JP4107722B2

JP4107722B2 - Sealed battery

Info

Publication number: JP4107722B2
Application number: JP20210198A
Authority: JP
Inventors: 謙助中谷; 章黒田; 雅統大木; 拓磨森下
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: JP2000036293A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属外装缶の開口部を封口する封口体を備えた密閉型電池に係わり、主として過充電時や短絡時においても電流を遮断させることのできる封口体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、パソコン、ビデオカメラ、ＡＶ機器などのポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの電源としては、高容量化したニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池等の各種のアルカリ蓄電池や、リチウムイオン電池に代表される有機電解液二次電池が適している。
【０００３】
ところで、有機電解液二次電池では、充電器を含む機器の故障や過充電あるいは誤使用などが生じた場合、電池内部の発電要素が化学変化を起こす。例えば、過充電や短絡などによる異常反応により電解液や活物質が分解して、電池内部に異常にガスが発生して電池内圧が過大となる。そのような場合には、電池が破裂したり、使用機器に損傷を与えるなどのおそれがあるため、この種の電池には安全機能が従来から付加されている。
【０００４】
すなわち、電池内圧が設定値を超えたときに、その内圧を受けた弁体が内圧方向（内圧が拡散していく方向）に押圧されて変形することにより、導電部材の薄肉部を破断させるか、または弁体と導電部材との溶着部を剥離させて、過充電や短絡の発生の初期段階で通電電流を遮断して異常反応を停止させ、充電電流または短絡電流による電池の温度上昇や電池内圧の上昇を抑えて、電池の発火や破裂を未然に防止する。また、有機電解液二次電池では、電解液が電池の外部に漏れ出ると、この電解液が有機質であることから電池使用機器を腐食するといった不都合が生じるので、電池の金属外装缶の開口部は封口体によって漏液を完全に防止するよう液密に封口する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この種の用途に用いられる封口体では、フランジ部と電池外部に向けて膨出する凸部とからなるキャップと、フランジ部と電池内部に向けて膨出する凹部とからなる底板と、キャップと底板との間に配置されて電池内圧が上昇することにより変形して底板との電気的接続を遮断させる電力導出板とを備えるとともに、底板のフランジ部の端部を内方にかしめ加工することにより、封口体用絶縁ガスケットの周縁部から立ち上がった筒状部を内方に屈曲させて圧縮し、圧縮された封口体用絶縁ガスケットによって絶縁性と共に液密性を得るようになされた封口体を構成するようにしている。
【０００６】
そして、このように構成される封口体をリング状の外装缶用絶縁ガスケットを介して金属外装缶の開口部内に収容した後、金属外装缶の開口端部を内方にかしめ加工することにより、その金属外装缶によってリング状の外装缶用絶縁ガスケットの周縁部から立ち上がった筒状部を内方に屈曲させて圧縮し、圧縮された外装缶用絶縁ガスケットによって絶縁性と共に液密性を得るようにしている。
【０００７】
しかしながら、上述した封口体にあっては、底板のフランジ部の端部を内方にかしめ加工するだけであるため、電池内部に異常にガスが発生して電池内圧が過大となった場合には、底板のフランジ部と封口体用絶縁ガスケットとの間に隙間が発生して、この隙間を通してガスあるいは電解液が電池の外部に漏れ出るという問題を生じた。また、封口体用絶縁ガスケットと電力導出板との間に隙間が発生した場合は、この隙間を通してガスあるいは電解液が封口体内に漏れ出るという問題を生じた。
【０００８】
また、封口体用絶縁ガスケットと電力導出板との間に隙間が生じると、この電力導出板が通電電流を遮断して異常反応を停止させる作動圧にばらつきを生じるという問題も生じた。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、電解液が漏れ出ないとともに、通電電流を遮断する作動圧が均一な封口体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明は、上記の課題を解決するため、セパレータを介して正・負極板を積層した電極体を収納する金属外装缶の開口部を外装缶用絶縁ガスケットを介して封口する封口体を備えた密閉型電池であって、前記封口体が、フランジ部と電池外部に向けて膨出する凸部とからなるキャップと、フランジ部と電池内部に向けて膨出する凹部とからなる底板と、前記キャップと前記底板との間に配置されて電池内圧が上昇することにより変形して前記底板との電気的接続を遮断させる電力導出板と、前記キャップと前記底板との間に周辺部に配置される封口体用絶縁ガスケットとを備え、前記封口体用絶縁ガスケットの下面と前記底板のフランジ部の上面との接触部が熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化されているとともに、前記電力導出板の下面と前記封口体用絶縁ガスケットの上面との接触部が熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化されて、前記底板のフランジ部の端部が前記封口体用絶縁ガスケットを介して前記キャップのフランジ部にかしめ付けされていることを特徴とする密閉型電池を提供するものである。
【００１０】
上記のように封口体用絶縁ガスケットの下面と底板のフランジ部の上面との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させると、電池内部に異常にガスが発生して電池内圧が過大となった場合であっても、底板のフランジ部と封口体用絶縁ガスケットとの間に隙間が生じることがないため、この隙間を通してガスあるいは電解液が電池の外部に漏れ出るという問題は生じない。
【００１１】
そして、電力導出板の下面と封口体用絶縁ガスケットの上面との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させるようにすると、電池内部に異常にガスが発生して電池内圧が過大となった場合であっても、封口体用絶縁ガスケットと電力導出板との間に隙間が生じないため、この隙間を通してガスあるいは電解液が封口体内に漏れ出るという問題も生じなくなる。また、電力導出板の下面と封口体用絶縁ガスケットの上面との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させるようにすると、これらの接触部での結着度が強固になるため、電力導出板が変形して反転する径が広がらなくなるため、電力導出板が変形するための作動圧が均一になる。
【００１２】
さらに、電力導出板を兼ねるガス排出弁の表面の凹凸を０．００２ｍｍ以下になるように平滑にしたものを用いると、封口体用絶縁ガスケットと電力導出板との間の密着性が向上するため、これらの接触部での結着度がさらに強固になるため、電力導出板が変形して反転する径がさらに広がらなくなって、電力導出板が変形するための作動圧がさらに均一になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の密閉型電池をリチウムイオン電池に適用した場合の好ましい実施の形態を図に基づいて説明する。なお、図１は本発明の封口体の一部破断図であり、図２は本発明の封口体をリチウムイオン電池の外装缶に取り付けた状態を示す断面図である。図３は封口体の電力導出板が作動した状態を示す一部破断図であり、図３（ａ）は参考例の作動状態を示す図であり、図３（ｂ）は実施例１の作動状態を示す図であり、図３（ｃ）は実施例２の作動状態を示す図である。
【００１４】
１．封口体の作製
本発明の封口体１０は、逆皿状（キャップ状）に形成されたステンレス製の正極キャップ１１と、皿状に形成されたステンレス製の底板１４とから構成される。正極キャップ１１は、電池外部に向けて膨出する凸部１２と、この凸部１２の底辺部を構成する平板状のフランジ部１３とからなり、凸部１２の角部には複数のガス抜き孔１２ａを設けている。一方、底板１４は、電池内部に向けて膨出する凹部１５と、この凹部１５の底辺部を構成する平板状のフランジ部１６とからなる。凹部１５の角部にはガス抜き孔１５ａが設けられている。
【００１５】
これらの正極キャップ１１と底板１４との内部には、電池内部のガス圧が上昇して所定の圧力以上になると変形する電力導出板１７が収容されている。この電力導出板１７は弁部材となるものであって、凹部１７ａとフランジ部１７ｂとからなり、例えば、厚みが０．２ｍｍで表面の凹凸が０．００５ｍｍのアルミニウム箔から構成される。凹部１７ａの最低部は底板１４の凹部１５の上表面に接触して配設されており、フランジ部１７ｂは正極キャップ１１のフランジ部１３と底板１４のフランジ部１６との間に狭持される。
【００１６】
フランジ部１７ｂの上部の一部には、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ素子１８が配設され、電池内に過電流が流れて異常な発熱現象を生じると、このＰＴＣサーミスタ素子１８の抵抗値が増大して過電流を減少させる。そして、電池内部のガス圧が上昇して所定の圧力以上になると電力導出板１７の凹部１７ａは変形するため、電力導出板１７と底板１４の凹部１５との接触が遮断されて過電流あるいは短絡電流が遮断されるようになる。
【００１７】
そして、底板１４のフランジ部１６の上にポリプロピレン（ＰＰ）製の封口体用ガスケット１９を載置するとともに、この封口体用ガスケット１９の上に電力導出板１７のフランジ部１７ｂおよびＰＴＣサーミスタ素子１８を載置する。この後、底板１４のフランジ部１６の端部を内方にかしめ加工することにより、正極キャップ１１は封口体用ガスケット１９を介して底板１４のフランジ部１６により封口される。
【００１８】
ここで、封口体用絶縁ガスケット１９の下面と底板１４のフランジ部１６の上面との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させたものを参考例の封口体１０ａとする。また、封口体用絶縁ガスケット１９の下面と底板１４のフランジ部１６の上面との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させるとともに、電力導出板１７のフランジ部１７ｂの下面と封口体用絶縁ガスケット１９の上面との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させたものを実施例１の封口体１０ｂとする。
【００１９】
さらに、表面の凹凸を０．００２ｍｍ以下になるように平滑にした電力導出板１７を用い、封口体用絶縁ガスケット１９の下面と底板１４のフランジ部１６の上面との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させるとともに、電力導出板１７のフランジ部１７ｂの下面と封口体用絶縁ガスケット１９の上面との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させたものを実施例２の封口体１０ｃとする。なお、表面を平滑にしない電力導出板１７を用い、かつ封口体用絶縁ガスケット１９と底板１４および電力導出板１７とを密着一体化させないで構成したものを比較例の封口体１０ｄとする。
【００２０】
ついで、上述したように構成した封口体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを用いたリチウムイオン電池の作製法について説明する。
【００２１】
２．電極体の作製
天然黒鉛よりなる負極活物質とポリビニリデンフルオライト（ＰＶＤＦ）よりなる結着剤等とを、Ｎ−メチルピロリドンからなる有機溶剤等に溶解したものを混合して、スラリーあるいはペーストとする。これらのスラリーあるいはペーストを、スラリーの場合はダイコーター、ドクターブレード等を用いて、ペーストの場合はローラコーティング法等により金属芯体（例えば、銅箔）の両面の全面にわたって均一に塗布して、活物質層を塗布した負極板を形成する。この後、活物質層を塗布した負極板を乾燥機中を通過させて、スラリーあるいはペースト作製に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させる。この乾燥負極板をロールプレス機により圧延して負極板２１とする。
【００２２】
一方、ＬｉＣｏＯ₂からな正極活物質と、アセチレンブラック、グラファイト等の炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライト（ＰＶＤＦ）よりなる結着剤等とを、Ｎ−メチルピロリドンからなる有機溶剤等に溶解したものを混合して、スラリーあるいはペーストとする。なお、スラリーあるいはペースト中にポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、セルロース等の添加剤を添加してもよい。これらのスラリーあるいはペーストを、スラリーの場合はダイコーター、ドクターブレード等を用いて、ペーストの場合はローラコーティング法等により金属芯体（例えば、アルミニウム箔）の両面に均一に塗布して、活物質層を塗布した正極板を形成する。この後、活物質層を塗布した正極板を乾燥機中を通過させて、スラリーあるいはペースト作製に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させる。乾燥後、この乾燥正極板をロールプレス機により圧延して正極板２２とする。
【００２３】
上述のようにして作製した負極板２１と正極板２２とを、有機溶媒との反応性が低く、かつ安価なポリオレフィン系樹脂からなる微多孔膜、好適にはポリエチレン製微多孔膜（セパレータ）２３を間にして重ね合わせ、図示しない巻き取り機により卷回する。この後、最外周をテープ止めして渦巻状電極体とする。
【００２４】
３．リチウムイオン電池の作製
ついで、１枚板からプレス加工により成形したステンレス製の負極端子を兼ねる有底筒状の円筒形外装缶２０の開口部より、上述のようにして作製した渦巻状電極体の上下にそれぞれ絶縁板２４，２４を配置した後、この渦巻状電極体を外装缶２０内に挿入する。このとき、渦巻状電極体の負極板２１より延出する負極導電タブ２１ａを外装缶２０に溶接する。一方、渦巻状電極体の正極板２２より延出する正極導電タブ２２ａを封口体１０の底板１４の凹部１５の下面に溶接する。
【００２５】
この後、外装缶２０内にエチレンカーボネート（ＥＣ）３０重量部とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）７０重量部よりなる混合溶媒に電解質塩として１ＭＬｉＰＦ₆を添加した電解液を注入する。ついで、外装缶２０の開口部にポリプロピレン（ＰＰ）製の外装缶用ガスケット２５とともに封口体１０を載置し、外装缶２０の上端部を内方にかしめることにより封口して、リチウムイオン電池を作製する。
【００２６】
ここで、参考例の封口体１０ａを用いて作製したリチウムイオン電池を電池Ａとし、実施例１の封口体１０ｂを用いて作製したリチウムイオン電池を電池Ｂとし、実施例２の封口体１０ｃを用いて作製したリチウムイオン電池を電池Ｃとし、比較例の封口体１０ｄを用いて作製したリチウムイオン電池を電池Ｄとする。
【００２７】
４．漏液実験（保存試験）
上述のように作製した各リチウムイオン電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ２０個ずつ用意して、これらの各２０個ずつのリチウムイオン電池を８０℃の雰囲気中で保存し、それぞれ２０日間、４０日間、６０日間、８０日間経過した後の各リチウムイオン電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの漏液個数を測定すると下記の表１に示すような結果となった。なお、漏液個数は、正極キャップ１１のフランジ部１３の上表面および電力導出板１７の凹部１７ａの上表面に電解液が付着した個数を測定した結果を示すものであって、電解液が乾燥した後に白色に変化するので、この白色を直接あるいはガス抜き孔１２ａを通して目視により観察することにより測定することが可能である。
【００２８】
【表１】

【００２９】
上記表１より明らかなように、参考例の電池Ａは、比較例の電池Ｄよりも漏液個数が減少していることが分かる。これは、参考例の電池Ａにあっては、封口体用絶縁ガスケット１９と底板１４のフランジ部１６との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させているため、電池内圧が上昇しても、封口体用絶縁ガスケット１９と底板１４のフランジ部１６との接触部を通して電解液が電池外部に漏液することが防止できたものと考えられる。
【００３０】
一方、比較例の電池Ｄにあっては、封口体用絶縁ガスケット１９と底板１４のフランジ部１６との接触部を密着一体化させていないため、電池内圧が上昇すると、封口体用絶縁ガスケット１９と底板１４のフランジ部１６との接触部に隙間が生じて、この隙間を通して電解液が電池外部に漏液したためと考えられる。
【００３１】
また、実施例１の電池Ｂおよび実施例２の電池Ｃは、参考例の電池Ａよりも漏液個数が減少していることが分かる。これは、参考例の電池Ａにあっては、電力導出板１７のフランジ部１７ｂと封口体用絶縁ガスケット１９との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させていないために、図３（ａ）に示すように、電池内圧が上昇すると、電力導出板１７のフランジ部１７ｂと封口体用絶縁ガスケット１９との接触部に隙間が生じて、この隙間を通して封口部に電解液が浸入し、電力導出板１７のフランジ部１７ｂとＰＴＣサーミスタ素子１８との間、あるいはＰＴＣサーミスタ素子１８と正極キャップ１１のフランジ部１３との間を通して封口体１０内（具体的には図３（ａ）のＸ点）に漏液したと考えられる。しかしながら、電池Ｂおよび電池Ｃにあっては、電力導出板１７のフランジ部１７ｂと封口体用絶縁ガスケット１９との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させているため、このような現象は生じない。
【００３２】
ついで、電池内部のガス圧が上昇して電力導出板１７の凹部１７aが変形し、電力導出板１７と底板１４の凹部１５との接触が遮断される（即ち、通電電流が遮断される）際の圧力を測定すると、下記の表２に示すような結果となった。なお、ガス圧の測定は以下のようにして行った。即ち、各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれの封口体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄをそれぞれガス圧注入装置の上部に密閉して配置し、各封口体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ内に２ｋｇｆ／ｍｉｎのガスを注入する。そして、ガス圧注入装置と各封口体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの上部との間の抵抗値が無限大（即ち、電力導出板１７が変形して底板１４との電気的接続が遮断された状態）となったときのガス圧を求めた。
【００３３】
【表２】

【００３４】
上記表２より明らかなように、比較例の電池Ｄおよび参考例の電池Ａにおいては、通電電流が遮断される際の圧力のばらつきが大きいことが分かる。これは、電力導出板１７のフランジ部１７ｂと封口体用絶縁ガスケット１９との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化させていないために、電力導出板１７の凹部１７aが変形して反転する径が広がったためと考えられる。
【００３５】
一方、実施例１の電池Ｂおよび実施例２の電池Ｃにあっては、電力導出板１７のフランジ部１７ｂと封口体用絶縁ガスケット１９との接触部を熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化されているため、電力導出板１７の凹部１７aが変形して反転する径がそれほど広がらないためと考えられる。
【００３６】
また、実施例１の電池Ｂと実施例２の電池Ｃとを比較すると、実施例２の電池Ｃの方が実施例１の電池Ｂより通電電流が遮断される際の圧力のばらつきが小さいことが分かる。これは、実施例１の電池Ｂにあっては、表面の凹凸を０．００５ｍｍである電力導出板１７を用いているため、電力導出板１７のフランジ部１７ｂと封口体用絶縁ガスケット１９との接触部の結着度がそれほど強固ではないため、図３（ｂ）に示すように、電力導出板１７の凹部１７aが変形して反転する径が若干広がったためと考えられる。
【００３７】
一方、実施例２の電池にあっては、表面の凹凸を０．００２ｍｍ以下になるように平滑にした電力導出板１７を用いているため、電力導出板１７のフランジ部１７ｂと封口体用絶縁ガスケット１９との接触部が強固に結着されて、図３（ｃ）に示すように、電力導出板１７の凹部１７aが変形して反転する径が広がらないためと考えられる。
【００３８】
なお、上述の実施形態においては、負極活物質として天然黒鉛を用いる例について説明したが、天然黒鉛以外に、リチウムイオンを吸蔵・脱離し得るカーボン系材料、例えば、グラファイト、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、またはこれらの焼成体等が好適である。また、酸化錫、酸化チタン等のリチウムイオンを吸蔵・脱離し得る酸化物を用いてもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態においては、正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂を用いる例について説明したが、ＬｉＣｏＯ₂以外に、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物、例えば、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＣｏＸＮｉ（１−Ｘ）Ｏ₂、ＬｉＣｒＯ₂、ＬｉＶＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂、αＬｉＦｅＯ₂、ＬｉＴｉＯ₂、ＬｉＳｃＯ₂、ＬｉＹＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等が好ましいが、特に、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＣｏＸＮｉ（１−Ｘ）Ｏ₂を単独で用いるかあるいはこれらの二種以上を混合して用いるのが好適である。また、ポリアセチレン、ポリアニリン等の導電性ポリマーを用いてもよい。
【００４０】
さらに、電解液としては、有機溶媒に溶質としてリチウム塩を溶解したイオン伝導体であって、イオン伝導率が高く、正・負の各電極に対して化学的、電気化学的に安定で、使用可能温度範囲が広くかつ安全性が高く、安価なものであれば使用することができる。例えば、有機溶媒としては上記エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶媒以外に、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、スルフォラン（ＳＬ）、テトラハイドロフラン（ＴＨＦ）、γブチロラクトン（ＧＢＬ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、１，２ジメトキシエタン（ＤＭＥ）等あるいはこれらの混合溶媒が好適である。また、溶質としては電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、上記ＬｉＰＦ６以外に例えば、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３等が好適である。
【００４１】
なお、上述の実施形態においては、本発明をリチウムイオン電池に適用する例について説明したが、リチウムイオン電池以外に、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池などの各種の密閉型電池においても本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の封口体の一部破断図である。
【図２】図１の封口体をリチウムイオン電池の外装缶に取り付けた状態を示す断面図である。
【図３】封口体の電力導出板が作動した状態を示す一部破断面であり、図３（ａ）は参考例の作動状態を示し、図３（ｂ）は実施例１の作動状態を示し、図３（ｃ）は実施例２の作動状態を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealed battery including a sealing body that seals an opening of a metal outer can, and more particularly to a sealing body capable of interrupting current even when overcharged or short-circuited.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile phones, personal computers, video cameras, AV equipment, and the like have become rapidly portable and cordless, and various power sources such as nickel-cadmium storage batteries and nickel-hydrogen storage batteries with increased capacity can be used as power sources. A storage battery or an organic electrolyte secondary battery represented by a lithium ion battery is suitable.
[0003]
By the way, in an organic electrolyte secondary battery, when a device including a charger is broken, overcharged, or misused, a power generation element inside the battery undergoes a chemical change. For example, the electrolyte solution or the active material is decomposed by an abnormal reaction due to overcharge or short circuit, and abnormally gas is generated inside the battery, so that the battery internal pressure becomes excessive. In such a case, there is a risk of the battery exploding or damaging the equipment used. Therefore, a safety function has been conventionally added to this type of battery.
[0004]
That is, when the battery internal pressure exceeds the set value, the valve body that has received the internal pressure is pressed and deformed in the internal pressure direction (the direction in which the internal pressure diffuses), thereby breaking the thin portion of the conductive member. Alternatively, the welded part between the valve element and the conductive member is peeled off, and the abnormal current is stopped by interrupting the energization current at the initial stage of overcharge or short circuit, and the battery temperature rise or battery due to the charge current or short circuit current Suppresses the rise in internal pressure to prevent battery ignition and rupture. In addition, in an organic electrolyte secondary battery, if the electrolyte leaks out of the battery, the electrolyte is organic, which causes the inconvenience of corroding the equipment that uses the battery. It is necessary to seal the liquid tightly so as to completely prevent leakage by the sealing body.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in the sealing body used for this type of application, a cap consisting of a flange portion and a convex portion that bulges toward the outside of the battery, a bottom plate consisting of a flange portion and a concave portion that bulges toward the inside of the battery, A power derivation plate that is arranged between the cap and the bottom plate and deforms when the internal pressure of the battery rises to break the electrical connection with the bottom plate, and the end of the flange portion of the bottom plate is caulked inward The cylindrical part rising from the peripheral part of the insulating gasket for the sealing body is bent inward and compressed, and the sealed insulating gasket for the sealing body is used to obtain both insulation and liquid tightness. Try to make up the body.
[0006]
And after accommodating the sealing body configured in this way into the opening of the metal outer can through the ring-shaped outer can insulating gasket, by crimping the opening end of the metal outer can inward, The cylindrical part rising from the peripheral edge of the ring-shaped outer can insulating gasket is bent inward by the metal outer can and compressed, and the compressed outer insulating can gasket obtains insulation and liquid tightness. I have to.
[0007]
However, in the above-described sealing body, since the end of the flange portion of the bottom plate is only caulked inward, when abnormally gas is generated inside the battery and the battery internal pressure becomes excessive, There is a problem that a gap is generated between the flange portion of the bottom plate and the insulating gasket for the sealing body, and gas or electrolyte leaks out of the battery through this gap. Further, when a gap is generated between the sealing body insulating gasket and the power lead-out plate, there is a problem that gas or electrolyte leaks into the sealing body through the gap.
[0008]
In addition, when a gap is generated between the insulating gasket for sealing body and the power lead-out plate, there is also a problem that the power lead-off plate varies in operating pressure that cuts off the energized current and stops the abnormal reaction.
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a sealing body in which an electrolytic solution does not leak and an operating pressure for interrupting an energization current is uniform.
[0009]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
The present invention, because the solution to issues above SL, sealing member for sealing the mouth opening of the metal outer can for accommodating the positive and negative electrode plates and the laminated electrode body via a separator through an insulating gasket outer can And a bottom plate in which the sealing body includes a cap having a flange portion and a convex portion that bulges toward the outside of the battery, and a concave portion that bulges toward the inside of the battery. A power lead plate disposed between the cap and the bottom plate and deformed by an increase in battery internal pressure to interrupt electrical connection with the bottom plate, and a peripheral portion between the cap and the bottom plate and a sealing-body insulating gasket disposed, together with the contact portion of the upper surface of the flange portion of the bottom plate and the lower surface of the sealing-body insulating gasket is in close contact and integrated by bonding by heat welding or an adhesive, Power Contact portion between the lower surface of Deban an upper surface of the sealing-body insulating gasket is in close contact and integrated by bonding by heat welding or an adhesive, the end portion of the flange portion of the bottom plate through the sealing-body insulating gasket The present invention provides a sealed battery characterized by being caulked to a flange portion of the cap .
[0010]
As described above, if the contact portion between the lower surface of the sealing gasket for the sealing body and the upper surface of the flange portion of the bottom plate is tightly integrated by heat welding or adhesive bonding, abnormally gas is generated inside the battery, and the internal pressure of the battery is increased. Even if it is excessive, there is no gap between the flange part of the bottom plate and the insulating gasket for the sealing body, so there is a problem that gas or electrolyte leaks out of the battery through this gap. Absent.
[0011]
If the contact portion between the lower surface of the power lead-out plate and the upper surface of the insulating gasket for the sealing body is closely integrated by heat welding or bonding with an adhesive, abnormally gas is generated inside the battery and the internal pressure of the battery is excessive. Even in this case, there is no gap between the insulating gasket for the sealing body and the power lead-out plate. Therefore, the problem that the gas or the electrolyte leaks into the sealing body through the gap does not occur. In addition, if the contact portion between the lower surface of the power lead-out plate and the upper surface of the insulating gasket for the sealing body is closely integrated by heat welding or adhesive bonding, the degree of binding at these contact portions becomes stronger. Since the power derivation plate deforms and reverses its diameter, the working pressure for deforming the power derivation plate becomes uniform.
[0012]
Furthermore, if the surface of the gas discharge valve that also serves as the power lead-out plate is made smooth so that the unevenness is 0.002 mm or less, the adhesion between the sealing body insulating gasket and the power lead-out plate is improved. Since the degree of binding at these contact portions is further strengthened, the diameter of the power lead-out plate deforming and reversing does not further widen, and the operating pressure for deforming the power lead-out plate becomes more uniform.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment when a sealed battery of the present invention is applied to a lithium ion battery will be described with reference to the drawings. 1 is a partially broken view of the sealing body of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the sealing body of the present invention is attached to an outer can of a lithium ion battery. Figure 3 is a partially cutaway view showing a state in which power derived plate is actuated the sealing member, FIG. 3 (a) is a diagram showing an operating state of the reference example, the operation of FIG. 3 (b) Example 1 FIG. 3C is a diagram showing an operating state of the second embodiment .
[0014]
1. Production of Sealing Body The sealing body 10 of the present invention comprises a stainless steel positive electrode cap 11 formed in an inverted dish shape (cap shape) and a stainless steel bottom plate 14 formed in a dish shape. The positive electrode cap 11 includes a convex portion 12 that bulges toward the outside of the battery and a flat flange portion 13 that forms the bottom portion of the convex portion 12. A hole 12a is provided. On the other hand, the bottom plate 14 includes a concave portion 15 that bulges toward the inside of the battery, and a flat flange portion 16 that constitutes the bottom side portion of the concave portion 15. Gas vent holes 15 a are provided at the corners of the recess 15.
[0015]
Housed in the positive electrode cap 11 and the bottom plate 14 is a power lead-out plate 17 that is deformed when the gas pressure inside the battery rises and exceeds a predetermined pressure. The power lead-out plate 17 serves as a valve member, and includes a concave portion 17a and a flange portion 17b. For example, the power lead-out plate 17 is formed of an aluminum foil having a thickness of 0.2 mm and a surface irregularity of 0.005 mm. The lowest portion of the recess 17a is disposed in contact with the upper surface of the recess 15 of the bottom plate 14, and the flange portion 17b is sandwiched between the flange portion 13 of the positive electrode cap 11 and the flange portion 16 of the bottom plate 14. .
[0016]
A PTC (Positive Temperature Coefficient) thermistor element 18 is disposed at a part of the upper portion of the flange portion 17b. When an overcurrent flows in the battery and an abnormal heat generation phenomenon occurs, the resistance value of the PTC thermistor element 18 is increased. Increase to reduce overcurrent. When the gas pressure inside the battery rises and exceeds a predetermined pressure, the recess 17a of the power lead-out plate 17 is deformed, so that the contact between the power lead-out plate 17 and the recess 15 in the bottom plate 14 is cut off, resulting in an overcurrent or short circuit. The current is interrupted.
[0017]
A gasket (19) made of polypropylene (PP) is placed on the flange portion 16 of the bottom plate 14, and the flange portion 17 b of the power lead-out plate 17 and the PTC thermistor element 18 are placed on the sealant gasket 19. Is placed. Thereafter, the positive electrode cap 11 is sealed by the flange portion 16 of the bottom plate 14 via the sealing body gasket 19 by caulking the end portion of the flange portion 16 of the bottom plate 14 inward.
[0018]
Here, the sealing body 10a of the reference example is obtained by closely bonding the contact portion between the lower surface of the insulating gasket 19 for the sealing body and the upper surface of the flange portion 16 of the bottom plate 14 by heat welding or bonding with an adhesive. Further, the contact portion between the lower surface of the insulating gasket 19 for the sealing body and the upper surface of the flange portion 16 of the bottom plate 14 is closely integrated by thermal welding or adhesive bonding, and the lower surface of the flange portion 17b of the power lead-out plate 17 and the sealing portion are sealed. A sealing body 10b of Example 1 is obtained by tightly integrating the contact portion with the upper surface of the body insulating gasket 19 by heat welding or bonding with an adhesive.
[0019]
Furthermore, the power lead-out plate 17 whose surface unevenness is smoothed to 0.002 mm or less is used, and the contact portion between the lower surface of the sealing body insulating gasket 19 and the upper surface of the flange portion 16 of the bottom plate 14 is thermally welded or bonded. In addition, the contact portion between the lower surface of the flange portion 17b of the power lead-out plate 17 and the upper surface of the sealing body insulating gasket 19 is closely integrated by heat welding or adhesive bonding. The sealing body 10c of Example 2 is assumed. A sealing body 10d according to a comparative example is configured by using the power lead-out plate 17 whose surface is not smooth and without being intimately integrated with the sealing body insulating gasket 19, the bottom plate 14, and the power lead-out plate 17.
[0020]
Next, a method for manufacturing a lithium ion battery using the sealing

bodies

10a, 10b, 10c, and 10d configured as described above will be described.
[0021]
2. Preparation of electrode body A mixture of a negative electrode active material made of natural graphite and a binder made of polyvinylidene fluoride (PVDF) dissolved in an organic solvent made of N-methylpyrrolidone, and a slurry or paste To do. Apply these slurries or pastes uniformly in the case of a slurry using a die coater, a doctor blade, etc., and in the case of a paste, the entire surface of both sides of a metal core (for example, copper foil) by a roller coating method, A negative electrode plate coated with an active material layer is formed. Thereafter, the negative electrode plate coated with the active material layer is passed through a dryer to remove the organic solvent necessary for slurry or paste preparation and dry. This dried negative electrode plate is rolled by a roll press to obtain a negative electrode plate 21.
[0022]
On the other hand, a positive electrode active material made of LiCoO ₂ , a carbon conductive agent such as acetylene black and graphite, and a binder made of polyvinylidene fluoride (PVDF) are dissolved in an organic solvent made of N-methylpyrrolidone. These are mixed to form a slurry or paste. An additive such as polyethylene oxide, polyacrylonitrile, or cellulose may be added to the slurry or paste. Apply these slurries or pastes uniformly on both sides of a metal core (for example, aluminum foil) by using a die coater, doctor blade, etc. in the case of a slurry, or a roller coating method in the case of a paste. A positive electrode plate coated with the layer is formed. Thereafter, the positive electrode plate coated with the active material layer is passed through a dryer to remove the organic solvent necessary for slurry or paste preparation and dry. After drying, the dried positive plate is rolled by a roll press to obtain a positive plate 22.
[0023]
The negative electrode plate 21 and the positive electrode plate 22 produced as described above are made of a microporous film made of a polyolefin-based resin that has low reactivity with an organic solvent and is preferably a polyethylene microporous film (separator) 23. They are overlapped with each other and wound by a winder (not shown). Thereafter, the outermost periphery is taped to form a spiral electrode body.
[0024]
3. Production of lithium ion battery Next, the spiral electrode body produced as described above is formed from the opening of the bottomed cylindrical outer can 20 that also serves as a stainless steel negative electrode terminal formed by pressing from a single plate. After the insulating

plates

24 and 24 are arranged on the upper and lower sides, the spiral electrode body is inserted into the outer can 20. At this time, the negative electrode conductive tab 21 a extending from the negative electrode plate 21 of the spiral electrode body is welded to the outer can 20. On the other hand, a positive electrode conductive tab 22 a extending from the positive electrode plate 22 of the spiral electrode body is welded to the lower surface of the concave portion 15 of the bottom plate 14 of the sealing body 10.
[0025]
Thereafter, an electrolytic solution in which 1 M LiPF ₆ is added as an electrolyte salt to a mixed solvent composed of 30 parts by weight of ethylene carbonate (EC) and 70 parts by weight of diethyl carbonate (DEC) is injected into the outer can 20. Next, the sealing body 10 is placed in the opening of the outer can 20 together with the gasket 25 for the outer can made of polypropylene (PP), and the upper end portion of the outer can 20 is sealed inward to seal the lithium ion battery. Is made.
[0026]
Here, the lithium ion battery manufactured using the sealing body 10a of the reference example is referred to as a battery A, the lithium ion battery manufactured using the sealing body 10b of the first embodiment is referred to as a battery B, and the sealing body 10c of the second embodiment is referred to as a battery B. The lithium ion battery produced using the battery is designated as battery C, and the lithium ion battery produced using the sealing body 10d of the comparative example is designated as battery D.
[0027]
4). Leakage experiment (storage test)
Twenty lithium ion batteries A, B, C and D prepared as described above were prepared, and each of these 20 lithium ion batteries was stored in an atmosphere of 80 ° C. for 20 days. When the number of leaks of each of the lithium ion batteries A, B, C, and D after 40 days, 60 days, and 80 days had elapsed, the results shown in Table 1 below were obtained. The number of leaks indicates the result of measuring the number of electrolytes attached to the upper surface of the flange portion 13 of the positive electrode cap 11 and the upper surface of the recess 17a of the power lead-out plate 17, and the electrolyte solution was dried. Therefore, the white color can be measured by observing the white color directly or through the vent hole 12a.
[0028]
[Table 1]

[0029]
As is clear from Table 1 above, it can be seen that the battery A of the reference example has a smaller number of liquid leaks than the battery D of the comparative example. This is because, in the battery A of the reference example , the contact portion between the insulating gasket 19 for the sealing body and the flange portion 16 of the bottom plate 14 is closely integrated by thermal welding or bonding with an adhesive, so that the internal pressure of the battery is be increased, the electrolytic solution is considered that prevented be leakage outside the battery through the contact portion between the flange portion 16 of the sealing-body insulating gasket 19 and the bottom plate 14.
[0030]
On the other hand, in the battery D of the comparative example, the contact portion between the sealing body insulating gasket 19 and the flange portion 16 of the bottom plate 14 is not tightly integrated. Therefore, when the battery internal pressure rises, the sealing body insulating gasket 19 is used. It is considered that a gap is formed at the contact portion between the base plate 14 and the flange portion 16 of the bottom plate 14, and the electrolytic solution leaks outside the battery through this gap.
[0031]
Moreover, it turns out that the number of leaks is reducing the battery B of Example 1 and the battery C of Example 2 rather than the battery A of the reference example . This is because in the battery A of the reference example , the contact portion between the flange portion 17b of the power lead-out plate 17 and the insulating gasket 19 for the sealing body is not closely integrated by thermal welding or adhesion with an adhesive. As shown in FIG. 3A, when the internal pressure of the battery increases, a gap is generated at the contact portion between the flange portion 17b of the power lead-out plate 17 and the insulating gasket 19 for the sealing body, and the electrolyte is passed through the gap to the sealing portion. It enters and passes through between the flange portion 17b of the power lead-out plate 17 and the PTC thermistor element 18 or between the PTC thermistor element 18 and the flange portion 13 of the positive electrode cap 11 (specifically, FIG. It is thought that the liquid leaked at point X). However, in the batteries B and C, the contact portion between the flange portion 17b of the power lead-out plate 17 and the insulating gasket 19 for the sealing body is closely integrated by heat welding or adhesion with an adhesive. This phenomenon does not occur.
[0032]
Next, when the gas pressure inside the battery increases and the recess 17a of the power lead-out plate 17 is deformed, and the contact between the power lead-out plate 17 and the recess 15 of the bottom plate 14 is cut off (that is, the energization current is cut off). As a result, the results shown in Table 2 below were obtained. The gas pressure was measured as follows. That is, the sealing

bodies

10a, 10b, 10c, and 10d of the batteries A, B, C, and D are respectively sealed in the upper part of the gas pressure injection device, and are placed in the sealing

bodies

10a, 10b, 10c, and 10d. A gas of 2 kgf / min is injected. The resistance value between the gas pressure injection device and the upper portions of the sealing

bodies

10a, 10b, 10c, and 10d is infinite (that is, the power derivation plate 17 is deformed and the electrical connection with the bottom plate 14 is cut off). Gas pressure at the time of (state).
[0033]
[Table 2]

[0034]
As is clear from Table 2 above, it can be seen that in the battery D of the comparative example and the battery A of the reference example , the variation in pressure when the energization current is interrupted is large. This is because the contact portion between the flange portion 17b of the power derivation plate 17 and the insulating gasket 19 for the sealing body is not tightly integrated by heat welding or adhesion by an adhesive, so that the concave portion 17a of the power derivation plate 17 is deformed. This is thought to be due to the fact that the reversing diameter has expanded.
[0035]
On the other hand, in the battery B of Example 1 and the battery C of Example 2 , the contact portion between the flange portion 17b of the power lead-out plate 17 and the insulating gasket 19 for sealing body is closely integrated by heat welding or adhesion with an adhesive. This is considered to be because the diameter of the recess 17a of the power lead-out plate 17 deformed and reversed does not increase so much.
[0036]
Also, comparing the battery C of the battery B of Example 1 Example 2, variation in the pressure at which end with the battery C of Example 2 is cut off from the electric current the battery B of Example 1 is small I understand. This is because, in the battery B of Example 1 , the power lead-out plate 17 having a surface irregularity of 0.005 mm is used. Therefore, the flange portion 17b of the power lead-out plate 17 and the insulating gasket 19 for the sealing body are used. Since the degree of binding of the contact portion is not so strong, as shown in FIG. 3 (b), it is considered that the diameter at which the recess 17a of the power lead-out plate 17 is deformed and reversed slightly widens.
[0037]
On the other hand, in the battery of Example 2 , since the power derivation plate 17 whose surface unevenness is smoothed to 0.002 mm or less is used, the flange portion 17b of the power derivation plate 17 and the insulation for the sealing body are used. This is probably because the contact portion with the gasket 19 is firmly bound, and as shown in FIG. 3 (c), the concave portion 17a of the power lead-out plate 17 is deformed and the diameter to be reversed does not widen.
[0038]
In the above-described embodiment, an example in which natural graphite is used as the negative electrode active material has been described. However, in addition to natural graphite, a carbon-based material that can occlude / desorb lithium ions, such as graphite, carbon black, coke, and glass. Like carbon, carbon fiber, or a fired body thereof is preferable. Further, an oxide capable of inserting and extracting lithium ions such as tin oxide and titanium oxide may be used.
[0039]
In the above-described embodiment, an example in which LiCoO ₂ is used as the positive electrode active material has been described. However, in addition to LiCoO ₂ , a lithium-containing transition metal compound that can accept lithium ions as a guest, for example, LiNiO ₂ , LiCoXNi (1- X) O ₂ , LiCrO ₂ , LiVO ₂ , LiMnO ₂ , αLiFeO ₂ , LiTiO ₂ , LiScO ₂ , LiYO ₂ , LiMn ₂ O _4, etc. are preferable, but LiNiO ₂ and LiCoXNi (1-X) O ₂ are particularly used alone. It is preferable to use these in a mixture of these two or more. Further, a conductive polymer such as polyacetylene or polyaniline may be used.
[0040]
Furthermore, the electrolyte is an ionic conductor in which a lithium salt is dissolved as a solute in an organic solvent, has high ionic conductivity, is chemically and electrochemically stable for both positive and negative electrodes, and is used. If the possible temperature range is wide, the safety is high, and the cost is low, it can be used. For example, as the organic solvent, in addition to the mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), sulfolane (SL), tetrahydrofuran (THF), γ-butyrolactone (GBL), dimethyl Carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2 dimethoxyethane (DME) and the like, or a mixed solvent thereof is preferable. Further, as the solute, a lithium salt having a strong electron withdrawing property is used. In addition to LiPF6, for example, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCF3SO3, Li (CF3SO2) 2N, LiC4F9SO3, and the like are preferable.
[0041]
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a lithium ion battery has been described. However, in addition to the lithium ion battery, the present invention is also applied to various sealed batteries such as a nickel-cadmium storage battery and a nickel-hydrogen storage battery. It is possible to apply.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway view of a sealing body according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a state in which the sealing body of FIG. 1 is attached to an outer can of a lithium ion battery.
FIGS. 3A and 3B are partially broken sectional views showing a state in which the power deriving plate of the sealing body is operated, FIG. 3A shows the operating state of the reference example , and FIG. 3B shows the operating state of the first embodiment . FIG. 3C shows the operating state of the second embodiment .

Claims

セパレータを介して正・負極板を積層した電極体を収納する金属外装缶の開口部を外装缶用絶縁ガスケットを介して封口する封口体を備えた密閉型電池であって、
前記封口体は、フランジ部と電池外部に向けて膨出する凸部とからなるキャップと、フランジ部と電池内部に向けて膨出する凹部とからなる底板と、前記キャップと前記底板との間に配置されて電池内圧が上昇することにより変形して前記底板との電気的接続を遮断させる電力導出板と、前記キャップと前記底板との間に周辺部に配置される封口体用絶縁ガスケットとを備え、
前記封口体用絶縁ガスケットの下面と前記底板のフランジ部の上面との接触部が熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化されているとともに、
前記電力導出板の下面と前記封口体用絶縁ガスケットの上面との接触部が熱溶着あるいは接着剤による接着により密着一体化されて、
前記底板のフランジ部の端部が前記封口体用絶縁ガスケットを介して前記キャップのフランジ部にかしめ付けされていることを特徴とする密閉型電池。A sealed battery comprising a sealing body for sealing an opening of a metal outer can containing an electrode body laminated with positive and negative electrode plates via a separator via an insulating gasket for the outer can,
The sealing body includes a cap including a flange portion and a convex portion that bulges toward the outside of the battery, a bottom plate including a flange portion and a concave portion that bulges toward the inside of the battery, and a gap between the cap and the bottom plate. A power deriving plate that is deformed when the internal pressure of the battery rises and breaks electrical connection with the bottom plate, and an insulating gasket for a sealing body that is disposed in the periphery between the cap and the bottom plate With
Wherein with the contact portion of the lower surface of the sealing-body insulating gasket and the upper surface of the flange portion of the bottom plate are in close contact and integrated by bonding by heat welding or an adhesive,
The contact portion between the lower surface of the power lead-out plate and the upper surface of the insulating gasket for the sealing body is closely integrated by thermal welding or bonding with an adhesive,
Sealed battery, wherein the end portion of the flange portion of the bottom plate is caulked to the flange portion of the cap through the sealing-body insulating gasket.

前記電力導出板はその表面の凹凸が０．００２ｍｍ以下になるように平滑にしたものであることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。 2. The sealed battery according to claim 1, wherein the power lead-out plate is smoothed so that unevenness of a surface thereof is 0.002 mm or less .