CN112993471A - 方形二次电池以及组电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有高体积能量密度的高容量的方形二次电池。正极板和负极板隔着隔板来卷绕的扁平状的卷绕电极体(3)在该卷绕轴延伸的方向上的一端部，具有正极接片部(4c)以及负极接片部(5c)，2个扁平状的卷绕电极体(3)被收纳于方形外装体(1)内，以使得各自的卷绕轴被配置在相对于封口板(2)垂直的方向，正极接片部(4c)以及负极接片部(5c)位于封口板(2)侧。

Description

方形二次电池以及组电池
本申请是申请日为2016年03月25日、申请号为201610176916.1、发明名称为“方形二次电池以及使用其的组电池”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及方形二次电池以及使用其的组电池。
背景技术
在电气车辆(EV)、混合动力车(HEV、PHEV)等的驱动用电源中，使用了碱性二次电池、非水电解质二次电池等二次电池。在这些用途中，由于要求高容量并且高输出特性，因此作为多个方形二次电池被串联或者并联连接的组电池来使用。
在这些方形二次电池中，由具有开口部的有底筒状的方形外装体和将其开口部封口的封口板来形成电池壳体。在电池壳体内，由正极板、负极板以及隔板构成的电极体和电解液被共同收纳。正极端子以及负极端子被固定在封口板。正极端子经由正极集电体来与正极板电连接，负极端子经由负极集电体来与负极板电连接。
正极板包含：金属制的正极芯体、和形成在正极芯体表面的正极活性物质层。在正极芯体的一部分形成未形成正极活性物质层的正极芯体露出部。并且，该正极芯体露出部与正极集电体连接。此外，负极板包含：金属制的负极芯体、和形成在负极芯体表面的负极活性物质层。在负极芯体的一部分形成未形成负极活性物质层的负极芯体露出部。并且，该负极芯体露出部与负极集电体连接。
例如在专利文献1中，提出了一种使用如下卷绕电极体的方形二次电池，该卷绕电极体在一个端部具有卷绕的正极芯体露出部，在另一端部具有卷绕的负极芯体露出部。此外，在专利文献2中，提出了一种使用如下卷绕电极体的方形二次电池，该卷绕电极体在一个端部设置有正极芯体露出部以及负极芯体露出部。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-032640号公报
专利文献2：日本特开2008-226625号公报
关于车载用二次电池、特别是被用于EV或PHEV等的二次电池，需要体积能量密度更高且电池容量更大的二次电池的开发。其原因是，在上述专利文献1中公开的方形二次电池的情况下，在电池壳体内需要配置卷绕的正极芯体露出部以及卷绕的负极芯体露出部的左右的空间、以及封口板与卷绕电极体之间的上部的空间，难以增加二次电池的体积能量密度。
与此相对地，如上述专利文献2中公开的方形二次电池那样，使用在一个端部设置有正极芯体露出部以及负极芯体露出部的卷绕电极体，容易得到体积能量密度高的方形二次电池。
但是，在上述专利文献2中公开的方形二次电池中，集电部的构造容易变得比专利文献1中公开的方形二次电池复杂。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有高体积能量密度的高容量的方形二次电池以及使用其的组电池。
本发明的一个方式所涉及的方形二次电池具备：扁平状的卷绕电极体，将正极板和负极板隔着隔板来卷绕而成；方形外装体，其具有开口部，并收纳所述卷绕电极体；封口板，其将所述开口部封口；正极端子，其与所述正极板电连接，被安装于所述封口板；正极集电体，其将所述正极板与所述正极端子电连接；负极端子，其与所述负极板电连接，被安装于所述封口板；和负极集电体，其将所述负极板与所述负极端子电连接，所述卷绕电极体在所述卷绕电极体的卷绕轴延伸的方向上的一个端部，具有正极接片部以及负极接片部，至少2个所述卷绕电极体被收纳在所述方形外装体内，以使得：各自的所述卷绕轴被配置在与所述封口板垂直的方向，所述正极接片部以及所述负极接片部位于所述封口板一侧。
根据这种结构，通过使用在卷绕轴延伸的方向上的一端部侧形成有正极接片部以及负极接片部的扁平状的卷绕电极体，将正极接片部以及负极接片部配置在封口板侧，从而能够减少电池壳体内与发电无关的空间。因此，能够得到体积能量密度更高并且电池容量更大的方形二次电池。
进一步地，通过将收纳于方形外装体的扁平状的卷绕电极体设为多个，从而能够使正极接片部与正极集电体的连接部以及负极接片部与负极集电体的连接部成为更简单的结构。
另外，也能够将正极集电体和正极端子设为一个部件。也能够将负极集电体和负极端子设为一个部件。此外，正极集电体与正极端子也可以经由其他导电部件来电连接。负极集电体与正极端子也可以经由其他导电部件来电连接。
优选所述方形外装体具有：底部、一对大面积侧壁、以及一对小面积侧壁，所述小面积侧壁的面积比所述大面积侧壁的面积小，所述底部的面积比所述小面积侧壁的面积小。
根据这种结构，由方形外装体和封口板形成的电池壳体的6个外表面之中，底部和封口板的面比其他4个面的面积小。因此，能够减小形成在卷绕电极体与封口板之间并配置有正极接片部、负极接片部、正极电体以及负极集电体等的空间。因此，成为体积能量密度更高的方形二次电池。
优选所述正极板具有正极芯体、和形成在所述正极芯体上的正极活性物质层，所述正极芯体具有未形成所述正极活性物质层的正极芯体露出部，所述负极板具有负极芯体、和形成在所述负极芯体上的负极活性物质层，所述负极芯体具有未形成所述负极活性物质层的负极芯体露出部，所述正极接片部是所述正极芯体露出部，所述负极接片部是所述负极芯体露出部。
优选正极接片部由正极芯体构成。此外，优选负接片部由负芯体构成。另外，正极接片部以及负极接片部也能分别设为独立于与正极芯体或者负极芯体连接的芯体的部件。例如，作为接片部，能够使用由铝、铝合金、铜、铜合金、镍或者镍合金等构成的金属板。
优选所述正极接片部具有直线部和曲线部，所述负极接片部具有直线部和曲线部。
优选在所述正极板的宽度方向上的一个端部，具有大致相同宽度的所述正极接片部形成为大致等间隔。
另外，所谓正极接片部的宽度，是指在将正极板展开的状态下沿着正极板的长边方向的正极接片部的宽度。此外，所谓正极接片部间的间隔，是指在将正极板展开的状态下沿着正极板的长边方向的正极接片部间的距离。所谓大致相同的宽度，是指各正极接片部的宽度处于正负10％的范围内即可。优选各正极接片部的宽度处于正负5％的范围内。此外，所谓大致等间隔，是指各正极接片部间的间隔处于正负10％的范围内即可。优选各正极接片部间的间隔处于正负5％的范围内。
根据这种结构，正极板内的充放电反应变得更加均匀。此外，能够容易地制作正极板。
优选所述正极接片部的宽度是所述卷绕电极体的宽度的1/4以上并且1/2以下。
这里，所谓卷绕电极体的宽度，是指与卷绕轴垂直并且与卷绕电极体的厚度方向垂直的方向的宽度。
优选所述正极接片部在错开的状态下进行层叠，从而形成由各所述正极接片部的端部形成的正极阶梯状部，所述正极阶梯状部与正极集电体连接。
优选在所述负极板的宽度方向上的一个端部，具有大致相同宽度的所述负极接片部形成为大致等间隔。
另外，所谓负极接片部的宽度，是指在将负极板展开的状态下沿着负极板的长边方向的负极接片部的宽度。此外，所谓负极接片部间的间隔，是指在将负极板展开的状态下沿着负极板的长边方向的负极接片部间的距离。所谓大致相同的宽度，是指各负极接片部的宽度处于正负10％的范围内即可。优选各负极接片部的宽度处于正负5％的范围内。此外，所谓大致等间隔，是指各负极接片部间的间隔处于正负10％的范围内即可。优选各负极接片部间的间隔处于正负5％的范围内。
根据这种而机构，负极板内的充放电反应变得更加均匀。此外，能够容易地制作负极板。
优选所述负极接片部的宽度是所述卷绕电极体的宽度的1/4以上并且1/2以下。
优选所述负极接片部在错开的状态下进行层叠，从而形成由各所述负极接片部的端部形成的负极阶梯状部，所述负极阶梯状部与负极集电体连接。
本发明的一个方式所涉及的组电池具有：多个所述方形二次电池；一对端板；和将所述一对端板连结的连接条，多个所述方形二次电池在所述一对端板之间，以各自的大面积侧壁平行的方向进行层叠，在一个侧面配置各所述方形二次电池的所述正极端子以及所述负极端子，在另一个侧面配置各所述方形二次电池的各所述方形外装体的底部。
根据本发明，能够提供一种具有高体积能量密度的高容量的方形二次电池以及使用其的组电池。
附图说明
图1是实施方式所涉及的方形二次电池的立体图。
图2是沿着图1的II-II线的剖视图。
图3是沿着图1的III-III线的剖视图。
图4是沿着图1的IV-IV线的剖视图。
图5是沿着图1的V-V线的剖视图。
图6是实施方式所涉及的正极板的俯视图。
图7是实施方式所涉及的负极板的俯视图。
图8是沿着卷绕轴延伸的方向来观察实施方式所涉及的卷绕电极体的图。
图9是集电体的立体图。
图10是表示接片部与集电体的连接工序的图。
图11是表示接片部与集电体的连接部的图。
图12是用于参考例所涉及的方形二次电池的卷绕电极体的图。
图13是用于实施方式所涉及的方形二次电池的卷绕电极体的图。
图14是变形例的集电体的立体图。
图15是变形例的集电体的立体图。
图16是变形例的集电体的立体图。
图17是变形例的集电体的立体图。
图18是表示变形例的方形二次电池中的接片部与集电体的连接工序的图。
图19是表示变形例的方形二次电池中的接片部与集电体的连接工序的图。
图20是变形例所涉及的正极板以及负极板的俯视图。
图21是表示变形例所涉及的卷绕电极体的图。
图22是变形例所涉及的方形二次电池的电流切断机构的剖视图。
图23是用于电流切断机构的集电体的立体图。
图24是实施方式所涉及的组电池的立体图。
-符号说明-
1···方形外装体1a···底部1b···大面积侧壁1c···小面积侧壁
2···封口板
3···卷绕电极体
4···正极板
4a···正极活性物质层4b···正极芯体露出部4c···正极接片部
5···负板
5a···负极活性物质层5b···负极芯体露出部5c···负极接片部
6···正极集电体
6a···基座部6b···连接部6c···贯通孔
7···正极端子
7a···凸缘部7b···插入部
8···负极集电体
8a···基座部8b···连接部8c···贯通孔
9···负极端子
9a···凸缘部9b···插入部
10，12···绝缘部件
11，13···垫圈
14···绝缘片
15···电解液注液孔
16···密封栓
17···气体排出阀
20···方形二次电池
30···焊接部
31···直线部
32···曲线部
33···阶梯状部
34···突起
35···狭缝
40···电阻焊接电极
41···集电体收纳部件
42···隔离物
50···组电池
51···端板
52···连接条
53···隔板
54···母线
55···冷却板
60···导电部件
61···变形板
62···绝缘板
63···贯通孔
64···薄壁部
65···槽部
66···固定用贯通孔
67···固定用突起。
具体实施方式
以下说明实施方式所涉及的方形二次电池20的结构。另外，本发明并不限定于以下的实施方式。
如图1～5所示，方形二次电池20具备：具有开口部的方形外装体1、和将该开口部封口的封口板2。由方形外装体1以及封口板2来构成电池壳体。优选方形外装体1以及封口板2分别是金属制，例如，能够设为铝或者铝合金制。方形外装体1具有：底部1a、一对大面积侧壁1b以及一对小面积侧壁1c。方形外装体1是在与底部对置的位置具有开口部的方形的有底筒状的外装体。在方形外装体1内，正极板与负极板隔着隔板(都省略图示)卷绕而成的扁平状的卷绕电极体3与电解质被共同收容。正极板在金属制的正极芯体上形成包含正极活性物质的正极活性物质层。在正极板的宽度方向的端部，形成正极芯体露出的正极芯体露出部4b。另外，作为正极芯体，优选使用铝箔或者铝合金箔。负极板在金属制的负极芯体上形成包含负极活性物质的负极活性物质层。在负极板的宽度方向的端部，形成负极芯体露出的负极芯体露出部5b。另外，作为负极芯体，优选使用铜箔或者铜合金箔。在方形二次电池20中，正极芯体露出部4b构成正极接片部4c，负极芯体露出部5b构成负极接片部5c。
如图2～4所示，在方形外装体1中，2个扁平状的卷绕电极体3被配置成其卷绕轴延伸的方向相对于封口板2垂直。并且，各卷绕电极体3的正极芯体露出部4b以及负极芯体露出部5b位于封口板2侧。此外，各卷绕电极体3的正极芯体露出部4b彼此位于同一侧(图2中为上侧)，各卷绕电极体3的负极芯体露出部彼此5b位于同一侧(图2中为下侧)。
在卷绕电极体3中，在卷绕轴延伸的方向的一端侧，设置有层叠的正极芯体露出部4b以及层叠的负极芯体露出部5b。正极集电体6被焊接在层叠的正极芯体露出部4b，从而形成焊接部30。并且，该正极集电体6与正极端子7电连接。负极集电体8被焊接在层叠的负极芯体露出部5b，从而形成焊接部30。并且，该负极集电体8与负极端子9电连接。
正极端子7以及正极集电体6分别隔着绝缘部件10、垫圈(gasket)11而被固定于封口板2。负极端子9以及负极集电体8分别隔着绝缘部件12、垫圈13而被固定于封口板2。垫圈11、13分别被配置在封口板2与各端子7、9之间。绝缘部件10、12分别被配置在封口板2与各集电体6、8之间。另外，优选垫圈以及绝缘部件分别由绝缘性的树脂部件构成。卷绕电极体3在被折弯为箱状的绝缘片14覆盖的状态下被收容在方形外装体1内。绝缘片14覆盖卷绕电极体3并被配置在卷绕电极体3与方形外装体1之间。封口板2通过激光焊接等来与方形外装体1的开口边缘部焊接连接。封口板2具有电解液注液孔15，该电解液注液孔15在注液后，通过密封栓16被密封。在封口板2形成用于在电池内部的压力变高的情况下排出气体的气体排出阀17。
方形二次电池20的大小例如能够设为宽度(相对于封口板2垂直的方向的长度。图1中为左右方向的长度。)是18cm、厚度(图1中为前后方向的长度)是3cm、高度(相对于封口板2平行并且相对于方形二次电池20的厚度方向垂直的方向的长度。图1中为上下方向的长度。)是9cm。
另外，本发明在方形二次电池的宽度相对于高度的比例为2以上时特别有效。本发明在方形二次电池的高度是10cm以下、方形二次电池的宽度是17cm以上的情况下特别有效。此外，本发明在电池容量是30Ah以上的情况下特别有效。另外，电池容量的值能够设为设计容量、即电池的生产商规定的标称容量的值。
接下来对方形二次电池20的制造方法进行说明。
[正极板的制作]
制作包含作为正极活性物质的钴酸锂、作为粘合剂的聚偏氟乙烯(PVdF)、作为导电材料的碳材料、以及N-甲基吡咯烷酮(NMP)的正极浆料。将该正极浆料涂敷在作为正极芯体的厚度15μm的矩形形状的铝箔的两面。然后，通过使其干燥，来除去正极浆料中的N-甲基吡咯烷酮，在正极芯体上形成正极活性物质层。然后，进行压缩处理，以使得正极活性物质层成为规定厚度。将这样得到的正极板裁断，以使得在宽度方向的一端部，规定宽度的正极芯体露出部以规定的间隔形成。
如图6所示，这样得到的正极板4在正极芯体上形成正极活性物质层4a。并且，在宽度方向的一端部，规定宽度的正极芯体露出部4b隔着规定间隔而形成。另外，该正极芯体露出部4b构成正极接片部4c。
这里，各正极接片部4c的宽度W1均设为40mm。此外，各正极接片部4c间的间隔W2均设为120mm。另外，所谓正极接片部4c的宽度W1，是正极板的长边方向上的宽度。
[负极板的制作]
制作包含作为负极活性物质的石墨、作为粘合剂的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、作为增稠剂的羧甲基纤维素(CMC)、以及水的负极浆料。将该负极浆料涂敷在作为负极芯体的厚度8μm的矩形形状的铜箔的两面。然后，通过使其干燥，来除去负极浆料中的水，在负芯体上形成负极活性物质层。然后，进行压缩处理，以使得负极活性物质层成为规定厚度。将这样得到的负极板裁断，以使得在宽度方向的一端部，规定宽度的负极芯体露出部以规定的间隔形成。
如图7所示，这样得到的负极板5在负极芯体上形成负极活性物质层5a。并且，在宽度方向的一端部，规定宽度的负极芯体露出部5b隔着规定间隔而形成。另外，该负极芯体露出部5b构成负极接片部5c。另外，在负极板5中，在宽度方向的另一端部也形成负极芯体露出部5b。
这里，各负极接片部5c的宽度W3均设为40mm。此外，各负极接片部5c间的间隔W4均设为120mm。另外，所谓负极接片部的宽度W3，是负极板5的长边方向上的宽度。
另外，优选正极接片部4c的宽度W1、正极接片部4c间的间隔W2、卷绕电极体3的直线部的长度L、卷绕电极体3的曲线部的半径R的关系设为W1+W2＞2L。此外，在设为W1+2πR＜L，并将正极板的开始卷绕的位置设为0°时，优选负极板的开始卷绕的位置设为180～270°。
此外，优选负极接片部5c的宽度W2、负极接片部5c间的间隔W4、卷绕电极体3的直线部的长度L、卷绕电极体3的曲线部的半径R的关系设为W3+W4＞2L。
[卷绕电极体]
将通过上述方法得到的正极板4和负极板5错开，以使得正极接片部4c与负极接片部5c不重叠，在中间夹着聚乙烯制的多孔质隔板并进行层叠、卷绕、压制，从而形成扁平状的卷绕电极体3。
图8是表示在卷绕电极体3中形成正极接片4c以及负极接片5c的一侧的面的图。如图8所示，在卷绕电极体3中，在卷绕轴延伸的方向的一端部侧，配置正极接片部4c和负极接片部5c。并且，成为在宽度方向(相对于卷绕电极体3的卷绕轴延伸的方向垂直并且相对于卷绕电极体3的厚度方向垂直的方向)的一侧层叠正极接片4c、在另一侧层叠负极接片部5c的状态。
正极接片部4c以及负极接片部5c分别具有：被配置在卷绕电极体3的直线部(平端部)的直线部31、和被配置在卷绕电极体3的曲线部(弯曲部)的曲线部32。此外，各正极接片部4c从卷绕开始到卷绕结束逐渐错开少许，被层叠配置。此外，各负极接片部5c从卷绕开始到卷绕结束逐渐错开少许，被层叠配置。因此，在层叠的正极接片部4c形成由各正极接片部4c的端部所形成的阶梯状部33。此外，在层叠的负极接片部5c形成由各负极接片部5c的端部所形成的阶梯状部33。
准备2个这样制作出的卷绕电极体3，通过绝缘胶带来将2个卷绕电极体3一起固定，以使得各自的正极接片部4c与负极接片部5c被配置在同一侧。另外，使用至少2个卷绕电极体3即可，其数量并不被特别限定。此外，多个卷绕电极体3不是必须进行固定，优选被一起固定。固定方法并不被特别限定，可以通过绝缘胶带来固定，也可以通过配置在成形为袋状或者箱状的绝缘片内来使其一起。
[封口板、集电体以及端子的组装]
如图1以及图2所示，在封口板2的长边方向上的一端侧，垫圈11被配置在封口板2的电池外部侧，绝缘部件10被配置在封口板2的电池内部侧。正极端子7具有凸缘部7a以及插入部7b。正极端子7被配置在垫圈11上，正极集电体6被配置在绝缘部件10的下表面上。在垫圈11、封口板2、绝缘部件10以及正极集电体6分别形成贯通孔，通过将正极端子7从电池外部一侧插入到这些贯通孔，并将正极端子7的前端压紧，从而正极端子7、垫圈11、封口板2、绝缘部件10以及正极集电体6被一体地固定。另外，优选通过激光焊接来将在正极端子7被压紧的部分与正极集电体6焊接。
在封口板2的长边方向上的另一端侧，垫圈13被配置在封口板2的电池外部侧，绝缘部件12被配置在封口板2的电池内部侧。负极端子9具有凸缘部9a以及插入部9b。并且，负极端子9被配置在垫圈13上，负极集电体8被配置在绝缘部件12的下表面上。在垫圈13、封口板2、绝缘部件12以及负极集电体8分别形成贯通孔，通过将负极端子9从电池外部侧插入到这些贯通孔，并将负极端子9的前端压紧，从而负极端子9、垫圈13、封口板2、绝缘部件12以及负极集电体8被一体地固定。另外，优选通过激光焊接等来将在负极端子9被压紧的部分与负极集电体8焊接。
使用图9所示的正极集电体6以及负极集电体8。以正极集电体6为例来进行说明。正极集电体6具有：正极端子7所连接的基座部6a、和从基座部6a的端部向卷绕电极体3的方向延伸的连接部6b。在基座部6a形成贯通孔6c。正极端子7被插入到该贯通孔6c，正极端子7的前端部被压紧在基座部6a上，从而正极端子7与正极集电体6连接。连接部6b在基座部6a，被设置在电池的厚度方向(图9中为近前侧端部以及里侧端部)的两端部。在连接部6b形成突起34。此外，在连接部6b形成狭缝35。对于负极集电体8，也能够设为与正极集电体6同样的形状。另外，优选正极集电体6以及负极集电体8是将板状的金属部件折弯加工而形成的。
[集电体与卷绕电极体的连接]
图10是表示接片部与集电体的连接工序的图，是与图2以及图3对应的剖视图。如图10所示，在一面侧和另一面侧分别配置在形成于正极集电体6的连接部6b的突起34所层叠的正极接片部4c。并且，在通过一对电阻焊接电极40来夹着层叠的正极接片部4c以及正极集电体6的状态下，流过电阻焊接电流，进行电阻焊接。由此，层叠的正极接片部4c与正极集电体6被焊接连接。对于负极侧，也通过同样的方法来将负极接片部5c与负极集电体8焊接连接。
在使用图9所示的正极集电体6或者负极集电体8的情况下，首先，针对形成图9的左侧的近前以及里侧的突起34的部分，通过图10所述的方法来进行焊接连接。然后，针对形成图9的右侧的近前以及里侧的突起34的部分，通过图10所述的方法来进行焊接连接。此时，如图9所示，由于在连接部6b形成狭缝35，因此在第2个位置的电阻焊接时，能够抑制产生经由已经被电阻焊接的第1个位置的焊接部的无效电流(与电阻焊接无关的电流)。另外，电阻焊接的顺序可以是图9中的左侧、右侧的任一侧先进行，也可以同时进行。针对负极侧也能够采用同样的方法。
此外，如图11所示，正极集电体6能够与正极接片部4c的阶梯状部33焊接连接。由此，不仅能够通过正极集电体6来稳固地连接位于卷绕电极体3的最外周的正极接片部4c，而且也能够通过正极集电体6来稳固地连接位于卷绕电极体3的内周侧的正极接片部4c。此外，不仅位于卷绕电极体3的最外周的正极接片部4c，而且位于卷绕电极体3的内周侧的正极接片部4c也被焊接在接近于正极集电体6的位置。因此，能够更均质地进行集电。针对负极侧也能够采用同样的方法。
接下来，将与正极集电体6以及负极集电体8连接的卷绕电极体3配置在折弯为箱状的绝缘片14内的状态下，插入到方形外装体1。然后，通过激光焊接来对封口板2与方形外装体1的接合部进行焊接，将方形外装体1的开口部封口。然后，从设置于封口板2的电解液注液孔15注入非水电解液，通过密封栓16来将电解液注液孔15密封，制作方形二次电池20。
在方形二次电池20中，成为在卷绕电极体3，正极接片部4c以及负极接片部5c分别被配置在封口板2一侧的结构。因此，在方形外装体1内，能够减少与发电无关的部件被配置的空间，成为体积能量密度高的方形二次电池。进一步地，在方形二次电池20中，在由方形外装体1以及封口板2构成的电池壳体的6面之中最小面积的面，配置封口板2。也就是说，封口板2以及方形外装体1的底部1a的面积比方形外装体1的4个侧壁(一对大面积侧壁1b以及一对小面积侧壁1c)小。由此，能够使与发电无关的部件所被配置的空间为最小，成为体积能量密度更高的电池。
进一步地，在方形二次电池20中，将被收纳于方形外装体1的电极体设为多个扁平状的卷绕电极体3。
在制作大容量(例如，电池容量为30Ah以上)的方形二次电池时，在被收纳于方形外装体1的电极体是一个卷绕电极体的情况下，卷绕电极体如图12所示，是卷绕数大且厚度大的卷绕电极体。在这种卷绕电极体中，各正极接片部4c彼此以及各负极接片部5c彼此的对位较难，此外，也难以增大各正极接片部4c以及各负极接片部5c的宽度。此外，正极接片部4c与负极接片部5c也可能容易接触。此外，正极接片部4c与正极集电体6的连接、负极接片部5c与负极集电体8的连接也变得困难。
与此相对，通过将被收纳于方形外装体1的电极体设为多个扁平状的卷绕电极体3，从而各正极接片部4c彼此、各负极接片部5c彼此的对位变得容易进行。此外，即使增大各正极接片部4c以及各负极接片部5c的宽度，也能够容易地防止正极接片部4c与负极接片部5c的接触(参照图13)。因此，通过如方形二次电池20那样，将被收纳于方形外装体1的电极体分割成多个，从而防止正极接片部4c与负极接片部5c的接触，同时增大正极接片部4c以及负极接片部5c的宽度，由此集电效率提高，进一步地，能够防止由于振动等导致正极接片部4c或者负极接片部5c损伤/破损。因此，能够得到集电效率优良并且可靠性高的方形二次电池。
<变形例1>
图14中表示变形例1所涉及的集电体。在正极集电体6(负极集电体8)中，设置于连接部6b(8b)的突起34能够设为在横向上延伸的线状的突起。若是这种结构，则在焊接时，能够允许电阻焊接电极40相对于突起34的位置偏移。因此，成为生产性和焊接质量更加优良的集电构造。
<变形例2>
图15中表示变形例2所涉及的集电体。在正极集电体6(负极集电体8)中，形成焊接部的部分也可以在近前侧以及里侧分别成为一个位置。此外，也能够将突起34设为点状(正方形、圆形、半球状等)。此外，基座部6a(8a)具有：方形二次电池20的厚度方向的宽度较大的宽幅部6a1(8a1)、方形二次电池20的厚度方向的宽度比宽幅部6a1(8a1)小的窄幅部6a2(8a2)。并且，正极端子7(负极端子9)与宽幅部6a1(8a1)连接。此外，连接部6b(8b)形成在窄幅部6a2(8a2)的端部。若是这种结构，则在基座部6a(8a)，能够加宽正极端子7(负极端子9)所连接的部分，因此基座部6a(8a)与正极端子7(负极端子9)连接时的操作性提高。此外，在基座部6a(8a)，能够缩小一对连接部6b(8b)形成在两端的区域，因此在电阻焊接时，能够抑制在通过一对电阻焊接电极来夹着正极集电体6(负极集电体8)时基座部6a(8a)变形。
<变形例3>
图16中表示变形例3所涉及的集电体。这样，能够在宽幅部6a1(8a1)的两侧设置窄幅部6a2(8a2)。此外，能够在一个窄幅部6a2(8a2)的两端分别设置连接部6b(8b)，在另一个窄幅部6a2(8a2)的两端分别设置连接部6b(8b)。
<变形例4>
图17中表示变形例4所涉及的集电体。正极端子7(负极端子9)也可以通过预先焊接来与基座部6a(8a)连接。在使用这种集电体的情况下，将正极端子7(负极端子9)从电池内部一侧插入到封口板2的贯通孔，将正极端子7(负极端子9)铆接固定在配置于电池外部一侧的外部导电部件上。
<变形例5>
图18中表示变形例5所涉及的方形二次电池中的正极集电体6与正极接片部4c的连接工序。如图18所示，在层叠的正极接片部4c，能够在与配置有正极集电体6的连接部6b的一侧相反的一侧的外表面配置集电体收纳部件41。集电体收纳部件41具有：沿着正极接片部4c配置的第1区域41a、在该第1区域41a中形成在卷绕电极体3侧的端部的折弯部41b。若形成折弯部41b，则即使在电阻焊接时产生溅射，也能够防止溅射飞散到卷绕电极体3的发电部(正极板4与负极板5层叠的部分)一侧，防止发电部损伤。
<变形例6>
图19中表示变形例6所涉及的方形二次电池中的正极集电体6与正极接片部4c的连接工序。在正极集电体6中，能够在一侧的连接部6b与另一侧的连接部6b之间配置隔离物42。由此，能够抑制在通过一对电阻焊接电极40来夹着层叠的正极接片部4c以及正极集电体6的连接部6b时正极集电体6变形。另外，隔离物42能够设为金属部件或者树脂部件。优选隔离物42设为绝缘性的树脂部件。此外，隔离物42能够设为板状、块状、柱状。
上述的实施方式以及变形例所述的内容也能够应用于正极侧以及负极侧的任意侧。
在上述的实施方式以及变形例中，示例了通过电阻焊接来进行正极接片部与正极集电体的连接、负极接片部与负极集电体的连接的例子，但也能够通过其他方法来进行。例如，能够取代电阻焊接，使用超声波焊接、利用激光等高能量线的焊接等。
<变形例7>
作为变形例所涉及的卷绕电极体，考虑以下的结构。图20是正极板54(负极板55)的俯视图。正极板54(负极板55)形成了正极芯体(负极芯体)上的正极活性物质层54a(55a)。在长边方向的两端形成正极芯体露出部54b(负极芯体露出部55b)。并且，正极芯体露出部54b(负极芯体露出部55b)通过焊接等分别与正极接片56(负极接片57)连接。优选正极接片56(负极接片57)是厚度比正极芯体(负极芯体)厚的金属板。
将这种正极板54以及负极板55隔着隔板来卷绕，形成正极接片56以及负极接片57分别从扁平状的卷绕轴向的一端部突出的扁平状的卷绕电极体60(图21)。并且，能够使用多个这种扁平状的卷绕电极体60，来制作方形二次电池。例如，在图21的方向上层叠使用多个扁平状的卷绕电极体60。另外，在这种情况下，优选使用4个以上的扁平状的卷绕电极体60。通过使用4个以上的这种扁平状的卷绕电极体60，能够形成抑制集电性的降低的同时体积能量密度高的方形二次电池。
另外，优选正极接片56以及负极接片57的宽度X2以及X3分别相对于扁平状的卷绕电极体60的宽度X1为1/4以上。由此，能够减少内部电阻，并且能够形成耐振动性得到提高的方形二次电池。此外，为了形成耐振动性进一步提高的方形二次电池，如图20所示，优选正极接片56(负极接片57)在正极板54(负极板55)的宽度方向上，被配置在从一端部E1越过中央线C直到另一端部E2侧。由此，卷绕电极体60经由各正极接片56以及各负极接片57来牢固地与封口板连接。
<电流切断机构>
能够在正极板与正极端子之间的导电路径以及负极板与负极端子之间的导电路径的任意路径，设置随着电池内压的上升而进行动作、切断正极板与正极端子之间的导电路径或者负极板与负极端子之间的导电路径以切断电流的电流切断机构。在该情况下，优选气体排出阀的工作压设为比电流切断机构的工作压大的值。
作为电流切断机构，优选设为包含随着电池内压的上升而变形的变形板、随着变形板的变形而断裂的断裂部的结构。并且，优选该断裂部形成于正极集电体。在该情况下，例如，能够将正极集电体设为图15所示的正极集电体6。在正极集电体6中，在贯通孔6c的周围形成薄壁部或凹口部来作为断裂部。在正极集电体6的基座部6a的上方配置变形板。并且，通过激光焊接等来将贯通孔6c的周围与变形板的下表面焊接连接。由此，在变形板随着电池内压的上升而向上方变形时，设置于基座部6a的薄壁部或者凹口部断裂，导电路径被切断。在这种情况下，优选通过电阻焊接来进行正极接片部4c与正极集电体6的连接。由此，与对正极接片部4c与正极集电体6进行超声波焊接的情况相比，能够抑制振动等对断裂部造成不良影响。此外，与对正极接片部4c与正极集电体6进行激光焊接的情况相比，能够抑制溅射等对断裂部造成不良影响。此外，通过形成宽幅部6a1(8a1)，能够容易地形成断裂部。此外，在变形板与基座部6a之间配置绝缘部件并将该绝缘部件与基座部6a固定的情况下，能够在宽幅部6a1(8a1)容易固定。作为其方法，考虑例如在宽幅部6a1(8a1)设置贯通孔或切口部，将形成于绝缘部件的突起嵌合于贯通孔或切口部。此外，在基座部，形成连接部6b的部分成为窄幅部6a2，将正极接片部4c与连接部6b连接时，基座部6a的变形被抑制，因此能够抑制断裂部损伤。
图22中表示具备电流切断机构的方形二次电池的剖视图。另外，该剖视图与图2的正极端子周边的放大图相对应。在绝缘部件10的下表面配置具有筒状部的杯状的导电部件60。导电部件60在绝缘部件10侧具有贯通孔，向该贯通孔插入正极端子7并与正极端子7连接。导电部件60在电池内部侧开口。并且，变形板61被配置为堵塞该开口。变形板61的周边与导电部件60焊接连接，开口被变形板61密封。变形板61的电池内部侧的面与正极集电体6连接。正极集电体6具有贯通孔63，该贯通孔63的边缘部与变形板61焊接连接。并且，在该被焊接连接的部分的周围形成薄壁部64。此外，在薄壁部64形成环状的槽部65。若电池内部的压力上升，则变形板61的中央部变形为向封口板2侧浮起。伴随于此，变形板61与正极集电体6的连接部被向封口板2侧牵拉，环状的槽部65断裂。由此，正极板与正极端子7的导电路径被切断，充电电流被切断。由此，能够防止过充电的进一步进行。
另外，在变形板61与正极集电体6之间配置树脂制的绝缘板62。绝缘板62与绝缘板10被锁定固定(省略图示)。绝缘板62具有固定用突起部67，该突起部67被插入到形成于正极集电体6的固定用贯通孔66，前端部被扩径。由此，绝缘板62与正极集电体6的基座部6a被连接固定。
图23是用于电流切断机构的正极集电体6的立体图。另外，图22与图23的沿着Z-Z线的剖视图相对应。正极集电体6具有：基座部6a、和从基座部6a向电极体延伸的连接部6b。基座部6a具有：方形二次电池的厚度方向(封口板的短边方向)的宽度较大的宽幅部6a1、和方形二次电池的厚度方向的宽度比宽幅部6a1小的窄幅部6a2。并且，在宽幅部6a1，基座部6a与变形板61连接。此外，在宽幅部6a1，基座部6a被与绝缘板62固定。连接部6b被设置于窄幅部6a2。
若是这种电流切断机构，则在将正极接片部4c与正极集电体6的连接部6b焊接连接时，能够抑制对设置于基座部6a的脆弱部(断裂预定部)、变形板61与基座部6a的连接部产生不良影响。例如，能够抑制连接部6b与正极接片部4c的焊接时产生的溅射飞散到脆弱部或连接部。或者，能够抑制由于将连接部6b与正极接片部4c焊接时的应力，导致在基座部6a中脆弱部或连接部的周边变形。另外，优选宽幅部6a1的宽度W1与窄幅部6a2的宽度W2的关系设为W1/W2≥3/2以上。
另外，这种结构的电流切断机构在被收纳于方形外装体的电极体是一个卷绕电极体的情况下也是有效的。此外，这种结构的电流切断机构在被收纳于方形外装体的电极体是层叠型电极体的情况下也是有效的。
作为使用了多个方形二次电池20的组电池，能够形成以下的结构。
如图24所示，在组电池50中，在一对端板51之间，多个方形二次电池20以各自的大面积侧壁平行的方向进行层叠。一对端板51通过连接条(bind bar)52来连结。另外，端板与母线使用螺栓或铆钉等或者通过焊接等来连接。优选在各方形二次电池20之间配置绝缘性的隔板53，隔板53是树脂制的。并且，在组电池50中，在一侧面(图24中为近前侧的侧面)配置各方形二次电池20的正极端子7以及负极端子9。相邻的方形二次电池20彼此的端子间通过母线54来连接。并且，在另一侧面(图24中为里侧的侧面)，配置各方形二次电池20的底部。并且，在组电池50的上表面和下表面，配置各方形二次电池20的小面积侧壁。通过设为这种结构，从而成为高度低并且体积能量密度非常高的组电池。并且，通过将这种组电池50以图24所示的方向装载于车辆中，从而成为车内的居住性大幅度改善了的车辆。
另外，优选在组电池50的底面，在内部配置冷却介质流过的冷却板55，通过该冷却板来冷却各方形二次电池20。另外，冷却介质可以是气体，也可以是液体。

Claims (11)

1.一种方形二次电池，具备：
扁平状的卷绕电极体，将正极板和负极板隔着隔板进行卷绕而成；
方形外装体，其具有开口部，所述方形外装体收纳所述卷绕电极体；
封口板，其将所述开口部封口；
正极端子，其与所述正极板电连接，并被安装于所述封口板；
正极集电体，其将所述正极板与所述正极端子电连接；
负极端子，其与所述负极板电连接，并被安装于所述封口板；和
负极集电体，其将所述负极板与所述负极端子电连接，
所述卷绕电极体在所述卷绕电极体的卷绕轴延伸的方向上的一个端部，具有正极接片部以及负极接片部，
至少2个所述卷绕电极体被收纳在所述方形外装体内，以使得：各自的所述卷绕轴被配置在与所述封口板垂直的方向，所述正极接片部以及所述负极接片部位于所述封口板一侧，
所述负极集电体是板状的金属部件被折弯而成的集电体，
所述负极集电体具有：焊接连接所述负极端子的基座部、和从所述基座部的端部被折弯的连接部，
所述多个卷绕电极体在各卷绕电极体的厚度方向排列，
从多个所述卷绕电极体排列的方向观察，在相对于所述封口板垂直的方向以及相对于多个所述卷绕电极体排列的方向垂直的方向，所述连接部的与负极接片部的接合区域与基座部并排配置。
2.根据权利要求1所述的方形二次电池，其中，
所述方形外装体具有：底部、一对大面积侧壁、以及一对小面积侧壁，
所述小面积侧壁的面积小于所述大面积侧壁的面积，
所述底部的面积小于所述小面积侧壁的面积。
3.根据权利要求1或者2所述的方形二次电池，其中，
所述正极板具有：正极芯体、和形成在所述正极芯体上的正极活性物质层，
所述正极芯体具有未形成所述正极活性物质层的正极芯体露出部，
所述负极板具有：负极芯体、和形成在所述负极芯体上的负极活性物质层，
所述负极芯体具有未形成所述负极活性物质层的负极芯体露出部，
所述正极接片部是所述正极芯体露出部，
所述负极接片部是所述负极芯体露出部，
多个所述卷绕电极体被配置在形成为袋状或者箱状的绝缘片内。
4.根据权利要求1或者2所述的方形二次电池，其中，
所述正极接片部具有直线部和曲线部，
所述负极接片部具有直线部和曲线部。
5.根据权利要求1或者2所述的方形二次电池，其中，
在所述正极板的宽度方向上的一个端部，具有相同宽度的所述正极接片部形成为等间隔。
6.根据权利要求1或者2所述的方形二次电池，其中，
所述正极接片部的宽度是所述卷绕电极体的宽度的1/4以上且1/2以下。
7.根据权利要求1或者2所述的方形二次电池，其中，
所述正极接片部在错开的状态下被层叠，从而形成由各所述正极接片部的端部所形成的正极阶梯状部，
所述正极阶梯状部与正极集电体连接。
8.根据权利要求1或者2所述的方形二次电池，其中，
在所述负极板的宽度方向上的一个端部，具有相同宽度的所述负极接片部形成为等间隔。
9.根据权利要求1或者2所述的方形二次电池，其中，
所述负极接片部的宽度是所述卷绕电极体的宽度的1/4以上且1/2以下。
10.根据权利要求1或者2所述的方形二次电池，其中，
所述负极接片部在错开的状态下被层叠，从而形成由各所述负极接片部的端部所形成的负极阶梯状部，
所述负极阶梯状部与负极集电体连接。
11.一种组电池，其具备多个权利要求1～10的任意一项所述的方形二次电池，
所述组电池具有：
一对端板；和
将所述一对端板连结的连接条，
在所述一对端板之间，多个所述方形二次电池以各自的大面积侧壁平行的方向进行层叠，
各所述方形二次电池的所述正极端子以及所述负极端子被配置在一个侧面，
各所述方形二次电池的各所述方形外装体的底部被配置在另一个侧面。
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