(57)【要約】【課題】電池ケースを最適な構成とすることで、電池の異常における安全性を向上した密閉型電池を提供する。【解決手段】本発明に係る密閉型電池に用いられる電池ケースは、前記電池ケースの封口部の板厚をＴ１、側壁の板厚をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１＞１、かつ０．１５ｍｍ≦Ｔ１≦０．３ｍｍとする。この構成によって、封口部のかしめ強度を強くすることで封口板の飛び出しを防ぎ、電池ケースの側壁の亀裂も抑制できるため、安全性に優れた電池を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を電解質とともに開口部を有する電池ケースに収容し、前記開口部に封口板を配置し、前記開口部をかしめて封口される密閉型電池であって、
前記電池ケースの封口部の板厚をＴ１、前記電池ケースの側壁の板厚をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１＞１、かつ０．１５ｍｍ≦Ｔ１≦０．３ｍｍとすることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記電池ケースの底面には、電池内部の圧力の増加によって破断する溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型電池に関し、特に密閉型電池に用いられる電池ケースの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＶ機器あるいはパソコンなどの電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として、高容量のアルカリ蓄電池に代表される水系電解液二次電池や、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池などの密閉型電池が知られている。
【０００３】
このような密閉型電池の一般的な封口方法としては、電池ケースの開口部の近傍に溝部を設け、その溝部の上部に封口板を配置して、かしめ封口する方法が採用されている。
【０００４】
ところで、密閉型電池は、充電器等の故障や誤使用により、過充電・過放電が起こった場合、化学反応により電池内部の温度が急激に上昇すると同時に、ガスが発生し、電池内圧が増大して電池が不安全な状態になる可能性がある。
【０００５】
そのような危険性を避けるために、上記の封口板には、温度の上昇により抵抗が上がり電流を遮断するＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：正温度係数）サーミスタ板や、電池ケースの内部圧力が所定値以上になったときに、電気的結合部を機械的に破断する電流遮断用の弁体、さらには開口して内部圧力を下げるガス排出用の弁体、など、多くの安全部品が収容されている。
【０００６】
しかしながら、密閉型電池の異常時において、かしめによる封口強度が弱い場合は、上述した安全部品の作動より早く、かしめ部がゆるみ、封口板が外れて飛び出す危険性がある。
【０００７】
そこで、例えば、封口板の飛び出しを防止するために、電池ケースの封口部の板厚を厚くして封口強度をあげる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２９６４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、近年のさらなる高エネルギー密度化に伴い、異常時における電池内の温度及び圧力は、より急激に上昇する可能性が高くなっている。そのため、特許文献１のように、電池ケースの封口部の板厚を厚くして封口強度をあげることで、封口板の飛び出しを防ぐことができても、電池内の温度上昇によるケース強度の低下と電池内の圧力上昇によって、電池ケースの側壁に亀裂が発生してしまうおそれがある。この亀裂からガスが流出すると、特に、複数個の電池を集合させて使用した場合において、隣接する電池の異常を引き起こす危険性がある。そのため、電池ケースの側壁において亀裂の発生を防ぐことが必要となっている。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電池の異常時において、電池内の温度と圧力が急激に上昇した場合であっても、封口板の飛び出しを防止しつつ、電池ケースの側壁の亀裂を抑制することができる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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、発電要素を電解質とともに開口部を有する電池ケースに収容し、前記開口部に封口板を配置し、前記開口部をかしめて封口される密閉型電池であって、前記電池ケースの封口部の板厚をＴ１、前記電池ケースの側壁の板厚をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１＞１、かつ０．１５ｍｍ≦Ｔ１≦０．３ｍｍとすることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、電池ケースの側壁の板厚Ｔ２が、封口部の板厚Ｔ１よりも厚く設定され、かつ封口部の板厚Ｔ１は上記の範囲とする。このような電池ケースの構成とすることで、電池の異常時において、電池内の温度と圧力が急激に上昇した場合であっても、封口板の飛び出しを防止しつつ、電池ケースの側壁の亀裂を抑制することができる密閉型電池を提供することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電池の異常時において、封口板の飛び出しや電池ケースの側壁の亀裂を防止し、安全性に優れた密閉型電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る密閉型電池の概略断面図
【図２】従来の密閉型電池の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、発電要素を電解質とともに開口部を有する電池ケースに収容し、前記開口部に封口板を配置し、前記開口部をかしめて封口される密閉型電池であって、前記電池ケースの封口部の板厚をＴ１、前記電池ケースの側壁の板厚をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１＞１、かつ０．１５ｍｍ≦Ｔ１≦０．３ｍｍとすることを特徴とする。
【００１６】
上述したように、本発明によれば、電池の異常時において、電池内の温度と圧力が急激に上昇した場合であっても、封口板の飛び出しを防止しつつ、電池ケースの側壁の亀裂を抑制することができる密閉型電池を提供することができる。以下、本発明の構成について、さらに詳細に説明する。
【００１７】
本発明において、電池ケースの封口部の板厚Ｔ１は、０．１５ｍｍ≦Ｔ１≦０．３ｍｍとする。電池ケースの封口部の板厚が、０．１５ｍｍより薄いと、封口強度が低くなり、０．３ｍｍより厚いと、かしめ封口に大きな力が必要となり、設備の大型化が必要となることから、経済的に不利となるためである。
【００１８】
また、本発明は、封口部の板厚をＴ１、側壁の板厚をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１＞１の関係を満たす。すなわち、電池ケースの側壁の板厚Ｔ２は、封口部の板厚Ｔ１よりも厚く設定される。したがって、電池の異常時において、電池内の温度と圧力が急激に上昇した場合であっても、電池ケースの側壁の強度が強く、亀裂の発生を避けることができる。なお、電池ケースの実用上の強度の観点から、電池ケースの側壁の板厚Ｔ２は、Ｔ２≧０．１６ｍｍとすることが、より好ましい。
【００１９】
なお、本発明を実施するにあたり、封口部の厚みは変更せず、電池ケースの側壁を厚くするように変更することが好ましい。一般的に、電池の外形寸法は規定されているため、電池ケースの封口部の板厚を変更（薄く）する場合には、封口板の大きさを変更（大きく）する必要が生じる。しかしながら、封口板は、上述したように、複数の安全部品からなるため、それぞれの安全部品の設計を、変更する封口板の大きさに応じ、信頼性及び安全
性を満たすよう個々に設計を変更する必要が生じる。したがって、封口部の板厚の変更により、電池設計に多大な時間と工数が必要となる。一方、電池ケースの側壁の厚みを変更（厚く）する場合は、外形寸法を一定にした場合でも、電極群の直径を変更（小さく）するのみで対応できるため、容易に電池設計の変更が可能である。以上のことから、封口部の厚みは変更せず、電池ケースの側壁を厚くするように設計することで、より容易に、安全性に優れた密閉型電池を得ることができる。
【００２０】
ここで、電池ケースの封口部とは、電池ケースの溝部の下端から開口端部までの部分を指す。また、電池ケースの側壁とは、電池ケース側面において、封口部以外の側面のことを指す。なお、電池ケースの側壁は、電池ケースの高さ方向において、均等な厚みである必要はなく、上記関係式を満たせばよい。したがって、たとえば、亀裂の発生しやすい中央部の強度を強くするために、他の部分より中央部を厚く成型してもよい。
【００２１】
また、電池ケースの底面の板厚は、成型加工性の観点から０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。さらに、この電池ケースの底面には、電池内部の圧力の増加によって破断する溝が形成されていることが、より好ましい。この溝を形成することで、さらに、電池ケースの側壁の亀裂を防ぐことが可能となる。なお、底面に形成される溝の厚みは、電池ケースの強度、および安全性の観点から０．０２ｍｍ〜０．１８ｍｍとすることが、好ましい。
【００２２】
なお、本発明における電池ケースは、例えば非水電解質二次電池の場合、基材として鉄を用い、さらにニッケルメッキを施したものが、強度、耐電解質性、及び加工性の観点から好ましい。
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、従来例と比較しつつ、図面を参照しながら、より詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る密閉型電池の断面図であり、図２は従来例に係る密閉型電池の断面図である。
【００２４】
まず、図１の本発明の実施形態に係る電池ケースを用いた円筒形のリチウムイオン二次電池について説明する。
【００２５】
図に示した電池２０において、正極板１及び負極板２を、セパレータ３を介して捲回した電極群４は、電解質とともに、有底円筒形の電池ケース５内に、収納されている。電池ケース５の開口部は、ガスケット１１を介して封口板１０が配置され、電池ケース５の開口部端部をかしめることで封口されている。
【００２６】
ここで、電池ケース５において、封口部５ｂの板厚Ｔ１は、側壁５ｃの板厚Ｔ２より薄く加工されている。また、封口部５ｂの板厚Ｔ１は、０．１５ｍｍ≦Ｔ１≦０．３ｍｍである。
【００２７】
正極板１は、正極リード８を介して封口板１０に接続され、負極板２は、負極リード７を介して電池ケース５の底部に接続されている。また、電極群４の上方には、上部絶縁板６が、電極群４の下方には下部絶縁板９が、それぞれ配置されている。なお、上部絶縁板６は、電池ケース５に形成された溝部５ａによって、その周縁部が保持され、電極群４を固定している。
【００２８】
一方、図２に示す従来例の電池ケースを用いた電池２１は、電池ケース５１の封口部５１ｂの板厚Ｔ１が側壁５１ｃの板厚Ｔ２より厚く加工されている。このような電池ケース５１に、電極群が電解質とともに収納され、電池ケース５１の開口部はガスケットを介して封口板が配置され、電池ケース５１の開口部端部をかしめることで封口されている。
【００２９】
上記のような従来例の電池ケースを用いた密閉型電池よれば、電池の異常時において、電池内の温度と圧力が急激に増加した際、電池ケースの側壁が薄いために、亀裂が生じ、ガスが流出する危険性がある。
【００３０】
それに対し、本発明の電池ケースを用いた密閉型電池よれば、電池ケース５における封口部５ｂの厚みを規定することで、かしめによる封口強度を維持しつつ、電池ケースの側壁５ｃの厚みを封口部５ｂの厚みより厚くすることで、電池ケースの側壁５ｃの亀裂も防ぎ、より安全性に優れた密閉型電池とすることができる。
【００３１】
以上、本発明に係る密閉型電池の実施形態を説明したが、本発明の密閉型電池が、リチウムイオン二次電池の場合は、構成材料として以下のものを用いることができる。
【００３２】
正極板１は、正極集電体上に正極活物質層を形成することで構成することができる。正極集電体は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、チタン合金等を用いることができるが、中でもアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが電気化学的な溶出等が起こりにくいことから好ましい。
【００３３】
正極活物質としては、リチウム含有遷移金属化合物、例えばコバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種の金属とリチウムとの複合金属酸化物が使用できる。
【００３４】
ここで、本発明においては、特に正極活物質として、ニッケルを含むリチウム複合ニッケル酸化物を用いることが好ましい。このようなニッケルを含む材料は、ＬｉＣｏＯ２よりも容量が大きく、安価であり、かつエネルギー密度が高いため、高エネルギー密度の電池を得ることができる。しかしながら、リチウム複合ニッケル酸化物を用いた場合には、ＬｉＣｏＯ２を用いた場合よりも、電池の異常時におけるガスの発生量が多量となる。本発明によれば、リチウム複合ニッケル酸化物を正極活物質として用いることで、電池の異常時に、電池内の温度と圧力が、より急激に上昇した場合であっても、封口板の飛び出しを防止し、電池ケースの側壁の亀裂を抑制することが可能となる。よって、高容量かつ高安全な電池を提供することができる。
【００３５】
正極活物質層は、正極活物質、結着剤、および導電剤を、分散媒とともに混練して分散させたスラリー状の合剤を調製し、この合剤を正極集電体に付着させることにより形成できる。
【００３６】
負極板２は、負極集電体上に負極活物質層を形成することで構成することができる。負極集電体は、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いることができるが、中でも銅、銅合金、ニッケルまたはニッケル合金とすることが電気化学的な溶出等が起こりにくいことから好ましい。
【００３７】
負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出し得る黒鉛型結晶構造を有する材料、例えば、天然黒鉛や球状又は繊維状の人造黒鉛、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）などの炭素材料や、酸化錫、酸化珪素等の金属酸化物材料、ケイ素、シリサイドなどのケイ素含有化合物などを用いることができる。
【００３８】
負極活物質層は、負極活物質、結着剤、および分散媒、必要により導電材を含んだスラリー状の合剤を負極集電体に付着させることにより形成できる。
【００３９】
セパレータ３としては、ポリオレフィン系材料を用いることができ、ポリオレフィン系
材料と耐熱性材料を組み合わせたものを用いることが好ましい。ポリオレフィン多孔膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体の多孔膜などが例示できる。これらの樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。耐熱性材料としては、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂からなる膜、または、耐熱性樹脂と無機フィラーの混合体を用いることができる。
【００４０】
また電解質は、非水溶媒にリチウム塩を溶解することにより調製される。非水溶媒は、例えば、環状カーボネートとして、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなど、また鎖状カーボネートとして、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなど、が用いられる。また、リチウム塩としては、電子吸引性の強いリチウム塩、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４などが使用される。
【実施例】
【００４１】
次に、リチウムイオン二次電池としての実施例を示すが、本発明の密閉型電池はこの実施例に限られるものではない。
【００４２】
（実施例１）
（１）正極板１の作製
正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を使用した。正極活物質１００重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデンフルオライド１．７重量部、及び導電剤としてアセチレンブラック２．５重量部を、液状成分に混合させて、正極合剤ペーストを調製した。
【００４３】
その正極合剤ペーストを、アルミニウム箔からなる正極集電体の両面に、正極リード８の接続部分を除いて塗布、乾燥し、その後、圧延することで、正極板１を得た。このとき、厚みが１６３μｍとなるように正極板１を圧延した。また、正極集電体として使用したアルミニウム（以下、Ａｌと略す）箔の長さは５７３ｍｍ、幅は５７ｍｍ、厚さは１５μｍであった。この正極板１を所定の寸法に裁断し、正極集電体の露出部にＡｌ製の正極リード８を超音波溶着により接続した。
【００４４】
（２）負極板２の作製
負極活物質として易黒鉛化炭素を使用した。負極活物質１００重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンフルオライド０．６重量部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース１重量部と、適量の水とを、双腕式練合機にて攪拌し、負極ペーストを得た。
【００４５】
その負極合剤ペーストを、銅箔からなる負極集電体の両面に、負極リード７の接続部分を除いて塗布、乾燥し、その後、圧延することで、負極板２を得た。このとき、厚みが１６４μｍとなるように負極板２を圧延した。また、負極集電体として使用した銅箔の長さは６５８ｍｍ、幅は５８．５ｍｍ、厚さは１０μｍであった。この負極板２を所定の寸法に裁断し、負極集電体の露出部にニッケル製の負極リード７を抵抗溶接により接続した。
【００４６】
（３）非水電解質の調整
エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）の混合溶媒に、電解質としてヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）が１．０ｍｏｌ／Ｌになるように溶解し、非水電解質を調整した。
【００４７】
（４）電池ケース５の準備
まず、基材としての鉄鋼板に、ニッケルメッキを施した。その後、絞り加工により、電池ケース５を作製した。ここで、電池ケース５は、封口部５ｂの板厚Ｔ１を０．２ｍｍ、側壁５ｃの板厚Ｔ２を０．２５ｍｍとした。また、電池ケース５の底面の板厚は、０．３
ｍｍとし、Ｃ字状の溝を設け、溝の厚みは、０．０５ｍｍとした。
【００４８】
（５）電池２０の組立
上記した正極板１と負極板２を、セパレータ３として厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレン樹脂を介して渦巻状に巻回し、電極群４を作製した。
【００４９】
この電極群４を、上記の電池ケース５の中にＰＰ製の円板状の下部絶縁板９を介して挿入し、負極板２に接続された負極リード７と、電池ケース５の底面とを抵抗溶接により接続した。
【００５０】
次に、電極群４の上部にＰＰ製の円板状の上部絶縁板６を挿入した後、上部絶縁板６より上方の電池ケース５の開口部側に、幅１．０ｍｍ、深さ１．５ｍｍのＵ字状の溝部を円周方向に塑性加工によって形成した。
【００５１】
その後、調整した非水電解質を電極群４が入った電池ケース５内に所定量注入した。そして、正極板１に接続された正極リード８を、封口板１０と、レーザー溶接により接続し、正極リード８を折り畳みながら、封口板１０を電池ケース５の溝部５ａの上に配置し、溝部５ａを介してかしめることで封口し、密閉型電池を作製した。この密閉型電池は、直径が１８ｍｍ、高さが６５ｍｍであり、設計容量は２８００ｍＡｈであった。
【００５２】
（実施例２）
正極活物質としてＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、密閉型電池を作製した。この電池の設計容量は３２００ｍＡｈであった。
【００５３】
（比較例１）
電池ケースとして、封口部の板厚Ｔ１が０．２ｍｍ、側壁の板厚Ｔ２が０．１２ｍｍとしたものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、密閉型電池を作製した。
【００５４】
（比較例２）
電池ケースとして、封口部の板厚Ｔ１が０．２ｍｍ、側壁の板厚Ｔ２が０．１２ｍｍとしたものを用いたこと以外は、実施例２と同様にして、密閉型電池を作製した。
【００５５】
＜加熱試験＞
上記電池を各１０個ずつ準備し、以下のような条件で加熱試験を実施した。まず、２５℃の環境の下で１５００ｍＡの電流により電池電圧が４．２Ｖとなるまで充電した。充電後の試験体を２００℃に設定したホットプレートの上に置き、加熱した。そして、封口板の飛び出し、電池ケースの側壁の亀裂の有無を確認した。その結果を（表１）に示す。
【００５６】
【表１】
2015043258.tif 000003
【００５７】
上記加熱試験の結果、電池ケースの封口部の板厚が側壁の板厚より厚い実施例１および２は、封口板の飛び出しおよび、電池ケースの側壁の亀裂は発生しなかった。一方、電池ケースの封口部の板厚が側壁の板厚より薄い比較例１及び２においては、封口板の飛び出しはなかったが、電池ケースの側壁に、亀裂が確認できた。また、この電池ケースの亀裂発生率は、比較例１が１０％（１個）であったのに対し、比較例２は４０％（４個）と大きいことが確認できた。よって、エネルギー密度の高い比較例２の電池において、電池内の温度と圧力の上昇がより大きくなり、比較例１の電池より亀裂発生率が増加したと推測される。
【００５８】
以上のことから、本発明の電池ケースによれば、さらに安全性の優れた密閉型電池を得ることができることがわかる。
【００５９】
なお、本実施例では非水電解質二次電池について説明したが、非水電解質二次電池以外のアルカリ蓄電池のような密閉型電池でも同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の密閉型電池は、例えば、携帯電話やノート型パソコン等の民生用モバイルツールの主電源、電動ドライバー等のパワーツールの主電源、およびＥＶ自動車等の産業用主電源の用途に適している。
【符号の説明】
【００６１】
１    正極板
２    負極板
３    セパレータ
４    電極群
５    電池ケース
５ａ  溝部
５ｂ  封口部
５ｃ  側壁
６    上部絶縁板
７    負極リード
８    正極リード
９    下部絶縁板
１０  封口板
１１  ガスケット
２０  電池
【図１】
2015043258.tif 000004
【図２】
2015043258.tif 000005