(57)【要約】【課題】二次電池に関し、簡素な構成で耐振動性を向上させる。【解決手段】集電体１をエレメント１１の電極板に接続し、ケース１２に対してエレメント１１を支持させる。集電体１に導通接続される端子２をケース１２に設ける。集電体１と端子２とを揺動可能に接続するジョイント部材３を設ける。ジョイント部材３には、端子２に固定される第一部材４と、集電体１に固定されて第一部材４と摺接する第二部材５とを設ける。【選択図】図１
2017097950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板を積層してなるエレメントがケースに内蔵された二次電池であって、
前記電極板に接続され、前記ケースに対して前記エレメントを支持する集電体と、
前記ケースに設けられ、前記集電体に導通接続される端子と、
前記集電体と前記端子とを揺動可能に接続するジョイント部材とを備え、
前記ジョイント部材が、前記端子に固定される第一部材と、前記集電体に固定されて前記第一部材と摺接する第二部材とを有する
ことを特徴とする、二次電池。
【請求項２】
前記ジョイント部材が、前記第一部材に対する前記第二部材の可動範囲を制限するガイド部を有する
ことを特徴とする、請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
直方体状の前記ケースの側面中央部において凹形状に形成された凹部を備える
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の二次電池。
【請求項４】
前記ジョイント部材が、前記第一部材に対する前記第二部材の位置を所定位置とするための復元力を与える弾性体を備える
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項５】
前記第一部材と前記第二部材との摺接面が球面状である
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
前記第一部材と前記第二部材との摺接面が筒面状である
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極板を積層してなるエレメントがケースに内蔵された二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池等といった二次電池を搭載した電気製品が広く流通している。これらのリチウム系二次電池は、エネルギー密度が高く、小型化が容易であることから、携帯電話機や携帯型情報端末，コードレス電動工具等の電力供給源として利用されている。また、電池容量に対する電池重量の割合が低いことから、電気自動車，ハイブリッド自動車等の駆動用電力源にもこれらの二次電池が採用されている。
【０００３】
一方、二次電池を車両に搭載する場合には、車体振動に対する耐振動性を向上させることが望ましい。特に、金属箔からなる電極板を積層したエレメントを内蔵した二次電池では、エレメントと集電体との接合部に負荷が集中しやすく、エレメントに亀裂や破断が生じるおそれがある。そこで、集電体や端子に屈曲変形しやすい部位を設けて、ケース外からエレメントに伝達される振動や衝撃を緩和・吸収することが提案されている（特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2014-007064号公報
【特許文献２】特開2013-161692号公報
【特許文献３】特開2012-138261号公報
【特許文献４】特開2013-004432号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、集電体や端子に屈曲変形しやすい部位を設けたとしても、ケース外から繰り返し入力される負荷応力を受けた場合には、使用年数が増加するにつれて変形箇所に疲労破壊が生じる可能性が高くなる。
なお、上記のような二次電池を搭載する車両の多くは、二次電池に入力される振動や衝撃を緩和するための緩衝構造を持っているため、ケース内で実際に疲労破壊が生じる可能性は著しく低い。しかし、二次電池の品質及び信頼性をより向上させるためには、その構造自体の耐振動性をより高めることが望まれる。
【０００６】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、簡素な構成で耐振動性を向上させた二次電池を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）ここで開示する二次電池は、電極板を積層してなるエレメントがケースに内蔵された二次電池である。この二次電池は、前記電極板に接続され、前記ケースに対して前記エレメントを支持する集電体と、前記ケースに設けられ、前記集電体に導通接続される端子と、前記集電体と前記端子とを揺動可能に接続するジョイント部材とを備える。前記ジョイント部材は、前記端子に固定される第一部材と、前記集電体に固定されて前記第一部材と摺接する第二部材とを有する。
【０００８】
（２）前記ジョイント部材が、前記第一部材に対する前記第二部材の可動範囲を制限するガイド部を有することが好ましい。
（３）直方体状の前記ケースの側面中央部において凹形状に形成された凹部を備えることが好ましい。なお、前記ケースの最長辺と最短辺とで囲まれる面を、前記ケースの底面と定義する。前記側面は、前記底面に隣接する面である。
【０００９】
（４）前記ジョイント部材が、前記第一部材に対する前記第二部材の位置を所定位置とするための復元力を与える弾性体を備えることが好ましい。前記弾性体は、前記第一部材と前記第二部材との摺接面の近傍において、前記第一部材と前記第二部材との間に介装されることが好ましい。
（５）前記第一部材と前記第二部材との摺接面が球面状であることが好ましい。例えば、前記集電体と前記端子との間をボールジョイントで接続することが好ましい。
（６）また、前記第一部材と前記第二部材との摺接面が筒面状であることが好ましい。例えば、前記集電体と前記端子との間をヒンジで接続することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
第一部材と第二部材とを摺接させることで、集電体及び端子の両方を塑性変形させることなく、集電体と端子との間の相対移動を許容することができる。これにより、集電体及びエレメントに作用しうる負荷を軽減することができ、エレメントの破断や劣化を抑制することができる。したがって、簡素な構成で二次電池の耐振動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】二次電池の内部構造を説明するための分解斜視図である。
【図２】二次電池の断面図である。
【図３】ジョイント部材の構造を説明するための図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は見上げ図である。
【図４】ジョイント部材の構造を説明するための図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は見上げ図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｂ）はジョイント部材の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して、実施形態としての二次電池について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１３】
［１．構成］
本実施形態のセル１０の内部構造を分解して図１に示す。このセル１０は、電極板（正極板及び負極板）を積層してなるエレメント１１がケース１２内に内蔵された二次電池である。二次電池の種類は、例えばリチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー電池，ニッケル水素二次電池等である。ケース１２は、上面が開放された直方体状に形成され、その上面は蓋１３で閉塞される。
【００１４】
ケース１２の側面中央部には、ケース１２の内側に向かって凹んだ形状の凹部９が設けられる。ここでいう側面とは、ケース１２の最長辺と最短辺とで囲まれる面を底面として、底面に隣接する面のことを指す。本実施形態では、図２に示すように、エレメント１１をＹ方向に挟む二つの側面に凹部９が形成される。ケース１２の材質は任意であって、例えば絶縁性樹脂や金属を用いることができるが、好ましくは容器内表面に絶縁被覆が施された金属製とされる。あるいは、ケース１２とエレメント１１との間に絶縁シートが挿入されて、ケース１２の絶縁性が保持される。
【００１５】
エレメント１１は、箔状（シート状）の正極板，負極板，セパレーター等を積層して最外周面を絶縁シートで捲回した発電要素であり、その内部に充放電反応に係る電解質を含有する。エレメント１１の形状は、例えばラミネート状（発電要素を重畳してシート状にしたもの），円柱状（発電要素を巻物状に捲回したもの），長円柱状（発電要素を楕円渦状，長円渦状となるように扁平に捲回したもの）などに形成され、電極同士の対向面積（すなわち電池容量）が十分に確保される。図１中に示すエレメント１１は長円柱状の捲回体である。発電要素の捲回軸方向についての一端側の外表面には正極が露出して設けられ、他端側の外表面には負極が露出して設けられる。
【００１６】
ケース１２の内部には、エレメント１１の正極板，負極板のそれぞれと端子２（電極端子）とを接続する一対の集電体１が収納される。集電体１は、エレメント１１の正極及び負極のそれぞれに固定される導電性の部材であり、ケース１２に対してエレメント１１を吊下げ状態で支持する機能を持つ。集電体１は、図１に示すように、エレメント１１の一端部と他端部とを挟み込んだ状態でケース１２の内部に設けられる。集電体１の表面のうちエレメント１１と接触しない部分には、例えば絶縁被覆が施され、あるいは集電体１とケース１２との間にも絶縁シートが挿入される。これにより、集電体１に対するケース１２の絶縁性も保持される。
【００１７】
それぞれの集電体１の上端部には、ジョイント部材３を介して端子２が固定される。端子２は、セル１０から電力を取り出すための電線が接続される導電性の軸状部位であり、ケース１２の蓋１３に対して固定される。各端子２は、集電体１に対して導通するように接続される。図１に示す端子２は、蓋１３を貫通した状態で、蓋１３に形成された端子孔と嵌合する筒状に形成されている。なお、端子２と蓋１３とは絶縁される。
【００１８】
ジョイント部材３は、集電体１と端子２とを揺動可能に接続する導電性の継手部材である。ジョイント部材３には、端子２に固定される第一部材４と集電体１に固定される第二部材５とが設けられる。第二部材５は、第一部材４に対して摺接するように設けられ、第一部材４に対して揺動可能とされる。図１，図３，図４には、ボールジョイント型のジョイント部材３を例示する。
【００１９】
第一部材４には、球穴部１５，端子接続部１６が設けられ、第二部材５には、球部１７，軸部１８，台座１９が設けられる。球穴部１５及び球部１７は、球面状の摺接面を形成するものである。また、端子接続部１６には端子２の下端部が固定され、台座１９は集電体１の上端部に固定される。軸部１８は、台座１９と球部１７との間に距離をあけて接続するための部材であり、軸心が球部１７の中心を通るように形成される。また、第一部材４と第二部材５との間には、弾性体８が介装される。弾性体８は、第一部材４に対する第二部材５の位置を所定の基準位置とするための復元力を与えるバネ又はゴムであり、揺動の中心位置を規定する機能を持つ。弾性体８は、軸部１８の軸心の周囲において放射状に配置されるとともに、周方向にほぼ等間隔で配置される。
【００２０】
ジョイント部材３には、第一部材４に対する第二部材５の可動範囲を制限するガイド部が設けられる。可動範囲は、図１中に示すＸ方向への集電体１の揺動量が、Ｙ方向への揺動量よりも小さくなるように設定される。これは、エレメント１１の正極及び負極が配置されているのが、Ｘ方向の一端部及び他端部であるからである。エレメント１１がＹ方向に揺動したとしても、ケース１２の内面に接触しうるのはエレメント１１の絶縁部１４（エレメント１１の側面をなす平坦な部位）であって、エレメント１１が極端に変形することはない。
【００２１】
ここで、ガイド部の形成手法として二種類の手法を例示する。
第一の手法は、球穴部１５の縁端６の形状で可動範囲を制限する手法である。第一部材４に対する第二部材５の可動範囲は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、球穴部１５の縁端６が軸部１８に接触しない範囲内に制限される。したがって、第二部材５を基準位置に配置した状態における、縁端６と軸部１８との間の隙間が、第二部材５の可動範囲に相当する領域となる。この場合、縁端６及び軸部１８が上記のガイド部として機能する。下面視における縁端６の形状は、例えば図３（Ｂ）に示すように、Ｘ方向よりもＹ方向に長い楕円形状に形成される。
【００２２】
第二の手法は、球部１７の表面に突起７を形成することで可動範囲を制限する手法である。第一部材４に対する第二部材５の可動範囲は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、突起７が縁端６に接触しない範囲内に制限される。したがって、第二部材５を基準位置に配置した状態における、縁端６と突起７との間の隙間が、第二部材５の可動範囲に相当する領域となる。この場合、縁端６及び突起７が上記のガイド部として機能する。下面視における突起７の形状は、例えば図４（Ｂ）に示すように、Ｙ方向よりもＸ方向に長い楕円形状に形成される。
【００２３】
［２．作用，効果］
（１）上記のセル１０では、ジョイント部材３の第一部材４と第二部材５とが摺接するように設けられて、ボールジョイント状の継手が形成される。そのため、たとえセル１０のケース１２に外力が作用したとしても、第一部材４に対する第二部材５の相対移動が許容されるため、端子２から入力された振動や衝撃がジョイント部材３で吸収・緩和される。これにより、集電体１及びエレメント１１に作用しうる負荷を軽減することができ、エレメント１１の破断や劣化を抑制することができる。また、集電体１は端子２に対して摺接状態で移動するため、導通状態が確保される。さらに、集電体１と端子２との相対移動が許容されることから、集電体１に無理な負荷がかかって塑性変形するようなことがない。したがって、簡素な構成でセル１０の耐振動性を向上させることができる。
【００２４】
（２）上記のセル１０には、第一部材４に対する第二部材５の可動範囲を制限するガイド部が設けられるため、エレメント１１の可動量を小さくすることができ、エレメント１１とケース１２の内面との接触をより確実に防止することができる。
また、上記のセル１０では、Ｘ方向へのエレメント１１の揺動量がＹ方向への揺動量よりも小さくなるように、第二部材５の可動範囲が設定される。これにより、エレメント１１とケース１２の内面との接触によるエレメント１１の変形を抑制することができる。なお、第二部材５の可動範囲は、エレメント１１の形状やケース１２の内面との隙間寸法などに応じて適宜設定すればよい。
【００２５】
（３）上記のセル１０の側面には凹部９が形成されるため、仮にエレメント１１とケース１２の内面とが接触したとしても、凹部９でエレメント１１を弾性的に支持することができる。したがって、エレメント１１の変形を抑制することができ、エレメント１１の破断や劣化を抑制することができる。
【００２６】
（４）上記のセル１０には、第一部材４と第二部材５との相対位置を所定位置にするための復元力を与える弾性体８が設けられる。これにより、第一部材４と第二部材５との相対位置を弾性体８の釣り合い位置（所定位置）に維持しやすくすることができる。また、弾性体８を用いることで、ジョイント部材３の揺動を減衰させることができる。したがって、簡素な構成でセル１０の耐振動性を向上させることができる。
【００２７】
（５）上記のセル１０には、ボールジョイント型のジョイント部材３が設けられる。これにより、あらゆる方向への揺動をジョイント部材３で吸収・緩和することができ、集電体１とエレメント１１との固定箇所に作用しうる負荷を軽減することができる。したがって、簡素な構成でセル１０の耐振動性を向上させることができる。
【００２８】
［３．変形例］
上述の実施形態では、ボールジョイント型のジョイント部材３を例示したが、ヒンジ型のジョイント部材３を用いることも可能である。例えば、図５（Ａ）に示すように、Ｘ方向への集電体１の揺動を許容する幅方向ヒンジ２０を設けてもよい。この場合、端子２に固定される第一部材２１を軸状とし、軸方向をＹ方向に平行とする。また、集電体１に固定される第二部材２２は軸状の第一部材２１に対応する筒状とする。あるいは、図５（Ｂ）に示すように、Ｙ方向への集電体１の揺動を許容する厚み方向ヒンジ３０を設けてもよい。この場合、端子２に固定される第一部材３１を軸状とし、軸方向をＸ方向に平行とする。また、集電体１に固定される第二部材３２は軸状の第一部材３１に対応する筒状とする。いずれの場合においても、第一部材２１，３１と第二部材２２，３２との摺接面は筒面状となる。
【００２９】
上記のような構成により、所定の回動方向についての揺動を吸収することができ、集電体１及びエレメント１１の固定箇所に作用しうる負荷を軽減することができる。したがって、簡素な構成でセル１０の耐振動性を向上させることができる。また、ボールジョイント型のジョイント部材３を使用した場合と比較して、エレメント１１の可動範囲を制限することができ、エレメント１１とケース１２との接触をより確実に抑制することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  集電体
２  端子
３  ジョイント部材
４  第一部材
５  第二部材
６  縁端
７  突起
８  弾性体
９  凹部
１０  セル（二次電池）
１１  エレメント
１２  ケース
１３  蓋
１４  絶縁部
１５  球穴部
１６  端子接続部
１７  球部
１８  軸部
１９  台座
２０  幅方向ヒンジ（ジョイント部材）
２１  第一部材
２２  第二部材
３０  厚み方向ヒンジ（ジョイント部材）
３１  第一部材
３２  第二部材
【図１】
2017097950.tif 000003
【図２】
2017097950.tif 000004
【図３】
2017097950.tif 000005
【図４】
2017097950.tif 000006
【図５】
2017097950.tif 000007