(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極とがセパレータを介して捲回された電極群が電解質と共に電池ケース内に収容され、前記電池ケースの開口部が封口板により封口された角形電池であって、
前記第１電極は、前記封口板と電気的に接続され、
前記第２電極は、前記封口板と前記電極群との間に設けられ且つ前記封口板の長辺方向に延びる集電板と電気的に接続され、
前記封口板と前記集電板との間には、絶縁部材が設けられ、
前記封口板は、該封口板がその長辺方向の外部圧力を受けた際に、前記封口板の他の部分よりも先に変形して前記封口板と前記集電板とを接触させるように構成された前記封口板の他の部分よりも強度が低く、かつ、その強度が前記封口板の短辺方向に向かって変化するように構成されている低強度部を有する角形電池。
【請求項２】
請求項１において、
前記低強度部は、前記封口板が該封口板の長辺方向の外部圧力を受けた際に、前記低強度部を軸に前記封口板の長辺方向に延びる中心線から逸れる方向に屈曲されるように、前記低強度部の強度が変化するよう構成されている角形電池。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記低強度部は、前記集電板と重なる位置に設けられている角形電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記低強度部は、前記封口板の短辺方向の一端から他端に向かって強度が低くなるように構成されている角形電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記低強度部は、前記封口板の長辺方向に延びる中心線から短辺方向の一端及び他端の少なくとも一方に向かって強度が低くなるように構成されている角形電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記低強度部は、前記封口板の短辺方向の一端から他端に向かって前記低強度部の厚みが変化するように構成されている角形電池。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記低強度部は、前記封口板の短辺方向の一端から他端に向かって前記封口板の長辺方向における前記低強度部の長さが変化するように構成されている角形電池。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
前記封口板は、その長辺方向に延びる中心線からその短辺方向の一端側に向かって延びる案内部を有し、
前記集電板は、その端部が案内部に沿って移動可能に前記絶縁部材を介して前記案内部と係合されている角形電池。
【請求項９】
請求項８において、
前記案内部は、前記集電板と反対側に窪んだ溝部であり、
前記絶縁部材は、前記溝部に向かって突出し、前記溝部に嵌っている突出部を有している角形電池。
【請求項１０】
請求項１において、
前記封口板は、前記集電板の長辺方向の一端部よりも長辺方向外側に設けられ、前記電極群側に向かって突出する突出部を有し、
前記低強度部は、前記突出部に対して前記封口板の長辺方向に隣接する位置に設けられている角形電池。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記突出部は、少なくとも前記集電板の位置にまで突出している角形電池。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、
前記低強度部は、前記突出部に対して前記集電板側に位置する角形電池。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項において、
前記低強度部は、前記突出部に対して前記集電板と反対側に位置する角形電池。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項において、
前記低強度部は、電池内部の圧力の上昇により破断する防爆弁である角形電池。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか１項において、
前記集電板と前記突出部との距離は、０．３ｍｍ以上である角形電池。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれか１項において、
前記電池ケースの短辺側の側壁と前記突出部との距離は、前記電池ケースの長辺の長さの４分の１未満である角形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横断面形状が略矩形の電池ケースに電極群が電解質と共に収容された角形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質を用いた角形電池では、電極群及び電解質が金属等からなる電池ケース内に収容される構造が採られる。電極群は、正極及び負極がセパレータを介して捲回されている。セパレータは、正極と負極とを電気的に絶縁すると共に、電解質を保持している。電池ケースはその一端に開口部を有しており、電極群が電池ケースに収容された後、開口部は、該開口部と略同一形状の封口板により封口される。【０００３】
封口板は電池ケースに接続される場合が多く、その場合、封口板と電池ケースとは同一の極性を有する。すなわち、この封口板に正極リードが接続されると、封口板と接続された電池ケースは正極の外部端子となる。また、封口板には貫通孔が形成されており、貫通孔には端子リベットがガスケットを介して挿入されている。この端子リベットは、封口板の下部に絶縁板を介して配置された集電板と接続されており、集電板に負極リードが接続されることで、端子リベットは負極の外部端子となる。このようにして、正極及び負極の端子は、電池の外部に取り出される。【０００４】
このような角形電池において、電池ケースの横断面形状は略矩形である。このため、所定の圧力が電池外部から加えられた場合、その圧力が電池ケースの横断面における短辺方向から加えられた場合よりも、長辺方向から加えられた場合の方が、電池は変形し易くなる。従って、角形電池を変形させるような大きな圧力が電池外部から加えられた場合、長辺方向の両端において電極群が大きく変形し、セパレータの一部が損傷する。これにより、正極活物質と負極活物質とが局部的に接触し、内部短絡が発生する。内部短絡が発生すると、互いに接触している正極活物質と負極活物質との間には、非常に大きな短絡電流が集中して流れ、ジュール熱が発生する。このため、電池が異常過熱に至る場合がある。【０００５】
このような問題に対して、例えば特許文献１には、電池ケースの開口部を封口するキャップ組立体に、電池ケースと異極となるターミナルプレートが設けられた電池が提示されている。このような電池によると、電池ケースがその長辺方向に圧壊された場合、その初期において、電池ケースとターミナルプレートとが接触して、速やかに放電することによって電池の異常過熱を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３６９０号公報
【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、特許文献１に開示された構成では、電池ケースと極めて近い位置に、電池ケースと異極となるターミナルプレートを設けているため、電池の落下等によって僅かに電池ケースが変形した場合であっても、内部短絡が発生するおそれがあり、信頼性の観点で問題がある。【０００８】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池ケースの長辺方向から圧力が加えられた場合であっても、電池が異常過熱に至ることを防止することにより、安全性を確保しつつ、信頼性が向上した角形電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、角形電池において、電池ケースを封口する封口板に該封口板の他の部分よりも強度が低い低強度部を設けた構成とする。【００１０】
具体的に、本発明に係る角形電池は、第１電極と第２電極とがセパレータを介して捲回された電極群が電解質と共に電池ケース内に収容され、電池ケースの開口部が封口板により封口された角形電池であって、第１電極は、封口板と電気的に接続され、第２電極は、封口板と電極群との間に設けられ且つ封口板の長辺方向に延びる集電板と電気的に接続され、封口板と集電板との間には、絶縁部材が設けられ、封口板は、該封口板がその長辺方向の外部圧力を受けた際に、封口板の他の部分よりも先に変形して封口板と集電板とを接触させるように構成された封口板の他の部分よりも強度が低く、かつ、その強度が封口板の短辺方向に向かって変化するように構成されている低強度部を有する。
【００１１】
本発明に係る角形電池によると、電池ケースが変形するほどの圧力が電池ケースの長辺方向から電池に加えられた際に、低強度部が長辺方向に圧縮されることにより、封口板が異極である集電板と接触して内部短絡を引き起こし、速やかに放電させることができる。また、集電板及び封口板には活物質が設けられていないため、内部短絡した部分の発熱を抑えることができる。なお、前記の通り、集電板及び封口板は活物質を含まないため、比抵抗が小さい。このため、集電板と封口板との接触による内部短絡後に、正極活物質と負極活物質との接触による内部短絡が発生しても、比抵抗がより小さい集電板及び封口板の方に電流が流れる。その結果、電池内部に大きな電流が集中して流れることがなく、電池の異常過熱を防止できる。【００１３】
加えて、封口板に該封口板の他の部分よりも強度が低く、その強度が封口板の短辺方向に向かって変化するように構成された低強度部が形成されているため、電池ケースが変形するほどの圧力が電池ケースの長辺方向から電池に加えられた際に、低強度部を軸に封口板が屈曲し、それに伴って電池ケースが折れ曲がる。従って、集電板を電池ケースに近い位置に配置しなくても、電池ケースが折れ曲がることにより、容易に内部短絡を引き起こし、速やかに放電させることが可能となる。
【００１４】
本発明に係る角形電池において、封口板は、集電板の長辺方向の一端部よりも長辺方向外側に設けられ、電極群側に向かって突出する突出部を有し、低強度部は、突出部に対して封口板の長辺方向に隣接する位置に設けられていることが好ましい。【００１５】
このようにすると、電池ケースが変形するほどの圧力が電池ケースの長辺方向から電池に加えられた際に、低強度部が長辺方向に圧縮されることにより、突出部が異極である集電板と接触して内部短絡を引き起こし、速やかに放電させることができる。また、集電板を電池ケースではなく、封口板の突出部と接触させて内部短絡させる構成であるため、電池ケースから離れた位置に、集電板及び突出部を配置することが可能となる。従って、落下及び振動等での電池ケースの変形による短絡不良の発生を防止することができ、電池の信頼性を向上できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る角形電池によると、電池の外部からの圧力、特に電池ケースの長辺方向の外部圧力によって圧縮変形された場合であっても、電池の異常過熱を防止でき、安全性及び信頼性が高い角形電池を簡単な構成により得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る角形電池を示す分解斜視図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る角形電池の上部横断面を示す部分斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のうち電池ケースと封口板のみを示す部分斜視図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る角形電池の上部横断面を示す部分斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のうち電池ケースと封口板のみを示す部分斜視図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る角形電池の上部横断面を示す部分斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のうち電池ケースと封口板のみを示す部分斜視図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る角形電池の上部横断面を示す部分斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のうち電池ケースと封口板のみを示す部分斜視図である。
【図６】図６は本発明の第１の実施形態に係る角形電池の長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す上部横断面の部分斜視図である。
【図７】図７は本発明の第１の実施形態の第４変形例に係る角形電池の上部横断面を示す部分斜視図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第１の実施形態の第５変形例に係る角形電池の上部横断面を示す部分斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のうち電池ケースと封口板のみを示す部分斜視図である。
【図９】図９は本発明の第２の実施形態に係る角形電池の上部を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第２の実施形態に係る角形電池の封口板の内面側を示す図である。
【図１１】図１１は本発明の第２の実施形態に係る角形電池の封口板の内面側を示す部分拡大斜視図である。
【図１２】図１２は本発明の第２の実施形態に係る角形電池の上部における長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す断面図である。
【図１３】図１３は本発明の第２の実施形態に係る角形電池の封口板の内面側における長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す図である。
【図１４】図１４は本発明の第２の実施形態の第１変形例に係る角形電池の封口板の内面側を示す部分拡大斜視図である。
【図１５】図１５は本発明の第２の実施形態の第２変形例に係る角形電池の封口板の内面側を示す部分拡大斜視図である。
【図１６】図１６は本発明の第２の実施形態の第３変形例に係る角形電池の封口板の内面側を示す部分拡大斜視図である。
【図１７】図１７は本発明の第２の実施形態の第４変形例に係る角形電池の上部を示す断面図である。
【図１８】図１８は本発明の第２の実施形態の第４変形例に係る角形電池の封口板の内面側を示す図である。
【図１９】図１９は本発明の第２の実施形態の第４変形例に係る角形電池の封口板の内面側を示す部分拡大斜視図である。
【図２０】図２０は本発明の第２の実施形態の第４変形例に係る角形電池の上部における長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す断面図である。
【図２１】図２１は本発明の第２の実施形態の第４変形例に係る角形電池の封口板の内面側における長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す図である。
【図２２】図２２は本発明の第２の実施形態の第５変形例に係る角形電池の封口板の内面側を示す部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００１９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る角形電池について図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る角形電池を示す分解斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る角形電池に用いられる電池ケース１０は、その一端（図１では上端）が開口され、他端（図１では下端）が閉塞された有底ケースである。また、電池ケース１０の横断面形状は略矩形である。以下では、電池ケース１０の横断面における長辺方向を単に「長辺方向」といい、電池ケース１０の横断面における短辺方向を単に「短辺方向」という。また、角形電池がその長辺方向の外部圧力により圧壊されることを「縦圧壊」という。
【００２１】
電池ケース１０には、横断面形状を楕円形とする筒状の電極群２０が電解質（図示せず）と共に収容されている。電極群２０は正極（第１電極）と負極（第２電極）とが多孔質絶縁体であるセパレータを介して積層捲回されている。負極には負極リード２１が接続され、正極には正極リード２２が接続されている。電極群２０の上には、絶縁板３０が配置され、絶縁板３０に形成された貫通孔から、負極リード２１及び正極リード２２が引き出される。
【００２２】
絶縁板３０の上には、組立封口体１００が設けられている。組立封口体１００は、電池ケース１０の開口部と略同形状の封口板６０を有している。封口板６０は、その周縁で電池ケース１０の開口部と溶接されることにより、封口板６０と電池ケース１０とは電気的に導通されると共に電池ケース１０は封口される。封口板６０の略中央部には、端子用貫通孔６２が形成されており、端子用貫通孔６２にはリベット端子８０が挿入されている。リベット端子８０は、上部絶縁ガスケット７０と下部絶縁ガスケット（絶縁部材）５０とによって封口板６０と絶縁され、集電板４０と接続されることにより組立封口体１００が構成される。ここで、集電板４０と封口板６０とは、それらの間に設けられた下部絶縁ガスケット５０により絶縁されている。
【００２３】
正極リード２２は、封口板６０に接続され、封口板６０と導通する電池ケース１０は正極の外部端子となる。また、負極リード２１は集電板４０に接続され、集電板４０と道通するリベット端子８０は負極の外部端子となる。
【００２４】
封口板６０の長辺方向の一端には、注液口６３が形成されている。注液口６３は、電解質を電池ケース１０内に供給するための貫通孔であり、封栓９０により封止される。
【００２５】
また、図１では、影になり見えないが、封口板６０の長辺方向の他端の内面（図１では下面）には、封口板６０の他の部分よりも強度が低い低強度部である薄肉部６８が形成されている。後に詳細に説明するが、薄肉部６８は、封口板６０の長辺方向から外部圧力を受けると、封口板６０の他の部分よりも先に変形して封口板６０と集電板４０とを接触させるように構成されている。
【００２６】
これにより、縦圧壊が生じた際に、薄肉部６８の変形によって、封口板６０は異極である集電板４０と接触して内部短絡を起こす。従って、その後に電極群２０の変形が起こり、正極活物質と負極活物質とが局部的に接触しても、短絡電流が集中することなく、電池の異常過熱を防止することが可能となる。また、本実施形態の構成によると、余分な空間及び部品を追加することなく、封口板６０に薄肉部６８を形成することのみによる簡易な構造によって、安全性が高い角形電池を得ることが可能となる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る角形電池の封口板の詳細について図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る角形電池の上部横断面を示す部分斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のうち電池ケースと封口板のみを示す部分斜視図である。
【００２８】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る角形電池の封口板６０には、その内面側に負極リード２１と電気的に接続される集電板４０が設けられている。また、集電板４０は、封口板６０の端子用貫通孔６２に挿入されたリベット端子８０にかしめられることによって封口板６０に接続されている。なお、集電板４０と封口板６０との間には、絶縁部材である下部絶縁ガスケット５０が設けられ、これにより、集電板４０と封口板６０とは絶縁されている。
【００２９】
封口板６０の内面には、封口板６０の長辺方向からの外部圧力によって、封口板６０をその長辺方向に延びる中心線から逸れる方向に屈曲させるための相対的に肉薄な低強度部である薄肉部６８が形成されている。
【００３０】
薄肉部６８は、例えばその全領域をプレス加工によって、封口板６０の他の部分よりも相対的に肉薄化される。このため、薄肉部６８は封口板６０の他の部分よりも強度が低く、縦圧壊によって先行して圧縮する。
【００３１】
薄肉部６８は、縦圧壊による圧縮によって封口板６０を屈曲させるために形成されている。従って、薄肉部６８は、封口板６０を屈曲させることができる形状及び位置に設けられる。具体的に、薄肉部６８は、その強度が封口板６０の短辺方向に向かって変化するように構成されている。このような薄肉部６８を設けることによって、封口板６０を屈曲させることができる。
【００３２】
図２（ｂ）では、肉薄化された薄肉部６８は、封口板６０の短辺方向の一端から他端に向かって強度が低くなるように構成されている。具体的に、薄肉部６８は、中心線Ａ−Ａ対して、右側の面積が大きく形成されている。従って、封口板６０は、右側の方がより広い範囲で圧縮するため、右側に屈曲する。
【００３３】
また、封口板６０は、薄肉部６８よりも封口板６０の長辺方向の端部側に、案内部であるガイド切欠き部６９を備えていることが好ましい。ガイド切欠き部６９は、封口板６０の内面側に集電板４０と反対側に窪むように形成された溝部であり、下部絶縁ガスケット５０に設けられ且つその溝部に向かって突出する突起と嵌合されることにより、下部絶縁ガスケット５０を固定している。さらに、下部絶縁ガスケット５０の内面側には溝が設けられており、その溝に集電板４０が嵌め込まれており、上述のように下部絶縁ガスケット５０が固定されることにより、集電板４０も同様に固定される。
【００３４】
ガイド切欠き部６９は、封口板６０の長辺方向に延びる中心線Ａ−Ａ上から、封口板６０の短辺方向の一端部に向かって延びている。なお、上記短辺方向の一端部は、薄肉部６８の強度が高い側の端部である。また、このとき、ガイド切欠き部６９は、封口板６０の短辺方向に対して、傾斜して形成されていることが好ましい。このような構成によると、封口板６０が屈曲する際に、ガイド切欠き部６９に嵌合された下部絶縁ガスケット５０の突起は、ガイド切欠き部６９に沿って移動するため、電池ケース１０が集電板４０に近づくように円滑に移動できる。その結果、より確実に集電板４０の端部を電池ケース１０の側面と接触させることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、薄肉部６８を図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、三角形状に形成したが、上記のように封口板６０を屈曲できる形状であればこれに限られない。例えば、薄肉部６８は、封口板６０の短辺方向の一端から他端に向かって、その長辺方向における長さが変化するように構成されていてもよい。具体的に、本実施形態の第１変形例として、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、薄肉部６８は台形状であってもよい。図３（ｂ）でも、肉薄化された薄肉部６８は、中心線Ａ−Ａ対して、右側の面積が大きく形成されている。従って、封口板６０は、右側の方がより広い範囲で圧縮するため、右側に屈曲する。
【００３６】
これらの他に、本実施形態の第２変形例として、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、封口板６０の長辺方向に延びる中心線Ａ−Ａから、短辺方向の端部に向かって面積が大きくなるように、薄肉部６８を形成した場合であっても、封口板６０を屈曲させることができる。例えば、封口板６０の他の部分よりも相対的に肉薄化された２個の薄肉部６８を、図４（ａ）及び（ｂ）に示すような形状で形成した場合は、封口板６０を左右のどちらの方向にも屈曲させることができる。なお、図４（ａ）及び（ｂ）では、中心線Ａ−Ａの左右のそれぞれに薄肉部６８を形成しているが、それらを中心線上で連結させた形状であってもよい。
【００３７】
上記の薄肉部６８は、封口板６０の長辺方向に延びる中心線Ａ−Ａの左右の面積を変えることにより封口板６０を屈曲させることを可能としているが、面積でなく厚みを変えることにより封口板６０を屈曲させることを可能としてもよい。例えば、本実施形態の第３変形例として、薄肉部６８のＡ−Ａ線の左右の面積を同等とし、左右の肉厚を変えてもよい。このようにしても、縦圧壊による薄肉部６８の圧縮によって封口板６０を屈曲させることができる。具体的に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、薄肉部６８において、Ａ−Ａ線の左側よりも右側の厚みが薄く形成されている場合、Ａ−Ａ線に対して右側が、先行して圧縮されるため、封口板６０を容易に屈曲させることができる。
【００３８】
次に、本実施形態に係る角形電池において、電池ケースが屈曲した際に、内部短絡が起きる機構について図６を参照しながら説明する。
【００３９】
上述のように、本実施形態の角形電池において、縦圧壊された際に、相対的に強度が低い薄肉部６８が先行して圧縮されることにより、封口板６０が屈曲する。具体的に、図２等に示す薄肉部６８を備えた封口板６０を用いた場合、図６に示すように、縦圧壊により、薄肉部６８は圧縮し、それに伴い、封口板６０は右側に屈曲する。また、封口板６０と接続された電池ケース１０は、封口板６０と共に折れ曲がり、電池ケース１０の側面の一部が集電板４０の方向へ移動する。この電池ケース１０の折れ曲がりによって、集電板４０の端部は、異極である電池ケース１０の側面と接触して、速やかに電池を放電させることができる。
【００４０】
ここで、上述した薄肉部６８は、集電板４０と対向する位置、すなわち、集電板４０と重なる位置に設けられていることが好ましい。また、薄肉部６８は、薄肉部６８と集電板４０の端部との最短距離が、電池ケース１０と集電板４０の側面との最短距離よりも長くなるように形成されることがより好ましい。このようにすると、封口板６０の屈曲が小さくても、内部短絡を起こすことができるため、電池の安全性を確保することができる。
【００４１】
次に、本発明の第１の実施形態の第４変形例に係る角形電池について図７を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の第４変形例に係る角形電池の上部横断面を示す部分斜視図である。本変形例は、第１の実施形態と比較して、集電板の形状が異なる。
【００４２】
第１の実施形態に係る角形電池の集電板は、直線状であったが、これには限られない。例えば、図７に示す本変形例に係る角形電池の集電板４０のように、集電板４０の端部を電池ケース１０の長辺側の側面方向に延出された形状であってもよい。このようにすると、縦圧壊が生じた際に、集電板４０の延出端部が、より早く電池ケース１０の側面と接触して内部短絡が起きるため、安全性をさらに向上できる。
【００４３】
また、薄肉部６８の個数は限定されるものではなく、本実施形態の第５変形例として、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数個（図では２個）の薄肉部６８が設けられても構わない。このようにすると、封口板６０の強度が低下することを防ぎつつ、薄肉部６８の総面積を大きくすることができる。このため、縦圧壊が生じた際に、集電板４０の端部をより早く電池ケース１０の側面と接触させて内部短絡を起こすことができる。
【００４４】
なお、第１の実施形態及びその変形例において、薄肉部６８の形成方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、薄肉部６８の強度が相対的に低くなるように、封口板６０の他の部分を補強してもよい。具体的に、アルミニウム製の封口板を用い、封口板の長辺方向に延びる中心線の左右いずれかにおいて、長辺方向の両端部から薄肉部６８までの領域にニッケル板を溶接して補強することによっても屈曲させることが可能である。
【００４５】
第１の実施形態及びその変形例では、封口板６０に薄肉部６８を設けることにより、封口板を屈曲させることを可能としたが、薄肉部６８を設けずに、ガイド切欠き部６９のみを設ける構成であってもよい。このようにしても、縦圧壊が生じた際に、集電板４０の端部をより早く電池ケース１０の側面と接触させて内部短絡を起こすことができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る角形電池について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態及びその変形例と同一部分については、その説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態に係る角形電池は、第１の実施形態に係る角形電池と比較して、封口板の構造が異なる。
【００４７】
以下、本実施形態に係る角形電池、特に封口板について図９〜図１３を参照しながら説明する。図９は本実施形態に係る角形電池の上部を示す断面図であり、図１０は本実施形態に係る角形電池の封口板の内面側を示す図であり、図１１は本実施形態に係る角形電池の封口板の内面側を示す部分拡大斜視図である。また、図１２は本実施形態に係る角形電池の上部における長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す断面図であり、図１３は本実施形態に係る角形電池の封口板の内面側における長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す図である。
【００４８】
図９〜図１１に示すように、正極リード２２と電気的に接続された封口板６０の下（内面側）で且つ電極群２０の上には、負極リード２１と電気的に接続された集電板４０が、封口板６０の長辺方向に延びるように設けられている。封口板６０と集電板４０との間には、絶縁部材である下部絶縁ガスケット５０が設けられ、これにより集電板４０と封口板６０とは絶縁されている。封口板６０の内面側には電極群２０の方向に突出する突出部６４が形成され、突出部６４は、集電板４０の一端部（図１０では右側）よりも封口板６０の長辺方向外側、すなわち長辺方向の端部側に配置されている。ここで、その封口板６０の長辺方向の端部側には、相対的に肉薄な低強度部である薄肉部６１が設けられており、突出部６４は、封口板６０の長辺方向において集電板４０と薄肉部６１との間に位置するように設けられている。言い換えると、薄肉部６１は、突出部６４に対して、集電板４０と反対側であり、封口板６０の長辺方向に隣接する位置に設けられている。ここで、「隣接」とは、必ずしも接していることを意味しておらず、近接をも含む。
【００４９】
本実施形態に係る角形電池によると、図１２及び図１３に示すように、電池外部から矢印方向に圧力がかかって角形電池が縦圧壊した際に、相対的に肉薄であり強度が低い薄肉部６１よりも長辺方向外側に位置する部分が、圧縮されて突出部６４にまで移動することにより、薄肉部圧縮変形部６６が形成される。このとき、突出部６４は、薄肉部圧縮変形部６６により集電板４０側に押圧され、集電板４０と接触することにより内部短絡が起こる。従って、本実施形態によると、縦圧壊時に集電板４０と封口板６０とが容易に接触して内部短絡することにより、速やかに放電させることができる。このため、電極群２０の正極活物質と負極活物質との局部的な内部短絡による短絡電流の集中を抑制し、電池が異常過熱に至ることを防止でき、より安全な角形電池を得ることが可能となる。
【００５０】
ここで、突出部６４は、縦圧壊時に集電板４０と確実に接触するために、少なくとも集電板４０の位置にまで突出していることが好ましい。
【００５１】
また、本実施形態では、封口板６０において、突出部６４よりも長辺方向内側、すなわち突出部６４に対して集電板４０側の位置にもう１つの低強度部である切欠き部６５が形成されている。図１０に示すように、切欠き部６５は、電池の縦圧壊時に圧縮されやすいように、例えば封口板６０の内面の短辺方向に延びる形状に形成される。また、図１２及び図１３に示すように、切欠き部６５は、縦圧壊時に圧縮し、これにより、切欠き部圧縮変形部６７が形成される。これにより、突出部６４が集電板４０により接近することで、さらに集電板４０と接触しやすくなり、より確実に内部短絡を起こすことが可能となる。
【００５２】
なお、本実施形態では、薄肉部６１及び切欠き部６５が形成された封口板６０について説明したが、薄肉部６１が形成されておらず、切欠き部６５のみが形成された封口板６０を用いてもよい。このような封口板６０を用いても、縦圧壊により切欠き部６５が圧縮されることにより、突出部６４と集電板４０とを接触させて内部短絡させることができる。また、切欠き部６５が形成されておらず、薄肉部６１のみが形成された封口板を用いてもよい。このような封口板６０を用いても、薄肉部６１が圧縮されることにより、突出部６４と集電板４０とを接触させて内部短絡させることができる。
【００５３】
本実施形態において、薄肉部６１は、例えば防爆弁を兼ねた構造であってもよい。防爆弁により、電池内部においてガスが発生し、電池の内圧が所定値を上回ったときには、この防爆弁が破断することにより、角形電池の内圧のさらなる上昇を防止でき、電池の破裂を裂けることができる。
【００５４】
本実施形態において、縦圧壊時に集電板４０と接触して内部短絡する封口板６０の突出部６４は、電池ケース１０の短辺側の側壁から離れた位置に形成されている。従って、落下及び振動等の衝撃により長辺方向の圧力が加わり、電池ケース１０が僅かに変形した場合でも、電池ケース１０と集電板４０との接触による内部短絡が発生しにくく、信頼性が高い電池を得ることができる。
【００５５】
また、封口板６０の長辺方向において、突出部６４に対向する下部絶縁ガスケット５０の端部を、集電板４０の端部よりも突出部６４側に延出させた場合、突出部６４と集電板４０とを、より接近させて配置させても、集電板４０と突出部６４との接触による不良が発生する危険性は低くなり、電池の信頼性を確保できる。従って、突出部６４と集電板４０とを近接させて配置させることが可能となり、電池の縦圧壊時により確実に内部短絡を発生できる。
【００５６】
落下及び振動等の衝撃に対しては集電板４０と突出部６４との接触を防ぐ観点から、集電板４０と突出部６４との距離は、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。また、内部短絡させるための集電板４０及び突出部６４を、電池ケース１０の長辺方向の略中央部に形成すると、上記内部短絡が発生する前に、電極群２０の変形による正極活物質と負極活物質との局部的な内部短絡により、電池の異常過熱が起こる可能性が高くなる。具体的に、電池ケース１０の長辺の長さが４分の１になる程度の縦圧縮が起こると、電池の異常過熱が起こりやすくなる。従って、電池ケース１０の長辺方向において、電池ケース１０の短辺側の側壁と突出部６４との距離は、電池ケース１０の長辺の長さの４分の１未満であることが好ましい。
【００５７】
なお、本実施形態において、突出部６４及び切欠き部６５の形状及び個数は上記に限定されるものではない。本発明の第２の実施形態の第１変形例として、図１４に示すように、突出部６４が複数個（図１４では２個）設けられていてもよい。突出部６４は、例えばプレス加工により形成され得る。プレス加工を行う際、突出部６４の形状が小さいほど加工が容易となる。従って、小さい突出部６４を複数個形成することにより生産性を向上できる。
【００５８】
また、本発明の第２の実施形態の第２変形例として、図１５に示すように、切欠き部６５が複数個（図１５では２個）設けられていてもよい。この場合、切欠き部６５は、例えば突出部６４を挟むように形成されてもよい。
【００５９】
また、本発明の第２の実施形態の第３変形例として、図１６に示すように、切欠き部６５は突出部６４を囲む形状であってもよい。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施形態の第４変形例に係る角形電池について図１７〜図２１を参照しながら説明する。図１７は本変形例に係る角形電池の上部を示す断面図であり、図１８は本変形例に係る角形電池の封口板の内面側を示す図であり、図１９は本変形例に係る角形電池の封口板の内面側を示す部分拡大斜視図である。また、図２０は本変形例に係る角形電池の上部における長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す断面図であり、図２１は本変形例に係る角形電池の封口板の内面側における長手方向からの圧力を受けた際の圧壊状態を示す図である。
【００６１】
図１７〜図１９に示すように、本変形例は、第２の実施形態と異なり、封口板６０の内面側において、突出部６４が薄肉部６１よりも長手方向外側に形成されている。すなわち、薄肉部６１は、突出部に対して、集電板４０側に、封口板６０の長辺方向に隣接するように設けられている。
【００６２】
小型の角形電池では、封口板６０も小さくなり、第２の実施形態のように、集電板４０と薄肉部６１との間に突出部６４を設けることが困難となる。本変形例では、突出部６４を封口板６０の長辺方向の端部側（図１８では右側）に設けるため、小型の角形電池であっても容易に製造できる。
【００６３】
本変形例によると、図２０及び図２１に示すように、電池外部から矢印方向に圧力がかかって電池ケース１０が縦圧壊された際に、まず、肉薄で強度が低い薄肉部６１が先行して圧縮することにより、薄肉部圧縮変形部６６が形成される。これにより、封口板６０の長辺方向において薄肉部６１よりも外側に位置していた突出部６４が、異極である集電板４０側にまで移動し、接触することにより内部短絡が起こる。従って、本変形例の構成によっても、縦圧壊により、集電板４０が封口板６０の突出部６４と容易に接触して内部短絡することが可能となり、電極群２０の正極活物質と負極活物質との局部短絡による短絡電流の集中を抑制し、電池が異常過熱に至ることを防止できる。これによって、より安全な角形電池を得ることが可能となる。
【００６４】
なお、本変形例において、突出部６４の形状及び個数は上記に限定されるものではない。本発明の第２の実施形態の第５変形例として、図２２に示すように、突出部６４が複数個（図２２では３個）設けられていてもよい。本変形例でも、第１変形例と同様に、プレス加工における生産性向上の効果を奏する。
【００６５】
以下、第１の実施形態、第２の実施形態及びそれらの変形例に係る角形電池をリチウムイオン二次電池で構成した場合の構成材料の代表例を挙げる。
【００６６】
電池ケース１０、正極リード２２、封口板６０及び封栓９０は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属からなる。電池ケース１０と封口板６０、封口板６０と正極リード２２、及び封口板６０と封栓９０とは、それぞれ相異なる金属で構成してもよい。
【００６７】
正極は、正極活物質層が正極集電体の両面又は一方の面上に形成されている。
【００６８】
正極集電体は、例えばアルミニウム、炭素若しくは導電性樹脂等の導電性材料からなる基板又は箔である。
【００６９】
正極活物質層は、正極活物質、導電剤及び結着剤等を含んでいる。正極活物質は、例えば一般式がＬｉｘＭ１−ｘＯ２（ＭはＣｏ、Ｎｉ又はＭｎ等である。）で表されるリチウム含有複合酸化物である。
【００７０】
導電材は、天然黒鉛又は人造黒鉛等のグラファイト類であってもよいし、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ランプブラック又はサーマルブラック等のカーボンブラック類等であってもよい。
【００７１】
結着剤は、例えばポリフッ化ビニリデン（polyvinylidne fluoride：ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド又はポリイミド等である。
【００７２】
負極リード２１、集電板４０及びリベット端子８０は、例えばニッケル、銅、鉄又はステンレスを用いることが好ましい。
【００７３】
負極は、負極活物質層が負極集電体の両面又は一方の面上に形成されている。
【００７４】
負極集電体は、ステンレス綱、ニッケル、銅又はチタン等からなる金属箔であってもよく、炭素又は導電性樹脂等からなる薄膜であってもよい。
【００７５】
負極活物質層は、負極活物質を含んでいる。負極活物質は、例えば黒鉛等の炭素材料であってもよく、珪素又はスズ等のリチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出可能な金属であってもよく、そのような金属を含む化合物であってもよい。
【００７６】
セパレータは、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレンとの混合物、又はエチレンとプロピレンとの共重合体等からなってもよい。
【００７７】
電解質は、非水溶媒と非水溶媒に溶解した溶質とを含む液状の非水電解質であってもよく、液状の非水電解質と高分子化合物とを含むポリマー電解質であってもよい。
【００７８】
このような角形電池は、例えば以下に示す方法に従って製造される。まず、正極リード２２が接続された正極と、負極リード２１が接続された負極とを用意する。次に、正極リード２２と負極リード２１とが互いに同一方向に延びるように正極と負極とを配置し、セパレータを介して捲回する。このとき、断面が略円形である電極群を作製してから、その電極群を偏平にしてもよいし、捲回用板（断面が矩形）に、正極、負極及びセパレータを巻きつけることにより偏平の電極群を構成してもよい。このようにして作製された電極群２０を電池ケース１０に収容し、電極群２０の上に絶縁板３０を設ける。組立封口体１００は、封口板６０にリベット端子８０、上部絶縁ガスケット７０、下部絶縁ガスケット５０及び集電板４０を固定することにより構成される。この組立封口体１００において、封口板６０の内面側に正極リード２２を接続し、集電板４０の下面に負極リード２１を接続する。その後に、電池ケース１０の開口部に組立封口体１００を配置し、電池ケース１０と封口板６０とをレーザ溶接することにより、電池ケース１０を封止する。次に、注液口６３から電解質を注入した後、注液口６３に封栓９０を溶接する。これにより、本実施形態に係る角形電池が作製される。
【００７９】
なお、本実施形態において、封口板６０を正極の外部端子とし、リベット端子８０を負極の外部端子としたが、正極と負極との外部端子は逆であってもよい。その場合、電池ケース１０、封口板６０、封口板６０に接続される負極リード２１、及び封栓９０は、例えばニッケル、銅、鉄又はステンレスからなればよい。また、リベット端子８０、集電板４０及び集電板４０に接続される正極リード２２は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなればよい。
【００８０】
また、本実施形態に係る角形電池は、リチウムイオン電池に限定されず、アルカリ二次電池、アルカリ電池又はリチウム一次電池であってもよい。
【実施例】
【００８１】
本実施例では、以下に示す方法に従って角形のリチウムイオン二次電池を製造し、そのリチウムイオン二次電池に対して安全性試験を行った。【００８２】
（実施例１）
（ａ）正極の作製
正極活物質として、平均粒子径が１０μｍであるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）を用いた。１００重量部の正極活物質と、８重量部のポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride：ＰＶＤＦ、結着剤）と、３重量部のアセチレンブラック（導電材）と、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（N-metylpyrrolidone：ＮＭＰ）とを混合して、正極合剤ペーストを調製した。【００８３】
この正極合剤ペーストを、長さが４２０ｍｍ、幅が４２ｍｍ、厚さが１５μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布した後に乾燥させた。これにより、アルミニウム箔の各面上には、厚みが６５μｍである正極活物質層が形成された。このとき、作製された正極の長手方向の端部において、アルミニウム箔を露出させ、この部分に、長さが３０ｍｍ、幅が３ｍｍ、厚みが０．１ｍｍのアルミニウム製のリード（正極リード２２）の一端を超音波溶接させた。【００８４】
（ｂ）負極の作製
負極活物質として、平均粒子径が２０μｍである人造黒鉛を用いた。１００重量部の負極活物質と、１重量部のスチレン−ブタジエン共重合体（日本ゼオン株式会社製のＢＭ−４００Ｂ、結着剤）と、１重量部のカルボキシメチルセルロース（増粘剤）と、適量の水とを混合して、負極合剤ペーストを調製した。【００８５】
この負極合剤ペーストを、長さが４００ｍｍ、幅が４４ｍｍ、厚さが１０μｍの銅箔（負極集電体）の両面に塗布した後に乾燥させた。これにより、銅箔の各面上には、厚みが７０μｍである負極活物質層が形成された。このとき、作製された負極の長手方向の端部において、銅箔を露出させ、この部分に、長さが３０ｍｍ、幅が３ｍｍ、厚みが０．１ｍｍであるニッケル製のリード（負極リード２１）の一端を超音波溶接した。【００８６】
（ｃ）非水電解質の調製
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを１：４の体積比で含む混合溶媒に、ＬｉＰＦ６（溶質）を１．０ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させた。このようにして、非水電解質を調製した。【００８７】
（ｄ）電池の作製
以下のようにして角形電池を作製した。【００８８】
まず、電極群を作製した。リードが互いに同一方向に延出するように正極と負極とを配置し、この正極と負極との間に、厚さが２０μｍのポリエチレン製のセパレータを配置した。正極リード２２を巻き終端とし、且つ負極リード２１を巻き始端として、正極、負極及びセパレータを平板に巻きつけた。【００８９】
次に、組立封口体１００を作製した。アルミニウム製の封口板６０の上面にＰＰＳ製の上部絶縁ガスケット７０を配置し、下面にＰＰＳ製の下部絶縁ガスケット５０を介して集電板４０を配置した。そして、封口板６０の長辺方向の中央に形成された端子用貫通孔６２に、リベット端子８０をかしめることにより、封口板６０に上部絶縁ガスケット７０、下部絶縁ガスケット５０及び集電板４０を固定した。ここで、封口板６０は、第１の実施形態で説明した図２に示す封口板６０を用いた。【００９０】
電極群２０を電池ケース１０（アルミニウム製で厚みが３００μｍである。）内に収容した後、その上に、絶縁板３０を介して上記の通り作製した組立封口体１００を配置した。このとき、正極リード２２及び負極リード２１は絶縁板３０に形成された各貫通孔に押通させ、組立封口体１００を電池ケース１０の開口側に配置した。続いて、正極リード２２の他端を封口板６０にレーザ溶接し、負極リード２１の他端を集電板４０にレーザ溶接した。その後、電池ケース１０の開口部に封口板６０を配置し、封口板６０の周縁を電池ケース１０にレーザ溶接することにより、電池ケース１０の開口部を封止した。【００９１】
封口板６０の注液口６３から２．５ｇの非水電解質を電池ケース１０内に注入した後、封栓９０を注液口６３に嵌合し、レーザ溶接で封栓９０と封口板６０を溶接して注液口６３を塞いだ。【００９２】
このようにして、厚さが５．２ｍｍであり、高さが５０ｍｍであり、幅が３４ｍｍであり、設計容量が９００ｍＡｈの角形リチウムイオン二次電池を製造した。【００９３】
（実施例２）   
封口板６０を第１の実施形態の第５変形例で説明した図８に示す封口板６０を用いたことを除いて、上記実施例１と同一の方法で角形リチウムイオン二次電池を製造した。【００９４】
（実施例３）
封口板６０を第１の実施形態の第１変形例で説明した図３に示す封口板６０を用いたことを除いて、上記実施例１と同一の方法で角形リチウムイオン二次電池を製造した。【００９５】
（実施例４）
封口板６０を第１の実施形態の第２変形例で説明した図４に示す封口板６０を用いたことを除いて、上記実施例１と同一の方法で角形リチウムイオン二次電池を製造した。【００９６】
（実施例５）
封口板６０を第１の実施形態の第４変形例で説明した図７に示す封口板６０を用いたことを除いて、上記実施例１と同一の方法で角形リチウムイオン二次電池を製造した。【００９７】
（実施例６）
封口板６０を第２の実施形態で説明した図１１に示す封口板６０を用いたことを除いて、上記実施例１と同一の方法で角形リチウムイオン二次電池を製造した。【００９８】
（実施例７）
封口板６０を第２の実施形態の第４変形例で説明した図１９に示す封口板６０を用いたことを除いて、上記実施例１と同一の方法で角形リチウムイオン二次電池を製造した。        【００９９】
（比較例１）
封口板として第１の実施形態で説明した図２に示す封口板６０において、薄肉部６１、薄肉部６８及びガイド切欠き部６９が形成されていない封口板を用いたことを除いて、上記実施例１と同一の方法で角形リチウムイオン二次電池を製造した。【０１００】
（比較例２）
封口板として第２の実施形態で説明した図１１に示す封口板６０において、突出部６４及び切欠き部６５が形成されていない封口板を用いたことを除いて、上記実施例１と同一の方法で角形リチウムイオン二次電池を製造した。【０１０１】
＜縦圧壊による内部短絡試験＞
実施例１〜７並びに比較例１及び２の電池を各１０個ずつ用意し、以下の評価を行った。２５℃の環境温度において、０．７Ｃで４．２Ｖまで定電流充電した後、４．２Ｖの電圧で電流が０．０５Ｃに低下するまで定電圧充電した。その後、２５℃の環境温度において、各電池の横断面において短辺となる両側壁にＳＵＳ製の平板を当接し、１３ｋＮの力で且つ３ｍｍ／秒の速度で各電池を長辺方向に押しつぶした。そして、内部短絡が発生してから５秒後の電池の表面温度を測定した。１０個の電池の表面温度の平均値の結果を表１に示す。【０１０２】
【表１】
0005958712.tif 000002
【０１０３】
表１に示すように、電池の表面温度は、各実施例の電池の方が比較例１及び２の電池よりも低かった。中でも、実施例５の電池は、他の実施例の電池よりもさらに表面温度の上昇を抑えることができた。これは、集電板４０の端部を電池ケース１０の側面方向へ延出させることで、より早く内部短絡が起こり、その結果、温度上昇が抑えられたためであると考えられる。以上のように本発明に係る実施例の電池は、優れた安全性を有することが確認された。【０１０４】
＜落下試験＞
実施例１〜７並びに比較例１及び２の電池を５個ずつ用意し、以下の評価を行った。１．２ｍの高さから、角形電池の６つの面をそれぞれ下に向けて各１０回ずつ落下させ、その後、４つの角部をそれぞれ下に向けて各１０回ずつ落下させた。落下後の電池の電圧及び温度を測定し、落下前の電池と比較して、電圧の降下、及び発熱の有無を確認した。その結果、実施例１〜７並びに比較例１及び２の電池のいずれも、電圧の降下及び発熱は見られなかった。【０１０５】
この結果から、実施例１〜５の電池は薄肉部６８及びガイド切欠き部６９を有し、実施例６及び実施例７の電池は突出部６４及び切欠き部６５を有するため、内部短絡を起こしやすい構成であるが、落下等の僅かな衝撃による短絡不良の発生を防ぐことができ、信頼性が高い電池であることが示された。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明に係る角形電池は安全性を向上でき、例えばパーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末、携帯用ゲーム機器及びビデオカメラ等の携帯用電子機器の電源、並びに電気自動車、電動工具、掃除機及びロボット等の駆動用電源等にして有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０  電池ケース
２０  電極群
２１  負極リード
２２  正極リード
３０  絶縁板
４０  集電板
５０  下部絶縁ガスケット（絶縁部材）
６０  封口板
６１  薄肉部（低強度部）
６２  端子用貫通孔
６３  注液口
６４  突出部
６５  切欠き部（低強度部）
６６  薄肉部圧縮変形部
６７  切欠き部圧縮変形部
６８  薄肉部（低強度部）
６９  ガイド切欠き部（案内部）
７０  上部絶縁ガスケット
８０  リベット端子
９０  封栓
１００  組立封口体
【図９】
0005958712.tif 000003
【図１２】
0005958712.tif 000004
【図１７】
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【図２０】
0005958712.tif 000006
【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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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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