(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
安全弁が形成された蓋板をケース本体の上端開口部に封止固定した電池ケース内に巻回型の発電要素を収納した電池において、発電要素の巻軸方向に沿ったケース本体の側面の下端部に、下端が発電要素における正極の合剤と負極の合剤が塗布されている下端の位置よりも下方に至る安全弁が形成されたことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記発電要素が長円筒形に巻回されたものであり、前記電池ケースのケース本体が長円筒形容器状であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
蓋板をケース本体の上端開口部に封止固定した電池ケース内に巻回型の発電要素を収納した電池において、発電要素の巻軸方向に沿ったケース本体の側面の下端部に、下端が発電要素における正極の合剤と負極の合剤が塗布されている下端の位置よりも下方に至る安全弁が形成されると共に、このケース本体の側面の上端部にも安全弁が形成されたことを特徴とする電池。
【請求項４】
前記発電要素が長円筒形に巻回されたものであり、前記電池ケースのケース本体が長円筒形容器状であることを特徴とする請求項３に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻回型の発電要素を電池ケース内に収納した非水電解質二次電池等の電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型大容量の長円筒形の非水電解質二次電池１の従来の構造例を説明する。この非水電解質二次電池１の発電要素２は、図１９に示すように、帯状の正極２ａと負極２ｂを帯状のセパレータ２ｃを介して長円筒形に巻回したものである。正極２ａは、アルミニウム箔の表面に正極の活物質やバインダ等からなる合剤２ｄを塗布したものであるが、帯状の下端部付近にこの合剤２ｄの未塗工部を形成してアルミニウム箔が露出するようにしている。また、負極２ｂは、銅箔の表面に負極の活物質やバインダ等からなる合剤２ｅを塗布したものであるが、帯状の上端部付近にこの合剤２ｅの未塗工部を形成して銅箔が露出するようにしている。これらの正極２ａと負極２ｂは、それぞれ上下に少しずつずらして巻回することにより、下方には正極２ａの下端部を突出させると共に、上方には負極２ｂの上端部を突出させている。
【０００３】
上記発電要素２の上方に突出する負極２ｂの上端部には、図２０に示すように、負極集電体９を接続固定する。負極集電体９は、銅合金板をプレス加工したものであり、この銅合金板を折り返して形成した各スリット部に負極２ｂの上端部に露出した銅箔をそれぞれ挟み込んでかしめや溶接等により接続固定する。この負極集電体９には、銅合金からなる負極端子５が上方に突出するようにしてかしめや溶接等により接続固定されている。また、発電要素２の下方に突出する正極２ａの下端部には、正極集電体８を接続固定する。正極集電体８は、アルミニウム合金板をプレス加工したものであり、このアルミニウム合金板を折り返して形成した各スリット部に正極２ａの下端部に露出したアルミニウム箔をそれぞれ挟み込んでかしめや溶接等により接続固定する。この正極集電体８は、一端を発電要素２の側面に沿わせて負極集電体９の上方まで引き出し、ここにアルミニウム合金からなる正極端子４をかしめや溶接等によって接続固定している。
【０００４】
上記正極集電体８と負極集電体９を接続した発電要素２は、図２１に示すような長円筒形の電池ケース３内に収納される。電池ケース３は、アルミニウム合金板やステンレス鋼板等からなり、長円筒形容器状のケース本体３ａの上端開口部に長円形板状の蓋板３ｂを嵌め込んで周囲を溶接等によって封止固定したものである。そして、発電要素２に接続固定された上記正極端子４と負極端子５は、それぞれ内側から蓋板３ｂの２箇所の開口孔に通して上方に突出させ、各開口孔との間の隙間にガラスハーメチックシールを形成することにより絶縁封止固定される。なお、実際にはこれらの正極端子４と負極端子５には、予め蓋板３ｂと同種の金属リングがガラスハーメチックシールやセラミックハーメチックシールによって絶縁固定されている。そして、これらの正極端子４と負極端子５に絶縁固定した金属リングを蓋板３ｂの２箇所の開口孔に溶接によってそれぞれ封止固定した後に、この蓋板３ｂをケース本体３ａに嵌め込んで溶接等により封止固定する。
【０００５】
上記非水電解質二次電池１は、異常時に発電要素２が過熱すると電解液が分解してガスを発生するので、内部が高圧になり電池ケース３が破裂する危険性がある。そこで、従来は、ケース本体３ａの底面と蓋板３ｂに安全弁６を形成している。安全弁６は、ケース本体３ａや蓋板３ｂを構成するアルミニウム合金板やステンレス鋼板等に溝を形成してその部分の板厚を薄くしたものであり、電池ケース３内の圧力が異常に上昇すると、この板厚の薄い溝部分が破断して内部のガス抜きが行われるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、発電要素２内で発生したガスは、正極２ａや負極２ｂが密に巻回されているために、巻軸方向に沿った上下いずれかの端部側にしか移動することができない。このために、ケース本体３ａの底面と蓋板３ｂに安全弁６を形成して、この発電要素２の巻軸方向に沿って上下の端部から抜け出して来たガスを円滑に外部に放出できるようにしている。ただし、このような長円筒形の非水電解質二次電池１が単電池で用いられる場合には、内部の圧力が上昇するとケース本体３ａの側面の平面状の部分が外側に膨らむので、例えば発電要素２の下端部から抜け出たガスをこのケース本体３ａの側面の膨らんだ部分を通して上端部側に移動させることにより、この上端の蓋板３ｂにのみ安全弁６を設けるようにすることも可能である。しかし、上記非水電解質二次電池１を複数個密着して並べ組電池として用いる場合には、隣接する非水電解質二次電池１の側面の平面状の部分が互いに押し合うので、単電池の場合にように内部の圧力によって膨らむことができず、発電要素２の下端部から抜け出たガスが上端部に移動できないために、ケース本体３ａの底面にも安全弁６が必要になる。
【０００７】
このため、従来の非水電解質二次電池１を組電池として用いた場合には、安全弁６が形成された電池の底面を塞いだ状態で使用することができないという問題があった。例えば、航空宇宙用等の特殊用途の組電池の場合には、図２２に示すように、複数個の各非水電解質二次電池１の間と、これらの非水電解質二次電池１の底面の下方とに、アルミニウム合金等の熱伝導性のよい材質からなる冷却プレート７を密着させて配置し、図外の冷却装置による冷却を行うことがある。そして、このような場合には、各非水電解質二次電池１の側面の平面状の部分が冷却プレート７に束縛されて膨らむことができないので、ケース本体３ａの底面に安全弁６を形成する必要があるが、このケース本体３ａの底面も冷却プレート７によって塞がれるので、安全弁６が正常に機能できないという問題が生じる。
【０００８】
また、上記非水電解質二次電池１を単電池として用いる場合であっても、設置スペースに隙間なく挟まれて配置されケース本体３ａの側面が膨らむことができないようなときには、ケース本体３ａの底面に安全弁６が必要になる。従って、このような場合にも、安全弁６が形成された電池の底面を塞がないようにして使用しなければならないという問題が生じる。
【０００９】
さらに、円筒形の非水電解質二次電池の場合には、電池ケースの側面が全て湾曲し平面状の部分がないために、単電池として余裕のある設置スペースで用いたときにも、この側面が膨らむことができない。従って、この円筒形の非水電解質二次電池の場合にも、電池ケースの上面と底面に安全弁を形成する必要があり、この電池を底面が塞がれた状態で使用することができないという問題が生じる。
【００１０】
なお、このような問題は、必ずしも非水電解質二次電池に限らず、安全弁を必要とし巻回型の発電要素を用いた全ての電池に共通するものである。
【００１１】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、電池ケースの側面の底面付近に安全弁を設けることにより、底面を塞いだ状態でも使用することができる電池を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、安全弁が形成された蓋板をケース本体の上端開口部に封止固定した電池ケース内に巻回型の発電要素を収納した電池において、発電要素の巻軸方向に沿ったケース本体の側面の下端部に、下端が発電要素における正極の合剤と負極の合剤が塗布されている下端の位置よりも下方に至る安全弁が形成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によれば、安全弁が蓋板だけでなく、電池ケースにおけるケース本体の側面の下端部にも形成されているので、電池の底面が塞がれている場合にも、巻回型の発電要素の下方の端部側に抜け出たガスをこの下端部の安全弁から外部に円滑に放出させることができるようになる。
【００１４】
請求項２の発明は、前記発電要素が長円筒形に巻回されたものであり、前記電池ケースのケース本体が長円筒形容器状であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、円筒形ではない長円筒形の電池にも同様に実施することができる。
【００１６】
請求項３の電池は、蓋板をケース本体の上端開口部に封止固定した電池ケース内に巻回型の発電要素を収納した電池において、発電要素の巻軸方向に沿ったケース本体の側面の下端部に、下端が発電要素における正極の合剤と負極の合剤が塗布されている下端の位置よりも下方に至る安全弁が形成されると共に、このケース本体の側面の上端部にも安全弁が形成されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によれば、安全弁が電池ケースにおけるケース本体の側面の上端部だけでなく、下端部にも形成されているので、電池の底面が塞がれている場合にも、巻回型の発電要素の下方の端部側に抜け出たガスをこの下端部の安全弁から外部に円滑に放出させることができるようになる。
【００１８】
請求項４の電池は、前記発電要素が長円筒形に巻回されたものであり、前記電池ケースのケース本体が長円筒形容器状であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明によれば、円筒形ではない長円筒形の電池にも同様に実施することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１〜図４は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は非水電解質二次電池の全体斜視図、図２は非水電解質二次電池の下端部付近の構造を示す部分拡大縦断面図、図３は非水電解質二次電池の内部構造を示す縦断面図、図４は複数の非水電解質二次電池を並べた組電池の斜視図である。なお、図１９〜図２２に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００２２】
本実施形態は、図１９〜図２２に示した従来例と同様の長円筒形に巻回された発電要素２を備えた非水電解質二次電池１について説明する。図１に示すように、この非水電解質二次電池１の電池ケース３は、長円筒形容器状のケース本体３ａの上端開口部に長円形板状の蓋板３ｂを嵌め込んで周囲をレーザ溶接やＴＩＧ溶接等によって封止固定したものであり、アルミニウム合金板やステンレス鋼板等からなる。図１９〜図２０に示した発電要素２は、この電池ケース３内に収納される。また、この発電要素２に接続固定された正極端子４と負極端子５は、蓋板３ｂの２箇所の開口孔から上方に突出されて、ガラスハーメチックシールにより絶縁封止固定される。なお、正極端子４と負極端子５は、ガラスハーメチックシール以外にも、セラミックハーメチックシールを用いたり、合成樹脂製のパッキン材をねじで締め付ける等の手段で蓋板３ｂに絶縁封止固定することができる。
【００２３】
上記蓋板３ｂには、従来と同様に、中央部に安全弁６が形成されている。また、ケース本体３ａには、側面の湾曲部側における下端部に安全弁６が形成されている。これらの安全弁６は、ケース本体３ａや蓋板３ｂを構成するアルミニウム合金板やステンレス鋼板等に溝を形成してその部分の板厚を薄くしたものである。この溝の形成方法としては、切削加工、プレス加工又はエッチング等が用いられる。ただし、切削加工によりケース本体３ａの側面の湾曲部に安全弁６を形成する場合には、３次元ＮＣ等の曲面を切削できる装置が必要になる。また、プレス加工による場合は、ケース本体３ａの絞り加工や蓋板３ｂの打ち抜き加工と同時に溝を形成することも可能ではあるが、通常はこれらの加工後に別途溝に沿った突起を有する金型によって刻印を押すように形成する。エッチングは、ケース本体３ａや蓋板３ｂの溝を形成する部分以外の表面を保護膜で覆い、エッチング液の化学反応によって金属板の板厚を薄くして溝を形成する技術である。このような安全弁６が形成されると、異常時に電池ケース３の内部の圧力が異常に上昇した場合に、板厚の薄い溝部分が破断してガスを外部に放出することができるようになる。
【００２４】
上記ケース本体３ａの側面に形成する安全弁６は、図２に示すように、溝の下端が発電要素２における正極２ａの合剤２ｄと負極２ｂの合剤２ｅが塗布されている下端の位置Ａよりも下方に至るように形成される。発電要素２の下方には、図３に示すように、正極２ａの下端部を接続固定する正極集電体８が配置されるので、ケース本体３ａの底面との間に隙間が生じる。このため、発電要素２の下端部から抜け出たガスは、ケース本体３ａの底面との隙間を通って側面の下端部に至ることができる。そこで、ケース本体３ａの安全弁６の溝を発電要素２の下端よりも下方に至るように形成しておけば、この安全弁６がケース本体３ａの底面になくても、ガスをケース本体３ａの側面の下端部から外部に円滑に放出させることができる。また、発電要素２におけるセパレータ２ｃと、正極２ａの合剤２ｄが塗布されていないアルミニウム箔が露出した部分や、負極２ｂの合剤２ｅが塗布されていない銅箔が露出した部分は、剛性がなくある程度柔軟性があるために、高圧のガスはこれらを押し退けて移動することができる。従って、ケース本体３ａの安全弁６の溝は、発電要素２の下端ではなく、図２に示した合剤２ｄと合剤２ｅの塗工部の下端の位置Ａよりも下方に至るように形成するだけでも足りる。
【００２５】
上記構成の非水電解質二次電池１は、電池ケース３の側面が束縛されて底面が塞がれた場合であっても、異常時に発電要素２の下端部から抜け出たガスをケース本体３ａの側面の安全弁６から外部に円滑に放出させることができるようになる。なお、発電要素２の巻軸方向の長さが短い場合には、この発電要素２の内部で発生したガスを全て上端部から抜け出させるようにすることも可能である。このため、本発明は、長円筒形の狭い方の幅の１．５倍以上の高さを有する非水電解質二次電池１の場合に特に有効である。また、円筒形の非水電解質二次電池１の場合にも、直径の１．５倍以上の高さを有する場合に特に有効となる。
【００２６】
本実施形態では、図４に示すように、上記非水電解質二次電池１を複数個並べて組電池とし、これら各非水電解質二次電池１の間と底面の下方に冷却プレート７を密着させて配置して使用する。この場合、各非水電解質二次電池１は、側面の平面状の部分が冷却プレート７に束縛されて膨らむことができないので、異常時に発電要素２の下端部から抜け出したガスを上端部に移動させて蓋板３ｂの安全弁６から外部に放出させることができない。また、ケース本体３ａの底面も冷却プレート７によって塞がれるので、ここに安全弁６を形成することもできない。しかし、本実施形態の非水電解質二次電池１は、ケース本体３ａの側面における湾曲部の下端部に安全弁６が形成されるので、高圧のガスを底面との隙間を通しこの安全弁６から外部に円滑に放出することができるようになる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、安全弁６がＹ字形と逆Ｙ字形を上下に繋いだ溝形状である場合について説明したが、所定以上の圧力を受けて確実に破断し得る溝形状であれば、必ずしもこの第１の構成例に限定されるものではなく、例えば以下のような安全弁６の構成例が考えられる。図５及び図６に示す第２の構成例は、Ｙ字形と逆Ｙ字形を上下に繋いだ溝の両側にさらに上下方向の溝を形成したものである。図７及び図８に示す第３の構成例は、上下方向の矢印形状の溝としたものである。図９及び図１０に示す第４の構成例は、上下方向の矢印形状の溝の両側にさらに上下方向の溝を形成したものである。図１１及び図１２に示す第５の構成例は、下向きの矢印形状の溝の下端にさらに水平方向の溝を形成したものである。図１３及び図１４に示す第６の構成例は、上向きの矢印形状の溝の上端にさらに水平方向の溝を形成したものである。図１５及び図１６に示す第７の構成例は、方形の溝にさらに両対角線の溝を形成したものである。図１７及び図１８に示す第９の構成例は、上下方向の１本の溝の上下端に溝幅よりも少し大きい窪みを形成したものである。
【００２８】
また、上記のような溝を形成する安全弁６に代えて、ケース本体３ａや蓋板３ｂに設けた開口孔に金属の薄板をレーザ溶接等で張り付けて密閉したり、この開口孔に弾性体を用いた圧力弁を取り付けるようにしたもの等を用いることもできる。
【００２９】
さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池１について説明したが、安全弁６を設けた巻回型の発電要素２を用いる電池であればどのようなものにも同様に実施可能である。また、上記実施形態では、長円筒形の電池について説明したが、円筒形の電池の場合にも同様に実施することができる。さらに、上記実施形態では、電池の側面の下端部にのみ安全弁６を設けたが、側面の上端部に設けることもでき、この場合には蓋板３ｂの安全弁６は不要となる。また、電池の上端面が塞がれるような場合には、この電池の側面の上端部にのみ安全弁６を設けることもできる。
【００３０】
さらに、上記実施形態では、ケース本体３ａと蓋板３ｂを組み合わせた電池ケース３について説明したが、これに限らず、この電池ケース３の構成は任意である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、安全弁が電池ケースの側面の端部に形成されているので、電池の端面が塞がれている場合にも、内部で発生したガスをこの安全弁から外部に円滑に放出させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図２】  本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の下端部付近の構造を示す部分拡大縦断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の内部構造を示す縦断面図である。
【図４】  本発明の一実施形態を示すものであって、複数の非水電解質二次電池を並べた組電池の斜視図である。
【図５】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第２の構成例を示す非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図６】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第２の構成例を示す非水電解質二次電池の側面図である。
【図７】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第３の構成例を示す非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図８】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第３の構成例を示す非水電解質二次電池の側面図である。
【図９】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第４の構成例を示す非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図１０】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第４の構成例を示す非水電解質二次電池の側面図である。
【図１１】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第５の構成例を示す非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図１２】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第５の構成例を示す非水電解質二次電池の側面図である。
【図１３】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第６の構成例を示す非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図１４】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第６の構成例を示す非水電解質二次電池の側面図である。
【図１５】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第７の構成例を示す非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図１６】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第７の構成例を示す非水電解質二次電池の側面図である。
【図１７】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第８の構成例を示す非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図１８】  本発明の一実施形態を示すものであって、安全弁の溝形状の第８の構成例を示す非水電解質二次電池の側面図である。
【図１９】  従来例を示すものであって、発電要素の構成を示すための斜視図である。
【図２０】  従来例を示すものであって、発電要素と集電体と端子の構成を示すための斜視図である。
【図２１】  従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図２２】  従来例を示すものであって、複数の非水電解質二次電池を並べた組電池の斜視図である。
【符号の説明】
１    非水電解質二次電池
２    発電要素
２ａ  正極
２ｂ  負極
２ｄ  正極活物質
２ｅ  負極活物質
３    電池ケース
３ａ  ケース本体
３ｂ  蓋板
６    安全弁
７    冷却プレート
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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