JP5389368B2

JP5389368B2 - 密閉型電池

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Publication number: JP5389368B2
Application number: JP2008088242A
Authority: JP
Inventors: 和生富本; 雅統大木; 弘光諏訪; 泰憲岡▲崎▼
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009245650A

Description

本発明は、密閉型電池に関し、特に筒状の密閉型電池が立設された状態で上方から押し潰された場合でも安全性を確保できる密閉型電池に関する。

携帯電話機に代表される携帯端末などの各種の電子機器は、その電源として様々なタイプの電池が使用されている。これらの電池の中でも、繰り返して充電が可能な二次電池が多く使用されている。この種の電池には、リチウムイオン電池、アルカリ蓄電池、ニッケル−カドミウム電池及びニッケル−水素電池などがある。これらの電池は、電極体が電解液とともに電池外装缶に密閉された状態で収容されていることから密閉型電池とも呼称されている。これらの電池の中でもリチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、優れた特性、例えば、作動電圧が高く（３Ｖ以上）、水溶液系電池に比べて理論エネルギー密度が高く、また自己放電が少なく、さらに作動温度範囲が広く、しかも耐漏液性も優れている、などの特性を有していることから、その用途が拡大されて来ている。

ここで図４を参照して、一般的な非水電解質二次電池の概要を説明する。なお、図４は従来技術の一般的な非水電解質二次電池の断面図である。この非水電解質二次電池２０は、正極板２１と負極板２２とがセパレーター２３を介して巻回された渦巻状電極体２４と、この渦巻状電極体２４及び所定量の電解液を収容できる大きさを有し、上方が開口した有底筒状の電池外装缶２５と、この電池外装缶２５の上方開口を塞ぐ封口体２８とを有している。この電池の組み立ては、次のようにして行われる。まず、電池外装缶２５内に絶縁板２６、渦巻状電極体２４及び絶縁板２７をこの順に収容した後に、例えば負極板２２に設けられた負極集電タブを電池外装缶２５の内側底部に溶接し、正極板２１に設けられた正極集電タブ２１ａを端子板３０に溶接する。次いで、電池外装缶２５の開口部２５ａから所定量の非水電解液が注入された後に、電池外装缶２５の開口２５ａに封口体２８を挿入し、ガスケット３２を介在させて電池外装缶２５の開口部２５ａ側端部をかしめて封止することにより組み立てられている。

ところが、このような構成の非水電解質二次電池２０は、外部ないし内部から何らかのエネルギーが加えられると、電池外装缶内に収納されている正極板、負極板及び非水電解質との間で化学反応が起こり、内部の圧力が異常に上昇して電池が破裂或いは発火することがある。例えば、過充電状態になったり或いは何らかの原因で内部短絡が生じて大電流が流れたりすると、電解液が分解されてガスが発生することがある。そのため、電池の内圧が異常上昇して破裂或いは発火が起こり、この電池が収納された機器が損傷、焼失ないし周辺への延焼などとなって重大な事故を引起すことがある。また、電池が破裂すると、電解液や腐食性のガスが飛散して、同様に外部の機器などを腐食させることもある。

そこで、この種の非水電解質二次電池は、破裂或いは発火を回避するための安全装置が設けられている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。例えば、下記特許文献１に記載された電池は、正極リードが折れ曲がっているが、この正極リードの折れ曲がりが電池外装缶のビーディング部と接触すると内部短絡状態となるので、この正極リードの折れ曲がり部を絶縁テープで覆い、正極リードが折れ曲がっても短絡が発生しないようにしたものである。また、下記特許文献２に記載された電池は、積層型封口体に安全装置を組み込んだものであり、さらに下記特許文献３に記載された電池は、カシメ型封口体に安全装置を組み込んだものである。
特開平１０−３０２７５１号公報（段落〔００３３〕、図１）特開平５−２５１０７６号公報（段落〔００１５〕〜〔００２２〕、図１）特開平１０−２４１６４４号公報（段落〔００１７〕〜〔００１９〕、図１）

上記特許文献１〜３に開示されている電池は、外部ないし内部から加えられたエネルギーに対する安全装置が設けられているので、それらなりの安全性は確保されている。すなわち、これらの電池は、その設計或いは製造工程において、種々の試験がなされ、その安全性が検証されている。例えば、上記特許文献３に開示されている電池は、電池を逆さまにして、すなわち封口体を下方へ向けて床上１．５ｍの高さからコンクリート製の床面へ落下させるという落下試験を実施することにより、フランジ部の変形量が安全値の範囲内にあり、しかも漏液しないということの安全性が確認されている。また、他の特許文献に開示れている発明では、過充電試験及び釘刺し試験を実施することにより破裂或いは発火が起こらないことが検証されている。これらの電池の試験には、過充電などの電気的試験、落下試験などの機械的試験及び温度・湿度などの環境試験が含まれる。また、機械的試験には、衝突試験、衝撃試験、振動試験及び圧壊試験などがある。例えば、衝突試験は、所定の重さの錘を上方から落下させて行う試験であり、また、圧壊試験は２枚の平板に所定の圧壊力を掛けて圧壊する試験となっている。これらの試験は、通常、電池セルの２つの方向に対して実施されている。

非水電解質二次電池は、優れた特性を有していることから、近年、その用途がさらに拡大されてきており、この用途の拡大に伴いその使用形態も様々になっている。そのために、これまでの試験方法だけでは安全性の検証が充分なものとならず、より高い安全性を検証できる試験方法が要求されている。例えば、円筒状の電池を圧壊試験する場合は、通常、この円筒状電池を床面に横倒しにした状態で上方から所定の圧壊力を加えることによって行われている。しかしながら、この同じ圧壊試験であっても、非水電解質二次電池を床面に立設させた状態で行うと、この電池は高容量及び高出力特性を有していることから、試験中に爆発及び発火して危険な状態になることがあった。そのため、このような非水電解質二次電池を立設した状態で行う圧壊試験、いわゆる縦圧壊試験は危険性を伴うために実施が極めて困難であった。なお、上記各特許文献には、このような縦圧壊試験についは何も言及されていない。

そこで、本発明者等は、この縦圧壊試験における非水電解質二次電池の破裂及び発火の原因を調べた。その結果、立設した非水電解質二次電池を上方から圧壊する過程において、電気的短絡は、概ね、外装缶のカシメ下部が変形して正極と負極の間（図４のＸ_２）で起こる電池外装缶変形―電極間短絡（以下、「缶体変形―電極間短絡」という）及び正極端子の下部に位置する正極板（主に正極集電タブ）と負極板との間（図４のＸ₁）で起こる電極間短絡（以下、「電極間短絡」という）の２箇所で発生していることが判った。さらに、これらの短絡箇所と破裂及び発火との関連性を探求したところ、圧壊過程において、Ｘ_１、Ｘ_２の２箇所で起こる短絡のタイミング、すなわち「缶体変形―電極間短絡」及び「電極間短絡」の起こタイミングによって、破裂及び発火の程度が大きく異なることを突き止めた。すなわち、Ｘ_１、Ｘ_２箇所のうち、先にＸ_２箇所で短絡が発生し、その後すぐにＸ_１箇所で短絡が発生しなければ危険な状態にならない。しかしながら、逆に、先にＸ_１箇所で短絡が発生したり、Ｘ_２箇所で短絡が発生して短時間の間にＸ_１でも短絡が発生すると、激しい破裂及び発火を誘発することになる。その理由は、Ｘ_２箇所での短絡は主に正極活物質と負極活物質同士の短絡であり、あまり激しくない反応であるが、Ｘ_１箇所での短絡は、正極の金属部分と負極活物質が関与する反応が起こるため激しい反応が起こる。そのため、Ｘ_１箇所で短絡が発生する時点で電池が多くのエネルギーを貯蔵していると破裂や発火に至る。しかし、Ｘ_１箇所で短絡が発生しない、またはＸ_２箇所で発生した短絡で多くのエネルギーが消費された後にＸ_１箇所での短絡が発生したときは、もはや激しい反応を起こすだけのエネルギーが電池に貯蔵されていないので、破裂や発火に至らないものと考えられる。

そこで、本発明者等は、縦圧壊試験に際して、Ｘ_１、Ｘ_２の２箇所のうち最初にＸ_２箇所で短絡が起こり、Ｘ_１箇所での短絡が始まる時点で多くのエネルギーが消費されているようにすることで、破裂及び発火の危険性が無くなるとの知見を基に、最初にＸ_２箇所で短絡が生じるような構成が得られる条件について種々検討を重ねた。その結果、正極集電タブを所定の特性を有する電気絶縁性の保護テープで被覆すること、及び、組み立てた電池の縦方向の高さ、すなわち電池全高に対して、負極板の幅長及びこの負極板の端部と封口体の下部との距離を所定の割合にすれば、Ｘ_１箇所での短絡の発生をなくす、またはＸ_１箇所での短絡の発生を遅らせ得ることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。

すなわち、本発明の目的は、筒状密閉型電池の安全性をさらに向上させ、この筒状密閉型電池を立設された状態において上方から押し潰すような厳しい条件下においても安全性が確保される密閉型電池を提供することにある。

本発明の密閉型電池は、正極板及び負極板がセパレーターを介して互いに絶縁された状態で巻回された渦巻状電極体と、
前記渦巻状電極体が収納された有底筒状の電池外装缶と、
前記電池外装缶の開口部に電気的に絶縁された状態で封止され、端子キャップ、安全弁機構及び端子板とを有する封口体と、
を備え、
前記正極板及び負極板の一方に形成された集電タブが前記端子板に電気的に接続された密閉型電池において、
前記集電タブは、耐熱温度が２７０℃以上、引張り強度が１２０Ｎ以上、突き刺し強度が９．８Ｎ以上の電気絶縁性の保護テープによって、前記電池外装缶内の前記集電タブの少なくとも前記負極板の幅に相当する部分が被覆され、
前記封口体は、前記端子キャップ、前記安全弁機構及び前記端子板がそれぞれ積層配置され、ガスケットを介して前記外装缶の開放端部を用いて前記端子キャップ、前記安全弁機構及び前記端子板がカシメられる積層型封口体であり、
前記安全弁機構と前記端子板との間には、前記密閉型電池の内部圧力の上昇により移動して、該密閉型電池の外部へガスを放出するガス通路を形成するように絶縁体が配置されていることを特徴とする。

端子板に接続されている側の集電タブが、耐熱性が２７０℃以上、引張り強度が１２０Ｎ以上、突き刺し強度が９．８Ｎ以上の電気絶縁性の保護テープで覆われていると、電池が上方から押し潰されたときにも、電池外装缶と電極との間で短絡が起こるまで、この保護テープにより絶縁性が確保される。従って、本発明の密閉型電池によれば、電池が上方から押し潰されたとき、Ｘ_１箇所での短絡の発生をなくす、またはＸ_１箇所での短絡の発生を遅らせることができるので、激しい反応を引き起こす正極の金属部分と負極活物質との短絡が抑制されるので、破裂及び発火の恐れがなくなり、より安全性が向上する。

なお、本発明にいう「電池の上方」とは、筒状電池を立設したときの上方向を意味する。また、本発明における「耐熱温度が２７０℃以上、引張り強度が１２０Ｎ以上、突き刺し強度が９．８Ｎ以上の電気絶縁性の保護テープ」としてはポリイミドからなるものを使用し得る。

集電タブが保護テープによって電池外装缶内の前記集電タブの少なくとも前記負極板の幅に相当する部分が被覆されていれば、電池が電池の上方から押し潰されても、長時間、この保護テープにより絶縁性が確保されるため、電池外装缶と電極との間で短絡が起こるまで絶縁性を維持することができるようになる。そのため、本発明の密閉型電池によれば、より安全性が向上した密閉電池が得られるようになる。そして、集電タブは保護テープによって前記負極板の幅に相当する部分より長い部分が被覆されていることがより好ましく、前記セパレータの幅に相当する部分より長い部分が被覆されていることがさらに好ましい。しかし、保護テープを集電タブが外装缶や端子板に溶接される部分にまで被覆すると、溶接の妨げになるので好ましくない。

また、本発明の密閉型電池においては、前記負極板の巻回方向と直交する方向の幅を前記密閉型電池の長さに対して８９％以上とし、前記負極板の上部から前記封口体下部までの距離を前記密閉型電池の長さに対して３．７％以上に設定することが好ましい。

負極板の巻回方向と直交する方向の幅を前記密閉型電池の長さに対して８９％以上とし、前記負極板の上部から前記封口体下部までの距離を前記密閉型電池の長さに対して３．７％以上に設定すると、電池が上方から押し潰されたとき、物理的に集電タブが端子板に接続されている側の電極と他方の電極との間で短絡が生じる前に電池外装缶の変形により正・負極電極との間で短絡が発生しやすくなる。そのため、本発明の上記効果がバラツキなく生じるようになる。

また、本発明の密閉型電池においては、前記安全弁機構は、前記電池外装缶内の圧力の上昇により変形して前記端子板と前記端子キャップとの間の電気的接続を遮断する通電回路遮断機構を備え、前記端子キャップ及び前記端子板にはガス抜き経路となる開口が形成されていることが好ましい。

本発明の密閉型電池によれば、封口体に内圧の異常上昇により通電回路を遮断する通電回路遮断機構及びガス抜き経路を設けたので、電池外装缶内の内圧の過剰な上昇を抑制でき、破裂或いは発火を未然に防止することができる。また、金属製の端子キャップを肉厚、例えば、カシメ型封口体の厚みの２倍以上にすることにより、立設した状態で押し潰されても、所定の機械的強度を維持できる。

密閉型電池の封口体としては、端子キャップ、安全弁機構が端子板を用いてカシメ封止され、さらにカシメられた封口体を外装缶の開口端部でカシメたカシメ封止型のもの及び積層状態で組み立てられている積層型のものの両者が周知である。しかしながら、積層型の封口体は、電池外装缶内の圧力が上昇した状態でガスを放出する手段が電極体の溶融物等で詰まったときがあっても、更なる圧力上昇に対して各積層部品との間に熱や変形などに伴い生じる隙間にガス抜き経路が確保されるので、電池外装缶内の内圧の過剰な上昇を抑制できる。そのため、積層型の封口体を使用した本発明の密閉電池によれば、上記効果が顕著に奏されるようになる。

以下、本願発明を実施するための最良の形態を実施形態及び比較例と共に図１〜３を参照して詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための密閉型電池として非水電解質二次電池を例示して説明するものであって、本発明をこの非水電解質二次電池に特定することを意図するものではなく特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなくその他の密閉型電池にも等しく適用し得るものである。

図１は本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池の縦断面図である。図２は正極板の集電タブ取り付け部分を負極板及びセパレーターと共に示す平面図である。図３は図１の封口体の縦断面図である。図４は従来の円筒形非水電解質二次電池の断面図である。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池を説明する。この非水電解質二次電池１は、正極板２と負極板３とが二枚のセパレーター４を介して巻回された渦巻状電極体５と、この渦巻状電極体５及び所定量の電解液を収容できる大きさを有し上方が開口した有底円筒形の電池外装缶６と、この電池外装缶６の上方開口６ｃを塞ぐ封口体１０とを有している。これらの部品のうち、負極板３は、長手方向と直交する方向に所定の幅長を有する負極集電体に負極活物質層が形成された構成を有している。

さらに、正極板２には正極集電タブ２ａが、負極板３には負極集電タブ３ａ（図１参照）が、それぞれ溶接されている。そのうち、正極集電タブ２ａには、図２に示すように、所定の特性を有する保護テープ（以下、「正極タブ保護テープ」という）７で覆われている。この正極タブ保護テープ７は、組み立てられた電池組立体が立設された状態において、上方から押し潰されたときに、まず、電池外装缶６が変形して正・負極電極の短絡が起こる前に正極集電タブ２ａと負極板３との間に短絡が発生しない状態とすることができる特性を有する絶縁材料で形成されている。この正極タブ保護テープ７としては、具体的には、耐熱性が２７０℃以上、引張り強度が１２０Ｎ以上、突き刺し強度が９．８Ｎ以上の電気絶縁性のテープであって、例えばポリイミドテープが使用される。

この非水電解質二次電池１は、電池外装缶６に封口体１０が装着されて組み立てられた状態での長手方向の長さ、すなわち、立設した状態では底部から頂部までの全体の高さ（以下、「電池全高」という）をＨ_１とした場合に、電池全高Ｈ_１に対して負極板幅Ｈ_４及び封口体１０の下部と負極板上部間の隙間Ｈ_３が所定の割合になるように構成されている。すなわち、電池全高Ｈ_１を１００％として、負極板幅Ｈ_４が８９％以上及び隙間Ｈ_３が３．７％以上に設定されている。

このような構成とすることにより、立設された状態で上方から押し潰されても、物理的に、最初に電池外装缶６が変形して正極板２と負極板３（図１のＸ_２箇所）との間で短絡が発生し、電池外装缶６の内部で発生したガスがこの箇所から外部へ放出されて内圧の異常上昇が回避される。これにより、破裂及び発火が防止される。その後、正極タブが接続された箇所（図１のＸ_１箇所）で正負電極間の短絡が起こっても、内部の圧力が異常上昇することがなくなるので、破裂及び発火の恐れがなくなり、より安全性が向上すことになる。

次に、図２を参照して、正極板２及びこの正極板２への正極タブ保護テープ７の貼付状態を説明する。正極板２は、長さ方向に所定の長さ及びこの方向と直交する方向に所定の幅長を有する帯状の正極集電体２ｃと、正極集電体２ｃの少なくとも一面に塗布された正極活物質層２ｂとを有し、また、正極集電体２ｃには部分的に正極活物質層が塗布されていない無地部２ｄが形成されている。この無地部２ｄには、正極集電タブ２ａが溶接されている。この正極集電タブ２ａは正極タブ保護テープ７で覆われている。この正極タブ保護テープ７は、耐熱性が２７０℃以上、引張り強度が１２０Ｎ以上及び突き刺し強度が９．８Ｎ以上の電気絶縁テープ、例えばポリイミドテープで形成される。

負極板３は、正極板２と略同じ長さ及び幅長が若干長い帯状の負極集電体と、この集電体の少なくとも一面に塗布された負極活物質層とを有し、端部はこの活物質が塗布されない無地部となっている。この無地部には、負極集電タブ３ａが溶接されている。この負極板の幅長Ｈ_４は、その幅長が組み立てた電池の全高さＨ_１（１００％）に対して、８９％以上の長さのものが使用されている。

これらの正極板２及び負極板３は、間にそれぞれセパレーター４を介在させて、渦巻状に巻回して渦巻状電極体５が形成される。

電池外装缶６は、この渦巻状電極体５及び所定量の電解液を収容できる大きさを有し、上方が開口した有底で円形筒状体からなり、例えばニッケルメッキしたスチール材で形成されている。この電池外装缶６は、円形の底部６ｂと、この底部の周囲から立設した側壁部６ａと、上方の開口６ｃとを有している。底部の板厚ｄ_１は、例えば０．４ｍｍである。

次に、図３を参照して、封口体１０の構成を説明する。封口体１０は、図３に示すように、逆皿状（キャップ状）に形成された鉄製の端子キャップ１１と、皿状に形成されたアルミニウム製の端子板１２とから構成されている。端子キャップ１１は、電池外部に向けて膨出する凸部１１ａと、この凸部の底辺部を構成する平板状のフランジ部１１ｂとからなり、凸部１１ａの角部には複数のガス抜き孔１１ｃが設けられている。この端子キャップ１１は、比較的肉厚の鉄板を打抜き加工し、表面にニッケルメッキを施し、カシメ型封口体の２倍の厚み有するものを使用し、高い機械的強度を有するものとなっている。また、側面のガス抜き孔１１ｃの大きさは、カシメ型封口体のガス抜き孔に対して面積比で少なくとも３倍以上にすることが好ましい。

一方、端子板１２は、電池内部に向けて膨出する凹部１２ａと、この凹部の底辺部を構成する平板状のフランジ部１２ｂとからなる。凹部１２ａの角部にはガス抜き孔１２ｃが設けられている。そして、これらの端子キャップ１１と端子板１２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安全弁としての機能を奏する例えばアルミニウム製の弁体１３が収容されている。

端子板１２の凹部１２ａの中央部は周囲よりも厚さが薄くされた支持部１２ａ'（厚さ０．１〜０．５ｍｍ）が形成され、この支持部１２ａ'には薄肉（０．０２〜０．１５ｍｍ）にされたノッチ１２ｄが形成されている。このノッチ１２ｄは、電池の内圧が上昇した際、弁体１３の変形に伴って、弁体１３に溶接された端子板１２の凹部の支持部１２ａ'がこのノッチ１２ｄ部分から優先的に破断され、端子キャップ１１と端子板１２の電気的接続が遮断されるように設けられる。これにより、異常反応が継続して電池内圧が過大となることが防止される。

この弁体１３は凹部１３ａとフランジ部１３ｂとからなり、例えば、厚みが０．３ｍｍ〜０．５ｍｍのアルミニウム金属から構成されている。弁体１３のフランジ部１３ｂと端子キャップ１１のフランジ部１１ｂとは、間に中間材（クラッド材）が介在されてアルミ材と鉄材とが溶接されている。弁体１３の凹部１３ａの最低部は、端子板１２の凹部１２ａの支持部１２ａ'の表面に接触するように配設され、支持部１２ａ'に溶接されている。

また、弁体１３には、凹部１３ａを囲むように、部分的に薄肉となるようにノッチ１３ｃが形成されている。このノッチ１３ｃは、電池の内圧が大きく上昇した際、弁体１３がこのノッチ１３ｃ部分から破断して、電池内圧が過大とならないようにするために設けられる。

更に、弁体１３のフランジ部１３ｂは、端子キャップ１１のフランジ部１１ｂと端子板１２のフランジ部１２ｂとの間に環状の絶縁体１４を介して狭持されている。この絶縁体１４は、例えば、両面に糊剤が塗布されて固定される。

更に、端子キャップ１１のフランジ部１１ｂ、弁体１３のフランジ部１３ｂ及び端子板１２のフランジ部１２ｂは、例えばポリプロピレン製の絶縁ガスケット１５（図１参照）を介して電池外装缶６の開放端部に挿入され、電池外装缶６の上端部付近を端子キャップ１１側にカシメることにより、電池外装缶６の開口６ｃに液密に封口される。なお、カシメ部の厚みは従来のカシメ型封口体の二分の一になる。

この構造により、この非水電解質二次電池１０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弁体１３の凹部１３ａが変形することにより端子板１２の凹部１２ａがノッチ１２ｄから破断されて、弁体１３と端子板１２との間の電気的接触が遮断されて電流が遮断される。これにより、この封口体は電流遮断（Current Interrupt Device）機能を有するものとなっている。

次に、図１〜図３を参照して非水電解質二次電池１の組み立てを説明する。この非水電解質二次電池を組み立てるには、この電池外装缶６内に、絶縁板８、渦巻状電極体５及び絶縁板９の順に挿入し、負極集電タブ３ａを電池外装缶６の底部６ｂに溶接する。電池外装缶６は、負極集電タブ３ａが電池外装缶６に溶接されているので、負極端子を兼ねることになる。そして開口部付近をビーディング加工により凹み６ｄを形成する。次いで、封口体１０に設けた端子板１２に正極集電タブ２ａを溶接する。その後、電池外装缶６の開口６ｃから所定量の非水電解液を注入した後に、電池外装缶６の開口６ｃに封口体１０を嵌め込み、封口体１０と電池外装缶６との間に絶縁ガスケット１５を介在させ、電池外装缶６の開口６ｃの近傍をカシメることにより、封口体１０を電池外装缶６の開口６ｃに封止する。

この組み立て工程において、負極板３の上部から封口体１０下方の端子板１２までの隙間Ｈ_３は、組み立て体の電池全高Ｈ_１（１００％）に対して３．７％以上に調節される。すなわち、組み立て体の電池全高Ｈ_１、負極板３の縦方向の高さＨ_４、隙間をＨ_３として、電池全高Ｈ_１に対するＨ_４及びＨ_３の比率は、Ｈ_１を１００％として、Ｈ_４が８９％以上及びＨ_３が３．７％以上になるように調節される。なお、電池外装缶６の底部の厚さをｄ１、底部の絶縁板８の厚さをｄ２とすると、Ｈ_１＝Ｈ_２＋Ｈ_３＋Ｈ_４＋ｄ_１＋ｄ_２である。

また、封口体１０は、より安全性が高いものとなっている。すなわち、圧壊により図３の矢印Ａ１箇所が塞がれても、内部圧力の上昇により、この圧力が矢印Ａ２方向に作用して絶縁板１４を移動させて、この部分にガス通路が形成されて矢印Ａ３から外部へ放出される。以下に、本発明の実施例を説明する。

実施例の非水電解質二次電池は以下の部材を用いて作製した。封口体１０としては、図３に示した構成の積層型封口体１０を使用した。この封口体１０は、端子キャップ１１が鉄材で形成され、端子板１２と弁体（ラプチャーディスク）１３との間に絶縁体１４を配設した構成を備えている。正極タブ保護テープ７は、厚み３０μｍのポリイミドテープを使用した。これらの部材を使用して、円筒形の直径１８ｍｍ×長さ６５ｍｍの１８６５０系の容量非水電解質二次電池（設計容量：１２００ｍＡｈ）を作成した。なお、この実施例１の各部の寸法を表１にまとめて示した。

そして、比較例１の非水電解質二次電池は、封口体として従来から汎用されているカシメ型封口体にし、正極タブ保護テープにポリプロピレンテープ（厚み３０μｍ）を使用した以外は実施例のものと同様の構成の非水電解質二次電池とした。また、比較例２の非水電解質二次電池は、封口体として従来から汎用されているカシメ型封口体にし、正極タブ保護テープにポリイミドテープ（厚み３０μｍ）を使用した以外は実施例のものと同様の構成の非水電解質二次電池とした。更に、比較例３の非水電解質二次電池は、正極タブ保護テープにポリプロピレンテープ（厚み３０μｍ）を使用した以外は実施例のものと同様の構成の非水電解質二次電池とした。なお、実施例及び比較例２で使用したポリイミドテープ及び比較例１及び３で使用したポリプロピレンテープの物性を表１に纏めて示した。

［縦圧壊試験］
上述のようにして組み立てられた実施例、比較例１〜３の非水電解質二次電池をそれぞれ１０個ずつ用意し、１Ｉｔ＝１２００ｍＡの定電流で電池電圧が４．２Ｖなるまで充電し、電池電圧が４．２Ｖに達した後は４．２Ｖの定電圧で電流が１／５０Ｉｔ＝２６ｍＡになるまで充電し、満充電状態とした。このようにして満充電状態としたそれぞれの電池を、平らな鉄板上に封口体が上になるように立設し、封口体側から金属製の測定ヘッドを１ｍｍ／ｓｅｃの速度で長手方向に押しつけることにより縦圧壊試験を行い、それぞれの電池の破壊状態を調査した。結果を纏めて表２に示した。

表２に示した結果から明らかなように、この実施例に係る非水電解質二次電池は、安全性が向上していることが実証された。なお、上記実施例、比較例１〜３では、正極板が封口体に接続され、負極板が電池外装缶に接続されている例を示したが、この配置を逆にしても同様の効果が奏される。

本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池の縦断面図である。正極板の集電タブ取り付け部分を負極板及びセパレーターと共に示す平面図である。封口体の縦断面図である。従来の円筒形非水電解質二次電池の断面図である。

符号の説明

１：非水電解質二次電池（密閉型電池）２：正極板２ａ：正極集電タブ２ｂ：正極活物質２ｃ：正極集電体２ｄ：無地部３：負極板４：セパレーター５：渦巻状電極体６：外装缶６ａ：開口７：正極タブ保護テープ８、９：絶縁板１０：封口体１１：正極端子１２：端子板１３：安全弁１４：絶縁体１５：ガスケットＸ_１、Ｘ_２：短絡発生箇所

Claims

正極板及び負極板がセパレーターを介して互いに絶縁された状態で巻回された渦巻状電極体と、
前記渦巻状電極体が収納された有底筒状の電池外装缶と、
前記電池外装缶の開口部に電気的に絶縁された状態で封止され、端子キャップ、安全弁機構及び端子板とを有する封口体と、
を備え、
前記正極板及び負極板の一方に形成された集電タブが前記端子板に電気的に接続された密閉型電池において、
前記集電タブは、耐熱温度が２７０℃以上、引張り強度が１２０Ｎ以上、突き刺し強度が９．８Ｎ以上の電気絶縁性の保護テープによって、前記電池外装缶内の前記集電タブの少なくとも前記負極板の幅に相当する部分が被覆され、
前記封口体は、前記端子キャップ、前記安全弁機構及び前記端子板がそれぞれ積層配置され、ガスケットを介して前記外装缶の開放端部を用いて前記端子キャップ、前記安全弁機構及び前記端子板がカシメられる積層型封口体であり、
前記安全弁機構と前記端子板との間には、前記密閉型電池の内部圧力の上昇により移動して、該密閉型電池の外部へガスを放出するガス通路を形成するように絶縁体が配置されていることを特徴とする密閉型電池。
前記負極板の巻回方向と直交する方向の幅を前記密閉型電池の長さに対して８９％以上とし、前記負極板の上部から前記封口体下部までの距離を前記密閉型電池の長さに対して３．７％以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
前記安全弁機構は、前記電池外装缶内の圧力の上昇により変形して前記端子板と前記端子キャップとの間の電気的接続を遮断する通電回路遮断機構を備え、前記端子キャップ及び前記端子板にはガス抜き経路となる開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。