JPWO2015146078A1 - 円筒形密閉電池及び電池パック - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態の密閉電池としての非水電解質二次電池（１０）は、有底円筒状の外装缶（１５）と、封口体（２０）と、円筒状巻回電極体（１４）と、電解質と、を有し、外装缶（１５）の開口部が絶縁ガスケット（２１）を介して封口体（２０）によりカシメ封口されており、封口体（２０）は、薄肉部による易破断部（２２ａ）を有する蓋体（２２）と、絶縁リング（２３）と、薄肉部による易破断部（２４ａ）を有する端子板（２４）とを有し、端子板（２４）は円筒状巻回電極体（１４）から導出された正極集電体（１８）と電気的に接続され、蓋体（２２）及び端子板（２４）は絶縁リング（２３）の開口を経て互いに電気的に接続され、少なくとも蓋体（２２）が絶縁リング（２３）の開口と対向している部分の外部側は、外部に直接露出している。

Description

本発明は、封口部に電池内の圧力が上昇した場合にガスを効果的に排出することができる安全弁を備えた円筒形密閉電池及びこの円筒形密閉電池を使用した電池パックに関する。
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるため、携帯電話機、ノート型パソコン等の移動情報端末の駆動電源として広く利用されている。最近、非水電解質二次電池は、電池駆動自動車の駆動電源や家庭用蓄電システム等の、高電圧・高容量が求められる用途への要望が高まっており、高出力特性、長期にわたる耐久性、及び安全性などの特性も要求されている。
非水電解質二次電池は、可燃性の有機溶媒が用いられているため、通常は密閉電池として作製されている。密閉電池は、内部短絡や外部短絡、異常加熱、異常衝撃等が生じた場合、ガスが急激に発生して破裂する可能性がある。これに対処するため、例えば下記特許文献１にも開示されているように、電池内の圧力が所定値に達すると電池内のガスを封口部を経て電池外に排出するための安全弁を円筒形密閉電池の封口部に設けたものが知られている。
特開２００９−１４０８７０号公報
近年の電池のさらなる高エネルギー密度化に伴い、電池異常時における電池温度及び電池内圧はより急激に上昇する可能性がある。従来の円筒形密閉電池は、上記特許文献１にも示されているように、他の電池や負荷と電気的に接続する箇所が必要なため、安全弁の外部側に開口部を有するキャップを設け、電池異常時に電池内部で発生したガスを安全弁を介してキャップの開口部から外部へ排出する構成とされている。
キャップの開口部の面積は極力大きいほうが好ましいが、他の電池や負荷と電気的に接続する箇所が必要なため、開口部の面積の拡大は制限される。そのため、円筒形密閉電池では、封口部に安全弁が設けられていても、ガスの十分な排出が確保され難くなる場合がある。
角形密閉電池においては、通常安全弁は外部に露出した状態で設けられているため、このような課題は存在しない。したがって、円筒形密閉電池においては、電池異常時に電池内部で発生したガスを今まで以上に十分に外部へ排出できるようにすることが望まれている。
本発明の一態様の円筒形密閉電池によれば、
有底円筒状の外装缶と、封口体と、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回された円筒状巻回電極体と、電解質と、を有し、
前記外装缶の内部に前記円筒状巻回電極体と前記電解質とが配置され、前記外装缶の開口部が絶縁ガスケットを介して前記封口体によりカシメ封口されており、
前記封口体は、薄肉部による易破断部を有する蓋体と、前記蓋体の内部側に配置された絶縁リングと、前記蓋体の内部側に配置された薄肉部による易破断部を有する端子板とからなり、
前記端子板は前記円筒状巻回電極体から導出された集電体と電気的に接続され、
前記蓋体及び前記端子板は前記絶縁リングの開口を経て互いに電気的に接続され、
少なくとも前記蓋体が前記絶縁リングの開口と対向している部分の外部側は、外部に直接露出している、
円筒形密閉電池が提供される。
また、本発明の別の態様の電池パックによれば、
上記一態様の円筒形密閉電池と前記円筒形密閉電池を保持するホルダを備え、
前記ホルダは、前記蓋体の外周部に対して突出する蓋体変形抑制部を有している、電池パックが提供される。
本発明の一態様の円筒形密閉電池においては、電池異常時に電池内部で発生したガスが蓋体の易破断部が破断することによって形成された開口を経て外部へ直接放出されるため、ガス抜き穴としての開口部を有するキャップを備えた従来の円筒形密閉電池に比すると、電池が熱暴走を起こす前にガスの排出をより速やかに行うことができるようになる。
加えて、例えば、外部加熱などによって電池が燃焼して、電池を構成するアルミニウム等の溶融物がガスとともに蓋体から排出される場合、蓋体には十分な大きさの開口が形成され、アルミニウム等の溶融物は直ちに外部へ放出されるため、アルミニウム等の溶融物が蓋体に形成された開口を塞ぐことが抑制される。そのため、本発明の一態様の円筒形密閉電池によれば、従来例のものに比してより安全性が向上する。
また、本発明の別態様の電池パックにおいては、円筒形密閉電池を保持するホルダが蓋体の外周部に対して突出する蓋体変形抑制部を有しているので、この蓋体変形抑制部が端子板の易破断部及び蓋体の易破断部の破断に際する支点として作用する。そのため、本発明の別態様の電池パックによれば、電池の内圧が上昇した際に端子板の易破断部及び蓋体の易破断部が開口し易くなるので、より安全性が向上する。
図１は、実施形態１の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池の断面図である。 図２は、比較例の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池の断面図である。 図３は、実施形態２の電池パックの断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について、円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池に適用した例を用いて、詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を理解するために例示するものであって、本発明をこの実施形態に特定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
（実施形態１）
実施形態１の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池１０を図１を用いて説明する。この非水電解質二次電池１０は、正極板１１と負極板１２とがセパレータ１３を介して渦巻き状に巻回された円筒状巻回電極体１４を備えている。円筒状巻回電極体１４は、それぞれ上部絶縁板１６及び下部絶縁板１７が配置されて、金属製の外装缶１５の内部に配置されている。
外装缶１５の内部には非水電解液（図示せず）が注液されており、外装缶１５の開口部は、絶縁ガスケット２１を介して封口体２０によってカシメ封口されて密閉されている。正極板１１に接続されている正極集電体１８は封口体２０の下面に溶接されており、負極板１２に接続されている負極集電体１９は外装缶１５の内側底部に溶接されている。これにより、外装缶１５が負極外部端子、封口体２０が正極外部端子としてそれぞれ機能する。
外装缶１５の側壁には、電池中心軸方向に突出した溝入れ部１５ａが設けられている。上部絶縁板１６は、外装缶１５の側壁に形成された溝入れ部１５ａによってその周縁部が保持され、円筒状巻回電極体１４を上部から固定している。絶縁ガスケット２１は溝入れ部１５ａよりも上側に配され、封口体２０を固定している。
封口体２０は、他の部分よりも板厚の薄い易破断部２２ａを備えた蓋体２２と、蓋体２２の電池内部側に載置された開口部２３ａを有する環状の絶縁リング２３と、絶縁リング２３の電池内部側に載置された端子板２４とからなっている。
蓋体２２の易破断部２２ａは絶縁リング２３の開口部２３ａに対向する位置の外部側に設けられている。蓋体２２は、封口体２０を外装缶１５の開口にカシメ固定する際の強度を付与するために、外周側が肉厚とされている。蓋体２２の一部は、絶縁リング２３の開口部側に向かって突出するように形成された薄肉の段差部２２ｂとされている。
端子板２４の電池内部側には、外装缶１５内の圧力が上昇した場合に端子板２４と蓋体２２の間に流れる電流を確実に遮断させるため、他の部分よりも板厚が薄い易破断部２４ａが形成されている。端子板２４の一部は、絶縁リング２３の開口部側に向かって突出するように形成された薄肉の段差部２４ｂとされている。なお、端子板２４の易破断部２４ａは、ここでは薄肉の段差部２４ｂに形成した例を示したが、肉厚部分に形成してもよい。
蓋体２２の段差部２２ｂ及び端子板２４の段差部２４ｂは、絶縁リング２３の開口部２３ａ内で互いに面接触しており、さらに両者の面接触部分において少なくとも１箇所でレーザ溶接され、溶接スポット２５が形成されている。これにより、蓋体２２及び端子板２４は、絶縁リング２３の開口部２３ａを介して互いに電気的に接続されている。
このような構成の封口体２０によれば、外装缶１５内の圧力が所定値を超えると蓋体２２の易破断部２２ａが破断し、蓋体２２に大きな開口が形成される。そのため、電池内部で急速にガスが発生してもガス排気能力が十分に追随でき、蓋体２２に開口が形成された後に外装缶１５の側壁に内圧によるダメージが加わるおそれがなく、外装缶１５の側壁での亀裂発生を抑制できる。これにより、電池の異常時に、外装缶１５の内部からのガスや電解液の排出方向を封口体２０側のみに誘導できるようになる。
このため、実施形態１の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池１０によれば、外装缶１５の側壁方向に隣接する部材に悪影響を及ぼすことが防止される。例えば、この円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池１０を組電池に使用する場合、一つの単電池に異常が発生しても、組電池を構成する他の電池の安全性を害することが防止される。
正極板１１に接続されている正極集電体１８は、端子板２４の段差部２４ｂ及び易破断部２４ａよりも外周側の厚肉の部分の内面に溶接されている。これにより、正極板１１に接続されている正極集電体１８が端子板２４の安全弁としての作動に影響を与えないようにすることができる。
蓋体２２の易破断部２２ａ及び端子板２４の易破断部２４ａの両者ともに、溝入れ部１５ａの突出位置よりも内周側に設けられている。このような構成を採用することの理由は、外装缶１５に蓋体２２及び端子板２４を有する封口体２０がカシメ固定された際に、それぞれの易破断部２２ａ、２４ａへ荷重がかかり、割れが入ってしまう可能性があるためである。
なお、円筒状巻回電極体１４の中心部には、センターピン２６が挿入されていることが好ましい。このセンターピン２６は、電池異常時に電池内部でガスが発生して円筒状巻回電極体１４に膨れが生じても、円筒状巻回電極体１４の中心にガス流路を確保し、ガスを速やかに封口体２０側に誘導することができる。
このような構成を備えた実施形態１の非水電解質二次電池１０によれば、ガス抜き穴としての開口部を有するキャップを備えた従来の円筒形密閉電池に比すると、電池異常時に電池内部で発生したガスが蓋体２２に形成された十分な大きさの開口を経て外部へそのまま放出されるため、ガスの排出をより速やかに行うことができるようになる。
しかも、実施形態１の非水電解質二次電池１０においては、外部加熱などによって電池が燃焼に至って電池を構成するアルミニウム等の溶融物がガスとともに蓋体２２に形成された開口から排出される場合、アルミニウム等の溶融物は直ちに外部へ放出され、蓋体２２に形成された開口を塞ぐことが抑制される。そのため、実施形態１の非水電解質二次電池１０によれば、従来例の円筒形密閉電池と比して安全性がより向上する。
上記構成において、蓋体２２及び端子板２４は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとすることができる。アルミニウム又はアルミニウム合金は、軽量で変形し易く、かつ電解液に対する耐性が高いので、蓋体２２及び端子板２４の材料として好適である。蓋体２２及び端子板２４の薄肉部の形成、蓋体２２の易破断部２２ａの形成、端子板２４の易破断部２４ａの形成方法は、特に限定されないが、プレス加工により形成することが簡便であり好ましい。
しかも、非水電解質二次電池の正極板に接続されている正極集電体としては、正極板の芯体としてアルミニウム又はアルミニウム合金が使用されるため、通常アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものが使用される。実施形態１の非水電解質二次電池１０における蓋体２２及び端子板２４をアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとすると、同じくアルミニウム又はアルミニウム合金からなる正極板１１に接続されている正極集電体１８と容易に溶着することができる。
ここで、実施形態１の非水電解質二次電池１０の具体的製造方法について、適宜図１を参照しながら説明する。
［正極板の作製］
リチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物（ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2）からなる正極活物質と、アセチレンブラックからなる導電剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）からなる結着剤とを、質量比１００：２．５：１．７の割合で秤量し、これらをＮ−メチル−２−ピロリドンからなる有機溶剤と混合し、正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストを、ドクターブレード法によりアルミニウム箔（厚み：１５μｍ）からなる正極芯体の両面に均一な厚みで塗布した。
これを乾燥機内に通して有機溶剤を除去し、ロールプレス機を用いて圧延した後に裁断し、正極芯体の両面に正極合剤層が形成された正極板を作製した。この後、正極合剤層が形成されていない正極芯体部分にアルミニウムからなる正極集電体１８を超音波溶接により取り付けて、長さ５７３ｍｍ、幅５７ｍｍ、厚み１６３μｍの正極板１１を作製した。
［負極板の作製］
易黒鉛化炭素粒子からなる負極活物質と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）からなる結着剤と、カルボキシメチルセルロースからなる増粘剤とを、質量比１００：０．６：１の割合で混合し、これらを適量の水と混合し、負極合剤ペーストを調製した。この負極合剤ペーストを、ドクターブレード法により銅箔（厚み：１０μｍ）からなる負極芯体の両面に均一な厚みで塗布した。
これを乾燥機内に通して水分を除去し、ロールプレス機を用いて圧延した後に裁断し、負極芯体の両面に負極合剤層が形成された負極板を作製した。この後、負極合剤層が形成されていない負極芯体部分に、ニッケルからなる負極集電体１９を超音波溶接により取り付けて、負極板１２を作製した。
［円筒状巻回電極体の作製］
上記のようにして作製された正極板１１及び負極板１２をポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ１３によって互いに絶縁された状態で、巻き取り機により巻回し、絶縁性の巻き止めテープを設け、円筒状巻回電極体１４を作製した。
［非水電解質の調製］
エチレンカーボネート（ＥＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを、を体積比２：２：６の割合（１気圧、２５℃と換算した場合における）で混合した非水溶媒に、電解質塩としてのＬｉＰＦ6を１．０モル／リットルの割合で溶解したものを非水電解液とした。
［外装缶の作製］
基材としての鉄鋼板にニッケルメッキを施した。その後、絞り加工により、有底円筒状の外装缶１５を作製した。ここで、外装缶１５は、封口部の板厚を０．２ｍｍ、側壁の板厚を０．２５ｍｍとした。また、外装缶１５の底面の板厚は、０．３ｍｍとし、Ｃ字状の溝を設け、溝の厚みは、０．０５ｍｍとした。
［封口体の作製］
蓋体２２は、板厚１．０ｍｍのアルミニウム合金をプレス加工することにより作製した。外径を１７ｍｍとし、中央に径が９ｍｍの薄肉部からなる易破断部２２ａを設けるとともに、その中心側に薄肉の段差部２２ｂを形成した。絶縁リング２３は、厚み０．８ｍｍ、外径１４ｍｍ、内径１０ｍｍのポリプロピレン製であり、射出成形によって作製した。端子板２４は、厚み０．５ｍｍのアルミニウム合金をプレス加工することにより作製し、外径を１３ｍｍとし、中央に薄肉の段差部２４ｂを形成するとともに、段差部２４ｂの中心側により薄肉の易破断部２４ａを形成した。蓋体２２、絶縁リング２３及び端子板２４を互いに積層し、蓋体２２の段差部２２ｂ及び端子板２４の段差部２４ｂを互いに面状に接触させるとともに、この面状に接触している箇所の中央部をスポットレーザ溶接することにより接合し、封口体２０を作製した。
［電池の組み立て］
上記のようにして作製した円筒状巻回電極体１４の上下にポリプロピレン製の上部絶縁板１６及び下部絶縁板１７を置き、円筒状巻回電極体１４を外装缶１５内に収容し、負極集電体１９と外装缶１５の缶底とを抵抗溶接した。この後、塑性加工により、外装缶１５に幅１．０ｍｍ、深さ１．５ｍｍの円周状の溝入れ部１５ａを形成し、上記のようにして調製した非水電解液を外装缶１５内に注液した。
この後、封口体２０の蓋体２２と正極集電体１８とをレーザ溶接した。その後、外装缶１５の開口部を、絶縁ガスケット２１が挿入された封口体２０を用いてカシメ加工して封止し、実施形態１に係る円筒形密閉型電池としての非水電解質二次電池１０を作製した。なお、この非水電解質二次電池１０は、高さ６５ｍｍ、直径１８ｍｍであり、設計容量は３２００ｍＡｈ、体積エネルギー密度は５００Ｗｈ／Ｌであった。
（比較例）
従来例に対応する比較例の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池３０を図２に示した。この非水電解質二次電池３０は、端子板３１、防爆弁３２及びキャップ３４を有する従来構造の封口体３３を備えること以外は、上記実施形態１の非水電解質二次電池１０と同様の構成を備えている。そのため、比較例の非水電解質二次電池３０においては、封口体３３の構成について詳細に説明することとし、実施形態１の非水電解質二次電池１０と同様の構成部分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。
この封口体３３は、ガス抜き穴３４ａが設けられたキャップ３４と、電池内圧上昇時に破砕する破砕溝３１ａ、３２ａがそれぞれ設けられた端子板３１、防爆弁３２と、端子板３１と防爆弁３２の外周部相互の導通を防止する絶縁板３５とを備えている。端子板３１の中央部であって、破砕溝３１ａよりも内周側には開口３１ｂが形成されており、この開口３１ｂと防爆弁３２との境界部はレーザ溶接され、溶接スポット３６が形成されている。これにより、端子板３１と防爆弁３２とは電気的に接続された状態となっている。端子板３１には、破砕溝３１ａよりも外周側にも開口３１ｄが形成されている。
端子板３１の外周側は肉厚とされ、正極板１１と電気的に接続される端子プレート３１ｃとなっており、この端子プレート３１ｃに正極板１１に接続されている正極集電体１８が超音波溶接されて電気的に接続されている。
この比較例の非水電解質二次電池３０では、電池内の圧力上昇時には、まず端子板３１と防爆弁３２が変形し、溶接スポット３６が外れて端子板３１と防爆弁３２間の電気的接触が切断されて、キャップ３４への通電が遮断される。さらに電池内圧が上昇すると、防爆弁３２に設けられた破砕溝３２ａが破砕されて穴が形成され、防爆弁３２に形成された穴及びガス抜き穴３４ａを経由して、電池内のガスが電池外部へと排出されるようになる。
なお、この比較例の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池３０は、体積エネルギー密度は５００Ｗｈ／Ｌである。
〔安全性試験〕
上記実施形態１に係る非水電解質二次電池１０及び比較例に係る非水電解質二次電池３０をそれぞれ２０個用意し、これらの電池を室温（２５℃）雰囲気下、０．５Ｉｔ（１６００ｍＡ）の定電流で電圧が４．２Ｖとなるまで充電した。この後、各電池の１０個ずつについて、過充電試験及びホットプレート試験を行った。
［過充電試験］
過充電試験は、１．５Ｉｔ（４８００ｍＡ）の定電流で充電を継続することにより行った。実施形態１の電池においては易破断部２４ａが破断することで充電が停止し、比較例の電池においては破砕溝３１ａが破断することで充電が停止した。結果は全ての電池において、電池の破裂や発火が生じることはなかった。
［ホットプレート試験］
ホットプレート試験は、２００℃に設定したホットプレート上に各電池を配置して加熱することにより行った。この時の封口体の状態又は封口体の外装缶からの離脱の有無及び外装缶側壁の亀裂の発生の有無を目視にて確認した。
このホットプレート試験の結果によれば、全ての電池は破裂することなく試験を終了した。しかし、実施形態１の非水電解質二次電池１０では円滑にガスが排出されたのに対し、比較例の非水電解質二次電池３０ではキャップ３４のガス抜き穴３４ａに円筒状巻回電極体１４の燃焼残渣による閉塞が見られた。このように、実施形態１の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池１０によれば、比較例の非水電解質二次電池３０の場合よりも安全性に優れた結果が得られていることが分かる。
このことから実施形態１の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池１０では、電池内圧が上昇すると、蓋体２２の易破断部２２ａが速やかに破断し、大きな開口部が形成される。実施形態１の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池１０によれば蓋体２２が防爆弁としても作用するため、電池内部に急速にガスが発生してもガス排気能力が十分に追随でき、蓋体２２に開口が形成された後に外装缶１５の側壁にダメージが加わるおそれがないことが確認された。
一方、比較例の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池３０では、ガス排出経路となるガス抜き穴３４ａが実施形態１の非水電解質二次電池１０の蓋体２２に形成された開口よりも小さいため、ガス抜き穴３４ａが円筒状巻回電極体の燃焼残渣で閉塞したと考えられる。
そのため、比較例の非水電解質二次電池３０では、ガス排出の勢いが高い場合には、外装缶１５の側壁がダメージを受けるおそれが実施形態１の非水電解質二次電池の場合よりも大きくなる。外装缶１５の側壁に亀裂が入ると、この亀裂からガスや電解液が漏れ出すので、異常発生した電池の周囲に存在する部材や電池等に悪影響を及ぼすおそれがある。
以上の試験結果から、本発明の一実施形態１の非水電解質二次電池によれば、従来例のものに比してより安全性が向上したガス排出弁付き封口体を備えた円筒形密閉電池を実現できることが分かった。
（実施形態２）
実施形態２においては、実施形態１の円筒形密閉電池としての非水電解質二次電池１０に対して、ホルダを取り付けて電池パック４０としたものである。そこで、実施形態２においては、実施形体１の非水電解質二次電池１０部分に対しては、説明に必要な箇所のみ実施形態１と同一の参照符号を付与して説明し、その他の点については詳細な説明は省略する。
実施形態２の電池パック４０は、非水電解質二次電池１０と、上部ホルダ４１と、下部ホルダ４２とを有している。下部ホルダ４２はプラスチック製で円環状に形成されており、最外周側に上方に伸びる円環状のリブ４２ａを有している。このリブ４２ａは、非水電解質二次電池１０の外装缶１５の底部外径と同一寸法の内径を有し、このリブ４２ａによって形成される空間内に外装缶１５の底部が嵌合されるようになっている。外装缶１５の底面には負極リード４６が溶接接続され、適宜外部に接続されている。
上部ホルダ４１は、プラスチック製で円環状に形成されており、最外周側に下方に伸びる円環状の第１のリブ４１ａと、内径側に下方に伸びる円環状の第２のリブ４１ｂと、少なくとも１つの開孔４３とを有している。開孔４３には、正極リード４５が挿通され、正極リード４５の一端部４５ａは蓋体２２の外周側に溶接接続されている。この正極リード４５は、適宜外部接続のために用いられる。
第１のリブ４１ａは、非水電解質二次電池１０の外装缶１５のカシメ部外径と同一寸法の内径を有し、この第１のリブ４１ａによって形成される空間内に外装缶１５のカシメ部が嵌合されるようになっている。第２のリブ４１ｂは、蓋体２２の易破断部２２ａよりも外径方向に位置するように形成され、下端部が蓋体２２の外表面に当接している。
このような構成を備えている実施形態２の電池パック４０によれば、蓋体２２の第２のリブ４１ｂの下端が当接している位置より外径方向は、全て上部ホルダ４１により被覆されているため、外力によって変形する可能性が低下する。そのため、上部ホルダ４１は、蓋体変形抑制部として機能する。
加えて、電池内圧が上昇すると、その圧力は端子板２４の段差部２４ｂを経て蓋体２２の段差部２２ｂに加わり、端子板２４の段差部２４ｂ及び蓋体２２の段差部２２ｂは電池外方に膨れるが、このとき第２のリブ４１ｂの下端が支点となって下方への押圧力が加わる。そのため、電池異常時に外装缶１５内の圧力が所定値を超えると、急速に端子板２４の易破断部２４ａ及び蓋体２２の易破断部２２ａが破断し、蓋体２２及び端子板２４に大きな開口が形成されるようになる。なお、第２のリブ４１ｂは蓋体２２とは易破断部２２ａが破断する前に接触できる範囲内で隙間が設けられていてもよい。
なお、上記実施形態１及び２では、円筒形密閉電池として非水電解質二次電池に適用した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、ニッケル−水素蓄電池やニッケル−カドミウム蓄電池等のアルカリ蓄電池にも適用することができる。
特に、非水電解質二次電池に本発明を適用する場合、電池の構成材料としては次のような公知の材料を使用できる。以下にその具体例を示す。
本発明に用いる正極板は、箔状（薄板状）の正極芯体上に正極活物質層を形成することで構成することができる。正極芯体の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、チタン合金等を用いることができるが、中でもアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが電気化学的な溶出等が起こり難いことから好ましい。
正極活物質としては、リチウム含有遷移金属複合酸化物、例えばコバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄及びバナジウムから選ばれる少なくとも一種の金属と、リチウムと、を含んだ複合酸化物が使用できる。中でも、一般式ＬｉxＮｉyＭ1-yＯ2（０．９５≦ｘ≦１．１０、ＭはＣｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＡｌの少なくとも１種類）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いると、高容量で、かつ安全性に優れた非水電解質二次電池が得られるため、好ましい。
また、本発明で用いる負極板は、負極芯体上に負極活物質層を形成することで構成することができる。負極芯体の材料としては、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いることができるが、中でも銅、銅合金、ニッケルまたはニッケル合金とすることが電気化学的な溶出等が起こりにくいことから好ましい。
また、負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出し得る炭素材料、例えば、天然黒鉛や球状又は繊維状の人造黒鉛、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）などの炭素材料や、酸化錫、酸化珪素等の金属酸化物材料、ケイ素、シリサイドなどのケイ素含有化合物などを用いることができる。
また、セパレータとしては、ポリオレフィン系材料からなる微多孔膜を用いることができ、ポリオレフィン系材料と耐熱性材料を組み合わせたものを用いることが好ましい。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などが例示できる。これらの樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。耐熱性材料としては、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂、または、耐熱性樹脂と無機フィラーの混合体を用いることができる。
また、非水電解質は、非水溶媒にリチウム塩を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、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などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート等が一種単独で、又は複数種混合して用いられる。
また、非水電解質中に添加する支持塩としては、電子吸引性の強いリチウム塩、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4などが一種単独で、又は複数種混合して使用される。非水電解質には、ビニレンカーボネート等の公知の添加材を添加してもよい。
また、本発明で用いる蓋体の材料としてはアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましく、外装缶の材料としてはステンレススチール又はニッケルメッキ鉄鋼板を用いることが好ましい。
以上説明したように、本発明の円筒形密閉電池によれば、電池の異常時に、外装缶の側壁側にガスや電解液が漏れることを抑制した上で、効果的にガス排出を行うことができる円筒形密閉電池を提供できるため、産業上の意義は大きい。
１０：非水電解質二次電池 １１：正極板 １２：負極板
１３：セパレータ １４：円筒状巻回電極体 １５：外装缶
１５ａ：溝入れ部 １６：上部絶縁板 １７：下部絶縁板
１８：正極集電体 １９：負極集電体 ２０：封口体
２１：絶縁ガスケット ２２：蓋体 ２２ａ：易破断部
２２ｂ：段差部 ２３：絶縁リング ２３ａ：開口部
２４：端子板 ２４ａ：易破断部 ２４ｂ：段差部
２５：溶接スポット ２６：センターピン
３０：非水電解質二次電池 ３１：端子板 ３１ａ：破砕溝
３１ｂ、３１ｄ：開口 ３１ｃ：端子プレート ３２：防爆弁
３２ａ：破砕溝 ３３：封口体 ３４：キャップ
３４ａ：ガス抜き穴 ３５：絶縁板 ３６：溶接スポット
４０：電池パック ４１：上部ホルダ ４１ａ：第１のリブ
４１ｂ：第２のリブ ４２：下部ホルダ ４２ａ：リブ
４３：開孔 ４５：正極リード ４６：負極リード

Claims (6)

  1. 有底円筒状の外装缶と、封口体と、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回された円筒状巻回電極体と、電解質と、を有し、
    前記外装缶の内部に前記円筒状巻回電極体と前記電解質とが配置され、前記外装缶の開口部が絶縁ガスケットを介して前記封口体によりカシメ封口されており、
    前記封口体は、薄肉部による易破断部を有する蓋体と、前記蓋体の内部側に配置された絶縁リングと、前記蓋体の内部側に配置された薄肉部による易破断部を有する端子板とからなり、
    前記端子板は前記円筒状巻回電極体から導出された集電体と電気的に接続され、
    前記蓋体及び前記端子板は前記絶縁リングの開口を経て互いに電気的に接続され、
    少なくとも前記蓋体が前記絶縁リングの開口と対向している部分の外部側は、外部に直接露出している、
    円筒形密閉電池。
  2. 前記蓋体及び前記端子板の易破断部は、前記絶縁リングの開口と対向する位置に形成されている、請求項１に記載の円筒形密閉電池。
  3. 前記蓋体及び前記端子板は、前記絶縁リングの開口と対向する位置で互いに近接するように突出されており、前記絶縁リングの内部で互いに直接電気的に接続されている、請求項１又は２に記載の円筒形密閉電池。
  4. 前記蓋体はアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、前記外装缶はステンレススチール又はニッケルメッキ鉄鋼板からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の円筒形密閉電池。
  5. 前記正極板は、一般式ＬｉxＮｉyＭ1-yＯ2（０．９５≦ｘ≦１．１０、ＭはＣｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＡｌの少なくとも１種類、０．６≦ｙ≦０．９５）で表されるリチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質を含み、
    体積エネルギー密度が５００Ｗｈ／Ｌ以上である、
    請求項１〜４のいずれかに記載の円筒形密閉電池。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の円筒形密閉電池と、前記円筒形密閉電池を保持するホルダを備え、
    前記ホルダは、前記蓋体の前記の外周部に突出する蓋体変形抑制部を有する、電池パック。
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