WO2014097586A1 - 円筒形二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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賢治 大和
山下　修一
勇馬 山口
福岡　孝博
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical secondary battery having a safety valve and a method for manufacturing the same.
  • cylindrical batteries are often used as nickel metal hydride storage batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries.
  • the sealing portion of these cylindrical secondary batteries was electrically connected to the positive cap, the positive thermistor (PTC) and the safety valve by contact, but it was used for tools, electric vehicles (EV), and hybrid electric vehicles (HV). , PHEV) and the like models for large current applications employ a PTC-less type in order to extract large power.
  • a positive electrode cap and a safety valve are fixed by caulking and laser welding.
  • the safety valve and the terminal plate which is a conductive part of the electrode body are arranged through the insulating member, and the safety valve and the terminal plate are bonded with the adhesive material adhered to both surfaces of the insulating member. Is fixed, and the current interrupting portion of the safety valve and the terminal plate are laser-welded and electrically connected.
  • Patent Document 1 has the following problems (1) and (2), and improvements are required. (1) At the time of production of the sealing body, positioning of the safety valve and the terminal plate is necessary, and the productivity is low. (2) When an impact is applied to the terminal plate, a load is likely to be applied to the welded portion between the safety valve and the terminal plate, resulting in a failure of welding.
  • the safety valve, the insulating member, and the terminal plate can be integrated by being fitted to each other.
  • a cylindrical secondary battery having good impact properties can be provided.
  • a sealing body that is caulked and fixed to an opening of a cylindrical outer can having a bottomed cylindrical shape via a gasket, and a positive electrode plate and a negative electrode plate that are disposed inside the cylindrical outer can sandwich the separator, respectively.
  • the sealing body is A terminal cap protruding outward of the cylindrical outer can; A terminal plate located on the side of the wound electrode body from the terminal cap and electrically connected to the positive electrode plate or the negative electrode plate; Arranged between the terminal cap and the terminal plate, a peripheral portion is connected to the terminal cap so as to be energized, and an energizing contact portion provided other than the peripheral portion is welded and connected to the terminal plate so as to be energized.
  • a safety valve with a structure that cuts off the power supply to the terminal plate when the internal pressure rises
  • An insulating member disposed between a peripheral portion of the terminal plate and the safety valve; A protrusion formed on the winding electrode body side of the safety valve and inclined toward the center side on the outer peripheral side of the energization contact portion; At least the top of the projection and the side surface on the center side of the safety valve and the surface on the center side of the safety valve are covered, and the longitudinal cross-sectional shape fitted to the center side of the safety valve of the projection is bent in a Z shape.
  • An insulating member The terminal plate is fitted and fixed to the center side of the safety valve of the insulating member, and is welded to the energizing contact portion through a central opening of the insulating member.
  • a safety valve there is a current-carrying contact part that is broken from the peripheral part when the internal pressure rises in addition to the peripheral part, and is formed to be inclined toward the center side of the safety valve on the outer peripheral side of the current-carrying contact part.
  • a terminal cap and a surface of the safety valve opposite to the surface on which the protrusion is formed are arranged to be energized, and an insulating member whose longitudinal sectional shape is bent in a Z shape is used as the protrusion.
  • the terminal plate electrically connected to the positive electrode plate or the negative electrode plate is fitted, and then the terminal plate and the current-carrying contact portion of the safety valve are welded and connected through the central opening of the insulating member.
  • a sealing member Placing the wound electrode body inside a cylindrical outer can having a bottomed cylindrical shape, and injecting an electrolyte into the outer cylindrical can;
  • the sealing body is disposed in the opening of the cylindrical outer can through a gasket so that the terminal cap is located outward, and the opening of the cylindrical outer can is crimped to form the sealing body in the cylindrical shape. Sealing and fixing to the opening side of the outer can, Have
  • the cylindrical secondary battery of one embodiment of the present invention there is a protrusion that is inclined toward the center side of the safety valve formed in the safety valve, and the longitudinal section that is fitted to the center side of the safety valve of the protrusion
  • the terminal plate can be securely fixed from all directions by the insulation member bent in the Z shape, so even if an impact is applied to the terminal plate, it is difficult to apply a load to the welded part of the safety valve and the terminal plate, and the welding will not come off. It becomes difficult to occur.
  • the positioning of the insulating member and the terminal plate is facilitated, so that the productivity is improved and the cylindrical secondary battery that easily achieves the above effects can be obtained.
  • the battery can be manufactured.
  • FIG. 1A is a longitudinal sectional view of a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery used in Experimental Example 1
  • FIG. 1B is a partially enlarged longitudinal sectional view of the sealing body of FIG. 1A
  • FIG. 1C is a bottom view of the safety valve. is there.
  • FIG. 2 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing the assembly process of the sealing body of Experimental Example 1 and a partially enlarged longitudinal sectional view showing a specific configuration of each member.
  • 3A is a longitudinal sectional view of a sealing body portion of the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery used in Experimental Example 2
  • FIG. 3B is a partially enlarged longitudinal sectional view of the sealing body of FIG. 3A.
  • the positive electrode plate 11 was produced as follows. First. 95 parts by mass of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 2.5 parts by mass of acetylene black as a conductive agent, and 2.5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) powder as a binder, Were mixed in N-methyl-2pyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode mixture slurry.
  • NMP N-methyl-2pyrrolidone
  • the positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a positive electrode core made of an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m by a doctor blade method, dried, and then rolled with a compression roller.
  • a positive electrode tab 12 made of aluminum was attached to the exposed positive electrode core exposed portion on the winding start side by welding to produce a positive electrode plate 11.
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • CMC carboxymethylcellulose
  • the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 13 produced as described above are insulated from each other through a separator 15 made of a polyethylene microporous film so that the positive electrode tab 12 is on the winding start side.
  • the cylindrical wound electrode body 16 was produced by winding and attaching a tape made of polypropylene to the outermost periphery.
  • Insulating plates 17 and 18 having a hole in the center are arranged above and below the wound electrode body 16 produced as described above, and the negative electrode tab 14 is placed on the bottom of the outer can 19 having a bottomed cylindrical shape. It was bent into an L shape at an appropriate position so as to be parallel. The wound electrode body 16 provided with the negative electrode tab 14 bent in this way was inserted into a cylindrical outer can 19. Next, the negative electrode tab 14 was fixed to the inside of the bottom of the outer can 19 by resistance welding.
  • the positive electrode tab 12 is bent into an S-shape through a hole formed in the center of the upper insulating plate 17, and the tip portion of the positive electrode tab 12 constitutes a sealing body 20A (Experimental Example 1) to 20B (Experimental Example 2). Welded to 21.
  • the specific structure of the sealing bodies 20A and 20B corresponding to each experimental example will be described later.
  • Non-aqueous electrolyte secondary batteries 10A (Experiment 1) and 10B (Experiment 2) of each experiment were produced.
  • the non-aqueous electrolyte secondary batteries 10A and 10B each have a diameter of 18 mm, a length of 65 mm, and a design capacity of 2800 mAh.
  • the sealing body 20A of Experimental Example 1 is disposed between a positive electrode cap 23 serving as a positive electrode terminal, a safety valve 24A, an outer peripheral side of the safety valve 24A, and an outer peripheral side of the terminal plate 21, and an insulating member 25A having an opening at the center. And have.
  • the energizing contact portion 24b located at the center portion of the safety valve 24A and the center portion of the terminal plate 21 are laser-welded, and electrical conduction between the safety valve 24A and the terminal plate 21 is performed at this portion.
  • a thin portion 24a made of, for example, a V-shaped groove is formed around the energizing contact portion 24b at the center so as to be annular or intermittently annular.
  • the outer peripheral side of the safety valve 24A is welded so as to be electrically connected to a flange portion formed on the outer peripheral side of the positive electrode cap 23.
  • the safety valve 24A is deformed when the pressure inside the battery rises, and the thin-walled portion 24a is broken, whereby the electrical continuity between the energizing contact portion 24b and the positive electrode cap 23 is interrupted, and the current does not flow to the outside. It has.
  • the safety valve 24A in the sealing body 20A of Experimental Example 1 has a plurality of, for example, eight protrusions 24c on the outer peripheral side of the energizing contact portion 24b on the side facing the terminal plate 21, and each of the center of the safety valve 24A. It is formed so as to incline toward the side.
  • the plurality of protrusions 24c are inclined by an angle A (A ⁇ 90 °) from the surface of the safety valve 24A, and as shown in Step 1 of FIG. R is attached.
  • the angle A of the plurality of protrusions 24c is an acute angle
  • the insulating member 25A is difficult to come off after the insulating member 25A is fitted to the plurality of protrusions 24c, so that the assembly of the subsequent steps is facilitated.
  • the assembly of the sealing body 20A is performed as follows. First, the safety valve 24A and the positive electrode cap 23 are integrated by welding the outer peripheral side of the safety valve 24A and the flange portion formed on the outer peripheral side of the positive electrode cap 23. Next, as shown in Steps 2 and 3 in FIG. 2, the insulating member 25 ⁇ / b> A having an annular shape and a vertical cross-sectional shape bent into a Z shape is fitted to the center side of the plurality of protrusions 24 c. As shown in step 2 of FIG. 2, the insulating member 25A has a Z-shaped bending angle B larger than the inclination angle A of the plurality of protrusions 24c with respect to the safety valve 24A (where A ⁇ B ⁇ 90 °).
  • the diameter on the outer peripheral side in the direction in which the insulating member 25A is fitted into the plurality of protrusions 24c is made larger by the clearance C than the inner diameter of the corner portion 24d of the plurality of protrusions 24c.
  • R is attached to the corner
  • the insulating member 25A when A ⁇ B ⁇ 90 ° and the insulating member 25A has a larger diameter on the outer peripheral side in the direction of fitting into the plurality of protrusions 24c than the inner diameter of the corners 24d of the plurality of protrusions 24c, the insulating member Since the insulating member 25A is difficult to come off after the 25A is fitted to the plurality of protrusions 24c, the subsequent steps are easily performed.
  • the insulating member 25A when the insulating member 25A is provided with an R at the corner 25a of the portion that fits into the plurality of protrusions 24c, the insulating member 25A can be easily fitted inside the plurality of protrusions 24c, so that assembly is facilitated.
  • the terminal plate 21 is fitted to the center side of the insulating member 25A fitted inside the plurality of protrusions 24c.
  • the outer diameter in the fitting direction of the terminal plate 21 to the insulating member 25A is made larger by the clearance D than the inner diameter of the insulating member 25A on the receiving portion side of the terminal plate 21.
  • the corner 21a in the fitting direction of the terminal board 21 to the insulating member 25A is interfered with the length E in the outer diameter direction and the length F in the thickness direction. A tapered portion is formed.
  • the terminal plate 21 in the insulating member 25A is set larger than the inner diameter of the insulating member 25A on the receiving portion side of the terminal plate 21, the terminal plate 21 is fitted into the insulating member 25A and then the terminal plate. Since 21 becomes difficult to remove
  • the insulating member 25A is firmly positioned and fixed inside the plurality of protrusions 24c while being insulated from the safety valve 24A by the insulating member 25A. Thereafter, electrical conduction between the terminal plate 21 and the safety valve 24A is ensured by laser welding the terminal plate 21 and the energization contact portion 24b of the safety valve 24A. Note that welding between the terminal plate 21 and the energizing contact portion 24b of the safety valve 24A can employ not only laser welding but also a welding method using a high energy beam such as an electron beam.
  • the sealing body 20B of Experimental Example 2 will be described with reference to FIG.
  • the configuration of the sealing body 20B of the experimental example 2 is different from that of the sealing body 20A of the experimental example 1 in that the protrusion is not formed on the side facing the terminal plate 21 of the safety valve 24B and the insulating member 25B is an annular circle.
  • the other configuration is substantially the same as that of the sealing body 20A of Experimental Example 1. Therefore, about the sealing body 20B of Experimental example 2, the same referential mark is attached
  • the assembly of the sealing body 20B of Experimental Example 2 is performed as follows.
  • As the insulating member 25B one having an annular disk shape and having a paste material applied (not shown) on both sides is used.
  • the insulating member 25B is pasted and fixed so as to surround the energizing contact portion 24b of the safety valve 20B with a paste material.
  • the terminal board 21 is fixed by being attached to the surface of the insulating member 25B attached to the surface of the insulating member 25B. Thereby, the edge member 25B is fixed in a state insulated from the safety valve 24B.
  • the terminal plate 21 and the energizing contact portion 24b of the safety valve 24B are laser welded to ensure electrical continuity between the terminal plate 21 and the safety valve 24B, and the sealing body 20B of Experimental Example 2 is completed.
  • the impact resistance of the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 10A of Experimental Example 1 is better than that of the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 10B of Experimental Example 2. It was confirmed. This is because, in the sealing body 20A of Experimental Example 1, the insulating member 25A is fitted to the plurality of protrusions 24c formed on the safety valve 24A, and the terminal plate 21 is fitted to the plurality of protrusions via the insulating member 25A. Therefore, the impact at the time of dropping is less likely to be applied to the weld formed between the safety valve 24A and the terminal plate 21 than in the case of the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 10B of Experimental Example 2. it is conceivable that.
  • the protrusion 24c is formed in a plurality of annularly and intermittently as the safety valve 24A is shown, but this protrusion may be one annular, May not be circular.
  • an annular member is used as the insulating member 25A has been described.
  • the insulating member may be a member that fits in accordance with the shape of the protrusion, and may not be an annular member.

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Abstract

本発明の一実施形態の円筒形非水電解液二次電池（１０Ａ）における封口体（２０Ａ）は、正極キャップ（２３）と、正極キャップ（２３）と電気的に接続された安全弁（２４Ａ）と、安全弁（２４Ａ）の通電接触部（２４ｂ）の外周側に環状かつ断続的に配置され、それぞれ中心側に向かって傾斜するように形成された複数の突起（２４ｃ）と、少なくとも複数の突起（２４ｃ）における頂部及び中心側の側面と、安全弁（２４Ａ）における中心側の表面とを被覆し、複数の突起（２４ｃ）の中心側に嵌合された環状かつ縦断面形状がＺ状に折り曲げられた絶縁部材（２５Ａ）とを備え、端子板（２１）は、絶縁部材（２５Ａ）の中心側に嵌合固定されているとともに、絶縁部材（２５Ａ）の中心開口を介して通電接触部（２４ｂ）に溶接接続されている。

Description

円筒形二次電池及びその製造方法
　本発明は、安全弁を備えている円筒形二次電池及びその製造方法に関する。
　従来、ニッケル水素蓄電池や非水電解質二次電池として、円筒形のものが多く使用されている。これらの円筒形二次電池の封口部は、正極キャップ、正極性サーミスタ（ＰＴＣ）及び安全弁がそれぞれ接触により電気的に接続されていたが、工具用途や電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＶ、ＰＨＥＶ）等の大電流用途向けモデルでは、大電力を取り出すために、ＰＴＣレス方式のものが採用されている。
　このような円筒形二次電池におけるＰＴＣレス方式の封口部の一つとして、例えば下記特許文献１に開示されているように、正極キャップと安全弁とをカシメ及びレーザー溶接によって固定した構成のものが知られている。このＰＴＣレス方式の封口部を組み立てるに際しては、安全弁と電極体の導通部品である端子板とを絶縁部材を介して配置させ、絶縁部材の両面に付着させた糊材にて安全弁と端子板とを固定し、安全弁の電流遮断部分と端子板とをレーザー溶接して電気的に導通させている。
特開２００８－２８２６７９号公報
　しかしながら、上記特許文献１に開示されているＰＴＣレス方式の封口部については、以下の（１）及び（２）の課題が存在しており、改善が求められている。
　（１）封口体の生産時において、安全弁と端子板との位置決めが必要であり、生産性が低い点。
　（２）端子板への衝撃が加わった際、安全弁と端子板との間の溶接箇所に荷重がかかり易く、溶接外れが生じる点。
　本発明の一実施形態の円筒形二次電池及びその製造方法によれば、安全弁、絶縁部材及び端子板をそれぞれ嵌合させることにより一体化し得るため、封口体の生産性が向上し、しかも耐衝撃性が良好な円筒形二次電池を提供することができる。
　本発明の一実施形態の円筒形二次電池においては、
　有底筒状の円筒形外装缶の開口部にガスケットを介してカシメ固定された封口体と、　前記円筒形外装缶の内部に配置された、正極極板及び負極極板がそれぞれセパレータを挟んで互いに絶縁された状態で巻回された巻回電極体及び電解液と、を備え、
　前記封口体は、
　前記円筒形外装缶の外方側に突出する端子キャップと、
　前記端子キャップよりも前記巻回電極体側に位置し、前記正極極板又は前記負極極板と電気的に接続された端子板と、
　前記端子キャップと前記端子板との間に配置され、周辺部が前記端子キャップと通電可能に接続され、前記周辺部以外に設けられた通電接触部が前記端子板と通電可能に溶接接続されているとともに、内部圧力が上昇したときには前記端子板との通電が遮断される構造の安全弁と、
　前記端子板の周辺部と前記安全弁との間に配置された絶縁部材と、を有し、
　前記安全弁の前記巻回電極体側であって前記通電接触部の外周側に中心側に向かって傾斜するように形成された突起と、
　少なくとも前記突起における頂部及び前記安全弁の中心側の側面と、前記安全弁における中心側の表面とを被覆し、前記突起の前記安全弁の中心側に嵌合された縦断面形状がＺ状に折り曲げられた絶縁部材とを備え、
　前記端子板は、前記絶縁部材の前記安全弁の中心側に嵌合固定されているとともに、前記絶縁部材の中心開口を介して前記通電接触部に溶接接続されている。
　また、本発明の一実施形態の円筒形二次電池の製造方法においては、
　正極極板及び負極極板をそれぞれセパレータを挟んで互いに絶縁された状態で巻回し、巻回電極体を形成する工程と、
　安全弁として、周辺部以外に内部圧力が上昇したときに前記周辺部から破断される通電接触部を有し、前記通電接触部の外周側に前記安全弁の中心側に向かって傾斜するように形成された突起を有するものを用い、端子キャップと前記安全弁の前記突起が形成された面とは反対側の面とを通電可能に配置し、縦断面形状がＺ状に折り曲げられた絶縁部材を前記突起の前記安全弁の中心側に嵌合させることにより、少なくとも前記突起における頂部及び前記安全弁の中心側の側面と、前記安全弁における中心側の表面とを被覆し、前記絶縁部材の前記安全弁の中心側に前記正極極板又は前記負極極板に電気的に接続された端子板を嵌合し、次いで、前記端子板と前記安全弁の通電接触部とを前記絶縁部材の中心開口を介して溶接接続することにより、封口体を形成する工程と、
　前記巻回電極体を有底筒状の円筒形外装缶の内部に配置するとともに、電解液を前記円筒形外装缶の内部注入する工程と、
　前記円筒形外装缶の開口部にガスケットを介して前記封口体を前記端子キャップが外方となるように配置し、前記円筒形外装缶の開口部をカシメることにより前記封口体を前記円筒形外装缶の開口部側に密封固定する工程と、
を有する。
　本発明の一実施形態の円筒形二次電池によれば、安全弁に形成された安全弁の中心側に向かって傾斜する突起が存在し、かつその突起の前記安全弁の中心側に嵌合された縦断面形状がＺ状に折り曲げられた絶縁部材により、端子板を全方位から確実に固定できるため、端子板に衝撃が加わった場合でも安全弁と端子板の溶接箇所に荷重がかかり難く、溶接外れが生じ難くなる。
　また、本発明の一実施形態の円筒形二次電池の製造方法によれば、絶縁部材及び端子板の位置決めが容易となるので生産性が向上するとともに、容易に上記効果を奏する円筒形二次電池を製造することができるようになる。
図１Ａは実験例１で用いた円筒形非水電解液二次電池の縦断面図であり、図１Ｂは図１Ａの封口体の部分拡大縦断面図であり、図１Ｃは安全弁の底面図である。 図２は実験例１の封口体の組み立て工程を示す部分拡大縦断面図及び各部材の具体的構成を示す部分拡大縦断面図である。 図３Ａは実験例２で用いた円筒形非水電解液二次電池の封口体部分の縦断面図であり、図３Ｂは図３Ａの封口体の部分拡大縦断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図面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円筒形二次電池として円筒形非水電解液二次電池を例示するものであって、本発明をこの円筒形非水電解液二次電池に特定することを意図するものではない。本発明は、例えば安全弁を備える円筒形ニッケル水素蓄電池等、特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
　最初に各実験例に共通する円筒形非水電解質二次電池の具体的構成及び製造方法について、図１Ａ及び図３Ａを参照しながら説明する。
［正極極板の作製］
　正極極板１１は次のようにして作製した。まず。正極活物質としてのリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２）９５質量部と、導電剤としてのアセチレンブラック２．５質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）粉末２．５質量部とを、Ｎ－メチル－２ピロリドン（ＮＭＰ）中で混合して正極合剤スラリーを調製した。次に、正極合剤スラリーを厚さ２０μｍの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、乾燥した後、圧縮ローラで圧延した。次いで、巻き始め側の正極芯体露出部にアルミニウム製の正極タブ１２を溶接により取付け、正極極板１１を作製した。
［負極極板の作製］
　また、負極極板１３は次のようにして作製した。まず、負極活物質としての黒鉛粉末と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）（スチレン：ブタジエン＝１：１）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、それぞれ黒鉛：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９５：３：２となるように水中に添加して負極合剤スラリーを調製した。この負極合剤スラリーを厚みが８μｍの銅箔製の負極芯体の両面にドクターブレード法により塗布し、乾燥した後、圧縮ローラで圧延した。次いで、巻き終わり側の負極芯体露出部に銅－ニッケルクラッド材からなる負極タブ１４を溶接により取付け、負極極板１３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、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）と、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比で３０：６０：１０（２５℃）の割合で混合した後、ヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬＩＰＦ６）を濃度が１ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解し、非水電解液を調製した。
　上記のようにして作製した正極極板１１及び負極極板１３を、正極タブ１２が巻き始め側となるようにして、ポリエチレン製微多孔質膜からなるセパレータ１５を介して互いに絶縁された状態に巻回し、最外周にポリプロピレン製のテープを張り付けて円筒状の巻回電極体１６を作製した。
［電池の組み立て］
　上記のようにして作製された巻回電極体１６の上下に中央に穴が開けられた絶縁板１７及び１８を配置し、負極タブ１４を先端部が有底円筒状の外装缶１９の底部に平行になるように適切な位置でＬ字状に折り曲げた。このように折り曲げられた負極タブ１４を備えた巻回電極体１６を円筒状の外装缶１９内に挿入した。次いで、外装缶１９の底部の内側に負極タブ１４を抵抗溶接することによって固定した。
　更に、正極タブ１２を、上側の絶縁板１７の中央に形成された穴を通してＳ字状に折り曲げ、その先端部を封口体２０Ａ（実験例１）ないし２０Ｂ（実験例２）を構成する端子板２１に溶接した。なお、各実験例に対応する封口体２０Ａ及び２０Ｂの具体的構成については後述する。
　その後、外装缶１９内に上述した非水電解液を注入、真空含浸した後、封口体２０Ａないし２０Ｂの周囲をガスケット２２で挟んで、外装缶１９の開口端部をカシメて固定することにより、各実験例の非水電解液二次電池１０Ａ（実験例１）及び１０Ｂ（実験例２）を作製した。この非水電解液二次電池１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ直径が１８ｍｍ、長さが６５ｍｍであり、設計容量は２８００ｍＡｈである。
［実験例１］
　実験例１の封口体２０Ａの具体的構成を図１及び図２を用いて説明する。実験例１の封口体２０Ａは、正極端子となる正極キャップ２３と、安全弁２４Ａと、安全弁２４Ａの外周側と端子板２１の外周側との間に配置され、中央部に開口を有する絶縁部材２５Ａと、を有している。安全弁２４Ａの中央部に位置する通電接触部２４ｂと端子板２１の中央部とは、レーザ溶接されており、この部分で安全弁２４Ａと端子板２１との間の電気的導通が行われている。
　安全弁２４Ａの外周側には、例えばＶ字状の溝からなる薄肉部２４ａが、中央部の通電接触部２４ｂの周囲に、環状ないし断続的に環状となるように形成されている。安全弁２４Ａの外周側は、正極キャップ２３の外周側に形成されたフランジ部と電気的に導通するように溶接されている。安全弁２４Ａは、電池内部の圧力が上昇した際に変形し、薄肉部２４ａが破断することによって通電接触部２４ｂと正極キャップ２３との間の電気的導通が遮断され、外部に電流が流れなくなる機能を備えている。
　実験例１の封口体２０Ａにおける安全弁２４Ａには、端子板２１と対向する側に、通電接触部２４ｂの外周側に環状かつ断続的に複数、例えば８個の突起２４ｃが、それぞれ安全弁２４Ａの中心側に向かって傾斜するように形成されている。これらの複数の突起２４ｃは、安全弁２４Ａの表面から角度Ａ（Ａ＜９０°）だけ傾けられているとともに、図２のステップ１に示したように、安全弁２４Ａの中心側の角部２４ｄにはＲが付けられている。このように、角部２４ｄにＲを付けると、後述する絶縁部材２５Ａを嵌合し易くなり、組み立てが容易となる。また、複数の突起２４ｃの角度Ａを鋭角にすると、絶縁部材２５Ａを複数の突起２４ｃに嵌合させた後に絶縁部材２５Ａが外れ難くなるので、その後の工程の組立が容易となる。
　この封口体２０Ａの組み立ては、以下のようにして行われる。まず、安全弁２４Ａの外周側と正極キャップ２３の外周側に形成されたフランジ部とを溶接して、安全弁２４Ａと正極キャップ２３とを一体化する。次いで、複数の突起２４ｃの中心側に、図２のステップ２及び３に示したように、環状かつ縦断面形状がＺ状に折り曲げられた絶縁部材２５Ａを嵌合させる。この絶縁部材２５Ａは、図２のステップ２に示したように、Ｚ状の折り曲
げ角度Ｂが複数の突起２４ｃの安全弁２４Ａに対する傾斜角度Ａよりも大きく（ただし、Ａ＜Ｂ＜９０°）されており、さらに、絶縁部材２５Ａを、複数の突起２４ｃへ嵌め込む方向の外周側の径は、複数の突起２４ｃの角部２４ｄの内径よりもクリアランスＣだけ大きくされている。また、絶縁部材２５Ａが、複数の突起２４ｃへ嵌め込む部分の角部２５ａには、Ｒが付けられている。
　このように、Ａ＜Ｂ＜９０°とするとともに、絶縁部材２５Ａが、複数の突起２４ｃへ嵌め込む方向の外周側の径を複数の突起２４ｃの角部２４ｄの内径よりも大きくすると、絶縁部材２５Ａを複数の突起２４ｃに嵌合させた後に絶縁部材２５Ａが外れ難くなるので、その後の工程を行い易くなる。また、絶縁部材２５Ａが、複数の突起２４ｃへ嵌め込む部分の角部２５ａにＲを付けると、絶縁部材２５Ａを複数の突起２４ｃの内側へ嵌合し易くなるので、組み立てが容易となる。
　次いで、図２のステップ３に示したように、複数の突起２４ｃの内側へ嵌合された絶縁部材２５Ａの中心側に端子板２１を嵌合する。なお、端子板２１の絶縁部材２５Ａへの嵌め込み方向外径は、絶縁部材２５Ａの端子板２１の受け入れ部側の内径よりもクリアランスＤだけ大きくされている。また、端子板２１の絶縁部材２５Ａへの嵌め込み方向の角部２１ａは、図２のステップ４に示したように、外径方向の長さＥ、厚さ方向の長さＦに渉って、テーパー部が形成されている。
　このように端子板２１の絶縁部材２５Ａへの嵌め込み方向外径を絶縁部材２５Ａの端子板２１の受け入れ部側の内径よりも大きくすると、端子板２１を絶縁部材２５Ａに嵌合させた後に端子板２１が外れ難くなるので、その後の工程を行い易くなる。また、端子板２１の絶縁部材２５Ａへの嵌め込み方向の角部２１ａにテーパー部を形成すると、端子板２１を絶縁部材２５Ａの内側へ嵌合しやすくなる。
　これにより、絶縁部材２５Ａは、複数の突起２４ｃの内側に、絶縁部材２５Ａによって安全弁２４Ａとは絶縁された状態で、強固に位置決め、固定される。その後、端子板２１と安全弁２４Ａの通電接触部２４ｂとをレーザ溶接することにより、端子板２１と安全弁２４Ａとの間の電気的導通を確保する。なお、端子板２１と安全弁２４Ａの通電接触部２４ｂとの間の溶接は、レーザ溶接だけでなく、電子ビーム等の高エネルギー線による溶接法を採用することができる。
　なお、実験例１の封口体２０Ａにおいては、Ａ＝６０°、Ｂ＝６２°、Ｃ＝０．０４ｍｍ、Ｄ＝０．０３ｍｍ、Ｒの曲率半径＝０．２０ｍｍ、Ｄ＝０．０３ｍｍ、Ｅ＝０．１０ｍｍ及びＦ＝０．１５ｍｍとなるようにした。ただし、これらの数値は臨界的なものではなく、Ａ＜Ｂ＜９０°、０＜Ｃ＜Ｒ、Ｄ＜Ｅ及びＥ＜Ｆの条件を満たしていれば、実験的に適宜に設定し得る。
［実験例２］
　実験例２の封口体２０Ｂを図３を用いて説明する。この実験例２の封口体２０Ｂが実験例１の封口体２０Ａと構成が相違する点は、安全弁２４Ｂの端子板２１と対向する側に突起が形成されていない点及び絶縁部材２５Ｂが環状の円板状となっている点であり、その他の構成は実質的に実験例１の封口体２０Ａの場合と同様である。そのため、実験例２の封口体２０Ｂについては、実験例１の封口体２０Ａと同一の構成部分については同一の参照符号を付与してそれらの詳細な説明は省略する。
　実験例２の封口体２０Ｂの組立は次のようにして行われる。絶縁部材２５Ｂとしては、環状の円板状となっており、両面に糊材が塗布（図示省略）されているものを用いる。まず、絶縁部材２５Ｂを糊材によって安全弁２０Ｂの通電接触部２４ｂの周囲を囲むように貼付、固定する。次いで、端子板２１を、絶縁部材２５Ｂの表面に貼付された絶縁部材２５Ｂの表面に張り付けることにより、固定する。これにより、縁部材２５Ｂは、安全弁２４Ｂとは絶縁された状態で、固定される。その後、端子板２１と安全弁２４Ｂの通電接触部２４ｂとをレーザ溶接することにより、端子板２１と安全弁２４Ｂとの間の電気的導通を確保し、実験例２の封口体２０Ｂが完成される。
［生産性の確認］
　実験例１の封口体２０Ａ及び実験例２の封口体２０Ｂのそれぞれに対して、連続的に一定数の製造に必要な時間を計測したところ、実験例１の封口体２０Ａの製造時間は実験例２の封口体の製造時間の約１／２で済むことが確認された。このことは、実験例１の封口体２０Ａにおいては、安全弁２４Ａに形成されている複数の突起２４ｃに単に絶縁部材２５Ａを嵌合し、次いで端子板２１を嵌合すれば組立が終了するのに対し、実験例２の封口体２０Ｂにおいては、絶縁部材２５Ｂの位置決め及び端子板２１の位置決めに時間がかかるためと考えられる。
［耐衝撃性試験］
　次に、上記のようにして作製された実験例１の円筒形非水電解質二次電池１０Ａ及び実験例２の円筒形非水電解質二次電池１０Ｂのそれぞれに対して、特に充電操作は行わずに、耐衝撃性試験を行った。耐衝撃性試験は、それぞれ複数個の円筒形非水電解質二次電池１０Ａ、１０Ｂに対して、正極キャップ２３を下にして１回、外装缶１９の底部を下にして１回及び外装缶１９の側面を下にして１回、それぞれ１．８５ｍの高さからコンクリート上へ落下させることを１セットとし、安全弁２４Ａないし２４Ｂと端子板２１との間に形成された溶接部の溶接外れ発生率で評価した。結果を纏めて表１に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示した結果から、実験例１の円筒形非水電解質二次電池１０Ａの場合、実験例２の円筒形非水電解質二次電池１０Ｂの場合よりも耐衝撃性が良好となっていることが確認された。このことは、実験例１の封口体２０Ａにおいては、安全弁２４Ａに形成されている複数の突起２４ｃに絶縁部材２５Ａが嵌合され、端子板２１が絶縁部材２５Ａを介して複数の突起に嵌合されているため、実験例２の円筒形非水電解質二次電池１０Ｂの場合よりも、落下時の衝撃が安全弁２４Ａと端子板２１との間に形成された溶接部にかかり難くなっているためと考えられる。
　なお、上記実験例１では、安全弁２４Ａとして、突起２４ｃが複数の環状かつ断続的に形成されたものを用いた例を示したが、この突起は一つの環状のものであってもよく、さらには、環状でないものでもよい。同じく、絶縁部材２５Ａとして環状のものを用いた例を示したが、この絶縁部材は、突起の形状に合わせて嵌合されるものであればよいので、環状のものでなくてもよい。
　１０Ａ、１０Ｂ…円筒形非水電解質二次電池　１１…正極極板　　１２…正極タブ　１３…負極極板　　　１４…負極タブ　　　１５…セパレータ　　１６…巻回電極体　１７、１８…絶縁板　１９…外装缶　　　　２０Ａ、２０Ｂ…封口体　２１…端子板　　　　２１ａ…角部　　　　２２…ガスケット　　２３…正極キャップ　２４Ａ、２４Ｂ…安全弁　　　　　　　　　２４ａ…薄肉部　　　２４ｂ…通電接触部　２４ｃ…突起　　　　２４ｄ…角部　　　　２５Ａ、２５Ｂ…絶縁部材

Claims (12)

  1. 　有底筒状の円筒形外装缶の開口部にガスケットを介してカシメ固定された封口体と、
    　前記円筒形外装缶の内部に配置された、正極極板及び負極極板がそれぞれセパレータを挟んで互いに絶縁された状態で巻回された巻回電極体及び電解液と、を備え、
    　前記封口体は、
    　前記円筒形外装缶の外方側に突出する端子キャップと、
    　前記端子キャップよりも前記巻回電極体側に位置し、前記正極極板又は前記負極極板と電気的に接続された端子板と、
    　前記端子キャップと前記端子板との間に配置され、周辺部が前記端子キャップと通電可能に接続され、前記周辺部以外に設けられた通電接触部が前記端子板と通電可能に溶接接続されているとともに、内部圧力が上昇したときには前記端子板との通電が遮断される構造の安全弁と、
    　前記端子板の周辺部と前記安全弁との間に配置された絶縁部材と、を有し、
    　前記安全弁の前記巻回電極体側であって前記通電接触部の外周側に中心側に向かって傾斜するように形成された突起と、
    　少なくとも前記突起における頂部及び前記安全弁の中心側の側面と、前記安全弁における中心側の表面とを被覆し、前記突起の前記安全弁の中心側に嵌合された縦断面形状がＺ状に折り曲げられた絶縁部材とを備え、
    　前記端子板は、前記絶縁部材の前記安全弁の中心側に嵌合固定されているとともに、前記絶縁部材の中心開口を介して前記通電接触部に溶接接続されている、円筒形二次電池。
  2. 　前記突起は環状の一つの突起又は環状かつ断続的に形成された複数の突起からなり、前記絶縁部材は環状である、請求項１に記載の円筒形二次電池。
  3. 　前記端子板の前記絶縁部材への嵌め込み方向外周部にはテーパー部が形成されている、請求項１又は２に記載の円筒形二次電池。
  4. 　前記突起は、プレス加工により形成されたものである、請求項１～３のいずれかに記載の円筒形二次電池。
  5. 　正極極板及び負極極板をそれぞれセパレータを挟んで互いに絶縁された状態で巻回し、巻回電極体を形成する工程と、
    　安全弁として、周辺部以外に内部圧力が上昇したときに前記周辺部から破断される通電接触部を有し、前記通電接触部の外周側に前記安全弁の中心側に向かって傾斜するように形成された突起を有するものを用い、端子キャップと前記安全弁の前記突起が形成された面とは反対側の面とを通電可能に配置し、縦断面形状がＺ状に折り曲げられた絶縁部材を前記突起の前記安全弁の中心側に嵌合させることにより、少なくとも前記突起における頂部及び前記安全弁の中心側の側面と、前記安全弁における中心側の表面とを被覆し、前記絶縁部材の前記安全弁の中心側に前記正極極板又は前記負極極板に電気的に接続された端子板を嵌合し、次いで、前記端子板と前記安全弁の通電接触部とを前記絶縁部材の中心開口を介して溶接接続することにより、封口体を形成する工程と、
    　前記巻回電極体を有底筒状の円筒形外装缶の内部に配置するとともに、電解液を前記円筒形外装缶の内部注入する工程と、
    　前記円筒形外装缶の開口部にガスケットを介して前記封口体を前記端子キャップが外方となるように配置し、前記円筒形外装缶の開口部をカシメることにより前記封口体を前記円筒形外装缶の開口部側に密封固定する工程と、
    を有する、円筒形二次電池の製造方法。
  6. 　前記突起を環状の一つの突起又は環状かつ断続的に形成された複数の突起として形成し、前記絶縁部材として環状のものを用いた、請求項５に記載の円筒形二次電池の製造方法。
  7. 　前記絶縁部材として、前記突起への嵌め込み方向外周側の径が前記突起の先端側の内径よりも大きいものを用いた、請求項６に記載の円筒形二次電池の製造方法。
  8. 　前記端子板として、前記絶縁部材の前記突起の角部の内径よりも大きいものを用いた、請求項６又は７に記載の円筒形二次電池の製造方法。
  9. 　前記突起は、前記安全弁の中心側の角部にＲが付けられている、請求項５～８のいずれかに記載の円筒形二次電池の製造方法。
  10. 　前記絶縁部材として、前記Ｚ状の折り曲げ角度が前記突起の前記安全弁に対する傾斜角度よりも大きいものを用いた、請求項５～９のいずれかに記載の円筒形二次電池の製造方法。
  11. 　前記絶縁部材として、前記突起への嵌め込み部の角部にＲが付けられているものを用いた、請求項５～１０のいずれかに記載の円筒形二次電池の製造方法。
  12. 　前記端子板として、前記絶縁部材への嵌め込み方向の角部にはテーパー部が形成されているものを用いた請求項５～１１のいずれかに記載の円筒形二次電池の製造方法。
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