JP5742257B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は非電解質二次電池等の電池に関する。

非電解質二次電池等の電池では、発電要素を収容した電池容器の上端開口が蓋体により封止されている。蓋体には電池容器内に電解液を注入するための注入口が設けられている（特許文献１参照）。

特開２００９−２８９６１１号公報（図１）

電池容器の容積に対して発電要素の占める割合が高いほど、高いエネルギー効率が得られる。従って、エネルギー効率の観点からは、蓋体の下面に対し、発電要素の上端位置を可能な限り近接して配置することが好ましい。しかし、蓋体の下面近傍に発電要素の上端を位置させると、注入口から電池容器内に注入される電解液の円滑な流れが妨げられ、電解液を電池容器内の発電要素が配置されている領域全体にいきわたらせることが困難となる。

本発明は、発電要素を蓋体の下面近傍に配置した場合でも注入口から注入される電解液の流れの円滑性を確保することを課題とする。

本発明は、発電要素を収容した電池容器と、前記電池容器の開口を封止する蓋体と、蓋体に形成された電解液の注入口と、前記蓋体の内面に前記注入口と連通するように設けられた凹部とを備え、前記凹部は溝であり、前記注入口は前記凹部上に位置する、電池を提供する。

発電要素を蓋体の下面近傍に配置した場合でも、電解液は蓋体の内面に形成された凹部を通ることで注入口から電池容器内に円滑に注入できるので、電池容器内の発電要素が配置されている領域全体に電解液がいきわたる。その結果、蓋体の下面近傍に発電要素の上端を位置させて電池容器の容積に対して発電要素の占める割合を高め、高いエネルギー効率を実現することが可能となる。

例えば、前記凹部は前記蓋体の一部が外側に向かって膨出する膨出部の内側の空間である。

蓋体の一部を膨出させた立体的な膨出部を設けることで、この膨出部の部分での断面係数が単なる平板状の場合よりも高くなり、重量増等の原因となる厚みの増大を伴うことなく蓋体の剛性を高めることができる。

前記膨出部は前記蓋体に対する絞り加工で形成されていることが好ましい。

絞り加工で膨出部を形成することで、蓋体の膨出部の周辺に加工硬化が生じて局所的に降伏応力が増加し、蓋体の剛性がさらに向上する。

発電要素を蓋体の下面近傍に配置した場合でも、電解液は蓋体の内面に形成された凹部を通ることで注入口から電池容器内に円滑に注入できる限り、凹部の形状は特に限定されない。例えば、凹部は蓋体の下面の溝であってもよい。

前記電池容器及び前記蓋体により画定される空間が直方体状の場合、前記溝は前記直方体状の空間の長手方向に延びることが好ましい。

この構成により、注入口から電池容器内に注入された電解液の流れをより円滑にでき、電池容器内の発電要素が配置されている領域全体に電解液をいきわたらせることができる。

蓋体の内面に電解液の注入口と連通した凹部を設けることで、発電要素を蓋体の下面近傍に配置した場合でも注入口から注入された電解液の円滑性を確保でき、電解液を電池容器内の発電要素が配置されている領域全体にいきわたらせることできる。その結果、電池容器の容積に対する発電要素の占める割合を高め、高いエネルギー効率を実現できる。

本発明の実施形態に係る電池の縦断面図。 蓋体の平面図 蓋体を上面側から見た斜視図。 蓋体を下面側から見た斜視図。 蓋体を下面側から見た一部断面斜視図。 図３のVI−VI線での断面図。 電解液の流れを説明するための模式的な断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池１（以下、単に電池という）を示す。この電池１は、アルミニウムやアルミニウム合金等で構成された直方体状の電池容器２内に発電要素３を収容し、電池容器２の上端開口を蓋体４で封止したものである。蓋体４の外部には負極外部端子１４と正極外部端子１５の上面が露出している。

発電要素３は、銅箔からなる負極と、アルミニウム箔からなる正極との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置して巻回したものである。発電要素３は、負極が負極集電体１２を介して負極外部端子１４に電気的に接続され、正極が正極集電体１３を介して正極外部端子１５に電気的に接続されている。

図３から図５を併せて参照すると、蓋体４は、平面視矩形状の長尺な金属製の板状である。蓋体４の両端部には、上面４ｂから上方に向かって膨出する平面視略矩形状の係合受部１１がそれぞれ形成されている。各係合受部１１では、蓋体４の下面４ａを窪ませて係合凹部１１ａが形成されている。係合凹部１１ａを構成する天井面の中心部分には貫通孔１１ｂが形成されている。

図において左側の係合受部１１には、負極集電体１２及び負極外部端子１４が上パッキン１６と負極下パッキン１７を介してそれぞれ取り付けられている（図１参照）。上パッキン１６は係合受部１１の上から被せられ、負極下パッキン１７は貫通孔を設けた部分が係合凹部１１ａ内に収容されている。負極外部端子１４は板状体２１とリベット２２とを備える。集電体１２は負極下パッキン１７の下側に重ねて配置される基部１２ａと、この基部１２ａから延びてクリップ１０で発電要素３の負極に電気的に接続され、かつ機械的に接続される脚部１２ｂを備える。負極外部端子１４の板状体２１は上パッキン１６の上側に重ねて配置される。負極外部端子１４のリベット２２を上パッキン１６、係合受部１１の貫通孔１１ｂ、及び負極集電体１２の基部１２ａに貫通し、その後に下端押し広げて頭部を形成する。このかしめ接合により、負極外部端子１４、上パッキン１６、負極下パッキン１７、及び負極集電体１２が蓋体４に固定される。

図において右側の係合受部１１及びガイド凹部１１ｂには、正極集電体１３及び正極外部端子１５が上パッキン１６及び正極下パッキン１８を介してそれぞれ取り付けられている（図１参照）。負極側と同様に上パッキン１６が係合受部１１に装着されている。正極側下パッキン１８は貫通孔を設けた平板状であり、係合凹部１１ａ内に配置される。集電体１３は正極下パッキン１８の下側に重ねて配置される基部１３ａと、この基部１３ａから延びてクリップ１０で発電要素３の正極に電気的に接続され、かつ機械的に接続される脚部１３ｂを備える。正極外部端子１５の下部から延びる軸状部により、負極側と同様に、正極外部端子１５、上パッキン１６、負極下パッキン１８、及び負極集電体１３が蓋体４に対してかしめ接合で固定される。

蓋体４には、両端の係合受部１１を連結するように蓋体４の長手方向に延びる注液案内部３１が形成されている。本実施形態では、注液案内部３１は平面視で概ね細長い長方形状であるが、長手方向の中央に幅を拡大した部分（拡幅部３１ａ）を有する。この拡幅部３１ａには安全弁３２が設けられている。注液案内部３１は係合受部１１と同様に蓋体４の上面４ｂから上方に向かって膨出している。注液案内部３１は本発明における膨出部を構成する。また、注液案内部３１では蓋体４の下面４ａを窪ませて案内溝３１ｂ（本発明における凹部の一態様）が形成されている。本実施形態では、案内溝３１ｂは蓋体４の下面４ａからの高さＨ及び溝幅Ｗ（図６参照）が拡幅部３１ａを除いて蓋体４の長手方向に概ね一定の溝（細長い凹状部）である。また、本実施形態では、図４及び図５に最も明瞭に示すように、案内溝３１ｂの両端はそれぞれ正負側の係合凹部１１ａと連通している。

注液案内部３１には厚み方向に貫通して蓋体４の外部と案内溝３１ｂを連通する注液口３３が設けられている。本実施形態では、注液口３３の蓋体４の長手方向の位置は、拡幅部３１ａと正極側の係合受部１１との間の位置に設定されている。注液口３３は電池容器２の内部に電解液を注入するために設けられている。電池容器２内への電解液の注入後に注液口３３は栓３４で封止される。

電解液の注入時には、まず電池容器２を真空引きし、真空吸引力により注液口３から電池容器２内に電解液を吸引する。吸引された電解液は図２において破線の矢印で概念的に示すように蓋体４の下面４ａに形成され案内溝３１ｂを通って蓋体４の長手方向の両端に向けて円滑に流れ、最終的には電池容器２の全体に電解液が充填される。

電池１のエネルギー効率の観点からは蓋体４の下面４ａに対し、発電要素３の上端位置を可能な限り近接して配置し、電池容器２の容積に対して発電要素３を占める割合を高めることが好ましい。しかし、仮に図７の左側の図に示すように蓋体４の下面４ａが単なる平坦面の場合に蓋体４の下面４ａ近傍に発電要素３の上端を位置させると、注入口３３から電池容器２内に注入される電解液は蓋体４の下面４ａと発電要素３の上端３ａで規定される狭い隙間Ｓを流れる必要がある。従って、電解液の円滑な流れが妨げられ、電解液を電池容器２内の発電要素３が配置されている領域全体にいきわたらせることが困難となる。これに対して、図７の左側の図に示すように、本実施形態では蓋体４の下面４ａに案内溝３１ｂを形成しているので、注入口３３から電池容器２内に注入される電解液は、蓋体４の下面４ａと発電要素３の上端３ａで規定される狭い隙間Ｓに高さＨの案内溝３１ｂを加えた広い隙間を流れる。広い隙間を流れることで電解液の流れは円滑となり、電池容器内の発電要素が配置されている領域全体にいきわたる。

特に、本実施形態の案内溝３１は平面視で蓋体４の長手方向に延びる直線状の溝であり、かつ長手方向の断面形状は拡幅部３２を除いて概ね一定であるので、より円滑な流れで電解液を電池容器２にいきわたらせることができる。

以上のように、本実施形態の電池１では、発電要素３を蓋体４の下面４ａ近傍に配置した場合でも、注入口３３から電池容器２内に注入された電解液は蓋体４の下面に形成された案内溝３１ｂを通ることで円滑な流れ、電池容器２内の発電要素が配置されている領域全体にいきわたる。その結果、蓋体４の下面４ｂ近傍に発電要素３の上端を位置させて電池容器の容積に対して発電要素の占める割合を高め、高いエネルギー効率を実現することが可能となる。

本実施形態における案内溝３１ｂは、蓋体４を外側に向かって膨出する注液案内部３１の下側の空間である。蓋体４の一部を膨出させた立体的な注液案内部３１を設けることで、この注液案内部３１の部分での断面係数が単なる平板状の場合よりも高くなり、重量増等の原因となる厚みの増大を伴うことなく蓋体４の剛性を高めることができる。特に、注液案内部３１（案内溝３１ｂ）を蓋体４に対する絞り加工で形成することで、蓋体４の注液案内部３１の周辺に加工硬化が生じて局所的に降伏応力が増加し、蓋体４の剛性がさらに向上する。本実施形態では、注液案内部３１（案内溝３１ｂ）の両端の係合受部１１（係合凹部１１ａ）も、絞り加工で蓋体４を外側に向かって膨出させることで形成している。従って、係合受部１１（係合凹部１１ａ）におていても注液案内部３１（案内溝３１ｂ）と同様の理由で蓋体４の剛性が高められている。

本発明は実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。注液案内部３１（案内溝３１ｂ）の具体的な形状及び寸法は、注液案内部３１上の注液口３３の位置等は、注液口３３から注入される潤滑液の円滑な流れが確保できる限り、実施形態のものに限定されず種々の設計が可能である。また、蓋体４の一部を膨出させることなく蓋体４の下面４ａに窪みを設けることで案内溝３１ｂを形成してもよい。さらに、実施形態では蓋体４の下面の案内溝３１ｂの場合を例に本発明を説明したが、注液口３３から注入される潤滑液の円滑な流れが確保できる限り、溝の範疇に属さないような凹部を蓋体４の下面に設けて注液口３３と連通させる構成でも本発明を実施できる。

１ 非水電解質二次電池
２ 電池容器
３ 発電要素
４ 蓋体
４ａ 下面
４ｂ 上面
１０ クリップ
１１ 係合受部
１１ａ 係合凹部
１１ｂ 貫通孔
１２ 負極集電体
１２ａ 基部
１２ｂ 脚部
１３ 正極集電体
１３ａ 基部
１３ｂ 脚部
１４ 負極外部端子
１５ 正極外部端子
１６ 上パッキン
１７ 負極下パッキン
１８ 正極下パッキン
２１ 板状体
２２ リベット
３１ 注液案内部
３１ａ 拡幅部
３１ｂ 案内溝（凹部）
３２ 安全弁
３３ 注液口
３４ 栓

Claims (4)

1. 発電要素を収容した電池容器と、
   前記電池容器の開口を封止する蓋体と、
   蓋体に形成された電解液の注入口と、
   前記蓋体の内面に前記注入口と連通するように設けられた凹部と
   を備え、
   前記凹部は溝であり、
   前記注入口は前記凹部上に位置する、電池。
2. 前記凹部は前記蓋体の一部が外側に向かって膨出する膨出部の内側の空間である、請求項１に記載の電池。
3. 前記膨出部は前記蓋体に対する絞り加工で形成されている、請求項２に記載の電池。
4. 前記電池容器及び前記蓋体により画定される空間は直方体状であり、
   前記溝は前記直方体状の空間の長手方向に延びる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池。

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