JP2017126487A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】使用過程で外部から振動や衝撃が加わっても絶縁フィルムや電極体に損傷が容易には生じない電池を提供すること。【解決手段】本発明は，正負の電極板とセパレータとを扁平形状をなすように積層してなる電極体７が，箱形で金属製の外装ケース５の内部空間に収納された構成の電池を対象とする。ここにおいて，電極体７の外周が全周にわたりセパレータで覆われており，電極体７の両平坦部と内部空間の両最大面積面との間に，電極体７のセパレータとは別の絶縁フィルム６が挟み込まれており，外装ケース５の内部空間は，電極体７を，厚み方向には隙間なく，厚み方向以外の方向には隙間をもって収納するサイズを有しており，絶縁フィルム６には，両平坦部に対向する範囲内であってセパレータの端部に重ならない位置に孔９が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は，箱形の外装ケース内に扁平形状の電極体を収納した構成の電池に関する。

従来のこの種の電池として例えば，特許文献１に記載されているものが挙げられる。同文献に記載されている電池では，電極体の外周の両平面部と前記外装ケースの内部空間の両最大面積面との間に前記セパレータとは別の絶縁フィルムが挟み込まれている。この絶縁フィルムは，袋状に形成されて電極体を包んでいる。同文献の技術では，袋状の絶縁フィルムが，外装ケースの内部空間のコーナー部に接触しないように，各部の寸法を設定している。外装ケースの内部空間への電極体の挿入時に，絶縁フィルムがコーナー部に接触しないようにするためである。絶縁フィルムがコーナー部に接触すると，挿入工程の障害になるためである。

特開２００９−２６７０４号公報

しかしながら前記した従来の技術では，電池の使用過程で，電池に外部から振動や衝撃が加わることがある。この場合に，絶縁フィルムや電極体が損傷することがあった。電池に振動や衝撃が加わると，電極体の慣性により，電極体が外装ケースに対してずれることがある。外装ケースの内面と電極体との間には，電極体の厚み方向以外の方向についてはある程度の隙間があるからである。前述のようにコーナー部に絶縁フィルムが接触しないようにされているからである。この電極体のずれが，絶縁フィルムや電極体の損傷の原因となる。ずれの発生時には，外装ケースの内面と絶縁フィルムとの間に，あるいは絶縁フィルムと電極体との間に大きな摩擦力が作用するからである。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，使用過程で外部から振動や衝撃が加わっても絶縁フィルムや電極体に損傷が容易には生じない電池を提供することにある。

本発明の一態様における電池は，正負の電極板とセパレータとを扁平形状をなすように積層してなり電解液を含浸している電極体と，内部空間が形成された箱形で金属製の外装ケースとを有し，外装ケースの内部空間に電極体が収納されている構成のものであって，電極体の外周が全周にわたりセパレータで覆われており，電極体の外周の両平坦部と外装ケースの内部空間の両最大面積面との間に，電極体と外装ケースとを絶縁する，セパレータとは別の絶縁フィルムが挟み込まれており，外装ケースの内部空間は，電極体を，厚み方向には隙間なく，厚み方向以外の少なくとも一方向には隙間をもって収納するサイズを有しており，絶縁フィルムには，両平坦部に対向する範囲内であってセパレータの端部に重ならない位置に孔が形成されているものである。

上記態様における電池では，電極体の平坦部と外装ケースの内部空間の最大面積面との間に絶縁フィルムが挟み付けられた状態となっている。そしてこの絶縁フィルムの孔に対して，電極体の外周のセパレータが食い込む状態となっている。この食い込みにより，電極体が絶縁フィルムに対して滑りにくい状況となっている。このため，電池に何らかの外的な衝撃や振動が加わっても，電極体の位置が安定しており，各部の損傷が生じにくい。また，使用過程での電極体の伸縮があっても，そのことによりセパレータの端部と絶縁フィルムの孔との擦れ合いが生じることがなく，セパレータや絶縁フィルムが破れにくい。

本構成によれば，使用過程で外部から振動や衝撃が加わっても絶縁フィルムや電極体に損傷が容易には生じない電池が提供されている。

実施の形態に係る電池の正面図である。 図１に示す電池の構成要素を個別に示す正面図である。 電極体の形状を示す正面図および側面図である。 実施の形態に係る電池の組立の一過程における状態を示す正面図である。 絶縁フィルムの孔の箇所における断面図である。 電極体の片面当たり複数個の孔を配置した構成例を示す正面図（その１）である。 電極体の片面当たり複数個の孔を配置した構成例を示す正面図（その２）である。 電極体の片面当たり複数個の孔を配置した構成例を示す正面図（その３）である。 電極体の片面当たり複数個の孔を配置した構成例を示す正面図（その４）である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示す電池１に本発明を適用したものである。図１の電池１は，扁平直方体形状の本体部分２から，正負の電極端子３，４が突出した形状のものである。図１の電池１は図２に示すように，外装ケース５と，絶縁フィルム６と，電極体７と，蓋部材８とにより構成されている。

外装ケース５は，電極体７を収容する金属製の容器であり，全体として略扁平直方体形状の箱形ものである。図１に示した電池１の本体部分２の外観は外装ケース５である。外装ケース５には，電極体７を収納するための内部空間１０が形成されている。内部空間１０は，図２中で上方に開口して設けられている。また，内部空間１０の形状も，外装ケース５の外形と同じく略扁平直方体形状である。このため，内部空間１０の壁面のうち図２の紙面と平行な面が最大面積面１１である。

内部空間１０の図２中左右方向（蓋部材８の長手方向）の寸法は，電極体７の図中左右方向の寸法よりやや大きくされている。また，内部空間１０の深さ（図２中上下方向の寸法）は，電極体７を収納したときに電極体７が底付きしない程度に，電極体７の図中上下方向の寸法よりやや大きくされている。一方，内部空間１０の厚み方向（図２の紙面に垂直な方向）の寸法は，電極体７および絶縁フィルム６を隙間なく収納する程度の寸法とされている。

電極体７は，正極板と負極板とセパレータとを積層したものである。また，電池１の完成品における電極体７には電解液が含浸されている。本形態における電極体７は，長尺状の正極板，負極板，およびセパレータを扁平形に捲回したものである。図２中の左右方向が，電極体７の捲回軸方向である。

扁平形であるため電極体７の表面には，平面状の平坦部１２と，曲面状のターン部１３とがある。平坦部１２は図３に示すように，図２の紙面に対する表側と裏側との両方にある。すなわち平坦部１２は図３の右側の側面図に示されるように，電極体７の表面のうち，外装ケース５に収納された状態で平面状となる部分である。また，電極体７においては，正極板と負極板とセパレータとのうちセパレータが外周の全周を覆う構成となっている。その外周のセパレータの端部１４は，ターン部１３上にある。

蓋部材８は，外装ケース５の内部空間１０の開口部（図２中で外装ケース５の上端）を封鎖する部材である。前述の電極端子３，４は，蓋部材８に取り付けられている。さらに蓋部材８には，電極体７も取り付けられている。電極端子３，４が，電極体７の正極板および負極板のうちのそれぞれ対応する方と導通するようになっている。

絶縁フィルム６は，電極体７を覆う柔軟性の樹脂フィルムである。ただし絶縁フィルム６は，電極体７の構成要素であるセパレータとは別の物である。本形態における絶縁フィルム６は，図２中上方が開口した袋状の形状のものである。ただし，絶縁フィルム６が袋状であることは必須事項ではない。絶縁フィルム６は，最低限，電極体７とともに外装ケース５の内部空間１０に挿入された状態で，電極体７の両平坦部１２の全体を覆いつつ，電極体７と外装ケース５との絶縁を確保できる大きさがあればよい。さらに絶縁フィルム６には，孔９が形成されている。孔９は絶縁フィルム６を貫通している。孔９はまた，絶縁フィルム６において２箇所に形成されている。すなわち孔９は，内部空間１０に挿入された状態で両平坦部１２上に位置し，かつセパレータの端部１４と重ならない位置に形成されている。

上記の各構成要素により電池１が構成されている。すなわち，まず電極体７を袋状の絶縁フィルム６に収納する（図２中の矢印）。そして，電極体７を絶縁フィルム６ごと外装ケース５の内部空間１０に収納する（図４）。そして蓋部材８で内部空間１０の開口部を封鎖すると，電池１が外形的には出来上がる。その後，電解液の注入や初期通電処理を行って，完成品の電池１となる。

完成品の電池１においては前述のことから，絶縁フィルム６が，電極体７の平坦部１２と内部空間１０の最大面積面１１との間に挟み込まれた状態となっている。これにより，電極体７と外装ケース５との絶縁が確保されている。この状態ではさらに，前述のように，絶縁フィルム６の孔９が電極体７の平坦部１２上に位置している。すなわち孔９は，絶縁フィルム６のうち，平坦部１２と最大面積面１１との間に挟み込まれている範囲内に位置している。

この孔９の箇所における，外装ケース５，絶縁フィルム６，電極体７の断面図（図４中のＡ−Ａ位置に相当）を図５に示す。ただし図５で電極体７として示しているのは，そのうちの最外周のセパレータのみである。図５に示されるように，絶縁フィルム６は，電極体７（セパレータ）の平坦部１２と外装ケース５の内面の最大面積面１１との間に挟み込まれている。なお，図５中の孔９の部分における電極体７と外装ケース５との間の隙間の部分は，注液後の電池１においては電解液で満たされることとなる。なお，孔９以外の箇所においては，電極体７と外装ケース５とは絶縁フィルム６を介して隙間なく密着している。

そして，孔９の範囲内では，電極体７のセパレータが，孔９の中に少し食い込んでいる。セパレータは多孔質の樹脂フィルムであり，ある程度の伸縮性があるからである。このセパレータの食い込みにより，電極体７が絶縁フィルム６に対して滑りにくい。前述のように電極体７の面内寸法は内部空間１０の面内寸法よりやや小さいが，上記のセパレータの孔９への食い込みによる滑り止め効果により，電極体７の位置が外装ケース５に対してほぼ固定されている。なお，絶縁フィルム６と最大面積面１１との間の滑りに関しては，袋状の絶縁フィルム６が電極体７を収納できる程度のサイズを有していることにより抑制されている。絶縁フィルム６のサイズに対する内部空間１０の寸法の余裕はごくわずかだからである。また，電極体７における最外周のセパレータの端部１４の上記の配置により，端部１４が絶縁フィルム６の孔９を横切っているということがない。

このため，仮に電池１の使用過程で電池１に何らかの振動や衝撃が外部から加わっても，外装ケース５内での電極体７の位置が安定している。電極体７の表裏両方の平坦部１２にて孔９による滑り止め効果があるからである。このため，絶縁フィルム６や電極体７に損傷が生じるに至るようなことはほとんどない。また，使用過程で電池１の充放電による電極体の膨張と収縮が反復されても，絶縁フィルム６の孔９と端部１４との擦り合いが生じることがない。このため，このような擦り合いにより絶縁フィルム６やセパレータが破れることがない。

さらに，電極体７から外装ケース５への放熱性がよい。孔９が貫通孔であるため孔９の箇所では，電極体７から外装ケース５への伝熱経路上に絶縁フィルム６が存在しないからである。前述のようにこの箇所では電極体７と外装ケース５との間の隙間は電解液で満たされており，一般的に絶縁フィルム６よりも電解液の方が熱伝導性がよいからである。孔９が貫通孔でなく凹部であった場合，前述の滑り止め効果はある程度得られるが，放熱性という点ではその分不利である。特に，孔９が電極体７の中央に配置されていると，この放熱性の観点上，より好都合である。電極体７の中央は充放電の発熱により高温になりやすく，外装ケース５への放熱性がよいことが特に求められるからである。図２，図４に示した例では，孔９は電極体７の中央位置を含むように配置されている。

なお図６に示すように，電極体７の片面当たりの孔９の個数は１個には限らない。図６の例では孔９が電極体７の中央位置を含んでいないが，むろん，孔９が片面当たり複数個あり，かつ孔９が電極体７の中央位置を含むようにするとよりよい。図６の例ではまた，セパレータの端部１４が電極体７の，ターン部１３でなく平坦部１２（図３参照）の範囲内に位置している。それでも，孔９と端部１４とが重なっていなければかまわない。電極体７の片面当たり複数個の孔９を備える例としては，図７に示すようなものでもよい。

電極体７の片面当たり複数個の孔９を備える例としてはさらに，図８，図９に示すようなものでもよい。図８の例では，片面当たり多数の孔９を配置するとともに，電極体７の中央を含む領域と含まない領域とで，孔９の配置密度を変えた例である。すなわち図８の例では，電極体７の中央を含む領域では孔９の配置密度が高くなっている一方で，中央を含まない領域では孔９の配置密度が低くなっている。このようなことによっても，前述の電極体７の中央部分の放熱性を改善できる。

図９の例は，電極体７の中央を含む領域と含まない領域とで，孔９の大きさを変えた例である。すなわち図９の例では，電極体７の中央を含む領域には大きな孔９を配置する一方で，中央を含まない領域には小さな孔９を配置している。このようなことによっても，前述の電極体７の中央部分の放熱性を改善できる。

なお，この種の電池１においては，外装ケース５の一部に注液口が形成されることがある（例えば特開２０１４−１４９９９６号公報の図１中の「２ｃ」）。この場合に絶縁フィルム６の孔９は，注液口に対向する範囲より広く設けることが好ましい。注液口の範囲内では，絶縁フィルム６が注液口側に逃れることにより，電極体７と外装ケース５とによる絶縁フィルム６の挟み付けが弱い傾向がある。このため，注液口の範囲内のみに孔９が配置されていると，前述の滑り止め効果が弱いことがある。孔９を注液口に対向する範囲より広く設けることで，注液口の存在にかかわらず，強い滑り止め効果を得ることができる。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，扁平型の電極体７を絶縁フィルム６とともに箱形の外装ケース５に収納してなる電池１において，絶縁フィルム６の一部に孔９を設けている。そして孔９を，電極体７の平坦部１２に対向する範囲内に配置するとともに，電極体７の最外周のセパレータの端部１４と重ならないようにしている。これにより前述のように，電池の使用過程で外部からの衝撃等を受けても内部の破損等が生じにくい電池１が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，電池１の種類としては別段制限はなく，正負の電極板と電解液とにより起電力を得るものであれば何でもよい。リチウムイオン電池やニッケル水素電池もこれに含まれる。また，絶縁フィルム６の樹脂種についても別段制限はなく，ポリオレフィン系や塩化ビニル系など，一般的に多用されているものでよい。電極体７は，捲回型に限らず平積み型やつづら折り型であってもよい。また，電極体７のサイズと内部空間１０のサイズとの関係に関し，前記形態では，蓋部材８の長手方向と，外装ケース５の深さ方向との両方にある程度の余裕があることとしたが，いずれか一方向のみにある程度の余裕があるものであってもよい。

１ 電池
５ 外装ケース
６ 絶縁フィルム
７ 電極体
９ 孔
１０ 内部空間
１１ 最大面積面
１２ 平坦部
１４ 端部

Claims (1)

1. 正負の電極板とセパレータとを扁平形状をなすように積層してなり電解液を含浸している電極体と，
   内部空間が形成された箱形で金属製の外装ケースとを有し，
   前記外装ケースの内部空間に前記電極体が収納されている電池において，
   前記電極体の外周が全周にわたり前記セパレータで覆われており，
   前記電極体の外周の両平坦部と前記外装ケースの内部空間の両最大面積面との間に，前記電極体と前記外装ケースとを絶縁する，前記セパレータとは別の絶縁フィルムが挟み込まれており，
   前記外装ケースの内部空間は，前記電極体を，厚み方向には隙間なく，厚み方向以外の少なくとも一方向には隙間をもって収納するサイズを有しており，
   前記絶縁フィルムには，前記両平坦部に対向する範囲内であって前記セパレータの端部に重ならない位置に孔が形成されていることを特徴とする電池。

Images