(57)【要約】【課題】密閉型電池の樹脂ガスケットの改良により、封口部へ金属異物等が混入するような不慮時において樹脂ガスケットのせん断に起因する微小短絡を抑制し、電気特性及び安全性に優れた密閉型電池を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の密閉型電池は、正極板と負極板とセパレータとからなる電極群４と電解液とを収納した金属ケース５と、金属ケース５の開口部を絶縁性の樹脂ガスケット２を介して封口板１で封口した密閉型電池であって、樹脂ガスケット２に用いる樹脂より高強度の層を樹脂ガスケット２の内面に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とセパレータとからなる電極群と電解液とを収納した金属ケースと、前記金属ケースの開口部を絶縁性の樹脂ガスケットを介して封口する封口板を備えた密閉型電池であって、前記樹脂ガスケットの内面に樹脂ガスケットに用いる樹脂より高強度の層を備えた密閉型電池。
【請求項２】
前記高強度の層として樹脂を用いた請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記高強度の層としてセラミックスを用いた請求項１に記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型電池に関し、特にその封口部の樹脂ガスケットの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
密閉型電池、特に小型携帯機器等の駆動用電源として用いられる密閉型二次電池は、高容量のアルカリ蓄電池に代表される水系電解液二次電池や、リチウム二次電池に代表される非水電解液二次電池などの密閉型二次電池が知られている。
【０００３】
これら密閉型二次電池は、正極板と負極板とセパレータとからなる電極群と電解液とを金属ケースに収納し、この金属ケースの開口部と封口板とを絶縁性の樹脂ガスケットを介して封口した密閉構造をしている。また、封口板と金属ケースに、電極群から導出された正、負極リードを接続することにより、封口板と金属ケースは正、負極のどちらかの外部端子を兼ねている。
【０００４】
このような密閉構造にした場合、一方の外部端子を兼ねた金属ケースと他方の外部端子を兼ねた封口板との間に絶縁性の樹脂ガスケットを介し、金属ケースと封口板とを電気的に絶縁している。また、金属ケースと封口板とを電気的に絶縁するとともに、金属ケースと封口板との間の密閉性を保っている。
【０００５】
この金属ケースと封口板との電気的な絶縁と密閉性を保つという機能を満たすために、絶縁性の樹脂ガスケットは、例えば非水電解液二次電池の場合、ポリプロピレン樹脂などのオレフィン系ポリマー、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素系ポリマー、その他セルロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミド、さらにはプロピレンとエチレンのブロック共重合ポリマーなどを一体樹脂成型した樹脂ガスケットが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２０２９３５号公報
【特許文献２】特開２００５−３１０５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の提案によれば、互いに端子の機能を有する金属ケースと封口板との間に一体樹脂成型した樹脂ガスケットを設置することにより金属ケースと封口板との絶縁性と密閉性を保つことにおいて有効である。しかしながら、金属ケースの開口部と封口板とを絶縁性の樹脂ガスケットを介して封口し、この樹脂ガスケットが狭圧され厚みが薄くなる部分（挟圧部）に、不特定形状の金属粒子や針状バリ等の導電体の異物が挟まった場合、樹脂ガスケットの挟圧部が全厚みに渡ってせん断し、導電体の異物が貫通し、金属ケースと封口板とが導電体の異物を介して接触し、微小短絡する恐れがあった。
【０００７】
そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するもので、金属ケースと封口板との間の樹脂ガスケットの挟圧部に導電体の異物が挟まって樹脂ガスケットにせん断作用が働いても、樹脂ガスケットの基材に用いる樹脂より高強度の層を樹脂ガスケットの挟圧部の封口板と接する内面に備えることによりせん断の進行を止め、同時に導電体の異物の貫通を可能な限り止めることによって、微小短絡する恐れがない電気特性及び安全性に優れた密閉型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型二次電池は、正極板と負極板とセパ
レータとからなる電極群と電解液とを収納した金属ケースと、金属ケースの開口部を絶縁性の樹脂ガスケットを介して封口する封口板を備えた密閉型電池であって、樹脂ガスケットの内面に樹脂ガスケットに用いる樹脂より高強度の層を備えたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、不特定形状の金属粒子や針状バリ等の導電体の異物が、金属ケースと封口板と、この両者の間で狭圧され厚みが薄くなる樹脂ガスケットの狭圧部との間に挟まり、樹脂ガスケットをせん断させる作用が働く場合であっても、樹脂ガスケットの内面に備えた高強度の層によりせん断の進行を止め、同時に導電体の異物が樹脂ガスケットを貫通することを可能な限り止めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、導電体の異物が、金属ケースと封口板と、樹脂ガスケットの狭圧部との間に挟まり、樹脂ガスケットをせん断させる作用が働く場合であっても、樹脂ガスケットの内面に備えた高強度の層によりせん断の進行を止め、同時に導電体の異物が樹脂ガスケットを貫通することを可能な限り止めることができる。その結果、金属ケースと封口板とが導電体の異物を介して接触し、微小短絡する恐れがない、電気特性及び安全性に優れた密閉型電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態における密閉型電池は、正極板と負極板とセパレータとからなる電極群と電解液とを収納した金属ケースと、金属ケースの開口部を絶縁性の樹脂ガスケットを介して封口する封口板を備えた密閉型電池であって、樹脂ガスケットの基材に用いる樹脂より高強度の層を樹脂ガスケットの内面に備えたものである。
【００１２】
ここで、本発明で使用できる樹脂ガスケットは、例えば非水電解液二次電池の場合、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミド等であり、なかでも耐有機溶媒性及び低水分透過性から、オレフィン系ポリマーが好ましい。
【００１３】
また本発明の好ましい一形態は、高強度の層として、樹脂ガスケットの基材に用いる樹脂より高強度の樹脂を用いるものである。高強度の層に用いる樹脂は、材質として、ポリイミド、ポリアミド、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等、樹脂ガスケットの基材より高い硬度を有した材料が好ましい。理由は、高強度の層が導電体の異物の貫通を止めて、金属ケースと封口板との接触、微小短絡を抑制すると同時に、高強度の層より硬度が低い樹脂ガスケットの基材が圧縮され、金属ケースと封口板との密閉性を保つことができるからである。
【００１４】
また本発明の好ましい一形態は、高強度の層として、セラミックスを用いるものである。セラミックスは硬度が高いため高強度の層として好適に用いることができる。材質は特に限定されるものではない。
【００１５】
上記のなかでも、高強度の層として、樹脂を用いることが最も好ましい。理由は、一体成型し易い等、生産性が良いことに加え、高強度の層が柔軟性を有するため封口板との密着性が良好であり封止性の確保が容易だからである。
【００１６】
こうすることにより、導電体の異物が、金属ケースと封口板と、樹脂ガスケットの狭圧部との間に挟まり、樹脂ガスケットをせん断させる作用が働く場合であっても、樹脂ガスケットの内面に備えた高強度の層によりせん断の進行を止め、同時に導電体の異物が樹脂ガスケットを貫通することを可能な限り止めることができる。その結果、金属ケースと封口板との接触、微小短絡を抑制することができる。また、導電体の異物の大きさが樹脂ガ
スケットの狭圧部の残り厚みを超える大きさであっても、金属ケースと封口板との接触、微小短絡を効果的に抑制することができる。
【００１７】
なお、樹脂ガスケットの狭圧部の厚みは、封口機のかしめ金型によりかしめ封口されているときが最も薄くなり、封口後かしめ金型を開放するときに樹脂ガスケットの狭圧部の厚みは若干戻り大きくなる。微小短絡は、かしめ金型が開放されたときに金属ケースと封口板とが導電体の異物を介して接触していなくても、樹脂ガスケットの狭圧部の厚みが最も薄くなる、かしめ封口されているときに金属ケースと封口板とが導電体の異物を介して接触すれば、微小短絡し電圧不良になる恐れがある。本発明の構成によれば、このようにかしめ封口しているとき、即ち樹脂ガスケットの狭圧部の厚みが最も薄くなるときに、導電体の異物を介して金属ケースと封口板とが接触することを効果的に抑制することができる。
【００１８】
次に、円筒形リチウム二次電池としての実施例を示すが、本発明の密閉型電池はこの実施例に限られるものではない。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例における円筒形リチウム二次電池の断面図を示しており、図２は本発明の実施例１における円筒形リチウム二次電池の封口部を拡大した断面図を示している。
【００２０】
正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した電極群４を金属ケース５に収納した後、電極群４の上部に上部絶縁板３を配置して、金属ケース５の上方に溝入れローラーを用いて溝部５ａを設けて電極群４を金属ケース５内に保持した。この溝部５ａの上にポリプロピレンを成型した樹脂ガスケット２を介して封口板１を載置し、金属ケース５の開口部をかしめ封口して、電解液を注液していない、円筒形リチウム二次電池の試験品を構成した。かしめ封口後の樹脂ガスケット２の狭圧部２ｂの厚みは約４００μｍであった。
【００２１】
樹脂ガスケット２は、封口板１と接する狭圧部２ｂの内面に、高強度の層として、厚み０．０５ｍｍのＰＰＳ樹脂シート２ａを一体成型したものを用いた。これを実施例１とした。
【実施例２】
【００２２】
図３は本発明の実施例２における円筒形リチウム二次電池の封口部を拡大した断面図を示している。
【００２３】
図３に示すように、高強度の層として、厚み０．０５ｍｍのセラミックス製円板２ｃを配置させたことの他は、実施例１と同様に作製したものを実施例２とした。なお、セラミックス製円板２ｃと封口板１の間の封止性を確保するためにブチルゴム系の封止剤をセラミックス製円板２ｃに塗布した。
【００２４】
（比較例１）
樹脂ガスケットに高強度の層を設けなかったことの他は、実施例１と同様に作製したものを比較例１とした。
【００２５】
高強度の層を設けた実施例１、２と設けなかった比較例１の樹脂ガスケットを評価するために、導電体の異物の代替品として金属異物を事前準備し、かしめ封口前に封口板と樹脂ガスケットの狭圧部との間に意図的に配置させ、かしめ封口した。以下に試験方法について示す。
【００２６】
（試験）
金属異物として鉄製の球体で直径１５０μｍを最小径とし、そこから約５０μｍ〜１００μｍ刻みで直径を大きくした鉄製の球体を最大６００μｍ付近のものまで準備し、それぞれ各１個を封口板と樹脂ガスケットの間の狭圧部に配置させ、かしめ封口した。
【００２７】
これらの試験品を雰囲気温度２５℃の環境下で、まず封口直後の状態で抵抗測定を実施した。その後、同じ試験品を４５℃の環境下で２４時間保管後、再度抵抗測定を実施した。ここで、抵抗値が無限大となったものを「微小短絡無し」と判定し、導通状態となったものを「微小短絡有り」と判定した。この試験結果を（表１）に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
（表１）の結果からわかるように、樹脂ガスケット２の内面に高強度の層を設けた実施例１、２は、金属異物のサンプル１〜５のいずれにおいても微小短絡しなかった。これは樹脂ガスケット２の内面に高強度の層を設けたため、金属異物による樹脂ガスケット２のせん断の進行を止めるとともに金属異物の貫通を止めることができたためと考えられる。
【００３０】
一方、樹脂ガスケットに高強度の層を設けなかった比較例１は、金属異物のサンプル１、２において微小短絡した。これは金属異物の大きさが５００μｍ以上と大きいため、樹脂ガスケットの厚みが薄くなる狭圧部において金属異物が貫通したためである。
【００３１】
金属異物のサンプル３〜５においてはいずれも微小短絡しなかった。これは樹脂ガスケットの狭圧部の厚みに対して金属異物の大きさが小さかったためと考えられる。しかしながらサンプル３を配置させた試験品の樹脂ガスケットの狭圧部をＸ線観察したところ、実施例１、２では樹脂ガスケットのせん断が止まっていたが、比較例１では全厚みに渡ってせん断していることがわかった。サンプル３の金属異物の大きさは４００μｍであり、かしめ封口時には樹脂ガスケットの狭圧部の厚みが約４００μｍになるまで圧縮したため、このときに樹脂ガスケットの狭圧部が全厚みに渡ってせん断したと考えられる。即ち、比較例１のサンプル３を用いた試験品ではかしめ封口時に金属ケースと封口板とが金属異物を介して接触、導通し、かしめ封口後、かしめ金型を開放したときに樹脂ガスケットの厚みが若干戻ることによって導通しなくなったことが予想される。
【００３２】
また、今回の試験では、電池組立後と４５℃２４時間保管後の微小短絡の有り、無しで特に差は確認できなかったが、樹脂ガスケットの表面に用いたポリプロピレンは４５℃２４時間保管で熱変形し易いがＰＰＳ樹脂やセラミックスは同条件で熱変形しないため、高強度の層としてＰＰＳ樹脂やセラミックスを用いることは有効であるといえる。
【００３３】
なお、本実施例では円筒形リチウム二次電池について説明したが、かしめ封口構造であれば角形の密閉型電池でも同様の効果が得られる。また、リチウム二次電池に限らずアルカリ蓄電池でも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる密閉型電池は、かしめ封口時の樹脂ガスケットが挟圧される部分に導電体の異物が挟まった場合においても、金属ケースと封口板とが導電体の異物を介して接触し、微小短絡することを抑制できるため、さらなる高エネルギー密度化への要望が高まるポータブル電源用として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例における円筒形リチウム二次電池の断面図
【図２】本発明の実施例１における円筒形リチウム二次電池の封口部を拡大した断面図
【図３】本発明の実施例２における円筒形リチウム二次電池の封口部を拡大した断面図
【符号の説明】
【００３６】
１    封口板
２    樹脂ガスケット
２ａ  ＰＰＳ樹脂シート
２ｂ  挟圧部
２ｃ  セラミックス製円板
３    上部絶縁板
４    電極群
５    金属ケース
５ａ  溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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