WO2021117426A1 - 密閉型電池 - Google Patents

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WO2021117426A1
WO2021117426A1 PCT/JP2020/042744 JP2020042744W WO2021117426A1 WO 2021117426 A1 WO2021117426 A1 WO 2021117426A1 JP 2020042744 W JP2020042744 W JP 2020042744W WO 2021117426 A1 WO2021117426 A1 WO 2021117426A1
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WO
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groove
sealing plate
main surface
battery
symmetry
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PCT/JP2020/042744
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English (en)
French (fr)
Inventor
大塚 正雄
忠義 高橋
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
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    • H01M50/3425Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
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    • H01M10/052Li-accumulators
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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 sealed battery including a battery can, an electrode body housed in the battery can, and a sealing plate for closing the opening of the battery can.
  • the sealed battery In the event of misuse such as abnormal charging / discharging or dropping into a fire, gas may be generated inside the sealed battery and the internal pressure may rise.
  • the sealed battery is usually provided with an explosion-proof valve. By opening the explosion-proof valve, the battery burst and swelling are suppressed.
  • the explosion-proof valve is, for example, a thin-walled portion formed by pressing a part of a sealing plate for sealing a battery can.
  • Patent Document 1 discloses that a thin-walled portion is formed in an arc shape having an internal angle of 90 ° to 150 °.
  • Patent Document 1 If a thin portion having an internal angle of 90 ° to 150 ° is formed as in Patent Document 1, the opening area when the explosion-proof function is activated becomes small. Therefore, the pop-out of the contents is suppressed. On the other hand, the working pressure becomes high. As the working pressure increases, the variation tends to increase.
  • One aspect of the present invention includes a bottomed cylindrical battery can having an opening, an electrode body housed in the battery can, and a sealing plate for closing the opening of the battery can.
  • the battery can has a first main surface facing the outside and a second main surface opposite to the first main surface, and an arc-shaped first groove is formed on the first main surface.
  • the second main surface is formed with an arcuate second groove arranged so as to correspond to the first groove, and the central angle A1 of the first groove is the second groove.
  • the first groove relates to a sealed battery which is smaller than the central angle A2 of the above and intersects the axis of symmetry of the second groove on the second groove when viewed from the normal direction of the first main surface.
  • the sealed battery (hereinafter, may be simply referred to as a battery) according to the present embodiment closes the bottomed cylindrical battery can having an opening, the electrode body housed in the battery can, and the opening of the battery can. It is provided with a sealing plate.
  • the sealing plate has a first main surface facing the outside of the battery can and a second main surface opposite to the first main surface.
  • An arc-shaped first groove is formed on the first main surface.
  • An arcuate second groove is formed on the second main surface so as to correspond to the first groove.
  • a thin portion is formed on the sealing plate by the first groove and the second groove.
  • the central angle A1 of the first groove is smaller than the central angle A2 of the second groove.
  • the second groove makes it easier for the sealing plate to deform so that it rises outward. At this time, the sealing plate is most deformed in the vicinity of the axis of symmetry of the second groove. This is because the compressive stress tends to be concentrated in the vicinity of the axis of symmetry of the second groove.
  • the first groove so as to intersect the axis of symmetry of the second groove, a larger tensile stress is applied to the first groove, and the sealing plate is rapidly broken at the thin portion. That is, the explosion-proof function can be operated with a low operating pressure, and the variation in the operating pressure is suppressed.
  • the central angle A1 of the first groove smaller than the central angle A2 of the second groove, the tensile stress is more likely to be concentrated in the first groove. Therefore, the explosion-proof function operates at a lower pressure, and the variation is further suppressed.
  • the working pressure is preferably 2.5 MPa or less, and more preferably 2 MPa or less. According to this embodiment, the working pressure can be included in this range.
  • first groove and the second groove are formed so as to correspond means that at least a part of the first groove overlaps with the second groove when viewed from the normal direction of the first main surface. Is. It is preferable that the entire first groove overlaps the second groove.
  • the intersection of the first groove with the axis of symmetry of the second groove on the second groove means that the first groove overlaps with the axis of symmetry of the second groove on the second groove when viewed from the normal direction of the first main surface.
  • the second groove When the second groove is rotated on the axis of symmetry, it overlaps with itself.
  • the axis of rotation on which the second grooves before and after the rotation can overlap is the axis of symmetry.
  • the second grooves before and after rotation do not have to completely overlap.
  • the ends of the second grooves before and after rotation coincide with each other, the axis of rotation can be regarded as the axis of symmetry.
  • the second groove has one axis of symmetry.
  • the first groove is formed on the first main surface of the sealing plate facing the outside of the battery can.
  • the first groove has an arc shape.
  • the central angle A1 of the first groove is not particularly limited as long as it is smaller than the central angle A2 of the second groove.
  • the central angle (hereinafter, may be referred to as a vent angle) affects the internal pressure (operating pressure) when the explosion-proof function is activated.
  • the vent angle A1 of the first groove is preferably 40 ° or more. As a result, the sealing plate is more easily cleaved, and the operating pressure is further reduced. Therefore, the scattering of the contents is also suppressed.
  • the vent angle A1 of the first groove is more preferably 60 ° or more. Further, the vent angle A1 of the first groove is preferably 230 ° or less.
  • the vent angle A1 of the first groove is more preferably 220 ° or less.
  • the vent angle A1 of the first groove is, for example, 60 ° or more and 220 ° or less.
  • the vent angle A1 of the first groove passes through one end of the first groove in the circumferential direction and along the radial direction of the sealing plate, and passes through the other end of the first groove in the radial direction of the sealing plate. It is the angle formed by the straight line along.
  • the vent angle A2 of the second groove is also obtained in the same manner.
  • the first groove also has one axis of symmetry (hereinafter, may be referred to as the first axis of symmetry).
  • the acute angle hereinafter referred to as the crossing angle AC
  • the crossing angle AC formed by the first symmetry axis and the symmetry axis of the second groove
  • the tensile stress applied to the first groove tends to be concentrated in the vicinity of the first axis of symmetry. That is, the smaller the crossing angle AC, the closer the position where the tensile stress is concentrated and the position where the compressive stress is concentrated. Therefore, the explosion-proof function is easy to operate without variation at a lower operating pressure.
  • the crossing angle AC formed by the first axis of symmetry and the second axis of symmetry is preferably 60 ° or less. In particular, it is preferable that the crossing angle AC is 0 °, that is, the first axis of symmetry and the second axis of symmetry overlap.
  • the depth of the first groove is not particularly limited.
  • the depth D1 of the first groove may be set so that the thickness Dm of the thin portion is 5% or more and 30% or less of the thickness D of the sealing plate. When the thickness Dm of the thin portion is within the above range, it is easy to exert the explosion-proof function while maintaining the strength of the sealing plate.
  • the depth D1 may be 20% or more, and may be 30% or more, of the thickness D of the sealing plate.
  • the depth D1 may be 80% or less of the thickness D of the sealing plate, and may be 70% or less.
  • the thickness Dm of the thin portion is a numerical value obtained by subtracting the depth D1 and / or the depth D2 from the thickness D of the sealing plate.
  • the depth D1 may be set so that the thickness Dm of the thin portion is, for example, 0.03 mm or more and 0.1 mm or less.
  • the depth D1 may be 0.1 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the depth of the first groove is the shortest distance from the first main surface to the deepest part of the first groove in the cross section cut along the radial direction of the sealing plate.
  • the depth D1 is an average value of the depths of the first groove measured using the three different cross sections.
  • the depth D2 of the second groove is also obtained in the same manner.
  • the width of the first groove is not particularly limited. From the viewpoint of workability, the width W1 of the first groove may be 0.3 mm or more, and may be 1.5 mm or less. The smaller the width W1, the easier it is for the stress applied to the thin-walled portion to concentrate when the internal pressure rises.
  • the width of the first groove is the length of a line segment overlapping the first groove among the straight lines drawn along the radial direction of the sealing plate on the first main surface.
  • the width W1 is an average value of the widths of the first grooves measured using straight lines drawn along the radial directions of three different sealing plates.
  • the width W2 of the second groove is also obtained in the same manner.
  • the arrangement of the first groove on the first main surface is not particularly limited as long as it corresponds to the second groove.
  • the center of the first groove may or may not coincide with the center of the second groove.
  • the center of the first groove may be closer to the center of the sealing plate than the center of the second groove. This is because the tensile stress is more likely to be concentrated on the first axis of symmetry.
  • the arrangement of the first groove may be appropriately set according to the radius of the sealing plate and the like. For example, when the first main surface is viewed from its normal direction, at least a portion of the first groove may be in the region from the outer edge of the sealing plate to 25% to 70% of its radius.
  • the cross-sectional shape of the first groove is not particularly limited.
  • the shape of the bottom of the first groove can be linear, arcuate, or punctate. From the viewpoint of workability, the shape of the bottom of the first groove may be linear or arcuate.
  • the cross-sectional shape of the first groove is the shape of the first groove in the cross section cut along the radial direction of the sealing plate.
  • the bottom of the first groove is the deepest part of the first groove. Specifically, when a tangent line of the inner wall of the first groove is drawn in a cross section cut along the radial direction of the sealing plate, the tangent line and the main surface (first main surface) on which the first groove is formed are formed.
  • the region where the acute angle ⁇ formed by) is 20 ° or less is the bottom of the first groove. The same applies to the cross-sectional shape and bottom of the second groove.
  • the second groove is formed on the second main surface of the sealing plate facing the inside of the battery can.
  • the first groove has an arc shape and is arranged so as to correspond to the first groove.
  • the vent angle A2 of the second groove is not particularly limited as long as it is larger than the central angle A1 of the first groove. Above all, the vent angle A2 of the second groove is preferably 160 ° or more. As a result, the sealing plate is more easily cleaved, and the operating pressure is further reduced.
  • the vent angle A2 of the second groove is more preferably 180 ° or more. Further, the vent angle A2 of the second groove is preferably 310 ° or less. As a result, it is possible to prevent the portion surrounded by the circle formed by extending the second groove of the sealing plate from being completely separated by the internal pressure.
  • the vent angle A2 of the second groove is more preferably 300 ° or less.
  • the vent angle A2 of the second groove is, for example, 180 ° or more and 300 ° or less.
  • the depth of the second groove is not particularly limited.
  • the depth D2 of the second groove may be set so that the thickness Dm of the thin portion is 5% or more and 30% or less of the thickness D of the sealing plate.
  • the depth D2 may be 20% or more, and may be 30% or more, of the thickness D of the sealing plate.
  • the depth D2 may be 80% or less of the thickness D of the sealing plate, and may be 70% or less.
  • the depth D2 may be set so that the thickness Dm of the thin portion is, for example, 0.03 mm or more and 0.1 mm or less.
  • the depth D2 may be 0.1 mm or more and 0.2 mm or less.
  • Depths D1 and D2 may be the same or different from each other.
  • the depth D2 may be greater than D1 in that tensile stresses are more likely to be concentrated. From the viewpoint of workability, the depths D1 and D2 may be the same.
  • the width of the second groove is not particularly limited. From the viewpoint of workability, the width W2 of the second groove may be 0.3 mm or more and 1.5 mm or less. The smaller the width W2, the easier it is for the stress applied to the thin-walled portion to concentrate when the internal pressure rises.
  • the widths W1 and W2 may be the same or different from each other.
  • the width W1 may be smaller than the width W2 in that the explosion-proof function is more easily exhibited. This is because the tensile stress is more likely to be concentrated in the first groove.
  • the arrangement of the second groove on the second main surface is not particularly limited as long as it corresponds to the first groove.
  • the arrangement of the second groove may be appropriately set according to the radius of the sealing plate and the like. For example, when the second main surface is viewed from its normal direction, at least a portion of the second groove may be in the region from the outer edge of the sealing plate to 25% to 70% of its radius.
  • the cross-sectional shape of the second groove is not particularly limited.
  • the shape of the second bottom can be linear or arcuate.
  • the shape of the second bottom portion may be linear in that compressive stress is easily concentrated.
  • the second groove may have a flat bottom in that compressive stresses are more likely to concentrate.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a state when the internal pressure of the sealed battery is increased by a cross section of a main part of the sealed battery.
  • members having the same function are designated by the same reference numerals.
  • the sealing plate 300 is fixed in the vicinity of the opening of the battery can 100 and closes the opening.
  • the sealing plate 300 includes a first main surface 300X facing the outside of the battery can and a second main surface 300Y opposite to the first main surface 300X, and has a through hole S (see FIG. 2A and the like) in the center. It has a donut shape.
  • An external terminal 330 whose tip is crushed is fixed to a through hole in the center of the sealing plate 300 via an insulating gasket 310 and a washer 320.
  • the end of the internal lead wire 210 led out from the positive electrode or the negative electrode constituting the electrode body is connected to the external terminal 330.
  • a member composed of a sealing plate 300, a gasket 310, a washer 320, and an external terminal 330 may be referred to as a sealing body.
  • the shapes of the sealing plate 300 and the sealing body are not limited to this.
  • sealing plate will be explained concretely with reference to the drawings.
  • the sealing plate according to the present embodiment is not limited to this.
  • FIG. 2A is a schematic top view of an example of the sealing plate according to the present embodiment as viewed from the first main surface side.
  • the first groove is hatched for convenience.
  • the sealing plate 300 is formed with an arcuate first groove 301 and a second groove 302.
  • the first groove 301 is formed on the first main surface 300X.
  • the second groove 302 is formed on the second main surface so as to correspond to the first groove 301. Almost the entire first groove 301 overlaps with the second groove 302.
  • the first groove 301 intersects the symmetry axis S2 of the second groove 302 on the second groove 302 in the vicinity of one end thereof.
  • the crossing angle AC formed by the first symmetry axis S1 and the second symmetry axis S2 is larger than 0 ° and 60 ° or less.
  • the first vent angle A1 is smaller than the second vent angle A2.
  • FIG. 2B is a schematic top view of another sealing plate according to the present embodiment as viewed from the first main surface side.
  • the sealing plate 300 is the same as the sealing plate 300 shown in FIG. 2A, except that the axis of symmetry S1 of the first groove 301 and the axis of symmetry S2 of the second groove 302 overlap.
  • FIG. 2C is a schematic top view of still another sealing plate according to the present embodiment as viewed from the first main surface side.
  • the sealing plate 300 has the same as the sealing plate 300 shown in FIG. 2A, except that the first groove 301 intersects the symmetry axis S2 of the second groove 302 on the second groove 302 in the vicinity of the other end. The same is true.
  • cross-sectional shapes of the first groove and the second groove will be specifically described with reference to the drawings.
  • the cross-sectional shape of each groove according to the present embodiment is not limited to this.
  • FIG. 3A is an enlarged cross-sectional schematic view of a main part of an example of the sealing plate according to the present embodiment.
  • the first groove 301 has a flat first bottom portion 3011 and first side surface portions 3012 and 3013 connecting the first bottom portion 3011 and the first main surface 300X.
  • the second groove 302 also has a flat second bottom portion 3021 and second side surface portions 3022 and 3023 connecting the second bottom portion 3021 and the second main surface 300Y.
  • the compressive stress is more likely to be concentrated on the second axis of symmetry.
  • the width W1 of the first groove 301 and the width W2 of the second groove 302 are the same.
  • the acute angle formed by the first bottom portion 3011 and the first side surface portion 3012 and the acute angle formed by the first bottom portion 3011 and the first side surface portion 3013 are the same, and both are 60 ° or more and less than 90 °.
  • the thickness D1 and the thickness D2 are the same, and are formed so that the thickness Dm of the thin portion is 5% or more and 30% or less of the thickness of the sealing plate.
  • the positional relationship between the first groove and the first axis of symmetry and the second axis of symmetry may be as shown in FIGS. 2A, 2B or 2C.
  • FIG. 3B is an enlarged cross-sectional schematic view of a main part of another sealing plate according to the present embodiment.
  • This embodiment has the same configuration as the sealing plate shown in FIG. 3A, except that the width W2 of the second groove 302 is larger than the width W1 of the first groove 301.
  • the sealing plate can be deformed at a lower pressure.
  • the width of the first groove 301 is narrow, the tensile stress is more likely to be concentrated on the first axis of symmetry.
  • FIG. 3C is an enlarged cross-sectional schematic view of a main part of another sealing plate according to the present embodiment.
  • the first groove 301 has a flat first bottom portion 3011 and first side surface portions 3012 and 3013 connecting the first bottom portion 3011 and the first main surface 300X.
  • the angle formed by the first bottom portion 3011 and the first side surface portion 3012 is 90 °.
  • the acute angle formed by the first bottom portion 3011 and the first side surface portion 3013 is 60 ° or more and less than 90 °.
  • the present embodiment has the same configuration as the sealing plate shown in FIG. 3B except for the inclination angle of the side surface portion. Since the inclination angles of the two side surfaces are different from each other, wear of the die used for press working can be easily suppressed.
  • FIG. 3D is an enlarged cross-sectional schematic view of a main part of another sealing plate according to the present embodiment.
  • This embodiment has the same configuration as the sealing plate shown in FIG. 3B, except that the first groove 301 has an arc-shaped first bottom portion 3011.
  • the tensile stress is more likely to be concentrated on the first bottom portion 3011.
  • such grooves are likely to be formed by press working.
  • the mold used for press working is also unlikely to deteriorate.
  • the radius of curvature of the arc-shaped first bottom portion 3011 is not particularly limited, and may be, for example, 0.01 mm or more and 1 mm or less.
  • FIG. 3E is an enlarged cross-sectional schematic view of a main part of another sealing plate according to the present embodiment.
  • the same configuration as the sealing plate shown in FIG. 3B is provided except that the first bottom portion 3011 is the intersection of the two first side surface portions.
  • the tensile stress is more likely to be concentrated on the axis of symmetry of the first groove 301 than the sealing plate shown in FIG. 3D.
  • FIG. 3F is an enlarged cross-sectional schematic view of a main part of another sealing plate according to the present embodiment.
  • This embodiment has the same configuration as the sealing plate shown in FIG. 3B, except that the center of the first bottom portion 3011 and the center of the second bottom portion 3021 do not overlap.
  • the center of the first bottom portion 3011 may be closer to the center of the sealing plate 300 than the center of the second bottom portion 3021. In this case, the tensile stress is more likely to be concentrated on the axis of symmetry of the first groove.
  • FIG. 3G is an enlarged cross-sectional schematic view of a main part of another sealing plate according to the present embodiment.
  • This embodiment has the same configuration as the sealing plate shown in FIG. 3A, except that the width W1 of the first groove 301 is larger than the width W2 of the second groove 302. In the present embodiment, since the width W2 of the second groove 302 is narrow and flat, the compressive stress is more likely to be concentrated on the second axis of symmetry.
  • FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view of an example of a sealed battery.
  • the battery 10 includes a bottomed cylindrical battery can 100, a cylindrical electrode body 200 housed in the battery can 100, and a sealing plate 300 that closes the opening of the battery can 100.
  • the sealing plate 300 is fixed in the vicinity of the opening of the battery can 100 by, for example, laser welding.
  • the sealing plate 300 may be crimped in the vicinity of the opening of the battery can 100.
  • the materials of the battery can 100 and the sealing plate 300 are not particularly limited, and iron and / or iron alloys (including stainless steel), aluminum, aluminum alloys (alloys containing trace amounts of other metals such as manganese and copper), Etc. can be exemplified.
  • the configuration of the electrode body 200 will be exemplarily described by taking a lithium primary battery as an example.
  • the cylindrical electrode body 200 is a winding type, and is configured by spirally winding a positive electrode 201 and a negative electrode 202 via a separator 203.
  • An internal lead wire 210 is connected to one of the positive electrode 201 and the negative electrode 202 (positive electrode 201 in the illustrated example).
  • the internal lead wire 210 is connected to the external terminal 330 by welding or the like.
  • Another internal lead wire 220 is connected to the other of the positive electrode 201 and the negative electrode 202 (the negative electrode 202 in the illustrated example).
  • the internal lead wire 220 is connected to the inner surface of the battery can 100 by welding or the like.
  • the electrode body 200 is housed inside the battery can 100 together with the electrolyte (not shown).
  • an upper insulating plate 230A and a lower insulating plate 230B are arranged on the upper portion and the lower portion of the electrode body 200, respectively.
  • the positive electrode contains a positive electrode active material, and manganese dioxide can be used as the positive electrode active material.
  • the positive electrode includes, for example, a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer adhering to the positive electrode current collector.
  • the positive electrode mixture layer may contain a resin material such as a fluororesin as a binder in addition to the positive electrode active material.
  • the positive electrode mixture layer may contain a conductive material such as a carbon material as a conductive agent.
  • the positive electrode current collector is, for example, an expanded metal made of stainless steel, a net, a punching metal, or the like.
  • the negative electrode contains a negative electrode active material, and metallic lithium or a lithium alloy can be used as the negative electrode active material.
  • the metallic lithium or lithium alloy is, for example, extruded into a long sheet and used as a negative electrode.
  • the lithium alloy alloys such as Li—Al, Li—Sn, Li—Ni—Si, and Li—Pb are used, but a Li—Al alloy is preferable.
  • the content of metal elements other than lithium contained in the lithium alloy is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less from the viewpoint of securing the discharge capacity and stabilizing the internal resistance.
  • separator As the separator, a resin-made microporous membrane or a non-woven fabric is preferably used.
  • the material (resin) of the separator polyolefin, polyamide, polyamideimide and the like are preferable.
  • a non-aqueous solvent in which a lithium salt is dissolved can be used as the electrolyte.
  • the non-aqueous solvent is not particularly limited, but propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, ⁇ -butyrolactone and the like can be used.
  • As the lithium salt lithium borofluoride, lithium hexafluoride phosphate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium bis (fluorosulfonyl) imide, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide and the like can be used.
  • Example 1 (1) Preparation of sealing body A sealing plate (diameter 17 mm) was prepared.
  • a first groove and a second groove having a cross-sectional shape as shown in FIG. 3A were formed on both main surfaces of the sealing plate (manufactured by SUS316L) by press working.
  • the vent angle A1 of the first groove is 40 °.
  • the width W1 of the first groove is 0.2 mm.
  • the depth D1 is 0.1 mm.
  • the inclination of the side surface of the first groove is 63 °.
  • the vent angle A2 of the second groove is 240 °.
  • the width W2 of the second groove is 0.2 mm.
  • the depth D2 is 0.1 mm.
  • the inclination of the side surface portion of the second groove is 63 °.
  • FIG. 2B the axis of symmetry of the first groove and the axis of symmetry of the second groove overlap.
  • a through hole with a diameter of about 3 mm was formed in the center of the sealing plate.
  • An external terminal was fixed to this through hole via an insulating gasket and washer to obtain a sealing body.
  • a wet positive electrode mixture was applied to a positive electrode current collector made of expanded metal made of stainless steel to prepare a positive electrode precursor. Then, the positive electrode precursor was dried, rolled by a roll press, and cut to a predetermined size to obtain a strip-shaped positive electrode.
  • the positive electrode mixture was peeled off from a part of the positive electrode to expose the positive electrode current collector, and a stainless steel positive electrode tab lead was welded to the exposed portion.
  • a nickel negative electrode tab lead was welded to a predetermined position on the negative electrode.
  • the positive electrode and the negative electrode were spirally wound with a separator interposed therebetween to form a columnar electrode group.
  • a microporous polyethylene membrane was used as the separator.
  • the average value ⁇ 3 ⁇ is a value in which 99.7% or more of the object falls within the range of the average value ⁇ 3 ⁇ . In other words, when the working pressure exceeds the average value + 3 ⁇ , it is stochastically less than 0.3%.
  • Example 2 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 50 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 60 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 70 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 90 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 100 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 200 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 8 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was 210 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 9 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 220 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 10 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 230 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Comparative Example 1 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was set to 240 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • the average value of the working pressure is 1.88 MPa or less, the standard deviation is 0.19 or less, and the average value + 3 ⁇ is 2.42 MPa or less.
  • the standard deviation is 0.2 or less, preferably 0.15 or less, and the average value + 3 ⁇ is 2.5 MPa or less, it can be said that the operating pressure is low and the variation is small.
  • the contents are hardly scattered.
  • Example 11 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 5 except that the first groove was arranged so that the crossing angle AC was 30 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • Example 12 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 5 except that the first groove was arranged so that the crossing angle AC was 40 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • Comparative Example 2 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 5 except that the first groove was arranged so that the crossing angle AC was 50 °. The first groove does not intersect the axis of symmetry of the second groove. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • the crossing angle AC is larger than that of Example 5, but the first groove intersects the axis of symmetry of the second groove. Therefore, the average value of the working pressure is 2.01 MPa or less, the standard deviation is 0.16 or less, and the average value + 3 ⁇ is 2.49 MPa or less.
  • Comparative Example 2 in which the first groove does not intersect the axis of symmetry of the second groove, the average value and the average value + 3 ⁇ of the working pressure are both very high. Further, in Comparative Example 2, since the operating pressure was high, the contents were scattered.
  • Example 13 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove was 150 ° and the vent angle A2 of the second groove was 160 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 14 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 13 except that the vent angle A2 of the second groove was set to 170 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 15 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 13 except that the vent angle A2 of the second groove was set to 180 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 16 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 13 except that the vent angle A2 of the second groove was set to 190 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 17 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 13 except that the vent angle A2 of the second groove was set to 280 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 18 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 13 except that the vent angle A2 of the second groove was set to 290 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 19 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 13 except that the vent angle A2 of the second groove was set to 300 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 20 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 13 except that the vent angle A2 of the second groove was set to 310 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • Comparative Example 3 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the vent angle A1 of the first groove and the vent angle A2 of the second groove were both set to 150 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
  • the average value of the working pressure is 1.93 MPa or less, the standard deviation is 0.18 or less, and the average value + 3 ⁇ is 2.47 MPa or less. That is, these batteries have a low operating pressure and a small variation.
  • the vent angle A2 of the second groove is sufficiently larger than the vent angle A1 of the first groove, the contents are hardly scattered from any of the batteries.
  • Example 21 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 19 except that the first groove was arranged so that the crossing angle AC was 50 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4.
  • Example 22 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 19 except that the first groove was arranged so that the crossing angle AC was 60 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4.
  • Example 23 In the preparation of the sealing body (1), the sealing plate was prepared in the same manner as in Example 19 except that the first groove was arranged so that the crossing angle AC was 70 °. Using the obtained sealing plate, 10 cylindrical lithium batteries and 10 evaluation batteries were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4.
  • Example 21 Although the crossing angle AC is larger than that of Example 19, the first groove intersects the axis of symmetry of the second groove. Therefore, the average value of the working pressure is 2.05 MPa or less, the standard deviation is 0.2 or less, and the average value + 3 ⁇ is 2.65 MPa or less. Almost no contents were scattered from any of the batteries.
  • the sealed battery according to the present invention exhibits a stable explosion-proof function and is therefore suitable as a power source for various electronic devices.
  • Battery 100 Battery can 200: Electrode body 201: Positive electrode 202: Negative electrode 203: Separator 210, 220: Internal lead wire 230A: Upper insulating plate 230B: Lower insulating plate 300: Seal plate 300X: First main surface 300Y: First 2 Main surface 301: 1st groove 3011: 1st bottom 3012, 3013: 1st side surface 302: 2nd groove 3021: 2nd bottom 3022, 3023: 2nd side surface 310: Gasket 320: Washer 330: External terminal

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Abstract

開口を有する有底円筒形の電池缶と、前記電池缶に収容される電極体と、前記電池缶の前記開口を塞ぐ封口板と、を具備し、前記封口板は、前記電池缶の外側を向く第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、を有し、前記第1主面には、円弧状の第1溝が形成されており、前記第2主面には、前記第1溝に対応するように配置される円弧状の第2溝が形成されており、前記第1溝の中心角A1は、前記第2溝の中心角A2より小さく、前記第1主面の法線方向から見たとき、前記第1溝は、前記第2溝の対称軸と前記第2溝上において交差している、密閉型電池。

Description

密閉型電池
 本発明は、電池缶と、電池缶に収容された電極体と、電池缶の開口を塞ぐ封口板とを具備する密閉型電池に関する。
 異常な充放電や火中への投下等の誤使用時、密閉型電池の内部でガスが発生して、内圧が上昇する場合がある。このときの安全装置として、密閉型電池には、通常、防爆弁が設けられている。防爆弁が開くことにより、電池の破裂や膨れが抑制される。防爆弁は、例えば、電池缶を封口する封口板の一部をプレス加工して形成される薄肉部である。
 特許文献1は、薄肉部を、内角が90°~150°の円弧状に形成することを開示している。
特開2005-235531号公報
 特許文献1のように、内角が90°~150°の薄肉部を形成すると、防爆機能が作動したときの開口面積が小さくなる。よって、内容物の飛び出しが抑制される。一方、作動圧は高くなる。作動圧が高くなると、そのバラツキは大きくなり易い。
 本発明の一局面は、開口を有する有底円筒形の電池缶と、前記電池缶に収容される電極体と、前記電池缶の前記開口を塞ぐ封口板と、を具備し、前記封口板は、前記電池缶の外側を向く第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、を有し、前記第1主面には、円弧状の第1溝が形成されており、前記第2主面には、前記第1溝に対応するように配置される円弧状の第2溝が形成されており、前記第1溝の中心角A1は、前記第2溝の中心角A2より小さく、前記第1主面の法線方向から見たとき、前記第1溝は、前記第2溝の対称軸と前記第2溝上において交差している、密閉型電池に関する。
 本発明によれば、低い作動圧でバラツキの小さい防爆弁を有する密閉型電池を提供できる。
密閉型電池の内圧が高まったときの様子を、密閉型電池の要部の断面で示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る封口板を第1主面側から見た上面模式図である。 本発明の他の実施形態に係る封口板を第1主面側から見た上面模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る封口板を第1主面側から見た上面模式図である。 本発明の一実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。 本発明の他の実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る封口板の要部を拡大した断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る電池の要部の断面模式図である。
 本実施形態に係る密閉型電池(以下、単に電池と称する場合がある。)は、開口を有する有底円筒形の電池缶と、電池缶に収容される電極体と、電池缶の開口を塞ぐ封口板と、を具備する。封口板は、電池缶の外側を向く第1主面と、第1主面とは反対側の第2主面と、を有する。第1主面には、円弧状の第1溝が形成されている。第2主面には、第1溝に対応するように配置される円弧状の第2溝が形成されている。第1溝および第2溝により、封口板に薄肉部が形成される。第1溝の中心角A1は第2溝の中心角A2より小さい。第1主面の法線方向から見たとき、第1溝は、第2溝の対称軸と交差している。
 電池の内圧が上昇すると、封口板が外方に向けて盛り上がる方向に圧力がかかる。このとき、電池缶の内側を向く第2主面に形成された第2溝には、圧縮応力が集中してかかる。一方、電池缶の外側を向く第1主面に形成された第1溝には、引っ張り応力が発生する。薄肉部にこれら相反する二つの応力がかかることにより、薄肉部の破断が生じて、内圧が解放される。これが、防爆機能である。防爆機能により、電池の破裂や膨れが抑制される。
 第2溝により、封口板は外方に向けて盛り上がるように変形し易くなる。このとき、封口板は、第2溝の対称軸近傍において最も大きく変形する。圧縮応力は、第2溝の対称軸近傍に集中し易いためである。この第2溝の対称軸に交差するように第1溝を配置することにより、第1溝にはより大きな引張り応力がかかって、封口板は薄肉部において速やかに破断する。つまり、防爆機能を低い作動圧で作動させることができ、作動圧のバラツキも抑制される。さらに、第1溝の中心角A1を第2溝の中心角A2より小さくすることで、引張り応力は、第1溝により集中し易くなる。よって、防爆機能はより低圧で作動し、バラツキもさらに抑制される。
 内容物の飛散防止の観点から、作動圧は、2.5MPa以下であることが望ましく、2MPa以下であることがより望ましい。本実施形態によれば、作動圧はこの範囲に含まれ得る。
 第1溝と第2溝とが対応するように形成されているとは、第1主面の法線方向から見たとき、第1溝の少なくとも一部が、第2溝に重複するということである。第1溝の全部が第2溝に重複することが好ましい。
 第1溝が第2溝の対称軸と第2溝上において交差するとは、第1主面の法線方向から見たとき、第1溝が第2溝の対称軸と第2溝上において重複することをいう。対称軸で第2溝を回転させると、自らと重なり合う。言い換えれば、第2溝を180°回転させたときに、回転前後の第2溝を重なり合わせることのできる回転軸が、対称軸である。ただし、回転前後の第2溝は、完全に重なり合わなくてもよい。例えば、回転前後の第2溝の端部同士の一部が一致する場合、その回転軸は対称軸と見なすことができる。第2溝は、1本の対称軸を有する。
 (第1溝)
 第1溝は、封口板の主面のうち、電池缶の外側を向く第1主面に形成されている。第1溝は円弧状である。
 第1溝の中心角A1は、第2溝の中心角A2より小さい限り、特に限定されない。中心角(以下、ベント角と称す場合がある。)は、防爆機能が作動する際の内圧(作動圧)に影響する。なかでも、第1溝のベント角A1は、40°以上であることが好ましい。これにより、封口板がより開裂し易くなって、作動圧はさらに小さくなる。そのため、内容物の飛散も抑制される。第1溝のベント角A1は、60°以上であることがより好ましい。また、第1溝のベント角A1は、230°以下であることが好ましい。これにより、引張り応力が集中し易くなって、作動圧のバラツキが小さくなる。第1溝のベント角A1は、220°以下であることがより好ましい。第1溝のベント角A1は、例えば、60°以上220°以下である。
 第1溝のベント角A1は、第1溝の一方の周方向における最端部を通り封口板の径方向に沿う直線と、第1溝の他方の最端部を通り封口板の径方向に沿う直線と、が成す角度である。第2溝のベント角A2も同様にして求められる。
 第1溝もまた、1本の対称軸(以下、第1対称軸と称す場合がある。)を有する。第1主面からみたとき、第1対称軸と第2溝の対称軸(以下、第2対称軸と称す場合がある。)とが成す鋭角(以下、交差角ACと称す。)は、小さいことが望ましい。第1溝にかかる引張り応力は、第1対称軸近傍に集中し易い。つまり、交差角ACが小さいほど、引張り応力が集中する位置と圧縮応力が集中する位置とが近くなる。よって、防爆機能は、さらに低い作動圧でバラツキなく作動し易い。第1対称軸と第2対称軸とが成す交差角ACは、60°以下であることが好ましい。特に、交差角ACは0°、つまり、第1対称軸と第2対称軸とは重複していることが好ましい。
 第1溝の深さは特に限定されない。第1溝の深さD1は、薄肉部の厚みDmが、封口板の厚みDの5%以上、30%以下になるように設定してもよい。薄肉部の厚みDmが上記範囲であれば、封口板の強度を維持しながら、防爆機能を発揮することが容易である。深さD1は、封口板の厚みDの20%以上であってよく、30%以上であってよい。深さD1は、封口板の厚みDの80%以下であってよく、70%以下であってよい。薄肉部の厚みDmは、封口板の厚みDから、深さD1および/または深さD2を引いた数値である。
 具体的には、薄肉部の厚みDmが、例えば、0.03mm以上、0.1mm以下になるように、深さD1を設定してもよい。封口板の厚みDが0.3mmの場合、深さD1は、0.1mm以上であってよく、0.2mm以下であってよい。
 第1溝の深さは、封口板の径方向に沿って切断された断面において、第1主面から第1溝の最も深いところまでの最短距離である。深さD1は、異なる3つの上記断面を用いて測定された第1溝の深さの平均値である。第2溝の深さD2も同様にして求められる。
 第1溝の幅は特に限定されない。加工性の観点から、第1溝の幅W1は、0.3mm以上であってよく、1.5mm以下であってよい。幅W1が小さいほど、内圧上昇時に薄肉部にかかる応力は集中し易くなる。
 第1溝の幅は、第1主面において封口板の径方向に沿って引いた直線のうち第1溝と重複する線分の長さである。幅W1は、異なる3つの封口板の径方向に沿って引いた直線を用いて測定された第1溝の幅の平均値である。第2溝の幅W2も同様にして求められる。
 第1溝の第1主面における配置は、第2溝に対応している限り特に限定されない。封口板の径方向に沿って切断された断面において、第1溝の中心は第2溝の中心と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。第1溝の中心は、第2溝の中心より封口板の中心に近くてもよい。引張り応力が、さらに第1対称軸に集中し易くなるためである。第1溝の配置は、封口板の半径等に応じて、適宜設定すればよい。例えば、第1主面をその法線方向から見たとき、第1溝の少なくとも一部は、封口板の外縁からその半径の25%から70%までの領域にあってよい。
 第1溝の断面形状は特に限定されない。封口板の径方向に沿って切断された断面において、第1溝の底部の形状は、直線状であり得、円弧状であり得、点状であり得る。加工性の観点から、第1溝の底部の形状は直線状であってよく、円弧状であってよい。
 第1溝の断面形状は、封口板の径方向に沿って切断された断面における、第1溝の形状である。第1溝の底部とは、第1溝の一番深い部分である。具体的には、封口板の径方向に沿って切断された断面において、第1溝の内壁の接線を引いたとき、当該接線と、第1溝が形成されている主面(第1主面)とが成す鋭角θが20°以下である領域が、第1溝の底部である。第2溝の断面形状および底部も同様である。
 (第2溝)
 第2溝は、封口板の主面のうち、電池缶の内側を向く第2主面に形成されている。第1溝は円弧状であって、第1溝に対応するように配置される。
 第2溝のベント角A2は、第1溝の中心角A1より大きい限り、特に限定されない。なかでも、第2溝のベント角A2は、160°以上であることが好ましい。これにより、封口板がより開裂し易くなって、作動圧はさらに小さくなる。第2溝のベント角A2は、180°以上であることがより好ましい。また、第2溝のベント角A2は、310°以下であることが好ましい。これにより、封口板の第2溝を延長してできる円で囲まれた部分が、内圧によって完全に分離することが抑制される。第2溝のベント角A2は、300°以下であることがより好ましい。第2溝のベント角A2は、例えば、180°以上300°以下である。
 第2溝の深さは特に限定されない。第2溝の深さD2は、薄肉部の厚みDmが、封口板の厚みDの5%以上、30%以下になるように設定してもよい。深さD2は、封口板の厚みDの20%以上であってよく、30%以上であってよい。深さD2は、封口板の厚みDの80%以下であってよく、70%以下であってよい。
 具体的には、薄肉部の厚みDmが、例えば、0.03mm以上、0.1mm以下になるように、深さD2を設定してもよい。封口板の厚みDが0.3mmの場合、深さD2は、0.1mm以上であってよく、0.2mm以下であってよい。
 深さD1およびD2は、同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。引張り応力がより集中し易くなる点で、深さD2はD1より大きくてよい。加工性の観点から、深さD1とD2とは同じであってよい。
 第2溝の幅は特に限定されない。加工性の観点から、第2溝の幅W2は、0.3mm以上であってよく、1.5mm以下であってよい。幅W2が小さいほど、内圧上昇時に薄肉部にかかる応力は集中し易くなる。
 幅W1およびW2は、同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。防爆機能がより発揮され易くなる点で、幅W1は幅W2より小さくてよい。引張り応力が、第1溝により集中し易くなるためである。
 第2溝の第2主面における配置は、第1溝に対応している限り特に限定されない。第2溝の配置は、封口板の半径等に応じて、適宜設定すればよい。例えば、第2主面をその法線方向から見たとき、第2溝の少なくとも一部は、封口板の外縁からその半径の25%から70%までの領域にあってよい。
 第2溝の断面形状は特に限定されない。第2底部の形状は、直線状であり得、円弧状であり得る。圧縮応力が集中し易い点で、第2底部の形状は直線状であってよい。圧縮応力が集中し易くなる点で、第2溝は、平坦な底部を有していてよい。
 図1は、密閉型電池の内圧が高まったときの様子を、密閉型電池の要部の断面で示す説明図である。以下の図示例において、同じ機能を有する部材には、同じ符号を付している。
 封口板300は、電池缶100の開口近傍に固定され、開口を塞いでいる。封口板300は、電池缶の外側を向く第1主面300Xと、第1主面300Xとは反対側の第2主面300Yと、を備え、中央に貫通孔S(図2A等参照)を備えるドーナツ状である。封口板300の中央にある貫通孔には、絶縁性のガスケット310およびワッシャ320を介して、先端部分がつぶされた外部端子330が固定されている。外部端子330には、電極体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。以下、封口板300と、ガスケット310と、ワッシャ320と、外部端子330と、により構成された部材を封口体と称する場合がある。ただし、封口板300および封口体の形状はこれに限定されない。
 電池の内圧が上昇すると、封口板300が外方に向けて盛り上がる方向に圧力がかかる。このとき、封口板300の第2主面300Yに形成された第2溝302には、圧縮応力が集中してかかる。一方、封口板300の第1主面300Xに形成された第1溝301には、引っ張り応力が発生する。薄肉部にこれら相反する二つの応力がかかることにより、薄肉部の破断が生じ、防爆機能が作動して内圧が低減する。
 次に、図面を参照しながら封口板を具体的に説明する。ただし、本実施形態に係る封口板はこれに限定されない。
 図2Aは、本実施形態に係る封口板の一例を第1主面側から見た上面模式図である。図2Aでは、便宜的に、第1溝にハッチングを付している。
 封口板300には、円弧状の第1溝301および第2溝302が形成されている。第1溝301は第1主面300Xに形成されている。第2溝302は、第2主面に、第1溝301に対応するように形成されている。第1溝301のほぼ全体が第2溝302に重複している。
 第1溝301は、その一方の端部の近傍で、第2溝302の対称軸S2に第2溝302上において交差している。第1対称軸S1と第2対称軸S2とが成す交差角ACは、0°より大きく60°以下である。第1ベント角A1は第2ベント角A2よりも小さい。
 図2Bは、本実施形態に係る他の封口板を第1主面側から見た上面模式図である。封口板300は、第1溝301の対称軸S1と第2溝302の対称軸S2とが重複していること以外、図2Aに示す封口板300と同様である。
 図2Cは、本実施形態に係るさらに他の封口板を第1主面側から見た上面模式図である。封口板300は、第1溝301が、その他方の端部の近傍で、第2溝302の対称軸S2に第2溝302上において交差していること以外、図2Aに示す封口板300と同様である。
 さらに、図面を参照しながら第1溝および第2溝の断面形状を具体的に説明する。ただし、本実施形態に係る各溝の断面形状はこれに限定されない。
 図3Aは、本実施形態に係る封口板の一例の要部を拡大した断面模式図である。
 本実施形態において、第1溝301は、平坦な第1底部3011と、第1底部3011と第1主面300Xとを繋ぐ第1側面部3012および3013と、を有している。第2溝302も同様に、平坦な第2底部3021と、第2底部3021と第2主面300Yとを繋ぐ第2側面部3022および3023と、を有している。本実施形態では、第2底部3021が平坦であるため、第2対称軸に圧縮応力がより集中し易くなる。
 封口板300を第1主面300Xの法線方向から見たとき、第1溝301は、すべて第2溝302に重複している。第1溝301の幅W1と第2溝302の幅W2とは同じである。第1底部3011と第1側面部3012とが成す鋭角、および第1底部3011と第1側面部3013とが成す鋭角は同じであり、いずれも60°以上90°未満である。厚みD1と厚みD2とは同じであり、薄肉部の厚みDmが封口板の厚みの5%以上30%以下になるように形成されている。第1溝および第1対称軸と第2対称軸との位置関係は、図2A、図2Bまたは図2Cに示すとおりであってよい。
 図3Bは、本実施形態に係る他の封口板の要部を拡大した断面模式図である。
 本実施形態は、第2溝302の幅W2が第1溝301の幅W1より大きいこと以外、図3Aに示す封口板と同様の構成を備える。本実施形態では、第2溝の幅W2が広いため、封口板はより低圧で変形することができる。さらに、第1溝301の幅が狭小であるため、第1対称軸に引張り応力がより集中し易くなる。
 図3Cは、本実施形態に係るさらに他の封口板の要部を拡大した断面模式図である。
 本実施形態において、第1溝301は、平坦な第1底部3011と、第1底部3011と第1主面300Xとを繋ぐ第1側面部3012および3013と、を有している。第1底部3011と第1側面部3012とが成す角度は90°である。第1底部3011と第1側面部3013とが成す鋭角は60°以上90°未満である。本実施形態は、側面部の傾斜角以外、図3Bに示す封口板と同様の構成を備える。2つの側面部の傾斜角が互いに異なることにより、プレス加工に使用される金型の摩耗は抑制され易くなる。
 図3Dは、本実施形態に係るさらに他の封口板の要部を拡大した断面模式図である。
 本実施形態は、第1溝301が円弧状の第1底部3011を有していること以外、図3Bに示す封口板と同様の構成を備える。この場合、引張り応力はさらに第1底部3011に集中し易くなる。加えて、このような溝は、プレス加工により形成され易い。また、プレス加工に使用される金型も劣化し難い。円弧状の第1底部3011の曲率半径は特に限定されず、例えば、0.01mm以上、1mm以下であってよい。
 図3Eは、本実施形態に係るさらに他の封口板の要部を拡大した断面模式図である。
 本実施形態において、第1底部3011が2つの第1側面部の交点であること以外、図3Bに示す封口板と同様の構成を備える。この場合、引張り応力は、図3Dに示す封口板よりさらに第1溝301の対称軸に集中し易くなる。
 図3Fは、本実施形態に係るさらに他の封口板の要部を拡大した断面模式図である。
 本実施形態は、第1底部3011の中心と第2底部3021の中心とが重複しないこと以外、図3Bに示す封口板と同様の構成を備える。第1底部3011の中心は、第2底部3021の中心より、封口板300の中心に近くてもよい。この場合、引張り応力は、さらに第1溝の対称軸に集中し易くなる。
 図3Gは、本実施形態に係る他の封口板の要部を拡大した断面模式図である。
 本実施形態は、第1溝301の幅W1が第2溝302の幅W2より大きいこと以外、図3Aに示す封口板と同様の構成を備える。本実施形態では、第2溝302の幅W2が狭小かつ平坦であるため、その第2対称軸に圧縮応力がより集中し易くなる。
 図4は、密閉型電池の一例の縦断面模式図である。
 電池10は、有底円筒形の電池缶100と、電池缶100に収容された円筒型の電極体200と、電池缶100の開口を塞ぐ封口板300と、を具備する。封口板300は、例えばレーザ溶接により、電池缶100の開口近傍に固定されている。封口板300は、電池缶100の開口近傍にかしめられていてもよい。
 電池缶100および封口板300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)、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。
 次に、リチウム一次電池を例に、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201と負極202とをセパレータ203を介して渦巻状に捲回することにより構成されている。正極201および負極202の一方(図示例では、正極201)には内部リード線210が接続されている。内部リード線210は、外部端子330に溶接等により接続される。正極201および負極202の他方(図示例では、負極202)には、別の内部リード線220が接続されている。内部リード線220は、電池缶100の内面に溶接等により接続される。
 電極体200は、電解質(図示せず)とともに、電池缶100の内部に収納されている。内部短絡防止のために、電極体200の上部および下部には、それぞれ上部絶縁板230Aおよび下部絶縁板230Bが配置されている。
 (正極)
 正極は正極活物質を含み、正極活物質として二酸化マンガンを用いることができる。正極は、例えば、正極集電体と、正極集電体に付着している正極合剤層とを具備する。正極合剤層は、正極活物質の他に、フッ素樹脂などの樹脂材料を結着剤として含み得る。正極合剤層は、炭素材料などの導電性材料を導電剤として含んでもよい。正極集電体は、例えばステンレス鋼製のエキスパンドメタル、ネット、パンチングメタルなどである。
 (負極)
 負極は負極活物質を含み、負極活物質として金属リチウムまたはリチウム合金を用いることができる。金属リチウムまたはリチウム合金は、例えば、長尺のシート状に押し出し成形され、負極として用いられる。リチウム合金としては、Li-Al、Li-Sn、Li-Ni-Si、Li-Pbなどの合金が用いられるが、Li-Al合金が好ましい。リチウム合金に含まれるリチウム以外の金属元素の含有量は、放電容量の確保や内部抵抗の安定化の観点から、0.1質量%以上5質量%以下とすることが好ましい。
 (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。
 (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。非水溶媒は、特に限定されるものではないが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2-ジメトキシエタン、γ-ブチロラクトンなどを使用することができる。リチウム塩としては、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドなどを用いることができる。
 以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
 《実施例1》
 (1)封口体の作製
 封口板(直径17mm)を作製した。
 封口板(SUS316L製)の両方の主面に、図3Aに示すような断面形状を有する第1溝および第2溝を、プレス加工によりそれぞれ形成した。第1溝のベント角A1は40°である。第1溝の幅W1は0.2mmである。深さD1は0.1mmである。第1溝の側面部の傾斜は、ともに63°である。第2溝のベント角A2は240°である。第2溝の幅W2は0.2mmである。深さD2は0.1mmである。第2溝の側面部の傾斜は、ともに63°である。図2Bに示すように、第1溝の対称軸と第2溝の対称軸とは重複している。
 封口板の中央に、直径約3mmの貫通孔を形成した。この貫通孔に、絶縁性のガスケットおよびワッシャを介して外部端子を固定し、封口体を得た。
 (2)正極の作製
 正極活物質である電解二酸化マンガン92質量部に、導電剤であるケッチェンブラック3.5質量部と、結着剤であるポリテトラフルオロエチレン4.5質量部と、適量の純水と、を加えて混錬し、湿潤状態の正極合剤を調製した。
 次に、湿潤状態の正極合剤を、ステンレス鋼製のエキスパンドメタルからなる正極集電体に塗布して、正極前駆体を作製した。その後、正極前駆体を、乾燥させ、ロールプレスにより圧延し、所定寸法に裁断し、帯状の正極を得た。
 (3)負極の作製
 シート状のLi-Al合金(Al含有量:0.3質量%)を、所定寸法に裁断し、帯状の負極を得た。
 (4)電極群の作製
 正極の一部から正極合剤を剥がして正極集電体を露出させ、その露出部にステンレス鋼製の正極タブリードを溶接した。負極の所定箇所にニッケル製の負極タブリードを溶接した。正極と負極とを、これらの間にセパレータを介在させて、渦巻状に捲回し、柱状の電極群を構成した。セパレータには、ポリエチレン製の微多孔膜を用いた。
 (5)電解質の調製
 プロピレンカーボネート(PC)と、エチレンカーボネート(EC)と、1,2-ジメトキシエタン(DME)とを、体積比2:1:2で混合した非水溶媒に、リチウム塩としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウムを0.5モル/リットルの濃度で溶解させ、電解質を調製した。
 (6)円筒形電池の組み立て
 電極群を、その底部にリング状の下部絶縁板を配置した状態で、有底円筒形(SUS316L製)の電池缶の内部に挿入した。負極タブリードを電池缶の内底面に溶接し、リング状の上部絶縁板を電極群の上部に配置した後、正極タブリードを封口板に固定された外部端子に溶接した。次に、電解質を電池缶の内部に注液し、その後、電池缶の開口近傍に封口板をレーザ溶接した。このようにして、図4に示す構造を有する密閉型の円筒形リチウム電池を10個作製した。別途、作動圧評価用として、電極群および電解質を収容しなかったこと以外は同様にして、密閉型の評価用電池を10個作製した。
 [評価]
 (I)作動圧
 評価用電池の電池缶の側面に穴を開け、そこから水を供給し、水圧によって電池内部の圧力を高めて防爆機能を作動させた。
 作動圧の平均値(n=10)、標準偏差(σ)、平均値+3σをそれぞれ算出した。結果を表1に示す。
 平均値±3σは、対象物の99.7%以上が平均値±3σの範囲に収まる数値である。言い換えれば、作動圧が平均値+3σを超える場合は、確率的に0.3%未満である。
 (II)内容物の飛散量
 円筒形リチウム電池の電池缶側面をガスバーナーで加熱して、火中投入試験を模擬した試験によって、防爆機能を作動させた。
 防爆機能が作動した後、収容されていた内容物(電極群および/または電解質)に対する、電池外に飛散した内容物の質量割合(飛散割合)を算出し、以下の指標に従って評価した。結果を表1に示す。
  A:飛散割合が10質量%未満
  B:飛散割合が10質量%以上、40%質量未満
  C:飛散割合が40質量%以上、70質量%未満
  D:飛散割合が70質量%以上
 《実施例2》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を50°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《実施例3》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を60°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《実施例4》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を70°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《実施例5》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を90°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《実施例6》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を100°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《実施例7》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を200°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《実施例8》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を210°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《実施例9》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を220°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《実施例10》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を230°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
 《比較例1》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を240°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 実施例1から実施例10において、作動圧の平均値は1.88MPa以下であり、標準偏差は0.19以下であり、平均値+3σは2.42MPa以下である。標準偏差が0.2以下、好ましくは0.15以下であり、かつ、平均値+3σが2.5MPa以下である場合、作動圧が低く、そのバラツキが小さいといえる。実施例1から実施例10では、内容物はほとんど飛散していない。
 一方、比較例1では作動圧の平均値および平均値+3σがともに高い。さらに、第1溝のベント角A1が過度に大きいため、内容物の飛散が認められる。
 《実施例11》
 封口体の作製(1)において、交差角ACが30°になるように第1溝を配置したこと以外は、実施例5と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表2に示す。
 《実施例12》
 封口体の作製(1)において、交差角ACが40°になるように第1溝を配置したこと以外は、実施例5と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表2に示す。
 《比較例2》
 封口体の作製(1)において、交差角ACが50°になるように第1溝を配置したこと以外は、実施例5と同様に封口板を作製した。第1溝は第2溝の対称軸に交差していない。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例11および実施例12において、交差角ACは実施例5より大きいものの、第1溝は第2溝の対称軸に交差している。そのため、作動圧の平均値は2.01MPa以下であり、標準偏差は0.16以下であり、平均値+3σは2.49MPa以下である。一方、第1溝が第2溝の対称軸に交差していない比較例2では、作動圧の平均値および平均値+3σがいずれも非常に高い。さらに、比較例2では、作動圧が高かったため、内容物が飛散した。
 《実施例13》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1を150°、第2溝のベント角A2を160°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
 《実施例14》
 封口体の作製(1)において、第2溝のベント角A2を170°としたこと以外は、実施例13と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
 《実施例15》
 封口体の作製(1)において、第2溝のベント角A2を180°としたこと以外は、実施例13と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
 《実施例16》
 封口体の作製(1)において、第2溝のベント角A2を190°としたこと以外は、実施例13と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
 《実施例17》
 封口体の作製(1)において、第2溝のベント角A2を280°としたこと以外は、実施例13と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
 《実施例18》
 封口体の作製(1)において、第2溝のベント角A2を290°としたこと以外は、実施例13と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
 《実施例19》
 封口体の作製(1)において、第2溝のベント角A2を300°としたこと以外は、実施例13と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
 《実施例20》
 封口体の作製(1)において、第2溝のベント角A2を310°としたこと以外は、実施例13と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
 《比較例3》
 封口体の作製(1)において、第1溝のベント角A1および第2溝のベント角A2を、いずれも150°としたこと以外は、実施例1と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 実施例13から実施例20のいずれにおいても、作動圧の平均値は1.93MPa以下であり、標準偏差は0.18以下であり、平均値+3σは2.47MPa以下である。つまり、これらの電池は、作動圧が低く、そのバラツキが小さい。特に、実施例17から実施例20は、第2溝のベント角A2が第1溝のベント角A1より十分大きいにもかかわらず、いずれの電池からも、内容物はほとんど飛散していない。
 《実施例21》
 封口体の作製(1)において、交差角ACが50°になるように第1溝を配置したこと以外は、実施例19と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表4に示す。
 《実施例22》
 封口体の作製(1)において、交差角ACが60°になるように第1溝を配置したこと以外は、実施例19と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表4に示す。
 《実施例23》
 封口体の作製(1)において、交差角ACが70°になるように第1溝を配置したこと以外は、実施例19と同様に封口板を作製した。得られた封口板を用いて、実施例1と同様にして円筒形リチウム電池および評価用電池をそれぞれ10個作製し、評価した。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 実施例21~23において、交差角ACは実施例19より大きいものの、第1溝は第2溝の対称軸に交差している。そのため、作動圧の平均値は2.05MPa以下であり、標準偏差は0.2以下であり、平均値+3σは2.65MPa以下である。いずれの電池からも、内容物はほとんど飛散していない。
 本発明に係る密閉型電池は、安定した防爆機能を発揮するため、様々な電子機器の電源に適している。
 10:電池
 100:電池缶
 200:電極体
 201:正極
 202:負極
 203:セパレータ
 210、220:内部リード線
 230A:上部絶縁板
 230B:下部絶縁板
 300:封口板
 300X:第1主面
 300Y:第2主面
 301:第1溝
 3011:第1底部
 3012、3013:第1側面部
 302:第2溝
 3021:第2底部
 3022、3023:第2側面部
 310:ガスケット
 320:ワッシャ
 330:外部端子

Claims (5)

  1.  開口を有する有底円筒形の電池缶と、
     前記電池缶に収容される電極体と、
     前記電池缶の前記開口を塞ぐ封口板と、を具備し、
     前記封口板は、前記電池缶の外側を向く第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、を有し、
     前記第1主面には、円弧状の第1溝が形成されており、
     前記第2主面には、前記第1溝に対応するように配置される円弧状の第2溝が形成されており、
     前記第1溝の中心角A1は、前記第2溝の中心角A2より小さく、
     前記第1主面の法線方向から見たとき、前記第1溝は、前記第2溝の対称軸と前記第2溝上において交差している、密閉型電池。
  2.  前記第1溝の前記中心角A1は、60°以上220°以下である、請求項1に記載の密閉型電池。
  3.  前記第2溝の前記中心角A2は、180°以上300°以下である、請求項1または2に記載の密閉型電池。
  4.  前記第1主面の法線方向から見たとき、前記第1溝の対称軸と前記第2溝の前記対称軸とが成す鋭角ACは、60°以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の密閉型電池。
  5.  前記第1主面の法線方向から見たとき、前記第1溝の対称軸と前記第2溝の前記対称軸とは重複している、請求項1~4のいずれか一項に記載の密閉型電池。
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