(57)【要約】【課題】簡素な構成でありながら安全性の高い電流遮断機構およびこれを用いた電池を得る。【解決手段】孔部を有するディスク部と、ディスク部の外周縁部に立設された絶縁封口部とを有し、ディスク部が感圧弁と発電要素との間に設けられた絶縁封口ガスケットと、電池内圧上昇時に内圧方向に変形するように構成された感圧弁からなる電流遮断機構を用いて電池を作製する。感圧弁と発電要素に設けられた電極端子とは、ディスク部の孔部を介して電気的に接続されるようにする。また、電極端子は発電要素と絶縁封口ガスケットのディスク部との間の空間に屈曲部を有して配設され、電極端子の屈曲部および終端の少なくとも一方が、ディスク部の孔部の外側に配設されるようにする。【選択図】図３
2008027668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素と、電池缶と、電流遮断機構とを備え、
上記電流遮断機構は、
上記電池缶の内圧上昇により変形する感圧弁と、
孔部を有するディスク部と、上記ディスク部の外周縁部に立設された絶縁封口部とを有し、上記ディスク部が、上記感圧弁と上記発電要素との間に設けられる絶縁封口ガスケットと
を備え、
上記感圧弁と上記発電要素に設けられた電極端子とが、上記ディスク部の孔部を介して電気的に接続され、
上記電極端子は、上記発電要素と上記絶縁封口ガスケットのディスク部との間の空間に屈曲部を有し、
上記電極端子の屈曲部および終端の少なくとも一方が、上記ディスク部の孔部の外側に配設されていることを特徴とする電池。
【請求項２】
電池内圧上昇時に上記感圧弁が変形し、前記感圧弁と上記電極端子との電気的接続が解除されることにより電流が遮断される請求項１に記載の電池。
【請求項３】
上記ディスク部の孔部の直径が３ｍｍ以上であり、
かつ上記屈曲部と上記電極端子の終端との距離に対して７５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項４】
上記電極端子は、前記電極端子の先端部に先端折り返し部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項５】
上記ディスク部の孔部の直径が３ｍｍ以上であり、
かつ上記屈曲部と上記先端折り返し部との距離に対して７５％以下であることを特徴とする請求項４に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池内圧上昇時に電池内の電流を遮断する電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電子技術の目覚しい発達により、携帯電話やノートブック型パーソナルコンピューター、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant；個人用携帯型情報端末機器）等の電子機器は高度情報化社会を支える基盤技術と認知されてきた。さらに、これらの機器の高機能化に関する研究開発は精力的に進められており、それに比例して電子機器の消費電力も増加の一途を辿っている。その反面、これらの電子機器は長時間駆動が求められており、必然的に駆動電源である二次電池の高エネルギー密度化が望まれてきた。
【０００３】
電子機器に内蔵される電池の占有体積や重量等の観点より、電池のエネルギー密度は高いほど望ましい。そこで現在ではこの要求に応えるべく、リチウム（Ｌｉ）を電極反応物質として用いた電池、例えば、リチウム／二酸化マンガン電池、リチウム／硫化鉄電池、リチウムイオン電池が提案されている。これら電池は、正極および負極をセパレータを介して積層し、渦巻き状に巻回した巻回構造を有しており、これによって高い保存特性、低温特性、負荷特性等を示している。
【０００４】
一方、電池は過充電や誤使用等により大電流が流れることにより電池内の温度が上昇する。これらの電池は電解液として非水系の溶媒を用いていることから、電池内温度上昇時に熱暴走のおそれがある。また、ガスが発生して電池内圧が上昇する可能性もある。
【０００５】
そこで、このような問題に対処すべく、以下の特許文献１のように、電池内温度が上昇した際や大電流が流れた際に、電池内で物理的に回路を遮断する電流遮断機構を設けた電池が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特許２７０１３７５号公報
【０００７】
また、以下の特許文献２のように、電流遮断機構とともに、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限する熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）が用いられている電池もある。
【０００８】
【特許文献２】特開２００４−０３１１６５号公報
【０００９】
特許文献１および特許文献２では、電流遮断機構として、図１に示すような電池内圧の上昇時に内圧方向に変形を生じる感圧弁３と、感圧弁３が変形を生じる側と逆側に設けられた略中央に孔部７ａを有する遮断ディスク７と、感圧弁３と遮断ディスク７の間に設けられた絶縁性を有するディスクホルダ６を有し、電極端子１５が遮断ディスク７の孔部７ａを通じて感圧弁３と接続された構成を有している。
【００１０】
感圧弁３には、遮断ディスク７側に向けて突出部３ａが形成されており、この突出部３ａがディスクホルダ６および遮断ディスク７のそれぞれの孔部６ａ、７ａが重ねあわされた部分に位置するように構成されている。また、ディスクホルダ６および遮断ディスク７には、略中央に設けた孔部６ａ、７ａの他、ガス抜き孔６ｂ、７ｂが設けらることもある。
【００１１】
上述のような電流遮断機構を有する電池は、電池蓋２の内側面に感圧弁３を設け、感圧弁３の突出部３ａと巻回電極体１０から導出した電極端子１５とをディスクホルダ６および遮断ディスク７の孔部６ａ、７ａを通じて接続した後、巻回電極体１０を収容した電池缶１と、電池蓋２とを、電池缶１の開放端部内側に設けたリング状の絶縁封口ガスケット５を介してかしめることにより作製される。
【００１２】
図２Ａおよび図２Ｂに、このような電池の電流遮断機構の電流遮断前後の動作を示す。図２Ａのように構成された電流遮断機構は、電池内圧上昇時に図２Ｂに示すように、感圧弁３が内圧方向に変形し、感圧弁３と接続されていた電極端子１５との接点部が剥離したり、電極端子１５が破断して電流が遮断され、それ以上の発熱および内圧上昇が抑制される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、このような電流遮断機構は用いられる部品点数が多く構造が複雑であり、また、電流遮断のための多くの部品を嵌めあいで作製するため、部品のそれぞれが高い寸法精度を必要することから製造コストが高いという問題があり、一次電池では使用されていない。
【００１４】
したがって、この発明の目的は、上記問題点に鑑み、簡素な構成を有し、かつ安全性の高い電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、この発明は、発電要素と、電池缶と、電流遮断機構とを備え、電流遮断機構は、電池缶の内圧上昇により変形する感圧弁と、孔部を有するディスク部およびディスク部の外周縁部に立設された絶縁封口部とを有し、ディスク部が感圧弁と発電要素との間に設けられる絶縁封口ガスケットとを備え、感圧弁と発電要素に設けられた電極端子とは、ディスク部の孔部を介して電気的に接続され、電極端子は発電要素と絶縁封口ガスケットのディスク部との間の空間に屈曲部を有し、電極端子の屈曲部および終端の少なくとも一方がディスク部の孔部の外側に配設されていることを特徴とする電池である。
【００１６】
上述の電池では、ディスク部の孔部の直径が３ｍｍ以上であり、かつ電極端子の屈曲部と終端との距離に対して７５％以下であることが好ましい。
【００１７】
また、電極端子の先端部が折り返されることにより、さらに先端折り返し部が設けられるようにしてもよい。このような場合も、ディスク部の孔部の直径が３ｍｍ以上であり、かつ電極端子の屈曲部と、先端折り返し部との距離に対して７５％以下であることが好ましい。
【００１８】
この発明では、感圧弁の変形により電極端子が絶縁封口ガスケットに引っかかり、感圧弁と電極端子とが剥離することにより、電流を遮断することができる。
【００１９】
また、絶縁封口ガスケットに電極端子が引っかかるような構成とすることにより、少ない部品点数で電流遮断機構を構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、簡素な構成でありながら安全性の高い電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図３は、この発明の一実施形態による非水電解質一次電池の一例であるリチウム硫化鉄一次電池２０を示す。図３に示すリチウム硫化鉄一次電池２０は、いわゆる円筒型と呼ばれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶２１の内部に発電要素である巻回電極体３０を有している。巻回電極体３０は、正極活物質を有する帯状の正極３１と、負極活物質を有する帯状の負極３２とが、イオン透過性を有するセパレータ３３を介して多数回巻回されてなる。
【００２３】
電池缶２１は、例えばニッケルメッキが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され、他端部が開放されている。電池缶２１の内部には、巻回電極体３０を挟み込むように、周面に対して垂直に一対の絶縁板２７および絶縁板２８がそれぞれ配置されている。
【００２４】
電池缶２１の開放端部には、電池蓋２２と、この電池蓋２２の内側に設けられた熱感抵抗素子２４と、感圧弁２３および絶縁封口ガスケット２５からなる電流遮断機構２６とが備えられている。この電流遮断機構２６は、感圧弁２３および熱感抵抗素子２４とが、絶縁封口ガスケット２５を介してかしめられることにより取り付けられて構成され、リチウム硫化鉄一次電池２０の内部は密閉されている。
【００２５】
電池蓋２２は、略中央部に電池外部方向に突出した突起２２ａを有するように構成されており、リチウム硫化鉄一次電池２０の使用時には、突起２２ａが電子機器の＋端子に接触される。電池蓋２２は、例えば電池缶２１と同様の材料により構成される。
【００２６】
熱感抵抗素子２４は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものであり、例えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構成されている。
【００２７】
以下、電流遮断機構２６および電流遮断機構２６と接続される正極端子３５について、図４および図５を参照して詳しく説明する。なお、図４は、電池缶２１の開放端部の構成を示す断面図であり、図５は電池缶２１の開放端部に設けられる各部品の半部の斜視図である。
【００２８】
電流遮断機構２６は、巻回電極体３０から導出された正極端子３５が接続された感圧弁２３と絶縁封口ガスケット２５とからなる。
【００２９】
感圧弁２３は、導電性を有する金属材料等からなり、例えば熱感抵抗素子２４を介して電池蓋２２と電気的に接続されている。感圧弁２３は、略中央部が巻回電極体３０側に突出した突出部２３ａを有する円板状であり、突出部２３ａの外側面は、正極端子３５が接続されるようになされた接触面とされている。この突出部２３ａは、内部短絡または外部からの加熱、加圧等により電池の内圧が一定以上となった場合に反転して、電池蓋２の方向に変形可能なように構成される。
【００３０】
絶縁封口ガスケット２５は、孔部２５ｃを有するリング状部材からなるディスク部２５ｂの外周縁部に絶縁封口部である側壁部２５ａが立設されてなる絶縁部材で構成されており、例えばアスファルトが塗布されている。アスファルトは、少なくとも側壁部２５ａの表面に塗布される。
【００３１】
絶縁封口ガスケット２５の側壁部２５ａは、電池缶２１の開放端部内側に沿うように設けられ、電池蓋２２をかしめてリチウム硫化鉄一次電池２０を作製した際に、極性の異なる電池缶２１と電池蓋２２とを絶縁するとともに、リチウム硫化鉄一次電池２０を密閉し、外部からの水分およびガス等の流入や、リチウム硫化鉄一次電池２０内の非水電解液の漏れ等を防止する。また、ディスク部２５ｂは、感圧弁２３と巻回電極体３０との間に配設され、孔部２５ｃを通じて感圧弁２３と正極端子３５とが、例えば抵抗溶接により接続されることにより、電池内圧上昇時に感圧弁２３が変形した際、正極端子３５がディスク部２５ｂに引っかかるように構成されている。なお、ディスク部２５ｂには、孔部２５ｃの周りにガス抜き孔が形成されていてもよい。
【００３２】
図４および図５に示すように、絶縁封口ガスケット２５と、感圧弁２３と、熱感抵抗素子２４と、電池蓋２２とが、電池缶２の底面部方向から開放端部に向けて順に設けられている。また、絶縁封口ガスケット２５の孔部２５ｃには感圧弁２３の突出部２３ａが嵌合されるようにして配設され、孔部２５ｃを通じて突出部２３ａと正極端子３５とが接続される。
【００３３】
正極端子３５は、ある程度剛性の高い材料を用いることが好ましく、例えばアルミニウム（Ａｌ）が選択される。これは、感圧弁２３が電池蓋２２方向に変形した際、正極端子３５が孔部２５ｃに引き込まれるのを防止するためである。
【００３４】
正極端子３５は、巻回電極体３０から絶縁体２８を通じて導出された後、電池缶２に近づくように配設され、再度電池中心部方向に向けて折り返された屈曲部である折り返し部３５ｂを有し、この折り返し部３５ｂと電極端子３５の終端３５ａとがそれぞれ絶縁封口ガスケット２５の孔部２５ｃの外側に位置するように設けられる。これにより、感圧弁２３が変形した際に、折り返し部３５ｂと終端３５ａとがディスク部２５ｂに引っかかる。
【００３５】
また、図４に示すように、正極端子３５が感圧弁２３と接続される部分では、正極端子３５が感圧弁２３の突出部２３ａに近づくように屈曲されて構成されているが、正極端子３５はこのような構成に限ったものではなく、折り返し部３５ｂから終端３５ａまでが略一直線状に設けられてもよい。
【００３６】
正極端子３５の剛性が十分に高い場合、折り返し部３５ｂおよび終端３５ａのいずれか一方が絶縁封口ガスケット２５の孔部２５ｃの外側に位置するように設けられてもよい。感圧弁２３の変形時にいずれか一方がディスク部２５ｂに引っかかるだけで、正極端子３５が感圧弁２３の変形に追随することなく接続部の解除がなされるためである。
【００３７】
ここで、図４の参照符号Ｌで示される孔部２５ｃの直径は、３ｍｍ以上とされることが好ましい。孔部２５ｃの直径が３ｍｍ未満の場合、感圧弁２３と正極端子３５との溶接や加工が困難となり、接続強度が得られなくなるおそれがある。
【００３８】
また、孔部２５ｃの直径Ｌは、図４の参照符号ｌで示される正極端子３５の折り返し長さの７５％以下となるようにすることが好ましい。ここで、折り返し長さとは、折り返し部３５ｂから終端３５ａまでの距離である。孔部２５ｃの直径Ｌが正極端子３５の折り返し長さｌの７５％を超える長さとなった場合、電池内圧上昇時に正極端子３５が孔部２５ｃに引き込まれ易くなり、接続を解除することができなくなるおそれがある。孔部２５ｃの直径を正極端子３５の折り返し長さの７５％以下となるようにすることで、感圧弁２３と正極端子３５との接続を確実に解除して、電流の遮断を起こすことができる。
【００３９】
また、図６に示すように、正極端子３５の先端部をさらに折り返した先端折り返し部３５ｃを設けて感圧弁２３と接続することにより、さらに孔部２５ｃに引き込まれにくくすることもできる。この場合、先端折り返し部３５ｃから終端３５ａまでの長さは特に限定されず、数ｍｍ程度の折り返しで高い効果を得ることができる。
【００４０】
図６のような構成の場合も図４のような構成の場合と同様に、孔部２５ｃの直径は、３ｍｍ以上とされることが好ましく、また、正極端子３５の折り返し長さの７５％以下とされることが好ましい。なお、図６のように先端折り返し部３５ｃを設けた場合の正極端子３５の折り返し長さは、折り返し部３５ｂから先端折り返し部３５ｃまでの距離である。
【００４１】
また、正極端子３５の幅が、孔部２５ｃの直径と略同等またはより広くなるように構成してもよい。上述のような正極端子３５の構成を組み合わせることも可能であり、これによってより確実に電流の遮断を起こすことができる。
【００４２】
上述のような構成を有する電流遮断機構２６は、以下のような動作により電流を遮断する。
【００４３】
このような電流遮断機構２６を設けたリチウム硫化鉄一次電池２０では、電池内圧上昇時に感圧弁２３が電池蓋２の方向に変形を生じ、電極端子３５との接続が解除されることにより電流が遮断される。図７Ａに示すように、孔部２５ｃを通じて感圧弁２３と接続されていた正極端子３５は、電池内圧が上昇すると図７Ｂに示すように感圧弁２３が電池蓋２２の方向に反転して変形する。
【００４４】
このとき、折り返し部３５ｂおよび終端３５ａのそれぞれが絶縁封口ガスケット２５のディスク部２５ｂに引っかかり、感圧弁２３の変形に追随することなくと正極端子３５との接続部分の剥離が生じる。これにより電池内部の電流を遮断して、それ以上の発熱および内圧上昇が抑制される。
【００４５】
以下、巻回電極体３０について説明する。
【００４６】
［巻回電極体］
巻回電極体３０の正極３１には、アルミニウム等よりなる正極端子３５が接続されており、負極３２には、ニッケル等よりなる負極端子３６が接続されている。正極端子３５は、感圧弁２３に溶接されることにより電池蓋２２と電気的に接続されている。負極端子３６は、電池缶２１に溶接され電気的に接続されている。
【００４７】
また、正極３１と負極３２との間のセパレータ３３には、非水電解質として、例えば非水電解液が含浸されている。セパレータ３３は、正極３１と負極３２との間に配されることにより、正極３１と負極３２の物理的接触を防ぐ機能を有する。さらに、セパレータ３３は、非水電解液を吸収することにより非水電解液を保持するとともに、放電時にリチウムイオンが通過できるものである。
【００４８】
［正極］
正極３１は、帯状の形状を有する正極集電体と、この正極集電体の両面に形成された正極合剤層とからなる。正極集電体は、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔等の金属箔である。
【００４９】
正極合剤層は、例えば、正極活物質である二硫化鉄（ＦｅＳ2）と、導電剤と、結着剤とからなる。正極活物質である二硫化鉄は、主に自然界に存在する黄鉄鉱（Pyrite）を粉砕したものが用いられるが、化学合成、例えば、塩化第一鉄（ＦｅＣｌ2）を硫化水素（Ｈ2Ｓ）中にて焼成して得られる二硫化鉄なども使用可能である。
【００５０】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等が用いられる。また、導電剤としては、正極活物質に適量混合して導電性を付与できる材料を用い、例えば、グラファイト、カーボンブラックなどの炭素粉末を用いることができる。
【００５１】
［負極］
負極３２は、帯状の形状を有する金属箔からなる。この負極活物質でもある金属箔の材料としては、リチウム金属またはリチウムにアルミなどの合金元素を添加したリチウム合金などが挙げられる。
【００５２】
［電解液］
電解液は、非水溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、一般的に使用される材料が使用可能である。
【００５３】
非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリルあるいはプロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、絡酸エステルあるいはプロピオン酸エステル等が好ましく、これらのうちのいずれか１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００５４】
電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられ、アニオンには、Ｃｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-、ＳＣＮ-、ＣｌＯ4-、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣＦ3ＳＯ3-等が用いられる。具体的には、例えばＬｉＣｌ、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＢｒ、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、Ｎ（ＣｎＦ2n+1ＳＯ2）2Ｌｉなどがあり、これらのうちのいずれか１種または２種以上が混合して用いられている。中でも、ＬｉＰＦ6を主として用いることが好ましい。また、電解質塩濃度としては、上記非水溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上、２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。
【００５５】
［セパレータ］
セパレータ３３は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００５６】
セパレータ３３の厚みは５μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、７μｍ以上３０μｍ以下がより好ましい。セパレータ３３は、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。
【００５７】
上述の構成を有するリチウム硫化鉄一次電池２０は、例えば以下のようにして作製することができる。
【００５８】
［正極の作製］
上述の正極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン等の溶剤中に分散させ、必要に応じてボールミル、サンドミル、二軸混練機等によりスラリー状にする。次に、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体３１ｂの両面に均一に塗布する。さらに、常温もしくは高温で乾燥させて溶剤を飛ばした後、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより正極活物質層３１ａが形成される。なお、このとき、シート状に形成した正極合剤を正極集電体３１ｂに貼り付けることにより、正極活物質層３１ａを形成してもよい。
【００５９】
なお、溶剤としては、電極材料に対して不活性であり、かつ結着剤を溶解し得るものであれば特に限定はなく、無機溶剤、有機溶剤のいずれも用いることができる。
【００６０】
また、塗布装置については特に限定されず、スライドコーティングやエクストルージョン型のダイコーティング、リバースロール、グラビア、ナイフコーター、キスコーター、マイクログラビア、ロッドコーター、ブレードコーターなどが使用できる。また、乾燥方法についても特に制限はないが、放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できる。
【００６１】
正極３１の一端部には、抵抗溶接または超音波溶接により正極端子３５が溶接される。正極端子３５は、正極３１の端部に設けられた正極集電体露出部に溶着されるようにすることが好ましい。
【００６２】
［負極の作製］
リチウム金属もしくはリチウム合金からなる負極３２の一端部には、正極３１と同様に抵抗溶接または超音波溶接、圧着等により負極端子３６が溶接される。負極端子３６は、例えば銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）またはステンレス（ＳＵＳ）等、リチウムと合金を形成しない材料により構成されていることが好ましく、中でも銅（Ｃｕ）が好ましい。リチウムと銅は接触抵抗が小さいため、電池の内部抵抗を低減し、電圧および負荷特性を向上させることができる。
【００６３】
［リチウム硫化鉄一次電池の作製］
次に、上述のようにして得られた帯状の形状を有する正極３１と、負極３２と、セパレータ３３とを、例えば正極３１、セパレータ３３、負極３２、セパレータ３３の順に積層し、長手方向に多数回巻回して巻回電極体３０を作製する。
【００６４】
次に、底部に絶縁板２７が予め挿入され、内側に例えばニッケルメッキが予め施された電池缶２１に、巻回電極体３０を収納する。その後、負極３２の集電をとるために負極端子３６の端部を電池缶２１に溶接する。これにより、電池缶２１は負極３２と導通をもつことになり、外部負極となる。
【００６５】
次に、巻回電極体３０の上面に絶縁板２８を配設する。その後、正極３１の集電をとるために、正極端子３５の端部を電池蓋２２の一面に熱感抵抗素子２４を介して設けられた感圧弁２３の突出部２３ａに接続する。正極端子３５は、絶縁封口ガスケット２５の孔部２５ｃを通じて突出部２３ａと接続されるようにする。これにより、電池蓋２２は正極３１と導通をもつこととなり、外部正極となる。
【００６６】
さらに、この電池缶２１の中に非水電解液を注入した後、絶縁封口ガスケット２５、感圧弁２３、が巻回電極体３０および感圧弁２３の間に位置するように配置し、この絶縁封口ガスケット２５を介して電池蓋２２をかしめる。
【００６７】
以上により、電池蓋２２が固定された円筒型のリチウム硫化鉄一次電池が作製される。このようにして作製されたリチウム硫化鉄一次電池２０は、簡素な構成を有する電流遮断機構２６を用いるため、製造コストを低減し、かつ高い安全性を有する。また、電流遮断機構２６が構成する部品が少ないため、製造工程を簡略化することができる。さらに、従来程の寸法精度を必要としないこの発明の電流遮断用部品を用いても電流の遮断を実現することができる。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００６９】
この実施例では、電流遮断機構の構成を変化させてリチウム硫化鉄一次電池を作製し、電流の遮断状態を確認した。
【００７０】
＜サンプル１＞
［正極の作製］
正極活物質として二硫化鉄を、導電剤として黒鉛を、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを用い、二硫化鉄９５重量％と、黒鉛２重量％と、ポリフッ化ビニリデン３重量％とを混合し、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに十分に分散させて正極合剤スラリーとした。
【００７１】
次に、正極合剤スラリーを厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、温度１２０℃で２時間乾燥させてＮ−メチル−２−ピロリドンを揮発させた後、一定圧力で圧縮成型して帯状の正極を作製した。さらに、この正極に、アルミニウム箔からなる正極端子を溶接した。
【００７２】
［巻回電極体の作製］
続いて、上述のようにして作製された帯状の正極と、ニッケル箔からなる負極端子を溶接した厚さ１５０μｍの金属リチウムからなる負極とを、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層してから多数回巻回し、巻回電極体を作製した。
【００７３】
［リチウム硫化鉄一次電池の作製］
以上のようにして得られた巻回電極体を、ニッケルメッキを施した鉄製電池缶に収納した。このとき、巻回電極体の下面に絶縁板が配設されるようにした。次に、ニッケル製の負極端子を電池缶に溶接した。続いて、巻回電極体の上面にも絶縁板を配設した後、電池蓋に熱感抵抗素子を介して感圧弁を設け、さらにアスファルトが表面に塗布された、図３に示すようなディスク部を有する形状の絶縁封口ガスケットを、絶縁封口ガスケットの孔部に感圧弁の凸部が位置するように配置し、孔部を通じて正極端子と凸部とを溶接した。
【００７４】
次に、１，３−ジオキシラン（ＤＯＬ）と、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）が体積比で２：１の混合溶媒にヨウ化リチウム（ＬｉＩ）を添加して、ヨウ化リチウムのモル濃度が１．０ｍｏｌ／ｌとなるように調整した非水電解液を、電池缶に注入した。
【００７５】
最後に電池蓋をかしめることにより、感圧弁、熱感抵抗素子および電池蓋を固定して電池内の気密性を保持させた。なお、このとき用いる絶縁封口ガスケットは、その孔部の直径が正極端子の折り返し長さの７５％となるように構成した。以上により、円筒型のリチウム硫化鉄一次電池を作製した。
【００７６】
＜サンプル２＞
電池蓋に熱感抵抗素子を介して感圧弁を設けた後、図１に示すようにディスクホルダおよび遮断ディスクを配置し、ディスクホルダおよび遮断ディスクのそれぞれの孔部を通じて正極端子と感圧弁の凸部とを溶接した。さらに非水電解液を注入した後、孔部の直径が正極端子の折り返し長さの７５％である絶縁封口ガスケットを介して電池蓋をかしめた以外は、サンプル１と同様にして円筒型のリチウム硫化鉄一次電池を作製した。
【００７７】
＜サンプル３＞
絶縁封口ガスケットの孔部の直径が正極端子の折り返し長さの８０％となるように構成した以外は、サンプル１と同様にして円筒型のリチウム硫化鉄一次電池を作製した。
【００７８】
［電流遮断機構の評価］
上述のようにして作製したサンプル１〜サンプル３のリチウム硫化鉄一次電池について、遮断圧力を評価した。なお、各サンプルでは、それぞれ１００個のリチウム硫化鉄一次電池を作製した。
【００７９】
（ａ）遮断圧力の測定
電池内圧を油圧により制御して、電流が遮断される遮断圧力を測定した。各サンプルのリチウム硫化鉄一次電池に穴を開け、手動油圧発生機によりリチウム硫化鉄一次電池内に油を注入して電池内圧を徐々に増加させ、電流の遮断が生じる圧力を測定した。各サンプルごとに１００個のリチウム硫化鉄一次電池を作製し、全ての電池に電流の遮断が起こった圧力を遮断圧力とした。また、内圧の上昇は感圧弁に開裂が生じる４０ｋｇｆまでとし、４０ｋｇｆの圧力をかけて感圧弁に開裂が生じたリチウム硫化鉄一次電池については、遮断が起こらなかったものとする。
【００８０】
以下の表１に、サンプル１〜サンプル３のそれぞれの評価結果を示す。
【００８１】
【表１】
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【００８２】
上記結果から分かるように、この発明による電流遮断機構を用いたサンプル１のリチウム硫化鉄一次電池は、従来の電流遮断機構を用いたサンプル２と略同等の条件下で電流の遮断が可能であることが分かる。
【００８３】
また、サンプル３のように絶縁封口ガスケットの孔部の直径が正極端子の折り返し長さの８０％となるように構成した場合、遮断確率が著しく低下する。これは、正極端子が孔部に引き込まれて遮断が起こらないためである。
【００８４】
以上の結果から、サンプル１のように、孔部の直径が正極端子の折り返し長さの８０％となるように構成した側壁部を有する絶縁封口ガスケットを用いることが好ましい。
【００８５】
なお、絶縁封口ガスケットの孔部の直径が３ｍｍ未満となると感圧弁と正極端子との接続が困難となり、電池の作製が難しくなった。このため、絶縁封口ガスケットの孔部の直径は３ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００８６】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００８７】
例えば、遮断ディスクの機能を有する絶縁封口ガスケットは、上述の一実施形態で示した形状に限られたものではない。
【００８８】
また、上述の一実施形態において挙げた数値および材料はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値および材料を用いてもよい。また、この発明の電流遮断機構は、リチウム硫化鉄一次電池以外の円筒形構造を有する一次電池はもちろんのこと、円筒形の二次電池にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】従来の電流遮断機構を有する非水電解質一次電池の一例を示す断面図である。
【図２】従来の電流遮断機構の動作の様子の一例を示す断面図である。
【図３】この発明の実施形態の一例を示すリチウム硫化鉄一次電池の断面図である。
【図４】この発明の電流遮断機構の構成の一例を示す断面図である。
【図５】この発明の電流遮断機構の構成の一例を示す半部の斜視図である。
【図６】この発明の電流遮断機構の構成の一例を示す断面図である。
【図７】この発明の電流遮断機構の動作の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１、２１・・・電池缶
２、２２・・・電池蓋
３、２３・・・感圧弁
３ａ、２３ａ・・・突出部
４、２４・・・熱感抵抗素子
５、２５・・・絶縁封口ガスケット
６・・・ディスクホルダ
６ａ、７ａ・・・孔部
７・・・遮断ディスク
８、９、２７、２８・・・絶縁板
１０、３０・・・巻回電極体
１１、３１・・・正極
１１ａ、３１ａ・・・正極活物質層
１１ｂ、３１ｂ・・・正極集電体
１２、３２・・・負極
１３、３３・・・セパレータ
１４、３４・・・センターピン
１５、１６・・・電極端子
２０・・・リチウム硫化鉄一次電池
２５ａ・・・側壁部
２５ｂ・・・ディスク部
２５ｃ・・・孔部
２６・・・電流遮断機構
３５・・・正極端子
３６・・・負極端子
【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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