(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発電要素が収納されて電池本体部を構成する有底筒状の外装缶と、この外装缶の開口部を封口する封口体とを有すると共に、この封口体内には封口体内部を上記電池本体部から封止するための内部ガスケットが設けられた密閉型電池において、
上記内部ガスケットの両面に交互に凸部が形成されている、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
上記封口体の一部を構成する弁キャップの端部には、上記内部ガスケットを介して、上記弁キャップ以外の封口体構成部材がかしめ固定されると共に、このかしめ代内に上記凸部が存在する、
請求項１記載の密閉型電池。
【請求項３】
上記凸部は、上記内部ガスケットの両面に各々複数個形成されている、請求項１または２に記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に発電要素が収納されて電池本体部を構成する有底筒状の外装缶と、この外装缶の開口部を封口する封口体とを有すると共に、この封口体内には封口体内部を上記電池本体部から封止するための内部ガスケットが設けられた密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬｉＣｏＯ2 等のリチウム含有複合酸化物を正極材料とする一方、金属リチウム又はリチウムイオンを吸蔵、放出し得る合金又は炭素材料を負極材料とするリチウムイオン電池が、高容量化が可能な電池として注目されている。
ここで、電池の充電時或いは電池の保存時（特に、高温保存時）に、電池の内部圧力が上昇して、内部ガスケットとこの内部ガスケットを圧縮する部材（防爆弁等）との間から封口体内部に電解液が浸透することがある。このため、封口体内部にあるＰＴＣ素子や防爆弁が電解液によって侵され、これらの誤作動を招くという課題を有していた。
【０００３】
このようなことを考慮して、従来、内部ガスケットの一方の面に凸部を形成し、これにより電解液が浸透を抑制するようなものが提案されているが、単に一方の面に凸部を形成するだけでは、凸部に十分な圧縮力が働かないため、電解液の浸透を十分に抑制することができないという課題を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、内部ガスケットとこの内部ガスケットを圧縮する部材との間から封口体内部に電解液が浸透するのを十分に抑制することにより、封口体内部にあるＰＴＣ素子や防爆弁等が誤作動するのを確実に防止することができる密閉型電池の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明第１の態様は、内部に発電要素が収納されて電池本体部を構成する有底筒状の外装缶と、この外装缶の開口部を封口する封口体とを有すると共に、この封口体内には封口体内部を上記電池本体部から封止するための内部ガスケットが設けられた密閉型電池において、上記内部ガスケットの両面に凸部が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
上記構成の如く、内部ガスケットの両面に凸部が形成されていれば、凸部が十分に圧縮されるので、内部ガスケットとこの内部ガスケットを圧縮する部材との間から封口体内部に電解液が浸透するのを十分に抑制することができる。したがって、封口体内部にあるＰＴＣ素子や防爆弁等が侵されることによる、これらの誤作動を確実に防止することができる。
【０００７】
また、本発明第２の態様は、上記第１の態様の発明において、上記凸部は、上記内部ガスケットの両面における相対応する位置に形成されていることを特徴とする。また、本発明第３の態様は、上記第１の態様の発明において、上記凸部は、上記内部ガスケットの両面に交互に形成されていることを特徴とする。このように、凸部は内部ガスケットの両面における相対応する位置又は内部ガスケットの両面に交互に形成することができるが、後者のようにして形成するのが好ましい。これは、前者の構成であれば、凸部が形成されている部位では圧縮力は大きくなるが、凸部が形成されていない部位における圧縮力は極めて小さくなる一方、後者の構成であれば、いずれの部位においても凸部が形成されているので、内部ガスケットに対する圧縮力が均一に増大するという理由によるものと考えられる。
【０００８】
また、本発明第４の態様は、上記第１、第２又は第３の発明において、封口体の一部を構成する弁キャップの端部には、上記内部ガスケットを介して、上記弁キャップ以外の封口体構成部材がかしめ固定されると共に、このかしめ代内に上記凸部が存在する。このようにかしめ代内に凸部が存在していれば、凸部に対する圧縮力は更に増大し且つ均一化されるので、封口体内部に電解液が浸透するのを一層確実に防止することができる。また、本発明第５の態様は、上記第１、第２、第３又は第４の発明において、上記凸部は、上記内部ガスケットの両面に各々複数個形成されていることを特徴とする。このような構成であれば、内部ガスケットの両面において複数の箇所で凸部に対する圧縮力が得られるので、封口体内部に電解液が浸透するのを一層確実に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１〜図４に基づいて、以下に説明する。
図１は本発明に係るリチウムイオン電池の分解斜視図、図２は電池の封口体の拡大半断面図、図３は本発明に用いる内部ガスケットの拡大断面図、図４は本発明に用いる他の例に係る内部ガスケットの拡大断面図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明のリチウムイオン電池は、有底円筒状の外装缶５を有しており、この外装缶５内には、アルミニウムから成る芯体にＬｉＣｏＯ2 を主体とする活物質層が形成された正極１と、銅から成る芯体に黒鉛を主体とする活物質層が形成された負極２と、これら両電極１・２を離間するセパレータ３とから成る渦巻き状の発電要素４が収納されている。また、上記外装缶５内には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とが体積比で４：６の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ6 が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液が注入されている。更に、上記外装缶５の開口部には封口体６がかしめ固定されており、これによって電池が封口される。
【００１１】
ここで、上記封口体６は、図２に示すように、アルミニウム合金から成り且つガス抜き穴２３を有する弁キャップ９を有している。この弁キャップ９上には、アルミニウム合金から成ると共に両端が弁キャップ９に溶接された金属箔１１が設けられており、この金属箔１１上には、アルミニウム合金から成ると共に略半円球状を成す防爆弁８が溶接されている。この防爆弁８は、封口体内部２０と電池本体部（図１における発電要素４が収納されている部位）とを区切るものであり、通常状態では、弁キャップ９を介して正極集電タブ１０と電気的に接続された金属箔１１と溶接されている一方（図中、実線で示す）、過充電時等の異常時に電池内部の圧力が所定値（１０〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）以上になった場合には、金属箔１１から剥がれて、これにより充電が中止される（図中、二点鎖線で示す）。また、上記防爆弁８の端部上には、順に、ＰＴＣ素子１２と、ガス抜き穴２４が設けられた正極端子７とが設けられている。また、前記弁キャップ９はポリプロピレン（ＰＰ）から成る絶縁性の外部ガスケット（図示せず）を介して前記外装缶５にかしめ固定されて、これにより電池内部が封止される一方、上記防爆弁９、上記ＰＴＣ素子１２、及び上記正極端子７はＰＰから成る絶縁性の内部ガスケット１５を介して弁キャップ９にかしめ固定されて、これにより封口体内部２０が封止される。
ここで、上記内部ガスケット１５の具体的な構造は、図３に示すように、断面略Ｌ字状を成す本体部１５ａと、この本体部１５ａと一体成形された凸部１５ｂ…とから成る。上記凸部１５ｂ…は、上記本体部１５ａの両面に各３個ずつ交互に形成されており、また、全ての凸部１５ｂ…がかしめ代１４（図２参照）内に配置される構造である。更に、上記本体部１５ａの厚みＬ1 は０．３ｍｍ、凸部１５ｂ…の厚みＬ2 は０．１ｍｍ、凸部１５ｂ…のピッチＬ3 は０．３ｍｍとなるように構成されている。
【００１２】
尚、前記外装缶５には、負極２と電気的に接続された負極集電タブ１３が接続される一方、前記封口体６の弁キャップ９には正極集電タブ１０が接続され、更に前記発電要素４の上下両端部近傍には、絶縁板１６・１７が配置されている。
【００１３】
ここで、上記構造の非水電解質電池を、以下のようにして作製した。
先ず、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ2 を９０重量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５重量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５重量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合してスラリーを調製した後、正極集電タブ１０の溶接部位を除き、上記スラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み：２０μｍ）の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように切断し、更にアルミニウム製の正極集電タブ１０（幅：３ｍｍ）を溶接した。
【００１４】
これと並行して、負極活物質としての黒鉛粉末を９５重量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５重量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合してスラリーを調製した後、負極集電タブ１３の溶接部位を除き、上記スラリーを負極集電体としての銅箔（厚み：１６μｍ）の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように切断し、更にニッケル製の負極集電タブ１３（幅：３ｍｍ）を溶接した。
【００１５】
次に、上記正極１と負極２とをポリエチレン製微多孔膜から成るセパレータ３（厚み：２５μｍ）を介して巻回して発電要素４を作製した後、この発電要素４を絶縁板１６と共に外装缶５内に挿入し、更に負極集電タブ１３を外装缶５の缶底に溶接した。
その後、防爆弁９、ＰＴＣ素子１２、及び正極端子７を、内部ガスケット１５を介して弁キャップ９にかしめ固定して、封口体内部２０を封止した。しかる後、正極集電タブ１０を封口板６に溶接すると共に、ＥＣとＤＭＣとが体積比で４：６の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ6 が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を外装缶５内に注入した後、封口板６を外装缶５の開口端部にかしめ固定することにより、円筒形の電池を作製した。
【００１６】
尚、本体部１５ａの厚みＬ1 、凸部１５ｂ…の厚みＬ2 、及び凸部１５ｂ…のピッチＬ3 は上記の長さに限定するものではなく、本体部１５ａの厚みＬ1 は０．３〜０．５ｍｍ、凸部１５ｂ…の厚みＬ2 は０．０３〜０．１ｍｍ、及び凸部１５ｂ…のピッチＬ3 は０．１〜０．３ｍｍの範囲であれば本発明の目的を十分に達成できる。また、凸部１５ｂ…の数は両面各３個づつに限定するものではなく、１〜３個（特に好ましくは、２〜３個）の範囲であっても上記と同様の効果を有する。但し、本発明においては、本体部１５ａの厚みＬ1 、凸部１５ｂ…の厚みＬ2 、凸部１５ｂ…のピッチＬ3 、凸部１５ｂ…の数を上記の範囲に限定するものではない。
また、内部ガスケット１５の材質としてはＰＰに限定するのではなく、例えばポリエチレン（ＰＥ）等を用いることも可能である。
加えて、本発明は上記リチウムイオン電池に限定するものではなく、封口体６の内部２０を確実に封口する必要性のある電池であれば適用しうることは勿論である。
但し、本発明を上記リチウムイオン電池に適用する場合には、正極材料としては上記ＬｉＣｏＯ2 の他、例えば、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 或いはこれらの複合体等が好適に用いられ、また負極材料としては上記炭素材料の他、リチウム金属、リチウム合金、或いは金属酸化物（スズ酸化物等）等が好適に用いられる。更に、電解液の溶媒としては上記のものに限らず、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの比較的比誘電率が高い溶液と、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、２−メトキシテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等の低粘度低沸点溶媒とを適度な比率で混合した溶媒を用いることができる。また、電解液の電解質としては、上記ＬｉＰＦ6 の他、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 等を用いることができる。
【００１７】
【実施例】
〔実施例１〕
実施例１としては、上記発明の実施の形態に示す方法と同様の方法にて作製した電池を用いた。このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ１と称する。
〔参考例２〕
内部ガスケット１５として、図４に示すような凸部１５ｂ…が形成された内部ガスケット１５（内部ガスケット１５の両面における相対応する位置に凸部１５ｂ…が形成されたもの）を用いる他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、参考電池Ａ２と称する。
〔実施例３〕
内部ガスケット１５の凸部１５ｂ…をかしめ部１４に対応しない位置に配置する他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ３と称する。
〔参考例４〕
内部ガスケット１５の凸部１５ｂ…をかしめ部１４に対応しない位置に配置する他は、上記実施例２と同様にして電池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、参考電池Ａ４と称する。
【００１８】
〔比較例〕
内部ガスケット１５として、凸部１５ｂ…が内部ガスケット１５の片面にのみ形成されたものを用いる他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘと称する。
【００１９】
〔実験〕
上記本発明電池Ａ１、Ａ３、参考電池Ａ２、Ａ４及び比較電池Ｘについて、不良数（封口体内部に電解液が侵入したもの）について調べたので、その結果を下記表１に示す。
【００２０】
【表１】
0003732945.tif 000002
【００２１】
上記表１から明らかなように、比較電池Ｘでは不良数が多いのに対して、電池Ａ１〜Ａ４では不良数が減少しており、電池Ａ１、Ａ２では全く不良が認められない。したがって、凸部は内部ガスケットの片面ではなく両面に形成されているのが望ましく、特にかしめ代内に上記凸部が存在することが望ましいことがわかる。尚、本発明電池Ａ３と参考電池Ａ４との比較より、かしめ代内に凸部が存在しない場合には、凸部は内部ガスケットの両面に交互に形成されているのが望ましいことがわかる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内部ガスケットとこの内部ガスケットを圧縮する部材との間から封口体内部に電解液が浸透するのを十分に抑制することができるので、封口体内部にあるＰＴＣ素子や防爆弁等が誤作動するのを確実に防止することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係るリチウムイオン電池の分解斜視図である。
【図２】図２は電池の封口体の拡大半断面図である。
【図３】図３は本発明に用いる内部ガスケットの拡大断面図である。
【図４】  図４は参考例で用いた内部ガスケットの拡大断面図である。
【符号の説明】
４：発電要素
５：外装缶
６：封口体
１５：内部ガスケット
１５ｂ：凸部
２０：封口体内部
【図１】
0003732945.tif 000003
【図２】
0003732945.tif 000004
【図３】
0003732945.tif 000005
【図４】
0003732945.tif 000006