JPWO2013061460A1 - 角形電池 - Google Patents

Abstract

本発明は、振動・衝撃に対して、より耐性の高い構造を有する角形電池を提供することを目的としている。本発明の角形電池（１）は、電極シート（１１）、（１２）を板状の軸芯（１４）に捲回して構成された扁平状の電極捲回群（４）と、電極捲回群（４）を収容する角形の電池容器（２）と、電池容器（２）に開口する開口部（２ａ）を閉塞する蓋（３）と、蓋（３）に設けられた電極接続端子（４３）、（５３）とを有しており、電池容器（２）内で電極捲回群（４）の軸芯（１４）を開口部（２ａ）に接近又は離反する容器高さ方向に移動可能に支持して電極捲回群（１４）を容器高さ方向に沿って付勢し、電極接続端子（４３）、（５３）と電極捲回群（４）との間を互いに相対的に移動可能に接続する構成を有している。

Description

本発明はリチウムイオン二次電池等の角形電池に関する。

電動工具やハイブリッド車等には、大電流充放電が可能であり、かつ高エネルギ密度の角形リチウムイオン二次電池が好適である。角形リチウムイオン二次電池は、例えば、セパレータを介して正極シートと負極シートとを重ね合わせて捲回することにより扁平状の電極捲回群を構成し、かかる電極捲回群を角形の電池容器に収納することによって構成されている。電池容器の開口部は、例えば、電極接続端子やガスケット等が取り付けられた上蓋部の蓋によって封口される。上蓋部の蓋は、例えばレーザ溶接法によって電池容器に溶接される。正極シートの正極集電体と負極シートの負極集電体には、超音波溶接法によって正極集電部品と負極集電部品がそれぞれ接合されて電気的に接続されている。正極集電部品と負極集電部品は、蓋から電池容器内に各々延出するように設けられており、正極集電部品と負極集電部品の間に電極捲回群を吊り下げる形で保持している。特許文献１には、電池容器と電極捲回群との間に緩衝シートを配置して電極捲回群に激しい衝撃が伝わるのを防ぐことを目的とした角形電池の技術が提案されている。

特開2011-82162号公報

上述のように、一般的な角形電池では、電極捲回群は、蓋に固定された正極集電部品と負極集電部品によって吊り下げられる形で支持されている。したがって、予期しない衝撃・振動によって、電極捲回群の正極集電体と正極集電部品との間の接続部分や、電極捲回群の負極集電体と負極集電部品との間の接合部分、あるいは、電極捲回群全体が変形又は損傷し、電池性能の低下や信頼性を損なうおそれがある。また、例えば振動や充放電に伴う膨張収縮などにより、電極捲回群の正極シートと負極シートとの重なり位置がずれて、電池性能の低下や信頼性を損なうおそれがある。

特許文献１に示される角形電池の場合、電極捲回群と緩衝シートは相対的に固定されていない。そして、蓋（キャッププレート）に対して正極集電部品と負極集電部品（リードタップ）が固定され、これら正極集電部品と負極集電部品に電極捲回群（電極組立体）が固定されている。したがって、予期しない衝撃・振動により、正極集電部品と電極捲回群との間の接続部分及び負極集電部品と電極捲回群との間の接続部分や、電極捲回群全体が変形又は損傷して電池性能や信頼性を損なうおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動・衝撃に対して、より耐性の高い構造を有する角形電池を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明の角形電池は、電池容器内で電極捲回群の軸芯を電池容器の容器高さ方向に移動可能に支持して電極捲回群を容器高さ方向に沿って付勢すると共に、電極接続端子と電極捲回群との間を互いに相対的に移動可能に電気的に接続する構成を有している。

本発明によれば、振動・衝撃に対してより耐性の高い構造の角形電池を得ることができ、電池性能や信頼性が損なわれるのを防止できる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の外観斜視図。 図１に示すリチウムイオン二次電池の分解斜視図。 電極捲回群の一部を展開した状態を示す外観斜視図。 正極シートと負極シートの構成を説明する部分拡大図。 軸芯の外観斜視図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図６に示す正極端子側の要部拡大図。 図６に示す負極端子側の要部拡大図。 第１実施の形態における支持部材の外観斜視図。 電極捲回群を支持する支持部材に作用する力を説明する模式図。 第２実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の分解斜視図。 第２実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の縦断面図。 第２実施の形態における電極捲回群の支持構造を説明する模式図。 第３実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の縦断面図。 第３実施の形態における電極捲回群の支持構造を説明する模式図。 第４実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の縦断面図。 第４実施の形態における電極捲回群の支持構造を説明する模式図。 第５実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の縦断面図。 第５実施の形態における電極捲回群の支持構造を説明する模式図。 第６実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の縦断面図。 第６実施の形態における電極捲回群の支持構造を説明する模式図。 第７実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の縦断面図。 第７実施の形態における電極捲回群の支持構造を説明する模式図。

次に、本発明による角形電池をリチウムイオン二次電池に適用した場合の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

＜第１実施の形態＞
リチウムイオン二次電池１は、角形の電池容器２と、電池容器２の開口部２ａを閉塞する平板状の蓋３とを有しており、電池容器２と蓋３により形成される密閉空間内には、扁平状の電極捲回群４が収容されて、さらに、図示していない電解液が充填されている。

電極捲回群４は、軸芯１４に係合された支持部材５によって、電池容器２内で容器高さ方向に沿って移動可能に支持されて容器高さ方向上側に向かって付勢されている。

電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃと蓋３の正極接続端子４３との間には、電池容器２内における電極捲回群４の容器高さ方向の移動に追従して変形する柔軟性を有して正極金属箔積層部１１ｃと正極接続端子４３との間を導通接続する正極リード（電極リード）４４が設けられている。同様に、電極捲回群４の負極金属箔積層部１２ｃと蓋３の負極接続端子５３との間には、電池容器２内における電極捲回群４の容器高さ方向の移動に追従して変形する柔軟性を有して負極金属箔積層部１２ｃと負極接続端子５３との間を導通接続する負極リード（電極リード）５４が設けられている。

電極捲回群４は、軸芯１４に係合された支持部材５によって電池容器２内で開口部２ａに接近又は離反する容器高さ方向に移動可能に支持されると共に容器高さ方向上側に向かって付勢されているので、弾性部材を介して容器高さ方向両側から挟持される。そして、柔軟性を有する正極リード４４及び負極リード５４によって、電池容器２内における電極捲回群４の容器高さ方向の移動を許容しつつ正極金属箔積層部１１ｃと正極接続端子４３との間、及び、負極金属箔積層部１２ｃと負極接続端子５３との間を導通接続している。したがって、リチウムイオン二次電池１に例えば予期せぬ過大な振動や衝撃が作用した場合に、電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃと正極集電部品４５との接合部分や負極金属箔積層部１２ｃと負極集電部品５５との接合部分の変形又は損傷を防ぎ、また、電極捲回群４全体の変形又は損傷も防ぐことができる。したがって、電池性能や信頼性が損なわれず、耐性の高い角形電池を得ることができる。

以下に本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池１の構成について詳細に説明する。

［電池容器］
電池容器２は、例えばアルミニウム合金などの金属材料を深絞り加工することによって構成されている。電池容器２は、図１、図２、図６に示されるように、矩形の底壁部ＰＢと、底壁部ＰＢの一対の長辺から上方に向かって立ち上がり対峙する一対の幅広の面壁部ＰＷと、底壁部ＰＢの一対の短辺から上方に向かって立ち上がり対峙する一つの幅狭の側壁部ＰＮとを有しており、電池容器２の上部には、開口部２ａが上方に向かって開口形成されている。

［電極捲回群］
電極捲回群４は、図３に示すように、正極シート１１と負極シート１２と２枚のセパレータ１３を用意し、正極シート１１と負極シート１２との間に各セパレータ１３が介在されるように重ね合わせて、板状の軸芯１４の周りに捲回することによって形成される。電極捲回群の最外周には、必要に応じて短絡防止の為にセパレータ１３が１又は複数層捲回されており、セパレータ１３の捲回終了端は、粘着テープ１５で止められる（図２を参照）。

正極シート１１は、図４に示すように、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる帯状の正極金属箔（正極集電体）１１Ａを有しており、負極シート１２は、銅箔もしくは銅合金箔からなる帯状の負極金属箔（負極集電体）１２Ａを有している。セパレータ１３は、リチウムイオンが通過可能な微多孔性シート材で構成されており、本例では、数十μｍ厚のポリエチレンシートが用いられている。なお、図４の（ａ）と（ｃ）は正極シートと負極シートの各平面図、図４の（ｂ）と（ｄ）は正極シートと負極シートの各断面図である。

正極シート１１の正極金属箔１１Ａの両面には、正極活物質として、例えば、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物を含む正極活物質合剤１１Ｂが略均等かつ略均一に塗着（塗工）されて正極合剤層（正極合剤塗工部）１１ｂが形成されており、両面とも長辺方向に沿う一側（短辺方向一方側）に正極活物質合剤が未塗工の正極金属箔が露出した正極金属箔露出部（正極未塗工部）１１ａが形成されている。

そして、負極シート１２の負極金属箔１２Ａの両面には、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材を含む負極活物質合剤１２Ｂが略均等かつ略均一に塗着されて負極合剤層（負極合剤塗工部）１２ｂが形成されており、両面とも長辺方向に沿う一側（短辺方向一方側）に負極活物質合剤が未塗工の負極金属箔が露出した負極金属箔露出部（負極未塗工部）１２ａが形成されている。

正極シート１１と負極シート１２は、負極合剤層１２ｂの捲回軸方向長さ（短辺方向長さ）が、正極合剤層１１ｂの捲回軸方向長さ（短辺方向長さ）よりも長くなるように形成されている。正極シート１１は、正極合剤層１１ｂの捲回軸方向両側端位置が、軸芯１４の捲回軸方向中央部１４Ａと捲回軸方向端部１４Ｂとの境界位置よりも捲回軸方向中央寄り位置に配置されるように軸芯１４に捲回される。また、負極シート１２は、負極合剤層１２ｂの捲回軸方向両側端位置が、正極合剤層１１ｂの捲回方向両側端位置よりも捲回軸方向外側位置に配置されるように軸芯１４に捲回される。

正極シート１１及び負極シート１２は、捲回軸方向一方側に正極金属箔露出部１１ａが配置され、捲回軸方向他方側に負極金属箔露出部１２ａが配置され、正極合剤層１１ｂと負極合剤層１２ｂとの間にセパレータ１３が介在されるように重ねられて軸芯１４に捲回される。電極捲回群４の捲回軸方向一方側の端部には、正極金属箔露出部１１ａが捲回されて積み重ねられた正極金属箔積層部１１ｃが形成されており、捲回軸方向他方側の端部には、負極金属箔露出部１２ａが捲回されて積み重ねられた負極金属箔積層部１２ｃが形成されている。

次に、軸芯１４の構成について主に図５を参照しつつ説明する。なお、説明内容の理解を容易にするために、軸芯１４の捲回軸方向をＸ方向、軸芯１４の平面に垂直な方向をＺ方向、軸芯１４のＸ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向として説明する。

軸芯１４は、絶縁性の材料より形成され、特に、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂の少なくとも一つの樹脂材料を用いて形成されている。

軸芯１４は、図５に示すように、電極捲回群４の平面形状に対応した矩形状の板状部材であり、Ｘ方向の中央位置に設けられて正極シート１１の正極合剤層１１ｂと負極シート１２の負極合剤層１２ｂが重なり合う部位に対応する中央部１４Ａと、中央部１４ＡのＸ方向両側の位置に設けられて正極金属箔露出部１１ａと負極金属箔露出部１２ａにそれぞれ対応する端部１４Ｂ、１４Ｂとを備えている。

軸芯１４は、中央部１４Ａよりも端部１４Ｂの方が、Ｙ方向の板幅が狭い形状を有しており、例えば、矩形状の板状部材の四隅にテーパー部１４ｂを形成して板幅を狭くしている。軸芯１４の中央部１４Ａは、Ｘ方向に沿って延在する一対の平行な外縁部１４ａ，１４ａを有している。軸芯１４の端部１４Ｂは、外縁部１４ａ，１４ａの板幅Ｖ２より狭い板幅Ｖ１の側端面１４ｅを有している。

軸芯１４は、中央部１４Ａに正極シート１１の正極合剤層１１ｂと負極シート１２の負極合剤層１２ｂが配置され、端部１４Ｂ、１４Ｂに正極金属箔露出部１１ａと負極金属箔露出部１２ａが配置され、正極合剤層１１ｂと負極合剤層１２ｂとの間には、セパレータ１３が介在されて、軸芯１４のＸ方向一方側の端部１４Ｂに正極金属箔露出部１１ａが配置され、他方側の端部１４Ｂに負極金属箔露出部１２ａが配置された状態で捲回される。

軸芯１４の端部１４Ｂは、Ｘ方向に沿って中央部１４Ａから離れる方向に移行するにしたがってＹ方向の板幅が狭くなるように形成されている。すなわち、軸芯１４は、矩形状の軸芯１４の四隅にテーパー部１４ｂが形成され、軸芯１４の板幅が、中央部１４Ａの板幅よりも狭くなっている。また、軸芯１４はテーパー部１４ｂを四隅に形成することにより、中央部１４ＡのＸ方向に沿う横幅（捲回軸方向長さ）が、正極合剤層１１ｂの横幅（捲回軸方向長さ）より大きく設定されている。そして、中央部１４Ａの横幅と負極合剤層１２ｂの横幅は一致するように設定されている。この構成により、正極シート１１の正極金属箔と負極シート１２の負極金属箔との間における充放電時のイオンの移動が効率よく行われる。

軸芯１４のＸ方向の両端部には、突起部１４ｃ、１４ｃが設けられている。突起部１４ｃは、軸芯１４を支持部材５に係合させるためのものであり、支持部材５の腕部２２に穿設された穴部２３に嵌入される大きさを有している。各突起部１４ｃは、例えば図６に示されるように、側端面１４ｅから電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃ及び負極金属箔積層部１２ｃよりも軸芯１４の捲回軸方向（Ｘ方向）両側に突出する大きさを有している。軸芯１４のＸ方向の両端部でＹ方向中央には、切り欠き部１４ｄ、１４ｄが形成されている。突起部１４ｃは、本実施の形態では、側端面１４ｅの切り欠き部１４ｄよりもＹ方向一方側の位置に設けられている。

［蓋］
蓋３は、電池容器２と同種の金属材料からなり、電池容器２の開口部２ａに外周輪郭が合致する大きさを有しており、電池容器２の開口部２ａの内周部にレーザ（ビーム）溶接で接合されている。蓋３には、注液口３１とガス排出弁３３と正極端子４１と負極端子５１が設けられており、蓋組立体を構成している。注液口３１とガス排出弁３３は、蓋３の長辺方向中央位置で長辺方向に並んで配置されている。そして、正極端子４１及び負極端子５１は、蓋３の長辺方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。

注液口３１は、蓋３によって電池容器２の開口部２ａを封口した後に、電池容器２内に電解液を注入するためのものであり、電解液を注入した後に、注液栓３２によって封口される。ガス排出弁３３は、電池容器２内の圧力が上昇したときに、予め設定された圧力で開裂して電池容器内のガスを外部に放出するためのものである。ガス排出弁３３は、蓋３と略同一の金属材で構成した薄膜部材であり、レーザ溶接等により蓋３に接合されている。

正極端子４１及び負極端子５１は、蓋３の上面に沿って平面状に配置されており、バスバー用の固定ボルト４２、５２がそれぞれ突設されている。正極端子４１は、アルミニウム合金で製作され、負極端子５１は、銅合金で製作されている。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、正極端子４１と蓋３との間、及び、負極端子５１と蓋３との間には、絶縁体３４が設けられており、正極端子４１と蓋３との間の隙間、及び、負極端子５１と蓋３との間の隙間を閉じるとともに、電気的に絶縁している。

正極端子４１は、正極接続端子４３に接続されている。正極接続端子４３は、図７Ａに示すように、正極端子４１と蓋３を貫通する正極側の貫通孔に蓋３の裏面側から挿通されて、蓋３の表面側でかしめにより固定されており、正極端子４１と電気的に接続されている。負極端子５１は、負極接続端子５３に接続されている。負極接続端子５３は、図７Ｂに示すように、負極端子５１と蓋３を貫通する負極側の貫通孔に蓋３の裏面側から挿通されて、蓋３の表面側でかしめにより固定されており、負極端子５１と電気的に接続されている。

正極接続端子４３と蓋３との間、及び、負極接続端子５３と蓋３との間には、ガスケット３５が介在されており、正極接続端子４３と蓋３との間、及び、負極接続端子５３と蓋３との間をシールすると共に、電気的に絶縁している。

［接続部材］
正極接続端子４３と電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃとの間、及び、負極接続端子５３と電極捲回群４の負極金属箔積層部１２ｃとの間は、接続部材によってそれぞれ電気的に接続されている。正極接続端子４３と電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃとの間には、接続部材として、正極リード４４と正極集電部品４５が設けられている。そして、負極接続端子５３と電極捲回群４の負極金属箔積層部１２ｃとの間には、接続部材として、負極リード５４と負極集電部品５５が設けられている。

正極集電部品４５は、一端が電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃに接続され、他端が正極リード４４に接続されている。正極リード４４は、正極集電部品４５と正極接続端子４３との間を互いに相対的に移動可能に接続している。正極集電部品４５は、所定の板厚を有する比較的剛性の高い金属板を折曲することによって構成されている。正極リード４４は、正極集電部品４５よりも板厚が薄い金属製の薄板によって構成されており、正極集電部品４５と正極接続端子４３との間の相対移動を許容する柔軟性を有している。

同様に、負極集電部品５５は、一端が電極捲回群４の負極金属箔積層部１２ｃに接続され、他端が負極リード５４に接続されている。負極リード５４は、負極集電部品５５と負極接続端子５３との間を互いに相対的に移動可能に接続している。負極集電部品５５は、所定の板厚を有する比較的剛性の高い金属板を折曲することによって構成されている。負極リード５４は、負極集電部品５５よりも板厚が薄い金属製の薄板によって構成されており、負極集電部品５５と負極接続端子５３との間の相対移動を許容する柔軟性を有している。

尚、本実施の形態では、正極リード４４及び負極リード５４は、金属製の薄板に限定されるものではなく、正極集電部品４５と正極接続端子４３との間の相対移動を許容する柔軟性を有するものであればよく、例えば金属箔や金属メッシュ等の柔軟かつ導電性を有する部材を用いてもよい。

正極集電部品４５は、蓋３の下面に沿って平行に配置される平板状のベース部４５ａと、ベース部４５ａの外側端部で折曲されて電池容器２の側壁部ＰＮに沿って垂下した後に二股に分岐して蓋３の短辺方向に離間して互いに対向し電池容器２の底壁部ＰＢに向かって延びる一対の正極集電接続片４５ｂを備える。同様に、負極集電部品５５は、蓋３の下面に沿って平行に配置される平板状のベース部５５ａと、ベース部５５ａの外側端部で折曲されて電池容器２の側壁部ＰＮに沿って垂下した後に二股に分岐して蓋３の短辺方向に離間して互いに対向し電池容器２の底壁部ＰＢに向かって延びる一対の負極集電接続片５５ｂを備える。

一対の正極集電接続片４５ｂは、電極捲回群４のＸ方向一方側の端部である正極側の端部で電極捲回群４の厚さ方向外側にそれぞれ対向して配置され、一対の正極集電接続片４５ｂの各内面が、電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃの外表面と接合される。一対の正極集電接続片４５ｂと電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃは、例えば超音波溶接法により溶接される。

一対の負極集電接続片５５ｂは、電極捲回群４のＸ方向他方側の端部である負極側の端部で電極捲回群４の扁平厚さ方向外側にそれぞれ対向して配置され、一対の集電接続片５５ｂの各内面が、電極捲回群４の負極金属箔積層部１２ｃの外表面と接合される。一対の集電接続片５５ｂと電極捲回群４の負極金属箔積層部１２ｃは、例えば、超音波溶接法により溶接される。

正極リード４４は、正極接続端子４３と正極集電部品４５のベース部４５ａとの間で二つに折り畳まれた状態で配置されており、一片が正極接続端子４３の下端に接合され、他片が正極集電部品４５のベース部４５ａの上面に重ね合わされた状態で接合されている。正極リード４４は、正極接続端子４３と正極集電部品４５のベース部４５ａとの間が離れる方向に電極捲回群４が移動した場合には一片と他片との間隔が大きくなる方向に変形し、正極接続端子４３と正極集電部品４５のベース部４５ａとの間が狭くなる方向に電極捲回群４が移動した場合には一片と他片との間隔が小さくなる方向に変形して、正極接続端子４３と正極集電部品４５との間の導通状態を維持するようになっている。

そして、負極リード５４は、負極接続端子５３と負極集電部品５５のベース部５５ａとの間で二つに折り畳まれた状態で配置されており、一片が負極接続端子５３の下端に接合され、他片が負極集電部品５５のベース部５５ａの上面に重ね合わされた状態で接合されている。負極リード５４は、負極接続端子５３と負極集電部品５５のベース部５５ａとの間が離れる方向に電極捲回群４が移動した場合には一片と他片との間隔が大きくなる方向に変形し、負極接続端子５３と負極集電部品５５のベース部５５ａとの間が狭くなる方向に電極捲回群４が移動した場合には一片と他片との間隔が小さくなる方向に変形して、負極接続端子５３と負極集電部品５５との間の導通状態を維持するようになっている。

正極リード４４と負極リード５４は、蓋３の短辺方向一方側においてそれぞれの折り目が蓋３の長辺方向に沿って延在するように配置されており、蓋３の短辺方向一方側を中心として蓋３を回動させて蓋３の短辺方向他方側で電池容器２の開口部２ａを開閉することを可能としている。

正極リード４４は、最初に他片が正極集電部品４５のベース部４５ａの上面に接合され、折り目に沿って略Ｌ字状に折り曲げられた状態とされる。そして、負極リード５４も、最初に他片が負極集電部品５５のベース部５５ａの上面に接合され、折り目に沿って略Ｌ字状に折り曲げられた状態とされる。そして、正極リード４４の一片が正極接続端子４３の下端に接合され、かつ、負極リード５４の一片が負極接続端子５３の下端に接合された後、蓋３の短辺方向一方側を中心として開口部２ａを閉じる方向に蓋３を回動させる。これにより、正極リード４４と負極リード５４は、蓋３の短辺方向一方側を折り目として二つに折り畳まれる。

［支持部材］
支持部材５は、電極捲回群４の軸芯１４と係合して、電極捲回群４を電池容器２内で容器高さ方向に沿って移動可能に支持すると共に容器高さ方向上側に向かって付勢するためのものである。支持部材５は、図８に示すように、略一定幅で延在する帯状の平板が略コ字状に折り曲げられた形状を有しており、電池容器２内で底壁部ＰＢと電極捲回群４の一方の湾曲部との間で電極捲回群４の捲回軸方向に沿って延在する基部２１と、基部２１の両端部で折曲されて電池容器２の側壁部ＰＮと電極捲回群４との間で電池容器２の容器高さ方向に沿って延在して軸芯１４の捲回軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の腕部２２、２２を有している。支持部材５は、例えばポリプロピレン樹脂などの合成樹脂製材料によって構成されている。支持部材５の材質は、樹脂に限定されるものではなく、金属、その他の材質でも適用可能である。

基部２１は、付勢手段を構成するものであり、各腕部２２の折曲方向と離反する方向に凸となるように湾曲しており、電池容器２内で電池容器２の底壁部ＰＢと当接して、押圧により弾性変形し、各腕部２２を容器高さ方向上側に向かって付勢するように構成されている。

各腕部２２は、電池容器２の開口部２ａに蓋３を被せて封口した状態で、蓋３の裏面に各腕部２２の上端部２２ａがそれぞれ当接して、所定の押圧力で基部２１を電池容器２の底壁部ＰＢに押圧する長さ寸法を有している。各腕部２２には、穴部２３がそれぞれ穿設されており、軸芯１４の突起部１４ｃを嵌入させることによって軸芯１４と係合するようになっている。

支持部材５は、支持部材５の穴部２３に軸芯１４の突起部１４ｃを嵌入することにより、軸芯１４に一体に固定される。そして、開口部２ａから電池容器２内に挿入することによって、電極捲回群４の軸芯１４を容器高さ方向に移動可能に案内する。そして、開口部２ａを蓋３で封口することにより、支持部材５の弾性部である基部２１が電池容器２の底面部ＰＷに当接されて弾性変形し、支持部材５の各腕部２２の上端部２２ａが蓋３の内面に所定の押圧力で押圧された状態とされる。

［組み立て方法］
上記構成を有するリチウムイオン二次電池の組み立て方法について説明する。

まず、蓋組立体と電極捲回群４を作成する。それから、正極集電部品４５と負極集電部品５５に正極リード４４と負極リード５４をそれぞれ接合する。ここでは、正極集電部品４５のベース部４５ａに正極リード４４の他片を接合し、負極集電部品５５のベース部５５ａに負極リード５４の他片を接合する。そして、正極リード４４と負極リード５４を略Ｌ字状に折り曲げて、正極リード４４の一片と負極リード５４の一片をベース部４５ａ、５５ａから起立した姿勢状態とする。なお、正極集電部品４５と負極集電部品５５をそれぞれ接合する前に、予め正極リード４４と負極リード５４を略Ｌ字状に折り曲げておいてもよい。

そして、電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃに正極集電部品４５の正極集電接続片４５ｂと負極集電部品５５の負極集電接続片５５ｂをそれぞれ接合する。そして、電極捲回群４に支持部材５を取り付けて、その周りを図示していない絶縁保護シートで被覆した後、電池容器２内に挿入する。

次に、電池容器２の底壁部ＰＢに対して蓋３を垂直に立てた状態で、電池容器２の開口部２ａから突出している正極リード４４の一片と負極リード５４の一片を蓋組立体の正極接続端子４３と負極接続端子５３にそれぞれ接合する。

それから、蓋３の短辺方向一方側の長辺部分を中心として蓋３を回動させて、支持部材５の上端部２２ａを蓋３の裏面に当接させる。これにより、正極リード４４と負極リード５４は、二つに折り畳まれた状態とされる。

そして、支持部材５の付勢力に抗しながら、支持部材５を蓋３で電池容器２内に押し込み、開口部２ａを閉塞した状態で、蓋３を電池容器２にレーザ溶接して封口する。そして、注液口３１から電池容器２内に電解液を注入して充填し、その後、注液口３１に注液栓３２をレーザ溶接して封口する。

［作用］
図９は、電極捲回群４を支持する支持部材５に作用する力を説明する模式図であり、図中（ａ）、（ｂ）は、電池容器２内に収容して蓋３で開口部２ａを封口する前と後の状態をそれぞれ示している。

支持部材５を電池容器２内に挿入して開口部２ａを蓋３で封口することによって、支持部材５の基部２１が電池容器２の底壁部ＰＢに当接し、かつ、支持部材５の各腕部２２の上端部２２ａが蓋３の裏面に当接する。したがって、図９（ｂ）に示すように、支持部材５には、各腕部２２の上端部２２ａから下方に向かって押圧力Ｆ１が作用すると共に、基部２１から上方に向かって押圧力Ｆ２が作用する。したがって、電極捲回群４は、弾性部を介して容器高さ方向両側から挟持された状態で電池容器２内に収容される。

上記構成を有するリチウムイオン二次電池１によれば、支持部材５によって電極捲回群４の軸芯１４を電池容器２内で容器高さ方向に沿って移動可能に支持すると共に容器高さ方向上側に向かって付勢しているので、弾性部材を介して容器高さ方向両側から挟持された状態で電極捲回群４を電池容器２内に収容することができる。そして、正極金属箔積層部１１ｃと正極接続端子４３との間、及び、負極金属箔積層部１２ｃと負極接続端子５３との間を、柔軟性を有する正極リード４４及び負極リード５４によって導通接続しているので、電池容器２内における電極捲回群４の移動を許容することができる。

したがって、リチウムイオン二次電池１に予期せぬ過大な振動や衝撃が加えられた場合に、電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃと正極集電部品４５との接合部分及び負極金属箔積層部１２ｃと負極集電部品５５との接合部分の変形又は損傷を防ぎ、また、電極捲回群４全体の変形又は損傷も防ぐことができる。したがって、電池性能や信頼性が損なわれず、耐性の高い角形電池を得ることができる。また、電池容器２内における電極捲回群４の配置位置の公差を吸収することができる。したがって、リチウムイオン二次電池１を構成する各部材に対する高度な寸法精度や、高い組み立て精度が要求されるのを防ぐことができ、高いコスト効果を発揮することができる。

［第２実施の形態］
次に、第２実施の形態について、図１０〜図１２を用いて以下に説明する。なお、上記した実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施の形態において特徴的なことは、第１実施の形態における正極集電部品４５、負極集電部品５５、正極リード４４、負極リード５４の代わりに、正極リボン（電極リボン）４６と負極リボン（電極リボン）５６を用いたことである。

正極リボン４６と負極リボン５６は、それぞれ容易に変形可能な薄板の金属板や金属箔によって構成されており、電池容器２内における電極捲回群４の容器高さ方向の移動に追従して変形する柔軟性を有している。

正極リボン４６は、予め設定されたゆるみを有して、一端が正極接続端子４３に接合され、他端が電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃに接合されている。正極リボン４６と正極金属箔積層部１１ｃとの間、及び正極リボン４６と正極接続端子４３との接合は、例えば超音波溶接により行われる。同様に、負極リボン５６は、予め設定されたゆるみを有して、一端が負極接続端子５３に接合され、他端が電極捲回群４の負極金属箔積層部１２ｃに接合されている。負極リボン５６と負極金属箔積層部１２ｃとの間、及び負極リボン５６と負極接続端子５３との接合は、例えば超音波溶接により行われる。

正極リボン４６は、本実施の形態では、正極金属箔積層部１１ｃの一対の平坦面の間に亘ってＵ字状に巻き掛けるように配置されて接合される構成を有しているが、一方の平坦面だけに沿うように配置して接合する構成としてもよい。同様に、負極リボン５６は、本実施の形態では、負極金属箔積層部１２ｃの一対の平坦面の間に亘ってＵ字状に巻き掛けるように配置されて接合されているが、一方の平坦面だけに沿うように配置して接合する構成としてもよい。

上記構成を有するリチウムイオン二次電池１によれば、第１実施の形態の効果に加えて、第１実施の形態よりも部品点数及び接合箇所の数を減らすことができ、組立作業の容易化及び製造コストの低減を図ることができる。

［第３実施の形態］
次に、第３実施の形態について、図１３、図１４を用いて以下に説明する。なお、上記した実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施の形態において特徴的なことは、第１実施の形態と比較して、軸芯１４の捲回軸方向両端部の側端面１４ｅに突起部１４ｃを２個ずつ設け、支持部材５の腕部２２に各突起部１４ｃが嵌入される穴部２３を２個ずつ設けたことである。各突起部１４ｃは、図１３に示すように、切り欠き部１４ｄを間に介してＹ方向一方側と他方側にそれぞれ設けられている。穴部２３は、各腕部２２において、該腕部２２の長さ方向に離間して穿設されている。

上記構成を有するリチウムイオン二次電池１によれば、第１実施の形態と比較して、支持部材５に対して軸芯１４を強固に支持することができる。また、電極捲回群４の軸芯１４を支持部材５に係合させる際に、支持部材５に対して電極捲回群４は高さ方向には上下対称であるので、電極捲回群４の上下を考慮する必要がなく、組立作業を容易なものとすることができる。

［第４実施の形態］
次に、第４実施の形態について、図１５、図１６を用いて以下に説明する。なお、上記した実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施の形態において特徴的なことは、支持部材５によって電極捲回群４の軸芯１４を容器高さ方向に沿って移動可能に支持すると共に、電極捲回群４と蓋３との間に弾性部材６１を介在させて電極捲回群４を容器高さ方向下方側に向かって付勢する構成としたことである。

支持部材５は、第１実施の形態の場合と比較して、基部２４が一直線状に延在する形状を有している。そして、腕部２２は、電池容器２の底壁部ＰＢに基部２４を当接させた状態で、腕部２２の上端部２２ａと蓋３の裏面との間に所定の間隙が形成される長さを有している。

弾性部材６１は、例えばゴムやシリコンなどの合成樹脂の中でも弾性係数の高い合成樹脂製材料によって構成されており、電極捲回群４と蓋３との間に圧縮された状態で介在され、その弾性復元力によって電極捲回群４を容器高さ方向下側に向かって付勢する構成を有している。弾性部材６１は、本実施の形態では、蓋３の裏面に接着して固定されている。

上記構成を有するリチウムイオン二次電池１は、電極捲回群４の軸芯１４に支持部材５を係合させて、電極捲回群４を電池容器２内に挿入して開口部２ａを蓋３で封口することによって組み立てられる。かかる組立状態では、電極捲回群４は、図１６（ｂ）に示すように、弾性部材６１によって容器高さ方向下方に向かって押圧力Ｆ１で押圧される。これにより、支持部材５の基部２４は、電池容器２の底壁部ＰＢに当接して押圧される。そして、支持部材５の各腕部２２の上端部２２ａは、蓋３から離間して所定の間隙を有して対向する。

したがって、弾性部材６１を介して容器高さ方向両側から挟持された状態で電極捲回群４を電池容器２内に収容することができる。したがって、リチウムイオン二次電池１に予期せぬ過大な振動や衝撃が加えられた場合に、上記した他の実施の形態と同様に、電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃと正極集電部品４５との接合部分及び負極金属箔積層部１２ｃと負極集電部品５５との接合部分の変形又は損傷を防ぎ、また、電極捲回群４全体の変形又は損傷も防ぐことができる。

［第５実施の形態］
次に、第５実施の形態について、図１７、図１８を用いて以下に説明する。なお、上記した実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施の形態において特徴的なことは、第４実施の形態の支持部材５における基部２４を、第１実施の形態における支持部材５の基部２１と同様の形状を有するものに代えた構成としたことである。

本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池１は、図１８（ｂ）に示すように、組立状態において、電極捲回群４が弾性部材６１によって容器高さ方向下側に向かって押圧力Ｆ１で押圧される一方、支持部材５の基部２１が電池容器２の底壁部ＰＢに当接して軸芯１４が容器高さ方向上側に向かって押圧力Ｆ２で押圧される。

したがって、電極捲回群４は、容器高さ方向上側と下側のいずれにも移動可能な状態で容器高さ方向両側から挟持される。したがって、リチウムイオン二次電池１に予期せぬ過大な振動や衝撃が加えられた場合に、上記した他の実施の形態と同様に、電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃと正極集電部品４５との接合部分及び負極金属箔積層部１２ｃと負極集電部品５５との接合部分の変形又は損傷を防ぎ、また、電極捲回群４全体の変形又は損傷も防ぐことができる。

［第６実施の形態］
次に、第６実施の形態について、図１９、図２０を用いて以下に説明する。なお、上記した実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施の形態において特徴的なことは、第５実施の形態の支持部材５における基部２１を、腕部２２が折曲される方向と同方向に凸状に湾曲させた形状を有する基部２５に代えた構成としたことである。

基部２５は、腕部２２が折曲される方向と同方向に凸状に湾曲しており、電極捲回群４に支持部材５を装着した状態で、電極捲回群４の下部に当接する形状を有している。

本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池１は、図２０（ｂ）に示すように、組立状態において、電極捲回群４が弾性部材６１によって容器高さ方向下側に向かって押圧力Ｆ１で押圧される。そして、支持部材５の腕部２２の下端部２２ｂが電池容器２の底壁部ＰＢに当接して、軸芯１４が容器高さ方向上側に向かって押圧力Ｆ２で押圧される。そして、支持部材５の各腕部２２の上端部２２ａは、蓋３から離間して所定の間隙を有して対向する。

したがって、弾性部材６１を介して容器高さ方向両側から挟持された状態で電極捲回群４を電池容器２内に収容することができる。したがって、リチウムイオン二次電池１に予期せぬ過大な振動や衝撃が加えられた場合に、上記した他の実施の形態と同様に、電極捲回群４の正極金属箔積層部１１ｃと正極集電部品４５との接合部分及び負極金属箔積層部１２ｃと負極集電部品５５との接合部分の変形又は損傷を防ぎ、また、電極捲回群４全体の変形又は損傷も防ぐことができる。

［第７実施の形態］
次に、第７実施の形態について、図２１、図２２を用いて以下に説明する。なお、上記した実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施の形態において特徴的なことは、第６実施の形態と比較して、軸芯１４の捲回軸方向両端部の側端面１４ｅに突起部１４ｃを２個ずつ設け、支持部材５の腕部２２、２２に各突起部１４ｃが嵌入される穴部２３を設けたことである。各突起部１４ｃは、図２１に示すように、切り欠き部１４ｄを間に介してＹ方向一方側と他方側にそれぞれ設けられている。穴部２３は、各腕部２２において、該腕部２２の長さ方向に離間して穿設されている。

上記構成を有するリチウムイオン二次電池１によれば、第６実施の形態と比較して、支持部材５に対して軸芯１４を強固に支持することができる。また、電極捲回群４の軸芯１４を支持部材５に係合させる際に、支持部材５に対して電極捲回群４は高さ方向には上下対称であるので、電極捲回群４の上下を考慮する必要がなく、組立作業を容易なものとすることができる。

以上、本発明の各実施形態について詳述したが、本発明は、前記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、上述の第３実施の形態から第７実施の形態では、集電方法として、正極集電部品４５、負極集電部品５５、正極リード４４、負極リード５４を用いる場合を例に説明したが、これらの構成の代わりに、第２実施の形態における正極リボン４６及び負極リボン５６を適用してもよい。

１ リチウムイオン二次電池（角形電池）
２ 電池容器
２ａ 開口部
３ 蓋
４ 電極捲回群
５ 支持部材（支持手段）
１１ 正極シート（電極シート）
１１ｃ 正極金属箔積層部
１２ 負極シート（電極シート）
１２ｃ 負極金属箔積層部
１４ 軸芯
１４ｃ 突起部
２１ 基部（付勢手段）
２２ 腕部
２２ａ 上端部
２２ｂ 下端部
２３ 穴部
４１ 正極端子
４３ 正極接続端子
４４ 正極リード（電極リード）
４５ 正極集電部品
４６ 正極リボン（電極リボン）
５１ 負極端子
５３ 負極接続端子
５４ 負極リード（電極リード）
５５ 負極集電部品
５６ 負極リボン（電極リボン）

Claims (10)

1. 電極シートを板状の軸芯に捲回して構成された扁平状の電極捲回群と、該電極捲回群を収容する角形の電池容器と、該電池容器に開口する開口部を閉塞する蓋と、該蓋に設けられた電極接続端子を有する角形電池であって、
   前記電池容器内で前記電極捲回群の軸芯を前記開口部に接近又は離反する容器高さ方向に移動可能に支持して前記電極捲回群を容器高さ方向に沿って付勢し、前記電極接続端子と前記電極捲回群との間を互いに相対的に移動可能に接続する構成を有することを特徴とする角形電池。
2. 前記電池容器の底壁部と前記電極捲回群の一方の湾曲部との間で前記電極捲回群の捲回軸方向に沿って延在する基部と、該基部の両端部で折曲されて前記電池容器の一対の側壁部と前記電極捲回群との間で前記電池容器の容器高さ方向に沿って延在して前記軸芯の捲回軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の腕部とを有し、前記基部が前記腕部の折曲方向と離反する方向に凸状に湾曲して前記電池容器の底壁部に当接しかつ前記腕部の上端部が前記蓋に当接する支持部材を有することを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
3. 前記電池容器の底壁部と前記電極捲回群の一方の湾曲部との間で前記電極捲回群の捲回軸方向に沿って延在する基部と、該基部の両端部で折曲されて前記電池容器の一対の側壁部と前記電極捲回群との間で前記電池容器の容器高さ方向に沿って延在して前記軸芯の捲回軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の腕部とを有し、前記基部が前記電池容器の底壁部に当接した状態で前記腕部の上端部が前記蓋との間に所定の間隙を有して対向する支持部材と、
   前記蓋と前記電極捲回群との間に圧縮された状態で介在されて弾性復元力により前記電極捲回群を前記容器高さ方向下方に向かって付勢する弾性部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
4. 前記基部が前記腕部の折曲方向と離反する方向に凸状に湾曲した形状を有することを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
5. 前記基部が前記腕部の折曲方向と同じ方向に凸状に湾曲した形状を有することを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
6. 前記軸芯には、該軸芯の捲回軸方向両側の側端面からそれぞれ突出する突起部が設けられ、
   前記一対の腕部には、前記突起部が嵌入される穴部がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の角形電池。
7. 前記突起部は、前記各側端面に複数設けられていることを特徴とする請求項６に記載の角形電池。
8. 前記電極接続端子と前記電極捲回群との間隔の変化に応じて変形可能な電極接続部材を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の角形電池。
9. 前記電極接続部材は、前記電極接続端子と前記電極捲回群との間に二つに折り畳まれた状態で介在されて、一片が前記電極接続端子に接続され、他片が電極捲回群に接続された電極リードにより構成されることを特徴とする請求項８に記載の角形電池。
10. 前記電極接続部材は、予め設定された弛みを有して一片が前記電極接続端子に接続され、他片が電極捲回群に接続された電極リボンによって構成されることを特徴とする請求項８に記載の角形電池。

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