JP4187686B2 - ２次電池 - Google Patents

Description

本発明は２次電池に係り，特に，陰極板が外装缶に電気的に接続される２次電池に関する。

一般に，電池は，充電と放電が繰り返し行われる２次電池と，再充電が不可能で１回限り使用して廃棄される１次電池に大別される。また，必要とする機器の形状に応じて円筒形，角形，パウチ形など様々な形状に製造される。

この中でも，円筒形２次電池は，通常，負極板と正極板（以下では，負極板を「陰極板」と、正極板を「陽極板」と称する）がセパレータを介してロール状（以下ゼリーロール：ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ状という）に巻回されて形成される電極組立体と，この電極組立体が挿入される円筒形の缶（外装缶）と，前記缶の上部に組み立てられるキャップ組立体とから構成される。

電極組立体とキャップ組立体との間，及び電極組立体と缶との間にはそれぞれ絶縁板が挿設される。電極組立体の陽極板は，陽極タブを介してキャップ組立体に電気的に接続され，電極組立体の陰極板は，陰極タブを介して缶に電気的に接続される。陰極タブは，主に０．０５〜０．１ｍｍの厚さを有するニッケル材質のストリップ（ｓｔｒｉｐ）からなり，電極組立体の最外郭に配置される陰極板，及び缶内の底面に溶接され，陰極板と缶とを電気的に接続する。

ところが，この際，陰極タブとして用いるニッケルストリップが剛性材質なので，陰極タブが溶接された電極組立体を缶に収納するとき，この陰極タブが缶の開口部に引っ掛かって，電極組立体の配置状態に異常を起こす可能性があった。

このため，従来では，電極組立体の外形（円筒形の場合，外径）を設計する際に，陰極タブが缶に引っ掛かることを考慮して，挿入される電極組立体と缶との間隔にある程度（例：０．２〜０．４ｍｍ）の余裕を持たせるように電極組立体を構成している。このような設計基準から，電極組立体の全体サイズは限定されてしまい，定められた缶の内部では，電極組立体の全体サイズを極大化することができず，電池の全体容量を高めることができないという問題点が生ずる。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電極組立体における陰極板を外装缶に電気的に接続する部材の構造を改良し，電極組立体の全体サイズを大きくすることにより，容量の増加を可能とした２次電池を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，負極板と正極板とがセパレータを介してロール状に巻き込まれて形成された電極組立体と，電極組立体が内部に収容される円筒形の外装缶と，外装缶を密閉し，正極板と電気的に接続されるキャップ組立体と，電極組立体の中央部に挿入され，負極板と外装缶とを電気的に接続するピンと，を含み，ピンの一端には，溶接によって，外装缶に固定される突起部が設けられることを特徴とする２次電池が提供される。

上記２次電池の構造では，電極組立体の外面に陰極タブを配設しない構造なので，外装缶の容積に応じて，電極組立体の外形を最大限に大きく形成することが可能である。したがって，電極組立体の外径が１７．１０〜１７．２０ｍｍである場合，従来のものより約０．５〜１．０％程度電極組立体の外径を大きく設計することが可能になり，これにより約２〜５％程度の容量増大を図ることができる。また，電極組立体の外面に陰極タブを設置しないので，電極組立体を外装缶に収納する工程において，陰極タブが缶に引っ掛かる現象が発生しないため，組立作業が非常に容易になる。また，ピンの一端に設けられた突起部は，外装缶の底面に接することにより，外装缶との溶接を容易に行うことができる。さらに，従来の場合には，電極組立体の中央部位が空いているため，その強度が弱くて外力によって変形され易かったが，ピンが電極組立体の中央部に挿入されているので，外部から電極組立体に力が加わっても，ピンがこの力を吸収することができ，電極組立体の変形を防止することが可能である。また，ロール状に巻回された電極組立体を，円筒形状の外装缶に挿入することにより，不要な空間を小さくすることができる。

この時，ピンは，中空形であることが好ましい。従来の電極組立体では，高温雰囲気，例えば１５０℃以上のホットオーブン内で試験する場合，電極組立体の内部形状が崩れて内部からのガスが外装缶の底面の安全ベント側へ容易に排出できず爆発する可能性が大きくなるが，中空形のピンを用いた場合，ガスの移動通路が十分確保されるので，内部から発生するガスが安全ベント側に十分排出されて爆発を防止することができ，安全度を増大させることが可能である。

また，ピンの一端に設けられた突起部は，ピンの中心に向かって，傾いて配設してもよい。突起部を複数設けた場合には，各突起部の間を，ピンの内部と外部とを連通させる孔とすることができ，中空形ピンのガスの流通通路となる。また，ピンの材質は，ニッケル，またはニッケル合金であることが望ましい。

以上詳述したように本発明によれば，電極組立体の外面に陰極タブを配設しない構造なので，外装缶の容積に応じて，電極組立体の外形を最大限に大きく設計することが可能になり，同じ容積の外装缶であれば，従来よりも容量を増大させることができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず，本発明の実施の形態に係る２次電池を，図１〜図３を参照して説明する。図１は，本実施の形態に係る２次電池の断面図であり，図２は，ピンの構成を示す斜視図であり，図３は，電極組立体の概略を示す斜視図である。

図１〜図３に示すように，本実施の形態の２次電池は，負極板（以下では陰極板１２とする）と正極板（以下では陽極板１４とする）とが，セパレータ１３を介してゼリーロール状に巻回されて形成される電極組立体１０と，電極組立体１０が内部に収納され，電極組立体１０の陰極板１２に電気的に接続される円筒状の外装缶である缶２０と，電極組立体１０が収納された缶２０の上部に組み立てられ，電極組立体１０の陽極板１４に電気的に接続されるキャップ組立体３０と，電極組立体１０の中央部に挿入されて陰極板１２と接触し，缶２０の底面に一部が溶接によって連結され，電極組立体１０の陰極板１２と缶２０とを電気的に接続するピン５０とを含んでいる。

電極組立体１０は，缶２０の内部の中央部の表面に陰極板１２が位置するように形成されている。また，ピン５０は，ガス移動通路の確保のために，中空形にすることが好ましい。高温雰囲気で用いた場合，ピンが中空形であれば，内部から発生するガスが安全ベント側に十分排出されて爆発を防止することができ，安全度を増大させることができる。勿論，本実施の形態において，ピン５０は，中空形に限定されるのではなく，図４のピンの外形を示す斜視図のように，内部が中空でない棒状にすることも可能である。

中空形のピンを用いた場合，ピン５０の下端部には，ガス及び電解液の流通通路を確保し得るように，ピン５０の内，外部を連通させる孔５３が複数設けられている。さらに，図３に示すように，ピン５０の下端部には複数の突起部５２が設けられてもよく，孔５３は，その突起部５２の間に形成されている。ここで，孔５３は，図５に示すように，必ずしも設けられなくともよい。

この突起部５２は，缶２０の底面に接してこの缶２０に溶接される部位である。これらの突起部５２は，ピン５０の中心を向かうように傾いて配設されることにより，突起部５２が缶２０の底面に当接するときに，この缶２０の底面のいずれか一点に接し，溶接が容易に行われるようにすることが好ましい。勿論，図５に示すように，ピン５０に孔５３が設けられない場合にも，同様に突起部５２を形成することができる。

一方，ピン５０の材質は，伝導性及び缶２０との溶接性に優れたニッケル又はニッケル合金などで形成される。電極組立体１０は，最も内側に陰極板１２を配置し，外側に行くにつれて順次セパレータ１３，陽極板１４，セパレータ１３を重ねて配置した後，ゼリーロール状に巻回して形成される（図２参照）。

これにより，電極組立体１０の内面には陰極板１２が露出した状態で位置し，内部に挿入されるピン５０に陰極板１２が密着接触して互いに電気的に接続される。キャップ組立体３０は，ガスケット３８を介して缶２０に組み立てられるキャップ３２とキャップカバー３４とからなる。キャップ３２とキャップカバー３４との間には，ゴムベント３６が設置される。

キャップ組立体３０のキャップカバー３４には，電極組立体１０の陽極板１４に接続される陽極リード１５が連結される。キャップ組立体３０と電極組立体１０との間には上部絶縁板４０が設置され，缶２０の底面と電極組立体１０との間には下部絶縁板４２が設置される。

こうして，本実施の形態による２次電池の構造では，電極組立体の外面に陰極タブを配設しない構造なので，外装缶の内径に応じて，電極組立体の外径を最大限に大きく形成することが可能となり，同じ形状の外装缶であれば，従来よりも容量を増大させることができる。さらに，電極組立体の内部に挿入されて陰極板と外装缶とを電気的に接続するピンを，中空形にすることにより，ガスの流通通路が十分確保され，爆発を防止することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

一方，本実施の形態では，円筒形電池を例として説明したが，本発明は，この円筒形電池に限らず，角形のような他の形状の電池にも適用可能である。

本発明は，２次電池に適用可能であり，特に，陰極板が電気的に接続される外装缶を大きくすることなく，容量を高めることのできる２次電池に適用可能である。

実施の形態に係る２次電池を示した断面図である。 実施の形態に係るピンの構成を示した斜視図である。 実施の形態に係る電極組立体を概略的に示した斜視図である。 実施の形態に係るピンの他の構成を示した斜視図である。 実施の形態に係るピンの他の構成を示した斜視図である。

符号の説明

１０ 電極組立体
１２ 陰極板
１３ セパレータ
１４ 陽極板
１５ 陽極リード
２０ 缶
３０ キャップ組立体
３２ キャップ
３４ キャップカバー
３８ ガスケット
４０ 上部絶縁板
４２ 下部絶縁板
５０ ピン
５２ 突起部
５３ 孔

Claims (5)

1. 負極板と正極板とがセパレータを介してロール状に巻き込まれて形成された電極組立体と，
   前記電極組立体が内部に収容される円筒形の外装缶と，
   前記外装缶を密閉し，前記正極板と電気的に接続されるキャップ組立体と，
   前記電極組立体の中央部に挿入され，前記負極板と前記外装缶とを電気的に接続するピンと，
   を含み，
   前記ピンの一端には，溶接によって，前記外装缶に固定される突起部が設けられることを特徴とする２次電池。
2. 前記ピンは，中空形であることを特徴とする，請求項１に記載の２次電池。
3. 前記突起部は，前記ピンの中心に向かって，傾いて配設されることを特徴とする，請求項１または２に記載の２次電池。
4. 前記突起部は，複数設けられており，各突起部の間は，前記ピンの内部と外部とを連通させる孔となっていることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の２次電池。
5. 前記ピンは，ニッケル，またはニッケル合金であることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の２次電池。

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