JP2009181776A - 密閉型電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両走行時のような振動発生時にも電池容器内において電極体を安定して保持し得る固定手段を備える密閉型電池を提供する。
【解決手段】長尺シート状の正極40および負極60を捲回してなる捲回電極体30と、該捲回電極体を内部に収容する電池容器20とを備えた密閉型電池110であって、前記捲回電極体の外周面と前記電池容器の内壁面との間には、絶縁性部材C1が配置されており、該絶縁性部材は、電池容器の壁面の少なくとも一部が該絶縁性部材に押圧されることにより捲回電極体外周面と電池容器内壁面との間の所定位置に固定されており、該固定された絶縁性部材の押圧により捲回電極体が電池容器内において固定されている。
【選択図】図1
【解決手段】長尺シート状の正極40および負極60を捲回してなる捲回電極体30と、該捲回電極体を内部に収容する電池容器20とを備えた密閉型電池110であって、前記捲回電極体の外周面と前記電池容器の内壁面との間には、絶縁性部材C1が配置されており、該絶縁性部材は、電池容器の壁面の少なくとも一部が該絶縁性部材に押圧されることにより捲回電極体外周面と電池容器内壁面との間の所定位置に固定されており、該固定された絶縁性部材の押圧により捲回電極体が電池容器内において固定されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、長尺シート状の電極が捲回された電極体を備える密閉型電池に関する。
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく利用できるものとして期待されている。
リチウムイオン電池の一態様として、シート状の電極集電体に電極活物質層が保持された正負の電極シートをセパレータとともに捲回して電極体を構成し、その捲回電極体を電解液とともに所定形状(例えば角型や円筒型)の電池容器に収容した密閉型電池が知られている。
ところで、この種の電池を車両に搭載して使用する場合、車両走行時の振動による電池性能の低下や耐久性の低下を防止する必要がある。そのため、特に車両用電池においては、電池容器それ自体の剛性向上を図るほかに、電池容器内に配置された電極体が車両振動時に不用意に移動したり或いは変形したりしないように対策を講じる必要がある。
例えば、円筒型電池に関する特許文献1〜3には、電池容器内に配置された捲回電極体に備えられた軸芯を所定の部材を介して電池容器に固定することが記載されている。なお、特許文献4〜7には、電池容器が角型である角型電池における充放電時の電極体の膨張収縮に起因する電池容器の変形や該変形に伴う電極体の電極間の密着性低下(即ち性能低下)を防止する工夫が記載されている。
特開2000−164257号公報
特開2001−68163号公報
特開2001−216949号公報
特開平11−67276号公報
特開平10−247522号公報
特開平11−219731号公報
特開平11−31523号公報
しかしながら、特許文献1〜3に記載の電極体固定方法は、適用対象が円筒型電極体であって軸芯を有するものに限定されるため汎用的ではない。また、電極体を固定するために軸芯への負荷が大きくなりすぎ、電池構造の強度保持の観点から好ましくない。他方、特許文献4〜7に記載の方策は、充放電時の電極体の膨張収縮に起因する該電極体の電極間の密着性低下を防止するためのものであり、上述した車載用電池の車両振動時における電極体の容器内における移動や変形の防止(即ち安定的な固定)に資するものではない。
また、車両振動時においても電極体が電池容器内で移動若しくは変形しないように容器内の空間容積と電極体の体積とを略等しくすること(即ち容器内に電極体が密に充填されて移動できなくすること)が考えられるが、かかる場合には、当該容器内への電極体の挿入が困難となり、電池構築の作業性が著しく低下するため好ましくない。
そこで本発明は、上記車載用密閉型電池の問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、車両走行時のような振動発生時にも容器内において電極体を安定して保持し得る固定手段(固定部材)であって、電池構築に係る作業性(特に電極体の電池容器内への挿入作業性)を低下させることなく電池容器内に組み付け得る固定手段(固定部材)を備える車載用その他用途の密閉型電池を提供することである。
上記目的を実現するべく本発明によって提供される電池は、長尺シート状の正極および負極を捲回してなる捲回電極体と、該捲回電極体を内部に収容する電池容器とを備えた密閉型電池である。そして、上記捲回電極体の外周面と上記電池容器の内壁面との間には、絶縁性部材が配置されている。ここで上記絶縁性部材は、上記電池容器の壁面の少なくとも一部が該絶縁性部材に押圧されることにより、上記捲回電極体外周面と上記電池容器内壁面との間の所定位置に固定されており、該固定された絶縁性部材の押圧により上記捲回電極体が上記電池容器内において固定されている。
かかる構成の密閉型電池では、絶縁性部材が電池容器の内壁面と捲回電極体の外周面との間に存在する隙間に配置され(典型的には挟み込まれた状態で配置される)、電池容器の壁面の少なくとも一部の押圧により上記絶縁性部材が所定位置に固定されるとともに、この固定された絶縁性部材が捲回電極体を押圧するので、捲回電極体は電池容器内の所定位置で固定され得る。これにより、本発明に係る密閉型電池では、車両走行時のような振動にさらされても当該電池の容器内に配置された捲回電極体の動きが制限され、結果、当該捲回電極体は電池容器内の所定位置で安定して保持され得る。
また、上記構成の密閉型電池の構築時において、絶縁性部材を装着させた状態で捲回電極体を電池容器内に挿入する場合には、当該絶縁性部材がガイド部材および/またはバリア部材として機能し得、捲回電極体の外周側面(典型的にはセパレータ)と電池容器の内壁面との直接的な摩擦を回避することができる。これにより、上記挿入作業時に捲回電極体の巻きずれ等の不具合発生が防止される。
ここで開示される密閉型電池の好ましい一態様では、上記絶縁性部材に対する上記電池容器壁面の押圧は、該電池容器の一部の容器内面方向へのカシメ(即ち電池容器の一部を内面方向に潰す若しくは凹ます処理)によるものである。
このようなカシメによって上記押圧がなされることによって、電池容器内に収容された絶縁性部材を確実に固定することができる。また、カシメによって電池容器の剛性を向上させることができる。また、電池容器の内壁面と捲回電極体の外周面との間に絶縁性部材が配置されているので、カシメをしても捲回電極体自体が変形されることはない。このため、出力特性その他電池性能に影響を及ぼすことなくカシメにより絶縁性部材延いては捲回電極体を電池容器内の所定位置に固定することができる。
また好ましくは、上記カシメにより電池容器の一部は内面方向に突出しており、上記絶縁性部材は、上記突出部分の押圧によっても上記捲回電極体側に部分的に突出しない硬質な合成樹脂により形成されている。このような硬質な合成樹脂製絶縁性部材(固定部材)によると、上記挿入時のガイド部材および/またはバリア部材としての効果が高い。また、かかる性状の合成樹脂製絶縁性部材によると、上記カシメにより生じた電池容器の内面方向への突出部分が上記絶縁性部材を押圧しても、該押圧力は上記絶縁性部材により緩衝されて、上記絶縁性部材が部分的に(即ち一部が凸状に)捲回電極体側に突出しないので、捲回電極体への影響(即ち凸状に突かれることによる電極体の変形、損傷等)を防ぐことができる。
なお、本発明を好適に適用し得る電池の形態の一つとして、前記捲回電極体および前記電池容器が相互に対応する円筒形状に形成されている電池、即ち円筒型電池が挙げられる。かかる構成の円筒型電池は、円筒形状電池容器の長軸方向に円筒形状電極体を挿入することにより組み立てられる電池であるから、上記構成の固定部材たる絶縁性部材の利用によって、電極体の容器内への挿入をスムーズに行うことができる。
そして本発明に係る円筒型電池の好ましい一態様では、絶縁性部材は円筒形状捲回電極体を包囲する円筒形状である。
かかる構成の電池では、電池容器と絶縁性部材がともに円筒状であるため、電池容器内壁面と絶縁性部材との押圧面積、および絶縁性部材と捲回電極体との押圧面積がともに増加する。この結果、より強固に捲回電極体を電池容器内に固定し得る。
本発明に係る円筒型電池として好ましい一態様では、上記絶縁性部材を少なくとも二つ備えており、該少なくとも二つの絶縁性部材は上記円筒形状捲回電極体の長軸方向の異なる部位にそれぞれ配置されている。
かかる場合には、捲回電極体は、長軸方向の二箇所以上の部位で絶縁性部材に押圧されるので、より強固に電池容器内に固定され得る。
この態様において特に好ましくは、上記絶縁性部材は、円筒形状捲回電極体の長軸方向の少なくとも両端部に接して配置されている。かかる構成によると、振動等によって円筒型電池容器内において長軸両方向に動き易い円筒型の捲回電極体をより確実に固定することができる。
また、本発明に係る円筒型電池として好ましい他の一態様では、円筒形状の電池容器は、円筒形の容器本体と、該本体の長軸方向の少なくとも一方にある開口端部を封口する蓋体とを備えている。そして、上記絶縁性部材は、円筒形状捲回電極体の長軸方向の少なくとも両端部に接して配置されており該両端部に配置された絶縁性部材のうちの少なくとも一方は該蓋体に固定されている。
かかる構成によると、振動等によって円筒型電池容器内において長軸両方向に動き易い円筒型の捲回電極体をより確実に固定することができることに加え、当該電池の構築時において絶縁性部材を電池容器の内壁面と捲回電極体の間に配置する(典型的には挟み込んで配置する)際に、少なくとも一方の絶縁性部材が蓋体に固定されているので、当該蓋体により電池容器の開口部を閉塞すると同時に絶縁性部材を所定位置に正しく配置することができる。
また、本発明に係る円筒型電池として好ましい他の一態様では、円筒形状絶縁性部材として、円筒形状捲回電極体の長軸方向の端部に接して配置される絶縁性部材であって該端部を越えて該電極体の中心方向に折り曲げられた鍔部が形成された絶縁性部材(固定部材)を備えている。
かかる場合には、絶縁性部材を捲回電極体に装着した(組み付けた)状態で電池容器内に挿入する際に上記鍔部を捲回電極体の先端部分(即ち挿入される際に先端となる側の捲回面)に係止させる。このことによって、当該鍔部付き絶縁性部材は、捲回電極体外周面を滑ることなく捲回電極体とともに所定位置に保持されたまま電池容器内に挿入されて、容器内の所定位置に配置することができる。
また、ここに開示される密閉型電池は、外界からの衝撃にも安定的に捲回電極体を電池容器内の所定位置に保持可能であることから、車両に搭載される電池として好適に利用され得る。したがって、本発明によると、かかる密閉型電池を備える車両(例えば自動車)が提供される。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、以下、円筒形状の密閉型リチウムイオン二次電池を例にして本発明の密閉型電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。
図1〜図4を参照しながら、本実施形態に係る密閉型電池110(以下、単に「電池」ということもある。)について説明する。図1は、一実施形態に係る電池110の構造を示す縦断面図であり、図2は、他の実施形態に係る電池120の構造を示す縦断面図である。図3は、さらに別の実施形態に係る電池130の構造を示す縦断面図である。図4は、捲回電極体(以下、単に「電極体」ということもある。)30の長軸方向の両端部と、正極および負極の各集電端子50,70との接合を示す電極体30縦断面図である。
本実施形態に係る電池110は、例えば、図1に示されるように、正極シート40および負極シート60が円筒形状に捲回された電極体30と、電極体30を収容した筒状(本実施形態では円筒型)の電池容器(以下、単に「容器」ということもある。)20と、電極体30の長軸方向の一端および他端に接合された正極集電端子50および負極集電端子70とをそれぞれ備えている。また、この容器20の内壁面と電極体30の外周側面との間の空間S(図2参照)に、本実施形態に係る固定手段(固定部材)に相当する絶縁性部材C1が配置され、該絶縁性部材C1は、上記内壁面に押圧された状態で容器20内の所定位置に固定されている。結果、電極体30は、この固定された絶縁性部材C1に押圧されて容器20内に固定されている。
電極体30は、長尺シート状の正極集電体42の表面に正極活物質層(図示せず)を有する正極シート40、長尺シート状のセパレータ(図示せず)、長尺シート状の負極集電体62の表面に負極活物質層(図示せず)を有する負極シート60からなり、正極シート40および負極シート60をセパレータを介して積層し、軸芯34の周囲に筒状に捲回されている。なお、図1〜図4では、正負の各電極シート40,60が軸芯34の周囲に捲回された構成の電極体30が図示されているが、軸芯34が無い構成の電極体30であっても、本発明を好適に適用し得る。
電極体30の長軸方向の一端には正極集電端子50が、他端には負極集電端子70がそれぞれ付設されている。正極および負極の集電端子50,70は、それぞれ前端部51,71、後端部52,72、およびそれらの間に位置するフランジ部53,73とからなる。各前端部51,71は、電極体30の長軸方向の両端の捲回面の中心部(軸心部)に形成された空洞部分に挿入されている。電極体30の長手方向の両端部において、捲回された正極集電体端部の積層部分42および捲回された負極集電体端部の積層部分62は、それぞれ所定幅だけ中心(軸芯)方向に集約・密接され、該密接された部分は溶接等によって上記各前端部51,71にそれぞれ接合されている。結果、電極体30は、その正負両端部において正負各集電端子50,70と電気的に接続されている。なお、本実施形態に係る電池110では、正極集電端子50には流入孔54が貫通されていて、この流入孔54から電解液が注入されて、容器20内に電解液が流入する構成になっている。電解液を注入後、流入孔54の開口端は、図示しない安全弁が取り付けられて閉塞される。
電極体30を構築する際は、まず、長尺シート状の正極集電体42の表面の所定部分に正極活物質層を有する正極シート40と、長尺シート状の負極集電体62の表面の所定部分に負極活物質層を有する負極シート60と、長尺シート状のセパレータを準備し、各電極シート40,60をセパレータを挟んで重ね合わせ、この重ね合わせたものを軸芯34の周囲に捲回する。なお、上述のとおり、捲回される正極シート40において、長手方向に沿う一方の端部(幅方向の一方の端部)には正極活物質層が付与されずに正極集電体42が露出しており、一方、捲回される負極シート60においても、長手方向に沿う一方の端部には負極活物質層が付与されずに負極集電体62が露出している。各電極シート40,60を重ね合わせる際は、各集電体42,62の露出端部同士が、長手方向に沿って対向するように各電極シート40,60を配置する。このようにして得られる電極体30は、その長軸方向の一端には正極集電体42が現れ、他端には負極集電体62が現れた構成となっている。
電極体30の両端部における正負の各電極シート40,60(正負の各集電体42,62)と、正負の各集電端子50,70との接合方法としては、例えば超音波溶接法等の各種溶接法が好適に採用される。例えば図4に示されるように、電極体30の各端部は所定幅だけ溶接装置Mのホーンとアンビルによって挟まれ、超音波溶接される。
かかる電極体30を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池に備えられる電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極集電体42としては、アルミニウム、ニッケル、チタン等の金属からなるシート材(好ましくはアルミニウム箔)を用いることができる。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、LiMn2O4,LiCoO2,LiNiO2等のリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。
負極集電体62としては、例えば銅等の金属からなるシート材(好ましくは銅箔)を用いることができる。負極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物等が挙げられる。
正負の各電極シート40,60間に使用される好適なシート状のセパレータとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。なお、電解質として固体電解質もしくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合(すなわちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。)があり得る。
軸芯34を使用する場合には、例えば、用いる電解質に対して耐性を示す各種ポリマー材料を適宜選択して作製すればよい。
正極集電端子50の構成材料として、該集電端子50に接合される正極集電体42と同種の金属材料(好ましくはアルミニウム)を好ましく用いることができる。一方、負極集電端子70の構成材料として、該集電端子70に接合される負極集電体62と同種の金属材料(好ましくは銅)を好ましく用いることができる。
容器20は、電極体30が挿入される容器本体21と、該容器本体21の長軸方向の両端に形成される正極側の開口端部22および負極側の開口端部23をそれぞれ封口するための蓋体24および25とからなる。
容器本体21は、円筒形状の電極体30と相互に対応する円筒形状に形成されている。上記開口端部22,23は、その開口面の形状および大きさは限定されない。例えば、図1または図2に示される容器本体21において、一方の開口端部22は、他方の開口端部23よりも大きく形成されて、その開口面(端面)は容器本体21の端面と一致する円形状である(すなわち、開口端部22の開口面の形状は、その直径が容器本体21の内径と一致する円形状である)。一方、容器本体21の他端は所定幅だけ内側(容器本体21の中心方向)に向けて90°折り曲げられている。このため、開口端部23の開口面は容器本体21の内径(典型的には、電極体30の長軸方向の中央部における捲回面の直径)よりも小さく形成された円形状である。かかる場合には、電極体30の挿入口と挿入方向が一義的に決まり得る。すなわち、図1または図2では、電極体30は特定された一方の開口端部22から他方の開口端部23に向けて挿入され得る。ここで、正極と負極の集電端子50,70のうち、どちらの端子側を先端にして上記容器本体21に挿入するのかについては問わないが、図1および図2では、負極集電端子70側を先端にして上記容器本体21の開口径が大きい方の開口端部22から挿入されている。また、図3に示される容器本体21において、開口端部22,23の開口面はともに容器本体21の端面と一致している。この場合には、容器本体21の双方向から電極体30を挿入可能である。
容器本体21の材質は、軽量で熱伝導性が良く、カシメをし易い金属性材料が好ましい。このような金属材料として、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が挙げられ、好ましくはアルミニウムである。
蓋体24,25は、中心に挿通孔24a,25aを有するリング状である。蓋体24,25はそれぞれ、該挿通孔24a,25aを介して、電極体30の長軸方向の両端部に接続されている正負の各集電端子50,70の後端部52,72に挿通される。該後端部52,72のそれぞれに挿通された蓋体24,25は、後端部52と先端部51との間および後端部72と71との間にそれぞれ設けられたフランジ部53,73に係止されている。上記後端部52,72に挿通された蓋体24,25によって上記開口端部22,23がそれぞれ閉塞されている。このため、電極体30は、上記後端部52,72を容器本体21の開口端部22,23からそれぞれ外側に突出させた状態で、容器本体21内に収容されている。蓋体24,25は、挿通孔24a,25aの内周面と後端部52,72の外周面との間に挟み込まれる絶縁性のシール材58(Oリング)によってシールされ、ナット56,76でねじ止めされている。容器20は、開口端部22,23における開口面の周縁部と蓋体24,25との合わせ目が溶接により封口されることで密閉されている。
蓋体24,25は、容器本体21と異なる材質であっても良いが、同じ材質の金属(アルミニウム)製であることが好ましい。なお、正負の各集電端子50,70と蓋体24,25との絶縁性をとるために、蓋体24,25と上記フランジ部53,73の間に絶縁性のリング状部材を挟むか、もしくは、蓋体24,25の内側表面に絶縁層(アルミニウム表面にアルマイト処理されて形成された酸化アルミニウム層)を設けることが好ましい。
次に、図1〜7を参照して、幾つかの実施形態に係る絶縁性部材について詳細に説明する。ここで、図5〜7は、各実施形態に係る電池110〜140の組立工程を示す説明図である。
本発明によって提供される絶縁性部材は、絶縁性でかつ良好な耐熱性を有する硬質な合成樹脂材料から構成されることが好ましい。例えば、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、等が挙げられる。このような合成樹脂製絶縁性部材は、金型等を用いた一般的な樹脂成形方法によって成形される。
ここで、容器20(容器本体21または蓋体24,25)あるいは正負極の集電端子50,70の形態に合わせて好適に利用され得る絶縁性部材について説明する。
例えば、図1および図2に示される実施形態に係る電池110,120において、容器20は電極体30と相互に対応する円筒形状である。また、容器本体21の長軸方向の一方の開口端部22と他方の開口端部23の各開口面の大きさが異なり、開口端部23は、電極体30の長軸方向の中央部における捲回面の直径よりも小さい寸法で形成されている。このため、電極体30を一方の開口端部(図1では開口端部22)からのみ容器20内に挿入可能となっている。蓋体24,25と正負の各集電端子50,70とは、それぞれ別体に形成されている。
かかる形態の容器20には、例えば、絶縁性部材C1またはC2a,C2bが好適に利用され得る。
該絶縁性部材C1は、円筒形状の電極体30の全体を(すなわち、該電極体30の長軸方向ならびに周方向の全体にわたって)包囲する円筒形状である。また、該絶縁性部材C1の長軸方向の一端には、当該端部を越えて上記電極体30の中心方向に折り曲げられた鍔部11が形成されている。絶縁性部材C1の肉厚寸法は、容器本体21の円筒側面部分(絶縁性部材C1および電極体30が容器20内に収容されているときに、容器本体21が絶縁性部材C1に近接する部分)の厚みよりも大きいことが好ましい。絶縁性部材C1が上述したような硬質な合成樹脂製(例えばPP製)であることに加え、該絶縁性部材C1が上記のように肉厚であることによって、以下の効果がより一層奏される。すなわち、後述のカシメにより該容器本体21の内面方向に向けて突出部分21aが形成されて、該突出部分が上記絶縁性部材C1を押圧しても、該絶縁性部材C1のおける電極体30の外周面と対向(接触)する側の壁面が、上記突出部分に対応して電極体30側に部分的に(凸状に)突出することが防止され得る。
かかる構成の絶縁性部材C1を用いて電池110を組み立てる方法について、図5を参照して説明する。
まず、絶縁性部材C1を電極体30に装着する(組み付ける)。このとき、上記鍔部11が、電極体30の負極側の端部の捲回面(すなわち、電極体30が挿入される際に先端となる側の端部における捲回面)に係止されるようにする。また、負極集電端子70の後端部72に蓋体25とシール材78を挿通させて、フランジ部73に当接させる。
次に、絶縁性部材C1を装着した電極体30を、蓋体25を挿通した負極集電端子70を先端として、正極側の開口端部22から容器本体21内に挿入する。そして、負極集電端子70を負極側の開口端部23から突出させる。かかる挿入作業完了後、該開口端部23を蓋体25で封口する。
最後に、容器本体21の負極側の封口された端部においては、例えば、絶縁部材77を負極集電端子70の後端部72を挿通してからナット76等でねじ止めする。容器本体21の正極側の封口された端部においては、例えばシール材58、蓋体24、絶縁部材57を、この順に正極集電端子50の後端部52に挿通し、最後にナット56等でねじ止めする。
上述のとおり、本実施形態では電極体30の容器本体21内への挿入時において、電極体30の外周面(典型的にはセパレータ)が絶縁性部材C1で包囲されているため、該絶縁性部材C1が挿入方向へのガイド部材として機能する。この結果、電極体30は、挿入方向に沿ってスムーズに移動可能となって、安定して容器本体21の負極側の開口端部23まで挿入され得る。
また、該挿入時において上記絶縁性部材C1はバリア部材としても機能し得る。この結果、電極体30の外周面が容器本体21の内壁面に接触することなく、上記外周面が保護され得る。
さらに、該挿入時において、絶縁性部材C1の鍔部11が電極体30の負極側の端部の捲回面に係止された状態は維持されて、該絶縁性部材C1が電極体30の外周面を滑ることはない。このため、電極体30の挿入後には、絶縁性部材C1は容器本体21内の所定位置に配置され得る。
電極体30および絶縁性部材C1が容器20内に収容された電池110に対して、カシメが施される。ここでいうカシメとは、容器本体21の外周面における一部を、容器本体21の内面方向に向けて潰す若しくは凹ます処理である。好ましい態様として、上記容器本体21の外周面の所定位置において、周方向に沿って、所定幅で施される(潰される若しくは凹まされる)カシメ(即ちローリングカシメ)が挙げられる。或いは、上記容器本体21の径方向に対向する2箇所或いは複数箇所にスポット状に施されるカシメ(例えばピンポイントなプレス)でもよい。
容器本体21の外周面におけるカシメによって、該容器本体21の内面方向に向けて凸状に突出した部分21a(以下、「突出部分21a」という。)では、容器本体21の突出した壁面により絶縁性部材C1が押圧され、結果、絶縁性部材C1は上記突出部分21aを包含する所定の位置で固定される。これとともに、該押圧により固定された絶縁性部材C1により電極体30も押圧され、結果、電極体30は上記突出部分21aの位置で固定される。このとき、カシメにより容器本体21が陥没して内面方向に突出しても、容器本体21の内壁面と電極体30の外周面との間にできる空間Sに絶縁性部材C1が配置されているので、電極体30自体が変形することはない。特に、上記したように絶縁性部材C1は硬質かつ肉厚であるため、カシメによる容器本体21への押圧力は、該絶縁性部材C1によってより一層緩衝され得る。結果、カシメによる電極体30への影響(例えば、凸状突出部分21aで突かれることによる電極体30の変形、等)は防止される。
かかるカシメによって、電極体30が強固に容器20内の所定位置に固定された電池110が構築され得る。
次に、他の実施形態に係る絶縁性部材C2a,C2bについて、図2を参照して説明する。本実施形態では、円筒形状の二つの絶縁性部材C2a,C2bからなり、電極体30の長軸方向の両端部にそれぞれ配置されている。そのうち一方の絶縁性部材(負極側)C2bは、上述した絶縁性部材C1と同様に鍔部11を備えており、電極体30の長軸方向の一端の捲回面に係止された状態で、該電極体30の一端(図2では負極側の端部)周辺部分を包囲するように、容器本体21の内壁面と電極体30の外周面の間にできる空間Sに挟み込まれるように配置されている。他方の絶縁性部材(正極側)C2aは、電極体30の他端(図2では正極側の端部)周辺部分を包囲するように該空間Sに位置しており、当該部材C2a自身の端部の一方(すなわち、電極体30の長軸方向に沿った一方の端部)は、蓋体24の内面側に固定されている。
かかる構成の絶縁性部材C2a,C2bを用いて電池120を組み立てる際は、図6に示されるように、まず、負極側絶縁性部材C2bを電極体30に装着する(組み付ける)。このとき、上記鍔部11が、電極体30の挿入方向の先端である負極側の端部の捲回面に係止されるように当該部材C2bを装着する。また、負極集電端子70の後端部72に蓋体25とシール材78を挿通させて、フランジ部73に当接させる。
次に、上記部材C2を装着した電極体30を、蓋体25を挿通した負極集電端子70を先端として、正極側の開口端部22から容器本体21内に挿入する。負極集電端子70を負極側の開口端部23から突出させて、該開口端部23を蓋体25で封口する。
容器本体21の負極側の封口された端部の密閉手順については、絶縁性部材C1のときと同じである。一方、容器本体21の正極側の封口された端部においては、例えば、まずシール材58を正極集電端子50の後端部52に挿通する。次に、内面に部材C2aが固定されている蓋体24を上記後端部52に挿通させながら、これと同時に部材C2aを容器本体21の内壁面と電極体30の外周面の間にできる空間Sに挿入して(挟み込ませて)いく。該蓋体24が正極集電端子50のフランジ部53に当接したら部材C2aの挿入を止める。最後に、絶縁部材57を上記後端部52に挿通した後、ナット56でねじ止めする。
上記一対の絶縁性部材C2a,C2bにおいて、負極側絶縁性部材C2bは、上述の実施形態に係る絶縁性部材C1と同様に鍔部11によって容器本体21内の所定位置に配置される。また、正極側絶縁性部材C2aについても、該正極側絶縁性部材C2aは蓋体24に固定されているので、蓋体24が上記フランジ部53に当接して開口端部22を閉塞すると同時に、正極側絶縁性部材C2aも容器本体21内の所定位置に正しく確実に配置される。
電極体30と絶縁性部材C2a,C2bが収容された電池120に対して施されるカシメは、正極側絶縁性部材C2aと負極側絶縁性部材C2bのそれぞれに対して施される。このため、電極体30は長軸方向の2箇所で絶縁性部材C2a,C2bに押圧されるので、より強固に容器20内の所定位置に固定されることになる。特に、上記絶縁性部材C2a,C2bは電極体30の長軸方向の両端部に配置されているので、振動等の衝撃によって長軸両方向に動きやすい円筒形状の電極体30は、容器本体21内の所定位置に確実に固定された状態で、容器20内に安定的に保持され得る。
円筒形状の容器本体21において、例えばその長軸方向の開口端部22,23の開口面がともに該容器本体21の内径と同一径の円形状であって、上記開口端部22,23の双方から電極体30を挿入可能であるような場合には、上記絶縁性部材C1を好適に用いて電池130を構築することができる。
また、図3に示される電池130における絶縁性部材の別の態様としては、図示される一対の絶縁性部材C3a,C3bが挙げられる。かかる一対の絶縁性部材C3a,C3bは、上記絶縁性部材C2a,C2bにおける一方の鍔無し絶縁性部材C2aと同一形状の部材C3a,C3bからなる。該部材C3a,C3bはそれぞれ、上記開口端部22,23を封口する蓋体24,25に固定されている。
さらに、図7に示される電池140では、容器本体21の形状は図1に示す電池110と同一であるが、正極および負極の集電端子50’,70’は、集電端子と蓋体とが一体成形されている。かかる場合には、例えば、以下のような構成の絶縁性部材C4a,C4bが採用され得る。
即ち本実施形態に係る一対の絶縁性部材C4a,C4bは、上述した他の実施形態に係る絶縁性部材C2bまたはC3bと同一形状である鍔有りの負極側絶縁性部材C4bと、上記集電端子50’,70’のうちどちらか一方(図7では正極の集電端子50’)に固定された正極側絶縁性部材C4aとからなる。該正極側絶縁性部材C4aは、正極集電端子50’に固定されている側の端部において、電極体30の正極側の端部(正極集電体42)と上記集電端子50’とを接合するために設けられた溶接孔12を備えている。該溶接孔12の形成位置は特に限定されないが、高い溶接強度を確保するという観点からは、図示されるように、円筒形状の正極側絶縁性部材C4aの周方向に対向するような位置に2箇所設けられていることが好ましい。これにより、例えば、超音波溶接装置等の溶接装置Mのホーンとアンビルが一対の溶接孔12にそれぞれ挿入されて、容易に溶接可能である。これにより、電極体30の長軸方向の一方の端部(図7では正極側の端部)の捲回面の中心に正極側絶縁性部材C4a付き集電端子(図7では正極集電端子50’)を挿入してから、溶接孔12を利用して該集電端子と電極体30の端部とを接合することが可能となる。正負一対の集電端子50’,70’と接合した電極体30を容器本体21に挿入した後は、容器本体21の長軸方向の封口された両端部をそれぞれシール材でシールしてからナット等で封口すればよい。
なお、上述した幾つかの実施形態に係る密閉型電池に限られず、本発明によって提供される電池(例えば円筒形状の密閉型リチウムイオン電池)は、振動が生じた際にも電池容器内の電極体を所定位置に安定して保持することができるため、特に自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用電源として好適に使用し得る。即ち、図8に示すように、本実施形態に係る電池を単電池として所定の方向に配列し、当該単電池をその配列方向に拘束することによって組電池(バッテリーパック)200を構築し、かかる組電池200を電源として備える車両A(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような駆動源として電動機を備える自動車)を提供することができる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、密閉型電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウムイオン電池以外のリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタ(即ち物理電池)であってもよい。
A 車両
C1,C2a,C2b,C3a,C3b,C4a,C4b 絶縁性部材
11 鍔部
20 電池容器
21 容器本体
22,23 開口端部
24,25 蓋体
30 捲回電極体(電極体)
40 正極シート
42 正極集電体
50 正極集電端子
60 負極シート
62 負極集電体
70 負極集電端子
110,120,130,140 密閉型電池
C1,C2a,C2b,C3a,C3b,C4a,C4b 絶縁性部材
11 鍔部
20 電池容器
21 容器本体
22,23 開口端部
24,25 蓋体
30 捲回電極体(電極体)
40 正極シート
42 正極集電体
50 正極集電端子
60 負極シート
62 負極集電体
70 負極集電端子
110,120,130,140 密閉型電池
Claims (8)
- 長尺シート状の正極および負極を捲回してなる捲回電極体と、該捲回電極体を内部に収容する電池容器とを備えた密閉型電池であって、
前記捲回電極体の外周面と前記電池容器の内壁面との間には、絶縁性部材が配置されており、
ここで前記絶縁性部材は、前記電池容器の壁面の少なくとも一部が該絶縁性部材に押圧されることにより前記捲回電極体外周面と前記電池容器内壁面との間の所定位置に固定されており、該固定された絶縁性部材の押圧により前記捲回電極体が前記電池容器内において固定されていることを特徴とする密閉型電池。 - 前記絶縁性部材に対する前記電池容器壁面の押圧は、該電池容器の一部の容器内面方向へのカシメによることを特徴とする請求項1に記載の密閉型電池。
- 前記捲回電極体および前記電池容器は、相互に対応する円筒形状に形成されており、
前記絶縁性部材は、前記円筒形状の捲回電極体を包囲する円筒形状であることを特徴とする請求項1または2に記載の密閉型電池。 - 前記絶縁性部材を少なくとも二つ備えており、該少なくとも二つの絶縁性部材は前記円筒形状捲回電極体の長軸方向の異なる部位にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項3に記載の密閉型電池。
- 前記円筒形状の電池容器は、円筒形の容器本体と、該本体の長軸方向の少なくとも一方にある開口端部を封口する蓋体とを備えており、
前記絶縁性部材は、前記円筒形状捲回電極体の長軸方向の少なくとも両端部に接して配置されており該両端部に配置された絶縁性部材のうちの少なくとも一方は前記蓋体に固定されていることを特徴とする請求項4に記載の密閉型電池。 - 前記円筒形状絶縁性部材として、前記円筒形状捲回電極体の長軸方向の端部に接して配置される絶縁性部材であって該端部を越えて該電極体の中心方向に折り曲げられた鍔部が形成された絶縁性部材を備えていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一つに記載の密閉型電池。
- 前記カシメにより前記容器の一部は内面方向に突出しており、
前記絶縁性部材は、前記突出部分の押圧によっても前記捲回電極体側に部分的に突出しない硬質な合成樹脂により形成されている、請求項2〜6のいずれか一つに記載の密閉型電池。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の密閉型電池を備える車両。
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