(57)【要約】【課題】  落下、衝撃時における電池要素の移動による不具合の発生を抑制する高信頼性の密閉型電池を提供する。【解決手段】  密閉型電池１において電池要素３と蓋体４との間に穴７および厚肉の側壁８、リブ９を設けた上部絶縁板５を配置する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池缶の開口部よりセパレータを介して正極及び負極を積層して巻回した電池要素を収納し前記開口部を安全弁機構を組み込んだ蓋体にて封止してなる密封型電池において、前記電池要素と前記蓋体との間に、少なくとも前記蓋体の安全弁機構と対向する部分に穴を設けた上部絶縁板を配置したことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
電池缶の開口部よりセパレータを介して正極及び負極を積層して巻回した電池要素を収納し前記開口部を安全弁機構を組み込んだ蓋体にて封止してなる密封型電池において、前記電池要素と前記蓋体との間に、周縁部に側壁を有し、中央部にリブを有する上部絶縁板を配置したことを特徴とする密閉型電池。
【請求項３】
前記上部絶縁板が底部に肉厚部を有することを特徴とする請求項２記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記上部絶縁板の側壁の厚さが０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ、リブの幅が０．６ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の密閉型電池。
【請求項５】
前記上部絶縁板が周縁部に側壁を有し、中央部にリブを有することを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の構造に関し、特に、落下、衝撃時の安全性に優れた密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられ、近年は特にエネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池の非水電解液を使用した密閉型電池が用いられている。また、電子機器の薄型化に伴い電池も薄型機器に適した角形電池がスペース効率に優れているため用いられるようになり、完全密閉化は非水電解液を収納することから必須となっている。
【０００３】
図４は、従来の密閉型電池の一例を説明する図であり、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）はＡ−Ａ線の断面図であって、電池缶２の内部の蓋体４と電池要素３の間にある上部絶縁板５の状態を説明する図であり、図４（ｃ）は上部絶縁板５の平面図であり、図４（ｄ）は上部絶縁板の正面図である。図４に示した電池は、アルミニウムまたはその合金からなる電池缶２にセパレータを介して正極と負極を積層して巻回、成型した電池要素３を収納し蓋体４を電池缶２に勘合させた後、レーザ溶接している。この電池の場合、電池要素３の上下にはポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂製の上部絶縁板５および下部絶縁板が配置される。
【０００４】
特許文献１では、落下および衝撃などによる電池要素と蓋体および電池缶との内部短絡抑制のため弾性を有する絶縁板を配置することが提案されており、特許文献２においては、耐衝撃性向上のため、電池要素と電池缶の間に断面Ｔ字状の絶縁板を配置することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１２６３号公報
【特許文献２】特開２００４−６３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電池の安全性を確認するための落下試験回数を重ねた場合、特に蓋体を下に配置して落下試験を繰り返して実施した場合、缶上部に衝撃を加えることとなる。図５は従来の密閉型電池の落下試験後の状態を説明する図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ―Ａ線の断面図である。図５に示すように落下衝撃により電池要素３が蓋体４側に移動し、上部絶縁板５を押し上げることとなる。そのために上部絶縁板５は変形する。電池要素３から引き出されたタブを蓋体４に接続するために上部絶縁板５に設けられたスリット部分も変形により密着し、上部絶縁板５で囲われた空間が非水電解液を有する密閉状態となることがある。さらに上部絶縁板５が落下衝撃で蓋体４側に変形すると、密閉空間内の圧力が高まり安全弁機構６に圧力が加わり安全弁機構６が開放することがあった。
【０００７】
このような落下試験における安全弁機構の開放を抑制するためには、安全弁機構の作動圧を高める方策があるが、作動圧を高めると当初の目的である過充電や短絡現象による電池の内部上昇を防止する効果が著しく損なわれるため現実的ではない。
【０００８】
本発明は、落下および衝撃による安全弁機構の開放を防止し、信頼性の高い密閉型電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の密閉型電池は、電池缶の開口部よりセパレータを介して正極及び負極を積層して巻回した電池要素を収納し前記開口部を安全弁機構を組み込んだ蓋体にて封止してなる密封型電池において、前記電池要素と前記蓋体との間に、少なくとも前記蓋体の安全弁機構と対向する部分に穴を設けた上部絶縁板を配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の密閉型電池は、電池缶の開口部よりセパレータを介して正極及び負極を積層して巻回した電池要素を収納し前記開口部を安全弁機構を組み込んだ蓋体にて封止してなる密封型電池において、前記電池要素と前記蓋体との間に、周縁部に側壁を有し、中央部にリブを有する上部絶縁板を配置したことを特徴とする。上部絶縁板の底部に肉厚部を有し、上部絶縁板の側壁の厚さが０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ、リブの幅が０．６ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の密閉型電池は、前記上部絶縁板が前記蓋体の安全弁機構と対向する部分に穴を設け、周縁部に側壁を有し、中央部にリブを有していてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓋体の安全弁機構と対向する部分に穴を設けた上部絶縁板あるいは周縁部に側壁を有し、中央部にリブを有する上部絶縁板を用いることにより、従来技術では落下、衝撃時に安全弁機構の開放に至ったものが、耐久性の向上により安全性を確保でき、信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の密閉型電池の第一の実施の形態を説明する平面図および縦断面図である。図１（ａ）は平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ―Ａ線の断面図を示す。図１（ｃ）は図１（ｂ）における上部絶縁板の平面図、図１（ｄ）は上部絶縁板の正面図を示す。本発明の密閉型電池１は、角形の電池缶２内にセパレータを介して正極と負極を積層して扁平に巻回した後に、さらに押圧処理して電池缶の形状に合致するように扁平にした電池要素３が収容されており、安全弁機構６を組み込んだ蓋体４で密封する構造となっている。電池要素３と蓋体４の間には短絡防止のため上部絶縁板５が配置されている。上部絶縁板５は蓋体４および蓋体のほぼ中央部の端子部と電池要素３との接触を避けるため、上部絶縁板５の周縁部上部の蓋体４側に凸状の側壁を設けた形状となっており、電池要素３側の蓋体４の安全弁機構６と対向する部分には穴７を設けた。
【００１５】
ここで上部絶縁板５の穴７は、図１（ｄ）の上部絶縁板の正面図に示すように、電池要素３と蓋体４側と通じる貫通孔となっている。この上部絶縁板５に穴７を設けることにより、落下試験などの衝撃を受けた際に電池要素３が蓋体４側に移動し、上部絶縁板５を押圧し、上部絶縁板５が変形した場合にも、蓋体４と上部絶縁板５で囲われた空間の圧力を逃がす働きがある。本発明の密閉型電池では、落下、衝撃時において電池要素が蓋体側に移動した場合にも蓋体と上部絶縁板で囲われた空間は、密閉状態になることは無い。
【００１６】
図２は、本発明の密閉型電池の第二の実施の形態の説明図である。図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ―Ａ線の断面図を示す。図２（ｃ）は図２（ｂ）における上部絶縁板の平面図、図２（ｄ）は上部絶縁板の正面図を示す。上部絶縁板５の外力による変形を抑え、強度を上げるため、上部絶縁板５の周縁部上部の蓋体４側に凸状の肉厚の側壁８を設け、および電池要素３側の底部５ａを厚くした形状としている。また内側にはリブ９を設けた。
【００１７】
ここで上部絶縁板５の肉厚の側壁８およびリブ９は、図２（ｃ）の上部絶縁板の平面図に示すように、上部絶縁板の上下からの力に対して強度を上げる構造となっている。この上部絶縁板５の強度を上げることにより、落下試験などの衝撃を受けた際に電池要素３が蓋体４側に移動し、上部絶縁板５を押圧することによる変形は少なくなる。
【００１８】
図３は、本発明の密閉型電池の第３の実施の形態の説明図である。図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図を示す。図３（ｃ）は図３（ｂ）における上部絶縁板の平面図、図３（ｄ）は上部絶縁板の正面図を示す。上部絶縁板５の蓋体の安全弁機構６と対向する部分には穴７を設け、周縁部上部の蓋体４側に凸状の肉厚の側壁８を設け、および電池要素３側の底部５ａを厚くした形状としている。また内側にはリブ９を設けた。すなわち第１の実施の形態と第２の実施の形態を合わせたものである。
【実施例１】
【００１９】
図１に示すように、縦４９．１ｍｍ、横３３．８ｍｍ、厚さ４．５ｍｍ、板厚０．２ｍｍのアルミニウム合金からなる電池缶に、下部絶縁板を入れた後、正極と負極を微多孔性ポリプロピレン膜のセパレータを介して積層し、渦巻状に巻回して作製した縦４５．５ｍｍ、横３２．６ｍｍ、厚さ３．７ｍｍの電池要素を収容し、上部絶縁板を介して蓋体を缶に嵌合したのちレーザ溶接する。電解液を注入後、注入口を封口してリチウムイオン電池を作製した。上部絶縁板は、厚さ０．３ｍｍの板状部を有し、縦３．７ｍｍ、横３２．２ｍｍの周縁部上部には負極タブを缶に接続する部分を除き、幅０．３ｍｍ、高さ１．３ｍｍの凸状の側壁を設け、長辺の底面の蓋体の安全弁機構に対向する部分には縦３．７ｍｍ、横２ｍｍ、高さ０．８ｍｍの穴７を設けているものを使用し、実施例１とした。
【実施例２】
【００２０】
図２に示すように、上部絶縁板は、厚さ０．４ｍｍの板状部を有し縦３．７ｍｍ横３２．２ｍｍの周縁部上部には負極タブを缶に接続する部分を除き、幅０．５ｍｍ、高さ１．２ｍｍの凸状の肉厚の側壁８を設け、内側に幅０．６ｍｍ高さ０．４ｍｍのリブを設けたたものを使用した以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製し、実施例２とした。
【実施例３】
【００２１】
図３に示すように、上部絶縁板は、厚さ０．４ｍｍの板状部を有し縦３．７ｍｍ横３２．２ｍｍの周縁部上部には幅０．５ｍｍ高さ１．２ｍｍの凸状の肉厚の側壁８を設け、内側に幅０．６ｍｍ高さ０．４ｍｍのリブを設け、φ１．６ｍｍの穴７を中央部と両端付近の３カ所設けたたものを使用した以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製し、実施例３とした。
【００２２】
（比較例）
図４に示すように、上部絶縁板は、厚さ０．３ｍｍの板状部を有し縦３．７ｍｍ横３２．２ｍｍの周縁部上部には幅０．３ｍｍ高さ１．３ｍｍの凸状の側壁を設けたものを使用した以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製し比較例とした。
【００２３】
以上のように作製した電池を保護回路とともに成形樹脂からなるケースで外装した電池パックを得た。得られた電池パック３個について、携帯電話を想定したＭＣ（モノマーキャスト）ナイロン製の重さ８０ｇの治具に装着し、電池の蓋体を下部に方向制御して高さ１ｍから合板上への落下試験を行った。実施例と比較例の落下衝撃により安全弁機構が開放した時の落下回数の結果を表１にまとめた。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示した結果から、本発明の密閉型電池は、電池要素と蓋体間の上部絶縁板に穴を設け、側壁と底面の肉厚を厚くしたものであるので、落下衝撃を受けた場合にも安全弁機構の開放がなく高度の耐久性が要求される密閉型電池として利用できることが確認できた。なお、側壁の厚さは０．４ｍｍより薄いと上下からの押圧に対し弱く、寸法上の制約から上限を０．８ｍｍとした。またリブの幅についても同様に０．６ｍｍより薄いと上下からの押圧に対し弱く、寸法上の制約から上限を１．０ｍｍとした。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の密閉型電池の第１の実施の形態を説明する図。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図。図１（ｃ）は図１（ｂ）における上部絶縁板の平面図、図１（ｄ）は上部絶縁板の正面図。
【図２】本発明の密閉型電池の第２の実施の形態を説明する図。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図。図２（ｃ）は図２（ｂ）における上部絶縁板の平面図、図２（ｄ）は上部絶縁板の正面図。
【図３】本発明の密閉型電池の第３の実施の形態を説明する図。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図。図３（ｃ）は図３（ｂ）における上部絶縁板の平面図、図３（ｄ）は上部絶縁板の正面図。
【図４】従来の密閉型電池を説明する図。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）における上部絶縁板の平面図、図４（ｄ）は上部絶縁板の正面図。
【図５】従来の密閉型電池の落下試験後の状態を説明する図。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１    密閉型電池
２    電池缶
３    電池要素
４    蓋体
５    上部絶縁板
５ａ    （上部絶縁板）底部
６    安全弁機構
７    穴
８    側壁
９    リブ
【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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