JP5114063B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池の構造に関し、特に、落下、衝撃時の安全性に優れた密閉型電池に関するものである。

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。また、電子機器の薄型化に伴い電池も薄型機器に適した角形電池がスペース効率に優れているため用いられるようになり、完全密閉化は非水電解液を収納することから必須となっている。

図２は、従来の密閉型電池の一例を説明する図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図であって、電池缶の内部の、蓋体と電池要素の間にある絶縁板との状態を説明する図であり、図２（ｃ）は絶縁板の平面図、図２（ｄ）は図２（ｃ）におけるＢ−Ｂ線の断面図である。図２に示した電池は、アルミニウムまたはその合金からなる電池缶２にセパレータを介して正極と負極を積層して巻回、成型した電池要素３を収納し蓋体４を電池缶２に嵌合させた後、レーザー溶接している。この電池の場合、電池要素３の上下にはポリオレフィン系樹脂製の絶縁板５が配設されている。

特許文献１では、落下および衝撃などによる電池要素と蓋体および電池缶との内部短絡抑制のため弾性を有する絶縁板を配置することが提案されており、特許文献２においては、耐衝撃性向上のため、電池要素と電池缶の間に断面Ｔ字型状の絶縁板を配置することが提案されている。

特開２００４−３１２６３号公報 特開２００４−６３６３号公報

しかしながら、電池の安全性を確認するための落下試験回数を重ねた場合、特に蓋体を下に配置して落下試験を繰り返し実施した場合、缶上部に衝撃を加えることとなる。図３は従来の密閉型電池の落下試験後の状態を説明する図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図である。図３に示すように落下衝撃により電池要素３が蓋体４側に移動し、絶縁板５を押圧することで、絶縁板５は変形して加圧弁のようになり、蓋体４と絶縁板５の間にある非水電解液を通して、安全弁機構６に繰り返し圧力を加え安全弁機構開放の原因となっていた。

このような落下試験における安全弁機構の開放に対しては、安全弁機構の作動圧を高める方策があるが、作動圧を高めると当初の目的である過充電や加熱試験による電池の内部圧力の上昇を防止する効果が著しく損なわれるため現実的ではない。

本発明の課題は、落下、衝撃による安全弁機構の開放を防止し信頼性の高い密閉型電池を提供することにある。

本発明の密閉型電池は、電池缶の開口部よりセパレータを介して正極及び負極を積層して巻回した電池要素を収納し前記開口部を安全弁機構を組み込んだ蓋体にて封止してなる密封型電池において、前記電池要素と前記蓋体との間に安全弁機構を覆う絶縁板を配設したことを特徴とする。

また、前記絶縁板は融点が１２０℃〜１８０℃のポリオレフィン系樹脂からなることが好ましく、前記絶縁板の安全弁機構を覆う部分の厚さは前記絶縁板の側壁の高さと同じであることが好ましい。

本発明によれば、蓋体の安全弁機構を前面覆う構造の絶縁板を用いることにより一般的なドーム状を成す薄肉の弁体の安全弁構造において落下衝撃時の耐久性を向上させることで安全性を確保でき、信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の密閉型電池の実施の形態を説明する図であり、図１（ａ）は平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図を示し、図１（ｃ）は絶縁板の平面図、図１（ｄ）は図１（ｃ）におけるＢ−Ｂ線の断面図を示す。本発明の密閉型電池１は、角形の電池缶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巻回した後に、さらに押圧処理して電池缶の形状に合致するように扁平にした電池要素３が収容されており、安全弁機構６を組み込んだ蓋体４で密封する構造となっている。電池要素３と蓋体４の間には短絡防止のため絶縁板５が配設されている。絶縁板５は蓋体４および蓋体のほぼ中央部の端子部と電池要素３との接触を避けるため、絶縁板５の周縁部上部の蓋体側には側壁を有し、安全弁機構６と対向する部分には安全弁機構の全面に亘って覆う肉厚部７を設けた形状となっている。

本発明の密閉型電池１では、安全弁機構６と対向する部分を全面覆う絶縁板５の肉厚部７の高さは絶縁板５の側壁と同じにすることで、落下試験などの衝撃を受けた際に電池要素３が蓋体４側に移動し、絶縁板５を押圧することによる変形を少なくしている。なお、電池の発熱により異状が生じた場合には絶縁板が軟化或いは溶融するため安全弁機構の開放には支障はない。

次に実施例について図１を参照して説明する。縦４９．１ｍｍ、横３３．８ｍｍ、厚さ４．２ｍｍ、板厚０．２ｍｍのアルミニウム合金からなる電池缶５に、正極と負極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成した縦４５．５ｍｍ、横３２．６ｍｍ、厚さ３．７ｍｍの電池要素３を収容し、絶縁板５を介して蓋体を缶に嵌合したのちレーザー溶接した。絶縁板は、厚さ０．３ｍｍの板状部を有し縦３．７ｍｍ横３２．２ｍｍの周縁部には厚さ０．３ｍｍ高さ１．２ｍｍの側壁を設け、安全弁機構と対向する部分には高さ１．２ｍｍの肉厚部７を設けたものを作製した。次に蓋体４に設けられた注入口から電解液を注入しリチウムイオン電池を作製した。

（比較例）
次に比較例について説明する。絶縁板に、厚さ０．３ｍｍの板状部を有し縦３．７ｍｍ横３２．２ｍｍの周縁部には厚さ０．３ｍｍ高さ１．２ｍｍの側壁を設けたものを作製したものを用いた以外は実施例と同様にリチウムイオン電池を作製し比較例とした。

上述のように作製した実施例および比較例のリチウムイオン電池を保護回路とともに成形樹脂からなるケースで外装し、電池パックを得た。得られた電池パックそれぞれ３個について、携帯電話を想定したＭＣナイロン（登録商標）製の重さ８０ｇの治具に装着し、電池の蓋体を下部に方向制御して高さ１ｍから合板上への落下試験を行った。落下試験を繰り返し安全弁機構が開放したときの落下回数を表１に示す。

表１の結果より安全弁機構と対向する部分を全面に亘って覆う構造の絶縁板を配設した本発明を実施した密閉型電池において落下耐久性の向上が確認できた。

次に、加熱による安全弁機構の開放について試験を実施した。前処理として実施例、比較例により作製したリチウムイオン電池を３．０Ｖの終止電圧まで０．２Ｃの定電流で放電した後、電池電圧４．２５Ｖ、電流１Ｃにて２０℃雰囲気下で２．５時間の定電流定電圧の充電を行った。この充電されたリチウムイオン電池それぞれ３個を１５０℃まで５℃／分で昇温し、１５０℃で３時間保持する加熱試験を行った。結果を表２に示す。

表２の結果より安全弁機構と対向する部分を全面に亘って覆う構造の絶縁板を配設した本発明を実施した密閉型電池においても安全弁が開放し、問題ないことが確認できた。

本発明の密閉型電池は、電池要素と蓋体間の絶縁板において安全弁機構と対向する部分を全面覆う構造にし、落下衝撃を受けた場合にも安全弁機構の開放がなく高度の耐久性が要求される密閉型電池として利用できる。

本発明の密閉型電池の実施の形態を説明する図、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図、図１（ｃ）は絶縁板の平面図、図１（ｄ）は図１（ｃ）におけるＢ−Ｂ線の断面図。 従来の密閉型電池の一例を説明する図、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図、図２（ｃ）は絶縁板の平面図、図２（ｄ）は図２（ｃ）におけるＢ−Ｂ線の断面図。 従来の密閉型電池の落下試験後の状態を説明する図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図。

符号の説明

１ 密閉型電池
２ 電池缶
３ 電池要素
４ 蓋体
５ 絶縁板
６ 安全弁機構
７ 肉厚部

Claims (1)

1. 電池缶の開口部よりセパレータを介して正極及び負極を積層して巻回した電池要素を収納し、前記開口部を、安全弁機構を組み込んだ蓋体にて封止してなる密封型電池において、
   前記電池要素と前記蓋体との間に、前記安全弁機構を、該安全弁機構の全面に亘って覆う絶縁板を配設し、
   前記絶縁板は、融点が１２０℃〜１８０℃のポリオレフィン系樹脂からなり、
   前記絶縁板の前記安全弁機構を覆う部分の厚さは、前記絶縁板の側壁の高さと同じ厚さであることを特徴とする密閉型電池。

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