WO2018179721A1 - 二次電池用絶縁板およびそれを備える二次電池 - Google Patents

二次電池用絶縁板およびそれを備える二次電池 Download PDF

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WO2018179721A1
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insulating plate
hole
electrode group
secondary battery
sealing body
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武史 榎本
智彦 横山
雄史 山上
一紀 小平
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パナソニック株式会社
三洋電機株式会社
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Definitions

  • This invention relates to the improvement of the insulating board arrange
  • an insulating plate is provided between the electrode group and the sealing body in order to maintain insulation between the electrode group and the lead drawn from the electrode group, the battery case, and the sealing body that seals the opening of the battery case. Is placed.
  • Some secondary batteries have a sealing body provided with an exhaust valve for exhausting gas generated in the battery.
  • the insulating plate is formed with a hole for passing a lead drawn from the electrode group and a hole for facilitating the escape of gas.
  • Patent Document 1 in a secondary battery using a sealing body in which a valve body for exhaust is formed, an insulating plate having a hole near the center is arranged between the electrode group and the sealing body.
  • Patent Document 2 proposes using an insulating plate 820 having one semicircular hole 821 and three spot holes 822b in a plan view as shown in FIG.
  • the thickness of the insulating plate is small.
  • holes may be formed in the insulating plate.
  • the thickness is reduced, it is difficult to ensure sufficient strength.
  • the outer diameter of the battery is increased and the insulating plate is made larger in accordance with the outer diameter, the strength is lowered even if the insulating plate has the same thickness.
  • the strength of the insulating plate is insufficient, the insulating plate may be broken by gas generated in the battery. If the insulating plate is deformed or destroyed in the battery, the electrode group may protrude to the sealing body, block the valve body of the sealing body, and exhaust may be insufficient.
  • An insulating plate seals a winding-type electrode group, an electrolyte, a cylindrical battery case that houses the electrode group and the electrolyte, an opening of the battery case, and an exhaust valve
  • a sealing body for a secondary battery comprising:
  • the insulating plate is disposed between the electrode group and the sealing body, and has a disk shape having a thickness T of 0.1 mm or more,
  • the insulating plate includes a first hole formed in the center, and at least one second hole formed around the first hole so as to follow the outer periphery of the disk shape,
  • the aperture ratio of the said insulating board is related with the insulating board which is 36% or less.
  • exhaust can be performed smoothly while securing a high capacity of the secondary battery.
  • An insulating plate includes a wound electrode group, an electrolyte, a cylindrical battery case that houses the electrode group and the electrolyte, an opening of the battery case, and an exhaust valve.
  • the insulating plate is disposed between the electrode group and the sealing body, and has a disk shape having a thickness T of 0.1 mm or more.
  • the insulating plate includes a first hole formed in the center, and at least one second hole formed around the first hole along the outer periphery of the disk shape.
  • a secondary battery includes a wound electrode group, an electrolyte, a cylindrical battery case that houses the electrode group and the electrolyte, an opening of the battery case, and an exhaust valve. And a sealing body provided between the electrode group and the sealing body.
  • Some conventional secondary batteries exhaust from the bottom of the battery case opposite to the sealing body.
  • the design of the insulating plate (first insulating plate) disposed between the electrode group and the sealing body has a high degree of freedom. was there.
  • the gas generated in the battery escapes toward the exhaust valve, so that the first insulating plate disposed in the gas passage is required to have a certain strength.
  • the 1st insulating board does not contribute to battery capacity, it is preferable that the thickness of a 1st insulating board is small from a viewpoint of ensuring high capacity
  • the electrode group may protrude to the sealing body, block the valve body of the sealing body, and exhaust may be insufficient.
  • a sealing body having an exhaust valve when used, a first hole formed in the center as the first insulating plate disposed between the sealing body and the electrode group, An insulating plate having at least one second hole formed along the disk-shaped outer periphery of the first insulating plate is used around one hole.
  • a secondary battery including a wound electrode group when gas is generated from the electrode group, the amount of discharge from the vicinity of the winding axis and the outer periphery of the electrode group tends to increase. Therefore, by providing the first insulating plate having the first hole and the second hole at the position as described above, high exhaustability is ensured even if the aperture ratio of the first insulating plate is reduced to 36% or less. Can do.
  • the first insulating plate according to the present embodiment is used for a secondary battery including a sealing body including an exhaust valve, but particularly used for a secondary battery having no exhaust valve at the bottom of the battery case. Suitable for doing.
  • the exhaust valve at the bottom of the battery case includes a thin portion formed for the purpose of exhaust.
  • the thickness T of the first insulating plate is the thickness of the region other than the holes of the first insulating plate.
  • thickness T you may use the average value of the thickness measured about several places (for example, 5 places) of a 1st insulating board.
  • the first insulating plate has a circular shape or a similar shape in the surface direction (direction orthogonal to the thickness direction).
  • the diameter D of the first insulating plate is the diameter (outer diameter) in the surface direction of the first insulating plate.
  • the outer shape of the first insulating plate is not circular, the outer shape (at the outer edge in the surface direction of the first insulating plate). This is the diameter of a circle (equivalent circle) having the same area as the enclosed region.
  • the aperture ratio of the first insulating plate is the ratio (%) of the area of the hole to the area of the region surrounded by the outer edge of the first insulating plate in the plan view (or top view) of the first insulating plate.
  • the area of the hole is the sum of the area of the first hole and the area of the second hole in the plan view of the first insulating plate, and the first insulating plate is a hole other than the first hole and the second hole (third hole). Is the total area of the first hole, the second hole, and the third hole.
  • the insulating plate (first insulating plate) and the secondary battery according to the present embodiment will be described more specifically with reference to the drawings as appropriate.
  • the first insulating plate In a secondary battery using a sealing body having an exhaust valve, the first insulating plate is disposed between the sealing body and the electrode group, and may be referred to as an upper insulating plate. Since the first insulating plate is arranged on the electrode group having a columnar shape or a shape similar thereto, it has a disk shape. And the 1st insulating board is provided with the 1st hole formed in the center, and the at least 1 2nd hole formed along the disc-shaped outer periphery around the 1st hole. When gas is generated in the electrode group, the gas is discharged from the exhaust valve of the sealing body through the first hole and the second hole. The lead drawn out from the electrode group may be connected to the sealing body or the battery case through the first hole and / or the second hole.
  • the first hole is formed at the center of the disk-shaped first insulating plate and the second hole is formed along the outer periphery of the first insulating plate, a large amount of gas is generated from the winding shaft and the outer peripheral side of the electrode group. Even when the gas is released, the gas can be smoothly discharged from the exhaust valve of the sealing body through the first hole and the second hole.
  • the first hole is preferably disposed above the winding axis of the electrode group.
  • the second hole is preferably arranged on the outer peripheral side of the electrode group.
  • the first insulating plate may have two or more first holes, but only needs to have one.
  • the opening ratio of the first hole is preferably 1% or more and 3% or less so that gas can be easily discharged from the first hole while ensuring the strength of the first insulating plate. It is particularly preferred that
  • the aperture ratio of the first hole is the ratio (%) of the area of the first hole to the area of the region surrounded by the outer edge of the first insulating plate in the plan view (or top view) of the first insulating plate. .
  • the area of the first hole is the area of the first hole in the plan view of the first insulating plate.
  • the shape of the first hole is not particularly limited, and examples of the shape of the first insulating plate include a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape such as a quadrilateral shape, and similar shapes.
  • the shape of the first hole is preferably a vertically long shape such as an ellipse, a rectangle, or a similar shape.
  • the aspect ratio of the vertically long first hole is preferably 1.2 or more and 4 or less, and more preferably 1.3 or more and 2 or less. When the aspect ratio is in such a range, it is easy to balance the gas discharge performance and the strength.
  • the first insulating plate only needs to have at least one second hole. From the viewpoint of smoothly passing the gas released from the outer peripheral side of the electrode group, the plurality of second holes are first insulated. It is preferable to form it along the outer periphery of the plate (preferably further on the outer peripheral side of the electrode group).
  • the shape of the second hole is not particularly limited, and can be appropriately determined from the shape described for the first hole.
  • the planar shape of the second hole is circular, elliptical, square, arc-shaped, or these from the viewpoint of easily forming the second hole so as to surround the first hole. It is preferable that the shape is similar to.
  • the second hole may include at least one arc-shaped hole and at least one (preferably two or more) spot holes. preferable.
  • the opening ratio of one second hole is, for example, 7% to 35%, and preferably 20% to 30%. Since the spot hole is mainly for discharging gas emitted from the outer periphery of the electrode group, the aperture ratio of one spot hole does not need to be so large, for example, 1% or more and 15% or less. It is preferably 1% or more and 5% or less.
  • the aperture ratio of one arcuate hole may be selected from the same range as the aperture ratio of the spot hole.
  • the arc-shaped holes are preferably used for discharging gas released from the outer periphery of the electrode group and for passing through leads drawn out from the electrode group and connected to a sealing body and a battery case. In this case, the opening ratio of one arc-shaped hole is preferably 5% or more and 30% or less, and more preferably 15% or more and 25% or less.
  • the number of arc-shaped holes may be one or two or more (for example, two or more and four or less). When only the lead drawn from one electrode is passed through the arc-shaped hole, it is sufficient to form one arc-shaped hole, and if necessary, two leads are formed so that the lead is drawn from both electrodes. May be passed through each of the arcuate holes.
  • the aperture ratio of the first insulating plate may be adjusted by adjusting the aperture ratio and the number of individual second holes and the aperture ratio and the number of first holes.
  • the arc-shaped hole has two corner portions on the outer peripheral side and two corner portions on the inner peripheral side of the disk-shaped first insulating plate.
  • the angle of the corner portion on the outer peripheral side is formed to be smaller than the angle of the corner portion on the inner peripheral side.
  • the strength of the region in the vicinity of the corner portion on the outer peripheral side of the first insulating plate tends to be reduced. Therefore, it is preferable to form the arc-shaped hole so that at least two corner portions on the outer peripheral side are rounded.
  • the curvature radii (R) of the two corner portions on the outer peripheral side are each preferably 0.8 mm or more, and more preferably 1 mm or more or 1.5 mm or more.
  • R The curvature radii
  • the first insulating plate preferably has a plurality of spot holes formed along the disc-shaped outer periphery so that gas released from the vicinity of the outer periphery of the electrode group can be easily removed.
  • the number of spot holes is, for example, 2 or more, 6 or less, preferably 2 or more and 5 or less, and more preferably 3 or 4.
  • the first hole is formed at the center, and the second hole is formed around the first hole so as to be along the disk-shaped outer periphery of the first insulating plate. That is, in the first insulating plate, at least an annular region remains around the first hole (specifically, between the first hole and the second hole). This annular region serves as a support for the first insulating plate, and the high strength of the first insulating plate can be ensured.
  • the minimum width w of the annular region formed between the first hole and the second hole is preferably 1 mm or more and 5 mm or less, and more preferably 2 mm or more and 3 mm or less. When the minimum width w is in such a range, it becomes easier to ensure the strength of the first insulating plate.
  • FIG. 1 is a top view schematically showing an insulating plate (first insulating plate) according to an embodiment of the present invention.
  • 2 to 6 are modified examples of the first insulating plate.
  • the first hole 121 has an elliptical shape (vertically long shape).
  • the second hole 121 includes one arcuate hole 122a and three spot holes 122b. These second holes 122 are formed along the outer periphery of the first insulating plate 20.
  • the arc-shaped hole 122a having a size larger than that of the spot hole 122b is arranged in a half region of the first insulating plate 20, and the spot hole 122b is arranged in the remaining half region.
  • An annular region having at least a minimum width w is formed around the first hole 121 (specifically, between the first hole 121 and the second hole 122).
  • the second hole 222 includes an arc-shaped hole 222a and a spot hole 222b.
  • the example of FIG. 2 is the same as the insulating plate 20 of FIG. 1 except that the shapes of the first holes 221 and spot holes 222b and the number of spot holes 222b are different.
  • the first hole 221 has a vertically long shape in which four corners of a rectangle are rounded when viewed from the upper surface of the first insulating plate 220.
  • the first insulating plate 220 has one arc hole 222a and four spot holes 222b.
  • the four spot holes 222b are each elliptical, and are arranged side by side so that the major axis direction of the elliptical shape is along the circumferential direction of the circular first insulating plate.
  • the first insulating plate 320 in FIG. 3 has a first hole 321 formed at the center in the surface direction and a second hole 322 formed around the first hole 321.
  • the second hole 322 includes one arc-shaped hole 322a and four spot holes 322b.
  • the first insulating plate 320 in FIG. 3 has a radius of curvature of a total of four corners on the outer peripheral side and inner peripheral side of the arc-shaped hole 322a that is larger than that in FIG. 2, and the size and shape of the spot hole 322b are different from those in FIG. Is the same as the first insulating plate 220 of FIG.
  • each spot hole 322 b has a shape in which a corner of a trapezoid having a short inner peripheral side and a long outer peripheral side of the first insulating plate 320 is rounded.
  • the first insulating plate 420 in FIG. 4 has a first hole 421 formed at the center in the surface direction and a second hole 422 formed around the first hole 421.
  • the second hole 422 includes one arc-shaped hole 422a and four spot holes 422b.
  • the first insulating plate 420 of FIG. 4 is the same as FIG. 3 except that the length of the arc-shaped hole 422a in the direction along the arc is shorter than that of FIG. 3 and the corner portion has a large radius of curvature.
  • an arc-shaped hole is formed in a half region and a spot hole is formed in the remaining half region.
  • the present invention is not limited to these cases. .
  • a plurality of arc-shaped holes and a plurality of spot holes may be alternately arranged.
  • the second hole 5 has a first hole 521 formed at the center in the surface direction and a second hole 522 formed around the first hole 521.
  • the second hole 522 includes three arc-shaped holes 522a formed along the circumferential direction of the first insulating plate 520 so as to surround the first hole 521, and one arc disposed between two adjacent arc-shaped holes 522a. It consists of a spot hole 522b.
  • the shape and size of the first hole 521 and the spot hole 522b are substantially the same as those in FIG.
  • the first insulating plate 520 has a pair of large arc-shaped holes facing each other across the first hole 521 as the arc-shaped hole 522a, and the spot hole 522b sandwiches the first hole 521 between the pair of arc-shaped holes. And an arcuate hole of a small size arranged at the opposite position.
  • the sixth has a first hole 621 formed at the center in the surface direction and a second hole 622 formed around the first hole.
  • the first hole 621 has the same shape as the example of FIGS.
  • the second hole 622 includes only one arcuate hole 622a.
  • the opening ratio of the arc-shaped hole 622a is smaller than the opening ratio of the arc-shaped hole of FIGS.
  • the second hole is formed in a region where the distance from the outer periphery of the first insulating plate is 2 mm or more (a region inside and 2 mm from the outer periphery). Is preferred.
  • the distance from the outer periphery of the first insulating plate to the second hole is more preferably 2.5 mm or more. From the viewpoint of facilitating the discharge of gas emitted from the vicinity of the outer periphery of the electrode group, the distance from the outer periphery of the first insulating plate to the second hole is preferably 3 mm or less.
  • the distance from the outer periphery of the first insulating plate to the second hole is the distance from the outer periphery (outer edge) of the first insulating plate to the outermost position of the second hole in the radial direction of the first insulating plate. is there.
  • the distance of the shortest portion may be in the above range.
  • the aperture ratio of the first insulating plate is 36% or less, preferably 32% or less, and more preferably 28% or less. When the aperture ratio is in such a range, the strength of the first insulating plate can be ensured.
  • the aperture ratio of the first insulating plate is preferably 8% or more, and more preferably 10% or more. From the viewpoint of further improving the gas exhaustability, the aperture ratio is preferably 20% or more. These upper limit value and lower limit value can be arbitrarily combined.
  • the aperture ratio of the first insulating plate may be, for example, 8% to 36%, 10% to 36%, or 10% to 32%.
  • T / D ratio is in such a range, since the thickness T of the first insulating plate is relatively small with respect to the diameter D, the strength of the first insulating plate is likely to decrease.
  • the above-mentioned 1st hole and 2nd hole are provided in a 1st insulating board, and an aperture ratio shall be 36% or less.
  • the thickness T of the first insulating plate is 0.1 mm or more, and preferably 0.2 mm or more.
  • the first insulating plate can be formed of, for example, an insulating resin or an insulated metal. From the viewpoint of easily ensuring the strength of the first insulating plate, the first insulating plate is preferably formed of a material having a bending strength of 100 MPa or more.
  • insulating resins for example, curable resins (thermosetting resins, etc.) such as phenol resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, polyphenylene sulfide resins, polyimide resins, polyamideimides, etc.
  • thermoplastic resins such as resins, polyetherimide resins, and fluororesins (such as polytetrafluoroethylene).
  • the metal include stainless steel and iron.
  • the metal insulation treatment can be performed, for example, by coating the metal with an insulating resin.
  • the insulating resin that coats the metal is not particularly limited, and examples thereof include a polyimide resin and a polypropylene resin.
  • the first insulating plate may be formed of a material obtained by impregnating an insulating fibrous core material such as glass fiber with an insulating resin (such as a thermosetting resin such as a phenol resin) and curing it.
  • the breaking strength of the first insulating plate is preferably 30N or more, and more preferably 50N or more. When the strength is in such a range, the breakage of the first insulating plate is suppressed, and it becomes easy to ensure gas exhaustability.
  • the breaking strength of a 1st insulating board is a breaking strength measured using the jig
  • the breaking strength measuring jig includes a ring-shaped pedestal 900 having a predetermined thickness and a columnar pressing member 901 having a diameter smaller than the inner diameter of the hole of the pedestal 900.
  • the pedestal 900 is disposed so that the holes of the pedestal 900 are open in the vertical direction, and the sample S of the first insulating plate is disposed on the upper surface of the pedestal 900 so as to cover the entire hole of the pedestal 900.
  • the force applied when the sample S is broken vertically by the pressing member 901 from above the sample S is defined as the breaking strength of the first insulating plate.
  • the pedestal 900, the sample S, and the pressing member 901 are preferably pressed in a state where they are arranged so that their centers in the horizontal direction overlap each other.
  • the size of the pedestal may be selected so that the width of the portion where the first insulating plate and the pedestal overlap is, for example, 0.5 mm or more and 2 mm or less.
  • the size of the pressing member is such that when the pressing member is inserted into the hole of the pedestal, a gap having a width of, for example, 1 mm to 6 mm is provided between the inner wall of the hole portion of the pedestal and the outer wall of the pressing member. What is necessary is just to select so that it may be formed. For example, when the diameter of the first insulating plate is 21 mm, the inner diameter of the pedestal (L in FIG. 9) may be 18 mm, and the diameter of the pressing member (W in FIG. 9) may be 7 mm.
  • the first insulating plate according to the present embodiment has a small volume, it has excellent strength and can ensure high exhaustability. Therefore, in the secondary battery using the sealing body which has an exhaust valve, it is especially suitable for using as an insulating board arrange
  • the secondary battery according to this embodiment includes a wound electrode group, an electrolyte, a cylindrical battery case that accommodates these, a sealing body that seals an opening of the battery case, an electrode group, and a sealing body. And the above-described insulating plate (first insulating plate) disposed between the two.
  • the sealing body is provided with an exhaust valve.
  • FIG. 7 is a schematic longitudinal sectional view of a cylindrical secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery according to this embodiment will be described in more detail with reference to FIG. 7, taking a lithium ion secondary battery as an example.
  • a cylindrical secondary battery (hereinafter referred to as a battery) 10 includes an electrode group 18, an electrolyte (not shown), and a battery case (battery can) 22 that accommodates these.
  • the electrode group 18 is formed by winding a positive electrode plate 15 and a negative electrode plate 16 with a separator 17 interposed therebetween.
  • An annular groove is formed in the vicinity of the open end of the battery can 22.
  • the opening of the battery can 22 is sealed with a sealing body 11 having a gasket 21 at the periphery.
  • the sealing body 11 includes a valve body 12, a metal plate 13, and an annular insulating member 14 interposed between the outer periphery of the valve body 12 and the outer periphery of the metal plate 13.
  • the valve body 12 and the metal plate 13 are connected to each other at the center.
  • the positive electrode lead 15 a led out from the positive electrode plate 15 is connected to the metal plate 13. Therefore, the valve body 12 functions as a positive external terminal.
  • the negative electrode lead 16 a led out from the negative electrode plate 16 is connected to the bottom inner surface of the battery can 22.
  • a first insulating plate 20 is disposed between the sealing body 11 and one end face of the electrode group 18.
  • a second insulating plate 19 is disposed between the other end face of the electrode group 18 and the bottom of the battery can 22.
  • the thin portion 12a formed in the valve body 12 is pushed up and swells, and the portion inside the thin portion 12a of the valve body 12 also swells and this swell It is exhausted from the part. That is, the thin portion 12a of the valve body 12 and the portion inside thereof function as an exhaust valve (explosion proof valve).
  • the part (thin part 12a and the part inside it) represented by the symbol B is an exhaust valve. Note that the diameter of the portion B is the opening diameter of the exhaust valve.
  • the positive electrode plate 15 includes a foil-shaped positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface thereof.
  • a material for the positive electrode current collector aluminum, aluminum alloy, stainless steel, titanium, titanium alloy, or the like can be used.
  • a lithium-containing transition metal composite oxide is preferably used.
  • a composite oxide containing lithium and at least one selected from the group consisting of cobalt, manganese, nickel, chromium, iron and vanadium is used.
  • the negative electrode plate 16 includes a foil-like negative electrode current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface thereof.
  • a material for the negative electrode current collector copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, stainless steel, or the like can be used.
  • the negative electrode active material a carbon material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions, for example, natural graphite, artificial graphite, hard carbon, soft carbon, tin oxide, silicon oxide, or the like can be used.
  • a microporous film formed of polyolefin can be used as the separator 17, for example.
  • the polyolefin include polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer.
  • the electrolyte includes a non-aqueous solvent and a lithium salt dissolved in the non-aqueous solvent.
  • the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, carboxylic acid esters, and chain ethers.
  • the lithium salt LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 or the like is used.
  • the material of the battery can 22 is, for example, iron, iron alloy, stainless steel, aluminum, aluminum alloy or the like, but is not particularly limited.
  • the outer diameter of the battery may be, for example, 18 mm or more and 26 mm or less.
  • the outer diameter of the battery is preferably 20 mm or greater and 26 mm or less.
  • the opening diameter of the exhaust valve is preferably 10 mm or more, and more preferably 12 mm or more.
  • the material of the second insulating plate is not particularly limited, and may be selected from those exemplified for the first insulating plate.
  • the second insulating plate may be a material mainly composed of an insulating resin such as polypropylene or epoxy resin, and an insulating fibrous material included in the core material.
  • Example 1 Production of positive electrode plate 100 parts by mass of a positive electrode active material (LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ), 1.7 parts by mass of a binder (polyvinylidene fluoride), and 2.5% by weight of a conductive agent (acetylene black) Were mixed in a dispersion medium and kneaded to prepare a positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum foil, dried, rolled to form a positive electrode active material layer, and cut into predetermined dimensions to obtain a positive electrode plate. An exposed portion was provided in a part of the positive electrode current collector, and an aluminum positive electrode lead was connected.
  • a positive electrode active material LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2
  • a binder polyvinylidene fluoride
  • a conductive agent acetylene black
  • negative electrode plate 100 parts by mass of a negative electrode active material (graphite), 0.6 part by mass of a binder (styrene butadiene rubber), and 1 part by weight of a thickener (carboxymethyl cellulose) are put into a dispersion medium. And kneaded to prepare a negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry was applied to both sides of a negative electrode current collector made of copper foil, dried, rolled to form a negative electrode active material layer, and cut into predetermined dimensions to obtain a negative electrode. An exposed part was provided in a part of the negative electrode current collector, and a negative electrode lead made of nickel was connected.
  • a negative electrode active material graphite
  • binder styrene butadiene rubber
  • a thickener carboxymethyl cellulose
  • Ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed to prepare a non-aqueous solvent.
  • LiPF 6 was dissolved in a non-aqueous solvent at a concentration of 1 mol / L to obtain a non-aqueous electrolyte.
  • a positive electrode plate and a negative electrode plate were wound through a polyolefin microporous film (separator) to produce an electrode group.
  • a second insulating plate was placed on the lower end surface of the electrode group, inserted into the battery can, and the negative electrode lead was resistance welded to the bottom of the battery can.
  • an iron can whose inner surface was plated with nickel was used.
  • a disc-shaped first insulating plate in which a glass fiber is impregnated with a phenol resin is disposed on the upper end surface of the electrode group, and then an annular groove is formed in the vicinity of the open end of the battery can.
  • the first insulating plate one having the first hole and the second hole shown in FIG. 1 was used.
  • the thickness T of the first insulating plate is 0.3 mm
  • the T / D ratio is 0.149
  • the aperture ratio is 31.2%
  • the aspect ratio of the first hole is 1.5
  • the aperture ratio of the holes was 1.6%.
  • the breaking strength of the first insulating plate was 82N.
  • the curvature radii of the two corner portions on the outer peripheral side of the arc-shaped hole were each 1 mm.
  • a positive electrode lead is connected to a metal plate provided in a sealing body having a safety mechanism, and is supported by an annular groove formed in the battery can via a gasket, and the open end of the battery can is caulked to the periphery of the sealing body.
  • a lithium ion secondary battery was completed.
  • Example 2 As the first insulating plate, the one shown in FIG. 2 was used.
  • the thickness T of the first insulating plate is 0.3 mm, the T / D ratio is 0.149, the aperture ratio is 27.6%, the aspect ratio of the first hole is 1.36, The aperture ratio of the holes was 1.9%.
  • the breaking strength of the first insulating plate was 65N.
  • the curvature radii of the two corner portions on the outer peripheral side of the arc-shaped hole were each 0.8.
  • Example 3 As the first insulating plate, the one shown in FIG. 3 was used.
  • the thickness T of the first insulating plate is 0.3 mm
  • the T / D ratio is 0.149
  • the aperture ratio is 28.3%
  • the aspect ratio of the first hole is 1.36
  • the aperture ratio of the holes was 1.9%.
  • the breaking strength of the first insulating plate was 83N.
  • the curvature radii of the two corners on the outer peripheral side of the arc-shaped hole were 2 mm and 1.5 mm, respectively.
  • Example 4 As the first insulating plate, the one shown in FIG. 4 was used.
  • the thickness T of the first insulating plate is 0.3 mm
  • the T / D ratio is 0.149
  • the aperture ratio is 24.3%
  • the aspect ratio of the first hole is 1.36
  • the aperture ratio of the holes was 1.9%.
  • the breaking strength of the first insulating plate was 110N.
  • the curvature radii of the two corners on the outer peripheral side of the arc-shaped hole were 2 mm and 1.5 mm, respectively.
  • Example 5 As the first insulating plate, the one shown in FIG. 5 was used.
  • the thickness T of the first insulating plate is 0.3 mm
  • the T / D ratio is 0.149
  • the aperture ratio is 35.2%
  • the aspect ratio of the first hole is 1.36
  • the aperture ratio of the holes was 1.9%.
  • the breaking strength of the first insulating plate was 80N.
  • the curvature radii of the two corner portions on the outer peripheral side of the arc-shaped hole were each 0.8 mm.
  • Example 6 The first insulating plate shown in FIG. 6 was used.
  • the thickness T of the first insulating plate is 0.3 mm, the T / D ratio is 0.149, the aperture ratio is 8.9%, the aspect ratio of the first hole is 1.36, The aperture ratio of the holes was 1.9%.
  • the breaking strength of the first insulating plate was 180N.
  • the curvature radii of the two corner portions on the outer peripheral side of the arc-shaped hole were each 0.8 mm.
  • the high breaking strength of the first insulating plate can be obtained even though the T / D ratio is small. Therefore, when the 1st insulating board of an Example is used, destruction and a deformation
  • the insulating plate according to the present invention is excellent in strength and can ensure high exhaustability, the secondary battery in which gas is generated in the battery, particularly a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. Useful for secondary batteries.
  • Second insulating plate 20 First insulating plate 21: Gasket 22: Battery case (battery can) 220, 320, 420, 520, 620: first insulating plates 121, 221, 321, 421, 521, 621: first holes 122, 222, 322, 422, 522, 622: second holes 122a, 222a, 322a, 422a, 522a, 622a: arc-shaped holes 122b, 222b, 322b, 422b, 522b: spot hole 820: first insulating plate 821: semicircular hole 822b: spot hole B: exhaust valve

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Abstract

絶縁板は、巻回式の電極群と、電解質と、前記電極群および前記電解質を収容する円筒形の電池ケースと、前記電池ケースの開口部を封口するとともに、排気弁を備える封口体と、を備える二次電池用の絶縁板である。前記絶縁板は、前記電極群と前記封口体との間に配置され、０．１ｍｍ以上の厚みＴを有する円盤形状を有する。前記絶縁板は、中央に形成された第１孔と、前記第１孔の周囲に、前記円盤形状の外周に沿うように形成された少なくとも１つの第２孔とを備える。前記厚みＴの前記絶縁板の直径Ｄに対する比率（＝Ｔ／Ｄ）は、０．０１６以下であり、前記絶縁板の開口率は、３６％以下である。

Description

二次電池用絶縁板およびそれを備える二次電池
　本発明は、二次電池の電極群と封口体との間に配置される絶縁板の改良に関する。
　二次電池では、電極群と、電極群から引き出されるリード、電池ケース、電池ケースの開口部を封口する封口体などとの絶縁を保つために、電極群と封口体との間には絶縁板が配置される。また、二次電池には、電池内で発生したガスを排気するための排気弁が封口体に設けられているものがある。このような二次電池では、絶縁板には、電極群から引き出されたリードを通すための孔やガスを抜け易くするための孔が形成されている。
　特許文献１では、排気のための弁体が形成された封口体を用いた二次電池において、電極群と封口体との間に、中央付近に孔を有する絶縁板が配置されている。特許文献２では、図８に示すような、平面図において、１つの半円状の孔８２１と、３つのスポット孔８２２ｂとを有する絶縁板８２０を用いることが提案されている。
国際公開第２０１６／１５７７４９号 国際公開第２０１３／０９９２９５号
　高容量を確保する観点からは、絶縁板の厚みは小さい方が好ましい。しかし、絶縁板には、孔が形成されていることもあり、厚みが小さくなると、十分な強度を確保し難くなる。また、電池の外径が大きくなり、この外径に合わせて絶縁板を大きくすると、絶縁板の厚みが同じでも強度が低くなる。絶縁板の強度が不十分である場合、電池内で発生したガスにより絶縁板が破壊されることがある。電池内において絶縁板が変形したり破壊されたりすると、電極群が封口体の方までせり出して、封口体の弁体を塞ぎ、排気が不十分になることがある。
　本開示の一局面の絶縁板は、巻回式の電極群と、電解質と、前記電極群および前記電解質を収容する円筒形の電池ケースと、前記電池ケースの開口部を封口するとともに、排気弁を備える封口体と、を備える二次電池用の絶縁板であって、
　前記絶縁板は、前記電極群と前記封口体との間に配置され、０．１ｍｍ以上の厚みＴを有する円盤形状を有し、
　前記絶縁板は、中央に形成された第１孔と、前記第１孔の周囲に、前記円盤形状の外周に沿うように形成された少なくとも１つの第２孔とを備え、
　前記厚みＴの前記絶縁板の直径Ｄに対する比率（＝Ｔ／Ｄ）は、０．０１６以下であり、
　前記絶縁板の開口率は、３６％以下である、絶縁板に関する。
　本開示の他の局面は、巻回式の電極群と、
　電解質と、
　前記電極群および前記電解質を収容する円筒形の電池ケースと、
　前記電池ケースの開口部を封口するとともに、排気弁を備える封口体と、
　前記電極群と前記封口体との間に配置された絶縁板と、を備え、
　前記絶縁板は、０．１ｍｍ以上の厚みＴを有する円盤形状を有し、
　前記絶縁板は、中央に形成された第１孔と、前記第１孔の周囲に、前記円盤形状の外周に沿うように形成された少なくとも１つの第２孔とを備え、
　前記厚みＴの前記絶縁板の直径Ｄに対する比率（＝Ｔ／Ｄ）は、０．０１６以下であり、
　前記絶縁板の開口率は、３６％以下である、二次電池に関する。
　本開示の上記局面によれば、二次電池の高容量を確保しながらも、排気をスムーズに行うことができる。
本発明の一実施形態に係る絶縁板を概略的に示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係る絶縁板を概略的に示す上面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る絶縁板を概略的に示す上面図である。 本発明の別の実施形態に係る絶縁板を概略的に示す上面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る絶縁板を概略的に示す上面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る絶縁板を概略的に示す上面図である。 図１の絶縁板を供える二次電池を概略的に示す縦断面図である。 従来の絶縁板を概略的に示す上面図である。 絶縁板の破断強度を測定するための治具を概略的に示す縦断面図である。
　本発明の一実施形態に係る絶縁板は、巻回式の電極群と、電解質と、電極群および電解質を収容する円筒形の電池ケースと、電池ケースの開口部を封口するとともに、排気弁を備える封口体と、を備える二次電池用の絶縁板である。絶縁板は、電極群と封口体との間に配置され、０．１ｍｍ以上の厚みＴを有する円盤形状を有する。絶縁板は、中央に形成された第１孔と、第１孔の周囲に、円盤形状の外周に沿うように形成された少なくとも１つの第２孔とを備える。厚みＴの絶縁板の直径Ｄに対する比率（＝Ｔ／Ｄ）は、０．０１６以下であり、絶縁板の開口率は、３６％以下である。
　本発明の一実施形態に係る二次電池は、巻回式の電極群と、電解質と、電極群および電解質を収容する円筒形の電池ケースと、電池ケースの開口部を封口するとともに、排気弁を備える封口体と、電極群と封口体との間に配置された上記の絶縁板と、を備える。
　従来の二次電池には、封口体とは反対側の電池ケースの底部から排気するものがある。このような電池では、電池ケースの底部から多量のガスを排気することができるため、電極群と封口体との間に配置される絶縁板（第１絶縁板）の設計には、高い自由度があった。一方、封口体に排気弁を有する二次電池では、電池内で発生したガスが排気弁に向かって抜けるため、ガスの通り道に配置される第１絶縁板にはある程度の強度が求められる。また、第１絶縁板は、電池容量に寄与しないため、高容量を確保する観点からは、第１絶縁板の厚みが小さいことが好ましい。しかし、電極群から引き出されたリードを通したり、ガスを抜け易くしたりするために、第１絶縁板の中心に大きな孔を設けると、十分な強度を確保し難くなる。特に、第１絶縁板の厚みが小さい場合には、強度の低下が顕著になる。電池内において第１絶縁板が変形したり破壊されたりすると、電極群が封口体の方までせり出して、封口体の弁体を塞ぎ、排気が不十分になることがある。
　本発明の上記実施形態によれば、排気弁を備える封口体を用いる場合に、封口体と電極群との間に配置される第１絶縁板として、中央に形成された第１孔と、第１孔の周囲に、第１絶縁板の円盤形状の外周に沿うように形成された少なくとも１つの第２孔とを有する絶縁板を用いる。巻回式電極群を備える二次電池では、電極群からガスが発生する場合、巻回軸近傍、電極群の外周近傍からの放出量が多くなり易い。そのため、上記のような位置に第１孔および第２孔を有する第１絶縁板を設けることで、第１絶縁板の開口率を３６％以下と小さくしても、高い排気性を確保することができる。
　また、第１絶縁板は、開口率が３６％以下であるとともに、０．１ｍｍ以上の厚みＴを有し、厚みＴの第１絶縁板の直径Ｄに対する比率（＝Ｔ／Ｄ）が０．０１６以下である。そのため、Ｔ／Ｄ比が小さいながらも、第１絶縁板の強度を確保することができる。よって、二次電池の高い容量を確保することができるとともに、排気をスムーズに行うことができる。また、第１絶縁板の高い強度が確保されることで、第１絶縁板の変形や破壊が抑制されるため、封口体の排気弁からの排気が阻害されることが抑制される。
　このように、本実施形態に係る第１絶縁板は、排気弁を備える封口体を備える二次電池に使用されるが、特に、電池ケースの底部に排気弁を有さない二次電池に使用するのに適している。なお、電池ケースの底部の排気弁には、排気の目的で形成された薄肉部も含まれる。
　なお、第１絶縁板の厚みＴは、第１絶縁板の孔以外の領域の厚みである。厚みＴとしては、第１絶縁板の複数箇所（例えば、５箇所）について測定した厚みの平均値を用いてもよい。
　第１絶縁板は、面方向（厚み方向と直交する方向）において円形またはそれに類似する形状を有している。第１絶縁板の直径Ｄは、第１絶縁板の面方向における直径（外径）であり、第１絶縁板の外形が円形でない場合には、外形（第１絶縁板の面方向において外縁で囲まれる領域）と同じ面積を有する円（相当円）の直径である。
　第１絶縁板の開口率は、第１絶縁板の平面図（または上面図）において、第１絶縁板の外縁で囲まれる領域の面積に対する、孔の面積の比率（％）である。孔の面積とは、第１絶縁板の平面図における第１孔の面積および第２孔の面積の合計であり、第１絶縁板が第１孔および第２孔以外の孔（第３孔）を有する場合には、第１孔、第２孔および第３孔の合計面積である。
　以下に、本実施形態に係る絶縁板（第１絶縁板）および二次電池について、適宜図面を参照しながら、より具体的に説明する。
　［絶縁板（第１絶縁板）］
　第１絶縁板は、排気弁を備える封口体を用いた二次電池において、封口体と電極群との間に配置され、上部絶縁板と呼ばれることもある。第１絶縁板は、円柱状またはそれに類似する形状の電極群上に配置されるため、円盤形状を有している。そして、第１絶縁板は、中央に形成された第１孔と、第１孔の周囲に、円盤形状の外周に沿うように形成された少なくとも１つの第２孔とを備えている。電極群でガスが発生した場合、ガスは、第１孔および第２孔を通って、封口体の排気弁から排出される。電極群から引き出されたリードは、第１孔および／または第２孔を通して封口体や電池ケースに接続してもよい。
　第１孔が円盤形状の第１絶縁板の中央に形成され、第２孔が第１絶縁板の外周に沿うように形成されることで、巻回軸および電極群の外周側から多くのガスが放出されても、第１孔および第２孔を通って、封口体の排気弁からスムーズにガスを排出することができる。ガスの排出性をさらに高める観点からは、第１孔は、電極群の巻回軸の上方に配置されることが好ましい。同様の理由で、第２孔は、電極群の外周側に配置されることが好ましい。
　第１絶縁板は、第１孔を２つ以上有していてもよいが、１つ有していればよい。
　第１絶縁板の強度を確保しながらも、第１孔からガスを排出し易いように、第１孔の開口率は、１％以上３％以下であることが好ましく、１％以上２％以下であることが特に好ましい。
　なお、第１孔の開口率は、第１絶縁板の平面図（または上面図）において、第１絶縁板の外縁で囲まれる領域の面積に対する、第１孔の面積の比率（％）である。第１孔の面積とは、第１絶縁板の平面図における第１孔の面積である。第１絶縁板が複数の第１孔を有する場合には、第１孔の開口率は、各第１孔の開口率の合計である。
　第１孔の形状としては、特に制限されないが、第１絶縁板の平面図において、円形、楕円形、四角形などの多角形、これらに類似する形状などが挙げられる。第１孔の形状は、楕円形、長方形、これに類似する形状などの縦長形状であることが好ましい。第１孔が縦長形状である場合、ガス排出性を確保しながらも、第１孔の短径に沿う方向の第１絶縁板の強度を高め易いため有利である。縦長形状の第１孔のアスペクト比は、例えば、１.２以上４以下であることが好ましく、１．３以上２以下であることがさらに好ましい。アスペクト比がこのような範囲である場合、ガス排出性と強度とのバランスを取り易い。
　第１絶縁板は、第２孔を、少なくとも１つ有していればよいが、電極群の外周側から放出されるガスをスムーズに通過させる観点からは、複数の第２孔を第１絶縁板の外周に沿うように（好ましくは、さらに電極群の外周側に）形成することが好ましい。
　第２孔の形状は特に制限されず、第１孔について記載した形状から適宜決定できる。第１絶縁板が複数の第２孔を有する場合、第１孔を取り囲むように第２孔を形成し易い観点から、第２孔の平面形状は、円形、楕円形、角形、弧状、またはこれらに類似する形状であることが好ましい。第１孔を取り囲むように第２孔を形成し易い観点からは、特に、第２孔が、少なくとも１つの弧状孔と、少なくとも１つ（好ましくは２つ以上）のスポット孔とを含む場合が好ましい。
　１つの第２孔の開口率は、例えば、７％以上３５％以下であり、２０％以上３０％以下であることが好ましい。スポット孔は、主に、電極群の外周から放出されるガスを排出するためのものであるため、１つのスポット孔の開口率は、それほど大きくする必要はなく、例えば、１％以上１５％以下であり、１％以上５％以下であることが好ましい。１つの弧状孔の開口率は、スポット孔の開口率と同じ範囲から選択してもよい。弧状孔は、電極群の外周から放出されるガスを排出するとともに、電極群から引き出され、封口体や電池ケースに接続されるリードを通すために利用することが好ましい。この場合、１つの弧状孔の開口率は、５％以上３０％以下であることが好ましく、１５％以上２５％以下であることがさらに好ましい。
　弧状孔の個数は、１つであってもよく、２つ以上（例えば、２個以上４個以下）であってもよい。一方の電極から引き出されたリードのみを弧状孔に通す場合には、弧状孔は１つ形成すればよく、必要に応じて、弧状孔を２つ形成して、双方の電極から引き出されたリードを弧状孔のそれぞれに通してもよい。
　個々の第２孔の開口率および個数と、第１孔の開口率および個数とを調節することで、第１絶縁板の開口率を調節すればよい。
　弧状孔は、円盤形状の第１絶縁板の外周側の２つのコーナー部と内周側の２つのコーナー部とを有する。弧状孔において、開口面積を上げるために、外周側のコーナー部の角度は、内周側のコーナー部の角度に比べて小さくなるように形成されることが好ましい。この場合、外周側のコーナー部の角度が内周側のコーナー部の角度より小さくなることで、第１絶縁板の外周側のコーナー部近傍の領域の強度が小さくなり易い。そのため、少なくとも外周側の２つのコーナー部が丸みを帯びるように弧状孔を形成することが好ましい。外周側の２つのコーナー部の曲率半径（Ｒ）は、それぞれ、０．８ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上または１．５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。外周側のコーナー部の曲率半径がこのような範囲である場合には、第１絶縁板の外周側のコーナー部近傍の領域の強度を確保し易い。必要に応じて、内周側のコーナー部も丸みを帯びるように形成してもよい。
　電極群の外周付近から放出されるガスを抜けやすくするため、第１絶縁板は、円盤状の外周に沿うように形成された複数のスポット孔を有することが好ましい。スポット孔の個数は、例えば、２個以上６個以下であり、２個以上５個以下であることが好ましく、３個または４個がさらに好ましい。
　本実施形態に係る第１絶縁板では、中央に第１孔が形成されるとともに、第１孔の周囲に、第１絶縁板の円盤形状の外周に沿うように第２孔が形成される。つまり、第１絶縁板において、第１孔の周囲（具体的には、第１孔と第２孔との間）には、少なくとも環状の領域が残った状態となる。この環状領域が第１絶縁板の支えとなり、第１絶縁板の高い強度を確保することができる。
　第１孔と第２孔との間に形成される環状領域の最小幅ｗは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。最小幅ｗがこのような範囲である場合、第１絶縁板の強度の確保がさらに容易になる。
　図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁板（第１絶縁板）を概略的に示す上面図である。図２～図６は、第１絶縁板の変更例である。
　図１の第１絶縁板２０は、面方向の中央に形成された第１孔１２１と、第１孔１２１を取り囲むように第１孔１２１の周囲に形成された第２孔１２２とを有する。第１孔１２１は、楕円形状（縦長形状）を有している。第２孔１２１は、１つの弧状孔１２２ａと、３つのスポット孔１２２ｂとからなる。これらの第２孔１２２は、第１絶縁板２０の外周に沿うように形成されている。図示例では、スポット孔１２２ｂに比べてサイズが大きな弧状孔１２２ａは、第１絶縁板２０の半分の領域に配置され、残る半分の領域にスポット孔１２２ｂが並んで配置されている。第１孔１２１の周囲（具体的には、第１孔１２１と第２孔１２２との間）には、少なくとも、最小幅ｗを有する環状領域が形成されている。
　図２の第１絶縁板２２０は、面方向に形成された第１孔２２１と、第１孔の周囲に形成された第２孔２２２とを有する。第２孔２２２は、弧状孔２２２ａとスポット孔２２２ｂとからなる。図２の例は、第１孔２２１およびスポット孔２２２ｂの形状、スポット孔２２２ｂの個数が異なる以外は、図１の絶縁板２０と同じである。第１孔２２１は、第１絶縁板２２０の上面から見た時に、長方形の４つの角部が丸まったような縦長形状を有している。第１絶縁板２２０は、１つの弧状孔２２２ａと４つのスポット孔２２２ｂとを有している。４つのスポット孔２２２ｂは、それぞれ、楕円形であり、楕円形の長軸方向が円形の第１絶縁板の周方向に沿うように並んで配置されている。
　図３の第１絶縁板３２０は、面方向の中央に形成された第１孔３２１と、その周囲に形成された第２孔３２２とを有する。第２孔３２２は、１つの弧状孔３２２ａと、４つのスポット孔３２２ｂとからなる。図３の第１絶縁板３２０は、弧状孔３２２ａの外周側および内周側の合計４つのコーナー部の曲率半径が図２に比べて大きく、スポット孔３２２ｂのサイズおよび形状が図２と異なる以外は、図２の第１絶縁板２２０と同じである。図３では、各スポット孔３２２ｂは、第１絶縁板３２０の内周側の辺が短く外周側の辺が長い台形の角部が丸まった形状を有している。
　図４の第１絶縁板４２０は、面方向の中央に形成された第１孔４２１と、その周囲に形成された第２孔４２２とを有する。第２孔４２２は、１つの弧状孔４２２ａと、４つのスポット孔４２２ｂとからなる。図４の第１絶縁板４２０は、弧状孔４２２ａの弧に沿う方向における長さが図３に比べて短く、コーナー部の曲率半径が大きいだけで、その他は図３と同じである。
　図１～図４では、第１絶縁板の平面図において、半分の領域に弧状孔が形成され、残りの半分の領域にスポット孔が形成される場合を示したが、これらの場合に限らない。例えば、複数の弧状孔と複数のスポット孔とが交互に配置されていてもよい。
　図５の第１絶縁板５２０は、面方向の中央に形成された第１孔５２１と、その周囲に形成された第２孔５２２とを有する。第２孔５２２は、第１孔５２１を取り囲むように、第１絶縁板５２０の周方向に沿って形成された３つの弧状孔５２２ａと、隣接する２つの弧状孔５２２ａ間に配置された１つのスポット孔５２２ｂとからなる。第１孔５２１およびスポット孔５２２ｂの形状やサイズは、図４とほぼ同じである。第１絶縁板５２０は、弧状孔５２２ａとして、第１孔５２１を挟んで対向する一対のサイズの大きな弧状孔と、この一対の弧状孔間で、かつスポット孔５２２ｂとは第１孔５２１を挟んで反対側の位置に配置されたサイズの小さな弧状孔とを有する。
　図６の第１絶縁板６２０は、面方向の中央に形成された第１孔６２１と、第１孔の周囲に形成された第２孔６２２とを有する。第１孔６２１は、図２～図５の例と同じ形状である。図６では、第２孔６２２は、１つの弧状孔６２２ａのみからなる。弧状孔６２２ａの開口率は、図１～図５の弧状孔の開口率よりも小さくなっている。
　二次電池では、電池ケースに電極群を収容した後、電池ケースが縮径されるが、このとき、電極群の上部において、電池ケースを内側に突出させることで電池ケースの外側に溝部（溝部に対応して内側に突出部）を形成して、突出部により電極群を固定している。ガスが放出される際に、この突出部に繰り返しガスが当たると、突出部が劣化しやすくなる。そのため、突出部にガスが当たるのを抑制する観点から、第２孔は、第１絶縁板の外周からの距離が２ｍｍ以上の領域（外周から２ｍｍおよびこれよりも内側の領域）に形成することが好ましい。第１絶縁板の外周から第２孔までの距離は、２．５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。電極群の外周近傍から放出されるガスを排出し易くする観点からは、第１絶縁板の外周から第２孔までの距離は、３ｍｍ以下であることが好ましい。
　なお、第１絶縁板の外周から第２孔までの距離とは、第１絶縁板のある半径方向において、第１絶縁板の外周（外縁）から第２孔の最も外側の位置までの距離である。複数の半径方向において、第１絶縁板の外周から第２孔の最も外側の位置までの距離が異なる場合には、最も短い箇所の距離が上記の範囲であればよい。
　第１絶縁板の開口率は、３６％以下であり、３２％以下であることが好ましく、２８％以下であることがさらに好ましい。開口率がこのような範囲であることで、第１絶縁板の強度を確保することができる。第１絶縁板の開口率は、８％以上であることが好ましく、１０％以上であることがさらに好ましい。ガスの排気性をさらに高める観点からは、開口率は、２０％以上であることが好ましい。これらの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。第１絶縁板の開口率は、例えば、８％以上３６％以下、１０％以上３６％以下、または１０％以上３２％以下であってもよい。
　第１絶縁板において、厚みＴの直径Ｄに対する比率（＝Ｔ／Ｄ）は、０．０１６以下であり、０．０１５以下であることが好ましい。Ｔ／Ｄ比がこのような範囲である場合、直径Ｄに対して第１絶縁板の厚みＴが比較的小さいため、第１絶縁板の強度が低下し易い。本実施形態では、０．１ｍｍ以上の厚みＴを確保するとともに、第１絶縁板に上記のような第１孔および第２孔を設け、開口率を３６％以下とする。これにより、Ｔ／Ｄ比が上記のように小さくても、第１絶縁板が占める容積により容量が低下するのを抑制しながら、強度と排気性とを確保することができる。第１絶縁板の厚みＴは、０．１ｍｍ以上であり、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
　第１絶縁板は、例えば、絶縁性樹脂や絶縁処理された金属などにより形成できる。第１絶縁板の強度を確保し易い観点から、第１絶縁板は、１００ＭＰａ以上の曲げ強度を有する材料で形成することが好ましい。このような材料のうち、絶縁性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの硬化性樹脂（熱硬化性樹脂など）などの他、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）などの熱可塑性樹脂などが挙げられる。金属としては、例えば、ステンレス鋼や鉄などが挙げられる。金属の絶縁処理は、例えば、金属を絶縁性樹脂で被覆することにより行なうことができる。金属を被覆する絶縁性樹脂としては、特に制限されず、例えば、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。また、第１絶縁板は、ガラス繊維などの絶縁性の繊維状芯材に絶縁性樹脂（フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂など）を含浸させ、硬化させた材料で形成してもよい。
　第１絶縁板の破断強度は、３０Ｎ以上であることが好ましく、５０Ｎ以上であることがさらに好ましい。強度がこのような範囲である場合、第１絶縁板の破壊が抑制され、ガスの排気性を確保し易くなる。
　なお、本明細書中、第１絶縁板の破断強度とは、図９に示す治具を用いて測定される破断強度である。破断強度の測定治具は、所定の厚みを有するリング状の台座９００と、台座９００の孔の内径よりも小さな直径を有する円柱状の押圧部材９０１とを備える。台座９００の孔が鉛直方向に開口した状態となるように、台座９００を配置し、台座９００の孔全体を覆うように第１絶縁板のサンプルＳを台座９００の上面に配置する。そして、サンプルＳの上方から押圧部材９０１で鉛直下方に押圧し、サンプルＳが破断したときに加えた力を、第１絶縁板の破断強度とする。サンプルＳを押圧する際に、台座９００と、サンプルＳと、押圧部材９０１とは、水平方向における互いの中心が重なるように配置した状態で押圧することが好ましい。
　台座のサイズは、第１絶縁板と台座とが重なる部分の幅が、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下となるように選択すればよい。押圧部材のサイズは、台座の孔に押圧部材を挿入したときに、台座の孔部分の内壁と押圧部材の外壁との間に、例えば、１ｍｍ以上６ｍｍ以下の幅の隙間が押圧部材の周囲全体に形成されるように選択すればよい。例えば、第１絶縁板の直径が２１ｍｍの場合、台座の内径（図９のＬ）を１８ｍｍとし、押圧部材の直径（図９のＷ）を７ｍｍとしてもよい。
　本実施形態に係る第１絶縁板は、容積が小さいものの、優れた強度を有しており、高い排気性を確保することができる。よって、排気弁を有する封口体を用いた二次電池において、電極群と封口体との間に配置される絶縁板として使用するのに特に適している。
　［二次電池］
　本実施形態に係る二次電池は、巻回式の電極群と、電解質と、これらを収容する円筒形の電池ケースと、電池ケースの開口部を封口する封口体と、電極群と封口体との間に配置された上記の絶縁板（第１絶縁板）と、を備える。封口体は、排気弁を備えている。
　図７は、本発明の一実施形態に係る円筒形二次電池の概略縦断面図である。以下に、図７を参しながら、リチウムイオン二次電池を例にとって本実施形態に係る二次電池についてより詳細に説明する。
　円筒形二次電池（以下、電池）１０は、電極群１８と、電解質（図示せず）と、これらを収容する電池ケース（電池缶）２２とを具備する。電極群１８は、正極板１５と負極板１６とをセパレータ１７を介して捲回して形成されている。電池缶２２の開口端の近傍には、環状溝部が形成されている。
　電池缶２２の開口部は、周縁部にガスケット２１を具備する封口体１１で封口されている。封口体１１は、弁体１２と、金属板１３と、弁体１２の外周部と金属板１３の外周部との間に介在する環状の絶縁部材１４とを具備する。弁体１２と金属板１３は、それぞれの中心部において互いに接続されている。正極板１５から導出された正極リード１５ａは、金属板１３に接続されている。よって、弁体１２は、正極の外部端子として機能する。負極板１６から導出された負極リード１６ａは、電池缶２２の底部内面に接続されている。封口体１１と電極群１８の一方の端面との間には、第１絶縁板２０が配置されている。電極群１８の他方の端面と電池缶２２の底部との間には、第２絶縁板１９が配置されている。
　電池１０内でガスが発生して電池内圧が過度に上昇すると、弁体１２に形成された薄肉部１２ａが押し上げられて膨らみ、弁体１２の薄肉部１２ａより内側の部分も膨らんで、この膨らんだ部分から排気される。つまり、弁体１２の薄肉部１２ａおよびそれより内側の部分が排気弁（防爆弁）として機能する。図７においては、符号Ｂで表される部分（薄肉部１２ａおよびそれより内側の部分）が排気弁である。なお、Ｂの部分の径が排気弁の開口径とされる。
　正極板１５は、箔状の正極集電体と、その表面に形成された正極活物質層とを具備する。正極集電体の材料としては、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。正極活物質としては、リチウム含有遷移金属複合酸化物が好ましく用いられる。例えばコバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムよりなる群から選択される少なくとも１種と、リチウムとを含む複合酸化物が使用される。
　負極板１６は、箔状の負極集電体と、その表面に形成された負極活物質層とを具備する。負極集電体の材料としては、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼等を用いることができる。負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵し、放出し得る炭素材料、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボンや、酸化錫、酸化珪素等を用いることができる。
　セパレータ１７としては、例えば、ポリオレフィンで形成された微多孔膜を用いることができる。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。
　電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解させたリチウム塩とを具備する。非水溶媒としては、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、カルボン酸エステル、鎖状エーテルなどが用いられる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4などが使用される。
　電池缶２２の材質には、例えば、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などが用いられるが、特に限定されない。
　電池の外径は、例えば、１８ｍｍ以上２６ｍｍ以下であってもよい。ただし、電池の外形が大きくなると、第１絶縁板の強度を担保し難くなる。本発明では、第１絶縁板の厚みＴと、Ｔ／Ｄ比と、第１絶縁板の開口率とを上記のように調節するため、電池の外形が２０ｍｍ以上と大きくても、第１絶縁板の強度を十分に確保することができるとともに、排気性が損なわれるのを抑制できる。電池の外径は、２０ｍｍ以上２６ｍｍ以下であることが好ましい。
　また、排気弁の開口径が１２ｍｍ以上と大きい場合にも、第１絶縁板に負荷がかかり易いが、このように排気弁の開口径が大きい場合でも、第１絶縁板の強度を確保できるとともに、ガスの排気性を担保することができる。排気弁の開口径は、１０ｍｍ以上であることが好ましく、１２ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
　第２絶縁板の材質は、特に制限されず、第１絶縁板について例示したものから選択してもよい。第２絶縁板として、ポリプロピレンやエポキシ樹脂のような絶縁性樹脂を主成分とする材料であり、絶縁性の繊維状材料を芯材に含むものを用いてもよい。
　［実施例］
　以下、本発明を実施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）正極板の作製
　正極活物質（ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2）１００質量部と、結着剤（ポリフッ化ビニリデン）１．７質量部と、導電剤（アセチレンブラック）２．５重量部とを分散媒中に投入し、混練して正極合剤スラリーを調製した。正極合剤スラリーをアルミニウム箔製の正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、圧延して正極活物質層を形成し、所定寸法に切断して正極板を得た。正極集電体の一部に露出部を設け、アルミニウム製の正極リードを接続した。
　（２）負極板の作製
　負極活物質（黒鉛）１００質量部と、結着剤（スチレンブタジエンゴム）０．６質量部と、増粘剤（カルボキシメチルセルロース）１重量部とを分散媒中に投入し、混練して負極合剤スラリーを調製した。負極合剤スラリーを銅箔製の負極集電体の両面に塗布し、乾燥し、圧延して負極活物質層を形成し、所定寸法に切断して負極を得た。負極集電体の一部に露出部を設け、ニッケル製の負極リードを接続した。
　（３）非水電解質の調製
　エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を混合して非水溶媒を調製した。非水溶媒にＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解して非水電解質を得た。
　（４）電池の作製
　正極板と負極板とをポリオレフィン製の微多孔製膜（セパレータ）を介して巻回して電極群を作製した。電極群の下端面に第２絶縁板を配置し、電池缶に挿入し、負極リードを電池缶の底部に抵抗溶接した。電池缶には、内面にニッケルめっきを施した鉄缶を用いた。
　電極群の上端面に、ガラス繊維にフェノール樹脂を含浸させた円盤状の第１絶縁板を配置した後、電池缶の開口端の近傍に、環状溝部を形成した。第１絶縁板としては、図１に示す第１孔および第２孔を有するものを用いた。第１絶縁板の厚みＴは０．３ｍｍであり、Ｔ／Ｄ比は０．１４９であり、開口率は３１．２％であり、第１孔のアスペクト比は１．５であり、第１孔の開口率は１．６％であった。また、第１絶縁板の破断強度は８２Ｎであった。弧状孔の外周側の２つのコーナー部の曲率半径は、それぞれ１ｍｍであった。
　次に、安全機構を具備する封口体が具備する金属板に正極リードを接続し、電池缶に形成された環状溝部にガスケットを介して支持させ、電池缶の開口端を封口体の周縁にかしめ、リチウムイオン二次電池を完成させた。
　《実施例２》
　第１絶縁板として、図２に示すものを用いた。第１絶縁板の厚みＴは０．３ｍｍであり、Ｔ／Ｄ比は０．１４９であり、開口率は２７．６％であり、第１孔のアスペクト比は１．３６であり、第１孔の開口率は１．９％であった。また、第１絶縁板の破断強度は６５Ｎであった。弧状孔の外周側の２つのコーナー部の曲率半径は、それぞれ０．８であった。
　《実施例３》
　第１絶縁板として、図３に示すものを用いた。第１絶縁板の厚みＴは０．３ｍｍであり、Ｔ／Ｄ比は０．１４９であり、開口率は２８．３％であり、第１孔のアスペクト比は１．３６であり、第１孔の開口率は１．９％であった。また、第１絶縁板の破断強度は８３Ｎであった。弧状孔の外周側の２つのコーナー部の曲率半径は、それぞれ２ｍｍと１．５ｍｍであった。
　《実施例４》
　第１絶縁板として、図４に示すものを用いた。第１絶縁板の厚みＴは０．３ｍｍであり、Ｔ／Ｄ比は０．１４９であり、開口率は２４．３％であり、第１孔のアスペクト比は１．３６であり、第１孔の開口率は１．９％であった。また、第１絶縁板の破断強度は１１０Ｎであった。弧状孔の外周側の２つのコーナー部の曲率半径は、それぞれ２ｍｍと１．５ｍｍであった。
　《実施例５》
　第１絶縁板として、図５に示すものを用いた。第１絶縁板の厚みＴは０．３ｍｍであり、Ｔ／Ｄ比は０．１４９であり、開口率は３５．２％であり、第１孔のアスペクト比は１．３６であり、第１孔の開口率は１．９％であった。また、第１絶縁板の破断強度は８０Ｎであった。弧状孔の外周側の２つのコーナー部の曲率半径は、それぞれ０．８ｍｍであった。
　《実施例６》
　第１絶縁板として、図６に示すものを用いた。第１絶縁板の厚みＴは０．３ｍｍであり、Ｔ／Ｄ比は０．１４９であり、開口率は８．９％であり、第１孔のアスペクト比は１．３６であり、第１孔の開口率は１．９％であった。また、第１絶縁板の破断強度は１８０Ｎであった。弧状孔の外周側の２つのコーナー部の曲率半径は、それぞれ０．８ｍｍであった。
　このように、実施例では、Ｔ／Ｄ比が小さいにもかかわらず、第１絶縁板の高い破断強度が得られる。そのため、実施例の第１絶縁板を用いると、第１絶縁板の破壊や変形が起こり難く、封口体の排気弁からの排気が損なわれるのを抑制できる。
　本発明に係る絶縁板は、強度に優れるとともに、高い排気性を確保することができるため、電池内でガスが発生するような二次電池、特に、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池に用いるのに有用である。
１０：二次電池
１１：封口体
１２：弁体
１２ａ：薄肉部
１３：金属板
１４：絶縁部材
１５：正極板
１５ａ：正極リード
１６：負極板
１６ａ：負極リード
１７：セパレータ
１８：電極群
１９：第２絶縁板
２０：第１絶縁板
２１：ガスケット
２２：電池ケース（電池缶）
２２０，３２０，４２０，５２０，６２０：第１絶縁板
１２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１：第１孔
１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２：第２孔
１２２ａ，２２２ａ，３２２ａ，４２２ａ，５２２ａ，６２２ａ：弧状孔
１２２ｂ，２２２ｂ，３２２ｂ，４２２ｂ，５２２ｂ：スポット孔
８２０：第１絶縁板
８２１：半円状の孔
８２２ｂ：スポット孔
Ｂ：排気弁

Claims (13)

  1. 　巻回式の電極群と、電解質と、前記電極群および前記電解質を収容する円筒形の電池ケースと、前記電池ケースの開口部を封口するとともに、排気弁を備える封口体と、を備える二次電池用の絶縁板であって、
    　前記絶縁板は、前記電極群と前記封口体との間に配置され、０．１ｍｍ以上の厚みＴを有する円盤形状を有し、
    　前記絶縁板は、中央に形成された第１孔と、前記第１孔の周囲に、前記円盤形状の外周に沿うように形成された少なくとも１つの第２孔とを備え、
    　前記厚みＴの前記絶縁板の直径Ｄに対する比率（＝Ｔ／Ｄ）は、０．０１６以下であり、
    　前記絶縁板の開口率は、３６％以下である、絶縁板。
  2. 　前記第１孔は、前記電極群の巻回軸の上方に配置され、
    　前記第２孔は、前記電極群の外周側に配置される、請求項１に記載の絶縁板。
  3. 　前記第１孔は、縦長形状であり、
    　前記第１孔のアスペクト比は、１．２以上４以下である、請求項１または２に記載の絶縁板。
  4. 　前記第１孔の開口率は、１％以上３％以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の絶縁板。
  5. 　前記絶縁板の開口率は、２０％以上３２％以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の絶縁板。
  6. 　前記第２孔は、少なくとも１つの弧状孔と、少なくとも１つのスポット孔とを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の絶縁板。
  7. 　前記弧状孔は、前記円盤形状の外周側の２つのコーナー部と内周側の２つのコーナー部とを備え、
    　少なくとも前記外周側の２つのコーナー部は、丸みを帯びており、
    　前記外周側の２つのコーナー部の曲率半径は、それぞれ、０．８ｍｍ以上である、請求項６に記載の絶縁板。
  8. 　前記第２孔は、前記絶縁板の外周からの距離が２．５ｍｍ以上の領域に形成されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の絶縁板。
  9. 　１００ＭＰａ以上の曲げ強度を有する材料で形成されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の絶縁板。
  10. 　巻回式の電極群と、
    　電解質と、
    　前記電極群および前記電解質を収容する円筒形の電池ケースと、
    　前記電池ケースの開口部を封口するとともに、排気弁を備える封口体と、
    　前記電極群と前記封口体との間に配置された絶縁板と、を備え、
    　前記絶縁板は、０．１ｍｍ以上の厚みＴを有する円盤形状を有し、
    　前記絶縁板は、中央に形成された第１孔と、前記第１孔の周囲に、前記円盤形状の外周に沿うように形成された少なくとも１つの第２孔とを備え、
    　前記厚みＴの前記絶縁板の直径Ｄに対する比率（＝Ｔ／Ｄ）は、０．０１６以下であり、
    　前記絶縁板の開口率は、３６％以下である、二次電池。
  11. 　前記排気弁の開口径は、１０ｍｍ以上である、請求項１０に記載の二次電池。
  12. 　２０ｍｍ以上の外径を有する、請求項１１に記載の二次電池。
  13. 　前記電池ケースの底部に、排気弁を有さない、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の二次電池。
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