JP2013125657A

JP2013125657A - 電池

Info

Publication number: JP2013125657A
Application number: JP2011273912A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hosokawa; 隆志細川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-24
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: JP5930162B2; KR101412323B1; KR20130069381A; CN103165850B; CN103165850A

Abstract

【課題】外部からの衝撃によってリード部が変形した場合でも、リード部の電極束への進入を抑制することができる電池を提供する。
【解決手段】集電体３０，４０の各リード部３２，４２が、電池ケース５０と正極面２０ａ又は負極面２０ｂとの間に、正極面２０ａ又は負極面２０ｂに対し傾斜して配置される傾斜部３４，４４を備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車等の車両に搭載される電池の構造に関する。

従来、例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の比較的小型の電子機器用の二次電池として、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池等が知られている。また近年は、電気自動車等の各種車両に搭載される大型の電池の開発も進んでいる。

このような電池の構造としては、例えば、正極板と負極板とがセパレータを介して捲回されることで積層された電極群（電極束）が非水電解液と共に角形の外装部材（ケース）内に収納され、外装部材が蓋部材によって密閉されたものがある（例えば、特許文献１）。

正極板及び負極板は、電極群の軸方向端部でそれぞれ集電体の一端側に接続され、集電体の他端側は蓋部材に設けられる端子部に接続されている。例えば、特許文献１に記載の構成では、正極板及び負極板は、上記集電体に相当する正極リード及び負極リードによって上記端子部に相当する正極端子及び負極端子に接続されている。これら正極リード及び負極リードは、端子部に接続される接続プレートと、接続プレートから下方に延出された短冊状の集電部とを有し、この集電部が正極板又は負極板に接続されている。そして、この集電部は、電極群の表面と略平行となるように接続プレートから下方に向かって延設されている。

特許文献１に記載されているように、上記短冊状の集電部（リード部）は、電極群（電極束）の表面と略平行となるように接続プレート（接続部）から延設されている。

特開２０１１−７１１０９号公報特開２００２−２９８９０６号公報

ところで、このような電池が車両に搭載されている場合、電池には、例えば、車両の衝突時等に外部から大きな衝撃が加わる虞がある。上記のようにリード部が電極束の表面と略平行に延設されている構成では、リード部の外側から電池に衝撃が加わると、リード部が内側に変形して電極束に進入してしまい正極板又は負極板に接触して内部短絡が生じる虞がある。

なお電極束から突出した正極の端部に正極集電板を溶接するようにした構造の二次電池において、電極束から突出した正極の端部（リード溶接端部）のうちの少なくとも最外周部分が内周側に傾くようにするようにしたものがある（特許文献２参照）。

この構成では、正極の端部が負極端子を兼ねる容器の内壁に接触することによる内部短絡の発生を抑制することができる。ただしこの特許文献２に記載の構成は、集電体の変形に伴う内部短絡を抑制するものではない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外部からの衝撃によってリード部が変形した場合でも、リード部の電極束への進入を抑制することができる電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、正極板と負極板とがセパレータを介してオフセット積層されて積層体を形成すると共に、該積層体を巻いて形成する捲回体の一方の端面を正極面とし他方の端面を負極面とする電極束と、前記電極束の前記正極面又は前記負極面のそれぞれに対応して配置され、前記正極板又は負極板のいずれかに接続されるリード部と、前記電極束及び前記リード部が収容される角形状の外装部材と、を有し、前記リード部は、前記外装部材と前記正極面又は前記負極面との間に、前記正極面又は前記負極面に対し傾斜して配置される傾斜部を備えていることを特徴とする電池にある。

かかる第１の態様では、外装部材の側方から衝撃（外力）が加わった際、リード部は、傾斜部が回転しながら電極束側に移動（変形）する。これにより、リード部は電極束の端面に対して実質的に面接触し、リード部の電極束側への移動が規制される。またリード部に要するスペースが縮小されることに伴って電極束を大きくすることができ、単位体積あたりの電池能力が向上する。

本発明の第２の態様は、第１の態様の電池において、前記電池は同極に接続される前記リード部を複数有し、複数の前記リード部は、前記傾斜部の前記正極面又は負極面に対する傾きがそれぞれ略同一であることを特徴とする電池にある。

かかる第２の態様では、各リード部と正極板又は負極板とを溶着等により接合する際に、両者の接合部分に同方向からアクセスできるため、作業性が向上する。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様の電池において、前記リード部の前記正極面又は負極面と重なる部分の全体が前記傾斜部となっていることを特徴とする電池にある。

かかる第３の態様では、リード部の変形がより確実に抑制される。

かかる本発明では、外部からの衝撃によって集電体のリード部が変形した場合でも、リード部の電極束内への進入を抑制することができる。したがって集電体が正極板又は負極板に接触することによる内部短絡の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る密封形電池の概略構成を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態に係る密封形電池の概略構成を示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る電極束の積層構造を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る密封形電池の概略構成を示す横断面図である。集電体のリード部の変形状態を説明する縦断面図である。集電体のリード部の変形状態を説明する横断面図である。本発明に係る電池の使用態様の一例を示す概略図である。本発明に係る電池の使用態様の一例を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る集電体のリード部の変形例を示す横断面図である。

（実施形態１）
図１及び図２に示す本実施形態に係る電池１０は、例えば、リチウムイオン電池である密閉形電池であり、正極板２１及び負極板２２を備える電極束（エレメント）２０と、集電体３０，４０とが非水電解液（図示なし）と共に外装部材である電池ケース５０内に収容されている。この電池ケース５０の上部は、蓋部材６０で密閉されている。なお電池ケース５０内には、電池ケース５０の内面を覆う絶縁部材５５が設けられている。これにより、電池ケース５０と内部に収容される電極束２０及び集電体３０，４０との絶縁が図られている。

詳しくは後述するが、電極束２０の正極板２１には集電体３０の一端側が接続され、この集電体３０の他端側には、蓋部材６０に設けられた貫通孔６１から外部に突出する正極端子部材７０が接続されている。負極板２２には集電体４０の一端側が接続されている。この集電体４０の他端側には、蓋部材６０に設けられた貫通孔６１から外部に突出する負極端子部材８０が接続されている。

なお蓋部材６０の上下面側には、各貫通孔６１の開口部に対応して絶縁シート部材９０がそれぞれ配されている。正極端子部材７０及び負極端子部材８０は、絶縁シート部材９０によって蓋部材６０との絶縁が図られている。

図３に示すように、電極束２０は、例えば、金属箔からなる正極板２１と負極板２２とが、セパレータ２３を介してオフセット積層されて積層体を形成する。そして、この積層体を筒状に巻いて形成する捲回体の一方の端面を正極面２０ａとし他方の端面を負極面２０ｂとする（図１参照）。本実施形態に係る電極束２０は、セパレータ２３を介して帯状の正極板２１及び負極板２２を扁平形状に捲回することによって形成されている。

また帯状の正極板２１には、その幅方向一端部に設けられる非塗布部２４を除いて、活物質が塗布された活物質塗布部２５が形成されている。同様に、負極板２２にも非塗布部２６を除いて活物質塗布部２７が形成されている。すなわち、正極板２１の負極板２２と重なっている部分に活物質塗布部２５が形成され、負極板２２の正極板２１と重なっている部分に活物質塗布部２７が形成されている。

図４に示すように、電極束２０の幅方向（図中左右方向）一端側、すなわち正極面２０ａ側には、複数の正極板２１の非塗布部２４同士が束ねられた正極結束部２８が形成されている。電極束２０の幅方向他端側、すなわち負極面２０ｂ側には、複数の負極板２２の非塗布部２６同士が束ねられた負極結束部２９が形成されている。これら正極結束部２８及び負極結束部２９は、例えば、略コ字状の結束部材（図示なし）等によって結束されている。本実施形態に係る電極束２０には、正極結束部２８及び負極結束部２９がそれぞれ二つずつ設けられている。なお正極結束部２８及び負極結束部２９の数は、特に限定されず、それぞれ一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。

そしてこのような電極束２０の各正極結束部２８には集電体３０が接続され、各負極結束部２９には集電体４０側が接続されている。集電体３０，４０は、蓋部材６０に対向して設けられる板状の端子接続部３１，４１と、端子接続部３１，４１から電極束２０の表面に対向して延設されるリード部３２，４２、を備えている。

集電体３０の端子接続部３１は、蓋部材６０の外側に突出して設けられる正極端子部材７０に接続されている。集電体４０の端子接続部４１は、蓋部材６０の外側に突出して設けられる負極端子部材８０に接続されている。これら端子接続部３１と正極端子部材７０との接続構造、及び端子接続部４１と負極端子部材８０との接続構造は、既存の構造を採用すればよいため、この点についての詳細な説明は省略する。

集電体３０のリード部３２は、電極束２０の表面、具体的には、正極結束部２８の表面に対向して延設されており、正極結束部２８の外側の面に接続されている。集電体４０のリード部４２は、負極結束部２９の表面に対向して延設されており、負極結束部２９の外側の面に接続されている。

本実施形態では、電極束２０は正極結束部２８及び負極結束部２９を二つずつ備えている。このため、集電体３０は、これら二つの正極結束部２８に対応する二つのリード部３２を備えている。同様に、集電体４０は、二つの負極結束部２９に対応する二つのリード部４２を備えている。具体的には、集電体３０のリード部３２は、端子接続部３１から所定幅で二股に分岐されて各正極結束部２８の外側の表面に対向して延設されている。集電体４０のリード部４２は、端子接続部４１から所定幅で二股に分岐されて各負極結束部２９の外側の表面に対向して延設されている。

ここで集電体３０のリード部３２の基端部側は、図１，２及び図４（ａ）に示すように、電極束２０の表面２０ｃに対して略平行に設けられた平面部３３となっており、本実施形態では、この平面部３３が超音波溶着によって正極結束部２８に接続されている。同様にリード部４２の基端部側も電極束２０の表面２０ｃに対して略平行に設けられた平面部４３となっており、この平面部４３が超音波溶着によって負極結束部２９に接続されている。なお平面部３３と正極結束部２８とを接合する方法及び平面部４３と負極結束部２９とを接合する方法は、超音波溶着に限られず、他の方法であってもよい。

集電体３０の各リード部３２の平面部３３よりも先端側は、図１，２及び図４（ｂ）に示すように、電極束２０の表面２０ｃに対して傾斜する傾斜部３４となっている。すなわち傾斜部３４は電極束２０の正極面２０ａに対して所定角度で傾斜している。換言すれば、リード部３２は、外装部材である電池ケース５０と正極面２０ａとの間に、正極面２０ａに対し傾斜して配置される傾斜部３４を備えている。本実施形態では、各リード部３２は、傾斜部３４の電極束２０の表面２０ｃに対する角度θ１が鋭角となるように設けられている。同様に、集電体４０の各リード部４２よりも先端側も電極束２０の表面２０ｃに対して傾斜する傾斜部４４となっている。すなわち傾斜部４４は電極束２０の負極面２０ｂに対して所定角度で傾斜している。換言すれば、リード部４２は、電池ケース５０と負極面２０ｂとの間に、負極面２０ｂに対し傾斜して配置される傾斜部４４を備えている。本実施形態では、各リード部４２は、傾斜部４４の電極束２０の表面２０ｃに対する角度θ２が鋭角となるように設けられている。

このように集電体３０，４０の各リード部３２，４２に傾斜部３４，４４が設けられていることで、電池ケース５０の側方から衝撃（外力）が加わった際に、内部短絡の発生を抑制することができる。例えば、図５に示すように、電池ケース５０の側方から外力が加わりリード部３２が電極束２０側に押圧されると、図６に示すように、リード部３２の傾斜部３４は回転しながら電極束２０側に移動（変形）する。その際、平面部３３も傾斜部３４の回転に伴って回転する。その結果、リード部３２は電極束２０の正極面２０ａ側の端面に対して実質的に面接触する。これによりリード部３２の電極束２０側への移動が規制され、リード部３２の電極束２０内への進入が抑えられる。また短絡までのリード部３２の許容変形量を高めることができる。よって電池１０における内部短絡の発生を抑制することができる。勿論、集電体４０のリード部４２が変形した場合にも同様の作用効果を奏する。

また電池ケース５０の側方から外力が加わった際、リード部３２，４２はその基端部、つまり端子接続部３１，４１との境界付近を起点として変形することが多い。このためリード部３２，４２の電極束２０側への変形量（移動量）は、リード部３２，４２の先端部において最も大きくなり易い。すなわちリード部３２，４２の先端部が、最も電極束２０の内部に進入し易い。本実施形態では、リード部３２，４２の先端部に傾斜部３４，４４が設けられている。したがって、リード部３２，４２の電極束２０内部への進入をより確実に抑制することができる。

なお本実施形態では、リード部３２，４２と正負極結束部２８，２９とを超音波溶着等によって接続する際の作業性を考慮して、リード部３２，４２に平面部３３，４３を設けているが、リード部３２，４２と正負極結束部２８，２９とを良好に接続することができれば、リード部３２，４２全体が傾斜部３４，４４となっていてもよい。これにより、リード部３２，４２の電極束２０の内部への進入をより確実に抑制することができる。

またリード部３２，４２が傾斜部３４，４４を備えていることで、特にリード部３２，４２全体が傾斜部３４，４４となっていることで、リード部３２，４２に要するスペースを従来に比べて小さくすることができる。それに伴って電極束２０が電池ケース５０を占める割合が大きくなる。したがって、単位体積あたりの電池能力を向上することができる。

ところで、角形の密閉型電池である電池１０は、例えば、図７（ａ）に示すように、複数個（例えば、５個〜８個程度）ずつまとめて小ケース１１０内に収納されてモジュール化される。さらに、複数の小ケース１１０が、バッテリトレイ１２１及びバッテリカバー１２２で構成され小ケース１１０よりも容積の大きい大ケース（ケーシング）１２０内に並んで収納されて電池パック１３０を形成する。つまり電池パック１３０においては、電池１０が小ケース１１０と大ケース１２０との二重ケース構造で収納されている。そして図７（ｂ）に示すように、この電池パック１３０が、電気自動車等の車両２００に搭載される。したがって、電池１０が角形であればデットスペースを極力少なく抑えてスペース効率を高めることができる。

なお電池パック１３０の配置は特に限定されるものではない。電池パック１３０は、例えば、車両２００の重心を下げ車両２００の運動性能を高めること、車室内空間を確保すること等を考慮し、車両２００中央部付近の床下に取り付けられる（図７（ｂ）参照）。或いは、車両２００の車高全体を低くすることや、車両２００の車室内の利便性等を考慮して、電池パック１３０が車両２００の後部のトランクルームに取り付けられることもある。

さらに、車両２００に対する電池１０の向きも、特に限定されるものではない。例えば、電池１０は、その長手方向が車両２００の前後方向と一致するように設けられていてもよいし、その長手方向が車両２００の上下方向と一致するようになるように設けられていてもよい。何れの場合でも、車両２００の車室空間を確保するためや車両２００の重心を低くすること等の各種条件を考慮して、デットスペースが少なくなるよう効率良く配置することが好ましい。

上述のように各種条件を考慮して電池１０の配置を適宜決定すると、集電体３０，４０が車両２００の中心に対し外方向に配置されることもある。すなわち電極束２０の正極面２０ａ及び負極面２０ｂ側が、図８（ａ）に示すように、車両の前後方向外側を向くように各電池１０が配置される場合もあるし、或いは図８（ｂ）に示すように、電極束２０の正極面２０ａ及び負極面２０ｂが車両の左右方向外側を向くように電池１０が配置されることもある。このような向きで電池１０が配置されると、例えば車両２００が衝突して電池１０に外力が加わった際に、リード部３２，４２の変形による短絡が発生し易い。しかしながら、本発明の構成によれば、車両２００に対する電池１０の向きに拘わらず、リード部３２，４２の変形による短絡を効果的に抑制することができる。

また本実施形態では、各リード部３２，４２は、傾斜部３４，４４の電極束２０の表面２０ｃに対する傾斜角度が鋭角となるように設けられているが、リード部３２，４２の構成は、これに限定されるものではない。例えば、各リード部３２，４２は、傾斜部３４，４４の正極面２０ａ又は負極面２０ｂに対する傾きがそれぞれ略同一となっていても。すなわち、上述の実施形態では各リード部３２，４２は、二つの傾斜部３４，４４がハの字状に設けられているが、例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、傾斜部３４，４４が略平行となるように設けられていてもよい。このように傾斜部３４，４４が略平行となるようにすることで、リード部３２，４２と正極結束部２８又は負極結束部２９とを溶着等により接合する際、両者の接合部分に同方向からアクセスできるため、作業性が向上する。

さらに、各リード部３２，４２は、例えば、図９（ｃ）に示すように、各傾斜部３４，４４の電極束２０の表面２０ｃに対する傾斜角度が鈍角となるように設けられていてもよい。勿論、このような構成としてもリード部３２，４２の電極束２０への進入を抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

１０電池
２０電極束
２１正極板
２２負極板
２３セパレータ
２４，２６非塗布部
２５，２７活物質塗布部
２８正極結束部
２９負極結束部
３０，４０集電体
３１，４１端子接続部
３２，４２リード部
３３，４３平面部
３４，４４傾斜部
５０電池ケース
６０蓋部材
６１貫通孔
７０正極端子部材
８０負極端子部材
９０絶縁シート部材
１１０小ケース
１２０大ケース
１３０電池パック
２００車両

Claims

正極板と負極板とがセパレータを介してオフセット積層されて積層体を形成すると共に、該積層体を巻いて形成する捲回体の一方の端面を正極面とし他方の端面を負極面とする電極束と、
前記電極束の前記正極面又は前記負極面のそれぞれに対応して配置され、前記正極板又は負極板のいずれかに接続されるリード部と、
前記電極束及び前記リード部が収容される角形状の外装部材と、を有し、
前記リード部は、前記外装部材と前記正極面又は前記負極面との間に、前記正極面又は前記負極面に対し傾斜して配置される傾斜部を備えていることを特徴とする電池。
請求項１に記載の電池において、
前記電池は同極に接続される前記リード部を複数有し、
複数の前記リード部は、前記傾斜部の前記正極面又は負極面に対する傾きがそれぞれ略同一であることを特徴とする電池。
請求項１又は２に記載の電池において、
前記リード部の前記正極面又は負極面と重なる部分の全体が前記傾斜部となっていることを特徴とする電池。