(57)【要約】  【課題】非水電解液二次電池の異常時における発火を抑制する。  【解決手段】極板群を電解液と共に電池缶に収納して、電池缶の蓋板に端子と開裂形安全弁を設けた非水電解液二次電池である。前記安全弁は、電池内から電池外に通じる排気通路と、所定電池内圧で開裂する金属薄膜で構成されている。そして、排気通路は、電池内側開放端から電池外側開放端に向かってその内径がテーパ状に広がっており、金属箔膜は、排気通路の電池内側開放端を覆っている。排気通路は、例えば、蓋板を貫通する筒体により構成され、排気通路の電池外側開放端が蓋板面から突出している。この場合、排気通路の電池外側開放端が、端子の上端より高く突出していることが好ましい。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極板群を電解液と共に電池缶に収納して、電池缶の蓋板に端子と開裂形安全弁を設けてなる非水電解液二次電池において、
前記安全弁は、電池内から電池外に通じる排気通路と、所定電池内圧で開裂する金属薄膜で構成され、
前記排気通路は、電池内側開放端から電池外側開放端に向かってその内径がテーパ状に広がっており、
前記金属箔膜は、排気通路の電池内側開放端を覆っていることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
排気通路が、蓋板に直接設けられていることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】
排気通路が、蓋板を貫通する筒体により構成されており、電池外側開放端が蓋板面から突出していることを特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。
【請求項４】
排気通路の電池外側開放端が、端子の上端より高く突出していることを特徴とする請求項３記載の非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非水電解液二次電池に関し、特に所定電池内圧で金属薄膜が開裂する開裂形安全弁を備えた非水電解液二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池は、過充電・過放電や過大電流が流れた場合、物理的衝撃が加えられた場合、外部短絡が生じた場合及び異常高温などの過酷な条件下におかれた場合、電池内の電気化学反応が暴走し、極端な場合には、電池内圧が上昇し、極めて高温になり、発火、破裂することがある。このため、非水電解液二次電池には、電池内圧が上昇する場合に備えて、内圧解放機構を備える必要がある。
【０００３】
特許文献１には、極板群を電解液と共に電池缶に収納して、電池缶の蓋板に端子と開裂形安全弁を設けてなる非水電解液二次電池が開示されている。前記開裂形安全弁は、電池内から電池外に通じる排気通路と、所定電池内圧で開裂する金属薄膜で構成されている。前記排気通路は、電池内側開放端から電池外側開放端まで一様な内径の貫通穴を蓋板に直接設けることにより構成したものである。また、前記金属箔膜は、ＳＵＳ３０４製の円盤状薄膜に少なくとも1つの馬蹄状の薄肉溝が形成されたものであり、排気通路の電池内側開放端を覆って塞いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６３７８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術を用いた場合でも、異常時に電池内圧が上昇したときには金属薄膜が薄肉溝の箇所で開裂し、発生した引火性ガスは早期に電池外部へと排出され、電池の破裂を回避する事ができる。しかし、引火性ガスが高速で排気通路から放出されるため、引火性ガスが排気通路壁面との摩擦熱により発火する恐れがある。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、放出される引火性ガスの発火の危険性をより低減し、安全性をさらに高めた非水電解液二次電池を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が対象とする非水電解液二次電池は、極板群を電解液と共に電池缶に収納して、電池缶の蓋板に端子と開裂形安全弁を設けている。前記安全弁は、電池内から電池外に通じる排気通路と、所定電池内圧で開裂する金属薄膜で構成されている。そして、前記排気通路は、電池内側開放端から電池外側開放端に向かってその内径がテーパ状に広がっており、前記金属箔膜は、排気通路の電池内側開放端を覆っている。排気通路をこのような形状とすることで、排気通路から放出される引火性ガスの放出速度を電池内側開放端から電池外側開放端に向かって緩やかにし、引火性ガスが排気通路壁面との摩擦熱により発火するのを抑制する事ができる。
【０００８】
上記排気通路は、蓋板に直接設けることができる。しかし、好ましくは、排気通路は、蓋板を貫通する筒体により構成され、排気通路の電池外側開放端が蓋板面から突出している。排気通路が前記筒体により構成される場合、さらに好ましくは、排気通路の電池外側開放端が、端子の上端より高く突出している。排気通路の電池外側開放端が蓋板面から突出していれば、放出された引火性ガスが蓋板面や端子に付着して、短絡及び地絡等を引き起こす事を抑制する事ができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、電池に異常が発生し電池内圧が上昇して、引火性ガスが放出された場合に、引火性ガスの発火を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用する円筒型リチウムイオン電池を長手方向に沿って切断した断面図である。
【図２】極板群を巻回する状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態において、開裂形安全弁を設けた正極側蓋板の断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態において、開裂形安全弁を設けた正極側蓋板の断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態を示す円筒型リチウムイオン電池の一部欠截断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。但し、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的位置関係等は、特に特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１２】
図１は、本発明を適用する円筒型リチウムイオン電池を長手方向に沿って切断した断面図である。なお図１においては、極板群９の断面の一部の図示を省略してある。この円筒型リチウムイオン電池１は、電池缶３と、正極側蓋板５と、負極側蓋板７と、電解液に浸潤された極板群９と、正極集電体１１と、負極集電体１３とを備えている。電池缶３は、ニッケルメッキが施されたスチール材料により両端が開口した円筒形状を有している。電池缶３の両端の開口部は、正極側蓋板５及び負極側蓋板７によりそれぞれ塞がれている。
【００１３】
正極側蓋板５及び負極側蓋板７は、開裂形安全弁６及び８により塞がれている。開裂形安全弁６及び８は、電池缶３内でガスが発生することにより、電池缶３内の圧力が一定以上となると、開裂状態となって発生したガスを放出する。端子１５及び１７の外周部には、ネジ部が形成されており、このネジ部にはナット部材２１がそれぞれ螺合されている。なおナット部材２１と正極側蓋板５及び負極側蓋板７との間には絶縁ワッシャ２３が配置されている。なお正極側蓋板５には、電解液を入れるための注液口に封止部材としてのネジ部材２５がネジ留めされている。
【００１４】
極板群９中には、非水電解液が浸潤している。この円筒型リチウムイオン電池１では、非水電解液としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒中に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を電解質として溶解した溶液を用いている。
【００１５】
図２は、上記の極板群９を巻回する状態を示す図である。極板群９は、帯状の正極板２７と帯状の負極板２９とを、セパレータ３１を介して中空円筒状の軸芯３３を中心として断面渦巻き状に巻回することにより構成されている。なお、本明細書において中空円筒状の軸芯とは、軸芯の外周面または内周面の一部に軸線に沿って凹部が設けられた略円筒状の軸芯を含むものである。正極板２７は、正極集電板としてのアルミニウム箔の両面に、リチウム遷移金属複酸化物であるマンガン酸リチウムを含む正極合剤を略均質に塗布した構成となっている。アルミニウム箔の長手方向に延びる一方の辺側には、正極合剤が塗装されていない未塗着部３５が形成されている。未塗着部３５は、櫛歯状に切り欠かれており、切り欠かれた残部により、複数の正極リード片３７が形成されている。負極板２９は、負極集電板としての圧延銅箔の両面に、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素粉末を含む負極合剤を略均質に塗布した構成となっている。銅箔の長手方向に延びる一方の辺側には、負極合剤が塗装されていない未塗着部３９が形成されている。未塗着部３９は、櫛歯状に切り欠かれており、切り欠かれた残部により、複数の負極リード片４１が形成されている。図１においては、正極側蓋板５側に複数の正極リード片３７が位置し、負極側蓋板７側に複数の負極リード片４１が位置している。セパレータ３１は、リチウムイオンが通過可能なポリエチレン製の多孔質材により形成されている。セパレータ３１は、イオンの通過を許容して、しかも正極板２７及び負極板２９が互いに接触することを防止する。軸芯３３はポリプロピレン樹脂により形成されている。なお、正極板２７、負極板２９及びセパレータ３１の詳細な構成については、本発明の要旨とは関係しないので、詳細な説明を省略する。
【００１６】
正極側蓋板５と極板群９の端部との間には、複数の正極リード片３７が接続された正極集電体１１が極板群９の端部に隣接して配置されている。また、負極側蓋板７と極板群９の端部との間には、複数の負極リード片４１が接続された負極集電体１３が極板群９の端部に隣接して配置されている。正極集電体１１及び負極集電体１３は実質的に同じ形状を有している。
【００１７】
正極集電体１１は、集電体本体４３の出力端子部１５が設けられた側とは反対側に極板群９の軸芯３３に挿入される柱状部４７を備えている。柱状部４７を軸芯３３の一方の端部に挿入することにより、正極集電体１１と極板群９との位置関係が確定している。正極集電体１１の集電体本体４３の外周部に、複数の正極リード片３７の端部が超音波溶接されている。
【００１８】
図１に示すように、負極集電体１３は、正極集電体１１と実質的に同じ形状を有している。負極集電体１３も、極板群９の軸芯３３に、柱状部５３が挿入されて、負極集電体１３と極板群９との位置関係が確定している。負極集電体１３の集電体本体４９の外周部には、複数の負極リード片４１の端部が超音波溶接されている。負極集電体１３は、正極集電体１１と実質的に同じ形状を有しているため省略する。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態において、開裂形安全弁６を正極側蓋板５に直接設けた正極側蓋板５の断面図を示している。排気通路６ａは、電池内側開放端から電池外側開放端に向かってその内径がテーパ状に広がっている。そして、排気通路６ａの電池内側開放端を金属薄膜６ｂで覆って塞いでいる。金属薄膜６ｂは通常採用されているもので差し支えない。負極側蓋板７にも、正極側蓋板５に設けられるのと実質的に同様の開裂形安全弁８が設けられる。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施の形態において、開裂形安全弁６を正極側蓋板５に設けた正極側蓋板５の断面図を示している。排気通路６ａは、正極側蓋板５を貫通する筒体６ｃにより構成されており、電池外側開放端が正極側蓋板５面から突出している。具体的には、筒体６ｃが正極側蓋板５に螺着されており、筒体６ｃの鍔部６ｄと正極側蓋板５面の間にゴムパッキン１９を介在させている。排気通路６ａは、電池内側開放端から電池外側開放端に向かってその内径がテーパ状に広がっている。このテーパ形状の広がりの度合いは、電池容量と放出されるであろうガスの量によって適宜調整する。そして、排気通路６ａの電池内側開放端を金属薄膜６ｂで覆って塞いでいる。負極側蓋板７にも、正極側蓋板５に設けられるのと実質的に同様の開裂形安全弁８が設けられる。
【００２１】
図５は、本発明のさらに他の実施の形態を示す一部欠截断面図である。排気通路６ａが筒体６ｃにより構成される上記実施の形態において、排気通路６ａの電池外側開放端が、端子１５の上端より高く突出している。
【００２２】
上記実施の形態においては、リチウムイオン電池について説明をしたが、本発明は他の非水電解液二次電池に適用することができるのは勿論である。
【符号の説明】
【００２３】
１  円筒型リチウムイオン電池
３  電池缶
５  正極側蓋板
６  開裂形安全弁
６ａ  排気通路
６ｂ  金属薄膜
６ｃ  筒体
６ｄ  鍔部
７  負極側蓋板
８  開裂形安全弁
９  極板群
１１  正極集電体
１３  負極集電体
１５  端子
１７  端子
１９  ゴムパッキン
２１  ナット部材
２３  絶縁ワッシャ
２５  ネジ部材
２７  正極板
２９  負極板
３１  セパレータ
３３  軸芯
３５  未塗着部
３７  正極リード片
３９  未塗着部
４１  負極リード片
４３  集電体本体
４７  柱状部
４９  集電体本体
５３  柱状部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015141821.tif 000006
【図５】
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