JP2012059361A - 電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】電池の電極板と外部端子とを接続するリードの放熱効果を高める。
【解決手段】電池は、電極板と、電極板に接続されているリード50,55と、リード50,55が接続されている外部端子86,87と、電極板及びリード50,55を収納し、外部端子86,87が絶縁材を介して固定されている電池ケースと、熱伝導性を有し、リード50,55及び電池ケース80の内面とに接触している放熱体60,70と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、電極板、外部端子、及び、この電極板と外部端子とを接続するリードを備えている電池に関する。
例えば、以下の特許文献1に記載されているリチウムイオン二次電池は、複数の正極板と複数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層されて構成された電極積層体を備えている。
電極積層体中の複数の正極板及び複数の負極板のそれぞれは、タブを備えており、各正極板のタブ及び各負極板のタブは、それぞれ束ねられてタブ束となっている。正極タブ束の先端部は、正極リードの一端部と接続され、この正極リードの他端部が正極端子に接続されている。また、負極タブ束の先端部は、負極リードの一端部と接続され、この負極リードの他端部が負極端子に接続されている。
特開平11−273638号公報
上記特許文献1に記載されているリチウムイオン二次電池を含め、電極板と外部端子とを接続するリードを備えている電池では、限られた断面積のリードに電流が流れるために、このリードに過剰な熱が発生する傾向にある。特に、上記特許文献1の電池のように、電極積層体を備えている積層式電池では、複数の電極板のタブが束ねられたタブ束とリードとが接続されているため、このリードで発生する熱量が極めて大きくなる。
リードが過剰に発熱した場合、リード及びこのリードに接続されている外部端子の温度上昇により、これらの電気抵抗が高くなり、電池性能が悪化する。さらに、リードの発熱が進むと、セパレータの熱収縮等による電池性能の悪化の他、発生した熱で電解液の分解が促進され、ガス発生量の増加による不具合等も生じる。
そこで、本発明は、リードの放熱効果を高めることができる電池を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための電池に係る発明は、
正極板及び負極板と、前記正極板に接続されている正極リードと、前記正極リードが接続されている正極端子と、前記負極板に接続されている負極リードと、前記負極リードが接続されている負極端子と、前記正極板、前記負極板、前記正極リード及び前記負極リードを収納し、前記正極端子及び負極端子が絶縁材を介して固定されている電池ケースと、熱伝導性を有し、前記正極リードと前記電池ケースの内面とに接触している正極放熱体と、熱伝導性を有し、前記負極リードと前記電池ケースの内面とに接触している負極放熱体と、を備えていることを特徴とする。
上記構成では、各放熱体がリード及び電池ケースの内面に接しているので、リードの熱を効率よく電池ケースに伝えることができる。
ここで、上記発明において、前記正極放熱体と前記負極放熱体とのうち、一方の放熱体は、該一方の放熱体が接触するリードと前記電池ケースとの間を電気的に絶縁する絶縁体を有して形成され、他方の放熱体は、前記正極リードと前記負極リードとのうちで該他方の放熱体が接触するリードと前記電池ケースとの間の電気的抵抗となる抵抗体と、該他方の放熱体が接触する該リードと該電池ケースとの間を電気的に接続する導電体とを有して形成されていてもよい。特に、前記電池ケースの少なくとも内面はアルミニウム系材料で形成され、該電池ケース内には、リチウムイオンを含む電解質が充填されている場合には、前記一方の放熱体は前記負極放熱体であり、前記他方の放熱体は正極放熱体であることが好ましい。
上記構成では、前記他方の放熱体が接しているリードと電池ケースとを同電位にすることができる。
また、上記発明において、正極タブを有する複数の前記正極板と、負極タブを有する複数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層されて構成される電極積層体を複数備え、前記電極積層体は、該電極積層体中の複数の該正極タブの束である正極タブ束と前記正極リードとが接続され、該電極積層体中の複数の該負極タブの束である負極タブ束と前記負極リードとが接続され、複数の前記電極積層体は、該電極積層体の前記正極板と前記負極板とが積層されている第一方向に積層され、前記正極放熱体は、前記複数の電極積層体毎に、前記正極リードに接しているリード接触面を有する正極接触部と、前記複数の電極積層体毎の前記正極接触部を相互につなぎ、前記電池ケースの内面と接するケース接触部と、を有し、前記負極放熱体は、前記複数の電極積層体毎に、前記負極リードに接しているリード接触面を有する負極接触部と、前記複数の電極積層体毎の前記負極接触部を相互につなぎ、前記電池ケースの内面と接するケース接触部と、を有していてもよい。
複数の電極積層体を備えている場合には、上記構成により、複数の電極積層体に対する正極放熱体を一つにすることができると共に、複数の電極積層体に対する負極放熱体を一つにすることができ、電池の製造時における、正電極放熱体及び負極放熱体のハンドリング性を高めることができる。また、上記構成の電池の製造過程で、リードを曲げる工程を含む場合には、複数の電極積層体毎の電極接触部を、リードを曲げる際の治具としても利用することができる。
また、上記発明において、前記複数の電極積層体毎の前記正極接触部は、当該電極積層体の前記正極タブ束の基部に接しているタブ接触面を有し、該正極接触部の前記リード接触面は、該タブ接触面と反対側の面であり、該正極タブ束の基部に対して、前記第一方向の一方の側に折り曲げられた該正極タブ束の先端部に接続されている前記正極リードに接し、前記複数の電極積層体毎の前記負極接触部は、当該電極積層体の前記負極タブ束の基部に接しているタブ接触面を有し、該負極接触部の前記リード接触面は、該タブ接触面と反対側の面であり、該負極タブ束の基部に対して、前記第一方向の一方の側に折り曲げられた該負極タブ束の先端部に接続されている前記負極リードに接し、
複数の前記電極積層体毎の前記正極接触部の前記タブ接触面と前記リード接触面との間の間隔である厚さは、前記一方の側に存在する前記電極積層体に対する前記正極接触部よりも、該一方の側と反対側に存在する前記電極積層体に対する前記正極接触部の方が厚く複数の前記電極積層体毎の前記負極接触部の前記タブ接触面と前記リード接触面との間の間隔である厚さは、前記一方の側に存在する前記電極積層体に対する前記負極接触部よりも、該一方の側と反対側に存在する前記電極積層体に対する前記負極接触部の方が厚くてもよい。
この場合、複数の前記電極積層体毎の前記正極接触部の前記厚さは、前記一方の側に存在する前記電極積層体に対する前記正極接触部よりも、該電極積層体の前記他方の側に隣接する前記電極積層体に対する前記正極接触部の方が、前記正極リードの厚さと前記正極タブ束の厚さとを合わせた分だけ厚く、複数の前記電極積層体毎の前記負極接触部の前記厚さは、前記一方の側に存在する前記電極積層体に対する前記負極接触部よりも、該電極積層体の前記他方の側に隣接する前記電極積層体に対する前記負極接触部の方が、前記負極リードの厚さと前記負極タブ束の厚さとを合わせた分だけ厚い、ことが好ましい。
上記構成では、複数の電極積層体毎の電極接触部を、リードを曲げる際の治具として利用することができる。さらに、曲げられたリードのタブ接触部側が、電極積層体のタブ形成端面とほぼ平行になり、このタブ接触部がタブ形成端面に沿ったタブ束に接しても、このタブ束の損傷を回避することができる。
また、上記発明において、前記正極放熱体には、前記正極リードとの間の相対移動を規制する移動規制部が形成され、前記負極放熱体には、前記負極リードとの間の相対移動を規制する移動規制部が形成されていてもよい。
また、上記発明において、前記正極放熱体と前記負極放熱体とは一体の正負電極放熱体を成し、前記正負電極放熱体は、該正負電極放熱体が接触する前記負極リードと前記正極リードとの間を電気的に絶縁する絶縁体を有して形成されていてもよい。
また、上記発明において、前記正極放熱体と前記負極放熱体とは一体の正負電極放熱体を成し、前記正負電極放熱体は、前記正極放熱体の前記正極接触部と前記負極放熱体の前記負極接触部とが構造上つながっている電極接触部と、前記正極放熱体の前記ケース接触部と前記負極放熱体の前記ケース接触部とが一体化した共通ケース接触部とを有し、当該正負放熱体が接触する前記負極リードと前記正極リードとの間を電気的に絶縁する絶縁体を有して形成されていてもよい。
上記正負電極放熱体を有する場合、当該正負電極放熱体は、前記正極リード及び前記負極リードとの間の相対移動を規制する移動規制部が形成されていてもよい。
本発明では、各放熱体がリード及び電池ケースの内面に接しているので、リードの熱を効率よく電池ケースに伝えることができる。よって、本発明によれば、リードの放熱効果を高めることできる。
本発明に係る第一実施形態における電池の要部切欠き斜視図である。 本発明に係る第一実施形態における電池の展開斜視図である。 本発明に係る第一実施形態における電極積層体の展開斜視図である。 本発明に係る第一実施形態におけるリード折曲げ装置の要部斜視図である。 本発明に係る第一実施形態におけるリード折曲げ装置の要部切欠き側面図である。 本発明に係る第一実施形態における電極積層体及びリードの要部側面図である。 参考例におけるリードの折曲げ方法を示す説明図である。 参考例における電極積層体及びリードの要部側面図である。 本発明に係る第一実施形態における電池内部の模式図である。 本発明に係る第二実施形態における電池の展開斜視図である。 本発明に係る第二実施形態における電池内部の模式図である。 本発明に係る第二実施形態における変形例の電池内部の模式図である。
以下、本発明に係る各種実施形態としての電池について説明する。
「第一実施形態」
本発明に係る第一実施形態としての電池について、図1〜図9を用いて説明する。
本実施形態における電池は、例えば、リチウムイオン二次電池で、図1及び図2に示すように、複数の正極板と複数の負極板とが積層された複数の電極積層体30と、電極積層体30の外周面を覆う複数の被覆板41,42,43と、電極積層体30中の複数の正極板に接続されている正極リード50と、電極積層体30中の複数の負極板に接続されている負極リード55と、正極リード50に接触している正極放熱体60と、負極リード55に接触している負極放熱体70と、これらを収納している電池ケース80と、正極リード50に接続されている正極端子86と、負極リード55に接続されている負極端子87と、電池ケース80内の圧力が所定以上になると動作する安全弁88と、を備えている。
電池ケース80は、電極積層体30等を収納する収納凹部が形成されているケース本体81と、ケース本体81の矩形状の開口を塞ぐ蓋85と、を有している。ケース本体81及び蓋85は、いずれも、アルミニウム合金、例えば、A3000系、A1500系等で形成されている。蓋85には、絶縁材を介して、正極端子86と負極端子87とが固定されている。さらに、この蓋85には、正極端子86と負極端子87との間に、安全弁88が固定されている。
ここで、以下の説明の都合上、複数の正極板と複数の負極板とが交互に積層されている方向をZ方向(第一方向)、Z方向に垂直な方向であって、電極積層体30を基準にして正極端子86及び負極端子87の存在する方向をY方向、Z方向及びY方向に垂直な方向をX方向とする。
ケース本体81は、Z方向において互いに対向し合う一対の矩形状の第一側板83と、X方向において互いに向かい合う一対の矩形状の第二側板84と、第一側板83及び第二側板84の(−)Y側の辺に接合されている底板82と、を有している。
電池ケース80の蓋85は、矩形板状を成している。この蓋85に、正極端子86、安全弁88、負極端子87の順で、これらがX方向に並んで固定されている。
電極積層体30は、図3に示すように、複数の正極板10と、それぞれがセパレータ25で覆われている複数の負極板20とが交互に積層されて、構成されている。
正極板10は、略矩形状の集電板上に、正極活物質が塗工されたものである。また、負極板20は、略矩形状の集電板上に、負極活物質が塗工されてものである。各集電板の外縁の一部には、タブ11,21が突出形成されおり、このタブ11,21には、活物質が塗工されていない。
負極板20の負極タブ21を除く部分は、セパレータ25で覆われている。セパレータ25は、プロピレンやポリエチレン等の多孔質絶縁性樹脂で形成されている。
複数の正極板10と、セパレータ25で覆われている複数の負極板20とは、前述したように、交互に積層されて、略直方体形状の電極積層体30を構成する。この電極積層体30を構成する際、各正極板10の向きは、それぞれの正極タブ11が(+)Y側を向き且つ(−)X側に位置するよう、揃えられ、各負極板20の向きは、それぞれの負極タブ21が(+)Y側を向き且つ(+)X側に位置するよう、揃えられる。
直方体形状の電極積層体30は、Z方向において互いに対向する一対の第一側面31と、X方向において互いに対向する一対の第二側面32と、Y方向において互いに対向する一対の端面33と、を有している。なお、以上の各面31,32,33は、いずれも略矩形状である。
被覆板41,42,43としては、電極積層体30の一対の第一側面31に接する一対の第一被覆板41と、電極積層体30の一対の第二側面32に接する一対の第二被覆板42と、電極積層体30の一対の端面33のうち、(−)Y側の端面33、つまりタブ11,21が形成されていない端面33に接する第三被覆板43と、がある。
各被覆板41,42,43は、各被覆板41,42,43が接する電極積層体30の面31,32,33と実質的に同じ形状で且つほぼ同じサイズである。各被覆板41,42,43は、プロピレンやポリエチレン等の多孔質絶縁性樹脂で形成されている。各被覆板41,42,43は、いずれも、所定以上の厚さを有し、比較的高い剛性を有している。
各被覆板41,42,43は、電極積層体30の対応する面31,32,33に接触させられた後、プロピレンやポリエチレン等の多孔質絶縁性樹脂で形成されたテープ49により、固縛されて、電極積層体30と各被覆板41,42,43とが一体化したブロックとなる。このように、本実施形態では、ブロック中の電極積層体30の側周面のほぼ全体が、剛性を有する複数の被覆板41,42,43にしっかりと覆われるため、複数の被覆板41,42,43のうちいずれかが外れる等しない限り、電極積層体30を構成する複数の電極板10,20相互のズレは発生しない。
複数の正極板10の各正極タブ11は、図6に示すように、(+)Z側に寄せ集められ、正極タブ束12として束ねられている。また、複数の負極板20の各負極タブ21も、(+)Z側に寄せ集められ、負極タブ束22として束ねられている。各タブ束12,22は、電池ケース80に固定されている外部端子86,87(図1)と、各タブ束12,22毎のリード50,55によって接続されている。
各リード50,55は、いずれも、そのタブ接続部から、(−)Z方向に伸びた後、(+)Z方向に折り曲げられ、その先端部が外部端子86,87(図1)とビス等で接続されている。
複数の電極積層体30は、図1及び図2に示すように、タブ束12,22が存在する側を(+)Y側に向けて、Z方向に重なった状態で、電池ケース80内に収納されている。この際、電極積層体30を覆う複数の被覆板41,42,43のうち、被覆板41は電池ケース本体81の第一側板83と対向し、被覆板42は電池ケース本体81の第二側板84と対向し、被覆板43は電池ケース本体81の底板82と対向する。
正極放熱体60は、図2に示すように、複数の電極積層体30毎に存在する正極接触部61と、各正極接触部61の一方の端部に設けられている移動規制部65と、各正極接触部61の他方の端部を相互につなぎ、電池ケース本体81の内面に接するケース接触部67と、を有している。
正極放熱体60のケース接触部67は、電池ケース本体81の(−)X側の第二側板84に接するケース接触面68を有している。
各正極接触部61は、ケース接触部67から(+)X方向に伸び、Y方向に対して垂直な一対の面62,63を有している。一対の面62,63のうち、(−)Y側を向いている面が、正極タブ束12に接するタブ接触面62を成し、(+)Y側を向いている面が、正極タブ束12に接続されている正極リード50に接するリード接触面63を成している。
正極放熱体60の各移動規制部65は、各正極接触部61の(+)X側の端部から(+)Z方向に突出している。この移動規制部65は、X方向に伸びている正極接触部61と協同して、正極タブ束12が引っ掛かるフック形状を成している。
負極放熱体70は、複数の電極積層体30毎に存在する負極接触部71と、各負極接触部71の一方の端部に設けられている移動規制部75と、各負極接触部71の他方の端部を相互につなぎ、電池ケース本体81の内面に接するケース接触部77と、を有している。
負極放熱体70のケース接触部77は、電池ケース本体81の(+)X側の第二側板84に接するケース接触面78を有している。
各負極接触部71は、ケース接触部77から(−)X方向に伸び、Y方向に対して垂直な一対の面72,73を有している。一対の面72,73のうち、(−)Y側を向いている面が、負極タブ束22に接するタブ接触面72を成し、(+)Y側を向いている面が、負極タブ束22に接続されている負極リード55に接するリード接触面73を成している。
負極放熱体70の各移動規制部75は、各負極接触部71の(−)X側の端部から(+)Z方向に突出している。この移動規制部75は、X方向に伸びている負極接触部71と協同して、負極タブ束22が引っ掛かるフック形状を成している。
図9に示すように、正極放熱体60の各正極接触部61及び各移動規制部65は、高い熱伝導性を有する導電体66で形成され、正極放熱体60のケース接触部67のうちのケース接触面68を含む部分は、高い熱伝導性を有する抵抗体69で形成されている。また、負極放熱体70は、高い熱伝導性を有する絶縁体79で形成されている。高い熱伝導性を有する導電材としては、例えば、アルミニウム合金がある。また、高い熱伝導性を有する絶縁材としては、例えば、窒化アルミニウムがある。なお、図9は、電池内部の模式図である。
次に、図4〜図6を用いて、タブ束に接続されたリードを折り曲げるリード折曲げ装置、及びこのリード折曲げ装置を用いたリードの折曲げ方法について説明する。なお、以下の説明の都合上、複数の電極積層体30のうち、最も(+)Z側に位置しているものを電極積層体30a、この電極積層体30aの(−)Z側に隣接しているものを電極積層体30b、さらにこの電極積層体30bの(−)Z側に隣接しているものを電極積層体30cとする。さらに、各電極積層体30a,30b,30cのタブ束12,22を、12a,22a,12b,22b,12c,22cとし、各タブ束12a,22a,12b,22b,12c,22cに接続されているリード50,55と、リード50a,55a,50b,55b,50c,55cとする。また、図4〜図6では、各電極積層体30a,30b,30cと、各電極積層体30a,30b,30cに対する正極タブ束12a,12b,12c及び負極タブ束22a,22b,22cとの関係を理解し易くするために、被覆板を省略している。
本実施形態のリード折曲げ装置は、図4及び図5に示すように、Z方向に垂直な載置面101を有するテーブル100と、負極放熱体70を把持して(−)X方向に進退移動させる負極放熱体駆動機構(不図示)と、正極放熱体60を把持して(+)X方向に進退移動させる正極放熱体駆動機構(不図示)と、各負極タブ束22a,22b,22cに接続されている負極リード55a,55b,55cを押え付ける負極リード押え治具115と、この負極リード押え治具115を(−)Z方向に進退移動させる負極リード押え駆動機構119と、各正極タブ束11a,11b,11cに接続されている正極リード50a,50b,50cを押え付ける正極リード押え治具110と、この正極リード押え治具110を(−)Z方向に進退移動させる正極リード押え駆動機構114と、負極リード押え治具115で押え付けられている各負極リード55a,55b,55cを折り曲げる負極リード曲げ治具125と、この負極リード曲げ治具125を(+)Z方向に進退移動させる負極リード曲げ駆動機構129と、正極リード押え治具110で押え付けられている各正極リード50a,50b,50cを折り曲げる正極リード曲げ治具120と、この正極リード曲げ治具120を(+)Z方向に進退移動させる正極リード曲げ駆動機構124と、を備えている。なお、図4では、正極放熱体60の移動規制部65、負極放熱体70の移動規制部75等を省略し、正極放熱体60及び負極放熱体70を簡略化して描いている。
複数の電極積層体30a,30b,30cは、これらが重なっている方向がテーブル100の載置面101に対して垂直になり、この載置面101上に載置される。この際、電極積層体30の面であって、タブ束が存在する側のタブ形成端面33は、前述の仮定に従い、Y方向に垂直で且つ(+)Y側を向き、各タブが寄せ集められている側は、(+)Z側であり、正極タブ束12は、負極タブ束22に対して(−)X側にあるものとする。
負極放熱体70は、負極放熱体駆動機構(不図示)により、(+)X側の退避位置と(−)X側の進出位置との間で、進退移動する。退避位置での負極放熱体70の各負極接触部71a,71b,71cは、X方向において、テーブル100上の各電極積層体30a,30b,30cの負極タブ束22よりも、(+)X側に配置されている。また、負極放熱体70の各負極接触部71a,71b,71cは、Z方向において、対応する電極積層体30a,30b,30cと実質的に同じ位置に配置されている。
正極放熱体60は、正極放熱体駆動機構(不図示)により、(−)X側の退避位置と(+)X側の進出位置との間で、進退移動する。退避位置での各正極放熱体60の各正極接触部61a,61b,61cは、X方向において、テーブル100上の各電極積層体30a,30b,30cの正極タブ束12よりも、(−)X側に配置されている。また、負極放熱体60の各負極接触部61a,61b,61cは、Z方向において、対応する電極積層体30a,30b,30cと実質的に同じ位置に配置されている。
負極放熱体70の各負極接触部71a,71b,71cのタブ接触面72とリード接触面73との間の間隔である厚さは、(−)Z側の負極接触部71cに対して(+)Z側に隣接する他の負極接触部71bの方が、負極タブ束22の厚さと負極リード55の厚さ分だけ厚くなっている。
また、正極放熱体60の各負極接触部61a,61b,61cのタブ接触面62とリード接触面63との間の間隔である厚さも、(−)Z側の正極接触部61cに対して(+)Z側に隣接する他の正極接触部61bの方が、正極タブ束12の厚さと正極リード50の厚さ分だけ厚くなっている。
負極放熱体駆動機構(不図示)は、退避位置の負極放熱体70を(−)X方向に進行させて、負極放熱体70の各タブ接触部71a,71b,71cのタブ接触面72を負極タブ束22a,22b,22cに接触させる。また、正極放熱体駆動機構(不図示)は、退避位置の正極放熱体60を(+)X方向に進行させて、正極放熱体60の各タブ接触部61a,61b,61cのタブ接触面62を正極タブ束12a,12b,12cに接触させる。
各リード押え治具110,115は、Y方向に垂直な一対の面を有し、一対の面のうち、(−)Y側の面が第一リード接触面111を成し、(+)Y側の面が第二リード接触面112を成している。
各リード押え治具110,115は、リード押え駆動機構114,119により、(+)Z側の退避位置と(−)Z側の進出位置との間で、進退移動する。退避位置での各リード押え治具110,115は、いずれも、Z方向において、テーブル100上の各電極積層体30a,30b,30cよりも(+)Z側に配置されている。したがって、テーブル100には、退避位置のリード押え治具110,115が出没自在な開口102(図5)が形成されている。
負極リード押え治具115は、Y方向において、最も(+)Z側の負極接触部71a、つまり最も厚い負極接触部71aよりも、(+)Y側に配置され、X方向において、各負極リード束22a,22b,22cと実質的に同じ位置に配置されている。また、正極リード押え治具110は、Y方向において、最も(+)Z側の正極接触部61a、つまり最も厚い正極接触部61aよりも、(+)Y側に配置され、X方向において、各正極タブ束12a,12b,12cと実質的に同じ位置に配置されている。
リード押え治具110,115毎のリード押え駆動機構114,119は、いずれも、退避位置のリード押え治具110,115を(−)Z方向に進行させて、このリード押え治具110,115の第一リード接触面111,111を、最も(+)Z側のリード50a,55aに接触させる。この結果、このリード50a,55aは、放熱体60,70の最も(+)Z側のリード接触部61a,71aのリード接触面62,72とリード押え治具110,115の第一リード接触面111,111とに挟まれて、放熱体60,70の最も(+)Z側のリード接触部61a,71aのリード接触面62,72と平行に押え付けられる。
この過程で、最も(+)Z側のリード50a,55aよりも(−)Z側のリード50b,50c,55b,55cは、(+)Z側のリードにより押され、放熱体60,70の対応するリード接触面61b,61c,71b,71cに接して、このリード接触面と平行に押え付けられる。すなわち、各リード50,55は、いずれも、タブ束12,22との接続部から、リード押え治具110,115の進行方向である(−)Z方向に伸びた状態になる。
以上のように、各放熱体60,70は、リード折曲げ過程において、各タブ束12,13を(−)Y側に押え付けると共に、各リード50,55のタブ接続側を各リード押え治具110,115との間で挟み込む治具としての役目を担っている。
各リード曲げ治具120,125は、Y方向に垂直な一対の面を有し、一対の面のうち、(−)Y側の面がリード接触面121を成している。
各リード曲げ治具120,125は、リード曲げ駆動機構124,129により、(−)Z側の退避位置と(+)Z側の進出位置との間で、進退移動する。退避位置での各リード曲げ治具120,125は、いずれも、Z方向において、テーブル100上の複数の電極積層体30a,30b,30cよりも(−)Z側に配置されている。
負極リード曲げ治具125は、Y方向において、負極リード押え治具115よりも、(+)Y側に配置され、X方向において、各負極タブ束22と実質的に同じ位置に配置されている。また、正極リード曲げ治具120は、Y方向において、正極リード押え治具110よりも、(+)Y側に配置され、X方向において、各正極タブ束12と実質的に同じ位置に配置されている。
リード曲げ治具120,125毎のリード曲げ駆動機構124,129は、退避位置のリード曲げ治具120,125を(+)Z方向に進行させる。この際、作業者等は、リード押え治具110,115により押さえ付けられて、(+)Z方向に伸びている各リード50,55の先端側を(+)Y側に若干折曲げ、各リード50,55の先端側をリード曲げ治具120,125と対向させる。そして、各リード50,55がこの状態のときに、各リード曲げ駆動機構124,129は、前述したように、退避位置のリード曲げ治具120,125を(+)Z方向に進行させる。この過程で、各リード曲げ治具120,125の(+)Z側の先端面123が、最も(−)Z側のリード50c,55cの先端側に接触して、各リード50,55の先端側を(+)Z側に押す。
各リード50,55の先端側が(+)Z側に押されると、図6に示すように、各リード50,55は、リード押え治具110,115の第一リード接触面111と(+)Z側の先端面113との角113a、及びこの先端面113と第二リード接触面112との角113bに応じて折れ曲がる。
最終的に、リード曲げ治具120,125が進出位置に位置した時点で、最も(+)Z側のリード50a,55aは、このリード50a,55aのタブ接続部側が、前述したように、リード押え治具110,115の第一リード接触面111に接触した状態を維持しつつ、このリード50a,55aの先端側が、リード押え治具110,115の(−)Z側の先端面113、及びリード押え治具110,115の第二リード接触面112に接触して、コ字形状になる。同様に、他のリード50b,50c,55b,55cもコ字形状になり、リード曲げ治具120,125のリード接触面121が、最も(−)Z側のリード50c,55cに接触する。
以上の結果、各リード50,55のタブ接続側は、いずれも、リード押え治具110,115の進行方向である(−)Z方向に伸びた状態になり、且つ、各リードの先端側は、いずれも、リード曲げ治具120,125の進行方向である(+)Z方向に伸びた状態になって、各リード50,55は、目的のコ字形状に折り曲げられる。
各リード50,55がコ字形状に折り曲がると、リード押え治具110,115及びリード曲げ治具120,125を退避させる。なお、各放熱体60,70に関しては、タブ束12,22及びリード50,55と接している状態のままにしておく。そして、複数の電極積層体30a,30b,30cに接続されている複数の正極リード50a,50b,50cの先端部を、前述したように、電池ケース80の蓋85に固定されている正極端子86にビス等で接続する。さらに、複数の電極積層体30a,30b,30cに接続されている複数の負極リード55a,55b,55cの先端部を、電池ケース80の蓋85に固定されている負極端子87にビス等で接続する。
リード50,55と外部端子86,87との接続工程が終了すると、図1及び図2に示すように、複数の電極積層体30及び各放熱体60,70を電池ケース本体81内に入れる。この際、各放熱体60,70の電極接触部61,71は、前述したように、そのタブ接触面62,72が各電極積層体30の各タブ束12,22と接し、そのリード接触面63,73が各タブ束12,22に接続されているリード50,55と接している状態、つまり、各リード50,55を折り曲げ終わった直後の状態である。
リード50,55と外部端子86,87との接続工程の終了後、複数の電極積層体30a,30b,30c及び各放熱体60,70を電池ケース本体81内に入れてしまう迄の間の各放熱体60,70は、移動規制部65,75等により、リード50,55に対する相対移動が規制されているため、電極積層体30a,30b,30cから外れ難くなっている。このため、本実施形態では、以上の間において、複数の電極積層体30a,30b,30c及び各放熱体60,70をハンドリングし易い。
複数の電極積層体30a,30b,30c及び各放熱体60,70が電池ケース本体81内に入ってしまうと、各放熱体60,70のケース接触部67,77は、ケース本体81の第二側板84,84の内面に接する。なお、各放熱体60,70のケース接触部67,77をケース本体81の第二側板84,84の内面に確実に接触させるため、正極放熱体60と負極放熱体70との間、両者の間隔を僅かに広げる絶縁性のスペーサ等を配置してもよい。
複数の電極積層体30及び各放熱体60,70が電池ケース本体81内に入ると、ケース本体81と蓋85との境目を溶接し、両者を接合する。そして、蓋85の注入口89から、電池ケース80内に、リチウムイオンを含む電解液を注入した後、この注入口89を封止する。
以上で、単電池が完成する。
以上、本実施形態では、図1及び図9に示すように、熱伝導性の高い正極放熱体60は、正極リード50及び正極タブ束12に接触していると共に、電池ケース本体81の内面に接触しているで、正極リード50及び正極タブ束12の熱を電池ケース本体81へ効率的に伝えることができる。また、熱伝導性の高い負極放熱体70は、負極リード55及び負極タブ束22に接触していると共に、電池ケース本体81の内面に接触しているで、負極リード55及び負極タブ束22の熱を電池ケース本体81へ効率的に伝えることができる。よって、本実施形態によれば、各リード50,55やタブ束12,22の放熱効果が高まり、これらの過剰な発熱を防ぐことができる。
また、本実施形態では、前述したように、各リード50,55を曲げる際の治具として、各放熱体60,70を利用することができるため、別途、治具を製作するコストを抑えることができる。
さらに、本実施形態によれば、アルミニウム合金で形成されている電池ケース80と、電解液中のリチウムイオンとの反応を回避することができ、電池ケース80の変質や電池性能の低下を防ぐことができる。本実施形態では、図9に示すように、正極放熱体60が抵抗体69を有して形成されているため、この正極放熱体60に接している正極リード50に流れている電流が、この正極放熱体60を介して電池ケース80に流れ込むことを回避しつつ、正極リード50と電池ケース80とを実質的に同電位にすることができる。アルミニウム合金で形成されている電池ケース80と、電解液中のリチウムイオンとの反応は、還元雰囲気下で電気化学的に進行する。一方、本実施形態では、正極リード50と電池ケース80とが実質的に同電位になるため、電池ケース80の内面が酸性雰囲気になり、アルミニウム合金で形成されている電池ケース80と、電解液中のリチウムイオンとの反応は起こらない。
なお、負極放熱体70は、負極リード55及び負極タブ束22に接触していると共に、電池ケース本体81の内面にも接触しているが、全体が絶縁体79で形成されているため、負極リード55及び負極タブ22に流れている電流が、この負極放熱体70を介して、電池ケース80に流れることはない。
ここで、本実施形態では、負極放熱体70の全体を絶縁体79で形成しているが、この負極放熱体の本体を導電材で形成し、これを絶縁材でコーティングして、負極放熱体を構成するようにしてもよい。すなわち、この負極放熱体70は、この負極放熱体70が接する負極リード55及び負極タブ束22と、電池ケース80との間を電気的に絶縁する絶縁体を有していればよい。また、本実施形態では、正極放熱体60のケース接触部67のうちのケース接触面68を含む部分を抵抗体69で形成しているが、この正極放熱体60により、正極リード50及び正極タブ束12と電池ケース本体81との間に、抵抗を有する電気回路が形成されればよいので、正極放熱体60の抵抗体69は、ケース接触面68を含む部分に存在していなくてもよい。
ところで、本実施形態では、正極放熱体60の各正極接触部61a,61b,61cのY方向の厚さが互いに異なっており、負極放熱体70の各負極接触部71a,71b,71cのY方向の厚さも互いに異なっている。そこで、この理由について、正極放熱体60を例に説明する。
仮に、図7に示すように、正極放熱体60の各電極接触部61a,61b,61cがY方向において同じ厚さのタブ押え治具6,6,6であるとする。
この場合も、以上で説明したリード曲げ過程と同様、まず、複数の電極積層体30a,30b,30cの各タブ束12a,12b,12cを、それぞれタブ押え治具6,6,6で押える。次に、リード押え治具110を(−)Z方向に移動させて、各リード50a,50b,50cのタブ接続部を、対応するタブ押え治具6,6,6に接触させ、各リード50a,50b,50cを(−)Z方向に向ける。そして、リード曲げ治具120を(+)Z方向に移動させて、各リード50a,50b,50cの先端側を(+)Z方向に向ける。
以上の手順で、各リード50a,50b,50cの折り曲げを実行すると、リード押え治具110は、(−)Z方向に移動するに連れて、押え付けるリード50a,50b,50cの数が増加するため、このリードの厚さ方向、つまり、(+)Y方向に、逃げてしまう。
この結果、図8に示すように、(−)Z側の電極積層体30cに対するリード50cは、この電極積層体30cの(−)Z側に隣接する他の電極積層体30bに対するリード50bに比べて、曲げ量が小さくなり、そのタブ接続部51cがリード形成端面33に対して傾斜してしまう。このため、電極積層体30cがY方向に振動すると、タブ束12cの部分のうちのリード形成端面33に沿って伸びている基部に、傾斜しているタブ接続部51cの角が一定の角度で接して、タブ束12cを損傷させる可能性が高い。
これに対して、本実施形態では、図5及び図6等を用いて前述したように、正極放熱体60の各正極接触部61a,61b,61cの厚さは、(−)Z側の正極接触部61c,61bに対して(+)Z側に隣接する他の正極接触部61b,61aの方が、タブ束の厚さとリードの厚さ分だけ厚くなっている。
このため、リード押え治具110は、退避位置から(−)Z方向に進行移動する過程で、押え付けるリード50a,50b,50cの数が順次増え、各正極接触部61a,61b,61cのリード接触面63に対応リード50a,50b,50cを順次接触させても、対応リード50a,50b,50cが(−)Y側にタブ束の厚さとリードの厚さ分だけ逃げていることになり、リード押え治具110の先端側が(+)Y側に逃げない。
よって、本実施形態では、リード曲げ治具120を移動させて、各リード50a,50b,50cを折り曲げる過程においても、さらに、各リード50a,50b,50cを折り曲げた後でも、各リード50a,50b,50cのタブ接続側は、前述したように、リード押え治具95の進行方向である(−)Z方向に伸びた状態になっている。
このように、各リード50a,50b,50cのタブ接続側は、いずれも、リード押え治具110の進行方向である(−)Z方向に伸びた状態になるため、本実施形態では、仮に、複数の電極積層体30a,30b,30cがY方向に振動しても、タブ束12a,12b,12cの部分のうちのリード形成端面33に沿って伸びている基部には、各リード50a,50b,50cのタブ接続部と面接触することになり、タブ束12a,12b,12cを損傷させることはない。
「第二実施形態」
次に、本発明に係る第二実施形態としての電池について、図10及び図11を用いて説明する。
本実施形態の電池は、第一実施形態における正極放熱体と負極放熱体を一体化して、正負電極放熱体90としたもので、その他の構成に関しては、第一実施形態と同様である。
正負電極放熱体90は、複数の電極積層体30毎に存在する電極接触部91と、各電極接触部91の一方の端部に設けられている移動規制部95と、複数の電極接触部91の他方の端部を相互につなぎ、電池ケース本体81の内面に接する共通ケース接触部97と、を有している。
ケース接触部97は、電池ケース本体81の(−)X側の第二側板84に接するケース接触面98を有している。
各電極接触部91は、共通ケース接触部97から(+)X方向に伸び、Y方向に対して垂直な一対の面92,93を有している。一対の面92,93のうち、(−)Y側を向いている面が、正極タブ束12及び負極タブ束22に接するタブ接触面92を成し、(+)Y側を向いている面が、正極タブ束12に接続されている正極リード50及び負極タブ束22に接続されている負極リード55に接するリード接触面93を成している。
各移動規制部95は、各電極接触部91の(+)X側の端部から(+)Z方向に突出している。この移動規制部95は、X方向に伸びている電極接触部91と協同して、負極タブ束22が引っ掛かるフック形状を成している。
正負電極放熱体90の各電極接触部91のタブ接触面92とリード接触面93との間の間隔である厚さは、(−)Z側の電極接触部91に対して(+)Z側に隣接する他の電極接触部91の方が、タブ束の厚さとリードの厚さ分だけ厚くなっている。
以上のように、正負電極放熱体90は、第一実施形態における正極放熱体60の正極接触部61に対して、電極接触部91の方がX方向の長さが長いことを除いて、正極放熱体60と同じ形状である。
この正負電極放熱体90は、図11に示すように、熱伝導性の高い絶縁体99で形成されている。なお、図11は、本実施形態の電池内部の模式図である。
以上、本実施形態でも、第一実施形態と同様、熱伝導性の高い正負電極極放熱体90が、各リード50,55及び各タブ束12,22に接触していると共に、電池ケース本体81の内面に接触しているで、各リード50,55及び各タブ束12,22の熱を電池ケース本体81へ効率的に伝えることができる。さらに、本実施形態でも、第一実施形態と同様、正負電極放熱体90を各リード50,55を曲げる際の治具として利用することができ、別途、治具を製作するコストを抑えることができる。
但し、本実施形態では、正負電極放熱体90の全体が絶縁体99であることから、第一実施形態のように、正極リード50と電池ケース本体81との同電位にすることはできない。
このため、正負電極放熱体で、正極リード50と電池ケース本体81との同電位にするためには、図12に示すように、正負電極放熱体90aを構成すればよい。すなわち、正負電極放熱体90aの電極接触部91aのうち、正極リード50及び正極タブ束12に接触している部分94aと、負極リード55及び負極タブ束22に接触している部分94bとの間の部分94cを絶縁材で形成するか、又は、負極リード55及び負極タブ束22に接触している部分94bを絶縁材で形成して、正極リード50と負極リード55との間で短絡しないようにする。さらに、正極リード50及び正極タブ束12と電池ケース本体81との間に、抵抗を有する電気回路が形成されるよう、正負電極放熱体90aの電極接触部91aのうち、正極リード50及び正極タブ束12に接触している部分94aを導電体96で形成し、ケース接触面98を含む部分を抵抗体99で形成する。
なお、以上の各実施形態では、放熱体60,70,90の各電極接触部61,71,91のY方向の厚さを互いに変えているが、これらの厚さは同一であってもよい。但し、前述したように、タブ束12,22を傷付けないという観点からは、以上の各実施形態のように、放熱体60,70,90の各電極接触部61,71,91のY方向の厚さを互いに変えることが好ましい。
また、以上の各実施形態では、複数の電極積層体を備えているが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、以上の各実施形態では、放熱体60,70,90を、各リード50,55を折り曲げる際の治具としても利用しているが、治具として利用できるように構成しなくてもよい。
10:正極板、11:正極タブ、20:負極板、21:負極タブ、25:セパレータ、30:電極積層体、41,42,43:被覆板、50,50a,50b,50c:正極リード、55:負極リード、60:正極放熱体、61:正極接触部、62,72,92:タブ接触面、63,73,93:リード接触面、65,75,95:移動規制部、67,77:ケース接触部、68,78:ケース接触面、70:負極放熱体、71:負極接触部、80:電池ケース、81:ケース本体、85:蓋、86:正極端子、87:負極端子、90:正負電極放熱体、91:電極接触部、97:共通ケース接触部、100:テーブル、110,115:リード押え治具、120,125:リード曲げ治具

Claims (10)

  1. 正極板及び負極板と、
    前記正極板に接続されている正極リードと、
    前記正極リードが接続されている正極端子と、
    前記負極板に接続されている負極リードと、
    前記負極リードが接続されている負極端子と、
    前記正極板、前記負極板、前記正極リード及び前記負極リードを収納し、前記正極端子及び負極端子が絶縁材を介して固定されている電池ケースと、
    熱伝導性を有し、前記正極リードと前記電池ケースの内面とに接触している正極放熱体と、
    熱伝導性を有し、前記負極リードと前記電池ケースの内面とに接触している負極放熱体と、
    を備えていることを特徴とする電池。
  2. 請求項1に記載の電池において、
    前記正極放熱体と前記負極放熱体とのうち、一方の放熱体は、該一方の放熱体が接触するリードと前記電池ケースとの間を電気的に絶縁する絶縁体を有して形成され、他方の放熱体は、前記正極リードと前記負極リードとのうちで該他方の放熱体が接触するリードと前記電池ケースとの間の電気的抵抗となる抵抗体と、該他方の放熱体が接触する該リードと該電池ケースとの間を電気的に接続する導電体とを有して形成されている、
    ことを特徴とする電池。
  3. 請求項2に記載の電池において、
    前記電池ケースの少なくとも内面はアルミニウム系材料で形成され、該電池ケース内には、リチウムイオンを含む電解質が充填され、
    前記一方の放熱体は前記負極放熱体であり、前記他方の放熱体は正極放熱体である、
    ことを特徴とする電池。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の電池において、
    正極タブを有する複数の前記正極板と、負極タブを有する複数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層されて構成される電極積層体を複数備え、
    前記電極積層体は、該電極積層体中の複数の該正極タブの束である正極タブ束と前記正極リードとが接続され、該電極積層体中の複数の該負極タブの束である負極タブ束と前記負極リードとが接続され、
    複数の前記電極積層体は、該電極積層体の前記正極板と前記負極板とが積層されている第一方向に積層され、
    前記正極放熱体は、
    前記複数の電極積層体毎に、前記正極リードに接しているリード接触面を有する正極接触部と、
    前記複数の電極積層体毎の前記正極接触部を相互につなぎ、前記電池ケースの内面と接するケース接触部と、を有し、
    前記負極放熱体は、
    前記複数の電極積層体毎に、前記負極リードに接しているリード接触面を有する負極接触部と、
    前記複数の電極積層体毎の前記負極接触部を相互につなぎ、前記電池ケースの内面と接するケース接触部と、を有する、
    ことを特徴とする電池。
  5. 請求項4に記載の電池において、
    前記複数の電極積層体毎の前記正極接触部は、当該電極積層体の前記正極タブ束の基部に接しているタブ接触面を有し、該正極接触部の前記リード接触面は、該タブ接触面と反対側の面であり、該正極タブ束の基部に対して、前記第一方向の一方の側に折り曲げられた該正極タブ束の先端部に接続されている前記正極リードに接し、
    前記複数の電極積層体毎の前記負極接触部は、当該電極積層体の前記負極タブ束の基部に接しているタブ接触面を有し、該負極接触部の前記リード接触面は、該タブ接触面と反対側の面であり、該負極タブ束の基部に対して、前記第一方向の一方の側に折り曲げられた該負極タブ束の先端部に接続されている前記負極リードに接し、
    複数の前記電極積層体毎の前記正極接触部の前記タブ接触面と前記リード接触面との間の間隔である厚さは、前記一方の側に存在する前記電極積層体に対する前記正極接触部よりも、該一方の側と反対側に存在する前記電極積層体に対する前記正極接触部の方が厚く、
    複数の前記電極積層体毎の前記負極接触部の前記タブ接触面と前記リード接触面との間の間隔である厚さは、前記一方の側に存在する前記電極積層体に対する前記負極接触部よりも、該一方の側と反対側に存在する前記電極積層体に対する前記負極接触部の方が厚い、
    ことを特徴とする電池。
  6. 請求項5に記載の電池において、
    複数の前記電極積層体毎の前記正極接触部の前記厚さは、前記一方の側に存在する前記電極積層体に対する前記正極接触部よりも、該電極積層体の前記他方の側に隣接する前記電極積層体に対する前記正極接触部の方が、前記正極リードの厚さと前記正極タブ束の厚さとを合わせた分だけ厚く、
    複数の前記電極積層体毎の前記負極接触部の前記厚さは、前記一方の側に存在する前記電極積層体に対する前記負極接触部よりも、該電極積層体の前記他方の側に隣接する前記電極積層体に対する前記負極接触部の方が、前記負極リードの厚さと前記負極タブ束の厚さとを合わせた分だけ厚い、
    ことを特徴とする電池。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の電池において、
    前記正極放熱体には、前記正極リードとの間の相対移動を規制する移動規制部が形成され、
    前記負極放熱体には、前記負極リードとの間の相対移動を規制する移動規制部が形成されている、
    ことを特徴とする電池。
  8. 請求項1から6のいずれか一項に記載の電池において、
    前記正極放熱体と前記負極放熱体とは一体の正負電極放熱体を成し、
    前記正負電極放熱体は、該正負電極放熱体が接触する前記負極リードと前記正極リードとの間を電気的に絶縁する絶縁体を有して形成されている、
    ことを特徴とする電池。
  9. 請求項4から6のいずれか一項に記載の電池において、
    前記正極放熱体と前記負極放熱体とは一体の正負電極放熱体を成し、
    前記正負電極放熱体は、前記正極放熱体の前記正極接触部と前記負極放熱体の前記負極接触部とがつながっている電極接触部と、前記正極放熱体の前記ケース接触部と前記負極放熱体の前記ケース接触部とが一体化した共通ケース接触部とを有し、当該正負放熱体が接触する前記負極リードと前記正極リードとの間を電気的に絶縁する絶縁体を有して形成されている、
    ことを特徴とする電池。
  10. 請求項8又は9に記載の電池において、
    前記正負電極放熱体は、前記正極リード及び前記負極リードとの間の相対移動を規制する移動規制部が形成されている、
    ことを特徴とする電池。
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