(57)【要約】【課題】  電池缶の封口板にガス排出弁を配備する構成を変えることなく、ガス排出弁のガス排出機能に支障が生じることのない角形電池を提供する。【解決手段】  本発明に係る角形電池は、缶本体の開口部に封口板12を固定してなる電池缶の内部に、巻き取り電極体２が、その外周面を缶本体の底面に沿わせて収容され、該巻き取り電極体２の正負一対の電極端縁には集電板３がそれぞれ接合され、両集電板はそれぞれ、金属板を塑性加工してなるリード部材５を介して、封口板12に取り付けられた正負一対の電極端子機構４、40に連結されている。電池缶の封口板12には、一方の集電板３から対応する電極端子機構４へ伸びるリード部材５の表面と対向する位置に、ガス排出弁13が取り付けられている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体状を呈する缶本体(11)の開口部に封口板(12)を固定してなる電池缶(１)の内部に、電池要素となる巻き取り電極体(２)が、その外周面を缶本体(11)の底面に沿わせて収容され、該巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部に突出する正負一対の電極端縁(28)(29)には集電板(３)(30)がそれぞれ接合され、両集電板(３)(30)はそれぞれ、金属板を塑性加工してなるリード部材(５)(50)を介して、封口板(12)に取り付けられた正負一対の電極端子機構(４)(40)に連結されている角形電池において、電池缶(１)の封口板(12)には、何れか一方の集電板(３)から対応する電極端子機構(４)へ伸びるリード部材(５)の表面と対向する位置に、内圧が所定値を越えたときに開放すべきガス排出弁(13)が取り付けられていることを特徴とする角形電池。
【請求項２】
電池缶(１)の封口板(12)には、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向に沿って、前記一対の電極端子機構(４)(40)が配備されると共に、両電極端子機構(４)(40)の外側に前記ガス排出弁(13)が配備されている請求項１に記載の角形電池。
【請求項３】
直方体状を呈する缶本体(11)の開口部に封口板(12)を固定してなる電池缶(１)の内部に、電池要素となる巻き取り電極体(２)が、その外周面を缶本体(11)の底面に沿わせて収容され、該巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部に突出する正負一対の電極端縁(28)(29)には集電板(３)(30)がそれぞれ接合され、両集電板(３)(30)はそれぞれ帯状のリード部材(５)(50)を介して、封口板(12)に取り付けられた正負一対の電極端子機構(４)(40)に連結されている角形電池において、電池缶(１)の封口板(12)には、内圧が所定値を越えたときに開放すべきガス排出弁(13)が取り付けられると共に、該封口板(12)の裏面には、ガス排出弁(13)を近接位置で包囲するリブ(６)が巻き取り電極体(２)の外周面に向けて突設されていることを特徴とする角形電池。
【請求項４】
前記リブ(６)は筒状本体(60)を具え、該筒状本体(60)には１或いは複数の貫通孔(61)が開設されている請求項３に記載の角形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直方体状の内部に電池要素となる巻き取り電極体を収容して構成される角形電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度(Ｗｈ／Ｋｇ)の高いリチウムイオン二次電池が開発されており、その中でも体積エネルギー密度(Ｗｈ／ｌ)の高い角形二次電池が注目されている(特許文献１、２参照)。
【０００３】
図９及び図１１は、出願人の提案にかかる角形二次電池の構成を示しており、図９の如く、直方体状の缶本体(11)と該缶本体(11)の開口部を覆う封口体(12)によって形成される電池缶(１)の内部に、発電要素となる巻き取り電極体(２)が収容されている。封口体(12)には、正負一対の電極端子機構(４)(40)が配備されると共に、両電極端子機構(４)(40)の間には、内圧が所定値を越えたときに開放すべきガス排出弁(13)と、電解液注入用の貫通孔を塞ぐ注液栓(14)とが配備されている。巻き取り電極体(２)は、缶本体(１)に横向きに収容されており、巻き軸に対して垂直な方向に扁平な形状を有している。
【０００４】
図１１に示す如く、巻き取り電極体(２)の両電極端縁(28)(29)にはそれぞれ帯状の集電板(３)(30)が接合され、該集電板(３)(30)が、金属板を塑性加工してなるリード部材(５)(50)を介して、正負一対の電極端子機構(４)(40)に連結されている。これによって、一対の電極端子機構(４)(40)から巻き取り電極体(２)の発生電力を取り出すことが出来る。
【０００５】
集電板(３)(30)はそれぞれ帯状の平板部(31)を具え、該平板部(31)の幅方向の両端部には、電極端縁(28)(29)に向けて突出する一対のリブ(32)(32)が前記両端部に沿って形成されている。平板部(31)には、一対のリブ(32)(32)と交差する方向に伸びる複数の凸条部(33)が、電極端縁(28)(29)に向かって突設されると共に、隣接する凸条部(33)の間にはそれぞれ、複数の貫通孔(34)が開設されている。
【特許文献１】特開２００２−９３４０２号公報
【特許文献２】特開平７−２９６７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の角形二次電池においては、巻き取り電極体(２)が電解液を吸収することによって巻き軸を中心とする径方向に膨張し、図１０に示す様に、巻き取り電極体(２)の外周面が、電池缶(１)の封口板(12)に取り付けられているガス排出弁(13)に密着することがあった。これによって、ガス排出弁(13)のガス流路が塞がれるため、電池の内圧が上昇して所定値を越えたときのガス排出弁(13)のガス排出機能に支障が生じる問題があった。
【０００７】
この問題に対しては、電池缶(１)の缶本体(11)の側面にガス排出弁(13)を配備する構成が考えられるが(特許文献２参照)、缶本体(11)にガス排出弁(13)を配備することは製造上困難で、コストアップにつながる問題がある。
そこで本発明の目的は、電池缶の封口板にガス排出弁を配備する構成を変えることなく、ガス排出弁のガス排出機能に支障が生じることのない角形電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る角形電池においては、直方体状を呈する缶本体(11)の開口部に封口板(12)を固定してなる電池缶(１)の内部に、電池要素となる巻き取り電極体(２)が、その外周面を缶本体(11)の底面に沿わせて収容され、該巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部に突出する正負一対の電極端縁(28)(29)には集電板(３)(30)がそれぞれ接合され、両集電板(３)(30)はそれぞれ、金属板を塑性加工してなるリード部材(５)(50)を介して、封口板(12)に取り付けられた正負一対の電極端子機構(４)(40)に連結されている。
そして、電池缶(１)の封口板(12)には、何れか一方の集電板(３)から対応する電極端子機構(４)へ伸びるリード部材(５)の表面と対向する位置に、内圧が所定値を越えたときに開放すべきガス排出弁(13)が取り付けられている。
【０００９】
具体的構成において、電池缶(１)の封口板(12)には、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向に沿って、前記一対の電極端子機構(４)(40)が配備されると共に、両電極端子機構(４)(40)の外側に前記ガス排出弁(13)が配備されている。
【００１０】
上記本発明の角形電池においては、電解液の吸収によって巻き取り電極体(２)が径方向に膨張して、巻き取り電極体(２)の外周面がガス排出弁(13)に接近したとしても、ガス排出弁(13)との対向位置には、リード部材(５)が伸びているため、該リード部材(５)によって巻き取り電極体(２)の外周面が受け止められる。この結果、ガス排出弁(13)とリード部材(５)の間の空間が保たれ、これによってガス排出弁(13)のガス排出機能が確保される。
【００１１】
又、本発明に係る他の角形電池においては、電池缶(１)の封口板(12)に、内圧が所定値を越えたときに開放すべきガス排出弁(13)が取り付けられると共に、該封口板(12)の裏面には、ガス排出弁(13)を近接位置で包囲するリブ(６)が巻き取り電極体(２)の外周面に向けて突設されている。
【００１２】
上記本発明の角形電池においては、電解液の吸収によって巻き取り電極体(２)が径方向に膨張して、巻き取り電極体(２)の外周面がガス排出弁(13)に接近したとしても、封口板(12)の裏面には、ガス排出弁(13)を近接位置で包囲するリブ(６)が突設されているため、該リブ(６)によって巻き取り電極体(２)の外周面が受け止められる。この結果、ガス排出弁(13)とリブ(６)の間に空間(ガス流路)が保たれ、これによってガス排出弁(13)のガス排出機能が確保される。
【００１３】
尚、前記リブ(６)が筒状本体(60)を具え、該筒状本体(60)には１或いは複数の貫通孔(61)が開設されている構成においては、巻き取り電極体(２)の外周面が筒状本体(60)の端面に接触して筒状本体(60)の開口を塞ぐことがあるが、この場合においても該筒状本体(60)に開設されている１或いは複数の貫通孔(61)によって、ガス流路が確保される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る角形電池によれば、電池缶の封口板にガス排出弁を配備する構成を変えることなく、電池内圧上昇時におけるガス排出弁のガス排出機能を良好に保つことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を角形リチウムイオン二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
【００１６】
第１実施例
本発明に係る角形リチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、直方体状の缶本体(11)の開口部に封口体(12)を溶接固定してなる電池缶(１)を具え、該電池缶(１)の内部には、発電要素となる巻き取り電極体(２)が収容されている。巻き取り電極体(２)は、巻き軸に対して垂直な方向に扁平な形状を有し、缶本体(１)に横向きに収容されている。電池缶(１)は、例えば１７ｍｍ×５０ｍｍ×９０ｍｍの外形を有している。
【００１７】
電池缶(１)の封口体(12)には、正負一対の電極端子機構(４)(40)が配備されると共に、両電極端子機構(４)(40)の間には電解液注入用の貫通孔を塞ぐ注液栓(14)が配備され、更に両電極端子機構(４)(40)の外側に、内圧が所定値を越えたときに開放すべきガス排出弁(13)が配備されている。
【００１８】
巻き取り電極体(２)は、図６に示す如く、それぞれ帯状の正極(21)と負極(23)の間に帯状のセパレータ(22)を介在させて、これらを渦巻き状に巻き取って構成されている。正極(21)は、厚さ１５μmのアルミニウム箔からなる帯状芯体(25)の両面にコバルト酸リチウムからなる正極活物質(24)を塗布して構成され、負極(23)は、厚さ１０μmの銅箔からなる帯状芯体(27)の両面に黒鉛からなる負極活物質(26)を塗布して構成されている。セパレータ(22)は、イオン透過性のポリプロピレン製の微多孔膜であり、該セパレータ(22)には、非水電解液が含浸されている。
【００１９】
正極(21)には、正極活物質(24)の塗布されている塗工部と、正極活物質(24)の塗布されていない非塗工部とが形成されている。又、負極(23)にも、負極活物質(26)の塗布されている塗工部と、負極活物質の塗布されていない非塗工部とが形成されている。
正極(21)及び負極(23)は、それぞれセパレータ(22)上に幅方向へずらして重ね合わせ、正極(21)及び負極(23)の前記非塗工部をセパレータ(22)の両端縁からそれぞれ外側へ突出させる。そして、これらを渦巻き状に巻き取った後、電極体の外周面を両側から圧縮することにより、巻き軸に垂直な方向に扁平な形状を有する巻き取り電極体(２)が形成される。又、巻き取り電極体(２)の中央部には、両端部を貫通する中央孔(210)が形成されている。
【００２０】
巻き取り電極体(２)の一方の端部には、複数枚の正極(21)の芯体(25)の端縁が突出して正極側の電極端縁(28)が形成されると共に、他方の端部には、複数枚の負極(23)の芯体(27)の端縁が突出して負極側の電極端縁(29)が形成されており、電極端縁(28)(29)には、図３に示す如く、正負一対の帯状の集電板(３)(30)がそれぞれ接合されている。
【００２１】
両集電板(３)(30)はそれぞれ帯状の平板部(31)を具え、該平板部(31)の幅方向の両端部には、電極端縁(28)(29)に向けて突出する一対のリブ(32)(32)が前記両端部に沿って形成されている。平板部(31)には、一対のリブ(32)(32)と交差する方向に伸びる複数の凸条部(33)が、電極端縁(28)(29)に向かって突設されると共に、隣接する凸条部(33)どうしの間にはそれぞれ、複数の貫通孔(34)が開設されている。
尚、集電板(３)(30)の厚さは０.５ｍｍであり、平板部(31)は１４ｍｍ×５０ｍｍ、リブ(32)は２０ｍｍ×５０ｍｍの外形を有している。
【００２２】
図５は、他の集電板(３)(30)の構造を表わしている。該集電板(３)(30)においては、隣接する凸条部(33)(33)の間にそれぞれ、巻き取り電極体(２)の電極端縁(28)(29)に向かって突出する一対の切り起し片(35)(35)が形成されている。両切り起し片(35)(35)は、平板部(31)の長手方向に伸びると共に、平板部(31)の電極端縁(28)(29)との対向面に対して１２０度程度の開き角度を有している。該切り起し片(35)(35)の切り起こしに伴って平板部(31)に形成された開口(36)は、後述の組立工程にて巻き取り電極体(２)に電解液を含浸させる際の通路となる。
【００２３】
図３に示す如く、一対の集電板(３)(30)はそれぞれ、厚さ０.５ｍｍ〜１.５ｍｍの金属板をＬ字状に塑性加工してなるリード部材(５)(50)を介して、正負一対の電極端子機構(４)(40)の基端部に連結されている。尚、正極側のリード部材(５)はアルミニウム製であり、負極側のリード部材(50)はニッケル製である。
リード部材(５)(50)の基端部は集電板(３)(30)に溶接され、先端部は電極端子機構(４)(40)の基端部にかしめ固定される。
ここで、一方のリード部材(５)は、図４に示す如く、巻き取り電極体(２)の外周面と封口板(12)の間を伸びて、その先端が電極端子機構(４)の位置に達しており、ガス排出弁(13)は、リード部材(５)の表面と対向することになる。
【００２４】
上記本発明の角形リチウムイオン二次電池においては、図２に示す如く、電解液の吸収によって巻き取り電極体(２)が径方向に膨張して、巻き取り電極体(２)の外周面がガス排出弁(13)に向かって接近したとしても、ガス排出弁(13)との対向位置には、リード部材(５)が伸びているため、該リード部材(５)によって巻き取り電極体(２)の外周面が受け止められる。この結果、ガス排出弁(13)とリード部材(５)の間の空間(ガス流路)が保たれ、これによってガス排出弁(13)のガス排出機能が確保される。
【００２５】
上記第１実施例の角形二次電池の組立においては、先ず、図３に示す缶本体(11)、封口板(12)、巻き取り電極体(２)を作製すると共に、プレス加工によって正負一対の集電板(３)(30)及びリード部材(５)(50)を作製する。
次に、巻き取り電極体(２)の両端部から突出している電極端縁(28)(29)に集電板(３)(30)を押し付ける。ここで、集電板(３)(30)の剛性は、プレス加工により形成された一対のリブ(32)(32)及び凸条部(33)によって大きなものとなっているので、集電板(３)(30)を電極端縁(28)(29)に押し付ける押圧力によって集電板(３)(30)の平板部(31)が変形する虞はない。
両集電板(３)(30)を電極端縁(28)(29)にそれぞれ押し付けることによって、両集電板(３)(30)の凸条部(33)は電極端縁(28)(29)にそれぞれ均一に食い込み、各凸条部(33)と電極端縁(28)(29)の間には、円筒面からなる接合部が形成される。
【００２６】
又、一対のリブ(32)(32)によって、巻き取り電極体(２)の複数枚の芯体端部が集電板(３)(30)の平板部(31)の中央部に向かって寄せ集められ、束ねられる。これに伴って、集電板(３)(30)はそれぞれ、電極端縁(28)(29)に対して位置決めされることとなり、両集電板(３)(30)の位置が巻き取り電極体(２)の厚さ方向にずれることはない。
【００２７】
この様に、巻き取り電極体(２)の電極端縁(28)(29)に集電板(３)(30)を押し付けた状態で、各凸条部(33)の内周面に向けてレーザビームを照射し、レーザ溶接を施す。このとき、電極端縁(28)(29)は、複数枚の芯体端部が従来よりも密に束ねられた状態で集電板(３)(30)に接触しているので、従来よりも大きな出力をもって溶接を施し、溶接接合部に大きな溶接熱を発生させた場合にも、該溶接接合部に溶断が生じることはなく、両集電板(３)(30)はそれぞれ電極端縁(28)(29)に確実に接合されることになる。
【００２８】
そして、封口板(12)に対して正負一対の電極端子機構(４)(40)を組み付けると共に、一対のリード部材(５)(50)の先端部を電極端子機構(４)(40)にかしめ固定する。その後、両リード部材(５)(50)の基端部をそれぞれ集電板(３)(30)の平板部(31)の裏面にレーザ溶接する。
【００２９】
次に、巻き取り電極体(２)を缶本体(11)の内部に収容すると共に、封口板(12)を缶本体(11)の開口部に被せ、封口板(12)を缶本体(11)に溶接する。
その後、ドライボックス内にて封口板(12)の注液孔から電解液を注入する。このとき、電解液は集電板(３)(30)の貫通孔(34)から巻き取り電極体(２)の内部に供給されるため、巻き取り電極体(２)に電解液を含浸させるための時間が大幅に短縮されることとなり、これによって、電池缶(１)に電解液を注液する注液時間が大幅に短縮される。最後に前記注液孔を注液栓(14)によって封止し、電池の組立を終了する。
【００３０】
第２実施例
上記第１実施例の構成に代えて、若しくは上記第１実施例の構成と共に、図７に示す如く、封口板(12)の裏面に、ガス排出弁(13)を近接位置で包囲するリブ(６)を突設した構成を採用することが可能である。
該リブ(６)は、円筒状本体(60)を具え、該円筒状本体(60)には複数の貫通孔(61)が開設されている。
【００３１】
上記第２実施例の角形リチウムイオン二次電池においては、図８に示す如く、電解液の吸収によって巻き取り電極体(２)が径方向に膨張して、巻き取り電極体(２)の外周面がガス排出弁(13)に接近したとしても、封口板(12)の裏面には、ガス排出弁(13)を近接位置で包囲する円筒状のリブ(６)が突設されているため、該リブ(６)によって巻き取り電極体(２)の外周面が受け止められる。ここで、リブ(６)の筒状本体(60)の開口が巻き取り電極体(２)の外周面によって塞がれたとしても、筒状本体(60)に開設されている１或いは複数の貫通孔(61)によって、ガス流路が確保され、これによってガス排出弁(13)のガス排出機能が確保される。
【００３２】
上述の如く、本発明に係る角形リチウムイオン二次電池によれば、電池缶(１)の封口板(12)にガス排出弁(13)を配備する構成を変えることなく、電池内圧上昇時におけるガス排出弁(13)のガス排出機能を良好に保つことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例である角形リチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図である。
【図２】該角形リチウムイオン二次電池の作用効果を説明する図である。
【図３】該角形リチウムイオン二次電池の分解斜視図である。
【図４】該角形リチウムイオン二次電池におけるリード部材とガス排出弁との位置関係を示す斜視図である。
【図５】集電板の他の構成を示す斜視図である。
【図６】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図７】本発明の第２実施例である角形リチウムイオン二次電池の要部を示す拡大断面図である。
【図８】該角形リチウムイオン二次電池の作用効果を説明する図である。
【図９】出願人の提案に係る角形リチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図である。
【図１０】該角形リチウムイオン二次電池における不具合を説明する図である。
【図１１】該角形リチウムイオン二次電池の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
(１)  電池缶
(11)  缶本体
(12)  封口板
(13)  ガス排出弁
(14)  注液栓
(２)  巻き取り電極体
(３)  集電板
(30)  集電板
(４)  電極端子機構
(40)  電極端子機構
(５)  リード部材
(50)  リード部材
(６)  リブ
(60)  筒状本体
(61)  貫通孔
【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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