(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒体の開口部に蓋体を固定してなる電池缶の内部に、正極と負極の間にセパレータを介在させてこれらを渦巻き状に巻き取って構成される巻き取り電極体が収容され、前記蓋体には、巻き取り電極体が発生する電力を外部へ取り出すための電極端子機構が取り付けられている円筒型電池において、前記蓋体には、電池缶の内部へ向かって突出する少なくとも１つのボス部が形成されると共に、該ボス部を貫通するねじ孔が開設され、該ねじ孔には、その貫通方向の全長に亘って内ねじが形成され、該内ねじに対して、電池缶の内圧が所定の圧力を越えたときに開放されるガス排出弁のねじ部、若しくは該ねじ孔を封口するための封口栓のねじ部がねじ込まれていることを特徴とする円筒型電池。
【請求項２】
前記蓋体の内面を覆って絶縁板が設置され、該絶縁板には、その中央部に、前記電極端子機構が貫通する断面円形の貫通孔が開設されると共に、該貫通孔の側方には、前記ボス部が嵌合する凹部が形成されている請求項１に記載の円筒型電池。
【請求項３】
前記絶縁板は、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、セラミックの何れかの材質を用いて形成される請求項２に記載の円筒型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶内に発電要素となる巻き取り電極体が収容されて、該巻き取り電極体が発生する電力を外部へ取り出すことが可能な円筒型電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロードレベリング用の電源等として、容量の大きな円筒型二次電池が使用されている。
この様な円筒型二次電池は、例えば図４及び図５に示す如く、円筒体(41)の両端部に蓋体(42)(42)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(４)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。両蓋体(42)(42)には、正負一対の電極端子機構(８)(８)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)と各電極端子機構(８)とが、複数の集電タブ(３)を介して互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(８)(８)から外部に取り出すことが可能となっている。電池缶(４)内の巻き取り電極体(２)は、電解質を溶媒に溶解してなる電解液に浸漬されている。又、蓋体(42)には圧力開閉式のガス排出弁(13)(13)が取り付けられている。
【０００３】
巻き取り電極体(２)は、正極と、非水電解液が含浸されたセパレータと、負極とを重ね合わせ、これらを渦巻状に巻回して構成されている。正極及び負極からは夫々複数本の集電タブ(３)が引き出され、図５に示す様に、極性が同じ複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が１つの電極端子機構(８)に接続されている。
【０００４】
両電極端子機構(８)(８)はそれぞれ、電池缶(４)の蓋体(42)の中央部を貫通して取り付けられたネジ部材からなる電極端子(81)を具え、該電極端子(81)の基端部には鍔部(87)が形成されている。蓋体(42)の内面及び中央孔(48)には、絶縁板(65)が装着されており、蓋体(42)と電極端子(81)の間の電気的絶縁性が保たれると共に、蓋体(42)と集電タブ(３)の間の電気的接触が防止されている。
電極端子(81)には、電池缶(４)の外側から絶縁パッキング(94)及びワッシャ(95)が嵌められると共に、ナット(96)が螺合している。そして、ナット(96)を締め付けて、電極端子(81)の鍔部(87)と蓋体(42)の間に絶縁板(65)を挟圧して固定すると共に、電極端子(81)の鍔部(87)とワッシャ(95)によって絶縁パッキング(94)を狭圧することにより、シール性を保っている。
更に、電極端子(81)の鍔部(87)にはＯリング(65)が設置されており、電極端子(81)の鍔部(87)と絶縁板(65)の接触面のシール性を確実なものとしている。又、蓋体(42)の裏面にもＯリング(63)が設置されており、絶縁板(65)と蓋体(42)の接触面のシール性を確実なものとしている。
【０００５】
ガス排出弁(13)は、そのねじ部(44)を蓋体(42)に開設されたねじ孔(46)にねじ込んで取り付けられており、電池缶(４)の内圧が所定の圧力を越えたときに動作して、電池缶(４)の外部へ圧力を開放するものである。
尚、ガス排出弁(13)のねじ部(44)と蓋体(42)のねじ孔(46)の間には十分なシール性が必要であり、そのために、ガス排出弁(13)のねじ部(44)と蓋体(42)のねじ孔(46)の間の接触面積を拡大する必要がある。そこで、蓋体(42)を厚く形成して、ガス排出弁(13)のねじ部(44)と蓋体(42)のねじ孔(46)の長さを十分に大きなものとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二次電池の大容量化に伴なって、二次電池の体積や重量が大きくなり、この結果、二次電池を設置するために大きなスペースが必要となり、又、電池重量も問題となっている。そこで、電池の小型化及び軽量化が要望されているが、このためには、二次電池の単位体積当り(或いは単位重量当り)のエネルギー、即ちエネルギー密度の増大を図る必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、従来よりも大きなエネルギー密度を有する円筒型電池を提供することである。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る円筒型電池においては、円筒体の開口部に蓋体を固定してなる電池缶の内部に、正極と負極の間にセパレータを介在させてこれらを渦巻き状に巻き取って構成される巻き取り電極体が収容され、前記蓋体には、巻き取り電極体が発生する電力を外部へ取り出すための電極端子機構が取り付けられている。
ここで、前記蓋体には、電池缶の内部へ向かって突出する少なくとも１つのボス部が形成されると共に、該ボス部を貫通するねじ孔が開設され、該ねじ孔には、その貫通方向の全長に亘って内ねじが形成され、該内ねじに対して、電池缶の内圧が所定の圧力を越えたときに開放されるガス排出弁のねじ部がねじ込まれている。
【０００９】
上記本発明の円筒型電池においては、蓋体にボス部を貫通して開設されているねじ孔と、該ねじ孔にねじ込まれるガス排出弁のねじ部は、両者の間に十分なシール性を確保するべく、それぞれ従来と同じ長さに形成される。即ち、本発明の蓋体は、ボス部が形成されている領域の厚さが従来の蓋体の厚さと同じとなる様に作製される。
ところで、電池のエネルギー密度を規定することとなる電池の容積は、電池缶の外径と全長によって決まり、電池缶の全長は、蓋体の厚さによって左右される。従って、蓋体を出来るだけ薄く形成することによって、エネルギー密度を増大させることが出来る。
上記本発明の円筒型二次電池においては、蓋体のボス部形成領域以外の領域の厚さが、電池缶の全長を左右することとなり、該厚さはボス部形成領域の厚さ、即ち従来の蓋体の厚さよりも小さいので、電池エネルギーが従来と同じであれば、エネルギー密度は従来よりも大きいものとなる。
【００１０】
尚、本発明の円筒型電池の組立において、電池缶内に電解液を注入するために蓋体にねじ孔(注液孔)を開設する場合にも、前記ガス排出弁をねじ込むためのねじ孔と同じく、蓋体のボス部形成領域にねじ孔が開設され、該ねじ孔に対し、封口栓のねじ部がねじ込まれる。
【００１１】
本発明の具体的構成においては、前記蓋体の内面を覆って絶縁板が設置され、該絶縁板には、その中央部に、前記電極端子機構が貫通する断面円形の貫通孔が開設されると共に、該貫通孔の側方には、前記ボス部が嵌合する凹部が形成されている。
該具体的構成においては、蓋体のボス部に絶縁板の凹部が嵌合して、絶縁板の蓋体に対する相対回転が阻止されているので、例えば電池に対して振動が加わった場合にも、絶縁板が回転して蓋体のねじ孔を塞ぐ虞れはなく、従って、ガス排出弁の動作に支障は生じない。
尚、前記絶縁板の材質としては、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、セラミックの何れかを用いることが可能である。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の円筒型電池によれば、従来よりも大きなエネルギー密度を得ることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を円筒型リチウム二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る円筒型リチウム二次電池は、図４に示す従来の円筒型リチウム二次電池と同様の外観を有しており、図１に示す様に、円筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定して、円筒状の電池缶(１)が構成され、該電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されている。尚、図１においては、一方の蓋体(12)の周辺の構成のみを示しているが、他方の蓋体の周辺の構成も同様である。
【００１４】
各蓋体(12)には電極端子機構(９)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)と電極端子機構(９)とが、複数の集電タブ(３)を介して互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(９)(９)から外部に取り出すことが可能となっている。電池缶(１)内の巻き取り電極体(２)は、電解質を溶媒に溶解してなる電解液に浸漬されている。
【００１５】
各蓋体(12)には、その裏面から電池缶(１)の内部に向かって突出する２つのボス部(15)(15)が形成されると共に、各ボス部(15)を貫通してねじ孔(16)が開設され、該ねじ孔(16)には、その全長に亘って内ねじが形成されており、該内ねじに対して、ガス排出弁(13)のねじ部(14)がねじ込まれている。
又、各蓋体(12)の裏面及び中央孔(18)には、絶縁板(61)が装着されている。該絶縁板(61)には図３に示す如く、蓋体(12)に突設した２つのボス部(15)(15)と対応する位置に、２つの凹部(64)(64)が形成され、これらの凹部(64)(64)に蓋体(12)のボス部(15)(15)が嵌合している。該絶縁板(61)によって、蓋体(12)と電極端子(91)の間の電気的絶縁性が保たれると共に、蓋体(12)と集電タブ(３)の間の電気的接触が防止されている。
【００１６】
巻き取り電極体(２)は、従来と同様に、帯状の正極と、非水電解液が含浸された帯状のセパレータと、帯状の負極とを重ね合わせ、これらを渦巻状に巻回して構成されている。正極及び負極からはそれぞれ、図１の如く複数本の集電タブ(３)が引き出され、極性が同じ複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が１つの電極端子機構(９)に接続されている。
【００１７】
各電極端子機構(９)は、電池缶(１)の蓋体(12)の中央孔(18)を貫通して取り付けられたネジ部材からなる電極端子(91)を具え、該電極端子(91)の基端部には鍔部(97)が形成されている。
電極端子(91)には、電池缶(１)の外側から絶縁パッキング(94)及びワッシャ(95)が嵌められると共に、ナット(96)が螺合している。そして、ナット(96)を締め付けて、電極端子(91)の鍔部(97)と蓋体(12)の間に絶縁板(61)を挟圧して固定すると共に、電極端子(91)の鍔部(97)とワッシャ(95)によって絶縁パッキング(94)を狭圧することにより、シール性を保っている。
更に、電極端子(91)の鍔部(97)にはＯリング(62)が設置されており、電極端子(91)の鍔部(97)と絶縁板(61)の接触面のシール性を確実なものとしている。又、蓋体(12)の裏面にもＯリング(63)が設置されており、絶縁板(61)と蓋体(12)の接触面のシール性を確実なものとしている。
【００１８】
上記本実施例の円筒型リチウム二次電池において、蓋体(12)のボス部(15)を貫通して形成されているねじ孔(16)と、該ねじ孔(16)にねじ込まれるガス排出弁(13)のねじ部(14)とは、両者の間に充分なシール性を得るべく、従来と同じく所定の長さに形成されている。即ち、蓋体(12)のボス部(15)が形成された領域の厚さは、従来の蓋体の厚さと同じである。従って、蓋体(12)のボス部形成領域以外の領域の厚さは、従来の蓋体の厚さよりも小さくなる。この結果、電池缶(１)の全長は従来よりも短くなり、電極端子(91)の突出長さが従来と同じ場合、両電極端子の先端間の距離と電池缶の断面積との積で表わされる電池の体積(以下、公称体積という)は、従来よりも小さくなる。
更に、蓋体(12)は、ボス部形成領域以外の領域が従来の蓋体よりも薄く形成されているので、蓋体(12)の重量は従来の蓋体よりも小さくなる。従って、電池の重量は従来の電池よりも小さくなる。
【００１９】
図２(ａ)(ｂ)は、本実施例の二次電池に用いられている蓋体(12)と、従来の二次電池の蓋体(42)の断面形状を比較したものである。図２(ａ)に示す様に、蓋体(12)のボス部(15)が形成された領域の厚さｔは、図２(ｂ)に示す従来の円筒型リチウム二次電池の蓋体(42)の厚さｔ′と等しいので、上述の如く、ねじ孔におけるシール性は従来と同様に充分なものとなる。
これに対し、蓋体(12)のボス部(15)が形成されていない領域の厚さｈは、従来の蓋体(42)の厚さｔ′より小さくなる。ここで、電池缶の全長を左右することとなる蓋体の寸法は、本実施例においては図２(ａ)に示す寸法ａであり、従来においては図２(ｂ)に示す寸法ｅとなり、寸法ａは寸法ｅよりも小さくなる。従って、電池缶の全長は従来よりも短くなり、この結果、電極端子の突出長さが従来と同じ場合には、電池の公称体積は従来よりも小さくなり、エネルギー密度が従来よりも増大するのである。
【００２０】
又、本実施例の円筒型リチウム二次電池においては、図３に示す如く、蓋体(12)のボス部(15)(15)が絶縁板(61)の凹部(64)(64)に嵌合して、絶縁板(61)の回り止めが施されているので、電池に振動が加わった場合にも、絶縁板(61)が回転する虞れはなく、従って、蓋体(12)のねじ孔(16)が絶縁板(61)により塞がれてガス排出弁(13)の動作に支障が生じることはない。
【００２１】
次に、上記円筒型リチウム二次電池の製造方法について説明する。
[正極の作製]
正極活物質としてのリチウム複合酸化物(ＬｉＮｉ０.７Ｃｏ０.３Ｏ２)と、導電剤としての炭素と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを、重量比が９０：５：５となるように混合する。この混合物に、Ｎ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)を加えてスラリーを調製し、このスラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、正極を得る。
【００２２】
[負極の作製]
結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮＭＰに溶解させて、ＮＭＰ溶液を調製する。そして、黒鉛粉末とハードカーボン粉末とポリフッ化ビニリデンの重量比が７６：１９：５となる様に、黒鉛粉末とハードカーボン粉末とＮＭＰ溶液とを混練して、スラリーを調製する。このスラリーを、負極集電体としての銅箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、負極を得る。
【００２３】
[電解液の調製]
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒にＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの割合で溶解して、電解液を調製する。
【００２４】
［巻き取り電極体の作製］
正極の表面にアルミニウム製の複数本の集電タブを接続すると共に、負極の表面に銅製の複数本の集電タブを接続する。そして、正極と負極の間にイオン透過性のポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを挟んで、巻き取り電極体を作製する。
【００２５】
［電池の組立］
図１に示す様に、巻き取り電極体(２)を円筒体(11)内に収容し、正極側及び負極側の集電タブ(３)の先端部(31)を、それぞれ正極側及び負極側の電極端子(91)の鍔部(97)の裏面に溶接する。
次に、各蓋体(12)の裏面及び中央孔(18)にＯリング(63)を介して絶縁板(61)を装着する。続いて、電極端子(91)の鍔部(97)にＯリング(62)を嵌め込み、鍔部(97)の表面と蓋体(12)の裏面の間に絶縁板(61)を挟み込む様にして、電極端子(91)の先端部を蓋体(12)の中央孔(18)に挿通する。
そして、電極端子(91)に絶縁パッキング(94)とワッシャ(95)を嵌めると共に、ナット(96)を螺合せしめた後、筒体(11)の各開口部に蓋体(12)を溶接固定する。続いて、蓋体(12)の一方のねじ孔(16)にガス排出弁(13)を取り付け、他方のねじ孔(16)から電池缶(１)内に電解液を注入した後、該ねじ孔(16)にガス排出弁(13)をねじ込んで、本実施例の円筒型リチウム二次電池を組み立てる。
尚、前記絶縁板の材質としては、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、セラミックの何れかを用いることが可能である。
【００２６】
次の様にして、上記実施例の円筒型リチウム二次電池(発明電池１、発明電池２)と比較電池とを作製し、性能を確認する実験を行なった。
発明電池１
電池缶をアルミニウム製、絶縁板をフッ素樹脂製として、図１に示す円筒型リチウム二次電池(発明電池１)を作製した。電池缶の直径は６４ｍｍ、長さは２９０ｍｍであり、蓋体の直径は６４ｍｍであった。両電極端子の先端間の長さ(以下、電池長さという)は、３１２ｍｍであった。
【００２７】
発明電池２
絶縁板をポリエチレン製としたこと以外は発明電池1と同様にして、図１に示す円筒型リチウム二次電池(発明電池２)を作製した。電池長さは、３１２ｍｍであった。
【００２８】
比較電池
図２(ｂ)に示す断面形状を有する従来の蓋体及び絶縁板を用いて、図５に示す比較電池を作製した。電池長さは、３１４ｍｍであった。
【００２９】
電池電力容量の測定及びエネルギー密度の算出
上記発明電池１、発明電池２及び比較電池のエネルギー密度を次の様にして算出した。
先ず各電池に対し、１０.１Ａの定電流で８時間の充電、又は電池電圧が４.２Ｖになるまで充電を行なう。次に、１０.１Ａの定電流で電池電圧が２.７Ｖになるまで各電池を放電して、電池電力容量を測定した。そして、この測定結果から各電池のエネルギー密度を算出した。
【００３０】
測定結果
各電池のエネルギー密度を表１に示す。
【表１】
0003706547.tif 000002
【００３１】
表１から明らかな様に、発明電池１及び発明電池２は、比較電池よりもエネルギー密度が大きくなっている。これは、発明電池１及び発明電池２の蓋体の厚さが比較電池よりも小さく、発明電池１及び発明電池２の公称体積が比較電池よりも小さくなったからである。
【００３２】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図６に示す如く、電池缶(１)の蓋体(12)に、電解液を注入するための注液孔(ねじ孔)が開設され、該注液孔に封口栓(49)をねじ込んで封口した円筒型電池に対して、本発明を実施することも可能であり、この場合にも同様に、蓋体のボス部形成領域に注液孔が開設され、該注液孔の内ねじに対し、封口栓(49)のねじ部がねじ込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円筒型電池の要部を表わす断面図である。
【図２】該円筒型電池の蓋体と従来の円筒型電池の蓋体を比較した断面図である。
【図３】本発明に係る円筒型電池において、蓋体から絶縁板を取り外した状態を示す斜視図である。
【図４】従来の円筒型電池の外観を示す斜視図である。
【図５】従来の円筒型電池の要部を表わす断面図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す円筒型電池の外観を示す斜視図である
【符号の説明】
(１)  電池缶
(12)  蓋体
(13)  ガス排出弁
(14)  ねじ部
(15)  ボス部
(16)  ねじ孔
(61)  絶縁板
(９)  電極端子機構
【図１】
0003706547.tif 000003
【図２】
0003706547.tif 000004
【図３】
0003706547.tif 000005
【図４】
0003706547.tif 000006
【図５】
0003706547.tif 000007
【図６】
0003706547.tif 000008