JP2015053129A - 角形二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一側縁に正極箔が露出された正極電極と一側縁に負極箔が露出された負極電極とがセパレータを介して前記正極箔と前記負極箔とが反対側の側縁にそれぞれ露出するように捲回され、捲回方向の両端部に湾曲部40Tが形成され、前記湾曲部40Tを挟んで一対の幅広面を有する発電要素40の湾曲部40Tの一方と、電池容器の底面22から一対の幅広側面21aにおける発電要素40の湾曲部40Tに対応する領域との間に跨る空間に配置され、発電要素40の正極箔から負極箔までの間の電解液の流路52を形成するスペーサ50を備える。
【選択図】図5
Description
このため、正・負極側における電解液の量に差が生じ、これに伴って、電池容量などの電池特性が低下する。
以下、この発明の角形二次電池の一実施の形態を図面と共に説明する。
図1は、本発明に係る角形二次電池の一実施の形態の外観斜視図であり、図2は、図1に示された角形二次電池の分解斜視図である。
以下の説明では、角形二次電池を、リチウムイオン電池として説明する。
角形二次電池C1は、電池缶1および電池蓋6を備える。電池缶1及び電池蓋6の材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム系金属が用いられる。電池缶1は、矩形の底面22と、底面22から立ち上がる角筒状の側壁部21と、側壁部21の上端で上方に向かって開放された開口部1a(図2参照)とを有している。側壁部21は、一対の幅広側面21aと一対の幅狭側面21bとを有している。電池缶1内には、発電要素40が収納され、電池缶1の開口部1aが電池蓋6によって封止されている。
正極外部端子8Aはアルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成され、電池容器10内で正極集電板4Aにより発電要素40の正極電極41に接続されている。負極外部端子8Bは、銅、銅合金等の銅系金属により形成され、電池容器10内で負極集電板4Bにより発電要素40の負極電極42に接続されている。正極外部端子8Aと負極外部端子8Bとは、材料が異なる以外は、同一の構造を有する。
正極外部端子8Aと負極外部端子8Bを介して発電要素40に充電され、また、発電要素40から外部負荷に電力が供給され、放電する。電池蓋6には、ガス排出弁12が一体的に設けられており、電池容器10内の圧力が上昇すると、ガス排出弁12が開いて内部からガスが排出され、電池容器10内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池C1の安全性が確保される。
図3は、発電要素40の斜視図である。図3では、発電要素40は、その捲回終端部側を展開した状態で図示されている。
発電要素40は、正極電極41と負極電極42とを、セパレータ43、44を介在して軸芯C−Cの周囲に捲回して、扁平直方体状に形成されている。
正極電極41は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム系金属からなる正極金属箔41aの表・裏両面に正極合剤が塗工された正極合剤塗工部41bを有する。正極合剤塗工部41bは、正極金属箔41aの一側縁に、正極金属箔41aが露出された正極合剤未塗工部41c(正極箔)が形成されるように正極金属箔41aに正極合剤を塗工して形成される。
負極電極42は、例えば、銅または銅合金等の銅系金属からなる負極金属箔42aの表・裏両面に負極合剤が塗工された負極合剤塗工部42bを有する。負極合剤塗工部42bは、正極合剤未塗工部41cの側縁と反対側に配置された他側縁に、負極金属箔42aが露出された負極合剤未塗工部42cが形成されるように負極金属箔42aに負極合剤を塗工して形成される。
発電要素40は、一方の円弧部40Tを下に向け、軸芯C−Cを電池缶1の底面22と平行にして、電池缶1内に収容されている。電池缶1内に収容された状態では、発電要素40の一対の平坦部40Pは、それぞれ、電池缶1の幅広側面21aにほぼ平行に対面している。
上述した如く、発電要素40は、セパレータ43、44を介して正極電極41と負極電極42を扁平形状に捲回した電極群であり、捲回軸方向の両端面側には、正極合剤および負極合剤が塗布されていない正極合剤未塗工部41cおよび負極合剤未塗工部42cが設けられている。
発電要素40は、一方の円弧部40T側から電池缶1内に挿入され、他方の一方の円弧部40T側が電池缶1の開口部1a側に配置される。
発電要素40の下方にスペーサ50が配置されている。スペーサ50は、発電要素40と共に絶縁シート2により覆われる。つまり、絶縁シート2を折り畳んで電池缶1の内部に収納し、電池缶1の底面22、一対の幅広側面21a、一対の幅狭側面21bの内側に配置する。そして、スペーサ50を、その下面50cを電池缶1の底面22に向けて電池缶1の開口部1aから挿入し、電池缶1の底面22に当接させる。スペーサ50を、折り畳んだ絶縁シート2の内側に収納した状態で、絶縁シート2と共に電池缶1内に収容してもよい。この後、発電要素40を、電池缶1の開口部1aから、折り畳まれた絶縁シート2の内側に位置するように電池缶1内に収容する。発電要素40は、予め、正極集電板4A、負極集電板4Bを、それぞれ、電池蓋組立体30の正極集電板4A、負極集電板4Bに接合して電池蓋組立体30とされており、この状態で電池缶1内に収容される。
このとき、スペーサ50の長手方向に対向する両端面50a、50bは、絶縁シート2を介して電池缶1の一対の幅狭側面21bの内面に当接している。
スペーサ50は、電池缶1内に収容された発電要素40と電池缶1の底部側における内部空間を埋めて、電池缶1内に注入される非水電解液の量を低減する機能を有する。このとき、以下に詳述するように、電池缶1内に注入された非水電解液は発電要素40の正極側と負極側とに流通可能な構造とされている。このため、電池缶1内における発電素子40の正極側と負極側に注入された非水電解液の量がほぼ同じとなり、電池容量などの電池特性の低下を防止する。
なお、図4、図5においては、絶縁シート2は図示を省略してある。
スペーサ50の下面50cおよび長手方向に延出される一対の側面50dは、絶縁シート2を介して、それぞれ、電池缶1の底面22および一対の幅広側面21aの各内面に当接している。また、スペーサ50の長手方向に対向する両端面50a、50bは、絶縁シート2を介して電池缶1の一対の幅狭側面21bに当接している。
スペーサ50の上部には、電池蓋組立体30に一体化された発電要素40が配置されている。
スペーサ50の発電要素40に対向する面である上面51は、発電要素40の一方の円弧部40Tと同様に、円弧状に形成されている。上面51には、長手方向に平行に、複数の溝52が形成されている。
発電要素40の一対の平坦部40Pと電池缶1の一対の幅広側面21aとの隙間は、充放電により発電要素40が収縮すると離間し、発電要素40が膨張すると接触する程度とされている。
また、スペーサ50の上面51と、発電要素40の一方の円弧部40Tとの隙間は、充放電により発電要素40が収縮すると離間し、発電要素40が膨張すると接触する程度とされている。発電要素40の円弧部40Tは、必ずしも真円状ではないので、発電要素40が膨張した際に、円弧部40Tの一部がスペーサ50の上面51に接触する程度の隙間とすることが好ましい。
図8は、スペーサの変形例1を示す外観斜視図である。
変形例1としてのスペーサ50は、幅方向の中心において、換言すれば、断面における厚さが最も薄い位置で、長手方向に平行な面で2つに分割されている。分割スペーサ50A1と分割スペーサ50A2とは、左右対称な形状を有し、中央側で突き合わされてスペーサ50を構成している。一実施の形態では、スペーサ50の長手方向に延出される一対の側面50dを、電池缶1の一対の幅広側面21aに、絶縁シート2を介して当接しながら挿入する。これに対し、変形例1では、分割スペーサ50A1、50A2を1つずつ電池缶1内に挿入することにより、挿入作業の効率化を図ることができる。なお、スペーサ50の分割数は、2つに限られるものではなく、3つ以上とすることも可能である。
図9は、スペーサの変形例2を示す外観斜視図である。
変形例2は、分割スペーサ50A1と分割スペーサ50A2とが、中央側で突き合わされずに、離間して配置されたスペーサ50を構成する点で、変形例1と相違する。
分割スペーサ50A1と分割スペーサ50A2とが離間されたスペースS1は、非水電解液の流路としての機能を有する。従って、変形例2において、各分割スペーサ50A1、50A2の上面51に溝52を形成せず、半円形状の平坦な上面とすることも可能である。
(1)発電要素40の円弧部40Tと、電池缶1の底面22側との間に、電池缶1の角部に形成される内部空間を縮小するためのスペーサ50を設け、このスペーサ50に発電要素40の正極側と負極側とを差し渡す流路を形成した。このため、電池缶1内における発電要素40の正極側と負極側に注入されている非水電解液の量を、ほぼ等しくすることができ、これにより、電池容量等の電池特性を良好な状態に維持することが可能となる。
2 絶縁シート(絶縁層)
6 電池蓋
10 電池容器
21 側壁部
21a 幅広側面
21b 幅狭側面
22 底面
40 発電要素
40P 平坦部(幅広面)
40T 円弧部(湾曲部)
41 正極電極
41c 正極合剤未塗工部(正極箔)
42 負極電極
42c 負極合剤未塗工部(負極箔)
50 スペーサ
50A1、50A2 分割スペーサ
50c 下面
50a、50b 端面
51 上面
52 溝
C1 角形二次電池
S1 スペーサ
Claims (8)
- 一側縁に正極箔が露出された正極電極と一側縁に負極箔が露出された負極電極とがセパレータを介して前記正極箔と前記負極箔とが反対側の側縁にそれぞれ露出するように捲回され、捲回方向の両端部に湾曲部が形成され、前記湾曲部を挟んで一対の幅広面を有する発電要素と、
一対の幅広側面と、一対の幅狭側面と、底面とを有し、前記発電要素の前記湾曲部の一方が前記底面に平行に配置されて収容され、内部に電解液が注入される電池容器と、
前記電池容器内下方側における前記発電要素の前記湾曲部の一方に対応する領域に設けられ、前記正極箔と前記幅狭側面の一方との間の空間から前記負極箔と前記幅狭側面の他方との間の空間までの前記電解液の流路を形成するスペーサとを備える、角形二次電池。 - 請求項1に記載の角形二次電池において、
前記電池容器は、前記底面及び前記一対の幅広側面に直角な一対の幅狭側面を有し、前記スペーサの長手方向の両端面は、それぞれ、前記一対の幅狭側面の内面に、直接、または絶縁層を介して当接している、角形二次電池。 - 請求項1に記載の角形二次電池において、
前記スペーサは、前記発電要素の前記湾曲部の一方とほぼ平行な湾曲状上面を有し、前記電解液の流路は、前記湾曲状上面に形成された溝により形成されている、角形二次電池。 - 請求項3に記載の角形二次電池において、
前記溝は、断面が多角形または円弧状である、角形二次電池。 - 請求項3に記載の角形二次電池において、
前記スペーサは、1つの部材で形成されている、角形二次電池。 - 請求項3に記載の角形二次電池において、
前記スペーサは、前記電池容器の前記幅広側面と平行な面で分割された、複数の分割スペーサにより構成されている、角形二次電池。 - 請求項2に記載の角形二次電池において、
前記スペーサは、前記発電要素の前記湾曲部の一方とほぼ平行な湾曲状上面を有し、前記電池容器の前記幅広側面と平行な面で分割された、複数の分割スペーサにより構成されており、前記分割スペーサは、隣接する前記分割スペーサとは前記幅広側面と直交する方向に間隙を空けて配置され、前記電解液の流路は、前記間隙により形成されている、角形二次電池。 - 請求項3乃至7のいずれか1項に記載の角形二次電池において、
前記スペーサの前記湾曲状上面は、前記発電要素が放電された状態で、前記発電要素の前記湾曲部の一方から離間し、前記発電要素が放電された状態で、前記発電要素の前記湾曲部の一方の少なくとも一部と接触する位置に保持されている、角形二次電池。
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