CN103227310B - 方形二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可靠性高的方形二次电池，其在集电体与外部端子之间具备电流断路机构，即使大电流在电池中流通也难以使电流断路机构破损。本发明的方形二次电池在正极集电体的第一区域(16a)与反转板(33)之间配置具有贯通孔的第二绝缘构件，经由该贯通孔使正极集电体的第一区域(16a)与反转板(33)通过连接部(16q)电连接。在正极集电体(16)形成有包围与反转板(33)之间的连接部(16q)的环状的槽口部(16n)，槽口部(16n)的厚度最薄的部分的厚度(t)与所述槽口部的长度(L)之积为0.28～0.57mm2。

Description

方形二次电池
技术领域
本发明涉及在内部具备电流断路机构的非水电解质二次电池、镍-氢二次电池等方形二次电池。
背景技术
作为包括智能手机的移动电话、便携式计算机、PDA、便携式音乐播放器等便携式电子设备的驱动电源，大多使用以镍-氢电池为代表的碱二次电池和以锂离子电池为代表的非水电解质二次电池。另外，在用于抑制电动车(EV)和混合动力汽车(HEV、PHEV)的驱动用电源、太阳能发电、风力发电等的输出变动的用途和用于在夜间蓄电并在白天利用的系统电力的峰值移动用途等的固定用蓄电池系统中，大多使用碱二次电池和非水电解质二次电池。特别是，EV、HEV、PHEV用途或固定用蓄电池系统要求高容量及高输出特性，因此各个电池大型化且将多个电池以串联或并联的方式连接使用，从空间效率的点出发而通用方形二次电池。
在使用用于此类用途的电池、尤其是使用非水电解质二次电池的情况下使用极富反应性的材料，因此与在便携用的小型设备中使用的二次电池相比要求格外高的安全性。因此，在用于上述用途的方形二次电池中，例如下述专利文献1～3所示，不仅设置当电池外装体内的压力变高时释放内压的气体排出阀，还设置有用于断开外部端子与外装体内部的电极体之间的电连接的电流断路机构。
例如，如图7A所示，下述专利文献1公开有如下的发明：方形二次电池50具备设置有将电流断路机构51与方形二次电池50的外侧空间连通的贯通孔52的外部端子53，当外装体54内的压力变高时电流断路机构51可靠地工作。另外，如图7B所示，下述专利文献2公开有如下的发明：方形二次电池60具备设置有将电流断路机构61与方形二次电池60的外侧空间连通的贯通孔62的外部端子63，当外装体64内的压力变高时电流断路机构61工作，并且为了防止从该贯通孔62进入水分和氧而导致电流断路机构61恶化，由树脂制的膜栓65密封贯通孔62。
下述专利文献1及2所公开的方形二次电池的贯通孔都使电流断路机构的与电池外侧对应的一侧的空间与电池外部相通，由此当外装体内的压力上升时电流断路机构变得容易工作。然而，即使因某种原因导致外装体内的压力增加，在异常时电池内部产生的气压非常大，电流断路机构的与电池外侧对应的一侧的封闭空间内的压力不会同时随之增大，因此电流断路机构的与电池外侧对应的一侧的空间封闭也好开放也好，电流断路机构的动作实质上都不会产生较大差异。
因此，如图8所示，下述专利文献3公开有如下的发明：以在制造时电解液和清洗液难以侵入电流断路机构内为目的，方形二次电池70具有对外装体(省略图示)的开口进行封口的封口体71和安装于封口体71的连接端子72，其中，在与将连接端子72与电极体(省略图示)电连接的集电体73之间设有与外装体内部的压力的上升对应而切断电流的电流断路机构74，连接端子72在其内部形成与电流断路机构74的与电池外侧对应的一侧的空间相连的贯通孔75，贯通孔75被由弹性构件构成的端子栓76密封，从而在与电流断路机构74之间形成封闭空间。
该电流断路机构74由实现阀体的功能的反转板77与集电体73的薄壁部73a形成，在集电体73的薄壁部73a将槽(槽口部)73b形成为环状，薄壁部73a的中央部焊接于反转板77。需要说明的是，反转板77的外周侧的缘部77a焊接于在引板构件78的筒状部的下端侧形成的凸缘部78a的内周侧。另外，连接端子72隔着上部第一绝缘构件79及下部第一绝缘构件80与封口体71电绝缘，并与引板构件78的筒状部的上端侧电连接。另外，在电流断路机构74的周围的反转板77与集电体73之间配置树脂制的第二绝缘构件81，该第二绝缘构件81与下部第一绝缘构件80由闩锁固定部81a固定而一体化。因此，当外装体内部的压力增大时，反转板77朝封口体71侧变形且集电体73的薄壁部73a被槽口部73b部分切断，集电体73与反转板77之间的电连接被断开，从而起到使其以上的电池的充电或放电停止的作用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-66254号公报
专利文献2：日本特开2008-66255号公报
专利文献3：日本特开2010-212034号公报
发明要解决的问题
根据上述专利文献3所公开的方形二次电池的发明，因具备电流断路机构所以安全性高，并且，由于在制造时非水电解液和清洗液等难以侵入电流断路机构内，因此起到得到具备可靠性高的连接端子的方形非水电解质二次电池这样优异的效果。
另一方面，在近年来的EV、HEV、PHEV用或固定用蓄电池系统中，因大电流有时流通，在系统整体上与设置于各个方形二次电池的电流断路机构分开设置熔断器，在短时间的外部短路等异常时通过该熔断器首先进行熔断来保护系统整体。并且，在现有的方形二次电池中使用的电流断路机构为了在电池内异常压力上升时提供保护而设置，通过作为形成于集电体的脆弱部的槽口部发生破裂来进行电流断路。然而，以往实质上并未考虑关于因在槽口部横穿流通的电流所导致的槽口部的发热及熔断。
另一方面，熔断器在大电流流通时通过熔断器本身熔断来断开电流，从大电流流通到熔断器熔断具有时间滞后。因此，在EV、HEV、PHEV用或固定用蓄电池系统中，在大电流在电池中流通的情况下，在熔断器熔断之前，有时设置于电流断路机构的集电体的集电路线的厚度最薄的槽口部首先熔断。
发明内容
本申请的发明人等对防止当大电流在此类方形二次电池中流通时的电流断路机构的槽口部的熔断的结构进行各种确认实验，其结果发现：能够通过将供作为脆弱部的槽口部的电流流通的部分的截面面积确保为规定量来减少在槽口部流通的每单位面积的电流密度来解决，由此完成本发明。
即，本发明的目的在于提供一种具备电流断路机构的方形二次电池，即使大电流在短时间内在电池中流通，也能防止电流断路机构的槽口部的熔断。
用于解决问题的方法
为了实现上述目的，本发明的方形二次电池具备：具有开口的有底筒状的方形外装体；收容在所述方形外装体内且具有正极极板及负极极板的电极体；与所述正极极板电连接的正极集电体；与所述负极极板电连接的负极集电体；对所述外装体的开口进行密封的封口体；以隔着第一绝缘构件与所述封口体电绝缘的状态插入设置于所述封口体的贯通孔的至少一个外部端子；具有筒状部的导电构件；当电池内部的压力比预定的规定值大时发生变形的由导电性材料构成的反转板；在所述反转板与所述正极集电体及负极集电体中的至少一方之间设置的形成有贯通孔的第二绝缘构件，所述正极集电体及负极集电体中的至少一方经由形成于所述第二绝缘构件的贯通孔通过连接部与所述反转板连接，所述导电构件的筒状部的一方的端部与所述外部端子电连接，所述导电构件的筒状部的另一方的端部由所述反转板密封，所述方形二次电池的特征在于，在所述正极集电体及负极集电体中的至少一方形成有呈环状地包围所述连接部的槽口部，所述槽口部的厚度最薄的部分的厚度t与所述环状的槽口部的长度L之积为0.28～0.57mm2。
在要求以大电流进行充放电的EV、HEV、PHEV用或固定用蓄电池系统中，当因某种原因使假定以上的大电流流通时导致在系统整体设置的熔断器发生熔断，由此系统不会受到损伤。另外，方形二次电池的集电体形成材料普遍使用铝或铝合金、铜或铜合金、及镍或镍合金等。根据本发明的方形二次电池，得到如下的电流断路机构，即使使用由上述普遍使用的材料构成的集电体，也能将槽口部的厚度最薄的部分的电阻维持得较小，因此即使大电流在短时间内流通也难以发热、难以熔断，并且当电池内压超过规定值时立刻动作。并且，在构建组装有本发明的方形二次电池的大功率用途的系统的情况下，当假定以上的大电流流通时，可抑制槽口部比系统所设置的熔断器先熔断。
需要说明的是，当槽口部的厚度最薄的部分的厚度t与槽口部的长度L之积小于0.28mm2时，当大电流流过时槽口部的发热变大而容易熔断，相同地，当槽口部的厚度最薄的部分的厚度t与槽口部的长度L之积超过0.57mm2时，即使电池外装体内的压力升高作为脆弱部的槽口部也难以破裂，难以发挥作为压力感应型的电流断路机构的功能。进一步优选的槽口部的厚度最薄的部分的厚度t与槽口部的长度L之积为0.39～0.51mm2。需要说明的是，槽口部的厚度最薄的部分的厚度t优选为0.025mm以上。
另外，在本发明的方形二次电池中，优选地，在所述正极集电体及所述负极集电体中的至少一方形成有贯通孔，所述贯通孔的侧面与所述反转板之间的边界部在多个位置通过高能量线的照射而被焊接。
当未在正极集电体及所述负极集电体中的至少一方形成有贯通孔时，需要通过贯通焊接在集电体与反转板之间形成连接部，因此难以进行基于高能量线照射的焊接，并且，在焊接部位即连接部的品质容易产生偏差。对此，在本发明的方形二次电池中，由于在正极集电体及负极集电体中的至少一方形成有贯通孔，应进行集电体与反转板之间的焊接的位置露出，因此容易进行集电体与反转板之间的焊接，并且使焊接位置即连接部的品质稳定化。需要说明的是，作为高能量线能够使用激光或电子束。
另外，在本发明的方形二次电池中，形成于所述正极集电体及所述负极集电体中的至少一方的所述贯通孔的直径优选为1.5～4.0mm。
当贯通孔的直径小于1.5mm时，由于集电体与反转板之间的连接部的形成位置变少，因此集电体与反转板之间的结合强度变弱，当电池内部的压力变高时在作为脆弱部的槽口部发生破裂之前，连接部可能发生破裂，因此这是不优选的。另外，当集电体与反转板之间的连接部的形成位置少时，当假定以上的大电流流通时，集电体与反转板之间的连接部可能产生熔断，因此这是不优选的。另外，当贯通孔的直径超过4.0mm时，与此相对，需要增大集电体的横向宽度，因此方形二次电池的厚度也随之变大，因此这是不优选的。
另外，在本发明的方形二次电池中，优选在形成于所述正极集电体及所述负极集电体中的至少一方的所述贯通孔的周缘设置有凸部。
当在贯通孔的周缘设置有凸部时，贯通孔的周缘部形成为比邻接部壁厚，因此容易进行基于高能量线的焊接，连接部的品质的差别变小。另外，由于能够进一步增大集电体与反转板之间的连接部，因此当假定以上的大电流流通时，能够更可靠地防止集电体与反转板之间的连接部发生熔断。
另外，在本发明的方形二次电池中，所述槽口部的剖面形状可以为大致V字状、大致U字状或大致梯形状。
当具备上述结构时，能够使槽口部的厚度最薄的部分的厚度均匀化，因此能得到压力感应型的电流断路机构的工作压稳定的方形二次电池。需要说明的是，当该槽口部的剖面形状考虑到形成的容易性及破裂压力的偏差时，最优选形成为大致V字状。需要说明的是，本发明中的“大致V字状、大致U字状或大致梯形状”虽然优选正确的“V字状、U字状或梯形状”，但也包含形成为未必正确的“V字状、U字状或梯形状”，例如“变形的V字状、U字状或梯形状”、应当形成为直线状的部分形成为曲线状、能视角性判断为“V字状、U字状或梯形状”的形状。
另外，在本发明的方形二次电池中，所述环状的槽口部的俯视下的形状为圆形状、椭圆形状或多边形状。
如果环状的槽口部的厚度最薄的部分的截面面积满足上述0.28～0.57mm2的数值条件时，即使是圆形状、椭圆形状或多边形状也能够起到相同的作用效果。需要说明的是，从形成的容易程度出发，最优选圆形作为槽口部的俯视的形状。
另外，在本发明的方形二次电池中，所述外部端子优选为正极外部端子及负极外部端子。
在方形二次电池中，如果在封口板仅形成正极外部端子及负极外部端子中的任一方，则能够将外装体作为另一方的极板，难以在另一方的极板与外装体之间形成内部电阻低的导电路线。然而，如果在封口板形成正极外部端子及负极外部端子两者，则能够以将正极极板与正极外部端子之间及负极极板与负极外部端子之间电连接的状态组装，因此制造变得容易，并且，由于正极极板与正极外部端子之间及负极极板与负极外部端子之间的内部电阻变小，因此能得到电特性优异的方形二次电池。
另外，在本发明的方形二次电池中，所述电极体为扁平形电极体，在一侧的端部具有层叠多片的正极芯体露出部，在另一侧的端部具有层叠多片的负极芯体露出部，所述正极芯体露出部与所述方形外装体的一侧的侧壁对置，所述负极芯体露出部与所述方形外装体的另一侧的侧壁对置，所述正极集电体与所述正极芯体露出部连接，所述负极集电体与所述负极芯体露出部连接。
当在方形外装体的两侧端侧分别配置有正极芯体露出部及负极芯体露出部时，能够增大正极集电体与负极集电体之间的距离，因此能够形成为容量大的方形二次电池，并且方形二次电池的组装变得容易。此外，在本发明的方形二次电池中，将集电体与层叠多个的芯体露出部连接，因此成为输出特性优异的电池。
附图说明
图1中，图1A是实施方式的方形非水电解质二次电池的剖视图，图1B是沿着图1A的IB-IB线剖开的剖视图，图1C是沿着图1A的IC-IC线剖开的剖视图。
图2是在图1所示的方形非水电解质二次电池的正极侧设置的电流断路机构的外装体短边方向上的剖视图。
图3是在图1所示的方形非水电解质二次电池的正极侧设置的电流断路机构的外装体长边方向上的剖视图。
图4中，图4A是展开图1所示的方形非水电解质二次电池的正极集电体的状态下的主视图，图4B是侧视图。
图5中，图5A是图4的VA部分的放大图，图5B是沿着图5A的VB-VB线剖开的剖视图。
图6是用于说明图1所示的方形非水电解质二次电池的正极集电体的第一区域与导电构件的筒状部之间的配置关系的与图3对应的部分的示意俯视图。
图7中，图7A是现有例的方形二次电池的电流断路机构的剖视图，图7B是其他现有例的方形二次电池的电流断路机构的剖视图。
图8是另一其他现有例的方形二次电池的外部端子的剖视图。
附图标记说明如下：
10...方形非水电解质二次电池
11...卷绕电极体
12...电池外装体
13...封口体
14...正极芯体露出部
15...负极芯体露出部
16...正极集电体
16a...第一区域
16b...第二区域
16c...连接部形成用孔
16d...肋
16e...薄壁区域
16f...边界部
16g...第一开孔
16h...第二开孔
16j...第三开孔
16k...突端部
16m...侧端部
16n...槽口部
16p...凸部
16q...连接部(焊接位置)
17...正极外部端子
17a...筒状部
17b...贯通孔
17c...前端部
18...负极集电体
19...负极外部端子
20、21...绝缘构件
20a...上部第一绝缘构件
20b...下部第一绝缘构件
22a...电解液注液孔
22b...气体排出阀
23...树脂片
24...正极用中间导电构件
24p...绝缘性中间构件
25...负极用中间导电构件
25p...绝缘性中间构件
30a...第一固定部
30b...第二固定部
30c...第三固定部
32...导电构件
32a...筒状部
32b...开孔
32c...凸缘部
33...反转板
34...第二绝缘构件
34a...贯通孔
34b...第一突起
34c...第二突起
34d...第三突起
34g...闩锁固定部
35...电流断路机构
36...端子栓
36a...头部
36b...突出部
36c...卡止部
36d...连结部
37...金属板
具体实施方式
以下，结合附图对用于实施本发明的方式进行详细的说明。但是，以下所示的各实施方式为了便于理解本发明的技术思想而例示出作为方形二次电池的方形非水电解质二次电池，其意图并不在于将本发明特定为方形非水电解质二次电池，本发明对于在不脱离权利要求书所示的技术思想的情况下进行了各种变更的技术产品也能够均等地适用。需要说明的是，本发明的方形二次电池能够适用于具有通过将正极极板与负极极板隔着隔离物层叠或卷绕而呈扁平状的电极体的方形二次电池，以下，以使用扁平状的卷绕电极体的方形二次电池为代表而进行说明。
[实施方式]
使用图1～图6对实施方式的方形非水电解质二次电池进行说明。需要说明的是，图1A是实施方式的方形非水电解质二次电池的剖视图，图1B是沿着图1A的IB-IB线剖开的剖视图，图1C是沿着图1A的IC-IC线剖开的剖视图。图2是在图1所示的方形非水电解质二次电池的正极侧设置的电流断路机构的外装体短边方向上的剖视图。图3是在图1所示的方形非水电解质二次电池的正极侧设置的电流断路机构的外装体长边方向上的剖视图。图4A是展开图1所示的方形非水电解质二次电池的正极集电体的状态的主视图，图4B是侧视图。图5A是图4的VA部分的放大图，图5B是沿着图5A的VB-VB线剖开的剖视图。图6是用于说明图1所示的方形非水电解质二次电池的正极集电体的第一区域与导电构件的筒状部之间的配置关系的与图3对应的部分的示意俯视图。
首先，使用图1对本实施方式的方形非水电解质二次电池10进行说明。本实施方式的方形非水电解质二次电池10具有正极极板与负极极板隔着隔离物(都省略图示)卷绕的扁平状的卷绕电极体11。通过在由铝箔构成的正极芯体的两面涂敷正极活物质合剂并在干燥及压延之后，以铝箔沿着长边方向在一方的端部露出为带状的方式形成为狭缝，由此制成正极极板。另外，通过在由铜箔构成的负极芯体的两面涂敷负极活物质合剂并在干燥及压延之后，以铜箔沿着长边方向在一方的端部露出为带状的方式形成为狭缝，由此制成负极极板。
然后，将如上述那样得到的正极极板及负极极板以不与正极极板的铝箔露出部和负极极板的铜箔露出部所分别对置的电极的活物质层重叠的方式错开，通过隔着聚乙烯制微多孔质隔离物进行卷绕，从而制成在卷绕轴向的一方的端部具备多片重叠的正极芯体露出部14且在另一方的端部具备多片重叠的负极芯体露出部15的扁平状的卷绕电极体11。
多片正极芯体露出部14被层叠且经由正极集电体16与正极外部端子17电连接，相同地，多片负极芯体露出部15被层叠且经由负极集电体18与负极外部端子19电连接。另外，正极外部端子17、负极外部端子19分别隔着绝缘构件20、21而固定于封口体13。在该实施方式的方形非水电解质二次电池10中，在正极集电体16与正极外部端子17之间或负极集电体18与负极外部端子19之间夹装有感压式的电流断路机构，对该电流断路机构的具体结构在后面进行说明。
在如上述那样制成的扁平状的卷绕电极体11的除去封口体13侧的周围夹装绝缘性的树脂片23并插入方形的电池外装体12内之后，将封口体13激光焊接于电池外装体12的开口部，然后从电解液注液孔22a注入非水电解液并对该电解液注液孔22a进行封闭，由此制成实施方式的方形非水电解质二次电池10。需要说明的是，在封口体13也设置有当施加比电流断路机构的工作压高的气压时进行释放的气体排出阀22b。
需要说明的是，在实施方式的方形非水电解质二次电池10中，扁平状的卷绕电极体11构成为如下方式，即，在正极极板侧，层叠的多片正极芯体露出部14被分割成两部分且在其之间夹有两个正极用中间导电构件24，相同地，在负极极板侧，层叠后的多片负极芯体露出部15被分割成两部分且在其之间夹有两个负极用中间导电构件25。上述两个正极用中间导电构件24及两个负极用中间导电构件25分别保持于由一个树脂材料构成的绝缘性中间构件24p、25p。
然后，在位于正极用中间导电构件24的两侧的正极芯体露出部14的最外侧的两侧的表面分别配置有正极集电体16，在位于负极用中间导电构件25的两侧的负极芯体露出部15的最外侧的两侧的表面分别配置有负极集电体18。需要说明的是，正极用中间导电构件24是由与正极芯体相同的材料即铝制成，负极用中间导电构件25是由与负极芯体相同的材料即铜制成，正极用中间导电构件24及负极用中间导电构件25的形状实质上都能够使用相同的形状。上述正极集电体16与正极芯体露出部14之间及正极芯体露出部14与正极用中间导电构件24之间都被电阻焊接，另外，负极集电体18与负极芯体露出部15之间及负极芯体露出部15与负极用中间导电构件25之间都通过电阻焊接而连接。
需要说明的是，在实施方式的方形非水电解质二次电池10中，虽然示出作为正极用中间导电构件24及负极用中间导电构件25分别各使用两个的例子，但上述正极用中间导电构件24及负极用中间导电构件25可以根据要求的电池的输出等各设有一个，或者各设有三个或三个以上。只要是使用两个以上的结构，则上述正极用中间导电构件24及负极用中间导电构件25保持于由一个树脂材料构成的绝缘性中间构件，因此能够在被分割成两部分的一侧的芯体露出部之间以稳定的状态定位配置。
接着，对正极用中间导电构件24相对于扁平状的卷绕电极体11的正极芯体露出部14及正极集电体16的电阻焊接方法、负极用中间导电构件25相对于负极芯体露出部15及负极集电体18的电阻焊接方法进行说明。然而，在实施方式中，能够将正极用中间导电构件24的形状及负极用中间导电构件25的形状形成为实质相同，并且各自的电阻焊接方法也实质相同，因此以下以正极极板侧的构件为代表进行说明。
首先，将扁平状的卷绕电极体11的由铝箔构成的正极芯体露出部14层叠，将该层叠的正极芯体露出部14从卷绕中央部分朝两侧分割成两部分，以卷绕电极体11的厚度的1/4为中心使正极芯体露出部14集结。然后，在正极芯体露出部14的最外周侧的两侧配置正极集电体16，在内周侧配置正极用中间导电构件24，以使得正极用中间导电构件24的两侧的圆锥台状的凸部分别与正极芯体露出部14抵接。在此，集结的铝箔的厚度为例如单侧约660μm，总层叠数为88个(单侧为44个)。另外，正极集电体16通过对厚度为0.8mm的铝板进行冲裁并进行弯曲加工等而制成。
接着，虽省略图示，但在上下方向上配置的一对电阻焊接用电极之间配置扁平状的卷绕电极体11，该卷绕电极体11配置有正极集电体16及正极用中间导电构件24，使一对电阻焊接用电极分别与在正极芯体露出部14的最外周侧的两侧配置的正极集电体16抵接，以适度的压力向一对电阻焊接用电极之间外加按压力，并在预定的恒定的条件下实施电阻焊接。由此，正极用中间导电构件24的凸部作为凸块而发挥作用，因此在一对电阻焊接用电极之间配置的正极集电体16及分割成两部分的正极芯体露出部14良好地发热，因此形成较大的点核，正极集电体16与分割成两部分的正极芯体露出部14之间、各正极芯体露出部14之间、及分割成两部分的正极芯体露出部14与正极用中间导电构件24之间的焊接强度变得非常强。
并且，在该电阻焊接时，正极用中间导电构件24以被稳定地定位的状态配置于分割成两部分的正极芯体露出部14之间，因此能够以正确且稳定的状态进行电阻焊接，抑制焊接强度不均，能够实现焊接部的低电阻化，从而能够制造可实现大电流充放电的方形二次电池。通过重复使用该电阻焊接的正极用中间导电构件24的数量的量，对全部的正极集电体16与分割成两部分的正极芯体露出部14之间、各正极芯体露出部14之间、及分割成两部分的正极芯体露出部14与正极用中间导电构件24之间进行电阻焊接。需要说明的是，该电阻焊接在负极侧也相同地进行。
在此，虽然对夹装在正极集电体16与正极外部端子17之间、或负极集电体18与负极外部端子19之间的感压式电流断路机构进行了说明，但该电流断路机构可以仅设置在正极侧，也可以仅设置在负极侧，还可以设置在正极侧及负极侧两者，以下参照图2～图5对仅设置在正极侧的情况进行说明。
如图1A～图1C所示，正极集电体16与在卷绕电极体11的一方的侧端面侧配置的多个正极芯体露出部14连接，该正极集电体16与正极外部端子17电连接。如作为展开状态下的主视图的图4A、作为相同的侧视图的图4B所示，该正极集电体16具有：与封口体13平行配置的第一区域16a；从该第一区域16a朝彼此相反的方向延伸且以虚线部分(边界部16f)折弯而与正极芯体露出部14连接的一对第二区域16b。该正极集电体16通过对厚度为0.8mm的铝板冲裁而制成，因此具有刚性，不能以较小的力折弯。需要说明的是，在图4A中，在边界部16f的两侧形成有切口部分，该切口部分为了便于沿着边界部16f折弯正极集电体16而形成。
并且，在正极集电体16的第一区域16a，中央部形成连接部形成用孔16c，在通过该连接部形成用孔16c的中心且沿着封口体13的长边方向的中心线c上的连接部形成用孔16c的两侧分别形成第一开孔16g及第二开孔16h，在与该中心线c垂直的方向的两侧的两处位置形成有第三开孔16j。需要说明的是，在此，第一开孔16g及第二开孔16h的直径相同，两个位置的第三开孔16j的直径也相同，且设定为小于第一开孔16g及第二开孔16h的直径。另外，在第二区域16b，在与正极芯体露出部14对置的一侧形成有肋16d。该肋16d起到正极集电体16与正极芯体露出部14之间的定位、卷绕电极体11与电池外装体12之间的定位、及防止将正极集电体16电阻焊接于正极芯体露出部14时产生的溅射侵入卷绕电极体11内等作用。另外，第一区域16a的连接部形成用孔16c的周围的部分呈环状地形成为厚度比其他部分薄的薄壁区域16e。
如图2及图3所示，正极外部端子17具备筒状部17a，且在内部形成有贯通孔17b。并且，正极外部端子17的筒状部17a插入在垫圈等的上部第一绝缘构件20a、封口体13、下部第一绝缘构件20b及具有筒状部32a的导电构件32分别形成的孔内，其前端部17c被凿密而相互固定为一体。需要说明的是，导电构件32在电池内部一侧形成有筒状部32a，电池外部一侧即封口体13侧的内径缩窄而形成供正极外部端子17的筒状部17a插入的开孔32b。并且，正极外部端子17的筒状部17a的前端部17c在导电构件32的开孔32b的附近被凿密，正极外部端子17的筒状部17a的前端部17c与导电构件32的连接部被激光焊接。由此，正极外部端子17利用上部第一绝缘构件20a及下部第一绝缘构件20b而呈与封口体13电绝缘的状态，且呈与导电构件32电连接的状态。上述上部第一绝缘构件20a及下部第一绝缘构件20b两者相当于本发明的第一绝缘构件。
另外，在导电构件32的筒状部32a的电池内部一侧的前端形成有凸缘部32c，在该凸缘部32c的内表面侧气密地焊接并密封反转板33的周围。反转板33形成为从周围向中心侧向电池内部一侧略微突出的形状，即成为与封口体13倾斜的配置关系的形状。该反转板33由导电性材料形成，具有当电池外装体12内的压力变高时朝向电池的外部一侧发生变形的阀的功能。
并且，正极集电体16的第一区域16a抵接于反转板33的中心部，形成于第一区域16a的薄壁区域16e的连接部形成用孔16c的侧面与反转板33的边界部在多个位置通过激光等高能量线的照射而被焊接。即，如图5A及图5B所示，在正极集电体16的第一区域16a的薄壁区域16e，与连接部形成用孔16c同心地且在俯视观察中呈圆环状地形成有剖面形状为大致V字状的槽口部(槽)16n，并且在接部形成用孔16c的缘部将凸部16p形成为环状。并且，正极集电体16的连接部形成用孔16c的凸部16p的内壁部分与反转板33之间在多个位置被激光焊接，从而形成有连接部16q。当形成该凸部16p时，由于正极集电体16的连接部形成用孔16c的缘部形成为厚壁，因此容易进行基于激光等高能量线的照射实现的连接部形成用孔16c的侧面与反转板33的边界部之间的焊接，连接部16q的品质稳定。需要说明的是，作为高能量线，除了激光以外还可以使用电子束。
另外，形成为圆环状的槽口部16n中的厚度最薄的部分的厚度t(参照图5B)优选形成为在圆环状的全长L上恒定，以使得在该部分横穿流通的电流的电流密度均衡，大电流流通时的发热均衡。在此，槽口部16n中的厚度最薄的部分的厚度t与槽口部16n的全长L之积，即，槽口部16n的厚度最薄的部分的截面面积形成为0.28～0.57mm2。但是，槽口部16n的剖面形状不仅是大致V字状，也可以是大致U字状或大致梯形状，当考虑到形成的容易性及破裂压力的偏差时，最优选形成为大致V字状。但是，本说明书中的“大致V字状”、“大致U字状”或“大致梯形状”虽然优选是正确的“V字状”、“U字状”或“梯形状”，但也包含形成为未必正确的“V字状”、“U字状”或“梯形状”，例如“变形的V字状”、“变形的U字状”或“变形的梯形状”，另外还包含尽可能地形成为直线状的部分形成曲线状、能视角性判断为“V字状”、“U字状”或“梯形状”的形状。
该槽口部16n的厚度最薄的部分的截面面积如以下方式确定。即，在非水电解质二次电池或镍-氢蓄电池中，作为正极集电体或负极集电体而普遍使用由铝或铝合金、铜或铜合金、镍或镍合金等构成的集电体。在由上述任一种材料形成的集电体的情况下，即使100A～200A左右的大电流通过槽口部16n而流通，槽口部16n也难以发热，从而在比熔断器发生熔断短的时间内槽口部16n不发生熔断，从上述观点出发来确定作为槽口部16n的厚度最薄的部分的截面面积的下限值为0.28mm2。另外，当电池外装体12(参照图1)内的压力高时可靠地使作为脆弱部的槽口部16n发生破裂，从而起到作为压力感应型的电流断路机构35的功能，从上述观点出发来确定上限值为0.57mm2。根据本申请的发明人通过实验确认的结果得知，槽口部16n的厚度最薄的部分的厚度t与槽口部16n的长度L之积进一步优选为0.39～0.51mm2。
需要说明的是，连接部形成用孔16c的直径优选为1.5～4.0mm。当连接部形成用孔16c的直径小于1.5mm时，由于难于增加形成于正极集电体16与反转板33之间的连接部16q的数量，因此基于连接部16q的正极集电体16与反转板33之间的结合强度变弱，当电池内部的压力变高时，在作为脆弱部的槽口部16n发生破裂之前，连接部16q可能发生破裂。另外，当连接部形成用孔16c的直径超过4.0mm时，与此相对，由于需要增大正极集电体16的横向宽度，因此方形非水电解质二次电池10的厚度也随之变大，因此不优选。
需要说明的是，在正极集电体16的第一区域16a与反转板33之间配置于具有贯通孔34a且由树脂材料构成的第二绝缘构件34，经由该贯通孔34a使正极集电体16的第一区域16a与反转板33电连接。在该第二绝缘构件34的贯通孔34a的周围，在与正极集电体16的第一区域16a的第一开孔16g对应的位置形成有第一突起34b，在与第二开孔16h对应的位置形成有第二突起34c，在与第三开孔16j对应的位置形成有第三突起34d。
将第二绝缘构件34的第一～第三突起34b～34d分别插入在正极集电体16的第一区域16a形成的第一～第三开孔16g～16j内，通过对第一～第三突起34b～34d的前端部进行加热并将其扩径而使第二绝缘构件34与正极集电体16的第一区域16a相互固定。因此，第二绝缘构件34的第一～第三突起34b～34d利用分别形成的扩径部而成为从在正极集电体16的第一区域16a形成的第一～第三开孔16g～16j止脱的状态，第二绝缘构件34与正极集电体的第一区域16a呈稳固结合的状态。由在上述正极集电体16的第一区域16a形成的第一～第三开孔16g～16j与第二绝缘构件34的第一～第三突起34b～34d形成有第一固定部30a～第三固定部30c。需要说明的是，优选通过使第二绝缘构件34与构成第一绝缘构件的下部第一绝缘构件20b卡合而进行固定。固定方法并没有特别地限定，如图2所示，在此利用闩锁固定部34g将第二绝缘构件34与构成第一绝缘构件的下部第一绝缘构件20b固定。
因此，正极芯体露出部14经由正极集电体16的第二区域16b、正极集电体16的第一区域16a、薄壁区域16e、连接区域16q、反转板33及导电构件32而与正极外部端子17电连接。另外，在此，由上述导电构件32的筒状部32a、反转板33、第二绝缘构件34、在正极集电体16的第一区域16a形成的薄壁区域16e、槽口部16n及连接区域16q形成本实施方式的电流断路机构35。
即，反转板33形成为当电池外装体12内的压力增加时朝正极外部端子17的贯通孔17b侧鼓起，在反转板33的中央部焊接有在正极集电体16的第一区域16a形成有圆环状的槽口部16n的薄壁区域16e，因此当电池外装体12内的压力超过规定值时，正极集电体16的第一区域16a在圆环状的槽口部16n的部分发生破裂，因此反转板33与正极集电体16的第一区域16a之间的电连接被断开。
如此，如果在薄壁区域16e形成圆环状的槽口部16n，则当反转板33发生变形时，容易在圆环状的槽口部16n发生破裂，当电池内部的压力上升时，在该圆环状的槽口部16n可靠地发生破裂，因此方形非水电解质二次电池10的安全性得以提高。另外，由于形成有该圆环状的槽口部16n的部位的薄壁区域16e部分的厚度t与圆环状的槽口部16n的长度L之积维持为上述的规定值，因此当组合多个本实施方式的方形非水电解质二次电池10而形成为大电力系统时，即使100A～200A左右的大电流通过电池的圆环状的槽口部16n而流通，槽口部16n也难以发热，在比设置于大电力系统的熔断器发生熔断短的时间内槽口部16n不发生熔断，并且能够将该圆环状的槽口部16n发生破裂的压力设定为规定值，因此可靠性也得以提高。
需要说明的是，在此，虽然示出在第一区域16a的连接部形成用孔16c的周围的部分形成俯视下呈圆环状的槽口部的例子，但该槽口部只要是环状即可，可以是椭圆形状，也可以是多边形状。但是，从形成的容易程度的观点出发，最优选槽口部16n的俯视形状为圆形。另外，在此，虽然示出在正极集电体16的第一区域16a设置连接部形成用孔16c的例子，但该连接部形成用孔16c未必是必需的结构。在该情况下，虽然通过从任意一侧、一般来说从第一区域16a侧贯通焊接正极集电体16的第一区域16a与反转板33而形成连接部即可，但难以进行基于高能量线的焊接，并且容易在连接部即焊接位置的品质产生差别，因此形成连接部形成用孔16c更好一些。
并且，在实施方式的方形非水电解质二次电池10中，如图6所示，正极集电体16的第一区域16a与第二区域16b间的边界部16f配置为位于导电构件32的筒状部32a的比内表面靠外表面侧的位置，并且，第一区域16a的与第二区域16b间的边界部16f以外的部分的端部的至少一个部位、在此为第一区域16a的全部端部(突端部16k、侧端部16m等)位于导电构件32的筒状部32a的比内表面靠外表面侧的位置，第一区域16a配置为在全部方向上位于导电构件32的筒状部32a的比内表面靠外表面侧的位置。
当如此配置时，即使因振动或落下等向方形非水电解质二次电池10施加冲击而使卷绕电极体11朝封口体13侧移动，由于正极集电体16的第一区域16a与第二区域16b之间的边界部16f及第一区域16a的所有端部(突端部16k及侧端部16m)都配置为位于比导电构件32的筒状部32a的内表面靠外表面侧的位置，因此即使正极集电体16的第一区域16a要朝封口体13侧移动，由于与导电构件32的筒状部32a的另一方侧的端部抵接，因此不能再朝封口体13侧移动。
并且，正极集电体16具有刚性且不能以较小的力折弯，因此当因振动或落下等而使卷绕电极体11朝封口体13侧移动时施加于正极集电体16的第一区域16a的力因被第二区域16b部分吸收而变小。因此，当因振动或落下等使卷绕电极体11朝封口体13侧移动时施加于第一区域16a的力小，因此能抑制薄壁区域16e破裂的可能性，对感压式的电流断路机构35的动作所造成的影响变小，从而能够得到安全性及可靠性优异的非水电解质二次电池10。
另外，正极外部端子17的顶部的贯通孔17b用于构成电流断路机构35的反转板33的周围是否被气密地焊接的试验，但保持原状态不变也能够使用。然而，当腐蚀性气体或液体侵入贯通孔17b的内部并将反转板33腐蚀时，由于电流断路机构35可能无法正常地动作，因此优选正极外部端子17的贯通孔17b是封闭的。因此，在实施方式的方形非水电解质二次电池10中，形成于正极外部端子17的贯通孔17b形成为如下方式，即，通过在电池外装体12的外部侧形成大径部、在所述电池外装体12的内部侧形成有小径部而将正极外部端子17的贯通孔17b内由橡胶制的端子栓36稳固地密封。
该端子栓36具备：位于上端部且直径比正极外部端子17的贯通孔17b的小径部大而比贯通孔17b的大径部小的头部36a；位于下端部且直径比头部36a小而比贯通孔17b的小径部大的突出部36b；以从该突出部36b缩窄为锥状的方式形成的卡止部36c；位于中间且直径与正极外部端子17的贯通孔17b的小径部大致相同而长度与该小径部的长度实质相同的连结部36d。
并且，端子栓36以如下方式安装于贯通孔17b，即，使头部36a位于正极外部端子17的贯通孔17b的大径部一侧，卡止部36c比正极外部端子17的贯通孔17b的小径部的端部突出，需要说明的是，为了削薄头部36a的厚度而增大强度，在端子栓36的头部36a的表面设置有例如铝金属制的金属板37。该金属板37能够通过例如激光焊接而焊接固定于正极外部端子17。端子栓36由弹性构件构成，因此可能因振动等脱落，通过将金属板37焊接固定于正极外部端子17，能够利用端子栓36更稳固地对贯通孔17b进行密封。
需要说明的是，在实施方式的方形非水电解质二次电池10中，电流断路机构35的与外部对应的一侧的空间被完全封闭，即使因某种原因使电池外装体12内的压力增加，在异常时电池内部产生的气压变得非常大，由于电流断路机构35的电池的外部侧的封闭空间内的压力不会同时随之增加，因此电流断路机构35的动作不会因电池的外部侧的空间被封闭而产生任何问题。
另外，在实施方式的方形非水电解质二次电池10中，示出了正极集电体16的第一区域16a的宽度宽、第二区域16b在相对于第一区域16a互为相反的方向形成在两处的例子。然而，方形非水电解质二次电池也存在仅形成一处正极集电体的第二区域的宽度狭的情况。本发明能够同等适用于上述宽度狭的方形非水电解质二次电池。在该情况下，当使正极集电体16的第二区域16b与捆扎层叠的正极芯体露出部14的一方的面抵接而进行电阻焊接时，只要使由与正极集电体16相同材料形成的正极集电承受构件(省略图示)与正极芯体露出部14的另一方的面抵接，在正极集电体16的第二区域16a与正极集电承受构件之间流通焊接电流而进行电阻焊接即可。
进一步而言，在上述实施方式的方形非水电解质二次电池10中，示出了正极集电体16与正极芯体露出部14的连接方法使用电阻焊接法的例子，但并不局限于电阻焊接，也可以采用激光焊接或超声波焊接。另外，也能够将正极集电体16与正极芯体露出部14的前端侧的端面连接。另外，在上述实施方式的方形非水电解质二次电池10中，虽然示出使用设置有金属板37的橡胶制的端子栓作为对正极外部端子17的贯通孔17b进行封闭的端子栓36的例子，但也可以是树脂制的端子栓，还可以仅由金属板37来封闭贯通孔17b。
另外，在上述实施方式的方形非水电解质二次电池10中，虽然对正极外部端子17侧的结构进行了说明，但也能够采用负极外部端子19侧的结构。但是，当采用在正极外部端子17侧具备上述的电流断路机构35的结构时，无需在负极外部端子19侧采用电流断路机构，因此作为负极外部端子19侧能够采用更为简单的结构。

Claims (8)

1.一种方形二次电池，其具备：
具有开口的有底筒状的方形外装体；
收容在所述方形外装体内且具有正极极板及负极极板的电极体；
与所述正极极板电连接的正极集电体；
与所述负极极板电连接的负极集电体；
对所述外装体的开口进行密封的封口体；
以隔着第一绝缘构件与所述封口体电绝缘的状态插入设置于所述封口体的贯通孔的至少一个外部端子；
具有筒状部的导电构件；
当电池内部的压力比预定的规定值大时发生变形的由导电性材料构成的反转板；
在所述反转板与所述正极集电体及负极集电体中的至少一方之间设置的形成有贯通孔的第二绝缘构件，
所述正极集电体及负极集电体中的至少一方经由形成于所述第二绝缘构件的贯通孔通过连接部与所述反转板连接，
所述导电构件的筒状部的一方的端部与所述外部端子电连接，所述导电构件的筒状部的另一方的端部由所述反转板密封，
所述方形二次电池的特征在于，
在所述正极集电体及负极集电体中的至少一方形成有呈环状地包围所述连接部的槽口部，
所述槽口部的厚度最薄的部分的厚度t与所述环状的槽口部的长度L之积为0.28～0.57mm2，
所述长度L是所述环状的周长。
2.根据权利要求1所述的方形二次电池，其特征在于，
在所述正极集电体及所述负极集电体中的至少一方形成有贯通孔，所述贯通孔的侧面与所述反转板间的边界部在多个位置通过高能量线的照射被焊接。
3.根据权利要求2所述的方形二次电池，其特征在于，
形成于所述正极集电体及所述负极集电体中的至少一方的所述贯通孔的直径为1.5～4.0mm。
4.根据权利要求2或3所述的方形二次电池，其特征在于，
在形成于所述正极集电体及所述负极集电体中的至少一方的所述贯通孔的周缘设置有凸部。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方形二次电池，其特征在于，
所述槽口部的剖面形状为V字状、U字状或梯形状。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方形二次电池，其特征在于，
所述环状的槽口部的俯视下的形状为圆形状、椭圆形状或多边形状。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方形二次电池，其特征在于，
所述外部端子为正极外部端子及负极外部端子。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方形二次电池，其特征在于，
所述电极体为扁平形电极体，在一侧的端部具有多片层叠的正极芯体露出部，在另一侧的端部具有多片层叠的负极芯体露出部，所述正极芯体露出部与所述方形外装体的一侧的侧壁对置，所述负极芯体露出部与所述方形外装体的另一侧的侧壁对置，所述正极集电体与所述正极芯体露出部连接，所述负极集电体与所述负极芯体露出部连接。
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