JP6686286B2 - 角形二次電池及びそれを用いた組電池 - Google Patents
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Description
正極板と負極板とを含む電極体と、
前記正極板に電気的に接続された正極タブ部と、
前記負極板に電気的に接続された負極タブ部と、
開口部を有し、前記電極体を収納する角形外装体と、
前記開口部を封口する封口板と、
前記正極板に電気的に接続され前記封口板に取り付けられた正極端子と、
前記負極板に電気的に接続され前記封口板に取り付けられた負極端子と、を備えた角形二次電池であって、
前記角形外装体は、底部と、一対の大面積側壁と、一対の小面積側壁と、を有し、
前記小面積側壁の面積は前記大面積側壁の面積よりも小さく、
前記底部の面積は前記小面積側壁の面積よりも小さく、
前記電極体は前記封口板側の端部に前記正極タブ部及び前記負極タブ部を有し、
前記底部に電池内圧が所定値以上になったときに電池内部のガスを電池外部に排出するガス排出弁が形成されている。
前記正極端子は前記第1貫通穴に挿入され、
前記負極端子は前記第2貫通穴に挿入され、
前記封口板の電池外部側において、前記正極端子には正極外部接続部材が接続され、前記正極外部接続部材には、正極締結部が接続され、
前記封口板の電池外部側において、前記負極端子には負極外部接続部材が接続され、前記負極外部接続部材には、負極締結部が接続され、
前記封口板の長手方向において、前記正極締結部は前記第1貫通穴からずれた位置に配置され、前記負極締結部は前記第2貫通穴からずれた位置に配置されている構成とすることができる。
前記短絡機構は、前記封口板に設けられた変形板と、前記変形板の外側に前記変形板と対向するように配置された変形板受け部とを有し、
前記変形板は前記正極板及び前記負極板の一方に電気的に接続され、
前記変形板受け部は前記正極板及び前記負極板の他方に電気的に接続され、
前記変形板は、電池内圧の上昇に伴い変形し、前記変形板受け部と電気的に接続するように設定された構成とすることができる。
上述のいずれかの角形二次電池を複数備えた組電池であって、
一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレートを連結するバインドバーと、を有し、
複数の前記角形二次電池は、前記一対のエンドプレートの間に、それぞれの大面積側壁が平行になる向きで積層され、
一方の側面に、各前記角形二次電池の前記正極端子及び前記負極端子が配置され、
他方の側面に、各前記角形二次電池の各角形外装体の底部が配置されている。
正極締結部22は、ボルト部材であることが好ましい。図3に示すように、正極締結部22はボルト部材27であり、ボルト部27aとボルト部27aの端部に設けられた頭部27bを有している。また、正極外部接続部材21はボルト挿入穴28を有している。そして、ボルト部材27が封口板2側から正極外部接続部材21のボルト挿入穴28に挿入されている。正極外部接続部材21及び正極締結部22と封口板2の間には、樹脂製の外部絶縁部材25が配置されている。なお、正極締結部22と対応する位置において、封口板2と外部絶縁部材25が嵌合等により接続されていることが好ましい。例えば、封口板2に凹部ないし凸部を設け、外部絶縁部材25に凹部ないし凸部を設ける。そして、封口板2の凹部ないし凸部と、外部絶縁部材25の凹部ないし凸部を嵌合し、嵌合部60を設けることが好ましい。
とがあっても、電極体3によりガス排出弁17が損傷することを防止できる。
の長手方向において正極端子7及び負極端子9よりも中央側にずれる形態を有している。しかしながら、正極締結部22及び負極締結部24をそれぞれ、封口板2の長手方向において正極端子7及び負極端子9よりも外側に配置することもできる。具体的には、封口板2において正極側と負極側の取り付け穴をそれぞれ中央よりに形成する。そして、封口板2の長手方向において正極締結部22を正極端子7よりも外側に配置し、負極締結部24を負極端子9よりも外側に配置する。即ち、正極締結部22と負極締結部24の間の距離を、正極端子7と負極端子9の間の距離よりも大きくする。これにより、封口板2の長手方向の長さが短い場合であっても、正極締結部22と負極締結部24の距離を大きくすることができる。しがって、バスバーにより正極締結部22と負極締結部24を接続する際に作業性を低下させることがない。また、正負極の短絡を確実に防止できる。
<正極板の作製>
正極活物質としてのコバルト酸リチウム、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電材としての炭素材料、及びN−メチルピロリドン(NMP)を含む正極スラリーを作製する。この正極スラリーを、正極芯体である厚さ15μmの矩形状のアルミニウム箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、正極スラリー中のN−メチルピロリドンを取り除き、正極芯体上に正極活物質層を形成する。その後、正極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた正極板を、幅方向の一方の端部に所定幅の正極芯体露出部が、所定の間隔で形成されるように裁断する。この正極芯体露出部を正極タブ部4とする。
負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)、増粘剤
としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)、及び水を含む負極スラリーを作製する。この負極スラリーを、負極芯体である厚さ8μmの矩形状の銅箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、負極スラリー中の水を取り除き、負芯体上に負極活物質層を形成する。その後、負極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた負極板を、幅方向の一方の端部に所定幅の負極芯体露出部が、所定の間隔で形成されるように裁断する。この負極芯体露出部を負極タブ部5とする。
上述の方法で得られた正極板と負極板を、正極タブ部4と負極タブ部5が重ならない
ようにして、ポリエチレン製の多孔質セパレータを間に介在させて積層、巻回し、プレスする。これにより、巻回軸方向の一方の端部に積層された正極タブ部4と積層された負極タブ部5が形成された扁平状の電極体3が形成される。電極体3は、巻回軸が延びる方向の長さ(図2では左右方向の長さ)が、巻回軸が延びる方向に対して垂直で且つ厚み方向に対して垂直な方向の幅(図2では上下方向の幅)よりも大きくなっている。
封口板2の端子取り付け穴の外面側にガスケット11を配置し、封口板2の端子取り付け穴の内面側に絶縁部材10及び正極集電体6を配置する。そして正極端子7を電池外部側から、ガスケット11、封口板2、絶縁部材10及び正極集電体6のそれぞれに形成された貫通穴に挿入し、正極端子7の先端部を加締めることにより、正極端子7と正極集電体6を封口板2に取り付ける。また、封口板2の端子取り付け穴の外面側にガスケット13を配置し、封口板2の端子取り付け穴の内面側に絶縁部材12及び負極集電体8を配置する。そして負極端子9を電池外部側から、ガスケット13、封口板2、絶縁部材12及び負極集電体8のそれぞれに形成された貫通穴に挿入し、負極端子9の先端部を加締めることにより、負極端子9と負極集電体8を封口板2に取り付ける。なお、正極端子7と正極集電体6の接続部、及び負極端子9と負極集電体8の接続部を溶接接続することもできる。
積層された正極タブ部4に正極集電体6を溶接接続する。また、積層された負極タブ部5に負極集電体8を溶接接続する。
角形外装体1に底部側スペーサ18を挿入する。そして、箱状ないし袋状に成形された絶縁シート14で電極体3を包んだ状態で、電極体3を角形外装体1内に挿入する。このとき、封口板2と電極体3の間に封口板側スペーサ19が配置されていることが好ましい。そして、角形外装体1と封口板2とレーザ溶接等により溶接し、角形外装体1の開口部を封口する。そして、封口板2に形成された電解液注液穴15から電解液を注入し、電解液注液穴15を封止栓16により封止する。
正極端子7は封口板2の電池外部側に配置されるフランジ部7aとフランジ部7aに形成された突起部7bを有する。また、正極外部接続部材21は金属板からなり、ボルト挿入穴28と突起挿入穴29を有する。ボルト挿入穴28に正極締結部22としてのボルト部材27を挿入する。そして、封口板2上に外部絶縁部材25を配置した状態で、突起挿入穴29に正極端子7の突起部7bを挿入する。そして、突起部7bと正極外部接続部材21を溶接接続する。なお、負極側についても正極側と同様の方法で接続される。
部材21、負極外部接続部材23上に端子の先端部をカシメ固定することもできる。
図7に変形例の角形二次電池における角形外装体1の底部1aを示す。図7における(a)に示すように、底部1aに他の部分よりも肉厚の小さい溝部17bを設け、この溝部17bを略環状とし、これをガス排出弁とすることができる。なお、略環状とは、環状の一部が欠けた形状である。また、図7における(b)のように直線状の溝部17cとすることもできる。また、図7における(c)に示すように、薄肉部17dを設けることによりガス排出弁17とすることもできる。なお、薄肉部17d内に環状あるいは略環状の溝部を設けることも可能性である。図8は図7の(c)におけるVIII−VIII線に沿った断面図である。また、薄肉部17dに電池内部側あるいは電池外部側に突出するドーム部を形成してもよい。この場合、ドーム部の周縁に破断溝を設けることが好ましい。
図9に底部側スペーサの変形例を示す。(a)に示すように、底部側スペーサの本体部18aに複数のスペーサ貫通穴18bを設けてもよい。このような構成によると、電極体3によりガス排出弁17が損傷することをより確実に防止できる。また、(b)に示すように、平面視で線状のスペーサ貫通穴18bを複数設けることもできる。この場合、線状のスペーサ貫通穴18bは本体部18aの短手方向に延びるようにすることが好ましい。
図10に変形例の角形二次電池20Aの断面図を示す。また、図11は、角形二次電池20Aの封口板2側の面を示す図である。角形二次電池20Aは基本的な構造は角形二次電池20と同様である。角形二次電池20Aにおいて角形二次電池20と異なる点について説明する。
構において短絡する。これにより、充電電流が電極体3側に流れ込むことを抑制でき、角形二次電池20Aの過充電が進行すること抑制できる。より好ましくは、正極集電体6ないし負極集電体8にヒューズ部を設けることが好ましい。これにより、短絡機構が作動したときに生じる短絡電流によりヒューズ部を溶断させ、電極体3に充電電流が流れ込むことを確実に防止できる。なお、ヒューズ部としては、他の部分よりも断面積が小さくなる部分となるように貫通穴や切欠きを設ければよい。なお、変形板受け部31と封口板2の間には樹脂製の変形板受け部ホルダ34を配置することができる。
角形二次電池20又は角形二次電池20Aを複数個用いた組電池の構成を以下に説明する。角形二次電池20を用いた形態を例として説明する。
上述の実施形態では電極体3が巻回電極体である例と示したが、電極体はこの形態に限定されない。電極体は複数の正極板と複数の負極板をセパレータを介して積層した積層式電極体とすることもできる。
2・・・封口板
2a・・・端子取り付け穴(第1貫通穴) 2b・・・端子取り付け穴(第2貫通穴)
3・・・電極体
4・・・正極タブ部
5・・・負極タブ部
6・・・正極集電体
7・・・正極端子
7a・・・フランジ部 7b・・・突起部
8・・・負極集電体
9・・・負極端子
9a・・・フランジ部 9b・・・突起部
10、12・・・絶縁部材
11、13・・・ガスケット
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液穴
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
18・・・底部側スペーサ
18a・・・本体部 8b・・・スペーサ貫通穴 8c・・・長辺壁 8d・・・短辺壁19・・・封口板側スペーサ
20・・・角形二次電池
21・・・正極外部接続部材
22・・・正極締結部
23・・・正極外部接続部材
24・・・負極締結部
25、26・・・外部絶縁部材
27・・・ボルト部材
27a・・・ボルト部 27b・・・頭部
28・・・ボルト挿入穴
29・・・突起挿入穴
30・・・変形板
31・・・変形板受け部
32、33・・・外部導電部材
34・・・変形板受け部ホルダ
40・・・導電部材
41・・・変形板
42・・・薄肉部
43・・・溝部
44・・・絶縁板
50・・・組電池
51・・・エンドプレート
52・・・バインドバー
53・・・セパレータ
54・・・バスバー
55・・・ナット
56・・・冷却板
57・・・固定部
60・・・嵌合部
Claims (18)
- 正極板と負極板とを含む電極体と、
前記正極板に電気的に接続された正極タブ部と、
前記負極板に電気的に接続された負極タブ部と、
開口部を有し、前記電極体を収納する角形外装体と、
前記開口部を封口する封口板と、
前記正極板に電気的に接続され前記封口板に取り付けられた正極端子と、
前記負極板に電気的に接続され前記封口板に取り付けられた負極端子と、を備えた角形二次電池であって、
前記角形外装体は、底部と、一対の大面積側壁と、一対の小面積側壁と、を有し、
前記小面積側壁の面積は前記大面積側壁の面積よりも小さく、
前記底部の面積は前記小面積側壁の面積よりも小さく、
前記電極体は前記封口板側の端部に前記正極タブ部及び前記負極タブ部を有し、
前記底部に電池内圧が所定値以上になったときに電池内部のガスを電池外部に排出するガス排出弁が形成され、
電池容量が25Ah以上であり、
前記小面積側壁の短辺方向の長さが2〜4cmである角形二次電池。 - 前記大面積側壁の長辺方向の長さが10〜20cmであり、
前記大面積側壁の短辺方向の長さが5〜10cmである請求項1に記載の角形二次電池。 - 前記封口板は第1貫通穴及び第2貫通穴を有し、
前記正極端子は前記第1貫通穴に挿入され、
前記負極端子は前記第2貫通穴に挿入され、
前記封口板の電池外部側において、前記正極端子には正極外部接続部材が接続され、前記正極外部接続部材には、正極締結部が接続され、
前記封口板の電池外部側において、前記負極端子には負極外部接続部材が接続され、前記負極外部接続部材には、負極締結部が接続され、
前記封口板の長手方向において、前記正極締結部は前記第1貫通穴からずれた位置に配
置され、前記負極締結部は前記第2貫通穴からずれた位置に配置され、
前記正極締結部は正極ボルト部材であり、前記負極締結部は負極ボルト部材である請求項1又は2に記載の角形二次電池。 - 電池内圧の上昇に伴い作動する短絡機構を有し、
前記短絡機構は、前記封口板に設けられた変形板と、前記変形板の外側に前記変形板と対向するように配置された変形板受け部とを有し、
前記変形板は前記正極板及び前記負極板の一方に電気的に接続され、
前記変形板受け部は前記正極板及び前記負極板の他方に電気的に接続され、
前記変形板は、電池内圧の上昇に伴い変形し、前記変形板受け部と電気的に接続する請求項1又は2に記載の角形二次電池。 - 前記電極体と前記底部の間には、スペーサが配置され、前記スペーサには貫通穴が形成された請求項1〜4のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記スペーサには複数の前記貫通穴が形成された請求項5に記載の角形二次電池。
- 前記スペーサは、前記電極体と前記底部の間に配置される本体部と、前記本体部の外周縁から前記封口板に向かって延びる壁部を有する請求項5又は6に記載の角形二次電池。
- 前記電極体と前記封口板の間には、封口板側スペーサが配置された請求項1〜7のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記封口板には電解液注液穴が形成され、
前記封口板側スペーサにおいて前記電解液注液穴と対向する部分には貫通穴が形成され、
前記電解液注液穴は封止栓により封止されている請求項8に記載の角形二次電池。 - 前記ガス排出弁は、電池内部側あるいは電池外部側に突出するドーム部を有する請求項1〜9のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記底部には貫通穴が形成され、
前記底部に設けられた前記貫通穴を塞ぐように前記ガス排出弁を構成する弁体が前記底部に溶接された請求項1〜10のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記ガス排出弁の平面視の面積は、前記底部の平面視の面積の15%以上である請求項1〜11のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記一対の大面積側壁及び前記一対の小面積側壁は、絶縁性フィルムに覆われ、
前記ガス排出弁は、前記絶縁性フィルムに覆われていない請求項1〜12のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記電極体は絶縁シートにより覆われた請求項1〜13のいずれかに記載の角形二次電池。
- 請求項1〜14のいずれかに記載の角形二次電池を複数備えた組電池であって、一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレートを連結するバインドバーと、を有し、
複数の前記角形二次電池は、前記一対のエンドプレートの間に、それぞれの前記大面積側壁が平行になる向きで積層され、
一方の側面に、各前記角形二次電池の前記正極端子及び前記負極端子が配置され、
他方の側面に、各前記角形二次電池の各前記角形外装体の前記底部が配置された組電池。 - 前記組電池の底面には、内部に冷却媒体が配置される冷却板が配置された請求項15に記載の組電池。
- 前記組電池において、前記角形二次電池の前記ガス排出弁と対向する位置にガスダクトが配置された請求項15又は16に記載の組電池。
- 請求項15〜17のいずれかに記載の組電池を搭載した車両であって、
前記一方の側面、及び前記他方の側面がそれぞれ鉛直方向に延びるように配置された車両。
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