WO2019194055A1 - 電池 - Google Patents

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WO2019194055A1
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battery
opening edge
sealing plate
cap
gasket
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PCT/JP2019/013451
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下司 真也
仰 奥谷
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パナソニック株式会社
三洋電機株式会社
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Priority to JP2020511721A priority patent/JP7320491B2/ja
Priority to CN202410186374.0A priority patent/CN118040187A/zh
Priority to EP19782082.2A priority patent/EP3780136A4/en
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    • H01M50/107Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
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    • B29C45/14Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery including an electrode body and a battery can that houses the electrode body.
  • Patent Document 1 As a method of sealing the opening of the battery can after the electrode body is accommodated in the battery can, as shown in Patent Document 1, after forming a groove in the battery case (battery can), a gasket and a sealing plate are formed in the opening of the battery case. Is generally performed by tightening the tip of the battery case groove inward with the outer peripheral edge of the sealing plate covered with a gasket.
  • One aspect of the present invention is a battery can having a cylindrical portion, a bottom wall that closes one end of the cylindrical portion, and an opening edge that is continuous with the other end of the cylindrical portion, and an electrode accommodated in the cylindrical portion
  • the gasket includes an inner ring portion arranged on the electrode body side of the peripheral edge portion, an outer ring portion arranged on the opposite side of the peripheral edge portion from the electrode body, and a side wall covering an end surface of the peripheral edge portion
  • the sealing plate and the gasket are integrally molded so as to be in close contact with each other.
  • the degree of freedom in battery design is increased.
  • FIG. 6A It is a longitudinal cross-sectional schematic diagram of the principal part of the battery which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 6B is a perspective view of the battery shown in FIG. 6A.
  • the battery according to this embodiment includes a cylindrical portion, a bottom wall that closes one end of the cylindrical portion, and a battery can having an opening edge that is continuous with the other end of the cylindrical portion, and an electrode body that is accommodated in the cylindrical portion, A sealing body fixed to the opening edge so as to seal the opening of the opening edge.
  • the sealing body has a sealing plate and a gasket disposed on the peripheral edge of the sealing plate. The sealing plate and the gasket are in close contact with each other by being integrally molded.
  • the direction from the sealing body to the electrode body is the downward direction
  • the direction from the electrode body to the sealing body is the upward direction.
  • the direction parallel to the axis of the cylinder part toward the opening edge is the upward direction.
  • a sealing plate is provided on the reduced diameter portion. It arrange
  • the contact position in the gasket that comes into contact with the peripheral edge of the sealing plate is likely to vary depending on the circumferential position of the opening edge.
  • the shape of the inner peripheral contour of the gasket (outer ring portion) that is in contact with the sealing plate above the peripheral portion is not a circle, but the shape of the outer ring portion is It tends to be an irregular ring shape with different widths depending on the position in the circumferential direction.
  • the shape of the outer ring portion becomes an irregular ring shape such as a corrugated shape, and the aesthetic appearance is easily impaired. Further, wrinkles are likely to occur in the outer ring portion.
  • the gasket has a role of insulating the opening edge of the battery can and the sealing plate.
  • the width of the outer ring portion is short, it is difficult to ensure insulation between the opening edge of the battery can and the sealing plate.
  • the outer ring has an irregular ring shape, the width of the outer ring varies depending on the position in the circumferential direction, so insulation between the opening edge and the sealing plate is ensured in areas where the outer ring is wide. However, it may happen that insulation cannot be ensured in a portion where the width of the outer ring portion is short.
  • a sealing body in which a sealing plate and a gasket are integrally formed is used.
  • insert molding can be used.
  • variety of an outer side ring part is suppressed, and the insulation with the opening edge of a battery can and a sealing board can be ensured over the perimeter of an opening edge. It is also possible to easily increase the insulation distance between the opening edge and the sealing plate by increasing the width of the outer ring portion.
  • the shapes of the sealing plate and the gasket are not limited, and can be designed in an arbitrary shape.
  • the gasket includes an inner ring portion disposed on the electrode body side (inside) of the peripheral portion of the sealing plate, an outer ring portion disposed on the opposite side (outside) of the peripheral portion of the sealing plate, and a peripheral portion of the sealing plate. And a side wall portion covering the end surface of the portion.
  • the inner ring portion is compressed upward and the outer ring portion is compressed downward, and the adhesion between the gasket and the sealing plate is ensured.
  • the shapes of the inner ring portion, the outer ring portion, and the side wall portion are not limited, and can be designed in any shape.
  • the shape of the inner peripheral contour of the outer ring part can be designed to have any rotational symmetry and / or plane symmetry, such as a regular polygon or a wavy curve, in addition to a circle, and a current collecting lead It is possible to design a shape having a fitting function with other parts such as. In addition, it is easy to provide an opening or unevenness where the sealing plate is exposed at a specific position of the outer ring portion or the inner ring portion, or to thicken a predetermined position of the outer ring portion.
  • the sealing plate there is one in which a thin thin portion is provided in an annular region between a peripheral portion and a central portion in order to provide an explosion-proof function.
  • the thin portion having a weak structural strength is selectively broken, and the thin portion acts as an explosion-proof valve.
  • the structural strength of the thin-walled portion is reduced, the thin-walled portion is brittle with respect to an impact from the outside and is easily affected by corrosion from the outside.
  • the outer ring portion may cover 20% or more of the area of the thin portion, or may cover 100%.
  • the contact position in the gasket that contacts the peripheral edge of the sealing plate varies, and depending on the position in the circumferential direction, the thin wall portion may not be covered with the outer ring portion.
  • the width of the outer ring portion is set to be large in consideration of variations in the contact position so that the thin wall portion is covered by the outer ring portion over a certain area over the entire circumference of the opening edge, depending on the position in the circumferential direction, It is also possible that the outer ring portion blocks the central portion of the sealing plate.
  • the integrally formed sealing body is pressed through the opening edge of the metal can and caulked, the tensile stress in the radial direction (direction toward the axis of the tube portion) is applied during the pressing.
  • the outer ring portion or the inner ring portion of the gasket may be cracked, or the adhesion may be peeled off at the boundary surface between the outer ring portion or the inner ring portion and the sealing plate.
  • the insulation between the opening edge and the sealing plate may be insufficient, or the protection from external impact or corrosion may be insufficient.
  • the outer ring portion may have a protruding portion that protrudes (upward) on the side opposite to the electrode body.
  • the protrusion is compressed downward in the caulking process.
  • At least one of the peripheral surface facing the outer ring portion and / or the opposing surface facing the inner ring portion may have a concave portion facing in the thickness direction of the sealing plate. Good. Adhesion can be increased by increasing the surface area where the gasket and the sealing plate are in contact. Moreover, peeling of the outer ring portion or the inner ring portion can be suppressed against the tensile stress applied during the caulking process.
  • the sealing body of this embodiment is not restricted to the battery in which the reduced diameter part was provided by the conventional sealing method, It can be preferably used also when employ
  • a sealing method that does not provide the reduced diameter portion for example, a method of pressing the side wall portion of the gasket laterally through the opening edge of the battery can toward the radial direction of the opening (direction toward the axis of the cylinder portion).
  • the opening edge is provided with a pressing portion that presses the gasket against the end surface of the peripheral edge of the sealing plate, so that the gasket is opened between the end surface of the peripheral edge of the sealing plate and the opening edge by pressing.
  • the sealing property between the sealing body and the opening edge can be ensured by the repulsive force of the gasket.
  • FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of the main part of a battery 10A according to this embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of the battery.
  • the battery 10A has a cylindrical shape, and includes a cylindrical bottomed battery can 100A, a cylindrical electrode body 200 accommodated in the can, and a sealing body 300A that seals the opening of the battery can 100A. .
  • the battery can 100A has a cylindrical portion 120A that accommodates the electrode body 200, a bottom wall 130A that closes one end of the cylindrical portion 120A, and an opening edge 110A that is continuous with the other end of the cylindrical portion 120A.
  • the opening of the opening edge 110A is closed by the sealing body 300A.
  • the sealing body 300A includes a sealing plate 310A and a gasket 320A disposed on the peripheral edge 311A of the sealing plate 310A.
  • the sealing plate 310A has a disk shape or a disk shape and has an explosion-proof function.
  • the sealing plate 310A includes a thick peripheral portion 311A and a central region 312A for ensuring structural strength, and a thin portion 313A that exhibits an explosion-proof function.
  • the thin portion 313A is provided in a region between the peripheral portion 311A and the central region 312A.
  • An end portion of the lead wire 210 led out from the positive electrode or the negative electrode constituting the electrode body 200 is connected to the inner surface of the central region 312A. Therefore, the sealing plate 310A has one terminal function.
  • the sealing plate 310A rises outward, for example, stress due to tension concentrates at the boundary between the peripheral edge 311A and the thin wall 313A, and breakage occurs from the boundary. As a result, the internal pressure of the battery can 100A is released, and the safety of the battery 10A is ensured.
  • the gasket 320A has an outer ring part 321A and an inner ring part 322A, and a side wall part 323A that connects the outer ring part 321A and the inner ring part 322A.
  • An end surface 311T of the peripheral edge 311A of the sealing plate 310A is covered with a side wall 323A.
  • the outer ring part 321A, the inner ring part 322A and the side wall part 323A are an integrated molded body.
  • the gasket 320A can be integrally formed with the sealing plate 310A by, for example, insert molding.
  • the outer ring portion 321A extends radially inward from the inner ring portion 322A.
  • the outer ring portion 321A covers at least a part of the thin portion 313 of the sealing plate 310A.
  • the outer ring portion 321A protects the thin portion 313A from external impact and corrosion, and can increase the insulation distance between the opening edge 110A and the sealing plate 310A.
  • a reduced diameter portion 140 having an inner diameter smaller than the inner diameter of the cylindrical portion of the opening edge 110A and the inner diameter of the cylindrical portion 120A is provided. That is, the opening edge 110 ⁇ / b> A is continuous with the cylindrical portion 120 via the reduced diameter portion 140.
  • the reduced diameter portion 140 includes a first reduced diameter portion 141a whose inner diameter continuously decreases from the cylindrical portion 120A, and a first reduced diameter at a position where the inner diameter decreases continuously from the opening edge 110A and the inner diameter becomes minimum. It consists of the 2nd reduced diameter part 141b following the part 141a.
  • the inner ring portion 322A of the gasket is in contact with the second reduced diameter portion 141b.
  • One end of the opening edge 110A is continuous with the second reduced diameter portion 141b.
  • the other end portion 110E of the opening edge 110A constitutes an open end, is bent inward, and is in contact with the outer ring portion 321A.
  • the inner ring portion 322A is compressed upward via the second reduced diameter portion 141b, and the outer ring portion 321A is compressed downward via the other end 110E of the opening edge 110A, so that the repulsive force of the gasket. By this, the space between the sealing body and the opening edge is sealed.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the sealing body 300A as one member before the battery can 100A is sealed with the sealing body 300A to form the battery 10A.
  • the sealing body 300A includes the sealing plate 310A and the gasket 320A.
  • the outer ring portion 321A of the gasket 320A is provided with a protruding portion 324 that protrudes upward.
  • the protruding portion 324 Since the protruding portion 324 is compressed downward in the caulking process when the battery can is sealed, its presence is not shown in FIG. However, in the caulking process, the protrusion 324 is compressed, so that the tensile stress is prevented from being transmitted to the outer ring portion 321 on the inner peripheral side of the protrusion 324. As a result, the occurrence of cracking and peeling of the outer ring portion can be suppressed.
  • a recess 314 is provided on the surface of the peripheral edge 311A facing the outer ring portion 321A and the surface facing the inner ring portion 322A.
  • the concave portion 314 increases the contact area between the gasket 320A and the sealing plate 310A and improves the adhesion between the gasket 320A and the sealing plate 310A. Has an enhancing effect. Moreover, peeling of the outer ring portion or the inner ring portion can be suppressed against the tensile stress applied during the caulking process.
  • the direction of the recess of the recess 314 may be inclined from the thickness direction of the sealing plate (see FIG. 3).
  • the recess 314 constitutes a ridge, enhances the adhesion between the gasket 320A and the sealing plate 310A, and suppresses the gasket 320A from being peeled off from the sealing plate 310A due to impact during transportation or assembly.
  • Width W 1 and the width W 2 of the outer ring of the inner ring portion is constant both over the entire circumference of the sealing member may be a W 2> W 1.
  • a conductive cap that covers at least a part of the opening edge and is electrically connected to the opening edge and electrically insulated from the sealing plate may be further provided. Thereby, the space required for battery wiring can be reduced.
  • the battery can usually functions as one external terminal, and the sealing body functions as the other external terminal. And the electrode of the same potential as the battery can is collected from the bottom of the battery can. On the other hand, an electrode having the same potential as that of the sealing body is collected from the sealing body disposed so as to face the bottom of the battery can. That is, when an external lead wire is connected to each electrode, one external lead wire is led out from the lower surface of the battery, and the other external lead wire is led out from the upper surface of the battery. Therefore, a space for wiring is necessary in the vertical direction of the battery.
  • the sealing body functions as an external terminal of one electrode (for example, positive electrode) of the battery.
  • the sealing body has a first main surface facing the inside of the battery can, a second main surface opposite to the first main surface, and a side surface connecting the first main surface and the second main surface.
  • the cap connected to the battery can is disposed on the opening edge side and functions as an external terminal of the other electrode (for example, negative electrode) of the battery. Therefore, both electrodes can be collected from the vicinity of the sealing body (for example, the second main surface side). Therefore, the space (wiring space) for wiring the lead connected to each external terminal only needs to exist on the sealing body side, and the wiring space is saved.
  • the cap is an accessory part of the battery that is separate from the battery can. Therefore, a cap can be shape
  • the cap may have a first portion that covers at least a part of the side surface of the sealing body through the opening edge of the battery can. Thereby, a contact area with a battery can becomes large and current collection property improves.
  • the cap may have a second portion that covers at least a part of the outer peripheral edge of the second main surface of the sealing body. Thereby, both electrodes can be easily collected from the second main surface side of the sealing body.
  • An opening edge of the battery can may be interposed between the second portion and the second main surface of the sealing body.
  • the cap may have both the first part and the second part. That is, the cross section along the axial direction (hereinafter also referred to as Z direction) of the battery can of the cap may be substantially L-shaped. As a result, the cap is firmly fixed to the battery can, and the area of contact with the battery can increases to improve current collection. Furthermore, the edge on the second main surface side of the battery is protected by the cap.
  • the minimum inner diameter of the first portion may be smaller than the maximum outer diameter of the portion covered with the cap at the opening edge in an unloaded state.
  • the cap may be welded to the opening edge of the battery can. Thereby, the cap is firmly fixed by the battery, and the resistance is lowered to improve the current collecting property.
  • the welding method is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the material of the cap and the opening edge. Examples of the welding method include laser welding and resistance welding.
  • a screw process may be performed on the inner side of the cap, and a screw process may be performed on the connection portion of the battery can so as to correspond to the screw of the cap.
  • Screw processing may be performed only on either the cap or the battery can. In this case as well, the cap is fixed to the battery can.
  • the cap is particularly useful when the end surface of the opening edge is disposed on the side surface of the sealing body, that is, when the opening edge of the battery can does not cover the second main surface of the sealing body. Usually, in this case, it is not possible to collect both electrodes from the second main surface side of the sealing body. However, by using a cap that is electrically connected to the battery can, both electrodes can be collected from the second main surface side of the sealing body regardless of the shape of the opening edge of the battery can.
  • the outer diameter of the opening edge at the lowest position in contact with the sealing body in the height direction of the battery can may be smaller than the outer diameter of the cylindrical portion.
  • the thickness of the cap can be designed so that the outer diameter of the cap and the outer diameter of the cylindrical portion are substantially the same. That is, even in a state where the cap is fitted to the battery can, the change in the axial direction of the battery diameter can be reduced.
  • FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view of the battery 10B according to the present embodiment.
  • FIG. 5A is a perspective view schematically showing a cap according to the present embodiment.
  • FIG. 5B is a perspective view of the cap as viewed from the side opposite to FIG. 5A.
  • the battery 10B is a cylindrical type, and has a cylindrical bottomed battery can 100B, a cylindrical electrode body 200 accommodated in the battery can 100B, a sealing body 300B that seals an opening of the battery can 100B, a battery A conductive and annular cap 400 electrically connected to the can 100B and electrically insulated from the sealing body 300B is provided.
  • the battery can 100B has a cylindrical portion 120B that houses the electrode body 200, a bottom wall 130B that closes one end of the cylindrical portion 120B, and an opening edge 110B that is continuous with the other end of the cylindrical portion 120B.
  • the opening of the opening edge 110B is closed by the sealing body 300B.
  • the sealing body 300B connects the first main surface 300X facing the inside of the battery can 100B, the second main surface 300Y opposite to the first main surface 300X, and the first main surface 300X and the second main surface 300Y. Side surface 300Z.
  • the end surface 110T of the opening edge 110B is on the second main surface 300Y of the sealing body 300, and a part of the opening edge 110B covers the outer peripheral edge of the second main surface 300Y.
  • the sealing body 300B also includes a sealing plate 310B and a gasket 320B disposed on the peripheral edge 311B of the sealing plate 310B.
  • the sealing plate 310B has a disk shape or a disk shape and has an explosion-proof function.
  • the sealing plate 310B includes a thick peripheral portion 311B and a central region 312B for ensuring structural strength, and a thin portion 313B that exhibits an explosion-proof function.
  • the thin portion 313B is provided in an annular region between the peripheral edge portion 311B and the central region 312B.
  • An end portion of the internal lead wire 210 led out from the positive electrode or the negative electrode constituting the electrode body 200 is connected to the inner side surface of the central region 312B. Therefore, the sealing plate 310 has one terminal function.
  • the shape of the sealing body 300 is not limited to this.
  • the sealing plate 310B rises outward, for example, stress due to tension concentrates at the boundary between the peripheral edge 311B and the thin wall 313B, and breakage occurs from the boundary. As a result, the internal pressure of the battery can 100B is released, and the safety of the battery 10B is ensured.
  • the cap 400 includes a first portion 401 that covers the side surface 300Z of the sealing body 300B and a second portion 402 that covers the outer peripheral edge of the second main surface 300Y of the sealing body 300B via the opening edge 110B of the battery can 100B. Have.
  • the second part 402 of the cap 400 preferably does not cover the thin part 313B and more preferably does not cover the boundary part between the peripheral part 311B and the thin part 313B in that the explosion-proof function is not hindered.
  • the second portion 402 covers only a part of the peripheral edge portion 311B.
  • the cap 400 is conductive and has the same polarity as the battery can 100B. Therefore, the cap 400 can have the other terminal function having a polarity different from that of the sealing body 300B (sealing plate 310B). Therefore, both the electrodes of battery 10B can be collected from the second main surface 300Y side of sealing body 300B. That is, each external lead wire can be led out from the second main surface 300Y side regardless of the form of the opening edge 110B of the battery can 100B.
  • the cap 400 and the sealing plate 310B are insulated by, for example, a gasket 320B. 5 illustrates a state in which the first external lead wire 501 is connected to the second portion 402 of the cap 400 and the second external lead wire 502 is connected to the outer surface of the central region 312B of the sealing plate 310B. is doing.
  • the minimum inner diameter D 401 (see FIG. 2B) of the first portion 401 of the cap 400 is smaller than the maximum outer diameter D 110 of the portion covered with the first portion 401 of the opening edge 110B.
  • the battery 10B is press-fitted into the cap 400, and the cap 400 is fixed to the battery 10B.
  • the inner diameter D 401 / outer diameter D 110 may be 0.99 or less, or 0.98 or less.
  • the inner diameter D 401 / the outer diameter D110 is preferably 0.9 or more in terms of easy press-fitting.
  • the first portion 401 of the cap 400 may be provided with one or more cuts 403.
  • the cap 400 is welded to the opening edge 110B.
  • the first portion 401 is welded to the opening edge 110B.
  • FIG. 6A is a schematic vertical cross-sectional view of a battery 10 ⁇ / b> C according to the present embodiment provided with a cap 400.
  • FIG. 6B is a schematic vertical cross-sectional view of an enlarged main part of the battery shown in FIG. 6A.
  • 6C is a perspective view of the battery shown in FIG. 6A.
  • the end surface 110T of the opening edge 110C of the battery can 100C is on the side surface 300Z of the sealing body 300C, and the opening edge 110C does not cover the outer peripheral edge of the second main surface 300Y of the sealing body 300C.
  • a conductive bonding material 410 may be interposed between the first portion 401 of the cap 400 and the outer surface of the opening edge 110C.
  • the outer diameter of the opening edge 110C of the battery can 100C at the lowest position in contact with the sealing body 300C may be smaller than the outer diameter of the cylindrical portion 120C.
  • the opening edge 110C may include a tapered region 110S (see FIG. 6B) that reduces the outer diameter of the cylindrical portion 120C at the boundary with the cylindrical portion 120C.
  • the tapered region 110S forms an angle of less than 45 ° with the Z direction, for example.
  • the thickness of the cap 400 can be designed so that the outer diameter of the cap 400 and the outer diameter of the cylindrical portion 120C are substantially the same. Thereby, the change in the Z direction of the diameter of the battery 10C can be reduced.
  • the difference between the outer diameter or maximum outer diameter of the cap 400 and the outer diameter or maximum outer diameter of the cylindrical portion 120C may be, for example, 20% or less of the outer diameter of the cylindrical portion 120C, may be 10% or less, and may be 5% or less. It may be 2% or less or 1% or less.
  • the cap 400 and the opening edge 110C may be welded in the tapered region 110S. Positioning becomes easy and deterioration of the gasket 320 due to heat can be suppressed.
  • the opening edge 110C presses the side wall portion 323C of the gasket 320C against the end surface 311T of the peripheral edge portion 311C of the sealing plate 310C, and compresses the side wall portion 323C in the radial direction of the opening. It is preferable. Thereby, it becomes easy to ensure the sealing property between the opening edge 110C of the battery can 100C and the sealing body 300C.
  • the opening edge 110C presses the gasket 320C not in the Z direction but in a direction perpendicular to the Z direction (hereinafter also referred to as XY direction). In this case, when the force with which the opening edge 110C presses the gasket 320C is decomposed into the Z direction and the XY direction, the vector in the XY direction has a larger scalar amount than the vector in the Z direction.
  • sealing plate 310C the gasket 320C, and the opening edge 110C that are suitable when the opening edge 110C presses the gasket 320C in the XY direction will be described.
  • Other configurations may be the same as those of the second embodiment.
  • the gasket 320C has an outer ring part 321C and an inner ring part 322C, and a side wall part 323C that connects the outer ring part 321C and the inner ring part 322C.
  • An end surface 311T of the peripheral edge 311C of the sealing plate 310C is covered with a side wall 323C.
  • the outer ring portion 321C and the inner ring portion 322C sandwich the peripheral edge portion 311C of the sealing plate 310C, so that the gasket 320C is fixed to the sealing plate 310C.
  • the outer diameter of the opening edge 110C of the battery can 100C at the lowest position in contact with the inner ring portion 322C of the gasket 320C is smaller than the outer diameter of the cylindrical portion 120C.
  • the outer ring portion 321C protrudes in the axial direction (Z direction) of the battery can 100C from the end face 110T of the opening edge 110C.
  • the cap 400 is useful. Normally, in this case, the gasket 320C becomes an obstacle, and it is difficult to collect both electrodes from the second main surface 300Y side of the sealing body 300C. However, by using the cap 400, both electrodes can be easily collected from the second main surface 300Y side.
  • the outer ring part 321C, the inner ring part 322C and the side wall part 323C are an integrated molded body.
  • the gasket 320C can be integrally formed with the sealing plate 310C by insert molding, for example. According to the integral molding, the state where the sealing plate 310C and the gasket 320C are in close contact with each other can be easily achieved. By integrally molding the sealing plate 310C and the gasket 320C, the sealing body 300C can be handled as a single part, and the battery 10C can be easily manufactured.
  • a reduced-diameter protrusion 111 is formed inside the opening edge 110C along the circumferential direction of the opening.
  • the protrusion 111 presses the side wall 323C against the end surface 311T.
  • a recess 3231 may be provided in advance in a position corresponding to the protrusion 111 on the side wall 323C of the gasket 320C. Providing the recess 3231 in the gasket 320C can suppress excessive deformation of the gasket 320C when the side wall 323C is compressed.
  • the plurality of protrusions 111 may be formed intermittently along the circumferential direction of the opening, or may be formed continuously along the circumferential direction of the opening.
  • the continuously formed protrusion 111 can form an annular groove along the circumferential direction of the opening.
  • the protrusion 111 can press the gasket 320C or the side wall 323C more strongly toward the end surface 311T of the peripheral edge 311C of the sealing plate 310C. Therefore, the sealing property between the sealing body 300C and the opening edge 110C is more reliably ensured.
  • a plurality of protrusions 111 are formed intermittently, it is preferable to provide a plurality (at least two, preferably four or more) of protrusions 111 at positions that are angularly equivalent to the center of the opening.
  • the position of the protrusion 111 and the center position of the end surface 311T are substantially the same. Thereby, deformation of the sealing plate 310C and the gasket 320C is suppressed. Further, the pressure applied to the gasket 320C or the side wall portion thereof is not easily biased. Therefore, the deformation of the gasket 320C can be easily suppressed, the compression rate of the gasket 320C can be increased, and the sealing property between the sealing body 300C and the opening edge 110C can be more significantly ensured.
  • the position of the protrusion 111 and the center position of the end surface 311T of the sealing plate 310C are substantially the same as the position of the protrusion 111 and the end surface 311T of the sealing plate 310C in the height direction of the battery can 100C. This means that the amount of deviation from the center position is 4% or less of the height H of the battery can 100C.
  • a concave groove 3111 is formed at the center position of the end surface 311T of the peripheral edge 311C so as to correspond to the protrusion 111 of the opening edge 110.
  • the amount of deviation between the center position of the groove 3111 and the position of the protrusion 111 may be 4% or less of the height H of the battery can 100C.
  • the battery can 100 ⁇ / b> C may not have a reduced diameter portion that intervenes between the gasket and the electrode body as shown in FIGS. 1 and 4.
  • the shortest distance between the sealing body 300C and the electrode body 200 can be, for example, 2 mm or less, preferably 1.5 mm or less, and further 1 mm or less.
  • the material of battery cans 100A, 100B and 100C is not particularly limited, and iron and / or iron alloys (including stainless steel), copper, aluminum, aluminum alloys (alloys containing a small amount of other metals such as manganese and copper, etc.) ), And the like.
  • the material of the cap 400 is not particularly limited, and the same material as the battery cans 100A and 100B can be exemplified.
  • the material of the gaskets 320A, 320B and 320C is not limited.
  • polypropylene (PP), polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene (PE), polybutylene terephthalate (PBT), perfluoroalkoxyalkane can be easily molded.
  • PFA polytetrafluoroethylene
  • PA polyamide
  • the configuration of the electrode body 200 will be exemplarily described by taking a lithium ion secondary battery as an example.
  • the cylindrical electrode body 200 is a wound type, and is configured by winding a positive electrode and a negative electrode in a spiral shape with a separator interposed therebetween.
  • a lead wire 210 is connected to one of the positive electrode and the negative electrode.
  • the lead wire 210 is connected to the inner surface of the central region of the sealing plate by welding or the like.
  • Another lead wire is connected to the other of the positive electrode and the negative electrode, and the other lead wire is connected to the inner surface of the battery can by welding or the like.
  • the negative electrode has a strip-shaped negative electrode current collector and negative electrode active material layers formed on both surfaces of the negative electrode current collector.
  • a metal film, a metal foil, or the like is used for the negative electrode current collector.
  • the material of the negative electrode current collector is preferably at least one selected from the group consisting of copper, nickel, titanium and alloys thereof, and stainless steel.
  • the thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 30 ⁇ m, for example.
  • the negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, and optionally includes a binder and a conductive agent.
  • the negative electrode active material layer may be a deposited film formed by a vapor phase method (for example, vapor deposition).
  • Examples of the negative electrode active material include Li metal, a metal or alloy that electrochemically reacts with Li, a carbon material (for example, graphite), a silicon alloy, a silicon oxide, and a metal oxide (for example, lithium titanate).
  • the thickness of the negative electrode active material layer is preferably, for example, 1 to 300 ⁇ m.
  • the positive electrode has a strip-shaped positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on both surfaces of the positive electrode current collector.
  • a metal film, a metal foil (stainless steel foil, aluminum foil or aluminum alloy foil) or the like is used for the positive electrode current collector.
  • the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a binder, and includes a conductive agent as necessary.
  • the positive electrode active material is not particularly limited, and a lithium-containing composite oxide such as LiCoO 2 or LiNiO 2 can be used.
  • the thickness of the positive electrode active material layer is preferably 1 to 300 ⁇ m, for example.
  • the conductive agent included in each active material layer is graphite, carbon black, or the like.
  • the amount of the conductive agent is, for example, 0 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the active material.
  • the binder to be included in the active material layer fluorine resin, acrylic resin, rubber particles, or the like is used.
  • the amount of the binder is, for example, 0.5 to 15 parts by mass per 100 parts by mass of the active material.
  • a resin microporous film or a nonwoven fabric is preferably used.
  • a material (resin) for the separator polyolefin, polyamide, polyamideimide and the like are preferable.
  • the thickness of the separator is, for example, 8 to 30 ⁇ m.
  • a nonaqueous solvent in which a lithium salt is dissolved can be used for the electrolyte.
  • the lithium salt include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , and imide salts.
  • Non-aqueous solvents include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate and other cyclic carbonate esters, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate and other chain carbonate esters, ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone and other cyclic carboxylic acid esters. Etc.
  • a lithium ion secondary battery has been described as an example, but the present invention can be used in a battery that uses a sealing body to seal a battery can, regardless of whether the battery is a primary battery or a secondary battery.
  • the battery according to the present invention can be used for various can-type batteries, and is suitable for use as a power source for portable devices, hybrid cars, electric cars, and the like.
  • 10A, 10B, 10C Battery 100A, 10B, 10C: Battery can 110A, 110B, 110C: Opening edge 110E: End portion 110S: Tapered region 110T: End surface 111: Projection portion 120A, 120B, 120C: Tube portion 130A, 130B, 130C: bottom wall 140: reduced diameter portion 141a: first reduced diameter portion 141b: second reduced diameter portion 200: electrode body 210: lead wires 300A, 300B, 300C: sealing body 300X: first main surface 300Y: second main Surface 300Z: Side surfaces 310A, 310B, 310C: Sealing plate 311T: End surface 3111: Groove 311A, 311B, 311C: Peripheral portion 312A, 312B, 312C: Central region 313A, 313B, 313C: Thin portion 314: Recessed portion 320A, 320B, 320C: Gasket 32 1A, 321B, 321C: Outer ring part 322A, 322B, 3

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Abstract

【解決手段】筒部、筒部の一方の端部を閉じる底壁および筒部の他方の端部に連続する開口縁を有する電池缶と、筒部に収容された電極体と、開口縁の開口を封口するように前記開口縁に固定された封口体と、を備え、封口体は、封口板と、封口板の周縁部に配されたガスケットと、を有し、ガスケットは、周縁部の電極体側に配された内側リング部と、周縁部の電極体と反対側に配された外側リング部と、周縁部の端面を覆う側壁部と、を有し、封口板と前記ガスケットとが一体成型されることで相互に密着している、電池。

Description

電池
 本発明は、電極体と、電極体を収容する電池缶と、を備える電池に関する。
 電極体を電池缶に収容後、電池缶の開口を封口する方法としては、特許文献1に示すように、電池ケース(電池缶)に溝を形成後、電池ケースの開口部にガスケットおよび封口板を挿入し、封口板の外周縁部をガスケットで覆った状態で、電池ケースの溝から先の部分を内方に締め付けることによって行うのが一般的である。
特開平7-105933号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の封口方法では、ガスケットと封口板を組み合わせて封口体を形成するものであるため、封口工程で生じる組み立て公差を考慮する必要がある。例えば、封口板の周縁部をガスケットで覆う際、および、封口板の周縁部をガスケットを覆った後、周縁部とガスケットを押圧し密着させる際に、周縁部と接触するガスケットの位置にばらつきが生じ易い。このため、ばらつきを考慮して、封口板およびガスケットの形状や寸法等を設計する必要がある。
 本発明の一局面は、筒部、前記筒部の一方の端部を閉じる底壁および前記筒部の他方の端部に連続する開口縁を有する電池缶と、前記筒部に収容された電極体と、前記開口縁の開口を封口するように前記開口縁に固定された封口体と、を備え、前記封口体は、封口板と、前記封口板の周縁部に配されたガスケットと、を有し、前記ガスケットは、前記周縁部の前記電極体側に配された内側リング部と、前記周縁部の前記電極体と反対側に配された外側リング部と、前記周縁部の端面を覆う側壁部と、を有し、前記封口板と前記ガスケットとが一体成型されることで相互に密着している、電池に関する。
 本発明によれば、電池の封口工程で生じる組み立て公差が低減されるため、電池設計の自由度が増す。
 本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
本発明の一実施形態に係る電池の要部の縦断面模式図である。 同電池において、電池缶の外観を示す斜視図である。 同電池で用いられる封口体の断面形状を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池の縦断面模式図である。 本発明の他の実施形態に係るキャップを模式的に示す斜視図である。 図5Aに示すキャップを図5Aとは反対側から見た斜視図である。 本発明の更に他の実施形態に係る電池の縦断面模式図である。 図6Aに示す電池の要部を拡大した縦断面模式図である。 図6Aに示す電池の斜視図である。
 本実施形態に係る電池は、筒部、筒部の一方の端部を閉じる底壁および筒部の他方の端部に連続する開口縁を有する電池缶と、筒部に収容された電極体と、開口縁の開口を封口するように前記開口縁に固定された封口体と、を備える。封口体は、封口板と、封口板の周縁部に配されたガスケットと、を有する。そして、封口板とガスケットとは、一体成型されることで相互に密着している。
 以下において、封口体から電極体に向かう方向を下方向、電極体から封口体に向かう方向を上方向とする。一般に、電池缶を底部が下になるように直立させたときに、開口縁に向かう筒部の軸に平行な方向が上方向である。
 従来より、電池缶の開口縁を封口する方法として、開口縁と筒部との間に、開口縁および筒部よりも内径の小さな縮径部を設けた後、縮径部上に封口板をガスケットを介して配置し、ガスケットおよび封口板を挟み込むように金属缶の開口縁を上下方向から押圧しかしめ加工することが行われている。しかしながら、この方法では、封口板の周縁部と接触するガスケット内の接触位置を一定にすることが難しく、接触位置が上下方向にずれ易い。このため、開口縁の周方向の位置によって、封口板の周縁部と接触するガスケット内の接触位置にばらつきが生じ易い。ばらつきの結果、封口後の電池を上から見た場合、周縁部より上側で封口板と接触しているガスケット(外側リング部)の内周輪郭の形状が円ではなく、外側リング部の形状が、周方向の位置によって幅の異なるいびつなリング形状になり易い。
 特に、絶縁性の確保のため、外側リング部の幅を長くとりたい場合に、ガスケット内において、封口板の周縁部との接触位置より上方の領域を大きくとるようにしてかしめ加工を行うと、外側リング部の形状が、波打ち形状のようにいびつなリング形状になり、美観を損ね易い。また、外側リング部に襞が生じ易い。
 ガスケットは、電池缶の開口縁と封口板とを絶縁する役割を有している。しかしながら、外側リング部の幅が短いと、電池缶の開口縁と封口板との絶縁を確保し難くなる。外側リング部の形状がいびつなリング形状をしている場合、周方向の位置によって外側リング部の幅が異なることから、外側リング部の幅が長い部分では開口縁と封口板との絶縁を確保できるが、外側リング部の幅が短い部分で絶縁を確保できないことも起こり得る。
 これに対し、本実施形態では、封口板とガスケットが一体成型された封口体を用いる。一体成型の方法としては、インサート成型を用いることができる。これにより、外側リング部の幅のばらつきが抑制され、開口縁の全周に渡って電池缶の開口縁と封口板との絶縁を確保できる。外側リング部の幅を広げて、開口縁と封口板との絶縁距離を伸ばすことも容易に可能となる。
 封口板とガスケットが一体成型された封口体において、封口板およびガスケットの形状は限定されず、任意の形状に設計できる。ガスケットは、封口板の周縁部の電極体側(内側)に配された内側リング部と、封口板の周縁部の電極体と反対側(外側)に配された外側リング部と、封口板の周縁部の端面を覆う側壁部とを有する。従来の封口方法では、内側リング部が上方向に圧縮され、外側リング部が下方向に圧縮され、ガスケットと封口板の密着が確保される。内側リング部、外側リング部、および側壁部の形状は限定されず、任意の形状に設計できる。
 例えば、外側リング部の内周輪郭の形状は、円のほか、正多角形や波打った曲線など、任意の回転対称性および/または面対称性を有する形状に設計でき、また、集電リード等の他部品との嵌合機能を備えた形状に設計することができる。また、外側リング部または内側リング部の特定位置に封口板が露出する開口あるいは凹凸を設けたり、外側リング部の所定位置を厚膜化することも容易である。
 封口板の構成として、防爆機能を設けるため、周縁部と中央部との間の環状領域に厚みの薄い薄肉部を設けたものがある。この場合、電池の内圧が閾値以上に高まると、構造的に強度の弱い薄肉部が選択的に破断されることによって、薄肉部は防爆弁として作用する。一方で、薄肉部は、構造的強度が低下していることから、外部からの衝撃に対して脆く、外部からの腐食の影響を受け易い。しかしながら、薄肉部の少なくとも一部を覆うように外側リング部の形状を設計することにより、外側リング部によって、薄肉部を外部の衝撃や腐食から保護することができる。外側リング部は、薄肉部の面積の20%以上を覆っていてもよく、100%を覆っていてもよい。
 従来の封口方法では、上述の通り、封口板の周縁部と接触するガスケット内の接触位置にばらつきが生じることから、周方向の位置によっては薄肉部が外側リング部で覆われない場合が生じ得る。一方、開口縁の全周に渡って薄肉部が外側リング部で一定面積以上覆われるように、接触位置のばらつきを考慮して外側リング部の幅を大きめに設定すると、周方向の位置によっては外側リング部が封口板の中央部を塞いでしまうことも起こり得る。このため、薄肉部が外側リング部で覆われるように、外側リング部を筒の内側方向に延伸させることは、封口板とガスケットに別々の部材を用いる従来の封口方法では困難であった。しかしながら、封口板とガスケットが一体成型された封口体を用いることで、上記の問題の発生は抑制される。
 一方で、一体成型された封口体を、金属缶の開口縁を介して押圧し、かしめ加工する場合には、押圧時において、径方向(筒部の軸に向かう方向)への引っ張り応力がガスケットに加わる。この結果、ガスケットの外側リング部または内側リング部に割れが生じたり、外側リング部または内側リング部と封口板との境界面で密着が剥がれたりする場合がある。特に外側リング部に割れや剥がれが生じると、開口縁と封口板との絶縁が不十分になる場合や、外部の衝撃や腐食からの保護が不十分になる場合がある。
 かしめ加工において、外側リング部の割れや剥がれを抑制するため、外側リング部は、電極体と反対側に(上方向に)突出する突起部を有していてもよい。突起部は、かしめ加工において下方向に圧縮される。突起部が圧縮されることによって、突起部よりも内周側に引っ張り応力が伝わるのが抑制され、突起部よりも内周側に位置する外側リング部において割れや剥がれの発生が抑制される。
 ガスケットと封口板の密着性を高めるため、周縁部の外側リング部との対向面および/または内側リング部との対向面の少なくとも一方に、封口板の厚み方向に向かう凹部を有していてもよい。ガスケットと封口板が接触する表面積を高めて、密着性を高めることができる。また、かしめ加工時に加わる引っ張り応力に対して、外側リング部または内側リング部の剥がれを抑制することができる。
 なお、本実施形態の封口体は、従来の封口方法によって縮径部が設けられた電池に限られず、縮径部を設けない封口方法を採用する場合においても好ましく用いることができる。封口板とガスケットとが一体成型されることで、封口体を一部品として取り扱うことができ、電池の製造が容易になる。
 縮径部を設けない封口方法としては、例えば、ガスケットの側壁部を、電池缶の開口縁を介して開口の径方向(筒部の軸に向かう方向)に向かって横方向に押圧する方法が挙げられる。具体的には、開口縁に、ガスケットを封口板の周縁部の端面に対して押圧する押圧部を設けることで、押圧により、ガスケットは封口板の周縁部の端面と開口縁との間で開口の径方向に圧縮され、ガスケットの反発力により封口体と開口縁との間の密閉性が確保され得る。
 以下、本発明の実施形態に係る電池について、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
[第1実施形態]
 図1は、本実施形態に係る電池10Aの要部の縦断面模式図であり、図2は同電池の斜視図である。電池10Aは、円筒型を有し、円筒型の有底の電池缶100Aと、缶内に収容された円筒型の電極体200と、電池缶100Aの開口を封口する封口体300Aとを具備する。
 電池缶100Aは、電極体200を収容する筒部120Aと、筒部120Aの一方の端部を閉じる底壁130Aと、筒部120Aの他方の端部に連続する開口縁110Aとを有する。開口縁110Aの開口は、封口体300Aにより閉じられている。
 封口体300Aは、封口板310Aと、封口板310Aの周縁部311Aに配されたガスケット320Aとを有する。封口板310Aは、円盤状もしくはディスク状であり、防爆機能を有する。具体的には、封口板310Aは、構造的強度を確保するための厚肉の周縁部311Aおよび中央領域312Aと、防爆機能を発揮する薄肉部313Aとを具備する。薄肉部313Aは、周縁部311Aと中央領域312Aとの間の領域に設けられる。中央領域312Aの内側面には、電極体200を構成する正極または負極から導出されたリード線210の端部が接続されている。よって、封口板310Aは一方の端子機能を有する。
 電池缶100Aの内圧が上昇すると、封口板310Aが外方に向けて盛り上がり、例えば周縁部311Aと薄肉部313Aとの境界部に張力による応力が集中し、その境界部から破断が生じる。その結果、電池缶100Aの内圧が開放され、電池10Aの安全性が確保される。
 ガスケット320Aは、外側リング部321Aおよび内側リング部322Aと、外側リング部321Aと内側リング部322Aとを繋ぐ側壁部323Aとを有する。封口板310Aの周縁部311Aの端面311Tは、側壁部323Aで覆われている。
 外側リング部321A、内側リング部322Aおよび側壁部323Aは一体化された成型体である。ガスケット320Aは、例えばインサート成型により封口板310Aと一体成型され得る。
 外側リング部321Aは、内側リング部322Aよりも径方向の内側に向かって延びている。外側リング部321Aは、封口板310Aの薄肉部313の少なくとも一部を覆っている。これにより、外側リング部321Aは、薄肉部313Aを外部からの衝撃や腐食から保護しており、開口縁110Aと封口板310Aとの間の絶縁距離を大きくすることができる。
 電池缶100Aの筒部120Aと開口縁110Aの間には、開口縁110Aの筒部分の内径および筒部120Aの内径よりも内径の小さな縮径部140が設けられている。すなわち、開口縁110Aは、縮径部140を介して筒部120と連続している。縮径部140は、筒部120Aから内径が連続的に減少している第1縮径部141aと、開口縁110Aから内径が連続的に減少し、内径が極小となる位置において第1縮径部141aと連続する第2縮径部141bからなる。ガスケットの内側リング部322Aは、第2縮径部141bと接触している。
 開口縁110Aの一方の端部は、第2縮径部141bと連続している。開口縁110Aの他方の端部110Eは、開放端を構成し、内側に折り曲げられて外側リング部321Aと接触している。
 第2縮径部141bを介して内側リング部322Aが上方向に圧縮され、開口縁110Aの他方の端部110Eを介して外側リング部321Aが下方向に圧縮されることで、ガスケットの反発力により封口体と開口縁との間が密閉されている。
 図3は、電池缶100Aを封口体300Aで封口し電池10Aを構成する前の、一部材としての封口体300Aの構成の一例を示す模式的断面図である。封口体300Aは、前述の通り、封口板310Aとガスケット320Aとを有する。ガスケット320Aの外側リング部321Aには、上方向に突出する突起部324が設けられている。
 突起部324は、電池缶の封口の際、かしめ加工において下方向に圧縮されるため、図1ではその存在は示されていない。しかしながら、かしめ加工において、突起部324が圧縮されることによって、突起部324よりも内周側の外側リング部321に引っ張り応力が伝わるのが抑制される。結果、外側リング部の割れや剥がれの発生を抑制できる。
 また、封口板310Aには、凹部314が、周縁部311Aの外側リング部321Aとの対向面および内側リング部322Aとの対向面に設けられている。
 凹部314は、例えば封口板310A上にガスケット320Aを一体成型して封口体を形成する場合に、ガスケット320Aと封口板310Aとの接触面積を高めて、ガスケット320Aと封口板310Aとの密着性を高める作用を有する。また、かしめ加工時に加わる引っ張り応力に対して、外側リング部または内側リング部の剥がれを抑制することができる。
 凹部314の凹みの方向は封口板の厚み方向から傾いていてもよい(図3参照)。これにより、凹部314は鉤を構成し、ガスケット320Aと封口板310Aとの密着性を高め、輸送や組立時の衝撃等によってガスケット320Aが封口板310Aから剥がれるのを抑制している。
 内側リング部の幅W1および外側リング部の幅W2は、ともに封口体の全周に渡って一定であり、W2>W1であり得る。
[第2実施形態]
 開口縁の少なくとも一部を覆うとともに開口縁と電気的に接続し、かつ、封口板と電気的に絶縁された導電性のキャップと、をさらに備えていてもよい。これにより、電池の配線に必要な空間を小さくすることができる。
 従来構成の電池において、通常、電池缶は一方の外部端子として機能し、封口体は他方の外部端子として機能する。そして、電池缶と同電位の電極は、電池缶の底部から集電される。一方、封口体と同電位の電極は、電池缶の底部に対向するように配置されている封口体から集電される。つまり、各電極に外部リード線をそれぞれ接続する場合、一方の外部リード線は電池の下面から導出され、他方の外部リード線は電池の上面から導出される。そのため、電池の上下方向に配線のための空間が必要である。
 本実施形態の電池においては、封口体は、電池の一方の電極(例えば、正極)の外部端子として機能する。封口体は、電池缶の内側を向く第1主面、第1主面とは反対側の第2主面、および、第1主面と前記第2主面とを繋ぐ側面を有している。一方、電池缶と接続しているキャップは、開口縁側に配置されており、電池の他方の電極(例えば、負極)の外部端子として機能する。そのため、両方の電極をともに、封口体の近傍(例えば、第2主面側)から集電することができる。よって、各外部端子に接続するリードを配線するための空間(配線空間)は、封口体側に存在すればよく、配線空間は省スペース化される。さらに、キャップは、電池缶とは別体の電池の付属部品である。そのため、キャップは、電池の用途、形状に応じた形状に成形できる。よって、本実施形態は、電池(電池缶)の形状にかかわらず適用できる。
 キャップは、電池缶の開口縁を介して、封口体の側面の少なくとも一部を覆う第1部分を有してもよい。これにより、電池缶との接触面積が大きくなって集電性が向上する。また、キャップは、封口体の第2主面の外周縁の少なくとも一部を覆う第2部分を有してもよい。これにより、両方の電極をともに、封口体の第2主面側から集電し易くなる。第2部分と封口体の第2主面との間には、電池缶の開口縁が介在していてもよい。
 キャップは、第1部分および第2部分の両方を有していてもよい。つまり、キャップの電池缶の軸方向(以下、Z方向とも称する。)に沿った断面は、略L字形状であってもよい。これにより、キャップは電池缶に強固に固定されるとともに、電池缶との接触面積が大きくなって集電性が向上する。さらに、キャップにより、電池の第2主面側のエッジが保護される。
 キャップが環状の第1部分を備える場合、無負荷状態において、第1部分の最小の内径を、開口縁のキャップで覆われる部分の最大の外径よりも小さくしてもよい。このようなキャップに電池を圧入して嵌め込むことにより、キャップは電池により強固に固定される。
 キャップは、電池缶の開口縁に溶接されてもよい。これにより、キャップは電池により強固に固定されるとともに、抵抗が低くなって集電性が向上する。溶接の方法は特に限定されず、キャップおよび開口縁の材質に応じて適宜選択すればよい。溶接方法としては、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接等が挙げられる。溶接以外の方法としては、例えば、キャップの内側にネジ加工を施すとともに、電池缶の接続部に、キャップのネジと対応するようにネジ加工を施してもよい。双方のネジを嵌合させることにより、キャップを電池缶に固定することができる。ネジ加工は、キャップおよび電池缶のいずれか一方にのみ施されてもよい。この場合も、キャップは電池缶に固定される。
 開口縁の端面が、封口体の側面上に配置されている場合、つまり、電池缶の開口縁が、封口体の第2主面を覆っていない場合、キャップは特に有用である。通常、この場合、両方の電極を封口体の第2主面側から集電することはできない。しかし、電池缶に電気的に接続するキャップを用いることで、電池缶の開口縁の形態にかかわらず、両方の電極を封口体の第2主面側から集電することができる。
 開口縁の端面が封口体の側面上に配置されている場合、電池缶の高さ方向において、封口体と接触する最低位置における開口縁の外径は、筒部の外径よりも小さいことが好ましい。これにより、キャップの厚さを、キャップの外径と筒部の外径とが概ね同一になるように設計することができる。つまり、キャップが電池缶に嵌められた状態であっても、電池の径の軸方向における変化を小さくすることができる。
 以下、本発明の実施形態に係る電池であって、キャップを備える場合について、図面を参照しながら具体的に説明する。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。
 図4は、本実施形態に係る電池10Bの縦断面模式図である。図5Aは、本実施形態に係るキャップを模式的に示す斜視図である。図5Bは、同キャップを、図5Aとは反対側から見た斜視図である。
 電池10Bは、円筒型であって、円筒型の有底の電池缶100Bと、電池缶100Bに収容された円筒型の電極体200と、電池缶100Bの開口を封口する封口体300Bと、電池缶100Bと電気的に接続するとともに、封口体300Bと電気的に絶縁された導電性かつ環状のキャップ400と、を具備する。
 電池缶100Bは、電極体200を収容する筒部120Bと、筒部120Bの一方の端部を閉じる底壁130Bと、筒部120Bの他方の端部に連続する開口縁110Bとを有する。開口縁110Bの開口は、封口体300Bにより塞がれている。
 封口体300Bは、電池缶100Bの内側を向く第1主面300Xと、第1主面300Xとは反対側の第2主面300Yと、第1主面300Xと第2主面300Yとを繋ぐ側面300Zと、を備える。開口縁110Bの端面110Tは、封口体300の第2主面300Y上にあり、開口縁110Bの一部は、第2主面300Yの外周縁を覆っている。
 封口体300Bは、また、封口板310Bと、封口板310Bの周縁部311Bに配されたガスケット320Bとを有する。封口板310Bは、円盤状もしくはディスク状であり、防爆機能を有する。具体的には、封口板310Bは、構造的強度を確保するための厚肉の周縁部311Bおよび中央領域312Bと、防爆機能を発揮する薄肉部313Bとを具備する。薄肉部313Bは、周縁部311Bと中央領域312Bとの間の環状領域に設けられる。中央領域312Bの内側面には、電極体200を構成する正極または負極から導出された内部リード線210の端部が接続されている。よって、封口板310は一方の端子機能を有する。ただし、封口体300の形状はこれに限定されない。
 電池缶100Bの内圧が上昇すると、封口板310Bが外方に向けて盛り上がり、例えば周縁部311Bと薄肉部313Bとの境界部に張力による応力が集中し、その境界部から破断が生じる。その結果、電池缶100Bの内圧が開放され、電池10Bの安全性が確保される。
 キャップ400は、電池缶100Bの開口縁110Bを介して、封口体300Bの側面300Zを覆う第1部分401と、封口体300Bの第2主面300Yの外周縁を覆う第2部分402と、を有する。
 防爆機能を妨げない点で、キャップ400の第2部分402は、薄肉部313Bを覆わないことが好ましく、周縁部311Bと薄肉部313Bとの境界部を覆わないことがより好ましい。第2部分402は、例えば、周縁部311Bの一部のみを覆う。
 キャップ400は導電性であり、電池缶100Bと同じ極性を有する。よって、キャップ400には、封口体300B(封口板310B)とは極性が異なる他方の端子機能を持たせることができる。そのため、電池10Bの両方の電極を、ともに封口体300Bの第2主面300Y側から集電することができる。つまり、電池缶100Bの開口縁110Bの形態にかかわらず、各外部リード線を第2主面300Y側から導出することができる。キャップ400と封口板310Bとは、例えば、ガスケット320Bにより絶縁されている。なお、図5では、キャップ400の第2部分402には第1外部リード線501が接続され、封口板310Bの中央領域312Bの外側面には第2外部リード線502が接続された状態を例示している。
 無負荷状態において、キャップ400の第1部分401の最小の内径D401(図2B参照)は、開口縁110Bの第1部分401で覆われる部分の最大の外径D110よりも小さい。電池10Bはキャップ400に圧入されて、キャップ400は電池10Bに固定される。固定性の観点から、内径D401/外径D110は、0.99以下であってもよく、0.98以下であってもよい。一方、圧入し易い点で、内径D401/外径D110は、0.9以上であることが好ましい。
 キャップ400の第1部分401には、1以上の切り込み403を設けてもよい。
 キャップ400は、開口縁110Bに溶接される。好ましくは、第1部分401が、開口縁110Bに溶接される。
[第3実施形態]
 図6Aは、キャップ400を備えた本実施形態に係る電池10Cの縦断面模式図である。図6Bは、図6Aに示す電池の要部を拡大した縦断面模式図である。図6Cは、図6Aに示す電池の斜視図である。
 電池缶100Cの開口縁110Cの端面110Tは、封口体300Cの側面300Z上にあり、開口縁110Cは、封口体300Cの第2主面300Yの外周縁を覆っていない。
 キャップ400を用いることで、開口縁110Cが第2主面300Yを覆っていない場合であっても、両方の電極を封口体300Cの近傍、さらには第2主面300Y側から集電することができる。キャップ400の第1部分401と開口縁110Cの外表面との間には、導電性の接合材410を介在させてもよい。
 電池缶100Cの高さ方向において、封口体300Cと接触する最低位置における電池缶100Cの開口縁110Cの外径は、筒部120Cの外径よりも小さくてもよい。例えば、開口縁110Cは、筒部120Cとの境界に、筒部120Cの外径を小さくするテーパ領域110S(図6B参照)を備えてもよい。テーパ領域110Sは、例えば、Z方向と45°未満の角度を成す。
 この場合、キャップ400の厚さを、キャップ400の外径と筒部120Cの外径とが実質的に同一になるように設計することができる。これにより、電池10Cの径のZ方向における変化を小さくすることができる。キャップ400の外径もしくは最大外径と筒部120Cの外径もしくは最大外径との差は、例えば筒部120Cの外径の20%以下であればよく、10%以下でもよく、5%以下、2%以下もしくは1%以下でもよい。
 キャップ400の第1部分401がテーパ領域110Sの少なくとも一部を覆う場合、テーパ領域110Sにおいて、キャップ400と開口縁110Cとを溶接すればよい。位置決めが容易になるとともに、ガスケット320の熱による劣化を抑制することができる。
 本実施形態において、開口縁110Cの少なくとも一部は、ガスケット320Cの側壁部323Cを封口板310Cの周縁部311Cの端面311Tに対して押圧し、側壁部323Cを開口の径方向に圧縮していることが好ましい。これにより、電池缶100Cの開口縁110Cと封口体300Cとの間の密閉性を確保し易くなる。例えば、開口縁110Cは、ガスケット320CをZ方向ではなく、Z方向と垂直な方向(以下、XY方向とも称する。)に押圧する。この場合、開口縁110Cがガスケット320Cを押圧する力をZ方向とXY方向とに分解すると、XY方向のベクトルは、Z方向のベクトルよりも大きなスカラー量を有する。
 以下、開口縁110Cがガスケット320CをXY方向に押圧する場合に適した封口板310C、ガスケット320Cおよび開口縁110Cについて説明する。その他の構成は、第2実施形態と同じであってよい。
 ガスケット320Cは、外側リング部321Cおよび内側リング部322Cと、外側リング部321Cと内側リング部322Cとを繋ぐ側壁部323Cとを有する。封口板310Cの周縁部311Cの端面311Tは、側壁部323Cで覆われている。外側リング部321Cと内側リング部322Cとが、封口板310Cの周縁部311Cを挟み込むことで、ガスケット320Cが封口板310Cに固定されている。
 電池10Cの電池缶100Cの高さ方向において、ガスケット320Cの内側リング部322Cと接触する最低位置における電池缶100Cの開口縁110Cの外径は、筒部120Cの外径よりも小さくなっている。また、外側リング部321Cは、開口縁110Cの端面110Tよりも電池缶100Cの軸方向(Z方向)に突出している。この場合も、キャップ400は有用である。通常、この場合、ガスケット320Cが障害となって、両方の電極を封口体300Cの第2主面300Y側から集電することは困難である。しかし、キャップ400を用いることにより、両方の電極を第2主面300Y側から容易に集電することができる。
 外側リング部321C、内側リング部322Cおよび側壁部323Cは一体化された成型体である。ガスケット320Cは、例えばインサート成型により封口板310Cと一体成型され得る。一体成型によれば、封口板310Cとガスケット320Cとが相互に密着した状態が容易に達成される。封口板310Cとガスケット320Cとが一体成型されることで、封口体300Cを一部品として取り扱うことができ、電池10Cの製造が容易になる。
 図6Aでは、開口縁110Cの内側に、縮径された突起部111が開口の周方向に沿って形成されている。この突起部111が、側壁部323Cを端面311Tに対して押圧している。ガスケット320Cの側壁部323Cには、突起部111に対応する位置に、予め凹部3231を設けておいてもよい。ガスケット320Cに凹部3231を設けることで、側壁部323Cが圧縮されたときのガスケット320Cの過度な変形を抑制し得る。
 突起部111は、開口の周方向に沿って間欠的に複数形成してもよく、開口の周方向に沿って連続的に形成してもよい。連続的に形成された突起部111は、開口の周方向に沿った環状の溝部を形成し得る。突起部111は、ガスケット320Cもしくはその側壁部323Cを、封口板310Cの周縁部311Cの端面311Tに向けてより強く押圧し得る。よって、封口体300Cと開口縁110Cとの間の密閉性がより確実に確保される。突起部111を間欠的に複数形成する場合、開口の中心に対して角度的に等価な位置に複数(少なくとも2箇所、好ましくは4箇所以上)の突起部111を設けることが好ましい。
 電池缶100Cの高さ方向において、突起部111の位置と端面311Tの中心位置とは実質的に同一である。これにより、封口板310Cとガスケット320Cの変形が抑制される。また、ガスケット320Cもしくはその側壁部に印加される圧力も偏りにくくなる。よって、ガスケット320Cの変形が抑制されやすく、かつガスケット320Cの圧縮率を高めることができ、封口体300Cと開口縁110Cとの間の密閉性がより顕著に確保され得る。
 ここで、突起部111の位置と封口板310Cの端面311Tの中心位置とが実質的に同一であるとは、電池缶100Cの高さ方向において、突起部111の位置と封口板310Cの端面311Tの中心位置とのずれ量が、電池缶100Cの高さHの4%以下であることを意味する。
 周縁部311Cの端面311Tの中心位置には、開口縁110が有する突起部111に対応するように凹溝3111が形成されている。電池缶100Cの高さ方向において、凹溝3111の中心位置と突起部111の位置とのずれ量は、電池缶100Cの高さHの4%以下であればよい。
 上記構成によれば、電池缶内を密閉するためにガスケットをZ方向に押圧する必要がない。そのため、電池缶100Cは、図1および図4に示すような、ガスケットと電極体との間に介入する縮径部を有さなくてもよい。この場合、封口体300Cと電極体200との最短距離は、例えば2mm以下、好ましくは1.5mm以下、さらには、1mm以下にすることが可能である。
 電池缶100A、100Bおよび100Cの材質は特に限定されず、鉄、および/または鉄合金(ステンレス鋼を含む)、銅、アルミニウム、アルミニウム合金(マンガン、銅などの他の金属を微量含有する合金など)、などが例示できる。キャップ400の材質も特に限定されず、電池缶100A、100Bと同じ材質を例示することができる。
 ガスケット320A、320Bおよび320Cの材質は限定されないが、例えば、一体成型が容易な材料として、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエチレン(PE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド(PA)などを用いることができる。
 次に、リチウムイオン二次電池を例に、電極体200の構成について例示的に説明する。
 円筒型の電極体200は、捲回型であり、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に捲回して構成されている。正極および負極の一方にはリード線210が接続されている。リード線210は、封口板の中央領域の内側面に溶接等により接続される。正極および負極の他方には、別のリード線が接続され、別のリード線は電池缶の内面に溶接等により接続される。
(負極)
 負極は、帯状の負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極活物質層とを有する。負極集電体には、金属フィルム、金属箔などが用いられる。負極集電体の材料は、銅、ニッケル、チタンおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。負極集電体の厚みは、例えば5~30μmであることが好ましい。
 負極活物質層は、負極活物質を含み、必要に応じて結着剤と導電剤を含む。負極活物質層は、気相法(例えば蒸着)で形成される堆積膜でもよい。負極活物質としては、Li金属、Liと電気化学的に反応する金属もしくは合金、炭素材料(例えば黒鉛)、ケイ素合金、ケイ素酸化物、金属酸化物(例えばチタン酸リチウム)などが挙げられる。負極活物質層の厚みは、例えば1~300μmであることが好ましい。
(正極)
 正極は、帯状の正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極活物質層とを有する。正極集電体には、金属フィルム、金属箔(ステンレス鋼箔、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔)などが用いられる。
 正極活物質層は、正極活物質および結着剤を含み、必要に応じて導電剤を含む。正極活物質は、特に限定されないが、LiCoO2、LiNiO2のようなリチウム含有複合酸化物を用いることができる。正極活物質層の厚みは、例えば1~300μmであることが好ましい。
 各活物質層に含ませる導電剤には、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられる。導電剤の量は、活物質100質量部あたり、例えば0~20質量部である。活物質層に含ませる結着剤には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ゴム粒子などが用いられる。結着剤の量は、活物質100質量部あたり、例えば0.5~15質量部である。
(セパレータ)
 セパレータとしては、樹脂製の微多孔膜や不織布が好ましく用いられる。セパレータの材料(樹脂)としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。セパレータの厚さは、例えば8~30μmである。
(電解質)
 電解質にはリチウム塩を溶解させた非水溶媒を用い得る。リチウム塩としては、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、イミド塩類などが挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトンなどの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。
 上記では、リチウムイオン二次電池を例として説明したが、本発明は、一次電池か二次電池かを問わず、封口体を用いて電池缶の封口を行う電池において利用可能である。
 本発明に係る電池は、種々の缶型の電池に利用可能であり、例えば携帯機器、ハイブリッド自動車、電気自動車等の電源として使用するのに適している。
 本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
10A、10B、10C:電池
 100A、10B、10C:電池缶
  110A、110B、110C:開口縁
   110E:端部
   110S:テーパ領域
   110T:端面
   111:突起部
  120A、120B、120C:筒部
  130A、130B、130C:底壁
  140:縮径部
   141a:第1縮径部
   141b:第2縮径部
 200:電極体
 210:リード線
 300A、300B、300C:封口体
  300X:第1主面
  300Y:第2主面
  300Z:側面
  310A、310B、310C:封口板
   311T:端面
   3111:凹溝
   311A、311B、311C:周縁部
   312A、312B、312C:中央領域
   313A、313B、313C:薄肉部
   314:凹部
  320A、320B、320C:ガスケット
   321A、321B、321C:外側リング部
   322A、322B、322C:内側リング部
   323A、323B、323C:側壁部
    3231:凹部
   324:突起部
 400:キャップ
  401:第1部分
  402:第2部分
  403:切り込み
   410:接合材
 501:第1外部リード線
 502:第2外部リード線

Claims (13)

  1.  筒部、前記筒部の一方の端部を閉じる底壁および前記筒部の他方の端部に連続する開口縁を有する電池缶と、前記筒部に収容された電極体と、前記開口縁の開口を封口するように前記開口縁に固定された封口体と、を備え、
     前記封口体は、封口板と、前記封口板の周縁部に配されたガスケットと、を有し、
     前記ガスケットは、前記周縁部の前記電極体側に配された内側リング部と、前記周縁部の前記電極体と反対側に配された外側リング部と、前記周縁部の端面を覆う側壁部と、を有し、
     前記封口板と前記ガスケットとが一体成型されることで相互に密着している、電池。
  2.  前記封口板は、前記周縁部と中央部との間の領域において、前記周縁部および前記中央部よりも厚みの薄い薄肉部が設けられ、
     前記外側リング部が、前記薄肉部の少なくとも一部を覆っている、請求項1に記載の電池。
  3.  前記外側リング部の内周輪郭の形状が、回転対称性および/または面対称性を有する、請求項1または2に記載の電池。
  4.  前記外側リング部は、前記電極体と反対側に突出する突起部を有し、前記突起部が前記開口縁により前記筒部の軸方向に圧縮されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の電池。
  5.  前記周縁部の前記外側リング部との対向面および/または前記内側リング部との対向面の少なくとも一方に、前記封口板の厚み方向に向かう凹部を有し、
     前記凹部内の空間を、前記外側リング部または前記内側リング部が埋めている、請求項1~4のいずれか1項に記載の電池。
  6.  電池缶は、前記開口縁と前記筒部の間に、前記開口縁の内径および前記筒部の内径よりも内径の小さな縮径部を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の電池。
  7.  前記封口体は、前記電池缶の内側を向く第1主面、前記第1主面とは反対側の第2主面、および、前記第1主面と前記第2主面とを繋ぐ側面を有し、
     前記開口縁の少なくとも一部を覆うとともに前記開口縁と電気的に接続し、かつ、前記封口板と電気的に絶縁された導電性のキャップと、をさらに備える、請求項1~6のいずれか1項に記載の電池。
  8.  前記キャップは、前記電池缶の前記開口縁を介して、前記封口体の前記側面の少なくとも一部を覆う第1部分を有する、請求項7に記載の電池。
  9.  前記キャップは、前記封口体の前記第2主面の外周縁の少なくとも一部を覆う第2部分を有する、請求項7または8に記載の電池。
  10.  前記キャップの前記第1部分は環状であり、
     無負荷状態において、前記キャップの前記第1部分の最小の内径は、前記電池缶の前記開口縁の前記キャップで覆われる部分の最大の外径よりも小さい、請求項9に記載の電池。
  11.  前記キャップは、前記電池缶の前記開口縁に溶接されている、請求項7~10のいずれか1項に記載の電池。
  12.  前記開口縁の端面は、前記封口体の前記側面上に配置されている、請求項7~11のいずれか1項に記載の電池。
  13.  前記電池缶の高さ方向において、前記封口体と接触する最低位置における前記開口縁の外径は、前記筒部の外径よりも小さい、請求項12に記載の電池。
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