(57)【要約】      （修正有）【課題】バラツキなく低い内圧で作動する防爆弁を有する密閉型電池を提供する。【解決手段】開口を有する有底円筒形の電池缶１００と、前記電池缶に収容される電極体と、前記電池缶の前記開口を塞ぐ封口板３００と、を具備し、前記封口板は、前記電池缶の外側を向く第１主面３００Ｘと、前記第１主面とは反対側の第２主面３００Ｙと、を有し、前記第１主面には、円弧状の第１溝３０１が形成されており、前記第２主面には、前記第１溝に対応するように配置される円弧状の第２溝３０２が形成されており、前記第１溝および前記第２溝の中心角は、それぞれ１８０°以上、３００°以下であり、前記封口板の径方向に沿って切断された断面において、前記第１溝の第１底部の長さＬ１は、前記第２溝の第２底部の長さＬ２より小さい、密閉型電池。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する有底円筒形の電池缶と、
前記電池缶に収容される電極体と、
前記電池缶の前記開口を塞ぐ封口板と、を具備し、
前記封口板は、前記電池缶の外側を向く第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、
前記第１主面には、円弧状の第１溝が形成されており、
前記第２主面には、前記第１溝に対応するように配置される円弧状の第２溝が形成されており、
前記第１溝および前記第２溝の中心角は、それぞれ１８０°以上、３００°以下であり、
前記封口板の径方向に沿って切断された断面において、
前記第１溝の第１底部の長さＬ１は、前記第２溝の第２底部の長さＬ２より小さい、密閉型電池。
【請求項２】
前記長さＬ１の前記長さＬ２に対する割合は、５０％以下である、請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記封口板の径方向に沿って切断された断面において、
前記第１溝の断面積は、前記第２溝の断面積より小さい、請求項１または２に記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記封口板の径方向に沿って切断された断面において、
前記第１溝は、平坦な前記第１底部と、前記第１底部と前記第１主面とを繋ぐ２つの相対する第１側面部と、を有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
【請求項５】
前記封口板の径方向に沿って切断された断面において、
前記第１溝は、円弧状の前記第１底部と、前記第１底部と前記第１主面とを繋ぐ２つの相対する第１側面部と、を有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
【請求項６】
前記封口板の径方向に沿って切断された断面において、
前記第１溝は、前記第１底部と、前記第１底部と前記第１主面とを繋ぐ２つの相対する第１側面部を備え、
前記第１底部は、２つの前記第１側面部の交点である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
【請求項７】
２つの前記第１側面部は、互いに異なる傾斜角で前記第１底部と前記第１主面とを繋ぐ、請求項４〜６のいずれか一項に記載の密閉型電池。
【請求項８】
前記第１底部の中心と前記第２底部の中心とは、重複しない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の密閉型電池。
【請求項９】
前記封口板の径方向に沿って切断された断面において、
前記第２溝は、平坦な前記第２底部と、前記第２底部と前記第２主面とを繋ぐ２つの相対する側面部と、を有している、請求項１〜８のいずれか一項に記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池缶と、電池缶に収容された電極体と、電池缶の開口を塞ぐ封口板とを具備する密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
異常な充放電や火中への投下等の誤使用時、密閉型電池の内部でガスが発生して、内圧が上昇する場合がある。このときの安全装置として、密閉型電池には、通常、防爆弁が設けられている。防爆弁が開くことにより、電池の破裂や膨れが抑制される。防爆弁は、例えば、電池缶を封口する封口板の一部をプレス加工して形成される薄肉部である。
【０００３】
特許文献１は、薄肉部を、内角が９０°〜１５０°の円弧状に形成することを開示している。さらに、特許文献１は、封口板の内側の面に２回のプレス加工を施して、薄肉部を階段状にすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３５５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、内角が９０°〜１５０°の薄肉部を形成すると、防爆機能が作動したときの開口面積が小さくなる。よって、内容物の飛び出しが抑制される。一方、作動圧は高くなる。また、薄肉部が階段状であると、内圧が上昇した時に薄肉部にかかる応力が集中し難くなるため、作動圧のバラツキが大きくなり易い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一局面は、開口を有する有底円筒形の電池缶と、前記電池缶に収容される電極体と、前記電池缶の前記開口を塞ぐ封口板と、を具備し、前記封口板は、前記電池缶の外側を向く第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、前記第１主面には、円弧状の第１溝が形成されており、前記第２主面には、前記第１溝に対応するように配置される円弧状の第２溝が形成されており、前記第１溝および前記第２溝の中心角は、それぞれ１８０°以上、３００°以下であり、前記封口板の径方向に沿って切断された断面において、前記第１溝の第１底部の長さＬ１は、前記第２溝の第２底部の長さＬ２より小さい、密閉型電池に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、バラツキなく低い内圧で作動する防爆弁を有する密閉型電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る封口板を第１主面側から見た上面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る封口板を第２主面側から見た上面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電池の要部の断面模式図である。
【図４】密閉型電池の内圧が高まったときの様子を、密閉型電池の要部の断面で示す説明図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る第１溝を拡大した断面模式図である。
【図５Ｂ】本発明の他の実施形態に係る第１溝を拡大した断面模式図である。
【図５Ｃ】本発明のさらに他の実施形態に係る第１溝を拡大した断面模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る第２溝を拡大した断面模式図である。
【図７】第１実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。
【図８】第２実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。
【図９】第３実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。
【図１０】第４実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。
【図１１】第５実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る電池の縦断面模式図である。
【図１３】比較例７〜１０で作製された封口板の要部を拡大した断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態に係る密閉型電池は、開口を有する有底円筒形の電池缶と、電池缶に収容される電極体と、電池缶の開口を塞ぐ封口板と、を具備する。封口板は、電池缶の外側を向く第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面と、を有し、第１主面には、円弧状の第１溝が形成されており、第２主面には、第１溝に対応するように配置される円弧状の第２溝が形成されている。第１溝および第２溝の中心角は、それぞれ１８０°以上、３００°以下である。封口板の径方向に沿って切断された断面において、第１溝の第１底部の長さＬ１は、第２溝の第２底部の長さＬ２より小さい。
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る密閉型電池（以下、単に電池と称する場合がある。）について、適宜図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。図示例において、同じ機能を有する部材には、同じ符号を付している。
【００１１】
図１は、封口板を第１主面側から見た上面模式図であり、図２は、封口板を第２主面側から見た上面模式図である。図１および図２では、便宜的に、第１溝３０１、第２溝３０２およびガスケット３１０にハッチングを付している。
【００１２】
封口板には、円弧状に薄肉部が形成されている。薄肉部は、第１主面３００Ｘおよび第２主面３００Ｙに形成された溝によって構成される。第１主面３００Ｘには第１溝３０１が形成されており、第２主面３００Ｙには、第１溝３０１に対応するように第２溝３０２が形成されている。
【００１３】
第１溝３０１と第２溝３０２とが対応するように形成されているとは、封口板を、例えば第１主面３００Ｘの法線方向から見たとき、第１溝３０１の少なくとも一部（好ましくは全部）が第２溝３０２に重複することをいう。
【００１４】
本実施形態では、第１溝３０１および第２溝３０２の中心角（以下、ベント角と称す場合がある。）を、それぞれ１８０°以上、３００°以下にする。ベント角は、防爆機能が作動する際の内圧（作動圧）に影響する。それぞれのベント角が１８０°以上であれば、作動圧が低くなり易い。そのため、内容物の飛散も抑制される。それぞれのベント角が３００°以下であれば、封口板の第１溝３０１を延長してできる円で囲まれた部分が、内圧によって完全に分離することが抑制される。
【００１５】
各ベント角は、２００°以上であってよく、２７０°以下であってよい。第１溝３０１および第２溝３０２のベント角は、同じであってよく、それぞれ異なっていてもよい。第１溝３０１のベント角が第２溝３０２のベント角より小さいと、応力が第１溝３０１により集中し易くなるため、作動圧はより小さくなり易い。
【００１６】
第１溝３０１のベント角（第１ベント角Ｘ）は、封口板の中心Ｃと第１溝３０１の一方の最端部とを結ぶ線分Ｓ１１と、封口板の中心Ｃと第１溝３０１の他方の最端部とを結ぶ線分Ｓ１２とが成す大きい方の角度である。線分Ｓ１１およびＳ１２は、第１ベント角Ｘが最も大きくなるように引けばよい。
【００１７】
第２溝３０２のベント角（第２ベント角Ｙ）は、同様に、封口板３００の中心Ｃと第２溝３０２の一方の最端部とを結ぶ線分Ｓ２１と、封口板３００の中心Ｃと第２溝３０２の他方の最端部とを結ぶ線分Ｓ２２とが成す大きい方の角度である。線分Ｓ２１およびＳ２２は、第２ベント角Ｙが最も大きくなるように引けばよい。
【００１８】
内容物の飛散防止の観点から、作動圧は、２．５ＭＰａ以下であってよく、２ＭＰａ以下であってよい。本実施形態によれば、作動圧が多少バラつく場合にも、作動圧はこの範囲に含まれ得る。
【００１９】
図３は、本実施形態に係る電池の要部の断面模式図である。
封口板３００は、電池缶１００の開口近傍に固定され、開口を塞いでいる。封口板３００は、電池缶の外側を向く第１主面３００Ｘと、第１主面３００Ｘとは反対側の第２主面３００Ｙと、を備え、中央に貫通孔Ｓ（図１参照）を備えるドーナツ状である。封口板３００の中央にある貫通孔Ｓには、絶縁性のガスケット３１０およびワッシャ３２０を介して、先端部分がつぶされた外部端子３３０が固定されている。外部端子３３０には、電極体を構成する正極または負極から導出された内部リード線２１０の端部が接続されている。以下、封口板３００と、ガスケット３１０と、ワッシャ３２０と、外部端子３３０と、により構成された部材を封口体と称する場合がある。ただし、封口板３００および封口体の形状はこれに限定されない。
【００２０】
図４は、密閉型電池の内圧が高まったときの様子を、密閉型電池の要部の断面で示す説明図である。
電池の内圧が上昇すると、封口板３００が外方に向けて盛り上がる方向に圧力がかかる。このとき、電池缶１００の内側を向く第２主面３００Ｙに形成された第２溝３０２には、圧縮応力が集中してかかる。一方、電池缶の外側を向く第１主面３００Ｘに形成された第１溝３０１には、引っ張り応力が発生する。薄肉部にこれら相反する二つの応力がかかることにより、薄肉部の破断が生じ、防爆機能が作動して内圧が低減する。
【００２１】
本実施形態では、封口板３００の径方向に沿って切断された断面から見たとき、第１溝３０１の底部（第１底部）の長さＬ１を、第２溝３０２の底部（第２底部）の長さＬ２より小さくする。これにより、引張り応力は、第１溝３０１の狭い第１底部により集中し易くなる。そのため、封口板３００は薄肉部で速やかに破断されて、作動圧のバラツキが小さくなる。このように、ベント角を特定の範囲にするとともに、第１底部を狭くすることにより、防爆機能は、低い作動圧でバラツキなく作動する。
【００２２】
長さＬ１の長さＬ２に対する割合は１００％未満である。長さＬ１の長さＬ２に対する割合は、５０％以下であってよい。バラツキがさらに小さくなる点で、長さＬ１の長さＬ２に対する割合は３０％以下であってよく、１５％以下であってよく、１０％以下であってよい。長さＬ１の長さＬ２に対する割合は、０．５％以上であってよい。長さＬ１の長さＬ２に対する割合は、０．５％以上、１５％以下が好ましく、０．５％以上、１０％以下が好ましい。
【００２３】
長さＬ１は、例えば、０．０１ｍｍ以上であってよく、０．０３ｍｍ以上であってよい。長さＬ１が０．０１ｍｍである第１底部は、点状であり得る。長さＬ１は、例えば、０．５ｍｍ以下であってよい。長さＬ１は、０．０３ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下が好ましい。長さＬ２は、例えば、０．３ｍｍ以上であってよく、１．５ｍｍ以下であってよい。長さＬ１およびＬ２が小さいほど、内圧上昇時に薄肉部にかかる応力は集中し易くなる。
【００２４】
溝の底部とは、溝の一番深い部分である。具体的には、封口板３００の径方向に沿って切断された断面において、溝の内壁の接線を引いたとき、当該接線と、当該溝が形成されている主面とが成す鋭角θが２０°以下である領域が、当該溝の底部である。第１底部の形状は、直線状であり得、円弧状であり得、点状であり得る。加工性の観点から、第１底部の形状は直線状であってよく、円弧状であってよい。第２底部の形状は、直線状であり得、円弧状であり得る。圧縮応力が集中し易い点で、第２底部の形状は直線状であってよい。
【００２５】
図５Ａ〜図５Ｃは、本実施形態に係る第１溝を拡大した断面模式図である。図５Ａ〜図５Ｃでは、便宜的に、第１溝３０１の断面に相当する領域にのみハッチングを付している。
【００２６】
図５Ａに示すように、第１溝３０１が平坦で、第１主面３００Ｘと略平行な領域を備える場合、第１底部３０１１は当該領域であり、その領域の第１主面３００Ｘ方向の長さが第１底部３０１１の長さＬ１である。
【００２７】
図５Ｂに示すように、第１溝３０１が、平坦であるが、第１主面３００Ｘとの成す鋭角θが０°より大きく、２０°以下である領域を備える場合、第１底部３０１１は当該領域であり、その領域の第１主面３００Ｘ方向の長さが第１底部３０１１の長さＬ１である。
【００２８】
図５Ｃに示すように、第１溝３０１が、曲面の領域を備える場合も同様に、第１溝の内壁の接線と第１主面３００Ｘとが成す鋭角θが２０°以下である領域が、第１底部３０１１であり、その領域の第１主面３００Ｘ方向の長さが第１底部３０１１の長さＬ１である。
【００２９】
より具体的には、第１溝３０１における第１底部３０１１は、以下のようにして決定できる。まず、第１溝３０１の内壁の接線を、第１溝３０１の内壁と第１主面３００Ｘとの２つの交点の一方（交点３０１ａ）から、他方の交点（交点３０１ｂ）まで引いていく。内壁上に、接線と第１主面３００Ｘとが成す鋭角θが２０°以上あるいは２０°以下の境界となる境界点が２つある場合、この２つの境界点に挟まれた領域を、第１底部３０１１とする。上記２つの境界点から、それぞれ第１主面３００Ｘに垂直に交わる直線を引き、この直線間の距離を、第１底部３０１１の長さＬ１とする。
【００３０】
上記境界点が３つ以上ある場合、最も端にある境界点同士に挟まれた領域を、第１底部３０１１とすればよい。境界点が１つである場合、その境界点が第１底部３０１１である。
【００３１】
第１溝３０１の内壁のうち、第１底部３０１１以外の領域は、第１側面部３０１２または第１側面部３０１３である。封口板３００の外周側にある第１側面部３０１２は、交点３０１ｂと、上記境界点の内、交点３０１ｂに最も近い境界点とを結ぶ領域である。第１側面部３０１２の傾斜角度θ１２（図５Ａ参照）は、交点３０１ｂと交点３０１ｂに最も近い境界点とを結ぶ直線と、第１主面３００Ｘとの成す角度として求めてもよい。封口板３００の内周側にある第１側面部３０１３は、交点３０１ａと、上記境界点の内、交点３０１ａに最も近い境界点とを結ぶ領域である。第１側面部３０１３の傾斜角度θ１３（図５Ａ参照）は、交点３０１ａと交点３０１ａに最も近い境界点とを結ぶ直線と、第１主面３００Ｘとの成す角度として求めてもよい。
【００３２】
図６は、本実施形態に係る第２溝を拡大した断面模式図である。図６では、便宜的に、第２溝３０２の断面に相当する領域にのみハッチングを付している。
【００３３】
第２底部３０２１も、同様にして決定できる。つまり、第２溝３０２の内壁の接線を引いたとき、当該接線と第２主面３００Ｙとが成す鋭角θが２０°以下である領域が、第２底部３０２１である。その領域の第２主面３００Ｙ方向の長さが、第２底部の長さＬ２である。第２溝３０２の内壁のうち、第２底部３０２１以外の領域（第２側面部３０２２および３０２３）も、同様にして決定できる。これらの傾斜角度（θ２２およびθ２３）も同様にして決定できる。
【００３４】
長さＬ１は、異なる３つの断面を用いて測定された第１底部３０１１の長さの平均値である。長さＬ２も同様にして求められる。
【００３５】
封口板３００の径方向に沿って切断された断面において、第１溝３０１の断面積は、第２溝３０２の断面積より小さくてもよい。これにより、引張り応力は、第１溝３０１にさらに集中しやすくなる。第１溝３０１の断面積は、上記２つの交点３０１ａおよび３０１ｂを結ぶ直線と、第１溝３０１の内壁と、により囲まれた領域の面積である。第２溝３０２の断面積は、同様に、第２主面３００Ｙとの２つの交点（３０２ａおよび３０２ｂ）を結ぶ直線と、第２溝３０２の内壁と、により囲まれた領域の面積である。断面積は、異なる３つの断面を用いて測定された断面積の平均値である。
【００３６】
第１溝３０１の断面積の第２溝３０２の断面積に対する割合は、１００％未満である。第１溝３０１の断面積の第２溝の３０２の断面積に対する割合は、５０％以下であってよい。バラツキがさらに小さくなる点で、第１溝３０１の断面積の第２溝の３０２の断面積に対する割合は３０％以下であってよく、１５％以下であってよく、１０％以下であってよい。第１溝３０１の断面積の第２溝の３０２の断面積に対する割合は０．５％以上であってよい。
【００３７】
第１溝３０１および第２溝３０２の深さは特に限定されない。
第１溝３０１の深さＤ１および第２溝３０２の深さＤ２は、薄肉部の厚みＤｍが、封口板３００の厚みＤの５％以上、３０％以下になるように設定してもよい。薄肉部の厚みＤｍが上記範囲であれば、封口板３００の強度を維持しながら、防爆機能を発揮することが容易である。深さＤ１およびＤ２は、それぞれ独立して封口板３００の厚みＤの２０％以上であってよく、３０％以上であってよい。深さＤ１およびＤ２は、それぞれ独立して封口板３００の厚みＤの８０％以下であってよく、７０％以下であってよい。
【００３８】
具体的には、薄肉部の厚みＤｍが、例えば、０．０３ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下になるように、深さＤ１およびＤ２を設定してもよい。封口板３００の厚みＤが０．３ｍｍの場合、深さＤ１および深さＤ２は、それぞれ独立して０．１ｍｍ以上であってよく、０．２ｍｍ以下であってよい。薄肉部の厚みＤｍは、例えば、封口板３００の厚みＤから、深さＤ１および深さＤ２を引いた数値である。
【００３９】
深さＤ１およびＤ２は、同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。引張り応力がより集中し易くなる点で、深さＤ２はＤ１より大きくてよい。加工性の観点から、深さＤ１とＤ２とは同じであってよい。
【００４０】
第１溝３０１の深さＤ１は、上記の交点３０１ａと３０１ｂとを結ぶ直線から第１底部３０１１にまで垂直に引いた線分の最大の長さである。第２溝３０２の深さＤ２は、同様に、上記の交点３０２ａと３０２ｂとを結ぶ直線から、第２底部３０２１にまで垂直に引いた線分の最大の長さである。深さＤ１およびＤ２は、異なる３つの断面を用いて測定された深さの平均値である。
【００４１】
第１溝３０１の見かけの幅Ｗ１（交点３０１ａと３０１ｂとを結ぶ直線の長さ）は特に限定されない。加工性の観点から、見かけの幅Ｗ１は、第１底部３０１１の長さＬ１以上であってよく、長さＬ１より大きくてよい。第２溝３０２の見かけの幅Ｗ２も同様に、特に限定されない。加工性の観点から、見かけの幅Ｗ２は、第２底部３０２１の長さＬ２以上であってよく、長さＬ２より大きくてよい。見かけの幅Ｗ１およびＷ２は、異なる３つの断面を用いて測定された見かけの幅の平均値である。
【００４２】
第１溝３０１および第２溝３０２の配置は、対応している限り特に限定されない。各溝の配置は、封口板３００の半径、封口板３００の中央に形成される貫通孔Ｓの半径等に応じて、適宜設定すればよい。例えば、第１主面３００Ｘをその法線方向から見たとき、第１底部３０１１の中心Ｃ１が、封口板３００の外縁から、封口板３００の半径ｒの２５％から７０％までの領域にあってよい（図１参照）。第２溝３０２も同様に、第２主面３００Ｙをその法線方向から見たとき、第２底部３０２１の中心Ｃ２が、封口板３００の外縁から、封口板３００の半径ｒの２５％から７０％までの領域に配置されるように、形成されてよい（図２参照）。
【００４３】
防爆機能の観点から、第１主面３００Ｘをその法線方向から見たとき、第１底部３０１１の全部が、第２底部３０２１に重複していることが好ましい。第１底部３０１１の中心Ｃ１と第２底部３０２１の中心Ｃ２とは、重複してもよいし、重複していなくてもよい。
【００４４】
第１底部３０１１の中心Ｃ１は、以下のように決定できる。まず、上記の第１底部３０１１と第１側面部との２つの境界点から、それぞれ第１主面３００Ｘに垂直に交わる直線を引き、この直線を最短で繋ぐ線分を決める。この線分の中点を通り、第１主面３００Ｘに垂直に交わる直線ＣＬ１と、第１底部３０１１との交点が中心Ｃ１である（図５Ａ参照）。第２底部３０２１の中心Ｃ２も、同様に決定できる。
【００４５】
第１溝３０１および第２溝３０２の断面形状は特に限定されない。断面形状は、封口板３００の径方向に沿って切断された断面における、各溝の形状である。
【００４６】
第２溝３０２の断面形状は、圧縮応力が集中し易くなる点で、平坦な第２底部３０２１と、第２底部３０２１と第２主面３００Ｙとを繋ぐ２つの相対する第２側面部３０２２および３０２３と、を有してもよい。
【００４７】
封口板３００の外周側にある第２側面部３０２２と第２主面３００Ｙとの成す角度θ２２は、特に限定されない。封口板３００の内周側にある第２側面部３０２３と第２主面３００Ｙとの成す角度θ２３も、特に限定されない。角度θ２２および角度θ２３は、第２底部３０２１の長さＬ２および第２溝３０２の見かけの幅Ｗ２に応じて、適宜設定すればよい。角度θ２２および角度θ２３は、例えば、４５°以上、９０°以下であってよく、５０°以上、９０°未満であってよい。角度θ２２および角度θ２３は、同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。
【００４８】
図１３のように、封口板の電池缶の内側を向く面に形成される溝の底部が２段プレス等により階段状になっていると、当該溝の底部の面積が広くなって、結果的に薄肉部の面積が大きくなる。そのため、圧縮応力は、当該溝で分散されてしまい、作動圧のバラツキが生じ易くなる。図１３では、便宜的にハッチングを省略している。
【００４９】
以下に、第１溝３０１の断面形状の例を示す。
［第１実施形態］
図７は、第１実施形態に係る封口板３００の要部を拡大した断面模式図である。図７〜図１１では、便宜的にハッチングを省略している。
本実施形態において、第１溝３０１は、平坦な第１底部３０１１と、第１底部３０１１と第１主面３００Ｘとを繋ぐ第１側面部３０１２および３０１３と、を有している。第２溝３０２も同様に、平坦な第２底部３０２１と、第２底部３０２１と第２主面３００Ｙとを繋ぐ第２側面部３０２２および３０２３と、を有している。
【００５０】
ここで、封口板の電池缶の外側を向く面に形成される溝の底部が２段プレス等により階段状になっていると、当該底部の面積が広くなって、引張り応力は当該底部で分散される。そのため、溝は、比較的大きな内圧にも耐えることができる、言い換えれば、作動圧が大きくなる。さらに、引張り応力は、階段状の底部に不均一に分散される。より大きく引張り応力が作用する場所によって、溝が耐えられる内圧は異なる。そのため、作動圧はバラツキ易い。
【００５１】
本実施形態では、第１溝３０１の第１底部３０１１が狭小かつ平坦であるため、作動圧のバラツキが小さい。つまり、防爆機能は、所定の作動圧で高い確実性で発揮される。第２底部３０２１も平坦であるため、これらの効果はさらに得易くなる。
【００５２】
封口板３００を第１主面３００Ｘの法線方向から見たとき、第１溝３０１は、すべて第２溝３０２に重複している。第１底部３０１１の中心Ｃ１と第２底部３０２１の中心Ｃ２とは重複する。第１溝３０１および第２溝３０２のベント角は同じであり、第１底部３０１１の中心線と第２底部３０２１の中心線とは一致する。角度θ１２および角度θ１３は、６０°以上、９０°未満であり、同じである。
【００５３】
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る封口板３００の要部を拡大した断面模式図である。
本実施形態において、第１溝３０１は、平坦な第１底部３０１１と、第１底部３０１１と第１主面３００Ｘとを繋ぐ第１側面部３０１２および３０１３と、を有している。２つの側面部３０１２および３０１３は、互いに異なる傾斜角で底部３０１１と第１主面３００Ｘとを繋いでいる。本実施形態は、角度θ１２と角度θ１３とが互いに異なること以外、第１実施形態と同様の構成を備える。
【００５４】
角度θ１２と角度θ１３とが互いに異なることにより、プレス加工に使用される金型の摩耗は抑制され易くなる。角度θ１２は、角度θ１３より大きくてよい。この場合、角度θ１２は、６０°以上、９０°以下であってよい。角度θ１３は、３０°以上、８０°以下であってよい。また、角度θ１２は、角度θ１３より小さくてよい。この場合、角度θ１２は、３０°以上、８０°以下であってよい。角度θ１３は、６０°以上、９０°以下であってよい。
【００５５】
［第３実施形態］
図９は、第３実施形態に係る封口板３００の要部を拡大した断面模式図である。
本実施形態は、第１溝３０１が、円弧状の第１底部３０１１を有していること以外、第１実施形態と同様の構成を備える。この場合、引張り応力はさらに第１底部３０１１に集中し易くなる。加えて、このような溝は、プレス加工により形成され易い。また、プレス加工に使用される金型も劣化し難い。
【００５６】
円弧状の第１底部３０１１の曲率半径は特に限定されず、例えば、０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下であってよい。
【００５７】
［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態に係る封口板３００の要部を拡大した断面模式図である。
本実施形態において、第１底部３０１１は２つの第１側面部の交点である。つまり、上記境界点は１つのみであり、第１底部３０１１の長さＬ１は非常に短い。長さＬ１は、例えば、０．０１ｍｍである。これ以外、本実施形態は第１実施形態と同様の構成を備える。この場合、引張り応力は、第３実施形態よりさらに第１底部３０１１に集中し易くなる。
【００５８】
本実施形態において、角度θ１２および角度θ１３は９０°未満であり、例えば、３０°以上、８０°以下であってよい。
【００５９】
［第５実施形態］
図１１は、第５実施形態に係る封口板３００の要部を拡大した断面模式図である。
本実施形態は、第１底部３０１１の中心Ｃ１と第２底部３０２１の中心Ｃ２とが、重複しないこと以外、第１実施形態と同様の構成を備える。
【００６０】
第１底部３０１１の中心Ｃ１は、第２底部３０２１の中心Ｃ２より、封口板３００の中心Ｃに近くてもよい。この場合、引張り応力は、さらに第１底部３０１１に集中し易くなる。
【００６１】
中心Ｃ１と中心Ｃ２とのズレ量は特に限定されず、第１溝３０１と第２溝３０２とが対応する範囲であればよい。中心Ｃ１と中心Ｃ２とは、第１底部３０１１が第２底部３０２１に重複する程度にずれていてもよい。
【００６２】
図１２は、密閉型電池の一例の縦断面模式図である。
電池１０は、有底円筒形の電池缶１００と、電池缶１００に収容された円筒型の電極体２００と、電池缶１００の開口を塞ぐ封口板３００と、を具備する。封口板３００は、例えばレーザ溶接により、電池缶１００の開口近傍に固定されている。封口板３００は、電池缶１００の開口近傍にかしめられていてもよい。
【００６３】
電池缶１００および封口板３００の材質は特に限定されず、鉄、および／または鉄合金（ステンレス鋼を含む）、アルミニウム、アルミニウム合金（マンガン、銅などの他の金属を微量含有する合金など）、などが例示できる。
【００６４】
次に、リチウム一次電池を例に、電極体２００の構成について例示的に説明する。
円筒型の電極体２００は捲回型であり、正極２０１と負極２０２とをセパレータ２０３を介して渦巻状に捲回することにより構成されている。正極２０１および負極２０２の一方（図示例では、正極２０１）には内部リード線２１０が接続されている。内部リード線２１０は、外部端子３３０に溶接等により接続される。正極２０１および負極２０２の他方（図示例では、負極２０２）には、別の内部リード線２２０が接続されている。内部リード線２２０は、電池缶１００の内面に溶接等により接続される。
【００６５】
電極体２００は、電解質（図示せず）とともに、電池缶１００の内部に収納されている。内部短絡防止のために、電極体２００の上部および下部には、それぞれ上部絶縁板２３０Ａおよび下部絶縁板２３０Ｂが配置されている。
【００６６】
（正極）
正極は正極活物質を含み、正極活物質として二酸化マンガンを用いることができる。正極は、例えば、正極集電体と、正極集電体に付着している正極合剤層とを具備する。正極合剤層は、正極活物質の他に、フッ素樹脂などの樹脂材料を結着剤として含み得る。正極合剤層は、炭素材料などの導電性材料を導電剤として含んでもよい。正極集電体は、例えばステンレス鋼製のエキスパンドメタル、ネット、パンチングメタルなどである。
【００６７】
（負極）
負極は負極活物質を含み、負極活物質として金属リチウムまたはリチウム合金を用いることができる。金属リチウムまたはリチウム合金は、例えば、長尺のシート状に押し出し成形され、負極として用いられる。リチウム合金としては、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−Ｎｉ−Ｓｉ、Ｌｉ−Ｐｂなどの合金が用いられるが、Ｌｉ−Ａｌ合金が好ましい。リチウム合金に含まれるリチウム以外の金属元素の含有量は、放電容量の確保や内部抵抗の安定化の観点から、０．１質量％以上５質量％以下とすることが好ましい。
【００６８】
（セパレータ）
セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料（樹脂）としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。
【００６９】
（電解質）
電解質にはリチウム塩を溶解させた非水溶媒を用い得る。非水溶媒は、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトンなどを使用することができる。リチウム塩としては、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドなどを用いることができる。
【００７０】
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７１】
《実施例１》
（１）封口体の作製
図７に示す封口板（直径１７ｍｍ）を作製した。
すなわち、封口板３００（ＳＵＳ３１６Ｌ製）の第１主面３００Ｘに、平坦な第１底部３０１１と第１側面部３０１２および３０１３とを有し、第１ベント角Ｘが１８０°である第１溝３０１を、プレス加工により形成した。第１溝３０１の中心Ｃ１は、封口板３００の外周から６ｍｍの位置にある。第１底部３０１１の長さＬ１は０．１ｍｍであり、見かけの幅Ｗ１は０．２ｍｍであり、深さＤ１は０．１ｍｍである。角度θ１２およびθ１３は、ともに６３°である。
【００７２】
封口板３００の第２主面３００Ｙに、平坦な第２底部３０２１と第２側面部３０２２および３０２３とを有し、第２ベント角Ｙが１８０°の第２溝３０２を、プレス加工により形成した。第２溝３０２の中心Ｃ２は、封口板３００の外周から６ｍｍの位置にある。第２底部３０２１の長さＬ２は０．３５ｍｍであり、見かけの幅Ｗ２は０．５ｍｍであり、深さＤ２は０．１ｍｍである。角度θ２２およびθ２３は、ともに５３°である。薄肉部の厚みＤｍは、０．０５ｍｍである。第１底部３０１１の中心Ｃ１と第２底部３０２１の中心Ｃ２とは重複している。
【００７３】
封口板３００の中央に、直径約３ｍｍの貫通孔を形成した。この貫通孔に、絶縁性のガスケット３１０およびワッシャ３２０を介して外部端子３３０を固定し、封口体を得た。
【００７４】
（２）正極の作製
正極活物質である電解二酸化マンガン９２質量部に、導電剤であるケッチェンブラック３．５質量部と、結着剤であるポリテトラフルオロエチレン４．５質量部と、適量の純水と、を加えて混錬し、湿潤状態の正極合剤を調製した。
【００７５】
次に、湿潤状態の正極合剤を、ステンレス鋼製のエキスパンドメタルからなる正極集電体に塗布して、正極前駆体を作製した。その後、正極前駆体を、乾燥させ、ロールプレスにより圧延し、所定寸法に裁断し、帯状の正極を得た。
【００７６】
（３）負極の作製
シート状のＬｉ−Ａｌ合金（Ａｌ含有量：０．３質量％）を、所定寸法に裁断し、帯状の負極を得た。
【００７７】
（４）電極群の作製
正極の一部から正極合剤を剥がして正極集電体を露出させ、その露出部にステンレス鋼製の正極タブリードを溶接した。負極の所定箇所にニッケル製の負極タブリードを溶接した。正極と負極とを、これらの間にセパレータを介在させて、渦巻状に捲回し、柱状の電極群を構成した。セパレータには、ポリエチレン製の微多孔膜を用いた。
【００７８】
（５）電解質の調製
プロピレンカーボネート（ＰＣ）と、エチレンカーボネート（ＥＣ）と、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）とを、体積比２：１：２で混合した非水溶媒に、リチウム塩としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウムを０．５モル／リットルの濃度で溶解させ、電解質を調製した。
【００７９】
（６）円筒形電池の組み立て
電極群を、その底部にリング状の下部絶縁板を配置した状態で、有底円筒形（ＳＵＳ３１６Ｌ製）の電池缶の内部に挿入した。負極タブリードを電池缶の内底面に溶接し、リング状の上部絶縁板を電極群の上部に配置した後、正極タブリードを封口板に固定された外部端子に溶接した。次に、電解質を電池缶の内部に注液し、その後、電池缶の開口近傍に封口板をレーザ溶接した。このようにして、図１２に示す構造を有する密閉型の円筒形リチウム電池を１０個作製した。別途、作動圧評価用として、電極群および電解質を収容しなかったこと以外は同様にして、密閉型の評価用電池を１０個作製した。
【００８０】
［評価］
（Ｉ）作動圧
評価用電池の電池缶の側面に穴を開け、そこから水を供給し、水圧によって電池内部の圧力を高めて防爆機能を作動させた。
作動圧の平均値（ｎ＝１０）、標準偏差（σ）、平均値＋３σをそれぞれ算出した。結果を表１に示す。
平均値±３σは、対象物の９９．７％以上が平均値±３σの範囲に収まる数値である。言い換えれば、作動圧が平均値＋３σを超える場合は、確率的に０．３％未満である。
【００８１】
（ＩＩ）内容物の飛散量
円筒形リチウム電池の電池缶側面をガスバーナーで加熱して、火中投入試験を模擬した試験によって、防爆機能を作動させた。
防爆機能が作動した後、収容されていた内容物（電極群および／または電解質）に対する、電池外に飛散した内容物の質量割合（飛散割合）を算出し、以下の指標に従って評価した。結果を表１に示す。
Ａ：飛散割合が１０質量％未満
Ｂ：飛散割合が１０質量％以上、４０％質量未満
Ｃ：飛散割合が４０質量％以上、７０質量％未満
Ｄ：飛散割合が７０質量％以上
【００８２】
《実施例２》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも３００°としたこと以外は、実施例１と同様に、図７に示す封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表１に示す。
【００８３】
《比較例１》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも１５０°としたこと以外は、実施例１と同様に、図７に示す封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表１に示す。
【００８４】
《比較例２》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも３３０°としたこと以外は、実施例１と同様に、図７に示す封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表１に示す。
【００８５】
【表１】
2020047536.tif 000003
【００８６】
実施例１および２において、作動圧の平均値は２ＭＰａ以下であり、標準偏差は０．２以下であり、平均値＋３σは２．５ＭＰａ以下である。標準偏差が０．２以下、好ましくは０．１５以下であり、かつ、平均値＋３σが２．５ＭＰａ以下である場合、作動圧が低く、そのバラツキが小さいといえる。さらに、実施例１および２では、内容物はほとんど飛散していない。
【００８７】
一方、比較例１では作動圧の平均値および平均値＋３σがともに高い。比較例２では、作動圧は低いものの、ベント角が過度に大きいため、内容物の飛散が認められる。
【００８８】
《比較例３》
封口体の作製（１）において、第１主面３００Ｘが電池缶の内側となるようにワッシャ３２０および外部端子３３０を配置したこと以外は、比較例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
【００８９】
《比較例４》
封口体の作製（１）において、第１主面３００Ｘが電池缶の内側となるようにワッシャ３２０および外部端子３３０を配置したこと以外は、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
【００９０】
《比較例５》
封口体の作製（１）において、第１主面３００Ｘが電池缶の内側となるようにワッシャ３２０および外部端子３３０を配置したこと以外は、実施例２と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
【００９１】
《比較例６》
封口体の作製（１）において、第１主面３００Ｘが電池缶の内側となるようにワッシャ３２０および外部端子３３０を配置したこと以外は、比較例２と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表２に示す。
【００９２】
【表２】
2020047536.tif 000004
【００９３】
比較例３〜６において、封口板の外側を向く面に形成された溝の底部は、封口板の内側を向く面に形成された溝の底部よりも大きい。このような封口板を用いた比較例３〜６では、標準偏差はいずれも０．２以上であり、平均値＋３σはいずれも２．５ＭＰａ以上である。さらに、比較例５および６では、作動圧に対してベント角が過度に大きいため、多くの内容物が飛散した。
【００９４】
《実施例３》
封口体の作製（１）において、図９に示す封口板を作製した。
すなわち、封口板３００の第１主面３００Ｘに、円弧状（曲率半径０．０５ｍｍ）の第１底部３０１１と第１側面部３０１２および側面部３０１３とを有し、第１ベント角Ｘが１８０°の第１溝３０１を、プレス加工により形成した。第１溝３０１の中心Ｃ１は、封口板３００の外周から６ｍｍの位置にある。第１底部３０１１の長さＬ１は０．０５ｍｍであり、見かけの幅Ｗ１は０．２ｍｍであり、深さＤ１は０．１ｍｍである。角度θ１２およびθ１３は、ともに６０°である。
これ以外は、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
【００９５】
《実施例４》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも３００°としたこと以外は、実施例３と同様に、図９に示す封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
【００９６】
《実施例５》
封口体の作製（１）において、図１０に示す封口板を作製した。
すなわち、封口板３００の第１主面３００Ｘに、第１側面部３０１２および３０１３を有し、これらの交点として第１底部３０１１を備え、第１ベント角Ｘが１８０°の第１溝３０１を、プレス加工により形成した。第１溝３０１の中心Ｃ１は、封口板３００の外周から６ｍｍの位置にある。第１底部３０１１の長さＬ１は０．０１ｍｍであり、見かけの幅Ｗ１は０．２ｍｍであり、深さＤ１は０．１ｍｍである。角度θ１２およびθ１３は、ともに４５°である。
これ以外は、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
【００９７】
《実施例６》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも３００°としたこと以外は、実施例５と同様に、図１０に示す封口板を作製した。
得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
【００９８】
《実施例７》
封口体の作製（１）において、図１１に示す封口板を作製した。
すなわち、第１底部３０１１の中心Ｃ１が、第２底部３０２１の中心Ｃ２より、封口板３００の中心Ｃに０．２ｍｍ近くなるように、第１溝３０１をプレス加工により形成した。
これ以外は、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
【００９９】
《実施例８》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも３００°にしたこと以外は、実施例７と同様に、図１１に示す封口板を作製した。
得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表３に示す。
【０１００】
【表３】
2020047536.tif 000005
【０１０１】
実施例３〜８のいずれにおいても、作動圧の平均値は２ＭＰａ以下であり、標準偏差は０．２以下であり、平均値＋３σは２．５ＭＰａ以下である。つまり、これらの電池は、作動圧が低く、そのバラツキが小さい。さらに、いずれの電池からも、内容物はほとんど飛散していない。
【０１０２】
《比較例７》
封口体の作製（１）において、図１３に示す封口板を作製した。
すなわち、封口板３００の第１主面３００Ｘおよび第２主面３００Ｙの両面に、実施例１の第２溝３０２と同じ溝をプレス加工により形成した。ただし、ベント角は１５０°とした。第２主面３００Ｙの溝にさらにプレス加工を行い、階段状にした。薄肉部の最も薄い部分の厚みは０．０５ｍｍであり、第２主面３００Ｙの溝の底部Ｌ３の長さは、０．１ｍｍである。
【０１０３】
得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表４に示す。
【０１０４】
《比較例８》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも１８０°としたこと以外は、比較例７と同様に、図１３に示す封口板を作製した。
得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表４に示す。
【０１０５】
《比較例９》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも３００°としたこと以外は、比較例７と同様に、図１３に示す封口板を作製した。
得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表４に示す。
【０１０６】
《比較例１０》
封口体の作製（１）において、第１ベント角Ｘおよび第２ベント角Ｙをいずれも３３０°としたこと以外は、比較例７と同様に、図１３に示す封口板を作製した。
得られた封口板を用いて、実施例１と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ１０個作製し、評価した。結果を表４に示す。
【０１０７】
【表４】
2020047536.tif 000006
【０１０８】
比較例７において、作動圧は２ＭＰａ以上、標準偏差は０．２以上、平均値＋３σは２．５ＭＰａ以上である。つまり、バラツキが大きく、かつ、作動圧が高い。ただし、ベント角が小さいため、内容物の飛散は抑制されている。
【０１０９】
比較例８、９および１０において、作動圧の平均値は比較的低く抑えられているものの、標準偏差は０．２以上である。さらに、平均値＋３σは２．５ＭＰａ以上である。これは、作動圧のバラツキが非常に大きいことを示している。さらに、比較例９および１０では、作動圧に対してベント角が過度に大きいため、多くの内容物が飛散した。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明に係る密閉型電池は、安定した防爆機能を発揮するため、様々な電子機器の電源に適している。
【符号の説明】
【０１１１】
１０：電池
１００：電池缶
２００：電極体
２０１：正極
２０２：負極
２０３：セパレータ
２１０、２２０：内部リード線
２３０Ａ：上部絶縁板
２３０Ｂ：下部絶縁板
３００：封口板
３００Ｘ：第１主面
３００Ｙ：第２主面
３０１：第１溝
３０１１：第１底部
３０１２、３０１３：第１側面部
３０１ａ、３０１ｂ：交点
３０２：第２溝
３０２１：第２底部
３０２２、３０２３：第２側面部
３０２ａ、３０２ｂ：交点
３１０：ガスケット
３２０：ワッシャ
３３０：外部端子
【図１】
2020047536.tif 000007
【図２】
2020047536.tif 000008
【図３】
2020047536.tif 000009
【図４】
2020047536.tif 000010
【図５Ａ】
2020047536.tif 000011
【図５Ｂ】
2020047536.tif 000012
【図５Ｃ】
2020047536.tif 000013
【図６】
2020047536.tif 000014
【図７】
2020047536.tif 000015
【図８】
2020047536.tif 000016
【図９】
2020047536.tif 000017
【図１０】
2020047536.tif 000018
【図１１】
2020047536.tif 000019
【図１２】
2020047536.tif 000020
【図１３】
2020047536.tif 000021