JP2014072002A - 電池 - Google Patents

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健司 川渕
Masataka Shinyashiki
昌孝 新屋敷
Hitoshi Maeda
仁史 前田
Nobuo Hara
伸夫 原
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Abstract

【課題】製造中等における電極体に対するスペーサの位置ズレや脱落を抑制できる構成の電池を提供する。
【解決手段】スペーサ44は、長方形状の底壁44aおよび立壁が、互いの長辺同士を共有して構成されている。底壁44aおよび立壁の両端辺には、これらと連続する側壁44dが設けられ、さらに側壁44dのZ軸方向上側には、これと連続するフラップ部44mが設けられている。フラップ部44mは、側壁44dとの境界部44nで折り返され、電極体10の側面と側壁44dの間に挿入され、電極体10に対するスペーサ44の位置ズレおよび脱落を抑制するための保持部として機能する。なお、スペーサ44のもう一方の端部においても側壁にフラップ部が設けられ、折り返されて電極体10の側面とスペーサ44の側壁との間に挿入されている。
【選択図】図7

Description

本発明は、電池に関し、特に、ラミネート外装体を備える電池に関する。
ラミネート外装体を備えた電池は、携帯電話機などのモバイル機器にはもとより、ハイブリッド電気自動車(HEV)や電気自動車(PEV)などの車両、さらには家庭や店舗などでの蓄電用として広く用いられている。従来技術に係るラミネート外装電池について、その構成の一例について図16を用い説明する。
図16に示すように、ラミネート外装電池は、ラミネートシートが加工されてなるラミネート外装体920を備える。ラミネート外装体920では、電極体910を収納する部分が電池厚み方向に膨らみを有し(収納部920a)、その外縁部が封止されてなる(封止部920b〜920e)。電極体910は、セパレータ9103を挟んで対向する正極板9101と負極板9102とを有してなる構成であり、正極板9101のリード(正極リード)には、正極集電端子931が接合されて、その一部が封止部920dを横断して外部に延出している。同様に、負極板9102のリード(負極リード)には、負極集電端子932が接合されて、その一部が封止部920dを横断して外部に延出している。
なお、正極集電端子931および負極集電端子932が封止部920dを横断する各部分においては、ラミネート外装体920の内側面と各集電端子931,932との間に封止樹脂941,942が介挿されている。これにより、封止性が高められている。
ところで、電極体910および正負極リードなどと、ラミネート外装体920との電気絶縁性の確保などのために、矢印Iで示す部分にスペーサを挿入するという提案がなされている(特許文献1を参照)。
特開2012−54029号公報
しかしながら、スペーサを備える従来技術のラミネート外装電池では、その製造時において、電極体910とスペーサとの間で位置ズレを生じたり、電極体910からのスペーサの脱落を生じたりすることがある。
本発明は、上記のような問題の解決を図るべくなされたものであって、製造中等における電極体に対するスペーサの位置ズレや脱落を抑制できる構成の電池を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、次の構成を採用することを特徴とする。
本発明に係る電池は、電極体と、ラミネート外装体と、スペーサとを備える。
(i) 電極体は、正極板および負極板を有し、外観が対向する2主面と周囲を囲む4側面とで構成されている。
(ii) ラミネート外装体は、金属ラミネートシートを用い構成され、電極体を包み込んだ状態で外縁部が封止されている。
(iii) スペーサは、電気絶縁性を有する材料から構成され、ラミネート外装体における電極体の収納部分において、ラミネート外装体の内面と電極体の第1側面(電極体における4側面の一つ)との間に介挿されている。そして、スペーサは、互いの一辺を共有する第1壁および第2壁を有し、第1壁および第2壁の少なくとも一方における両端辺に連続する第3壁および第4壁を有している。
上記において、電極体の第1側面に対しては、スペーサにおける前記第1壁が外接または対向し、電極体における第1側面の両側の第2側面および第3側面に対しては、スペーサにおける第3壁および第4壁がそれぞれ対向する。また、電極体における第2側面および第3側面と、対向するスペーサにおける第3壁および第4壁との各間には、保持部が挿入されており、保持部の挿入により、スペーサは、電極体に対して保持されている。
本発明に係る電池では、電極体における第2側面および第3側面と、これらの各々に対向するスペーサの第3壁および第4壁との各間に、保持部が介挿されている。そして、本発明に係る電池では、保持部の挿入を以って、スペーサが電極体に対して保持されている。よって、本発明に係る電池では、その製造時の電極体へのスペーサの装着した後において、電極体に対してスペーサが位置ズレを起こしたり、外れたりすることが抑制される。
なお、完成後の電池においては、ラミネート外装体の収納部内において、スペーサは電気的絶縁部材として機能することは勿論である。
従って、本発明に係る電池では、製造中等における電極体に対するスペーサの位置ズレや脱落を抑制できる。
本発明では、次のようなバリエーション構成を採用することができる。
本発明に係る電池では、スペーサにおける第3壁および第4壁のそれぞれから突片部が突出形成されており、第3壁および第4壁からの各突片部が折り返されて、電極体における第2側面および第3側面とスペーサにおける第3壁および第4壁との各間に挿入されることにより、保持部とされている。このようにスペーサの一部として保持部が設けられている構成を採用すれば、部品点数の低減を図ることができ、部材管理に係る工数の低減を図ることができるとともに、部品コストの低減を図ることもできる。
本発明に係る電池では、スペーサにおける第2壁が電極体における第1主面に外接し、スペーサにおける第3壁および第4壁からの各突片部が第2壁に交差する方向に突出され、突出根元または突出方向途中で折り返されている。具体的に、このような構成とすれば、特に突片部を保持部として機能させるために煩雑な作業を必要とすることなく、製造コストの上昇を抑えることができる。
本発明に係る電池では、スペーサにおける第3壁および第4壁からの突片部は、第1壁に交差する方向に突出され、突出根元または突出方向途中で折り返されている。このようにすることで、突片部に対してバネ性(弾性)を付与することができ、保持部として機能させるのに適する。
本発明に係る電池では、スペーサにおける第2壁が電極体における第1主面に外接または対向し、スペーサにおける第3壁および前記第4壁のそれぞれから、突片部の一部としての第1突辺部が第2壁に交差する方向に突出され、突出根元または突出方向途中で折り返されており、且つ、突片部の一部としての第2突辺部が第1壁に交差する方向に突出され、突出根元または突出方向途中で折り返されている。このように、突片部と第2突片部とを備え、両突片部を折り返して保持部とすることで、単数の突片部を用いる場合に比べてより高い弾性を付与することができる。
本発明に係る電池では、突片部における突出根元に、突出方向に交差する方向に、薄肉部または切り欠きまたはミシン目が延伸形成されている。このように、突出根元に、薄肉部または切り欠きまたはミシン目を設けることで、突片部の折り返しが容易に行え、また、折り返し方向を正確にすることができる。
本発明に係る電池では、スペーサにおける第3壁および第4壁と、電極体における第2側面および第3側面との各間に、保持部としての板状部材が嵌入されている。このように、保持部としての板状部材を、スペーサとは別とすることで、挿入する板状部材の厚みなどのサイズを自由に設定することができ、設計の自由度を高くすることができる。
本発明に係る電池では、正極板に電気的に接続された正極リードと、負極板に電気的に接続された負極リードとを有し、正極リードおよび負極リードの各々に対して、ラミネート外装体における外縁部の封止部を横断して各一部が外方へと延出された正極端子および負極端子が電気的に接続されている。そして、スペーサは、第1壁がラミネート外装体における内面と正極リードおよび負極リードとの各介挿部分を含み、第1側面に沿って配置されており、スペーサにおける第1壁のうち、介挿部分を除く部分からは、ラミネート外装体の内面に対向する側とは反対側の内側に向けて突出するリブが形成されている。このようにスペーサの第1壁からリブを突設させることにより、正極リードおよび負極リードがない部分でのラミネート外装体の凹みを抑制することができる。また、スペーサの第1壁の一部を厚肉とせず、リブを形成することにより、スペーサの作製時における反りなどの変形を抑制することができ、部品製造における歩留まりの向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。
本発明に係る電池では、正極リードと負極リードとが互いの間に間隔をあけて並んだ状態で延伸しており、スペーサにおけるリブが正極リードと負極リードとの間に相当する部分に設けられている。このように正極リードと負極リードとが並んだ状態で延伸していても、その間の部分にスペーサのリブが形成された部分を配置することで、ラミネート外装体の外面の凹みを抑制することができる。
本発明に係る電池では、スペーサにおけるリブが第1リブと第2リブとを以って構成されており、第1壁を基準とする高さが、第1リブの方が前記第2リブよりも高い。このような構成を採用することにより、第1リブと第2リブの高さを同一とする場合に比べて、第2リブの高さが低い分だけリブの形成領域におけるボリュームを小さく抑えることができ、リブが形成された領域とその周囲とのボリューム差を小さくし、反りなどの変形を生じ難くすることができる。
本発明に係る電池では、第1壁を平面視する場合において、第1リブが第2リブが形成された領域を囲繞する状態で形成されている。このような構成を採用することで、ラミネート外装体の凹みを抑制するためのスペーサの剛性を確保し易くなる。
本発明に係る電池では、正極リードおよび負極リードが電極体の第1側面から延出し、当該第1側面に沿うように曲折されており、正極端子および負極端子が、それぞれ正極リードおよび負極リードに対し、第1側面に沿う部分で接合されている。このような構成とする場合には、ラミネート外装体における電極体の第1側面に対応する側壁部分に凹みを生じようとするが、本発明では、スペーサのリブでこれを抑制することができる。
本発明に係る電池では、スペーサにおける第1壁が正極リードおよび負極リードと正極端子および負極端子の各一部を間に挟んで、電極体の第1側面に対向するように配されている。これにより、ラミネート外装体における電極体の第1側面に対応する側壁部分が、スペーサの第1壁により略平面状に維持される。
本発明に係る電池では、電極体が、さらに複数枚の正極板と複数枚の負極板とを有する積層型電極体であって、正極板と負極板とが間にセパレータを挟んで交互に積層されており、正極リードおよび負極リードが、各正極板および各負極板に電気的に接続されている。そして、正極端子および負極端子が、複数の正極リードおよび複数の負極リードに対し、各々が集束された部分で接合されている。このように積層型の電極体を備える場合には、複数のリードを集束し、この集束した部分に端子を接合することになり、正負のリードの集束部分同士の間において、ラミネート外装体の凹みを生じやすいが、本発明では、当該部分にスペーサのリブが形成された部分を配置することで凹みを抑制することができる。
本発明に係る電池では、スペーサが樹脂材料からなる。このような材料を用いスペーサを作製することとすれば、電気絶縁性の確保および作製の容易という観点、さらには部品コストの低減という観点から優れる。なお、スペーサの形成に用いる樹脂材料としては、例えば、ポリプロピレンが特に好ましい。
本発明の実施の形態1に係るラミネート外装電池1の概略構成を示す模式平面図(一部切欠図)である 集電端子31,32が接合されてなる電極体10を示す模式平面図である。 電極体10における正極集電端子31との接合部分とその周辺の構成を示す模式断面図である。 スペーサ44の概略構成を示す模式斜視図である。 (a)は、スペーサ44の一部断面構成を示す模式断面図であり、(b)は、スペーサ44における端部に設けられたフラップ部44mを示す模式斜視図である。 正極集電端子31が接合されてなる電極体10に対してスペーサ44を装着した状態を示す模式断面図である。 電極体10の側部におけるスペーサ44との配置関係を示す模式断面図である。 (a)は、正極板101を示す模式平面図であり、(b)は、負極板102を示す模式平面図である。 正極板101をセパレータ103で袋詰めする工程を示す模式平面図である。 正極板101がセパレータ103からなる袋に袋詰めされてなる正極袋体108を示す模式平面図である。 (a)は、正極袋体108と負極板102とを交互に積層する工程を示す模式斜視図であり、(b)は、電極体10を示す模式平面図である。 (a)は、正極リード105の集束工程を示す模式断面図であり、(b)は、正極リード105の切断および集電端子31の接合工程を示す模式断面図である。 (a)は、本発明の実施の形態2に係るラミネート外装電池が備えるスペーサ54の一部構成を示す模式斜視図であり、(b)は、本発明の実施の形態3に係るラミネート外装電池が備えるスペーサ64の一部構成を示す模式斜視図である。 本発明の実施の形態4に係るラミネート外装電池が備えるスペーサ74の一部構成を示す模式斜視図である。 本発明の実施の形態5に係るラミネート外装電池が備えるスペーサ84とバッファ片85とを示す模式断面図である。 従来技術に係るラミネート外装電池を示す模式平面図(一部切欠図)である。
以下では、本発明を実施するための形態について、図面を用い説明する。なお、以下で示す具体例は、本発明の構成およびその構成から奏される作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、本発明は、発明の本質とする構成部分以外について、以下の具体例に何ら限定を受けるものではない。
[実施の形態1]
1.ラミネート外装電池1の概略構成
本発明の実施の形態1に係るラミネート外装電池1の概略構成
図1に示すように、本発明の実施の形態に係るラミネート外装電池1は、金属ラミネートシートが加工されてなるラミネート外装体20を備える。ラミネート外装体20では、電極体10を収納する部分が電池厚み方向に膨らみを有し(収納部20a)、その外縁部が封止されてなる(封止部20b〜20e)。
電極体10は、セパレータ103を挟んで対向する正極板101と負極板102とを有してなる構成であり、正極板101にはリード(正極リード)が電気的に接続されており、当該正極リードには、正極集電端子31が接合されている。そして、正極集電端子31の一部が封止部20dを横断して外部に延出している。同様に、負極板102にはリード(負極リード)が電気的に接続されており、当該負極リードには、負極集電端子32が接合されている。そして、負極集電端子32の一部が封止部20dを横断して外部に延出している。
なお、正極集電端子31および負極集電端子32が封止部20dを横断する各部分においては、ラミネート外装体20の内側面と各集電端子31,32との間に封止樹脂41,42が介挿されている。これにより、封止性が高められている。
2.集電端子31,32が接合されてなる電極体10の構成
リード105,106を介して集電端子31,32が接合されてなる電極体10の構成について、図2および図3を用い説明する。
図2に示すように、電極体10における正極板101および負極板102の各々に対しては、正極リード105および負極リード106が電気的に接続され、これら正極リード105および負極リード106が互いに間に間隔をあけた状態で、Y軸方向上向きに延出されている。図3に示すように、正極リード105は、Y軸方向右向きに延出された後、Z軸方向上向きに曲折され、当該部分(矢印C部分)で正極集電端子31に接合されている。正極集電端子31は、正極リード105との接合部分の近傍で、Y軸方向に曲折されている。
正極リード105の集束された部分の正極集電端子31の接合部分とは反対側部分には、絶縁テープ43が貼着されている。なお、負極リード106と負極集電端子32とについても同様の接合形態を採用している。
図2に示すように、正極集電端子31および負極集電端子32には、各延出方向(Y軸方向)の中程の部分に封止樹脂41,42が貼着されている。
図3に戻って、正極板101は、芯体部分101aと活物質部分101bとから構成され、正極リード105は、正極板101における芯体部分101aに接合されている。負極板102についても、芯体部分102aと活物質部分102bとから構成され、負極リード106は、負極板102における芯体部分102aに接合されている(図2を参照)。
なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池1では、図3に示すように、電極体10として積層型電極体を備えており、複数枚の正極板101と複数枚の負極板102とが、間にセパレータ103を挟んで交互に積層されている。そして、電極体10におけるZ軸方向上下には、絶縁シート109が積層されている。
なお、図3に示すように、正極板101における正極リード105の延出端側には、絶縁層107が形成されている。絶縁層107は、正極板101の活物質部分101bの表面にも少しオーバーラップするように形成されている(図では、当該オーバーラップ部分の図示を省略)。
図2に示すように、電極体10における積層部分に対しては、その外縁部分に対し、複数個所に絶縁テープ104が貼着されている。
また、図3に示すように、本実施の形態では、絶縁シート109に対して正極板101および負極板102の両方が内方に凹んだ状態としたが、電極体10の構成はこれに限定されるものではない。例えば、負極板102が絶縁シート109と同じサイズ(凹みがない状態)で、正極板101が絶縁シート109および負極板102よりも小さなサイズ(凹んでいる)であり、絶縁シート109よりも絶縁テープ(図2を参照)が外側に一部突出した状態の電極体も採用することができる。この場合における当該積層部分についても、「扁平直方体形状」と規定する。
3.スペーサ44の概略構成
ラミネート外装電池1では、図1の矢印A部分において、ラミネート外装体20の内面と正極リード105および負極リード106との間に電気絶縁性のスペーサ44が挿入されている。その概略構成について、図4および図5を用い説明する。
図4に示すように、スペーサ44は、X軸方向において略同一の長さを有する2つの矩形状の壁(底壁44aと立壁44b)が長辺を共有した構成を有する。スペーサ44は、さらに底壁44aおよび立壁44bのX軸方向両端辺に接続された端壁44c,44dを有する。スペーサ44は、全体としてアングル形状の壁(底壁44aと立壁44b)の両端が端壁44c,44dで閉じられた構成となっている。
ここで、スペーサ44における立壁44bは、図3の矢印C部分に当接または近接し、端壁44c,44dは、図2の矢印B1,B2にそれぞれ対向する。
図4に示すように、スペーサ44には、矢印D部分において、立壁44bのY軸方向左下側の主面から、リブ44e〜44iが突設されている。これらリブ44e〜44iのうち、立壁44bを平面視したときにコの字状を描いているリブ44e〜44gを、以下では、外リブ44e〜44gと記載する。他方、外リブ44e〜44gで囲繞された内側に設けられ、格子状(十字状)に交差するリブ44h,44iを、以下では、内リブ44h,44iと記載する。
また、図4の矢印E1,E2部分において、端壁44c,44dの各Z軸方向上側部分から、Z軸方向上向きにフラップ部44l,44mが突設形成されている。なお、後述するが、フラップ部44l,44mは、X軸方向の内側に折り返されて、電極体10が装着される。また、図示を省略しているが、端壁44c,44dとフラップ部44l,44mとの各境界部分には、Y軸方向に延伸する薄肉部または切り欠き部またはミシン目が設けられており、折り曲げ性を高くしてある。
なお、本実施の形態においては、スペーサ44は、外リブ44e〜44gおよび内リブ44h,44iおよびフラップ部44l,44mを含め、絶縁材料を用い一体に形成されている。材料としては、例えば、ポリプロピレンなどの樹脂材料や、絶縁紙などを用いることができる。
図5(a)に示すように、スペーサ44の矢印D部分は、Y−Z断面において、底壁44aと立壁44bとでL字状となっており、底壁44aと立壁44bとは略直交する関係である。また、立壁44bのZ軸方向上端部分は、Y軸方向外側面が曲率を以って構成されている(頂辺部44k)。
ラミネート外装電池1においては、立壁44bにおけるY軸方向外側の面にラミネート外装体20が当接あるいは近接することになるのであるが、頂辺部44jに曲率をもたせることにより当該部分におけるラミネート外装体20の皺や空気溜りなどの発生を抑制することができる。
また、図5(a)に示すように、スペーサ44におけるリブ44e〜44i(図5(a)では、一部を図示)は、立壁44bのY軸方向左側主面から、底壁44aの上面に沿って突設されている。ここで、図5(a)に示すように、内リブ44h,44iのリブ高さは、外リブ44e〜44g(図5(a)では、外リブ44eのみを図示)のリブ高さよりも低く設定されている。
ここで、内リブ44h,44iのリブ高さを外リブ44e〜44gのリブ高さよりも低くしているのは、これによりラミネート外装体20における凹みの発生を抑制するための剛性を保ちながら、スペーサ44の作製時における変形(反りなど)を抑制するためである。即ち、剛性の確保という観点からは、内リブ44h,44iを外リブ44e〜44gと同じ高さとすることや、外リブ44e〜44gよりも高くすることも考えられるが、その場合には、リブの形成のための材料ボリュームが大きくなってしまい、そりなどの変形を生じ易くなる。このため、本実施の形態では、よりスペーサ44の変形を抑制するために、内リブ44h,44iのリブ高さを外リブ44e〜44gのリブ高さよりも低くしている。
本実施の形態において、外リブ44e〜44gのリブ高さは、例えば、2.0[mm]であり、内リブ44h,44iのリブ高さは、例えば、0.4[mm]である。
また、スペーサ44のX軸方向長さについては、略195[mm]としている。
次に、図5(b)に示すように、スペーサ44における長手方向端部において、フラップ部44mが端壁44dに沿う状態まで内向きに折り返される。折り返しは、端壁44dとの境界部分に設けられた薄肉部または切り欠きまたはミシン目を用い高い作業性を以ってなされる。
なお、図示を省略しているが、フラップ部44lについても、同様に端壁44cに沿うように折り返される。
4.電極体10とスペーサ44との配置
ラミネート外装電池1における電極体10とスペーサ44との配置関係について、図6および図7を用い説明する。図6では、正極リード105およびこれに接合された正極集電端子31の部分を抜き出して図示しているが、負極リード106およびこれに接合された負極集電端子32の部分についても同様の構成を有する。また、図7においては、電極体10における一方の側面部分(図2の矢印B2部分)だけを図示しているが、反対側の側面部分についても同様の配置関係となっている。
先ず、図6に示すように、ラミネート外装電池1では、電極体10に対して、そのZ軸方向下面(絶縁シート109の下面)にスペーサ44の底壁44aの上面が当接または近接するようになっている。スペーサ44の立壁44bのY軸方向左側主面に対しては、正極リード105に対する正極集電端子31の接合部分が当接または近接するようになっている。換言すると、スペーサ44の立壁44bは、その主面が電極体10における一方の端面(正極リード105が延出された側の端面)に対して対向する位置関係を以って取り付けられている。
なお、図6では、正極集電端子31が、スペーサ44における頂辺部44jのZ軸方向上面に沿っているが、当該部分においては、必ずしも正極集電端子31がスペーサ44の頂辺部44jに沿っている必要はなく、間に隙間を生じていてもよい。
また、上述のように、電極体10における負極リード106およびこれに接合された負極集電端子32の部分についても同様の構成を以ってスペーサ44に対し配置されている。
次に、図7に示すように、電極体10の側面に対しては、スペーサ44の端壁44dが隙間をあけて対向し、当該隙間部分に境界部44nで折り返されたフラップ部44mが嵌入されている。フラップ部44mは、折り返しによりバネ性が付与され、これにより電極体10に対してスペーサ44の保持がなされている。
なお、図示を省略しているが、電極体10のもう一方の側面とスペーサ44のもう一方の端壁44cとの間の隙間に対しても、フラップ部44lが折り返され嵌入されている。
5.効果
本実施の形態に係るラミネート外装電池1では、スペーサ44における立壁44bに対して正極集電端子31および負極集電端子32が当接または近接し、正極リード105および負極リード106に対して対向する。これにより、電気的絶縁を図ることができる。
また、図4に示すように、スペーサ44には第1リブとしての外リブ44e〜44gと、第2リブとしての内リブ44h,44iを設けることによって、正極リード105および正極集電端子31と負極リード106および負極集電端子32との間の間隙部分で、ラミネート外装体20に凹みが生じるのを抑制することができる。
また、本実施の形態では、従来技術のように、スペーサの一部を厚肉部とするのではなく、リブ44e〜44iを突設させるようにしているので、スペーサ44に反りなどの変形を生じ難く。部品コストの低減を図ることができる。そして、本実施の形態では、外リブ44e〜44gのリブ高さよりも、内リブ44h,44iのリブ高さを低くしているので、リブ44e〜44iを形成するためボリュームを少なく抑え、これによって更なる変形の抑制が可能となっている。
さらに、図7に示すように、スペーサ44の端壁44c,44dと電極体10の側面との間の隙間部分に、フラップ部44l,44mが挿入され、これにより電極体10に対しスペーサ44が保持されている。よって、電極体10に対してスペーサ44を装着した後に、電極体10に対しスペーサ44が位置ズレを生じたり、脱落したりすることを抑制することができる。
従って、本実施の形態に係るラミネート外装電池1では、製造中等における電極体10に対するスペーサ44の位置ズレや脱落を抑制できる。
6.ラミネート外装電池1の製造方法
本実施の形態に係るラミネート外装電池1の製造方法について、図8〜図12などを用い説明する。
(i)正極板101の製造
図8(a)に示すように、芯体部分101aに接合された正極リード105の一部が、短冊状の極板本体部分から延出された正極板101を製造する。正極板101は、図3に示したように、芯体部分101aに対して、その厚み方向の両側に活物質部分101bが形成され、芯体部分101aに正極リード105が接合された形態を有する。なお、正極リード105については、芯体部分101aと別体が接合されたものとしてもよいし、芯体部分101aの一部が延出された形態としてもよい。この場合には、芯体部分101aの延出部分が正極リード105ということになる。
正極活物質としては、例えば、LiCoO2を90重量部と、導電剤としてのカーボンブラックを5重量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5重量部と、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して、正極用スラリーを調製する。その後、この正極用スラリーを、正極集電体(芯体部分101a)としてのアルミニウム箔(厚み:15[μm])の両面に塗布する。
その後、溶剤を乾燥させ、ローラを用いて厚みが0.1[mm]になるまで圧縮し、幅W1が190[mm]、高さH1が190[mm]となるように切断して正極板101を作製する。この際に、正極板101から幅W2が70[mm]、高さH2が20[mm]の正極リード(正極タブ)105が延出するようにする。
なお、正極用の材料としては、LiCoO2の他に、例えば、LiNiO2、LiMn24、あるいはこれらの複合体などを用いることもできる。
(ii)負極板102
図8(b)に示すように、芯体部分102aに接合された負極リード106の一部が、短冊状の極板本体部分から延出された負極板102を製造する。負極板102も、図3に示したように、芯体部分102aに対して、その厚み方向の両側に活物質部分102bが形成され、芯体部分102aに負極リード106が接合された形態を有する。なお、負極リード106についても、芯体部分102aと別体が接合されたものとしてもよいし、芯体部分102aの一部が延出された形態としてもよい。この場合には、芯体部分102aの延出部分が負極リード106ということになる。
負極活物質としては、黒鉛粉末を96重量部と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)およびスチレンブタジエンゴム(SBR)をそれぞれ2重量部と、溶剤としての純水とを混合して負極用スラリーを調製する。その後、負極用スラリーを負極集電体(芯体部分102a)としての銅箔(厚み:10[μm])の両面に塗布する。
その後、溶剤を乾燥させ、ローラを用いて厚みが0.08[mm]になるまで圧縮し、幅W3が194[mm]、高さH3が194[mm]になるように切断して負極板102を作製する。負極板102についても正極板101と同様に、幅W4が70[mm]、高さH4が20[mm]の負極リード(負極タブ)106が延出するようにする。
なお、負極用の材料としては、天然黒鉛、人工黒鉛などを用いることが好ましい。
(iii)正極板101の袋詰め
図9に示すように、上記のように作製した正極板101に対し、その両主面に当接するように2枚のセパレータ103を積層する。用いるセパレータ103は、厚みが30[μm]で、幅W5が194[mm]、高さH5が198[mm]のものとする。
そして、図10に示すように、正極板101を挟み込んだ状態で、2枚のセパレータ103の四方の外縁部103aを熱溶着する。これにより、2枚のセパレータ103により袋体が構成され、その内部に正極板101が収納された状態となる。以下では、これを正極袋体108と記載する。
なお、図10に示すように、セパレータ103の内面と正極リード105との間には、絶縁層107を形成しておく。これについては、図3に示す通りである。
(iv)電極体10の作製
図11(a)に示すように、正極袋体108と負極板102とを交互に積層し、上下にセパレータ103と同サイズの絶縁シート109を積層する。絶縁シート109は、例えば、ポリプロピレン(PP)を用いて形成されたものである。
なお、積層する正極袋体108の数は、例えば、25枚であり、負極板102の数は、例えば、26枚である。図3や図11(a)などでは、枚数を省略して図示している。
次に、図11(b)に示すように、積層した正極袋体108、負極板102、および絶縁シート109が崩れないようにするため、外縁部分の数箇所に絶縁テープ104を貼着して電極体10が完成する。
(v)リード105,106の集束および集電端子31,32の接合
図12(a)に示すように、正極袋体108から延出している正極リード105を集束する。リード105,106の集束は、電極体10をZ軸方向上下からワーク押えで狭圧して保持し、複数の正極リード105および負極リード106を、Z軸方向上方から集束ヘッドを用いて下方に向けて押圧して行う。
なお、図12(a)などでは、正極袋体108の数、および正極リード105の数については、実際よりも少なく図示している。また、図12(a)などでは、正極リード105の部分だけを図示しているが、負極リード106についても同様に集束を行う。
次に、図12(b)に示すように、集束された正極リード105および負極リード106の余剰部分を、矢印F部分で切断する。そして、正極リード105の束、および負極リード106の束に対して、それぞれ正極集電端子31および負極集電端子32を接合する。正極集電端子31および負極集電端子32の接合は、例えば、矢印G1,G2で示す部分に超音波ホーンおよびアンビルをセットして超音波溶接を行うことでなされる。
正極集電端子31は、例えば、幅が70[mm]、厚みが0.4[mm]のアルミニウム板であり、負極集電端子32は、例えば、幅が70[mm]、厚みが0.4[mm]の銅板である。
正極集電端子31および負極集電端子32の各々には、長手方向の中程の部分に封止樹脂41,42を貼着する。
なお、図12(b)においても、負極リード106および負極集電端子32の図示を省略している。
(vi)絶縁テープ43の貼着と集電端子31,32の曲折
図3に示すように、正極リード105と正極集電端子31との接合部分、および負極リード106と負極集電端子32との接合部分の各一方側面(リード105,106側の側面)に絶縁テープ43を貼着する。絶縁テープ43は、例えば、ポリプロピレン(PP)製のテープである。なお、絶縁テープ43は、正極リード105と正極集電端子31との接合部分、および負極リード106と負極集電端子32との接合部分の各一方側面の略全体を覆うことができるサイズとなっている。
絶縁テープ43を貼着した後、図3に示すように、正極リード105、負極リード106、および正極集電端子31、負極集電端子32をクランク状に曲折する。曲折は、正極集電端子31および負極集電端子32の各接合部側の部分をL字状に曲折した後、正極リード105および負極リード106の各接合部側をL字状に曲折することによりなされる。
(vii)スペーサ44の取り付け
上記のように正極集電端子31および負極集電端子32などの曲折を行った後、図6および図7に示すように、スペーサ44を取り付ける。スペーサ44は、上記のように、耐電解液性を考慮してポリプロピレン製としている。このようにポリプロピレン製のスペーサ44については、成形収縮が大きく、作製時において成形型からスペーサ44を取り出した際に変形を生じようとする。
しかし、本実施の形態では、スペーサ44の一部を厚肉化するのではなく、リブ44e〜44iを設けるようにしたので、反りなどの変形を抑制することができる。
また、図7に示すように、折り返されたフラップ部44l,44mが電極体10の側面と端壁44c,44dとの間に保持部として嵌入されることで、スペーサ44が電極体10に対して保持される。これにより、製造過程などでの電極体10に対するスペーサ44の位置ズレや脱落が抑制される。
(viii)ラミネート外装体20内への包装
上記のように形成した電極体10を金属ラミネートシートを用い作製したラミネート外装体20の収納空間20a内に収納する。収納空間20aに対しては、電極体10とともに、電解液を注入する。
電解液については、例えば、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とが体積比で30:70の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6が1M[mol/L]の割合で溶解された液である。
なお、ラミネート外装体20の形成に際しては、電極体10を収納した後、一の外縁部を残して他の外縁部を熱溶着により接合する。そして、溶着していない外縁部より電解液を注入した後、残りの位置の外縁部を熱溶着により接合する。
以上のように、ラミネート外装電池1が完成する。
[実施の形態2]
本発明の実施の形態2に係るラミネート外装電池について、図13(a)を用い説明する。なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池と上記実施の形態1に係るラミネート外装電池1との構成上の差異は、スペーサ54の構成にあるので、当該差異部分であるスペーサ54の構成についてだけ、以下で説明する。
図13(a)は、上記実施の形態1に係るスペーサ44の図5(b)に示す端部に対応する部分を示す。
図13(a)に示すように、スペーサ54のフラップ部54pを除く、基本的な構成は、上記実施の形態1と同様であり、底壁54a、立壁54b、および端壁54dを有する。そして、スペーサ54におけるフラップ部54pは、端壁54dのY軸方向左手前側の部分から、Y軸方向左下向きに延出されている。換言すると、フラップ部54pは、立壁54bに対して交差する方向に延出されている。
フラップ部54pは、電極体10への装着前に、矢印のように折り返され、端壁54dに沿うように配される。なお、本実施の形態でも、端壁54dとフラップ部54pとの境界部分(折線部分)には、薄肉部または切り欠き部またはミシン目が設けられている(図示を省略)。
図示を省略しているが、本実施の形態においても、立壁54bから突出するリブを有する。リブの構成については、上記実施の形態1と同様である。
本実施の形態に係る構成のスペーサ54を採用した場合にあっても、電極体10へのスペーサ54の装着後、電極体10に対しスペーサ54が位置ズレや脱落を生じるのを抑制することができる。また、スペーサ54には上記実施の形態1と同様のリブを備えるので、ラミネート外装体20の外面における凹みを抑制することができる。
[実施の形態3]
本発明の実施の形態3に係るラミネート外装電池について、図13(b)を用い説明する。なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池と上記実施の形態1に係るラミネート外装電池1との構成上の差異についても、スペーサ64の構成にあるので、当該差異部分であるスペーサ64の構成についてだけ、以下で説明する。
図13(b)は、上記実施の形態1に係るスペーサ44の図5(b)に示す端部に対応する部分を示す。
図13(b)に示すように、スペーサ64のフラップ部64pを除く、基本的な構成は、上記実施の形態1と同様であり、底壁64a、立壁64b、端壁64d、およびフラップ部64mを有する。そして、スペーサ64におけるフラップ部54pは、上記実施の形態2と同様に、端壁64dのY軸方向左手前側の部分から、Y軸方向左下向きに延出されている。なお、図示を省略しているが、X軸方向のもう一方側の端に設けられた端壁からも二方(Y軸方向およびZ軸方向)にフラップ部がそれぞれ突出形成されている。
フラップ部64m,64pは、電極体10への装着前に、矢印のように折り返され、端壁64dに沿うように配される。なお、本実施の形態でも、端壁64dとフラップ部64m,64pとの各境界部分(折線部分)には、薄肉部または切り欠き部またはミシン目が設けられている(図示を省略)。また、フラップ部64pについては、必ずしも保持部として用いる必要はない。
具体的には、端壁64dと電極体10の側面との間の隙間の大小に応じて、フラップ部64mだけを挿入するか、フラップ64mとフラップ64pとの両方を挿入するかを決定することもできる。
また、図示を省略しているが、本実施の形態においても、立壁64bから突出するリブを有する。リブの構成については、上記実施の形態1と同様である。
本実施の形態に係る構成のスペーサ64を採用した場合にあっても、電極体10へのスペーサ64の装着後、電極体10に対しスペーサ64が位置ズレや脱落を生じるのを抑制することができる。また、スペーサ64には上記実施の形態1と同様のリブを備えるので、ラミネート外装体20の外面における凹みを抑制することができる。
また、本実施の形態では、電極体10の側面とスペーサ64の端壁64dとの隙間の大きさに応じて、間に挿入するフラップ部64m,64pを選択することができるので、スペーサ64などの製造誤差などに応じて調整を図ることができる。
[実施の形態4]
本発明の実施の形態4に係るラミネート外装電池について、図14を用い説明する。なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池と上記実施の形態1に係るラミネート外装電池1との構成上の差異についても、スペーサ74の構成にあるので、当該差異部分であるスペーサ74の構成についてだけ、以下で説明する。
図14に示すように、本実施の形態に係るスペーサ74についても、底壁74aと立壁74bとが長辺を共有しており、端壁74c,74dのそれぞれからフラップ部74l,74mが突出形成されている。フラップ部74l,74mは、スペーサ74を電極体10に装着する前に、折り返され電極体10の側面との間の保持部として機能する。これについては、上述の通りである。
本実施の形態では、立壁74bからはリブが突設されていない(矢印H部分)。このようにリブは突設されていないが、ラミネート外装体20の側壁側となる部分は、立壁74bが平面となっているので、ある程度の凹み抑制効果はある。
本実施の形態に係る構成のスペーサ74を採用した場合にあっても、電極体10へのスペーサ74の装着後、電極体10に対しスペーサ74が位置ズレや脱落を生じるのを抑制することができる。
[実施の形態5]
本発明の実施の形態5に係るラミネート外装電池について、図15を用い説明する。なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池と上記実施の形態1に係るラミネート外装電池1との構成上の差異については、スペーサ84の構成およびスペーサ84とは別体として用意されるバッファ片85にあるので、当該差異部分についてだけ、以下で説明する。
図15に示すように、本実施の形態に係るスペーサ84には、底壁84aに連続する端壁84dにはフラップ部が突設形成されていない。よて、スペーサ84を電極体10に装着した際には、端壁84dと電極体10の側面との間に隙間を生じる場合がある。
ここで、図15に示すように、本実施の形態では、スペーサ84の端壁84dと電極体10の側面との間に隙間を生じた場合に、当該隙間に平板状のバッファ片85を保持部として挿入することができる。これにより、スペーサ84が電極体10に対して保持され、装着後においてスペーサ84が電極体10に対して位置ズレや脱落を生じるのを抑制することができる。
なお、本実施の形態では、バッファ片85について、予め厚みの異なる数種類のものを準備しておき、隙間の大きさに合わせて最適なものを挿入するということもできる。また、挿入するバッファ片85の数は一枚に限らず、隙間の大きさに応じて複数枚とすることもできる。
[その他の事項]
上記実施の形態1〜5の各態様は、本発明の構成などを説明するために用いた一例であって、本発明は、その本質的な部分を除き、何らこれらの態様に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態1〜5では、電極体として積層型電極体を採用したが、これに限らず巻回型電極体を採用することもできる。このような電極体を採用する場合においても、上記同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態1〜5では、スペーサ44,54,64,74,84およびバッファ片85の各構成材料としてポリプロピレンなどの樹脂材料を用いることとしたが、絶縁性および耐電解液性とを併せ持つ材料であれば採用することができる。
また、上記実施の形態1〜5では、スペーサ44,54,64,84におけるリブの形態について、外リブが平面視でコの字状、内リブが平面視で格子状(十字状)としたが、形状は種々変えることが可能である。例えば、外リブのうち、X軸方向に延伸する外リブと、Z軸方向に延伸する外リブとの端同士が離れていてもよいし、内リブが外リブの一部を突き抜けたような形態を採用することもできる。また、外リブと内リブとでリブ高さが同一であるとすることもできる。また、リブの先端辺部が直線であることは必ずしも必要ではなく、波型となっていてもよい。
また、上記実施の形態1,3〜5では、外リブのリブ高さが内リブのリブ高さよりも高い構成を採用したが、リブ高さが外リブと内リブとで逆転したような形態を採用することもできる。また、外リブと内リブとでリブ高さが同一であるとすることもできる。
また、上記のように、各極板における芯体部分とリードとが別部材であり、それらを接合した形態ばかりでなく、芯体部分の一部が活物質を塗布した部分から延出され、当該延出部分をリードとする形態を採用することもできる。
また、リードおよび集電端子の曲折加工については、必須の要件ではなく、曲折なしに集電端子がラミネート外装体から延出したような形態を採用することもできる。
また、図1などに示すように、上記実施の形態1〜5では、ラミネート外装体20における一の外縁部20dから並んだ状態で正極集電端子31と負極集電端子32とが延出する形態を採用したが、集電端子の延出方向については、正極側と負極側とで異なっていてもよい。例えば、図1において、正極集電端子と負極集電端子の一方が、外縁部20dを横断して延出され、他方が外縁部20eを横断して延出された形態とすることもできる。さらには、一方の集電端子が、外縁部20bを横断して延出され、他方の集電端子が、外縁部20dを横断して延出されるような形態とすることもできる。これらの場合においては、集電端子が延出する箇所と、これに隣接する箇所との間において、段差が生じることになるが、当該部分にスペーサのリブ形成部を配置するようにすれば、凹みを抑制することができる。
また、上記実施の形態1〜5では、正極板を袋状にしたセパレータ内に収納したが、袋状にしたセパレータ内に負極板を収納するようにすることもできる。
また、各部材の構成材料やその寸法などについては、ラミネート外装電池の要求寸法などから適宜変更することができる。
本発明は、携帯電話機などのモバイル機器や家庭での蓄電用、あるいは車両用の電源として、製造時における作業性が高い電池を実現するのに有用である。
1.ラミネート外装電池
10.電極体
20.ラミネート外装体
31.正極集電端子
32.負極集電端子
41,42.封止樹脂
43.絶縁テープ
44,54,64,74,84.スペーサ
44c,44d.側壁
44e〜44g,54e,74e〜74g,84e〜84g.外リブ
44h,44i,54h,54i,84h,84i.内リブ
44j,44k,54k,64j.頂辺部
44l,44m.フラップ部
85.バッファ片
101.正極板
102.負極板
103.セパレータ
104.絶縁テープ
105.正極リード
106.負極リード
107.絶縁層
108.正極袋体
109.絶縁シート

Claims (15)

  1. 正極板および負極板を有し、対向する2主面と周囲を囲む4側面とで外観構成されてなる電極体と、
    金属ラミネートシートを用い構成され、前記電極体を包み込んだ状態で外縁部が封止されたラミネート外装体と、
    電気絶縁性を有する材料から構成され、前記ラミネート外装体における前記電極体の収納部分において、前記ラミネート外装体の内面と前記電極体の第1側面との間に介挿されたスペーサと、
    を備え、
    前記スペーサは、互いの一辺同士を共有する第1壁および第2壁を有し、前記第1壁および前記第2壁の少なくとも一方における両端辺に連続する第3壁および第4壁を有しており、
    前記電極体の第1側面に対しては、前記スペーサにおける前記第1壁が外接または対向し、
    前記電極体における前記第1側面の両側の第2側面および第3側面に対しては、前記スペーサにおける前記第3壁および前記第4壁がそれぞれ対向し、
    前記電極体における前記第2側面および前記第3側面と、対向する前記スペーサにおける前記第3壁および前記第4壁との各間には、保持部が挿入されており、
    前記保持部の挿入により、前記スペーサは、前記電極体に対して保持されている
    ことを特徴とする電池。
  2. 前記スペーサにおける前記第3壁および前記第4壁のそれぞれからは、突片部が突出形成されており、
    前記第3壁および前記第4壁からの各突片部が折り返されて、前記電極体における前記第2側面および前記第3側面と前記スペーサにおける前記第3壁および前記第4壁との各間に挿入されることにより、前記保持部とされている
    ことを特徴とする請求項1に記載の電池。
  3. 前記スペーサにおける前記第2壁は、前記電極体における第1主面に外接し、
    前記スペーサにおける前記第3壁および前記第4壁からの前記各突片部は、前記第2壁に交差する方向に突出され、突出根元または突出方向途中で折り返されている
    ことを特徴とする請求項2に記載の電池。
  4. 前記スペーサにおける前記第3壁および前記第4壁からの前記突片部は、前記第1壁に交差する方向に突出され、突出根元または突出方向途中で折り返されている
    ことを特徴とする請求項2に記載の電池。
  5. 前記スペーサにおける前記第2壁は、前記電極体における第1主面に外接または対向し、
    前記スペーサにおける前記第3壁および前記第4壁のそれぞれからは、前記突片部の一部としての第1突辺部が前記第2壁に交差する方向に突出され、突出根元または突出方向途中で折り返されており、且つ、前記突片部の一部としての第2突辺部が前記第1壁に交差する方向に突出され、突出根元または突出方向途中で折り返されている
    ことを特徴とする請求項2に記載の電池。
  6. 前記突片部における突出根元には、突出方向に交差する方向に、薄肉部または切り欠きまたはミシン目が延伸形成されている
    ことを特徴とする請求項2から請求項5の何れかに記載の電池。
  7. 前記スペーサにおける前記第3壁および前記第4壁と、前記電極体における前記第2側面および前記第3側面との各間には、前記保持部としての板状部材が嵌入されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の電池。
  8. 前記正極板には、正極リードが電気的に接続され、
    前記負極板には、負極リードが電気的に接続され、
    前記正極リードおよび前記負極リードの各々に対しては、前記ラミネート外装体における外縁部の前記封止部を横断して各一部が外方へと延出された正極端子および負極端子が電気的に接続されており、
    前記スペーサは、前記第1壁が、前記ラミネート外装体における内面と前記正極リードおよび前記負極リードとの各介挿部分を含み、前記第1側面に沿って配置されており、
    前記スペーサにおける前記第1壁のうち、前記介挿部分を除く部分からは、前記ラミネート外装体の内面に対向する側とは反対側の内側に向けて突出するリブが形成されている
    ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載の電池。
  9. 前記正極リードと前記負極リードとは、互いの間に間隔をあけて並んだ状態で延伸しており、
    前記スペーサにおける前記リブは、前記正極リードと前記負極リードとの間に相当する部分に設けられている
    ことを特徴とする請求項8に記載の電池。
  10. 前記スペーサにおける前記リブは、第1リブと第2リブとを以って構成されており、
    前記第1壁を基準とする高さが、前記第1リブの方が前記第2リブよりも高い
    ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の電池。
  11. 前記第1壁を平面視する場合において、前記第1リブは、前記第2リブが形成された領域を囲繞する状態で形成されている
    ことを特徴とする請求項10に記載の電池。
  12. 前記正極リードおよび前記負極リードは、前記電極体の前記第1側面から延出し、当該第1側面に沿うように曲折されており、
    前記正極端子および前記負極端子は、それぞれ前記正極リードおよび前記負極リードに対し、前記第1側面に沿う部分で接合されている
    ことを特徴とする請求項8から請求項11の何れかに記載の電池。
  13. 前記スペーサにおける前記第1壁は、前記正極リードおよび前記負極リードと前記正極端子および前記負極端子の各一部を間に挟んで、前記電極体の前記第1側面に対向するように配されている
    ことを特徴とする請求項12に記載の電池。
  14. 前記電極体は、さらに複数枚の正極板と複数枚の負極板とを有する積層型電極体であって、
    前記正極板と前記負極板とは、間にセパレータを挟んで交互に積層されており、
    前記正極リードおよび前記負極リードは、各正極板および各負極板に電気的に接続されており、
    前記正極端子および前記負極端子は、前記複数の正極リードおよび前記複数の負極リードに対し、各々が集束された部分で接合されている
    ことを特徴とする請求項13に記載の電池。
  15. 前記スペーサは、樹脂材料からなる
    ことを特徴とする請求項1から請求項14の何れかに記載の電池。
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