WO2025094579A1 - 円筒形電池 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to cylindrical batteries.
- a cylindrical battery comprises an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are wound with a separator interposed therebetween, a cylindrical outer can that houses the electrode assembly, and a disk-shaped sealing body that closes the opening of the outer can.
- Patent Document 1 discloses a cylindrical battery in which an engraving is provided on the outer surface of the bottom of the outer can. Patent Document 1 also describes that by providing an engraving on the outer surface of the bottom of the outer can, when the internal pressure inside the battery increases, the location of the engraving breaks, allowing gas inside the battery to be vented.
- the cylindrical battery according to one embodiment of the present disclosure is a cylindrical battery comprising an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are wound with a separator interposed therebetween, a cylindrical outer can having a bottom and housing the electrode assembly, and a sealing body that closes the opening of the outer can, and is characterized in that the surface area of the outer face of the bottom is 1.2 times or more the projected area of the outer face of the bottom.
- the cylindrical battery according to one aspect of the present disclosure can improve heat dissipation. As a result, the temperature rise during use of the battery is suppressed, making it easier to ensure battery performance.
- FIG. 2 is an axial cross-sectional view of a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view of the bottom of a cylindrical battery according to an embodiment.
- FIG. 2 is an axial cross-sectional view of a bottom portion of a cylindrical battery according to an embodiment.
- FIG. 4 is a plan view of the bottom of a cylindrical battery according to another embodiment.
- FIG. 4 is a plan view of the bottom of a cylindrical battery according to another embodiment.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a cylindrical battery 10 according to a first embodiment.
- the cylindrical battery 10 includes an electrode assembly 14, an electrolyte (not shown), and an exterior can 20 that accommodates the electrode assembly 14 and the electrolyte.
- the electrode assembly 14 includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a separator 13, and has a structure in which the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are spirally wound with the separator 13 interposed therebetween.
- the exterior can 20 is a bottomed cylindrical metal container that is open on one axial side, and the opening of the exterior can 20 is closed by a sealing body 19.
- the sealing body 19 side in the axial direction (height direction) of the cylindrical battery 10 is referred to as "upper”
- the bottom 21 side of the exterior can 20 in the axial direction is referred to as "lower”.
- the electrolyte has lithium ion conductivity.
- the electrolyte may be a liquid electrolyte (electrolytic solution) or a solid electrolyte.
- the liquid electrolyte includes a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent.
- a non-aqueous solvent for example, esters, ethers, nitriles, amides, and mixed solvents of two or more of these are used as the non-aqueous solvent.
- the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and mixed solvents of these.
- the non-aqueous solvent may contain a halogen-substituted product (e.g., fluoroethylene carbonate, etc.) in which at least a part of the hydrogen of these solvents is replaced with a halogen atom such as fluorine.
- a halogen-substituted product e.g., fluoroethylene carbonate, etc.
- a lithium salt such as LiPF6 is used as the electrolyte salt.
- the solid electrolyte for example, a solid or gel-like polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte, etc. can be used.
- the inorganic solid electrolyte a material known in all-solid-state lithium ion secondary batteries, etc. (for example, an oxide-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, a halogen-based solid electrolyte, etc.) can be used.
- the polymer electrolyte includes, for example, a lithium salt and a matrix polymer, or a non-aqueous solvent, a lithium salt, and a matrix polymer.
- the matrix polymer for example, a polymer material that absorbs a non-aqueous solvent and gels is used.
- the polymer material for example, a fluororesin, an acrylic resin, a polyether resin, etc. can be used.
- the positive electrode 11, negative electrode 12, and separator 13 that make up the electrode body 14 are all long, strip-like bodies that are wound in a spiral shape and stacked alternately in the radial direction of the electrode body 14.
- the negative electrode 12 is formed to be slightly larger than the positive electrode 11 in order to prevent lithium precipitation. That is, the negative electrode 12 is formed to be longer in the longitudinal direction and width direction (short direction) than the positive electrode 11.
- the separator 13 is formed to be at least slightly larger than the positive electrode 11, and two of them are arranged to sandwich the positive electrode 11.
- the cylindrical battery 10 has insulating plates 15, 16 arranged above and below the electrode body 14, respectively.
- the positive electrode 11 has a positive electrode core and a positive electrode mixture layer formed on the positive electrode core.
- a foil of a metal that is stable in the potential range of the positive electrode 11, such as aluminum or an aluminum alloy, or a film with the metal disposed on the surface layer can be used.
- the positive electrode mixture layer contains a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder, and is preferably formed on both sides of the positive electrode core except for the exposed portion of the positive electrode core (not shown) to which the positive electrode lead 17 is welded.
- the positive electrode 11 can be produced, for example, by applying a positive electrode mixture slurry containing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder onto the positive electrode core, drying the coating, and then compressing it to form a positive electrode mixture layer on both sides of the positive electrode core.
- the positive electrode mixture layer contains particulate lithium metal composite oxide as a positive electrode active material.
- the lithium metal composite oxide is a composite oxide containing metal elements such as Co, Mn, Ni, and Al in addition to Li.
- the metal elements constituting the lithium metal composite oxide are, for example, at least one selected from Mg, Al, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, Sb, W, Pb, and Bi. Among them, it is preferable to contain at least one selected from Co, Ni, and Mn.
- suitable composite oxides include lithium metal composite oxides containing Ni, Co, and Mn, and lithium metal composite oxides containing Ni, Co, and Al.
- Examples of the conductive agent contained in the positive electrode mixture layer include carbon black such as acetylene black and ketjen black, graphite, carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers, graphene, and other carbon materials.
- Examples of the binder contained in the positive electrode mixture layer include fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polyimide, acrylic resin, polyolefin, and the like. These resins may also be used in combination with carboxymethylcellulose (CMC) or a salt thereof, polyethylene oxide (PEO), and the like.
- the negative electrode 12 has a negative electrode core and a negative electrode mixture layer formed on the negative electrode core.
- a foil of a metal such as copper or a copper alloy that is stable in the potential range of the negative electrode 12, or a film with the metal disposed on the surface layer can be used.
- the negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material, a binder, and if necessary, a conductive agent, and is preferably formed on both sides of the negative electrode core except for the negative electrode core exposed portion (not shown) to which the negative electrode lead 18 is welded.
- the negative electrode 12 can be produced by applying a negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material and a binder, etc., to the surface of the negative electrode core, drying the coating, and then compressing it to form a negative electrode mixture layer on both sides of the negative electrode core.
- the negative electrode mixture layer generally contains, as the negative electrode active material, a carbon material that reversibly absorbs and releases lithium ions.
- a carbon material that reversibly absorbs and releases lithium ions.
- the carbon material is graphite, such as natural graphite, such as flake graphite, lump graphite, and earthy graphite, and artificial graphite, such as lump artificial graphite (MAG) and graphitized mesophase carbon microbeads (MCMB).
- a material containing at least one of an element that alloys with Li, such as Si or Sn, and a material containing said element may be used as the negative electrode active material. Among these, a composite material containing Si is preferred.
- a positive electrode lead 17 is connected to the positive electrode 11, and a negative electrode lead 18 is connected to the winding end side of the negative electrode 12.
- the positive electrode lead 17 passes through a through hole in the insulating plate 15 and extends toward the sealing body 19, and the negative electrode lead 18 passes outside the insulating plate 16 and extends toward the bottom 21 of the outer can 20.
- the positive electrode lead 17 is connected to the underside of the internal terminal plate 24 of the sealing body 19 by welding or the like, and the sealing body 19 becomes the positive electrode terminal.
- the negative electrode lead 18 is connected to the inner surface of the bottom 21 of the metal outer can 20 by welding or the like, and the outer can 20 becomes the negative electrode terminal.
- the sealing body 19 is a disk-shaped member equipped with a safety valve.
- the sealing body 19 has a structure in which, in order from the electrode body 14 side, an internal terminal plate 24, an insulating member 25, and an external terminal plate 26 are stacked.
- the internal terminal plate 24 is a metal plate including a thick outer peripheral portion 24A to which the positive electrode lead 17 is connected, and a thin central portion 24B that is cut off from the outer peripheral portion 24A when the internal pressure of the battery exceeds a predetermined threshold value.
- a number of air vents 24C are formed in the outer peripheral portion 24A.
- the external terminal plate 26 is disposed opposite the internal terminal plate 24 with the insulating member 25 sandwiched therebetween.
- the insulating member 25 has an opening 25A formed in the radial center, and an air vent 25B formed in a portion overlapping with the air vent 24C of the internal terminal plate 24.
- the external terminal plate 26 has a valve portion 26A that breaks when the internal pressure of the cylindrical battery 10 exceeds a predetermined threshold, and the valve portion 26A is connected to the central portion 24B of the internal terminal plate 24 by welding or the like.
- the insulating member 25 insulates portions other than the connection portion between the central portion 24B and the valve portion 26A.
- the outer peripheral portion surrounding the valve portion 26A of the external terminal plate 26 is held between the crimped portion formed by bending the opening of the exterior can 20 inward via the gasket 27 and the grooved portion 23.
- the valve portion 26A is formed in the radial center of the external terminal plate 26, including a joint portion provided in the radial center and protruding toward the inside of the battery, and a thin portion formed around the joint portion.
- the joint portion of the valve portion 26A passes through the opening 25A of the insulating member 25 and is joined to the center portion 24B.
- the structure of the sealing body 19 is not limited to the structure shown in FIG. 1.
- the sealing body 19 may have a laminated structure including two valve bodies, or may have a convex sealing body cap that covers the valve bodies.
- Figure 2 is a plan view of the outer surface 21A of the bottom 21 of the outer can 20
- Figure 3 is a cross-sectional view taken along line AA in Figure 2, which is an axial cross-sectional view of the bottom 21 of the outer can 20. Note that in Figure 2, the area where the first protrusion 30 is provided is shown hatched.
- the outer surface 21A of the bottom 21 is provided with a plurality of first protrusions 30 having an approximately annular shape. This allows the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 to be 1.2 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21. As a result of the study by the inventors, it has become clear that the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 greatly affects the heat dissipation of the cylindrical battery 10. By making the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 1.2 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21, the area of the outer can 20 exposed to the outside air is increased, and the heat inside the battery is more effectively released to the outside air through the outer can 20.
- the first protrusion 30 can be formed, for example, by pressing the bottom 21.
- the number of first protrusions 30 can be set appropriately within a range that allows the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 to be 1.2 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21, but three or more is preferable, and five or more is preferable. In this embodiment, ten first protrusions 30 are provided on the outer surface 21A of the bottom 21 at radial intervals.
- the first convex portion 30 having a substantially annular shape includes the first convex portion 30 having an annular shape, and also includes the first convex portion 30 having a shape in which some parts are not continuous.
- the first convex portion 30 may be in an annular shape in which it is not continuous at one or more points.
- the total length of the parts in which the first convex portion 30 is continuous is preferably 70 or more, more preferably 80 or more, and even more preferably 90 or more.
- the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 may be 1.2 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21, but is preferably 1.5 times or more, more preferably 2.0 times or more, and even more preferably 2.5 times or more.
- the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 1.5 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21, the area of the outer can 20 exposed to the outside air is further increased, and the heat inside the battery is more easily released to the outside air through the outer can 20.
- the upper limit of the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 is, for example, 10 times the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21.
- the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 exceeds 10 times the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21, the strength of the outer can 20 decreases, and the bottom 21 may be deformed when the internal pressure of the cylindrical battery 10 increases excessively. Therefore, the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 1.5 to 10 times the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21, more preferably 2.0 to 10 times, and even more preferably 2.5 to 10 times.
- the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21 means the area of the outer surface 21A of the bottom 21 when viewed from above in a plan view along the axial direction of the outer can 20.
- the ratio of the area occupied by the first convex portion 30 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 20% or more, more preferably 25% or more, and even more preferably 30% or more.
- the ratio of the area occupied by the first convex portion 30 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 50% or less from the viewpoint of increasing the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 while ensuring the strength of the outer can 20. Therefore, the ratio of the area of the first protrusion 30 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 20% or more and 50% or less, more preferably 25% or more and 50% or less, and even more preferably 30% or more and 50% or less.
- the outer surface 21A of the bottom 21 has four slits 31 arranged along the radial direction, dividing the first protrusion 30 in the circumferential direction.
- the outside air stagnating on the outside of the bottom 21 flows through the slits 31 to the center side of the bottom 21.
- heat on the center side of the bottom 21 is more easily released to the outside air. Therefore, by providing the slits 31 on the outer surface 21A of the bottom 21, the heat dissipation properties of the cylindrical battery 10 can be further improved.
- the slits 31 are preferably spaced at equal angles from one another in the circumferential direction. By spaced at equal angles from one another in the circumferential direction, the flow of outside air near the outer surface 21A of the bottom 21 becomes smoother. As a result, heat from the bottom 21 is more easily released into the outside air.
- the number of slits 31 is not limited to this.
- the number of slits 31 may be three or less, or five or more. From the viewpoint of smoothing the flow of outside air through the slits 31, it is preferable that the number of slits 31 is four or more. Also, from the viewpoint of ensuring the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21, it is preferable that the number of slits 31 is eight or less. Therefore, it is preferable that the number of slits 31 is four or more and eight or less.
- the circumferential length (width) of the slits 31 is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mm or more and 5.0 mm or less.
- the circumferential length of the slits 31 may be constant in the radial direction, or may vary in the radial direction. For example, the circumferential length of the slits 31 may become smaller as it moves radially inward.
- the slits 31 circumferentially divide all of the first convex portions 30, it is not necessary for some of the first convex portions 30 to be divided in the circumferential direction. In other words, some of the first convex portions 30 may have a ring-shaped shape that is continuous in the circumferential direction.
- a flat region 32 where the first protrusion 30 is not provided is provided in the center of the outer surface 21A of the bottom 21.
- the flat region 32 has a perfect circular shape when the outer surface 21A of the bottom 21 is viewed in a plan view looking down from above.
- the negative electrode lead 18 is joined by welding or the like to the center of the inner surface of the bottom 21. Therefore, by providing the flat region 32 in the center of the outer surface 21A of the bottom 21, the welding operation becomes easier and productivity is improved.
- the diameter of the flat region 32 is not particularly limited, but is, for example, 20% or more and 60% or less of the diameter of the outer surface 21A of the bottom 21.
- the height of the first convex portion 30 is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.1 mm or more, and even more preferably 0.3 mm or more.
- the height of the first convex portion 30 0.01 mm or more, it is easy to increase the surface area of the outer surface 21A of the bottom portion 21.
- the upper limit of the height of the first convex portion 30 is, for example, 5.0 mm.
- the height of the first convex portion 30 is preferably 0.01 mm or more and 5.0 mm or less, more preferably 0.1 mm or more and 5.0 mm or less, and even more preferably 0.3 mm or more and 5.0 mm or less.
- the height of the first convex portion 30 means the length along the axial direction of the exterior can 20 from the outer surface 21A of the bottom portion 21 to the top of the first convex portion 30.
- the height of all the first convex portions 30 is approximately uniform, but the height of the first convex portions 30 may vary within the plane.
- the height of the first convex portions 30 provided on the radially inner side may be greater than the height of the first convex portions 30 provided on the radially outer side. In this case, outside air will more easily flow into the center of the bottom portion 21.
- the radial length (width) of the first convex portion 30 is preferably 0.01 mm or more. By making the radial length of the first convex portion 30 0.01 mm or more, it becomes easier to ensure the strength of the first convex portion 30.
- the radial length of the first convex portion 30 is preferably 5.0 mm or less. If the radial length of the first convex portion 30 exceeds 5.0 mm, it becomes difficult to provide a sufficient number of first convex portions 30 on the outer surface 21A of the bottom portion 21. As a result, it becomes difficult to increase the surface area of the outer surface 21A of the bottom portion 21. Therefore, it is preferable that the radial length of the first convex portion 30 is 0.01 mm or more and 5.0 mm or less.
- the radial length of all the first convex portions 30 is approximately uniform, but the radial length of the first convex portions 30 may vary within the plane.
- the radial length of the first convex portions 30 provided on the radially inner side may be greater than the radial length of the first convex portions 30 provided on the radially outer side.
- first convex portions 30 with a large radial length and first convex portions 30 with a small radial length may be alternately arranged with a radial gap between them.
- the inner surface of the bottom 21 is substantially flat, but is not limited to this.
- a recess may be formed on the inner surface of the bottom 21 at a position corresponding to the first protrusion 30.
- FIG. 4 is a plan view of the outer surface 21A of the bottom 21 of the exterior can 20.
- the area in which the second protrusion 40 is provided is shown hatched.
- the same reference numerals are used for configurations common to the first embodiment, and duplicated descriptions are omitted, and differences from the first embodiment will mainly be described.
- the second convex portions 40 are preferably arranged periodically.
- the second convex portions 40 are arranged on the lattice points of a square lattice.
- the second convex portions 40 may also be arranged on the lattice points of a triangular lattice or hexagonal lattice.
- the second convex portion 40 is provided over substantially the entire area of the outer surface 21A of the bottom 21, but is not limited to this.
- the second convex portion 40 may be provided only in a partial area of the outer surface 21A of the bottom 21, as long as the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 is 1.2 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21.
- a flat area where the second convex portion 40 is not provided may be provided in the center of the outer surface 21A of the bottom 21.
- the second convex portion 40 When the outer surface 21A of the bottom 21 is viewed from above in a plan view, the second convex portion 40 has a substantially rectangular shape.
- the second convex portion 40 may have a substantially circular shape.
- the second convex portion 40 may also have a tapered shape in which the cross-sectional area becomes smaller toward the tip side of the second convex portion 40, i.e., toward the lower side in the axial direction.
- the ratio of the area occupied by the second convex portion 40 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 20% or more, more preferably 25% or more, and even more preferably 30% or more.
- the ratio of the area occupied by the second convex portion 40 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 50% or less from the viewpoint of increasing the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 while ensuring the strength of the outer can 20. Therefore, the ratio of the area of the second protrusion 40 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 20% or more and 50% or less, more preferably 25% or more and 50% or less, and even more preferably 30% or more and 50% or less.
- the height of the second convex portion 40 is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.1 mm or more, and even more preferably 0.3 mm or more, similar to the height of the first convex portion 30.
- the height of the second convex portion 40 0.01 mm or more, it becomes easy to increase the surface area of the outer surface 21A of the bottom portion 21. As a result, the area of the exterior can 20 exposed to the outside air is further increased, and heat inside the battery is more easily released to the outside air through the exterior can 20.
- the upper limit of the height of the second convex portion 40 is, for example, 5.0 mm.
- the height of the second convex portion 40 is preferably 0.01 mm or more and 5.0 mm or less, more preferably 0.1 mm or more and 5.0 mm or less, and even more preferably 0.3 mm or more and 5.0 mm or less.
- FIG. 5 is a plan view of the outer surface 21A of the bottom 21 of the exterior can 20.
- the area in which the third protrusion 50 is provided is shown hatched.
- the same reference numerals are used for configurations common to the first and second embodiments, and duplicated descriptions are omitted, and differences from the first and second embodiments will be mainly described.
- the outer surface 21A of the bottom 21 has a plurality of third protrusions 50 extending along an arbitrary first direction.
- the third protrusions 50 are arranged at a predetermined interval in a second direction perpendicular to the first direction.
- a plurality of first slits 51 extending along the second direction are formed between adjacent third protrusions 50.
- the interval between the third protrusions 50 in the second direction i.e., the second direction length (width) of the first slits 51
- the second direction length of the first slits 51 is, for example, 0.1 mm or more and 5.0 mm or less.
- the second direction length of the first slits 51 may be uniform over substantially the entire outer surface 21A of the bottom 21, or may vary within the plane.
- the second direction length of the first slits 51 provided on the central side of the bottom 21 may be smaller than the second direction length of the first slits 51 provided on the outer periphery side of the bottom 21. That is, the third protrusions 50 may be arranged more on the central side of the bottom 21 than on the outer periphery side of the bottom 21.
- the ratio of the area occupied by the third convex portion 50 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 20% or more, more preferably 25% or more, and even more preferably 30% or more.
- the ratio of the area occupied by the third convex portion 50 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 50% or less from the viewpoint of increasing the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 while ensuring the strength of the outer can 20. Therefore, the ratio of the area of the third protrusion 50 to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 20% or more and 50% or less, more preferably 25% or more and 50% or less, and even more preferably 30% or more and 50% or less.
- a second slit 52 extending along the first direction is formed on the outer surface 21A of the bottom 21. That is, the third convex portion 50 is divided by the second slit 52.
- the second slit 52 By providing the second slit 52, the outside air stagnating on the outside of the bottom 21 flows through the second slit 52 to the center side of the bottom 21. As a result, heat on the center side of the bottom 21 is more easily released to the outside air. Therefore, by providing the second slit 52 on the outer surface 21A of the bottom 21, the heat dissipation properties of the cylindrical battery 10 can be further improved.
- the number of second slits 52 is not limited to one, and may be multiple. When multiple second slits 52 are provided on the outer surface 21A of the bottom 21, it is preferable that the second slits 52 are provided at equal intervals in the second direction.
- the first direction length (width) of the second slit 52 is not particularly limited, but is, for example, 0.1 mm or more and 5.0 mm or less.
- the first direction length of the second slit 52 may be constant throughout the second direction, or may vary in the second direction.
- the first direction length of the slit 31 may become smaller toward the center of the bottom 21.
- the second slit 52 preferably crosses all of the third convex portions 50, but may not cross some of the third convex portions 50. In other words, some of the third convex portions 50 may extend continuously in the first direction.
- the height of the third convex portion 50 is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.1 mm or more, and even more preferably 0.3 mm or more, similar to the heights of the first convex portion 30 and the second convex portion 40.
- the height of the third convex portion 50 0.01 mm or more, it becomes easy to increase the surface area of the outer surface 21A of the bottom portion 21. As a result, the area of the exterior can 20 exposed to the outside air is further increased, and the heat inside the battery is more easily released to the outside air through the exterior can 20.
- the upper limit of the height of the third convex portion 50 is, for example, 5.0 mm.
- the height of the third convex portion 50 is preferably 0.01 mm or more and 5.0 mm or less, more preferably 0.1 mm or more and 5.0 mm or less, and even more preferably 0.3 mm or more and 5.0 mm or less.
- the second direction length (width) of the third convex portion 50 can be set appropriately within a range that allows the surface area of the outer surface 21A of the bottom portion 21 to be 1.2 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom portion 21.
- the second direction length (width) of the third convex portion 50 is, for example, 0.01 mm or more and 5.0 mm or less.
- the outer surface 21A of the bottom 21 is provided with a convex portion, so that the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 is 1.2 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21, but this is not limited to this.
- the outer surface 21A of the bottom 21 may be provided with a concave portion, so that the surface area of the outer surface 21A of the bottom 21 is 1.2 times or more the projected area of the outer surface 21A of the bottom 21.
- the area of the concave portion relative to the area of the outer surface 21A of the bottom 21 is preferably 20% or more and 50% or less, more preferably 25% or more and 50% or less, and even more preferably 30% or more and 50% or less.
- Configuration 1 A cylindrical battery comprising: an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are wound with a separator interposed therebetween; a cylindrical outer can having a bottom and housing the electrode assembly; and a sealing body that closes an opening of the outer can, wherein the surface area of the outer face of the bottom is 1.2 times or more the projected area of the outer face of the bottom.
- Configuration 2 The cylindrical battery according to configuration 1, wherein a plurality of first protrusions having a substantially annular shape are provided on an outer surface of the bottom portion.
- Configuration 3 The cylindrical battery according to configuration 2, wherein a slit is provided on an outer surface of the bottom portion along a radial direction and divides the first protrusion in a circumferential direction.
- Configuration 4 The cylindrical battery according to configuration 3, wherein a plurality of the slits are provided on the outer surface of the bottom portion, and the plurality of slits are provided at equal angular intervals from each other in the circumferential direction.
- Configuration 5 The cylindrical battery according to any one of configurations 2 to 4, wherein the height of the first convex portion is 0.01 mm or more and 5.0 mm or less.
- Configuration 6 The cylindrical battery according to any one of configurations 2 to 5, wherein the radial length of the first protrusion is 0.01 mm or more and 5.0 mm or less.
- Configuration 7 The cylindrical battery according to any one of configurations 2 to 6, wherein, when the outer surface of the bottom portion is viewed in a plan view from above, the ratio of an area occupied by the first convex portion to an area of the outer surface of the bottom portion is 20% or more and 50% or less.
- Configuration 8 The cylindrical battery according to configuration 1, wherein a plurality of second protrusions are dotted on the outer surface of the bottom portion.
- Configuration 9 The cylindrical battery described in configuration 8, wherein when the outer surface of the bottom is viewed from above in a plan view, the second protrusions are arranged on lattice points of a triangular lattice, a square lattice, or a hexagonal lattice.
- Aspect 10 The cylindrical battery according to aspect 8 or 9, wherein the height of the second protrusion is 0.01 mm or more and 5.0 mm or less.
- Configuration 11 The cylindrical battery according to any one of configurations 8 to 10, wherein, when the outer surface of the bottom portion is viewed in a plan view from above, the ratio of an area occupied by the second convex portion to an area of the outer surface of the bottom portion is 20% or more and 50% or less.
- Configuration 12 A cylindrical battery as described in configuration 1, wherein the outer surface of the bottom portion has a plurality of third convex portions extending along a first direction, and the third convex portions are arranged at intervals in a second direction perpendicular to the first direction when the outer surface of the bottom portion is viewed in a plan view from above.
- Aspect 13 The cylindrical battery according to aspect 12, wherein the height of the third protrusion is 0.01 mm or more and 5.0 mm or less.
- Configuration 14 A cylindrical battery according to configuration 12 or 13, wherein when the outer surface of the bottom portion is viewed in a plan view from above, the ratio of the area occupied by the third convex portion to the area of the outer surface of the bottom portion is 20% or more and 50% or less.
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Abstract
正極と負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、底部(21)を有し、電極体を収容する円筒状の外装缶(20)と、外装缶(20)の開口部を塞ぐ封口体と、を備える円筒形電池であって、底部(21)の外面(21A)の表面積は、底部(21)の外面(21A)の投影面積の1.2倍以上であることを特徴とする。
Description
本開示は、円筒形電池に関する。
一般に、円筒形電池は、正極と負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、電極体を収容する円筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ円板状の封口体と、を備える。特許文献1には、外装缶の底部の外面に刻印が設けられた円筒形電池が開示されている。また、特許文献1には、外装缶の底部の外面に刻印を設けることで、電池内部の内圧が上昇した際に、当該刻印の箇所が破断し、電池内部のガスを排気できると記載されている。
ところで、近年の電池の高容量化に伴い、電池使用時の発熱量が増加している。発熱量が増加し、電池内部の温度が上昇すると、電池性能が低下する虞がある。そこで、電池の放熱性を向上させることは重要な課題である。
本開示の一態様である円筒形電池は、正極と負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、底部を有し、電極体を収容する円筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口体と、を備える円筒形電池であって、底部の外面の表面積は、底部の外面の投影面積の1.2倍以上であることを特徴とする。
本開示の一態様である円筒形電池によれば、放熱性を向上させることができる。その結果、電池使用時の温度上昇が抑制され、電池性能を確保することが容易になる。
以下、図面を参照しながら、本開示に係る円筒形電池の実施形態の一例について詳細に説明する。以下で説明する実施形態はあくまでも一例であって、本開示は以下の実施形態に限定されない。また、以下で説明する実施形態の各構成要素を選択的に組み合わせてなる形態は本開示に含まれている。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態である円筒形電池10の断面を模式的に示す図である。図1に示すように、円筒形電池10は、電極体14と、電解質(図示せず)と、電極体14および電解質を収容する外装缶20とを備える。電極体14は、正極11、負極12、およびセパレータ13を有し、正極11と負極12がセパレータ13を介して渦巻状に巻回された構造を有する。外装缶20は、軸方向一方側が開口した有底円筒形状の金属製容器であって、外装缶20の開口は封口体19によって塞がれている。以下では、円筒形電池10の軸方向(高さ方向)の封口体19側を「上」とし、軸方向の外装缶20の底部21側を「下」とする。
図1は、第1実施形態である円筒形電池10の断面を模式的に示す図である。図1に示すように、円筒形電池10は、電極体14と、電解質(図示せず)と、電極体14および電解質を収容する外装缶20とを備える。電極体14は、正極11、負極12、およびセパレータ13を有し、正極11と負極12がセパレータ13を介して渦巻状に巻回された構造を有する。外装缶20は、軸方向一方側が開口した有底円筒形状の金属製容器であって、外装缶20の開口は封口体19によって塞がれている。以下では、円筒形電池10の軸方向(高さ方向)の封口体19側を「上」とし、軸方向の外装缶20の底部21側を「下」とする。
電解質は、リチウムイオン伝導性を有する。電解質は、液状の電解質(電解液)であってもよく、固体電解質であってもよい。
液状の電解質(電解液)は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、例えば、エステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、およびこれらの2種以上の混合溶媒等が用いられる。非水溶媒の一例としては、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、およびこれらの混合溶媒等が挙げられる。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体(例えば、フルオロエチレンカーボネート等)を含有していてもよい。電解質塩には、例えば、LiPF6等のリチウム塩が使用される。
固体電解質としては、例えば、固体状もしくはゲル状のポリマー電解質、無機固体電解質等を用いることができる。無機固体電解質としては、全固体リチウムイオン二次電池等で公知の材料(例えば、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質、ハロゲン系固体電解質等)を用いることができる。ポリマー電解質は、例えば、リチウム塩とマトリックスポリマー、あるいは、非水溶媒とリチウム塩とマトリックスポリマーとを含む。マトリックスポリマーとしては、例えば、非水溶媒を吸収してゲル化するポリマー材料が使用される。ポリマー材料としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂等が挙げられる。
電極体14を構成する正極11、負極12、およびセパレータ13は、いずれも帯状の長尺体であって、渦巻状に巻回されることで電極体14の径方向に交互に積層される。負極12は、リチウムの析出を防止するために、正極11よりも一回り大きな寸法で形成される。すなわち、負極12は、正極11よりも長手方向および幅方向(短手方向)に長く形成される。セパレータ13は、少なくとも正極11よりも一回り大きな寸法で形成され、正極11を挟むように2枚配置される。円筒形電池10は、電極体14の上下にそれぞれ配置された絶縁板15,16を備える。
正極11は、正極芯体と、正極芯体上に形成された正極合剤層とを有する。正極芯体には、アルミニウム、アルミニウム合金などの正極11の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極合剤層は、正極活物質、導電剤、および結着剤を含み、正極リード17が溶接される正極芯体露出部(図示せず)を除く正極芯体の両面に形成されることが好ましい。正極11は、例えば、正極芯体上に正極活物質、導電剤、および結着剤等を含む正極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して正極合剤層を正極芯体の両面に形成することにより作製できる。
正極合剤層は、正極活物質として、粒子状のリチウム金属複合酸化物を含む。リチウム金属複合酸化物は、Liの他に、Co、Mn、Ni、Al等の金属元素を含有する複合酸化物である。リチウム金属複合酸化物を構成する金属元素は、例えばMg、Al、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、Sb、W、Pb、およびBiから選択される少なくとも1種である。中でも、Co、Ni、およびMnから選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。好適な複合酸化物の一例としては、Ni、Co、Mnを含有するリチウム金属複合酸化物、Ni、Co、Alを含有するリチウム金属複合酸化物が挙げられる。
正極合剤層に含まれる導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー、グラフェン等の炭素材料が例示できる。正極合剤層に含まれる結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の含フッ素樹脂、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィン等が例示できる。また、これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース(CMC)またはその塩、ポリエチレンオキシド(PEO)等が併用されてもよい。
負極12は、負極芯体と、負極芯体上に形成された負極合剤層とを有する。負極芯体には、銅、銅合金などの負極12の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極合剤層は、負極活物質、結着剤、および必要により導電剤を含み、負極リード18が溶接される負極芯体露出部(図示せず)を除く負極芯体の両面に形成されることが好ましい。負極12は、負極芯体の表面に負極活物質、および結着剤等を含む負極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧縮して負極合剤層を負極芯体の両面に形成することにより作製できる。
負極合剤層には、負極活物質として、一般的に、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出する炭素材料が含まれる。炭素材料の好適な一例は、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、塊状人造黒鉛(MAG)、黒鉛化メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)等の人造黒鉛などの黒鉛である。また、負極活物質として、Si、Sn等のLiと合金化する元素、および当該元素を含有する材料の少なくとも一方を含む材料が用いられてもよい。中でも、Siを含有する複合材料が好ましい。
Siを含有する複合材料の好適な一例としては、SiO2相、またはリチウムシリケート等のシリケート相中に、Si微粒子が分散した材料、或いは非晶質炭素相中にSi微粒子が分散した材料などが挙げられる。当該複合材料の粒子表面には、例えば、炭素被膜等の導電層が形成される。負極活物質として炭素材料とSi含有複合材料を併用することは、電池の高容量と高耐久を両立する観点から好ましい。
負極合剤層に含まれる結着剤には、正極合剤層の場合と同様に、含フッ素樹脂、PAN、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることもできるが、好ましくはスチレン-ブタジエンゴム(SBR)を用いる。また、負極合剤層は、CMCまたはその塩、ポリアクリル酸(PAA)またはその塩、ポリビニルアルコール(PVA)などを含むことが好ましい。中でも、SBRと、CMCまたはその塩、PAAまたはその塩などを併用することが好適である。負極合剤層には、CNT等の導電剤が含まれていてもよい。
セパレータ13には、イオン透過性および絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータ13の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、セルロースなどが好適である。セパレータ13は、単層構造であってもよく、複層構造を有していてもよい。また、セパレータ13の表面には、アラミド樹脂等の耐熱性の高い樹脂層が形成されていてもよい。セパレータ13と正極11および負極12の少なくとも一方との界面には、無機物のフィラーを含むフィラー層が形成されていてもよい。
正極11には、正極リード17が接続され、負極12の巻き終わり側には、負極リード18が接続される。正極リード17は、絶縁板15の貫通孔を通って封口体19側に延び、負極リード18は、絶縁板16の外側を通って外装缶20の底部21側に延びている。正極リード17は、封口体19の内部端子板24の下面に溶接等で接続され、封口体19が正極端子となる。また、負極リード18は、金属製の外装缶20の底部21の内面に溶接等で接続され、外装缶20が負極端子となる。
外装缶20は、軸方向の上側が開口した円筒状の金属製容器である。外装缶20の材質は、加工性と放熱性を両立させる観点から、例えば、鉄を主成分とする金属から構成される。外装缶20は、底部21と側壁部22とを有する。詳しくは後述するが、底部21の外面21Aには、略環状形状を有する第1凸部30が複数形成されており、底部21の外面21Aの表面積は、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上である。
外装缶20と封口体19の間にはガスケット27が設けられ、電池内部の密閉性および外装缶20と封口体19との絶縁性が確保される。外装缶20には、側壁部22の一部が内側に張り出した、封口体19を支持する溝入部23が形成されている。溝入部23は、外装缶20の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体19を支持する。封口体19は、溝入部23と封口体19に対して加締められた外装缶20の開口端部とにより、外装缶20の上部に固定されている。
封口体19は、安全弁を備えた円板状の部材である。封口体19は、電極体14側から順に、内部端子板24、絶縁部材25、および外部端子板26が積層された構造を有する。内部端子板24は、正極リード17が接続される厚肉の外周部24A、および電池の内圧が所定の閾値を超えたときに外周部24Aから切り離される薄肉の中央部24Bを含む金属板である。外周部24Aには、複数の通気孔24Cが形成されている。
外部端子板26は、絶縁部材25を挟んで内部端子板24と対向配置される。絶縁部材25には、径方向中央部に開口部25Aが形成され、内部端子板24の通気孔24Cと重なる部分に通気孔25Bが形成されている。外部端子板26は、円筒形電池10の内圧が所定の閾値を超えたときに破断する弁部26Aを有し、弁部26Aが内部端子板24の中央部24Bと溶接等で接続されている。絶縁部材25は、中央部24Bと弁部26Aとの接続部分以外の部分を絶縁している。また、外部端子板26の弁部26Aを囲う外周部分がガスケット27を介して外装缶20の開口を内側に屈曲させて形成されたかしめ部と溝入部23との間で保持される。
弁部26Aは、径方向中央に設けられ電池の内側に突出した接合部、および接合部の周囲に形成された薄肉部を含み、外部端子板26の径方向中央部に形成されている。弁部26Aの接合部が絶縁部材25の開口部25A内を通って中央部24Bと接合している。円筒形電池10に異常が発生して内圧が上昇すると、発生した高温ガスにより外部端子板26が上方へ押され、内部端子板24が破断して中央部24Bが外周部24Aから切り離され、弁部26Aが電池の外側に向かって突出するように変形する。これにより、封口体19における電流経路が遮断される。そして、電流経路が遮断された後に、円筒形電池10の内圧がさらに上昇すると、弁部26Aの薄肉部が破断して外部端子板26にガスの排出口が形成される。
なお、封口体19の構造は、図1に示す構造に限定されない。封口体19は、2枚の弁体を含む積層構造を有していてもよく、弁体を覆う凸状の封口体キャップを有していてもよい。
次に、図2および図3をさらに参照しながら、外装缶20の構造について詳説する。図2は、外装缶20の底部21の外面21Aの平面図であり、図3は、図2のAA線断面図であり、外装缶20の底部21の軸方向断面図である。なお、図2では、第1凸部30が設けられている領域をハッチングして示している。
図2に示すように、底部21の外面21Aには、略環状形状を有する第1凸部30が複数設けられている。これにより、底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上にすることができる。本発明者らの検討の結果、底部21の外面21Aの表面積が、円筒形電池10の放熱性に大きく影響することが明らかとなった。底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上にすることで、外装缶20が外気に触れる面積が増加し、電池内部の熱が、外装缶20を介してより外気へ放出される。その結果、電池使用時の温度上昇が抑制され、電池性能を確保することが容易になる。換言すると、底部21の外面21Aの表面積が、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍未満の場合、円筒形電池10の放熱性を十分に向上させることができない。第1凸部30は、例えば、底部21をプレス加工することにより形成できる。
第1凸部30の数は、底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上とすることが可能な範囲内において適宜設定可能であるが、3個以上であることが好ましく、5個以上であることが好ましい。本実施形態では、10個の第1凸部30が、径方向に間隔を空けて底部21の外面21Aに設けられている。
本明細書において、略環状形状を有する第1凸部30とは、環状形状の第1凸部30を含むとともに、一部分が連続してない形状を有する第1凸部30も含む。例えば、環状形状において、一箇所ないし複数個所で第1凸部30が連続していない形状であってもよい。環状形状の全周の長さを100としたときに、第1凸部30が連続している部分の長さの合計が、70以上であることが好ましく、80以上であることが好ましく、90以上であることがさらに好ましい。
底部21の外面21Aの表面積は、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上であればよいが、1.5倍以上であることが好ましく、2.0倍以上であることがより好ましく、2.5倍以上であることがさらに好ましい。底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.5倍以上とすることで、外装缶20が外気に触れる面積がより増加し、電池内部の熱が、外装缶20を介してより外気へ放出され易くなる。また、底部21の外面21Aの表面積の上限は、例えば、底部21の外面21Aの投影面積の10倍である。底部21の外面21Aの表面積が、底部21の外面21Aの投影面積の10倍を超えると、外装缶20の強度が低下し、円筒形電池10の内圧が過度に増加した際に、底部21が変形する場合がある。よって、底部21の外面21Aの表面積は、底部21の外面21Aの投影面積の1.5倍以上、10倍以下であることが好ましく、2.0倍以上、10倍以下であることがより好ましく、2.5倍以上、10倍以下であることがさらに好ましい。なお、底部21の外面21Aの投影面積とは、底部21の外面21Aを外装缶20の軸方向に沿って上方から見下ろして平面視した際の底部21の外面21Aの面積を意味する。
底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、底部21の外面21Aの面積に対する第1凸部30が占める面積の割合は、20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。底部21の外面21Aの面積に対する第1凸部30が占める面積の割合を20%以上とすることで、底部21の外面21Aの表面積を増加させることが容易になる。その結果、外装缶20が外気に触れる面積がより増加し、電池内部の熱が、外装缶20を介してより外気へ放出され易くなる。また、底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、底部21の外面21Aの面積に対する第1凸部30が占める面積の割合は、外装缶20の強度を確保しつつ、底部21の外面21Aの表面積を増加させる観点から、50%以下であることが好ましい。よって、底部21の外面21Aの面積に対する第1凸部30が占める面積の割合は、20%以上、50%以下であることが好ましく、25%以上、50%以下であることがより好ましく、30%以上、50%以下であることがさらに好ましい。
図2に示すように、底部21の外面21Aには、径方向に沿って設けられ、第1凸部30を周方向に分断する4つのスリット31が設けられている。スリット31を設けることにより、底部21の外側に滞留する外気が、スリット31を介して底部21の中央部側へ流通する。その結果、底部21の中央部側の熱が、より外気へ放出され易くなる。よって、底部21の外面21Aにスリット31を設けることにより、円筒形電池10の放熱性をより向上させることができる。
スリット31は、周方向において、互いに等角度間隔で設けられていることが好ましい。スリット31を、周方向において、互いに等角度間隔で設けることにより、底部21の外面21Aの近傍での外気の流れがスムーズになる。その結果、底部21の熱が、より外気へ放出され易くなる。
本実施形態では、4つのスリット31が設けられているが、スリット31の数はこれに限定されない。スリット31の数は、3つ以下でもよいし、5つ以上でもよい。なお、スリット31を介した外気の流れをスムーズにする観点から、スリット31の数は、4つ以上であることが好ましい。また、底部21の外面21Aの表面積を確保する観点から、スリット31の数は、8つ以下であることが好ましい。よって、スリット31の数は、4つ以上、8つ以下であることが好ましい。
スリット31の周方向長さ(幅)は、特に限定されないが、例えば、0.1mm以上、5.0mm以下である。また、スリット31の周方向長さは、径方向にわたって一定でもよいし、径方向において異なっていてもよい。例えば、スリット31の周方向長さは、径方向内側にいくにつれて小さくなっていてもよい。また、スリット31は、全ての第1凸部30を周方向に分断することが好ましいが、一部の第1凸部30を周方向に分断しなくてもよい。つまり、一部の第1凸部30は、周方向に連続した環状形状を有していてもよい。
図2に示すように、底部21の外面21Aの中央部には、第1凸部30が設けられていない平坦領域32が設けられている。平坦領域32は、底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、真円形状を有する。底部21の内面の中央部には、負極リード18が溶接等により接合される。そのため、底部21の外面21Aの中央部に平坦領域32を設けることにより、溶接作業が容易になり、生産性が向上する。平坦領域32の直径は特に限定されないが、例えば、底部21の外面21Aの直径の20%以上、60%以下である。
図3に示すように、第1凸部30の高さは、0.01mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることがより好ましく、0.3mm以上であることがさらに好ましい。第1凸部30の高さを0.01mm以上とすることで、底部21の外面21Aの表面積を増加させることが容易になる。その結果、外装缶20が外気に触れる面積がより増加し、電池内部の熱が、外装缶20を介してより外気へ放出され易くなる。また、第1凸部30の高さの上限は、例えば、5.0mmである。よって、第1凸部30の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下であることが好ましく、0.1mm以上、5.0mm以下であることがより好ましく、0.3mm以上、5.0mm以下であることがさらに好ましい。なお、第1凸部30の高さとは、底部21の外面21Aから第1凸部30の頂部までの、外装缶20の軸方向に沿った長さを意味する。
本実施形態では、全ての第1凸部30の高さは略均一であるが、第1凸部30の高さは面内で異なっていてもよい。例えば、径方向内側に設けられる第1凸部30の高さを、径方向外側に設けられる第1凸部30の高さよりも大きくしてもよい。この場合、外気が底部21の中央部側へ流入しやすくなる。
第1凸部30の径方向長さ(幅)は、0.01mm以上であることが好ましい。第1凸部30の径方向長さを0.01mm以上とすることで、第1凸部30の強度を確保することが容易になる。また、第1凸部30の径方向長さは、5.0mm以下であることが好ましい。第1凸部30の径方向長さが5.0mmを超えると、底部21の外面21Aに十分な数の第1凸部30を設けることが困難になる。その結果、底部21の外面21Aの表面積を増加させることが困難になる。よって、第1凸部30の径方向長さは、0.01mm以上、5.0mm以下であることが好ましい。
本実施形態では、全ての第1凸部30の径方向長さは略均一であるが、第1凸部30の径方向長さは面内で異なっていてもよい。例えば、径方向内側に設けられる第1凸部30の径方向長さを、径方向外側に設けられる第1凸部30の径方向長さよりも大きくしてもよい。また、径方向長さの大きい第1凸部30と、径方向長さの小さい第1凸部30とを、径方向に間隔を空けて交互に配置してもよい。
図3に示すように、第1凸部30は、軸方向の断面視において、略矩形形状を有している。つまり、第1凸部30の斜面33は、軸方向に沿って延びている。ここで、略矩形形状には、第1凸部30の角が丸みを帯びている形状も含まれる。
なお、第1凸部30の形状はこれに限定されない。第1凸部30の形状は、軸方向の断面視において、例えば、略三角形形状を有していてもよい。つまり、第1凸部30の斜面33は、軸方向に対して傾斜した方向に沿って延びていてもよい。また、第1凸部30の断面形状が三角形形状を有する場合、第1凸部30は、径方向に間隔を空けず、互いに隣接して設けられていてもよい。
また、図3に示す例では、底部21の内面は略平坦であるがこれに限定されない。例えば、底部21の内面には、第1凸部30に対応する位置に凹部が形成されていてもよい。
[第2実施形態]
図4を参照しながら、第2実施形態である円筒形電池10について説明する。図4は、外装缶20の底部21の外面21Aの平面図である。なお、図4では、第2凸部40が設けられている領域をハッチングして示している。以下では、第1実施形態と共通する構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、主に第1実施形態との相違点を説明する。
図4を参照しながら、第2実施形態である円筒形電池10について説明する。図4は、外装缶20の底部21の外面21Aの平面図である。なお、図4では、第2凸部40が設けられている領域をハッチングして示している。以下では、第1実施形態と共通する構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、主に第1実施形態との相違点を説明する。
図4に示すように、底部21の外面21Aには、複数の第2凸部40が点在している。これにより、底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上にすることができる。第2凸部40は、第1凸部30と同様に、例えば、底部21をプレス加工することにより形成できる。
第2凸部40は、周期的に配置されていることが好ましい。本実施形態では、底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、第2凸部40は、四角格子の格子点上に配置されている。第2凸部40を周期的に配置することで、底部21の近傍での外気の流れがスムーズになり、底部21の熱がより外気へ放出され易くなる。なお、第2凸部40は、三角格子または六角格子の格子点上に配置されていてもよい。
本実施形態では、図4に示すように、底部21の外面21Aの略全域にわたって第2凸部40が設けられているが、これに限定されない。底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上とすることが可能な範囲内において、第2凸部40は、底部21の外面21Aの一部の領域にのみ設けられていてもよい。例えば、底部21の外面21Aの中央部には、第2凸部40が設けられていない平坦領域が設けられていてもよい。
底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、第2凸部40は略矩形形状を有する。なお、第2凸部40は略真円形状を有していてもよい。また、第2凸部40は、第2凸部40の先端側、すなわち軸方向の下側にいくにつれて、断面積が小さくなる先細り形状を有していてもよい。
底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、底部21の外面21Aの面積に対する第2凸部40が占める面積の割合は、20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。底部21の外面21Aの面積に対する第2凸部40が占める面積の割合を20%以上とすることで、底部21の外面21Aの表面積を増加させることが容易になる。その結果、外装缶20が外気に触れる面積がより増加し、電池内部の熱が、外装缶20を介してより外気へ放出され易くなる。また、底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、底部21の外面21Aの面積に対する第2凸部40が占める面積の割合は、外装缶20の強度を確保しつつ、底部21の外面21Aの表面積を増加させる観点から、50%以下であることが好ましい。よって、底部21の外面21Aの面積に対する第2凸部40が占める面積の割合は、20%以上、50%以下であることが好ましく、25%以上、50%以下であることがより好ましく、30%以上、50%以下であることがさらに好ましい。
第2凸部40の高さは、第1凸部30の高さと同様に、0.01mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることがより好ましく、0.3mm以上であることがさらに好ましい。第2凸部40の高さを0.01mm以上とすることで、底部21の外面21Aの表面積を増加させることが容易になる。その結果、外装缶20が外気に触れる面積がより増加し、電池内部の熱が、外装缶20を介してより外気へ放出され易くなる。また、第2凸部40の高さの上限は、例えば、5.0mmである。よって、第2凸部40の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下であることが好ましく、0.1mm以上、5.0mm以下であることがより好ましく、0.3mm以上、5.0mm以下であることがさらに好ましい。
[第3実施形態]
図5を参照しながら、第3実施形態である円筒形電池10について説明する。図5は、外装缶20の底部21の外面21Aの平面図である。なお、図5では、第3凸部50が設けられている領域をハッチングして示している。以下では、第1および第2実施形態と共通する構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、主に第1および第2実施形態との相違点を説明する。
図5を参照しながら、第3実施形態である円筒形電池10について説明する。図5は、外装缶20の底部21の外面21Aの平面図である。なお、図5では、第3凸部50が設けられている領域をハッチングして示している。以下では、第1および第2実施形態と共通する構成については同じ符号を用いて重複する説明を省略し、主に第1および第2実施形態との相違点を説明する。
図5に示すように、底部21の外面21Aには、任意の第1方向に沿って延びている第3凸部50が複数設けられている。第3凸部50は、底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、第1方向と直交する第2方向に所定の間隔を空けて配置されている。これにより、隣り合う第3凸部50の間には、第2方向に沿って延びる第1スリット51が複数形成される。底部21の外面21Aに複数の第3凸部50を設けることで、底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上にすることができる。第3凸部50は、第1凸部30および第2凸部40と同様に、例えば、底部21をプレス加工することにより形成できる。
第2方向における第3凸部50の間隔、すなわち第1スリット51の第2方向長さ(幅)は、底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上とすることが可能な範囲内において適宜設定可能である。第1スリット51の第2方向長さは、例えば、0.1mm以上、5.0mm以下である。また、第1スリット51の第2方向長さは、底部21の外面21Aの略全域にわたって均一でもよいし、面内で異なっていてもよい。例えば、底部21の中央部側に設けられる第1スリット51の第2方向長さを、底部21の外周側に設けられる第1スリット51の第2方向長さよりも小さくしてもよい。すなわち、第3凸部50を、底部21の外周側に比べ、底部21の中央部側に多く配置してもよい。
底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、底部21の外面21Aの面積に対する第3凸部50が占める面積の割合は、20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。底部21の外面21Aの面積に対する第3凸部50が占める面積の割合を20%以上とすることで、底部21の外面21Aの表面積を増加させることが容易になる。その結果、外装缶20が外気に触れる面積がより増加し、電池内部の熱が、外装缶20を介してより外気へ放出され易くなる。また、底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、底部21の外面21Aの面積に対する第3凸部50が占める面積の割合は、外装缶20の強度を確保しつつ、底部21の外面21Aの表面積を増加させる観点から、50%以下であることが好ましい。よって、底部21の外面21Aの面積に対する第3凸部50が占める面積の割合は、20%以上、50%以下であることが好ましく、25%以上、50%以下であることがより好ましく、30%以上、50%以下であることがさらに好ましい。
本実施形態では、底部21の外面21Aには、第1方向に沿って延びる第2スリット52が形成されている。すなわち、第3凸部50は、第2スリット52により分断されている。第2スリット52を設けることにより、底部21の外側に滞留する外気が、第2スリット52を介して底部21の中央部側へ流通する。その結果、底部21の中央部側の熱が、より外気へ放出され易くなる。よって、底部21の外面21Aに第2スリット52を設けることにより、円筒形電池10の放熱性をより向上させることができる。
なお、第2スリット52の数は1つに限定されず、複数であってもよい。底部21の外面21Aに複数の第2スリット52を設ける場合、第2スリット52は、第2方向において、等間隔で設けられることが好ましい。
第2スリット52の第1方向長さ(幅)は、特に限定されないが、例えば、0.1mm以上、5.0mm以下である。また、第2スリット52の第1方向長さは、第2方向にわたって一定でもよいし、第2方向において異なっていてもよい。例えば、スリット31の第1方向長さは、底部21の中央部側にいくにつれて小さくなっていてもよい。また、第2スリット52は、全ての第3凸部50を横断することが好ましいが、一部の第3凸部50を横断していなくてもよい。つまり、一部の第3凸部50は、第1方向に連続して延伸していてもよい。
第3凸部50の高さは、第1凸部30および第2凸部40の高さと同様に、0.01mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることがより好ましく、0.3mm以上であることがさらに好ましい。第3凸部50の高さを0.01mm以上とすることで、底部21の外面21Aの表面積を増加させることが容易になる。その結果、外装缶20が外気に触れる面積がより増加し、電池内部の熱が、外装缶20を介してより外気へ放出され易くなる。また、第3凸部50の高さの上限は、例えば、5.0mmである。よって、第3凸部50の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下であることが好ましく、0.1mm以上、5.0mm以下であることがより好ましく、0.3mm以上、5.0mm以下であることがさらに好ましい。
第3凸部50の第2方向長さ(幅)は、底部21の外面21Aの表面積を、底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上とすることが可能な範囲内において適宜設定可能である。第3凸部50の第2方向長さ(幅)は、例えば、0.01mm以上、5.0mm以下である。
なお、上記の実施形態は、本開示の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。例えば、上記の第1~第3実施形態では、底部21の外面21Aに凸部を設けることにより、底部21の外面21Aの表面積を底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上としているが、これに限定されない。例えば、底部21の外面21Aに凹部を設けることにより、底部21の外面21Aの表面積を底部21の外面21Aの投影面積の1.2倍以上としてもよい。その場合、底部21の外面21Aを上方から見下ろして平面視したときに、底部21の外面21Aの面積に対する当該凹部の面積は、20%以上、50%以下であることが好ましく、25%以上、50%以下であることがより好ましく、30%以上、50%以下であることがさらに好ましい。
本開示は、以下の実施形態によりさらに説明される。
構成1:正極と負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、底部を有し、前記電極体を収容する円筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部を塞ぐ封口体と、を備える円筒形電池であって、前記底部の外面の表面積は、前記底部の外面の投影面積の1.2倍以上である、円筒形電池。
構成2:前記底部の外面には、略環状形状を有する第1凸部が複数設けられている、構成1に記載の円筒形電池。
構成3:前記底部の外面には、径方向に沿って設けられ、前記第1凸部を周方向に分断するスリットが設けられている、構成2に記載の円筒形電池。
構成4:前記底部の外面には、前記スリットが複数設けられており、複数の前記スリットは、周方向において、互いに等角度間隔で設けられている、構成3に記載の円筒形電池。
構成5:前記第1凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、構成2~4のいずれか1つに記載の円筒形電池。
構成6:前記第1凸部の径方向長さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、構成2~5のいずれか1つに記載の円筒形電池。
構成7:前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第1凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、構成2~6のいずれか1つに記載の円筒形電池。
構成8:前記底部の外面には、複数の第2凸部が点在している、構成1に記載の円筒形電池。
構成9:前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、複数の前記第2凸部は、三角格子、四角格子、または六角格子の格子点上に配置されている、構成8に記載の円筒形電池。
構成10:前記第2凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、構成8または9に記載の円筒形電池。
構成11:前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第2凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、構成8~10のいずれか1つに記載の円筒形電池。
構成12:前記底部の外面には、第1方向に沿って延びている第3凸部が複数設けられており、前記第3凸部は、前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記第1方向と直交する第2方向に間隔を空けて配置されている、構成1に記載の円筒形電池。
構成13:前記第3凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、構成12に記載の円筒形電池。
構成14:前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第3凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、構成12または13に記載の円筒形電池。
構成1:正極と負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、底部を有し、前記電極体を収容する円筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部を塞ぐ封口体と、を備える円筒形電池であって、前記底部の外面の表面積は、前記底部の外面の投影面積の1.2倍以上である、円筒形電池。
構成2:前記底部の外面には、略環状形状を有する第1凸部が複数設けられている、構成1に記載の円筒形電池。
構成3:前記底部の外面には、径方向に沿って設けられ、前記第1凸部を周方向に分断するスリットが設けられている、構成2に記載の円筒形電池。
構成4:前記底部の外面には、前記スリットが複数設けられており、複数の前記スリットは、周方向において、互いに等角度間隔で設けられている、構成3に記載の円筒形電池。
構成5:前記第1凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、構成2~4のいずれか1つに記載の円筒形電池。
構成6:前記第1凸部の径方向長さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、構成2~5のいずれか1つに記載の円筒形電池。
構成7:前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第1凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、構成2~6のいずれか1つに記載の円筒形電池。
構成8:前記底部の外面には、複数の第2凸部が点在している、構成1に記載の円筒形電池。
構成9:前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、複数の前記第2凸部は、三角格子、四角格子、または六角格子の格子点上に配置されている、構成8に記載の円筒形電池。
構成10:前記第2凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、構成8または9に記載の円筒形電池。
構成11:前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第2凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、構成8~10のいずれか1つに記載の円筒形電池。
構成12:前記底部の外面には、第1方向に沿って延びている第3凸部が複数設けられており、前記第3凸部は、前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記第1方向と直交する第2方向に間隔を空けて配置されている、構成1に記載の円筒形電池。
構成13:前記第3凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、構成12に記載の円筒形電池。
構成14:前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第3凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、構成12または13に記載の円筒形電池。
10 円筒形電池、11 正極、12 負極、13 セパレータ、14 電極体、15 絶縁板、16 絶縁板、17 正極リード、18 負極リード、19 封口体、20 外装缶、21 底部、21A 外面、22 側壁部、23 溝入部、24 内部端子板、24A 外周部、24B 中央部、24C 通気孔、25 絶縁部材、25A 開口部、25B 通気孔、26 外部端子板、26A 弁部、27 ガスケット、30 第1凸部、31 スリット、32 平坦領域、33 斜面、40 第2凸部、50 第3凸部、51 第1スリット、52 第2スリット
Claims (14)
- 正極と負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、
底部を有し、前記電極体を収容する円筒状の外装缶と、
前記外装缶の開口部を塞ぐ封口体と、
を備える円筒形電池であって、
前記底部の外面の表面積は、前記底部の外面の投影面積の1.2倍以上である、円筒形電池。 - 前記底部の外面には、略環状形状を有する第1凸部が複数設けられている、請求項1に記載の円筒形電池。
- 前記底部の外面には、径方向に沿って設けられ、前記第1凸部を周方向に分断するスリットが設けられている、請求項2に記載の円筒形電池。
- 前記底部の外面には、前記スリットが複数設けられており、
複数の前記スリットは、周方向において、互いに等角度間隔で設けられている、請求項3に記載の円筒形電池。 - 前記第1凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、請求項2に記載の円筒形電池。
- 前記第1凸部の径方向長さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、請求項2に記載の円筒形電池。
- 前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第1凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、請求項2に記載の円筒形電池。
- 前記底部の外面には、複数の第2凸部が点在している、請求項1に記載の円筒形電池。
- 前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、複数の前記第2凸部は、三角格子、四角格子、または六角格子の格子点上に配置されている、請求項8に記載の円筒形電池。
- 前記第2凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、請求項8に記載の円筒形電池。
- 前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第2凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、請求項8に記載の円筒形電池。
- 前記底部の外面には、第1方向に沿って延びている第3凸部が複数設けられており、
前記第3凸部は、前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記第1方向と直交する第2方向に間隔を空けて配置されている、請求項1に記載の円筒形電池。 - 前記第3凸部の高さは、0.01mm以上、5.0mm以下である、請求項12に記載の円筒形電池。
- 前記底部の外面を上方から見下ろして平面視したときに、前記底部の外面の面積に対する、前記第3凸部が占める面積の割合は、20%以上、50%以下である、請求項12に記載の円筒形電池。
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-
2024
- 2024-10-03 WO PCT/JP2024/035419 patent/WO2025094579A1/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1125932A (ja) * | 1997-06-27 | 1999-01-29 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 密閉型電池の放熱構造 |
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