(57)【要約】【課題】外力を受けた際の内部短絡防止に有利な密閉型電池を提供する。【解決手段】角形の外装缶２の開口を封口体４で封口した密閉型電池１であって、封口体４の長手方向において、開裂ベンド３０と注液孔２０とが、負極端子９を挟むように配置されており、外装缶２内に、負極集電リード及び正負集電リードが導出された電極体が内蔵されており、負極集電リードは、正負集電リードよりも開裂３０ベンド側にあり、外装缶２を封口体４の長手方向において圧縮するように、外装缶２に圧縮荷重Ｆを加えたときに、負極端子９に対し注液孔２０側の位置を支点とした湾曲が、負極端子９に対し開裂ベンド３０側の位置を支点とした湾曲よりも先に生じるように、封口体４の断面形状が形成されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角形の外装缶の開口を封口体で封口した密閉型電池であって、
前記封口体の長手方向において、開裂ベンドと注液孔とが、負極端子を挟むように配置されており、
前記外装缶内に、負極集電リード及び正負集電リードが導出された電極体が内蔵されており、
前記負極集電リードは、前記正負集電リードよりも前記開裂ベンド側にあり、
前記外装缶を前記封口体の長手方向において圧縮するように、前記外装缶に圧縮荷重を加えたときに、
前記負極端子に対し前記注液孔側の位置を支点とした湾曲が、前記負極端子に対し前記開裂ベンド側の位置を支点とした湾曲よりも先に生じるように、前記封口体の断面形状が形成されていることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記注液孔の形成部分は、前記開裂ベンドの形成部分よりも応力集中による応力が大きくなるように、前記封口体の断面形状が形成されている請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記注液孔の形成部分は、前記開裂ベンドの形成部分よりも剛性が低くなるように、前記封口体の断面形状が形成されている請求項１又は２に記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記注液孔は、前記注液孔を封止する凸部が挿入される挿入部と、前記挿入部より径を大きくした拡径部とを含んでいる請求項１から３のいずれかに記載の密閉型電池。
【請求項５】
前記封口体のうち前記負極端子に対し前記注液孔側において、前記注液孔とは別に凹部又は溝を形成している請求項１から４のいずれかに記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角形の外装缶の開口を封口体で封口した密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やモバイル機器等の小型軽量の電子機器が普及している。これらの電子機器に用いる電池として、角形の密閉型電池が知られている（例えば下記特許文献１参照）。密閉型電池は、電極体を内蔵した有底筒状の外装缶の開口を封口体で封止したものである。
【０００３】
封口体に絶縁材を介して負極端子を設けた場合、負極端子に接続されたリード体に電極体から導出した負極集電リードが接合され、封口体に電極体から導出した正極集電リードが直接接合されることになる。この構成では、負極端子は負極電位に帯電し、封口体及び外装缶が正極電位に帯電することになる。この場合、封口体に金属板を接合し、これを正極端子として用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１７５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、角形の密閉型電池は、高容量薄型化が進んでおり、これに伴い外装缶の厚さを薄くする傾向にある。この場合、密閉型電池に外力が加わった際の座屈による破損も生じ易くなる。座屈による破損は、応力集中が生じる部分や剛性の弱い部分で生じ易く、前記のような密閉型電池においては、封口体の表面に設けた開裂ベントの部分において生じ易くなる。
【０００６】
開裂ベントが電極体から導出した負極集電リードの近傍に配置されていると、開裂ベント部分の変形により、電極体から導出した負極集電リードが、正極電位に帯電した外装缶の内壁に接触し易くなる。このような接触が生じると、内部短絡による発煙・発火の可能性も生じることになる。このため、密閉型電池の高容量薄型化が進むと、前記のような内部短絡の可能性も高まることになる。内部短絡防止は、絶縁テープの追加や絶縁材の塗布等により可能になるが、コスト面では不利になる。
【０００７】
本発明は、前記のような問題を解決するものであり、外力を受けた際の内部短絡防止に有利な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】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の密閉型電池は、角形の外装缶の開口を封口体で封口した密閉型電池であって、前記封口体の長手方向において、開裂ベンドと注液孔とが、負極端子を挟むように配置されており、前記外装缶内に、負極集電リード及び正負集電リードが導出された電極体が内蔵されており、前記負極集電リードは、前記正負集電リードよりも前記開裂ベンド側にあり、前記外装缶を前記封口体の長手方向において圧縮するように、前記外装缶に圧縮荷重を加えたときに、前記負極端子に対し前記注液孔側の位置を支点とした湾曲が、前記負極端子に対し前記開裂ベンド側の位置を支点とした湾曲よりも先に生じるように、前記封口体の断面形状が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の密閉型電池によれば、外力を受けた際の内部短絡防止に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１において、外装缶２の開口３に封口体４を嵌合させる様子を示す斜視図。
【図２】（ａ）図は本発明の一実施の形態に係る封口体４の単体状態の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡＡ線における断面図。
【図３】本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１において、外装缶２に封口体４を接合した状態を示す斜視図。
【図４】本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１の完成状態の斜視図。
【図５】（ａ）図は図４のＢＢ線における断面図、（ｂ）図は比較例に係る密閉型電池の封口体１０４において（ａ）図のＡ部に相当する部分の断面図。
【図６】本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１を直立させた状態を示した図。
【図７】（ａ）図は本発明の一実施の形態に係る密閉型電池１が湾曲した状態を示した図、（ｂ）図は比較例に係る密閉型電池１００が湾曲した状態を示した図。
【図８】（ａ）図は本発明の一実施の形態に係る開裂ベントの断面形状の別の一例を示した図、（ｂ）図は本発明の一実施の形態に係る注液孔の断面形状の別の一例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の密閉型電池によれば、外装缶を封口体の長手方向において圧縮するように、外装缶に圧縮荷重を加えたときに、密閉型電池の内部の電極体から導出された負極集電リードが外装缶に接触することを防止でき、密閉型電池の内部短絡による発煙・発火を防止することができる。また、内部短絡防止のために、絶縁テープの追加や絶縁材の塗布等は不要になり、コスト面でも有利になる。
【００１２】
前記本発明の密閉型電池においては、前記注液孔の形成部分は、前記開裂ベンドの形成部分よりも応力集中による応力が大きくなるように、前記封口体の断面形状が形成されていることが好ましい。この構成によれば、負極集電リードの外装缶への接触による内部短絡防止により有利になる。
【００１３】
また、前記注液孔の形成部分は、前記開裂ベンドの形成部分よりも剛性が低くなるように、前記封口体の断面形状が形成されていることが好ましい。この構成によっても、負極集電リードの外装缶への接触による内部短絡防止により有利になる。
【００１４】
また、前記注液孔は、前記注液孔を封止する凸部が挿入される挿入部と、前記挿入部より径を大きくした拡径部とを含んでいることが好ましい。この構成によれば、簡単な構造で、圧縮荷重が印加されたときに、負極端子に対し注液孔側の位置を支点とした湾曲を生じ易くすることができる。
【００１５】
また、前記封口体のうち前記負極端子に対し前記注液孔側において、前記注液孔とは別に凹部又は溝を形成していることが好ましい。この構成によっても、簡単な構造で、圧縮荷重が印加されてときに、負極端子に対し注液孔側の位置を支点とした湾曲を生じ易くすることができる。
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る密閉型電池１において、外装缶２の開口３に封口体４を嵌合させる様子を示す斜視図である。
【００１７】
密閉型電池１は、例えば、角形リチウムイオン電池であり、携帯電話やモバイル機器等に用いられる。外装缶２は角形であり、上端に略矩形状の開口３を形成した有底筒状体である。外装缶２は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金の薄板を深絞り加工して形成する。
【００１８】
外装缶２内には扁平状の電極体５を内蔵している。電極体５は、帯状の正極集電体と帯状の負極集電体との間に、帯状のセパレータを介在させた状態で、正極集電体及び負極集電体を渦巻状に巻回して作製したものである。負極集電体からは薄板状の負極集電リード６を導出しており、正極集電体からは薄板状の正極集電リード７を導出している。
【００１９】
封口体４は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金の薄板をプレス成形した横長状部材である。封口体４の表面には負極端子９（図３）を設けている。また、封口体４には、注液孔２０及び開裂ベント３０を形成している。注液孔２０は、電解液を外装缶２内に注液するための孔である。開裂ベント３０は、電池内圧が異常上昇したときに、開裂して電池内圧を開放するためのものである。開裂ベント３０は、封口体４の裏面側の凹部３１と表面側の凹部３２（図２（ｂ））とで構成されている。
【００２０】
封口体４の裏面には負極端子９（図３）に接続したリード体８を設けている。リード体８には、負極端子９と一体の凸部１０が貫通している。リード体８と封口体４の裏面との間には、絶縁板１６を介在させている。リード体８は負極集電リード６に接合されている。このことにより、負極端子９（図３）は負極電位に帯電することになる。負極端子９（図３）の取り付け構造の詳細は、後に図５（ａ）を参照しながら説明する。
【００２１】
また、封口体４には、正極集電リード７が直接接合されている。このことにより、封口体４及び封口体４が接合される外装缶２は、正極電位に帯電することになる。
【００２２】
図２（ａ）に、負極端子９（図３）を取り付ける前における封口体４の単体状態の平面図を示している。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ線における断面図である。図２（ａ）に示したように、負極端子の取り付け孔１３を挟むように、注液孔２０と開裂ベント３０とが形成されている。
【００２３】
図２（ｂ）において、注液孔２０は、挿入部２１と拡径部２２とで構成されている。挿入部２１は、図３に示した封止体１１と一体の凸部１４が挿入される部分である。拡径部２２の径は、挿入部２１の径より大きくしている。これは、注液孔２０の位置における封口体４の剛性を下げるためである。このことの詳細については、後に図６、７を参照しながら説明する。
【００２４】
図３は、外装缶２に封口体４を接合した状態を示す斜視図である。図３の状態は、図１の状態から、負極集電リード６及び正極集電リード７を折り曲げつつ、封口体４の外周を、外装缶２の開口３の内周面に嵌合させている。さらに図３では、封口体４は、外装缶２の開口３（図１）の内周面に嵌合した状態で、シーム溶接により接合されている。
【００２５】
図３には注液孔２０に装着する前の封止体１１が示されている。注液孔２０から外装缶２内に非水電解液が注入された後に、注液孔２０は封止体１１で塞がれる。封止体１１は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたアルミニウム板１２と、ニッケル又はニッケル合金で形成したニッケル板１３とを圧着して積層したものである。アルミニウム板１２には、注液孔２０の挿入部２１に挿入される凸部１４が一体になっている。ニッケル板１３は正極端子として使用できる。
【００２６】
図４は、密閉型電池１の完成状態の斜視図を示している。本図の状態では、図３の注液孔２０は封止体１１で塞がれている。封止体１１は、アルミニウム板１２の外周部を封口体４に溶接することにより、封口体４に接合している。
【００２７】
封口体４とアルミニウム板１２は、いずれもアルミニウム又はアルミニウム合金の同種金属で形成されている。このため両部材の溶接性は良好である。また、ニッケル板１３には、ニッケル板１３と同種金属のリードプレートとの溶接性が良好になる。
【００２８】
図５（ａ）は、図４のＢＢ線における断面図を示している。図５（ａ）では、外装缶２、負極集電リード６及び正極集電リード７の図示は省略している。負極端子９は凸部１０が一体になっており、凸部１０は絶縁パッキング１５、絶縁板１６及びリード体８を貫通している。凸部１０とリード体８とは電気的に接続されており、リード体８には図１に示したように、負極集電リード６が接合される。このことにより、凸部１０と一体の負極端子９は負極電位に帯電することになる。負極端子９と封口体４との間は絶縁パッキング１５が介在し、リード体８と封口体４との間は絶縁板１６が介在している。このことにより、負極電位に帯電する負極端子９及びリード体８は、正極集電リード７が接合されて正極電位に帯電する封口体４と絶縁されている。
【００２９】
封止体１１の凸部１４は、注液孔２０の挿入部２１に挿入されている。前記の通り、封止体１１のアルミニウム板１２の外周部は封口体４に溶接されているので、封止体１１は封口体４と同じ正極電位に帯電する。このため、ニッケル板１３は正極端子として使用できる。
【００３０】
図５（ｂ）は、比較例に係る密閉型電池の封口体１０４において図５（ａ）のＣ部に相当する部分の断面図を示している。図５（ｂ）に示したように、比較例に係る封口体１０４は、封口体１０４の表面から裏面までの間において、同一径の挿入部（貫通孔）１２１を形成しているに止まり、図５（ａ）に示したような拡径部２２は形成していない。この点を除けば、比較例に係る密閉型電池は、本実施の形態に係る密閉型電池１と同一仕様である。本実施の形態に係る密閉型電池１と比較例に係る密閉型電池との効果の差異については、後に図７（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００３１】
図６は、密閉型電池１を直立させた状態を示している。本図では、密閉型電池１は、封口体４の長手方向が接地面４０に対し垂直になるように直立している。すなわち、密閉型電池１は封口体４が縦長状態になるように直立している。
【００３２】
図６では、外装缶２の上端部に圧縮荷重Ｆを加えている。圧縮荷重Ｆを増加させていくと、密閉型電池１は高さ方向に圧縮されずに、急に湾曲し不安定な状態になる座屈現象が生じる。
【００３３】
また、封口体４に形状が変化した部分があると、図６のように圧縮荷重Ｆが加わると、形状が変化した部分に応力集中が生じることになる。前記のような座屈現象が生じると、応力集中が生じる部分や剛性の低い部分において、破損が生じ易くなる。
【００３４】
このことについて、図７を参照しながら説明する。図７（ａ）は、本実施の形態に係る密閉型電池１が湾曲した状態を示した図である。図７（ｂ）は、比較例に係る密閉型電池１００が湾曲した状態を示した図である。密閉型電池１００は、図５（ｂ）に示した断面形状の封口体４を備えており、この点を除けば密閉型電池１と同一構成である。
【００３５】
図７（ａ）の本実施の形態に係る密閉型電池１においては、圧縮荷重Ｆの増加により、注液孔２０の位置を支点（Ｐ１）とした湾曲が生じている。これに対し、図７（ｂ）の比較例に係る密閉型電池１００においては、圧縮荷重Ｆの増加により、開裂ベント３０の位置を支点（Ｐ２）とした湾曲が生じている。図７（ｂ）のような湾曲が生じることは、実験によっても確認できた。このように、開裂ベント３０の位置を支点とした湾曲が生じているのは、開裂ベント３０の位置は応力が集中し、かつ剛性も低いためと考えられる。
【００３６】
具体的には、図５（ａ）において、開裂ベント３０の形成部分は、凹部３１と凹部３２とにより封口体４の断面形状を変化させている。このことにより、図６のように圧縮荷重Ｆが加わると、開裂ベント３０の形成部分に応力が集中することになる。また、凹部３１と凹部３２とにより薄肉部３３が形成されており、開裂ベント３０の形成部分は剛性が低くなっている。
【００３７】
ここで、図１に示したように、開裂ベント３０の近傍には、電極体５から負極集電リード６が導出している。図７（ｂ）のように、開裂ベント３０の位置を支点とした湾曲が生じた場合には、負極集電リード６が外装缶２に接触し易くなる。
【００３８】
前記の通り外装缶２は、正極集電リード７が接合された封口体４に接合されているため、正極電位に帯電する。したがって、負極集電リード６と外装缶２とが接触すると、密閉型電池１内において内部短絡し、発煙・発火の可能性も高くなる。この可能性は、密閉型電池１の湾曲がさらに進み破損に至った場合に、一層高まることになる。
【００３９】
一方、正極集電リード７が、正極電位に帯電した外装缶２に接触しても、内部短絡にはならない。このため、図６のように、圧縮荷重Ｆが加えた場合に、図７（ｂ）の比較例のように開裂ベント３０の位置を支点（Ｐ２）とした湾曲が生じるよりも先に、図７（ａ）のように注液孔２０の位置を支点（Ｐ１）とした湾曲が生じれば、内部短絡による発煙・発火は防止できることになる。この場合、密閉型電池１の湾曲がさらに進み破損に至っても、内部短絡が生じないことには変りない。
【００４０】
一方、絶縁テープの追加や絶縁材の塗布等により、内部短絡防止を図ることもできるが、本実施の形態では、このような追加加工は不要になり、コスト面でも有利になる。
【００４１】
なお、注液孔２０側で湾曲が生じた場合やこの湾曲がさらに進み破損に至った場合は、圧縮荷重Ｆの印加状態や密閉型電池１の直立状態は不安定になる。このため、一旦注液孔２０側の湾曲や破損が生じれば、開裂ベント３０側の湾曲や破損が進行しないのが通常であると考えられる。
【００４２】
前記の通り、図７（ｂ）の比較例において、開裂ベント３０の位置を支点とした湾曲が生じるのは、開裂ベント３０の位置は応力が集中し、かつ剛性も低いためと考えられる。このことから、注液孔２０の断面形状を開裂ベント３０の断面形状よりも、応力が集中による応力が大きくなるようにしたり、剛性が低くなるようにしたりすれば、図７（ｂ）のように、開裂ベント３０の位置を支点とした湾曲が生じるよりも先に、注液孔２０の位置を支点とした湾曲が生じることになる。
【００４３】
図２（ｂ）、図５（ａ）に示したように、本実施の形態では、封口体４の注液孔２０に拡径部２２を形成して、注液孔２０の位置を開裂ベント３０の位置よりも、応力が集中し易くし、かつ剛性も低くしている。このことにより、図６のように、圧縮荷重Ｆを加えた場合に、図７（ａ）のように注液孔２０の位置を支点（Ｐ１）とした湾曲が生じるようにしている。
【００４４】
図８（ａ）に開裂ベントの断面形状の別の一例を示しており、図８（ｂ）に注液孔の断面形状の別の一例を示している。図８（ａ）は図２（ｂ）のＡ部の拡大図に相当し、図８（ｂ）は図２（ｂ）のＢ部の拡大図に相当する。
【００４５】
図８（ａ）に示した開裂ベント３４は、凹部３５と凹部３６とで薄肉部３７を形成している。薄肉部３７の外周に沿って溝３８を設けて、薄肉部３７より薄い薄肉部３９を形成している。各部の寸法は、例えば、凹部３５及び凹部３６の長さｄ＝３．３ｍｍ、凹部３６の内周面と溝３８との間の幅ｗ＝０．２ｍｍ、溝３８の幅ｗ１＝０．２ｍｍ、薄肉部３９の厚さｔ１＝０．０３ｍｍとしたものが挙げられる。
【００４６】
図８（ｂ）に示した注液孔２３は、拡径部２５と拡径部２６との間に薄肉部２７を形成しており、薄肉部２７に挿入部２４を形成している。薄肉部２７には挿入部２４を囲むように溝２８を設けて、薄肉部２７より薄い薄肉部２９を形成している。各部の寸法は、例えば、拡径部２５及び拡径部２６の直径ｄ１＝３．３ｍｍ、挿入部２４の直径ｄ２＝１．４ｍｍ、拡径部２５の内周面と溝２８との間の幅ｗ２＝０．２ｍｍ、溝２８の幅ｗ３＝０．４ｍｍ、薄肉部２７の厚さｔ２＝０．０３ｍｍとしたものが挙げられる。
【００４７】
なお、前記実施の形態では、圧縮荷重Ｆの印加時の湾曲の支点が注液孔の位置になるようにしているが、図１に示した負極集電リード６と外装缶２との接触が防止できれば、湾曲の支点は他の位置にあってもよい。より具体的には、湾曲の支点が、負極端子９に対し注液孔２０側の位置にあるようにすれば、負極集電リード６と外装缶２との接触による内部短絡防止に有利になる。
【００４８】
注液孔２０の位置以外の部分を湾曲の支点とする場合には、注液孔２０とは別に、封口体４の断面形状を変化させた部分を形成することになる。例えば、負極端子９と注液孔２０との間に、溝や凹部を形成すればよい。
【００４９】
また、注液孔２０の位置を支点とする湾曲をより確実にするために、図２（ｂ）、図５（ａ）に示した拡径部２０以外にさらに断面形状を変化させた部分を追加してもよい。例えば、注液孔２０を囲む溝を追加してもよく、注液孔２０を挟むように溝や凹部を追加してもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では、図３に示した封止体１１は２層構造の例で説明したが他の構成であってもよい。
【００５１】
また、開裂ベントは、図２（ｂ）のように、封止体４に凹部３１及び凹部３２を形成した例で説明したがこの形状に限るものではなく、封止体４の片側のみに凹部を設けたものでもよく、凹部に代えて略矩形状に溝を形成したものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係る密閉型電池によれば、外力を受けた際の内部短絡防止に有利になるので、本発明に係る密閉型電池は、例えば携帯電話やモバイル機器に用いる密閉型電池として有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１  密閉型電池
２  外装缶
３  外装缶の開口
４  封口体
５  電極体
６  負極集電リード
７  正極集電リード
９  負極端子
１１  封止体
１４  凸部
２０，２３  注液孔
２１，２４  挿入部
２２，２５，２６  拡径部
３０，３４  開裂ベント
【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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