(57)【要約】【課題】落下衝撃などを受けても内部短絡が発生し難く、安全性に優れた密閉型電池を提供すること。【解決手段】本発明は、正極極板及び負極極板がセパレータを介して巻回又は積層された電極体と、前記電極体を収容する外装ケースと、前記電極体上に配置されたスペーサーを備えた密閉型電池であって、前記スペーサーがスリット部を有し、前記セパレータの少なくとも一部が前記スリット部に挿入されていることを特徴とする密閉型電池に関する。【選択図】図１
2015162274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極極板及び負極極板がセパレータを介して巻回又は積層された電極体と、前記電極体を収容する外装ケースと、前記電極体上に配置されたスペーサーを備えた密閉型電池であって、
前記スペーサーがスリット部を有し、
前記セパレータの少なくとも一部が前記スリット部に挿入されている、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
請求項１記載の密閉型電池において、前記セパレータのうち前記スリット部に挿入されている部分が前記電極体の最外側に配置されている密閉型電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の密閉型電池において、前記スペーサーを前記電極体に固定する手段を備えている密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落下衝撃を受けても内部短絡が発生し難く、安全性に優れた密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンを含む携帯電話機やタブレット型コンピュータ等の携帯型の電子機器の駆動電源として、角形非水電解質二次電池に代表される密閉型電池が広く利用されている。密閉型電池が電子機器に組み込まれる場合には、電池外部に保護素子などを取り付けた電池パックとして使用される。近年では、電池パックの生産性向上やコストダウンを目的に、電池パックの構造の簡素化が求められるようになっている。しかし、電池パックの簡素化に伴って、電子機器が落下衝撃を受けた場合の密閉型電池にかかる負荷も大きくなってしまう。つまり、電池パックの構造を簡素化するためには、落下等の外部からの衝撃を受けた場合であっても密閉型電池の内部短絡を防止するための手段が求められる。
【０００３】
従来の角形の密閉型電池においては、図９に示すように正極タブ１８及び負極タブ１９が電極体２０の一方の端面から同一方向に導出されている。負極タブ１９は絶縁板２２によって封口板２４から絶縁された負極外部端子２１に接続され、正極タブ１８は封口板２４に接続されている。封口板２４が外装ケースの開口部と溶接されているため、封口板２４及び外装ケースは正極電位を有することになる。このように封口板２４の近傍には異なる極性の部材が隣接して配置されている。そのため、密閉型電池が落下等の外部からの衝撃を受けた場合、外装ケース内部で電極体２０が移動して、負極タブ１９と外装ケースの接触などによる内部短絡が懸念される。そこで、封口板２４と電極体２０の間に電極体２０の移動を防止するためにスペーサー５０が配置されている。
【０００４】
特許文献１には、電極体と封口板との間に配置されるスペーサーであって、通液用貫通孔を備えたものが開示されている。この通液用貫通孔は、注液時の電解液の電極体への含浸性を向上させることを目的としたものである。
【０００５】
特許文献２には、電極体と封口板との間に配置されるスペーサーであって、その長さ方向の両端側の少なくとも一方に切り欠き又は溝が形成されたものが開示されている。この切り欠き又は溝は、密閉型電池が落下衝撃を受けたときに、その衝撃を吸収することで電極体に伝わる衝撃を緩和させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５２５８１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２９２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電極体と封口板の間にスペーサーを配置することによって、密閉型電池が落下衝撃を受けた場合の外装ケース内での電極体の移動は大幅に制限される。しかし、電極体の高さには製造上のバラツキが存在するため、スペーサーによって電極体の移動を完全に防止することはできない。特に、密閉型電池に対して過度に落下衝撃が加えられた場合、電極体の最外部に配置されているセパレータの端部がめくれて、正極極板と負極極板とが接触して内部短絡が発生する可能性がある。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、密閉型電池に過度に落下衝撃が加えられても内部短絡が発生し難く、安全性に優れた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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る密閉型電池は、正極極板及び負極極板がセパレータを介して巻回又は積層された電極体と、前記電極体を収容する外装ケースと、前記電極体上に配置されたスペーサーを備えた密閉型電池であって、前記スペーサーがスリット部を有し、前記セパレータの少なくとも一部が前記スリット部に挿入されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明においては、前記セパレータのうち前記スリット部に挿入されている部分は、前記電極体の最外側に配置されていることが好ましい。ここで、「前記電極体の最外側に配置されている」とは、巻回電極体の場合は巻回されたセパレータのうち最外周部に配置されている部分を意味し、積層電極体の場合は積層方向の両端部に配置されている部分を意味している。いずれの場合においても、「最外側」とはセパレータの中の相対位置を特定するために用いたものであり、電極体の最外側にセパレータが配置されていることを意味するものではない。例えば、巻回電極体の最外周に正極極板が配置されている場合は、セパレータのうち、最外周の正極極板の内周面に隣接して配置されている部分が「前記電極体の最外側に配置されている」部分となる。
【００１１】
さらに本発明においては、前記スペーサーが前記電極体に固定されていることが好ましい。このようにすることでセパレータのめくれが、より効果的に防止されるからである。スペーサーを固定する手段としては、粘着剤付テープを用いるか、スペーサーと電極体との当接部に糊材を塗布することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、密閉型電池が外部から過度に落下衝撃を受けた場合でも内部短絡が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例１及び２に係るスペーサーの平面図である。
【図２】図２は、実施例１に係る電極体の最外部の拡大断面図である。
【図３】図３は、実施例２に係る電極体の最外部の拡大断面図である。
【図４】図４は、スペーサーが電極体にテープによって固定された状態を示す概略図である。
【図５】図５は、比較例１及び２に係るスペーサーの平面図である。
【図６】図６は、比較例１に係る電極体の最外部の拡大断面図である。
【図７】図７は、比較例２に係る電極体の最外部の拡大断面図である。
【図８】図８は、落下試験で発生したセパレータのめくれを示す概略図である。
【図９】図９は、封口板と電極体とが接続された状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を実施例及び図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための一実施形態としての角形非水電解質二次電池を示すものである。本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも等しく適用し得るものである。
【００１５】
（実施例１）
（正極極板の作製）
正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）が９５質量部、導電剤として
のアセチレンブラックが２．５質量部、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンが２．５質量部となるように混合し、この混合物を分散媒としてのＮ−メチルピロリドンの中に均一に分散するように混錬して、正極合剤スラリーを作製した。この正極合剤スラリーを厚みが１５μｍのアルミニウム製の正極芯体の両面にドクターブレード法により塗布、乾燥して正極芯体の両面に正極活物質層を形成した。そして正極活物質層を圧延ローラーで圧延し、所定サイズに切断して正極極板１４を作製した。なお、正極極板１４の長さ方向の一端部に正極合剤スラリーが塗布されていない芯体露出部を設け、芯体露出部には正極タブ１９を接合した。
【００１６】
（負極極板の作製）
負極活物質としての黒鉛が９５質量部、結着剤としてのスチレンブタジエンゴムが２質量部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースが３質量部となるように混合し、この混合物を分散媒としての水の中に均一に分散するように混錬して、負極合剤スラリーを作製した。この負極合剤スラリーを厚みが１０μｍの銅製の負極芯体の両面にドクターブレード法により塗布し、乾燥させて負極芯体の両面に負極活物質層を形成した。さらに負極活物質層を圧延ローラーで圧延し、所定サイズに切断して負極極板１５を作製した。なお、負極極板１５の長さ方向の一端部に負極合剤スラリーが塗布されていない芯体露出部を設け、芯体露出部には負極タブ１８を接合した。
【００１７】
（電極体の作製）
上記のようにして作製した正極極板１４及び負極極板１５を、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ１６を介して偏平状に巻回して、電極体２０を作製した。電極体２０の最外周部には正極極板１４が配置され、正極タブ１８及び負極タブ１９は電極体２０の同一面から導出されている。
【００１８】
（非水電解質の調製）
エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を体積比で２０：５０：３０（２５℃、１気圧）となるように混合して、非水電解質に用いる非水溶媒を調製した。この非水溶媒に、電解質塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解して、非水電解質を調製した。
【００１９】
（スペーサーの作製）
図１に示すように、正極タブ貫通孔１２及び負極タブ貫通孔１３に加え、幅方向の両端部にセパレータ１６を挿入するためのスリット部１１を有するスペーサー１０を、原料であるポリプロピレンを射出成型することで作製した。
【００２０】
（角形非水電解質二次電池の作製）
図２に示すように、上記のようにして作製した電極体２０のセパレータ１６のうち電極体２０の最外側に配置されている部分とその内周側の部分とを、スペーサー１０のスリット部１１に挿入した。スリット部１１に挿入されたセパレータ１６のうち、スペーサー１０の上部にはみ出した部分は電極体２０の外周方向へ折り畳んだ。次に、図９に示す一般的な角形非水電解質二次電池と同様の構成になるように電極体２０と封口板２４とを接続した。そして、封口板２４を外装ケースの開口部に溶接した後、非水電解質を注液孔２３から注入し、注液孔２３を封止することで電池内部を密封した。このようにして作製した実施例１に係る角形非水電解質二次電池の外形サイズは、厚み５．１ｍｍ×幅５１ｍｍ×高さ６１ｍｍである。
【００２１】
（実施例２）
図３及び図４に示すように、片面に粘着剤を有するテープ１７によってスペーサー１０
を電極体２０に固定したことを除いては実施例１と同様にして実施例２に係る角形非水電解質二次電池を作製した。
【００２２】
（比較例１）
図５及び図６に示すように、スペーサー５０にスリット部を設けなかったことを除いては、実施例１と同様にして比較例１に係る角形非水電解質二次電池を作製した。
【００２３】
（比較例２）
図５及び図７に示すように、スペーサー５０にスリット部を設けなかったことを除いては、実施例２と同様にして比較例２に係る角形非水電解質二次電池を作製した。
【００２４】
（落下試験）
上記のようにして作製した実施例及び比較例に係る電池各１０セルについて、落下試験を行った。落下試験は、電池単体を落下させるのではなく、電池が電子機器に装着された状態を想定して、スマートフォンを模擬した治具に電池を装着した状態で行った。なお、電池質量は約３５ｇ、治具質量は約１２５ｇである。治具に装着された電池の封口板を下向きにして、１．６５ｍの高さから平坦なコンクリート上への電池の自由落下を繰り返し行った。電池を１回落下する毎に電圧を測定し、電圧低下が生じた時の落下回数をカウントした。電圧低下が認められなかったものについては、この落下試験を繰り返して行い、落下試験の回数は３０回を上限とした。落下試験が１０回、２０回及び３０回の時点での各実施例及び比較例に係る電池のうち電圧低下が発生したものの累積数を表１にまとめて示す。
【００２５】
【表１】
2015162274.tif 000003
【００２６】
実施例１は２０回以下の落下試験で電圧低下は１セルも発生していない。一方、比較例１は安全性に問題を引き起こすほどの内部短絡は発生していないものの、１０回以下の落下試験で１０セル中３セルに電圧低下が発生し、２０回以下の落下試験で１０セルすべてに電圧低下が発生している。落下試験後の比較例１の電池を解体調査したところ、図８に示すようにセパレータの一部が正極極板と負極極板の間にめくれていることがわかった。これは、セパレータのめくれが電圧低下の原因になっていることを示唆している。実施例１においては、セパレータの一部がスペーサーのスリット部に挿入されているため、このようなセパレータのめくれによる電圧低下が抑制されているものと推察される。
【００２７】
比較例２は比較例１に比べると電圧低下の発生数は少ないが、実施例１に比べると電圧低下の発生数は多い。つまり、スペーサーを電極体に固定する手段はセパレータのめくれの防止にある程度の効果を発揮するが、スペーサーのスリット部にセパレータの一部を挿入する手段に比べるとセパレータのめくれの防止効果は十分ではない。しかし、スペーサーを電極体に固定する手段を、スペーサーのスリット部にセパレータの一部を挿入する手段と組み合わせることは電圧低下を防止するために極めて効果的である。このことは、実施例２にまったく電圧低下が発生していないことによって示されている。なお、スペーサーを電極体に固定する手段としては、上記のようなテープに限られず、スペーサーと電極
体とを糊剤によって直接固定することもできる。
【００２８】
実施例１及び実施例２においては、セパレータのうち電極体の最外側に配置された部分と、その内側に配置された部分とをスペーサーのスリット部に挿入した電池を用いた。しかし、セパレータの少なくとも一部がスペーサー部のスリット部に挿入されていれば、セパレータのめくれは防止される。そのため、スリット部に挿入するセパレータの位置は特に限定されない。なお、セパレータのめくれは電極体の外側ほど発生しやすい傾向があるため、セパレータのうち電極体の外側に配置されている部分をスペーサーのスリット部に挿入することが好ましい。巻回電極体においてはセパレータの最外周部分をスペーサーのスリット部に挿入することがより好ましく、積層電極体においては積層方向の両端部に配置されているセパレータをスペーサーのスリット部に挿入することがより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
落下試験の結果から、密閉型電池に落下衝撃が加えられたときの電圧低下を本発明が効果的に抑制することがわかった。このことは、密閉型電池に過度に落下衝撃が加えられても内部短絡が発生し難く、安全性に優れた密閉型電池を、本発明が提供することができることを示している。そのため本発明の産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００３０】
１０    スペーサー
１１    スリット部
１４    正極極板
１５    負極極板
１６    セパレータ
１７    テープ
２０    電極体
２４    封口板
【図１】
2015162274.tif 000004
【図２】
2015162274.tif 000005
【図３】
2015162274.tif 000006
【図４】
2015162274.tif 000007
【図５】
2015162274.tif 000008
【図６】
2015162274.tif 000009
【図７】
2015162274.tif 000010
【図８】
2015162274.tif 000011
【図９】
2015162274.tif 000012