JP5728585B2

JP5728585B2 - 角形電池

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Publication number: JP5728585B2
Application number: JP2013535702A
Authority: JP
Inventors: 拓郎綱木; 有島　康夫; 康夫有島
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-09-28
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Description

本発明は、角形電池に関する。

シート状の正極、負極を間にセパレータを介在させて積層し捲回することにより扁平状の発電要素群を作製し、この扁平状の発電要素群を電解液が充填された角形の金属あるいは樹脂製の密閉容器内に納め、発電要素群の両極と接続した外部へと導電させる導電部材を設けたリチウムイオン二次電池が広く知られている。

リチウムイオン二次電池は、ノートパソコンや携帯電話のような小型電子装置に主に使用されているが、他種の二次電池に比べて高出力、高容量及び軽量などの特性を有するため、ハイブリット自動車または電気自動車にも使用される。自動車に搭載されるリチウムイオン二次電池は、振動や衝撃の他に、衝突により圧壊させる外力が働くおそれがあることを考慮する必要がある。

特許文献１では、耐衝撃、耐振動に関しては、導電部材と電池缶の間に介在された弾性部材が圧縮されることで発電要素群を電池缶に対して固定する角形電池の構造が示されている。

特開２０１１-１０８５０７号公報

角形電池は、振動や衝撃、衝突等によって発電要素群に外力が働いた場合に、発電要素群が圧壊して短絡などの不具合を生ずるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、角形電池の発電要素群の圧壊を防ぎ、短絡等の発生を防止できる角形電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の角形電池は、正極シートと負極シートを間にセパレータを介して重ねて軸芯に捲回した扁平状の発電要素群と、該発電要素群を収容する電池缶とを有する角形電池において、前記軸芯を該軸芯の捲回軸方向両側に延長して前記発電要素群よりも捲回軸方向外側に突出する一対の補強部材を有することを特徴とする。

本発明によれば、発電要素群の捲回軸方向に外力が働いて電池缶内で発電要素群が捲回軸方向に移動した場合に、補強部材を電池容器の側壁部に当接させて、発電要素群の捲回軸方向端部の変形を防ぐことができる。したがって、発電要素群の変形による短絡等の発生を抑制して、角形電池の強度を向上させることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施の形態に係わるリチウムイオン二次電池の外観斜視図。図１に示すリチウムイオン二次電池の分解斜視図。図１に示すリチウムイオン二次電池の内部構成を説明する縦断面図。捲回後の発電要素群を示す斜視図。発電要素群を捲回する前の状態を示す斜視図。軸芯の構成を説明する斜視図。軸芯の要部を拡大して一部を断面で示す斜視図。図１のＡ−Ａ線断面斜視図。補強部材と扁平軸芯との係合部分を示す図。補強部材の構成の一例を説明する斜視図。補強部材の構成の一例を説明する斜視図。補強部材の構成の一例を説明する斜視図。補強部材を発電要素群に係合させる方法を説明する図。発電要素群の金属箔積層部を発電要素群の厚さ方向に２つに分けて一対の接続部を形成する工程を説明する断面図。発電要素群の接続部を集電端子に接合する工程を説明する断面図。扁平軸芯に補強部材を係合させる工程を説明する断面図。補強部材の他の構成を説明する斜視図。図１１に示す補強部材を用いたリチウムイオン二次電池の内部構成を示す縦断面図。図１１に示す補強部材と軸芯との係合部分を示す図。補強部材の他の構成を説明する斜視図。図１４に示す補強部材を用いたリチウムイオン二次電池の内部構成を示す縦断面図。補強部材の他の構成を説明する斜視図。図１６に示す補強部材を用いたリチウムイオン二次電池の内部構成を示す縦断面図。図１６に示す補強部材を発電要素群に係合させる方法を説明する図。

以下、図面を参照して、本発明の角形電池をハイブリッド車用のリチウムイオン二次電池に適用した実施の形態について説明する。

リチウムイオン二次電池１は、図１から図３に示すように、外観が略矩形状（角形）を呈しており、角形で有底の金属製（本例ではアルミニウム合金製）電池缶２と、電池缶２の開口部に輪郭が合致する平板状の金属製（本例ではアルミニウム合金製）電池蓋３とを有している。

電池缶２は、深絞り加工により形成されており、矩形の底壁部ＰＢと、底壁部ＰＢの一対の長辺から上方に向かって立ち上がり対峙する一対の幅広の面壁部ＰＷと、底壁部ＰＢの一対の短辺から上方に向かって立ち上がり対峙する一つの幅狭の側壁部ＰＮとを有している。

電池蓋３は、その外周輪郭が電池缶２の開口部の内周部にレーザ（ビーム）溶接で接合されており、電池缶２の開口部を封止している。電池蓋３には、電池内圧が上昇したときに予め設定された圧力で開裂し、ガスを外部放出するためのガス排出弁４１が設けられている。ガス排出弁４１は、電池蓋３と略同一の金属材で構成した薄膜部材であり、レーザ溶接等により電池蓋３に接合されている。また、電池蓋３には、電池缶２の開口部を封止した後に、電池缶２内に電解液を注入するための注液口４２が設けられている。この注液口４２は、電解液を注入した後に、注液栓４３によって封口される。

リチウムイオン二次電池１の電池缶２と電池蓋３とで構成される内部空間には、扁平状の発電要素群６および電解液等が収納されている。なお、本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、電池缶２および電池蓋３が極性を持たない中性である。

電池蓋３には、正極端子２１と負極端子３１が配設されている。正極端子２１及び負極端子３１は、電池蓋３の長手方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極端子２１及び負極端子３１は、例えば図２に示すように、電池蓋３の外側に配置される外部端子２２、３２と、電池蓋３の内側から電池缶２内を底壁部ＰＢに向かって延出して発電要素群６に導通接続される集電端子２４、３４と、電池蓋３を貫通して外部端子２２、３２と集電端子２４、３４との間を導通接続させる接続端子２３、３３と、を有している。

正極端子２１は、アルミニウム合金で製作され、負極端子３１は、銅合金で製作されている。そして、正極端子２１及び負極端子３１は、電池蓋３との間に絶縁部材２０が介在されており、電池蓋３から電気的に絶縁されている。

正極端子２１及び負極端子３１は、電池蓋３に固定されて蓋組立体とされ、正極端子２１の集電端子２４と負極端子３１の集電端子３４との間に、発電要素群６がその一方の円弧部から挿入されて、接合等により一体化され、発電要素組立体とされる。そして、発電要素群６の捲回軸方向両端部に、後述する一対の補強部材５１、５１がそれぞれ装着される。

正極端子２１の集電端子２４は、電池蓋３の下面に沿って平行に配置される平板状の基部２４Ａ（図３を参照）と、基部２４Ａの両端部で折曲されて電池蓋３の短辺方向に離間して互いに対向し電池缶２の底壁部ＰＢに向かって延びる一対の集電接続片２４Ｂ（図２を参照）を備える。一対の集電接続片２４Ｂは、電池缶２の上方からみて略ハの字形状を有しており、電池蓋３の長辺方向中央側に近づくほど接続片同士の間隔が狭くなるように傾斜した形状を有している（例えば、図１０Ａを参照）。

同様に、負極端子３１の集電端子３４は、電池蓋３の下面に沿って平行に配置される平板状の基部３４Ａ（図３を参照）と、基部３４Ａの両端部で折曲されて電池蓋３の短辺方向に離間して互いに対向し電池缶２の底壁部ＰＢに向かって延びる一対の集電接続片３４Ｂ（図２を参照）を備える。一対の集電接続片３４Ｂは、電池缶２の上方からみて略ハの字形状を有しており、電池蓋３の長辺方向中央側に近づくほど接続片同士の間隔が狭くなるように傾斜した形状を有している（例えば、図１０Ａを参照）。

正極側の一対の集電接続片２４Ｂは、発電要素群６の正極側の端部で発電要素群６の厚さ方向外側にそれぞれ対向して配置され、一対の集電接続片２４Ｂの各内面が、後述する発電要素群６の正極金属箔積層部１１ｃの外表面と接合される。負極側の一対の集電接続片３４Ｂは、発電要素群６の負極側の端部で発電要素群６の扁平厚さ方向外側にそれぞれ対向して配置され、一対の集電接続片３４Ｂの各内面が、後述する発電要素群６の負極金属箔積層部１２ｃの外表面と接合される。

図４Ａ、図４Ｂは、発電要素群の構成を説明する図であり、図４Ａは、捲回後の発電要素群６の状態を示し、図４Ｂは、発電要素群を捲回する前の状態を示している。

発電要素群６は、図４Ｂに示すように、正極シート１１と負極シート１２との間にセパレータ１３を介在させて、板状の軸芯１４の周りに捲回することによって形成される。発電要素群６は、軸芯１４に、セパレータ１３のみを捲回したのち、セパレータ１３、負極シート１２、セパレータ１３、正極シート１１の順番で重ね合わされて巻回されており、最内周に１又は複数層のセパレータ１３が捲回されている。最外周の電極は、負極シート１２となっており、全ての正極シート１１は、その内周側と外周側をセパレータ１３を介して負極シート１２に挟まれている。また、発電要素群６の最外周も必要に応じて短絡防止の為にセパレータ１３が１又は複数層捲回されており、セパレータ１３の捲回終了端は、予め旗面に粘着剤が塗布されたテープ（不図示）で止められている。

正極シート１１は、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる帯状の正極金属箔（正極集電体）を有し、負極シート１２は、銅箔もしくは銅合金箔からなる帯状の負極金属箔（負極集電体）を有している。また、セパレータ１３は、リチウムイオンが通過可能な微多孔性シート材で構成されており、本例では、数十μｍ厚のポリエチレンシートが用いられている。

正極シート１１の正極金属箔の両面には、正極活物質として、例えば、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物を含む正極活物質合剤が略均等かつ略均一に塗着（塗工）されて正極合剤層（正極合剤塗工部）１１ｂが形成されており、両面とも長手方向に沿う一側に正極活物質合剤が未塗工の正極金属箔が露出した正極金属箔露出部（正極未塗工部）１１ａが形成されている。

そして、負極シート１２の負極金属箔の両面には、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材を含む負極活物質合剤が略均等かつ略均一に塗着されて負極合剤層（負極合剤塗工部）１２ｂが形成されており、両面とも長手方向に沿う一側に負極活物質合剤が未塗工の負極金属箔が露出した負極金属箔露出部（負極未塗工部）１２ａが形成されている。

正極シート１１と負極シート１２は、負極合剤層１２ｂの捲回軸方向長さが、正極合剤層１１ｂの捲回軸方向長さよりも長くなるように形成されている。正極シート１１は、正極合剤層１１ｂの捲回軸方向両側端位置が、後述する軸芯１４の捲回軸方向中央部１４Ａと捲回軸方向端部１４Ｂとの境界位置よりも捲回軸方向中央寄り位置に配置されるように軸芯１４に捲回される。また、負極シート１２は、負極合剤層１２ｂの捲回軸方向両側端位置が、正極合剤層１１ｂの捲回方向両側端位置よりも捲回軸方向外側位置に配置されるように軸芯１４に捲回される。

正極シート１１及び負極シート１２は、捲回軸方向一方側に正極金属箔露出部１１ａが配置され、捲回軸方向他方側に負極金属箔露出部１２ａが配置され、正極合剤層１１ｂと負極合剤層１２ｂとの間にセパレータ１３が介在されるように重ねられて軸芯１４に捲回される。発電要素群６の捲回軸方向一方側の端部には、正極金属箔露出部１１ａが捲回されて積み重ねられた正極金属箔積層部１１ｃが形成されており、捲回軸方向他方側の端部には、負極金属箔露出部１２ａが捲回されて積み重ねられた負極金属箔積層部１２ｃが形成されている。

図５Ａ、図５Ｂは、軸芯１４の構成を説明する図であり、図５Ａは軸芯１４の外観斜視図、図５Ｂは軸芯１４の要部である図５ＡのＢ部を拡大して一部を断面で示す斜視図である。なお、説明内容の理解を容易にするために、軸芯１４の捲回軸方向をＸ方向、軸芯１４の平面に垂直な方向をＺ方向、軸芯１４のＸ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向として説明する。

軸芯１４は、絶縁性の材料より形成され、特に、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂の少なくとも一つの樹脂材料を用いて形成されている。

軸芯１４は、発電要素群６の平面形状に対応した矩形状の板状部材であり、Ｘ方向の中央位置に設けられて正極シート１１の正極合剤層１１ｂと負極シート１２の負極合剤層１２ｂが重なり合う部位に対応する中央部１４Ａと、中央部１４ＡのＸ方向両側の位置に設けられて正極金属箔露出部１１ａと負極金属箔露出部１２ａにそれぞれ対応する端部１４Ｂ、１４Ｂとを備えている。

軸芯１４は、中央部１４Ａよりも端部１４Ｂの方が、Ｙ方向の板幅が狭い形状を有しており、例えば、矩形状の板状部材の四隅にテーパー部１４ｂを形成して板幅を狭くしている。軸芯１４の中央部１４Ａは、Ｘ方向に沿って延在する一対の平行な外縁部１４ａ，１４ａを有している。軸芯１４の端部１４Ｂは、外縁部１４ａ，１４ａの板幅Ｖ１より狭い板幅Ｖ２の側端面１４ｅを有している。

軸芯１４は、中央部１４Ａに正極シート１１の正極合剤層１１ｂと負極シート１２の負極合剤層１２ｂが配置され、端部１４Ｂ、１４Ｂに正極金属箔露出部１１ａと負極金属箔露出部１２ａが配置され、正極合剤層１１ｂと負極合剤層１２ｂとの間には、セパレータ１３が介在されて、軸芯１４のＸ方向一方側の端部１４Ｂに正極金属箔露出部１１ａが配置され、他方側の端部１４Ｂに負極金属箔露出部１２ａが配置された状態で捲回される。

軸芯１４の端部１４Ｂは、Ｘ方向に沿って中央部１４Ａから離れる方向に移行するにしたがってＹ方向の板幅が狭くなるように形成されている。すなわち、軸芯１４は、矩形状の軸芯１４の四隅にテーパー部１４ｂが形成され、軸芯１４の板幅が、中央部１４Ａの板幅よりも狭くなっている。また、軸芯１４はテーパー部１４ｂを四隅に形成することにより、中央部１４ＡのＸ方向に沿う横幅（捲回軸方向長さ）が、正極合剤層１１ｂの横幅（捲回軸方向長さ）より大きく設定されている。そして、中央部１４Ａの横幅と負極合剤層１２ｂの横幅は一致するように設定されている。この構成により、正極シート１１の正極金属箔と負極シート１２の負極金属箔との間における充放電時のイオンの移動が効率よく行われる。

軸芯１４のＸ方向の両端部には、凹部１４ｃ、１４ｃが切り欠き形成されている。各凹部１４ｃは、補強部材５１の延長部５２が挿入される大きさの矩形状を有している。凹部１４ｃのＸ方向の大きさは、延長部５２の高さｈ（図８Ａを参照）と略一致しており、凹部１４ｃのＹ方向（板幅方向）の大きさは、延長部５２の横幅ｗ（図８Ａを参照）よりも若干大きく設定されている。そして、凹部１４ｃ内で捲回軸方向外側に面する側端面１４ｄには、補強部材５１を係合させるためのスリット１５（図５Ｂを参照）が設けられている。

補強部材５１は、発電要素群６の捲回軸方向の強度を補強するものであり、発電要素群６の捲回軸方向両端部にそれぞれ装着される。発電要素群６の捲回軸方向両端部には、正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃが設けられており、外力が働くことによって容易に変形しやすい。したがって、これら正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃの変形を防ぐために補強部材５１が設けられる。

補強部材５１は、高強度部材であり、アルミニウム合金及び銅合金やアルミニウム合金に絶縁層を塗布した部材やポリフェニレンスルファイド(PPS)及びポリプロピレン(PP)などが用いられる。一対の補強部材５１は、図３に示すように、軸芯１４の捲回軸方向の両端部に連続して配置され、軸芯１４を捲回軸方向に延長して発電要素群６の端面よりも捲回軸方向外側に突出し、電池缶２の側壁部ＰＮとの間に所定の間隙を有して対向する構成を有している。

図６は、図１のＡ−Ａ線断面を拡大して示す斜視図、図７は、補強部材５１と軸芯１４との係合部分を示す図、図８Ａ〜図８Ｃは、補強部材５１の構成を説明する図である。

補強部材５１は、図６及び図７に示すように、軸芯１４の側端面１４ｄに一端（当接面５２ａ）が対向して当接し、軸芯１４を捲回軸方向に連続して延長し、他端が発電要素群６及び集電接続片２４Ｂ、３４Ｂよりも捲回軸方向外側に突出する延長部５２と、延長部５２の他端に連続して延長部５２に直交する方向に平面状に拡がり、電池缶２の側壁部ＰＮとの間に所定の間隙を有して対向する対向面部５３とを有しており、断面が略Ｔ字状を有している。

延長部５２は、図８Ａに示すように、所定の板厚で外形が凹部１４ｃに収まる大きさの寸法形状を有する略矩形の板形状を有しており、対向面部５３は、電池缶２の底壁部ＰＢから開口部の近傍まで一定幅で延在して（図３を参照）、発電要素群６の捲回軸方向一方側の端部に対向する平板形状を有している。

そして、延長部５２の当接面５２ａには、補強部材５１を軸芯１４に係合するための係合手段を構成する挿入片５４が設けられている。挿入片５４は、軸芯１４のスリット１５に挿入可能な薄板形状を有している。

補強部材５１の延長部５２と対向面部５３との間には、複数の補強リブ５５が設けられており、剛性の向上が図られている。補強部材５１は、図８Ｂに示すように、延長部５２の形状を断面台形状に形成して更なる剛性の向上を図ってもよい。補強部材５１は、図８Ａの補強リブ５５の構成と、図８Ｂの断面台形状の構成を比較した場合に、図８Ａの方が軽量化を図ることができる一方、図８Ｂの方が高剛性を得ることができる。また、図８Ｃに示すように、図８Ａの補強リブ５５を省略して、更なる軽量化を図った構成としてもよい。

補強部材５１は、発電要素群６の正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃが集電端子２４、３４に接合されて発電要素組立体とされた後に、発電要素群６の捲回軸方向両端部にそれぞれ装着される。そして、補強部材５１及び集電端子２４、３４も含めた発電要素群６の周り全体が絶縁保護シート９で包まれて覆われた状態で電池缶２内に収容される。したがって、補強部材５１は、例えば図６に示すように、補強部材５１の対向面部５３と電池缶２の側壁部ＰＮとの間に絶縁保護シート９が介在される。

次に、上記構成を有するリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。

リチウムイオン二次電池１の製造方法では、まず、電池蓋３に正極端子２１と負極端子３１を取り付けて蓋組立体を作成すると共に、図４に示した発電要素群６を作成する。そして、その蓋組立体と発電要素群６とを一体化して発電要素組立体を作成し、発電要素組立体の発電要素群６に補強部材５１を装着する。

それから、補強部材５１及び集電端子２４、３４も含めた発電要素群６の周り全体を絶縁保護シート９で包み込んで覆い、電池缶２内に挿入する。そして、電池蓋３を電池缶２にレーザ溶接して電池缶２の開口を封止し、その後に、注液口４２から電池缶２内に電解液（図示省略）を注入する。電解液注入後、注液口４２を注液栓４３で封口し、レーザ溶接する。

発電要素群６と集電端子２４、３４を一体化するに先立って、発電要素群６の捲回軸方向一方端部に一対の正極接続部１１ｄ、１１ｄを形成しかつ捲回軸方向他方端部に一対の負極接続部１２ｄ、１２ｄを形成する。一対の正極接続部１１ｄ、１１ｄと一対の負極接続部１２ｄ、１２ｄは、図１０Ａに示すように、発電要素群６の正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃを、それぞれ軸芯１４から扁平厚さ方向（Ｚ方向）に２つに分けて圧縮し、それぞれ集合させることによって形成される。これにより、発電要素群６の正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃはそれぞれ内周側から外側に押し開かれて、断面が略Ｖ字型となるように拡げられた形状とされる。

そして、蓋組立体の下方から発電要素群６を接近させて、一対の正極集電接続片２４Ｂの間に正極金属箔積層部１１ｃを挿入し、かつ、一対の負極集電接続片３４Ｂの間に負極金属箔積層部１２ｃを挿入する。これにより、図１０Ｂに示すように、一対の正極接続部１１ｄ、１１ｄの各外表面に、正極集電端子２４の一対の正極集電接続片２４Ｂの各内表面が対向配置され、一対の負極接続部１２ｄ、１２ｄの各外表面に、負極集電端子３４の一対の負極集電接続片３４Ｂの各内表面が対向配置される。

そして、外表面と内表面とが互いに対向配置されている正極接続部１１ｄと正極集電接続片２４Ｂに対して、超音波接合の振動子（ホーン）と固定子（アンビル）を図中に太矢印で示す方向から接近させて、振動子と固定子との間に正極接続部１１ｄ及び正極集電接続片２４Ｂを挟み込んで超音波接合する。同様に、外表面と内表面とが互いに対向配置されている負極接続部１２ｄと負極集電接続片３４Ｂを、超音波接合の振動子（ホーン）と固定子（アンビル）でそれぞれ挟み込み、超音波接合する。これにより、発電要素群６は、正極集電端子２４と負極集電端子３４に電気的に接続された状態で支持され、発電要素組立体が形成される。

そして、図１０Ｃに示すように、発電要素群６の捲回軸方向両端部に、一対の補強部材５１、５１を装着する工程が行われる。補強部材５１は、図９に示すように、発電要素群６に対して捲回軸方向外側から接近されて、延長部５２が、断面略Ｖ字状に拡げられた一対の正極接続部１１ｄ、１１ｄの間、及び一対の負極接続部１２ｄ、１２ｄの間に挿入される。そして、図７に示すように、延長部５２に設けられた挿入片５４が、軸芯１４のスリット１５に挿入されて、延長部５２の当接面５２ａが軸芯１４の側端面１４ｄに当接した状態で軸芯１４に係合される。

以上説明した本実施の形態によるリチウムイオン二次電池１は、次のような作用効果を奏することができる。

（１）軸芯１４の捲回軸方向一方端部と他方端部にそれぞれ装着されて、軸芯を捲回軸方向外側に延長し、発電要素群６の端面よりも突出して電池缶の側壁部ＰＮに対向する補強部材５１を有するので、振動や衝撃、あるいは自動車の衝突等によって、リチウムイオン二次電池１に外力が働き、電池缶２に対して発電要素群６が相対的に捲回軸方向に沿った方向に移動した場合に、補強部材５１を電池缶２の側壁部ＰＮに当接させることができる。

発電要素群６は、電池蓋３から対をなして突出する正極集電接続片２４Ｂと負極集電接続片３４Ｂとの間に支持されているので、リチウムイオン二次電池１に対して発電要素群６の捲回軸方向に沿った方向の外力が作用した場合に、かかる方向に沿って電池缶２内を移動するおそれがある。

かかる条件の下、本実施の形態に係わるリチウムイオン二次電池１は、補強部材５１が発電要素群６よりも捲回軸方向外側に突出して電池缶２の側壁部ＰＮに対向しているので、発電要素群６が上記した方向に相対的に移動した場合に、補強部材５１を電池缶２の側壁部ＰＮに当接させることができる。そして、当接により補強部材５１に加えられたエネルギーは、補強部材５１から軸芯１４に伝達されて吸収される。したがって、発電要素群６の捲回軸方向外側の端部が、電池缶２の側壁部ＰＮに接触して変形あるいは圧壊されるのを防ぐことができ、短絡等が発生するのを抑制できる。

（２）リチウムイオン二次電池１に対して、発電要素群６の捲回軸方向に沿った方向の外力が働いて、電池缶２を長辺方向に収縮させる方向に変形させた場合には、電池缶２の一方の側壁部ＰＮに対して一方の補強部材５１を当接させると共に、電池缶２の他方の側壁部ＰＮに対して他方の補強部材５１を当接させることができる。したがって、軸芯１４及びその捲回軸方向両端部に支持された一対の補強部材５１を、一対の側壁部ＰＮ、ＰＮの間に亘って介在させて、一対の側壁部ＰＮ、ＰＮの間を支持し、一対の側壁部ＰＮ、ＰＮがそれ以上互いに接近する方向に移動するのを防ぐことができる。したがって、発電要素群６の捲回軸方向外側の端部が、電池缶２の側壁部ＰＮに接触して変形あるいは圧壊されるのを防ぐことができ、短絡等が発生するのを抑制できる。

（３）補強部材５１の対向面部５３は、延長部５２の基端に連続して延長部５２に直交する方向に平面状に拡がり、電池缶２の側壁部ＰＮとの間に所定の間隙を有して対向配置されている。そして、発電要素群６の捲回軸方向外側の端部に沿って電池缶２の底壁部ＰＢから開口部の近傍まで一定幅で延在している。

したがって、補強部材５１は、軸芯１４の捲回軸方向に直交する方向の断面積よりも広い面積で電池缶２の側壁部ＰＮに対向することができる。したがって、例えば、電池缶２を長手方向に圧壊させる方向に外力が作用して、電池缶２の一方の側壁部ＰＮの一部が電池缶２の内部側に向かって変形した場合に、対向面部５３を確実に当接させて側壁部ＰＮを保持することができる。したがって、発電要素群６の捲回軸方向外側の端部が、電池缶２の側壁部ＰＮに接触して変形あるいは圧壊されるのを防ぐことができ、短絡等が発生するのを抑制できる。

（４）本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池１は、発電要素群６の捲回軸方向外側の端部に一対の接続部１１ｄ、１２ｄを形成して、かかる一対の接続部１１ｄ、１２ｄに集電端子の集電接続片２４Ｂ、３４Ｂを超音波接合することによって、蓋組立体に発電要素群６を支持させる構成を有している。したがって、超音波接合工程においては、発電要素群６の捲回軸方向外側の端部に超音波接合用の振動子と固定子を挿入するスペースが必要である。したがって、例えば、軸芯１４と補強部材５１を一体に形成するなど、発電要素群６を蓋組立体に取り付ける前から補強部材５１を設けておくことはできない。補強部材５１は、発電要素群６の接続部１１ｄ、１２ｄを集電端子の集電接続片２４Ｂ、３４Ｂに超音波接合した後に、発電要素群６に装着するものであり、外力が作用した場合に、発電要素群６の捲回軸方向外側の端部が、電池缶２の側壁部ＰＮに接触して変形あるいは圧壊されるのを防ぐことができる。

上述の実施の形態では、軸芯１４の端面に形成されたスリット１５に補強部材５１の挿入片５４を挿入することによって軸芯１４に補強部材５１を係合する構造について説明したが、係合する構造は、上記した構成に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。以下に、他の構成について図１１〜図１８を用いて説明する。なお、上述の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

図１１〜図１３は、補強部材５１を軸芯１４に係合させる他の構造を説明する図であり、図１１は、補強部材の斜視図、図１２は、図１１の補強部材を用いたリチウムイオン二次電池の縦断面図、図１３は、図１２のＣ−Ｃ線断面図である。

本実施例では、係合手段としてスリット５６を補強部材５１に設け、挿入片１６を軸芯１４に設けている。スリット５６は、補強部材５１の延長部５２の当接面５２ａに開口して形成されており、所定深さで延長部５２の横幅方向に沿って延在する凹溝形状を有している。挿入片１６は、軸芯１４の側端面１４ｄから所定幅を有して所定長さだけ突出する薄板形状を有しており、その大きさは、スリット５６に嵌入可能な寸法に設定されている。

上記構成を有する補強部材５１の発電要素群６への取り付けは、補強部材５１を発電要素群６の捲回軸方向外側から接近させて、延長部５２を、断面略Ｖ字状に拡げられた一対の正極接続部１１ｄ、１１ｄの間、及び一対の負極接続部１２ｄ、１２ｄの間に挿入する。そして、延長部５２の先端に設けられたスリット５６に、軸芯１４の挿入片１６を挿入させて、延長部５２の当接面５２ａが軸芯１４の端面に当接した状態で軸芯１４に係合させる。

上記構成によれば、軸芯１４の挿入片１６を補強部材５１のスリット５６に挿入することによって、補強部材５１を軸芯１４に係合させることができ、補強部材５１を発電要素６に容易に取り付けることができる。また、スリット５６に挿入片１６を挿入して係合しているので、補強部材５１に対して捲回軸方向外側から捲回軸方向に沿って外力が働いた場合に、補強部材５１の当接面５２ａと軸芯１４の側端面１４ｄとを互いに当接させた状態に保持することができ、補強部材５１に入力された衝撃エネルギーを軸芯１４に確実に伝達して分散させることができる。

図１４、図１５は、補強部材５１の保持構造のさらに他の実施例を説明する図であり、図１４は、補強部材の斜視図、図１５は、図１４の補強部材を用いたリチウムイオン二次電池の縦断面図である。

本実施例では、係合手段として補強部材５１に係止爪５７を設け、軸芯１４に係止爪５７が係止される係止穴１７を設けている。係止爪５７は、補強部材５１の延長部５２の当接面５２ａから突出しており、補強部材５１の長さ方向に所定距離だけ離間して対をなして設けられている。係止穴１７は、軸芯１４の側端面１４ｄに凹設されており、挿入された係止爪５７を係止する穴形状を有している。

上記構成によれば、補強部材５１を発電要素群６の捲回軸方向外側から接近させて、軸芯１４の係止穴１７に補強部材５１の係止爪５７を挿入して係止させることができる。したがって、補強部材５１を軸芯１４に確実に係合させることができ、例えば組み立て作業中に補強部材５１が外れるのを防ぐことができる。

図１６〜図１８は、補強部材５１の取り付け構造の更に他の実施例を説明する図であり、図１６は、補強部材の斜視図、図１７は、図１６の補強部材を用いたリチウムイオン二次電池の縦断面図、図１８は、補強部材の装着方法を説明する斜視図である。

本実施例では、係合手段として軸芯１４の側端面１４ｅに突起部１８を設け、補強部材５１の対向面部５３に嵌合穴５８を設けている。突起部１８は、軸芯１４の側端面１４ｅであって、凹部１４ｃよりもＹ方向外側に離間した位置に対をなして設けられている。突起部１８は、発電要素群６の端面よりも捲回軸方向外側に向かって突出する円柱形状を有している。

嵌合穴５８は、補強部材５１の対向面部５３に貫通して設けられており、延長部５２よりも横幅方向外側であって突起部１８と対向する位置に開口している。嵌合穴５８は、突起部１４を嵌入可能な丸穴形状を有している。

上記構成によれば、補強部材５１は、発電要素群６の捲回軸方向外側から接近させて、軸芯１４の突起部１８を補強部材５１の嵌合穴５８に嵌入させることによって係合させることができる。したがって、補強部材５１を軸芯１４に確実に係合させることができ、例えば組み立て作業中に補強部材５１が外れるのを防ぐことができる。特に、本実施例によれば、係合状態を視認することができ、作業性の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１角形電池
２電池缶
６発電要素群
１１正極シート
１１ｃ正極金属箔積層部
１１ｄ正極接続部
１２負極シート
１２ｃ負極金属箔積層部
１２ｄ負極接続部
１３セパレータ
１４軸芯
１４ｄ、１４ｅ側端面
１５スリット（係合手段）
５１補強部材
５２延長部
５３対向面部
５４挿入片（係合手段）
ＰＮ側壁部

Claims

正極シートと負極シートを間にセパレータを介して重ねて軸芯に捲回した扁平状の発電要素群と、該発電要素群を収容する電池缶とを有し、
前記発電要素群は、該発電要素群の捲回軸方向一方端部に前記正極シートの正極金属箔露出部が積み重ねられた正極金属箔積層部と、前記発電要素群の捲回軸方向他方端部に前記負極シートの負極金属箔露出部が積み重ねられた負極金属箔積層部と、を有し、
前記電池缶は、矩形の底壁部及び該底壁部の各辺からそれぞれ立ち上がる４つの側壁部からなり上方に向かって開口部が開口する箱形状を有し、互いに対峙する一対の側壁部の間に亘って前記発電要素群の捲回軸が配置されるように前記発電要素群を収容する角形電池において、
前記軸芯を該軸芯の捲回軸方向両側に延長して前記発電要素群よりも捲回軸方向外側に突出する一対の補強部材を有し、
前記補強部材は、
前記軸芯の側端面に一端が当接し、他端が前記発電要素群よりも捲回軸方向外側に突出する延長部と、
該延長部の他端に連続して該延長部に直交する方向に平面状に拡がり、前記電池缶の側壁部に対向する対向面部と、を有することを特徴とする角形電池。
前記発電要素群は、捲回軸方向一方端部に形成された正極シートの正極金属箔積層部を前記軸芯から扁平厚さ方向に２つに分けてそれぞれ集合させた一対の正極接続部と、捲回軸方向他方側に形成された負極シートの負極金属箔積層部を前記軸芯から扁平厚さ方向に２つに分けてそれぞれ集合させた一対の負極接続部とを有し、
前記補強部材は、前記一対の正極接続部の間に前記延長部が挿入され、前記一対の正極接続部よりも捲回軸方向外側に前記対向面部が対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
前記補強部材を前記軸芯に係合する係合手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の角形電池。
前記係合手段は、前記軸芯の側端面に形成されたスリットと、前記補強部材の前記延長部から突出して前記スリットに挿入可能な挿入片とを有することを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
前記係合手段は、前記軸芯の側端面から突出して形成された挿入片と、前記補強部材の前記延長部に凹設されて前記挿入片を挿入可能なスリットとを有することを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
前記係合手段は、前記軸芯の側端面に凹設された係止穴と、前記補強部材の前記延長部から突出して前記係止穴に係止可能な係止爪とを有することを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
前記係合手段は、前記軸芯の側端面に突設された突起部と、前記補強部材の前記対向面部に凹設されて前記突起部を嵌合可能な嵌合穴とを有することを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
前記補強部材は、前記延長部と前記対向面部との間に補強リブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
前記補強部材は、前記延長部が前記対向面部に接近する方向に移行するにしたがって漸次拡がる断面略台形形状を有することを特徴とする請求項１に記載の角形電池。