JP6879897B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は二次電池に関し、例えば、発電体が収納されるケースに蓋が溶接により接合される二次電池に関する。

近年、二次電池への需要が高まっており、二次電池の生産性向上への要求が高まっている。そこで、二次電池の構造が特許文献１に開示されている。特許文献１に示されるように、二次電池では、袋状の絶縁フィルムに発電体が納められた状態で、発電体がケースに収納される。そして、発電体がケースに収められた状態でケースの開口部に蓋が被せられる、ケースと蓋とがレーザー溶接により接合される。しかしながら、このレーザー溶接工程において、エネルギービーが本体部材内へ侵入すると発電体がダメージを受けることがある。そこで、特許文献２では、エネルギービームのケース内への侵入を防止する技術が開示されている。

特許文献２に記載の電池では、電池ケースは、一対の開口長辺部及び一対の開口短辺部を含む矩形状の開口部を有する有底角筒状の本体部材と、上記開口部内に挿入されて上記開口部を封口してなり、上記一対の開口長辺部にそれぞれ対向する一対の蓋長辺部、及び、上記一対の開口短辺部にそれぞれ対向する一対の蓋短辺部を有する矩形板状の蓋部材と、を有する。そして、上記開口長辺部と上記蓋長辺部、及び、上記開口短辺部と上記蓋短辺部とがエネルギービームによりそれぞれ溶接される。また、上記本体部材の上記開口部のうち、上記一対の開口短辺部は、上記開口短辺部全体にわたり、内側に向けて突出し、上記蓋部材の上記蓋短辺部をそれぞれ支持する短辺内側突出部を有し、上記一対の開口長辺部は、上記開口長辺部全体にわたり、内側に向けて突出すると共に、上記短辺内側突出部よりも上記本体部材の深さ方向に低位とされ、上記蓋部材の上記蓋長辺部と離間してなる長辺内側突出部を有する。

特開２０１６−９１７８７号公報 特開２０１４−７８３３１号公報

しかしながら、ケースと蓋とをレーザー溶接により接合する場合、エネルギービームにより熱せられた蓋或いはケースの部材の一部がスパッタとして飛散することがある。このスパッタが発電体を収納する絶縁フィルム内に入り込むことがある。つまり、特許文献１、２に記載の技術では、スパッタが絶縁フィルム内に入り込むことを十分に防止でき内問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スパッタ等の異物が絶縁フィルム内に侵入を防止することを目的とするものである。

本発明の二次電池の一態様は、発電体が収納されるケースと、前記ケースの上部に溶接により接合される蓋とを有する二次電池であって、前記ケースは、前記発電体が納められる発電体収納部と、前記ケースを短辺側側面から断面視した場合に、前記発電体収納部よりも幅が広く、前記蓋が接合される開口部と、前記発電体収納部の壁と連続するように形成される壁面であって、一端が前記発電体収納部に接続され、他端が前記開口部と同じ幅に開くように形成されるスロープ部と、を有し、前記発電体は、前記発電体と前記ケースとを絶縁する袋状の絶縁フィルムに納められた状態で前記発電体収納部に納められ、前記スロープ部の一端は、前記発電体収納部の壁面、前記絶縁フィルム及び前記発電体が密着状態から離れた状態になる乖離点よりも前記開口部に近い位置に設けられ、前記絶縁フィルムの開口端は、前記スロープ部の一端よりも前記開口部に近く、かつ、前記蓋に接しない位置に設けられる。

本発明にかかる二次電池は、上記構成を有することで、ケースの開口部の外周の直下にケースの壁面と絶縁フィルムとで構成されるトラップ空間が形成されるため、開口部と蓋との間に出来る隙間からケース内に侵入するスパッタ等の異物をトラップ空間でトラップすることができる。

本発明の二次電池は、組み立て工程において発生する異物が絶縁フィルム内部に侵入することを防止することができる。

実施の形態１にかかる二次電池の外観を説明する図である。 実施の形態１にかかる二次電池の短辺側側面から見た断面図である。 比較例にかかる二次電池の短辺側側面から見た断面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

図１に実施の形態１にかかる二次電池１の外観図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる二次電池１は、ケース１０、蓋２０を有する。蓋２０は、ケース１０の上部に設けられる。また、蓋２０には、ケース１０内に納められる発電体からの電力の取り出し端子となる正極極柱２１Ｐ及び負極極柱２１Ｎが設けられる。

ケース１０は、上面視において短辺部分と長辺部分とを組み合わせた矩形形状を有する。また、ケース１０は、短辺側側面から見て蓋２０が嵌め込まれる開口部の幅が、底部の幅よりも広くなるように形成される。ケース１０の張り出し部（開口部の幅となる部分）と、それ以外の部分（底部の幅）とはスロープ部１１により接続される。詳しくは後述する、このスロープ部は、ケース１０の半分よりも上側（蓋に近い側）に設けられる。

ここで、実施の形態１にかかる二次電池１では、ケース１０に蓋２０をレーザー溶接により接合する。この蓋２０の接合工程の前にはケース１０と蓋２０との間に隙間ができる。この隙間は、ケース１０を上面視（蓋側から見た状態）した場合、ケース１０の長辺側の辺と蓋との間にできる。このような隙間がある場合、繰り返し行われるレーザー溶接工程で工程の設備に堆積したスパッタ等の異物がこの隙間からケース１０内に入り込むことがある。実施の形態１にかかる二次電池１では、ケース１０内に設けられるトラップ空間によりこの異物をトラップすることで、異物による不具合を防止する。以下の説明では、異物の一例としてスパッタが入り込むことについて説明するが、異物はスパッタに限られるものではない。

そこで、実施の形態１にかかる二次電池１を短辺側側面から見た断面図を参照して、実施の形態１にかかる二次電池１のスロープ部１１の位置及びケース１０の構造についてより詳細に説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる二次電池の短辺側側面から見た断面図を示す。

図２に示すように、実施の形態１にかかる二次電池１は、ケース１０内に発電体３０が納められる。また、発電体３０は、袋状の絶縁フィルム３１に納められた状態でケース１０内に収納される。図２では、ケース１０において発電体３０が納められる部分を発電体収納部１３とした。発電体３０は、正極泊、セパレータ、負極泊のシートを重ねて巻いた捲回体の一部である。この捲回体の最外周はセパレータとなる。また、絶縁フィルム３１は、発電体３０を構成するセパレータよりも厚い。絶縁フィルム３１は、例えば、ポリプロピレン等の樹脂のフィルムである。絶縁フィルムの厚さは、５０〜２００μｍ程度である。

ここで、捲回体と発電体との関係について説明する。二次電池１では、正極泊、セパレータ、負極泊のシートを重ねて巻いて捲回体を構成する。そして、この正極箔のうち活物質が塗布された領域と、負極箔のうち活物質が塗布された領域と、セパレータとが重ね合わせられる部分が発電体３０となる。また、捲回体は、正極箔のうち活物質が塗布されていない領域が発電体３０から突出するように形成され、この突出部分に集電板が取り付けられ、集電板二次電池の電極端子となる極柱に接続される。また、捲回体は、負極箔のうち活物質が塗布されていない領域が発電体３０から突出するように形成され、この突出部分に集電板が取り付けられ、集電板二次電池の電極端子となる極柱に接続される。

ケース１０は、蓋２０が被せられる開口部の幅をＷ１、底部の幅をＷ２とした場合Ｗ１＞Ｗ２の関係を有する。そして、ケース１０では、幅の異なる部分の壁面をスロープ部１１によって繋ぎ合わせる。また、実施の形態１にかかる二次電池１では、絶縁フィルム３１の開口端の位置をスロープ部１１の発電体収納部１３側の端部Ａよりも蓋２０側、かつ、蓋２０に接しない位置に設定する。図２では、絶縁フィルム３１がスロープ部１１の発電体収納部１３側の端部Ａよりも突出する長さをＨ１とした。この長さＨ１は、例えば２〜７ｍｍ程度であり、出来るだけ垂直方向（蓋２０と直交する方向）に立っていることができる長さであることが好ましい。これは絶縁フィルム３１が立っていられない長さであると、スロープ部１１側のケース１０にくっついてしまい、或いは、発電体３０にフィルムがくっついてしまい、後述するトラップ空間１２が形成されないためである。

ここで、スロープ部１１の発電体収納部１３側の端部Ａの位置について詳細に説明する。実施の形態１にかかる二次電池１は、ケース１０に絶縁フィルム３１及び発電体３０が納められた状態で、発電体収納部１３がケース１０の長辺方向に存在する面に対して所定の圧力をかけて、ケース１０の壁面、絶縁フィルム３１、及び発電体３０が密着した状態とする。この押圧工程では、発電体３０が蓋２０側にせり上がる。図２ではこの押圧工程の後において、発電体収納部１３の壁面、記絶縁フィルム３１及び発電体３０が密着した状態から離れた状態になる乖離点をＢとした。スロープ部１１の発電体収納部１３側の端部Ａは、この乖離点Ｂよりも蓋２０側に位置するように設定される。

ここで、スロープ部１１の端部Ａと乖離点Ｂとの関係について更に詳細に説明する。発電体３０の平坦部（例えば乖離点Ｂより下側の発電体収納部１３）は、電池性能を出す等の関係上押圧する必要がある。しかし、乖離点Ｂが端部Ａより上だった場合、発電体３０の平坦部の横にトラップ空間が存在し、ひいては異物が存在することになり、異物ごと押圧されてしまう可能性が高くなる。このように異物が挟み込まれた状態で、平坦部に押圧力をかけると、発電体での短絡の可能性も高くなる。また、端部Ａが乖離点Ｂよりも下である場合、平坦部に押圧力をかけにくいという工程上の困難もある。また、端部Ａが乖離点Ａよりも上である場合、トラップ空間１２より下の領域は、ケース１０と絶縁フィルム３１とが密着しているため、押圧力が加わる部分に異物が混入しにくくなる。

スロープ部１１の発電体収納部１３側の端部Ａ、絶縁フィルム３１の突出量Ｈ１、及び、ケースの開口部側の幅Ｗ１を、上記のように設定することで、ケース１０にはトラップ空間１２が形成される。

図２に示す例では、スロープ部１１は、発電体収納部１３の壁と連続するように形成される壁面であって、一端が発電体収納部１３に接続され、他端が開口部と同じ幅に開くように形成される。そして、ケース１０の開口部とスロープ部１１の他端との間には、ケースを短辺側側面から断面視した場合に蓋２０と略直交する壁面１４が形成される。ケース１０の開口部とスロープ部１１の他端との間の壁面１４を設けることでトラップ空間１２を広くしてスパッタＤＳＴのトラップ能力を向上させることができる。しかしながら、ケース１０の開口部とスロープ部１１の他端との間の壁面はなくすことも可能である。

上記説明より、実施の形態１にかかる二次電池１では、ケース１０に蓋２０をレーザー溶接する前の状態では、ケース１０と蓋２０との間に隙間が出来ている状態となり、この隙間から異物がケース１０内に侵入する可能性がある。しかしながら、実施の形態１にかかる二次電池１は、ケース１０と蓋２０との間に出来る隙間の直下にトラップ空間１２が設けられ、仮にケース１０と蓋２０との間の隙間から異物がケース１０内に入り込んでもこの異物をトラップ空間１２にトラップして、ケース１０の壁面の押圧力が加えられる部分に異物が入り込むことを防止することができる。また、実施の形態１にかかる二次電池１では、絶縁フィルム３１がトラップ空間１２を形成する壁面の１つを構成するため、スパタＤＳＴ等の異物が絶縁フィルム３１と発電体３０との間に入り込むことを防止することができる。なお、仮に絶縁フィルム３１とケース１０とのうち押圧力がかかる発電体収納部１３の領域に異物が入り込んだとしても、絶縁フィルム３１は、セパレータよりも厚いため、絶縁フィルム３１とセパレータとの間に異物が混入した場合よりも短絡は発生しにくいという効果も実施の形態１にかかる二次電池１は有する。

ここで、比較例として、実施の形態１にかかる二次電池１のトラップ空間１２を有していない二次電池におけるスパッタＤＳＴの混入について説明する。図３に比較例にかかる二次電池の短辺側側面から見た断面図を示す。図３に示すように、トラップ空間１２がない場合、ケース１０に蓋２０を溶接する工程でスパッタＤＳＴが発生すると、ケース１０と絶縁フィルム３１との間に隙間がなくなるため、スパッタＤＳＴは絶縁フィルム３１と発電体３０との間に入り込む。そして、その状態で、押圧工程でケース１０の壁面に圧力をかけると発電体３０がせり上がり、発電体３０と絶縁フィルム３１或いは発電体収納部１３の壁面との間にスパッタＤＳＴが入り込んだ状態でケース１０に圧力がかけられることがある。

しかしながら、実施の形態１にかかる二次電池１では、トラップ空間１２にスパッタＤＳＴをトラップすることで、押圧工程において、発電体３０のセパレータにスパッタＤＳＴが接することを防止することができる。また、実施の形態１にかかる二次電池１では、スパッタＤＳＴがトラップ空間１２よりも下に入り込んだ場合であっても、スパッタＤＳＴは絶縁フィルム３１と発電体収納部１３の壁面の間に入り込む。絶縁フィルム３１は、発電体３０のセパレータよりも厚い部材であるため、スパッタＤＳＴが発電体３０のセパレータに触れることを防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 二次電池
１０ ケース
１１ スロープ部
１２ トラップ空間
１３ 発電体収納部
１４ 壁面
２０ 蓋
２１Ｐ 正極極柱
２１Ｎ 負極極柱
３０ 発電体
３１ 絶縁フィルム

Claims (4)

1. 発電体が収納されるケースと、前記ケースの上部に溶接により接合される蓋とを有する二次電池であって、
   前記ケースは、
   前記発電体が納められる発電体収納部と、
   前記ケースを短辺側側面から断面視した場合に、前記発電体収納部よりも幅が広く、前記蓋が接合される開口部と、
   前記発電体収納部の壁と連続するように形成される壁面であって、一端が前記発電体収納部に接続され、他端が前記開口部と同じ幅に開くように形成されるスロープ部と、を有し、
   前記発電体は、前記発電体と前記ケースとを絶縁する袋状の絶縁フィルムに納められた状態で前記発電体収納部に納められ、
   前記スロープ部の一端は、前記発電体収納部の壁面、前記絶縁フィルム及び前記発電体が密着状態から離れた状態になる乖離点よりも前記開口部に近い位置に設けられ、
   前記絶縁フィルムの開口端は、前記スロープ部の一端よりも前記開口部に近く、かつ、前記蓋に接しない位置に設けられる二次電池。
2. 前記乖離点は、前記発電体収納部が前記ケースの長辺方向に存在する面が両側から押圧された後の状態で、前記発電体収納部の壁面、前記絶縁フィルム及び前記発電体が密着状態から離れた状態になる請求項１に記載の二次電池。
3. 前記開口部と前記スロープ部の他端との間には、前記ケースを短辺側側面から断面視した場合に前記蓋と略直交する壁面が形成される請求項１に記載の二次電池。
4. 前記絶縁フィルムは、前記発電体を構成するセパレータよりも厚い請求項１に記載の二次電池。

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