(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、負極と、前記正極と前記負極間に介在されるセパレータとを含んだ電池シートを発電要素芯に捲いて形成した発電要素群と、
前記発電要素群を収納するための扁平直方体状の電池缶と、
前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、
前記発電要素群を前記電池蓋に吊持する吊持部材とを備え、
前記発電要素芯には、前記電池缶の対向する内面に向かって突出する芯延長部が設けられ、前記芯延長部は前記内面に接していることを特徴とする角型二次電池。
【請求項２】
正極と、負極と、前記正極と前記負極間に介在されるセパレータとを含んだ電池シートを、発電要素芯に捲いて形成した発電要素群と、
前記発電要素群を収納するための扁平直方体状の電池缶と、
前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、
前記発電要素群を前記電池蓋に吊持する吊持部材とを備え、
前記発電要素芯には、前記電池缶の対向する内面に向かって突出する芯延長部が設けられ、前記内面には、前記芯延長部に係合するガイドが設けられていることを特徴とする角型二次電池。
【請求項３】
請求項２記載の角型二次電池において、
前記ガイドには、前記電池缶の底面に直交する方向に延びる溝が形成され、前記芯延長部は前記溝に係合されていることを特徴とする角型二次電池。
【請求項４】
請求項３記載の角型二次電池において、
前記溝はＴ字状であり、前記芯延長部は前記Ｔ字状と相補形状に形成されていることを特徴とする角型二次電池。
【請求項５】
請求項２記載の角型二次電池において、
前記ガイドには穴が形成され、前記芯延長部は前記穴に係合されていることを特徴とする角型二次電池。
【請求項６】
請求項１記載の角型二次電池において、
前記発電要素群の表面には、前記電池缶内面と前記表面との隙間を埋める振動止めフィルムが設けられていることを特徴とする角型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電要素群を蓋によって支持する構造の角型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両駆動用二次電池の構造としては、発電要素群となる正極、負極双方のシートと、正負極板間の絶縁用のセパレータと電解液とが、金属製や樹脂製の密閉角型容器に収容され、発電要素群の両極とそれぞれ接続された外部端子を設けたものが広く知られている。
【０００３】
従来の角型二次電池は、発電要素群を、正負極電極板を介して電池蓋によって機械的に吊持し、かつ、正負極電極板を電池蓋に対して電気的に絶縁している（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０４７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の角型二次電池は、外部からの振動により、発電要素群が、電池蓋と正負極電極板接合部を支点にブランコのように振動する。その結果、二次電池の寿命に影響を及ぼすおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）請求項１の発明による角型二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極間に介在されるセパレータとを含んだ電池シートを発電要素芯に捲いて形成した発電要素群と、前記発電要素群を収納するための扁平直方体状の電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、前記発電要素群を前記電池蓋に吊持する吊持部材とを備え、前記発電要素芯には、前記電池缶の対向する内面に向かって突出する芯延長部が設けられ、前記芯延長部は前記内面に接していることを特徴とする。
（２）請求項２の発明による角型二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極間に介在されるセパレータとを含んだ電池シートを、発電要素芯に捲いて形成した発電要素群と、前記発電要素群を収納するための扁平直方体状の電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、前記発電要素群を前記電池蓋に吊持する吊持部材とを備え、前記発電要素芯には、前記電池缶の対向する内面に向かって突出する芯延長部が設けられ、前記内面には、前記芯延長部に係合するガイドが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、二次電池に作用する振動が電池寿命に影響を及ぼすおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による角型二次電池の第１実施形態を示す透視斜視図。
【図２】図１における発電要素群のための正極電極を示す斜視図。
【図３】図１における発電要素群のための負極電極を示す斜視図。
【図４】図１における発電要素群のための電池シートを示す斜視図。
【図５】図１における発電要素群のための発電要素芯を示す斜視図。
【図６】図１における発電要素群を示す分解斜視図。
【図７】図１における発電要素群と正負極接続板との接続状態を示す斜視図。
【図８】図７の構成に電池蓋を接続した電池内構造を示す斜視図。
【図９】本発明による角型二次電池の第２実施形態における電池缶およびガイドを示す斜視図。
【図１０】第２実施形態の発電要素芯を示す斜視図。
【図１１】本発明による角型二次電池の第３実施形態における電池缶およびガイドを示す平面図。
【図１２】第３実施形態の発電要素芯を示す斜視図。
【図１３】本発明による角型二次電池の第４実施形態におけるガイドを示す平面図。
【図１４】第４実施形態における電池缶およびガイドを示す横断面図。
【図１５】本発明による角型二次電池の第５実施形態を示す透視斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明による角型二次電池の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
［第１実施形態］
図１に示すように、角型二次電池は、一端に開口部１９Ｍを有する扁平直方体状の電池缶１９と、電池缶１９内に収納された発電要素群１０と、開口部１９Ｍを封止する電池蓋１４とを備える。電池缶１９は、開口部１９Ｍと対向する底面１９Ｒｍと、表裏で対向する一対の幅広面１９ＲＭと、左右で対向する一対の幅狭面１９Ｓとにより扁平直方体形状の容器を形成している。
【００１１】
発電要素群１０は、電池缶１９の底面１９Ｒｍおよび幅広面１９ＲＭに平行な捲回軸を有する発電要素芯８と、その外周りに捲回された正負極電極１ａ、４ａ（図２、図３）とを備えている。発電要素群１０は捲回厚さが圧縮され、電池缶１９に対応した扁平形状である。
【００１２】
発電要素群１０には、正負極電極板１１、１２が溶接部１３において溶接され、正負極電極板１１、１２は、電気絶縁体１５を介して、電池蓋１４に取り付けられている。正極電極板１１、電気絶縁体１５には、正極電極端子１７が挿通され、負極電極板１２、電気絶縁体１５には、負極電極端子１８が挿通されており、正負極電極端子１７、１８は電池蓋１４の両面から、電気絶縁体１５を介してナット１６によって締め付けされている。
【００１３】
このような構成を採用した二次電池において、発電要素群１０は、正負極電極板１１、１２を介して電池蓋１４によって機械的に吊持され、かつ、正負極電極板１１、１２は電池蓋１４に対して電気的に絶縁されている。
【００１４】
発電要素芯８には、捲回軸方向両端部に芯延長部９が設けられ、各芯延長部９は左右の側面１９Ｓの内面に密着している。これによって、発電要素群１０の振動が抑制される。
【００１５】
［製造方法］
本実施形態の角型二次電池は、以下の工程によって製造される。
【００１６】
［正極電極形成工程］
図２に示すように、まず、アルミニウム薄膜の正極材料１の両面の一部に活物質２を塗布して正極電極１ａを形成し、塗布されていない領域を、正極活物質未塗布領域３とする。
なお、図２は、正極電極１ａの構造を説明するための図であり、正極電極１ａは長尺シートとして形成されている。
【００１７】
［負極電極形成工程］
図３に示すように、銅薄膜の負極材料４に活物質５を塗布して、負極電極４ａを形成し、塗布されていない領域を負極活物質未塗布領域６とする。
なお、図３は、負極電極４ａの構造を説明するための図であり、負極電極４ａは長尺シートとして形成されている。
【００１８】
［電池シート作成工程］
図４に示すように、正極電極１ａ、負極電極４ａをセパレータ７で挟み電池シート２３を作製する。図４も図２や図３と同様に、電池シート２３の構造を説明するための図であり、電池シート２３は長尺シートとして形成されている。図４の符号Ｗは電池シート２３の幅を表し、電池シート２３は幅Ｗの長尺シートである。また、幅Ｗは、電池缶１９の幅広面１９ＲＭの幅、換言すると側面１９Ｓ間の距離よりも短い寸法である。
【００１９】
［発電要素群作成工程］
図５に示すように、発電要素芯８は、絶縁性の素材で製作された平板を工字状に形成して構成されている。発電要素芯８は、電池シート２３の幅Ｗ（図４）と略等しく捲回軸方向に延びる長さＬの短片部８Ａと、短片部８Ａの反対側の長片部８Ｂとを備える。短片部８Ａと長片部８Ｂは、短片部８Ａの長さよりも幅狭の連結部８Ｃによって連結され、芯延長部９は長片部８Ｂの両端に設けられている。
【００２０】
図６に示すように、発電要素芯８の短片部８Ａおよび長片部８Ｂの外側を廻るように電池シート２３を芯８に巻き付けることによって発電要素群１０を製作する。各芯延長部９は電池シート２３の端面から捲回軸の左右方向に突出している。長片部８Ｂの長さは、電池缶１９の左右の側面１９Ｓの間の寸法に等しく形成されている。したがって、発電要素群１０が電池缶１９内に収納されたとき、芯延長部９の両端面が左右の側面１９Ｓの内面に密着するように、長片部８Ｂの長さが設定されている。
【００２１】
［電池内構造形成工程］
図７に示すように、発電要素群１０の正極活物質未塗布領域３、負極活物質未塗布領域６と、正極電極板１１、負極電極板１２とを超音波溶接により溶接接続１３において溶着する。
【００２２】
さらに、図８に示すように、正極電極板１１と正極電極端子１７とを、また、負極電極板１２と負極電極端子１８とを電気絶縁体１５を介しつつナット１６によってそれぞれ連結し、正負極電極板１１、１２を電池蓋１４に固定する。これによって、発電要素群１０を、電池蓋１４によって吊持した電池内構造２４が形成される。
【００２３】
［二次電池完成工程］
発電要素群１０を開口部１９Ｍから電池缶１９内に収納する。このとき、芯延長部９の端面が側面１９Ｓの内面に接しながら発電要素群１０を底面１９Ｒｍに向けて挿入する。電池蓋１４をレーザービーム溶接によって電池缶１９に溶着することにより開口部１９Ｍを封止する。電池缶１９内に電解液（図示省略）を注液口から注入する。注液口をその後、封止する。
【００２４】
発電要素群１０の振動は、発電要素群１０と電池缶１９の間に隙間が存在するために起こるものであり、左右に延在する芯延長部９が電池缶１９の左右側面１９Ｓの内面に密着されているので、電池缶１９の幅広方向の発電要素群１０の振動を抑制することができる。
【００２５】
なお、側面１９Ｓに沿った電池缶奥行き方向の振動については、芯延長部９の端面と側面１９Ｓの内面との摩擦により抑制される。
【００２６】
また、芯８は絶縁性材料で製作されているから、芯８は電池シート２３と絶縁されている。金属製材料で製作した電池缶１９が正負いずれかの電位を持つ場合でも、電池缶１９と芯８は絶縁されるので、電気的に支障を来すこともない。
【００２７】
［第２実施形態］
本発明による角型二次電池の第２実施形態を、図９を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、相違点を主に説明する。
【００２８】
第２実施形態は、第１実施形態の構成に加え、芯延長部９を支持するガイド２０を設けたものである。ガイド２０の素材は絶縁性材料でも、導電性材料でもよいが、芯８を導電性材料で製作する場合は、ガイド２０を絶縁性材料で製作する必要がある。この場合、金属製の芯８は正極部材１ａ，４ａで絶縁される。
【００２９】
図９に示すように、角型二次電池の電池缶１９には、側面１９Ｓの内側に、側面１９Ｓの略全長に渡ってガイド２０が挿入されている。ガイド２０には、側面１９Ｓの幅方向略中央で、底面１９Ｒｍに直交する方向に延びる溝２５が形成され、溝２５内には、芯延長部９が挿入される。
【００３０】
溝２５は断面長方形状であり、その両端部は開放されている。これによって、芯延長部９を、開口部１９Ｍ側から挿入することができ、電池内構造２４の組み立てが容易である。
【００３１】
芯延長部９は溝２５の底面２５Ｂに密着し、第１実施形態と同様に、側面１９Ｓに直交する方向について振動が抑制される。さらに、溝２５は、幅広面１９ＲＭと直交する電池缶奥行き方向についても芯延長部９の振動を抑制する。
【００３２】
なお、芯延長部９が溝２５に係合することによって発電要素群１０ひいては電池内構造２４の振動が抑制されるので、ガイド２０、すなわち溝２５の最小延在長さは、芯延長部９が係合する範囲、換言すると、芯延長部９の電池缶深さ方向の寸法でよい。第２実施の形態では、図９に示すように、ガイド２０は、電池缶１９の底部、すなわち、底面１９Ｒｍまで延在していない。
【００３３】
ただし、図９に示すように、ガイド２０を開口部１９Ｍまで延在させると、電池内構造２４を電池缶１９内に収容する際の作業性が良い。
【００３４】
［第３実施形態］
本発明による角型二次電池の第３実施形態を、図１１、図１２を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、相違点を主に説明する。
【００３５】
第３実施形態は、第２実施形態における断面長方形状の溝を、断面Ｔ字状とし、芯延長部９の形状をＴ字状としたものである。
【００３６】
図１２に示すように、発電要素芯８は、１対の長片部８Ｂを連結部８Ｃで連結してなり、各長片部８Ｂの先端には、Ｔ字状の芯延長部９Ｔが設けられている。
【００３７】
図１１に示すように、電池缶１９には、側面１９Ｓの内側にガイド２１が挿入されている。ガイド２１には、側面１９Ｓの幅方向略中央で底面１９Ｒｍに直交する方向に延びる溝２８が形成され、溝２８内には、芯延長部９Ｔが嵌入される。溝２８は断面Ｔ字状である。
【００３８】
断面Ｔ字状の溝２８と、Ｔ字状の芯延長部９Ｔとの嵌合によって、発電要素群１０は、側面１９Ｓに直交する方向の振動が抑制される。また、溝２８は、幅広面１９ＲＭと直交する電池缶奥行き方向についても芯延長部９の振動を抑制する。
【００３９】
第２実施形態同様、溝２８は、開口部１９Ｍ側の端部が開放されており、芯延長部９Ｔを開口部１９Ｍ側から挿入することができる。従って、電池内構造２４の組み立てが容易である。
第３実施形態は、第２実施形態の効果に加え、側面１９Ｓに直交する方向の振動抑制効果を向上するという効果が得られる。
【００４０】
［第４実施形態］
本発明による角型二次電池の第４実施形態を、図１３、図１４を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、相違点を主に説明する。
【００４１】
第４実施形態は、第２実施形態の溝２５を設けたガイド２０に代えて、芯延長部９の端部が挿入される孔２７を設けたガイド２６を使用するものである。
【００４２】
図１３、図１４に示すように、側面１９Ｓの内側に、側面１９Ｓの略全長に渡って、ガイド２６が挿入されている。ガイド２６には、側面１９Ｓの幅方向略中央で、芯延長部９の断面に対応した断面の穴（または凹部）２７が穿設されている。
【００４３】
発電要素芯８の芯延長部９は穴２７に挿入され、発電要素群１０は、側面１９Ｓに沿った全方向について、拘束される。また、芯延長部９は、穴２７の底面２７Ｂに接しており、側面１９Ｓに直交する方向についても発電要素群１０は拘束されている。
【００４４】
これによって、発電要素群１０は全方向について、振動が抑制されている。
【００４５】
なお、組立に際しては、発電要素群１０を電池缶１９に収容する前に、発電要素群１０の両端面から突出する芯延長部９をガイド２６に係合し、その後、ガイド２６を側面１９Ｓの内面に沿って滑動させて発電要素群１０を電池缶１９に収容することができる。
【００４６】
第４実施形態は、第２実施形態の効果に加え、底面１９Ｒｍに直交する方向の振動抑制効果を向上するという効果が得られる。
【００４７】
［第５実施形態］
本発明による角型二次電池の第５実施形態を、図１５を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、相違点を主に説明する。
【００４８】
第５実施形態は、第１実施形態の構成に加え、発電要素群１０に、電池缶１９の幅広面１９ＲＭの内面に接する振動止めフィルム２２を設けたものである。発電要素群１０の表面はセパレータで覆われているから、振動止めフィル２２はセパレータの表面に接着すればよい。
【００４９】
図１５に示すように、発電要素群１０には、幅広面１９ＲＭに対向する表面に、超音波溶接部１３に近接して、振動止めフィルム２２が貼付されている。振動止めフィルム２２は、幅広面１９ＲＭの内面に密着しており、発電要素群１０と幅広面１９ＲＭとの隙間が無くなり、幅広面１９ＲＭに直交する方向の振動が抑制される。
【００５０】
すなわち、第５実施形態は、第１実施形態の効果に加え、幅広面１９ＲＭに直交する方向の振動抑制効果が高いという効果を奏する。
【００５１】
振動止めフィルム２２の位置は、発電要素群１０と幅広面１９ＲＭとの隙間を埋める任意の位置に配置することができる。超音波溶接部１３は、正負極電極板１１、１２に対する負荷（発電要素群１０）の作用点であるので、超音波溶接部１３に近接した箇所に振動止めフィルム２２を貼付するのが、最も効果的に振動を抑制することができる。
【００５２】
［変形例］
（１）第１実施形態では、芯延長部９の端面を側面１９Ｓの内面に密着させて発電要素群１０の振動を抑制した。しかしながら、芯延長部９の端面を側面１９Ｓの内面に接着してもよい。すなわち、芯延長部９を側面１９Ｓの内面に固定してもよい。芯延長部９を固定することにより、側面１９Ｓに沿った方向についても強固に振動が抑制され、側面１９Ｓに直交する方向についても振動抑制効果が高まる。
【００５３】
（２）第１実施形態では、発電要素芯８に１個の長片部８Ｂを設け、この長片部８Ｂの両端に芯延長部９を設けたが、短片部８Ａに代えて長片部８Ｂを採用し、両長片部８Ｂの両端に芯延長部９を設けてもよい。これによって、振動抑制効果は向上する。
【００５４】
（３）第２実施形態では、ガイド２０を底面１９Ｒｍに接しない長さに設定したが、底面１９Ｒｍに接する長さとしてもよい。
【００５５】
（４）第４実施の形態に長片部８Ｂを２個設ける変形例を適用する場合には、ガイド２６に穴２７を２個設ければ、さらに振動抑制効果が向上する。
【００５６】
（５）第５実施形態では、発電要素芯８の芯延長部８Ｂと振動止めフィルム２２の両者によって、振動を防止したが、芯延長部９を省略し、振動止めフィルム２２のみによって、発電要素群１０の振動を抑制することも可能である。この場合、振動止めフィルム２２の表面を摩擦係数の高い材料で覆うようにすると効果的である。
【００５７】
以上の説明は一例であり、本発明は実施の形態や変形例に限定されない。したがって、発電要素群１０を蓋１４に吊持する正負電極板１１，１２の形状、構造も実施の形態になんら限定されない。正負電極端子１７，１８の形状、構造も実施の形態に限定されない。
【００５８】
以上の実施の形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
【００５９】
なお、電池缶１９に発電要素群１０を直設挿入せず、袋状の絶縁ケースで電池缶１９の内面を覆うようにした二次電池にも本発明を適用できる。第１実施の形態では、芯延長部９の端面は絶縁ケースを介して電池缶１９の内面に接するようにする。第２、第３，第４実施の形態では、ガイド２０、２１、２６を絶縁性材料で製作し、絶縁ケースの一部に芯延長部が挿通する開口、孔を形成すればよい。
【符号の説明】
【００６０】
１：正極材料
１ａ：正極電極
２、５：活物質
３：正極活物質未塗布領域
４：負極材料
４ａ：負極電極
６：負極活物質未塗布領域
７：セパレータ
８：発電要素芯
８Ａ：短片部
８Ｂ：長片部
８Ｃ：連結部
９、９Ｔ：芯延長部
１０：発電要素群
１１：正極電極板
１２：負極電極板
１３：超音波溶接部
１４：電池蓋
１５：電気絶縁体
１６：ナット
１７：正極電極端子
１８：負極電極端子
１９：電池缶
１９Ｍ：開口部
１９Ｒｍ：底面
１９ＲＭ：幅広面
１９Ｓ：側面
２０、２１、２６：ガイド
２２：振動止めフィルム
２３：電池シート
２４：電池内構造
２５、２８：溝
２５Ｂ：底面
２７：穴（または凹部）
２７Ｂ：底面
【図１】
0005552391.tif 000002
【図２】
0005552391.tif 000003
【図３】
0005552391.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005552391.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005552391.tif 000008
【図８】
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【図９】
0005552391.tif 000010
【図１０】
0005552391.tif 000011
【図１１】
0005552391.tif 000012
【図１２】
0005552391.tif 000013
【図１３】
0005552391.tif 000014
【図１４】
0005552391.tif 000015
【図１５】
0005552391.tif 000016