(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を外装ケース内に収納すると共に、この発電要素の負極を内部で外装ケースに接続した非水電解質二次電池において、前記外装ケースを、外側にアルミニウム板を用い内側にアルミニウム以外の金属板を用いたクラッドメタルによって構成すると共に、この外装ケースの外面に、クラッドメタルの金属界面に達するまでの深さを有する溝を設けた切り欠き弁を形成したことを特徴とする非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部のガス圧力が異常に上昇した場合に外装ケースの一部を開口してガス抜きを行う安全装置を備えた非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非水電解質二次電池には、図３に示すように、鉄板を箱型容器状とした外装ケース１に、正極と負極をセパレータを介して楕円形に巻回した発電要素２を収納した角型のものがある。この非水電解質二次電池は、発電要素２の最外周に巻回された負極を直接外装ケース１の内面に接触させることにより、外装ケース１全体が負極端子となるようにしている。なお、この外装ケース１には図示しない蓋が取り付けられて内部が密閉される。また、発電要素２の正極は、この蓋に設けられた正極端子に接続される。しかし、このような非水電解質二次電池は、外装ケース１に鉄板を用いるので、電池重量が重くなるという欠点があった。そこで、最近では、この外装ケース１に軽いアルミニウム板を用いて軽量化を図ることが検討されている。
【０００３】
また、非水電解質二次電池は、水溶液電解質二次電池に比べて反応性の高い材料を使用するので、特に安全性を考慮する必要がある。このため、外装ケース１には、内部のガス圧力が異常に上昇すると、この内圧を開放してガス抜きを行う安全装置が設けられている。また、このような安全装置として、外装ケース１の板面の一部に溝を設け、内圧が所定以上に上昇するとこの溝が破断するようにした切り欠き弁を形成すれば、プレス加工やウエットエッチングにより簡単に加工できるようになりコストダウンを図ることが容易となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、外装ケース１がアルミニウム板になると、ここを負極にしたのではリチウムと反応するので、発電要素２の正極と接続しなければならず、この発電要素２の極性を逆にする必要が生じる。このため、外装ケース１にアルミニウム板を用いて電池重量の軽量化を図る場合には、外装ケース１に鉄板を用いたときの発電要素２の製造ラインをそのまま利用することができないので、新たな設備投資を要するという問題が生じる。
【０００５】
また、切り欠き弁を用いれば、安全装置の製造コストが安価になるが、外装ケース１が強度の高い鉄板である場合には、この鉄板に直接溝を形成すると溝底部分の板厚を極めて薄くする必要があるので、プレス加工やウエットエッチングによってこの板厚を正確に制御することが困難になる。このため、従来は、外装ケース１の鉄板に開口孔を形成しておき、ここに薄い（例えば５μｍ）ニッケル板等をレーザ溶接等で張り付けることにより安全弁を設けていたので、製造に手間がかかり低コスト化を阻害するという問題があった。
【０００６】
これに対して、外装ケース１をアルミニウム板にした場合には、このアルミニウム板に直接切り欠き弁の溝を形成しても、溝底部分の板厚をある程度厚くできるので、プレス加工やウエットエッチングによってこの板厚を所定許容範囲内に制御することは容易である。しかし、このアルミニウム板は、比較的粘りがあるため、内部からのガス圧を受けると伸びが生じ、作動圧が安定しないという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、外装ケースにアルミニウムと銅等のクラッドメタルを用い、このクラッドメタルの金属界面に達するまでの深さの溝を設けて切り欠き弁を形成することにより、外装ケースを負極にしたまま電池重量の軽量化を図ると共に、動作の安定した安全装置を安価に設けることができる非水電解質二次電池を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、発電要素を外装ケース内に収納すると共に、この発電要素の負極を内部で外装ケースに接続した非水電解質二次電池において、前記外装ケースを、外側にアルミニウム板を用い内側にアルミニウム以外の金属板を用いたクラッドメタルによって構成すると共に、この外装ケースの外面に、クラッドメタルの金属界面に達するまでの深さを有する溝を設けた切り欠き弁を形成したことを特徴とする。
【０００９】
【００１０】
本発明によれば、外装ケースの外側をアルミニウム板にするので、電池重量の軽量化を図ることができる。しかも、外装ケースの内側をアルミニウム以外の金属板にするので、リチウムと反応しないものを使用することが可能になり、この外装ケースに負極を接続して、従来からの鉄板を用いた場合の発電要素の製造ラインをそのまま利用することができるようになる。また、クラッドメタルは、その製造時の熱間圧延工程によって界面に硬い合金層が形成されるので、アルミニウム板側からこの界面に達するまでの溝を設けるだけで、容易に溝底部分の板厚の許容誤差が大きい切り欠き弁を形成することができる。このため、鉄板を用いた場合にように、ニッケル板等を張り付けた安全弁を設ける必要がなくなると共に、アルミニウム板を単独で用いた場合のように作動圧が不安定になるようなこともなくなる。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１〜図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は外装ケースと切り欠き弁の構成を示す縦断面図、図２は非水電解質二次電池の外観を示す斜視図である。なお、図３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。
【００１３】
本実施形態は、図２に示すように、箱型容器状の外装ケース１に発電要素２を収納し蓋３を取り付けて内部を密閉した角型の非水電解質二次電池について説明する。外装ケース１は、図１に示すように、外側にアルミニウム板１ａを用い内側に銅板１ｂを用いたクラッドメタルを箱型の容器状に加工したものである。アルミニウム板１ａは、アルミニウム又はアルミニウムを主体とするアルミニウム合金の板材であり、銅板１ｂは、銅又は銅を主体とする銅合金の板材である。なお、銅板１ｂは、延展性を高めるために、銅合金を使用することが好ましい。クラッドメタルは、２種以上の金属を熱間圧延工程によって圧延し張り合わせたものであり、ここではアルミニウム板１ａが０．３ｍｍで銅板１ｂが０．２ｍｍの厚さのクラッドメタルを用いる。このようなクラッドメタルは、熱間圧延工程によってアルミニウム板１ａと銅板１ｂの界面にこれらの金属よりも硬度の硬い合金層１ｃが薄い層状に形成される。また、この外装ケース１には、図２に示すように、面積の広い側面に切り欠き弁４が形成される。この切り欠き弁４は、図１に示すように、プレス加工によってアルミニウム板１ａの表面に円形に刻印されたくさび状の溝であり、溝の底が合金層１ｃよりもわずかに手前側になる程度の深さに形成される。なお、図１では、溝の深さや板厚を強調して示している。
【００１４】
発電要素２は、図３に示したものと同様に、正極と負極をセパレータを介して楕円形に巻回したものであり、外装ケース１の内部に多少圧入して挿入される。正極は、帯状のアルミニウム箔の表面にリチウムコバルト複合酸化物等の正極活物質を塗布したものであり、負極は、帯状の銅箔の表面にグラファイト等の負極活物質を塗布したものである。また、負極は、発電要素２の最外周に来るように巻回されると共に、この最外周部の外向き面には負極活物質を塗布しないようにしておく。従って、この負極の最外周部の外向き面は、銅箔が露出するので、外装ケース１に収納した際に、銅板１ｂの内面に直接接触し接続されるようになる。蓋３は、外装ケース１と同様のクラッドメタルからなる板状であり、この板状の中央部に表裏に貫通する正極端子３ａが絶縁して取り付けられている。この蓋３は、正極端子３ａに発電要素２の正極を接続してから、外装ケース１の開口部に嵌め込んでレーザ溶接により溶着することにより取り付けられる。また、外装ケース１の内部には、蓋３の取り付け前に非水電解液が注液される。
【００１５】
上記構成の非水電解質二次電池は、外装ケース１の大半が軽いアルミニウム板１ａによって構成されるので、電池重量を大幅に軽量化することができる。例えば、鉄板のみを用いた外装ケース１の場合には重量が１６ｇ（電池重量は４０ｇ）であったものが、本実施形態の場合には８ｇ（電池重量は３２ｇ）に軽減され、アルミニウム板のみを用いた場合の６ｇ（電池重量は３０ｇ）に比べても遜色のないものとなる。
【００１６】
また、外装ケース１は、内側が銅板１ｂによって構成されるので、アルミニウム板のみを用いた場合のように、負極と接続してもリチウムと反応することがなくなる。従って、外装ケース１に鉄板のみを用いた従来からの非水電解質二次電池の発電要素２の製造ラインをそのまま利用することができるようになる。なお、この銅板１ｂは、外装ケース１に負極を接続したことにより、アルミニウム板１ａがリチウムと反応するのを防止するためのものであるため、十分に薄くすることができ、これによって上記のように外装ケース１の大幅な軽量化を図ることができる。
【００１７】
さらに、この外装ケース１には、アルミニウム板１ａ側から合金層１ｃに達するまでの深さの溝を設けた切り欠き弁４が形成されるので、内部のガス圧が異常に上昇した場合に、アルミニウム板１ａの耐圧にほとんど依存することなく破断する。従って、アルミニウム板のみの外装ケース１に切り欠き弁４を形成した場合のように、作動圧が不安定になるおそれがなくなる。しかも、溝の底と合金層１ｃとの間に介在する薄いアルミニウム板１ａの層の耐圧が、硬い合金層１ｃの耐圧に比べて十分に小さければよいので、溝の深さにある程度の誤差が生じても、作動圧が大きく変動するようなこともなくなる。また、合金層１ｃはアルミニウム板１ａに比べて十分に硬いので、本実施形態のように溝をプレス加工によって刻印する場合には、プレス圧が多少増加しても溝の底が合金層１ｃに食い込むようなことがなくなり、この溝を合金層１ｃに達するまでの深さにとどめる制御が容易となる。さらに、本実施形態の場合には、外装ケース１の内側に軟らかくて薄い銅板１ｂを用いるので、切り欠き弁４の作動圧は、合金層１ｃの耐圧に大きく依存することになり、特に安定した作動圧を得ることができる。
【００１８】
なお、上記実施形態では、外装ケース１の内側に銅板１ｂを用いたが、リチウムと反応しない金属板であれば他のものでもよく、ニッケル板やステンレス板又は鉄板等を用いることが可能である。
【００１９】
また、上記実施形態では、切り欠き弁４の溝を外側のアルミニウム板１ａの表面からのみ形成したが、内側からも形成することができ、特にこの内側に銅板１ｂよりも硬い金属板を用いる場合には、内外の双方から形成することが好ましい。さらに、この切り欠き弁４の溝は、プレス加工による刻印ではなく、ウエットエッチによりハーフエッチングする等の他の方法により形成してもよい。しかも、この切り欠き弁４の溝は、円形に限らず、任意の形状に形成することができる。
【００２０】
さらに、上記実施形態では、楕円形に巻回した発電要素２を用いたが、この発電要素２の構成は任意である。また、上記実施形態では、外装ケース１を箱型の容器状とした角型の非水電解質二次電池について説明したが、本発明はこれに限らず、任意の形状の外装ケース１を用いることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の非水電解質二次電池によれば、外装ケースにアルミニウム板を用いることにより電池重量の軽量化を図ると共に、この外装ケースに負極を接続し、従来からの鉄板を用いた場合の発電要素の製造ラインをそのまま利用して安価に製造することができるようになる。また、界面に硬い合金層が形成されるクラッドメタルを用いるので、作動圧が安定した切り欠き弁を容易に形成す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、外装ケースと切り欠き弁の構成を示す縦断面図である。
【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外観を示す斜視図である。
【図３】  従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１    外装ケース
１ａ  アルミニウム板
１ｂ  銅板
１ｃ  合金層
２    発電要素
４    切り欠き弁
【図１】
0003849733.tif 000002
【図２】
0003849733.tif 000003
【図３】
0003849733.tif 000004