(57)【要約】【課題】  有底筒体11の開口部に絶縁部材12を介して封口板３をかしめ固定してなる電池缶を具えた非水電解液二次電池において、有底筒体11に封口板３を大きな力でかしめ固定したとしても電池出力の低下を招くことのない非水電解液二次電池を提供する。【解決手段】  本発明に係る非水電解液二次電池において、封口板３は、電池缶の外側に面するニッケル製の第１金属板31と電池缶１の内側に面するアルミニウム製の第２金属板32とを互いに密着させて構成され、第２金属板32は、かしめ部14による挟圧力が作用する薄肉部34とその内側の厚肉部33とを有している。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池缶(１)の内部に非水電解液が含浸された電極体(４)を収容して構成され、電池缶(１)は、有底筒体(11)の開口部にリング状の絶縁部材(12)を介して封口板(３)をかしめ固定して構成され、該封口板(３)の外周部が前記絶縁部材(12)を介して有底筒体(11)のかしめ部(14)によって挟圧されている非水電解液二次電池において、封口板(３)は、電池缶(１)の外側に面する第１金属板(31)と電池缶(１)の内側に面する第２金属板(32)とを互いに密着させて構成され、第１金属板(31)は第２金属板(32)よりも強度の高い材質によって形成される一方、第２金属板(32)は第１金属板(31)よりも前記非水電解液に対する耐腐食性の高い材質によって形成され、前記かしめ部(14)による挟圧力が作用する第２金属板(32)の外周部は、その内側の中央部よりも薄く形成されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
電池缶(１)の内部に非水電解液が含浸された電極体(４)を収容して構成され、電池缶(１)は、有底筒体(11)の開口部にリング状の絶縁部材(６)を介して封口板(３)をかしめ固定して構成され、該封口板(３)の外周部が前記絶縁部材(６)を介して有底筒体(11)のかしめ部(14)によって挟圧されている非水電解液二次電池において、封口板(３)は、電池缶(１)の外側に面する第１金属板(31)と電池缶(１)の内側に面する第２金属板(32)とを互いに密着させて構成され、第１金属板(31)は第２金属板(32)よりも強度の高い材質によって形成される一方、第２金属板(32)は第１金属板(31)よりも前記非水電解液に対する耐腐食性の高い材質によって形成され、絶縁部材(６)の第２金属板(32)との接触面には、封口板(３)の全周に沿って伸びる１或いは複数本の溝(61)が凹設されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項３】
電池缶(１)の内部に非水電解液が含浸された電極体(４)を収容して構成され、電池缶(１)は、有底筒体(11)の開口部にリング状の絶縁部材(12)を介して封口板(３)をかしめ固定して構成され、該封口板(３)の外周部が前記絶縁部材(12)を介して有底筒体(11)のかしめ部(14)によって挟圧されている非水電解液二次電池において、封口板(３)は、電池缶(１)の外側に面する第１金属板(31)と電池缶(１)の内側に面する第２金属板(32)とを互いに密着させて構成され、第１金属板(31)は第２金属板(32)よりも強度の高い材質によって形成される一方、第２金属板(32)は第１金属板(31)よりも前記非水電解液に対する耐腐食性の高い材質によって形成され、前記かしめ部(14)による挟圧力が作用する第２金属板(32)の外周部は、その内側の中央部よりも薄く形成され、絶縁部材(12)の第２金属板(32)との接触面には、封口板(３)の全周に沿って伸びる１或いは複数本の溝(61)が凹設されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項４】
封口板(３)の第１金属板(31)には中央孔が開設され、第２金属板(32)には、前記第１金属板(31)の中央孔と対向する領域に、内圧が所定値を超えたときに開放すべき弁膜が形成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の非水電解液二次電池。
【請求項５】
封口板(３)の第１金属板(31)は、ステンレス鋼、ニッケル、又は鉄の芯体にニッケル鍍金を施した材料から形成され、第２金属板(32)は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている請求項１乃至請求項４の何れかに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、電池缶の内部に非水電解液が含浸された電極体を収容して構成される非水電解液二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
円筒型リチウムイオン二次電池は、図８に示す如く、円筒状の電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(４)を収容して構成される。電池缶(１)は、負極となる有底筒体(11)の開口部に絶縁部材(12)を介して封口板(２)をかしめ固定してなり、封口板(２)には、正極端子部(20)が取り付けられている(特許文献１参照)。
【０００３】
封口板(２)は、電池缶(１)の外側に面する鉄−ニッケル鍍金板(22)と電池缶(１)の内側に面するアルミニウム板(21)とを互いに溶接した２層構造を有し、鉄−ニッケル鍍金板(22)には中央孔が開設され、アルミニウム板(21)には、鉄−ニッケル鍍金板(22)の中央孔と対向する領域に、内圧が所定値を超えたときに開放すべき弁膜(24)が形成されている。
尚、アルミニウム板(21)と鉄−ニッケル鍍金板(22)の溶接は、鉄−ニッケル鍍金板(22)の中央孔を包囲する円周線に沿って施されている。
【０００４】
巻き取り電極体(４)には、正極(41)が突出する端部に集電板(５)が接合され、該集電板(５)に突設されたリード部(55)の先端部が封口板(２)の裏面に溶接されている。又、巻き取り電極体(４)には、負極(43)が突出する端部に集電板(５)が接合され、該集電板(５)が有底筒体(11)の底面に溶接されている。
【特許文献１】特開２０００−９０８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の如き円筒型二次電池を並列又は直列に接続して組電池を構成する場合、図９に示す如く封口板(２)に正極端子接続部材(７)を連結することが行なわれているが、正極端子接続部材(７)のネジ軸(71)にナット(72)を締め付ける作業において封口板(２)が供回りする虞があるため、電池組立工程においては、有底筒体(11)にかしめ部(14)を形成する際に大きな挟圧力を加えて、封口板(２)の外周部と絶縁部材(12)の間に充分な圧着力を与えておく必要がある。
【０００６】
しかしながら、電池組立工程において有底筒体(11)にかしめ部(14)を形成する際に大きな挟圧力を加えると、封口板(２)を構成するアルミニウム板(21)が例えば厚さ０.３ｍｍから６分の５の厚さ０.２５ｍｍに圧延されて、その圧縮量０.０５ｍｍに応じた分だけ半径方向の伸びを生じ、その伸びは挟圧力の作用しないアルミニウム板(21)の内側領域に集まるため、図１０の如くアルミニウム板(21)の内側領域が湾曲変形して鉄−ニッケル鍍金板(22)から剥離することがあった。
この結果、アルミニウム板(21)と鉄−ニッケル鍍金板(22)の間の接触面積が減少して、巻き取り電極体(４)から正極端子(20)に至る電流経路の電気抵抗が増大し、電池の内部抵抗の増大によって出力低下を招く問題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、有底筒体の開口部に封口板をかしめ固定して電池缶が構成されている非水電解液二次電池において、有底筒体に封口板を充分に大きな力でかしめ固定したとしても、封口板を構成する２枚の金属板が互いに剥離することのない非水電解液二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る非水電解液二次電池において、封口板(３)は、電池缶(１)の外側に面する第１金属板(31)と電池缶(１)の内側に面する第２金属板(32)とを互いに密着させて構成され、第１金属板(31)は第２金属板(32)よりも強度の高い材質によって形成される一方、第２金属板(32)は第１金属板(31)よりも前記非水電解液に対する耐腐食性の高い材質によって形成されている。そして、有底筒体(11)のかしめ部(14)による挟圧力が作用する第２金属板(32)の外周部は、その内側の中央部よりも薄く形成されている。
【０００９】
具体的構成において、封口板(３)の第１金属板(31)には中央孔が開設され、第２金属板(32)には、前記第１金属板(31)の中央孔と対向する領域に、内圧が所定値を超えたときに開放すべき弁膜が形成されている。
【００１０】
尚、封口板(３)の第１金属板(31)は、ステンレス鋼、ニッケル、又は鉄の芯体にニッケル鍍金を施した材料から形成され、第２金属板(32)は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。
【００１１】
上記本発明の非水電解液二次電池においては、電池組立工程で有底筒体(11)にかしめ部(14)を形成する際に大きな挟圧力を加えると、封口板(３)を構成する第２金属板(32)の外周部が圧延されることになるが、該外周部はその内側の中央部よりも薄く形成されているので、第２金属板(32)の外周部に生じる半径方向の伸びは極僅かである。従って、第２金属板(32)の内側領域が第１金属板(31)から剥離する虞は殆どない。
【００１２】
又、本発明に係る他の非水電解液二次電池においては、絶縁部材(６)の第２金属板(32)との接触面に、封口板(３)の全周に沿って伸びる１或いは複数本の溝(61)が凹設されている。
【００１３】
上記本発明の非水電解液二次電池においては、電池組立工程で有底筒体(11)にかしめ部(14)を形成する際に大きな挟圧力を加えると、封口板(３)を構成する第２金属板(32)の外周部が圧延されることになるが、絶縁部材(６)の第２金属板(32)との接触面に、封口板(３)の全周に沿って伸びる１或いは複数本の溝(61)が凹設されているので、第２金属板(32)の外周部に生じる伸びは、絶縁部材(６)の溝(61)と対向する領域に集まり、第２金属板(32)の内側領域へ寄せられる伸びは極僅かである。従って、第２金属板(32)の内側領域が第１金属板(31)から剥離する虞は殆どない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る非水電解液二次電池においては、有底筒体に封口板を充分に大きな力でかしめ固定したとしても、封口板を構成する２枚の金属板が互いに剥離することは殆どないので、高い電池出力を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、有底筒体(11)の開口部にリング状の絶縁部材(12)を介して封口板(３)をかしめ固定してなる電池缶(１)を具え、該電池缶(１)の内部には、巻き取り電極体(４)が収容されている。
【００１６】
封口板(３)は、電池缶(１)の外側に面するニッケル製の第１金属板(31)と電池缶(１)の内部に面するアルミニウム製の第２金属板(32)とを互いにレーザ溶接して構成され、第１金属板(31)の表面には、正極端子(30)が取り付けられている。
第１金属板(31)は中央孔(31a)を有し、第２金属板(32)には、第１金属板(31)の中央孔(31a)と対向する領域に、内圧が所定値(１０〜１２Ｋｇf／ｃｍ２)を超えたときに開放すべき弁膜(35)が形成されている。
【００１７】
巻き取り電極体(４)は、図５に示す如く、厚さ１５μmのアルミニウム箔からなる芯体(45)の表面にコバルト酸リチウムからなる正極活物質(44)を塗布してなる正極(41)と、厚さ１０μmの銅箔からなる芯体(47)の表面に炭素材料を含む負極活物質(46)を塗布してなる負極(43)と、非水電解液が含浸されたイオン透過性のポリプロピレン製微多孔膜からなるセパレータ(42)とから構成され、正極(41)及び負極(43)はそれぞれセパレータ(42)上に幅方向へずらして重ね合わされ、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ正極(41)の芯体(45)の端縁(48)が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ負極(43)の芯体(47)の端縁(48)が突出している。
【００１８】
そして、巻き取り電極体(４)の正極(41)側の端縁(48)には、リード部(55)を具えた正極集電板(５)がレーザ溶接され、巻き取り電極体(４)の負極(43)側の端縁(48)には、負極集電板(５)がレーザ溶接される。
【００１９】
図１の如く、正極集電板(５)のリード部(55)の先端は、封口板(３)の裏面に溶接されている。又、負極集電板(図示省略)は、有底筒体(11)の底面に溶接されている。
これによって、正極端子(30)及び有底筒体(11)の裏面から巻き取り電極体(４)の発生電力を取り出すことが出来る。
【００２０】
図２に示す如く、封口板(３)の第２金属板(32)は、絶縁部材(12)と接触して有底筒体(11)のかしめ部(14)による挟圧力が作用する外周側の薄肉部(34)と、絶縁部材(12)と非接触で挟圧力の作用しない内側の厚肉部(33)とを有している。第１金属板(31)と第２金属板(32)のレーザ溶接は、第１金属板(31)の中央孔(31a)を包囲する円周線に沿って施される。
尚、封口板(３)を構成する第１金属板(31)の厚さｄは１.２ｍｍ、第２金属板(32)の厚肉部(33)の厚さｂは０.３ｍｍ、薄肉部(34)の厚さは０.１５ｍｍ、薄肉部(34)の半径方向の長さａは３ｍｍである。
【００２１】
第２金属板(32)の厚さが０.２ｍｍの場合、溶接出力が低いと溶接が不可能であるため、溶接出力を高くすると溶接面の熱拡散が低いためにアルミニウム面が破壊されてピンホールが発生する。これに対し、第２金属板(32)の厚さを０.３ｍｍ〜０.５ｍｍの範囲とすれば、溶接面の熱拡散と溶着のバランスがとれて良好な溶接が実現される。
【００２２】
図６及び図７は、上記リチウムイオン二次電池の組立工程を表わしている。
図６(ａ)の如く、巻き取り電極体(４)と正負一対の集電板(５)(５)を作製した後、図６(ｂ)の如く巻き取り電極体(４)の両端部に集電板(５)(５)をレーザ溶接する。又、図６(ｃ)に示す直径３５ｍｍの有底筒体(11)を用意し、図６(ｄ)の如く有底筒体(11)の内部に巻き取り電極体(４)を収容する。
【００２３】
続いて、図７(ａ)の如く有底筒体(11)の開口部近傍に、絞り部(13)を形成し、更に図７(ｂ)の如く絶縁部材(12)及び正極端子(30)が取り付けられた封口板(３)を用意し、有底筒体(11)内の正極集電板(５)から伸びるリード部(55)の先端を封口板(３)の裏面にレーザ溶接する。その後、有底筒体(11)の内部に電解液を注入する。電解液としては、エチレンカーボネート(ＥＣ)とジエチルカーボネート(ＤＥＣ)の体積比を１:１とした混合液に６フッ化リン酸リチウム(ＬｉＰＦ６)を1モル／リットルに溶解したものを用いた。
【００２４】
最後に、図７(ｃ)の如く、有底筒体(11)の開口部に絶縁部材(12)を介して封口板(３)をかしめ固定し、電池缶(１)の内部を密閉する。尚、有底筒体(11)のかしめ部(14)を形成する際には、大きな挟圧力を加えて、封口板(３)の外周部に充分な圧着力を作用させる。
これによって、図１に示すリチウムイオン二次電池が完成する。
【００２５】
上記本発明のリチウムイオン二次電池においては、図２に示す如く有底筒体(11)にかしめ部(14)を形成する際、大きな挟圧力が加えられて、第２金属板(32)の薄肉部(34)が例えば６分の５の厚さに圧延されたとしても、薄肉部(34)は厚肉部(33)に比べて厚さが２分の１の０.１５ｍｍに抑えられているので、薄肉部(34)はの圧縮量は０.０２５ｍｍと小さくなって、その圧縮量０.０２５ｍｍに応じた分だけ半径方向の伸びを生じるに過ぎない。従って、第２金属板(32)の内側領域が第１金属板(31)から剥離する虞は殆どない。
尚、第２金属板(32)は、厚肉部(33)が充分な厚さを有しているので、強度上の問題はない。
【００２６】
図３は、上述の如く封口板(３)を構成する第２金属板(32)に薄肉部を形成する構成に代えて、封口板(３)の外周部と有底筒体(11)のかしめ部(14)の間に介在する絶縁部材(６)に特徴を有するものであって、絶縁部材(６)の第２金属板(32)との接触面に、封口板(３)の全周に沿って伸びる１本の溝(61)を凹設したものである。
絶縁部材(６)の端面から溝(61)までの距離ｆは０.５ｍｍ、溝(61)の幅ｅは１.５ｍｍ、深さｇは０.３ｍｍである。
【００２７】
上記構造を具えた本発明のリチウムイオン二次電池においては、有底筒体(11)にかしめ部(14)を形成する際、大きな挟圧力を加えると、封口板(３)を構成する第２金属板(32)の薄肉部(34)が例えば０.３ｍｍから０.２５ｍｍに圧延されることになるが、絶縁部材(６)の第２金属板(32)との接触面に、封口板(３)の全周に沿って伸びる１本の溝(61)が凹設されているので、第２金属板(32)の外周部に生じる伸びは、絶縁部材(６)の溝(61)と対向する領域に集まり、第２金属板(32)の内側領域へ寄せられる伸びは極僅かである。従って、第２金属板(32)の内側領域が第１金属板(31)から剥離する虞は殆どない。
【００２８】
図４は、絶縁部材(６)に１本の溝(61)を凹設する上述の構成に代えて、絶縁部材(６)の第２金属板(32)との接触面に、封口板(３)の全周に沿って伸びる３本の溝(62)を凹設したものである。
絶縁部材(６)の端面から最寄りの溝(62)までの距離ｆは０.５ｍｍ、各溝(62)の幅ｈは０.５ｍｍ、深さｇは０.３ｍｍ、隣接する溝(62)との間隔ｉは０.５ｍｍである。
【００２９】
上記構造を具えた本発明のリチウムイオン二次電池においては、有底筒体(11)にかしめ部(14)を形成する際、大きな挟圧力を加えると、封口板(３)を構成する第２金属板(32)の薄肉部(34)が圧延されることになるが、絶縁部材(６)の第２金属板(32)との接触面に、封口板(３)の全周に沿って伸びる３本の溝(62)が凹設されているので、第２金属板(32)の外周部に生じる伸びは、絶縁部材(６)の各溝(62)と対向する領域に集まり、第２金属板(32)の内側領域へ寄せられる伸びは極僅かである。従って、第２金属板(32)の内側領域が第１金属板(31)から剥離する虞は殆どない。
【００３０】
上述の如く本発明に係るリチウムイオン二次電池によれば、組立工程において封口板(３)を構成する第１金属板(31)と第２金属板(32)の間に剥離が生じる虞が殆どないので、巻き取り電極体(４)から正極端子(30)に至る電流経路の電気抵抗の増大が防止される。例えば、図２の構成によれば、従来よりも内部抵抗が０.１５ｍΩだけ低減することが確認された。
この結果、従来よりも電池出力が増大することになる。
【００３１】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図２に示す構造と図３に示す構造の両方を具えた二次電池によれば、更に高い効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】該二次電池の要部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池の他の構成例を示す拡大断面図である。
【図４】本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池の更に他の構成例を示す拡大断面図である。
【図５】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図６】本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池の組立工程の前半を示す一連の斜視図である。
【図７】同上組立工程の後半を示す一連の斜視図である。
【図８】従来の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図９】正極端子接続部材が連結された二次電池の断面図である。
【図１０】従来の二次電池の不具合を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
(１)  電池缶
(11)  有底筒体
(12)  絶縁部材
(13)  絞り部
(14)  かしめ部
(３)  封口板
(31)  第１金属板
(32)  第２金属板
(33)  厚肉部
(34)  薄肉部
(４)  巻き取り電極体
(６)  絶縁部材
(61)  溝
(62)  溝
【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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【図９】
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【図１０】
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