WO2012120758A1 - 円筒形電池 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a cylindrical electrode group in which a sheet-like positive electrode, a sheet-like negative electrode, and a separator interposed between both electrodes are wound, and a cylindrical battery case having a bottom and containing an electrode group. And a sealing unit that seals the opening of the battery case.
- the electrode group has a gap extending in the axial direction as a center.
- the sealing unit includes a terminal plate having a vent hole and a valve plate.
- the valve plate includes a first breakable portion and a second breakable portion that can be broken by an increase in the internal pressure of the battery case.
- the first breakable portion is provided so as to surround the first region of the valve plate.
- the first region faces the gap.
- the second breakable portion is provided so as to surround the second region of the valve plate that includes the first region.
- gasket 9 made of an insulator is disposed between the sealing unit 5 and the battery case 1 and insulates them.
- the breaking pressure of the thin portion (third breakable portion) corresponding to the groove 13a (hereinafter also simply referred to as the breaking pressure of the groove 13a) P1
- the breaking of the thin portion (first breakable portion) corresponding to the groove 15a The pressure (hereinafter simply referred to as the breaking pressure of the groove 15a) P2 and the breaking pressure (hereinafter also simply referred to as the breaking pressure of the groove 15b) P3 of the thin wall portion (second breakable portion) corresponding to the groove 15b are different from each other. be able to.
- the breaking pressure P2 of the groove 15a is preferably larger than the breaking pressure P3 of the groove 15b.
- Example 1 A lithium ion secondary battery was produced as follows.
- Lithium hydroxide monohydrate was added to this hydroxide so that the sum of the number of moles of Ni, Co and Al and the number of moles of Li were equal, and the mixture was heated to 800 ° C. in dry air. For 10 hours. As described above, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 as a positive electrode active material was produced.
- a 0.02 mm groove 15a was formed in the same lower valve plate so that the breaking pressure was 1.81 MPa.
- the width of the groove 15a in the opening was 0.02 mm.
- the width of the groove 15b in the opening was 0.05 mm.
- the width of each groove was 0.05 mm and 0.02 mm.
- a cylindrical battery with further improved safety can be provided.
- a cylindrical battery of the present invention is particularly useful as a power source for portable electronic devices such as personal computers, mobile phones, mobile devices, personal digital assistants (PDAs), portable game devices, and video cameras. Further, it is also useful as a power source for assisting driving of an electric motor in a traffic device such as a hybrid car, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle. It is also useful as a power source for driving electric tools, vacuum cleaners, robots, and the like, and is also useful as a power source for plug-in HEVs.
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Abstract
Description
開口部を有し、前記電極群を収容する有底円筒形の電池ケースと、
前記開口部を封口する封口ユニットと、を含む円筒形電池であって、
前記電極群は、軸方向に沿って延びる空隙を中心に有しており、
前記封口ユニットは、ガス抜き孔を有する端子板と、弁板とを含んでおり、
前記弁板は、前記電池ケースの内圧の上昇により破断し得る第1破断可能部および第2破断可能部を含み、
前記第1破断可能部は、前記弁板の第1領域を囲うように設けられ、
前記第1領域は、前記空隙と対向しており、
前記第2破断可能部は、前記第1領域を内包する、前記弁板の第2領域を囲うように設けられている、ことを特徴とする。
電極群20の各電極で発生したガスは、各電極の隙間を通って、電極群20の上方および下方に抜ける。電極群20の下方に抜けたガスは、電池ケース1の底部に沿って、電極群20の中心の空隙20aに流れ込む。空隙20aに流れ込んだガスは、空隙20a、または芯部材23の吹き抜け部23bを通って上昇し、下弁板15へ向かって放出される。
(実施形態2)
図6に、本発明の実施形態2の円筒形電池に使用される芯部材を、横断面図により示す。図示例の芯部材24もまた中空であり、吹き抜け部24aを有するとともに、横断面がCの字状に形成されている。その結果、側壁にスリット24bが形成されており、吹き抜け部24aは、スリット24bを介して外部と連通している。スリット24bを通して、吹き抜け部24a内にガスが流入するので、より効率的にケース内部のガスを吹き抜け部24aに集めることができる。
(実施形態3)
図7に、本発明の実施形態3の円筒形電池に使用される芯部材を、正面図により示す。図示例の芯部材25もまた中空であり、吹き抜け部25aを有するとともに、側壁に1以上の通気孔25bが形成されている。したがって、芯部材25の吹き抜け部25aは、通気孔25bを介して外部と連通しており、吹き抜け部25aに、より効率的にケース内部のガスを集めることができる。なお、図示例では、9個の通気孔25bが一列に並んでいるが、これに限らず、さらに多数の通気孔25bを、芯部材25の側壁の全体に分散して設けてもよい。
以下のようにして、リチウムイオン二次電池を作製した。
NiSO4の水溶液に、所定比率のCo2(SO4)3およびAl3(SO4)2を加え、飽和水溶液を調製した。この飽和水溶液を攪拌しながら、それに水酸化ナトリウム水溶液をゆっくりと滴下し、飽和水溶液を中和することで、共沈法により水酸化物Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2の沈殿を得た。得られた沈殿物を、ろ過し、水洗した後、80℃で乾燥した。この水酸化物に、Ni、CoおよびAlのモル数の和とLiのモル数とが等量になるように水酸化リチウム1水和物を加え、その混合物を、乾燥空気中にて800℃で10時間熱処理した。以上のようにして、正極活物質としてのLiNi0.8Co0.15Al0.05O2を製造した。
次に、上記で得られた正極活物質100重量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン1.7重量部と、導電材としてのアセチレンブラック2.5重量部と、適量のN-メチル-2-ピロリドンとを、双腕式練合機により攪拌して混合することで、正極ペーストを得た。この正極ペーストを、厚み15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、それを乾燥することで、正極集電体の両面に正極活物質層を形成した。正極活物質層が両面に形成された正極集電体を圧延した後、裁断することで、帯状の正極(厚み0.128mm、幅57mm、長さ667mm)を得た。
負極活物質としてのグラファイト100重量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン0.6重量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース1重量部と、適量の水とを、双腕式練合機により攪拌して混合することで、負極ペーストを得た。この負極ペーストを厚み8μmの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥することで、負極集電体の両面に負極活物質層を形成した。負極活物質層が両面に形成された負極集電体を圧延した後、裁断することで、帯状の負極(厚み0.155mm、幅58.5mm、長さ745mm)を得た。
エチレンカーボネートと、メチルエチルカーボネートと、ジメチルカーボネートとを体積比1:1:8の割合で混合した非水溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解して非水電解液を調製した。
図1に示した構造の封口ユニット5を作製した。上弁板13および下弁板15はアルミニウム製とした。端子板11は鉄製とし、基板16はアルミニウム製とした。ガスケット14はポリプロピレン製とした。下弁板15を、径の異なる2つの刻印型でプレスすることにより、直径4mmの溝15bと、その内部の直径2.6mmの溝15aとを、形成した。このとき、破断圧力が1.23MPaとなるように、厚み0.10mmの下弁板に、深さ0.05mmの溝15bを形成した。一方、破断圧力が1.81MPaとなるように、同じ下弁板に、0.02mmの溝15aを形成した。開口部における溝15aの幅は0.02mmであった。開口部における溝15bの幅は0.05mmであった。
各溝の幅は、0.05mmと0.02mmであった。
上記で得られた正極2と負極3と、両電極を隔離するセパレータ4とを渦巻き状に巻回して電極群20を構成した。セパレータには、厚み16μmのポリプロピレン製の微多孔膜を用いた。この電極群を有底円筒形の電池ケース1(径18mm、高さ65mm)内に挿入した。このとき、電極群20の上部および下部にはそれぞれ絶縁板8Aおよび8Bを配した。
下弁板15の溝15aおよび溝15bの破断圧力が、ともに1.23MPaとなるように、それぞれの深さを0.05mmに設定した。それ以外は、実施例1と同様にして、20個の電池を作製した。
下弁板15に溝15bのみを設けたこと以外は、実施例1と同様にして、20個の電池を作製した。
25℃の環境の下で、実施例1、2および比較例1の各10個の電池を、500mA(0.3C相当の電流。ただし、1Cは、公称容量に相当する電気量を1時間で充電し得る電流値である)の電流で、電流が遮断するか、もしくは端子板11の孔22付近に発煙が認められるまで充電した。そして、発煙した電池の個数をカウントした。その結果を、下記表1に示す。
25℃の環境の下で、実施例1、2および比較例1の各10個の電池を、5000mA(3C相当の電流)の電流で、電流が遮断するか、もしくは端子板11の孔22付近に発煙が認められるまで充電した。そして、発煙した電池の個数をカウントした。その結果を、下記表1に示す。
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 封口ユニット
9、14 ガスケット
10 電池
11 端子板
13 上弁板
15 下弁板
20 電極群
21 内部ガス抜き孔
22 外部ガス抜き孔
23 芯部材
Claims (9)
- シート状正極、シート状負極、並びに、両電極間に介在するセパレータを捲回した円筒状の電極群と、
開口部を有し、前記電極群を収容する有底円筒形の電池ケースと、
前記開口部を封口する封口ユニットと、を含む円筒形電池であって、
前記電極群は、軸方向に沿って延びる空隙を中心に有しており、
前記封口ユニットは、ガス抜き孔を有する端子板と、弁板とを含んでおり、
前記弁板は、前記電池ケースの内圧の上昇により破断し得る第1破断可能部および第2破断可能部を含み、
前記第1破断可能部は、前記弁板の第1領域を囲うように設けられ、
前記第1領域は、前記空隙と対向しており、
前記第2破断可能部は、前記第1領域を内包する、前記弁板の第2領域を囲うように設けられている、円筒形電池。 - 前記第1破断可能部の破断圧力と、前記第2破断可能部の破断圧力とが異なっている、請求項1記載の円筒形電池。
- 前記第1破断可能部の破断圧力が、前記第2破断可能部の破断圧力よりも大きい請求項2記載の円筒形電池。
- 前記第1破断部が、前記空隙の径よりも大きい径を有する円形である、請求項1~3のいずれか1項に記載の円筒形電池。
- 前記空隙に、一端部が前記第1領域と対向している吹き抜け部、を有する芯部材が配置されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の円筒形電池。
- 前記芯部材が、Cの字状の横断面を有している、請求項5記載の円筒形電池。
- 前記芯部材が、前記吹き抜け部と連通する1以上の通気孔が設けられた側壁を有している、請求項5記載の円筒形電池。
- 前記封口ユニットが、それぞれ導電性を有する2つの弁板を含んでおり、
前記2つの弁板の一方は、前記第1破断可能部および前記第2破断可能部を含む前記弁板であり、
前記2つの弁板の他方は、前記第1領域と対向する第3領域を囲うように設けられた第3破断可能部を含み、
前記第3領域の少なくとも一部が前記第1領域と接触して、前記2つの弁板が互いに導通している、請求項1~7のいずれか1項に記載の円筒形電池。 - 前記2つの弁板の一方が、前記正極または前記負極と導通しており、
前記2つの弁板の他方が、前記端子板と導通しており、
前記第1領域が、前記第3領域と溶接されており、
前記第1破断可能部および前記第3破断可能部の少なくとも一方の破断により、前記2つの弁板の間の導通が遮断可能である、請求項8記載の円筒形電池。
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