JP2015185256A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接時に電極体が受ける熱の影響を緩和でき、さらなる薄型化が可能な非水電解質二次電池の構成を得る。【解決手段】非水電解質二次電池1は、正極電極および負極電極を含む電極体15と、電極体15を収容する外装缶とを備える。外装缶は、電極体15の厚さ方向の一方に開口した箱状の第1部材11、および第1部材11の開口を覆って溶接される第2部材12を含む。第1部材11は、開口側に向かって厚さ方向と垂直な寸法が大きくなる。第2部材12は、厚さ方向と垂直な面の少なくとも一方に形成された複数のリブ122を含む。【選択図】図2
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。
従来、正極と負極とを含む電極体を外装缶に収容した非水電解質二次電池の構成が知られている。近年、薄型の携帯機器の普及に伴って、薄型の電池の需要が高まっている。
特許第4148458号公報には、電極体の少なくとも一部が収容される凹部が形成されており且つその開口端の周縁部にフランジ部が設けられてなる缶本体と、前記缶本体の凹部の開口端を密封する金属蓋とを備える電池が開示されている。この電池では、前記缶本体と金属蓋とが前記フランジ部において接合一体化されていることにより電池缶が形成されており、この電池缶の内部に、シート状の正極および負極がセパレータを介して積層された電極体と、電解液とが収容されている。この電池は、一端側が電池缶内にあって少なくとも正・負極の一方と電気的に接続されたリード体と、前記接合一体化されたフランジ部(接合フランジ部)の表裏両面を含むフランジ面部分の一部に設けられたリード体用の取り出し口とを有し、少なくともリード体用の取り出し口が設けられている側ないし周辺の接合フランジ部が樹脂を用いた接着により封止されており、この樹脂による封止箇所を介して前記リード体の他端側が電池缶の外部に取り出されていることを特徴とする。
特許第4254998号公報には、仕切り壁を一体に有するとともに厚み方向の両端面が開口された枠状の金属フレームと、この金属フレームの両開口を塞ぐ一対の金属蓋とを有する回路一体型電池が開示されている。この回路一体型電池は、前記仕切り壁によって前記金属フレームの枠内の空間が、2つ以上の空間に分割されていて、シート状の電極を有する電極体および電解液と、保護回路を有する基板とが、前記金属フレームの枠内の各空間に振り分けられて収容された状態で、前記金属フレームと前記金属蓋とが液密状に接合一体化されていることを特徴とする。
特許第4900751号公報には、平面視で4角形の電池缶の内部に電極体および電解液を収容して密封した薄型電池のパック構造が開示されている。この薄型電池のパック構造は、電池缶には厚み方向の周面を取り囲むようにフランジ部を設ける一方、薄型電池が収納されるパックケースの電池装着面には、前記フランジ部を含めた電池缶の幅とほぼ等しい間隔をあけて対向するように少なくとも一対の弾性片を立設し、これらの弾性片の先端部にフランジ部係止用の係止爪を設けたことを特徴とする。
特許第3885327号公報には、電池缶内に電極素子と非水電解液とを備える非水電解液二次電池において、上記電池缶の最大開口部が、端子を有する電池蓋により密封されてなることを特徴とする非水電解液二次電池が開示されている。
特許第4191433号公報には、金属板を加工して凹部の開口周囲にフランジを設けた半殻体に電池ケースが形成され、凹部内に極板群を収容してフランジに周辺部を重ね合わせて配設された金属製の蓋板とフランジとの間がシーム溶接により接合されてなる電池が開示されている。
また、電池缶を薄肉化したときの耐圧強度を確保するために、電池缶にリブ(凸条放出部)を形成する構成が知られている。
特開2003−123704号公報には、電極群および電解液からなる発電要素を収納して電池を構成する有底筒状の外形を有し、缶内面に、厚み方向の内面側が肉厚となるよう膨出して線状に延びる複数の凸条膨出部が、筒心の両側において筒心方向に対しそれぞれ傾斜し、且つ互いに交差して格子状を形作る配置で形成され、前記各凸条膨出部が各交
点を介して相互に連結されていることを特徴とする電池缶が開示されている。
点を介して相互に連結されていることを特徴とする電池缶が開示されている。
特許第4148458号公報および特許第4900751号公報に記載された電池では、缶体にフランジ部を設ける必要があり、小型化に限界がある。
特許第4254998号公報、特許第3885327号公報、および特許第4191433号公報に記載された非水電解質二次電池では、金属フレームまたは電池ケースと、電池蓋(金属蓋)とを溶接する際、溶接個所と電極体との距離が近くなり、電極体が溶接時の熱の影響を受ける場合がある。そのため、これらの特許公報に記載された電池の構成では、一定以上の薄型化は困難である。
また、上記の特許公報に記載された電池の構成では、厚さを一定以上薄くした場合、電池の剛性を保つことは困難である。
特開2003−123704号公報に記載された電池缶は、いわゆる深絞り加工によって形成した電池缶の内面に凸条膨出部を形成する。特に厚さの薄い電池において、このような加工を実施することは非常に困難である。
本発明の目的は、溶接時に電極体が受ける熱の影響を緩和でき、さらなる薄型化が可能な非水電解質二次電池の構成を得ることである。
本発明の一実施形態にかかる非水電解質二次電池は、正極電極および負極電極を含む電極体と、電極体を収容する外装缶とを備える。外装缶は、電極体の厚さ方向の一方に開口した箱状の第1部材、および第1部材の開口を覆って溶接される第2部材を含む。第1部材は、開口側に向かって厚さ方向と垂直な寸法が大きくなる。第2部材は、厚さ方向と垂直な面の少なくとも一方に形成された複数のリブを含む。
上記の構成によれば、第1部材は、開口側に向かって厚さ方向と垂直な寸法が大きくなる。第2部材は、第1部材の開口を覆って溶接される。すなわち、第1部材は、厚さ方向と垂直な寸法が大きくなっている箇所で溶接される。この構成によれば、第1部材と第2部材との溶接個所を電極体から遠ざけることができる。これによって、非水電解質二次電池を薄くしたときの電極体への溶接時の熱の影響を低減することができる。そのため、非水電解質二次電池をより薄くすることができる。
上記の構成によれば、第2部材は、第2部材の厚さ方向と垂直な面の少なくとも一方に形成された複数のリブを含んでいる。この構成によって、第2部材の剛性を向上させることができる。薄型化によって第1部材の強度が不足している場合であっても、第1部材と一体となっている第2部材によって変形が抑制されるため、非水電解質二次電池全体の変形が抑制される。そのため、剛性を保ったまま非水電解質二次電池をより薄くすることができる。
本発明によれば、溶接時に電極体が受ける熱の影響を緩和でき、さらなる薄型化が可能な非水電解質二次電池の構成が得られる。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる非水電解質二次電池1の概略構成を示す斜視図である。図2は、非水電解質二次電池1の内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池1は、外装缶10、正極端子13(図1)、負極端子14(図1)、電極体15(図2)、絶縁部材16(図1)、および図示しない電解液を備えている。
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる非水電解質二次電池1の概略構成を示す斜視図である。図2は、非水電解質二次電池1の内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池1は、外装缶10、正極端子13(図1)、負極端子14(図1)、電極体15(図2)、絶縁部材16(図1)、および図示しない電解液を備えている。
ここで説明の便宜のため、外装缶10の外形に沿って、図1に示すようにx方向、y方向、z方向を定める。以下では、x方向を幅方向、y方向を厚さ方向、z方向を高さ方向と呼ぶ場合がある。また、ある部品の厚さ方向の寸法を、その部品の「厚さ」と呼ぶ場合がある。非水電解質二次電池1は、厚さ方向の寸法が幅方向および高さ方向の寸法よりも小さい、扁平形状の電池である。
外装缶10は、図2に示すように、内部に電極体15を収容している。外装缶10は、厚さ方向の一方に開口した箱状の第1部材11と、平板状の第2部材12とから構成されている。第2部材12は、第1部材11の開口部を覆って第1部材11に溶接される。第1部材11と第2部材12とは、例えばシーム溶接によって接合される。
本実施形態では、第1部材11と第2部材12とは、互いに異なる金属によって形成されている。第2部材12は、第1部材11よりも硬い金属である。ここで、硬い金属とは、より具体的には変形抵抗の大きい金属であり、さらに具体的にはヤング率や降伏強度の大きい金属である。第1部材11は例えば純アルミニウムであり、第2部材12は例えばアルミニウム合金である。
第1部材11は、より詳しくは、概略平板状の平面部111と、平面部111の周辺のそれぞれからy方向に延びる周壁部112(1)〜112(4)とを含んでいる。より具体的には、平面部111は平面視で概略矩形であり、平面部111の4つの周辺に連続して、周壁部112(1)、112(2)、112(3)、および112(4)が形成されている。
平面部111はさらに、平面部1111と、平面部1111よりも開口側に配置される平面部1112とを含んでいる。より具体的には、平面部1112は、平面部1111よりも開口側に配置され、平面部1111と平行に形成されている。
正極端子13および負極端子14は、平面部1112に配置されている。詳しい構成は後述するが、正極端子13は外装缶10と電気的に導通しており、負極端子14は外装缶10と電気的に絶縁されている。
第2部材12は、図2に示すように、概略平板形状の平面部121と、平面部121の一方の面に形成された複数のリブ122を含んでいる。複数のリブ122は、第1部材11に近い方の面に形成されている。複数のリブ122のそれぞれは、z方向と平行な方向に線状に延びるように形成されている。
第2部材12の周辺は、周壁部112(1)〜112(4)の、y方向における端面と溶接されている。この構成によれば、溶接のためにxz面内の外側にせり出した部分(フランジ部)を第1部材に形成するような構成と比較して、非水電解質二次電池1をコンパクトにできる。
電極体15は、帯状の正極電極と、帯状の負極電極とを、セパレータを間に挟んで捲回し、厚さ方向に圧縮して扁平形状にしたものである。電極体15から高さ方向に沿って、電極体15の外側に正極リードタブ151および負極リードタブ152が引き出されている。正極リードタブ151は電極体15の正極電極に接続されており、負極リードタブ152は電極体15の負極電極に接続されている。
正極電極、負極電極、セパレータ、および電解液は特に限定されないが、例示すれば次の様なものである。
正極電極は、帯状の正極集電体の片面または両面に正極合剤層が形成されたものである。正極集電体は、例えば、アルミニウムまたはチタン等の箔、平織金網、エキスパンドメタル、ラス網、またはパンチングメタル等によって形成される。
正極合剤層は、正極活物質と、導電助剤と、バインダとを混合して形成される。正極活物質として、マンガン酸リチウム、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、酸化バナジウム、または酸化モリブデン等を用いることができる。導電助剤として、黒鉛、カーボンブラック、またはアセチレンブラック等を用いることができる。バインダとして、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、およびポリフッ化ビニリデン(PVDF)等を、単独または混合して用いることができる。
負極電極は、帯状の負極集電体の片面または両面に負極合剤層が形成されたものである。負極集電体は、例えば、銅、ニッケル、またはステンレス等の箔、平織金網、エキスパンドメタル、ラス網、またはパンチングメタル等によって形成される。
負極合剤層は、負極活物質と、バインダとを混合して形成される。負極活物質として、天然黒鉛、メソフェーズカーボン、または非晶質カーボン等を用いることができる。バインダとして、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびヒドロキシプロピルセルロース(HPC)等のセルロース、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリルゴム等のゴムバインダ、PTFE、ならびにPVDF等を、単独または混合して用いることができる。
セパレータは、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、またはポリフェニルサルフィド(PPS)等の、多孔性フィルムまたは不織布によって形成される。
電解液は、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた溶液である。有機溶媒として、ビニレンカーボネート(VC)、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、またはγ‐ブチロラクトン等を、単独でまたは2種類以上を混合して用いることができる。リチウム塩として、LiPF6、LiBF4、またはLiN(CF3SO2)2等を用いることができる。
図3は、図1のIII−III線に沿った断面図である。図3に示すように、第1部材11には、貫通孔1112aおよび貫通孔1112bが形成されている。
正極端子13は、第1材質層131と、第2材質層132とを含んでいる。第1材質層131はさらに、平面部131Aと、ボス部131Bとを含んでいる。第2材質層132は、第1材質層131の平面部131A上に配置されている。正極端子13は、ボス部131Bが貫通孔1112aに圧入され、さらに平面部131Aの周縁と外装缶10(第1部材11)とが溶接されることによって、外装缶10に固定されている。
正極端子13は例えば、第1材質層131と第2材質層132とが圧接されたクラッド材である。正極端子13は例えば、第1材質層131がアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成され、第2材質層132がニッケルまたはニッケル合金で形成される。
正極リードタブ151は、外装缶10に溶接されている。この構成によって、電極体15(図2)の正極電極と正極端子13とが、外装缶10を介して電気的に接続されている。
負極端子14は、平面部14Aと、ボス部14Bとを含んでいる。負極端子14の周りには、ガスケット141、絶縁板142、および押さえ板143が配置されている。図3に示すように、負極端子14のボス部14Bは、ガスケット141を間に挟んで貫通孔1112bに挿入されている。ガスケット141の先端は、第1部材11を挟んで反対側に配置された絶縁板142に嵌合している。これによって、負極端子14と第1部材11とが接触しないようになっている。負極端子14は、ボス部14Bの先端を押さえ板143に形成された穴143aに挿入した後、ボス部14Bの先端をかしめることによって、押さえ板143と固定されている。押さえ板143と外装缶10(第1部材11)との間には絶縁板142が配置され、押さえ板143と外装缶10とを電気的に絶縁している。
負極端子14は例えば、銅またはニッケルメッキされた銅によって形成されている。押さえ板143は例えば、銅によって形成されている。ガスケット141および絶縁板142は例えば、樹脂の成形品である。
負極リードタブ152は、押さえ板143に溶接されている。この構成によって、電極体15(図2)の負極電極と負極端子14とが、押さえ板143を介して電気的に接続されている。
図4は、非水電解質二次電池1の平面図である。図5は、非水電解質二次電池1の上面図である。図6は、非水電解質二次電池1の左側面図である。図4〜図6に示すように、第1部材11は、開口側(y方向プラス側)に向かって、厚さ方向と垂直な寸法(xz面内の寸法)が大きくなっている。本実施形態では、周壁部112(1)〜112(4)の全てが、平面視において平面部111の周辺よりも外側にある。
[非水電解質二次電池1の製造方法]
以下、非水電解質二次電池1の製造方法の一例を説明する。
以下、非水電解質二次電池1の製造方法の一例を説明する。
まず、電極体15を準備する。電極体15の製造方法は特に限定されないが、例示すれば次の様なものである。
正極活物質、導電助剤、およびバインダを、純水または有機溶媒中で十分に混合し、分散体を作製する。分散体を、ダイコータ、スリットコータ、ディップコータ等を用いて、正極集電体の片面または両面に塗布する。塗布後、スラリーを乾燥し、カレンダ処理によって厚さおよび密度を調整する。これによって、正極電極が得られる。正極電極に、溶接または導電性接着材によって正極リードタブ151を取り付ける。
負極活物質、およびバインダを、純水または有機溶媒中で十分に混合し、分散体を作製する。分散体を、ダイコータ、スリットコータ、ディップコータ等を用いて、負極集電体の片面または両面に塗布する。塗布後、スラリーを乾燥し、カレンダ処理によって厚さおよび密度を調整する。これによって、負極電極が得られる。負極電極に、溶接または導電性接着材によって負極リードタブ152を取り付ける。
正極電極、負極電極、およびセパレータを、断面形状が円形、楕円形、または菱形の巻き芯を用いて捲回した後、巻き芯を抜き、一方向に圧力をかけて偏平形状にする。あるいは、正極電極、負極電極、およびセパレータを、断面形状が扁平形状の巻き芯を用いて捲回して、扁平形状の捲回体としても良い。これによって、電極体15が得られる。
次に、第1部材11、第2部材12、正極端子13、負極端子14、ガスケット141、絶縁板142、および押さえ板143を準備する。第2部材12は、例えば、模様付きの仕上げ圧延ロールによって平面部121にリブ122を転写することによって製造することができる。
第1部材11に、負極端子14、ガスケット141、絶縁板142、押さえ板143を組み付ける。より具体的には、第1部材11の貫通孔1112bにガスケット141を差し込み、さらにガスケット141の先端を絶縁板142に嵌合させる。ガスケット141に負極端子14のボス部14Bを挿入する。ボス部14Bの先端を押さえ板143の貫通孔143aに挿入し、ボス部14Bの先端をかしめて固定する。
第1部材11の周壁部112の内側に電極体15を配置する。正極リードタブ151と第1部材11とを溶接し、負極リードタブ152と押さえ板143とを溶接する。
第1部材11の開口を覆って第2部材12を配置し、第1部材11と第2部材12とをシーム溶接する。
次に、貫通孔1112aから電解液を注液する。すなわち、貫通孔1112aは、ボス部131Bと嵌合することによって正極端子13を位置決めするとともに、電解液の注液孔としての機能を兼ねている。また、正極端子13は、注液孔の封止栓としての機能を兼ねている。
貫通孔1112aを開放したまま、必要に応じて予備充電を行う。その後、貫通孔1112aに正極端子13のボス部131Bを圧入し、さらに平面部131Aと第1部材11とを溶接する。これによって、正極端子13が外装缶10に固定されるとともに、貫通孔1112aが封止される。
その後、所定の容量まで充電することによって、非水電解質二次電池1が製造される。
[非水電解質二次電池1の効果]
図7は、図4のVII−VII線に沿った断面図である。図8は、図4のVIII−VIII線に沿った断面図である。上述の通り、第1部材11は、開口側(y方向プラス側)に向かって、厚さ方向と垂直な寸法(xz面内の寸法)が大きくなっている。第2部材12は、第1部材11の開口を覆って溶接される。すなわち、第1部材11は厚さ方向と垂直な寸法が大きくなっている箇所で溶接される。この構成によれば、第1部材11と第2部材12との溶接個所Wを電極体15から遠ざけることができる。これによって、非水電解質二次電池1を薄くしたときの電極体15への溶接時の熱の影響を低減することができる。そのため、非水電解質二次電池1をより薄くすることができる。
図7は、図4のVII−VII線に沿った断面図である。図8は、図4のVIII−VIII線に沿った断面図である。上述の通り、第1部材11は、開口側(y方向プラス側)に向かって、厚さ方向と垂直な寸法(xz面内の寸法)が大きくなっている。第2部材12は、第1部材11の開口を覆って溶接される。すなわち、第1部材11は厚さ方向と垂直な寸法が大きくなっている箇所で溶接される。この構成によれば、第1部材11と第2部材12との溶接個所Wを電極体15から遠ざけることができる。これによって、非水電解質二次電池1を薄くしたときの電極体15への溶接時の熱の影響を低減することができる。そのため、非水電解質二次電池1をより薄くすることができる。
図9は、本実施形態の効果を説明するための仮想的な比較例にかかる非水電解質二次電池9の平面図である。非水電解質二次電池9は、非水電解質二次電池1の第1部材11に代えて、第1部材91を備えている。第1部材91は、第1部材11の周壁部112(1)〜112(4)に代えて、周壁部912(1)〜912(4)を備えている。第1部材91は、厚さ方向(y方向)の両側において、厚さ方向と垂直な寸法(xz面内の寸法)が等しい。すなわち、周壁部912(1)〜912(4)は、y方向と平行である。
図10は、図9のX−X線に沿った断面図である。図11は、図9のXI−XI線に沿った断面図である。図7と図10、および図8と図11とをそれぞれ比較すれば明らかなように、本実施形態にかかる非水電解質二次電池1によれば、非水電解質二次電池9と比較して、電極体15と溶接個所Wとを遠ざけることができる。
本実施形態によれば、さらに、周壁部112(1)〜112(4)の全てが、平面視において平面部111の周辺よりも外側にある。これによって、全ての溶接個所Wを、電極体15から遠ざけることができる。
本実施形態によれば、第2部材12は、平面部121の一方の面に形成された複数のリブ122を含んでいる。この構成によって、第2部材12の剛性を向上させることができる。薄型化によって第1部材11の強度が不足している場合であっても、第1部材11と一体となっている第2部材12によって変形が抑制されるため、非水電解質二次電池1全体の変形が抑制される。そのため、剛性を保ったまま非水電解質二次電池1をより薄くすることができる。
平板形状である第2部材12にリブ122を形成することは、例えば第1部材11にリブを形成するのと比べて、比較的容易である。専用の加工設備を必要としないので、設計の変更などにも柔軟に対応できる。
第2部材12にリブ122を形成することで、リブ122を形成しない場合と比較して、平面部121の厚さを薄くしても第2部材12の強度を確保できる。すなわち、平面部121を薄肉化することができる。これによって、外装缶10の容積を増やすことができ、電解液をより多く充填することができる。
複数のリブ122は、さらに、電極体15の膨張を抑制する。本実施形態では、複数のリブ122のそれぞれは、z方向と平行な方向に線状に延びるように形成されている。この構成によれば、曲げモーメントの向きがz方向と平行な応力に対する剛性を特に高めることができる。換言すれば、曲げモーメントの向きが電極体15の捲回軸方向と平行な応力に対する剛性を特に高めることができる。
本実施形態によれば、外装缶10は、厚さ方向の一方に開口した箱状の第1部材11と、第1部材11の開口を封口する第2部材12とを含んでいる。この構成によれば、幅方向および高さ方向の寸法の大きい大型の電池や、あるいは、幅方向および高さ方向の寸法に対して厚さが薄い薄型の電池の製造が容易になる。すなわち、第1部材11を高さ方向や幅方向に開口させる場合と比較して、開口を広くすることができる。その結果、第1部材の厚さを薄くしても、電極体を第1部材の開口から収容できる。また、深絞り加工が不要になる。そのため、従来よりも大面積の電池や、従来よりも薄型の電池を製造することができる。
本実施形態によれば、第1部材11と第2部材12とは、互いに異なる金属である。第2部材12は、概略平板形状であり、第1部材11よりも延性の低い材料を用いることができる。そのため例えば、第2部材12を第1部材11よりも硬質の材料にすることによって、非水電解質二次電池1の剛性を高めることができる。あるいは、第2部材12の厚さをより薄くすることができる。これによって、剛性を保ったまま非水電解質二次電池1をより薄くすることができる。
本実施形態によれば、負極端子14は、第1部材11の平面部1112に形成される。負極端子14を厚さ方向と垂直な面に配置することで、非水電解質二次電池1の厚さが薄い場合であっても、負極端子14の面積を確保することができる。また、負極端子14を平面部1112に形成することによって、非水電解質二次電池1をコンパクトにすることができる。
負極端子14の周囲には、絶縁部材16が配置されている。この構成によれば、外装缶10と負極端子14とが不意に短絡するのを抑制することができる。
正極端子13についても同様に、厚さ方向と垂直な面に配置することで、非水電解質二次電池1の厚さが薄い場合であっても、正極端子13の面積を確保することができる。また、正極端子13を平面部1112に形成することによって、非水電解質二次電池1をコンパクトにすることができる。
本実施形態によれば、貫通孔1112aは、ボス部131Bと嵌合することによって正極端子13を位置決めする機能を有するとともに、電解液を注液するための注液孔としての機能も有している。また、正極端子13は、注液孔の封止栓の機能を兼ねている。この構成によれば、外装缶10の他の箇所に設けた注液孔を封止栓によって封止する場合と比較して、工程および部品数を削減することができる。
[第1の実施形態の変形例]
以下、図12〜図18を参照して、非水電解質二次電池1の変形例である非水電解質二次電池1A〜1Fを説明する。
以下、図12〜図18を参照して、非水電解質二次電池1の変形例である非水電解質二次電池1A〜1Fを説明する。
図12は、非水電解質二次電池1の変形例の一つである非水電解質二次電池1Aの構成を模式的に示す断面図である。非水電解質二次電池1Aは、非水電解質二次電池1の周壁部112(1)〜112(4)に代えて、周壁部112A(1)〜112A(4)を備えている。図12には、周壁部112A(1)および112A(2)のみを図示している。
非水電解質二次電池1の周壁部112(1)および112(2)は、図7に示すように、平面形状(断面が直線状)である。一方、非水電解質二次電池1Aの周壁部112A(1)および112A(2)は、図12に示すように、曲面形状(断面が曲線状)である。周壁部112A(1)および112A(2)は、内側に凸の曲面である。
非水電解質二次電池1Aの構成によっても、非水電解質二次電池1と同じ効果が得られる。また、非水電解質二次電池1Aのように周壁部を内側に凸とすることによって、電池の周辺のスペースを増やすことができる。そのため、機器側の凸部分との干渉(衝突)を避けることができる。
図13は、非水電解質二次電池1の他の変形例である非水電解質二次電池1Bの構成を模式的に示す断面図である。非水電解質二次電池1Bは、非水電解質二次電池1の周壁部112(1)〜112(4)に代えて、周壁部112B(1)〜112B(4)を備えている。図13には、周壁部112B(1)および112B(2)のみを図示している。
非水電解質二次電池1Bの周壁部112B(1)および112B(2)も、図13に示すように、曲面形状(断面が曲線状)である。周壁部112B(1)および112B(2)は、外側に凸の曲面である。
非水電解質二次電池1Bの構成によっても、非水電解質二次電池1と同じ効果が得られる。また、非水電解質二次電池1Bのように周壁部を外側に凸とすることによって、外装缶の容積を増やし、電解液をより多く充填することができる。
図14は、非水電解質二次電池1の変形例の一つである非水電解質二次電池1Cの平面図である。図15は、非水電解質二次電池1Cの左側面図である。非水電解質二次電池1Cは、外装缶10に代えて外装缶10Cを備えている。外装缶10Cは、第1部材11に代えて第1部材11Cを含んでいる。第1部材11Cは、第1部材11の周壁部112(1)〜112(4)に代えて、周壁部112C(1)〜112C(4)を含んでいる。
第1部材11Cも、第1部材11と同様に、開口側(y方向プラス側)に向かって、厚さ方向と垂直な寸法(xz面内の寸法)が大きくなっている。ただし、本変形例では、周壁部112C(1)〜112C(3)はy方向と平行であり、周壁部112C(4)だけが平面視において平面部111の周辺よりも外側にある。
本変形例によっても、周壁部112C(4)と第2部材12との溶接個所が電極体15から遠くなるため、電極体15への溶接時の熱の影響を小さくできる。すなわち、平面部111の周辺のそれぞれから厚さ方向に延びる周壁部のうち、少なくとも1つが、平面視において平面部111の周辺よりも外側にあれば、非水電解質二次電池9(図9)と比較して有利な効果が得られる。
図16は、非水電解質二次電池1の変形例の一つである非水電解質二次電池1Dの分解斜視図である。非水電解質二次電池1Dは、第2部材12に代えて、第2部材12Dを備えている。第2部材12Dは、第2部材12の複数のリブ122に代えて、複数のリブ122Dを含んでいる。複数のリブ122Dは、平面部121の厚さ方向と垂直な面のうち、第1部材11から遠い方の面に形成されている。
本変形例によっても、非水電解質二次電池1と同じ効果が得られる。本変形例によれば、リブ122Dが電極体15に接触しないので、リブ122Dからの電極体15への応力を緩和することができる。
図17は、非水電解質二次電池1の変形例の一つである非水電解質二次電池1Eの分解斜視図である。非水電解質二次電池1Eは、第2部材12に代えて、第2部材12Eを備えている。第2部材12Eは、第2部材12の複数のリブ122に代えて、複数のリブ122Eを含んでいる。複数のリブ122Eは、x方向と平行な方向に線状に延びるように形成されている。
本変形例によっても、非水電解質二次電池1と同じ効果が得られる。本変形例の構成によれば、曲げモーメントの向きがx方向と平行な応力に対する剛性を特に高めることができる。換言すれば、曲げモーメントの向きが電極体15の捲回軸方向と垂直な応力に対する剛性を特に高めることができる。なお、本変形例においても、非水電解質二次電池1Dの場合と同様に、複数のリブ122Eは、平面部121の厚さ方向と垂直な面のうち、第1部材11から遠い方の面に形成されていても良い。
図18は、非水電解質二次電池1の変形例の一つである非水電解質二次電池1Fの分解斜視図である。非水電解質二次電池1Fは、第2部材12に代えて、第2部材12Fを備えている。第2部材12Fは、第2部材12の複数のリブ122に加えて、複数のリブ122Eをさらに含んでいる。
この構成によれば、どのような方向の曲げモーメントに対しても、高い剛性が得られる。なお、本変形例においても、非水電解質二次電池1Dの場合と同様に、複数のリブ122および122Eは、平面部121の厚さ方向と垂直な面のうち、第1部材11から遠い方の面に形成されていても良い。
[第2の実施形態]
図19は、本発明の第2の実施形態にかかる非水電解質二次電池2の概略構成を示す斜視図である。図20は、非水電解質二次電池2の内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池2は、非水電解質二次電池1の外装缶10に代えて、外装缶20を備えている。
図19は、本発明の第2の実施形態にかかる非水電解質二次電池2の概略構成を示す斜視図である。図20は、非水電解質二次電池2の内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池2は、非水電解質二次電池1の外装缶10に代えて、外装缶20を備えている。
外装缶20は、厚さ方向の一方に開口した箱状の第1部材21と、第1部材21の開口を覆う第2部材22とから構成されている。なお、図1(非水電解質二次電池1)では第1部材11が手前側(y方向マイナス側)になるように図示されているのに対し、図19(非水電解質二次電池2)では、第2部材21が手前側になるように図示されている。
本実施形態では、正極端子13、負極端子14、および絶縁部材16は、第2部材22に配置されている。
第2部材22は、複数のリブ222を含んでいる。リブ222は、第1部材21に近い側の面(y方向プラス側の面)に形成されている。複数のリブ222のそれぞれは、角が丸い矩形形状である。複数のリブ222は、それぞれがx方向と平行に延びるように形成されている。
第1部材21および第2部材22は、例えば、プレス加工、曲げ加工、圧延加工によって製造される。リブ222は、例えば圧延加工によって形成される。リブ222を圧延で形成した場合、リブ222以外の部分をより薄くできる。換言すれば、リブ222によって第2部材22を薄肉化する際の肉を逃がすことができる。
第2部材22は、平面部2211と、平面部2211よりも第1部材21側に配置された平面部2212とを含んでいる。より詳しくは、第2部材22は、平面部2212と、平面部2212からy方向マイナス側に突出し、平面部2211を外表面の一部とする箱形状の部分とを有している。
正極端子13および負極端子14は、平面部2212に配置されている。非水電解質二次電池1の場合と同様に、正極端子13は外装缶20と電気的に導通しており、負極端子14は外装缶20と電気的に絶縁されている。
第1部材21は、概略平板状の平面部211と、平面部211の周辺のそれぞれからy方向に延びる周壁部212とを含んでいる。
図21は、非水電解質二次電池2の上面図である。図22は、非水電解質二次電池2の左側面図である。図21および図22に示すように、本実施形態においても、第1部材21は、開口側(y方向マイナス側)に向かって、厚さ方向と垂直な寸法(xz面内の寸法)が大きくなっている。
図23は、非水電解質二次電池2のyz断面図である。本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、第1部材21と第2部材22との溶接個所Wを電極体15から遠ざけることができる。これによって、非水電解質二次電池2を薄くしたときの電極体15への溶接時の熱の影響を低減することができる。そのため、非水電解質二次電池2をより薄くすることができる。
本実施形態によれば、第2部材22は、x方向と平行に延びるリブ222を有している。これによって、曲げモーメントがx方向と平行な応力に対する剛性を特に高めることができる。
[第2の実施形態の変形例]
以下、図24〜図30を参照して、非水電解質二次電池2の変形例である非水電解質二次電池2A〜2Cを説明する。
以下、図24〜図30を参照して、非水電解質二次電池2の変形例である非水電解質二次電池2A〜2Cを説明する。
図24は、非水電解質二次電池2の変形例の一つである非水電解質二次電池2Aの概略構成を示す斜視図である。図25は、非水電解質二次電池2Aの内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池2Aは、非水電解質二次電池2の第2部材22に代えて、第2部材22Aを備えている。
第2部材22Aは、第2部材22とリブの構造が異なっている。第2部材22Aは、リブ222に代えて、リブ222Aを備えている。図26は、図25のXXVI−XXVI線に沿った断面図である。リブ222が圧延加工によって形成されているのに対して、リブ222Aは、曲げ加工によって形成されている。そのため、第2部材22Aでは、リブ222Aが形成されている箇所において、リブ222Aと反対側の面(y方向マイナス側の面)が、凹状になっている。
この変形例によっても、非水電解質二次電池2と同じ効果が得られる。本変形例のようにリブ222Aを曲げ加工によって形成した場合、リブ222Aが形成されている部分の厚さとそれ以外の部分の厚さとをほぼ等しくできる。
図27は、非水電解質二次電池2の変形例の一つである非水電解質二次電池2Bの概略構成を示す斜視図である。図28は、非水電解質二次電池2Bの内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池2Bは、非水電解質二次電池2の第2部材22に代えて、第2部材22Bを備えている。
第2部材22Bは、第2部材22とリブの形状が異なっている。第2部材22Bは、リブ222に代えて、リブ222Bを備えている。リブ222Bは、それぞれがz方向と平行に延びるように形成されている。
この変形例によっても、非水電解質二次電池2と同じ効果が得られる。リブ222Bは、非水電解質二次電池2Aの場合と同様に、曲げ加工で形成されていても良い。本変形例によれば、曲げモーメントがz方向と平行な応力に対する剛性を特に高めることができる。
図29は、非水電解質二次電池2の変形例の一つである非水電解質二次電池2Cの概略構成を示す斜視図である。図30は、非水電解質二次電池2Cの内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池2Cは、非水電解質二次電池2の第2部材22に代えて、第2部材22Cを備えている。
第2部材22Cは、第2部材22とリブの形状が異なっている。第2部材22Cは、リブ222に代えて、リブ222Cを備えている。リブ222Cは、それぞれが平面部2211の対角線に沿うように形成されている。
この変形例によっても、非水電解質二次電池2と同じ効果が得られる。リブ222Cは、非水電解質二次電池2Aの場合と同様に、曲げ加工で形成されていても良い。本変形例によれば、どのような方向の曲げモーメントに対しても、高い剛性が得られる。
[第3の実施形態]
図31は、本発明の第3の実施形態にかかる非水電解質二次電池3の概略構成を示す斜視図である。図32は、非水電解質二次電池3の内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池3は、非水電解質二次電池1の外装缶10に代えて、外装缶30を備えている。
図31は、本発明の第3の実施形態にかかる非水電解質二次電池3の概略構成を示す斜視図である。図32は、非水電解質二次電池3の内部構成を模式的に示す分解斜視図である。非水電解質二次電池3は、非水電解質二次電池1の外装缶10に代えて、外装缶30を備えている。
外装缶30は、外装缶10と同様に、電極体15の厚さ方向において電極体15を挟んで対向して配置される第1部材31および第2部材32から構成されている。本実施形態においても、第1部材31と第2部材32とは、例えばシーム溶接によって接合される。
一方、外装缶30では、第1部材31および第2部材32の両方が厚さ方向の一方に開口した箱状の形状である。すなわち、第2部材32は、第2の実施形態における第2部材22の構成に加えて、さらに周壁部323を含んでいる。第1部材31は、概略平板形状の平面部311と、平面部311の周囲を囲んで形成される周壁部312とを含んでいる。本実施形態では、第1部材31の周壁部312と第2部材32の周壁部323との接合部が、外装缶30の厚さ方向のほぼ中央部となる。
図33は、非水電解質二次電池3の上面図である。図34は、非水電解質二次電池3の左側面図である。図33および図34に示すように、第1部材31は、開口側(y方向マイナス側)に向かって、厚さ方向と垂直な寸法(xz面内の寸法)が大きくなっている。第2部材32は、第1部材31側(y方向プラス側)に向かって、厚さ方向と垂直な寸法が大きくなっている。
図35は、非水電解質二次電池3のyz断面図である。本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、第1部材31と第2部材32との溶接個所Wを電極体15から遠ざけることができる。これによって、非水電解質二次電池3を薄くしたときの電極体15への溶接時の熱の影響を低減することができる。そのため、非水電解質二次電池3をより薄くすることができる。
なお、本実施形態では第2部材32にリブ222が形成されているが、リブ222は、第1部材31に形成されていても良い。
[その他の実施形態]
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態およびその変形例のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。また、上述の実施形態およびその変形例は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態およびその変形例のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。また、上述の実施形態およびその変形例は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
上述の実施形態およびその変形例では、外装缶に収納される電極体が、帯状の正極電極と負極電極とをセパレータを間に挟んで捲回した電極捲回体である場合を説明した。しかし、本実施形態の電極体は電極捲回体に限定されず、例えば、短冊状の正極電極と負極電極とをセパレータを間に挟んで積層した電極積層体であっても良い。
上述の実施形態およびその変形例では、外装缶の極性が正極である場合を説明した。しかし、外装缶の極性は負極であっても良い。あるいは外装缶が、正極および負極の両方から絶縁されていても良い。外装缶が正極および負極の一方と導通している場合には、外装缶の極性と同じ極性の端子は、形成されなくても良い。
上述の実施形態およびその変形例によって例示したように、本発明の一実施形態にかかる非水電解質二次電池は、正極電極および負極電極を含む電極体と、電極体を収容する外装缶とを備える。外装缶は、電極体の厚さ方向の一方に開口した箱状の第1部材、および第1部材の開口を覆って溶接される第2部材を含む。第1部材は、開口側に向かって厚さ方向と垂直な寸法が大きくなる。第2部材は、厚さ方向と垂直な面の少なくとも一方に形成された複数のリブを含む。
上記の構成によれば、第1部材は、開口側に向かって厚さ方向と垂直な寸法が大きくなる。第2部材は、第1部材の開口を覆って溶接される。すなわち、第1部材は、厚さ方向と垂直な寸法が大きくなっている箇所で溶接される。この構成によれば、第1部材と第2部材との溶接個所を電極体から遠ざけることができる。これによって、非水電解質二次電池を薄くしたときの電極体への溶接時の熱の影響を低減することができる。そのため、非水電解質二次電池をより薄くすることができる。
上記の構成によれば、第2部材は、第2部材の厚さ方向と垂直な面の少なくとも一方に形成された複数のリブを含んでいる。この構成によって、第2部材の剛性を向上させることができる。薄型化によって第1部材の強度が不足している場合であっても、第1部材と一体となっている第2部材によって変形が抑制されるため、非水電解質二次電池全体の変形が抑制される。そのため、剛性を保ったまま非水電解質二次電池をより薄くすることができる。
好ましくは、第1部材と第2部材とは、互いに異なる金属である。第2部材は、概略平板形状であり、第1部材よりも延性の低い材料を用いることができる。そのため例えば、第2部材を第1部材よりも硬質の材料にすることによって、非水電解質二次電池の剛性を高めることができる。あるいは、第2部材の厚さをより薄くすることができる。これによって、剛性を保ったまま非水電解質二次電池をより薄くすることができる。
電極体は、帯状の正極電極および負極電極を捲回した電極捲回体であり、複数のリブは、電極捲回体の捲回軸方向と平行な方向に線状に延びる構成としても良い。この構成によれば、曲げモーメントの向きが電極体の捲回軸方向と平行な応力に対する剛性を特に高めることができる。
電極体は、帯状の正極電極および負極電極を捲回した電極捲回体であり、複数のリブは、電極捲回体の捲回軸方向と垂直な方向に線状に延びる構成としても良い。この構成によれば、曲げモーメントの向きが電極体の捲回軸方向と垂直な応力に対する剛性を特に高めることができる。
第1部材は、平面部と、平面部の周辺のそれぞれから厚さ方向に延びる周壁部を含み、周壁部の少なくとも1つが、平面視において平面部の周辺よりも外側にある構成としても良い。周壁部の少なくとも1つが平面視において平面部の周辺よりも外側にあれば、少なくとも1つの周辺において溶接個所を電極体から遠ざけることができる。
好ましくは、周壁部の全てが、平面視において平面部の周辺よりも外側にある。この構成によれば、全ての周辺において溶接個所を電極体から遠ざけることができる。
好ましくは、平面部は、第1平面部と、第1平面部よりも開口側に配置される部分を含む第2平面部とを含み、正極電極および負極電極の一方と電気的に接続され、第2平面部の開口と反対側の面に配置される端子をさらに備える。
上記の構成によれば、端子を厚さ方向と交差する面に配置することで、非水電解質二次電池の厚さが薄い場合であっても、端子の面積を確保することができる。また、端子を第1平面部よりも開口側に配置される部分を含む第2平面部に形成することによって、非水電解質二次電池をコンパクトにすることができる。
あるいは、第2部材は、第3平面部と、第3平面部よりも第1部材側に配置される部分を含む第4平面部とを含み、正極電極および負極電極の一方と電気的に接続され、第4平面部の第1部材と反対側の面に配置される端子をさらに備える構成としてもよい。
第2部材は、第1部材側に開口した箱型の形状であって、第1部材側に向かって厚さ方向と垂直な寸法が大きくなる構成であっても良い。
1,1A〜1F,2,2A〜2C,3,9 非水電解質二次電池、10,10C,9 外装缶、11,11C,91 第1部材、12,12D〜12F,92 第2部材、13 正極端子、14 負極端子、15 電極体、16 絶縁部材
Claims (9)
- 正極電極および負極電極を含む電極体と、
前記電極体の厚さ方向の一方に開口した箱状の第1部材、および前記第1部材の開口を覆って溶接される第2部材を含み、前記電極体を収容する外装缶とを備え、
前記第1部材は、前記開口側に向かって前記厚さ方向と垂直な寸法が大きくなり、
前記第2部材は、前記厚さ方向と垂直な面の少なくとも一方に形成された複数のリブを含む、非水電解質二次電池。 - 前記第1部材と前記第2部材とは、互いに異なる金属である、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記電極体は、帯状の正極電極および負極電極を捲回した電極捲回体であり、
前記複数のリブは、前記電極捲回体の捲回軸方向と平行な方向に線状に延びる、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。 - 前記電極体は、帯状の正極電極および負極電極を捲回した電極捲回体であり、
前記複数のリブは、前記電極捲回体の捲回軸方向と垂直な方向に線状に延びる、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。 - 前記第1部材は、平面部と、前記平面部の周辺のそれぞれから前記厚さ方向に延びる周壁部を含み、
前記周壁部の少なくとも1つが、平面視において前記平面部の周辺よりも外側にある、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。 - 前記周壁部の全てが、平面視において前記平面部の周辺よりも外側にある、請求項5に記載の非水電解質二次電池。
- 前記平面部は、第1平面部と、前記第1平面部よりも前記開口側に配置される部分を含む第2平面部とを含み、
前記正極電極および前記負極電極の一方と電気的に接続され、前記第2平面部の前記開口と反対側の面に配置される端子をさらに備える、請求項5または6に記載の非水電解質二次電池。 - 前記第2部材は、第3平面部と、前記第3平面部よりも前記第1部材側に配置される部分を含む第4平面部とを含み、
前記正極電極および前記負極電極の一方と電気的に接続され、前記第4平面部の前記第1部材と反対側の面に配置される端子をさらに備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。 - 前記第2部材は、前記第1部材側に開口した箱型の形状であって、前記第1部材側に向かって前記厚さ方向と垂直な寸法が大きくなる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
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