(57)【要約】【課題】電池内部の容積を増加させることで電池の高容量化を実現することができる非水電解液二次電池を提供する。【解決手段】電解液とともに、帯状の正極および負極がセパレータを介して巻回された巻回電極体１１を収容した電池缶容器１６と、ガスケット１９を介して電池缶容器１６に固定された正極端子１７と、正極端子１７と巻回電極体１１との間に組み込まれた安全弁２０と、を備え、安全弁２０は、円環形状に形成されたセーフティカバー２１と、円環形状に形成されたストリッパーディスク２２と、円環形状に形成されセーフティカバー２１にストリッパーディスク２２を収容し、固定、一体化したディスクホルダー２３と、からなる非水電解液二次電池１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液とともに、帯状の正極および負極とがセパレータを介して巻回された巻回電極体を収容した電池缶容器と、ガスケットを介して該電池缶容器に固定された正極端子と、該正極端子と該巻回電極体との間に組み込まれた安全弁と、を備えた非水電解液二次電池であって、
前記安全弁は、円環形状に形成されたセーフティカバーと、
円環形状に形成されたストリッパーディスクと、
円環形状に形成され前記セーフティカバーに前記ストリッパーディスクを収容し、固定、一体化したディスクホルダーと、からなることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
前記セーフティカバーは、前記ディスクホルダーを収容する円環形状の突部が形成されており、該突部に、該ディスクホルダーを抜け止める抜け止め部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】
前記セーフティカバーは、開裂圧制御用の外側刻印と、遮断圧制御用の内側刻印と、がさらに形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非水電解液二次電池。
【請求項４】
前記ディスクホルダーは、熱可塑性樹脂をアウトサート成形されてなることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項５】
前記ディスクホルダー用の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のいずれか一つを用いてなることを特徴とする請求項４記載の非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液二次電池に関し、安全弁（安全機構）、更に詳しくは、セーフティカバーを備えた非水電解液二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解液二次電池の一例として、図８に示すように、セーフティカバー５１の突起部５２の外側にセーフティカバー５１に相似形状のディスクホルダー５３を被せ、このディスクホルダー５３の外側にディスクホルダー５３に相似形状のストリッパーディスク５４を被せて安全弁５０を構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
非水電解液二次電池の他例として、図８と同様に構成したものが知られている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０７７０６号公報
【特許文献２】特許第２７０１３７５号公報
【特許文献３】特許第３５５５２４０号公報
【特許文献４】特開２００１−３２５９４２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、上記特許文献１、上記特許文献２、上記特許文献３、上記特許文献４に開示された従来の非水電解液二次電池では、いずれもセーフティカバーとディスクホルダーとストリッパーディスクとが積層されているために、セーフティカバーの上面からストリッパーディスクの下面までの高さ寸法が大きくなっており、この大きな高さ寸法が電池内部に突出することとなって、内容積を圧迫して高容量化に支障をきたす虞がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、セーフティカバーの上面からスリッパーディスクの下面までの高さ寸法を小さくすることで、非水電解液二次電池の全高を変えずに電池内部の容積を増加させて電池の高容量化を実現することができる非水電解液二次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】
上記の目的を達成するため、本発明に係る非水電解液二次電池は、
電解液とともに、帯状の正極および負極とがセパレータを介して巻回された巻回電極体を収容した電池缶容器と、ガスケットを介して該電池缶容器に固定された正極端子と、該正極端子と該巻回電極体との間に組み込まれた安全弁と、を備えた非水電解液二次電池であって、
前記安全弁は、円環形状に形成されたセーフティカバーと、円環形状に形成されたストリッパーディスクと、円環形状に形成され前記セーフティカバーに前記ストリッパーディスクを収容し、固定、一体化したディスクホルダーと、からなることを特徴としている。
【０００８】
上記構成の非水電解液二次電池によれば、安全弁は、円環形状に形成されたセーフティカバーに、円環形状に形成されたストリッパーディスクが収容され、円環形状に形成されたディスクホルダーでストリッパーディスクが固定、一体化されて成形される。これにより、セーフティカバーの高さ寸法内にストリッパーディスクが含まれることとなるために、セーフティカバーの上面からストリッパーディスクの下面までの高さ寸法が小さくなり、全高を変えずに電池内部の容積を増加させることで電池の高容量化を実現することができる。
【０００９】
また、上記記載の前記セーフティカバーは、前記ディスクホルダーを収容する円環形状の突部が形成されており、該突部に、該ディスクホルダーを抜け止める抜け止め部が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
上記構成の非水電解液二次電池によれば、ディスクホルダーをセーフティカバーに一体成形するに際し、ディスクホルダーをセーフティカバーの突部の抜け止め部に嵌め込む様な形で成形することで仮止めを図ることができ、抜け止め部によって位置決めされているディスクホルダーを位置ずれすることなく正確に一体成形することができる。
【００１１】
また、上記記載の前記セーフティカバーは、開裂圧制御用の外側刻印と、遮断圧制御用の内側刻印と、がさらに形成されていることを特徴としている。
【００１２】
上記構成の非水電解液二次電池によれば、過充電が行われたり、誤使用によって短絡して大電流が流れたりした場合に、電解液が分解してガスが発生して電池缶容器内の内圧が上昇した際に、外側刻印を介してセーフティカバーが変形または切断されることによって開裂圧を制御し、内側刻印を介してセーフティカバーが変形されることで遮断圧を制御することができる。
【００１３】
また、上記記載の前記ディスクホルダーは、熱可塑性樹脂をアウトサート成形されてなることを特徴としている。
【００１４】
上記構成の非水電解液二次電池によれば、ディスクホルダーは、セーフティカバーにストリッパーディスクを収容して熱可塑性樹脂をアウトサート成形することで、セーフティカバーにストリッパーディスクを固定する。これにより、ディスクホルダーは、セーフティカバー及びストリッパーディスクの寸法誤差を吸収した固定を行うことができる。
【００１５】
また、上記記載の前記ディスクホルダー用の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のいずれか一つを用いてなることを特徴としている。
【００１６】
上記構成の非水電解液二次電池によれば、ディスクホルダー用の熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のいずれか一つを用いているために、絶縁性のある、比較的安価な樹脂材料でもって容易な成形を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の非水電解液二次電池によれば、電池内部の容積を増加させることで電池の高容量化を実現することができる非水電解液二次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】
【００１８】
以下、図１〜図７を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態の非水電解液二次電池の断面図、図２（Ａ）は図１に示す非水電解液二次電池に用いられるセーフティカバーの単体断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の底面図、図３（Ａ）は図１に示す非水電解液二次電池に用いられるストリッパーディスクの単体平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図、図４（Ａ），(Ｂ)，(Ｃ)は図１に示す非水電解液二次電池の組立手順を説明するそれぞれ一部破断断面図、図５（Ａ）は図１に示す非水電解液二次電池における安全弁の断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の底面図、図６は図１に示す非水電解液二次電池における外装缶の一部破断断面図、図７は図１に示す非水電解液二次電池の作用を説明する安全弁周りの断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の一実施形態である非水電解液二次電池１０は、巻回電極体１１と、正極絶縁板１２と、正極リード１３と、負極絶縁板１４と、負極リード１５と、電池缶容器の負極側を構成する外装缶１６と、電池缶容器の正極側を構成する正極端子１７と、ＰＴＣ素子１８と、ガスケット１９と、セーフティカバー２１とストリッパーディスク２２とディスクホルダー２３とを備えた安全弁２０と、からなり、内部に不図示の電解液を注液したリチウムイオン二次電池である。
【００２１】
巻回電極体１１は、アルミニウム（Ａｌ）製で厚さが１５μｍ〜４０μｍの正極集電体の両面に、ＬｉＣｏＯ２，ＬｉＭｎ２Ｏ４の活物質と、導電剤と、バインダーと、からなる正極活物質が塗布された帯状の正極と、鉄やニッケルやニッケル鍍金した鉄や銅、銅合金製で厚さが１５μｍ〜４０μｍの負極集電体の両面に、ハードカーボン，黒鉛と、バインダーと、からなる負極活物質が塗布された帯状の負極と、がイオン透過性のポリエチレン（ＰＥ）やポリスチレン（ＰＳ）製微多孔質膜を用いたセパレータを介して対向、配置させて渦巻き状に積層又は巻回されてなる。
【００２２】
正極絶縁板１２は、巻回電極体１１の正極側に組み付けられており、巻回電極体１１の正極側一端部の正極活物質が未塗布部分にアルミニウム製で電気的に接続された正極リード１３が安全弁２０側に挿通されている。
【００２３】
負極絶縁板１４は、巻回電極体１１の負極側に組み付けられており、巻回電極体１１の負極側一端部の負極活物質が未塗布部分にニッケル製で電気的に接続された負極リード１５が外装缶１６の底部に電気的に接続されている。
【００２４】
外装缶１６は、導電性のあるニッケルメッキした鉄又はステンレス鋼等を用いてプレス成形にて有底の円筒形状に形成されており、正極側が開口されている。
【００２５】
正極端子１７は、外装缶１６と同様に、導電性のあるニッケルメッキした鉄又はステンレス鋼等を用いてプレス成形にて中央部が突出した円盤形状に形成されている。
【００２６】
ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient: 熱感抵抗素子）素子１８は、高分子材料にカーボンブラック等の導電粒子を混入した複合抵抗器である。ＰＴＣ素子１８は、中空の円板形状に形成されて正極端子１７と安全弁２０のセーフティカバー２１とに挟まれて組み付けられており、温度の上昇に伴い抵抗値が大きくなることで短絡時に電流を遮断させる。
【００２７】
ガスケット１９は、樹脂成形品であり、正極端子１７と安全弁２０とを内側に組み込んでから外装缶１６がかしめられることで、外装缶１６の内側に正極端子１７と安全弁２０とを絶縁させて配置させる。
【００２８】
電解液は、溶質として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を用い、溶媒としてエチレンカーボネイト（ＥＣ）、プロピレンカーボネイト（ＰＣ）、ジエチレンカーボネイト（ＤＥＣ）等の非水溶媒単独、もしくは、それらの混合溶媒を用い、０．５ｍｏｌ／ｄｍ３〜２ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度にしたものを使用している。
【００２９】
図４および図５に示すように安全弁２０は、セーフティカバー２１と、ストリッパーディスク２２と、を備え、ディスクホルダー２３が、セーフティカバー２１にアウトサート成形されてからストリッパーディスク２２を収容固定して一体化されている。
【００３０】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、セーフティカバー２１は、アルミニウム（Ａｌ）製の母材を所定形状に打ち抜き加工してからプレス加工されることで、ベース板２４の中央部に接点部２５が突出形成されるとともに、接点部２５の外側に円環形状の絞り突部２６が突出形成されている。
【００３１】
そして、絞り突部２６の内周部に、外周に向けた凹形状と内周に向けた凸形状との凹凸形状の抜け止め部２７が形成されている。絞り突部２６は、接点部２５の外周に円環形状に形成されているために、ベース板２４および接点部２５の変形と位置ずれを防止する機能を有する。接点部２５は、通常、ストリッパーディスク２２と正極リード１３に電気的に接触している。
【００３２】
セーフティカバー２１は、ベース板２４の上面に遮断圧制御用の内側刻印２８が円環形状に凹設されているとともに、ベース板２４の下面に開裂圧制御用の外側刻印２９が円環形状に凹設されている。内側刻印２８は、例えば、φ２．６（ｍｍ）であり、外側刻印２９は、例えば、φ８．０（ｍｍ）である。
【００３３】
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ストリッパーディスク２２は、アルミニウム（Ａｌ）製の母材を所定形状に打ち抜き加工することで、セーフティカバー２１の絞り突部２６の内側に収容される外径寸法を有して中央部に接点挿通孔３０を有する円板形状に成形されている。ストリッパーディスク２２は、接点挿通孔３０の外周に３個の連通孔３１が等間隔に形成されている。
【００３４】
次に、図４（Ａ），(Ｂ)，(Ｃ)を参照して、非水電解液二次電池１０における安全弁２０の製造手順について説明する。なお、説明は安全弁２０周りについてのみ行う。
【００３５】
図４（Ａ）に示すように、ディスクホルダー２３は、射出成形法を用いて絶縁性のある熱可塑性樹脂であるポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のいずれか一つを用い、金型内に溶融樹脂を射出、冷却することによって半断面視略Ｚ字形状の円環形状に形成されている。
【００３６】
図４（Ａ）に示す第１工程において、セーフティカバー２１の絞り突部２６の抜け止め部２７に内嵌するようにディスクホルダー２３がセーフティカバー２１にアウトサート成形される。このとき、ディスクホルダー２３は、抜け止め部２７に嵌め込まれているため、容易に抜け落ちることはなく、セーフティカバー２１に保持されている状態で位置ずれすることなく成形され、フランジ３２は、絞り突部２６の突出方向に向けて突出している。
【００３７】
図４（Ｂ）に示すように、第２工程において、フランジ３２が絞り突部２６の突出方向に突出しているディスクホルダー２３の内周部にストリッパーディスク２２が内嵌され、ディスクホルダー２３のフランジ３２がストリッパーディスク２２側に熱かしめされる。
【００３８】
図４（Ｃ）に示すように、フランジ３２がストリッパーディスク２２側に熱かしめされることで、ディスクホルダー２３を介してストリッパーディスク２２がセーフティカバー２１に一体結合されることで安全弁２０が作製され、セーフティカバー２１がＰＴＣ素子１８と正極端子１７とともにガスケット１９の内側に嵌め込まれ、外装缶１６の開口側が内側に向けてかしめられる。
【００３９】
安全弁２０は、従来と同様構造の正極端子１７と正極リード１３を含んで組み付けられる。しかし、ストリッパーディスク２２がセーフティカバー２１の絞り突部２６の内周側に収容されたうえでディスクホルダー２３を介してセーフティカバー２１にアウトサート成形されているために、セーフティカバー２１の上面からストリッパーディスク２２の下面までの高さ寸法が小さくなることで、正極端子１７の上面から正極リード１３の下面までが、従来のものと比較して著しく小さい３．５ｍｍの高さ寸法（図１参照）Ｌ１となる。
【００４０】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、安全弁２０は、セーフティカバー２１の絞り突部２６の内周側にストリッパーディスク２２が収容されるために、ベース板２４が絞り突部２６の連通孔３１に近接して配置される。そのため、ストリッパーディスク２２の連通孔３１を通じてセーフティカバー２１のベース板２４に対して内部圧力が直接的に与えられる。
【００４１】
図６に示すように、ガスケット１９を介してセーフティカバー２１とＰＴＣ素子１８と正極端子１７とをかしめた外装缶１６は、小さいビード部３３を有するものとして、ガスケット１９の上端部において外装缶１６の径方向に対して大きな角度（例えば、３０度）でクリンプ部３４がかしめられている。そのため、ガスケット１９の逃げの抑制を図るとともにクリンプ部３４の緩みを防止することができる。
【００４２】
図７に示すように、安全弁２０は、非水電解液二次電池１０において、万が一過充電が行われたり、誤使用によって短絡して大電流が流れたりした場合、電解液が分解してガスが発生して外装缶１６と正極端子１７とで囲まれている電池缶容器内の内圧が上昇した際に、外側刻印２９を介してセーフティカバー２１におけるベース板２４の中央部が正極端子１７に向けて変形されるか、外側刻印２９が破断されることで、接点部２５がストリッパーディスク２２及び正極リード１３から遮断されて開裂圧の制御を行う。そして、内圧の変動に応じて、内側刻印２８を介してベース板２４における内側刻印２８の内側が変形されて遮断圧の制御が行われる。
【００４３】
（実施例）
次に、本発明に係る非水電解液二次電池１０の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
【００４４】
（電池容量測定）
比較例として、正極端子の上面から正極リードの下面までが４．３ｍｍの高さ寸法を有する非水電解液二次電池を用意し、電池容量の測定を行った。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１より明らかなように、比較例の非水電解液二次電池は、２５００ｍＡｈの電池容量であったのに比べて、本発明の非水電解液二次電池１０では、２５３５ｍＡｈとなり、３５ｍＡｈの２０％の容量の向上が可能になった。これは、本発明の非水電解液二次電池１０の安全弁２０が、セーフティカバー２１にストリッパーディスク２２を収容し、ディスクホルダー２３でもってストリッパーディスク２２を固定、一体化したからであることがわかる。
【００４７】
以上、説明したように、非水電解液二次電池１０によれば、安全弁２０は、円環形状に形成されたセーフティカバー２１に、円環形状に形成されたストリッパーディスク２２が収容され、円環形状に形成されたディスクホルダー２３でストリッパーディスク２２が固定、一体化されて成形される。これにより、セーフティカバー２１の高さ寸法内にストリッパーディスク２２が含まれることとなるために、セーフティカバー２１の上面からストリッパーディスク２２の下面までの高さ寸法が小さくなり、全高を変えずに電池内部の容積を増加させることで電池の高容量化を実現することができる。
【００４８】
また、非水電解液二次電池１０によれば、ディスクホルダー２３をセーフティカバー２１に一体成形するに際し、成形金型内でセーフティカバー２１を正確に位置決めすることができるので、ディスクホルダー２３を位置ずれすることなく正確に一体成形することができる。
【００４９】
また、非水電解液二次電池１０によれば、万が一過充電が行われたり、誤使用によって短絡して大電流が流れたりした場合に、電解液が分解してガスが発生して電池缶容器内の内圧が上昇した際に、外側刻印２９を介してセーフティカバー２１のベース板２４が変形または切断されることによって開裂圧を制御し、内側刻印２８を介してセーフティカバー２１のベース板２４が変形されることで遮断圧を制御することができる。
【００５０】
また、非水電解液二次電池１０によれば、ディスクホルダー２３は、セーフティカバー２１にストリッパーディスク２２を収容して熱可塑性樹脂をアウトサート成形することで、セーフティカバー２１にストリッパーディスク２２を固定する。これにより、ディスクホルダー２３は、セーフティカバー２１及びストリッパーディスク２２の寸法誤差を吸収した固定を行うことができる。
【００５１】
また、非水電解液二次電池１０によれば、ディスクホルダー２３用の熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のいずれか一つを用いているために、絶縁性のある、比較的安価な樹脂材料でもって容易な成形を行うことができる。
【００５２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態の非水電解液二次電池の断面図である。
【図２】（Ａ）は図１に示した非水電解液二次電池に用いられるセーフティカバーの単体断面図、（Ｂ）は（Ａ）の底面図である。
【図３】（Ａ）は図１に示した非水電解液二次電池に用いられるストリッパーディスクの単体平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】（Ａ），(Ｂ)，(Ｃ)は図１に示す非水電解液二次電池の組立手順を説明するそれぞれ一部破断断面図である。
【図５】（Ａ）は図１に示す非水電解液二次電池における安全弁の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の底面図である。
【図６】図１に示した非水電解液二次電池における外装缶の一部破断断面図である。
【図７】図１に示した非水電解液二次電池の作用を説明する安全弁周りの断面図である。
【図８】従来の非水電解液二次電池の安全弁の断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０      非水電解液二次電池
１１      巻回電極体
１６      外装缶（電池缶容器）
１７      正極端子
１９      ガスケット
２０      安全弁
２１      セーフティカバー
２２      ストリッパーディスク
２３      ディスクホルダー
２６      絞り突部（突部）
２７      抜け止め部
２８      内側刻印
２９      外側刻印
【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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