以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態における電池について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
また、以下で説明する実施の形態では、本発明の好ましい一具体例が示されている。実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成する要素として説明される。
まず、図1および図2を用いて、本発明の実施の形態における電池10の全般的な説明を行う。
図1は、本発明の実施の形態における電池10の外観の概要を示す斜視図である。
図2は、本発明の実施の形態における電池10の内部構造の概要を示す斜視図である。つまり、図2は、電池10の内部構造を図示するために、後述する電池容器100の一部の図示が省略された図である。
電池10は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、例えば、非水電解質二次電池である。非水電解質二次電池としては、例えば、正極活物質がコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物であり、負極活物質が炭素材料であるリチウムイオン二次電池を挙げることができる。なお、電池10の種類は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよく、また、乾電池などの一次電池であってもよい。
図1に示すように、実施の形態における電池10は、電池容器100と、電極端子200と、電極端子300とを備える。本実施の形態では、電極端子200は正極の端子であり、電極端子300は負極の端子である。電極端子200および300のそれぞれは、基体と少なくとも2本のリベットとを有している。
本実施の形態では、電極端子200は、基体201と、第一リベット210と、第二リベット220とを有する。また、電極端子300は、基体301と、第一リベット310と、第二リベット320とを有する。
基体201および基体301は、中実(solid)の導電体であり、基体201には、空隙部208が設けられ、基体301には、空隙部308が設けられている。
電池容器100は、金属からなる矩形筒状で底を備える本体と、当該本体の開口を閉塞する金属製の蓋板110とで構成されている。また、電池容器100は、発電要素120等を内部に収容後、蓋板110と本体とが溶接等されることにより、内部を密封する構造を有する。
また、電極端子200は、電池容器100の気密性を保つためのパッキン230を介して電池容器100の蓋板110に取り付けられている。電極端子300も同様にパッキン330を介して電池容器100の蓋板110に取り付けられている。
具体的には、図1に示すように、電極端子200の基体201は、電池容器100の外側に配置され、電極端子200の、第一リベット210および第二リベット220は、電池容器100の蓋板110を貫通している。
電極端子300も同様に電池容器100に配置されている。つまり、基体301は、電池容器100の外側に配置され、第一リベット310および第二リベット320は、電池容器100の蓋板110を貫通している。
なお、基体201および301それぞれの例えば上面には、図示しないボルト穴等の連結部が形成されており、これら連結部に取り付けられた導電部材を介して、モータ等の装置に電池10からの電力が供給される。
また、本実施の形態では、図2に示すように、電極端子200の2本のリベット(210、220)の並び方向は、電池10の横幅の方向(X軸方向)に平行である。しかし、当該並び方向は特定の方向に限定されない。例えば、電極端子200は、2本のリベット(210、220)の並び方向が、電池10の厚みの方向(Y軸方向)に平行となるように、電池10に配置されてもよい。このことは、電極端子300についても同じである。
また、図2に示すように、電池容器100の内方には、発電要素120が収容されており、さらに、正極側の集電体130と、負極側の集電体140とが配置されている。なお、電池10の電池容器100の内部には電解液などの液体が封入される場合があるが、当該液体の図示は省略する。
発電要素120は、詳細な図示は省略するが、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。負極は、銅箔からなる長尺帯状の負極基材の表面に負極活物質層が形成されたものである。正極は、アルミニウム箔からなる長尺帯状の正極基材の表面に正極活物質層が形成されたものである。
セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。そして、発電要素120は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものが、長さ方向に巻き回されることで全体が長円形状となるように形成されている。
また、第一リベット210および第二リベット220は、正極側の集電体130と接続されており、第一リベット310および第二リベット320は負極側の集電体140と接続されている。
集電体130は、発電要素120の正極と電池容器100の側壁との間に配置され、電極端子200と発電要素120の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。つまり、電極端子200は、集電体130を介して発電要素120の正極と接続されている。
また、集電体140は、発電要素120の負極と電池容器100の側壁との間に配置され、電極端子300と発電要素120の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。つまり、電極端子300は、集電体140を介して発電要素120の負極と接続されている。
具体的には、集電体130および140のそれぞれは、電池容器100の側壁と蓋板110とに沿って屈曲状態で配置される金属製の板状部材である。また、集電体130は、蓋板110に、第一リベット210および第二リベット220によって固定的に連結されており、集電体140は、蓋板110に、第一リベット310および第二リベット320によって固定的に連結されている。さらに、集電体130および140はそれぞれ、発電要素120の正極および負極に溶接などによって固定的に接続されている。
これにより、発電要素120は、電池容器100の内部において、集電体130および140により、蓋板110から吊り下げられた状態で保持される。
なお、集電体130は、正極と同様、アルミニウムで形成され、集電体140は、負極と同様、銅で形成されている。
また、集電体130および140と発電要素120の正極および負極との接合方法は特定の方法に限定されない。例えば、集電体130および140の一部を折り曲げることにより溶接用のフィン(図示せず)を起立させ、当該フィンで発電要素120の正極および負極を挟み込みつつ溶接により接合する方法が採用される。
次に、電極端子200の取付け部分の詳細について図3を用いて説明する。
なお、本実施の形態において、正極側の電極端子200と負極側の電極端子300とは同一の構造であり、同一の技術的特徴を有する。そのため、以下、電極端子200およびその周辺部分についての説明を中心に行い、電極端子300およびその周辺部分についての詳細な説明を省略する。
図3は、実施の形態の電池10における電極端子200の取付け構造の一例を示す部分断面図である。
具体的には、図3に示す断面図は、図2における電池10の奥行き方向(Y軸方向)の中央付近をXZ平面に平行に切断した場合の、電極端子200付近の断面を示している。
図3に示すように、電極端子200は、パッキン230を介して蓋板110に取り付けられている。
パッキン230は、例えば樹脂を成型することで作製されており、電池容器100の、第一リベット210の取り付け部分における気密性を保持するための部材である。
なお、パッキン230は、例えば、インサート成型による一体物として蓋板110に設けられてもよい。また、パッキン230は、例えば、図3において上下に分けられた2つの部分から構成されてもよい。
また、第一リベット210および第二リベット220は、蓋板110およびパッキン230を貫通し、さらに、集電体130を貫通した状態で、図3における下端部がかしめられている。
具体的には、第一リベット210および第二リベット220のそれぞれが順次かしめられる。例えば、最初に第一リベット210がかしめられ、次に第二リベット220がかしめられる。これにより、電極端子200と集電体130とが連結されるとともに、電極端子200が電池容器100に安定的に固定される。
また、この順次行われるかしめ作業において、基体201に設けられた空隙部208は、かしめ時に発生する歪みを吸収する役割を担っている。
このような特徴を有する電極端子200の構造、および各種の変形例について、図4〜図13を用いて説明する。
図4は、実施の形態における電極端子200の斜視図である。
図5は、実施の形態における電極端子200の下面図である。
なお、図4および図5では、電池容器100に取り付けられる前の電極端子200を図示しており、2本のリベット(210、220)はかしめられる前の状態である。
図4および図5に示すように、電極端子200において、第一リベット210および第二リベット220は、基体201の底面202から突出して設けられている。
また、空隙部208は、基体201の側面203および底面202の双方に開口している。本実施の形態では、具体的には、図4および図5に示すように、基体201の前後方向(Y軸方向)の両方の側面203に開口する溝が、空隙部208として基体201に設けられている。
つまり、空隙部208は、第一リベット210および第二リベット220の並び方向(Y軸方向)に交差する方向(X軸方向)に基体201を貫通する溝である。より具体的には、当該溝は、基体201の底面202において第一リベット210と第二リベット220との間を通過するように基体201に設けられている。
本実施の形態の電極端子200は、このような構造を有することで、リベット(第一リベット210および第二リベット220の少なくとも一方)をかしめる際の押圧力に起因する気密不良等の不具合の発生を抑制することができる。
図6は、実施の形態における電極端子200の取付け工程の一例を示す断面図である。
図6の(a)に示すように、パッキン230が配置された蓋板110の上方から、第一リベット210および第二リベット220のそれぞれが、パッキン230に設けられた孔に差し込まれる。これにより、第一リベット210の先端部分が、集電体130に設けられた第一貫通孔131に差し込まれる。また、第二リベット220の先端部分が、集電体130に設けられた第二貫通孔132に差し込まれる。
次に、図6の(b)に示すように、例えば、第一リベット210がかしめられる(第一かしめ工程)。具体的には、例えば、第一リベット210の先端が上を向くように、電極端子200を含む構造物全体が配置される。この状態で、かしめ機のポンチによって第一リベット210の先端が上方から押圧されることで第一リベット210がかしめられる。その結果、図6の(b)に示すように、フランジ状の頭部が第一リベット210の先端に形成される。
このとき、第一リベット210に対するかしめ作業の押圧力により、基体201には、基体201を歪ませようとする応力が生じる。具体的には、電極端子200は、第一リベット210の軸方向(Z軸方向)に押圧されるため、基体201には、基体201をZ軸方向とは交差する方向に広げようとする応力が生じる。
このような状況において、当該応力に何ら手当てをしない場合を想定する。この場合、第二リベット220の根元部分には、当該応力による歪みにより、例えば、図6の(b)における右方向に移動させようとする力が作用する。そのため、例えば、第二リベット220が差し込まれたパッキン230の孔が押し広げられる可能性がある。
また、第二リベット220が本来的な姿勢から傾いた場合、例えば、第二リベット220の周面と、集電体130の第二貫通孔132の内面との接触面積が減少する可能性がある。つまり、結果、第二リベット220と集電体130との接続部分におけるエネルギーの損失が増大する可能性がある。
しかしながら、本実施の形態の電極端子200は、基体201の第一リベット210と第二リベット220との間に空隙部208を有しており、この空隙部208により、上記応力は吸収される。つまり、第一リベット210に対するかしめ作業に起因する基体201の歪みは吸収される。
その結果、図6の(c)に示すように、第二リベット220をかしめた場合(第二かしめ工程)、第二リベット220は、パッキン230等の他の部材および基体201との関係において正規の位置でかしめられる。その結果、第二リベット220の位置における所期の気密性が確保され、かつ、第二リベット220と集電体130との間の所期の接触面積も確保される。
なお、第二リベット220がかしめられる際にも、電極端子200には、Z軸方向に上下から押圧されるため、基体201には、このかしめ作業に起因する歪みが生じ得る。
しかしながら、第二リベット220がかしめられる際も、第一リベット210がかしめられる際と同様に、基体201に生じる歪みは空隙部208に吸収される。つまり、第二リベット220に対するかしめ作業に起因する、第一リベット210の位置における気密性の低下、および、第一リベット210と集電体130との間の接触面積の低下は防止される。
このように、本実施の形態の電池10は、2本のリベット(210、220)のうちの一方に対するかしめ作業に起因する基体201の歪みを、空隙部208に吸収させることができる。その結果、例えば、他方のリベットの位置における気密性の低下、および、当該他方のリベットと発電要素120との接続部分におけるエネルギー損失の増加が防止される。
従って、歪みに起因する気密不良などの不良の発生率が低減され、効率よく生産することができる。
なお、電池10は、図4等に示す電極端子200の構造とは異なる構造の電極端子を備えてもよい。そこで、以下に、実施の形態における電極端子200の各種の変形例を説明する。
図7は、実施の形態における電極端子200の第一の変形例を示す下面図である。
図7に示す電極端子200は、第一リベット210と第二リベット220との間に2つの空隙部208を備えている。
つまり、電極端子200は、第一リベット210と第二リベット220との間に複数の空隙部208を備えてもよい。この場合、例えば、基体201の変形能力が向上し、その結果、基体201における歪みに対する吸収能力が向上する。
図8は、実施の形態における電極端子200の第二の変形例を示す下面図である。
図8に示すように、電極端子200は、基体201を貫通しない空隙部208aを備えてもよい。具体的には、空隙部208aである溝は、図8において、基体201の下側の側面203aには開口せず、上側の側面203bに開口している。
このように、空隙部208aは、第一リベット210と第二リベット220との間に位置し、底面202に開口を有し、かつ、基体201の1以上の側面のいずれかにおいて、少なくとも一箇所の開口を有していればよい。
空隙部208aは、上記構成を採用することで、第一リベット210および第二リベット220の少なくとも一方をかしめた際に、気密性の低下等の不具合を生じさせないように、基体201の歪みを吸収することは可能である。
また、例えば、空隙部208aの開口が存在しない側面203aに近い位置に、例えば、上述の連結部としてのボルト穴を、基体201の上面から底面202(または底面202に近い位置)まで至るように設けることも可能である。
図9は、実施の形態における電極端子200の第三の変形例を示す下面図である。
図9に示すように、電極端子200は、基体201における2本のリベット(210、220)の並び方向に存在する側面に開口する空隙部208bを有してもよい。具体的には、空隙部208bである溝は、図9において、基体201の右側の側面203cに開口している。
ここで、図9に示す電極端子200の場合、第一リベット210と、第二リベット220との間を通過し、かつ、基体201を貫通する溝が設けられているという点では、図4等に示す電極端子200と共通する。
その結果、例えば第一リベット210に対するかしめ作業に起因する歪みは、空隙部208bに吸収され、当該歪みの第二リベット220への伝達が抑制される。つまり、第一リベット210をかしめることに起因した、第二リベット220の位置または姿勢の本来的な位置または姿勢からずれの発生が防止される。
また、空隙部208bは、2本のリベット(210、220)の並び方向に存在する側面に開口する場合、当該並び方向に交差する方向に存在する側面に開口していなくてもよい。つまり、空隙部208bは、図9における側面203bに開口していなくてもよい。
この場合であっても、図8に示す、基体201を貫通しない空隙部208aと同じく、気密性の低下等の不具合を生じさせないように、基体201の歪みを吸収することは可能である。
図10は、実施の形態における電極端子200の第四の変形例を示す下面図である。
図10に示すように、電極端子200は、基体201における2本のリベット(210、220)の並び方向に存在する両方の側面に開口する空隙部208cを有してもよい。具体的には、空隙部208cである溝は、図9において、基体201の左右の側面203dおよび203cに開口している。
つまり、図10に示す空隙部208cは、図5に示す空隙部208および図9に示す208b等と同じく、第一リベット210と、第二リベット220との間を通過し、かつ、基体201を貫通する溝である。
従って、空隙部208cは、空隙部208および208b等の他の空隙部と同じく、2本のリベット(210、220)のうちの一方をかしめる際に発生する歪みを吸収することができ、他方の位置または姿勢のずれの発生が防止される。
なお、図10に示すように、空隙部208cのXY平面における2次元形状は曲線部分を含んでいるが、空隙部208cの当該2次元形状は直線のみで構成されてもよい。
また、空隙部208、208a、および208bのそれぞれのXY平面における2次元形状の一部または全部が曲線で構成されていてもよい。
図11は、実施の形態における電極端子200の第五の変形例を示す下面図である。
図11に示すように、電極端子200は、第一リベット210および第二リベット220に加え、第三リベット223および第四リベット225を備えている。つまり、電極端子200は、少なくとも2本のリベットを備えていればよく、図11に示すように、例えば、4本のリベット(210、220、223、225)を備えてもよい。
図11に示す電極端子200では、4本のリベット(210、220、223、225)がマトリクス状に配置されており、各リベット間を分割するようなクロス状の溝が、空隙部208dとして設けられている。
従って、例えば第一リベット210に対するかしめ作業が行われた場合、当該かしめ作業に起因する歪みは空隙部208dに吸収され、他の3本のリベット(220、223、225)への伝達は抑制される。つまり、第一リベット210をかしめることに起因した、他の3本のリベット(220、223、225)それぞれの位置または姿勢の本来的な位置または姿勢からずれの発生が防止される。
以上、図7〜図11を用いて、電極端子200が空隙部として採用し得る各種の態様(形状および位置など)を説明したが、空隙部の態様は、図7〜図11に示す以外の態様であってもよい。
要するに、空隙部は、基体201の2本のリベット(210、220)の間の位置に備えられ、基体201の側面203(つまり、側面203a〜203dのうちの少なくとも一つ)および底面202の双方に開口していればよい。
例えば、空隙部208は、基体201の側面203および底面202に加え、上面にも開口を有していてもよい。
つまり、空隙部208は、2本のリベット(210、220)の並び方向(X軸方向)に交差し、かつ、2本のリベット(210、220)の軸方向(Z軸方向)に平行な方向に基体201を貫通するように基体201に設けられてもよい。
図12は、実施の形態における電極端子200の第六の変形例を示す斜視図である。
図12に示す電極端子200は、2本のリベット(210、220)の軸方向(Z軸方向)に平行な方向に基体201を貫通する空隙部208eを備えている。
具体的には、空隙部208eは、第一リベット210と第二リベット220との間に位置し、基体201の底面202、側面203および上面204に開口を有している。
従って、例えば第一リベット210に対するかしめ作業が行われた場合、当該かしめ作業に起因する歪みは空隙部208eに吸収され、第二リベット220への伝達は抑制される。つまり、第一リベット210をかしめることに起因した、第二リベット220の位置または姿勢のずれの発生が防止される。
また、図1〜図12のそれぞれに示す電極端子200は、直方体の形状を有する基体201を備えている。しかしながら、基体201の形状は直方体には限定されず、錐体、または、直方体以外の多面体であってもよい。また、基体201の表面の一部または全部が曲面で構成されていてもよい。
図13は、実施の形態における電極端子200の第七の変形例を示す下面図である。
具体的には、図13には、電極端子200の第七の変形例として、側面203が曲面で構成された基体201aを備える電極端子200aの下面図が示されている。
図13に示す基体201aは、側面203が曲面で構成され、下面視(上面視も同じ)において全体として楕円の形状である。基体201aがこのような形状であっても、2本のリベット(210、220)の間の位置に、基体201aの側面203および底面202の双方に開口する空隙部208が備えられていればよい。
つまり、基体201aの形状に関わらず、基体201aに発生する歪みを吸収するという空隙部208の機能は発揮される。
なお、側面203が曲面で構成された基体201aに、例えば、空隙部208a〜208e等の、空隙部208とは異なる態様の空隙部が設けられてもよい。また、基体201aに3本以上のリベットが備えられていてもよい。
以上、本発明の一態様に係る電池について、実施の形態およびその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、これらの実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態またはその変形例に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、電池容器100の同一面(蓋板110)に、正極端子(電極端子200)と負極端子(電極端子300)が、それぞれ一つずつ設けられていた。しかしながら正極端子および負極端子のそれぞれは、電池10の上面(蓋板110)および下面(底板)等、異なる面に、それぞれ一つまたは二つ以上設けられてもよい。
なお、電極端子(正極端子または負極端子)が電池容器100の上面(蓋板110)以外の側面または下面に配設される場合には、電極端子のリベットが、電池容器100の側壁部または底板を貫通して取り付けられる。