JP4909508B2 - 電池用ケース及びそれを用いた二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、主として、携帯端末、あるいは、情報機器、家電機器などの電源としての使用に好適な電池用ケース及びそれを用いた二次電池に関する。

近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要は大きく延びている。このような二次電池として、 特にリチウムイオン二次電池が注目されている。

リチウムイオン二次電池における発電素子の一般的な構造は、リチウム−コバルト複合酸化物などの正極活物質粉末、導電性粉末、およびバインダからなる正極活物質層を、アルミニウム箔の正極集電体表面に形成してなる正極、炭素系の負極活物質粉末、及びバインダからなる負極活物質層を、銅箔の負極集電体表面に形成してなる負極を、多孔質のフイルムから成るセパレータを介して重ね、電解液を含浸したものである。

そして、二次電池としての容量増加のため、正極及び負極の対を複数積層した積層素子や、帯状に形成した正極及び負極を巻き回した巻回素子などが、発電素子として用いられているが、いずれの場合も電解液を用いる。従って、前記の発電素子を金属ケースに封入して、電解液が外部に漏れないようにしている。

発電素子を封入するケースの形状は、電池を携帯電話などの機器に用いる場合、空間の有効利用のため、薄型の直方体形状が最適である。また、ケースを構成する材質は、電池の重量当たりのエネルギー密度の向上を目的とし軽量化に適する材質として、アルミニウムが、多く使用されている。アルミニウムは、低比重であるが、そのほか、前記リチウムイオン二次電池のように、電解液に非水電解液を用いた電池においては、正極として充分な耐食性を有しており、電池用ケースに好適な材料である。

そして、このようなケースを用いた電池においては、ケースの開口部を封口するための蓋に電極（特に負極）を設け、もう一方の電極（つまり正極）として、蓋と絶縁した状態で、ケースをそのまま用いることができる。ところが、電池と機器を接続するためのリードには、ニッケルのような材料が用いられ、アルミニウムとニッケルでは、溶接などによる接続が困難なため、蓋およびケース底部に電極引出端子を設ける必要がある。

つまり、ニッケルの電気抵抗は、アルミニウムの約２．６倍であるため、抵抗溶接が困難であること、またニッケルの融点は、アルミニウムより約８００℃程高いため、超音波溶着が困難であるという問題点がある。

これに対処するための技術が、特許文献１および特許文献２に記載されている。即ち、特許文献１には、電極端子として、アルミニウムとニッケルからなるクラッド材を、アルミニウム側をケースに向けて配置し、抵抗溶接などにより接合する方法が記載されている。また、特許文献２には、溶接の作業性や信頼性を向上するために、プロジェクション溶接を用いる技術が記載されている。

図５は、従来の電池用ケースであって、プロジェクション溶接を用いた、従来の電極引出端子の接合例を示す斜視図である。図５において、３４は電池用ケース、３５はクラッド材からなる電極引出端子、３６はプロジェクション溶接を用いた溶接個所、３７は安全弁である。ここでは、電池用ケース３４の底部に、電極引出端子３５を接合した例を示している。

特開２００１−６７４６号公報 特開２００１−２０８３９５号公報

しかしながら、電池用ケースに、プロジェクション溶接のような加工を施すのは、製造工程の増加や、高価な設備を要するなどの理由で、製造コストの増加につながるという問題点がある。従って、本発明の課題は、簡略な方法で電極引出端子を設けた電池用ケースであって、メインの安全弁を補う補助の安全弁として作用する機能も設けた電池用ケース及びそれを用いた二次電池を提供することである。

本発明の電池用ケースは、溶接を用いないで、底部の外側に、かしめにより固定された板状の電極引出端子を有する電池用ケースとする。ここで、前記電極引出端子は、ニッケル、またはニッケルとアルミニウムのクラッド材からなる。

即ち、本発明は、有底筒状のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、底部の外側に、かしめにより固定されてなる板状の電極引出端子を有する電池用ケースである。

また、本発明は、前記電極引出端子を、ニッケル、またはニッケルとアルミニウムのクラッド材とする電池用ケースである。

また、本発明は、前記底部に、電池用ケースの側面の厚さより薄い薄肉部が設けられた電池用ケースである。

また、本発明は、前記薄肉部が、前記電極引出端子の対向面に設けられた電池用ケースである。

また、本発明は、前記電池用ケースと、前記電池用ケースに挿入され、セパレータを介して正負の電極を積層してなる発電素子と、前記電池用ケースに注入された電解液と、前記電池用ケースの開口部を封してなる蓋を有する電池用ケースを用いた二次電池である。

本発明の電池用ケースにおいては、かしめにより、電池用ケースに電極引出端子を取り付けるので、従来の溶接法のように高価な設備を必要とせず、生産性を向上することが可能であり、電池用ケース及びそれを用いた二次電池の製造コストを低減できる。

また、底部に、電池用ケースの側面よりも、厚みが小さい薄肉部を設けるので、形状変化を伴うような外部衝撃を受けた場合には、前記薄肉部がメインの安全弁を補う作用をし、前記薄肉部で内圧を開放することが可能となり、安全性を向上できる。

特に、前記薄肉部を、前記電極引出端子の対向面に設けることで、前記電極引出端子により前記薄肉部の強度を補うことができる。一方で、形状変化を伴うような外部衝撃を受けた場合には、前記電極引出端子は、かしめだけで固定されているので、分解しやすく、従って内圧を、開放しやすい。

以上、本発明によれば、簡略な方法で電極引出端子を設けた、しかもメインの安全弁を補う補助の安全弁として作用する機能も設けた電池用ケース及びそれを用いた二次電池を提供することができる。

本発明の実施の形態による電池用ケース及びそれを用いた二次電池について、以下に説明する。

本発明の電池用ケースは、有底筒状のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、底部の外側に、かしめにより固定されてなる板状の電極引出端子を有する。ここで、前記電極引出端子は、ニッケル、またはニッケルとアルミニウムのクラッド材からなる。更に、前記底部に、電池用ケースの側面の厚みよりも厚みが小さい薄肉部が設けられ、前記薄肉部が前記電極引出端子の対向面に設けられる。

また、本発明の二次電池は、前記電池用ケースと、前記電池用ケースに挿入され、セパレータを介して正負の電極を積層してなる発電素子と、前記電池用ケースに注入された電解液と、前記電池用ケースの開口部を封してなる蓋とで構成される。

ここで、電池用ケースの底部には、矩形状の薄肉部を設ける。薄肉部としては、電極端子形状に合わせた形状にすると良いが、特に矩形状に限定されるものではなく、電池用ケースの側面よりも厚みが薄い部分が形成されるならば、曲面あるいは、Ｖ字型の窪みであっても良い。

電池用ケースを構成する材料としてはアルミニウムを用いるのが良い。また、前記アルミニウムの他に、アルミニウムーマンガン系などのアルミニウム合金を用いることができる。電極引出端子を構成する材料として、ニッケルを用いると良いが、他に、アルミニウムとニッケルのクラッド材を用いることもできる。

また、電池用ケースの内部に封入する発電素子としては、公知のものが使用可能である。例を挙げると、９２重量％のスピネル構造のマンガン酸リチウム粉末、５重量％のカ−ボンブラク、３重量％のポリフッ化ビニリデンを含む正極電極活物質の層をアルミニウム箔の両面に形成した正極、５０重量％のグラファイト、４７重量％のカーボンナノチューブ、３重量％のポリフッ化ビニリデンを含む負極電極活物質の層をアルミニウム箔の両面に形成した負極を、多孔質のポリプロピレンフイルムを介して積層して得られる発電素子が用いられる。

同様に、電池用ケースに注入する電解液にも、公知のものが使用可能である。例えば、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートを、容量比で６０／４０で混合した溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウムを１モル／リットルの濃度で溶解した溶液が用いられる。

このように調整した電池用ケースに、発電素子を装入し、蓋を用いて電池用ケースの開口部を封口して、リチウムイオン電池が得られる。蓋側にも、電極引出端子および安全弁を設けるが、蓋側の電極引出端子は、従来の溶接法によって接合することも可能であり、また蓋側の安全弁は、電池ケースの変形が伴わないような、小さな内圧の上昇を開放できれば良い。

なお、この発明は、上記の例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更でも、同様の効果が得られるものである。

図１は、本発明の実施例１による電池用ケースであって、電極引出端子の取り付け状態を示す説明図である。図１（ａ）は電池用ケースの断面図であり、図１（ｂ）は下面図である。図１において、１１は電池用ケース、１２は電極引出端子、１３はかしめ部である。なお、図示しないが、電池用ケース１１の開口部の蓋の部分には、安全弁が設置されている。

また、図２は、図１の電極引出端子のかしめ部分の拡大図である。図２（ａ）は、かしめ後の状態を示し、図２（ｂ）は、かしめ前の状態を示す図である。

本実施例１では、電池用ケース１１の底部に、電極引出端子１２が嵌合し得るように、あらかじめ段差と、かしめ加工用の、爪状立ち上がり部分１４を設けておく。ここで、電極引出端子１２を嵌合させた後、爪状立ち上がり部分１４を内側に折り曲げることで、電池用ケース１１に電極引出端子１２を取り付ける。

電池用ケース１１はアルミニウムで構成し、電極引出端子１２はニッケルで構成している。一般に、アルミニウムは、機械的な強度が比較的小さいので、かしめ加工には必ずしも適さないが、電極引出端子１２が、電池用ケース１１の肉厚よりも薄いので、大きな強度を必要としない。従って、図１（ｂ）に示したように、電極引出端子１２の全周にかしめ加工を施すことができる。

図３は、本発明の実施例２による電池用ケースであって、電極引出端子の取り付け状態を示す説明図である。図３（ａ）は電池用ケースの断面図であり、図３（ｂ）は下面図である。図３において、２１は電池用ケース、２２は電極引出端子、２３はかしめ部である。また、図４は、図３の電極引出端子のかしめ部分の拡大図である。図４（a）は、かしめ後の状態を示す図であり、図４（ｂ）は、かしめ前の状態を示す図である。なお、図示しないが、電池用ケース１１の開口部の蓋の部分には、安全弁が設置されている。

本実施例では、電池用ケース２１は、実施例１と同様に、アルミニウムで構成した。電池用ケース２１は、側面の厚さが０．２ｍｍであり、電極引出端子２２および薄肉部２７のない部分における底部の厚さが０．５ｍｍ、電極引出端子２２と薄肉部２７に挟まれた電池用ケース底部の厚さが０．１ｍｍになるように、プレスおよび深絞り加工によって成形した。このとき、かしめ部もプレスによって同時に形成した。なお、電極引出端子は、厚さが０．２ｍｍのものを用いた。

本実施例では、電池用ケースの底部に、電池用ケースの側面の厚さよりも薄い薄肉部２７を設けていることで、電池用ケースが形状変化を伴うような外部衝撃を受けた場合に、前記薄肉部２７がメインの安全弁を補う補助の安全弁として作用し、電池用ケースの側面等の不特性個所がひび割れたり、破裂することなく電池用ケースの内圧を開放することで、安全性が高まるという更なる効果を得ることができる。

また、前記薄肉部２７は、電池用ケースの電極引出端子２２の対向面に形成されているため、電極引出端子２２により前記薄肉部２７の強度を補うことができる。一方で、形状変化を伴うような外部衝撃を受けた場合には、前記電極引出端子２２は、かしめだけで固定されているため、分解しやすく、内圧をより開放しやすい。

なお、外部衝撃を伴なわない内圧の上昇に対しては、電池蓋に設けている安全弁（図示せず）によって、内圧の開放を行うことができる。

本発明の実施例１による電池用ケースであって、電極引出端子の取り付け状態を示す説明図。図１（ａ）は、電池用ケースの断面図、図１（ｂ）は下面図。 図１の電極引出端子のかしめ部分の拡大図。図面２（ａ）は、かしめ後の状態を示す図、図２（ｂ）は、かしめ前の状態を示す図。 本発明の実施例２の電極引出端子の取り付け状態を示す説明図。図３（a）は、電池用ケースの断面図、図３（ｂ）は下面図。 図３の電極引出端子のかしめ部分の拡大図。図４（ａ）は、かしめ後の状態を示す図、図４（ｂ）は、かしめ前の状態を示す図。 従来の電池用ケースであって、プロジェクション溶接を用いた、従来の電極引出端子の接合例を示す斜視図。

符号の説明

１１，２１，３４ 電池用ケース
１２，２２，３５ 電極引出端子
１３，２３ かしめ部
１４ 爪状立ち上がり部分
２７ 薄肉部
３６ 溶接個所
３７ 安全弁

Claims (3)

1. 有底筒状のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、底部の外側に、かしめにより固定されてなる板状の電極引出端子を有し、前記底部の前記電極引出端子と対向する面に、電池用ケースの側面の厚さよりも薄い薄肉部が設けられていることを特徴とする電池用ケース。
2. 前記電極引出端子は、ニッケル、またはニッケルとアルミニウムのクラッド材からなることを特徴とする請求項１に記載の電池用ケース。
3. 請求項１または２に記載の電池用ケースと、前記電池用ケースに挿入され、セパレータを介して正負の電極を積層してなる発電素子と、前記電池用ケースに注入された電解液と、前記電池用ケースの開口部を封してなる蓋を有することを特徴とする二次電池。

Images