WO2023189792A1 - 円筒形電池 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to cylindrical batteries.
  • Patent Document 1 Conventionally, as a cylindrical battery, there is one described in Patent Document 1.
  • This cylindrical battery consists of an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are wound with a separator in between, a bottomed cylindrical outer can that houses the electrode body, and a seal that is caulked and fixed to the opening of the outer can through a gasket. Prepare your body.
  • one end of the positive electrode lead is joined to the positive electrode of the electrode body, and the other end of the positive lead is joined to the inner surface of the sealing body, and the top surface of the sealing body serves as the positive electrode terminal.
  • an object of the present disclosure is to provide a cylindrical battery in which an excessive load in the rotational direction is not applied to the joint between the lead and the sealing body, and breakage of the joint is suppressed.
  • a cylindrical battery according to the present disclosure includes an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are wound with a separator in between, a bottomed cylindrical outer can housing the electrode body, and an opening of the outer can.
  • the sealing body is caulked and fixed to the part via a gasket, and the lead is joined to the inner surface of the sealing body, and the inner surface of the sealing body is opposed to the widthwise end of the lead and the lead rotates. It has a protrusion that prevents
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a cylindrical battery according to an embodiment of the present disclosure. It is a perspective view of the electrode body of the said cylindrical battery.
  • (a) is a plan view of the central portion of the terminal plate of the cylindrical battery as viewed from below in the axial direction
  • (b) is a cross-sectional view of the central portion of the terminal plate in the axial direction.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the center portion of the terminal board to which the positive electrode lead is bonded, viewed from below.
  • FIG. 5 is an enlarged plan view of the vicinity of the joint of the positive electrode lead in FIG. 4.
  • FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view for explaining the relationship between the protrusion of the cylindrical battery and the arrangement positions of the positive electrode lead.
  • FIG. 5 is a schematic plan view corresponding to FIG. 4 of a cylindrical battery of a comparative example.
  • FIG. 7 is an enlarged plan view corresponding to FIG. 6 of a modified cylindrical battery.
  • the cylindrical battery of the present disclosure may be a primary battery or a secondary battery.
  • a battery using an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte may be used.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery (lithium ion battery) using a non-aqueous electrolyte will be exemplified as the cylindrical battery 10 that is one embodiment, but the cylindrical battery of the present disclosure is not limited to this.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a cylindrical battery 10 according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a perspective view of an electrode body 14 of the cylindrical battery 10.
  • the cylindrical battery 10 includes a wound electrode body 14, a non-aqueous electrolyte (not shown), and a cylindrical metal outer can with a bottom that houses the electrode body 14 and the non-aqueous electrolyte. 16, and a sealing body 17 that closes the opening of the outer can 16.
  • the electrode body 14 has a wound structure in which an elongated positive electrode 11 and an elongated negative electrode 12 are wound with two elongated separators 13 in between.
  • the negative electrode 12 is formed to be one size larger than the positive electrode 11 in order to prevent precipitation of lithium. That is, the negative electrode 12 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 to be at least one size larger than the positive electrode 11, and are arranged to sandwich the positive electrode 11, for example.
  • the negative electrode 12 may constitute the winding start end of the electrode body 14. However, 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 becomes the winding start end of the electrode body 14.
  • the non-aqueous electrolyte includes 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 mixed solvents of two or more of these may be used.
  • the non-aqueous solvent may contain a halogen-substituted product in which at least a portion of the hydrogen atoms of these solvents are replaced with halogen atoms such as fluorine.
  • the non-aqueous electrolyte is not limited to a liquid electrolyte, and may be a solid electrolyte using a gel-like polymer or the like.
  • a lithium salt such as LiPF 6 is used as the electrolyte salt.
  • the positive electrode 11 has a positive electrode core and positive electrode mixture layers formed on both sides of the positive electrode core.
  • a metal foil such as aluminum or an aluminum alloy that is stable in the potential range of the positive electrode 11, a film in which the metal is disposed on the surface, or the like can be used.
  • the positive electrode mixture layer includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.
  • the positive electrode 11 is made by, for example, applying a positive electrode mixture slurry containing a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, etc. onto a positive electrode core, drying the coating film, and then compressing the positive electrode mixture layer to form a positive electrode core. It can be made by forming it on both sides of the body.
  • the positive electrode active material is composed of a lithium-containing metal composite oxide as a main component.
  • Metal elements 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, etc.
  • An example of a preferable 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 included in the positive electrode mixture layer include fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyimide resins, acrylic resins, and polyolefin resins. . These resins may be used in combination with cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC) or its salts, polyethylene oxide (PEO), and the like.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEO polyethylene oxide
  • the negative electrode 12 has a negative electrode core and negative electrode mixture layers formed on both sides of the negative electrode core.
  • a metal foil such as copper or a copper alloy that is stable in the potential range of the negative electrode 12, a film with the metal disposed on the surface, or the like can be used.
  • the negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material and a binder.
  • the negative electrode 12 is produced by, for example, applying a negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material, a binder, etc. onto a negative electrode core, drying the coating film, and then compressing the negative electrode mixture layer onto both sides of the negative electrode core. It can be manufactured by forming
  • a carbon material that reversibly occludes and releases lithium ions is generally used as the negative electrode active material.
  • Preferred carbon materials include natural graphite such as flaky graphite, lumpy graphite, and earthy graphite, and graphite such as artificial graphite such as lumpy artificial graphite and graphitized mesophase carbon microbeads.
  • the negative electrode mixture layer may contain a Si material containing silicon (Si) as a negative electrode active material.
  • a metal other than Si that is alloyed with lithium, an alloy containing the metal, a compound containing the metal, etc. may be used as the negative electrode active material.
  • the binder contained in the negative electrode mixture layer may be a fluororesin, PAN, polyimide resin, acrylic resin, polyolefin resin, etc., but preferably styrene-butadiene rubber (SBR). ) or its modified form.
  • the negative electrode mixture layer may contain, for example, in addition to 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 insulation properties is used for the separator 13.
  • porous sheets include microporous thin films, woven fabrics, and nonwoven fabrics.
  • Preferable materials for the separator 13 include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, cellulose, and the like.
  • 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.
  • a positive electrode lead 20 is bonded to the positive electrode 11, and a negative electrode lead 21 is bonded to the winding end side of the negative electrode 12 in the longitudinal direction.
  • the cylindrical battery 10 has an insulating plate 18 above the electrode body 14 and an insulating plate 19 below the electrode body 14.
  • the positive electrode lead 20 passes through the through hole of the insulating plate 18 and extends toward the sealing body 17
  • the negative electrode lead 21 passes through the outside of the insulating plate 19 and extends toward the bottom 55 of the outer can 16 .
  • the positive electrode lead 20 is joined to the lower surface of the terminal plate 23 of the sealing body 17 by laser welding.
  • the lower surface of the terminal plate 23 is an example of the inner surface of the sealing body 17.
  • a terminal cap 27 constituting the top plate of the sealing body 17 is electrically connected to the terminal board 23, and the terminal cap 27 becomes a positive terminal. Further, the negative electrode lead 21 is joined by welding or the like to the inner surface of the bottom portion 55 of the metal outer can 16, and the outer can 16 serves as a negative electrode terminal.
  • the positive electrode lead 20 is electrically connected to an intermediate portion of the positive electrode core in the winding direction
  • the negative electrode lead 21 is connected to the winding direction of the negative electrode core. It is electrically connected to the terminal end.
  • the negative electrode lead may be electrically connected to the winding start side end of the negative electrode core in the winding direction.
  • the electrode body has two negative electrode leads, one negative electrode lead is electrically connected to the winding start side end in the winding direction of the negative electrode core, and the other negative electrode lead is connected to the winding start side end of the negative electrode core in the winding direction. It may be electrically connected to the winding end side end in the winding direction.
  • the negative electrode and the outer can may be electrically connected by bringing the winding end side end of the negative electrode core in the winding direction into contact with the inner surface of the outer can.
  • the negative electrode lead may be electrically connected to the winding start side end of the negative electrode core, and the winding end side end of the negative electrode core in the winding direction may be brought into contact with the inner surface of the outer can.
  • the cylindrical battery 10 further includes a resin gasket 28 disposed between the outer can 16 and the sealing body 17.
  • the sealing body 17 is caulked and fixed to the opening of the exterior can 16 via a gasket 28 . Thereby, the internal space of the cylindrical battery 10 is sealed.
  • 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 has the role of a sealing material for maintaining airtightness inside the battery and the role of an insulating material for insulating the outer can 16 and the sealing body 17.
  • the outer can 16 accommodates the electrode body 14 and the nonaqueous electrolyte, and has a shoulder portion 38, a grooved portion 34, a cylindrical portion 30, and a bottom portion 55.
  • the grooved portion 34 can be formed, for example, by spinning a part of the side surface of the outer can 16 radially inward to create an annular depression radially inward.
  • the shoulder portion 38 is formed by bending the upper end of the outer can 16 inward toward the peripheral edge 48 of the closure 17 when the closure 17 is fixed to the outer can 16 by caulking.
  • the sealing body 17 has a structure in which a terminal plate 23, a lower valve body 24, an insulating member 25, an upper valve body 26, and a terminal cap 27 are laminated in order from the electrode body 14 side.
  • Each member constituting the sealing body 17 has, for example, a disk shape or a ring shape, and each member except the insulating member 25 is electrically connected to each other.
  • the terminal plate 23 has at least one through hole 23a. Further, the lower valve body 24 and the upper valve body 26 are connected at their respective central portions, and an insulating member 25 is interposed between their respective peripheral portions.
  • the lower valve body 24 deforms and breaks so as to push the upper valve body 26 toward the terminal cap 27, causing the lower valve body 24 and the upper valve body 26 to The current path between the valve bodies 26 is cut off.
  • the upper valve body 26 breaks and gas is discharged from the through hole 27a of the terminal cap 27. By discharging this gas, it is possible to prevent the internal pressure of the cylindrical battery 10 from rising excessively and causing the cylindrical battery 10 to burst, thereby increasing the safety of the cylindrical battery 10.
  • FIG. 3(a) is a plan view of the central portion of the terminal plate 23 when viewed from below in the axial direction
  • FIG. 3(b) is a sectional view of the central portion of the terminal plate 23 in the axial direction.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of the center portion of the terminal plate 23 to which the positive electrode lead 20 is bonded, viewed from below.
  • the terminal plate 23 includes a first disk portion 51 having a disk shape, and a disk protruding downward in the axial direction from the center of the first disk portion 51.
  • the second disc part 52 has a second disc part 52 having a shape, and two identical projection parts 60 which protrude downward in the axial direction from the second disc part 52 and are opposed to each other in the radial direction with an interval between them.
  • the first disc part 51 and the second disc part 52 may be composed of one disc part.
  • Each protrusion 60 has a flat inner surface 61, an arcuate outer circumferential surface 62, and a tip surface 64 that extends in a direction perpendicular to the axial direction.
  • the two inner surfaces 61 are arranged in parallel and facing each other. As shown in FIG. 4, the distance a between the two inner surfaces 61 is longer than the width b of the positive electrode lead 20.
  • the positive electrode lead 20 is joined to the second disc portion 52 , and the joint between the positive electrode lead 20 and the sealing body 17 is located between the two protrusions 60 .
  • FIG. 5 is an enlarged plan view of the area around the joint of the positive electrode lead 20 in FIG. 4.
  • the inner surface 61 of the protrusion 60 constitutes an opposing surface that faces the end surface 20a of the positive electrode lead 20 in the width direction. It is preferable that the positive electrode lead 20 is joined to the second disc portion 52 so that the end surface 20a in the width direction is substantially parallel to the inner surface 61. Further, it is preferable that the positive electrode lead 20 is joined to the center between the protrusions 60.
  • the second disk portion 52 and the positive electrode lead 20 are bonded by irradiating the lower surface 20b of the positive electrode lead 20 with a laser beam while scanning a predetermined length in the width direction of the positive electrode lead 20.
  • the positive electrode lead 20 is joined to the second disk portion 52 by a single linear joining portion 70 .
  • the linear joint portion 70 extends in the width direction and is provided at the center of the positive electrode lead 20 in the width direction.
  • bonding can be performed simply by scanning a laser beam over a predetermined distance, so that the productivity of the cylindrical battery 10 can be improved.
  • the positive electrode lead may be joined to the inner surface of the sealing body by a method other than laser welding, such as ultrasonic welding.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view for explaining the relationship between the positions of the protrusion 60 and the positive electrode lead 20.
  • a straight line L1 passing through the center of the joint 70 and extending in the width direction of the positive electrode lead 20 is connected to an edge of the positive electrode lead 20 in the width direction on the side of one protrusion (hereinafter referred to as the first protrusion) 60.
  • the point where they intersect is point A, and the point where the positive electrode lead 20 contacts the first protrusion 60 when the part of the positive electrode lead 20 on the electrode body 14 side is rotated toward the first protrusion 60 around point A is B. Point.
  • a line passing through point B and parallel to the extending direction of the positive electrode lead 20 before rotation is defined as a lead parallel line L2.
  • the angle ⁇ formed by the line L3 passing through points A and B and the lead parallel line L2 is 20° or less.
  • FIG. 7 is a schematic plan view corresponding to FIG. 4 of a cylindrical battery 210 of a comparative example.
  • an excessive load is applied to the bonding surface of the positive electrode lead 20 in the direction of rotation indicated by the arrow ⁇ parallel to the bonding surface due to the impact caused by the falling of the cylindrical battery 210, etc.
  • rotation of the positive electrode lead 20 cannot be prevented, and there is a possibility that the joint portion 70 may break.
  • the protrusions 60 are present on both sides of the positive electrode lead 20 in the width direction, when the positive electrode lead 20 rotates by a predetermined angle, the positive electrode lead 20 comes into contact with the protrusions 60. Further rotation of the positive electrode lead 20 can be prevented. Therefore, since the rotation range of the positive electrode lead 20 can be limited, it is possible to effectively prevent the joint portion 70 of the positive electrode lead 20 from breaking and the positive electrode lead 20 from coming off.
  • Each protrusion 60 is provided to prevent the positive electrode lead 20 from rotating by an angle greater than a predetermined angle. The inventor of the present application confirmed in a rotation test that the positive electrode lead 20 does not come off when the angle ⁇ between L2 and L3 is 20° or less. Therefore, according to the present cylindrical battery 10, since the angle ⁇ between L1 and L2 is 20° or less, it is possible to reliably prevent the positive electrode lead 20 from coming off.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and modifications thereof, and various improvements and changes can be made within the scope of the claims of the present application and their equivalents.
  • the protrusion may have any shape that can prevent rotation of the positive electrode lead.
  • the surface of the protruding portion that faces the end surface in the width direction of the positive electrode lead may have any shape and does not need to be flat.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view of a modified cylindrical battery 110 corresponding to FIG. 6.
  • the two protrusions 160 that protrude downward in the axial direction may have a cylindrical shape.
  • the angle ⁇ between the line L3 passing through points A and B and the lead parallel line L2 is 20° or less, the positive electrode lead 20 can be reliably prevented from coming off.
  • the sealing body 17 has a structure in which the terminal plate 23, the lower valve body 24, the insulating member 25, the upper valve body 26, and the terminal cap 27 are laminated from the electrode body 14 side.
  • the sealing body may have any other structure, such as a structure in which a terminal plate, an annular insulating plate, and a valve body are laminated in order from the electrode body side, or a structure consisting only of the valve body, etc. It may have.
  • the positive electrode lead 20 joined to the positive electrode 11 is joined to the inner surface of the sealing body 17, and the negative electrode 12 is electrically connected to the outer can 16.
  • the negative electrode lead joined to the negative electrode may be joined to the inner surface of the sealing body, and the positive electrode may be electrically connected to the outer can.

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Abstract

円筒形電池（１０）が、正極（１１）と負極（１２）がセパレータ（１３）を介して巻回された電極体（１４）、電極体（１４）を収容する有底筒状の外装缶（１６）、外装缶（１６）の開口部にガスケット（２８）を介してかしめ固定される封口体（１７）、及び封口体（１７）の内面に接合された正極リード（２０）を備える。封口体（１７）の内面が、正極リード（２０）の幅方向の端部に対向すると共に正極リード（２９）が回転するのを防止する突出部（６０）を有する。

Description

円筒形電池
　本開示は、円筒形電池に関する。
　従来、円筒形電池としては、特許文献１に記載されているものがある。この円筒形電池は、正極と負極がセパレータを介して巻回された電極体、電極体を収容する有底筒状の外装缶、及び外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定される封口体を備える。この円筒形電池では、電極体の正極に一端部が接合された正極リードの他端部が封口体の内面に接合され、封口体の天面が正極端子になっている。
特開平６－１８７９６８号公報
　円筒形電池の落下による衝撃等によって正極リードと封口体の接合部に過大な回転方向の負荷がかかると、接合部が破断する虞がある。そこで、本開示の目的は、リードと封口体の接合部に回転方向の過大な負荷がかかりにくく接合部の破断が抑制された円筒形電池を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本開示に係る円筒形電池は、正極と負極がセパレータを介して巻回された電極体と、電極体を収容する有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定される封口体と、封口体の内面に接合されたリードと、を備え、封口体の内面が、リードの幅方向の端部に対向すると共にリードが回転するのを防止する突出部を有する。
　本開示に係る円筒形電池によれば、リード封口体の接合部に回転方向の過大な負荷がかかりにくいため、接合部の破断が抑制される。
本開示の一実施形態に係る円筒形電池の軸方向の断面図である。 上記円筒形電池の電極体の斜視図である。 （ａ）は、上記円筒形電池の端子板の中央部を軸方向下側から見たときの平面図であり、（ｂ）は、端子板の中央部の軸方向の断面図である。 正極リードが接合された上記端子板の中央部を下側から見たときの模式平面図である。 図４における正極リードの接合部周辺の拡大平面図である。 上記円筒形電池の突出部と正極リードの配置位置の関係を説明するための拡大平面図である。 比較例の円筒形電池における図４に対応する模式平面図である。 変形例の円筒形電池における図６に対応する拡大平面図である。
　以下、図面を参照しながら、本開示に係る円筒形電池の実施形態について詳細に説明する。なお、本開示の円筒形電池は、一次電池でもよく、二次電池でもよい。また、水系電解質を用いた電池でもよく、非水系電解質を用いた電池でもよい。以下では、一実施形態である円筒形電池１０として、非水電解質を用いた非水電解質二次電池（リチウムイオン電池）を例示するが、本開示の円筒形電池はこれに限定されない。
　以下で説明する実施形態や変形例の特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。以下の実施形態では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、複数の図面には、模式図が含まれ、異なる図間において、各部材における、縦、横、高さ等の寸法比は、必ずしも一致しない。本明細書では、円筒形電池１０の軸方向（高さ方向）の封口体１７側を「上」とし、軸方向の外装缶１６の底部５５側を「下」とする。また、以下で説明される構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素であり、必須の構成要素ではない。
　図１は、本開示の一実施形態に係る円筒形電池１０の軸方向の断面図であり、図２は、円筒形電池１０の電極体１４の斜視図である。図１に示すように、円筒形電池１０は、巻回型の電極体１４、非水電解質（図示せず）、電極体１４及び非水電解質を収容する有底円筒状で金属製の外装缶１６、及び外装缶１６の開口部を塞ぐ封口体１７を備える。図２に示すように、電極体１４は、長尺状の正極１１と長尺状の負極１２が長尺状の２枚のセパレータ１３を介して巻回された巻回構造を有する。
　負極１２は、リチウムの析出を防止するために、正極１１よりも一回り大きな寸法で形成される。即ち、負極１２は、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。負極１２は、電極体１４の巻き始め端を構成してもよい。しかし、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。
　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、およびこれらの２種以上の混合溶媒等を用いてもよい。非水溶媒は、これら溶媒の水素原子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。
　正極１１は、正極芯体と、正極芯体の両面に形成された正極合剤層とを有する。正極芯体には、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、例えば正極芯体上に正極活物質、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正極芯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）、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂などが例示できる。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、負極芯体と、負極芯体の両面に形成された負極合剤層とを有する。負極芯体には、銅、銅合金など、負極１２の電位範囲で安定な金属箔、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、例えば負極芯体上に負極活物質、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負極芯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、ケイ素（Ｓｉ）を含有するＳｉ材料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ポリオレフィン樹脂、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。
　図１に示すように、正極１１には、正極リード２０が接合され、負極１２の長手方向の巻き終わり側には、負極リード２１が接合される。円筒形電池１０は、電極体１４の上方に絶縁板１８を有し、電極体１４の下方に絶縁板１９を有する。正極リード２０は、絶縁板１８の貫通孔を通って封口体１７側に延び、負極リード２１は、絶縁板１９の外側を通って外装缶１６の底部５５側に延びる。正極リード２０は、封口体１７の端子板２３の下面にレーザ溶接で接合される。端子板２３の下面は、封口体１７の内面の一例である。封口体１７の天板を構成する端子キャップ２７が端子板２３と電気的に接続され、端子キャップ２７が正極端子となる。また、負極リード２１は、金属製の外装缶１６の底部５５の内面に溶接等で接合され、外装缶１６が負極端子となる。
　図１及び図２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央部等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側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側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側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側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。又は、負極リードが、負極芯体における巻き始め側端部に電気的に接続され、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てもよい。
　円筒形電池１０は、外装缶１６と封口体１７との間に配置される樹脂製のガスケット２８を更に備える。封口体１７は、ガスケット２８を介して外装缶１６の開口部にかしめ固定される。これにより、円筒形電池１０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に挟持され、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と、外装缶１６と封口体１７を絶縁する絶縁材としての役割を有する。
　外装缶１６は、電極体１４と非水電解質を収容し、肩部３８、溝入れ部３４、筒状部３０、及び底部５５を有する。溝入れ部３４は、例えば、外装缶１６の側面の一部を、径方向内側にスピニング加工して径方向内方側に環状に窪ませることで形成できる。肩部３８は、封口体１７を外装缶１６にかしめ固定する際に、外装缶１６の上端部を封口体１７の周縁部４８に向かって内側に折り曲げて形成される。
　封口体１７は、電極体１４側から順に、端子板２３、下弁体２４、絶縁部材２５、上弁体２６、及び端子キャップ２７が積層された構造を有する。封口体１７を構成する各部材は、例えば円板形状又はリング形状を有し、絶縁部材２５を除く各部材は互いに電気的に接続されている。端子板２３は、少なくとも１つの貫通孔２３ａを有する。また、下弁体２４と上弁体２６は、各々の中央部で接続され、各々の周縁部の間には絶縁部材２５が介在している。
　円筒形電池１０が異常発熱して、円筒形電池１０の内圧が上昇すると、下弁体２４が上弁体２６を端子キャップ２７側に押し上げるように変形して破断し、下弁体２４と上弁体２６の間の電流経路が遮断される。さらに内圧が上昇すると、上弁体２６が破断して、端子キャップ２７の貫通孔２７ａからガスが排出される。このガスの排出により、円筒形電池１０の内圧が過度に上昇して円筒形電池１０が破裂することを防止でき、円筒形電池１０の安全性を高くできる。
　図３（ａ）は、端子板２３の中央部を軸方向下側から見たときの平面図であり、図３（ｂ）は、端子板２３の中央部の軸方向の断面図である。また、図４は、正極リード２０が接合された端子板２３の中央部を下側から見たときの模式平面図である。図３（ａ）,（ｂ）に示すように、端子板２３は、円板状の第１円板部５１と、第１円板部５１の中央部から軸方向下側に突出する円板状の第２円板部５２と、第２円板部５２から軸方向下側に突出すると共に間隔をおいて径方向に対向する２つの同一の突出部６０を有する。第１円板部５１と第２円板部５２は一つの円板部で構成されてもよい。
　各突出部６０は、平坦な内側面６１と円弧状の外周面６２と、軸方向に直交する方向に広がる先端面６４を有する。２つの内側面６１は、互いに対向するように平行に配置される。図４に示すように、２つの内側面６１の間の距離ａは、正極リード２０の幅ｂよりも長くなっている。正極リード２０は、第２円板部５２に接合され、正極リード２０と封口体１７の接合部は、２つの突出部６０の間に位置する。
　図５は、図４における正極リード２０の接合部周辺の拡大平面図である。図５に示すように、突出部６０の内側面６１は、正極リード２０の幅方向の端面２０ａに対向する対向面を構成している。正極リード２０は、幅方向の端面２０ａが内側面６１に略平行になるように第２円板部５２に接合されることが好ましい。また、正極リード２０は、突出部６０の間の中央に接合されることが好ましい。
　図５に示すように、第２円板部５２と正極リード２０の接合は、レーザ光を正極リード２０の幅方向に所定長さ走査しながら正極リード２０の下面２０ｂに照射することで行われ、１本の直線状の接合部７０により正極リード２０が第２円板部５２に接合される。直線状の接合部７０は、幅方向に延在し、正極リード２０の幅方向中央部に設けられる。この方法を用いると、レーザ光を所定距離走査させるだけで接合を行うことができるので、円筒形電池１０の生産性を優れたものにできる。なお、正極リードの封口体の内面への接合は、レーザ溶接以外の方法、例えば、超音波溶接等で行ってもよい。
　図６は、突出部６０と正極リード２０の配置位置の関係を説明するための拡大平面図である。図６に示すように、接合部７０の中心を通る正極リード２０の幅方向に延びる直線Ｌ１が正極リード２０の一方の突出部（以下、第１突出部という）６０側の幅方向の縁と交わる点をＡ点とし、Ａ点を中心に正極リード２０の電極体１４側の部分を第１突出部６０側に回転させたときに正極リード２０が第１突出部６０に接触する点をＢ点とする。また、Ｂ点を通ると共に回転前の正極リード２０の延在方向に平行な線をリード平行線Ｌ２とする。このとき、Ａ点とＢ点を通過する線Ｌ３とリード平行線Ｌ２とがなす角θは２０°以下になっている。
　図７は、比較例の円筒形電池２１０における図４に対応する模式平面図である。図７に示すように、上述の突出部６０がない場合、円筒形電池２１０の落下による衝撃等によって正極リード２０の接合面に接合面に平行な矢印αで示す過大な回転方向の負荷がかかると、正極リード２０の回転を防止することができず、接合部７０が破断する虞がある。
　これに対し、本円筒形電池１０によれば、正極リード２０の幅方向の両側に突出部６０が存在するので、正極リード２０が所定角度回転すると、正極リード２０が突出部６０に接触して正極リード２０のそれ以上の回転を阻止できる。したがって、正極リード２０の回転範囲を制限できるので、正極リード２０の接合部７０が破断して正極リード２０が外れることを効果的に抑制できる。各突出部６０は、正極リード２０が所定角度より大きい角度回転するのを防止するために設けられる。本願発明者は、回転試験で、上記Ｌ２とＬ３がなす角θが２０°以下であれば、正極リード２０が外れないことを確認した。したがって、本円筒形電池１０によれば、上記Ｌ１とＬ２がなす角θが２０°以下であるので、正極リード２０が外れることを確実に防止できる。
　なお、本開示は、上記実施形態およ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およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、突出部６０において正極リード２０の幅方向の端面に対向する対向面が平坦な内側面６１で構成される場合について説明した。しかし、突出部は、正極リードの回転を防止できる如何なる形状を有してもよい。そして、突出部において正極リードの幅方向の端面に対向する面は、如何なる形状を有してもよく、平面でなくてもよい。
　図８は、変形例の円筒形電池１１０における図６に対応する拡大平面図である。図８に示すように、軸方向下側に突出する２つの突出部１６０は、円柱形状を有しても。なお、この場合においても、上述したように、Ａ点とＢ点を通過する線Ｌ３とリード平行線（図８に点線で示す）Ｌ２とがなす角θが２０°以下であれば、正極リード２０の外れを確実に防止できる。
　上記実施形態では、封口体１７が、電極体１４側から、端子板２３、下弁体２４、絶縁部材２５、上弁体２６、及び端子キャップ２７が積層された構造を有する場合について説明した。しかし、封口体は、それ以外の如何なる構造を有してもよく、例えば、電極体側から順に、端子板、環状の絶縁板、弁体が積層された構造や弁体のみで構成される構造等を有してもよい。また、正極１１に接合された正極リード２０を封口体１７の内面に接合すると共に、負極１２を外装缶１６に電気的に接続する場合について説明した。しかし、負極に接合された負極リードを封口体の内面に接合すると共に、正極を外装缶に電気的に接続してもよい。
　１０,１１０　円筒形電池、　１１　正極、　１２　負極、　１３　セパレータ、　１４　電極体、　１６　外装缶、　１７　封口体、　１８,１９　絶縁板、　２０　正極リード、　２０ａ　正極リードの幅方向の端面、　２０ｂ　正極リードの下面、　２１　負極リード、　２３　端子板、　２４　下弁体、　２５　絶縁部材、　２６　上弁体、　２７　端子キャップ、　２８　ガスケット、　３０　筒状部、　３４　溝入れ部、　３８　肩部、　４８　周縁部、　５１　第１円板部、　５２　第２円板部、　５５　底部、　６０,１６０　突出部、　６１　突出部の内側面、　６２　突出部の外周面、　６４　突出部の先端面、　７０　接合部。

Claims (3)

  1. 　正極と負極がセパレータを介して巻回された電極体と、
    　前記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にガスケットを介してかしめ固定される封口体と、
    　前記封口体の内面に接合されたリードと、を備え、
    　前記封口体の内面が、前記リードの幅方向の端部に対向すると共に前記リードが回転するのを防止する突出部を有する、円筒形電池。
  2. 　前記リードは、接合部によって前記内面に接合され、
    　前記接合部の中心を通る前記リードの幅方向に延びる直線がリードの前記突出部側の幅方向の縁と交わる点をＡ点とし、前記Ａ点を中心に前記リードの前記電極体側の部分を前記突出部側に回転させたときに前記リードが前記突出部に接触する点をＢ点とし、前記Ｂ点を通ると共に回転前の前記リードの延在方向に平行な線をリード平行線とするとき、前記Ａ点と前記Ｂ点を通過する直線と前記リード平行線とがなす角θが２０°以下である、請求項１に記載の円筒形電池。
  3. 　前記突出部において前記リードの幅方向の端面に対向する対向面が平坦である、請求項１又は２に記載の円筒形電池。
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