JP2013222598A - 電池 - Google Patents

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】電池１０の外装部材である電池ケース５０が、少なくともその側端面５０ａ，５０ｂのリード部３２，４２と重ならない位置に、電池ケース５０の他の部分よりも剛性が低い脆弱部５１を有する構成とする。
【選択図】図２

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の密閉形電池が知られている。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１参照）。

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

ところで、電池が車両に搭載されている場合、例えば、車両の衝突時等に、外部から電池に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群の表面と略平行に延設されている構成では、電池に衝撃が加わると、外装部材の変形に伴って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。

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、前記正極面又は前記負極面と重なる位置に配置され、前記正極板又は前記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少なくとも前記電極束の端面に対向する側端面を有する外装部材と、を備え、前記外装部材は、少なくとも前記側端面の前記リード部と重ならない位置に当該外装部材の他の部分よりも剛性が低い脆弱部を有することを特徴とする電池にある。

かかる第１の態様では、外装部材に衝撃（外力）が加わった際、外装部材の上部に衝撃が加わったとしても、脆弱部が最も大きく変形し易い。このように脆弱部が最も大きく変形することで、リード部（集電体）の電極束側への移動が抑制される。したがって、リード部の電極束の内部への進入を抑制することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様の電池において、前記外装部材は底面を有し、前記脆弱部が、前記リード部よりも前記底面側に形成されていることを特徴とする電池にある。

かかる第２の態様では、外装部材に衝撃（外力）が加わった際、さらに確実に、脆弱部を最も大きく変形させることができる。

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、前記脆弱部が、前記電極束の厚さ方向に沿って形成され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、外装部材に衝撃（外力）が加わった際、さらに確実に、脆弱部を最も大きく変形させることができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様の電池において、前記脆弱部は、前記外装部材を内側に向かって凸状に変形させた突部で構成されていることを特徴とする電池にある。

かかる第４の態様では、脆弱部を最も大きく変形させることができると共に、外装部材の内部容量を増加させて電池の性能を向上することができる。

かかる本発明では、外装部材の上部に衝撃が加わった場合でも、外装部材の脆弱部が大きく変形することで、集電体のリード部の変形量が抑制される。これに伴って、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、リード部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。

本発明の実施形態１に係る電池の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る電池の概略構成を示す縦断面図である。 電極束の積層構造の一例を示す概略図である。 本発明の実施形態１に係る電池の概略構成を示す横断面図である。 従来技術に係る電池ケースの変形状態を示す電池の断面図である。 本発明の実施形態１に係る電池ケースの変形状態を示す電池の断面図である。 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。 本発明の実施形態２に係る電池の概略構成を示す横断面図である。 本発明の実施形態３に係る電池の概略構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（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、図示は省略するが、電池ケース５０の内面を覆う絶縁部材が設けられている。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。

また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と、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。

なお、各リード部３２，４２と正極結束部２８又は負極結束部２９とは、例えば、超音波溶着によって接続されている。勿論、各リード部３２，４２と正極結束部２８又は負極結束部２９との接合方法は、特に限定されるものではない。

ここで、電池ケース５０の電極束２０の端面に対向する側端面５０ａ，５０ｂには、それぞれ脆弱部５１が設けられている（図１及び図２参照）。これらの脆弱部５１は、側端面のリード部３２，４２と重ならない位置に設けられ、電池ケース５０の他の部分よりも剛性が低くなっている。すなわち脆弱部５１は、電池ケース５０に外部から衝撃が加わった際に、電池ケース５０の他の部分よりも変形し易くなっている。例えば、本実施形態では、脆弱部５１は、側端面５０ａ，５０ｂのリード部３２，４２の先端部よりも底面５０ｃ側に設けられている。脆弱部５１の構造は、特に限定されないが、本実施形態では、電池ケース５０の内側に向かって凸状に変形させた突部５２で構成されている。また脆弱部５１は、電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂに、電極束２０の厚さ方向（図１中Ｘ方向）に沿って形成されている。

このような脆弱部５１が電池ケース５０に設けられていることで、電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂの上部に衝撃（外力）が加わった場合でも、電極束２０における内部短絡の発生を抑制することができる。図５に示すように、電池ケース５０に脆弱部が設けられていない構成では、例えば、電池ケース５０の上方から外力Ｆが加わった際、側端面５０ａ，５０ｂのどの部分が変形するかは特定できないが、外力Ｆが加わった部分に近い位置、すなわち側端面５０ａ，５０ｂの上部側が大きく変形することが想定される。また側端面５０ａ，５０ｂの変形に伴ってリード部３２，４２が変形する場合、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。このため、側端面５０ａ，５０ｂの上部側が変形すると、リード部３２，４２の電極束２０側への変形量は大きくなり、電極束２０における内部短絡の発生が起きやすい。

これに対し、図６に示すように、電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂのリード部３２，４２よりも底面５０ｃ側、つまりリード部３２，４２とは重ならない位置に脆弱部５１が設けられている本発明の構成では、電池ケース５０の上部に外力Ｆが加わった場合でも、リード部３２，４２の電極束２０側への変形量は比較的小さく抑えられる。具体的には、電池ケース５０の上部に外力Ｆが加わった場合でも、リード部３２，４２よりも底面５０ｃ側に設けられた脆弱部５１が最も大きく変形し、外力Ｆが加わった部分の変形量は比較的小さく抑えられる。特に、本実施形態では、脆弱部５１を構成する突部５２が電極束２０の厚さ方向に沿って形成されているため、電池ケース５０の上部の変形量をより確実に小さく抑えることができる。これに伴って、リード部３２，４２の電極束２０側への変形量も比較的小さく抑えられる。したがって、電極束２０における内部短絡の発生を抑制することができる。

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、その上下方向（高さ方向）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、車両２００の上下方向と一致す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、電池１０の上面１０ａ側（端子部７０，８０側）が車両２００の中心に対し外方向に配置されることもある。例えば、図８（ａ）に示すように、電池１０の上面１０ａ側が車両の左右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、電池１０の上面１０ａ側が車両の前後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が衝突した際に、電池１０の上部に外力が加わり易く、それに伴ってリード部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。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、電池ケース５０に設けられる脆弱部５１の構成は、あくまで一例であり、実施形態１の構成に限定されるものではない。以下の実施形態では、脆弱部の変形例について説明する。なお脆弱部以外の構成は、実施形態１と同様であるため説明は省略する。

（実施形態２）
図９に示すように、実施形態２に係る脆弱部５１Ａは、電池ケース５０の四隅に設けられている。すなわち脆弱部５１Ａは、電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂと、電池ケース５０の側面５０ｄ，５０ｅとで形成される角部付近のみに設けられている。また実施形態２に係る脆弱部５１Ａは、電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂだけでなく、電池ケース５０の側面５０ｄ，５０ｅまで連続的に設けられている。

このような構成としても、上述の実施形態と同様に、電池ケース５０の上部に外力が加わった場合でも、電池ケース５０は脆弱部５１Ａが形成された部分が大きく変形するため、電池ケース５０の上部の変形量は比較的小さく抑えられる。したがって、リード部３２，４２の電極束２０側への変形量も比較的小さく抑えられる。よって、電極束２０における内部短絡の発生を抑制することができる。

なお本実施形態では、脆弱部５１が電池ケース５０の側面５０ｄ，５０ｅまで連続的に設けられた構成を例示したが、勿論、この脆弱部５１は電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂのみに形成されていてもよい。

（実施形態３）
図１０に示すように、実施形態３に係る脆弱部５１Ｂは、電池ケース５０の外側に向かって凸状に変形させた突部５２Ａで構成されている例である。

このような本実施形態の構成としても、実施形態１と同様に、リード部３２，４２の電極束２０側への変形量も比較的小さく抑えられ、電極束２０における内部短絡の発生を抑制することができる。さらに、本実施形態の構成では、突部５２Ａが設けられていることによって電池ケース５０の容量が増加するため、電池１０の性能を向上することができるという効果もある。

（他の実施形態）
以上、本発明の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。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、脆弱部５１を電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂのリード部３２，４２よりも底面５０ｃ側に設けた構成を例示したが、脆弱部５１は、電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂのリード部３２，４２とは重ならない位置に設けられていれば、リード部３２，４２の電極束２０側への変形量も比較的小さく抑えられ、電極束２０における内部短絡の発生を抑制することができる。

また上述の実施形態では、各脆弱部５１は、電池ケース５０の側端面５０ａ，５０ｂを凹状又は凸状に変形させた突部５２，５２Ａで構成されていたが、脆弱部５１の構造は、特に限定されるものではない。脆弱部５１は、例えば、電池ケース５０の厚さを他の部分よりも薄くすることによって形成されていてもよいし、電池ケース５０の側端面５０ａ，５ｂのみならず電池ケース５０の全周に設けられていてもよい。

１０ 電池
２０ 電極束
２１ 正極板
２２ 負極板
２３ セパレータ
３０，４０ 集電体
３１，４１ 端子接続部
３２，４２ リード部
５０ 電池ケース
５１ 脆弱部
５２ 突部
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
１２１ バッテリトレイ
１２２ バッテリカバー
１３０ 電池パック
２００ 車両

Claims (4)

1. 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、
   前記正極面又は前記負極面と重なる位置に配置され、前記正極板又は前記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少なくとも前記電極束の端面に対向する側端面を有する外装部材と、を備え、
   前記外装部材は、少なくとも前記側端面の前記リード部と重ならない位置に当該外装部材の他の部分よりも剛性が低い脆弱部を有す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、
   前記外装部材は底面を有し、
   前記脆弱部が、前記リード部よりも前記底面側に形成されていることを特徴とする電池。
3. 請求項１又は２に記載の電池において、
   前記脆弱部が、前記電極束の厚さ方向に沿って形成されていることを特徴とする電池。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の電池において、
   前記脆弱部は、前記外装部材を内側に向かって凸状に変形させた突部で構成されていることを特徴とする電池。

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