JP2013016275A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池は、第1極性の電位の第1電極板と、接触部を備え第2極性の電位の第2電極板と、前記第1電極板と前記第2電極板との間に配置されたセパレータと、前記第1電極板と前記第2電極板と前記セパレータとを収納した導電性の電池容器とを有し、前記接触部は前記電池容器に接触することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
しかしながら、これら電池においては、劣化することで電池性能が低下し、結果として故障する場合があることが知られている。劣化の要因としては、例えば、放電または充放電により電池容器の内部で発生する熱や、電池容器と電解液との反応等が挙げられる。
そこで、電池の劣化を防止すべく、電池容器の内部の熱を電池容器の外部へ放熱するための放熱板を備えた電池(特許文献1参照)や、電池の正極端子と導電性の電池容器とを導電体で接続し、電池容器を正極と同じ電位とすることで上記反応を防止する電池(特許文献2参照)等が開発されている。
また、特許文献2の電池は、電池容器の外側に上記導電体を配置しているため、当該電池が使用される電池システムの振動等で当該電池システムの他の部材が当該導電体に当たる等し、結果として当該導電体が所定の位置から外れ、上記反応が進行してしまう恐れがある。
そこで、本発明は、簡易な構成により上述の課題を同時に解決し、電池性能を向上した電池を提供することを目的とする。
なお、実施形態の電池としては、一次電池または二次電池等のいずれの電池でも用いることが可能であるが、ここでは電池の一例として、充放電可能な電池、例えば蓄電池であるリチウムイオン二次電池を用いて説明する。
ここで、蓋3は容器本体2と同一の導電性の材質である。そして、蓋3には、蓋3を貫通して配置される例えば円柱状の電極端子(正極端子4及び負極端子5)と、電極端子を蓋3に固定し且つ電極端子と蓋3との間を電気的に絶縁する絶縁性の樹脂6(例えば、プラスチック樹脂等の絶縁体)が形成されている。
正極板7aは、アルミニウム等の正極用金属箔(以下、「正極基材」ともいう)の両面にマンガン酸リチウム等の正極活物質が塗工された後、打ち抜かれて形成される。正極板7は、正極基材に正極活物質が塗工されている略矩形の部分(以下、「正極塗工部」8という)と当該正極基材に正極活物質が塗工されていない略矩形の部分(以下、「正極非塗工部」9という)とを備えている。
正極塗工部8のX方向に長さを持つ2つの辺のうち、+Z方向にある辺に接続する略矩形の正極タブ10と、−Z方向にある辺に接続する略矩形の接触部11aは、正極非塗工部9である。
これら正極非塗工部9と正極塗工部8との接続関係は、図2(a)に示すとおりである。
すなわち、正極塗工部8は、X方向に寸法「W1」及びZ方向に寸法「W2」の略矩形である。また、正極非塗工部9の1つである正極タブ10は、X方向に寸法「W3」及びZ方向に寸法「W5」の略矩形であって、正極塗工部8のX方向の幅の中心からZ方向へ仮想線(以下、「正極仮想線」という)を引いた場合に、正極仮想線より+X方向に位置し且つ正極塗工部8のX方向内側に位置し且つ正極塗工部8に接続して一体となっている(従って、0<W3<{(W1)÷2}である)。さらに、正極非塗工部9の1つである接触部11aは、X方向に寸法「W1」及びZ方向に寸法「W4」の略矩形であって、正極塗工部8の上記−Z方向にある辺にX方向のズレなく接続して一体となっている。
なお、寸法「W5」は、正極端子4に電気的に接続するために十分な長さであり、寸法「W4」は、負極板12には電気的に接触しない範囲で電池容器に物理的に接触するために十分な長さである。
負極塗工部13のX方向に長さを持つ2つの辺のうち、+Z方向にある辺に接続する略矩形の負極タブ15は、負極非塗工部14である。
これら負極非塗工部14と負極塗工部13との接続関係は、図2(b)に示すとおりである。
すなわち、負極塗工部13は、X方向に寸法「D1」及びZ方向に寸法「D2」の略矩形である。また、負極非塗工部14である負極タブ15は、X方向に寸法「D3」及びZ方向に寸法「D4」の略矩形であって、負極塗工部13のX方向の幅の中心からZ方向へ仮想線(以下、「負極仮想線」という)を引いた場合に、負極仮想線より−X方向に位置し且つ負極塗工部13のX方向内側に位置し且つ負極塗工部13に接続して一体となっている(従って、0<D3<{(D1)÷2}である)。
負極塗工部13のXZ平面における略矩形の寸法は、電池容器の内部に折れ曲がることなく収納される寸法、すなわち電池容器のXZ平面における内径より小さい。そして、負極塗工部13のXZ平面における略矩形の寸法は、正極塗工部8のXZ平面における略矩形の寸法よりも大きい。すなわち、0<W1<D1且つ0<W2<D2である。
従って、図1(a)に示すように、Y方向から見て、正極塗工部8は負極塗工部13の面内に配置される。また、負極タブ15は、正極仮想線と負極仮想線とをXZ平面上で実質的に合わせて正極板7aと負極板12とをセパレータを介して順次Y方向に積層するので、XZ平面上で正極タブ10と重ならない位置に配置される。
セパレータ16を袋状とすることで、正極電位に帯電する電池容器に負極板12が接触することが十分に防止され、また、負極板12が正極板7に接触することが十分に防止される。
もちろん、セパレータの寸法等を調整することで、かような防止の機能が達成できる場合には、必ずしも袋状である必要はない。従って、セパレータの形状を単に略矩形のシート状としてもよい。
これを順次繰り返し、最終的に複数の正極板7aと複数の負極板12からなり且つX方向から見たY方向の両端に負極板12が配置される積層電極体17が形成される。図1(b)では、2つの同一の積層電極体17(それぞれ番号を17aと17bとして図に示す)が電池容器に納められた例を示している。
なお、Y方向から見て実質的に同じ位置に揃えられた全ての正極タブ10は、リベット打ち又は溶接等で、正極端子4に電気的に接続される。この際、正極タブ10を直接的に正極端子4に接続してもよいし、正極タブ10と正極端子4との間に金属製の正極用リードを介在させてもよい。また、Y方向から見て実質的に同じ位置に揃えられた全ての負極タブ15は、リベット打ち又は溶接等で、負極端子5に電気的に接続される。この際、負極タブ15を直接的に負極端子5に接続してもよいし、負極タブ15と負極端子5との間に金属製の負極用リードを介在させてもよい。
正極基材である接触部11aは熱伝導が良い金属であるので、このため、積層電極体17の内部で発生した熱を、電池容器まで素早く熱伝導させて放熱することができる。従って、結果として、電池の劣化を防止することができる。この際、特許文献1の放熱板のような、基本となる電池構成部材以外の部材を電池容器の内部に配置するのではなく、基本となる電池構成部材の1つである正極基材からなる接触部11aを用いているので、電極板等の寸法または枚数を減少させる必要がない。
また、導電性の電池容器の内部で正極板7aと電池容器とを電気的に接続し、電池容器を正極板7aと同じ電位、すなわち正極端子4と実質的に同じ電位とすることができるので、電池容器と電解液との反応を防止することができる。この際、接触部11aは正極板7aの一部であって、特許文献2のように電池容器の外部に配置される部材ではなく、また、積層電極体の重みで圧迫されて電池容器の底面に接触又は重力で当該底面に接触するので外れる恐れがなく、また、電池1の取り扱いも容易となる。
さらに、一般的に、導電性の電池容器を用いる場合には、積層電極体が電池容器に電気的に接続しないように、電池容器の内部と当該電池容器に収納される積層電極体との間に絶縁板または絶縁シートなどの絶縁部材が配置される。これは、積層電極体の正極板と負極板とが電気的に短絡しないようになされる処置である。しかしながら、電池1では、負極板12は袋状のセパレータ16に内包されているので、負極板12と正極板7aとは電気的に短絡せず、また、正極板7aはその接触部11aを電池容器の底面に接触させる構成であるので、そもそも当該絶縁部材が不要となる。もちろん、設計に応じて、当該底面にかつて配置していた絶縁部材のみを取り除き、電池容器の内壁のうち当該底面以外の他の壁面と積層電極体との間には依然として絶縁部材を配置してもよい。
従って、本実施形態の電池1は、電池性能を向上させるだけでなく、コスト削減にも寄与することができる。
図3(a)に、変形例として示す電池の正極板7bを、また、図3(b)に、変形例として示す電池の正極板7cを示す。これら変形例の電池は、電池1の正極板7aのみをこれら正極板7bまたは7cと入れ替えたものであるので、他の構成については上記電池1と同様であり、説明を省略する。
正極板7bは、接触部11aを正極仮想線付近でX方向に2分割し、X方向の幅を寸法「W1a」とする接触部11bと、X方向の幅を寸法「W1b」とする接触部11cの2つの部分とした構成である(具体的には、0<W1a+W1b<W1である)。そして、これら2つの部分は、正極仮想線付近に開口ができるように配置される。この構成により、接触部11aの場合に比べ、電極板の内部へ効果的に電解液を浸潤または循環させることができる。
また、正極板7cは、接触部11aをX方向に3分割し、X方向の幅を寸法「W1c」とする接触部11d、X方向の幅を寸法「W1d」とする接触部11e及びX方向の幅を寸法「W1e」とする接触部11fの3つの部分とした構成である(具体的には、0<W1c+W1d+W1e<W1である)。そして、これら3つの部分は、互いの間に開口ができるように配置される。この構成により、接触部11aの場合に比べ、電極板の内部へ効果的に電解液を浸潤または循環させることができる。また、このように3つの部分としたことで、図3(a)に示した上記2つの部分に分けた場合に比べて開口の数が増加するので、より効果的に電極板の内部へ電解液を浸潤または循環させることができる。
本変形例の電池は、上述した電池1の効果も奏することはもちろん、かように電極板の内部へ電解液を効果的に浸潤または循環させることもできるので、より電池性能を向上させることができる。
正極板7dは、電池容器の底面に接触部11d、11eおよび11fが接触するのみならず、電池容器の側壁にも接触部11g、11h、11i、11j、11kおよび11lが接触するため、積層電極体17の内部で発生した熱を、図1の電池1に比べ、電池容器までより素早く熱伝導させて放熱することができる。また、接触部11g、11hおよび11i、接触部11j、11kおよび11lの間には開口が形成されるようこれら各接触部が配置されているので、電解液の循環も保たれる。
また、上述した実施形態やその変形例では、接触部11は正極基材としたが、接触部11を正極基板とは別個に形成した後に、正極基材へ溶接等して接続してもよい。
さらに、上述した実施形態やその変形例では、接触部11は正極タブ10とは別に形成したが、これらを一体として、正極タブ10に接触部11の機能を持たせてもよい。
その上、実施形態およびその変形例では、電池容器を正極電位にすべく接触部11が正極板7に配置されているが、電池の材料(活物質、電解液等)に応じて、電池容器を負極電位にすべく接触部11に相当する構成を負極板12に配置してもよい。その場合には、電池1で説明した正極板7に相当する説明を負極板12に相当する説明と入れ替えれば、電池構成が容易に理解される。
7(7a、7b、7c、7d)…正極板、8…正極塗工部、9…正極非塗工部、
10…正極タブ、11(11a 〜 11l)…接触部、
12…負極板、13…負極塗工部、14…負極非塗工部、15…負極タブ、
16…セパレータ、17(17a、17b)…積層電極体
Claims (7)
- 第1極性の電位の第1電極板と、
接触部を備え第2極性の電位の第2電極板と、
前記第1電極板と前記第2電極板との間に配置されたセパレータと、
前記第1電極板と前記第2電極板と前記セパレータとを収納した導電性の電池容器と
を有し、
前記接触部は前記電池容器に接触することを特徴とする電池。 - 前記電池容器は、第1電極端子と第2電極端子とを絶縁体を介して配置した蓋と、容器本体とを備え、
前記第1電極板が前記第1電極端子に電気的に接続され、前記第2電極板が前記第2電極端子に電気的に接続され、前記接触部は前記容器本体に接触することを特徴とする請求項1に記載の電池。 - 前記第2電極板は、基材に電極活物質が塗工された塗工部と、前記基材に前記電極活物質が塗工されていない非塗工部とを備え、
前記接触部は前記非塗工部であることを特徴とする請求項2に記載の電池。 - 前記接触部は、前記容器本体の底面に接触することを特徴とする請求項3に記載の電池。
- 前記セパレータは袋状であり、前記第1電極板を内包していることを特徴とする請求項4に記載の電池。
- 前記第1極性は負極であり、前記第1電極板は負極板であり、前記第2極性は正極であり、前記第2電極板は正極板であることを特徴とする請求項1及至請求項5のいずれか一項に記載の電池。
- 前記第1極性は正極であり、前記第1電極板は正極板であり、前記第2極性は負極であり、前記第2電極板は負極板であることを特徴とする請求項1及至請求項5のいずれか一項に記載の電池。
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