JP6914217B2

JP6914217B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP6914217B2
Application number: JP2018031080A
Authority: JP
Inventors: 幸延宮村; 裕明今西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2038-02-23
Also published as: JP2019145467A

Description

本開示は、密閉型電池に関する。

従来、特許文献１には、蓄電装置が開示されている。この蓄電装置は、ケースと、電極組立体と、集電部材と、接続端子と、導電部材と、電流遮断装置とを備えている。電流遮断装置は、隔壁を備えている。電流遮断装置は、連通空間の圧力と隔離空間の圧力との差が設定値未満のときは、集電部材と接続端子との間を電流が流れる状態とし、連通空間と隔離空間の圧力との差が設定値以上となったときに隔壁が変形することよって集電部材と接続端子との間を電流が流れない状態とする。この蓄電装置では、ケースと隔壁の間に、連通空間が形成される一方でケースの内側には隔離空間が形成されている。

上記特許文献１の蓄電装置における電流遮断装置では、一端が電極組立体に電気的に接続された集電部材の他端に隔壁が接続されている。集電部材の他端には、薄肉の脆弱部が形成されている。また、隔壁の集電体接続部に対してケース内側に隔離空間が形成されている。隔離空間の下方は隔離部材およびハウジングの下部によって覆われている。ハウジングには電池内部と連通する連通孔が形成されている。このような構成の電流遮断装置を備える蓄電装置では、電池内圧の上昇によって連通空間の圧力が上昇すると、隔壁が隔離空間側に押される。これにより、集電部材の脆弱部が破断して隔壁が隔離空間側に変形移動し、その結果、集電部材と接続端子とが接続解除されて電流が遮断される。特許文献１の蓄電装置によれば、集電部材と接続端子とを接続する電流経路を、隔壁及び隔離空間を回りこむように配置する必要がなく、上記電流経路を短く形成することができるので蓄電装置の電気的損失を小さくできると記載されている。

特開２０１３−２２９１５６号公報

昨今の高容量化と急速充電のニーズにより、体積効率の良い電池が求められている。この場合、充放電時の電流量が増加しているため、大電流が流れることによる電流経路構成部品の抵抗発熱が、その近傍に配置されている樹脂製ガスケットに伝熱して劣化を促進させ、気密性に悪影響を与えるおそれがある。上記特許文献１の蓄電装置では、集電部材において薄肉となった脆弱部がガスケットの直下に配置されている。脆弱部は電気抵抗値が高く抵抗発熱が大きくなるため、この脆弱部からの伝熱によってガスケットの劣化が促進されることがある。

本開示の目的は、電流遮断機構からの伝熱によってガスケットの劣化が促進されるのを抑制できる密閉型電池を提供することである。

本開示に係る密閉型電池は、開口部を有するケースと、ケース内に収納される電極体と、ケースの開口部を密閉する蓋部材と、蓋部材の外面に設けられる外部端子と、一端が電極体から延出する電極タブと電気的に接続され、他端が電池内部に設けられた電流遮断機構に電気的に接続される集電部材と、電池内部において集電部材に電流遮断機構を介して電気的に接続される板状部と、板状部から突出して蓋部材を貫通して外部端子に電気的に接続される柱状部とを有する導通部材と、導通部材の柱状部の外周に配置されて蓋部材の貫通孔との間を気密状態にシールするガスケットと、を備える。電流遮断機構は、外周部が導通部材の板状部に接続され、内周部が集電部材の脆弱部に接続される薄板状の導電板を備える。導電板は電池内部の圧力上昇を受けて内周部が脆弱部の破断により集電部材から離間するように変位可能である。電池上面からの透視において導電板はガスケットから離れた位置に配置されている。

本開示に係る密閉型電池によれば、電流遮断機構からの伝熱によってガスケットの劣化が促進されるのを抑制できる。

本開示の一実施形態である密閉型電池の斜視図である。密閉型電池の上側角部の断面を含む斜視図と一部拡大図である。正極端子部における電流の流れと発熱領域を示す、図２と同様の斜視図である。密閉型電池の組立てを示す斜視図である。図４に続いて、密閉型電池の組立てを示す斜視図である。図５に続いて、密閉型電池の組立てを示す斜視図である。図６に続いて、密閉型電池の組立てを示す斜視図である。図７に続いて、密閉型電池の組立てを示す斜視図である。図８に続いて、密閉型電池の組立てを示す斜視図である。図９に続いて、密閉型電池の組立てを示す斜視図である。比較例の電流遮断機構を示す断面を含む斜視図である。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、本開示の一実施形態である密閉型電池１０の斜視図である。図２は、密閉型電池１０の上側角部の断面を含む斜視図と一部拡大図である。図１及び図２において、密閉型電池１０の横方向（または幅方向）が矢印Ｘで示され、密閉型電池１０の長さ方向が矢印Ｙで示され、密閉型電池１０の縦方向（または上下方向、高さ方向）が矢印Ｚで示されている。矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示す各方向は互いに直交する。

図１に示すように、密閉型電池１０は、横長の長方形状を有する角形電池である。また、密閉型電池１０は、長さ方向Ｙの寸法が小さい扁平な角形電池である。さらに、密閉型電池１０は、例えばリチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池である。

図１に示すように、密閉型電池１０は、例えば、アルミニウム合金等の金属からなるケース１２を備える。ケース１２は、底部と側壁部を有し、上部に開口部を有する。ケース１２の開口部は、蓋部材１４によって密閉されている。蓋部材１４は、例えば、アルミニウム合金等からなる金属板で構成されている。蓋部材１４は、例えば、レーザー溶接等によってケース１２の開口縁部に固定される。

蓋部材１４の上面には、正極端子部２２ｐおよび負極端子部２２ｎが設けられている。正極端子部２２ｐと負極端子部２２ｎとは、互いに離れて設けられている。具体的には、負極端子部２２ｎは蓋部材１４の横方向Ｘの一端部に配置され、正極端子部２２ｐは蓋部材１４の横方向Ｘの他端部に配置されている。

正極端子部２２ｐおよび負極端子部２２ｎには、ボルト２３がそれぞれ突設されている。これらのボルト２３をバスバー等の接続部材の貫通孔に挿通させてナットで締め付けることにより、接続部材を正極端子部２２ｐおよび負極端子部２２ｎにそれぞれ電気的に接続することができる。

なお、本実施形態では各端子部２２ｐ，２２ｎにボルト２３を設けた例について説明するが、これに限定されるものではなく、ボルトは省略されてもよい。

図２に示すように、ケース１２内には、電極体１６が収納されている。電極体１６は、それぞれシート状をなす正極板と負極板とをセパレータを挟んで多数枚積層して構成される。正極板、負極板、セパレータの詳細については後述する。電極体１６では、多数枚の正極板、負極板およびセパレータが例えば粘着テープ等の結束部材によって一体にまとめられている。

電極体１６を構成する各正極板は、その上端部から延出する正極タブ１８をそれぞれ有する。各正極タブ１８は、電極体１６の横方向右側部分の上端部にそれぞれ設けられ、厚み方向Ｙに並んで配置されている。また、電極体１６を構成する各負極板は、その上端部から延出する負極タブ２０をそれぞれ有する（図８、図９参照）。各負極タブ２０は、電極体１６の横方向左側部分の上端部にそれぞれ設けられ、厚み方向Ｙに並んで配置されている。

なお、本実施形態では電極体１６が積層型電極体である場合について説明するが、これに限定されない。電極体は、セパレータを挟んで正極板および負極板を巻回して構成される巻回型電極体であってもよい。

次に、図２を参照して、正極端子部２２ｐの構成について説明する。図２に示すように、正極端子部２２ｐは、導電性の正極外部端子２４ｐを備える。正極外部端子２４ｐと蓋部材１４との間は例えば樹脂部材である絶縁部材２６によって絶縁されている。

正極外部端子２４ｐは、横方向Ｘに延在する金属板によって形成される。正極外部端子２４ｐの一方端部２５ａには貫通孔が形成され、この貫通孔にはボルト２３が挿通されている。また、正極外部端子２４ｐは延在方向に中央部に曲げ部２５ｃが形成されている。この曲げ部２５ｃによって正極外部端子２４ｐの一方端部２５ａと絶縁部材２６との間に隙間が形成されている。この隙間にボルト２３の頭部が配置されている。

他方、正極外部端子２４ｐの他方端部２５ｂは、正極外部端子２４ｐに上面に接触して配置されている。後述するように、正極外部端子２４ｐの他方端部２５ｂは、カシメ及び溶接によって正極外部端子２４ｐに固定されて電気的に接続されている。

ケース１２内には、正極集電部材３４が設けられている。正極集電部材３４は、例えば、横方向に延在する金属板によって形成される。正極集電部材３４は、横方向Ｘに関して、一方端部３４ａ、他方端部３４ｂ、および、曲げ部３４ｃを有する。

正極集電部材３４の一方端部３４ａの下面には、電極体１６から延出する多数枚の正極タブ１８が電気的に接続されている。正極タブ１８は、例えば、レーザー溶接等によって正極集電部材３４に接合されている。

正極集電部材３４の一方端部３４ａは、蓋部材１４の裏面に接触して配置された絶縁部材３７に隙間を隔てて近接して配置されている。

正極集電部材３４の他方端部３４ｂは、正極集電部材３４の中間部分に曲げ部３４ｃが形成されていることによって、一方端部３４ａよりも低い位置に配置されている。

正極集電部材３４の他方端部３４ｂには、上方へ向かって窪んだ凹部３６が形成されている。凹部３６は、平面視で円形状をなす。凹部３６の底部は、正極集電部材３４の他の部分（一方端部３４ａおよび曲げ部３４ｃ）よりも薄板になっている。また、凹部３６の底部には、円形の開口部３８が形成されている。さらに、凹部３６の底部であって開口部３８の外周側には、Ｖ字状の溝からなる円形状の脆弱部４０が形成されている。

本実施形態の密閉型電池１０は、電池内部であるケース１２内に電流遮断機構（ＣＩＤ：ＣｕｒｒｅｎｔＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｅｖｉｃｅ）４２を備える。電流遮断機構４２は、反転板４４と、正極集電部材３４の他方端部３４ｂに形成された脆弱部４０とによって構成される。

反転板４４は、金属製の薄板からなる導電板である。反転板４４は、円錐台状をなして下方に突出する内周部４４ａと、内周部４４ａの外周縁に一体に形成されるフランジ部４４ｂとを有する。反転板４４の内周部４４ａは、先端平坦面４５が例えばレーザー溶接等によって正極集電部材３４の脆弱部４０に接合されている。反転板４４の内周部４４ａの先端平坦面４５は、正極集電部材３４の脆弱部４０に対して、開口部３８の外周側であって脆弱部４０を形成する溝の内周側の領域で接合されるのが好ましい。図２中の拡大図において溶接部分が円形状の破線によって示されている。

反転板４４のフランジ部４４ｂは、例えばレーザー溶接等によって導通部材４６に接合されている。導通部材４６は、反転板４４を介して正極集電部材３４をケース外部の正極外部端子２４ｐに電気的に接続する接続部材である。

導通部材４６は、板状部４８と、柱状部５０と有する。板状部４８は、金属体によって構成され、横方向Ｘに延在している。板状部４８の一方端部４８ａの下面には、反転板４４のフランジ部４４ｂが例えばレーザー溶接等により接合されている。これにより、反転板４４が導通部材４６の板状部４８に電気的に接続されている。

板状部４８の一方端部４８ａの下面には、扁平な円柱状空間を含む収容凹部４９が形成されている。反転板４４は、収容凹部４９を覆った状態で一方端部４８ａに固定されている。これにより、反転板４４によって覆われた収容凹部４９の内部空間５２は、密閉空間になっている。

収容凹部４９は、反転板４４の内周部４４ａが電池内圧上昇により反転変位したときに内周部４４ａを収容する機能を有する。収容凹部４９は、板状部４８の一方端部４８ａにおいて厚み方向の内部に形成されている。このように反転板４４の作動空間を形成する収容凹部４９を導通部材４６の板状部４８の一方端部４８ａにおいて厚み方向の内部に形成することで、反転板４４を含む電流遮断機構４２を薄型化することができる。その結果、ケース１２内において電極体１６の上方に形成されるデッドスペースを小さくすることができ、高容量化に適した電池とすることができる。

導通部材４６の板状部４８と蓋部材１４との間には絶縁部材３７が配置されて電気的に絶縁されている。絶縁部材３７は横方向Ｘに延在しており、一方端部が正極集電部材３４の一方端部３４ａと対向している。絶縁部材３７の他方側端部には貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して導通部材４６の柱状部５０が上方に延びている。

導通部材４６の板状部４８の他方端部４８ｂは、密閉型電池１０の横方向端部側に向かって延在している。他方端部４８ｂの上面には突出部が形成されており、この突出部が絶縁部材３７の下面に形成された凹部に嵌り込むことによって導通部材４６が絶縁部材３７に対して位置決めされている。

また、導通部材４６の板状部４８の他方端部４８ｂの上面には柱状部５０が立設されている。柱状部５０は、例えば金属製リベットによって構成される。柱状部５０は、絶縁部材３７の貫通孔および蓋部材１４の貫通孔を介して上方に延伸している。柱状部５０の上端部は、正極外部端子２４ｐの他方端部２５ｂ上でカシメられてフランジ状に拡径されている。これにより、導通部材４６が柱状部５０を介して正極外部端子２４ｐに固定され、その結果、導通部材４６が正極外部端子２４ｐと電気的に接続されている。

柱状部５０の外周には、ガスケット５４が配置されている。ガスケット５４は、樹脂部材で構成されるシール部材である。ガスケット５４は、柱状部５０の外周面に接触して配置される筒部と、この筒部のケース内側端部から外側に突出するフランジ部を有する。ガスケット５４の筒部は、柱状部５０と蓋部材１４の貫通孔の縁部との間を気密状態に封止する。ガスケット５４のフランジ部は絶縁部材３７の貫通孔の縁部に係合している。

本実施形態の密閉型電池１０では、電池上面から透視したとき、反転板４４がガスケット５４から離れた位置に配置されている。具体的には、反転板４４とガスケット５４とは、横方向Ｘの距離ｄだけ離れて配置されている。この距離ｄは３〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。その理由は、距離ｄが３ｍｍより短いと反転板４４での抵抗発熱によって生じた熱がガスケット５４に伝わりやすくなり、距離ｄが１０ｍｍより長いと、正極端子部２２ｐにおける電流経路が長くなるために抵抗が高くなり、全体としての発熱が大きくなるためである。

密閉型電池１０の負極端子部２２ｎは、電流遮断機構が設けられていない点で正極端子部２２ｐと相違するが、他の構成はほぼ同様である。具体的には、図９に示すように、電極体１６に含まれる負極板の上端部からそれぞれ延出する多数枚の負極タブ２０が負極集電部材６０の一方端部に例えばレーザー溶接等によって接合される。この場合、負極集電部材６０の他方端部には脆弱部は設けられていない。負極集電部材６０の他方端部は、導通部材６２の板状部の一方端部に直接（すなわち反転板を介することなく）接合される。そして、導通部材６２の板状部の他方端部に設けられた柱状部が蓋部材１４を貫通して延伸し、柱状部の先端がカシメられて負極外部端子２４ｎに固定されている。

図３は、正極端子部２２ｐにおける電流の流れと発熱領域を示す、図２と同様の斜視図である。図３に示すように、密閉型電池１０が使用されて電流が流れるとき、電流は電極体１６から正極タブ１８を経て正極集電部材３４に流れ、正極集電部材３４から反転板４４を介して導通部材４６に流れ、導通部材４６から正極外部端子２４ｐに流れて、ボルト２３から図示しないバスバー等の接続部材に流れる。

このとき、図３において一点鎖線で囲んだ領域で特に抵抗発熱が大きくなる。具体的には、正極集電部材３４の他方端部３４ｂには薄肉となった脆弱部４０が形成されており、この脆弱部４０は電気抵抗値が高くなるため抵抗発熱が大きくなる。また、反転板４４は薄板状の金属板で形成されるため、反転板４４における抵抗発熱も大きくなる。したがって、このように抵抗発熱が大きくなる領域に近い位置、例えば、上下方向Ｚの直上位置に樹脂製のガスケットが配置されている場合には、反転板４４からの伝熱によって劣化が促進され、気密性に悪影響を及ぼすおそれがある。

これに対し、本実施形態の密閉型電池１０では、ガスケット５４が反転板４４から横方向Ｘに距離ｄだけ離れた位置に配置されている。これにより、反転板４４からガスケット５４に熱が伝わりにくくなり、その結果、ガスケット５４の劣化を抑制して気密性を良好に維持することができる。

内部短絡等の原因によって電池内圧が所定の設定値以上に上昇すると、電池内部に設けられている電流遮断機構４２を構成する反転板４４の内周部４４ａの傾斜した外周面が受圧によって上方に押される。これにより、正極集電部材３４の他方端部３４ｂに形成された脆弱部４０が破断して、反転板４４の内周部４４ａが上方に凸状となるように反転変位する。すなわち、反転板４４が正極集電部材３４から離間する。このとき反転板４４の内周部４４ａは上方へ凸状に塑性変形して収容凹部４９内に収容される。その結果、正極端子部２２ｐにおける電流経路が正極集電部材３４と導通部材４６との間で絶たれることで電流が遮断される。

このように作動する電流遮断機構４２は、電池内圧上昇時に反転変形する反転板４４の内周部４４ａを収容する収容凹部４９を、導通部材４８の一方端部４８ａの厚み方向の内部に形成したことで、電流遮断機構４２の縦方向寸法を小さくすることができる。したがって、ケース１２内において蓋部材１４と電極体１６との間に形成されるデッドスペースを小さくでき、高容量化に適した電池とすることができる。

次に、図４〜図１０を参照して、本実施形態の密閉型電池１０の製造工程について説明する。図４等において、レーザーＲがＶ字状に示されている。

まず図４に示すように、導通部材４６の板状部４８の一方端部４８ａに反転板４４を、収容凹部４９を覆った状態に組み付ける。そして、反転板４４の外周全体をレーザー溶接によって気密状態に接合する。

続いて、図５に示すように、反転板４４が取り付けられた導通部材４６の柱状部５０を、蓋部材１４の下面に組み付けられたガスケット５４および絶縁部材３７と、蓋部材１４の上面に組み付けられた絶縁部材２６および正極外部端子２４ｐを貫通させて挿通する。

そして、図６に示すように、柱状部５０の上端部を正極外部端子２４ｐにカシメ固定した後、レーザー溶接によって柱状部５０の上端縁部を正極外部端子２４ｐに接合する。これにより、柱状部５０（すなわち導通部材４６）がより確実に正極外部端子２４ｐと電気的に接続される。

続いて、図７に示すように、蓋部材１４に負極端子部２２ｎの構成部材を組み付ける。具体的には、負極用の導通部材６２の柱状部６４を、蓋部材１４の下面に組み付けられたガスケット６６および絶縁部材６８と、蓋部材１４の上面に組み付けられた絶縁部材７０および負極外部端子２４ｎとを貫通した状態にする。そして、柱状部６４の上端部をカシメて負極外部端子２４ｎに固定し、レーザー溶接によって柱状部６４の上端縁部を負極外部端子２４ｎに接合する。これにより、柱状部６４（すなわち導通部材６２）がより確実に負極外部端子２４ｎと電気的に接続される。

続いて、図８に示すように、電極体１６を２つの電極体部分１６ａ，１６ｂに分けて、各電極体部分１６ａ，１６ｂから延出する正極タブ１８を正極集電部材３４にレーザー溶接して接合するとともに、各電極体部分１６ａ，１６ｂから延出する負極タブ２０を負極集電部材６０にレーザー溶接して接合する。

続いて、図９に示すように、電極体部分１６ａ，１６ｂを重ね合わせた状態にする。そして、正極集電部材３４を蓋部材１４に取り付けられた導通部材４６にレーザー溶接によって接合するとともに、負極集電部材６０を蓋部材１４に取り付けられた導通部材６２にレーザー溶接によって接合する。

続いて、図１０に示すように、電極体部分１６ａ，１６ｂを重ね合わせた電極体１６をケース１２内に収容し、蓋部材１４の外周縁部全周をケース１２の開口部に気密状態に接合する。

そして、蓋部材１４に設けられた注液口（図示せず）から非水電解質溶液を注入してから、注液口を密封する。これにより、密閉型電池１０の製造が完了する。

ここで、本実施形態の密閉型電池１０がリチウムイオン電池である場合、電極体１６を構成する正極板、負極板、および、セパレータの例について説明する。

正極板は、箔状の正極芯体の両側表面に正極活物質含有層を形成して構成される。正極芯体は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金箔からなる。正極タブ１８は、正極活物質層が形成されていない正極芯体自体によって形成されている。

正極活物質含有層は、例えば、正極活物質として、リチウムニッケル酸化物を用い、導電剤として、アセチレンブラック（ＡＢ）を用い、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用い、分散媒として、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを用いることで作製できる。正極活物質について更に詳細に説明すると、正極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能な化合物であれば適宜選択して使用できる。これらの正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なＬｉＭＯ_２（但し、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくとも１種である）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_ｙＣｏ_１−ｙＯ_２（ｙ＝０．０１〜０．９９）、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＣｏ_ｘＭｎ_ｙＮｉ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）や、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４又はＬｉＦｅＰＯ_４などを一種単独もしくは複数種を混合して用いることができる。さらには、リチウムコバルト複合酸化物にジルコニウムやマグネシウム、アルミニウム、タングステンなどの異種金属元素を添加したものも使用し得る。しかし、正極活物質含有層は、それら以外の公知の如何なる材料で作製されてもよい。

正極板は、例えば、次のように作製される。正極活物質に導電剤や結着剤等を混合し、その混合物を分散媒中で混練することによってペースト状の正極活物質スラリーを作製する。その後、正極活物質スラリーを正極芯体上に塗布する。続いて、正極芯体に塗布された正極活物質スラリーを乾燥、及び圧縮して、正極活物質含有層を形成する。そして、正極芯体および正極活物質含有層を例えばレーザー溶断等によって切断することで、正極タブ１８を有する正極板が形成される。

負極板は、箔状の負極芯体の両側表面に負極活物質含有層を形成して構成される。負極芯体は、例えば、銅又は銅合金箔からなる。負極タブ２０は、負極活物質層が形成されていない負極芯体自体によって形成されている。

負極活物質含有層の負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵・放出できるものであれば特に限定されず、例えば、炭素材料や、珪素材料、リチウム金属、リチウムと合金化する金属或いは合金材料や、金属酸化物などを用いることができる。なお、材料コストの観点からは、負極活物質に炭素材料を用いることが好ましく、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズピッチ系炭素繊維（ＭＣＦ）、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス、ハードカーボンなどを用いることができる。特に、高率充放電特性を向上させる観点からは、負極活物質として、黒鉛材料を低結晶性炭素で被覆した炭素材料を用いることが好ましい。

また、負極活物質含有層は、結着剤として、スチレンーブタジエン共重合体ゴム粒子分散体（ＳＢＲ）を用い、増粘剤として、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用い、分散媒として、水を用いて、作製されると好ましい。負極活物質含有層は、例えば、次のように作製される。負極活物質に導電剤や結着剤等を混合し、その混合物を分散媒中で混練することによってペースト状の負極活物質スラリーを作製する。その後、負極活物質スラリーを負極芯体上に塗布する。続いて、負極芯体に塗布された負極活物質スラリーを乾燥、及び圧縮すると、負極活物質含有層が形成される。そして、負極芯体および負極活物質含有層を例えばレーザー溶断等によって切断することで、負極タブ２０を有する負極板が形成される。

セパレータとしては、非水電解質二次電池において一般に使用されている公知のものを用いることができる。例えば、ポリオレフィンからなるセパレータが好ましい。具体的には、ポリエチレンからなるセパレータのみならず、ポリエチレンの表面にポリプロピレンからなる層が形成されたものや、ポリエチレンのセパレータの表面にアラミド系の樹脂が塗布されたものを用いても良い。

正極板とセパレータの界面ないし負極板とセパレータとの界面には、無機物のフィラー層を形成してもよい。このフィラーとしては、チタン、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム等を単独もしくは複数用いた酸化物やリン酸化合物、またその表面が水酸化物などで処理されているものを用いることができる。また、このフィラー層は、正極板、負極板、又はセパレータに、フィラー含有スラリーを直接塗布して形成してもよく、フィラーで形成したシートを、正極板、負極板、又はセパレータに貼り付けることで形成してもよい。

非水電解質の溶媒としては、特に限定されるものではなく、非水電解質二次電池に従来から用いられてきた溶媒を使用することができる。例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート；ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトンなどのエステルを含む化合物；プロパンスルトンなどのスルホン基を含む化合物；１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，２−ジオキサン、１，４−ジオキサン、２−メチルテトラヒドロフランなどのエーテルを含む化合物；ブチロニトリル、バレロニトリル、ｎ−ヘプタンニトリル、スクシノニトリル、グルタルニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、１，２，３−プロパントリカルボニトリル、１，３，５−ペンタントリカルボニトリルなどのニトリルを含む化合物；ジメチルホルムアミドなどのアミドを含む化合物などを用いることができる。特に、これらのＨの一部がＦにより置換されている溶媒が好ましく用いられる。また、これらを単独又は複数組み合わせて使用することができ、特に環状カーボネートと鎖状カーボネートとを組み合わせた溶媒や、さらにこれらに少量のニトリルを含む化合物やエーテルを含む化合物が組み合わされた溶媒が好ましい。

また、非水電解質の非水系溶媒としてイオン性液体を用いることもでき、この場合、カチオン種、アニオン種については特に限定されるものではないが、低粘度、電気化学的安定性、疎水性の観点から、カチオンとしては、ピリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、４級アンモニウムカチオンを、アニオンとしては、フッ素含有イミド系アニオンを用いた組合せが特に好ましい。

さらに、非水電解質に用いる溶質としても、従来から非水電解質二次電池において一般に使用されている公知のリチウム塩を用いることができる。そして、このようなリチウム塩としては、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｏ、Ｓ、Ｎ、Ｃｌの中の一種類以上の元素を含むリチウム塩を用いることができ、具体的には、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）、ＬｉＣ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_３、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_２Ｏ_２などのリチウム塩及びこれらの混合物を用いることができる。特に、非水電解質二次電池における高率充放電特性や耐久性を高めるためには、ＬｉＰＦ_６を用いることが好ましい。

また、溶質としては、オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を用いることもできる。このオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩としては、ＬｉＢＯＢ（リチウム−ビスオキサレートボレート）の他、中心原子にＣ_２Ｏ_４ ^２−が配位したアニオンを有するリチウム塩、例えば、Ｌｉ［Ｍ（Ｃ_２Ｏ_４）_ｘＲ_ｙ］（式中、Ｍは遷移金属、周期律表の１３族，１４族，１５族から選択される元素、Ｒはハロゲン、アルキル基、ハロゲン置換アルキル基から選択される基、ｘは正の整数、ｙは０又は正の整数である。）で表わされるものを用いることができる。具体的には、Ｌｉ［Ｂ（Ｃ_２Ｏ_４）Ｆ_２］、Ｌｉ［Ｐ（Ｃ_２Ｏ_４）Ｆ_４］、Ｌｉ［Ｐ（Ｃ_２Ｏ_４）_２Ｆ_２］などがある。ただし、高温環境下においても負極の表面に安定な被膜を形成するためには、ＬｉＢＯＢを用いることが最も好ましい。

なお、上記溶質は、単独で用いるのみならず、２種以上を混合して用いても良い。また、溶質の濃度は特に限定されないが、非水電解液１リットル当り０．８〜１．７モルであることが望ましい。更に、大電電流での放電を必要とする用途では、上記溶質の濃度が非水電解液１リットル当たり１．０〜１．６モルであることが望ましい。

次に、本実施形態の密閉型電池１０における正極端子部２２ｐと、図１１に示す比較例の正極端子部２２ｐｈとで、ガスケットの温度上昇の相違をＣＡＥ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：コンピュータ支援設計）を用いて解析した。

図１１に示すように、比較例の正極端子部２２ｐｈでは、導通部材４６における板状部４８と柱状部５０とが分離しており、柱状部５０の基部に連結されている板状部５０ａと導通部材４６の板状部４８の他方端部４８ｂとの間に反転板４４が配置されている。すなわち、比較例の正極端子部２２ｐｈでは、柱状部５０の外周に配置されたガスケット５４の直下位置に反転板４４が設置されている。また、図示していないが、この場合には反転板４４の突出した内周部４４ａの先端平坦部が接合されている導通部材４６の板状部４８の他方端部４８ｂに脆弱部が形成されている。

ＣＡＥによる温度解析では、正極端子部２２ｐ，２２ｐｈのボルト２３の上面に電流２５０Ａを印加し、正極集電部材３４の一方端子３４ａをアース接続して電圧ゼロの状態で電流を流した条件で、２５℃の雰囲気から開始して９００秒経過後のガスケット５４の最高温度を計測した。その結果、比較例の正極端子部２２ｐｈでは８２．９℃であったのに対し、本実施形態の密閉型電池１０における正極端子部２２ｐでは７４．３℃であった。これにより、本実施形態では比較例よりガスケット温度を８．６℃下げることができ、熱による劣化を低減できることが確認できた。

なお、本開示は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記においては電流遮断機構４２を正極端子部２２ｐに設けた例について説明したが、これに限定されるものではなく、電流遮断機構を負極端子部２２ｎに設けてもよい。

１０密閉型電池、１２ケース、１４蓋部材、１６電極体、１６ａ，１６ｂ電極体部分、１８正極タブ（電極タブ）、２０負極タブ（電極タブ）、２２ｎ負極端子部、２２ｐ，２２ｐｈ正極端子部、２３ボルト、２４ｎ負極外部端子、２４ｐ正極外部端子、２６，３７，６８，７０絶縁部材、３４正極集電部材、３６凹部、３８開口部、４０脆弱部、４２電流遮断機構、４４反転板（導電板）、４４ａ内周部、４４ｂフランジ部、４５先端平坦面、４６，６２導通部材、４８板状部、４８ａ一方端部、４８ｂ他方端部、４９収容凹部、５０，６４柱状部、５２内部空間、５４，６６ガスケット、６０負極集電部材、ｄ距離、Ｒレーザー。

Claims

開口部を有するケースと、
前記ケース内に収納される電極体と、
前記ケースの開口部を密閉する蓋部材と、
前記蓋部材の外面に設けられる外部端子と、
一端が前記電極体から延出する電極タブと電気的に接続され、他端が電池内部に設けられた電流遮断機構に電気的に接続される集電部材と、
電池内部において前記集電部材に電流遮断機構を介して電気的に接続される板状部と、前記板状部から突出して前記蓋部材を貫通して前記外部端子に電気的に接続される柱状部とを有する導通部材と、
前記導通部材の柱状部の外周に配置されて前記蓋部材の貫通孔との間を気密状態にシールするガスケットと、を備え、
前記電流遮断機構は、外周部が前記導通部材の板状部に接続され、内周部が前記集電部材の脆弱部と、前記脆弱部に接続される薄板状の導電板を備え、前記導電板は電池内部の圧力上昇を受けて前記内周部が前記脆弱部の破断により前記集電部材から離間するように変位可能であり、
電池上面からの透視において前記導電板は前記ガスケットから離れた位置に配置されており、
前記導通部材の板状部には、前記集電部材から離間変位した前記導電板の内周部を受け入れる収容凹部が前記板状部の板厚を減じる方向で、板厚の内部に形成されている、密閉型電池。
電池上面からの透視における前記導電板と前記ガスケットとの間の距離は３〜１０ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の密閉型電池。