(57)【要約】      （修正有）【課題】集電部材の集電能力を低下せずに、ガスが発生した際に、開裂弁からの圧力の開放がスムーズに行うことができるリチウムイオン電池を提供する。【解決手段】開裂弁２７と対向する集電部材１１の対向領域部分に形成される貫通孔２９ａの開口面積と、該対向領域部分の近傍に位置する近傍領域部分に形成される２つの貫通孔２９ｂ及び２９ｌの開口面積は、集電部材１１のその他の領域部分に形成される残りの１０個の貫通孔２９ｃ〜２９ｋの各開口面積よりも大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタブを備えた二種類の極板がセパレータを介して捲回されてなる捲回型の極板群と、
筒状本体と該筒状本体の開口部を塞ぐ蓋部材とを備えて構成されて前記極板群が収納される電池ケースと、
前記極板群と前記蓋部材との間に配置されて前記極板群の一方の極性の極板の前記複数のタブが外周部に溶接され且つ中央部には前記蓋部材を貫通する端子部を備えてなる集電部材とを備え、
前記蓋部材には前記電池ケース内の内圧の上昇により開裂する開裂弁が形成され、
前記集電部材には前記外周部と前記中央部との間に、前記極板群から出るガスを前記開裂弁側に導くためのガス抜き用の複数の貫通孔が周方向に所定の間隔をあけて形成されているリチウムイオン電池であって、
前記開裂弁と対向する前記集電部材の対向領域部分及び該対向領域部分から前記集電部材の前記外周部の接線方向と平行な方向に延びる近傍領域部分に形成された２以上の前記貫通孔の各開口面積が、前記集電部材のその他の領域部分に形成される残りの複数の前記貫通孔の各開口面積よりも大きいことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】
前記一方の極性の極板が正極板である請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
前記集電部材の前記外周部の輪郭形状が円形を有しており、
前記開裂弁は輪郭形状が円形を有しており、
前記複数のガス抜き用の貫通孔は、輪郭形状が円形を有しており、
前記２以上の貫通孔の直径が、前記開裂弁の直径の１．０倍〜１．１倍になっていることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
前記残りの複数の貫通孔の直径が、前記２以上の貫通孔の直径の０．９±０．０５倍の範囲になっている請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
前記複数の貫通孔は、８個〜１２個である請求項４に記載のリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池では、異常な高温環境下に曝されたときや充電装置の故障等により過充電状態になって、電池ケース内の温度が上昇し、その結果、電解液の分解や気化によりガスが発生して、電池ケース内の内圧が上昇し、電池ケースが破損する事態が発生することがある。そのため、この種のリチウムイオン電池の電池ケースには、電池ケース内の内圧上昇を防止するために、発生したガスによって内圧が上昇すると、開裂して発生したガスを排出する開裂弁が設けられている。
【０００３】
また、従来のこの種のリチウムイオン電池では、電池ケースを構成する蓋部材に、発生したガスを排出する開裂弁が設けられており、集電部材の開裂弁と対向する領域を切り欠くことで、ガスが発生した際に、開裂弁からの圧力の開放がスムーズに行うことができるように構成されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４９８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されたリチウムイオン電池では、集電部材を一部を切り欠いたことにより、集電部材の面積が小さくなって集電能力が低下し、大電流通電には適さなくなっている。
【０００６】
本発明の目的は、集電部材の集電能力を低下させずに、ガスが発生した際に、開裂弁からの圧力の開放をスムーズに行うことができるリチウムイオン電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数のタブを備えた二種類の極板がセパレータを介して捲回されてなる捲回型の極板群と、筒状本体と該筒状本体の開口部を塞ぐ蓋部材とを備えて構成されて極板群が収納される電池ケースと、極板群と蓋部材との間に配置されて極板群の一方の極性の極板の複数のタブが外周部に溶接され且つ中央部には蓋部材を貫通する端子部を備えてなる集電部材とを備えて、蓋部材には電池ケース内の内圧の上昇により開裂する開裂弁が形成され、集電部材には外周部と中央部との間に、極板群から出るガスを開裂弁側に導くためのガス抜き用の複数の貫通孔が周方向に所定の間隔をあけて形成されているリチウムイオン電池を改良の対象とする。本発明では、開裂弁と対向する集電部材の対向領域部分及び該対向領域部分から集電部材の外周部の接線方向と平行な方向に延びる近傍領域部分に形成された２以上の貫通孔の各開口面積が、集電部材のその他の領域部分に形成される残りの複数の貫通孔の各開口面積よりも大きい。このような開口面積の２以上の貫通孔を設けると、発生したガスが開裂弁を設けた位置に流れ込みやすくなる。また、２以上の貫通孔の各開口面積が大きくなっている分だけ、集電部材の面積が小さくなっているに過ぎない。そのため、集電部材の集電能力を低下せずに、ガスが発生した際の開裂弁からの圧力の開放がスムーズに行うことができる。
【０００８】
さらに、集電部材の外周部の輪郭形状が円形を有しており、開裂弁は輪郭形状が円形を有しており、複数のガス抜き用の貫通孔は、輪郭形状が円形を有しており、２以上の貫通孔の直径が、開裂弁の直径の１．０倍〜１．１倍になっていることが好ましい。これにより、発生したガスを開裂弁を設けた位置に十分に流れ込ませることができる。
【０００９】
また、残りの複数の貫通孔の直径が、２以上の貫通孔の直径の０．９±０．０５倍の範囲になっていることが好ましい。大きい貫通孔の直径とそれ以外の貫通孔の直径の差を抑えることにより、集電部材の集電能力が大きく低下することを防ぐことができる。
【００１０】
さらに、複数の貫通孔は、８個〜１２個であることが好ましい。このような構成にすると、開口面積の大きい２以上の貫通孔を、開裂弁と対向する領域部分の近傍に形成することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態であるリチウムイオン電池の正極側の部分を拡大した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態であるリチウムイオン電池の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態で使用する集電部材の平面図である。
【図４】過充電試験において、実施例１〜４、比較例１及び２の火花の発生の有無を示した表である。
【図５】貫通孔の直径とガス抜け性、集電性能の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明を適用したリチウムイオン電池の実施の形態について説明する。
【００１３】
（実施の形態の構成）
＜全体構成＞
図１はリチウムイオン電池１の正極側の部分を拡大した断面図である。図２はリチウムイオン電池１の平面図である。図３は集電部材１１の平面図である。リチウムイオン電池１は、円筒状の筒状本体３と筒状本体３の開口部を塞ぐ蓋部材５とからなる電池ケース７を有している。電池ケース７内には、捲回型の極板群９と正極側の集電部材１１が収納されている。集電部材１１は、極板群９と蓋部材５との間に配置されて極板群９の一方の極性（本実施の形態では正極）の極板の複数のタブ１３が外周部１５に溶接され且つ中央部１７には蓋部材５を貫通する端子部Ｔを備えている。本実施の形態では、集電部材１１は、アルミニウム及び銅を用いており、その外周部の輪郭形状は円形を呈している。極板群９は、中空円筒状の軸芯１９に帯状の正極板２１および負極板２３がセパレータ２５を介して捲回されて構成されている。セパレータ２５の厚みとしては、１０〜４０μｍのものを用いることができる。
【００１４】
蓋部材５には電池ケース７内の内圧の上昇により開裂する開裂弁２７が形成されている。開裂弁２７の輪郭形状は円形である。また、集電部材１１には外周部１５と中央部１７との間に、極板群９から出るガスを開裂弁２７側に導くためのガス抜き用の複数の貫通孔２９が周方向に所定の間隔をあけて形成されている。複数の貫通孔２９の輪郭形状も円形である。本実施の形態では、１２個の貫通孔２９が形成されている。
【００１５】
開裂弁２７と対向する集電部材１１の対向領域部分Ｒ１に形成される貫通孔２９ａの開口面積と、対向領域部分から集電部材１１の外周部の接線方向と平行な方向に延びる近傍領域部分Ｒ２に形成された２つの貫通孔２９ｂ及び２９ｌの開口面積は、集電部材１１のその他の領域部分に形成される残りの９個の貫通孔２９ｃ〜２９ｋの各開口面積よりも大きい。このような開口面積の貫通孔２９ａ，２９ｂ及び２９ｌを設けると、発生したガスが開裂弁２７を設けた位置に流れ込みやすくなる。また、貫通孔２９ａ，２９ｂ及び２９ｌの各開口面積が大きくなっている分のみ、集電部材１１の面積が小さくなっているに過ぎないため、集電部材１１の集電能力を低下せずに、ガスが発生した際の開裂弁２７からの圧力の開放がスムーズに行うことができる。なお、本実施の形態では、貫通孔２９ａ，２９ｂ及び２９ｌの直径が、開裂弁２７の直径の１．０倍〜１．１倍になっている。これにより、発生したガスを開裂弁２７を設けた位置に十分に流れ込ませることができる。さらに、貫通孔２９ｃ〜２９ｋの直径は、貫通孔２９ａ，２９ｂ及び２９ｌの直径の０．８５倍〜０．９５倍になっている。大きい貫通孔２９の直径とそれ以外の貫通孔２９の直径の差を抑えることにより、集電部材１１の集電能力が大きく低下することを防ぐことができる。
【００１６】
＜正極板の作製＞
正極板２１としては、例えば正極活物質としてスピネル型結晶構造を有するリチウムマンガン複酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（PVdF）とを混合し、これに分散溶媒のN−メチルピロリドン（NMP）を添加、混練したスラリを、厚さ10〜30μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、その後、乾燥、プレス、裁断することにより所定の厚さの正極板２１を得ることが出来る。なお、正極板２１に形成した幅50mmの未塗布部に切り欠きを入れてその一部を除去し、矩形状（櫛状）の部分を形成して集電用のタブ１３とした。
【００１７】
＜負極板の作製＞
負極板２３としては、例えば負極活物質として非晶質炭素粉末と、結着剤としてPVdFとを混合し、これに分散溶媒のNMPを添加、混練したスラリを、厚さ5〜20μmの銅箔の両面に塗布し、その後乾燥プレス、裁断することにより所定の厚さの負極板２３を得ることが出来る。負極板２３に形成した幅50mmの未塗布部に切り欠きを入れてその一部を除去し、矩形状（櫛状）の部分を形成して図示しない集電用の負極タブとした。
【００１８】
＜捲回極板群の容器への収納及び電解液の注入＞
極板群９を筒状本体３へ挿入し、筒状本体３と蓋部材５を溶接して注液口より電解液を所定量注入し液栓３１で密閉させた状態にすることにより、容量約90Ahのリチウムイオン電池を作製した。
【００１９】
上記実施の形態においては、集電部材に１２個の貫通孔を形成した例について説明したが、貫通孔の個数は任意である。但し、開口面積の大きい２以上の貫通孔を、開裂弁と対向する領域部分の近傍に形成すること想定すると、貫通孔の個数は８個〜１２個であることが好ましい。
【００２０】
上記実施の形態においては、貫通孔２９ａ，２９ｂ及び２９ｌの各開口面積が、他の貫通孔の開口面積よりも大きくなる例について説明したが、他の貫通孔の開口面積よりも大きい貫通孔の個数は、開裂弁と対向する集電部材の対向領域部分Ｒ１または該対向領域部分の近傍に位置する近傍領域部分Ｒ２に形成される貫通孔であれば、２つでも良い。
【００２１】
本発明の実施の形態の実施例のリチウムイオン電池と、比較例におけるリチウムイオン電池について、過充電試験を行った結果を図４に示す。図４は、実施例１〜４と比較例１及び２のリチウムイオン電池について、４．２Ｖに充電したセルを４５Ａで過充電を行った場合の火花の発生の有無を示した表である。
【００２２】
実施例１は、開裂弁の直径が１に対して、対向領域部分に位置する貫通孔（２９ａの位置）の直径が１であり、近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｂ，２９ｌの位置）の直径も１であり、それ以外の貫通孔の直径が０．９であるリチウムイオン電池の試験結果である。３回試験を行ったが、いずれも火花は発生しなかった。
【００２３】
実施例２は、開裂弁の直径が１に対して、対向領域部分に位置する貫通孔（２９ａの位置）の直径が１であり、近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｂ）の直径も１であるが、近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｌ）の直径は０．９であり、それ以外の貫通孔の直径が０．９であるリチウムイオン電池の試験結果である。３回試験を行ったが、いずれも火花は発生しなかった。
【００２４】
実施例３は、開裂弁の直径が１に対して、対向領域部分に位置する貫通孔（２９ａの位置）の直径が１であり、近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｌ）の直径も１であるが、近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｂ）の直径は０．９であり、それ以外の貫通孔の直径が０．９であるリチウムイオン電池の試験結果である。３回試験を行ったが、いずれも火花は発生しなかった。
【００２５】
実施例４は、開裂弁の直径が１．１に対して、対向領域部分に位置する貫通孔（２９ａの位置）の直径が１．１であり、近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｂ，２９ｌの位置）の直径も１．１であり、それ以外の貫通孔の直径が０．９であるリチウムイオン電池の試験結果である。３回試験を行ったが、いずれも火花は発生しなかった。
【００２６】
比較例１は、開裂弁の直径が１に対して、対向領域部分に位置する貫通孔（２９ａの位置）の直径が０．９であり、近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｂ，２９ｌの位置）の直径も０．９であり、それ以外の貫通孔の直径が０．９であるリチウムイオン電池の試験結果である。３回試験を行ったが、いずれの回でも少量の火花が発生した。
【００２７】
比較例２は、開裂弁の直径が１に対して、対向領域部分に位置する貫通孔（２９ａの位置）の直径が１であり、近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｂ，２９ｌの位置）の直径は０．９であり、それ以外の貫通孔の直径が０．９であるリチウムイオン電池の試験結果である。３回試験を行ったが、３回目の試験で少量の火花が発生した。
【００２８】
図４に示すように、開裂弁の対向領域部分に位置する貫通孔（２９ａの位置）のみを大きくしただけでもガス抜け性の向上が見られ、火花の出る確率は低くなっているが、開裂弁の近傍領域部分に形成される貫通孔（２９ｂ，２９ｌの位置）のどちらか一つも大きくすることにより、火花の発生は見られなくっている。しかし、貫通孔を大きくすることによって、集電性能は落ちることが懸念されるため、貫通孔の直径とガス抜け性、集電性能の関係を図５に示す。
【００２９】
図５に示すように、貫通孔の直径を１．１倍以上にしても、ガス抜け性の向上は見られず、集電性能が落ちるだけである。貫通孔の直径を大きくすることによって、電極群からのガス抜け性は良くなるが、電池ケースからのガス放出は、最終的には開裂弁の大きさに依存するためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、集電部材の集電能力を低下せずに、ガスが発生した際に、開裂弁からの圧力の開放がスムーズに行うことができるよリチウムイオン電池を提供することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  リチウムイオン電池
３  筒状本体
５  蓋部材
７  電池ケース
９  極板群
１１  集電部材
１３  タブ
１５  外周部
１７  中央部
１９  軸芯
２１  正極板
２３  負極板
２５  セパレータ
２７  開裂弁
２９  貫通孔
３１  液栓
【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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