JP5145705B2

JP5145705B2 - 電池

Info

Publication number: JP5145705B2
Application number: JP2006319855A
Authority: JP
Inventors: 裕也田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: JP2008135263A

Description

本発明は電池、特にリチウムイオン二次電池など高エネルギー密度を有する電池の内部短絡を防止する技術に関する。

近年、電子機器のポータブル化やコードレス化が進展、定着するに従って、その駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化や小型軽量化の要望がますます強くなっている。このような要望に応える電池として、小型・軽量でありながら高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池が開発されてきた。

非水電解液二次電池は、リチウム含有遷移金属化合物を正極活物質とする正極板と、炭素材料を負極活物質とする負極板とをセパレータを介して絶縁した状態で捲回してなる極板群を極板群の上部に載置した上部絶縁板とともに金属製の有底ケース内に収納し、上部絶縁板の上部に有底ケースの上方に内側に突出するように溝部を設けて極板群と上部絶縁板を有底ケース内に保持する。正極リードは上部絶縁板の孔を通して上方へ引き出されており、この正極リードの先端には外部端子を兼ねた封口板が溶接される。次いで上部絶縁板の中央部の孔より電解液を有底ケース内に注入する。注入した電解液が含浸した後、正極リードを屈曲させて封口板を有底ケースの開口部に配置し、有底ケースの上端部を内方へ絞り加工して封口しリチウムイオン二次電池を構成する。

このように構成したリチウムイオン二次電池はさらなる高容量化、高エネルギー密度化の開発が進むに伴い、より高い安全性が要望されている。

図５に従来の電池の要部の概略断面図を示す。図５に示すように極板群１の上部に配置した上部絶縁板４は、極板群１と正極リード１ａの接触による内部短絡防止および落下などの衝撃が加わった場合において、有底ケース２内での極板群１の移動を抑え、電池特性を劣化させないことを目的とした重要安全部品であり、これまで図５に示すような上部絶縁板４の上面に全周にわたって凸部５が形成されたものが開示されている。（例えば、特許文献１参照）
特開２０００−２３５８４８号公報

しかしながらこのような従来の構成では、電池に過度な振動や衝撃が加わった場合に上部絶縁板４がずれて、正極リード１ａと有底ケース２が接触し内部短絡する恐れがあった。

本発明は電池に過度な振動や衝撃が加わった場合においても上部絶縁板のずれを抑制できるため、正極リードが有底ケースと接触して内部短絡することがない信頼性の高い電池を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して捲回してなる極板群と、前記極板群の上部に配置した上部絶縁板と電解液を収納した有底ケースと、前記有底ケースの開口部をガスケットを介して封口板により密閉した電池において、前記上部絶縁板は、前記有底ケースの上方の内側に突出するように設けた溝部の下部に配置され、前記ガスケットは前記溝部の上部に配置され、前記上部絶縁板の上部の外周部に前記有底ケースの開口部の絞り加工時に突出する前記ガスケットの下端部を固定保持する固定保持部を設け、前記固定保持部は、前記溝部が接触する外径が前記ガスケットと接触する外径よりも大きいことを特徴とする。

この構成によれば、有底ケースの開口部を内方に絞り加工して有底ケースの開口部を封口板により密閉するときに、有底ケースと封口板の間に配置したガスケットの下端部の動きを上部絶縁板に設けた固定保持部により固定保持できるため上部絶縁板がこのガスケットの下端部の動きによってずれることがない。電池に過度な振動や衝撃が加わった場合においても上部絶縁板がガスケットの下端部の動きによりずれることなく、また、正極リードが変形して上部絶縁板の内周部を押さえる状態になった場合においても上部絶縁板の外周部にガスケットの下端部が存在するため上部絶縁板が大きくずれることがない。また、有底ケースに設けた溝部と正極リードの間にガスケットの下端部と上部絶縁板の２つの絶縁体が配置されるため、有底ケースに設けた溝部と正極リードとの接触を信頼性高く防止できる効果が得られる。

本発明によれば、有底ケースの開口部を内方に絞り加工して有底ケースの開口部を封口板により密閉するときに有底ケースと封口板の間に配置したガスケットの下端部の動きを上部絶縁板に設けた固定保持部により固定保持できるため上部絶縁板がこのガスケットの下端部の動きによってずれることがない。電池に過度な振動や衝撃が加わった場合においても上部絶縁板がガスケットの下端部の動きによりずれることなく、また、過度な振動や衝撃により正極リードが変形して上部絶縁板の内周部を押さえる状態になった場合においても上部絶縁板の外周部にガスケットの下端部が存在するため上部絶縁板が大きくずれることがない。このように上部絶縁板のずれを抑制できるため正極リードが有底ケースと接触して内部短絡することがない信頼性の高い電池を提供できる。

上記の課題を解決するために本発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して捲回してなる極板群と、この極板群の上部に配置した上部絶縁板と電解液を収納した有底ケースと、この有底ケースの開口部をガスケットを介して封口板により密閉した電池において、前記上部絶縁板は前記有底ケースの上方の内側に突出するように設けた溝部の下部に配置され、前記ガスケットはこの溝部の上部に配置され、前記上部絶縁板の上部の外周部に有底ケースの開口部の絞り加工時に突出するガスケットの下端部を固定保持する固定保持部を設けた。

この構成によれば、有底ケースの開口部を内方に絞り加工して有底ケースの開口部を封口板により密閉するときに、有底ケースと封口板の間に配置したガスケットの下端部の動きを上部絶縁板に設けた固定保持部により固定保持できるため上部絶縁板がこのガスケットの下端部の動きによってずれることがない。これにより電池に過度な振動や衝撃が加わった場合においても上部絶縁板がガスケットの下端部の動きによりずれることなく、また、過度な振動や衝撃により正極リードが変形して上部絶縁板の内周部を押さえる状態になった場合においても上部絶縁板の外周部にガスケットの下端部が存在するため上部絶縁板が大きくずれることがない。このように上部絶縁板のずれを抑制できるため正極リードが有底ケースと接触して内部短絡することがない効果が得られる。さらに、有底ケースの溝部と正極リードとの間にガスケットの下端部と上部絶縁板の２つの絶縁体が存在するため、仮に上部絶縁板がずれた場合においても有底ケースの溝部と正極リードの間にはガスケットの下端部が配置されているため内部短絡することがない。また、部品点数を増やすことがないため製造工程を増やすことなく容易に作製できる効果も得られる。

また、前記固定保持部を段差部としても良い。

この構成によれば、段差部の上部に空隙を確保できるため、この空隙にガスケットの下部を配置することができる。

また、前記固定保持部を傾斜部としても良い。

この構成によれば、上部絶縁板に固定保持部を比較的容易に設けることができる。
また、傾斜状であるため有底ケースの溝部とこの傾斜部が接触し易くなり、このように接触させることで上部絶縁板の位置決めが容易になる効果も得られる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

本発明の電池は極板群上の上部絶縁板の形状に特徴があり、上部絶縁板の上部の外周部の全周にわたって固定保持部を設けている。

図１に本発明の電池の要部の概略断面図を示す。
図１において、帯状の正極板と負極板の間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回した極板群１と、極板群１を内部に収容し極板群１の上方に内側に向けて張り出した環状の溝部３を有する有底ケース２と、溝部３と極板群１の上面の間に正極リード１ａと極板群１との内部短絡を防止するために上部絶縁板４が配置されており、有底ケース２の開口部はガスケット８を介して封口板７により密閉されている。
この上部絶縁板４は上部の外周部に固定保持部６を設けており、有底ケース２の開口部を内方に絞り加工した時に突出するガスケット８の下端部８ａを固定保持している。

また、極板群１から引き出された正極リード１ａは先端部を封口板７と溶接されており、正極リード１ａは上部絶縁板４の内側で折り曲げて収納されている。

図２（ａ）に本発明の電池に用いた上部絶縁板の断面図、図２（ｂ）に本発明の電池に用いた上部絶縁板の上部平面図、図２（ｃ）に本発明の電池に用いた上部絶縁板の固定保持部の拡大断面図を示す。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した上部絶縁板４は固定保持部６として段差部６ａを設けた一例である。

上部絶縁板４の上部の外周部に凸部５を設け、この凸部５に固定保持部６として段差部６ａを設けており、段差部６ａは図２（ｃ）に示したように平坦部を備えた段差状となっている。また、上部絶縁板４には正極リード１ａを通すための正極リード通過孔４ａと電解液を注液するための注液孔４ｂを設けている。

（実施例１）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したように固定保持部６として段差部６ａを設けた上部絶縁板４を用いて作製した１８６５０サイズの円筒形リチウムイオン二次電池を実施例１とした。

このとき、正極リード１ａの極板群１の上部から封口板７の溶接箇所までの長さを通常の１．５倍の長さとした。

（実施例２）
図３に示したように固定保持部６として傾斜部６ｂを設けた上部絶縁板４を用いて実施例１と同じように作製した１８６５０サイズの円筒形リチウムイオン二次電池を実施例２とした。

（比較例１）
図４に示した上部絶縁板を用いた以外は実施例１と同じように作製した円筒形リチウムイオン二次電池を比較例１とした。

以上のように作製した実施例１と比較例１の円筒形リチウムイオン二次電池を用いて落下衝撃試験を行い、正極リード１ａと有底ケース２の溝部３との接触の発生率を調べた。落下衝撃試験は２ｍの高さから電池の上面、下面、側面の３方向を各５回、計１５回落下させた後、電池を分解して正極リード１ａが有底ケース２の溝部３に接触していないかを目視で確認した。試験個数は各１０個とした。その結果を（表１）に示す。

（表１）からわかるように、実施例１は正極リード１ａと有底ケース２の溝部３との接触は皆無であったのに対し、比較例１は１０個中４個の接触が確認できた。この４個の電池は上部絶縁板４が大きくずれていた。比較例１のその他６個の電池については正極リード１ａが有底ケース２の溝部３と接触することはなかったが上部絶縁板４は同じように大きくずれていることが確認できた。

実施例１の電池も同じように分解して観察したがこのような上部絶縁板４の大きなずれは少なかった。正極リード１ａと有底ケース２の溝部３の間にガスケット８の下端部８ａと上部絶縁板４の上部の２つの絶縁体が存在しており、これにより正極リード１ａと有底ケース２の溝部３の接触を確実に抑制できたと考えられる。

以上の結果より、正極リード１ａが所定の長さよりも長く、そして電池に過度な振動や衝撃が加わり正極リード１ａが異常な折れ曲がりをした場合でも、正極リード１ａと有底ケース２の溝部３の接触を確実に抑制できることがわかった。

本発明の電池は、過度な振動や衝撃が加わった場合においても優れた信頼性が得られるため、特にこのような使用環境で用いられる機器の電源として有用である。

本発明の電池の要部の概略断面図（ａ）本発明の電池に用いた上部絶縁板の断面図、（ｂ）本発明の電池に用いた上部絶縁板の上部平面図、（ｃ）本発明の電池に用いた上部絶縁板の固定保持部の拡大断面図上部絶縁板の固定保持部が傾斜部の拡大断面図（ａ）比較例１の電池に用いた上部絶縁板の断面図、（ｂ）比較例１の電池に用いた上部絶縁板の上部平面図、（ｃ）比較例１の電池に用いた上部絶縁板の凸部の拡大断面図従来の電池の要部の概略断面図

符号の説明

１極板群
１ａ正極リード
２有底ケース
３溝部
４上部絶縁板
４ａ正極リード通過孔
４ｂ注液孔
５凸部
６固定保持部
６ａ段差部
６ｂ傾斜部
７封口板
８ガスケット
８ａ下端部

Claims

帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して捲回してなる極板群と、前記極板群の上部に配置した上部絶縁板と電解液を収納した有底ケースと、前記有底ケースの開口部をガスケットを介して封口板により密閉した電池において、
前記上部絶縁板は、前記有底ケースの上方の内側に突出するように設けた溝部の下部に配置され、前記ガスケットは前記溝部の上部に配置され、前記上部絶縁板の上部の外周部に前記有底ケースの開口部の絞り加工時に突出する前記ガスケットの下端部を固定保持する固定保持部を設け、
前記固定保持部は、前記溝部が接触する外径が前記ガスケットと接触する外径よりも大きい電池。
帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して捲回してなる極板群と、前記極板群の上部に配置した上部絶縁板と電解液を収納した有底ケースと、前記有底ケースの開口部をガスケットを介して封口板により密閉した電池において、
前記上部絶縁板は、前記有底ケースの上方の内側に突出するように設けた溝部の下部に配置され、前記ガスケットは前記溝部の上部に配置され、前記上部絶縁板の上部の外周部に前記有底ケースの開口部の絞り加工時に突出する前記ガスケットの下端部を固定保持する固定保持部を設け、
前記固定保持部を段差部とした電池。
前記固定保持部を傾斜部とした請求項１に記載の電池。