JP2015011805A - Battery including wound electrode accommodated in rectangular parallelepiped case - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、卷回型電極を直方体ケースに収容した電池を開示する。 In the present specification, a battery in which a wound electrode is housed in a rectangular parallelepiped case is disclosed.
特許文献1に、上記の電池が開示されている。この形式の電池は、図1に示すように、絶縁性のセパレータシート2と、金属箔4aの両面に正極活物質層4c,4dを塗工した正極シート4と、絶縁性のセパレータシート6と、金属箔8aの両面に負極活物質層8c,8dを塗工した負極シート8を重ね合わせ、重ね合わされたシート群を卷回することで卷回型電極を形成する。そして、図2に示すように、卷回型電極10を直方体ケース12に収容する。直方体ケース12の上面12aは開放されており、卷回型電極10を収容した後に蓋等を利用して閉じられる。
Patent Document 1 discloses the battery described above. As shown in FIG. 1, this type of battery includes an
卷回型電極10は、卷回軸10aの周りに卷回されているが、卷回軸10aに沿った方向から観察すると扁平に押しつぶされた形状をしており、上部湾曲部10bと平面部10cと下部湾曲部10dと平面部10eを備えている。
The
本明細書で開示する電池では、卷回軸10aが直方体ケース12の底板12fと平行になる姿勢で、卷回型電極10を直方体ケース12に収容する。直方体ケース12は、卷回型電極10を収容する形状に形成されており、収容すると、卷回型電極10の平面部10cが直方体ケースの側壁12cの内面に向かい合い、卷回型電極10の平面部10eが直方体ケースの側壁12eの内面に向かい合い、卷回型電極10の下部湾曲部10dが直方体ケース10の底板12fの内面に接触する。以後では、用語の簡単化のために、12c,12dを扁平壁といい、12b,12dを側壁という。
In the battery disclosed in this specification, the
図1に示すように、正極シート4には、正極活物質が塗工されないで金属箔4aが露出している未塗工部4bが残されている。同様に、負極シート8には、負極活物質が塗工されないで金属箔8aが露出している未塗工部8bが残されている。シート類を重ね合わせる際には、未塗工部4bがセパレータシート2,6からはみ出し、未塗工部8bがセパレータシート2,6からはみ出す位置関係で重ね合わせる。未塗工部4bと未塗工部8bは反対側にはみ出す。その状態で卷回するために、図1の範囲10gでは、「セパレータシート2」と「正極活物質層4cと正極用金属箔4aと正極活物質層4d」と「セパレータシート6」と「負極活物質層8cと負極用金属箔8aと負極活物質層8d」が積層された状態で卷回されており、範囲10fでは正極用金属箔4aのみが卷回されており、範囲10hでは負極用金属箔8aのみが卷回されている。範囲10fでは、図示しない正極用集電体を正極用金属箔4aに取り付けることができ、範囲10hでは、図示しない負極用集電体を負極用金属箔8aに取り付けることができる。
As shown in FIG. 1, the positive electrode sheet 4 is left with an
特許文献1が示すように、複数個の電池を重ね合わせることで組電池を形成することがある。この場合、ケース12の扁平壁12eの外面に、隣接するケース12の扁平壁12cの外面が向かい合う位置関係で、複数個のケース12を重ね合わせる(積層する)。実際の組電池では、ケース12の扁平壁12eと、隣接するケース12の扁平壁12cの間にスペーサ板を挟んだ状態で、組電池を積層方向に圧縮する。組電池を積層方向に圧縮するために拘束バンド等を利用する。スぺーサ板は、扁平壁12e,12cよりも小さく、扁平壁12e,12cの一部にスペーサ板が密着する。拘束バンドで強く拘束すると、ケース12の扁平壁12eの一部と、隣接するケース12の扁平壁12cの一部がケースの内側に変位する。個々のケースについてみると、扁平壁12cの一部と扁平壁12eの一部の間の距離が接近する。
As shown in Patent Document 1, an assembled battery may be formed by overlapping a plurality of batteries. In this case, a plurality of
あるいは、単電池の製造プロセスで、扁平壁12cと扁平壁12e間の距離を接近させる加工をすることもある。例えば、図3に示す状態から図4に示す状態に変形させることがある。この変形工程を加えると、図3と図4を対比すると明らかなように、卷回型電極10の平面部10cがケース12の扁平壁12cの内面に強く密着し、卷回型電極10の平面部10eがケース12の扁平壁12eの内面に強く密着する。
Alternatively, a process for making the distance between the
ケース12の扁平壁12cと扁平壁12eの距離が接近するように変形させると、卷回型電極10の平面部10cがケース12の扁平壁12cの内面に強く密着し、平面部10eが扁平壁12eの内面に強く密着する一方において、図4に示すように、ケース12の底板12fが外側に向かって膨出するように変形する。この結果、卷回型電極10の下部湾曲部10dと底板12fの内面との間が離れてしまう。卷回型電極10の下部湾曲部10dとケース12の底板12fの内面との間が離れてしまうと、卷回型電極10がケース12内で振動する現象が顕著となり、電池の信頼性ないし耐久性が低下する。ケース12に衝撃が作用した場合の耐力も低下する。
When the
本明細書では、ケース12の扁平壁12cと扁平壁12eの距離が接近するように変形させても、卷回型電極10の下部湾曲部10dとケース12の底板12fの内面との間が離れない技術を提供する。
In the present specification, even if the
本明細書で開示する電池では、直方体形状のケース内に卷回型電極が収容されている。卷回型電極は、正極シートとセパレータシートと負極シートを重ね合わせた重ね合わせシートを巻上げて形成されている。卷回型電極の卷回軸がケースの底面と平行な姿勢で収容されている。
本明細書で開示する電池では、ケースの底板の一部に、ケースの内側に向けて変位した凹所が形成されている。その凹所は、卷回型電極の正極活物質塗工範囲を超えて延びている。卷回型電極のケースの底板側の端縁は、凹所の内面に接触している。
In the battery disclosed in this specification, a wound electrode is housed in a rectangular parallelepiped case. The wound electrode is formed by winding up an overlapping sheet in which a positive electrode sheet, a separator sheet, and a negative electrode sheet are overlapped. The winding axis of the wound electrode is accommodated in a posture parallel to the bottom surface of the case.
In the battery disclosed in this specification, a recess that is displaced toward the inside of the case is formed in a part of the bottom plate of the case. The recess extends beyond the positive electrode active material coating range of the wound electrode. The edge of the wound electrode case on the bottom plate side is in contact with the inner surface of the recess.
上記の構成を備えていると、ケースの扁平壁同志を内側に向けて変形させた際に、ケースの底板が外側に向かって膨出することが抑制される。卷回型電極の下部湾曲部とケースの底板の内面との間が離れることがない。 With the above configuration, when the flat walls of the case are deformed inward, the bottom plate of the case is suppressed from bulging outward. There is no separation between the lower curved portion of the wound electrode and the inner surface of the bottom plate of the case.
実施例の主要な特徴を列記しておく。
(特徴1)直方体ケース12の扁平壁12cと扁平壁12eの外側に一対の拘束板14,14を配置し、一対の拘束板14,14を接近させて扁平壁12cと扁平壁12eを接近させる。
(特徴2)直方体ケース12の底板12fと拘束板14,14の間に間隔が残る位置関係で一対の拘束板14,14を接近させる。
(特徴3)複数個の直方体ケースを積層し、その積層方向に圧縮することで組電池を構成する。その際に、直方体ケース12の扁平壁12cと扁平壁12eを接近させる。
(特徴4)卷回型電極10は、直方体ケース12の開放された上面をふさぐ蓋に対して固定されている。
(特徴5)負極活物質塗工範囲は正極活物質塗工範囲よりも広い。正極活物質塗工範囲では、「セパレータシート」と「正極活物質層と正極用金属箔と正極活物質層」と「セパレータシート」と「負極活物質層と負極用金属箔と負極活物質層」という全メンバーが積層された状態で卷かれている。他の範囲では、一部のメンバーが欠落した状態で巻かれている。全メンバーが積層された状態で巻かれている正極活物質塗工範囲では、密に巻かれており、卷回電極の強度が高い。正極活物質塗工範囲を支持すると、卷回電極が位置決めされる。
The main features of the embodiment are listed.
(Feature 1) A pair of
(Characteristic 2) A pair of
(Characteristic 3) A battery pack is formed by stacking a plurality of rectangular parallelepiped cases and compressing them in the stacking direction. In that case, the
(Feature 4) The
(Feature 5) The negative electrode active material coating range is wider than the positive electrode active material coating range. In the positive electrode active material coating range, “separator sheet”, “positive electrode active material layer, positive electrode metal foil and positive electrode active material layer”, “separator sheet”, “negative electrode active material layer, negative electrode metal foil and negative electrode active material layer” "All members are struck in a stacked state." In other areas, some members are wound in a missing state. In the positive electrode active material coating range in which all members are wound in a laminated state, the wound electrode is densely wound and the strength of the wound electrode is high. When the positive electrode active material coating range is supported, the wound electrode is positioned.
卷回型電極10と、卷回型電極10を形成する重ね合わせシートについては、図1と図2を参照して説明したとおりであり、説明を繰り返さない。本実施例では、負極活物質塗工範囲が正極活物質塗工範囲よりもわずかに広い。正極活物質塗工範囲では、「セパレータシート2」と「正極活物質層4cと正極用金属箔4aと正極活物質層4d」と「セパレータシート6」と「負極活物質層8cと負極用金属箔8aと負極活物質層8d」という全メンバーが積層された状態で密に卷かれている。
本実施例の直方体ケース12では、図5〜図7に示すように、底板12fの一部にケース12の内側に向かって変位する部分が形成されている。ケース12の外側から観察すると、ケース12の底板12fの一部に凹所12gが形成されている。
凹所12gの幅と位置は、図5に示すように、卷回型電極10の下部湾曲部10dの下端縁の近傍に接する幅と位置に形成されている。凹所12gの長さと位置は、図7に示すように、正極活物質が塗工されている範囲10gを超えて延びる長さと位置に形成されている。図7では図示の明瞭化のために、卷回型電極10の下部湾曲部10dと凹所12gの間が離れているように図示されているが、実際には下部湾曲部10dの下端縁の近傍が凹所12gの内面に接触している。
The
In the
As shown in FIG. 5, the width and position of the
範囲10fでは、正極用金属箔4aのみが卷回されており、正極用金属箔4aに図示しない正極集電体が接続されている。正極集電体は正極ボルト16に接続されている。範囲10hでは、負極用金属箔8aのみが卷回されており、負極用金属箔8aに図示しない負極集電体が接続されている。負極集電体は負極ボルト18に接続されている。正極集電体と正極ボルト16ならびに負極集電体と負極ボルト18は、直方体ケースの開放された上面をふさぐ蓋を貫通している。正極集電体と正極ボルト16ならびに負極集電体と負極ボルト18は、蓋から絶縁されている。正極集電体と正極ボルト16ならびに負極集電体と負極ボルト18によって、卷回型電極10は蓋に対して位置決めされている。
In the
製造時には、正極集電体と正極ボルト16ならびに負極集電体と負極ボルト18によって卷回型電極10を蓋に対して位置決めし、その状態で卷回型電極10をケース12内に挿入して蓋で直方体ケース12の開放された上面をふさぎ、ケース12と蓋を固定する。
その後に、図6に示すように、直方体ケース12の扁平壁12cと扁平壁12eの外側に一対の拘束板14,14を配置し、一対の拘束板14,14を接近させて扁平壁12cと扁平壁12eを接近させる。
このとき、ケース12の底板12fが平坦であると、図4に示すように、扁平壁12cと扁平壁12eが内側に変位するのに伴って底板12fが外側に膨出してしまう。それに対して、ケース12の底板12fに凹所12gが形成されていると、図6に示すように、扁平壁12cと扁平壁12eが内側に変位しても底板12fが外側に膨出してしまうことを防止できる。本実施例によると、ケース12の扁平壁12cが内側に変位して卷回型電極10の平面部10cがケース12の扁平壁12cの内面に強く密着し、ケース12の扁平壁12eが内側に変位して卷回型電極10の平面部10eがケース12の扁平壁12eの内面に強く密着し、しかも、卷回型電極10の下部湾曲部10dと底板12fの内面との間が密着し続ける。
本実施例によると、卷回型電極10の平面部10cと平面部10eと下部湾曲部10dがケース12の内面と密着する。しかも、凹所12gが正極活物質塗工範囲10gを超えて延びていることから、卷回型電極10のうち、シート間に隙間がない状態で密に巻き上がられている部分が全長に亘って凹所12gによって拘束される。その結果、卷回型電極10がケース12内でケース12に対して振動しづらい。電池の信頼性と耐久性が向上する。
At the time of manufacture, the
Then, as shown in FIG. 6, a pair of restraining
At this time, if the
According to the present embodiment, the
上記では、単電池の製造過程で扁平壁12cと扁平壁12eを内側に変位させる。本実施例の有用性はそれに限られない。複数個の単電池を積層し、積層方向に強く圧縮ないし拘束することで扁平壁12cと扁平壁12eが内側に変位する場合にも有用である。
In the above, the
凹所12gによる底板12fの膨出変形の防止効果は凹所12gの深さ等によって変化する。実験によって、底板12fの膨出変形を禁止するのに必要な凹所12gの深さを決定することができる。
The effect of preventing the bulging deformation of the
なお直方体ケースの底板に凹所を設けること自体は既知であり、例えば特開2013−77495号公報と特開2004−71224号公報に記載されている。特開2013−77495号公報の技術では、卷回型電極の卷回軸が底板と垂直な姿勢で収容する。すると正極活物質が塗工されていない正極用金属箔のみが卷回されている範囲が底板と向かいあう。正極用金属箔は、中心が空間となっている小判型形状に卷回されている。底板に小判型形状の凹所(卷回型電極側から見ると凸部)を設けておくと、その凸部が卷回している正極用金属箔の内側に入り込んで導通を確保することが可能となる。底板に凹所を設けるのは導通を確保するためのものであり、ケースの変形に対応するものでない。底板に凹所を設けることでケースの変形に対応する技術を示唆するものでない。特開2004−71224号公報の技術では、過充電時に正極格子が伸びる現象に対応するためにケースの底面に凹所を設ける。ケースの変形に対応するものでないし、底板に凹所を設けることでケースの変形に対応する技術を示唆するものでない。 In addition, providing the recess in the bottom plate of the rectangular parallelepiped case is known per se, and is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2013-77495 and 2004-71224. In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2013-77495, the winding shaft of the wound electrode is accommodated in a posture perpendicular to the bottom plate. Then, the range where only the positive electrode metal foil not coated with the positive electrode active material is wound faces the bottom plate. The positive electrode metal foil is wound into an oval shape having a space at the center. If the bottom plate is provided with an oval-shaped recess (projection when viewed from the wound electrode side), it is possible to ensure conduction by entering the inside of the metal foil for the positive electrode where the projection is wound. It becomes. Providing a recess in the bottom plate is for ensuring conduction, and does not correspond to deformation of the case. It does not suggest a technique corresponding to the deformation of the case by providing a recess in the bottom plate. In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-71224, a recess is provided on the bottom surface of the case in order to cope with a phenomenon in which the positive electrode lattice extends during overcharge. It does not correspond to the deformation of the case, and does not suggest a technique corresponding to the deformation of the case by providing a recess in the bottom plate.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:セパレートシート
4:正極シート
6:セパレートシート
8:負極シート
10:卷回型電極
10g:正極活物質塗工範囲
12:ケース
12f:底板
12g:凹所
2: Separate sheet 4: Positive electrode sheet 6: Separate sheet 8: Negative electrode sheet 10: Winding
Claims (1)
ケースの底板の一部に、ケースの内側に向けて変位した凹所が形成されており、
その凹所が、卷回型電極の正極活物質塗工範囲を超えて延びており、
その凹所の内面に、卷回型電極のケースの底板側の端縁が接触している、
ことを特徴とする電池。 In a rectangular parallelepiped case, a wound electrode formed by winding up a superposed sheet of a positive electrode sheet, a separator sheet, and a negative electrode sheet is housed in a posture in which the winding axis is parallel to the bottom plate of the case. ,
A recess that is displaced toward the inside of the case is formed in a part of the bottom plate of the case,
The recess extends beyond the positive electrode active material coating range of the wound electrode,
The inner edge of the recess is in contact with the edge of the wound electrode case on the bottom plate side,
A battery characterized by that.
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