特開 2023-147014 電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147014

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/152 20210101AFI20231004BHJP

   H01M 50/159 20210101ALI20231004BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20231004BHJP

   H01M 50/534 20210101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

H01M50/152

H01M50/159

H01M50/548 201

H01M50/534

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054519

(22)【出願日】2022-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】筧 真一朗

【テーマコード（参考）】

5H011

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA01

5H011AA04

5H011CC06

5H011DD13

5H043AA02

5H043BA19

5H043CA03

5H043CA12

5H043DA03

5H043DA20

5H043EA06

5H043EA32

5H043EA39

5H043EA60

5H043HA17D

5H043HA17E

5H043JA13D

5H043JA13E

5H043KA11D

5H043KA11E

5H043LA21D

5H043LA21E

(57)【要約】

【課題】正極タブの破断の抑制が図られた電池を提供する。
【解決手段】 電池１においては、互いに平行な封口板１２の下面１２ａとタブ保持部５０の平行面部５０ａとの間に画成された保持空間Ｓに正極タブ２７の先端２７ａが配置されている。外部から衝撃を受けたときであっても、正極タブ２７の先端２７ａは保持空間Ｓ内に収まるため、正極タブ２７の先端２７ａは揺れ動きにくくなっている。そのため、封口板１２との溶接箇所において正極タブ２７が破断する事態が抑制されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻回芯と、該巻回芯の表面に取り付けられるとともに前記巻回芯に巻回されたセパレータと、該セパレータを介して重なるとともに前記巻回芯に巻回された正極板および負極板とを有する電極体と、
前記負極板の負極タブと電気的に接続される有底筒部と、該有底筒部の端部開口を塞ぐとともに前記正極板の正極タブと電気的に接続される封口板とを有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記封口板の主面に、該主面に対して所定距離だけ離間して平行に延在するとともに前記主面との間に前記正極ダブの先端が配置される平行面部と、該平行面部から前記主面に向けて延びる側壁部とを有するタブ保持部とを備える、電池。

【請求項2】

前記タブ保持部が金属で構成されている、請求項１に記載の電池。

【請求項3】

前記タブ保持部の前記平行面部と前記封口板の主面との重なり方向から、前記タブ保持部と前記正極タブの先端とがレーザ溶接されている、請求項２に記載の電池。

【請求項4】

前記タブ保持部が、前記封口板とは別体で設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池。

【請求項5】

前記タブ保持部が、前記封口板と一体に設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池。

【請求項6】

前記タブ保持部が、前記封口板の主面に接するフランジ部を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池。

【請求項7】

前記タブ保持部の平行面部が矩形状を有し、前記側壁部は前記平行面部の複数の辺から前記主面に向けて延びている、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、設置型の蓄電池が多数提案されている。蓄電池が一般家庭に普及することで、電力需給の安定化が期待される。蓄電池の一種として、コストに有利な金属缶を用いたリチウム二次電池が知られている。リチウム二次電池では、量産性の観点から、円筒状の外装体を用いられるのが一般的である。外装体の内部には、セパレータを介して正極板と負極板とが巻回芯に巻回された電極体が収容される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－２８３６０６号公報

【特許文献2】特開平９－９２３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したリチウム二次電池においては、外装体として、負極端子として機能する有底筒部の端部開口を、正極端子として機能する封口板で塞いだ構成が採用され得る。このような構成においては、正極板の正極タブが封口板に溶接により電気的に接続されるが、外部から衝撃を受けたときなどに正極タブが揺れ動きやすいため、溶接箇所において破断することが考えられる。発明者らは、鋭意研究の末、正極タブの破断を抑制することができる技術を新たに見出した。

【0005】

本発明の一側面は、正極タブの破断の抑制が図られた電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る電池は、巻回芯と、該巻回芯の表面に取り付けられるとともに巻回芯に巻回されたセパレータと、該セパレータを介して重なるとともに巻回芯に巻回された正極板および負極板とを有する電極体と、負極板の負極タブと電気的に接続される有底筒部と、該有底筒部の端部開口を塞ぐとともに正極板の正極タブと電気的に接続される封口板とを有し、電極体を収容する外装体と、封口板の主面に、該主面に対して所定距離だけ離間して平行に延在するとともに主面との間に正極ダブの先端が配置される平行面部と、該平行面部から主面に向けて延びる側壁部とを有するタブ保持部とを備える。

【0007】

上記電池においては、互いに平行な封口板の主面とタブ保持部の平行面部との間に、正極タブの先端が配置されている。そのため、外部から衝撃を受けたときなどに正極タブの先端が揺れ動きにくくなっており、正極タブが破断する事態が抑制されている。

【0008】

他の側面に係る電池では、タブ保持部が金属で構成されている。

【0009】

他の側面に係る電池では、タブ保持部の平行面部と封口板の主面との重なり方向から、タブ保持部と正極タブの先端とがレーザ溶接されている。

【0010】

他の側面に係る電池では、タブ保持部が、封口板とは別体で設けられている。

【0011】

他の側面に係る電池では、タブ保持部が、封口板と一体に設けられている。

【0012】

他の側面に係る電池では、タブ保持部が、封口板の主面に接するフランジ部を有する。

【0013】

他の側面に係る電池では、タブ保持部の平行面部が矩形状を有し、側壁部は平行面部の複数の辺から主面に向けて延びている。

【発明の効果】

【0014】

本発明の種々の側面によれば、正極タブの破断の抑制が図られた電池が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係る電池を示す概略断面図である。

【図2】図１に示した電池の電極体を示した斜視図である。

【図3】巻回芯に正極板および負極板が巻回される様子を示した図である。

【図4】正極タブが封口板に溶接された状態を示した図である。

【図5】封口板とガスケットとの重なりを示した図である。

【図6】異なる態様のガスケットを示した図である。

【図7】異なる態様のタブ保持部を示した図である。

【図8】異なる態様のタブ保持部を示した図である。

【図9】異なる態様のタブ保持部を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

【0017】

一実施形態に係る電池１について、図１を参照しつつ説明する。電池１は、蓄電池の一種であるリチウム二次電池である。電池１は、外装体１０と、外装体１０内に収容された電極体２０とを備えて構成されている。

【0018】

外装体１０は、両端部の開口が塞がれた円筒状の形状を有し、その外形は略円柱状である。外装体１０は、より詳しくは、円筒部１１と封口板１２とを備えて構成されている。円筒部１１は、金属で構成されており、有底円筒状の形状を有する有底筒部である。封口板１２は、金属で構成されており、略円板状の形状を有する。封口板１２は、外装体１０内が密閉されるように円筒部１１の端部開口を塞いでいる。円筒部１１と封口板１２とによって密閉された外装体１０の内部には電解液１３が充填されている。

【0019】

電極体２０は、略円柱状の外形を有し、外装体１０の延在方向に沿うようにして外装体１０内に収容されている。図２、３に示すように、電極体２０は、巻回芯２２とセパレータ２４と正極板２６と負極板２８とを備えて構成されている。

【0020】

巻回芯２２は、中空材で構成されている。巻回芯２２は絶縁材料で構成されており、たとえば樹脂で構成することができる。本実施形態において、巻回芯２２は円環状の断面を有する。巻回芯２２の両端部には、巻回芯２２の径より大径のフランジを設けてもよい。

【0021】

図３に示すように、巻回芯２２の外周面には２枚のセパレータ２４が取り付けられている。２枚のセパレータ２４は、いずれも矩形シート状を呈し、互いに重なるようにして巻回芯２２に巻回されている。２枚のセパレータ２４のそれぞれの端部は巻回芯２２の外周面に接しており、接着材によって巻回芯２２に接着されていてもよく、巻回芯２２に接着されていなくてもよい。２枚のセパレータ２４は、一方のセパレータ２４上には正極板２６が配置されるとともに他方のセパレータ２４上には負極板２８が配置された状態で、巻回芯２２に巻回されている。そのため、正極板２６と負極板２８とは、セパレータ２４を介して重なるようにして巻回芯２２に巻回されている。

【0022】

図１に示すように、電極体２０の上側には円板状の絶縁板３０Ａが配置されており、正極板２６の正極タブ２７は絶縁板３０Ａの上方まで引き延ばされている。正極タブ２７は、図４に示すように、正極端子として機能する封口板１２と電気的に接続されている。具体的には、正極タブ２７は、先端２７ａから所定距離だけ離れた溶接部２７ｂにおいて、封口板１２の下面１２ａ（主面）に溶接されている。正極タブ２７の先端２７ａは、タブ保持部５０に保持されている。

【0023】

タブ保持部５０は、図５に示すように、封口板１２に下面１２ａ側から重ねられた円環板状のガスケット５１に設けられている。本実施形態において、タブ保持部５０およびガスケット５１は金属で構成されている。タブ保持部５０は、封口板１２の下面１２ａに対して略平行に延在する平行面部５０ａと、平行面部５０ａから封口板１２の下面１２ａに向かって延びる３つの側壁部５０ｂ～５０ｄを有する。具体的には、平行面部５０ａは矩形状を有し、平行面部５０ａの３つの辺のそれぞれから封口板１２の下面１２ａに向かって側壁部５０ｂ～５０ｄが延びて下面１２ａに達している。ガスケット５１が封口板１２に重ねられた状態では、タブ保持部５０と封口板１２との間に保持空間Ｓが画成される。この保持空間Ｓに、正極タブ２７の先端２７ａが配置されている。正極タブ２７の先端２７ａは、タブ保持部５０に接合されていてもよく、接合されていなくてもよい。正極タブ２７の先端２７ａがタブ保持部５０に接合される場合には、たとえば、レーザ溶接、抵抗溶接、ロウ付け、ハンダ付けにより接合することができる。

【0024】

タブ保持部５０は、図６に示すように、ガスケット５１の主面に対して面一に構成され、平行面部５０ａに対して平行な底面部５０ｅを有する形態であってもよい。

【0025】

図１に戻って、電極体２０の下側にも円板状の絶縁板３０Ｂが配置されており、負極板２８の負極タブ２９は絶縁板３０Ｂの下方まで引き延ばされて、負極端子として機能する円筒部１１の底面に電気的に接続されている。

【0026】

封口板１２には、図１に示すようにガス弁４０が設けられている。ガス弁４０は、外装体１０の内圧に開閉するように構成されている。具体的には、ガス弁４０は、規定の内圧より低いときは閉じたままであり、その規定の内圧を超えたときには開いてガスを外部に排出する。

【0027】

上述した電池１においては、互いに平行な封口板１２の下面１２ａとタブ保持部５０の平行面部５０ａとの間に画成された保持空間Ｓに正極タブ２７の先端２７ａが配置されている。外部から衝撃を受けたときであっても、正極タブ２７の先端２７ａは保持空間Ｓ内に収まるため、正極タブ２７の先端２７ａは揺れ動きにくくなっている。そのため、封口板１２との溶接箇所において正極タブ２７が破断する事態が抑制されている。

【0028】

上述したタブ保持部５０は、上述した形態に限らず、様々な形態を採用することができる。

【0029】

たとえば、図７（ａ）～（ｄ）に示すように、平行面部５０ａから延びる側壁部の数は適宜変更することができる。図７（ａ）に示すように、平行面部５０ａの３つの辺のそれぞれから封口板１２の下面１２ａに向かって３つの側壁部５０ｂ～５０ｄが延びる形態であってもよい。図７（ｂ）に示すように、平行面部５０ａの対向する２つの辺のそれぞれから封口板１２の下面１２ａに向かって２つの側壁部５０ｂ、５０ｃが延びる形態であってもよい。図７（ｃ）に示すように、平行面部５０ａの隣り合う２つの辺のそれぞれから封口板１２の下面１２ａに向かって２つの側壁部５０ｂ、５０ｄが延びる形態であってもよい。図７（ｄ）に示すように、平行面部５０ａの１つの辺から封口板１２の下面１２ａに向かって側壁部５０ｄが延びる形態であってもよい。図７（ａ）～（ｄ）に示した形態のタブ保持部５０は、たとえば溶接（レーザ溶接、抵抗溶接等）によりガスケット５１に接合することができる。タブ保持部５０の構成材料は、腐食防止のためにガスケット５１の構成材料と電位を合わせた材料で構成することができ、たとえばアルミニウム同士の組合せ、アルミニウムとニッケルとの組合せ等を採用することができる。

【0030】

また、図８（ａ）～（ｄ）に示すように、タブ保持部５０の側壁部５０ｂ～５０ｄからフランジ部５２ｂ～５２ｄが延びていてもよい。各フランジ部５２ｂ～５２ｄは、ガスケット５１の主面に平行に延在するとともに主面に接している。図８（ａ）に示すように、３つの側壁部５０ｂ～５０ｄの下端部のそれぞれからフランジ部５２ｂ～５２ｄが延びる形態であってもよい。図８（ｂ）に示すように、２つの側壁部５０ｂ、５０ｃの下端部のそれぞれからフランジ部５２ｂ、５２ｃが延びる形態であってもよい。図８（ｃ）に示すように、２つの側壁部５０ｂ、５０ｄの下端部のそれぞれからフランジ部５２ｂ、５２ｄが延びる形態であってもよい。図８（ｄ）に示すように、側壁部５０ｄの下端部からフランジ部５２ｄが延びる形態であってもよい。図８（ａ）～（ｄ）に示した形態のタブ保持部５０は、フランジ部５２ｂ～５２ｄにおいて、たとえばロウ付けまたはハンダ付けによりガスケット５１に接合することができる。

【0031】

さらに、図９（ａ）～（ｄ）に示すように、タブ保持部５０は正極タブ２７の先端２７ａと溶接されていてもよい。より詳しくは、タブ保持部５０の平行面部５０ａと正極タブ２７の先端２７ａとは、タブ保持部５０の平行面部５０ａと封口板１２の下面１２ａとの重なり方向からレーザ溶接されていてもよい。この場合、正極タブ２７とタブ保持部５０との接続強度が高まるため、正極タブ２７の破断がより抑制される。加えて、正極タブ２７とタブ保持部５０との間の伝熱性が高まるため、放熱性の向上が図られる。なお、タブ保持部５０と正極タブ２７の先端２７ａとは、レーザ溶接に限らず、抵抗溶接、ロウ付け、ハンダ付けにより接合することができる。

【0032】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。たとえば、タブ保持部およびガスケットの構成材料は、金属に限らず、たとえば樹脂であってもよい。タブ保持部は、封口板に対して別体に設けられていてもよく、一体に設けられていてもよい。

【符号の説明】

【0033】

１…電池、１０…外装体、１１…円筒部、１２…封口板、２０…電極体、２２…巻回芯、２４…セパレータ、２６…正極板、２８…負極板、５０…タブ保持部、５０ａ…平行面部、５０ｂ～５０ｄ…側壁部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】