JP2023157537A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】使用時に内圧が上昇しにくい電池を提供すること。【解決手段】本開示技術に係る電池１は、正負の電極板とセパレータ層とを扁平形状に捲回した扁平電極捲回体３と、扁平電極捲回体３を電解液２７とともに収容する平板形の外装ケース２とを有しており、扁平電極捲回体３における一方の電極板のみが捲回されている側部の部分中の第１集電端子との接合箇所以外の箇所に、ターン部２４と一端とにわたる切り欠き部１１、１２が形成されており、切り欠き部１１、１２と外装ケース２の内面との間に、電解液を収容できる空間２８、２９があるものである。【選択図】図４

Description

本開示技術は、電池に関する。

従来から、特許文献１に開示されているような電池が使用されている。同文献の電池では、扁平捲回電極体の一部を切除するとともに、電池ケースを、切除後の扁平捲回電極体の形状に合わせた形状のものとしている。

特開2013-97980号公報

前記した従来の電池では、使用時において内圧が上昇しやすい傾向があった。電池ケースの内部容積が、扁平捲回電極体を収納するための最低限のものでしかないためである。このため、必要な耐圧性能を得るためには、電池ケースの板厚を厚くする必要があった。また、電池ケースにおける箱体と蓋体との接合強度も高くする必要があった。

本開示技術は、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、使用時に内圧が上昇しにくい電池を提供することにある。

本開示技術の一態様における電池は、第１電極板と第２電極板とを、それらの間にセパレータ層を挟み込みつつ、２箇所のターン部を有する扁平形状に捲回した扁平電極捲回体と、扁平電極捲回体を電解液とともに収容する平板形の外装ケースとを有するものであって、扁平電極捲回体は、第１電極板と第２電極板とセパレータ層とがいずれも捲回されている軸方向中央の発電部と、第１電極板のみが捲回されている軸方向の一端の側の第１側部と、第２電極板のみが捲回されている軸方向の他端の側の第２側部とを有するものであり、第１側部に接合された第１集電端子と、第２側部に接合された第２集電端子とを有し、第１側部における第１集電端子との接合箇所以外の箇所に、ターン部と一端とにわたる切り欠き部が形成されており、切り欠き部と外装ケースの内面との間に、電解液を収容できる空間がある構成としたものである。

上記態様における電池では、扁平電極捲回体における一方の電極板のみが捲回されている部位である側部の部分に、ターン部と一端とにわたる切り欠き部が形成されている。これにより外装ケース内には空間が形成されている。このことにより外装ケース内に空洞の容積がある程度存在するので、内圧が上昇する場面でもその上昇の程度が抑制される。

上記態様における電池ではさらに、外装ケースにおける一端に対面する面から他端に対面する面までの幅が、切り欠き部に対応する箇所と切り欠き部以外の部分に対応する箇所とで同一であることが望ましい。このようになっていると、外装ケースの構造が簡素であり、外装ケース内には切り欠き部に伴う空間が大きく形成される。

上記のいずれかの態様における電池ではさらに、外装ケースにおける一方のターン部に対面する面が、第１集電端子と接続された第１対外端子および第２集電端子と接続された第２対外端子を有する対外端子面であり、切り欠き部は、対外端子面と反対側のターン部と前記一端とにわたって形成されていることとすることができる。あるいは切り欠き部は、対外端子面の側のターン部と前記一端とにわたって形成されていることとすることができる。切り欠き部を対外端子面とその反対側との両方のターン部に形成してもよい。

本開示技術によれば、使用時に内圧が上昇しにくい電池が提供されている。

実施の形態に係る電池の構成を示す斜視図である。 発電要素を構成する正負の電極板およびセパレータ層を示す模式図である。 発電要素を示す斜視図である。 図１の電池を一部切開して内部の様子を示す正面図である。 第１の変形形態に係る電池を一部切開して内部の様子を示す正面図である。 第２の変形形態に係る電池を一部切開して内部の様子を示す正面図である。 第３の変形形態に係る電池を一部切開して内部の様子を示す正面図である。

以下、本開示技術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に本開示技術を適用したものである。図１の電池１は、外装ケース２に発電要素３を内蔵してなるものである。発電要素３は、正負の電極板を積層したものである。

外装ケース２は、箱体４と蓋体５とにより構成されている。発電要素３は箱体４に収納されている。蓋体５には、正負の対外端子６、７と、封口キャップ８とが設けられている。対外端子６、７はそれぞれ、発電要素３の正負の電極板の一方と外装ケース２内で接続されているものである。封口キャップ８は、蓋体５に設けられている注液口を塞いでいるキャップである。

発電要素３について説明する。本形態における発電要素３は、第１電極板９、第２電極板１０、およびそれらの間のセパレータ層１１（図２参照）を、図３に示すように扁平形状に捲回した扁平電極捲回体である。第１電極板９および第２電極板１０のうち一方が正極板で他方が負極板である。図３の発電要素３は、２箇所のターン部２３、２４を有している。ターン部２３、２４は、第１電極板９、第２電極板１０、セパレータ層１１が折り返されている箇所である。発電要素３におけるターン部２３とターン部２４との間の部分は、第１電極板９、第２電極板１０、セパレータ層１１がほぼ平面状である中間部１３である。

図３の発電要素３はまた、発電部１４と第１側部１５と第２側部１６とを有している。発電要素３において、発電部１４は捲回の軸方向中央に、第１側部１５は軸方向の一端の側に、第２側部１６は軸方向の他端の側に、それぞれ位置している。発電部１４は、第１電極板９、第２電極板１０、セパレータ層１１のいずれもが捲回されている部位である。第１側部１５は、第１電極板９のみが捲回されている部位である。第２側部１６は、第２電極板１０のみが捲回されている部位である。

本形態における第１電極板９、第２電極板１０はいずれも、図２に示すように、集電箔１７、１８に活物質層１９、２０を塗工したものである。活物質層１９、２０は、第１電極板９、第２電極板１０における発電部１４の範囲内の部位にのみ塗工されている。つまり、第１側部１５では集電箔１７の非塗工部分のみが捲回されており、第２側部１６では集電箔１８の非塗工部分のみが捲回されている。図３に示すように本形態の発電要素３では、第１側部１５および第２側部１６のそれぞれ一部が切り欠かれて切り欠き部２１、２２とされている。切り欠き部２１、２２は、第１側部１５および第２側部１６の一部が、ターン部２３と発電要素３の捲回軸方向の一端とにわたって切り欠かれた部位である。

電池１の内部の状況を図４により説明する。図４は、電池１の外装ケース２を図１中のＡ－Ａの位置（対外端子６、７および封口キャップ８より手前側の位置）で切開した状態で示す正面図である。図４に示されるように、外装ケース２の内部で発電要素３は、ターン部２３を蓋体５に対面させた状態で配置されている。つまり、外装ケース２においてターン部２３に対面しているのは、対外端子６、７を有する対外端子面（蓋体５のこと）である。ターン部２４は、対外端子面とは反対側のターン部である。

対外端子６の下方に第１側部１５が位置している。対外端子６と第１側部１５とは、第１集電端子２５により接続されている。対外端子６は第１対外端子である。対外端子７の下方に第２側部１６が位置している。対外端子７と第２側部１６とは、第２集電端子２６により接続されている。対外端子７は第２対外端子である。図４中では対外端子６と第１側部１５との接合箇所３２および対外端子７と第２側部１６との接合箇所３３を単に黒丸で示しているが、これらの接合箇所は図４中でもっとも上下に長い範囲であってもよい。

外装ケース２内で発電要素３は、フィルム１２に包まれている。フィルム１２は、発電要素３と外装ケース２とを絶縁するために設けられているものである。外装ケース２内には発電要素３の他に電解液２７も収容されている。フィルム１２には適宜隙間が開いている箇所があり、電解液２７が通過することができる。

発電要素３の第１側部１５、第２側部１６に設けられている前述の切り欠き部２１、２２は、外装ケース２内では図４中で下向きに位置している。つまり切り欠き部２１は、第１側部１５の一部が、対外端子面とは反対側のターン部２４と発電要素３の軸方向の一端とにわたって切り欠かれた箇所である。切り欠き部２２は、第２側部１６の一部が、ターン部２４と発電要素３の軸方向の一端とにわたって切り欠かれた箇所である。切り欠き部２２は、第１側部１５、第２側部１６と第１集電端子２５、第２集電端子２６との接合箇所以外の箇所に形成されている。

本形態の電池１では、切り欠き部２１、２２と箱体４との間に空間２８、２９が形成されている。空間２８、２９には、電解液２７が溜まることができる。外装ケース２内に収容されている電解液２７の一部が空間２８、２９に溜まっている。空間２８、２９の一部は、電解液２７で占められている。

外装ケース２の箱体４には、発電要素３の軸方向の一端（第１側部１５）に対面する側面３０と、発電要素３の他端（第２側部１６）に対面する側面３１とが設けられている。図４中には、外装ケース２における側面３０から側面３１までの幅として、幅Ｗ１と幅Ｗ２とを示している。幅Ｗ１は、切り欠き部２１、２２に対応する箇所における幅である。幅Ｗ２は、発電要素３における切り欠き部２１、２２以外の箇所に対応する箇所における幅である。幅Ｗ１と幅Ｗ２とは同じである。すなわち、本形態における箱体４の側面３０、３１には、切り欠き部２１、２２に対応した段差は設けられていない。

本形態の電池１にて外装ケース２内に、切り欠き部２１、２２により空間２８、２９を設けていることにより、次の利点がある。電池１の使用段階における外装ケース２の内圧が上昇する場面で、内圧の上昇の程度が抑制されるのである。電池１の内圧が上昇する原因としては例えば、電解液２７の分解による気体発生、外装ケース２を透過して進入してきた水分と電解液２７との反応による気体発生、が挙げられる。これらの事象により外装ケース２内に存在する気体の量が増えるので、その分内圧は上昇する。また、電池１が拘束された状態で使用される場合には、拘束による荷重も内圧を上昇させる要因となる。しかし本形態の電池１では、切り欠き部２１、２２の空間２８、２９によりもともと外装ケース２内の空洞部分の容積が大きい。このため、内圧の上昇の程度が抑制されるのである。

本形態の電池１では、切り欠き部２１、２２が設けられていることにより、さらに次のような利点もある。第１に、電解液２７の液回り性の向上が挙げられる。第２に、外装ケース２の簡素化が挙げられる。第３に、電池１のコンパクト性が挙げられる。

液回り性の向上について説明する。ここでいう液回り性とは、外装ケース２内にて、液体として収容されている電解液２７と発電要素３に含浸されている電解液との入れ替わりが起こりやすいことをいう。発電要素３に切り欠き部２１、２２が設けられていない場合には、電池１の製造過程で箱体４に発電要素３を挿入する段階で、第１側部１５または第２側部１６の集電箔に皺寄り等の変形が生じる可能性がある。皺寄りに伴いセパレータ層１１が損傷することもありうる。発電要素３と箱体４の内面との間に寸法の余裕がほとんどないからである。変形が生じた箇所では集電箔同士が強く密着して、電解液が通過しにくい場所が生じることがある。このような場所が生じると、その後の電池１の使用過程にて、発電要素３への電解液２７の含浸が不足して発電性能の低下を起こすことがある。

本形態では、切り欠き部２１、２２が設けられていることにより、発電要素３と箱体４の内面との間に寸法の余裕がある。このため第１側部１５または第２側部１６の集電箔に皺寄り等の変形が生じる可能性は低い。このため、使用過程にて発電要素３への電解液２７の液回り性が低下した箇所が生じることがあまりない。皺寄りに伴うセパレータ層１１の損傷も防止される。また、切り欠き部２１、２２の箇所では、第１側部１５または第２側部１６の端部から発電部１４までの距離が短い。このことも、発電部１４への液回り性の向上に貢献している。このように本形態の電池１では、液回り性が悪いことによる発電性能の低下が起こることはほとんどない。

外装ケース２の簡素化について述べる。前述のように本形態では、箱体４の側面３０、３１は段差のない単純な平面で十分である。この点で箱体４は、複雑な形状のものである必要がない。また、内圧の上昇の程度が抑制されているので、箱体４および蓋体５は比較的薄肉なもので十分である。また、箱体４と蓋体５との接合強度もさほど強力でなくてよい。これらの点で、外装ケース２の構成が比較的簡素なもので十分である。

電池１のコンパクト性について述べる。本形態の電池１では、前述のように切り欠き部２１、２２の箇所の空間２８、２９により液回り性の向上に貢献している。そしてその分、切り欠き部２１、２２以外の箇所では、発電要素３の寸法に対する箱体４の内寸の余裕を最小限で済ますことができる。このことと前述の外装ケース２の簡素化もあり、本形態の電池１は蓄電容量に対して比較的コンパクトに構成することができる。

ここまでの説明での切り欠き部２１、２２は、第１側部１５および第２側部１６の下側（ターン部２４の側）を折れ線状に切り欠いたものとした。しかしこれには限らず、切り欠き部２１、２２には種々の変形例がある。図５に示す第１の変形形態では、切り欠き部２１、２２が、下側ではなく上側（対外端子面側のターン部２３の側）に形成されている。図６に示す第２の変形形態では、切り欠き部２１、２２が、下側に形成されているが折れ線状でなく司直線状に切り欠かれている。図７に示す第３の変形形態では、切り欠き部２１、２２が、下側に形成されているが曲線状に切り欠かれている。これらの変形例でも同様の効果が奏される。むろん、上側に直線状あるいは曲線状の切り欠き部２１、２２を形成してもよい。上下両方に切り欠き部２１、２２を形成してもよい。

発電要素３における切り欠き部２１、２２は、捲回終了後に第１側部１５および第２側部１６の該当箇所を切除することにより形成できる。切り欠き部２１、２２の形成と、第１側部１５および第２側部１６のへの第１集電端子２５および第２集電端子２６の接合との順序は、どちらが先でもよい。ただし図５のように上側を切り欠く場合には、先に切り欠き部２１、２２を形成しておいてから集電端子の接合を行った方がよい。捲回前に集電箔１７、１８の非塗工部分の該当各箇所をあらかじめ切除しておいてその後に捲回するという手順も可能である。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば、扁平電極捲回体である発電要素３の側部の部分に切り欠き部２１、２２を設けて外装ケース２内に空間２８、２９が形成されるようにしている。これにより、内圧が上昇する使用局面でもその上昇の程度が緩和され、使用時に内圧が上昇しにくい電池が実現されている。

本実施の形態および実施例は単なる例示にすぎず、本開示技術を何ら限定するものではない。したがって本開示技術は当然に、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の電池種は問わない。発電要素３の第１側部１５と第２側部１６との両方ではなくいずれか一方のみに切り欠き部を形成したものであってもよい。両方に切り欠き部を形成する場合でも、第１側部１５と第２側部１６とで切り欠きの位置、形状が違っていてもよい。切り欠きの範囲は、接合箇所３２、３３、発電部１４に掛からない範囲内でぎりぎりまで大きくしてもよい。フィルム１２は、外装ケース２が絶縁性のものであるかまたはその内面が絶縁コーティングされているものである場合には不要である。

１ 電池 ２１ 切り欠き部
２ 外装ケース ２２ 切り欠き部
３ 発電要素 ２３ ターン部
４ 箱体 ２４ ターン部
５ 蓋体 ２５ 第１集電端子
６ 対外端子 ２６ 第２集電端子
７ 対外端子 ２７ 電解液
９ 正極板 ２８ 空間
１０ 負極板 ２９ 空間
１１ セパレータ層 ３０ 側面
１４ 発電部 ３１ 側面
１５ 第１側部 ３２ 接合箇所
１６ 第２側部 ３３ 接合箇所

Claims (4)

1. 第１電極板と第２電極板とを、それらの間にセパレータ層を挟み込みつつ、２箇所のターン部を有する扁平形状に捲回した扁平電極捲回体と、前記扁平電極捲回体を電解液とともに収容する平板形の外装ケースとを有する電池であって、
   前記扁平電極捲回体は、
   前記第１電極板と前記第２電極板と前記セパレータ層とがいずれも捲回されている軸方向中央の発電部と、
   前記第１電極板のみが捲回されている軸方向の一端の側の第１側部と、
   前記第２電極板のみが捲回されている軸方向の他端の側の第２側部とを有するものであり、
   前記第１側部に接合された第１集電端子と、
   前記第２側部に接合された第２集電端子とを有し、
   前記第１側部における前記第１集電端子との接合箇所以外の箇所に、前記ターン部と前記一端とにわたる切り欠き部が形成されており、
   前記切り欠き部と前記外装ケースの内面との間に、電解液を収容できる空間がある電池。
2. 請求項１に記載の電池であって、
   前記外装ケースにおける前記一端に対面する面から前記他端に対面する面までの幅が、前記切り欠き部に対応する箇所と前記切り欠き部以外の部分に対応する箇所とで同一である電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の電池であって、
   前記外装ケースにおける一方の前記ターン部に対面する面が、前記第１集電端子と接続された第１対外端子および前記第２集電端子と接続された第２対外端子を有する対外端子面であり、
   前記切り欠き部は、前記対外端子面と反対側の前記ターン部と前記一端とにわたって形成されている電池。
4. 請求項１または請求項２に記載の電池であって、
   前記外装ケースにおける一方の前記ターン部に対面する面が、前記第１集電端子と接続された第１対外端子および前記第２集電端子と接続された第２対外端子を有する対外端子面であり、
   前記切り欠き部は、前記対外端子面の側の前記ターン部と前記一端とにわたって形成されている電池。

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