JP6662377B2 - 円筒形電池 - Google Patents
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Description
本発明は電流遮断機構を有する封口体を備えた円筒形電池に関する。
密閉型電池は発電要素である電極体を収容する外装体の形状や材質によって円筒形電池、角形電池、及びパウチ型電池に大別される。中でも、円筒形電池は電動工具、電動アシスト自転車、及び電気自動車など広い用途に使用されている。そのため円筒形電池には過酷な使用環境においても高い安全性を示すことが求められている。
円筒形電池の封口体の内部には、防爆弁、電流遮断機構、及びＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子などの安全性を確保するための手段が設けられている。そのような封口体を開示した先行技術文献として下記の特許文献１から４が挙げられる。特許文献４に開示された封口体について図６を参照しながら以下に説明する。
図６に示された封口体は、皿状の金属ケース６６内に金属板６５、弁体６３、ＰＴＣ素子６２、及び端子キャップ６１を積層して構成されている。弁体６３の中心部は金属板６５に溶接され、その外周部は絶縁ガスケット６４によって金属板６５と絶縁されている。金属板６５及び金属ケース６６はそれぞれ通気孔６５ａ及び通気孔６６ａを有している。電池内部にガスが発生して電池内圧が上昇すると弁体６３がその圧力を受けるため、弁体６３が電池外方へ溶接部を引っ張るように作用する。電池内圧が所定値に達すると、溶接部が破断して弁体６３と金属板６５の間の電流経路が遮断される。さらに電池内圧が上昇すると、弁体６３に形成された薄肉部６３ａが起点となって弁体６３が破断して、電池内部のガスが電池外部へ排出される。この封口体に設けられた電流遮断機構や防爆弁は上記のようにして作動する。
上記の例では弁体と金属板の溶接部が電流遮断部として機能するが、特許文献２や３のように金属板に設けられた薄肉部を電流遮断部として機能させることもできる。電流遮断機構の作動圧は溶接部や薄肉部の破断強度に依存する。
電流遮断機構の作動圧には一定の範囲でバラツキが存在する。作動圧のバラツキが大きいと、予め作動圧の設定値を小さくしなければならないなど設計上の制約が生じる。また、作動圧のバラツキが大きい場合には、電流遮断機構が安定して動作しないおそれがある。そのため、電流遮断機構の作動圧のバラツキを低減する技術が望まれている。
電流遮断機構の作動圧のバラツキを低減するために、従来は弁体と金属板との溶接部や金属板に設けられた易破断部の形成方法や形成条件の適正化が主として行われていた。作動圧のバラツキを低減するのに適した円筒形電池はあまり提案されていない。
特許文献３には弁体の外周部を波状にすることによって電流遮断機構の作動圧のバラツキが低減された結果が開示されている。しかし特許文献３に係る技術は、弁体と金属板との溶接部が剥離するという封口体の組立工程における不良発生を防止すること、及び電流遮断機構の作動後に弁体と金属板との間の絶縁状態を確実に保つこと、を目的としたものである。確かに、特許文献３には作動圧のバラツキが低減されていることが記載されているが、作動圧自体が増加していることも記載されている。そのため特許文献３に係る技術によれば、作動圧を維持したまま作動圧のバラツキを低減することが難しいという課題がある。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、弁体の一部に厚みが連続的に変化する傾斜領域を設けることで弁体が安定して変形するという知見に基づいて完成されたものである。
上記課題を解決するために本発明の一態様に係る円筒形電池は、正極板と負極板がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、有底円筒状の外装缶と、外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定された封口体と、を有している。封口体が、外形が円形の弁体、弁体よりも電池内方側に配置されるとともに弁体の中央部に接続された金属板、及び弁体の外周部と金属板の外周部の間に介在する環状の絶縁部材を含んでいる。弁体が半径方向に沿って厚みが連続的に減少又は増加する傾斜領域を有している。
本発明の一態様によれば電池内圧の上昇に伴って弁体が安定して変形するため、電流遮断機構の作動圧のバラツキが低減される。
以下、本発明を実施するための形態について円筒形電池の一例である非水電解液二次電池を用いて説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。
図１に示す非水電解液二次電池１０は有底円筒状の外装缶２２の内部に電極体１８と図示しない電解液を収容している。外装缶２２の開口部にガスケット２１を介して封口体１１がかしめ固定されている。これにより電池内部が密封される。
封口体１１は図２に示すように弁体１２、金属板１３、及び環状の絶縁部材１４から構成されている。弁体１２と金属板１３はそれぞれの中心部において互いに接続されており、弁体１２の外周部と金属板１３の外周部の間に絶縁部材１４が介在している。封口体１１の最外部に配置された弁体１２が外部端子として機能し、電極体１８から導出された正極リード１５ａに接続された金属板１３が内部端子として機能する。上記の構成を有する封口体１１は弁体１２が破断した場合の電池内部のガス排出能力に優れるという利点を有する。
電流遮断機構は次のように作動する。金属板１３には通気孔１３ｂが設けられており、電池内圧が上昇すると弁体１２がその圧力を受ける。そのため電池内圧の上昇に伴って弁体１２が金属板１３との接続部を電池外方へ引っ張るように作用する。そして電池内圧が所定値に達すると金属板１３の弁体１２との溶接部の周囲に設けられた易破断部としての薄肉部１３ａが破断して弁体１２と金属板１３との間の電流経路が遮断される。つまり、封口体１１が弁体１２、金属板１３、及び環状の絶縁部材１４の３つの部材を含んでいれば電流遮断機構を構成することができる。なお、金属板１３が薄肉部を有しない場合は、金属板１３と弁体１２との溶接部を電流遮断部とすることができるが、金属板１３に薄肉部１３ａを形成することが好ましい。溶接部の破断強度よりも薄肉部の破断強度を調整することが容易だからである。薄肉部１３ａは金属板１３の弁体１２との溶接部の周囲に形成されることが好ましく、薄肉部１３ａの断面形状はＶ字状又はＵ字状とすることが好ましい。
弁体１２はアルミニウム又はアルミニウム合金の板材のプレス加工により作製することができる。弁体１２の平面視の外形は円形である。弁体１２の電池内方側の面には図２及び図４に示すように内周部から外周部へ半径方向に沿って厚みが連続的に減少する傾斜領域１２ａ、中心部の突起部１２ｄ、及び外周部の突起部１２ｅが形成されている。中心部の突起部１２ｄは金属板１３との接続を容易にするとともに、弁体１２の外周部と金属板１３の外周部の間に絶縁部材１４を介在させるスペースを形成する。外周部の突起部１２ｅは絶縁部材１４を介して金属板１３を固定することができる。
本実施形態では傾斜領域１２ａは内周部から外周部へ厚みが連続的に減少するように形成されているため、傾斜領域１２ａの外周側の端部が弁体１２の変形の起点となる。逆に、傾斜領域１２ａは内周部から外周部へ弁体の厚みが連続的に増加するように形成すれば、傾斜領域１２ａの内周側の端部が弁体１２の変形の起点となる。これらの構成のうち、本実施形態の構成がより安定して弁体１２を変形させることができるため好ましい。なお、「弁体の厚みが連続的に減少又は増加する」とは傾斜領域１２ａにおける弁体の厚みの変化率が全範囲で一定であること要求するものではない。
本実施形態では、弁体１２の外形の内周側の同心円１２ｂと外周側の同心円１２ｃに囲まれる領域を占めるように傾斜領域１２ａが形成されている。図３に示すように、傾斜領域１２ａの内周側の端部から外周側の端部までの弁体１２の半径方向に沿った長さをＬとした場合、Ｌは弁体１２の半径の１０％以上９０％以下であることが好ましい。本実施形態ではＬがいずれの部分においても等しいため、電池内圧の上昇に伴って弁体１２が安定して変形することができる。
弁体１２には溝状の薄肉部を形成することができる。これにより弁体１２が防爆弁としてさらに安定して作動する。薄肉部は傾斜領域１２ａの内部に形成してもよい。薄肉部の断面形状はＶ字状又はＵ字状とすることが好ましい。
金属板１３はアルミニウム又はアルミニウム合金の板材から作製することができる。金属板１３には通気孔１３ｂが設けられている。金属板１３の弁体１２との接続方法として、レーザー溶接が例示される。
絶縁部材１４は、弁体１２と金属板１３の間の絶縁性を確保することができ、電池特性に影響を与えない材料を用いることができる。絶縁部材１４に用いられる材料としてはポリマー樹脂が好ましく、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂やポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）樹脂が例示される。
本実施形態では封口体１１が弁体１２、金属板１３、及び絶縁部材１４から構成される例を用いたが、封口体は他の部材を含むことができる。他の部材として、端子キャップ及びＰＴＣ素子が例示される。端子キャップは弁体１２の電池外方側に配置することで弁体１２の代わりに外部端子として機能する。本実施形態では金属板１３が内部端子として機能するが、金属板１３の電池内方に他の金属板を配置することで当該他の金属板が内部端子として機能する。
次に電極体１８について説明する。本実施形態では図１に示すように正極板１５と負極板１６がセパレータ１７を介して巻回して形成した電極体１８を用いている。
正極板１５は、例えば次のようにして作製することができる。まず、正極活物質と結着剤を分散媒中で均一になるように混練して、正極合剤スラリーを作製する。結着剤にはポリフッ化ビニリデンを分散媒にはＮ−メチルピロリドンを用いることが好ましい。正極合剤スラリーには黒鉛やカーボンブラックなどの導電剤を添加することが好ましい。この正極合剤スラリーを正極集電体上に塗布、乾燥して正極合剤層が形成される。その際、正極集電体の一部に正極合剤層が形成されていない正極集電体露出部が設けられる。次に、正極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断する。最後に、正極集電体露出部に正極リード１５ａが接続される。
正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵、放出することができるリチウム遷移金属複合酸化物を用いることができる。リチウム遷移金属複合酸化物としては、一般式ＬｉＭＯ２（ＭはＣｏ、Ｎｉ、及びＭｎの少なくとも１つ）、ＬｉＭｎ２Ｏ４及びＬｉＦｅＰＯ４が挙げられる。これらは単独で、又は２種以上を混合して用いることができ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、及びＺｒからなる群から選ばれる少なくとも１つを添加して、又は遷移金属元素と置換して用いることができる。
負極板１６は、例えば次のようにして作製することができる。まず、負極活物質と結着剤を分散媒中で均一になるように混練して、負極合剤スラリーを作製する。結着剤にはスチレンブタジエン（ＳＢＲ）共重合体又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を、分散媒には水を用いることが好ましい。負極合剤スラリーにはカルボキシメチルセルロースなどの増粘剤を添加することが好ましい。この負極合剤スラリーを負極集電体上に塗布、乾燥して負極合剤層が形成される。その際、負極集電体の一部に負極合剤層が形成されていない負極集電体露出部が設けられる。次に、負極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断する。最後に、負極集電体露出部に負極リード１６ａが接続される。
負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵、放出することができる炭素材料や金属材料を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛及び人造黒鉛などの黒鉛が例示される。金属材料としては、ケイ素及びスズ並びにこれらの酸化物が挙げられる。炭素材料及び金属材料は単独で、又は２種以上を混合して用いることができる。
セパレータ１７として、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）のようなポリオレフィンを主成分とする微多孔膜を用いることができる。微多孔膜は１層単独で、又は２層以上を積層して用いることができる。２層以上の積層セパレータにおいては、融点が低いポリエチレン（ＰＥ）を主成分とする層を中間層に、対酸化性に優れたポリプロピレン（ＰＰ）を表面層とすることが好ましい。さらに、セパレータには酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のような無機粒子を添加することができる。このような無機粒子はセパレータ中に担持させることができ、セパレータ表面に結着剤とともに塗布することもできる。
非水電解液として、非水溶媒中に電解質塩としてのリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。
非水溶媒として、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状カルボン酸エステルを用いることができ、これらは２種以上を混合して用いることが好ましい。環状炭酸エステルとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）及びブチレンカーボネート（ＢＣ）が例示される。また、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）のように、水素の一部をフッ素で置換した環状炭酸エステルを用いることもできる。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）及びメチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）などが例示される。環状カルボン酸エステルとしてはγ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）及びγ−バレロラクトン（γ−ＶＬ）が例示され、鎖状カルボン酸エステルとしてはピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、メチルイソブチレート及びメチルプロピオネートが例示される。
リチウム塩として、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０及びＬｉ２Ｂ１２Ｃｌ１２が例示される。これらの中でもＬｉＰＦ６が特に好ましく、非水電解液中の濃度は０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。ＬｉＰＦ６にＬｉＢＦ４など他のリチウム塩を混合することもできる。
本発明の一実施形態として説明した円筒形電池について、具体的な実施例を用いてより詳細に説明する。
（実施例１）
（封口体の作製）
弁体１２及び金属板１３はアルミニウムからなる板材をプレス加工することによって作製した。傾斜領域１２ａの端部を構成する弁体１２の外形の内周側の同心円１２ｂ及び外周側の同心円１２ｃの半径はそれぞれ７ｍｍ及び１２ｍｍとした。また、図３に示すように傾斜領域１２ａの内周側及び外周側のそれぞれの厚みをＴ１及びＴ２としたときに、そのＴ１及びＴ２がそれぞれ０．３ｍｍ及び０．２ｍｍになるように傾斜領域１２ａを形成した。弁体１２の外周部と金属板１３の外周部の間に環状の絶縁部材１４を介在させた状態で、弁体１２と金属板１３の中央部を接続して図２に示す封口体１１を作製した。
（封口体の作製）
弁体１２及び金属板１３はアルミニウムからなる板材をプレス加工することによって作製した。傾斜領域１２ａの端部を構成する弁体１２の外形の内周側の同心円１２ｂ及び外周側の同心円１２ｃの半径はそれぞれ７ｍｍ及び１２ｍｍとした。また、図３に示すように傾斜領域１２ａの内周側及び外周側のそれぞれの厚みをＴ１及びＴ２としたときに、そのＴ１及びＴ２がそれぞれ０．３ｍｍ及び０．２ｍｍになるように傾斜領域１２ａを形成した。弁体１２の外周部と金属板１３の外周部の間に環状の絶縁部材１４を介在させた状態で、弁体１２と金属板１３の中央部を接続して図２に示す封口体１１を作製した。
（正極板の作製）
正極活物質としてのＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２が１００質量部、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）が１．７質量部、導電剤としてのアセチレンブラックが２．５重量部となるように分散媒中に投入、混練して正極合剤スラリーを調製した。この正極合剤スラリーをアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布、乾燥して正極合剤層を形成した。その際、正極集電体の一部に正極合剤層が形成されていない正極集電体露出部を設けた。次に、正極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断した。最後に、正極集電体露出部にアルミニウム製の正極リード１５ａを超音波溶着により接続して正極板１５を作製した。
正極活物質としてのＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２が１００質量部、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）が１．７質量部、導電剤としてのアセチレンブラックが２．５重量部となるように分散媒中に投入、混練して正極合剤スラリーを調製した。この正極合剤スラリーをアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布、乾燥して正極合剤層を形成した。その際、正極集電体の一部に正極合剤層が形成されていない正極集電体露出部を設けた。次に、正極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断した。最後に、正極集電体露出部にアルミニウム製の正極リード１５ａを超音波溶着により接続して正極板１５を作製した。
（負極板の作製）
負極活物質としての黒鉛が１００質量部、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）が０．６質量部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）が１重量部となるように分散媒中に投入、混練して負極合剤スラリーを調製した。この負極合剤スラリーを銅箔からなる負極集電体の両面に塗布、乾燥して負極合剤層を形成した。その際、負極集電体の一部に負極合剤層が形成されていない負極集電体露出部を設けた。次に、負極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断した。最後に、負極集電体露出部にニッケル製の負極リード１６ａを超音波溶着により接続して負極板１６を作製した。
負極活物質としての黒鉛が１００質量部、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）が０．６質量部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）が１重量部となるように分散媒中に投入、混練して負極合剤スラリーを調製した。この負極合剤スラリーを銅箔からなる負極集電体の両面に塗布、乾燥して負極合剤層を形成した。その際、負極集電体の一部に負極合剤層が形成されていない負極集電体露出部を設けた。次に、負極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断した。最後に、負極集電体露出部にニッケル製の負極リード１６ａを超音波溶着により接続して負極板１６を作製した。
（非水電解液の調製）
エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、及びエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を混合して非水溶媒を調製した。この非水溶媒に電解質塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように溶解して非水電解液を調製した。
エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、及びエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を混合して非水溶媒を調製した。この非水溶媒に電解質塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように溶解して非水電解液を調製した。
（電極体の作製）
上記のようにして作製した正極板１５と負極板１６を、微多孔製ポリオレフィン膜からなるセパレータ１７を介して巻回して電極体１８を作製した。
上記のようにして作製した正極板１５と負極板１６を、微多孔製ポリオレフィン膜からなるセパレータ１７を介して巻回して電極体１８を作製した。
（非水電解液二次電池の作製）
図１に示すように、電極体１８の下部に下部絶縁板１９を配置し、電極体１８を有底円筒状の外装缶２２へ挿入した。負極リード１６ａは外装缶２２の底部に抵抗溶接により接続した。次に、電極体１８の上部に上部絶縁板２０を配置し、外装缶２２の開口部の近傍に幅１．０ｍｍ、深さ１．５ｍｍのＵ字状の溝部を円周方向に塑性加工によって形成した。そして、正極リード１５ａを金属板１３とレーザー溶接により接続し、外装缶２２に形成された溝部にガスケット２１を介して封口体１１をかしめ固定することにより非水電解液二次電池１０を作製した。
図１に示すように、電極体１８の下部に下部絶縁板１９を配置し、電極体１８を有底円筒状の外装缶２２へ挿入した。負極リード１６ａは外装缶２２の底部に抵抗溶接により接続した。次に、電極体１８の上部に上部絶縁板２０を配置し、外装缶２２の開口部の近傍に幅１．０ｍｍ、深さ１．５ｍｍのＵ字状の溝部を円周方向に塑性加工によって形成した。そして、正極リード１５ａを金属板１３とレーザー溶接により接続し、外装缶２２に形成された溝部にガスケット２１を介して封口体１１をかしめ固定することにより非水電解液二次電池１０を作製した。
（実施例２及び３）
傾斜領域１２ａの外周側の端部の厚みＴ２を表１に記載された値に変更したこと以外は実施例１と同様にして実施例２及び３に係る非水電解液二次電池１０を作製した。
傾斜領域１２ａの外周側の端部の厚みＴ２を表１に記載された値に変更したこと以外は実施例１と同様にして実施例２及び３に係る非水電解液二次電池１０を作製した。
（比較例１）
実施例１における傾斜領域１２ａに対応する領域の弁体の厚みが０．２ｍｍ（実施例１のＴ２に等しい）で均一になるように弁体を作製したこと以外は実施例１と同様にして比較例１に係る非水電解液二次電池を作製した。
実施例１における傾斜領域１２ａに対応する領域の弁体の厚みが０．２ｍｍ（実施例１のＴ２に等しい）で均一になるように弁体を作製したこと以外は実施例１と同様にして比較例１に係る非水電解液二次電池を作製した。
（比較例２）
実施例２における傾斜領域１２ａに対応する領域の弁体の厚みが０．１９５ｍｍ（実施例２のＴ２に等しい）で均一になるように弁体を作製したこと以外は実施例２と同様にして比較例２に係る非水電解液二次電池を作製した。
実施例２における傾斜領域１２ａに対応する領域の弁体の厚みが０．１９５ｍｍ（実施例２のＴ２に等しい）で均一になるように弁体を作製したこと以外は実施例２と同様にして比較例２に係る非水電解液二次電池を作製した。
（比較例３）
実施例３における傾斜領域１２ａに対応する領域の弁体の厚みが０．２０５ｍｍ（実施例３のＴ２に等しい）で均一になるように弁体を作製したこと以外は実施例３と同様にして比較例３に係る非水電解液二次電池を作製した。
実施例３における傾斜領域１２ａに対応する領域の弁体の厚みが０．２０５ｍｍ（実施例３のＴ２に等しい）で均一になるように弁体を作製したこと以外は実施例３と同様にして比較例３に係る非水電解液二次電池を作製した。
（作動圧の測定）
実施例１〜３及び比較例１〜３のそれぞれ１０個の電池を用意し、充電深度が３０％になるように各電池を充電した。充電された電池から封口体を取り出した後、封口体の電流遮断機構の作動圧を測定した。作動圧の測定は以下のように行った。
実施例１〜３及び比較例１〜３のそれぞれ１０個の電池を用意し、充電深度が３０％になるように各電池を充電した。充電された電池から封口体を取り出した後、封口体の電流遮断機構の作動圧を測定した。作動圧の測定は以下のように行った。
図５に示すように、押さえ部５１と受け部５２を有する固定治具５０に封口体を固定した。受け部５２は測定装置の一部に固定しており、押さえ部５１をエアーシリンダーで上方から加圧することで封口体と受け部５２で囲まれる空間Ｓの気密性を確保した。この空間Ｓに窒素ガスが充填されたガスボンベ５４からレギュレーター５３を経由して窒素ガスを一定速度で供給した。
窒素ガスの供給中は空間Ｓの圧力と、弁体と金属板の間に電流経路が確保されているのかをリアルタイムで確認した。電流経路が確保されているかどうかは、検流計に接続した一対の電極端子を、固定治具５０の押さえ部５１と金属板のそれぞれに接続して確認した。なお、押さえ部５１は金属で構成されているため弁体とは電気的に接続されている。
窒素ガスの供給中に弁体と金属板の間の電流経路が遮断された時点の空間Ｓの圧力を封口体の電流遮断機構の作動圧とした。このようにして測定した作動圧から実施例１〜３及び比較例１〜３のそれぞれについて作動圧のバラツキの指標としての工程能力指数（Ｃｐｋ）を算出した。工程能力指数は、作動圧の規格値と、作動圧の上限値及び下限値のうち規格値に近いほうの値との差を３×σ（標準偏差）で除して得られる値である。表１に結果をまとめて示す。
表１から、いずれの実施例も比較例に比べて工程能力指数が大幅に向上していることから、実施例の作動圧のバラツキが大幅に減少していることがわかる。比較例１の弁体は、実施例１の傾斜領域の弁体厚みを最小厚みであるＴ２で均一にした構成となっている。弁体厚みは実施例１より比較例１のほうが薄いため、実施例１より比較例１のほうが弁体は変形しやすい。しかし、傾斜領域を設けた実施例１のほうが作動圧のバラツキは大幅に低減されている。このことは、実施例１のように弁体に傾斜領域が設けられると厚みの最小部が弁体の変形の起点となり弁体の変形の挙動に個体差が生じにくくなることを示している。実施例２と比較例２、及び実施例３と比較例３との比較によっても同様の結果が得られている。つまり、本発明の効果は傾斜領域によって発揮されている。
なお、実施例１〜３の傾斜領域は、弁体の内周部から外周部へ半径方向に沿って弁体の厚みが連続的に減少するように形成されていた。逆に、弁体の内周部から外周部へ変形方向に沿って弁体の厚みが増加するように傾斜領域を形成した場合には、傾斜領域の最内周部が弁体の変形の起点となるため本発明の効果は同様に発揮されると考えられる。
なお、本発明を実施するための形態として非水電解液二次電池を用いて説明したが、本発明はニッケル水素電池など非水電解液二次電池以外の円筒形電池にも適用することができる。
以上説明したように本発明によれば、電流遮断機構の作動圧バラツキを低減することができるため、安全性に優れた円筒形電池を提供することができる。特に本発明は、高エネルギー密度の円筒形電池を使用する用途に適している。そのような用途として、ノート型パソコンなどの小型電子機器、電動工具や電動アシスト自転車などのパワーツール、及び電気自動車などの駆動電源が挙げられる。
１０ 非水電解液二次電池
１１ 封口体
１２ 弁体
１２ａ 傾斜領域
１２ｂ 弁体の外形の内周側の同心円
１２ｃ 弁体の外形の外周側の同心円
１２ｅ 外周部の突起部
１３ 金属板
１３ａ 薄肉部
１４ 絶縁部材
１５ 正極板
１６ 負極板
１７ セパレータ
１８ 電極体
２２ 外装缶
１１ 封口体
１２ 弁体
１２ａ 傾斜領域
１２ｂ 弁体の外形の内周側の同心円
１２ｃ 弁体の外形の外周側の同心円
１２ｅ 外周部の突起部
１３ 金属板
１３ａ 薄肉部
１４ 絶縁部材
１５ 正極板
１６ 負極板
１７ セパレータ
１８ 電極体
２２ 外装缶
Claims (8)
- 正極板と負極板がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、有底円筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定された封口体と、を備え、
前記封口体が、外形が円形の弁体、前記弁体よりも電池内方側に配置されるとともに前記弁体の中央部に接続された金属板、及び前記弁体の外周部と前記金属板の外周部の間に介在する環状の絶縁部材、を含み、
前記弁体が内周部から外周部へ半径方向に沿って厚みが連続的に減少する傾斜領域を有し、
前記傾斜領域の前記弁体の半径方向に沿った長さは前記弁体の半径の１０％以上９０％以下である、
円筒形電池。 - 正極板と負極板がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、有底円筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定された封口体と、を備え、
前記封口体が、外形が円形の弁体、前記弁体よりも電池内方側に配置されるとともに前記弁体の中央部に接続された金属板、並びに前記弁体及び前記金属板のそれぞれの外周部の間に介在する環状の絶縁部材、を含み、
前記弁体が内周部から外周部へ半径方向に沿って厚みが連続的に減少する傾斜領域と、前記傾斜領域の外側に前記傾斜領域より厚みの大きな領域を有する、
円筒形電池。 - 前記傾斜領域の前記弁体の半径方向に沿った長さは前記弁体の半径の１０％以上９０％以下である請求項２に記載の円筒形電池。
- 前記傾斜領域が前記弁体の外形の二つの同心円に囲まれる領域を占めている請求項１から３のいずれかに記載の円筒形電池。
- 前記弁体は溝状の薄肉部を有する請求項１から４のいずれかに記載の円筒形電池。
- 前記金属板は前記電極体とリードを介して電気的に接続されている請求項１から５のい
ずれかに記載の円筒形電池。 - 前記弁体は前記封口体の最外部に配置されている請求項１から６のいずれかに記載の円筒形電池。
- 前記金属板は、前記弁体との溶接部の周囲に溝状の薄肉部を有する請求項１から７のいずれかに記載の円筒形電池。
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