(57)【要約】【課題】極板より引き出されたリード端子が有底ケース内部などに接触して内部短絡が発生することを防止するために有底ケース内の電極体の上部に封口体の下部に接続した樹脂製の枠体を配置させ、この枠体の挿入状態を安定させることにより枠体の浮きや傾き、リード端子の変形を抑制し、内部短絡するおそれのない信頼性の高い角型電池を提供する。【解決手段】封口体５の下部に枠体４を取り付け、有底ケース１の開口部に封口体５とともに絶縁体４を配置させることで、有底ケース１の電極体３の上部に絶縁体４を安定した状態で配置でき、その結果、角型電池に過度な振動や衝撃が加わった場合においても絶縁体４の浮きや傾き、リード端子２の変形を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リード端子を接続した帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して積層または渦捲状に捲回してなる電極体と電解液を内部に収納した有底ケースと、この有底ケースの開口部を密閉する封口体を備えた電池であって、
前記封口体の下部にリード端子と有底ケースまたは電極体とを絶縁するための絶縁体を取り付けた電池。
【請求項２】
前記絶縁体はリード端子と電極体とを絶縁する底板部と、底板部に垂直で底板部の外周面に配置したリード端子と有底ケースとを絶縁する外壁部を有し、この外壁部の少なくとも一部に封口体と電極体との間の寸法差を吸収する弾性部を設けた請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記弾性部を蛇腹状部とした請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記弾性部を波打ち状部とした請求項２に記載の電池。
【請求項５】
前記弾性部を薄肉状部とした請求項２に記載の電池。
【請求項６】
前記弾性部を斜め下内方向へ折れ曲がる折曲状部とした請求項２に記載の電池。
【請求項７】
前記弾性部をゴム質部とした請求項２に記載の電池。
【請求項８】
前記ゴム質部をポリウレタン系樹脂とした請求項７に記載の電池。
【請求項９】
前記ポリウレタン系樹脂をポリウレタンエラストマーとした請求項８に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は封口体と電極体との間に絶縁体を配置した電池に関し、特に角型リチウムイオン二次電池の内部短絡を防止する構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、ノートパソコンや携帯電話或いはＡＶ機器など民生用電子機器のポータブル化やコードレス化が急速に進んでおり、これら電子機器の駆動用電源を担う小型・軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まっている。
【０００３】
非水電解液二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、高電圧・高エネルギー密度を有する電池であることから、ノートパソコン、携帯電話、ＡＶ機器などを中心に使用されている。なかでも角型のリチウムイオン二次電池は、負荷特性や寿命特性に優れ、電子機器の薄型化に適し、スペース効率が良いことから活発な商品開発が行われている。
【０００４】
角型のリチウムイオン二次電池は、電極体の両極板にリード端子を取り付け、それを内部端子に接続し、内部端子と接続された外部端子を介して外部に電気を取り出すようにしている。金属製の有底ケースを使う場合、有底ケースと同じ極性を持つ極板に接続されたリード端子は、直接有底ケースに接続されるか、もしくは有底ケースに接続される金属製蓋体に接続されている。金属製の有底ケースと違う極性の極板に接続されたリード端子は、内部端子に接続され、内部端子は有底ケースあるいは金属製蓋体とガスケットで絶縁されているが、振動や落下衝撃などで電極体が移動した場合、リード端子に変形が起こり、有底ケースの内部などに接触して内部短絡が発生するおそれがある。これを防止するために一般的に有底ケース内に収納された電極体の上部に枠体と呼ばれる樹脂製の絶縁体が設置されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平８−６９８１５号公報
【特許文献２】特開２００１−２２９８９８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、このような従来の絶縁体は有底ケース内に収納された電極体の上部に枠体と呼ばれる樹脂製の絶縁体を配置したのみであるため、この枠体を有底ケース内の電極体の上部に挿入するのに、有底ケースの内寸法や電極体などのロット間ばらつきによって、枠体の挿入状態が不安定になる場合があった。その結果、枠体の浮きや傾きなどが発生し、リード端子が変形して有底ケースの内側面などに接触し内部短絡して開路電圧が低下するおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するものであり、絶縁体を封口体の下部に取り付けることにより、有底ケースの開口部を封口体によって密閉する際に封口体とともに絶縁体を有底ケース内の電極体の上部に安定して配置できるため、従来の枠体のように浮きや傾きなどによりリード端子が変形して有底ケースの内側面などに接触し内部短絡して開路電圧が低下するおそれのない信頼性の高い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】
【０００７】
上記の課題を解決するために本発明は、リード端子を接続した帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して積層または渦捲状に捲回してなる電極体と電解液を内部に収納した有底ケースと、この有底ケースの開口部を密閉する封口体を備えた電池であって、前記封口体の下部にリード端子と有底ケースまたは電極体とを絶縁するための絶縁体を取り付け
たことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、封口体の下部に取り付けた絶縁体が封口体とともに有底ケース内の電極体の上部に安定して配置される。また、この絶縁体は封口体に取り付けられているため有底ケース内に挿入後この絶縁体が傾くことがなく、振動や落下衝撃などで電極体が移動した場合においても、リード端子の変形などにより内部短絡して開路電圧が低下するおそれのない信頼性の高い電池が得られる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、絶縁体を封口体の下部に取り付け、有底ケースの開口部を封口体によって密閉した際に封口体とともに絶縁体を有底ケース内の電極体の上部に安定して配置できるため、従来の枠体のように浮きや傾きなどによりリード端子が変形して有底ケースの内側面などに接触して内部短絡し開路電圧が低下するおそれのない信頼性の高い電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明においては、リード端子を接続した帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して積層または渦捲状に捲回してなる電極体と電解液を内部に収納した有底ケースと、この有底ケースの開口部を密閉する封口体を備えた電池であって、前記封口体の下部にリード端子と有底ケースまたは電極体とを絶縁するための絶縁体を取り付けたものである。
【００１１】
この構成によれば、封口体の下部に取り付けた絶縁体が封口体とともに有底ケース内の電極体の上部に安定して配置される。また、この絶縁体は封口体に取り付けられているため有底ケース内に挿入後この絶縁体が傾くことがないため、振動や落下衝撃などで電極体が移動した場合においても、リード端子の変形などにより内部短絡して開路電圧が低下するおそれのない信頼性の高い電池が得られる。また、従来のように枠体を有底ケース内の電極体の上部に挿入する工程を省く効果も得られる。
【００１２】
また、前記絶縁体はリード端子と電極体とを絶縁する底板部と、底板部に垂直で底板部の外周面に配置したリード端子と有底ケースとを絶縁する外壁部を有し、この外壁部の少なくとも一部に封口体と電極体との間の寸法差を吸収する弾性部を設けても良い。
【００１３】
この構成によれば、過度な振動や衝撃が加わった場合においても封口体に取り付けた絶縁体に弾性が付与されているため、有底ケース内に収納した電極体の上下方向の動きを吸収し、リード端子の変形をより抑制できる効果が得られる。また、電極体や有底ケースのロット間の寸法ばらつきもこの弾性部により吸収できる効果が得られる。
【００１４】
また、前記弾性部を蛇腹状としても良い。
【００１５】
この構成によれば、絶縁体に効果的な弾性部を容易に設けられる効果が得られる。
【００１６】
また、前記弾性部を波打ち状としても良い。
【００１７】
この構成によれば、上述の蛇腹状と同じような効果が得られる。また、比較的強度の大きい弾性部を設け易いため、例えば大容量の電極体を有底ケース内に収納した大型サイズの電池に有効である。
【００１８】
また、前記弾性部を薄肉状としても良い。
【００１９】
この構成によれば、絶縁体の一部に薄肉を設けるだけの簡単な構成で絶縁体に弾性を付
加できる。この薄肉状部は電極体の上下方向の衝撃や振動などに対して湾曲してこの衝撃や振動を吸収できる。また、この薄肉状部の厚みを調整することで弾性の強度を調整できる効果もある。さらに、蛇腹状や波打ち状の弾性部と比べて省スペースで形成できる効果もある。
【００２０】
また、前記弾性部を斜め下内方向へ折れ曲がる折曲状としても良い。
【００２１】
この構成によれば、絶縁体の形状を一部変更するだけで絶縁体に弾性を付加できる。
【００２２】
また、前記弾性部をゴム質部としても良い。
【００２３】
この構成によれば、同一形状の絶縁体でも優れた弾性を付加できる。
【００２４】
また、前記ゴム質部をポリウレタン系樹脂としても良い。
【００２５】
この構成によれば、耐有機溶媒性にも優れた弾性部を設けることができる。
【００２６】
また、前記ポリウレタン系樹脂をポリウレタンエラストマーとしても良い。
【００２７】
この構成によれば、さらに耐有機溶媒性に優れた効果が得られる。
【００２８】
尚、このように封口体の下部にリード端子と有底ケースまたは電極体とを絶縁するための絶縁体を取り付けることにより、有底ケースの内寸法や電極体などのロット間ばらつきによっても絶縁体の挿入状態が不安定になることがなく、また、過度な振動や落下衝撃が加わった場合においてもリード端子が有底ケースの内側面等に接触して内部短絡し開路電圧が低下するおそれのない信頼性の高い電池を提供することができる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例１の構成を示した電池の要部の概略断面図である。
【００３０】
アルミニウム合金製の有底ケース１に、ニッケル製の板材からなるリード端子２を接続した帯状の負極板と正極板とを多孔質ポリエチレンからなるセパレータを介して渦捲状に捲回してなる電極体３を収納した。
【００３１】
絶縁体４は、底板部４ｂと底板部４ｂに垂直で底板部４ｂの外周面に配置された外壁部４ａからなり、底板部４ｂにはリード端子２を貫通させる孔部４ｃを設けた。絶縁体４の材質はポリプロピレン樹脂とし樹脂成形により作製した。この絶縁体４を封口体５の下部に取り付けた。
【００３２】
次にリード端子２の先端部を絶縁体４の孔部４ｃに貫通させて封口体５の下部にレーザー溶接し、リード端子２を折り曲げて絶縁体４を封口体５とともに有底ケース１の開口部に配置した。この封口体５と有底ケース１をレーザー溶接し、封口体５の上部の注液孔を通じて非水電解液を有底ケース１内に注入後、この注液孔を密閉して実施例１の角型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００３３】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２に用いた絶縁体４の構成を示した概略断面図である。
【００３４】
図２に示したように、絶縁体４の外壁部４ａに蛇腹状に伸縮する蛇腹部を設けて弾性部４ｄとした以外は実施例１と同じように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例２とした。
【００３５】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３に用いた絶縁体４の構成を示した概略断面図である。
【００３６】
図３に示したように、絶縁体４の外壁部４ａに波打ち状に伸縮する波打ち部を設けて弾性部４ｄとした以外は実施例１と同じように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例３とした。
【００３７】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４に用いた絶縁体４の構成を示した概略断面図である。
【００３８】
図４に示したように、絶縁体４の底板部４ｂが斜め下内方へ折れ曲がるように外壁部４ａと底板部４ｂの間に折曲部を設けて弾性部４ｄとした以外は実施例１と同じように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例４とした。
【００３９】
（実施例５）
図５は本発明の実施例５に用いた絶縁体４の構成を示した概略断面図である。
【００４０】
図５に示したように、絶縁体４の外壁部４ａに上下方向に湾曲するように伸縮する薄肉部を設けて弾性部４ｄとした以外は実施例１と同じように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例５とした。
【００４１】
（実施例６）
図６は本発明の実施例６〜８に用いた絶縁体４の構成を示した概略断面図である。
【００４２】
図６に示したように、絶縁体４の外壁部４ａの一部にシリコンゴムからなるゴム質部６を設けて弾性部４ｄとした以外は実施例１と同じように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例６とした。
【００４３】
（実施例７）
図６に示したように、絶縁体４の外壁部４ａの一部にポリウレタン樹脂からなるゴム質部６を設けて弾性部４ｄとした以外は実施例１と同じように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例７とした。
【００４４】
（実施例８）
図６に示したように、絶縁体４の外壁部４ａの一部にポリウレタンエラストマーからなるゴム質部６を設けて弾性部４ｄとした以外は実施例１と同じように作製した角型リチウムイオン二次電池を実施例８とした。
【００４５】
（比較例１）
図７（ａ）、（ｂ）は比較例１の構成を示した電池要部の概略断面図である。
【００４６】
有底ケース２１に、リード端子２２を接続した帯状の負極板と正極板とをセパレータを介して捲回してなる電極体２３を収納した後、電極体２３の上部にリード端子２２と有底ケース２１および電極体２３とを絶縁するための枠体２４を配置し、絶縁体である枠体２４を取り付けていない封口体２５を用いた以外は実施例１と同じように作製した角型リチウムイオン二次電池を比較例１とした。
【００４７】
実施例１〜８および比較例１において各１０００個の角型リチウムイオン二次電池を作製し、落下衝撃試験後の内部短絡発生率を確認した。内部短絡発生率はほぼ満充電状態の角型リチウムイオン二次電池の落下衝撃試験前後で開路電圧を測定し１００ｍＶ以上開路電圧が低下したものを内部短絡発生品として判定した。落下衝撃試験は作製した角型リチウムイオン二次電池が２００個収納できる樹脂製のトレイを用い、この樹脂製のトレイに角型リチウムイオン二次電池の封口体が下向きになるよう２００個収納して高さ５０ｃｍの高さから１０回ずつ自然落下させた。
【００４８】
その結果を（表１）に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
（表１）からわかるように、実施例１〜８の内部短絡発生は皆無であったが比較例１は６個の内部短絡発生が確認された。この６個の角型リチウムイオン二次電池のリード端子２２をＸ線透視により確認したところ、リード端子２２が有底ケース２１の内側面と接触する位置まで変形していることが確認できた。即ち、落下衝撃試験により枠体２４の浮きや傾きといった不具合が起こりリード端子２２と有底ケース２１の内側面が接触して内部短絡し開路電圧が低下したと考えられる。
【００５１】
つまり、比較例１の封口体２５の下部に絶縁体である枠体２４を取り付けなかった角型リチウムイオン二次電池は、枠体２４の浮きや傾きによりリード端子２２と有底ケース２１の内側面が接触して内部短絡し開路電圧が低下するおそれがあるが、実施例１〜８の絶縁体４の構成で作製した角型リチウムイオン二次電池は内部短絡に対する信頼性を格段に向上できることがわかった。
【００５２】
実施例１〜８によれば、絶縁体４を封口体５の下部に取り付けて有底ケース１の開口部に配置したため、絶縁体４が電極体３の上部に安定して配置され、且つ、絶縁体４が封口体５により保持されるため角型リチウムイオン二次電池に過度な衝撃や振動が加わった場合においても絶縁体４は傾かずリード端子２の変形を抑制できたと考えられる。
【００５３】
一方、比較例１は絶縁体である枠体２４を封口体２５の下部に取り付けていないため枠体２４が有底ケース２１内に安定して保持されず、過度な振動や落下衝撃が加わった場合に枠体２４の挿入状態が不安定になったと考えられる。
【００５４】
また、実施例１の角型リチウムイオン二次電池の電極体３の上部をＸ線透視で観察したところ、電極体３の上部の極板が電池特性に影響するほどではないが僅かに折れ曲がっていたことがわかった。これは落下衝撃試験時に電極体３が有底ケース１内で上下方向に動いたため、図１に示した絶縁体４の底板部４ｂと電極体３の上部が互いに強く押し付けられたためと考えられる。同じように実施例２〜８の角型リチウムイオン二次電池の電極体３の上部の極板をＸ線透視で観察したところ、電極体３の上部の極板にこのような折れ曲がりは確認できなかった。これは落下衝撃試験時の電極体３の上下方向の動きを絶縁体４に設けた弾性部４ｄが吸収したためと考えられる。
【００５５】
このように落下衝撃試験時の電極体３の上下方向の動きを吸収できる効果があることから、この弾性部４ｄには電極体３や有底ケース１のロット間の寸法ばらつきや封口体５と有底ケース１の開口部との位置決めのばらつきを吸収する効果もあると考えられる。
【００５６】
なお、絶縁体４と封口体５の取り付けは、絶縁体４を接着により封口体５の下部に取り付けても良く、封口体５の下部に絶縁体４と係合する部分を設けても良く、または熱溶着や封口体５の下部との一体成型により取り付けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の電池は、絶縁体を封口体の下部に取り付けることにより絶縁体の挿入状態を安定化できるため、特に振動や落下衝撃が加わる場合があるノートパソコンや携帯電話など民生用電子機器に用いられる角型リチウムイオン二次電池に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】（ａ）本発明の実施例１の構成を示した電池の要部の概略断面図、（ｂ）本発明の実施例１の構成を示した電池の要部の概略断面図
【図２】本発明の実施例２に用いた絶縁体の構成を示した概略断面図
【図３】本発明の実施例３に用いた絶縁体の構成を示した概略断面図
【図４】本発明の実施例４に用いた絶縁体の構成を示した概略断面図
【図５】本発明の実施例５に用いた絶縁体の構成を示した概略断面図
【図６】本発明の実施例６〜８に用いた絶縁体の構成を示した概略断面図
【図７】（ａ）従来の比較例１の構成を示した電池の要部の概略断面図、（ｂ）従来の比較例１の構成を示した電池の要部の概略断面図
【符号の説明】
【００５９】
１    有底ケース
２    リード端子
３    電極体
４    絶縁体
４ａ  外壁部
４ｂ  底板部
４ｃ  孔部
４ｄ  弾性部
５    封口体
６    ゴム質部
【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】
2008204770.tif 000008
【図６】
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【図７】
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