JP4592307B2

JP4592307B2 - 密閉型二次電池

Info

Publication number: JP4592307B2
Application number: JP2004075975A
Authority: JP
Inventors: 広一佐藤; 宏之秋田; 隆明池町
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: JP2005267936A

Description

この発明は、缶体と、この缶体の開口部を封口する封口体とによって構成される電池容器内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されてなる密閉型二次電池に係り、特に、大電流で充放電させた場合などにおいて、電池内において発生したガスにより電池の内圧が上昇した際に、上記の封口体が変形して、封口体と缶体との密閉性が低下したりするのを防止するようにした点に特徴を有するものである。

密閉型二次電池としては、従来より様々な種類の二次電池が使用されており、このような密閉型二次電池の一つとして、例えば、図１に示すような密閉型二次電池が用いられている。

ここで、図１に示す密閉型二次電池においては、正極１と負極２との間にセパレータ３を介在させてスパイラル状に巻いた電極体１０を缶体２０内に収容させ、上記の正極１を、正極リード１ａを介して端子キャップ３１が設けられた封口体３０に接続させる一方、上記の負極２を、負極リード２ａを介して缶体２０に接続させ、この缶体２０内に電解液（図示せず）を注液した後、上記の缶体２０の開口部の内周側と封口体３０の周囲との間に絶縁パッキン４を挟み込み、この状態で上記の缶体２０の開口部側をかしめて、缶体２０の開口部に封口体３０を取り付け、缶体２０の開口部をこの封口体３０によって封口させると共に、上記の絶縁パッキン４により缶体２０と封口体３０とを電気的に分離させるようにしている。

また、この密閉型二次電池においては、上記の封口体３０に設けられた貫通穴３２を安全弁３３によって封止させると共に、上記の端子キャップ３１にガス抜き穴３１ａを設け、密閉型二次電池の内圧が異常に上昇した場合には、上記の安全弁３３が破壊されて、ガスが貫通穴３２から上記のガス抜き穴３１ａを通して外部に放出されるようにしている。

また、近年においては、電気自動車の電源などとして上記のような密閉型二次電池が使用されるようになり、このような密閉型二次電池においては、その容量が非常に大きく、大電流での充放電が行われるようになり、電池内において発生するガスの量が大きく増加して電池の内圧が大きく上昇する。

そして、このように電池の内圧が大きく上昇した場合、上記の安全弁３３が破壊される前に、その圧力により缶体２０の開口部を封口させている上記の封口体３０が変形して、封口体３０と缶体２０との密閉性が低下し、これにより電池内におけるガスや電解液が封口体３０と缶体２０との封口部分から漏れ出して、電池特性が大幅に低下するなどの問題があった。

また、このように封口体３０が変形するのを防止するため、封口体３０に用いる板材を厚くして強度を高めるようにした場合、この密閉型二次電池の重量が増加して、重量あたりのエネルギー密度が低下するという問題があった。

また、電解液に非水電解液を使用し、リチウムイオンを正極１と負極２との間で移動させて充放電を行うリチウム二次電池からなる上記のような密閉型二次電池において、上記の封口体３０を正極に接続させる場合には、この封口体３０において、電池の内部側を腐食されないアルミニウム板で構成すると共に、電池の外部側を缶体２０と同様のニッケル板などの強度の高い板材で構成し、これらを張り合わせて用いるようにしている。

そして、このようなリチウム二次電池からなる密閉型二次電池において、上記のように封口体３０が変形すると、アルミニウム板とニッケル板などとの密着性が低下して、封口体３０における抵抗が増大するという問題もあった。

この発明は、密閉型二次電池における上記のような様々な問題を解決することを課題とするものであり、缶体と、この缶体の開口部を封口する封口体とによって構成される電池容器内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されてなる密閉型二次電池において、電池内において発生したガスにより電池の内圧が大きく上昇した場合にも、上記の封口体が変形するのを抑制し、封口体と缶体との封口部分からガスや電解液が漏れ出して電池特性などが低下するのを防止することを課題とするものである。

この発明においては、上記のような課題を解決するため、缶体とこの缶体の開口部を封口する封口体によって構成される電池容器内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されてなる密閉型二次電池において、上記の封口体に複数本の補強突部を放射状に設けるようにした。

そして、このように封口体に複数本の補強突部を放射状に設けると、この補強突部により封口体の強度が高まり、圧力などによって封口体が変形するのが抑制される。

また、上記の密閉型二次電池において、上記の缶体の開口部を封口体によって封口させるにあたり、缶体の開口部と封口体の縁部との間に絶縁パッキンを挟み込むようにして缶体の開口部をかしめ、封口体をこの缶体の開口部に取り付けるようにすると、上記の絶縁パッキンによって複数本の補強突部が設けられた封口体の縁部が挟み込まれ、上記の各補強突部が絶縁パッキンに食い込んで、封口体が缶体の開口部に強固に取り付けられるようになり、回転力などが加わった場合にも、封口体と絶縁パッキンとの間が強固に保持されるようになる。

また、上記のようなリチウム二次電池からなる密閉型二次電池のように、複数枚の板材を張り合わせた封口体を用いる場合において、上記のように複数本の補強突部を放射状に設けると、圧力などにより封口体が変形して板材間の密着性が低下するのが抑制され、封口体における抵抗が増大するのも防止される。

この発明においては、上記のように缶体と、この缶体の開口部を封口する封口体によって構成される電池容器内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されてなる密閉型二次電池において、上記の封口体に複数本の補強突部を放射状に設けたため、この補強突部により封口体の強度が高まり、圧力などによって封口体が変形するのが抑制されるようになった。

この結果、この発明の密閉型二次電池においては、その内圧が大きく上昇した場合においても、封口体が変形して封口体と缶体との密閉性が低下するのが防止され、ガスや電解液が封口体と缶体との封口部分から漏れ出して電池特性が低下するのが防止されるようになった。特に、電気自動車の電源などとして使用される大容量の密閉型二次電池を大電流で充放電させる場合においても、封口体が変形するのが抑制されて、電池特性が低下するのが防止されるようになった。

ここで、この発明の実施形態に係る密閉型二次電池を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明における密閉型二次電池は、特に下記の実施形態に示したもの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できるものである。

この実施形態における密閉型二次電池においては、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、封口体３０として、中央に貫通穴３２が設けられた円板状の２枚の板材３０ａ，３０ｂが張り合わされ、上に位置する板材３０ａに断面三角形状になった補強突部３０ｃが放射状に４本設けられたものを用いるようにした。なお、この実施形態においては、板材３０ａ，３０ｂを張り合わせたものを用いるようにしたが、１枚の板材だけで構成することも可能であり、また補強突部３０ｃを上に位置する板材３０ａに設けるようにしたが、補強突部３０ｃを下に位置する板材３０ｂに設けるようにしたり、それぞれの板材３０ａ，３０ｂに設けるようにすることも可能である。

また、この実施形態においては、断面三角形状になった補強突部３０ｃを放射状に４本設けるようにしたが、補強突部３０ｃの断面形状やその本数は特に限定されず、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、断面形状が半円形状になった補強突部３０ｃを設けるようにしたり、断面形状が四角形状になった補強突部（図示せず）を設けるようにすることも可能である。

そして、この実施形態における密閉型二次電池においては、図４に示すように、上記の封口体３０において、補強突部３０ｃが設けられた上の板材３０ａに、上記の貫通穴３２を閉塞するようにして安全弁３３を取り付けると共に、この安全弁３３を覆うようにしてガス抜き穴３１ａが設けられた端子キャップ３１を取り付けるようにした。

そして、正極１と負極２との間にセパレータ３を介在させてスパイラル状に巻いた電極体１０と電解液とを缶体２０内に収容させると共に、上記の封口体３０に設けられた補強突部３０ｃ及び端子キャップ３１が外面側に位置するようにして、この封口体３０の周囲と上記の缶体２０の開口部の内周側との間に絶縁パッキン４を挟み込み、この状態で上記の缶体２０の開口部側をかしめ、上記の封口体３０を缶体２０の開口部に絶縁パッキン４を介して取り付けて、缶体２０の開口部を封口させると共に、上記の絶縁パッキン４により缶体２０と封口体３０とを電気的に分離させるようにした。

次に、上記の実施形態に係る密閉型二次電池の具体的な実施例を挙げ、この実施例における密閉型二次電池においては、封口体３０の厚みを薄くした場合においても、電池の内圧の上昇によって封口体３０が変形するのが抑制されることを、比較例を挙げて明らかにする。

ここで、実施例１においては、封口体３０として、上記の図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、厚みが０．６ｍｍのニッケル板３０ａと厚みが０．４ｍｍのアルミニウム板３０ｂとが張り合わされ、上記のニッケル板３０ａに断面半円形状で高さが１ｍｍになった補強突部３０ｃが放射状に４本設けられたものを用いるようにした。

一方、比較例１においては、厚みが０．６ｍｍのニッケル板３０ａと厚みが０．４ｍｍのアルミニウム板３０ｂとが張り合わされただけで、補強突部３０ｃが設けられていない封口体３０を、比較例２においては、厚みが１．０ｍｍのニッケル板３０ａと厚みが０．４ｍｍのアルミニウム板３０ｂとが張り合わされただけで、補強突部３０ｃが設けられていない封口体３０を用いるようにした。

そして、上記の正極１における正極活物質にリチウム複合酸化物を、上記の負極２における負極活物質に炭素材料を、上記のセパレータ３にポリプロピレン製の微多孔膜を使用すると共に、電解液に非水電解液を使用し、上記の各封口体３０を用いて、それぞれ上記の図４に示すようなリチウム二次電池からなる密閉型二次電池を作製した。

そして、上記の各封口体を用いた実施例１及び比較例１，２の各密閉型二次電池の内部にガスを供給し、圧力が１５ｋｇｆ／ｃｍ²になった時点での各封口体３０の変形量を調
べた。

この結果、補強突部３０ｃが設けられた封口体３０を用いた実施例１及びニッケル板３０ａの厚みを１．０ｍｍにした封口体３０を用いた比較例２の密閉型二次電池においては、封口体３０が変形しなかったが、厚みが０．６ｍｍのニッケル板３０ａと厚みが０．４ｍｍのアルミニウム板３０ｂとを張り合わせただけで補強突部３０ｃが設けられていない封口体３０を用いた比較例１の密閉型二次電池においては、封口体３０が０．１ｍｍ程度変形していた。

このように、補強突部３０ｃが設けられた封口体３０を用いた実施例１の密閉型二次電池の場合、ニッケル板３０ａの厚みを０．６ｍｍにしても、厚みが１．０ｍｍにニッケル板３０ａを用いた比較例２の密閉型二次電池と同様に、封口体３０が変形するのが抑制されると共に、厚みが１．０ｍｍにニッケル板３０ａを用いた比較例２の密閉型二次電池に比べて、封口体３０の重量が軽くなり、重量あたりのエネルギー密度が高くなると共に、材料コストも安くなった。

従来の密閉型二次電池を示した概略説明図である。この発明の一実施形態に係る密閉型二次電池において使用した封口体の概略正面図及び概略平面図である。この発明の一実施形態に係る密閉型二次電池において使用した封口体の変更例を示した概略正面図及び概略平面図である。この発明の一実施形態に係る密閉型二次電池を示した概略説明図である。

符号の説明

１正極
１ａ正極リード
２負極
２ａ負極リード
３セパレータ
４絶縁パッキン
１０電極体
２０缶体
３０封口体
３０ａ，３０ｂ板材
３０ｃ補強突部
３１端子キャップ
３１ａガス抜き穴
３２貫通穴
３３安全弁

Claims

缶体と、この缶体の開口部を封口する封口体とによって構成される電池容器内に、正極と負極との間にセパレータを介在させた電極体と、電解液とが収容されてなる密閉型二次電池において、上記の封口体に複数本の補強突部を放射状に設け、
上記の缶体の開口部を封口体によって封口させるにあたり、缶体の開口部と封口体の縁部との間に絶縁パッキンを挟み込むようにして缶体の開口部をかしめ、封口体をこの缶体の開口部に取り付け、
上記の補強突部は封口体の縁部に到達していることを特徴とする密閉型二次電池。
請求項１に記載した密閉型二次電池において、上記の封口体が複数の板材が張り合わされて構成されていることを特徴とする密閉型二次電池。