(57)【要約】 【課題】  金属ケースの開口部をレーザー溶接により封口する際の、貫通孔の形成、即ちブローホールの形成を防止し得る二次電池を提供すること。【解決手段】  金属ケース１の開口部に被せる封口板と発電要素との間に介在させる絶縁材の成形体２における、金属ケース１の内周面に対向する位置に突起３を設け、絶縁材の成形体２を金属ケース１との点接触により支持する。これによって、レーザー溶接の熱が絶縁材の成形体２に伝導することが極めて少なくなり、絶縁材の成形体２の熱分解ガスに起因するブローホールの形成を防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して重ねられ、電解液を含浸された正極電極及び負極電極を有する発電要素と、前記発電要素を収納する金属ケースと、前記金属ケースの開口部にレーザー溶接により接合された封口板と、前記発電要素と前記封口板との間に配置された絶縁材の成形体を有する二次電池において、前記絶縁材の成形体は、前記金属ケース内周面に対向する面に設けられた突起により、前記金属ケースの内周面と、点で接触していることを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の封止部、特に、セパレータを介して重ねられた正負の電極を、金属ケースに収納し、電解液を注入した後に、金属ケースの開口部に封口板をレーザー溶接した構造を有する、二次電池の封止部の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要が大きく伸張し、なお、高性能化の検討がなされている。このような二次電池として、特にリチウムイオン二次電池が、その高性能のため注目されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の一般的な構造は、リチウム−コバルト複合酸化物などの正極活物質粉末、導電性粉末、及びバインダからなる正極活物質層を、アルミニウム箔からなる正極集電体表面に形成してなる正極電極、炭素系の負極活物質粉末、及びバインダからなる負極活物質層を、銅箔からなる負極集電体表面に形成してなる負極電極を、多孔質のフィルムからなるセパレータを介して重ね、電解液を含浸したものである。
【０００４】
そして、二次電池としての容量増加のため、正極電極及び負極電極の対を複数積層した積層素子や、帯状に形成した正極電極及び負極電極を巻き回した巻回素子などが、発電要素として用いられている。
【０００５】
図２は、前記の積層素子の基本的な構造を模式的に示した斜視図である。図２において、４ａは正極電極、４ｂは負極電極、５ａは正極電流取出部、５ｂは負極電流取出部、６はセパレータである。正負の電流取出部５ａ、５ｂは、それぞれ一体化され、正負の端子（図示せず）に接続される。
【０００６】
また、図３は、前記の巻回素子の基本的な構造を模式的に示した斜視図である。図３において、７ａは正極電極、７ｂは負極電極、８ａは正極電流取出部、８ｂは負極電流取出部、９はセパレータである。この場合、正負の電流取出部８ａ、８ｂは、それぞれ正極電極９ａ、負極電極９ｂの巻き始め端に接続され、正負の端子（図示せず）に接続される。
【０００７】
このような構造に構成された発電要素は、いずれも電解液を含浸して用いるので、金属ケースに収納したり、金属箔とプラスチックのシートを積層したラミネートフィルムを用いて封入したりすることが必要となる。そして、金属ケースを用いる場合、発電要素の薄型化のため、円筒形よりも角型形状の方が多用される傾向があるが、角型ケースでは、構造的な制約から、封口板の接合、つまり封口にレーザー溶接が用いられる。
【０００８】
レーザー溶接工程における問題点の一つに、ブローホールと称される貫通孔の形成がある。これは、レーザービームを照射した際の昇温により、溶接を施す部分の近傍に付着している電解液などの異物が、瞬時に蒸発して噴出し、貫通孔を形成する現象である。
【０００９】
また、一般的に、金属ケースの封口板と発電要素との間には、絶縁材の成形体を配置するが、絶縁材の成形体には有機高分子が用いられることが殆どである。図４は、従来の二次電池において、絶縁材の成形体が金属ケースの開口部に配置された状態を示す図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＡＡにおける断面図である。図４において、１０は金属ケース、１１は絶縁材の成形体である。なお、特に図示しないが、金属ケース１０の図における上側には、封口板が配置される。
【００１０】
絶縁材の成形体１１は、封口板と発電要素の間に配置するので、その位置は金属ケース１０の開口部近傍となる。しかも、図４に示したように、絶縁材の成形体１１は金属ケース１０の内周面への面接触により支持されるので、レーザー溶接の熱の伝導による熱分解で、ガスが生じることがあり、ブローホール形成の原因となる。
【００１１】
そして、ブローホール形成を防止するための技術が、特許文献１に開示されている。しかしながら、特許文献１に開示されているのは、レーザー溶接を施す部分に撥液物質を塗布して、電解液などの付着を抑制するというものであり、絶縁材の成形体に起因するブローホール形成への対処方法については、何ら開示されていない。また、実施例に撥液物質としてフッ素樹脂を用いることが開示されているが、撥液物質自体がブローホール形成の原因になり得るという問題がある。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−１０６１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の課題は、金属ケースの開口部をレーザー溶接により封口する際の、ブローホール形成、特に金属ケースの封口板と発電要素の間に配置される絶縁材の成形体の熱分解に起因する、ブローホール形成を防止し得る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】
【００１４】
本発明は、絶縁材の成形体の熱分解の原因となる熱が、主に金属ケースからの伝導で供給されることに着目し、かかる熱伝導を抑制する方法を検討した結果なされたものである。
【００１５】
即ち、本発明は、セパレータを介して重ねられ、電解液を含浸された正極電極及び負極電極を有する発電要素と、前記発電要素を収納する金属ケースと、前記金属ケースの開口部にレーザー溶接により接合された封口板と、前記発電要素と前記封口板との間に配置された絶縁材の成形体を有する二次電池において、前記絶縁材の成形体は、前記金属ケース内周面に対向する面に設けられた突起により、前記金属ケースの内周面と、点で接触していることを特徴とする二次電池である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に用いる絶縁材の成形体は、実質的に、前記のように金属ケース内周面との点接触で支持されるので、レーザー溶接の熱が殆ど伝導されることがなく、熱分解によるガスの発生が極めて少なくなる。このため、ブローホールの形成を、大幅に減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る二次電池において、絶縁材の成形体が金属ケースの開口部に配置された状態を示す図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡＡにおける断面図である。図１において、１は金属ケース、２は絶縁材の成形体、３は絶縁材の成形体に設けられた突起である。
【００１８】
本発明の二次電池では、絶縁材の成形体２に突起３が設けてあるため、図１に示したように、絶縁材の成形体２と金属ケース１の内周面との間に、空隙が存在し、絶縁材の成形体２に伝導するレーザー溶接の熱が量的に極めて少ない。なお、突起３は、絶縁材の成形体２を射出成形などの金型成形で調製する際に、突起に対応する凹部を、金型に設けることで形成できるので、突起３の形成がコストに及ぼす影響が、僅かであることも、本発明の特長である。
【実施例１】
【００１９】
次に、具体的な例を挙げ、本発明について、さらに詳しく説明する。ここでは、巻き回し素子を角型の金属ケースに収納した構成の、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。
【００２０】
まず、電極の調製方法について説明する。ここでは、集電体として正極には厚みが１５μｍのアルミニウム箔、負極には厚みが１０μｍの銅箔を用いた。
【００２１】
次に、正極電極の作製について説明する。まず、炭酸リチウムと炭酸コバルトを、リチウムとコバルトのモル比が１：１になるように混合し、空気中で９００℃、５時間焼成した。この焼成体を粉砕し、平均粒径が６μｍの焼成粉末とした。さらに得られた焼成粉末と炭酸リチウム粉末を、重量比で９５／５となるように混合した。
【００２２】
前記混合粉末と、導電材としてのグラファイトと、バインダとしてのポリフッ化ビニリデンを、重量比で９１／６／３となるように秤量混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散して正極電極活物質層形成用ペーストとした。このペーストを集電体の両面に、溶媒を除去した後の厚みが１００μｍとなるように塗布、乾燥して正極電極を得た。
【００２３】
次に、負極電極の作製について説明する。フェノール樹脂を不活性ガス気流中で焼成後、粉砕して得られた平均粒径７μｍの炭素材料と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデンを、重量比で９０／１０となるように秤量混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散して負極電極活物質層形成用のペーストとした。この後は正極電極と同様にして負極電極を得た。
【００２４】
前記のようにして調製した、正極電極及び負極電極のそれぞれに、厚さが１８μｍの多孔質のポリプロピレンフィルムを、セパレータとして重ね合わせ、巻き始め端に、正極電流取出部及び負極電流取出部を、それぞれ接続して巻き回し、巻回素子を得た。この巻回素子を、アルミニウム製の角型ケースに収納し、正極及び負極の端子を取り付け、プロピレンカーボネートに、テトラエチルアンニウムテトラフルオロホウ酸塩を、１モル／Ｌの濃度で溶解した電解液を注入した。
【００２５】
引き続き、正極電流取出部及び負極電流取出部を、それぞれ正負の端子に接続し、アルミニウム製の封口板を、ケースの開口部に被せ、レーザー溶接により封口した。この際、図１に示したように周囲の６箇所に突起を設けた絶縁材の成形体を、巻回素子と封口板の間に介在させた。
【００２６】
また、比較のために、突起が設けられていない、図４に示したような絶縁材の成形体を用いた他は、前記と同様にして、比較例の二次電池も調製した。
【００２７】
そして、両者のブローホール発生率を比較したところ、実施例の二次電池では０．１％であったのに対し、比較例の二次電池では、２．７％であった。この結果から、本発明の効果が実証された。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
なお、前記実施例では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、他の二次電池や、同様の構造を有する電気化学セルにも、本発明を適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る二次電池における、絶縁材の成形体が金属ケースの開口部に配置された状態を示す図。図１（ａ）は平面図。図１（ｂ）はＡＡにおける断面図。
【図２】積層素子の基本的な構造を模式的に示した斜視図。
【図３】巻回素子の基本的な構造を模式的に示した斜視図。
【図４】従来の二次電池における、絶縁材の成形体が金属ケースの開口部に配置された状態を示す図。図４（ａ）は平面図。図４（ｂ）はＡＡにおける断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１，１０    金属ケース
２，１１    絶縁材の成形体
３    突起
４ａ，７ａ，９ａ    正極電極
４ｂ，７ｂ，９ｂ    負極電極
５ａ，８ａ    正極電流取出部
５ｂ，８ｂ    負極電流取出部
６，９    セパレータ
【図１】
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【図２】
2005149728.tif 000004
【図３】
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【図４】
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