(57)【要約】【課題】ケース１４の膨張が生じても電池の性能および耐久性を確保する。【解決手段】複数の集電端子２０は、断面が楕円を呈して軸方向に延在する巻回体１２の軸方向の両端から楕円の短軸方向に間隔をおいてそれぞれ突設されている。巻回体１２および集電端子２０は、楕円の短軸方向を直方体状のケース１４の幅方向に一致させ、楕円の長軸方向をケース１４の高さ方向に一致させ、巻回体１２の軸方向をケース１４の長さ方向に一致させてケース１４に収容されている。隙間確保部３４は、ケース１４の長さ方向の両端でケース１４の高さ方向の少なくとも中間部分に設けられている。隙間確保部３４は、ケース１４の幅方向の寸法が残りの部分の幅方向の寸法よりも大きく、ケース１４が予め定められた限界値まで膨張した状態で集電端子２０とケース１４の側面壁との間に隙間が確保されるように形成されている。【選択図】図３
2015109170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回体および集電端子がケースに収容された電池であって、
前記ケースに、前記集電端子の基部との間隔よりも、前記巻回体の軸方向において前記基部と反対に位置する前記集電端子の先部との間隔が大きく確保される隙間確保部が形成されている、
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記巻回体は、電極板が巻回され断面が楕円を呈して軸方向に延在し、
前記集電端子は、前記巻回体の軸方向の両端から突設されるとともに前記楕円の長軸方向に延在し、
前記ケースは直方体状を呈し、
前記巻回体が前記楕円の短軸方向を前記ケースの幅方向に一致させかつ前記楕円の長軸方向を前記ケースの高さ方向に一致させて前記ケースに収容され、
前記隙間確保部は、前記ケースの長さ方向の両端で前記ケースの高さ方向の少なくとも中間部の前記側面壁部分に形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
安全弁が、前記ケースの高さ方向の一方の端部に設けられ、
前記隙間確保部は、前記ケースの高さ方向の中間部から前記高さ方向の一方の端部にわたって設けられている、
ことを特徴とする請求項２記載の電池。
【請求項４】
前記ケースの長さ方向の両端の端面で前記隙間確保部の前記ケースの幅方向の両端を接続する部分は、前記幅方向の中央が前記ケースから離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている、
ことを特徴とする請求項２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】
図１１（Ａ）に示すような電池５０が提供されている（特許文献１参照）。
電池５０は、シート状の電極板が巻回され断面が楕円を呈して軸方向に延在する巻回体５２と、巻回体５２の軸方向の両端から楕円の短軸方向に間隔をおいてそれぞれ複数突設され楕円の長軸方向に延在する集電端子５４と、それら巻回体５２および集電端子５４を収容する直方体状のケース５６とを備えている。
この場合、巻回体５２および集電端子５４は、楕円の短軸方向をケース５６の幅方向に一致させかつ楕円の長軸方向をケース５６の高さ方向に一致させてケース５６に収容された状態で、ケース５６の幅方向において複数の集電端子５４の両側にケース５６の側面壁５６Ａ（図１１（Ｂ））が位置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４９４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような電池５０は、充放電を繰り返すことで、あるいは、環境温度が高温になることで、巻回体５２からガスが発生する。ガスの発生により巻回体５２は径方向外側に膨張し、また、ケース５６もガスの圧力を受ける。
ケース５６は、巻回体５２の膨張およびケース５６内のガスの圧力の上昇により膨張して変形する。
すなわち、ケース５６の側面壁５６Ａのうちケース５６の高さ方向の両端寄り部分は、蓋体５６Ｃや底面壁５６Ｄにより剛性が確保されていることから変形量が少ない一方、側面壁５６Ａの高さ方向の中間部は高さ方向の両端寄り部分に比べて蓋体５６Ｃや底面壁５６Ｄにより剛性が確保されないことから幅方向外方への変形量が大きい。
また、ケース５６の側面壁５６Ａの長さ方向の両端寄り部分は、端面壁５６Ｂにより剛性が確保されていることから変形量が少ない一方、側面壁５６Ａの長さ方向の中間部は長さ方向の両端寄り部分に比べて側面壁５６Ａにより剛性が確保されないことから幅方向外方への変形量が大きい。
【０００５】
このようなことから、ケース５６の側面壁５６Ａの高さ方向の中間部でかつ長さ方向の中間部の箇所が他の箇所に比べて大きく膨張する。
すなわち、図１１（Ｂ）に示すように、ケース５６を蓋体５６Ｃの上方から見た場合、側面壁５６Ａの高さ方向の中間部の箇所の断面を見ると、２つの側面壁５６Ａは、長さ方向の中間部の箇所が、長さ方向の両端の箇所に比べて大きく膨張する。
そのため、側面壁５６Ａの高さ方向の中間部で長さ方向の両端の箇所は、複数の集電端子５４のうちケース５６の幅方向の両端に位置する集電端子５４に近接する方向に変位する。
このような側面壁５６Ａの変形により、側面壁５６Ａが集電端子５４に接触すると、集電端子５４に応力が加わり、電池５０の性能および耐久性が低下することが懸念される。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ケースの膨張が生じても電池の性能および耐久性を確保する上で有利な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】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、巻回体および集電端子がケースに収容された電池であって、前記ケースに、前記集電端子の基部との間隔よりも、前記巻回体の軸方向において前記基部と反対に位置する前記集電端子の先部との間隔が大きく確保される隙間確保部が形成されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記巻回体は、電極板が巻回され断面が楕円を呈して軸方向に延在し、前記集電端子は、前記巻回体の軸方向の両端から突設されるとともに前記楕円の長軸方向に延在し、前記ケースは直方体状を呈し、前記巻回体が前記楕円の短軸方向を前記ケースの幅方向に一致させかつ前記楕円の長軸方向を前記ケースの高さ方向に一致させて前記ケースに収容され、前記隙間確保部は、前記ケースの長さ方向の両端で前記ケースの高さ方向の少なくとも中間部の前記側面壁部分に形成されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、安全弁が、前記ケースの高さ方向の一方の端部に設けられ、前記隙間確保部は、前記ケースの高さ方向の中間部から前記高さ方向の一方の端部にわたって設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記ケースの長さ方向の両端の端面で前記隙間確保部の前記ケースの幅方向の両端を接続する部分は、前記幅方向の中央が前記ケースから離れる方向に凸状の湾曲面で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、ケースが予め定められた限界値まで膨張し変形しても、隙間確保部によってケースと集電端子との間に隙間が確保される。したがって、ケースの膨張が生じても、ケースが集電端子に接触して集電端子に応力が加わることを防止でき、電池の性能および耐久性を確保する上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、巻回体および集電端子が巻回体の楕円の短軸方向をケースの幅方向に一致させかつ楕円の長軸方向をケースの高さ方向に一致させてケースに収容された電池の性能および耐久性を確保する上で有利となる。
請求項３記載の発明によれば、巻回体から発生したガスが巻回体の軸方向の両端から流れ出た場合、ガスを隙間確保部により安全弁に向けて円滑に逃がすことができ、ケース内の内圧が上限を超えたときに安全弁により内圧を確実に開放させる上で有利となる。
請求項４記載の発明によれば、ケースが膨張する際に、ケースの長さ方向において、両端の端面が集電端子に近づく方向に変形することなく、両端の端面壁が集電端子から離れる方向に変形しやすく集電端子との接触を防止する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態の電池の構成を示す正面断面図である。
【図２】（Ｂ）は（Ａ）の図１のＢＢ線断面図、（Ｃ）は図１のＣＣ線断面図、（Ｄ）は図１のＤＤ線断面図である。
【図３】（Ｅ）は図１のＥ矢視図、（Ｆ）は図１のＦＦ線断面図、（Ｇ）は図１のＧ矢視図である。
【図４】（Ａ）は第１の実施の形態の電池においてケース膨張時の状態を示す図３（Ｆ）に対応する断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ線断面図である。
【図５】巻回体の一部を展開した説明図である。
【図６】図５のＡ矢視図である。
【図７】第２の実施の形態の電池の構成を示す端面図である。
【図８】（Ｂ）は図７のＢ矢視図、（Ｃ）は図７のＣＣ線断面図、（Ｄ）は図７のＤ矢視図である。
【図９】第３の実施の形態の電池の構成を示す端面図である。
【図１０】（Ｂ）は図９のＢ矢視図、（Ｃ）は図９のＣＣ線断面図、（Ｄ）は図９のＤ矢視図である。
【図１１】（Ａ）は従来の電池の構成を示す正面断面図、（Ｂ）は従来の電池のケース膨張時の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、本実施の形態では、本発明に係る電池がリチウムイオン二次電池であり、モータを駆動源とする電気自動車やプラグインハイブリッド車などの電動車に搭載され、モータに電力を供給するものである場合について説明する。
また、本発明は、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、従来公知の様々な一次電池あるいは二次電池に使用可能である。
【００１０】
まず、電池１０Ａの構成について説明する。図１に示すように、電池１０Ａは、巻回体１２と、ケース１４と、正極端子１６Ａおよび負極端子１６Ｂと、安全弁１８と、集電端子２０とを含んで構成されている。
【００１１】
巻回体１２は、図５、図６に示すように、シート状の電極板２２が巻回され断面が楕円を呈して軸方向に延在するものであり、本実施の形態では、図２（Ｃ）に示すように、２つの巻回体１２が設けられている。なお、巻回体１２の数は１つでも３つ以上であってもよい。
電極板２２は、シート状の正極２４と、シート状の負極２６と、それら正極２４と負極２６との間に挟まれた２枚のセパレータ２８、３０とから構成されている。
正極２４は、金属箔からなる正極集電体２４Ａ（正極集電箔）と、正極集電体２４Ａの上に形成され正極活物質２４Ｂとを備えている。
正極活物質２４Ｂは、電池１０Ａの充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵する。
負極２６は、金属箔からなる負極集電体２６Ａ（負極集電箔）と、負極集電体２６Ａの上に形成された負極活物質２６Ｂとを備えている。
負極活物質２６Ｂは、電池１０Ａの充電時にリチウムイオンを吸蔵し、放電時にリチウムイオンを放出する。
セパレータ２８、３０は、リチウムイオンが移動する電解液が含浸されている。
図１、図３（Ｆ）に示すように、巻回体１２の軸方向の一方の端部からは、正極集電体２４Ａの縁部が巻回体１２の外側にはみ出しており、巻回体１２の軸方向の他方の端部からは、負極集電体２６Ａの縁部が巻回体１２の外側にはみ出している。
【００１２】
図１、図２（Ｂ）から（Ｄ）、図３（Ｅ）から（Ｇ）に示すように、ケース１４は直方体状を呈し、その長手方向の両端に隙間確保部３４を備えている。
ケース１４は、長方形状の底面壁１４０２と、底面壁１４０２の一対の長辺から起立された２つの側面壁１４０４と、底面壁１４０２の一対の短辺から起立された２つの端面壁１４０６と、それら側面壁１４０４と端面壁１４０６の上縁を接続し上面壁を構成する蓋体１４０８とを備えている。
したがって、ケース１４の長手方向の両端に端面壁１４０６が位置し、ケース１４の幅方向の両端に側面壁１４０４が位置している。
巻回体１２および集電端子２０は、楕円の短軸方向をケース１４の幅方向に一致させ、楕円の長軸方向をケース１４の高さ方向に一致させ、巻回体１２の軸方向をケース１４の長さ方向に一致させてケース１４に収容されている。
ケース１４の幅方向において複数の集電端子２０の両側にケース１４の側面壁１４０４が位置している。
【００１３】
隙間確保部３４は、ケース１４の長さ方向の両端でケース１４の高さ方向の少なくとも中間部の側面壁１４０４部分に設けられている。隙間確保部３４は、ケース１４側に位置する集電端子２０の基部との間隔よりも、巻回体１２の軸方向において基部と反対に位置する集電端子２０の先部との間隔が大きくなるように、ケース１４の幅方向の寸法が残りの部分の幅方向の寸法よりも大きく、ケース１４が予め定められた限界値まで膨張した状態で集電端子２０とケース１４の側面壁１４０４との間に隙間が確保されるように形成されている。
ここで、ケース１４の限界値とは、ケース１４の内圧が安全弁１８が開放されるに足る程度の値になった場合に相当するケース１４の膨張量に相当している。
【００１４】
本実施の形態では、隙間確保部３４は、ケース１４の高さ方向の全域にわたって設けられている。
より詳細に説明すると、図３（Ｇ）に示すように、底面壁１４０２の長さ方向の両端に、底面壁１４０２の長さ方向の中央部から離れるにつれて底面壁１４０２の幅を次第に広くする底面壁部分１４０２Ａが形成されている。また、図３（Ｅ）に示すように、蓋体１４０８の長さ方向の両端に、蓋体１４０８の長さ方向の中央から離れるにつれて蓋体１４０８の幅を次第に広くする蓋体部分１４０８Ａが形成されている。また、図３（Ｆ）に示すように、側面壁１４０４の両端は、底面壁部分１４０２Ａと蓋体部分１４０８Ａを接続し、側面壁１４０４の長さ方向の中央部から離れるにつれて側面壁１４０４の間隔を次第に広くする側面壁部分１４０４Ａが形成されている。端面壁１４０６は、それら底面壁部分１４０２Ａの端部、蓋体部分１４０８Ａの端部、側面壁部分１４０４Ａの端部を接続している。
したがって、隙間確保部３４は、底面壁部分１４０２Ａの端部、蓋体部分１４０８Ａの端部、側面壁部分１４０４Ａの端部とで構成されている。
【００１５】
また、図３（Ｆ）に示すように、隙間確保部３４のケース１４の幅方向の両端を接続する部分、すなわち、端面壁１４０６は、幅方向の中央がケース１４から離れる方向に凸状の湾曲面１４０６Ａで形成されている。このように両端の端面壁１４０６を湾曲面１４０６Ａで形成すると、ケース１４が膨張する際に、ケース１４の長さ方向において、両端の端面壁１４０６が集電端子２０に近づく方向に変形することなく、両端の端面壁１４０６が集電端子２０から離れる方向に変形しやすく集電端子２０との接触を防止する上で有利となる。
【００１６】
正極端子１６Ａおよび負極端子１６Ｂは、電池１０Ａから外部機器へ電力を取り出すと共に、充電装置から電池１０Ａに電力を充電するために用いられるものである。
正極端子１６Ａおよび負極端子１６Ｂは、蓋体１４０８の長さ方向の両側寄りの箇所に設けられ、それぞれ集電端子２０に電気的に接続されている。
【００１７】
安全弁１８は、巻回体１２から発生したガスによりケース１４内の内圧が上昇し、その内圧が上限を超えたときに内圧を開放するものである。
本実施の形態では、安全弁１８は、ケース１４の高さ方向の一方の端部をなす蓋体１４０８の長さ方向の中間部に設けられている。
【００１８】
集電端子２０は、巻回体１２から電力を取り出すため、あるいは、巻回体１２に電力を充電するためのものであり、アルミニウムなどの容易に変形可能な金属材料で構成されている。
集電端子２０は、正極集電体２４Ａと正極端子１６Ａとを電気的に接続する正極集電端子２０Ａと、負極集電体２６Ａと負極端子１６Ｂとを電気的に接続する負極集電端子２０Ｂとを備えている。
本実施の形態では、各巻回体１２に１つの正極集電端子２０Ａおよび１つの負極集電端子２０Ｂが設けられ、したがって、本実施の形態では、４つの集電端子２０が設けられている。
【００１９】
図１、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、各集電端子２０は、巻回体１２の軸方向の両端からそれぞれ突設され、各集電端子２０は、ケース１４の幅方向の両端（楕円の短軸方向の両端）に位置している。
複数の集電端子２０は、楕円の長軸方向に延在する長さと、巻回体１２の軸方向に突出する幅とを有している。
【００２０】
より詳細には、図３（Ｆ）に示すように、正極集電端子２０Ａは、巻回体１２の軸方向の一端からはみ出ている正極集電体２４Ａのうち長軸方向の下部から上部にわたった箇所に溶接されることで正極集電体２４Ａと電気的に接続されている。
正極集電端子２０Ａは、それらの上端が、Ｌ字状を呈する正極接続板部３２Ａを介して正極端子１６Ａと溶接により電気的に接続されている。
また、図２（Ｃ）、図３（Ｆ）に示すように、負極集電端子２０Ｂは、巻回体１２の軸方向の他端からはみ出ている負極集電体２６Ａの部分のうち長軸方向の下部から上部にわたった箇所に溶接されることで負極集電体２６Ａと電気的に接続されている。
負極集電端子２０Ｂは、それらの上端が、Ｌ字状を呈する負極接続板部３２Ｂを介して負極端子１６Ｂと溶接により電気的に接続されている。
【００２１】
次に、本実施の形態の電池１０Ａの作用効果について説明する。
なお、ケース１４は、蓋体１４０８を上にした状態で設置される設置態様に限らず、一方の側面壁１４０４を上にした状態で設置される設置態様あるいは一方の端面壁１４０６を上にした状態で設置される設置態様などケース１４が設置される態様は、電池１０Ａが収容されるスペースの形状に応じて適宜決定される。
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、充放電を繰り返すことで、あるいは、環境温度が高温になることで、巻回体１２からガスが発生することにより巻回体１２は径方向外側に膨張し、また、ケース１４もガスの圧力を受ける。
ここで、巻回体１２から発生するガスは、巻回体１２の軸方向の両端から流れ出る。これは、図５、図６に示すように、巻回体１２が正極２４と負極２６との間にセパレータ２８、３０が介在された電極板２２が複数回巻回された構造であることによる。
そして、ケース１４は、巻回体１２の膨張およびケース１４内のガスの圧力の上昇により膨張して変形する。
すなわち、ケース１４の側面壁１４０４のうちケース１４の高さ方向の両端寄り部分は、蓋体１４０８や底面壁１４０２により剛性が確保されていることから変形量が少ない一方、側面壁１４０４の高さ方向の中間部は高さ方向の両端寄り部分に比べて蓋体１４０８や底面壁１４０２により剛性が確保されないことから幅方向外方への変形量が大きい。
また、ケース１４の側面壁１４０４の長さ方向の両端寄り部分は、端面壁１４０６により剛性が確保されていることから変形量が少ない一方、側面壁１４０４の長さ方向の中間部は長さ方向の両端寄り部分に比べて側面壁１４０４により剛性が確保されないことから幅方向外方への変形量が大きい。
【００２２】
このようなことから、ケース１４の側面壁１４０４の高さ方向の中間部でかつ長さ方向の中間部の箇所が残りの箇所に比べて大きく膨張する。
すなわち、図４（Ａ）に示すように、ケース１４を蓋体１４０８の上方から見た場合、側面壁１４０４の高さ方向の中間部の箇所の断面を見ると、２つの側面壁１４０４は、長さ方向の中間部の箇所が、長さ方向の両端の箇所に比べて大きく膨張する。
そのため、側面壁１４０４の高さ方向の中間部で長さ方向の両端の箇所は、複数の集電端子２０のうちケース１４の幅方向の両端に位置する集電端子２０に近接する方向に変位する。
しかしながら、本実施の形態では、ケース１４の長さ方向の両端にケース１４が予め定められた限界値まで膨張した状態で集電端子２０とケース１４の側面壁１４０４との間に隙間が確保される隙間確保部３４が形成されている。
そのため、ケース１４が予め定められた限界値まで膨張し変形しても、側面壁１４０４と集電端子２０との間に隙間が確保される。
したがって、ケース１４の膨張が生じても、側面壁１４０４が集電端子２０に接触して集電端子２０に応力が加わることを防止でき、電池１０Ａの性能および耐久性を確保する上で有利となる。
また、本実施の形態では、隙間確保部３４がケース１４の高さ方向の全長にわたって延在しているため、巻回体１２の軸方向の両端から安全弁１８に至るガスの流路を隙間確保部３４で確保することができる。
したがって、巻回体１２から発生したガスが巻回体１２の軸方向の両端から流れ出た場合、ガスを隙間確保部３４により安全弁１８に向けて円滑に逃がすことができ、ケース１４内の内圧が上限を超えたときに安全弁１８により内圧を確実に開放させる上で有利となる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
次に、図７、図８（Ｂ）から（Ｄ）を参照して第２の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態においては、第１の実施の形態と同様または同一の部分、部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
第２の実施の形態は、電池１０Ｂの隙間確保部３４がケース１４の高さ方向の中間部から高さ方向の一方の端部にわたって設けられている点が第１の実施の形態と異なっている。
このような第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、ケース１４の膨張が生じても側面壁１４０４と集電端子２０との接触を防止でき、電池１０の性能および耐久性を確保する上で有利となる。また、巻回体１２の軸方向の両端から安全弁１８に至るガスの流路を隙間確保部３４で確保することができ、ケース１４内の内圧が上限を超えたときに安全弁１８により内圧を確実に開放させる上で有利となる。
また、第２の実施の形態では、第１の実施の形態に比べて隙間確保部３４の容積が小さいため、ケース１４の重量を軽減できる。したがって、例えば、電動車に電池が数十個、数百個単位で搭載される場合に電池の重量を軽減し電動車の軽量化を図る上で有利となる。
【００２４】
（第３の実施の形態）
次に、図９、図１０（Ｂ）から（Ｄ）を参照して第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態では、電池１０Ｃの隙間確保部３４がケース１４の高さ方向の中間部のみに設けられている点が第１、第２の実施の形態と異なっている。
このような第３の実施の形態では、巻回体１２の軸方向の両端から安全弁１８に至るガスの流路を隙間確保部３４で確保できないため、安全弁１８により内圧を確実に開放させる点で第１、第２の実施の形態と比べて不利となるものの、第１の実施の形態と同様に、ケース１４の膨張が生じても側面壁１４０４と集電端子２０との接触を防止でき、電池１０の性能および耐久性を確保する上で有利となる。
また、第２の実施の形態では、第１、第２の実施の形態に比べて隙間確保部３４の容積が小さいため、ケース１４の重量をさらに軽減できる。したがって、例えば、電動車に電池が数十個、数百個単位で搭載される場合に電池の重量を軽減し電動車の軽量化を図る上でより一層有利となる。
【００２５】
なお、巻回体１２の形状あるいは巻回体１２のケース１４への配置構造や、巻回体１２に対する集電端子２０の配置構造などは実施の形態に限定されず、種々考えられ、これに対応して隙間確保部３４の構成が適宜決定され、したがって、隙間確保部３４の構成は実施の形態の構造に限定されない。
【符号の説明】
【００２６】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  電池
１２  巻回体
１４  ケース
１４０４  側面壁
１４０４Ａ  側面壁部分
１４０６Ａ  湾曲面
１８  安全弁
２０  集電端子
２２  電極板
３４  隙間確保部
【図１】
2015109170.tif 000003
【図２】
2015109170.tif 000004
【図３】
2015109170.tif 000005
【図４】
2015109170.tif 000006
【図５】
2015109170.tif 000007
【図６】
2015109170.tif 000008
【図７】
2015109170.tif 000009
【図８】
2015109170.tif 000010
【図９】
2015109170.tif 000011
【図１０】
2015109170.tif 000012
【図１１】
2015109170.tif 000013