JP2006019284A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極群，端子およびこれらを電気的に連結するリードエレメントの連結構造を改善してケース内の空隙を縮小できるようにした二次電池を提供する。
【解決手段】 陽極２２と，陰極２３と，陽極２２と陰極２３との間に介在されるセパレータ２１とを含む電極群２５と，電極群２５を収容するケース１１と，ケース１１の外部に露出する端子３１，３３をもってケース１１に結合し，ケース１１を密閉させるキャップ組立体３０と，端子３１，３３と電極群２５とを電気的に連結するリードエレメント３５，３７とを含み，端子３１，３３は，電極群２５と実質的に中心を一致させて配置され，リードエレメント３５，３７は，端子３１，３３の中心から隔置されて端子３１，３３と前記電極群２５に連結されることを特徴とする。かかる構成により，リードエレメントの連結構造が改善され，ケース１１内の空隙を縮小することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は，二次電池に係り，より詳しくは，電極群，端子およびリードエレメントの結合構造に関するものである。

二次電池は，その用途または電池容量によって，１つまたは数個の電池セルをパックに梱包して使用する低容量二次電池（以下，「小型電池」という）と，数十個の電池セルを集めて使用する電池パック単位のモータ駆動用大容量二次電池（以下，「大型電池」という）とに区分される。

小型電池は主に携帯電話，ラップトップコンピュータおよびカムコーダーなどの小型電子装置の電源として使用されている。また，大型電池はハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として使用されている。

小型電池が一つのセルとして構成される場合，小型電池は，主に円筒状または四角状の形状を有する。この小型電池の帯状の陽極と陰極との間には絶縁体のセパレータが介在し，これらを渦流状に巻いて形成された電極群が円筒状のケース内に挿入されている。

陽極と陰極とには，電池が作用する際に発生する電流を集電するための機能として，導電性リードエレメントがそれぞれ取り付けられる。このリードエレメントは，それぞれ陽／陰極から発生した電流を陽／陰極端子に誘導する。

このように構成された小型電池の構造を大型電池に適用する場合，容量または出力の面において大型電池の動作特性を満足することができない。このため，複数のタブを電極組立体の間に付着させて使用するマルチタブ構造の二次電池が特許文献１に提案された。この二次電池は，電極群の一方向に配置される複数のタブを電極群に形成し，これらのタブを外部端子に連結させて構成するものである。

ところが，このようなマルチタブ構造は，多くの作業工数がかかるという問題点があった。特に，タブ方式の電流集電構造は，基本的にタブの単位面積が小さいため，大型電池で所望する出力特性を満足させるには限界があった。

さらに，大型二次電池は，動作特性を考慮に入れると，単位体積当たりのエネルギー密度が高くなるように構成されなければならない。このため，電極群をケースの内部に収納するとき，電極群とケースとの間に空隙が最大限発生しないように収納することが必要である。これは，定められたケースの内部空間における電極群の占有体積を極大化し，二次電池の容量を高めるためである。

しかし，電極群がケースに収納される際，電極群とケースとの間の空隙の発生を回避することはできない。これは，製造工程上の公差による場合もあるが，電極群に連結されるリードエレメントの構造的な限界によりケース内におけるリードエレメントの占有体積を縮小できないことも一つの要因である。

特開２００３−７３４６号公報

そこで，本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電極群，端子およびこれらを電気的に連結するリードエレメントの連結構造を改善してケース内の空隙を縮小することの可能な，新規かつ改良された二次電池を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，陽極と，陰極と，陽極と陰極との間に介在されるセパレータとを含む電極群と，電極群を収容するケースと，ケースの外部に露出する端子をもってケースに結合し，ケースを密閉させるキャップ組立体と，端子と電極群とを電気的に連結するリードエレメントとを含む二次電池が提供される。かかる端子は，電極群と実質的に中心を一致させて配置され，リードエレメントは，端子の中心から隔置されて，端子と電極群に連結されることを特徴とする。

ここで，陽極および陰極は，それぞれ活物質を有しない無地部を有する。また，端子とリードエレメントとは，陽極無地部と陰極無地部とにそれぞれ連結される陽極用と陰極用とに区分することもできる。

また，陽極無地部と陰極無地部とは，多重に重なって対向配置され，リードエレメントは，陽極無地部の最外郭部位と陰極無地部の最外郭部位とに結合することもできる。リードエレメントは，無地部の長手方向に沿って無地部に接触して結合してもよい。さらに，陽極無地部は，最外郭部位が対向するように配置されてもよく，陰極無地部も，最外郭部位が対向するように配置されてもよい。また，陽極リードエレメントと陰極リードエレメントとは，最外郭部位の少なくとも一つに接触して結合されてもよい。

一方，端子は，キャップ組立体のベースプレートに設けられた孔に挿通されて結合され，端子とリードエレメントとの間には，端子とリードエレメントとを連結しながら端子をベースプレートに止める係止フランジを配置してもよい。

また，端子とベースプレートとの間には，端子とベースプレートとを絶縁させるためのガスケットを配置してもよい。また，端子の外周面には，端子をベースプレートに固定させるためのナット締結用ネジ部を設けることもできる。

かかる構成により，電極群とケース間の空間を節約し，限定されたケース内に位置する電極群の体積を増大させることができるという効果がある。これにより，本発明の二次電池は，エネルギー密度を増大させることができ，前述したように集電効率も強化させることができて，大型電池としての十分な機能を持つことができる。

したがって，例えば，高出力／大容量を要求されるハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＨＥＶ）用電池として効果的に使用することができる。また，必ずしもその用途がＨＥＶ用に限定されず，例えば，システムは，電気自動車やスクーター，電気自転車，電気掃除機などのモータ駆動用電池モジュールにも効果的に使用できる。

以上説明したように，本発明によれば，電極群，端子およびこれらを電気的に連結するリードエレメントの連結構造を改善してケース内の空隙が縮小された二次電池を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず，第１の実施形態について説明する。ここで，図１は，本実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。また，図２は，本実施形態に係る電極群を示す斜視図である。

図１および図２を参照すると，本実施形態の二次電池は，例えば，一部開口の六面体状ケース１１に，陽極２２と陰極２３とを絶縁物質のセパレータ２１を介して巻回して形成した電極群２５が挿入され，ケース１１の開口をキャップ組立体３０で封止した角形タイプの電池からなる。

ケース１１は，例えばアルミニウムやアルミニウム合金またはニッケルがメッキされたスチールなどの導電性金属材からなる。かかるケース１１は，例えば，電極群２５をケース１１の内部に挿入することができるよう開口１１ａが設けられた六面体状に形成することができるが，本発明はかかる例に限定されるものではない。

電極群２５は，陽極２２と陰極２３との間にセパレータ２１が介在され，これらを，巻線軸を中心として巻回して形成したジェリーロール形状とする。この電極群２５は，まずジェリーロール形状に巻回されて形成された後，加圧されて最終プレートタイプに形成される。

このような電極群の両端部には，陽極無地部２２ａと陰極無地部２３ａとが対向して配置される。この際，陽極無地部２２ａと陰極無地部２３ａとは，電極群２５が前述したようにジェリーロール形状に形成されるので，多重にされて対向配置された形を取る。

ここで，無地部２２ａ，２３ａとは，陽極集電体２２ｂと陰極集電体２３ｂの一側縁部に沿って該当活物質２２ｃ，２３ｃが塗布されていない部位である。このような無地部２２ａ，２３ａは，図２に示すように，その全厚ｄ１を電極群２５の全厚ｄ２より薄くする。

このような電極群２５は，無地部２２ａ，２３ａが左右両端に配置される状態を保ちながらケース１１の内部に内蔵される。

キャップ組立体３０は，ケース１１の開口１１ａに溶接によって固定された，ケース１１を密封するベースプレート３０１を含む。このベースプレート３０１には，陽極端子３１と陰極端子３３とがその一部をケース１１の外部に露出させた状態で固定されている。

この際，陽極端子３１と陰極端子３３との外周面には，ネジ部Ｓが設けられている。これら端子３１，３３は，ベースプレート３０１との間にガスケット４３を介在した状態で，ネジ部Ｓに螺合されるナット４１によってベースプレート３０１に固定される。さらに，ベースプレート３０１には，電解液注入口（図示せず）とベント部材とをさらに設けることもできる。

陽極端子３１と陰極端子３３とは，陽極無地部２２ａと陰極無地部２３ａとにそれぞれ接触して結合する陽極リードエレメント３５と陰極リードエレメント３７とが連結される。

本実施形態において，このような陽／陰極端子３１，３３と陽／陰極リードエレメント３５，３７とは，互いに対称となるように設置される。次に，図３を参照しながら，陽／陰極端子３１，３３と陽／陰極リードエレメント３５，３７について説明する。ここで，図３は，陽／陰極端子３１，３３と陽／陰極リードエレメント３５，３７とを示す斜視図である。図３では，便宜上，陽／陰極端子３１，３３と陽／陰極リードエレメント３５，３７とを一緒に示した。

図３を参照すると，陽極端子３１と陰極端子３３とは，任意の高さの円筒状をしており，その外周上には，前述したようにネジ部Ｓが設けられる。ここで，端子３１，３３の長さは，ケース１１の内部および外部に位置し，二次電池が多数個集まって電池モジュールを構成するとき，二次電池が互いに電気的に連結できるよう端子３１，３３に任意の連結部材が締結できる程度の長さを確保すれば十分である。

この陽極端子３１と陰極端子３３との一側には，それぞれ帯状の陽極リードエレメント３５と陰極リードエレメント３７とが連結される。この際，端子３１，３３とリードエレメント３５，３７との間には，例えば円板状の係止フランジ３９，３９’が設けられる。この係止フランジ３９，３９’は，図４に示すように，陽極端子３１と陰極端子３３がベースプレート３０１の孔３０１ａ，３０１’ａに挿通されて設置されるとき，ベースプレート３０１に係止されて陽極端子３１と陰極端子３３が一定の位置でベースプレート３０１に停止される役割をする。このため，係止フランジ３９，３９’は，孔３０１ａ，３０１’ａより大きい直径を有する円形の部材からなる。

リードエレメント３５，３７は，ケース１１の内部に位置して陽極無地部２２ａと陰極無地部２３ａに接触することにより，実質的に端子３１，３３と電極群２５とを電気的に連結する。この際，このリードエレメント３５，３７は，陽極無地部２２ａと陰極無地部２３ａの最外郭部位に密着して溶接によって結合できる。

このような構造の端子３１，３３とリードエレメント３５，３７とが電極群２５と電気的に連結されるとき，次の条件を満足する。

まず，端子３１，３３は，図５に示すように，その中心を電極群２５，すなわち無地部２２ａ，２３ａの中心に実質的に一致させながらベースプレート３０１上に位置する。

この際，リードエレメント３５，３７は，それぞれ端子３１，３３の中心Ｏから一定の距離ｄ３離れて配置され，その一側は係止フランジ３９，３９’に固定され，他側は電極群２５の陽極無地部２２ａと陰極無地部２３ａとの最外郭部位の一側に密着して固定される。本実施形態において，端子３１，３３，リードエレメント３５，３７および係止フランジ３９，３９’は一体化される。

（第２の実施形態）
次に，図６および図７に基づいて，第２の実施形態にかかる端子の構造について説明する。本実施形態にかかる二次電池の端子は，図６に示すように，リードエレメント３５，３７とリードエレメント３５’，３７’とが対向する状態で係止フランジ３９，３９’に形成することもできる。

この際，リードエレメント３５，３７，３５’，３７’は，図７に示すように，端子３１，３３の中心Ｏからそれぞれ一定の距離離隔して配置される。この場合，このリードエレメント３５，３７，３５’，３７’は，陽極無地部２２ａと陰極無地部２３ａの最外郭部位の両側に密着して固定される。

このような端子３１，３３，リードエレメント３６，３７および電極群２５の結合構造によって二次電池を製造することにより，ケース１１内において無地部２２ａ，２３ａの周囲に設けられる空間にリードエレメント３５，３７を配置し，電極群２５から電流集電を成すことができる。これにより，ケース１１内の空隙を最大限減らしながら二次電池を構成することができる。

さらに，リードエレメント３６，３７は，無地部２２ａ，２３ａの長手方向に沿って長く配置され，無地部２２ａ，２３ａに面接触して固定されるので，接触抵抗を減少させて集電効率を強化させることができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，二次電池に適用可能であり，より詳しくは，電極群，端子およびリードエレメンの結合構造に適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る二次電池の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る電極群を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る端子とリードエレメントを示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る端子がキャップ組立体のベースプレート上に結合した状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る二次電池において，ケースに電極群が内蔵された状態を示す概略平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る端子とリードエレメントを示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る端子とリードエレメントを示す底面図である。

符号の説明

１１ ケース
１１ａ 開口
２１ セパレータ
２２ 陽極
２２ａ 陽極無地部
２２ｂ 陰極集電体
２２ｃ 活物質
２３ 陰極
２３ａ 陰極無地部
２３ｂ 陰極集電体
２３ｃ 活物質
２５ 電極群
３０ キャップ組立体
３１ 陽極端子
３３ 陰極端子
３５ 陽極リードエレメント
３７ 陰極エレメント
３９ 係止フランジ
４１ ナット
４３ ガスケット
３０１ ベースプレート

Claims (10)

1. 陽極と，陰極と，前記陽極と前記陰極との間に介在されるセパレータとを含む電極群と；
   前記電極群を収容するケースと；
   前記ケースの外部に露出する端子を備えて前記ケースに結合し，前記ケースを密閉させるキャップ組立体と；
   前記端子と前記電極群とを電気的に連結するリードエレメントと；
   を含み，
   前記端子は，前記電極群と中心を一致させて配置され，
   前記リードエレメントは，前記端子の中心から離隔して配置されて，前記端子と前記電極群とに連結されることを特徴とする，二次電池。
2. 前記陽極および前記陰極は，それぞれ活物質を有しない無地部を備え，
   前記端子と前記リードエレメントとは，前記陽極無地部と前記陰極無地部とにそれぞれ連結される陽極用と陰極用とを備えることを特徴とする，請求項１に記載の二次電池。
3. 前記陽極無地部と前記陰極無地部とは，多重にされて，前記電極群の両端部に対向して配置され，
   前記リードエレメントは，前記陽極無地部の最外郭部位と前記陰極無地部の最外郭部位とに結合されることを特徴とする，請求項２に記載の二次電池。
4. 前記リードエレメントは，前記無地部の長手方向に沿って延び，前記無地部に接触して結合されることを特徴とする，請求項２または３のいずれかに記載の二次電池。
5. 前記陽極無地部と前記陰極無地部とは，それぞれ前記最外郭部位が向かい合うように配置され，
   前記陽極リードエレメントと前記陰極リードエレメントとは，前記最外郭部位の少なくとも一つに接触して結合されることを特徴とする，請求項３または４のいずれかに記載の二次電池。
6. 前記端子は，前記キャップ組立体のベースプレートに設けられた孔に挿通されて結合され，
   前記端子と前記リードエレメントとの間には，前記端子と前記リードエレメントとを連結しながら前記端子を前記ベースプレートに係止する係止フランジが配置されることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
7. 前記端子と前記ベースプレートとの間には，前記端子と前記ベースプレートとを絶縁させるガスケットが配置されることを特徴とする，請求項６に記載の二次電池。
8. 前記端子の外周面には，前記端子を前記ベースプレートに固定させるナット締結用ネジ部が設けられることを特徴とする，請求項６に記載の二次電池。
9. 前記二次電池は，角形であることを特徴とする，請求項１〜８のいずれかに記載の二次電池。
10. 前記二次電池は，モータ駆動用であることを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載の二次電池。
    
    

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