(57)【要約】【課題】落下衝撃を受けても内部短絡が生じ難く、安全性に優れた角形電池を提供する。【解決手段】本発明の角形電池は、電池外装缶と、電池外装缶の開口部を密閉する封口板と、電池外装体内に配置された偏平型の電極体を備えた角形電池において、電池外装缶は、側面部と平面部と底面部を備え、側面部の厚みは底面部の厚みより薄く、切り欠き部は、電極体において最外側に位置する正極板の底面部方向の先端と対向する側面部の位置から、電池外装缶の底面部と側面部との境界までの間に設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる電極体と、
前記電極体が収容されるように上部に開口部が形成された電池外装缶と、
前記電池外装缶の開口部を密閉する封口板とを備えた角形電池において、
前記電池外装缶は、側面部と平面部と底面部を備え、
前記側面部の厚みは、前記底面部の厚みより薄く、
前記側面部の少なくとも一部に切り欠き部が形成され、
前記切り欠き部は、前記電極体において最外側に位置する前記正極板の前記底面部方向の先端と対向する前記側面部の位置から、前記電池外装缶の前記底面部と前記側面部との境界までの間に設けられていることを特徴とする角形電池。
【請求項２】
前記切り欠き部の深さは、前記側面部の厚みの５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の角形電池
【請求項３】
前記切り欠き部は、前記側面部の全周に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の角形電池。
【請求項４】
前記切り欠き部は、前記側面部と前記平面部に連続して形成されていることを特徴とする請求項１〜３に記載の角形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角形電池に関するものであり、特に、落下衝撃を受けても内部短絡が生じ難く、安全性に優れた角形電池に関する
【背景技術】
【０００２】
今日の携帯電話機、携帯型パーソナルコンピューター、携帯型音楽プレイヤー等の携帯型電子機器の駆動電源として、さらには、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）用の電源として、高エネルギー密度を有し、高容量であるリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が広く利用されている。
【０００３】
この種の非水電解質二次電池が使用される機器においては、電池を収容するスペースが角形形状であることが多いことから、偏平な電極体を角形ないし楕円形の外装缶に収容して形成した角形電池が広く使用されている。
【０００４】
近年、角形電池は大容量化、大型化が進むと共に、それらの電池を携帯型電子機器に挿入する電池パックに加工する場合には、その包装が電池外装缶にラベルを巻きつけたのみにするなど、簡素化される傾向が強まっている。このような従来の角形形状ないし楕円形形状の角形電池が、落下等により角部に過度の衝撃を受けると、電極体コーナー部での缶変形が大きくなり、場合によっては内部短絡によって電池電圧が低下することがある。そのため、角形電池の角部への過度の衝撃を抑制するための手段が採用されている。
【０００５】
下記特許文献１には、密閉偏平形二次電池の封口板と電極体の間に設けられたスペーサに切り欠き又は溝を形成して従来のスペーサより曲がりやすくすることで、封口板の角部側から過度の落下衝撃を受けても、衝撃部分のスペーサが曲がりやすく偏平形の電極体に伝わる衝撃が緩和され、偏平形の電極体の変形が生じ難くなるため、従来の密閉偏平形二次電池に比べて落下衝撃を受けても電池電圧が低下し難くなる密閉形二次電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２９２５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のような構成では、特に缶底面の角部側から過度の落下衝撃を受けると、この衝撃で缶底面の角部での缶変形が大きくなり、缶内の電極体が押し潰されるなどにより、場合によっては内部短絡を生じ電池電圧が低下する恐れがある。このような現象は、上述のような曲がりやすいスペーサを備えた密閉偏平形二次電池においても同様に生じる。
【０００８】
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、角形電池において、缶側面部の缶底面境界近傍に切り欠き部または溝を加えることにより、缶底面部側から角部へ過度の落下衝撃を受けた際の缶側面変形後にできる歪曲部を小さくすることで巻回電極体に加わる衝撃を緩和し内部短絡が生じ難く、安全性に優れた角形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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の角形電池は、
正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる電極体と、
前記電極体が収容されるように上部に開口部が形成された電池外装缶と、
前記電池外装缶の開口部を密閉する封口板とを備えた角形電池において、
前記電池外装缶は、側面部と平面部と底面部を備え、
前記側面部の厚みは、前記底面部の厚みより薄く、
前記側面部の少なくとも一部に切り欠き部が形成され、
前記切り欠き部は、前記電極体において最外側に位置する前記正極板の前記底面部方向の先端と対向する前記側面部の位置から、前記電池外装缶の前記底面部と前記側面部との境界までの間に設けられていることを特徴とする角形電池。
【００１０】
角形電池は、落下衝撃を受けた際には、幅方向の両端側が変形し易く、特に缶底部に関しては、缶形成上、缶側面肉厚は缶底面肉厚よりも薄くなるため、缶側面部側が変形しやすい性質を有している。本発明で用いた外装缶は、缶側面部の所定位置の少なくとも一部に切り欠き部が形成されている。所定位置とは、電極体において最外側に位置する前記正極板の前記底面部方向の先端と対向する前記側面部の位置から、前記電池外装缶の前記底面部と前記側面部との境界までの間である。この間に切り欠き部が形成されているので、特に缶側面部が曲がり易くなっている。このため、本発明の角形電池においては、缶底面部側から角部に過度の落下衝撃を受けた場合、缶側面部の所定位置の切り欠き部から変形し、缶変形後にできる歪曲部が小さくなる。従って、この歪曲部によって電極体を押し潰す量が低減され、従来例の角形電池に比べて落下衝撃を受けても電池電圧が低下し難くなる角形電池が得られる。
【００１１】
また、図５を参照して、本発明の切り欠き部の位置について説明する。
電極体１４の最外側には正極板１１が位置している。この正極板の外装缶の底面部方向の先端に対向する側面部の位置が、切り欠き部の上端（Ｘhigh）になる。さらに、切り欠き部の下端（Ｘlow）は、外装缶の側面部と底面部の境界となる。側面部において、この上端と下端の間（Ｘ）に切り欠き部Ａが存在する。
【００１２】
なお、本発明において、切り欠き部とは、直線形態で連続的に繋がっている溝でもよく、また、直線形態で断続的な溝でも良い。さらに、溝の断面形状が、Ｖ字状、Ｕ字状、半円形状、矩形状、逆台形状などの形状も含むものである。
【００１３】
また、本発明の角形電池においては、前記切り欠き部の深さは、前記側面部の厚みの５０％以下であることが好ましい。
【００１４】
前記切り欠き部の深さについては、切り欠き部が設けられた箇所（切り欠き部）が他の箇所より薄く、切り欠き部の原形保持・復元力が小さくなっていれば良い。一方、前記切り欠き部の深さが深すぎると、落下時に切り欠き部から缶が割れ電解液が漏れる等、落下信頼性低下につながる恐れがある。側面部の厚さが０．３０ｍｍのアルミニウム製の角形外装缶では、切り欠き部の深さが０．１５ｍｍを超えると落下試験時にリークが確認されたことから、落下信頼性に対しては前記側面部の厚みの５０％以下であることが好ましいことがわかる。
【００１５】
また、本発明の角形電池においては、前記切り欠き部は、前記側面部の全周に形成されていることが好ましい。
【００１６】
前記側面部における前記切り欠き部の箇所については、缶底面の角部側からの落下時に、前記側面部に設けた切り欠き部の箇所から曲がればどのような切り欠き部を設けても良いが、前記側面部に設けた切り欠き部の箇所からの曲がりやすさを考慮すると、前記側面部と前記底面部の境界全周に形成されていることが好ましい。
【００１７】
前記切り欠き部は、前記側面部と前記平面部に連続して形成されていることが好ましい。
【００１８】
電池が缶底面から落下する際は、電池が側面方向に傾きを持った状態で角部から落下する以外に、電池が平面方向に傾きを持った状態で角部から落下する場合もある。
電池が平面方向に傾きを持った状態で落下した場合の前記側面部と前記平面部の境界での缶の曲がりやすさを考慮すると、前記平面部における切り欠き部については、前記側面部と前記平面部に連続して形成されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】各実験例に共通する角形電池を縦方向に切断して示す分解斜視図である。
【図２】外装缶に封口体を嵌合した状態を示す平面図である。
【図３】角形電池の缶底部に落下衝撃を与えた際の模式断面図である。
【図４】実験例１及び実験例９の角形電池の落下時の缶底部の角部形状変化を説明する図である。
【図５】切り欠き部の位置と正極板の位置関係を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を、実験例を用いて詳細に説明する。但し、以下に示す実験例は、本発明の技術思想を具体化するための角形電池の一例を示すものであって、本発明をこの実験例に限定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
【００２１】
なお、本発明における「角形」とは、完全な直方体のものだけでなく、幅方向の両端側面がラウンド形状となっているものや、両側面の角が丸められているものを含む意味で用いられている。また、各実験例においては、幅方向の両側側面がラウンド形状となっている角形電池を代表して説明することとする。最初に各実験例に係る角形電池の具体的な製造方法について説明する。
【００２２】
［正極板の作製］
正極板は次のようにして作製した。まず、正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）粉末と、正極導電剤としてのアセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）粉末とを、正極活物質：アセチレンブラック：ＰＶｄＦ＝９４：３：３の質量比でＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に投入、混練してスラリーを調製した。このスラリーを厚さ１５μｍのアルミニウム箔製の正極集電体の両面にドクターブレード法により塗布した後、乾燥させて、正極集電体の両面に正極活物質層を形成した。その後、圧縮ローラを用いて圧縮し、正極板を作製した。そして、この正極集電体の露出部に略コ字状の切り込みを入れて正極タブとなる部分を成形した。
【００２３】
［負極板の作製］
負極板は次のようにして作製した。まず、負極活物質としての黒鉛粉末と、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）（スチレン：ブタジエン＝１：１）のディスパージョンを水に分散させ、更に、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を添加して負極活物質合剤スラリーを調製した。なお、この負極活物質合剤スラリーの乾燥質量比は、黒鉛：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９５：３：２となるように調製した。この負極活物質合剤スラリーを厚みが８μｍの銅箔製の負極集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、乾燥した後、圧縮ローラで圧縮して負極板を作製した。そして、この負極集電体の露出部にニッケル金属製の負極タブを溶接した。
【００２４】
［非水電解液の調製］
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）からなる混合溶媒（体積比でＥＣ：ＥＭＣ：ＤＥＣ＝３０：５０：２０）にＬｉＰＦ６を１モル／リットル溶解して非水電解液を調製した。
【００２５】
［巻回電極体の作製］
上記の正極板及び負極板を用い、正極タブ及び負極タブが同一方向に導出されるように、かつ正極タブが外側となるようにして、両電極間にセパレータを介在させて円筒状に巻回し、その後押し潰すことにより偏平状の巻回電極体とした。
【００２６】
［角形外装缶の作製］
角形外装缶としては、側面部の厚さ０．３０ｍｍ、平面部の厚さ０.３０ｍｍ及び底面部の厚さ０．６０ｍｍのアルミニウム製であり、幅方向の両側側面部がラウンド形状となっている角形外装缶を用いた。実験例１〜８に係る角形外装缶は、ラウンド形状となっている側面部と底面部の境界近傍である外側下部に、表１に記載した所定の長さ及び位置に切り欠きを設けたものを用いた。また、実験例９に係る角形外装缶としては、切り欠き部が設けられていない上記角形外装缶をそのまま用いた。
【００２７】
［電池の作製]
上記角形外装缶に対し、上記巻回電極体を収納した後、角形外装缶の開口部を注液口を備えた封口板で封口した後、注液口から上記非水電解液を注液してから注液口を封止することにより、高さ４８ｍｍ、幅５１ｍｍ、厚み５．１ｍｍの角形電池を作製した。
なお、この角形二次電池に対して、電池電圧で４．２Ｖ（正極極板電位はリチウム基準で４．３Ｖ）となるまで充電した場合の各電池の設計容量は１４６０ｍＡｈである。
【００２８】
この角形非水電解質二次電池１０は、図１及び図２に示したように、正極板１１と負極板１２とがセパレータ１３を介して巻回された偏平状の巻回電極体１４を、角形外装缶１５の内部に収容し、封口体１６によって角形外装缶１５を密閉したものである。偏平の巻回電極体１４は、正極板１１が最外周に位置して露出するように巻回されており、露出した最外周の正極極板１１の正極板芯体は、正極端子を兼ねる角形外装缶１５の内面に直接接触し、電気的に接続されている。また、負極板１２は、封口体１６の中央に形成され、絶縁体１７を介して取り付けられた負極端子１８に対して集電体１９を介して電気的に接続されている。
【００２９】
そして、角形外装缶１５は、正極板１１と電気的に接続されているので、負極板１２と角形外装缶１５との短絡を防止するために、偏平状の巻回電極体１４の上端と封口体１６との間に絶縁スペーサ２０を挿入することにより、負極板１２と角形外装缶１５とを電気的に絶縁状態にしている。この角形の非水電解質二次電池は、偏平状の巻回電極体１４を角形外装缶１５内に挿入した後、封口体１６を角形外装缶１５の開口部にレーザ溶接し、その後電解液注入孔２１から非水電解液を注液してこの電解液注入孔２１を密閉することにより作製された。なお、図１においては、少なくとも矢印Ａの部分に切り欠き部が形成されるが、この切り欠き部の図示は省略されている。
【００３０】
［落下試験］
以上のようにして得られた各実験例の角形電池に必要な保護回路を取り付けた電池パックを作製し、これらの電池パックを１０個ずつを用いて、図３に示したように、落下試験を行った。落下試験は、１．５ｍの高さから絶縁コーティングされた鉄板２２上に電池の缶底側角部を下側になる方向に落下させ、１回落下するごとに電池パックの電圧を測定し、電池電圧の低下が認められなかったものについてはこの操作を２０回繰り返した。また
切り欠き部からの電解液の漏れがないかを目視で確認した。結果を纏めて表１に示した。
【００３１】
なお、実験例１、２、４〜８は、図５における上端と下端の間（Ｘ）に切り欠き部Ａが形成されている。実験例３は、上端（Ｘhigh）より上部に切り欠き部Ａが形成されている。
また、実験例９には、切り欠き部Ａは形成されていない。
【００３２】
さらに、実験例１、２、３、７、８は、外装缶の側面部の全周に切り欠き部が形成されている。実験例４は、外装缶の側面部の全周において、破断溝の切り欠き部が設けられている。実験例５は、外装缶の側面部と平面部に連続して切り欠き部が形成されている。実験例６は、外装缶の側面部と平面部の全周に切り欠き部が形成されている。
【００３３】
また、実験例１〜６の切り欠き部の深さは、いずれも０.１ｍｍである。実験例７、実験例８の切り欠き部の深さは、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍである。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
上記表１に示した実験例１と実験例９との比較から、角形外装缶の側面部の所定位置Ｘ内に切り欠き部を設けることで、電池電圧の低下が抑制されることがわかる。
また、実験例１〜３の比較から、側面部に設けた切り欠き部の位置が、缶底側の正極板先端の位置以下であれば、缶底側角部からの落下に対する電池電圧低下が抑制されることがわかる。
【００３６】
これは、次のように推測される。即ち、切り欠き部を設けることによる電池電圧の低下が抑制されるという作用効果は、図４に示したように、缶底面部の角部から落下衝撃を受ける場合、缶の特に側面部が電池内部に折れ曲がり、大きな歪曲部が形成される。この歪曲部が巻回電極体を押し潰し、内部短絡の原因となる。このような缶底面部の変形に対して、本願発明のように缶側面部の所定位置に切り欠き部を設けると、前述のような大きな歪曲部が形成することなく、歪曲部の形成を制御することができる。従って、巻回電極体が押し潰されることを低減できるため、内部短絡による電池電圧の低下が抑制される。  
【００３７】
また、上記表１に示した実験例４，５、６から、切り欠き部は平面部全体を覆っていても、側面部切り欠き部が破断溝となっていても、同様の効果が得られることがわかる。
さらに、上記表１に示した実験例１、７、８の結果から、缶の側面部の厚みが０．３ｍｍの場合、切り欠き部の深さが０．２０ｍｍ以上では切り欠き部からリークが確認された。このため、角形外装缶側面に設けるべき切り欠き部の深さは少なくとも０．１５ｍｍ以下が好ましいことがわかる。
【００３８】
なお、切り欠き部として溝を設けた場合の溝の断面形状は、Ｖ字状だけでなく、Ｕ字状、半円弧状、矩形状又は逆台形状とすることもできる。
【００３９】
また、実験例では、角形電池として、偏平形巻回電極体を用いた角形非水電解質二次電池を用いた例を示したが、楕円状の巻回電極体を用いた場合でも、更には、正極板と、負極板とを絶縁膜を挟んで順次積層した積層型電極体を用いた非水電解質二次電池に対しても適用可能である。
【００４０】
さらに、角形電池の外装缶の形状としては、開口が長方形、正方形の角形、長円形、楕円形などを含み、角形のものは四隅の角が曲線状になっていてもよい。さらに、実験例では非水電解質二次電池に適用した例を示したが、ニッケル−水素蓄電池等の水性電解質二次電池に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    角形電池
１１    正極板
１２    負極板
１３    セパレータ
１４    巻回電極体
１５    角形外装缶
１６    封口体
１７    絶縁体
１８    負極端子
１９    負極集電体
２０    スペーサ
２１    電解液注液孔
２２    鉄板
Ａ      切り欠き部
【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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