WO2010113271A1 - 二次電池および電池システム - Google Patents

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WO2010113271A1
WO2010113271A1 PCT/JP2009/056681 JP2009056681W WO2010113271A1 WO 2010113271 A1 WO2010113271 A1 WO 2010113271A1 JP 2009056681 W JP2009056681 W JP 2009056681W WO 2010113271 A1 WO2010113271 A1 WO 2010113271A1
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正紀 小暮
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三菱重工業株式会社
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator, and a power supply / storage system using the battery.
  • lithium ion secondary batteries As is well known, among secondary batteries as rechargeable batteries, lithium ion secondary batteries, in particular, have high energy density and high capacity, and are therefore used as power sources for home appliances. Further, in recent years, it has been attracting attention as a storage battery for storing surplus power such as a power source for electric vehicles, a power source for houses, and a power plant.
  • a wound lithium ion secondary battery in which a pair of belt-like sheet-like positive electrode and sheet-like negative electrode are spirally wound via a separator, and a plurality of sheet-like
  • a stacked lithium ion secondary battery in which a positive electrode and a sheet-like negative electrode are stacked via a plurality of separators.
  • the electrode group composed of the plurality of sheet-like positive electrodes and sheet-like negative electrodes is usually enclosed in a rectangular battery can having a substantially rectangular cross section.
  • a wound lithium ion secondary battery it may be enclosed in a cylindrical battery can having a substantially circular cross section, or may be enclosed in a square battery can.
  • an insulating auxiliary sheet is provided on the sheet-like electrode surface at the end of the electrode group, and fixed with tape together with the electrode group (See Patent Document 1 below).
  • FIG. 7A shows a cross section of the surface of the rectangular battery can 1 that intersects the surface direction (first direction) where a positive electrode terminal and a negative electrode terminal (not shown) are formed.
  • the electrode group G in which the sheet-like positive electrode 2 and the negative electrode 3 are laminated via a separator (not shown) is inserted into the rectangular battery can 1.
  • insulating auxiliary sheets 4 and 6 are provided on the four sides of the electrode group on the long side of the surface on which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are formed. Are arranged in the direction and the short side direction as shown in the figure.
  • the electrode surface width a is the same dimension as the inner side (inner) b in the long side direction, since the square battery can corner 1c is rounded, the electrode near the corner 1c is pressed and deformed, As a result, the separator is broken, and as a result, there is a high risk of causing a failure such as a short circuit.
  • the electrode surface width a is slightly smaller than the inner method b in the long side direction and is designed to have a size that is not affected by the roundness of the battery can corner 1c.
  • the insulating auxiliary sheet 6 is made of an insulating material having a thickness that can withstand at least the insulation, in other words, an extremely thin insulator.
  • the present invention can prevent electrode deformation at the corners of a rectangular battery can as much as possible even when continuous vibration is applied, and maximize performance as designed. It is an object of the present invention to provide a secondary battery and a power feeding or power storage system using the battery.
  • the secondary battery of the present invention employs the following configuration. That is, a rectangular battery can having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and a sheet-like positive electrode disposed in the rectangular battery can and electrically connected to the positive electrode terminal and electrically connected to the negative electrode terminal An electrode group in which a sheet-like negative electrode is laminated via a separator, and a position facing each other across the electrode group from the long side of the surface where the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the rectangular battery can are formed
  • the first and second insulating auxiliary sheets, and the width of the rectangular battery can in the short side direction of the surface is substantially the same size as that in the rectangular battery can in the short side direction of the surface, the short side side
  • the first and second cages are arranged at positions facing each other across the electrode group and support the electrode group in contact with the rectangular battery can at a plurality of locations.
  • An electric vehicle as a power supply system includes a rectangular battery can having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and a sheet-like positive electrode disposed in the square battery can and electrically connected to the positive electrode terminal. And an electrode group in which a sheet-like negative electrode electrically connected to the negative electrode terminal is laminated via a separator, and from the long side of the surface on which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the rectangular battery can are formed,
  • the first and second insulating auxiliary sheets respectively disposed at positions facing each other across the electrode group, and the width of the surface substantially the same as the method in the rectangular battery can in the short side direction of the surface 1st and 2nd holding
  • the electric vehicle may be any vehicle that can be driven by electricity, and may be
  • the power storage system includes a rectangular battery can having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, a sheet-like positive electrode disposed in the square battery can and electrically connected to the positive electrode terminal, and the negative electrode terminal.
  • An electrode group in which sheet-like negative electrodes electrically connected to each other are stacked via a separator, and the electrode group is sandwiched from the long side of the surface on which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the rectangular battery can are formed
  • the first and second insulating auxiliary sheets respectively disposed at positions opposed to each other, and the width of the surface of the rectangular battery can in the short side direction of the surface is substantially the same dimension as the short side direction of the surface
  • a first cage and a second cage that are arranged at positions facing each other across the electrode group from the short side and that support the electrode group in contact with the rectangular battery can at a plurality of locations.
  • the power storage receives power from the power generation equipment.
  • the power generation equipment any power generation equipment such as a solar battery, a fuel cell, a windmill, a thermal power generation equipment, a hydroelectric power generation equipment, and a nuclear power generation equipment may be used. Good. Even if it is not a power plant, the power generation equipment installed in a general household may be sufficient.
  • the end of the sheet-like electrode Since the end of the sheet-like electrode has a physically weak structure such as being easily bent, care must be taken not to touch the end to the prismatic battery can when inserting the electrode group into the prismatic battery can. is there.
  • the cage By inserting the electrode group together with the cage into the square battery can, the cage performs the function of an insertion guide, so that the electrode group can be easily inserted into the square battery can without requiring the above-mentioned attention. For this reason, manufacture can be made fast and easy.
  • the cage is preferably made of a plastic material because it has insulating properties and is easy to form. Since it is necessary to provide a space for storing a sufficient amount of electrolyte between the square battery can 1 and the cage, the cage is provided at the corner of the square battery can 1 by the surface portion that supports the electrodes of the electrode group. It is desirable that the support portion supporting the surface portion in contact with the rectangular battery can be in contact with a point. Moreover, in order to fully infiltrate electrolyte solution to an electrode group, what has the function to permeate electrolyte solution to the holder itself is desirable. A through hole may be provided in the cage to provide the permeation function.
  • the support portion may be formed by bending an end portion of an insulating sheet having a beam, or may be molded from a mold having the surface portion and the plurality of support portions from the beginning.
  • the support portion may be hemispherical.
  • the formation of the hemispherical shape may be a structure in which a plurality of hemispherical shapes are formed by hot press molding in which a mold having a plurality of convex portions is heated and pressed against a sheet-like plastic material having a beam.
  • a structure in which a plurality of the hemispherical shapes are formed by vacuum molding may be used.
  • the above-mentioned insulating auxiliary sheet is used only for electrical insulation between the electrode group and the rectangular battery can, and therefore may or may not have a beam.
  • the assembled battery may be configured by connecting a plurality of the secondary batteries in series or in parallel.
  • the end of the electrode group Can prevent deformation of each electrode along the roundness of the corner of the rectangular battery can, resulting in a secondary battery that exhibits less failure and performs as designed, and power supply and storage using the same battery You can get a system.
  • This effect can be obtained in any of a laminated type and a wound type secondary battery, for example, a laminated type lithium ion secondary battery or a wound type lithium ion secondary battery.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a stacked secondary battery 101 according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a sectional view of a rectangular battery can, and FIG. It is.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a multilayer secondary battery 102 according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a multilayer secondary battery 103 according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a cage 13 of a stacked secondary battery 104 according to a fourth embodiment of the present invention, where FIG. 4 (a) is a top view and FIG. 4 (b) is a cross-sectional view taken along line II-II.
  • FIG. 4 (a) is a top view
  • FIG. 4 (b) is a cross-sectional view taken along line II-II.
  • FIG. 4 (a) is a top view
  • FIG. 4 (b) is a cross
  • FIG. 7A is a cross-sectional view at a normal time
  • FIG. 7 (c) is an enlarged cross-sectional view of the main part I of FIG. 7 (b).
  • (First embodiment) 1 (a) and 1 (b) are plane directions in which the positive electrode terminal 8 and the negative electrode terminal 9 of the prismatic battery can 1 are formed in the laminated secondary battery 101 according to the first embodiment of the present invention, respectively.
  • 2 is a cross-sectional view (hereinafter referred to as “first direction”) and an internal perspective view of the battery can.
  • first direction a cross-sectional view
  • FIG.1 (b) the position of each electrode terminal 8 and 9 is also shown.
  • the stacked secondary battery 101 includes a square battery can 1, an electrode group G, and a first insulation provided between the square battery can 1 and the electrode group G.
  • FIG. 1A the stacked secondary battery 101 includes a square battery can 1, an electrode group G, and a first insulation provided between the square battery can 1 and the electrode group G.
  • the battery can 1 is a rectangular shape in which the can wall 1a forms a box-like body, and the electrode terminals 8 and 9 are provided on the can wall 1a on one side in the first direction. Is provided. As shown in FIG. 1A, the battery can 1 extends in directions intersecting each other (a laminating direction and a second direction described later) in a closed cross section orthogonal to the first direction, and is adjacent to each other. Two can flat wall portions 1b are configured to be continuous via a corner portion 1c having a curvature.
  • a substantially rectangular sheet-like positive electrode 2 electrically connected to the positive electrode terminal 8 and a substantially rectangular sheet-like negative electrode electrically connected to the negative electrode terminal 9 are provided inside the rectangular battery can 1 formed of aluminum or the like.
  • 3 is housed in a plurality of stacked electrode groups G via a separator (not shown).
  • the two insulating properties are arranged so as to sandwich the electrode group from the long-side cross-sectional direction (hereinafter referred to as “second direction”) in which the electrode terminals 8 and 9 of the rectangular battery can 1 are formed.
  • the auxiliary sheet 4 and two cages 5 arranged so as to sandwich the electrode group from the short side direction (hereinafter referred to as “stacking direction”) of the cross section are inserted.
  • the two laminated end faces 23 in which the end of each sheet-like positive electrode 2 and the end of each sheet-like negative electrode 3 are continuous are sandwiched by the two cages 5 from the direction along the second direction. Yes. These two laminated end faces 23 are opposed to the can wall flat portion 1b via the gap 7 in the second direction.
  • the gap 7 stores the above-described electrolyte solution (not shown).
  • the cage 5 has a surface portion (support surface portion 5a) in contact with and supporting the end portion of each sheet-like electrode of the electrode group G, that is, the laminated end surface 23. Moreover, it has two support parts (support leg part 5b) which contact
  • the support leg portion 5b extends from both ends of the support surface portion 5a in the stacking direction to the can flat wall portion 1b and is in contact with the can flat wall portion 1b.
  • the support portion having a substantially U-shape is formed by bending both ends of the insulating sheet having one beam.
  • the surface portion is formed integrally with the surface portion, and the shape in the short side direction of the cross section that supports the surface in contact with the rectangular battery can at the short side of the cross section is a substantially square shape. You may mold so that it may have two support parts. It is desirable that the cage 5 is made of a plastic resin from the viewpoint of insulation and easy formation.
  • the dimension of the support surface portion 5a of the cage 5 in the stacking direction is preferably substantially the same as the square battery can inner method (inner) f in the stacking direction.
  • the vertical distance c from the portion of the cage 5 in contact with the rectangular battery can 1 to the support surface portion 5a is the electrode surface width in the long side direction (second direction) of the cross section, and the cross section long side direction internal method. Is b, and the thickness of the support surface portion 5a of the cage 5 is e.
  • the electrode surface width a is the width of the flat surface (can flat wall portion 1b) excluding the rounded corner portion (corner portion 1c) in the long side direction of the square battery can 1 described above. Designed to be approximately the same size.
  • the thickness e of the support surface portion 5a is designed to have a sufficient beam to support each electrode of the electrode group G. It may be a plate-like thickness that is difficult to deform, such as bending and bending.
  • the gap 7 formed by the stacked end face 23 of the electrode group and the rectangular battery can 1 with the cage 5 interposed therebetween needs to have a dimension that can sufficiently store the electrolytic solution.
  • the support surface portion 5a sandwiching the electrode group G of the cage 5 supports the electrode group G, and the substantially leg-shaped support leg portion 5b supports the support surface portion 5a, thereby generating vibration.
  • the sheet-like electrodes 2 and 3 at the end of the electrode group are prevented from entering the rounded corners of the rectangular battery can 1, and as a result, battery failure can be prevented.
  • the cage 5 serves as an insertion guide when the electrode group G is inserted into the prismatic battery can 1, the electrode group can be inserted into the prismatic battery can 1 at high speed and safely. Therefore, the manufacturing speed can be improved.
  • the insulating auxiliary sheet 4 is only for electrical insulation between the rectangular battery can 1 and the electrode group G, it may be a non-beam, for example, an insulating plastic film.
  • the cage 5 needs to be at least a material with a beam and a thickness. You may use the material which does not generate
  • the case where the stacked secondary battery electrode group is enclosed in the rectangular battery can is shown, but the case where the wound type secondary battery electrode group is enclosed in the rectangular battery can is also shown. Needless to say, similar effects can be obtained.
  • the secondary battery for example, a lithium ion secondary battery can be targeted.
  • a stacked secondary battery 102 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not changing the gist of the present invention.
  • symbol is attached
  • the stacked secondary battery 102 has a cage 10 different from the cage 5 of FIG. 1.
  • the cage 10 is supported by a support surface portion 5a that supports each sheet-like electrode of the electrode group G, and the support surface portion 5a is integral with the corner portion 1c of the rectangular battery can 1 so as to fill a rounded portion (inner corner).
  • the second embodiment is the same as the first embodiment.
  • the cage 10 includes two supporting leg portions 10b that fill the rounded portion of the corner portion 1c of the rectangular battery can 1 and come into contact with the rectangular battery can 1, and each of the supporting leg portions 10b has two points. Since the support surface portion 5a is supported, unlike the cage 5 of FIG. 1, the sheet-like electrodes 2 and 3 of the electrode group G are more firmly prevented from entering the rounded portion of the corner portion 1c of the prismatic battery can 1. can do.
  • a stacked secondary battery 103 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not changing the gist of the present invention.
  • symbol is attached
  • the stacked secondary battery 103 is positioned between the two support legs 10b of the cage 10 of FIG. 2, and extends from the support surface 5a to the can flat wall 1b so that the can flat wall 1b. It is set as the structure which provided the holder
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) A laminated secondary battery 104 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not changing the gist of the present invention.
  • symbol is attached
  • FIG. 4A is a plan view of the cage 13 arranged in the prismatic battery can 1 similarly to the cages 5, 10, and 11.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the plane of the hemispherical portion 14 of the cage 13 parallel to the surface of the prismatic battery can provided with the electrode terminals, that is, a cross-sectional view taken along the line II-II.
  • the upper part of the illustrated cage 13 is arranged on the surface side where the electrode terminals 8 and 9 of the square battery can 1 are formed, and the lower part thereof is arranged on the bottom side of the square battery can 1.
  • the cage 13 includes a plurality of hemispherical portions 14.
  • the hemispherical portion 14 serves as a support leg that contacts the prismatic battery can 1.
  • Each of the plurality of hemispherical portions 14 is formed by a method of heating and pressing a mold in which a plurality of convex portions are formed in alignment with a sheet-like plastic material having a beam, that is, a hot press molding method. You may shape
  • the process of bending the insulating sheet to be the cage 5 and the shape of the cage 10 and the cage 11 This eliminates the need for a complicated process such as a mold making process when molding a mold with plastic.
  • the cage 13 is formed simply by pressing the mold from one side of the sheet-like plastic material. Therefore, the manufacturing process is simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • a laminated secondary battery 105 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not changing the gist of the present invention.
  • symbol is attached
  • FIG. 5 is a plan view of the cage 15 arranged in the prismatic battery can 1 similarly to the cages 5, 10, 11, and 13.
  • the upper portion of the cage 15 is disposed on the surface side where the electrode terminals of the rectangular battery can 1 are formed, and the lower portion thereof is disposed on the bottom surface side of the rectangular battery can 1.
  • the cage 15 is different from the cage 13 in that a plurality of hemispherical portions 14 are arranged in a staggered manner. Except for this point, the second embodiment is the same as the fourth embodiment.
  • the sheet-like electrodes 2 and 3 are supported by the retainer 15 in contact with the support surface portion 5a in the vertical direction of FIG.
  • the hemispherical portions 14 are arranged so that the number of the hemispherical portions 14 in the vertical direction is uniform. It is formed in a staggered pattern. Since the hemispherical portion 14 is formed, a recess is formed in the support surface portion 5a in which the cage 15 supports the electrode group G on the surface, but the surface portion excluding the recess portion of each sheet-like electrode. By making each of the areas corresponding to the two substantially the same, the pressure difference between each sheet-like electrode and the cage 15 can be alleviated substantially uniformly. Therefore, the effect of reducing the failure occurrence rate can be expected more than the cage 13 in the fourth embodiment.
  • the secondary battery 122 mounted on the electric vehicle 121 and the standby secondary battery 117 disposed outside the house 115 are the secondary batteries according to the present invention described in the first to fifth embodiments.
  • Electric power generated from power generation facilities 120 such as wind power generation, thermal power generation, hydroelectric power generation, nuclear power generation, solar cells, and fuel cells is supplied to a control box 118 used by a user via a supply power system 119.
  • the power transmitted from the power generation facility 120 is supplied to any one of the secondary battery 122, the standby secondary battery 117, and the switchboard 116, which are power sources for driving the electric vehicle 121.
  • the standby secondary battery 117 or the secondary battery 122 of the electric vehicle 121 is charged and stored when electric power is supplied.
  • the control box may be programmed to supply power to the switchboard 116 during the daytime and to the secondary battery 117 or the secondary battery 122 of the electric vehicle 121 during the nighttime.
  • the standby secondary battery 117 charged by the power storage system is electrically connected to the switchboard 116 in the house 115 via the control box 118.
  • the switchboard 116 is electrically connected to electrical appliances such as air conditioners and televisions connected to plugs in the house 115.
  • the user can select whether to drive the electrical appliance in the house 115 by receiving power from the power feeding system 119 or to drive the electrical appliance using the power of the standby secondary battery 117 stored by the power storage system, This selection / switching is performed by the control box 118.
  • the backup secondary battery 117 is electrically connected to the switchboard 116 by switching in the control box 118, power is supplied from the backup secondary battery 117 to the switchboard 116, and the appliance can be driven.
  • the electric vehicle 121 can run by supplying power to the motor that drives the wheels from the secondary battery 122 stored by the power storage system.
  • the electric vehicle 21 may be a vehicle capable of driving wheels with an electric motor, and may be a hybrid vehicle.
  • the power storage / power supply system using the secondary battery according to the present invention it is possible to prevent as much as possible the stacking deviation and the electrode bending at the corner of the rectangular battery can due to the vibration that is a cause of failure in the secondary battery.
  • a power supply system in a car with a lot of vibrations and a power supply / storage system in an earthquake-prone country stable operation with few failures is possible.

Abstract

　本発明に係る二次電池（１０１）は、正極端子（８）および負極端子（９）を備えた角型電池缶（１）と、角型電池缶内（１）に配置され、正極端子（８）に電気的に接続されたシート状正極（２）及び負極端子（９）に電気的に接続されたシート状負極（３）がセパレータを介して積層された電極群（G）と、角型電池缶（１）の正極端子（８）および負極端子（９）が形成された面の長辺側から電極群（G）を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第１および第２の絶縁性補助シート（４）とを備える。上記面の短辺方向の角型電池缶内法と実質的に同一寸法幅であり、上記短辺側から電極群（G）を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で角型電池缶（１）と接して電極群（G）を支える第１および第２の保持器（５）とを備えたことを特徴とする。

Description

二次電池および電池システム
　本発明は、正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層した二次電池および同電池を用いた給電・蓄電システムに関するものである。
　周知のように、充電可能な電池としての二次電池のうち、特にリチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を有し高容量であるため、家電製品の電源として用いられている。また、近年においては、電気自動車用電源、住宅用電源、発電所等の余剰電力保存用蓄電池としても注目されている。
　このリチウムイオン二次電池の形態としては、一対の帯状のシート状正極電極とシート状負極電極とをセパレータを介して渦巻状に巻回した巻回型リチウムイオン二次電池と、複数のシート状正極とシート状負極とを複数のセパレータを介して積層した積層型リチウムイオン二次電池がある。
　積層型リチウムイオン二次電池では、上記複数のシート状正極とシート状負極とからなる電極群は、断面が略長方形の角型の電池缶に封入されるのが通常である。一方、巻回型リチウムイオン二次電池では、断面が略円形の円筒型の電池缶に封入される場合もあれば、角型電池缶に封入される場合もある。
　ところで、積層型、巻回型いずれのリチウムイオン二次電池においても、角型電池缶を用いた場合には、シート状正極とシート状負極がセパレータを介して積層される構造であるため、角型電池缶内で正極と負極との位置がズレる場合、すなわち「積層ズレ」の生じる場合がある。この積層ズレが生じると、正極と負極が接触し電池内でショート等して故障が発生する危険性がある。また、角型電池缶は導電体であるため、正極、負極との絶縁をする必要もある。
　そこで、角型電池缶に積層型リチウムイオン二次電池の電極群を封入する場合に、絶縁性の補助シートを電極群の最端部にあるシート状電極面上に設け、電極群とともにテープ固定する提案がなされている（下記特許文献１参照）。
特開２００８－９１０９９号公報
　上記提案によれば積層面方向の絶縁を図るとともに、補助シートと積層された電極がテープ固定されることで積層ズレが防止できるとするが、これでは積層ズレ防止が不十分であって、このため設計通りの性能を十分に発揮できないとの知見を得た。これにつき図７（a）、図７（b）、図７（c）を用いて説明する。
　図７（a）に角型電池缶１の面のうち、図示しない正極端子および負極端子が形成された面方向（第１の方向）に交差する断面を示す。シート状の正極２と負極３が図示しないセパレータを介して積層された電極群Ｇは角型電池缶１内に挿入されている。電極群Ｇと導電体である角型電池缶１との絶縁をするために、電極群の４辺には絶縁性補助シート４、６が上記正極端子および負極端子が形成された面の長辺方向と短辺方向にそれぞれ図のとおり配置される。電極面幅ａを上記長辺方向の内法（うちのり）ｂと同一寸法にすると、角型電池缶角部１ｃが丸みを帯びているために角部１ｃ付近の電極が圧迫され変形し、これによりセパレータ破れ等が発生し、結果としてショートなど故障を引き起こす危険性が高い。このようなシート状電極の変形を回避するため電極面幅ａは上記長辺方向の内法ｂよりもやや小さく、電池缶角部１ｃの丸みに影響を受けない寸法に設計されている。
　また、角型電池缶１には電解液を蓄える必要があるため、電極群Ｇと角型電池缶１との間には一定の空間を設けなければならない。このため絶縁性補助シート６は絶縁に最低限耐えられる程度の厚み、言い換えれば極めて薄くはりのない絶縁体が用いられている。
　ところが、この構成では、例えば電気自動車用電源として用いられた場合、角型電池缶１に継続的な振動が加えられると、電極群Ｇがテープ固定されていても電解液に浸された環境ではテープが緩むことがある。これに起因して、絶縁性補助シート６が電極群Ｇの重みにより角型電池缶１の形状に沿って変形するとともに、正極２、負極３が図７（b）に示すように面方向に積層ズレを生じる。この積層ズレが生じると、角型電池缶１の角部１ｃを拡大した図７（c）に示すように、電極群Ｇの端部にある正極２、負極３が角型電池缶１に沿って変形し、この変形した状態でさらに振動が加えられるとセパレータ破れなどが発生し、結果としてショートなどの故障が生じることが判明した。なお、電極群Ｇの中央部の電極は、仮にズレたとしても上記角型電池缶１の内壁と垂直な角度でこの内壁と当たるだけであり、電極が曲がるなどの変形は生じ難く、故障の原因となる可能性は小さい。
　本発明は、上記問題に鑑み、継続的な振動が加えられた場合であっても、角型電池缶角部での電極変形を極力防止し、設計通りの性能を最大限発揮することのできる二次電池および同電池を用いた給電または蓄電システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の二次電池は以下の構成を採用する。
　すなわち、正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第１および第２の絶縁性補助シートと、前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第１および第２の保持器とを有することを特徴とする。
　また、本発明による給電システムとしての電気自動車は、正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第１および第２の絶縁性補助シートと、前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第１および第２の保持器とを備えた二次電池と、車輪を駆動するモーターとを有し、前記モーターは前記二次電池から給電を受けて駆動することを特徴とする。
　電気自動車としては、電気で駆動可能な自動車であればよく、ハイブリッド自動車でもよい。
　また、本発明による蓄電システムは、正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第１および第２の絶縁性補助シートと、前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第１および第２の保持器とを備えた二次電池と、発電設備とを有し、前記二次電池は前記発電設備から給電を受けて蓄電することを特徴とする。
　発電設備としては、太陽電池、燃料電池、風車、火力発電設備、水力発電設備、原子力発電設備など、発電を行う設備であればいずれのものでもよく、自動車、自転車などに備えられる単なる発電機でもよい。発電所でなくとも、一般家庭に設置される発電設備でもよい。
　シート状電極の端部は容易に折れ曲がるなど物理的に弱い構造であるため、電極群を角型電池缶に挿入する際には上記端部を角型電池缶に当てないように注意が必要である。しかし、保持器とともに電極群を角型電池缶に挿入することにより、保持器が挿入ガイドの機能を果たすため、上記注意を必要とせず容易に電極群を角型電池缶に挿入できる。このため、製造を高速かつ容易にすることができる。
　上記保持器は絶縁性を有し、形成容易という点でプラスチック材料を用いて形成するのが望ましい。角型電池缶１と保持器との間に電解液を十分に蓄える空間を設ける必要があることから、保持器は電極群の電極を面で支える面部分により電極が角型電池缶１の角の丸み部分に進入しないようにするとともに、角型電池缶と接して上記面部分を支える支持部分は点で接する構造とするのが望ましい。
　また、電極群へ十分に電解液を浸透させるために、保持器それ自体に電解液を浸透させる機能があるものが望ましい。保持器に貫通穴を設けて当該浸透機能をもたせてもよい。
　上記支持部分は、はりのある絶縁性シートの端部を折り曲げて形成してもよいし、当初から上記面部分と複数の上記支持部分とを有するような型により成型してもよい。
　上記支持部分は半球形状としてもよい。半球形状の形成については、はりのあるシート状のプラスチック材に複数の凸部のある型を熱して押し当てる熱プレス成型により半球形状を複数形成した構造でもよい。または真空成型して上記半球形状を複数形成した構造でもよい。
　上記絶縁性補助シートは、電極群と角型電池缶との電気的絶縁をするためだけのものであるので、はりがあってもなくてもよい。
　上記二次電池を直列または並列に複数接続することにより、組電池を構成してもよい。
　本発明によれば、角型電池缶に継続的な振動が加えられた場合や、充放電が繰り返されることで電極が膨れ、電極群を固定するテープがゆるんだ場合においても、電極群の端部の各電極が角型電池缶の角部の丸みに沿って変形することが防止できるため、結果として故障が少なく、設計通りの性能を発揮する二次電池および同電池を用いた給電・蓄電システムを得ることができる。この効果は、積層型と巻回型のいずれの二次電池でも、例えば積層型リチウムイオン二次電池や巻回型リチウムイオン二次電池のいずれにおいても得られるものである。
本発明の第１の実施形態に係る積層型二次電池１０１の概略構成図であって、図１（ａ）は角型電池缶断面図であって、図１（ｂ）は内部構成斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る積層型二次電池１０２の概略構成断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る積層型二次電池１０３の概略構成断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る積層型二次電池１０４の保持器１３の概略構成図であって、図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）はＩＩ－ＩＩ線断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る積層型二次電池１０５の保持器１５の概略構成上面図である。 本発明の第６の実施形態に係る二次電池を用いた給電・蓄電システム概要図である。 本発明の前提技術に係る積層型二次電池の概略構成図であって、図７（ａ）は通常時の断面図であり、図７（ｂ）は積層ズレ時の断面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）の要部Ｉの拡大断面図である。
符号の説明
１…角型電池缶
１ａ…缶壁
１ｂ…缶平壁部
１ｃ…角部
２…シート状正極
３…シート状負極
４…絶縁性補助シート
５，１０，１１，１３，１５…保持器
５ａ…支持面部
５ｂ，１０ｂ…支持脚部
７…間隙
８…正極端子
９…負極端子
１２…補助支持脚部
１４…半球状部分
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５…積層型二次電池
１１５…家屋
１１６…配電盤
１１７…予備二次電池
１１８…制御ボックス
１１９…給電電力系統
１２０…発電設備
１２１…電気自動車
１２２…二次電池
Ｇ…電極群
発明を実施するための形態
　以下に、本発明の実施形態に係る二次電池について、図面を参照して説明する。本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
　（第１の実施形態）
　図１（a）、図１（b）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る積層型二次電池１０１における角型電池缶１の正極端子８、負極端子９が形成された面方向（以下、「第一の方向」という）での断面図および同電池缶の内部斜視図である。なお、図１（ｂ）では、各電極端子８、９の位置も示している。
　図１（ａ）に示すように、積層型二次電池１０１は、角型電池缶１と、電極群Ｇと、これら角型電池缶１と電極群Ｇとの間に設けられた第１絶縁性補助シート（第１絶縁性補助部材）４及び保持器５と、図示しない電解液とから概略構成される。
　電池缶１は、図１（ｂ）に示すように、缶壁１ａが箱状体を構成する角型のものであり、第一の方向の一方側における缶壁１ａに電極端子８、９が設けられている。
　この電池缶１は、図１（ａ）に示すように、第一の方向に直交する閉断面において、互いに交差する方向（後述の積層方向及び第二の方向）に伸びると共に、互いに隣接する二つの缶平壁部１ｂが曲率を持った角部１ｃを介して連続する構成とされている。
　アルミ等で成型された角型電池缶１の内部には、正極端子８に電気的に接続された略長方形のシート状正極２と負極端子９に電気的に接続された略長方形のシート状負極３とが図示しないセパレータを介して複数積層された電極群Ｇが収容されている。
　そして、角型電池缶１の各電極端子８、９が形成された面方向の断面長辺方向（以下、「第二の方向」という）から電極群を挟み込むように配置された２つの絶縁性補助シート４と、上記断面の短辺方向（以下、「積層方向」という）から電極群を挟み込むように配置された２つの保持器５が挿入される。
　言い換えれば、各シート状正極２の端部と各シート状負極３の端部とが連続してなる二つの積層端面２３が、２つの保持器５によって第二の方向に沿う方向から挟まれている。
これら二つの積層端面２３は、第二の方向において、それぞれ缶壁平部１ｂと間隙７を介して対向している。そして、この間隙７には、上述した図示しない電解液が蓄えられる。
　保持器５は、電極群Ｇの各シート状電極の端部、すなわち積層端面２３に接してこれらを支える面部分（支持面部５ａ）を有する。また、角型電池缶１に点で接する支持部分（支持脚部５ｂ）を２つ有する。支持脚部５ｂは、支持面部５ａの積層方向両端部から缶平壁部１ｂまで延出して、この缶平壁部１ｂと接している。
　この形状の保持器５では、１つのはりのある絶縁シートの両端を折り曲げることで、上記面部分と略くの字の上記支持部分が形成される。もちろん、当初より、上記面部分と、上記面部分と一体に形成され且つ上記断面の短辺で角型電池缶と接して上記面を支える上記断面短辺方向の形状が略くの字の上記支持部分を２つ有するように型成型してもよい。絶縁性を有しかつ形成容易の点で、保持器５はプラスチック樹脂で形成されることが望ましい。
　保持器５の上記支持面部５ａの上記積層方向の寸法は、上記積層方向の角型電池缶内法（うちのり）f と実質的の同じ寸法であることが望ましい。
　保持器５の角型電池缶１と接する箇所から上記支持面部５ａまでの垂直距離ｃは、上記断面の長辺方向（第二の方向）の電極面幅をa、上記断面長辺方向内法をb、保持器５の上記支持面部５ａの厚みをeとすると、
　c ≒ (b－2e－a)÷2
となるよう設計される。電極面幅aは電気容量を極力大きくするために、角型電池缶１の上記断面長辺方向の角の丸み部分（角部１ｃ）を除いた平らな面（缶平壁部１ｂ）の幅寸法とほぼ同一となるよう設計される。
　また、上記支持面部５ａの厚みeは電極群Ｇの各電極を支えるに十分なはりを有するように設計される。曲がり、たわみ等の変形困難な板状の厚みとしてもよい。
　さらに、保持器５を挟んで電極群の積層端面２３と角型電池缶1で形成される間隙７は電解液を十分に蓄えられる寸法とする必要がある。上記略くの字の支持脚部５ｂの体積が小さい方が電解液を蓄えられる量が多くできるため、角型電池缶１の端部から上記略くの字の支持脚部５ｂが角型電池缶１に接する箇所までの上記断面短辺方向（積層方向）の距離dは可能な限り短い方が望ましい。よって、上記断面短辺方向内法をf、角型電池缶１の上記断面短辺方向の角の丸み部分を除いた平らな面の幅寸法をgとすると、
　　(f－g)÷2 ≒ d  
と設計するのが望ましい。
　本構成によれば、保持器５の電極群Ｇを挟みこむ支持面部５ａが電極群Ｇを支え、さらに略くの字の支持脚部５ｂが上記支持面部５ａを支えることで、振動が生じた場合にも電極群端部の各シート状電極２、３が角型電池缶１の角の丸み部分に進入することが防止され、結果として電池の故障が防止できる。
　さらに、保持器５が電極群Ｇを角型電池缶１へ挿入する際に挿入ガイドの役割を果たすため、電極群を角型電池缶１に高速かつ安全に挿入することができる。よって、製造速度の改善を図ることができる。
　絶縁性補助シート４は、角型電池缶１と電極群Ｇとの電気的絶縁をするためだけのものであるので、はりのないもの、例えば絶縁性のプラスチック膜でもよい。
　保持器５ははりのある材料、厚みであることが少なくとも必要である。たわみや折れ曲がりの発生し難い変形困難な材料を用いてもよい。
　本第１の実施形態では、積層型の二次電池電極群を角型電池缶に封入する場合を示したが、巻回型の二次電池電極群を角型電池缶に封入する場合にも同様の効果が得られることはいうまでもない。二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池を対象とできる。
　　（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態に係る積層型二次電池１０２について、図２を参照して説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。なお、図１と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図２では、積層型二次電池１０２は、図１の保持器５と異なる保持器１０を有している。保持器１０は、電極群Ｇの各シート状電極を挟んで支える支持面部５ａと、この支持面部５ａと一体となっており且つ角型電池缶１の角部１ｃの丸み部分（内角）を埋めて角型電池缶１と接する２つの支持脚部１０ｂとを備えている。その点以外は、上記第１の実施形態と同様である。
　本構成では、保持器１０が角型電池缶１の角部１ｃの丸み部分を埋めて角型電池缶１と接する２つの支持脚部１０ｂを備え、この支持脚部１０ｂがそれぞれ２点で上記支持面部５ａを支えているので、図１の保持器５と異なり、電極群Ｇのシート状電極２、３が角型電池缶１の角部１ｃの丸み部分へ進入することをより強固に阻止することができる。
　　（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態に係る積層型二次電池１０３について、図３を参照して説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。なお、図１、図２と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図３では、積層型二次電池１０３は、図２の保持器１０の２つの支持脚部１０ｂの間に位置し、支持面部５ａから缶平壁部１ｂに延出してこの缶平壁部１ｂに接している板状の補助支持脚部１２をさらに備えた保持器１１を設けた構成としている。その点以外は、上記第１、第２の実施形態と同様である。
　本構成では、上記板状の補助支持脚部１２により、第２の実施形態よりも、電極群Ｇを支える保持器１１の支持面部５aをさらにしっかりと支えることができる。
　図３では、上記板状の補助支持脚部１２を角型電池缶１の断面短辺方向のほぼ中間の位置に１つだけ示しているが、電解液を十分に蓄えられる場合には、上記板状の補助支持脚部１２を複数形成して、よりしっかりと保持器１１の支持面部５aを支える構成としてもよい。
　　（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態に係る積層型二次電池１０４について、図４（a）、図４（ｂ）を参照して説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。なお、図１、図２および図３と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図４（a）は、保持器５、１０、１１と同様に角型電池缶１に配置される保持器１３の平面図である。図４（ｂ）は、保持器１３の半球状部分１４の頂点で角型電池缶の電極端子が設けられた面と平行に切断した場合の断面図、すなわちＩＩ－ＩＩ線断面図である。
　図示された保持器１３の上部が角型電池缶１の電極端子８、９が形成された面側に、その下部が角型電池缶１の底面側に配置される。
　保持器１３は、複数の半球状部分１４を備えている。半球状部分１４が角型電池缶１に接する支持脚部となる。その点以外は、上記第１の実施形態と同様である。
　複数の半球状部分１４のそれぞれは、はりのあるシート状のプラスチック材料に複数の凸部が整列して形成された金型を熱して押し当てる方法、すなわち熱プレス成型法により形成される。真空成型法を用いて同様に成型してもよい。
　本構成の保持器１３の形成の際、上記第１、第２および第３の実施形態と異なり、保持器５となる絶縁性シートの折り曲げ加工の工程や、保持器１０、保持器１１の形状をプラスチックで型成型する場合の型取り工程のような複雑な工程を必要としない。単に、シート状のプラスチック材料の片面から金型をプレスするだけで保持器１３が形成される。よって、製造工程が簡易になり、製造コストも低減できる。
　　（第５の実施形態）
　本発明の第５の実施形態に係る積層型二次電池１０５について、図５を参照して説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。なお、図１、図２、図３および図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
　図５は、保持器５、１０、１１、１３と同様に角型電池缶１に配置される保持器１５の平面図である。図５において保持器１５の上部が角型電池缶１の電極端子が形成された面側に、その下部が角型電池缶１の底面側に配置される。
　保持器１５は、複数の半球状部分１４が千鳥状に配置された点で、保持器１３と相違している。その点以外は、上記第４の実施形態と同様である。
　シート状電極２、３は図５の上下方向で支持面部５ａに当接して保持器１５により支えられることとなるが、この上下方向の半球状部分１４の数をそろえるように半球状部分１４が千鳥状に形成されている。半球状部分１４が形成されることで、保持器１５が電極群Ｇを面で支える支持面部５aには凹みが形成されることになるが、各シート状電極の上記凹み部分を除く上記面部分に当たる面積をそれぞれ略同一とできることで、各シート状電極と保持器１５間の圧力差をほぼ均一に緩和できる。よって、第４の実施形態における保持器１３よりも故障発生率低減の効果が期待できる。
　　（第６の実施形態）
　本発明の第６の実施形態に係る二次電池を利用した蓄電・給電システムについて、図６を参照して説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施できる。
　電気自動車１２１に搭載された二次電池１２２および家屋１１５外に配置された予備二次電池１１７は、上記第１から第５の実施形態で述べた本発明に係る二次電池である。
　まず、蓄電システムにつき説明する。風力発電、火力発電、水力発電、原子力発電、太陽電池、燃料電池等の発電設備１２０から発電された電力は、供給電力系統１１９を経由してユーザーの利用する制御ボックス１１８へ供給される。制御ボックス１１８でユーザーが切り替え操作することで、電気自動車１２１の駆動用電源である二次電池１２２、予備二次電池１１７、配電盤１１６のいずれかに発電設備１２０から送電された電力を供給する。予備二次電池１１７または電気自動車１２１の二次電池１２２は電力供給がなされると充電・蓄電を行う。災害等により発電設備１２０からの給電が停止した場合に予備電源とするため、予備二次電池１１７には充分な蓄電を行っておくのが望ましい。
昼間は配電盤１１６、夜間は予備二次電池１１７または電気自動車１２１の二次電池１２２へ電力供給するように制御ボックスをプログラム制御してもよい。
　次に給電システムにつき説明する。上記蓄電システムにより充電がなされた予備二次電池１１７は、制御ボックス１１８を介して家屋１１５内の配電盤１１６に電気的に接続されている。配電盤１１６は、家屋１１５内のプラグに接続されたエアコン、テレビ等の電化製品と電気的に接続されている。ユーザーは給電電力系統１１９からの電力を受けて家屋１１５内の電化製品を駆動するかまたは上記蓄電システムにより蓄電した予備二次電池１１７の電力を利用して電化製品を駆動するかを選択でき、この選択・切り替えを制御ボックス１１８により行う。
　制御ボックス１１８における切り替えにより、予備二次電池１１７が配電盤１１６に電気的に接続された場合には、予備二次電池１１７から配電盤１１６へ給電され、上記電化製品の駆動が可能となる。
　電気自動車１２１は、上記蓄電システムにより蓄電した二次電池１２２から車輪を駆動するモーターに給電することで、走行可能となる。電気自動車２１は電気モーターで車輪を駆動することが可能な自動車であればよく、ハイブリッド自動車でもよい。
　本発明に係る二次電池を利用した蓄電・給電システムでは、同二次電池において故障の一因である振動による角型電池缶内角部での積層ズレ及び電極曲がりを極力防止することができるので、振動の多い自動車における給電システムとしても、地震の多発国における給電・蓄電システムとしても、故障の少ない安定した動作が可能となる。

Claims (5)

  1. 　正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、
    　前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、
    　前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第１および第２の絶縁性補助シートと、
    　前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第１および第２の保持器とを有することを特徴とする二次電池。
  2. 　前記第１および第２の保持器の前記複数箇所で接する部位は、それぞれ半球状であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  3. 　前記保持器はプラスチック材料の熱プレス成型により形成されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
  4. 　正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、
    　前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、
    　前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第１および第２の絶縁性補助シートと、
    前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第１および第２の保持器とを備えた二次電池と、
    　車輪を駆動するモーターとを有し、
    　前記モーターは前記二次電池から給電を受けて駆動することを特徴とする電気自動車。
  5. 　正極端子および負極端子を備えた角型電池缶と、
    　前記角型電池缶内に配置され、前記正極端子に電気的に接続されたシート状正極及び前記負極端子に電気的に接続されたシート状負極がセパレータを介して積層された電極群と、
    　前記角型電池缶の前記正極端子および前記負極端子が形成された面の長辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置された第１および第２の絶縁性補助シートと、
    　前記面の短辺方向の前記角型電池缶内法と実質的に同一寸法の幅を前記面の短辺方向に備え、前記短辺側から前記電極群を挟んで対向する位置にそれぞれ配置され、且つ複数箇所で前記角型電池缶と接して前記電極群を支える第１および第２の保持器とを備えた二次電池と、
    　発電設備とを有し、
    前記二次電池は前記発電設備から給電を受けて蓄電することを特徴とする蓄電システム。
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