(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板がセパレーターを介して絶縁されている極板群を上部開口している有底の電池ケース内に収容し、この電池ケースの開口端近傍の内側面に補強板を配置し、前記補強板上に絶縁ガスケット、封口板の順に載置した電池であって、前記補強板が少なくとも前記極板群の一方の電極から延出されたリードが貫通する穴を有し、この穴の側面に絶縁被覆層を有し、前記極板群を臨む面に絶縁性の突起を有してなり、この突起が前記絶縁被膜層の外周縁に沿って配置されることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記補強板が、リードが貫通する穴の側面及び極板群を臨む面に絶縁被覆層を有する請求項１記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記補強板が、リードが貫通する穴に段差を設けてなり、その段差部、リードが貫通する穴の側面、及び極板群を臨む面に絶縁被覆層を有する請求項１記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池の構造に関するものであり、詳細には発電要素を収容した電池ケースの開口端近傍の内面に補強板を配した電池、いわゆるクリンプ方式を採用した電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡＶ機器、パソコン等のコードレス化、ポータブル化に伴い、その駆動用電源である電池に対し、小型、軽量、高エネルギー密度化の要望が強まっている。特に、リチウム二次電池などは、高エネルギー密度を有する電池であり、主力電池として期待され、その潜在的市場規模も大きい。
【０００３】
図８に示す従来の密閉型電池の構造は、電池ケース１、略Ｌ字型断面の絶縁ガスケット２、金属補強板３、電池の一方の端子を兼ねる金属キャップ４、封口板５からなる。正極板と負極板とがセパレーターを介して絶縁されている極板群を上部が開口している有底の電池ケース１内に収容し、開口部上端より所定の位置に配置した金属補強板３を、レーザ溶接等により固定し、これより開口部側に、絞り加工により溝部１１を設け、この溝部１１に絶縁ガスケット２、封口板５を載置した後、前記溝部を保持した状態で電池ケース１の端部１ａをクリンプし、密閉していた。この為、電池ケース内の有効内容積が減り、高容量化をはかることが困難であった。
【０００４】
そこで、従来の溝部を支点とするクリンプ式封口方法から、図９に示すような電池ケース１に金属補強板３を溶接固定し、この補強板３の上に絶縁ガスケット２と封口板５を載置し、補強板３を支点とするクリンプ式封口構造が提案されている（特開平１１−２０４１３１号公報）。この構造によれば、電池ケース１の溝部１１を形成することが不必要となり、電池ケース内の無駄なスペースを無くして電池の高容量化を実現することができた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成では、極板群から延出されたリードと金属補強板との絶縁性を確保する必要がある。そこで、封口板の樹脂の突起部分を補強板の穴に挿入することで、金属補強板とリードの絶縁を確保している。
【０００６】
しかしながら、封口板を挿入する際に突起部分を確実に補強板の穴に位置させ、突起部分を補強板に嵌入することが困難なことから、リードと補強板とのショート、封口板の挿入不良を招きやすい。さらにリードと封口板とを溶接する際、この突起部分の内側にリードを収納し、両者を溶接する構造を採用している為に、リードと封口板との溶接不良などの工程不良が発生し易い問題点も有しており、歩留りの低下を招き、生産性も悪化させていた。
【０００７】
また、耐落下性能を向上させるために枠体を極板群と補強板との間に設け、極板群の移動を抑制し、かつ極板群と補強板を絶縁しようとした場合、この枠体が補強板と電池ケースの間に挟まり、補強板と電池ケースを溶接するときに溶接不良を生じていた。
【０００８】
本発明は、上記の構成における問題点に鑑み、極板群を収容した電池ケースの開口端近傍の内面に補強板を配し、この補強板を支点として電池ケース開口端のカシメ封口を行う方法、いわゆるクリンプ式封口方法を採用した電池において、封口板にリードを溶接し、封口板を電池ケースに容易に挿入することができると共に、歩留りが良く、生産性の高い密閉型電池の密閉構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る密閉型電池は、正極板と負極板がセパレーターを介して絶縁されている極板群を上部が開口している有底の電池ケース内に収容し、この電池ケースの上部側面に補強板を溶接固定し、この補強板の上に絶縁ガスケットと封口板を順に配設した電池であって、前記補強板として、少なくとも前記極板群を構成する一方の電極から延出されたリードが貫通する穴を有し、この穴の側面に絶縁被覆層を有するものを用いることを特徴とする。
【００１０】
さらに前記補強板として、リードが貫通する穴の側面及び極板群を臨む面に絶縁被覆層を配置した構成、或いはリードが貫通する穴に段差を設け、その段差部分、リードが貫通する穴の側面及び極板群を臨む面に絶縁被覆層を配置した構成が好ましい。これらの絶縁被覆層は樹脂のモールド成型により補強板に一体化されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記補強板として、前記極板群を臨む面に絶縁性の突起を有してなり、この突起が前記絶縁被膜層の外周縁に沿って配置される構成も好ましい。極板群を臨む面に形成された絶縁性の突起は、樹脂のモールド成型による形成することができる。この突起は、極板群の移動を抑制するものであり、移動に起因する補強板とリードとの接触を抑制することを可能にしている。
【００１２】
さらに本発明の構成を有する補強板を用いた電池は、従来構成の封口板（特開平１１−２０４１３１号公報）において必要であったリード−補強板間の絶縁用樹脂の突起部分が不要となる。このため、封口板にリードを溶接し、封口板を電池ケースに組み合わせるに際し、封口板を容易に挿入することができる。これにより、封口板を電池に挿入する工程での歩留りが向上し、生産性の高い密閉型電池の密閉構造が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明における第１の実施形態である密閉型電池の断面図である。上部が開口している有底の電池ケース１内に正極板と負極板とがセパレーターを介して絶縁されている極板群６を収容している。
【００１４】
補強板３は、電池ケース１の上部に位置する開口端部近傍の内側面に配置されている。この補強板３には、電池ケース１の変形を防止する少なくともリードが貫通する穴が形成されており、穴の内側面には絶縁被覆層７が形成されている。補強板３は、極板群が挿入された電池ケースに挿入した後、所定位置に配置され、溶接にて固定される。補強板３を固定した後、補強板３の上に絶縁ガスケット２と封口板５を順に配設し、電池ケース１の開口上端部をクリンプ封口して密閉されている。
【００１５】
電池ケース１に収容された極板群において、正極板５は、アルミニウム製の箔やラス加工やエッチング処理された箔からなる集電体の片側または両面に正極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作製することができる。そして、正極板の厚みは巻芯を用いて、その形状にできるだけ忠実に巻回する必要があり、１３０μｍ〜２００μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【００１６】
正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム遷移金属複合化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種類の金属とリチウムとの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＣｏxＮｉ(1-x)Ｏ2（０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｒＯ2、αＬｉＦｅＯ2、ＬｉＶＯ2等が好ましい。
【００１７】
結着剤としては、活物質間の密着性を保つフッ素樹脂材料、ポリアルキレンオキサイド骨格を持つ高分子材料、またはスチレン−ブタジエン共重合体などがある。フッ素系樹脂材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）が好ましい。
【００１８】
必要に応じて加える導電剤としてはアセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素系導電材が好ましい。
【００１９】
溶剤としては、結着剤が溶解可能な溶剤が適切で、有機系結着剤の場合は、アセトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合溶剤が好ましく、水系結着剤の場合は水が好ましい。
【００２０】
また、負極板６は、集電体の片側または両面に負極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤を溶剤に混練分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作製することができる。そして、負極板の厚みは巻芯を用いて、その形状にできるだけ忠実に巻回する必要があり、正極板と同様に１４０μｍ〜２１０μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【００２１】
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る黒鉛型結晶構造を有するグラファイトを含む材料、例えば天然黒鉛や人造黒鉛が使用される。特に、格子面（００２）の面間隔（ｄ002）が３．３５０〜３．４００Åである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料を使用することが好ましい。
【００２２】
結着剤、溶剤および必要に応じて加えることができる導電剤は正極と同様のものを使用することができる。
【００２３】
セパレータとしては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの微多孔性ポリオレフイン系樹脂が好ましい。
【００２４】
非水電解液としては、非水溶媒と電解質からなり、非水溶媒としては、主成分として環状カーボネートおよび鎖状カーボネートが含有される。前記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、およびブチレンカーボネート（ＢＣ）から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。また、前記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【００２５】
電解質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3等が挙げられる。これらの電解質は、一種類で使用しても良く、二種類以上組み合わせて使用しても良い。これらの電解質は、前記非水溶媒に対して０．５〜１．５Ｍの濃度で溶解させることが好ましい。
【００２６】
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に用いる補強板３の平面図と断面図であり、リードが貫通する穴の側面及び裏面に絶縁被覆層７を有する補強板３である。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に用いる補強板３の平面図と断面図であり、リードが貫通する穴に段差を設け、その段差部分、リードが貫通する穴の側面及び裏面に絶縁被覆層７を有する補強板３である。
【００２８】
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に用いる補強板３の平面図と断面図であり、リードが貫通する穴の側面及び裏面に絶縁被覆層７を有し、裏面に極板群の移動を抑制する絶縁性の突起を有する補強板３である。
【００２９】
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に用いる補強板３の平面図と断面図であり、リードが貫通する穴に段差を設け、その段差部分、リードが貫通する穴の側面及び裏面に絶縁被覆層７を有し、裏面に極板群の移動を抑制する絶縁性の突起を有する補強板３である。
【００３０】
上記絶縁被覆層７は、樹脂のモールド成型により補強板に一体化され、その厚みは０．１〜１．０ｍｍの範囲が好ましく、前記リードが貫通する穴の裏面に設ける絶縁性の突起も前記樹脂のモールド成型時に一緒に成型することができ、この突起の長さは極板群の移動を抑制する観点から１〜５ｍｍの範囲が好ましい。樹脂の材質は補強板とモールド成型でき、耐電解液性のある樹脂であれば良く、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂などが好ましい。
【００３１】
また、リードが貫通する穴は、図１、図５に示すような１つ穴または図２〜図４に示すような２つ穴であれば良く、絶縁被覆層７を設ける必要があるのは、上記リードの極性が補強板すなわち、電池ケースの極性と異なるリードをこの補強板の穴に貫通させる場合である。鉄製の電池ケースを用いた場合は、極性を負極にする為、正極リードを補強板の穴を貫通させて封口板と絶縁されている金属キャップと接続し、負極リードを電池ケースの下端に接続するか、封口板に接続させる。
【００３２】
補強板は電池ケースとの溶接性から同じ材質であることが好ましく、電池ケースが鉄製の場合は鉄製の補強板を用い、その厚みは電池ケースが変形しない強度が必要な為、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲が好ましい。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例を用いて詳細に説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。
【００３４】
（実施例１）
正極板は、活物質であるＬｉＣｏＯ2に導電剤としてカーボンブラックを、結着剤としてポリ四フッ化エチレン水性ディスパージョンを固形分の重量比で１００：３：１０の割合で混錬分散させたペーストを、厚さ３０μｍのアルミニウム箔からなる集電体上にドクターブレード方式で厚さ約２３０μｍに両面塗布して乾燥後、厚さ１８０μｍに圧延し、所定寸法に切断して正極板を作製し、アルミニウム製の正極リードを溶接した。
【００３５】
負極板は、炭素質材料を主材料とし、これにスチレンブタジエンゴム系結着剤とを重量比で１００：５の割合で混錬分散させたペーストを、厚さ２０μｍの銅箔からなる集電体上にドクターブレード方式で厚さ約２３０μｍに両面塗布して乾燥後、厚さ１８０μｍに圧延し、所定寸法に切断して負極板を作製し、これにニッケル製の負極リードを溶接した。
【００３６】
このようにして作製した正極板と負極板とを厚さ２５μｍのポリエチレン製の微多孔フィルムからなるセパレーターを介して扁平状に巻回した電極群を、長辺面からのプレス加工により長円状の電極群６を作製し、上部が開口している有底の電池ケース１内に収容した後、負極板から連接する負極リードを下部絶縁板を介して、前記電池ケース１と電気的に接続した。
【００３７】
次に、図１に示すように電池ケース１の上部側面の所定位置に、正極リードが貫通する穴の側面にポリプロピレン樹脂をモールド成型することにより、厚さ０．５ｍｍの絶縁被覆層７を有する厚みが１．０ｍｍの補強板３を配設し、レーザ溶接により固定した後、正極板から連接する正極リードを上部絶縁板、補強板３の穴を介して、封口板５の内部端子に電気的に接続することにより、金属キャップ４が正極端子を兼ねる構成とした。
【００３８】
そして、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）をモル比で１：３で混合した溶媒に溶質として六フッ化リン酸リチウムを１モル／ｌの濃度で溶解した非水電解液を所定量注液した後、この補強板３の上に絶縁ガスケット２と封口板５を順に載置した。
【００３９】
さらに、電池ケース１の底面をバネにより、電池ケース１の圧縮座屈強度よりも小さい弾性力が加えられた支持部８によって支持し、左右に２分割されケース保持突起部１０ａを有するケース保持金型１０によって前記電池ケース１の外側面を保持した状態で、所定形状のクリンプ型９によって前記電池ケース１の開口部上端１ａを圧縮成形することに密閉型電池を作製し、実施例１の電池とした。
【００４０】
この時、圧縮成形前においては、図６に示すように前記ケース保持突起部１０ａは、電池ケース内に溶接された補強板３より僅か（０．数ミリ〜数ミリ）下方の位置で、電池ケース１の側面を若干（ケース肉厚以下の微小量）変形させた状態で保持する。クリンプ型９により圧縮力が加えられると、電池ケース１は図７に示すように、下方に移動して行き、前記補強板３が前記ケース保持突起部１０ａの近傍まで移動した位置で停止し、補強板３を電池ケース１を介してケース保持突起部１０ａによって支持された状態で、電池ケースの上端部１ａが圧縮成形される。従って、電池ケース１を圧縮成形時の圧力によって座屈させることがなく、安定した補強板３を支点とするクリンプ式封口構造の密閉型電池を得ることができた。
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様にして作製した極板群６を上部が開口している有底の電池ケース１内に収容した後、図２に示すような側面及び裏面にシリコン樹脂をモールド成型することにより、厚さ０．８ｍｍの絶縁被覆層７を有する正極リードが貫通する穴と、絶縁被覆のない負極リードが貫通する別の穴とを有する厚みが０．５ｍｍの補強板３を配設し、前記負極リードを封口板５に溶接した以外は実施例１と同様にして、密閉型電池を作製し、実施例２の電池とした。
【００４２】
（実施例３）
実施例１と同様にして作製した極板群６を上部が開口している有底の電池ケース１内に収容した後、図３に示すような正極リードが貫通する穴に段差を設け、その段差部分、リードが貫通する穴の側面及び裏面にポリエチレン樹脂をモールド成型することにより、厚さ０．５ｍｍ絶縁被覆層７を有する厚みが２．０ｍｍの補強板３を配設し、レーザ溶接により固定した以外は実施例２と同様にして、密閉型電池を作製し、実施例３の電池とした。
【００４３】
（実施例４）
実施例１と同様にして作製した極板群６を上部が開口している有底の電池ケース１内に収容した後、図４に示すような側面及び裏面にシリコン樹脂をモールド成型することにより、厚さ０．８ｍｍの絶縁被覆層７を有し、裏面に極板群の移動を抑制するための長さ２ｍｍの絶縁性の突起を有する正極リードが貫通する穴と、絶縁被覆のない負極リードが貫通する別の穴とを有する厚みが０．５ｍｍの補強板３を配設し、枠体の役目も兼ねるようにし、前記負極リードを封口板５に溶接した以外は実施例２と同様にして、密閉型電池を作製し、実施例４の電池とした。
【００４４】
（実施例５）
実施例１と同様にして作製した極板群６を上部が開口している有底の電池ケース１内に収容した後、図５に示すような正極リードが貫通する穴に段差を設け、その段差部分、リードが貫通する穴の側面及び裏面にポリプロピレン樹脂をモールド成型することにより、厚さ０．５ｍｍの絶縁被覆層７を有し、裏面に極板群の移動を抑制するための長さ５ｍｍの絶縁性の突起を有する正極リードが貫通する穴を有する厚みが１．０ｍｍの補強板３を配設し、枠体の役目も兼ねるようにした以外は実施例１と同様にして、密閉型電池を作製し、実施例５の電池とした。
【００４５】
（比較例１）
実施例１と同様にして作製した極板群６を上部が開口している有底の電池ケース１内に収容した後、図８に示すように、電池ケース開口部上端より所定の位置に配置した厚みが１．０ｍｍの金属補強板３をレーザ溶接等により固定し、これより開口部側に絞り加工により溝部７を設け、この溝部７に略Ｌ字型断面の絶縁ガスケット２、封口板５を載置した後、前記溝部を保持した状態で電池ケース１の端部１ａをクリンプして、密閉型電池を作製し、比較例１の電池とした。
【００４６】
（比較例２）
実施例１と同様にして作製した極板群６を上部が開口している有底の電池ケース１内に収容した後、図９に示すような絶縁被覆のない正極リードが貫通する穴を有する厚みが１．０ｍｍの補強板３を配設した以外は実施例１と同様にして、密閉型電池を作製し、比較例２の電池とした。
【００４７】
このようにして実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例２の電池、ｎ＝１０００セルを作製した場合のリードと封口板との溶接不良、リードと補強板とのショート、封口板の挿入不良などの工程不良率の結果を表１に示す。
【００４８】
また、このようにして上記実施例および比較例で得られた幅６．３ｍｍ、長さ３４ｍｍ、高さ５０ｍｍの寸法で、電池容量８５０ｍＡｈの扁平型リチウム二次電池を各２０セル用いて、１９０ｃｍの高さから樫板上に１０回自由落下させて、落下試験を実施し、ショートした電池数を表１に示す。
【００４９】
【表１】
0004055395.tif 000002
【００５０】
表１から明らかなように、本発明による密閉型電池の密閉構造は、従来の密閉構造と比較して、工程不良率を約２０分の１から５分の１に低減できることがわかった。従来の密閉構造の場合、リードと補強板とを絶縁するために、封口板の樹脂の突起部分を補強板の穴に挿入しているが、挿入時にリードがこの突起部分の内側に位置させることが確実にできないので、リードと封口板との溶接不良、リードと補強板とのショート、封口板の挿入不良などの工程不良が発生した為である。
【００５１】
また、補強板の裏面に極板群の移動を抑制するための絶縁性の突起を有する補強板を用いることにより、耐落下性能をより向上させることができた。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、封口板にリードを溶接し、封口板を電池ケースに容易に挿入することができ、歩留りが良く、生産性の高い密閉型電池の密閉構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る密閉型電池の断面図
【図２】（ａ）本発明の第２の実施形態に係る補強板の平面図
（ｂ）同補強板の断面図
【図３】（ａ）本発明の第３の実施形態に係る補強板の平面図
（ｂ）同補強板の断面図
【図４】（ａ）本発明の第４の実施形態に係る補強板の平面図
（ｂ）同補強板の断面図
【図５】（ａ）本発明の第５の実施形態に係る補強板の平面図
（ｂ）同補強板の断面図
【図６】本発明の第１の実施形態に係る密閉型電池の電池ケース上端部のクリンプ前の工程を示す断面図
【図７】本発明の第１の実施形態に係る密閉型電池の電池ケース上端部のクリンプ後の工程を示す断面図
【図８】従来の密閉型電池の断面図
【図９】従来の別の密閉型電池の断面図
【符号の説明】
１      電池ケース
２      絶縁ガスケット
３      補強板
４      金属キャップ
５      封口板
６      極板群
７      絶縁被覆層
８      支持部
９      クリンプ型
１０    電池ケース保持金型
１０ａ  電池ケース保持突起部
１１    溝部
【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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