(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定圧で開裂する開裂溝が形成され皿状で中央に平面部を有する導電性ダイヤフラムと、周縁部が前記ダイヤフラムの周縁部に固定され中央に排気口が形成された凸部を有する上蓋キャップと、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方に電気的に接続され前記ダイヤフラム側に突出した中央の平面部が前記ダイヤフラムの前記電極群側の平面部に接合された接続部材とを有する上蓋を備え、前記上蓋がガスケットを介して円筒状電池缶にカシメ固定された大容量円筒型二次電池において、前記開裂溝は前記ダイヤフラムの平面部に形成されており、前記排気口は、中心が前記ダイヤフラムの前記開裂溝で画定される内側部分の中心と同軸線上に位置し、大きさが前記内側部分の大きさ以上であることを特徴とする円筒型二次電池。
【請求項２】
前記上蓋キャップの凸部には、前記円筒型二次電池同士を接続するためのブスバが接合されており、前記ブスバには中心が前記同軸線上に位置する貫通穴が形成されており、該貫通穴の大きさが前記排気口の大きさ以上であることを特徴とする請求項１に記載の円筒型二次電池。
【請求項３】
前記排気口及び前記貫通穴は略円形で、前記開裂溝は円環状であり、前記排気口の最小径をＡ、前記開裂溝の円環外径をＢ、前記貫通穴の最小径をＣとしたときに、最小径Ｃ≧最小径Ａ≧円環外径Ｂであることを特徴とする請求項２に記載の円筒型二次電池。
【請求項４】
前記ダイヤフラムには、円環状の前記開裂溝から周縁部側に放射状の開裂溝が更に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の円筒型二次電池。
【請求項５】
前記開裂溝は、前記ダイヤフラムの前記上蓋キャップ側の平面部に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の円筒型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は円筒型二次電池に係り、特に、所定圧で開裂する開裂溝が形成され皿状で中央に平面部を有する導電性ダイヤフラムと、周縁部がダイヤフラムの周縁部に固定され中央に排気口が形成された凸部を有する上蓋キャップと、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方に電気的に接続されダイヤフラム側に突出した中央の平面部がダイヤフラムの電極群側の平面部に接合された接続部材とを有する上蓋を備え、上蓋がガスケットを介して円筒状電池缶にカシメ固定された大容量円筒型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、密閉円筒型電池は家電製品に汎用されており、最近では、密閉円筒型電池の中でも特にリチウム電池が数多く用いられるに至っている。また、リチウム電池はエネルギ密度が高いことから、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）の車載電源としても開発が進められている。
【０００３】
ところが、密閉円筒型二次電池は充電装置の故障などにより過充電状態に陥ると、電解液の分解でガスが発生し電池内圧が極端に上昇することがある。特に、有機溶媒を電解液の溶媒として用いるリチウム電池においては、電池容量が大きくなるので、より確実な防爆動作が要求される。このため、薄板金属板の中央部を下方に突出させた突起部を厚板金属板に溶接し、これらの金属板の周部がカシメ固定された防爆機構を有する二次電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、本発明者らは、防爆機構を内蔵した上蓋を備えた密閉円筒型リチウム二次電池を先に提案した（特許文献２参照）。図６に示すように、上蓋４０は、鉄製でニッケルメッキが施された円板状で電池の外部端子を兼ねる上蓋キャップ１を有している。上蓋キャップ１の中央には円筒状の凸部が形成されており、凸部には排気口（開口）が形成されている。上蓋キャップ１の周縁部は、アルミニウム合金製の皿状で中央に平面部を有するダイヤフラム２２の周縁部にカシメ固定されている。ダイヤフラム２２の平面部には、アルミニウム合金製で正極及び負極のいずれか一方に接続された接続板２６の中央のダイヤフラム２２側に突出した平面部が、抵抗溶接により電気的・機械的に接合されている。ダイヤフラム２２の反転圧は、電池内圧が所定圧になったときに作動（ダイヤフラム２２が上蓋キャップ１側に反転）するように抵抗溶接で設定されている。また、ダイヤフラム２２の中央部と周縁部との間には、薄肉化されており電池内圧が所定圧に達すると開裂する開裂溝３０が形成されている。開裂溝３０は、図７に示すように、円環状の開裂溝３０ａと、円環状の開裂溝３０ａから周縁部側に延びる放射状の開裂溝３０ｂとで構成されている。開裂溝３０の開裂圧は、ダイヤフラム２２の反転圧より高く設定されている。
【０００５】
このような構造の防爆機構では、電池内圧が上昇してダイヤフラム２２の反転圧に達すると、ダイヤフラム２２が反転してダイヤフラム２２と接続板２６との接合が破断するため、接続板２６及び上蓋キャップ１間の電流が遮断される。電池内圧が更に上昇して開裂溝３０の開裂圧に達すると、開裂溝３０が開裂し電池内のガスが放出されるため、電池内圧が低減する。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−７８６６号公報
【特許文献２】特開２００４−１３４２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電池を高容量化した場合、上述した防爆機構では、過充電時の電池内圧上昇時に安全に電池を使用不能状態とすることはできるものの、電池への急激な変形を伴う外力が作用すると、図８に示すように、電池内圧の急激な上昇によりダイヤフラム２２が上蓋キャップ１に張り付く現象が起こる。このため、開裂溝３０の開裂が妨げられ内圧開放が不確実となり、電池内圧を低減することができない、という問題がある。この問題は、上述した家電製品等に用いられる容量１．３Ａｈ程度の小型電池では起こらないが、例えば、容量３．５Ａｈ以上、とりわけ、１０Ａｈを超える大容量をもつ電池で顕著となる。
【０００８】
本発明は上記事案に鑑み、大容量をもつ電池において、急激な変形を伴う外力が作用しても安全性を確保することができる円筒型二次電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、所定圧で開裂する開裂溝が形成され皿状で中央に平面部を有する導電性ダイヤフラムと、周縁部が前記ダイヤフラムの周縁部に固定され中央に排気口が形成された凸部を有する上蓋キャップと、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方に電気的に接続され前記ダイヤフラム側に突出した中央の平面部が前記ダイヤフラムの前記電極群側の平面部に接合された接続部材とを有する上蓋を備え、前記上蓋がガスケットを介して円筒状電池缶にカシメ固定された大容量円筒型二次電池において、前記開裂溝は前記ダイヤフラムの平面部に形成されており、前記排気口は、中心が前記ダイヤフラムの前記開裂溝で画定される内側部分の中心と同軸線上に位置し、大きさが前記内側部分の大きさ以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の円筒型二次電池では、過充電時や電池への急激な変形を伴う外力の作用による正極及び負極の短絡時にガス発生で電池内圧が急激に上昇し、電池内圧がダイヤフラムの反転圧に達すると、ダイヤフラムが反転してダイヤフラムの平面部と接続部材の平面部との接合が破断することで、電極群を構成する正極及び負極のいずれか一方と上蓋キャップとの電気的接続が遮断され、電池内圧が更に上昇すると、ダイヤフラムの反転圧より高い圧力に設定された開裂溝の開裂圧に達する。本発明では、上蓋キャップに形成された排気口の中心がダイヤフラムの開裂溝で画定される内側部分の中心と同軸線上に位置し、排気口の大きさが開裂溝で画定される内側部分の大きさ以上のため、反転したダイヤフラムが上蓋キャップに張り付いても開裂溝が開裂して開裂溝で画定される内側部分が排気口を越えて電池外に押し出され、電池内のガスが排気口を通じて確実に排気されるので、電池内圧が低減し電池の安全性を確保することができる。
【００１１】
この場合において、上蓋キャップの凸部に円筒型二次電池同士を接続するためのブスバを接合し、ブスバに中心が排気口の中心と同軸線上に位置する貫通穴を形成し、該貫通穴の大きさを排気口の大きさ以上としてもよい。このようにすれば、円筒型二次電池同士を接続して使用するときに、電池への急激な変形を伴う外力が作用しても開裂溝の開裂により電池内のガスが上蓋キャップの排気口及びブスバの貫通穴を通じて確実に排気されるので、安全性を確保することができる。このとき、排気口及び貫通穴が略円形で、開裂溝が円環状であり、排気口の最小径をＡ、開裂溝の円環外径をＢ、貫通穴の最小径をＣとしたときに、最小径Ｃ≧最小径Ａ≧円環外径Ｂとしてもよい。また、ダイヤフラムに、円環状の開裂溝から周縁部側に放射状の開裂溝が更に形成されていてもよい。更に、開裂溝がダイヤフラムの上蓋キャップ側の平面部に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上蓋キャップに形成された排気口の中心がダイヤフラムの開裂溝で画定される内側部分の中心と同軸線上に位置し、排気口の大きさが開裂溝で画定される内側部分の大きさ以上のため、反転したダイヤフラムが上蓋キャップに張り付いても開裂溝が開裂して内側部分が排気口を越えて電池外に押し出されるので、電池内圧が低減し電池の安全性を確保することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明を円筒型リチウムイオン電池に適用した実施の形態について説明する。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン電池５０は、中空円筒状の軸芯の周りに、正極及び負極を、リチウムイオンの通過を許容するポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して捲回した電極捲回群１１を備えている。
【００１５】
正極は、正極活物質のリチウムマンガン複合酸化物の粉末９０重量部に対して、導電材として炭素粉末５重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）５重量部と、を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと略記する。）を添加、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレス、集電するための一部を残して短冊状に裁断して得られたものである。集電するために残した部分には正極タブが形成されている。上述したリチウムマンガン複合酸化物には、例えば、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）又はＬｉＭｎ２Ｏ４のリチウムサイト又はマンガンサイトを他の金属元素で置換又はドープした、例えば、化学式Ｌｉ１＋ｘＭｙＭｎ２−ｘ−ｙＯ４（ＭはＬｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｇａ、Ｂ、Ｆ）や層状系マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎｘＭ１−ｘＯ２）（ＭはＬｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｇａ、Ｂ、Ｆの１種類以上の金属元素）を用いることができる。
【００１６】
一方、負極は、負極活物質の非晶質炭素粉末９０重量部に、結着剤としてＰＶＤＦの１０重量部を添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔（負極集電体）の両面に塗布し、乾燥させた後、所定寸法にプレス、集電するための一部を残して短冊状に裁断して得られたものである。集電するために残した部分には負極タブが形成されている。負極活物質には、上述した非晶質炭素の他に、リチウムを吸蔵放出可能な物質または金属リチウムを用いるようにしてもよい。
【００１７】
電極捲回群１１は有底円筒状の金属製電池缶１０内に挿入されており、上述した正極タブ及び負極タブは電極捲回群１１の互いに反対側の両端面に位置するように配置されている。軸芯の下端には、集電用の負極集電リングが固定されており、負極集電リングの周縁部には負極タブが超音波溶接されている。負極集電リングは、電池缶１０に抵抗溶接されている。一方、軸芯の上端には集電用の正極集電リング１４が固定されており、正極集電リング１４の周縁部には正極タブが超音波溶接されている。正極集電リング１４には、短冊状のアルミニウム箔を積層し略Ｕ字状に折り曲げられた正極リード板３２の一側が溶接されている。正極リード板３２の他側は、電極捲回群１１の上部に配置された上蓋２０を構成するアルミニウム合金製のスプリッタ４の底面に溶接されている。
【００１８】
図２に示すように、上蓋２０は、鉄製でニッケルメッキが施された円板状の上蓋キャップ（トップキャップ）１を有している。円板の中央には上方に向けて突出した円筒状の突起（凸部）が形成されており、突起の上面には電池内部で発生したガスを排出するための排気口（開口）９が形成されている。排気口９は略円形の形状に形成されている。上蓋キャップ１は正極外部出力端子としての機能を有しており、上蓋キャップ１の周部はダイヤフラム２の周部でカシメ固定されている。ダイヤフラム２は、アルミニウム合金製で下方に底部が形成された皿状の形状を有している。皿状の底部は平面状でありダイヤフラム２の中央部を形成している。ダイヤフラム２の上蓋キャップ１側の中央部には、薄肉化されており電池内圧が所定圧に達すると開裂する開裂溝８が形成されている。
【００１９】
図３（Ｂ）に示すように、開裂溝８は、円環状の開裂溝８ａと、開裂溝８ａからダイヤフラム２の周縁部側に延びる放射状の開裂溝８ｂとで形成されている。開裂溝８ａは円環の外径ｂ（以下、円環径ｂという。）（円環外径Ｂ）に設定されている。図３（Ａ）に示すように、上蓋キャップ１に形成された排気口９は最小径ａ（以下、排気口径ａという。）（最小径Ａ）に設定されている。排気口９は、中心が開裂溝８ａの円環（ダイヤフラム２の開裂溝８ａで画定される内側部分）の中心と同軸線上（同心位置）に位置している。排気口９の大きさは、開裂溝８ａの円環の大きさ以上に形成されており、排気口径ａは円環径ｂ以上（排気口径ａ≧円環径ｂ）に設定されている。
【００２０】
図２に示すように、ダイヤフラム２の中央部の底面（電極捲回群１１側の面）には、アルミニウム合金製でダイヤフラム２より肉厚が薄い接続板（接続部材）６が配置されている。接続板６は、中央部の上面が平面状で上方（ダイヤフラム２側）に突出しており、抵抗溶接により接合部７でダイヤフラム２に電気的・機械的に接合されている。ダイヤフラム２と接続板６との接合強度は、リチウムイオン電池５０の内圧が所定圧になったときにダイヤフラム２が作動（ダイヤフラム２が上蓋キャップ１側に反転）するように、抵抗溶接で調整されている。
【００２１】
ダイヤフラム２の中央部の底面と接続板６の周縁部との間には、フランジ部がダイヤフラム２の中央部の底面に当接するポリプロピレン樹脂製で円環状のブッシュ５を介して、扁平ドーナツ状（皿状の中央部が空けられた形状）のスプリッタ４が狭持されている。このため、スプリッタ４と接続板６とは電気的に接続されている。また、スプリッタ４には、電池内部とダイヤフラム２とを連通させる複数の貫通穴が形成されている。ダイヤフラム２のスプリッタ４が沿う部分と、スプリッタ４とが、図１に示した正極集電リング１４内に収容されている。スプリッタ４の外周部は、断面略Ｔ字状の樹脂製絶縁リング３によりダイヤフラム２の底面と所定間隔を隔てて係止されている。絶縁リング３は、内面側にスプリッタ４の外周部を支持する複数のツメを有しており、絶縁リング３とツメとは一体成形されている。なお、ダイヤフラム２、スプリッタ４、上蓋キャップ１及び接続板６は、プレス加工により成形されている。
【００２２】
図１に示すように、電池缶１０内に非水電解液が所定量注入された後、上蓋２０の周縁部は電池缶１０にガスケット１３を介してカシメ固定されて電池内が密閉されている。非水電解液には、６フッ化リン酸リチウムや４フッ化ホウ酸リチウムをエチレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの有機溶媒に１モル／リットル程度溶解した電解液が用いられている。本実施形態のリチウムイオン電池５０は１０Ａｈを超える容量を有している。なお、非水電解液には、これ以外に、例えば、カーボネート系、スルホラン系、エーテル系、ラクトン系等の有機溶剤を単体または混合して用いた溶媒中にリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。
【００２３】
（作用等）
次に、本実施形態のリチウムイオン電池５０の電池異常時の作用等について説明する。
【００２４】
本実施形態のリチウムイオン電池５０では、接合部７の接合が解除されダイヤフラム２が上蓋キャップ１側に反転する反転圧と、ダイヤフラム２に形成された開裂溝８が開裂する開裂圧とが設定されており、反転圧は大気圧より大きく（例えば、１．５ＭＰａ）、開裂圧は反転圧より大きい値に設定されている（例えば、２ＭＰａ）。
【００２５】
電池内圧が反転圧に達すると、接続板６が破断し（ダイヤフラム２の中央部の底面と、接続板６の中央部の上面との接合部７の接合が解除され）て、ダイヤフラム２が上蓋キャップ１側に反転する。これにより、電極捲回群１１の正極タブ、正極集電リング１４、正極リード板３２、スプリッタ４、接続板６、ダイヤフラム２、上蓋キャップ１（正極外部出力端子）の順で接続された電流経路のうち、接続板６とダイヤフラム２との間の電流経路が遮断されるので、上蓋キャップ１及び電極捲回群１１間の通電が遮断される。電池内圧が更に上昇して開裂圧に達すると、開裂溝８が開裂する。これにより、電池内のガスが排気口９を通じて電池外に排気されるため、電池内圧が低減する。このため、リチウムイオン電池５０が過充電状態に陥っても、安全にリチウムイオン電池５０を使用不能状態とすることができる。なお、反転圧は大気圧より大きい値に設定されているので、一旦ダイヤフラム２が反転すると、再度、ダイヤフラム２の中央部の底面と、接続板６の中央部の上面とが接触することはない。
【００２６】
また、リチウムイオン電池５０への急激な変形を伴う外力が作用した場合（例えば、リチウムイオン電池５０が圧壊されたり、釘等の異物で突き刺された場合）には、電極捲回群１１の正極及び負極が短絡し、非水電解液が加速度的に分解しガスが発生する。とりわけ、本実施形態のリチウムイオン電池５０は容量１０Ａｈを超えており、非水電解液の量も多いため、電池内圧は熱暴走を伴って急激に上昇する。このため、電池内圧が反転圧に達すると、ダイヤフラム２が上蓋キャップ１側に反転して上蓋キャップ１の内側に張り付いてしまう。リチウムイオン電池５０では、開裂溝８の円環径ｂが上蓋キャップ１に形成された排気口９の排気口径ａ以下（排気口径ａ≧円環径ｂ）のため、図４に示すように、開裂溝８が開裂して開裂溝８ａの内側部分が排気口９から上蓋キャップ１を越えて電池外に押し上げられるので、電池缶１０内のガスが排気口９を通じて電池外に放出される。従って、リチウムイオン電池５０は、急激な変形を伴う外力が作用した場合でも、電池内圧を確実に低減させることができるので、電池の安全性を確保することができる。
【００２７】
更に、本実施形態のリチウムイオン電池５０では、開裂溝８ａ、８ｂがダイヤフラム２の上蓋キャップ１側の中央部に形成されている。このため、ダイヤフラム２の電極捲回群１１側の中央部に接続板６を抵抗溶接で接合するときに、開裂溝８ａ、８ｂの損傷を防止することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、排気口９を略円形、開裂溝８ａを円環状とする例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、四角形状や多角形状としてもよく、排気口９の大きさが開裂溝８ａの内側部分の大きさ以上であればよい。
【００２９】
また、本実施形態では、リチウムイオン電池について例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、１０Ａｈを超える容量をもつ円筒型の二次電池に適用可能である。また、電極捲回群１１を構成する正極、負極、セパレータや非水電解液について例示したが、本発明はこれらの活物質、材質、電解質、溶媒等に制限されるものでないことは論を待たない。更に、本実施形態では、電極捲回群１１の正極を上蓋キャップ１に接続して正極外部出力端子とした例を示したが、負極を上蓋キャップ１に接続するようにしてもよい。
【実施例】
【００３０】
次に、本実施形態に従って作製した円筒型リチウムイオン電池５０の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例の円筒型リチウムイオン電池についても併記する。また、実施例及び比較例の電池において、開裂圧はすべて２．０ＭＰａとし、電池の容量はすべて１３Ａｈとした。
【００３１】
以下の実施例及び比較例では、上蓋キャップ１に形成された排気口９の排気口径ａ、ダイヤフラム２に形成された開裂溝８ａの円環径ｂをそれぞれ変えて上蓋２０を作製し、リチウムイオン電池５０を作製した。作製したリチウムイオン電池５０を２セル使用し、電池接続用のブスバを２個用いて２並列に抵抗溶接で接続し２パラセルユニットとした。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ブスバ６０は扁平楕円状の金属板で構成されており、金属板の長手方向の一側には電池内で発生したガスの放出経路となる略円形の貫通穴６２が形成されている。ブスバ６０は、リチウムイオン電池５０の上蓋キャップ１の上面に抵抗溶接で固定されている。貫通穴６２の中心は排気口９の中心と同軸線上（同心位置）に位置している。貫通穴６２の大きさは、排気口９の大きさ以上に形成されている。すなわち、貫通穴６２の最小径ｃ（以下、貫通穴最小径ｃという。）（最小径Ｃ）は、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、排気口径ａ以上（貫通穴最小径ｃ≧排気口径ａ）に設定されている。貫通穴６２の形状は、上述した略円形の他に、例えば、四角形状や多角形状としてもよく、貫通穴６２の大きさが排気口９の大きさ以上であればよい。２セルのリチウムイオン電池５０にそれぞれ固定されたブスバ６０の他側同士を抵抗溶接で接合することで、２パラセルユニットを作製することができる。
【００３２】
（実施例１）
下表１に示すように、実施例１では、排気口径ａを６ｍｍ、円環径ｂを６ｍｍに設定したリチウムイオン電池５０を作製し、貫通穴最小径ｃを６ｍｍに設定したブスバ６０で２パラセルユニットを作製した。排気口径ａ、円環径ｂ、貫通穴最小径ｃの大きさを比較すると、ｃ＝ａ＝ｂとなる。
【００３３】
【表１】
0004688605.tif 000002
【００３４】
（実施例２）
表１に示すように、実施例２では、排気口径ａを１２ｍｍ、円環径ｂを１２ｍｍに設定したリチウムイオン電池５０を作製し、貫通穴最小径ｃを１２ｍｍに設定したブスバ６０で２パラセルユニットを作製した。排気口径ａ、円環径ｂ、貫通穴最小径ｃの大きさを比較すると、ｃ＝ａ＝ｂとなる。
【００３５】
（実施例３）
表１に示すように、実施例３では、排気口径ａを６ｍｍ、円環径ｂを５ｍｍに設定したリチウムイオン電池５０を作製し、貫通穴最小径ｃを７ｍｍに設定したブスバ６０で２パラセルユニットを作製した。排気口径ａ、円環径ｂ、貫通穴最小径ｃの大きさを比較すると、ｃ＞ａ＞ｂとなる。
【００３６】
（実施例４）
表１に示すように、実施例４では、排気口径ａを６ｍｍ、円環径ｂを５ｍｍに設定したリチウムイオン電池５０を作製し、貫通穴最小径ｃを６ｍｍに設定したブスバ６０で２パラセルユニットを作製した。排気口径ａ、円環径ｂ、貫通穴最小径ｃの大きさを比較すると、ｃ＝ａ＞ｂとなる。
【００３７】
（比較例１）
表１に示すように、比較例１では、排気口径ａを６ｍｍ、円環径ｂを１２ｍｍに設定したリチウムイオン電池を作製し、貫通穴最小径ｃを７ｍｍに設定したブスバ６０で２パラセルユニットを作製した。排気口径ａ、円環径ｂ、貫通穴最小径ｃの大きさを比較すると、ａ＜ｃ＜ｂとなる。
【００３８】
（比較例２）
表１に示すように、比較例２では、排気口径ａを６ｍｍ、円環径ｂを１２ｍｍに設定したリチウムイオン電池を作製し、貫通穴最小径ｃを１３ｍｍに設定したブスバ６０で２パラセルユニットを作製した。排気口径ａ、円環径ｂ、貫通穴最小径ｃの大きさを比較すると、ａ＜ｂ＜ｃとなる。
【００３９】
（比較例３）
表１に示すように、比較例３では、排気口径ａを７ｍｍ、円環径ｂを１０ｍｍに設定したリチウムイオン電池を作製し、貫通穴最小径ｃを１０ｍｍに設定したブスバ６０で２パラセルユニットを作製した。排気口径ａ、円環径ｂ、貫通穴最小径ｃの大きさを比較すると、ａ＜ｂ＝ｃとなる。
【００４０】
（試験、評価）
各実施例及び比較例の２パラセルユニットについて、過充電試験、釘刺し試験、圧壊試験を行い電池挙動を評価した。過充電試験では、２パラセルユニットに対して２６Ａ（１セルあたり１Ｃ）の直流電流で過充電となるまで充電した。釘刺し試験では、電池をＳＯＣ（充電状態）１００％に調整した後、半径５．５ｍｍの釘を１．６ｍ／ｍｉｎの速度で電極捲回群１１の捲回軸に対して垂直方向から電池長手方向の中心へ長手方向に対して垂直な方向で降ろし、電池に釘を刺した。圧壊試験では、電池をＳＯＣ１００％に調整した後、半径１７．５ｍｍの圧壊治具を１．６ｍ／ｍｉｎの速度で電極捲回群１１の捲回軸に対して垂直方向から電池長手方向の中心へ長手方向に対して垂直な方向で降ろし、電池に外圧をかけた。各試験における電池挙動は、◎；試験電池の１００％について破裂発火が認められない、○；試験電池の８１〜９９％について破裂発火が認められない、△；試験電池の６１〜８０％について破裂発火が認められない、×；試験電池の０〜６０％について破裂発火が認められない、の４段階でそれぞれ評価した。各試験の評価結果を下表２に示す。なお、各試験は試験回数ｎ＝２０で行った。
【００４１】
【表２】
0004688605.tif 000003
【００４２】
表２に示すように、ダイヤフラム２２の中央部と周部との間に開裂溝３０を形成し（図６参照）、円環径ｂを排気口径ａより大きく設定した比較例１〜比較例３のリチウムイオン電池では、過充電試験で破裂発火が認められなかったものの、釘刺し試験や圧壊試験のような外部からの急激な変形を伴う破壊試験では破裂発火が起こった。これは、電池容量を１３Ａｈと高容量化していることから、変形時に電池内圧が急激に上昇し、反転したダイヤフラム２２が上蓋キャップ１の下部に張り付き開裂溝３０の開裂が妨げられたためと考えられる（図８参照）。これに対して、ダイヤフラム２の中央部に開裂溝８を形成し、円環径ｂを排気口径ａ以下（排気口径ａ≧円環径ｂ）に設定した実施例１〜実施例４のリチウムイオン電池５０では、過充電試験で破裂発火が認められなかったことはもちろん、釘刺し試験や圧壊試験でもほとんど破裂発火が認められなかった。これは、反転したダイヤフラム２が上蓋キャップ１に張り付いても、開裂溝８がほぼ確実に開裂し、電池内圧が排気口９を通じて電池外に開放されたためと考えられる（図４参照）。
【００４３】
中でも、実施例３、実施例４のリチウムイオン電池５０では、円環径ｂ≦排気口径ａ≦貫通穴最小径ｃの関係に設定したため、開裂溝８が開裂した後でも、電池接続に使用したブスバ６０が障害となることなく電池内圧をスムーズに開放することができた。従って、リチウムイオン電池５０は、過充電時に安全性を確保することができるばかりではなく、釘刺しや圧壊等の急激な変形を伴う外力が作用しても安全性を確保することができることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は大容量をもつ電池において、急激な変形を伴う外力が作用しても安全性を確保することができる円筒型二次電池を提供するため、二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の円筒型リチウムイオン電池の断面図である。
【図２】実施形態の円筒型リチウムイオン電池の上蓋の断面図である。
【図３】上蓋キャップに形成された排気口とダイヤフラムに形成された開裂溝との位置関係を示し、（Ａ）は上蓋の断面図であり、（Ｂ）はダイヤフラムの平面図である。
【図４】電池異常時のダイヤフラム及び上蓋キャップを示す断面図である。
【図５】ブスバに形成された貫通穴と上蓋キャップに形成された排気口との位置関係を示し、（Ａ）はブスバの平面図であり、（Ｂ）はブスバの断面図であり、（Ｃ）は上蓋の断面図である。
【図６】従来の円筒型リチウムイオン電池の上蓋の断面図である。
【図７】従来の円筒型リチウムイオン電池のダイヤフラムの平面図である。
【図８】従来の電池異常時のダイヤフラム及び上蓋キャップを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  上蓋キャップ
２  ダイヤフラム（導電性ダイヤフラム）
６  接続板（接続部材）
８  開裂溝
９  排気口
１０  電池缶（円筒状電池缶）
１１  電極捲回群（電極群）
１３  ガスケット
２０  上蓋
５０  円筒型リチウムイオン電池（円筒型二次電池）
６０  ブスバ
【図１】
0004688605.tif 000004
【図２】
0004688605.tif 000005
【図３】
0004688605.tif 000006
【図４】
0004688605.tif 000007
【図５】
0004688605.tif 000008
【図６】
0004688605.tif 000009
【図７】
0004688605.tif 000010
【図８】
0004688605.tif 000011