CN105849940B - 方形二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明是具备配置在连接至卷绕电极组(40)的集电板(21)与外部端子(61)之间的电流路径中，响应电池容器(2)的内压上升而切断该电流路径的电流切断部(60)的方形二次电池(1)。电流切断部(60)包括顶部(68a)与集电板(21)电连接且缘部(68b)与外部端子(61)电连接的隔膜(68)。隔膜(68)形成为向电池容器(2)的内侧方向凸出的形状，具有于平面视图中在电池容器(2)的长度方向上延伸的形状。

Description

方形二次电池
技术领域
本发明涉及用于车载用途等的方形二次电池。
背景技术
历来，在能够进行再充电的二次电池的领域，铅电池、镍-镉电池、镍-氢电池等水溶液类电池为主流。但是，随着电气设备的小型化、轻量化的推进，具有高能量密度的锂离子二次电池受到瞩目，其研究、开发和商品化得到急速推进。此外，因为全球变暖和燃料资源枯竭的问题，各汽车制造商进行电动汽车(EV)和利用电动机辅助驱动的一部分的混合动力汽车(HEV)的开发，作为其电源要求高容量高输出的二次电池。
作为符合这样的要求的电源，高电压的非水溶液类的锂离子二次电池受到瞩目。特别是具备扁平箱型的电池容器的方形锂离子二次电池，组件化时的体积效应优异，因此作为装载在HEV、EV、或其它设备的电源的需求增大。在具备这样的密封型的电池容器的方形二次电池，例如存在由于过充电、过升温或外力引起的破损而电池容器的内部的压力上升的情况。
在这样的情况下已知有具备切断电流的电流切断机构的非水电介质二次电池(例如，参照下述专利文献1)。专利文献1中记载的非水电介质二次电池包括在封装桶内部的压力上升时破裂而切断通电的脆弱部。脆弱部的中央部分与隔膜的电池内侧面连接，其周边与位于隔膜的下方的集电片连接，在隔膜变形脱离时破裂而切断与隔膜的通电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-66254号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1中记载的非水电介质二次电池，隔膜以覆盖保持孔的方式配置在极耳承接部的电池外侧，且其中央部底面经保持孔与脆弱部能够通电地接合，电池内气压向脆弱部和隔膜的电池内侧方向面起作用。根据该结构，提供带耐冲击性、耐振动性优异的电流切断机构的非水电介质二次电池。
在专利文献1中记载的非水电介质二次电池，需要使圆形平板状的隔膜向电池外侧变形而使脆弱部破裂。但是，难以在与贯通封口板的密封铅之间的有限的空间使圆形平板状的隔膜变形、使高的应力作用于脆弱部。因此，不得不降低脆弱部的强度，在最差的情况下，存在由于作用于脆弱部的振动和冲击而脆弱部破裂、电流切断机构发生误动作的问题。
本发明是鉴于上述的问题而完成的发明，其目的在于提供耐振动性、耐冲击性优异而且在电池容器的内压上升时能够将电流路径可靠而稳定地切断的方形二次电池。
用于解决问题的技术方案
为了达到上述的目的，本发明的方形二次电池具备电流切断部，该电流切断部配置在连接至卷绕电极组的集电板与外部端子之间的电流路径中，响应电池容器的内压上升而切断该电流路径，该方形二次电池的特征在于：上述电流切断部包括顶部与上述集电板电连接且缘部与上述外部端子电连接的隔膜，上述隔膜形成为向上述电池容器的内侧方向的凸出的形状，具有于平面视图中在上述电池容器的长度方向上延伸的形状。
发明效果
根据本发明，隔膜形成为向电池容器的内侧方向凸出的形状，具有于平面视图中在电池容器的长度方向上延伸的形状，因此不仅能够提高相对于隔膜的电池容器的内压的强度，而且能够使电池容器的内压发生作用的隔膜的表面积增加。因此，在电池容器的内压达到规定的压力而隔膜的顶部变形为凹状时，能够以比较大的力机械地切断外部端子与集电板之间的电流路径。由此，能够提高该电流路径的机械强度，防止该电流路径由于振动和冲击等内压以外的外部原因而损伤或破裂。因此，能够提供与现有技术相比耐振动性、耐冲击性优异并且能够在电池容器的内压上升时将电流路径可靠而稳定地切断的方形二次电池。
上述以外的问题、结构和效果通过以下的实施方式的说明来揭示。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的方形二次电池的立体图。
图2是图1所示的方形二次电池的分解立体图。
图3是图1所示的方形二次电池具备的卷绕电极组的分解立体图。
图4A是图1所示的方形二次电池具备的电流切断部的放大截面图。
图4B是图4A所示的接合部的放大截面图。
图5是图4所示的隔膜及其周边的部件的分解立体图。
图6是将图2所示的绝缘部件切断而表示开裂板的接合部的分解立体图。
图7A是图6所示的开裂板的接合部的放大平面图。
图7B是图7A所示的接合部的变形例1的放大平面图。
图7C是图7A所示的接合部的变形例2的放大平面图。
图8A是图6所示的隔膜的放大侧面图。
图8B是图8A所示的隔膜的放大底面图。
图9A是表示隔膜的变形例1的放大侧面图。
图9B是表示隔膜的变形例1的放大底面图。
图10A是表示隔膜的变形例2的放大侧面图。
图10B是表示隔膜的变形例2的放大底面图。
图11A是表示隔膜的变形例3的放大侧面图。
图11B是表示隔膜的变形例3的放大底面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的方形二次电池的实施方式进行详细说明。
图1是本发明的实施方式的方形二次电池1的立体图。图2是图1所示的方形二次电池1的分解立体图。图3是将图2所示的卷绕电极组40的一部分展开后的分解立体图。
方形二次电池1例如为锂离子二次电池，具备扁平的方形的电池容器2。电池容器2由具有开口部4a的矩形箱状的电池桶4和将电池桶4的开口部4a密封的电池盖3构成。在以下的说明中，将平面视图中沿着长方形的电池盖3的长边的方向称为电池容器2的长度方向，将沿着短边的方向称为电池容器2的宽度方向。电池桶4和电池盖3例如利用铝或铝合金制作，电池盖3遍及电池桶4的开口部的全周，例如通过激光焊接被接合，由此电池容器2被密封。在电池容器2的内部，隔着省略图示的绝缘片收纳有卷绕电极组40。
如图3所示，卷绕电极组40通过卷绕由隔着隔片43、44而叠层的正极电极41和负极电极42构成的叠层体而形成为扁平的形状。卷绕电极组40在带状的叠层体的延伸方向上施加例如约10N的拉伸载荷地被卷绕。此时，卷绕电极组40以使得带状的叠层体的宽度方向即卷绕轴方向的两端部的正极电极41、负极电极42和隔片43、44的端部成为一定的位置的方式进行蛇行控制(摆动控制)地被卷绕。
正极电极41在正极箔的两面形成有正极合剂层41a，在宽度方向即卷绕电极组40的卷绕轴方向的一个侧面边缘具有正极箔露出的箔露出部41b。负极电极42在负极箔的两面形成有负极合剂层42a，在宽度方向即卷绕电极组40的卷绕轴方向的另一个侧面边缘具有负极箔露出的箔露出部42b。正极电极41和负极电极42的箔露出部41b、42b以在宽度方向即卷绕轴方向向相互位于相反侧的位置的方式卷绕。
正极电极41例如能够按以下的顺序制作。首先，作为相对于正极活性物质的锂锰氧化物(化学式LiMn2O4)100重量部添加作为导电材料的10重量部的鳞片状石墨和作为粘合剂的10重量部的聚偏氟乙烯(以下，称为PVDF。)。在其中作为分散介质添加N-甲基吡咯烷酮(以下，称为NMP。)，进行搅拌而制作正极合剂。将该正极合剂在作为正极箔的厚度20μm的铝箔的两面留出箔露出部41b地进行涂敷。之后，进行干燥、冲压、切断，能够得到不含铝箔的正极合剂层41a的厚度例如为90μm的正极电极41。
在本实施方式中，例示了在正极活性物质中使用锂锰氧化物的情况，也可以使用具有尖晶石晶体结构的其它锂锰氧化物，或者将一部分以金属元素取代或掺杂的锂锰复合氧化物，或者具有层状晶体结构的锂钴氧化物或锂钛氧化物，或者将它们的一部分以金属元素取代或掺杂的锂-金属复合氧化物。
负极电极42例如能够按以下的顺序制作。首先，相对于作为负极活性物质的无定形碳粉末100重量部添加作为粘合剂的10重量部的PVDF，在其中作为分散介质添加NMP，进行搅拌而制作负极合剂。将该负极合剂在作为负极箔厚度10μm的铜箔的两面留出箔露出部42b地进行涂敷。之后，进行干燥、冲压、切断，能够得到不含铜箔的负极合剂层42a的厚度例如为70μm的负极电极42。
在本实施方式中，作为负极活性物质例示了无定形碳，负极活性物质其实没有特别限定，例如能够使用能够将锂离子插入脱离的天然石墨和人造的各种石墨材料、焦炭等含碳材料等。此外，对负极活性物质的粒子形状也没有特别限定，例如也可以为鳞片状、球状、纤维状、块状等。
此外，在本实施方式中，作为粘合剂例示了PVDF，能够使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、聚硫橡胶、硝化棉、氰乙基纤维素、各种胶乳、丙烯腈、氟乙烯、偏二氟乙烯、氟丙烯、氟氯丁、丙烯类树脂等的聚合体和它们的混合体等。
隔片43、44例如由聚乙烯制的具有微多孔性能的绝缘材料构成，具有将正极电极41与负极电极42绝缘的作用。负极电极42的负极合剂层42b与正极电极41的正极合剂层41a相比在宽度方向上更大，由此，正极合剂层41a必然以被负极合剂层42a夹着的方式构成。
正极、负极电极41、42的箔露出部41b、42b在卷绕电极组40的平坦的部分被捆束。如图2所示，箔露出部41b、42b分别例如通过电阻焊接或超声波焊接被接合而固定在自电池盖3的下方向电池桶4的底面去而在电池容器2的高度方向上延伸的平板状的集电板21、31的接合片21a、31a。由此，卷绕电极组40的正极、负极电极41、42分别与正极、负极集电板21、31电连接。另外，与正极、负极电极41、42交替地叠层的隔片43、44虽然比负极合剂层42a的宽度宽，但是因为在两侧形成为使箔露出部41b、42b露出的宽度，所以在将箔露出部41b、42b捆束焊接时没有妨碍。
正极集电板21隔着绝缘部件65固定在电池盖3的下表面，配置在电池容器2的内部。正极外部端子61隔着绝缘部件64固定在电池盖3的上表面，配置在电池容器2的外部。在正极集电板21与正极外部端子61之间的电流路径设置有电流切断部60，详细情况后述。电流切断部60在电池容器2的内压上升至规定的压力时，由于内压上升而切断正极集电板21与正极外部端子61之间的电流路径。
负极集电板31隔着绝缘部件74固定在电池盖3的下表面，分别配置在电池容器2的内部。负极外部端子71隔着绝缘部件75固定在电池盖3的上表面，配置在电池容器2的外部。负极集电板31与负极外部端子71通过贯通电池盖3的连接端子被铆接固定，并经该连接端子被电连接，不过省略图示。负极集电板31和负极外部端子71例如利用铜或铜合金制作。
通过在电池盖3固定正极、负极外部端子61、71和正极、负极集电板21、31等而构成盖组装体10。进一步，卷绕电极组40的箔露出部41b、42b与接合片21a、31a接合而被固定，卷绕电极组40被支承于正极、负极集电板21、31之间，由此构成发电要素50。
电池盖3在固定于长度方向的一端与另一端的正极外部端子61与负极外部端子71之间设置有用于注入电解液的注液孔11和在电池容器2内部的压力超过规定值而上升时裂开的排气阀13。电池容器2通过在从电池盖3的注液孔11向内部注入非水电解液后、使得注液栓例如通过激光焊接与注液孔11接合而电池容器2被密封。
作为注入电池容器2的非水电解液，例如能够使用向将碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯按体积比1:2的比例混合而得到的混合溶液中、以1摩尔/升的浓度溶解六氟磷酸锂(LiPF6)而得到的液体。另外，非水电解液并不限定于锂盐和有机介质。也可以使用以普通的锂盐为电介质、将该电介质溶解于有机介质而得到的非水电解液。
作为电介质，例如能够使用LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、CH3SO3Li、CF3SO3Li等和它们的混合物。此外，作为有机溶剂，也可以使用碳酸丙烯酯、碳酸次乙酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、γ-丁内酯、四氢呋喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、乙醚、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、丙腈等或它们两种以上的混合介质，对于混合配比并没有特别限定。
(电流切断部)
图4A是在沿着图1所示的方形二次电池1的电池容器2的长度方向的截面、表示电流切断部60及其附近的放大截面图。图4B是图4A所示的接合部24d的放大截面图。图5是图4A所示的各部件的分解立体图。
本实施方式的电流切断部60主要由以下说明的开裂板24和隔膜68构成。以下，对电流切断部60的结构进行详细说明。
如上所述，与卷绕电极组40的正极电极41的箔露出部41b连接的正极集电板21隔着绝缘部件65固定在电池盖3的下表面，配置在电池容器2的内部。正极集电板21在与电池盖3的下表面相对的平板状的基部22具有固定孔。绝缘部件65例如利用绝缘性的树脂材料制作，具有插入至正极集电板21的基部22的固定孔的固定用凸部65a。正极集电板21通过将绝缘部件65的固定用凸部65a插入至基部22的固定孔并进行热熔敷而固定在绝缘部件65。在正极集电板21的基部22的一端连接有开裂板24。另外，开裂板24能够看做正极集电板21的一部分。
开裂板24与正极集电板21与一体地设置，通过呈S字形弯曲的连结部23与正极集电板21的基部22连接。开裂板24是沿电池容器2的长度方向延伸、具有在平面视图中长方形的形状的平板状部件。开裂板24的向着电池容器2的外侧方向的面与集电板21的基部22的向着电池容器2的外侧方向的面相比在电池容器2的内侧配置在低一级的位置，以与集电板21的基部22的向着电池容器2内侧方向的面相同的高度配置。由此，在开裂板24与集电板21的基部22之间形成有与电池盖3垂直的方向的台阶差。
在开裂板24的向着电池容器2外侧方向的面设置有台阶差状的凹部24a，在凹部24a的中央部设置有薄板部24b。开裂板24在薄板部24b具有与隔膜68的突起部68a接合的接合部24d和设置在该接合部24d的周围的环状槽24c。
图6是将图2所示的绝缘部件65切断而表示开裂板24的薄板部24b的分解立体图。
薄板部24b是开裂板24的板厚与凹部24a的板厚相比进一步薄板化而在凹部24a的内侧呈台阶差状形成的部分。开裂板24通过形成凹部24a和薄板部24b而在朝向电池容器2外侧方向的面形成有与电池盖3垂直的厚度方向的两级台阶差，不过向着电池容器2内侧方向的面平坦。环状槽24c在薄板部24b的中央部形成。
图7A是从与电池盖3的上表面垂直的方向观看图6所示的环状槽24c和接合部24d时的放大平面图。
环状槽24c是凹设于薄板部24b的厚度方向上的槽状的部分，在形成有环状槽24c的部分，薄板部24b的板厚最薄。环状槽24c形成为在平面视图中在电池容器2的长度方向上延伸的环状。被环状槽24c围成的部分为与隔膜68的突起部68a接合的接合部24d。如图7A所示，环状槽24c的平面形状例如能够形成为具有在电池容器2的长度方向上延伸的直线部分的长圆形、赛道(Race track)形状或椭圆形。
另外，环状槽24c的平面形状并不限定于图7A所示的形状。图7B和图7C是表示图7A所示的环状槽24c的平面形状的变形例的放大平面图。
在图7B所示的例子中，环状槽24c的平面形状为矩形或菱形，电池容器2的宽度方向上的尺寸比电池容器2的长度方向上的尺寸小，形成为于平面视图中在电池容器2的长度方向上延伸的环状。环状槽24c的电池容器2的长度方向的两端形成为圆弧状。在图7C所示的例子中，环状槽24c的平面形状形成为具有在电池容器2的长度方向两端膨胀的圆弧状的部分和在其间在电池容器2的长度方向上延伸的直线部分的铁阵状的形状，形成为在平面视图中在电池容器2的长度方向上延伸的环状。
这样，环状槽24c形成为在平面视图中在电池容器2的长度方向上延伸的环状的情况下，优选在电池容器2的长度方向上延伸的部分的槽深度比其它部分的槽深度深。例如，在图7A所示的环状槽24c，优选在电池容器2的长度方向上延伸的直线部分的槽深度比其两端的曲线部分的槽深度深。此外，在图7B所示的环状槽24c，优选在电池容器2的长度方向上延伸的矩形或菱形的各边的直线部分的槽深度比电池容器2的长度方向两端的圆弧状的部分深。此外，在图7C所示的环状槽24c，优选在电池容器2的长度方向上延伸的直线部分的槽深度比电池容器2的长度方向两端的圆弧状的部分深。
如图4A、图5和图6所示，在开裂板24的长度方向的两端设置有固定孔，通过使得绝缘部件65的固定用凸部65a插入开裂板24的固定孔而被熔敷，开裂板24的两端被支承固定于绝缘部件65。由此，开裂板24的凹部24a和薄板部24b与连结部23之间的部分被固定在绝缘部件65。此外，凹部24a和薄板部24b设置在被固定于绝缘部件65的开裂板24的长度方向的两端部之间。
在通过开裂板24与集电板21的基部22呈台阶差状设置而形成的空间朝向配置有电池容器2的内侧方向具有凸形状的隔膜68。开裂板24将隔膜68的一部分收纳在凹部24a，在其内侧的薄板部24b的接合部24d接合有隔膜68的顶部。
图8A是图6所示的隔膜68的放大侧面图。图8B是从与电池盖3的下表面垂直的方向观看图8A所示的隔膜68时的放大平面图。
隔膜68为在内侧具有空洞的碗形的形状，形成为向电池桶4的内侧方向凸出的形状。隔膜68从电池容器2的内侧向外侧具有突起部68a、与该突起部68a相邻的顶面部68d、与该顶面部68d相邻的侧壁部68c和设置在该侧壁部68c的端部的缘部68b。侧壁部68c是与电池盖3平行的导电板63的从着朝电池桶4内侧方向的面向电池桶4内侧方向立起的环状的侧周壁。顶面部68d是隔膜68的与突起部68a相邻的部分形成为向电池桶4的内侧方向凸出的曲面形状的部分。
顶面部68d形成为相对于与电池盖3平行的面的倾斜度比侧壁部68c的上述倾斜度平缓的曲面形状。另外，在图4A所示的截面，侧壁部68c形成为直线状，不过也可以形成为向外侧凸出的曲线状。在这种情况下，也可以使侧壁部68c的曲率与顶面部68d的曲率不同，例如还可以使得侧壁部68c的曲率比顶面部68d的曲率小。
隔膜68形成为在图8B所示的在平面视图中在电池容器2的长度方向上具有直线部分的赛道形状，具有在电池容器2的长度方向上延伸的形状。隔膜68的平面形状与电池容器的宽度方向的外形尺寸相比长度方向的外形尺寸大，只要为在电池容器2的长度方向上延伸的形状，例如也可以为在电池容器2的宽度方向上具有直线部分的长圆形状、不具有直线部分的长圆形、椭圆形、其它以闭合曲线为基础的形状。另外，隔膜68的平面形状优选为在电池容器2的宽度方向上延伸的部分不具有直线部分的、凸出至外侧的曲线状或圆弧状。
隔膜68的向电池桶4的内侧方向凸出的形状的顶部的突起部68a和与正极集电板21的基部22连接的开裂板24的接合部24d接合。如图4A和图4B所示，突起部68a通过形成为使得隔膜68的顶部朝向电池容器2的内侧方向呈台阶差状突出，是具有平坦的顶面与周侧壁的内侧为空洞的有底筒状的部分。突起部68a在图8B所示的在平面视图中例如形成为与隔膜68的形状对应的长圆形、赛道形状或椭圆形等在电池容器2的长度方向上延伸的形状。
如图4B所示，突起部68a的顶面与被环状槽24c围成的接合部24d及其外侧的薄板部24b相接，并与接合部24d接合。在图7A所示的例子中，突起部68a例如能够遍及环状槽24c的全周地在环状槽24c的外侧与薄板部24b相接。在图7B所示的例子中，突起部68a例如能够在环状槽24c的各边的外侧与薄板部24b相接。在图7C所示的例子中，突起部68a例如能够在环状槽24c的直线部分的外侧与薄板部24b相接、在环状槽24c的圆弧状的部分的内侧与接合部24d相接。
在突起部68a的顶面，形成有与接合部24d抵接的台阶差部68e。台阶差部68e是从突起部68a的顶面向电池容器2的内侧方向呈台阶差状突出的部分。台阶差部68e与突起部68a的顶面之间的台阶差的高度设定为如下的高度：在突起部68a的顶面与接合部24d的外侧的薄板部24b相接的状态下，薄板部24b朝向电池容器2内侧方向发生稍微弹性变形，接合部24d以规定的面压与台阶差部68e紧贴。台阶差部68e与突起部68a的顶面之间的台阶差的高度例如能够设定为100μm以下。台阶差部68e的平面形状只要为不向环状槽24c的外侧鼓出的形状就没有特别限定，例如，能够为沿环状槽24c的平面形状形成的形状或与接合部24d的平面形状对应的形状。
突起部68a的顶面的台阶差部68e与接合部24d以按规定的面压相接的状态、例如通过激光焊接、电阻焊接或超声波焊接接合。突起部68a与接合部24d之间的焊接线WL既可以如图7A所示那样为沿电池容器2的长度方向形成的直线状，也可以如图7B所示那样为在电池容器2的长度方向上延伸的环状。此外，还可以如图7C所示那样沿电池容器2的长度方向、在突起部68a与接合部24d之间设置多个焊接点WP。在这种情况下，优选在接合部24d的长度方向两端的环状槽24c弯曲的部分或形成为圆弧状的部分的附近设置焊接线WL或焊接点WP。
如图4A所示，电池容器2外侧的隔膜68的开口的缘部68b与导电板63接合。
导电板63是具有使连接端子62贯通的贯通孔的平板状的部件，例如，如图5所示那样具有与隔膜68的平面形状对应的平面形状。如图4A所示，导电板63隔着绝缘部件65配置于电池盖3的下表面，通过从正极外部端子61延伸的连接端子62铆接固定在电池盖3，配置在电池容器2的内部。导电板63的朝向电池桶4的内侧方向的面为不具有突起等的平坦的面，形成有使隔膜68的缘部68b卡合的环状的卡合槽63a。
隔膜68在使向缘部68b的径方向外侧折曲的凸缘状的部分卡合于导电板63的卡合槽63a的状态下，例如通过激光焊接、电阻焊接或超声波焊接与导电板63接合。隔膜68的突起部68a与开裂板24的接合部24d接合，缘部68b与导电板63接合，由此，开裂板24与导电板63隔着隔膜68被电连接。在导电板63连接有从正极外部端子61延伸的连接端子62。
如上所述，正极外部端子61隔着绝缘部件64固定在电池盖3的上表面，配置在电池容器2的外部。正极外部端子61形成为在电池容器2的长度方向上延伸的平板状，在电池容器2的长度方向中央侧的端部连接有连接端子62。连接端子62例如与正极外部端子61一体地设置。
连接端子62是沿贯通电池盖3的中心轴线延伸的筒状的部件。连接端子62设置成具有沿中心轴线形成的贯通孔62b的圆筒状，相比与正极外部端子61连接的基部的外径，向电池容器2的内侧方向延伸的前端部的外径较小。连接端子62从正极外部端子61向电池容器2的内侧方向延伸而贯通电池盖3的贯通孔，前端部贯通配置在电池容器2的内部的导电板63的贯通孔，前端被铆接而设置有铆接部62a。
由此，连接端子62介入设置有绝缘部件64、65地与正极外部端子61、电池盖3和导电板63一体地固定，并且将正极外部端子61与导电板63电连接。此外，隔膜68的缘部68b与导电板63接合，由此，从电池容器2的内部空间隔绝的隔膜68与导电板63之间的空间通过连接端子62的贯通孔62b与电池容器2的外部空间连通。
正极外部端子61隔着绝缘部件64配置在电池盖3的上表面，与电池盖3电绝缘。绝缘部件64具有使正极外部端子61卡合的凹部64a和使电池盖3的贯通孔露出的开口部64b。连接端子62与电池盖3通过垫圈66被电绝缘。垫圈66形成为筒状，在一端设置有向径向上扩展凸缘状的部分。绝缘部件64和垫圈66例如利用绝缘性的树脂材料制作。
通过以上的结构，正极集电板21与正极外部端子61通过开裂板24、隔膜68、导电板63和连接端子62被电连接。即，正极集电板21与正极外部端子61之间的电流路径由开裂板24、隔膜68、导电板63和连接端子62结构，主要由开裂板24和隔膜68构成的电流切断部60配置在该电流路径中。另外，正极集电板21、开裂板24、隔膜68、导电板63、连接端子62和正极外部端子61例如利用铝或铝合金制作。
图4A所示的各部件例如能够按以下的顺序组装。首先，在电池盖3的上表面对位配置绝缘部件64和垫圈66，在绝缘部件64的开口部64b使电池盖3的贯通孔露出，将垫圈66的筒状的部分插入电池盖3的贯通孔。接着，将连接端子62插通在垫圈66的筒状的部分而在电池盖3的贯通孔贯通，使正极外部端子61卡合于绝缘部件64的凹部。
接着，在电池盖3的下表面对位配置绝缘部件65，使连接端子62的前端部在绝缘部件65的贯通孔插通。进一步，使连接端子62的前端部在导电板63的贯通孔插通，以使得前端扩径的方式发生塑性变形而形成铆接部62a。由此，正极外部端子61、绝缘部件64、65、电池盖3、垫圈66和导电板63被一体地铆接固定。此外，正极外部端子61与导电板63通过连接端子62被电连接，通过绝缘部件64、65和垫圈66与电池盖3电绝缘。
接着，使隔膜68的缘部68b卡合于导电板63的卡合槽63a而进行焊接，将电池盖3的下表面的绝缘部件65的固定用凸部65a插入正极集电板21的基部22和开裂板24的固定孔而进行热熔敷。此外，将隔膜68的突起部68a的顶面焊接于开裂板24的接合部24d。由此，正极集电板21隔着绝缘部件65和隔膜68与电池盖3一体地固定。此外，正极集电板21与导电板63通过开裂板24和隔膜68被电连接，被正极集电板21通过绝缘部件65与电池盖3电绝缘。
在负极外部端子71也连接有与正极外部端子61相同的连接端子，在负极侧不配置开裂板、导电板和隔膜，不过省略图示。在负极侧，使从负极外部端子71延伸的连接端子的前端在垫圈和负极集电板31的基部的贯通孔插通。进一步，将连接端子的前端铆接而形成铆接部，由此负极外部端子71、绝缘部件74、75、垫圈、电池盖3和负极集电板31被一体地铆接固定。此外，负极外部端子71与负极集电板31通过连接端子被电连接，通过绝缘部件和垫圈与电池盖3电绝缘。
根据以上说明，构成图2所示的盖组装体10，进一步，通过捆束卷绕电极组40的卷绕轴方向两端的箔露出部41b、42b，与正极、负极集电板21、31的接合片21a、31a接合，构成发电要素50。将发电要素50从电池桶4的开口部4a插入至电池桶4的内部，将电池盖3焊接在电池桶4的开口部4a，从注液孔11向电池容器2的内部注入非水电解液，在注液孔11焊接注液栓而将电池容器2密封，由此得到图1所示的方形二次电池1。
接着，对本实施方式的方形二次电池1的作用进行说明。
如图4A所示，方形二次电池1的隔膜68与导电板63之间的空间通过连接端子62的贯通孔62b与电池容器2的外部的空间连通。因此，例如在由于过充电、过升温或外力导致的破损而电池容器2的内部的压力上升时，作用于隔膜68的朝向电池容器2内侧方向的面的压力比作用于朝向电池容器2外侧方向的面的压力高。由此，对于隔膜68，使隔膜68从电池容器2内侧方向向外侧方向变形的应力发挥作用，在达到规定的压力之前大致维持隔膜68的向电池容器2的内侧方向凸出的形状。
当电池容器2的内压进一步上升而达到预先设定的规定的压力时，隔膜68朝向电池容器2外侧方向、例如以压曲的方式塑性变形为凹状。此时，隔膜68因为顶部的突起部68a与开裂板24的接合部24d接合，所以朝向电池容器2外侧方向的应力对接合部24d发挥作用。如此，则应力集中在接合部24d的周围的环状槽24c，以环状槽24c为起点，薄板部24b破裂。由此，开裂板24与隔膜68的连接断开，正极集电板21与导电板63之间的电流路径被切断，由此卷绕电极组40与正极外部端子61之间的电流路径被切断，方形二次电池1的安全性得到确保。此外，隔膜68通过塑性变形为凹状，防止再次与开裂板24接触。
此处，在隔膜如现有技术那样形成为平坦的平板状，平面形状为正圆形的情况下，在薄型的方形二次电池，存在隔膜的直径被电池容器2的宽度方向的尺寸制限而不能充分地确保表面积的情况。在这种情况下，在电池容器2的内压上升时作用于隔膜的压力变小。因此，存在不能按预先设定的规定的内压使开裂板24的薄板部24b破裂，电池容器2的内压超过规定的内压而上升的问题。为了在电池容器2的内压上升至规定的压力时使薄板部24b可靠地破裂，例如不得不使环状槽24c深等而使薄板部24b的强度降低。但是，如果使薄板部24b的强度降低，则存在由于振动和冲击等外部原因而薄板部24b破裂、方形二次电池1的电流切断部发生误动作或品质劣化的问题。
与此相对，在本实施方式的方形二次电池1，如图8B所示，隔膜68的电池容器2的长度方向的尺寸比电池容器2的宽度方向的尺寸大，形成为于平面视图中在电池容器2的长度方向上延伸的形状。因此，本实施方式的隔膜68能够通过调节电池容器2的长度方向的尺寸，在薄型的方形二次电池1中也根据需要使表面积增加。由此，隔膜68的电池容器2的内侧的面能够通过内压使受到的压力增加，在隔膜68的变形时对开裂板24的接合部24d作用足够的应力。因此，例如能够使环状槽24c浅或使薄板部24b的板厚厚，提高薄板部24b的强度，能够防止由于振动和冲击等外部原因而薄板部24b发生破裂。由此，根据本实施方式，能够获得耐振动性、耐冲击性优异并且在电池容器4的内压上升时能够可靠而稳定地切断电流路径的方形二次电池1。
此外，隔膜68呈碗形形成，形成为向电池容器2的内侧方向凸出的形状，因此，与隔膜68呈平坦的平板状形成的情况相比较，能够使相对于使朝向隔膜68向电池容器2外侧方向变形的压力的隔膜68的强度上升。因此，能够防止隔膜68由于比规定的内压低的压力而变形那样的电流切断部60的误动作。
此外，隔膜68的顶部的突起部68a与接合部24d接合。这样，隔膜68在顶部具有突起部68a，由此隔膜68的顶部通过突起部68a的侧周壁被增强，能够在将突起部68a的顶面以规定的面压按压在接合部24d的状态下将突起部68a的顶面与接合部24d接合。
进一步，通过在突起部68a的顶面形成与接合部24d抵接的台阶差部68e，薄板部24b朝向电池容器2内侧方向稍微弹性变形，接合部24d以规定的面压紧贴在台阶差部68e。通过在这样将突起部68a的顶面以规定的面压按压在接合部24d的状态下将突起部68a的顶面与接合部24d接合，能够提高突起部68a的顶面与接合部24d的接合强度。
此外，隔膜68的突起部68a具有在平面视图中在电池容器2的长度方向上延伸的形状。由此，能够使突起部68a的平面形状与隔膜68的外形对应，在突起部68a与缘部68b之间充分地确保容易变形的部分。因此，金属隔膜68通过顶部的突起部68a被增强，在电池容器2的内压达到规定的压力时也能够使隔膜68容易地从电池桶4的内侧方向向外侧方向变形。
此外，与正极集电板21的基部22连接的开裂板24包括接合部24d和在接合部24d的周围在厚度方向上凹设的环状槽24c，隔膜68的突起部68a与接合部24d接合。因此，能够在隔膜68的变形时使应力集中于薄板部24b的环状槽24c，以环状槽24c为起点，容易且可靠地使薄板部24b破裂。
另外，根据开裂板24的强度不设置凹部24a和/或薄板部24b、而将接合部24d和环状槽24c直接设置在开裂板24，也能够获得同样的效果。此外，只要能够通过隔膜68的变形切断隔膜68与正极集电板21之间的电流路径，就并不一定要设置环状槽24c。
此外，隔膜68的突起部68a在接合部24d和环状槽24c的外侧与薄板部24b相接。因此，在将隔膜68的突起部68a的顶面按压于接合部24d而接合时，能够在接合部24d和环状槽24c的外侧的薄板部24b支承隔膜68的突起部68a的顶面，防止对环状槽24c的底部的脆弱部施加过度的压力。此外，不仅能够防止接合部24d的周围的脆弱部局部地振动，还能够防止对该脆弱部施加局部的冲击力。由此，能够抑制接合部24d的周围的脆弱部的强度降低，防止脆弱部非有意地破裂。因此，能够防止电流切断部60的误动作，提高方形二次电池1的耐振动性、耐冲击性。
此外，环状槽24c形成为在电池容器2的长度方向上延伸的环状。由此，在将隔膜68的突起部68a焊接于环状槽24c的内侧的接合部24d时，能够在沿着电池容器2的长度方向的更宽广范围内形成焊接线WL、焊接点WP，提高隔膜68与接合部24d的接合强度。此外，通过使环状槽24c的形状与隔膜68的突起部68a的形状对应，使焊接线WL、焊接点WP靠近环状槽24c，能够使环状槽24c更容易破裂。
此处，在环状槽24c的电池容器2的长度方向上延伸的部分的槽深度比其它部分的槽深度深的情况下，在电池容器2的内压达到规定的压力时，能够更容易且可靠地使环状槽24c的底部的脆弱部破裂。具体而言，如图7A所示那样，环状槽24c与电池容器2的长度方向两端的曲线部分的槽深相比，其间的直线部分的槽深度深。在这种情况下，在隔膜68的变形时，首先，在环状槽24c的长度方向两端，大的应力发挥作用，曲线部分破裂，之后直线部分破裂。因此，通过使环状槽24c的曲线部分的槽深度浅而确保强度，能够防止在电池容器2的内压达到规定的压力前环状槽24c破裂。此外，通过使环状槽24c的直线部分的槽深度比曲线部分深，在内压达到规定的压力而曲线部分破裂之后，能够容易地使直线部分破裂。因此，在电池容器2的内压上升时能够可靠且稳定地切断电流路径。
此外，隔膜68至少与突起部68a相邻的部分形成为向电池桶4内侧方向凸出的曲面形状。由此，与该部分形成为平面状的情况相比，能够在电池容器2的内压达到规定的压力之前提高相对于该部分的变形的强度。此外，通过使该部分的表面积增加，能够使在电池容器2的内压达到规定的压力而隔膜68变形时作用于接合部24d的应力增加，可靠而稳定地切断电流路径。
此外，隔膜68从电池容器2的内侧向外侧具有突起部68a、与该突起部68a相邻的顶面部68d和与该顶面部68d相邻的侧壁部68c。该顶面部68d形成为相对于与电池盖3平行的面的倾斜度比侧壁部68c的相对于与电池盖3平行的面的倾斜度平缓的曲面形状。因此，能够通过调节顶面部68d的曲率而容易地调节隔膜68变形的内压的值，能够容易地调节通过电流切断部60切断正极外部端子61与正极集电板21之间的电流路径的电池容器2的内压的值。
进一步，通过具有侧壁部68c，能够确保导电板63与顶面部68d之间的空间，在该空间收纳连接端子62的铆接部62a，避免隔膜68与铆接部62a的抵接。由此，能够使顶面部68d的表面积增加。此外，通过具有侧壁部68c，能够在电池容器2的内压达到规定的压力时，在侧壁部68c与顶面部68d的连接部使隔膜68容易地变形。因此，在电池容器2的内压达到规定的压力而隔膜68变形时，能够使作用于接合部24d的应力增加，可靠而稳定地切断正极外部端子61与正极集电板21之间的电流路径。
此外，方形二次电池1包括与隔膜68的缘部68b接合的导电板63，包括将该导电板63与正极外部端子61电连接的连接端子62。由此，能够在导电板63与开裂板24之间形成空间，将隔膜68配置在该空间。此外，通过将导电板63与隔膜68的缘部68b接合，能够利用隔膜68将电池容器2的内部空间密封，通过利用连接端子62的贯通孔使导电板63与隔膜68之间的空间与外部连通，能够在电池容器2的内压上升时使隔膜68向电池桶4的外侧方向变形。
此外，与正极集电板21与一体地形成的开裂板24的材料为铝或铝合金，因此在电池容器2的内压超过规定的压力而上升时，与铜等强度比较高的其它金属相比较能够容易地使接合部24d的周围的环状槽24c破裂。因此，能够在电池容器2的内压达到规定的压力时，可靠而稳定地切断正极外部端子61与正极集电板21之间的电流路径。
此外，开裂板24的长度方向的两端固定在绝缘部件65，在固定的部分之间设置有环状槽24c。因此，即使在方形二次电池1受到振动或冲击而被固定在正极、负极集电板21、31的卷绕电极组40揺动的情况下，也能够抑制应力作用于环状槽24c。因此，能够防止由于振动、冲击等外部原因而环状槽24c的底部的脆弱部破裂。
此外，隔膜68的平面形状为在电池容器2的宽度方向上不具有直线部分的凸出至外侧的曲线状或圆弧状的情况下，在电池容器2的内压达到规定的压力而隔膜68变形时，能够容易地使向电池容器2内侧方向凸出的隔膜68以向电池容器2外侧方向反转的方式变形。
此外，连接端子62的前端的铆接部62a使用比铆接部62a的外径大的外形的工具形成。因此，在导电板63在朝向电池桶4内侧方向的面具有凸部等结构物的情况下，存在导电板63上的结构物成为工具的障碍、不能充分地确保铆接部62a的尺寸的情况。在这种情况下，存在不能利用连接端子62得到充分的铆接强度的问题。
与此相对，本实施方式的方形二次电池1的导电板63的电池容器2内侧方向的面为不具有凸部的平坦的面，因此在将连接端子62的前端铆接而形成铆接部62a时，导电板63上的结构物不会成为工具的障碍。因此，能够充分地确保铆接部62a的尺寸，防止连接端子62引起的铆接强度的降低。
如以上说明的那样，根据本实施方式的方形二次电池1，与现有技术相比能够提高耐振动性、耐冲击性，在电池容器2的内压上升时可靠且稳定地切断电流路径。
另外，在本实施方式的方形二次电池1，对利用热熔敷将绝缘部件65与正极集电板21和开裂板24一体地固定的情况进行了说明，相对于绝缘部件65的正极集电板21和开裂板24的固定也可以为利用螺钉或铆钉进行的接合或利用粘接剂进行的接合。由此，能够进行更牢固的接合。此外，在本实施方式的方形二次电池1，还能够在正极侧设置有切断电流的结构，在负极侧设置有相同的结构。
此外，隔膜68只要为向电池容器2的内侧方向凸出的形状、在平面视图中为在电池容器2的长度方向上延伸的形状，就不限定于上述的形状。以下，使用与图8A和图8B对应的图9A和图9B至图11A和图11B对隔膜68的变形例进行说明。
(隔膜的变形例1)
在上述的图8A和图8B所示的例子中，隔膜68的侧壁部68c相对于电池盖3平行的面以90°以下的角度倾斜，图9A和图9B所示的变形例1的隔膜68A的侧壁部68c垂直于与电池盖3平行的面。即，侧壁部68c的相对于与电池盖3平行的面的倾斜角度也可以为90°。
根据本变形例的隔膜68A，不仅能够获得与上述的隔膜68相同的效果，而且能够避免侧壁部68c与铆接部62a的抵接并且使顶面部68d的面积进一步增加。因此，在电池容器2的内压超过规定的压力而上升、隔膜68A发生变形时，能够容易地使接合部24d的周围的环状槽24c的底部的脆弱部破裂，可靠而稳定地切断电流路径。
(隔膜的变形例2)
图10A和图10B所示的变形例2的隔膜68B在缘部68b与突起部68a之间不具有侧壁部68c，形成为从缘部68b连续至突起部68a的平滑的曲面状的碗形。由此，不仅能够获得与图8A和图8B所示的隔膜68相同的效果，而且能够使隔膜68B的与电池盖3垂直的方向的尺寸减小。
(隔膜的变形例3)
图11A和图11B所示的变形例3的隔膜68C形成为平面形状而不具有直线部分的椭圆形。通过这样仅由平滑的曲线构成隔膜68C的平面形状，在电池容器2的内压达到规定的压力而隔膜68C以反转的方式变形时，不会不发生直线部分与曲线部分的连接部的曲率的急剧的变化，因此隔膜68C的变形容易发生。因此，在隔膜68C发生变形时，能够容易地使接合部24d的周围的环状槽24c的底部的脆弱部破裂，可靠而稳定地切断电流路径。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，本发明并不限定于上述的实施例，而包括各种各样的变形例。上述的实施方式为了将本发明说明得容易明白而进行了详细的说明，但是并不一定限定于包括所说明的所有结构。
附图标记的说明
1…方形二次电池；2…电池容器；21…正极集电板(集电板)；24c…环状槽；24d…接合部；40…卷绕电极组；41…正极电极；61…正极外部端子(外部端子)；62…连接端子；62a…铆接部；63…导电板；68…隔膜；68a…突起部；68b…缘部；68c…侧壁部；68d…顶面部。

Claims (6)

1.一种具备电流切断部的方形二次电池，所述电流切断部配置在连接至卷绕电极组的集电板与外部端子之间的电流路径中，响应电池容器的内压上升而切断该电流路径，所述方形二次电池的特征在于：
所述电流切断部包括顶部与所述集电板电连接且缘部与所述外部端子电连接的隔膜，所述隔膜形成为向所述电池容器的内侧方向凸出的形状，具有于平面视图中在所述电池容器的长度方向上延伸的形状，
在所述顶部设置有向着所述电池容器的内侧方向突出的突起部，该突起部具有于平面视图中在所述长度方向上延伸的形状，
所述方形二次电池还包括与所述集电板电连接的开裂板，
所述开裂板具有与所述隔膜的所述突起部接合的接合部和设置在该接合部的周围的环状槽，
所述突起部的至少一部分在所述环状槽的外侧与所述开裂板相接。
2.如权利要求1所述的方形二次电池，其特征在于：
所述环状槽形成为在所述长度方向上延伸的环状，在该长度方向上延伸的部分的槽深度比其它部分的槽深度深。
3.如权利要求1所述的方形二次电池，其特征在于：
所述隔膜的至少与所述突起部相邻的部分形成为向着所述电池容器内侧方向凸出的曲面形状。
4.如权利要求3所述的方形二次电池，其特征在于：
所述隔膜从所述电池容器的内侧向外侧具有所述突起部、与该突起部相邻的顶面部和与该顶面部相邻的侧壁部，
所述顶面部形成为倾斜度比所述侧壁部平缓的曲面形状。
5.如权利要求4所述的方形二次电池，其特征在于：
包括与所述隔膜的缘部接合的导电板和将该导电板与所述外部端子连接的连接端子，
所述连接端子在从所述外部端子延伸而贯通所述导电板的前端设置有铆接部，并且具有使所述隔膜与所述导电板之间的空间与所述电池容器的外部空间连通的贯通孔。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方形二次电池，其特征在于：
所述开裂板的材料为铝或铝合金。
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