JP6994159B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池に関する。

特開２０１５－００２１４７号公報には、蓋の正極側の端面を電池缶の開口部に接触させた後に、蓋の負極側の部分を開口部に挿入する密閉型電池の製造方法が開示されている。このような密閉型電池の製造方法によれば、開口部への蓋の挿入の際に異物が発生しても負極端子側に発生するため、密閉型電池の電圧低下は生じ難いとされている。

また、特開２０１２－１８６００５号公報には、電極体と電池ケースとの間に介在して両者を絶縁する絶縁シート部材に封口蓋側に延びる延在部が設けられた電池が開示されている。上記電池では、上記絶縁シート部材の延在部が電池ケースの開口部と封口蓋の周縁部の間に介在し、延在部が介在している部分からの異物混入を防止するように構成されている。

さらに、特開２０１５－０５６３５７号公報には、注液孔を電極組立体側から覆う区画部材を備えた蓄電装置が開示されている。このような蓄電装置によれば、注液孔からケース内に異物が混入しても、異物は区画部材で区画された収容空間に収容されるとされている。

特開２０１５－００２１４７号公報 特開２０１２－１８６００５号公報 特開２０１５－０５６３５７号公報

電池ケースが溶接によって封止される際に発生するスパッタなどが、注液孔などから電池ケース内に入る場合がありうる。この場合、特に、拘束圧が作用する捲回電極体の平坦部とケースとの隙間に異物が入り込むのを防止したい。

ここに開示される密閉型電池は、一対の対向する幅広面を有し、他の一側面が開口した略直方体形状のケース本体と、ケース本体の開口に装着された状態でケース本体に溶接された蓋と、帯状の第１セパレータと帯状の正極シートと帯状の第２セパレータと帯状の負極シートとが長さ方向を揃えて順に重ねられて捲回された電極体とを備えている。電極体は、第１セパレータと第２セパレータとのうちの一方が最外周になるように、長さ方向に直交する幅方向に設定された捲回軸周りに捲回されている。
電極体は、捲回軸周りに構成された一対の平坦面と、一対の平坦面の間に設けられた一対の湾曲部とを有している。また、一対の平坦面がケース本体の一対の幅広面に対向し、かつ、一対の湾曲部のうち一方の湾曲部が蓋に向けられるようにケース本体に収容されている。蓋に向けられた湾曲部には、最外周のセパレータの、捲回軸に沿った全幅に渡って両面テープが貼付されている。

かかる密閉型電池によれば、両面テープによって異物が補足されるため、電池ケースと捲回電極体の平坦部との隙間に異物が入り込みにくい。

図１は、密閉型電池１０の部分断面図である。 図２は、密閉型電池１０の縦断側面図である。

以下、密閉型電池の一実施形態を説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、各図は、模式図であり、必ずしも実際の実施品が忠実に反映されたものではない。ここでは、図中において、前、後、上、下、左、右は、それぞれＦ、Ｒｒ、Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒで表す。ただし、前、後、上、下、左、右は説明の便宜上の方向に過ぎず、密閉型電池１０の設置態様等を限定するものではない。

図１は、密閉型電池１０の部分断面図である。図１は、電池ケースの一方の幅広面が破断されており、電池ケース内部に収容された電極体が露出された状態が描かれている。図２は、密閉型電池１０の縦断側面図である。密閉型電池１０は、図１および図２に示すように、電池ケース２０と、電極体３０とを備えている。電池ケース２０は、電極体３０を収容している。また、電池ケース２０には、電解液が収容されている。

電池ケース２０は、ケース本体２１と蓋２２とから構成されている。電池ケース２０は、例えば、アルミニウムまたはアルミ合金によって形成されている。
図２に示すように、ケース本体２１は、一対の対向する幅広面２１ａを有し、他の一側面が開口している。ケース本体２１は、略直方体形状のケースである。この実施形態では、上記開口した他の一側面は、ケース本体２１の上面である。ケース本体２１の上面は、開口２１ｂを構成している。

幅広面２１ａは、一方向に長い長方形の形状を有している。幅広面２１ａは、ここでは、図１の左右方向に長く、上下方向に短い。上下方向に延びる幅広面２１ａの短辺には、幅狭面２１ｃが接続している。幅狭面２１ｃもまた、一方向に長い長方形の形状を有している。ケース本体２１において、開口２１ｂは、幅広面２１ａの長辺と、幅狭面２１ｃの短辺とに接続する側面（ここでは上面）に設けられている。

蓋２２は、ケース本体２１の開口２１ｂに装着された状態でケース本体２１に溶接されている。蓋２２は、開口２１ｂの形状に応じたプレート状の部材である。蓋２２は、ケース本体２１の開口２１ｂを覆うように開口２１ｂに装着されており、蓋２２の周縁部２２ａが開口２１ｂの縁に溶接されている。

蓋２２は、注液孔２２ｂを備えている。注液孔２２ｂは、蓋２２を上下方向に貫通する孔である。注液孔２２ｂは、電解液を注入するための孔である。ただし、完成された密閉型電池１０においては、注液孔２２ｂは、封止部材２２ｃによって封止されている。蓋２２の両側部には、それぞれ集電端子４１が取り付けられている。

電極体３０は、帯状の第１セパレータ３１と、帯状の正極シート３２と、帯状の第２セパレータ３３と、帯状の負極シート３４とが長さ方向を揃えて順に重ねられて構成されている。電極体３０は、第１セパレータ３１と第２セパレータ３３とのうちの一方が最外周になるように捲回されている。詳しくは、帯状の第１セパレータ３１、正極シート３２、第２セパレータ３３、負極シート３４の長さ方向に直交する幅方向に設定された捲回軸Ａｘ周りに捲回されている。この実施形態では、電極体３０は、第２セパレータ３３が最外周になるように捲回されている。

第１セパレータ３１および第２セパレータ３３は、例えば、所要の耐熱性を有し、電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートによって構成されている。セパレータの材質については種々提案されており、特に限定されない。

正極シート３２は、予め定められた幅および厚さの帯状の金属箔（例えば、アルミニウム箔。以下では正極集電箔と称する。）の両面に、正極活物質を含む正極活物質層が形成された部材である。ただし、幅方向の片側の端部には、正極活物質層が形成されていない未形成部３２ａが一定の幅で設定されている。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。

負極シート３４は、予め定められた幅および厚さの金属箔（例えば、銅箔。以下では負極集電箔と称する。）の両面に、負極活物質を含む負極活物質層が形成された部材である。ただし、幅方向の片側の端部には、負極活物質層が形成されていない未形成部３４ａが一定の幅で設定されている。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。

図２に示すように、電極体３０は、捲回軸Ａｘ周りに構成された一対の平坦面３０ａと、上記一対の平坦面３０ａの間に設けられた一対の湾曲部３０ｂとを有している。湾曲部３０ｂは、Ｒ部とも呼ばれる。

電極体３０は、一対の平坦面３０ａがケース本体２１の一対の幅広面２１ａに対向し、かつ、一対の湾曲部３０ｂのうち一方の湾曲部３０ｂ１が蓋２２に向けられるようにケース本体２１に収容されている。一対の湾曲部３０ｂのうち蓋２２に向けられた湾曲部３０ｂ１（以下、第１湾曲部３０ｂ１と呼ぶ。）と蓋２２との間には、一定の隙間が設けられている。電極体３０は、例えば、絶縁フィルム（図示は省略）などで覆われた状態でケース本体２１に収容されている。

図１に示すように、第１湾曲部３０ｂ１には、最外周のセパレータ３３の捲回軸Ａｘに沿った全幅に渡って両面テープ３５が貼付されている。図２に示すように、ここでは、両面テープ３５は、第１湾曲部３０ｂ１の前方側から後方側に至るように第１湾曲部３０ｂ１の湾曲に沿って所要の幅で貼付されている。両面テープ３５は、例えば、平坦面３０ａ側の端部（下方の端部）が第１湾曲部３０ｂ１と平坦面３０ａとの境界部分（湾曲が始まる部分）付近に至るように取り付けられているとよい。

この実施形態では、両面テープ３５は、最外周のセパレータ（ここでは、第２セパレータ３３）の最外周端部３３ａを固定する巻止めテープの役割を兼ねている。換言すれば、最外周のセパレータ３３の最外周端部３３ａに取り付けられた巻止めテープは、電極体３０の一対の湾曲部３０ｂのうち蓋２２に向けられた第１湾曲部３０ｂ１に配置されており、両面テープが採用されている。

正極シート３２の未形成部３２ａおよび負極シート３４の未形成部３４ａには、それぞれ１つの集電端子４１が溶接されている。集電端子４１は、例えば、ガスケットなどの絶縁部材を介在させて、蓋２２に取り付けられている。蓋２２の外部には、外部端子４２とボルト端子４３とが、インシュレータなどの絶縁部材を介在させて配置されている。集電端子４１の一部は、電極孔を通って蓋２２を貫通しており、蓋２２の外側で外部端子４２およびボルト端子４３に電気的に導通している。

密閉型電池１０の製作においては、上述のように帯状の第１セパレータ３１、正極シート３２、第２セパレータ３３、および負極シート３４が捲回され、かつ、扁平な電極体３０が用意される。また、集電端子４１、外部端子４２、ボルト端子４３が蓋２２に組付けられ、さらに、集電端子４１に電極体３０が取り付けられる。次に、蓋２２に組付けられた電極体３０がケース本体２１に挿入されつつ、蓋２２がケース本体２１の開口２１ｂに装着される。そして、蓋２２が全周にわたってケース本体２１に溶接される。蓋２２が溶接された後、注液孔２２ｂから電解液が注入される。その後、注液孔２２ｂに封止部材２２ｃが溶接されることによって、電池ケース２０が密閉される。

ケース本体２１の開口２１ｂに蓋２２が溶接される際に発生するスパッタなどが、注液孔２２ｂなどからケース本体２１内に入ることがありうる。スパッタがケース本体２１に入り込んだ場合でも、特に、拘束圧が作用する電極体３０の平坦面３０ａとケース本体２１との隙間に異物が入り込むのを防止したい。

この密閉型電池１０では、電極体３０の第１湾曲部３０ｂ１に両面テープ３５が貼付されている。両面テープ３５は、最外周のセパレータ３３の捲回軸Ａｘに沿った全幅に渡って貼付されている。そのため、両面テープ３５の接着面３５ａは、最外周のセパレータ３３の捲回軸Ａｘに沿った全幅に渡って蓋２２に向けられている。かかる両面テープ３５によって、蓋２２の注液孔２２ｂ等から浸入した異物が補足される。このため、ケース本体２１の幅広面２１ａと電極体３０の平坦面３０ａとの隙間に異物が入りにくくなる。特に、大きな異物は、両面テープ３５によって補足されやすいので、ケース本体２１の幅広面２１ａと電極体３０の平坦面３０ａとの隙間に入り込みにくくなる。

また、ケース本体２１の幅広面２１ａと電極体３０の平坦面３０ａとの隙間に異物が入りにくくするとの観点において、第１湾曲部３０ｂ１に貼り付けられる両面テープ３５は、ケース本体２１の幅広面２１ａの近傍にまで延びているとよい。この実施形態では、第１湾曲部３０ｂ１の前方側から後方側に至るように両面テープ３５が貼られている。このため、前方側、後方側いずれの隙間にも異物が入りにくい。

なお、第１湾曲部３０ｂ１に貼り付けられる両面テープ３５は、かかる構成に限定されず、第１湾曲部３０ｂ１の前方側と後方側にそれぞれ両面テープ３５が貼られていてもよい。また、この実施形態では、両面テープ３５は、最外周のセパレータ３３の最外周端部３３ａを固定する巻止めテープとしての役割を兼ねている。しかし、例えば、ケース本体２１の幅広面２１ａと電極体３０の平坦面３０ａとの隙間に異物が入るのを防止するとの観点において、両面テープ３５は、最外周のセパレータ３３の最外周端部３３ａを固定する巻止めテープとしての役割を兼ねていなくてもよい。

また、この実施形態では、両面テープ３５は、第１湾曲部３０ｂ１には掛かりつつ、電極体３０の一対の平坦面３０ａには掛からないように貼付されている。このような構成によれば、蓋２２に電極体３０等が組み付けられた蓋アッセンブリをケース本体２１に組み付ける際にも、接着面３５ａがケース本体２１の幅広面２１ａの内壁に貼り付かない。そこで、生産性を落とすことなく、蓋アッセンブリをケース本体２１に組み付けることができる。

なお、両面テープの蓋２２に向けられた方の接着面３５ａは、第１湾曲部３０ｂ１に接着された方の接着面よりも強い接着力を有していてもよい。第１湾曲部３０ｂ１に貼付された方の接着面は、両面テープ３５が第１湾曲部３０ｂ１に固定されるだけの接着力、または、第１湾曲部３０ｂ１に最外周端部３３ａを固定するだけの接着力を有すれば足りる。しかしながら、蓋２２に向けられた方の接着面３５ａは、補足した異物をその後も保持し続けるために、より強い接着力を有することが望ましい。かかる構成によれば、ケース本体２１の幅広面２１ａと電極体３０の平坦面３０ａとの隙間への異物を、より確実に捉えることができる。

以上、ここで提案される密閉型電池について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた密閉型電池の実施形態などは、本発明を限定しない。

１０ 密閉型電池
２０ 電池ケース
２１ ケース本体
２１ａ 幅広面
２１ｂ 開口
２１ｃ 幅狭面
２２ 蓋
２２ａ 周縁部
２２ｂ 注液孔
２２ｃ 封止部材
３０ 電極体
３０ａ 平坦面
３０ｂ 湾曲部
３０ｂ１ 第１湾曲部
３１ 第１セパレータ
３２ 正極シート
３２ａ 未形成部
３３ 第２セパレータ（最外周のセパレータ）
３３ａ 最外周端部
３４ 負極シート
３４ａ 未形成部
３５ 両面テープ
３５ａ 蓋に向けられた側の接着面
４１ 集電端子
４２ 外部端子
４３ ボルト端子
Ａｘ 捲回軸

Claims (2)

1. 一対の対向する幅広面を有し、他の一側面が開口した略直方体形状のケース本体と、
   前記ケース本体の開口に装着された状態で前記ケース本体に溶接された蓋と、
   帯状の第１セパレータと帯状の正極シートと帯状の第２セパレータと帯状の負極シートとが長さ方向を揃えて順に重ねられ、前記第１セパレータと前記第２セパレータとのうちの一方が最外周になるように前記長さ方向に直交する幅方向に設定された捲回軸周りに捲回された電極体と
   を備え、
   前記電極体は、
   前記捲回軸周りに構成された一対の平坦面と、前記一対の平坦面の間に設けられた一対の湾曲部とを有し、
   前記一対の平坦面が前記ケース本体の一対の前記幅広面に対向し、かつ、前記一対の湾曲部のうち一方の湾曲部が前記蓋に向けられるように前記ケース本体に収容され、
   前記蓋に向けられた湾曲部には、最外周のセパレータの、前記捲回軸に沿った全幅に渡って両面テープが貼付されている、
   密閉型電池。
2. 前記最外周のセパレータの端部は、前記蓋に向けられた湾曲部に位置しており、
   前記両面テープは、前記蓋に向けられた湾曲部に前記最外周のセパレータの端部を固定している、
   請求項１に記載の密閉型電池。

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