(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板、負極板及びセパレータを積層し角形電池ケース内に収容された電極群と、該電極群から導電され前記電池ケース上面に固定された正極及び負極端子と、を備え、前記電池ケースの上面には所定内圧で開裂し該開裂圧が異なる複数の脆弱部が形成されており、前記脆弱部のうちの２つが、前記電池ケース内側に配置され該脆弱部が開裂したときに該脆弱部の閉塞を防止する閉塞防止部材の直上に配置された角形非水電解液電池において、前記２つの脆弱部は、それぞれ、一端が前記正極板に接続され他端が前記正極端子に接続された長尺状のアルミニウム製導電部材、及び、一端が負極板に接続され他端が前記負極端子に接続された長尺状の銅製導電部材を有する異種の前記閉塞防止部材の直上に配置されており、前記脆弱部のうち、前記銅製導電部材の直上に配置された脆弱部の開裂圧が最も小さいことを特徴とする角形非水電解液電池。
【請求項２】
前記閉塞防止部材は、前記導電部材と、前記導電部材から電気的に絶縁され、前記導電部材と前記脆弱部との間に前記導電部材の長手方向に直交するように配置された長尺部材と、で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の角形非水電解液電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角形非水電解液電池に係り、特に、正極板、負極板及びセパレータを積層し角形電池ケース内に収容された電極群と、該電極群から導電され電池ケース上面に固定された正極及び負極端子と、を備えた角形非水電解液電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、非水電解液電池としてリチウム一次電池、リチウム二次電池などが実用化されている。これらの電池のうち、電気容量が１．５Ａｈ程度の小型リチウム二次電池では、例えば、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient) 素子を発電素子と直列に挿入して温度上昇時に電流を遮断する電流遮断機構を付加したり、電池内部と外部との境界に金属薄膜を形成して電池の内圧上昇時に金属薄膜を破断させ電池内部の発生ガスを放出し、電池容器の損傷を防ぐ内圧低減機構を付加する等、非水電解液電池の安全性を確保している。
【０００３】
このように小型電池においても安全性を重視しており、電気容量が１０Ａｈを越えるような大型電池であれば、安全性を確保することが更に重要であることはいうまでもない。安全性を重視した大型電池として、例えば、特開平第９−９２２４９号公報には電池内部の発生ガスを放出するために開放弁を備えた二次電池の技術が開示されている。同公報の開放弁によれば、開放圧を再現性よく設定でき、開放圧力を低く設定できることから、圧力開放時の衝撃力を和らげることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同公報の技術では開放弁の明確な位置を記述するには至っていない。また、同公報は円筒形電池についての技術であり、その構造上の特性から電池ケースの耐圧が低い角形電池では、安全性を確保するために、電池内部の発生ガスを放出する内圧低減機構がより一層重要となる。
【０００５】
また、上記した金属薄膜を破断させて発生ガスを放出させる内圧低減機構では、その金属薄膜の配置位置又はその開裂機構を十分に考慮しなければ安全機能を発揮できない場合がある。すなわち、例えば、ある物体が金属薄膜の直上に配置された場合には、電池異常時に内圧が上昇し金属薄膜が破断して内部発生ガスを放出しようとしても、該物体がガス放出経路を遮断しているので放出することができず、電池容器自体の損傷を招くことも考えられる。
【０００６】
更に、電池異常時に内部発生したガスは、金属薄膜が破断すると同時に勢いよく放出する。このとき、電極群等の電池内容物は、流出ガスとともに圧力が下がった金属薄膜破断部方向に移動するので、ガス放出口を閉塞させ電池容器の損傷を引き起こす、という問題がある。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、安全性に優れた角形非水電解液電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、正極板、負極板及びセパレータを積層し角形電池ケース内に収容された電極群と、該電極群から導電され前記電池ケース上面に固定された正極及び負極端子と、を備え、前記電池ケースの上面には所定内圧で開裂し該開裂圧が異なる複数の脆弱部が形成されており、前記脆弱部のうちの２つが、前記電池ケース内側に配置され該脆弱部が開裂したときに該脆弱部の閉塞を防止する閉塞防止部材の直上に配置された角形非水電解液電池において、前記２つの脆弱部は、それぞれ、一端が前記正極板に接続され他端が前記正極端子に接続された長尺状のアルミニウム製導電部材、及び、一端が負極板に接続され他端が前記負極端子に接続された長尺状の銅製導電部材を有する異種の前記閉塞防止部材の直上に配置されており、前記脆弱部のうち、前記銅製導電部材の直上に配置された脆弱部の開裂圧が最も小さいことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、閉塞防止部材を電池ケース内側に配置し、その直上に脆弱部が形成されているので、電池内圧の上昇により脆弱部が開裂したとき、ガス放出に伴う電池内容物が閉塞防止部材に係止されて脆弱部の閉塞が防止され、内部発生ガスを確実に電池外部に放出することができる。また、脆弱部が電池ケース上面に形成されているので、角形電池の上面以外の５面が他の物体により密着され、その５面に形成された脆弱部が閉塞された場合でも、正極及び負極端子のような凹凸のある電池ケース上面は閉塞されずに、確実に内部発生ガスを電池外部へ放出することができると共に、複数の脆弱部が電池ケース上面に形成されているので、それらの脆弱部のうち何れかが他の物体により閉塞されていても確実に内部発生ガスを電池外部に放出することができる。更に、一端が正極板に接続され他端が正極端子に接続された長尺状の導電部材、及び、一端が負極板に接続され他端が負極端子に接続された長尺状の導電部材を閉塞防止部材として用いたので、新たに閉塞防止部材を設ける必要がなく、また、閉塞防止部材を長尺状の簡易な構造とすることで電池内容物を閉塞防止部材に係止させガス放出経路を確保することができると共に、閉塞防止部材に、正極板に接続されたアルミニウム製導電部材と、負極板に接続された銅製導電部材を用いたので、閉塞防止部材に耐電圧性を持たせ腐蝕を防止し閉塞防止部材が脆弱化することを防止することができ、閉塞防止部材に金属材料を用いたので、樹脂材料を使用した場合に比べ放出される高温ガスに対し融点が高く、ガス放出時に閉塞防止部材の変形・溶融を防止することができる。なお、閉塞防止部材には、純アルミニウム製の他にアルミニウム合金製のものや（正極端子側）、純銅製の他に銅合金製のもの（負極端子側）を使用するようにしてもよい。そして、脆弱部のうち、銅製導電部材の直上に配置された脆弱部の開裂圧を最も小さくしたので、アルミニウムよりも高融点の銅を使用している負極端子側に開裂圧が最も小さい脆弱部が配置されるため、確実にガス放出可能な位置が特定されガス放出経路を確保でき、安全性を向上させることができる。なお、脆弱部を形成には、例えば、電池ケースの一部を薄肉化したり、強度の脆い異なる材質とする等の態様を採ることができる。
【００１２】
本発明において、導電部材と、この導電部材から電気的に絶縁され、導電部材と脆弱部との間に導電部材の長手方向に直交するように配置された長尺部材と、で閉塞防止部材を構成すれば、導電部材を通過した電池内容物を導電部材と直交するように配置された長尺部材で閉塞防止部材に係止させることができるので、より確実に脆弱部の閉塞を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る角形非水電解液電池の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の角形非水電解液電池２０は、容器となる角形でステンレス製の電池缶７を備えている。電池缶７の中央部には、矩形状で上部方向に耳部が張り出した正極板５及び負極板６を両極板が直接接触しないように図示しないセパレータを挟んで複数枚積層した電極群が収容されている。正極板５はアルミニウム箔を正極集電体とし、正極集電体両面に正極活物質合剤が塗布されている。一方、負極板５は銅箔を負極集電体とし、負極集電体両面に負極活物質合剤が塗布されている。また、角形非水電解液電池２０は、ステンレス製の電池蓋８を備えており、電極群を電池缶７に挿入した後、電池缶７の開口部周縁とこの電池蓋８の周縁とを溶接することで封止されている。
【００１６】
正極板５の耳部上端は厚さ２ｍｍの薄板状のアルミニウム板３に超音波接合されている。電池蓋８の一側には、アルミニウム製のねじ棒からなる正極端子１が図示しないシール材を介して電池蓋８と螺合するようにねじ穴が形成されている。正極端子１の先端部は電池蓋８の上部にナットにより固定されており、アルミニウム板３の超音波接合側反対端部と正極端子１の先端部反対端とはボルトとナットにより締め付け接触されている。一方、負極板６の耳部上端は厚さ２ｍｍの薄板状の銅板４に超音波接合されている。電池蓋８の正極端子１固定側とは反対側には、銅製のねじ棒からなる負極端子２が図示しないシール材を介して電池蓋８と螺合するようにねじ穴が形成されている。負極端子２の先端部は電池蓋８の上部にナットにより固定されており、銅板４の超音波接合側反対端部と負極端子２の先端部反対端とはボルトとナットにより締め付け接触されている。従って、正極端子１はアルミニウム板３を介して正極板５に、負極端子２は銅板４を介して負極板６に、それぞれ電気的に導通されている。
【００１７】
図１乃至図３に示すように、電池蓋８には、正極端子１側と負極端子２側とにステンレス箔を溶接した薄膜円形状の脆弱部としての安全弁９が溶接されている。後述するように、これらの安全弁９の肉厚は異なっている。安全弁９の下部には、「一」文字状（長尺状）で大きさが２ｍｍ×２ｍｍ×２５ｍｍのステンレス製の閉塞防止部材１０の両端上面部が電池蓋８の背面に固定されている。安全弁９は、閉塞防止部材１０並びにアルミニウム板３又は銅板４のそれぞれの直上に配置され、閉塞防止部材１０とアルミニウム板３又は銅板４とは電気的に絶縁されている。また、閉塞防止部材１０とアルミニウム板３又は銅板４とは直交する位置関係にあり、それぞれの長手方向が交差するように配置されている。
【００１８】
図１に示すように、電池蓋８には注液口１１が形成されており、本実施形態の角形非水電解液電池２０では、この注液口１１からエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解した非水電解液を注入し、電解液注入後、図示しない液口栓により注液口１１を密閉している。
【００１９】
次に、本実施形態の角形非水電解液電池２０の作用について説明する。
【００２０】
本実施形態の角形非水電解液電池２０では、安全弁９が閉塞防止部材１０とアルミニウム板３、銅板４とがそれぞれの長手方向に交差した直上に配置されている。このため、角形非水電解液電池２０の内圧が上昇して安全弁９が開裂したときに、電極群の内容物（正極活物質、負極活物質等）がガスとともに安全弁９の方向に移動しても、交差する閉塞防止部材１０及びアルミニウム板３、銅板４に当接係止されて安全弁９の開裂部を閉塞することはない。従って、角形非水電解液電池２０の内部で発生したガスは確実に安全弁９から外部に放出されるので、内圧で角形非水電解液電池２０を損傷させることはない。
【００２１】
また、角形非水電解液電池は、高電圧又は高容量を得るために、複数個が直列又は並列に接続されて使用される場合がある。このような用途では、複数個の角形非水電解液電池の総容積をできるだけ小さくするために、一般に角形非水電解液電池の上下面を除く４側面が又はこの４側面のいずれかが他の角形非水電解液電池の側面に接触して配置される。また、角形非水電解液電池の下面は角形非水電解液電池の重量を支えるために一般に平面とされている。従って、角形非水電解液電池は、６面のうち５面が他の角形非水電解液電池及び載置床面に密着されることがある。本実施形態の角形非水電解液電池２０では、正極端子１、負極端子２により凹凸が形成された上面に複数の安全弁９を設けるようにしたので、これらの安全弁９が角形非水電解液電池２０の配置の関係で更に上面の１つの安全弁９が閉塞されても他の安全弁９により確実にガスを外部に排出することができる。
【００２２】
更に、角形非水電解液電池２０は、アルミニウム板３及び銅板４がそれぞれ正極板５、負極板６の各集電体と同一材質（それぞれアルミニウム及び銅）とされている。このため、電蝕犠牲となり脆弱化することない。従って、電極群の内容物がガスとともに安全弁９の方向に移動したときにも強度を保つことができる。また、閉塞防止部材１０をアルミニウム板３、銅板４と絶縁するようにしたので、外部短絡を招くおそれもない。しかも、閉塞防止部材１０、アルミニウム板３及び銅板４は全て金属であり樹脂と比較して高温ガスに対して融点が高く、ガス放出時に変形や溶融によって電極群内容物が係止不能となる事態を防止することができる。更に、角形非水電解液電池２０は、安全弁９の肉厚が異なっている。従って、アルミニウム板３より融点の高い銅板４側、すなわち、負極端子２側、の安全弁９の肉厚を薄くすることで、高温ガスによる変形・溶融をより確実に防止することができ、肉厚を薄くした負極端子２側の安全弁９側から早期かつ確実に高温高圧ガスの外部排出が可能となり、安全弁９全体の信頼性を更に高めることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、安全弁９の開裂時の閉塞を防止するために、アルミニウム板３、銅板４とは別に電気的に独立した閉塞防止部材１０を設けた例について述べたが、閉塞防止部材１０は特に有しなくてもよい。例えば、図４及び図５に示すように、角形非水電解液電池２１は、閉塞防止部材１０を有しておらず、銅板４が安全弁９の開裂時に電極群の内容物を係止させ閉塞しないようにしたものである。この角形非水電解液電池２１では、アルミニウム板３、銅板４を、それぞれ、正極板５から正極端子１、負極板６から負極端子２への導電部材として使用すると共に、安全弁９の閉塞を防止するようにしたので、角形非水電解液電池２０より部品数を少なくすることができる。
【００２４】
また、本実施形態では、正負極の安全弁９を同材質のステンレスを用い肉厚を薄くすることにより開裂圧を設定したが、材質を異ならせることにより安全弁９の開裂圧を設定するようにしてもよい。更に、本実施形態では、アルミニウム板３、銅板４に文字通りアルミニウム、銅を使用したが、アルミニウム合金、銅合金等を使用するようにしてもよい。また、本実施形態では、閉塞防止部材１０にステンレスを使用したが、他の金属、耐熱性樹脂、難燃性樹脂等も使用してもよい。そして、本発明は上述の実施形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはいうまでもない。
【００２５】
【実施例】
次に、以上の実施形態に従って作製した角形非水電解液電池２０（２１）の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例の電池についても併記する。
【００２６】
（実施例１）
図１乃至図３に示した角形非水電解液電池２０と同一で、正極端子１側と負極端子２側にそれぞれ１つずつ２個の安全弁９を設け、安全弁９を閉塞防止部材１０並びにアルミニウム板３又は銅板４のそれぞれ直上に配置し、安全弁９の肉厚が正極端子１側より負極端子２側の方が薄い電池。
【００２７】
（実施例２）
図４及び図５に角形非水電解液電池２１と同一で、正極端子１側と負極端子２側にそれぞれ１つずつ２個の安全弁９を設け、安全弁９をアルミニウム板３又は銅板４のそれぞれ直上に配置し、安全弁９の肉厚が正極端子１側より負極端子２側の方が薄い電池。
【００２８】
（実施例３）
図１乃至図３に示した角形非水電解液電池２０と同一で、正極端子１側と負極端子２側にそれぞれ１つずつ２個の安全弁９を設け、安全弁９を閉塞防止部材１０並びにアルミニウム板３又は銅板４のそれぞれ直上に配置し、安全弁９の肉厚が負極端子２側より正極端子１側の方が薄い電池。
【００２９】
（実施例４）
図４及び図５に角形非水電解液電池２１と同一で、正極端子１側と負極端子２側にそれぞれ１つずつ２個の安全弁９を設け、安全弁９をアルミニウム板３又は銅板４のそれぞれ直上に配置し、安全弁９の肉厚が負極端子２側より正極端子１側の方が薄い電池。
【００３０】
（比較例１）
アルミニウム板３及び銅板４を用いずに電極群中の正極板５及び負極板６からリード（線）により直接それぞれ正極端子１及び負極端子２に導電させたこと以外は実施例４と同様に作製した電池。
【００３１】
＜試験・評価＞
[試験]
次に、以上のように作製した実施例及び比較例の各電池について、正極端子１と負極端子２とを電池外部で短絡させる外部短絡試験を実施した。検査方法として、外部短絡試験後、損傷、発火の有無を確認した。
【００３２】
[試験結果]
外部短絡試験の検査結果を下表１に示す。なお、表１において、「○」は８０％以上損傷・発火なし、「△」は５０％以上８０％未満損傷・発火なし、「×」は５０％未満損傷・発火なし、「●」は安全弁９の作動側に規則性あり（負極端子２側の安全弁９が早期に開裂）、「◆」は安全弁９の作動側に規則性なしとなったものをそれぞれ示している。
【００３３】
【表１】
0003840896.tif 000002
【００３４】
[評価]
表１に示すように、外部短絡試験の結果、比較例１の電池は過半数が損傷・発火した。実施例３、４の電池は５０％以上が損傷・発火せず、電池の安全性が向上している。実施例１、２の電池では、８０％以上が損傷・発火せず安全性が一段と高まっている。また、実施例１、２の電池では、常に負極端子２側の安全弁９が正極端子１側の安全弁９より先に開裂することが確認された。
【００３５】
このことから、安全弁９開裂時の閉塞を妨げる機能を有する部材（アルミニウム板３及び／又は銅板４及び／又は閉塞防止部材１０）を設けることにより安全性が向上し、更に、安全弁９の肉厚を正極端子１側より負極端子２側を薄くすることにより、正極端子１側の安全弁９が確実に早期に作動することが分かる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、閉塞防止部材を電池ケース内側に配置し、その直上に脆弱部が形成されているので、電池内圧の上昇により脆弱部が開裂したとき、ガス放出に伴う電池内容物が閉塞防止部材に係止されて脆弱部の閉塞が防止され、内部発生ガスを確実に電池外部に放出することができ、脆弱部が電池ケース上面に形成されているので、角形電池の上面以外の５面が他の物体により密着され、その５面に形成された脆弱部が閉塞された場合でも、正極及び負極端子のような凹凸のある電池ケース上面は閉塞されずに、確実に内部発生ガスを電池外部へ放出することができ、複数の脆弱部が電池ケース上面に形成されているので、それらの脆弱部のうち何れかが他の物体により閉塞されていても確実に内部発生ガスを電池外部に放出することができ、更に、一端が正極板に接続され他端が正極端子に接続された長尺状の導電部材、及び、一端が負極板に接続され他端が負極端子に接続された長尺状の導電部材を閉塞防止部材として用いたので、新たに閉塞防止部材を設ける必要がなく、また、閉塞防止部材を長尺状の簡易な構造とすることで電池内容物を閉塞防止部材に係止させガス放出経路を確保することができると共に、閉塞防止部材に、正極板に接続されたアルミニウム製導電部材と、負極板に接続された銅製導電部材を用いたので、閉塞防止部材に耐電圧性を持たせ腐蝕を防止し閉塞防止部材が脆弱化することを防止することができ、閉塞防止部材に金属材料を用いたので、樹脂材料を使用した場合に比べ放出される高温ガスに対し融点が高く、ガス放出時に閉塞防止部材の変形・溶融を防止することができ、また、脆弱部のうち、銅製導電部材の直上に配置された脆弱部の開裂圧を最も小さくしたので、アルミニウムよりも高融点の銅を使用している負極端子側に開裂圧が最も小さい脆弱部が配置されるため、確実にガス放出可能な位置が特定されガス放出経路を確保でき、安全性を向上させることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の角形非水電解液電池の一部破断正面図である。
【図２】実施形態の角形非水電解液電池の安全弁付近の拡大側断面図である。
【図３】実施形態の角形非水電解液電池の安全弁付近を電極群側から見たときの拡大図である。
【図４】本発明が適用可能な別の実施形態の角形非水電解液電池の一部破断正面図である。
【図５】別の実施形態の角形非水電解液電池の安全弁付近を電極群側から見たときの拡大図である。
【符号の説明】
１  正極端子
２  負極端子
３  アルミニウム板（導電部材、閉塞防止部材の一部）
４  銅板（導電部材、閉塞防止部材の一部）
５  正極板
６  負極板
７  電池缶（電池ケースの一部）
８  電池蓋（電池ケースの一部）
９  安全弁（脆弱部）
１０  閉塞防止部材
２０、２１  角形非水電解液電池
【図１】
0003840896.tif 000003
【図２】
0003840896.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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