JP4792697B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は二次電池に関し、特に横断面形状が長方形や隅丸長方形ないし長円形を呈する角形のリチウム二次電池などに好適に適用できる二次電池に関するものである。
近年、リチウム二次電池が携帯型の通信機器やノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として広く用いられている。また、地球環境の保護のための省資源化や省エネルギー化の要請が高まり、電気自動車やハイブリッド電気自動車におけるモータ駆動用バッテリ電源としてリチウム二次電池の開発が進められている。
リチウム二次電池の出力特性や生産性を向上させるためには、電気抵抗の低い部品を使用し、電流経路を短くすることが望ましく、そのためにこれらの電流経路部品の接続を溶接で行う方法が知られている。
ところが、溶接作業は煩雑でかつ接続面積が小さいため電気抵抗も大きいという問題がある。そこで、正極板や負極板からの集電リードを、直接電極端子に圧接させて接続する方法も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
その極板群と電極端子の接続構造は、図５に示すように、電池缶２２の内部で巻き取り電極体２１と対向する電極端子２３の基端部に、一対のアーム片２５、２５を突設した鍔部２４を設け、巻き取り電極体２１から延出させた複数本の集電リード２６の先端部を互いに重ね合わせてリード束２７を形成し、このリード束２７を一対のアーム片２５、２５の間に挿入し、これら両アーム片２５、２５の先端部を内側に折り曲げることにより、その先端部の押圧力によってリード束２７を鍔部２４に圧接させて接続している。
特開２００２−４２７７０号公報
しかしながら、従来の二次電池では、正極板と負極板から集電リード２６を取り出し、その集電リード２６を直接電極端子に溶接したり、圧接させて固定している構成なので、電気自動車等での使用時の振動や衝撃を受けると、集電リードが切断されたり、溶接部や固定部が破断されたりする恐れがあるという問題がある。また、溶接にて電流の経路を接続するものでは、高価な溶接装置が必要となり、かつ溶接品質確保のためにコストがかかり、コスト高になるという問題がある。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、振動や衝撃に強い接続を確保できるとともに組立コストの低下を図れ、また電池の内部抵抗を低減して高出力が得られる二次電池を提供することを課題とする。
本発明の二次電池は、正極板と負極板をセパレータを介して対向させ、巻芯を軸として巻回して成り、幅方向の一方の端面に正極板の合剤層が塗布されていない芯材が露出し、幅方向の他方の端面に負極板の合剤層が塗布されていない芯材が露出している極板群と、
前記極板群の一方の端面に接合された正極集電板と、前記極板群の他方の端面に接合された負極集電板と、前記巻芯に負極の集電板とともに接続部材にて固定された負極端子と、極板群を収納する、横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角筒状のアルミニウム外装ケースと、前記外装ケースの開口を封口しかつ前記負極端子を絶縁部材を介して貫通させて固定する蓋体と、極板群内部に含浸された電解液とを備えた二次電池であって、前記巻芯の端部に突出部を形成し、集電板に前記突出部を挿通する開口を形成し、前記負極端子の基端部には接続板部が形成され、前記接続板部に接続部材を貫通させる複数の穴が設けられ、前記突出部には前記接続部材を貫通させる穴が前記負極端子の複数の穴に対応して設けられ、前記負極集電体には、立ち上げ片が形成され、前記立ち上げ片にも前記接続部材を貫通させる穴が前記負極端子の穴及び前記突出部の穴に対応して設けられ、前記突出部に形成された凹部に、重ねられた前記立ち上げ片と前記接続板部の一部が対向配置するように挿入され、前記突出部と前記接続板部と前記立ち上げ片とが、それぞれの穴を貫通した前記接続部材にて、かしめ固定され、相互に接続されているものである。
前記極板群の一方の端面に接合された正極集電板と、前記極板群の他方の端面に接合された負極集電板と、前記巻芯に負極の集電板とともに接続部材にて固定された負極端子と、極板群を収納する、横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角筒状のアルミニウム外装ケースと、前記外装ケースの開口を封口しかつ前記負極端子を絶縁部材を介して貫通させて固定する蓋体と、極板群内部に含浸された電解液とを備えた二次電池であって、前記巻芯の端部に突出部を形成し、集電板に前記突出部を挿通する開口を形成し、前記負極端子の基端部には接続板部が形成され、前記接続板部に接続部材を貫通させる複数の穴が設けられ、前記突出部には前記接続部材を貫通させる穴が前記負極端子の複数の穴に対応して設けられ、前記負極集電体には、立ち上げ片が形成され、前記立ち上げ片にも前記接続部材を貫通させる穴が前記負極端子の穴及び前記突出部の穴に対応して設けられ、前記突出部に形成された凹部に、重ねられた前記立ち上げ片と前記接続板部の一部が対向配置するように挿入され、前記突出部と前記接続板部と前記立ち上げ片とが、それぞれの穴を貫通した前記接続部材にて、かしめ固定され、相互に接続されているものである。
この構成によると、電極端子と極板群の端面に接合した集電板とを接続部材にて巻芯に固定したので、設備コスト及び作業工数がかかる溶接が不要となり、組立工数を低減できてコスト低下を図ることができるとともに量産性に優れ、また極板群がその巻芯とこの巻芯に固定された電極端子を介して蓋体及び外装ケース固定されるので振動や衝撃にも強く、さらに極板群の端面に接合した集電板と電極端子を直接接続しているので電流通路が短く、内部抵抗が小さく高出力の二次電池を得ることができる。
また、電極端子と巻芯の間に集電板を挟んだ状態で接続部材にて固定すると、極板群に接続された集電板が強度のある電極端子と巻芯の間に挟圧・保持されて固定されるので、集電板を振動や衝撃に対して高い信頼性をもって電極端子に接続することができる。
また、巻芯の端部に突出部を形成し、集電板に前記突出部を挿通する開口を形成すると、巻芯と集電板が突出部と開口の嵌合によって位置決めされるので、相互の位置ずれが確実に防止され、極板群と集電板の固定及び接続状態の信頼性が一層確保される。
また、電極端子と集電板と巻芯に接続部材を貫通させる複数の穴部を設けると、複数の接続部材にて電極端子と集電板と巻芯を固定することができ、高強度で接続抵抗の小さい固定状態とすることができる。
また、外装ケースを両端開口の筒状で、その両端を蓋体にて封口したものとすると、外装ケースを簡単にかつ低コストにて製造することができるとともに、任意の長さの外装ケースを簡単に得ることができて任意に容量の電池を簡単に製造することができる。
本発明の二次電池によれば、電極端子と極板群に接合した集電板を接続部材にて極板群の巻芯に固定したので、組立工数を低減できてコスト低下を図ることができるとともに量産性に優れ、また極板群がその巻芯と電極端子を介して蓋体及び外装ケース固定されるので振動や衝撃にも強く、さらに電流通路が短く、内部抵抗を小さくできて高出力の二次電池を得ることができる。
以下、本発明の二次電池の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１、図２において、１はリチウムイオン電池から成る二次電池で、横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角筒状の外装ケース２内に極板群５を電解液とともに収容し、下蓋体４と上蓋体７にて封口して構成されている。外装ケース２は、耐電解液特性を有するアルミニウム材の引抜き成形品にて構成されている。
極板群５は、正極板と負極板をセパレータを介して重ね合わせて薄板状の巻芯３を軸として巻回して構成されている。極板群５の上側の端面には負極板の負極合剤が塗布されていない負極芯材が、下側の端面には正極板の正極合剤が塗布されていない正極芯材が露出されている。なお、ここでは極板群５の上蓋体７側の端面を上側の端面、下蓋体４側の端面を下側の端面と称する。極板群５の下側の端面に露出している正極芯材には正極集電板１６が溶接にて接合され、極板群５の上側の端面に露出している負極芯材には負極集電板６が溶接にて接合されている。
極板群５の上側の端面に露出している負極芯材と負極集電板６の溶接は、図３に示すように、負極集電板６に複数箇所に突部６ａを突出形成し、この負極集電板６を極板群５の端面に押し付けることで突部６ａを負極芯材に密着させた状態で溶接されている。また、極板群５の下側の端面に露出している正極芯材と正極集電板１６の溶接は、正極集電板１６に複数箇所に突部１６ａを突出形成し、この正極集電板１６を極板群５の端面に押し付けることで突部１６ａを負極芯材に密着させた状態で溶接されている。
１１は一方の極性の電極端子としての負極端子で、図３に示すように、その基端部には接続板部１１ａが形成され、この接続板部１１ａに接続部材１７を貫通させる一対の穴１１ｂが開けられている。巻芯３の両端部に突出部３ａが突出形成され、負極集電板６及び正極集電板１６には、それぞれ突出部３ａが挿通される開口６ｂ、１６ｂが形成されている。突出部３ａの一側面には、負極集電板６に形成した立ち上げ片６ｃと負極端子１１の接続板部１１ａを重ね、その一部を挿入させて対向配置する凹部３ｂが形成されている。また、突出部３ａには接続部材１７を貫通させる穴３ｃが負極端子１１の穴１１ｂに対応して開けられている。負極集電板６の立ち上げ片６ｃにも接続部材１７を貫通させる穴６ｄが穴１１ｂ及び穴３ｃに対応して開けられている。
負極端子１１と負極集電板６は、図４に示すように、巻芯３とともに銅などの電気抵抗の小さい材料から成る接続部材１７にてかしめ固定され、相互に接続されている。また、負極端子１１の外周には筒部とその下端に鍔部を有する下部絶縁リング８が配設され、さらにシール手段であるＯリング９が配設されている。なお、シール手段としては角リング、Ｄリング、Ｘリングなどを用いることができる。
上蓋体７には、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う安全弁１３が安全弁スペーサ１４を介してかしめ固定されている。また、上蓋体７には負極端子１１を貫通させる筒穴７ａが形成され、この筒穴７ａに負極端子１１に配設した下部絶縁リング８の筒部とＯリング９が嵌合されている。さらに、この筒穴７ａに、筒部とその上端に鍔部を有する上部絶縁リング１０の筒部が嵌合挿入され、かつその鍔部に係合する固定リング１２が負極端子１１の上端部に形成された固定溝１１ｃに装着されて固定されている。また、上蓋体７には電解液を注入するためねじ加工を施した注液口７ｂが形成され、注液栓１５がねじ固定されている。７ｃは、上蓋体７に一体的に突出形成された正極端子である。
下蓋体４にも、図１に示すように、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う安全弁１３が安全弁スペーサ１４を介してかしめ固定されている。また、下蓋体４には、巻芯３の突出部３ａを嵌入させる係合凹部４ａが形成されている。
次に、以上の構成の単電池１の組立工程を説明する。図３、図４に示すように、外装ケース２の一方の開口部に上蓋体７を挿入し、端面が同一になるように配し、外装ケース２と上蓋体７の境界部を溶接にて接合する。また、巻芯３に巻回して構成された極板群５の両端面に、負極集電板６と正極集電板１６をそれぞれの開口６ｂ、１６ｂに巻芯３の両端の突出部３ａを通して当接配置し、さらにその突部６ａ、１６ａを押し付けた状態で溶接接合する。その状態で負極集電板６の立ち上げ片６ｃは、突出部３ａの一側面の凹部３ｂ内に嵌入しており、この巻芯３の突出部３ａの凹部３ｂに負極端子１１の接続板部１１ａの一部を嵌合させ、これら突出部３ａと立ち上げ片６ｃと接続板部１１ａを接続部材１７にてかしめ固定する。次に、負極端子１１に下部絶縁リング８を装着した後、この極板群５を外装ケース２内に挿入・収納するとともに、負極端子１１を上蓋体７の筒穴７ａに挿通嵌合させる。
次に、極板群５の正極集電板１６の両側に立ち上げ形成された立ち上げ片１６ｃを外装ケース２の内側面に密着させ、溶接にて接合した後、外装ケース２の他方の開口部に下蓋体４を挿入し、端面が同一になるように配し、外装ケース２と下蓋体４の境界部を溶接にて接合する。
次に、上蓋体７に形成した筒穴７ａに挿通した負極端子１１にＯリング９を装着し、筒穴７ａと負極端子１１の間の空隙部に圧入し、さらに上部絶縁リング１０を挿入配置した後固定リング１２を負極端子１１の固定溝１１ｃに装着固定する。次に、上蓋体７の注液口７ｂから所定量の電解液を注入して極板群５に含浸させ、その後注液栓１５で密封して単電池１が完成する。
以上の実施形態によれば、巻芯３を巻回の軸として極板群５を構成し、この極板群５の端面に正極集電板１６と負極集電板６を溶接接合し、さらに負極端子１１を負極集電板６とともに巻芯３に接続部材１７にて接続固定しているので、極板群５が巻芯３を介して外装ケース２に固定されるため、上下方向、左右方向、前後方向のそれぞれの振動や衝撃に耐性のある二次電池１が得られる。また、接続部材１７のかしめ加工によって負極端子１１を負極集電板６とともに巻芯３に固定しているので、簡単で加工コストの低い組立を実現できるとともに、組立工数を削減することができる。
本発明の二次電池は、極板群と集電板を、極板群の巻芯とこの巻芯に集電板とともに固定した電極端子にて電池内で拘束しているので、振動や衝撃の耐性が要求される電動工具やコードレス掃除機や電動車両等の高出力用リチウム二次電池などに有用である。
１ 二次電池
２ 外装ケース
３ 巻芯
３ａ 突出部
３ｃ 穴
４ 下蓋体
５ 極板群
６ 負極集電板
６ｂ 開口
６ｄ 穴
７ 上蓋体
８ 下部絶縁リング
１０ 上部絶縁リング
１１ 負極端子（電極端子）
１１ｂ 穴
１６ 正極集電板
１６ｂ 開口
１７ 接続部材
２ 外装ケース
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Claims (2)
- 正極板と負極板をセパレータを介して対向させ、巻芯を軸として巻回して成り、幅方向の一方の端面に正極板の合剤層が塗布されていない芯材が露出し、幅方向の他方の端面に負極板の合剤層が塗布されていない芯材が露出している極板群と、前記極板群の一方の端面に接合された正極集電板と、前記極板群の他方の端面に接合された負極集電板と、前記巻芯に負極の集電板とともに接続部材にて固定された負極端子と、極板群を収納する、横断面形状が扁平な長方形、若しくは隅丸長方形ないし長円形の角筒状のアルミニウム外装ケースと、前記外装ケースの開口を封口しかつ前記負極端子を絶縁部材を介して貫通させて固定する蓋体と、極板群内部に含浸された電解液とを備えた二次電池であって、
前記巻芯の端部に突出部を形成し、集電板に前記突出部を挿通する開口を形成し、前記負極端子の基端部には接続板部が形成され、前記接続板部に接続部材を貫通させる複数の穴が設けられ、前記突出部には前記接続部材を貫通させる穴が前記負極端子の複数の穴に対応して設けられ、前記負極集電体には、立ち上げ片が形成され、前記立ち上げ片にも前記接続部材を貫通させる穴が前記負極端子の穴及び前記突出部の穴に対応して設けられ、前記突出部に形成された凹部に、重ねられた前記立ち上げ片と前記接続板部の一部が対向配置するように挿入され、前記突出部と前記接続板部と前記立ち上げ片とが、それぞれの穴を貫通した前記接続部材にて、かしめ固定され、相互に接続されていることを特徴とする二次電池。 - 外装ケースは両端開口の筒状で、その両端を蓋体にて封口したことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
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