JP6859851B2 - 角形二次電池、それを用いた組電池及び車両 - Google Patents
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Description
第1電極板と、前記第1電極板とは極性が異なる第2電極板とを含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板と電気的に接続された端子と、を備え、前記封口板が鉛直方向に延びる向きに配置されて使用される角形二次電池であって、
前記第2電極板は前記封口板と電気的に接続されており、
前記封口板の外面には凹部が設けられ、
前記凹部内には端子取り付け孔が設けられ、
前記端子は前記端子取り付け孔に挿入され、
前記端子と前記封口板の間には外部側絶縁部材が配置されており、
前記封口板は、前記封口板の長手方向における前記凹部の端部に繋がるように設けられた溝部を有する。
本発明の一様態の角形二次電池は、
第1電極板と、前記第1電極板とは極性が異なる第2電極板とを含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板と電気的に接続された端子と、を備え、前記封口板が鉛直方向に延びる向きに配置されて使用される角形二次電池であって、
前記第2電極板は前記封口板と電気的に接続されており、
前記封口板の外面には凹部が設けられ、
前記凹部内には端子取り付け孔が設けられ、
前記端子は前記端子取り付け孔に挿入され、
前記端子と前記封口板の間には外部側絶縁部材が配置されており、
前記封口板の長手方向において、前記凹部の端部と前記外部側絶縁部材の距離が1.5mm以上である。
第1電極板と、前記第1電極板とは極性が異なる第2電極板とを含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板と電気的に接続された端子と、を備え、前記封口板が鉛直方向に延びる向きに配置されて使用される角形二次電池であって、
前記第2電極板は前記封口板と電気的に接続されており、
前記封口板の外面には凹部が設けられ、
前記凹部内には端子取り付け孔が設けられ、
前記端子と前記封口板の間には外部側絶縁部材が配置されており、
前記封口板の長手方向における前記凹部の端部には傾斜部が設けられている。
部材110との間の隙間121a、隙間121bに溜まる。また、上方側の隙間121bに溜まった水は、下方側の隙間121aに更に移動する。そして、下方側の隙間121aに多くの水が溜まる状態となる。また、それと同時に、負極端子108の表面に生じた水滴も重力により下方に移動する。そして、負極端子108の下端に移動した水滴130aと、下方側の隙間121aに溜まった水滴130bとが接触する。その結果、この水を介して、封口板102と負極端子108が短絡する。なお、このような課題は、特に温度変化の大きい環境で使用される車載用途の場合、特に生じ易い。
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電剤としての炭素材料、及びN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を含む正極合剤スラリーを作製する。この正極合剤スラリーを、正極芯体としての厚さ15μmの長尺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、正極合剤スラリー中のNMP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った後、所定の形状に裁断する。このようにして得られた正極板は、長尺状の正極芯体の幅方向の端部に、正極芯体の長手方向に沿って両面に正極活物質合剤層が形成されていない正極芯体露出部4を有する。
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)、及び水を含む負極合剤スラリーを作製する。この負極合剤スラリーを、負極芯体としての厚さ8μmの長尺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、負極合剤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った後、所定の形状に裁断する。このようにして得られた負極板は、長尺状の負極芯体の幅方向の端部に、負極芯体の長手方向に沿って両面に負極活物質合剤層が形成されていない負極芯体露出部5を有する。
上述の方法で作製した正極板と負極板を、セパレータを介して巻回することにより巻回型の電極体3を作製する。なお、電極体3は偏平状に成形されている。図3に示すように電極体3は、巻回軸方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部4を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部5を有する。なお、電極体3の最外周はセパレータで覆われていることが好ましい。
封口板2に設けられた端子取り付け孔21の周囲において、封口板2の電池内面側に内部側絶縁部材9と負極集電体7のベース部7aを配置し、封口板2の電池外面側に外部側絶縁部材10を配置する。次に、負極端子8を、外部側絶縁部材10、封口板2、内部側絶縁部材9及び負極集電体7のベース部7aのそれぞれに設けられた貫通孔に挿入し、負極端子8の先端部を負極集電体7のベース部7a上にカシメる。これにより、図2、図4に示すように、負極端子8、外部側絶縁部材10、内部側絶縁部材9及び負極集電体7が封口板2に固定される。なお、負極端子8においてカシメられた部分と負極集電体7のベース部7aを更にレーザ溶接等により溶接接続し、溶接接続部を形成することが好ましい(図示は省略)。
図5Aに示すように、封口板2の電池内部側の面には、突起2aが設けられている。突起2aは、封口板2の短手方向において、封口板2の中心よりも一方側(図5においては上方)にずれていることが好ましい。突起2aの先端には、先端凹部2bが設けられていることが好ましい。突起2aの平面視の形状は長円形状であることが好ましい。封口板2の電池外部側の面において、突起2aと対応する位置には外面凹部2cが設けられている。図5Bに示すように、正極集電体6のベース部6aには接続用開口6cが設けられている。接続用開口6cの外周側には、環状の環状薄肉部6dが設けられていることが好ましい。接続用開口6cの縁部には環状突起6eが設けられていることが好ましい。
るように、正極集電体6のベース部6aを封口板2の電池内部側の面上に配置する。そして、封口板2の突起2aと正極集電体6のベース部6aをレーザ溶接等により溶接接続する。これにより溶接接続部30が形成される。なお、溶接接続部30は、環状に設けられてもよいし、間隔を置いて複数設けられてもよい。
封口板2に取り付けられた正極集電体6について、ベース部6aとリード部6bの境界部で曲げ加工を行う。また、封口板2に取り付けられた負極集電体7について、ベース部7aとリード部7bの境界部で曲げ加工を行う。なお、予め曲げ加工された正極集電体6及び負極集電体7を封口板2に取り付けることも可能である。
正極集電体6のリード部6bを電極体3の巻回された正極芯体露出部4の最外面に溶接接続する。負極集電体7のリード部7bを電極体3の巻回された負極芯体露出部5の最外面に溶接接続する。なお、接続方法としては、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ溶接等を用いることができる。
封口板2に正極集電体6及び負極集電体7を介して取り付けられた電極体3の周囲を絶縁シート14で覆う。次に、絶縁シート14で覆われた電極体3を角形外装体1に挿入する。そして、角形外装体1と封口板2をレーザ溶接することにより、角形外装体1の開口を封口板2により封口する。その後、封口板2に設けられた電解液注液孔15から非水溶媒と電解質塩を含む非水電解液を注入し、電解液注液孔15を封止栓16により封止する。封止栓16としてはブラインドリベットを用いることが好ましい。なお、金属製の封止栓16を封口板2に溶接接続することも可能である。
図7Aは封口板2の電池外部側の面における端子取り付け孔21近傍の拡大図である。図7Aに示すように、封口板2において凹部20には端子取り付け孔21が設けられている。そして、封口板2の長手方向における凹部20の一方の端部には第1溝部22が設けられている。また、封口板2の長手方向における凹部20の他方の端部には第2溝部23が設けられている。ここで、第1溝部22は、封口板2の長手方向において、凹部20よりも封口板2の端部側に配置される。第2溝部23は、封口板2の長手方向において、凹部20よりも封口板2の中央側に配置される。第1溝部22及び第2溝部23の両方を設ける必要はなく、少なくとも一方が設けられれば良い。なお、一方のみを設ける場合、封口板2の長手方向において、凹部20よりも封口板2の端部側に配置される第1溝部22を設けることが好ましい。
2の端部(図7Aにおける封口板2の下端部)と、封口板2の長手方向における第1溝部22の端部(図7Aにおける第1溝部22の下端部)の間の距離は、1.5mm以上であることが好ましく、1.8mm以上であることがより好ましい。封口板2の長手方向における封口板2の端部と封口板2の長手方向における第1溝部22の端部の距離が近すぎると、封口板2と角形外装体1を溶接する際、第1溝部22の近傍とそれ以外の領域で熱の逃げ方が異なることが原因となり、溶接部が安定的に形成されない可能性がある。封口板2の長手方向における封口板2の端部と封口板2の長手方向における第1溝部22の端部の距離を1.5mm以上とすることにより、封口板2と角形外装体1との溶接部がより安定的に形成される。
向における一方の端部(図2における左側の端部)から端子取り付け孔21までの距離が1/3Lよりも小さいことが好ましい。封口板2の長手方向における一方の端部(図2における左側の端部)からガス排出弁17までの距離が1/3L〜2/3Lであることが好ましい。封口板2の長手方向における一方の端部(図2における左側の端部)から、封口板2において正極集電体6が接続された部分までの距離が2/3Lよりも大きいことが好ましい。このような構成であると、角形二次電池の向きを交互にした組電池を容易に作製することができる。
図8は角形二次電池50を複数個用いた組電池200を示す図である。一対のエンドプレート201の間に、複数の角形二次電池50が、樹脂製のスペーサ204を介して積層されている。一対のエンドプレート201はバインドバー202により接続されている。
積層された角形二次電池50は組電池ベース部205上に配置される。なお、一対のエンドプレート201は、それぞれ組電池ベース部205に接続される。なお、エンドプレート201は金属製ないし樹脂製であることが好ましい。またバインドバー202は金属製であることが好ましい。
第2の形態に係る角形二次電池は、封口板の形状が異なる以外は上述の角形二次電池50と同様の構成を有する。
第3の形態に係る角形二次電池は、封口板の形状が異なる以外は上述の角形二次電池50と同様の構成を有する。
の断面図である。
上述の実施形態においては、封口板と正極集電体を接続する例を示した。しかしながら、封口板と負極集電体を同様の方法で接続することができる。この場合、封口板と正極集電体は絶縁する。
1・・・角形外装体
2・・・封口板
2a・・・突起
2b・・・先端凹部
2c・・・外面凹部
20・・・凹部
21・・・端子取り付け孔
22・・・第1溝部
22a・・・傾斜部
23・・・第2溝部
23a・・・傾斜部
3・・・電極体
4・・・正極芯体露出部
5・・・負極芯体露出部
6・・・正極集電体
6a・・・ベース部
6b・・・リード部
6c・・・接続用開口
6d・・・環状薄肉部
6e・・・環状突起
7・・・負極集電体
7a・・・ベース部
7b・・・リード部
8・・・負極端子
8a・・・第1金属部
8b・・・第2金属部
8c・・・フランジ部
9・・・内部側絶縁部材
10・・・外部側絶縁部材
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液孔
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
30・・・溶接接続部
102・・・封口板
108・・・負極端子
110・・・外部側絶縁部材
120・・・凹部
121a・・・隙間
121b・・・隙間
200・・・組電池
201・・・エンドプレート
202・・・バインドバー
203・・・バスバー
204・・・スペーサ
205・・・組電池ベース部
300・・・車両
301・・・エンジン
302・・・モータ
303・・・電源装置
304・・・発電機
305・・・DC/ACインバータ
402・・・封口板
420・・・凹部
421・・・端子取り付け孔
502・・・封口板
520・・・凹部
521・・・端子取り付け孔
522・・・第1傾斜部
523・・・第2傾斜部
Claims (7)
- 第1電極板と、前記第1電極板とは極性が異なる第2電極板とを含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板と電気的に接続された端子と、を備え、前記封口板が鉛直方向に延びる向きに配置されて使用される角形二次電池であって、
前記第2電極板は前記封口板と電気的に接続されており、
前記封口板の外面には凹部が設けられ、
前記凹部内には端子取り付け孔が設けられ、
前記端子は前記端子取り付け孔に挿入され、
前記端子と前記封口板の間には外部側絶縁部材が配置されており、
前記封口板は、前記封口板の長手方向における前記凹部の端部に繋がるように設けられた溝部を有する角形二次電池。 - 第1電極板と、前記第1電極板とは極性が異なる第2電極板とを含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板と電気的に接続された端子と、を備え、前記封口板が鉛直方向に延びる向きに配置されて使用される角形二次電池であって、
前記第2電極板は前記封口板と電気的に接続されており、
前記封口板の外面には凹部が設けられ、
前記凹部内には端子取り付け孔が設けられ、
前記端子は前記端子取り付け孔に挿入され、
前記端子と前記封口板の間には外部側絶縁部材が配置されており、
前記封口板の長手方向において、前記凹部の端部と前記外部側絶縁部材の距離が1.5mm以上である角形二次電池。 - 第1電極板と、前記第1電極板とは極性が異なる第2電極板とを含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板と電気的に接続された端子と、を備え、前記封口板が鉛直方向に延びる向きに配置されて使用される角形二次電池であって、
前記第2電極板は前記封口板と電気的に接続されており、
前記封口板の外面には凹部が設けられ、
前記凹部内には端子取り付け孔が設けられ、
前記端子は前記端子取り付け孔に挿入され、
前記端子と前記封口板の間には外部側絶縁部材が配置されており、
前記封口板の長手方向における前記凹部の端部には傾斜部が設けられた角形二次電池。 - 前記封口板にはガス排出弁が設けられ、
前記封口板の内面には前記第2電極板に電気的に接続された集電体が接続され、
前記封口板の長手方向における前記封口板の長さをLとし、
前記封口板の長手方向における一方の端部から前記端子取り付け孔までの距離が1/3Lよりも小さく、
前記封口板の長手方向における一方の端部から前記ガス排出弁までの距離が1/3L〜2/3Lであり、
前記封口板の長手方向における一方の端部から、前記封口板において前記集電体が接続された部分までの距離が2/3Lよりも大きい請求項1〜3のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記封口板の短手方向における前記封口板の長さは10mm以上であり、
前記封口板の長手方向における前記封口板の長さは、前記封口板の短手方向における前記封口板の長さの5倍以上である請求項1〜4のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記請求項1〜5のいずれかに記載の角形二次電池を複数個含み、前記封口板が鉛直方向に延びるように配置される組電池。
- 請求項6に記載の組電池を搭載した車両。
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