JP2009048966A - 電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極および負極を備える電極体80と、当該電極体80を収容する外装ケース50とを備える電池100であって、外装ケース50の内壁面56と電極体80との間には当該外装ケース50と電極体80とを隔離する絶縁フィルム10が配置されており、絶縁フィルム10は電極体80が挿入される袋状に形成されており、袋状絶縁フィルム10は、電極体80の側面81に対向する面に、電極体80と外装ケース50の内壁面56との隙間を塞ぐ間隙充填部20を備える電池100である。
【選択図】図3
Description
ところで、この種の電池においては電極体と外装ケースとを別々に製造し、その後電極体を外装ケースに収容する必要がある。外装ケースとしては金属製のパッケージを使用することが多く、この場合には金属製パッケージと電極体とを絶縁するために電極体を絶縁性フィルムで包装する必要がある。例えば特許文献1には複数の極板群(多数枚の正極板と多数枚の負極板とをセパレータを介して交互に積層した積層電極体)を接続してなる極板群連結体の両側面と下面の3側面を断面U字状のシート(ポリプロピレンやポリエチレンなどの単層又は多層ラミネート構造のもの)にて覆い、当該極板群連結体を断面U字状シートと共に角形電槽の収容空間内に挿入配置して構成された角形密閉式電池が開示されている。なお、他の従来技術として特許文献2が挙げられる。
また、かかる電池を自動車等の車両搭載用電源として使用する際には、搭載スペースが制限されることに加えて振動が発生する状態での使用が前提となることから多数の電池を配列し且つ拘束した状態(即ち各電池を相互に固定した状態)の組電池が構築される。かかる拘束時には組電池を構成する個々の電池(単電池)に相当な荷重が加えられる。電極体と外装ケースとの間に隙間が存在すると、拘束時に加わる相当な荷重によって外装ケースに荷重方向への撓み或いは変形が生じる虞がある。
本発明は、従来の電池に関する上述した課題を解決すべく開発されたものであり、その目的とするところは、外装ケース内部に隙間が生じない電池(例えば組電池を構成する単電池)を提供することである。また、他の目的は、そのような電池を良好な作業性で製造する方法を提供することである。
かかる構成の電池によれば、袋状絶縁フィルムが備える間隙充填部によって外装ケース内の隙間、典型的には外装ケース内部に収容する電極体の形状の不揃いに起因して生じる隙間を塞ぐことができる。このことによって当該隙間が存在することによる電池性能への悪影響(例えば、電極体の偏りに伴う電極活物質の偏在に起因する電量分布の不均一化や局所化)を未然に防止することができる。また、袋状絶縁フィルムと一体となった間隙充填部を用いることにより、間隙充填のための部材を別個に外装ケース内に装填する場合に起こり得る位置ズレを防止することができ、電極体と外装ケース(内壁面)との隙間を確実に塞ぐことができる。
かかる場合において組電池を構成する個々の電池の外装ケース内の隙間を袋状絶縁フィルムが備える間隙充填部で塞いでいるので、上記拘束時に加わる相当な荷重によって電池の外形が歪むこと(外装ケースの変形)を防止することができる。従って、本発明の電池によると、信頼性の高い、車両搭載用その他用途の組電池を提供することができる。
電極体と外装ケース(内壁面)との隙間のサイズは個々の電池において異なるところ、上記構成では、数多くのサイズの間隙充填部材を取り揃えることなく、所定の厚みのシート状間隙充填部材を用意して袋状絶縁フィルムに接合するとともにその使用枚数を調整することによって個々の電池の上記隙間を塞ぐことができる。
捲回電極体の厚みは、その構造上不揃いになり易いが、本態様の発明によると、かかる捲回電極体の形状の不揃いに起因して生じる隙間を確実に塞ぐことができる。
本発明の製造方法によれば、間隙充填部を備えた袋状絶縁フィルムとともに電極体を外装ケースに収容することによって該電極体と該外装ケースの内壁面との隙間を塞ぐことができる。すなわち、上記隙間を塞ぐ作業(間隙充填作業)を電極体とともに袋状絶縁フィルムを外装ケースに収容するだけで行うことができ、その作業性が良好となる。また、袋状絶縁フィルムに電極体を挿入する際に間隙充填部と電極体との位置合わせを容易に且つ確実に行うことができ、その位置合わせ精度も良好となる。
電極体と外装ケース(内壁面)との隙間のサイズは個々の電池において異なるところ、上記製造方法によれば、数多くのサイズの間隙充填部材を取り揃えることなく、所定の厚みのシート状間隙充填部材を用意するとともにその使用枚数を調整することによって個々の電池の上記隙間を塞ぐことができる。そのため、効率よく電池の隙間充填処理を行うことができる。
かかる場合、上記シート状間隙充填部材は上記袋状絶縁フィルムにおける上記電極体を挿入する袋開口部側の端辺部分にてスポット溶着されていることが好ましい。上記構成によれば、袋状絶縁フィルムに電極体を挿入する際、シート状間隙充填部材が電極体に引き摺られて位置ズレすることを防止することができる。また、該電極体による引き摺りによって袋状絶縁フィルムにシワやヨレが発生する事態を回避することができる。
複数枚のシート状間隙充填部材を一体化することにより袋状絶縁フィルムへの搬送および溶着作業が容易となる。
かかる構成の電池100によれば、袋状絶縁フィルム10が備える間隙充填部20によって外装ケース50内の隙間、典型的には外装ケース内部に収容する電極体80の形状の不揃いに起因して生じる隙間を塞ぐことができる。このことによって当該隙間が存在することによる電池性能への悪影響(例えば、電極体の偏りに伴う電極活物質の偏在に起因する電量分布の不均一化や局所化)を未然に防止することができる。また、上記隙間を塞ぐ間隙充填部20は袋状絶縁フィルム10と一体となっているため、該間隙充填部20の位置ズレを防止することができ、上記隙間を確実に塞ぐことができる。
即ち、図3に示すように外装ケース50内の隙間の大きさに合わせて適切な枚数の間隙充填シート20を用意し、袋状絶縁フィルム10(捲回電極体80の扁平面81に対向する面)に接合することにより電池100の外装ケース50内の隙間を塞いでいる。図3に示す形態では、電極体80の右側に間隙充填シート20が2枚用意され、左側に間隙充填シート20が1枚用意され、それぞれ袋状絶縁フィルム10(扁平面81)に対向する面に接合されている。なお、上記接合手段は例えばスポット溶着である。スポット溶着に代えて典型的な電池において適用され得る種々の溶着(接着)方法を使用してもよい。
電極体80と外装ケース50(内壁面56)との隙間のサイズは個々の電池において異なるところ、上記構成では、数多くのサイズの間隙充填部材を取り揃えることなく、所定の厚みの間隙充填シート20を用意して袋状絶縁フィルム10に接合するとともにその使用枚数を調整することによって個々の電池の上記隙間を塞ぐことができる。このように一種類の同形状の間隙充填シート20を採用することによって、外装ケース50内の様々な大きさの隙間を効率よく充填する(塞ぐ)ことができる。
まず、図5〜図7を参照しながら間隙充填部材(間隙充填シート20)を備える袋状絶縁フィルム10の構築方法について説明する。図5(A)に示すように外装ケース50内の隙間(外装ケースの内壁面と電極体の扁平面との隙間)の大きさに合わせて適切な枚数の間隙充填シート20を用意する。ここでは外装ケース50内の隙間の大きさに合わせて3枚の間隙充填シート20が用意されている例を示す。3枚の間隙充填シート20は、紙面の手前側に1枚と、紙面の奥側に2枚との2組に分けて積層されている。なお2組に分けずに紙面手前側または紙面奥側の何れか一方に3枚まとめて積層しておもよい。 かかる複数枚の間隙充填シート20は、袋状絶縁フィルム10に接合される前に予め相互に溶着されて一体化されている。すなわち、図5(B)に示すように紙面奥側に積層した2枚の間隙充填シート20同士を仮溶着(接着)する。かかる溶着(接着)箇所は後述する組電池に組み込む際に拘束されない箇所(拘束時に荷重を受けない箇所)であればよく、ここでは相互に対向した面同士の端辺部分の2箇所(矢印「90」参照)をスポット溶着している。この仮溶着によって2枚の間隙充填シートは離れない程度に一体となり、図6に示す絶縁フィルム15上への搬送および溶着(接着)作業が容易となる。
図6(B)に示すように、シート状絶縁フィルム15の上に間隙充填シート20が搬送される。このとき、間隙充填シート20は、袋状に形成した際に電極体80の扁平面81に対向する位置となる(即ち袋状絶縁フィルムのうちの電極体の側面に対向する面となる)シート面17の上に載置される。かかる状態において間隙充填シート20とシート状絶縁フィルム15とが溶着(接着)される。このとき、間隙充填シート20は袋状絶縁フィルムにおける電極体を挿入する袋開口部側の端辺部分にて溶着されることが好ましい。この例では、間隙充填シート20は、袋状絶縁フィルムにおける袋開口部側の端辺部分に相当するシート面17の端辺部分の2箇所(矢印「92」参照)にてスポット溶着される。かかる構成によれば、袋状絶縁フィルム10に電極体80を挿入する際(図8A〜図8C参照)、間隙充填シート20が電極体80に引き摺られて位置ズレすることを防止することができる。また、該電極体80による引き摺りによって袋状絶縁フィルム10にシワやヨレが発生する事態を回避することができる。なお、さらに好適には間隙充填シート20とシート面17とのスポット溶着箇所は後述する組電池に組み込む際に拘束されない箇所(拘束時に荷重を受けない箇所)である。
捲回電極体80は、図2に示すように捲回方向に対する横方向において、ややずらしつつ捲回された結果として、正極シート82および負極シート84の端の一部がそれぞれ捲回コア部分83(即ち正極シート82の正極活物質層形成部分と負極シート84の負極活物質層形成部分とセパレータシート86とが密に捲回された部分)から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分(即ち正極活物質層の非形成部分)82Aおよび負極側はみ出し部分(即ち負極活物質層の非形成部分)84Aには、正極リード端子82Bおよび負極リード端子84Bがそれぞれ付設されており、それぞれ外装ケース50の蓋体54に設けられた正極端子62(図1)および負極端子64(図1)と電気的に接続される。
なお、間隙充填シート20は上述した捲回コア部分83に対向し得る位置関係となるように袋状絶縁フィルムに接合されていることが好ましい。かかる捲回コア部分83は電極活物質の塗膜ばらつき等により積層方向の厚みが不揃いになりやすく、外装ケース内壁面との隙間が生じ易い部分だからである。また本実施形態の電極体80は外装ケース本体52に収容される前段階として外装ケース50の蓋体54と正極端子62および負極端子64を介して予め組み付けられている(図8B参照)。
12 袋開口部
15 シート状絶縁フィルム
17、18a、18b、19 シート面
20 間隙充填部(シート状間隙充填部材)
50 外装ケース
52 外装ケース本体
54 蓋体
56 内壁面
62 正極端子
64 負極端子
70 車両
72 組電池
80 捲回電極体
81 扁平面
82 シート状正極
82A 正極活物質層の非形成部分
82B 正極リード端子
83 捲回コア部分
84 シート状負極
84A 負極活物質層の非形成部分
84B 負極リード端子
86 シート状セパレータ
100 電池
Claims (8)
- 正極および負極を備える電極体と、当該電極体を収容する外装ケースとを備える電池であって、
前記外装ケースの内壁面と前記電極体との間には当該外装ケースと電極体とを隔離する絶縁フィルムが配置されており、
前記絶縁フィルムは前記電極体が挿入される袋状に形成されており、
前記袋状絶縁フィルムは、前記電極体の側面に対向する面に、前記電極体と前記外装ケースの内壁面との隙間を塞ぐ間隙充填部を備えることを特徴とする、電池。 - 前記間隙充填部は、所定の厚みを有するシート状に形成されたシート状間隙充填部材が前記袋状絶縁フィルムのうちの前記電極体の側面に対向する面に1枚若しくは複数枚接合されて構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の電池。
- 前記電極体はシート状正極とシート状負極とが捲回されて成る扁平形状の捲回電極体であり、
前記間隙充填部は前記捲回電極体の扁平面と対向する位置に形成されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の電池。 - 請求項1〜3のいずれか一つに記載の電池を備える車両。
- 正極および負極を備える電極体と当該電極体を収容する外装ケースとを備える電池の製造方法であって、
前記電極体を袋状に形成された絶縁フィルムに挿入する工程(a)と、
前記電極体を前記袋状絶縁フィルムとともに前記外装ケースに収容する工程(b)と
を包含し、
ここで前記絶縁フィルムは、前記電極体の側面に対向する面に前記電極体と前記外装ケースの内壁面との隙間を塞ぐ間隙充填部を備えており、
前記工程(b)において前記電極体が前記袋状絶縁フィルムとともに前記外装ケースに収容された際、前記間隙充填部によって該電極体と該外装ケースの内壁面との隙間が塞がれることを特徴とする、電池の製造方法。 - 前記間隙充填部は、所定の厚みを有するシート状に形成されたシート状間隙充填部材が前記袋状絶縁フィルムのうちの前記電極体の側面に対向する面に1枚若しくは複数枚接合されて構成されていることを特徴とする、請求項5に記載の製造方法。
- 前記シート状間隙充填部材は前記袋状絶縁フィルムにおける前記電極体を挿入する袋開口部側の端辺部分にてスポット溶着されていることを特徴とする、請求項6に記載の製造方法。
- 前記シート状間隙充填部材は前記袋状絶縁フィルムのうちの前記電極体の側面に対向する面に複数枚接合されており、
ここで該複数枚のシート状間隙充填部材は、前記袋状絶縁フィルムに接合される前に予め相互に溶着されて一体化されていることを特徴とする、請求項6または7に記載の製造方法。
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