JP2010040181A - 密閉型電池および組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な溶接とかじりの発生を防止し得るケースおよび封口板を備える密閉型電池を提供する。
【解決手段】本発明により提供される密閉型電池は、一対の長辺部３４と一対の短辺部３６とにより構成される開口部３２を有する角形ケースと、ケースの開口部に配置される封口板１０とを備え、ケースと封口板とはケースの側方からの溶接により接合されている電池であって、封口板のうちケースの内方側に配置される裏面側には、ケースの内方に入り込みケースの内壁の一部に接している嵌合凸部１４が形成されており、嵌合凸部と開口部周縁のうち一対の長辺部の中央部分に密接されている一方で、一対の長辺部の両端部分および一対の短辺部との間にはクリアランス２０が確保されており、クリアランスが確保された部分における開口部周縁のケースの厚みは、密接部分のうちの少なくとも一対の長辺部の中心部よりも厚肉に形成されている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、開口部を有する角形ケースが封口板で密閉された構造を有する電池および該電池が複数配列された組電池に関する。詳しくは、該ケースおよび該封口板の形状に関する。

種々の電池、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池のような二次電池や、電気二重層キャパシタのような物理電池は、電気を駆動源とする車両搭載用電源、或いはパソコンや携帯端末等に搭載される電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池を複数直列に接続した組電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。
かかる電池の典型的な一形態として、所定の電極体ユニットおよび電解液が典型的には金属製であるケース（筐体）の内部に密閉された形式の電池（以下、密閉型電池という。）が挙げられる。かかる密閉型電池は、正極と負極とから成る電極体ユニットをケースに収容した後、該ケースの開口部（即ち電極体ユニットを収容するための収容口）の外周縁に封口板（蓋部材）を溶接して該ケース開口部を封口（シール）することによって構築されている。

この種の電池に用いられる電池ケースとしては種々の形状があり得る。例えば車載用の電池としては限られたスペースに効率よく多数の電池を整然と配列させる形状が好ましい。その典型例として、捲回型電極体や積層型電極体のような扁平形状の電極体ユニットを収容する当該電極体ユニット形状に対応した扁平な矩形状の角形ケース（典型的には直方体形状の角形ケース）が挙げられる。かかる形状のケースを用いて該開口部に装着した封口板をレーザ溶接により封口する際、稀に該ケース内部の隙間にスパッタが飛散して内部短絡が発生する虞があることが知られているが、この種のレーザ溶接に関する関連技術として、特許文献１〜４が挙げられる。
特許文献１に記載の技術では、良好な溶接を実現するために被溶接部材（封口板またはケース）の厚さと溶融部の溶融径との相関関係を規定している。また、特許文献２に記載の技術では、ケースの外周面よりも外側部位に溶接部位を設けることによって、スパッタが内部へ飛散するのを防止している。さらに、特許文献３および４では、溶接による溶け込み領域を溶接部位によって異ならせた溶接方法を開示している。

特開平１１−７７３４７号公報 特開２００３−１３２８５７号公報 特開平１１−９０６５７号公報 特開平８−３１５７８９号公報

ところで、電池に用いられる上記封口板の裏面側（ケース開口部に装着された際にケースの内方側に配置される面側をいう。以下同じ。）は、一般にケース開口部の内方に入り込む部分（以下「嵌合凸部」という。）を有する。
従来、溶接不良の防止ならびに封口板装着時における封口板の位置ずれ防止という観点から、かかる封口板の嵌合凸部は、該封口板をケース開口部に装着した際に該ケース開口部周縁と全周に亘って密接するような形状、即ち、嵌合凸部とケース開口部周縁との間に隙間（クリアランス）が全く存在しない形状に形成されていた。典型的には、かかる嵌合凸部のサイズおよび形状は、対応するケース開口部の開口サイズ・形状と同じか或いはやや大きめ（この場合は封口板の嵌合凸部をケース開口部に圧入する必要がある。）に形成されていた。このような嵌合構造を形成する封口板とケースとは、典型的には、ケースの側方（封口板をケース開口部に装着した際に当該封口板とケース本体との境界線が現れるケースの側面）からの溶接によって相互に接合され、密閉型電池が構築される。

しかしながら、このようなほぼ全周にわたって密接するタイプの嵌合凸部を有する封口板は、ケース側方からの溶接（レーザ溶接等）によってケース本体に良好に接合するという長所があるものの、ケース開口部に装着する際に開口部周縁と嵌合凸部とが強く擦れ合い、「かじり」が発生する虞がある。かじりの発生は、電極体ユニットおよび電解液を収容したケース内に当該かじりに由来する金属粉（即ちかじり粉）を混入させ、内部短絡等の原因となるため好ましくない。
そこで本発明は、角形ケースに封口板を装着してケース開口部を封口する際に生じ得る従来の問題点を解決すべく創出されたものであり、ケース側方からの良好な溶接（即ち、スパッタのケース内部への飛散や位置ずれを生じさせない。）を実現し、且つ、かじりの発生を未然に防止し得る封口板ならびにケースを備える信頼性が高い密閉型電池の提供を目的とする。また、そのような電池が単電池として複数配列されて構成された組電池の提供を他の目的とする。

本発明によると、一対の長辺部と一対の短辺部とにより構成される角形ケースと、該ケースの開口部に配置される封口板とを備え、該ケースと該封口板とは該ケースの側方からの溶接により接合されている密閉型電池が提供される。
本発明によって提供される電池では、上記封口板のうち上記ケースの内方側に配置される裏面側には、該ケースの内方に入り込み該ケースの内壁の一部に接している嵌合凸部が形成されており、上記嵌合凸部と上記開口部の周縁のうち上記一対の長辺部の中央部分とは密接されている一方で、該嵌合凸部と上記一対の長辺部の両端部分および上記一対の短辺部との間にはクリアランスが確保されている。そして、上記クリアランスが確保された部分における上記開口部の周縁のケースの厚みは、上記密接部分のうちの少なくとも上記一対の長辺部の中心部よりも厚肉に形成されている。

なお、本明細書において「電池」とは、所定の電気エネルギーを取り出し得る蓄電装置をいい、特定の蓄電機構（電極体や電解質の構成）に限定されない。リチウムイオン電池、ニッケル水素二次電池その他の二次電池或いは電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（即ち物理電池）は、ここでいう電池に包含される典型例である。
また、本明細書において「ケース」とは、ここで開示される電池を構成する一部材であって、電極体ユニットおよび電解液を収容し、開口部（即ち電極体ユニット収容口）を有する電池用筐体をいい、「角形ケース」とは上記開口部の形状が矩形状であるものをいう。
また、本明細書において「かじり」とは、ケースと封口板の接触面（摩擦面）において不規則な微視的な若しくは巨視的な塊が生じることをいい、「かじり粉」とは当該塊が角形ケース若しくは封口板から遊離した粉状物をいう。

上記構成を有する本発明の電池では、封口板の装着時にかじりが発生し易い部位である角形ケースの開口部周縁のうち、一対の長辺部の両端部分および一対の短辺部との間にクリアランス（隙間）が確保された形状・サイズの嵌合凸部を備える封口板により構成されている。従って、ケース開口部に封口板が装着される際に、かかる部位ではかじりの発生が未然に防止されるため、内部短絡の虞が未然に排除された信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。
また、上記クリアランス部分における開口部周縁のケースの厚みが、該密接部分の一対の長辺部の中心部よりも厚肉に形成されている。かかる厚肉部分を有する形状のケースを用いることによって、該開口部に装着した封口板を側方からレーザ溶接により封口する際、仮に溶接スパッタが発生してもケース内部にまで飛散され難くなる。さらに、ケースの一対の短辺部が厚肉に形成されているため外部からの衝撃等に対しても潰れ難くい。その結果、高品質で信頼性の高い密閉型電池の提供が実現される。

ここに開示される電池の好ましい一態様では、上記ケース厚肉部分は、上記クリアランスが確保された部分を越えて隣接する上記密接部分の一部にまで連続的に形成されている。
かかるケース厚肉部分が、クリアランスが確保された部分だけでなく、密接している部分との境界を超える範囲まで形成されていることにより、該境界付近が溶接される際に、スパッタが内部まで飛散されにくくすることができる。その結果、より信頼性の高い電池の提供が実現される。

ここに開示される電池の好ましい一態様では、上記ケース厚肉部分のケースの厚みは、上記溶接により上記開口部の周縁に形成される溶融部の幅よりも大きくなるように形成されている。
ケース側方からの溶接によって形成される溶融部の幅よりも、上記厚肉部分を構成するケースの厚みを大きくすることによって、即ち、溶融されない部分を残存させることによって、溶接によるスパッタの飛散を未然に防止され得る。その結果、より信頼性の高い電池の提供が実現される。

また、ここに開示される電池の好ましい他の一態様では、上記嵌合凸部は、上記開口部の周縁のうち上記一対の長辺部の中央部分に対向する嵌合凸部中央部と、上記一対の長辺部の両端部分および上記一対の短辺部とにそれぞれ対向する嵌合凸部端部とから構成されており、上記中央部は、上記一対の長辺部間の距離と等しい幅に形成され、上記端部は、上記一対の長辺部間の距離よりも短い幅にそれぞれ形成され、かつ、上記嵌合凸部の長軸方向（即ち一対の長辺部に沿う方向）の長さは、上記一対の短辺部間の距離よりも短くなるように形成されている。
嵌合凸部は、開口部周縁のうち上記一対の長辺部間の距離と等しい幅で構成された中央部と、それよりも短い幅で構成された中央部の両端に配置される端部とを有する。したがって、ケース開口部に封口板が装着される際に、上記嵌合凸部端部ではかじりの発生が防止される。その結果、内部短絡の虞が未然に排除された信頼性の高い密閉型電池を提供することができる。

また、ここに開示される電池の好ましい他の一態様では、上記嵌合凸部中央部は上記ケースの内壁に接しており、上記嵌合凸部端部は該ケースの内壁に接していない。
上記一対の長辺部間の距離と等しい幅の嵌合凸部中央部が、ケースの内壁と接するように構成された電池では、ケース開口部に封口板が装着される際に、上記嵌合凸部がケース内壁に接するため、封口板が位置ずれすることなく該ケース開口部を塞ぐことができる。また、かじりの発生し易い嵌合凸部端部が内壁に接していないため、かじりの発生を未然に防止され得る。その結果、より信頼性の高い電池の提供が実現される。

また、ここに開示される電池の好ましい他の一態様では、上記嵌合凸部端部と対向する部分における該ケースの厚みと、上記嵌合凸部中央部と対向する部分のうち該嵌合凸部端部との境界部分における該ケースの厚みとは、連続的に厚肉に形成されている。
ケース厚肉部分が、嵌合凸部がケース内壁に接していない部分だけでなく、内壁に接している部分との境界に及ぶ部分まで連続的に形成されていることにより、該境界付近が溶接される際に、スパッタが内部まで飛散されにくくすることができる。その結果、より信頼性の高い電池の提供が実現される。

また、ここに開示される電池の好ましい他の一態様では、上記ケース厚肉部分よりも該ケースの厚みが薄く形成されている部分における該ケースの外面は、該ケース厚肉部分における該ケースの外面より凹んでいる。
該嵌合凸部との密接部分のうち少なくとも一部のケース厚みがケース外面より凹んだ形状のケースにより電池が構成されている。かかる凹み部分が形成された形状のケースによると、一対の長辺部の中央部が薄肉に形成されているため、それぞれ外方向に容易に撓み得る。従って、ケース開口部に封口板を装着する際、当該部位を外方向に撓ませることによって、該密着部分においてもかじりを発生させることなく所定の位置に封口板が装着される。これにより、高品質で信頼性の高い電池の提供が実現される。
また、該電池を複数配列し、隣接する電池同士の該ケース外面の凹み部分にスペーサー部材を備えた構成を有する組電池では、従来の組電池よりも薄型になり、総重量を軽くすることができる。その結果、軽量かつ小型化された組電池を構築し得る電池を提供することができる。

また、本発明は、上記密閉型電池を単電池とし、該単電池が複数個直列に接続されて成る組電池を提供する。ここに開示される組電池の好ましい一態様では、上記複数個の密閉型電池は、上記凹み部分のある外面同士が対向配置されるように配列されており、隣接する電池間には上記凹み部分が対向する領域にスペーサー部材が配置されている。
上記構成の電池を単電池として複数配列させた組電池では、ケース外面の凹み部分にスペーサー部材を配置し、隣接する電池同士がスペーサー部材を介して複数個接続されている。これにより、ケース外面の凹み部分の厚さ分だけ該組電池の厚さが薄く形成される。その結果、該凹み部分をケースに備える単電池を複数個直列にして接続される組電池は、従来の直方体形状の単電池を組み合わせて成る組電池に比べて軽量かつ小型化することができる。

また、ここに開示される組電池の好ましい他の一態様では、上記配列された複数個の密閉型電池を該配列方向に拘束する拘束部材が、該配列方向両端にある密閉型電池の外面の前記凹み部分に配置されている。
かかる凹み部分を備える電池を単電池として複数配列された組電池では、該配列方向両端の外面の凹み部分に拘束部材が配置されて構築されることによって、軽量かつ小型化することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

本発明の密閉型電池（典型的には角形電池）は、該電池のケースおよび該ケースの開口部を塞ぐ封口板の形状によって特徴付けられる電池であり、電解液や電極体ユニットの種類や構成に限定されない。本発明により提供される電池としては、その典型的な例としてリチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池、或いは電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（即ち物理電池）が挙げられるがこれらに限定されない。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態を説明する。図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明する。
図１Ａは、一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す平面図である。また、図１Ｂは、封口板を装着する前の一実施形態に係る密閉型電池の構成要素である角形ケースを開口部側からみた平面図である。さらに、図２は、一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す側面図である。

図１Ａおよび図２に示されるように、本実施形態に係る密閉型電池１００は、金属製の角形ケース３０と封口板１０とを備える。そして、図１Ｂに示されるように、該角形ケース３０は、開口部３２からみて対向する一対の長辺部３４を有する側面と、対向する一対の短辺部３６を有する側面と、図示されていない底面とから構成される直方体形状の筐体であり、一方の面（底面と対向する面）は周縁が上記一対の長辺部３４と一対の短辺部３６とから成る矩形状の開口部３２を構成している。この開口部３２よりケース３０内部に図示しない所定の電極体ユニットおよび電解液を収容することができる。

一方、図２に示されるように、上記封口板１０は、ケース３０の開口部３２を塞ぐようにして配置されている。そして、図１Ａに示されるように、該封口板１０は、該ケース３０の底面と同一のサイズ・形状であって開口部３２上に配置されて角形ケース３０の一面を構成する矩形プレート状の本体部１２と、その本体部１２の裏面側（ケースの内方側に配置される面側）には封口板１０をケース開口部３２に装着した際にケース開口部３２の内方に入り込む嵌合凸部１４とから構成される。また、嵌合凸部１４の一部は、ケース３０内壁の一部に接している。
また、封口板１０には外部接続用の正極端子１１０と負極端子１１２とが設けられており、それら端子の一部は封口板１０の表面側に突出している。正極端子１１０および負極端子１１２は、角形ケース３０内部に収容された電極体ユニットの正極集電体および負極集電体と電気的にそれぞれ接続される。

上記角形ケース３０および封口板１０の材質は特に限定されないが、後述するように本実施形態に係る密閉型電池１００では溶接によって封口する手段を用いるため、金属製のケース３０および封口板１０が適当である。例えば、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等の鉄材やアルミニウム製のケースおよび封口板に対して本発明を好適に適用することができる。また、角形ケースと封口板とは異なる材質であっても良いが、同じ材質の金属であることが好ましい。本実施形態の角形ケース３０および封口板１０はいずれもアルミニウム製を用いた。以下、本実施形態の上記角形ケース３０および封口板１０について説明する。

まず、本実施形態の封口板１０の形状について詳細に説明する。
図１Ａは、上述したように本発明に係る好適な一実施形態である密閉型電池１００を模式的に示す平面図であり、即ち、該封口板１０の表面側を示している。なお、点線はケース開口部３２の所定位置に正確に封口板１０を装着した際の開口部周縁３２Ａ（図１Ｂ）の一対の長辺部３４および短辺部３６のケース３０の内面の位置を示している。また、図３は、図１Ａ中のIII−III線断面図であり、図４は、図１Ａ中のIＶ−IＶ線断面図である。
図３および図４に示されるように、嵌合凸部１４は、ケース開口部３２の所定の位置に封口板１０が装着された状態で開口部３２の内方に入り込むように裏面側、即ち、ケース３０の内方側に配置される面側に形成されている。該嵌合凸部１４の形状は、また、図１Ａに示されるように、開口部周縁３２Ａ（ケース３０側壁の内側周縁）のうち一対の長辺部３４の中央部分３４Ａ寄りに対向する嵌合凸部中央部１４Ａと、一対の長辺部３４の両端部分３４Ｂと一対の短辺部３６にそれぞれ対向する嵌合凸部端部１４Ｂとから構成されている。
また、嵌合凸部中央部１４Ａは、開口部周縁３２Ａの一対の長辺部３４間の距離と等しい幅に形成されている。また一方、嵌合凸部端部１４Ｂは、いずれも長辺部３４間の距離よりも短い幅に形成され、かつ嵌合凸部１４自体の長軸方向（即ち、開口部周縁３２Ａの長辺部３４に沿う方向）の長さも一対の短辺部３６間の距離よりも短くなるように形成されている。

上述のような形状の嵌合凸部１４が封口板１０の裏面側に形成されているため、図３に示されるように、封口板１０を所定位置に装着した際には、嵌合凸部端部１４Ｂと、それに対向する開口部周縁３２Ａの一対の長辺部３４の両端部分３４Ｂおよび一対の短辺部３６との間には、クリアランス２０（封口板１０の嵌合凸部１４と、ケース３０の開口部周縁３２Ａとの間に形成される隙間）が確保されている。
一方、図４に示されるように、嵌合凸部中央部１４Ａと、それに対向する開口部周縁３２Ａの一対の長辺部３４の中央部分３４Ａとは隙間なく密接されており、これらの間には上記のようなクリアランス２０が確保されない（即ち、ケース３０内壁に接している）。したがって、上記形状の嵌合凸部１４を備える封口板１０を用いて構築される本実施形態に係る電池１００では、封口板１０を所定位置に装着する際にかじりの発生を防止することができる。
具体的に説明すると、まず、封口板１０が装着される際には、ケース３０の開口部周縁３２Ａの一対の長辺部３４の中央部分３４Ａを外方向に撓まされて、開口部３２の一対の長辺部間３４の間隔が広げられる。このとき一対の長辺部３４の両端部分３４Ｂおよび一対の短辺部３６は実質的に撓まず長辺部３４の間の間隔は実質的に変化しないため、かかる部分は封口板１０を装着する際に最も接触し易い部分となる。しかしながら、本実施形態では、かかるかじりが発生し易い部分に、封口板１０の嵌合凸部１４とケース３０の開口部周縁３２Ａとの間にクリアランス２０が確保されるように嵌合凸部１４（典型的には嵌合凸部端部１４Ｂ）が形成されている。したがって、封口板１０をケース開口部３２に装着する際にケース３０内壁に接触されることがないため、かじりが発生せず内部短絡の原因が排除された電池１００となり得る。なお、かかる形状の該封口板１０は、適当な金属材料からなる板材を用いて、プレス加工等によって成形することができる。

次に、本実施形態の角形ケース３０の形状について詳細に説明する。
図１Ｂに示されるように、角形ケース３０の開口部周縁３２Ａは、一対の長辺部３４と一対の短辺部３６とから成る矩形状に構成されている。また、角形ケース３０の開口部周縁３２Ａの一対の長辺部３４の両端部分３４Ｂおよび一対の短辺部３６に対向する上記封口板１０の嵌合凸部端部１４Ｂとの間に形成されたクリアランス部分２０に相当する該ケース３０の厚みは、厚肉になるように形成されている。つまり、一対の長辺部３４の両端部分３４Ｂおよび一対の短辺部３６を構成するケース３０の厚みは、少なくとも一対の長辺部３４の中心部３４Ｃよりも厚肉となるように形成されている。
また、上記厚肉に形成されている部分を封口板の１０の嵌合凸部１４との関係で説明すると、嵌合凸部端部１４Ｂが前記ケース３０の内壁に接していない部分の該ケース３０の厚みが厚肉に形成されており、さらに、該厚肉部分は、嵌合凸部中央部１４Ａが該ケースの内壁に接している部分のうち該端部１４Ｂとの境界部分まで連続的に形成されている。

本発明に係る好適な一実施形態の電池１００は、上記厚肉部分を備える角形ケース３０の開口部周縁３２Ａの一対の長辺部３４の中央部分３４Ａに上記嵌合凸部１４が嵌合するように装着された後、図２中のαで示される位置（即ちケース３０側方）から溶接されて接合されている。矢印αは、溶接される位置を示している。
ここで、図５は、図２中のＶ−Ｖ線断面図であり、即ち、溶接後の開口部３２のケース３０断面を示している。図５に示すように、かかる溶接の熱によって金属が溶融される部分（溶融部４０）がケース開口部外周縁３２Ｂ（即ちケース３０の外面）に沿って形成されている。通常、このようにケース３０側方のαから溶接されると、溶接に伴って発生するスパッタが電池内部に侵入し易く、特に、封口板１０の嵌合凸部１４と開口部周縁３２Ａと間に隙間２０が形成されていると特に侵入し易くなる。そのため、従来の電池では全周に亘って嵌合凸部が開口部周縁に密接するように構成されていた。しかしながら、本実施形態では、上記クリアランスが確保された部分２０に対向するケース開口部周縁３２Ａの一対の長辺部３４の両端部分３４Ｂおよび一対の短辺部３６のケース３０の厚みは、溶接による熱によって溶融される溶融部４０の幅よりも大きい厚みを備えるように形成されている。したがって、かかる厚肉部分を有する該ケース３０を用いることによって、ケース側方のαから溶接を行っても、ケース開口部３２には溶融されない部分を残してケース３０と封口板１０とが接合されるため、スパッタの飛散を抑制することができる。
なお、溶接の技法自体は、従来の電池ケースと封口板とを溶接する手段としては、特に限定するものではないが、例えばＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ等を熱源とするレーザ溶接が挙げられる。

さらに、上記ケース３０の厚肉部分は、図５に示されるように、クリアランスが確保された部分２０を越えて隣接する密接部分の一部、即ち、密接部分とクリアランス部分２０の境界部分であって図５中のβで示される範囲にまで連続的に形成されている。つまり、該ケース３０は、該封口板１０の嵌合凸部中央部１４Ａが該ケース３０の内壁に接している部分のうち嵌合凸部端部１４Ｂとの境界部分では、ケース３０の厚みが厚肉に形成されている。したがって、上記密接部分の一部の範囲まで連続的に厚肉に形成された形状のケース３０により構成された本実施形態に係る電池１００では、ケース３０側方からの溶接によってもスパッタが内部にまで飛散され難い。

また一方、上記ケース３０厚肉部分に形成されている以外のケース３０の外面は、該ケース厚肉部分のケース３０の外面よりも凹状３８に形成されている。即ち、上記密接部分のうちの少なくとも上記一対の長辺部３４の中心部３４Ｃを包含する部分に凹み部分３８を備える（図１Ｂおよび図５参照）。該凹み部分３８を有することによって、ケース開口部３２に封口板１０が装着される際、開口部周縁３２Ａの一対の長辺部３４の中央部分３４Ａ（中心部３４Ｃを含む）を外方向に容易に撓み得るため、かじりを発生しにくい構成の電池となり得る。
なお、角形ケース３０の厚みは本発明の目的を達成し得る限りにおいて特に限定されるものではないが、例えば、ケース開口部周縁３２Ａの長辺部３４の長さが５０ｍｍ〜２５０ｍｍ、短辺部３６の長さが１０ｍｍ〜５０ｍｍで、高さが３０ｍｍ〜１５０ｍｍの角形ケース３０の場合では、厚肉部分の大きさは０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度が適当であり、０．７ｍｍ〜１．５ｍｍがより好ましく、特に好ましくは凡そ１．０ｍｍ程度である。また、凹み部分３８（一対の長辺部３４の中央部分３４Ａ）の大きさとしては０．３ｍｍ〜１．３ｍｍ程度が適当であり、０．４ｍｍ〜０．８ｍｍがより好ましく、特に好ましくは凡そ０．５ｍｍ程度である。

上述のように構成された角形ケース３０および封口板１０を備える密閉型電池１００として、その他の構成要素である電極体ユニットおよび電解液等は、本発明の目的を達成し得る限りにおいて特に限定されるものではないが、本実施形態では、捲回型の電極体ユニットを備えるリチウムイオン電池１００を構築した。以下、その他の構成要素について説明するが、本発明を係る実施形態に限定することを意図したものではない。
図示しないが、本実施形態では該ケース３０内に扁平形状の電極体ユニットが収容されている。該電極体ユニットは、長尺シート状の正極集電体の表面に正極活物質層を有する正極シート、長尺シート状の負極集電体の表面に負極活物質層を有する負極シート、および長尺シート状のセパレータからなり、正極シートおよび負極シートを２枚のセパレータと共に重ね合わせて捲回し、得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に成形されている。
そして、正極集電体の端部に正極端子１１０が、負極集電体の端部には負極端子１１２がそれぞれ接合され、上記扁平形状に形成された正極シートまたは負極シートと電気的に接続されている。正負極端子１１０，１１２と集電体とのそれぞれの接合方法としては、例えば超音波溶接法、抵抗溶接法等の各種溶接法を用いることができる。

正極シートを構成する正極集電体としては、導電性の良好な金属からなるシート材を用いることができる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金製の導電性部材が挙げられる。また、正極活物質層の主成分たる電極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えばリチウム遷移金属複合酸化物等を好ましく用いることができる。
一方、負極シートを構成する負極集電体としては、例えば銅等の金属からなるシート材を用いることができる。例えば、銅箔が好ましい導電性部材として挙げられる。また、負極活物質層の主成分たる電極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、グラファイト構造（層状構造）を含む粒子状の炭素材料が挙げられる。
正極シートおよび負極シートは、上記電極活物質を適当な溶媒に分散させた組成物をそれぞれの集電体に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製され得る。なお、必要に応じて、導電材、結着材、および増粘材等を上記組成物に添加することができる。

上記電極体ユニットを角形ケース３０に収容した後、電解液を該ケース３０内に注入する。リチウムイオン電池用電解液としては、非水系溶媒と該溶媒に添加され溶解しているリチウム塩（支持塩）とを含む非水電解液を用いることができる。非水系溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、等の一般にリチウムイオン電池の電解液に使用し得るものとして知られている非水系溶媒から選択される一種または二種以上を用いることができる。また、電解液に含有させる支持塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４等から選択される一種または二種以上のリチウム化合物（リチウム塩）を用いることができる。
上記電解液を注入後、ケース３０の開口部３２に封口板１０を装着し、該ケース側方から溶接して接合することによって、本発明の好ましい一実施形態である密閉型電池１００が構築される。

次に、本実施形態に係る電池１００が、単電池として複数配列されて構成された組電池について説明する。単電池としては、上述で構築された密閉型電池１００を用い、以下図面を用いて説明する。

図６は、一実施形態に係る組電池の構成を示す斜視図である。図６に示されるように、組電池２００は、同形状の４個の単電池（密閉型電池１００）が一定の間隔で直列に配列されている。そして、単電池１００の封口板１０の表面側には、電極体ユニットの正極と電気的に接続する正極端子１１０および負極と電気的に接続する負極端子１１２が突出している。そして、隣接する単電池１００間において一方の正極端子１１０と他方の負極端子１１２とが接続具２１０によって電気的に接続されている。このように各単電池１００を直列に接続することにより、所望する電圧の組電池２００が構築される。また、上記のように所定の方向に配列された複数の単電池１００は、それぞれの正極端子１１０および負極端子１１２が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置されており、ケース３０の外面同士が対向する方向に配列される。

図７は、本発明の一実施形態に係る組電池２００を模式的に示す平面断面図である。また、図８は、従来の単電池を用いて構築された組電池２００Ａの一部を模式的に示す平面断面図である。
図７に示されるように、本実施形態で用いられる単電池１００は、ケース３０外面に凹み部分３８が設けられており、配列方向に並ぶ単電池１００間の該凹み部分３８にスペーサー部材２２０が配置される。該スペーサー部材２２０は、配列方向に並ぶ単電池１００間の間隙にそれぞれ配置される。これによると、従来の単電池１００Ａを用いて構築された図８に示される場合と異なり、ケース３０外面の凹み部分３８だけ組電池２００の配列方向の長さが短くなる。
なお、該スペーサー部材２２０は、放熱部材として機能し得る材料で構成されるのが好ましい。例えば、熱伝導性の良い金属製若しくは軽量で硬質なポリプロピレンまたはポリエチレンその他の合成樹脂製が好適である。

また、図６に示されるように、配列方向に並ぶ単電池１００およびスペーサー部材２２０の周囲には、複数の単電池１００およびスペーサー部材２２０をまとめて拘束する拘束部材２３０が配置される。即ち、単電池配列方向の最外側に位置する単電池１００のさらに外側には、一対の拘束部材２３０が配置される。また、該一対の拘束部材２３０を架橋するように締付け材２３２が取り付けられる。そして、締付け材２３２の端部をビス２３４により拘束部材２３０に締め付けて固定することによって上記単電池１００およびスペーサー部材２２０をその配列方向に所定の荷重が加わるように拘束することができる。また、本実施形態で用いた単電池１００の上記ケース３０では、一対の短辺部３６のケース厚みが厚肉に形成されているため、拘束による変形や荷重に耐えうる耐久を備える組電池２００となり得る。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、種々の改変が可能である。
例えば、自動車等の車両に搭載する場合、より多くの単電池が直列に接続され得ると共に、組電池の主要部（単電池群）等を保護するための外装カバー、車両の所定部位に当該組電池を固定するための部品、複数の組電池を相互に連結するための部品等が装備され得るが、このような装備の有無は本発明の技術的範囲を左右するものではない。
また、単電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタのようないわゆる物理電池であってもよい。

一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す平面図である。 一実施形態に係る密閉型電池の構成要素である角形ケースを開口部側からみた平面図である。 一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す側面図である。 図１ＡにおけるIII−III線断面図である。 図１ＡにおけるIＶ−IＶ線断面図である。 図２におけるＶ−Ｖ線断面図である。 一実施形態に係る組電池の構成を示す斜視図である。 一実施形態に係る組電池を模式的に示す平面断面図である。 従来の単電池を用いて構築された組電池を模式的に示す平面断面図である。

符号の説明

１０ 封口板
１２ 本体部
１４ 嵌合凸部
１４Ａ 嵌合凸部中央部
１４Ｂ 嵌合凸部端部
２０ クリアランス部分
２２ 密接部分
３０ 角形ケース
３１ 内壁
３２ 開口部
３２Ａ 開口部周縁
３２Ｂ 開口部外周縁
３４ 長辺部
３４Ａ 長辺部の中央部分
３４Ｂ 長辺部の両端部分
３４Ｃ 長辺部の中心部
３６ 短辺部
３８ 凹み部分
４０ 溶融部
１００ 密閉型電池
１００Ａ 従来の電池
１１０ 正極端子
１１２ 負極端子
２００ 組電池
２００Ａ 従来の組電池
２１０ 接続具
２２０ スペーサー部材
２３０ 拘束部材
２３２ 締付け材
２３４ ビス

Claims (9)

1. 一対の長辺部と一対の短辺部とにより構成される開口部を有する角形ケースと、該ケースの開口部に配置される封口板とを備え、該ケースと該封口板とは該ケースの側方からの溶接により接合されている密閉型電池であって、
   前記封口板のうち前記ケースの内方側に配置される裏面側には、該ケースの内方に入り込み該ケースの内壁の一部に接している嵌合凸部が形成されており、
   前記嵌合凸部と前記開口部の周縁のうち前記一対の長辺部の中央部分に密接されている一方で、該嵌合凸部と前記一対の長辺部の両端部分および前記一対の短辺部との間にはクリアランスが確保されており、
   前記クリアランスが確保された部分における前記開口部の周縁のケースの厚みは、前記密接部分のうちの少なくとも前記一対の長辺部の中心部よりも厚肉に形成されている、密閉型電池。
2. 前記ケース厚肉部分は、前記クリアランスが確保された部分を越えて隣接する前記密接部分の一部にまで連続的に形成されている、請求項１に記載の密閉型電池。
3. 前記ケース厚肉部分のケースの厚みは、前記溶接により前記開口部の周縁に形成される溶融部の幅よりも大きくなるように形成されている、請求項１又は２に記載の密閉型電池。
4. 前記嵌合凸部は、前記開口部の周縁のうち前記一対の長辺部の中央部分に対向する嵌合凸部中央部と、前記一対の長辺部の両端部分および前記一対の短辺部とにそれぞれ対向する嵌合凸部端部とから構成されており、
   前記中央部は、前記一対の長辺部間の距離と等しい幅に形成され、
   前記端部は、前記一対の長辺部間の距離よりも短い幅にそれぞれ形成され、かつ、
   前記嵌合凸部の前記一対の長辺部に沿う方向の長さは、前記一対の短辺部間の距離よりも短くなるように形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型電池。
5. 前記嵌合凸部中央部は前記ケースの内壁に接しており、前記嵌合凸部端部は該ケースの内壁に接していない、請求項４に記載の密閉型電池。
6. 前記嵌合凸部端部と対向する部分における該ケースの厚みと、前記嵌合凸部中央部と対向する部分のうち該嵌合凸部端部との境界部分における該ケースの厚みとは、連続的に厚肉に形成されている、請求項５に記載の密閉型電池。
7. 前記ケース厚肉部分よりも該ケースの厚みが薄く形成されている部分における該ケースの外面は、該ケース厚肉部分における該ケースの外面より凹んでいる、請求項１〜６のいずれかに記載の密閉型電池。
8. 請求項７に記載の密閉型電池を単電池とし、該単電池が複数個直列に接続されて成る組電池であって、
   前記複数個の密閉型電池は、前記凹み部分のある外面同士が対向配置されるように配列されており、
   ここで、隣接する電池間には前記凹み部分が対向する領域にスペーサー部材が配置されている、組電池。
9. 前記配列された複数個の密閉型電池を該配列方向に拘束する拘束部材が、該配列方向両端にある密閉型電池の外面の前記凹み部分に配置されている、請求項８に記載の組電池。

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