(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板をセパレータを介して巻回した極板群を外装ケース内に電解液とともに収容して成る電池において、極板群を巻芯に巻回し、巻芯の両端部を外装ケースにて支持し、極板群の両端に正極板と負極板の芯材をそれぞれ露出させて極板群の両端面にそれぞれ当接するように配設した集電体と溶接し、少なくとも一方の集電体に接続端子を溶接し、外装ケースに接続端子が貫通して外部に突出する保持筒部を設け、接続端子外周と保持筒部の内周との間に一対のシール材とシール材間にスペーサ筒を配設したことを特徴とする電池。
【請求項２】
極板群を平板状の巻芯に巻回し、外装ケースの横断面形状を長円形若しくは隅丸長方形としたことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
極板群の両端に正極板と負極板の芯材をそれぞれ露出させて極板群の両端面にそれぞれ当接するように配設した集電体と溶接し、かつ集電体と巻芯の両端部を固定したことを特徴とする請求項１又は２記載の電池。
【請求項４】
集電体をその外周縁が外装ケースの内周に丁度嵌合する形状に形成するとともに、その外周縁から極板群の端部外周を取り囲む環状鍔を突設したことを特徴とする請求項３記載の電池。
【請求項５】
集電体を外装ケース又は外装ケースに固定支持された接続端子に溶接したことを特徴とする請求項３又は４記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池に関し、特に正極板と負極板をセパレータを介して巻回した極板群を外装ケース内に電解液とともに収容して成る電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題から電気自動車やハイブリッド車に期待が高まり、その電源としての二次電池に関して、小型・軽量化と共に高容量化・高出力化が望まれている。このような要望を満たす二次電池としては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などが実用化されている。
【０００３】
この種の電池の構造としては、例えば特開平１０−２６１４２７号公報に開示されているように、正極板と負極板をセパレータを介して巻回した極板群を外装ケース内に電解液とともに収容したものが知られている。図７を参照してその電池３０の構造を説明すると、直方体状の外装ケース３１内に、正極板３４と負極板３５をセパレータ３６を介して巻回した極板群３２を、その巻回軸芯を外装ケース３１の開口と平行にした状態で収容配置し、外装ケース３１の開口を負極端子３８及び安全弁３９を設けたケース蓋３７にて密閉し、極板群３２の最外周の正極板３４は芯材のみとして外装ケース３１に接続し、負極板３５の端部と負極端子３８をリード４０にて接続した構成とされている。
【０００４】
また、電池の蓋体に設けられる接続端子の取付構造としては、例えば特開平９−１１５５００号公報に開示されているようなものが知られている。図８を参照して説明すると、接続端子５１には、蓋体５０を貫通するポール部５２と蓋体５０の内側面に当接するフランジ部５３が設けられ、このフランジ部５３と蓋体５０内面との間にＯリング等のシール材５４を配置し、ポール部５２の外周に係合させた環状押圧ばね５５をワッシャ５６を介して蓋体５０外面に圧接させ、環状押圧ばね５５の押圧力にて接続端子５１が蓋体５０に装着固定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示した電池３０の構成では、電池３０に振動が加わった場合に、その極板群３２に大きな力が作用してしまい、極板群３２の正極板３４や負極板３５に塗着されている電極合剤が脱落する等、強度の小さい極板群３２にダメージを与え、電池特性を急激に悪化させる恐れがあるという問題があり、特に円筒型の外装ケースに円形に巻回した極板群を収容配置してなる円筒型電池以外の電池においてはこの問題は非常に深刻である。
【０００６】
また、図８に示した接続端子の取付構造では、接続端子のポール部５２の取付角度が蓋体５０の内側面に対して正確に垂直でなかった場合に、シール材５４の圧縮量が変化することでそのシール性能が低下し、電池のシール性が悪化し、電池寿命が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、振動等を受けても極板群にダメージを与える恐れがなく、またシール性が高く、使用条件が悪くても長期にわたって高い信頼性が得られる電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池は、正極板と負極板をセパレータを介して巻回した極板群を外装ケース内に電解液とともに収容して成る電池において、極板群を巻芯に巻回し、巻芯の両端部を外装ケースにて支持し、極板群の両端に正極板と負極板の芯材をそれぞれ露出させて極板群の両端面にそれぞれ当接するように配設した集電体と溶接し、少なくとも一方の集電体に接続端子を溶接し、外装ケースに接続端子が貫通して外部に突出する保持筒部を設け、接続端子外周と保持筒部の内周との間に一対のシール材とシール材間にスペーサ筒を配設したものであり、極板群が巻芯を介して外装ケースにて支持されるので、振動等を受けても極板群にダメージを与える恐れがなく、使用条件が悪くても長期にわたって高い信頼性を得ることができ、かつスペーサ筒にて接続端子外周と保持筒部の内周の間の隙間の大きさに偏りやばらつきを生じず、その両側に配設されたシール材が均一に圧縮されてそのシール性能が確保されかつ２重シールであるため、電池のシール性に対して高い信頼性が確保される。
【０００９】
特に、極板群を平板状の巻芯に巻回し、外装ケースの横断面形状を長円形若しくは隅丸長方形とした場合には、円筒型の場合に比して大きな効果が発揮される。
【００１０】
また、極板群の両端に正極板と負極板の芯材をそれぞれ露出させて極板群の両端面にそれぞれ当接するように配設した集電体と溶接し、かつ集電体と巻芯の両端部を固定すると、極板群の両端が集電体を介して巻芯に固定されるのでさらに極板群がダメージを受け難くできるとともに、極板群の極板の各部位と集電体との間の通電経路が短くなって、内部抵抗を低減でき、電池性能を向上できる。
【００１１】
また、集電体をその外周縁が外装ケースの内周に丁度嵌合する形状に形成するとともに、その外周縁から極板群の端部外周を取り囲む環状鍔を突設すると、集電体の剛性が向上するとともにその集電体の外周が外装ケースにて支持されるので、一層極板群がダメージを受け難くすることができ、また極板群を外装ケース内に挿入配置する際に極板群の外周端縁を損傷する恐れを無くし、組み付け作業性も向上できる。
【００１２】
また、集電体を外装ケース又は外装ケースに固定支持された接続端子に溶接すると、一方の極性の集電体と外装ケース間及び他方の極性の集電体と接続端子間をそれぞれ複数箇所で溶接することができ、そうすることで接続抵抗を小さくでき、内部抵抗を低減して電池特性を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態における電池の構成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１５】
図１〜図５において、１は電池で、外装ケース２内に正極板と負極板をセパレータを介して巻回した極板群３が電解液とともに収容して構成されている。外装ケース２は、横断面形状が長円形又は隅丸長方形の平たいブロック状ないし略直方体状の下端開口の容器２ａとその下端開口を閉鎖する蓋板２ｂにて構成され、蓋板２ｂの外周が容器２ａの開口縁に溶接２ｃにて密封固着されている。
【００１６】
極板群３はその一端部に正極板の芯材を露出させ、他端部に負極板の芯材を露出させた状態で合成樹脂成形品から成る平板状の巻芯４に巻回されている。極板群３における各極板の芯材露出部に対応する巻芯４の両端部は、断面三角形状の拡大部４ａに形成され、その端面の一側部に断面長円形の接続突部５が突設されている。
【００１７】
極板群３の両端面には、露出している正極板又は負極板の芯材に当接するように集電体６ａ、６ｂが配設され、各極板の芯材とそれぞれレーザビーム溶接や電子ビーム溶接等にて複数箇所で溶接されている。図示例では、極板群３の上端に負極板の芯材が露出されていて上部の集電体６ａが負極集電体となり、極板群３の下端に正極板の芯材が露出されていて下部の集電体６ｂが正極集電体となっている。
【００１８】
また、集電体６ａ、６ｂには巻芯４の両端に突設された接続突部５の外周に嵌合する長円筒部７が設けられ、この長円筒部７を接続突部５の外周に適宜に形成されているかしめ用凹部５ａ（図５参照）に対してかしめることによって巻芯４の両端部に集電体６ａ、６ｂが固定されている。
【００１９】
さらに、集電体６ａ、６ｂはその外周縁がほぼ外装ケース２の内周に丁度嵌合する形状に形成されるとともに、その外周縁から極板群３の端部外周を取り囲む環状鍔８が突設されている。また、上部の負極集電体６ａ及び極板群３の外周と外装ケース２の内周との間には、外周セパレータ９が介装されて両者の絶縁が図られ、下部の正極集電体６ｂの外周と外装ケース２の内周とは接触されるとともに複数箇所で溶接１０にて接続され、正極集電体６ｂと外装ケース２が互いに固定されるとともに電気的に接続されている。
【００２０】
負極集電体６ａの長円筒部７の上端及び外周に対して、負極の接続端子１１の下端部に一体固着された接続キャップ部１２が被せられ、その周壁と長円筒部７とが溶接１３にて接続され、互いに固定されるとともに電気的に接続されている。一方、外装ケース２の上端壁の一側部には、負極の接続端子１１を貫通させて保持する保持筒部１４の下端部が絶縁材１５を介してかしめにて装着固定されている。１４ａはそのかしめ部である。
【００２１】
保持筒部１４の内周には、接続端子１１の外周との間に筒状空間１６が形成され、この筒状空間１６内に一対のＯリング１７とその間に介装される合成樹脂製の筒状スペーサ１８とが配置され、その上に加圧リング１９を配置してかしめ部１４ｂにて固定閉止されている。
【００２２】
２０は、接続端子１１に対する接続時に作用する回転モーメントを外装ケース２で支持するための回り止め板であり、接続端子１１の貫通穴と接続キャップ部１２が嵌入係合する下面の凹部を有するとともに、その外周が外装ケース２の内面に丁度嵌合した状態で係合するように構成されている。２１は外装ケース２の上底面の他側部外面に固着された正極の接続端子である。
【００２３】
以上の構成の電池１によれば、極板群３が巻芯４に巻回され、その巻芯４の一端は集電体６ａの長円筒部７と接続端子１１と筒状スペーサ１８と保持筒部１４を介して外装ケース２に連結され、巻芯４の他端は集電体６ｂを介して外装ケース２に連結されているため、極板群３が巻芯４に巻回された状態で巻芯４を介して外装ケース２にて支持されており、そのため振動等を受けても極板群３にダメージを与える恐れがなく、使用条件が悪くても長期にわたって高い信頼性を得ることができる。特に、本実施形態では極板群３が平板状の巻芯４に巻回され、外装ケース２が横断面形状長円形若しくは隅丸長方形であり、円筒型の場合のように外装ケースと極板群が全周にわたって均一でないために、極板群３はダメージを受け易いために、このように極板群３を巻芯４にて支持することで特に大きな効果が発揮される。
【００２４】
また、極板群３の両端に露出させた極板の芯材に集電体６ａ、６ｂを溶接し、これら集電体６ａ、６ｂと巻芯４の両端部を固定しているので、極板群３の両端が集電体６ａ、６ｂを介して巻芯４に固定され、さらに極板群３がダメージを受け難くできるとともに、極板群３の極板の各部位と集電体６ａ、６ｂとの間の通電経路が短くなって、内部抵抗を低減でき、電池性能を向上できる。
【００２５】
また、集電体６ａ、６ｂが外装ケース２の内周に丁度嵌合する形状に形成されるとともに、その外周縁から極板群の端部外周を取り囲む環状鍔８が突設されているので、この環状鍔８にて集電体６ａ、６ｂの剛性が向上するとともに、その集電体６ａ、６ｂの外周が外装ケース２にて支持されるので、一層極板群３がダメージを受け難くすることができ、また極板群３を外装ケース２内に挿入配置す際に極板群３の外周端縁を損傷する恐れが無くなり、組み付け作業性も向上できる。
【００２６】
また、正極の集電体６ｂの外周の環状鍔８と外装ケース２を複数箇所で溶接１０にて接続し、負極の集電体６ａの長円筒部７と接続端子１１の接続キャップ部１２の周壁部を複数箇所で溶接１３にて接続しているので、電池１の内部抵抗を低減して電池特性を向上できる。
【００２７】
また、外装ケース２に接続端子１１を貫通させて外部に突出させる保持筒部１４を設け、この保持筒部１４の内周と接続端子１１の外周との間に一対のＯリング１７とそれらの間に筒状スペーサ１８を配設しているので、筒状スペーサ１８にて接続端子１１の外周と保持筒部１４の内周の間の隙間の大きさに偏りやばらつきが発生するのを防止でき、その両側に配設されたＯリング１７が均一に圧縮されてそのシール性能が確実に発揮されかつ２重にシールされるため、電池１のシール性に対して高い信頼性が確保される。
【００２８】
従って、本実施形態の電池１によれば、振動等を受けても極板群にダメージを与える恐れがなく、またシール性が高く、使用条件が悪くても長期にわたって高い信頼性を得ることができる。
【００２９】
上記実施形態の説明では、正極の接続端子２１を外装ケース２の容器２ａの上底面の他側部外面に固着し、負極と正極の接続端子１１、２１を外装ケース２の上端両側部に配設した例を示したが、図６に示すように、正極の接続端子２１を外装ケース２の蓋板２ｂの一側部外面に固着し、負極と正極の接続端子１１、２１を外装ケース２の一側部の両端に突設した構成としてもよい。
【００３０】
また、保持筒部１４を外装ケース２にかしめにて装着固定した例を示したが、溶接によって固定した構成としてもよい。また、加圧リング１９の断面形状は、図示例のように略三角形に限らず、四角形であってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の電池によれば、以上のように極板群を巻芯に巻回し、巻芯の両端部を外装ケースにて支持したので、極板群が巻芯を介して外装ケースにて支持され、従って振動等を受けても極板群にダメージを与える恐れがなく、使用条件が悪くても長期にわたって高い信頼性を得ることができ、特に極板群を平板状の巻芯に巻回し、外装ケースの横断面形状を長円形若しくは隅丸長方形の場合に、円筒型の場合に比して大きな効果が発揮される。また、極板群の両端に集電体を溶接し、少なくとも一方の集電体に接続端子を溶接し、外装ケースに接続端子が貫通して外部に突出する保持筒部を設け、接続端子外周と保持筒部の内周との間に一対のシール材とシール材間にスペーサ筒を配設したので、スペーサ筒にて接続端子外周と保持筒部の内周の間の隙間の大きさに偏りやばらつきを生じず、その両側に配設されたシール材が均一に圧縮されてそのシール性能が確保されかつ２重シールであるため、電池のシール性に対して高い信頼性を確保できる。
【００３２】
また、極板群の両端に集電体を溶接し、集電体と巻芯の両端部を固定することにより、極板群の両端が集電体を介して巻芯に固定されるのでさらに極板群がダメージを受け難くできるとともに、極板群の極板の各部位と集電体との間の通電経路が短くなって、内部抵抗を低減でき、電池性能を向上できる。
【００３３】
また、集電体をその外周縁が外装ケースの内周に丁度嵌合する形状に形成するとともに、その外周縁から極板群の端部外周を取り囲む環状鍔を突設することにより、集電体の剛性が向上するとともにその集電体の外周が外装ケースにて支持されるので、一層極板群がダメージを受け難くすることができ、また極板群を外装ケース内に挿入配置する際に極板群の外周端縁を損傷する恐れを無くし、組み付け作業性も向上できる。
【００３４】
また、集電体を外装ケース又は外装ケースに固定支持された接続端子に溶接することにより、接続抵抗を小さくでき、内部抵抗を低減して電池特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電池の縦断正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視横断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視横断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ矢視縦断面図である。
【図５】図１のＤ部拡大断面図である。
【図６】同実施形態の電池の変形例の縦断正面図である。
【図７】従来例の電池の縦断正面図である。
【図８】他の従来例の電池の接続端子部の縦断面図である。
【符号の説明】
１  電池
２  外装ケース
３  極板群
４  巻芯
６ａ、６ｂ  集電体
８  環状鍔
１０  溶接
１１  接続端子
１３  溶接
１４  保持筒部
１７  Ｏリング（シール材）
１８  筒状スペーサ
【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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