(57)【要約】  【課題】充放電によって電極の積層体が膨張した場合であっても、電池缶が外方向へ膨らむ量を均等、抑制し、且つ、電極の積層体からの発熱を効果的に放熱できる。  【解決手段】表面に負極活物質層が形成された金属集電体と、表面に正極活物質層が形成された他の金属集電体とが電解質を保持するセパレータを介して交互に配置された積層体を有底で蓋面を有する電池缶に密閉された二次電池であって、  前記金属集電体の幅広面に対向して配置される電池缶第一幅広面は、隣接する側板と一体に形成され、且つ、前記第一幅広面と対向する電池缶第二幅広面の最外面に前記側板側から溶接されていることを特徴とする二次電池。【選択図】  図４
2015015162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に負極活物質層が形成された金属集電体と、表面に正極活物質層が形成された他の金属集電体とが電解質を保持するセパレータを介して交互に配置された積層体を有底で蓋面を有する電池缶に密閉された二次電池であって、
前記金属集電体の幅広面に対向して配置される電池缶第一幅広面は、隣接する側板と一体に形成され、且つ、前記第一幅広面と対向する電池缶第二幅広面の最外面に前記側板側から溶接されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記電池缶第一幅広面と前記電池缶第二幅広面とでは、厚さが異なることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電池缶第二幅広面が２枚以上の部材より構成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記電池缶側板を周回して配置された補強部材の幅が前記電池缶高さの１０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記補強部材は、前記電池缶第一及び第二幅広面の底辺と上辺のそれぞれと接するように少なくとも２か所に配置されることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記電池缶第二幅広面は、前記電池缶側板と溶接され、且つ、該溶接深さが前記電池缶側板の板厚よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項７】
充放電を５回繰り返した後の前記電池缶第一幅広面または前記第二幅広面の最大変形量が、前記電池缶第一幅広面と前記電池缶第二幅広面との平均変形量の±１０％以内であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項８】
前記電池缶第二幅広面長端部が階段形状を有していることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題を背景にして、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、フォークリフト、ショベルカー等の移動体のみならず、ＵＰＳ（無停電電源装置）、太陽光発電の電力貯蔵などの産業用用途にも、リチウムイオン電池を代表とする二次電池の適用が図られている。このような二次電池の用途拡大に伴って、大容量化、高エネルギー密度化が求められている。
また、これら高性能化に加えて、高安全性化も重要な課題となっている。二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等がある。ニッケルカドミウム電池はカドミウムが有毒であることなどから、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池への転換が進んでいる。現存する二次電池の中でも、特にリチウムイオン電池は高エネルギー密度化に適しており、現在でもその開発が盛んに進められている。
【０００３】
このニッケル水素電池やリチウムイオン電池の主要な構成は、表面に負極活物質層を形成した金属集電体（負極）と、電解質を保持するセパレータと、表面に正極活物質層を形成した他の金属集電体（正極）である。ニッケル水素電池は、正極にニッケル酸化物、負極に水素吸蔵合金を採用している。また、リチウムイオン電池は、正極にリチウム金属酸化物、負極に黒鉛などのカーボン材料を採用している。電池構造としては、帯状の負極、セパレータ、正極を順次渦巻き状に巻いた円筒型構造と、短冊状の負極、セパレータ、正極を交互に配置した積層型構造とに大別される。帯状の負極、セパレータ、正極を巻き取るための軸芯等の発電に関与しない体積部分が多くある円筒型構造よりも、セパレータを介して短冊状の負極と正極を交互に配置した積層型構造の方が、一般的に高体積エネルギー密度化に適している。これは、積層型は、巻取りのための軸芯が不要であることや、外部出力用の正極及び負極端子を同一面に形成し易いことから、発電に寄与する部分以外の体積を少なくできるためである。
【０００４】
また、電池の充放電に伴う缶内の圧力上昇に対して、円筒型と積層型では膨らみ方に違いが見られる。電池缶内の圧力上昇には、一般に、充電においてリチウムイオンが負極層間に入り込むことによる容積膨張に起因するものやSEI被膜形成時に生じるガスや余剰のLi２CO3の分解によるガスや過充電によるジュール熱等を要因とした温度上昇による電解液の分解反応に起因するガス等がある。円筒型は帯状の負極、セパレータ、正極を順次渦巻き状に巻いてあるので、電池缶内の圧力上昇に対して、円周方向や半径方向に対する膨らみは少ないが、積層型は、電池缶内での圧力上昇に伴い、積層してある極板などの隙間にガスが滞留し、積層した極板の幅広面方向に膨らみ易い傾向にある。
また、積層型は、電池缶の作製方法によっても、電池缶の対向する幅広面において、膨らみ幅が異なる。積層型の電池缶の代表的な作製方法には、深絞り加工やインパクトプレス加工や金属板の曲げ加工し継ぎ目を溶接する方法等がある。金属板を折り曲げて各辺を溶接して電池缶を作製する場合、その溶接の深さによって、溶接部の変形し易さが異なるため、対向する面の膨らみ幅が異なる。金属板を折り曲げて各辺を溶接して電池缶を作製する場合、電池缶の板厚分を突き抜けて溶接すると、スパッタ等により、電池缶内部に金属粉が固着するなどして、その突起や脱落した金属粉により電極群の内部短絡を招く恐れがある。このため、通常、電池缶の板厚より短い溶接深さで電池缶を作製する。
【０００５】
さらに、部分的に肉厚が薄くなっている溶接部の方が、電池缶内で発生するガスなどにより生じる圧力によって、電池缶壁を構成する平面部分や折り曲げの辺の部分よりも変形し易い。例えば、溶接された辺によって囲まれている面は、溶接していない辺によって囲まれている面よりも膨らみ易くなる。このように、電池缶において対向する面であっても、面を構成する辺が溶接されているかいないかによって、膨らみ幅に差が生じ、電池缶の膨らみに非対称性が生じる。
電池の膨らみは、電極間の距離の増大を意味するため、電池性能に悪影響をもたらす。即ち、イオン伝導経路が長くなるため、高い放電容量が得にくくなる。このため、電池缶の膨らみは少ない方が良い。また、電極群の積層方向において、対向する面の膨らみ量が異なると、電極群の積層方向の膨らみ、すなわち、電極間の距離の不均一性が大きいことを意味するため、対向する面の膨らみは等しいことが望ましい。
【０００６】
また、円筒型と積層型では、放熱性に違いが見られる。円筒型は軸芯を中心軸として、正極、セパレータ、負極からなる発電要素は軸対称形状と見なすことができ、半径方向に伝わる熱は、一般的に、軸に並行な、どの軸対称断面でも同じ熱分布を示す。一方、積層型は、極板を積み重ねた構造のため、積層方向と平面方向では熱抵抗が異なり、熱伝導に異方性を示す。一般に、極板を積み重ねた積層方向の熱伝導が、平面方向の熱伝導よりも低くなる。電池の大容量化に伴い、極板の枚数が増大するため、積層型の場合、積層厚みが増大する。このため、電池缶表面からの電池缶内部中央までの距離が増大し、電池缶内部中央にある極板の放熱性が低下し、極板の温度上昇が増大する。これにより、電池特性の低下や信頼性や安全性の低下を招く恐れがある。
また、積層型において、対向する面の膨らみ幅が異なると、電極群の中心から電池缶表面までの積層方向における熱伝導距離が異なることになり、電極群の温度分布の不均一性が大きくなり好ましくない。よって、積層型電池において熱的観点からも、対向する面の膨らみ幅は同じ方が好ましい。
【０００７】
このように、高エネルギー密度化が可能な積層型電池においては、電池の膨らみ幅を抑制し、放熱性を高める必要がある。電池の膨らみ幅の抑制に対しては、従来、以下の提案がなされている。
例えば、特許文献１においては、角型電池缶の相対する一組の広側面の厚さが、相対する一組の狭側面の厚さより厚く形成されるような提案がなされている。また、缶の変形に対して、特許文献２においては、対向する２つの面が非対称的に形成されている缶を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許３１１４７６８号公報
【特許文献２】特開２００９-２９５５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
積層型電池において、電池容量が大きくなると、極板の積層枚数が増加するため、充電においてリチウムイオンが負極層間に入り込むことによる容積膨張が増大する。この負極の容積膨張は、積層方向の膨張に影響を与える。そして、電池容量の増大に伴い、電解液量も増加するため、電解液の分解等によるガス圧も増大する。このガス圧は、電池缶側面に等方的にかかるため、電池缶の内部の全方向の膨張に影響を与える。また、大容量の電池は、極板枚数の増加に伴い、発熱量が増大するため、放熱性は大容量電池の重要な課題の一つであり、電池内部の熱抵抗の増大は極力抑え、放熱性を高めることが重要である。
また、電池缶は、奥行き寸法に対して、高さ寸法が大きい、すなわち、缶の形状のアスペクト比が大きいと、電池缶の代表的な成形方法である絞り加工やインパクト成形が困難となる。また、絞り加工やインパクト成形では、電池缶の角は、曲率が４ｍｍ以上の丸みに形成され、それに伴い、電池缶に内蔵される矩形の電極群の角も丸みが形成されなければならず、電極加工工数が増えるとともに、無駄な空間が生じスペース効率が低下する。一方、金属板を折り曲げて各辺を溶接して電池缶を作製する場合、電池缶の各面が垂直に交わる角部の曲率を１ｍｍ以下にすることが可能であり、矩形の電極群を収納しても無駄な空間が生じにくい。しかし、上述したように、溶接で四辺を囲まれている面と金属板を折り曲げて形成されている面では変形が異なることに留意する必要がある。
【００１０】
特許文献１では、電池缶の作製方法が開示されていないが、狭側面と広側面とで板厚が異なることから、板厚が異なる２種類の金属板を用意し、金属板の周囲四辺の各辺を溶接により接合して作製されると思われる。この場合、溶接する辺が８辺と多くなることから加工工数が多く必要となる。
また、特許文献１のように対向する電池缶の広側面の２面共に厚みを狭側面の厚みより厚くした構造は、露出している外壁の広側面の缶厚を厚くしたことによって、熱伝導距離が長くなり、熱抵抗の増加を招く恐れがある。
また、電池缶に収納される積層体の幅広面と電池缶の広側面の対応関係が示されていないが、大容量化に伴い、極板の積層枚数が増大し、積層体の幅広面に相対する面が電池缶の広側面と一致しない場合、電池缶の広側面の板厚を厚くしても、積層体の積層方向に対する膨張には効果が期待できない。
【００１１】
また、特許文献２は、対向する２つの面が非対称的に形成されている缶が提案されているが、特許文献２で記載されているように、缶作製に深絞り加工などが想定されている。金属板を折り曲げて、且つ、溶接によって、幅広面を形成する方法で作製された電池缶において、厚い面と薄い面のどちらの溶接を肉厚にするかは開示されていない。このため、溶接面を用いた缶において、変形を制御することは困難である。また、積層体の膨らみ防止を考慮しておらず、対向する２つの面の膨らみ幅を実質的に等しくなるように膨張を抑制することは期待できない。
【００１２】
このように、大容量積層型電池では、負極の容積膨張やガスによる内圧の上昇に起因する缶の膨らみを抑制し、対向する２つの面の膨らみ幅を実質的に等しくし、且つ、放熱性の向上することが重要な課題となっている。
本発明の目的は、電池内圧上昇に対して電池缶の対向する２つの面の膨らみ幅を効果的に実質的に等しく抑制すると共に、電池缶内部の極板で発生する熱を効果的に外部に伝え、体積エネルギー密度が高い大容量の電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する手段として、以下に示す構成が考えられる。
表面に負極活物質層が形成された金属集電体と、表面に正極活物質層が形成された他の金属集電体とが電解質を保持するセパレータを介して交互に配置された積層体を有底で蓋面を有する電池缶に密閉された二次電池であって、金属集電体の幅広面に対向して配置される電池缶第一幅広面は、隣接する側板と一体に形成され、且つ、第一幅広面と対向する電池缶第二幅広面の最外面に側板側から溶接されていることを特徴とする。積層体が積層方向に膨張する力に対し、溶接が形成される方向は主に引張り力が発生する。溶接部が積層体の積層方向と平行に位置している場合、溶接部に対しせん断力が主に発生する。溶接部の強度はせん断強度よりも引張り力強度の方が大きいため、溶接部が幅広面側に露出している場合よりも、溶接部が側板側に露出している場合の方が積層体の膨張に対する強度が大きくなり、缶の膨らみを抑制することができる。
別の手段として、電池缶第一幅広面と電池缶第二幅広面とでは、厚さが異なっているとよい。溶接されている幅広面側の電池缶の厚みを厚くすることで、電池缶の積層方向に対向する２面の膨らみを実質的に等しくできる。
他に、電池缶第二幅広面が２枚以上の部材より構成されているとよい。このような構成とすることで、電池缶の膨らみ量をより抑制することができる。
【００１４】
さらに、電池缶側板を周回して配置された補強部材の幅が電池缶高さの１０％以上であるとよい。電池缶は充放電のガス圧や積層体の膨張により、中央部が最も変形し電池缶の四隅部は各辺で拘束されているため、電池缶の四隅付近の辺に応力が発生し、破断応力に達すると電池缶が破壊される。溶接部の辺は折り曲げの辺よりも破断強度が低いため、溶接部より破壊するが、電池缶の総高さの１０％以上あれば、電池缶の破断強度を向上させ、電池缶の積層方向に対向する２面の膨らみも等しくできる。
加えて、補強部材は、電池缶第一及び第二幅広面の底辺と上辺のそれぞれと接するように少なくとも２か所に配置されているとよい。電池缶の幅広面の変形が上底側と下底側が均一に拘束されることで膨らみによる変形が高さ方向に対して対象となってより好ましい。
また別の手段として、電池缶第二幅広面は、電池缶側板と溶接され、且つ、溶接深さが電池缶側板の板厚よりも大きければよい。
さらに、充放電を５回繰り返した後の電池缶第一幅広面または第二幅広面の最大変形量が、電池缶第一幅広面と電池缶第二幅広面との平均変形量の±１０％以内であるとよい。  さらなる手段として、電池缶第二幅広面長端部が階段形状を有しているとよい。段差を設けることで、溶接の深さをより深く形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、充放電によって積層体が膨張した場合であっても、電池缶が外方向へ膨らむ量を均等にし、且つ、積層体の熱を効果的に放出できる、サイクル特性や信頼性が高く、大容量でエネルギー密度が高い二次電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例を説明する電池の一部切り欠き斜視図である。
【図２】本発明の一実施例を説明する電池缶の構成部材を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施例を説明する電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。
【図４】本発明の一実施例を説明する電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面の溶接部の拡大図である。
【図５】本発明の一実施例を説明する電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。
【図６】本発明の一実施例を説明する電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面の溶接部の拡大図である。
【図７】本発明の一実施例を説明する電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。
【図８】本発明の一実施例を説明する電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面の溶接部の拡大図である。
【図９】本発明の一実施例を説明する電池缶の斜視図である。
【図１０】本発明の一実施例を説明する電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。
【図１１】本発明の一実施例を説明する電池缶の斜視図である。
【図１２】本発明の一実施例を説明する電池缶の斜視図である。
【図１３】本発明の一実施例を説明する電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。
【図１４】本発明の実施例を説明する特性表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。但し、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的位置等は、特に特定的な記載がない限り、以下の本発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００１８】
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例による電池の一部切り欠き斜視図である。電池容量２１０Ａｈの積層型リチウムイオン二次電池である。積層体２が電池缶１に収納され、積層体２はタブ３を介して外部端子４と電気的接続がなされている。外部端子４はナットなどの締結部品５で蓋板８に固定されている。また、蓋板８には電解液を注入する注入孔を封止した注入孔栓６や、過充電など非定常時に、電池缶の内圧を開放するための安全弁７が配置されている。図１において、積層体２は、表面に負極活物質層を形成した金属集電体（銅）と、表面に正極活物質層を形成した他の金属集電体（アルミニウム）とを電解質を保持するセパレータを介して交互に積層した構成となっている。積層体２の厚み等の寸法や積層枚数は、必要な電池容量によって決まる。電池缶１は矩形の積層体を内包するため、角形をした有底の電池缶である。角形電池は、帯状の前記金属集電体やセパレータを円柱状に巻いて円筒形の電池缶に入れる場合にくらべ、巻き取るための軸芯等がないため、体積エネルギー密度を高くできる利点がある。
電池缶１の材質は、ステンレス鋼が代表的であり、ステンレス鋼板を折り曲げ、且つ、溶接によって作製されている。電池缶１の材質はステンレス鋼の他に、アルミニウム系などの金属材料であってもよい。アルミニウム系やステンレス鋼などの金属材料は機械的強度の面から膨らみ抑制に効果があり、好ましい。積層体２の構成材料である金属集電体の長手方向の端部にタブ３が形成されている。タブ３は、通電部品（図示せず）を介して外部端子４に電気的に接続されている。積層体２に形成されているタブ３の枚数は、容量によって決まり、数十Ａｈから数百Ａｈの容量の電池は数十枚から数百枚のタブ枚数に及ぶ。本実施例の図では、複数に束ねたタブを簡便に表すため、例えば、図１のタブ３のように、１つの図形として表している。
【００１９】
図２は本発明の実施例による電池缶の構成部材を示す斜視図である。電池缶は、平面状のステンレス鋼板を折り曲げて４つの面１−１、１−２、１−３及び１−４からなる部材１−０と平面状のステンレス鋼板からなる部材１−５から構成されている。平面状のステンレス鋼板を折り曲げて作製した部材１−０の板厚は１ｍｍである。平面状のステンレス鋼板からなる部材１−５の板厚は２ｍｍである。面１−３と面１−４が接する辺及び面１−２と面１−４が接する辺は溶接されている。図３は本発明の実施例による電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。部材１−０の面１−２と面１−３が、部材１−５と溶接されている。図示していないが、部材１−０の面１−４と部材１−５も溶接されている。部材１−５の幅は図１の電池缶の幅Ｗと同じである。
【００２０】
図４は本発明の実施例による電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面の溶接部の拡大図である。部材１−０の面１−３の端面は部材１−５と接しており、積層体２の面方向に対応する電池缶の外表面側からレーザにより溶接深さｄで溶接部９が形成され、前記溶接部９の表面９-１が幅狭面側に形成されている。これにより、積層体２の積層方向に対応する電池１の幅広面側には、溶接された辺の溶接部９が露出せず、積層体２の積層方向と直角方向、すなわち、面方向に対応する電池１の幅狭面側に溶接された辺の溶接部９が露出し、溶接部９の表面９−１が形成されている。積層体２が積層方向に膨張する力に対し、本実施例１は、溶接部９の形成方向、すなわち、溶接深さｄが積層方向と直角に位置しているため、溶接部９には引張り力が主に発生すると推定される。もし、積層体２が積層方向に膨張する力に対し、溶接部９が積層方向と平行に位置していると、溶接部９に対しせん断力が主に発生すると思われる。溶接部の強度はせん断強度よりも引張り力強度の方が大きいため、溶接部が幅広面側に露出している場合よりも、溶接部が幅狭面側に露出している場合の方が積層体２の膨張に対する強度が大きいと推定される。本実施例の溶接深さｄは０．６ｍｍであり、部材１−０の板厚１ｍｍや部材１−５の板厚２ｍｍよりも短い長さである。板厚よりも溶接深さが短いのは、溶接時に発生するスパッタが電池缶の内表面に飛散することを防止するためである。
【００２１】
本実施例１では、図１に示すように、積層体２の積層方向の幅広面に対応する電池缶１の幅Ｗは１５５ｍｍであり、積層方向の電池缶１の奥行きＤは７０ｍｍであり、電池缶１の高さＨは２５０ｍｍとした。このように金属平板を折り曲げた部材１−０や部材１−０よりも厚い平板からなる部材１−５を溶接することで作製した電池缶を用いて積層型リチウムイオン二次電池を作製した。積層体の積層方向に対向して部材１−５が配置されている。
【００２２】
また、比較例１として、板厚１ｍｍからなる部材１−０と、部材１−０と同じ板厚１ｍｍからなる部材１-５を溶接して作製した電池缶を用いて積層型リチウムイオン二次電池を作製した。比較例１は実施例１と同様に積層体の積層方向に対向して部材１−５が配置されている。比較例１の溶接部９は実施例１と同様に幅狭面側に形成されている。比較例１の部材１−０と部材１−５とを接続する溶接深さｄは、実施例の部材１−５の板厚に占める溶接深さｄと同じ０．６ｍｍとした。また、実施例１と比較例１の外形寸法は同じである。
本実施例１により作製した電池と比較例１により作製した電池を用いて充放電を５回繰り返し、各々の回の電池缶の膨らんだ厚さと温度を測定した。（図１４）そして、５回中電池缶が最も膨らんだ回の厚さ（以下、膨らみ量という）と温度を比較した。具体的に膨らみ量とは、積層体２の幅広面に対応した積層方向の電池缶の面、すなわち部材１−０の面１−１と部材１−５の面における、５回充放電前後のそれぞれの面の最大変形量Ａ及びＢを求め、最大変形量ＡとＢの和を指す。温度は、充放電前後の電池内部中央の温度の変化を測定した。その結果、部材１−０に比べ部材１−５の板厚が厚い本実施例１は、部材１−０と部材１−５の板厚が同じ比較例１と比べて、膨らみ量が小さく、温度も低く抑えることができ、電池容量も大きかった。比較例１のＡの最大変形量は１．４ｍｍ、Ｂは２.２ｍｍであり、合計３．６ｍｍの膨らみであったのに対し、実施例１のＡの最大変形量は１．５ｍｍ、Ｂは１．７ｍｍであり、合計の最大変形量（膨らみ量）は３．２ｍｍであった。また、ＡとＢの最大変形量から平均変形量を求め、そして部材１−０の面１−１（Ａ）と部材１−５の面（Ｂ）の変形量の差を表すために、平均変形量に対するＡ（Ｂ）の最大変形量を求めた。その結果、比較例１においては、平均変形量が１．８ｍｍであった。また、平均変形量１．８ｍｍを基準とした場合、Ａの最大変形量は−１２％、Ｂの最大変形量は＋２２％となり、Ａ（Ｂ）の最大変形量と平均変形量の差が±１０％以上となることがわかった。最大変形量と平均変形量の差が±１０％以上になると、電池缶内の電極群の極板間距離がより大きくなるため、電池が持つエネルギーを最大限発揮しにくくなる恐れがある。また、電池の対向面が不均等に変形することで、例えばシール部や安全弁等に不適切な応力がかかり、シール部からの漏洩や弁強度の低下につながる恐れもある。
対して実施例１は平均変形量が１．６ｍｍであり、最大変形量Ａ（Ｂ）の平均変形量に対する割合はそれぞれ、（Ａ）９４％、（Ｂ）１０６％と、ＡとＢの最大変形量と平均変形量の差は±１０％以内となった。
また、比較例１の温度上昇は３１℃であったのに対し、実施例１は２９℃であった。また、比較例１の初期容量は２１５Ａｈであったのに対し、実施例１の初期容量は２１８Ａｈであった。  本実施例１では、充放電によって発生するガスや積層体自身の膨張による電池缶の膨張を抑制することができるため、電極群の極板間の隙間が比較例１に比べて小さくなり、その結果、電極群内の熱抵抗が低減することで温度上昇を抑えることができたためと推定される。また、電池の膨らみ量が抑制されるため、電極群の極板間の隙間が比較例１に比べ小さくなることにより、リチウムイオンの移動距離が短くなり、イオン移動抵抗も低減したため、電池容量も比較例１に比べて大きくなったと推定される。電池缶はガスによる内圧や積層体の膨張により膨れるが、特に、電池缶の幅広面中央部の膨れが最も大きくなる。実施例１により、折り曲げ部材１−０の中央部の厚さよりも、溶接面側の部材１−５の板厚を厚くし、且つ、溶接部を積層体の面方向に設けたため、電池缶の積層方向に対向する２面の膨らみを実質的に等しくでき、体積エネルギー密度が高い、大容量電池を提供することができた。
【００２３】
＜実施例２＞
図５は、本発明の第２実施例による電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。電池缶以外は電池の内部構成は実施例１と同じである。平面状のステンレス鋼から折り曲げて作成された電池缶の部材１−０及び平面状の部材１−５−１、１−５−２の板厚は１ｍｍである。積層体の積層方向に対向して部材１−５−１、１−５−２が配置されている。部材１−５−１の幅は、図１の電池缶の幅Ｗよりも部材１−０の面１−２と面１−３の合計の板厚分だけ短い。電池缶は部材１−０と部材１−５−１を溶接した後に、部材１−５−２を部材１−０と溶接した。部材１−０と部材１−５−１の溶接部９は積層体の積層方向に形成されている。一方、部材１−０の面１−３と部材１−５−２の溶接部１０は積層体の面方向、すなわち、幅狭面側に形成されている。
【００２４】
図６は本発明の第２実施例による電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面の溶接部の拡大図である。部材１−０と部材１−５−１の溶接深さは０．ｍｍである。部材１−０と部材１−５−２の溶接深さは０．ｍｍである。本実施例では部材１−５−１と部材１−５−２の板厚を同じ１ｍｍとしたが、１ｍｍ以上の異なる板厚であっても良い。部材１−５−１よりも部材１−５−２の板厚が厚い方が、部材１−５−１の変形を部材１−５−２で抑えることができるため、好ましい。部材１-０と部材１-５-２の溶接深さｄは部材１-０と部材１−５−１の溶接深さｄより大きいとしたが、溶接深さｄを部材１-０の板厚と同じでもよい。この場合、溶接深さｄをより大きく取れるので、溶接強度は増加し電池缶の膨らみ量もさらに抑制することが可能である。積層体２の積層方向に対する電池１の幅広面側の溶接部９は、部材１-５-２に覆われているため、露出しておらず、積層体２の面方向に対応する電池１の幅狭面側の溶接部１０が電池１の外表面に露出している。このため、せん断強度に弱い幅広面側に溶接部９が形成されていても、その外側に、部材を重ねて覆い、引張り強度に強い幅狭面に溶接部１０を形成することで、部材１−５−１の変形を部材１−５−２で抑制することができる構成となっている。
【００２５】
実施例１同様、本実施例２により作製した電池と比較例１により作製した電池を用いて充放電を５回繰り返し、各々の回の電池缶の膨らんだ厚さと温度を測定した。膨らみ量は、充放電前後の電池の積層体２の幅広面に対応した積層方向の電池缶の面、すなわち、部材１−０の面１−１と部材１−５−２の面のそれぞれの最大変形量Ａ及びＢを求め、最大変形量ＡとＢの和である。温度は、充放電前後の電池内部中央の温度の変化を測定した。
その結果、部材１−０に比べ、部材１−５−１と部材１−５−２の和の板厚が厚い本実施例２は、最大変形量Ａは１．５ｍｍ、Ｂは１．６ｍｍ、合計の最大変形量（膨らみ量）は３．１ｍｍであり、部材１−０と部材１−５の板厚が同じ比較例１と比べて、膨らみ量が小さく、温度も低く抑えることができ、電池容量も大きかった。また、ＡとＢの最大変形量から平均変形量を求め、そして部材１−０の面１−１（Ａ）と部材１−５−１、１−５−２が配置されている面（Ｂ）の変形量の差を表すために、平均変形量に対するＡ（Ｂ）の最大変形量を求めた。その結果、実施例２は平均変形量が１．５５ｍｍであり、最大変形量Ａ（Ｂ）の平均変形量に対する割合はそれぞれ、（Ａ）は９７％、（Ｂ）は１０３％と、ＡとＢの最大変形量と平均変形量の差は±１０％以内となった。また、比較例1の温度上昇は３１℃であったのに対し、実施例２は２８℃、比較例１の初期容量は２１５Ａｈであったのに対し、実施例２の初期容量は２１９Ａｈであった。本実施例２では、充放電によって発生するガスや積層体自身の膨張による電池缶の膨張を抑制することができるため、電極群の極板間の隙間が比較例１に比べて小さくなり、その結果、電極群内の熱抵抗が低減することで温度上昇を抑えることができたためと推定される。また、電池の膨らみ量が抑制されるため、電極群の極板間の隙間が比較例１に比べ小さくなることにより、リチウムイオンの移動距離が短くなり、イオン移動抵抗も低減したため、電池容量も比較例１に比べて大きくなったと推定される。電池缶はガスによる内圧や積層体の膨張により膨れるが、特に、電池缶の幅広面中央部の膨れが最も大きくなる。実施例２により、折り曲げ部材１−０の中央部の厚さよりも、溶接面側の部材１−５の板厚を厚くし、且つ、溶接部を積層体の面方向に設けたため、電池缶の積層方向に対向する２面の膨らみを実質的に等しくでき、体積エネルギー密度が高い、大容量電池を提供することができた。
【００２６】
本発明の実施例２は、部材１-０と部材１-５-１は積層方向と平行に溶接され、溶接部の表面は幅広面側に形成されているが、部材１-０と部材１-５-２は積層方向と直角に溶接され、溶接部の表面は幅狭面側に形成れている。このように、部材１−０と部材１-５-１により、幅広面側に溶接部の表面が形成された電池缶であっても、部材１-５-１に部材１-５-２を電池の外表面側に重ねて、溶接部の表面を幅狭面側に形成した電池缶とすることで電池缶の変形を抑制することができた。
【００２７】
＜実施例３＞
図７は、本発明の第３実施例による電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。電池缶以外は電池の内部構成は実施例１と同じである。平面状のステンレス鋼から作成された電池缶の部材１−０の板厚は１ｍｍである。部材１−５の中央部の板厚は１．５ｍｍである。積層体の積層方向に対向して部材１−５が配置されている。部材１−５の両端部に、部材１−０の板厚相当の段差を設けてある。図８は本発明の第３実施例による電池缶の断面の溶接部の拡大図である。部材１−０と部材１−５は、部材１−０の面１−３の外表面側からレーザを照射し溶接されている。溶接深さｄは１．５ｍｍである。
【００２８】
本発明の実施例３は、部材１−５の板厚を部材１−０よりも０．５ｍｍ厚くし、且つ、部材１−５の両端部に段差を設けることで、溶接深さｄを部材１−０の板厚１ｍｍよりも深くすることができた。
本実施例３により作製した電池の最大変形量Ａは１．６ｍｍ、Ｂは１．５ｍｍ、合計の最大変形量（膨らみ量）は３．１ｍｍであり、平均変形量は１．５５ｍｍであった。最大変形量Ａ（Ｂ）の平均変形量に対する割合はそれぞれ、（Ａ）は１０３％、（Ｂ）は９７％と、ＡとＢの最大変形量と平均変形量の差は、±１０％以内となり達成された。また、比較例1の温度上昇は３１℃であったのに対し、実施例３は２７℃、比較例１の初期容量は２１５Ａｈであったのに対し、実施例２の初期容量は２１９Ａｈであった。実施例３の方法においても、膨らみ量が小さく、温度も低く抑えることができた。
【００２９】
＜実施例４＞
図９は本発明の第４実施例による電池缶の斜視図である。電池缶以外は電池の内部構成は実施例１と同じである。平面状のステンレス鋼から作成された電池缶の部材１−０と部材１−５−１の板厚は１ｍｍである。部材１−０と部材１−５−１からなる電池缶の外表面の一部を囲むように部材１-６が配置されている。部材１−５−１の幅は、図１の電池缶の幅Ｗよりも部材１−０の面１−２と面１−３の合計の板厚分だけ短い。電池缶は部材１−０と部材１−５−１を溶接した後に、部材１-６を被せた。
【００３０】
図１０に第４実施例の電池缶のＡ−Ａ‘に沿って切断した断面図である。図１０は部材１-６の部分の断面を示している。部材１-６は、平板を折り曲げた部材１−６−１と平板の部材１−６−２からなる。部材１−５−１に形成される溶接の溶接部９は、平板を折り曲げた部材１-６-１によって覆われている。部材１−６の高さは３０ｍｍとした。部材１−６は、電池缶１に形成される部材１-５-１と部材１-０の溶接部の溶接部９の長さＨにおいて、電池缶１の底面から３０ｍｍ高さを覆っている。電池缶は充放電のガス圧や積層体の膨張により、中央部が最も変形し電池缶の四隅部は各辺で拘束されているため、電池缶の四隅付近の辺に応力が発生し、破断応力に達すると電池缶が破壊される。溶接部の辺は折り曲げの辺よりも破断強度が低いため、溶接部より破壊する。部材１−６により、このような電池缶の四隅の変形を押さえることができる。部材１-５-１の溶接辺の全ての溶接部の表面の露出を無くす必要はなく、応力が高くなる四隅付近を覆っていればよい。部材１-６の高さは、電池缶１の総高さの１０％以上あれば、電池缶の破断強度が向上した。
【００３１】
さらに、図１１のように、部材１-６を電池缶１の上底と下底に合わせて配置すると、電池缶の幅広面の変形が上底側と下底側が均一に拘束されることで膨らみによる変形が高さ方向に対して対象となってより好ましい。部材１-５-１の溶接辺の全ての溶接部の表面の露出を無くす必要はないが、図１２のように、部材１−５−１の溶接部の表面が露出しないように部材１-７で覆っていてもよい。図１３は、図１２の実施例のＡ−Ａ‘に沿って切断した中央断面図である。部材１−７は２０ｍｍ幅の平板を折り曲げて作製されている。部材１-７は、部材１-０の面１-２と面１-３及び部材１−５にアクリル系接着剤で固着されている。接着剤はアクリル系を主体とする接着剤以外に、エポキシ系を主体とする接着剤等の強度的に優れた接着剤であればよい。
実施例１〜３と同様の方法で、電池缶の膨らみ量と温度を測定した。実施例４により作製した電池の最大変形量Ａ、Ｂ共に１．６ｍｍであり、平均変形量は１．６ｍｍとなる。つまり、部材１−０の面１−１と部材１-５-１の面の変形量である。対向する面の最大変形量は同じであることから、ＡとＢの最大変形量と平均変形量の差は、±０％となり、判断基準である±１０％以内は達成された。また、実施例４の電池の温度は２７℃、容量は２１８Ａｈであり、部材１−０と部材１−５の板厚が同じ比較例１と比べて、膨らみ量が小さく、温度も低く抑えることができ、電池容量も大きかった。
【００３２】
本実施例４では、充放電によって発生するガスや積層体自身の膨張による電池缶の膨張を抑制することができるため、電極群の極板間の隙間が比較例１に比べて小さくなり、その結果、電極群内の熱抵抗が低減することで温度上昇を抑えることができたためと推定される。また、電池の膨らみ量が抑制されるため、電極群の極板間の隙間が比較例１に比べ小さくなることにより、リチウムイオンの移動距離が短くなり、イオン移動抵抗も低減したため、電池容量も比較例１に比べて大きくなったと推定される。電池缶はガスによる内圧や積層体の膨張により膨れるが、特に、電池缶の幅広面中央部の膨れが最も大きくなる。実施例４により、電池の積層方向に形成された電池缶四隅の溶接部の表面を補強部材１-６で覆うことで、電池缶の積層方向に対向する２面の膨らみを実質的に等しくでき、体積エネルギー密度が高い、大容量電池を提供することができた。
【００３３】
図１４に比較例１と共に実施例１から実施例４の電池特性表を示す。図１４に示すように、本実施例１から実施例４は、比較例１に比べ、充放電によって積層体電極群が膨張した場合であっても、電池缶が外方向へ膨らむ変形を均等にし、且つ、抑制し、且つ、積層体からの発熱を効果的に放熱できる、サイクル特性や信頼性が高く、大容量でエネルギー密度が高い二次電池を提供できた。
【符号の説明】
【００３４】
１…電池缶、２…積層体、３…タブ、４…外部端子、５…締結部品、６…注液孔栓、７…安全弁、８…蓋板、９…溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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