JPH0992238A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
動いたりダメージを受けるのを防止するとともに、シー
ルにダメージを与えることがない二次電池を提供する。 【解決手段】 本発明の二次電池は、電気容量が20〜
500Ahの大型電池であるリチウムイオン二次電池に
関するものである。極柱10は、その先端部に設けたお
ねじ部15にナット7を配し、このナット7を締め付け
て極柱10の円板状部分20とこのナット7との間にキ
ャップ1を挟みつけ固定する。また、極柱10は、その
中心部に設けためねじ部16にボルト19を配し、この
ボルト19を締め付けて極柱10の先端部の端面とこの
ボルト19の間にブスバーまたは導線を挟みつけ固定す
る。また、キャップ1にその一端を固定した回転止めピ
ン21の他端は、絶縁カラー22を介して円板状部分2
0に設けた回転止めピン用孔25にはめ込んである。
Description
用電源のように電気容量の大きな大型の電池に適用して
好適な二次電池に関する。
る二次電池は図7のようになっており、AV用等で用い
られるもののように1セルが5Ah以下のものについて
は定格電流が小さいため、電池と電線の接触面積は小さ
くてすんだ。
械的に強固な構造は必要なく、単にスプリング(板状や
ロール状)になっている導体がスプリング力によってコ
ンタクトしているだけのものや、スポット溶接でつけて
いるものが多かった(図8参照)。
の大きなものでは、結線する導線またはブスバーは流れ
る電流に応じて太くせねばならず、電流端子との接触部
分もリジッドでかつ大面積を有するものでないと接触不
良を起こし、電気抵抗の高い所が発熱したりして危険で
ある。そのため、固定を確かなものにするためにボルト
締め等の手法がとられる事が多い。
た従来の二次電池では、固定を確かなものにするために
ボルト締め等の手法がとられる事が多いことから、電池
にボルトナット類を装備する場合、締め上げる回転力に
対してシールを守る必要があり、また極柱が共回りをす
ると、内部の構造体の位置がねじれ、内部ショートする
可能性があるという問題があった。
ものであり、極柱の共回りを阻止して、結線時にリード
が動いたりダメージを受けるのを防止するとともに、シ
ールにダメージを与えることがない二次電池を提供する
ことを目的とする。
の先端部に設けたおねじ部にナットを配し、このナット
を締め付けてその円板状部分とこのナットとの間にキャ
ップを挟みつけ固定するとともに、その中心部に設けた
めねじ部にボルトを配し、このボルトを締め付けてその
先端部の端面とこのボルトの間にブスバーまたは導線を
挟みつけ固定する極柱を有する二次電池において、キャ
ップにその一端を固定した回転止めピンの他端を、絶縁
カラーを介して、円板状部分に設けた回転止めピン用孔
にはめ込んだものである。
次電池である上述構成の二次電池である。
ン二次電池である上述構成の二次電池である。
0〜500Ahの大型電池である上述構成の二次電池で
ある。
の一端を固定した回転止めピンの他端を、絶縁カラーを
介して、円板状部分に設けた回転止めピン用孔にはめ込
んだので、極柱の共回りを阻止することができる。
例について図1〜図6を参照しながら説明する。図1〜
図3は、それぞれ本例のリチウムイオン二次電池の要部
の断面図および側面図を示すものである。また、図5
は、本例のリチウムイオン二次電池の全体の構成を概略
示すものである。
状の電池容器17に電極渦巻体35を収納してある。こ
の電極渦巻体35は、図1に示すように、帯状の負極電
極14と帯状の正極電極13とをセパレータ30を介し
て、巻き芯31に巻回したものである。ここで、負極電
極14の作製方法について説明する。負極電極14の活
物質は、出発原料として石油ピッチを用い、これを酸素
を含む官能基を10〜20%導入(いわゆる酸素架橋)
した後、不活性ガス気流中1000℃で熱処理して、ガ
ラス状炭素に近い性質を持った炭素材料を得、この炭素
材料を粉砕した平均粒径20μmの炭素材料粉末を使用
する。
としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)10重量とを
混合し、この混合物を溶剤N−メチルピロリドンに分散
してスラリー状とし、このスラリー状の負極活物質を厚
さ10μmの帯状銅箔よりなる負極集電体の両面に均一
に塗布して、厚さ180μmの負極電極原板を作製し、
側部に負極電極のリード部となる未塗布部を残して、帯
状にカットして形成する。負極電極14の形状は、幅が
383mmであり、このうち塗布部分が348mmで、
未塗布部分が35mmである。また、長さは6940m
mである。
すなわち、平均粒径15μmのLiCoO2 の粉末を9
1重量部と、導電剤としてグラファイトを6重量部と、
結着材としてフッ化ビニリデンを3重量部とを混合し、
この混合物を溶剤N−メチルピロリドンに分散してスラ
リー状とし、このスラリー状の正極活物質を厚さ20μ
mの帯状アルミ箔よりなる正極集電体の両面に均一に塗
布して、厚さ150μmの正極電極原板を作製し、側部
に正極電極のリード部となる未塗布部を残して、帯状に
カットして形成する。正極電極の形状は、幅が379m
mであり、このうち塗布部分が344mで、未塗布部分
が35mmである。また、長さは7150mmである。
負極電極14のそれぞれの未塗布部は、巻き取り前に幅
10mm、長さ30mmで、ピッチ15mmおきに短冊
状にカットし短冊状リードとする。ここで、正極電極1
3および負極電極14の未塗布部は、上述の寸法で全長
にわたりカットされる。
端から、極柱10までの距離より長くなければならな
い。また、短冊状リード11の幅は、この短冊状リード
11の総断面積が最大通電電流値を満足させるよう設定
される。また、短冊状リード11の折れ曲がりを考える
と幅は10mm以下であることが望ましい。
極14、およびセパレータ30は、正極電極13・セパ
レータ30・負極電極14・セパレータ30の順に重
ね、巻き芯31に巻回され、電極渦巻体35を形成す
る。このとき、この電極渦巻体35の一側は正極電極1
3の短冊状リード11、他側は負極電極14の短冊状リ
ード11として各々リードが集まるように短冊状リード
11の位置は反対側になるように巻いていく。なお、セ
パレータ30は、厚さ38μmで、353×7600m
mの幅にカットされた、微少な孔が形成されているポリ
エチレンのシートである。また、巻き芯31の形状は、
たとえば外径が17mm、内径が14mm、長さが35
4mmの純アルミの円筒である。
31の両側に短冊状リード11を取り出しているので、
電極集電体で得られた電流を速やかに外部に取り出すこ
とができる。また、この短冊状リード11は、細長い短
冊の形状に形成されているため、その変形が容易であ
り、極柱10の円板状部分の外周部に沿って溶接するこ
とができる。
レータ30を巻き芯31に巻き取った後、図1に示すよ
うに、短冊状リード部11は、極柱10の円板状部分の
外周部の全周にわたって略均等に押さえ金具33により
押さえつけられる。なお、極柱10の材質は、正極電極
は純アルミ(A1050)であり、負極は純銅(C11
00)である。また、押さえ金具33の材質は、正極側
は純アルミ(A1050)であり、負極側は純銅(C1
100)である。
部分の外周部へ押さえ金具33により押さえつけた後、
短冊状リード11を極柱10の円板状部分の上部端面に
てカットする。この後、極柱10の円板状部分の上面よ
りレーザーを照射し、円板状部分の全周にわたり溶接を
行う。
状リード11と極柱10とは、溶接により、しかも広い
面積で接合されているために、内部抵抗は低く、またば
らつきも小さい。しかも大面積という点から、特に大電
流放電特性に優れた電池が得られる。
は、バックアップリング51、シール8、セラミック突
き当て6、キャップ(天板)1、リング50、およびセ
ラミックワッシャ5を組み込み、ナット7で締め込まれ
る。
外周を電池容器17の中に圧入するとともにレーザー溶
接する。すなわち、キャップ1の上面よりその円周上に
レーザーを照射し、溶接して密閉する。このように、電
池容器17のキャップ1をレーザーによって溶接を行う
ことにより、完全密閉構造の電池を得ることができる。
鋼(SUS304)であり、その肉厚は0.3〜0.5
mmの範囲である。また、キャップ1の材質は、同じく
ステンレス鋼(SUS304)であり、その肉厚3mm
である。
先端部の外側には、M14のおねじ(おねじ部15)が
切られている。このおねじ部15には、ナット7が配置
されている。このナット7を締め付けることにより、セ
ラミックワッシャ5およびセラミック突き当て6の間に
キャップ1を挟みつけて、極柱10自身がキャップ1に
固定される。また、極柱10の円板状部分20とキャッ
プ1の間にシール8を挟みつけて内部の電解液が漏れな
いように密閉される。
は、後述するように、バックアップリング51、シール
8、セラミック突き当て6、キャップ(天板)1、リン
グ50、およびセラミックワッシャ5を組み込み、ナッ
ト7で締め込まれる。
由に回転できる状態になっていると、ナット7の締め込
みにつれて極柱10が回転することになる。極柱10が
回転すると、これにつれてセラミックワッシャ5、リン
グ50、セラミック突き当て6、およびバックアップリ
ング51が回転する。
て、キャップ1の内側と極柱10の円板状部分20の上
面側との双方に接している。ナット7の締め込みにより
極柱10が回転すると、シール8はキャップ1の内側と
円板状部分20の上面からそれぞれ反対方向の摩擦力を
受けることになる。したがって、この両者の摩擦力によ
り、シール8の双方の接触面が磨耗し、本来の目的であ
るシール性を損なうおそれがある。
が回転すると、短冊状リード11にも負荷がかかる。こ
こで、電極渦巻体は35はその動きを止められているの
で、短冊状リード11のみに負荷がかかり、短冊状リー
ド11にねじれが生じてくる。これにより最終的に短冊
状リード11が破損するおそれもでてくる。
の中心部分にM6のめねじ(めねじ部16)が切られて
いる。このめねじ部16は、外部との結線を行うときに
使用するものである。すなわち、このめねじ部16に、
ボルト19を螺入することにより、極柱10の先端部の
端面とボルト19の頭部との間にブスバーまたは導線を
挟みつけて接続固定する。
ることにより、極柱の先端部の端面とボルト19の頭部
との間にブスバーまたは導線を挟みつけて、ボルト19
を締め付けたとき、極柱10は、本来ナット7によりキ
ャップ1に強固に固定されているので動かないはずであ
る。しかし、ナット7の締めが不十分な場合は、極柱1
0がわずかながらでも回転することになる。極柱10が
回転すれば、上述したような障害がここでも発生するこ
とになる。
大小2つの径を有する段付きの円柱形状を有し、この2
つの径の円柱のうち小さい方の径の円柱部分は、キャッ
プ1に設けられたピン固定用孔23にはめ込まれてい
る。さらに、小さい径の円柱の上部周辺はキャップ1の
ピン固定用孔23の内周面上部と共に溶接され固定され
ている。
柱部分には絶縁カラー22がはめられており、この絶縁
カラー22によりキャップ1と極柱10の円板状部分2
0との絶縁が確保されている。なお、回転止めピン21
の材質はキャップ1と同じくステンレス鋼(SUS30
4)であり、絶縁カラー22の材質はPPである。
絶縁カラー22を介して、極柱10の円板状部分20の
はじに設けられて回転止めピン用孔25の中にはめ込め
れている。これにより、ナット7またはボルト19の締
め付けにより、極柱10にトルクがかかっても、回転止
めピン21が極柱10の円板状部分20の回転を阻止す
るので、この円板状部分の一体になっている極柱10は
回らないことになる。
の部品の組立の工程を、図4に基づいて説明する。ま
ず、絶縁カラー12の表面に設けられた穴に、極柱10
の裏側に設けられて凸部をはめ込んで、極柱10に絶縁
カラー12を固定する。次に、バックアップリング51
を極柱10の円板状部分20の表面に設けられた溝26
にはめ込む。次に、シール8をバックアップリング51
の内側に入れると共に極柱10の円板状部分20の表面
に接触させる。次に、セラミック突き当て6をシール8
の内側に入れると共に極柱10の円板状部分20の表面
に接触させる。
ピン固定用孔23に回転止めピン21をはめ込み溶接で
固定する。さらに、この回転止めピン21に絶縁カラー
22をはめ込んでおく。
2をつけたキャップ1を、上述したバックアップリング
51、シール8、およびセラミック突き当て6をつけた
極柱10の円板状部分20の上に置くと同時に、絶縁カ
ラー22の付いた回転止めピン21を極柱10の円板状
部分20に設けられた回転止めピン用孔25の中にはめ
込む。
じ部15の間にリング50を入れる。さらにその上に、
セラミックワッシャ5が置かれ、最後にナット7を極柱
10のおねじ部10にはめ込み締め込む。
電池を組立てるときと電池にブスバーなどを固定すると
きの双方の場合に、その機能を発揮することができる。
また、回転止め機構が有ることにより、極柱が共回りす
ることがなく、結線時にリードが動いたりダメージを受
けることがなく、安全性を向上させることができる。ま
た、 シールにダメージを与えることがないので、電池
の密閉性を確保することができる。
柱10との間は、ポリプロピレン(PP)製の絶縁カラ
ー12によって絶縁される。
ワッシャ5は、その中心に円形の孔を持つ円板の形状を
しており、ナット7とキャップ1との間に挟み込まれて
いる。このセラミックワッシャ5の材質はアルミナ(A
l2 O3 )である。
10とキャップ1とを絶縁することにあるが、その材質
が上述の通りアルミナであるので、絶縁性を確保するこ
とができる。
ことによりキャップ1に固定されているので、セラミッ
クワッシャ5は、この締結力、すなわち圧縮力に十分耐
える剛性がなければならない。この点においても、セラ
ミックワッシャ5の材質がアルミナであるので、ナット
7による圧縮力に十分耐えることができる。さらに、材
質がアルミナであることから、締結後長期間経過しても
その形状が変化しないので、強い締結力を維持すること
ができる。また、アルミナは、温度変化に対してもその
剛性が変化しないので、広い範囲で温度が変化してもそ
の締結力を維持することができる。
ので、ナット7をより強く締め付けることができる。そ
の結果、大きな締結力を得ることができ、車載運用で発
生する振動にも経時的にナット7がゆるんだりせず、十
分なシールが得られるので、非水電解液が漏れたりする
ことを防止できる密閉性を保持できる。
て6との間で、かつ、キャップ1の内側と極柱10の外
側の間には、リング50が配置されている。このリング
50は、その断面形状が長方形のリングであり、PPな
どの高分子材料からなっている。このリング50は、ナ
ット7を締め付けることにより極柱10をキャップ1に
固定するときに、極柱10の中心軸を電池の長手方向の
中心軸に保持させるために用いるものである。
部分の間には、セラミック突き当て6が挟みつけられて
いる。このセラミック突き当て6は、セラミックワッシ
ャ5と同様に、その中心に円形の孔を持つ円板の形状を
しており、その材質はアルミナ(Al2 O3 )である。
ワッシャ5と同様に、極柱10とキャップ1との絶縁性
を確保している。また、セラミック突き当て6はナット
7による圧縮力に十分耐えることができる。さらに、締
結後長期間経過しても強い締結力を維持することができ
る。また、セラミック突き当て6は、広い範囲で温度が
変化してもその締結力を維持することができる。またさ
らに、セラミック突き当て6は、大きな締結力を得るこ
とができ、車載運用で発生する振動にも経時的にナット
7がゆるんだりせず、十分なシールが得られるので、非
水電解液が漏れたりするのを防止できる。
外周の寸法をシール8の弾性変形がある程度以上起こら
ない位置に設定することにより、シール8の大きな弾性
変形を阻止し、その結果として、シール8の極柱10の
軸方向の反発力を増大させることができる。このように
して、セラミック突き当て6を配置することにより、シ
ール8のシール力を十分な大きさまで増大させることが
できる。
置にバックアップリング51が配置されている。このバ
ックアップリング51はPPからなるものである。この
バックアップリング51により、シール8が電池内に存
在する非水電解液に触れ、膨潤して変形したときに、そ
の変形を阻止してシール8の極柱10の軸方向の反発力
が低下するのを防止することができる。
の中心から外れた位置には、開放弁9が設置してある。
開放弁9は、キャップ1に設けられた孔にねじ込み式で
固定されている。この開放弁9は、電池容器の内部の圧
力が上昇したときに内部のガスを外部に放出するための
ものである。
り電池の内側に押しつけられ、電池内部の液密を図って
いる。
と、開放弁9の中の弁が電池の外側に押しつけられる。
この結果電池内部のガスは、弁の移動により生じた隙間
を通じて、開放弁9の側面に設けられた孔を通して外部
に放出される。この開放弁9の設置により電池内部の圧
力が上昇しても、ある一定以上の圧力になることを防止
することができる。
外れた位置に、電解液注入口32が設けてある。この電
解液注入口32は電池構造体の組立後に、電解液を電池
内部に注入するのに用いられる。
ップ1の中心より外れた電解液注入口の位置に、メクラ
栓4が配置してある。このメクラ栓4は、電解液注入口
32にメタルシール2を介してねじ込み式で締められ、
電池容器を密閉する。
面との間には、メタルシール2が挟みつけられている。
このメタルシール2はその断面形状が長方形のリングで
あり、その材質は純アルミよりなるものである。
電池のキャップ1とメクラ栓4の頭部であり、これらは
ステンレス鋼(SUS304)で作製してある。
金属を接触させて、本例の電池の非水電解液に触れさせ
ても、純アルミの腐食は進まないことが確認されてい
る。
ルを用いることにより、たとえばゴム材などの高分子材
料からなるシールに比べ、外部とのガスや水分の透過性
・通過性を低く抑えることができ、電池の寿命を長くす
ることができる。また、純アルミは高分子材料に比べ寿
命が長いので、純アルミからなるメタルシールをメクラ
栓のシールに使用すれば半永久的に使用することがで
き、シールの交換の必要がなくなる。また、図2に示す
ように、上述した開放弁9のシールにも純アルミからな
るメタルシールを使用することができる。
注入方法について説明する。まず、注入アタッチメント
を電解液注入口32にねじ込んで固定する。これによ
り、電解液(EL)タンク内に貯蔵してある非水電解液
と電池容器とがパイプを通して連結される。この電解液
タンク内の非水電解液の液面より高い空間の部分は、切
り替えバルブを介して、真空ポンプと連結されている。
ンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒の中
にLiPF6 を1モル/lの割合で溶解して形成したも
のである。
プが作動すると、電池内部の空気が電池容器の外に放出
され、電池容器の内部が大気圧に比べて負圧になる。
ある切り替えバルブを切り替えて、電解液タンクの液面
を大気に開放する。すると、タンク内の圧力が電池容器
内より高くなるので、タンク内の非水電解液が押し出さ
れて電池容器内に浸入する。
り、電池容器内に所定の非水電解液を注入することがで
きる。
液が電池外部に出ていかないようにシールする必要があ
る。そのため、電解液注入口32にメタルシール2を介
してメクラ栓4をねじ込み式で締め、電池容器を密閉す
る。
明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得
ることはもちろんである。
の回転止め機構は、電池を組立てるときと電池にブスバ
ーなどを固定するときの双方の場合に、その機能を発揮
することができる。また、回転止め機構が有ることによ
り、極柱が共回りすることがなく、結線時にリードが動
いたりダメージを受けることがなく、安全性を向上させ
ることができる。また、 シールにダメージを与えるこ
とがないので、電池の密閉性を確保することができる。
図である。
図である。
図である。
る。
図である。
法を示す斜視図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 その先端部に設けたおねじ部にナットを
配し、このナットを締め付けてその円板状部分とこのナ
ットとの間にキャップを挟みつけ固定するとともに、 その中心部に設けためねじ部にボルトを配し、このボル
トを締め付けてその先端部の端面とこのボルトの間にブ
スバーまたは導線を挟みつけ固定する極柱を有する二次
電池において、 上記キャップにその一端を固定した回転止めピンの他端
を、絶縁カラーを介して、上記円板状部分に設けた回転
止めピン用孔にはめ込んだことを特徴とする二次電池。 - 【請求項2】 非水電解液二次電池であることを特徴と
する請求項1記載の二次電池。 - 【請求項3】 リチウムイオン二次電池であることを特
徴とする請求項1記載の二次電池。 - 【請求項4】 電気容量が10〜500Ahの大型電池
であることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
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