(57)【要約】【課題】注液性を向上させ、液あふれの少ない角型リチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】枠体１は、長円形の底板部２と底板部２に垂直で、底板部２の外周面に配置された外壁部３からなっている。さらに底板部２の４隅には、それぞれ一つづつの計４個の通液用貫通孔４ｃが外壁部３に接して配設されている。次に、枠体１には、外壁部３と連通し、枠体１を横断する補強用隔壁部７が設けられており、隔壁部７には、切り欠き８が設けられている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板および負極板とその間にセパレータを介して巻回して長円形の電極体とし、この電極体を金属外装缶内に収納した後、同電極体の上部に樹脂性の枠体を配設し、前記外装缶の開口部を、注液孔をもつ封口板により密閉封口した後、前記注液孔より電解液を注入してなる角型リチウムイオン二次電池において、
前記枠体は、長円形の底板部と前記底板部に垂直で、前記底板部の外周面に配置された外壁部からなり、前記底板部には複数個の通液用貫通孔と１個のリード用貫通孔を持ち、前記外壁部にはリード用切り欠けを有し、
前記底板部の短辺側の隅には、一つ以上の通液用貫通孔を前記外壁部に接して配設したことを特徴とする角型リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
正極板および負極板とその間にセパレータを介して巻回して長円形の電極体とし、この電極体を金属外装缶内に収納した後、同電極体の上部に樹脂性の枠体を配設し、前記外装缶の開口部を、注液孔をもつ封口板により密閉封口した後、前記注液孔より電解液を注入してなる角型リチウムイオン二次電池において、
前記枠体は、長円形の底板部と前記底板部に垂直で、前記底板部の外周面に配置された外壁部と、前記外壁部と連通し、前記枠体を横断する補強用隔壁部からなり、前記底板部には複数個の通液用貫通孔と１個のリード用貫通孔を持ち、前記外壁部にはリード用切り欠けを有し、
前記隔壁部に上部より深さ０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の切り欠きを設けたことを特徴とする角型リチウムイオン二次電池。
【請求項３】
正極板および負極板とその間にセパレータを介して巻回して長円形の電極体とし、この電極体を金属外装缶内に収納した後、同電極体の上部に樹脂性の枠体を配設し、前記外装缶の開口部を、注液孔をもつ封口板により密閉封口した後、前記注液孔より電解液を注入してなる角型リチウムイオン二次電池において、
前記枠体は、長円形の底板部と前記底板部に垂直で、前記底板部の外周面に配置された外壁部と、前記外壁部と連通し、前記枠体を横断する補強用隔壁部からなり、前記底板部には複数個の通液用貫通孔と１個のリード用貫通孔を持ち、前記外壁部にはリード用切り欠けを有し、
前記通液用貫通孔は、前記注液孔と対向して重なる部分の面積は、前記注液孔の面積に対して５０％以下であることを特徴とする角型リチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記通液用貫通孔はすべてその内接する直線の最大長さが０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の角型リチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記枠体が耐熱樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の角型リチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、注液性が向上した角型リチウムイオン二次電池に関し、特にその電極体上部の絶縁用枠体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポータブル機器等に用いられる小型二次電池のうち、特に角型リチウムイオン二次電池に関しては、正極および負極リードのいずれもが、電極体上部の封口板に接続されているため、振動や落下衝撃などで電極体が移動した場合、リード部の変形が起こり、ケース内部などに接触する内部短絡が発生する。これを、防止するために一般的に電極体の上部に、枠体と呼ばれる樹脂製の絶縁板が設置されている。（例えば特許文献１参照）
封口板と電極体との間に配置する角型電池用の枠体は、電極体集電部とのケースとの絶縁を目的として、ある程度の強度と電極体の固定を保つように設計されてきた。しかしながら、電池を高容量化することによって電池内部の活物質量が増加し、電解液を注入できる空間体積が減少するため、従来の枠体では電解液をセルに注液した直後に電解液があふれてしまうという問題があった。この問題を解決するために、枠体に複数個の連通孔を配設するとともに、これらの連通孔間を区画する隔壁を設け、さらに連通孔に対向する複数の注液孔を封口板に配設する構造が提案されている。（特許文献２参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２２９８９８号公報
【特許文献２】
特開平１０−２４１７４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の枠体を用いた構成では、注液後の予備充電ガス抜き時にガスとともに電池内部から電解液が噴き出してくるという液あふれの問題があった。また、複数の注液孔を配設した構造では、封口板に注液孔をあける工程や注液孔を封栓する工程が多くなるため加工費が高くなるという課題が有った。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するものであり、好適な枠体を用いることにより電極体の固定能力を保ちつつ、かつ注液性を向上させ、液あふれも少ない角型リチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、正極板および負極板とその間にセパレータを介して巻回して長円形の電極体とし、この電極体を金属外装缶内に収納した後、同電極体の上部に樹脂性の枠体を配設し、前記外装缶の開口部を、注液孔をもつ封口板により密閉封口した後、前記注液孔より電解液を注入してなる角型リチウムイオン二次電池において、本発明の第１の枠体は、長円形の底板部と前記底板部に垂直で、前記底板部の外周面に配置された外壁部からなり、前記底板部には複数個の通液用貫通孔と１個のリード用貫通孔を持ち、前記外壁部にはリード用切り欠けを有し、前記底板部の短辺側の隅には、一つ以上の通液用貫通孔を前記外壁部に接して配設したことを特徴としたものであり、底板部と外壁部により枠体の強度と電極体固定機能を保持し、複数の通液用貫通孔とリード用貫通孔および底板部の短辺側の隅に、外壁部に接して配設された一つ以上の通液用貫通孔により注液性が増すという作用を有する。
【０００７】
さらに本発明の第２の枠体は、長円形の底板部と前記底板部に垂直で、前記底板部の外周面に配置された外壁部と、前記外壁部と連通し、前記枠体を横断する補強用隔壁部からなり、前記底板部には複数個の通液用貫通孔と１個のリード用貫通孔を持ち、前記外壁部にはリード用切り欠けを有し、前記隔壁部に上部より深さ０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の切り欠きを設けたことを特徴としたものであり、底板部と外壁部に付け加えて補強用隔壁部を有したことにより、枠体の強度と電極体固定機能をさらに高めて保持し、複数の通液用貫通孔とリード用貫通孔および注液した液が乗り越えられるように隔壁の上部に切り欠きを設けたことにより注液性が増すという作用を有する。
【０００８】
また、本発明の第３の枠体は、長円形の底板部と前記底板部に垂直で、前記底板部の外周面に配置された外壁部と、前記外壁部と連通し、前記枠体を横断する補強用隔壁部からなり、前記底板部には複数個の通液用貫通孔と１個のリード用貫通孔を持ち、前記外壁部にはリード用切り欠けを有し、前記通液用貫通孔は、前記注液孔と対向して重なる部分の面積は、前記注液孔の面積に対して５０％以下であることを特徴としたものであり、通液用貫通孔は、前記注液孔と対向して重なる部分の面積は、前記注液孔の面積に対して５０％以下であるため、注液後の予備充電ガス抜き時にガスとともに電池内部から電解液が噴き出してくるという液あふれの場合に、注液孔から外部に液が飛び出すのを押さえるという作用がある。
【０００９】
これらの枠体において、通液用貫通孔はすべてその内接する直線の最大長さが０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であると、リードの変形による短絡が起こりにくく、さらに通液性も確保されるため望ましい。また、これらの枠体が耐熱樹脂であると過充電時などで電池温度があがったときも、強度が保てるので好ましい。耐熱樹脂の中でもポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドなどやポリエチレンテレフタレートなどが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態を示す枠体の斜視図である。図２は、本発明の角型リチウムイオン二次電池の封口部の断面図である。
【００１２】
図１において枠体１は、長円形の底板部２と底板部２に垂直で、底板部２の外周面に配置された外壁部３からなっている。さらに底板部２には３個の円形の通液用貫通孔４ａと３個の矩形の通液用貫通孔４ｂと１個のリード用貫通孔５がある。また、外壁部３にはリード用切り欠け６を有し、底板部２の４隅には、それぞれ一つづつの計４個の通液用貫通孔４ｃが外壁部３に接して配設されている。これらの貫通孔４ａ，４ｂ，４ｃの大きさは任意であるが、すべてその内接する直線の最大長さが０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であると、リードの変形による短絡が起こりにくく、さらに通液性も確保されるため望ましい。
【００１３】
次に、枠体１には、外壁部３と連通し、枠体１を横断する補強用隔壁部７が設けられており、隔壁部７には、切り欠き８が設けられている。この切り欠き８は、上部より深さ０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であるのが望ましい。
【００１４】
この枠体１は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドなどやポリエチレンテレフタレートなどの耐熱樹脂でできている。
【００１５】
図２において、正極板および負極板とその間にセパレータを介して巻回した長円形の電極体９が、アルミニウム製外装缶１０内に収納されている。電極体９の上部には樹脂製の枠体１が配設されており、外装缶１０の開口部は、負極端子１１と封栓１２より封じられた注液孔１３をもつ封口板１４により、密閉封口されている。リード用切り欠け６から正極用リード１５が引き出され、封口板１４に接続されている。また、リード用貫通孔５からは負極用リード１６が引き出され、負極端子１１に接続されている。
【００１６】
図２に示す注液用貫通孔４ｂの注液孔１３と対向して重なる部分１７の面積は、注液孔１３の面積に対して５０％以下となっている。
【００１７】
なお、本実施例においては、アルミニウム製の外装缶１０を例に挙げたが、ニッケルめっきされた鉄製の外装缶や、ステンレス製の外装缶でも良い。そのときは、外装缶は負極になり、封口板は正極端子を持つことになる。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明の実施例について角形リチウムイオン二次電池を例にとり説明する。
【００１９】
正極板には、正極活物質としてコバルト酸リチウムを用い、これに導電性付与剤としてアセチレンブラック、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、増粘剤としてＣＭＣを混合し、水を分散媒としてスラリー状の正極用合剤を作製した。集電体にはアルミニウム箔を用い、上記正極用合剤を塗布して正極板用シートを作製、乾燥後、所定の厚さに圧延成形し、正極板を作製した。上記極板には目的に応じてタブ式リードを超音波で溶接した。
【００２０】
負極板には、活物質として黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、結着剤としてスチレン−ブタジエン重合ゴム（ＳＢＲ）、増粘剤としてＣＭＣを混合し、水を分散媒としてスラリー状の負極用合剤を作製した。集電体として銅箔を用い、上記集電体の両面に負極用合剤を塗布して負極板用シートを作製した。つぎに上記負極板用シートを乾燥し、所定の厚さに圧延し、所定の寸法に裁断して負極板を作製した。上記負極板の一部にはニッケル製のタブ式リードを超音波で溶着した。
【００２１】
上記の正極板と負極板を、ポリエチレンの微多孔膜であるセパレータを介して巻回して設定容量が６８０ｍＡｈの電極体９を作製した。この電極体９を厚さ５ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ３６ｍｍのアルミニウム製の外装缶１０に挿入した。
【００２２】
さらに、図３から図６に示す枠体を用いて、以下に説明する従来例の電池Ａおよび実施例の電池１から５を作成した。
＜電池Ａ＞
図３に示す枠体１ａを用いた。枠体１ａは、ポリプロピレン製の従来の枠体であり、長円形の底板部２と底板部２に垂直で、底板部２の外周面に配置された外壁部３からなっている。さらに底板部３には５個の直径が２ｍｍの円形の通液用貫通孔４ａと２個の辺の長さが２ｍｍの矩形の通液用貫通孔４ｂと１個のリード用貫通孔５がある。また、外壁部３にはリード用切り欠け６を有している。次に、枠体１ａには、外壁部３と連通し、枠体１ａを横断する補強用隔壁部７が設けられており、隔壁部７には、切り欠き等は設けられていない。
【００２３】
この枠体１ａを外装缶１０内の電極体９の上部に配置し、封口板１４に正極用リード１５および負極用リード１６を接続し、封口板１４で外装缶１０を封口した。この時、直径１ｍｍの注液孔１３は、完全に右端の注液用貫通孔４ａと対向する様にした。
＜電池１＞
図４に示す枠体１ｂを用いた。枠体１ｂは、ポリプロピレン製の本発明の枠体であり、長円形の底板部２と底板部２に垂直で、底板部２の外周面に配置された外壁部３からなっている。さらに底板部３には３個の直径が２ｍｍの円形の通液用貫通孔４ａと２個の辺の長さが２ｍｍの矩形の通液用貫通孔４ｂと１個のリード用貫通孔５がある。また、外壁部３にはリード用切り欠け６を有し、底板部３の円形部には、それぞれ一つづつの計２個の通液用貫通孔４ｃが外壁部３に接して配設されている。次に、枠体１には、外壁部３と連通し、枠体１を横断する補強用隔壁部７が設けられており、隔壁部７には、切り欠き等は設けられていない。
【００２４】
この枠体１ｂを外装缶１０内の電極体９の上部に配置し、封口板１４に正極用リード１５および負極用リード１６を接続し、封口板１４で外装缶１０を封口した。この時、直径１ｍｍの注液孔１３は、完全に右端の注液用貫通孔４ａと対向する様にした。
＜電池２＞
図５に示す枠体１ｃを用いた。枠体１ｃは、ポリプロピレン製の本発明の枠体であり、従来の枠体である枠体１ａとほぼ同じ構造だが、隔壁部７には、上部より深さ０．５ｍｍの切り欠き８を設けた。
【００２５】
この枠体１ａを外装缶１０内の電極体９の上部に配置し、封口板１４に正極用リード１５および負極用リード１６を接続し、封口板１４で外装缶１０を封口した。この時、直径１ｍｍの注液孔１３は、完全に右端の注液用貫通孔４ａと対向する様にした。
＜電池３＞
図３に示す従来の枠体１ａを用いた。
【００２６】
この枠体１ａを電池Ａと同様に外装缶１０内の電極体９の上部に配置し、封口板１４に正極用リード１５および負極用リード１６を接続し、封口板１４で外装缶１０を封口した。この時、直径１ｍｍの注液孔１３の位置を少し左にずらして、注液用貫通孔４ａと対向する部分の面積は、注液孔１３の面積（０．７８５ｍｍ２）の４０％（０．３１４ｍｍ２）になるようにした。
＜電池４＞
図６に示す枠体１ｄを用いた。枠体１ｄは、ポリプロピレン製の本発明の枠体であり、図４枠体１ｃとほぼ同じ構造だが、隔壁部７には、上部より深さ０．５ｍｍの切り欠き８を設けた。
【００２７】
この枠体１ｄを外装缶１０内の電極体９の上部に配置し、封口板１４に正極用リード１５および負極用リード１６を接続し、封口板１４で外装缶１０を封口した。この時、直径１ｍｍの注液孔１３は、完全に右端の注液用貫通孔４ａと対向する様にした。
＜電池５＞
電池４と同様に図６に示す枠体１ｄを用いた。
【００２８】
この枠体１ｄを電池Ａと同様に外装缶１０内の電極体９の上部に配置し、封口板１４に正極用リード１５および負極用リード１６を接続し、封口板１４で外装缶１０を封口した。この時、直径１ｍｍの注液孔１３の位置を少し左にずらして、注液用貫通孔４ａと対向する部分の面積は、注液孔１３の面積（０．７８５ｍｍ２）の４０％（０．３１４ｍｍ２）になるようにした。
【００２９】
以上述べた電池Ａおよび電池１から５の６個の電池に対し、注液孔１３から  非水電解液を注入した。電解液にはエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に六フッ化燐酸リチウム１．０ｍｏｌ／ｌを溶解させた非水電解質溶液を用いた。注液量は１．９ｇとした。
【００３０】
以上述べた工程により、電池Ａおよび電池１から５の６種の電池をそれぞれ１０００個作り、以下に述べる漏液の検査を行なった。
【００３１】
注液孔１３をゴム栓で仮封栓し、１３６ｍＡ（０．２Ｃ）で１時間予備充電し、目視で、漏液を見た。その結果を、（表１）に示す。
【００３２】
さらに予備充電後の電池を、−４００ｍｍＨｇに減圧後、封栓１２で減圧封栓し、目視で漏液を見た。その結果を、（表１）に合わせて示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
（表１）から明らかなように、本実施例の電池１から５は、従来の電池Ａより漏液したものが少なかった。
【００３５】
電池１の漏液の少なかった理由は、外壁部３に接して配置された貫通孔４ｃのために、注液した後の電解液の電極体９に対する含浸性が向上したため、予備充電により発生したガスによる電解液の噴出しが少なかったためであると考えられる。
【００３６】
電池２の漏液の少なかった理由は、隔壁部７に設けた切り欠き８により、注液した後の電解液が枠体１ｃ全体にすみやかにいきわたっため電解液の電極体９に対する含浸性が向上し、予備充電により発生したガスによる電解液の噴出しが少なかったためであると考えられる。
【００３７】
電池３の漏液の少なかった理由は、注液孔１３の位置を少し左にずらして、注液用貫通孔４ａと対向する部分の面積は、注液孔１３の面積の４０％になるようにしたため、予備充電により発生したガスによる電解液の噴出しが多くても注液孔１３に達した電解液は少なかったためであると考えられる。
【００３８】
電池４の漏液の少なかった理由は、隔壁部７に設けた切り欠き８により、注液した後の電解液が枠体１ｃ全体にすみやかにいきわたり、さらに、外壁部３に接して配置された貫通孔４ｃのために、注液した後の電解液の電極体９に対する含浸性が相乗効果により向上し、予備充電により発生したガスによる電解液の噴出しが最も少なかったためであると考えられる。
【００３９】
電池５の漏液の見られなかった理由は、隔壁部７に設けた切り欠き８により、注液した後の電解液が枠体１ｃ全体にすみやかにいきわたり、さらに、外壁部３に接して配置された貫通孔４ｃのために、注液した後の電解液の電極体９に対する含浸性が相乗効果により向上し、予備充電により発生したガスによる電解液の噴出しが最も少なかった上に、注液孔１３の位置を少し左にずらして、注液用貫通孔４ａと対向する部分の面積は、注液孔１３の面積の４０％になるようにしたため、その少ない電解液の中で、注液孔１３に達した電解液はなかったためであると考えられる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明の枠体を用いることにより注液性を向上させ、液あふれの少ない角型リチウムイオン二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す枠体の斜視図
【図２】本発明の角型リチウムイオン二次電池の封口部の断面図
【図３】従来の枠体の上面図
【図４】本発明の第一の実施例の枠体の上面図
【図５】本発明の第二の実施例の枠体の斜視図
【図６】本発明の第３の実施例の枠体の斜視図
【符号の説明】
１      枠体
２      底板部
３      外壁部
４      通液用貫通孔
５      リード用貫通孔
６      リード用切り欠け
７      隔壁部
８      切り欠け
９      電極体
１０      外装缶
１１      負極端子
１２      封栓
１３      注液孔
１４      封口板
１５      正極用リード
１６      負極用リード
１７      重なる部分
【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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