JP2012099252A

JP2012099252A - 二次電池

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Publication number: JP2012099252A
Application number: JP2010243899A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kogure; 正紀小暮
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: CN202308182U; US20120107681A1; JP5216068B2

Abstract

【課題】電極板の短絡を生じにくい二次電池を提供する。
【解決手段】本発明の二次電池１は、電池容器２と、電池容器２の内部に収容され、複数の電極板を含む積層体４と、積層体４と電池容器２との間に配置され、複数の絶縁板が互いに係合することによって積層体を環状に囲む枠体３と、を備える。係合する２つの絶縁板の端面には、それぞれ係合部又は被係合部が形成されている。一方の絶縁板の端面に形成された係合部が、他方の絶縁板の被係合部と係合することにより、積層体４を環状に囲んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池に関する。

従来から、各種電気装置の電力源や発電装置等の電力バッファとして二次電池が用いられている。二次電池の構成例として、特許文献１に開示されている積層型リチウムイオン電池が挙げられる。

特許文献１の積層型リチウムイオン電池は、それぞれ集電体に活物質が塗布された正極板と負極板とがセパレータを介して積層された積層体を有している。この積層体は、実際には電池容器の内部に収容されている。積層体の積層方向の両側に、一対の加圧シートが設けられている。一対の加圧シートは、共通の加圧用テープに接着されており、相対位置が規制されている。積層体は、圧縮される向きに加圧用テープにより加圧され、正極と負極との位置ずれが防止されている。

特開２００８−０９１０９９号公報

ところで、電極板（正極板および負極板）は、厚みが例えば数十μｍ程度のものであり、電池容器等との干渉により変形することや損傷することがある。例えば、特許文献１の積層型リチウムイオン電池において、加圧用テープは、粘着成分が電解液に溶解して粘着力が低下することがある。加圧用テープの粘着力が低下すると、一対の加圧シートの相対位置を規定することができなくなり、電極板が一対の加圧シートの間から移動してしまうことがある。電極板が移動して加圧シートと電池容器の内壁とに挟まれると、電極板の変形や損傷を生じる確率が高くなる。

電極板が変形すると、この電極板が他の電極板と接触しやすくなり、電極板の間で短絡を生じやすくなる。さらに電池容器がアルミニウム等の導電材料からなる場合には、電池容器と電極板との接触により短絡を生じることもある。一方、電極板が他の部材に挟まれることを防止する方法としては、この積層体の周囲を枠体で囲むことにより、絶縁板の移動を規制して電極板を枠体内に閉じ込めてしまうことが考えられる。

この場合、枠体として一体成型されたものを採用すると、二次電池の充電や経時劣化に伴う積層体の膨張が枠体により規制されて、積層体あるいは枠体が不測の応力により破損するおそれがある。このような課題は、正極と負極がセパレータを介して一定方向で巻かれて積層された捲回型積層体においても同様である。また、一体成型された枠体は外寸が略変化しないので、二次電池の組立時に作業性が低下するおそれもある。これに対して互いに独立した複数の絶縁板を積層体の周囲に配置して枠体を構成すると、複数の絶縁板間の接続が不充分であった場合には電極板が複数の絶縁板の間を移動して電池容器と絶縁板との間に挟まれるおそれがある。

本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、電極板の変形や損傷に起因する短絡の発生を低減可能な二次電池を提供することを目的の１つとする。

本発明では、前記目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の二次電池は、電池容器と、前記電池容器の内部に収容され、複数の電極板を含む積層体と、前記積層体と前記電池容器との間に配置され、複数の絶縁板が互いに係合することによって前記積層体を環状に囲む枠体と、を備え、係合する２つの前記絶縁板の端面には、それぞれ係合部又は被係合部が形成され、一方の前記絶縁板の端面に形成された前記係合部が、他方の前記絶縁板の前記被係合部と係合することにより、前記積層体を環状に囲んでいることを特徴とする。
ここで積層体とは、正極板と負極板とがセパレータを介して複層に重ねられたものをいう。

このようにすれば、絶縁板に形成された係合部と被係合部とが係合されて枠体を構成することにより複数の絶縁板の相対位置が規制されるので、絶縁板が接着剤等により互いに固定されている構成と比較して、絶縁板間の相対位置を規制する力が接着剤の劣化等により低下することが回避される。

ここで、係合部とは絶縁板の端面で他の端面部分より長く出ている部分、例えば突片であり、被係合部とは反対に窪んでいる部分、例えば切欠である。

本発明においては、隣接する絶縁板同士は係合部と被係合部で係り合っている。すなわち、これら絶縁板同士の間には係合部が介在することになる。したがって、積層体を構成する電極板は、絶縁板同士の間で係合部に遮られ、枠体と電池容器の内壁との間に移動できなくなる。よって、電極板が電池容器と干渉することが回避され、電極板の変形や損傷が回避される。

また、充電等により積層体が膨張した場合においても、積層体の膨張に追従させて絶縁板の位置を変化させることができ、積層体の膨張により電極板が不測の力を受けることが回避され、不測の力による電極板の変形や損傷が回避される。

本発明によれば、電極板が電池容器と干渉することが回避され、電池容器との干渉による電極板の変形や損傷を回避される。また、積層体の膨張等に伴う絶縁板の移動が許容されるので、積層体の膨張により電極板が不測の力を受けることが回避され、不測の力による電極板の変形や損傷が回避される。このように、電極板の変形や損傷が回避されるので、電極板の変形や損傷に起因する短絡の発生が回避される。

第１実施形態の二次電池の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線矢視断面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’線矢視断面図である。第１の絶縁板および第２の絶縁板の形状を示す分解斜視図である。（ａ）は第２実施形態におけるスペーサを示す斜視図、（ｂ）は第１の絶縁板および第２の絶縁板の形状を示す分解斜視図である。（ａ）は第３実施形態におけるスペーサを示す斜視図、（ｂ）は第１の絶縁板および第２の絶縁板の形状を示す分解斜視図である。第４実施形態における第１の絶縁板および第２の絶縁板の形状を示す分解斜視図である。第５実施形態における第４の絶縁板の形状を示す斜視図である。第５実施形態における複数の第４の絶縁板を組合せ形成した枠体を示す斜視図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。また、便宜上、区分を明確にするために形状が異なる絶縁板については第１の絶縁板、第２の絶縁板との表記を用いる。なお、本発明の技術範囲は下記の各実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態の二次電池１の概略構成を模式的に示す分解斜視図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’線矢視断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図３はスペーサ３を構成する絶縁板の斜視図である。

図１に示すように二次電池１は、中空の電池容器２と、枠体としてのスペーサ３と、複数の電極板が積層されてなる積層体４と、を備える。二次電池１は、例えばリチウムイオン二次電池である。スペーサ３および積層体４は、電池容器２の内部に収容されている。スペーサ３は、電池容器２の内壁と積層体４との間に設けられている。スペーサ３は、複数の絶縁板（後述する）を有する。スペーサ３の複数の絶縁板は、互いに係合することによって積層体４を環状に囲んでいる。互いに係合する一対の絶縁板のうちで、一方の絶縁板の端面には係合部が設けられている。互いに係合する一対の絶縁板のうちで、他方の絶縁板の端面には、一方の絶縁板の係合部と係合する被係合部が設けられている。

電池容器２は、開口を有する電池容器本体２０と、この開口を塞いで電池容器本体２０と接合された蓋２１とからなる。電池容器２の外形や内形、材質については限定されない。本実施形態の電池容器本体２０は、外形が略直方体状であり、開口を含んだ開口面に平行な断面の形状が略矩形枠状のものである。蓋２１は、平面形状が略長方形状のものである。電池容器本体２０および蓋２１は、例えばアルミニウム製であり、例えば溶接等により互いに接合されている。なお、本実施形態の電池容器２を、角型電池容器と称する。

以下、図１に示したＸＹＺ直交座標系に基づいて、二次電池１の構成要素の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標において、Ｘ方向およびＺ方向は、積層体４を構成する電極板の主面に沿う方向である。ここでは、Ｘ方向が電池容器本体２０の開口面に沿う方向であり、Ｚ方向が電池容器本体２０の開口面の法線方向である。Ｙ方向は、積層体４における電極板の積層方向である。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交している。Ｘ方向の一方をＸ正方向、Ｘ方向の他方をＸ負方向と称することがあり、Ｙ方向およびＺ方向についても同様である。

図２（ａ）に示すように蓋２１には、二次電池１の外部に向かって突出した正極端子２２および負極端子２３が設けられている。正極端子２２および負極端子２３を介して、二次電池１に充放電することが可能になっている。ここでは、蓋２１に、絶縁性の略リング形状の固定具２４、２５が設けられている。この固定具２４、２５は、例えば熱可塑性あるいは熱硬化性の樹脂からなり、正極端子２２および負極端子２３を蓋２１に固定する部材である。正極端子２２は、固定具２４により蓋２１に固定されている。負極端子２３は、固定具２５により蓋２１に固定されている。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように積層体４は、正極板４１と負極板４２とがセパレータ４３を介して積層された構造になっている。ここでは、Ｙ方向に正極板４１と負極板４２とが交互に並んでいる。正極板４１と負極板４２との間にセパレータ４３が設けられており、正極板４１が負極板４２と直接接触しないようになっている。

正極板４１および負極板４２は、板状あるいは箔状の集電材を母材としており、集電材の表面に電極活物質からなる膜が設けられた構造になっている。集電材は、例えばアルミニウムや銅からなり、本実施形態においては正極用の集電材にアルミニウム、負極用の集電材に銅を用いている。電極活物質は、電解液の種類に応じて適宜選択される。セパレータ４３は、例えば多孔質の樹脂フィルム等（ポリプロピレンやポリエチレンなど）の絶縁材料からなる。

正極板４１におけるＺ方向の端部には、Ｘ負方向に偏らせて正極タブ４１ａが形成されている。正極タブ４１ａは、接続部４４と導通させて接続（以下、導通接続という）されている。図２（ｂ）に示すように、積層体４を構成する複数の正極板４１に共通して接続部４４が接続されている。接続部４４は、正極端子２２と導通接続されている。

負極板４２におけるＺ方向の端部には、Ｘ正方向に偏らせて負極タブ４２ａが形成されている。負極タブ４２ａは、接続部４５と導通接続されている。正極板４１と同様に、複数の負極板４２に共通して接続部４５が接続されている。接続部４５は、負極端子２３と導通接続されている。

図１に示したようにスペーサ３は、第１の絶縁板３１、３２と、第２の絶縁板３３、３４と、第３の絶縁板３５とを組合せた構造になっている。複数の絶縁板３１〜３５は、いずれも絶縁材料からなり、ここではプラスチックからなる。第１の絶縁板３１、３２および第２の絶縁板３３、３４は、電池容器２の内側壁に沿って環状に配置される側板である。ここで環状とは、電池容器２と積層体４の間を隔てるように、積層体４を取り囲む状態を言う。絶縁板３５は、積層体４に対して電池容器２の開口と反対に配置される底板である。

第１の絶縁板３１、３２は、互いに対向して配置されている。第１の絶縁板３１、３２の主面は、正極板４１の主面（ＸＺ面）と略平行になっている。第２の絶縁板３３、３４は、互いに対向して配置されている。第２の絶縁板３３、３４は、第１の絶縁板３１、３２と主面の法線方向が概ね直交するように配置されている。

図３に示すように第１の絶縁板３１は、複数の切欠３１１〜３１４および複数の貫通孔３１５を有している。この切欠３１１〜３１４は、本発明の被係合部に相当し、後述する係合部（突片）と係合する部位となる。ここで、係合とは、それぞれ係合部と被係合部を有する二つ以上の絶縁板が、係合部と被係合部を介して互いに嵌め合っており、この嵌め合った絶縁板の少なくとも一方が、嵌め合いを維持したまま移動可能な状態を言う。切欠３１１〜３１４および貫通孔３１５は、第１の絶縁板３１を板厚方向（Ｙ方向）に貫通している。複数の切欠３１１〜３１４は、後述する突片に対してガイドとして機能する。第１の絶縁板３２は、第１の絶縁板３１と同様のものである。

切欠３１１は、第１の絶縁板３１の主面を平面視した状態で、Ｘ方向を長手方向としてＸ方向に延在している。切欠３１１は、略直線帯状に延在して第１の絶縁板３１のＸ正方向の端部に通じる直線部３１１ａと、この端部と反対に位置する湾曲部３１１ｂとを有している。切欠３１２は、切欠３１１と同様の形状になっており、切欠３１１よりもＺ負方向側に形成されている。

切欠３１３、３１４は、Ｚ方向に平行な対称軸に対して切欠３１１、３１２と対称的に設けられている。切欠３１３、３１４は切欠３１１と同様の形状になっており、第１の絶縁板３１の主面を平面視した状態で、Ｘ方向を長手方向としてＸ方向に延在している。切欠３１４は、切欠３１３よりもＺ負方向側に形成されている。

第２の絶縁板３３は、母部３３０、複数の突片３３１〜３３４、および複数の貫通孔３３５を有している。母部３３０は、略平板状の部分であり、この平板の主面がＹＺ面と略平行になっている。複数の貫通孔３３５の各々は、母部３３０を板厚方向（Ｘ方向）に貫通している。

突片３３１は、上述のとおり本発明の係合部に相当し、腕部３３１ａおよび先端部３３１ｂを有している。腕部３３１ａは、母部３３０のＹ負方向側の端部を起点とし、Ｘ負方向に屈曲している。腕部３３１ａは、屈曲した部分よりも先端側が略直線帯状になり、母部３３０の主面と交差する方向に延びている。先端部３３１ｂは、腕部３３１ａと連続している。先端部３３１ｂの外形は、切欠３１１の湾曲部３１１ｂの内形と略一致しており、ここでは腕部３３１ａの角を丸めた形状になっている。

突片３３１の突出方向については、突片３３１の少なくとも一部が切欠３１１と係合可能であれば、すなわち突片３３１が切欠３１１と交差していれば、限定されない。本実施形態では、切欠３１１と係合される部分である腕部３３１ａの略直線帯状の部分および先端部３３１ｂが、母部３３０の主面の法線方向（Ｘ負方向）に延在しており、突出方向が母部３３０の主面の法線方向になっている。

突片３３２は、突片３３１と同様の形状になっており、突片３３１よりもＺ負方向側に形成されている。突片３３１が切欠３１１に係合された状態で、突片３３２が切欠３１２に係合されるように、突片３３１、３３２および切欠３１１、３１２の位置が設定されている。

突片３３１、３３２が切欠３１１、３１２と係合されていることにより、突片３３１、３３２の幅方向（Ｚ方向）で、第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との相対位置が略変化しないようになっている。また、第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との相対位置が、突片３３１、３３２の突出方向（Ｘ方向）および板厚方向（Ｙ方向）で変化可能になっている。詳しくは、突片３３１、３３２が切欠３１１、３１２の内側でスライド可能な範囲で、切欠３１１、３１２の直線部の幅ｂ１が突片３３１、３３２の腕部の幅ｂ２と同程度に設定されている。

係合を保持した状態で、第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との相対位置に許容される変化量（以下、移動許容量という）は、切欠３１１、３１２の寸法や突片３３１、３３２の寸法、第１の絶縁板３１の寸法、第２の絶縁板３３の寸法等により概ね定まる。突片３３１、３３２の突出方向（ここではＸ方向）での移動許容量の上限は、突出方向のおける突片３３１、３３２あるいは切欠３１１、３１２の寸法になる。突片３３１、３３２の板厚方向（ここではＹ方向）での移動許容量の上限は、切欠３１１、３１２の深さ（ここでは第１の絶縁板３１の板厚）になる。

突出方向における突片３３１、３３２の寸法および切欠３１１、３１２の寸法は、第１の絶縁板３１の板厚よりも選択自由度が高いので、突片の突出方向の方が突片の板厚方向よりも移動許容量の上限を増すことが容易である。このような観点で、第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との相対位置の変化量が相対的に大きいと予測される方向を、突出方向に設定するとよい。例えば、充電等による積層体４の膨張量が相対的に大きい方向を突出方向にすれば、積層体４の膨張に追従させて第１の絶縁板３１あるいは第２の絶縁板３３を係合を維持しつつ移動させることが容易になる。なお、突片の突出方向を第１の絶縁板の主面と交差させることにより、Ｙ方向での移動許容量の上限を増すことができる。

突片３３３、３３４は、母部３３０をＹＺ平面で二分する中心線（Ｚ軸と平行な線）に対して突片３３１、３３２と対称的に設けられている。突片３３３は、突片３３１と同様の腕部および先端部を有している。突片３３３の腕部は、母部３３０のＹ正方向側の端部を起点としてＸ負方向に屈曲しており、屈曲した部分よりも先端側が略直線帯状になっている。突片３３３の先端部は、腕部と連続してＸ負方向に突出しており、角を丸めた形状になっている。突片３３４は、突片３３３と同様の形状になっており、突片３３１よりもＺ負方向側に形成されている。なお、本実施形態においては、突片３３３、３３４と突片３３１、３３２とは、上述した中心線に対して対称に設けられているが、特にこれに限定されず、係合する他の絶縁板と整合が取れる限りで非対称としてもよく、突片の数を異ならせてもよい。突片３３３、３３４と突片３３１、３３２とを対称に設ける場合には、第１の絶縁板と第２の絶縁板をそれぞれ一種類だけ製造すればよいので、製造コストの削減に寄与することができる。

第１の絶縁板３１の切欠３１３、３１４は、第２の絶縁板３４のＹ負方向側の突片（図１参照）と係合されている。第２の絶縁板３３の突片３３３、３３４は、第１の絶縁板３２のＸ正方向側の切欠と係合されている。第２の絶縁板３４のＹ正方向側の突片は、第１の絶縁板３２のＸ負方向側の切欠と係合されている。このように、第１の絶縁板３１、３２および第２の絶縁板３３、３４は、互いに係合されて環状に連結されており、積層体４を囲んで電池容器２内に配置されている。第１の絶縁板３１の外寸、第２の絶縁板３３の外寸、および電池容器２の内寸は、例えば以下のように設定される（図２（ａ）、（ｂ）、図３参照）。

電池容器２のＸ方向の内寸をＬ１、第１の絶縁板３１のＸ方向の外寸をＬ２、第２の絶縁板３３のＸ方向の外寸をＬ３とする。Ｌ３は、第２の絶縁板３３のＸ正方向の面と突片（例えば突片３３２）の先端との間隔である。ここでは、Ｌ１〜Ｌ３が下記の式（１）を満たすように設定されている。
Ｌ１−２×Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１・・・（１）

Ｌ２がＬ１よりも小さくなるほど、第１の絶縁板３１を電池容器２の内部に収容しやすくなり、二次電池１を効率よく組立てることが可能になる。式（１）の左辺に示すように、Ｌ１と２倍のＬ３との差分よりもＬ２が大きくなっていれば、突片３３１および切欠３１１が電池容器２の内部で係合されている状態で、突片３３１が切欠３１１からＸ方向に外れなくなる。

本実施形態では、Ｌ３が母部３３０の板厚および突出方向の突片３３１〜３３４の寸法により概ね定まる。突出方向の突片３３１〜３３４のＸ方向における寸法を増すことは、母部３３０の板厚を増すことよりも容易であるので、突片３３１が切欠３１１からＸ方向に外れなくすることが容易になっている。

係合の外れ防止の観点で母部３３０の板厚を増す必要性が減るので、二次電池１を軽量化することでき、また、電池容器２の内部で積層体４や電解液を収容するスペースを確保することが容易になる。

電池容器２のＹ方向の内寸をＬ４、第１の絶縁板３１のＹ方向の外寸すなわち板厚をＬ５、第２の絶縁板３３のＹ方向の外寸をＬ６とする。Ｌ６は、例えば突片３３２のＹ負方向側の端面と、突片３３４のＹ正方向側の端面との間隔である。ここでは、Ｌ４〜Ｌ６が下記の式（２）を満たすように設定されている。
Ｌ４−２×Ｌ５＜Ｌ６＜Ｌ４・・・（２）

Ｌ６がＬ４よりも小さくなるほど、第２の絶縁板３３を電池容器２の内部に収容しやすくなり、二次電池１を効率よく組立てることが可能になる。式（２）の左辺に示すように、Ｌ４と２倍のＬ５との差分よりもＬ６が大きくなっていれば、突片３３１および切欠３１１が電池容器２の内部で係合されている状態で、突片３３１が切欠３１１からＹ方向に外れなくなる。

第３の絶縁板３５は、例えば平面形状が略長方形の板部材からなる。第３の絶縁板３５の寸法は、例えば以下のように設定される。第２の絶縁板３３のＸ方向の外寸すなわち板厚をＬ７、第３の絶縁板３５のＸ方向の外寸をＬ８とする。ここでは、Ｌ１、Ｌ７、Ｌ８が下記の式（３）を満たすように設定されている。
Ｌ１−２×Ｌ７＜Ｌ８＜Ｌ１・・・（３）

Ｌ８がＬ１よりも小さくなるほど、第３の絶縁板３５を電池容器２の内部に収容しやすくなり、二次電池１を効率よく組立てることが可能になる。式（３）の左辺に示すように、Ｌ１と２倍のＬ７との差分よりもＬ８が大きくなっていれば、電池容器２の内壁と第３の絶縁板３５の外周との隙間に、第２の絶縁板３３、３４が入り込まなくなる。すなわち、第２の絶縁板３３、３４の間のＺ負方向に隙間無く第３の絶縁板３５が存在することになり、第２の絶縁板３３、３４の間で積層体４の一部が電池容器２の底部と接触することがほぼ確実に回避される。

第３の絶縁板３５のＹ方向の外寸をＬ９とすると、ここではＬ４、Ｌ５、Ｌ９が下記の式（４）を満たすように設定されている。
Ｌ４−２×Ｌ５＜Ｌ９＜Ｌ４・・・（４）

Ｌ９がＬ４よりも小さくなるほど、第３の絶縁板３５を電池容器２の内部に収容しやすくなり、二次電池１を効率よく組立てることが可能になる。式（４）の左辺に示すように、Ｌ４と２倍のＬ５との差分よりもＬ９が大きくなっていれば、電池容器２の内壁と第３の絶縁板３５の外周との隙間に、第１の絶縁板３１、３２が入り込まなくなる。すなわち、第１の絶縁板３１、３２の間のＺ負方向に隙間無く第３の絶縁板３５が存在することになり、第１の絶縁板３１、３２の間で積層体４の一部が電池容器２の底部と接触することがほぼ確実に回避される。

以上のような構成の二次電池１にあっては、突片３３１、３３２が切欠３１１、３１２と係合されて第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との相対位置が規制されている。したがって、接着剤等により複数の絶縁板が互いに固定されている構成と比較して、第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との相対位置を規制する力が接着剤の劣化等により低下することが回避される。

第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との相対位置が突片３３１、３３２の突出方向（Ｘ方向）および板厚方向（Ｙ方向）に変化可能になっているので、充電等により積層体４が膨張した場合に、積層体４の膨張に追従させて第１の絶縁板３１あるいは第２の絶縁板３３の位置を変化させることができる。したがって、膨張に伴って電極板に不測の力が作用することが回避され、膨張に起因する電極板の破損や電池の短絡が回避される。

第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との相対位置が突出方向において変化した場合に、第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との間に突片３３１、３３２が存在するので、第１の絶縁板３１と第２の絶縁板３３との間に電極板が入り込みにくくなる。したがって、電極板が電池容器２の内壁と干渉することが回避され、電池容器２との干渉による電極板の変形や損傷が回避される。

第１の絶縁板３１、３２に貫通孔（例えば貫通孔３１５）が設けられており、第２の絶縁板３３、３４に貫通孔（例えば貫通孔３３５）が設けられているので、貫通孔を通してスペーサ３の内側と外側とで電解液を行き来させることが可能になる。これにより、スペーサ３の内側と外側とで膨張によって電解液が流動する際に発生する動圧による圧力差をほぼ無くすことができる。また、充放電に寄与する電解液の量が滞留により実質的に減ることや、滞留により電解液が劣化すること等も回避される。

以上のように、二次電池１は短絡等の不具合の発生が格段に低減されているので、二次電池１を実装した二次電池システムを安定に動作させることができる。なお、二次電池システムの例としては、例えば電気自動車やハイブリッド車両、産業用車両や船舶、飛行機等の二次電池の電力を必要とする電気機械が挙げられる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の二次電池について説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１の絶縁板の切欠が溝により構成されている点と、第２の絶縁板の主面に沿う方向が突片の突出方向になっている点である。電池容器２および積層体４については、第１実施形態と同様であるので、必要に応じて図１を参照されたい。

図４（ａ）は第２実施形態におけるスペーサ５を示す斜視図、（ｂ）は第１の絶縁板５１および第２の絶縁板５３の形状を示す分解斜視図である。図４（ａ）に示すようにスペーサ５は、第１の絶縁板５１、５２、第２の絶縁板５３、５４および第３の絶縁板５５を有している。複数の絶縁板５１〜５５の位置関係については、第１実施形態と同様である。第１の絶縁板５１、５２および第２の絶縁板５３、５４は、積層体４（図１参照）の側方を囲んで配置された側板である。第３の絶縁板５５は、積層体４よりもＺ負方向に配置された底板である。

第１の絶縁板５１は、複数の切欠５１１〜５１６および複数の貫通孔５１７を有している。貫通孔５１７は、第１の絶縁板５１を板厚方向（Ｙ方向）に貫通している。切欠５１１〜５１６は、積層体４に対向する方向（ここではＹ負方向）に開口を有するとともにＹ正方向側に底部を有する溝により構成されている。

切欠５１１〜５１６は、第１の絶縁板５１の主面を平面視した状態で、Ｘ方向を長手方向としてＸ方向に延在している。切欠５１１〜５１３は、第１の絶縁板５１のＸ負方向側の端まで通じている。切欠５１４〜５１６は、第１の絶縁板５１のＸ正方向側の端まで通じている。切欠５１２は、切欠５１１のＺ負方向側に形成されており、切欠５１３は、切欠５１２のＺ負方向側に形成されている。切欠５１５は、切欠５１４のＺ負方向側に形成されており、切欠５１６は、切欠５１５のＺ負方向側に形成されている。

第１の絶縁板５２は、第１の絶縁板５１と同様のものである。第１の絶縁板５１、５２は、いずれも主面がＸＺ面に略平行になっており、第１の絶縁板５１、５２で互いの切欠の開口を向かい合わせて配置されている。

第２の絶縁板５３は、複数の突片５３１〜５３６および複数の貫通孔５３７を有している。第２の絶縁板５３は、主面がＹＺ面と略平行になっている。貫通孔５３７は、第２の絶縁板５３を板厚方向（Ｘ方向）に貫通している。

突片５３１〜５３３は、第２の絶縁板５３のＹ正方向側に形成されており、第２の絶縁板５３の主面に沿って第１の絶縁板５１に向かう方向に突出している。突片５３４〜５３６は、第２の絶縁板５３のＹ負方向側に形成されており、第２の絶縁板５３の主面に沿って第１の絶縁板５２に向かう方向に突出している。第２の絶縁板５４は、第２の絶縁板５３と同様のものであり、主面がＹＺ面と略平行になっている。

第１の絶縁板５１の切欠５１１〜５１３は、第２の絶縁板５３の突片５３１〜５３３と係合されている。第１の絶縁板５１の切欠５１４〜５１６は、第２の絶縁板５４のＹ正方向側の突片と係合されている。第２の絶縁板５３の突片５３４〜５３６は、第１の絶縁板５２のＸ負方向側の切欠と係合されている。第１の絶縁板５２のＸ正方向側の切欠は、第２の絶縁板５４のＹ負方向側の突片と係合されている。このように、第１の絶縁板５１、５２および第２の絶縁板５３、５４は、積層体４を囲んで環状に連結されている。

以上のような構成のスペーサ５にあっては、第１実施形態と同様の理由により、電極板が電池容器２と干渉することが回避され、また積層体４の膨張により積層体４を構成する電極板が不測の力を受けることが回避される。したがって、電極板の変形や損傷が格段に低減され、電極板の変形や損傷に起因する短絡の発生が回避される。

また、第１の絶縁板の切欠（例えば５１１）が溝形状で構成されているので、突片（例えば５３１）が、第１の絶縁板に対して切欠５１１の開口の反対に配置される部材と非接触になる。この部材（ここでは電池容器２）が突片５３１と接触しないので、接触による損傷が回避される。

なお、第１実施形態の第２の絶縁板のように、第２の絶縁板の主面に交差する方向に突出した突片に対して、第１の絶縁版に溝形状で構成される切欠を設けるようにしてもよい。この場合には、例えば切欠の開口を電池容器２に向けて第１の絶縁板を配置することにより、電極板に対して突片を非接触にすることができる。これにより、突片が電極板に接触することによる電極活物質の剥れ等を回避することができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の二次電池について説明する。第３実施形態が第２実施形態と異なる点は、第２の絶縁板の突片の突出方向（Ｙ方向）における寸法が第１の絶縁板の板厚よりも大きくなっている点である。

図５（ａ）は第３実施形態におけるスペーサ６を示す斜視図、（ｂ）は第１の絶縁板６１および第２の絶縁板６３の形状を示す分解斜視図である。図５（ａ）に示すようにスペーサ６は、第１の絶縁板６１、６２、第２の絶縁板６３、６４および第３の絶縁板６５を有している。複数の絶縁板６１〜６５の位置関係については、第１実施形態と同様である。第１の絶縁板６１、６２および第２の絶縁板６３、６４は、積層体４（図１参照）の側方を囲んで配置された側板である。第３の絶縁板６５は、積層体４よりもＺ負方向に配置された底板である。

第１の絶縁板６１は、複数の切欠６１１〜６１６および複数の貫通孔６１７を有している。切欠６１１〜６１６および貫通孔６１７は、第１の絶縁板６１を板厚方向（Ｙ方向）に貫通している。第１の絶縁板６２は、第１の絶縁板６１と同様のものである。第１の絶縁板６１、６２は、いずれも主面がＸＺ面に略平行になっている。

切欠６１１〜６１６は、第１の絶縁板６１の主面を平面視した状態で、Ｘ方向を長手方向としてＸ方向に延在している。切欠６１１〜６１３は、第１の絶縁板６１のＸ負方向側の端まで通じている。切欠６１４〜６１６は、第１の絶縁板６１のＸ正方向側の端まで通じている。切欠６１２は、切欠６１１のＺ負方向側に形成されており、切欠６１３は、切欠６１２のＺ負方向側に形成されている。切欠６１５は、切欠６１４のＺ負方向側に形成されており、切欠６１６は、切欠６１５のＺ負方向側に形成されている。

第２の絶縁板６３は、複数の突片６３１〜６３６および複数の貫通孔６３７を有している。第２の絶縁板６３は、主面がＹＺ面と略平行になっている。貫通孔６３７は、第２の絶縁板６３を板厚方向（Ｘ方向）に貫通している。

突片６３１〜６３３は、第２の絶縁板６３のＹ正方向側に形成されており、第１の絶縁板６１に向かって突出している。突片６３４〜６３６は、第２の絶縁板６３のＹ負方向側に形成されており、第１の絶縁板６２に向かって突出している。突片６３１〜６３３の突出方向（Ｙ方向）における寸法は、第１の絶縁板６１の板厚よりも大きくなっている。第２の絶縁板６４は、第２の絶縁板６３と同様のものであり、主面がＹＺ面と略平行になっている。

第１の絶縁板６１の切欠６１１〜６１３は、第２の絶縁板６３の突片６３１〜６３３と係合されている。第１の絶縁板６１の切欠６１４〜６１６は、第２の絶縁板６４のＹ正方向側の突片と係合されている。第２の絶縁板６３の突片６３４〜６３６は、第１の絶縁板６２のＸ負方向側の切欠と係合されている。第１の絶縁板６２のＸ正方向側の切欠は、第２の絶縁板６４のＹ負方向側の突片と係合されている。このように、第１の絶縁板６１、６２および第２の絶縁板６３、６４は、積層体４に対して環状に連結されている。

以上のような構成のスペーサ６にあっては、第１実施形態と同様の理由により、電極板が電池容器２と干渉することが回避され、また積層体４の膨張により積層体４を構成する電極板が不測の力を受けることが回避される。したがって、電極板の変形や損傷が格段に低減され、電極板の変形や損傷に起因する短絡の発生が回避される。

また、第２の絶縁板の突片（例えば６３１）が第２の絶縁板６３の主面に沿う方向に突出しているので、突片６３１の突出方向の寸法を増すことが容易になる。したがって、第１の絶縁板６１と第２の絶縁板６３との相対位置に許容される変化量（移動許容量）の上限を、Ｙ方向にて増すことが容易になり、例えば積層方向での積層体４の膨張に追従させて第１の絶縁板６１あるいは第２の絶縁板６３を移動させることが容易になる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の二次電池について説明する。第４実施形態が第３実施形態と異なる点は、絶縁板から電極板に向かう方向に絶縁板を付勢する付勢部が設けられている点である。第４実施形態において、第１の絶縁板および第２の絶縁板を含んだ複数の絶縁板の配置は、第３実施形態と同様である。ここで、付勢部とは、電池膨張時には膨張した集電体によって電池容器内面に押し当てられ弾性域内で変形し、電池収縮時には弾性変形の反発力によって電池容器２の内面を押し、枠体を構成する絶縁板を積層体に密着した状態とする部分をいう。

図６は、第４実施形態における第１の絶縁板７１および第２の絶縁板７３の形状を示す分解斜視図である。図６に示すように、第１の絶縁板７１は、複数の切欠７１１〜７１６、複数の貫通孔７１７を有している。切欠７１１〜７１６は、第３実施形態の切欠６１１〜６１６と同様のものである。貫通孔７１７は、第３実施形態の貫通孔６１７と同様のものである。

第１の絶縁板７１において電池容器２の内壁に向かい合う面に、複数の付勢部７１８が設けられている。本実施形態では、付勢部７１８が第１の絶縁板７１と同一の材質で一体に形成されている。付勢部７１８は、第１の絶縁板７１の主面からＹ負方向に突出した突起により構成されている。

実際には、積層体４により第１の絶縁板７１が電池容器２の内壁に押し当てられた状態で、第１の絶縁板７１が電池容器２の内部に収容されている。付勢部７１８は、電池容器２の内壁に押し当てられることにより圧縮されて弾性変形しており、第１の絶縁板７１を弾性反発力により付勢している。この付勢力により、第１の絶縁板７１が積層体４に向かって押圧されている。

第２の絶縁板７３は、複数の突片７３１〜７３６、複数の貫通孔７３７を有している。突片７３１〜７３６は、第３実施形態の突片６３１〜６３６と同様のものである。貫通孔７３７は、第３実施形態の貫通孔６３７と同様のものである。

第２の絶縁板７３において電池容器２の内壁に向かい合う面に、複数の付勢部７３８が設けられている。本実施形態では、付勢部７３８が第２の絶縁板７３と同一の材質で一体に形成されている。付勢部７３８は、第２の絶縁板７３の主面からＸ正方向に突出した突起により構成されている。第１の絶縁板７１と同様に第２の絶縁板７３は、積層体４により電池容器２の内壁に押し当てられた状態で、電池容器２の内部に収容されている。付勢部７３８は、電池容器２の内壁に押し当てられることにより圧縮されて弾性変形しており、弾性反発力により第２の絶縁板７３が積層体４に向かって押圧されている。

以上のような構成のスペーサにあっては、第１実施形態と同様の理由により、電極板が電池容器２と干渉することが回避され、また積層体４の膨張により積層体４を構成する電極板が不測の力を受けることが回避される。したがって、電極板の変形や損傷が格段に低減され、電極板の変形や損傷に起因する短絡の発生が回避される。また、第３実施形態と同様の理由により、積層方向での積層体４の膨張に追従させて第１の絶縁板７１あるいは第２の絶縁板７３を移動させることが容易になっている。

また、第１の絶縁板７１および第２の絶縁板７３が積層体４に向かって押圧されているので、積層体４に第１の絶縁板７１および第２の絶縁板７３を密着させることができる。したがって、積層体４を構成する電極板が第１の絶縁板７１と第２の絶縁板７３との隙間に入り込むことが格段に回避される。

また、付勢部７１８、７３８を備えたことにより積層体４に所望の圧縮力を作用させることができ、積層体４を構成する正極板４１、負極板４２およびセパレータ４３の間の位置ずれを低減することもできる。

なお、付勢部としては、第１の絶縁板および第２の絶縁板の少なくとも一方を積層体４に向かって押圧するものであればよく、例えば第１の絶縁板に対してのみ、あるいは第２の絶縁板に対してのみ設けられていてもよい。また、付勢部は、第１の絶縁板や第２の絶縁板と独立した部品により構成されていてもよく、例えば第１の絶縁板と電池容器との間に付勢部としての絶縁性を有する板バネが挿入されている構成にしてもよい。

[第５実施形態]
次に、第５実施形態の二次電池について説明する。第５実施形態が第４実施形態と異なる点は、第１の絶縁板と第２の絶縁板とが一体の第４の絶縁板になっている点である。第５実施形態において、第４の絶縁板の形状は、第１実施形態乃至第４実施形態の第１の絶縁板の一端と第２の絶縁体の一端とを結合した形となっている。

図７は、第５実施形態における第４の絶縁板８１の形状を示す斜視図である。図７に示すように、第４の絶縁板８１は、Ｘ負方向における端部に複数の切欠８１１〜８１３を有し、第４の絶縁板８１の主面上であって電池容器２と対向する面には複数の貫通孔８１７をおよび付勢部８１８を有している。また、第４の絶縁板８１のＹ正方向の端部には、切欠８１１〜８１３に対応した位置に突片８３１〜８３３を有している。この切欠８１１〜８１３は、第４実施形態の切欠７１１〜７１３と同様のものである。貫通孔８１７は、第４実施形態の貫通孔７１７と同様のものである。また、付勢部８１８は、第４実施形態の付勢部７１８と同様のものである。突片８３１〜８３３は、第４実施形態の突片７３１〜７３３と同様のものである。

第５実施形態においては、図８に示すように、積層体４の周囲に２つの第４の絶縁板８１を係合させることによって枠体を形成する。つまり、一方の第４の絶縁板８１の切欠８１１〜８１３には、他方の第４の絶縁板８１の突片８３１〜８３３が係合する。また、一方の第４の絶縁板８１の突片８３１〜８３３には、他方の第４の絶縁板８１の切欠８１１〜８１３が係合している。

本実施形態によれば、充電時等で積層体４が膨張した際には、一方の第４の絶縁板８１の切欠８１１〜８１３と、他方の第４の絶縁板の突片８３１〜８３３とが、互いに係合する方向に移動可能であるので、不測の応力で枠体が破損することはない。また、枠体を構成する部品点数を少なくしたため、作業効率が向上し作業コストが低減される。

１・・・二次電池、２・・・電池容器、３・・・スペーサ（枠体）、４・・・積層体、
５、６、８・・・スペーサ、２０・・・電池容器本体、２１・・・蓋、
２２・・・正極端子、２３・・・負極端子、２４、２５・・・固定具、
３１、３２・・・第１の絶縁板、３３、３４・・・第２の絶縁板、
３５・・・第３の絶縁板、４１・・・正極板（電極板）、４１ａ・・・正極タブ、
４２・・・負極板（電極板）、４２ａ・・・負極タブ、４３・・・セパレータ、
４４、４５・・・接続部、５１、５２・・・第１の絶縁板、
５３、５４・・・第２の絶縁板、５５・・・第３の絶縁板、
６１、６２・・・第１の絶縁板、６３、６４・・・第２の絶縁板、
６５・・・第３の絶縁板、７１・・・第１の絶縁板、７３・・・第２の絶縁板、
７５・・・第３の絶縁板、８１・・・第４の絶縁板、８５・・・第３の絶縁板、
３１１・・・切欠、３１１ａ・・・直線部、
３１１ｂ・・・湾曲部、３１２〜３１４・・・切欠、３１５・・・貫通孔、
３３０・・・母部、３３１・・・突片、３３１ａ・・・腕部、３３１ｂ・・・先端部、
３３２〜３３４・・・突片、３３５・・・貫通孔、５１１〜５１６・・・切欠、
５１７・・・貫通孔、５３１〜５３６・・・突片、５３７・・・貫通孔、
６１１〜６１６・・・切欠、６１７・・・貫通孔、６３１〜６３６・・・突片、
６３７・・・貫通孔、７１１〜７１６・・・切欠、７１７・・・貫通孔、
７１８・・・付勢部、７３１〜７３６・・・突片、７３７・・・貫通孔、
７３８・・・付勢部、８１１〜８１３・・・切欠、８１７・・・貫通孔、
８１８・・・付勢部、８３１〜８３３・・・突片

Claims

電池容器と、
前記電池容器の内部に収容され、複数の電極板を含む積層体と、
前記積層体と前記電池容器との間に配置され、複数の絶縁板が互いに係合することによって前記積層体を環状に囲む枠体と、を備え、
係合する２つの前記絶縁板の端面には、それぞれ係合部又は被係合部が形成され、
一方の前記絶縁板の端面に形成された前記係合部が、他方の前記絶縁板の前記被係合部と係合することにより、前記積層体を環状に囲んでいることを特徴とする二次電池。
前記係合部は、前記一方の絶縁板の主面と直交する方向に突出する突片であり、
前記被係合部は、前記他方の絶縁板の主面の少なくとも一部を切り欠いた切欠であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。