JP4097482B2

JP4097482B2 - Sealed battery with cleavage groove

Info

Publication number: JP4097482B2
Application number: JP2002237752A
Authority: JP
Inventors: ▲徳▼之宮崎; 康弘山内; 聡司吉田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-08-19
Also published as: JP2004079330A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池外装缶に形成された開裂溝が、電池膨張時に開裂して開口を形成することにより電池内のガスを排出する構造の密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の小型・軽量化が急速に進展しており、その駆動電源としての電池にはさらなる高容量化、高エネルギー密度化が要求されている。リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるので、上記のような移動情報端末の駆動電源として広く利用されている。
【０００３】
このような非水電解質二次電池は、高温条件にさらされた場合や、または適正でない充放電を行った場合には、電池内で多量のガスが発生し、このガスにより電池が破裂したり、発火する危険性がある。このため、電池内のガスは速やかに電池外に放出させる必要がある。
【０００４】
電池内のガスを電池外に放出させる技術としては、既に種々提案されている。例えば、特開平１１−２７３６４０号公報には、図１３、１４に示されるように、外装缶の開放穴に溶接された封口板３の一部に、ドーム状の薄肉の開裂溝１３を形成し、内圧が上昇した場合、開裂溝を開裂させて電池内のガスを速やかに電池外に放出する安全装置が提案されている。
【０００５】
この安全装置は、作動圧を低くするために、開裂溝１３の厚みを薄くする必要がある。例えば、１．５〜２．０ＭＰａの圧力で安全装置を作動させるには、開裂溝１３の厚みを２０μｍ程度とする必要があるが、このように開裂溝１３の厚みを薄くした場合には、開裂溝１３の製造上の厚み公差を非常に小さな範囲に規制する必要があり、それゆえ歩留りが悪くなって、電池の製造コストが上昇する。
【０００６】
また、開裂溝１３の厚みを極めて薄くすると、落下等により電池に衝撃が加えられた場合、開裂溝１３にクラック等が生じる。これにより、電解液が漏れる等の問題が生じる。加えて、上記のように、面積が小さい封口板３に開裂溝１３を形成したものでは、開裂溝１３の面積も小さくせざるを得ないため、電池内部で発生したガスを速やかに電池外に放出することができなかった。
【０００７】
他方、図１０に示すように、電池外装缶側面のうち面積の大きい側面１０の一隅の近傍に開裂溝１３を形成し、電池膨張時には図１１に示すように、当該開裂溝１３が開裂して開口１４が形成されることにより電池内のガスを排出する構造の安全装置が提案されている。このような構造であれば、開裂溝１３の残肉厚をある程度大きくしても、電池膨張時には四隅の近傍領域では極めて大きな歪みが生じるため、電池膨張時には当該開裂溝１３が確実に開裂する。したがって、製造時における開裂溝１３の残肉厚の公差を特開平１１−２７３６４０号公報における場合よりも大きくすることができる。したがって、歩留りの低下がなく、電池の製造コストがほとんど上昇しない。加えて、電池落下等の衝撃が加えられた場合であっても、開裂溝１３にクラック等が生じにくいので、電解液漏れを防止できる。
【０００８】
しかしながら、上記の技術では、図１１、図１２に示すように、開裂溝が電池膨張時に形成される凸部稜線と交差する位置にしか設けられていないので、開裂溝の開口の面積が小さい。その結果、電池内部で熱溶解したセパレータ等の電池構成材料が開口に詰まり、電池内のガスを円滑に排出することができない場合がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、電池内部のガスを電池外に排出させるための開裂溝を有する電池において、開裂溝の開裂により形成される開口を大きくすることができ、無用な開裂に起因する電解液漏れを防止できる電池を開発した。
【００１０】
この電池は、開裂溝を外装缶の外表面に設け、且つ電池膨張時に当該面に形成される凸部稜線と交差する位置と、交差しない位置とに設ける。電池膨張時に生じる凸部稜線の近傍では極めて大きな歪み力が生じるため、開裂溝の残肉厚をある程度厚くしても、電池膨張時には当該開裂溝が確実に開裂する。このような凸部稜線と交差する位置の大きく開口する開裂溝の開裂が起点となり、その開裂が交差しない位置の開裂溝にも伝播し、その結果、より一層開口面積を大きくすることができる。従って、熱溶融したセパレータ等によって開口が詰まることがなく、電池内で発生したガスを確実に且つ速やかに電池外に排出することができる。
【００１１】
しかしながら、この開裂溝は、開裂溝の残肉厚を適正に設定する必要がある。即ち、開裂溝の残肉厚が大きい場合には、凸部稜線と交差する位置の開裂溝が開裂しても、交差しない位置の開裂溝へと伝播しにくく、十分なガス開放面積を確保できず、電池の安全性を損ねるといった問題が生じる。一方、開裂溝の残肉厚が小さい場合には、開裂溝を全開放して十分なガス開放面積を確保することができるが、作動圧が低くなってしまい、適正な作動圧が得られず、電池の信頼性を損ねるといった問題が生じる。
【００１２】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、電池内部のガスを電池外に排出させるための開裂溝を有する電池において、開裂溝の開裂により形成される開口の面積を大きくすることができ、無用な開裂に起因する電解液漏れを防止できる電池であって、且つ、信頼性と安全性を共に確保することができる電池を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するために、電池膨張時に開裂する開裂溝が形成された外装缶と、前記外装缶に収納された電極体と、前記外装缶の開口を封口する封口体と、を有する開裂溝付き電池において、前記開裂溝は、前記外装缶の外表面に設けられ、且つ、電池膨張時に当該面に形成される凸部稜線と交差する位置と、交差しない位置とに設けられて、交差する位置における開裂溝の残肉厚が、交差しない位置における開裂溝の残肉厚よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
電池膨張時に生じる凸部稜線の近傍では極めて大きな歪み力が生じるため、当該位置の開裂溝の残肉厚をある程度大きくしても、電池膨張時には当該開裂溝が確実に開裂する。一方、凸部稜線と交差しない位置における開裂溝の残肉厚は小さくしているので、凸部稜線と交差する位置の大きく開口する開裂溝の開裂が起点となり、その開裂が交差しない位置の開裂溝にも伝播しやすくなる。その結果、凸部稜線と交差する位置の開裂溝の残肉厚によって、作動圧を最適に設定して信頼性を確保すると同時に、交差しない位置の開裂溝においては、残肉厚を小さくすることによって、開裂を伝播しやすくして開口面積を大きくして安全性を確保することができる。
【００１５】
また、前記開裂溝は、前記外装缶の外表面を構成する面のうち最も面積の広い外表面に設けられていることが好ましい。外装缶の面積の大きい面は、電池膨張時の変形量が面積の小さい面よりも大きいため、この面に開裂溝を形成すると、開口を大きくすることができるし、また、作動圧の調整範囲も大きくすることができ、設計の自由度を大きくすることができる。
【００１６】
また、前記開裂溝は、前記凸部稜線と二つ以上と交差する位置に設けられていることが好ましい。凸部稜線と二つ以上交差することによって、より開裂を大きくして開口面積を大きくすることができる。
【００１７】
また、前記開裂溝は、前記凸部稜線と略直角に交差することが好ましい。電池膨張時に生じる凸部稜線と直交する方向では、より大きな歪み力が働き、開口面積を大きくすることができる。
【００１８】
電池膨張時に形成される凸部稜線は、電池の側面における長手方向と短手方向との長さがあまり変わらない場合には、隅部における長辺との角度θが約４５°となるように形成されるが、電池の長手方向と短手方向との長さが大きく変わる場合には必ずしも上記θが略４５°になるとは限らない。但し、上記θの範囲は、一般的に３０〜６０°程度に限定されるので、この範囲に形成される凸部稜線と開裂溝とが交差するように設計すれば良い。凸部稜線は電池の四隅近傍において、隅部からθの角度で形成され始め、そして、電池の大面積の側面における長手方向の中央領域において、前記長辺とほぼ平行に形成される。また、凸部稜線とほぼ直角に交差とは、上記の範囲に形成される凸部稜線と７５〜１０５°の角度で交差することである。
【００１９】
また、前記凸部稜線と交差する位置に設けられた開裂溝は円弧状に形成されると共に、前記凸部稜線と交差しない位置に設けられた開裂溝は直線状に形成されることが望ましい。凸部稜線と交差する位置に設けられた開裂溝を円弧状にすることによって、電池膨張時による外装缶の変形に沿わせることができるので、最も効率よく開裂させることができる。一方、凸部稜線と交差しない位置に設けられた開裂溝を直線状にすることによって、その位置を、電池内に収納した電極体と封口板との間に細く狭い間隔に対向した間隔に配置することができる。もし、直線状ではなく円弧状に形成すると、当該間隔内に位置することができずに電極体と対向する位置に配置されてしまうことが生じる。この場合、開裂したときに、電極体が突出して外装缶と接触しショートしてしまうという問題がある。従って、凸部稜線と交差しない位置に設けられた開裂溝を直線状にすることによって、開裂したときに電極体と外装缶との接触を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、本発明は下記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００２１】
図１は本発明電池の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視部分断面図、図３は本発明電池の通常状態を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。図４は本発明電池が膨張した状態を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。図５（ａ）〜（ｄ）は本発明電池の膨張過程を示す斜視図である。図６は開裂溝の断面溝形状を示す図である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本発明の非水電解液電池は、有底筒状のアルミニウム合金製の外装缶２（側面部の厚み：０．２ｍｍ）を有しており、この外装缶２内には、アルミニウムから成る芯体にＬｉＣｏＯ₂を主体とする活物質層が形成された正極と、銅から成る芯体に黒鉛を主体とする活物質層が形成された負極と、これら両電極を離間するセパレータとから成る偏平渦巻状の電極体１が収納されている。また、上記外装缶２内には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とが体積比で４：６の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液が注入されている。更に、上記外装缶２の開放孔にはアルミニウム合金から成る封口板３がレーザー溶接されており、これによって電池が封口されている。
【００２３】
上記封口板３は、ガスケット６、絶縁板７及び導電板８と共に、挟持部材９により挟持されており、この挟持部材９上には負極端子４が固定されている。また、上記負極から延設される負極タブ５は、上記導電板８と挟持部材９とを介して、上記負極端子４と電気的に接続される一方、上記正極は正極タブ（図示せず）を介して、上記外装缶１と電気的に接続されている。
【００２４】
ここで、図３に示すように、上記外装缶２の最も面積の広い側面１０の隅部１１の近傍領域や封口板の近傍で平行な領域に開裂溝１３が形成される。この開裂溝１３は、図４に示すように、電池膨張時に側面１０に形成される凸部稜線１２（折れ曲がり線であって、図４のように小面積の側面との角度θが約４５°となるように形成される）の二つ以上と交差する位置において円弧状に形成されると共に、凸部稜線１２と交差しない位置において直線状に形成されており、電池膨張時に当該開裂溝１３が開裂して開口する。これにより電池内のガスを電池外に排出される。
【００２５】
また、凸部稜線１２と交差する円弧状の開裂溝１３は、図６に示すように、外装缶の肉厚が０．２０ｍｍに対して、開裂溝の深さは０．０５〜０．０７ｍｍであり、当該開裂溝１３に対応する部分の残肉厚は０．１５〜０．１３ｍｍとなるように形成されている。一方、凸部稜線１２と交差しない直線状の開裂溝１３は、図６に示すように、その深さは０．０８〜０．１０ｍｍであり、当該開裂溝１３に対応する部分の残肉厚は０．１２〜０．１０ｍｍとなるように形成されている。また、開裂溝の断面溝形状は、図６に示すように、台形状、Ｖ字状あるいは先端Ｒ状などの形状やその他の形状でも構わない。そして、その交差角（図６参照）は３５〜４０°が望ましい。尚、上記電池の大きさは、縦５０ｍｍ、横３４ｍｍ、厚み３．８ｍｍである。
【００２６】
上記非水電解質二次電池は、公知の材料、方法を用いて作製することができる。具体的には、正極材料としてはコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複合酸化物、負極材料としては黒鉛、コークス等の炭素質物、リチウム合金、金属酸化物等、非水溶媒としてはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチロラクトン等のエステル類、１，２−ジメトキシエタン等のエーテル類等、電解質塩としてはＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＰＦ₆等をそれぞれ単独で、あるいは二種以上混合して用いることができる。また本発明は、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池等に利用することもできる。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池を以下のようにして作製した。コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）からなる正極活物質９０質量部と、アセチレンブラックからなる炭素系導電剤５質量部と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）からなる結着剤５質量部と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合して活物質スラリーとした。
【００２８】
この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み２０μｍのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった有機溶媒を除去した。次いで、この極板を厚みが０．１７ｍｍになるようにロールプレス機により圧延して正極を作製した。
【００２９】
黒鉛からなる負極活物質９５質量部と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）からなる結着剤５質量部と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合して活物質スラリーとした。この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み２０μｍの銅箔からなる負極芯体の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった有機溶媒を除去した。次いで、この極板を厚みが０．１４ｍｍになるようにロールプレス機により圧延して負極を作製した。
【００３０】
エチレンカーボネート（ＥＣ）４０質量部と、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）６０質量部とが混合された非水溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ₆を１Ｍ（モル／リットル）となるよう溶解させ、電解液を作製した。
【００３１】
上記のように作製した正極と負極に、それぞれ正極リードあるいは負極リードを取り付けた後、両極をオレフィン系樹脂からなる微多孔膜（厚み：０．０２５ｍｍ）からなるセパレータを間にし、且つ各極板の幅方向の中心線を一致させて重ね合わせた。この後、巻き取り機により巻回し、最外周をテープ止めすることにより偏平渦巻状電極体１を作製した。
【００３２】
一方、上記の工程と並行して、アルミニウム合金製の薄板を絞り加工することにより、外装缶２を形成した。この外装缶２における面積の最も広い側面１０に図３に示す形状の開裂溝１３をエッチング法やプレス加工等により形成した。また、アルミニウム合金製の薄板を用いて封口板３を作成した。この後、この封口板３、ガスケット６、絶縁板７及び導電板８を挟持部材９により挟持させ、しかる後、導電板８と電極板１から導出される負極タブ５とを溶接し、電極体１を外装缶２に挿入した。そして、外装缶２と封口板３とをレーザー溶接した後、封口板１の透孔より外装缶２内に電解液を注入し、更に挟持部材９上に負極端子４を固定することにより、本発明に係る開裂溝付き電池を作製した。
【００３３】
（作動圧試験）
封口板３、電池外装缶２及び電極体１のみを用い（即ち、電解液等を用いないで）、封口板３と電池外装缶２とをレーザー溶接した。そして、注液孔より空気を電池内に送り込んで電池内部を加圧し、開裂溝が作動すると同時に加圧を中止して、開裂溝が作動したときの電池内部圧力（開裂溝の作動圧）を測定した。その結果を表１に示す。尚、本発明セルａは、図３に示す形状の開裂溝において、凸部稜線と交差する位置の円弧状の開裂溝の残肉厚を０．１３ｍｍとすると共に、凸部稜線と交差しない位置の直線状の開裂溝の残肉厚を０．１０ｍｍとし、比較セルｘは、同形状の開裂溝において残肉厚を０．１５ｍｍ一定とし、比較セルｙは、同形状の開裂溝において残肉厚を０．１２ｍｍ一定とした。試料数は各セル５個である。
【００３４】
（信頼性試験）
上記した実施の形態と同様にして完成セルを作製し、電池電圧が４．２０Ｖに達するまで充電を行い、その後１００℃で保存して開裂溝が開裂するまでの時間を測定した。その結果を表１に示す。尚、本発明セルａ、比較セルｘ及びｙの開裂溝の形状及び残肉厚は上記作動圧試験と同様のものを使用した。試料数は各セル２個である。
【００３５】
（安全性試験）
上記した実施の形態と同様にして完成セルを作製し、１Ｉｔ（５８０ｍＡ）のレートで過充電を行い、開裂状態または破裂の有無を確認した。その結果を表１に示す。尚、本発明セルａ、比較セルｘ及びｙの開裂溝の形状及び残肉厚は上記作動圧試験と同様のものを使用した。試料数は各セル４個である。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１から明らかなように、作動圧試験においては、本発明セルａは、凸部稜線と交差しない位置の直線状の開裂溝の残肉厚ｔ２が比較セルよりも小さいにもかかわらず、作動圧が最適に設定されていることがわかる。即ち、作動圧は、凸部稜線と交差する位置の開裂溝の残肉厚ｔによって決定されることがわかり、この位置の開裂溝の残肉厚を最適に設定すれば良いことがわかる。
【００３８】
信頼性試験においては、本発明セルａ及び比較セルｘで７日間開裂がなく信頼性が確保できているが、比較セルｙは作動圧が低いために３日経過後に開裂が生じ信頼性が不十分であることがわかる。
【００３９】
安全性試験においては、本発明セルａ及び比較セルｙで電池破裂や燃焼することなく開裂が生じて安全性が確保できているが、比較セルｘは凸部稜線と交差しない位置でも残肉厚が大きく、開裂が伝播しにくいため、試料４個のうち２個で部分開裂で全開放に至らず、残りの２個では破裂に至り安全性が不十分であることがわかる。
【００４０】
このように、比較セルｘ、ｙが、信頼性試験と安全性試験の両方を同時に確保することができないのに対して、本発明セルａは、どちらもその性能が確保されていることがわかる。
【００４１】
図７〜図９は他の実施例を示す。図７に示すように。開裂溝１３の形状が、凸部稜線１２と交差しない位置において、直線状ではなく円弧状に形成されていても良い。また、図８に示すように、開裂溝１３の位置が、外装缶の最も広い面のうち封口板と直交する方向で長辺に沿って設けられていても良い。さらに、図９に示すように、開裂溝１３の位置が、外装缶の最も広い面のうち封口板と平行で封口板側と缶底側の２箇所に設けられていても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、開裂溝形成のために歩留りが悪くなったり、電池の製造コストが高くなったり、落下等の衝撃による溝に開裂のために電解液が漏れることを防止しつつ、開裂溝の開口面積を大きくすることができる。これにより、電池内圧が所定圧に達すると、応答性よく開裂し、電池内のガスを電池外に速やかに排出させることのできる開裂溝付き電池が低コストで得られる。
【００４３】
そして、凸部稜線と交差する位置に設けられた開裂溝の残肉厚によって、作動圧を最適に決定することができると共に、交差しない位置における開裂溝の残肉厚が、交差する位置における開裂溝の残肉厚よりも小さくすることによって、交差する位置における開裂が起点となって、交差しない位置の開裂溝にも応答性よく伝播させることができる。その結果、開裂を最適且つ確実に行い、信頼性と安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明電池の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視部分断面図である。
【図３】本発明電池の通常状態を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。
【図４】本発明電池が膨張した状態を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。
【図５】同図（ａ）〜（ｄ）は、本発明電池の膨張過程を示す斜視図である。
【図６】開裂溝の断面溝形状を示す図である。
【図７】本発明電池の他の変形例を示す正面図である。
【図８】本発明電池の他の変形例を示す正面図である。
【図９】本発明電池の他の変形例を示す正面図である。
【図１０】従来電池の通常状態を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。
【図１１】従来電池が膨張した状態を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。
【図１２】同図（ａ）〜（ｄ）は、従来電池の膨張過程を示す斜視図である。
【図１３】他の従来電池の通常状態を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。
【図１４】他の従来電池が膨張した状態を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
１電極体
２外装缶
３封口板
４負極端子
５負極タブ
６ガスケット
７絶縁板
８導電板
９挟持部材
１０側面
１１隅部
１２凸部稜線
１３開裂溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealed battery having a structure in which gas in a battery is discharged by a cleavage groove formed in a battery outer can being opened when the battery expands to form an opening.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile information terminals such as mobile phones, notebook computers, and PDAs have been rapidly reduced in size and weight, and batteries as drive power sources are required to have higher capacity and higher energy density. A non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery has a high energy density and a high capacity, and is therefore widely used as a driving power source for the mobile information terminal as described above.
[0003]
When such non-aqueous electrolyte secondary batteries are exposed to high temperature conditions, or when improper charging / discharging is performed, a large amount of gas is generated in the battery, and this gas may cause the battery to rupture. Risk of fire. For this reason, it is necessary to quickly release the gas in the battery to the outside of the battery.
[0004]
Various techniques for releasing the gas in the battery to the outside of the battery have already been proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-273640, as shown in FIGS. 13 and 14, a dome-shaped thin tear groove 13 is formed in a part of a sealing plate 3 welded to an open hole of an outer can. A safety device has been proposed in which when the internal pressure increases, the cleavage groove is cleaved to quickly release the gas in the battery to the outside of the battery.
[0005]
In this safety device, it is necessary to reduce the thickness of the cleavage groove 13 in order to reduce the operating pressure. For example, in order to operate the safety device at a pressure of 1.5 to 2.0 MPa, it is necessary to make the thickness of the cleavage groove 13 about 20 μm, but when the thickness of the cleavage groove 13 is reduced in this way, It is necessary to regulate the manufacturing thickness tolerance of the cleaving groove 13 to a very small range. Therefore, the yield is deteriorated and the manufacturing cost of the battery is increased.
[0006]
Further, if the thickness of the cleavage groove 13 is extremely thin, a crack or the like is generated in the cleavage groove 13 when an impact is applied to the battery due to dropping or the like. This causes problems such as leakage of the electrolyte. In addition, in the case where the cleavage groove 13 is formed in the sealing plate 3 having a small area as described above, the area of the cleavage groove 13 must be reduced. Could not be released.
[0007]
On the other hand, as shown in FIG. 10, a cleavage groove 13 is formed in the vicinity of one corner of the side surface 10 having a large area among the side surfaces of the battery outer can, and when the battery expands, the cleavage groove 13 is cleaved as shown in FIG. A safety device having a structure in which the gas in the battery is discharged by forming the opening 14 has been proposed. With such a structure, even if the remaining thickness of the cleavage groove 13 is increased to some extent, an extremely large strain is generated in the vicinity of the four corners when the battery is expanded, so that the cleavage groove 13 is reliably cleaved when the battery is expanded. Therefore, the tolerance of the remaining thickness of the cleavage groove 13 at the time of manufacture can be made larger than that in the case of Japanese Patent Laid-Open No. 11-273640. Therefore, there is no decrease in yield and the battery manufacturing cost hardly increases. In addition, even when an impact such as a battery drop is applied, cracks or the like are not easily generated in the cleavage groove 13, so that electrolyte leakage can be prevented.
[0008]
However, in the above technique, as shown in FIGS. 11 and 12, since the cleavage groove is provided only at a position intersecting with the convex ridge line formed at the time of battery expansion, the area of the opening of the cleavage groove is small. As a result, battery constituent materials such as a separator melted by heat inside the battery may be clogged in the opening, and the gas in the battery may not be discharged smoothly.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in a battery having a cleavage groove for discharging the gas inside the battery to the outside of the battery, the battery formed by enlarging the opening formed by the cleavage of the cleavage groove and preventing electrolyte leakage due to unnecessary cleavage Developed.
[0010]
In this battery, a cleavage groove is provided on the outer surface of the outer can, and is provided at a position where it intersects with the convex ridge formed on the surface when the battery is expanded, and a position where it does not intersect. Since an extremely large strain force is generated in the vicinity of the convex ridgeline generated when the battery expands, even when the remaining thickness of the cleavage groove is increased to some extent, the cleavage groove is surely broken when the battery expands. The cleavage of such a cleavage groove that opens widely at a position that intersects the convex ridge line is the starting point, and the propagation propagates to the cleavage groove at a position that does not intersect. As a result, the opening area can be further increased. Therefore, the opening is not clogged with a hot-melted separator or the like, and the gas generated in the battery can be discharged out of the battery reliably and promptly.
[0011]
However, this cleavage groove needs to set the remaining thickness of the cleavage groove appropriately. That is, when the remaining thickness of the cleavage groove is large, even if the cleavage groove at the position intersecting the convex ridge line is broken, it is difficult to propagate to the cleavage groove at the position where it does not intersect, and a sufficient gas release area can be secured. Therefore, there arises a problem that the safety of the battery is impaired. On the other hand, when the remaining thickness of the cleavage groove is small, the cleavage groove can be fully opened to secure a sufficient gas release area, but the operating pressure becomes low and an appropriate working pressure cannot be obtained. As a result, the reliability of the battery is impaired.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a battery having a cleavage groove for discharging gas inside the battery to the outside of the battery, the area of the opening formed by the cleavage of the cleavage groove is increased. An object of the present invention is to provide a battery that can prevent electrolyte leakage due to unnecessary cleavage and that can ensure both reliability and safety.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides an outer can in which a cleavage groove that is torn when the battery expands, an electrode body housed in the outer can, a sealing body that seals an opening of the outer can, In the battery with a cleavage groove, the cleavage groove is provided on the outer surface of the outer can, and is provided at a position that intersects with the convex ridge line formed on the surface when the battery is expanded, and a position that does not intersect. Thus, the remaining thickness of the cleavage groove at the intersecting position is larger than the remaining thickness of the cleavage groove at the non-intersecting position.
[0014]
Since an extremely large strain force is generated in the vicinity of the convex ridge line generated when the battery is expanded, even when the remaining thickness of the cleavage groove at the position is increased to some extent, the cleavage groove is surely broken when the battery is expanded. On the other hand, since the remaining thickness of the cleavage groove at the position where it does not intersect with the convex ridge line is reduced, the cleavage of the cleavage groove with a large opening at the position intersecting with the convex ridge line is the starting point, and the cleavage at the position where the cleavage does not intersect It becomes easy to propagate to the groove. As a result, the remaining wall thickness of the cleavage groove at the position where it intersects the convex ridge line ensures optimum reliability by setting the operating pressure, and at the same time, the remaining wall thickness is reduced at the cleavage groove where it does not intersect. Therefore, it is easy to propagate the cleavage, and the opening area can be increased to ensure safety.
[0015]
Moreover, it is preferable that the said cleavage groove is provided in the outer surface with the widest area among the surfaces which comprise the outer surface of the said exterior can. The surface of the outer can with a large area has a larger deformation amount when the battery is expanded than the surface with a small area. Therefore, if a cleavage groove is formed on this surface, the opening can be enlarged and the operating pressure can be adjusted. The degree of freedom of design can be increased.
[0016]
Moreover, it is preferable that the said cleavage groove is provided in the position which cross | intersects the said convex part ridgeline and two or more. By intersecting two or more of the convex ridgelines, it is possible to increase the cleavage and increase the opening area.
[0017]
Moreover, it is preferable that the said cleavage groove | channel cross | intersects the said convex part ridgeline at substantially right angle. In the direction orthogonal to the convex ridgeline generated when the battery expands, a larger distortion force acts and the opening area can be increased.
[0018]
The convex ridgeline formed at the time of battery expansion is such that the angle θ with the long side at the corner is about 45 ° when the length between the long side and the short side at the side of the battery does not change much. However, when the lengths of the battery in the longitudinal direction and the lateral direction are greatly changed, the above θ is not necessarily about 45 °. However, since the range of θ is generally limited to about 30 to 60 °, it may be designed so that the convex ridge line formed in this range intersects with the cleavage groove. The convex ridge lines begin to be formed at an angle θ from the corners in the vicinity of the four corners of the battery, and are formed substantially parallel to the long sides in the central region in the longitudinal direction on the side surface of the large area of the battery. In addition, intersecting with the convex ridge line at a substantially right angle means intersecting with the convex ridge line formed in the above range at an angle of 75 to 105 °.
[0019]
In addition, it is desirable that the cleavage groove provided at a position intersecting with the convex ridge line is formed in an arc shape, and the cleavage groove provided at a position not intersecting with the convex ridge line is formed in a linear shape. By making the cleavage groove provided at the position intersecting the convex ridge line into an arc shape, it is possible to follow the deformation of the outer can when the battery is expanded, so that the most efficient cleavage can be achieved. On the other hand, by making the cleavage groove provided at a position not intersecting with the convex ridge line into a straight line, the position is arranged between the electrode body stored in the battery and the sealing plate at a narrow and opposed distance. can do. If it is formed in a circular arc shape instead of a straight line shape, it may not be positioned within the interval and may be disposed at a position facing the electrode body. In this case, there is a problem in that when the electrode is cleaved, the electrode body protrudes and comes into contact with the outer can and is short-circuited. Therefore, by making the cleavage groove provided at a position not intersecting with the convex ridge line into a straight line, it is possible to prevent contact between the electrode body and the outer can when it is cleaved.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not change the summary, it can change suitably and can implement.
[0021]
1 is a plan view of the battery of the present invention, FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing a normal state of the battery of the present invention, and FIG. FIG. 2B is a front view, and FIG. FIG. 4 is a view showing a state in which the battery of the present invention is expanded. FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a front view, and FIG. 4C is a side view. 5A to 5D are perspective views showing the expansion process of the battery of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional groove shape of the cleavage groove.
[0022]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the nonaqueous electrolyte battery of the present invention has a bottomed cylindrical aluminum alloy outer can 2 (side portion thickness: 0.2 mm). In the can 2, a positive electrode in which an active material layer mainly composed of LiCoO ₂ is formed on a core body made of aluminum, a negative electrode in which an active material layer mainly composed of graphite is formed on a core body made of copper, and these A flat spiral electrode body 1 composed of a separator that separates both electrodes is accommodated. In the outer can 2, the ratio of LiPF ₆ to 1M (mol / liter) is mixed with a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed at a volume ratio of 4: 6. The electrolytic solution dissolved in is injected. Further, a sealing plate 3 made of an aluminum alloy is laser welded to the open hole of the outer can 2, thereby sealing the battery.
[0023]
The sealing plate 3 is sandwiched by a sandwiching member 9 together with the gasket 6, the insulating plate 7 and the conductive plate 8, and the negative electrode terminal 4 is fixed on the sandwiching member 9. The negative electrode tab 5 extending from the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 4 through the conductive plate 8 and the sandwiching member 9, while the positive electrode is a positive electrode tab (not shown). Is electrically connected to the outer can 1.
[0024]
Here, as shown in FIG. 3, the cleavage groove 13 is formed in a region near the corner 11 of the side surface 10 having the widest area of the outer can 2 or a region parallel to the sealing plate. As shown in FIG. 4, the cleavage groove 13 is a convex ridge line 12 formed on the side surface 10 when the battery is expanded (a bent line, and the angle θ with the small side surface as shown in FIG. 4 is about 45 °. Are formed in a circular arc shape at a position that intersects with two or more), and is formed in a linear shape at a position that does not intersect with the convex ridge line 12, and the cleavage groove 13 is formed when the battery expands. Cleave and open. Thereby, the gas in a battery is discharged | emitted out of a battery.
[0025]
Further, as shown in FIG. 6, the arc-shaped cleavage groove 13 intersecting the convex ridge line 12 has a thickness of the outer can of 0.20 mm, and the depth of the cleavage groove is 0.05 to 0.07 mm. The remaining thickness of the part corresponding to the cleavage groove 13 is 0.15 to 0.13 mm. On the other hand, as shown in FIG. 6, the linear cleavage groove 13 that does not intersect the convex ridge line 12 has a depth of 0.08 to 0.10 mm, and the remaining thickness of the portion corresponding to the cleavage groove 13 Is formed to be 0.12 to 0.10 mm. Further, the cross-sectional groove shape of the cleavage groove may be a trapezoidal shape, a V shape, a tip R shape, or other shapes as shown in FIG. The intersection angle (see FIG. 6) is preferably 35 to 40 °. The size of the battery is 50 mm long, 34 mm wide, and 3.8 mm thick.
[0026]
The non-aqueous electrolyte secondary battery can be manufactured using known materials and methods. Specifically, lithium-containing transition metal composite oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate as the positive electrode material, carbonaceous materials such as graphite and coke as the negative electrode material, lithium alloy, metal oxide, etc. Nonaqueous solvents include carbonates such as ethylene carbonate and diethyl carbonate, esters such as γ-butyrolactone, ethers such as 1,2-dimethoxyethane, and electrolyte salts include LiN (CF ₃ SO ₂ ) ₂ and LiPF _6. Etc. can be used alone or in admixture of two or more. The present invention can also be used for nickel-hydrogen storage batteries, nickel-cadmium storage batteries, and the like.
[0027]
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention was produced as follows. 90 parts by mass of a positive electrode active material composed of lithium cobaltate (LiCoO ₂ ), 5 parts by mass of a carbon-based conductive agent composed of acetylene black, 5 parts by mass of a binder composed of polyvinylidene fluoride (PVdF), and N-methyl 2-Pyrrolidone (NMP) was mixed to obtain an active material slurry.
[0028]
The active material slurry is uniformly applied to both surfaces of a positive electrode core body made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade, and then passed through a dryer to be dried, thereby removing the organic solvent necessary for slurry preparation. Removed. Next, this electrode plate was rolled by a roll press so that the thickness was 0.17 mm, and a positive electrode was produced.
[0029]
An active material slurry was prepared by mixing 95 parts by mass of a negative electrode active material made of graphite, 5 parts by mass of a binder made of polyvinylidene fluoride (PVdF), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). This active material slurry is uniformly applied to both surfaces of a negative electrode core made of a copper foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade, and then passed through a drier to dry the organic solvent necessary for slurry preparation. Removed. Subsequently, this electrode plate was rolled with a roll press so that the thickness was 0.14 mm, thereby producing a negative electrode.
[0030]
LiPF ₆ as an electrolyte salt is dissolved to a concentration of 1 M (mol / liter) in a non-aqueous solvent in which 40 parts by mass of ethylene carbonate (EC) and 60 parts by mass of diethyl carbonate (DEC) are mixed to produce an electrolyte solution. did.
[0031]
After attaching a positive electrode lead or a negative electrode lead to the positive electrode and the negative electrode produced as described above, both electrodes are sandwiched by a separator made of a microporous film (thickness: 0.025 mm) made of an olefin resin, and each electrode plate The center lines in the width direction were overlapped with each other. Thereafter, the flat wound electrode body 1 was produced by winding with a winder and tapering the outermost periphery.
[0032]
On the other hand, the outer can 2 was formed by drawing a thin plate made of an aluminum alloy in parallel with the above process. A cleavage groove 13 having the shape shown in FIG. 3 is formed on the side surface 10 having the largest area in the outer can 2 by an etching method, press working, or the like. Moreover, the sealing board 3 was created using the thin plate made from an aluminum alloy. Thereafter, the sealing plate 3, the gasket 6, the insulating plate 7 and the conductive plate 8 are sandwiched by the sandwiching member 9, and then the conductive plate 8 and the negative electrode tab 5 led out from the electrode plate 1 are welded to form an electrode body. 1 was inserted into the outer can 2. Then, after the outer can 2 and the sealing plate 3 are laser-welded, an electrolyte is injected into the outer can 2 from the through hole of the sealing plate 1, and the negative electrode terminal 4 is fixed on the sandwiching member 9. A battery with a cleavage groove according to the invention was produced.
[0033]
(Working pressure test)
Only the sealing plate 3, the battery outer can 2 and the electrode body 1 were used (that is, without using an electrolytic solution), and the sealing plate 3 and the battery outer can 2 were laser welded. Then, air is fed into the battery through the liquid injection hole to pressurize the inside of the battery, and at the same time the cleaving groove is activated, pressurization is stopped, and the battery internal pressure when the cleaving groove is activated (the operating pressure of the cleaving groove) It was measured. The results are shown in Table 1. The cell a of the present invention is a position where the remaining thickness of the arc-shaped cleavage groove at the position intersecting with the convex ridge line is 0.13 mm and does not intersect with the convex ridge line in the cleavage groove having the shape shown in FIG. The remaining thickness of the straight cleavage groove is 0.10 mm, the comparison cell x has a constant remaining thickness of 0.15 mm in the same shape of the cleavage groove, and the comparison cell y has the remaining thickness in the same shape of the cleavage groove. The thickness was constant at 0.12 mm. The number of samples is 5 for each cell.
[0034]
(Reliability test)
A completed cell was prepared in the same manner as in the above embodiment, charged until the battery voltage reached 4.20 V, and then stored at 100 ° C. to measure the time until the cleavage groove was cleaved. The results are shown in Table 1. In addition, the same thing as the said operating pressure test was used for the shape and remaining thickness of the cleavage groove | channel of this invention cell a and comparative cell x and y. The number of samples is two for each cell.
[0035]
(Safety test)
A completed cell was prepared in the same manner as in the above-described embodiment, and overcharge was performed at a rate of 1 It (580 mA), and the presence or absence of a rupture state or rupture was confirmed. The results are shown in Table 1. In addition, the same thing as the said operating pressure test was used for the shape and remaining thickness of the cleavage groove | channel of this invention cell a and comparative cell x and y. The number of samples is 4 for each cell.
[0036]
[Table 1]

[0037]
As is apparent from Table 1, in the operating pressure test, the cell a of the present invention was operated even though the remaining thickness t2 of the linear cleavage groove at a position not intersecting the convex ridge line was smaller than that of the comparative cell. It can be seen that the pressure is set optimally. That is, it can be seen that the operating pressure is determined by the remaining thickness t of the cleavage groove at the position intersecting the convex ridge line, and it is understood that the remaining thickness of the cleavage groove at this position may be set optimally.
[0038]
In the reliability test, the cell a and comparative cell x of the present invention were not broken for 7 days, and the reliability was ensured. However, the comparative cell y was low in operating pressure, so that the crack occurred after 3 days and the reliability was unsatisfactory. It turns out that it is enough.
[0039]
In the safety test, the present invention cell a and the comparison cell y are ruptured without battery rupture or burning, so that safety can be ensured. However, the comparison cell x has a remaining thickness even at a position where it does not intersect with the convex ridgeline. Since the crack is difficult to propagate, it can be seen that two of the four samples do not reach full release by partial cleavage, and the remaining two lead to rupture and insufficient safety.
[0040]
As described above, the comparison cells x and y cannot secure both the reliability test and the safety test at the same time, whereas the cell a of the present invention ensures both of the performances. .
[0041]
7 to 9 show another embodiment. As shown in FIG. The shape of the cleavage groove 13 may be formed in an arc instead of a straight line at a position where it does not intersect with the convex ridgeline 12. Moreover, as shown in FIG. 8, the position of the cleavage groove 13 may be provided along the long side in the direction orthogonal to the sealing plate in the widest surface of the outer can. Furthermore, as shown in FIG. 9, the position of the cleavage groove 13 may be provided in two places on the sealing plate side and the can bottom side in parallel with the sealing plate in the widest surface of the outer can.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the yield decreases due to the formation of the cleavage groove, the manufacturing cost of the battery increases, or the electrolyte leaks due to the cleavage into the groove due to an impact such as dropping. The opening area of the cleavage groove can be increased while preventing the above. As a result, when the battery internal pressure reaches a predetermined pressure, a battery with a cleavage groove that can be ruptured with high responsiveness and can quickly discharge the gas in the battery to the outside of the battery can be obtained at low cost.
[0043]
The operating pressure can be optimally determined by the remaining thickness of the cleavage groove provided at the position intersecting the convex ridge line, and the remaining thickness of the cleavage groove at the position not intersecting is the cleavage at the position where it intersects. By making it smaller than the remaining thickness of the groove, the cleavage at the intersecting position is the starting point, and the groove can be propagated with good responsiveness at the position where the groove does not intersect. As a result, the cleavage can be performed optimally and reliably, and reliability and safety can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a battery of the present invention.
2 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3A and 3B are diagrams showing a normal state of the battery of the present invention, where FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, and FIG. 3C is a side view.
4A and 4B show a state where the battery of the present invention is expanded, in which FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a front view, and FIG. 4C is a side view.
FIGS. 5A to 5D are perspective views showing an expansion process of the battery of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional groove shape of a cleavage groove.
FIG. 7 is a front view showing another modification of the battery of the present invention.
FIG. 8 is a front view showing another modification of the battery of the present invention.
FIG. 9 is a front view showing another modification of the battery of the present invention.
10A and 10B are diagrams showing a normal state of a conventional battery, where FIG. 10A is a plan view, FIG. 10B is a front view, and FIG. 10C is a side view.
11A and 11B are diagrams showing a state where a conventional battery is expanded, in which FIG. 11A is a plan view, FIG. 11B is a front view, and FIG. 11C is a side view.
FIGS. 12A to 12D are perspective views showing an expansion process of a conventional battery.
13A and 13B are diagrams showing a normal state of another conventional battery, in which FIG. 13A is a plan view, FIG. 13B is a front view, and FIG. 13C is a side view.
14A and 14B show a state where another conventional battery is expanded, in which FIG. 14A is a plan view, FIG. 14B is a front view, and FIG. 14C is a side view.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode body 2 Exterior can 3 Sealing plate 4 Negative electrode terminal 5 Negative electrode tab 6 Gasket 7 Insulating plate 8 Conductive plate 9 Holding member 10 Side surface 11 Corner | angular part 12 Convex part ridgeline 13 Cleavage groove

Claims

In a battery with a cleavage groove having an outer can formed with a cleavage groove that is cleaved when the battery expands, an electrode body housed in the outer can, and a sealing body that seals an opening of the outer can, the cleavage groove is The remaining thickness of the cleavage groove provided on the outer surface of the outer can and provided at a position intersecting with the convex ridge line formed on the surface when the battery is expanded and at a position not intersecting. Is larger than the remaining thickness of the cleavage groove at a position where it does not intersect.

2. The sealed battery with a cleavage groove according to claim 1, wherein the cleavage groove is provided at a position that intersects with two or more of the convex ridge line.

3. The sealed battery with a cleavage groove according to claim 1, wherein the cleavage groove intersects the ridge line of the convex portion substantially at a right angle.

The cleavage groove provided at a position intersecting the convex ridge line is formed in an arc shape, and the cleavage groove provided at a position not intersecting with the convex ridge line is formed linearly. Item 4. A sealed battery with a cleavage groove according to Item 1, 2 or 3.