WO2022138423A1 - 密閉型電池 - Google Patents

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WO2022138423A1
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positive electrode
sealing body
negative electrode
flange
height
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修一 山下
孝博 福岡
修二 杉本
敏彦 森
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三洋電機株式会社
パナソニックホールディングス株式会社
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This disclosure relates to sealed batteries, especially the sealing of battery outer cans.
  • a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a bottomed tubular outer can, a sealing body that closes the opening of the outer can, and a gasket that is interposed between the outer can and the sealing body is widely known.
  • the edge of the opening is generally bent inward, and a caulking portion for pressing the sealing body is formed via a gasket.
  • the positive electrode lead is connected to the inner surface of the sealing body to be the positive electrode external terminal
  • the negative electrode lead is connected to the inner surface of the outer can to be the negative electrode external terminal. ..
  • the applications of sealed batteries are expanding to include in-vehicle, electric power, and power storage. According to these various applications, a large number of batteries are connected in series and parallel, modularized, and installed in the product. ing.
  • a method of arranging the battery in one direction and modularizing it has been adopted mainly for the purpose of improving the design aspect such as the space efficiency of the module and the productivity.
  • the external leads are welded to the positive electrode cap and the crimped portion of the outer can on the negative electrode side, respectively, and the height of the crimped portion of the positive electrode cap and the outer can is increased to ensure welding quality and improve productivity. It is required that the height relationship be desired.
  • Patent Document 1 discloses a battery in which an insulating plate is arranged between a sealing body and a crimped portion.
  • the insulating plate in Patent Document 1 is provided to prevent the sealing body and the battery case from short-circuiting when the gasket melts in a high temperature environment.
  • the material of the insulating plate is said to have lower mechanical strength than the gasket, and is easily deformed when crimped, so that it is not suitable for the purpose of accurately adjusting the height of the crimped portion.
  • An object of the present disclosure is to adjust the height of the crimped portion of the outer can without reducing the exhaust capacity of the battery, and to make the height of the positive electrode cap and the crimped portion have a desired height relationship. It is to provide a mold battery.
  • the sealed battery according to the present disclosure includes a bottomed cylindrical outer can for accommodating the electrode body and a sealing body for closing the opening of the outer can.
  • the end portion of the opening is bent inward in the radial direction to form a caulking portion for caulking and fixing the sealing body.
  • the sealing body is configured to have a rupture disc, a positive electrode cap having a flange, and a metal height adjusting portion for adjusting the height of the crimped portion.
  • the sealed battery according to the present disclosure can adjust the height of the external terminal by providing a metal height adjusting portion in the sealing body.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery 10 in which the electrode body 14 is housed in a bottomed tubular outer can 16 and has a sealing body 17 for closing the opening of the outer can 16 will be illustrated.
  • the water electrolyte secondary battery it can be applied to various types of sealed batteries such as nickel hydrogen secondary batteries.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a non-aqueous electrolyte secondary battery 10 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery 10 has a bottomed tubular outer can 16 and a sealing body 17 that closes the opening of the outer can 16, and a gasket interposed between the outer can 16 and the sealing body 17. 28 and.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery 10 includes an electrode body 14 and an electrolyte housed in the outer can 16.
  • the electrode body 14 includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a separator 13, and has a structure in which the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are spirally wound via the separator 13.
  • the non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent.
  • the non-aqueous solvent for example, esters, ethers, nitriles, amides, and a mixed solvent of two or more of these may be used.
  • the non-aqueous solvent may contain a halogen-substituted product in which at least a part of hydrogen as a solvent is substituted with a halogen atom such as fluorine.
  • the non-aqueous electrolyte is not limited to the liquid electrolyte, and may be a solid electrolyte using a gel-like polymer or the like.
  • the electrolyte salt a lithium salt such as LiPF6 is used.
  • the electrode body 14 has a long positive electrode 11, a long negative electrode 12, and two long separators 13. Further, the electrode body 14 has a positive electrode lead 20 bonded to the positive electrode 11 and a negative electrode lead 21 bonded to the negative electrode 12.
  • the negative electrode 12 is formed to have a size one size larger than that of the positive electrode 11 in order to suppress the precipitation of lithium, and is formed longer than the positive electrode 11 in the longitudinal direction and the width direction (short direction). Further, the two separators 13 are formed at least one size larger than the positive electrode 11, and are arranged so as to sandwich the positive electrode 11, for example.
  • the positive electrode 11 has a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer formed on both sides of the positive electrode current collector.
  • a foil of a metal stable in the potential range of the positive electrode 11, such as aluminum or an aluminum alloy, a film in which the metal is arranged on the surface layer, or the like can be used.
  • the positive electrode mixture layer contains a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.
  • a positive electrode mixture slurry containing a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like is applied onto a positive electrode current collector, the coating film is dried, and then compressed to form a positive electrode mixture layer. It can be manufactured by forming it on both sides of a current collector.
  • the positive electrode active material is composed mainly of a lithium-containing metal composite oxide.
  • the metal element contained in the lithium-containing metal composite oxide include Ni, Co, Mn, Al, B, Mg, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Sr, Zr, Nb, In and Sn. , Ta, W and the like.
  • An example of a preferred lithium-containing metal composite oxide is a composite oxide containing at least one of Ni, Co, Mn, and Al.
  • Examples of the conductive agent contained in the positive electrode mixture layer include carbon materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, and graphite.
  • Examples of the binder contained in the positive electrode mixture layer include fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyimides, acrylic resins, and polyolefins. These resins may be used in combination with cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC) or salts thereof, polyethylene oxide (PEO) and the like.
  • the negative electrode 12 has a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer formed on both sides of the negative electrode current collector.
  • a foil of a metal stable in the potential range of the negative electrode 12, such as copper or a copper alloy, a film in which the metal is arranged on the surface layer, or the like can be used.
  • the negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material and a binder.
  • a negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material, a binder, and the like is applied onto a negative electrode current collector, the coating film is dried, and then compressed to form a negative electrode mixture layer. It can be manufactured by forming it on both sides of.
  • the negative electrode active material a carbon material that reversibly occludes and releases lithium ions is generally used.
  • Preferred carbon materials are natural graphite such as scaly graphite, lump graphite and earthy graphite, and graphite such as lump artificial graphite and artificial graphite such as graphitized mesophase carbon microbeads.
  • the negative electrode mixture layer may contain a Si-containing compound as the negative electrode active material.
  • a metal alloying with lithium other than Si, an alloy containing the metal, a compound containing the metal, or the like may be used.
  • the binder contained in the negative electrode mixture layer fluororesin, PAN, polyimide resin, acrylic resin, polyolefin resin or the like may be used as in the case of the positive electrode 11, but styrene-butadiene rubber (SBR) is preferable. ) Or its modified form.
  • the negative electrode mixture layer may contain, for example, SBR or the like, CMC or a salt thereof, polyacrylic acid (PAA) or a salt thereof, polyvinyl alcohol, or the like.
  • a porous sheet having ion permeability and insulating property is used for the separator 13.
  • the porous sheet include a microporous thin film, a woven fabric, and a non-woven fabric.
  • olefin resin such as polyethylene and polypropylene, cellulose and the like are preferable.
  • the separator 13 may have either a single-layer structure or a laminated structure.
  • a heat-resistant layer or the like may be formed on the surface of the separator 13.
  • the negative electrode 12 may form the winding start end of the electrode body 14, but in general, the separator 13 extends beyond the winding start side end of the negative electrode 12, and the winding start side end of the separator 13 is the electrode body. It becomes the winding start end of 14.
  • the positive electrode lead 20 is electrically connected to the middle portion in the winding direction of the positive electrode core body, and the negative electrode lead 21 is electrically connected to the winding end end portion in the winding direction in the negative electrode core body.
  • the negative electrode lead may be electrically connected to the winding start end portion in the winding direction in the negative electrode core body.
  • the electrode body has two negative electrode leads, one negative electrode lead is electrically connected to the winding start end portion in the winding direction in the negative electrode core body, and the other negative electrode lead is wound in the negative electrode core body. It may be electrically connected to the winding end end in the turning direction.
  • the negative electrode and the outer can may be electrically connected by bringing the end of the negative electrode core in the winding direction into contact with the inner surface of the outer can.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery 10 further has an insulating plate 18 arranged on the upper side of the electrode body 14 and an insulating plate 19 arranged on the lower side of the electrode body 14.
  • the positive electrode lead 20 attached to the positive electrode 11 extends toward the sealing body 17 through the through hole of the insulating plate 18, and the negative electrode lead 21 attached to the negative electrode 12 passes through the outside of the insulating plate 19. And extends to the bottom 33 side of the outer can 16.
  • the positive electrode lead 20 is connected to the lower surface of the terminal plate 23, which is the bottom plate of the sealing body 17, by welding or the like, and the positive electrode cap 27, which is the top plate of the sealing body 17 electrically connected to the terminal plate 23, is connected to the positive electrode external terminal.
  • the negative electrode lead 21 is connected to the inner surface of the bottom 33 of the outer can 16 by welding or the like, and the outer can 16 serves as a negative electrode external terminal.
  • the outer can 16 is a metal container having a bottomed tubular portion.
  • the outer can 16 and the sealing body 17 are sealed with an annular gasket 28, and the sealing thereof seals the internal space of the battery.
  • the gasket 28 is sandwiched between the outer can 16 and the sealing body 17, and insulates the sealing body 17 from the outer can 16.
  • the gasket 28 serves as a sealing material for maintaining the airtightness inside the battery, and prevents leakage of the electrolytic solution.
  • the gasket 28 also has a role as an insulating material for preventing a short circuit between the outer can 16 and the sealing body 17.
  • the outer can 16 has a convex portion on the inner peripheral side that protrudes inward in the radial direction by providing a grooved portion 32 in a part of the outer peripheral surface of the cylinder of the outer can 16 in the height direction.
  • the grooved portion 32 can be formed, for example, by spinning a part of the outer peripheral surface of the cylinder inward in the radial direction and denting it inward in the radial direction.
  • the outer can 16 has a bottomed tubular portion 30 including a grooved portion 32 and an annular caulked portion 31.
  • the bottomed tubular portion 30 accommodates the electrode body 14 and the non-aqueous electrolyte, and the caulked portion 31 is bent inward in the radial direction from the open end of the bottomed tubular portion 30 in the radial direction. Extends to the inward side of.
  • the crimped portion 31 is formed when the upper end portion of the outer can 16 is bent inward and crimped toward the peripheral edge portion of the sealing body 17.
  • the sealing body 17 is sandwiched by the caulking portion 31 and the upper side of the grooved portion 32 together with the gasket 28 and fixed to the outer can 16.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the area around the crimped portion of the non-aqueous electrolyte secondary battery 10 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the sealing body 17 has a terminal plate 23, an insulating plate 26, a rupture disk 24, a positive electrode cap 27, and a metal spacer 40. First, each component of the sealing body 17 before assembly will be described.
  • the terminal board 23 is made of metal and is formed in a disk shape.
  • the insulating plate 26 has a ring shape and has an upright portion 26a in the circumferential direction at the peripheral edge portion.
  • the inner diameter of the upright portion 26a of the insulating plate 26 is substantially the same as the outer diameter of the terminal plate 23.
  • the upright portion 26a of the insulating plate 26 is formed so that the terminal plate 23 can be inserted.
  • the rupture disk 24 is formed in a bottomed tubular shape having an upright portion 24a on the peripheral edge portion. On the surface opposite to the direction in which the upright portion 24a extends, a protrusion 24b is provided in the circumferential direction in the inner diameter direction. The inner diameter of the protrusion 24b of the rupture disk 24 is substantially the same as the outer diameter of the insulating plate 26 with the terminal plate 23 inserted.
  • the bent portion 24c described later is in the state before bending, and is bent in the assembling step of the sealing body 17.
  • the positive electrode cap 27 is made of metal and is formed in a disk shape with a protruding central portion, and has a flange 27a extending in the outer peripheral direction.
  • the outer diameter of the flange 27a is equivalent to the inner diameter of the upright portion 24a of the rupture disk 24, and the flange 27a is formed so that the flange 27a can be inserted into the upright portion 24a before the bent portion 24c is formed.
  • the metal spacer 40 is made of metal and is formed in a ring shape.
  • the inner diameter of the metal spacer 40 is larger than the outer diameter of the protruding portion of the positive electrode cap 27, and the outer diameter of the metal spacer 40 is substantially the same as the flange 27a, so that the bent portion 24c can be inserted into the upright portion 24a before formation. It is formed.
  • the sealing body 17 of the present embodiment can be formed by the following steps by these components.
  • Step 1 The terminal plate 23 is inserted into the upright portion 26a of the insulating plate 26.
  • Step 2 The terminal plate 23 inserted in the insulating plate 26 is inserted into the protrusion 24b of the rupture disk 24.
  • Step 3 The protrusion 24b of the rupture disk 24 is crimped inward in the radial direction to fix the insulating plate 26 and the terminal plate 23.
  • Step 4 The terminal plate 23 and the central portion of the rupture disk 24 are connected by welding. As a result, the terminal plate 23 and the rupture disk 24 are mechanically and electrically connected.
  • Step 5 The positive electrode cap 27 is inserted into the upright portion 24a of the rupture disk 24.
  • Step 6 Weld the outer periphery of the positive electrode cap 27 and the rupture disk 24. As a result, the positive electrode cap 27 and the rupture disk 24 are mechanically and electrically connected.
  • Step 7 The metal spacer 40 is inserted into the upright portion 24a of the rupture disk 24 into which the positive electrode cap 27 is inserted.
  • Step 8 The upright portion 24a of the rupture disk 24 is crimped inward in the radial direction, and the end portion of the upright portion 24a is bent so as to abut on the metal spacer 40 to form a ring-shaped bent portion 24c. As a result, the sealing body 17 is molded. Note that this step is an example and can be changed depending on the shape of the component. Further, the process sequence is not limited to this.
  • the gasket 28 before being attached to the sealing body 17 has a cylindrical tubular portion and an annular portion extending inward in the radial direction from one end of the tubular portion in the axial direction.
  • the inner diameter of the tubular portion is formed to be equal to or slightly smaller than the outer diameter of the sealing body 17 (the outer diameter of the rupture disc 24). It can be attached to the sealing body 17 by pushing the tubular portion open.
  • the sealing body 17 has a gasket 28 attached to the peripheral edge portion and is inserted into the opening of the outer can 16 before forming the caulking portion 31. Then, the crimped portion 31 is formed by caulking the end portion of the opening portion inward in the radial direction.
  • the metal spacer 40 of the sealing body 17 of the present embodiment serves as a height adjusting portion 40 for adjusting the height of the caulking portion 31. That is, by selecting the plate thickness of the metal spacer 40 in consideration of the thicknesses of the flange 27a, the rupture disk 24, and the gasket 28, the height of the crimped portion 31 is formed to be the same as the height of the positive electrode cap 27. be able to.
  • the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal of a plurality of batteries are welded and connected to the external lead. Since the external leads are welded, the smaller the variation in height of the caulked portion 31 among the individual batteries, the better. Therefore, the height adjusting portion 40 is required not to be deformed when crimped by the crimped portion 31. If the height adjusting portion 40 is made of resin, it is compressed by the caulking pressure and the height is not stable. Further, in order to make the heights of the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal uniform, it is required that the shrinkage and expansion due to the change in ambient temperature are about the same as those of the positive electrode cap 27. In order to meet these demands, the material of the height adjusting portion 40 needs to be metal. It may be formed of the same material as the positive electrode cap 27 or the rupture disk 24.
  • the height adjusting portion 40 is preferably made of aluminum in order to absorb the swelling of the welded portion 50 when crimped.
  • the height adjusting portion 40 of the present embodiment is formed separately from the rupture disk 24 and the flange 27a. As will be described later, the rupture disc 24 and the flange 27a may be bent inward in the radial direction to form the height adjusting portion 40.
  • the demand for the height of the electrode is not only a demand for the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal to be the same height, but also a demand for the height of the crimped portion 31 to be higher than the height of the positive electrode cap 27. In order to meet the height-related demands of various electrodes, it is easier to design by providing a separate height adjusting unit 40.
  • the connection area of the external lead becomes small, and the connection may be incomplete.
  • the top surface of the caulked portion 31 is formed flat.
  • the top surface of the caulked portion 31 of the present embodiment is formed so as to extend flat in the inner diameter direction.
  • the tip in the inner diameter direction of the height adjusting portion 40 is formed so as to project radially inward from the tip of the crimped portion 31.
  • the tip of the bent portion 24c of the rupture disk 24 in the inner diameter direction is formed so as to project radially inward from the tip of the crimped portion 31. Since it is formed in this way, it is possible to prevent the tip of the crimped portion 31 from inclining in the direction of the sealing body 17, and the top surface can be formed flat.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the area around the crimped portion of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the sealing body 17 of the present embodiment has a configuration in which the bent portion 24c of the rupture disk 24 is eliminated, the height of the upright portion 24a is set to be equal to or less than the thickness of the flange 27a, and only the metal spacer 40 is provided on the flange 27a. However, it is different from the first embodiment.
  • the assembly step of the sealing body 17 of the present embodiment there is no step of crimping the metal spacer 40 at the bent portion 24c of the rupture disk 24 (the assembly step 8 of the sealing body 17 in the first embodiment).
  • the method for fixing the metal spacer 40 is not limited, but several points may be fixed on the flange 27a with an adhesive. Alternatively, the metal spacer 40 and the flange 27a may be welded.
  • the requirement to form the top surface of the crimped portion 31 flat in order to stabilize the connection of the external leads is the same as in the first embodiment. That is, also in this embodiment, the tip of the metal spacer 40 in the inner diameter direction is formed so as to protrude inward in the radial direction from the tip of the caulking portion 31. Since it is formed in this way, it is possible to prevent the tip of the crimped portion 31 from inclining in the direction of the sealing body 17, and the top surface can be formed flat.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the area around the crimped portion of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the height adjusting portion 40 is realized by bending the peripheral portion of the rupture disc 24 in the inner diameter direction.
  • the rupture disk 24 before assembling the sealing body 17 is formed so that the length of the upright portion 24a of the peripheral portion is longer than that of the upright portion 24a of the first embodiment.
  • the length protruding above the flange 27a of the upright portion 24a is the length in the inner diameter direction after the upright portion 24a after assembling the sealing body 17 is bent. It is formed to be about twice as long as the sword.
  • the sealing body 17 is formed as follows.
  • the upright portion 24a is bent so as to be folded back in the inner diameter direction at a position of half the length protruding above the flange 27a.
  • the formed folded-back portion is crimped inward in the radial direction to form the flange 27a so as to sandwich it.
  • the bent portion of the rupture disc 24 that abuts on the flange 27a is the height adjusting portion 40.
  • the number of times the upright portion 24a of the rupture disk 24 is bent is not limited to the configuration shown in FIG. It can be appropriately changed according to the height of the crimped portion 31 and the thickness of the rupture disc 24.
  • FIG. 5 is still another embodiment.
  • the height adjusting portion 40 is realized by bending the end portion of the upright portion 24a of the rupture disc 24 outward in the radial direction and then bending it inward.
  • the method of forming the height adjusting portion 40 is not limited to the above-described embodiment.
  • the peripheral edge portion of the flange 27a of the positive electrode cap 27 may be bent inward in the radial direction to form the height adjusting portion 40.
  • Non-aqueous electrolyte secondary battery 11 Positive electrode, 12 Negative electrode, 13 Separator, 14 Electrode body, 16 Exterior can, 17 Seal body, 18 Insulation plate, 19 Insulation plate, 20 Positive electrode lead, 21 Negative electrode lead, 23 Terminal plate, 24 Rupture disk, 24a upright part, 24b protrusion, 24c bent part, 26 insulating plate, 26a upright part, 27 positive electrode cap, 27a flange, 28 gasket, 30 bottomed tubular part, 31 caulking part, 32 grooved part, 33 bottom , 40 Height adjustment part (metal spacer), 50 Welded part

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Abstract

非水電解質二次電池（１０）は、電極体（１４）を収容する有底筒状の外装缶（１６）と、外装缶（１６）の開口部を塞ぐ封口体（１７）とを備える。外装缶（１６）には、開口部の端部を径方向の内側に曲げられ、封口体（１７）をかしめて固定するかしめ部（３１）が形成され、封口体（１７）は、ラプチャーディスク（２４）とフランジ（２７ａ）を有する正極キャップ（２７）とかしめ部（３１）の高さを調整するための金属製の高さ調整部（４０）とを有する。

Description

密閉型電池
　本開示は、密閉型電池、特に電池外装缶の封口に関する。
　有底筒状の外装缶と、外装缶の開口を塞ぐ封口体と、外装缶と封口体の間に介在するガスケットとを備えた円筒形の非水電解質二次電池が広く知られている。外装缶には、一般的に、開口の縁部が内側に曲げられ、ガスケットを介して封口体を押え付けるかしめ部が形成されている。なお、非水電解質二次電池では、例えば、封口体の内面に正極リードが接続されて封口体が正極外部端子となり、外装缶の内面に負極リードが接続されて外装缶が負極外部端子となる。
　密閉型電池、特に非水電解質二次電池の用途は、車載、電力、蓄電と広がりを見せており、これら各種用途に応じて、電池を直並列に多数連結し、モジュール化して製品に搭載されている。近年、モジュールのスペース効率などの設計面や、生産性の向上を主目的とし、電池の向きを一方向に配置しモジュール化する手法が取られるようになってきている。このとき、外部リードは、正極キャップと、負極側となる外装缶のかしめ部にそれぞれ溶接されることとなり、溶接品質の確保や生産性の向上のため、正極キャップと外装缶のかしめ部の高さを所望の高さ関係にすることが要求される。
　この対応として、封口体に設けられる正極キャップの高さを低くして、かしめ部の高さを合わせることが考えられる。しかし、この場合、正極キャップの開口部が充分確保できなくなり、安全弁作動後の電池排気能力が低下することが課題となっている。
国際公開第２０１４－０１７０９１号公報
　特許文献１には、封口体とかしめ部の間に絶縁板を配置した電池が開示されている。特許文献１における絶縁板は、高温環境下で、ガスケットが溶融した場合に、封口体と電池ケースが短絡するのを防止するために設けられている。絶縁板の材質は、ガスケットよりも機械的強度が低いとされており、かしめられた際に容易に変形するので、かしめ部の高さを精度よく調整する目的には適していない。
　本開示の目的は、電池の排気能力を低下させることなく、外装缶のかしめ部の高さを調整し、正極キャップとかしめ部との高さを所望の高さ関係にすることが可能な密閉型電池を提供することである。
　本開示に係る密閉型電池は、電極体を収容する有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを備える。外装缶には、開口部の端部を径方向の内側に曲げられ、封口体をかしめて固定するかしめ部が形成される。封口体は、ラプチャーディスクとフランジを有する正極キャップとかしめ部の高さを調整するための金属製の高さ調整部とを有するように構成されている。
　本開示に係る密閉型電池は、封口体に金属製の高さ調整部を設けたことにより、外部端子の高さを調整することが可能である。
実施形態の一例である非水電解質二次電池の断面図である。 実施形態の一例である非水電解質二次電池のかしめ部周辺の拡大断面図である。 実施形態の他の一例である非水電解質二次電池のかしめ部周辺の拡大断面図である。 実施形態の更に他の一例である非水電解質二次電池のかしめ部周辺の拡大断面図である。 実施形態の更に他の一例である非水電解質二次電池のかしめ部周辺の拡大断面図である。 実施形態の更に他の一例である非水電解質二次電池のかしめ部周辺の拡大断面図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、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、仕様等に合わせて適宜変更することができる。また、以下で説明する実施形態及び変形例の構成要素を選択的に組み合わせることは当初から想定されている。
　以下では、密閉型電池として、電極体１４が有底筒形状の外装缶１６に収容され、外装缶１６の開口を塞ぐ封口体１７を備えた非水電解質二次電池１０を例示するが、非水電解質二次電池以外にもニッケル水素二次電池等、種々の形式の密閉型電池にも適用しうるものである。
　図１は、本開示の一実施形態に係る非水電解質二次電池１０の断面図である。図１に示すように、非水電解質二次電池１０は、有底筒状の外装缶１６と、外装缶１６の開口を塞ぐ封口体１７、外装缶１６と封口体１７の間に介在するガスケット２８とを備える。また、非水電解質二次電池１０は、外装缶１６に収容される電極体１４及び電解質を備える。電極体１４は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３とを含み、正極１１と負極１２がセパレータ１３を介して渦巻き状に巻回された構造を有する。
　非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、及びこれらの２種以上の混合溶媒等を用いてもよい。非水溶媒は、溶媒である水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有してもよい。なお、非水電解質は液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。電解質塩には、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩が使用される。
　電極体１４は、長尺状の正極１１と、長尺状の負極１２と、長尺状の２枚のセパレータ１３とを有する。また、電極体１４は、正極１１に接合された正極リード２０と、負極１２に接合された負極リード２１を有する。負極１２は、リチウムの析出を抑制するために、正極１１よりも一回り大きな寸法で形成され、正極１１より長手方向及び幅方向（短手方向）に長く形成される。また、２枚のセパレータ１３は、少なくとも正極１１よりも一回り大きな寸法で形成され、例えば正極１１を挟むように配置される。
　正極１１は、正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極合剤層とを有する。正極集電体には、アルミニウム、アルミニウム合金など、正極１１の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極合剤層は、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含む。正極１１は、例えば正極集電体上に、正極活物質、導電剤、及び結着剤等を含む正極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して正極合剤層を集電体の両面に形成することにより作製できる。
　正極活物質は、リチウム含有金属複合酸化物を主成分として構成される。リチウム含有金属複合酸化物に含有される金属元素としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ等が挙げられる。好ましいリチウム含有金属複合酸化物の一例は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの少なくとも１種を含有する複合酸化物である。
　正極合剤層に含まれる導電剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料が例示できる。正極合剤層に含まれる結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィンなどが例示できる。これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はその塩等のセルロース誘導体、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などが併用されてもよい。
　負極１２は、負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極合剤層とを有する。負極集電体には、銅、銅合金など、負極１２の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極合剤層は、負極活物質、及び結着剤を含む。負極１２は、例えば負極集電体上に、負極活物質、及び結着剤等を含む負極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して負極合剤層を集電体の両面に形成することにより作製できる。
　負極活物質には、一般的に、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出する炭素材料が用いられる。好ましい炭素材料は、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、塊状人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛などの黒鉛である。負極合剤層には、負極活物質として、Ｓｉ含有化合物が含まれていてもよい。また、負極活物質には、Ｓｉ以外のリチウムと合金化する金属、当該金属を含有する合金、当該金属を含有する化合物等が用いられてもよい。
　負極合剤層に含まれる結着剤には、正極１１の場合と同様に、フッ素樹脂、ＰＡＮ、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂等を用いてもよいが、好ましくはスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はその変性体を用いる。負極合剤層には、例えばＳＢＲ等に加えて、ＣＭＣ又はその塩、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）又はその塩、ポリビニルアルコールなどが含まれていてもよい。
　セパレータ１３には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータ１３の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、セルロースなどが好ましい。セパレータ１３は、単層構造、積層構造のいずれでもよい。セパレータ１３の表面には、耐熱層などが形成されてもよい。なお、負極１２は電極体１４の巻き始め端を構成してもよいが、一般的にはセパレータ１３が負極１２の巻き始め側端を超えて延出し、セパレータ１３の巻き始め側端が電極体１４の巻き始め端となる。
　図１に示す例では、正極リード２０は、正極芯体における巻回方向の中間部に電気的に接続され、負極リード２１は、負極芯体における巻回方向の巻き終わり端部に電気的に接続される。しかし、負極リードは、負極芯体における巻回方向の巻き始め端部に電気的に接続されてもよい。又は、電極体が２つの負極リードを有して、一方の負極リードが、負極芯体における巻回方向の巻き始め端部に電気的に接続され、他方の負極リードが、負極芯体における巻回方向の巻き終わり端部に電気的に接続されてもよい。又は、負極芯体における巻回方向の巻き終わり側端部を外装缶の内面に当接させることで、負極と外装缶を電気的に接続してもよい。
　図１に示すように、非水電解質二次電池１０は、電極体１４の上側に配置される絶縁板１８と、電極体１４の下側に配置される絶縁板１９を更に有する。図１に示す例では、正極１１に取り付けられた正極リード２０が絶縁板１８の貫通孔を通って封口体１７側に延び、負極１２に取り付けられた負極リード２１が絶縁板１９の外側を通って、外装缶１６の底３３側に延びる。正極リード２０は、封口体１７の底板である端子板２３の下面に溶接等で接続され、端子板２３と電気的に接続された封口体１７の天板である正極キャップ２７が正極外部端子となる。また、負極リード２１は外装缶１６の底３３の内面に溶接等で接続され、外装缶１６が負極外部端子となる。封口体１７の構造については、後で詳細に説明する。
　外装缶１６は、有底筒状部を有する金属製容器である。外装缶１６と封口体１７との間は、環状のガスケット２８で密封され、その密封で電池の内部空間が密閉される。ガスケット２８は、外装缶１６と封口体１７とで挟持され、封口体１７を外装缶１６に対して絶縁する。ガスケット２８は、電池内部の気密性を保つためのシール材の役割を有し、電解液の漏液が起こらないようにする。また、ガスケット２８は、外装缶１６と封口体１７との短絡を防止する絶縁材としての役割も有する。
　外装缶１６は、外装缶１６の円筒外周面の高さ方向の一部に溝入部３２を設けることで径方向の内方側に突出する凸部を内周側に有する。溝入部３２は、例えば、円筒外周面の一部を、径方向内側にスピニング加工して径方向内方側に窪ませることで形成できる。外装缶１６は、溝入部３２を含む有底筒状部３０と、環状のかしめ部３１を有する。有底筒状部３０は、電極体１４と非水電解質とを収容し、かしめ部３１は、有底筒状部３０の開口側の端部から径方向の内方側に折り曲げられて径方向の内方側に延びる。かしめ部３１は、外装缶１６の上端部を内側に折り曲げて封口体１７の周縁部側にかしめる際に形成される。封口体１７は、そのかしめによってかしめ部３１と溝入部３２の上側とでガスケット２８と共に挟持されて外装缶１６に固定される。
　（第１実施形態）
　次に、封口体１７の組立工程について説明する。その後にかしめ部３１の高さ調整について説明する。図２は、本開示の第１実施形態に係る非水電解質二次電池１０のかしめ部周辺を拡大した断面図である。
　図２に示す通り、封口体１７は、端子板２３、絶縁板２６、ラプチャーディスク２４、正極キャップ２７、金属製スペーサー４０を有している。まず初めに組立前の封口体１７の各構成部品について説明する。
　端子板２３は金属製で円盤形状に形成されている。
　絶縁板２６は、リング形状をしており、周縁部で周方向に起立部２６ａを有している。絶縁板２６の起立部２６ａの内径は、端子板２３の外径とほぼ同等である。絶縁板２６の起立部２６ａは、端子板２３を挿入可能に形成されている。
　ラプチャーディスク２４は、周縁部に起立部２４ａを有する有底筒状に形成されている。起立部２４ａが延びる方向の反対側の面には、内径方向で周方向に突起部２４ｂを有している。ラプチャーディスク２４の突起部２４ｂの内径は、端子板２３を挿入した状態の絶縁板２６の外径とほぼ同等である。封口体１７の組立て前において、後述する折り曲げ部２４ｃは折り曲げ前の状態にあり、封口体１７の組立工程において折り曲げられる。
　正極キャップ２７は、金属製で中央部が突出した円盤状に形成されており、外周方向に延在するフランジ２７ａを有している。フランジ２７ａの外径は、ラプチャーディスク２４の起立部２４ａの内径と同等であり、折り曲げ部２４ｃを形成前の起立部２４ａにフランジ２７ａを挿入可能に形成されている。
　金属製スペーサー４０は、金属製でリング形状に形成されている。金属製スペーサー４０の内径は正極キャップ２７の突出部分の外径より大きく、金属製スペーサー４０の外径はフランジ２７ａとほぼ同径であり、折り曲げ部２４ｃを形成前の起立部２４ａに挿入可能に形成されている。
　本実施形態の封口体１７は、これらの構成部品によって、次の工程によって形成することができる。
　　工程１：端子板２３を絶縁板２６の起立部２６ａ内に挿入する。
　　工程２：ラプチャーディスク２４の突起部２４ｂ内に、絶縁板２６に挿入した端子板２３を挿入する。
　　工程３：ラプチャーディスク２４の突起部２４ｂを径方向の内側にかしめて、絶縁板２６と端子板２３を固定する。
　　工程４：端子板２３とラプチャーディスク２４の中央部を溶接によって接続する。これにより、端子板２３とラプチャーディスク２４は機械的、かつ電気的に接続される。
　　工程５：ラプチャーディスク２４の起立部２４ａ内に正極キャップ２７を挿入する。これにより、正極キャップ２７のフランジ２７ａがラプチャーディスク２４に当接する。
　　工程６：正極キャップ２７とラプチャーディスク２４の外周を溶接する。これにより、正極キャップ２７とラプチャーディスク２４が機械的、かつ電気的に接続される。
　　工程７：正極キャップ２７が挿入されたラプチャーディスク２４の起立部２４ａに金属製スペーサー４０を挿入する。
　　工程８：ラプチャーディスク２４の起立部２４ａを径方向の内側にかしめ、起立部２４ａの端部を金属製スペーサー４０上に当接するように曲げ、リング状の折り曲げ部２４ｃを形成する。
　以上により、封口体１７は成形される。尚、この工程は一例であって、構成部品の形状によって変更され得る。また、工程順序もこれに限定されない。
　封口体１７への装着前のガスケット２８は、円筒状の筒状部と、筒状部の軸方向の一方の端部から径方向の内側に延在する円環部を備えている。筒状部の内径は、封口体１７の外径（ラプチャーディスク２４の外径）と同等、またはやや小さく形成されている。筒状部を押し広げるようにして、封口体１７に装着することができる。
　封口体１７は周縁部にガスケット２８を装着し、かしめ部３１を形成する前の外装缶１６の開口部に挿入される。そして、開口部の端部を径方向の内側にかしめることでかしめ部３１が形成される。
　本実施形態の封口体１７の金属製スペーサー４０は、かしめ部３１の高さを調整するための高さ調整部４０としての役目をする。即ち、フランジ２７ａ、ラプチャーディスク２４及びガスケット２８の厚みを考慮して、金属製スペーサー４０の板厚を選定することで、かしめ部３１の高さを正極キャップ２７の高さと同じ高さに形成することができる。
　次に、かしめ部３１の高さを調整するための高さ調整部４０に要求される条件に付いて説明する。
　上述したようにモジュール化の際に、複数個の電池の正極外部端子と負極外部端子が外部リードと溶接接続される。外部リードを溶接するため、個々の電池の間で、かしめ部３１の高さのバラツキは小さいほどよい。従って、高さ調整部４０は、かしめ部３１にかしめられたときに変形しないことが要求される。仮に高さ調整部４０を樹脂で形成した場合、かしめ圧力によって圧縮され高さが安定しない。また、正極外部端子と負極外部端子の高さを揃えるためには、周囲温度の変化による収縮、膨張が正極キャップ２７と同程度であることが要求される。これらの要求に対応するため、高さ調整部４０の材質は、金属である必要がある。正極キャップ２７或いはラプチャーディスク２４と同じ材質で形成してもよい。
　また、上述したようにフランジ２７ａが、ラプチャーディスク２４上に溶接によって接続された際に、フランジ２７ａ上には、溶接部５０に盛り上がりが発生している。かしめられたときに溶接部５０の盛り上がりを吸収するために、高さ調整部４０はアルミニウムで形成することが好ましい。
　本実施形態の高さ調整部４０は、ラプチャーディスク２４、フランジ２７ａとは、別体により形成している。後述するように、ラプチャーディスク２４やフランジ２７ａを径方向の内側に曲げて、高さ調整部４０を形成してもよい。しかし、電極の高さの要望には、正極外部端子と負極外部端子を同じ高さにする要望だけでなく、正極キャップ２７の高さよりもかしめ部３１の高さを高くする要望もある。種々の電極の高さ関係の要望に対応するためには、別体の高さ調整部４０を設ける方が、設計が容易である。
　更に、かしめ部３１に外部リードを接続することを考慮すると、かしめ部３１が湾曲していると外部リードの接続面積が小さくなり、接続が不完全になる可能性がある。接続面積を大きくするために、かしめ部３１の天面はフラットに形成されていることが好ましい。本実施形態のかしめ部３１の天面は内径方向にフラットに延出して形成されている。かしめ部３１の天面をフラットに維持するため、高さ調整部４０の内径方向の先端は、かしめ部３１の先端よりも径方向内側に突出するように形成されている。同様にラプチャーディスク２４の折り曲げ部２４ｃの内径方向の先端は、かしめ部３１の先端よりも径方向内側に突出するように形成されている。このように形成されているので、かしめ部３１の先端が封口体１７の向きに傾斜することが抑制され、天面をフラットに形成することができる。
　（第２実施形態）
　図３は、本開示の第２実施形態に係る非水電解質二次電池のかしめ部周辺を拡大した断面図である。本実施形態の封口体１７は、ラプチャーディスク２４の折り曲げ部２４ｃを無くし、起立部２４ａの高さをフランジ２７ａの厚み以下とし、フランジ２７ａの上に、金属製スペーサー４０だけを備える構成とした点が、第１実施形態と異なる
　本実施形態の封口体１７の組立工程においては、ラプチャーディスク２４の折り曲げ部２４ｃで金属製スペーサー４０をかしめる工程（実施形態１における封口体１７の組立工程８）が存在しない。金属製スペーサー４０を固定する方法については、限定しないが、フランジ２７ａ上に数箇所を接着材で固定してもよい。或いは、金属製スペーサー４０とフランジ２７ａを溶接してもよい。
　本実施形態においては、ラプチャーディスク２４の折り曲げ部２４ｃが存在しないので、第１実施形態に比べると、大きい板厚の金属製スペーサー４０が必要である。一方、ラプチャーディスク２４の内径方向への曲げ加工は不要となる。
　外部リードの接続を安定にするために、かしめ部３１の天面をフラットに形成する要求は、第１実施形態と同様である。即ち、本実施形態においても、金属製スペーサー４０の内径方向の先端は、かしめ部３１の先端よりも径方向内側に突出するように形成されている。このように形成されているので、かしめ部３１の先端が封口体１７の向きに傾斜することが抑制され、天面をフラットに形成することができる。
　（第３実施形態）
　図４は、本開示の第３実施形態に係る非水電解質二次電池のかしめ部周辺を拡大した断面図である。本実施形態においては、ラプチャーディスク２４の周縁部を内径方向へ曲げ加工することによって、高さ調整部４０を実現している。
　本実施形態において、封口体１７を組立前のラプチャーディスク２４は、周縁部の起立部２４ａの長さが、第１実施形態の起立部２４ａよりも長く形成されている。起立部２４ａ内に正極キャップ２７が挿入された状態で、起立部２４ａのフランジ２７ａより上に突出している長さは、封口体１７を組立後の起立部２４ａを折り曲げた後の内径方向の長さの二倍程度の長さに形成されている。
　封口体１７は、次のようにして形成される。起立部２４ａのフランジ２７ａより上に突出した長さの半分の位置で、内径方向に折り返すように曲げる。次に、形成された折り返し部分を径方向の内側にかしめ、フランジ２７ａを挟むように形成する。本実施形態においては、ラプチャーディスク２４の曲げられ、フランジ２７ａ上に当接する部分が高さ調整部４０となる。ラプチャーディスク２４の起立部２４ａを曲げる回数は、図４に示した構成に限らない。かしめ部３１の高さとラプチャーディスク２４の厚みに応じて、適宜変更可能である。
　図５は、更に他の実施形態である。本実施形態においては、ラプチャーディスク２４の起立部２４ａの端部を径方向の外側に曲げた後、内側に曲げることで、高さ調整部４０を実現している。
　（その他の実施形態）
　高さ調整部４０の形成方法としては、上述の実施形態に限らない。例えば、図６に示すように、正極キャップ２７のフランジ２７ａの周縁部を径方向の内側に曲げて高さ調整部４０を形成するようにしてもよい。
１０　非水電解質二次電池、１１　正極、１２　負極、１３　セパレータ、１４　電極体、１６　外装缶、１７　封口体、１８　絶縁板、１９　絶縁板、２０　正極リード、２１　負極リード、２３　端子板、２４　ラプチャーディスク、２４ａ　起立部、２４ｂ　突起部、２４ｃ　折り曲げ部、２６　絶縁板、２６ａ　起立部、２７　正極キャップ、２７ａ　フランジ、２８　ガスケット、３０　有底筒状部、３１　かしめ部、３２　溝入部、３３　底、４０　高さ調整部（金属製スペーサー）、５０　溶接部
 

Claims (6)

  1. 　電極体を収容する有底筒状の外装缶と、
    　前記外装缶の開口部を塞ぐ封口体と、
    　を備え、
    　前記外装缶には、前記開口部の端部を径方向の内側に曲げられ、前記封口体をかしめて固定するかしめ部が形成され、
    　前記封口体は、ラプチャーディスクとフランジを有する正極キャップと前記かしめ部の高さを調整するための金属製の高さ調整部と、
    　を有する、密閉型電池。
  2. 　前記高さ調整部は、金属製スペーサーであり、前記正極キャップの前記フランジの上面と前記ラプチャーディスクの間に配置される、
    　請求項１に記載の密閉型電池。
  3. 　前記高さ調整部は、金属製スペーサーであり、前記正極キャップの前記フランジの上面とガスケットの間に配置される、
    　請求項１に記載の密閉型電池。
  4. 　前記高さ調整部は、前記ラプチャーディスクの周縁部を径方向の内側に折り曲げて形成される、
    　請求項１に記載の密閉型電池。
  5. 　前記高さ調整部は、前記正極キャップの前記フランジの周縁部を径方向の内側に折り曲げて形成される、
    　請求項１に記載の密閉型電池。
  6. 　前記金属製スペーサーは、前記フランジに溶接または接着される、
    　請求項２または３に記載の密閉型電池。
     
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