JP5858235B2 - battery - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、自動車等の車両に搭載される電池の構造に関する。 The present invention relates to a structure of a battery mounted on a vehicle such as an automobile.
従来、例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の比較的小型の電子機器用の二次電池として、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池等の密閉形電池が知られている。また近年は、電気自動車等の各種車両に搭載される大型の電池の開発も進んでいる。 Conventionally, for example, as a secondary battery for a relatively small electronic device such as a mobile phone or a personal computer, a sealed battery such as a non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a nickel hydride secondary battery or a lithium ion secondary battery. It has been known. In recent years, development of large-sized batteries mounted on various vehicles such as electric vehicles has been progressing.
このような電池の構造としては、例えば、正極板と負極板とがセパレータを介して捲回されることで積層された電極群(電極束)が非水電解液と共に角形の外装部材(ケース)内に収納され、外装部材が蓋部材によって密閉されたものがある(例えば、特許文献1参照)。 As a structure of such a battery, for example, an electrode group (electrode bundle) laminated by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate through a separator is formed into a rectangular exterior member (case) together with a non-aqueous electrolyte. Some are housed inside and the exterior member is sealed with a lid member (see, for example, Patent Document 1).
正極板及び負極板は、電極群の軸方向端部でそれぞれ集電体の一端側に接続され、集電体の他端側は蓋部材に設けられる端子部に接続されている。例えば、特許文献1に記載の構成では、正極板及び負極板は、上記集電体に相当する正極リード及び負極リードによって上記端子部に相当する正極端子及び負極端子に接続されている。これら正極リード及び負極リードは、端子部に接続される接続プレートと、接続プレートから下方に延出された短冊状の集電部とを有し、この集電部が正極板又は負極板に接続されている。そして、この集電部は、電極群の表面と略平行となるように接続プレートから下方に向かって延設されている。 The positive electrode plate and the negative electrode plate are respectively connected to one end side of the current collector at the axial end of the electrode group, and the other end side of the current collector is connected to a terminal portion provided on the lid member. For example, in the configuration described in Patent Document 1, the positive electrode plate and the negative electrode plate are connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal corresponding to the terminal portion by the positive electrode lead and the negative electrode lead corresponding to the current collector. The positive electrode lead and the negative electrode lead have a connection plate connected to the terminal portion and a strip-shaped current collector extending downward from the connection plate, and the current collector is connected to the positive electrode plate or the negative electrode plate. Has been. And this current collection part is extended toward the downward direction from the connection plate so that it may become substantially parallel to the surface of an electrode group.
特許文献1に記載されているように、上記短冊状の集電部(リード部)は、電極群の表面と略平行となるように接続プレート(接続部)から延設されている。 As described in Patent Document 1, the strip-shaped current collecting portion (lead portion) extends from a connection plate (connection portion) so as to be substantially parallel to the surface of the electrode group.
ところで、電池が車両に搭載されている場合、例えば、車両の衝突時等に、外部から電池に大きな衝撃が加わる虞がある。上記のようにリード部が電極群の表面と略平行に延設されている構成では、電池に衝撃が加わると、外装部材の変形に伴ってリード部が内側に変形して電極束に進入してしまい、正極板又は負極板に接触して内部短絡が生じる虞がある。 By the way, when the battery is mounted on the vehicle, for example, when the vehicle collides, there is a possibility that a large impact is applied to the battery from the outside. In the configuration in which the lead portion extends substantially parallel to the surface of the electrode group as described above, when an impact is applied to the battery, the lead portion is deformed inward with the deformation of the exterior member and enters the electrode bundle. Therefore, there is a possibility that an internal short circuit may occur due to contact with the positive electrode plate or the negative electrode plate.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外部からの衝撃によってリード部が変形した場合でも、リード部の電極束への進入を抑制することができる電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a battery capable of suppressing entry of the lead portion into the electrode bundle even when the lead portion is deformed by an external impact. And
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、正極板と負極板とがセパレータを介してオフセット積層され積層体を形成すると共に、該積層体を巻いて形成する捲回体の一方の端面を正極面とし他方の端面を負極面とする電極束と、前記正極板又は前記負極板のいずれかに接続される集電体と、前記電極束及び前記集電体が収容され少なくとも前記電極束の端面に対向する側端面を有する外装部材と、
前記外装部材の上部の面を塞ぐ蓋部材と、を備え、前記集電体は、前記蓋部材に対向して設けられる端子接続部と、該端子接続部から前記正極面又は前記負極面に対向する位置に延設され前記正極板又は前記負極板のいずれかに接続されるリード部と、を有し、前記外装部材は、少なくとも前記側端面の前記リード部よりも底面側に、当該外装部材の他の部分よりも剛性が低い脆弱部を有することを特徴とする電池にある。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem, a positive electrode plate and a negative electrode plate are offset laminated via a separator to form a laminated body, and one end face of a wound body formed by winding the laminated body An electrode bundle having a positive electrode surface and the other end face as a negative electrode surface, a current collector connected to either the positive electrode plate or the negative electrode plate, and at least the electrode bundle containing the electrode bundle and the current collector An exterior member having a side end face facing the end face of
A lid member that closes the upper surface of the exterior member, and the current collector is provided so as to face the lid member, and a terminal connection portion that faces the positive electrode surface or the negative electrode surface. A lead portion extending to a position where the lead member is connected to either the positive electrode plate or the negative electrode plate, and the exterior member is at least closer to the bottom surface than the lead portion of the side end surface. A battery having a weakened portion having lower rigidity than other portions.
かかる第1の態様では、外装部材に衝撃(外力)が加わった際、外装部材の上部に衝撃が加わったとしても、脆弱部が最も大きく変形し易い。このように脆弱部が最も大きく変形することで、リード部(集電体)の電極束側への移動が抑制される。したがって、リード部の電極束の内部への進入を抑制することができる。 In the first aspect, when an impact (external force) is applied to the exterior member, even if the impact is applied to the upper portion of the exterior member, the fragile portion is most easily deformed. As described above, the fragile portion is deformed to the greatest extent, thereby suppressing the movement of the lead portion (current collector) to the electrode bundle side. Therefore, the entry of the lead portion into the electrode bundle can be suppressed.
本発明の第2の態様は、第1の態様の電池において、前記脆弱部が、前記電極束の厚さ方向に沿って形成されていることを特徴とする電池にある。 According to a second aspect of the present invention, in the battery according to the first aspect, the fragile portion is formed along the thickness direction of the electrode bundle.
かかる第2の態様では、外装部材に衝撃(外力)が加わった際、さらに確実に、脆弱部を最も大きく変形させることができる。 In the second aspect, when the impact (external force) is applied to the exterior member, the fragile portion can be deformed most reliably.
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様の電池において、前記脆弱部は、前記外装部材を内側に向かって凸状に変形させた突部で構成されていることを特徴とする電池にある。 According to a third aspect of the present invention, in the battery according to the first or second aspect, the fragile portion is configured by a protrusion that is deformed in a convex shape toward the inside. In the battery.
かかる第3の態様では、脆弱部を最も大きく変形させることができると共に、外装部材の内部容量を増加させて電池の性能を向上することができる。 In the third aspect, the fragile portion can be deformed the most, and the internal capacity of the exterior member can be increased to improve the performance of the battery.
かかる本発明では、外装部材の上部に衝撃が加わった場合でも、外装部材の脆弱部が大きく変形することで、集電体のリード部の変形量が抑制される。これに伴って、リード部の電極束内への進入を抑制することができる。したがって、リード部が正極板又は負極板に接触することによる内部短絡の発生を抑制することができる。 In the present invention, even when an impact is applied to the upper portion of the exterior member, the fragile portion of the exterior member is greatly deformed, so that the deformation amount of the lead portion of the current collector is suppressed. Along with this, the lead portion can be prevented from entering the electrode bundle. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of an internal short circuit due to the lead portion coming into contact with the positive electrode plate or the negative electrode plate.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1及び図2に示す本実施形態に係る電池10は、例えば、リチウムイオン電池である密閉形電池であり、正極板21及び負極板22を備える電極束(エレメント)20と、集電体30,40とが非水電解液(図示なし)と共に外装部材である電池ケース50内に収容されている。この電池ケース50の上部は、蓋部材60で密閉されている。なお電池ケース50内には、図示は省略するが、電池ケース50の内面を覆う絶縁部材が設けられている。これにより、電池ケース50と内部に収容される電極束20及び集電体30,40との絶縁が図られている。
(Embodiment 1)
A
また詳しくは後述するが、電極束20の正極板21には集電体30の一端側が接続され、この集電体30の他端側には、蓋部材60に設けられた貫通孔61から外部に突出する正極端子部材70が接続されている。負極板22には集電体40の一端側が接続されている。この集電体40の他端側には、蓋部材60に設けられた貫通孔61から外部に突出する負極端子部材80が接続されている。
As will be described in detail later, one end side of the
なお蓋部材60の上下面側には、各貫通孔61の開口部に対応して絶縁シート部材90がそれぞれ配されている。正極端子部材70及び負極端子部材80は、絶縁シート部材90によって蓋部材60との絶縁が図られている。
図3に示すように、電極束20は、例えば、金属箔からなる正極板21と負極板22とが、セパレータ23を介してオフセット積層されて積層体を形成する。そして、この積層体を筒状に巻いて形成する捲回体の一方の端面を正極面20aとし他方の端面を負極面20bとする(図1参照)。本実施形態に係る電極束20は、セパレータ23を介して帯状の正極板21及び負極板22を扁平形状に捲回することによって形成されている。
As shown in FIG. 3, in the
また帯状の正極板21には、その幅方向一端部に設けられる非塗布部24を除いて、活物質が塗布された活物質塗布部25が形成されている。同様に、負極板22にも非塗布部26を除いて活物質塗布部27が形成されている。すなわち、正極板21の負極板22と重なっている部分に活物質塗布部25が形成され、負極板22の正極板21と重なっている部分に活物質塗布部27が形成されている。
Further, the strip-like
図4に示すように、電極束20の幅方向(図中左右方向)一端側、すなわち正極面20a側には、複数の正極板21の非塗布部24同士が束ねられた正極結束部28が形成されている。電極束20の幅方向他端側、すなわち負極面20b側には、複数の負極板22の非塗布部26同士が束ねられた負極結束部29が形成されている。これら正極結束部28及び負極結束部29は、例えば、略コ字状の結束部材(図示なし)等によって結束されている。本実施形態に係る電極束20には、正極結束部28及び負極結束部29がそれぞれ二つずつ設けられている。なお正極結束部28及び負極結束部29の数は、特に限定されず、それぞれ一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。
As shown in FIG. 4, a positive
そしてこのような電極束20の各正極結束部28には集電体30が接続され、各負極結束部29には集電体40が接続されている。集電体30,40は、蓋部材60に対向して設けられる板状の端子接続部31,41と、端子接続部31,41から電極束20の表面に対向して延設されるリード部32,42と、を備えている。
A
集電体30の端子接続部31は、蓋部材60の外側に突出して設けられる正極端子部材70に接続されている。集電体40の端子接続部41は、蓋部材60の外側に突出して設けられる負極端子部材80に接続されている。これら端子接続部31と正極端子部材70との接続構造、及び端子接続部41と負極端子部材80との接続構造は、既存の構造を採用すればよいため、この点についての詳細な説明は省略する。
The
集電体30のリード部32は、電極束20の表面、具体的には、正極結束部28の表面に対向して延設されており、正極結束部28の外側の面に接続されている。集電体40のリード部42は、負極結束部29の表面に対向して延設されており、負極結束部29の外側の面に接続されている。
The
本実施形態では、電極束20は正極結束部28及び負極結束部29を二つずつ備えている。このため、集電体30は、これら二つの正極結束部28に対応する二つのリード部32を備えている。同様に、集電体40は、二つの負極結束部29に対応する二つのリード部42を備えている。具体的には、集電体30のリード部32は、端子接続部31から所定幅で二股に分岐されて各正極結束部28の外側の表面に対向して延設されている。集電体40のリード部42は、端子接続部41から所定幅で二股に分岐されて各負極結束部29の外側の表面に対向して延設されている。
In the present embodiment, the
なお、各リード部32,42と正極結束部28又は負極結束部29とは、例えば、超音波溶着によって接続されている。勿論、各リード部32,42と正極結束部28又は負極結束部29との接合方法は、特に限定されるものではない。
In addition, each
ここで、電池ケース50の電極束20の端面に対向する側端面50a,50bには、それぞれ脆弱部51が設けられている(図1及び図2参照)。これらの脆弱部51は、側端面のリード部32,42と重ならない位置に設けられ、電池ケース50の他の部分よりも剛性が低くなっている。すなわち脆弱部51は、電池ケース50に外部から衝撃が加わった際に、電池ケース50の他の部分よりも変形し易くなっている。例えば、本実施形態では、脆弱部51は、側端面50a,50bのリード部32,42の先端部よりも底面50c側に設けられている。脆弱部51の構造は、特に限定されないが、本実施形態では、電池ケース50の内側に向かって凸状に変形させた突部52で構成されている。また脆弱部51は、電池ケース50の側端面50a,50bに、電極束20の厚さ方向(図1中X方向)に沿って形成されている。
Here,
このような脆弱部51が電池ケース50に設けられていることで、電池ケース50の側端面50a,50bの上部に衝撃(外力)が加わった場合でも、電極束20における内部短絡の発生を抑制することができる。図5に示すように、電池ケース50に脆弱部が設けられていない構成では、例えば、電池ケース50の上方から外力Fが加わった際、側端面50a,50bのどの部分が変形するかは特定できないが、外力Fが加わった部分に近い位置、すなわち側端面50a,50bの上部側が大きく変形することが想定される。また側端面50a,50bの変形に伴ってリード部32,42が変形する場合、リード部32,42はその基端部、つまり端子接続部31,41との境界付近を起点として変形する。このため、側端面50a,50bの上部側が変形すると、リード部32,42の電極束20側への変形量は大きくなり、電極束20における内部短絡の発生が起きやすい。
By providing the
これに対し、図6に示すように、電池ケース50の側端面50a,50bのリード部32,42よりも底面50c側、つまりリード部32,42とは重ならない位置に脆弱部51が設けられている本発明の構成では、電池ケース50の上部に外力Fが加わった場合でも、リード部32,42の電極束20側への変形量は比較的小さく抑えられる。具体的には、電池ケース50の上部に外力Fが加わった場合でも、リード部32,42よりも底面50c側に設けられた脆弱部51が最も大きく変形し、外力Fが加わった部分の変形量は比較的小さく抑えられる。特に、本実施形態では、脆弱部51を構成する突部52が電極束20の厚さ方向に沿って形成されているため、電池ケース50の上部の変形量をより確実に小さく抑えることができる。これに伴って、リード部32,42の電極束20側への変形量も比較的小さく抑えられる。したがって、電極束20における内部短絡の発生を抑制することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the weakened
ところで、角形の密閉型電池である電池10は、例えば、図7(a)に示すように、複数個(例えば、5個〜8個程度)ずつまとめて小ケース110内に収納されてモジュール化される。さらに、複数の小ケース110が、バッテリトレイ121及びバッテリカバー122で構成され小ケース110よりも容積の大きい大ケース(ケーシング)120内に並んで収納されて電池パック130を形成する。つまり電池パック130においては、電池10が小ケース110と大ケース120との二重ケース構造で収納されている。そして図7(b)に示すように、この電池パック130が、電気自動車等の車両200に搭載される。したがって、電池10が角形であればデットスペースを極力少なく抑えてスペース効率を高めることができる。
By the way, as shown in FIG. 7A, for example, the
なお電池パック130の配置は特に限定されるものではない。電池パック130は、例えば、車両200の重心を下げ車両200の運動性能を高めること、車室内空間を確保すること等を考慮し、車両200中央部付近の床下に取り付けられる(図7(b)参照)。或いは、車両200の車高全体を低くすることや、車両200の車室内の利便性等を考慮して、電池パック130が車両200の後部のトランクルームに取り付けられることもある。
The arrangement of the
さらに、車両200に対する電池10の向きも、特に限定されるものではない。例えば、電池10は、その上下方向(高さ方向)が車両200の前後方向と一致するように設けられていてもよいし、車両200の上下方向と一致するように設けられていてもよい。何れの場合でも、車両200の車室空間を確保するためや車両200の重心を低くすること等の各種条件を考慮して、デットスペースが少なくなるよう効率良く配置することが好ましい。
Furthermore, the direction of the
上述のように各種条件を考慮して電池10の配置を適宜決定すると、電池10の上面10a側(端子部70,80側)が車両200の中心に対し外方向に配置されることもある。例えば、図8(a)に示すように、電池10の上面10a側が車両の左右方向外側を向くように各電池10が配置される場合もあるし、或いは図8(b)に示すように、電池10の上面10a側が車両の前後方向外側を向くように電池10が配置されることもある。このような向きで電池10が配置されると、例えば車両200が衝突した際に、電池10の上部に外力が加わり易く、それに伴ってリード部32,42の変形による短絡が発生し易い。しかしながら本発明の構成によれば、車両200に対する電池10の向きに拘わらず、リード部32,42の変形による短絡を効果的に抑制することができる。
When the arrangement of the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、電池ケース50に設けられる脆弱部51の構成は、あくまで一例であり、実施形態1の構成に限定されるものではない。以下の実施形態では、脆弱部の変形例について説明する。なお脆弱部以外の構成は、実施形態1と同様であるため説明は省略する。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the structure of the
(実施形態2)
図9に示すように、実施形態2に係る脆弱部51Aは、電池ケース50の四隅に設けられている。すなわち脆弱部51Aは、電池ケース50の側端面50a,50bと、電池ケース50の側面50d,50eとで形成される角部付近のみに設けられている。また実施形態2に係る脆弱部51Aは、電池ケース50の側端面50a,50bだけでなく、電池ケース50の側面50d,50eまで連続的に設けられている。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 9, the weakened
このような構成としても、上述の実施形態と同様に、電池ケース50の上部に外力が加わった場合でも、電池ケース50は脆弱部51Aが形成された部分が大きく変形するため、電池ケース50の上部の変形量は比較的小さく抑えられる。したがって、リード部32,42の電極束20側への変形量も比較的小さく抑えられる。よって、電極束20における内部短絡の発生を抑制することができる。
Even in such a configuration, as in the above-described embodiment, even when an external force is applied to the upper part of the
なお本実施形態では、脆弱部51が電池ケース50の側面50d,50eまで連続的に設けられた構成を例示したが、勿論、この脆弱部51は電池ケース50の側端面50a,50bのみに形成されていてもよい。
In the present embodiment, the
(実施形態3)
図10に示すように、実施形態3に係る脆弱部51Bは、電池ケース50の外側に向かって凸状に変形させた突部52Aで構成されている例である。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 10, the
このような本実施形態の構成としても、実施形態1と同様に、リード部32,42の電極束20側への変形量も比較的小さく抑えられ、電極束20における内部短絡の発生を抑制することができる。さらに、本実施形態の構成では、突部52Aが設けられていることによって電池ケース50の容量が増加するため、電池10の性能を向上することができるという効果もある。
Also in the configuration of this embodiment, as in the first embodiment, the deformation amount of the
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The present invention can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、脆弱部51を電池ケース50の側端面50a,50bのリード部32,42よりも底面50c側に設けた構成を例示したが、脆弱部51は、電池ケース50の側端面50a,50bのリード部32,42とは重ならない位置に設けられていれば、リード部32,42の電極束20側への変形量も比較的小さく抑えられ、電極束20における内部短絡の発生を抑制することができる。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
また上述の実施形態では、各脆弱部51は、電池ケース50の側端面50a,50bを凹状又は凸状に変形させた突部52,52Aで構成されていたが、脆弱部51の構造は、特に限定されるものではない。脆弱部51は、例えば、電池ケース50の厚さを他の部分よりも薄くすることによって形成されていてもよいし、電池ケース50の側端面50a,5bのみならず電池ケース50の全周に設けられていてもよい。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, each
10 電池
20 電極束
21 正極板
22 負極板
23 セパレータ
30,40 集電体
31,41 端子接続部
32,42 リード部
50 電池ケース
51 脆弱部
52 突部
60 蓋部材
61 貫通孔
70 正極端子部材
80 負極端子部材
90 絶縁シート部材
110 小ケース
120 大ケース
121 バッテリトレイ
122 バッテリカバー
130 電池パック
200 車両
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記正極板又は前記負極板のいずれかに接続される集電体と、
前記電極束及び前記集電体が収容され少なくとも前記電極束の端面に対向する側端面を有する外装部材と、
前記外装部材の上部の面を塞ぐ蓋部材と、を備え、
前記集電体は、前記蓋部材に対向して設けられる端子接続部と、該端子接続部から前記正極面又は前記負極面に対向する位置に延設され前記正極板又は前記負極板のいずれかに接続されるリード部と、を有し、
前記外装部材は、少なくとも前記側端面の前記リード部よりも底面側に、当該外装部材の他の部分よりも剛性が低い脆弱部を有することを特徴とする電池。 An electrode bundle in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are offset-laminated via a separator to form a laminate, and one end surface of a wound body formed by winding the laminate is a positive electrode surface and the other end surface is a negative electrode surface When,
A current collector connected to either the positive electrode plate or the negative electrode plate;
An exterior member containing the electrode bundle and the current collector and having at least a side end face facing the end face of the electrode bundle;
A lid member that closes the upper surface of the exterior member ,
The current collector is provided with a terminal connection portion provided to face the lid member, and extends from the terminal connection portion to a position facing the positive electrode surface or the negative electrode surface, and is either the positive electrode plate or the negative electrode plate. A lead portion connected to
The battery according to claim 1, wherein the exterior member has a fragile portion having rigidity lower than that of other portions of the exterior member on at least a bottom surface side of the lead portion on the side end surface.
前記脆弱部が、前記電極束の厚さ方向に沿って形成されていることを特徴とする電池。 The battery according to claim 1 .
The battery, wherein the fragile portion is formed along a thickness direction of the electrode bundle.
前記脆弱部は、前記外装部材を内側に向かって凸状に変形させた突部で構成されていることを特徴とする電池。 The battery according to claim 1 or 2 ,
The battery is characterized in that the fragile portion is constituted by a protrusion obtained by deforming the exterior member in a convex shape toward the inside.
Priority Applications (3)
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