(57)【要約】 【課題】  充電時、充放電繰り返し時の電極物質の膨張による電池缶の膨れを抑制する高信頼性の角型リチウムイオン電池を提供する。【解決手段】  正極および負極をセパレータを介して積層して巻回した扁平状の電池要素を電池缶１に収納した角型リチウムイオン電池において、前記電池要素の扁平面に平行な前記電池缶側面中央部３の板厚を電池缶側面端部２の板厚より薄くする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極をセパレータを介して積層して巻回した扁平状の電池要素を電池缶に収納した角型リチウムイオン電池において、前記電池要素の扁平面に平行な前記電池缶側面の中央部板厚が端部板厚より薄く、前記電池要素の巻回の中心軸に垂直な前記電池缶の断面形状は、四隅近傍の板厚に対して外形の長辺の中央部の板厚が薄いことを特徴とする角型リチウムイオン電池。
【請求項２】
前記電池缶を中央部板厚が端部板厚より薄い異形材より絞り加工で成形した電池缶からなることを特徴とする請求項１記載の角型リチウムイオン電池。
【請求項３】
前記電池缶をアルミ合金板を側面中央部に凸部を設けた金型で成形した電池缶からなることを特徴とする請求項１記載の角型リチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の構造に関し、薄型の角型リチウムイオン電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話機、デジタルカメラ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられ、リチウムイオン電池等の非水電解液を使用した密閉型電池が用いられている。、電子機器の薄型化に伴い電池も薄型機器に適した角型電池がスペース効率が優れており、広く用いられている。
【０００３】
図５は、従来の角型リチウムイオン電池の一例を説明する図であり、電池中央部の横断面図である。図５（ａ）は充放電を繰り返す前の断面図であり、図５（ｂ）は充放電を繰り返した後の断面図である。図５に示した電池は、アルミニウムまたはその合金からなる電池缶１にセパレータを介して正極と負極を積層して巻回し、成型した電池要素４を収納している。
【０００４】
従来技術による巻回型の電極を用いた電池は、体積効率の高い電池として知られているが、薄型かつ角型のリチウムイオン電池の容量は電池要素４を構成する正極、負極の活物質量に依存している。正極、負極集電体に塗布される活物質は塗布厚を厚くすることにより容量を大きくすることが可能であるが、塗布厚を厚くした場合、充放電による活物質層の膨張収縮が繰り返し起こり、そのため、電池缶１は、図５（ｂ）に示すように活物質層を有する電池要素４の膨れを抑えきれず変形し、電池使用機器への装着が困難となる等の問題があった。
【０００５】
電池要素の膨れによる電池缶の変形を防止するために、缶側面に凹部を設けた角型電池が特許文献１、特許文献２、特許文献３などに記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４５９７５号公報
【特許文献２】特開２００１−１５５６９３号公報
【特許文献３】特開２００１−５７１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術による巻回積層した電池要素を収納した角型電池においては充放電を繰り返すことにより電池要素が膨れる。電池要素の膨れを見込んで、缶内部の容積を増加させるために電池缶板厚を薄くした場合には深絞り成型時に徐々に角部が脆くなり電池缶の成型が困難になる。また、電池缶側面に凹部を設けて缶の変形を抑える場合には、缶に収納できる電池要素の厚みを凹部の分だけ薄くする必要があり、その空間分が電池要素分としては利用できず、高容量化の点で好ましくなかった。この状況において、本発明の課題は、充放電の繰り返しによる電池要素の膨張に対し、信頼性が高く、高容量の角型リチウムイオン電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の角型リチウムイオン電池は、正極および負極をセパレータを介して積層して巻回した扁平状の電池要素を電池缶に収納した角型リチウムイオン電池において、前記電池要素の扁平面に平行な前記電池缶側面の中央部板厚が端部板厚より薄く、前記電池要素の巻回の中心軸に垂直な前記電池缶の断面形状は、四隅近傍の板厚に対して外形の長辺の中央部の板厚が薄いことを特徴とする。前記電池缶は中央部板厚が端部板厚より薄い異形材より絞り加工で成形してもよい。前記電池缶はアルミ合金板を側面中央部に凸部を設けた金型で成形してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の角型リチウムイオン電池によれば、充放電を繰り返した際にも電池要素の膨張を缶中央部の板圧の薄い部分で吸収し、電池缶の変形を防止することが可能となる。また、缶の内容積が増加するため、１回の電解液注液量を増加することができ、電解液の注液が容易になる等、信頼性が高く高容量で製造の容易な角型リチウムイオン電池を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の角型リチウムイオン電池に用いた電池缶を示す斜視図、図２は本発明の角型リチウムイオン電池の一例の説明図であり、電池中央部の横断面図である。図２（ａ）は充放電を繰り返す前の断面図であり、図２（ｂ）は充放電を繰り返し行った後の断面図である。
【００１２】
電池要素４は、セパレータを介して正極と負極を積層して扁平に巻回した後に、さらに押圧処理し扁平にして作製する。側面の中央部３の板厚が端部２の板厚より薄い電池缶に電池要素４を収納し、電池缶開口部を封止した蓋体の注液口から、電解液を注入し、角型リチウムイオン電池とする。
【００１３】
本発明の角型リチウムイオン電池では、電池要素４の電池缶との接触する部分が、図２（ａ）に示すように電池缶側面部の端部２で電池要素４を保持する構造となっていて、電池要素４の中央部では缶側面の中央部３との間には隙間が生じている。充放電の繰り返しにより電池要素４の扁平面の中央部が最も大きく膨張するが、その場合、図２（ｂ）に示すように、電池要素４の端部はほとんど膨張しないため、そのまま電池缶側面端部２に保持されている構造に変化はない。
【００１４】
一方、膨張部分に対応する電池缶側面中央部３は、端部に比較して缶の板厚が薄く、缶内部に生じていた隙間に入り込む構造となり、実質的に電池要素の膨張分は缶の中央部３の板厚の薄い部分に吸収されることになる。
【００１５】
電池缶側面の中央部は平面である必要はなく、電池要素の膨張時の形状に合わせ曲面としてもよいし、段差のある平面としてもよいし、その組み合わせでもよい。電池缶側面部の端部の板厚の厚い部分の端面からの長さは、少なくとも充放電を繰り返す前の電池要素の扁平部を保持していればよく電池要素の形状により決まる。
【００１６】
電池缶１は、図３の異形材を説明する斜視図に示す中央部７の板厚が端部板厚より薄いアルミニウム合金異形材を深絞り加工により成型して作製し、電池缶側面中央部３の板厚は端部２の板厚より薄くなっている。缶の製造材料として異形材を使用することにより、側面中央部板厚のしごきが不要となり、工程数が短縮できる利点がある。また、電池缶は、図４の斜視図に示すアルミニウム合金平板を側面中央部に凸部を設けた雄金型９と金型内部がほぼ直方体の形状の雌金型１０を用いて、数工程のトランスファ成型により製造してもよい。特殊形状の異形材を使用せずに平板材からでもトランスファ成型で加工できる利点がある。
【実施例１】
【００１７】
外形寸法縦４８ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ４ｍｍ、側面端部板厚０．２ｍｍ、側面中央部板厚０．１５ｍｍのアルミニウム板（Ａ３００３）からなる電池缶に、正極と負極を微多孔性ポリプロピレン膜のセパレータを介して積層し、渦巻状に巻回して作製した縦４４ｍｍ、横２９ｍｍ、厚さ３．５ｍｍの電池要素を収容し、蓋体を缶に嵌合したのちレーザ溶接する。蓋体に設けられた注入口から電解液を注入し角型リチウムイオン電池を作製した。得られた電池の充放電サイクル試験、即ち  充電電流６８０ｍＡ、充電終止電圧４．２Ｖ、２．５時間保持、放電電流６８０ｍＡ、放電終止電圧３．０Ｖ、２０℃の条件で５００サイクル経過後の、電池缶の厚さを測定した結果、１０個の平均値は４．７５ｍｍであった。
【００１８】
（比較例）
外形寸法縦４８ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ４ｍｍ、板厚０．２ｍｍのアルミニウム板（Ａ３００３）からなる電池缶を用いた点を除き、実施例1と同様に角型リチウムイオン電池を作製し、充放電サイクル試験を行い、電池缶の厚さを測定した結果、１０個の平均値は４．７８ｍｍとなった。
【実施例２】
【００１９】
アルミニウム板（Ａ３００３）からなる  中央部の幅２０ｍｍ、板厚０．１５ｍｍ、端部の幅５０ｍｍ、板厚０．２ｍｍの異形材を側面中央部に幅２０ｍｍ、高さ０．０５ｍｍの凸部を設けた金型で成型し外形寸法縦４８ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ４ｍｍ、側面端部板厚０．２ｍｍ、側面中央部板厚０．１５ｍｍ電池缶を作製した。
【実施例３】
【００２０】
アルミニウム合金（Ａ３００３）からなる  板厚０．２ｍｍのアルミニウム平板（Ａ３００３）を側面中央部に幅２０ｍｍ、高さ０．０５ｍｍの凸部を設けた金型で成型し外形寸法縦４８ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ４ｍｍ、側面端部板厚０．２ｍｍ、側面中央部板厚０．１５ｍｍ電池缶を作製した。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の角型リチウムイオン電池は、電池要素の扁平面に平行な電池缶側面の中央部板厚が端部板厚より薄いので、充放電を繰り返した場合にも電池缶の厚さの変化が小さく信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の角型リチウムイオン電池の電池缶の斜視図。
【図２】本発明の角型リチウムイオン電池の横断面図、図２（ａ）は充放電繰返し前の横断面図。図２（ｂ）は充放電繰返し後の横断面図。
【図３】本発明の角型リチウムイオン電池に使用する異形材を説明する斜視図。
【図４】本発明の角型リチウムイオン電池に使用する金型と平板の斜視図。
【図５】従来の角型リチウムイオン電池の横断面図、図５（ａ）は充放電繰返し前の横断面図、図５（ｂ）は充放電繰返し後の横断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１    電池缶
２    （電池缶側面）端部
３    （電池缶側面）中央部
４    電池要素
５    異形材
６    （異形材）端部
７    （異形材）中央部
８    平板材
９    雄金型
１０    雌金型
【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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