特許 7701346 円筒形電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-23

(45)【発行日】2025-07-01

(54)【発明の名称】円筒形電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/152 20210101AFI20250624BHJP

   H01M 50/107 20210101ALI20250624BHJP

   H01M 50/167 20210101ALI20250624BHJP

   H01M 50/545 20210101ALI20250624BHJP

   H01M 50/559 20210101ALI20250624BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20250624BHJP

【ＦＩ】

H01M50/152

H01M50/107

H01M50/167

H01M50/545

H01M50/559

H01M50/342 101

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022512010

(86)(22)【出願日】2021-03-24

(86)【国際出願番号】 JP2021012179

(87)【国際公開番号】W WO2021200440

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2024-01-26

(31)【優先権主張番号】P 2020062247

(32)【優先日】2020-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】322003798

【氏名又は名称】パナソニックエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】草野 匠

【審査官】川口 陽己

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５２５７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１５７７５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０２６５２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２４９１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２１６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０９２３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１０８５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１２０２２５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０－５０／１９８

Ｈ０１Ｍ ５０／３０－５０／３９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極板と負極板とがセパレータを介して巻回された電極体と、電解質と、前記電極体及び前記電解質を収容する有底円筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部を塞ぐ封口板と、を有する円筒形電池であって、
前記封口板は、前記外装缶の開口部にかしめ固定されるフランジ部と、前記フランジ部よりも径方向内側に形成される端子部と、前記フランジ部と前記端子部とを接続する薄肉部と、を有し、
前記薄肉部は、前記封口板の径方向内側から外側に向かって上方へ傾斜するように形成され、前記端子部の外周面および前記フランジ部の内周面をそれぞれ上下方向に上部、中央部及び下部に３等分したとき、前記端子部の外周面の下部のみと前記フランジ部の内周面の上部のみとを接続するように形成される、
円筒形電池。

【請求項2】

請求項１に記載の円筒形電池であって、
前記薄肉部は、前記封口板の径方向内側から外側に向かって先細り状となるように形成される、
円筒形電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、円筒形電池に関する。

【背景技術】

【0002】

円筒形電池は、電極体及び電解質を収容する有底円筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口体とを有する（例えば、特許文献１）。上記円筒形電池の封口体は、外部端子板と内部端子板とが絶縁板を介して積層されて構成される。

【0003】

封口体には、板状部材（以下、封口板）のみから構成されるものもある。このような封口板は、上記円筒形電池の封口体と比較して部品点数を削減することができるため、製造コストを削減することができる。また、上記円筒形電池の封口体と比較して厚みを小さくすることができるため、外装缶の内容積を大きくすることができ、エネルギー密度の高い電池を実現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１６／１５７７４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、封口板には、電池に異常が発生して内圧が上昇したときに破断する薄肉部が形成されるが、この薄肉部が、封口板を外装缶の開口部にかしめ固定する際に、変形して封口板の上面位置が変動する場合がある。この結果、封口板を備える円筒形電池の全高がばらつくおそれもある。

【0006】

本開示の目的は、封口板のかしめ時に封口板の変形を抑制することができる円筒形電池を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様である円筒形電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して巻回された電極体と、電解質と、電極体及び電解質を収容する有底円筒状の外装缶と、外装缶の開口部を塞ぐ封口板と、を有する円筒形電池であって、封口板は、外装缶の開口部にかしめ固定されるフランジ部と、フランジ部よりも径方向内側に形成される端子部と、フランジ部と端子部とを接続する薄肉部と、を有し、薄肉部は、封口板の径方向内側から外側に向かって上方へ傾斜するように形成され、端子部の外周面の中央部から下方とフランジ部の内周面の中央部から上方とを接続するように形成される。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様によれば、封口板のかしめ時に封口板の変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態の一例である円筒形電池の断面図である。

【図2】図２は、実施形態の一例である封口板の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて本開示の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料及び個数は例示であって、円筒形電池の仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。

【0011】

図１を用いて、実施形態の一例である円筒形電池１０について説明する。図１は、円筒形電池１０の断面図である。

【0012】

図１に示すように、円筒形電池１０は、電極体１４と、電解質と、電極体１４及び電解質を収容する外装缶２０と、外装缶２０の開口部を塞ぐ封口板３０とを有する。電極体１４は、正極板１１と、負極板１２と、セパレータ１３とを含み、正極板１１と負極板１２とがセパレータ１３を介して渦巻き状に巻回された構造を有する。また、以下では、説明の便宜上、円筒形電池１０の封口板３０側（外装缶２０の開口部側）を上、外装缶２０の底面部２０Ａ側を下とする。

【0013】

正極板１１は、正極芯体と、当該芯体の少なくとも一方の面に形成された正極合剤層とを有する。正極芯体には、アルミニウム、アルミニウム合金等、正極板１１の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極合剤層は、正極活物質、アセチレンブラック等の導電剤、及びポリフッ化ビニリデン等の結着剤を含み、正極芯体の両面に形成されることが好ましい。正極活物質には、例えばリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。正極板１１は、正極芯体上に正極活物質、導電剤、及び結着剤等を含む正極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、塗膜を圧縮して正極合剤層を芯体の両面に形成することにより製造できる。

【0014】

負極板１２は、負極芯体と、当該芯体の少なくとも一方の面に形成された負極合剤層とを有する。負極芯体には、銅、銅合金等の負極板１２の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極合剤層は、負極活物質、及びスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の結着剤を含み、負極芯体の両面に形成されることが好ましい。負極活物質には、例えば黒鉛、シリコン含有化合物等が用いられる。負極板１２は、負極芯体上に負極活物質、結着剤等を含む負極合剤スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、塗膜を圧縮して負極合剤層を芯体の両面に形成することにより製造できる。

【0015】

電解質には、例えば非水電解質が用いられる。非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、エステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、及びこれらの２種以上の混合溶媒等を用いることができる。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。なお、非水電解質は液体電解質に限定されず、固体電解質であってもよい。電解質塩には、例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩が使用される。電解質の種類は特に限定されず、水系電解質であってもよい。

【0016】

円筒形電池１０は、電極体１４の上下にそれぞれ配置された絶縁板１５，１６を有する。図１に示す例では、正極板１１に接続された正極リード１７が絶縁板１５の貫通孔を通って封口板３０側に延び、負極板１２に接続された負極リード１８が絶縁板１６の外側を通って外装缶２０の底面部２０Ａ側に延びている。正極リード１７は封口板３０の端子部３２の底面に溶接等で接続され、封口板３０が正極外部端子となる。負極リード１８は外装缶２０の底面部２０Ａの内面に溶接等で接続され、外装缶２０が負極外部端子となる。

【0017】

円筒形電池１０は、上述したように、外装缶２０と、外装缶２０の開口部を塞ぐ封口板３０とを有する。外装缶２０は、底面部２０Ａと側面部２０Ｂとを含む、有底円筒状の金属製容器である。底面部２０Ａは円板状を呈し、側面部２０Ｂは底面部２０Ａの外周縁に沿って円筒状に形成される。封口板３０は、外装缶２０の開口部にガスケット２１を介してかしめ固定される。

【0018】

より詳細には、封口板３０は、外装缶２０の溝入れ部２０Ｃによって支持され、外装缶２０のかしめ部２０Ｄによってかしめ固定される。溝入れ部２０Ｃは、外装缶２０の開口部近傍において側面部２０Ｂの一部が内側に張り出して、外装缶２０の周方向に沿って環状に形成される。かしめ部２０Ｄは、開口端部において外装缶２０の周方向に沿って環状に形成される。

【0019】

図２を用いて、封口板３０について説明する。図２は、封口板３０の断面図である。

【0020】

封口板３０は、上述したように外装缶２０の開口部を塞ぐ部材である。封口板３０は、平面視において略円板状に形成され、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金の板材のプレス加工により作製される。封口板３０は、円筒形電池１０の異常時に円筒形電池１０の内圧が上昇すると円筒形電池１０の内部のガスを排気する機能を有する。

【0021】

図２に示すように、封口板３０は、外装缶２０の開口部にかしめ固定されるフランジ部３１と、フランジ部３１よりも径方向内側に形成される端子部３２と、フランジ部３１と端子部３２とを接続する薄肉部３３とを有する。

【0022】

フランジ部３１は、外装缶２０の溝入れ部２０Ｃによって支持され、外装缶２０のかしめ部２０Ｄによってかしめ固定される部分である。フランジ部３１は、略環状に形成される。フランジ部３１の内周面３１Ａには、薄肉部３３の外端部３３Ｂが接続される。以下では、フランジ部３１の内周面３１Ａを上下方向に３等分したときのそれぞれの部分を上部、中央部及び下部とする。内周面３１Ａの上部は、少なくとも内周面３１Ａの上端を含む。

【0023】

端子部３２は、正極リード１７が接合される部分であって正極内部端子となる。複数の円筒形電池１０が組電池として構成される際に円筒形電池１０同士を接続するために、端子部３２及びフランジ部３１のいずれかの上面にリード板を接合することができる。端子部３２は、略円板状に形成される。端子部３２の外周面３２Ａには、薄肉部３３の内端部３３Ａが接続される。以下では、端子部３２の外周面３２Ａを上下方向に３等分したときのそれぞれの部分を上部、中央部及び下部とする。外周面３２Ａの下部は、少なくとも外周面３２Ａの下端を含む。

【0024】

薄肉部３３は、円筒形電池１０の内圧が上昇した場合に破断する部分である。また、薄肉部３３は、上述したように端子部３２とフランジ部３１とを接続する部分である。薄肉部３３は、略環状に形成される。

【0025】

薄肉部３３は、封口板３０の径方向内側から外側に向かって上方へ傾斜するように形成される。例えば、薄肉部３３の上面及び底面が共に径方向内側から外側に向かって上方へ傾斜するように形成される。また、薄肉部３３の上面の傾斜角度は、薄肉部３３の底面の傾斜角度よりも小さくなるように形成されることが好ましい。

【0026】

薄肉部は、封口板の径方向の内側から外側に向かって先細り状となるように形成される。例えば、薄肉部３３では、外端部３３Ｂの厚み（上下方向の長さ）が内端部３３Ａよりも小さくなるように形成される。また、薄肉部３３では、外端部３３Ｂの厚みが最小となるように形成されることが好ましい。

【0027】

円筒形電池１０の内圧が上昇した場合には、封口板３０がガスの圧力によって上方に押圧され、薄肉部３３が径方向内側から外側に向かって上方へ傾斜した状態から下方へ傾斜する状態に反転し、薄肉部３３の外端部３３Ｂが破断してガスの排出口が形成される。

【0028】

薄肉部３３では、内端部３３Ａが端子部３２の外周面３２Ａの中央部から下方（中央部及び下部）と接続され、外端部３３Ｂがフランジ部３１の内周面３１Ａの中央部から上方（中央部及び上部）と接続される。ここで、外周面３２Ａの中央部から下方と接続されるとは、外周面３２Ａの中央部から下方の部分の少なくとも一部に接続されることであって、内周面３１Ａの中央部から上方と接続されるとは、内周面３１Ａの中央部から上方の部分の少なくとも一部に接続されることである。

【0029】

より好ましくは、薄肉部３３では、内端部３３Ａが端子部３２の外周面３２Ａの下部と接続され、薄肉部３３の下面が端子部３２の下面に連続するように形成される。また、薄肉部３３では、外端部３３Ｂがフランジ部３１の内周面３１Ａの上部と接続され、薄肉部３３の上面がフランジ部３１の上面に連続するように形成される。

【0030】

円筒形電池１０によれば、封口板３０のかしめ時に封口板３０の変形を抑制することができる。より詳細には、封口板３０のかしめ時に薄肉部３３の変形量を抑制することできるため、端子部３２の上下位置の変動を抑制することができる。

【0031】

なお、本発明は上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

【0032】

以下、実施例により本開示をさらに説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。

【実施例】

【0033】

＜実施例１＞
[封口板の作製]
アルミニウムの板材をプレス加工して封口板を作製した。封口板において、外装缶の開口部にかしめ固定される略環状のフランジ部を形成し、フランジ部よりも径方向内側に略円板状の端子部を形成し、端子部とフランジ部とを接続する薄肉部を形成した。薄肉部は、封口板の径方向内側から外側に向かって上方へ傾斜するように形成した。薄肉部は、端子部の外周面の下部とフランジ部の内周面の上部とを接続するように形成した。

【0034】

[電池ケースの作製]
鉄鋼板にニッケルメッキが施された有底円筒状の外装缶を塑性加工して、円周状の溝入れ部を形成した。外装缶の開口部をガスケットが挿入された封口板を用いてかしめ加工して封止して、電極体及び電解質を有さない空の電池ケースを作製した。

【0035】

＜実施例２＞
封口板の薄肉部を端子部の外周面の下部とフランジ部の内周面の中央部とを接続するように形成した以外は実施例１に係る電池ケースと同様として電池ケースを作製した。

【0036】

＜比較例１＞
封口板の薄肉部を端子部の外周面の下部とフランジ部の内周面の下部とを接続するように形成した以外は実施例１に係る電池ケースと同様として電池ケースを作製した。

【0037】

＜比較例２＞
封口板の薄肉部を端子部の外周面の中央部とフランジ部の内周面の中央部とを接続するように形成した以外は実施例１に係る電池ケースと同様として電池ケースを作製した。

【0038】

＜比較例３＞
封口板の薄肉部を端子部の外周面の上部とフランジ部の内周面の上部とを接続するように形成した以外は実施例１に係る電池ケースと同様として電池ケースを作製した。

【0039】

[封口板の断面観察]
上記のように作製した電池ケースのうち封口板をエポキシ樹脂へ埋め込み、当該エポキシ樹脂の硬化後に封口板の断面が現れるように切断し、封口板の断面を観察した。表１に薄肉部の形状及び接続位置とともに結果をまとめて示す。

【0040】

【表1】

【0041】

実施例１では、薄肉部の変形量がほとんど無く、端子部の上下位置の変動もほとんど無かった。実施例２では、薄肉部が傾斜から水平になるように少し変形し、端子部の上下位置が少しに上方へ移動した。比較例１、３では、薄肉部が傾斜から水平になるように変形し、端子部の上下位置が大きく上方へ移動した。比較例２では、薄肉部が大きく変形し、端子部の上下位置が大きく移動した。

【0042】

以上の結果から、薄肉部が、封口板の径方向内側から外側に向かって上方へ傾斜するとともに、端子部の外周面の中央部から下方とフランジ部の内周面の中央部から上方に接続されることが好ましいことがわかる。さらに、実施例１の薄肉部の変形抑制効果が顕著なことから、薄肉部が端子部の外周面の下部とフランジ部の内周面の上部に接続されることがより好ましいことがわかる。

【符号の説明】

【0043】

１０ 円筒形電池、１１ 正極板、１２ 負極板、１３ セパレータ、１４ 電極体、１５ 絶縁板、１６ 絶縁板、１７ 正極リード、１８ 負極リード、２０ 外装缶、２０Ａ 底面部、２０Ｂ 側面部、２０Ｃ 溝入れ部、２０Ｄ かしめ部、２１ ガスケット、３０ 封口板、３１ フランジ部、３１Ａ 内周面、３２ 端子部、３２Ａ 外周面、３３ 薄肉部、３３Ａ 内端部、３３Ｂ 外端部

【図1】

【図2】