(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板、負極板、セパレータ及び電解液からなる発電要素を収納した電池外装缶と、前記外装缶を封口する蓋とよりなる二次電池であって、
前記外装缶の外側面に、凸部（Ａ）と凹部（Ｂ）の厚みの比（Ａ／Ｂ）が１．５〜３である凹凸部を形成し、少なくとも凹部の一部に電池内圧の上昇による前記電池外装缶の体積変化を検出する検出手段を取り付けたことを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池に関し、特に充放電時の電池内圧測定の精度の向上を可能とする二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型、軽量であるにもかかわらず、電池電圧が高く、高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池が注目を集めているが、高エネルギー密度であるが故に電池特性に注意を払う必要がある。特に充電に伴って電池内部に発生するガスにより電池内圧が大きく変化するため、この電池内圧の変化を精度良く測定し、充電を制御する必要がある。この電池内圧を測定するためには、電池外装缶に圧力センサを取り付ける方法や特開平５−１５２００３号公報のように、充電に伴って各素電池の内部に発生するガスによる電池内圧の変化を検出するためのひずみゲージを各素電池の電池ケースに取り付ける方法が採られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池の外装缶に圧力センサを取り付ける方法では、電池自身の重量を増加させ、大型化になるという問題点があり、また電池缶にひずみゲージを取り付けて電池内圧を測定するという方法では、電池外装缶が樹脂製の場合は弾性力があるので、電池内圧をひずみゲージにより測定することができるが、金属製の電池外装缶の場合、電池缶の厚みを薄くしないと測定の精度を低下させ、缶の厚みを薄くすると逆に測定精度は向上するが、電池缶の耐圧強度は減少するという問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、正極板、負極板、セパレータ及び電解液からなる発電要素を収納した電池外装缶と、外装缶を封口する蓋とよりなる二次電池であって、外装缶の外側面に凹凸部を形成し、少なくとも凹部の一部に電池内圧の上昇による前記電池外装缶の体積変化を検出する検出手段を取り付けている。また、本発明は電池外装缶の凸部（Ａ）と凹部（Ｂ）の厚みの比（Ａ／Ｂ）を１．５〜３としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る二次電池の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明二次電池の素電池の斜視図を示したものであり、例えばリチウム二次電池が使用される。このリチウム二次電池からなる素電池は、正極板と負極板がセパレータを介して重ねあわせられて巻回されてなる渦巻状の発電要素が、円筒型のアルミニウムなどの金属製電池外装缶１内に収納されている。この外装缶１は、その側面を凸部２と凹部３に形成し、図２の断面図に示すように内周部４の発電要素が接する部分は平滑状に形成させ、外周部５に凸部２と凹部３として形成している。尚、図２は本発明に使用する素電池の断面図である。
【０００６】
また、この電池外装缶１は蓋６にて封口されている。
【０００７】
そして、この凹凸状に形成された外装缶１の凹部３の少なくとも一部には、電池の内圧の上昇による外装缶１の体積変化を検出する検出手段となる歪みセンサ７を取り付けている。この歪みセンサ７からの信号は制御回路（図示せず）に入り、制御回路内で圧力値を判断している。
【０００８】
この上記したリチウム二次電池の素電池の複数個を電気的に直列に接続し容器８に収納することで、図３に示すように組電池を構成する。図３は本発明の二次電池８本の配置状態を示す組電池の斜視図である。
【０００９】
本発明による電池缶Ａとして、缶直径６５ｍｍ、長さ３００ｍｍのアルミニウム部材を使用して、その側面に凹凸部２、３を有する電池外装缶１を形成する。
【００１０】
ここで、凸部２（Ａ）の肉厚は２ｍｍ、凹部３（Ｂ）の肉厚は０．８ｍｍであり、外装缶１における厚みの比（Ａ／Ｂ）を２．５とし、この凹部３に歪みセンサ７を取り付けている。
【００１１】
従来法による電池缶Ｂとして、缶直径６５ｍｍ、長さ３００ｍｍ、缶の肉厚２ｍｍのアルミニウム部材を使用して、その側面が平滑な電池外装缶１を形成した。そして、この缶表面の平滑部に歪みセンサ７を装着している。
【００１２】
また、従来法による電池缶Ｃとして、缶直径６５ｍｍ、長さ３００ｍｍ、缶の肉厚０．８ｍｍのアルミニウム部材を使用して、その側面が平滑な電池外装缶１を形成した。そして、この缶表面の平滑部に歪みセンサ７を装着している。
【００１３】
以上の３種類の電池缶を用いて組電池を各々作成し、電池外装缶の耐圧試験を行い、缶内部の圧力を測定した。
【００１４】
耐圧試験は、水圧試験装置を用いて、加圧範囲：０〜３０ｋｇ／ｃｍ2で行った。その測定結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
0003913385.tif 000002
【００１６】
表１から明らかなように、電池缶Ａでは、歪みセンサの値は、低圧から高圧の範囲の全般において圧力センサの値とほぼ同じ値を示し、精度良く測定できている。
【００１７】
次に電池缶Ｂでは、高圧になるに従い、歪みセンサの値は圧力値に近い値になるが、低圧になるに従い、歪みセンサの値の精度は低下していることがわかる。
【００１８】
また、電池缶Ｃでは、外装缶１が肉厚０．８ｍｍと薄いため、低圧時には歪みセンサの値と圧力センサの値とが一致しているが、圧力が２０ｋｇ／ｃｍ2の時点で外装缶が塑性変形を起こし、大きく膨れ上がり測定不可能となった。
【００１９】
以上のように、外装缶に凹部３を形成し、この凹部３に歪みセンサ７を装着した本発明に係る電池缶Ａに依れば、内部圧力の変化を精度良く測定することが出来る。
【００２０】
次に、電池缶Ａの凸部２（Ａ）と凹部３（Ｂ）の厚みの比（Ａ／Ｂ）を変化させて電池外装缶１の耐圧試験を行い、そのときの缶内部の圧力を歪みセンサ７にて測定した。この凸部２（Ａ）の肉厚は２ｍｍとした。
【００２１】
耐圧試験は、水圧試験装置を用いて、加圧範囲：０〜３０ｋｇ／ｃｍ2で行った。その結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
0003913385.tif 000003
【００２３】
表２から明らかなように、凸部２（Ａ）と凹部３（Ｂ）との厚みの比（Ａ／Ｂ）が１．５より小さくなると、低圧時の圧力センサの指示値と歪みセンサによる測定値の誤差が非常に大きくなる。
【００２４】
また、厚みの比（Ａ／Ｂ）が３．０より大きくなると、耐圧基準値が２０Ｋｇ／ｃｍ2であるにも拘わらず、缶自身の耐圧の値が２０Ｋｇ／ｃｍ2以下になってしまう。
【００２５】
従って、厚みの比（Ａ／Ｂ）として１．５〜３．０の値を用いることが好ましい。
【００２６】
次に、電池缶Ａと電池缶Ｂを用いて円筒型リチウムイオン電池を作製した。各々を組電池Ａ、組電池Ｃとする。これらの電池において、２５℃中０．１２５Ｃで４．１Ｖまで充電した後、２５℃において１Ｃで２．７Ｖまで放電した。そのときの電池缶表面温度を測定した。その結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
0003913385.tif 000004
【００２８】
表３より明らかなように、放電容量を７０Ａｈとしたとき、組電池Ａの温度は組電池Ｂよりも低温となるが、これは外装缶１が凹凸部２、３を有しているために、外装缶１の表面積が実質的に増加し、電池における放熱性が向上したものと思われる。
【００２９】
さらに、この２種類の電池に対して、上述の条件で充放電サイクルを３００サイクル行った。その結果を図４に示す。図４は充放電サイクル数と組電池Ａ、Ｂの電池容量との関係を示すサイクル特性図である。
【００３０】
この図４から明らかなように、組電池Ａは組電池Ｂに比べてサイクル数が増加しても電池容量の低下が少ない。
【００３１】
また、その時の容量の変化を確認した。その結果を表４に示す。
【００３２】
【表４】
0003913385.tif 000005
【００３３】
表４より明らかなように、組電池Ｂに比べ、組電池Ａは３００サイクル後の容量の維持率が０．０６即ち、６％向上している。これは、組電池Ａの外装缶が凹凸部を有する結果、外装缶の表面積が大きくなり放熱性が高まることにより、放電時の電池の温度上昇が小さくなり、電極の劣化が小さくなったためと思われる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、正極板、負極板、セパレータ及び電解液からなる発電要素を収納した電池外装缶と、外装缶を封口する蓋とよりなる二次電池であって、外装缶の外側面に、凸部（Ａ）と凹部（Ｂ）の厚みの比（Ａ／Ｂ）が１．５〜３である凹凸部を形成し、少なくとも凹部の一部に電池内圧の上昇による電池外装缶の体積変化を検出する検出手段を取り付けたので、外装缶の耐圧強度を損ねることなく、電池内圧を精度良く検出することができる。
【００３５】
更に、凹凸部を形成することにより外装缶の表面積が増加するので、電池の放熱性を向上させることができ、電池の温度上昇に伴う電池特性の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二次電池の素電池を示した斜視図である。
【図２】本発明に係る素電池の断面図である。
【図３】本発明による二次電池の組電池を示した斜視図である。
【図４】本発明による二次電池のサイクルに伴う電池容量の変化を示したサイクル特性図である。
【符号の説明】
１外装缶
２凸部
３凹部
４内周部
５外周部
６蓋
７歪みセンサ
８容器
【図１】
0003913385.tif 000006
【図２】
0003913385.tif 000007
【図３】
0003913385.tif 000008
【図４】
0003913385.tif 000009