(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状が長円形ないし長方形の金属製のケースと、ケース一端の開口を封口する金属製の封口板と、ケースと封口板との間に介装された絶縁性のガスケットと、芯材が互いに反対側部に突出された正極板と負極板をセパレータを介して巻回して構成された極板群とを備え、極板群をその巻軸がケース開口に対して垂直となる状態で電解液とともにケース内に収容し、正極板と負極板の芯材の端縁にて構成される極板群の両端面をそれぞれ、ケースの底面と封口板の何れかに直接又はロウ材を介して面接触させた状態で接続し、長円形に巻回された極板群の両端面とこれに接続される部材の溶接部は、長円の長手方向に対して交叉する方向に長円を横断する複数の溶接ラインを有することを特徴とする密閉型二次電池。
【請求項２】
複数の溶接ラインは、長円の長手方向中央部では長手方向に直交する直線状で、長円の両端の半円部ではその半径に沿う１又は複数の線状で、それらの間では中央で屈折した浅いＶ字状としたことを特徴とする請求項１記載の密閉型二次電池。
【請求項３】
ケース底面と封口板の少なくとも一方に、その外端面よりも突出する１又は複数の接続突部を突設したことを特徴とする請求項１または２に記載の密閉型二次電池。
【請求項４】
ケース底面と封口板の互いに対向する位置に接続突部を突設したことを特徴とする請求項３記載の密閉型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉型二次電池に関し、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横断面形状長円形ないし長方形のケース内に収容して成る密閉型二次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密閉型二次電池としては、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】
この種の密閉型二次電池としては、例えば、図６に示すように、帯状の正極板２１と負極板２２をセパレータ２３を介して渦巻状に巻回した極板群２４を、金属製の円筒型のケース２５内に電解液とともに収容し、正極板２１及び負極板２２の適所から正極タブ２６と負極タブ２７をそれぞれ反対側に延出し、下側に延出された負極タブ２７をケース２５の底面に溶接し、上側に延出された正極タブ２６をケース２５の開口を封口する封口板２８に溶接し、この封口板２８をガスケット２９を介してケース２５の開口部に密封固定した構造のものが知られている。
【０００４】
しかしながら、図６に示すような構成では、極板群２４の正極板２１を正極タブ２６を介して封口板２８に、負極板２２を負極タブ２７を介してケース２５に接続しているので接続抵抗が大きく、そのため電池の内部抵抗が大きくなって出力特性及び大電流放電特性が良くないという問題がある。また、部品点数及び組み付け工数が多くなるため、部品コスト及び生産コストも割高になるという問題もあった。
【０００５】
そこで、特開２０００−２４３４３３号公報において、図７（ａ）に示すように、正極板３１と負極板３２をセパレータ３３を介して巻回してなる極板群３４の両端に、正極板３１の側縁部を突出させて成る正極突出部３１ａと負極板３２の側縁部を突出させて成る負極突出部３２ａとを設け、これら正極突出部３１ａと負極突出部３２ａを封口板３６とケース３５の底部に直接接合したものが提案されている。また、正極突出部３１ａと封口板３６の接合、及び負極突出部３２ａとケース３５の底部の接合をレーザビーム溶接にて行うとともに、正極突出部３１ａと封口板３６や、負極突出部３２ａとケース３５の底部を確実に接触させて接合強度の高い溶接を行うため、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、封口板３６やケース３５の底部に接合面に突出するように突条３７を放射状に設けることも開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図７に示した電池は、円筒型の二次電池であるため、一定容積内に収容配置できる電池個数が少なく、特に電池温度の上昇を防止するために電池間に冷却通路を形成すると一層空間効率が悪くなり、また断面円形であるため電池の中心部に対する冷却性能が悪いため、電池出力当たりの容積効率が悪いという問題がある。
【０００７】
また、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように極板群３４とケース３５や封口板３６を放射状の突条３７の部分で溶接した構成とすると、溶接箇所の密度が極板群３４の巻回中央部で大きく外周部では小さくなり、正極板３１及び負極板３２内の電流分布が不均一になり、総体的な内部抵抗が大きくなるとともに活物質の反応が不均一になることで、出力特性及び大電流放電特性を低下させるとともに寿命に影響するという問題がある。
【０００８】
なお、特許第２６９２５３３号公報や特許第２６９７５６５号公報においては、直方体状のケース内に、正極板と負極板をセパレータを介して巻回した極板群を、その巻回軸芯をケースの開口と平行にした状態で収容配置し、ケースの開口を正極端子を設けたケース蓋にて密閉し、極板群の最外周の負極板をケースに接続し、正極板の端部と正極端子を接続した構成の角形の密閉型二次電池が開示されているが、このような構成では、電池端子である正極端子やケースに対して、帯状の正極板や負極板の一端を接続した構成であるため、正極板や負極板における通電経路が長く、電池内部での通電抵抗が大きく、電池の内部抵抗が大きくなって出力特性及び大電流放電特性が良くないという問題がある。また、円筒型電池の場合には極板群はケースに収容した状態で比較的確実に保持されるのに対して、角形電池の場合には角筒状のケース内に渦巻状に巻回した極板群を収容すると極板群がケースに確実に保持され難いので、電池に振動が加わった場合に、極板群の正極板や負極板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る。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電池出力当たりの容積効率が高く、かつ出力特性及び大電流放電特性の良好な密閉型二次電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉型二次電池は、横断面形状が長円形ないし長方形の金属製のケースと、ケース一端の開口を封口する金属製の封口板と、ケースと封口板との間に介装された絶縁性のガスケットと、芯材が互いに反対側部に突出された正極板と負極板をセパレータを介して巻回して構成された極板群とを備え、極板群をその巻軸がケース開口に対して垂直となる状態で電解液とともにケース内に収容し、正極板と負極板の芯材の端縁にて構成される極板群の両端面をそれぞれ、ケースの底面と封口板の何れかに直接又は間接的に面接触させた状態で接続したものである。
【００１１】
このような構成によると、横断面形状が長円形ないし長方形の外形状であるため、所定の空間内に複数の電池を配設する場合、特に電池間に冷却通路を形成して配設する場合に空間効率良く配設することができ、電池出力当たりの容積を小さくできる。また、電池外形が扁平であるため電池断面の全体に対して高い冷却性能が得られ、さらにケースが金属製であるため、樹脂製のケースに比して冷却性能が高く、電池温度の上昇を効果的に防止でき、出力特性及び寿命が向上する。また、極板群の両端面をそれぞれケースの底面と封口板の何れかに直接又は間接的に面接触させた状態で接続しているので、極板のあらゆる部位から外部接続端子であるケースや封口板までの通電距離を短くでき、かつ各極板内の電流分布を均一にでき、極板全面の活物質を均等に反応させることができるため、内部抵抗を小さくでき、高い出力特性と大電流放電特性が得られ、長寿命化を図ることができる。また、極板群の両端面がその全面にわたってケースと封口板にて保持されるので、振動が加わった場合にも極板群が確実に保持され、電極合剤の脱落等のダメージを受けて電池特性が急激に悪化するというような恐れもない。また、ケースが金属製であるため、樹脂製のケースの場合のようにガス透過防止処理を施す必要もなく、少ない工数にて安価に製造することができる。
【００１２】
また、極板群の両端面をそれぞれ、ケースの底面と封口板の何れかに溶接にて直接接続すると、部品点数をさらに少なくできて、製造コストを低下できる。
【００１３】
また、長円形に巻回された極板群の両端面とこれに接続される部材の溶接部が、長円の長手方向に対して交叉する方向に長円を横断する複数の溶接ラインを有すると、作業性の良い溶接作業にて接続でき、かつ帯状の極板がその長手方向全長にわたって適当間隔置きの溶接箇所で接続されることになるので、極板内の電流分布の均一化を図ることができ、電池の通電抵抗を低減し、活物質の反応の均一化により長寿命化を図ることができる。
【００１４】
特に、複数の溶接ラインは、長円の長手方向中央部では長手方向に直交する直線状で、長円の両端の半円部ではその半径に沿う１又は複数の線状で、それらの間では各溶接ライン間の間隔が略均等になるように中央で屈折した浅いＶ字状とすることで、上記効果を顕著に発揮させることができる。
【００１５】
また、ケース底面と封口板の少なくとも一方に、その外端面よりも突出する１又は複数の接続突部を突設すると、複数の電池を直列接続した組電池を構成するためにケース底部と封口板とを溶接する場合に、接続突部にて電池間に形成される隙間から接続突部の側部をレーザビーム溶接や電子ビーム溶接することにより、信頼性の高い接続状態が作業性良く得られ、組電池を生産性良く製造することができる。
【００１６】
特に、ケース底面と封口板の互いに対向する位置に接続突部を突設すると、接続突部同士を溶接すれば良いので、信頼性の高い溶接をさらに作業性良くかつ電池内部に熱影響を殆ど与えずに溶接することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の密閉型二次電池の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１８】
図１〜図３において、１は密閉型二次電池で、横断面形状が長円形ないし長方形の金属製のケース２内に極板群３を電解液とともに収容し、ケース２の一端の開口を、絶縁性のガスケット４を介装した状態で金属製の封口板５にて封口して構成されている。本実施形態では、ケース２として横断面形状が長円形のものを例示したが、横断面形状が隅丸長方形や長方形であっても良い。
【００１９】
ケース２の底面２ａには、中央部に適当な間隔をあけて一対の矩形状の接続突部６が突出形成されている。この接続突部６は中央部に１箇所でも、適当間隔置きに２箇所以上に突設してもよい。ケース２の開口端部には、剛性を高めるとともに極板群３の挿入作業性を向上し、さらにガスケット４の配置空間を確保するために、段部を介して拡大開口部２ｂが形成されている。
【００２０】
極板群３は、正極板７と負極板８を、その芯材７ａ、８ａを互いに反対側部に突出させた状態でセパレータ９を介して平板状の巻芯に巻回し、巻回完了後巻芯を抜き取って圧縮することによって構成され、それらの芯材７ａ、８ａの突出した側端縁にて極板群３の両端に長円形の正極端面１０と負極端面１１が形成されている。これら正極端面１０と負極端面１１には、必要に応じて、シート状のニッケルロウ材などが配置される。また、場合によっては集電板（図示せず）がレーザビーム溶接や電子ビーム溶接にて接合され、その集電板の外面に、必要に応じてニッケルロウ材などが配置される。
【００２１】
封口板５の外周部には、ケース２の拡大開口部２ｂにガスケット４を介装した状態で嵌合する断面略コ字状の環状嵌合部１２が形成され、またケース２の底面２ａの接続突部６に対向する位置に接続突部１３が突設されている。また、中央部に電解液を注入する注液口１４が形成され、注液後、この注液口１４を密閉するゴム弁１６を有する安全弁１５が装着されている。
【００２２】
そして、極板群３の正極端面１０と負極端面１１がそれぞれ封口板５とケース２の底面２ａに、レーザビーム溶接や電子ビーム溶接等による溶接部１７にて溶接されている。この溶接部１７は、図２、図３に示すように、接続突部６、１３の両側位置で、長円形の長手方向に対して直交する方向に長円形を横断する４本の溶接ライン１８にて構成されている。
【００２３】
以上の構成の密閉型二次電池１を製造する際には、図４に示すように、極板群３の負極端面１１がケース２の底面２ａ側となり、正極端面１０が開口側となるようにして極板群３をケース２内に挿入配置する。次に、ケース２の開口にガスケット４を介して封口板５を被せ、封口板５の環状嵌合部１２の周端縁部を内側にかしめて封口する。その後、図２、図３に示すように、ケース２の底面２ａ及び封口板５の外面からレーザビームや電子ビームを溶接ライン１８に沿って照射することで、溶接部１７にて極板群３の正極端面１０を封口板５に、負極端面１１をケース底面２ａにそれぞれ溶接する。その後、注液口１４から電解液を注入し、安全弁１５を装着することで密閉型二次電池１が完成する。
【００２４】
また、以上の構成の複数の密閉型二次電池１を直列接続して一体化した組電池を構成する場合には、図１（ａ）に仮想線で示すように、ケース２の底面２ａの接続突部６と、封口板５の接続突部１３を当接させ、ケース２の底面２ａと封口板５との間の隙間から接続突部６、１３の先端側部にレーザビームや電子ビームを照射し、これらレーザビーム溶接や電子ビーム溶接等による溶接部１９にて機械的及び電気的に一体接合される。
【００２５】
以上の本実施形態の密閉型二次電池１によれば、横断面形状が長円形ないし長方形の外形状であるため、この密閉型二次電池１を所定の空間内に複数配設する場合、特に密閉型二次電池１、１間に冷却通路を形成して配設する場合に空間効率良く配設することができ、電池出力当たりの容積を小さくできる。
【００２６】
また、密閉型二次電池１の外形が扁平であるため電池断面の全体に対して高い冷却性能が得られ、さらにケース２が金属製であるため、樹脂製のケースに比して冷却性能が高く、電池温度の上昇を効果的に防止でき、出力特性及び寿命が向上する。また、ケース２が金属製であることで、樹脂製のケースの場合のようにガス透過防止処理を施す必要もなく、少ない工数にて安価に製造することができる。
【００２７】
また、極板群３の両端の正極端面１０と負極端面１１をそれぞれ封口板５とケース２の底面２ａに面接触させた状態で接続しているので、正極板７及び負極板８のあらゆる部位から外部接続端子であるケース２や封口板５までの通電距離が短く、かつ各極板内の電流分布が均一になって極板全面の活物質を均等に反応させることができるため、内部抵抗を小さくでき、高い出力特性と大電流放電特性が得られ、長寿命化を図ることができる。
【００２８】
また、極板群３の両端の正極端面１０と負極端面１１をそれぞれ、封口板５とケース２の底面２ａに溶接部１７にて直接接続しているので、部品点数を少なくできて、製造コストを低下できる。また、その溶接部１７を、長円の長手方向に対して交叉する方向に長円を横断する複数の溶接ライン１８にて構成しているので、作業性の良い溶接作業にて接続でき、かつ帯状の正極板７及び負極板８がその長手方向全長にわたって適当間隔置きの溶接箇所で接続されることになるので、各極板７、８内の電流分布の均一化を図ることができ、電池の通電抵抗を低減し、活物質の反応のより均一化により長寿命化を図ることができる。
【００２９】
また、極板群３の両端がその全面にわたってケース２と封口板５にて保持されるので、振動が加わった場合にも極板群３が確実に保持され、電極合剤の脱落等のダメージを受けて電池特性が急激に悪化するというような恐れもない。
【００３０】
また、ケース２の底面２ａと封口板５に、その外端面よりも突出する複数の接続突部６、１３を突設しているので、ケース２の底面２ａと封口板５とを溶接して上記のように組電池を構成する場合に、これら接続突部６と１３を当接させることで電池１、１間に形成される隙間から接続突部６、１３の側部をレーザビームや電子ビームを照射することにより、信頼性の高い接続状態が作業性良く得られ、組電池を生産性良く製造することができ、また電池内部に熱影響を殆ど与えないで済む。
【００３１】
上記実施形態の説明では、一対の接続突部６、１３の両側位置に、長円形の長手方向に直交する方向に延びる溶接ライン１８にて、極板群３の正極端面１０と負極端面１１をそれぞれ封口板５とケース２の底面２ａに溶接したが、図５に示すように、長円の長手方向中央部は長手方向に直交する直線状の溶接ライン１８ａで、長円の両端の半円部ではその半径に沿う１又は複数の線状の溶接ライン１８ｂで、それらの間では各溶接ライン１８ａ、１８ｂ間の間隔が略均等になるように中央で屈折した浅いＶ字状の溶接ライン１８ｃにて溶接してもよい。
【００３２】
このような溶接ライン１８ａ〜１８ｃで溶接すると、作業性の良い溶接作業にて接続でき、かつ帯状の正極板７及び負極板８がその長手方向全長にわたって適当間隔置きの溶接箇所で接続されるので、各極板７、８内の電流分布の均一化を図ることができ、電池の通電抵抗を低減し、活物質の反応の均一化により長寿命化を図ることができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、ケース２の底面２ａと封口板５の両方に互いに対向するように接続突部６、１３を突設した例を示したが、何れか一方にのみ接続突部６又は１３を突設するだけでもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の密閉型二次電池によれば、以上のように横断面形状が長円形ないし長方形の外形状であるため、所定の空間内に複数の電池を配設する場合、特に電池間に冷却通路を形成して配設する場合に空間効率良く配設することができ、電池出力当たりの容積を小さくできる。また、電池外形が扁平であるため電池断面の全体に対して高い冷却性能が得られ、さらにケースが金属製であるため、樹脂製のケースに比して冷却性能が高く、電池温度の上昇を効果的に防止でき、出力特性及び寿命が向上する。また、極板群の両端面をそれぞれケースの底面と封口板の何れかに直接又は間接的に面接触させた状態で接続しているので、極板のあらゆる部位から外部接続端子であるケースや封口板までの通電距離を短くでき、かつ各極板内の電流分布を均一にでき、極板全面の活物質を均等に反応させることができるため、内部抵抗を小さくでき、高い出力特性と大電流放電特性が得られ、長寿命化を図ることができる。また、極板群の両端面がその全面にわたってケースと封口板にて保持されるので、振動が加わった場合にも極板群が確実に保持され、電極合剤の脱落等のダメージを受けて電池特性が急激に悪化するというような恐れもない。また、ケースが金属製であるため、樹脂製のケースの場合のようにガス透過防止処理を施す必要もなく、少ない工数にて安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の密閉型二次電池を示し、（ａ）は縦断正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部拡大詳細図である。
【図２】図１のＣ−Ｃ矢視側面図である。
【図３】図１のＤ−Ｄ矢視側面図である。
【図４】同実施形態の密閉型二次電池の分解斜視図である。
【図５】同実施形態の密閉型二次電池における極板群とケース底部や封口板との溶接部の説明図である。
【図６】従来例の密閉型二次電池の縦断面図である。
【図７】他の従来例の密閉型二次電池を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は封口板の斜視図、（ｃ）はケースの斜視図である。
【符号の説明】
１  密閉型二次電池
２  ケース
２ａ  底面
３  極板群
４  ガスケット
５  封口板
６  接続突部
７  正極板
８  負極板
９  セパレータ
１０  正極端面
１１  負極端面
１３  接続突部
１７  溶接部
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  溶接ライン
【図１】
0004146665.tif 000002
【図２】
0004146665.tif 000003
【図３】
0004146665.tif 000004
【図４】
0004146665.tif 000005
【図５】
0004146665.tif 000006
【図６】
0004146665.tif 000007
【図７】
0004146665.tif 000008