JP2018129133A - 密閉型電池および組電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】シール性を十分に確保し得る密閉型電池ならびに該電池を用いて構築されたシール性が良好な組電池を提供する。
【解決手段】本発明に係る密閉型電池は、電極体を収容する角型のケース５０を備える。角型のケース５０は、開口部を有する凹状のケース本体５２と封口部材５４とを備える。ケース本体５２は、電極体を挟んで封口部材５４と対向する平坦面５２ａと、該平坦面５２ａから立ち上がった側壁５２ｂとを有する。ケース本体５２に設けられた開口部の周縁部分と封口部材５４とは、シール溶接によって互いに接合されている。平坦面５２ａの端辺のうち少なくとも一辺５８ａ部分には、ケース内部に向かって窪んだ凹部５６ａ、１５６ａと該平坦面５２ａと同一平面となる凸部５６ｂとからなる凹凸が形成されている。凹部５６ａ、１５６ａの底面に電極端子８０、８２が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉型電池および組電池に関する。
軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として好ましく用いられている。例えば組電池の一例として特許文献１には、角型の単電池を複数個配列すると共に各単電池に設けられた正極端子および負極端子をそれぞれ直列に接続することにより構成された組電池が開示されている。かかる組電池においては、複数の単電池はそれぞれの正極端子および負極端子が交互に配置されるように一つずつ反転させて配置される。なお、特許文献２は、薄型電池に関する技術文献である。
特許第５９６６４５７号公報 特開２０１５−１７６７８２号公報
ところで、本発明者は、各単電池のエネルギー密度を向上するために、図１４に示すように、各単電池１の拘束面２（横方向Ｘおよび縦方向Ｙ）の寸法を大きくするとともに、横方向Ｘおよび縦方向Ｙの寸法に対して厚み方向（組電池化したときの各単電池の配列方向）Ｚの寸法を小さくすることを考えている。この点について、特許文献２には、凹状の金属製のケース本体（第１部材）と、ケース本体の開口を封口する金属製の封口板（第２部材）とからなる外装缶を有し、ケース本体の第１側壁部と反対側の面であって電極体の厚さ方向の一方面を開口させた薄型電池が記載されている。かかる薄型電池では、封口板の周縁部がケース本体の開口の周縁部と接合され、これにより外装缶内に密閉空間が形成されている。しかし、２枚の金属製ケース（第１部材および第２部材）を重ねて周縁部を溶接等でシールして密閉構造をとる場合、ケース内部から電極端子をケース外に取り出す部分の一辺部分は、シール性を確保しにくいという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、シール性を十分に確保し得る密閉型電池ならびに該電池を用いて構築された組電池を提供することである。
本発明によって提供される密閉型電池は、正極および負極を備える電極体と、前記電極体および電解液を収容する角型のケースと、前記電極体と電気的に接続され、前記ケースの外部に引き出された電極端子とを備える。前記角型のケースは、開口部を有する凹状のケース本体と、該ケース本体の開口部を覆うように取り付けられた封口部材とを備えている。前記ケース本体は、前記電極体を挟んで前記封口部材と対向する平坦面と、前記電極体の周りを囲むように該平坦面から立ち上がった側壁とを有している。前記ケース本体に設けられた前記開口部の周縁部分と前記封口部材とは、シール溶接によって互いに接合されている。 前記平坦面の端辺のうち少なくとも一辺部分には、前記ケース内部に向かって窪んだ凹部と該平坦面と同一平面となる凸部とからなる凹凸が形成されている。そして、前記凹部の底面に前記電極端子が配置されている。
かかる構成によれば、ケース本体の平坦面に荷重（例えば組電池化したときの拘束荷重）が加わったときに、平坦面と同一平面となる凸部が押し付けられることで、該荷重が側壁を介してケース本体の開口部周縁部分と封口板との接合部に適切に伝わり得る。そのため、ケース内部から電極端子をケース外に取り出す一辺部分において、ケース本体の開口部周縁部分と封口部材との接合部におけるシール性が効果的に高まる。結果、シール性が十分に確保された密閉型電池を提供することができる。
ここに開示される密閉型電池の好ましい一態様では、前記凹部の底面には、前記ケース内で発生したガスを排出するガス排出弁が配置されている。このようにすれば、ガス排出弁が配置された平坦面の一辺部分において、シール性が十分に確保された密閉型電池が実現され得る。
ここに開示される密閉型電池の好ましい一態様では、前記凹部の底面には、前記電解液の注液孔を塞ぐ注液栓が配置されている。このようにすれば、注液栓が配置された平坦面の一辺部分において、シール性が十分に確保された密閉型電池が実現され得る。
また、本発明によると、複数の充放電可能な単電池が直列に接続されて構成された組電池が提供される。この組電池は、正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解液を収容する角型のケースと、該電極体と電気的に接続され、該ケースの外部に引き出された電極端子とを備える密閉型の単電池を複数備えている。前記角型のケースは、開口部を有する凹状のケース本体と、該ケース本体の開口部を覆うように取り付けられた封口部材とを備えている。前記複数の単電池は、該単電池それぞれが備える前記ケースにおいて前記ケース本体と前記封口部材とが重ね合わされる方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されている。前記ケース本体は、隣接する単電池ケースの互いに対向する面であって前記拘束時に荷重を受ける平坦面と、前記電極体の周りを囲むように該平坦面から立ち上がった側壁とを有している。前記ケース本体に設けられた前記開口部の周縁部分と前記封口部材とは、シール溶接によって互いに接合されている。前記平坦面の端辺のうち少なくとも一辺部分には、前記拘束時に隣接する単電池ケースに押し付けられる押圧凸部と該拘束時に該単電池ケースに接触しない非接触凹部とからなる凹凸が形成されている。そして、前記非接触凹部の底面に前記電極端子が配置されている。かかる構成によると、各単電池のシール性が十分に確保された組電池を提供することができる。
ここに開示される組電池の好ましい一態様では、前記凹部の底面には、前記ケース内で発生したガスを排出するガス排出弁が配置されている。また、好ましい一態様では、前記凹部の底面には、前記電解液の注液孔を塞ぐ注液栓が配置されている。
本発明の一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す側面図である。 図２のＶ−Ｖ断面図である。 図１の正極端子周辺の要部拡大図である。 図１の負極端子周辺の要部拡大図である。 図１のガス排出弁および注液栓周辺の要部拡大図である。 各単電池内の電極体を構成する正極、負極およびセパレータを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る組電池を模式的に示す側面図である。 従来の密閉型電池を模式的に示す斜視図である。 従来の密閉型電池を模式的に示す断面図である。 他の実施形態に係る密閉型電池を模式的に示す断面図である。 薄型化した単電池を説明するための図である。
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電極体の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。
リチウムイオン二次電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウムイオン二次電池モジュールは、ここで開示される「組電池」の典型例である。
本発明に係る組電池は、充放電可能な二次電池を単電池とし、そのような単電池を複数個直列に接続して成る組電池であればよく、単電池の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が本発明の実施に好適な単電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な単電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる二次電池であるため、高性能な組電池、特に車両搭載用組電池（電池モジュール）を構築することができる。
特に限定することを意図したものではないが、以下、電池構成としてリチウムイオン二次電池を例にして本発明を詳細に説明する。
組電池は、複数の充放電可能な単電池が所定方向に配列されて構成されている。複数の単電池のそれぞれは、従来の組電池に装備される単電池と同様、典型的には所定の電池構成材料（正極負極それぞれの活物質、正極負極それぞれの集電体、セパレータ、電解質等）を具備する電極体と、該電極体を収容する箱型の電池ケースとを備える。
図１は、本実施形態に係る組電池を構成する単電池（リチウムイオン二次電池）１００の斜視図であり、図２は平面図、図３は側面図、図４は側面図、図５は図２のＶ‐Ｖ断面模式図、図６〜図８は図１の要部拡大図、図９は各単電池１００内の電極体１０を構成する正極２０、負極３０およびセパレータ４０を説明するための図である。以下では、単電池１００の外形に沿って、Ｘ方向を横方向といい、Ｙ方向を縦方向といい、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直な方向であるＺ方向を厚み方向という。なお、厚み方向Ｚは、組電池において各単電池１００が配列される方向（配列方向）に対応する。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、リチウムイオン二次電池１００の設置態様を何ら限定するものではない。
リチウムイオン二次電池１００は、図１〜図９に示すように、電池ケース５０と、電極体１０と、ガス排出弁６０と、注液栓７０と、正極端子８０および負極端子８２と、図示しない電解質とを備えている。正極端子８０は、電極体１０の正極２０と電気的に接続され、電池ケース５０の外部に引き出されている。負極端子８２は、電極体１０の負極３０と電気的に接続され、電池ケース５０の外部に引き出されている。
電池ケース５０は、電極体１０と電解質とを収容する容器である。本実施形態において、電池ケース５０は、角型（箱型直方体形状）の外形を有している。電池ケース５０は、扁平なケース本体５２と封口板５４とを備えている。ケース本体５２は、電極体１０を収容可能な凹状に形成されている。ケース本体５２は、該ケース本体５２を構成する面のうち、最も面積が大きい面（幅広面）が開口している。この実施形態では、ケース本体５２は、厚み方向Ｚの一方が開口している。またケース本体５２は、開口部５２ｄ（図５）の周縁に付設されたフランジ部５２ｃを有している。封口板５４は、ケース本体５２の開口部５２ｄを塞ぐ平板状の部材である。封口板５４は、ケース本体５２の開口部５２ｄを覆うようにケース本体５２に取り付けられている。ケース本体５２と封口板５４とは、厚み方向Ｚにおいて、電極体１０を挟んで対向して配置されている。ケース本体５２に設けられた開口部５２ｄの周縁部分と封口板５４とは互いに接合されている。この実施形態では、ケース本体５２に設けられたフランジ部５２ｃと封口板５４とが、シール溶接によって接合されている。これにより電池ケース５０が密封されている。図５の符号５７は、フランジ部５２ｃと封口板５４との溶接部を示している。電池ケース５０の材質は、例えば、アルミニウムやスチール等の金属材料である。電池ケース５０の厚み（肉厚）は、例えば０．３ｍｍ以上、典型的には０．３ｍｍ〜１ｍｍに設定され得る。
凹状のケース本体５２は、電極体１０を挟んで封口板５４と対向する平坦面５２ａと、電極体１０の周りを囲むように該平坦面５２ａから立ち上がった側壁５２ｂとを有している。平坦面５２ａは、厚み方向Ｚから見て、第一辺５８ａ（図２）と、該第一辺５８ａに対向する第二辺５８ｂ（図２）と、該第一辺５８ａに直交する第三辺５８ｃ（図２）と、該第一辺５８ａに直交し且つ該第三辺５８ｃ（図２）に対向する第四辺５８ｄとによって形成された矩形状をなしている。側壁５２ｂは、平坦面５２ａに配置された電極体１０の周りを囲むように、平坦面５２ａの四辺（第一辺５８ａと第二辺５８ｂと第三辺５８ｃと第四辺５８ｄ）に沿って形成されている。また、側壁５２ｂは、開口部５２ｄの周縁に付設されたフランジ部５２ｃと平坦面５２ａとを架橋（連結）するように形成されている。
また、平坦面５２ａの４つの端辺５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄのうち少なくとも一辺部分（ここでは第一辺５８ａ部分）には、ケース内部に向かって窪んだ凹部５６ａ、１５６ａ、２５６ａ、３５６ａと、平坦面５２ａと同一平面となる（すなわちケース内部に向かって窪んでいない）凸部５６ｂとからなる凹凸が形成されている。この実施形態では、平坦面５２ａの第一辺５８ａに沿って４つの凹部５６ａ、１５６ａ、２５６ａ、３５６ａが所定の間隔で形成されている。このうちの凹部５６ａの底面５３ａ（図６）に正極端子８０が配置されている。また、凹部１５６ａの底面１５３ａ（図７）に負極端子８２が配置されている。
この実施形態では、正極端子８０および負極端子８２は、平板状の端子である。正極端子８０および負極端子８２は、横方向Ｘにおいて、電池ケース５０の中心線を軸として線対称に配置されている。厚み方向Ｚにおいて、正極端子８０の長さ（高さ）は、凹部５６ａの深さ（底面５３ａから平坦面５２ａまでの高さ）よりも小さい。同様に、負極端子８２の長さ（高さ）は、凹部１５６ａの深さ（底面１５３ａから平坦面５２ａまでの高さ）よりも小さい。換言すれば、底面５３ａ、１５３ａに配置された正極端子８０および負極端子８２は、厚み方向Ｚにおいて、平坦面５２ａよりもケース外方に突出しないように配置されている。厚み方向Ｚにおいて、正極端子８０および負極端子８２の長さ（高さ）は、例えば１ｍｍ〜７ｍｍ（典型的には２ｍｍ〜５ｍｍ）に設定され得る。また、凹部５６ａは、底面５３ａに配置された正極端子８０に対して、正極端子８０の三方を囲むように底面５３ａから立ち上がった３つの内壁５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ（図６）と、該内壁が形成されずにケースの外方に向けて開口した開口部５３ｅ（図６）とを有している。同様に、凹部１５６ａは、底面１５３ａに配置された負極端子８２に対して、負極端子８２の三方を囲むように底面１５３ａから立ち上がった３つの内壁１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄ（図７）と、該内壁が形成されずにケースの外方に向けて開口した開口部１５３ｅ（図７）とを有している。この実施形態では、縦方向Ｙにおいて、凹部５６ａ、１５６ａを構成する内壁の一面が開口している。横方向Ｘにおいて、正極端子８０の長さ（幅）は、内壁５３ｂと内壁５３ｄの間隔と略同じである。また、縦方向Ｙにおいて、正極端子８０の長さ（幅）は、内壁５３ｃから第１辺５８ａまでの長さよりも大きい。換言すれば、縦方向Ｙにおいて、正極端子８０は、開口部５３ｅを通じて平坦面５２ａの第１辺５８ａよりもケース外方に突出するように設けられている。同様に、横方向Ｘにおいて、負極端子８２の長さ（幅）は、内壁１５３ｂと内壁１５３ｄの間隔と略同じである。また、縦方向Ｙにおいて、負極端子８２の長さ（幅）は、内壁１５３ｃから第１辺５８ａまでの長さよりも大きい。換言すれば、縦方向Ｙにおいて、負極端子８２は、開口部１５３ｅを通じて平坦面５２ａの第１辺５８ａよりもケース外方に突出するように設けられている。
ガス排出弁６０は、電池ケース５０内の圧力が所定値に達すると、電池ケース５０内で発生したガスを排出するものとして構成されている。ガス排出弁６０は、正極端子８０および負極端子８２と同様に、平坦面５２ａの第１辺５８ａに沿って設けられた凹部２５６ａの底面２５３ａ（図８）に設けられている。この実施形態では、ガス排出弁６０は、横方向Ｘにおいて、電池ケース５０の中心線上に配置されている。底面２５３ａに配置されたガス排出弁６０は、厚み方向Ｚにおいて、平坦面５２ａよりもケース外方に突出しないように配置されている。また、凹部２５６ａは、底面２５３ａに配置されたガス排出弁６０に対して、ガス排出弁６０の三方を囲むように底面２５３ａから立ち上がった３つの内壁２５３ｂ、２５３ｃ、２５３ｄ（図８）と、該内壁が形成されずにケースの外方に向けて開口した開口部２５３ｅ（図８）とを有している。この実施形態では、縦方向Ｙにおいて、凹部２５６ａを構成する内壁の一面が開口している。ケースの内圧の上昇によってガス排出弁６０が開放された際に、当該ガス排出弁６０から噴出した電解液の飛沫が開口部５３ｅを通過してケースの外方に向けて飛散するように構成されている。
ガス排出弁６０の構成自体は、電池内の圧力が所定値に達すると、電池ケース５０内で発生したガスを排出し得るものであれば特に制限されない。例えば、ガス排出弁６０は、電池ケース５０の一部に薄肉部を設けた構造であり得る。該薄肉部に切欠溝を形成していてもよい。この場合、電池内の圧力が所定値に達したときに薄肉部が破断することにより、電池内で発生したガスがガス排出弁６０を通って電池外に排出され得る。あるいは、ガス排出弁６０は、電池内の圧力が所定値に達したときに破断する弁体を備えたものでもよい。この場合、電池内の圧力が所定値に達したときに弁体が破断することにより、電池内で発生したガスがガス排出弁６０を通って電池外に排出され得る。
平坦面５２ａの第１辺５８ａに沿って設けられた凹部３５６ａの底面３５３ａ（図８）には、液状の電解質（電解液）を注入するための注液孔を塞ぐ注液栓７０が設けられている。注液栓７０は、横方向Ｘにおいて、電池ケース５０の中心線から第四辺５８ｄ側にずれた位置に配置されている。底面３５３ａに配置された注液栓７０は、厚み方向Ｚにおいて、平坦面５２ａよりもケース外方に突出しないように配置されている。また、凹部３５６ａは、底面３５３ａに配置された注液栓７０に対して、注液栓７０の三方を囲むように底面３５３ａから立ち上がった３つの内壁３５３ｂ、３５３ｃ、３５３ｄ（図８）と、該内壁が形成されずにケースの外方に向けて開口した開口部３５３ｅ（図８）とを有している。この実施形態では、縦方向Ｙにおいて、凹部３５６ａを構成する内壁の一面が開口している。
電池ケース５０の内部には、電極体１０と電解質とが収容されている。図９に示すように、電極体１０は、ここでは積層型の電極体（積層電極体）である。電極体１０は、矩形状の正極シート２０と矩形状の負極シート３０とを、それぞれ複数枚備えている。正極シート２０と負極シート３０とは、セパレータ４０を介して絶縁された状態で積み重ねられている。電極体１０の積層方向は、ここでは厚み方向Ｚである。
正極シート２０は、正極集電体２２と、その表面に形成された正極活物質層２４とを備えている。正極集電体２２には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、正極集電体２２として、アルミニウム箔が用いられている。図示例では、正極活物質層２４は、正極集電体２２の両面に保持されている。また、横方向Ｘおよび縦方向において、正極活物質層２４は正極集電体２２の全幅と同じ幅で形成されている。
正極活物質層２４には、正極活物質や導電材やバインダが含まれている。正極活物質には、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。一例として、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物）、ＬｉＮｉＯ２（リチウムニッケル複合酸化物）、ＬｉＣｏＯ２（リチウムコバルト複合酸化物）等の一般式ＬｉＭｅＯ２（Ｍｅは、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ等の遷移金属元素の少なくとも一種を含む。）で表される層状構造のリチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。正極活物質層２４は、上述した正極活物質の他に、アセチレンブラック（ＡＢ）等の導電材や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等のバインダを含有することができる。
正極シート２０は、正極活物質層２４が形成されておらず、正極活物質層２４が形成されている部分よりも外側に突出した突出部分２６を有している。この突出部分２６は、正極活物質層２４が形成されていないため、正極集電体２２が露出している。この突出部分２６により、正極集電用のタブ２６が形成されている。正極集電用のタブ２６は、正極活物質層２４の端部から延出されている。
負極シート３０は、負極集電体３２と、その表面に形成された負極活物質層３４とを備えている。負極集電体３２には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、負極集電体３２として、銅箔が用いられている。図示例では、負極活物質層３４は、負極集電体３２の両面に保持されている。また、横方向Ｘおよび縦方向Ｙにおいて、負極活物質層３４は負極集電体３２の全幅と同じ幅で形成されている。
負極活物質層３４には、負極活物質や増粘剤やバインダなどが含まれている。負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。一例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボンなどの炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物などが挙げられる。また、かかる負極活物質の他に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等のバインダや、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を添加することができる。
負極シート３０は、負極活物質層３４が形成されておらず、負極活物質層３４が形成されている部分よりも外側に突出した突出部分３６を有している。この突出部分３６は、負極活物質層３４が形成されていないため、負極集電体３２が露出している。この突出部分３６により、負極集電用のタブ３６が形成されている。
セパレータ４０は、正極シート２０と負極シート３０とを隔てる部材である。この例では、セパレータ４０は、微小な孔を複数有する所定幅のシート材で構成されている。セパレータ４０には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。
積層電極体１０は、複数枚の正極シート２０、複数枚の負極シート３０および複数枚のセパレータ４０を積層して形成されている。具体的には、正極シート２０と負極シート３０とがセパレータ４０を介して積層方向（ここでは厚み方向Ｚ）に交互に繰り返し複数積層されて構成されている。また、積層電極体１０は、正極活物質層２４と負極活物質層３４とがセパレータ４０を介して重なり合う積層部を有している。この積層部は、正極活物質層２４と負極活物質層３４との間でセパレータ４０を介して電荷担体（ここではリチウムイオン）の授受が行われる部分であり、電池１００の充放電に寄与する部分である。
積層電極体１０は、図１〜図９に示すように、電池ケース５０の平坦面５２ａ（凹部５６ａ、１５６ａの底面５３ａ、１５３ａ）に配置された電極端子８０、８２に取り付けられている。積層電極体１０は、ケース本体５２の開口部５２ｄ（図５）から該ケース本体５２内に挿入される。積層電極体１０は、該電極体１０の積層方向が厚み方向Ｚと一致した状態で（正極、負極およびセパレータが封口板５４と平行になる状態で）電池ケース５０に収納されている。また、積層電極体１０は、繰り返し積層された複数の正極シート２０の正極集電用タブ２６が積層電極体１０の積層方向に積み重ねられ、積層部の端面から突出している。この突出した複数の正極集電用タブ２６は積層方向に寄せ集められ、その寄せ集められた部位に正極リード端子（図示せず）が付設され、上述の正極端子８０と電気的に接続される。また、積層電極体１０は、繰り返し積層された複数の負極シート３０の負極集電用タブ３６が積層電極体１０の積層方向に積み重ねられ、積層部の端面から突出している。この突出した複数の負極集電用タブ３６は積層方向に寄せ集められ、その寄せ集められた部位に負極リード端子（図示せず）が付設され、上述の負極端子８２と電気的に接続される。かかる積層電極体１０は、ケース本体５２の開口部５２ｄからケース本体５２の扁平な内部空間に収容される。ケース本体５２の開口部５２ｄは、積層電極体１０が収容された後、封口板５４によって塞がれる。
電解質は、典型的には常温（例えば２５℃）において液状を呈し、好ましくは使用温度域内（例えば−２０℃〜６０℃）において常に液状を呈する。電解質としては、非水溶媒中に支持塩（例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩など。リチウムイオン二次電池ではリチウム塩。）を溶解または分散させたものを好適に採用し得る。支持塩としては、一般的なリチウムイオン二次電池と同様のものを適宜選択して採用し得、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３などのリチウム塩を用いることができる。なかでもＬｉＰＦ６を好適に採用し得る。
非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類などの有機溶媒を特に限定なく用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などが挙げられる。
次に、図１０を加えて、本実施形態に係る組電池２００について説明する。図１０は組電池２００の側面図である。
組電池２００は、図１０に示すように、複数（典型的には６個以上（例えば６〜１００個）、好ましくは３０個以上、より好ましくは５０個以上、さらに好ましくは６０個以上）の単電池１００が直列に接続されて構成されている。複数の単電池１００は、該単電池１００それぞれが備える電池ケース５０においてケース本体５２と封口板５４とが重ね合わされる方向（すなわち厚み方向Ｚ）に配列される。この実施形態では、各単電池１００が備える電池ケース５０には、電極体１０の正極２０と電気的に接続する正極端子８０および負極３０と電気的に接続する負極端子８２が設けられている。そして、隣接する単電池１００間において一方の正極端子８０と他方の負極端子８２とが端子間接続具（図示せず）によって電気的に接続される。具体的には、複数の単電池１００は、それぞれの正極端子８０および負極端子８２が交互に配置されるように（隣り合う単電池１００の正極端子８０と負極端子８２同士が隣り合うように）、単電池の向きを交互に逆向きにした状態で配列される。このため、複数の単電池１００は、該単電池１００それぞれが備える電池ケース５０のケース本体５２同士および封口板５４同士が対向するように交互に一つずつ向きを反転させて配列される。
また、配列させた単電池１００の周囲には、複数の単電池１００をまとめて拘束する拘束部材が配備される。すなわち、複数の単電池１００の配列方向Ｚの両端（最外側に位置する単電池１００Ａ、１００Ｈの更に外側）には、一対のエンドプレート２１０Ａ，２１０Ｂが配置される。また、一対のエンドプレート２１０Ａ，２１０Ｂには、該一対のエンドプレート２１０Ａ，２１０Ｂを架橋するように拘束バンド２１２が取り付けられる。そして、拘束バンド２１２の端部をビス２１４により一対のエンドプレート２１０Ａ，２１０Ｂに締め付け且つ固定することによって上記単電池群をその配列方向に拘束することができる。拘束バンド２１２の締め付け具合に応じたレベルで、締め付け方向（すなわち配列方向）への拘束荷重（面圧）が各単電池１００の電池ケース（ケース本体５２の平坦面５２ａおよび封口板５４）に加えられる。このようにして、組電池２００を構築することができる。
ここで、上記組電池２００においては、図１〜図１０に示すように、複数の単電池１００がそれぞれ備えるケース本体５２は、隣接する単電池ケースの互いに対向する面であって拘束時に荷重を受ける平坦面５２ａと、開口部５２ｄの周縁に付設されたフランジ部５２ｃと、電極体１０の周りを囲むように該平坦面５２ａから立ち上がった側壁５２ｂとを有している。側壁５２ｂは、平坦面５２ａとフランジ部５２ｃとを架橋している。ケース本体５２に設けられたフランジ部５２ｃと封口板５４とは、シール溶接によって互いに接合されている。平坦面５２ａの端辺のうち少なくとも一辺（ここでは第一辺５８ａ）部分には、ケース内部に向かって窪んだ凹部５６ａ、１５６ａと平坦面５２ａと同一平面となる凸部５６ｂとからなる凹凸が形成されている。そのため、凸部５６ｂは、拘束時に隣接する単電池ケースに接触して押し付けられる部位となる（以下、「押圧凸部」とも称する。）。一方、凹部５６ａ、１５６ａは、拘束時に隣接する単電池ケースに接触しない部位となる（以下、「非接触凹部」とも称する。）。そして、拘束時に隣接する単電池ケースに接触しない非接触凹部５６ａ、１５６ａの底面５３ａ、１５３ａに電極端子８０、８２が配置されている。
かかる構成によると、図１１に示す従来の電池構造のように、電極端子８０、８２を配置した非接触凹部５６ａが平坦面５２ａの一辺（ここでは第一辺５８ａ）に沿って帯状に連続して設けられたときに起こり得る、シール不良を抑制することができる。具体的には、電極端子８０、８２を配置した非接触凹部５６ａが平坦面５２ａの一辺に沿って帯状に連続して設けられると、図１２（図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面）に示すように、ケース本体５２の平坦面５２ａに拘束荷重９０が加わったときに、拘束荷重が非接触凹部５６ａにも分散して伝わるため（矢印９６参照）、拘束荷重が側壁５２ｂを介してフランジ部５２ｃと封口板５４との接合部５７に伝わりにくい。そのため、ケース内部から電極端子８０、８２をケース外に取り出す一辺（ここでは第一辺５８ａ）部分において、フランジ部５２ｃと封口板５４との接合部５７を効果的に抑えることができず、シール性および耐圧性能の確保が不十分になる虞がある。
他方、上記の通り、上記構成の組電池２００によると、図５に示すように、平坦面５２ａの端辺のうち少なくとも一辺部分には、拘束時に隣接する単電池ケースに押し付けられる押圧凸部５６ｂと該拘束時に該単電池ケースに接触しない非接触凹部５６ａ、１５６ａとからなる凹凸が形成されており、非接触凹部５６ａ、１５６ａの底面５３ａ、１５３ａに電極端子８０、８２が配置されているので、ケース本体５２の平坦面５２ａに拘束荷重９０が加わったときに、平坦面５２ａと同一平面となる押圧凸部５６ｂが隣接する単電池ケースに押し付けられることで、拘束荷重が側壁５２ｂを介してフランジ部５２ｃと封口板５４との接合部５７に適切に伝わり得る（矢印９２参照）。そのため、ケース内部から電極端子８０、８２をケース外に取り出す一辺（ここでは第一辺５８ａ）部分において、フランジ部５２ｃと封口板５４との接合部５７におけるシール性および耐圧性能が効果的に高まる。このことによって、従来に比して、各単電池１００のシール性および耐圧性能が十分に確保された組電池２００を実現することができる。
好ましい一態様では、横方向Ｘにおいて、平坦面５２ａの長さ（全長）Ｌに対する凹部５６ａ、１５６ａ、２５６ａ、３５６ａの合計長さ（すなわち、電極端子８０、８２、ガス排出弁６０および注液栓７０がそれぞれ配置された４つの凹部５６ａ、１５６ａ、２５６ａ、３５６ａの合計長さ）は、０．７Ｌ以下（例えば０．３Ｌ〜０．７Ｌ）であり得る。凹部５６ａ、１５６ａ、２５６ａ、３５６ａの合計長さは、好ましくは０．６Ｌ以下、より好ましくは０．５Ｌ以下である。このような凹部５６ａ、１５６ａ、２５６ａ、３５６ａの合計長さの範囲内であると、ケース内部から電極端子８０、８２をケース外に取り出す一辺（ここでは第一辺５８ａ）部分において、フランジ部５２ｃと封口板５４との接合部５７におけるシール性および耐圧性能を効果的に高めることができる。
また、上記組電池２００によれば、非接触凹部５６ａは、底面５３ａに配置された正極端子８０に対して、正極端子８０の三方を囲むように底面５３ａ、１５３ａから立ち上がった３つの内壁５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ（図６）と、該内壁が形成されずにケースの外方に向けて開口した開口部５３ｅ（図６）とを有している。横方向Ｘにおいて、正極端子８０の長さ（幅）は、内壁５３ｂと内壁５３ｄの間隔と略同じである。また、縦方向Ｙにおいて、正極端子８０の長さ（幅）は、内壁５３ｃから第１辺５８ａまでの長さよりも大きい。このようにすれば、縦方向Ｙにおいて、開口部５３ｅを通じて正極端子８０を平坦面５２ａの第１辺５８ａよりもケース外方に突出するように設けることができ、組電池化する際（例えば隣接する単電池端子間をバスバー等で接続する際）の組み付け性が良好となる。また、正極端子８０の外形に沿って非接触凹部５６ａが形成されるので、押圧凸部５６ｂの面積を相対的に大きくしてフランジ部５２ｃと封口板５４との接合部５７に効率的に荷重を伝えることができる。そのため、シール性をより効果的に高めることができる。
また、上記実施形態では、厚み方向Ｚにおいて、正極端子８０の長さ（高さ）は、凹部５６ａの深さ（底面５３ａから平坦面５２ａまでの高さ）よりも小さい。換言すれば、底面５３ａに配置された正極端子８０は、厚み方向Ｚにおいて、平坦面５２ａよりもケース外方に突出しないように配置されている。このようにすれば、平坦面５２ａおよび押圧凸部５６ｂに加わった荷重をフランジ部５２ｃと封口板５４との接合部５７に適切に伝えることができ、シール性をより効果的に高めることができる。
また、上記実施形態では、非接触凹部２５６ａの底面２５３ａには、ケース内で発生したガスを排出するガス排出弁６０が配置されている。このようにすれば、ガス排出弁６０が配置された平坦面５２ａの一辺（ここでは第一辺５８ａ）部分において、シール性が十分に確保された電池構造が実現され得る。また、当該一辺（ここでは第一辺５８ａ）部分における耐圧性能が高まるので、ガス排出弁６０の変形を効果的に抑えて排出弁の誤作動を抑制することができる。また、上記実施形態では、非接触凹部２５６ａは、底面２５３ａに配置されたガス排出弁６０に対して、ガス排出弁６０の三方を囲むように底面２５３ａから立ち上がった３つの内壁２５３ｂ、２５３ｃ、２５３ｄ（図８）と、該内壁が形成されずにケースの外方に向けて開口した開口部２５３ｅ（図８）とを有している。このようにすれば、ケース内圧の上昇によってガス排出弁６０が開放された際に、当該ガス排出弁６０から噴出した電解液の飛沫が広範囲に拡散することを凹部２５６ａの内壁２５３ｂ、２５３ｃ、２５３ｄによって抑制することができるとともに、ケース外方に向けて開口した開口部２５３ｅから当該電解液の飛沫を排出することができる。このため、ガス排出弁６０から噴出した電解液によってケースが劣化したり、外部短絡が生じたりすることを適切に防止することができる。
また、上記実施形態では、非接触凹部３５６ａの底面３５３ａには、電解液の注液孔を塞ぐ注液栓７０が配置されている。このようにすれば、注液栓７０が配置された平坦面５２ａの一辺（ここでは第一辺５８ａ）部分において、シール性が十分に確保された電池構造が実現され得る。また、当該一辺（ここでは第一辺５８ａ）部分における耐圧性能が高まるので、注液栓７０の変形や破壊を効果的に抑えて電池のシール性を良好に維持することができる。
また、上記実施形態では、電池ケース５０は、一端が開口した凹状のケース本体５２と、該ケース本体５２の開口部５２ｄを塞ぐ封口板５４とを有する。複数の単電池１００は、該単電池１００それぞれが備える電池ケース５０のケース本体５２同士および封口板５４同士が対向するように交互に一つずつ向きを反転させて配列されている。このようにすれば、例えば作業者が特別な注意を払わずとも各単電池１００を予め設定された正しい向き（すなわち、隣り合う単電池１００の正極端子８０と負極端子８２同士が隣り合うように、単電池１００の向きを交互に逆向きにした状態）に組み付けることができ、組電池２００を組み付ける際の作業効率が向上する。
また、上記組電池２００によれば、各単電池１００が備えるケース本体５２は、厚み方向Ｚの一方が開口している。このようにケース本体５２の厚み方向Ｚに開口部５２ｄを設けることで、ケース本体５２の横方向Ｘや縦方向Ｙ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。そのため、ケース本体５２の厚み方向Ｚの厚みを薄くして単電池１００を薄型化しても、電極体１０を電池ケース５０に容易に収容（挿入）することができる。好ましい一態様では、組電池２００を構成する各単電池１００は、横方向Ｘおよび縦方向Ｙの寸法に対して厚み方向Ｚの寸法が小さい。図示した例では、単電池１００の横方向Ｘの寸法は、縦方向Ｙの寸法よりも小さい。また、単電池１００の厚み方向Ｚの寸法は、横方向Ｘの寸法よりも小さい。例えば、単電池１００の厚み方向Ｚの寸法は、横方向Ｘの寸法の１／１０以下であり、典型的には１／２０（例えば１／３０以下）であり得る。単電池１００の厚み方向Ｚの寸法は、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍ（典型的には５ｍｍ〜１０ｍｍ）に設定され得る。単電池１００の横方向Ｘの寸法は、例えば１０ｃｍ〜４０ｃｍ（典型的には１５ｃｍ〜３０ｃｍ）に設定され得る。このような大型かつ薄型の単電池１００は、内圧の受圧面積が大きく（ひいては剛性が低く）、内圧上昇によりフランジ部５２ｃと封口部材５４との接合部５７が変形しやすい（ひいてはシール性を確保しにくい）ため、本構成を適用することによるシール性向上効果がより良く発揮され得る。
以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記した実施形態では、一端が開口した凹状のケース本体５２と、該ケース本体５２の開口部５２ｄを塞ぐ平板状の封口部材５４とを有する場合を例示したが、封口部材５４は平板状に限定されない。例えば、封口部材５４は、一端が開口した凹状の封口部材であってもよい。また、封口部材５４は、開口部の周縁にフランジ部を有していてもよい。この場合、ケース本体５２の開口部５２ｄに封口部材の開口部を重ね合わせて周縁部（フランジ部）を相互に接合することで、電池が密封され得る。
また、上記した実施形態では、ケース本体５２の開口部５２ｄの周縁にフランジ部５２ｃを設け、当該フランジ部５２ｃと封口部材５４とを接合する場合を例示したが、ケース本体５２と封口部材５４との接合態様はこれに限定されない。ここに開示される密閉型電池は、ケース本体５２に設けられた開口部５２ｄの周縁部分と封口部材５４とが互いに接合されていればよい。例えば、図１３に示すように、封口板５４の周縁部にケース本体５２側に突出した凸状部５４ａを該ケース本体の側壁に沿って設け、封口板５４における凸状部５４ａの内側を向く側面５５ａにケース本体５２の側壁５２ｂの外周面を接するように重ね合わせ、凸状部５４ａの内側を向く側面５５ａとケース本体５２の側壁５２ｂの外周面との合わせ目９８を溶接してもよい。このような場合でも、ケース本体５２と封口板５４との接合部５７に適切な荷重を付与し得、前述した作用効果を得ることができる。
また、上記した実施形態では、正極端子８０、負極端子８２、ガス排出弁６０および注液栓７０が平坦面５２ａの同一辺（ここでは第１辺５８ａ）部分に設けられている場合を例示したが、これに限定されない。例えば、正極端子８０、負極端子８２、ガス排出弁６０および注液栓７０は、平坦面５２ａの互いに異なる一辺部分に設けられていてもよい。正極端子８０、負極端子８２、ガス排出弁６０および注液栓７０を平坦面５２ａの異なる一辺部分に設けた場合も、それらの設置個所のみ凹形状とすることで、該一辺部分におけるシール性および耐圧性能を良好に確保することができる。
また、ここに開示される技術の好適な適用対象は、上述した積層タイプの電極体１０に限定されない。例えば、正極集電体２２と負極集電体３２とがそれぞれ帯状のシート材であり、正極集電体２２と負極集電体３２とが、長手方向を揃え、かつ、正極活物質層２４と負極活物質層３４とが、セパレータ４０を介在させた状態で互いに対向するように配置され、捲回軸廻りに捲回された捲回電極体であってもよい。このような場合であっても、上述の効果を得ることができる。
上記組電池２００は各種用途に利用可能であるが、例えば車両に搭載されるモーター用の動力源（駆動用電源）として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、典型的には自動車、例えばプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等が挙げられる。
１０ 電極体
２０ 正極
３０ 負極
４０ セパレータ
５０ 電池ケース
５２ ケース本体
５２ａ 平坦面
５２ｂ 側壁
５２ｃ フランジ部
５２ｄ 開口部
５４ 封口部材
５６ａ 凹部（非接触凹部）
５６ｂ 凸部（押圧凸部）
５７ 接合部
５８ａ 第一辺
６０ ガス排出弁
７０ 注液栓
８０ 正極端子
８２ 負極端子
９０ 拘束荷重
１００ リチウムイオン二次電池
２００ 組電池

Claims (6)

  1. 正極および負極を備える電極体と、
    前記電極体および電解液を収容する角型のケースと、
    前記電極体と電気的に接続され、前記ケースの外部に引き出された電極端子と
    を備える密閉型電池であって、
    前記角型のケースは、開口部を有する凹状のケース本体と、該ケース本体の開口部を覆うように取り付けられた封口部材とを備えており、
    前記ケース本体は、前記電極体を挟んで前記封口部材と対向する平坦面と、前記電極体の周りを囲むように該平坦面から立ち上がった側壁とを有しており、
    前記ケース本体に設けられた前記開口部の周縁部分と前記封口部材とは、シール溶接によって互いに接合されており、
    前記平坦面の端辺のうち少なくとも一辺部分には、前記ケース内部に向かって窪んだ凹部と該平坦面と同一平面となる凸部とからなる凹凸が形成されており、
    前記凹部の底面に前記電極端子が配置されている、密閉型電池。
  2. 前記凹部の底面には、前記ケース内で発生したガスを排出するガス排出弁が配置されている、請求項１に記載の密閉型電池。
  3. 前記凹部の底面には、前記電解液の注液孔を塞ぐ注液栓が配置されている、請求項１または２に記載の密閉型電池。
  4. 複数の充放電可能な単電池が直列に接続されて構成された組電池であって、
    正極および負極を備える電極体と、該電極体および電解液を収容する角型のケースと、該電極体と電気的に接続され、該ケースの外部に引き出された電極端子とを備える密閉型の単電池を複数備えており、
    前記角型のケースは、開口部を有する凹状のケース本体と、該ケース本体の開口部を覆うように取り付けられた封口部材とを備えており、
    前記複数の単電池は、該単電池それぞれが備える前記ケースにおいて前記ケース本体と前記封口部材とが重ね合わされる方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されており、
    前記ケース本体は、隣接する単電池ケースの互いに対向する面であって前記拘束時に荷重を受ける平坦面と、前記電極体の周りを囲むように該平坦面から立ち上がった側壁とを有しており、
    前記ケース本体に設けられた前記開口部の周縁部分と前記封口部材とは、シール溶接によって互いに接合されており、
    前記平坦面の端辺のうち少なくとも一辺部分には、前記拘束時に隣接する単電池ケースに押し付けられる押圧凸部と該拘束時に該単電池ケースに接触しない非接触凹部とからなる凹凸が形成されており、
    前記非接触凹部の底面に前記電極端子が配置されている、組電池。
  5. 前記凹部の底面には、前記ケース内で発生したガスを排出するガス排出弁が配置されている、請求項４に記載の組電池。
  6. 前記凹部の底面には、前記電解液の注液孔を塞ぐ注液栓が配置されている、請求項４または５に記載の組電池。
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