JP6002590B2 - 蓄電素子 - Google Patents
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Description
以下、この発明の蓄電素子の一実施形態を図面と共に説明する。
[二次電池の全体構造]
図1は、この発明の蓄電素子の一実施の形態としての角形二次電池の外観斜視図であり、図2は、図1に示された角形二次電池の分解斜視図である。以下の説明では、二次電池をリチウムイオン二次電池として説明する。
図1に示すように、角形二次電池100Aは、電池缶である容器101と電池蓋である容器蓋102とから構成されている。電池缶101および電池蓋102の材質は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などのアルミニウム系金属である。
図2に示すように、電池缶101は上面が開口された、横断面がほぼ矩形形状の薄型直方体の形状に形成されている。電池缶101は、一対の幅広面101aと、この一対の幅広面101aに連結される幅狭面101bと、一対の幅広面101aおよび一対の幅狭面101bに接合部である連結稜線部で連結された1つの底面101cの合計5面を有している。幅狭面101bは、平面部と、接合部である連結稜線部110A(図4参照)を有し、連結稜線部110Aにより幅広面110aに接続されている。
電池缶101の残り1面は、開口部となっている。このような電池缶101は、1枚の板金を深絞りして作製することができる。なお、以下において、一対の幅広面101aと一対の幅狭面101bとで構成される4面の全体を周側面という。周側面は、底面101cを含まない。
なお、円弧状は、真円の円弧状の他、楕円状、放物線状等の一部でもよく、本明細書では、これらの曲線のすべてを含む用語として用いられている。
図3を参照して、電極群170について説明する。図3は、図2に図示された電極群を、その捲回終端部側を展開した状態の斜視図である。
発電要素である電極群170は、図3に示すように、長尺状の正極電極174および負極電極175を、セパレータ173を介在させて捲回軸Wの周りに扁平形状に捲回することで積層構造とされている。
以下、二次電池100Aの周側面に絶縁シート10Aを貼り付ける方法および構造について説明する。
[絶縁シートの貼付け]
図4(a)〜(c)は、絶縁シートの重なり代の構造を説明するための図である。図4(a)は、二次電池を図1におけるIVa−IVa線で切断して示す断面図あり、電極群などの内部構造は省略している。図4(b)は、図4(a)おける領域IVbの拡大図、図4(c)は、図4(a)おける領域IVcの拡大図である。なお、図4において、絶縁シート10Aの貼付け構造を明確にするために、絶縁シート10Aの厚さは、実際の厚さよりも厚く図示されている。
なお、実施形態1では、電池缶101と電池蓋102の接合部は、絶縁シート10Aから露出させるものとする。
図4(c)に図示される通り、絶縁シート10Aの巻始め端部11aと巻終り端部11bとが重なる重なり代12は連結稜線部110Aに配置されている。ここで、絶縁シート10Aで被覆された電池缶101の横断面の外郭線は、幅広面101aに配置された絶縁シート10Aの外表面14を通る一対の仮想線L14と、幅狭面101bに配置された絶縁シート10Aの外表面15を通る一対の仮想線L15で囲まれる矩形領域(最少矩形領域)からはみ出さない。
このように、絶縁シート10Aの重なり代12は、電池缶101の幅広面101aまたは幅狭面101bに対向する領域に配置されていないため、絶縁シート10Aの重なり代12の厚み分、二次電池100Aの大きさが大きくなることがない。
(1)絶縁シート10が重なり合う重なり代12は、横断面が略矩形形状である電池缶、すなわち容器101におけるコーナー部の空隙に配置される。このため、蓄電素子である二次電池を小型化することができる。
(2)より具体的には、実施形態1の二次電池100Aでは、絶縁シート10Aの巻始め端部11aと巻終り端部11bとが重なる重なり代12が、電池缶101の幅広面101aと幅狭面101bを接続する連結稜線部110Aに配置されるようにした。すなわち、絶縁シート10Aの重なり代12が、二次電池の横断面の外郭線を囲む最小矩形領域のコーナー部に設けられた空隙部に配置される。したがって、絶縁シート10Aの重なり代12は、電池缶101の幅広面101aまたは幅狭面101bに配置されていないため、同一容量の扁平角形二次電池の厚さを、絶縁シート10Aの重なり代12の厚さ分小さくすることができる。
(3)複数の二次電池100Aをそれらの幅広面101aが接するように配列して組電池を構成する場合、組電池の容量の低減することなく小型化することができる。
図5は、本発明の実施形態2としての二次電池を示し、絶縁シートを巻き付ける前の外観斜視図である。また、図6(a)〜(c)は、実施形態2の絶縁シートの重なり代の構造を説明するための図である。図6(a)は、二次電池を図5におけるVIa−VIa線で切断して示す断面図であり、電極群などの内部構造は省略している。図6(b)は、図6(a)おける領域VIbの拡大図である。
絶縁シート10B1と絶縁シート10B2との重なり代12は、第1の連結稜線部110A1および第2の連結稜線部110A2に配置される。
このため、実施形態2に示す二次電池100Bにおいても、実施形態1の二次電池100Aと同様な効果を奏する。
図7は、本発明の実施形態3としての二次電池を示し、絶縁シートを巻き付ける前の外観斜視図である。また、図8(a)、(b)は、実施形態3の絶縁シートの重なり代の構造を説明するための図である。図8(a)は、二次電池を図7におけるVIIIa−VIIIa線で切断して示す断面図であり、電極群などの内部構造は省略している。図8(b)は、図8(a)おける領域VIIIbの拡大図である。
従って、絶縁シート10C1と絶縁シート10C2との重なり代12は、第1の連結稜線部110A1および第3の連結稜線部110A3に配置される。
このため、実施形態3に示す二次電池100Cにおいても、実施形態1の二次電池100Aと同様な効果を奏する。
図9は、本発明の実施形態4としての二次電池を示し、絶縁シートを巻き付ける前の外観斜視図である。また、図10(a)は、実施形態4の絶縁シートの重なり代の構造を説明するための図であり、二次電池を図9におけるXa−Xa線で切断して示す断面図である。図10(a)では、電極群などの内部構造は省略している。図10(b)は、図10(a)おける領域Xbの拡大図である。
但し、これは、理解を助けるための表現であり、詳細は、図10に図示される通りである。
従って、絶縁シート10D1と絶縁シート10D2との重なり代12は、第1の連結稜線部110A1および第4の連結稜線部110A4に配置される。
このため、実施形態4に示す二次電池100Dにおいても、実施形態1の二次電池100Aと同様な効果を奏する。
図11は、本発明の実施形態5としての二次電池を示し、絶縁シートを巻き付ける前の外観斜視図である。また、図12(a)は、実施形態5の絶縁シートの重なり代の構造を説明するための図であり、二次電池を図11におけるXIIa−XIIa線で切断して示す断面図である。図12(a)では、内部構造を省略している。図12(b)は、図12(a)おける領域XIIbの拡大図である。
但し、これは、理解を助けるための表現であり、詳細は、図12に図示される通りである。
従って、絶縁シート10E1と絶縁シート10E2との重なり代12は、第1の連結稜線部110A1、第2の連結稜線部110A2および第4の連結稜線部110A4に配置される。
つまり、3つの重なり代12は、すべて、絶縁シート10E1の平坦な外表面14の仮想線L14と、絶縁シート10E2の平坦な外表面15の仮想線L15と、第1、第2または第4の連結稜線部110A1、110A2、110A4のいずれかに囲まれる領域内に配置されて貼り付けられている。このように、絶縁シート10E1、絶縁シート10E2、絶縁シート10E3が、相互に重なる重なり代12は、電池缶101の幅広面101aまたは幅狭面101bには配置されていない。
このため、実施形態5に示す二次電池100Eにおいても、実施形態1の二次電池100Aと同様な効果を奏する。
図13は、本発明の実施形態6としての二次電池を示し、絶縁シートを巻き付ける前の外観斜視図である。また、図14(a)は、実施形態6の絶縁シートの重なり代の構造を説明するための図であり、二次電池を図13におけるXIVa−XIVa線で切断して示す断面図である。図14(a)では内部構造を省略している。図14(b)は、図14(a)おける領域XIVbの拡大図である。
但し、これは、理解を助けるための表現であり、詳細は、図14に図示される通りである。
従って、絶縁シート10F1と絶縁シート10F2、絶縁シート10F1と絶縁シート10F3、絶縁シート10F4と絶縁シート10F2、絶縁シート10F4と絶縁シート10F3の各重なり代12は、第1の連結稜線部110A1〜第4の連結稜線部110A4に配置される。
このため、実施形態6に示す二次電池100Fにおいても、実施形態1の二次電池100Aと同様な効果を奏する。
図15は、本発明の実施形態7としての二次電池を示し、絶縁シートを巻き付ける前の外観斜視図である。また、図16(a)は、実施形態7の絶縁シートの重なり代の構造を説明するための図であり、二次電池を図15におけるXVIa−XVIa線で切断して示す断面図である。図16(a)では、内外部構造を省略している。図16(b)は、図16(a)における領域XVIbの拡大図である。
絶縁シート片10g1は、実施形態1と同様に、電池缶101の第1の連結稜線部110A1に重なり代12が配置されて貼り付けられている。
図16(b)に図示されるように、絶縁シート片10g3は、電池缶101の一方の幅広面101aと底面101cとの連結部である第5の連結稜線部110A5に配置されて貼り付けられている。絶縁シート片10g2は、他方の幅広面101a側から、電池缶101の底面101cを跨いで第5の連結稜線部110A5に延出されており、第5の連結稜線部101A5で絶縁シート片10g3に接着されている。つまり、電池缶101の底面101cに貼り付けられた絶縁シート片10g3と絶縁シート片10g2との重なり代12aは、第5の連結稜線部101A5に配置されて貼り付けられている。
(1)容器101の周側面101a,101b、連結稜線部110A1〜A5および底面101cは1枚の絶縁シート10Gで被覆され、電池缶の101の底面101cと一対の幅広面101aとが交差する2つのコーナー部と、電池缶101の底面101cと一対の幅狭面101bとが交差する2つのコーナー部において、絶縁シート10Gの2つの辺が重なり合って電池缶101に固着されるようにした。
その結果、実施形態7の二次電池100Gも実施形態1の二次電池100Aと同様の作用効果を奏することができる。
(2)1枚の絶縁シート10Gにより、電池缶101の周側面101a,101b、連結稜線部110A1〜A5、および底面101cを被覆するようにしたので、複数枚の絶縁シートを使用する場合に比べて、コスト、生産効率が向上する。
図17は、本発明の実施形態8としての二次電池を示し、絶縁シートを巻き付ける前の外観斜視図である。また、図18(a)は、実施形態8の絶縁シートの重なり代の構造を説明するための図であり、二次電池を図17におけるXVIIIa−XVIIIa線で切断して示す断面図である。図18(a)では、内外部構造を省略している。図18(b)は、図18(a)おける領域XVIIIbの拡大図である。
実施形態8が実施形態7と相違する点は、1枚の絶縁シート10Gに代えて絶縁シート10H1と絶縁シート10H2の2枚の絶縁シートを使用する点、すなわち、実施形態7とは異なり、底面101cを別部材の絶縁シート10H2で被覆した点である。
絶縁シート片10h3は、電池缶101の一方の幅広面101aと底面101cとの連結部である第5の連結稜線部(底部連結稜線部)110A5に配置されて貼り付けられている。また、絶縁シート片10h2は、電池缶101の他方の幅広面101aと底面101cとの連結部である第6の連結稜線部110A6に配置されて貼り付けられている。絶縁シート10H2の両端は、それぞれ、絶縁シート片10h3および絶縁シート片10h2に接着されている。電池缶101の底面101cに貼り付けられた絶縁シート10H2と絶縁シート片10h2との重なり代12aおよび絶縁シート10H2と絶縁シート片10h3との重なり代12aは、それぞれ、第5、第6の連結稜線部A5、A6に配置されて貼り付けられている。
すなわち、実施形態8においては、絶縁シート10H2が、第6の連結稜線部110A6にも重なり代12aを有しており、実施形態7に対して、1つ多い重なり代を有している。しかし、第6の連結稜線部110A6における重なり代12aも上述のコーナー部の空隙部に配置されて貼り付けられている。このため、実施形態7と同様な効果を奏する。
図19は、本発明の実施形態9としての二次電池を示し、図19(a)は、絶縁シートの重なり代の構造を説明するための断面図、図19(b)は、図19(a)おける領域XIXbの拡大図である。
電池缶101Kは、一対の幅広面101Kaと、一対の幅広面101Kaを連結する一対の幅狭面101Kbを有している。実施形態9は、各幅狭面101Kbが、断面半円形の球面部を有している点で、実施形態1〜8と相違している。すなわち、実施形態9の電池缶は横断面が長円形状である。
絶縁シート10Kは、実施形態1における絶縁シート10Aと同様、電池缶101の周側面の全長よりも重なり代12分だけ長い矩形形状を有する。絶縁シート10Kの重なり代12は、一方の幅狭面101Kbに貼り付けられた絶縁シート10Kの頂部10Ktを外れた位置に配置されている。
このように、絶縁シート10Kの重なり代12は、絶縁シート10Kの外表面24の仮想線L24と、絶縁シート10Kの頂部10Ktを通り、外表面24に垂直な仮想線L25とにより形成されるコーナー部の空隙部に配置される。従って、実施形態1と同様な効果を奏する。
(1)以上では、絶縁シート10Kを実施形態1と同様な部材として例示したが、絶縁シート10Kを、実施形態2〜8と同様な、1枚または複数枚の部材としてもよい。
(2)実施形態9の電池缶は、一対の幅広面101kaが平坦面、一対の幅狭面101kbが半円状を有する横断面長円形状の薄型電池缶であったが、以下の横断面を有する電池缶でもよい。すなわち、少なくとも一対の幅狭面101kbが楕円などの曲面形状であってもよい。このような電池缶においても、上述した仮想線L14,L15で区画される最小矩形領域は、一対の幅広面101kaを被覆する絶縁シートの外表面を通る第1仮想線L24、一対の幅狭面101kbを被覆する絶縁シートの外表面の頂点を通り第1仮想線L24と直交する第2仮想線L25により区画された領域である。
(3)一つの幅広面101kaが平坦面ではなく曲面形状である薄型電池缶であってもよい。このような電池缶においては、上述の最小矩形領域は、一対の幅広面101kaを被覆する絶縁シートの外表面の頂点を通り電極群の捲回群と平行に延在する第1仮想線と、一対の幅狭面101kbを被覆する絶縁シートの外表面の頂点を通り第1仮想線と直交する第2仮想線により区画された領域である。
図20は、本発明の実施形態10としての二次電池を示し、絶縁シートを巻き付ける前の外観斜視図である。
実施形態10の二次電池100Lは、電池缶101Lと絶縁シート10Lを備えている。実施形態10の二次電池100Lは、電池缶101Lのコーナー部が、幅広面10Laおよび幅狭面10Lbのいずれに対しても、鈍角となる平面に形成されている点で実施形態1の二次電池100Aと相違する。
絶縁シート10Lは、実施形態1における絶縁シート10Aと同様、電池缶101Lの周側面の全長よりも重なり代12分だけ長い矩形形状を有する。そして、絶縁シート10Lの重なり代(図20には図示せず)は、実施形態1の場合と同様、いずれかの連結稜線部110Bに配置される。従って、実施形態10においても、実施形態1と同様な効果を奏する。
なお、実施形態2〜8においても、実施形態10の場合と同様に、電池缶101の各連結稜線部110Aを平面とすることができる。
(1)上記実施形態1〜6においては、重なり代12のすべての部分が、絶縁シートの平坦な外表面14の仮想線L14と、絶縁シートの平坦な外表面15の仮想線L15と、連結稜線部とに囲まれる領域内に配置された構造として例示した。しかし、重なり代12の一部が、絶縁シートの外表面14または15の仮想線の外側にはみだすようにしてもよい。このようにしても、絶縁シートの重なり代12の全体が、幅広面101aまたは幅狭面101b上に配置されるよりも、二次電池100A〜100Fの寸法を小さいものとすることができる。
10g1〜10g3、10H1〜10h3 絶縁シート片
11a 巻始め端部
11b 巻終り端部
12、12a 重なり代
14、15、16、17 外表面
15a 平面
100A〜100L 二次電池
101 電池缶(容器)
101a 幅広面
101b 幅狭面
101c 底面
101Ka 幅広面
101Kb 幅狭面
102 電池蓋(容器蓋)
110A1、110A1〜110A6、110B 連結稜線部
141 正極端子(正極外部端子)
151 負極端子(負極外部端子)
170 電極群
Claims (7)
- 少なくとも1つの面に開口を有し、前記開口を囲む周側面が幅広面とコーナー部を含む側面を有する容器には、電極群が収容されるとともに電解液が注入され、前記開口は容器蓋で封止され、前記電極群と外部機器との間の充放電が前記容器蓋に配置された外部端子を介して行われるようにした蓄電素子において、
前記容器は、前記開口を囲む周側面が1枚または複数枚の絶縁シートで被覆され、
前記絶縁シートは、端部となる2つの辺を有し、前記絶縁シートで被覆された容器の前記開口に平行な横断面を囲む最小矩形領域の内側において、1枚または複数枚の前記絶縁シートの前記2つの辺が重なりあって前記周側面に固着されている蓄電素子。 - 請求項1に記載の蓄電素子において、
前記容器は薄型直方体に形成され、
前記薄型直方体の容器の周側面は平坦部を有する一対の幅広面および平坦部を有する一対の幅狭面を有し、
前記最小矩形領域は、前記一対の幅広面を被覆する絶縁シートの外表面を通る仮想線と一対の幅狭面を被覆する絶縁シートの外表面を通る仮想線により区画された領域であり、
前記最小矩形領域の4つのコーナー部においては、前記最小矩形領域と、前記容器の周側面との間に略三角形の空隙がそれぞれ設けられ、
前記絶縁シートは、前記少なくとも1つの空隙内において、前記2つの辺が重なり合って前記容器に固着されている蓄電素子。 - 請求項2に記載の蓄電素子において、
前記容器の一対の幅広面および一対の幅狭面は、断面が円弧または直線である連結稜線部でそれぞれ接続されている蓄電素子。 - 請求項2または3に記載の蓄電素子において、
前記容器の底面も前記絶縁シートで被覆され、
前記容器の底面を通る仮想線と前記一対の幅広面を被覆する絶縁シートの外表面を通る仮想線とが交差する2つのコーナー部と、前記容器の底面を通る仮想線と前記一対の幅狭面を被覆する絶縁シートの外表面を通る仮想線とが交差する2つのコーナー部において、前記絶縁シートの前記2つの辺が重なり合って前記容器に固着される蓄電素子。 - 請求項4に記載の蓄電素子において、
前記周側面を被覆する絶縁シートと前記底面を被覆する絶縁シートが一枚の絶縁シートである蓄電素子。 - 請求項2に記載の蓄電素子において、
前記容器は、前記一対の幅狭面のみが曲面部を有する薄型容器であり、
前記最小矩形領域は、前記一対の幅広面を被覆する絶縁シートの外表面を通る第1仮想線と、前記一対の幅狭面を被覆する絶縁シートの外表面の頂点を通り前記第1仮想線と直交する第2仮想線により区画された領域であり、
前記最小矩形領域の4つのコーナー部においては、前記最小矩形領域と、前記容器の周側面との間には略三角形の空隙がそれぞれ設けられ、
前記絶縁シートは、前記少なくとも1つの空隙内において、前記2つの辺が重なり合って前記容器に固着されている蓄電素子。 - 請求項2に記載の蓄電素子において、
前記容器は、前記一対の幅広面と幅狭面がいずれも曲面部を有する薄型容器であり、
前記最小矩形領域は、前記一対の幅広面を被覆する絶縁シートの外表面の頂点を通り前記電極群の捲回群と平行に延在する第1仮想線と、前記一対の幅狭面を被覆する絶縁シートの外表面の頂点を通り前記第1仮想線と直交する第2仮想線により区画された領域であり、
前記最小矩形領域の4つのコーナー部において前記最小矩形領域と前記容器の周側面との間に設けられた空隙内において、前記絶縁シートは、前記2つの辺が重なり合って前記容器に固着されている蓄電素子。
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