JP2018032523A - 絶縁部材と二次電池 - Google Patents

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彩 岩井
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稔英 有川
博忠 田原
Hirotada Tahara
博忠 田原
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張愛 石井
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Abstract

【課題】集電タブと外装缶とを確実に絶縁する絶縁部材を提供する。【解決手段】外装缶1を構成する面のうち端子6、7が配置された第一の面と捲回電極群2との間を絶縁する第一の絶縁部材41と、第二の絶縁部材42と、第三の絶縁部材43と、第四の絶縁部材44と、第一の面に対向する第二の面の所定の部分と捲回電極群とを絶縁する第五の絶縁部材45と、第六の絶縁部材46と、第七の絶縁部材47と、第八の絶縁部材48と、第九の絶縁部材49とを有する二次電池用絶縁部材。【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、絶縁部材と二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いため、電気自動車、ハイブリッド自
動車、電動バイク、及びフォークリフトなどの電源として期待されている。また、より大
容量の電源を得るために、複数の電池を接続した組電池が開発されている。
リチウムイオン二次電池は、金属製の外装缶と、外装缶に収納された捲回電極群と、リ
ードと、外装缶の開口部に取り付けられる金属製の蓋を備える。蓋は、外装缶の開口部に
例えば溶接されている。捲回電極群は、捲回軸方向の一端に正極集電タブを有し、他端に
負極集電タブを備えている。正極集電タブには正極リードが接合され、負極集電タブには
負極リードが接合される。蓋には、正極端子及び負極端子が備えられている。これらの端
子は蓋に例えばガスケットを介してかしめ固定されており、蓋および外装缶に対して絶縁
されている。集電タブに接合された正負極リードは、正極、負極の端子にそれぞれ接続さ
れる。
集電タブが電池の外装缶と接触すると、特に組電池の場合に外装缶が高電圧になる恐れ
がある。そのため、外装缶を集電タブと絶縁するために、絶縁性の部材を捲回電極群に嵌
め込み、集電タブやリードを覆うことで、集電タブと外装缶とを絶縁する方法がとられて
いた。しかしながら、絶縁体を捲回電極群に嵌め込む際に、複数枚の、例えばアルミ箔か
らなる集電タブの全てを漏れなく絶縁体で覆うことは難しく、集電タブのうち一部が絶縁
体によって覆われることなく、外装缶と接触してしまう事態も生じる、といった問題があ
った。
特開平4−322072号公報
そこで、本発明が解決しようとする課題は、集電タブと外装缶とを確実に絶縁する絶縁部
材を提供することである。
上記の課題を解決するために、本実施形態の絶縁部材は、端子が配置された第一の面と
、この第一の面に対向する第二の面と、さらに前記第一の面と前記第二の面との間に配置
された第三の面及び第四の面と、前記第三の面に対向する第五の面と、前記第四の面に対
向する第六の面と、で構成される外装缶と、この外装缶に捲回軸方向が前記第三の面及び
前記第五の面に垂直となるように収容され、前記捲回軸方向の両端部を除いて絶縁シート
で被覆された捲回電極群とを有する二次電池に用いられ、前記捲回電極群を前記外装缶か
ら絶縁する部材において、前記捲回電極群と前記第一の面との間を絶縁する第一の絶縁部
材と、前記第一の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第三の面との間を絶縁する第
二の絶縁部材と、前記第二の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第四の面の所定の
部分との間を絶縁する第三の絶縁部材と、前記第二の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群
と前記第六の面の所定の部分との間を絶縁する第四の絶縁部材と、前記第二の絶縁部材に
連なり、前記捲回電極群と前記第二の面の所定の部分との間を絶縁する第五の絶縁部材と
、前記第一の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第五の面との間を絶縁する第六の
絶縁部材と、前記第六の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第四の面の所定の部分
との間を絶縁する第七の絶縁部材と、前記第六の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前
記第六の面の所定の部分との間を絶縁する第八の絶縁部材と、前記第六の絶縁部材に連な
り、前記捲回電極群と前記第二の面の所定の部分との間を絶縁する第九の絶縁部材と、を
有している。
実施形態に係る二次電池の斜視図。 実施形態に係る二次電池の分解斜視図。 実施形態に係る二次電池に用いられる電極群の展開斜視図。 実施形態に係る二次電池に用いられる電極群の積層構造の概略図。 図2のA―A線に沿う断面を矢印方向から見た断面図。 実施形態に係る捲回電極群および絶縁体の斜視図。 実施形態に係る二次電池の分解斜視図。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。非水電解質二次電池の一例とし
て、図1及び図2に、密閉型の角型非水電解質二次電池20を示す。角型非水電解質二次
電池20は、外装缶1、偏平形状の捲回電極群2、正極リード3、負極リード4、絶縁体
40、正極端子6、負極端子7、とを備える。
外装缶1は、端子が配置された第一の面61と、この第一の面に対向する第二の面62
と、さらに前記第一の面と前記第二の面との間に配置された第三の面63及び第四の面6
4と、前記第三の面に対向する第五の面65と、前記第四の面に対向する第六の面66と
、で構成される。外装缶1は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはス
テンレスなどの金属から形成される。捲回電極群2は、外装缶1の第一の面61から挿入
され、外装缶1内に捲回軸に対し直角方向に向かうように収納される。
捲回電極群2は、一端に正極集電タブ8aを有し、他端に負極集電タブ9aを有する。
図3に、捲回電極群2の展開図を、図4に捲回電極群2の積層構造を示す。正極8は、例
えば金属箔からなる帯状の正極集電体8cと、その片面又は両面に形成された正極活物質
層8bを含む。正極活物質層8bは、帯状の正極集電体8cにその長手方向に沿う一端側
に一定幅の領域(非塗工部)が残るように形成される。この非塗工部は、正極集電体8c
が露出した部分であり、正極集電タブ8aになる。負極9も同様に、例えば金属箔からな
る帯状の負極集電体9cと、その片面又は両面に形成された負極活物質層9bを含む。負
極活物質層9bは、帯状の負極集電体9cにその長手方向に沿う他端側(正極8の一端と
反対側)に一定幅の領域(非塗工部)が残るように形成される。この非塗工部は、負極集
電体9cが露出した部分であり、負極集電タブ9aになる。
正極8と負極9は、帯状のセパレータ10a,10bと交互に重ねられる。このとき、
正極集電タブ8aは、捲回軸方向の一端側に形成され、負極集電タブ9aは他端側に形成
される。正極8の下に重ねられたセパレータ10aは、その長手方向に沿う一端が正極8
の正極集電タブ側の端部よりも内側に位置するように配置される。これにより、正極集電
タブ8aが捲回電極群2を構成する正極活物質層8b、負極活物質層9bおよびセパレー
タ10aから突出する。また、セパレータ10aは、その長手方向に沿う他端が正極8の
他端よりも外側に位置するように配置される。正極8と負極9の間に挟まれたセパレータ
10bは、その長手方向に沿う一端が負極9の負極集電タブ側の端部よりも内側に位置す
るように配置される。これにより、負極集電タブ9aが捲回電極群2を構成する正極活物
質層8b、負極活物質層9bおよびセパレータ10bから突出する。また、セパレータ1
0bは、その長手方向に沿う他端が負極9の他端よりも外側に位置するように配置される
重ねられたセパレータ10a、正極8、セパレータ10b、負極9を捲回し、次いで、
プレスすることにより、偏平形状の捲回電極群2が形成される。
図2に示されているように、捲回した捲回電極群2は、絶縁テープ30で巻止めする。
絶縁テープ30は、捲回電極群2の最外周の集電タブ以外の領域を被覆し、その領域を絶
縁性にする。絶縁テープ30の巻き数は1周以上であってよい。
外装缶1は、端子が配置された第一の面61は、例えば溶接により第三の面63、第四
の面64、第五の面65、および第六の面66に対して気密に固定されている。正極端子
6及び負極端子7は、第一の面61に絶縁ガスケット14,15を介してそれぞれかしめ
固定されている。正極端子6及び負極端子7は、第一の面61の背面から外装缶1内部に
向けてそれぞれ突出している。正極端子6及び負極端子7の固定方法は、絶縁ガスケット
14,15でのかしめ固定(図示しない)の他に、ガラスを用いるハーメティックシール
であってよい。また、第一の面61は、電解液を注入する注入口28、二次電池内に発生
したガスを排出するガス排出弁29を備えている。
第一の面61に対して、外装缶1の内部側には絶縁体40が設けられている。絶縁体4
0に関しては後に詳しく説明する。
正極リード3は、正極端子6に電気的に接続される接続プレート3aと、接続プレート
3aに開口された貫通孔3bと、接続プレート3aから二股に分岐し、捲回電極群2に捲
回軸に対して直角方向に向けて延出した挟持部である第1、第2の挟持ストリップ3c、
3dとを有する。接続プレート3aは、正極端子6の箇所において第一の面61の背面に
絶縁体40を介して当接すると共に、第一の面61の背面から突出した正極端子6が貫通
孔3bをかしめ固定する。
正極リード3の第1、第2の挟持ストリップ3c、3dは、捲回軸に対して直角方向か
ら正極集電タブ8aを挟み、第1、第2の挟持ストリップ3c、3dと正極集電タブ8a
とが例えば溶接により接合される。
同様に、負極リード4は、負極端子7に接続される接続部である接続プレート4aと、
接続プレート4aに開口された貫通孔4bと、接続プレート4aから二股に分岐し、捲回
電極群2に捲回軸に対して直角方向に向けて延出した挟持部である第1、第2の挟持スト
リップ4c、4dとを有する。接続プレート4aは、負極端子7の箇所において第一の面
61の背面に絶縁体40を介して当接すると共に背面から突出した負極端子7に貫通孔4
bをかしめ固定する。
負極リード4の第1、第2の挟持ストリップ4c、4dは、捲回軸に対して直角方向か
ら負極集電タブ9aを挟み、第1、第2の挟持ストリップ4c、4dと負極集電タブ9a
とが例えば溶接により接合される。
なお、上記の溶接は抵抗溶接及び超音波溶接のような方法によって実施されてよい。
上記構造を有する正負極のリードは、第1、第2の挟持ストリップを集電タブに対して
均等に配置させることができる。また、挟持ストリップが二つ(第1、第2)存在するこ
とにより、集電距離が短くなる。これにより、集電バランスを良好にでき、集電効率を高
めることができる。さらに、このような第1、第2の挟持ストリップを備えたリードは集
電タブと第1、第2の挟持ストリップとの接合箇所およびそれ自体に熱が集中しにくいた
め、大電流を流した場合でも良好な電気的特性を維持することが可能になる。
正負極の集電タブと正負極のリードとは、図2に示すように集電タブを固定部材で部分
的に固定した状態で接合してもよい。すなわち、正極集電タブ8aは固定部材11により
固定され、負極集電タブ9aも固定部材12により固定されている。
正負極の固定部材は、正負極の集電タブを固定する際には対称的に配置されるが、互い
に同じ形状を有する。それ故、負極集電タブ9aを固定する固定部材12を例にして図5
を参照して詳述する。負極集電タブ9aは、捲回されているため、複数枚の集電タブが重
なった中空長楕円形の束から形成される。固定部材12は、負極集電タブ9aの中央付近
において中空長楕円形の短軸方向に対向する二箇所にそれぞれ嵌合して束ねるU字形の第
1、第2の保持部12a、12bと、負極集電タブ9aで形成される楕円内部で第1、第
2の保持部12a、2bを連結する平坦な連結部12cとを有する。負極集電タブ9aは
、第1、第2の保持部12a、12bと、例えば溶接により接合される。
負極リード4の第1、第2の挟持ストリップ4c,4dで固定部材12が取り付けられ
た負極集電タブ9aを挟む。これにより、図5に示すように、第1の挟持ストリップ4c
と第1の保持部12aの外面とが接触し、第2の挟持ストリップ4dと第2の保持部12
bの外面とが接触する。これらの接触箇所において、第1、第2の挟持ストリップ4c、
4dと第1、第2の保持部12a,12bを例えば溶接により接合する。
なお、上記の溶接は抵抗溶接及び超音波溶接のような方法によって実施されてよい。
固定部材12は、金属のような導電性材料から形成される。このため、捲回電極群2の
負極9は固定部材12を通して負極リード4と電気的に接続され、さらに負極リード4を
通して第一の面61の負極端子7に電気的に接続される。
このような固定部材を用いることにより、捲回電極群2の集電タブ部分の厚さを減少さ
せ、外装缶内にリードを配置するスペースを確保することができる。リードのためのスペ
ースを新たに設ける必要がないため、電池20のエネルギー密度を向上することができる
なお、固定部材は、独立したU字形の第1の保持部及び/又は第2の保持部のみを有し
、連結部を有さない形状であってもよい。第1の保持部と第2の保持部は、それぞれ独立
して負極集電タブ9aに固定されてよい。
固定部材11の構造および固定部材11による正極集電タブ8aの固定形態は、前述し
た固定部材12と負極集電タブ9aと同様である。なお、固定部材11はU字形の保持部
11a、11bおよび平坦な連結部11cを有する。
続いて、この実施形態の主な特徴部分である絶縁体40について、図2、図6及び図7
を用いて説明する。
尚、図6については捲回電極群2及び絶縁体40のみを図示している。
これらの図に示すように、絶縁体40は、第一の面61と捲回電極群2との間に挟まれた
第一の絶縁部材41と、第一の絶縁部材41に接続し、かつ外装缶1のうち捲回電極群2
の捲回軸方向に対して垂直である第一の側面との間に挟まれた第二の絶縁部材42と、第
二の絶縁部材42に接続し、かつ外装缶1のうち捲回電極群2の捲回軸方向に対して平行
である第二の側面との間に挟まれた第三の絶縁部材43と、第二の絶縁部材42に接続し
、かつ外装缶1のうち捲回電極群2の捲回軸方向に対して平行である第三の側面との間に
挟まれた第四の絶縁部材44と、第二の絶縁部材42に接続し、かつ外装缶1の底面との
間に挟まれた第五の絶縁部材45と、第一の絶縁部材41に接続し、かつ外装缶1のうち
捲回電極群2の捲回軸方向に対して垂直である第二の側面との間に挟まれた第六の絶縁部
材46と、第六の絶縁部材46に接続し、かつ外装缶1のうち捲回電極群2の捲回軸方向
に対して平行である第二の側面との間に挟まれた第七の絶縁部材47と、第六の絶縁部材
46に接続し、かつ外装缶1のうち捲回電極群2の捲回軸方向に対して平行である第三の
側面との間に挟まれた第八の絶縁部材48と、第六の絶縁部材46に接続し、かつ外装缶
の底面との間に挟まれた第九の絶縁部材49と、を備える。
絶縁体40は電池組み立て前の自由状態においては、絶縁体40の第一の絶縁部材41
と、第二の絶縁部材42、第三の絶縁部材43、第四の絶縁部材44、第六の絶縁部材4
6、第七の絶縁部材47、第五の絶縁部材45、第九の絶縁部材49とが略同一平面状に
なっていることを特徴とする。
絶縁体40は、ポリプロピレンなどの絶縁性があり、非水電解質に溶解しない材料から
なる。
また、絶縁体40、第一の絶縁部材41と第二の絶縁部材42との境界部には、例えば
V字状の溝50を有する。またこの溝50は第一の絶縁部材41と第六の絶縁部材46と
の境界部、第二の絶縁部材42と第二側壁絶縁部43との境界等、絶縁体40におけるす
べての境界部に溝50が設けられている。溝50は、例えば、断面が三角形状に設けられ
、溝50に沿って比較的容易に折り曲げることが可能な構造となっている。
以上の実施形態によれば、以下のような手順で電池を組み立てることができる。
まず、図2に示すように、絶縁体40は自由状態のまま、捲回電極群2、正極リード3
、負極リード4、絶縁体40、第一の面61、正極端子6、負極端子7などを組み立てる
次に、図6に示すように絶縁体40のうち、第一の絶縁部材41と第二の絶縁部材42
との境界部、第一の絶縁部材41と第六の絶縁部材46との境界部を90度折り曲げ、第
二の絶縁部材42を正極集電タブ8aに接近させ、第六の絶縁部材46を負極集電タブ9
aに接近させる。
その後、第二の絶縁部材42と第三の絶縁部材43との境界部、第二の絶縁部材42と
第四の絶縁部材44との境界部、第二の絶縁部材42と第五の絶縁部材45との境界部、
第六の絶縁部材46と第七の絶縁部材47との境界部、第六の絶縁部材46と第八の絶縁
部材48との境界部、第六の絶縁部材46と第九の絶縁部材49との境界部、をそれぞれ
90度折り曲げる。そうすることで、図7に示すように各絶縁部によって、捲回電極群2
の正極集電タブ8a及び負極集電タブ9aを覆う。
その後、そのような状態で絶縁体40及び捲回電極群2等を外装缶1に挿入し、最後に
第一の面61と外装缶1とをレーザー溶接等により気密に固定される。
上述のように、絶縁体40の第二の絶縁部材42を正極集電タブ8aに、第六の絶縁部
材46を負極集電タブ9aに、それぞれ接近させてから第三の絶縁部材43、第四の絶縁
部材44、第五の絶縁部材45、第七の絶縁部材47、第八の絶縁部材48、第九の絶縁
部材49と、を捲回電極群2、特に捲回電極群2の集電タブに接近させる。そのため、す
べての集電タブを確実に絶縁部材で覆うことが可能となる。
また、絶縁体40は上述のように、第二の絶縁部材42及び第六の絶縁部材46を集電
タブに接近させた状態で、その他の絶縁部を捲回電極群2に接近させるため、第三の絶縁
部材43、第四の絶縁部材44、第五の絶縁部材45、第七の絶縁部材47、第八の絶縁
部材48、第九の絶縁部材49の長手方向の長さを長くしても、集電タブを確実に絶縁部
材で覆うことができる。そのため、集電タブのみならず、捲回電極群2を覆う絶縁テープ
30の少なくとも一部にまで、絶縁部材で覆うことが可能となり、振動などによって、絶
縁体の位置がずれ、集電タブが外装缶と接触する、といった事態を避けることが出来る。
また、絶縁体40は捲回電極群2に嵌め込んで固定するような構造ではなく、捲回電極
群2に接近させることで絶縁するものであるので、絶縁体40の構造も複雑でなく、成形
も比較的容易である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に
含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるもので
ある。
1…外装缶、2…捲回電極群、3…正極リード、3a…接続プレート、3b…貫通孔、3
c…第1の挟持ストリップ、3d…第2の挟持ストリップ、4…負極リード、4a…接続
プレート、4b…貫通孔、4c…第1の挟持ストリップ、4d…第2の挟持ストリップ、
6…正極端子、7…負極端子、8a…正極集電タブ、8b…正極活物質層、8c…正極集
電体、9a…負極集電タブ、9b…負極活物質層、9c…負極集電体、10…セパレータ
、11、12…固定部材、12a,12b…第1,第2の保持部、14,15…絶縁ガス
ケット、20…電池、30…絶縁テープ、40…絶縁体、41…第一の絶縁部材、42…
第二の絶縁部材、43…第三の絶縁部材、44…第四の絶縁部材、45…第五の絶縁部材
、46…第六の絶縁部材、47…第七の絶縁部材、48…第八の絶縁部材、49…第九の
絶縁部材、61…第一の面、62…第二の面、63…第三の面、64…第四の面、65…
第五の面、66…第六の面

Claims (4)

  1. 端子が配置された第一の面と、この第一の面に対向する第二の面と、さらに前記第一の
    面と前記第二の面との間に配置された第三の面及び第四の面と、前記第三の面に対向する
    第五の面と、前記第四の面に対向する第六の面と、で構成される外装缶と、この外装缶に
    捲回軸方向が前記第三の面及び前記第五の面に垂直となるように収容され、前記捲回軸方
    向の両端部を除いて絶縁シートで被覆された捲回電極群とを有する二次電池に用いられ、
    前記捲回電極群を前記外装缶から絶縁する部材において、
    前記捲回電極群と前記第一の面との間を絶縁する第一の絶縁部材と、
    前記第一の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第三の面との間を絶縁する第二の
    絶縁部材と、
    前記第二の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第四の面の所定の部分との間を絶
    縁する第三の絶縁部材と、
    前記第二の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第六の面の所定の部分との間を絶
    縁する第四の絶縁部材と、
    前記第二の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第二の面の所定の部分との間を絶
    縁する第五の絶縁部材と、
    前記第一の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第五の面との間を絶縁する第六の
    絶縁部材と、
    前記第六の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第四の面の所定の部分との間を絶
    縁する第七の絶縁部材と、
    前記第六の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第六の面の所定の部分との間を絶
    縁する第八の絶縁部材と、
    前記第六の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第二の面の所定の部分との間を絶
    縁する第九の絶縁部材と、
    を備えた絶縁部材。
  2. 前記所定の部分は、前記捲回電極群の最外表面のうち前記絶縁シートで被覆されていな
    い部分である、請求項1に記載の絶縁部材。
  3. 端子が配置された第一の面と、この第一の面に対向する第二の面と、さらに前記第一の
    面と前記第二の面との間に配置された第三の面及び第四の面と、前記第三の面に対向する
    第五の面と、前記第四の面に対向する第六の面と、で構成される外装缶と、この外装缶に
    捲回軸方向が前記第三の面及び前記第五の面に垂直となるように収容され、前記捲回軸方
    向の両端部を除いて絶縁シートで被覆された捲回電極群とを有する二次電池であって、
    前記捲回電極群と前記第一の面と間を絶縁する第一の絶縁部材と、
    前記第一の絶縁部材に連なり、前記捲回電極群と前記第三の面との間を絶縁する第二の
    絶縁部材と、
    前記捲回電極群と前記第四の面の所定の部分との間を絶縁する前記第二の絶縁部材に接
    続された第三の絶縁部材と、
    前記捲回電極群と前記第六の面の所定の部分との間を絶縁する前記第二の絶縁部材に接
    続された第四の絶縁部材と、
    前記捲回電極群と前記第二の面の所定の部分との間を絶縁する前記第二の絶縁部材に接
    続された第五の絶縁部材と、
    前記捲回電極群と前記第五の面との間を絶縁する前記第一の絶縁部材に接続された第六
    の絶縁部材と、
    前記捲回電極群と前記第四の面の所定の部分との間を絶縁する前記第六の絶縁部材に接
    続された第七の絶縁部材と、
    前記捲回電極群と前記第六の面の所定の部分との間を絶縁する前記第六の絶縁部材に接
    続された第八の絶縁部材と、
    前記捲回電極群と前記第二の面の所定の部分との間を絶縁する前記第六の絶縁部材に接
    続された第九の絶縁部材と、
    を備えた二次電池。
  4. 前記所定の部分は、前記捲回電極群の最外表面のうち前記絶縁シートで被覆されていな
    い部分である、請求項3に記載の二次電池。
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