本发明涉及将扁平卷绕组收纳在电池壳中的二次电池。
背景技术：
近年来，作为电动汽车等的动力，开展有能量密度高的锂离子二次电池等二次电池的开发。在这样的二次电池中，具有如下构成的二次电池：将与设置在配置有外部端子的壳盖上的正极侧集电材料以及负极侧集电材料相连接的扁平卷绕组收纳在电池壳之中。
这样的二次电池为了固定扁平卷绕组、或者为了抑制由充放电导致的扁平卷绕组的膨胀收缩，而通过电池壳的内壁将扁平卷绕组固定。根据情况，做成通过固缚构件等从外部压制电池的结构。
但是，在固缚了卷绕组的二次电池中，由于由充放电导致的卷绕组的膨胀收缩而电解液从卷绕组排出(液体干涸)。由于电解液干涸，离子传导率降低，因此，一般地，该电解液干涸成为电阻上升的一个主要因素。特别地，在能量密度高的锂离子二次电池二次电池中，电极为厚涂布，并且电流密度大，因此能够想到电解液干涸导致的电极内的离子电导率的下降对dcr上升的影响变大。因此，在这样的二次电池中，考虑尽可能不压制扁平卷绕组的结构。
但是，在该构成的二次电池中，作为重物的扁平卷绕组以接近悬挂的状态被收纳在电池壳的内侧，因此，如果不以任何的方法保持扁平卷绕组的话，则在振动、碰撞被施加于电池的情况下，存在着扁平卷绕组活动从而切断扁平卷绕组与正极侧集电材料、负极侧集电材料的连接部之虞。
在专利文献1中，虽然目的不同，但是公开了与具有能够以不损伤电极体的方式配置在电极体的曲面上的垫片的蓄电元件相关的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2013-168283
技术实现要素：
发明要解决的问题
但是，像专利文献1那样，仅使用沿着曲面部的垫片的话，应对振动、撞击不一定充分。另外，专利文献1所记载的二次电池沿着卷绕组的弯曲部的形状由保持部保持卷绕组，因此需要制作以严格的公差尺寸制作的保持部，并使其以沿着卷绕组的弯曲部的形状的方式精密地对位并加以使用。
在本发明中，其目的在于，提供一种在能够防止电解液干涸这样的不固缚卷绕组的结构中，以简易的结构抑制卷绕组的振动的结构。
解决问题的技术手段
例如为以下所示。
二次电池具有：具有平坦部的扁平卷绕组、电池壳、以及密封所述电池壳的壳盖，所述扁平卷绕组被收纳于所述电池壳内，所述盖在所述扁平卷绕组的一端侧支承所述扁平卷绕组，所述二次电池在所述平坦部与所述电池壳之间具有间隙，在所述扁平卷绕组的另一端侧的平坦部与所述电池壳之间具有保持部。
二次电池具有：具有平坦部的扁平卷绕组、电池壳、以及密封所述电池壳的盖，所述扁平卷绕组被收纳于所述电池壳内，所述盖在所述扁平卷绕组的一端侧支承所述扁平卷绕组，所述二次电池在所述扁平卷绕组的另一端部的平坦部与所述电池壳之间具有保持部，并且与所述平坦部相对的对置面具有相比于所述保持部与所述平坦部的接触部分位于所述卷绕体的厚度方向的外侧的部分。
发明的效果
根据本发明，能够提供在能够防止电解液干涸这样的不固缚卷绕组结构中，以简易的结构抑制卷绕组的振动的结构。
附图说明
图1为本实施方式所涉及的二次电池1的构成概念图。
图2为方形二次电池的分解立体图。
图3为表示将卷绕电极体的一部分展开后的状态的分解立体图。
图4为图1所示的截面(a-a截面)示意图。
图5为与使用有实施例1的二次电池1的模块相关的概略图。
图6为使用有实施例1的二次电池1的其他模块。
图7为实施例2的二次电池1的分解立体图。
图8为具有保持部的绝缘片19b的分解立体图。
图9为由具有保持部19的绝缘片19b包围扁平卷绕组18的周围的顺序。
图10为图7的b的切断面以及对其增加了电池壳3、壳盖4的切断面的概念图。
图11为具有捕捉保持部20的绝缘片13。
图12为实施例3的二次电池1的截面。
图13为使用有实施例3的二次电池1的模块结构例的截面概念图。
图14为具有保持部19(保持部19d)的电池壳3的立体图(a)以及将其在切断面c处切断了的情况下的切断图(b)。
图15为实施例4的二次电池1的截面。
图16为具有保持部19(保持部19e)的电池壳3的立体图(a)以及将其在切断面d处切断了的情况下的切断图(b)。
图17为实施例5的二次电池1的截面。
图18为使用实施例5的二次电池1作为模块的情况下的约束部件29的位置。
具体实施方式
以下，参照附图，通过具体的实施例对实施本发明的最佳方式进行说明，但本发明并不限定于此，对于在本发明的技术思想的范围内能够想到的其他方式也被包含在本发明的范围内。另外，实施例中的图为简略图，对图中的位置关系、尺寸等并不保证正确性。在本说明书所公开的技术思想的范围内本领域技术人员能够进行各种变更以及修改。另外，在用于说明本发明的全部附图中，有时对具有相同功能的构件赋予相同的符号，省略重复的说明。
-实施例1-
将本实施方式所涉及二次电池1的构成在图1中表示。二次电池1是将卷绕在绝缘片2上的发电元件(未图示)收纳在铝或者铝合金等金属制的方形平板状的电池壳3内而构成的。在二次电池的壳盖4上，具有气体排出阀5、注液口6、端子连接部7。气体排出阀5为在电池壳的破裂压力以下的压力下开放的样式，在由于短路或者过充电等而发生热失控从而导致电池内压急剧上升的情况下，通过气体放出阀5的开放来抑制电池壳的破裂。注液口6在电解液的注入时使用，在电解液注入后通过激光来焊接金属帽8而被密封。端子连接部7(正极集电板7a、负极外部端子7b)为能够称为从二次电池取出负载的最上游的部分。
图2为方形二次电池的分解立体图(除去了图1中的电池壳3的结构)。
在电池壳3内，经由绝缘片2(未图示)来收纳扁平卷绕组18。
扁平卷绕组18的正极电极箔露出部11b经由正极集电板(集电端子)9a与在壳盖4上设置的正极外部端子7a电连接。另外，扁平卷绕组18的负极未涂布部10b经由负极集电板(集电端子)9b与在壳盖4上设置的负极外部端子7b电连接。由此，经由正极集电板9a以及负极集电板9b从扁平卷绕组18向外部负载供给电力，并经由正极集电板9a以及负极集电板9b向扁平卷绕组18供给外部发电电力而进行充电。
为了使正极集电板9a和负极集电板9b、以及正极外部端子7a和负极外部端子7b分别与壳盖4电绝缘，在壳盖4之下设置有垫圈105以及绝缘板(未图示)。另外，在从注液口7将电解液注入至电池壳3内之后，通过激光焊接在壳盖4上接合注液栓并密封注液口7，密闭二次电池1。
在此，作为正极外部端子7a以及正极集电板9a的形成素材，例如能够列举铝合金，作为负极外部端子7b以及负极集电板9b的形成素材，例如能够列举铜合金。另外，作为绝缘板以及垫圈105的形成素材，例如能够列举聚对苯二甲酸丁二酯、聚苯硫醚、全氟烷氧基氟树脂等具有绝缘性的树脂材料。
另外，在壳盖4上，穿设有用于将电解液注入电池容器内的注液孔9，该注液孔9在将电解液注入到电池容器内之后被注液栓密封。在此，作为被注入到电池容器内的电解液，例如能够适用在碳酸乙烯酯等碳酸酯系的有机溶剂中溶解有六氟磷酸锂(lipf6)等锂盐的非水电解液。
正极外部端子7a、负极外部端子7b具有供母线等焊接接合的焊接接合部。焊接接合部具有从壳盖4向上方突出的长方体的块状，并且具有下表面朝向壳盖4的表面、上表面在规定高度位置与壳盖4平行的构成。
正极集电板9a、负极集电板9b在与壳盖4的下表面相对配置的矩形板状的正极集电板基部、负极集电板基部以及正极集电板基部、负极集电板基部的侧端弯折，沿着电池壳3的宽边面向底面侧延伸，并在与扁平卷绕组18的正极电极箔露出部11b、负极未涂布部10b对置地重合的状态下被连接。
在扁平卷绕组18的平坦部17上，在平坦部17的下部具有保持部19。保持部19被设置在扁平卷绕组18与电池壳3的内壁之间。保持部19相对于扁平卷绕组18的平坦部17而凸出，因此通过具有保持部19，即使扁平卷绕组18的平坦部17与电池壳3之间设有间隙，也能够通过保持部19固定扁平卷绕组18，因而能够降低由振动导致的对扁平卷绕组18的恶劣影响。在实施例1中，使用绝缘带作为保持部19。作为绝缘带，例如能够使用聚丙烯性的物质。除了绝缘片以外，也能够利用粘结剂等使其他片状的构件等固定。绝缘片、片状的构件可以如图中所示固定在扁平卷绕组18上，而固定在电池壳3的内壁上也是可以的。
作为保持部19的绝缘带被设置在正极合剂层和负极合剂的涂布部上(正极涂布部11a、负极涂布部11b)。即使设置在负极未涂布部10b、正极未涂布部11b之上固定扁平卷绕组18的效果也较低。
虽然在图2中未图示，但是以沿着扁平卷绕组18的扁平面的方向且与扁平卷绕组18的卷绕轴方向正交的方向为中心轴方向在所述扁平卷绕组18的周围卷绕绝缘片2。绝缘片2由例如pp(聚丙烯)等合成树脂制的一片片材或者多个膜构件构成，并具有能够以与扁平卷绕组18的扁平面平行的方向且与卷绕轴方向正交的方向为卷绕中心进行卷绕的长度。
图3为表示将卷绕电极体的一部分张开后的状态的分解立体图。
扁平卷绕组18是隔着分隔膜12将正极片11和负极片10卷绕成扁平形状的电极体。正极片10具有涂布有正极活性物质的正极涂布部10a和没有涂布正极活性物质的正极未涂布部10b，负极片11具有涂布有负极活性物质的负极涂布部11a和没有负极活性物质的负极未涂布部11b。在此，正极涂布部与负极涂布部对置的宽度设为we。
以没有涂布正极合剂以及负极合剂的正极未涂布部11b、负极未涂布部10b位于在扁平卷绕组18的卷绕轴方向的两端面侧的方式，卷绕正极片11和负极片10。
正极涂布部10a在正极箔的两面具有正极活性物质层，该正极活性物质层是将在正极活性物质中配合了粘结材料(粘合剂)的正极活性物质合剂进行涂布而形成的。另外，负极片10在负极箔的两面具有负极活性物质层，该负极活性物质层是将在负极活性物质中配合了粘结材料(粘合剂)的负极活性物质合剂进行涂布而形成的。然后，在正极活性物质层的正极活性物质与负极活性物质层的负极活性物质之间进行充放电。
在此，例如正极箔为厚度为20～30μm左右的铝合金箔，负极箔为厚度为15～20μm左右的铜合金箔。另外，作为分隔膜12的形成材料，能够列举例如多孔的聚乙烯树脂，作为正极活性物质，能够列举例如锰酸锂等含锂过渡金属复合氧化物，作为负极活性物质，能够列举例如能够可逆地嵌入、脱嵌锂离子的石墨等碳材料。
扁平卷绕组18由于被卷绕为扁平形状，因此具有截面为半圆形状的相互相对的一对弯曲部，以及在这些一对弯曲部之间形成的平坦部17。扁平卷绕组18以卷绕轴方向沿着电池壳3的横宽方向的方式，从一边的弯曲部一侧被插入电池壳3内，另一边的弯曲部一侧被配置于上部开口侧。
图4为图1所示截面(a-a截面)示意图。
扁平卷绕组18经由正极集电板9a和负极集电板9b连接到壳盖4(负极集电板9b未图示)，壳盖4成为由一端侧支承扁平卷绕组18的结构。另外，在扁平卷绕组18的平坦部17与电池壳3的内壁之间设置有间隙106。与平坦部17相对的对置面13a与保持部19和平坦部17的接触部分相比位于扁平卷绕组的厚度方向的外侧。因此，在平坦部17与电池壳3的内壁之间必然能够出现间隙106。通过设置间隙106，能够抑制电解液由于由二次电池的充放电导致的卷绕组的膨胀收缩而从卷绕组排出的“电解液干涸”。通过抑制电解液干涸，能够抑制由二次电池的使用所导致的电阻上升。
在扁平卷绕组18的另一端侧的平坦部17(电池壳底侧，图4中的下侧)与电池壳3的内壁之间，设有保持部19。在没有保持部19的情况下，作为重物的扁平卷绕组18以接近悬挂的状态收纳在电池壳的内侧。通过设置保持部19，能够使扁平卷绕组18稳定。保持部19的位置优选为扁平卷绕组18的另一端侧的平坦部17(电池壳底侧，图4中的下侧)，例如优选设置在平坦部17的下侧(壳底侧)一半的任一地方。扁平卷绕组18被正极集电板9a和负极集电板9b固定在壳盖侧，因此为了有效地抑制扁平卷绕组18的振动，需要被壳盖侧的另一端侧即壳底侧抑制。在此，优选间隙的尺寸为100～500μm，保持部19(19a)的尺寸在厚度方向上为100～500μm。
保持部19优选如图4那样设置于扁平卷绕组的两面。通过在两面设置能够可靠地固定扁平卷绕组。即使是在一侧设置保持部，虽然固定不充分但是与没有保持部的情况相比时，也能获得抑制振动的效果。
扁平卷绕组18具有弯曲部17b，优选在弯曲部17b与电池壳3之间也设置间隙。在弯曲部17b也涂布有正极合剂层、负极合剂层，因此为了防止卷绕组的碰撞收缩、由卷绕组的按压导致的电解液干涸，优选也在该部分设置间隙。
图5为与使用有实施例1的二次电池1的模块相关的概略图。
二次电池1能够做成多个并列模块。在做成模块时，为了使二次电池1固定，优选在二次电池1间设置约束部件29。图5为表示从电池壳之外由约束部件夹持使用二次电池1时的、扁平卷绕组18、保持部19与约束部件29的位置关系的图。通过由约束部件29从电池壳3的外侧对电池壳3的与保持部16相对置的部分施加力能够有效地夹持电池。约束部件29可以成为接触与保持部19不对置的部分的形状。
图6为与使用有实施例1的二次电池1的其他模块相关的概略图。
约束部件29也能够如图6那样仅设置在与二次电池1内的保持部19相对的位置。通过将约束部件29设置在与二次电池1内的保持部19相对的位置能够在与约束部件29不接触的电池壳的侧面吹冷却风。
-实施例2-
图7为实施例2的二次电池1的分解立体图(电池壳3未图示)。
在实施例1中使用了19a这样的绝缘带作为保持部19，但是在实施例2中，使用了具有保持部的绝缘片19b，该保持部将实施例1的绝缘片2的形状改变而具有作为保持部的功能。
具有保持部的绝缘片19b能够使用与实施例1的绝缘片2相同材质的材料。具有保持部19的绝缘片19b至少为双重结构，并且具有外侧宽边部13和与电池壳3的内壁相对的对置面13a。保持构件19的构成绝缘片的绝缘层为多重叠加的结构。绝缘层可以为两重，也可以为两重以上。
由于在图8所图示的内侧宽边部14上具有孔15，在扁平卷绕组18的平坦部17与外侧宽边部13之间生成具有间隙的区域。在此，将外侧宽边部13的、与扁平卷绕组的平坦部17相对的面之中不与保持部19接触的部分作为对置面13a。此外，对置面13a不限于在绝缘片上，在考虑保持部19与扁平卷绕组的平坦部17接触的面时，对置面13a是夹持该面而位于离开扁平卷绕组的平坦部17的方向的对置面即可。
图8为具有保持部的绝缘片19b的分解立体图。
具有保持部的绝缘片19b具有外侧宽边部13和内侧宽边部14。内侧宽边部14具有孔15和作为保持部19而发挥作用的部分16。孔15为宽度尺寸wh、高度尺寸hh的矩形。在宽度尺寸wh与正极涂布部和负极涂布部对置的宽度we之间，wh＞we成立。作为保持部19而发挥作用的部分16为宽度尺寸wk、高度尺寸hk的矩形。在宽度尺寸wk与正极涂布部和负极涂布部对置的宽度we之间，wk≧we成立。绝缘片的材质没有限定，如果是绝缘性的树脂的话则能够使用例如聚乙烯系树脂、丙烯酸系树脂等。绝缘片的厚度没有限定，但是优选设为扁平卷绕组厚度的百分之几的厚度。
在图9中示出了通过具有保持部19的绝缘片19b包围扁平卷绕组18周围的顺序。以内侧宽边部14成为内侧的方式，按照图9中的箭头方向弯折外侧对置部13。
图10示出了图7的b的切断面以及对其增加了电池壳3、壳盖4的切断面的概念图。在平坦部17与电池壳3的内壁之间，通过具有保持部19的绝缘片19b的孔15形成间隙106。
绝缘片19b的位于扁平卷绕组18一侧的对置面13a隔着间隙106与平坦部17对置。对置面13a在绝缘片19b上相对于内侧宽边部14而凹陷。与平坦部17相对的对置面13a相比于保持部19与平坦部17的接触部分更处于扁平卷绕组的厚度方向的外侧。因此，必然在平坦部17与电池壳3的内壁之间出现间隙106。因此，在对置面13a与电池壳3的内壁之间能够形成间隙。
在内侧宽边部14中，位于扁平卷绕组18的平坦部17的壳底侧与电池壳的内壁之间的部分作为保持部材19而发挥作用(作为保持部19而发挥作用的部分16)。由于作为保持部19而发挥作用的部分16相对于对置面13a而凸出，因此即使在对置面13a与电池壳之间设有间隙，扁平卷绕组18也能够被保持部19固定。
保持部19设置在平坦部17的下侧(壳底侧)与电池壳3的内壁之间。在实施例2中进而成为外侧宽边部13位于保持部19和电池壳3之间的构成。在图10中保持部19跨越hk的长度地设置，但是仅在ht的位置也没关系。
由于如实施例2那样设置保持部19，通过使用具有保持部19的绝缘片19b，不需要像实施例1那样另外设置作为保持部19而发挥作用的构件，能够谋求制造成本的降低。
使用有实施例2的二次电池1的模块结构能够使用与实施例1的图5、图6同样的结构。
-实施例3-
在实施例3中，使用了具有捕捉保持部20的绝缘片13(图11)。
该绝缘片在实施例2所使用的图8的绝缘片19b上增加了捕捉保持部20。
图11为实施例3的绝缘片19c的立体图。
实施例3的绝缘片19c在孔15处具有捕捉保持部20。通过捕捉保持部20，以实施例1、2以上的固定程度来固定扁平卷绕组18。因此，能够成为针对振动而更加稳定的结构。另一方面，由于通过捕捉保持部20以实施例1、2以上的固定程度来固定扁平卷绕组18，引起电解液干涸的可能性相比实施例1、2上升，但是由于设有孔15，在与固定整个平坦部17的二次电池相比较的情况下，电解液干涸的可能性低。
在此，捕捉保持部20并不限定于如图11那样设为梯子状。例如设为格子状也没关系，另外，设为×状也没关系。
图12为实施例3的二次电池1的截面。截面地方为与实施例1相同的地方。捕捉保持部20被设置在平坦部17与电池壳3之间。即使设置有捕捉保持部20，也在平坦部17与电池壳3之间的某处维持有间隙106。因此，能够通过间隙106来防止扁平卷绕组的电解液干涸。
图13为使用有实施例3的二次电池1的模块结构例的截面概念图。
通过与实施例1的图6同样地在与电池壳3的表面的保持部19、捕捉保持部20相对的位置设置约束部件29，能够有效地固定二次电池1。
作为约束部件29，除了图13那样的形状的构件以外，即使是如实施例1的图5那样整体地抑制二次电池1的外表面的构件也没有关系。即使从外部整体地抑制电池壳3，通过具有保持部19，也能够保持间隙106。
如捕捉保持部20那样在保持部19以外的部分保持扁平卷绕组18的结构，不仅用于实施例3，也能够在如实施例1、2、后述的4、5那样的结构中使用。实施例1的情况下，通过在扁平卷绕组上设置多个绝缘带，能够作为该结构。
-实施例4-
在实施例4中，将保持部19设置在电池壳3侧。
图14为具有保持部19(保持部19d)的电池壳3立体图(a)以及将其在切断面c处切断的情况的切断图(b)。
电池壳3在内壁具有保持部19d。保持部19d设置在电池壳3的内壁中的、靠近壳底侧的位置。通过设置在靠近壳底侧的位置，在扁平卷绕组18被插入电池壳3时，固定扁平卷绕组18的平坦部17的壳底侧，能够有效地抑制振动。
图15为实施例4的二次电池1的截面。截面地方是与实施例1相同的地方。在电池壳3上设置的保持部即保持部19d设置在平坦部17与电池壳3之间。与平坦部17相对的对置面13a相比于保持部19与平坦部17的接触部分更靠近扁平卷绕组的厚度方向的外侧。因此，在平坦部17与电池壳3的内壁之间出现间隙106。
如实施例14那样通过在电池壳19上设置保持部，不需要在扁平卷绕组、绝缘片上设置保持部，能够简化电池内部的结构。
作为使用了实施例4的二次电池的情况的模块结构，能够使用与实施例1相同的结构。
-实施例5-
在实施例4中，如图16所示，将电池壳3的一部分以与扁平卷绕组的平坦部17的下部抵接的方式向内侧推压，由此能够作为保持部19e。
图16为具有保持部19(保持部19e)的电池壳3的立体图(a)以及将其在切断面d处切断的情况的切断图(b)。
图17为实施例5的二次电池1的截面。截面地方为与实施例1相同的地方。在电池壳3上设置的保持部即保持部19e设置在平坦部17与电池壳3之间。
图18为使用实施例5的二次电池1作为模块的情况下的拘束部材29的位置。拘束部材29也能够设置在与保持部19相对的位置。在图18的情况下，在保持部19与拘束部材29之间出现空间，但是有该空间、填上该空间都没有问题。
以上，将本发明按照实施例进行了说明，但是本发明的二次电池能够作为搭载在以马达为驱动源的混合动力汽车、零排放电动汽车等所使用的车载用的电池系统上的二次电池而利用。另外，搭载了本发明的二次电池的电池系统并不限定使用于上述用途。搭载了本发明的二次电池的电池系统不管是家庭用、商业用、产业用，都能够作为通过由太阳光发电、风力发电等发电的电力对电池进行充电并蓄电的蓄电系统而使用，或者，也能够作为利用夜间的深夜电力对电池充电并蓄电的蓄电系统，或是作为在空间站、宇宙飞船、太空基地等地面以外能够利用的蓄电系统而使用。进而，作为医疗器械、建筑机械、电力储存系统、电梯、无人移动车辆等产业用，或是作为高尔夫球车、转台车等移动体用，也能够适用搭载了本发明的二次电池的电池系统。
符号说明
1二次电池
2绝缘片
3电池壳
3a对置面
4壳盖
5气体排出阀
6注液口
7端子接続部
7a正极外部端子
7b负极外部端子
8金属帽
9a正极集电板
9b负极集电板
105垫圈
106间隙
10负极片
10a负极涂布部
10b负极未涂布部
11正极片
11a正极涂布部
11b正极未涂布部
12分隔膜
13外侧宽边部
13a对置面
14内侧宽边部
15孔
16作为保持部19而发挥功能的部分
17扁平卷绕组的平坦部
17b扁平卷绕组的弯曲部
18扁平卷绕组
19保持部
19a绝缘构件
19b具有保持部的绝缘片
19c实施例3的绝缘片
19d保持部(电池壳侧)
19e保持部(电池壳侧)
20捕捉保持部
29约束部件
hh孔15的高度尺寸
hk保持部9的高度尺寸
ht扁平卷绕组的平坦部17的下部的、与保持部19抵接的部分的长度尺寸
we正极涂布部与负极涂布部对置的宽度
wh孔15的宽度尺寸
wk保持部19的宽度尺寸。