(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0010】
≪実施例1≫
図1は、角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池100は、電池缶1および蓋6を備える。電池缶1と蓋6は、例えばアルミニウム合金などの金属材料からなり、深絞り加工及びプレス加工を施すことによって形成される。
【0011】
電池缶1内には、捲回電極群3(
図2を参照)が内蔵され、電池缶1の開口部1aが蓋6によって封口されている。蓋6は略矩形平板状であって、電池缶1の開口部1aを塞ぐように溶接されて電池缶1が封止されている。蓋6には、インサート成形により絶縁部材5によって蓋6に固定された正極出力部14と、負極出力部12が設けられている。正極出力部14と負極出力部12を介して捲回電極群3に充電され、また外部負荷に電力が供給される。蓋6には、ガス排出弁10が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁10が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池100の安全性が確保される。
【0012】
角形二次電池100の電池缶1は、長方形の底面1dと、底面1dの一対の長辺から立ち上がる幅広面1bと、底面1dの一対の短辺から立ち上がる幅狭面1cと、これら幅広面1b及び幅狭面1cの上端で上方に向かって開放された開口部1aとを有している。電池缶1内には、絶縁保護フィルム2を介して捲回電極群3が収容されている。
【0013】
捲回電極群3は、帯状の電極が扁平形状に捲回されて構成されており、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部と、これら一対の湾曲部の間に連続して形成される平面部とを有している。捲回電極群3は、捲回軸方向が電池缶1の横幅方向に沿うように、一方の湾曲部側から電池缶1内に挿入されて底面1dと対向し、他方の湾曲部側が開口部1a側に配置される。
【0014】
捲回電極群3の正極箔露出部34cは、正極集電板44を介して蓋6に設けられた正極出力部14と電気的に接続されている。また、捲回電極群3の負極箔露出部32cは、負極集電板24を介して蓋6に設けられた負極出力部12と電気的に接続されている。これにより、正極集電板44および負極集電板24を介して捲回電極群3から外部負荷へ電力が供給され、正極集電板44および負極集電板24を介して捲回電極群3へ外部発電電力が供給され充電される。
【0015】
正極集電板44と負極集電板24、及び、正極外部端子14と負極外部端子12を、それぞれ電池蓋6から電気的に絶縁するために、ガスケット5および絶縁板7が電池蓋6に設けられている。また、注液口9から電池缶1内に電解液を注入した後、電池蓋6に注液栓11をレーザ溶接により接合して注液口9を封止し、扁平捲回形二次電池100を密閉する。
【0016】
ここで、正極集電板44の形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極集電板24の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、絶縁部材5の形成素材としては、例えばポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。
【0017】
また、電池蓋6には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔9が穿設されており、この注液孔9は、電解液を電池容器内に注入した後に注液栓11によって封止される。ここで、電池容器内に注入される電解液としては、例えばエチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に6フッ化リン酸リチウム(LiPF
6)等のリチウム塩が溶解された非水電解液を適用することができる。
【0018】
正極外部端子14、負極外部端子12は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、ガスケット5よりも上方で電池蓋6の外面と平行に配置される平坦面を有しており、かかる平坦面にバスバー等が接面されて溶接接合されるようになっている。
【0019】
正極集電板44、負極集電板24は、電池缶1の幅広面に沿って底面側に向かって延出し、捲回電極群3の正極箔露出部34c、負極箔露出部32cに対向して重ね合わされた状態で接続される正極側接続端部42、負極側接続端部22を有している。
捲回電極群3の扁平面に沿う方向でかつ捲回電極群3の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として捲回電極群3の周囲には絶縁保護フィルム2が巻き付けられている。絶縁保護フィルム2は、例えばPP(ポリプロピレン)などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、捲回電極群3の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けることができる長さを有している。
【0020】
図2は、捲回電極群の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
捲回電極群3は、負極電極32と正極電極34を間にセパレータ33、35を介して扁平状に捲回することによって構成されている。捲回電極群3は、最外周の電極が負極電極32であり、さらにその外側にセパレータ33、35が捲回される。セパレータ33、35は、正極電極34と負極電極32との間を絶縁する役割を有している。
【0021】
負極電極32の負極合剤層32bが塗布された部分は、正極電極34の正極合剤層34bが塗布された部分よりも幅方向に大きく、これにより正極合剤層34bが塗布された部分は、必ず負極合剤層32bが塗布された部分に挟まれるように構成されている。正極箔露出部34c、負極箔露出部32cは、平面部分で束ねられて溶接等により接続される。尚、セパレータ33、35は幅方向で負極合剤層32bが塗布された部分よりも広いが、正極箔露出部34c、負極箔露出部32cで端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。
【0022】
正極電極34は、正極集電体である正極箔の両面に正極活物質合剤を有し、正極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極箔露出部34cが設けられている。負極電極32は、負極集電体である負極箔の両面に負極活物質合剤を有し、負極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極箔露出部32cが設けられている。正極箔露出部34cと負極箔露出部32cは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回軸方向の一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。
【0023】
負極電極32に関しては、負極活物質として非晶質炭素粉末100重量部に対して、結着剤として10重量部のポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFという。)を添加し、これに分散溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMPという。)を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ10μmの銅箔(負極箔)の両面に溶接部(負極未塗工部)を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ70μmの負極電極32を得た。
【0024】
尚、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やSiやSnなどの化合物(例えば、SiO、TiSi
2等)、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。
【0025】
正極電極34に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム(化学式LiMn
2O
4)100重量部に対し、導電材として10重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として10重量部のPVDFとを添加し、これに分散溶媒としてNMPを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔(正極箔)の両面に溶接部(正極未塗工部)を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ90μmの正極電極31を得た。
【0026】
また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。
【0027】
また、本実施形態では、正極電極、負極電極における塗工部の結着剤としてPVDFを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。
【0028】
また、軸芯としては例えば、正極箔、負極箔、セパレータ33、35のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。
【0029】
図3は、実施例1におけるかしめ時の模式断面図を示している。なお、本実施形態では代表として負極側について説明するが、当然正極側であったとしても本実施形態を適用することは可能である。
【0030】
図3に示す模式断面図は、かしめ前の部品を重ね合わせた状態を
図3(a)、重ね合わせた状態でガスケット5を圧縮荷重110で押圧した状態を
図3(b)、圧縮荷重110で押圧した状態で接続端子12aの端部をテーパー状に押し広げた状態の
図3(c)、テーパー状に押し広げた負極接続部仮かしめ12aaを目的の形状である負極接続部かしめ12aaaにかしめ成形した状態の
図3(d)である。このような構造にすることによって、ガスケット5には電池蓋突起部6aによって作られる幅狭部55aと、絶縁板突起部7aaと接続端子12aと電池蓋6とで作られる幅狭部55bが設けられる。
【0031】
図3(a)に示す電池蓋突起部6aと絶縁板突起部7aaが、
図3(b)に示す状態で、ガスケット5の対向する位置において、それぞれ、電池蓋突起部圧縮荷重110bと絶縁板突起部圧縮荷重110aを発生させる。
【0032】
図3(b)に示す圧縮荷重110が加わっている状態で、
図3(c)に表すように、接続端子12aの端部を例えば図示しない90°のテーパー形状のポンチによって、テーパー状に押し広げることで、接続端子12aの端部に負極接続部仮かしめ12aaを形成しガスケット5aを圧縮状態で保持させる。
【0033】
図3(c)に示す負極接続端子仮かしめ12aaを、
図3(d)に示すように、例えば図示しないドーム形状のポンチによって、目的の形状である負極接続部12aaaにかしめ成形する。ガスケット肉だまりa部5aは圧縮状態で接続端子12aとの接触面及び電池蓋突起部6aとの接触面にて面圧を発生させるが、電池蓋テーパー部6bは、負極接続部12aの軸の向きに電池蓋テーパー部圧縮荷重110dを発生させることを可能とするテーパー角度に成形されている。電池蓋テーパー部6bは、該圧縮荷重110dを長期的に安定して発生させることで、長期的なシール性の担保が可能となる。
なお、
図6に示すように突起部6aは、テーパー部6bから離間された位置に配置されていてもよい。
以上、本実施例について簡単にまとめる。本実施例では、蓄電要素(3)と、蓄電要素(3)と接続される集電板(24、44)と、蓄電要素(3)および集電板(24、44)とを収納し、開口(1a)が設けられた電池容器(1)と、電池容器(1)の開口(1a)を塞ぎ、外部端子(12、14)が配置された蓋と、外部端子(12、14)と集電板(24、44)とを接続する接続端子(12a、14a)と、を備え、接続端子(12a、14a)の軸の周りにはガスケット(5)を有し、ガスケット(5)には一対の幅狭部(55a、55b)が設けられ、蓋(6)には、一対の幅狭部間に配置されたテーパー部(6b)が設けられる。このような構造にすることによって、一対の幅狭部にガスケットの肉を集めたうえで、その肉を接続端子(12a、14a)に押圧できるため、軸部でのシールを長期的に実現することができる。したがって、シール性の低下による接続端子12a、14aからのリークがなくすことができる。
また、本実施例では、テーパー部(6b)は蓋(6)側に設けられ、一対の幅狭部(55a、55b)のうち、一方側の幅狭部(55a)に対応する位置には、蓋(6)から突出した突起部(6a)が形成される。
また、本実施例では、突起部(6a)はテーパー部(6b)から離間して設けられる。
【0034】
≪実施例2≫
続いて実施例2について説明する。実施例2が実施例1と異なる点は、電池蓋6のテーパー部6bの外部端子側端部が、電池蓋6の接続端子12aを挿通する開口部の端部をなしている点である(実施例1ではテーパー部6bからつながる平坦部があった。)。
図4は、実施例2におけるかしめ後の模式断面図を示している。実施例1と同様に、部品を重ね合わせた状態からガスケット5を圧縮荷重110で押圧した状態で負極接続部仮かしめ12aaを成形、最終的に負極接続部かしめ12aaaを成形するかしめ工程を行う。
【0035】
ガスケット肉だまりa部5aは圧縮状態で接続端子12aとの接触面及び電池蓋突起部6aとの接触面にて面圧を発生させるが、実施例1と同様に、電池蓋テーパー部6bは、負極接続部12aの軸の向きに電池蓋テーパー部圧縮荷重110dを発生させることを可能とするテーパ角度に成形されている。電池蓋テーパー部6bは、該圧縮荷重110dを長期的に安定して発生させることで、長期的なシール性の担保が可能となる。
以上、本実施例についてまとめる。本実施例では、一対の幅狭部(55a、55b)のうち、他方側の幅狭部(55b)に対応する位置には、テーパー部(6b)の端部が形成されることを特徴とする。このような構成にすることによって、より広い領域でガスケット肉だまりa部5aを押すことができるため、より信頼性が高くなる。
【0036】
≪実施例3≫
続いて実施例3について説明する。実施例3が実施例1と異なる点は、電池蓋6のテーパー部6bと電池蓋6の突起部6aが連続して設けられている点である。
図5は、実施例3におけるかしめ後の模式断面図を示している。実施例1及び2と同様に、部品を重ね合わせた状態からガスケット5を圧縮荷重110で押圧した状態で負極接続部仮かしめ12aaを成形、最終的に負極接続部かしめ12aaaを成形するかしめ工程を行う。
【0037】
本実施例では蓋に設けたテーパー部から連続して突起6aを設けることで、かしめによるガスケット5の押圧によるガスケット5がテーパー部に面するガスケット肉だまりa部5aへ流動し易くなり、且つガスケット肉だまりb部5bへのガスケット5の肉逃げを防止することが可能となる。実施例1及び2と同様、電池蓋テーパー部6bは、負極接続部12aの軸の向きに電池蓋テーパ部圧縮荷重110dを発生させることを可能とするテーパー角度に成形されている。電池蓋テーパー部6bは、該圧縮荷重110dを長期的に安定して発生させることで、長期的なシール性の担保が可能となる。
以上、本実施例についてまとめる。本実施例では、突起部(6a)はテーパー部(6b)から連続して設けられることを特徴とする。このような構成にすることによって、ガスケット5がテーパー部に面するガスケット肉だまりa部5aへ流動し易くなり、且つガスケット肉だまりb部5bへのガスケット5の肉逃げを防止することが可能となる。
【0038】
≪実施例4≫
続いて実施例4について説明する。実施例4が実施例1と異なる点は、集電板24側に突起部24aを設けた点である。
図7は、実施例4におけるかしめ後の模式断面図を示している。実施例1及び2と同様に、部品を重ね合わせた状態からガスケット5を圧縮荷重110で押圧した状態で負極接続部仮かしめ12aaを成形、最終的に負極接続部かしめ12aaaを成形するかしめ工程を行う。
【0039】
集電板24に突起24aを設けることで、かしめによるガスケット5の押圧によってガスケット5が軸方向へ流動し、且つガスケット肉だまりb部5bへのガスケット5の肉逃げを防止することが可能となる。また、その効果は
図6に示す離間部6cを蓋に有した構造と同様に得られる。実施例1及び2と同様、電池蓋テーパー部6bは、負極接続部12aの軸の向きに電池蓋テーパ部圧縮荷重110dを発生させることを可能とするテーパー角度に成形されている。電池蓋テーパー部6bは、該圧縮荷重110dを長期的に安定して発生させることで、長期的なシール性の担保が可能となる。
以上、本実施例について簡単にまとめる。本実施例では、一対の幅狭部(55a、55b)のうち、一方側の幅狭部(55a、55b)に対応する位置には、集電板(24、44)から突出した突起部が形成されることを特徴とする。このような構成とした場合であっても、実施例1と同様の効果を達成することができる。
【0040】
≪実施例5≫
続いて実施例5について説明する。実施例5が実施例1と異なる点は、テーパー部6bが対向する位置であって、集電板24側に突起部24aを設けた点である。
図8は、実施例5におけるかしめ後の模式断面図を示している。実施例1及び2と同様に、部品を重ね合わせた状態からガスケット5を圧縮荷重110で押圧した状態で負極接続部仮かしめ12aaを成形、最終的に負極接続部かしめ12aaaを成形するかしめ工程を行う。
【0041】
ガスケット肉だまりa部5aは、負極集電板テーパー部対向突起部24bによる圧縮量の増加分によって、実施例1及び2よりも高い圧縮状態で接続端子12aとの接触面及び電池蓋突起部6aとの接触面及び負極集電板テーパー部突起部24bとの接触面で面圧を発生させている。実施例1及び2と同様、電池蓋テーパー部6bは、負極接続部12aの軸の向きに電池蓋テーパ部圧縮荷重110dを発生させることを可能とするテーパー角度に成形されている。電池蓋テーパー部6bは、該圧縮荷重110dを長期的に安定して発生させることで、長期的なシール性の担保が可能となる。
以上、本実施例について簡単にまとめる。本実施例では、テーパー部が対向する前記集電板部に突起部が設けられていることを特徴とする。このような構造にすることによって、集電板テーパー部対向突起部による圧縮量の増加分によって、実施例1及び2よりも高い圧縮状態で接続端子の接触面及び電池蓋突起部との接触面及び集電板テーパー部突起部との接触面で面圧を発生させることができ、さらなる長期的なシール性の担保が可能となる。
【0042】
≪実施例6≫
続いて実施例6について説明する。実施例6が実施例1と異なる点は、接続端子12a、14aの軸部の集電板24側の部分を太くして実施例5と同様の効果を狙った点である。
図9は、実施例6におけるかしめ後の模式断面図を示している。実施例1、2及び3と同様に、部品を重ね合わせた状態からガスケット5を圧縮荷重110で押圧した状態で負極接続部仮かしめ12aaを成形、最終的に負極接続部かしめ12aaaを成形するかしめ工程を行う。
【0043】
ガスケット肉だまりa5aは、電池蓋テーパー部6bが対向するに負極接続部12aの外径B部12acが、その他の外径A部12abよりも大きいことによる圧縮量の増加分によって、実施例1及び2よりも高い圧縮状態で接続端子12aとの接触面及び電池蓋突起部6aとの接触面及び負極集電板突起部24aとの接触面で面圧を発生させている。実施例1及び2と同様、電池蓋テーパー部6bは、負極接続部12aの軸の向きに電池蓋テーパ部圧縮面圧110dを発生させることを可能とするテーパー角度に成形されている。電池蓋テーパー部6bは、該圧縮面圧110dを長期的に安定して発生させることで、長期的なシール性の担保が可能となる。
以上、実施例について簡単にまとめる。本実施例では、テーパー部(6b)が対向する接続端子の径(12ac)が他の径(12ab)よりも大きいことを特徴とする。接続端子12a、14aの一部の軸部を大きくすることによって、実施例5と同様の効果(ガスケット5の圧縮量の増加分による長期的なシール性能向上)を得ることができる。
【0044】
実施例1、2、3、4、5、6では、負極側の構成のみを示したが、本実施形態は、負極側に限定するものではなく、正極側と負極側の少なくとも一方がかかる構成を有していればよく、本実施例では正極側も負極側と同様の構成を有している。
また、実施例ではテーパー形状を例にして説明したが、R形状でも良く、本願が解決しようとする課題に対しては同様に解決することが可能である。
また、いずれの実施例の場合であってもテーパー部6bが対向する接続端子12a、14aの軸部に転造や切削により凹凸を設けてもよい。このような構成にすることによって、より長期的なシール性能を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の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。