JP7607222B2 - 密閉型電池 - Google Patents
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Description
本発明は、電池缶と、電池缶に収容された電極体と、電池缶の開口を塞ぐ封口板とを具備する密閉型電池に関する。
異常な充放電や火中への投下等の誤使用時、密閉型電池の内部でガスが発生して、内圧が上昇する場合がある。このときの安全装置として、密閉型電池には、通常、防爆弁が設けられている。防爆弁が開くことにより、電池の破裂や膨れが抑制される。防爆弁は、例えば、電池缶を封口する封口板の一部をプレス加工して形成される薄肉部である。
特許文献１は、薄肉部を境にして、封口板の内周側を外周側よりも電池缶の底方向に偏位させることを教示している。
特許文献１のように封口板の内周側を外周側よりも電池缶の底方向に偏位させると、作動圧は高くなる。
本発明の一局面は、開口を有する有底円筒形の電池缶と、前記電池缶に収容される電極体と、前記電池缶の前記開口を塞ぐ封口板と、を具備し、前記封口板は、平板状の外周部と、内周部と、これらの間に介在する傾斜部とを備えるとともに、前記電池缶の外側を向く第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を備え、前記傾斜部は、前記内周部を前記外周部よりも前記電池缶の外側に配置させるように傾斜するとともに、前記封口板の径方向に並ぶ薄肉部および前記薄肉部より厚いベース部を備える、密閉型電池に関する。
本発明によれば、低い作動圧で作動するバラツキの小さい防爆機能を有する密閉型電池を提供できる。
本実施形態に係る密閉型電池（以下、単に電池と称する場合がある。）は、開口を有する有底円筒形の電池缶と、電池缶に収容される電極体と、電池缶の開口を塞ぐ封口板と、を具備する。封口板は、電池缶の外側を向く第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面と、を有する。封口板は、さらに、平板状の外周部、内周部およびこれらの間に介在する傾斜部を備える。傾斜部は、内周部を外周部よりも電池缶の外側に配置させるように傾斜している。傾斜部は、封口板の径方向に並ぶ薄肉部と、薄肉部より厚いベース部と、を備える。
電池の内圧が上昇すると、封口板には外方に盛り上げる方向の圧力がかかる。この圧力により薄肉部において封口板が破断して、内圧が解放される。これが、防爆機能である。防爆機能により、電池の破裂や膨れが抑制される。
特許文献１のように封口板の内周部が凹んでいると、薄肉部にはまず圧縮応力が作用し、その後、引張応力が作用する。よって、薄肉部の破断が生じるまでの圧力（作動圧）が大きくなり易い。さらに、薄肉部は、封口板の傾斜部全体に形成されている。そのため、応力の集中が起こり難く、作動圧がばらつきやすい。
本実施形態では、封口板に内周部を盛り上げる傾斜部を設ける。これにより、内圧上昇時、傾斜部に引張応力のみを作用させることができる。よって、防爆機能を低い内圧で作動させることができる。さらに、薄肉部は、傾斜部の一部に設けられている。そのため、引張応力はさらに薄肉部に集中し易くなる。よって、作動圧のバラツキも抑制される。
また、外的負荷が加わる環境下においても、本実施形態の電池によれば、高い信頼性を得ることができる。例えば、特許文献１のように封口板の内周部が凹んでいると、外的負荷により薄肉部に引張応力が作用する。この引張応力が長期にわたって負荷されると、薄肉部に応力腐食割れが生じる場合がある。一方、本実施形態によれば、薄肉部に引張応力は作用しない。よって、応力腐食割れは生じ難い。
内容物の飛散防止の観点から、防爆機能の作動圧は、５．５ＭＰａ以下が望ましく、５．３ＭＰａ以下がより望ましく、５．０ＭＰａ以下が特に望ましい。本実施形態に係る密閉型電池の作動圧は、この範囲に含まれ得る。
（傾斜部）
傾斜部は、内周部を外周部よりも電池缶の外側に配置させるように傾斜している。傾斜部は、例えば、プレス加工により形成される。
傾斜部は、内周部を外周部よりも電池缶の外側に配置させるように傾斜している。傾斜部は、例えば、プレス加工により形成される。
傾斜部の傾斜角度は特に限定されない。例えば、外周部における第２主面と、傾斜部における第２主面とが成す外角の角度Ａ（以下、傾斜角度Ａと称す場合がある。）は、０°より大きく９０°以下である。内周部における第２主面と、傾斜部における第２主面とが成す外角の角度もまた、０°より大きく９０°以下である。
言い換えれば、傾斜部は、外周部における第２主面との成す角度Ａが０°を越える地点から、内周部における第２主面との成す角度Ａが０°を越える地点までの間の領域である。外周部における第２主面と内周部における第２主面とは、おおよそ平行である。
薄肉部に引張応力が作用し易くなる点で、傾斜角度Ａは２５°以上が好ましく、３０°以上がより好ましい。同様に、傾斜角度Ａは、７５°以下が好ましく、７０°以下がより好ましく、６５°以下が特に好ましい。傾斜角度Ａは、例えば２５°以上７５°以下である。傾斜角度Ａは、封口板を径方向Ｒに切断して得られる異なる３つの断面（以下、断面Ｒと称す。）を用いて測定された傾斜角度Ａの平均値である。
傾斜部の配置は特に限定されず、封口板の半径等に応じて適宜設定すればよい。封口板を内周部における第１主面の法線方向から見た投影図において、外周部の外縁から内周部の内縁までの長さを合計幅Ｗと称する。傾斜部は、例えば、外周部の外縁から合計幅Ｗの３％より内側であって、外周部の外縁から合計幅Ｗの９０％までの領域、好ましくは外周部の外縁から合計幅Ｗの７０％までの領域に収まるように配置される。
傾斜部の幅は特に限定されず、封口板の半径等に応じて適宜設定すればよい。傾斜部の幅Ｗ３は、例えば、合計幅Ｗの５％以上９０％以下であってよく、１０％以上５０％以下であってよく、１５％以上３０％以下であってよい。傾斜部の幅Ｗ３は、上記投影図に異なる３つの径方向Ｒに延びる直線を引いて測定された、傾斜部の外縁と内縁との間の長さの平均値である。傾斜部の幅Ｗ３は、合計幅Ｗから、外周部の幅Ｗ１および内周部の幅Ｗ２を差し引いて算出されてもよい。傾斜部の外縁は、外周部と傾斜部との境界と同義である。傾斜部の内縁は、傾斜部と内周部との境界と同義である。
傾斜部は、封口板の径方向Ｒに並ぶ薄肉部と、薄肉部より厚いベース部と、を備える。これにより、引張応力は薄肉部に集中し易くなって、作動圧のバラつきが抑制される。
〈薄肉部〉
薄肉部は、傾斜部における電池缶の外側を向く第１主面に円弧状に配置された溝により形成される。溝は、プレス加工あるいは切削加工等により傾斜部の一部における第１主面を凹ませて形成される。生産性の向上および作動圧のバラツキが抑制され易い点で、傾斜部における第２主面には凹みおよび凸部が形成されず、傾斜部における第２主面は平坦であることが望ましい。
薄肉部は、傾斜部における電池缶の外側を向く第１主面に円弧状に配置された溝により形成される。溝は、プレス加工あるいは切削加工等により傾斜部の一部における第１主面を凹ませて形成される。生産性の向上および作動圧のバラツキが抑制され易い点で、傾斜部における第２主面には凹みおよび凸部が形成されず、傾斜部における第２主面は平坦であることが望ましい。
傾斜部を形成する際のプレス加工によって、外周部と傾斜部との境界、および、傾斜部と内周部との境界において強度が高くなり易い。そのため、封口板が本実施形態に係る傾斜部を備える場合、内圧上昇時、境界の内周側と外周側とで封口板の変形量の差が大きくなり、その結果、両方の境界で挟まれた領域、すなわち傾斜部に応力集中が生じる。ただし、封口板の外縁は電池缶に固定されているため、外周部自体の変形量は小さい。よって、外周部と傾斜部の境界における変形量の差は、傾斜部と内周部との境界における変形量の差より大きくなる。そのため、応力は、傾斜部の外周部側により集中する。
上記の観点から、溝の底部が傾斜部の外周部側に配置していることが好ましい。溝の底部には引張応力が集中する。内圧上昇時、傾斜部および内周部は、溝の底部を起点として外部に向かって押し上げられる。一方、外周部自体の変形量は小さい。そのため、溝の底部において封口板は速やかに破断する。溝の底部の少なくとも一部は、傾斜部の外縁から傾斜部の幅Ｗ３の５０％までの領域にあってよい。
特に、外周部における第２主面から溝の底部までの高さｈと、外周部における第２主面から内周部における第１主面までの高さＨとは、ｈ／Ｈ≦４５％の関係を満たすことが好ましい。この関係を満たす場合、溝の底部は、外周部と傾斜部との境界に十分近いといえる。ｈ／Ｈ≦４０％の関係を満たすことが好ましく、ｈ／Ｈ≦３５％の関係を満たすことが好ましい。
溝の底部とは、溝の一番深い部分である。具体的には、断面Ｒにおいて、第２主面までの距離が最も近い第１主面上の地点である。第２主面までの距離が最も近い第１主面上の地点が複数ある場合、最も端にある当該地点同士をつなぐ直線全体が底部である。
高さｈは、外周部における第２主面から、溝の底部までの高さである。底部が直線状である場合、高さｈは、外周部における第２主面から、底部の中点までの高さである。
高さＨは、外周部における第２主面から、内周部における第１主面のうち、傾斜部に最も近い地点までの高さである。高さｈおよびＨは、異なる３つの断面Ｒを用いて測定された高さの平均値である。
溝全体の配置は特に限定されず、傾斜部の配置等に応じて適宜設定すればよい。引張応力がより溝に集中し易くなる点で、溝全体もまた、傾斜部の外周部側にあることが好ましい。例えば、溝の少なくとも一部は、傾斜部の外縁からその幅の５０％までの領域にあってよい。
溝の断面形状は特に限定されない。断面Ｒにおいて、溝の内壁は、例えば、底部と、底部と第１主面とをそれぞれ繋ぐ第１側面部および第２側面部と、を備える。溝の底部の形状は、直線状であり得、円弧状であり得、点状であり得る。加工性の観点から、溝の底部の形状は直線状であってよく、円弧状であってよい。円弧状の底部の曲率半径は特に限定されず、例えば、０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下であってよい。
底部が直線状である場合、溝の底部の幅は、狭い方が望ましい。引張応力が溝の底部に集中し易くなるためである。例えば、溝の底部の幅Ｗｂとベース部の厚みＤとは、Ｗｂ／Ｄ≦５０％の関係を満たすことが好ましい。Ｗｂ／Ｄ≦４０％の関係であることが好ましく、Ｗｂ／Ｄ≦３０％の関係であることが好ましい。
溝の底部の幅Ｗｂは、例えば、０．５ｍｍ以下であってよい。溝の底部の幅Ｗｂは、例えば、０．０１ｍｍ以上であってよく、０．０３ｍｍ以上であってよい。底部の幅Ｗｂが０．０１ｍｍである場合、底部の断面形状は点状である。
溝の断面形状は、断面Ｒにおける溝の形状である。溝の底部の幅Ｗｂは、異なる３つの断面Ｒを用いて測定された溝の底部における第１主面の長さの平均値である。ベース部の厚みＤは、異なる３つの断面Ｒを用いて測定されたベース部の厚みの平均値である。
引張応力が溝の底部により集中し易くなる点で、溝の幅は、第２主面に向かうにしたがって小さくなっていることが望ましい。言い換えれば、第１側面部および第２側面部は、溝の幅を底部から第１主面に向かって広げるように傾斜していることが好ましい。
第１側面部と第２側面部とが成す角度Ｂ（以下、開き角度Ｂと称する場合がある。）は、３０°以上が好ましく、４５°以上がより好ましい。開き角度Ｂは、１２０°以下が好ましく、１００°以下がより好ましい。開き角度Ｂは、例えば、３０°以上１２０°以下である。
開き角度Ｂは、断面Ｒにおいて、溝の内壁と第１主面との２つの交点と、溝の底部の中点とをそれぞれ結ぶ２つの直線と、が成す角度である。開き角度Ｂは、異なる３つの断面Ｒを用いて測定された開き角度Ｂの平均値である。
溝の中心角Ｃ（以下、ベント角Ｃと称す場合がある。）は特に限定されない。ベント角Ｃは、６０°以上であることが好ましい。これにより、封口板がより開裂し易くなって、作動圧はさらに小さくなる。そのため、内容物の飛散も抑制される。ベント角Ｃは、１８０°以上であってよい。また、ベント角Ｃは、３６０°であってよく、３６０°未満であってよく、２７０°以下であってよい。なかでも、ベント角Ｃは６０°以上２７０°以下が好ましい。
溝のベント角Ｃは、溝の一方の周方向における最端部を通り封口板の径方向Ｒに引いた直線と、溝の他方の最端部を通り封口板の径方向Ｒに引いた直線と、が成す角度である。
薄肉部の厚みは特に限定されない。薄肉部の厚みｄは、ベース部の厚みＤの５％以上３０％以下であってよい。薄肉部の厚みが上記範囲であれば、封口板の強度を維持しながら、低い作動圧で防爆機能を発揮することが容易になる。薄肉部の厚みｄは、ベース部の厚みＤの７％以上であってよく、１０％以上であってよい。薄肉部の厚みｄは、ベース部の厚みＤの２５％以下であってよい。
薄肉部の厚みは、断面Ｒにおいて、第２主面から薄肉部に最も近い地点までの最短距離である。薄肉部の厚みｄは、異なる３つの上記断面を用いて測定された薄肉部の厚みの平均値である。
〈ベース部〉
ベース部は、薄肉部より厚い。ベース部の厚みＤは特に限定されず、外周部の厚みＤ１および／または内周部の厚みＤ２と同程度であってよい。厚みＤは、例えば、厚みＤ１および／または厚みＤ２の±１０％程度である。
ベース部は、薄肉部より厚い。ベース部の厚みＤは特に限定されず、外周部の厚みＤ１および／または内周部の厚みＤ２と同程度であってよい。厚みＤは、例えば、厚みＤ１および／または厚みＤ２の±１０％程度である。
（外周部）
外周部は、封口板のうち、傾斜部を取り囲む平板状かつドーナツ状の部分である。外周部の幅は特に限定されず、封口板の半径等に応じて適宜設定すればよい。外周部の幅は、例えば、合計幅Ｗの３％以上８０％以下であってよい。外周部の厚みＤ１も特に限定されない。外周部の厚みＤ１は、例えば、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
外周部は、封口板のうち、傾斜部を取り囲む平板状かつドーナツ状の部分である。外周部の幅は特に限定されず、封口板の半径等に応じて適宜設定すればよい。外周部の幅は、例えば、合計幅Ｗの３％以上８０％以下であってよい。外周部の厚みＤ１も特に限定されない。外周部の厚みＤ１は、例えば、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
（内周部）
内周部は、封口板のうち、傾斜部に囲まれたドーナツ状の部分である。内周部の幅は特に限定されず、封口板の半径等に応じて適宜設定すればよい。内周部の幅は、例えば、合計幅Ｗの１０％以上９０％以下であってよい。内周部の厚みＤ２も特に限定されない。内周部の厚みＤ２は、例えば、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
内周部は、封口板のうち、傾斜部に囲まれたドーナツ状の部分である。内周部の幅は特に限定されず、封口板の半径等に応じて適宜設定すればよい。内周部の幅は、例えば、合計幅Ｗの１０％以上９０％以下であってよい。内周部の厚みＤ２も特に限定されない。内周部の厚みＤ２は、例えば、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
以下、本実施形態に係る密閉型電池について、図面を参照しながら説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。図１は、本実施形態に係る密閉型電池の要部を示す断面模式図である。以下の図示例において、同じ機能を有する部材には、同じ符号を付している。
封口板３００は、電池缶１００の開口近傍に固定され、開口を塞いでいる。封口板３００は、電池缶の外側を向く第１主面３００Ｘと、第１主面３００Ｘとは反対側の第２主面３００Ｙと、を備え、中央に貫通孔Ｓ（図２等参照）を備えるドーナツ状である。封口板３００の中央にある貫通孔には、絶縁性のガスケット３１０およびワッシャ３２０を介して、先端部分がつぶされた外部端子３３０が固定されている。外部端子３３０には、電極体を構成する正極または負極から導出された内部リード線２１０の端部が接続されている。以下、封口板３００と、ガスケット３１０と、ワッシャ３２０と、外部端子３３０と、により構成された部材を封口体と称する場合がある。ただし、封口板３００および封口体の形状はこれに限定されない。
封口板３００は、外周部３０１、内周部３０２およびこれらの間に介在する傾斜部３０３を備える。傾斜部３０３は、薄肉部を備える。電池の内圧が上昇すると、封口板３００が外方に向けて盛り上がる方向に圧力がかかる。このとき、薄肉部に集中して引張応力がかかる。そして、薄肉部において封口板が破断することにより、防爆機能が作動して内圧が解放される。
次に、図２および図３を参照しながら封口板を具体的に説明する。ただし、本実施形態に係る封口板はこれに限定されない。図２は、本実施形態に係る封口板を示す上面模式図である。図３は、図２の封口板のＸ－Ｘ線における断面図である。図２では、便宜上、傾斜部および薄肉部にそれぞれハッチングを付している。Ｘ－Ｘ線は、径方向Ｒに沿っている。図２および図３において、封口板のうち、電池ケースへの固定に用いられる外縁部分は省略されている。
封口板３００は、外周部３０１、内周部３０２およびこれらの間に介在する傾斜部３０３を備える。封口板３００の中央には、貫通孔Ｓが形成されている。傾斜部は、合計幅Ｗの３％より内側であって、外周部３０１の外縁から合計幅Ｗの９０％までの領域に収まるように配置されている。傾斜部の幅Ｗ３は、合計幅Ｗの５％以上９０％以下である。ベント角Ｃは６０°以上２７０°以下である。傾斜部３０３の傾斜角度Ａは２５°以上７５°以下である。
傾斜部３０３は、径方向Ｒに並ぶ薄肉部３０３ａと、薄肉部３０３ａより厚いベース部３０３ｂと、を備える。薄肉部３０３ａは、傾斜部３０３における第１主面３００Ｘに円弧状に配置された溝により形成されている。
溝の内壁は、底部３０３１と第１側面部３０３２と第２側面部３０３３と、を備える。底部３０３１は、２つの側面部の交点である。底部３０３１の厚みｄは、ベース部３０３ｂの厚みＤの５％以上３０％以下である。ベース部３０３ｂの厚みＤは、外周部３０１の厚みＤ１および内周部３０２の厚みＤ２とほぼ同じである。第１側面部３０３２と第２側面部３０３３とが成す開き角度Ｂは約９０°である。
外周部３０１における第２主面３００Ｙから溝の底部３０３１までの高さｈと、外周部３０１における第２主面３００Ｙから内周部３０２における第１主面３００Ｘまでの高さＨとは、ｈ／Ｈ≦４５％の関係を満たす。溝および溝の底部３０３１の少なくとも一部は、傾斜部３０３の外縁からその幅Ｗ３の５０％までの領域にある。
次に、図４Ａから図４Ｃを参照しながら薄肉部を具体的に説明する。図４Ａから図４Ｃは、本実施形態に係る他の封口板の要部を拡大した断面模式図である。図４Ａから図４Ｃにおいて、封口板のうち、電池ケースへの固定に用いられる外縁部分は省略されている。
図４Ａに示す封口板３００Ａは、溝が円弧状の底部３０３１を有していること以外、図３に示す封口板と同様の構成を備える。底部３０３１の曲率半径は、０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
図４Ｂに示す封口板３００Ｂは、溝が直線状の底部３０３１を有していること以外、図３に示す封口板と同様の構成を備える。底部３０３１の幅Ｗｂとベース部３０３ｂの厚みＤとは、Ｗｂ／Ｄ≦５０％の関係を満たす。
図４Ｃに示す封口板３００Ｃは、溝が開いたＵ字形上であること以外、図３に示す封口板と同様の構成を備える。底部３０３１の曲率半径は、０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。第１側面部３０３２と第２側面部３０３３とが成す開き角度は３０°以上１２０°以下である。
図５は、密閉型電池の一例の縦断面模式図である。
電池１０は、有底円筒形の電池缶１００と、電池缶１００に収容された円筒型の電極体２００と、電池缶１００の開口を塞ぐ封口板３００と、を具備する。封口板３００は、例えばレーザ溶接により、電池缶１００の開口近傍に固定されている。封口板３００は、電池缶１００の開口近傍にかしめられていてもよい。
電池缶１００および封口板３００の材質は特に限定されず、鉄、および／または鉄合金（ステンレス鋼を含む）、アルミニウム、アルミニウム合金（マンガン、銅などの他の金属を微量含有する合金など）、などが例示できる。
次に、リチウム一次電池を例に、電極体２００の構成について例示的に説明する。
円筒型の電極体２００は捲回型であり、正極２０１と負極２０２とをセパレータ２０３を介して渦巻状に捲回することにより構成されている。正極２０１および負極２０２の一方（図示例では、正極２０１）には内部リード線２１０が接続されている。内部リード線２１０は、外部端子３３０に溶接等により接続される。正極２０１および負極２０２の他方（図示例では、負極２０２）には、別の内部リード線２２０が接続されている。内部リード線２２０は、電池缶１００の内面に溶接等により接続される。
電極体２００は、電解質（図示せず）とともに、電池缶１００の内部に収納されている。内部短絡防止のために、電極体２００の上部および下部には、それぞれ上部絶縁板２３０Ａおよび下部絶縁板２３０Ｂが配置されている。
（正極）
正極は正極活物質を含み、正極活物質として二酸化マンガンを用いることができる。正極は、例えば、正極集電体と、正極集電体に付着している正極合剤層とを具備する。正極合剤層は、正極活物質の他に、フッ素樹脂などの樹脂材料を結着剤として含み得る。正極合剤層は、炭素材料などの導電性材料を導電剤として含んでもよい。正極集電体は、例えばステンレス鋼製のエキスパンドメタル、ネット、パンチングメタルなどである。
正極は正極活物質を含み、正極活物質として二酸化マンガンを用いることができる。正極は、例えば、正極集電体と、正極集電体に付着している正極合剤層とを具備する。正極合剤層は、正極活物質の他に、フッ素樹脂などの樹脂材料を結着剤として含み得る。正極合剤層は、炭素材料などの導電性材料を導電剤として含んでもよい。正極集電体は、例えばステンレス鋼製のエキスパンドメタル、ネット、パンチングメタルなどである。
（負極）
負極は負極活物質を含み、負極活物質として金属リチウムまたはリチウム合金を用いることができる。金属リチウムまたはリチウム合金は、例えば、長尺のシート状に押し出し成形され、負極として用いられる。リチウム合金としては、Ｌｉ－Ａｌ、Ｌｉ－Ｓｎ、Ｌｉ－Ｎｉ－Ｓｉ、Ｌｉ－Ｐｂなどの合金が用いられるが、Ｌｉ－Ａｌ合金が好ましい。リチウム合金に含まれるリチウム以外の金属元素の含有量は、放電容量の確保や内部抵抗の安定化の観点から、０．１質量％以上５質量％以下とすることが好ましい。
負極は負極活物質を含み、負極活物質として金属リチウムまたはリチウム合金を用いることができる。金属リチウムまたはリチウム合金は、例えば、長尺のシート状に押し出し成形され、負極として用いられる。リチウム合金としては、Ｌｉ－Ａｌ、Ｌｉ－Ｓｎ、Ｌｉ－Ｎｉ－Ｓｉ、Ｌｉ－Ｐｂなどの合金が用いられるが、Ｌｉ－Ａｌ合金が好ましい。リチウム合金に含まれるリチウム以外の金属元素の含有量は、放電容量の確保や内部抵抗の安定化の観点から、０．１質量％以上５質量％以下とすることが好ましい。
（セパレータ）
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料（樹脂）としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料（樹脂）としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。
（電解質）
電解質にはリチウム塩を溶解させた非水溶媒を用い得る。非水溶媒は、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２－ジメトキシエタン、γ－ブチロラクトンなどを使用することができる。リチウム塩としては、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドなどを用いることができる。
電解質にはリチウム塩を溶解させた非水溶媒を用い得る。非水溶媒は、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２－ジメトキシエタン、γ－ブチロラクトンなどを使用することができる。リチウム塩としては、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドなどを用いることができる。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
《実施例１》
（１）封口体の作製
封口板（直径１７ｍｍ）を作製した。
（１）封口体の作製
封口板（直径１７ｍｍ）を作製した。
封口板（ＳＵＳ３１６Ｌ製）をプレス加工して、図２に示すような傾斜部と、図３に示すような断面形状を有する溝（薄肉部）とを形成した。傾斜部を、外周部の外縁から合計幅Ｗの３３％より内側であって、外周部の外縁から合計幅Ｗの５４％までの領域に収まるように形成した。傾斜部の幅Ｗ３は、合計幅Ｗの２２％である。傾斜角度Ａは４５°である。
溝を、高さＨに対する高さｈの比がｈ／Ｈ＝３１％となるように形成した。溝の底部は点状である。溝のベント角Ｃは２７０°である。溝の側面部同士が成す開き角度Ｂは９０°である。溝の底部の幅Ｗｂは０．０１ｍｍである。
外周部の厚みＤ１、内周部の厚みＤ２およびベース部の厚みＤは、いずれも０．２ｍｍである。薄肉部の厚みｄは０．０５ｍｍである。
封口板の中央に、直径約３ｍｍの貫通孔を形成した。この貫通孔に、絶縁性のガスケットおよびワッシャを介して外部端子を固定し、封口体を得た。
（２）正極の作製
正極活物質である電解二酸化マンガン９２質量部に、導電剤であるケッチェンブラック３．５質量部と、結着剤であるポリテトラフルオロエチレン４．５質量部と、適量の純水と、を加えて混錬し、湿潤状態の正極合剤を調製した。
正極活物質である電解二酸化マンガン９２質量部に、導電剤であるケッチェンブラック３．５質量部と、結着剤であるポリテトラフルオロエチレン４．５質量部と、適量の純水と、を加えて混錬し、湿潤状態の正極合剤を調製した。
次に、湿潤状態の正極合剤を、ステンレス鋼製のエキスパンドメタルからなる正極集電体に塗布して、正極前駆体を作製した。その後、正極前駆体を、乾燥させ、ロールプレスにより圧延し、所定寸法に裁断し、帯状の正極を得た。
（３）負極の作製
シート状のＬｉ－Ａｌ合金（Ａｌ含有量：０．３質量％）を、所定寸法に裁断し、帯状の負極を得た。
シート状のＬｉ－Ａｌ合金（Ａｌ含有量：０．３質量％）を、所定寸法に裁断し、帯状の負極を得た。
（４）電極群の作製
正極の一部から正極合剤を剥がして正極集電体を露出させ、その露出部にステンレス鋼製の正極タブリードを溶接した。負極の所定箇所にニッケル製の負極タブリードを溶接した。正極と負極とを、これらの間にセパレータを介在させて、渦巻状に捲回し、柱状の電極群を構成した。セパレータには、ポリエチレン製の微多孔膜を用いた。
正極の一部から正極合剤を剥がして正極集電体を露出させ、その露出部にステンレス鋼製の正極タブリードを溶接した。負極の所定箇所にニッケル製の負極タブリードを溶接した。正極と負極とを、これらの間にセパレータを介在させて、渦巻状に捲回し、柱状の電極群を構成した。セパレータには、ポリエチレン製の微多孔膜を用いた。
（５）電解質の調製
プロピレンカーボネート（ＰＣ）と、エチレンカーボネート（ＥＣ）と、１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ）とを、体積比２：１：２で混合した非水溶媒に、リチウム塩としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウムを０．５モル／リットルの濃度で溶解させ、電解質を調製した。
プロピレンカーボネート（ＰＣ）と、エチレンカーボネート（ＥＣ）と、１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ）とを、体積比２：１：２で混合した非水溶媒に、リチウム塩としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウムを０．５モル／リットルの濃度で溶解させ、電解質を調製した。
（６）円筒形電池の組み立て
電極群を、その底部にリング状の下部絶縁板を配置した状態で、有底円筒形（ＳＵＳ３１６Ｌ製）の電池缶の内部に挿入した。負極タブリードを電池缶の内底面に溶接し、リング状の上部絶縁板を電極群の上部に配置した後、正極タブリードを封口板に固定された外部端子に溶接した。次に、電解質を電池缶の内部に注液し、その後、電池缶の開口近傍に封口板をレーザ溶接した。このようにして、図４に示す構造を有する密閉型の円筒形リチウム電池を１０個作製した。別途、作動圧評価用として、電極群および電解質を収容しなかったこと以外は同様にして、密閉型の評価用電池を１０個作製した。
電極群を、その底部にリング状の下部絶縁板を配置した状態で、有底円筒形（ＳＵＳ３１６Ｌ製）の電池缶の内部に挿入した。負極タブリードを電池缶の内底面に溶接し、リング状の上部絶縁板を電極群の上部に配置した後、正極タブリードを封口板に固定された外部端子に溶接した。次に、電解質を電池缶の内部に注液し、その後、電池缶の開口近傍に封口板をレーザ溶接した。このようにして、図４に示す構造を有する密閉型の円筒形リチウム電池を１０個作製した。別途、作動圧評価用として、電極群および電解質を収容しなかったこと以外は同様にして、密閉型の評価用電池を１０個作製した。
［作動圧の評価］
評価用電池の電池缶の側面に穴を開け、そこから水を供給し、水圧によって電池内部の圧力を高めて防爆機能を作動させた。
評価用電池の電池缶の側面に穴を開け、そこから水を供給し、水圧によって電池内部の圧力を高めて防爆機能を作動させた。
作動圧の平均値（ｎ＝１０）、標準偏差（σ）、平均値＋６σをそれぞれ算出した。結果を表１に示す。標準偏差が０．２２以下、好ましくは０．２０以下、より好ましくは０．１５以下であり、かつ、平均値＋６σが６．５ＭＰａ以下である場合、作動圧が低く、そのバラツキが小さいといえる。
《比較例１》
封口体の作製（１）において、内周部を電池缶の内側に凹ませる傾斜部を形成するとともに、傾斜部全体に一定の厚みを有する帯状の薄肉部を形成したこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。傾斜角度は４５°とした。溝の底部の幅Ｗｂ（薄肉部の幅）は０．３７ｍｍとした。
封口体の作製（１）において、内周部を電池缶の内側に凹ませる傾斜部を形成するとともに、傾斜部全体に一定の厚みを有する帯状の薄肉部を形成したこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。傾斜角度は４５°とした。溝の底部の幅Ｗｂ（薄肉部の幅）は０．３７ｍｍとした。
図６は、比較例１で作製された封口板の要部を拡大した断面模式図である。薄肉部１３０３ａは帯状に形成されている。薄肉部１３０３ａの底部１３０３１の幅は、傾斜部１３０３の幅と同じである。第１および第２側面部１３０３２、１３０３３は、ほぼ平行である。
得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表１に示す。実施例１とは傾斜の方向が逆であるため、表１において、傾斜角度Ａを－４５°と示している。
《比較例２》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを０°にしたこと以外は、比較例１と同様に封口板を作製した。溝の底部の幅Ｗｂ（薄肉部の幅）は０．７２ｍｍとした。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを０°にしたこと以外は、比較例１と同様に封口板を作製した。溝の底部の幅Ｗｂ（薄肉部の幅）は０．７２ｍｍとした。
《比較例３》
封口体の作製（１）において、傾斜の方向を実施例１と同じにしたこと以外は、比較例１と同様に封口板を作製した。傾斜角度Ａは２５°とした。溝の底部の幅Ｗｂ（薄肉部の幅）は０．６１ｍｍとした。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表１に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜の方向を実施例１と同じにしたこと以外は、比較例１と同様に封口板を作製した。傾斜角度Ａは２５°とした。溝の底部の幅Ｗｂ（薄肉部の幅）は０．６１ｍｍとした。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表１に示す。
《比較例４》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを４５°とし、溝の底部の幅Ｗｂ（薄肉部の幅）を０．３６ｍｍとしたこと以外は、比較例３と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表１に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを４５°とし、溝の底部の幅Ｗｂ（薄肉部の幅）を０．３６ｍｍとしたこと以外は、比較例３と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表１に示す。
実施例１において、作動圧の平均値は５ＭＰａ以下であり、標準偏差は０．１５以下であり、平均値＋６σは６．５ＭＰａ以下である。よって、作動圧が低く、そのバラツキが小さい。一方、比較例１～４では作動圧の平均値、σおよび平均値＋６σがいずれも高い。特に、平均値＋６σが大きく、バラツキが大きいことがわかる。
《実施例２》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを１５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを１５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
《実施例３》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを２５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを２５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
《実施例４》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを３５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを３５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
《実施例５》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを５５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを５５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
《実施例６》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを６５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを６５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
《実施例７》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを７５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを７５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
《実施例８》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを８５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを８５°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
《比較例５》
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを０°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
封口体の作製（１）において、傾斜角度Ａを０°にしたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
実施例１から実施例８において、作動圧の平均値は５．５ＭＰａ以下であり、標準偏差は０．２０以下であり、平均値＋６σは６．５ＭＰａ以下である。特に、実施例１、実施例３から実施例７における標準偏差は小さく、作動圧のバラツキが効果的に抑制されている。一方、比較例５では平均値＋６σは６．５ＭＰａを超えている。
《実施例９》
封口体の作製（１）において、ｈ／Ｈが２５％になるように溝の位置を変えたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
封口体の作製（１）において、ｈ／Ｈが２５％になるように溝の位置を変えたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
《実施例１０》
封口体の作製（１）において、ｈ／Ｈが４４％になるように溝の位置を変えたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
封口体の作製（１）において、ｈ／Ｈが４４％になるように溝の位置を変えたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
《実施例１１》
封口体の作製（１）において、ｈ／Ｈが５６％になるように溝の位置を変えたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
封口体の作製（１）において、ｈ／Ｈが５６％になるように溝の位置を変えたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
《実施例１２》
封口体の作製（１）において、ｈ／Ｈが６９％になるように溝の位置を変えたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
封口体の作製（１）において、ｈ／Ｈが６９％になるように溝の位置を変えたこと以外は、実施例１と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
実施例１、実施例９から実施例１２において、作動圧の平均値は５．５ＭＰａ以下であり、標準偏差は０．２１以下であり、平均値＋６σは６．５ＭＰａ以下である。特に、実施例１、実施例９、実施例１０における平均値＋６σは小さく、作動圧のバラツキが効果的に抑制されている。
本発明に係る密閉型電池は、安定した防爆機能を発揮するため、様々な電子機器の電源に適している。
１０：電池
１００：電池缶
２００：電極体
２０１：正極
２０２：負極
２０３：セパレータ
２１０、２２０：内部リード線
２３０Ａ：上部絶縁板
２３０Ｂ：下部絶縁板
３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ：封口板
３００Ｘ：第１主面
３００Ｙ：第２主面
３０１：外周部
３０２：内周部
３０３：傾斜部
３０３ａ：薄肉部
３０３１：底部
３０３２：第１側面部
３０３３：第２側面部
３０３ｂ：ベース部
３１０：ガスケット
３２０：ワッシャ
３３０：外部端子
１３０３：傾斜部（薄肉部）
１３０３１：底部
１３０３２：第１側面部
１３０３３：第２側面部
１００：電池缶
２００：電極体
２０１：正極
２０２：負極
２０３：セパレータ
２１０、２２０：内部リード線
２３０Ａ：上部絶縁板
２３０Ｂ：下部絶縁板
３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ：封口板
３００Ｘ：第１主面
３００Ｙ：第２主面
３０１：外周部
３０２：内周部
３０３：傾斜部
３０３ａ：薄肉部
３０３１：底部
３０３２：第１側面部
３０３３：第２側面部
３０３ｂ：ベース部
３１０：ガスケット
３２０：ワッシャ
３３０：外部端子
１３０３：傾斜部（薄肉部）
１３０３１：底部
１３０３２：第１側面部
１３０３３：第２側面部
Claims (8)
- 開口を有する有底円筒形の電池缶と、
前記電池缶に収容される電極体と、
前記電池缶の前記開口を塞ぐ封口板と、を具備し、
前記封口板は、平板状の外周部と、内周部と、これらの間に介在する傾斜部とを備えるとともに、前記電池缶の外側を向く第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を備え、
前記傾斜部は、前記内周部を前記外周部よりも前記電池缶の外側に配置させるように傾斜するとともに、前記封口板の径方向に並ぶ薄肉部および前記薄肉部より厚いベース部を備える、密閉型電池。 - 前記薄肉部は、前記傾斜部における前記第１主面に円弧状に配置された溝により形成されている、請求項１に記載の密閉型電池。
- 前記外周部における前記第２主面から前記溝の底部までの高さｈと、前記外周部における前記第２主面から前記内周部における前記第１主面までの高さＨとは、ｈ／Ｈ≦４５％の関係を満たす、請求項２に記載の密閉型電池。
- 前記溝の底部の幅Ｗｂと、前記ベース部の厚みＤとは、Ｗｂ／Ｄ≦５０％の関係を満たす、請求項２または３に記載の密閉型電池。
- 前記溝の中心角Ｃは、６０°以上２７０°以下である、請求項２～４のいずれか一項に記載の密閉型電池。
- 前記溝の内壁は、底部と、前記底部と前記第１主面とをそれぞれ繋ぐ第１側面部および第２側面部と、を備え、
前記第１側面部および前記第２側面部は、前記溝の幅を前記底部から前記第１主面に向かって広げるように傾斜している、請求項２～５のいずれか一項に記載の密閉型電池。 - 前記第１側面部と前記第２側面部とが成す角度Ｂは、３０°以上１２０°以下である、請求項６に記載の密閉型電池。
- 前記外周部における前記第２主面と、前記傾斜部における前記第２主面とが成す外角の角度Ａは、２５°以上７５°以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載の密閉型電池。
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