JP2007207648A - 電池及び電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タブを用いなくても電極群の寸法ばらつきを吸収することができ、内部抵抗の増加を回避できる電池及び電池の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】封口板３３の周縁にケース３１の外壁面５５に沿う方向に立ち上がる縦壁部５６を設け、この縦壁部５６とケース３１の開口部周縁４９とを重合し、ケース３１の開口部周縁４９と封口板３３の縦壁部５６の何れか一方を他方に対してかしめてケースに封口板３３を固定したことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

この発明は、電池及び電池の製造方法に関するものである。

図１１に示すように、従来の電池Ｂとして正極板７１と負極板７２とをセパレータ７３を介して渦巻き状に巻回し、この巻回された電極群７４をケース７５内に収容して封口板７６で閉塞した構造のものがある。ところで、電極群７４は集電体７７を介してケース７５内に収容され封口板７６で閉塞されるが、この封口板７６を取り付けるにあたっては、キャップ状の正極端子７８に接続されたフィルター７９と集電体７７との間にこれらを電気的に接続するタブ８０が設けられている。このタブ８０は断面Ｓ字状に形成され、電極群７４の縦方向の寸法誤差を弾性的に吸収するものである（特許文献１参照）。
特開平１０−１０６５３３号公報

しかしながら、上記従来の電池Ｂにあってはタブ８０により電極群７４の寸法ばらつきを吸収できる点で優れているが、タブ８０の分だけ高さ寸法が増加してしまう、したがって、電池Ｂを複数本直列で使用する場合には、このタブ８０により増加する電池Ｂの占有スペースが無視できないものとなるという問題がある。
また、タブ８０を設ける分だけ電池Ｂの内部抵抗が増加し高出力化の障害となるという問題がある。

そこで、この発明は、タブを用いなくても電極群の寸法ばらつきを吸収することができ、内部抵抗の増加を回避できる電池及び電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、帯状の正極板（例えば、実施形態における正極板３４）と負極板（例えば、実施形態における負極板３５）とをセパレータ（例えば、実施形態におけるセパレータ３６）で絶縁し渦巻き状に巻回した電極群（例えば、実施形態における電極群３７）を有底筒状のケース（例えば、実施形態におけるケース３１）内に収容し、該ケースの開口部（例えば、実施形態における上部開口部３２）をシール部材（例えば、実施形態におけるガスケット５０）を介して封口板（例えば、実施形態における封口板３３）によって閉塞した電池において、前記封口板の周縁に前記ケースの外壁面（例えば、実施形態における外壁面５５）に沿う方向に立ち上がる縦壁部（例えば、実施形態における縦壁部５６）を設け、この縦壁部と前記ケースの開口部周縁（例えば、実施形態における開口部周縁４９）とを重合し、前記ケースの開口部周縁と前記封口板の縦壁部の何れか一方を他方に対してかしめてケースに封口板を固定したことを特徴とする。請求項２に記載した発明のように前記封口板の縦壁部の端末（例えば、実施形態における端末５７）を外側に折り曲げて、前記ケースの開口部周縁を巻き込むようにして固定したり、請求項３に記載した発明のように、前記ケースの開口部周縁を内側に折り曲げて、前記封口板の前記縦壁部を巻き込むようにして固定することができる。
このように構成することで、電極群の高さ方向での寸法ばらつきを、重合された封口板の縦壁部とケースの開口部周縁との重合位置を変化させることで、ケースの縦方向で位置調整して吸収する。

請求項４に記載した発明は、前記ケースの底部（例えば、実施形態における底壁３９）に、該ケース内部に向かって立ち上げ形成されたバネ部（例えば、実施形態におけるバネ部６６）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、ケースの底部を有効利用して電極群の高さ方向での寸法ばらつきを吸収できる。

請求項５に記載した発明は、前記封口板の縦壁部と前記ケースの開口部周縁との重合部（例えば、実施形態における重合部Ｚ）を、前記封口板を前記ケースの縦方向に対する位置調整部として構成したことを特徴とする。
このように構成することで、電極群の高さが通常より小さい場合には、前記封口板の縦壁部と前記ケースの開口部周縁との重合部をケースの底部に近づく方向にずらし、電極群の高さが通常より大きい場合には、前記重合部をケースの底部から離れる方向にずらして、電極群の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板をケースに取り付けることができる。

請求項６に記載した発明は、走行駆動用モータあるいは走行駆動補助用モータを備えた車両（例えば、実施形態における車両１）のモータ駆動用電源として用いられることを特徴とする。
このように構成することで、複数個を直列で接続した場合に占有スペースを大きく削減できると共にタブを用いた場合に比較して内部抵抗が小さくできる。

請求項７に記載した方法発明は、帯状の正極板と負極板とをセパレータで絶縁し渦巻き状に巻回した電極群を有底筒状のケース内に収容し、該ケースの開口部をシール部材を介して封口板によって閉塞した電池の製造方法であって、前記電極群と前記集電体とを溶接する工程（例えば、実施形態における第２工程）と、前記ケースの開口部から前記ケースの外側面に沿う方向に立ち上がる縦壁部が周縁に設けられた封口板を前記ケースに収容する工程（例えば、実施形態における第３工程）と、前記ケースの開口部周縁と前記封口板の何れか一方を他方に対してかしめて前記ケースに封口板を固定する工程（例えば、実施形態における第５工程）を有することを特徴とする。

請求項１〜３に記載した発明によれば、電極群の高さ方向での寸法ばらつきを、重合された封口板の縦壁部とケースの開口部周縁との重合位置を変化させることで、ケースの縦方向で位置調整して吸収することができるため、タブが必要なくなり、内部抵抗の増加を防止できると共に部品点数の削減を図ることができる効果がある。
請求項４に記載した発明によれば、ケースの底部を有効利用して電極群の高さ方向での寸法ばらつきを吸収できるため、内部抵抗、部品点数を増加させることなく対策できる効果がある。
請求項５に記載した発明によれば、電極群の高さが通常より小さい場合には、前記封口板の縦壁部と前記ケースの開口部周縁との重合部をケースの底部に近づく方向にずらし、電極群の高さが通常より大きい場合には、前記重合部をケースの底部から離れる方向にずらして、電極群の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板をケースに取り付けることができるため、調整の自由度を高めることができる。
請求項６に記載した発明によれば、複数個を直列で接続した場合に占有スペースを大きく削減できると共にタブを用いた場合に比較して内部抵抗が小さくできるため、小型であっても高出力を発生させることできる効果がある。
請求項７に記載した発明によれば、ケースの開口部から縦壁部を備えた封口板を収容すると電極群の高さ寸法に応じた位置まで封口板がケース内に挿入され、この位置でケースと封口板が固定されるため、特別にケースに対する封口板の位置決め工程も必要なく、タブ等を用いた場合に比較して作業工数を削減して製造することができる効果がある。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜４に示すのは、この発明の実施形態に係る電池を複数個直列に接続し電池ユニットとしてハイブリッド車両に搭載したものであり、電池ユニットは走行駆動補助用あるいは減速回生用のモータの充放電可能な電源として用いられる。

図１、図２に示すように、車両１の車体前部のエンジンルーム２には、エンジンとトランスミッションとの間にモータを挟み込んで構成されたパワーユニット３が搭載され、このパワーユニット３からの駆動力が前輪４に伝達される。エンジンルーム２の後方には車室７内にフロントシート５、リヤシート６が配置され、リヤシート６のシートバック６ａの後方にはトランクルーム８内に、下部がリヤクロスメンバ９に、上部がリヤパーセル１０に各々固定された高圧電装ボックス１１が配置されている。

高圧電装ボックス１１は、フロア１２下の電力ケーブル１３を介してパワーユニット３に接続されており、図２、図３に示すように高圧電装ボックス１１の外装ケース１４内に電池ユニット１５が収容されたバッテリボックス１６とインバーターユニット１７が左右に振り分けて配置されている。尚、図３において１８は車室７内の空気を導入可能とする吸気ダクト、１９は排気ダクト、２０は冷却ファンを示す。

図４に示すように、バッテリボックス１６はボックス本体２１と蓋部２２と側板３０とで構成されている。バッテリボックス１６の内部には、アッパホルダ２３とミドルホルダ２４とロアホルダ２５により拘束され、かつ保持フレーム２６に保持された電池ユニット１５が収容されている。電池ユニット１５は６個の電池Ｂが直列に接続された棒状電池２７が複数列並べられると共に各棒状電池２７がジョイント２８により直列に接続され、さらにこれらが複数段直列に接続された状態で積み重ねられたものである。尚、２９はバスバープレートを示す。

図５は電池の断面図、図６は電池の分解斜視図である。同図に示すように、この電池Ｂはアルカリ畜電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池であって、有底円筒状の金属製で負極を構成するケース３１とこのケース３１の上部開口部３２に装着される封口板３３を備えている。
ケース３１内には帯状の正極板３４と負極板３５とをセパレータ３６で絶縁して渦巻き状に巻回した電極群３７が電解液と共に収容されている。正極板３５は上方へ突出し、負極板３５は下方へ突出している。そして、電極群３７の下部には負極集電体３８が配置され、この負極集電体３８がケース３１の底壁（底部）３９との間に介装されている。

負極集電体３８は方形状に形成された板状部材であって、９０°度間隔で角部から中央部に向かって長さの異なる一対のスリット４０，４０’が２組形成され、このスリット４０，４０’で区画された４つの舌片部４１にスリット４０，４０’の側縁から上向きにバーリング突起片４２が切り起こし成形されている。一側の舌片部４１の外縁には突出片４３が外側に延出され、舌片部４１がケース３１の底壁３９に抵抗溶接により接合されている。バーリング突起片４２は電極群３７の負極板３５の下端部に食い込ませた状態で負極板３５に抵抗溶接により接合され、負極板３５とケース３１とが電気的に接続されるようになっている。

電極群３７の上部には正極集電体４４が載置されている。正極集電体４４は中央部に孔４５を有するものであって、負極集電体３８と同様に方形状に形成された板状部材であって、９０°度間隔で角部から中央部に向かって４つのスリット４６が形成されている。これらのスリット４６で区画された４つの舌片部４７にスリット４６の側縁から下向きにバーリング突起片４８が切り起こし成形され、舌片部４７が電極群３７の上方に位置する封口板３３に抵抗溶接により接合されている。バーリング突起片４８を電極群３７の正極板３４の上端部に食い込ませた状態で正極板３４に抵抗溶接により接合され、正極板３４と封口板３３とが電気的に接続されるようになっている。

図７にも示すように、ケース３１の開口部周縁４９には、これを包み込むようにナイロン製などのＵ字断面形状のガスケット（シール部材）５０が装着されている。ガスケット５０の内周壁５１の下縁は、電極群３７が上下方向の寸法ばらつきにより最も下側に位置する場合であっても電極群３７の上端部よりも下方に位置するような長さ寸法に形成されている。また、ガスケット５０の外周壁５２は封口板３３のかしめ代ａよりも長い寸法Ａに形成されている。

封口板３３はノイズ遮断用のフィルターとしての機能を備えたものであって、正極集電体４４の上面を覆うと共にケース３１の上部開口部３２を閉塞するものである。封口板３３の中央部には作業用の孔５３が形成されている。また、封口板３３の外側寄りには同心円状に下に向いた断面凸状の弾性リング部５４が形成され、封口板３３の外周縁にはケース３１の外壁面５５に沿う方向に立ち上がる縦壁部５６が形成されている。
そして、縦壁部５６とケース３１の開口部周縁４９とをこの開口部周縁４９に装着されたガスケット５０越しに重合し、封口板３３の縦壁部５６の端末５７を外側に折り曲げた後に下側に折り曲げガスケット５０を挟み込むようにしてケース３１の開口部周縁４９を巻き込んで、ケース３１に封口板３３がかしめ固定されている。
封口板３３の縦壁部５６とケース３１の開口部周縁４９との重合部Ｚが、封口板３３をケース３１の縦（上下）方向に対する位置調整部として構成されている。

封口板３３の中央部分には内圧が上昇した場合にガス抜きを行うためのゴム弁体５８が装着され、このゴム弁体５８を覆うようにしてハット型断面形状の正極を構成するキャップ５９がフランジ部６０により封口板３３に溶接接合されて取り付けられている。
封口板３３にはキャップ５９を逃げる孔６１を備えた筒状の接合ホルダ６２が装着され、接合ホルダ６２の開口部周縁６３は封口板３３のかしめ部分６４に沿って有段成形され、直列に接続される他の電池Ｂの負極側の端部を受け入れる開口部６５を上方に向けている。

次に、図８に基づいて、電池Ｂの製造方法について前述した各部の符号を付して説明する。
先ず、図８（ａ）に示すように、帯状の正極板３４と負極板３５とをセパレータ３６で絶縁し渦巻き状に巻回して電極群３７を形成する（電極群構成工程である第１工程）。次に、図８（ｂ）に示すように、電極群３７の正極板３４の上端部に正極集電体４４を、電極群３４の負極板３５の下端部に負極集電体３８をそれぞれ抵抗溶接する（集電体溶接工程である第２工程）。そして、図８（ｃ）に示すように、正極集電体４４と負極集電体３８とを取り付けた電極群３７をケース３１に挿入し、気密性を確保するためにケース３１の上部開口部３２の内面にブロンを塗布し、負極集電体３８の舌片部４１をケース３１の底壁３９に抵抗溶接により接合する（第３工程）。

そして、図８（ｄ）に示すように、封口板３３をケース３１の上部開口部３２にガスケット５０を介して装着し、封口板３３を正極集電体４４の舌片部４７に抵抗溶接し、封口板３３の孔５３から電解液を注液する（第４工程）。この時点で、封口板３３は電極群３７の上下方向の寸法ばらつきのない状態で位置決めされることとなる。
次に、封口板３３の縦壁部５６の端末５７をガスケット５０を挟み込むようにして外側に折り曲げた後に下側に折り曲げケース３１の開口部周縁４９を巻き込む予備封口を行い、更に、封口板３３の縦壁部５６とケース３１の開口部周縁４９との重合部Ｚを本かしめして本封口を行う（第５工程）。そして、最後にゴム弁体５８を封口板３３上に載置した状態でキャップ５９をセットし、キャップ５９のフランジ部６０を封口板３３に抵抗溶接してキャップ５９を封口板３３に取り付ける（第６工程）。

したがって、この実施形態によれば、電極群３７に高さ方向の寸法ばらつきがあった場合でも、封口板３３の外周縁の縦壁部５６とケース３１の開口部周縁４９との重合部Ｚの位置を、この高さ寸法のばらつきに合わせてケース３１の縦方向で調整することができる。つまり、電極群３７の高さが通常より小さい場合には、封口板３３の縦壁部５６とケース３１の開口部周縁４９との重合部Ｚをケース３１の底壁３９に近づく方向にずらし、電極群３７の高さが通常より大きい場合には、重合部Ｚをケース３１の底壁３９から離れる方向にずらすだけで、電極群３７の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板３３をケース３１に取り付けることができる。
よって、電極群３７の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板３３をケース３１に取り付けることができるため調整の自由度を高めることができる。その結果、従来のようにタブが必要なくなり、高さ寸法を抑えることができる上、タブが必要なくなる分だけ内部抵抗の増加を抑え、部品点数を低減できる。
そのため、多数の電池Ｂを直列で使用し配置スペースの上でも多くの制限があるハイブリッド車両の走行駆動補助用モータの小型高出力の電源として好適である。

また、この実施形態では、封口板３３の外側寄りに同心円状に下に向いた断面凸状の弾性リング部５４が形成されているため、封口板３３をケース３１に対して本かしめする場合に、この弾性リング部５４が弾性変形して正極集電体４４に弾性的に当接する。よってこの弾性力によっても寸法ばらつきを抑えることができる。

次に、この発明の第２実施形態を図９に基づいて説明する。
図９に示すように、第１実施形態の電池Ｂのケース３１の底壁３９に、ケース３１の内部に向かって立ち上げ形成されたバネ部６６が形成されている。ケース３１は深絞り成形などで形成されるが、この成型時に底部３９の中央部分を立ち上げてバネ部６６を成形する。そして、このバネ部６６の上面６７に、電極群３７の負極板３５の下端に抵抗溶接された負極集電体３８が抵抗溶接により接合されている。

この第２実施形態によれば、電極群３７の高さ寸法にばらつきがあってもケース３１の底部３９のバネ部６６を有効利用して、このバネ部６６の持つ弾性力により電極群３７を上方向に押圧して、寸法ばらつきを調整することができる。
その結果、タブを用いず部品点数、製造工数を増加させることなく、電極群３７の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板３３をケース３１に取り付けることができる。勿論、内部抵抗の面でもタブを廃止した分だけ低減することができるため、高出力化を図ることができる。

次に、この発明の第３実施形態を図１０に基づいて説明する。尚、この実施形態は第１実施形態とほぼ同様の構成を備えたものであるので第１実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
ケース３１の開口部周縁４９０はストレート状の第１実施形態とは異なり外側に向く段付き形状に形成されている。一方、封口板３３０は正極集電体４４の上面を覆うと共にケース３１の上部開口部３２０を閉塞するものである。封口板３３０の中央部には作業用の孔５３０が形成されている。また、封口板３３０の外側寄りには同心円状に下に向いた断面凸状の弾性リング部５４０が形成され、封口板３３０の外周縁にはケース３１の外壁面５５に沿う方向に立ち上がる縦壁部５６０が形成されている。
封口板３３０の縦壁部５６０の周縁には、これを包み込むようにナイロン製などのＵ字断面形状のガスケット５００が装着されている。
ガスケット５００の内周壁５１０の下縁は、封口板３３０の縦壁部５６０の内面を覆うように垂下し、ガスケット５００の外周壁５２０は封口板３３０の縦壁部５６０の外面を覆うように垂下している。

そして、封口板３３０の縦壁部５６０とケース３１の開口部周縁４９０とを封口板３３０に装着されたガスケット５００越しに重合し、ケース３１の開口部周縁４９０の端末５７０を内側に折り曲げた後に下側に折り曲げガスケット５００を挟み込むようにして封口板３３０の縦壁部５６０を巻き込んで、ケース３１に封口板３３０がかしめ固定されている。
封口板３３０の縦壁部５６０とケース３１の開口部周縁４９０との重合部Ｚが、封口板３３０のケース３１の縦（上下）方向に対する位置調整部として構成されている。
そして、ケース３１の開口部周縁４９０が封口板３３０のを巻き込んでいる部分を覆うようにして絶縁材５０１が装着されている。

封口板３３０の中央部分にガス抜きを行うためのゴム弁体５８が装着され、このゴム弁体５８を覆うようにしてハット型断面形状のキャップ５９がフランジ部６０により封口板３３０に接合されて取り付けられ、封口板３３０にはキャップ５９を逃げる孔６１を備えた筒状の接合ホルダ６２が装着され、接合ホルダ６２の開口部周縁６３は封口板３３０のかしめ部分６４に沿って有段成形され、直列に接続される他の電池Ｂの負極側の端部を受け入れる開口部６５を上方に向けている点は第１実施形態と同様である。

したがって、この第３実施形態においても、電池Ｂの電極群３７に高さ方向の寸法ばらつきがあった場合でも、封口板３３０の外周縁の縦壁部５６０とケース３１の開口部周縁４９０との重合部Ｚの位置を、この高さ寸法のばらつきに合わせてケース３１の縦方向で調整することができる。よって、電極群３７の寸法ばらつきを吸収した状態で封口板３３０をケース３１に取り付けることができるため調整の自由度を高めることができる。その結果、従来のようにタブが必要なくなり、高さ寸法を抑えることができる上、タブが必要なくなる分だけ内部抵抗の増加を抑え、部品点数を低減できる。

尚、この発明は前記実施形態に限られるものではなく、例えば、電気自動車の駆動源として用いられる電池にも適用でき、燃料電池車両に燃料電池と共に搭載される二次電池にも適用することができる。また、第３実施形態に第２実施形態の構造を適用することができる。

この発明の第１実施形態のハイブリッド車両の側面説明図である。 この発明の第１実施形態の高圧電装ボックス付近の側面説明図である。 この発明の第１実施形態の高圧電装ボックス付近の後面説明図である。 この発明の第１実施形態のバッテリボックスの分解斜視図である。 この発明の第１実施形態の電池の断面図である。 この発明の第１実施形態の電池の分解斜視図である。 図５の要部拡大断面図である。 この発明の第１実施形態の電池の製造工程を示し、８（ａ）は第１工程、８（ｂ）は第２工程、８（ｃ）は第３工程、８（ｄ）は第４工程、８（ｅ）は第５工程、８（ｆ）は第６工程を示す説明図である。 この発明の第２実施形態の電池の要部拡大断面図である。 この発明の第３実施形態の電池の要部拡大断面図である。 従来技術の断面図である。

符号の説明

１ 車両
３１ ケース
３２ 上部開口部（開口部）
３３ 封口板
３４ 正極板
３５ 負極板
３６ セパレータ
３７ 電極群
３９ 底壁（底部）
４９ 開口部周縁
５０ ガスケット（シール部材）
５５ 外壁面
５６ 縦壁部
５７ 端末
Ｚ 重合部

Claims (7)

1. 帯状の正極板と負極板とをセパレータで絶縁し渦巻き状に巻回した電極群を有底筒状のケース内に収容し、該ケースの開口部をシール部材を介して封口板によって閉塞した電池において、前記封口板の周縁に前記ケースの外壁面に沿う方向に立ち上がる縦壁部を設け、この縦壁部と前記ケースの開口部周縁とを重合し、前記ケースの開口部周縁と前記封口板の縦壁部の何れか一方を他方に対してかしめてケースに封口板を固定したことを特徴とする電池。
2. 前記封口板の縦壁部の端末を外側に折り曲げて、前記ケースの開口部周縁を巻き込むようにして固定したことを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記ケースの開口部周縁を内側に折り曲げて、前記封口板の前記縦壁部を巻き込むようにして固定したことを特徴とする請求項１に記載の電池。
4. 前記ケースの底部に、該ケース内部に向かって立ち上げ形成されたバネ部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の電池。
5. 前記封口板の縦壁部と前記ケースの開口部周縁との重合部を、前記封口板を前記ケースの縦方向に対する位置調整部として構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の電池。
6. 走行駆動用モータあるいは走行駆動補助用モータを備えた車両のモータ駆動用電源として用いられることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の電池。
7. 帯状の正極板と負極板とをセパレータで絶縁し渦巻き状に巻回した電極群を有底筒状のケース内に収容し、該ケースの開口部をシール部材を介して封口板によって閉塞した電池の製造方法であって、前記電極群と前記集電体とを溶接する工程と、前記ケースの開口部から前記ケースの外側面に沿う方向に立ち上がる縦壁部が周縁に設けられた封口板を前記ケースに収容する工程と、前記ケースの開口部周縁と前記封口板の何れか一方を他方に対してかしめて前記ケースに封口板を固定する工程を有することを特徴とする電池の製造方法。

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