JP6135222B2

JP6135222B2 - 蓄電素子

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Publication number: JP6135222B2
Application number: JP2013057040A
Authority: JP
Inventors: 増田　英樹; 英樹増田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP2014182950A

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池を含む蓄電素子に関する。

特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池を含め、種々の蓄電素子が提供されている。

蓄電素子の製造工程では、例えば電極体を収容した外装体の塗装のような種々の加工が行われる。しかし、特許文献１に開示のものを含む従来の蓄電素子では、製造工程等における蓄電素子の姿勢制御、懸架、搬送等の取扱容易性について、十分な検討はなされていない。

特開２０１２−１２４１３２号公報

本発明は、製造工程等における蓄電素子の取扱容易性向上を課題とする。

本発明は、電極体と、前記電極体が収容されるケース本体と、前記ケース本体の開口を閉じる蓋とを含む外装体と、前記電極体に電気的に接続されると共に前記蓋の外側面に配置された端子と、前記蓋に配置され、前記端子と前記蓋との間に少なくとも一部が介在して前記端子と前記蓋とを絶縁している絶縁部材と、前記絶縁部材に少なくとも一部が配置された磁気吸着部材とを備え、前記絶縁部材は、前記端子が配置された端子配置部と、前記端子配置部に隣接して設けられて前記磁気吸着部材が配置された配置部とを備えることを特徴とする、蓄電素子を提供する。

外装体に配置された磁気吸着部材を磁石で吸着することで、蓄電素子を容易に解除可能に保持できる。例えば、取扱装置、懸架装置、搬送装置等のような装置の蓄電素子を保持する部分に電磁石を設けておけば、この電磁石を励磁状態とすることで蓄電素子を保持でき、電磁石を非励磁状態とすることで保持を解除できる。

前記磁気吸着部材は強磁性体からなることが好ましい。

前記磁気吸着部材の一部が前記絶縁部材から露出していてもよいし、前記磁気吸着部材の全体が前記絶縁部材内に埋め込まれていてもよい。

前記ケース本体は、底壁と、一端側が前記底壁につながり他端側が前記開口を画定する側壁とを備え、少なくとも前記側壁の外側面に絶縁層が設けられていてもよい。

本発明の蓄電素子は、外装体に配置された磁気吸着部材を磁石で吸着することで、容易に解除可能に保持できるので、製造工程等における蓄電素子の姿勢制御、懸架、搬送、取出等の取扱容易性に優れている。

本発明の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池（電池）の斜視図。図１の電池の平面図。図１の電池の部分拡大正面図。図１の電池の製造工程の一例としての塗装工程を示す模式図。図１の電池の製造工程の一例としての塗装工程を示す模式図。図１の電池の製造工程の一例としての塗装工程を示す模式図。図１の電池の製造工程の一例としての塗装工程を示す模式図。図１の電池の変形例を示す部分拡大正面図。図１の電池の変形例を示す部分拡大正面図。図１の電池の変形例を示す部分拡大平面図。図１の電池の変形例を示す部分拡大平面図。本発明の第２実施形態に係る電池の斜視図。図７の電池の平面図。図７の電池の部分拡大正面図。本発明の第３実施形態に係る電池の斜視図。本発明の第４実施形態に係る電池の斜視図。

（第１実施形態）
図１から図３は本発明の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池１（以下単に電池１という）を示す。

電池１の外装体２は、ケース本体３と蓋４で構成され、概ね扁平な直方体状の外観を呈する。ケース本体３内には電解液と電極体（いずれも図示せず）が収容されている。本実施形態では、ケース本体３と蓋４はいずれもアルミニウム製である。

ケース本体３は、細長い長方形状の底壁３ａから図において上方に延びる側壁３ｂ〜３ｅを備える。個々の側壁３ｂ〜３ｅは図において下端側が底壁３ａにつながり上端側がケース本体３の開口３ｆを画定している。これらの側壁３ｂ〜３ｅには、互いに対向する一対の長側壁３ｂ，３ｃと、長側壁３ｂ，３ｃよりも小面積で互いに対向する一対の短側壁３ｄ，３ｅが含まれる。図２から理解されるように、ケース本体３を平面視したときに底壁３ａが構成する長方形の４辺のうち、一対の長辺から長側壁３ｂ，３ｃが延び、一対の短辺から短側壁３ｄ，３ｅが延びている。

ケース本体３の側壁３ｂ〜３ｅの外側面には、絶縁層として、絶縁樹脂によるコーティング（絶縁コーティング）が施されている。

蓋４は、ケース本体３の開口３ｆに装着されて開口３ｆを閉じている。蓋４はケース本体３に対してレーザー溶接されている。蓋４の平面視での形状はケース本体３の底壁３ａと同様に概ね長方形状である。蓋４は、中央に安全弁６が装着され、注液口７が設けられている。

蓋４の外側面４ａには、一端側に正極の外部端子１１Ａが配置され、他端側に負極の外部端子１１Ｂが配置されている。本実施形態では外部端子１１Ａ，１１Ｂはいずれもアルミニウム製である。個々の外部端子１１Ａ，１１Ｂと蓋４の外側面４ａとの間には絶縁樹脂製のパッキン（絶縁部材）１２Ａ，１２Ｂが介在している。正極の外部端子１１Ａは、ケース本体３内に配置された集電体（図示せず）を介して電極体に電気的に接続されている。負極の外部端子１１Ｂは本実施形態では銅製であるリベット１３とケース本体３内に配置された集電体（図示せず）を介して電極体に電気的に接続されている。

本実施形態における外部端子１１Ａ，１１Ｂは、平面視で面取された矩形状である、平坦な頂端面１１ａを備える。頂端面１１ａにはバスバーのような導電部材が溶接される。

図１及び図２に最も明瞭に示すように、正極と負極の両方のパッキン１２Ａ，１２Ｂの頂端面１２ａのうち蓋４の端部側の部分には、平面視で面取された矩形状の窪み１２ｂ（端子配置部）が形成されている。窪み１２ｂに外部端子１１Ａ，１１Ｂが収容されている。図３に示すように、外部端子１１Ａ，１１Ｂの頂端面１１ａはパッキン１２Ａ，１２Ｂの頂端面１２ａから突出量ｔ１だけ突出している。

正極と負極の両方のパッキン１２Ａ，１２Ｂの頂端面１２ａには、窪み１２ｂよりも蓋４の中央側の位置に配置部１２ｃが設けられている。配置部１２ｃには磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂが埋め込まれている。

磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂは、強磁性体からなることが好ましい。本明細書において、強磁性体とは、隣り合うスピンが同一方向を向いて整列し、全体として大きな磁気モーメントを持ち物質からなる部材をいう。例えば、主成分としての鉄とニッケル等とを含有する合金からなる部材を、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂとして用いることができる。後述する電磁石２３Ａ，２３Ｂのような磁石によって必要な保持力が得られる磁気吸着が可能である限り、強磁性体の範疇に含まれない材料で磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂを構成してもよい。ただし、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂが強磁性体から形成されると、弱い磁力の磁石でも保持力が得られるため、好ましい。

後に詳述するように、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂを磁石で吸着することにより、電池１が取扱装置、懸架装置、搬送装置等のような装置に保持される。

図１及び図２を参照すると、本実施形態における磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの平面視での形状は、蓋４の幅方向に延びる細い一定幅の直線帯状の第１部分１４ａと、この第１部分１４ａの両端から蓋４の中央側に向けて直角に折れ曲がった一対の第２部分１４ｂとを備える。第２部分１４ｂは第１部分１４ａと同様の細い一定幅の直線帯状である。第２部分１４ｂの長さは第１部分１４ａよりも十分に短い。

図３を参照すると、本実施形態における磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの頂端面１４ｃはパッキン１２Ａ，１２Ｂの頂端面１２ａから突出量ｔ２だけ突出している。言い換えれば、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂは頂端面１４ｃを含む先端部分がパッキン１２Ａ，１２Ｂから露出している。磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂのパッキン１２Ａ，１２Ｂからの突出量ｔ２は、外部端子１１Ａ，１１Ｂのパッキン１２Ａ，１２Ｂからの突出量ｔ１よりも差δだけ小さい。言い換えれば、外部端子１１Ａ，１１Ｂの頂端面１１ａは、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの頂端面１４ｃよりもパッキン１２Ａ，１２Ｂの頂端面１２ａから離れた位置にある。外部端子１１Ａ，１１Ｂの頂端面１１ａと磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの頂端面１４ｃの位置関係（パッキン１２の頂端面１２ａから距離）をこのように設定することにより、外部端子１１Ａ，１１Ｂの頂端面１１ａに対してバスバーのような導電部材を超音波溶接する際に、導電部材が磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂに干渉するのを回避できる。

本実施形態では、インサート成形により磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂをパッキン１２Ａ，１２Ｂに埋め込んで固定している。磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂのパッキン１２Ａ，１２Ｂに対する必要な固定強度が確保できる限り、インサート成形以外の方法を採用してもよい。例えば、パッキン１２Ａ，１２Ｂに磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂに外形に適合する溝を設け、接着剤を塗布した磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂをこの溝に嵌めこむことで、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂを固定してもよい。

次に、図４Ａから図４Ｄを参照して、本実施形態の電池１が備えるケース本体３の側壁３ｂ〜３ｅに対して絶縁コーティングを施す手順を説明する。取扱装置２１は、水平方向及び垂直方向の直進移動と上下１８０°の反転動作が可能な本体２２を備える。本体２２には磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂを吸着するための電磁石２３Ａ，２３Ｂが備えられている。初期状態では、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂは、本体２２の下部側に配置されている。

図４Ａに示すように、取扱装置２１の本体２２は電池１の上方に位置し、載置部２４に上に載置された電池１の磁気吸着部材１４に対して電磁石２３Ａ，２３Ｂが位置合わせされるように水平方向に移動する。その後、本体２２が電池１に向けて降下する。電磁石２３Ａ，２３Ｂが磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂに当接した時点で、本体２２の降下が停止する。降下停止後、電磁石２３Ａ，２３Ｂは、非励磁状態から励磁状態に切り換えられる。その結果、電磁石２３Ａ，２３Ｂに対して磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂが磁気的に吸着され、取扱装置２１の本体２２に電池１が保持される。

次に、図４Ｂに示すように、取扱装置２１の本体２２が上昇する。本体２２に保持された電池１は載置部２４から離れ、本体２２に吊り下げられた状態となる。電池１と載置部２４が十分な距離を隔てた後、図４Ｃに示すように、電磁石２３Ａ，２３Ｂにより電池１を保持した状態を維持したままで、取扱装置２１の本体２２は上下１８０°回転する。その結果、図４Ｄに示すように、取扱装置２１の本体２２上に電池１が搭載された状態となる。この状態では、蓋４が下側に位置し、ケース本体３の底壁３ａが上側に位置する。つまり、電池１の姿勢は例えば図４Ａに示すような通常の姿勢から上下方向に反転する。電池１の姿勢を上下反転させた後、塗装装置の一部であるノズル２５から絶縁コーティングのための樹脂が電池１のケース本体３の側壁３ｂ〜３ｅの外側面に吹き付けられる。なお、蓋４の外側面４ａの全領域（外部端子１１Ａ，１１Ｂを含む）は予めマスキングされている。

ケース本体３の側壁３ｂ〜３ｅに対する樹脂の吹き付けが完了後、取扱装置２１の本体２２は水平方向及び／又は垂直方向の移動により次工程が行われる位置へ移動する。取扱装置２１の本体２２から電池１を放す場合、電池１が本体２２上に搭載された姿勢（図４Ｄ参照）から、本体２２が再び上下１８０°回転し、電池１が本体２２に吊り下げられた姿勢（図４Ｂ参照）に切り換えられる。その後、本体２２は電池１を載置する位置まで水平移動し、さらに載置部２４（図４Ａ参照）に向けて降下する。電池１が載置部２４に載置された後、電磁石２３Ａ，２３Ｂが励磁状態から非励磁状態に切り換えられる。その結果、電磁石２３Ａ，２３Ｂによる磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの磁気的な吸着が解除される（言い換えれば、取扱装置２１の本体２２に対する電池１の保持が解除される）。

以上のように、本実施形態の電池１は、蓋４の外側面４ａに配置されたパッキン１２Ａ，１２Ｂに埋め込まれた磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂを電磁石２３Ａ，２３Ｂで磁気的に保持することで、取扱装置２１により容易に解除可能に保持できる。具体的には、電磁石２３Ａ，２３Ｂの励磁状態と非励磁状態を切り換えるだけで、電池１を保持する状態と保持を解除する状態とを切り換えることができる。

チャッキングのように機械的に電池を保持する場合、電池を保持する装置（図４Ａから図４Ｄの取扱装置２１に対応）は、電池に対して正確に位置決めする必要がある。また、この場合、電池１の一部にチャッキングのための特殊な形状を設ける必要がある。これに対して、本実施形態の電池１の場合、励磁状態とした電磁石２３Ａ，２３Ｂにより磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂに対して必要な磁気的な吸着力が作用する限り、取扱装置２１の本体２２は電池１に対して高精度で位置決めする必要はない。また、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂは単にパッキン１２Ａ，１２Ｂに埋め込んでいるだけであるので、パッキン１２Ａ，１２Ｂ並びに電池１の他の要素に特殊な形状を採用する必要はない。

以上の点で、本実施形態の電池１は製造工程における取扱容易性に優れている。

製造工程において磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂを電磁石で吸着して保持する装置は、図４Ａから図４Ｄに示すような電池１の姿勢を制御する取扱装置２１に限定されず、電池１を懸架、搬送等を行うものあってもよい。

複数の電池１をモジュールケース内に積層状態で収容してモジュール化する場合がある。モジュールケースからの個々の電池１を取り出すための装置が電磁石を備え、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂを解除可能に磁気的に吸着保持してもよい。この場合も、取り出しのための装置が備える電磁石の励磁状態を切り換えるだけで、電池１を保持する状態と保持を解除する状態を切り換えることができ、優れた取扱容易性が得られる。

図５Ａ及び図５Ｂは、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂのパッキン１２Ａ，１２Ｂへの埋め込み位置に関する第１実施形態の変形例を示す。図５Ａの変形例では、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂは頂端面１４ｃを含む全体がパッキン１２Ａ，１２Ｂ内に埋め込まれている。こうすることで、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂが劣化しにくくなる。一方、図５Ｂの変形例では、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの頂端面１４ｃは、パッキン１２Ａ，１２Ｂの頂端面１２ａと面一である。こうすることで、バスバーのような導電部材と磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂとが干渉することを回避しつつ、電池１を取扱装置２１により確実に保持できる。

必要な保持力が得られる磁気的な吸着が可能である限り、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの頂端面１４ｃのパッキン１２Ａ，１２Ｂの頂端面１２ａに対する位置は特に限定されない。しかし、樹脂製のパッキン１２Ａ，１２Ｂから磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの一部が露出していることが、磁石によってより強固な磁気吸着が可能である点で好ましい。一方、パッキン１２Ａ，１２Ｂから磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂが過度に突出していると、外部端子１１Ａ，１１Ｂの頂端面１１ａへの導電部材の溶接時に、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂのパッキン１２Ａ，１２Ｂが導電部材と干渉する。従って、外部端子１１Ａ，１１Ｂに対する導電部材の溶接作業の作業性の観点からは、パッキン１２Ａ，１２Ｂから磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂが過度に突出していないことが好ましい。図１から図３に示す第１実施形態では、前述のように、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂのパッキン１２Ａ，１２Ｂからの突出量ｔ２を、外部端子１１Ａ，１１Ｂのパッキン１２Ａ，１２Ｂからの突出量ｔ１よりも差δだけ小さく設定している。言い換えれば、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂをパッキン１２Ａ，１２Ｂから部分的に突出ないし露出させてはいるが、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの頂端面１４ａを外部端子１１Ａ，１１Ｂの頂端面１１ａよりも蓋４の外側面４ａに近い位置に配置している。その結果、磁石よる磁気的な吸着の強度を確保しつ、外部端子１１Ａ，１１Ｂに対する導電部材の接続作業の作業性も確保している。

図６Ａ及び図６Ｂは、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの平面視での形状に関する第１実施形態の変形例を示す。図６Ａの変形例では、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの頂端面１４ａは蓋４の幅方向に延びる面取りされた細長い長方形状である。図６Ｂの変形例では、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの頂端面１４ａは円形である。必要な保持力が得られる磁気的な吸着が可能である限り、磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂの平面視での形状は特に限定されない。

（第２実施形態）
図７から図９は本発明の第２実施形態に係る電池１を示す。

第２実施形態の電池１が備える外部端子１１Ａ，１１Ｂは、バスバーのような導電部材を機械的な連結して電気的に接続するためのボルト部１５を備える。第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（第３実施形態）
図１０は本発明の第３実施形態に係る電池１を示す。

第３実施形態の電池１はケース本体３の短側壁３ｄ，３ｅの開口３ｆに近接した位置（図において上端側）に、薄厚で直方体状の磁気吸着部材１４‘を備える。第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（第４実施形態）
図１１は本発明の第３実施形態に係る電池を示す。

第４実施形態の電池１はケース本体３の長側壁３ｂ，３ｃの開口３ｆに近接した位置（図において上端側）に、薄厚で蓋４に沿って延びる直線帯状の磁気吸着部材１４’’を備える。第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

第２実施形態（図１０）及び第３実施形態ではケース本体３の側壁３ｂ〜３ｅに磁気吸着部材１４Ａ，１４Ｂが取り付けられているが、蓋４の外側面４ａ又は内側面に磁気吸着部材１４を取り付けてもよい。また、ケース本体３の底壁３ａに磁気吸着部材を取り付けてもよい。さらに、蓋４の外側面４ａ、ケース本体３の側壁３ｂ〜３ｅ、ケース本体３の底壁３ａ、パッキン１２Ａ，１２Ｂのうちのいずれか２箇所以上に磁気吸着部材を取り付けてもよい。

強磁性体からなる磁気吸着部材を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。磁気吸着部材は磁化された永久磁石によって構成されてもよい。
ケース本体の外側面に絶縁コーティングを施す例を説明したが、本発明はこれに限定されない。熱収縮チューブによってケース本体の外側面に絶縁層を設けてもよい。
リチウムイオン二次電池を例に本発明を説明したが、本発明はリチウムイオン二次電池以外の非水電解質二次電池を含む種々の蓄電素子に適用できる。

１リチウムイオン二次電池（蓄電素子）
２外装体
３ケース本体
３ａ底壁
３ｂ〜３ｅ側壁
３ｆ開口
４蓋
４ａ外側面
６安全弁
７注液口
１１Ａ，１１Ｂ外部端子
１１ａ頂端面
１２Ａ，１２Ｂパッキン（絶縁部材）
１２ａ頂端面
１２ｂ窪み
１２ｃ配置部
１３リベット
１４Ａ，１４Ｂ，１４‘ 磁気吸着部材
１４ａ第１部分
１４ｂ第２部分
１４ｃ頂端面
１５ボルト部
２１取扱装置
２２本体
２３Ａ，２３Ｂ電磁石
２４載置部
２５ノズル
ｔ１，ｔ２突出量
δ 差

Claims

電極体と、
前記電極体が収容されるケース本体と、前記ケース本体の開口を閉じる蓋とを含む外装体と、
前記電極体に電気的に接続されると共に前記蓋の外側面に配置された端子と、
前記蓋に配置され、前記端子と前記蓋との間に少なくとも一部が介在して前記端子と前記蓋とを絶縁している絶縁部材と、
前記絶縁部材に少なくとも一部が配置された磁気吸着部材と
を備え、
前記絶縁部材は、
前記端子が配置された端子配置部と、
前記端子配置部に隣接して設けられて前記磁気吸着部材が配置された配置部と
を備えることを特徴とする、蓄電素子。
前記磁気吸着部材は強磁性体からなることを特徴とする、請求項１に記載の蓄電素子。
前記磁気吸着部材の一部が前記絶縁部材から露出している、請求項１又は２に記載の蓄電素子。
前記磁気吸着部材の全体が前記絶縁部材内に埋め込まれている、請求項１又は２に記載の蓄電素子。
前記ケース本体は、底壁と、一端側が前記底壁につながり他端側が前記開口を画定する側壁とを備え、
少なくとも前記側壁の外側面に絶縁層が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
電極体と、
前記電極体が収容されるケース本体と、前記ケース本体の開口を閉じる蓋とを含む外装体と、
前記外装体に配置された絶縁部材と、
前記絶縁部材に全体が埋め込まれている磁気吸着部材と
を備えることを特徴とする、蓄電素子。