JP2003151507A

JP2003151507A - 電池

Info

Publication number: JP2003151507A
Application number: JP2001344263A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kaneda; 正明金田; Kanehito Masumoto; 兼人増本; Hajime Konishi; 始小西
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-05-23
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: JP3811388B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型機器にスペース効率よく装填できるよう
にすると同時に、電解液溜まりを設けて極板群の膨張に
備えることができる電池を提供する。【解決手段】横断面形状が長円形に形成された極板群
１４を収容する電池缶１は、極板群１４の円弧部分に対
応する円弧部３４ａ，３４ｂと、円弧部分との間に空間
３５ａ，３５ｂを設けた横断面形状に形成される。円弧
部３４ａ，３４ｂは機器の角部に形成されたアールに対
応した電池装填ができる。空間３５ａ，３５ｂは電解液
溜まりとして極板群１４の膨張時に不足する電解液を補
うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池形状が直方体
に形成され、その呼称が角形、扁平形、平形等に称され
る電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電子機器のように小型化、薄型化さ
れた機器の限られた空間にスペース効率よく電池を収容
するために、角形電池が広く採用されている。中でも携
帯電話機や携帯情報端末にその端的な例が見られるよう
に、小型軽量化に加えて高機能化に伴う消費電力の増大
に対応できる電池として角形のリチウムイオン二次電池
の採用が増加している。

【０００３】角形のリチウムイオン二次電池は、図９
（ａ）（ｂ）に示すように、２種類の形態が知られてい
る。図９（ａ）に示すリチウムイオン二次電池Ｅは、Ｓ
−Ｓ線矢視横断面が長円形に形成されている。電池缶６
０内には、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平
に巻回した極板群１４と電解液が収容され、図１０
（ａ）に示すように、極板群１４はその横断面形状が長
円形に形成されている。この極板群１４を収容する電池
缶６０は、その横断面形状が極板群１４の外周を囲む長
円形に形成されている。このリチウムイオン二次電池Ｅ
は、両端側に円弧が形成されているため、図１１に示す
ように、機器の外装ケース３８が角部分でアールを描い
ている形状に対応させることができ、スペース効率のよ
い電池収納ができる特徴を有している。

【０００４】一方、図９（ｂ）に示すリチウムイオン二
次電池Ｆは、Ｔ−Ｔ線矢視横断面が長方形に、厳密には
角部に最小円弧を設けた角丸長方形に形成されている。
電池缶６１内には、上記リチウムイオン二次電池Ｅと同
一の極板群１４と電解液が収容されている。図１０
（ｂ）に示すように、角丸長方形の中に横断面形状が長
円形の極板群１４を収容することにより電池缶６１内の
四隅に空間６３が形成され、この空間６３を電解液溜ま
りとして利用できる利点がある。二次電池においては充
放電の繰り返しにより極板群３１の膨張が進行するが、
極板群３１の膨張時に電解液溜まりから電解液が極板群
３１に吸い込まれることにより、膨張時に不足する電解
液を補うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の角形の二次電池
は、上記のように横断面形状が長円形のものと、角丸長
方形のものとがある。長円形断面のものは前述のように
装填する機器の角部のアールに対応できるためスペース
効率のよい電池収納ができる利点がある反面、極板群１
４と電池缶６０との間に電解液溜まりとなる空間が得ら
れないので、充放電に伴って極板群１４に膨張が生じた
ときに不足する電解液を補うことができず、二次電池の
サイクル寿命が低下する問題点があった。

【０００６】一方、角丸長方形のものは前述のように極
板群１４と電池缶６１との間に形成される空間６３を電
解液溜まりとして利用できる利点がある反面、多くの機
器に採用されている角部分にアールが形成された機器の
外装ケースに対応できず、スペース効率の悪い電池収納
となる問題点があった。

【０００７】本発明が目的とするところは、機器ケース
にスペース効率よく装填できる形状と、電解液を貯留す
る電解液溜まりの形成とを両立させた電池を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して扁
平に巻回し、その横断面形状が長円形になるように形成
された極板群が、有底筒状に形成された電池缶内に収容
され、電池缶の開口端が封口板によって封口されてなる
電池であって、前記電池缶はその横断面形状が、前記極
板群の長円形横断面をその外周に沿って囲む長方形又は
台形の任意の角部が前記長円形横断面の円弧部分に対応
する曲線に形成され、他の角部が加工上許容される最小
円弧に形成されてなることを特徴とするものである。

【０００９】上記構成によれば、横断面形状が長円形の
極板群に対して、極板群の円弧部分に向く長方形又は台
形の任意角部を円弧部分に対応する曲線に形成すること
により、曲線部を機器の外装ケースの角に形成されたア
ール部分に位置させることができ、アール部分に曲線部
を位置させてスペース効率のよい電池収納が可能とな
る。また、極板群の円弧部分に向く長方形又は台形の他
の角部を最小円弧に形成すると極板群との間に空間がで
き、この空間を電解液溜まりとして、極板群が膨張した
ときに不足する電解液を電解液溜まりから補うことがで
き、二次電池のサイクル寿命の低下を抑制することがで
きる。

【００１０】電池缶の横断面形状は、極板群の長円形横
断面をその外周に沿って囲む長方形の一方の長辺両側角
部を前記長円形横断面の円弧部分に対応する曲線に、他
方の長辺両側角部を最小円弧に形成すると、一方の長辺
の両側に曲線部が、他方の長辺の両側に最小円弧が形成
されるので、曲線部を機器の外装ケースのアールに対応
させて装填することができ、最小円弧部分は極板群との
間に空間が形成され、その空間を電解液溜まりにして極
板群が膨張して電解液が不足したときに電解液溜まりか
ら補うことができる。

【００１１】また、電池缶の横断面形状は、極板群の長
円形横断面をその外周に沿って囲む台形の上底の両側に
接する角部を前記長円形横断面の円弧部分に対応する曲
線に、下底の両側に接する角部を最小円弧に形成する
と、台形の上底両側に曲線部が、下底両側に最小円弧が
形成されるので、曲線部を機器の外装ケースのアールに
対応させて装填することができ、最小円弧部分は極板群
との間に空間が形成され、その空間を電解液溜まりにし
て極板群が膨張して電解液が不足したときに電解液溜ま
りから補うことができる。横断面形状が台形状に形成さ
れることにより、電解液溜まりの容積を充分に確保する
ことができる。

【００１２】また、電池缶の横断面形状は、極板群の長
円形横断面をその外周に沿って囲む長方形の一方の短辺
両角部を前記長円形横断面の円弧部分に対応する曲線
に、他方の短辺両側角部を最小円弧に形成すると、一方
の短辺が曲線に形成され、他方の短辺の両側に最小円弧
が形成されるので、曲線部を機器の外装ケースのアール
に対応させて装填することができ、最小円弧部分は極板
群との間に空間が形成され、その空間を電解液溜まりに
して極板群が膨張して電解液が不足したときに電解液溜
まりから補うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【００１４】本実施形態は、電池の一例であるリチウム
イオン二次電池について示すもので、図１、図５、図６
に示すように、扁平な角形電池として形成されたもので
ある。

【００１５】図１は、第１の実施形態に係るリチウムイ
オン二次電池Ａの外観を示すもので、有底筒状に形成さ
れた電池缶１内に発電要素が収容され、電池缶１の開口
部は後述する封口板３によって封口され、封口板３上に
設けられた正極端子（＋）及び負極端子（−）を構成す
る部位が封口板３上を閉じる絶縁板１１に形成された開
口部から外部に露出するように構成されている。

【００１６】前記発電要素を構成する極板群１４は、正
極板と負極板とをセパレータを介して扁平に巻回し、図
２に断面形状として示すように、長円形の横断面形状に
構成されている。この極板群１４を収容する電池缶１
は、図２に示すように、その横断面形状が、一方の長辺
３１ａと両短辺３２ａ、３２ｂとが交差する角部３６
ａ，３６ｂが加工上必要な最小半径の円弧に、他方の長
辺３１ｂと両短辺３２ａ、３２ｂとが交差する角部３４
ａ，３４ｂが極板群１４の円弧部位に対応する半径の円
弧（曲線）になるカマボコ状に形成されている。ここで
は、角部３４ａ，３４ｂの円弧半径は、電池缶１の短幅
Ｄの１／２に形成されているが、円弧半径は任意に設定
することができ、例えば円弧半径＝Ｄに設定することも
可能である。

【００１７】この電池缶１は、ニッケルメッキ鋼鈑やア
ルミニウムの板材を絞り加工あるいは絞り加工の後しご
き加工する方法により所定深さの有底筒状体に形成する
ことができる。前記角部３４ａ，３４ｂの円弧が加工上
必要な最小半径としているのは、この加工方法に基づく
ものである。これは本実施形態の横断面形状に特定され
るものではなく、従来技術に係る横断面形状にも共通で
ある。

【００１８】図３は、リチウムイオン二次電池Ａの内部
構造を示すもので、電池缶１内に収容された極板群１４
は枠体２によって収容位置から移動しないように位置固
定されている。電池缶１の開口端には缶内側に向けて凹
部を形成した封口板３が嵌め合わされ、その周囲が電池
缶１にレーザー溶接されることにより電池缶１の開口端
が封口されている。封口板３の両側に形成された開口部
の一方の開口部には上ガスケット７と下ガスケット５と
により封口板３と絶縁すると共に封口性を保ち、ワッシ
ャ４及び後述するＰＴＣ素子９の下極板９ａを取り付け
てリベット６が固定されている。他方の開口部は封口板
３が電池缶１上に取り付けられた後に、電池缶１内に電
解液を注液するためのもので、注液後は図示するように
封栓１０が挿入され、封栓１０を封口板３に溶接するこ
とにより閉じられる。

【００１９】前記極板群１４を構成する正極板から引き
出された正極リード１２は、前記リベット６の延出部６
ａに溶接接続され、負極板から引き出された負極リード
１３は封口板３の底面に溶接接続される。封口板３の凹
部内には、上ガスケット７によって封口板３と絶縁され
たＰＴＣ素子９と、樹脂モールドされた温度ヒューズ８
とが配設されている。温度ヒューズ８は所定の動作温度
になったとき溶断する低融点合金を樹脂モールドして低
融点合金の保護と伝熱性の安定化を図ったもので、低融
点合金の一端は樹脂モールドの上面に配置された端子板
８ａに接続され、低融点合金の他端は樹脂モールド外に
リード板８ｂとして引き出されている。このリード板８
ｂは前記ＰＴＣ素子９の上電極９ｂに半田付けにより接
合されている。封口板３の凹部内には、そこに配設され
た構成要素を包み込んでエポキシ樹脂等の樹脂材料１６
が充填される。この樹脂充填により封口板３の凹部内に
配置された各構成要素が絶縁体で被覆固定され、電池に
振動や衝撃が加わったときにも各構成要素が保護され、
耐湿性の向上や伝熱性の安定化が図られる。

【００２０】上記構成において、温度ヒューズ８はその
動作温度が１００〜１３０℃に設定され、ＰＴＣ素子９
の動作温度、即ちトリップ状態となる温度が８０〜１０
０℃に設定される。ＰＴＣ素子９のトリップ状態になる
温度を８０℃、温度ヒューズ８の動作温度を１００℃に
設定した場合、このリチウムイオン二次電池が装填され
た機器の故障や、金属物が正極端子（＋）と負極端子
（−）との間に接触したような外部短絡が生じたとき、
過大な短絡電流によりＰＴＣ素子９は温度上昇し、その
温度がトリップ状態となる温度８０℃に達すると、抵抗
値が急増するので短絡電流は一気に制限され、短絡によ
って電池が危険な状態に至る前に阻止することができ
る。短絡状態が解除されると、過大な短絡電流がなくな
るので、ＰＴＣ素子９の温度は低下してトリップ状態か
ら外れ、抵抗値も下がるので再び正常な電池使用が可能
となる。

【００２１】また、このリチウムイオン二次電池が装填
された機器の故障などの原因によって高電圧が印加され
たり、逆充電がなされたような場合に、ＰＴＣ素子９が
絶縁破壊され、それによる電流規制の作用が働かなかっ
たときには、電池温度の急激な上昇により１００℃の温
度状態に達すると、温度ヒューズ８が溶断して、ＰＴＣ
素子９が動作し得ない状態での危険状態への移行が阻止
される。このような二重の安全機能によってエネルギー
密度の高いリチウムイオン二次電池を安全に使用するこ
とができる。

【００２２】上記構成になるリチウムイオン二次電池Ａ
は、図４に携帯機器に装填した状態を断面で示すよう
に、機器ケース４１の外形角部が円弧に形成されている
ことによる内部空間の形状に対応して無駄な空間を生じ
させない装填が可能となる。図４は携帯電話機の電源と
して適用した例を示すものであるが、このように小型の
携帯機器では角に丸みをもたせた外観形状は常識的に採
用されている形態であって、これに適応する電池形状と
なる。

【００２３】また、図２に示したように、リチウムイオ
ン二次電池Ａの横断面において、電池缶１の最小円弧に
形成された角部３３ａ、３３ｂと極板群１４との間に形
成された空間３５ａ、３５ｂは、電池缶１内への注液時
に極板群１４に充填された後の余剰の電解液を溜める液
溜として活用される。二次電池、特に極板群１４を構成
する正極にコバルト酸リチウム、負極に炭素質材料を用
いたリチウムイオン二次電池においては、充放電の繰り
返しにより極板群１４が膨張することが知られている。
この膨張に伴って極板群１４に充填されている電解液に
不足が生じる。前記空間３５ａ，３５ｂに余剰の電解液
が溜められていると、極板群１４が膨張したときに不足
する電解液を補うことができる。このような余剰の電解
液がない場合、極板群１４の膨張時に電解液を補うこと
ができず、二次電池として急激なサイクル特性の劣化を
来すことになる。

【００２４】従って、本実施形態に係るリチウムイオン
二次電池Ａは、一方面側に形成された円弧形成により機
器の形状に対応して無駄な空間が生じない装填ができる
と同時に、他方面側に極板群１４との間に電解液の液溜
が形成されることによりサイクル寿命を向上させること
ができる。また、電池の短幅方向で両側の形状が異なる
非対称な形状であり、更に加えて正極端子（＋）及び負
極端子（−）が非対称位置に設けられていることによ
り、逆装填が防止できる。

【００２５】図５は、第２の実施形態に係るリチウムイ
オン二次電池Ｂの外観を示すものである。そのＰ−Ｐ線
矢視横断面形状は、図７に示すように、極板群１４を収
容する電池缶１ａは、長辺４１ａ，４１ｂをつなぐ一方
の短辺が極板群１４の円弧部位に対応する円弧４４ｂに
形成され、他方の短辺が直線辺４４ａを最小半径の円弧
の角部４３ａ，４３ｂで長辺４１ａ及び長辺４１ｂにつ
なぐように形成されている。

【００２６】このリチウムイオン二次電池Ｂは、一方の
短辺が円弧４４ｂに形成されているので、機器の外装ケ
ースの底面あるいは側面に円弧側が位置するように機器
に装填すると、機器の底面又は側面にアールを形成した
形状に適合させることができる。また、他方の短辺は直
線部４４ａに形成され、長辺４１ａ，４１ｂと交差する
角部４３ａ，４３ｂは最小円弧に形成されているので、
図７に示すように、極板群１４との間に電解液を溜める
空間４５ａ，４５ｂが形成され、第１の実施形態の構成
と同様に、充放電に伴う極板群１４の膨張によって生じ
る電解液の不足を補う電解液を貯留させることができ
る。

【００２７】本実施形態に係るリチウムイオン二次電池
Ｂの内部構造は、第１の実施形態に係るリチウムイオン
二次電池Ａと同様に構成されているので、その説明は省
略する。

【００２８】図６は、第３の実施形態に係るリチウムイ
オン二次電池Ｃの外観を示すものである。そのＱ−Ｑ線
矢視横断面形状は、図８に示すように、長円形断面の極
板群１４を収容する電池缶１ｂは台形状に形成されてい
る。台形の下底５１ａと両斜辺５２ａ，５２ｂとが交差
する部分は最小円弧に形成された角部５３ａ，５３ｂ
に、上底５１ｂと両斜辺５２ａ，５２ｂとの間は極板群
１４の円弧部位に対応する円弧５４ａ，５４ｂに形成さ
れている。

【００２９】この電池缶１ｂはその横断面形状が台形状
に形成されているので、機器ケースの角部分のアール形
状に最も適合しやすく、無駄な空間を形成することなく
機器に装填することができる。また、台形状に形成する
ことによって極板群１４との間に余剰の電解液を溜める
液溜５５ａ，５５ｂの容積が大きくなり、充放電に伴う
極板群１４の膨張に際して不足する電解液を液溜５５
ａ，５５ｂから補充することができ、サイクル寿命の向
上に効果的である。

【００３０】以上説明した各実施形態の構成は、二次電
池として構成した例を示したが、一次電池に適用しても
外形形状の特徴を生かすことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、横断
面形状が長円形に形成された極板群を収容する電池缶
は、極板群の円弧部分に対応する曲線部が形成されてい
るので、この電池を装填する機器の外装ケースの角部の
アールに前記曲線部を位置させて電池を装填することが
でき、無駄な空間を形成することなくスペース効率のよ
い電池装填ができる。また、極板群の円弧部分との間に
電解液溜まりが形成されるので、極板群が膨張した際に
不足する電解液を電解液溜まりから補うことができ、二
次電池のサイクル寿命を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るリチウムイオン二次電池
の構成を示す外観斜視図。

【図２】同上Ｙ−Ｙ線矢視断面図。

【図３】同上Ｘ−Ｘ線矢視断面図。

【図４】同上二次電池を機器に装填した状態を示す断面
図。

【図５】第２の実施形態に係るリチウムイオン二次電池
の構成を示す外観斜視図。

【図６】第３の実施形態に係るリチウムイオン二次電池
の構成を示す外観斜視図。

【図７】図５におけるＰ−Ｐ線矢視断面図。

【図８】図６におけるＱ−Ｑ線矢視断面図。

【図９】従来構成のリチウムイオン二次電池（ａ）
（ｂ）の構成を示す外観斜視図。

【図１０】（ａ）は図９におけるＴ−Ｔ線矢視断面図、
（ｂ）は図９におけるＳ−Ｓ線矢視断面図。

【図１１】従来構成の電池を機器に装填した状態を示す
部分断面図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ電池缶１４極板群３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ長辺３４ａ，３４ｂ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂ円弧部（曲
線）３５ａ，３５ｂ，４５ａ，４５ｂ空間３６ａ，３６ｂ，４３ａ，４３ｂ，５３ａ，５３ｂ角
部（最小円弧）５１ａ下底５１ｂ上底５２ａ，５２ｂ斜辺

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小西始大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA06 AA09 CC06 DD06 FF03 KK03 5H029 AJ05 AJ14 AK03 AL06 AM01 BJ02 CJ03 CJ28 DJ02 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板と負極板とをセパレータを介して
扁平に巻回し、その横断面形状が長円形になるように形
成された極板群が、有底筒状に形成された電池缶内に収
容され、電池缶の開口端が封口板によって封口されてな
る電池であって、前記電池缶はその横断面形状が、前記
極板群の長円形横断面をその外周に沿って囲む長方形又
は台形の任意の角部が前記長円形横断面の円弧部分に対
応する曲線に形成され、他の角部が加工上許容される最
小円弧に形成されてなることを特徴とする電池。
【請求項２】電池缶の横断面形状は、極板群の長円形
横断面をその外周に沿って囲む長方形の一方の長辺両側
角部が前記長円形横断面の円弧部分に対応する曲線に、
他方の長辺両側角部が最小円弧に形成されてなる請求項
１に記載の電池。
【請求項３】電池缶の横断面形状は、極板群の長円形
横断面をその外周に沿って囲む台形の上底の両側に接す
る角部が前記長円形横断面の円弧部分に対応する曲線
に、下底の両側に接する角部が最小円弧に形成されてな
る請求項１に記載の電池。
【請求項４】電池缶の横断面形状は、極板群の長円形
横断面をその外周に沿って囲む長方形の一方の短辺両角
部が前記長円形横断面の円弧部分に対応する曲線に、他
方の短辺両側角部が最小円弧に形成されてなる請求項１
に記載の電池。