JP2011216402A - Square secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角形二次電池に関する。 The present invention relates to a prismatic secondary battery.
特許文献1には、深絞り法により開口部の短辺の寸法より深さ寸法を大きく形成した金属製の電池缶に、絶縁ケースを介して発電要素群を収容した角形二次電池が開示されている。電池缶の開口部は、電池蓋をレーザービーム溶接により固着して封止されている。電池缶内には注液口から電解液が注入されており、注液口はレーザービーム溶接により封止されている。電池缶内に注液口から電解液が注入された後に、注液口はレーザービーム溶接により気密封止されている。 Patent Document 1 discloses a prismatic secondary battery in which a power generation element group is accommodated in a metal battery can having a depth dimension larger than a dimension of a short side of an opening by a deep drawing method via an insulating case. ing. The opening of the battery can is sealed by fixing the battery lid by laser beam welding. An electrolytic solution is injected into the battery can from the injection port, and the injection port is sealed by laser beam welding. After the electrolytic solution is injected into the battery can from the injection port, the injection port is hermetically sealed by laser beam welding.
そして、発電要素群においては、正負極箔に正負極合剤をそれぞれ塗布した正負極板が、セパレータを介して捲回または積層されており、正負極板には、正負極合剤の未塗工部がそれぞれ形成されている。未塗工部には、正負極集電体が超音波溶接により接合されている。電池蓋には、正負極集電体に接続された正負極外部端子が設けられている。 In the power generation element group, positive and negative electrode plates each coated with a positive and negative electrode mixture on positive and negative electrode foils are wound or laminated via a separator, and the positive and negative electrode plates are not coated with a positive and negative electrode mixture. Each engineering part is formed. A positive and negative electrode current collector is joined to the uncoated portion by ultrasonic welding. The battery lid is provided with positive and negative external terminals connected to the positive and negative current collectors.
正負極外部端子は、シール部材を介して電池蓋に取り付けられ、電池蓋と正負極外部端子とは電気的に絶縁されるとともに、電池蓋と正負極外部端子との間の封水性が確保される。シール部材であるガスケットは圧縮して使用され、圧縮後の形状と位置はネジ締結もしくは、かしめによって保持されている。 The positive and negative external terminals are attached to the battery lid via a sealing member, and the battery lid and the positive and negative external terminals are electrically insulated, and a water seal between the battery lid and the positive and negative external terminals is ensured. The A gasket as a seal member is used after being compressed, and the shape and position after compression are held by screw fastening or caulking.
特許文献1記載の角形二次電池は、正負極集電体と正負極外部端子とはレーザービーム溶接により接合されるが、正負極集電体と正負極外部端子との接合界面には接合抵抗(接触抵抗)が発生し、電気抵抗が大きくなる。 In the prismatic secondary battery described in Patent Document 1, the positive and negative electrode current collectors and the positive and negative electrode external terminals are joined by laser beam welding, but the junction resistance between the positive and negative electrode current collectors and the positive and negative electrode external terminals is a junction resistance. (Contact resistance) occurs, and the electrical resistance increases.
本発明による角形二次電池は、正極板、負極板、および前記正負極板を絶縁するセパレータを積層してなる発電要素群と、前記発電要素群が収納された容器外装と、前記発電要素群で発電した電力を正負極外部出力部を経由して外部に出力する正負極集電体とを備え、前記正負極集電体のそれぞれの一端には、前記発電要素群と接続される発電要素接続部が形成され、他端には、前記正負極出力部が形成されていることを特徴とする。 The prismatic secondary battery according to the present invention includes a power generation element group formed by laminating a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator that insulates the positive and negative electrode plates, a container exterior housing the power generation element group, and the power generation element group. A positive and negative electrode current collector that outputs the electric power generated at the outside via a positive and negative electrode external output unit, and at one end of each of the positive and negative electrode current collectors, a power generation element connected to the power generation element group A connecting portion is formed, and the positive and negative output portions are formed at the other end.
本発明によれば、発電要素群と接続される接続部から外部出力部への電流経路の電気抵抗を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrical resistance of the current path from the connection part connected with an electric power generation element group to an external output part can be reduced.
次に、本発明による角形二次電池をリチウムイオン電池に適用した実施形態を、図面を参照して説明する。 Next, an embodiment in which a rectangular secondary battery according to the present invention is applied to a lithium ion battery will be described with reference to the drawings.
−第1実施形態−
[角形電池の構成]
図1および図2に示すように、角形二次電池は、一面が開口した直方体状の電池缶14内に絶縁ケース13を介して捲回型発電要素群120を収納し、電池缶14の開口部14Aを電池蓋3によって封止している。電池缶4と電池蓋3によって容器外装が構成される。電池蓋3には、内側から正極出力部8および負極出力部7が突設され、正極出力部8および負極出力部7は、容器外装の外側から抜け止めワッシャ10により抜け止されている。正負極出力部8および7は、容器外装の表面に設けられた正負極外部端子である。正負極外部端子8および7は、捲回型発電要素群120で発電した電力を外部に出力し、外部で発電した電力を捲回型発電要素群120に充電するための端子であり、後述する正負極集電体6および5に一体的に形成されている。
-First embodiment-
[Configuration of square battery]
As shown in FIGS. 1 and 2, the rectangular secondary battery includes a wound type power
電池缶14は金属製であり、深絞り法により開口部の短辺の寸法より深さ寸法が大きく形成されている。電池缶14は、有底直方体容器の面積の大きな幅広側面14Wと、面積の小さい幅狭側面14Nと、容器底面である底面14Bとで形成された扁平容器であり、上面に開口部14Aを有する。電池蓋3は、レーザービーム溶接法により電池缶14の開口部14Aに固着されている。電池蓋3には注液口(図示省略)が設けられ、注液口から電池缶14内に電解液が注入された後に、注液口はレーザービーム溶接により封止される。
The battery can 14 is made of metal and has a depth dimension larger than the dimension of the short side of the opening by a deep drawing method. The battery can 14 is a flat container formed by a
[発電要素電極群]
図3に示すように、捲回型発電要素群120は、正負極箔AFおよびCFに正負極活物質合剤123および125をそれぞれ塗布した正負極板122および124をセパレータ121を介して捲回して断面長円状に形成したものである。正負極板122および124には、正負極活物質合剤123および125が塗布されずに正負極箔AF,CFが露出した未塗工部122Aおよび124Aがそれぞれ正負極接続部として形成されている。未塗工部122Aおよび124Aは、捲回型発電要素群120の幅方向の両端部に配置され、それぞれ、電池缶14の両狭側面14Nに沿って延在している。
[Power generation element electrode group]
As shown in FIG. 3, the wound-type power
正負極箔AFおよびCFとしては、それぞれアルミニウム、銅が用いられ、活物質合剤としては、例えば、正極としてコバルト酸リチウム、負極としてグラファイトが用いられる。そして、正負極集電体6および5は、正負極箔AFおよびCFと同一材料によって形成される。
As the positive and negative electrode foils AF and CF, aluminum and copper are used, respectively. As the active material mixture, for example, lithium cobaltate as a positive electrode and graphite as a negative electrode are used. The positive and negative electrode
正負極板122および124の未塗工部122Aおよび124Aには、正極集電体6および負極集電体5がそれぞれ接続されている。正負極出力部8および7は正負極集電体6および5にそれぞれ一体的に設けられている。
The positive electrode
[集電体]
図2および図4に示すように、正負極集電体6および5は略L字形状に形成され、電池蓋3に固定されている。
[Current collector]
As shown in FIGS. 2 and 4, the positive and negative electrode
正負極集電体6および5は、それぞれアルミニウム板および銅板のプレス加工によって一体的に形成されている。正負極集電体6および5は、電池蓋3の内面に沿って、電池缶14の幅狭側面14N内面近傍にまで延びる装着部61および51を備えている。正負極出力部8および7は、それぞれ装着部61および51に突設されている。平板である装着部61および51からプレス加工により形成された円筒の頂面が正負極出力部8および7であり、円筒頂面にバスバーなどの外部接続板が溶接される。
The positive and negative electrode
正負極集電体6および5は、装着部61および51の端部から略直角方向に電池缶14の幅狭側面14Nに沿って底面に延びる接続部62および52を備えている。接続部62および52は、負極板124の未塗工部122Aおよび124Aにそれぞれ沿って延設されている。接続部62および52には、正負極板122および124の未塗工部122Aおよび124Aと対向配置される正負極発電要素接続部63および53が設けられている。正負極発電要素接続部63および53は、幅狭側面14Nに並行に延設されている接続部62および52から、幅広側面14Wに沿って容器中央部に直角に折り曲げられて形成されている。正負極発電要素接続部63および53は未塗工部122Aおよび124Aに超音波溶接にて接合されている。
The positive and negative electrode
[負極出力部]
正負極集電体6および5は左右対称の勝手違い形状であるが、その構成要素は同一であり、図4を参照して負極集電板5、とくに負極出力部7について説明する。
[Negative electrode output section]
Although the positive and negative electrode
負極出力部7は、装着部51の表面から突出する大径円筒部54と、大径円筒部54の先端部から電池缶14の外方向に突出する小径円筒部55とを備えている。小径円筒部55の先端部には、後述するかしめ加工によって抜け止めフランジ56が形成され、抜け止めフランジ56は、抜け止めワッシャ10の外側端面に当接している。これによって、抜け止めワッシャ10は、負極出力部7が電池缶14内側方向へ抜けることを阻止している。
The negative
段付円筒形状の負極出力部7は、電池蓋3の開口部4を貫通して電池容器の外へ突出してる。周縁に抜け止めフランジ56が形成された円筒頂面57は負極出力部7、すなわち外部接続端子として機能し、図示しないバスバーが溶接される。
The stepped cylindrical negative
電池蓋3の開口部4には、略円板状のガスケット9が嵌装されている。ガスケット9は、電池蓋3と装着部51との間に介在する環状部91と、環状部91の内周に連続して、負極出力部7の外周と貫通孔4の内周との間に介在する円筒部92と、円筒部92の外側端部で外周方向に拡がるフランジ部93とを備えている。負極出力部7の大径円筒部54は、ガスケット9の円筒部92の内周に挿入され、小径円筒部55には抜け止めワッシャ10が嵌装されている。
A substantially disc-shaped
ガスケット9は、負極集電体5と電池蓋3との間の封水性能を確保するが、さらに、負極集電体5と電池蓋3とを電気的に絶縁する。
The
第1実施形態の角形電池の製造方法を説明する。
組立に先だって、電池容器14,電池蓋3,集電体5,6、発電要素群120などの部品を製作しておく。したがって、本発明による角形二次電池の製造方法は、少なくとも電池容器製造工程と、電池蓋製造工程と、集電体製造工程と、発電要素群製造工程とを含む。
A method for manufacturing the prismatic battery according to the first embodiment will be described.
Prior to assembly, parts such as the
[集電体固着工程]
電池蓋3に正負極集電体6および5を固着する。図5を参照して、負極集電体5を電池蓋3に固着する工程を説明する。
[Current collector fixing process]
Positive and negative electrode
(a)電池蓋3の開口部4にガスケット9を嵌装する。
(b)電池蓋3の内面側から、負極集電体5の円筒部54,55を、貫通孔4に装着したガスケット9から電池蓋3の外面側に貫通させる。
(c)抜け止めワッシャ10を小径円筒部55に嵌装し、円筒部55を上下から挟み込んでかしめ加工を行い、抜け止めフランジ部56を抜け止めワッシャ10にかしめる。
(A) A
(B) From the inner surface side of the
(C) The retaining
以上の(a)〜(c)の3工程により、負極集電体5が電池蓋3に固着される。
なお、正極集電体6も負極集電体5と同様にして電池蓋3に固着される。
The negative electrode
The positive electrode
[蓋組立体製造工程]
正負極集電体6および5の接続部63および53に発電要素群120の正極未塗工部122Aと負極未塗工部124Aを超音波溶接する。これにより、電池蓋3,正負極集電体6および5,発電要素群120を一体化した蓋組立体が製造される。
[Lid assembly manufacturing process]
The positive electrode
[蓋組立体収容工程]
絶縁ケース13に入れた蓋組立体を電池容器14に収納する。
[容器封止工程]
電池容器14の開口部14Aを電池蓋3で塞ぎ、外周部をレーザ溶接することにより、電池容器14を封止する。
[電解液注液工程]
電池蓋3の図示しない注液口から電解液を注液し、注液口に封止栓をレーザ溶接して注液口を封止する。
以上の各工程を経て図1に示す角形二次電池が製造される。
[Lid assembly housing process]
The lid assembly placed in the insulating
[Container sealing process]
The
[Electrolyte injection process]
An electrolyte solution is injected from an injection port (not shown) of the
The rectangular secondary battery shown in FIG. 1 is manufactured through the above steps.
以上説明した角形二次電池によれば、次のような作用効果を奏することができる。
(1)正極出力部8と負極出力部7はそれぞれ、正負極集電体6および5に一体形成されている。すなわち、発電要素群120と接続される正極接続部63から正極外部出力部8への電流経路、および発電要素群120と接続される負極接続部53から負極外部出力部7への電流経路のそれぞれを、一つの導電部材8および7で構成した。その結果、上記電流経路の電気抵抗を低減することができる。換言すると、従来のように、互いに溶接されている二つの導電部材を上記電流経路に設けた場合には、2部材間の接触抵抗が発生するが、本発明では一部材としたので、上記電流経路の電気抵抗を低減することができる。
According to the rectangular secondary battery described above, the following operational effects can be achieved.
(1) The positive
(2)正負極出力部8および7を正負極集電体6および5に一体形成したので、部品点数が減少し、製造コストを低減することができる。
(2) Since the positive and negative
[第2実施形態]
次に、本発明による角形二次電池の第2実施形態を図6を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。第2実施形態は、第1実施形態の構成に加え、電池蓋3の内面にシール用突起3Pを形成したものである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the prismatic secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, or an equivalent part, and description is abbreviate | omitted. In the second embodiment, a sealing
図6に示すように、電池蓋3の内面には、負極集電体5の大径円筒部54と同心の円環状で、ガスケット9に向かって突出するシール用突起3Pが形成されている。シール用突起3Pは、ガスケット9に食い込んでおり、電池蓋3とガスケット9との間を緊密にシールしている。
As shown in FIG. 6, a sealing
正極集電体6も負極集電体5と同様な構成である。
The positive electrode
第2の実施形態の角形二次電池は、ガスケット9の円筒部92で容器内部をシールするとともに、環状部91でもシールしている。したがって、第2実施形態は第1実施形態の効果に加え、正負極出力部8および7と電池蓋3とのシール性能が高いという効果を奏する。
In the prismatic secondary battery of the second embodiment, the inside of the container is sealed by the
[第3実施形態]
次に、本発明による角形二次電池の第3実施形態を図7を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。第3実施形態は、第2実施形態で電池蓋3に形成されていたシール用突起3Pに代えて、装着部51にシール用突起51Pを形成したものである。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the prismatic secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, or an equivalent part, and description is abbreviate | omitted. In the third embodiment, instead of the sealing
図7に示すように、負極集電体5の装着部51には、大径円筒部54と同心の円環状で、ガスケット9に向かって突出するシール用突起51Pが形成されている。シール用突起51Pは、ガスケット9に食い込んでおり、装着部51とガスケット9との間を緊密にシールしている。
As shown in FIG. 7, the mounting
正極集電体6も負極集電体5と同様な構成である。
The positive electrode
第3の実施形態の角形二次電池は、ガスケット9の円筒部92で容器内部をシールするとともに、環状部91でもシールしている。したがって、第2実施形態は第1実施形態の効果に加え、正負極出力部8および7と電池蓋3とのシール性能が高いという効果を奏する。
In the prismatic secondary battery according to the third embodiment, the inside of the container is sealed by the
第3実施形態は第2実施形態と同様の作用効果を奏する。 The third embodiment has the same effects as the second embodiment.
[変形例]
(1)第1実施形態では、発電要素群120は捲回型であったが、矩形正負極板と矩形セパレータとを積層してなる発電要素群を用いた角形二次電池にも本発明を適用することができる。
[Modification]
(1) In the first embodiment, the power
(2)第1実施形態では、電池缶14の幅狭開口部14Aを電池蓋3で封止するものであったが、幅広側面14Wに開口部を有し、この開口部を電池蓋で封止し、この電池蓋から正負極外部出力部を突設するようにした電池缶にも本発明を適用できる。この場合、発電要素群は幅広の開口部と対向して配置される。
(2) In the first embodiment, the
なお、この形式の電池は、幅狭開口部14Aを電池蓋3で封止した実施形態の電池に比べると、発電要素群から外部出力端子までの電流経路の長さは短く電気抵抗も小さいが、本発明を適用すれば、さらに電気抵抗を小さくすることができる。
In this type of battery, the length of the current path from the power generation element group to the external output terminal is short and the electrical resistance is small compared to the battery of the embodiment in which the
(3)第1実施形態では、正負極出力部8および7に対応して貫通孔4を2個設けているが、より多くの正負極出力部8および7を設けるとともに、これに対応したより多くの貫通孔4を設けることも可能である。
(3) In the first embodiment, two through
(4)第1実施形態では、正負極集電体6および5は金属板をプレス加工したものであったが、正負極出力部8および7と一体形成され、かつ発電要素群120の正負極板122および124に電気的に接続されるものであれば、他の任意の形状を採用することができる。
(4) In the first embodiment, the positive and negative electrode
(5)第2および第3実施形態では、ガスケット9は、大径円筒部54の周囲のシールと、電池蓋3と負極集電体5とのシールを兼用することとしたが、各部のシールに別個のシール部材を用いてもよい。
(5) In the second and third embodiments, the
以上説明した角形二次電池は一例であり、本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。したがって、 The prismatic secondary battery described above is an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications. Therefore,
3:電池蓋
4:貫通穴
5:負極集電体
6:正極集電体
7:負極出力部
8:正極出力部
9:ガスケット
10:抜け止めワッシャ
11:電池蓋のシール用突起
12:極板のシール用突起
13:絶縁ケース
14:電池缶
15:抜け止めフランジ部
20A:正極板
20B:負極板
51:負極集電体
53:負極発電要素接続部
61:正極集電体
63:正極発電要素接続部
93 フランジ部
93 環状部
91 円筒部
120:捲回型発電要素群
121:セパレータ
122:正極板
122A、124A:未塗工部
123:正極側活物質合剤
124:負極板
125:負極側活物質合剤
3: Battery cover 4: Through hole 5: Negative electrode current collector 6: Positive electrode current collector 7: Negative electrode output unit 8: Positive electrode output unit 9: Gasket 10: Retaining washer 11: Battery cover sealing protrusion 12:
20A: Positive electrode plate 20B: Negative electrode plate 51: Negative electrode current collector 53: Negative electrode power generation element connection portion 61: Positive electrode current collector 63: Positive electrode power generation
Claims (6)
前記発電要素群が収納された容器外装と、
前記発電要素群で発電した電力を正負極外部出力部を経由して外部に出力する正負極集電体とを備え、
前記正負極集電体のそれぞれの一端には、前記発電要素群と接続される発電要素接続部が形成され、他端には、前記正負極出力部が形成されていることを特徴とする角形二次電池。 A power generation element group formed by laminating a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator for insulating the positive and negative electrode plates;
A container exterior housing the power generation element group;
A positive and negative electrode current collector that outputs electric power generated by the power generation element group to the outside via a positive and negative electrode external output unit;
Each of the positive and negative electrode current collectors has a square shape in which a power generation element connection portion connected to the power generation element group is formed at one end and the positive and negative electrode output portion is formed at the other end. Secondary battery.
前記正負極集電体はそれぞれ、前記正負極出力部が前記容器外装の表面に設けられるように、前記他端に形成した外部出力部が前記容器外装を貫通して配置されていることを特徴とする角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to claim 1,
The positive and negative electrode current collectors are characterized in that an external output part formed at the other end is disposed through the container exterior so that the positive and negative output parts are provided on the surface of the container exterior. A square secondary battery.
前記容器外装は、開口部を有する扁平容器と、前記開口部を封止する電池蓋とを備え、
前記正負極集電体は前記電池蓋を貫通し、他端に形成された前記正負極出力部が前記電池蓋の表面に突設されていることを特徴とする角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to claim 2,
The container exterior includes a flat container having an opening, and a battery lid that seals the opening.
The prismatic secondary battery, wherein the positive and negative electrode current collectors penetrate the battery lid, and the positive and negative electrode output portions formed at the other end protrude from the surface of the battery lid.
前記発電要素群は、正極活物質が塗布された前記正極板と、負極活物質が塗布された前記負極板とがセパレータを介して扁平形状に捲回され、両端部に前記正負極活物質が塗布されていない正負極未塗工部が正負極接続部として設けられており、
前記正負極集電体の前記発電要素接続部が前記正負極未塗工部に溶接されていることを特徴とする角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to any one of claims 1 to 3,
In the power generation element group, the positive electrode plate coated with a positive electrode active material and the negative electrode plate coated with a negative electrode active material are wound in a flat shape via a separator, and the positive and negative electrode active materials are formed at both ends. An uncoated positive / negative electrode uncoated part is provided as a positive / negative electrode connection part,
The prismatic secondary battery, wherein the power generating element connecting portion of the positive and negative electrode current collector is welded to the positive and negative electrode uncoated portion.
前記電池蓋には貫通孔が穿設され、前記正負極出力部は前記貫通孔を貫通し、前記正負極出力部と前記貫通孔との間をシールするシール部材を設けたことを特徴とする角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to claim 3,
The battery cover is provided with a through hole, the positive / negative electrode output portion passes through the through hole, and a sealing member is provided for sealing between the positive / negative electrode output portion and the through hole. Square secondary battery.
前記シール部材は、前記電池蓋の内面と前記正負極集電体との間にも設けられて容器内部をシールすることを特徴とする角形二次電池。 The prismatic secondary battery according to claim 5,
The prismatic secondary battery, wherein the sealing member is provided between an inner surface of the battery lid and the positive and negative electrode current collectors to seal the inside of the container.
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