JP2006040899A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】ケースとこのケースに内蔵する電極群との間の空間を最小化することで,電解液の浪費を減らすようになった二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池は,陽極11,陰極12,および上記陽極11と陰極12との間に介在されるセパレータ13を含む電極群と,上記電極群を収容するためのケース15と,上記電極群の曲面状部位を取り囲みつつ,上記ケース15内に位置するスペーサ20,20´とを含む。
【選択図】図1

Description

本発明は,二次電池に係り,より詳しくは,二次電池の不要な内部空間を最小にした二次電池に関するものである。
二次電池(rechargeable battery)は,充電が不可能な一次電池とは異なり,充電および放電が可能な電池である。かかる二次電池が,一つの電池セルをパック形態に包装した低容量電池である場合,セルラーフォン,ノートブックコンピュータ,およびカムコーダのような携帯可能な小型電子機器に使用され,また,電池セルを数十個連結した電池パック単位の大容量電池である場合,ハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle;HEV)などのモーター駆動用電源として使用され得る。
このような二次電池は,その形状によって分類することができるが,代表的な形状としては,円筒形,角形およびパウチ型がある。
二次電池は,通常,帯状の陽極および陰極の間に絶縁体のセパレータ(separator)を介在し,これを渦巻き(渦流)状に巻いて形成したゼリーロールタイプの電極群,または一定の大きさを有する陽極,陰極およびセパレータを積層して形成した電極群をケースに内装設置し,上記ケースに外部端子が形成されたキャップ組立体を取り付けてなる。
上記電極群の構造,特に角形二次電池に対する電極群の構造については,特許文献1および特許文献2に開示されている。
ところが,このような角形二次電池の場合は,その構造的な特異性のため,円筒形二次電池に比べ,ケース内部において,このケースと電極群との間に不要な空間(dead space)を発生させるおそれが高いといった問題点がある。
このような問題点は,上記電極群の形状に起因している。すなわち,上記電極群がゼリーロールタイプとして形成される場合,その端部の一部が曲面状に形成される。従って,実質的に,この電極群がケースの内部空間に位置すると,曲面状縁部位とケースとの間に空間が生じ,これが上記のような不要な空間となる。
このため,二次電池を製造する時,上記ケース内に電解液を注入する過程において,上記空間の容積の分だけ過度に電解液が注入されることになり,電解液の浪費が招かれ,かつ過度な電解液注入によって,当該二次電池の性能が低下する問題点が生じる。
特に,ハイブリッド電気自動車用のようなモーター駆動用の二次電池は,その特性上,高出力を出せるように良質な状態で構成されなければならないが,上記の問題が誘発される場合,その被害がさらに大きくなる。
特開2000−40501号公報 特開2001−38475号公報
本発明は,従来の二次電池が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の目的は,ケースと,該ケースに内蔵される電極群との間の空間を最小化することで,電解液の浪費を減らすことが可能な,新規かつ改良された二次電池を提供することである。
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,陰極,および該陽極と陰極との間に介在されるセパレータを含む電極群と;上記電極群を収容するためのケースと;上記電極群の曲面部位を取り囲みつつ,上記ケース内に位置するスペーサと;を備えることを特徴とする,二次電池が提供される。
上記スペーサは,上記電極群の第1先端を収容するように対向し,上記第1先端に装着される第1スペーサと;上記電極群の,上記第1先端の他端である第2先端を収容するように対向し,上記第2先端に装着される第2スペーサと;を含むことができる。
上記スペーサは,上記電極群の曲面部位に対応する溝を有し,上記ケースの内側面に密着する本体を含んでもよい。即ち,上記溝がケースの内側面に密着する構造となる。
上記陽極と上記陰極は,活物質がない陽極無地部と陰極無地部をそれぞれ含み,上記陽極無地部と上記陰極無地部は対向して配置されてもよい。
上記陽極無地部と上記陰極無地部に陽極リードコネクタと陰極リードコネクタがそれぞれ電気的に連結され,上記陽極無地部と上記陰極無地部に対して,上記陽極リードコネクタと上記陰極リードコネクタを取り囲むようにリードコネクタカバーがそれぞれ設けられるとしてもよい。
上記二次電池は,上記陽極と電気的に連結される陽極端子と,上記陰極と電気的に連結される陰極端子と,上記ケースに結合されるキャップ組立体と,をさらに含み,上記スペーサは,上記陽極端子と上記陰極端子が挿入される端子挿入スロットを有してもよい。
上記スペーサは複数の貫通ホールを含んでもよい。
上記スペーサは絶縁体であってもよい。
上記第1スペーサと上記第2スペーサが連結具によって互いに連結されてもよい。
上記リードコネクタカバーと上記スペーサは連結具によって互いに連結されてもよい。
上記電極群はゼリーロール形態であってもよい。
上記二次電池は角形(箱形)であってもよい。
上記二次電池はモーター駆動用であり得る。
以上,説明したように,本発明の二次電池は,電極群の曲面部分に結合されるスペーサにより,電極群とケースとの間の空間を最小化し,電解液注入過程において空間に電解液が流入されることを防止し,電解液の浪費を減らすことができる。これにより,電解液の過度な流入による電池特性の低下を防止することが可能となる。
また,本発明の二次電池は,電極群の無地部と,この無地部に結合されるリードコネクタを,一定形状のカバーで取り囲んで保護することにより,外部衝撃が発生した場合のこの衝撃によるエネルギーによって無地部が破損することだけでなく,この無地部と電気的に結合されたリードコネクタとの固定状態が破損することを防止し,電池の耐久性を高めることができる。
このような効果によって,本発明の二次電池は,高出力性能が要求されるハイブリッド電気自動車(HEV),電気自動車(EV),無線清掃機,電動自転車,電動スクーターなどのモーターで作動する機器において,該当器機のモーターを駆動するためのエネルギー源として使用可能である。
図1は本発明の実施形態による二次電池の構成を示す概略分解斜視図,図2は本発明の実施形態による二次電池の組立状態を示す断面図である。
これら図1および図2に示すように,二次電池は,陽極11と陰極12がセパレータ13を介在して位置し,ゼリーロール形態に巻き付けられた電極群14と,上記電極群14を内蔵するケース15と,上記ケース15の開口15aに結合してこれを密閉し,リードコネクタ(lead connector)17を介して上記電極群14と電気的に連結される陽極端子31と陰極端子32が設置されたキャップ組立体30と,上記電極群14とケース15との間の空間に配置されるスペーサ20,20´とを含む。
上記ケース15は,アルミニウム,アルミニウム合金またはニッケルが鍍金されたスチールのような導電性金属で製作され,その形状は,電極群14が位置する内部空間を有する六面体による角形(箱形),円筒形,またはそれ以外の形状に形成できる。
上記電極群14は,それぞれの活物質が集電体にコートされてなる陽極と陰極とがセパレータを介在して繰り返し積層されて構成するか,あるいは陽極,セパレータおよび陰極が順に積層された状態で,これらを渦巻き状に巻き付けて形成するゼリーロールタイプから構成される。
本実施形態においては,図1に示すように,角形のケース15に,ゼリーロールタイプとして形成された電極群14が配置される二次電池を例として挙げている。
上記電極群14は,それぞれ該当集電体に活物質がコートされてなった陽極11と陰極12がセパレータ13を介して積層された状態で渦巻き状に巻き付けられてゼリーロールタイプに形成される。この電極群14は,1回巻き付けられた後,プレスされ,円筒形から略長方形に変形された状態を維持する。この時,陽極無地部11aと陰極無地部12aはセパレータ13の外側に位置して対向配置される。
ここで,陽極端子31と陰極端子32がそれぞれ電気的に連結される陽極無地部11aと陰極無地部12aは,陽極11および陰極12の一縁部に沿って,それぞれ該当集電体に活物質が塗布されないことにより形成された領域である。
本実施形態において,陽極端子31と陰極端子32は,それぞれ陽極無地部11aと陰極無地部12aに挿入され,これらを熔接して固定するリードコネクタ17の先端に一体に形成される。
また,陽極無地部11aと陰極無地部12aは,電極群14が上記形状に形成されると,多重に重なった状態を維持し,リードコネクタ17がその内部に挿入されて結合された後には,このリードコネクタ17との結合のために,その中心部位が互いに密着した状態を維持する。
これにより,陽極無地部11aと陰極無地部12aの最終形状は,上記電極群14を左右側面で見た時,その上部および下部に比べて中央部位が薄い厚さを有する形状を維持することになる。
キャップ組立体30は,上記ケース15の上端である開口15aに気密状態に結合されるキャッププレート33を含む。このキャッププレート33の両側には,陽極端子31と陰極端子32を挿入し装着させるためのホール33a,33bが形成されている。
リードコネクタ17は,一部を,陽極無地部11aや陰極無地部12aの内側に挿入し,他の一部を,陽極無地部11aや陰極無地部12aの長手方向に沿って上記陽極無地部11a,陰極無地部12aの外部へ露出するように配置し,その状態で,熔接により上記無地部11a,12aにそれぞれ結合される。
本実施形態において,リードコネクタ17の具体的な構造と無地部との結合関係は,上述した場合に限られず,多様な構造を適用することができる。
スペーサ20,20´は,電極群14の両先端14a,14a´に配置されるので,電極群14がケース15に挿入される時,上記空間を塞ぐことになる。
本実施形態において,このスペーサ20,20´は,電極群14の第1先端14aを収容するように上記第1先端14aと対向して配置され,上記第1先端14aに結合される第1スペーサ20と,第1先端14aの反対側に配置される電極群14の第2先端14a´を収容するように上記第2先端14a´と対向して配置され,上記第2先端14a´に結合される第2スペーサ20´とを含む。
本実施形態において,電極群14がケース15内に挿入される時,この電極群14は,陽極無地部11aと陰極無地部12aがケース15の両側面に配置されるように挿入される。こうして,上記第1先端14aと第2先端14a´はケース15の上下側に配置される。
本実施形態において,電極群14は,前述したようなゼリーロールタイプに形成されるので,上記第1先端14aと第2先端14a´は曲面状に形成される。
本実施形態において,スペーサ20,20´は,第1先端14aと第2先端14a´の長手方向に沿って長く形成された直方体形状の本体20a,20a´をそれぞれ含む。
この本体20a,20a´の一面(第1先端14aまたは第2先端14a´と対向する面)には,第1先端14aと第2先端14a´が挿入される溝20b,20b´がそれぞれ形成されている。
ここで,溝20b,20b´の形状は第1先端14aと第2先端14a´の形状に対応している。
すなわち,溝20b,20b´はスペーサ20,20´の長さ方向(X)に垂直な方向Yにスペーサ20,20´を切って見た時,その断面がアーチ形または円弧形に形成される(図3参照)。
このようなスペーサ20,20´は,実質的に二次電池の特性には影響が及ばないようにするため,ポリイミドのようなプラスチック,パウダー状のダイヤモンド,プラスチックコンポジットなどの絶縁材から構成された絶縁体で形成することができる。
また,このスペーサ20,20´は,ケース15内で発生する熱またはガスをベントするために,複数の貫通ホール20c,20c´を有するように形成できる。この貫通ホール20c,20c´は,二次電池の製造に際して,ケース15内に電解液を注入する時,注入口としても機能し得る。
さらに,第1スペーサ20の両端には,陽極端子31と陰極端子32がキャッププレート33に形成されたホール33a,33bにそれぞれ挿入される時に,第1スペーサ20と干渉しないよう,陽極端子31と陰極端子32が挿入される端子挿入スロット22dが形成される。
このようなスペーサ20,20´を電極群14の第1先端14aと第2先端14a´に結合すると,第1先端14aと第2先端14a´がスペーサ20,20´の溝20b,20b´に定着される。こうして,第1先端14aと第2先端14a´は,スペーサ20,20´で取り囲まれる。
この過程で,陽極端子31と陰極端子32は,第1スペーサ20に形成された端子挿入スロット22dに挿入されるので,第1スペーサ20に装着された状態を維持する。
このような状態に結合された電極群14とスペーサ20,20´が上記ケース15の内部に挿入されると,スペーサ20,20´が電極群14とケース15との間の空間を満たしつつ,ケース15の内部に位置するので,本実施形態の二次電池は,ケース15の内部に形成される不要な空間をとり除くことができる。
一方,上記スペーサ20,20´は,電極群14またはケース15とは分離された別途の構造物であり,ケース15内に電解液を注入する過程で,電解液によってケース15内で浮遊する可能性がある。
このような浮遊現象が生じると,電極群14に対するスペーサ20,20´の位置が移動し,電極群14の固定位置が変わる可能性がある。この場合,ケース15の内部に位置する構成物が正位を維持することができないので,これによる製造不良が招来される。
これを防止するため,両スペーサ20,20´は,図4に示すように,連結具40によって互いに連結されて固定する。ここで,この連結具40は,スペーサ20,20´に付着してこれらを固定させる接着性を有するテープ,またはスペーサ20,20´に形成された孔に挿合されてこれらを固定させるバー(bar)など,両スペーサ20,20´を固定させることができるものであれば,様々なものを適用できる。
この連結具40によって,両スペーサ20,20´は互いに固定されるので,電極群14から離脱することを防止することができる。
さらに,電極群14の両側端には,図5に示すように,リードコネクタ17をカバーして保護するためのリードコネクタカバー50,50´を装着できる。このリードコネクタカバー50,50´は,リードコネクタ17と陽極無地部11aおよび陰極無地部12aが挿入される凹部をそれぞれ持っている。すなわち,このリードコネクタカバー50,50´は,上記凹部にリードコネクタ17と陽極無地部11aおよび陰極無地部12aを挿入させると同時に電極群14の両側端にそれぞれ取り付けられてリードコネクタ17をカバーすることにより,これを電気的にまたは物理的に保護することになる。
この場合においても,両スペーサ20,20´と両リードコネクタカバー50,50´は連結具60によって互いに連結されて固定できる。ここで,連結具60としては,図4で例示した連結具に準じたものを適用することができる。
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,本発明はかか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,ケースとこのケースに内蔵される電極群との間の空間を最小化することで,電解液の浪費を減らすようになった二次電池に適用可能である。
本発明の実施形態による二次電池を示す概略分解斜視図である。 本発明の実施形態による二次電池の断面図である。 本発明の実施形態によるスペーサが装着された電極群の側面図である。 本発明の実施形態の第1変形例による二次電池の断面図である。 本発明の実施形態の第2変形例による二次電池の断面図である。
符号の説明
11 陽極
11a 陽極無地部
12 陰極
12a 陰極無地部
13 セパレータ
14 電極群
14a,14a´ 先端
15 ケース
15a 開口
17 リードコネクタ
20,20´ スペーサ
20a,20a´ スペーサ本体
20b,20b´ 溝
20c,20c´ 貫通ホール
22d 端子挿入スロット
30 キャップ組立体
31 陽極端子
32 陰極端子
33 キャッププレート
33a,33b ホール
40 連結具
50,50´ リードコネクタカバー
60 連結具

Claims (13)

  1. 陽極,陰極,および該陽極と陰極との間に介在されるセパレータを含む電極群と;
    前記電極群を収容するためのケースと;
    前記電極群の曲面部位を取り囲みつつ,前記ケース内に位置するスペーサと;
    を備えることを特徴とする,二次電池。
  2. 前記スペーサは,
    前記電極群の第1先端を収容するように対向し,前記第1先端に装着される第1スペーサと;
    前記電極群の,前記第1先端の他端である第2先端を収容するように対向し,前記第2先端に装着される第2スペーサと;
    を含むことを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記スペーサは,前記電極群の曲面部位に対応する溝を有し,前記ケースの内側面に密着する本体を含むことを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
  4. 前記陽極と前記陰極は,活物質がない陽極無地部と陰極無地部をそれぞれ含み,前記陽極無地部と前記陰極無地部は対向して配置されることを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
  5. 前記陽極無地部と前記陰極無地部に陽極リードコネクタと陰極リードコネクタがそれぞれ電気的に連結され,前記陽極無地部と前記陰極無地部に対して,前記陽極リードコネクタと前記陰極リードコネクタを取り囲むようにリードコネクタカバーがそれぞれ設けられることを特徴とする,請求項4に記載の二次電池。
  6. 前記陽極と電気的に連結される陽極端子と,前記陰極と電気的に連結される陰極端子と,前記ケースに結合されるキャップ組立体と,をさらに含み,前記スペーサは,前記陽極端子と前記陰極端子が挿入される端子挿入スロットを有することを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
  7. 前記スペーサは複数の貫通ホールを含むことを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
  8. 前記スペーサは絶縁体であることを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
  9. 前記第1スペーサと前記第2スペーサが連結具によって互いに連結されることを特徴とする,請求項2に記載の二次電池。
  10. 前記リードコネクタカバーと前記スペーサは連結具によって互いに連結されることを特徴とする,請求項5に記載の二次電池。
  11. 前記電極群はゼリーロール形態であることを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
  12. 前記二次電池は角形であることを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
  13. 前記二次電池はモーター駆動用であることを特徴とする,請求項1に記載の二次電池。
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