JP2005190697A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池に関し、特に横断面形状が長方形や隅丸長方形ないし長円形を呈する角形のリチウム二次電池などに好適に適用できる二次電池に関するものである。 The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a secondary battery that can be suitably applied to a rectangular lithium secondary battery whose cross-sectional shape is rectangular, rounded rectangle, or oval.
近年、リチウム二次電池が携帯型の通信機器やノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として広く用いられている。また、地球環境の保護のための省資源化や省エネルギー化の要請が高まり、電気自動車やハイブリッド電気自動車におけるモータ駆動用バッテリ電源としてリチウム二次電池の開発が進められている。 In recent years, lithium secondary batteries have been widely used as power sources for electronic devices such as portable communication devices and notebook personal computers. In addition, demands for resource saving and energy saving for protection of the global environment are increasing, and development of a lithium secondary battery as a battery power source for driving a motor in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle is being promoted.
リチウム二次電池の出力特性や生産性を向上させるためには、電気抵抗の低い部品を使用し、電流経路を短くすることが望ましく、そのためにこれらの電流経路部品の接続を溶接で行う方法が知られている。 In order to improve the output characteristics and productivity of lithium secondary batteries, it is desirable to use parts with low electrical resistance and shorten the current path, and for this purpose, there is a method of connecting these current path parts by welding. Are known.
ところが、溶接作業は煩雑でかつ接続面積が小さいため電気抵抗も大きいという問題がある。そこで、正極板や負極板からの集電リードを、直接電極端子に圧接させて接続する方法も知られている(例えば、特許文献1参照。)。 However, there is a problem that the welding operation is complicated and the electrical resistance is large because the connection area is small. Therefore, a method is also known in which current collecting leads from a positive electrode plate or a negative electrode plate are directly brought into pressure contact with an electrode terminal (see, for example, Patent Document 1).
その極板群と電極端子の接続構造は、図5に示すように、電池缶22の内部で巻き取り電極体21と対向する電極端子23の基端部に、一対のアーム片25、25を突設した鍔部24を設け、巻き取り電極体21から延出させた複数本の集電リード26の先端部を互いに重ね合わせてリード束27を形成し、このリード束27を一対のアーム片25、25の間に挿入し、これら両アーム片25、25の先端部を内側に折り曲げることにより、その先端部の押圧力によってリード束27を鍔部24に圧接させて接続している。
しかしながら、従来の二次電池では、正極板と負極板から集電リード26を取り出し、その集電リード26を直接電極端子に溶接したり、圧接させて固定している構成なので、電気自動車等での使用時の振動や衝撃を受けると、集電リードが切断されたり、溶接部や固定部が破断されたりする恐れがあるという問題がある。また、溶接にて電流の経路を接続するものでは、高価な溶接装置が必要となり、かつ溶接品質確保のためにコストがかかり、コスト高になるという問題がある。
However, in the conventional secondary battery, the
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、振動や衝撃に強い接続を確保できるとともに組立コストの低下を図れ、また電池の内部抵抗を低減して高出力が得られる二次電池を提供することを課題とする。 In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a secondary battery that can secure a strong connection against vibration and impact, reduce assembly cost, and reduce the internal resistance of the battery to obtain a high output. Is an issue.
本発明の二次電池は、正極板と負極板をセパレータを介して対向させ、巻芯を軸として巻回して成り、幅方向の一方の端面に正極板の合剤層が塗布されていない芯材が露出し、幅方向の他方の端面に負極板の合剤層が塗布されていない芯材が露出している極板群と、前記極板群の一方の端面に接合された正極集電板と、前記極板群の他方の端面に接合された負極集電板と、前記巻芯に何れか一方の集電板とともに接続部材にて固定された電極端子と、極板群を収納する外装ケースと、前記外装ケースの開口を封口しかつ前記電極端子を絶縁部材を介して貫通させて固定する蓋体と、極板群内部に含浸された電解液とを備えたものである。 The secondary battery of the present invention is a core in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are opposed to each other with a separator interposed therebetween and wound around a winding core, and a positive electrode plate mixture layer is not applied to one end face in the width direction. And a positive electrode current collector bonded to one end surface of the electrode plate group, wherein the core material is exposed, and the core material on which the mixture layer of the negative electrode plate is not applied to the other end surface in the width direction is exposed. A plate, a negative electrode current collector plate joined to the other end face of the electrode plate group, an electrode terminal fixed to the winding core together with one of the current collector plates by a connecting member, and the electrode plate group are accommodated An outer case, a lid for sealing the opening of the outer case and penetrating and fixing the electrode terminal through an insulating member, and an electrolytic solution impregnated inside the electrode plate group are provided.
この構成によると、電極端子と極板群の端面に接合した集電板とを接続部材にて巻芯に固定したので、設備コスト及び作業工数がかかる溶接が不要となり、組立工数を低減できてコスト低下を図ることができるとともに量産性に優れ、また極板群がその巻芯とこの巻芯に固定された電極端子を介して蓋体及び外装ケース固定されるので振動や衝撃にも強く、さらに極板群の端面に接合した集電板と電極端子を直接接続しているので電流通路が短く、内部抵抗が小さく高出力の二次電池を得ることができる。 According to this configuration, since the electrode terminal and the current collector plate joined to the end face of the electrode plate group are fixed to the winding core by the connecting member, welding that requires equipment cost and work man-hours is unnecessary, and the assembly man-hour can be reduced. The cost can be reduced and the mass productivity is excellent, and the electrode plate group is fixed to the lid and the outer case via the core and the electrode terminal fixed to the core, so it is resistant to vibration and impact. Furthermore, since the current collector plate joined to the end face of the electrode plate group and the electrode terminal are directly connected, the current path is short, the internal resistance is small, and a high output secondary battery can be obtained.
また、電極端子と巻芯の間に集電板を挟んだ状態で接続部材にて固定すると、極板群に接続された集電板が強度のある電極端子と巻芯の間に挟圧・保持されて固定されるので、集電板を振動や衝撃に対して高い信頼性をもって電極端子に接続することができる。 In addition, when the current collector plate is sandwiched between the electrode terminal and the core, and fixed with a connecting member, the current collector plate connected to the electrode plate group is sandwiched between the strong electrode terminal and the core. Since it is held and fixed, the current collector plate can be connected to the electrode terminal with high reliability against vibration and shock.
また、巻芯の端部に突出部を形成し、集電板に前記突出部を挿通する開口を形成すると、巻芯と集電板が突出部と開口の嵌合によって位置決めされるので、相互の位置ずれが確実に防止され、極板群と集電板の固定及び接続状態の信頼性が一層確保される。 In addition, when the protrusion is formed at the end of the core and the opening through which the protrusion is inserted is formed in the current collector plate, the core and the current collector plate are positioned by fitting the protrusion and the opening. Is reliably prevented, and the reliability of the fixed and connected state of the electrode plate group and the current collector plate is further ensured.
また、電極端子と集電板と巻芯に接続部材を貫通させる複数の穴部を設けると、複数の接続部材にて電極端子と集電板と巻芯を固定することができ、高強度で接続抵抗の小さい固定状態とすることができる。 In addition, if a plurality of holes are provided in the electrode terminal, current collector plate, and core to allow the connection member to pass through, the electrode terminal, current collector plate, and core can be fixed by a plurality of connection members. A fixed state with a low connection resistance can be obtained.
また、外装ケースを両端開口の筒状で、その両端を蓋体にて封口したものとすると、外装ケースを簡単にかつ低コストにて製造することができるとともに、任意の長さの外装ケースを簡単に得ることができて任意に容量の電池を簡単に製造することができる。 Also, if the outer case has a cylindrical shape with openings at both ends and both ends are sealed with lids, the outer case can be manufactured easily and at low cost, and an outer case of any length can be manufactured. A battery having an arbitrary capacity can be easily manufactured.
本発明の二次電池によれば、電極端子と極板群に接合した集電板を接続部材にて極板群の巻芯に固定したので、組立工数を低減できてコスト低下を図ることができるとともに量産性に優れ、また極板群がその巻芯と電極端子を介して蓋体及び外装ケース固定されるので振動や衝撃にも強く、さらに電流通路が短く、内部抵抗を小さくできて高出力の二次電池を得ることができる。 According to the secondary battery of the present invention, since the current collector plate joined to the electrode terminal and the electrode plate group is fixed to the core of the electrode plate group by the connecting member, the number of assembling steps can be reduced and the cost can be reduced. In addition to being excellent in mass productivity, the electrode plate group is fixed to the lid and outer case via its core and electrode terminals, so it is resistant to vibrations and shocks, and has a short current path and low internal resistance. An output secondary battery can be obtained.
以下、本発明の二次電池の一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a secondary battery of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1、図2において、1はリチウムイオン電池から成る二次電池で、横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角筒状の外装ケース2内に極板群5を電解液とともに収容し、下蓋体4と上蓋体7にて封口して構成されている。外装ケース2は、耐電解液特性を有するアルミニウム材の引抜き成形品にて構成されている。
1 and 2,
極板群5は、正極板と負極板をセパレータを介して重ね合わせて薄板状の巻芯3を軸として巻回して構成されている。極板群5の上側の端面には負極板の負極合剤が塗布されていない負極芯材が、下側の端面には正極板の正極合剤が塗布されていない正極芯材が露出されている。なお、ここでは極板群5の上蓋体7側の端面を上側の端面、下蓋体4側の端面を下側の端面と称する。極板群5の下側の端面に露出している正極芯材には正極集電板16が溶接にて接合され、極板群5の上側の端面に露出している負極芯材には負極集電板6が溶接にて接合されている。
The
極板群5の上側の端面に露出している負極芯材と負極集電板6の溶接は、図3に示すように、負極集電板6に複数箇所に突部6aを突出形成し、この負極集電板6を極板群5の端面に押し付けることで突部6aを負極芯材に密着させた状態で溶接されている。また、極板群5の下側の端面に露出している正極芯材と正極集電板16の溶接は、正極集電板16に複数箇所に突部16aを突出形成し、この正極集電板16を極板群5の端面に押し付けることで突部16aを負極芯材に密着させた状態で溶接されている。
As shown in FIG. 3, welding of the negative electrode core member exposed on the upper end face of the
11は一方の極性の電極端子としての負極端子で、図3に示すように、その基端部には接続板部11aが形成され、この接続板部11aに接続部材17を貫通させる一対の穴11bが開けられている。巻芯3の両端部に突出部3aが突出形成され、負極集電板6及び正極集電板16には、それぞれ突出部3aが挿通される開口6b、16bが形成されている。突出部3aの一側面には、負極集電板6に形成した立ち上げ片6cと負極端子11の接続板部11aを重ね、その一部を挿入させて対向配置する凹部3bが形成されている。また、突出部3aには接続部材17を貫通させる穴3cが負極端子11の穴11bに対応して開けられている。負極集電板6の立ち上げ片6cにも接続部材17を貫通させる穴6dが穴11b及び穴3cに対応して開けられている。
負極端子11と負極集電板6は、図4に示すように、巻芯3とともに銅などの電気抵抗の小さい材料から成る接続部材17にてかしめ固定され、相互に接続されている。また、負極端子11の外周には筒部とその下端に鍔部を有する下部絶縁リング8が配設され、さらにシール手段であるOリング9が配設されている。なお、シール手段としては角リング、Dリング、Xリングなどを用いることができる。
As shown in FIG. 4, the
上蓋体7には、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う安全弁13が安全弁スペーサ14を介してかしめ固定されている。また、上蓋体7には負極端子11を貫通させる筒穴7aが形成され、この筒穴7aに負極端子11に配設した下部絶縁リング8の筒部とOリング9が嵌合されている。さらに、この筒穴7aに、筒部とその上端に鍔部を有する上部絶縁リング10の筒部が嵌合挿入され、かつその鍔部に係合する固定リング12が負極端子11の上端部に形成された固定溝11cに装着されて固定されている。また、上蓋体7には電解液を注入するためねじ加工を施した注液口7bが形成され、注液栓15がねじ固定されている。7cは、上蓋体7に一体的に突出形成された正極端子である。
A
下蓋体4にも、図1に示すように、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う安全弁13が安全弁スペーサ14を介してかしめ固定されている。また、下蓋体4には、巻芯3の突出部3aを嵌入させる係合凹部4aが形成されている。
As shown in FIG. 1, a
次に、以上の構成の単電池1の組立工程を説明する。図3、図4に示すように、外装ケース2の一方の開口部に上蓋体7を挿入し、端面が同一になるように配し、外装ケース2と上蓋体7の境界部を溶接にて接合する。また、巻芯3に巻回して構成された極板群5の両端面に、負極集電板6と正極集電板16をそれぞれの開口6b、16bに巻芯3の両端の突出部3aを通して当接配置し、さらにその突部6a、16aを押し付けた状態で溶接接合する。その状態で負極集電板6の立ち上げ片6cは、突出部3aの一側面の凹部3b内に嵌入しており、この巻芯3の突出部3aの凹部3bに負極端子11の接続板部11aの一部を嵌合させ、これら突出部3aと立ち上げ片6cと接続板部11aを接続部材17にてかしめ固定する。次に、負極端子11に下部絶縁リング8を装着した後、この極板群5を外装ケース2内に挿入・収納するとともに、負極端子11を上蓋体7の筒穴7aに挿通嵌合させる。
Next, the assembly process of the
次に、極板群5の正極集電板16の両側に立ち上げ形成された立ち上げ片16cを外装ケース2の内側面に密着させ、溶接にて接合した後、外装ケース2の他方の開口部に下蓋体4を挿入し、端面が同一になるように配し、外装ケース2と下蓋体4の境界部を溶接にて接合する。
Next, the rising
次に、上蓋体7に形成した筒穴7aに挿通した負極端子11にOリング9を装着し、筒穴7aと負極端子11の間の空隙部に圧入し、さらに上部絶縁リング10を挿入配置した後固定リング12を負極端子11の固定溝11cに装着固定する。次に、上蓋体7の注液口7bから所定量の電解液を注入して極板群5に含浸させ、その後注液栓15で密封して単電池1が完成する。
Next, an O-ring 9 is attached to the
以上の実施形態によれば、巻芯3を巻回の軸として極板群5を構成し、この極板群5の端面に正極集電板16と負極集電板6を溶接接合し、さらに負極端子11を負極集電板6とともに巻芯3に接続部材17にて接続固定しているので、極板群5が巻芯3を介して外装ケース2に固定されるため、上下方向、左右方向、前後方向のそれぞれの振動や衝撃に耐性のある二次電池1が得られる。また、接続部材17のかしめ加工によって負極端子11を負極集電板6とともに巻芯3に固定しているので、簡単で加工コストの低い組立を実現できるとともに、組立工数を削減することができる。
According to the above embodiment, the
本発明の二次電池は、極板群と集電板を、極板群の巻芯とこの巻芯に集電板とともに固定した電極端子にて電池内で拘束しているので、振動や衝撃の耐性が要求される電動工具やコードレス掃除機や電動車両等の高出力用リチウム二次電池などに有用である。 In the secondary battery of the present invention, the electrode plate group and the current collector plate are restrained in the battery by the core of the electrode plate group and the electrode terminal fixed to the core together with the current collector plate. It is useful for high-power lithium secondary batteries for electric tools, cordless vacuum cleaners, electric vehicles, and the like that are required to have high resistance.
1 二次電池
2 外装ケース
3 巻芯
3a 突出部
3c 穴
4 下蓋体
5 極板群
6 負極集電板
6b 開口
6d 穴
7 上蓋体
8 下部絶縁リング
10 上部絶縁リング
11 負極端子(電極端子)
11b 穴
16 正極集電板
16b 開口
17 接続部材
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