JP2018181435A - 二次電池及び二次電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極体と電池ケースとの間に電池用フィルムによる絶縁性が好適に維持される二次電池、及び、当該二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】二次電池は、電極体と電池ケースとの間に樹脂製フィルム40が配置されている。電池ケースは、電極体が挿入される矩形状の開口部の角部に丸みを有し、樹脂製フィルム40は、列状に並んだ一方の広い面42と他方の広い面42との間に設けられた折り返し面46と、それらの両側にそれぞれ隣接して設けられ、電池ケースの幅からはみ出す位置まで延設されている第1及び第2端部43A,43Bと下端部44とを有し、一方の広い面42に隣接する第1端部43Aは、傾斜角θ1を有する傾斜辺43Cを有し、他方の広い面42に隣接する第2端部43Bは、傾斜角θ2を有する傾斜辺43Dを有し、第1端部43Aの傾斜辺43Cの傾斜角θ1と第2端部43Bの傾斜辺43Dの傾斜角θ2とは相違する角度である。【選択図】図3

Description

本発明は、電池ケースと電極体との間に電池用フィルムが配置されている二次電池、及び当該二次電池の製造方法に関する。
二次電池の電池ケースと電極体との間に電池用フィルムを備える電池として、例えば特許文献1に記載の二次電池が知られている。
特許文献1に記載の二次電池は、電極体と電池ケースとの間に絶縁性を有する電池用のフィルムを備えている。電池用フィルムは、電極体の外周面と電池ケースの内壁面とを機械的及び電気的に隔離する。この電池用フィルムは偏光フィルムである。当該電池用フィルムは、該電池用フィルムの電極体に巻き付けられる方向である延伸方向に直交する方向と電池ケースの幅広面の長辺方向とが一致する方向に配置されている。つまり、この二次電池は、外周に電池用フィルムが配置された電極体が電池ケースに挿入されて構成されている。
特開2016−62645号公報
ところで、図7に示すように、薄くて弾性変形する電池用フィルム400は、端部等が熱溶着により固定されていることで電極体を収納可能な袋形状を維持している。例えば、電極体を収容可能な電池用フィルム400は、1枚のフィルムを折り返したときに相対向する面である一対の長側面442と、長側面442において折り返し線に直交する側の両辺にそれぞれ設けられた短側面443とを備える。そして、相対向している一対の長側面442の各短側面443が重なるように折り込まれ、その重なる部分に固定部401が熱溶着で形成されている。しかしながら、電池用フィルム400は、薄いフィルムからなるため熱を加えすぎると固定部401に溶融孔402が生じたり、固定部401に亀裂の要因となるバリが生じたり、袋形状に生じた歪みに起因する応力等によって固定部401に亀裂403が生じたりして、電気的な絶縁性を適切に維持することができなくなるおそれがある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極体と電池ケースとの間に電池用フィルムによる絶縁性が好適に維持される二次電池、及び、当該二次電池の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決する二次電池は、電極体と電池ケースとの間にフィルムが配置されている二次電池であって、前記電池ケースは、前記電極体が挿入される矩形状の開口部の角部に丸みを有し、前記フィルムは、樹脂からなり、前記電池ケースの相対向する2つの側面のうちの一側面に対向する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、列状に並んだ前記第1の面と前記第2の面との間に設けられた折り返し面と、前記列方向に平行して前記第1の面、前記第2の面及び前記折り返し面の両側にそれぞれ隣接して設けられた端部であって、前記電池ケースの幅からはみ出す位置まで延設されている端部とを有し、前記第1の面に隣接する端部は第1端部であり、前記第1端部は、前記第1の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線の延長線に対して前記第1の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、前記第2の面に隣接する端部は第2端部であり、前記第2端部は、前記第2の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線の延長線に対して前記第2の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、前記第1端部の傾斜辺の傾斜角と前記第2端部の傾斜辺の傾斜角とは相違する角度である。
このような構成によれば、電極体を電池ケースに挿入する以前にフィルムに熱溶着等の加工を施して袋形状に成形する必要がない。詳述すると、袋形状に成形していないフィルムを電極体とともに電池ケースに挿入することで、フィルムの端部が傾斜角により電池ケースの内壁面に誘導されて折れ曲がることで該フィルムが電極体と電池ケースとの間に配置されるようになる。これにより、フィルムに熱溶着加工がなされないため熱溶着箇所に貫通孔が発生するおそれがなく、袋形状の歪み等に起因する応力等によって熱溶着された拘束箇所に裂け目が生じるおそれもない。よって、電極体と電池ケースとの間に電池用フィルムによる絶縁性が好適に維持される。
また、電極体を電池ケースに挿入する際に、端部が電池ケースの内壁面に沿って折れ曲がるタイミングが相違することになる。このため、端部同士が対向するとしても、折れ曲がりの状態が相違するから端部同士が衝突せずに好適に重なり合うようになる可能性が高められる。
上記課題を解決する二次電池は、電極体と電池ケースとの間にフィルムが配置されている二次電池であって、前記電池ケースは、前記電極体が挿入される矩形状の開口部の角部に丸みを有し、前記フィルムは、樹脂からなり、前記電池ケースの相対向する2つの側面のうちの一側面に対向する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、列状に並んだ前記第1の面と前記第2の面との間に設けられた折り返し面と、前記列方向に平行して前記第1の面、前記第2の面及び前記折り返し面の両側にそれぞれ隣接して設けられた端部であって、前記電池ケースの幅からはみ出す位置まで延設されている端部とを有し、前記第1の面に隣接する端部は第1端部であり、前記第1端部は、前記第1の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線の延長線に対して前記第1の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、前記第2の面に隣接する端部は第2端部であり、前記第2端部は、前記第2の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線の延長線に対して前記第2の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、前記開口部の辺であって前記第1端部と前記第2端部とが対向する辺の両端にある2つの角部は各角部の丸みの曲率が相違する。
このような構成によれば、電極体を電池ケースに挿入する以前にフィルムに熱溶着等の加工を施して袋形状に成形する必要がない。詳述すると、袋形状に成形していないフィルムを電極体とともに電池ケースに挿入することで、フィルムの端部が傾斜角により電池ケースの内壁面に誘導されて折れ曲がることで該フィルムが電極体と電池ケースとの間に配置されるようになる。これにより、フィルムに熱溶着加工がなされないため熱溶着箇所に貫通孔が発生するおそれがなく、袋形状の歪み等に起因する応力等によって熱溶着された拘束箇所に裂け目が生じるおそれもない。よって、電極体と電池ケースとの間に電池用フィルムによる絶縁性が好適に維持される。
また、電池ケースの開口部の2つの角部においてフィルムの端部が丸みに沿って折れ曲がるタイミングが相違することになるため、端部同士が対向するとしても、折れ曲がりの状態が相違するから端部同士が衝突せずに好適に重なり合うようになる可能性が高められる。
好ましい構成として、前記第1の面両側の前記第1端部の各傾斜辺の傾斜角は同じ角度であり、前記第2の面両側の前記第2端部の各傾斜辺の傾斜角は同じ角度である。
このような構成によれば、同じ面の端部の各傾斜辺の傾斜角が同じ角度になるのでフィルムの加工が容易になる。
好ましい構成として、前記折り返し面に隣接する端部は、前記境界線の延長線上に辺を有する。
このような構成によれば、折り返し面に隣接する端部の幅が折り返し面の幅と同じになるため、電池ケースへの干渉や、他の端部との干渉が少なくなり、電池ケースへの配置が容易になる。
好ましい構成として、前記折り返し面に隣接する端部は、前記列方向に直交する方向に延びる1又は複数の切れ込みを有する。
端部に切れ込みがない場合、折り返し面が湾曲していたとすると、折り返し面に隣接する端部を折り返し面の方向に折り曲げることが困難になる。この点、このような構成によれば、端部は列方向に直交する1又は複数の切れ込みを有することから、折り返し面が列方向に湾曲していたとしても、こうした湾曲を切れ込みの間に角度をつくり吸収することで端部を折り返し面の方向に折り曲げることができるようになる。
好ましい構成として、前記樹脂は、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンエーテル(PPE)及びポリエチレン(PE)のいずれか1つ、又は、PP、PPE及びPEの少なくとも2つを組み合わせたものである。
このような構成によれば、電池用フィルムを絶縁性や耐薬品性を有するものとすることができる。
好ましい構成として、前記二次電池は、リチウムイオン二次電池である。
このような構成によれば、リチウムイオン二次電池の電極体と電池ケースとの間に、樹脂製の電池用フィルムを配置することができる。
上記課題を解決する二次電池の製造方法は、電極体と電池ケースとの間にフィルムが配置されている二次電池の製造方法であって、前記電池ケースは、前記電極体が挿入される矩形状の開口部の角部に丸みを有し、前記フィルムは、樹脂からなり、前記電池ケースの相対向する2つの側面のうちの一側面に対向する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、列状に並んだ前記第1の面と前記第2の面との間に設けられた折り返し面と、前記列方向に平行して前記第1の面、前記第2の面及び前記折り返し面の両側にそれぞれ隣接して設けられた端部であって、前記電池ケースの幅からはみ出す位置まで延設されている端部とを有し、前記第1の面に隣接する端部は第1端部であり、前記第1端部は、前記第1の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線に対して前記第1の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、前記第2の面に隣接する端部は第2端部であり、前記第2端部は前記第2の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線に対して前記第2の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有しており、前記電池ケースの開口部と前記電極体との間に前記フィルムを配置する工程と、前記電極体の先端面と前記フィルムの折り返し面とを対向させながら前記電池ケースの開口部に前記電極体を挿入することで、前記フィルムの前記第1端部と前記第2端部とを異なるタイミングで前記丸みに沿って折り曲げる工程と、前記電池ケースの開口部に前記電極体を挿入することで前記電極体と前記電池ケースとの間に前記フィルムを配置させる工程とを備える。
このような方法によれば、電極体を電池ケースに挿入する以前にフィルムに熱溶着等の加工を施して袋形状に成形する必要がない。詳述すると、袋形状に成形していないフィルムを電極体とともに電池ケースに挿入することで、フィルムの端部が傾斜角により電池ケースの内壁面に誘導されて折れ曲がることで該フィルムが電極体と電池ケースとの間に配置されるようになる。これにより、フィルムに熱溶着加工がなされないため熱溶着箇所に貫通孔が発生するおそれがなく、袋形状の歪み等に起因する応力等によって熱溶着された拘束箇所に裂け目が生じるおそれもない。よって、電極体と電池ケースとの間に電池用フィルムによる絶縁性が好適に維持される。
好ましい方法として、前記フィルムを配置する工程では、前記フィルムを前記電極体に予め巻き付ける。
このような方法によれば、電池ケースと電極体との間へのフィルムの配置が容易になる。
本発明によれば、電極体と電池ケースとの間に電池用フィルムによる絶縁性が好適に維持される。
二次電池の一実施形態について、その分解斜視構造を示す斜視図。 同実施形態における電池ケースの上側にある開口部の構造を示す上面図。 同実施形態における電池用フィルムの展開構造を示す展開図。 同実施形態における二次電池の製造工程の大枠を示すフローチャート。 同実施形態における二次電池の製造工程の挿入処理の手順を示すフローチャート。 二次電池のその他の実施形態について、その電池ケースの上側にある開口の構造を示す上面図。 従来の二次電池の電池用フィルムの形態について、その斜視構造を示す斜視図。
図1〜図6に従って、二次電池10の一実施形態について説明する。本実施形態の二次電池10は、バスバーで複数が接続されることにより組電池を構成する。組電池は、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に搭載され、電動モータ等に電力を供給する。二次電池10は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であり、外形が直方体形状の密閉式電池である。
図1に示すように、二次電池10は、開口部53を有する直方体形状の電池ケース50と、電池ケース50を封止する蓋体20と、電池ケース50の内部に収容される電極体30と、電極体30と電池ケース50との間に配置される電池用フィルムとしての樹脂製フィルム40とを備える。電池ケース50及び蓋体20はアルミニウム合金などの金属で構成されている。二次電池10は、電池ケース50に蓋体20が取り付けられることで密閉された電槽が構成される。また二次電池10は、蓋体20に、電力の充放電に用いられる2つの外部端子21を備えている。
図2に示すように、電池ケース50は、開口部53からみて底になる矩形状の底面52と、底面52を囲うように設けられた側面であって、底面52の長辺に沿う2つの長側面51と、底面52の短辺に沿う2つの短側面54とを備える。
開口部53は、電極体30が挿入される矩形状の開口であって、角部55,56に丸みを有するとともに、ここに蓋体20が組み合わされて溶着されることによって電池ケース50が封止される。
開口部53は、その大きさが矩形状の長手方向に幅W51、同矩形状の短手方向に長さL51を有する。開口部53は、長手方向が電極体30の捲回方向R(図1参照)に直交する方向であり、短手方向が電極体30の扁平形状の厚み方向(厚みH30:図1参照)である。また、開口部53は、角部55,56に曲率半径R1(曲率1/R1)の丸みを有する。丸みは、直角等の角を微小半径(アール)の曲線に置き換えた部分である。つまり、開口部53は、長手方向には曲率半径R1の長さを除いた直線部分の幅W52(=幅W51−曲率半径R1×2)を有するとともに、短手方向には曲率半径を除いた直線部分の長さL52(=長さL51−曲率半径R1×2)を有する。
図1に示すように、電極体30は、正極板と負極板とが間にセパレータを挟んで捲回方向Rに捲回されているとともに、扁平形状に形成されている。正極板は、正極の芯体と芯体に担持された正極合剤とを有し、正極の芯体はアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。負極板は、負極の芯体と芯体に担持された負極合剤とを有し、負極の芯体は銅又は銅合金から形成されている。電極体30は、正極の芯材が露出された正極側露出部に正極端子が接続され、負極の芯材が露出された負極側露出部に負極端子が接続されている。
電極体30は、扁平形状における2つの長側面31、2つの長側面31の間にあって捲回方向Rに向かって折り返される上面33と下面32、捲回体の端となる2つの端面34を備えている。上面33は蓋体20に対向する側の面であり、下面32は電池ケース50の底面52に対向する側の面である。2つの長側面31はそれぞれ、電池ケース50の長側面51に対向する面である。2つの端面34はそれぞれ、電池ケース50の短側面54に対向する面である。このうち、上面33と蓋体20との間の距離は正極端子及び負極端子との接続構造により確保されていることから樹脂製フィルム40を介在させることにより絶縁性を確保する必要はない。一方、その他の面については、電極体30と電池ケース50との間の距離が極めて近かったり、電極体30が膨張すると接触するおそれがあったり、異物等の挟み込みによる短絡のおそれがあったりすることから、電極体30と電池ケース50との間に絶縁性を確保する樹脂製フィルム40を配置する必要がある。
上述するように、電池ケース50や蓋体20からなる電槽は導電性を有するアルミニウム合金からなる。そのため、電槽と電極体30との間には絶縁性を維持する必要がある。特に、電極体30の負極板が電池ケース50に短絡するような場合、電池ケース50が腐食してしまうおそれもある。そのため、電池ケース50内には、電極体30の膨張や、移動、異物の侵入等の不都合が生じたとしても短絡が生じることがないようにしておく必要がある。
そこで、樹脂製フィルム40は、電池ケース50の内壁面57(図2参照)と電極体30との間の電気的な絶縁性を確保する。樹脂製フィルム40は、絶縁性を有するフィルムであり、例えば合成樹脂であるポリプロピレン(PP)から構成される。なお、樹脂製フィルム40は、無延伸PPが好ましく、その他、ポリフェニレンエーテル(PPE)や、ポリエチレン(PE)、及びこれらのうちの少なくとも2つを組み合わせたもの、例えばポリマーアロイ等であってもよい。ポリマーアロイとしては、例えば、ポリプロピレンとポリエチレンとを混合したもの(PP/PEアロイ)が挙げられる。
樹脂製フィルム40は、電極体30の捲回方向Rに沿って配置される。詳述すると、樹脂製フィルム40は、電極体30のうち、2つの長側面31と、捲回方向Rに列状に並んでいて2つの長側面31に挟まれる下面32と、列方向(捲回方向R)に対して直交する方向にある2つの端面34とに対向するように配置される。よって、樹脂製フィルム40は、電池ケース50内で電池ケース50の内壁面57と、電極体30の外周面との間に介在し、電池ケース50と電極体30との間の絶縁性を確保する。
図3に示すように、樹脂製フィルム40は、電池ケース50の2つの長側面51にそれぞれ対向する広い面42と、電池ケース50の2つの短側面54に対向する第1端部43A、第2端部43B及び下端部44と、電池ケース50の底面52に対向する折り返し面46とを備える。換言すると、樹脂製フィルム40の広い面42は電極体30の長側面31に対向し、第1端部43A、第2端部43B及び下端部44は電極体30の端面34に対向し、折り返し面46は電極体30の下面32に対向する。よって、二次電池において、樹脂製フィルム40は、電池ケース50の長側面51と電極体30の長側面31の間に広い面42を配置させ、電池ケース50の短側面54と電極体30の端面34との間に第1端部43A、第2端部43B及び下端部44を配置させ、電池ケース50の底面52と電極体30の下面32との間に折り返し面46を配置させる。
樹脂製フィルム40は、広い面42と各第1及び第2端部43A,43Bとの間には折り曲げ線41を有している。折り曲げ線41及び各第1及び第2端部43A,43Bはそれぞれ、列方向に対して広い面42の両側(両端)に設けられている。折り曲げ線41は、広い面42に対して第1及び第2端部43A,43Bが折れ曲がる方向を規定する線であり、第1及び第2端部43A,43Bが広い面42の方向へ押し曲げられたとき、第1及び第2端部43A,43Bが広い面42に対して折れ曲がる部分である。
また、樹脂製フィルム40は、広い面42と折り返し面46との間にはそれぞれ折り曲げ線47を有している。つまり、折り返し面46は、2つの折り曲げ線47の間に区画されている。折り返し面46は、列方向(捲回方向R)に直交する方向の両端に、換言すると折り曲げ線41よりも外側に前記下端部44を備えている。つまり、下端部44は、2つの折り曲げ線47の間であって、折り返し面46に対して列方向の両側(両端)に設けられている。下端部44は、折り曲げ線41から列方向に直交する方向に延びる切れ込みを有する。これにより、折り曲げ線41が湾曲していたとしても、折り曲げられた下端部44にかかる応力に対して下端部44が変形して、下端部44を適切に折り曲げられることができるようになる。
続いて、図1〜図3を参照して、電極体30、電池ケース50及び樹脂製フィルム40の大きさについて説明する。
図1に示すように、電極体30は、捲回方向Rに対して、最大径が長さL32R、上面33の半円部分の長さが「2π×L37R/2」、下面32の半円部分の長さが「2π×L35R/2」、長側面の長さが長さL33(=L32R−L37R−L35R)である。また、電極体30は、捲回方向Rに直交する方向である幅方向には幅W30、2つの長側面31の間の厚さは厚さH30である。
図2に示すように、電池ケース50は、開口部53から底面52までの深さが電極体30の長さL32Rより深い深さである。開口部53の長手方向は電極体30の幅W30よりも広い幅W51である。開口部53の短手方向は電極体30の厚みH30よりも広い長さL51である。好ましくは、開口部53の長手方向の幅W52が電極体30の幅W30以上の幅である。また、開口部53の短手方向の長さL52が電極体30の幅H30以上の幅であってもよい。
図3に示すように、樹脂製フィルム40は、電極体30と電池ケース50との間に介在できるとともに、端部が折りたたまれることで電池ケース50内に収容可能な大きさである。樹脂製フィルム40は、展開した状態で列方向に最大長さL40、列方向に直交する方向である幅方向に最大幅W40を有している。例えば、樹脂製フィルム40が電極体30にぴったりと捲回されたとき、2つの広い面42の間隔H40は厚さH30と略同じであり、折り返し面46の半円部分の径L45Rは径L35Rと略同じであり、捲回方向Rの最大長L42Rは長さL32Rと略同じになる。
最大長さL40は、少なくとも電極体30の一方の長側面31、下面32及び他方の長側面31に巻き付け可能な長さであって、最長で電池ケース50の深さの2倍に広い長さL51を足した長さである。よって、具体的には、「L33×2+2π×L35R/2」≦「L40」≦「電池ケース50の深さ×2+L51」であることが好ましい。この範囲には、「L33×2+H30」や「L32R×2+H30」が含まれる。
最大幅W40は、開口部53の周長の半周よりも長い長さを有している。好適には、電池ケース50の1つの短側面に配置される第1及び第2端部43A,43Bがそれらの間に隙間を形成しないようにするため、第1及び第2端部43A,43Bが所定の幅で重なり合う程度の長さである。また、第1端部43Aや第2端部43Bが短側面54を超えて対向する長側面51に至らないことが好ましい。よって、概略的には「W51+L51/2×2」≦「W40」≦「W51+L51×2」であることが好ましい。より詳細には、「W52+2π×R1/4×2+L52/2×2」≦「W40」≦「W52+2π×R1/4×4+L52×2」であることが好ましい。
広い面42は、列方向には長さL43を有しており、幅方向には幅W42を有している。例えば、長さL43は、「L33」≦「L43」≦「電池ケース50の深さ」に設定される。また、例えば、幅W42は、「W30」≦「W42」≦「W51」に設定されている。
折り返し面46は、列方向には長さL44を有しており、幅方向には幅W42を有している。例えば、長さL44は、「H30」≦「L44」≦「L51」に設定されている。
下端部44は、列方向には長さL44を有しており、幅方向には幅W43を有している。
第1及び第2端部43A,43Bは、幅方向には幅W43を有している。例えば、幅W43は、「(W40−W42)/2」に設定される。また、第1及び第2端部43A,43Bは、広い面42に隣接する辺は列方向には長さL43以下を有しており、広い面42に隣接する辺は長さL43であるが、当該隣接する辺の対辺の長さは長さL43未満である。つまり、幅方向において先細り形状となっている。詳述すると、第1及び第2端部43A,43Bは、下端部44側の傾斜辺43C,43Dだけが他の辺と直交しない台形形状を有している。例えば、一方の広い面42に隣接する第1端部43Aは、傾斜辺43Cが折り曲げ線47の延長線に対して傾斜角θ1だけ一方の広い面42の方向に傾斜している。また、例えば、他方の広い面42の第2端部43Bは、傾斜辺43Dが折り曲げ線47の延長線に対して傾斜角θ2だけ他方の広い面42の方向に傾斜している。本実施形態では、傾斜角θ1と傾斜角θ2とは相違する角度であるとともに、角度の大小関係が「θ1<θ2」の関係にある。
図4及び図5を参照して、本実施形態の二次電池の作用について説明する。
図4に示すように、二次電池10の製造が開始されると、フィルム加工処理(ステップS10)と、巻き付け処理(ステップS11)と、挿入処理(ステップS12)とが行われる。
フィルム加工処理では、長尺のフィルムから樹脂製フィルム40が切り出される。
巻き付け処理では、切り出された樹脂製フィルム40の各広い面42が電極体30の各長側面31にそれぞれ接着剤等で固定されて、樹脂製フィルム40が電極体30に予め巻き付けられている。このとき、電極体30の長側面31からはみ出す第1及び第2端部43A,43B、電極体30の下面32からはみ出す下端部44は固定されない。
挿入処理では、電池ケース50の開口部53に電極体30の下面32を向かい合わせて、電極体30をその下面32を先にして開口部53から電池ケース50に挿入する。そして、挿入された電極体30は、該電極体30に固定されている蓋体20が電池ケース50の開口部53に当接することで電池ケース50への挿入が完了する。電極体30の電池ケース50への挿入は、電極体30の下面32が電池ケース50の底面52に当接するよりも前に終了する。その後、電池ケース50の開口部53と蓋体20とが溶接されることで電池ケース50が密閉される。
図5を参照して、挿入処理について詳細を説明する。
挿入処理が行われる前段階において、樹脂製フィルム40は、電極体30の長側面31を挟むように2つ折りの形状、例えば、図1に示す形状に維持されている。このとき、広い面42の幅W42は、電池ケース50の長側面51の幅W51未満、好ましくは、幅W52未満の幅である。樹脂製フィルム40の最大幅W40は、電池ケース50の長側面51の幅W51より広いことから、樹脂製フィルム40の下端部44、第1及び第2端部43A,43Bは、電池ケース50の短側面54を越える長さに広がっている。よって、電極体30が電池ケース50へ挿入されることに対応して、下端部44はその面が開口部53に当たる一方、第1及び第2端部43A,43Bは、各傾斜辺43C,43Dが電池ケース50の開口部53に当たることになる。
ここで、挿入処理において、下端部44、及び、第1及び第2端部43A,43Bを開口部53に当てて折り曲げる工程について説明する。このとき、電極体30の幅中央、樹脂製フィルム40の幅中央、及び電池ケース50の幅中央を揃えて、それらを幅中央に沿って移動させることにより、電極体30及び樹脂製フィルム40を電池ケース50へ挿入させる。
図5に示すように、ステップS12の挿入処理が開始されると、下端部折り曲げ工程(ステップS20)、第1端部折り曲げ工程(ステップS21)、第2端部折り曲げ工程(ステップS22)、及び、端部重ね合わせ工程(ステップS23)が順次行われる。概略的には、挿入処理では、まず、下端部折り曲げ工程で樹脂製フィルム40の下端部44が折り曲げられ、次に、第1の端部折り曲げ工程で第1端部43Aが折り曲げられ、続いて、第2の端部折り曲げ工程で第2端部43Bが折り曲げられる。そして、最後に、端部重ね合わせ工程で、これら折り曲げられた第1及び第2端部43A,43B及び下端部44が重ね合わせられる。
下端部折り曲げ工程は、電池ケース50の開口部53のうちの短側面54の辺に樹脂製フィルム40の下端部44を接触させて、挿入方向とは反対方向に折り曲げる、いわゆる、電極体30の端面34に近づくように折り曲げる工程である。詳述すると、開口部53の短側面54の辺を越えて延びている樹脂製フィルム40の下端部44が、電極体30が電池ケース50へ挿入されるにつれて開口部53に線接触するとともに、線接触する位置が下端部44の先端方向に移動しつつ、端面34の方向に向けて折り曲げられる。樹脂製フィルム40の下端部44は、例えば、折り曲げ線41を折れ線として折り曲がる。また、下端部44は、列方向中央に有する切れ込み45により列方向に長さL45である2つの短冊片からなっていることから、切れ込みの部分(短冊片)が重なったり、開いたりすることで折り返し面46の湾曲が吸収される。つまり、下端部44の切れ込み45は、下端部44への折り曲げ線41からの力に対する抗力を低下させる。これにより、下端部44や折り返し面46に加わる応力が抑制される。
第1端部折り曲げ工程は、電池ケース50の開口部53のうちの角部56及び短側面54に樹脂製フィルム40の第1端部43Aを接触させて、電極体30の端面34の方向に折り曲げる工程である。すなわち、開口部53の短側面54の辺を越えて延びている樹脂製フィルム40の第1端部43Aは、各傾斜辺43Cを開口部53に対向させている。このとき、各傾斜辺43Cは、開口部53の辺に対して平行ではなく傾斜角θ1を有している。各傾斜辺43Cは、開口部53に点接触し、この接触点が、電極体30が電池ケース50へ挿入されることに応じて、幅方向に対して広い面42側から先端へ移動していく。これにより、第1端部43Aが接触点を介して開口部53に沿うように案内される。電極体30が電池ケース50へ進入することに応じて、第1端部43Aは、傾斜辺43Cの点接触位置が先端方向に移動しつつ、開口部53を一方の角部56から短側面54、さらには他方の角部55に沿って移動する。
詳述すると、傾斜辺43Cは、傾斜角θ1に基づいて先端側が開口部53に対して後退している。よって、電極体30が電池ケース50に進入するとき、傾斜辺43Cは、長側面51に沿って開口部53に進入し、長側面51側から角部56に接触してから、角部56との点接触位置が曲率半径R1の円弧である角部56に沿って、長側面51側から短側面54側に移動する。そして、傾斜辺43Cの延伸している向きが、長側面51に沿う方向から短側面54に沿う方向に変更される。すなわち、第1端部43Aの延伸方向が、長側面51に沿う方向から短側面54に沿う方向に変化する。このとき、広い面42と第1端部43Aとの間の折り曲げ線41が折れ線として折れ曲がる。
ところで、傾斜辺43Cは、その傾斜角θ1が傾斜辺43Dの傾斜角θ2よりも小さいから、挿入方向において開口部53に対する後退量が傾斜辺43Dの後退量よりも少なく、傾斜辺43Dよりも先に開口部53に接触する。故に、第1端部43Aは、第2端部43Bよりも先に開口部53に沿って折り曲げられる。
第2端部折り曲げ工程は、電池ケース50の開口部53のうちの角部55及び短側面54に樹脂製フィルム40の第2端部43Bを接触させて、電極体30の端面34の方向に折り曲げる工程である。すなわち、開口部53の短側面54の辺を越えて延びている樹脂製フィルム40の第2端部43Bは、各傾斜辺43Dを開口部53に対向させている。このとき、各傾斜辺43Dは、開口部53の辺に対して平行ではなく傾斜角θ2を有している。各傾斜辺43Dは、開口部53に点接触し、この接触点が、電極体30が電池ケース50へ挿入されることに応じて、幅方向に対して広い面42側から先端へ移動していく。これにより、第2端部43Bが接触点を介して開口部53に沿うように案内される。電極体30が電池ケース50へ進入することに応じて、第2端部43Bは、傾斜辺43Dの点接触位置が先端方向に移動しつつ、開口部53を一方の角部55から短側面54、さらには他方の角部56に沿って移動する。
詳述すると、傾斜辺43Dは、傾斜角θ2に基づいて先端側が開口部53に対して後退している。よって、電極体30が電池ケース50に進入するとき、傾斜辺43Dは、長側面51に沿って開口部53に進入し、長側面51側から角部55に接触してから、角部55との点接触位置が曲率半径R1の円弧である角部55に沿って、長側面51側から短側面54側に移動する。そして、傾斜辺43Dの延伸している向きが、長側面51に沿う方向から短側面54に沿う方向に変更される。すなわち、第2端部43Bの延伸方向が、長側面51に沿う方向から短側面54に沿う方向に変化する。このとき、広い面42と第2端部43Bとの間の折り曲げ線41が折れ線として折れ曲がる。
ところで、傾斜辺43Dは、その傾斜角θ2が傾斜辺43Cの傾斜角θ1よりも大きいから、挿入方向において開口部53に対する後退量が傾斜辺43Cの後退量よりも大きく、傾斜辺43Cよりも後に開口部53に接触する。故に、第2端部43Bは、第1端部43Aよりも後に開口部53に沿って折り曲げられる。つまり、先に折り曲げられた第1端部43Aに、後から第2端部43Bが重ねあわされるようになる。このとき、最初に第1端部43Aの辺に、第2端部43Bの辺ではなく、傾斜辺43Dの先端が突き当たることで、第1端部43Aの辺と押しあうのではなく、第1端部43Aの外側又は内側に第2端部43Bが滑り込んで、重なるようになる。つまり、傾斜辺43Cに誘導された第1端部43Aと、傾斜辺43Dに誘導された第2端部43Bとは、短側面54を延伸されるタイミングがずらされることで、第1端部43Aの辺に傾斜辺43Dの端部が当たること、短側面54を延伸する速度に相違があること等によって相互に重なりやすくなっている。
これに対して、2つの傾斜角θ1,θ2が同じであるとすると、第1及び第2端部43A,43Bの先端が同じタイミングで短側面54を延伸し、短側面54の中央で同じような状態で向かい合うことになるから、当たった第1及び第2端部43A,43B同士が突き合いになって浮き上がってしまうようなこともある。一方、本実施形態によれば、第1及び第2端部43A,43Bは重なり合うようになることから、電極体30と電池ケース50との間に樹脂製フィルム40が好適に配置されるようになる。
端部重ね合わせ工程は、折り曲げられた下端部44、第1端部43A、及び第2端部43Bを相互に重ね合わせる工程である。電極体30が電池ケース50に挿入されると、下端部44が折れ曲がり、次に第1端部43Aが下端部44の上に重なるように折れ曲がり、最後に、第2端部43Bが第1端部43A及び下端部44の上に重なるように折れ曲がる。下端部44は、その幅W43だけ電池ケース50に進入すると折り曲げと、重ね合わせが終了する。第1端部43A、及び第2端部43Bは、それぞれの傾斜辺43C,43Dが電池ケース50に進入すると折り曲げが完了し、さらに電池ケース50に進入することで、その折り曲げのかたちで、残りの第1端部43A及び第2端部43Bを重ね合わせる。
各傾斜角θ1,θ2が45°未満であれば、各傾斜辺43C,43Dが折れ曲がったときの先端の高さが、下端部44が折れ曲がったときの高さ(=幅W43)よりも低くなる。よって、傾斜辺43Cと下端部44とで区画される空間、傾斜辺43Dと下端部44とで区画される空間が下端部44、及び、第1端部43Aや第2端部43Bで覆われるようになる。なお、下端部44、第1端部43A、及び第2端部43Bの重なり順は上記には限られない。
これにより、電極体30と電池ケース50との間に樹脂製フィルム40が好適に配置されるようになる。
以上説明したように、本実施形態の二次電池及び二次電池の製造方法によれば、以下に記載するような効果が得られるようになる。
(1)電極体30を電池ケース50に挿入する以前に樹脂製フィルム40に熱溶着等の加工を施して袋形状に成形する必要がない。袋形状に成形していない樹脂製フィルム40を電極体30とともに電池ケース50に挿入することで、樹脂製フィルム40の端部が傾斜角θ1,θ2により電池ケース50の内壁面57に誘導されて折れ曲がり該樹脂製フィルム40が電極体30と電池ケース50との間に配置されるようになる。これにより、樹脂製フィルム40に熱溶着加工がなされないため熱溶着箇所に貫通孔が発生したり、亀裂の要因になるバリが生じたり、袋形状の歪み等に起因する応力等によって熱溶着された拘束箇所に裂け目が生じるおそれもない。よって、電極体30と電池ケース50との間に樹脂製フィルム40による絶縁性が好適に維持される。
(2)電極体30を電池ケース50に挿入する際に、第1及び第2端部43A,43Bが電池ケース50の内壁面57に沿って折れ曲がるタイミングが相違することになる。このため、第1及び第2端部43A,43B同士が対向するとしても、折れ曲がりの状態が相違するから第1及び第2端部43A,43B同士が衝突せずに好適に重なり合うようになる可能性が高められる。
(3)第1端部43Aの各傾斜辺43Cの傾斜角θ1や第2端部43Bの各傾斜辺43Dの傾斜角θ2がそれぞれ同じ角度になるので樹脂製フィルム40の加工が容易になる。
(4)折り返し面46に隣接する下端部44の幅が折り返し面46の長さL44と同じになるため、電池ケース50への干渉や、他の端部との干渉が少なくなり、電池ケース50への配置が容易になる。
(5)下端部44に切れ込み45がない場合、折り返し面46が湾曲していたとすると、折り返し面46に隣接する下端部44を折り返し面46の方向に折り曲げることが困難になる。この点、本実施形態によれば、下端部44は列方向に直交する1又は複数の切れ込み45を有することから、折り返し面46が列方向に湾曲していたとしても、こうした湾曲を切れ込み45の間に角度をつくり吸収することで端部を折り返し面の方向に折り曲げることができるようになる。
(6)樹脂製フィルム40を絶縁性や耐薬品性を有するものとすることができる。
(7)リチウムイオン二次電池の電極体30と電池ケース50との間に、樹脂製フィルム40を配置することができる。
(8)樹脂製フィルム40を電極体30に予め巻き付けることで、電池ケース50と電極体30との間への樹脂製フィルム40の配置が容易になる。
(その他の実施形態)
なお、上記実施形態は以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、電極体30が正極板と負極板とが間にセパレータを挟んで捲回されている場合について例示したが、これに限らず、扁平形状になるのであれば、複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを挟んで積層されているものでもよい。
・上記実施形態では、巻き付け処理では、切り出された樹脂製フィルム40の各広い面42が電極体30の各長側面31にそれぞれ接着剤等で固定されて、電極体30に予め巻き付けられている場合について例示した。しかしこれに限らず、巻き付け処理を省略してもよい。このとき、挿入処理で電池ケースへの電極体の挿入されることに応じて樹脂製フィルムが電極体と電池ケースとの間に挟み込まれるように配置されてもよい。このとき、接着剤を電極体の下面や長側面に配置してもよいし、樹脂製フィルムの折り返し面と広い面とに配置していてもよいし、両方に配置していてもよい。
・上記実施形態では、二次電池10がリチウムイオン二次電池である場合について例示したが、これに限らず、二次電池は、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等のアルカリ二次電池であってもよい。
・樹脂製フィルム40は、PP、PPE、及びPEのいずれか1つから構成されてもよいし、これらPP、PPE、及びPEの少なくとも2つが組み合わされて構成されてもよい。
・上記実施形態では、下端部44が切れ込み45を有する場合について例示したが、これに限らず、樹脂製フィルムの折り返し面を矩形平面状にすることができるのであれば、下端部は切れ込みを有していなくてもよい。
・上記実施形態では、捲回方向Rに対して、下端部44が折り返し面46と同じ長さL44を有する場合について例示したが、これに限らず、下端部の長さは折り返し面の長さよりも長くてもよいし、短くてもよい。
例えば、折り返し面から広がる形状であったとしても、広がる先端は角部に沿って折り曲げられることから電池ケースへ配置することができる。逆に、折り返し面から狭くなる形状であったとしても、第1端部及び第2端部が覆う部分を狭くするのであれば、重なり合わせのときの干渉を小さくすることができる。
・上記実施形態では、一方の広い面42の両側の各傾斜辺43Cの角度はいずれも同じ傾斜角θ1、他方の広い面42の両側の各傾斜辺43Dの角度はいずれも同じ傾斜角θ2である場合について例示した。しかしこれに限らず、一方の広い面の両側の各傾斜辺がそれぞれ相違してもよいし、他方の広い面の両側の各傾斜辺がそれぞれ相違してもよい。広い面の左右の傾斜辺の角度が相違していたとしても、端部は、傾斜辺があれば、開口部に追従して折れ曲がることができる。
・上記実施形態では、傾斜辺43C,43Dの各傾斜角θ1,θ2がそれぞれ相違する場合について例示した。しかしこれに限らず、2つの端部が突き当たったとき、一方の端部が他方の端部に乗り上がることができるように調整することができるのであれば、各傾斜角θ1,θ2が同じであってもよい。
・上記実施形態では、角部55,56の曲率半径R1,R2が同じである場合について例示した。しかしこれに限らず、角部55の曲率半径R1と、角部56の曲率半径R2とが相違していてもよい。
図6に示すように、一方の長側面51の両端にある角部55の曲率半径R1と、他方の長側面51の両端にある角部56の曲率半径R2とが相違していてもよい。このとき、傾斜角θ1,θ2は、相違していてもよいし、同じでもよい。説明の便宜上、R1曲率半径<曲率半径R2であるとともに、傾斜角θ1,θ2が同じであるとする。このとき例えば、曲率半径R1<曲率半径R2であれば、円弧長は「R1の弧<R2の弧」となる。一方、幅の関係は「W51>W52>W53」であり、長さの関係は「L51>L52>L53」となることから、長側面51の中央(W51/2)から短側面54の中央(L51/2)までの距離が角部55経由よりも角部56経由の方が短くなる。よって、角部56に誘導された第1端部43Aと、角部55に誘導された第2端部43Bとは、短側面54に沿って移動するときの速度や角度に相違が生じる。これにより、第1端部43Aと第2端部43Bとは、角度を持って突き当たり、短側面54を移動するときの速度に相違があること等によって相互に重なりやすくなる。
電池ケース50の開口部53の2つの角部55,56において樹脂製フィルム40の第1及び第2端部43A,43Bが丸みに沿って折れ曲がるタイミングが相違することになるため、端部同士が対向するとしても、折れ曲がりの状態が相違するから端部同士が衝突せずに好適に重なり合うようになる可能性が高められる。
・また、角部のうち対角を同じ曲率にして、隣り合う角部の曲率は相違させてもよい。
・また、4つの角部に対して3種類以上の曲率を適用してもよい。
・またこのように、短側面54の両端にある2つの角部55,56はそれぞれ曲率が相違するとき、この曲率の相違によって各端面が短側面に沿って移動するタイミングに変化が生じるようになる。よって、こうした構成であるとき、傾斜角は相違していてもよいし、同じであってもよい。いずれにせよ、端部同士が対向するとしても、折れ曲がりの状態が相違するから端部同士が衝突せずに好適に重なり合うようになる可能性が高められる。
・上記実施形態では、開口部53の辺であって第1端部43Aと第2端部43Bとが対向する短側面54の両端にある2つの角部55,56は丸みの曲率が同じである場合について例示したが、傾斜角が相違するとともに、短側辺の両端にある2つの角部の曲率が相違していてもよい。
・上記実施形態では、二次電池は自動車の電源として用いられる場合について例示した。しかしこれに限らず、二次電池は、電源として用いられるものであれば、各種の移動体や固定体など自動車以外の電源として用いられてもよい。
10…二次電池、20…蓋体、21…外部端子、30…電極体、31…長側面、32…下面、33…上面、34…端面、40…樹脂製フィルム、41…折り曲げ線、42…広い面、43A…第1端部、43B…第2端部、43C…傾斜辺、43D…傾斜辺、44…下端部、45…切れ込み、46…折り返し面、47…折り曲げ線、50…電池ケース、51…長側面、52…底面、53…開口部、54…短側面、55…角部、56…角部、57…内壁面、400…電池用フィルム、401…固定部、402…溶融孔、403…亀裂、442…長側面、443…短側面。

Claims (9)

  1. 電極体と電池ケースとの間にフィルムが配置されている二次電池であって、
    前記電池ケースは、前記電極体が挿入される矩形状の開口部の角部に丸みを有し、
    前記フィルムは、樹脂からなり、前記電池ケースの相対向する2つの側面のうちの一側面に対向する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、列状に並んだ前記第1の面と前記第2の面との間に設けられた折り返し面と、前記列方向に平行して前記第1の面、前記第2の面及び前記折り返し面の両側にそれぞれ隣接して設けられた端部であって、前記電池ケースの幅からはみ出す位置まで延設されている端部とを有し、
    前記第1の面に隣接する端部は第1端部であり、前記第1端部は、前記第1の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線の延長線に対して前記第1の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、
    前記第2の面に隣接する端部は第2端部であり、前記第2端部は、前記第2の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線の延長線に対して前記第2の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、
    前記第1端部の傾斜辺の傾斜角と前記第2端部の傾斜辺の傾斜角とは相違する角度である
    二次電池。
  2. 電極体と電池ケースとの間にフィルムが配置されている二次電池であって、
    前記電池ケースは、前記電極体が挿入される矩形状の開口部の角部に丸みを有し、
    前記フィルムは、樹脂からなり、前記電池ケースの相対向する2つの側面のうちの一側面に対向する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、列状に並んだ前記第1の面と前記第2の面との間に設けられた折り返し面と、前記列方向に平行して前記第1の面、前記第2の面及び前記折り返し面の両側にそれぞれ隣接して設けられた端部であって、前記電池ケースの幅からはみ出す位置まで延設されている端部とを有し、
    前記第1の面に隣接する端部は第1端部であり、前記第1端部は、前記第1の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線の延長線に対して前記第1の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、
    前記第2の面に隣接する端部は第2端部であり、前記第2端部は、前記第2の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線の延長線に対して前記第2の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、
    前記開口部の辺であって前記第1端部と前記第2端部とが対向する辺の両端にある2つの角部は各角部の丸みの曲率が相違する
    二次電池。
  3. 前記第1の面両側の前記第1端部の各傾斜辺の傾斜角は同じ角度であり、
    前記第2の面両側の前記第2端部の各傾斜辺の傾斜角は同じ角度である
    請求項1又は2に記載の二次電池。
  4. 前記折り返し面に隣接する端部は、前記境界線の延長線上に辺を有する
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池。
  5. 前記折り返し面に隣接する端部は、前記列方向に直交する方向に延びる1又は複数の切れ込みを有する
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の二次電池。
  6. 前記樹脂は、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンエーテル(PPE)及びポリエチレン(PE)のいずれか1つ、又は、PP、PPE及びPEの少なくとも2つを組み合わせたものである
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の二次電池。
  7. 前記二次電池は、リチウムイオン二次電池である
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の二次電池。
  8. 電極体と電池ケースとの間にフィルムが配置されている二次電池の製造方法であって、
    前記電池ケースは、前記電極体が挿入される矩形状の開口部の角部に丸みを有し、前記フィルムは、樹脂からなり、前記電池ケースの相対向する2つの側面のうちの一側面に対向する第1の面と、前記第1の面に対向する第2の面と、列状に並んだ前記第1の面と前記第2の面との間に設けられた折り返し面と、前記列方向に平行して前記第1の面、前記第2の面及び前記折り返し面の両側にそれぞれ隣接して設けられた端部であって、前記電池ケースの幅からはみ出す位置まで延設されている端部とを有し、前記第1の面に隣接する端部は第1端部であり、前記第1端部は、前記第1の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線に対して前記第1の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有し、前記第2の面に隣接する端部は第2端部であり、前記第2端部は前記第2の面と前記折り返し面との境界線の端点から前記境界線に対して前記第2の面の方向に傾斜角を有する傾斜辺を有しており、
    前記電池ケースの開口部と前記電極体との間に前記フィルムを配置する工程と、
    前記電極体の先端面と前記フィルムの折り返し面とを対向させながら前記電池ケースの開口部に前記電極体を挿入することで、前記フィルムの前記第1端部と前記第2端部とを異なるタイミングで前記丸みに沿って折り曲げる工程と、
    前記電池ケースの開口部に前記電極体を挿入することで前記電極体と前記電池ケースとの間に前記フィルムを配置させる工程とを備える
    二次電池の製造方法。
  9. 前記フィルムを配置する工程では、前記フィルムを前記電極体に予め巻き付ける
    請求項8に記載の二次電池の製造方法。
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