JP2011204469A - 角形密閉二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス排出弁の感度を適正に保ちつつ、振動力や落下衝撃力などの外力に対する角形密閉二次電池の衝撃耐性を高めて、電池内圧の上昇や電解液漏れに対する安全性、信頼性を一層向上させる。
【解決手段】
ガス排出弁を備えた封口板と、封口板の下方に絶縁板とスペーサとが配置された角形密閉二次電池において、周縁壁部（２０１）を有する絶縁板および/または周縁壁部を有するスペーサに、架橋部（２０２）を設けるか、または一対のリブを設けて、これら部材の衝撃耐性を補強する
【選択図】 図４

Description

本発明は、角形密閉二次電池の衝撃耐性を高める技術に関する。

近年、二次電池を駆動源とする携帯電話やノートパソコンなどのモバイル型電子機器や、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などが急速に進展しており、従来に増して安全性に優れ二次電池が求められている。

密閉電池は、高温環境下に放置されたり過充電されたときに電池内圧が高まるが、電池内圧の上昇は電池の破裂を招来する。このため密閉電池には、電池内圧が一定値以上に高まったときに、電池内圧原因であるガスを電池外に排出するガス排出弁が組み込まれている。ガス排出弁は、電池内部ガスに対する安全性を高める観点からは、ガス圧の変化に鋭敏に応答するものが好ましい。

しかし、電池の安全性は、ガス排出弁の感度を高めることのみによっては達成できない。例えば、電池や電池が実装された機器が強く振動されたときや誤って落下されたときなどにおいては、電池内部の圧力が変動し、ガス排出弁近傍においては、瞬間的に圧力が上昇することがある。このような瞬間的な電池内圧の上昇によってもガス排出弁が作動することがある。そして、その結果として電解液が電池外に漏れ出て、電池周辺の器機を損傷させるという問題が生じる。

つまり、電池内部で発生するガスに対する安全性を高める観点からは、ガス圧の変化に鋭敏に反応するガス排出弁が好ましいが、誤作動防止の観点からは、振動や落下衝撃によって作動しない、鋭敏過ぎないガス排出弁が望ましい。しかし、このような相反する２つの要件を満たすガス排出弁を実現することは難しい。

このようなことから、特許文献１は、電池缶内の発電要素と、電池缶を蓋するガス排出弁を有する蓋体との間に絶縁板を配置し、当該絶縁板でガス排出弁部分の全面を覆うことによって落下衝撃などに対する耐久性を高める技術を提案している。

また、特許文献２は、電池温度を検出する温度センサーを組み込んだガス排出弁機構を提案している。

特開２００８-１９２４１４公報 特開平１１-２５９３８公報

本発明の目的は、ガス排出弁の感度を適正に保ちつつ、振動力や落下衝撃力などが電池に加わったときにおける衝撃耐性を高めることによって、電池内圧や電解液漏れに対する安全性、信頼性を一層高めることにある。

上記課題を解決するための角形密閉二次電池にかかる第１の発明は、正極タブを備えた正極板と負極タブを備えた負極板とがセパレータを介して、巻回され扁平状に加工されてなる電極体と、前記電極体を収容する有底角形の電池缶と、前記電池缶の開口を封口する、ガス排出弁を備えた封口板と、前記電池缶内に収容された前記電極体の上方に配置された絶縁性のスペーサと、前記スペーサと前記封口板との間に配置された絶縁板と、を備え、前記スペーサと前記絶縁板が前記電極体の前記封口板側を覆うように配置された角形密閉二次電池において、前記絶縁板が、ガスが通過可能な貫通穴を備えた略長方形状であり、当該絶縁板の外周縁を構成する絶縁板周縁壁部の高さが、その内側よりも高く、かつ前記絶縁板周縁壁部の直線部には、対向する側にまで延びる絶縁板架橋部が形成されている、ことを特徴とする。

この構成の「略長方形状」には、長方形、長方形の４つの角を落とした形状、または半円状の一対のコーナーと両コーナーを繋ぐ略直線部とを有するトラック形状が含まれ、「角を落とした形状」には、角を丸くした形状や、角を鈍角とした形状が含まれる（以下同様）。

上記構成によると、絶縁板架橋部が絶縁板の強度を補強し、絶縁板下にあるスペーサ間との空間体積を保持するように作用する。よって、外部からの衝撃力により発生する瞬間的な圧力の上昇が緩和され、この結果としてガス排出弁の誤作動が抑制される。ガス排出弁の誤作動は、電解液漏れや電池寿命の終焉を結果し、電解液漏れは電池が組み込まれた機器を損傷させるが、上記構成によると、架橋部の付加という簡単な構造により、無用にガス排出弁が作動しない信頼性の高い角形密閉二次電池を実現させることができる。

また、第２の発明は、上記第１の発明にかかる角形密閉二次電池において、前記絶縁板に代えて、ガスが通過可能な貫通穴を備えた略長方形状であり、当該絶縁板外周縁を構成する絶縁板周縁壁部の高さが、その内側よりも高くなっており、前記絶縁板周縁壁部の対向する直線部であって中間に前記貫通穴が存在する部分に、一対の絶縁板周縁壁部のそれぞれから当該貫通穴の手前にまで延びるリブがそれぞれ形成された絶縁板を用いた、ことを特徴とする。

この構成では、絶縁板に設けた一対のリブが、絶縁板下部にあるスペーサ間との空間体積を保持するように作用する。これによって、上記第１の発明と同様な作用効果を奏する。

また、第３の発明は、正極タブを備えた正極板と負極タブを備えた負極板とがセパレータを介して巻回され扁平状に加工されてなる電極体と、前記電極体を収容する有底角形の電池缶と、前記電池缶の開口を封口する、ガス排出弁を備えた封口板と、前記電池缶内に収容された前記電極体の上方に配置された絶縁性のスペーサと、前記スペーサと前記封口板との間に配置された絶縁板と、を備え、前記スペーサと前記絶縁板が前記電極体の前記封口板側を覆うように配置された角形密閉二次電池において、前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高く、かつ前記スペーサ周縁壁部の直線部には、対向する側にまで延びる架橋部が形成されている、ことを特徴とする。

この構成では、スペーサに設けた架橋部が、絶縁板との空間体積を保持するように作用する。これによって、上記第１の発明と同様な作用効果を奏する。

また、第４の発明は、上記第３の発明にかかる角形密閉二次電池において、前記スペーサに代えて、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備え備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高くなっており、前記スペーサ周縁壁部の直線部であって対向するスペーサ周縁壁部の間にスリットが位置する部分に、一対のスペーサ周縁壁部のそれぞれから当該スリットの手前にまで延びるリブがそれぞれ形成されていたスペーサを用いた、ことを特徴とする。

この構成では、スペーサに設けた一対のリブが、絶縁板との空間体積を保持するように作用する。これによって、上記第１の発明と同様な作用効果を奏する。

また、第５の発明は、上記第１の発明にかかる角形密閉二次電池において、前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高く、かつ前記スペーサ周縁壁部の直線部には、対向する側にまで延びる架橋部が形成されている、ことを特徴とする。

この構成では、絶縁板に設けた架橋部とスペーサに設けた架橋部の両者が、絶縁板とスペーサ間の空間体積を保持するように作用するので、一層確実に空間体積を保持することができる。

また、第６の発明は、上記第１の発明にかかる角形密閉二次電池において、前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高くなっており、
前記スペーサ周縁壁部の直線部であって対向するスペーサ周縁壁部の間にスリットが位置する部分に、一対のスペーサ周縁壁部のそれぞれから当該スリットの手前にまで延びるリブがそれぞれ形成されている、ことを特徴とする。

この構成では、絶縁板に設けた架橋部とスペーサに設けた一対のリブの両者が、絶縁板とスペーサ間の空間体積を保持するように作用するので、一層確実に空間体積を保持することができる。

また、第７の発明は、上記第２の発明にかかる角形密閉二次電池において、前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高く、かつ前記スペーサ周縁壁部の直線部には、対向する側にまで延びる架橋部が形成されている、ことを特徴とする。

この構成では、絶縁板に設けた一対のリブとスペーサに設けた架橋部の両者が、絶縁板とスペーサ間の空間体積を保持するように作用するので、一層確実に空間体積を保持することができる。

また、第８の発明は、上記第２の発明にかかる角形密閉二次電池において、前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高くなっており、前記スペーサ周縁壁部の直線部であって対向するスペーサ周縁壁部の間にスリットが位置する部分に、一対のスペーサ周縁壁部のそれぞれから当該スリットの手前にまで延びるリブがそれぞれ形成されている、ことを特徴とする。

この構成では、絶縁板に設けた一対のリブとスペーサに設けた一対のリブの両者が、絶縁板とスペーサ間の空間体積を保持するように作用するので、一層確実に空間体積を保持することができる。

また、第９の発明は、上記第１ないし８の何れかの発明にかかる角形密閉二次電池において、前記絶縁板架橋部およびスペーサ架橋部は、前記封口板のガス排出弁を電池缶軸方向へ投影したとき、当該投影面内ではなく、投影面の近傍に位置する、ことを特徴とする。

架橋部がガスの通り道にあると、電池内ガスのスムーズな排出が邪魔される。よって架橋部は、ガス排出弁を電池缶軸方向へ投影したときにおける投影面内ではなく、投影面の近傍に位置させるのがよい。上記投影面は電池内で発生したガスが封口板ガス排出弁に至る最短経路であるので、この経路はガス通路として確保するのが好ましいからである。

また、第１０の発明は、上記第２ないし８の何れかの発明にかかる角形密閉二次電池において、前記絶縁板リブおよびスペーサリブは、前記封口板のガス排出弁を電池缶軸方向へ投影したとき、当該投影面内またはその近傍に位置する、ことを特徴とする。

リブは、架橋部と異なり、ガスの通り道である貫通穴やスリットを塞がない構造としてあるので、上記投影面内にあってもガスの通過が邪魔されない。よって、リブは上記投影面内またはその近傍に位置させるのがよい。

本発明によると、振動力や落下衝撃力などが電池に加わったときにおける電池の衝撃耐性を顕著に高めることできるので、ガス排出弁の感度を適正に保ちつつ、電池内圧や電解液漏れに対する安全性、信頼性に優れた角形密閉二次電池を提供することができる。

図１は、実施例１にかかる角形密閉二次電池の外観斜視図である。 図２は、図１のX−X線を垂直に下ろした場合における断面図である。 図３（ａ）は、架橋部を有する絶縁板の裏面を示す平面図であり、（ｂ）は側面図である。 図４は、図３に示す架橋部を有する絶縁板の裏面形状を示す斜視図である。 図５（ａ）は、架橋部を有するスペーサのオモテ面の平面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。 図６は、図５に示す架橋部を有するスペーサのオモテ面形状を示す斜視図である。 図７（ａ）は、リブを有するスペーサのオモテ面の平面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。 図８は、図７（ａ）のZ−Z線断面図である。 図９（ａ）は、リブを有する絶縁板の裏面の平面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。 図１０は、図９に示すリブを有する絶縁板の裏面形状を示す斜視図である。 図１１は、架橋部およびリブの何れもが設けられていないスペーサのオモテ面の平面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。 図１２は、架橋部およびリブの何れもが設けられていない絶縁板の裏の平面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。 図１３は、架橋部およびリブの何れもが設けられていないと共に、貫通穴が１つしか設けられていない絶縁板の裏面平面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。 図１４は、架橋部およびリブの何れもが設けられていず、一方端部側の貫通穴が平坦面に設けられた構造の絶縁板であり、（Ａ）はその裏面平面図、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。 図１５は、架橋部およびリブの何れもが設けられていず、一方端部側のスリットが平坦面に設けられた構造のスペーサであり、（Ａ）はそのオモテ面平面図、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。

本発明を実施する形態を扁平状渦巻型電極体を使用した角形密閉二次電池を用いて説明する。

（実施例１）
実施例１にかかる角形密閉二次電池を次のようにして作製した。コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイトなどの炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）などの結着剤を有機溶剤（例えばＮ−メチル−２−ピロリドン）に溶解させた結着剤溶液とを、適当な比率で混ぜ合わせて正極活物質スラリーを調製した。この正極活物質スラリーを帯状アルミニウム箔に塗布し乾燥して正極板１０７となした。

他方、負極活物質としての黒鉛粉末と、結着剤（例えばスチレンブタジエンゴム）と、増粘剤（例えばカルボキシメチルセルロース）と、水とを適当に混合して負極活物質スラリーを調製した。このスラリーを帯状銅箔に塗布し乾燥して負極板１０６となした。

上記正極板と上記負極板とをポリオレフィン系の微多孔膜からなるセパレータを間に挟んで重ね合わせ、巻取機で巻き取った後、その終端を絶縁性の巻き止めテープで止めて巻取体とした。この巻取体を加圧成形して扁平状の電極体１０８となした。

この電極体は、最外周に正極芯体（アルミニウム箔）が露出するように構成されており、最外周に位置する部分には予めアルミニウム箔の一部を切り起こす切り込み部が形成されている。巻取機で巻き取り電極体とした後、上記切り込み部を起こして、正極タブとなした。他方、負極芯体である帯状銅箔の巻回始端側には、予めニッケル製のタブが取り付け、これを負極タブとした。

図１〜５を参照しつつ電池の組み立て作業手順を説明する。図１は実施例１の角形密閉二次電池の外観図であり、図２は図１のX−X線を垂直に下ろした場合における断面図である。図３（ａ）は絶縁板２００を電池内部側から見た裏面平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＹ-Ｙ線断面図である。図４は絶縁板２００を電池内部側（裏側）から見た斜視図である。また、図１１は実施例１で使用した補強構造を有しないスペーサ６００を示し、（ａ）はスペーサ６００のオモテ面平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＹ-Ｙ線断面図である。

[封口体の作製]
ガス排出弁１０３、注液口１０５および電極外部端子の取付穴１０４’が設けられたアルミニウム合金製の封口板１０２と絶縁板２００とを、電極外部端子穴１０４’と絶縁板の締結穴２０４とが連通するように重ね合わせ、所定箇所にガスケット及び電極内部端子部材を配置し且つ上記穴に電極外部端子を挿入し公知の方法でカシメて、各部材を一体化した封口体を形成した。

[電池の組み立て]
扁平状の電極体１０８を角形電池缶１０１に収容し、この電極体１０８の上方に絶縁樹脂製のスペーサ６００を配置した。この際、角形電池缶１０１の内側壁とスペーサ６００の端部との間に正極タブを挟み電池缶１０１の内側壁に沿ってその先端を電池缶１０１の開口にまで導いた。他方、負極タブについては、スペーサ６００の一つのスリット６０３を通してタブを上方に導き、上記封口体の電極内部端子部材に接続した。

この後、角形電池缶１０１に上記封口体をかぶせ封口板と電池缶の嵌合部に上記した正極タブを挟み込んだ状態で、嵌合部の全周をレーザ溶接した。この後、注液口１０５から電解液を注液し、しかる後に注液口１０５に封止栓を挿入しレーザ溶接して封止栓を固定した。電解液としては、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートの混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６を溶解した電解液を用いた。

このようにして、電池外観の厚みが５．２ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍで、電池容量１０５０ ＩｔＡの角形密閉二次電池を完成させた。

次に実施例１にかかる角形密閉二次電池の主要部材である絶縁板２００（補強構造あり）とスペーサ６００（補強構造なし）の構造について説明する。

［絶縁板］
図３、図４に示されるように、絶縁板２００は、両端部が半円形であり、長手方向の中央部がやや内側に窪んだトラック状形状である。その長さ(長手方向長)は３２ｍｍ、幅（短手方向長）は４．０ｍｍである。図３、４中、符号２０１は絶縁板周縁壁部であり、裏面における絶縁板周縁壁部２０１は、その内側よりも高さ（肉厚）が高くなっており、絶縁板周縁壁部２０１の肉厚（全高）が０．７ｍｍ、幅が０．４ｍｍであり、その内側の肉厚が０．３ｍｍに設定されている。

絶縁板２００の中央には、締結穴２０４が設けられ、その左右には貫通穴２０３・２０３が設けられている。また、この絶縁板２００には、一方の貫通穴２０３よりも若干中央寄りに、長手方向の２つの辺同士（絶縁板周縁壁部２０１の対向する長辺同士）を繋ぐように、絶縁板架橋部２０２が設けられている。絶縁板架橋部２０２は、絶縁板の強度を補強する役割を担うものであり、絶縁板周縁壁部２０１の対向する長辺と同様の厚み（０．７ｍｍ）および幅（０．４ｍｍ）に形成されている。また、この架橋部２０２は、絶縁板２００を封口板１０２に下側に配置したときに、ガス排出弁１０３の直下の近傍に配置されるように、予め絶縁板との関係で位置決めし、形成されている。

また、図４（ｂ）に示されるように、絶縁板２００に、裏面側における絶縁板周縁壁部２０１の両端部（コーナー部分）に下側に凸な凸部２０５が形成されている。この凸部２０５は後記するスペーサの凹部３０４と嵌め合わせる部分である。ただし、凸部２０５および凹部３０４は不可欠な要素ではない。ここで、下側とは電池缶の缶底方向を意味し、上側とは電池缶の開口側（外部端子側）を意味する。

上記貫通穴２０３は、少なくとも１つあればよいが、貫通穴２０３は好ましくはガス排出弁１０３の直下に位置させる。また、実施例１では絶縁板架橋部２０２を１つとしたが、架橋部を２箇所以上に設けることもできる。

［スペーサ］
図１１（ａ）、（ｂ）に示されるように、スペーサ６００は、両端部が半円形のトラック状形状であり、長さ（長手方向長）が３２ｍｍ、幅（短手方向長）が４．０ｍｍに設定されている。図中、符号３０１はスペーサ周縁壁部であり、オモテ面におけるスペーサ周縁壁部３０１の内側が窪んだ形状となっている。スペーサ周縁壁部６０１の肉厚（全高）は０．６ｍｍ、幅は０．３ｍｍであり、周縁壁部で囲まれた内側の肉厚は０．３ｍｍとなっている。

また、スペーサ周縁壁部６０１で囲まれた領域には、貫通穴からなるスリット６０３・６０３が２つ設けられている。また、スペーサ６００の長手方向の両端には上に凹の凹部３０４が形成されており、この凹部３０４に先に説明した絶縁板２００の凸部２０５が嵌め込まれることになる。スリット６０３は、少なくとも１つあればよく、スリット６０３は、負極タブを通す穴として機能するとともに、電池内部ガスを通す穴として機能する。スリットを１つとしたときには、好ましくはガス排出弁１０３と対向する位置に設ける。

上記絶縁板２００およびスペーサ６００は、鋳型成形法、射出成形法、その他の方法で作製することができ、素材樹脂としては例えばポリプロピレン、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重合樹脂、エチレン-テトラフルオロエチレン重合樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、など絶縁性を有し電解液と反応しない材料を用いることができる。また、それらの形状は上述のようなトラック形状の他に長方形形状でもよく、また、封口板の平面形状や外装缶の断面形状と相似形状とすることもできる。そして、電極体の封口板側を覆うようにして、封口板と電極体が接触しないように絶縁する。

なお、図符号は、同一構造及び同一機能の部分には原則として同一数字を割り当てられている。例えば、図１１と図５、６の図符号数字が同じ部分は同一構造及び同一機能であることを意味する。

（実施例２）
実施例２にかかる角形密閉二次電池では、実施例１と同様の架橋部を有する絶縁板２００を使用した。また、スペーサについても架橋部を有するスペーサ３００を使用した。これ以外は実施例１と同様にして角形密閉二次電池作製した。

図５、図６に基づいて、実施例２で用いたスペーサ３００の構造を説明する。図５（ａ）はスペーサオモテ面の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＹ-Ｙ線断面図である。図６はスペーサ３００の斜視図である。図５、図６に示されるように、スペーサ３００は、実施例１にかかるスペーサと同様、両端部が半円形のトラック状形状であり、長手方向長が３２ｍｍ、短手方向長が４．０ｍｍに設定されている。また、スペーサ周縁壁部３０１の肉厚（全高）は０．６ｍｍ、幅は０．３ｍｍであり、周縁壁部で囲まれた内側の肉厚は０．３ｍｍとなっている。

ただし、実施例２のスペーサ３００は、実施例１で使用したスペーサ６００と異なり、スペーサ周縁壁部３０１で囲まれた領域には、図面左から中、小、大のスリット３０３・３０５・３０６が３つ設けられており、中、小のスリットの間にスペーサ架橋部３０２が設けられている。スペーサ架橋部３０２は、スペーサ周縁壁部３０１の対向する一対の長辺と同様の厚み（０．６ｍｍ）および幅（０．３ｍｍ）であり、両長辺を繋ぐように形成されている。スペーサ架橋部３０２は、ガス排出弁１０３の下方投影面の近傍に設けられており、主にスペーサ３００の幅方向の強度の補強し、絶縁板とスペーサ間の空間体積の圧縮を抑制する障壁としての役割を担っている。

なお、絶縁板の場合と同様、スペーサ架橋部３０２は２つ以上設けることもできる。また、スリット３０３は少なくとも１つあればよい。

（実施例３）
実施例３では、図１２に示す架橋部を有さない絶縁板７００を用い、スペーサについては上記実施例２で使用したと同様の架橋部を有するスペーサ３００（図５参照）を使用した。これ以外の事項については実施例１と同様にして実施例３にかかる角形密閉二次電池を作製した。

実施例３で使用した絶縁板７００は、架橋部２０２が形成されていない点で上記した絶縁板２００（図３，４参照）と異なり、これ以外は絶縁板２００と同様である。よって、その説明を省略する。

（実施例４）
実施例４では、実施例３で使用した架橋部を有さない絶縁板７００（図１２参照）を用い、スペーサについては図７に示すリブ４０２・４０２を有するスペーサ４００を使用した。これ以外の事項については実施例１と同様にして実施例４にかかる角形密閉二次電池を作製した。よって、ここではリブを有するスペーサ４００の構造について説明する。

図７（ａ）にスペーサ４００のオモテ面平面図、図７（ｂ）に図７（ａ）におけるＹ-Ｙ線断面図を示す。また、図８に図７のＺ-Ｚ線断面図を示す。このスペーサ４００は、スペーサ周縁壁部３０１の肉厚（全高）が０．６ｍｍ、幅が０．３ｍｍであり、周縁壁部で囲まれた内側の肉厚は０．３ｍｍとなっている。リブ４０２は、図７（ａ）および図８に示されるように、一対の長辺（スペーサ周縁壁部３０１の長手方向辺）から、一対の長辺の間に設けられたスリット３０３の手前まで延びた構造である。その肉厚（０．６ｍｍ）および幅（０．３ｍｍ）はスペーサ周縁壁部と同様とし、スペーサ周縁壁部から突き出た長さを１．２ｍｍとし、リブ４０２の先端とスリット３０６との間に０．３ｍｍの間隔を空け、リブがスリット３０６に架からないようにしてある。

このリブ４０２も実施例２で説明したスペーサ架橋部と同様、絶縁板とスペーサ間の空間体積の圧縮を抑制する障壁として機能するものであるが、リブ４０２はガスの通過を邪魔しないので、ガス排出弁１０３の上方からのガス排出弁投影面上またはその近傍に形成することができる。

（実施例５）
実施例５では、上記した架橋部２０２を有する絶縁板２００（図３，４参照）と、上記したリブ４０２・４０２を有するスペーサ４００（図７参照）を使用した。これ以外の事項については実施例１と同様にして実施例５にかかる角形密閉二次電池を作製した。

（実施例６）
実施例６では、リブを形成した図９，１０に示す絶縁板５００と、補強構造を有しない図１１のスペーサ６００を用い、これ以外の事項については実施例１と同様にして実施例５にかかる角形密閉二次電池を作製した。

絶縁板５００は、リブ５０２・５０２を有する一方、絶縁板架橋部２０２を有しない点においてのみ、図３、４に示した絶縁板２００と相違する。絶縁板リブ５０２・５０２は、図９（裏面平面図）、図１０（裏面斜視図）に示されるように、一対の長辺（絶縁板周縁壁部２０１の長手方向辺）から、一対の長辺の間に設けられた貫通穴２０３の手前まで延びた構造である。その肉厚（０．７ｍｍ）および幅（０．４ｍｍ）は絶縁板周縁壁部と同様としてあり、スペーサ周縁壁部から突き出た長さは１．２ｍｍとし、貫通穴２０３に架からないようにしてある。

絶縁板リブ５０２・５０２は、実施例１で説明した絶縁板架橋部２０２と同様、空間体積の圧縮に起因するガス排出弁の誤作動を防止する役割を担う。図９，１０から明らかなように、絶縁板リブ５０２・５０２はガスの通過を邪魔しないので、上記した絶縁板架橋部２０２の場合と異なり、ガス排出弁１０３を上方から電池缶底方向に投影したときにおけるガス排出弁１０３の投影面上に形成してもよい。

（比較例１）
比較例１では、上記した絶縁板７００（図１２参照）と同一の形状で、かつ上記した絶縁板７００よりも絶縁板周縁壁部の肉厚が１ｍｍ薄い絶縁板７００’を用いた。すなわち、この絶縁板の周縁壁部の肉厚は０．６ｍｍであり、長手方向の辺幅が０．３ｍｍ、絶縁板周縁壁部で囲まれた内側の肉厚が０．３ｍｍである。

また、スペーサについては、実施例１で使用した架橋部を有さないスペーサ６００（図１１参照）を用いた。これ以外の事項については実施例１と同様にして比較例１にかかる角形密閉二次電池を作製した。

（比較例２）
比較例２では、絶縁板周縁壁部の肉厚が０．８ｍｍであり、長手方向の辺幅が０．５ｍｍである点を除き、図１２の架橋部を有さない絶縁板７００と同一の形状の絶縁板７００”を用いた。また、スペーサについては、スペーサ周縁壁部の肉厚が０．８ｍｍであり、長手方向の辺幅が０．５ｍｍである点を除き、実施例１で使用した図１１に示す架橋部を有さないスペーサ６００と同一の形状のスペーサ６００’を用いた。これ以外の事項については実施例１と同様にして比較例２にかかる角形密閉二次電池を作製した。

（比較例３）
比較例３では、ガスの通り道である貫通穴を一つとした図１３に示す絶縁板８００を用い、スペーサについては、実施例１と同様の架橋部を有さないスペーサ６００（図１１）を用い、これ以外の事項については実施例１と同様にして比較例３にかかる角形密閉二次電池を作製した。

上記絶縁板８００（図１１）は、貫通穴を一つとしたこと及び絶縁板周縁壁部の厚みを１ｍｍ薄くしたこと以外は、絶縁板７００（図１２）と同様であり、絶縁板周縁壁部２０１の肉厚が０．６ｍｍ、長手方向の辺幅が０．３ｍｍであり、絶縁板周縁壁部の内側の肉厚が０．３ｍｍである。

（比較例４）
比較例４では、図１４に示す絶縁板９００を用い、スペーサについては、実施例１と同様の架橋部を有さないスペーサ６００(図１１)を用い、これ以外の事項については実施例１と同様にして比較例４にかかる角形密閉二次電池を作製した。

絶縁板９００は、図１４に示されるように、半円形のトラック形状の一方端部が、窪みのない絶縁板平坦面９０２となっており、この絶縁板平坦面９０２に１つの貫通穴９０３が形成されている。この絶縁板平坦面９０２を除く部分は、前記した絶縁板５００（図１２）と同様な形状であり、絶縁板周縁壁部９０１の内側領域に締結穴２０４ともう一つの貫通穴２０３とが形成されている。絶縁板周縁壁部９０１の肉厚は０．６ｍｍ、長手方向の辺幅は０．３ｍｍであり、絶縁板周縁壁部の内側の肉厚が０．３ｍｍとしてある。絶縁板平坦面９０２の肉厚は絶縁板周縁壁部９０１と同じ０．６ｍｍである。なお、図１４は裏面から見た平面図である。

（比較例５）
比較例５では、絶縁板として、形状が図１４に示す絶縁板９００と同様であるが、絶縁板周縁壁部９０１の肉厚と絶縁板平坦面９０２の肉厚が上記した絶縁板９００よりも厚い絶縁板９００’を用いた。すなわち、絶縁板周縁壁部９０１が０．７ｍｍ、長手方向の辺幅は０．４ｍｍであり、絶縁板周縁壁部の内側の肉厚が０．３ｍｍであり、絶縁板平坦面９０２の肉厚が０．７ｍｍである絶縁板を用いた。この絶縁板を絶縁板９００’（不図示）とする。

また、スペーサにとしては、図１５に示すスペーサ１０００を用いた。スペーサ１０００は、図１５に示されるように、両端部が半円形のトラック形状の一方側が、窪みのないスペーサ平坦面１００２となっており、このスペーサ平坦面１００２に１つのスリット１００３が形成されている。スペーサ周縁壁部３０１の肉厚は０．６ｍｍ、長手方向の辺幅は０．３ｍｍであり、スペーサ周縁壁部の内側の肉厚が０．３ｍｍである。スペーサ平坦面１００２の肉厚はスペーサ周縁壁部３０１と同じ０．６ｍｍである。

このスペーサ１０００は、架橋部が存在しないこと、半円形の一方端部がスペーサ平坦面１００２となっていることの２点において、前記したスペーサ４００（図１１）と異なる。

（落下試験）
以上で作製した角形密閉二次電池について、落下試験を行いガス排出弁の破壊程度を調べた。具体的には、実施例１〜６及び比較例１〜５の角形密閉二次電池をそれぞれ１０個作製し、これらの電池を２５℃雰囲気中で１２０ｍＡの定電流で電池電圧が２.７５Ｖとなるまで放電した。次いで、電池の正極外部端子側を下向きにして、１.９ｍの高さからコンクリート面に何度か垂直落下させ、ガス排出弁が破壊（クラックの発生を含む）されるまでの繰り返し落下回数を調べた。

（加熱試験）
また、以上で作製した角形密閉二次電池について加熱試験を行った。具体的には、実施例１〜６及び比較例１〜５の角形密閉二次電池をそれぞれ１０個作製し、これらの電池を２５℃雰囲気中で、１０５０ｍＡ定電流で電圧が４．２Ｖとなるまで充電した後、２５℃雰囲気中で１時間保管した。この後、電池を２５０℃に加熱した鉄板の上に１０分間載置し、破裂に至った電池数を数えた。ガス排出弁からの発煙し、発火したものの電池破裂しなかったものは破裂なしとした。

落下試験と加熱試験の結果を表１に示した。

表１の「Ave.」は全数１０個におけるガス排出弁が破壊するまでの平均回数であり、「Min.」はガス排出弁が破壊した最小落下回数、「Max.」はガス排出弁が破壊するに至った最大落下回数を意味する。また、総合判定においては、平均落下回数が４４.４回（比較例４）を超え、発火が認められなかったものを「◎」、平均落下回数が４４.４回を下回り、発火が認められなかったものを「○」、平均落下回数が４４.４回以下で発火が認められたものを「×」とした。

（落下試験結果）
実施例１〜６については、ガス排出弁が損傷ないし破壊されるに至るまでの落下回数が大幅に増加した。この効果は、絶縁板またはスペーサに架橋部またはリブを設けたころによる効果であることは明らかである。

上記落下試験においては、落下衝撃力により絶縁板と電極体との間の空間体積を圧縮する。ここで、比較例３では、ガス排出弁直下の絶縁板部分に貫通穴がない絶縁板８００を使用している。このため、落下衝撃力による空間体積の圧縮により瞬間的に高まった圧力が速やかに逃げられない。このため、比較例３の平均落下回数（衝撃耐性）が顕著に小さくなったものと考えられる。

比較例４は、絶縁板９００が使用されており、絶縁板９００は、ガス排出弁直下の絶縁板部分に貫通穴があるものの、当該部分が周縁壁部のない平坦面となっている。この構造の場合には、落下衝撃力により発生するガス圧は速やかに上方に逃げることができるので、比較例３よりも平均落下回数が大きくなった（衝撃耐性が向上した）ものと考えられるが、実施例品に比較すると、周縁壁部がない分、衝撃力を吸収する緩和作用が小さくなるため十分な衝撃耐性が得られなかったと考えられる。

また、比較例５では、ガス排出弁直下の絶縁板部分及びその下のスペーサの該当部分が共に周縁壁部を有しない絶縁板９００’とスペーサ１０００を用いているため、落下衝撃力に対する衝撃耐性が悪く、かつ落下衝撃力により発生するガス排出弁近傍の圧力を逃がすことができないため、平均落下回数（耐衝撃性）が顕著に小さくなったものと考えられる。

これらに対し、架橋部またはリブが設けられ、かつガス排出弁の下側に貫通穴やスペーサを備えた絶縁板または/およびスペーサを用いた実施例１〜６では、架橋部またはリブが衝撃力による空間体積の圧縮を緩和し、瞬間的なガス圧の上昇が抑制されるため平均落下回数（耐衝撃性）が顕著に大きくなったものと考えられる。

（加熱試験結果）
実施例１〜６は、破裂電池数がゼロであり、熱に対する安全性が高いことが確認された。これに対し、比較例３〜５、特に比較例３においては、電池の破裂が認められた。

この結果は、次のように考えられる。比較例３は、ガス排出弁の下側に貫通穴がない絶縁板８００を使用しているため、電極体側で発生したガスがガス排出弁から円滑に排出されなかったためと考えられる。比較例４ではガス排出弁直下が周縁壁部のない平坦面であり、当該平坦面に貫通穴が形成された絶縁板９００を用いられ、比較例５ではガス排出弁直下の絶縁板部分及びその下のスペーサの該当部分が共に周縁壁部を有しない平坦面である絶縁板９００’とスペーサ１０００とが用いられているが、これらはガス排出弁直下にガス圧の上昇に対する緩衝空間が存在しない構造であり、そのためにガス排出能力が不足しているために電池が破裂したものと考えられる。

他方、比較例１及び２において、電池破裂が認められなかったのは、比較例１及び２では、周縁壁部およびガス通過道としての貫通穴及びスリットを有する絶縁板及びスペーサが使用されているからである。なお、周縁壁部の内側は窪みになっており、この窪みが瞬間的なガス圧の上昇を低減するガス貯め空間として機能する。それゆえ、周縁壁部があると、衝撃力に起因するガス排出弁の損傷や加熱による電池破裂が低減されるものと考えられる。

本発明によると、簡単な構造の付加により、ガス排出弁の感度を適正に保ちつつ振動力や落下衝撃力などの外力に対する電池の衝撃耐性を高めることができる。よって、低コストでもって電池内圧や電解液漏れに対する安全性、信頼性を一層高めた角形密閉二次電池を提供することができ、その産業上の利用可能性は高い。

１０１ 電池缶
１０２ 封口板
１０３ ガス排出弁
１０４ 電極外部端子
１０４’ 電極外部端子の取付穴
１０５ 注液口
１０６ 負極板
１０７ 正極板
１０８ 電極体

２００ 絶縁板
２０１ 絶縁板周縁壁部
２０２ 絶縁板架橋部
２０３ 貫通穴
２０４ 締結穴
２０５ 凸部

３００・４００・６００・１０００ スペーサ
３０１ スペーサ周縁壁部
３０２ スペーサ架橋部
３０３・３０５・３０６ スリット
３０４ 凹部
４０２ スペーサリブ
６０３ スリット
１００１ スペーサ周縁壁部
１００２ スペーサ平坦面
１００３ スリット


５００・７００・８００・９００ 絶縁板
５０２ 絶縁板リブ
９０１ 絶縁板周縁壁部
９０２ 絶縁板平坦面
９０３ 貫通穴

Claims (10)

1. 正極タブを備えた正極板と負極タブを備えた負極板とがセパレータを介して、巻回され扁平状に加工されてなる電極体と、
   前記電極体を収容する有底角形の電池缶と、
   前記電池缶の開口を封口する、ガス排出弁を備えた封口板と、
   前記電池缶内に収容された前記電極体の上方に配置された絶縁性のスペーサと、
   前記スペーサと前記封口板との間に配置された絶縁板と、
   を備え、
   前記スペーサと前記絶縁板が前記電極体の前記封口板側を覆うように配置された角形密閉二次電池において、
   前記絶縁板は、ガスが通過可能な貫通穴を備えた略長方形状であり、当該絶縁板の外周縁を構成する絶縁板周縁壁部の高さが、その内側よりも高く、かつ前記絶縁板周縁壁部の直線部には、対向する側にまで延びる絶縁板架橋部が形成されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
2. 請求項１に記載の角形密閉二次電池において、
   前記絶縁板に代えて、ガスが通過可能な貫通穴を備えた略長方形状であり、当該絶縁板外周縁を構成する絶縁板周縁壁部の高さが、その内側よりも高くなっており、前記絶縁板周縁壁部の対向する直線部であって中間に前記貫通穴が存在する部分に、一対の絶縁板周縁壁部のそれぞれから当該貫通穴の手前にまで延びるリブがそれぞれ形成された絶縁板を用いた、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
3. 正極タブを備えた正極板と負極タブを備えた負極板とがセパレータを介して巻回され扁平状に加工されてなる電極体と、
   前記電極体を収容する有底角形の電池缶と、
   前記電池缶の開口を封口する、ガス排出弁を備えた封口板と、
   前記電池缶内に収容された前記電極体の上方に配置された絶縁性のスペーサと、
   前記スペーサと前記封口板との間に配置された絶縁板と、
   を備え、
   前記スペーサと前記絶縁板が前記電極体の前記封口板側を覆うように配置された角形密閉二次電池において、
   前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高く、かつ前記スペーサ周縁壁部の直線部には、対向する側にまで延びる架橋部が形成されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
4. 請求項３に記載の角形密閉二次電池において、
   前記スペーサに代えて、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備え備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高くなっており、前記スペーサ周縁壁部の直線部であって対向するスペーサ周縁壁部の間にスリットが位置する部分に、一対のスペーサ周縁壁部のそれぞれから当該スリットの手前にまで延びるリブがそれぞれ形成されていたスペーサを用いた、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
5. 請求項１に記載の角形密閉二次電池において、
   前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高く、かつ前記スペーサ周縁壁部の直線部には、対向する側にまで延びる架橋部が形成されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
6. 請求項１に記載の角形密閉二次電池において、
   前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高くなっており、
   前記スペーサ周縁壁部の直線部であって対向するスペーサ周縁壁部の間にスリットが位置する部分に、一対のスペーサ周縁壁部のそれぞれから当該スリットの手前にまで延びるリブがそれぞれ形成されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
7. 請求項２に記載の角形密閉二次電池において、
   前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高く、かつ前記スペーサ周縁壁部の直線部には、対向する側にまで延びる架橋部が形成されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
8. 請求項２に記載の角形密閉二次電池において、
   前記スペーサは、ガス及び負極タブを通すことが可能なスリットを備えた略長方形状であり、当該スペーサの外周縁を構成するスペーサ周縁壁部の高さが、その内側よりも高くなっており、
   前記スペーサ周縁壁部の直線部であって対向するスペーサ周縁壁部の間にスリットが位置する部分に、一対のスペーサ周縁壁部のそれぞれから当該スリットの手前にまで延びるリブがそれぞれ形成されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
9. 請求項１ないし８の何れかに記載の角形密閉二次電池において、
   前記絶縁板架橋部およびスペーサ架橋部は、前記封口板のガス排出弁を電池缶軸方向へ投影したとき、当該投影面内ではなく、投影面の近傍に位置する、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
10. 請求項２ないし８の何れかに記載の角形密閉二次電池において、
    前記絶縁板リブおよびスペーサリブは、前記封口板のガス排出弁を電池缶軸方向へ投影したとき、当該投影面内またはその近傍に位置する、
    ことを特徴とする角形密閉二次電池。

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