(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスケット、内部端子板、絶縁スペーサー、キャップを順次積層した電極端子板が封口板の一部に設けられている貫通孔にて形成されている封口板であって、前記電極端子板と封口板とが絶縁され、前記内部端子板と絶縁スペーサーとの間に安全機能部品が配設され、前記キャップと前記安全機能部品とが電気接続されており、封口板表面に設けられているリブにより前記電極端子板がカシメられており、前記リブの形状は厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲、高さが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲であることを特徴とする密閉型電池用封口板。
【請求項２】
前記電極端子板と異極の電極端子板が封口板表面に設けられているリブによりカシメられていることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池用封口板。
【請求項３】
前記電極端子板と異極の電極端子板が電池ケースに設けられているリブによりカシメられていることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池用封口板。
【請求項４】
前記封口板に設けられている注液孔の周囲に設けられているリブにて封栓をカシメることにより、注液孔が封口されていることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池用封口板。
【請求項５】
前記安全機能部品が、電流遮断機能を有する形状記憶合金、温度ヒューズ、ＰＴＣ素子から選ばれた一種を用いた電極端子板であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の密閉型電池用封口板。
【請求項６】
正極板と負極板とがセパレータを介して絶縁されている発電要素と電解液とを上部が開口している有底の金属製ケースに収容し、前記ケースの開口部に請求項１〜請求項５のいずれかに記載の封口板を溶接して密封することを特徴とする密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、封口板の構造およびその封口板を用いた密閉型電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、携帯情報端末等の携帯電子機器の性能は、搭載される半導体素子、電子回路だけでなく、充放電可能な二次電池の性能に大きく依存しており、搭載される二次電池の容量アップと共に、軽量・薄型化も同時に実現させることが望まれている。これらの要望に答える二次電池として、ニッケルカドミウム蓄電池の約２倍のエネルギー密度を有するニッケル水素蓄電池が開発され、次いで、非水電解質を用いたリチウム二次電池がこれを上回るエネルギー密度を有する電池として開発され、脚光を浴びている。
【０００３】
このリチウム二次電池の中でも、高いエネルギー密度や負荷特性に優れ、機器の薄型化に適し、スペース効率が高い角形密閉型電池の割合が高まっている。さらに、電気機器の高性能化および高機能化が進むのに伴って、より高電圧および高容量の電池が要望されている。
【０００４】
従来の封口板の構造は、図８に示すようなものが一般に知られている。
【０００５】
封口板１には電極端子板２が設けられており、その電極端子板２の構成としては、封口板１の一部に１〜２ｍｍ程度の貫通孔（図示せず）を開け、封口板１を挟んで、封口板１の電池内側に、下部端子板１３、内部ガスケット２１、電池外側に、ガスケット３を積層し、さらに、これらを貫通するように中空リベット２０を挿入、カシメパンチにてカシメを行い、電極端子板２を構成している。
【０００６】
そして、正極板と負極板とがセパレータを介して絶縁されている発電要素７を上部が開口している有底の金属製ケース６に収容した後、前記ケース６の開口部に前記のような構成からなる封口板１を勘合し、封口板１と前記ケース６とをレーザー等を用いて溶接封口した後、封口板１および前記ケース６のどちらかに設けられた注液孔４から電解液を注入し、その後封栓５をレーザー等を用いて溶接して密閉構造としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電極端子板の構成にすると、電池の厚みが薄くなるに従い、中空リベットのピン径も細く、肉厚も薄くなるため、中空リベットの作製およびカシメも困難になり、さらにはカシメ強度が低下し、電極端子部の密閉性が悪くなり漏液不良が発生しやすくなる為、この電極端子板内に電流遮断機能による安全機能部品を内蔵することが構造上非常に困難である。
【０００８】
さらに、金属製ケースの開口部と封口板とをレーザー溶接で溶接する場合、溶接部と封口板を貫通して構成されている電極端子板とを絶縁しているガスケットとの距離が０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度と非常に近くなり、レーザーの反射光でガスケットを焼損すると言った問題点がある。また、各部品の孔径は１ｍｍ前後とかなり小さいため、中空リベットのピンを挿入、またはピンに挿入する際に挿入不良が発生しやすいと言った生産上の問題もあった。
【０００９】
そのため、中空リベットを中実リベットに置き換え、リベッターによりカシメるといった工法や、ガスケットをフッ素樹脂製にし、レーザーの反射光で焼損しにくくする、または、レーザーの溶接軌道を、電極端子部に於いて外側に逃がすと言った対策が行われている。しかし、これらの方法は、加工時間がより掛かったり、部品コストが高くなると言った問題点を抱えている。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するものであり、過充電や異常使用時などに作動する優れた安全機能部品を備えた封口板を用いることにより、密閉性、生産性にも優れた密閉型電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の密閉型電池用封口板は、ガスケット、内部端子板、絶縁スペーサー、キャップを順次積層した電極端子板が封口板の一部に設けられている貫通孔にて形成されている封口板であって、前記電極端子板と封口板とが絶縁され、前記内部端子板と絶縁スペーサーとの間に安全機能部品が配設され、前記キャップと前記安全機能部品とが電気接続されており、封口板表面に設けられているリブにより前記電極端子板がカシメられており、前記リブの形状は厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲、高さが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲である封口板である。
【００１２】
前記リブを前記電極端子板および異極の電極端子板を構成した封口板の表面または電池ケース表面に形成したり、注液孔の周囲に形成しカシメるため、ガスケットがリブにより覆い隠され、金属製ケースと封口板とをレーザー溶接により封口するときに、レーザー光により焼損すること無く、且つ容易に、過充電や異常使用時などに作動する優れた安全機能部品を備えた封口板およびこの封口板を用いることにより、密閉性、生産性にも優れた密閉型電池がえられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の封口板を用いた密閉型電池の断面図を図１、同封口板の平面図および断面図を図２、電極端子板の構成方法を図３、電極端子板の断面図を図４に示す。
【００１４】
この密閉型電池は、角形密閉型電池であって、上部が開口している有底の金属製ケース６の内部に発電要素７及び電解液が収容され、前記ケース６の開口部と封口板１をレーザー等を用いて溶接し、封口密閉した構造である。
【００１５】
発電要素７は、正極板と負極板とをセパレータを介して絶縁し、渦巻状に巻回した電極群を、プレスして長円状にしたもので、正極板は、アルミニウム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、可塑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。
【００１６】
正極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵、放出可能なリチウム含有遷移金属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剤が好ましく、可塑剤としては、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジヘキシルなどのフタル酸エステルが好ましい。
【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】
負極板は、銅箔やラス加工やエッチングされた箔からなる集電体の片面または両面に負極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤、可塑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。負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る黒鉛材料、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である黒鉛材料を使用することが好ましい。
【００２１】
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、可塑剤は正極板と同様のものを使用することができる。
【００２２】
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ィン系樹脂が好ましい。
【００２３】
プレス方法としては、発電要素７に常温だけでなく、４０℃から発電要素中の結着剤の軟化点以下の温度に加温した状態で１．０ＭＰａ〜７．０ＭＰａの圧力にてプレスすることが好ましい。
【００２４】
また、図２に示すように、封口板１の中央部には貫通孔９と凹部８が設けられており、この凹部８に図４に示すように、ガスケット３、内部端子板１３、安全機能部品１４、絶縁スペーサー１５、キャップ１２を順次積層されている電極端子板２が、図３に示すように、封口板１のリブ１ａにより、カシメ金型１０でカシメられて構成されている。
【００２５】
前記電極端子板２と封口板１とは絶縁され、内部端子板１３と絶縁スペーサーとの間に設けられている安全機能部品１４としては、電流遮断機能を有する形状記憶合金、温度ヒューズ、ＰＴＣ素子から選ばれる一種であることが好ましい。
【００２６】
前記リブ１ａの形状は厚み０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲が好ましい。厚みが０．１ｍｍより薄い場合には、十分なカシメ強度が確保できず、０．５ｍｍより厚い場合には、カシメるのが困難で、カシメる為には大きな金型が必要となり、好ましくない。
【００２７】
また、高さが０．５ｍｍより低い場合には、カシメるのが困難な上、十分にガスケット３がリブ１ａにより覆い隠されないので、金属製ケース６と封口板１とをレーザー溶接により封口するときに、レーザー光により焼損するので好ましくなく、３．０ｍｍより高い場合には、キャップと干渉して、うまくカシメることができず、カシメ強度の低下やばらつきを生じるので好ましくない。
【００２８】
このリブ１ａを前記電極端子板２および異極の電極端子板を構成した封口板１の表面または金属製ケース６表面に形成したり、注液孔４の周囲に形成し、カシメることにより、ガスケット３がリブ１ａにより覆い隠され、金属製ケース６と封口板１とをレーザー溶接により封口するときに、レーザー光により焼損すること無く、且つ容易に、封口することができ、密閉性、生産性にも優れた密閉型電池が得られる。
【００２９】
なお、このリブを形成するには、封口板からたたき出したり、レーザー溶接することにより、容易に形成することができ、全周に渡って形成したり、種々のスリットを入れたり、長方形の場合などには相対する二辺のみに設けても同様の効果が得られる。
【００３０】
次に、金属製ケース６内に非水電解液（図示せず）を封口板１の注液孔４を通じて注液する。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
注液後、前記注液孔４の周囲に設けたリブにより封栓５をカシメるか、封口板１と封栓５とをレーザ溶接して封止密閉することにより、、密閉性、生産性にも優れた密閉型電池が得られる。
【００３４】
また、本実施形態では、封口板１に注液孔４が形成された場合について説明したが、この注液孔４は、金属製ケース６のどの部分に開口されていてもよい。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施例１）
安全機能部品内蔵の電極端子を有する封口板を備えた電池の例を示す。
【００３７】
正極活物質としてＬｉＣｏＯ2、結着剤としてフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、及び導電材としてアセチレンブラックをＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）からなる有機溶剤に混練分散したペーストを厚さ１５μｍのアルミニウム箔製集電体に塗着、乾燥、圧延して、正極板を作製した。
【００３８】
負極活物質として易黒鉛化炭素、前記Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）の粉末をアセトンとシクロヘキサノンからなる混合有機溶剤に混練分散したペーストを厚さ１２μｍの銅箔製集電体に塗着、乾燥、圧延して、負極板を作製した。
【００３９】
このようにして作製した正極板と負極板とを厚さ２５μｍの微多孔性のポリエチレン樹脂製セパレータを介して渦巻形状に巻回した発電要素７を６．０ＭＰａの圧力でプレスして長円状に作製したもので、前記金属製ケース６内部に収容した。
【００４０】
そして、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、封口板１の中央部には、幅５．４ｍｍ、長さ３３．４ｍｍ、厚み１．０ｍｍのアルミニウム合金製で、その中央部に直径２．０ｍｍの電極端子構成用の貫通孔９と直径２．５ｍｍ、深さ０．６ｍｍの凹部８を設け、さらに凹部８の周囲全周に厚み０．１ｍｍ、高さ０．５ｍｍのリブ１ａをたたき出しにより設けた。
【００４１】
次に、図４に示すように、この封口板１の凹部８及び貫通孔９を覆うように、ポリプロピレン樹脂製ガスケット３、内部端子板１３、形状記憶合金板からなる安全機能部品１４、絶縁スペーサー１５、キャップ１２を順次積層することによって構成されている電極端子板２が、図３に示すように、封口板１のリブ１ａをカシメ金型１０を用いてカシメた。
【００４２】
前記形状記憶合金板からなる安全機能部品１４と前記キャップ１２とは、前記安全機能部品１４の中央突出部１４ａで電気接続されており、前記安全機能部品１４は、異常昇温時に、温度１０５℃以上で変形して前記キャップ１２との間の電気接続を遮断させる電流遮断機能を有している。
【００４３】
この封口板１と金属製ケース６とをレーザー溶接を用いて、溶接封口して、厚み６．３ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍサイズで電池容量が８５０ｍＡｈの角形密閉型電池を作製した。
【００４４】
（実施例２）
電極端子板２と異極の電極端子板とを有する封口板を備えた電池の実施例を示す。
【００４５】
図５には、実施例１と同様の電極端子板２を作製した後、この電極端子板と異極となる電極端子板２１を封口板１に設けた断面図を示す。
【００４６】
図５に示すように、封口板１の中央部には、幅５．４ｍｍ、長さ３３．４ｍｍ、厚み１．２ｍｍのアルミニウム合金製で、その中央部に直径３．０ｍｍの電極端子構成用の貫通孔（図示せず）と幅３．８ｍｍ、長さ４．５ｍｍ、深さ０．７ｍｍの凹部（図示せず）を設け、さらに凹部の周囲４箇所にスリットを有する幅３．６ｍｍ、長さ４．３ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、高さ１．０ｍｍのリブ１ａをレーザー溶接により設けた。
【００４７】
次に、この封口板１の凹部及び貫通孔を覆うように、ポリプロピレン樹脂製ガスケット３、内部端子板、温度ヒューズからなる安全機能部品（設定作動温度１１５℃）、絶縁スペーサー、キャップを順次積層することによって構成されている電極端子板２を、封口板１のリブ１ａにてカシメた。
【００４８】
次に、封口板１の中央部から右側の一部に、直径４．０ｍｍ、深さ０．６ｍｍの凹部（図示せず）を設け、その周囲に厚み０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍのリブ１ｂをレーザー溶接により設け、凹部に形状記憶合金板からなる安全機能部品（設定作動温度１０５℃）１４、ポリエチレン樹脂製ガスケット１７、キャップ１２を順次積層することによって構成されている異極電極端子板１６を、封口板１のリブ１ｂにてカシメた。
【００４９】
そして、この封口板１と金属製ケース６とをレーザー溶接して、溶接封口を行った以外は実施例１と同様にして角形密閉型電池を作製した。
【００５０】
ところで、この構成による安全機能部品は、温度ヒューズからなる安全機能部品と、形状記憶合金板からなる電流遮断機能を有する安全機能部品の二種類を有しており、一方が異常昇温時に、作動しなかった場合の予備としている。
【００５１】
そして、二種類の安全機能部品を用いる場合は、形状記憶合金、温度ヒューズ、ＰＴＣ素子から選ばれる作動条件が異なる一種または二種を用いることが好ましい。
【００５２】
（実施例３）
実施例２の封口板の代わりに、金属製ケースに異極端子板を設けた実施例を示す。
【００５３】
図６において、金属製ケース６の底面に１辺の長さが４．０ｍｍ、深さ０．２ｍｍの正方形の凹部（図示せず）を設け、その周囲の相対する２辺のみ厚み０．１ｍｍ、高さ３．０ｍｍのリブ１ｃをたたき出しにより設け、凹部に形状記憶合金板からなる安全機能部品（設定作動温度１０５℃）１４、ポリプロピレン樹脂製ガスケット１７、キャップ１２を順次積層することによって構成されている異極端子板１６を、金属製ケース６のリブ１ｃにてカシメた以外は実施例１と同様にして角形密閉型電池を作製した。
【００５４】
（実施例４）
封口板に電極端子板２と注液孔を設けた実施例を示す。
【００５５】
図７において、封口板１の一部に設けられた直径１．５ｍｍの注液孔４と直径２．０ｍｍ、深さ０．６ｍｍの凹部（図示せず）を設け、その周囲３箇所に０．１ｍｍのスリットを有する厚み０．２ｍｍ、高さ１．５ｍｍのリブ１ｄをレーザー溶接により設け、凹部にポリプロピレン樹脂製ガスケット１８、封栓５を順次積層したものを封口板１に設けたリブ１ｄにてカシメた以外は実施例１と同様にして角形密閉型電池を作製した。
【００５６】
（比較例１〜比較例４）
リブの厚み、高さが次のような組み合わせのものを用いた以外は実施例１と同様にして、角形密閉型電池を作製した。
【００５７】
比較例１の場合、リブの厚みが０．０８ｍｍ、高さが２．８ｍｍ、比較例２の場合は、リブの厚みが０．２ｍｍ、高さが０．４ｍｍ、比較例３の場合は、リブの厚みが０．７ｍｍ、高さが１．０ｍｍ、比較例４の場合は、リブの厚みが０．２ｍｍ、高さが３．５ｍｍのものを用いた。
【００５８】
このようにして、実施例１〜実施例４、比較例１〜比較例４で作製した各角形密閉型電池、２０個を用いて、保存試験を実施した。保存試験は、６０℃−９０％ＲＨ中で４週間放置し、漏液した個数を目視にて判定した結果を（表１）に示す。
【００５９】
【表１】
0004984359.tif 000002
【００６０】
（表１）から明らかなように、本発明の電池は比較例の電池と比較して、保存後の電池の耐漏液性に優れていることが明らかになった。
【００６１】
比較例１の場合は、リブ厚みが０．０８ｍｍと薄い為に、必要な耐圧強度が確保できなかった為で、比較例２の場合は、リブ高さが０．５ｍｍより低いのでカシメるのが困難な上、十分にガスケット３がリブ１ａにより覆い隠されないので、金属製ケース６と封口板１とをレーザー溶接により封口するときに、レーザー光により焼損し、その部分から漏液したと考えられる。
【００６２】
比較例３の場合は、リブ厚みが０．７ｍｍと厚い為に、うまくカシメることができなかった為で、比較例４の場合は、リブの高さが３．５ｍｍと高い為に、リブの先端部がキャップと干渉し、カシメ強度が低下した為に漏液が発生したと考えられる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、従来のリベットを用いて電極端子板を構成する場合と比較して、封口板にリブを形成することにより、電極端子板構造を簡単にでき、安全機能部品を内蔵した封口板を容易に作製することができる。
【００６４】
また、この技術を用いることにより、高信頼性を有する注液孔の封止技術も提供することができる。そして、この封口板を用いることにより、高性能な密閉型電池を安価に供給できるようになり、工業的価値は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉型電池の封口板部分の要部断面図
【図２】（Ａ）本発明の封口板のリブ部分の平面図
（Ｂ）同封口板のリブ部分の断面図
【図３】本発明の電極端子板作製時の様子を示す構造断面図
【図４】本発明の封口板の要部断面図
【図５】本発明の他の封口板の断面図
【図６】本発明の他の密閉型電池の封口板部分の要部断面図
【図７】本発明の他の封口板の断面図
【図８】従来の密閉型電池の封口板部分の要部断面図
【符号の説明】
１      封口板
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  リブ
２      電極端子板
３、１７、１８    ガスケット
４      注液孔
５      封栓
６      金属製ケース
７      発電要素
８      凹部
９      貫通孔
１０    カシメ金型
１２    キャップ
１３    内部端子板
１４    安全機能部品
１４ａ  突出部
１５    絶縁スペーサ
１６    異極端子板
２０    中空リベット
２１    内部ガスケット
【図１】
0004984359.tif 000003
【図２】
0004984359.tif 000004
【図３】
0004984359.tif 000005
【図４】
0004984359.tif 000006
【図５】
0004984359.tif 000007
【図６】
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【図７】
0004984359.tif 000009
【図８】
0004984359.tif 000010