JP6778393B2 - Sealed battery - Google Patents
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Description
本発明は、密閉されたケース内に電極体と電解液とが収容された密閉型電池に関し、詳しくは、ケース内圧が上昇した際に開放されるガス排出弁を備えた密閉型電池に関する。 The present invention relates to a sealed battery in which an electrode body and an electrolytic solution are housed in a sealed case, and more particularly to a sealed battery provided with a gas discharge valve that is opened when the internal pressure of the case rises.
近年、リチウムイオン二次電池などの二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用の高出力電源として好ましく用いられている。かかる二次電池は、例えば、密閉されたケース内に、発電要素である電極体と電解液とが収容された、いわゆる密閉型電池の構造を有している。 In recent years, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries have become increasingly important as power sources for vehicles or as power sources for personal computers and mobile terminals. In particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and has a high energy density is preferably used as a high output power source for mounting on a vehicle. Such a secondary battery has, for example, a so-called closed battery structure in which an electrode body and an electrolytic solution, which are power generation elements, are housed in a closed case.
一般に、かかる密閉型電池のケースには、過充電等によりケース内のガス圧(内圧)が過剰に上昇した場合に該内圧を開放するための内圧開放機構が設けられている。かかる内圧開放機構の具体的な一例として、特許文献1に記載されているようなガス排出弁(開裂弁)が挙げられる。当該特許文献1におけるガス排出弁は、開裂圧力が所定の圧力に調整されたニッケル箔等の金属箔から構成されており、ケース(電池缶)内の圧力が上昇した際に当該ガス排出弁を開裂(開放)させることによってケース内のガスを排出して内圧を低下させるように構成されている。 Generally, the case of such a sealed battery is provided with an internal pressure release mechanism for releasing the internal pressure when the gas pressure (internal pressure) in the case rises excessively due to overcharging or the like. As a specific example of such an internal pressure release mechanism, a gas discharge valve (opening valve) as described in Patent Document 1 can be mentioned. The gas discharge valve in Patent Document 1 is composed of a metal foil such as nickel foil whose cleavage pressure is adjusted to a predetermined pressure, and when the pressure inside the case (battery can) rises, the gas discharge valve is opened. It is configured to discharge the gas inside the case and reduce the internal pressure by opening it.
しかしながら、上記した構造の密閉型電池では、ガス排出弁を開放してケース内部からガスを排出させる際に、当該ガスの排出に伴って電解液の飛沫がガス排出弁から噴出することがあった。このような場合、噴出した電解液の飛沫が広範囲に拡散してケースに付着することによってケースを劣化(腐食)させる虞がある。また、一般的な密閉型電池では、当該電池と外部機器とを接続するための電極端子がケース外に設けられており、電解液の飛沫が外部接続用の電極端子に付着すると外部短絡を生じさせる虞がある。 However, in the sealed battery having the above-mentioned structure, when the gas discharge valve is opened to discharge the gas from the inside of the case, droplets of the electrolytic solution may be ejected from the gas discharge valve as the gas is discharged. .. In such a case, the droplets of the ejected electrolytic solution diffuse over a wide area and adhere to the case, which may deteriorate (corrosion) the case. Further, in a general sealed battery, an electrode terminal for connecting the battery and an external device is provided outside the case, and if droplets of electrolytic solution adhere to the electrode terminal for external connection, an external short circuit occurs. There is a risk of causing it.
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス排出弁が開放された際に、当該ガス排出弁から噴出した電解液の飛沫が広範囲に拡散することを抑制し、ケースの劣化や外部短絡の発生を適切に防止することができる密閉型電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent the droplets of the electrolytic solution ejected from the gas discharge valve from spreading over a wide area when the gas discharge valve is opened. An object of the present invention is to provide a sealed battery capable of appropriately preventing deterioration of a case and occurrence of an external short circuit.
上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の密閉型電池が提供される。 In order to realize the above object, the present invention provides a sealed battery having the following configuration.
ここで開示される密閉型電池は、正極および負極を備えた電極体と電解液とが角型のケース内に収容されており、該ケースが密閉されている。
かかる密閉型電池では、角型のケースの外面のうちの何れかの面に、ケース内部に向かって窪んだ凹部が形成されており、該凹部の内壁のうち少なくとも一面にケースの外方に向けて開口する開口部が設けられているとともに、凹部の底面にケースの内圧が所定レベル以上に上昇した場合に開放されるガス排出弁が形成されている。
In the sealed battery disclosed here, an electrode body having a positive electrode and a negative electrode and an electrolytic solution are housed in a square case, and the case is sealed.
In such a sealed battery, a recess recessed toward the inside of the case is formed on any surface of the outer surface of the square case, and at least one of the inner walls of the recess is directed toward the outside of the case. An opening is provided to open the battery, and a gas discharge valve that opens when the internal pressure of the case rises above a predetermined level is formed on the bottom surface of the recess.
ここで開示される密閉型電池では、ケース内部に向かって窪んだ凹部がケースの外面に形成されており、当該凹部の底面にガス排出弁が設けられている。そして、かかる凹部の内壁のうち少なくとも一面にケースの外方に向けて開口した開口部が設けられている。
かかる構造の密閉型電池によれば、ケース内圧の上昇によってガス排出弁が開放された際に、当該ガス排出弁から噴出した電解液の飛沫が広範囲に拡散することを凹部の内壁によって抑制することができるとともに、ケース外方に向けて開口した開口部から当該電解液の飛沫を排出することができる。このため、ガス排出弁から噴出した電解液によってケースが劣化したり、外部短絡が生じたりすることを適切に防止することができる。
In the sealed battery disclosed here, a recess recessed toward the inside of the case is formed on the outer surface of the case, and a gas discharge valve is provided on the bottom surface of the recess. An opening is provided on at least one of the inner walls of the recess so as to open toward the outside of the case.
According to the sealed battery having such a structure, when the gas discharge valve is opened due to an increase in the internal pressure of the case, the inner wall of the recess prevents the droplets of the electrolytic solution ejected from the gas discharge valve from spreading over a wide area. At the same time, the droplets of the electrolytic solution can be discharged from the opening opened toward the outside of the case. Therefore, it is possible to appropriately prevent the case from being deteriorated or an external short circuit from occurring due to the electrolytic solution ejected from the gas discharge valve.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば電極体の作製方法や当該電極体に使用される各種の材料)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each figure do not reflect the actual dimensional relationships. In addition, members and parts that perform the same action are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted or simplified. In addition, matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention (for example, a method for producing an electrode body and various materials used for the electrode body) are in the art. It can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the art.
なお、以下では、ここで開示される密閉型電池の一実施形態としてリチウムイオン二次電池を説明するが、かかる説明は本発明の適用対象を限定する意図ではない。すなわち、ここで開示される密閉型電池は、リチウムイオン二次電池以外の密閉型電池(例えばニッケル水素電池など)であってもよい。 In the following, a lithium ion secondary battery will be described as an embodiment of the sealed battery disclosed here, but such description is not intended to limit the application of the present invention. That is, the sealed battery disclosed here may be a sealed battery (for example, a nickel hydrogen battery) other than the lithium ion secondary battery.
図1は本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の断面構造を模式的に示す図である。図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、正極32および負極34を備えた電極体30と電解液(図示省略)とが角型のケース20に収容され、該ケース20が密閉されることによって構成されている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a lithium ion secondary battery according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, in the lithium ion
(1)ケース
本実施形態におけるケース20は扁平な角型の容器である。かかるケース20は、一面が開口した箱形のケース本体21と、該ケース本体21の開口部を塞ぐ封口板22とを備えている。
ケース20(ケース本体21および封口板22)の材質は、従来の密閉型電池で使用されるものと同じであればよく、強度を考慮して適切な材質を適宜選択することができる。かかるケース20の材質としては、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等が挙げられる。
(1) Case The
The material of the case 20 (
また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、いわゆる薄型セルと称される構造を有している。かかる薄型セル構造のリチウムイオン二次電池10では、厚みが薄いケース20の内部に電極体30を容易に収容するために、該電極体30を収容するための開口部がケース本体21の扁平面(すなわち、扁平な角型のケース20を構成する各面のうち最も面積が広い面)に設けられている。そして、かかる薄型セルでは、ケース本体21の扁平面(ケース20の上面20a)と電極体30の扁平面30aとが対向するように、電極体30がケース20内部に収容される。
なお、かかる薄型セルのケース20の具体的な厚み(電極体30の積層方向Xにおける寸法)は0.5mm〜15mm程度に設定される。
Further, the lithium ion
The specific thickness of the
また、図示は省略するが、ケース20の上面20aには、リチウムイオン二次電池10と外部機器とを接続ための電極端子(正極端子および負極端子)が設けられており、それぞれの電極端子が、ケース20内部に収容された電極体30を構成する正極32と負極34に電気的に接続されている。
Although not shown, electrode terminals (positive electrode terminal and negative electrode terminal) for connecting the lithium ion
なお、具体的な構造は後述するが、図1および図2に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、ケース20の上面20a(ケース本体21の扁平面)に凹部23が形成されており、かかる凹部23の底面23aにガス排出弁40が設けられている。
Although the specific structure will be described later, as shown in FIGS. 1 and 2, in the lithium ion
(2)電極体
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、電極体30として積層電極体が用いられている。かかる積層電極体30は、シート状の正極32と負極34とを、セパレータ36を介して複数枚積層させることによって構成されている。上記したように、本実施形態においては、かかる積層電極体30が略扁平形状に形成されており、かかる積層電極体30の扁平面30aがケース20の上面20aと対向するように(換言すれば、積層電極体30の積層方向Xとケース20の上面20aとが略垂直になるように)積層電極体30がケース20内に収容されている。
(2) Electrode body In the lithium ion
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10において、積層電極体30を構成する各々の部材の構造および当該部材の材料は、一般的なリチウムイオン二次電池の電極体と同様のものを用いることができる。以下、積層電極体30を構成する各部材について簡単に説明する。
In the lithium ion
(a)正極
正極32は、シート状の正極集電体(例えばアルミニウム箔)と当該正極集電体の表面に付与された正極活物質層とを備えており、正極活物質層にはリチウムイオンを吸蔵・放出可能な物質である正極活物質が含まれている。かかる正極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。
また、正極32の正極活物質層には、上記した正極活物質の他に、必要に応じて導電材、バインダ等の添加材が添加されていてもよい。
(A) Positive electrode The
Further, in addition to the above-mentioned positive electrode active material, an additive such as a conductive material or a binder may be added to the positive electrode active material layer of the
(b)負極
一方、負極34は、シート状の負極集電体(例えば銅箔)と、当該負極集電体の表面に付与された負極活物質層とを備えている。当該負極活物質層に含まれている負極活物質についても同様に、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。
また、負極34の負極活物質層についても、正極活物質層と同様にバインダなどの添加材が添加されていてもよい。
(B) Negative electrode On the other hand, the
Further, as in the case of the positive electrode active material layer, an additive such as a binder may be added to the negative electrode active material layer of the
(c)セパレータ
セパレータ36は、正極32と負極34との間に配置されており、当該正極32と負極34とを絶縁するとともに、正極32と負極34との間を移動する電荷担体(例えばリチウムイオン)を通過させることができる微小な孔を複数有している。
(C) Separator The
(3)電解液
上記したように、ケース20の内部には電解液(図示省略)が収容されている。かかる電解液としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。
(3) Electrolyte As described above, the electrolytic solution (not shown) is housed inside the
(4)ガス排出弁
図2は本実施形態に係るリチウムイオン二次電池のガス排出弁近傍を模式的に示す斜視図である。
本実施形態におけるガス排出弁40は、ケース20の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に開放(開裂)するように構成されている。具体的には、ガス排出弁40は、図1に示すようにケース20の壁面の厚みよりも薄くなるように形成されている。例えば、ケースの壁面の厚みが0.3mm〜1.5mm(例えば0.5mm)である場合には、ガス排出弁40の厚みは0.05mm〜0.5mmの肉厚に設定される。そして、本実施形態におけるガス排出弁40の上面には、図2に示すように破断溝部42が形成されている。このような構造を有するガス排出弁40をケース20に設けることによって、ガスの発生等でケース20の内圧が所定レベル以上(例えば、0.3MPa以上)まで上昇した際に、ガス排出弁40を破断溝部42に沿って開裂させて、ケース20の内圧を低下させることができる。
なお、ガス排出弁40は、ケース20の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に開放されるような構造を有していればよく、上記した構造には限定されない。
(4) Gas Discharge Valve FIG. 2 is a perspective view schematically showing the vicinity of the gas exhaust valve of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment.
The
The
そして、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、ケース20の上面20aの外縁20bの近傍に、ケース20内部に向かって窪んだ凹部23が形成されており、かかる凹部23の底面23aにガス排出弁40が設けられている。また、かかる凹部23の内壁23bのうちの一面には、ケース20の外方に向けて開口した開口部23cが設けられている。
In the lithium ion
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10によれば、上記のように、開口部23cを有した凹部23の底面23aにガス排出弁40を設けることによって、ガス排出弁40が開放された際にケース20内部から噴出する電解液が広範囲に拡散してケース20の劣化や外部短絡を生じさせることを適切に抑制することができる。
具体的には、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、ガス排出弁40の周囲が凹部23の内壁23bによって囲われているため、ガス排出弁40から電解液が噴出した際に当該電解液が広範囲に拡散することを抑制できる。そして、本実施形態では、かかる凹部23の内壁23bの一面にケース20の外方に向けて開口した開口部23cが設けられているため、図2中の矢印Aに示すように、ガス排出弁40から噴出した電解液が開口部23cを通過してケース20外方に向けて排出される。このように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、ガス排出弁40から噴出した電解液が広範囲に拡散することを抑制した上で、当該電解液をケース20外方に向けて排出することができるため、電解液によるケース20の劣化や外部短絡の発生を適切に防止することができる。
According to the lithium ion
Specifically, in the lithium ion
また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、組電池を構成する単電池として特に好ましく用いることができる。一般的な組電池は、扁平面同士が対向するように扁平な角型の単電池を複数配列し、該配列された単電池群を拘束することによって構築される。かかる構造の組電池において各々の単電池の扁平面にガス排出弁が形成されていると、かかるガス排出弁が隣接する他の単電池によって塞がれてしまう虞がある。
これに対して、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、ケース20の上面(扁平面)20aに凹部23が形成されており、該凹部23の底面23aにガス排出弁40が設けられているため、扁平面同士が対向するように複数の電池を配列させて組電池を構築した場合であっても、隣接する他の電池によってガス排出弁40が塞がれることを適切に防止することができる。
Further, the lithium ion
On the other hand, in the lithium ion
なお、上記のように、ケースの上面に凹部を形成した場合、当該凹部が形成されている部分のケースの厚みが他の部分よりも薄くなるため、当該凹部の下方に電極体を配置すると、電極体によってガス排出弁が塞がれる可能性がある。特に、薄型セルの場合には、かかる積層電極体によるガス排出弁の閉塞が生じる可能性がより高くなる。
このため、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10では、ケース20内の凹部23の下方に、積層電極体30が配置されないガス排出領域50が形成されるように積層電極体30の寸法と収容位置を調節している。これによって、積層電極体30によってガス排出弁40が内側から塞がれることを確実に防止することができる。
As described above, when the recess is formed on the upper surface of the case, the thickness of the case in the portion where the recess is formed becomes thinner than the other portions. Therefore, when the electrode body is arranged below the recess, The gas discharge valve may be blocked by the electrode body. In particular, in the case of a thin cell, there is a higher possibility that the gas discharge valve will be blocked by the laminated electrode body.
Therefore, in the lithium ion
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、上記した実施形態は本発明を限定するものではなく、勿論、種々の改変が可能である。
例えば、上記した実施形態においては、シート状の正極32と負極34とセパレータ36とを複数枚積層させた積層電極体30を電極体として用いているが、かかる電極体の構造は特に限定されない。電極体としては、例えば、長尺の正極と負極とセパレータとを重ね合せた積層体を長手方向に捲回することによって構成される捲回電極体を用いることもできる。
また、上記した実施形態においては、凹部23がケース20の上面20aに形成されているが、かかる凹部を形成する位置は、角型のケースの外面のうちの何れかの面であればよく、特に限定されない。例えば、ガス排出弁を設けるための凹部は封口板に設けられていてもよい。
Although the present invention has been described above with respect to preferred embodiments, the above-described embodiments do not limit the present invention, and of course, various modifications can be made.
For example, in the above-described embodiment, the
Further, in the above-described embodiment, the
10 リチウムイオン二次電池
20 ケース
20a ケースの上面(扁平面)
20b ケースの外縁
21 ケース本体
22 封口板
23 凹部
23a 凹部の底面
23b 凹部の内壁
23c 開口部
30 電極体(積層電極体)
30a 電極体の扁平面
32 正極
34 負極
36 セパレータ
40 ガス排出弁
42 破断溝部
50 ガス排出領域
X 積層方向
10 Lithium-ion
20b Outer edge of
30a Flat surface of
Claims (1)
前記角型のケースの外面のうちの何れかの面に、前記ケース内部に向かって窪んだ凹部が形成されており、該凹部の内壁の一面のみに前記ケースの外方に向けて開口する開口部が設けられているとともに、
前記凹部の底面に、前記ケースの内圧が所定レベル以上に上昇した場合に開放されるガス排出弁が形成されている、密閉型電池。
A sealed battery in which an electrode body having a positive electrode and a negative electrode and an electrolytic solution are housed in a square case, and the case is sealed.
A recess recessed toward the inside of the case is formed on any surface of the outer surface of the square case, and an opening is opened only on one surface of the inner wall of the recess toward the outside of the case. Along with the part
A sealed battery in which a gas discharge valve that opens when the internal pressure of the case rises above a predetermined level is formed on the bottom surface of the recess.
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