(57)【要約】【課題】外部端子に外力として加わる回転方向の力に対して集電板の回転を抑制し、電極の破損や集電板と電池缶との電気的ショートを防止することが可能な扁平形二次電池を提供する。【解決手段】正極電極および負極電極をセパレータを介して扁平形に捲回した電極群と、電極群の捲回軸方向の両端に設けられた集電板１０４と、側面と上面により集電板１０４を覆う絶縁部材１１１と、電極群と集電板１０４と絶縁部材１１１を収納する電池缶と、電池缶の捲回軸方向の両端を封口する封口板と、集電板１０４に接続され電池缶の外部へ突出する端子１０９とを備える扁平形二次電池であって、絶縁部材１１１は、側面に、電池缶の内壁に当接する凸部６０６を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極および負極電極をセパレータを介して扁平形に捲回した電極群と、前記電極群の捲回軸方向の両端に設けられた集電板と、側面と上面により前記集電板を覆う絶縁部材と、前記電極群と前記集電板と前記絶縁部材を収納する電池缶と、前記電池缶の前記捲回軸方向の両端を封口する封口板と、前記集電板に接続され前記電池缶の外部へ突出する端子とを備える扁平形二次電池であって、
前記絶縁部材は、前記側面に、前記電池缶の内壁に当接する凸部を備えることを特徴とする扁平形二次電池。
【請求項２】
請求項１記載の扁平形二次電池において、
前記絶縁部材の前記側面は、平面部分と曲面部分とを有し、
前記凸部は、前記平面部分に設けられる扁平形二次電池。
【請求項３】
請求項１記載の扁平形二次電池において、
前記絶縁部材は、前記上面が扁平形であり、前記上面の長手方向の一端側に前記端子が突出するための開口部を備え、
前記凸部は、前記長手方向の他端側に設けられる扁平形二次電池。
【請求項４】
請求項１記載の扁平形二次電池において、
前記絶縁部材は、前記上面に、前記封口板に当接する凸部をさらに備える扁平形二次電池。
【請求項５】
請求項１記載の扁平形二次電池において、
前記絶縁部材の前記側面は、平面部分と曲面部分とを有し、
前記凸部の前記電池缶の内壁に当接する部分は、前記平面部分に平行な平面である扁平形二次電池。
【請求項６】
請求項４記載の扁平形二次電池において、
前記上面に備えられた前記凸部の前記封口板に当接する部分は、前記上面に平行な平面である扁平形二次電池。
【請求項７】
請求項１記載の扁平形二次電池において、
前記絶縁部材の前記側面は、対向する２つの平面部分と、前記２つの平面部分をつなぐ少なくとも１つの曲面部分とを有し、
前記凸部は、前記２つの平面部分のそれぞれに設けられる扁平形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は扁平形二次電池に関し、より詳細には、電気自動車等に搭載される扁平形二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が進められている。リチウムイオン二次電池の中には、帯状の電極を捲回して形成した電極群（「捲回群」とも称する）を用いるものがある。電極群の形状の例としては、円筒形や扁平筒形（以下、単に「扁平形」と称する）があげられる。特許文献１には、扁平形の二次電池が記載されている。この二次電池は、扁平形に捲回された電極群と、電極群の捲回軸方向の両端に捲回軸と垂直に設けられた集電板と、集電板に接続され捲回軸方向に突出するように設けられた外部端子とを備え、電極群と集電板は扁平形の電池缶に収納されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５４３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の二次電池の構造では、製造工程等で、捲回軸に平行な軸まわりの回転方向の力が外部端子に外力として加わると、外部端子が接続している集電板も回転する。集電板が回転すると、集電板に接続している電極が破損したり、電池缶と集電板が接触して電気的なショートを起こしたりするという課題がある。
【０００５】
本発明は、外部端子に外力として加わる回転方向の力に対して集電板の回転を抑制し、電極の破損や集電板と電池缶との電気的ショートを防止することが可能な扁平形二次電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明による扁平形二次電池は、以下の特徴を備える。正極電極および負極電極をセパレータを介して扁平形に捲回した電極群（「捲回群」とも称する）と、前記電極群の捲回軸方向の両端に設けられた集電板と、側面と上面により前記集電板を覆う絶縁部材と、前記電極群と前記集電板と前記絶縁部材を収納する電池缶と、前記電池缶の前記捲回軸方向の両端を封口する封口板と、前記集電板に接続され前記電池缶の外部へ突出する端子とを備える扁平形二次電池であって、前記絶縁部材は、前記側面に、前記電池缶の内壁に当接する凸部を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、外部端子に外力として加わる回転方向の力に対して集電板の回転を抑制し、電極の破損や集電板と電池缶との電気的ショートを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の扁平形二次電池の外観斜視図。
【図２】実施例１の扁平形二次電池が備える捲回群の例を示す構成図。
【図３】実施例１の扁平形二次電池の分解斜視図。
【図４】実施例１の絶縁部材と正極集電板の斜視図。
【図５】実施例１の絶縁部材と電池缶の上面図。
【図６】実施例２の絶縁部材と正極集電板の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明による扁平形二次電池は、正極電極および負極電極をセパレータを介して扁平形に捲回した電極群（「捲回群」とも称する）と、電極群の捲回軸方向の両端に設けられた集電板と、側面と上面により集電板を覆う絶縁部材と、電極群と集電板と絶縁部材を収納する電池缶と、電池缶の捲回軸方向の両端を封口する封口板と、集電板に接続され電池缶の外部へ突出する端子とを備え、絶縁部材は、側面に、電池缶の内壁に当接する凸部を備える。
【００１０】
本明細書において、扁平形には、長円形（楕円形を含む）、角丸長方形（２つの対向する直線部分とこれらをつなぐ２つの曲線部分とから構成される形状）、および長方形（角が丸いものも含む）が含まれる。また、扁平筒形のことを、単に「扁平形」と称する。すなわち、扁平筒形には、電極群の捲回軸方向に垂直な断面が、長円形である筒形、角丸長方形である筒形、および長方形である筒形が含まれる。
【実施例１】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例１による扁平形二次電池について、説明する。
【００１２】
図１は、本実施例の扁平形二次電池の外観斜視図である。図１に示すように、扁平形二次電池１００は、電池缶１０１と、電池缶１０１に溶接された正極封口板１１６と、負極封口板（図示せず）を備え、電極群（捲回群）の捲回軸方向に垂直な断面が角丸長方形（２つの対向する直線部分とこれらをつなぐ２つの曲線部分とから構成される形状）である。正極封口板１１６は、角丸長方形であり、注液栓１０７および開裂弁１０８を備え、長手方向の一方の端部から正極端子１０９が突出しており、ナット１１３で固定される。図示しないが、負極封口板は、長手方向の一方の端部から負極端子が突出しており、ナットで固定される。
【００１３】
図２は、本実施例の扁平形二次電池が備える捲回群の例を示す構成図である。捲回群（電極群）１０２は、アルミニウム箔の両面に正極合剤を塗布した正極板４０１と、銅箔の両面に負極合剤を塗布した負極板４０２と、２枚のセパレータ４０３と、筒状または板状の捲芯４０４とを備える。正極板４０１と負極板４０２は、それぞれ正極電極と負極電極となる。正極板４０１と負極板４０２を、２枚のセパレータ４０３を介して重ね合わせて、捲芯４０４のまわりに捲回することで、捲回群１０２が構成される。図２において、捲回群１０２の捲回軸方向は、図の左右方向である。
【００１４】
正極板４０１の捲回軸方向の一方の端部は、正極合剤が塗布されずアルミニウム箔が露出しており、この露出部の末端には短冊状の正極タブ群４０５が形成される。負極板４０２の捲回軸方向の一方の端部は、負極合剤が塗布されず銅箔が露出しており、この露出部の末端には短冊状の負極タブ群４０６が形成される。図２では、捲回群１０２の捲回軸方向の一方の端部から正極タブ群４０５が突出し、他方の端部から負極タブ群４０６が突出している。
【００１５】
捲芯４０４は、樹脂成型によって作製される。樹脂には、熱可塑性樹脂であれば、ポリプロピレンやポリフェニレンスルフィド等を用いることができ、熱硬化性樹脂であれば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、または不飽和ポリエステル等を用いることができる。捲芯４０４に用いる樹脂は、高熱耐久性の樹脂であればよく、特に限定されるものではない。
【００１６】
図３は、本実施例の扁平形二次電池の分解斜視図である。図３に示すように、本実施例の扁平形二次電池１００は、捲回群１０２の捲回軸方向に垂直な断面の形状（横断面形状）が、角丸長方形（２つの対向する直線部分とこれらをつなぐ２つの曲線部分とから構成される形状）である。
【００１７】
扁平形二次電池１００は、扁平形の電池缶１０１内に、捲回群１０２、正極集電板１０４、負極集電板１０５、および絶縁部材１１１を収納する。捲回群１０２は、電解液とともに電池缶１０１内に収納される。さらに、電池缶１０１の捲回軸方向の両端を、正極封口板１１６と負極封口板１０３とで封口することで、扁平形二次電池１００は構成される。正極封口板１１６と負極封口板１０３は、図１に示したように、角丸長方形である。電池缶１０１、正極封口板１１６、および負極封口板１０３には、アルミニウムまたはステンレスを用いる。
【００１８】
電池缶１０１の捲回軸方向の一端では、アルミニウム製の正極端子１０９が正極封口板１１６の電極端子用開口部３０４から電池缶１０１の外部へ突出し、他端では、銅製の負極端子１１０が負極封口板１０３の電極端子用開口部３０４から電池缶１０１の外部へ突出する。正極端子１０９は、正極封口板１１６の長手方向の一端から突出し、負極端子１１０は、負極封口板１０３の長手方向の一端（正極端子１０９と同じ長手方向の端部）から突出する。正極端子１０９はアルミニウム製の正極集電板１０４に、負極端子１１０は銅製の負極集電板１０５に、それぞれ溶接等で接続して固定する。
【００１９】
正極集電板１０４は、角丸長方形でガス放出用開口部６０２および集電板凸部（図示せず）を備える。集電板凸部は、捲回群１０２を構成する捲芯４０４の捲芯開口部４０７に嵌合する。負極集電板１０５は、正極集電板１０４と同様に、角丸長方形でガス放出用開口部６０２および集電板凸部６０３を備える。集電板凸部６０３は、捲芯４０４の捲芯開口部４０７に嵌合する。
【００２０】
正極封口板１１６は、開裂弁１０８と注液孔３０１を有し、注液孔３０１は注液栓１０７で塞がれる。負極封口板１０３は、中央部に開裂弁１０８を有する。
【００２１】
正極封口板１１６と正極集電板１０４の間には、絶縁部材１１１が、正極集電板１０４を覆うように配置される。また、負極封口板１０３と負極集電板１０５の間には、絶縁部材１１１が、負極集電板１０５を覆うように配置される。絶縁部材１１１は、詳細は後述するが、上面部と側面部とから構成され、正極集電板１０４や負極集電板１０５を上面と側面から覆う。絶縁部材１１１は、上面部が正極集電板１０４や負極集電板１０５と同じ角丸長方形であり、正極集電板１０４や負極集電板１０５を隙間なく覆うのが好ましい。絶縁部材１１１の上面部には、電極端子用開口部３０３と注液用開口部６０４とガス放出用開口部６０５と凸部６０７が設けられ、側面部には、凸部６０６が設けられる。
【００２２】
なお、絶縁部材１１１の「上面部」や「側面部」とは、捲回群１０２の捲回軸方向を上下方向として定められる絶縁部材１１１の面である。そして、捲回軸方向に沿って、電池缶１０１の内部から外部へ向かう方向を上方向としている。すなわち、正極側の絶縁部材１１１の上面部と、負極側の絶縁部材１１１の上面部は、互いに反対方向を向いている。
【００２３】
正極端子１０９には、樹脂製のガスケットＡ１１２とガスケットＢ１１５が、正極封口板１１６の捲回軸方向の両側に取り付けられる。また、負極端子１１０には、ガスケットＡ１１２とガスケットＢ１１５が、負極封口板１０３の捲回軸方向の両側に取り付けられる。ガスケットＡ１１２は電池缶内に設けられ、ガスケットＢ１１５は電池缶外に設けられる。
【００２４】
正極封口板１１６と正極集電板１０４は、ナット１１３によって正極封口板１１６の外側（電池缶１０１の外部）から固定される。また、負極封口板１０３と負極集電板１０５は、ナット１１３によって負極封口板１０３の外側から固定される。
【００２５】
正極タブ群４０５は、捲回群１０２の一端から突出し、正極集電板１０４に束ねて溶接する。また、負極タブ群４０６は、捲回群１０２の他端から突出し、負極集電板１０５に束ねて溶接する。
【００２６】
図４は、本実施例の絶縁部材１１１と正極集電板１０４の斜視図である。図４の上図に絶縁部材１１１を示し、下図に正極集電板１０４を示している。図４では、正極集電板１０４を覆う絶縁部材１１１を示したが、負極集電板１０５を覆う絶縁部材１１１も、図４で示したのと同様の構成である。
【００２７】
本実施例の絶縁部材１１１は、上面部と側面部とから構成され、正極集電板１０４を上面と側面から覆う。上面部と側面部により、正極集電板１０４を隙間なく覆うのが好ましい。
【００２８】
上面部は、正極集電板１０４と同じ角丸長方形であり、電極端子用開口部３０３と注液用開口部６０４とガス放出用開口部６０５と凸部６０７を有する。電極端子用開口部３０３は上面部の長手方向の一端側に、注液用開口部６０４は上面部の長手方向の他端側に、ガス放出用開口部６０５は上面部の長手方向の中央部に、それぞれ設けられる。注液用開口部６０４は、電解液を注液しやすくするために設けられる。
【００２９】
上面部の凸部６０７は、長手方向において、ガス放出用開口部６０５の両側に設けられる。凸部６０７は、正極封口板１１６（または負極封口板１０３）に当接する（図３を参照）。すなわち、凸部６０７は、絶縁部材１１１と正極封口板１１６（または負極封口板１０３）の間を埋めるように突出する。凸部６０７の突出面（正極封口板１１６（または負極封口板１０３）との当接面）は、上面部に平行な平面であるのが望ましい。
【００３０】
側面部は、２つの対向する平面部分とこれらをつなぐ２つの曲面部分とから構成され、捲回群１０２の捲回軸方向（図４の上下方向）から見ると角丸長方形（角丸長方形の輪郭を表す閉曲線の形状）であり、凸部６０６を有する。
【００３１】
側面部の凸部６０６は、長手方向において、電極端子用開口部３０３のある端部側と反対側の端部側（すなわち、注液用開口部６０４が設けられる端部側）に設けるのが好ましい。また、凸部６０６は、側面部の平面部分（角丸長方形の直線部分）に設けるのが好ましく、２つの平面部分に１つずつ設けるのが好ましい。
【００３２】
図５は、本実施例の絶縁部材１１１と電池缶１０１の上面図である。絶縁部材１１１の側面部にある凸部６０６は、電池缶１０１の内壁に当接する。すなわち、凸部６０６は、絶縁部材１１１と電池缶１０１の間を埋めるように突出する。図５では、電池缶１０１の横断面形状が角丸長方形であるので、凸部６０６は、電池缶１０１の側面部の平面部分（角丸長方形の直線部分）に当接している。凸部６０６の突出面（電池缶１０１との当接面）は、絶縁部材１１１の側面部の平面部分に平行な平面であるのが望ましい。
【００３３】
本実施例の扁平形二次電池１００では、正極封口板１１６と正極集電板１０４を固定するには、正極集電板１０４に溶接されている正極端子１０９をナット１１３で締付ける。より詳細には、ネジ山がある正極端子１０９を、絶縁部材１１１の電極端子用開口部３０３、ガスケットＡ１１２、正極封口板１１６の電極端子用開口部３０４、およびガスケットＢ１１５に挿し通し、電池缶１０１の外部からナット１１３で締付けて固定する（図３を参照）。ナット１１３で締付ける際に、正極端子１０９に外力として加わる回転方向の力（捲回群１０２の捲回軸に平行な軸まわりの回転方向の力）が、正極端子１０９が溶接で固定されている正極集電板１０４を回転させ、電池缶１０１と正極集電板１０４の接触による電気的ショートを起こしたり、正極集電板１０４に接続される正極タブ群４０５を切断させたり、電極を破損させたりする恐れがある。
【００３４】
負極封口板１０３と負極集電板１０５を固定する方法も、正極封口板１１６と正極集電板１０４を固定する方法と同様であり、負極端子１１０をナット１１３で締付ける際の回転方向の力により、電池缶１０１と負極集電板１０５の接触による電気的ショートや負極タブ群４０６の切断や電極の破損を招くという恐れがある。
【００３５】
本実施例の絶縁部材１１１は、図５に示したように、側面部の２つの平面部分にそれぞれ１つの凸部６０６を有し、凸部６０６が電池缶１０１の内壁に当接している。このため、正極端子１０９や負極端子１１０に、捲回群１０２の捲回軸に平行な軸まわりの回転方向の力が外力として加わっても、絶縁部材１１１の側面部の凸部６０６により、正極集電板１０４や負極集電板１０５の回転を防止することができる。なぜなら、正極端子１０９や負極端子１１０に回転方向の外力が加わり、正極集電板１０４や負極集電板１０５とこれらを覆う絶縁部材１１１が回転しようとした際に、この回転方向と反対方向の力が凸部６０６に電池缶１０１から加わり、絶縁部材１１１と絶縁部材１１１に覆われている正極集電板１０４や負極集電板１０５の回転を防止するからである。したがって、正極端子１０９や負極端子１１０に回転方向の力が外力として加わっても、側面部の凸部６０６により、電池缶１０１と正極集電板１０４や負極集電板１０５との接触による電気的ショート、正極タブ群４０５と負極タブ群４０６の切断、および電極の破損を防ぐことができる。
【００３６】
側面部の凸部６０６は、正極端子１０９や負極端子１１０に加わる回転方向の力の影響を防ぐために設けるので、長手方向において電極端子用開口部３０３のある端部側と反対側の端部側で、側面部の２つの平面部分に１つずつ設けるのが好ましい。凸部６０６の突出面（電池缶１０１との当接面）は、側面部の平面部分に平行な平面であると、回転方向の力の影響を防ぐ効果が大きくなり、望ましい。
【００３７】
また、絶縁部材１１１の上面部の凸部６０７は、正極封口板１１６や負極封口板１０３に当接する。このため、正極端子１０９や負極端子１１０に加わる回転方向の力の影響で、正極集電板１０４や負極集電板１０５とこれらを覆う絶縁部材１１１が、捲回群１０２の捲回軸方向（図４の上下方向）に位置ずれを起こすのを防ぐことができる。したがって、上面部の凸部６０７にも、電池缶１０１と正極集電板１０４や負極集電板１０５との接触による電気的ショート、正極タブ群４０５と負極タブ群４０６の切断、および電極の破損を防ぐという効果がある。凸部６０７の突出面（正極封口板１１６または負極封口板１０３との当接面）は、上面部に平行な平面であると、回転方向の力の影響を防ぐ効果が大きくなり、望ましい。
【００３８】
絶縁部材１１１（上面部の凸部６０７と側面部の凸部６０６を含む）は、樹脂成型によって作製することが好ましい。樹脂には、熱可塑性樹脂であれば、ポリプロピレンやポリフェニレンスルフィド等を用いることができ、熱硬化性樹脂であれば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、または不飽和ポリエステル等を用いることができる。絶縁部材１１１に用いる樹脂は、高熱耐久性の樹脂であればよく、特に限定されるものではない。
【実施例２】
【００３９】
本発明の実施例２による扁平形二次電池について、説明する。本実施例の扁平形二次電池は、絶縁部材と集電体の構造以外は、実施例１の扁平形二次電池と同様である。したがって、本実施例では、絶縁部材と集電体の構造のみを説明し、これ以外の構成要素の説明は省略する。
【００４０】
図６は、本実施例の絶縁部材と正極集電板の斜視図である。図６において、図４と同一の符号は、図４と同一または共通の要素を示す。図６では、図４と同様に、上図に絶縁部材１１１１を示し、下図に正極集電板１１０４を示している。負極集電板は、正極集電板１１０４と同じ構成でもよく、実施例１の負極集電板１０５と同じ構成（図４に示した正極集電板１０４と同じ構成）でもよい。
【００４１】
本実施例の絶縁部材１１１１では、側面部は、２つの対向する平面部分とこれらをつなぐ１つの曲面部分とから構成される。すなわち、図４に示した実施例１の絶縁部材１１１において、注液用開口部６０４が設けられる端部側の曲面部が切り欠かれている。これは、絶縁部材１１１１に注液用開口部６０４を設ける代わりに、絶縁部材１１１１の形状を変えたものである。
【００４２】
本実施例の正極集電板１１０４も、絶縁部材１１１１と同様に、長手方向の一端（正極端子１０９が設けられているのと反対の端部）が切り欠かれている。
【００４３】
扁平形二次電池において、電解液の注液のために長手方向の一端を切り欠いた正極集電板を使用することがある。このような正極集電板１１０４を使用する場合には、図６に示したような形状の絶縁部材１１１１を用いてもよい。
【００４４】
絶縁部材１１１１は、図４に示した実施例１の絶縁部材１１１と同様に、上面部に電極端子用開口部３０３とガス放出用開口部６０５と凸部６０７を有し、側面部に凸部６０６を有する。電極端子用開口部３０３、ガス放出用開口部６０５、凸部６０７、および凸部６０６の位置も、図４に示した実施例１の絶縁部材１１１と同様である。
【００４５】
側面部の凸部６０６と上面部の凸部６０７は、実施例１と同様の形状であり、それぞれ電池缶１０１の内壁と正極封口板１１６（または負極封口板１０３）とに当接する。したがって、本実施例の絶縁部材１１１１も、正極端子１０９や負極端子１１０に加わる捲回群１０２の捲回軸に平行な軸まわりの回転方向の力の影響を防ぐことができ、電池缶１０１と正極集電板１０４や負極集電板１０５との接触による電気的ショート、正極タブ群４０５と負極タブ群４０６の切断、および電極の破損を防ぐという効果がある。
【符号の説明】
【００４６】
１００…扁平形二次電池、１０１…電池缶、１０２…捲回群、１０３…負極封口板、１０４…正極集電板、１０５…負極集電板、１０７…注液栓、１０８…開裂弁、１０９…正極端子、１１０…負極端子、１１１…絶縁部材、１１２…ガスケットＡ、１１３…ナット、１１５…ガスケットＢ、１１６…正極封口板、３０１…注液孔、３０３…電極端子用開口部、３０４…電極端子用開口部、４０１…正極板、４０２…負極板、４０３…セパレータ、４０４…捲芯、４０５…正極タブ群、４０６…負極タブ群、４０７…捲芯開口部、６０２…ガス放出用開口部、６０３…集電板凸部、６０４…注液用開口部、６０５…ガス放出用開口部、６０６…凸部、６０７…凸部、１１０４…正極集電板、１１１１…絶縁部材。
【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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