JP2009231140A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子にかかる力を分散させることができる二次電池を提供する。
【解決手段】帯状の第１の電極板および第２の電極板で形成された電極体と、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、前記第１の電極板と接続された第１の電極端子と、前記第２の電極板と接続された第２の電極端子と、前記第１の電極端子および前記第２の端子が設けられ、前記ケースを閉塞する蓋体と、前記第１の電極端子と前記蓋体との間に設けられた絶縁部材と、前記第１の電極端子から前記絶縁部材を貫通するように設けられ、前記ケース内部側で前記絶縁部材に対してカシメ構造となり、前記第１の電極板と接続される複数のカシメ部材とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、筐体に収容された電極体から正極端子および負極端子を取り出す二次電池に関する。

近年、携帯電話やノートパソコンなどの持ち運び可能な携帯機器から、環境問題への関心の高まりとともに、電気自動車、ハイブリッド電気自動車に対して二次電池の需要が高まっている。

このような二次電池を利用する機器にあっては、高出力供給、すなわち大電流での放電を行える能力が要求されている。

従来、電源として用いられている２次電池としては、シート状の正極板および負極板を、セパレータを介して捲回して形成された捲回型電極体が用いられている。そして、このような捲回型電極体を有する電池は外ケースを備え、この外ケース内に電解液とともに捲回型電極体が蓋によって封入されている。捲回型電極体からの電力の取り出しは、正極板および負極板に接続された電極端子を通して行われている。

特許文献１に記載されている電池装置は、いずれか一方の電極を蓋および外ケースと異なる電位を有するように、一方の電極は蓋と絶縁するために絶縁部材が設けられ、それを貫通するように設けられたカシメ構造の部材が電極端子として設けられている構成が開示されている。
特開２００４−７１３４６号公報

特許文献１に開示された電池装置では、絶縁部材を１つのカシメ構造の部材が貫通するのみなので、電池装置の使用時に電極端子に力が加わると回転が生じやすく、回転による応力により絶縁部材または電極との接合部の破損につながる恐れがある。

この発明は以上の点に鑑みなされたものであり、電極端子にかかる力を分散させることができる二次電池を提供することにある。

（１）本発明の実施形態に係る二次電池は、帯状の第１の電極板および第２の電極板で形成された電極体と、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、前記第１の電極板と接続された第１の電極端子と、前記第２の電極板と接続された第２の電極端子と、前記第１の電極端子および前記第２の端子が設けられ、前記ケースを閉塞する蓋体と、前記第１の電極端子と前記蓋体との間に設けられた絶縁部材と、前記第１の電極端子から前記絶縁部材を貫通するように設けられ、前記ケース内部側で前記絶縁部材に対してカシメ構造となり、前記第１の電極板と接続される複数のカシメ部材とを有する。

（２）本発明の実施形態に係る二次電池は、帯状の第１の電極板および第２の電極板で形成された電極体と、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、前記第１の電極板と接続された第１の電極端子と、前記第２の電極板と接続された第２の電極端子と、前記第１の電極端子および前記第２の端子が設けられ、前記ケースを閉塞する蓋体と、前記第１の電極端子と前記蓋体との間に設けられた絶縁部材と、前記第１の電極端子から前記絶縁部材を貫通するように設けられ、前記ケース内部又は外側で前記絶縁部材に対してカシメ構造となり、前記第１の電極板と接続される前記カシメ部材の断面形状が円形、楕円、多角形のであることを有する。

（３）本発明の実施形態に係る二次電池は、帯状の第１の電極板および第２の電極板で形成された電極体と、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、前記第１の電極板と接続された第１の電極端子と、前記第２の電極板と接続された第２の電極端子と、前記第１の電極端子および前記第２の端子が設けられ、前記ケースを閉塞する蓋体と、前記第１の電極端子と前記蓋体との間に設けられた絶縁部材と、前記第１の電極端子から前記絶縁部材を貫通するように設けられ、前記ケース内部側で前記絶縁部材に対してカシメ構造となり、前記第１の電極板と接続されるカシメ部材と、前記蓋体に対して固定され、前記第１の端子を前記蓋体の長手方向に対して覆う箱状に堆積した固定部材と、一端部は前記第１の電極端子の上面と接続すると共に前記固定部材と挟まれて設けられ、他端部は前記第１の端子上に堆積した前記固定部材の上面に対してねじ止めされる保持部材とを有する。

（４）本発明の実施形態に係る（３）の二次電池は、前記蓋体は外方に向かって上面の所定位置に凸部が設けられおり、前記固定部材に設けられた凹部と嵌合する。

（５）本発明の実施形態に係る（３）の二次電池は、前記固定部材は前記保持板が前記固定部材の上面に対して前記固定部材を貫通する開口部を所定位置に有する。

（６）本発明の実施形態に係る（３）の二次電池は、前記保持板は可撓性および導電性を有する材料である。

本発明の態様によれば、端子に外部から力が加わっても、端子とキャップ体の間に設けられた絶縁部材に加わる応力を低減し、電池の強度、耐久性等の信頼性を向上することができる。

以下図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る捲回型電極電池１について詳細に説明する。図１は、捲回型電極電池１の一部を切り欠いて示す斜視図、図２は、捲回型電極電池１の断面図である。

図１および図２に示すように、偏平な矩形箱状のケースであるセル１０と、ケース内に電解液１２とともに収納された偏平状の捲回型電極体１４とを備えている。電極体１４は、正極板２４と負極板２５を有している。また、セル１０を密封する蓋体であるキャップ体１０ａが設けられている。正極板２４は正極接続部材１６と、負極板２５は負極接続部材１８と接続されている。そして、正極接続部材１６には軸部を有した正極端子２０が接合され、負極接続部材１８には軸部を有した負極端子２２が接合されている。正極端子２０および負極端子２２は、セル１０のキャップ体１０ａを気密に貫通して外方に突出している。また、正極端子２０は、キャップ体１０ａに設けられた絶縁体、例えば、ガスケット２３を介してキャップ体１０ａに取り付けられている。

ここでは、正極端子２０のみがガスケット２３を介してキャップ体１０ａに取り付けられている例について説明するが、正極端子２２のみがガスケット２３を介してキャップ体１０ａに取り付けられていてもよい。また、正極端子２０および負極端子２２がそれぞれガスケット２３を介してキャップ体１０ａに取り付けられていてもよい。

どちらか一方の端子がガスケット２３を介してキャップ体１０ａに取り付けられている場合は、他方の端子は、キャップ体１０ａおよびキャップ体１０ａと溶接されたセル１０を含めて、一方の端子とは異なる電位を有することになる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係るカシメ構造による正極端子２０の回転防止を示した図である。図３（ａ）は、図２に示す正極端子２０を拡大して示した図である。図３（ｂ）は、電池１の上面から見た正極端子２０の平面図である。図３（ａ）に示すように、正極端子２０は、２つのカシメ部材２０ａ、２０ｂを有している。カシメ部材２０ａ、２０ｂは、ガスケット２３を介して、一端部はセル１０の外方にて正極端子２０と接続し、他端部はセル１０の内部でガスケット２３に対してカシメ構造となっている。

比較図として、正極端子２０がカシメ部材を１つのみ有する場合について図３（ｃ）および図３（ｄ）を用いて説明する。図３（ｃ）は、正極端子２０の正面断面図である。また、図３(ｄ)は、正極端子２０の上面図である。正極端子２０がカシメ部材を一つのみしか有していない場合、図３（ｄ）に示すようにカシメ部材の断面は円状なので、外圧によってカシメ部材を軸として正極端子２０が回転しやすい。

そのため、正極端子２０の回転による応力によりガスケット２３または正極端子２０と正極接続部材１６との接合部の破損につながる。また、ガスケット２３に応力が加わり、ガスケット２３とキャップ体１０ａとの間にすき間が生じることによって、セル１０の内部の気密性が保たれなくなる。

本発明の実施形態である電池１の正極端子２０について示した図３(ａ)および図３(ｂ)によれば、上記説明したように、正極端子２０は、二つのカシメ部材２０ａ、２０ｂがガスケット２３に対してカシメ構造となっている。そのため、セル１０の外方に突出した正極端子２０に力が加わった場合であっても、ガスケット２３に対して軸を２つ有することになるため、カシメ部材２０ａ、２０ｂのいずれかが軸となって正極端子２０が回転することは低減する。また、正極端子２０の二つのカシメ部材２０ａ、２０ｂを介して回転応力がガスケット２３に対して働いても、ガスケット２３とキャップ体１０ａとの間にすき間が生じることも低減できる。これは、正極端子２０が二つのカシメ部材２０ａ、２０ｂを有することで、図３(ｃ）および図（ｄ）に示した例ではカシメ部材と接触しているガスケット２３に対して応力が加わる箇所は一箇所であるが、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した本発明の実施形態の場合は二箇所に分散できるからである。

上記第１の実施形態の構成によれば、正極端子２０に二つのカシメ部材２０ａ，２０ｂを設けることで、ガスケット２３にかかる応力が低減し、正極端子２０および電池１の強度、耐久性等の信頼性も向上する。また、カシメ部材２０ａ，２０ｂを二つ設けることで、接触する面積が増加するに伴う抵抗の低減も図ることができる。

上記説明した実施形態では、正極端子２０に設けたカシメ部材の数は二つとしていたが、カシメ部材の数は多くするにしたがって、上記効果は大きくなる。また、複数カシメ部材を用いたときの配置は、任意に設計変更可能である。また、カシメ部材の径の大きさも任意に変更可能である。

また、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、正極端子２０のカシメ部材を一つのみ用いた場合であっても、図３（ｂ）に示すカシメ部材の断面形状を円形以外の多角形等の形状にすることで、正極端子２０の回転を抑制することもできる。

図４は、第２の実施形態に係る正極端子２０の回転防止を説明する図である。本実施形態では、正極端子２０の上面に接続した保持板３０と、キャップ体１０ａに固定されると共に正極端子２０の上面に接続された保持板３０を正極端子２０とで挟むように位置する固定部材３１とを有し、保持板３０を固定部材３１にねじ止めすることで、正極端子２０を保持するものである。

図４(ａ）は、キャップ体１０ａを上面から見た図であり、正極端子２０の上面に保持板３０を接続した図である。図４(ｂ）は、キャップ体１０ａを上面から見た図であり、説明のために、保持板３１を除き固定部材３１を設けた図である。図４(ｃ）は、キャップ体１０ａを上面から見た図であり、保持板３０および固定部材３１によって正極端子２０を保持した図である。図４(ｄ）は、電池１の断面図であり、保持板３０および固定部材３１によって正極端子２０を保持した図である。

図４（ａ）に示すように、保持板３０の一端部は、正極端子２０と接続しており、接続箇所からキャップ体１０ａの長手方向に沿って延在した所定の長さの板である。また、保持板３０には、正極端子２０と接続した一端部と逆側の他端部にねじ穴３０ａが設けられている。また、固定部材３１は箱型形状であり、キャップ体１０ａの長手方向に沿って正極端子２０を覆うように堆積して設けられている。ここで、図４（ａ）に示すように、キャップ体１０ａには突起部１０ｂが設けられている。突起部１０ｂは、キャップ体１０ａの所定位置において、下面から上面に向かって押し出すように形成される。そのため、突起部１０ｂは、キャップ体１０ａは、電池１に対して外方に向かって凸形状を有している。突起部１０ｂが設けられている位置は、図４(ａ)に示すように、キャップ体１０ａの長手方向において、固定部材３１が延在する側とは正極端子２０を挟んで逆側に設けられている。

また、固定部材３１の一部には、突起部１０ａと嵌合するように凹部が設けられ、図４（ｄ）のように、固定部材３１と蓋体１０ａは、互いに嵌合して配置されている。また、固定部材３１は、キャップ体１０ａと接触する面が両面テープまたは接着剤でキャップ体１０ａに対して固定される。したがって、固定部材３１は、セル１０に対しても固定された状態である。

また、図４（ｂ）に示すように固定部材３１の上部であって、図４(ｂ)および(ｃ)に示すように、キャップ体１０ａの長手方向において、正極端子２０から保持板３０が延在する側に開口部３１ａが設けられている。開口部３２は、保持板３０の幅および厚さと同じまたはそれ以上の大きさで設けられている。つまり、開口部は、保持板３０の先端が固定部材３１の上方まで貫通できるように設けられている。

図４（ｃ）および図４（ｄ）は、保持板３０と固定部材３１を共に設けた図である。保持板３０は、固定部材３１の開口部３２を通し、固定部材３１の外面に沿って保持板３０を折り曲げ、固定部材３１を挟みこむように設けられる。そして、保持板３０は、固定部材３１に対して、保持板３０に設けられたねじ穴３０ａを通してねじ４０を用いて止められる。

保持板３０の材質は、導電性かつ可撓性を有するものである。導電性を有することで、固定部材３１にねじ４０で固定された保持板３０から電力を出力することができる。可撓性を有するので、保持板３０は、固定部材３１との接触面において隙間なく固定部材３１を挟むように配置することができる。また、固定部材３１の材質は、例えば、シリコンが用いられる。

上記第２の実施形態の構成によれば、正極端子２０と接続された保持板３０は、キャップ体１０ａに対して固定された固定部材３１と接続されている。したがって正極端子２０は、保持板３０または固定部材３１に対して外部から力が加わった場合であっても、正極端子２０およびガスケット２３には、影響を及ぼすことはない。また、保持板３０は、固定部材３１に設けられた開口部３２を通しているため、保持板３０に外部から力が加わっても、保持板３０が固定部材３１から離れることはない。

図５は、図４で示した第２の実施形態について変更を加えたものである。図５(ａ）は、キャップ体１０ａを上面から見た図であり、正極端子２０の上面に保持板３０を接続した図である。図５(ｂ）は、キャップ体１０ａを上面から見た図であり、説明のために、保持板３１を除き固定部材３１を設けた図である。図５(ｃ）は、キャップ体１０ａを上面から見た図であり、保持板３０および固定部材３１によって、正極端子２０を保持した図である。図５(ｄ）は、電池１の断面図であり、保持板３０および固定部材３１によって、正極端子２０を保持した図である。

図５は、図４に示した固定部材３１の形状を変更したものである。固定部材３１は、図５（ｄ）に示すように保持板３０を通す開口部を有さない。したがって、保持部３０を固定部材３１に対してねじ４０で固定するほか、固定部材３１の保持板３０と接する外面に溝を設けてある。したがって、保持板３０は、固定部材３１の外面に沿うように保持板３０を折り曲げ、固定部材３１を挟みこむように設けられる。そして。固定部材３１は、保持板３０と接する面において、保持板３０をガイドするように、図５（ｂ）に示すように固定部材３１の高さ方向に渡って溝を有している。固定部材３１に設けられた溝の幅は、少なくとも保持板３０の幅以上である。また、固定部材３１に設けられた溝の深さは、少なくとも保持板３０の厚さ以上である。保持板３０は可撓性を有するので、固定部材３１に設けられた溝に沿って、固定部材３１との接触面において隙間ができることなく配置できる。

図５に示す構成では、保持板３０を固定部材３１に設けられた溝によって横方向のずれを抑えるように固定され、固定部材３１の上面においてねじ４０で固定されているので、外からの力によって、保持部材３０が固定部材３１から外れることもない。したがって、上記説明した図４の構成と同様の効果を生ずることができる。

この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係る捲回型電極電池を一部切欠いて示す斜視図。 本発明の実施形態に係る捲回型電極電池の断面図。 本発明の実施形態に係る正極端子およびカシメ部材を示す断面図および正面図。 本発明の他の実施形態に係る正極端子、固定部材、保持板を示す上面図および断面図。 本発明の他の実施形態に係る正極端子、固定部材、保持板を示す上面図および断面図。

符号の説明

１…捲回型電極電池、１０…セル、１０ａ…キャップ体、１２…電解液、１４…電極体、１６…正極接続部材、１８…負極接続部材、２０…正極端子、２０ａ…カシメ部材２０ａ、２０ｂ…カシメ部材、２２…負極端子、２３…ガスケット、２４…正極板、２５…負極板、３０…保持板、３０ａ…ねじ穴、３１…固定部材、３２…開口部、４０…ねじ。

Claims (5)

1. 帯状の第１の電極板および第２の電極板で形成された電極体と、
   前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、
   前記第１の電極板と接続された第１の電極端子と、
   前記第２の電極板と接続された第２の電極端子と、
   前記第１の電極端子および前記第２の端子が設けられ、前記ケースを閉塞する蓋体と、
   前記第１の電極端子と前記蓋体との間に設けられた絶縁部材と、
   前記第１の電極端子から前記絶縁部材を貫通するように設けられ、前記ケース内部又は外側で前記絶縁部材に対してカシメ構造となり、前記第１の電極板と接続される複数のカシメ部材と、
   を有することを特徴とする二次電池。
2. 帯状の第１の電極板および第２の電極板で形成された電極体と、
   前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、
   前記第１の電極板と接続された第１の電極端子と、
   前記第２の電極板と接続された第２の電極端子と、
   前記第１の電極端子および前記第２の端子が設けられ、前記ケースを閉塞する蓋体と、
   前記第１の電極端子と前記蓋体との間に設けられた絶縁部材と、
   前記第１の電極端子から前記絶縁部材を貫通するように設けられ、前記ケース内部又は外側で前記絶縁部材に対してカシメ構造となり、前記第１の電極板と接続される前記カシメ部材の断面形状が円形、楕円、多角形のであること、
   を有することを特徴とする二次電池。
3. 帯状の第１の電極板および第２の電極板で形成された電極体と、
   前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、
   前記第１の電極板と接続された第１の電極端子と、
   前記第２の電極板と接続された第２の電極端子と、
   前記第１の電極端子および前記第２の端子が設けられ、前記ケースを閉塞する蓋体と、
   前記第１の電極端子と前記蓋体との間に設けられた絶縁部材と、
   前記第１の電極端子から前記絶縁部材を貫通するように設けられ、前記ケース内部側で前記絶縁部材に対してカシメ構造となり、前記第１の電極板と接続されるカシメ部材と、
   前記蓋体に対して固定され、前記第１の端子を前記蓋体の長手方向に対して覆う箱状に堆積した固定部材と、
   一端部は前記第１の電極端子の上面と接続すると共に前記固定部材と挟まれて設けられ、他端部は前記第１の端子上に堆積した前記固定部材の上面に対してねじ止めされる保持部材と、
   を有することを特徴とする二次電池。
4. 前記蓋体は外方に向かって上面の所定位置に凸部が設けられおり、前記固定部材に設けられた凹部と嵌合することを特徴する請求項３記載の二次電池。
5. 前記保持板は、可撓性および導電性を有する材料であることを特徴する請求項３記載の二次電池。

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