(57)【要約】 【課題】  従来の密閉型電池よりも、更に、密閉型電池の充放電サイクルを長寿命化させる密閉型電池を提供する。【解決手段】  外部端子５と接続された内部端子８が発電要素３から延伸されたタブ９と接続され、蓋体４の上部と下部に、上部ガスケット６と下部ガスケット７を介すことにより、外部端子５と内部端子８および発電要素３が電池ケース２内に固定される。【選択図】  図１
2009272207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する電池ケース内に、正極と負極とがセパレータを介して捲回軸を中心に捲回された発電要素が前記捲回軸を前記開口部面に垂直となるように収納され、前記電池ケースの前記開口部に蓋体が嵌合して密封された密閉型電池であって、
外部端子と接続された内部端子が前記発電要素から延伸されたタブと接続され、
前記外部端子は上部ガスケットを介して前記蓋体に接合され、
前記内部端子は下部ガスケットを介して前記蓋体に接合され、
前記外部端子と前記内部端子は、電気的に接続され、
前記下部ガスケットは前記電池ケースと前記タブとの間を前記発電要素方向に延在された側面を有したことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記下部ガスケットが、前記側面の先端部近傍に、密閉型電池の厚さ方向に延在する突起部を有することを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記下部ガスケットの肉厚が、０．３〜０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のいずれかに記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記下部ガスケットの突起部の長さが、密閉型電池の厚さ方向における電池ケースの内寸の１／３〜１／２であることを特徴とする請求項２または請求項３記載のいずれかに記載の密閉型電池。
【請求項５】
前記下部ガスケットの側面が、前記内部端子および前記タブの周囲を覆った形状とされたことを特徴とする請求項１ないし請求項４記載のいずれか１項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、特にその内部構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられ、近年は特に、エネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池の非水電解液を使用した密閉型電池が用いられている。しかし、更なる密閉型電池のエネルギー密度の向上の要求に加え、密閉型電池を使用する際の充放電の回数、すなわち充放電サイクルの長寿命化の要求も高まっている。
【０００３】
図４は、従来の密閉型電池の構造説明図であり、図４（ａ）は密閉型電池の上面図、図４（ｂ）はＤ−Ｄ線の断面図、図４（ｃ）はヘッダー部の斜視図である。密閉型電池１０１は、電池ケース２と発電要素３、蓋体４、外部端子５、上部ガスケット６、下部ガスケット７、内部端子８、タブ９および絶縁板１０から構成される。
【０００４】
密閉型電池１０１は、アルミニウムまたはその合金からなる電池ケース２に、セパレータ（図示せず）を介して正極（図示せず）と負極（図示せず）を積層して捲回し、成形した発電要素３および絶縁板１０を収納し、発電要素３から延伸された板状のタブ９を、下部ガスケット７を介して蓋体４に接合された内部端子８と電気的に接続し、外部端子５を、上部ガスケット６と蓋体４および下部ガスケット７を介して、内部端子８と電気的に接続し、蓋体４と外部端子５、上部ガスケット６、下部ガスケット７からなるヘッダー部１１を電池ケース２に勘合させた後、ヘッダー部１１と電池ケース２をレーザ溶接している。
【０００５】
密閉型電池のエネルギー密度を向上させ、また充放電サイクルを長寿命化させるために、例えば、特許文献１では、発電要素と蓋体および電池ケースの内部短絡を抑制するために、絶縁板を配置することが提案されている。この絶縁板を収納した密閉型電池は、密閉型電池内部においては、電池ケースの内壁や蓋体および発電要素同士が短絡することを防ぐことに関して効果的である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来よりも更に、密閉型電池の充放電サイクルを長寿命化させるためには、電池容量に寄与しない絶縁物の体積を減らし、電解液を注入する体積を確保する必要がある。しかしながら、従来の密閉型電池では、絶縁板を使用する構造上、絶縁物の体積を減らすことに限界があった。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、従来の密閉型電池よりも、更に、密閉型電池の充放電サイクルを長寿命化させる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】
【０００９】
本発明は、開口部を有する電池ケース内に、正極と負極とがセパレータを介して捲回軸を中心に捲回された発電要素が前記捲回軸を前記開口部面に垂直となるように収納され、前記電池ケースの前記開口部に蓋体が嵌合して密封された密閉型電池であって、外部端子と接続された内部端子が前記発電要素から延伸されたタブと接続され、前記外部端子は上部ガスケットを介して前記蓋体に接合され、前記内部端子は下部ガスケットを介して前記蓋体に接合され、前記外部端子と前記内部端子は、電気的に接続され、前記下部ガスケットは前記電池ケースと前記タブとの間を前記発電要素方向に延在された側面を有したことを特徴とする密閉型電池である。
【００１０】
また、本発明は、前記下部ガスケットが、前記側面の先端部近傍に、密閉型電池の厚さ方向に延在する突起部を有することを特徴とする密閉型電池である。
【００１１】
また、本発明は、前記下部ガスケットの肉厚が、０．３〜０．８ｍｍであることを特徴とする密閉型電池である。
【００１２】
また、本発明は、前記下部ガスケットの突起部の長さが、密閉型電池の厚さ方向における電池ケースの内寸の１／３〜１／２であることを特徴とする密閉型電池である。
【００１３】
また、本発明は、前記下部ガスケットの側面が、前記内部端子および前記タブの周囲を覆った形状とされたことを特徴する密閉型電池である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発電要素から延伸されたタブと電池ケースの内壁とが接触して短絡しないよう電池内部の下部ガスケットがタブを覆い、密閉型電池の厚さ方向に延在する突起部が、電池ケース内において、下部ガスケットより発電要素が密閉型電池の長手方向（上下方向）に自由に動くことを防ぐ構造をとることにより、従来の密閉型電池に収納されていた絶縁板を使用することなく、電池容量に寄与しない絶縁物を削減させた体積分の電解液を注入することができ、密閉型電池の充放電サイクルの長寿命化を可能とし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】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る密閉型電池の構造説明図であり、図１（ａ）は密閉型電池の上面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線の断面図、図１（ｃ）はヘッダー部の斜視図である。密閉型電池１は、電池ケース２と発電要素３、蓋体４、外部端子５、上部ガスケット６、下部ガスケット７、内部端子８およびタブ９から構成される。
【００１７】
密閉型電池１は、アルミニウムまたはその合金からなる電池ケース２に、セパレータ（図示せず）を介して正極（図示せず）と負極（図示せず）を積層して捲回し、成形した発電要素３を収納し、発電要素３から延伸された金属製の板状のタブ９を、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）や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）等の絶縁性の下部ガスケット７を介して金属製の蓋体４に接合された金属製の内部端子８と電気的に接続し、内部端子８と電気的に接続された外部端子５を、ＰＦＡ等の絶縁性の上部ガスケット６と下部ガスケット７を介して蓋体４に接続し、蓋体４と外部端子５、上部ガスケット６、下部ガスケット７からなるヘッダー部１１を電池ケース２に勘合させた後、ヘッダー部１１と電池ケース２をレーザ溶接している。
【００１８】
密閉型電池１は、角形の電池ケース２内に、セパレータを介して正極と負極を積層し、捲回軸を中心にして扁平に捲回した後に、さらに押圧処理して電池ケース２の形状に合致するように扁平にした発電要素３が捲回軸を電池ケース２の開口部に垂直になるように収容され、またタブ９と内部端子８および下部ガスケット７が収容され、蓋体４で密封する構造となっている。
【００１９】
導電性のタブ９と導電性の電池ケース２の間、または導電性のタブ９と導電性の蓋体４の間に絶縁性の下部ガスケット７が、導電性のタブ９が導電性の電池ケース２または導電性の蓋体４から隔離されるように配置されるため、導電性のタブ９が導電性の電池ケース２または導電性の蓋体４と接触して短絡することがないように構成されている。短絡防止のため、コ字型の下部ガスケット７の側面は発電要素３の近傍まで延長されているので、この下部ガスケット７の側面部で発電要素３が大きく移動しないように規制もしている。
【００２０】
また、角柱状の下部ガスケット７の外形寸法は、蓋体４より小さければよく、下部ガスケット７の幅は、蓋体４と内部端子８が短絡しないよう内部端子８よりも０．５〜１．０ｍｍ程度長ければ充分である。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る密閉型電池の構造説明図であり、図２（ａ）は密閉型電池の上面図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ線の断面図、図２（ｃ）はヘッダー部の斜視図である。密閉型電池１は、電池ケース２と発電要素３、蓋体４、外部端子５、上部ガスケット６、下部ガスケット７、内部端子８およびタブ９から構成される。
【００２２】
密閉型電池１は、アルミニウムまたはその合金からなる電池ケース２に、セパレータ（図示せず）を介して正極（図示せず）と負極（図示せず）を積層し、捲回軸を中心にして捲回し、成形した発電要素３を収納し、発電要素３から延伸された金属製の板状のタブ９を、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）や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）等の絶縁性の下部ガスケット７を介して金属製の蓋体４に接合された金属製の内部端子８と電気的に接続し、内部端子８と電気的に接続された外部端子５を、ＰＦＡ等の絶縁性の上部ガスケット６と下部ガスケット７を介して蓋体４に接続し、蓋体４と外部端子５、上部ガスケット６、下部ガスケット７からなるヘッダー部１１を電池ケース２に勘合させた後、ヘッダー部１１と電池ケース２をレーザ溶接している。
【００２３】
密閉型電池１は、角形の電池ケース２内に、セパレータを介して正極と負極を積層して扁平に捲回した後に、さらに押圧処理して電池ケース２の形状に合致するように扁平にした発電要素３とタブ９、内部端子８および下部ガスケット７が収容され、蓋体４で密封する構造となっている。
【００２４】
本発明の第２の実施の形態に係る密閉型電池の構造は、本発明の第１の実施の形態に係る密閉型電池の構造と同様であるが、下部ガスケット７は、図２（ｂ）の断面図に示すように、発電要素３側の下部ガスケット７に密閉型電池の厚さ方向へ延在する突起部７１を設け、突起部７１が発電要素３の近傍に配置された構造をとることで、落下等の際に発電要素３が蓋体４方向へ移動することを規制して電池内部で短絡を起こさないようにすることができる。
【００２５】
下部ガスケット７の肉厚は、０．３〜０．８ｍｍであることが好ましい。下部ガスケット７の肉厚が０．３ｍｍ以下であると、電池ケース２と蓋体４を溶接する際に、絶縁性の樹脂材でできた下部ガスケット７が溶けてしまい、０．８ｍｍ以上であると下部ガスケット７の占める体積が大きくなってしまうためである。また、突起部７１の長さは、密閉型電池の厚さ方向の電池ケース２の内寸の１／３〜１／２であることが好ましい。突起部７１の長さが電池ケース２の内寸の１／３以下であると、発電要素３が外部振動によって密閉型電池内部で動いてしまい、また突起部７１の長さが電池ケース２の内寸の１／２以上であると、電池ケース２の内寸を超えてしまうためである。
【００２６】
導電性のタブ９と導電性の電池ケース２の間、または導電性のタブ９と導電性の蓋体４の間に絶縁性の下部ガスケット７が、導電性のタブ９が導電性の電池ケース２または導電性の蓋体４から隔離されるように配置されるため、導電性のタブ９が導電性の電池ケース２または導電性の蓋体４と接触して短絡することがないように構成されている。
【００２７】
また、角柱状の下部ガスケット７の外形寸法は、蓋体４より小さければよく、下部ガスケット７の幅は、蓋体４と内部端子８が短絡しないよう内部端子８よりも０．５〜１．０ｍｍ程度長ければ充分である。
【００２８】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る密閉型電池の構造説明図であり、図３（ａ）は密閉型電池の上面図、図３（ｂ）はＣ−Ｃ線の断面図、図３（ｃ）はヘッダー部の斜視図である。密閉型電池１は、電池ケース２と発電要素３、蓋体４、外部端子５、上部ガスケット６、下部ガスケット７、内部端子８およびタブ９から構成される。
【００２９】
密閉型電池１は、アルミニウムまたはその合金からなる電池ケース２に、セパレータ（図示せず）を介して正極（図示せず）と負極（図示せず）を積層し、捲回軸を中心にして捲回し、成形した発電要素３を収納し、発電要素３から延伸された金属製の板状のタブ９を、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）や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）等の絶縁性の下部ガスケット７を介して金属製の蓋体４に接合された金属製の内部端子８と電気的に接続し、内部端子８と電気的に接続された外部端子５を、ＰＦＡ等の絶縁性の上部ガスケット６と下部ガスケット７を介して蓋体４に接続し、蓋体４と外部端子５、上部ガスケット６、下部ガスケット７からなるヘッダー部１１を電池ケース２に勘合させた後、ヘッダー部１１と電池ケース２をレーザ溶接している。
【００３０】
密閉型電池１は、角形の電池ケース２内に、セパレータを介して正極と負極を積層して扁平に捲回した後に、さらに押圧処理して電池ケース２の形状に合致するように扁平にした発電要素３とタブ９、内部端子８および下部ガスケット７が収容され、蓋体４で密封する構造となっている。
【００３１】
本発明の第３の実施の形態に係る密閉型電池の構造は、本発明の第１と第２の実施の形態に係る密閉型電池の構造と同様であるが、下部ガスケット７は、図３（ｂ）の断面図に示すように、発電要素３側の下部ガスケット７に密閉型電池の厚さ方向へ延在する突起部７１を設け、突起部７１が発電要素３の近傍に配置された構造をとることで、落下等の際に発電要素３が蓋体４方向へ移動することを規制して電池内部で短絡を起こさないようにすることができる。
【００３２】
本発明の第３の実施の形態に係る密閉型電池において、図３（ｃ）の斜視図に示すように、電池ケース２と平行な面となる下部ガスケット７の側面が４面からなり、この各４面が一体となった角柱状としている。なお、底面には空洞部を有している。これにより、落下等の際に発電要素３が蓋体４方向へ移動することをさらに強固に規制することができる。また、下部ガスケット７の形状は、内部端子８タブ９の周囲を取り囲む形状であればよいので、多角形柱状や円柱状等であってもよい。
【００３３】
下部ガスケット７の肉厚は、０．３〜０．８ｍｍであることが好ましい。下部ガスケット７の肉厚が０．３ｍｍ以下であると、電池ケース２と蓋体４を溶接する際に、絶縁性の樹脂材でできた下部ガスケット７が溶けてしまい、０．８ｍｍ以上であると下部ガスケット７の占める体積が大きくなってしまうためである。また、突起部７１の長さは、密閉型電池の厚さ方向の電池ケース２の内寸の１／３〜１／２であることが好ましい。突起部７１の長さが電池ケース２の内寸の１／３以下であると、発電要素３が外部振動によって密閉型電池内部で動いてしまい、また突起部７１の長さが電池ケース２の内寸の１／２以上であると、電池ケース２の内寸を超えてしまうためである。
【００３４】
導電性のタブ９と導電性の電池ケース２の間、または導電性のタブ９と導電性の蓋体４の間に絶縁性の下部ガスケット７が、導電性のタブ９が導電性の電池ケース２または導電性の蓋体４から隔離されるように配置されるため、導電性のタブ９が導電性の電池ケース２または導電性の蓋体４と接触して短絡することがないように構成されている。
【００３５】
また、角柱状の下部ガスケット７の外形寸法は、蓋体４より小さければよく、下部ガスケット７の幅は、蓋体４と内部端子８が短絡しないよう内部端子８よりも０．５〜１．０ｍｍ程度長ければ充分である。また、下部ガスケット７の形状は、内部端子８タブ９の周囲を取り囲む形状であればよいので、多角形柱状や円柱状等であってもよい。
【００３６】
以上、図面を参照しながら、本発明に係る密閉型電池の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、係る例にのみ限定されるものではない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例】
【００３７】
次に、具体的な実施例を挙げ、本発明について詳細に説明する。
【００３８】
（実施例１）
図１に示すように、縦３８．０ｍｍ、横３５．４ｍｍ、厚さ４．２ｍｍ、板厚０．２ｍｍのアルミニウム合金からなる電池ケース２に、幅４．０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの板状のタブを溶接した正極シートと幅４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのタブを超音波溶接した負極シートを微多孔性ポリプロピレン膜のセパレータを介して積層し、渦巻状に巻回して作製した縦３５．５ｍｍ、横３４．０ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの発電要素３を収容し、タブ９とヘッダー部１１を溶接し、蓋体４を電池ケース２に嵌合した後、レーザ溶接した。電解液を注入後、注入口を封口してリチウムイオン電池を作製した。ヘッダー部１１の下部ガスケット７は、蓋体４の長手方向の長さは１０．０ｍｍ、電池ケース縦方向の長さが１．５ｍｍ、肉厚０．３ｍｍとなるＰＰＳを使用した。
【００３９】
（実施例２）
図２に示すように、下部ガスケット７の発電要素３側に長さ１．５ｍｍの突起部７１を取り付ける以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
【００４０】
（実施例３）
図３に示すように、下部ガスケット７の蓋体４に対して垂直な面を４面有すること以外は実施例２と同様にリチウムイオン電池を作製した。
【００４１】
（比較例１）
図４に示すように、下部ガスケット７は肉厚０．６ｍｍで中央部の内部端子８側に０．３ｍｍのＬ字突部７２を持つ板状のＰＰＳを使用し、発電要素３と蓋体４の間には縦３．６ｍｍ、横３３．８ｍｍ、高さ１．５ｍｍ、肉厚０．３ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）の凹状の絶縁板１０を収納した以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
【００４２】
以上のような条件で、各水準５個ずつのサンプルを作製した。サンプル作製の際の電解液注入工程では、注入可能な最大注液量を注入した。従来例１で使用した下部ガスケット７および絶縁板１０の体積を１００％とした場合の実施例１〜３の下部ガスケット７の体積を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2009272207.tif 000003
【００４４】
また、作製したサンプルを用いて充放電のサイクル試験を実施した。サイクル試験は、サンプルを２０℃恒温槽内で電圧範囲３．０〜４．２Ｖの間で電流７２０ｍＡの条件で充放電を繰り返した。初回の放電容量（初期放電容量）を１００％とし、初期放電容量に対してサイクル試験中の放電容量が７０％になった時点でサイクル試験を終了した。表２に、サイクル試験の終了に至った充放電回数を示す。
【００４５】
【表２】
2009272207.tif 000004
【００４６】
以上、上記結果により、下部ガスケット７および絶縁板１０の体積を１００％とした場合の実施例１〜３の下部ガスケット７の体積が、従来例と比べ、６割程度に減少したため、体積減少分の電解液を余分に注入することができ、これにより、実施例１〜３の充放電回数も、比較例と比べて１２％程度の特性向上が確認でき、電池寿命の長寿命化が達成された。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る密閉型電池の構造説明図。図１（ａ）は密閉型電池の上面図。図１（ｂ）はＡ−Ａ線の断面図。図１（ｃ）はヘッダー部の斜視図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る密閉型電池の構造説明図。図２（ａ）は密閉型電池の上面図。図２（ｂ）はＢ−Ｂ線の断面図。図２（ｃ）はヘッダー部の斜視図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る密閉型電池の構造説明図。図３（ａ）は密閉型電池の上面図。図３（ｂ）はＣ−Ｃ線の断面図。図３（ｃ）はヘッダー部の斜視図。
【図４】従来の密閉型電池の構造説明図。図４（ａ）は密閉型電池の上面図。図４（ｂ）はＤ−Ｄ線の断面図。図４（ｃ）はヘッダー部の斜視図。
【符号の説明】
【００４８】
１，１０１    密閉型電池
２    電池ケース
３    発電要素
４    蓋体
５    外部端子
６    上部ガスケット
７    下部ガスケット
８    内部端子
９    タブ
１０    絶縁板
１１    ヘッダー部
７１    突起部
７２    Ｌ字突部
【図１】
2009272207.tif 000005
【図２】
2009272207.tif 000006
【図３】
2009272207.tif 000007
【図４】
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