(57)【要約】【課題】落下等の衝撃を受けたとしても、内部端子およびタブを金属製蓋体、電池ケースおよび発電要素から確実に絶縁状態を維持する。【解決手段】下部ガスケットの一部は断面が電池中心方向に向かって開口部があるコの字状であり、前記コの字部に負極タブと内部端子の接続部を配置し、さらに、前記タブを閉塞するように上部絶縁板を粘着テープにより発電要素に固着して配置し、また、前記下部ガスケットの前記金属製蓋体側に凸部を設けるとともに、前記金属製蓋体に前記凸部に嵌合する凹部を設け、前記凸部を嵌め込む構造により回り止めとした密閉型横巻電池。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する金属製電池ケース内に、正極板と負極板とがセパレータを介して捲回されている発電要素が捲回軸を前記開口部面に垂直となるように収納され、さらに、前記電池ケースの前記開口部に嵌合し、密封する金属製蓋体とからなる密閉型電池において、
前記発電要素から伸びるタブと電気的に接続された内部端子及び前記内部端子と接続された外部接続端子が、前記金属製蓋体に上部ガスケット及び下部ガスケットを介すことにより電気的に絶縁状態で固定され、前記下部ガスケットの一部は断面が電池中心方向に向かって開口部があるコの字状であり、前記コの字部に前記タブと前記内部端子の接続部を配置し、さらに、前記タブを閉塞するように上部絶縁板を粘着テープにより発電要素に固着して配置し、また、前記下部ガスケットの前記金属製蓋体側に凸部を設けるとともに、前記金属製蓋体に前記凸部に嵌合する凹部を設け、前記凸部を嵌め込む構造を持つことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記下部ガスケットの凸部周辺部の厚みが、０．５ｍｍ以下であり、前記蓋体の凹部周辺部の厚みが０．７ｍｍ以上であり、前記凸部の高さおよび凹部の深さが０．３ｍｍ以上、蓋体の厚み未満である請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池の端子部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型電池においては、発電要素から電気を外部に取り出すために、発電要素の両極板にタブを取り付け、それを内部端子および外部端子に接続している。
【０００３】
金属製電池ケースを使う場合には、一般的に電池ケースと同じ極性を持つ極板からのタブと接続されている内部端子および外部端子は電池ケースと接続され、電池ケースと違う極性を持つ極板からのタブと接続されている内部端子および外部端子は電池ケースと絶縁物であるパッキンやガスケットにより絶縁される。この絶縁が不完全だったり、電池ケースと違う極性を持つ極板からのタブが電池ケースと接触したりすると内部短絡が発生し、電池が使用不能になるため、タブや端子の絶縁を確実にするため、様々な構成が提案され、現在でも開発が進められている。
【０００４】
これらの金属製電池ケースを用いた密閉電池の中でも、特開２００２−９３３８７号公報に記載されているように負極内部端子である負極集電接続体と正極内部端子である正極集電接続体を、下部ガスケットである絶縁体と一体化することにより、部品制度誤差の累積を減少させるとともに、確実な組み立てを容易にして、内部短絡の発生を防止することができる電池が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の電池は、導電材である金属材料と絶縁体である樹脂を一体化しているため、コストが高いという課題がある。さらに、捲回されている発電要素が捲回軸が開口面と平行に電池ケース内に入れられている電池（以下、縦巻電池と言う）では、公報中に記載されているように、極板から引き出した銅箔およびアルミニウム（Ａｌ）箔を使用して、容易に内部端子に接続することができ、有用な構成となる。
【０００６】
これに対し、一般的に良く使われている構造である縦巻電池と逆の入れ方をする電池、つまり、捲回されている発電要素が、捲回軸が開口面と垂直に電池ケース内に入れられている電池（以下、横巻電池と言う）においては、発電要素からの電流の取出し方が異なるため、この構成を使用することはできなかった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、横巻電池において、たとえ落下等の衝撃を受けたとしても、内部端子およびタブを金属製蓋体、電池ケースおよび発電要素から確実に絶縁状態を維持することができる電池を提供するのが目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、密閉型横巻電池において、発電要素から伸びるタブと電気的に接続された内部端子及び前記内部端子と接続された外部接続端子が、金属製蓋体に上部ガスケット及び下部ガスケットを介すことにより電気的に絶縁状態で固定され、前記下部ガスケットの一部は断面が電池中心方向に向かって開口部があるコの字状であり、前記コの字部に前記タブと前記内部端子の接続部を配置し、さらに、前記タブを閉塞するように上部絶縁板を粘着テープにより発電要素に固着して配置し、また、前記下部ガスケットの前記金属製蓋体側に凸部を設けるとともに、前記金属製蓋体に前記凸部に嵌合する凹部を設け、前記凸部を嵌め込む構造を持つこと特徴としたものである。
【０００９】
内部端子と接続しているタブは、断面がコの字状の下部ガスケットと上部絶縁板により、完全に金属製蓋体、電池ケースおよび発電要素から絶縁されている。
【００１０】
そして、上部絶縁板は粘着テープにより固定されているので、落下等の衝撃時でも安定である。また、下部ガスケットは、内部接続端子が外部接続端子と接続されることにより固定されているが、下部ガスケットに設けられた凸部が金属製蓋体に設けられた凹部と嵌合することにより回り止めとなり、落下等の衝撃時の安定性をさらに確実にしている。この嵌合部はある程度の大きさが必要であるが、凹部が蓋体に設けられているため、下部ガスケットは、嵌合部によらず薄くすることができるという効果がある。この効果についてさらに説明する。
【００１１】
高容量化のため、電池内部の発電要素以外の部分は極力小さくすることが求めれている。したがって、ガスケットなどの厚さは０．５ｍｍ以下にするのが望ましい。ガスケット側に凹部を作成し、強度を保つためにある程度の深さを確保しようとすると貫通孔になってしまう。この場合、貫通孔よりとび出た蓋体の部分がコの字部の内部にあると、内部短絡を起こし易くなる。また、コの字部の外部に作ろうとすると、ガスケット部の長さが長くなり、溶接範囲が狭くなったり、安全弁などのその他の装置の設置などが難しくなる。したがって、下部ガスケットの凸部周辺部の厚みが、０．５ｍｍ以下であり、前記蓋体の凹部周辺部の厚みが０．７ｍｍ以上であり、前記凸部の高さおよび凹部の深さが０．３ｍｍ以上、蓋体の厚み未満であるのが、特に好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の電池は、開口部を有する金属製電池ケース内に、正極板と負極板とがセパレータを介して捲回されている発電要素が捲回軸を前記開口部面に垂直となるように収納され、さらに、前記電池ケースの前記開口部に嵌合し、密封する金属製蓋体とからなる密閉型電池において、前記発電要素から伸びるタブと電気的に接続された内部端子及び前記内部端子と接続された外部接続端子が、前記金属製蓋体に上部ガスケット及び下部ガスケットを介すことにより電気的に絶縁状態で固定され、前記下部ガスケットの一部は断面が電池中心方向に向かって開口部があるコの字状であり、前記コの字部に前記タブと前記内部端子の接続部を配置し、さらに、前記タブを閉塞するように上部絶縁板を粘着テープにより発電要素に固着して配置し、また、前記下部ガスケットの前記金属製蓋体側に凸部を設けるとともに、前記金属製蓋体に前記凸部に嵌合する凹部を設け、前記凸部を嵌め込む構造を持つこと特徴としたものであり、たとえ落下等の衝撃を受けたとしても、内部端子およびタブを金属製蓋体、電池ケースおよび発電要素から確実に絶縁状態を維持することができるという作用を有する。この際、前記下部ガスケットの凸部周辺部の厚みが、０．５ｍｍ以下であり、前記蓋体の凹部周辺部の厚みが０．７ｍｍ以上であり、前記凸部の高さおよび凹部の深さが０．３ｍｍ以上、蓋体の厚み未満であるのが、特に好ましい。
【００１３】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の一実施の形態にかかる密閉型横巻電池を示す構造模式図（一部断面図）、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図であり、図２は、その電池の封口部の組み立て斜視図である。これらの図において、金属製電池ケース１は、アルミニウム合金からできており、上端に開口部を有する角型外装缶であり、正極端子を兼ねている。電池ケース１は、表面にニッケルめっきを施した鉄を用いても良いが、その場合は負極端子を兼ねることになる。
【００１４】
電池ケース１の内部には、発電要素２が絶縁テープ３によって底面に対し電気的絶縁状態で収納されており、発電要素２の上端部にはこれの上方の構成部材と電気的に絶縁するための上部絶縁板４が粘着テープ５によって固着して配置されている。前記発電要素２は、図示を省略しているが、正極板と負極板とをセパレータを介在して非真円形の渦巻形状に捲回した後、プレス成形にて角型の電池ケース１に対応する扁平状に変形して作成し、その捲回軸が電池ケース１の開口部面に垂直となるように電池ケース内に挿入したものである。
【００１５】
ところで、上記正極板は、従来公知の方法で作成すれば良く、アルミニウム製の箔からなる集電体の両面に正極活物質、導電剤および結着剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作成する。
【００１６】
上記正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤としては、従来公知の物質を使用する。本実施の形態においては、正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、導電剤としてはアセチレンブラック、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）およびその共重合体、そして溶剤としてはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が好ましい。
【００１７】
上記負極板は、従来公知の方法で作成すれば良く、銅製の箔からなる集電体の両面に負極活物質、導電剤および結着剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作成する。
【００１８】
上記負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤としては、従来公知の物質を使用する。本実施の形態においては、負極活物質としては、黒鉛などの炭素材料、導電剤としてはアセチレンブラック、結着剤としてはＰＶｄＦおよびその共重合体、そして溶剤としてはＮＭＰが好ましい。
【００１９】
セパレータとしては、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン樹脂などの微多孔性ポリオレフィン系樹脂が好ましい。前述した渦巻形状に捲回後の発電要素２に対するプレス成型の方法としては、発電要素２に常温だけでなく、４０℃から発電要素２の結着剤の軟化点以下の温度に加温した状態で１．０ＭＰａから７．０ＭＰａの圧力にてプレスした。
【００２０】
そして、電池ケース１の開口部は、金属製蓋体６が嵌め込まれた後に、溶接部７をレーザ溶接することにより、封口されている。さらに蓋体６には、安全弁８が備わっている。この安全弁８も従来公知のもので良いが、電池内部のガス圧が異常に高くなった時、破壊によりガスを放出する非復帰型のもので、クラッド板式や刻印式がコストが安く、蓋体６が薄くても設置できるので好ましい。また、蓋体６には正極タブ９が接続されている。
【００２１】
さらに、リベットを兼ねる内部端子１０が、外部端子１１とかしめられることにより蓋体６に固定されている。内部端子１０と外部端子１１は、下部ガスケット１２と上部ガスケット１３により蓋体６とは、電気的に絶縁されている。内部端子１０には上部絶縁板４の隙間１９から引き出された負極タブ１４が接続されている。図１（ｂ）に示すように断面がコの字状の下部ガスケット１２と上部絶縁板４が負極タブ１４を閉塞するように配置されている。
【００２２】
下部ガスケット１２には凸部１５があり、蓋体６にはそれに嵌合する凹部１６があって、嵌め込まれている。
【００２３】
前記内部端子１０および外部端子１１の材質としては、電気的接続を容易にするために、ステンレスや表面にニッケルめっきを施した鉄、あるいは成形性のよい銅または銅合金を用いることが好ましい。上部ガスケット１３は、電池ケース１と蓋体６とを嵌合してレーザ溶接する際の熱の影響による電解液の漏液を防ぐため、耐熱温度の高いフッ素樹脂を主に用いることが好ましい。一方、下部ガスケット１２は、上記と同じ理由により、耐熱温度の高いフッ素樹脂を使うのが好ましく、また、電池幅のサイズおよび形状によってはポリプロピレン（ＰＰ）およびポリフェニレンサルファイドなどの樹脂を使い分けて用いるのが好ましい。
【００２４】
前記蓋体６には、電解液を注入するための注液孔１７が設けられており、電池ケース１内には非水電解液（図示せず）が、前記注液孔１７を通じて注液される。この非水電解液としては、非水溶媒と電解質からなり、非水溶媒としては、主成分としては環状カーボネートおよび鎖状カーボネートの混合物からなる。前記環状カーボネートとしてはエチレンカーボネート（ＥＣ）が好ましく、前記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。電解質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬＩＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２等が挙げられる。これらの電解質は、二種類以上組み合わせて使用しても良く、前記非水溶媒に対して０．５〜１．５Ｍの濃度で溶解させることが好ましい。
【００２５】
前述の注液が終了すると、前記注液孔１７は、アルミニウム板とゴム栓とを一体成型した封栓１８を嵌め込み、レーザ溶接することで密閉封止される。
【００２６】
なお、本実施の形態においてはリチウムイオン二次電池を例に挙げたが、発電要素自体はアルカリ蓄電池等その他の電池系であっても構わない。
【００２７】
【実施例】
次に、実施例および比較例を用いて本発明の電池を詳細に説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１（ａ）（ｂ）および図２において、角型の電池ケース１は、上端が開口している厚みが０．２ｍｍのアルミニウム合金（ＪＩＳ合金番号３００３）製で、そのサイズは厚さ３．５ｍｍ、幅３４．０ｍｍ、高さ５０ｍｍであり、正極端子を兼ねている。
【００２９】
正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ２、結着剤としてフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、及び導電剤としてアセチレンブラックをＮＭＰからなる有機溶剤に混練分散したペーストを用い、このペーストを厚さ１５μｍのアルミニウム箔製集電体に塗着、乾燥、圧延して、正極板を作成した。
【００３０】
負極活物質として易黒鉛化炭素、前記Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）の粉末をアセトンとシクロヘキサノンからなる混合有機溶剤に混練分散したペーストを用い、このペーストを厚さ１２ミクロンの銅箔製集電体に塗着、乾燥、圧延して、負極板を作成した。
【００３１】
このようにして作成した正極板と負極板とを厚さ２５μｍの微多孔性のＰＥ樹脂からなるセパレータを介して非真円形の渦巻形状に捲回した発電要素２を６．０ＭＰａの圧力でプレスして扁平状に作成した。この発電要素２は、その捲回軸を電池ケース１の開口部面と垂直になるような方向にして、上部に上部絶縁板４を粘着テープ５で固定して配置し、下部を絶縁テープ３で電気的絶縁状態に仕切った。上部絶縁板４の固定に際しては、図２に示す、中央の隙間１９から負極タブ１４を引出し、周辺部の切り欠け２０から正極タブ９を引き出した。
【００３２】
封口部の組み立てに関しては、図２により説明する。蓋体６は、厚さ１．０ｍｍのアルミニウム合金（ＪＩＳ合金番号３００３）製であり、蓋体６には、取付孔２１ａと、この取付孔２１ａに対し電池外方側に位置して連通する座グリ部２１ｂが形成されている。取付孔２１ａに、内部端子１０の軸部１０ａを、凸部１５をもつ断面がコの字状の下部ガスケット１２により前記蓋体６と電気的に絶縁された状態で下方から挿入した。内部端子１０には、電気的接続を容易にするために、表面にニッケルめっきを施した鉄製のものを用いた。下部ガスケット１２は、厚さ０．５ｍｍのフッ素樹脂からできている。この軸部１０ａの上部に、取付孔２２ａをもつフッ素樹脂製上部ガスケット１３を介在して外部端子１１を嵌め込んだ。この時、上部ガスケット１３は、蓋体６の座グリ部２１ｂに嵌まり込み、外部端子１１は、上部ガスケット１３の座グリ部２２ｂに嵌まり込んで、蓋体６と外部端子１１を電気的に絶縁している。外部端子１１における、内部端子１０の軸部１０ａを捜通させる捜通孔２３ａは、軸部１０ａより少し大きい径に形成されており、凸部１５と凹部１６を嵌合しつつ軸部１０ａを捜通孔２３ａに指しこみ、外部端子１１をかしめ加工する事により、内部端子１０と外部端子１１とを確実に電気的に接続した。本実施例において軸部１０ａの直径は１．００ｍｍであり、捜通孔２３ａの直径は１．０５ｍｍである。
【００３３】
封口部を組み立てた後、内部端子１０に負極タブ１４を抵抗溶接し、蓋体６に正極タブ１０をレーザ溶接した。さらに、発電要素２を挿入し、蓋体６を電池ケース１の開口部に嵌合させた。これにより、負極タブ１４は下部ガスケット１２と上部絶縁板１９で図１（ｂ）のように閉塞される。その後、溶接部７をレーザ溶接により接合した。その後、ＥＣとＥＭＣを２：１で混合した混合溶媒にＬｉＰＦ６を１．０Ｍの濃度で溶解させた非水電解液を蓋体６の注液孔１７から注液した。その注液後、注液孔１７に封栓１８を嵌入した後、レーザ溶接して封止密閉し、実施例１の密閉型電池を得た。
【００３４】
次に、封口部の構造のみ変えた比較例１および２の電池を作成した。
【００３５】
（比較例１）
図３（ａ）には比較例１にかかる密閉型横巻電池を示す構造模式図（一部断面図）および図３（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。本比較例では、上部絶縁板が無く、負極タブ１４を絶縁テープ３ａが覆うことにより、発電要素２から絶縁されている。内部端子１０ａは、リベットを兼ねる外部端子１１ａにより、下部ガスケット１２ａおよび上部ガスケット１３ａを介してかしめられ、蓋体６ａに電気的に絶縁した状態で固定されている。回り止めとなる嵌合部は、凸部１５ａが、蓋体６ａ側にあり、それに嵌合する凹部は、貫通部１６ａとなり下部絶縁板１２ａに形成されている。この貫通部１６ａは、断面がコの字状の部分以外に作る必要があり、そのため負極タブ１４を溶接する内部端子１０ａの長さは短くなった。さらに、安全弁を蓋体６ａに形成するのも困難であった。
【００３６】
なお、蓋体６ａの凸部１５ａの反対側にある凹部１５ｂは、凸部１５ａの形成のために外側からたたいた痕である。比較例１においても蓋体６ａは、厚さ１．０ｍｍのアルミニウム合金（ＪＩＳ合金番号３００３）製のものを用い、下部ガスケット１２ａも厚さ０．５ｍｍのフッ素樹脂からなるものを使用した。図３（ｂ）に示すとおり負極タブ１４は、その接続部とも断面がコの字状の下部ガスケット１２ａに取り囲まれているが、閉塞はされていない。
【００３７】
以上述べた封口部の構造以外は、実施例１と同様にして比較例１の電池を作成した。
【００３８】
（比較例２）
図４（ａ）には比較例１にかかる密閉型横巻電池を示す構造模式図（一部断面図）および図４（ｂ）は、そのＣ−Ｃ断面図である。比較例２においては、実施例１の電池と違い、上部絶縁板４が、粘着テープを使っていないため固定されていない。さらに、回り止めとなる嵌合部が無い、つまり、下部ガスケット１２ｂには凸部がなく、蓋体６ｂにも凹部が無い。これ以外の構成は、例えば外部端子１１や上部ガスケット１３の構造や、かしめ加工の仕方、負極タブ１４の接続等すべて実施例１と同様にした。したがって、図４（ｂ）に示すとおり、内部端子１０と負極タブ４の接続部を含み負極タブ４は、下部ガスケット１２ｂと上部絶縁板４で閉塞されている。
【００３９】
以上述べた封口部の構造以外は、実施例１と同様にして比較例２の電池を作成した。
【００４０】
（電池の評価）
このようにして実施例１、比較例１および比較例２の電池を各２５個用いて、初期活性化処理後、４．２Ｖまで充電を行なった。その後、１．５ｍｍ高さから６方向の面で１回づつ自由落下を行なうことを１サイクルとして、３０サイクルの落下衝撃試験を行なった。１０サイクル毎に、電池の表面に触れて、明らかに発熱が見られるものを不良品と認定した。表１に落下衝撃試験の結果を示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
この落下衝撃試験時の発熱は、内部短絡によるものと考えられるため、表１から明らかなように、実施例１の電池では、比較例１および比較例２の電池と比較して、落下時の衝撃に対して内部短絡が起こりにくい。
【００４３】
比較例１の電池が内部短絡を起こした理由は、落下時の衝撃で発電要素２が、下部ガスゲット１２ａ側に押し付けられ、負極板と蓋体６ａの短絡や正極板と内部端子１０ａあるいは負極タブ１４の接続部等絶縁テープ３ａに覆われていない部分との短絡があったものと考えられる。
【００４４】
比較例２の電池が内部短絡を起こした理由は、下部ガスケット１２ｂに回り止めが無く、さらに上部絶縁板４も粘着テープで固定されていないため、電池ケース１の広側面側に落下させたときなど、下部ガスケット１２ｂがケース側に回転するように偏芯し、さらに上部絶縁板４もケース側に倒れこむことにより、電池ケース１と負極リード１４が短絡を起こしたと考えられる。
【００４５】
実施例１の電池では、以上述べた短絡モードは起こらないので、安定した接続が保たれている。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電池によれば、たとえ落下等の衝撃を受けたとしても、内部端子およびタブを金属製蓋体、電池ケースおよび発電要素から確実に絶縁状態を維持することができる電池を提供することができる。また、封口部のそれぞれの部材は単一の材料からできているため、異質の材料を一体化したものより低コストになるという効果も有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態にかかる電池を示す構造模式図（一部断面図）
（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図２】本発明の一実施の形態にかかる電池の封口部の組み立て斜視図
【図３】（ａ）比較例１の電池を示す構造模式図（一部断面図）
（ｂ）図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図
【図４】（ａ）比較例２の電池を示す構造模式図（一部断面図）
（ｂ）図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図
【符号の説明】
１　　　　電池ケース
２　　　　発電要素
３　　　　絶縁テープ
４　　　　上部絶縁板
５　　　　粘着テープ
６　　　　蓋体
７　　　　溶接部
８　　　　安全弁
９　　　　正極タブ
１０　　　内部端子
１１　　　外部端子
１２　　　下部ガスケット
１３　　　上部ガスケット
１４　　　負極タブ
１５　　　凸部
１６　　　凹部
１７　　　注液孔
１８　　　封栓
１９　　　隙間
２０　　　切り欠け
【図１】
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【図２】
2004014395.tif 000005
【図３】
2004014395.tif 000006
【図４】
2004014395.tif 000007