JP2014192053A - Power storage element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに絶縁された正極板と負極板とを含む電極体と、該電極体を収容するケースとを備える蓄電素子に関する。 The present invention relates to an energy storage device including an electrode body including a positive electrode plate and a negative electrode plate that are insulated from each other, and a case that houses the electrode body.
近年、車両(自動車、自動二輪車等)や各種機器(携帯端末、ノート型パソコン等)の動力源として、電池(リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等)やキャパシタ(電気二重層キャパシタ等)といった放充電可能な蓄電素子が採用されている。この種の蓄電素子は、互いに絶縁された正極板と負極板とを含む電極体と、該電極体を収容するケースとを備えている。 In recent years, batteries (lithium ion batteries, nickel metal hydride batteries, etc.) and capacitors (electric double layer capacitors, etc.) are used as power sources for vehicles (automobiles, motorcycles, etc.) and various devices (mobile terminals, notebook computers, etc.). Possible power storage elements are employed. This type of power storage element includes an electrode body including a positive electrode plate and a negative electrode plate that are insulated from each other, and a case that houses the electrode body.
ケースの形態としては、ケース本体が深絞り加工により形成され、その一端の開口縁部に蓋体が溶接されるタイプが一般的である(特許文献1)が、両端に一対の開口縁部を有する筒状のケース本体が押し出し加工により形成され、両端のそれぞれ開口縁部に蓋体が溶接されるタイプも提案されている(特許文献2)。 As a form of the case, a type in which a case main body is formed by deep drawing and a lid is welded to an opening edge portion at one end thereof (Patent Document 1), but a pair of opening edge portions at both ends is provided. There has also been proposed a type in which a cylindrical case main body is formed by extrusion processing, and a lid is welded to each opening edge of both ends (Patent Document 2).
後者は、前者に比べ、加工コストが安く、また、ケースの肉厚を薄くすることができ、さらには、形状設計の自由度が高いといった利点がある。しかしながら、後者のケース本体は、両端が開口されているため、剛性が落ちる。特に近年は、単位体積あたりの発電効率(エネルギー密度)を高めるために、発電に寄与しないケースの肉厚をできるだけ減らそうという方向にあり、ケース本体の剛性低下は避けられない現状となっている。 The latter is advantageous in that the processing cost is lower than the former, the thickness of the case can be reduced, and the degree of freedom in shape design is high. However, since the latter case body is open at both ends, the rigidity is lowered. Especially in recent years, in order to increase the power generation efficiency (energy density) per unit volume, the thickness of the case that does not contribute to power generation is being reduced as much as possible, and the case body is unavoidably reduced in rigidity. .
ケース本体の剛性が低下するということは、ケース本体が変形しやすいということである。特許文献2においては、ケース本体が内側に変形した状態のままで蓋体が溶接され、これにより、製品寸法にバラツキが生じるといった問題が起こり得る。そして、かかる問題は、上述したケースの薄肉化に伴って顕著となる。
When the rigidity of the case body is reduced, the case body is easily deformed. In
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、ケースを、筒状のケース本体と、両端の開口部を塞ぐ一対の蓋体とで構成する上で、ケースの形状安定性に優れた蓄電素子を提供することを課題とする。 Therefore, in view of such a situation, the present invention provides a power storage element that is excellent in shape stability of a case when the case is configured by a cylindrical case body and a pair of lids that closes openings at both ends. The task is to do.
本発明に係る蓄電素子は、
互いに絶縁された正極板と負極板とを含む電極体と、
該電極体を収容するケースとを備え、
該ケースは、
両端に一対の開口縁部を有する筒状のケース本体と、
一方の開口縁部によって形成される開口部を塞ぐ第一蓋体と、
他方の開口縁部によって形成される開口部を塞ぐ第二蓋体とを備え、
第一蓋体及び第二蓋体の少なくとも一方の蓋体は、
外周部が開口縁部の内周面に嵌合し且つケース本体内で凸となる板材であり、
蓋体の外周部と開口縁部とが接合される。
The electricity storage device according to the present invention is:
An electrode body including a positive electrode plate and a negative electrode plate insulated from each other;
A case for accommodating the electrode body,
The case is
A cylindrical case body having a pair of opening edges at both ends;
A first lid for closing an opening formed by one opening edge;
A second lid for closing the opening formed by the other opening edge,
At least one lid of the first lid and the second lid is
The outer peripheral portion is a plate material that fits into the inner peripheral surface of the opening edge and is convex in the case body,
The outer periphery of the lid and the opening edge are joined.
かかる構成によれば、少なくとも一方の蓋体は、凸となる板材であり、剛性が高くなっている。そのため、ケースを製造するにあたって、仮にケース本体が変形していたとしても、ケース本体の開口縁部に蓋体が嵌入されると、開口縁部が蓋体の周縁に倣い、ケース本体がしかるべき形状に矯正される。また、ケース本体の開口縁部に蓋体が嵌入された状態では、蓋体によってケース本体の形状安定性が高くなる。そのため、ケース本体が不用意に変形することはない。 According to this configuration, at least one of the lids is a convex plate material and has high rigidity. Therefore, when manufacturing the case, even if the case main body is deformed, when the lid is inserted into the opening edge of the case main body, the opening edge follows the peripheral edge of the lid, and the case main body is appropriate. Corrected to shape. Moreover, in the state in which the cover body is fitted in the opening edge of the case body, the shape stability of the case body is enhanced by the cover body. For this reason, the case body is not inadvertently deformed.
ここで、本発明に係る蓄電素子の一態様として、
蓋体は、電極体のうちの対向する部分を受け入れる凹部を備える
ようにすることができる。
Here, as one aspect of the electricity storage device according to the present invention,
The lid body may be provided with a recess for receiving an opposing part of the electrode body.
かかる構成によれば、凹部がない場合と比べて、電極体のサイズを凹部の分だけ拡大することができる。あるいは、凹部がない場合と比べて、凹部の分だけケースのサイズを縮小することができる。これにより、単位体積あたりの発電効率(エネルギー密度)を高めることができる。 According to such a configuration, the size of the electrode body can be increased by the size of the recess compared to the case where there is no recess. Or compared with the case where there is no recessed part, the size of a case can be reduced by the part of a recessed part. Thereby, the power generation efficiency (energy density) per unit volume can be increased.
この場合、
凹部は、電極体の該当部分に沿った形状を有する
ようにすることができる。
in this case,
The recess can have a shape along the corresponding part of the electrode body.
かかる構成によれば、凹部と電極体の該当部分との間に隙間が無くなる又は隙間が小さくなるため、単位体積あたりの発電効率(エネルギー密度)をさらに高めることができる。また、凹部と電極体の該当部分との間に隙間が無くなる又は隙間が小さくなるため、電解液がケース内に貯留される場合、電解液の量を減らすことができる。 According to such a configuration, there is no gap between the concave portion and the corresponding part of the electrode body, or the gap is reduced, so that the power generation efficiency (energy density) per unit volume can be further increased. In addition, since there is no gap between the recess and the corresponding part of the electrode body or the gap becomes small, the amount of the electrolyte can be reduced when the electrolyte is stored in the case.
さらにこの場合、
凹部は、電極体の該当部分との間に隙間を形成している
ようにすることができる。
In this case,
The recess can form a gap with the corresponding part of the electrode body.
かかる構成によれば、電極体の充放電により電極体が膨らんだり、電極体に振動が加わった際に、電極体(の活物質層が形成された領域)が凹部に当たって電極反応に影響が生じるのを防止することができる。但し、このような問題が無ければ、凹部と電極体の該当部分との間に隙間が無く、凹部と電極体の該当部分とが当接し、電極体が凹部に保持されてケース内で安定するようにしてもよい。 According to such a configuration, when the electrode body swells due to charging / discharging of the electrode body or vibration is applied to the electrode body, the electrode body (the region where the active material layer is formed) hits the concave portion, thereby affecting the electrode reaction. Can be prevented. However, if there is no such problem, there is no gap between the concave portion and the corresponding portion of the electrode body, the concave portion and the corresponding portion of the electrode body abut, and the electrode body is held in the concave portion and stabilized in the case. You may do it.
また、本発明に係る蓄電素子の他態様として、
電極体は、活物質層が形成されていないリード部を備え、
蓋体は、該リード部に当接する凸部を備える
ようにすることができる。
Further, as another aspect of the electricity storage device according to the present invention,
The electrode body includes a lead portion in which an active material layer is not formed,
The lid can be provided with a convex portion that comes into contact with the lead portion.
かかる構成によれば、電極体が凸部に保持されてケース内で安定する。しかも、リード部は、活物質層が形成されていないため、凸部が当接しても、電極反応に影響が生じることはない。 According to this configuration, the electrode body is held by the convex portion and is stabilized in the case. In addition, since the active material layer is not formed in the lead portion, the electrode reaction is not affected even if the convex portion contacts.
具体的には、
電極体は、正極板と負極板とが多重に積層された積層構造であり、正極板及び負極板の両電極板のうちの少なくとも一方の電極板が積層状態で突出した突出部をリード部として備え、
凸部は、該突出部に当接する
ようにすることができる。
In particular,
The electrode body has a laminated structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated in multiple layers, and a protruding portion in which at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate protrudes in a laminated state is used as a lead portion. Prepared,
The convex portion can be brought into contact with the protruding portion.
さらには、
電極体は、正極板と負極板とが巻回された積層構造であり、対向する一対の平坦部と、該一対の平坦部の端部同士を接続する一対の折り返し部とを備える偏平状であり、正極板及び負極板の両電極板のうちの少なくとも一方の電極板が他方の電極板の側端から電極体の巻回中心に沿った方向に巻回状に突出した突出部をリード部として備え、
凸部は、該突出部のうちの折り返し部に当接する
ようにすることができる。
Moreover,
The electrode body has a laminated structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound, and has a flat shape including a pair of opposed flat portions and a pair of folded portions that connect ends of the pair of flat portions. Yes, at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate has a protruding portion protruding in a winding shape in a direction along the winding center of the electrode body from a side end of the other electrode plate. Prepared as
The convex part can be brought into contact with the folded part of the projecting part.
また、本発明に係る蓄電素子の別の態様として、
他方の蓋体は、外部端子構造を備える
ようにすることができる。
Moreover, as another aspect of the electrical storage element which concerns on this invention,
The other lid can be provided with an external terminal structure.
かかる構成によれば、一方の蓋体は、ケースの底部を構成し、他方の蓋体が閉じるケース本体の開口部は、電極体の挿入口となる。例えば、一方の蓋体がケース本体の開口縁部に接合された後、他方の開口部から電極体が挿入され、他方の開口縁部が他方の蓋体で塞がれるといった製造プロセスが採られる場合、ケース本体の開口縁部に一方の蓋体が嵌入されていることで、ケース本体の形状安定性が高められている。そのため、電極体が他方の開口部から挿入される際、電極体が他方の開口縁部に不用意に当たって傷付くのを防止することができる。 According to such a configuration, one lid forms the bottom of the case, and the opening of the case body that the other lid closes serves as an insertion opening for the electrode body. For example, after one lid is joined to the opening edge of the case body, an electrode body is inserted from the other opening, and the other opening edge is closed by the other lid. In this case, the shape stability of the case body is enhanced by inserting one lid body into the opening edge of the case body. Therefore, when the electrode body is inserted from the other opening, it is possible to prevent the electrode body from inadvertently hitting the other opening edge and being damaged.
また、本発明に係る蓄電素子のさらに別の態様として、
蓋体の外周部と開口縁部とは、レーザ溶接により接合される
ようにすることができる。
As still another aspect of the electricity storage device according to the present invention,
The outer peripheral portion of the lid and the opening edge can be joined by laser welding.
かかる構成によれば、蓋体の周縁と開口縁部の内周面とが密着しているため、レーザ光がどの方向から照射されても、ケース内に抜けてしまうことはない。そのため、蓋体の外周部と開口縁部との合わせ部にレーザ光を確実に照射することができて、良好な溶接状態を得られることができる。また、ケース本体内に電極体が挿入された後の溶接である場合、レーザ光がケース内に抜けて電極体が損傷するのを防止することができる。 According to such a configuration, since the peripheral edge of the lid and the inner peripheral surface of the opening edge are in close contact with each other, the laser light does not come out into the case no matter which direction it is irradiated. Therefore, it is possible to reliably irradiate the laser beam to the joint portion between the outer peripheral portion and the opening edge portion of the lid, and a good welding state can be obtained. Further, in the case of welding after the electrode body is inserted into the case main body, it is possible to prevent the laser body from escaping into the case and damaging the electrode body.
以上のように、本発明によれば、ケースを、筒状のケース本体と、両端の開口部を塞ぐ一対の蓋体とで構成する上で、少なくとも一方の蓋体がケース本体の開口縁部内に嵌入されてケース本体の保形手段として機能するため、優れたケースの形状安定性を得ることができる。 As described above, according to the present invention, when the case is configured by the cylindrical case body and the pair of lids that close the openings at both ends, at least one of the lids is within the opening edge of the case body. Since it functions as a shape-retaining means for the case main body, it is possible to obtain excellent case shape stability.
以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態である電池について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態においては、電池の一例として、リチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」という)について説明する。 Hereinafter, a battery which is an embodiment of a power storage device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as “battery”) will be described as an example of the battery.
図1〜図3に示すように、本実施形態に係る電池Psは、電気絶縁性を有するセパレータ12、該セパレータ12を間に挟んだ正極板13及び負極板15を含む電極体(発電要素)1と、それぞれが電極体1の正極板13及び負極板15のうちの対応する極性の極板に電気的に接続された一対の集電体2と、電極体1及び一対の集電体2を収容するケース3と、それぞれがケース3の外部に配置された一対の外部端子6と、それぞれが一対の外部端子6のうちの対応する外部端子6の配置に対応するようにケース3の内面に沿って配置される一対の内部ガスケット7と、それぞれが一対の外部端子6のうちの対応する外部端子6の配置に対応するようにケース3の外面に沿って配置される一対の外部ガスケット8とを備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the battery Ps according to this embodiment includes an electrode body (power generation element) including an electrically insulating
正極板13、負極板15及びセパレータ12は、帯状に形成されている。正極板13、負極板15及びセパレータ12は、長手方向を一致させた状態で重ね合わされ、該長手方向に巻回されている。正極板13、負極板15及びセパレータ12は、扁平状に巻回されている。そのため、第一方向(図中のX方向)から見た電極体1の形状は、X方向と直交する第二方向(図中のY方向)に短軸を有するとともに、X方向及びY方向と直交する第三方向(図中のZ方向)に長軸を有する。すなわち、電極体1は、Y方向で対向する一対の平坦部10と、該一対の平坦部10の端部同士を接続する一対の折り返し部(円弧部)11とを備えている。
The positive electrode plate 13, the
また、正極板13及び負極板15は、X方向に相対的に位置ずれした状態で重ね合わされ、長手方向に巻回されている。そのため、X方向における電極体1の一端部には、正極板13のみが積層された正極リード部14が形成され、X方向における電極体1の他端部には、負極板15のみが積層された負極リード部16が形成されている。
Moreover, the positive electrode plate 13 and the
ここで、正極板13は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電基材の表面片面に正極活物質塗料を塗工し、乾燥させた後、正極集電基材の反対面に同じく正極活物質塗料を塗工し、乾燥させる等して、正極集電基材の表面両面に正極活物質層(正極活物質塗工部)を備えている。より詳しくは、正極板13は、正極集電基材の幅方向における一端部を除いて表面両面に正極活物質塗料を塗工する等して、該一端部を除いた正極集電基材の表面両面に正極活物質層を備えている。そのため、該一端部は、正極集電基材が露出した部分(正極活物質層非形成部)となっている。正極リード部14は、この正極活物質層非形成部によって構成されている。
Here, the positive electrode plate 13 was coated with a positive electrode active material paint on one surface of a positive electrode current collector base material made of a strip-shaped aluminum foil, dried, and then on the opposite surface of the positive electrode current collector base material. A positive electrode active material layer (positive electrode active material coating portion) is provided on both surfaces of the positive electrode current collector base material by applying a paint and drying. More specifically, the positive electrode plate 13 is formed by applying a positive electrode active material paint on both surfaces of the positive electrode current collecting base material except for one end part in the width direction of the positive electrode current collecting base material. A positive electrode active material layer is provided on both surfaces. Therefore, the one end portion is a portion where the positive electrode current collecting base material is exposed (a portion where the positive electrode active material layer is not formed). The positive
また、負極板15は、帯状の銅箔からなる負極集電基材の表面片面に負極活物質塗料を塗工し、乾燥させた後、負極集電基材の反対面に同じく負極活物質塗料を塗工し、乾燥させる等して、負極集電基材の表面両面に負極活物質層(負極活物質塗工部)を備えている。より詳しくは、負極板15は、負極集電基材の幅方向における一端部を除いて表面両面に負極活物質塗料を塗工する等して、該一端部を除いた負極集電基材の表面両面に負極活物質層を備えている。そのため、該一端部は、負極集電基材が露出した部分(負極活物質層非形成部)となっている。負極リード部16は、この正極活物質層非形成部によって構成されている。
In addition, the
なお、正極リード部14は、クリップ部材18によって束ねられ、負極リード部16も、クリップ部18によって束ねられる。
The positive
集電体2は、金属プレートを曲げ加工して形成されている。集電体2は、Z方向に沿って配置される第一接続部20と、該第一接続部20から延出された第二接続部24とを備える。
The
第一接続部20は、X方向に延出する接続片21を備えている。接続片21は、X方向における電極体1の端部の巻回中心に挿入可能になっている。接続片21は、クリップ部材18に溶接される。これにより、正極用の集電体2と電極体1の正極板13(の正極リード部14)とが電気的に接続され、負極用の集電体2と電極体1の負極板15(の負極リード部16)とが電気的に接続される。
The
第二接続部24は、ケース3に固定されるとともに、一対の外部端子6のうちの対応する外部端子6に電気的に接続される。第二接続部24は、平坦であり、X方向に長手をなすように形成されている。第二接続部24は、外部端子6を挿通するための貫通孔25を備えている。
The
なお、正極用の集電体2と負極用の集電体2との相違点について説明しておく。一般的に、電気化学的な観点により、正極用の集電体2は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、負極用の集電体2は、銅又は銅合金で構成される。これに伴い、機械強度の観点から、正極集電体2の厚みは、負極集電体2の厚みよりも厚く設定される。
Differences between the positive electrode
ケース3は、両端が開口した筒状のケース本体30と、該ケース本体30の一方の開口を塞ぐ第一蓋体40と、ケース本体30の反対側の開口を塞ぐ第二蓋体50とを備えている。
The
ケース本体30は、角筒状に形成されている。そのため、ケース本体30は、それぞれが第一端部P1及び該第一端部P1の反対側の第二端部P2を有する一対の第一壁部31であって、X方向に間隔をあけて互いに対向する一対の第一壁部31と、それぞれが第一端部P3及び該第一端部P3の反対側の第二端部P4を有する一対の第二壁部32であって、一対の第一壁部31間でY方向に間隔をあけて互いに対向する一対の第二壁部32とを備えている。これにより、一対の第一壁部31の第一端部P1及び一対の第二壁部32の第一端部P3(ケース本体30の第一開口縁部33)が包囲する領域には、第一開口部34が形成され、一対の第一壁部31の第二端部P2及び一対の第二壁部32の第二端部P4(ケース本体30の第二開口縁部35)が包囲する領域には、第二開口部36が形成されている。
The
本実施形態では、ケース本体30は、X方向が長手方向、Y方向が短手方向となる、断面形状が長方形状の角筒状に形成されている。そのため、第一壁部31は、Z方向に長手をなす長方形状であり、第二壁部32は、X方向に長手をなす長方形状であり、第一開口縁部33及び第二開口縁部35のそれぞれは、X方向に長手をなす長方形状である。但し、第一壁部31と第二壁部32との接続部は円弧面状に形成されている。そのため、ケース本体30の角部は、小さい曲率半径で丸められ、第一開口縁部33及び第二開口縁部35のそれぞれは、角部が丸められた長方形状となっている。
In the present embodiment, the case
なお、ケース本体30は、例えば押し出し加工により形成することができる。押し出し加工により形成することで、ケース本体30の肉厚を、深絞り加工により形成される従来型のケース本体の肉厚よりも容易に薄くすることができる。また、押し出した板材を切断するのみでケース本体30を得ることができるため、生産性を向上させることができる。
The
第一蓋体40は、第一開口部34を塞ぎ、第一蓋体40が下側となるようにケース3が配置される場合に、ケース3の底部となる。第二蓋体50は、第二開口部36を塞ぎ、第一蓋体40が下側となるようにケース3が配置される場合に、ケース3の頂部となる。ケース本体30、第一蓋体40及び第二蓋体50の何れも、金属製(例えばアルミニウム又はアルミニウム合金)である。ケース本体30に第一蓋体40及び第二蓋体50が溶接されることで、ケース3の内部空間が気密に形成される。
The
図4及び図5に示すように、第一蓋体40は、基部41と、該基部41を取り囲む外周部42とを備えている。基部41は、平坦であり、外周部42は、基部41の周縁から起立している。より詳しくは、基部41は、第一開口縁部33が矩形状乃至略矩形状であるのに対応して、矩形状乃至略矩形状ではあるが、第一開口縁部33の形状よりは小さく、そして、第一開口縁部33の端縁よりもケース本体30内にオフセットした位置に位置している。基部41の周縁から起立した外周部42の周縁は、第一開口縁部33の形状に対応して矩形状乃至略矩形状となっている。より詳しくは、外周部42の周縁は、第一開口縁部33の内周面と一致する形状、すなわち、第一開口縁部33の内周面に嵌合する形状となっている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
外周部42の起立高さ(Z方向の高さ)は、全周で均一になっている。そのため、外周部42の周縁は、基部41の平坦面と平行である。そして、第一蓋体40が第一開口縁部33内に嵌入された状態で、図6(a)に示すように、外周部42の周縁(第一蓋体40の周縁)は、第一開口縁部33の端縁に合わせられる。このとき、上述したとおり、外周部42の周縁は、第一開口縁部33の内周面と一致する形状であるため、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の端縁とは、全周に亘って密着する。そのため、第一蓋体40が第一開口縁部33内に嵌入される前の時点でケース本体30が内側に変形していたとしても、ケース本体30は、第一蓋体40からの力fを受けて適正な形状に矯正される。
The standing height (the height in the Z direction) of the outer
外周部42は、円弧面状に形成されている。より詳しくは、外周部42は、基部41と直交乃至略直交するまで湾曲している。そのため、第一蓋体40の周縁は、第一開口縁部33の内周面に所定範囲で面接触している。図6(b)に示すように、レーザ溶接用のレーザ光は、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の端縁との合わせ部に向かって照射される。レーザ光は、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の端縁との合わせ部に対して正面方向(符号R1の方向)から照射してもいいし、合わせ部に対して斜め方向(符号R2の方向)から照射してもいいし、合わせ部に対して横方向(符号R3の方向)から照射してもよい。但し、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の端縁との合わせ部に隙間がないために、レーザ光をR1方向から照射しても、レーザ光がケース3内に抜けてしまうことはなく、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の端縁との合わせ部にレーザ光を確実に照射することができて、良好な溶接状態を得られることができるという点で、レーザ光の照射方向はR1方向であるのがより好ましい。
The outer
そして、第一蓋体40は、基部41から起立した外周部42により断面モーメントが大きくなって高剛性となっている。そのため、溶接後(図6(c)の符号m)、第一開口縁部33側でケース3に外力Fが加わったとしても、ケース3は変形しにくくなっている。このように、第一蓋体40は、ケース本体30内で凸となり、より詳しくは、凸面状となり、ケース3の形状安定性(定型性)に大きく寄与している。
The
なお、第一蓋体40は、平坦な板材をプレス加工や絞り加工したものである。第一蓋体40の肉厚は、ケース本体30の肉厚と同じであってよく、あるいは、ケース本体30の肉厚よりも薄いか、逆に厚くてもよい。第一蓋体40の肉厚は、第一蓋体40が発現すべき剛性によって選択され得る。
The
一方、図4及び図5に戻り、第二蓋体50は、従来型の蓋体と同様、平坦な板材である。第二蓋体50の周縁は、例えばプレス加工やコイニング加工によって薄肉化されている。この薄肉部がケース本体30の第二開口縁部35の端縁に当接するようにして、第二蓋体50が第二開口部36を塞ぐ。
On the other hand, returning to FIG. 4 and FIG. 5, the
第二蓋体50は、X方向に間隔をあけて配置された一対の貫通孔51を備えている。一方の貫通孔51は、X方向における第二蓋体50の一端部に形成され、他方の貫通孔51は、X方向における第二蓋体50の他端部に形成されている。一対の貫通孔51の間には、ケース3の内部圧力が一定以上の値になった際に、開裂によりケース3の内部圧力を開放させるガス排出弁52が形成されている。ガス排出弁52は、一例として、第二蓋体50の一部を、高まったケース3の内部圧力によって開裂できる程度に薄肉化し(、さらには、ハーフカット線を形成し)た構成である。
The
外部端子6は、胴部60と、該胴部60から突出するかしめ部63とを備えている。胴部60は、平坦面61を有し、該平坦面61にバスバー(図示しない)が載置され、溶接により接続される。すなわち、外部端子6は、溶接タイプの外部端子である。胴部60は、第二蓋体50の幅(Y方向の幅)よりも幅狭に形成されている。胴部60は、X方向に長い直方体状である。かしめ部63は、少なくとも先端側が塑性変形(かしめ処理)可能に構成される。かしめ部63は、胴部60の第二蓋体50との対向面の中心から突出している。
The
内部ガスケット7は、電気絶縁性及び封止性を備えた合成樹脂成型品である。内部ガスケット7は、集電体2の第二接続部24全体と対向可能なサイズに設定されている。内部ガスケット7は、第二接続部24の貫通孔25と一致する貫通孔70を備えている。
The
外部ガスケット8は、内部ガスケット7と同様、電気絶縁性と封止性を備えた合成樹脂成型品である。外部ガスケット8は、外部端子6の胴部60を受け入れる凹部80を備えている。外部ガスケット8は、外部端子6の胴部60が凹部80に収容された状態で、外部端子6のかしめ部63を挿通可能な貫通孔81を備えている。
The
外部端子6のかしめ部63は、外部ガスケット8の貫通孔81、第二蓋体50の貫通孔51、内部ガスケット7の貫通孔70及び集電体2の第二接続部24の貫通孔25に連続して挿通される。そして、かしめ部63のうち、集電体2の第二接続部24から内方に突出した先端部がかしめ処理される。これにより、外部端子6は、外部ガスケット8及び内部ガスケット7によって第二蓋体50と絶縁が図られた状態で、第二蓋体50と一体化され、且つ、集電体2と電気的に接続される。
The
以上の構成からなる電池Psによれば、ケース本体30が押し出し加工で形成され、その両端の開口縁部33,35に蓋体40,50が溶接されてケース3が作製される。そのため、ケース本体が深絞り加工により形成され、その一端の開口縁部に蓋体が溶接されて作製される従来型のケースに比べて、ケースを安価に作製することができ、電池の製造コストを削減することができる。また、深絞り加工に比べ、作製できる形状の自由度が高いため、ケース3の設計の自由度、ひいては電池Psの設計の自由度が高くなるという利点もある。
According to the battery Ps having the above configuration, the case
また、本実施形態に係る電池Psによれば、ケース本体30が押し出し加工により形成されるため、ケース本体30の肉厚を薄くすることができる。これにより、従来型の電池に比べて電池を軽量化できるとともに、ケース本体30の肉厚を薄くことで、発電に寄与しない部分(ケース3)を減容することができ、単位体積あたりの発電効率(エネルギー密度)を高めることができる。
Further, according to the battery Ps according to the present embodiment, the case
また、ケース本体30が薄肉化されることで、ケース本体30の剛性が落ち、変形しやすくなるが、第一蓋体40がケース本体30の保形手段としてケース本体30の形状安定性を担保するため、ケース3の大幅な剛性低下を抑制することができる。第一蓋体40によりケース本体30が型崩れしないということは、ケース本体30の第二開口部36から電極体1が挿入される際、電極体1が第二開口縁部35に不用意に当たって傷付くのが防止されるということのみならず、第二開口部36を塞いだ第二蓋体50の周縁と第二開口縁部35の端縁との間に隙間が生じてしまい、第二蓋体50が第二開口縁部35に溶接される際、レーザ光が内部に抜けてケース3内の電極体1がダメージを受ける、といった事態が防止されるということである。すなわち、第一蓋体40は、ケース本体30の形状安定性を担保することで、第二開口縁部35の端縁の平面性が担保され、これにより、第二蓋体50の周縁と第二開口縁部35の端縁との間に隙間が生じるのが防止される。
In addition, since the
また、第一蓋体40の周縁がケース本体30の第一開口縁部33の内周面と一致する形状であるため、第一蓋体40が第一開口縁部33内に嵌入されると、ケース本体30の第一開口縁部33の端縁が第一蓋体40の周縁に密着する。そして、そればかりでなく、第一蓋体40の剛性がケース本体30よりも高いため、嵌入に先立ち、たとえケース本体30が変形していたとしても、第一開口縁部33が第一蓋体40の周縁に倣い、ケース本体30がしかるべき形状に矯正されることとなる。
In addition, since the periphery of the
また、本実施形態に係る電池Psによれば、第一蓋体40の周縁とケース本体30の第一開口縁部33の端縁との密着性が高いため、両者の合わせ部に対して正面(すなわち、Z方向)からレーザ光を照射しても、レーザ光がケース3内に抜けてしまうことはなく、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の端縁との合わせ部にレーザ光を確実に照射することができて、良好な溶接状態を得られることができる。なお、レーザ光を斜め方向(図6(b)の符号R2を参照)から照射すれば、レーザ光の抜けをさほど気にする必要はないが、レーザ光を出射する溶接ヘッドの傾斜角度を変更・調整する機構などが必要となり、溶接設備が大がかりなものとなってしまう。また、そればかりでなく、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の端縁との合わせ部を全周に亘って溶接するために溶接ヘッドがXY平面を移動しつつZ軸回りに回転する動きとなるが、その動きを制御する加工プログラムが複雑になり、加工プログラムの作成に時間と費用がかかるという問題がある。レーザ光を横方向(図6(b)の符号R3を参照)から照射すれば、レーザ光の抜けの問題は全くなくなるが、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の端縁との合わせ部にレーザ光を適切に照射できなくなるおそれがある。但し、レーザ光を斜め方向に照射する方式であれば、対象物に当たったレーザ光がヘッドに反射することはないため、溶接設備に取って好ましく、また、レーザ光を横方向から照射する方式であれば、出力を上げることで、適切に溶接することができる。要は、状況に応じてレーザ光の照射方向をどうするかは適宜選択することができる。
Moreover, according to the battery Ps according to the present embodiment, since the adhesion between the peripheral edge of the
また、本実施形態に係る電池Psによれば、第一蓋体40の外周部42が基部41と直交乃至略直交するまで湾曲している。そのため、第一蓋体40の周縁は、第一開口縁部33の内周面に所定範囲で面接触している。これにより、第一開口縁部33と第一蓋体40との接合強度をより高めることができる。
Further, according to the battery Ps according to the present embodiment, the outer
また、本実施形態に係る電池Psでは、ケース3の底部となる第一蓋体40として、外周部42が基部41に対して曲げ加工された板材が用いられるが、外部端子6が配置される第二蓋体50として、平坦な板材が用いられている。その理由は次のとおりである。第一蓋体40は、外周部42が基部41に対して曲げ加工されることで、上述したとおり、ケース3の定型性を担保するための剛性が得られるが、とはいえ、ケース本体30と同様、発電に寄与しない部分を減容し、単位体積あたりの発電効率(エネルギー密度)を高めるためにできるだけ薄肉化されている。そうすると、第一蓋体40の基部41は、薄い板状になっている。電池では、使用によりケース3の内圧が上がってくるが、内圧変化に伴い、基部41が内圧を受けて、微小に変形するおそれがある。そのため、第二蓋体50が第一蓋体40と同じ構造であると、基部の微小な変形によって、基部に対する内部ガスケット7や外部ガスケット8の密着性が局所的に損なわれるおそれがある。これは、第二蓋体50に形成された貫通孔51に対する封止性が損なわれることを意味する。また、第一蓋体40はプレス加工などにより形成されるため、加工によって基部41に歪みが生じ、微視的には基部41の平面性が損なわれている。そのため、第二蓋体50が第一蓋体40と同じ構造であると、基部に対する内部ガスケット7や外部ガスケット8の密着性、すなわち、第二蓋体50の貫通孔51に対する封止性が当初から好適な状態でない可能性がある。これらの懸念を払拭するために、第二蓋体50には、平坦な板材、しかも好ましくは、第一蓋体40の肉厚よりも肉厚が厚く、剛性が高くて変形しにくいものが用いられる。
Further, in the battery Ps according to the present embodiment, a plate material in which the outer
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更を加え得ることは勿論のことである。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, it can change suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention.
例えば、第二蓋体50が第一蓋体40と同じ構造であることにつき、上述した懸念がないならば、図7〜図11に示すように、第二蓋体50が第一蓋体40と同じ構造であってもよい。これにより、上述したそれぞれの効果を第二蓋体50側でも享受することができる。特に、第二蓋体50は、電極体1がケース本体3内に挿入された状態で、ケース本体30の第二開口縁部35に溶接されるため、レーザ光のケース3内への抜けによる電極体1の損傷を防止できる点、第二蓋体50に固有の効果もある。なお、第二蓋体50の外周部54の基部53からの起立高さ(Z方向の高さ)は、第一蓋体40の外周部42の基部41からの起立高さと同じであってよく、あるいは、第一蓋体40の外周部42の基部41からの起立高さよりも高いか、逆に低くてもよい。但し、第二蓋体50の基部53に配置される外部ガスケット8と第一蓋体40との沿面距離が長くなるよう、外部ガスケット8の外壁部は、その上端面が第二蓋体50の周縁から外方に突出する高さに形成されるのが好ましい。
For example, if the
また、外周部が起立する蓋体構造がケース本体30の片側の開口縁部にのみ採用されるとしても、上記実施形態のように、ケース3の底部側となる第一開口縁部33ではなく、外部端子構造が設けられる側となる第二開口縁部35に採用してもよい。
Moreover, even if the lid structure in which the outer peripheral portion stands is employed only in the opening edge portion on one side of the
また、上記実施形態において、第一蓋体40の基部41は、平坦である。しかしながら、図12及び図13に示すように、基部41は、電極体1が偏平状にされることで電極体1のZ方向における端部に形成される折り返し部(円弧部)11に沿った形状の凹部43を備えていてもよい。より好ましくは、凹部43は、ケース本体30の第一開口縁部33の端縁から突出しない凹み量に設定され得る。このことは、第二蓋体50が第一蓋体40と同じ構造となる場合の第二蓋体50についても同様である。これにより、上記実施形態に係る電池Psよりもケース3の内容積が増加するため、上記実施形態に係る電池Psとケース3の高さ寸法h1が同じでも、電極体1の高さ寸法h2を大きくすることができ、その分、単位体積あたりの発電効率(エネルギー密度)を高めることができる。あるいは、上記実施形態に係る電池Psと電極体1の高さ寸法h2が同じであれば、ケース3の高さ寸法h1を小さくすることができ、同じ発電効率でも電池Psを小型化することができる。さらには、凹部43が形成されることで、ケース3と電極体1との間の隙間が無くなる又は隙間が小さくなるため、ケース3内に貯留される電解液の量が少ない場合であっても、電解液と電極板13,15との接触を保つことができる。すなわち、電解液をケース3内に貯留させておき、毛細管現象で吸い上げられて電極体1の正極板13及び負極板15間に供給されるようにすることで、長期使用に伴う正極板13及び負極板15間の電解液の液枯れを防止することができるが、凹部43が形成されることで、ケース3内に貯留させる電解液の量を減らすことができる。
Moreover, in the said embodiment, the
なお、凹部43は、電極体1の折り返し部11の表面に当接するようにしてもよいし、折り返し部11の表面と所定間隔を有して離間するようにしてもよい。実際は、電極体1は、絶縁シートに覆われた状態でケース3内に収容されるので、凹部43は、折り返し部11の表面に絶縁シートを介して当接するようにしてもよいし、折り返し部11の表面と所定間隔を有して離間するようにしてもよい。前者の場合、電極体1が凹部43によって保持されるため、電極体1がケース3内で安定するという効果がある。但し、電極体1の充放電により電極体1が膨らみ、電極体1の凹部43との当たりが強くなり、電極体1が不測の外圧を受けることになることが懸念される場合や、電池Psに振動が加わった際に電極体1(の活物質層が形成された領域)が凹部43に当たることで、電極反応に影響が生じるような場合は、後者の方が好ましい。
The
さらに、凹部43は、図12に示すように、X方向における電極体1の一端よりも内側から始まり、X方向における電極体1の他端よりも内側で終わる長さに形成されるようにするのが好ましい。このことは、第二蓋体50が第一蓋体40と同じ構造となる場合の第二蓋体50についても同様である。かかる構成によれば、X方向における第一蓋体40の両端部に、電極体1の正極リード部14及び負極リード部16のそれぞれに当接する一対の凸部44が形成される。正極リード部14及び負極リード部16は、活物質層が形成されていないため、ある程度、変形しても問題はない。そこで、正極リード部14及び負極リード部16に第一蓋体40の凸部44が当たるようにすれば、電極体1が凸部44によって保持されるため、電極体1がケース3内で安定するという効果がある。
Further, as shown in FIG. 12, the
また、上記実施形態において、まず、ケース本体30の第一開口縁部33内に第一蓋体40が嵌入され、溶接されて、有底のケース本体30が作製された後、ケース本体30の第二開口部36からケース本体30内に電極体1が挿入され、第二開口縁部35に第二蓋体50が溶接されるようになっている。しかしながら、これに限定されるものではない。ケース本体30内に電極体1が挿入された後、第一蓋体40及び第二蓋体50がケース本体30の第一開口縁部33及び第二開口縁部35に溶接されるようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, after the
また、上記実施形態において、第一蓋体40の外周部42が基部41と直交乃至略直交するまで湾曲することで、第一蓋体40の周縁が第一開口縁部33の内周面に所定範囲で面接触している。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、図14に示すように、第一蓋体40の外周部42が基部41と直交乃至略直交するまで湾曲されないことで、第一蓋体40の周縁が第一開口縁部33の内周面に対して交差するように接触するようにしてもよい。このことは、第二蓋体50が第一蓋体40と同じ構造となる場合の第二蓋体50についても同様である。
In the above-described embodiment, the
また、上記実施形態において、第一蓋体40は、ケース本体30内に位置する基部41と、該基部41の周縁から屈曲により立ち上がる外周部42とを備えている構成である。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、第一蓋体50の断面形状が半円状や半楕円状のように、基部と外周部とが明確に境界を分けられないような形態であってもよい。このことは、第二蓋体50が第一蓋体40と同じ構造となる場合の第二蓋体50についても同様である。
Moreover, in the said embodiment, the
また、上記実施形態において、第一蓋体40の周縁とケース本体30の第一開口縁部33の端縁との合わせ部が接合されるようになっている。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、第一蓋体40の周縁が第一開口縁部33の端縁よりもケース本体30内にシフトするように第一蓋体40が第一開口縁部33内に嵌入された状態で、第一蓋体40の周縁と第一開口縁部33の内周面とが接合されるようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, the joining part of the periphery of the
また、上記実施形態において、ケース本体30がZ方向に開口し、第一蓋体40がケース3の底部に相当し、第二蓋体50に外部端子構造が設けられるようになっている。しかしながら、これに限定されるものではない。図15及び図16に示すように、ケース本体30がY方向に開口し、ケース本体30の壁部に外部端子構造が設けられるようにしてもよい。あるいは、ケース本体30の開口面積は小さくなるが、ケース本体30がX方向に開口し、ケース本体30の壁部に外部端子構造が設けられるようにしてもよい。
In the above embodiment, the case
また、上記実施形態において、外部端子構造として、溶接タイプの外部端子6が採用されている。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、ネジタイプの外部端子であってもよい。
Moreover, in the said embodiment, the welding-type
また、上記実施形態において、第一蓋体40とケース本体30の第一開口縁部33との接合及び第二蓋体50とケース本体30の第二開口縁部35との接合は、レーザ溶接で接合されるようになっている。しかしながら、これに限定されるものではない。接合方法は、レーザ溶接以外に、超音波接合、抵抗溶接、かしめ、接着等、様々な手段によって行うことができる。
Moreover, in the said embodiment, joining of the
また、上記実施形態において、それぞれ長尺の正極板13、負極板15及びセパレータ12を巻回した巻回型の電極体1が採用されている。しかしながら、電極体は、それぞれ複数枚の正極板、負極板及びセパレータを積層したものであってもよい。
Moreover, in the said embodiment, the wound-
また、上記実施形態において、リチウムイオン二次電池について説明した。しかしながら、電池の種類や大きさ(容量)は任意である。 Moreover, in the said embodiment, the lithium ion secondary battery was demonstrated. However, the type and size (capacity) of the battery are arbitrary.
また、本発明は、リチウムイオン二次電池に限定されるものではない。本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタにも適用可能である。 Further, the present invention is not limited to the lithium ion secondary battery. The present invention is also applicable to various secondary batteries, other primary batteries, and capacitors such as electric double layer capacitors.
Ps…電池、1…電極体、10…平坦部、11…折り返し部(円弧部)、12…セパレータ、13…正極板、14…正極リード部、15…負極板、16…負極リード部、18…クリップ部材、2…集電体、20…第一接続部、21…接続片、24…第二接続部、25…貫通孔、3…ケース、30…ケース本体、31…第一壁部、32…第二壁部、P1,P3…第一端部、P2,P4…第二端部、33…第一開口縁部、34…第一開口部、35…第二開口縁部、36…第二開口部、40…第一蓋体、41…基部、42…外周部、43…凹部、44…凸部、50…第二蓋体、51…貫通孔、52…ガス排出弁、53…基部、54…外周部、6…外部端子、60…胴部、61…平坦面、63…かしめ部、7…内部ガスケット、70…貫通孔、8…外部ガスケット、80…凹部、81…貫通孔
Ps ... battery, 1 ... electrode body, 10 ... flat part, 11 ... folded part (arc part), 12 ... separator, 13 ... positive electrode plate, 14 ... positive electrode lead part, 15 ... negative electrode plate, 16 ... negative electrode lead part, 18 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Clip member, 2 ... Current collector, 20 ... 1st connection part, 21 ... Connection piece, 24 ... 2nd connection part, 25 ... Through-hole, 3 ... Case, 30 ... Case main body, 31 ... 1st wall part, 32 ... second wall, P1, P3 ... first end, P2, P4 ... second end, 33 ... first opening edge, 34 ... first opening, 35 ... second opening edge, 36 ... 2nd opening part, 40 ... 1st cover body, 41 ... Base part, 42 ... Outer peripheral part, 43 ... Recessed part, 44 ... Convex part, 50 ... 2nd cover body, 51 ... Through-hole, 52 ... Gas exhaust valve, 53 ...
Claims (9)
該電極体を収容するケースとを備え、
該ケースは、
両端に一対の開口縁部を有する筒状のケース本体と、
一方の開口縁部によって形成される開口部を塞ぐ第一蓋体と、
他方の開口縁部によって形成される開口部を塞ぐ第二蓋体とを備え、
前記第一蓋体及び前記第二蓋体の少なくとも一方の蓋体は、
外周部が前記開口縁部の内周面に嵌合し且つ前記ケース本体内で凸となる板材であり、
前記蓋体の前記外周部と前記開口縁部とが接合される
蓄電素子。 An electrode body including a positive electrode plate and a negative electrode plate insulated from each other;
A case for accommodating the electrode body,
The case is
A cylindrical case body having a pair of opening edges at both ends;
A first lid for closing an opening formed by one opening edge;
A second lid for closing the opening formed by the other opening edge,
At least one lid of the first lid and the second lid is
The outer peripheral portion is a plate material that fits into the inner peripheral surface of the opening edge and is convex in the case body,
The electricity storage element in which the outer peripheral portion of the lid and the opening edge are joined.
請求項1に記載の蓄電素子。 The power storage device according to claim 1, wherein the lid includes a recess that receives a facing portion of the electrode body.
請求項2に記載の蓄電素子。 The electric storage element according to claim 2, wherein the recess has a shape along the corresponding portion of the electrode body.
請求項3に記載の蓄電素子。 The electricity storage device according to claim 3, wherein the recess forms a gap with the corresponding portion of the electrode body.
前記蓋体は、該リード部に当接する凸部を備える
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The electrode body includes a lead portion in which an active material layer is not formed,
The power storage element according to claim 1, wherein the lid includes a convex portion that contacts the lead portion.
前記凸部は、該突出部に当接する
請求項5に記載の蓄電素子。 The electrode body has a stacked structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are stacked in multiple layers, and at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate protrudes in a stacked state. Part as the lead part,
The power storage element according to claim 5, wherein the convex portion is in contact with the protruding portion.
前記凸部は、該突出部のうちの前記折り返し部に当接する
請求項5又は請求項6に記載の蓄電素子。 The electrode body has a laminated structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound, and includes a pair of opposed flat portions and a pair of folded portions that connect ends of the pair of flat portions. It is flat and at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate protrudes in a winding shape in a direction along the winding center of the electrode body from the side end of the other electrode plate. Provided with the protruding part as the lead part,
The power storage element according to claim 5, wherein the convex portion is in contact with the folded portion of the projecting portion.
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The power storage device according to any one of claims 1 to 7, wherein the other lid includes an external terminal structure.
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The electricity storage device according to any one of claims 1 to 8, wherein the outer peripheral portion and the opening edge portion of the lid are joined by laser welding.
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