなる。したがって、電極体５と一体の負極集電リード６の位置を、開裂ベント３０の位置から遠ざけるほど、負極集電リード６は外装缶２に接触しにくくなることになる。

本実施の形態では、図１において、開裂ベント３０の縦中心線２１と、負極集電リード６との最短距離ＹをＸ以上としている。距離Ｘは前記の通り、縦中心線２１と外装缶２の端部２ａとの間の距離である。このように、負極集電リード６を、開裂ベント３０の位置から一定距離以上離して配置しておけば、開裂ベント３０の位置を支点とした湾曲が生じても、負極集電リード６の位置においては変形が小さくなる。このことにより、負極集電リード６の外装缶２への接触が防止され、密閉型電池１の内部短絡も防止されることになる。

一方、絶縁テープの追加や絶縁材の塗布等により、内部短絡防止を図ることもできるが、本実施の形態では、このような追加加工は不要になり、コスト面でも有利になる。

また、図４に示したように、負極集電リード６を負極端子９に対し開裂ベント３０側と反対側に配置しておけば、負極集電リード６を開裂ベント３０からより確実に遠ざけることができる。

また、図１において、負極集電リード６のみならず、負極に帯電するリード体８についても、開裂ベント３０の位置から一定距離以上離して配置しておけば、リード体８と外装缶２や封口体４との接触による内部短絡防止に有利になる。このため、リード体８についても、負極集電リード６と同様に、開裂ベント３０の縦中心線２１と、リード体８との最短距離Ｙ１をＸ以上とすることが好ましい。

図７は、本実施の形態の別の例に係る密閉型電池１′において、外装缶２の開口３に封口体４を嵌合させる様子を示す斜視図である。図１の例では、負極集電リード６は正極集電リード７よりも開裂ベント３０側に配置されている。これに対し、図７の密閉型電池１′では、負極集電リード６と正極集電リード７との位置関係を逆にしており、正極集電リード７は、負極集電リード６よりも開裂ベント３０側に配置されている。

ここで、正極集電リード７が、正極電位に帯電した外装缶２に接触しても、内部短絡にはならない。このため、図６のように、開裂ベント３０近傍の湾曲が生じ、正極集電リード７が、外装缶２に接触しても、内部短絡による発煙・発火は生じないことになる。このため、負極集電リード６と正極集電リード７との位置関係は、必ずしも図１のように、負極集電リード６を正極集電リード７よりも開裂ベント３０側に配置する必要はないことになる。

なお、前記実施の形態では、図２に示した封止体１１は２層構造の例で説明したが他の構成であってもよい。

また、開裂ベント３０は、図４のように、封止体４に凹部３１及び凹部３２を形成した例で説明したが、この形状に限るものではなく、封止体４の片側のみに凹部を設けたものでもよく、凹部に代えて略矩形状に溝を形成したものでもよい。また、薄肉部３３に溝を設けたものでもよい。

以上のように、本発明に係る密閉型電池によれば、外力を受けた際の内部短絡防止に有利になるので、本発明に係る密閉型電池は、例えば携帯電話やモバイル機器に用いる密閉型電池として有用である。

１，１′ 密閉型電池
２外装缶
２ａ外装缶の一方の端部
２ｂ外装缶の他方の端部
３外装缶の開口
４封口体
５電極体
６負極集電リード
７正極集電リード
８リード体
９負極端子
１１封止体
２０注液孔
２１縦中心線
３０開裂ベント

Claims

角形の外装缶の開口を封口体で封口した密閉型電池であって、
前記封口体に、開裂ベントと負極端子とを設けており、
前記開裂ベントは、前記封口体の長手方向における中心に対して、前記外装缶の両端のうちの一方の端部側に片寄って配置されており、
前記外装缶内に、負極集電リード及び正極集電リードが導出された電極体が内蔵されており、
前記負極集電リード及び前記正極集電リードは、前記中心に対し、前記一方の端部の反対側に配置されており、
前記封口体を平面視したときに、前記封口体の長手方向と直交する方向を縦方向とし、前記開裂ベントの前記縦方向の縦中心線と前記外装缶の前記一方の端部との間の距離をＸとすると、
前記封口体の長手方向において、前記開裂ベントの前記縦中心線と、前記負極集電リードとの最短距離は、前記Ｘ以上であることを特徴とする密閉型電池。
前記負極端子は、前記封口体を介してリード体に接続されており、前記封口体の長手方向において、前記開裂ベントの前記縦中心線と、前記リード体との最短距離は、前記Ｘ以上である請求項１に記載の密閉型電池。
前記負極集電リードは、前記負極端子に対し前記開裂ベント側と反対側に配置されている請求項１又は２に記載の密閉型電池。