WO2020137716A1 - 円筒形電池 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a cylindrical battery.
- Patent Document 1 discloses a cylindrical sealed battery.
- This cylindrical sealed battery consists of a bottomed cylindrical outer can, a cylindrical wound electrode body and an electrolyte housed in the outer can, and caulkingly fixed to the opening of the outer can via an insulating gasket. And a sealing body for sealing.
- the sealing body when the sealing body is fixed to the opening of the outer can by caulking, the sealing body is caused by a moment acting on the outer peripheral edge of the sealing body and a pressing force inward in the radial direction.
- the central part of the battery may warp downwardly, which is the inner side of the battery, or conversely, may warp upwardly. If the sealing body warps downward, it does not matter, but if the sealing body warps upwards and the center point becomes the highest point with the battery standing, multiple cylindrical sealed batteries should be used. When assembled as a module, it may interfere with the external lead for taking out the output current from the cylindrical sealed battery, and the sealing body may be damaged.
- An object of the present disclosure is to provide a cylindrical battery configured such that a central region of a sealing plate fixed by crimping to an opening of an outer can has a shape that is surely curved inward of the battery.
- the cylindrical battery of the present disclosure includes an electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound with a separator interposed therebetween, an electrolytic solution, a bottomed cylindrical outer can for containing the electrode body and the electrolytic solution, and an outer can.
- the sealing plate has a circular shape in a plan view, and has a shape in which the central region is recessed inward of the battery, and the outer peripheral edge portion of the sealing plate which is caulked and fixed to the outer can is in the plate thickness direction. It is divided into a first part and a second part.
- the central region of the sealing plate that is crimped and fixed to the opening of the outer can can surely have a shape curved inward of the battery. Therefore, it is possible to prevent the sealing plate from being damaged by interfering with the external lead for taking out the output current from the cylindrical battery when the battery module is assembled.
- FIG. 1 is a sectional view taken along the axial direction of a cylindrical battery according to an embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the sealing body.
- FIG. 3A is a radial half cross-sectional view showing the sealing body before caulking and its vicinity
- FIG. 3B is a radial half cross-section showing the sealing body and its vicinity when caulking and fixing. It is a figure.
- 4A to 4C are enlarged cross-sectional views showing a modified example of the outer peripheral edge portion of the sealing plate.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical battery 10 that is an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the sealing body 20.
- the cylindrical battery 10 is, for example, a non-aqueous electrolyte secondary battery.
- the axial centerline O is indicated by a one-dot chain line.
- the sealing body side is referred to as “upper” and the bottom side of the outer can is referred to as “lower”.
- the cylindrical battery 10 has a bottomed cylindrical outer can 12, an electrode body 14 and an electrolytic solution (not shown) housed inside the outer can 12, and an opening of the outer can 12. And a sealing body 20 that is caulked and fixed via an insulating gasket 16.
- the outer can 12 is formed, for example, by deep-drawing a plate material made of steel containing iron as a main component.
- a grooved portion 13 is formed on the upper end portion 12a where the opening of the outer can 12 is formed.
- the grooved portion 13 has an annular shape in a plan view and is formed so as to protrude inward in the radial direction of the outer can 12 in, for example, a substantially U shape.
- the grooved portion 13 is a portion on which the outer peripheral edge portion of the sealing body 20 is placed when being caulked and fixed to the outer can 12.
- a cylindrical electrode body 14 in which a positive electrode plate 30 and a negative electrode plate 32 are wound with a separator 34 in between is housed together with an electrolyte.
- a lower insulating member 36 is interposed between the electrode body 14 and the bottom portion 12b of the outer can 12.
- a negative electrode lead 33 is connected to the negative electrode plate 32 forming the electrode body 14.
- the lower insulating member 36 can be made of a material that can ensure the insulation and does not affect the battery characteristics.
- a polymer resin is preferable as a material used for the lower insulating member 36, and examples thereof include polypropylene (PP) resin and polybutylene terephthalate (PBT) resin.
- the negative electrode lead 33 is connected to the negative electrode plate 32 at the outermost peripheral position of the electrode body 14.
- the negative electrode lead 33 extends from the electrode body 14 and is bent inward in the radial direction, and is connected to the bottom portion 12b of the outer can 12 below the lower insulating member 36.
- the outer can 12 functions as a negative electrode terminal.
- the electrode body 14 is housed below the grooved portion 13 in the outer can 12.
- An upper insulating member 38 is arranged on the electrode body 14 so that the axially upper end surface of the electrode body 14 does not come into contact with the sealing body 20 and the grooved portion 13 of the outer can 12.
- the upper insulating member 38 can be made of a material that can ensure insulation and that does not affect the battery characteristics.
- a polymer resin is preferable as a material used for the upper insulating member 38, and examples thereof include polypropylene (PP) resin and polybutylene terephthalate (PBT) resin.
- the sealing body 20 is caulked and fixed to the upper end 12 a of the outer can 12 via a gasket 16. As a result, the inside of the cylindrical battery 10 is sealed and the sealing body 20 is electrically insulated from the outer can 12.
- the sealing body 20 is composed of a sealing plate 22, an insulating plate 24, and a terminal plate 26.
- the sealing body 20 has a current interruption mechanism.
- the sealing plate 22 has a circular shape in a plan view and functions as a valve body.
- the insulating plate 24 is arranged in contact with the surface of the sealing plate 22 on the inner side of the battery.
- the insulating plate 24 is formed in an annular shape in a plan view and has an opening 24a in the center.
- the terminal plate 26 has a circular outer shape in a plan view, and is arranged to face the sealing plate 22 with the insulating plate 24 interposed therebetween.
- the sealing plate 22 and the terminal plate 26 are connected to each other at their center portions, for example, by laser welding or the like through the opening 24a of the insulating plate 24.
- the terminal plate 26 is connected to the other end of a positive electrode lead 31, one end of which is connected to the positive electrode plate 30 that constitutes the electrode body 14.
- the positive electrode lead 31 extends from the electrode body 14 through the upper insulating member 38 and is connected to the terminal plate 26 of the sealing body 20 by, for example, laser welding.
- the positive electrode plate 30 of the electrode body 14 is electrically connected to the sealing plate 22 via the positive electrode lead 31 and the terminal plate 26, and the battery is provided at the upper end surface of the cylindrical battery 10.
- the sealing plate 22 exposed to the outside functions as a positive electrode terminal.
- the current cutoff mechanism operates as follows.
- the terminal plate 26 is provided with a vent hole 26a, and the insulating plate 24 is provided with a vent hole 24b. Therefore, when the battery internal pressure rises, the sealing plate 22 receives the pressure via the ventilation hole 26a of the terminal plate 26 and the ventilation hole 24b of the insulating plate 24. As a result, as the internal pressure of the battery rises, the sealing plate 22 acts to pull the connecting portion with the terminal plate 26 outward of the battery.
- the connection part of the terminal plate 26 with the sealing plate 22 or the groove 26b provided in the terminal plate 26 is broken, and the current path between the sealing plate 22 and the terminal plate 26 is cut off. To be done.
- the sealing plate 22 functions as a valve body that opens at a predetermined operating pressure to release the battery internal pressure.
- the sealing plate 22 can be manufactured by pressing a plate material of aluminum or aluminum alloy.
- Aluminum and aluminum alloys are preferable as the material of the sealing plate 22 because they have excellent flexibility.
- the sealing plate 22 has a circular shape in plan view. As shown in FIG. 2, in the central region 22a of the sealing plate 22, the outer surface (or the upper surface) of the battery is formed as a flat surface. On the surface (or lower surface) on the inner side of the battery in the central region 22a of the sealing plate 22, for example, a flat truncated cone-shaped protruding portion 25 is formed.
- the protrusion height of the protrusion 25 is set to be substantially the same as the plate thickness of the insulating plate 24.
- the sealing plate 22 integrally has an inclined region 22b on the outer peripheral side of the central region 22a.
- the surface on the outer side of the battery is formed as an inclined surface that rises radially outward.
- the surface of the sealing plate 22 on the outer side of the battery has a shape in which the central region 22a is recessed toward the inner side of the battery due to the inclined region 22b.
- a space 23 having a substantially triangular cross section is formed on the inner side of the battery in the inclined region 22b.
- the inclined region 22b is a thin-walled portion in which the plate thickness gradually becomes smaller toward the radially outer side. Since the inclined region is formed as a thin portion in this way, when the battery internal pressure rises and the pressure acts on the inclined region 22b of the sealing plate 22 from the inside of the battery, the thinnest portion of the inclined region 22b. It is set to break at (that is, at a position corresponding to the apex of the triangular space 23).
- the sealing plate 22 is formed as a thin portion in which the plate thickness of the sealing plate 22 is gradually reduced radially outward, but the present invention is not limited to this, and the inclined region is not limited to this. 22b may be formed as a thin portion in which the plate thickness gradually increases toward the radially outer side.
- annular projection 22c is formed in plan view.
- the protrusion 22c is located radially outside of the inclined region 22b on the outer surface of the battery.
- the tip of the protrusion 22c is formed so as to be inclined inward in the radial direction, and the insulating plate 24 is fitted and held inside the protrusion 22c.
- the outer peripheral edge portion 27 of the sealing plate 22 to be caulked and fixed to the outer can 12 is divided into a first portion 27a and a second portion 27b in the plate thickness direction. Before the sealing plate 22 is caulked and fixed, a space is provided between the first portion 27a and the second portion 27b. More specifically, the first portion 27a and the second portion 27b are divided into two from the branch start position 28 within the plate thickness of the sealing plate 22.
- the first portion 27a has a shape that is bent obliquely upward from the branch start position 28 in the radial direction and then bent in the radial direction.
- the second portion 27b has a shape that is bent obliquely downward with respect to the radial direction from the branch start position 28 and then bent along the radial direction.
- the first portion 27a and the second portion 27b are opposed to each other in the plate thickness direction of the sealing plate 22, and a notch 29 opening outward in the radial direction is formed between them.
- the shape of the outer peripheral edge portion 27 of the sealing body 22 can be formed stepwise by performing press working a plurality of times, for example.
- the branch start position 28 of the first portion 27a and the second portion 27b is preferably located radially outside the opening peripheral edge 12c of the outer can 12 when the outer can 12 is fixed by crimping.
- first portion 27a and the second portion 27b have a symmetrical shape with respect to the radial line C passing through the branch start position 28 between them. With such a shape, a pressing force can be generated along the direction radially inward with respect to the sealing plate 22 when crushed at the time of caulking fixation.
- the present invention is not limited to this, and the first portion 27a and the second portion 27b may have an asymmetrical shape with respect to the radial line C passing through the branch start position 28 between them.
- the insulating plate 24 can be made of a material that can ensure insulation and that does not affect the battery characteristics.
- a polymer resin is preferable as the material used for the insulating plate 24, and examples thereof include polypropylene (PP) resin and polybutylene terephthalate (PBT) resin.
- the insulating plate 24 has a skirt portion 24c that extends inward of the battery on the outer periphery thereof.
- the terminal plate 26 is fitted and held on the inner peripheral portion of the skirt portion 24c.
- the outer peripheral edge portion of the terminal plate 26 is assembled in a state of being engaged with the skirt portion 24c, and the positional displacement of the terminal plate 26 with respect to the insulating plate 24 can be reliably prevented.
- the terminal plate 26 has a circular shape with a diameter smaller than that of the insulating plate 24 in plan view, and the central portion is formed to be a thin portion.
- the terminal plate 26 is preferably formed of aluminum or an aluminum alloy. This facilitates connection between the central portions of the sealing plate 22 and the terminal plate 26. Laser welding is preferably used as the connecting method.
- a vent hole 26a is formed through the outer peripheral portion of the terminal plate 26.
- the sealing body 20 is assembled as follows. First, the sealing plate 22, the insulating plate 24, and the terminal plate 26 that form the sealing body 20 are prepared. Next, the terminal plate 26 is fitted inside the skirt portion 24c of the insulating plate 24, and then the insulating plate 24 is fitted inside the protrusion 22c of the sealing plate 22. The two procedures for fitting the above members may be interchanged in order.
- sealing plate 22 and the terminal plate 26 it is preferable to connect the sealing plate 22 and the terminal plate 26 after completing the above procedure. Since the sealing plate 22 and the terminal plate 26 can be connected to each other while being positioned and held to each other, variations in connection strength are reduced.
- the electrode body 14 is used in which a positive electrode plate 30 and a negative electrode plate 32 are wound around a separator 34 to form a cylindrical shape.
- the positive electrode plate 30 can be manufactured, for example, as follows. First, the positive electrode active material and the binder are kneaded so as to be uniform in the 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 the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer. At that time, a positive electrode current collector exposed portion where the positive electrode mixture layer is not formed is provided in a part of the positive electrode current collector. Next, the positive electrode mixture layer is compressed to a predetermined thickness with a roller, and the compressed electrode plate is cut into a predetermined size. Finally, the positive electrode lead 31 is connected to the exposed portion of the positive electrode current collector to obtain the positive electrode plate 30.
- a lithium transition metal composite oxide capable of inserting and extracting lithium ions can be used.
- the lithium-transition metal composite oxide include general formulas LiMO 2 (M is at least one of Co, Ni, and Mn), LiMn 2 O 4 and LiFePO 4 . These may be used alone or in combination of two or more, and at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Mg, and Zr may be added 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 kneaded so as to be uniform in the 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, the negative electrode current collector exposed portion where the negative electrode mixture layer is not formed is provided in a part of the negative electrode current collector. Next, the negative electrode mixture layer is compressed with a roller to a predetermined thickness, and the compressed electrode plate is cut into a predetermined size. Finally, the negative electrode lead 33 is connected to the exposed portion of the negative electrode current collector to obtain the negative electrode plate 32.
- SBR styrene-buta
- 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.
- the metal material include silicon and tin and oxides thereof. The carbon material and the metal material may 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 as a laminate of two or more layers.
- a layer containing polyethylene (PE) having a low melting point as a main component it is preferable to use a layer containing polyethylene (PE) having a low melting point as a main component as an intermediate layer and polypropylene (PP) having excellent 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 the separator, and can also be applied to the separator surface together with the binder.
- non-aqueous electrolytic solution a solution in which a lithium salt as an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent can be used.
- cyclic carbonic acid ester As the non-aqueous solvent, cyclic carbonic acid ester, chain carbonic acid ester, cyclic carboxylic acid ester and chain carboxylic acid ester can be used, and it is preferable to use a mixture of two or more thereof.
- the cyclic carbonic acid ester include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and butylene carbonate (BC).
- a cyclic carbonic acid ester in which a part of hydrogen is replaced with fluorine, such as fluoroethylene carbonate (FEC) can be used.
- chain carbonic acid ester include dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC) and methylpropyl carbonate (MPC).
- Examples of the cyclic carboxylic acid ester include ⁇ -butyrolactone ( ⁇ -BL) and ⁇ -valerolactone ( ⁇ -VL), and examples of the chain carboxylic acid ester include methyl pivalate, ethyl pivalate, methyl isobutyrate and methyl protolate. Peonate is exemplified.
- LiPF 6 As a lithium salt, 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 electrolytic solution is preferably 0.5 to 2.0 mol/L.
- Other lithium salts such as LiBF 4 can be mixed with LiPF 6 .
- FIG. 3A is a radial half view showing the sealing body 20 and its vicinity before caulking
- FIG. 3B is a radial half showing the sealing body 20 and its vicinity when caulking and fixing.
- the sealing body 20 When the sealing body 20 is caulked and fixed to the outer can 12, as shown in FIG. 3A, the outer peripheral edge 27 of the sealing plate 22 is placed on the grooved portion 13 of the outer can 12 via the gasket 16. To be done. In this state, as shown in FIG. 3B, a mold (not shown) is used to press the upper end portion 12a of the outer can 12 inward in the radial direction to fix the sealing body 20 by caulking.
- the pressing force F that becomes the largest at the position corresponding to the peripheral edge 12c of the opening of the outer can 12 acts on the outer peripheral edge 27 of the sealing plate 22.
- the first portion 27a and the second portion 27b which were formed by branching into two before crimping, were crushed into a close and integrated state, and at this time, the outer peripheral edge of the sealing plate 22 was crushed.
- a pressing force G that acts inward in the radial direction acts on the portion 27.
- the sealing plate 22 has a shape in which the central region 22a on the outer surface of the battery is recessed toward the inner side of the battery due to the inclined region 22b.
- the sealing body 22 can be surely assembled in a shape in which the central region 22a is concavely warped downward (direction of arrow A). Become.
- the sealing plate 22 and the sealing body 20 including the same spring back to the position shown by the chain double-dashed line in FIG.
- the shapes of the first portion 27a and the second portion 27b of the outer peripheral edge portion 27 of the sealing plate 22, the dimensions of the cut portion 29, and the like may be set so that the closed position is the desired position.
- the sealing plate 22 has a circular shape in a plan view, and the central region 22a has a shape recessed inward of the battery.
- An outer peripheral edge portion 27 of the plate 22, which is caulked and fixed to the outer can 12, is divided into a first portion 27a and a second portion 27b in the plate thickness direction.
- a space is provided between the first portion 27a and the second portion 27b.
- the first portion 27a and the second portion 27b formed on the outer peripheral edge portion 27 of the sealing body 22 are formed so as to be divided into a Y shape outward in the radial direction.
- the notch 29 has a V shape or a U shape without the first portion 27a and the second portion 27b expanding in the plate thickness direction. It may be formed.
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Abstract
本開示は、外装缶の開口部にカシメ固定された封口板の中央部分が電池内方側に反った形状となるように構成した円筒形電池を提供することを目的とする。本開示の一実施形態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カシメ固定される封口板（２２）とを備える。封口板（２２）は、平面視で円形状をなし、その中央領域（２２ａ）が電池内方側に凹んだ形状を有しており、封口板（２２）において外装缶にカシメ固定される外周端縁部（２７）が、板厚方向に第１部分（２７ａ）と第２部分（２７ｂ）とに分かれている。
Description
本開示は、円筒形電池に関する。
例えば、特許文献１には円筒形密閉電池が開示されている。この円筒形密閉電池は、有底円筒状の外装缶と、外装缶内に収納された円筒状巻回電極体および電解質と、外装缶の開口部に絶縁ガスケットを介してカシメ固定されて電池内部を密閉する封口体とを備える。
上記特許文献１に記載される円筒形密閉電池において、外装缶の開口部に封口体をカシメ固定するとき、封口体の外周端縁部に作用するモーメントや径方向内側への押圧力によって封口体の中央部分が電池内方側である下側に凹状に反ったり、その反対に上側に凸状に反ったりすることがある。封口体が下側に反った場合には問題にならないが、封口体が上側に反ることで中央部分が電池を立てた状態での最高点となった場合、複数の円筒形密閉電池を電池モジュールとして組み立てる際に円筒形密閉電池から出力電流を取り出すための外部リードと干渉し、封口体が破損するおそれがある。
本開示の目的は、外装缶の開口部にカシメ固定された封口板の中央領域が確実に電池内方側に反った形状となるように構成した円筒形電池を提供することにある。
本開示の円筒形電池は、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カシメ固定される封口板と、を備える。封口板は、平面視で円形状をなし、その中央領域が電池内方側に凹んだ形状を有しており、封口板において外装缶にカシメ固定される外周端縁部が、板厚方向に第１部分と第２部分とに分かれている。
本開示に係る円筒形電池によれば、外装缶の開口部にカシメ固定された封口板の中央領域を確実に電池内方側に反った形状にすることができる。したがって、電池モジュールとして組み立てる際に円筒形電池から出力電流を取り出すための外部リードと干渉して封口板が破損するのを防止できる。
以下に、本開示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、本開示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、本開示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、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及び図２において、軸方向の中心線Ｏが一点鎖線で示されている。以下では、円筒形電池１０において、封口体側を「上」といい、外装缶の底部側を「下」という。
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と、外装缶１２の内部に収容された電極体１４及び電解液（図示せず）と、外装缶１２の開口部に絶縁性のガスケット１６を介してカシメ固定された封口体２０とを備える。
外装缶１２は、例えば、鉄を主成分とする鋼材からなる板材を深絞り加工することによって形成される。外装缶１２の開口部が形成される上端部１２ａには、溝入部１３が形成されている。溝入部１３は、平面視で円環状をなし、外装缶１２の径方向内側へ例えば略Ｕ字状に突出するように形成されている。溝入部１３は、外装缶１２にカシメ固定される際に封口体２０の外周端縁部が載置される部分となる。
外装缶１２内には、正極板３０と負極板３２がセパレータ３４を介して巻回された円筒状の電極体１４が電解質と共に収容されている。電極体１４と外装缶１２の底部１２ｂとの間には、下側絶縁部材３６が介在されている。電極体１４を構成する負極板３２には、負極リード３３が接続されている。
下側絶縁部材３６は、絶縁性を確保することができ、かつ、電池特性に影響を与えない材料を用いることができる。下側絶縁部材３６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。
本実施形態では、負極リード３３は電極体１４の最外周位置で負極板３２に接続されている。負極リード３３は、電極体１４から延出して径方向内側へ屈曲しており、下側絶縁部材３６の下側において外装缶１２の底部１２ｂに接続されている。これにより、本実施形態の円筒形電池１０では、外装缶１２が負極端子として機能する。電極体１４を構成する正極板３０、負極板３２及びセパレータ３４の詳細については後述する。
外装缶１２内において電極体１４は、溝入部１３の下側に収容されている。電極体１４上には上側絶縁部材３８が配置されており、電極体１４の軸方向の上側端面が封口体２０及び外装缶１２の溝入部１３と接触しないようにしている。上側絶縁部材３８は、絶縁性を確保することができ、かつ、電池特性に影響を与えない材料を用いることができる。上側絶縁部材３８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。
封口体２０は、外装缶１２の上端部１２ａにガスケット１６を介してカシメ固定されている。これにより、円筒形電池１０の内部が密封されるとともに、封口体２０が外装缶１２に対して電気的に絶縁されている。
封口体２０は、封口板２２、絶縁板２４、及び端子板２６から構成されている。封口体２０は、電流遮断機構を有する。封口板２２は、平面視で円形状をなしており、弁体として機能する。絶縁板２４は、封口板２２の電池内方側の表面に接触して配置されている。
絶縁板２４は、平面視で円環状に形成され、中央部に開口２４ａを有する。
端子板２６は、平面視で円形の外形を有し、絶縁板２４を挟んで封口板２２に対向して配置されている。封口板２２と端子板２６は、絶縁板２４の開口２４ａを介して、それらの中心部同士が例えばレーザー溶接等によって接続されている。端子板２６には、電極体１４を構成する正極板３０に一端部が接続された正極リード３１の他端部が接続されている。正極リード３１は、電極体１４から上側絶縁部材３８を貫通して延出して封口体２０の端子板２６に例えばレーザー溶接等によって接続されている。これにより、本実施形態の円筒形電池１０では、電極体１４の正極板３０が正極リード３１及び端子板２６を介して封口板２２に電気的に接続され、円筒形電池１０の上端面において電池外部に露出した封口板２２が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。端子板２６には通気孔２６ａが設けられており、絶縁板２４には通気孔２４ｂが設けられている。そのため、電池内圧が上昇すると、封口板２２が端子板２６の通気孔２６ａ及び絶縁板２４の通気孔２４ｂ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、封口板２２が端子板２６との接続部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端子板２６の封口板２２との接続部又は端子板２６に設けられた溝２６ｂが破断して、封口板２２と端子板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、後述する封口板２２の薄肉部である傾斜領域２２ｂが破断して、電池内部のガスが排出される。すなわち、封口板２２が所定の作動圧で開弁して電池内圧を解放する弁体として機能する。
封口板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封口板２２の材料として好ましい。
封口板２２は、平面視で円形状をなしている。図２に示すように、封口板２２の中央領域２２ａは、電池外方側の表面（又は上面）が平坦面に形成されている。封口板２２の中央領域２２ａの電池内方側の表面（又は下面）には、例えば扁平な円錐台状の突出部２５が形成されている。突出部２５の突出高さは、絶縁板２４の板厚と略同じに設定されている。このような突出部２５が形成されていることで、封口板２２と端子板２６との接続を容易かつ確実に行えるとともに、封口板２２と端子板２６との間に絶縁板２４が介在するためのスペースを確保することができる。
封口板２２は、中央領域２２ａの外周側に傾斜領域２２ｂを一体に有している。傾斜領域２２ｂでは、電池外方側の表面が径方向外側へ向かって上り傾斜面に形成されている。これにより、封口板２２の電池外方側の表面は、傾斜領域２２ｂがあることで中央領域２２ａが電池内方側に凹んだ形状を有している。
封口板２２において、傾斜領域２２ｂの電池内方側には、断面が略三角状の空間２３が形成されている。これにより、傾斜領域２２ｂは径方向外側にいくほど板厚が次第に薄くなった薄肉部となっている。このように傾斜領域が薄肉部として形成されていることで、電池内圧が上昇してその圧力が封口板２２の傾斜領域２２ｂに電池内方側から作用したときに、傾斜領域２２ｂの最も薄い部分（すなわち三角状をなす空間２３の頂点に対応する位置）において破断するように設定されている。
なお、本実施形態では傾斜領域２２ｂにおいて封口板２２の板厚が径方向外側にいくほど次第に薄くなった薄肉部として形成される例を説明したが、これに限定されるものではなく、傾斜領域２２ｂにおいて径方向外側にいくほど板厚が次第に厚くなった薄肉部として形成されてもよい。
封口板２２の電池内方側の表面には、平面視で円環状をなす突起２２ｃが形成されている。突起２２ｃは、電池外方側の表面にある傾斜領域２２ｂよりも径方向外側に位置している。突起２２ｃは、その先端が径方向内側へ傾くように形成されており、その内側に絶縁板２４が嵌め込まれて保持されるようになっている。
封口板２２において外装缶１２にカシメ固定されることとなる外周端縁部２７は、板厚方向に第１部分２７ａと第２部分２７ｂとに分かれている。封口板２２がカシメ固定される前は、第１部分２７ａと第２部分２７ｂの間に空間が設けられている。より詳しくは、第１部分２７ａと第２部分２７ｂは、封口板２２の板厚内における分岐開始位置２８から２つに分かれている。第１部分２７ａは、分岐開始位置２８から径方向に対して斜め上方に屈曲してから径方向に沿って屈曲した形状を有する。第２部分２７ｂは、分岐開始位置２８から径方向に対して斜め下方に屈曲してから径方向に沿って屈曲した形状を有する。第１部分２７ａと第２部分２７ｂは、封口板２２の板厚方向に対向しており、両者間には径方向外側に向かって開口する切込部２９が形成されている。このような封口体２２の外周端縁部２７の形状は、例えば、プレス加工を複数回行うことによって段階的に形成することができる。
第１部分２７ａと第２部分２７ｂとの分岐開始位置２８は、外装缶１２にカシメ固定されたときに外装缶１２の開口周縁部１２ｃよりも径方向外側に位置していることが好ましい。これにより、封口板２２がカシメ固定されたときに第１部分２７ａと第２部分２７ｂとが互いに一体となった状態に押し潰され、その結果、封口板２２に対して径方向内側へ向かう押圧力Ｇ（図３参照）を効果的に生じさせることができる。
また、第１部分２７ａと第２部分２７ｂは、両者間の分岐開始位置２８を通る径方向線Ｃに対して対称形状をなしていることが好ましい。このような形状をなすことで、カシメ固定時に押し潰されたときに、封口板２２に対して径方向内側へ向かう方向に沿った押圧力を生じさせることができる。ただし、これに限定されるものではなく、第１部分２７ａと第２部分２７ｂは、両者間の分岐開始位置２８を通る径方向線Ｃに対して非対称形状であってもよい。
絶縁板２４は、絶縁性を確保することができ、かつ、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。
絶縁板２４はその外周部に電池内方側へ延びるスカート部２４ｃを有している。スカート部２４ｃの内周部に端子板２６が嵌め合わされて保持される。これにより、端子板２６の外周縁部がスカート部２４ｃに係合した状態で組み付けられ、絶縁板２４に対する端子板２６の位置ズレを確実に防止することができる。
端子板２６は、平面視で絶縁板２４より小径の円形をなし、中央部が薄肉部に形成されている。端子板２６は、封口板２２と同様にアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されることが好ましい。これにより封口板２２と端子板２６の中央部同士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。端子板２６の外周部には通気孔２６ａが貫通形成されている。
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を構成する封口板２２、絶縁板２４、及び端子板２６を準備する。次に、絶縁板２４のスカート部２４ｃの内側に端子板２６を嵌め合わせ、続いて、封口板２２の突起２２ｃの内側に絶縁板２４を嵌め合わせる。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。
封口板２２と端子板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。封口板２２と端子板２６が互いに位置決め保持された状態で接続できるため、接続強度のバラツキが低減される。
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とをセパレータ３４を介して巻回して円筒状に形成した電極体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。
次に、図３を参照して、封口体２０のカシメ固定について説明する。図３（ａ）はカシメ固定前の封口体２０及びその近傍を示す径方向半分の断面図であり、図３（ｂ）はカシメ固定されたときの封口体２０及びその近傍を示す径方向半分の断面図である。図３（ａ），（ｂ）において正極リード３１及び電極体１４等の図示が省略されている。
封口体２０が外装缶１２にカシメ固定されるとき、図３（ａ）に示すように、封口板２２の外周端縁部２７が外装缶１２の溝入部１３上にガスケット１６を介して載置される。この状態で、図３（ｂ）に示すように、金型（図示せず）を用いて外装缶１２の上端部１２ａを径方向内側に押し曲げて、封口体２０をカシメ固定する。
このとき、外装缶１２の開口部の周縁部１２ｃに対応する位置で最も大きくなる押し付け力Ｆが、封口板２２の外周端縁部２７に作用する。これにより、カシメ固定前に２つに分岐して形成されていた第１部分２７ａと第２部分２７ｂとが密接して一体となった状態に押し潰され、このとき封口板２２の外周端縁部２７には径方向内側に向かう押圧力Ｇが作用する。また、封口板２２は、傾斜領域２２ｂがあることによって電池外方側の表面の中央領域２２ａが電池内方側に凹んだ形状を有している。そのため、カシメ固定時に外周端縁部２７に作用する径方向内側への押圧力Ｇによって、封口体２２は中央領域２２ａが下側（矢印Ａ方向）へ凹状に反った形状で確実に組み付けられることなる。
カシメ固定が完了して円筒形電池１０が金型から取り出されると、封口板２２及びこれを含む封口体２０は図３（ｂ）中に二点鎖線で示す位置までスプリングバックするが、この戻った位置が所望位置となるように封口板２２の外周端縁部２７の第１部分２７ａ及び第２部分２７ｂの形状や、切込部２９の寸法などを設定すればよい。
上述したように、本実施形態の円筒形電池１０によれば、封口板２２が、平面視で円形状をなし、その中央領域２２ａが電池内方側に凹んだ形状を有しており、封口板２２において外装缶１２にカシメ固定される外周端縁部２７が、板厚方向に第１部分２７ａと第２部分２７ｂとに分かれている。封口板２２がカシメ固定される前は、第１部分２７ａと第２部分２７ｂの間に空間が設けられている。これにより、外装缶１２にカシメ固定されるときに封口板２２及びこれを含む封口体２０を下側に反った形状で確実に組み付けることができる。したがって、封口体２０が上側に反った形状で組み付けられた円筒形電池が電池モジュールとして組み立てる際に円筒形電池１０から出力電流を取り出すための外部リードと干渉して封口体２０が破損するのを防止できる。
なお、本開示に係る円筒形電池は、上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。
例えば、図４（ａ）に示すように、封口体２２の外周端縁部２７に形成される第１部分２７ａ及び第２部分２７ｂは径方向外側へ向かってＹ字状に分かれるように形成されてもよいし、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、第１部分２７ａと第２部分２７ｂが板厚方向に広がることなく、切込部２９がＶ字状又はＵ字状に形成されてもよい。
１０ 円筒形電池、１２ 外装缶、１２ａ 上端部、１２ｂ 底部、１２ｃ 周縁部、１３ 溝入部、１４ 電極体、１６ ガスケット、２０ 封口体、２２ 封口板、２２ａ 中央領域、２２ｂ 傾斜領域、２２ｃ 突起、２３ 空間、２４ 絶縁板、２４ａ 開口、２４ｂ，２６ａ 通気孔、２４ｃ スカート部、２５ 突出部、２６ 端子板、２６ｂ 溝、２７ 外周端縁部、２７ａ 第１部分、２７ｂ 第２部分、２８ 分岐開始位置、２９ 切込部、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 下側絶縁部材、３８ 上側絶縁部材、Ｆ 押し付け力、Ｇ 押圧力、Ｃ 径方向線、Ｏ 中心線。
Claims (3)
- 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カシメ固定される封口板と、を備える円筒形電池であって、
前記封口板は、平面視で円形状をなし、その中央領域が電池内方側に凹んだ形状を有しており、前記封口板において前記外装缶にカシメ固定される外周端縁部が、板厚方向に第１部分と第２部分とに分かれている、円筒形電池。 - 前記封口板の板厚内における前記第１部分と前記第２部分との分岐開始位置が、前記外装缶の開口部周縁よりも径方向外側に位置している、請求項１に記載の円筒形電池。
- 前記第１部分と前記第２部分は、両者間の分岐開始位置を通る径方向線に対して対称形状をなしている、請求項１又は２に記載の円筒形電池。
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