WO2019082712A1 - 円筒形電池 - Google Patents

円筒形電池

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WO2019082712A1
WO2019082712A1 PCT/JP2018/038240 JP2018038240W WO2019082712A1 WO 2019082712 A1 WO2019082712 A1 WO 2019082712A1 JP 2018038240 W JP2018038240 W JP 2018038240W WO 2019082712 A1 WO2019082712 A1 WO 2019082712A1
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valve body
metal plate
plate
cylindrical battery
sealing body
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心 原口
恭介 宮田
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三洋電機株式会社
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    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices

Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical battery provided with a sealing body having a current blocking mechanism.
  • Patent Document 1 discloses a cylindrical battery provided with a sealing body including a valve body, an insulating member, and a current blocking mechanism composed of a metal body.
  • a sealing body including a valve body, an insulating member, and a current blocking mechanism composed of a metal body.
  • an annular projection is formed on the valve body, and a skirt is formed on the outer peripheral portion of the insulating member.
  • the metal plate is fitted and fixed to the inner peripheral portion of the skirt portion of the insulating member, and in this state, the outer peripheral portion of the insulating member is crimped and fixed to the inner peripheral portion of the projection of the valve body. Then, central portions of the valve body and the metal plate are connected, for example, by laser welding.
  • the tip of the projection formed on the valve body is positioned below the end face of the metal plate. Therefore, when the sealing body receives a load that is pressed in the radial direction at the time of external impact, the metal plate receives an impact load at the outer peripheral portion corresponding to the full thickness by the projection of the valve body, and the central portion It may be bent in a convex shape and deformed. When the metal plate deformed in this manner comes in contact with the electrode body inside the battery, an internal short circuit may occur.
  • An object of the present invention is to provide a cylindrical battery provided with a sealing body in which a metal plate is fixed by a projection of a valve body, and suppressing the deformation of the metal plate when the sealing body receives a load in the radial direction. It is to suppress a short circuit.
  • the cylindrical battery according to the present invention comprises an electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound via a separator, an electrolytic solution, a bottomed cylindrical outer can containing the electrode body and the electrolytic solution, and an outer can And a sealing body fixed by caulking to the opening of the gasket via a gasket.
  • the sealing body is a valve body having an annular projection projecting inward of the battery, an insulating plate fitted with an inner periphery of the projection and having a skirt on the outer periphery, and an inner periphery of the skirt of the insulating plate And a metal plate fixed to the portion and connected to the central portion of the valve body. Further, the metal plate has a first surface on the valve body side and a second surface on the opposite side. And the tip position of a projection part is set up as the position which does not reach the 2nd field of a metal plate in the thickness direction of a closure.
  • the tip end position of the projection is set at a position not reaching the second surface of the metal plate fixed to the inner peripheral portion of the projection through the insulating plate in the thickness direction of the sealing body. ing.
  • the sealing body receives a load in the radial direction, the load received by the valve body is less likely to be transmitted to the metal plate via the projection, so that bending deformation of the metal plate is suppressed.
  • the internal short circuit of the battery can be suppressed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the sealing body including a partially enlarged view.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment cylindrical battery provided with a sealing body including a terminal cap.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical battery 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the sealing body 20 including a partially enlarged view.
  • the cylindrical battery 10 is, for example, a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • the cylindrical battery 10 is configured by accommodating an electrode body 14 and an electrolyte (not shown) inside a cylindrical outer can 12 with a bottom.
  • a sealing body 20 is crimped and fixed to the opening of the outer can 12 via a gasket 16. This seals the inside of the battery.
  • the sealing body 20 is composed of a valve body 22, an insulating plate 24 and a metal plate 26.
  • the sealing body 20 constitutes a current blocking mechanism.
  • the central portions of the valve body 22 and the metal plate 26 are connected to each other, and the insulating plate 24 is interposed between the outer peripheral portions thereof.
  • the valve body 22 is exposed to the outside of the battery, and functions as an external terminal (more specifically, a positive electrode terminal).
  • the current interrupting mechanism operates as follows.
  • the metal plate 26 is provided with a vent hole 26 a, and the insulating plate 24 is provided with a vent hole 24 a. Therefore, when the battery internal pressure rises, the valve body 22 receives the pressure via the vent holes 26a and 24a. As a result, as the battery internal pressure rises, the valve body 22 acts to pull the connecting portion 25 with the metal plate 26 outward of the battery.
  • the connecting portion 25 of the metal plate 26 to the valve body 22 or the thin-walled portion 26b (see FIG. 2) provided on the metal plate 26 is broken, and the valve body 22 and the metal plate 26 The current path between them is cut off. Thereafter, when the battery internal pressure further increases after the operation of the current blocking mechanism, the thinnest portion 23a of the inclined region 23 provided in the valve body 22 becomes a starting point, the valve body 22 is broken, and the gas inside the battery is discharged. Ru.
  • the valve body 22 can be produced by press working of a plate of aluminum or aluminum alloy. Aluminum and aluminum alloys are preferable as the material of the valve body 22 because of their excellent flexibility.
  • a protrusion 22 b and a protrusion 22 c are provided at the center and the outer periphery of the surface of the valve body 22 on the battery inner side, respectively. The protrusion 22 b at the central portion facilitates connection with the metal plate 26 and can provide a space for interposing the insulating plate 24 between the valve body 22 and the metal plate 26.
  • the projections 22c on the outer peripheral portion are formed so as to have an annular planar shape.
  • the protrusion 22 c fixes the metal plate 26 via the insulating plate 24.
  • the protrusions 22c may be provided in an annular shape continuous in the circumferential direction, or may be provided intermittently at intervals in the circumferential direction.
  • an inclined region 23 is formed in which the thickness is continuously reduced in the radial direction from the inner circumferential portion to the outer circumferential portion.
  • the outer peripheral portion of the inclined region 23 is a thinnest portion 23a having the smallest thickness.
  • a space having a triangular cross section is formed in an annular shape in plan view below the inclined region 23, and the space communicates with the vent holes 24 a of the insulating plate 24 and the vent holes 26 a of the metal plate 26.
  • the insulating plate 24 can ensure insulation and can use a material that does not affect battery characteristics.
  • a material used for the insulating plate 24 a polymer resin is preferable, and a polypropylene (PP) resin and a polybutylene terephthalate (PBT) resin are illustrated.
  • the insulating plate 24 has a skirt 24b extending inward of the battery at its outer peripheral portion so that the projection 22c of the valve body 22 can fix the metal plate 26 through the insulating plate 24. doing. Since the metal plate 26 is disposed on the inner peripheral portion of the skirt portion 24 b, the projection 22 c of the valve body 22 can fix the metal plate 26 via the insulating plate 24.
  • the tip end of the skirt portion 24 b may be bent toward the central portion side of the valve body 22, that is, the protrusion 22 b side. As a result, the front end of the skirt portion 24b is assembled with the flange portion 26c provided on the outer periphery of the metal plate 26 in a state in which the tip end of the skirt portion 24b is engaged.
  • the sealing body 20 is assembled as follows. First, the valve body 22, the insulating plate 24 and the metal plate 26 constituting the sealing body 20 are prepared. Next, the metal plate 26 is fitted to the inside of the skirt portion 24 b of the insulating plate 24, and then, the insulating plate 24 is fitted to the inside of the protrusion 22 c of the valve body 22. Then, the projection 22 c is pressed to the center side so that the projection 22 c of the valve body 22 fixes the metal plate 26 via the insulating plate 24.
  • the inner peripheral side surface of the projection 22c is pressed inward at a predetermined angle (for example, about 20 °) with respect to the axial direction of the cylindrical battery 10 (the winding axial direction of the electrode assembly 14)
  • a predetermined angle for example, about 20 °
  • the plate 26 is fixed. Note that the two procedures for fitting the above members may be reversed in order.
  • connection between the valve body 22 and the metal plate 26 is preferably performed after the above procedure is completed. Since the valve body 22 and the metal plate 26 can be connected in a fixed state to each other, variations in connection strength are reduced. In addition, it is preferable to use aluminum or an aluminum alloy for the metal plate 26 similarly to the valve body 22. Thereby, the connection of the valve body 22 and the metal plate 26 becomes easy. It is preferable to use laser welding as a connection method.
  • the metal plate 26 has a first surface 27 a on the valve body 22 side and a second surface 27 b on the opposite side. Then, the position of the tip 28 of the projection 22 c of the valve body 22 is set to a position not reaching the second surface 27 b of the metal plate 26 in the thickness direction of the sealing body 20.
  • the thickness direction of the sealing body 20 coincides with the axial direction of the cylindrical battery 10.
  • the height from the bottom of the recess 22 d of the valve body 22 to the tip 28 of the projection 22 c is H
  • the thickness of the metal plate 26 is T1
  • the thickness of the insulating plate 24 is T2
  • the height is H is set smaller than the sum of the thickness T 1 of the metal plate 26 and the thickness T 2 of the insulating plate 24.
  • the side on which the sealing body 20 is disposed in the cylindrical battery 10 shown in FIG. 1 is “upper” and the side on which the electrode 14 is disposed is “down”, the protrusion of the valve 22
  • the position of the tip 28 of the portion 22 c is located above the second surface 27 b of the metal plate 26.
  • the valve body 22 has thin portions such as the thin portion 26b and the flange portion 26c, the first surface 27a and the second surface 27b are selected from the surface of the thickest flat portion of the valve body 22. Be done.
  • the position of the tip 28 of the projection 22 c is set at a position not reaching the first surface 27 a of the metal plate 26 in the thickness direction of the sealing body 20. That is, in this case, the height dimension H of the projection 22 c is set smaller than the thickness T 2 (for example, 0.4 mm) of the insulating plate 24.
  • the position of the tip end 28 of the projection 22c is a position corresponding to within the range of the thickness T1 (for example, 0.6 mm) of the metal plate 26 (that is, as indicated by a dashed dotted line in the enlarged view of A in FIG. 2) It may be set that T2 ⁇ H ⁇ (T1 + T2)).
  • the position of the tip 28 of the projection 22 c of the valve body 22 for fixing the metal plate 26 via the insulating plate 24 is in the thickness direction of the sealing body 20
  • the position is set so as not to reach the position of the second surface 27 b of the metal plate 26.
  • an electrode body 14 formed by winding a positive electrode plate 30 and a negative electrode plate 32 via a separator 34 is used.
  • the positive electrode plate 30 can be produced, for example, as follows. First, the positive electrode active material and the binder are uniformly kneaded in a dispersion medium to prepare a positive electrode mixture slurry. It is preferable to use polyvinylidene fluoride as the binder and N-methylpyrrolidone as the dispersion medium. It is preferable to add a conductive agent such as graphite or carbon black to the positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry is applied onto a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer. At that time, the positive electrode current collector exposed portion in which the positive electrode mixture layer is not formed is provided on a part of the positive electrode current collector. Next, the positive electrode mixture layer is compressed to a predetermined thickness by a roller, and the compressed electrode plate is cut to a predetermined size. Finally, the positive electrode lead 31 is connected to the positive electrode current collector exposed portion to obtain the positive electrode plate 30.
  • a conductive agent such as graphite or carbon black
  • a lithium transition metal composite oxide capable of inserting and extracting lithium ions can be used.
  • the lithium transition metal composite oxide represented by the general formula LiMO 2 (in M Co, Ni, and at least one of Mn), LiMn 2 O 4 and LiFePO 4 and the like. These can be used singly or in combination of two or more, and added with at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Mg, and Zr, or substituted with a transition metal element It can also be used.
  • the negative electrode plate 32 can be manufactured, for example, as follows. First, the negative electrode active material and the binder are uniformly kneaded in a dispersion medium to prepare a negative electrode mixture slurry. It is preferable to use a styrene butadiene (SBR) copolymer as the binder and water as the dispersion medium. It is preferable to add a thickener such as carboxymethyl cellulose to the negative electrode mixture slurry. The negative electrode mixture slurry is applied onto the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer. At that time, a negative electrode current collector exposed portion in which the negative electrode mixture layer is not formed is provided on a part of the negative electrode current collector. Next, the negative electrode mixture layer is compressed to a predetermined thickness by a roller, and the compressed electrode plate is cut to a predetermined size. Finally, the negative electrode lead 33 is connected to the negative electrode current collector exposed portion to obtain the negative electrode plate 32.
  • SBR styrene butadiene
  • a carbon material or metal material capable of inserting and extracting lithium ions can be used as the negative electrode active material.
  • the carbon material include graphite such as natural graphite and artificial graphite.
  • Metallic materials include silicon and tin and their oxides.
  • the carbon material and the metal material can be used alone or in combination of two or more.
  • a microporous film containing polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) as a main component can be used.
  • the microporous membrane can be used alone or in combination of two or more layers.
  • a layer mainly composed of polyethylene (PE) having a low melting point as an intermediate layer and polypropylene (PP) excellent in oxidation resistance as a surface layer.
  • inorganic particles such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ) and silicon oxide (SiO 2 ) can be added to the separator 34.
  • Such inorganic particles can be supported in a separator, and can be coated on the separator surface together with a binder.
  • non-aqueous electrolyte one in which a lithium salt as an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent can be used.
  • cyclic carbonates As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates, linear carbonates, cyclic carboxylic esters and linear carboxylic esters can be used, and it is preferable to use two or more of these in combination.
  • cyclic carbonates include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and butylene carbonate (BC).
  • FEC fluoroethylene carbonate
  • chain carbonates include dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC) and methyl propyl carbonate (MPC).
  • cyclic carboxylic acid esters examples include ⁇ -butyrolactone ( ⁇ -BL) and ⁇ -valerolactone ( ⁇ -VL), and linear carboxylic acid esters such as methyl pivalate, ethyl pivalate, methyl isobutyrate and methyl pro Peonate is illustrated.
  • LiPF 6 LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) , LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC (C 2 F 5 SO 2) 3, LiAsF 6, LiClO 4, Li 2 B 10 Cl 10 and Li 2 B 12 Cl 12 and the like.
  • LiPF 6 is particularly preferable, and the concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 2.0 mol / L.
  • Other lithium salts such as LiBF 4 can also be mixed with LiPF 6 .
  • Example 1 (Production of sealing material)
  • the sealing body 20 shown in FIG. 2 was produced as follows.
  • the valve body 22 and the metal plate 26 were each formed into a predetermined shape by pressing a plate material made of metal.
  • Aluminum was used for the valve body 22 and the metal plate 26.
  • the thickness T1 of the metal plate 26 is 0.6 mm.
  • the insulating plate 24 was formed by punching a plate material made of polypropylene, which is a thermoplastic resin, into a ring shape, and was thermoformed so as to have the cross-sectional shape shown in FIG.
  • the thickness T2 of the insulating plate 24 was 0.4 mm.
  • the protrusion 22 b and the protrusion 22 c were formed on the central portion and the outer periphery of the valve body 22, respectively. At this stage, the projection 22 c protrudes in the vertical direction with respect to the flat portion of the valve body 22.
  • the height dimension H of the protrusion 22c from the bottom of the recess 22d was 0.8 mm.
  • the protrusion 22 c was formed of one annular protrusion.
  • the inclined region 23 was formed around the protrusion 22 b. The thinnest portion 23a at the outer peripheral portion of the inclined region 23 becomes a starting point of breakage when the internal pressure of the battery rises and the valve body 22 functions as a safety valve.
  • a thin region is formed at the center of the metal plate 26, and in the region, a thin portion 26b having an annular planar shape and a V-shaped cross section is formed.
  • the thin portion 26b functions as a current interrupting portion. Further, the vent holes 26 a were punched and formed in the metal plate 26.
  • the metal plate 26 manufactured as described above was fitted to the inner peripheral portion of the skirt portion 24 b of the insulating plate 24 so that the insulating plate 24 held the metal plate 26.
  • the insulating plate 24 holding the metal plate 26 is fitted on the inner peripheral portion of the projection 22c of the valve body 22, and the projection 22c is pressed in the inner circumferential direction to crimp the metal plate 26 with the projection 22c. did.
  • the projection 22b of the valve body 22 and the metal plate 26 were connected by laser welding.
  • the sealing body 20 was produced.
  • a lithium nickel composite oxide represented by LiNi 0.91 Co 0.06 Al 0.03 was used as a positive electrode active material. 100 parts by mass of the positive electrode active material, 1 part by mass of acetylene black (AB) as a conductive agent, and 1 part by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed. The mixture was kneaded in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion medium 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 an aluminum foil with a thickness of 13 ⁇ m and dried to form a positive electrode mixture layer.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the positive electrode current collector exposed portion in which the positive electrode mixture layer was not formed was provided on a part of the positive electrode current collector.
  • the positive electrode mixture layer was compressed by a roller so that the packing density was 3.6 g / cm 3 , and the compressed electrode plate was cut into a predetermined size.
  • the positive electrode lead 31 made of aluminum was connected to the positive electrode current collector exposed portion to fabricate the positive electrode plate 30.
  • a mixture of 93 parts by mass of graphite and 7 parts by mass of silicon oxide (SiO) was used as the negative electrode active material.
  • 100 parts by mass of a negative electrode active material, 1 part by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, and 1 part by mass of styrene butadiene rubber (SBR) as a binder were mixed.
  • the mixture was kneaded in water as a dispersion medium 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 having a thickness of 6 ⁇ m and dried to form a negative electrode mixture layer.
  • the negative electrode current collector exposed portion in which the negative electrode mixture layer was not formed was provided on a part of the negative electrode current collector.
  • the negative electrode mixture layer was compressed by a roller so that the packing density was 1.65 g / cm 3, and the compressed electrode plate was cut into a predetermined size.
  • the negative electrode lead 33 made of nickel was connected to the negative electrode current collector exposed portion to fabricate the negative electrode plate 32.
  • the positive electrode plate 30 and the negative electrode plate 32 were wound via the separator 34 to produce an electrode assembly 14.
  • the separator 34 a polyethylene microporous film having a heat-resistant layer containing a filler of polyamide and alumina (Al 2 O 3 ) formed on one side was used.
  • a non-aqueous solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC).
  • EC ethylene carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • the lower insulating plate 36 was disposed under the electrode body 14, and the electrode body 14 was inserted into the cylindrical outer can 12 with a bottom.
  • the negative electrode lead 33 was connected to the bottom of the outer can 12 by resistance welding.
  • the upper insulating plate 38 was disposed on the upper portion of the electrode body 14, and a U-shaped groove 13 was formed in the vicinity of the opening of the outer can 12 by plastic working in the circumferential direction.
  • the positive electrode lead 31 is connected to the metal plate 26, and the sealing body 20 is crimped and fixed to the groove portion 13 formed in the outer can 12 via the gasket 16, thereby forming a cylindrical shape having an outer diameter of 21 mm and a height of 70 mm.
  • a battery was made.
  • Example 2 A cylindrical battery according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the height dimension H of the projection 22 c in the valve body 22 was set to 0.6 mm.
  • Example 3 A cylindrical battery according to Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the height dimension H of the protrusion 22 c in the valve body 22 was 0.4 mm.
  • Example 4 A cylindrical battery according to Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the height dimension H of the protrusion 22 c in the valve body 22 was 0.2 mm.
  • Comparative example 1 A cylindrical battery according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the height dimension H of the projection 22 c in the valve body 22 was set to 1.2 mm. In this case, since the thickness T1 of the metal plate 26 is 0.6 mm and the thickness T2 of the insulating plate 24 is 0.4 mm in total, 1.0 mm in total, the metal plate 26 fixed to the valve body 22 via the insulating plate 24 The tip end 28 of the projection 22c is about 0.2 mm in a lower position than the second surface 27b.
  • Comparative example 2 A cylindrical battery according to Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the height dimension H of the projection 22 c in the valve body 22 was 1.0 mm.
  • the thickness T1 of the metal plate 26 is 0.6 mm and the thickness T2 of the insulating plate 24 is 0.4 mm in total, 1.0 mm in total, the metal plate 26 fixed to the valve body 22 via the insulating plate 24
  • the tip 28 of the projection 22 c is positioned at the same height (or flush) with the second surface 27 b. (Flat plate crushing test)
  • a flat plate crush test was performed on each of the ten batteries according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
  • the batteries after the test were disassembled, and the deformed state of the metal plate 26 of the sealing member 20 was confirmed.
  • the charged cylindrical battery was crushed with a 20 cm ⁇ 20 cm square stainless steel plate under a load of 20 kN and a speed of 30 mm / sec for 10 seconds to disassemble the battery after the test.
  • the crushing direction was pressurized from the direction of the body portion of the cylindrical battery (ie, the side surface of the outer can 12). The results are shown in Table 1 below.
  • the position of the tip 28 of the projection 22 c is set to a position not reaching the second surface 27 b of the metal plate 26, or a position corresponding to the first surface 27 a of the metal plate 26 or It can be said that it is more preferable to set the position not to reach.
  • cylindrical battery which concerns on this invention is not limited to embodiment mentioned above and its modification, A various change and improvement are possible.
  • a terminal cap 29 may be disposed on the valve body 22 and provided with a sealing body 20A of a type using the terminal cap 29 as an external terminal.
  • the terminal cap 29 is formed by bulging the central portion in a substantially cylindrical shape, and a vent (not shown) is provided.
  • the terminal cap 29 has its outer peripheral portion crimped and fixed to the upper end portion of the outer can 12 via the gasket 16. Also by the cylindrical battery 10A provided with the sealing body 20A having the terminal cap 29 as described above, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

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Abstract

本発明の一態様に係る円筒形電池（１０）は、電極体（１４）と、電解液と、電極体（１４）及び電解液を収容する有底円筒状の外装缶（１２）と、外装缶の開口部にガスケット（１６）を介してかしめ固定された封口体（２０）とを備える。封口体（２０）は、平面視で環状の突起部（２２ｃ）を有する弁体（２２）、突起部（２２ｃ）の内周部に嵌め合されるとともに外周部にスカート部（２４ｂ）を有する絶縁板（２４）、及び絶縁板（２４）のスカート部（２４ｂ）の内周部に固定されるとともに弁体（２２）の中央部に接続される金属板（２６）から構成される。突起部（２２ｃ）の先端位置が、封口体（２０）の厚み方向において、金属板（２６）の第２面（２７ｂ）に達しない位置に設定されている。

Description

円筒形電池
　本発明は、電流遮断機構を有する封口体を備えた円筒形電池に関する。
　特許文献１には、弁体、絶縁部材、及び金属体から構成される電流遮断機構を含む封口体を備えた円筒形電池が開示されている。この円筒形電池の封口体では、弁体に環状の突起部が形成され、絶縁部材の外周部にスカート部が形成されている。金属板は絶縁部材のスカート部の内周部に嵌め合されて固定され、この状態で絶縁部材の外周部が弁体の突起部の内周部にかしめ固定される。そして、弁体と金属板の中央部同士が例えばレーザー溶接などによって接続される。
国際公開第２０１６／１５７７４８号
　特許文献１に記載される封口体を備えた円筒形電池では、弁体に形成された突起部の先端が金属板の端面を越えて下方に位置している。そのため、外的衝撃時に封口体が半径方向に押圧される荷重を受けたとき、金属板は弁体の突起部によって全板厚に相当する外周部分で衝撃荷重を受けて、中央部が電池内方へ凸状に屈曲して変形することがある。このように変形した金属板が電池内部の電極体と接触すると、内部短絡が発生するおそれがある。
　本発明の目的は、弁体の突起部によって金属板が固定されている封口体を備えた円筒形電池において、封口体が半径方向の荷重を受けたときの金属板の変形を抑制して内部短絡を抑制することである。
　本発明に係る円筒形電池は、正極板と負極板がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、電極体及び電解液を収容する有底円筒状の外装缶と、外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定された封口体と、を備える円筒型電池である。封口体は、電池内方に突出する環状の突起部を有する弁体、突起部の内周部に嵌め合されるとともに外周部にスカート部を有する絶縁板、及び絶縁板のスカート部の内周部に固定されるとともに弁体の中央部に接続される金属板を有する。また、金属板は弁体側の第１面及びその反対側の第２面を有する。そして、突起部の先端位置が、封口体の厚み方向において金属板の第２面に達しない位置に設定されている。
　本発明に係る円筒形電池によれば、突起部の先端位置が、封口体の厚み方向において突起部内周部に絶縁板を介して固定された金属板の第２面に達しない位置に設定されている。これにより、封口体が半径方向の荷重を受けたときでも、弁体が受けた荷重が突起部を介して金属板に伝わりにくくなるため、金属板の屈曲変形が抑制される。その結果、電池の内部短絡を抑制することができる。
図１は本発明の一実施形態である円筒形電池の断面図である。 図２は一部拡大図を含む封口体の断面図である。 図３は端子キャップを含む封口体を備えた別実施形態の円筒形電池の断面図である。
　以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
　図１は、本発明の一実施形態である円筒形電池１０の断面図である。図２は、一部拡大図を含む封口体２０の断面図である。円筒形電池１０は、例えば、非水電解質二次電池である。
　図１に示すように、円筒形電池１０は、有底円筒状の外装缶１２の内部に電極体１４と図示しない電解液を収容して構成される。外装缶１２の開口部にガスケット１６を介して封口体２０がかしめ固定されている。これにより電池内部が密封される。
　封口体２０は、弁体２２、絶縁板２４、及び金属板２６から構成されている。封口体２０は、電流遮断機構を構成する。弁体２２と金属板２６は、それらの中心部同士が接続されており、それらの外周部の間に絶縁板２４が介在している。本実施形態では、弁体２２が電池外部に露出しており、外部端子（より詳しくは正極端子）として機能する。
　電流遮断機構は次のように作動する。金属板２６には通気孔２６ａが設けられており、絶縁板２４には通気孔２４ａが設けられている。そのため、電池内圧が上昇すると、弁体２２が通気孔２６ａ，２４ａを介して、その圧力を受ける。その結果、電池内圧の上昇に伴って、弁体２２が金属板２６との接続部２５を電池外方へ引っ張るように作用する。そして電池内圧が所定値に達すると金属板２６の弁体２２との接続部２５又は金属板２６に設けられた薄肉部２６ｂ（図２参照）が破断して、弁体２２と金属板２６との間の電流経路が遮断される。その後、電流遮断機構の作動後さらに電池内圧が上昇すると、弁体２２に設けられた傾斜領域２３の最薄肉部２３ａが起点となって弁体２２が破断して、電池内部のガスが排出される。
　弁体２２はアルミニウム又はアルミニウム合金の板材のプレス加工により作製することができる。アルミニウム及びアルミニウム合金は可撓性に優れているため弁体２２の材料として好ましい。弁体２２の電池内方側の面にその中心部と外周部にそれぞれ突出部２２ｂと突起部２２ｃが設けられている。中心部の突出部２２ｂは金属板２６との接続を容易にするとともに、弁体２２と金属板２６との間に絶縁板２４が介在するためのスペースを与えることができる。
　外周部の突起部２２ｃは、平面形状が環状となるように形成されている。突起部２２ｃは絶縁板２４を介して金属板２６を固定している。なお、突起部２２ｃは、周方向に連続した円環状に設けられてもよいし、あるいは、周方向に間隔を空けて断続的に設けられてもよい。
　弁体２２の電池内方側の面には、内周部から外周部へ半径方向に沿って厚みが連続的に減少する傾斜領域２３が形成されている。傾斜領域２３の外周部は、厚みが最も薄い最薄肉部２３ａとなっている。傾斜領域２３の下方には、断面三角状の空間が平面視で環状に形成され、この空間が絶縁板２４の通気孔２４ａ及び金属板２６の通気孔２６ａと連通している。
　絶縁板２４は絶縁性を確保することができ、電池特性に影響を与えない材料を用いることができる。絶縁板２４に用いられる材料としてはポリマー樹脂が好ましく、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂が例示される。
　図１及び図２に示すように、絶縁板２４を介して弁体２２の突起部２２ｃが金属板２６を固定できるように、絶縁板２４は外周部に電池内方へ伸びるスカート部２４ｂを有している。スカート部２４ｂの内周部に金属板２６が配置されるため、弁体２２の突起部２２ｃが絶縁板２４を介して金属板２６を固定することが可能となる。スカート部２４ｂの先端は、弁体２２の中央部側、すなわち、突出部２２ｂ側へ折り曲げられてもよい。これにより、金属板２６の外周に設けたフランジ部２６ｃにスカート部２４ｂの先端が係合した状態で組み付けられ、絶縁板２４に対する金属板２６の位置ズレを確実に防止することができる。
　封口体２０は、次のようにして組み立てられる。まず、封口体２０を構成する弁体２２、絶縁板２４、及び金属板２６を準備する。次に、絶縁板２４のスカート部２４ｂの内側に金属板２６を嵌め合わせ、続いて、弁体２２の突起部２２ｃの内側に絶縁板２４を嵌め合わせる。そして、弁体２２の突起部２２ｃが絶縁板２４を介して金属板２６を固定するように突起部２２ｃを中心側へプレスする。このとき、突起部２２ｃの内周側面が円筒形電池１０の軸方向（電極体１４の巻回軸方向）に対して所定角度（例えば２０°程度）内側へ傾斜するようにプレスして、金属板２６を固定するのが好ましい。なお、上記の部材を嵌め合わせる２つの手順は順序を入れ替えてもよい。
　弁体２２と金属板２６との接続は上記の手順を完了した後に行うことが好ましい。弁体２２と金属板２６が互いに固定された状態で接続することが可能になるため、接続強度のばらつきが低減される。なお、金属板２６には弁体２２と同様に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い。これにより弁体２２と金属板２６の接続が容易になる。接続方法としてはレーザー溶接を用いることが好ましい。
　図２に示すように、金属板２６は弁体２２側の第１面２７ａ及びその反対側の第２面２７ｂを有している。そして、弁体２２の突起部２２ｃの先端２８の位置が、封口体２０の厚み方向において金属板２６の第２面２７ｂに達しない位置に設定されている。封口体２０の厚み方向は円筒形電池１０の軸方向に一致する。換言すれば、弁体２２の凹部２２ｄの底面から突起部２２ｃの先端２８までの高さ寸法をＨ、金属板２６の厚みをＴ１、絶縁板２４の厚みをＴ２としたとき、上記高さ寸法Ｈは金属板２６の厚みＴ１と絶縁板２４の厚みＴ２との和よりも小さく設定されている。さらに換言すれば、図１に示す円筒形電池１０において封口体２０が配置されている側を「上」、電極体１４が配置されている側を「下」としたとき、弁体２２の突起部２２ｃの先端２８の位置は、金属板２６の第２面２７ｂより上方に位置している。なお、弁体２２には薄肉部２６ｂやフランジ部２６ｃのように厚みの薄い部分が存在するが、第１面２７ａ及び第２面２７ｂは弁体２２の最も厚みの厚い平板部分の表面から選択される。
　本実施形態では、突起部２２ｃの先端２８の位置が、封口体２０の厚み方向において金属板２６の第１面２７ａに達しない位置に設定されている例が示されている。すなわち、この場合には、突起部２２ｃの高さ寸法Ｈは、絶縁板２４の厚みＴ２（例えば、０．４ｍｍ）より小さく設定されている。ただし、これに限定されるものではなく、突起部２２ｃの先端２８の位置は、金属板２６の第１面２７ａに対応する位置（すなわちＨ＝Ｔ２）に設定されてもよい。あるいは、突起部２２ｃの先端２８の位置は、図２中のＡ部拡大図において一点鎖線で示すように、金属板２６の厚みＴ１（例えば、０．６ｍｍ）の範囲内に対応する位置（すなわちＴ２＜Ｈ＜（Ｔ１＋Ｔ２））に設定されてもよい。
　このように本実施形態の円筒形電池１０の封口体２０では、絶縁板２４を介して金属板２６を固定する弁体２２の突起部２２ｃの先端２８の位置が、封口体２０の厚み方向において金属板２６の第２面２７ｂの位置に達しない位置に設定されている。この構成によれば、外的衝撃時に封口体２０が半径方向の荷重を受けたとき、弁体２２が受けた荷重が突起部２２ｃを介して金属板２６に伝わりにくくなるため、金属板２６の屈曲変形が抑制される。その結果、変形した金属板２６が電極体１４に接触することに起因する内部短絡の発生を抑制することができる。
　次に、電極体１４について説明する。本実施形態では図１に示すように正極板３０と負極板３２をセパレータ３４を介して巻回して形成した電極体１４を用いている。
　正極板３０は、例えば次のようにして作製することができる。まず、正極活物質と結着剤を分散媒中で均一になるように混練して、正極合剤スラリーを作製する。結着剤にはポリフッ化ビニリデンを分散媒にはＮ－メチルピロリドンを用いることが好ましい。正極合剤スラリーには黒鉛やカーボンブラックなどの導電剤を添加することが好ましい。この正極合剤スラリーを正極集電体上に塗布、乾燥して正極合剤層が形成される。その際、正極集電体の一部に正極合剤層が形成されていない正極集電体露出部が設けられる。次に、正極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断する。最後に、正極集電体露出部に正極リード３１を接続して正極板３０が得られる。
　正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵、放出することができるリチウム遷移金属複合酸化物を用いることができる。リチウム遷移金属複合酸化物としては、一般式ＬｉＭＯ２（ＭはＣｏ、Ｎｉ、及びＭｎの少なくとも１つ）、ＬｉＭｎ２Ｏ４及びＬｉＦｅＰＯ４が挙げられる。これらは、１種単独で又は２種以上を混合して用いることができ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、及びＺｒからなる群から選ばれる少なくとも１つを添加して、又は遷移金属元素と置換して用いることもできる。
　負極板３２は、例えば次のようにして作製することができる。まず、負極活物質と結着剤を分散媒中で均一になるように混練して、負極合剤スラリーを作製する。結着剤にはスチレンブタジエン（ＳＢＲ）共重合体を、分散媒には水を用いることが好ましい。負極合剤スラリーにはカルボキシメチルセルロースなどの増粘剤を添加することが好ましい。この負極合剤スラリーを負極集電体上に塗布、乾燥して負極合剤層が形成される。その際、負極集電体の一部に負極合剤層が形成されていない負極集電体露出部が設けられる。次に、負極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断する。最後に、負極集電体露出部に負極リード３３を接続して負極板３２が得られる。
　負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵、放出することができる炭素材料や金属材料を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛及び人造黒鉛などの黒鉛が例示される。金属材料としては、ケイ素及びスズ並びにこれらの酸化物が挙げられる。炭素材料及び金属材料は単独で、又は２種以上を混合して用いることができる。
　セパレータ３４として、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）のようなポリオレフィンを主成分とする微多孔膜を用いることができる。微多孔膜は１層単独で又は２層以上を積層して用いることができる。２層以上の積層セパレータにおいては、融点が低いポリエチレン（ＰＥ）を主成分とする層を中間層に、耐酸化性に優れたポリプロピレン（ＰＰ）を表面層とすることが好ましい。さらに、セパレータ３４には酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のような無機粒子を添加することができる。このような無機粒子はセパレータ中に担持させることができ、セパレータ表面に結着剤とともに塗布することもできる。
　非水電解液として、非水溶媒中に電解質塩としてのリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。
　非水溶媒として、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状カルボン酸エステルを用いることができ、これらは２種以上を混合して用いることが好ましい。環状炭酸エステルとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）及びブチレンカーボネート（ＢＣ）が例示される。また、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）のように、水素の一部をフッ素で置換した環状炭酸エステルを用いることもできる。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）及びメチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）などが例示される。環状カルボン酸エステルとしてはγ－ブチロラクトン（γ－ＢＬ）及びγ－バレロラクトン（γ－ＶＬ）が例示され、鎖状カルボン酸エステルとしてはピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、メチルイソブチレート及びメチルプロピオネートが例示される。
　リチウム塩として、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０及びＬｉ２Ｂ１２Ｃｌ１２が例示される。これらの中でもＬｉＰＦ６が特に好ましく、非水電解液中の濃度は０．５～２．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。ＬｉＰＦ６にＬｉＢＦ４など他のリチウム塩を混合することもできる。
　以下、本実施形態に係る円筒形電池１０の実施例について詳細に説明する。
（実施例１）
（封口体の作製）
　図２に示した封口体２０を次のように作製した。弁体２２及び金属板２６はそれぞれ金属製の板材をプレス加工により所定の形状に成型した。弁体２２及び金属板２６には、アルミニウムを用いた。金属板２６の厚みＴ１は、０．６ｍｍとした。絶縁板２４は、熱可塑性樹脂であるポリプロピレン製の板材を環状に打ち抜いた後、図２に示す断面形状となるように熱成型するとともに通気孔２４ａを形成した。絶縁板２４の厚みＴ２は０．４ｍｍとした。
　弁体２２の中央部と外周部にはそれぞれ突出部２２ｂと突起部２２ｃを形成した。この段階では突起部２２ｃは弁体２２の平面部に対して垂直方向に突出している。凹部２２ｄの底面からの突起部２２ｃの高さ寸法Ｈは０．８ｍｍに形成した。突起部２２ｃは、１つの円環状の突起から構成した。また、突出部２２ｂの周囲に傾斜領域２３を形成した。この傾斜領域２３の外周部の最薄肉部２３ａが、電池内圧が上昇して弁体２２が安全弁として機能する際に破断の起点となる。
　金属板２６の中心部には厚みの薄い領域を形成し、その領域内に平面形状が環状で、断面形状がＶ字状の薄肉部２６ｂを形成した。この薄肉部２６ｂは電流遮断部として機能する。また、金属板２６には通気孔２６ａを打ち抜き形成した。
　上記のように作製した金属板２６を、絶縁板２４が金属板２６を保持するように絶縁板２４のスカート部２４ｂの内周部に嵌め合わせた。次に、弁体２２の突起部２２ｃの内周部に金属板２６を保持した絶縁板２４を嵌め合わせ、突起部２２ｃを内周方向にプレスすることにより突起部２２ｃで金属板２６をかしめ固定した。かしめ固定後に弁体２２の突出部２２ｂと金属板２６をレーザー溶接により接続した。このようにして封口体２０を作製した。
（正極板の作製）
　正極活物質としてＬｉＮｉ０．９１Ｃｏ０．０６Ａｌ０．０３で表されるリチウムニッケル複合酸化物を用いた。１００質量部の正極活物質と、１質量部の導電剤としてのアセチレンブラック（ＡＢ）と、１質量部の結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を混合した。この混合物を分散媒としてのＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）中で混練して正極合剤スラリーを調製した。この正極合剤スラリーを厚み１３μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し乾燥して正極合剤層を形成した。その際、正極集電体の一部に正極合剤層が形成されていない正極集電体露出部を設けた。次に、正極合剤層を充填密度が３．６ｇ／ｃｍ３になるようにローラーで圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断した。最後に、正極集電体露出部にアルミニウム製の正極リード３１を接続して正極板３０を作製した。
（負極板の作製）
　負極活物質として９３質量部の黒鉛と７質量部の酸化ケイ素（ＳｉＯ）の混合物を用いた。１００質量部の負極活物質と、１質量部の増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、１質量部の結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を混合した。その混合物を分散媒としての水中で混練して負極合剤スラリーを調製した。この負極合剤スラリーを厚み６μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し乾燥して負極合剤層を形成した。その際、負極集電体の一部に負極合剤層が形成されていない負極集電体露出部を設けた。次に、負極合剤層を充填密度が１．６５ｇ／ｃｍ３となるようにローラーで圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断した。最後に、負極集電体露出部にニッケル製の負極リード３３を接続して負極板３２を作製した。
（電極体の作製）
　正極板３０と負極板３２を、セパレータ３４を介して巻回することにより電極体１４を作製した。セパレータ３４には、片面にポリアミドとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のフィラーを含む耐熱層が形成されたポリエチレン製の微多孔膜を用いた。
（非水電解液の調製）
　エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、及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。この非水溶媒に電解質塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように溶解して非水電解液を調製した。
（円筒形電池の組立）
　図１に示すように、電極体１４の下部に下部絶縁板３６を配置し、電極体１４を有底円筒状の外装缶１２へ挿入した。負極リード３３は外装缶１２の底部に抵抗溶接により接続した。次に、電極体１４の上部に上部絶縁板３８を配置し、外装缶１２の開口部の近傍にＵ字状の溝部１３を円周方向に塑性加工によって形成した。そして、正極リード３１を金属板２６に接続し、外装缶１２に形成された溝部１３にガスケット１６を介して封口体２０をかしめ固定することにより、外径が２１ｍｍ、高さが７０ｍｍの円筒形電池を作製した。
（実施例２）
　弁体２２における突起部２２ｃの高さ寸法Ｈを０．６ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様に実施例２に係る円筒形電池を作製した。
（実施例３）
　弁体２２における突起部２２ｃの高さ寸法Ｈを０．４ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様に実施例３に係る円筒形電池を作製した。
（実施例４）
　弁体２２における突起部２２ｃの高さ寸法Ｈを０．２ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様に実施例４に係る円筒形電池を作製した。
（比較例１）
　弁体２２における突起部２２ｃの高さ寸法Ｈを１．２ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様に比較例１に係る円筒形電池を作製した。この場合、金属板２６の厚みＴ１が０．６ｍｍ、絶縁板２４の厚みＴ２が０．４ｍｍ、合計１．０ｍｍであるため、弁体２２に絶縁板２４を介して固定された金属板２６の第２面２７ｂよりも下方に突起部２２ｃの先端２８が約０．２ｍｍ程度飛び出した状態になった。
（比較例２）
　弁体２２における突起部２２ｃの高さ寸法Ｈを１．０ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様に比較例２に係る円筒形電池を作製した。この場合、金属板２６の厚みＴ１が０．６ｍｍ、絶縁板２４の厚みＴ２が０．４ｍｍ、合計１．０ｍｍであるため、弁体２２に絶縁板２４を介して固定された金属板２６の第２面２７ｂと同じ高さ（または面一）に突起部２２ｃの先端２８が位置した状態になった。
（平板圧壊試験）
　実施例１～４及び比較例１～２に係る各電池１０個ずつについて平板圧壊試験を行い、試験後の電池を分解して封口体２０の金属板２６の変形状態を確認した。具体的には、まず、２５℃の環境下で、０．３Ｉｔ（＝１０５０ｍＡ）の定電流で電池電圧が４．２Ｖになるまで円筒形電池を充電した。その充電した円筒形電池を２０ｃｍ×２０ｃｍの正方形のステンレス板で、荷重２０ｋＮ、スピード３０ｍｍ／秒の条件で１０秒圧壊して、試験後の電池の分解を行った。また、圧壊方向は円筒形電池の胴体部分（すなわち外装缶１２の側面）の方向から加圧した。その結果を下記の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　表１に示すように、実施例１～４及び比較例１～２の試験結果から、突起部２２ｃの高さ寸法Ｈが低くなればなるほど圧壊試験後の金属板２６の変形が発生しにくく電極体１４と接触するリスクが小さくなっていることが分かる。特に、突起部２２ｃの高さ寸法Ｈが０．８ｍｍ以下となり、弁体２２の突起部２２ｃの先端２８が金属板２６の第２面２７ｂよりも上方に位置するように設定した場合に、金属板２６の変形による電極体１４との接触発生率が大きく減っていた。これは、突起部２２ｃの高さ寸法Ｈを短くすることで、圧壊時における突起部２２ｃによる金属板２６の変形挙動を安定化できることで、電極体１４との接触リスクを抑制できるためと考えられる。これらの結果から、突起部２２ｃの先端２８の位置は、金属板２６の第２面２７ｂに達しない位置に設定されるのが好ましく、金属板２６の第１面２７ａに対応する位置か又はそれに達しない位置に設定されていることがより好ましいといえる。
　なお、本発明に係る円筒形電池は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。
　例えば、上記においては弁体２２が円筒形電池１０の外部に露出して外部端子として機能する場合について説明したが、これに限定されない。図３に示す円筒形電池１０Ａのように、弁体２２上に端子キャップ２９を配置して、この端子キャップ２９を外部端子として用いるタイプの封口体２０Ａを備えてもよい。この場合、端子キャップ２９は中央部が略円柱状に膨出して形成され、図示しない通気孔が設けられている。また、端子キャップ２９は、外周部がガスケット１６を介して外装缶１２の上端部にかしめ固定されている。このように端子キャップ２９を有する封口体２０Ａを備えた円筒形電池１０Ａによっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
　１０，１０Ａ　円筒形電池、１２　外装缶、１３　溝部、１４　電極体、１６　ガスケット、２０，２０Ａ　封口体、２２　弁体、２２ｂ　突出部、２２ｃ　突起部、２２ｄ　凹部、２３　傾斜領域、２３ａ　最薄肉部、２４　絶縁板、２４ａ，２６ａ　通気孔、２４ｂ　スカート部、２５　接続部、２６　金属板、２６ｂ　薄肉部、２６ｃ　フランジ部、２７ａ　第１面、２７ｂ　第２面、２８　先端、２９　端子キャップ、３０　正極板、３１　正極リード、３２　負極板、３３　負極リード、３４　セパレータ、３６　下部絶縁板、３８　上部絶縁板。
 

Claims (4)

  1. 　正極板と負極板がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、前記電極体及び電解液を収容する有底円筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定された封口体と、を備える円筒型電池であって、
    　前記封口体は、電池内方に突出する環状の突起部を有する弁体、前記突起部の内周部に嵌め合されるとともに外周部にスカート部を有する絶縁板、及び前記絶縁板のスカート部の内周部に固定されるとともに前記弁体の中央部に接続される金属板から構成され、
    　前記金属板は前記弁体側の第１面及びその反対側の第２面を有し、前記突起部の先端位置が、前記封口体の厚み方向において前記金属板の第２面に達しない位置に設定されている、
    　円筒形電池。
  2. 　前記突起部の先端位置が、前記封口体の厚み方向において前記金属板の第１面に対応する位置か又はそれに達しない位置に設定されている、請求項１に記載の円筒形電池。
  3. 　前記弁体が電池外部に露出している、請求項１または２に記載の円筒形電池。
  4. 　前記封口体が前記弁体上に配置された端子キャップを有する、請求項１または２に記載の円筒形電池。
     
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021200737A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 封口体および電池
WO2023063009A1 (ja) * 2021-10-11 2023-04-20 株式会社村田製作所 二次電池

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11757153B2 (en) * 2017-07-31 2023-09-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Cylindrical battery

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014097586A1 (ja) * 2012-12-19 2014-06-26 三洋電機株式会社 円筒形二次電池及びその製造方法
WO2016157748A1 (ja) * 2015-03-27 2016-10-06 三洋電機株式会社 円筒形電池及びその製造方法
WO2018179721A1 (ja) * 2017-03-27 2018-10-04 パナソニック株式会社 二次電池用絶縁板およびそれを備える二次電池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW511311B (en) * 1999-04-12 2002-11-21 Toyo Kohan Co Ltd Safety device of sealed battery
US9472795B2 (en) * 2011-12-28 2016-10-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Cylindrical lithium-ion cell
KR102704695B1 (ko) * 2016-11-22 2024-09-10 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
US11757153B2 (en) * 2017-07-31 2023-09-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Cylindrical battery
WO2019026525A1 (ja) * 2017-07-31 2019-02-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 円筒形電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014097586A1 (ja) * 2012-12-19 2014-06-26 三洋電機株式会社 円筒形二次電池及びその製造方法
WO2016157748A1 (ja) * 2015-03-27 2016-10-06 三洋電機株式会社 円筒形電池及びその製造方法
WO2018179721A1 (ja) * 2017-03-27 2018-10-04 パナソニック株式会社 二次電池用絶縁板およびそれを備える二次電池

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021200737A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 封口体および電池
CN115088117A (zh) * 2020-03-31 2022-09-20 松下知识产权经营株式会社 封口体以及电池
CN115088117B (zh) * 2020-03-31 2024-08-27 松下知识产权经营株式会社 封口体以及电池
WO2023063009A1 (ja) * 2021-10-11 2023-04-20 株式会社村田製作所 二次電池

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