(57)【要約】【課題】集電タブと電極体との内部短絡を確実に防止し得た角形密閉型電池を提供する。【解決手段】少なくとも２つのスリットが長辺中心に対して対称に設けられた絶縁スペーサを用いてなる角形密閉型電池であって、当該絶縁スペーサは、その長辺寸法を１５％圧縮するように外力を加えたとき、外装缶の厚みに対してスリットの短辺寸法が２０％以下となるように規制する。好ましくは、断面形状が頂点を有する切り欠き溝を、絶縁スペーサに設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を備える有底角形の外装缶と、
前記開口部を封口する封口板と、
第１集電タブが取り付けられた第１電極と、第２集電タブが取り付けられた第２電極と、を有し、前記外装缶内に収容された電極体と、
前記封口板と前記電極体との間に配置された絶縁スペーサと、
前記封口板と前記絶縁スペーサとの間に配置された絶縁板と、
を備える密閉型電池において、
前記絶縁スペーサは、当該絶縁スペーサの長辺中心を挟んで配置された少なくとも２つのスリットを有し、
前記スリットの一方には前記第１集電タブが通されており、且つ前記スリットの他方と前記絶縁板との間には、前記第２集電タブが存在しており、
２５℃条件で前記絶縁スペーサの長辺寸法を１５％圧縮するように外力を加えたとき、前記外装缶の厚みに対して前記スリット短辺寸法が２０％以下である、
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、
前記絶縁スペーサには、当該絶縁スペーサの短辺に平行な切り欠き溝が設けられている、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項３】
請求項２に記載の密閉型電池において、
前記切り欠き溝の断面形状が、頂点を有する形状であることを特徴とする密閉型電池。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の密閉型電池において、
前記絶縁スペーサの厚みが、０．４〜２ｍｍであり、前記スリットの幅が、０．４ｍｍ以上である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、安全性の向上を目的とした密閉型電池の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノートパソコン等の移動情報端末の高機能化・小型化および軽量化が急速に進展しており、その駆動電源として、高いエネルギー密度を有し、高容量である非水電解質二次電池が広く利用されている。特に、正負極板をセパレータを介して渦巻状に巻き取り、扁平状にプレスしてなる扁平渦巻状電極体を、有底角形の外装缶に収容してなる非水電解質二次電池は、大電流を取り出せるとともに、移動情報端末に実装しやすいことから、上記用途に広く用いられている。
【０００３】
このような角形密閉型電池は、図７（ａ）に示すように、外装缶１と、外装缶１内に収容された電極体２と、外装缶１の開口部を封口する封口板３と、を有している。また、電極体２と封口板３との間に、両者を絶縁するための絶縁スペーサ６と絶縁板８とが配置されている。そして、図８に示すように、電極体２を構成する第１電極に取り付けられた第１集電タブ４が、絶縁スペーサ６に設けられた一方のスリット６ａを通して電極外部端子７と電気的に接続されている。
【０００４】
また、図７（ａ）に示すように、第２電極に取り付けられた第２集電タブ５が、絶縁スペーサ６に設けられた他方のスリット６ｂと絶縁板８との間で折り曲げられて、外装缶１と封口板３との嵌合部に導かれている。これにより、外装缶１及び封口板３が外部端子となる。ここで、第２集電タブ５を絶縁スペーサ６と絶縁板８との間で折り曲げているのは、落下等の衝撃によって第２集電タブ５が切れてしまうことを防止するためである。
【０００５】
角形密閉型電池は、電池内圧が高まった場合に、図５（ａ）に示すように、電池厚み方向に膨張する。このとき、図５（ｂ）に示すように、外装缶１は電池幅方向に圧縮されて、封口板３は反り返るように変形する。よって、図６に示すように、外装缶内部に収容された絶縁スペーサ６は、長辺方向から圧縮を受けて、スリット６ａ，６ｂの短辺寸法が大きくなる。このため、図７（ｂ）に示すように、集電タブ５と電極体２とが接触して内部短絡が生じやすくなるという問題がある。
【０００６】
他方、第２集電タブを折り曲げる位置の近傍にスリットを設けない絶縁スペーサを用いる場合、このような問題は発生しないと考えられる。しかし、このような形態とすると、次のような問題が生じる。
【０００７】
（１）スリット数が少なく、電解液の浸透性が低くなるので、電池製造に要する時間が長くなり、生産性が低下する。
（２）絶縁スペーサが電池幅方向に対称形状でないため、電池作製において、電極体へスペーサを供給する時に、逆挿入を防ぐ機構が必要となる。このため、設備コストが増大する。
【０００８】
これらのことから、絶縁スペーサには、電池幅方向に対称にスリットを設けることが好ましい。また、絶縁スペーサの強度を考慮すると、１つのスリットとするよりも、少なくとも２つのスリットを電池幅方向に対称に設けることが好ましい。
【０００９】
ところで、角形密閉型電池の絶縁スペーサに関する技術としては、特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2004-152581号公報
【００１１】
しかしながら、特許文献１にかかる技術は、注液性の向上を目的としており、電池が膨張した場合の内部短絡を防止できるものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記に鑑みなされたものであって、電池が膨張した場合においても内部短絡のおそれのない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、開口部を備える有底角形の外装缶と、前記開口部を封口する封口板と、第１集電タブが取り付けられた第１電極と、第２集電タブが取り付けられた第２電極と、を有し、前記外装缶内に収容された電極体と、前記封口板と前記電極体との間に配置された絶縁スペーサと、前記封口板と前記絶縁スペーサとの間に配置された絶縁板と、を備える密閉型電池において、前記絶縁スペーサは、当該絶縁スペーサの長辺中心を挟んで配置された少なくとも２つのスリットを有し、前記スリットの一方には前記第１集電タブが通されており、且つ前記スリットの他方と前記絶縁板との間には、前記第２集電タブが存在しており、２５℃条件で前記絶縁スペーサの長辺寸法を１５％圧縮するように外力を加えたとき、前記外装缶の厚みに対して前記スリット短辺寸法が２０％以下であることを特徴とする。
【００１４】
この構成であると、絶縁スペーサが圧縮されたときのスリットの短辺寸法（図２のＬ５参照）が十分に小さいので、第２集電タブが絶縁スペーサのスリットを介して電極体と接触（内部短絡）することを確実に防止できる。よって、安全性に優れた密閉型電池が得られる。
【００１５】
ここで、絶縁スペーサの長辺中心とは、絶縁スペーサの長辺Ｌ１を垂直に等分する直線を意味する（図２参照）。
【００１６】
上記構成において、前記絶縁スペーサには、当該絶縁スペーサの短辺に平行な切り欠き溝が設けられている構成とすることができる。
【００１７】
絶縁スペーサに切り欠き溝が設けられていると、図４に示すように切り欠き溝を基点に折れ曲がりやすくため、折れ曲がりによりスリットに作用する圧縮力が緩和される。よって、スリットの短辺寸法の拡大を効果的に防止できる。
【００１８】
上記構成において、前記切り欠き溝の断面形状が、頂点を有する形状である構成とすることができる。
【００１９】
切り欠き溝を基点に、より折れ曲がりやすくするためには、上記形状を採用することが好ましい。
【００２０】
絶縁スペーサの厚みは、０．４〜２ｍｍとし、スリットの幅は、０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
上記本発明によると、電池膨張時においても絶縁スペーサのスリットの拡大を抑制できるので、スリットを介した集電タブと電極体との内部短絡を効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明電池の断面図であり、図１（ａ）は横断面図、図１（ｂ）は、第２集電タブ近傍の縦断面図を示す。
【図２】図２は、本発明電池に用いる絶縁スペーサを示す図であって、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。
【図３】図３は、絶縁スペーサに形成する切り欠き溝の断面形状を示す図である。
【図４】図４は、切り欠き溝が形成された絶縁スペーサが長辺方向に圧縮された状態を示す正面図である。
【図５】図５は、従来の角形密閉型電池が膨張した状態を示す図であって、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は斜視図を示す。
【図６】図６は、従来の角形密閉型電池に用いる絶縁スペーサが長辺方向に圧縮された状態を示す平面図である。
【図７】図７は、従来の角形密閉型電池の第２集電タブ近傍の縦断面図であり、図７（ａ）は通常時、図７（ｂ）は電池膨張時を示す。
【図８】図８は、従来の角形密閉型電池の絶縁スペーサのスリットに第１集電タブが通された状態を示す図であって、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための最良の形態を、非水電解質二次電池を例として、図面に基づいて説明する。なお、本発明は下記の形態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することが可能である。
【００２４】
図１は本発明電池の断面図である。図１に示すように、角形の外装缶１内に正極（第２電極）と負極（第１電極）とを備える電極体２が収容され、外装缶１の開口部は封口板３により封口されている。また、電極体１と封口板３との間には、絶縁スペーサ６及び絶縁板８が配置され、両者を絶縁している。
【００２５】
図２に、本発明電池に用いる絶縁スペーサを示す。図２に示すように、絶縁スペーサ６には２つのスリット６ａ，６ｂと、２つの切り欠き溝６ｃ，６ｄとが設けられている。正負電極にはそれぞれ、正極タブ（第２集電タブ）５と負極タブ（第１集電タブ）４とが取り付けられている。そして、負極タブ４は絶縁スペーサ６のスリット６ａを通って封口板３の負極外部端子７に電気的に接続され、正極タブ５は絶縁スペーサ６と絶縁板８との間で折り曲げられて外装缶１と封口板３との嵌合部に導かれ、嵌合部の溶接によって固定されている（図１参照）。このとき、正極タブ５は負極タブ４との接触を防止するために、負極タブ４から離れた位置を通すことが好ましく、正極タブ５の幅を考慮すると、正極タブ５の幅の一部または全部がスリット６ｂの上を通る。
【００２６】
ここで、絶縁スペーサの長辺Ｌ１は３２．８ｍｍ、短辺Ｌ２は３．５ｍｍ、厚みＬ３は０．８ｍｍ、スリットの長辺Ｌ４は１０．２ｍｍ、スリットの短辺Ｌ５は０．８ｍｍ、スペーサの長辺方向端部からスリットまでの距離Ｌ６は５．４ｍｍ、絶縁スペーサの長辺方向端部から切り欠き溝までの距離Ｌ７は例えば２．７ｍｍ、切り欠き溝の深さＬ８は例えば０．６４ｍｍである。これらの寸法は電池の大きさにより適宜変更することができ、絶縁スペーサの長辺Ｌ１は電極体の絶縁性を確保しつつ、外装缶への挿入が可能な範囲が好ましく、電池の幅に対して８５％〜９８％が好ましく、短辺Ｌ２は長辺と同様の理由から、電池の厚さに対して８０％〜９５％が好ましい。スリットの長辺Ｌ４は、絶縁スペーサの長辺に対して１０％〜４０％、スリットの短辺Ｌ５は０．４ｍｍ以上であって、絶縁スペーサの短辺に対して６０％以下、スペーサの長辺方向端部からスリットまでの距離Ｌ６はスペーサの長辺に対して１０％〜４０％であることがそれぞれ好ましい。また、スペーサの厚みＬ３は、電池容量を過度に減少させず、かつ各部との絶縁を維持するために、０．４〜２ｍｍが好ましい。
【００２７】
次に、本発明にかかる密閉型電池の製造方法を説明する。
【００２８】
〈正極の作製〉
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ2粉末９４質量部と、導電剤としての人造黒鉛粉末３質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン３質量と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）と、を混合して正極活物質スラリーを調製する。
【００２９】
このスラリーを、正極集電体としてのアルミ箔の両面に塗布する。ただし、正極集電体の端部にはスラリーを塗布せず、その芯体を露出させる。この後、乾燥し、その後ロールプレス機で圧縮し、裁断して、正極を作製する。この後、正極集電体の未塗布部分に、アルミニウム製の正極集電タブ５を取り付ける。
【００３０】
〈負極の作製〉
負極活物質としての黒鉛粉末９５質量部と、結着剤としてのスチレン−ブタジエンゴム２質量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース３質量部と、水と、を混合して負極活物質スラリーを調製する。
【００３１】
このスラリーを負極集電体としての銅箔の両面に塗布する。ただし、負極集電体の端部にはスラリーを塗布せず、その芯体を露出させる。この後、乾燥し、その後ロールプレス機で圧縮し、裁断して、負極を作製する。この後、負極集電体の未塗布部分に、ニッケル製の負極集電タブ４を取り付ける。
【００３２】
〈電極体の作製〉
上記正極及び負極を、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して巻回し、この後プレスすることにより、集電タブ４，５が取り付けられた偏平渦巻状の電極体２を作製する。
【００３３】
〈電解液の調整〉
非水電解液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）と、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）と、を体積比３０：５０：２０（２５℃、１気圧）で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／リットルとなるように溶かして、電解液となす。
【００３４】
〈封口板の作製〉
公知の方法により、電極外部端子、注液孔及び安全弁が設けられたアルミニウム合金製の封口板３を作製する。
【００３５】
〈絶縁スペーサの作製〉
ポリプロピレン樹脂を金型に射出成型して、図２に示す構造の絶縁スペーサ６を作製する。なお、切り欠き溝６ｃ，６ｄの断面形状は、図３（ａ）に示す形状とする。
【００３６】
〈電池の組み立て〉
上記電極体２の上に上記絶縁スペーサ６を設置し、絶縁スペーサ６の一方のスリット６ａに負極集電タブ４を通し、封口板３の電極外部端子７に溶接する。また、絶縁スペーサ６の他方のスリット６ｂ上で正極集電タブ５を折り返し、封口板３側面に正極タブ５を沿わせる。この状態で、電極体２と、絶縁スペーサ６と、絶縁板８と、を有底角形の外装缶１内に挿入し、外装缶１の開口部と封口板３との間に正極集電タブ５を挟みこんで、外装缶１の開口部と封口板３とを嵌合する。この後、該嵌合部をレーザ溶接して封口する。
【００３７】
封口板３の注液口より、上記電解液を所定量注入し、注液口に封止栓を挿入し、封止栓と封口板とをレーザ溶接して密閉する。電池のサイズは、厚み４．３ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ４３ｍｍとし、定格容量は８００ｍＡｈとする。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
【００３９】
（実施例１〜１１、比較例１〜９）
絶縁スペーサの長辺方向端部から切り欠き溝までの距離Ｌ７、及び切り欠き溝の深さＬ８を、さまざまに変化させたこと以外は、上記実施の形態と同様にして、実施例１〜１１、比較例１〜９に係る非水電解質二次電池を作製した。各実施例、比較例の上記Ｌ７は、絶縁スペーサの長辺方向端部からスリットまでの距離Ｌ６との比Ｌ７／Ｌ６、上記Ｌ８は、絶縁スペーサの厚みＬ３との比Ｌ８／Ｌ３として、それぞれ下記表１に示す。
【００４０】
（スリットの短辺寸法の広がりの測定）
実施例１〜１１、比較例１〜９と同一の条件で絶縁スペーサをそれぞれ１０個作製し、これらのスペーサの長辺方向両端から、絶縁スペーサの長辺寸法が８５％になるまで絶縁スペーサを圧縮した（１５％圧縮）。このときのスリットの短辺寸法を測定した。この結果（平均値）を、電池の厚みに対しての大きさを、１００分率で下記表１に示す。
【００４１】
（過充電試験）
実施例１〜１１、比較例１〜９と同一の条件で電池をそれぞれ１０個作製し、これらの電池を２５℃環境で、定電流１Ｉｔ（８００ｍＡ）で電圧が１２Ｖとなるまで過充電し、発煙や発火にいたる電池数（燃焼数）をカウントした。この結果を下記表１に示す。なお、電池が電池使用機器に搭載されて使用されるときには、電池が過充電状態に達しないように保護回路等が付加されるので、通常の使用では電池が過充電状態になることはない。
【００４２】
【表１】
2010199029.tif 000003
【００４３】
上記表１から、Ｌ７／Ｌ６が同一の場合、Ｌ８／Ｌ３が大きいほど（切り欠き溝深さが深いほど）、過充電試験の安全性が高まる傾向にあることがわかる。また、Ｌ８／Ｌ３が同一の場合、Ｌ７／Ｌ６が１００％の場合にもっとも過充電試験の安全性が高く（１００％の場合はすべて燃焼数０）、１００％から外れると、Ｌ７が大きくなる場合もＬ７が小さくなる場合も、安全性が低くなる傾向にあることがわかる。
【００４４】
また、１５％圧縮時のスリットの短辺寸法が電池厚みに対して２０％以下である実施例１〜１１は、燃焼数が０であるのに対し、２５％以上である比較例１〜９は、燃焼数が２〜５と、過充電安全性が劣っていることがわかる。
【００４５】
これらのことから、絶縁スペーサの長辺方向両端から、絶縁スペーサ長辺寸法が８５％になるまで絶縁スペーサを圧縮したときに、スリット短辺寸法が電池厚みに対して２０％以下となるものを用いれば、過充電時の安全性を高める（内部短絡の発生を防止する）ことができる。このためには、切り欠き溝の深さＬ８を大きくしたり、切り欠き溝の形成位置を、スリットの絶縁スペーサ短辺側端部に近づけたりすることが好ましい。
【００４６】
（切り欠き溝断面形状の検討）
切り欠き溝断面形状について検討するため、切り欠き溝断面形状が図３（ａ）〜（ｅ）に示すような絶縁スペーサを、それぞれ１０個作製した。切り欠き溝断面形状以外の条件は、上記実施例１と同様にした。
【００４７】
（スリットの広がりの測定）
２５℃条件で、上記の絶縁スペーサを長辺方向両端から、絶縁スペーサ長辺寸法が８５％になるまでスペーサを圧縮した（１５％圧縮）。このとき、切り欠き溝を基点として折れ曲がったもの（図４参照）をカウントした。この結果を、下記表２に示す。
【００４８】
【表２】
2010199029.tif 000004
【００４９】
上記表２から、切り欠き溝断面形状が頂点を有し、且つ頂点数が少ないほど、折れの発生が多くなる傾向にあることがわかる。
【００５０】
図４に示すように、折れが発生すると、折れによって圧縮力が吸収されて、スリットの広がりを抑制できるので、ショートを効果的に抑制できる。このため、切り欠き溝断面形状が頂点を有し、且つ頂点数が少ないことが好ましい。
【００５１】
（追加事項）
上記実施例では、非水電解質二次電池を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池等にも適用できる。
【００５２】
また、絶縁スペーサの材料としては、ポリプロピレンに限定されるものではなく、電解液に対する耐性及び耐熱性に優れた樹脂材料が使用できる。このような樹脂材料としては、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイト、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等が好ましい。
【００５３】
また、上記実施例では、切り欠き溝を絶縁スペーサの封口板側の面に形成したが、電極体側の面に形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上に説明したように、本発明によれば、電池が膨張した場合においても確実に内部短絡を防止できるという優れた効果を奏する。したがって、産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００５５】
１  外装缶
２  電極体
３  封口板
４  負極タブ
５  正極タブ
６  スペーサ
６ａ，６ｂ  スリット
６ｃ，６ｄ  切り欠き溝
７  負極外部端子
８  絶縁板
【図１】
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【図２】
2010199029.tif 000006
【図３】
2010199029.tif 000007
【図４】
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【図５】
2010199029.tif 000009
【図６】
2010199029.tif 000010
【図７】
2010199029.tif 000011
【図８】
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