(57)【要約】電池ケースは、ケース本体(２０)と、当該本体の開口部を塞ぐ封口体と、ケース本体(２０)と封口体とが接触する部分に介在する絶縁体(４０)とを備える。電池ケースでは、ケース本体(２０)の開口端部(２２)が封口体に対してかしめられ、封口体には、開口端部（２２）が押し付けられることにより窪み(３６)が形成されている。
2015125413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース本体と、
前記ケース本体の開口部を塞ぐ封口体と、
前記ケース本体と前記封口体とが接触する部分に介在する絶縁体と、
を備えた電池ケースであって、
前記ケース本体は、前記開口端部が前記封口体に対してかしめられ、
前記封口体には、前記開口端部が押し付けられることにより窪みが形成されている、電池ケース。
【請求項２】
前記絶縁体は、前記封口体よりも硬いフィラーを含有する、請求項１に記載の電池ケース。
【請求項３】
前記絶縁体は、前記ケース本体の内面に塗装された樹脂塗膜である、請求項１又は２に記載の電池ケース。
【請求項４】
前記封口体には、前記開口端部が押し付けられる部分に、前記開口端部が嵌合する凹部が予め形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池ケース。
【請求項５】
前記封口体に押し付けられる前記開口端部の角が、面取りされている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池ケース。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池ケースと、
前記電池ケース内に収容された電極体と、
前記電池ケース内に収容された電解質と、
を備えた、電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池ケース及び電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、例えば正極、負極、及びセパレータを含む電極体と、電解質と、これらを収容する電池ケースとを備える。電池ケースは、有底円筒形状等を有するケース本体と、ケース本体の開口部を塞ぐ封口体とを備える。例えば、特許文献１は、ケース本体と封口体との間に位置して電池ケース内の気密性を維持するガスケットを備えたリチウム二次電池を開示している。【０００３】
図５は、従来の電池５０を示す断面図である。
図５に示すように、電池５０は、電極体５１を収容するケース本体５３と、当該本体の開口部を塞ぐ封口体５４とを含む電池ケース５２を備える。ケース本体５３と封口体５４との間には、弾性を有する樹脂製のガスケット５５が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８４２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の電池５０では、ガスケット５５に対してケース本体５３の開口端部がかしめられることによりガスケット５５が圧縮され、電池ケース５２の内部が密閉されている。このため、従来の封止構造では、ガスケットの劣化による圧縮反力の低下等により封止性能が損なわれて，電池の劣化を引き起こす場合がある。【０００６】
また、ガスケットの圧縮により封止性能を確保する従来の封止構造では、肉厚がある体積の大きなガスケットの使用を余儀なくされる。このため、電極体を収容する部分の体積が減少する。ゆえに、従来の封止構造は、電池容量向上の観点からも改良の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電池ケースは、ケース本体と、ケース本体の開口部を塞ぐ封口体と、ケース本体と封口体とが接触する部分に介在する絶縁体とを備えた電池ケースであって、ケース本体は、開口端部が封口体に対してかしめられ、封口体には、開口端部が押し付けられることにより窪みが形成されていることを特徴とする。【０００８】
本発明に係る電池は、上記電池ケースと、電池ケース内に収容された電極体と、電池ケース内に収容された電解質とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、優れた封止性能を有し、且つ電池容量の向上に寄与する電池ケースを提供することができる。本発明に係る電池ケースの封止構造は、ケース本体の開口端部を封口体に対してかしめることにより、肉厚のあるガスケットを用いなくても優れた封止性能を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の一例である電池を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】本発明の実施形態の一例である絶縁体の断面図である。
【図４】本発明の実施形態の一例である封止構造の変形例を示す図である。
【図５】従来の電池を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。なお、説明の便宜上、電池及び電池ケースにおいて、封口体側を上、ケース本体の底面部側を下とする。
【００１２】
本実施形態では、正極と負極がセパレータを介して巻回されてなる巻回型の電極体と、非水電解質とを収容する円筒型の電池ケース１２を例示するが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、巻回型の電極体に代えて、正極及び負極がセパレータを介して積層されてなる積層型の電極体など、他の形態の電極体が適用されてもよい。また、電池ケースの形態は、角型、コイン型、ボタン型等であってもよい。
【００１３】
図１は、電池１０を示す断面図である。
図１に示すように、電池１０は、電極体１１と、電解質（図示せず）と、これらを収容する電池ケース１２とを備える。電極体１１は、上記のように、正極１１ａと負極１１ｂがセパレータ１１ｃを介して巻回されてなる巻回型構造を有する。電極体１１は、正極１１ａに取り付けられた正極リード１３と、負極１１ｂに取り付けられた負極リード１４とを有する。電池ケース１２は、詳しくは後述するように、ケース本体２０と、ケース本体２０の開口部を塞ぐ封口体３０と、少なくともケース本体２０と封口体３０とが接触する部分に介在する絶縁体４０とを備える。
【００１４】
電池１０は、電極体１１の上下に絶縁板１５，１６をそれぞれ備えることが好適である。即ち、電極体１１は、２つの絶縁板によって上下から挟まれている。正極リード１３は、絶縁板１５の貫通孔を通って封口体３０側に延びている。負極リード１４は、絶縁板１６の貫通孔を通ってケース本体２０の底面部側に延びている。
【００１５】
正極１１ａは、例えば金属箔等の正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とで構成される。正極集電体には、アルミニウムなどの正極１１ａの電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極集電体は、例えば長尺状のシート形状を有し、その両面に正極活物質層が形成される。正極活物質層は、正極活物質の他に、導電材及び結着材を含むことが好適である。
【００１６】
正極活物質は、例えばリチウム含有複合酸化物である。リチウム含有複合酸化物としては、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯ2、ＬｉxＣｏyＭ1-yＯz、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯz、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2-yＭyＯ4、ＬｉＭＰＯ4、Ｌｉ2ＭＰＯ4Ｆ｛０＜ｘ≦１．２、０＜ｙ≦０．９、２．０≦ｚ≦２．３、Ｍは、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂのうち少なくとも１種｝等が例示できる。
【００１７】
導電材としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料が例示できる。結着材としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、又はこれらの変性体等が例示できる。結着材は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等の増粘剤と併用されてもよい。
【００１８】
負極１１ｂは、例えば金属箔等の負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質層とを備える。負極集電体には、アルミニウムや銅などの負極１１ｂの電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極集電体は、例えば長尺状のシート形状を有し、その両面に負極活物質層が形成される。負極活物質層は、負極活物質の他に、結着剤を含むことが好適である。また、必要により導電材を含んでいてもよい。
【００１９】
負極活物質は、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、リチウム、珪素、炭素、錫、ゲルマニウム、アルミニウム、鉛、インジウム、ガリウム、リチウム合金、予めリチウムを吸蔵させた炭素や珪素、これらの合金や混合物等を用いることができる。結着剤としては、正極の場合と同様にＰＴＦＥ等を用いることもできるが、スチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）又はこの変性体等を用いることが好ましい。結着剤は、ＣＭＣ等の増粘剤と併用されてもよい。
【００２０】
セパレータ１１ｃには、例えばイオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータ１１ｃの材質としては、セルロース、又はポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂が好適である。セパレータ１１ｃは、セルロース繊維層及びオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂繊維層を有する積層体であってもよい。
【００２１】
電解質は、例えば非水溶媒と、非水溶媒に溶解したリチウム塩等の電解質塩と、を含む非水電解質である。非水電解質は、液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、及びこれらの２種以上の混合溶媒等を用いることができる。非水溶媒は、これら溶媒の水素をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。
【００２２】
以下、電池ケース１２の構成、特に電池ケース１２の封止構造について詳説する。
【００２３】
電池ケース１２は、電極体１１と電解質を収容する金属製容器である。電池ケース１２は、有底円筒状のケース本体２０を備え、封口体３０によりケース本体２０の開口部が塞がれた構造を有する。本実施形態では、負極リード１４がケース本体２０の底面部の内面に溶接等で接続されており、ケース本体２０が負極外部端子として兼用されている。正極リード１３は、後述する封口体３０のフィルタ３１の下面に溶接等で接続されており、フィルタ３１と電気的に接続された封口体３０のキャップ３５が正極外部端子となる。
【００２４】
ケース本体２０は、封口体３０が載せられる支持部２１を有することが好適である。詳しくは後述するように、封口体３０は、支持部２１と、封口体３０に対してかしめられた開口端部２２とにより挟持される。支持部２１は、ケース本体２０の上部に形成され、ケース本体２０の内面の一部が内側に突出した形状を有し、突出した部分の上面で封口体３０を支持する。支持部２１は、ケース本体２０の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、例えばケース本体２０の側面部を外側からプレスして形成される。なお、電極体１１と電解質は、ケース本体２０の支持部２１よりも下部に収容される。
【００２５】
ケース本体２０の構成材料は、例えば銅、ニッケル、鉄、又はこれらの合金等であり、好ましくは鉄又は鉄合金である。ケース本体２０が鉄製である場合は、鉄の腐食を防止するために、ニッケル等のめっきをケース本体２０の内面に施すことが好ましい。
【００２６】
封口体３０は、複数の部材を重ね合わせて構成されていることが好適である。本実施形態では、下から順に、フィルタ３１、下弁体３２、絶縁板３３、上弁体３４、及びキャップ３５を重ね合わせて封口体３０が構成されている。また、上弁体３４とキャップ３５との間には、ＰＴＣ素子が設けられていてもよい。封口体３０を構成する各部材は、例えば円盤形状又はリング形状を有している。下弁体３２及び上弁体３４には、電池の内圧が上昇した時に破断する薄肉部（図示せず）が形成されている。上記のように、フィルタ３１は、正極リード１３が接続される部材であって、貫通孔３１ａを有する。キャップ３５は、封口体３０の最上部（最外部）に設けられる部材であって、正極外部端子として機能する。キャップ３５には、ガス抜き孔３５ａが形成されている。
【００２７】
封口体３０を構成する各部材（絶縁板３３を除く）は、互いに電気的に接続されている。具体的には、フィルタ３１と下弁体３２が各々の周縁部で互いに接合されており、上弁体３４とキャップ３５も各々の周縁部で互いに接合されている。一方、下弁体３２と上弁体３４は、各々の中央部で互いに接触しており、各周縁部の間には絶縁板３３が介在している。図１に示す例では、下弁体３２の中央部近傍が上弁体３４側に膨出して、上弁体３４の下面に接触している。各弁体の接触部分は、溶接等により接合されていることが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、電池１０の内圧が上昇すると、まず下弁体３２が薄肉部で破断する。これにより、上弁体３４がキャップ３５側に膨れて下弁体３２から離れることにより両者の電気的接続が遮断される。さらに内圧が上昇した場合には、上弁体３４が薄肉部で破断して、電池内部で発生したガスがキャップ３５のガス抜き孔３５ａを通って外部へ排出される。
【００２９】
封口体３０の構成材料（絶縁板３３を除く）は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。なお、キャップ３５は、鉄製又は鉄合金製であってもよい。絶縁板３３（絶縁板１５，１６も同様）は、絶縁性、耐薬品性（耐電解質性）に優れる樹脂で構成され、ガラス繊維等の補強材を含有していてもよい。
【００３０】
ケース本体２０の内面と封口体３０の外周面、上下面との間には絶縁体４０が設けられる。絶縁体４０は、特にケース本体２０と封口体３０との電気的接触を防止する役割を果たす。具体的には、少なくとも４Ｖ程度の電池電圧において絶縁性を担保することが好ましい。本実施形態では、ケース本体２０の上端部である開口端部２２から支持部２１にわたって絶縁体４０が設けられている。絶縁体４０は、例えば封口体３０側に設けることもできるが、ケース本体２０の内面に薄膜層（絶縁膜）として形成することが好適である。絶縁体４０の厚みは、絶縁機能を損なわない範囲で薄いことが好ましく、例えば１０μｍ〜１０００μｍである。
【００３１】
絶縁体４０は、絶縁性、耐薬品性（耐電解質性）、ケース本体２０との密着性等に優れた樹脂４１（後述の図３参照）で構成されることが好ましい。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、及びこれらのエラストマー等が挙げられる。或いは、架橋密度が高く硬い樹脂（例えば、エポキシ樹脂等）を用いてもよい。また、電極の結着材に用いられるものと同じ樹脂、例えばＰＴＦＥ、ＰＶｄＦ、ＳＢＲ等を用いてもよい。
【００３２】
絶縁体４０は、例えば接着剤等を用いてケース本体２０の内面に樹脂シートを貼り付けることにより設けてもよいが、ケース本体２０との密着性や生産性等の観点から、ケース本体２０の内面に塗装される樹脂塗膜（樹脂層）であることが好ましい。樹脂塗膜は、例えば樹脂４１が溶解した溶液をケース本体２０の内面に塗布し、有機溶剤等の溶媒を揮発除去（乾燥）することにより形成できる。
【００３３】
図２は、図１のＡ部拡大図であって、電池ケース１２の封止構造を示す図である。
図２に示すように、ケース本体２０は、その上端部である開口端部２２が封口体３０に対してかしめられている。そして、封口体３０には、開口端部２２が押し付けられることにより窪み３６が形成されている。即ち、窪み３６が形成されるほど開口端部２２が封口体３０に強く接触している。電池ケース１２では、開口端部２２を封口体３０に対してかしめることにより、電池ケース１２内の気密性を確保することができる。開口端部２２は、ケース本体２０の周方向全長にわたってかしめられ、封口体３０の上面には環状の窪み３６が形成される。封口体３０は、支持部２１と開口端部２２とにより上下から挟持固定されている。
【００３４】
電池ケース１２の封止構造では、優れた封止性能を実現するために、開口端部２２が封口体３０に強く押し付けられて封口体３０に食い込む必要がある。ゆえに、封口体３０の硬度（硬さ）は、ケース本体２０の硬度以下であり、好ましくはケース本体２０の硬度よりも低く設定される。即ち、封口体３０は、ケース本体２０よりも柔らかく、変形し易いことが好ましい。ケース本体２０、封口体３０、及び後述のフィラー４２の硬度は、島津製作所ＤＵＨ−Ｗ２０１等の測定装置により測定することができる。
【００３５】
本実施形態では、封口体３０のキャップ３５に開口端部２２が押し付けられる。即ち、キャップ３５の硬度が、ケース本体２０の硬度以下であることが好ましい。上記のように、ケース本体２０の構成材料は、例えば鉄又は鉄合金であり、キャップ３５の構成材料は、例えば鉄、アルミニウム、又はこれらの合金である。封止性能向上の観点からは、アルミニウム製のキャップ３５を用いることが好ましい。
【００３６】
封口体３０に押し付けられる開口端部２２の角は、面取りされていることが好適である。即ち、開口端部２２の角は、丸みを帯びていることが好適である。この場合、封口体３０には、断面形状が略半円形状の窪み３６が形成される。これにより、開口端部２２と封口体３０との接触面積が大きくなって封止性能が向上する。また、例えば絶縁体４０に加わる圧力が低減されて絶縁体４０の損傷を防止でき、絶縁性能も向上する。
【００３７】
電池ケース１２の封止構造では、絶縁体４０が開口端部２２と窪み３６との間に介在しており、ケース本体２０と封口体３０との絶縁性を確保している。絶縁体４０は、当該絶縁機能を有していればよく、従来のガスケット５５（図５参照）のように圧縮変形している必要はない。つまり、電池ケース１２の封止構造では、開口端部２２が封口体３０に対してかしめられることで封止性能が確保されており、封止性能だけを考慮すれば絶縁体４０は不要である。ゆえに、電池ケース１２の封止構造は、従来ガスケットが担ってきた封止機能と絶縁機能を、上記かしめ構造と絶縁体４０とに分担させた構造であると言える。
【００３８】
図３は、絶縁体４０の断面図である。
図３に示すように、絶縁体４０は、絶縁性のフィラー４２を含有することが好適である。即ち、絶縁体４０は、樹脂４１からなる薄膜層中にフィラー４２が分散した構造とすることが好適である。フィラー４２は、絶縁体４０を補強する役割を果たし、上記かしめにより絶縁体４０が押し潰されて絶縁性が低下することを抑制する。ゆえに、フィラー４２の硬度は、少なくとも封口体３０の硬度よりも高いことが好ましく、ケース本体２０の硬度より高くてもよい。封止性及び絶縁性向上の観点から、封止構造に関わる各部材の硬さは、フィラー４２（絶縁体４０）≧ケース本体２０＞封口体３０（キャップ３５）であることが好ましい。
【００３９】
フィラー４２としては、樹脂４１に対して分散性が良く、硬いものを用いることが好適である。具体的には、金属酸化物粒子、例えばアルミナやシリカ、酸化チタン等が例示できる。フィラー４２の粒径（体積平均粒径）は、絶縁体４０の厚みによっても異なるが、好ましくは０．１μｍ〜１０μｍ程度である。フィラー４２の含有量は、絶縁体４０の補強性や、絶縁体４０とケース本体２０との密着性等の観点から決定され、例えば絶縁体４０の総体積に対して５体積％〜７０体積％、好ましくは１０体積％〜５０体積％である。
【００４０】
上記構成を備えた電池ケース１２を用いることにより、封止性能に優れ、且つ大きな容量を有する電池１０を提供することができる。電池ケース１２によれば、内部の気密性を長期にわたって維持することができ、例えば電池１０の長寿命化を図ることができる。
【００４１】
電池ケース１２の封止構造では、ガスケットを圧縮することで気密性を確保する従来の構造とは異なり、ケース本体２０を封口体３０に対してかしめ、両者を強く密着させることにより気密性を確保する。当該かしめよる応力は長期にわたって維持されるため、従来構造のようにガスケットの圧縮反力の低下等により封止性能が損なわれることがなく、優れた封止性能を長期にわたって維持できる。
【００４２】
また、従来の封止構造では、肉厚のあるガスケットの使用を余儀なくされるが、電池ケース１２の場合は、ケース本体２０と封口体３０との間に設けられる樹脂層は絶縁機能を有していればよく、その厚みは従来のガスケットよりも大幅に薄膜化できる。即ち、電池ケース１２の封止構造では、肉厚のあるガスケットを用いる必要がない。これにより、電池ケース１２の電極体１１を収容する部分（支持部２１よりも下部）の体積を増やすことができる。ゆえに、電池ケース１２の封止構造によれば、電極面積の大きな電極体１１を用いることができ、電池容量を向上させることができる。
【００４３】
例えば、従来の電池ケース５２の上端から支持部５６の下までの上下方向長さがＬ３である場合、電池ケース１２では、同じ部分の上下方向長さを、Ｌ３よりも短いＬ１とすることができる（図１，５参照）。このため、電池ケース１２によれば、電極体１１を収容する部分（支持部２１よりも下部）の上下方向長さを長くすることができ（Ｌ２＞Ｌ４）、従来よりも大きな電極体１１を収容することが可能となる（各ケースの全長は同じ）。
【００４４】
なお、上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。
例えば、図４に示すように、封口体３０ｘには、開口端部２２が押し付けられる部分に、開口端部２２が嵌合する凹部３７が予め形成されていてもよい。凹部３７は、封口体３０ｘの上面において環状に形成されることが好適である。この場合も、開口端部２２がかしめられて凹部３７に押し付けられることで、凹部３７がさらにへこむ。即ち、凹部３７内に窪み３６が形成される。凹部３７を予め形成しておくことにより、例えば絶縁体４０の損傷を抑制することができ、また封止距離をかせぐことができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、封口体３０に内圧上昇時のガス排出手段が設けられているが、ケース本体２０に当該ガス排出手段を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、電池ケース及び電池に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１０，５０  電池
１１，５１  電極体
１１ａ  正極
１１ｂ  負極
１１ｃ  セパレータ
１２，５２  電池ケース
１３  正極リード
１４  負極リード
１５，１６，３３  絶縁板
２０，５３  ケース本体
２１，５６  支持部
２２  開口端部
３０，３０ｘ，５４  封口体
３１  フィルタ
３１ａ  貫通孔
３２  下弁体
３４  上弁体
３５  キャップ
３５ａ  ガス抜き孔
３６  窪み
３７  凹部
４０  絶縁体
４１  樹脂
４２  フィラー
５５  ガスケット
【図１】
2015125413.tif 000003
【図２】
2015125413.tif 000004
【図３】
2015125413.tif 000005
【図４】
2015125413.tif 000006
【図５】
2015125413.tif 000007
【国際調査報告】
2015125413.tif 000008
2015125413.tif 000009
2015125413.tif 000010