JP2017224426A - 円筒形電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】外装缶の開口部と封口体の間の封止部からの電解液の染み出しによる漏液を防止することを目的とする。【解決手段】本発明の一態様に係る円筒形電池は、電極体と、電解液と、電極体及び電解液を収容する有底円筒状の外装缶と、外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定される封口体とを有している。ガスケットの先端部が外装缶の開口部とともに封口体の中心に向けて折り曲げられ、外装缶と封口体の間から先端部を含むガスケットの一部が露出している。ガスケットには、その先端部から封口体の外周方向に向けてスリットが形成されている。【選択図】図2
Description
本発明は、耐漏液性に優れた円筒形電池に関する。
円筒形電池は複数の電池を直列又は並列に接続して組電池に加工するのに適しているため、ノートパソコンのような小型の電子機器のみならず電動工具、電動アシスト自転車、及び電気自動車などの駆動電源としても広く用いられている。そのため、円筒形電池には高温多湿といった過酷な使用環境下でも長期間に亘って高い信頼性を発揮することが求められている。
円筒形電池には電極体や電解液を収容する外装体として有底筒状の金属製の外装缶が一般的に用いられている。電極体や電解液を外装缶へ収容した後に、封口体を外装缶の開口部に取り付けることによって電池内部が密閉される。
図5は特許文献1に開示された円筒形電池の上部断面図である。外装缶53の開口部の側面に溝入れ部53aが形成されており、その溝入れ部53a上にガスケット52と封口体51が配置されている。封口体51を外装缶53の開口部にガスケット52を介してかしめ固定される。封口体51を外装缶53にかしめ固定する際に、ガスケット52が外装缶53と封口体51によって圧縮されている。ガスケット52の圧縮率を適正値に調整することによって外装缶53とガスケット52の間、及び封口体51とガスケット52の間の気密性が確保される。
特許文献1は、ガスケットの基材樹脂層の表面にブロン樹脂又はアクリル樹脂からなる樹脂層を形成することで円筒形電池の密閉性を高める技術を開示している。特許文献2及び3は、円筒形電池の密閉性を高めるために外装缶とガスケットの間、及び封口体とガスケットの間にピッチを主成分とする封止剤を塗布することを開示している。
特許文献1〜3に開示されているように、外装缶と封口体の間の封止部の気密性を確保すれば、外装缶や封口体に問題がない限り電池内部の電解液が外部へ漏れる経路は存在しないように思われる。
ところが、電池内部が密閉されているにも関わらず電池の製造後に電解液が外装缶の開口部と封口体の間の封止部から染み出して漏液し、外装缶の錆びや汚れといった外観不良が発生する場合がある。その原因は次のように推測される。封口体を外装缶にかしめ固定する際に、ガスケットの先端部は封口体の中心に向けて折り曲げられる。このとき、ガスケットの先端部は大きな圧縮応力を受けるため、その先端部に波打ち状の皺が発生する場合がある。そのような皺が発生すると、電解液の注液工程で外装缶の開口部の近傍に付着した電解液がガスケットの先端部に残留する。残留した電解液の一部が電池の洗浄工程によっても取り除かれずに電池の組立後に電池外部へ染み出して外装缶の錆びや汚れといっ
た外観不良を引き起こす。
た外観不良を引き起こす。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、ガスケットの先端部に皺が発生するのを防止することにより、外装缶と封口体の間の封止部からの電解液の染み出しによる漏液を防止することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の一態様に係る円筒形電池は、電極体と、電解液と、電極体及び電解液を収容する有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定される封口体と、を有している。ガスケットの先端部が外装缶の開口部とともに封口体の中心に向けて折り曲げられ、外装缶と封口体の間から先端部を含むガスケットの一部が露出している。ガスケットには、その先端部から封口体の外周方向に向けてスリットが形成されている。
本発明の一態様によれば、外装缶の開口部にガスケットを介して封口体をかしめ固定する際に、ガスケットの先端部に皺が生じにくくなるため外装缶と封口体の間の封止部からの電解液の染み出しによる漏液が防止される。
以下、本発明を実施するための形態について円筒形の非水電解質二次電池を用いて説明する。本発明は下記の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
図1は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池10の断面斜視図である。外装缶21には電極体16と非水電解液が収容されている。電極体16の上部及び下部にそれぞれ上部絶縁板17及び下部絶縁板18が配置されている。外装缶21の開口部にガスケット20を介して封口体19がかしめ固定されている。ガスケット20は外装缶21と封口体19によって圧縮されている。
ガスケット20には弾性を有する絶縁性の樹脂を用いることができる。そのような樹脂としてポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、及びナイロンが例示される。
図2は封口体19側から見た非水電解質二次電池10の平面図である。図2に示すように、外装缶21の開口部と封口体19の間から先端部20bを含むガスケット20の一部が露出して露出部20aを形成している。そのガスケット20には先端部20bから封口体19の外周方向に向けてスリット20cが形成されている。スリット20cは封口体19の半径方向に沿って形成することが好ましい。スリット20cは先端部20bから露出部20aを越えて形成してもよい。しかし、封口体19の半径方向を基準として、図3に示す露出部20aの長さL1とスリット20cの長さL2が0.2≦L2/L1<1を満たすようにスリット20cを形成することが好ましい。これにより、外装缶21と封口体
19との短絡が効果的に防止される。本実施形態のように、スリット20cが封口体19の半径方向に沿って形成されていることが好ましく、スリット20cの長さL2は封口体10の半径方向においてスリット20cの最大長さを示す部分を基準として決定される。
19との短絡が効果的に防止される。本実施形態のように、スリット20cが封口体19の半径方向に沿って形成されていることが好ましく、スリット20cの長さL2は封口体10の半径方向においてスリット20cの最大長さを示す部分を基準として決定される。
非水電解質二次電池10に装着される前のガスケット20は、図4に示すように筒状部20dを有している。ガスケット20は外装缶21に設けられた溝入れ部上に配置され、その筒状部20dの内部に封口体19が挿入された状態で封口体19が外装缶21にかしめ固定される。封口体19を外装缶21にかしめ固定する際にガスケット20の先端部20bが外装缶21の開口部とともに封口体19の中心側に折り曲げられる。このとき、ガスケット20の先端部20bが受ける圧縮応力がスリット20cによって緩和されるため、ガスケット20の先端部20bに皺が発生するのが防止される。
封口体19を外装缶21にかしめ固定する際に、ガスケット20の先端部20b側ほど大きな圧縮応力を受けるため、ガスケット20には図4に示すように予め先端部20b側が幅広となるように三角形状のスリット20cを形成することが好ましい。ガスケット20が受ける圧縮応力を緩和できる条件の下で、スリット20cの形状は四角形状など他の形状に任意に変更することは可能である。電池装着後のスリット20cの幅は電池装着前の幅に比べると小さくなるが、電池装着前後でスリット20cは先端部20b側が幅広となる三角形状を維持することができる。電池装着前のスリット20cの幅を調整して、電池装着後のスリット20cの平面形状を直線状にすることもできる。この場合、スリット20cの幅がゼロになってもよい。
スリット20cはガスケット20の複数の位置に形成することが好ましく、スリット20cの合計数は4個以上12個以下であることが好ましい。スリット20cをガスケット20の複数の位置に形成する場合は、スリット20を形成する位置をガスケット20の先端部20bに沿って均等の間隔で配置することが好ましい。
図3中のWは、ガスケット20の先端部20bにおけるスリット20cの幅を示している。そのスリット20cの幅Wの合計はガスケット20の先端部20bの長さの20%以下であることが好ましい。ガスケット20の先端部20bの長さにはスリット20cの幅Wは含まれない。
電極体16は、正極板11と負極板12をセパレータ13を介して巻回して作製される。正極板11及び負極板12は、例えば金属箔からなる芯体上に活物質と結着剤を含む合剤スラリーを塗布し、乾燥して芯体上に合剤層を形成して作製することができる。正極板11及び負極板12にはそれぞれ正極リード14及び負極リード15が接続されている。さらに、正極リード14は封口体19に接続され、負極リード15は外装缶21の底部に接続される。これにより、封口体19が正極外部端子として機能し、外装缶21が負極外部端子として機能する。
正極活物質として、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出することができる材料から適宜選択して使用することができる。例えば、LiMO2(MはCo、Ni、及びMnの少なくとも1種)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、LiMn2O4、及び、LiFePO4などを用いることができる。これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの正極活物質はジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、及びチタンの少なくとも1種を添加して、又は遷移金属元素と置換して用いることもできる。
負極活物質として、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出することができる材料から適宜選択して使用することができる。例えば、人造黒鉛及び天然黒鉛などの炭素材料、並び
にケイ素及び酸化ケイ素などのケイ素材料を用いることができる。これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
にケイ素及び酸化ケイ素などのケイ素材料を用いることができる。これらは単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
セパレータとしては、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィンを主成分とする微多孔膜を用いることができる。微多孔膜は1層単独で又は2層以上を積層して用いることができる。2層以上の積層セパレータにおいては、融点が低いポリエチレン(PE)を主成分とする層を中間層に、耐酸化性に優れたポリプロピレン(PP)を表面層とすることが好ましい。さらに、セパレータには酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)及び酸化ケイ素(SiO2)のような無機粒子を添加することができる。このような無機粒子はセパレータ中に担持させることができ、セパレータ表面に結着剤とともに塗布することもできる。
電解液として、非水溶媒に電解質塩としてのリチウム塩が溶解した非水電解液を用いることができる。
非水溶媒として、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状カルボン酸エステルを用いることができ、これらは2種以上を混合して用いることが好ましい。環状炭酸エステルとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)及びブチレンカーボネート(BC)が例示される。また、フルオロエチレンカーボネート(FEC)のように、水素の一部をフッ素で置換した環状炭酸エステルを用いることもできる。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)及びメチルプロピルカーボネート(MPC)などが例示される。環状カルボン酸エステルとしてはγ−ブチロラクトン(γ−BL)及びγ−バレロラクトン(γ−VL)が例示され、鎖状カルボン酸エステルとしてはピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、メチルイソブチレート及びメチルプロピオネートが例示される。
電解質塩に用いることができるリチウム塩として、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiAsF6、LiClO4、Li2B10Cl10及びLi2B12Cl12が例示される。これらの中でもLiPF6が特に好ましく、非水電解質中の濃度は0.5〜2.0mol/Lであることが好ましい。LiPF6にLiBF4など他のリチウム塩を混合することもできる。
以下、本発明の一実施形態である円筒形の非水電解質二次電池10の具体的な実施例について説明する。
(正極板の作製)
正極活物質として式LiNi0.8Co0.15Al0.05O2で表されるリチウムニッケル複合酸化物を用いた。その正極活物質と、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を質量比で100:2.5:1.7の割合になるように混合した。その混合物を分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンに投入し、混練して正極合剤スラリーを作製した。その正極合剤スラリーをアルミニウム箔からなる正極芯体の両面にドクターブレード法により塗布し、乾燥して正極合剤層を形成した。このとき、正極芯体の一部に正極合剤層が形成されていない正極芯体露出部を設けた。最後に、正極合剤層をローラーで圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断して正極板11を作製した。
正極活物質として式LiNi0.8Co0.15Al0.05O2で表されるリチウムニッケル複合酸化物を用いた。その正極活物質と、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を質量比で100:2.5:1.7の割合になるように混合した。その混合物を分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンに投入し、混練して正極合剤スラリーを作製した。その正極合剤スラリーをアルミニウム箔からなる正極芯体の両面にドクターブレード法により塗布し、乾燥して正極合剤層を形成した。このとき、正極芯体の一部に正極合剤層が形成されていない正極芯体露出部を設けた。最後に、正極合剤層をローラーで圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断して正極板11を作製した。
(負極板の作製)
負極活物質としての黒鉛と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を質量比で100:0.6:1の割合になるように混合した。その混合物を分散媒としての水に投入し、混練して負極合剤スラリーを作製した。その負極合剤スラリーを銅箔からなる負極芯体の両面にドクターブレード法により塗布し、乾燥して負極合剤層を形成した。このとき、負極芯体の一部に負極合剤層が形成されていない負極芯体露出部を設けた。最後に、負極合剤層をローラーで圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断して負極板12を作製した。
負極活物質としての黒鉛と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を質量比で100:0.6:1の割合になるように混合した。その混合物を分散媒としての水に投入し、混練して負極合剤スラリーを作製した。その負極合剤スラリーを銅箔からなる負極芯体の両面にドクターブレード法により塗布し、乾燥して負極合剤層を形成した。このとき、負極芯体の一部に負極合剤層が形成されていない負極芯体露出部を設けた。最後に、負極合剤層をローラーで圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断して負極板12を作製した。
(電極体の作製)
正極板11の正極芯体露出部に正極リード14を超音波溶接で取り付けた。また、負極板12の負極芯体露出部に負極リード15を超音波溶接で取り付けた。そして、正極板11と負極板12をポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ13を介した状態で巻回し、巻き終り部を巻き止めテープで固定して電極体16を作製した。
正極板11の正極芯体露出部に正極リード14を超音波溶接で取り付けた。また、負極板12の負極芯体露出部に負極リード15を超音波溶接で取り付けた。そして、正極板11と負極板12をポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ13を介した状態で巻回し、巻き終り部を巻き止めテープで固定して電極体16を作製した。
(非水電解液の調製)
エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比2:2:6の割合(1気圧、25℃)で混合して非水溶媒を調製した。その非水溶媒に電解質塩としてのLiPF6を1M(モル/リットル)になるように溶解して非水電解液を調製した。
エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比2:2:6の割合(1気圧、25℃)で混合して非水溶媒を調製した。その非水溶媒に電解質塩としてのLiPF6を1M(モル/リットル)になるように溶解して非水電解液を調製した。
(ガスケットの作製)
ガスケット20はポリプロピレン(PP)樹脂を図4に示す形状に射出成型して作製した。ガスケット20の先端部20bに6つのスリットを形成した。スリット20cの平面形状はガスケット20の先端部20b側が幅広となる三角形状とした。
ガスケット20はポリプロピレン(PP)樹脂を図4に示す形状に射出成型して作製した。ガスケット20の先端部20bに6つのスリットを形成した。スリット20cの平面形状はガスケット20の先端部20b側が幅広となる三角形状とした。
(非水電解質二次電池の作製)
電極体16の上下にそれぞれ上部絶縁板17と下部絶縁板18を配置し、電極体16を有底筒状の外装缶21に挿入した。外装缶21の底部に負極リード15を接続し、外装缶21の開口部の近傍に溝入れ部を形成した。そして、正極リード14を封口体19に接続し、外装缶21の内部へ非水電解液を注液した。最後に、ガスケット20を介して封口体19を外装缶21にかしめ固定して非水電解質二次電池10を作製した。
電極体16の上下にそれぞれ上部絶縁板17と下部絶縁板18を配置し、電極体16を有底筒状の外装缶21に挿入した。外装缶21の底部に負極リード15を接続し、外装缶21の開口部の近傍に溝入れ部を形成した。そして、正極リード14を封口体19に接続し、外装缶21の内部へ非水電解液を注液した。最後に、ガスケット20を介して封口体19を外装缶21にかしめ固定して非水電解質二次電池10を作製した。
(外観検査)
上記のようにして作製した非水電解質二次電池のガスケットの先端部に皺が発生していなかった。また、作製した電池を洗浄した後、一定期間放置して電池の外観を目視で確認したところ、外装缶や封口体の錆びや汚れといった外観不良が発生しておらず、電解液の染み出しによる漏液が防止されていることが確認された。
上記のようにして作製した非水電解質二次電池のガスケットの先端部に皺が発生していなかった。また、作製した電池を洗浄した後、一定期間放置して電池の外観を目視で確認したところ、外装缶や封口体の錆びや汚れといった外観不良が発生しておらず、電解液の染み出しによる漏液が防止されていることが確認された。
以上、本発明の一実施形態として円筒形非水電解質二次電池を用いたが、本発明は非水電解質二次電池に限らず、例えば、アルカリ水溶液を用いたニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などの円筒形電池にも広く適用することが可能である。
本発明は、外装缶の開口部と封口体の間の封止部からの電解液の染み出しによる漏液を効果的に防止することができる。そのため、円筒形電池を大量生産する場合の歩留りの改善効果が期待されるため、本発明の産業上の利用可能性は大きい。
10 非水電解質二次電池
11 正極板
12 負極板
13 セパレータ
16 電極体
19 封口体
20 ガスケット
20a 露出部
20b 先端部
20c スリット
21 外装缶
11 正極板
12 負極板
13 セパレータ
16 電極体
19 封口体
20 ガスケット
20a 露出部
20b 先端部
20c スリット
21 外装缶
Claims (6)
- 電極体と、電解液と、前記電極体及び前記電解液を収容する有底円筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部にガスケットを介してかしめ固定される封口体と、を備え、
前記ガスケットの先端部が前記外装缶の開口部とともに前記封口体の中心に向けて折り曲げられ、
前記外装缶と前記封口体の間から前記先端部を含む前記ガスケットの一部が露出している露出部が存在し、
前記ガスケットには、前記先端部から前記封口体の外周方向に向けてスリットが形成されている円筒形電池。 - 前記スリットが前記ガスケットの複数の位置に形成されている請求項1に記載の円筒形電池。
- 前記スリットを形成する位置が前記ガスケットの先端部に沿って均等の間隔で配置されている請求項2に記載の円筒形電池。
- 前記スリットが前記ガスケットの先端部側が幅広となる平面形状を有する請求項1から3のいずれかに記載の円筒形電池。
- 前記ガスケットの先端部における前記スリットの幅の合計は、前記ガスケットの先端部の長さに対して20%以下である請求項1から4のいずれかに記載の円筒形電池。
- 前記封口体の半径方向を基準として、前記露出部の長さL1と前記スリットの長さL2が、0.2≦L2/L1<1を満たす請求項1から5のいずれかに記載の円筒形電池。
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CN113243059A (zh) * | 2018-12-28 | 2021-08-10 | 松下知识产权经营株式会社 | 电池 |
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