(57)【要約】【課題】上蓋に安全弁を設ける際にレーザ溶接を行なう必要がなく、電池容器の製造費用を低下することができる電池容器及び電池を提供する。【解決手段】電池１００ａは、容器本体２０ａと、上蓋１０ａの一部の厚みが上蓋１０ａの他の部分の厚みよりも薄く構成されている安全弁３０を備える上蓋１０ａとを有する。また、電池容器内に収納される正極板１１ａ及び負極板１１ｂと、上蓋１０ａに取り付けられる正極４０及び負極４１と、正極板１１ａと正極４０とを電気的に接続する集電体１２ａ、１２ｂと、負極板１１ｂと負極４１とを電気的に接続する集電体１２ｃ、１２ｄを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極・負極群を収容する電池容器において、
前記電池容器の一部の厚みが他の部分の厚みよりも薄く構成されている安全弁を有することを特徴とする電池容器。
【請求項２】
前記電池容器本体が樹脂により形成され、前記安全弁が金属により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池容器。
【請求項３】
前記安全弁は、
薄膜状部材と、
前記薄膜状部材を上下から挟み込む２つのリング状部材と、
からなることを特徴とする請求項２に記載の電池容器。
【請求項４】
前記電池容器本体と前記安全弁とが樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池容器。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかの項に記載の電池容器と、
前記電池容器内に収納される正極板及び負極板と、
前記上蓋に取り付けられる正極及び負極と、
前記正極板と前記正極とを電気的に接続する第１の集電体と、
前記負極板と前記負極とを電気的に接続する第２の集電体と、
を有する電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池容器及び電池、特に、リチウムイオン電池などに用いられる電池容器及び電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高エネルギ密度の二次電池として、リチウムイオン電池が知られている（特許文献１〜特許文献３）。携帯電話に使われる小型の電池（１Ａｈ以下）については、極板群をプラスチックシートで包み込んだものや、この極板群を樹脂容器に収納したものが用いられている。
【０００３】
一方、パソコンに使用されるリチウムイオン電池（１Ａｈ）については、通常の乾電池のような構造で金属製の電池容器に収納されることが多い。近年では、パソコン等に使用される電池よりもはるかに容量の大きい電池（１００Ａｈ以上）が製造されるようになってきている。例えば、自動車用や衛星用などの電池である。
【０００４】
このような大容量の電池では、金属製の電池容器内に極板群を収納している。電池容器は容器本体と上蓋とからなり、上蓋は容器本体にレーザで溶接される。また、電池容器内が高圧になるのを防ぐための安全弁も、この上蓋にレーザで溶接される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−６４４９７号公報
【特許文献２】特開２００６−４０７７１号公報
【特許文献３】特開２００２−１５８０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電池容器は、金属製の上蓋に、金属製の安全弁をレーザで溶接することにより取り付けていたため、レーザ溶接の工程を行なう必要があり、電池容器の製造費用が増加するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の大容量リチウムイオン電池で行われていた上蓋に安全弁を設ける際のレーザ溶接の工程を行なう必要がなく、電池容器の製造費用を低下することができる電池容器及び電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、正極・負極群を収容する電池容器において、前記電池容器の一部の厚みが他の部分の厚みよりも薄く構成されている安全弁を有することを特徴とする電池容器である。
本発明では、電池容器の一部の厚みが他の部分の厚みよりも薄い安全弁を有し、電池容器に安全弁をレーザ溶接により別途取り付ける必要がないため、レーザ溶接の工程を行なう必要がなく、電池容器の製造費用を低下することができる。
また、電池容器の内部の圧力が高くなった場合に、安全弁が開裂して電池容器の内部の圧力を外部に逃がすことができるため、電池容器の内部の圧力が高くなりすぎて破裂等することを防ぐことができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記電池容器本体が樹脂により形成され、前記安全弁が金属により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池容器である。
本発明では、電池容器本体を樹脂により形成するとともに、安全弁を金属により形成するようにしたので、上蓋に安全弁を設ける際のレーザ溶接工程が省略され、さらに、電池容器全体を金属で形成する場合に比べて、金属の使用量を減少することができ、電池容器の製造費用を低下することができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明はの前記安全弁は、薄膜状部材と、前記薄膜状部材を上下から挟み込む２つのリング状部材とからなることを特徴とする請求項２に記載の電池容器である。
本発明では、安全弁を薄膜状部材とその薄膜状部材を挟み込む２つのリング状部材とか構成するようにしたため、安全弁の周囲に液体状の樹脂を流し込むことにより、安全弁と電池容器本体とを一体成形することができ、安全弁と電池容器本体とを接合する工程を設ける必要がないため、電池容器の製造費用を低下することができる。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、前記電池容器本体と前記安全弁とが樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池容器である。
本発明では、容器本体と安全弁とを全て樹脂により形成するようにしたので、樹脂よりも高価な金属を使用する必要がなくなり、電池容器の製造費用を低下することができる。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれかの項に記載の電池容器と、前記電池容器内に収納される正極板及び負極板と、前記上蓋に取り付けられる正極及び負極と、前記正極板と前記正極とを電気的に接続する第１の集電体と、前記負極板と前記負極とを電気的に接続する第２の集電体とを有する電池である。
本発明では、電池容器の一部の厚みが他の部分の厚みよりも薄い安全弁を有し、電池容器に安全弁をレーザ溶接により別途取り付ける必要がないため、レーザ溶接の工程を行なう必要がなく、安価な製造費用で電池を製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、従来行なわれていた上蓋に安全弁を設ける際にレーザ溶接を行なう必要がなく、さらに容器本体も安価で製造性の高い樹脂性としているので、電池容器の製造費用を低下することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａ（電池）の斜視図である。リチウムイオン電池１００ａの電池容器５０ａは、容器本体２０ａと上蓋１０ａとから構成されている。上蓋１０ａの中央部には、安全弁３０が設けられている。
また、上蓋１０ａには、リチウムコバルタイト（ＬｉＣｏＯ２）からなる正極４０と、炭素（Ｃ）からなる負極４１とが取り付けられている。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの分解斜視図である。図２は、図１のリチウムイオン電池１００ａの容器本体２０ａから上蓋１０ａを取り外した状態を示している。
電池容器５０ａは直方体状の形状をしており、内部に直方体状の空間が設けられている。電池容器５０ａ内には、集電体１２や極板群１１などが収納される。電池容器５０ａ内には、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６等のリチウム（Ｌｉ）イオンを含んだ電解液が充填される。
【００１５】
極板群１１は、渦巻き状の正極板１１ａと、渦巻き状の負極板１１ｂとから構成されている。正極板１１ａと負極板１１ｂとは、セパレータ（図示省略）により互いに電気的に絶縁されている。
正極板１１ａは、集電体１２ａ、１２ｂを介して、正極４０に電気的に接続されている。負極板１１ｂは、集電体１２ｃ、１２ｄを介して、負極４１に電気的に接続されている。集電体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとしては、導線などが用いられる。
【００１６】
図３は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの上蓋１０ａの構造を示す断面図である。
上蓋１０ａの中央部には、安全弁３０が設けられている。第１の実施形態による安全弁３０の構造については、図６を参照して後述する。
上蓋１０ａの両端には、凸部１３ａ、１３ｂが形成されている。上蓋１０ａの材質としては、樹脂を用いている。樹脂としては、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂やＰＰ（Polypropylene）樹脂などを用いることができる。上蓋１０ａのうち、樹脂で形成された樹脂部１６ａには、貫通口が２つ形成されており、その貫通口にそれぞれ正極４０と負極４１とが取り付けられている。
【００１７】
図４は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの上蓋１０ａの一部の構造を示す断面図である。図４は、図３において、上蓋１０ａの正極４０、凸部１３ａを含む領域を示している。
上蓋１０ａの貫通口に正極４０を取り付ける際に、上蓋１０ａと正極４０との間に隙間ができないように、本実施形態では、上蓋１０ａと正極４０との間に樹脂１４を埋め込んでいる。これにより、リチウムイオン電池１００ａの電池容器５０ａ内を気密に封止することができる。樹脂１４としては、例えば、エポキシ樹脂などを用いることができる。
なお、図４では、上蓋１０ａの正極４０が取り付けられる領域の構造を示したが、上蓋１０ａの負極４１が取り付けられる領域の構造についても図４と同様であるので、その説明を省略する。
【００１８】
図５は、本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの上蓋１０ａと容器本体２０ａとを接合する方法について説明するための図である。
上蓋１０ａの両端には、それぞれ凸部１３（１３ａ、１３ｂ）が形成されている。
また、容器本体２０ａの縁の部分には凹部１５（１５ａ、１５ｂ）が形成されている。
リチウムイオン電池１００ａの電池容器５０ａの内部に、集電体１２、極板群１１（図２参照）などを収納した後に、上蓋１０ａの凸部１３ａと容器本体２０ａの凹部１５ａとを嵌合させる。これにより、図１に示すような形状の電池容器５０ａが完成する。なお、上蓋１０ａの凸部１３と容器本体２０ａの凹部１５との間には、接着剤を塗布することにより、上蓋１０ａと容器本体２０ａとが一体化される。
【００１９】
図６は、本発明の第１の実施形態による安全弁３０の具体的な構造を示す断面図である。図６は、リチウムイオン電池１００ａの上蓋１０ａ（図３）の中央部の構成を示している。
本発明の第１の実施形態では、安全弁３０は、上蓋１０ａに金具３１が埋め込まれることにより構成されている。
【００２０】
本実施形態では、金具３１の幅ａ１１は１５ｍｍであり、金具３１の薄膜部３１ｄの幅ａ１２は５ｍｍであり、薄膜部３１ｄの厚さａ１３は５０μｍであり、樹脂部１６及び金具３１の厚さａ１４は５ｍｍである。
図６に示すように、本実施形態による上蓋１０ａは、上蓋１０ａの一部の厚みａ１３が上蓋１０ａの他の部分の厚みａ１４よりも薄く構成されている安全弁３０を有する。
【００２１】
図７（ａ）は、本発明の第１の実施形態による金具３１（図６）の構造を示す断面図である。また、図７（ｂ）は、本発明の第１の実施形態によるリング状部材３１ａ又は３１ｃの構造を示す平面図である。また、図７（ｃ）は、本発明の第１の実施形態によるリング状部材３１ｂの構造を示す平面図である。
金具３１は、リング状部材３１ａ、３１ｂと、薄膜状部材３１ｂとにより構成されている。薄膜状部材３１ｂは、アルミ、ステンレス、ニッケルが適用可能である。
なお、ここでは、図７（ａ）に示すように、金具３１がリング状部材３１ａ、３１ｂと薄膜状部材３１ｂの３つの部材により構成されている場合を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、金具３１を１つの部材で構成するようにしてもよい。
【００２２】
リング状部材３１ａ、３１ｂはリング状の形状をしており、側面に凸部３２ａ、３２ｂが形成されている。リング状部材３１ａとリング状部材３１ｂとは同一の構造をしている。薄膜状部材３１ｃは円形の薄膜状の形状をしている。
本実施形態では、リング状部材３１ａ、３１ｂと、薄膜状部材３１ｂの材質として、ステンレス、鉄（Ｆｅ）などの金属を用いている。
【００２３】
図７（ａ）に示すように、リング状部材３１ｂの上に薄膜状部材３１ｃを重ね、その薄膜状部材３１ｃの上にリング状部材３１ａを重ねることにより、安全弁３０を形成する。これにより、薄膜状部材３１ｃと、この薄膜状部材３１ｃを上下から挟み込む２つのリング状部材３１ａ、３１ｂとからなる安全弁３０が形成される。
リング状部材３１ａ、３１ｂの側面に凸部３２ａ、３２ｂ（図７（ａ））を形成して、図６に示すように金具３１を樹脂１６に埋め込むことにより、金具３１が樹脂１６から抜け落ちにくくすることができ、安全弁３０の耐久性を上げることができる。
【００２４】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、本発明の第１の実施形態による上蓋１０ａを製造する方法について説明するための図である。
始めに、上蓋１０ａの下面の形状を型取った上蓋成形用容器３３ａと、上蓋１０ａの上面の形状を型取った上蓋成形用容器３３ｄとを準備する。そして、上蓋成形用容器３３ａの中央部に、金具３１を配置する（図８（ａ）参照）。
そして、上蓋成形用容器３３ａと上蓋成形用容器３３ｄとの間の空間に、液体状の樹脂３４を流し込む（図８（ｂ）参照）。そして、樹脂３４を冷却して固化させることにより、樹脂部１６からなる上蓋１０ａを成形する（図８（ｃ）参照）。
【００２５】
本発明の第１の実施形態による上蓋１０ａでは、上蓋１０ａの一部の厚みａ１３（図６参照）が上蓋１０ａの他の部分の厚みａ１４よりも薄い安全弁３０を有し、電池容器に安全弁をレーザ溶接により別途取り付ける必要がないため、レーザ溶接の工程を行なう必要がなく、電池容器５０ａの製造費用を低下することができる。
また、電池容器５０ａの内部の圧力が高くなった場合に、安全弁３０が開裂して電池容器５０ａの内部の圧力を外部に逃がすことができるため、電池容器５０ａの内部の圧力が高くなりすぎて破裂等することを防ぐことができる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１〜図５で説明した第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの構成は、第２の実施形態によるリチウムイオン電池でも同じであるので、それらの説明を省略する。
第２の実施形態によるリチウムイオン電池と、第１の実施形態によるリチウムイオン電池とでは、安全弁３０（図５参照）の構造が異なる。
【００２７】
図９（ａ）は、本発明の第２の実施形態による安全弁３０の構造を示す断面図である。本実施形態では、安全弁３０を含む上蓋１０ｂが樹脂で形成されている。
本実施形態では、薄膜状の樹脂部３１ｅの幅ａ２１は５ｍｍであり、薄膜部１６の厚さａ２２は５０μｍであり、樹脂部１６の厚さａ２３は５ｍｍである。
図６に示すように、本実施形態による上蓋１０ｂは、上蓋１０ｂの一部の厚みａ２２が上蓋１０ｂの他の部分の厚みａ２３よりも薄く構成されている安全弁３０を有する。
上蓋の一部の厚みａ２２は１ｍｍ以下であることが望ましい。開裂する圧力に応じて厚みａ２２と、ａ２１の比率を調整し、目的とする開裂圧となるように適宜選定する。開裂圧力としては、例えば２０ｋｇｆ／ｃｍ２でありこの様な目的とする圧力で開裂するように前記の比率を選定する。
【００２８】
図９（ｂ）は、本発明の第２の実施形態による安全弁３０の構造を示す平面図である。樹脂３１ｅの表面には、電池容器５０ａの内部の圧力が所定値以上となったときに、樹脂３１ｅが開裂し易いように、十字形の溝３５が形成されている。なお、本実施形態では、溝３５の形状が十字形である場合について説明しているが、溝３５をこれ以外の形状としてもよい。
【００２９】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明の第２の実施形態による上蓋１０ｂを製造する方法について説明するための図である。
始めに、上蓋１０ｂの下面の形状を型取った上蓋成形用容器３３ｂと、上蓋１０ｂの上面の形状を型取った上蓋成形用容器３３ｃとを準備する（図１０（ａ）参照）。
そして、上蓋成形用容器３３ｂと上蓋成形用容器３３ｃとの間の空間３６に、液体状の樹脂３４を流し込む（図１０（ｂ）参照）。そして、樹脂３４を冷却して固化させることにより、樹脂部１６からなる上蓋１０ｂを成形する（図１０（ｃ）参照）。
【００３０】
本発明の第２の実施形態による上蓋１０ｂを用いれば、上蓋１０ｂを全て樹脂で成形することができるので、樹脂中に金具３１を埋め込んで成形する第１の実施形態による上蓋１０ａに比べて容易に製造することができるとともに、製造コストを削減することができる。
【００３１】
なお、上述した第１及び第２の実施形態において、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す容器本体２０ｂを用いてもよい。
図１１（ａ）は、容器本体２０ａとは異なる構造を持つ容器本体２０ｂの構造を示す断面図である。容器本体２０ｂには、図１１（ａ）に示すように、容器本体２０ｂの内部の底面に凸部２１ａ〜２１ｇが設けられている。
図１１（ｂ）は、容器本体２０ｂの凸部２１ａの構造を示す断面斜視図である。なお、図１１（ａ）における溝２１ｂ〜２１ｇの構造については、図１１（ｂ）における溝２１ａの構造と同じである。
【００３２】
なお、容器本体２０ｂ内に、電解液を吸収して膨張する絶縁性の物質を電解液とともに充填してもよい。これにより、電解液を吸収して膨張する絶縁性の物質と凸部２１ａ〜２１ｇとによって、極板群１１が電池容器内に固定されるため、正極４０や負極４１と極板群１１との間で接触不良が生じにくくすることができ、リチウムイオン電池から安定した電力を供給することができる。
【００３３】
なお、上述した第１及び第２の実施形態では、上蓋２０ａ、２０ｂに安全弁３０を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、容器本体２０ａ、２０ｂの側面や底面に安全弁３０を形成するようにしてもよい。
【００３４】
なお、上述した第１及び第２の実施形態では、電池容器の材料として射出成型用の樹脂を用いている。この樹脂としては、難燃性の樹脂を用いることもできる。難燃性の樹脂の難燃度としては、ＵＬ規格のＶ０を利用することができる。この規格を満足する樹脂としては、難燃性ポリプロピレン、難燃性ＡＢＳ、難燃性ポリカーボネート樹脂がある。難燃性ＡＢＳ樹脂としては、例えば、ユーエムジー・エービーエス社のサイコラックを用いることができる。
【００３５】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａ（電池）の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの上蓋１０ａの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの上蓋１０ａの一部の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるリチウムイオン電池１００ａの上蓋１０ａと容器本体２０ａとを接合する方法について説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による安全弁３０の具体的な構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による金具３１（図６）の構造を示す断面図等である。
【図８】本発明の第１の実施形態による上蓋１０ａを製造する方法について説明するための図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による安全弁３０の構造を示す断面図等である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による上蓋１０ｂを製造する方法について説明するための図である。
【図１１】容器本体２０ａとは異なる構造を持つ容器本体２０ｂの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ａ、１０ｂ・・・上蓋、１１・・・極板群、４０・・・正極、４１・・・負極、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）・・・集電体、１３（１３ａ、１３ｂ）・・・凸部、１４・・・樹脂、１５（１５ａ、１５ｂ）・・・凹部、１６・・・樹脂部、２０ａ、２０ｂ・・・容器本体、３０・・・安全弁、３１・・・金具、３１ａ、３１ｂ・・・リング状部材、３１ｂ・・・薄膜状部材、３２ａ、３２ｂ・・・凸部、３３ａ〜３３ｄ・・・上蓋成形用容器、３４・・・樹脂、３５・・・溝、４０・・・正極、４１・・・負極、５０ａ・・・電池容器、１００ａ・・・リチウムイオン電池
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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