JP6592913B2 - Power storage element and power storage device - Google Patents
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Description
本明細書に記載された技術は、蓄電素子、及び蓄電装置に関する。 The technology described in this specification relates to a power storage element and a power storage device.
近年、電気自動車用の電源や産業用電源装置として蓄電素子の一例である電池を複数接続して使用する機会が増えており、電池の高容量化などが望まれている。複数の電池は、収納箱に入れたり、拘束するなどして使用されている。このとき、隣接する電池同士や、電池と電池間スペーサなどの周辺部材とが干渉しないように配置されている。 In recent years, there are increasing opportunities to connect and use a plurality of batteries, which are examples of power storage elements, as power sources for electric vehicles and industrial power supplies, and it is desired to increase the capacity of the batteries. A plurality of batteries are used in a storage box or restrained. At this time, adjacent batteries or peripheral members such as batteries and inter-battery spacers are arranged so as not to interfere with each other.
従来、蓄電素子として、例えば特開2000−090893号公報に記載の電池が知られている。この蓄電素子(電池)は、蓄電要素(発電要素)を収容する電池ケース本体と、電池蓋とを備える。電池蓋は、長円形板状の周囲の縁部に上方に立ち上がる立壁(溶接部)を有している。電池蓋は、電池ケース本体の内側に嵌合しており、縁部に形成された立壁が、電池ケース本体の上端開口部の内側に重なる構造となっている。そして、電池ケース本体の上端開口部と電池蓋の立壁を溶接により接合させることによって電池ケースを形成している。 Conventionally, for example, a battery described in JP 2000-090893 A is known as a storage element. This power storage element (battery) includes a battery case main body that houses a power storage element (power generation element) and a battery lid. The battery lid has an upright wall (welded portion) that rises upward at the peripheral edge of the oval plate shape. The battery lid is fitted to the inside of the battery case main body, and the standing wall formed at the edge portion overlaps the inner side of the upper end opening of the battery case main body. And the battery case is formed by joining the upper end opening part of a battery case main body, and the standing wall of a battery cover by welding.
上記の蓄電素子は、電池ケース本体の内側に電池蓋の全体を内嵌させている。具体的には、電池ケースの上端開口部内側に立壁を重ねるようにして電池蓋を内嵌させている。そのため、立壁の高さ分だけ、電池蓋の主面が下がり、電池ケース本体の内容積が小さくなる。従って、電池ケース本体に収容する蓄電要素が小さくなり、蓄電素子のケースの内部空間を有効活用できない。また、上記特許文献には溶接後の状態については詳しくは示されていないが、溶接部は元の外形に対して膨らみが生じる場合がある。このため、電池ケースの側面方向に膨らみが飛び出すと側面方向に隣接させる電池や周辺部材と干渉するおそれがある。 In the power storage device, the entire battery lid is fitted inside the battery case body. Specifically, the battery cover is fitted inside the battery case so that the standing wall overlaps the inside of the upper end opening of the battery case. Therefore, the main surface of the battery lid is lowered by the height of the standing wall, and the internal volume of the battery case body is reduced. Therefore, the power storage element accommodated in the battery case main body becomes small, and the internal space of the case of the power storage element cannot be effectively used. Moreover, although the state after welding is not shown in detail in the above-mentioned patent document, the welded portion may swell relative to the original outer shape. For this reason, when a bulge protrudes in the side surface direction of the battery case, there is a risk of interfering with a battery or a peripheral member adjacent in the side surface direction.
本明細書に記載された技術は、ケース内部空間を有効に活用しつつ、他部材との干渉を抑制できる蓄電素子を提供することを目的とする。 An object of the technology described in the present specification is to provide a power storage element that can suppress interference with other members while effectively utilizing the internal space of the case.
本明細書に開示される蓄電素子は、筒状をなし、少なくとも一方の端部に開口部を有するケースと、前記ケースの前記開口部を塞ぐ蓋板と、前記ケース内に収容された蓄電要素と、を備え、前記ケースは、本体部と、前記開口部側の端部である開口端部と、を有し、前記蓋板は、外周縁部を前記開口端部の端面に重ねて配置しており、前記開口端部の外面は、前記ケースの内方に、前記本体部の外面よりも縮径され、前記開口端部の内面は、前記ケースの内方に、前記本体部の内面よりも縮径されている。 A power storage element disclosed in the present specification has a cylindrical shape, a case having an opening at at least one end, a cover plate that closes the opening of the case, and a power storage element housed in the case And the case includes a main body portion and an opening end portion that is an end portion on the opening portion side, and the cover plate is disposed so that an outer peripheral edge portion overlaps an end surface of the opening end portion. The outer end surface of the opening end is reduced in diameter toward the inside of the case from the outer surface of the main body, and the inner surface of the opening end is inward of the case and the inner surface of the main body. The diameter is smaller than that.
本明細書に記載された技術によれば、ケースの内部空間を有効に活用しつつ、他部材との干渉を抑制できる蓄電素子を提供することを目的とする。 According to the technology described in the present specification, an object is to provide a power storage element that can suppress interference with other members while effectively utilizing the internal space of the case.
本実施形態の蓄電素子の概要について説明する。本蓄電素子は、筒状をなし、少なくとも一方の端部に開口部を有するケースと、前記ケースの前記開口部を塞ぐ蓋板と、前記ケース内に収容された蓄電要素と、を備え、前記ケースは、本体部と、前記開口部側の端部である開口端部と、を有し、前記蓋板は、外周縁部を前記開口端部の端面に重ねて配置しており、前記開口端部の外面は、前記ケースの内方に、前記本体部の外面よりも縮径され、前記開口端部の内面は、前記ケースの内方に、前記本体部の内面よりも縮径されている。 An outline of the electricity storage device of this embodiment will be described. The power storage element has a cylindrical shape, and includes a case having an opening at at least one end, a cover plate that closes the opening of the case, and a power storage element housed in the case, The case has a main body portion and an opening end portion that is an end portion on the opening portion side, and the cover plate is arranged with an outer peripheral edge portion being overlapped on an end surface of the opening end portion, and the opening The outer surface of the end portion is reduced in diameter toward the inside of the case from the outer surface of the main body portion, and the inner surface of the opening end portion is reduced in diameter toward the inner side of the case from the inner surface of the main body portion. Yes.
本実施形態の蓄電素子によれば、蓋板の外周縁部を、ケースの開口端部の端面に重ねて配置するので、蓋板の全体をケースの開口端部に内嵌させる場合に比べて、ケースの内容積が大きくなる。そのため、ケースに収容可能な蓄電要素のサイズが大きくなり、蓄電素子のケースの内部空間を有効活用できる。また、開口端部の外面をケースの内側に縮径させているので、開口端部と蓋板を接合する接合部が本体部の外面から外側に飛び出し難い。そのため、他部材との干渉を抑制することが出来る。 According to the electricity storage device of the present embodiment, the outer peripheral edge portion of the lid plate is arranged so as to overlap the end surface of the opening end portion of the case, so that the entire lid plate is fitted in the opening end portion of the case. The inner volume of the case is increased. Therefore, the size of the power storage element that can be accommodated in the case increases, and the internal space of the case of the power storage element can be effectively utilized. Moreover, since the outer surface of the opening end portion is reduced in diameter to the inside of the case, the joining portion that joins the opening end portion and the lid plate hardly protrudes outward from the outer surface of the main body portion. Therefore, interference with other members can be suppressed.
また、特許文献1では、電池ケース本体の開口端部の肉厚を薄くしているが、開口端部を薄肉にするには、切削加工や研削加工が必要であり、加工が複雑になるという問題がある。この点、本構成では、前記開口端部の内面は、前記ケースの内方に、前記本体部の内面よりも縮径している。すなわち、開口端部の外面、内面の双方とも同じ方向に縮径している。そのため、プレスでの加工が可能であり、ケースの作製が容易となる。
Moreover, in
本実施形態の蓄電素子では、前記蓋板の前記外周縁部は、前記開口端部の外面よりも前記ケースの外方に突出し、且つ、前記本体部の外面よりも前記ケースの内方の位置に配されている。この構成では、蓋板のうち、ケースの開口端部から外方に突出する部分(外周縁部)を溶接に使用できる。そのため、溶接強度を維持するために必要な溶け代を確保することできる。また、外周縁部は、本体部の外面より内側に位置しているので、ケース外方への飛び出しもない。従って、ケースと蓋板の溶接強度を維持しつつ、蓋板の外周縁部が近傍に位置する他の部材と干渉することを抑制出来る。 In the electricity storage device of the present embodiment, the outer peripheral edge portion of the lid plate protrudes outward of the case from the outer surface of the opening end portion, and is positioned inward of the case from the outer surface of the main body portion. Is arranged. In this structure, the part (outer peripheral edge part) which protrudes outward from the opening edge part of a case among cover plates can be used for welding. Therefore, it is possible to secure a melting allowance necessary for maintaining the welding strength. Further, since the outer peripheral edge portion is located inside the outer surface of the main body portion, the outer peripheral edge portion does not protrude outward from the case. Therefore, it can suppress that the outer periphery part of a cover plate interferes with the other member located in the vicinity, maintaining the welding strength of a case and a cover plate.
本実施形態の蓄電素子では、前記蓋板と前記開口端部が、前記ケースの軸方向と交差する方向から溶接されている。この構成では、蓋板と開口端部とを容易に溶接できる。 In the electricity storage device of the present embodiment, the lid plate and the opening end are welded from a direction intersecting the axial direction of the case. In this configuration, the lid plate and the open end can be easily welded.
本実施形態の蓄電素子では、前記ケースの断面形状は、円形状、楕円形状、又は長円形状である。この構成では、断面形状が矩形の場合に比べて、開口端部を容易に縮径させることができる。 In the electricity storage device of this embodiment, the cross-sectional shape of the case is circular, elliptical, or oval. In this configuration, it is possible to easily reduce the diameter of the opening end as compared with the case where the cross-sectional shape is rectangular.
本実施形態の蓄電素子では、前記蓄電要素は、電極板が巻回されて構成されており、前記電極板は、前記ケースの軸線周りに巻回されている。この構成では、ケース内に蓄電要素を高密度で収納することが可能である。よって、ケースの内部空間を一層有効活用できる。 In the electricity storage device of this embodiment, the electricity storage element is configured by winding an electrode plate, and the electrode plate is wound around the axis of the case. In this configuration, the power storage elements can be stored in the case with high density. Therefore, the internal space of the case can be used more effectively.
<実施形態1>
以下、蓄電素子の実施形態1である電池10について、図1ないし図11を参照して説明する。以下の説明において、蓋板30の配置側を下側、蓋板40の配置側を上側として説明を行う。各図には、必要に応じて上下方向をX方向にて示している。また、図1〜図10は電池10の構造を模式的に示しており、必要に応じて部品の形状等を簡略化している。
<
Hereinafter, the
1.電池10の全体構造
電池10は、非水電解質二次電池、より詳しくはリチウムイオン二次電池である。電池10は、蓄電要素11と、ケース20と、下側蓋板30と、上側蓋板40と、端子板50と、負極集電体60と、外部絶縁板81と、内部絶縁板85と、絶縁部材91とを備える。
1. Overall Structure of
蓄電要素11は正極板12と負極板13とセパレータを含む。正極板12および負極板13は金属箔の上に各活物質材料を塗布することにより得られる。尚、正極板12、負極板13が本発明の「電極板」に相当する。
The
正極板12を構成する金属箔としてはアルミニウム箔が用いられる。正極活物質としては、リチウムやマンガンなどを含むリチウム複合酸化物など、リチウムイオン電池の正極活物質として公知のものを用いることができる。
An aluminum foil is used as the metal foil constituting the
負極板13を構成する金属箔としては、例えば銅箔などを用いることができ、負極活物質としては、リチウム金属、リチウムを吸臓・放出可能な物質であるリチウム−アルミニウム合金、リチウム−鉛合金、リチウム−錫合金などのリチウム合金、黒鉛、コークス、有機物焼成体などの炭素材料など、リチウムイオン電池の負極活物質として公知のものを用いることができる。
As the metal foil constituting the
セパレータは、例えば、ポリエチレン製微多孔膜など、リチウムイオン電池のセパレータとして公知のものを用いることができる。 As the separator, for example, a known separator as a lithium ion battery separator such as a polyethylene microporous membrane can be used.
蓄電要素11は、図3に示すように、セパレータを間に挟んで、正極板12と負極板13を巻回した、いわゆる巻回型の蓄電要素として構成される。これら正極板12と負極板13は、巻回軸L1をケース20のケース中心線Loに一致させつつ、ケース20に収容されている。従って、ケース20との関係では、ケース中心線Lo周りに巻回されている。そして、図3に示すように、各極板12、13のうち、X方向の端部には、各活物質が塗布されていない未塗布部12A、13Aが設けられている。尚、中心線Loが本発明の「ケースの軸線」に相当する。
As shown in FIG. 3, the
ケース20は、例えば、金属製(例えば、アルミニウム製またはアルミニウム合金製)である。図1に示すように、ケース20は上下に貫通する筒型であり、上端に開口部20Aを有し、下端に開口部20Bを有する。ケース20の断面形状は、長円形状である。ケース20の内部には、図4に示すように、巻回軸L1をケース中心線Loに一致させつつ、蓄電要素11が収容されている。また、蓄電要素11は、負極板13の未塗布部13Aが上方、正極板12の未塗布部12Aを下方として、ケース20の内部に収容されている。
The
下側蓋板30は、金属製(例えば、アルミニウム製またはアルミニウム合金製)である。下側蓋板30は、図1、図4に示すように、ケース20の下側の開口端部25に配置され、ケース下側の開口部20Bを封口する。
The
また、下側蓋板30には接続部35が形成されている。接続部35は、ケース20の内方向に突出しており、ケース20内に収容される正極板12の未塗布部12Aの内側に配置される。接続部35は、例えば超音波溶接により、正極板12の未塗布部と接合される。尚、下側蓋板30は、本例では、正極端子として機能する。
Further, a connecting
上側蓋板40は、金属製(例えば、アルミニウム製またはアルミニウム合金製)であり、非水電解液を注液する注液口49を有している。上側蓋板40は、図1、図4に示すように、ケース20の上側の開口端部23に配置され、ケース上側の開口部20Aを封口する。
The
端子板50は、図1、図4に示すように、銅製または銅合金製の金属板からなる端子板本体51と、端子板本体51を下方に貫通するリベット55を有している。端子板50は、外部絶縁板81を間に挟んで上側蓋板40の上面に配置されている。端子板50のリベット55は、外部絶縁板81の筒部82、上側蓋板40の貫通孔45、内部絶縁板85の貫通孔86、負極集電体60の端子接続部61に形成された端子接続孔62を順に貫通し、かしめにより接続固定される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
外部絶縁板81は、合成樹脂などの絶縁性材料からなり、端子板50よりも大きな平板状である。外部絶縁板81は、上側蓋板40の上面に配置されて、上面蓋板40と端子板50とを絶縁する。外部絶縁板81は、筒部82とフランジ83とを有している。筒部82は、外部絶縁板81から下向きに延びており、上側蓋板40の貫通孔45及び内部絶縁板85の貫通孔86の内側に嵌合している。フランジ83は、外部絶縁板81の外周に沿って形成されており、端子板50の外周を囲む構成となっている。
The external insulating
内部絶縁板85は、合成樹脂などの絶縁性材料からなり、負極集電体60の端子接続部61よりも大きな平板状である。内部絶縁板85は、上側蓋板40の下面に配置されて、上側蓋板40と負極集電体60の端子接続部61との間、及び上側蓋板40と端子板50のリベット55との間を絶縁する。内部絶縁板85は、端子板50のリベット55が貫通する貫通孔86と、フランジ87を有している。フランジ87は、内部絶縁板85の外周に沿って形成されており、負極集電体60の端子接続部61の外周を囲む構成となっている。
The internal insulating
負極集電体60は、銅製または銅合金製であり、図1、図5、図6に示すように、端子接続部61と、集電体接続部71とを備える。端子接続部61は、平板状であり、端子接続孔62を有している。端子接続部61は、間に内部絶縁板85を挟んで、上側蓋板40の下面に配置されている。端子接続部61の端子接続孔62には、端子板50のリベット55が貫通しており、その先端を加締めることにより、端子接続部61は上側蓋板40に固定されている。
The negative electrode
集電体接続部71は、図5、図6に示すように、箱型をしており、底壁72と、底壁72の両側から略垂直に切り立つ一対の側壁73、74と、上面壁75を有している。一対の側壁73、74は、負極板13の未塗布部13Aの内側に嵌合している。一対の側壁73、74は、例えば超音波溶接により、負極板13の未塗布部13Aと接合される。上面壁75は、端子接続部61と平行に向かい合っている。上面壁75には、逃がし孔76が設けられており、端子板50のリベット55との干渉を避ける構成になっている。そして、負極集電体60は、一枚の金属板を断面S字状に折り曲げた構成となっており、端子接続部61と集電体接続部71とは一対の連結壁77により連結されている。尚、図1では、負極集電体60の形状として端子接続部61を折り曲げる前の形状が示されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the current
絶縁部材91は、合成樹脂などの絶縁性材料からなり、図1に示すように、環状をなしている。絶縁部材91は、図4に示すように、負極板13の未塗布部13Aの外側に嵌めこまれて、未塗布部13Aとケース20とを絶縁する。
The insulating
2.電池10の組み立て手順
まず、蓄電要素11の負極側の未塗布部13Aに対して負極集電体60を接合し、正極側の未塗布部12Aに対して下側蓋板30を接合する。次に、負極集電体60と下側蓋板30を接合した蓄電要素11を、下側の開口部20Bからケース20内に挿入する。その後、下側蓋板30をケース20の下側の開口部20Bに溶接により接合する。そして、絶縁部材91を上側の開口部20Aからケース20の内部に挿入し、負極集電体60の外周部に嵌め合わせる。
2. Procedure for assembling
次に負極集電体60の端子接続部61に対して内部絶縁板85、上側蓋板40、外部絶縁板81、端子板50を組み付ける。その後、端子板50のリベット55をかしめて、内部絶縁板85、上側蓋板40、外部絶縁板81、端子板50を端子接続部61に固定する。
Next, the internal insulating
次に、負極集電体60の連結壁77をS字状に折り曲げ加工し、続いて、上側蓋板40をケース20の上側の開口部20Aに嵌合させる。その後、上側蓋板40をケース20の上側の開口部20Aに溶接により接合する。あとは、上側蓋板40の注液孔49から非水電解液を注液し、最後に、注液孔49を封口すると、電池10が得られる。
Next, the connecting wall 77 of the negative electrode
3.ケース20に対する各蓋板30、40の接合構造
ケース20は、図1、図4に示すように、本体部21と、本体部21の上側に位置する開口端部23と、本体部21の下側に位置する開口端部25とを有する。図4、図7に示すように、上側の開口端部23は、外面23aが本体部21の外面21aよりも、ケース20の径方向内側(ケース中心線Loに向かう側で、図7の右側)に縮径されている。図7の例では、本体部21の外面21aはケース中心線Loからの距離が「D1」、開口端部23の外面23aはケース中心線Loからの距離が「D2」であり、上側の開口端部23の外面23aは本体部21の外面21aよりも全周に亘ってΔDだけ縮径されている。言い換えれば、上側の開口端部23の外面23aは、本体部21の外面21aに対して、ケース20の内側に凹む、段差が付けられている。
3. As shown in FIGS. 1 and 4, the
また、図7に示すように、上側の開口端部23の内面23bは、外面側と同じく、本体部21の内面21bよりも全周に亘ってΔDだけ縮径されている。言い換えれば、上側の開口端部23の内面23bは、本体部21の内面21bに対してケース20の内側に突出する、段差が付けられている。
Further, as shown in FIG. 7, the
このように、開口端部23は、外面23a、内面23bの両面を、本体部21に対してケース20の径方向内側に、同じ大きさだけ、縮径させている。尚、開口端部23は本体部21に対してテーパ22を介して接続されており、開口端部23の板厚はケース20の板厚(本体部21の板厚)と同一となっている。
As described above, the opening
また、図8に示すように、下側の開口端部25も同様であり、外面25a、内面25bの両面を、本体部21に対してケース20の径方向内側(ケース中心線Loに向かう側で、図8の右側)に全周に亘ってΔDだけ縮径させている。そして、開口端部25は本体部21に対してテーパ24を介して接続されており、開口端部25の板厚はケース20の板厚(本体部21の板厚)と同一となっている。
Further, as shown in FIG. 8, the same applies to the
上側蓋板40は、図1に示すように、蓋本体41と、リブ43を有する。蓋本体41は、ケース20の上側の開口部20Aよりも、一回り大きな長円形状をなす。上側蓋板40は、図4、図7に示すように、ケース20の上側の開口端部23に組み付けられており、ケース20の上側の開口部20Aを封口する。具体的には、蓋本体41の外周縁部42を開口端部23の端面23c上に重ねて配置するようにして組み付けられており、蓋本体41の下面41Aが、開口端部23の端面23cの高さと一致する関係となっている。
As shown in FIG. 1, the
リブ43は蓋本体41の下面41Aに形成されている。リブ43は、開口端部23の内面形状に倣った長円形状をしており、開口端部23の内側に嵌合する。リブ43を嵌合させることで、開口端部23に対して上側蓋板40を位置決めできる。
The
そして、上側蓋板40は、開口端部23との合わせ部分を全周に亘ってレーザ溶接することにより、ケース20の開口端部23と接合される。尚、レーザ溶接は、図4、図7に示すように、ケース20の側方に設置されたレーザ光源Gからレーザ光Fを水平方向(ケース中心線Loと関係では直交する方向)に照射して行われる。
The
先に説明したように、ケース20の開口端部23はケース20の径方向内側に縮径している。そのため、図7に示すように、レーザ溶接による溶接部Jが、元の外形に対して膨らむような形状であったとしても、溶接部Jを本体部21の外面21aの内側(図7の右側)に収めることが可能となる。また、溶接部Jの一部が、本体部21の外面21aから外側(図7の左側)に飛び出す場合でも、開口端部23が縮径されておらず、本体部21と面一である場合(例えば、図9の場合)にくらべて、外側への飛び出し量を抑えることが可能である。
As described above, the opening
また、図7に示すように、蓋本体41の外周縁部42は、開口端部23の外面23aからケース20の外側(図7では左側)に突出している。具体的には、外周縁部42は、蓋本体41の全周に亘って、開口端部23の外面23aから、外側に突出している。外周縁部42が飛び出していれば、飛び出した部位は開口端部23の外面23aと溶接できる。そのため、開口端部23のうち、外面23aに近い側だけを溶かすだけで、溶接強度を維持するのに必要な溶け代を確保することが可能となる。また、蓋本体41の外周縁部42は、ケース20の本体部21の外面21aよりも、ケース20の内方(図7では右側)に位置する。具体的には、外周縁部42は、蓋本体41の全周に亘って、ケース20の本体部21の外面21aよりも、ケース20の内方に位置している。このようにすることで、上側蓋板40の外周縁部42が近傍に位置する他の部材と干渉することを抑制出来る。
Further, as shown in FIG. 7, the outer
次に、下側蓋板30は、図1に示すように、蓋本体31と水平フランジ部(本発明の「外周縁部」に相当)32とを有する。蓋本体31は、ケース20の下側の開口端部25の形状と対応した長円形状である。水平フランジ部32は、蓋本体31の外周部に全周に亘って形成されている。水平フランジ部32は、蓋本体31との間に板厚分の段差を有しており、蓋本体31の外周部から蓋本体31の面沿いに水平に延設されている。
Next, as shown in FIG. 1, the
下側蓋板30は、図4、図8に示すように、ケース20の下側の開口端部25に組み付けられ、ケース20の下側の開口部20Bを封口する。具体的には、開口端部25の内側に蓋本体31を嵌合させつつ、開口端部25の端面25cに水平フランジ部32を重ねて配置するようにして組み付けられており、蓋本体31の下面31Aが開口端部25の端面25cの高さと一致する関係になっている。
As shown in FIGS. 4 and 8, the
そして、下側蓋板30は、開口端部25との合わせ部分を全周に亘ってレーザ溶接することにより、ケース20の開口端部25と接合される。下側の開口端部25も、上側の開口端部23と同様に、ケース20の径方向内側に縮径している。そのため、図8に示すように、レーザ溶接による溶接部Jが元の外形に対して膨らむような形状であったとしても、溶接部Jを本体部21の外面21aの内側(図8の右側)に収めることが可能となる。また、溶接部Jの一部が、本体部21の外面21aから外側(図8の左側)に飛び出す場合でも、開口端部25が縮径されていない場合とくらべて、外側への飛び出し量を抑えることが可能である。
The
また、図8に示すように、水平フランジ部32は、開口端部25の外面25aからケース20の外側(図8では左側)に突出している。具体的には、水平フランジ部32は蓋本体31の全周に亘って、開口端部25の外面25aから、ケース20の外側に突出している。水平フランジ32が飛び出していれば、飛び出した部位は開口端部25の外面25aと溶接できる。そのため、開口端部25のうち、外面25aに近い側だけを溶かすだけで、溶接強度を維持するのに必要な溶け代を確保できる。また、下側蓋板30の水平フランジ部32は、ケース20の本体部21の外面21aよりも、ケース20の内方(図8では右側)に位置する。具体的には、水平フランジ部32は、蓋本体31の全周に亘って、ケース20の本体部21の外面21aよりも、ケース20の内方に位置する。このようにすることで、下側蓋板30の水平フランジ部32が近傍に位置する他の部材と干渉することを抑制出来る。
Further, as shown in FIG. 8, the
4.ケース20の形状詳細
(4−A)ケース中心線Loから開口端部23の内面23bまでの距離
本実施形態の電池10のケース20は、ケース中心線Loから開口端部23の内面23bまでの距離D3を、従来構造の電池210の対応部分の距離D4と一致させている。
4). Detail of shape of case 20 (4-A) Distance from case center line Lo to
具体的に説明すると、図9は、従来構造の電池210の断面図である。電池210は、電池10と同様、蓄電要素11を収容するケース220を備えている。ケース220の本体部221は、直線的な形状となっており、開口端部225に段差を持たない形状となっている。本実施形態の電池10のケース20は、ケース中心線Loから開口端部23の内面23bまでの距離D3(図7参照)が、電池210のケース中心線Loから本体部221の内面221bまでの距離D4(図9参照)と等しい。尚、図9において蓋板は省略している。
Specifically, FIG. 9 is a cross-sectional view of a
上記のように、ケース中心線Loから内面23bまでの距離D3を、従来の距離D4と同寸法(D3=D4)にしておくことで、開口端部23に、ΔDの段差を設けつつも、開口部分の面積自体は変わらない。そのため、従来構造の電池210と同サイズの蓄電素子11であれば、開口端部23や、開口端部25からケース20内に収容することが出来る。
As described above, by setting the distance D3 from the case center line Lo to the
また、段差よりも下側にあたるケース20の本体部21では、開口端部23に対して段差分だけ空間が広くなる。従って、例えば、電解液を増量することが出来る。また、ケース20と蓄電要素11の間には、所定のクリアランスを確保する必要があるが、段差をクリアランスに充てることが出来るので、挿入性はやや低下するものの、段差がない場合に比べて、蓄電要素11のサイズを大きくすることも可能である。従って、電池の性能を向上させることが出来る。尚、挿入性の低下は、蓄電要素11の挿入を補助するガイド治具等を用いることにより、解消することが出来る。また、ΔDの段差を設けることで、開口端部23と上側蓋板40を接合する接合部Jが、ケース20の本体部21の外面21aから外側に飛び出し難い。そのため、他部材との干渉を抑制することが出来る。
Further, in the
尚、上記では、上側の開口端部23を例示して説明を行ったが、下側の開口端部25も同様であり、ケース中心線Loから開口端部25の内面25bまでの距離は、従来構造の電池210の対応部分の距離と一致する関係になっている。
In the above description, the upper opening
(4−B)ケース20の板厚と段差の寸法
本電池10は、ケース20の板厚T1(図7参照)を、従来構造のケース210の板厚To(図9参照)よりも細くしている。そして、板厚の減少分(To−T1)と段差の大きさΔDを一致させており、開口端部23の内面23bから本体部21の外面21aまでの距離T2(図10参照)が、従来構造の電池210のケース220の板厚To(図9参照)と一致する関係(T2=To)となっている。すなわち、ケース20の板厚T1と段差の大きさΔDを合計した寸法が、従来構造の電池210のケース220の板厚Toに等しい関係となっている。
(4-B) Plate Thickness and Step Size of
上記のようにすることで、ケース20の外形寸法が、従来構造に比べて大きくなることがなく、従来構造の電池210のケース220の外形寸法と同一寸法になる。
By doing so, the outer dimension of the
尚、ケース20の板厚T1を、従来構造のケース210の板厚Toよりも薄くできる理由は、下記による。本電池10は、図7を参照して説明したように、蓋本体41の外周縁部42を、開口端部23の外面23aから外側(図7では左側)に突出させている。外周縁部42が飛び出していれば、飛び出した部位は開口端部23の外面23aと溶接できる。そのため、飛び出しがない場合(例えば、図14の場合)に比べて、開口端部23のうち、外面23aに近い側だけを溶かすだけで溶接強度を維持するために必要となる溶け代を確保できる。すなわち、内面23bに近い側は溶かす必要がないので、ケース20の板厚T1を薄くすることが可能である。
The reason why the thickness T1 of the
また、上記では、上側の開口端部23を例示して説明を行ったが、下側の開口端部25も同様であり、開口端部25の内面25bから本体部21の外面21aまでの距離が、従来構造の電池210のケース220の板厚Toと一致する関係となっている。
In the above description, the upper opening
(4−C)ケースの数値例
図11は、ケース20の数値例を示しており、ケース20の板厚T1と段差の大きさΔDを合計した寸法が、従来構造のケース220の板厚Toに等しい関係となっている。例えば、No1のケース20の場合、ケース20の板厚が0.9mm、段差の大きさΔDが0.2mmである。両寸法の和は1.1mmであることから、従来構造のケース220の板厚Toに等しい。また、No2のケース20の場合、ケース20の板厚が0.7mm、段差の大きさΔDが0.2mmである。両寸法の和は0.9mmであることから、やはり、従来構造のケース220の板厚Toに等しい。尚、上記した数値例は一例であり、例えば、No1のケースであれば、段差の大きさΔDを、0.3mmや0.25mmとし、ケース20の板厚T1を、0.8mmや0.75mmとしてもよい。
(4-C) Numerical Example of Case FIG. 11 shows a numerical example of the
また、本構造の電池10は、数Ah〜100Ah以下(好適には、5Ah〜約50Ah)の電池に適用することが可能である。
In addition, the
5.効果説明
上側蓋板40は、外周縁部42をケース20の開口端部23の端面23cに重ねて配置しており、蓋本体41の下面41Aが、開口端部23の端面23cの高さと一致する関係となっている。そのため、上側蓋板40の全体を開口端部23に内嵌させる場合に比べて、蓄電要素11の収容空間が上下方向で広くなり、ケース20に収容可能な蓄電要素11のサイズが上下方向で大型化する。従って、ケース20の内部空間を有効活用できる。よって、電池10のエネルギー密度が高くなる。
5). Explanation of the effect The
同様、下側蓋板30も、水平フランジ部32をケース20の開口端部25の端面25cに重ねて配置しているので、下側蓋板30の全体を開口端部23に内嵌させる場合に比べて、ケース20の内容積が大きくなる。従って、ケース20の内部空間を一層有効活用できる。よって、電池10のエネルギー密度が一層高くなる。
Similarly, since the
また、電池10によれば、開口端部23、25の外面23a、25aをケース20の径方向内側に縮径している。そのため、溶接部Jが元の外形に対して膨らむような形状であったとしても、ケース20の本体部21の外面21aの内側に溶接部Jを収めることが可能となり、溶接部Jが他部材と干渉することを抑制出来る。
Further, according to the
また、電池10によれば、開口端部23、25の外面23a、25aだけでなく、内面23b、25bもケース20の径方向内側に縮径している。すなわち、開口端部23、25の外面、内面の双方とも同じ方向に縮径しており、また、その大きさΔDも外面側と内面側は等しい。そして、開口端部23、25を縮径する加工は、部品単体の状態で行われることから、開口端部23、25をプレス加工することが可能であり、ケース20の作製が容易となる。
Further, according to the
また、従来構造のケース220に対して、外形寸法は変えず、開口端部225を縮径すると、開口面積が小さくなる。従って、その分、ケース220に収容する蓄電要素11のサイズが小さくなり、電池性能が低下する。また、それとは反対に、蓄電要素11のサイズを維持しようとすると、開口端部25の寸法は守って、ケース220の外形を大きくするように段差を付けざるを得ない。
Further, when the diameter of the opening
そこで、発明者は、ケース20の板厚T1や、ケース20に対する上側蓋板40の嵌合部の構造、ケース20と上側蓋板40の溶け代について検討を行った。
Therefore, the inventor studied the thickness T1 of the
そして、蓋本体41の外周縁部42を開口端部23の外面23aから外側に突出させると、溶接時の溶け代との関係で、ケース20側の板厚を薄く出来ることに着目した。
Then, attention is paid to the fact that when the outer
そして、ケース20の板厚を従来から薄くし、開口端部23の内面23bから本体部21の外面21aまでの距離T2を、従来構造の電池210のケース220の板厚Toと一致させることを考案した。更に、ケース中心線Loから開口端部23の内面23bまでの距離D3を、従来構造の電池210の対応部分の距離D4と一致させる点を考案した。
Then, the plate thickness of the
これら考案により、開口端部23、25を縮径して、ケース外形に対する溶接部Jの飛び出しを抑えつつ、ケース20の外形寸法や蓄電要素11のサイズは従来と同等にすることが達成された。また、段差下側にあたるケース20の本体部21では、段差分だけ、内部空間が広がる。そのため、電解液を増量したり、蓄電要素11のサイズを大きくすることで、電池性能が向上することが可能となった。
With these devices, it has been achieved that the outer end dimensions of the
すなわち、本実施形態の電池10では、段差をもたない従来構造のケース220に比べて、ケース20の厚みを有効に活用することが可能となった。
That is, in the
また、電池10によれば、各蓋板30、40を、ケース20のケース中心線Loと交差する方向から溶接している。具体的には、ケース中心線Loに対して直交する方向から溶接している。溶接の方向(本例では、レーザ光Fの方向)が、ケース中心線Loと交差していれば、各蓋板40、30と各開口端部23、25の合せわ面にレーザ光を当て易く、溶接が行い易い。
Further, according to the
また、電池10によれば、ケース20の断面形状は、長円形状である。断面形状が長円形状であれば、断面形状が矩形の場合に比べて、開口端部23、25を縮径させる加工を容易に行うことが可能であり、加工性がよい。
Moreover, according to the
また、電池10によれば、正極板12と負極板13を、ケース中心線Loを中心として、その周りに巻回した構成としている。このような構成にすることで、ケース20内に蓄電要素11を高密度で収納することが可能であり、電池10のエネルギー密度が一層高くなる。
Further, according to the
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2を図12によって説明する。
実施形態2は蓄電装置Mを例示する。蓄電装置Mは複数個の電池10を直列接続した装置であり、複数個の電池10A〜10Dと、絶縁シート100と、バスバ110とを含む。
<
Next,
The second embodiment exemplifies a power storage device M. The power storage device M is a device in which a plurality of
尚、電池10A〜10Dは、実施形態1の電池10と基本構成が、同じ電池である。相違する点としては、正極の端子板150として機能する金属板を、上側蓋板40に設けている点がある。正極の端子板150は、上側蓋板40の長手方向で負極端子50とは反対側の位置に配置され、上側蓋板40に直接溶接等により接合されている。電池10はケースが正極に接続されているため、ケースが導通経路として機能している。
The
各電池10A〜10Dは、図12に示すように、正負の端子板50、150が隣り合うように向きを反転させつつ、ケース20の短軸方向を図10のY方向に向けて配置されている。
As shown in FIG. 12, each of the
絶縁シート100は絶縁性のシート材である。絶縁シート100は、図12に示すように、隣接する各電池10A〜10Dの間に配置され、各電池10A〜10Dを絶縁する。また、バスバ110は、例えば、長方形状をした導電性の金属板であり、隣接する2つの電池10A〜10Dの正負の端子板50、150を電気的に接続する。
The insulating
実施形態1で既に説明したように、各電池10A〜10Dは、開口端部23、25をケース20の内側に縮径しているため、溶接部Jが元の外形に対して膨らむような形状であったとしても、溶接部Jをケース20の外面21aの内側に収めることが出来る。そのため、溶接部Jが絶縁シート100に干渉して、これを傷付けることを抑制出来る。
As already described in the first embodiment, each of the
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)実施形態1、2では、蓄電素子の一例に、リチウムイオン二次電池を例示したが、本発明は、蓄電要素11、ケース20、蓋板30、40を有する蓄電素子であれば適用可能であり、リチウムイオン二次電池以外の電池や、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。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In the first and second embodiments, the lithium ion secondary battery is illustrated as an example of the power storage element, but the present invention is applicable to any power storage element having the
(2)実施形態1、2では、ケース20の形状として、上下両端側に開口部20A、20Bを有する筒型のケース20を例示した。ケース20は、少なくとも一方側の端部に開口部20A、20Bを有していればよく、例えば、一方側の端部だけに開口部を有する有底型のケース20でもよい。
(2) In the first and second embodiments, as the shape of the
(3)実施形態1、2では、蓄電素子11の本体部分に対して負極側の未塗布部13Aを上側に突出形成し、正極側の未塗布部12Aを下側に突出形成した例を示した。未塗布部12A、13Aは、実施形態1、2のように、上下両方向に突出している場合に限らず、図13に示す蓄電素子310のように、本体部分311から正極側と負極側の未塗布部312A、313Aを上側、かつタブ状に突出する構成であってもよい。この場合、未塗布部312A、313Aが片側のみになるので、その分、ケース20を小型化することが可能となる。もしくは、ケース20の大きさが同じであれば、蓄電要素11を大型化することが可能であり、本発明の効果と相まって、一層のエネルギー密度の増大が図れる。また、蓄電要素310は、図13に示すような巻回タイプの他に、複数の極板を積層し、正負の未塗布部が上側にタブ状に突出するスタックタイプであってもよい。
(3) In the first and second embodiments, an example in which the negative-side
(4)実施形態1、2では、ケース20に対して蓄電要素11を、ケース中心線Loに巻回軸L1を一致させるように配置した。これ以外にも、ケース中心線Loに対して巻回軸L1を直交させるように配置してもよい。尚、断面長円型のケース20に対して巻回軸L1を直交させて蓄電要素11を収容すると、コーナのR部に厚みの薄い未塗布部を収容することが可能となる。そのため、角型のケースに比べて内容積が小さくても、同じ大きさの蓄電要素11が収容可能であり、エネルギー密度の増大が図れる。また、この例において、蓄電要素11は複数の極板を積層し、未塗布部が両端に突出するスタックタイプとしてもよい。この場合、蓄電要素11の配置について、正極側の未塗布部12Aと負極側の未塗布部13Aを結ぶ仮想線がケース中心線Loに直交する配置ということができる。
(4) In the first and second embodiments, the
(5)実施形態1、2では、ケース20の断面形状として、長円形状を例示したが、例えば、円形状や、楕円形状でもよい。また、断面形状を角形としてもよい。断面角型のケース20は例えば次の製法で作製できる。矩形の金属平板を準備し、一対の対向する辺部近傍をプレス加工して段差を設ける。この段差は、ケース20の開口端部を縮径する段差である。次に、上記一対とは違う他方の対向する一対の辺部が重なるように角筒状に折り曲げ、重なった部分を溶接する。このようにして、開口端部23、25が縮径された角型のケース20が作製される。ケース20が角形であれば、電池と形状を従来の電池形状に合わせることができ、エネルギー密度が増大した本発明の電池との置換が容易になる。
(5) In the first and second embodiments, the oval shape is exemplified as the cross-sectional shape of the
(6)実施形態1、2では、図7にて示すように、上側蓋板40の外周縁部42を、開口端部23の外面23aから外側(図7では左側)に突出させた例を示した。上側蓋板40の外周縁部42は、開口端部23の端面23c上に載っていればよく、図14に示すように、外周縁部42の先端が、開口端部23の外面23aの内側(図14では右側)にあってもよい。
(6) In the first and second embodiments, as shown in FIG. 7, an example in which the outer
(7)実施形態1、2では、上側の開口端部23について、外面23a、内面23bの両面とも、ケース20の内側に縮径させた例を示したが、少なくとも、外面23aが縮径されていればよく、内面23b側は、縮径されていなくてもよい。また、下側の開口端部25も同様であり、少なくとも、外面25aが縮径されていればよく、内面25b側は縮径されていなくてもよい。
(7) In the first and second embodiments, the example in which the upper opening
(8)実施形態1、2では、ケース20に対して上側蓋板40や下側蓋板30をレーザ溶接した例を示したが、溶接方法はレーザ以外にTIG溶接や電子ビーム溶接であってもよい。また、実施形態1、2では、各蓋板30、40を、ケース中心線Loに対して直交する方向から溶接したが、溶接方向は、直交方向に限定されるものではなく、ケース20の軸方向(ケース中心線Loの方向)に対して交差する方向であればよい。
(8) In the first and second embodiments, an example in which the
(9)実施形態1、2では、ケース20、上側蓋板40、下側蓋板30の材質をアルミニウム製又はアルミニウム合金製としたが、この他にも、例えば、ステンレス鋼材、めっき鋼板(例えば、ニッケルめっき)などの鋼板等であってもよい。
(9) In the first and second embodiments, the
(10)実施形態1、2では、上側蓋板40の蓋本体41の外周縁部42の先端を、ケース20の本体部21の外面21aよりも、ケース20の内方(図7では右側)に位置させた例を示した。上側蓋板40の蓋本体41の外周縁部42のうち一部については、ケース20の本体部21の外面21aから、ケース20の外方(図7では左側)に突出する構成であってもよい。すなわち、上側蓋板40のうち、長手方向両側の半円部分は、図12に示すように、複数個の電池を直列に接続して組電池化した場合、他の電池と隣り合わない。そのため、長手方向両側の半円部分は、蓋本体41の外周縁部42が、ケース20の本体部21の外面21aから、ケース20の外方に突出する構成であってもよい。また、同様、下側蓋板30のうち、長手方向両側の半円部分は、水平フランジ部32が、ケース20の本体部21の外面21aからケース20の外方に突出する構成であってもよい。
(10) In the first and second embodiments, the tip of the outer
10...電池
11...蓄電要素
12...正極板(本発明の「電極板」に相当)
13...負極板(本発明の「電極板」に相当)
20...ケース
21...本体部
23...下側の開口端部
23a...外面
23b...内面
23c...端面
25...上側の開口端部
25a...外面
25b...内面
25c...端面
30...下側蓋板
33...水平フランジ部(本発明の「外周縁部」に相当)
40...上側蓋板
42...外周縁部
50...端子板
60...負極集電体
DESCRIPTION OF
13 ... Negative electrode plate (corresponding to "electrode plate" of the present invention)
DESCRIPTION OF
40 ...
Claims (5)
前記ケースの前記開口部を塞ぐ蓋板と、
前記ケース内に収容された蓄電要素と、を備え、
前記ケースは、本体部と、前記開口部側の端部である開口端部と、を有し、
前記蓋板は、外周縁部を前記開口端部の端面に重ねて配置しており、
前記開口端部の外面は、前記ケースの内方に、前記本体部の外面よりも縮径され、
前記開口端部の内面は、前記ケースの内方に、前記本体部の内面よりも縮径され、
前記蓋板の前記外周縁部は、前記開口端部の外面よりも前記ケースの外方に突出し、
前記蓋板と前記開口端部が、前記ケースの軸方向と交差する方向から溶接されている蓄電素子。 A case having a cylindrical shape and having an opening at at least one end;
A lid plate that closes the opening of the case;
A power storage element housed in the case,
The case has a main body portion and an opening end portion that is an end portion on the opening portion side,
The lid plate is arranged with an outer peripheral edge portion overlapped with an end face of the opening end portion,
The outer surface of the opening end is reduced in diameter to the inside of the case than the outer surface of the main body part,
The inner surface of the opening end is reduced in diameter to the inside of the case than the inner surface of the main body ,
The outer peripheral edge of the lid plate protrudes outward of the case from the outer surface of the opening end,
The electrical storage element in which the said cover plate and the said opening edge part are welded from the direction which cross | intersects the axial direction of the said case .
前記蓋板の前記外周縁部は、前記本体部の外面よりも前記ケースの内方の位置に配されている蓄電素子。 The electricity storage device according to claim 1,
Wherein the outer peripheral edge of the cover plate, the front SL main body storage element which is arranged at a position inward of the case than the outer surface of the.
前記ケースの断面形状は、円形状、楕円形状、又は長円形状である蓄電素子。 The electric storage device according to claim 1 or 2 ,
The cross-sectional shape of the case is a power storage element having a circular shape, an elliptical shape, or an oval shape.
前記蓄電要素は、電極板が巻回されて構成されており、前記電極板は前記ケースの軸線周りに巻回されている蓄電素子。 It is an electrical storage element as described in any one of Claim 1 thru | or 3 , Comprising:
The electricity storage element is configured by winding an electrode plate, and the electrode plate is wound around an axis of the case.
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