(57)【要約】【課題】導電性に優れた安全弁付き封口体を備えた密閉型電池を提供する。【解決手段】有底筒状の外装缶２０の開口部に封口体１０をかしめ固定することにより密閉した密閉型電池において、封口体１０は、鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部５ａと、外部端子部５ａの周縁に位置するフランジ部５ｂと、フランジ部５ｂに設けられた、電池外方面側よりも電池内方面側のほうが径が小さい穴５ｃと、を有する端子キャップ５と、アルミニウム系材料からなり、電池内方に突出した通電接触部３ａと、通電接触部３ａの周縁に位置する周辺部３ｂと、周辺部３ｂに設けられたピン状突起３ｃと、を有する安全弁３と、を備え、安全弁のピン状突起３ｃが端子キャップの穴５ｃにはめ込まれ、ピン状突起３ｃの先端部が押しつぶされたリベット固定部を有し、端子キャップ５の直径が、安全弁３の直径よりも大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の外装缶（２０）の開口部に封口体（１０）をかしめ固定することにより密閉した密閉型電池において、
前記封口体（１０）は、
鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部（５ａ）と、前記外部端子部（５ａ）の周縁に位置するフランジ部（５ｂ）と、前記フランジ部（５ｂ）に設けられた、電池外方面側よりも電池内方面側のほうが径が小さい穴（５ｃ）と、を有する端子キャップ（５）と、アルミニウム系材料からなり、電池内方に突出した通電接触部（３ａ）と、前記通電接触部（３ａ）の周縁に位置する周辺部（３ｂ）と、前記周辺部（３ｂ）に設けられたピン状突起（３ｃ）と、を有する安全弁（３）と、を備え、
前記安全弁のピン状突起（３ｃ）が前記端子キャップの穴（５ｃ）にはめ込まれ、前記ピン状突起（３ｃ）の先端部が押しつぶされたリベット固定部を有し、
前記端子キャップ（５）の直径が、前記安全弁（３）の直径よりも大きい、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記端子キャップ（５）の直径は、前記安全弁（３）の直径よりも、０．０４〜０．１ｍｍ大きい、
ことを特徴とする密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関し、より詳しくは安全弁付き封口体を備えた密閉型電池の封口体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるため、携帯機器や電動工具等の駆動電源として広く利用されている。
【０００３】
非水電解質二次電池には、可燃性の有機溶媒が用いられているため、電池の安全性の確保が求められている。このため、電池を密閉する封口体に、電池内圧が上昇した場合に動作する電流遮断機構を組み込むことが行われている。
【０００４】
図１に、電流遮断機構を組み込んだ封口体を備えた密閉型電池を示す。図１に示すように、封口体１０は、端子キャップ５と、端子キャップの電池内方面に位置する安全弁３と、安全弁の電池内方面に位置する端子板１と、安全弁３と端子板１とを離隔し絶縁する絶縁板２とを有している。ここで、端子キャップ５と安全弁３との導電接触を保つために、端子キャップのフランジ部５ｂに設けられたザグリ穴５ｃに安全弁の周縁部３ｂに設けられたピン状突起３ｃがはめ込まれ、リベット固定により両者が固定されている。さらに、安全弁３の中心付近は電池内方に向かって凸状形状をなし、凸状形状の頂点付近が端子板１に溶接されており（通電接触部）、端子板１上の通電接触部周囲には、端子板１の厚みを薄くしてなる破砕溝が形成されている。
【０００５】
この密閉型電池の電流遮断機構の動作について説明する。電池内圧が上昇したとき、安全弁３が電池外方に押し上げられ、安全弁３の通電接触部に接続された端子板１の破砕溝が破断して、端子キャップ５への電流供給が遮断される。
【０００６】
このような電流遮断機構においては、安全弁は上記動作をスムースに行える必要があり、その材料には変形しやすいことが求められ、他方、端子キャップは外部環境に面するため、その材料には一定の強度が求められる。このため、安全弁にはアルミニウム系の材料が用いられ、端子キャップには鉄系の材料が用いられている。
【０００７】
ところで、電動工具など大電流で放電する用途に用いる非水電解質二次電池は、放電時に電池温度が８０℃以上の高温となることがある。そして、電池の使用によって繰り返し高温に曝されると、絶縁板２やガスケット３０等の樹脂製部品の弾力性が失われる。樹脂製部品の弾性が失われると、樹脂製部品の周囲に位置する端子キャップ５と安全弁３との接触が緩み、電池の内部抵抗が上昇したり不安定になったりしやすくなる。よって、端子キャップ５と安全弁３と固定を強固なものとすることが望まれている。
【０００８】
ところで、封口体に関する技術としては、下記特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平5-74904号公報
【００１０】
特許文献１は、円筒状部とこの円筒状部の外周に設けられ複数の孔を有するつば部を形成した電池キャップと、電池キャップの板厚よりも大きい突出高さを持つ複数の凸状部を設けた金属板とより構成され、電池キャップの孔部を金属板の凸状部に嵌め合わせ、電池キャップの孔部より突出した金属板の凸状部の端面を圧接して両者を固定した封口体を開示している。
【００１１】
この技術によると、固定強度や組立精度に優れた封口体が得られるとされる。しかしながら、変形しやすい安全弁について考慮されておらず、この技術によっても、封口体の導電性は、十分ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するものであり、導電性に優れた安全弁付き封口体を備えた密閉型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明は、有底筒状の外装缶２０の開口部に封口体１０をかしめ固定することにより密閉した密閉型電池において、前記封口体１０は、鉄系材料からなり、電池外方に突出した外部端子部５ａと、前記外部端子部５ａの周縁に位置するフランジ部５ｂと、前記フランジ部５ｂに設けられた、電池外方面側よりも電池内方面側のほうが径が小さい穴５ｃと、を有する端子キャップ５と、アルミニウム系材料からなり、電池内方に突出した通電接触部３ａと、前記通電接触部３ａの周縁に位置する周辺部３ｂと、前記周辺部３ｂに設けられたピン状突起３ｃと、を有する安全弁３と、を備え、前記安全弁のピン状突起３ｃが前記端子キャップの穴５ｃにはめ込まれ、前記ピン状突起３ｃの先端部が押しつぶされたリベット固定部を有し、前記端子キャップ５の直径が、前記安全弁３の直径よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
本発明者らが、封口体の密閉性の向上について鋭意研究を行った結果、安全弁材料として変形しやすいアルミニウム系材料を用い、端子キャップ材料として剛性が強い鉄形の材料を用い、リベット固定により安全弁と端子キャップとを固定した封口体を外装缶開口部にかしめ固定する場合、次のような問題があることを知った。
【００１５】
上記のように、異なる材料からなる安全弁３と端子キャップ５とが一体化された封口体を、絶縁ガスケット３０を介して外装缶２０の開口部にかしめ固定するとき、安全弁の周辺部３ｂ及び端子キャップのフランジ部５ｂは、絶縁ガスケット３０に押されるとともに、外装缶２０の開口部を端子キャップ５方向に曲げることによる変形の力がかかり、周辺部３ｂ及びフランジ部５ｂに垂直な方向からもまた圧力が作用する。このようなかしめによる力によって、周辺部３ｂ及びフランジ部５ｂは変形するのであるが、両者の物性の違いによって周辺部３ｂとフランジ部５ｂとの変形量が異なる。変形しやすい安全弁３の直径が、変形しにくい端子キャップ５の直径以上である場合（図７（ａ）参照）には、かしめ固定による力と変形量の差とによって、リベット固定部やその周辺において緩みや隙間が生じることになる（図７（ｂ）参照）。この部分に緩みや隙間が生じると、端子キャップ５と安全弁３との接触が不安定になるので、両者の間の導電が不安定になる。
【００１６】
しかし、上記構成のように端子キャップ５の直径が安全弁３の直径よりも大きい場合（図６（ａ）参照）、この直径の差によってかしめ固定時の変形量の差が緩和されるので、リベット固定部においてピン状突起３ｃとザグリ穴５ｃとの間に隙間ができることがない（図６（ｂ）参照）。よって、安全弁３と端子キャップ５との接触状態が良好に保たれ、高い導電性が維持される。
【００１７】
上記構成において、端子キャップ５の直径は、安全弁３の直径よりも、０．０４〜０．１ｍｍ大きいとすることが好ましい。
【００１８】
ここで、鉄系材料とは、鉄及び鉄合金を意味し、アルミニウム系材料とは、純アルミニウム及びアルミニウム合金を意味する。
【発明の効果】
【００１９】
上記本発明によると、導電性に優れた安全弁付き封口体を得る事ができ、これを用いてなる密閉型電池の電流取り出し効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明にかかる密閉型電池の断面図である。
【図２】図２は、本発明にかかる密閉型電池に用いる封口体の端子キャップと安全弁とを示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる密閉型電池において、端子キャップと安全弁とをリベット固定する工程を説明する図である。
【図４】図４は、本発明にかかる密閉型電池において、端子キャップを作製する工程を説明する図である。
【図５】図５は、本発明にかかる密閉型電池において、安全弁を作製する工程を説明する図である。
【図６】図６は、本発明にかかる密閉型電池のリベット固定部近傍の断面図であって、図６（ａ）はかしめ固定前、図６（ｂ）はかしめ固定後を示す。
【図７】図７は、従来の電池のリベット固定部近傍の断面図であって、図７（ａ）はかしめ固定前、図７（ｂ）はかしめ固定後を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる密閉型電池の要部拡大断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態にかかる密閉型電池に用いる封口体１０は、電極タブ８を介して正極または負極と電気的に接続される端子板１と、電池外方に突出した外部端子部を有する端子キャップ５と、端子板１と端子キャップ５との間に介在し、電池内部圧力が上昇した際に変形して、端子板１と端子キャップ５との電気的接続を遮断する安全弁３と、安全弁３が電流を遮断する際、安全弁３と端子板１との電気的接触を防止する絶縁部材２と、を備えている。そして、電極体４０の一方の電極と端子板１とが、電極タブ８を介して接続されている。
【００２３】
本発明に用いる端子キャップ及び安全弁を、図２に示す。端子キャップ５は、図２（ａ）に示すように、電池外方に突出した外部端子部５ａと、外部端子部５ａの周縁に位置するフランジ部５ｂと、フランジ部５ｂに設けられたザグリ穴５ｃと、を有する。安全弁３は、図２（ｂ）に示すように、電池内方に突出した通電接触部３ａと、通電接触部３ａの周縁に位置する周辺部３ｂと、周辺部３ｂに設けられたピン状突起３ｃと、を有する。図３（ｃ）に示すように、ピン状突起３ｃがザグリ穴５ｃにはめ込まれ、ピン状突起３ｃの先端が押しつぶされ、リベット固定により両者が固定されている。ここで、端子キャップ５の直径は１６．５ｍｍであり、安全弁３の直径１６．４ｍｍである。
【００２４】
図１に示すように、電極体４０と非水電解質とを収容した外装缶１０の開口部に、絶縁ガスケット３０を介してこの封口体１０が配置され、かしめ固定されている。
【００２５】
上記構造のリチウムイオン二次電池の作製方法について説明する。
【００２６】
＜正極の作製＞
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイト等の炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる結着剤とを、質量比９０：５：５の割合で量り採り、これらをＮ−メチル−２−ピロリドンからなる有機溶剤等に溶解させた後、混合し、正極活物質スラリーを調製する。
【００２７】
次に、ダイコーターまたはドクターブレード等を用いて、アルミニウム箔（厚み：２０μｍ）からなる正極芯体の両面に、この正極活物質スラリーを均一な厚みで塗布する。
【００２８】
この極板を乾燥機内に通して上記有機溶剤を除去し、乾燥極板を作製した。この乾燥極板を、ロールプレス機を用いて圧延し、裁断して、正極板を作製する。
【００２９】
本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる正極活物質としては、上記コバルト酸リチウム以外にも、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）、マンガンニッケルコバルト酸リチウム（ＬｉＭｎxＮｉyＣｏzＯ2、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、またはこれらの酸化物に含まれる遷移金属の一部を他の元素で置換した酸化物等のリチウム含有遷移金属複合酸化物を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。
【００３０】
＜負極の作製＞
人造黒鉛からなる負極活物質と、スチレンブタジエンゴムからなる結着剤と、カルボキシメチルセルロースからなる増粘剤とを、質量比９８：１：１の割合で量り採り、これらを適量の水と混合し、負極活物質スラリーを調製する。
【００３１】
次に、ダイコーターまたはドクターブレード等を用いて、銅箔（厚み：１５μｍ）からなる負極芯体の両面に、この負極活物質スラリーを均一な厚さで塗布する。
【００３２】
この極板を乾燥機内に通して水分を除去し、乾燥極板を作製した。その後、この乾燥極板を、ロールプレス機により圧延し、裁断して、負極板を作製する。
【００３３】
ここで、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる負極材料としては、例えば天然黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、あるいはこれらの焼成体等の炭素質物、または前記炭素質物と、リチウム、リチウム合金、およびリチウムを吸蔵・放出できる金属酸化物からなる群から選ばれる１種以上との混合物を用いることができる。
【００３４】
＜電極体の作製＞
上記正極と負極とポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータとを、巻き取り機により捲回し、絶縁性の巻き止めテープを設け、巻回電極体を完成させる。
【００３５】
〈封口体の作製〉
ニッケルメッキされた鉄板の中心部を、プレス金型６１を用いてプレスして外部端子部５ａ（凸部）を形成する（図４（ａ）参照）。
この後、フランジ部５ｂ（凸部の外周部分）に打ち抜き穴を開ける（図４（ｂ）参照）。
この後、穴を上方向からプレス金型６２を用いてプレスして、穴の直径を部分的に広げる（図４（ｃ）参照）。このとき、プレスされた反対面側は、穴の径が図４（ｂ）に示す状態よりも小さくなる。
この後、再度穴を打ち抜くことによりプレスにより狭まった穴を拡大する（図４（ｄ）参照）。
この後、直径１６．５ｍｍの円盤状に打ち抜いて、ザグリ穴５ｃが形成された端子キャップ５が完成する。
【００３６】
アルミニウム板の中心部をプレス金型７１を用いてプレスし、通電接触部（凹部３ａ）を形成する（図５（ａ）参照）。
この後、周辺部３ｂ（凸部の外周部分）を下面からプレス器具７２ａ，ｂ，ｃを用いて押圧してピン状突起３ｃを形成する（図５（ｂ）参照）。
その後、直径１６．４ｍｍの円盤状に打ち抜いて、ピン状突起３ｃが形成された安全弁３が完成する（図５（ｃ）参照）。
この作製方法では、ピン状突起３ｃの反対面に、押圧による変形によって凹形状の部分が形成されるが（図５（ｃ）参照）、この凹形状の部分は本発明の必須の構成要素ではない。
【００３７】
本実施の形態では、各部のサイズは以下のとおりとする。端子キャップ５の直径Ｌ１は１６．５ｍｍ、厚みは０．３ｍｍ、ザグリ穴５ｃ外径Ｌ３は１．４ｍｍ、内径Ｌ４は１．０ｍｍ、内径部の高さＬ２は０．２ｍｍ、端子キャップの高さＬ５は１．８ｍｍである。また、安全弁３の直径は１６．４ｍｍ、厚みは０．４ｍｍ、ピン状突起３ｃの高さＬ７は０．５ｍｍ、直径Ｌ８は０．９ｍｍである。また、安全弁のピン状突起３ｃ及び端子キャップのザグリ穴５ｃの数は、それぞれ３とする。
【００３８】
（リベット固定ステップ）
この後、上記安全弁３の上面に、上記端子キャップ５を配置し、端子キャップ５のザグリ穴５ｃに安全弁３のピン状突起３ｃをはめ込む（図３（ａ）参照）。
この後、リベット固定具５１ａ，ｂを用いて上下方向から押圧し、ピン状突起３ｃの先端部をつぶして、リベット固定する（図３（ｂ）、（ｃ）参照）。
【００３９】
この後、この安全弁３の下面に、ポリプロピレン製の絶縁板２を介してアルミニウム製の端子板１を溶接し、封口体１０を作製する。
【００４０】
＜電解液の作製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比１：１：８の割合（１気圧、２５℃と換算した場合における）で混合した非水溶媒に、電解質塩としてのＬｉＰＦ6を１．０Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解したものを電解液とする。
【００４１】
ここで、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる非水溶媒としては、上記の組み合わせに限定されるものではなく、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等のリチウム塩の溶解度が高い高誘電率溶媒と、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アニソール、１，４−ジオキサン、４−メチル−２−ペンタノン、シクロヘキサノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメチルホルムアミド、スルホラン、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチル等の低粘性溶媒とを混合させて用いることができる。さらに、前記高誘電率溶媒や低粘性溶媒をそれぞれ二種以上の混合溶媒とすることもできる。また、電解質塩としては、上記ＬｉＰＦ6以外にも、例えばＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＣｌＯ4またはＬｉＢＦ4等を単独で、あるいは２種以上混合して用いることができる。
【００４２】
＜電池の組み立て＞
上記電極体の正極集電体と角形外装缶の缶底とを溶接し、上記電解液と外装缶内に注液し、封口体の端子板と負極集電体と電極タブ８を介して電気的に接続した後、外装缶の開口部を、ポリプロピレン製ガスケットを介してかしめ加工して封止し、本実施の形態にかかる電池を組み立てる。
【００４３】
（実施例１）
上記実施の形態と同様にして、実施例１に係る電池を作製した。なお、安全弁のピン状突起及び端子キャップの穴の個数は、それぞれ３とした。
【００４４】
（比較例１）
端子キャップの直径と安全弁の直径とを同一（１６．５ｍｍ）としたこと以外は、上記実施の形態と同様にして、比較例１にかかる電池を作製した。なお、安全弁のピン状突起及び端子キャップの穴の個数は、それぞれ３とした。
【００４５】
〔抵抗の測定〕
上記実施例１および比較例１と同一の条件で電池をそれぞれ３０個作製した。封口体の電気抵抗を、リベット固定後及び電池かしめ後において測定した。この結果を下記表１に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
上記表１から、端子キャップの直径が安全弁の直径よりも大きい実施例１は、電池かしめ後の抵抗が２．１〜２．８ｍΩであるのに対し、端子キャップの直径が安全弁の直径と同一である比較例１は、電池かしめ後の抵抗が１０．１〜２７．５ｍΩと、抵抗値及びバラツキがきわめて大きいことがわかる。
【００４８】
このことは、次のように考えられる。上記実施例１、比較例１ともに、安全弁３については変形しやすいアルミニウム系材料が用いられ、端子キャップには剛性が強い鉄形の材料が用いられている。このように、異なる材料からなる安全弁３と端子キャップ５とが一体化された封口体を、絶縁ガスケット３０を介して外装缶２０の開口部にかしめ固定するとき、安全弁の周辺部３ｂ及び端子キャップのフランジ部５ｂは、絶縁ガスケット３０に押されるとともに、外装缶２０の開口部を端子キャップ５方向に曲げることによる変形の力がかかり、周辺部３ｂ及びフランジ部５ｂに垂直な方向からもまた圧力が作用する。これらの力によって、周辺部３ｂ及びフランジ部５ｂは変形するのであるが、両者の物性の違いによって周辺部３ｂとフランジ部５ｂとの変形量が異なる。変形しやすい安全弁３の直径が、変形しにくい（剛性が強い）端子キャップ５の直径と等しい比較例１では（図７（ａ）参照）、かしめ固定による力と変形量の差とによって、リベット固定部やその周辺において緩みや隙間が生じることになる（図７（ｂ）参照）。この部分に緩みや隙間が生じると、端子キャップ５と安全弁３との接触が不安定になることで、導電が不安定になる。
【００４９】
しかし、実施例１は端子キャップ５の直径が安全弁３の直径よりも大きく（図６（ａ）参照）、この直径の差によってかしめ固定時の変形量の差が緩和されるので、リベット固定部においてピン状突起３ｃとザグリ穴５ｃとの間に隙間ができることがない（図６（ｂ）参照）。よって、安全弁３と端子キャップ５との接触状態が良好に保たれ、導電性が高まる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上説明したように、本発明によると、導電性に優れた安全弁付き封口体を実現でき、これを備えた密閉型電池の電流の取り出し効率を向上できる。よって、産業上の意義は大きい。
【符号の説明】
【００５１】
１  端子板
２  絶縁板
３  安全弁
５  端子キャップ
８  電極タブ
１０  封口体
２０  外装缶
３０  絶縁ガスケット
４０  電極体
５１  リベット固定具
６１  プレス金型
６２  プレス金型
７１  プレス金型
７２  プレス金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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