JP4635405B2

JP4635405B2 - 電池

Info

Publication number: JP4635405B2
Application number: JP2002327484A
Authority: JP
Inventors: 田才　　博志; 胸永　　訓良; 下薗　　武司
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP2004164937A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長円筒形巻回型の発電要素を電池容器内に横置きに収納し、この電池容器の上端開口部を蓋板で塞いだ構造の電池の注液口に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の小型角型の非水電解質二次電池の構成例を図３に示す（例えば、特許文献１参照。）。この非水電解質二次電池は、長円筒形の巻回型の発電要素１を縦向きにして、上下に深い箱型容器状の電池容器２の内部に収納し、この電池容器２の上端開口部を蓋板３で塞いだ構成をなす。発電要素１は、帯状の金属箔に活物質を担持させた正負の電極をセパレータを介して長円筒形に巻回したものであり、巻回軸が上下の縦向きとなるように縦置きで電池容器２内に収納される。電池容器２は、金属板を深い箱型容器状に形成したものであり、上端開口部から発電要素１を挿入する。蓋板３は、電池容器２と同じ材質の方形の金属板であり、この電池容器２の上端開口部に嵌め込んで周囲を溶接することにより、この上端開口部を塞ぐようになっている。
【０００３】
なお、上記非水電解質二次電池の構成例では、蓋板３の中央部に１個の端子４が取り付けられている。端子４は、蓋板３の上下面に貫通するが、この蓋板３に対しては絶縁封止して取り付けられ、下面側で発電要素１の正負いずれかの電極から引き出したタグ状のリード１ａに接続されるようになっている。また、発電要素１の他方の電極は、内部で電池容器２に接触するようになっていて、この電池容器２や蓋板３自体が他方の端子となる。
【０００４】
上記蓋板３には、端部に上下面に貫通する注液口３ａが設けられている。そして、この注液口３ａから電池容器２の内部に電解液が注入される。即ち、まず電池容器２の内部を真空にしておき、注液口３ａに電解液の供給口を密着させることにより、大気圧によって注入を行う。ただし、特に小型の非水電解質二次電池の場合には、巻回型の発電要素１の薄い電極が密に重なり合うので、この重なり合った電極間に電解液が浸透し難くなっている。そこで、従来は、巻回された電極の縁が幾重にも重なった発電要素１の端面と向かい合う蓋板３に注液口３ａを形成することにより、注入された電解液が直ぐに電極間に浸透できるようにしていた。また、大型の非水電解質二次電池の場合には、電解液の注入量が多くなるので、この注液口３ａの開口面積をできるだけ大きくすることにより、単位時間当たりの注入量を多くして注液工程に要する時間を短縮させるようにしていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−００８６３４号公報（図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、巻回型の発電要素１の端面側から電解液を注入すると、この端面で重なり合った電極の側縁部に電解液が勢いよく噴射されることになるので、これらの電極の側縁部が破断し、この破断した一方の極性の電極が遊離状態となって他方の極性の電極と接触することにより短絡したり、電解液が噴射されることによってセパレータが波打ち、場合によって正極と負極とが接触して短絡する等のおそれがあるという問題が発生していた。特に大型の非水電解質二次電池の場合には、電池容器２の容積も大きくなるために、大気圧により注入される電解液の勢いが強くなり、この大きな電池容器２を満たすための電解液の注入量も多くなるので、この問題が顕著となる。また、注液口３ａの開口面積を大きくした場合にも、大量の電解液が勢い良く注入されることになるので、この問題が顕著となる。
【０００７】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、長円筒形巻回型の発電要素の側面と向かい合う電池容器の側板の端部に注液口を設けることにより、電極の側縁部が破損して製造不良となるようなことのない電池を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上端開口部を蓋板で塞いだ電池容器の内部に平坦な側面と湾曲した側面とを備える長円筒形巻回型の発電要素を巻回軸が上端開口面に平行となる横置きで１個以上収納した電池において、発電要素の平坦な側面と向かい合う電池容器の側板の上端部及び／又は下端部であって、この発電要素の湾曲した側面が位置する部位に注液口が設けられたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、注液口から注入された電解液は、発電要素の側面付近に噴入することになるため、端面で重なり合った電極の側縁部が破断したり折れ曲がるようなことがなくなる。
【００１０】
即ち、上端部が開口した電池容器の内部に、１個以上の長円筒形巻回型の発電要素を巻回軸が開口面に平行となる横置きで収納し、この電池容器の上端開口部を蓋板で塞いだ電池において、この電池容器における内部の発電要素の湾曲した側面と向かい合う側板の上端部及び／又は下端部にのみ注液口を設ける。このような電池では、横置きにされた発電要素の側面が巻回により湾曲した上端部や下端部は、電池容器の側板との間に充分な間隙が生じるので、注入した電解液が迅速にこの電池容器の内部に広がることにより注液効率を向上させることもできるようになる。
【００１１】
また、電池容器における注液口の内側には、少なくとも１ｍｍ以上の間隙が形成されると共に、この注液口の開口径が０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であることが好ましい。横置きにされた発電要素の側面の上端部や下端部に端子との接続のための集電接続体等が配置された場合に、この集電接続体等が注液口の内側を遮蔽することがある。しかしながら、注液口がこの集電接続体等を避けて設けられることにより、内側に１ｍｍ以上の間隙が形成されるようにすれば、電解液の注液効率が低下するのを防止することができる。また、この注液口の開口径を０．５〜２．０ｍｍの適度な大きさとすることにより、電解液の注入効率を極端に低下させることなく、この注液口の封口も容易にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１〜図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は大型の非水電解質二次電池の構成を示す組み立て斜視図、図２は非水電解質二次電池の構成を示す縦断面側面図である。なお、図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１４】
本実施形態は、ＥＶ（電気自動車）等に用いられる大型の非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池は、図１に示すように、２個の長円筒形巻回型の発電要素１，１を並べ並列接続したものである。各発電要素１は、図３に示したものと同様に、帯状の金属箔に活物質を担持させた正負の電極をセパレータを介して長円筒形に巻回したものであるが、ここで用いるものは、帯状の正負の電極を巻回軸に沿って互いに逆方向にずらして巻回することにより、一方の端面からは正極の側縁部のみをはみ出させ、他方の端面からは負極の側縁部のみをはみ出させている。
【００１５】
上記２個の発電要素１，１は、巻回軸を横向きにして、長円筒形の平坦な側面同士が直立して重なり合うように横置きに並べられる。そして、これら２個の発電要素１，１の両端部にそれぞれ集電接続板５，５が配置されている。各集電接続板５は、水平に配置された図示しない本体の外側端辺部から下方に向けて４本の接続部を櫛歯状に突設させている。そして、各発電要素１の一方の端面にはみ出した正極の側縁部を一方の集電接続板５の各接続部に沿わせてそれぞれ挟持板６で挟み、これらの挟持板６の両側から超音波溶接を行うことにより接続固定している。また、各発電要素１の他方の端面にはみ出した負極の側縁部も他方の集電接続板５の各接続部に沿わせてそれぞれ挟持板６で挟み、これらの挟持板６の両側から超音波溶接を行うことにより接続固定している。従って、発電要素１，１の正極は、共に一方の集電接続板５に接続固定され、負極は、共に他方の集電接続板５に接続固定されることになる。
【００１６】
上記正負の集電接続板５，５は、蓋板３の両端部に取り付けられた端子４，４に接続固定される。蓋板３は、細長い方形のステンレス鋼板等の金属板からなり、上面の両端部に正負の端子４，４を配置すると共に、これらの端子４，４の下端部が下面側に貫通するように取り付けられている。そして、正負の集電接続板５，５は、この蓋板３の下面側で、これらの端子４，４の下端部にそれぞれ接続固定されている。ただし、蓋板３の両端部の上面には端子４，４の本体部分との間に上側絶縁板７，７がそれぞれ配置されると共に、下面には集電接続板５，５の本体との間に下側絶縁板８，８がそれぞれ配置されている。そして、正負の端子４，４と集電接続板５，５は、これら上側絶縁板７，７と下側絶縁板８，８とによって蓋板３とは絶縁されると共に封止されて取り付け固定されることになる。
【００１７】
上記のようにして端子４，４や集電接続板５，５を介して蓋板３の下方に取り付けられた発電要素１，１は、容器状の電池容器２の内部に収納される。そして、この電池容器２の上端開口部に蓋板３を嵌め込んで周囲が溶接により固着されることにより非水電解質二次電池となる。
【００１８】
上記電池容器２は、ステンレス板等の金属板を細長い箱型容器状に形成したものである。即ち、この電池容器２は、蓋板３とほぼ同じ大きさの細長い方形の底板２ａと、この底板２ａの四方の端辺から立設された４枚の側板２ｂとからなる箱型容器状であり、これら４枚の側板２ｂで囲まれた上方が開口されることになる。また、これら４枚の側板２ｂは、電池容器２の内部に収納される発電要素１，１の外向きの平坦な側面と向かい合う側の２枚が幅が広く、これらの発電要素１，１の端面と向かい合う側の２枚が幅の狭いものとなる。そして、この幅の広い方の一方の側板２ｂには、上端部の中央に内外に貫通する注液口２ｃが設けられている。従来の大型の非水電解質二次電池では、１０ｍｍ程度の大きな開口径の注液口が設けられていた。しかしながら、本実施形態では、０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下の比較的小さな開口径の注液口２ｃを設けている。
【００１９】
上記構成の非水電解質二次電池は、まず電池容器２の内部を真空にしておき、注液口２ｃに電解液の供給口を密着させることにより、この電解液を大気圧との圧力差によって注入する。この際、図２に示すように、電解液は、注液口２ｃから電池容器２の内部に浸入して、発電要素１，１の側面の上端部付近に噴入することになる。従って、発電要素１，１の両端面に重なり合ってはみ出した正負の電極の側縁部がこの電解液の注入の勢いによって破断したり折れ曲がるようなことがなくなる。しかも、これらの発電要素１，１の側面の上端部付近は、巻回により湾曲しているので、注液口２ｃが形成された側板２ｂとの間に充分な間隙が生じる。また、この注液口２ｃは、幅の広い側板２ｂの中央に設けられているので、蓋板３の両端部の下面に配置された下側絶縁板８，８に内側を塞がれることもない。このため、この注液口２ｃの内側は、発電要素１，１や蓋板３との間に１ｍｍ以上の充分な間隙が形成されるので、注入された電解液を円滑に奥まで供給し迅速に電池容器２の内部に充填することができる。しかも、特に定格容量２Ａｈ以上の大型の非水電解質二次電池であれば、電池容器２の内部に電解液が充填されると、電極間にも真空引きによってこの電解液が円滑に浸透するようになり、注液効率が低下するようなこともない。
【００２０】
このようにして非水電解質二次電池の電解液の注入が完了すると、注液口２ｃの外側に開口径よりも僅かに大きいステンレス鋼等の金属球を配置してスポット溶接を行うことにより、この注液口２ｃの封口を行う。これに対して、注液口の開口径が大きい従来の大型の非水電解質二次電池の場合には、金属円板状の封口板等で注液口を塞ぎ周囲をレーザ溶接等で溶接することにより封口しなければならない。このため、本実施形態のように注液口２ｃが２．０ｍｍ以下の比較的小さい開口径である場合には、１回のスポット溶接で封口が完了するので、作業性を高めることができる。ただし、注液口２ｃの開口径が０．５ｍｍ未満になると、単位時間当たりの注液量が極端に減少するので、注液効率が極めて悪くなる。また、開口径の大きい注液口を大きな金属球等で塞いでスポット溶接を行うと、溶接時に大きなパワーが必要となるために、電池容器２の内部にまで火花が飛んで内容物に影響を与えるおそれが生じる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、電池容器２における注液口２ｃを側板２ｂの上端部の中央に配置したが、この注液口２ｃの内側に充分な間隙（好ましくは１ｍｍ以上）が形成される位置であれば、必ずしも中央である必要はない。また、この注液口２ｃは、側板２ｂの上端部に代えて下端部に配置することもできる。さらに、一方の側板２ｂだけでなく、これと向かい合う他方の側板２ｂにも注液口２ｃを設けることができる。
【００２２】
また、上記実施形態では、２個の発電要素１，１を並列接続して収納した非水電解質二次電池について示したが、発電要素１の個数は１個以上の幾つでもよく、接続形態も任意である。さらに、上記実施形態では、長円筒形の発電要素１を用いる場合を示したが、巻回型の発電要素であれば、円筒形や楕円筒形等の他の形状のものであっても同様に実施可能である。
【００２３】
また、上記実施形態では、金属板からなる電池容器２や蓋板３を用いる場合を示したが、これら電池容器や蓋板の材質も任意である。さらに、上記実施形態では、大型の非水電解質二次電池について示したが、小型のものであっても、特に発電要素の電極の金属箔が薄く破れ易いような場合等に、有効に実施することができる。しかも、本発明は、非水電解質二次電池以外の電池であっても、同様に実施可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、注液口から注入された電解液が発電要素の端面で重なり合った電極の側縁部を破断したり折り曲げるようなことがなくなり、製造不良をなくして歩留りを向上させることができるようになる。しかも、発電要素の側面の湾曲により生じた間隙に電解液を注入するので、この電解液の注入効率を向上させて生産性を高めることもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、大型の非水電解質二次電池の構成を示す組み立て斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示す縦断面側面図である。
【図３】従来例を示すものであって、小型の非水電解質二次電池の構成を示す組み立て斜視図である。
【符号の説明】
１発電要素
２電池容器
２ｂ側板
２ｃ注液口
３蓋板
８下側絶縁板

Claims

上端開口部を蓋板で塞いだ電池容器の内部に平坦な側面と湾曲した側面とを備える長円筒形巻回型の発電要素を巻回軸が上端開口面に平行となる横置きで１個以上収納した電池において、
発電要素の平坦な側面と向かい合う電池容器の側板の上端部及び／又は下端部であって、この発電要素の湾曲した側面が位置する部位に注液口が設けられたことを特徴とする電池。