JPWO2012114697A1

JPWO2012114697A1 - 角形電池

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Publication number: JPWO2012114697A1
Application number: JP2012528156A
Authority: JP
Inventors: 弘真細木; 康司中桐; 敬元森川; 智彦横山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: JP5113959B2; WO2012114697A1

Abstract

正極板と負極板とが多孔質絶縁体を介して捲回された電極群３が電解液とともに電池ケース１内に収容され、正極板に接続された正極リード９Ｌは、正極外部端子である電池ケース１に接続されており、負極板に接続された負極リード１１Ｌは、電池ケース１の開口１ａを封じる封口板１５と電極群３との間に設けられた導電性接続板２９を介して、封口板１５に設けられた負極外部端子２５に接続されており、電池ケース１の横断面形状は、矩形であり、電極群３の横断面形状は、電池ケース１の長辺方向の両端に曲線部３Ａを有し、導電性接続板２９は、電池ケース１の長辺方向の少なくとも一端が曲線部３Ａの上部まで延出している。

Description

本発明は、外部圧力に対する安全性を向上した角形電池に関する。

角形電池は、電極群及び非水電解質が金属からなる電池ケース内に収容される構造がとられる。電極群は、正極及び負極がセパレータを介して捲回又は積層されて構成されている。セパレータは、正極と負極とを電気的に絶縁するとともに、電解質を保持している。電池ケースには開口が形成されており、その開口は封口板で封口されている。

封口板は電池ケースに接続されている場合が多く、その場合は、電池ケースと同じ極性を有する。この封口板には貫通孔が形成されており、貫通孔には、電池ケースとは異なる極性を有する端子部がガスケットを介在して挿入されている。これにより、封口板と端子部とが電気的に絶縁される。このように、正極及び負極の端子は、電池の外部に取り出される。

ところで、電池ケースを変形させるような大きな圧力が外部から加えられると、電極群が変形してセパレータが損傷し、正極及び負極間で内部短絡が発生する。内部短絡が発生すると、短絡電流によるジュール熱が発生する。これにより、電池が発熱し、場合によっては異常過熱に至るおそれがある。なかでも、リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度を有するので、特に安全性を確保する必要性が高い。

例えば特許文献１〜３では、以下に示す電池が提案されている。

特許文献１に記載の電池には、負極と電気的に接続された第１の導電手段と、正極と電気的に接続された第２の導電手段と、第１の導電手段と第２の導電手段とが電気的に非接触状態を保持する絶縁性の保持手段とを備えた短絡手段が設けられている。

特許文献２に記載の電池には、縦圧縮変形時に、封口板の電極端子とキャッププレートの上面が接触するようにした短絡手段が設けられている。

特許文献３に記載の電池には、電池ケースに、電池ケースと絶縁した電極端子を、電池ケースに短絡させる短絡部が設けられている。

特開平１０−２６１４２９号公報特開２００６−３１０２９４号公報特開２０１０−２０５７２８号公報

特許文献１に記載の電池では、絶縁性の保持手段を備えているため、デッドスペース（電池ケースの内部空間において電極群が配置されない空間）の増大を引き起こし、エネルギー密度の低下を招く。

また、特許文献２に記載の電池では、封口板の電極端子とキャッププレートの上面が接触する構造にしたため、縦方向の圧縮に対しては安全に短絡することが出来るが、横方向や斜め方向からの力に対して、短絡の効果は期待できない。さらに、電池を機器へ搭載する際の接触や、異物の混入による接触等、不要な時に短絡を起こす可能性がある。

また、特許文献３に記載の電池では、電池ケースの外部に短絡部を配置しているため、電池を搭載する電池パック全体が大きくなってしまい、機器の小型化に不利となる。

ところで、角形電池では、電池ケースの横断面形状が矩形である。そのため、ある一定の圧力が角形電池に加えられた際、その圧力が電池ケースの短辺方向外側から加えられた場合よりも電池ケースの長辺方向外側から加えられた場合の方が角形電池は変形し易い。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、容量の低下を防止しつつ、圧力が電池ケースの長辺方向外側から加えられた場合であっても、電池が過熱することを防止することである。

本発明の角形電池は、第１極の極板と第２極の極板とが多孔質絶縁体を介して捲回された電極群が電解液とともに電池ケース内に収容され、第１極の極板に接続されたリードは、第１極の外部端子である電池ケースに接続されており、第２極の極板に接続されたリードは、電池ケースの開口を封じる封口板と電極群との間に設けられた導電性接続板を介して、封口板に設けられた第２極の外部端子に接続されている。電池ケースの横断面形状は、矩形であり、電極群の横断面形状は、電池ケースの長辺方向の両端に曲線部を有し、導電性接続板は、電池ケースの長辺方向の少なくとも一端が曲線部の上部まで延出している。

電池ケースが変形するほどの大きな圧力が電池ケースに加えられると、電極群が全体に亘って変形する前に、すなわち、正極及び負極間で内部短絡が発生する前に、電池ケースと導電性接続板とが互いに接触する。電池ケースと導電性接続板とは異極であるので、電池ケースと導電性接続板との間で内部短絡が発生する。しかし、電池ケース及び導電性接続板には活物質が設けられていないので、短絡電流が正極活物質又は負極活物質に集中せず、電池が異常過熱に至ることはない。さらに、電池ケースの変形が進行し、正極及び負極間で内部短絡が発生したときには、既に、電池ケースと導電性接続板との間に短絡電流が流れているため、正極と負極とは大きく分極している。そのため、正極及び負極間に流れる短絡電流を小さく抑えることができる。その結果、正極活物質及び負極活物質の熱分解を抑制できるため、電池が異常過熱に至ることを防止できる。

さらに、導電性接続板は、封口板と電極群との間に設けられているため、余分な空間や部材が発生することがなく、デッドスペースの利用を図ることができる。

本発明では、容量の低下を防止しつつ、電池ケースを変形させるような大きな圧力が電池に加えられた場合であっても、電池が異常過熱に至ることを防止できる。

本発明の一実施形態に係る角形電池の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る角形電池の断面斜視図である。本発明の一本実施形態における導電性接続板の構成を示した模式図である。本実施形態の一変形例における導電性接続板の構成を示した模式図である。本実施形態の他の変形例における導電性接続板の構成を示した模式図である。本実施形態の他の変形例における導電性接続板の構成を示した模式図である。従来の角形電池の断面斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。

図１は、発明の一実施形態に係る角形電池の縦断面図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る角形電池の断面斜視図である。

本実施形態に係る角形電池では、電極群３と電解液（図示せず）とが、電池ケース１内に収容されている。電極群３は、正極板と負極板とが多孔質絶縁体を介して捲回されたものであり、正極板には正極リード９Ｌが接続されており、負極板には負極リード１１Ｌが接続されている。正極リード９Ｌは、電池ケース１の開口１ａを封じる封口板１５を介して電池ケース１に接続されている。負極リード１１Ｌは、封口板１５と電極群３との間に配置された導電性接続板２９を介して端子部２５に接続されている。このように、電池ケース１が正極の外部端子であり、端子部２５が負極の外部端子となっている。

電池ケース１は、一端が開口されている一方、他端が閉塞された有底ケースである。また、電池ケース１の横断面形状は矩形である。以下では、電池ケースの横断面において、長辺方向を「長辺方向」と記し、短辺方向を「短辺方向」と記す。

電極群３は、横断面形状を楕円形とする筒状である。電池ケース１内では、電極群３の長軸方向が電池ケース１の長辺方向と略平行であり、電極群３の短軸方向が電池ケース１の短辺方向と略平行である。電極群３の上には、上側絶縁板５が設けられている。

正極板は、正極集電体上に正極活物質層が形成されており、正極リード９Ｌの一端は、正極集電体の正極活物質層から露出した部位に接続され、その他端は、上側絶縁板５の第１貫通孔５ａ内を通って封口板１５の内面に接続されている。

負極板は、負極集電体上に負極活物質層が形成されており、負極リード１１Ｌの一端は、負極集電体の負極活物質層から露出した部位に接続され、その他端は、上側絶縁板５の第２貫通孔５ｂ内を通って導電性接続板２９の下面に接続されている。導電性接続板２９は、さらに外部端子となる端子部２５に接続されている。

封口板１５は、長辺方向に延びており、略矩形の平面形状を有している。この封口板１５は、電池ケース１の開口１ａに嵌められており、開口１ａの周縁に溶接されている。

封口板１５の長手方向の一端には、相対的に肉薄な防爆弁１７が形成されている。電池内部においてガス発生が起こり、電池の内圧が所定値を上回ったときには、この防爆弁１７が破断して電池の内圧の更なる上昇を防止できる。

封口板１５の長手方向の他端には、注液孔１５ａが形成されている。注液孔１５ａは、電解液を電池ケース１内に供給するための貫通孔であり、電池ケース１内への電解液の供給が終了すると封栓１９で封止される。

封口板１５の長手方向における略中央には端子部２５が設けられている。端子部２５は、ガスケット２７を介して、封口板１５、絶縁板３５及び導電性接続板２９に貫設されているとともに、封口板１５の外面上及び導電性接続板２９の下面上に設けられている。端子部２５と封口板１５とは異極であり、端子部２５と導電性接続板２９とは同極である。

導電性接続板２９は、長辺方向に延びており、導電性接続板２９の第１端面２９Ａは、電池ケース１の第１内側面１Ａに対向しており、第２端面２９Ｂは、電池ケース１の第２内側面１Ｂに対向している。また、第２端面２９Ｂは、端子部２５よりも若干封栓１９側に位置している。ここで、電池ケース１の第１内側面１Ａ及び第２内側面１Ｂは、短辺方向に延びるケース内側面である。

絶縁板３５は、長辺方向に延びており、端子部２５よりも若干、注液孔１５ａ側から防爆弁１７の手前まで延びている。絶縁板３５の第１端面３５Ａは、電池ケース１の第１内側面１Ａに対向しており、導電性接続板２９の第１端面２９Ａよりも長辺方向内側に位置している。また、絶縁板３５は、導電性接続板２９の第２端面２９Ｂを被覆している。

図３は、本実施形態における導電性接続板２９の構成を示した模式図で、角形電池の横断面における電極群３と導電性接続板２９との位置関係を示している。

図３に示すように、電極群３は、正極板と負極板とが多孔質絶縁体を介して捲回された構造をしており、電池ケース１の長辺方向と略平行に積層された直線部３Ｂと、電池ケース１の角部に隣接し円弧を描いて積層された曲線部３Ａとを有している。導電性接続板２９の第１端面２９Ａは、電池ケースの長辺方向の少なくとも一端において、電極群３の曲線部３Ａの上部まで延出されている。

このような構成とすることで、電池ケースが変形するほどの大きな圧力が電池ケースに加えられると、電極群３が全体に亘って変形する前に、すなわち、正極及び負極間で内部短絡が発生する前に、電池ケース１の第１内側面１Ａと導電性接続板２９の第１端面２９Ａとが互いに接触することが可能となる。電池ケース１と導電性接続板２９とは異極であるので、電池ケース１と導電性接続板２９との間で内部短絡が発生する。しかし、電池ケース１及び導電性接続板２９には活物質が設けられていないので、短絡電流が正極活物質又は負極活物質に集中せず、電池が異常過熱に至ることはない。さらに、電池ケース１の変形が進行し、正極及び負極間で内部短絡が発生したときには、既に、電池ケース１と導電性接続板２９との間に短絡電流が流れているため、正極と負極とは大きく分極している。そのため、正極及び負極間に流れる短絡電流を小さく抑えることができる。その結果、正極活物質及び負極活物質の熱分解を抑制できるため、電池が異常過熱に至ることを防止できる。特に、導電性接続板２９の第１端面２９Ａが、電池ケースの長辺方向の少なくとも一端において、電極群３の曲線部３Ａの上部まで延出されているため、大きな圧力が長辺方向外側から電池に加えられたとき、長辺方向の両端において電極群３が大きく変形するので、上記効果がより発揮される。

図４〜図６は、本実施形態の変形例における導電性接続板２９の構成を示した模式図である。本変形例では、導電性接続板２９に、他の部分よりも強度の低い低強度部を設けたことを特徴とする。

導電性接続板２９に低強度部を設けることで、電池ケースが変形するほどの大きな圧力が電池ケース外部から加わった場合、電池ケースの変形に追随して導電性接続板２９を変形させることが可能となる。従って、導電性接続板２９の第１端面２９Ａは、電池ケース１の第１内側面１Ａと、より確実に内部短絡し、より安全な角形電池とすることができる。

ここで、低強度部としては、導電性接続板２９の一部を幅狭、または薄膜にすることで形成することができる。さらに開口部を設けることでも形成することができる。低強度部の箇所、個数は、特に限定されないが、電池ケースの変形に追随可能、かつ導電性接続板としての強度が維持できるよう適宜設定可能である。

また、導電性接続板２９の一部を幅狭にする、または開口部を設けることで低強度部を形成した場合は以下の効果も得られる。すなわち、低強度部が封口板に設けられた防爆弁１７と重なる構成であっても、電池の異常時において、導電性接続板２９が防爆弁１７への負荷圧力を遮ることがなく、防爆弁１７を正常に破断させ、角形電池の内圧の更なる上昇を防止することができる。ここで、低強度部は、少なくとも防爆部の下部に位置し、かつ、平面視において、防爆部の一部と重なる部位を有していればよい。

また、低強度部が注液孔１５ａと重なる構成であっても、電池作製において、導電性接続板２９が注液を阻害することなく、生産性の低下を抑制することができる。

図４は、本実施形態の一変形例における導電性接続板２９の構成を示した模式図である。図４に示すように、導電性接続板２９の一部を幅狭とすることで低強度部２９Ｃを形成している。この低強度部２９Ｃは、幅狭の状態で電極群の曲線部の上部に位置する第１端面２９Ａまで形成されており、上記効果を得ることが出来る。

図５は、本実施形態の他の変形例における導電性接続板２９の構成を示した模式図である。図５に示すように、導電性接続板２９が、二股に分岐する形状となり低強度部２９Ｃを形成している。このような形状では、導電性接続板２９の第１端面２９Ａは、外部からの圧力が加わりやすい電池ケース１の角部に近く設置されるため、外部からの変形に対する短絡が一層起こりやすく、より安全性を向上することができる。なお、上記分岐の形状は、幅広にするほど、また分岐の数が多いほど、電池ケース１の角部に近く設置されるため、より安全性を向上することができる。

図６は、本実施形態の他の変形例における導電性接続板２９の構成を示した模式図である。図６に示すように、導電性接続板２９の低強度部２９Ｃは、導電性接続板の延出方向の端部より内側に形成されている。すなわち、導電性接続板２９の第１端面２９Ａにおいては、強度が維持される形状となっているため、導電性接続板２９の第１端面２９Ａが、電池ケースの第１内側面１Ａを強く押圧し、より確実な接触が得られる。さらに、このような形状にした場合、導電性接続板２９において、角形電池の長辺方向および短辺方向の面に近い辺が増えることから、ケース外部からの変形に対する短絡が一層起こりやすくなり、より安全性を向上させることができる。

図７は、従来の角形電池の構成を示した断面斜視図である。以下、従来の角形電池と比較しながら、本実施形態に係る角形電池の構成及び得られる効果を説明する。

角形電池では、通常、集電抵抗の増大を防止するために、負極リード１１Ｌは長辺方向において端子部２５の近くに配置されている。そのため、従来の角形電池では、導電性接続板９３（導電性接続板９３は負極リード１１Ｌと端子部２５とを接続する）の長手方向における長さを長くする必要はなく、導電性接続板９３の第１端面９３Ａが負極リード１１Ｌよりも若干長辺方向外側に位置していれば充分である。従って、電池ケース１の第１内側面１Ａと導電性接続板９３とは長辺方向において十分に離れている。

また、導電性接続板９３を電池ケース１の第１内側面１Ａ側に延ばすと、導電性接続板９３が防爆弁１７の下に配置されることになる。この場合、角形電池の内圧が所定値を上回ったときにおける防爆弁１７の破断が困難となる。よって、導電性接続板９３の第１端面９３Ａは防爆弁１７より内側に位置していた。

従来の角形電池に外部から大きな圧力が加えられて電池ケース１が変形すると、電極群３が全体に亘って変形する。その場合、多孔質絶縁体の一部分が破断して、正極活物質と負極活物質とが局所的に接触する。特に、大きな圧力が長辺方向外側から角形電池に加えられたときには、長辺方向の両端において電極群３が大きく変形するので、長辺方向の両端では多孔質絶縁体の一部分が破断して正極活物質と負極活物質とが互いに接触し、内部短絡が発生する。内部短絡が発生した瞬間、互いに接触している正極活物質と負極活物質との間には、非常に大きな短絡電流が集中して流れるので、ジュール熱が発生する。そのため、内部短絡が発生した箇所では、温度が正極活物質又は負極活物質の分解温度にまで瞬間的に達し、正極活物質又は負極活物質の熱分解を引き起こす。その結果、電池が異常過熱に至る場合がある。

一方、本実施形態に係る角形電池では、導電性接続板２９の第１端面２９Ａは、電池ケース壁に近い位置まで延長されている。よって、大きな圧力が長辺方向外側から角形電池に加えられて電池ケース１が変形しても、電極群３が全体に亘って変形する前に、電池ケース１の第１内側面１Ａと導電性接続板２９の第１端面２９Ａとが互いに接触する。電池ケース１と導電性接続板２９とは異極であるので、互いに接触した瞬間から電池ケース１と導電性接続板２９との間には短絡電流が流れる。このとき、ジュール熱発生が起こるが、電池ケース１の第１内側面１Ａと導電性接続板２９の第１端面２９Ａとには、正極活物質及び負極活物質が存在していないので、短絡電流が正極活物質及び負極活物質に集中することを防止できる。そして、電池ケース１の変形が進行し、正極活物質と負極活物質とが互いに接触したときには既に、互いに接触している電池ケース１の第１内側面１Ａと導電性接続板２９の第１端面２９Ａとの間に短絡電流が流れている。そのため、非水電解液中におけるリチウム拡散の律速により、角形電池の正極と負極とは大きく分極しており、互いに接触している正極活物質と負極活物質との間に流れる短絡電流を小さく抑えることができる。その結果、正極活物質及び負極活物質の熱分解を抑制できるため、電池が異常過熱に至ることを防止できる。

さらに、導電性接続板２９が低強度部２９Ｃを有している場合、上記電池ケースの変形に追随して導電性接続板２９が変形することが可能となる。したがって、導電性接続板２９の第１端面２９Ａは、電池ケース１の第１内側面１Ａと、より確実に内部短絡し、より安全な角形電池とすることができる。

加えて、本実施形態では、導電性接続板２９を延ばすことで短絡機能を有する構成を形成しているため、新たなデッドスペースが発生することも無い。よって、電池ケース１の内部空間において電極群３が収容されるスペースを狭くすることなく角形電池を作製することができる。

以下では、角形電池を構成する各構成部材の構成及び材料の代表例を列挙する。

電池ケース１、正極リード９Ｌ、封口板１５及び封栓１９の金属部２１は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属からなれば良い。電池ケース１と正極リード９Ｌと封口板１５と封栓１９の金属部２１とは、互いに同一の材料からなっても良いし、相異なる材料からなっても良い。

正極板では正極活物質層が正極集電体の両面上又は一方の表面上に形成されている。正極集電体は、例えば、アルミニウム、炭素若しくは導電性樹脂等の導電性材料からなる基板又は箔である。正極集電体の厚みは、１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上２０μｍ以下であればさらに好ましい。これにより、正極板の強度を保持しながら正極板を軽量化できる。

正極活物質層は、正極活物質、導電剤及び結着剤等を含んでいる。正極活物質は、例えば、一般式がＬｉ_ｘＭ_１−ｘＯ_２（ＭはＣｏ、Ｎｉ又はＭｎ等である）で表されるリチウム含有複合酸化物である。具体的なリチウム含有複合酸化物は、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２又はＬｉ_２ＭｎＯ_４等である。リチウム含有複合酸化物には、ＬｉＭｅＰＯ_４又はＬｉ_２ＭｅＰＯ_４Ｆ（Ｍｅは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉから選択される少なくとも１種である）等のリン酸化合物も含まれる。正極活物質は、１種のみ単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。

導電剤は、天然黒鉛又は人造黒鉛等のグラファイト類であっても良いし、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック若しくはサーマルブラック等のカーボンブラック類等であっても良い。導電剤は、１種のみを単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

結着剤は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ））、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、又は、ポリイミド等である。結着剤は、１種のみを単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。

負極リード１１Ｌ、端子部２５及び導電性接続板２９は、例えばニッケル、銅、鉄又はステンレスからなれば良い。負極リード１１Ｌと端子部２５と導電性接続板２９とは、互いに同一の材料からなっても良いし、相異なる材料からなっても良い。

負極板では、負極活物質層が負極集電体の両面上又は一方の表面上に形成されている。負極集電体は、ステンレス鋼、ニッケル、銅又はチタン等からなる金属箔であっても良いし、炭素又は導電性樹脂等からなる薄膜であっても良い。負極集電体の厚みは、１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上２０μｍ以下であればさらに好ましい。これにより、負極板の強度を保持しながら負極板を軽量化できる。

負極活物質層は、負極活物質を含んでいる。負極活物質は、例えば、黒鉛等の炭素材料であっても良く、珪素又はスズ等のリチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な金属であっても良く、この金属を含む化合物であっても良い。負極活物質は、１種のみを単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。負極活物質として炭素材料を選択した場合には、負極活物質層は負極活物質以外に結着剤を含んでいることが好ましい。結着剤は、上記列挙した結着剤であれば良い。一方、負極活物質として金属又は金属を含む化合物を選択した場合には、負極活物質層は結着剤を含んでいなくても良い。

多孔質絶縁体１３は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレンの混合物、又はエチレンとプロピレンとの共重合体等からなっても良いし、酸化アルミナ等の絶縁性粒子が互いに接着されたものであっても良い。多孔質絶縁体の厚みは、例えば１０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。

非水電解質は、非水溶媒と非水溶媒に溶解した溶質とを含む液状の非水電解質であっても良いし、液状の非水電解質と高分子化合物とを含むポリマー電解質であっても良い。上記溶質は、リチウムを含む塩であれば良く、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＣＯ_２）又はＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等であれば良い。また、上記非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート又はジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等であれば良い。

このような角形電池は、次に示す方法に従って作製される。まず、正極リード９Ｌが接続された正極板と負極リード１１Ｌが接続された負極板とを用意する。次に、正極リード９Ｌと負極リード１１Ｌとが互いに同一方向に延びるように正極板と負極板とを配置し、多孔質絶縁体を介して正極板と負極板とを捲回する。このとき、断面が略円形である電極群を作製してからその電極群を扁平させても良いし、捲回用板（断面が矩形である）に正極板、負極板及び多孔質絶縁体を巻きつけても良い。このようにして作製された電極群３を電池ケース１内に収容してから、電極群３の上に上側絶縁板５を配置する。それから、端子部２５、ガスケット２７、導電性接続板２９及び絶縁板３５が設けられた封口板１５の内面に正極リード９Ｌを接続し、導電性接続板２９の下面に負極リード１１Ｌを接続する。その後、電池ケース１の開口１ａに封口板１５を配置し、この封口板１５を電池ケース１の開口１ａの周縁に溶接させてから、注液孔１５ａから電解液を注入する。注入が終了したら、注液孔１５ａに封栓１９を嵌合する。これにより、本実施形態に係る角形電池が作製される。

本実施形態において、導電性接続板２９は、平板であっても良いし、段差を有していても良い。また、一枚板からなっても良いし、２つ以上の接続片が互いに電気的に接続されていても良い。

また、封口板がガスケットを介して電池ケースの開口を封止し、端子部がガスケットを介することなく封口板に設けられていても良い。この場合、封口板と電池ケースとが異極となり、封口板と端子部とが同極となる。

また、正極と負極とが互いに逆であっても良い。この場合、電池ケース、封口板、封口板に接続されるリードは、例えば、ニッケル、銅、鉄又はステンレスからなれば良い。また、端子部、導電性接続板及び導電性接続板に接続されるリードは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属からなれば良い。

また、正極リードと負極リードとは、電極群の底部側端面から引き出されていても良いし、又は、電極群の相異なる端面から引き出されていても良い。

また、角形電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、アルカリ二次電池、アルカリ電池又はリチウム一次電池であっても良い。

本実施例では、以下に示す方法に従ってリチウムイオン二次電池を作製し、そのリチウムイオン二次電池に対して安全性試験を行った。

（実施例１）
（ａ）正極の作製
正極活物質として、平均粒径が１０μｍであるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）を用いた。１００重量部の正極活物質と８重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ）），結着剤）と３重量部のアセチレンブラック（導電剤）と適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ））とを混合して、正極合剤ペーストを調製した。

この正極合剤ペーストを、長さ４２０ｍｍ、幅４２ｍｍ、厚さ１５μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両表面上に塗布した後に乾燥させた。これにより、アルミニウム箔の各面上には厚みが６５μｍである正極活物質層が形成された。このとき、作製された正極の長手方向の一部分では、アルミニウム箔が露出していた。

アルミニウム箔が露出している部分に、長さ３０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み０．１ｍｍであるアルミニウム製のリード（正極リード）の一端を超音波溶接させた。

（ｂ）負極の作製
負極活物質として、平均粒径が２０μｍである人造黒鉛を用いた。１００重量部の負極活物質と１重量部のスチレン−ブタジエン共重合体（日本ゼオン（株）製のＢＭ−４００Ｂ，結着剤）と１重量部のカルボキシメチルセルロース（増粘剤）と適量の水とを混合して、負極合剤ペーストを調製した。

この負極合剤ペーストを、長さ４００ｍｍ、幅４４ｍｍ、厚さ１０μｍの銅箔（負極集電体）の両表面上に塗布した後に乾燥させた。これにより、銅箔の各面上には厚みが７０μｍである負極活物質層が形成された。このとき、作製された負極の長手方向の一部分では、銅箔が露出していた。

銅箔が露出している部分に、長さ３０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み０．１ｍｍであるニッケル製のリード（負極リード）の一端を超音波溶接させた。

（ｃ）非水電解質の調製
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１：４の体積比で含む混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６（溶質）を１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた。このようにして、非水電解質を調製した。

（ｄ）角形電池の作製
電極群を次のように作製した。リードが互いに同一方向へ突出するように正極板と負極板とを配置し、この正極板と負極板との間に厚さ２０μｍのポリエチレン製の微多孔膜を配置した。アルミニウム製のリードを巻き終端とし且つニッケル製のリードを巻き始端として、正極板、負極板及びポリエチレン製の微多孔膜を平板に巻きつけた。

次に、封口体を次のように作製した。アルミニウム製の封口板の片面上に、絶縁板を挟んでニッケルめっきを施した鉄製の導電性接続板を配置した。このとき、封口板の長手方向における中央に形成された貫通孔と、絶縁板に形成された貫通孔と、導電性接続板に形成された貫通孔とを互いに連通させた。そして、互いに連通された貫通孔内に、ガスケットを介してニッケルめっきを施した鉄製の端子部を固定した。ここで、導電性接続板は図４に示した形状のものを用い、導電性接続板の第１端面は、封口板に設けられた防爆弁よりも封口板の長手方向外側へ向かって延び、電極群の曲線部に重なる位置まで延出していた。また、導電性接続板に設けられた低強度部は、防爆弁の一部と重なっていた。

上記作製された電極群を電池ケース内に収容してから、上記作製された封口体で電池ケースの開口を封止した。具体的には、まず、上記作製された電極群を電池ケース（厚みが３００μｍ）内に収容してから、電極群の上に上側絶縁板を配置した。このとき、電池ケースの底部は平面視矩形であり、その上面は開口されていた。次に、正極リード及び負極リードを上側絶縁板に形成された各貫通孔内に挿通させ、導電性接続板、絶縁板及び端子部が設けられた封口板を電池ケースの開口側に配置した。続いて、正極リードの他端を封口板の内面にレーザ溶接させ、負極リードの他端を導電性接続板の下面にレーザ溶接させた。その後、電池ケースの開口の周縁に封口板をレーザ溶接させて電池ケースの開口を封じてから、封口板の注液孔から２．５ｇの非水電解質を電池ケース内に注入した後、封栓で注液孔を塞いだ。このようにして、厚さ５．２ｍｍ、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍの大きさで、設計容量が９００ｍＡｈである角形リチウム二次電池を作製した。

（実施例２）
図５に示す形状の導電性接続板を用いたことを除いては上記実施例１と同様にして、実施例２の角形リチウム二次電池を作製した。

（実施例３）
図６に示す形状の導電性接続板を用いたことを除いては上記実施例１と同様にして、実施例３の角形リチウム二次電池を作製した。

（比較例）
図７に示す形状の導電性接続板を用いたことを除いては上記実施例１と同様にして、比較例の角形リチウム二次電池を作製した。

実施例１〜実施例３及び比較例の電池を１０個ずつ用意し、以下の評価を行った。

２５℃の環境温度で、０．７Ｃで４．２Ｖまで定電流充電した後、４．２Ｖの電圧で電流が０．０５Ｃに低下するまで定電圧充電した。その後、２５℃の環境温度で、角形リチウムイオン二次電池の第１側壁及び第２側壁をＳＵＳ製の平板で１３ｋＮの力で３ｍｍ／秒の速度で押しつぶした。そして、内部短絡が発生してから５秒後の電池の表面温度を測定した。１０個の電池の表面温度の平均値の結果を表１に示す。

表１に示すように、電池の表面温度は、実施例１〜実施例３の方が比較例よりも低かった。このように、実施例１〜実施例３の電池は、比較例よりも優れた安全性を有することが確認出来た。

本発明は、パーソナルコンピュータや携帯電話用の電源、あるいは、電気自動車用の電源に有用である。

１電池ケース
１Ａ第１内側面
１Ｂ第２内側面
３電極群
３Ａ曲線部
３Ｂ直線部
５上側絶縁板
５ａ第１貫通孔
５ｂ第２貫通孔
９Ｌ正極リード
１１Ｌ負極リード
１３多孔質絶縁体
１５封口板
１５ａ注液孔
１７防爆弁
１９封栓
２５端子部
２７ガスケット
２９導電性接続板
２９Ａ第１端面
２９Ｂ第２端面
２９Ｃ低強度部
３５絶縁板
３５Ａ第１端面

本発明の角形電池は、第１極の極板と第２極の極板とが多孔質絶縁体を介して捲回された電極群が電解液とともに電池ケース内に収容され、第１極の極板に接続されたリードは、第１極の外部端子である電池ケースに接続されており、第２極の極板に接続されたリードは、電池ケースの開口を封じる封口板と電極群との間に設けられた導電性接続板を介して、封口板に設けられた第２極の外部端子に接続されている。電池ケースの横断面形状は、矩形であり、電極群の横断面形状は、電池ケースの長辺方向の両端に曲線部を有し、導電性接続板は、電池ケースの長辺方向の少なくとも一端が曲線部の上部まで延出しており、かつ、導電性接続板は、他の部分よりも機械的強度の低い低強度部が設けられている。

Claims

第１極の極板と第２極の極板とが多孔質絶縁体を介して捲回された電極群が電解液とともに電池ケース内に収容された角形電池であって、
前記第１極の極板に接続されたリードは、第１極の外部端子である前記電池ケースに接続されており、
前記第２極の極板に接続されたリードは、前記電池ケースの開口を封じる封口板と前記電極群との間に設けられた導電性接続板を介して、前記封口板に設けられた第２極の外部端子に接続されており、
前記電池ケースの横断面形状は、矩形であり、
前記電極群の横断面形状は、前記電池ケースの長辺方向の両端に曲線部を有し、
前記導電性接続板は、前記電池ケースの長辺方向の少なくとも一端が前記曲線部の上部まで延出している、角形電池。
前記導電性接続板は、他の部分よりも強度の低い低強度部が設けられている、請求項１に記載の角形電池。
前記低強度部は、前記導電性接続板において、前記曲線部の上部まで延出した部位に設けられている、請求項２に記載の角形電池。
前記低強度部は、前記導電性接続板の他の部分よりも幅を狭くして形成されている、請求項２に記載の角形電池。
前記低強度部は、延出方向に向かって分岐して形成されている、請求項２に記載の角形電池。
前記低強度部は、延出方向の端部より内側に形成されている、請求項２に記載の角形電池。
前記封口板には、防爆部が設けられており、
前記導電性接続板の一端は、前記防爆部よりも長辺方向の外側に位置しており、
前記低強度部は、少なくとも前記防爆部の下部に位置し、かつ、平面視において、前記防爆部の一部と重なる部位を有している、請求項２に記載の角形電池。
前記第１極は正極であり、前記第２極は負極である、請求項１に記載の角形電池。