JPH0992248A

JPH0992248A - 二次電池

Info

Publication number: JPH0992248A
Application number: JP7249929A
Authority: JP
Inventors: Hideya Takahashi; 秀哉高橋; Tatsuo Shimizu; 達夫清水; Satoshi Iwazu; 聡岩津; Yosuke Kita; 洋輔北; Kiyoshi Katayama; 喜代志片山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】電池容器へのキャップの圧入や振動などによ
る外力に対してもきわめて強い構造であり、低い開裂圧
力をも実現できる二次電池を提供する。【解決手段】本発明はリチウムイオン二次電池の開裂
機構に関するものである。ここで、電池容器１７に固定
したキャップ１は、その外周面の一部に、外周方向に向
く溝１ａを有している。また、キャップ１の外周面は電
池容器１７の端部の内側面に溶接されている。溝１ａは
キャップ１の外周面から中心に向かう一定の深さを有し
ている。２つの溝１ａの終端部のそれぞれとキャップ１
の中心を結ぶ２つの直線が溝１ａの全長を挟む角度が、
４５〜２７０度の範囲にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気自動車
用電源のように電気容量の大きな大型の電池に適用して
好適な二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、二次電池においては、電池内部の
圧力が上昇した場合、その圧力が大きくなるのを防止す
るのに、図９に示すように電池容器の一部を薄くつくっ
たり、箔を装着して開裂弁とする方式が一般に多用され
ていた。

【０００３】一方、電池が大型化されると、高圧での開
裂は破壊力を伴うため、低圧での開裂が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た低圧で開裂する機構は、薄肉部が存在するため、電気
自動車用電池のような振動の大きなところでは、使用が
困難であった。また、図９に示した例のように、キャッ
プ平面全周に薄肉部を設けると、圧入時に薄肉部が破れ
る危険があった。また、薄肉部を持つキャップを電池容
器に組み込んで溶接することは、組立上難しい作業とな
るという問題があった。

【０００５】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、電池容器へのキャップの圧入や振動などに
よる外力に対してもきわめて強い構造であり、低い開裂
圧力をも実現できる二次電池を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池は、電
池容器に固定したキャップが、その外周面の一部に、外
周方向に向く溝を有するものである。

【０００７】また、本発明の二次電池は、電池容器が円
筒形であり、キャップがこれを貫通する極柱を絶縁し固
定する上述構成の二次電池である。

【０００８】また、本発明の二次電池は、キャップの外
周面を電池容器の端部の内側面に溶接する上述構成の二
次電池である。

【０００９】また、本発明の二次電池は、溝がキャップ
の外周面から中心に向かう一定の深さを有する上述構成
の二次電池である。

【００１０】また、本発明の二次電池は、２つの溝終端
部のそれぞれとキャップの中心を結ぶ２つの直線が溝の
全長を挟む角度が、４５〜２７０度の範囲にある上述構
成の二次電池である。

【００１１】また、本発明の二次電池は、溝に接する薄
肉部に開裂溝を設けた上述構成の二次電池である。

【００１２】また、本発明の二次電池は、非水電解液二
次電池である上述構成の二次電池である。

【００１３】また、本発明の二次電池は、リチウムイオ
ン二次電池である上述構成の二次電池である。

【００１４】また、本発明の二次電池は、電気容量が１
０〜５００Ａｈの大型電池である上述構成の二次電池で
ある。

【００１５】本発明の二次電池によれば、電池容器に固
定したキャップが、その外周面の一部に、外周方向に向
く溝を有するので、内圧をキャップの一部変形という形
に置き換えて、二次的に開裂を引き起こすことができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明二次電池の実施例に
ついて図１〜図８を参照しながら説明する。図１および
図２は、それぞれ本例のリチウムイオン二次電池の要部
の断面図および側面図を示すものである。また、図７
は、本例のリチウムイオン二次電池の全体の構成を概略
示すものである。

【００１７】本例においては、図７に示すように、円筒
状の電池容器１７に電極渦巻体３５を収納してある。こ
の電極渦巻体３５は、図１に示すように、帯状の負極電
極１４と帯状の正極電極１３とをセパレータ３０を介し
て、巻き芯３１に巻回したものである。ここで、負極電
極１４の作製方法について説明する。負極電極１４の活
物質は、出発原料として石油ピッチを用い、これを酸素
を含む官能基を１０〜２０％導入（いわゆる酸素架橋）
した後、不活性ガス気流中１０００℃で熱処理して、ガ
ラス状炭素に近い性質を持った炭素材料を得、この炭素
材料を粉砕した平均粒径２０μｍの炭素材料粉末を使用
する。

【００１８】この炭素材料粉末を９０重量部と、結着剤
としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量とを
混合し、この混合物を溶剤Ｎ−メチルピロリドンに分散
してスラリー状とし、このスラリー状の負極活物質を厚
さ１０μｍの帯状銅箔よりなる負極集電体の両面に均一
に塗布して、厚さ１８０μｍの負極電極原板を作製し、
側部に負極電極のリード部となる未塗布部を残して、帯
状にカットして形成する。負極電極１４の形状は、幅が
３８３ｍｍであり、このうち塗布部分が３４８ｍｍで、
未塗布部分が３５ｍｍである。また、長さは６９４０ｍ
ｍである。

【００１９】正極電極１３は次の方法により作製する。
すなわち、平均粒径１５μｍのＬｉＣｏＯ₂の粉末を９
１重量部と、導電剤としてグラファイトを６重量部と、
結着材としてフッ化ビニリデンを３重量部とを混合し、
この混合物を溶剤Ｎ−メチルピロリドンに分散してスラ
リー状とし、このスラリー状の正極活物質を厚さ２０μ
ｍの帯状アルミ箔よりなる正極集電体の両面に均一に塗
布して、厚さ１５０μｍの正極電極原板を作製し、側部
に正極電極のリード部となる未塗布部を残して、帯状に
カットして形成する。正極電極の形状は、幅が３７９ｍ
ｍであり、このうち塗布部分が３４４ｍで、未塗布部分
が３５ｍｍである。また、長さは７１５０ｍｍである。

【００２０】上述のように作製した正極電極１３および
負極電極１４のそれぞれの未塗布部は、巻き取り前に幅
１０ｍｍ、長さ３０ｍｍで、ピッチ１５ｍｍおきに短冊
状にカットし短冊状リードとする。ここで、正極電極１
３および負極電極１４の未塗布部は、上述の寸法で全長
にわたりカットされる。

【００２１】ここで、短冊状リード１１の長さは、電極
端から、極柱１０までの距離より長くなければならな
い。また、短冊状リード１１の幅は、この短冊状リード
１１の総断面積が最大通電電流値を満足させるよう設定
される。また、短冊状リード１１の折れ曲がりを考える
と幅は１０ｍｍ以下であることが望ましい。

【００２２】図８に示すように、正極電極１３、負極電
極１４、およびセパレータ３０は、正極電極１３・セパ
レータ３０・負極電極１４・セパレータ３０の順に重
ね、巻き芯３１に巻回され、電極渦巻体３５を形成す
る。このとき、この電極渦巻体３５の一側は正極電極１
３の短冊状リード１１、他側は負極電極１４の短冊状リ
ード１１として各々リードが集まるように短冊状リード
１１の位置は反対側になるように巻いていく。なお、セ
パレータ３０は、厚さ３８μｍで、３５３×７６００ｍ
ｍの幅にカットされた、微少な孔が形成されているポリ
エチレンのシートである。また、巻き芯３１の形状は、
たとえば外径が１７ｍｍ、内径が１４ｍｍ、長さが３５
４ｍｍの純アルミの円筒である。

【００２３】上述したように、電極渦巻体３５の巻き芯
３１の両側に短冊状リード１１を取り出しているので、
電極集電体で得られた電流を速やかに外部に取り出すこ
とができる。また、この短冊状リード１１は、細長い短
冊の形状に形成されているため、その変形が容易であ
り、極柱１０の円板状部分の外周部に沿って溶接するこ
とができる。

【００２４】正極電極１３、負極電極１４、およびセパ
レータ３０を巻き芯３１に巻き取った後、図１に示すよ
うに、短冊状リード部１１は、極柱１０の円板状部分の
外周部の全周にわたって略均等に押さえ金具３３により
押さえつけられる。なお、極柱１０の材質は、正極電極
は純アルミ（Ａ１０５０）であり、負極は純銅（Ｃ１１
００）である。また、押さえ金具３３の材質は、正極側
は純アルミ（Ａ１０５０）であり、負極側は純銅（Ｃ１
１００）である。

【００２５】短冊状リード部１１を、極柱１０の円板状
部分の外周部へ押さえ金具３３により押さえつけた後、
短冊状リード１１を極柱１０の円板状部分の上部端面に
てカットする。この後、極柱１０の円板状部分の上面よ
りレーザーを照射し、円板状部分の全周にわたり溶接を
行う。

【００２６】このように、電極集電体から出ている短冊
状リード１１と極柱１０とは、溶接により、しかも広い
面積で接合されているために、内部抵抗は低く、またば
らつきも小さい。しかも大面積という点から、特に大電
流放電特性に優れた電池が得られる。

【００２７】溶接された電極渦巻体３５および極柱１０
は、バックアップリング５１、シール８、セラミック突
き当て６、キャップ（天板）１、リング５０、およびセ
ラミックワッシャ５を組み込み、ナット７で締め込まれ
る。

【００２８】この後、図１に示すように、キャップ１の
外周を電池容器１７の中に圧入するとともにレーザー溶
接する。すなわち、キャップ１の上面よりその円周上に
レーザーを照射し、溶接して密閉する。このように、電
池容器１７のキャップ１をレーザーによって溶接を行う
ことにより、完全密閉構造の電池を得ることができる。

【００２９】なお、電池容器１７の材質は、ステンレス
鋼（ＳＵＳ３０４）であり、その肉厚は０．３〜０．５
ｍｍの範囲である。また、キャップ１の材質は、同じく
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）であり、その肉厚３ｍｍ
である。

【００３０】図１からわかるように、正極の極柱１０の
先端部の外側には、Ｍ１４のおねじ（おねじ部１５）が
切られている。このおねじ部１５には、ナット７が配置
されている。このナット７を締め付けることにより、セ
ラミックワッシャ５およびセラミック突き当て６の間に
キャップ１を挟みつけて、極柱１０自身がキャップ１に
固定される。また、極柱１０の円板状部分とキャップ１
の間にシール８を挟みつけて内部の電解液が漏れないよ
うに密閉される。

【００３１】正極の極柱１０にはその中心部分にＭ６の
めねじ（めねじ部１６）が切られている。このめねじ部
１６は、外部との結線を行うときに使用するものであ
る。すなわち、このめねじ部１６に、ボルト１９を螺入
することにより、極柱の先端部の端面とボルト１９の頭
部との間にブスバーまたは導線を挟みつけて接続固定す
る。

【００３２】なお、図１に示すように、巻き芯３１と極
柱１０の間は、ポリプロピレン（ＰＰ）製の絶縁カラー
１２によって絶縁される。

【００３３】図１および図２に示すように、セラミック
ワッシャ５は、その中心に円形の孔を持つ円板の形状を
しており、ナット７とキャップ１との間に挟み込まれて
いる。このセラミックワッシャ５の材質はアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）である。

【００３４】このセラミックワッシャ５の目的は、極柱
１０とキャップ１とを絶縁することにあるが、その材質
が上述の通りアルミナであるので、絶縁性を確保するこ
とができる。

【００３５】また、極柱１０は、ナット７を締め付ける
ことによりキャップ１に固定されているので、セラミッ
クワッシャ５は、この締結力、すなわち圧縮力に十分耐
える剛性がなければならない。この点においても、セラ
ミックワッシャ５の材質がアルミナであるので、ナット
７による圧縮力に十分耐えることができる。さらに、材
質がアルミナであることから、締結後長期間経過しても
その形状が変化しないので、強い締結力を維持すること
ができる。また、アルミナは、温度変化に対してもその
剛性が変化しないので、広い範囲で温度が変化してもそ
の締結力を維持することができる。

【００３６】またさらに、アルミナは剛性が非常に高い
ので、ナット７をより強く締め付けることができる。そ
の結果、大きな締結力を得ることができ、車載運用で発
生する振動にも経時的にナット７がゆるんだりせず、十
分なシールが得られるので、非水電解液が漏れたりする
ことを防止できる密閉性を保持できる。

【００３７】セラミックワッシャ５とセラミック突き当
て６との間で、かつ、キャップ１の内側と極柱１０の外
側の間には、リング５０が配置されている。このリング
５０は、その断面形状が長方形のリングであり、ＰＰな
どの高分子材料からなっている。このリング５０は、ナ
ット７を締め付けることにより極柱１０をキャップ１に
固定するときに、極柱１０の中心軸を電池の長手方向の
中心軸に保持させるために用いるものである。

【００３８】キャップ１の内側の面と極柱１０の円板状
部分の間には、セラミック突き当て６が挟みつけられて
いる。このセラミック突き当て６は、セラミックワッシ
ャ５と同様に、その中心に円形の孔を持つ円板の形状を
しており、その材質はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）である。

【００３９】このセラミック突き当て６は、セラミック
ワッシャ５と同様に、極柱１０とキャップ１との絶縁性
を確保している。また、セラミック突き当て６はナット
７による圧縮力に十分耐えることができる。さらに、締
結後長期間経過しても強い締結力を維持することができ
る。また、セラミック突き当て６は、広い範囲で温度が
変化してもその締結力を維持することができる。またさ
らに、セラミック突き当て６は、大きな締結力を得るこ
とができ、車載運用で発生する振動にも経時的にナット
７がゆるんだりせず、十分なシールが得られるので、非
水電解液が漏れたりするのを防止できる。

【００４０】このほか、セラミック突き当て６は、その
外周の寸法をシール８の弾性変形がある程度以上起こら
ない位置に設定することにより、シール８の大きな弾性
変形を阻止し、その結果として、シール８の極柱１０の
軸方向の反発力を増大させることができる。このように
して、セラミック突き当て６を配置することにより、シ
ール８のシール力を十分な大きさまで増大させることが
できる。

【００４１】シール８の外周には、シール８に接する位
置にバックアップリング５１が配置されている。このバ
ックアップリング５１はＰＰからなるものである。この
バックアップリング５１により、シール８が電池内に存
在する非水電解液に触れ、膨潤して変形したときに、そ
の変形を阻止してシール８の極柱１０の軸方向の反発力
が低下するのを防止することができる。

【００４２】次に、本例における開裂機構について、そ
の構成と動作を説明する。すでに述べたように、キャッ
プ１は電池容器１７の中に圧入され、その後キャップ１
の外周と電池容器１７の端部の内側とはレーザー溶接す
る。すなわち、キャップ１の上面よりその円周上にレー
ザーを照射し、溶接して電池容器１７を密閉する。

【００４３】本例の開裂機構は、電池容器１７の両端に
溶接されているキャップ１に備えられている。図１およ
び図３に示すように、キャップ１は円形の平板であり、
その厚さは３ｍｍである。

【００４４】また、図１の拡大図、図２、および図３か
らわかるように、キャップ１には溝１ａが設けてある。
この溝１ａは、キャップ１の外周から一定の深さで、キ
ャップ１の平板方向に凹部を形成したものである。

【００４５】ここで、溝１ａの深さ、すなわちキャップ
１の外周から中心へ向かう方向の溝１ａの深さは２ｍｍ
である。なお、この溝１ａの深さは１〜３ｍｍの範囲と
することが適当である。溝１ａの深さが１ｍｍより小さ
いと、後述するようにキャップ１の薄肉部１ｂの変形が
不十分になってしまうからである。また、溝１ａの深さ
が３ｍｍよりおおきくなると、溝１ａを切削するコスト
が高くなり好ましくないからである。また、溝１ａの
幅、すなわち溝１ａのキャップ１の厚さ方向の幅は１ｍ
ｍである。

【００４６】図２および図３Ｂに示すように、この溝１
ａはキャップ１のほぼ半周にわたって設けられている。
ここで、キャップ１のほぼ半周にわたっている溝１ａの
両側の端部、すなわち溝終端部１ｇは丸みを帯びた形状
になっている。これは、溝１ａの切削にはメタルソーを
使用していることから、その形状が溝終端部１ｇに残る
からである。ここで、溝終端部１ｇの形状の特徴は、溝
終端部１ｇにおける溝１ａの切り込み線（図２の点線で
示した溝１ａの底の位置を表す線）と電池容器１７の内
側とが接する部分では、切り込み線の方向がキャップ１
の外周上の接線と直角ではなく、溝１ａを形成していな
い部分の方向に傾いていることである。

【００４７】なお、２つの溝終端部１ｇのそれぞれとキ
ャップの中心を結ぶ２つの直線がなす角度は、４５〜２
７０度の範囲にあることが望ましい。角度が４５度より
も小さいと、後述する開裂が十分に起こらなくなってし
まうからである。また、角度が２７０度よりも大きくな
ると、開裂によりキャップ１全体が電池容器１７からは
ずれることになり、開裂時にキャップ１の一部を電池容
器１７に付いた状態にするという要請を満足できなくな
ってしなうからである。

【００４８】図１および図３に示すように、キャップ１
の溝１ａの外側には薄肉部１ｂが形成されている。この
薄肉部１ｂの厚さ、すなわちキャップ１の厚さ方向にお
ける薄肉部１ｂの厚さＴ１は０．５ｍｍである。なお、
この薄肉部１ｂの厚さＴ１は０．２〜１．０ｍｍの範囲
であることが好ましい。薄肉部１ｂの厚さＴ１が０．２
ｍｍより薄くなると、このような薄い薄肉部１ｂを残し
て加工することが困難になるばかりでなく、キャップ１
を電池容器１７に圧入するときに薄肉部１ｂが曲がりや
すく組み立て操作が困難になるといった問題があるから
である。また、薄肉部１ｂの厚さＴ１が１．０ｍｍより
厚くなると、開裂時における薄肉部１ｂの曲がり変形が
困難となり、キャップ１の開裂機構としての目的を十分
に達成することができないからである。

【００４９】図１および図３に示すように、キャップ１
の内側で、溝１ａに接する位置には導入部１ｃが形成さ
れている。この導入部１ｃの厚さは、溝１ａの幅および
薄肉部１ｂの厚さの設定にも左右されるが、１．０〜
１．８ｍｍになる。

【００５０】上述したように、図９に示した従来の開裂
機構においては、キャップ１の平面全周に薄肉部１ｉを
設けてあるので、キャップ１を電池容器１７に圧入する
ときに薄肉部１ｉが破れる危険がある。しかし、本例に
おいては、キャップ１には導入部１ｃが残っているの
で、薄肉部１ｂがやぶれるといった危険は発生しないこ
とがわかる。

【００５１】さらに、この導入部１ｃの電池の内部側に
はテーパ部１ｄが設けられているので、キャップ１を電
池容器１７に圧入するときその操作が容易になる。

【００５２】図１および図３に示すように、キャップ１
の外周と電池容器の端部内側とは、レーザ溶接されてい
るので、両者の界面には溶接部１ｅおよび１ｆが形成さ
れている。この溶接部１ｅおよび１ｆの深さ、すなわ
ち、キャップ１の圧入方向の溶接されている部分の深さ
は０．５ｍｍである。ここで、溝１ａを形成した部分の
溶接部１ｅ、および溝１ａを形成していない部分の溶接
部１ｆともに０．５ｍｍである。ただし、上述したよう
に、薄肉部１ｂの厚さは０．２〜１．０ｍｍの範囲で設
定ができるので、薄肉部１ｂの厚さが０．２ｍｍ以上で
０．５ｍｍより薄くなったときは、溝１ａを形成した部
分の薄肉部１ｂの溶接部１ｅは、その厚さが薄肉部１ｂ
の厚さと等しくなる。結果として、溶接部１ｅの深さは
０．５ｍｍより浅くなる。したがって、溝１ａを形成し
た部分の溶接部１ｅの深さは、溝１ａを形成していない
部分の溶接部１ｆの深さよりも浅いことになる。

【００５３】次に、電池内部の圧力が上昇したときに、
開裂機構がいかに動作するかを説明する。

【００５４】電池内部の圧力が上昇すると、図４のＡま
たはＢに示すように、まず薄肉部１ｂがくの字に折れ曲
がる。これは、薄肉部の厚さが上述したようにキャップ
１の肉厚よりも薄いので同じ曲げモーメントを受けても
曲がりやすいからである。

【００５５】次に、図１および図３に示した溝終端部１
ｇの部分の溶接部が局部的に開裂する。この理由は次に
ように考えられる。すなわち、電池内部の圧力が上昇す
ると、その圧力はキャップ１の内側に均等にかかるの
で、キャップ１と電池容器１７の溶接部は、溝１ａが形
成されている部分の溶接部１ｅであっても、溝１ａが形
成されていない部分の溶接部１ｆであってもその応力は
等しくなる。しかし、溝１ａを形成した部分では、上述
したように薄肉部１ｂがくの字に曲がるので、その結
果、溝１ａを形成した部分の溶接部１ｅは、上述の応力
ばかりでなく薄肉部１ｂの曲げに起因する曲げモーメン
トによる応力も受けることになる。この点、溝１ａを形
成した部分の溶接部１ｅは、溝１ａを形成してない部分
の溶接部１ｆより大きな応力を受けていることになる。

【００５６】さらに、溝終端部１ｇについてみると、溝
終端部１ｇの円周方向では、一方側は溝１ａが形成され
ているので薄肉部１ｂが曲げ変形を生じている。これに
対して、円周方向の反対側には、溝１ａが形成されてい
ないので曲げ変形が生じていない。このように、溝終端
部１ｇでは、他の部分とは異なって円周方向における曲
げモーメントを受けることになる。したがって、溝終端
部１ｇの部分の溶接部はこの円周方向の曲げモーメント
による応力もさらに加わることになる。その結果、この
部分は局所的ではあるが、最も大きな応力を受ける。し
たがって、電池内部の圧力が上昇すると、最初にこの溝
終端部１ｇの部分の溶接部が開裂することになる。

【００５７】次に、溝１ａを形成した部分の溶接部１
ｅ、または溝１ａを形成していない部分の溶接部１ｆの
いずれか一方が開裂する。この２つの溶接部１ｅまたは
１ｆのうち、いずれの溶接部が開裂するかは、薄肉部１
ｂの厚さの設定の仕方により左右される。

【００５８】すなわち、薄肉部１ｂの厚さを０．５ｍｍ
以上に設定すると、開裂は溝１ａを形成しない部分の溶
接部１ｆで生じる。薄肉部１ｂの肉厚が０．５ｍｍ以上
である時は、溝１ａを形成した部分も形成していない部
分も肉厚は０．５ｍｍ以上あることになる。さらに、溶
接部１ｅおよび１ｆの深さは０．５ｍｍであるので、溶
接部の深さはキャップ１の全周にわたって同一である。

【００５９】上述したように、電池内部の圧力が上昇す
ると、まず溝終端部１ｇの部分の溶接部が局部的に開裂
する。一方、溝終端部１ｇの形状は、溝終端部１ｇにお
ける溝１の切り込み線と電池容器１７との接する部分で
は、切り込み線の方向がキャップ１の外周上の接線と直
角ではなく、溝１ａを形成していない部分の方向に傾い
ているという特徴を持っている。

【００６０】したがって、溝終端部１ｇの部分の溶接部
が局部的に開裂すると、溝１ａの切り込み線と電池容器
１７との接する部分での切り込み線の方向に開裂が伝搬
する。すなわち、溝１ａを形成してない部分の溶接部１
ｆの方向に開裂が伝搬することになる。この伝搬はさら
に進むので、結果として溝１ａを形成していない部分の
溶接部１ｆの全部が開裂することになる。

【００６１】一方、薄肉部１ｂの肉厚が０．５ｍｍより
薄くなると、溝１ａを形成した部分の溶接部１ｅが開裂
する。薄肉部分１ｂの厚さが０．５ｍｍより薄いと、そ
の結果として溶接部１ｅの深さもそれにつれて浅くな
る。すなわち、溶接部１ｅの厚さは、薄肉部１ｂの厚さ
に等しくなる。したがって、溝１ａを形成した部分の溶
接部１ｅの深さが、溝１ａを形成していない部分の溶接
部１ｆに比較して浅くなり、その分溶接部１ｅの機械的
強度は溶接部１ｆのそれよりも小さくなる。この結果、
電池内部の圧力が上昇して、まず溝終端部１ｇの部分の
溶接部が開裂すると、次に、その開裂が機械的強度の小
さな溝１ａを形成した部分の溶接部１ｅに伝搬すること
になる。この伝搬はさらに進んで、結果的に、溝１ａを
形成した部分の溶接部１ｅ全体が開裂することになる。

【００６２】なお、溝１ａを形成した部分の溶接部１ｅ
が開裂しても、また溝１ａを形成していない部分の溶接
部１ｆが開裂しても、電池内部のガスを外部に放出して
電池内部の圧力を低くすることは、双方ともその目的を
十分に達成することができる。

【００６３】以上のことから、従来は、内圧をそのまま
の形で箔や薄肉部に加えた場合、肉厚をきわめて薄くし
なければ低い開裂圧力を得ることができなかったが、本
例によれば、内圧をキャップの一部変形という形に置き
換えて、二次的に開裂を引き起こすため極端な薄肉化が
不要となる。また、電池容器へのキャップの圧入や振動
などによる外力に対して、きわめて強い構造となってい
る上に、低い開裂圧力をも実現している。また、キャッ
プの加工のみで開裂弁となるので、開裂弁部品を別個に
取り付けるよりも低コスト、省スペースとなり、組立も
簡単である。また、キャップをレーザ溶接した電池容器
の耐圧強度以下である１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ²で作動
する開裂弁機構を得ることができる。

【００６４】本例で採用する開裂機構は、上述した開裂
機構ばかりでなく、以下に述べるものも採用することが
できる。すなわち、図５にモデル的に示したものがその
機構である。図５に示した開裂機構は基本的には上述し
た開裂の機構と同様であり、以下の点が違うのみであ
る。すなわち、図５に示すように、キャップ１の表面に
は開裂溝１ｈが形成されている。この開裂溝１ｈは、キ
ャップ１の全周にわたって形成されている。また、この
開裂溝１ｈは薄肉部１ｂを通って形成されている。すな
わち、薄肉部１ｂを通る開裂溝１ｈの底には、溝１ａと
の間に肉厚の薄い部分が形成されている。この肉厚の薄
い部分（残肉厚さＴ２）は１０〜１００μｍの範囲の規
定寸法となるようにする。

【００６５】電池内部の圧力が上昇すると、図６に示す
ように、まず薄肉部１ｂが開裂溝１ｈの所からくの字に
折れ曲がる。次に、以下に示す３つの箇所のうちいずれ
かが開裂する。すなわち、溶接部を引き剥がす力が働
き、第１に溝１ａを形成した薄肉部１ｂの溶接部１ｅ、
第２に残肉厚Ｔ２が１０〜１００μｍの折れ曲がった開
裂溝１ｈの部分、第３に溝１ａを形成していない部分の
溶接部１ｆである。

【００６６】上述の３カ所のうちいずれが開裂するか
は、レーザー溶接の強度と、薄肉部１ｂの厚さＴ１、ま
たは開裂溝１ｈの残肉厚Ｔ２の設定により決まる。ここ
で、残肉厚Ｔ２を小さくすることにより、きわめて低い
圧力での開裂が可能となる。

【００６７】以上のことから本例によれば、上述した開
裂機構の効果に加えて、開裂溝の残肉厚Ｔ２を厚くする
ことができる。すなわち、図９に示したような従来の開
裂機構では薄肉部１ｉの厚さは５μｍ程度まで薄くしな
ければならないが、本例では、薄肉部１ｂが曲がるとき
開裂溝１ｈの部分で折り曲がるので、従来の開裂機構に
比較して開裂しやすくなっている。したがって、開裂溝
１ｈの残肉厚Ｔ２は１０〜１００μｍと比較的厚くする
ことができる。また、開裂溝１ｈが形成され開裂が容易
になったので、溝１ａの範囲、すなわち２つの溝終端部
１ｇとキャップの中心を結ぶそれぞれの直線がなす角度
を小さくすることができる。

【００６８】図１に示すように、キャップ１の中心より
外れた位置に、電解液注入口３２が設けてある。この電
解液注入口３２は電池構造体の組立後に、電解液を電池
内部に注入するのに用いられる。

【００６９】また、図１および図２に示すように、キャ
ップ１の中心より外れた電解液注入口の位置に、メクラ
栓４が配置してある。このメクラ栓４は、電解液注入口
３２にメタルシール２を介してねじ込み式で締められ、
電池容器を密閉する。

【００７０】また、メクラ栓４の頭部とキャップ１の表
面との間には、メタルシール２が挟みつけられている。
このメタルシール２はその断面形状が長方形のリングで
あり、その材質は純アルミよりなるものである。

【００７１】一方、メタルシール２に接する金属部分は
電池のキャップ１とメクラ栓４の頭部であり、これらは
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で作製してある。

【００７２】なお、ステンレス鋼と純アルミの２種類の
金属を接触させて、本例の電池の非水電解液に触れさせ
ても、純アルミの腐食は進まないことが確認されてい
る。

【００７３】このように、純アルミからなるメタルシー
ルを用いることにより、たとえばゴム材などの高分子材
料からなるシールに比べ、外部とのガスや水分の透過性
・通過性を低く抑えることができ、電池の寿命を長くす
ることができる。また、純アルミは高分子材料に比べ寿
命が長いので、純アルミからなるメタルシールをメクラ
栓のシールに使用すれば半永久的に使用することがで
き、シールの交換の必要がなくなる。

【００７４】なお以下に、電池容器内への非水電解液の
注入方法について説明する。まず、注入アタッチメント
を電解液注入口３２にねじ込んで固定する。これによ
り、電解液（ＥＬ）タンク内に貯蔵してある非水電解液
と電池容器とがパイプを通して連結される。この電解液
タンク内の非水電解液の液面より高い空間の部分は、切
り替えバルブを介して、真空ポンプと連結されている。

【００７５】なお、本例に使用する電解液は、プロピレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒の中
にＬｉＰＦ₆を１モル／ｌの割合で溶解して形成したも
のである。

【００７６】次に、真空ポンプを作動させる。真空ポン
プが作動すると、電池内部の空気が電池容器の外に放出
され、電池容器の内部が大気圧に比べて負圧になる。

【００７７】次に、真空ポンプと電解液タンクとの間に
ある切り替えバルブを切り替えて、電解液タンクの液面
を大気に開放する。すると、タンク内の圧力が電池容器
内より高くなるので、タンク内の非水電解液が押し出さ
れて電池容器内に浸入する。

【００７８】上述した工程を何度か繰り返すことによ
り、電池容器内に所定の非水電解液を注入することがで
きる。

【００７９】非水電解液の注入後は、電池容器から電解
液が電池外部に出ていかないようにシールする必要があ
る。そのため、電解液注入口３２にメタルシール２を介
してメクラ栓４をねじ込み式で締め、電池容器を密閉す
る。

【００８０】なお、本発明は上述の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得
ることはもちろんである。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内圧をキャップの一部変形という形に置き換えて、二次
的に開裂を引き起こすため極端な薄肉化が不要となる。
また、電池容器へのキャップの圧入や振動などによる外
力に対して、きわめて強い構造となっている上に、低い
開裂圧力をも実現している。また、キャップの加工のみ
で開裂弁となるので、開裂弁部品を別個に取り付けるよ
りも低コスト、省スペースとなり、組立も簡単である。
また、キャップをレーザ溶接した電池容器の耐圧強度以
下である１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ²で作動する開裂弁機
構を得ることができる。また、本発明によれば、薄肉部
１ｂが曲がるとき開裂溝１ｈの部分で折り曲がるので、
従来の開裂機構に比較して開裂しやすくなっている。し
たがって、開裂溝１ｈの残肉厚Ｔ２は１０〜１００μｍ
と比較的厚くすることができる。また、開裂溝１ｈが形
成され開裂が容易になったので、溝１ａの範囲、すなわ
ち２つの溝終端部１ｇとキャップの中心を結ぶそれぞれ
の直線がなす角度を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二次電池の一実施例の要部を示す断面
図である。

【図２】本発明の二次電池の一実施例の要部を示す側面
図である。

【図３】本発明の二次電池に用いるキャップの構成を示
す図である。

【図４】キャップの溶接部の開裂状態を示す断面図であ
る。

【図５】本は発明の二次電池に用いるキャップの構成を
示す図である。

【図６】本発明二次電池のキャップの変形状態を示す断
面図である。

【図７】本発明の二次電池の一実施例の全体を示す断面
図である。

【図８】二次電池の正極電極および負極電極の巻取り方
法を示す斜視図である。

【図９】キャップに設けた薄肉部の従来例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１キャップ（天板）１ａ溝１ｂ、１ｉ薄肉部１ｃ導入部１ｄテーパ部１ｅ、１ｆ溶接部１ｇ溝終端部１ｈ開裂溝２、３メタルシール４メクラ栓５セラミックワッシャ６セラミック付き当て７ナット８シール９開放弁１０極柱１１短冊状リード１２絶縁カラー１３正極電極１４負極電極１５おねじ部１６めねじ部１７電池容器１８プラスマーク１９ボルト３１巻き芯３２電解液注入口３３押さえ金具３５電極渦巻体５０リング５１バックアップリングａねじかみ合い長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩津聡東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者北洋輔東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者片山喜代志福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１番地の１株式会社ソニー・エナジー・テック内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池容器に固定したキャップが、その外
周面の一部に、外周方向に向く溝を有することを特徴と
する二次電池。
【請求項２】電池容器は円筒形であり、キャップはこ
れを貫通する極柱を絶縁し固定することを特徴とする請
求項１記載の二次電池。
【請求項３】キャップの外周面を、電池容器の端部の
内側面に溶接することを特徴とする請求項１記載の二次
電池。
【請求項４】溝は、キャップの外周面から中心に向か
う一定の深さを有することを特徴とする請求項１記載の
二次電池。
【請求項５】２つの溝終端部のそれぞれとキャップの
中心を結ぶ２つの直線が溝の全長を挟む角度は、４５〜
２７０度の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の
二次電池。
【請求項６】溝に接する薄肉部に開裂溝を設けたこと
を特徴とする請求項１、２、３、４、または５記載の二
次電池。
【請求項７】非水電解液二次電池であることを特徴と
する請求項１、２、３、４、５、または６記載の二次電
池。
【請求項８】リチウムイオン二次電池であることを特
徴とする請求項１、２、３、４、５、または６記載の二
次電池。
【請求項９】電気容量が１０〜５００Ａｈの大型電池
であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、ま
たは６記載の二次電池。