JP5899495B2 - 円筒形リチウムイオン電池 - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン電池に関し、特に円筒形電池の上部絶縁板の改良に関する。
円筒形電池は、一般に、有底円筒形の金属製の電池ケースに発電要素を収納し、その開口部を金属製の封口板により封口して構成される。リチウムイオン二次電池等の二次電池においては、発電要素は、電極群および電解質により構成される。電極群は、正極および負極を、その間にセパレータを挟んで渦巻き状に巻回して構成される。セパレータは、正極と負極との間を絶縁するとともに、電解質を保持する機能を有している。
封口板は、電池の安全性を確保するための弁機構を有する。電池に異常が発生し、電池ケースの内部の圧力が所定値以上にまで上昇すると弁機構が開き、電池ケースの内部のガスが放出される。これにより、電池ケースの亀裂等の事故が防止される。
しかしながら、近年、電子機器の多機能化に伴って、電池の益々の高容量化が推進されており、その結果、異常が発生したときの電池ケース内部の圧力の上昇もますます大きくなってきており、特に電極群の端部の上部絶縁板がその圧力に耐えられず変形してしまい、電極群が迫り上がるために、排気孔を塞ぐ可能性がある。これに対処するために、電池の安全性を確保する技術についての提案が種々なされている。
例えば、特許文献1には、上部絶縁板の径を、電池ケースに形成した溝部の内径と同等かそれ以上の大きさにして、電極群の移動を抑制する技術が記載されている。
しかしながら、従来の円筒形電池においては、電池ケース内部の圧力が異常に上昇すると、上部絶縁板の中心部は湾曲変形し、例えば電極群が迫り上がり、これにより封口板の弁板の破断弁体が破断したときに形成される弁孔が塞がれることがあった。そして、そのような場合には、電池ケースの内部のガスを迅速に放出することができなくなるおそれがあった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、封口板に設けられた弁板の弁孔が電池ケースの内部の圧力が上昇したときに絶縁板の変形により、弁孔が塞がれるのを防止して、安全性を向上させることができる円筒形電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る円筒形リチウムイオン電池は、正極板及び負極板がセパレータを介して捲回または積層された電極群が、電池ケース内に収容された円筒形リチウムイオン電池であって、電池ケースの開口部は、ガスケットを介して、ガス排出弁を備えた封口板によって封口されており、電極群の封口板側には、複数の開口部が形成された絶縁板が配設されており、開口部は、最大開口面積を持つ第1の穴と、第1の穴より小さい開口面積を持つ複数の第2の穴とを有し、絶縁板において、第1の穴の開口率は、12%以上40%以下であり、第2の穴の開口率の和は、0.3%以上10%以下であり、開口部全体の開口率は、20%以上50%以下である。
なお、複数の第2の穴の開口面積は、全て同じ大きさであっても、あるいは、異なる大きさであってもよい。また第1の穴、及び第2の穴の形状は問わない。
最大開口面積を持つ第1の穴の開口率は、電極群への電解液の注液性を確保するために12%以上が好ましく、絶縁性を確保するために40%以下が好ましい。また、第1の穴より小さい開口面積を持つ複数の第2の穴の開口率の和は、加工性を確保するために0.3%以上が好ましく、絶縁性を確保するために10%以下が好ましい。また、開口部全体の開口率は、異常時に電極群から発生するガスを外部へ速やかに排出させるため、20%以上が好ましく、電極群の移動を抑えるため50%以下が好ましい。
本発明によれば、電池ケースの内部の圧力が上昇したときに、電極群から発生したガスを迅速に放出することができ、かつ、電池ケースの内部の圧力が上昇しても絶縁板の変形を防止することができ、電極群が迫り上がることがなく、弁孔を塞ぐことがない。したがって、本発明によれば、電池の安全性を向上させることができる。
(実施の形態1)
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1に本発明の一実施の形態に係る円筒形電池の概略構成を断面図により示す。図示例の電池10は、円筒形のリチウムイオン二次電池であり、正極2と、負極3と、それらの間に介在されるセパレータ4とを渦巻き状に巻回して構成された電極群20を備えている。電極群20は、図示しない非水電解質とともに有底円筒型の金属製の電池ケース1に収納される。電池ケース1の開口部は封口板5により封口され、これにより電極群20および非水電解質は電池ケース1の内部に密閉される。
封口板5は、導体からなる、ハット状の端子板11、環状の正温度係数サーミスタ板(Positive Temperature Coefficient:PTCサーミスタ板)12、円形の上部弁板13および下部弁板15、並びに基板16と、絶縁体からなる環状のインナーガスケット14とから構成される。インナーガスケット14は上部弁板13の周辺部と下部弁板15の周辺部との間に配設されて、上部弁板13の周辺部と下部弁板15の周辺部とが接触するのを防いでいる。また、インナーガスケット14は、後で説明する基板16の円筒部16bと端子板11の周縁部とが接触しないように、両者の間に介在される。
封口板5の周縁部と電池ケース1の開口部との間には、絶縁体からなるアウターガスケット17が配設される。アウターガスケット17は、封口板5と電池ケース1との間を封止するとともに、それらの間を絶縁している。
端子板11とPTCサーミスタ板12とはそれらの周辺部で接触している。PTCサーミスタ板12と上部弁板13とはそれらの周辺部で接触している。上部弁板13と下部弁板15とはそれらの中央部で溶接されている。下部弁板15と基板16とはそれらの周辺部で接触している。以上の結果、端子板11と基板16とは互いに導通されている。
封口板5の基板16は正極2と正極リード6を介して導通される。その結果、封口板5の端子板11が、電池10の正極側の外部端子として機能する。一方、電池ケース1が、負極3と負極リード7を介して導通されて、電池10の負極側の外部端子として機能する。
基板16は、薄い円皿状の本体16aと、その周縁部から立ち上がる円筒部16bとを有している。基板16の本体16aの周辺部の上には下部弁板15が載置され、その周辺部の上にインナーガスケット14が載置され、さらにその上に、下部弁板15、PTCサーミスタ板12および端子板11がこの順に載置される。このとき、インナーガスケット14の外縁部は基板16の円筒部16bの端部よりも突出した状態となっている。この状態で、基板16の円筒部16bの上端部を内側に曲げるようにしてかしめることで、端子板11、PTCサーミスタ板12、上部弁板13、インナーガスケット14および下部弁板15が、基板16に保持される。このとき、端子板11、PTCサーミスタ板12および上部弁板13の周縁部は、インナーガスケット14により、基板16の円筒部16bと接触しないように隔離される。
封口板5の端子板11は、複数の外部ガス抜き孔22を有している。基板16もまた複数の内部ガス抜き孔21を有している。
上部弁板13は、環状の溝13aにより囲われた円形の内側部13bが中央部に形成されている。上部弁板13の内側部13bは、内側部13bの周囲の外側部13cにより支持されている。内側部13bが破断すると、そこに弁孔が形成される。
一方、下部弁板15は、環状の溝15aにより囲われた円形の内側部15bが中央部に形成されている。下部弁板15の内側部15bは、内側部15bの周囲の外側部15cにより支持されている。内側部15bが破断すると、そこに弁孔が形成される。
下部弁板15の内側部15bの径は、上部弁板13の内側部13bの径よりもわずかに小さくされている。そして、下部弁板15の内側部15bは、全体が上部弁板13の内側部13bと重なっている。
環状のPTCサーミスタ板12の中央の孔の内径は、上部弁板13の破断可能部13bの径よりもわずかに大きくされている。そして、上部弁板13の破断可能部13bは、全体がPTCサーミスタ板12の中央の孔の投射形状と重なっている。インナーガスケット14の中央の孔の内径はPTCサーミスタ板12の中央の孔の内径よりも大きくされている。PTCサーミスタ板12の中央の孔の投射形状は、全体がインナーガスケット14の中央の孔の投射形状と重なっている。
基板16には、複数の内部ガス抜き孔21が設けられており、本体16aで正極リードと溶接される。
電池ケース1の内部において、電極群20の上側および下側には、それぞれ上部絶縁板8および下部絶縁板9が配設される。
電池ケース1の内部において、電極群20の上側および下側には、それぞれ上部絶縁板8および下部絶縁板9が配設される。
図2に示すように、上部絶縁板8には、複数のガス抜き孔を有しており、最大開口面積を持つ穴8aと、その他の穴8bとの複数の穴を有している。最大開口面積8aを持つ穴の開口率が12%以上40%以下であり、その他の穴8bを持つ穴の開口率の和は0.3%以上10%以下であり、全体の開口率は20%以上50%以下である。
以上の構成により、何らかの事故で電池ケース1内部の圧力が異常に上昇したときには、上部弁板13および下部弁板15の破断可能部13bおよび15bが押し破られて、上部弁板13および下部弁板15に図示しない弁孔が形成される。その結果、電池ケース1の内部のガスが、上部絶縁板のガス抜き孔8a、8b、基板16の内部ガス抜き孔21、上部弁板13および下部弁板15の上記弁孔、並びに端子板11の外部ガス抜き孔22を通過して外部に放出される。
また、PTCサーミスタ板12は、過大な電流が流れると温度が上昇し、電流を遮断する。
そして、電池ケース1の内部の圧力が異常に上昇することがある。このようなときにも、上部絶縁板8の最大開口面積を持つ穴8aの開口率が12%以上40%以下であり、その他の穴8bの開口率の和は0.3%以上10%以下であり、全体の開口率は20%以上50%以下であるので、電池ケース1の内部の圧力の上昇とともに上部絶縁板8が変形を防止することができ、電極群20が迫り上がるなどして上部弁板13および下部弁板15の弁孔が基板16により完全に塞がれてしまうのを防止することができる。これにより、電池ケース1の内部のガスの抜け道を確保することができる。したがって、電池の安全性を向上させることができる。
以上、図1および図2を参照して本発明の実施の形態1を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
次に、実施の形態1に係る本発明の実施例を説明する。
[実施例1]
以下のようにして、リチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。
以下のようにして、リチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。
(正極の作製)
正極活物質として、平均粒径が10μmであるリチウムニッケル含有複合酸化物(LiNi0.85Co0.1Al0.05)を使用した。100重量部の正極活物質に、結着剤としての8重量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、導電材としての3重量部のアセチレンブラックと、適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混合して正極合剤ペーストを調製した。
正極活物質として、平均粒径が10μmであるリチウムニッケル含有複合酸化物(LiNi0.85Co0.1Al0.05)を使用した。100重量部の正極活物質に、結着剤としての8重量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、導電材としての3重量部のアセチレンブラックと、適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)とを混合して正極合剤ペーストを調製した。
その正極合剤ペーストを、アルミニウム箔からなる正極集電体2aの両面に、正極リード6の接続部分を除いて塗布し、乾燥して正極合剤層2bを形成した。そのようにして、正極の前駆体を作製し、その後、それを圧延して、正極を得た。このとき、正極集電体2aの片面あたりの正極合剤層2bの厚みが70μmとなるように正極の前駆体を圧延した。
また、正極集電体2aとして使用したアルミニウム箔の長さは600mm、幅は54mm、厚さは20μmであった。また、正極リード6の接続部分は、後述するように、正極の巻始めの部分に形成した。
(負極の作製)
負極活物質として、平均粒径が20μmである人造黒鉛を使用した。100重量部の負極活物質に、結着剤としての1重量部のスチレンブタジエンゴムと、増粘剤としての1重量部のカルボキシメチルセルロースと、適量の水とを混合して負極合剤ペーストを調製した。
負極活物質として、平均粒径が20μmである人造黒鉛を使用した。100重量部の負極活物質に、結着剤としての1重量部のスチレンブタジエンゴムと、増粘剤としての1重量部のカルボキシメチルセルロースと、適量の水とを混合して負極合剤ペーストを調製した。
その負極合剤ペーストを、銅箔からなる負極集電体3aの両面に、負極リード7の接続部分を除いて塗布し、乾燥して負極合剤層3bを形成した。そのようにして、負極の前駆体を作製し、その後、それを圧延して、負極を得た。このとき、負極集電体3aの片面あたりの負極合剤層3bの厚みが65μmとなるように負極の前駆体を圧延した。
また、負極集電体3aとして使用した銅箔の長さは630mm、幅は56mm、厚さは10μmであった。また、負極リード7の接続部分は負極の巻終わりの部分に形成した。負極リード7は、上記接続部分に超音波溶接法により接続した。
(封口板の作製)
図1に示した封口板5を作製した。上部弁板13および下部弁板15はアルミニウム製とした。端子板11は鉄製とした。基板16はアルミニウム製とした。インナーガスケット14はポリプロピレン製とした。基板16の底面には、2つの内部ガス抜き孔21を形成した。
図1に示した封口板5を作製した。上部弁板13および下部弁板15はアルミニウム製とした。端子板11は鉄製とした。基板16はアルミニウム製とした。インナーガスケット14はポリプロピレン製とした。基板16の底面には、2つの内部ガス抜き孔21を形成した。
(電池の組立)
上述のようにして作製した正極および負極を、間にセパレータ4を介在させて積層し、積層体を得た。セパレータ4には、厚さが20μmであるポリエチレン製の多孔膜を使用した。得られた積層体の正極の巻き始めの部分に正極リード6を接続し、負極の巻き終わりの部分に負極リード7を接続した。その状態で、上記積層体を渦巻き状に巻回して電極群20を得た。
上述のようにして作製した正極および負極を、間にセパレータ4を介在させて積層し、積層体を得た。セパレータ4には、厚さが20μmであるポリエチレン製の多孔膜を使用した。得られた積層体の正極の巻き始めの部分に正極リード6を接続し、負極の巻き終わりの部分に負極リード7を接続した。その状態で、上記積層体を渦巻き状に巻回して電極群20を得た。
そのようにして得られた電極群20を鉄製の電池ケース1に収納した。このとき、正極リード6を周縁部にポリプロピレン製のアウターガスケット17を取り付けた封口板5の基板16にレーザー溶接法により溶接し、負極リード7を電池ケース1の底部に抵抗溶接法により溶接した。電池ケース1は、直径(外径)が18mm、高さが65mm、缶壁の厚みが0.15mmであるものを使用した。この電池ケース1の厚みは、通常市販されている円筒形のリチウムイオン二次電池の電池ケースの厚みに近いものである。また、電極群20の上側および下側には、それぞれ、ガラスフェノール製の上部絶縁板8およびポリプロピレン製の下部絶縁板9を配設した。上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が30%であり、その他の穴8bの開口率の和は5%であり、全体の開口率は35%であるものを用いた。
そして、電池ケース1内に非水電解質を注入した。非水電解質は、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを1対1の体積比で混合した混合溶液に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lの濃度で溶解することにより調製した。
そして、電池ケース1の開口端部より5mmの位置において、電池ケース1を周方向に一周するように、内側に突出する突出部1a(図1参照)を形成し、これにより電極群20を電池ケース1の内部に保持した。
次に、突出部1aの上に載せるようにして、封口板5を電池ケース1の開口部に配置した後、電池ケース1の開口部を内側に曲げるようにかしめて、電池ケース1を封口した。
以上のようにして、直径が18mm、高さが65mmである円筒形のリチウムイオン二次電池からなる試験体を10個作製した。このリチウムイオン二次電池の設計容量は3400mAhとした。
作製された10個の試験体に対して以下のような試験を実施した。まず、25℃の環境の下で1500mAの電流により電池電圧が4.25Vとなるまで充電した。充電後の試験体をホットプレートの上に置き、25℃から200℃まで毎秒1℃ずつ温度が上昇するように加熱した。そして、電池ケース1に亀裂が発生した試験体の個数をカウントした。その結果を、下記表1に示す。
[実施例2]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が12%であり、その他の穴8bの開口率の和は9%であり、全体の開口率は21%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が12%であり、その他の穴8bの開口率の和は9%であり、全体の開口率は21%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[実施例3]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が40%であり、その他の穴8bの開口率の和は5%であり、全体の開口率は45%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が40%であり、その他の穴8bの開口率の和は5%であり、全体の開口率は45%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[実施例4]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が30%であり、その他の穴8bの開口率の和は0.3%であり、全体の開口率は30.3%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が30%であり、その他の穴8bの開口率の和は0.3%であり、全体の開口率は30.3%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[実施例5]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が30%であり、その他の穴8bの開口率の和は10%であり、全体の開口率は40%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が30%であり、その他の穴8bの開口率の和は10%であり、全体の開口率は40%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[実施例6]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が17%であり、その他の穴8bの開口率の和は3%であり、全体の開口率は20%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が17%であり、その他の穴8bの開口率の和は3%であり、全体の開口率は20%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[実施例7]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が40%であり、その他の穴8bの開口率の和は10%であり、全体の開口率は50%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が40%であり、その他の穴8bの開口率の和は10%であり、全体の開口率は50%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[実施例8]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が21%であり、その他の穴8bの開口率の和は9%であり、全体の開口率は30%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が21%であり、その他の穴8bの開口率の和は9%であり、全体の開口率は30%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[実施例9]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が29%であり、その他の穴8bの開口率の和は1%であり、全体の開口率は30%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が29%であり、その他の穴8bの開口率の和は1%であり、全体の開口率は30%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[実施例10]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が33%であり、その他の穴8bの開口率の和は9.5%であり、全体の開口率は42.5%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が33%であり、その他の穴8bの開口率の和は9.5%であり、全体の開口率は42.5%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[比較例1]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が15%であり、その他の穴8bの開口率の和は3%であり、全体の開口率は18%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が15%であり、その他の穴8bの開口率の和は3%であり、全体の開口率は18%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[比較例2]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が13%であり、その他の穴8bの開口率の和は2%であり、全体の開口率は15%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が13%であり、その他の穴8bの開口率の和は2%であり、全体の開口率は15%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
[比較例3]
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が12%であり、その他の穴8bの開口率の和は0.3%であり、全体の開口率は12.3%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
上部絶縁板8には最大開口面積を持つ穴8aの開口率が12%であり、その他の穴8bの開口率の和は0.3%であり、全体の開口率は12.3%であるものを用いたこと以外は、実施例1と同様にして10個のリチウムイオン二次電池からなる試験体を作製した。そして、実施例1において行ったのと同じ内容の試験をそれらの試験体に対して行った。その結果を下記表1に示す。
表1に示すように、実施例1〜10においては試験体に亀裂は生じなかった。これは、実施例1〜10においては、全体の開口率が20%であるために、電極群から発生したガスを迅速に放出し、また、上部絶縁板の変形を防止でき、電極群が迫り上がることがないために、弁孔を塞がなかったからであると考えられる。なお、全体の開口率が50%を超えると、電極群の移動を抑えることが困難になる。
これに対して、比較例1〜3においては試験体に亀裂が生じたものがあった。これは比較例1〜3においては、全体の開口率が低いため、電池ケースの内部の圧力が上昇したとき、電極群から発生したガスを迅速に放出することができなかったため、電池ケースの内部の圧力が上昇するとともに上部絶縁板が変形し、電極群が迫り上がり、弁孔を塞いだためと考えられる。
また、最大開口面積を持つ第1の穴8aの開口率は、電極群への電解液の注液性の確保のために12%以上が好ましく、絶縁性の確保のために40%以下が好ましい。 また、第1の穴8aより小さい開口面積を持つ複数の第2の穴8bの開口率の和は、加工性の観点から0.3%以上が好ましく、絶縁性の確保のために10%以下が好ましい。
なお、リチウイオン電池の容量がさらに増加した場合、電池ケースの内部の圧力上昇がより急激になる。そのため、全体の開口率は、30%以上が好ましい。また、電極群の移動を抑える観点から、全体の開口率は、40%以下が好ましい。
以上のように、上部絶縁板の最大開口面積を持つ穴8aの開口率が12%以上40%以下であり、その他の穴8bの開口率の和は0.3%以上10%以下であり、全体の開口率は20%以上50%以下にすることによって、注液性及び絶縁性を確保しつつ、電池ケースの内部の圧力が上昇するのを防止できる。したがって、円筒形電池の安全性が向上する。
本発明の円筒形リチウムイオン電池は、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器等の携帯用電子機器の電源として、また、ハイブリッドカー、電気自動車等の電動機の駆動を補助する電源として有用である。
1 電池ケース
2 正極
2a 正極集電体
2b 正極合剤層
3 負極
3a 負極集電体
3b 負極合剤層
4 セパレータ
5 封口板
6 正極リード
7 負極リード
8 上部絶縁板
9 下部絶縁板
10 電池
11 端子板
12 PTCサーミスタ板
13 上部弁板
14 インナーガスケット
15 下部弁板
16 基板
17 アウターガスケット
20 電極群
21 内部ガス抜き孔
22 外部ガス抜き孔
2 正極
2a 正極集電体
2b 正極合剤層
3 負極
3a 負極集電体
3b 負極合剤層
4 セパレータ
5 封口板
6 正極リード
7 負極リード
8 上部絶縁板
9 下部絶縁板
10 電池
11 端子板
12 PTCサーミスタ板
13 上部弁板
14 インナーガスケット
15 下部弁板
16 基板
17 アウターガスケット
20 電極群
21 内部ガス抜き孔
22 外部ガス抜き孔
Claims (3)
- 正極及び負極がセパレータを介して捲回された電極群が、電池ケース内に収容された円筒形リチウムイオン電池であって、
前記電池ケースの開口部は、ガスケットを介して、ガス排出弁を備えた封口板によって封口されており、
前記電極群の前記封口板側には、複数の開口部が形成された絶縁板が配設されており、
前記開口部は、最大開口面積を持つ第1の穴と、該第1の穴より小さい開口面積を持つ複数の第2の穴とを有し、
前記絶縁板において、前記第1の穴の開口率は、12%以上40%以下であり、前記第2の穴の開口率の和は、0.3%以上10%以下であり、前記開口部全体の開口率は、20%以上50%以下である、円筒形リチウムイオン電池。 - 前記絶縁板は、前記電池ケースの側壁に径方向内側に突出して形成された溝部によって保持されている、請求項1に記載の円筒形リチウムイオン電池。
- 前記正極の活物質は、リチウムおよびニッケルを含有するリチウムニッケル含有複合酸化物であり、
前記円筒形リチウムイオン電池の体積あたりの容量は、0.18Ah/cm3以上である、請求項1または2に記載の円筒形リチウムイオン電池。
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