JP6269440B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

この発明は、二次電池の構造に関する。

一般的な二次電池は、筐体の内部に電池セル（巻回電極体）を備え、電池セルの両端部には、正極芯体露出部および負極芯体露出部が設けられている。正極芯体露出部には正極極集電端子が電気的に接続され、正極集電端子は正極外部端子に電気的に接続されている。同様に、負極芯体露出部には負極集電端子が電気的に接続され、負極集電端子は負極外部端子に電気的に接続されている。このような構成の二次電池が、特開２００３−３４６８７８号公報（特許文献１）、特開２０１２−１６０４２５号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２００３−３４６８７８号公報 特開２０１２−１６０４２５号公報

近年、二次電池の容量の増加から、筐体の内部に複数の電池セルを収容するようになり、隣接する正極芯体露出部同士が正極集電端子に接続され、同様に、隣接する負芯体露出部同士が負極集電端子に接続される構成が採用される。

しかし、振動、衝撃などの外的負荷が二次電池に入力されると、正極集電端子と正極芯体露出部との接続部に負荷が加わり、接続部において接続不良を引き起こすことが懸念される。同様に、負極集電端子と負極芯体露出部との接続部に負荷が加わり、接続部において接続不良を引き起こすことが懸念される。

接続部の一部において接続不良が生じると、電流が流れなくなった電池セルは電気を放電せずに高いエネルギ状態となる。また、接触不良が生じると、二次電池の容量が著しく低下するために、一部の電池セルが過充電状態になり得ることが懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、接続部の一部において接続不良が生じた場合であっても、各電池セルへの通電状態を確保することが可能な構成を備える、二次電池を提供することを目的とする。

この二次電池においては、端部に電極露出部が設けられた電池セルを複数備える二次電池であって、複数の上記電池セルの上記電極露出部のそれぞれに電気的に接続されるとともに、外部端子に電気的に接続された集電端子と、上記電極露出部に対して、上記集電端子とは異なる位置において、複数の上記電極露出部を電気的に接続する接続部とを備える。

このように、複数の電池セルの電極露出部のそれぞれに電気的に接続された集電電極とは異なる位置に置いて、複数の電極露出部を電気的に接続する接続部を設けることで、外的負荷が二次電池に加わった場合において、集電電極と電極露出部の一部に接触不良部が発生した場合であっても、複数の電池セルは接続部により電気的に接続されていることから、電池セルに電流が流れないことを回避できる。その結果、二次電池が電気を放電せずに高いエネルギ状態となること、または、接触不良が生じた二次電池としての容量が著しく低下し、一部の電池セルが過充電状態になることを回避することが可能となる。

この二次電池によれば、接続部の一部において接続不良が生じた場合であっても、各電池セルへの通電状態を確保することが可能な構成を備える、二次電池の提供を可能とする。

実施の形態１における二次電池を示す平面図である。 実施の形態１における二次電池を示す縦断面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態１における複数の電池セルのみを示す第１斜視図である。 実施の形態１における複数の電池セルのみを示す第２斜視図である。 実施の形態１における二次電池の電気的な回路構成を示す図である。 実施の形態２における二次電池の図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面に対応する図である。 実施の形態２における集電端子の構成を示す斜視図である。 実施の形態２における複数の電池セルのみを示す第１部分斜視図である。 実施の形態２における複数の電池セルのみを示す第２部分斜視図である。 実施の形態２における補助端子の正面図である。 図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図である。 実施の形態２における他の補助端子の正面図である。 図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢視断面図である。 実施の形態３における二次電池の図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面に対応する図である。

以下、各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。同一の部品および相当部品には、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。図においては、実際の寸法比率では記載しておらず、構造の理解を容易にするために、一部比率を異ならせて記載している。

（実施の形態１：二次電池１００）
図１〜図６を参照して、本実施の形態における二次電池１００について説明する。図１は、二次電池１００を示す平面図、図２は、二次電池１００を示す縦断面図、図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図、図４および図５は、複数の電池セル１３Ａ，１３Ｂのみを示す第１および第２斜視図、図６は、二次電池１００の電気的な回路構成を示す図である。

図１および図２を参照して、二次電池１００は、外装体１０、電池セル１３Ａ，１３Ｂ、正極外部端子２０、および、正極集電端子５０、ならびに負極外部端子２４、および、負極集電端子５１を備える。外装体１０は、有底筒状の収容部１５および封口板２５を含む。外装体１０は、内部に電池セル１３Ａ，１３Ｂを収容する。正極外部端子２０および負極外部端子２４は、封口板２５に取り付けられる。

電池セル１３Ａ，１３Ｂは、正極芯体、負極芯体およびセパレータ（いずれも図示せず）を有し、正極芯体および負極芯体は、セパレータを介して巻回される。電池セル１３Ａ，１３Ｂの両端には、正極芯体露出部１１および負極芯体露出部１２がそれぞれ設けられている。

正極芯体露出部１１は、正極集電端子５０を介して正極外部端子２０に電気的に接続される。負極芯体露出部１２は、負極集電端子５１を介して負極外部端子２４に電気的に接続される。

図３に示すように、正極集電端子５０は、電池セル１３Ａ，１３Ｂを両側面から挟み込む凹形状を有し、電池セル１３Ａの正極芯体露出部１１、および、電池セル１３Ｂの正極芯体露出部１１のそれぞれの外側から接するように成形されている。負極集電端子５１の構成も正極集電端子５０と同じであり、電池セル１３Ａ，１３Ｂを両側面から挟み込む凹形状を有し、電池セル１３Ａの負極芯体露出部１２、および、電池セル１３Ｂの負極芯体露出部１２のそれぞれの外側から接するように成形されている。

さらに、図４に示すように、電池セル１３Ａの正極芯体露出部１１および電池セル１３Ｂの正極芯体露出部１１を電気的に接続する接続部３０が設けられている。この接続部３０は、正極集電端子５０が電池セル１３Ａの正極芯体露出部１１、および、電池セル１３Ｂの正極芯体露出部１１と接触する領域とは異なる領域に設けられている。本実施の形態においては、接続部３０は、正極芯体露出部１１同士が電気的に接続された領域からなり、たとえば、超音波溶接、抵抗溶接、または、レーザ溶接などを用いて、露出部同士が直接電気的に接続するように構成されている。

図５に示すように、電池セル１３Ａの負極芯体露出部１２および電池セル１３Ｂの負極芯体露出部１２においても、同様に接続部３０が設けられている。

このように、本実施の形態における二次電池１００においては、複数の電池セル１３Ａ，１３Ｂの電極露出部のそれぞれに電気的に接続された正極集電端子５０および負極集電端子５１とは異なる位置に置いて、電極露出部を電気的に接続する接続部３０を設けている。

これにより、外的負荷が二次電池１００に加わった場合において、たとえば、正極集電端子５０と正極芯体露出部１１の一部とに接触不良部が発生した場合であっても、図６に示すように、電池セル１３Ａ，１３Ｂは接続部３０により、電池セル１３Ａ，１３Ｂが電気的な回路から孤立することなく電気的に接続された状態が保たれる。その結果、電池セル１３Ａ，１３Ｂに電流が流れないということを回避できる。

また、二次電池１００としての容量も変化しないため、電池セル１３Ａ，１３Ｂの一方に電流が流れない場合において、満充電の場合には二次電池１００が電気を放電せずに高いエネルギ状態となること、接触不良が生じた二次電池１００としての容量が著しく低下し（容量バランスが崩れる）、電流が流れる方の電池セル１３Ａ，１３Ｂが過充電状態になることを回避することが可能となる。

また、集電端子と電極露出部との接触が確保され、さらに、接続部３０における接触も確保された正常の状態では、電池セル１３Ａ，１３Ｂに対する電流の出入りする箇所が増加することで、抵抗値が低減され、通常使用時における電池性能の向上を期待することも可能となる。

（実施の形態２：二次電池１００Ａ）
次に、図７から図１３を参照して、本実施の形態における二次電池１００Ａについて説明する。図７は、二次電池１００Ａの図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面に対応する図、図８は、正極集電端子５０Ａの構成を示す斜視図、図９および図１０は、複数の電池セル１３Ａ，１３Ｂのみを示す第１および第２部分斜視図、図１１は、補助端子３０Ａの正面図、図１２は、図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図、図１３は、他の補助端子３０Ｂの正面図、図１４は、図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢視断面図である。

本実施の形態における二次電池１００Ａの上記二次電池１００との相違点は、電池セル２３Ａ，２３Ｂの正極芯体露出部１１および負極芯体露出部１２の形状の相違にあり、外装体１０の構成は同じである。よって、以下では、正極芯体露出部１１の形状の相違を中心にして説明する。また、負極芯体露出部１２においても同様であるため、正極芯体露出部１１側について主に説明する。

図７から図９を参照して、本実施の形態における電池セル２３Ａ，２３Ｂは、上述の電池セル１３Ａ，１３Ｂと基本構成は同じで、正極芯体および負極芯体がセパレータを介して巻回された巻回体を構成しているが、正極芯体露出部１１においては、その中央領域が内側に向かって押し潰された形態を有している。同様に、負極芯体露出部１２においても、その中央領域が内側に向かって押し潰された形態を有している。

図７および図８に示すように、正極集電端子５０Ａは、電池セル２３Ａ，２３Ｂを両側面から挟み込む凹形状を有しているが、先端部分は、電池セル２３Ａの正極芯体露出部１１、および、電池セル２３Ｂの正極芯体露出部１１のそれぞれの中央領域を外側から接することが可能なように内側に曲げられた形態を有している。負極集電端子５１Ａの構成も正極集電端子５０Ａと同じである。

さらに、図７および図９から図１２に示すように、電池セル２３Ａの正極芯体露出部１１および電池セル２３Ｂの正極芯体露出部１１を電気的に接続する接続部としての補助端子３０Ａが設けられている。この補助端子３０Ａは、正極集電端子５０Ａが電池セル２３Ａの正極芯体露出部１１、および、電池セル２３Ｂの正極芯体露出部１１と接触する領域とは異なる領域に設けられている。

本実施の形態においては、補助端子３０Ａは、正極芯体露出部１１同士の間に形成される空間Ａ１に装着されるとともに、空間Ａ１の断面形状に沿う断面形状を有し、断面形状において略Ｖ字形状に成形されている。なお、補助端子３０Ａの形状は、この形状に限定されるず、図１３および図１４に示すように、断面形状が略Ｕ字形状の補助端子３０Ｂを用いてもよい。

また、補助端子３０Ａの材料は、導電性を有するものであればどのような材料を用いることも可能であるが、電池セルにおいては、通常正極芯体には、アルミ材が用いられ、負極芯体には銅材が用いられていることから、これらの材料を用いるとよい。板厚さも特に限定されることなく、箔材のような薄い材料や、数ｍｍ程度の板材を用いてもよい。

このように、補助端子３０Ａに空間Ａ１の断面形状に沿う形状を採用することで、正極芯体露出部１１同士の間に形成される空間Ａ１の一部を埋めることができ、電池セル２３Ａ，２３Ｂに無理な力を加えることなく、電池セル２３Ａ，２３Ｂ同士を電気的に接続することが可能となる。なお、補助端子３０Ａと正極芯体露出部１１および負極芯体露出部１２との接続には、たとえば、超音波溶接、抵抗溶接、または、レーザ溶接などが用いられる。

以上、本実施の形態における二次電池１００Ａにおいても、上記実施の形態１における二次電池１００と同様の作用効果を得ることができる。

（実施の形態３：二次電池１００Ｂ）
次に、図１５を参照して、本実施の形態における二次電池１００Ｂについて説明する。図１５は、二次電池１００Ｂの図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面に対応する図である。

本実施の形態における二次電池１００Ｂの上記二次電池１００Ａとの相違点は、電池セルの数量にある。本実施の形態では、３つの電池セル２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを用いた場合の構成を示している。正極芯体露出部１１および負極芯体露出部１２の形状は、同じであるため、正極芯体露出部１１の構成について主に説明する。

図１４を参照して、本実施の形態における二次電池１００Ｂは、電池セル２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃのそれぞれの正極芯体露出部１１は、正極集電端子５０Ｂにより電気的に接続されている。また、電池セル２３Ａの正極芯体露出部１１と電池セル２３Ｂの正極芯体露出部１１との間の空間Ａ１には補助端子３０Ａが配置され、電池セル２３Ｂの正極芯体露出部１１と電池セル２３Ｃの正極芯体露出部１１との間の空間Ａ２にも補助端子３０Ａが配置されている。

このように、３つの電池セル２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを用いた場合においても、上記実施の形態１、２における二次電池１００、１００Ａと同様の作用効果を得ることが可能である。

なお、上記各実施の形態においては、正極芯体露出部１１および負極芯体露出部１２のいずれの領域にも、接続部（補助端子）を設ける構成を採用しているが、いずれか一方の芯体露出部にのみ接続部（補助端子）を設ける構成を採用してもよい。また、電池セルの数量も、実施の形態１，２では２つ、実施の形態３では、３つ用いる場合について説明しているが、電池セルの数量は、４以上であってもよい。

また、電池セルの一例として、正極芯体、負極芯体およびセパレータが巻回された巻回体からなる電池セルを開示しているが、両端部に正極芯体露出部および負極芯体露出部を有する電池セルであればどのような形態の電池セルを用いてもよい。

以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、今回開示された内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 外装体、１１ 正極芯体露出部、１２ 負極芯体露出部、１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ 電池セル、１５ 収容部、２０ 正極外部端子、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 電池セル、２４ 負極外部端子、２５ 封口板、３０ 接続部、３０Ａ，３０Ｂ 補助端子、５０，５０Ａ 正極集電端子、５１，５１Ａ 負極集電端子、１００，１００Ａ，１００Ｂ 二次電池。

Claims (2)

1. 端部に電極露出部が設けられた電池セルを複数備える二次電池であって、
   前記電池セルは、正極芯体、セパレータ、および、負極芯体が巻回された巻回電極体であり、前記巻回電極体の一方端に正極芯体露出部が設けられ、前記巻回電極体の他方端に負極芯体露出部が設けられており、
   当該二次電池は、
   複数の前記正極芯体露出部のそれぞれに電気的に接続されるとともに、外部正極端子に電気的に接続された正極集電端子と、
   複数の前記負極芯体露出部のそれぞれに電気的に接続されるとともに、外部負極端子に電気的に接続された負極集電端子と、
   前記正極芯体露出部に対して、前記正極集電端子とは異なる位置において、複数の前記正極芯体露出部を電気的に接続する正極接続部と、
   前記負極芯体露出部に対して、前記負極集電端子とは異なる位置において、複数の前記負極芯体露出部を電気的に接続する負極接続部と、を含み、
   前記正極接続部は、複数の前記正極芯体露出部の間に補助端子を有し、
   前記負極接続部は、複数の前記負極芯体露出部の間に補助端子を有する、
   二次電池。
2. 前記正極芯体露出部の間に位置する前記補助端子は、前記正極芯体露出部同士の間に形成される空間に装着されるとともに、前記空間の断面形状に沿う断面形状を有し、
   前記負極芯体露出部の間に位置する前記補助端子は、前記負極芯体露出部同士の間に形成される空間に装着されるとともに、前記空間の断面形状に沿う断面形状を有する、請求項１に記載の二次電池。

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