(57)【要約】  電池の温度上昇を抑えてしかも発生したガスの放出方向を規制することができる二次電池を提供する。軸芯８に、電極群９から延び出る一対の延長部分８１及び８２を有している。軸芯８は、一対の延長部分８１及び８２の長手方向の両端に開口部８３及び８４を備えた中空部８５を有している。電極群９は、軸芯８の両端の開口部８３及び８４がそれぞれ電池容器２の外部空間と連通する状態で、電池容器２内に配置されている。電池容器８内に位置する一対の延長部分８１及び８２にそれぞれ弁を構成する溝部８６及び８７を設ける。
2012115131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極板と、帯状のセパレータと、帯状の負極板とが軸芯に捲回されてなる電極群が、電池容器内に収納されているリチウムイオン電池であって、
前記軸芯は、長手方向の少なくとも一方の端部に開口部を備えた中空部を有しており、
前記電極群は、前記軸芯の前記開口部が前記電池容器の外部空間と連通する状態で、前記電池容器内に配置され、
前記軸芯には、前記電池容器内の内圧が所定の圧力より大きくなると開放状態となって、前記電池容器の内部空間と前記軸芯の中空部とを連通状態にする少なくとも１つの弁が設けられており、
前記軸芯は、両端に前記電極群から延び出て前記電池容器内を通り前記電池容器の外に露出し且つ前記開口部を有する一対の延長部分を有しており、
前記電池容器内に位置する前記一対の延長部分にそれぞれ前記少なくとも１つの弁が設けられており、
前記電池容器内には、前記電極群の一端と対向して前記正極板と電気的に接続された正極集電体と、前記電極群の他端と対向して前記負極板と電気的に接続された負極集電体とを備え、
前記電極群の前記一端と前記正極集電体との間に位置する前記延長部分に前記少なくとも１つの弁が設けられ、
前記電極群の前記他端と前記負極集電体との間に位置する前記延長部分に前記少なくとも１つの弁が設けられ、
前記弁は、前記軸芯の壁部の一部の厚みを前記軸芯の部分の厚みよりも薄くして形成されたものであることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】
帯状の正極板と、帯状のセパレータと、帯状の負極板とが軸芯に捲回されてなる電極群が、電池容器内に収納されている二次電池であって、
前記軸芯は、長手方向の少なくとも一方の端部に開口部を備えた中空部を有しており、
前記電極群は、前記軸芯の前記開口部が前記電池容器の外部空間と連通する状態で、前記電池容器内に配置され、
前記軸芯には、前記電池容器内の内圧が所定の圧力より大きくなると開放状態となって、前記電池容器の内部空間と前記軸芯の中空部とを連通状態にする少なくとも１つの弁が設けられていることを特徴とする二次電池。
【請求項３】
前記軸芯は、前記電極群から延び出て前記電池容器内を通り前記電池容器の外に露出し且つ前記開口部を有する延長部分を有しており、
前記電池容器内に位置する前記延長部分に前記少なくとも１つの弁が設けられている請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記電池容器内には、前記電極群の一端と対向して前記正極板または負極板と電気的に接続された集電体を備え、
前記電極群の前記一端と前記集電体との間に位置する前記延長部分に前記少なくとも１つの弁が設けられている請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記軸芯は、両端に前記電極群から延び出て前記電池容器内を通り前記電池容器の外に露出し且つ前記開口部を有する一対の延長部分を有しており、
前記電池容器内に位置する前記一対の延長部分にそれぞれ前記少なくとも１つの弁が設けられている請求項２に記載の二次電池。
【請求項６】
前記電池容器内には、前記電極群の一端と対向して前記正極板と電気的に接続された正極集電体と、前記電極群の他端と対向して前記負極板と電気的に接続された負極集電体とを備え、
前記電極群の前記一端と前記正極集電体との間に位置する前記延長部分に前記少なくとも１つの弁が設けられ、
前記電極群の前記他端と前記負極集電体との間に位置する前記延長部分に前記少なくとも１つの弁が設けられている請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記弁は、前記軸芯の壁部の一部の厚みを前記軸芯の部分の厚みよりも薄くして形成されたものである請求項２乃至６のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記二次電池は、リチウムイオン電池である請求項２に記載の二次電池。
【請求項９】
前記軸芯は、両端に前記電極群から延び出て前記電池容器内を通り前記電池容器の外に露出し且つ前記開口部を有する一対の延長部分を有しており、
前記電池容器内に位置する前記一対の延長部分にそれぞれ前記少なくとも１つの弁が設けられている請求項８に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関し、特にリチウムイオン電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池では、異常な高温環境下に曝されたときや充電装置の故障等により過充電状態になって、電池内の温度が上昇し、その結果、非水電解液の分解や気化によりガスが発生して、電池内圧が上昇し、電池容器が破損する事態が発生することがある。そのため、この種の二次電池の容器には、例えば特許第３７００２１２号公報（特許文献１）に示されるように、電池内部の圧力上昇を防止するために、発生したガスによって内圧が上昇すると、発生したガスを排出する安全弁を備えたガス排出口が蓋部に設けられている。また従来の二次電池には、特許第３７００２１２号公報（特許文献１）に示されるように、電池を軽量化するために中空の軸芯を用いるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７００２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスの放出で、二次電池の周囲にある部品が、以後使用不可能になることも考えられる。しかしながら従来の二次電池では、電池の温度上昇を抑えてしかも発生したガスの放出方向を規制することができなかった。【０００５】
本発明の目的は、電池の温度上昇を抑えてしかも発生したガスの放出方向を規制することができる二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、帯状の正極板と、帯状のセパレータと帯状の負極板とが軸芯に捲回されてなる電極群が、電池容器内に収納されている二次電池を改良の対象とする。本発明の二次電池では、軸芯が、長手方向の少なくとも一方の端部に開口部を備えた中空部を有している。そして電極群を、軸芯の開口部が電池容器の外部空間と連通する状態で、電池容器内に配置する。軸芯には、電池容器内の内圧が所定の圧力より大きくなると開放状態となって、電池容器の内部空間と軸芯の中空部とを連通状態にする少なくとも１つの弁を設ける。このような構造を用いると、電池内部で発生した熱の一部は軸芯に伝わり、軸芯に伝わった熱は、軸芯の内部に形成された中空部を通して開口部から電池容器の外部空間に放熱される。電池容器からの放熱に加えて、電極群の中心部から積極的に放熱を行うと、電池の温度上昇を大幅に抑制することができる。その上、軸芯に弁を設けると、ガスは開口部を通してのみ放出されることになるため、ガスの放出方向を規定することができる。そのため、周囲の部品に対するガスの影響を最小限にするための設計をすることが可能となる。【０００７】
軸芯は、例えば、電極群から延び出て、電池容器内を通り、電池容器の外に露出し且つ開口部を有する延長部分を有しているのが好ましい。そして電池容器内に位置する延長部分に少なくとも１つの弁を設ける。このようにすれば、電池容器内のガスが溜まる位置に弁を確実に配置することができる。軸芯が、両端に電極群から延び出て、電池容器内を通り、電池容器の外に露出し且つ開口部を有する一対の延長部分を有している場合には、電池容器内に位置する一対の延長部分にそれぞれ少なくとも１つの弁を設けることができる。このように軸芯に設ける中空部は、軸芯の長手方向の一端に開口部を有するものでも、軸芯の長手方向の両端に開口部を有するものでもよい。【０００８】
軸芯の両端にそれぞれ開口部が設けられる場合には、中空部の内部に補強用の仕切壁部が設けられていてもよい。また中空部の横断面形状は円形に限定されるものではなく、多角形、星形等任意である。また中空部を囲む壁面に放熱面積を増加させるための複数の凹凸が形成されていもよいの勿論である。【０００９】
電池容器内に、電極群の一端と対向して正極板と電気的に接続された正極集電体と、電極群の他端と対向して負極板と電気的に接続された負極集電体とを備えている場合には、電極群の一端と正極集電体との間に位置する延長部分に少なくとも１つの弁を設け、電極群の他端と負極集電体との間に位置する延長部分に少なくとも１つの弁を設ければよい。このようにすれば正極集電体及び負極集電体が存在していても、スムーズにガスを排出できる位置に弁を設けることができる。【００１０】
弁の構造は任意であるが、軸芯の壁部の一部の厚みを軸芯の部分の厚みよりも薄くして弁を形成してもよい。このようにすると、簡単且つ確実に弁を形成することができる。【００１１】
なお本発明は、内部で温度上昇があり、しかも温度上昇によってガスが発生する二次電池であれば、どのような二次電池にも適用できる。特に、リチウムイオン電池に適用すると、二次電池の安全性を高めることに大きく貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施の形態の円筒型リチウムイオン電池を長手方向に沿って切断した断面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は円筒型リチウムイオン電池の左右の側面図である。
【図２】図１（Ａ）の要部の拡大図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は中空部の断面形状の例を示す図である。
【図４】軸芯の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１（Ａ）は、本発明の一実施の形態である円筒型リチウムイオン電池１を長手方向に沿って切断した断面図であり、図１（Ｂ）及び（Ｃ）は円筒型リチウムイオン電池１の左右の側面図である。また図２は、図１（Ａ）の要部の拡大図である。図１（Ａ）及び図２においては、電極群９の断面の図示を省略してある。また図１（Ａ）においては、断面部分を示すハッチングの図示を省略してある。本実施の形態の円筒型リチウムイオン電池１は、電池容器本体３と、正極側電池蓋５と、負極側電池蓋７と、軸芯８と、電解液に浸潤された電極群９と、正極集電体１１と、負極集電体１３とを備えている。なお電池容器本体３と、正極側電池蓋５と、負極側電池蓋７とにより、電池容器２が構成されている。電池容器本体３は、ニッケルメッキが施されたスチール材料により両端が開口した円筒形状を有している。電池容器本体３の両端の開口部は、正極側電池蓋５及び負極側電池蓋７によりそれぞれ塞がれている。正極側電池蓋５及び負極側電池蓋７の中央部には、図２に示すように端子貫通孔５ａ及び７ａが形成されている。端子貫通孔５ａ及び７ａには、正極集電体１１の出力端子部１５及び負極集電体１３の出力端子部１７が絶縁リング１９及び絶縁パッキン２１を介して挿入されている。出力端子部１５及び１７の外周部には、ネジ部が形成されており、このネジ部にはナット部材２５がそれぞれ螺合されている。なおナット部材２５と絶縁リング１９との間にはワッシャ２３が配置されている。なお正極側電池蓋５には、電解液を入れるための電解液注入口２７が設けられている。この電解液注入口２７は、図示しないネジ等により封止される。
【００１４】
電極群９は、帯状の正極板２９と帯状の負極板３１とを、帯状のセパレータ３３を介して軸芯８を中心として捲回することにより構成されている。電極群９の軸芯と直交する方向に切断した断面は、渦巻き状になっている。本実施の形態の正極板２９は、正極集電板としてのアルミニウム箔の両面に、リチウム遷移金属複酸化物であるマンガン酸リチウムを含む正極合剤を略均質に塗布した構成となっている。アルミニウム箔の長手方向の一方の辺側には、正極合剤が塗装されていない未塗着部３０が形成されている。未塗着部３０には、複数のタブが一体に形成されており、これらのタブが正極集電体１１に溶接されている。負極板３１は、負極集電板としての圧延銅箔の両面に、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素粉末を含む負極合剤を略均質に塗布した構成となっている。銅箔の長手方向の一方の辺側には、負極合剤が塗装されていない未塗着部３２が形成されている。未塗着部３２には、複数のタブが一体に形成されており、これらのタブが負極集電体１３に溶接されている。
【００１５】
軸芯８は、絶縁樹脂材料から形成されて、管状を呈している。軸芯８は、両端に電極群９から延び出る一対の延長部分８１及び８２を有している。一対の延長部分８１及び８２は、電池容器２内を通り、正極集電体１１及び負極集電体１３の中央部にそれぞれ形成された貫通孔１１Ａ及び１３Ａをそれぞれ貫通して、電池容器２の外に露出している。軸芯８は、長手方向の両端に開口部８３及び８４を有する中空部８５を内部に有している。そして電池容器２内に位置する一対の延長部分８１及び８２には、それぞれ軸芯８の周方向に連続して延びる環状の溝部８６及び８７が形成されている。この溝部８６及び８７が、弁を構成している。この弁を構成する溝部８６及び８７は、電池容器２内の内圧が所定の圧力より大きくなると破れて開放状態となり、電池容器２の内部空間と軸芯８の中空部８５とを連通状態にする。なお本実施の形態では、正極集電体１１及び負極集電体１３の中央部にそれぞれ形成された貫通孔１１Ａ及び１３Ａの電極群９側の部分に、電極群９に向かうに従って径寸法が大きくなるテーパ部１１Ｂ及び１３Ｂがそれぞれ形成されている。テーパ部１１Ｂ及び１３Ｂは、弁を構成する溝部８６及び８７と径方向に対向している。したがって溝部８６及び８７が、塞がれることはない。一対の延長部分８１及び８２の外周部には、溝部８６及び８７と開口部８３及び８４との間に、環状の２本の溝が形成されており、この２本の溝内には、シール用のＯリング８８及び８９が嵌合されている。このＯリング８８及び８９により、電解液が外部に漏れることが阻止されている。
【００１６】
このような構造を用いると、電池容器２の内部で発生した熱の一部は軸芯８に伝わり、軸芯８に伝わった熱は、軸芯８の内部に形成された中空部８５を通して開口部８３及び８４から電池容器２の外部空間に放熱される。電池容器２からの放熱に加えて、電極群９の中心部から積極的に放熱を行うと、電池の温度上昇を大幅に抑制することができる。その上、軸芯８に弁（溝部８６，８７）を設けると、ガスは開口部８３及び８４を通してのみ放出されることになるため、ガスの放出方向を規定することができる。その結果、周囲の部品に対するガスの影響を最小限にするための設計をすることが可能となる。
【００１７】
上記実施の形態では、軸芯８の内部の中空部８５に対して長手方向の両端に開口部を設けたが、軸芯８の長手方向の一方の端部にだけ開口部を備えていてもよい。その場合には、軸芯８の長手方向の他方の端部は電池容器の内部に収納すればよく、負極集電体を電池容器２の底壁部に溶接して、電池容器を負極とすればよい。
【００１８】
弁を構成する溝部８６及び８７の形状は本実施の形態に限定されるものではなく、断面形状がＶ字形状をなしていてもよい。また本実施の形態では、環状の溝部ではなく、独立した凹部によって弁を構成してもよいのは勿論である。
【００１９】
上記実施の形態では、中空部８５は貫通孔により形成してあるが、中空部８５の内部に補強用の仕切壁部を設けてもよい。また図３に示すように、中空部８５の横断面形状としては、円形、星形、多角形等種々の形状を採用することができる。また図４に示すように、中空部８５を囲む壁面に放熱面積を増加させるための複数の凹８５Ａ及び凸８５Ｂが形成されていてもよいの勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明によれば、電池容器からの放熱に加えて、電極群の中心部から積極的に放熱を行うと、電池の温度上昇を大幅に抑制することができる。また軸芯に弁を設けたので、ガスは軸芯の開口部を通してのみ放出されることになり、ガスの放出方向を規定することができて、周囲の部品に対するガスの影響を最小限にするための設計をすることが可能となる利点が得られる。
【符号の説明】
【００２１】
１  円筒型リチウムイオン電池
２  電池容器
３  電池容器本体
５  正極側電池蓋
７  負極側電池蓋
８  軸芯
８１，８２  開口部
８５  中空部
８６，８７  溝部（弁）
９  電極群
１１  正極集電体
１３  負極集電体
【図１】
2012115131.tif 000003
【図２】
2012115131.tif 000004
【図３】
2012115131.tif 000005
【図４】
2012115131.tif 000006
【国際調査報告】
2012115131.tif 000007
2012115131.tif 000008
2012115131.tif 000009
2012115131.tif 000010