JP2011076786A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】内部抵抗を抑え、組電池化を容易にし、かつ封液性能を高める。
【解決手段】 正極外部端子４Ａには、電池缶１０の内外を連通する注液口２０が穿設され、注液口は注液栓２２によって密封されている。注液口の周囲には座ぐり４１が形成され、注液栓には、座ぐりに嵌入するつば部２６が設けられている。つば部２６はレーザビーム溶接によって固定される。注液栓を注液口に強固に固定しつつ、注液口２０を密封することによって、封液性能を高めることができる。注液口および注液栓を外部端子に設けることによって、電池缶や電池蓋に注液口を設ける必要はない。これによって電池缶、電池蓋を薄板によって形成することが可能となり、比重の大きい鉄板を電池缶、電池蓋の材料として採用しても、容器を軽量化し得る。鉄板を用いた場合、極めて強度の高い溶接部を形成し得る。
【選択図】図５

Description

本発明は、浅底の電池缶内に発電要素群を収納し、電池缶開口を電池蓋で封止した二次電池に関する。

地域環境保護の社会動向を受け、ハイブリッド車や電気自動車等の車両駆動用二次電池の実用化、普及が急務である。車両駆動用二次電池の構造としては、発電要素群たる正極、負極双方のシート（正負極板）と、正負極板間の絶縁用のセパレータと、電解液とが、金属製や樹脂製の密閉容器内に収容され、発電要素群の両極とそれぞれ接合された外部端子を設けたものがよく知られている。

これまで実用化された二次電池では、その外部が円柱状をなしたものが殆どであったが、車両駆動用二次電池では、出力や容量の向上を図るために数十から、多いときには百超の個数の二次電池をまとめて組電池とし、ひとつの車両に搭載することが必要であり、実装密度の向上を図る観点から、角形状の二次電池が盛んに実用化されるようになっている。

従来知られる角形二次電池は、深絞り法により形成した金属製の深底の電池缶を有し、電池缶の断面は扁平長方形状に形成されている。ここで、発電要素群の両極方向をＷＨ方向、発電要素群両極の延在方向をＨＨ方向、発電要素群厚さ方向をＤＨ方向と呼ぶことにする。上記角形二次電池では、ＨＨ方向、ＷＨ方向、ＤＨ方向は、電池缶の深さ方向、扁平断面の長辺方向、扁平断面の短辺方向にそれぞれ対応する。

電池缶には、絶縁ケースを介して発電要素群が収容される。発電要素群は、集電部を有する正負極板が捲回または積層され、ＷＨ方向に配置された両端部に正負極活物質合剤の未塗工部がそれぞれ形成される。未塗工部には、超音波接合法等により、接続板（接続部材）が接合部において接合される。電池缶の開口部は金属製の電池蓋をレーザビーム溶接法等で溶接して封止され、電池蓋には、外部と接続するための正負極部が、電池蓋との電気的接触を避け、かつ、電池内部の気密を保つためのシール部材を介して固定される。電池蓋には注液口が設けられ、注液口から電池缶内に電解液が注入される。注入口は、レーザビーム溶接法により気密封止される。

このような二次電池では、接続板は発電要素群のＷＨ方向端部、すなわち電池缶短辺に沿って電池蓋まで伸び、正負極部に接続される。このため、接続板の形状は発電要素群や電池缶の形状によって制限を受け、電流経路幅が狭小となって、電池内部抵抗が大きくなることがある。

そこで特許文献１の二次電池では、扁平な４側面と、これら４側面で画定された、各側面に比較して広い底壁と、この底壁に対向する開口部を設け、開口部を電池蓋で封止している。そして、電池蓋に正負極部を設け、接続板（接続部材）をＤＨ方向に延材させて、その距離を短縮し、内部抵抗を減少している。

特許３９９７３６９号公報

特許文献１の二次電池は、電池蓋（上蓋）１に設けられた注液口５から電解液を注入し、注液口５を熱可塑性プラスチックよりなる封口フィルム６で塞いでいるが、従来の、電池蓋の注液口をレーザビーム溶接で封止する構成に比較し、封液性能が充分とはいえなかった。

（１）請求項１の発明による二次電池は、上部に開口部を、側部に側壁を有する扁平有底形状の電池缶、および前記開口部を封止する電池蓋とで構成される電池容器と、前記電池容器に収容され、正極、負極、正極集電部、および負極集電部を有する発電要素群と、前記電池缶の前記側壁に設けた端子取付用開口に装着される外部端子であって、前記側壁に沿って延在するとともに前記側壁よりも厚い所定厚さを有し、前記電池容器の内側には、前記正極集電部および負極集電部が接続される集電部接続面が形成されている正極外部端子および負極外部端子と、前記正極集電部と正極外部端子とを接続する正極接続部材、および前記負極集電部と負極外部端子とを接続する負極接続部材とを備え、前記正負極外部端子のいずれか一方には前記電池容器の内外を連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔は挿入された栓部材を溶接して封止されていることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１記載の二次電池において、前記貫通孔には、前記栓部材のつば部を収容する大きさ、深さの座ぐりが設けられていることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２記載の二次電池において、前記貫通孔は注液口であることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１または２記載の二次電池において、前記栓部材は安全弁装置であることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池において、前記正極接続部材および負極接続部材のそれぞれは、前記電池容器の底壁と平行に延在し、かつ、対応する極性の外部端子の横幅と略同幅に形成され、前記正極集電部または前記負極集電部が固着される水平基部と、前記水平基部に連続しつつ前記外部端子の前記集電部接続面に沿って形成された垂直接触端部とを備え、前記垂直接触端部を前記集電部接続面に接触させ、前記電池缶の外部からの溶接で両者を固着することを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二次電池において、前記発電要素群を前記正負極集電部方向に位置決めする水平方向位置決め手段をさらに備えることを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項６に記載の二次電池において、前記水平方向位置決め手段は前記正極接続部材および前記正極外部端子に設けられ、前記正極接続部材および前記正極外部端子には、相互に前記正負極集電部方向に当接する接触面がそれぞれ形成され、前記負極接続部材および前記負極外部端子にも、相互に前記正負極集電部方向に当接する接触面がそれぞれ形成され、前記発電要素群の前記正負極集電部方向の位置決めを行うことを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の二次電池において、前記発電要素群を電池缶深さ方向について位置決めする深さ方向位置決め手段をさらに備えることを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、請求項８に記載の二次電池において、前記電池缶深さ方向位置決め手段は前記正極接続部材および前記正極外部端子に設けられ、前記正極接続部材および前記正極外部端子には、相互に前記電池深さ方向に当接する接触面がそれぞれ形成され、前記負極接続部材および前記負極外部端子にも、相互に前記電池深さ方向に当接する接触面がそれぞれ形成され、前記発電要素群の前記電池深さ方向の位置決めを行うことを特徴とする。

本発明によれば、外部端子に電池容器内外を連通する貫通孔を設けたので、電池缶や電池蓋に貫通孔を設ける必要がなくなり、それらの板厚を従来よりも薄くできる。したがって、二次電池の軽量化を図ることができる。

本発明による二次電池の第１の実施の形態を示す部分縦断面図。 図１の二次電池の発電要素群の構成を示す分解斜視図。 図１の二次電池の発電要素群の他の構成を示す斜視図。 図１の二次電池の電池缶および電池蓋を示す部分破断斜視図。 図４のＶ−Ｖ矢視線に沿う部分縦断面図。 本発明による二次電池の第２の実施の形態を示す部分縦断面図。 本発明による二次電池の第２の実施の形態を示す部分縦断面図。 本発明による二次電池の第３の実施の形態を示す部分縦断面図。 図７の二次電池の製造工程を説明する部分縦断面図。 図７の二次電池の製造工程を説明する部分縦断面図。 図７の二次電池の製造工程を説明する部分縦断面図。 図７の二次電池の製造工程を説明する部分縦断面図。 図７の二次電池の製造工程を説明する部分縦断面図。 図７の二次電池の製造工程を説明する部分縦断面図。 図７の二次電池の製造工程を説明する部分縦断面図。 本発明による二次電池の第４の実施の形態を示す部分縦断面図。 本発明による二次電池の第４の実施の形態を示す他の部分縦断面図。

以下、本発明による二次電池の実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
［第１の実施の形態］

図１および図４に示すように、リチウムイオン二次電池３０は、扁平直方体状の容器１０と、容器１０内に収容されている発電要素群６とを有する。発電要素群６は電解液（図示省略）に浸漬され、可撓性の絶縁ケース７（図４）によって容器１０から絶縁されている。発電要素群６は、正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂを有し、正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂは、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂをそれぞれ介して、容器１０に設けられた正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂに接続されている。正負極外部端子４Ａ、４Ｂは外部に露出して、二次電池相互、あるいは他の電気機器との接続が可能である。

なお、図示および説明を簡略化するために、図４以外の図面では、絶縁ケース７を省略する。

以下、説明を簡単にするために、二次電池３０における３次元の３方向を次のように定義する。すなわち、容器１０の正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂを結ぶ方向（図１の左右方向）をＷＨ方向（正負電極部方向）、容器１０の厚さ方向、すなわち電池缶１１の底壁１１１と電池蓋１２とを結ぶ方向（図１の上下方向）をＤＨ方向（電池缶深さ方向）、ＷＨ方向およびＤＨ方向と直交する方向をＨＨ方向とする。すなわち、容器１０は、ＤＨ方向（側面高さ方向）に薄く、底壁１１１がＷＨ方向に長く、ＨＨ方向に短い。

図２に示すように、発電要素群６は、帯状の正極板６Ｐ１と負極板６Ｐ２とを、帯状の２枚のセパレータ６Ｃを介して捲回して形成され、ＤＨ方向に比較してＨＨ方向が長い扁平コイル状に形成される。

正極板６Ｐ１は、例えば、アルミニウム製の正極集電箔の両面に、マンガン酸リチウム等、リチウム含有遷移金属複合酸化物等の正極活物質を含む正極活物質合剤を略均等かつ略均一に塗着して形成される。正極活物質合剤には、正極活物質以外に炭素材料等の導電剤およびポリフッ化ビニリデン（以下ＰＶＤＦと略記する。）等のバインダ（結着剤）が配合され、正極集電箔へ正極活物質合剤を塗工する時には、正極活物質合剤は、Ｎ−メチルピロリドン（以下ＮＭＰと略記する。）等の分散溶媒で粘度調整される。正極活物質合剤を塗工する時、正極集電箔の幅方向一側の側縁に未塗工部６ＲＡが形成される。すなわち未塗工部６ＲＡではアルミニウムが露出している。その後、乾燥させ、ロールプレスで密度が調整されている。

負極板６Ｐ２は、例えば、銅製の負極集電箔の両面に、リチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材を含む負極活物質合剤を、略均等かつ略均一に塗着して形成される。負極活物質合剤には、負極活物質以外に、アセチレンブラック等の導電材やＰＶＤＦ等のバインダが配合されている。銅箔へ負極活物質合剤を塗工する時には、負極活物質合剤は、ＮＭＰ等の分散溶媒で粘度調整される。負極活物質合剤を塗工する時、銅箔の長寸方向一側の側縁に負極活物質合剤の塗工されない未塗工部６ＲＢが形成される。すなわち、未塗工部６ＲＢでは、銅箔が露出している。その後、乾燥させ、ロールプレスで密度が調整されている。

なお、負極板６Ｐ２の長さは、正極板６Ｐ１および負極板６Ｐ２を捲回したときに、捲回最内周および最外周で捲回方向に正極板６Ｐ１が負極板６Ｐ２からはみ出すことがないように、正極板６Ｐ１の長さより長く設定されている。また、負極活物質合剤の塗着部の幅（ＷＨ方向の長さ）は、発電要素群６の正負極集電部方向（ＷＨ方向）において正極活物質合剤の塗着部が負極活物質合剤の塗着部からはみ出すことがないように、正極活物質合剤の塗着部の幅より長く設定されている。

正極板６Ｐ１、負極板６Ｐ２の幅方向端部の活物質合剤が塗布されない未塗工部６ＲＡ、６ＲＢは、捲回後に、ＷＨ方向端部をＤＨ方向に平坦状にプレス加工され、正極集電部６Ａと負極集電部６Ｂが形成される。

発電要素群６は、未塗工部６ＲＡ、６ＲＢに比較して、その他の部分（塗工部６Ｃ）が活物質合剤の分だけ肉厚となるため、正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂには、ＷＨ方向中央部に向かって厚さが増加する傾斜が生じる。

電池缶１１は、たとえばアルミニウム製薄板を浅絞り法により加工して有底扁平形状に形成され、上部には開口部１１３が設けられている。電池缶１１は、長方形枠形状の側壁１１０と底壁１１１とを有し、上部開口部１１３はレーザビーム溶接等（溶接部をＷ２で示す。）で電池蓋１２を溶着して封止される。

電池缶１１の側壁１１０は、対向する一対の長手帯状側壁１１０Ａと、対向する一対の短手帯状側壁１１０Ｂの４面で形成されている。短手帯状側壁１１０Ｂのほぼ中央部に横長の端子取付用開口１１５が設けられ、一方の短手帯状側壁１１０Ｂの端子取付用開口１１５には正極外部端子４Ａが、他方の短手帯状側壁１１０Ｂの端子取付用開口１１５には負極外部端子４Ｂが取り付けられている。

正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂの周縁にはトランスファモールドで封止材１３が成型され、正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂを端子取付用開口１１５に封止材１３を介して取り付けることにより、端子取付用開口１１５が封止される。封止材１３は、電池缶１１に対して正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂを絶縁するとともに、電池缶１１に対して正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂを固定する。

上述した発電要素群６は、電池缶１１内において、正極集電部６Ａと負極集電部６Ｂがそれぞれ正極外部端子４Ａと負極外部端子４Ｂに対向する向きに配置され、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂにより、正極集電部６Ａと負極集電部６Ｂがそれぞれ正極外部端子４Ａと負極外部端子４Ｂに接続されている。

図１および図４に示すように、短手帯状側壁１１０Ｂの端子取付用開口１１５に取り付けられた正極外部端子４Ａは、電池缶１１の厚みよりも厚い所定厚さの金属部材で製作され、全体として断面形状が略ハット形状である。正極外部端子４Ａには、電池缶１１の内部を外部と連通する貫通孔２０があけられ、図４（ｂ）に示すように、貫通孔２０の周りに座ぐり４１が設けられている。座ぐり４１は、貫通孔の栓部材のつば部を収容する大きさ、深さである。

また、負極外部端子４Ｂも正極外部端子４Ａと同様に形成される。すなわち、負極外部端子４Ｂは、電池缶１１の厚みよりも厚い所定厚さの金属部材で製作され、全体として断面形状が略ハット形状である。負極外部端子４Ｂには、電池缶１１の内部を外部と連通する貫通孔２０があけられ、図４（ｂ）に示すように、貫通孔２０の周りに座ぐり４１が設けられている。座ぐり４１は、貫通孔の栓部材のつば部を収容する大きさ、深さである。

正極外部端子４Ａの容器１０内側に突出する支持部４ＡＳの容器内面は正極集電部接触面４ＡＴとされ、負極外部端子４Ｂの容器１０内側に突出する支持部４ＢＳの容器内面は負極集電部接触面４ＢＴとされる。

正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂのそれぞれには、予め正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂが超音波接合により電気的かつ機械的に接合され、集電部組立体が作製される。略Ｌ字状の正極接続部材５Ａは、底壁１１１と平行に延在するとともに、外部端子の幅と略同じ幅に形成された水平基部５ＡＡと、水平基部５ＡＡに連続しつつ支持部４ＡＳに沿うように容器開口部１１３方向（底壁１１１に直交する方向）に折曲された垂直接触端部５ＡＳとを備えている。負極接続部材５Ｂも正極接続部材５Ａと同様の水平基部５ＢＡと、垂直接触端部５ＢＳとを備えている。

正極接続部材５Ａの水平基部５ＡＡには正極集電部６Ａが固着され、垂直接触端部５ＡＳの接触面５ＡＴは正極外部端子４Ａの集電部接触面４ＡＴに当接され、レーザビーム溶接される（溶接部をＷ１で示す）。正極接続部材５Ａと正極外部端子４Ａとのレーザビーム溶接は、相互の接触面５ＡＴ、４ＡＴに対して、正極外部端子４Ａの外側から施される。

負極接続部材５Ｂの水平基部５ＢＡには負極集電部６Ｂが固着され、垂直接触端部５ＢＳの接触面５ＢＴは負極外部端子４Ｂの集電部接触面４ＢＴに当接され、レーザビーム溶接される。負極接続部材５Ｂと負極外部端子４Ｂとのレーザビーム溶接は、相互の接触面５ＢＴ、４ＢＴに対して、負極外部端子４Ｂの外側から施される。

ここで、正極外部端子４Ａの接触面４ＡＴに正極接続部材５Ａの垂直接触端部５ＡＳの接触面５ＡＴが、負極外部端子４Ｂの接触面４ＢＴに負極接続部材５Ｂの垂直接触端部５ＢＳの接触面５ＢＴがそれぞれ面接触することにより、発電要素群６は正負極集電部方向（ＷＨ方向）に位置決めされる。

図５に示すように、正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂの一方または両方（本実施の形態では正極外部端子４Ａとする）には、電池缶１１の内外を連通する貫通孔２０が座ぐり４１の底壁に穿設されている。貫通孔２０は容器１０内に電解液を注入するための注液口とされる。注液栓２２にはつば部２６が設けられている。つば部２６は座ぐり４１に嵌入された後にレーザビーム溶接によって固定される。

電解液は正極外部端子４Ａに設けられた注液口（貫通孔）２０から注入される。電解液注入後、注液口２０に栓部材（注液栓）２２が挿入されて容器内部を密封する。

図５に示すように、正極接続部材５Ａの垂直接触端部５ＡＳには、注液口２０に対応した位置に、切り欠５ＡＲが形成され、電解液の注入に支障がないようにしている。

組電池の組み立てに際しては、正極外部端子４Ａ相互および負極外部端子４Ｂ相互をバスバー（図示省略）等によって接続する。正極外部端子４Ａ相互の接続に用いるバスバーは、例えば、アルミニウムで製作される。また、負極外部端子４Ｂ相互の接続に用いるバスバーは、例えば、アルミニウム／銅複合材（クラッド材）が用いられる。アルミニウムと銅を超音波接合あるいはかしめにより電気的、機械的に接合した複合材を使用してもよい。

一般に、電池缶１１の材質は例えばアルミニウム、正極外部端子４Ａの材質は例えばアルミニウム、負極外部端子４Ｂの材質は例えば銅、電池蓋１２の材質は例えばアルミニウム、封止材１３の材質は例えばポリフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳと略記する。）やポリブチレンテレフタレート（以下ＰＢＴと略記する。）等の樹脂である。なお、電池蓋１２の厚さ方向の凹凸は、電池缶１１の凹凸量よりも小さく設定されている。

以上説明した第１の実施の形態の電池によれば次のような作用効果を奏することができる。

（１）電池缶１１の短手帯状側壁１１０Ｂに設けた端子取付用開口１１５に、電池缶素材の板厚、電池蓋素材の板厚よりも厚い正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂを設けた。また、正極外部端子４Ａに電池容器内と外部とを貫通する容器内外連通貫通孔２０を設け、容器内外連通貫通孔２０を栓２２で封止した。したがって、従来例のように電池缶や電池蓋に開口を設ける場合、栓の装着強度や信頼性を担保するためある程度の板厚が必要であり、電池の軽量化を阻害していた。しかし、本発明によれば、短手帯状側壁１１０Ｂに板厚の厚い正極外部端子４Ａを設け、その外部端子４Ａに容器内外連通貫通孔２０を設けるようにしたので、電池缶１１や電池蓋１２の板厚を従来例に比べて薄くでき、電池の軽量化に寄与する。
これにより、例えば、比較的比重の大きい鉄板を電池缶１１、電池蓋１２の材料として採用しても、容器１０を軽量化することができる。鉄板を用いた場合、電池容器１１と電池蓋１２の溶接部Ｗ２を強固に形成することができる。

（２）外部端子４Ａには、容器内外連通貫通孔２０の周囲に座ぐり４１を設けた。したがって、容器内外連通貫通孔２０を封止する栓のつば部２６が座ぐり４１に収容されるので、電池容器表面に溶接ビードが盛り上がることがない。また、（１）で述べたように軽量化にも寄与する。従来のように電池缶や電池蓋に容器内外連通貫通孔を設ける場合、座ぐりを設けるためには板厚が大きくなり、電池の軽量化を阻害していた。

（３）正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂが短手帯状側壁１１０Ｂの長手方向に沿って配置されているので、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂを幅広に形成できる。また、正極集電部６Ａと正極外部端子４Ａ、負極集電部６Ｂと負極外部端子４Ｂがそれぞれ近接しているため、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂを短くすることができる。
従って、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂの電気抵抗、ひいては、二次電池の内部抵抗を小さくすることができ、充放電性能等の電池性能を向上することができる。

（４）正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂと正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂとを、それぞれ近接配置したことによって、発電要素群６の大きさ、容器１０の形状等に影響されることなく、電流経路を最適化することができる。

（５）正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂ、正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂは短手帯状側壁１１０Ｂの長手方向に延在して比較的大きいサイズに設定できるので、相互の接触面５ＡＴ、５ＢＴも充分大きく設定でき、溶接部Ｗ１を充分なサイズとすることができ、溶接強度を確保することができる。

（６）正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂを容器側壁１１０Ｂに近接させ、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂにより正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂに接続した。したがって、従来のように容器１０内でＷＨ方向やＨＨ方向に正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂを引き回す必要はなく、ＷＨ方向、ＨＨ方向の容器寸法を小さくでき、電池サイズを小型化することができる。

（７）正極接続部材５Ａの垂直壁５ＡＳを正極外部端子４Ａの支持部４ＡＳの接触面４ＡＴに当接して溶接するとともに、負極接続部材５Ｂの垂直壁５ＢＳを負極外部端子４Ｂの支持部４ＢＳの接触面４ＢＴに当接して溶接するようにした。溶接前の発電要素群６をＷＨ方向について位置決めし、溶接作業を容易にすることができる。

（８）正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂは容器１０の側壁１１０Ｂにおいて露出しているので、二次電池３０をＤＨ方向に積層したとき、積層方向（ＤＨ方向）に対して直交する方向に正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂが直列して隣接配列されることになる。このため、レーザビームに対する干渉等生じることなく、複数の二次電池の正極外部端子４Ａ相互、負極外部端子４Ｂ相互を容易に接続することができる。これによって、組電池の組み立てコストを低減し得る。

（９）正極接続部材５Ａの垂直接触端部５ＡＳには、注液口２０に対応した位置に、切り欠５ＡＲが形成され、正極接続部材５Ａを正極外部端子４Ａに溶接した後に、垂直接触端部５ＡＳが注液口２０からの電解液注入の障害となることが防止されている。

（１０）電池缶１１を電池蓋１２で封止する際に、正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂとの干渉を考慮する必要がないため、電池缶１１と電池蓋１２とをレーザビーム溶接することができる。これによって、電池缶１１、電池蓋１２にアルミニウム主材の材料を採用でき、二次電池３０全体を軽量化し得る。

（１１）正負極外部端子４Ａ、４Ｂは電池缶１１の外部に露出し、正負極外部端子４Ａ、４Ｂにおける接触面５ＡＴ、５ＢＴの外側の面（接触面５ＡＴ、５ＢＴの裏側の面）は、充分なサイズで電池缶１１の外部に露出しているので、溶接作業は容易である。

（１２）注液栓２２を注液口２０に強固に固定しつつ、注液口２０を密封することによって、封液性能を高めることができる。

（１３）電池缶１１は開口部１１３を有する扁平直方体状であって、開口部１１３から見たとき、ＷＨ方向およびＨＨ方向の寸法（開口サイズ）が大きく、ＤＨ方向寸法（深さ）が小さい。このため、発電要素群６の電池缶１１への挿入作業は容易であり、挿入時に開口部１１３の縁で発電要素群６を損傷する可能性も低い。従って、二次電池の組み立て工数を節減し、歩留りを向上することができる。

（１４）電池缶１１は従来のような深絞りの工程を必要としないので、その製造原価は安価である。

発電要素群６は図２の構成に限定されるものではなく、図３に示すように、正負極板６Ｐ１、６Ｐ２を積層して形成することも可能である。

積層式発電要素群６は、長方形状の正極板６Ｐ１と、長方形状の負極板６Ｐ２とを、長方形状のセパレータ６Ｃを介して、交互に積層して構成される。このとき、未塗工部６ＲＡ、６ＲＢが、反対側（相互に裏側）の面に位置するように正極板６Ｐ１、負極板６Ｐ２の表裏を設定する。
このように構成した積層式発電要素群６によって、図２の発電要素群６を使用した場合と同様の効果を奏することができる。

［第２の実施の形態］
次に、図６、図７に基づいて、本発明による二次電池の第２の実施の形態を説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第２の実施の形態は、正極接続部材５Ａ、負極外部端子５Ｂの垂直接触端部５ＡＳ、５ＢＳの形状を変更したものである。図６、図７は正極端子（外部端子）４Ａ側において、正極接続部材５Ａのみを代表的に示す。

正極接続部材５Ａは、底壁１１１に平行に延在する水平基部５ＡＡと、基部５ＡＡに連続しつつ支持部４ＡＳに沿うように折曲された垂直接触端部５ＡＳとを備える。垂直接触端部５ＡＳは、接触面４ＡＴに沿いつつ、支持部４ＡＳに対向する対向部５ＡＳ１と、対向部５ＡＳ１の先端から折曲されて、支持部４ＡＳの開口部１１３側の側面４ＡＳＳに係合して、溶接前の状態で、発電要素群６を支持する荷重支持部５ＡＳ２とを備える。接触面５ＡＴは対向部５ＡＳ１に形成され、接触面５ＡＴにおいて、接触面４ＡＴとレーザビーム溶接されている。レーザビーム溶接は、開口部１１３の方向から施される。

正極接続部材５Ａは、溶接前の状態の発電要素群６を、垂直接触端部５ＡＳにおける対向部５ＡＳ１によって、ＷＨ方向について位置決めするばかりでなく、荷重支持部５ＡＳ２において電池缶１１の深さ方向（ＤＨ方向）について位置決めされる。接触面４ＡＴ、４ＢＴと対向部５ＡＳ１、５ＢＳ１とは、発電要素群６の正負極集電部方向を位置決めする機能を有し、側面４ＡＳＳ、４ＢＳＳと荷重支持部５ＡＳ２、５ＢＳ２とは発電要素群６の電池缶深さ方向を位置決めする機能を有する。

図７に示すように、第１の実施の形態同様、正極外部端子４Ａには、座ぐり４１を有する注液口２０が穿設され、注液口２０は注液栓２２によって溶接、密封されている。さらに正極接続部材５Ａの垂直接触端部５ＡＳには、注液口２０に対応した位置に、切り欠５ＡＲが形成され、電解液注入の障害となることが防止されている。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態の効果に加え、発電要素群部６をより確実に位置設定した上で溶接作業を行うことができ、作業効率、位置決め精度を高めることができる。

［第３の実施の形態］
次に、図８に基づいて、本発明による二次電池の第３の実施の形態を説明する。なお、図中、第２の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第３の実施の形態は、第２の実施の形態と同様の正極接続部材５Ａ、負極外部端子５Ｂを採用する一方、レーザ溶接対象である接触面５ＡＴ、５ＢＴを荷重支持部５ＡＳ２、５ＢＳ２に形成したものである。図８は正極外部端子４Ａ側において、正極接続部材５Ａのみを代表的に示す。

正極接続部材５Ａは、底壁１１１に平行に延在する基部５ＡＡと、基部５ＡＡに連続しつつ支持部４ＡＳに沿うように折曲された垂直接触端部５ＡＳとを備え、第２の実施の形態と同様の対向部５ＡＳ１、荷重支持部５ＡＳ２とを備える。

正極接続部材５Ａは、溶接前の状態の発電要素群６を、垂直接触端部５ＡＳにおける対向部５ＡＳ１によって、ＷＨ方向について位置決めするばかりでなく、荷重支持部５ＡＳ２において電池缶１１の深さ方向（ＤＨ方向）について位置決めされる。

接触面４ＡＴ、４ＢＴと対向部５ＡＳ１、５ＢＳ１とは、発電要素群６の正負極集電部方向を位置決めする機能を有し、側面４ＡＳＳ、４ＢＳＳと荷重支持部５ＡＳ２、５ＢＳ２とは発電要素群６の電池缶深さ方向を位置決めする機能を有する。

一方、第２の実施の形態と異なり、接触面５ＡＴは荷重支持部５ＡＳ２に形成され、接触面４ＡＴ１は支持部４ＡＳの周縁に形成されており、接触面４ＡＴ１、５ＡＴにおいて溶接されている。
第２の実施の形態と同様、レーザビーム溶接は、開口部１１３の方向から施される。

第１、第２の実施の形態のように、溶接部Ｗ２の位置は変更可能であり、製造効率、電池の耐環境（温度変化）信頼性、電池の内部抵抗への影響等を考慮し決定される。

第１、第２の実施の形態と同様、正極外部端子４Ａには注液口２０、注液栓２２が設けられ（図１６参照）、注液口２０は注液栓２２によって密封されている。

［製造方法］
次に、第３の実施の形態の二次電池の製造方法を図９〜図１５を参照して説明する。
リチウムイオン二次電池３０の製造工程は、準備工程、固定工程、接続工程、接合工程を含む。
準備工程では、正負極板６Ｐ１、６Ｐ２を捲回して発電要素群６を形成した後、未塗工部６ＲＡ、６ＲＢに正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂをそれぞれ接続する。
固定工程では、電池缶１１の側壁１１０Ｂの端子取付用開口１１５に封止部材１３を介して正負極外部端子４Ａ、４Ｂをそれぞれ固定する。
接続工程では、電池缶１１内に発電要素群６を挿入、設置し、正負極外部端子４Ａ、４Ｂを正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂにそれぞれ電気的、機械的に接続する。
接合工程では、電池缶１１を電池蓋１２で封止する。

準備工程をさらに詳細に説明すると、まず、予め作成した正極板６Ｐ１と、６Ｐ２とをセパレータ６Ｃを介して捲回する。このとき、正極板６Ｐ１の未塗工部６ＲＡと、負極板６Ｐ２の未塗工部６ＲＢとが互いに反対側に配置されるように、セパレータ６Ｃ、負極板６Ｐ２、セパレータ６Ｃ、正極板６Ｐ１の順に積層し、長手方向の一端から断面略長方形状になるように捲回する。
捲き始め部分および捲き終わり部分には、セパレータ６Ｃのみを２〜３周程度捲回する。
さらに、未塗工部６ＲＡ、６ＲＢをプレス加工して正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂを形成する。

このように形成された発電要素群６の正極集電部６Ａ、負極集電部６Ｂに、それぞれ正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂを配置し、図１１に示すように、正極接続部材５Ａと負極接続部材５Ｂ（図示省略）に超音波処理を施し、正極接続部材５Ａと正極集電部６Ａ、負極接続部材５Ｂと負極集電部６Ｂとを、それぞれ一体となるように接合する。

固定工程をさらに詳細に説明すると、電池缶１１の端子取付用開口１１５に、シール部材１３を介して、正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂをそれぞれ固定する。
図９に示すように、電池缶１１の端子取付用開口１１５内に対して、正極外部端子４Ａと、負極外部端子４Ｂ（図示省略）とを挿入し、図１０に示すように、電池缶１１と、正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂ（図示省略）とを一定の間隔に保持した状態で、隙間にＰＰＳやＰＢＴの樹脂材料をトランスファモールドすることで、封止部材１３を形成する。
トランスファモールドにより、電池缶１１と正極外部端子４Ａ、負極外部端子４Ｂとの相対位置が固定され、両者間の絶縁が確保され、かつ気密が確立される。

接続工程をさらに詳細に説明すると、準備工程で得た、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂが接続された発電要素群６と、固定工程で得た、電池缶１１に一体化した正負極外部端子４Ａ、４Ｂとを電気的、機械的に接続する。

図１２、図１３に示すように、準備工程で作成した、発電要素群６を正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂとともに、電池缶１１内に、絶縁ケース７（図示省略）を介して（発電要素群６および正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂを覆うように）挿入、設置する。
正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂと、正負極外部端子４Ａ、４Ｂとを、それぞれ、電池缶１１の開口部１１３方向からのレーザビーム溶接で、電気的、機械的に接続する。
なお前述したように、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂを幅広に形成し得るので、内部抵抗を小さくすることができる。

なお、第１の実施の形態においては、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂと、正負極外部端子４Ａ、４Ｂとの溶接位置および溶接方向が相違するのみで、他の処理は同様である。
また、第２の実施の形態においては、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂと、正負極外部端子４Ａ、４Ｂとの溶接位置が相違するのみで、他の処理は同様である。

接合工程をさらに詳細に説明すると、図１４に示すように、電池蓋１２の外周縁を開口部１１３に合わせ、合わせ面に隙間が生じないように加圧する。電池蓋１２の上方から、電池蓋１２の外周縁に向けてレーザビームを照射、走査し、電池缶１１と電池蓋１２とを溶接する。

図１５に示すように、注液口２０から電解液を注液した後、注液口２０を注液栓２２で密栓し、外周をレーザビーム溶接して、リチウムイオン二次電池３０を完成する。電解液としては、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液が用いられている。

［第４の実施の形態］
次に、図１６、図１７に基づいて、本発明による二次電池の第４の実施の形態を説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第４の実施の形態は、第１の実施の形態の正負極外部端子４Ａ、４Ｂにおける支持部４ＡＳ、４ＢＳ、正極接続部材５Ａ、負極接続部材５Ｂにおける垂直接触端部５ＡＳ、５ＢＳの形状を変更したものである。
図１６、図１７は正極外部端子４Ａ側のみを代表的に示す。

正極外部端子４Ａは、容器１０内側に、支持部４ＡＳが形成されている。支持部４ＡＳは、深さ方向（ＤＨ方向）に沿う支持面４ＡＳ１と、支持面４ＡＳ１の底部側端部から容器底壁１１１に沿う方向（ＨＨ方向）に延在する突片（荷重支持部）４ＡＳ２とを備える。接触面４ＡＴは支持面４ＡＳ１に形成されている。

正極接続部材５Ａは、底壁１１１に平行に延在する基部５ＡＡと、基部５ＡＡに連続しつつＤＨ方向に沿うように底壁１１１に向かって折曲された立ち上げ部５ＡＳ１と、折曲部５ＡＳ１の底壁１１１側端部から突片４ＡＳ２の開口部１１３側の面に沿って伸びる荷重支持部５ＡＳ２と、荷重支持部５ＡＳ２の側壁１１０Ｂ側端部から支持面４ＡＳ１に沿って開口部１１３方向に延びる対向部５ＡＳ３とを備える。

支持部４ＡＳは支持面４ＡＳ１（接触面４ＡＴ）において、正極接続部材５Ａを支持することにより、溶接前の発電要素群６をＷＨ方向について位置決めし、なおかつ、突片４ＡＳ２によって荷重支持部５ＡＳ２を支持して、電池缶１１の深さ方向（ＤＨ方向）について位置決めする。

支持面４ＡＳ１、４ＢＳ１と対向部５ＡＳ３、５ＢＳ３とは発電要素群６の正負極集電部方向を位置決めする機能を有し、突片４ＡＳ２、４ＢＳ２と荷重支持部５ＡＳ２、５ＢＳ２とは発電要素群６の電池缶深さ方向を位置決めする機能を有する。
接触面５ＡＴは対向部５ＡＳ３において、支持面４ＡＳ１に沿って長く形成され、接触面５ＡＴにおいて、接触面４ＡＴと２カ所においてレーザビーム溶接されている。レーザビーム溶接は、正極外部端子４Ａの外側から施される。
これによって、発電要素群部６を確実に位置設定した上で溶接作業を行うことができ、作業効率、位置決め精度を高めることができる。

第４の実施の形態は、接触面４ＡＴ、５ＡＴの接触長さが長いので、複数箇所に溶接を施すことができ、溶接強度を高めることができる。
また、正負極外部端子４Ａ、４Ｂが第３の実施の形態よりも単純であり、製造原価を節減することができる。
さらに、図１７に示すように、栓部材２２のつば部２６が座ぐり４１に収容されるから、外部端子４Ａの表面につば部２６が突出されないし、溶接ビードも外部端子表面から膨出しない。

本実施形態では、二次電池としてリチウムイオン二次電池３０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二次電池一般に適用することができる。また、正極活物質としてマンガン酸リチウム、負極活物質として黒鉛をそれぞれ例示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、通常リチウムイオン二次電池に用いられる活物質を用いることもできる。正極活物質としては、リチウムイオンを挿入・脱離可能な材料であり、予め十分な量のリチウムイオンを挿入したリチウム遷移金属複合酸化物を用いればよく、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶中のリチウムや遷移金属の一部をそれら以外の元素で置換あるいはドープした材料を使用するようにしてもよい。さらに、結晶構造についても特に制限はなく、スピネル系、層状系、オリビン系のいずれの結晶構造を有していてもよい。

一方、黒鉛以外の負極活物質としては、例えば、コークスや非晶質炭素等の炭素材を挙げることができ、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

またさらに、本発明は、本実施形態で例示した導電材やバインダについても特に限定されず、通常リチウムイオン二次電池に用いられているいずれのものも使用可能である。本実施形態以外で用いることのできるバインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレン・ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン等の重合体およびこれらの混合体等を挙げることができる。

さらにまた、本実施形態では、エチレンカーボネート等の炭酸エチレン系有機溶媒にＬｉＰＦ_６を溶解した非水電解液を例示したが、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されるものではない。例えば、電解質としては、ＬiＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４，ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また有機溶媒としてはジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、スルホラン、プロピオニトリル等、または、これらの２種以上を混合した混合溶媒を用いることができる。
本発明は内部抵抗を低減し、組電池化が容易な二次電池を提供するため、二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

４Ａ 正極外部端子 ４Ｂ 負極外部端子
４ＡＴ、４ＢＴ 接触面 ４ＡＳ、４ＢＳ 支持部
５Ａ 正極接続部材 ５Ｂ 負極接続部材
５ＡＴ、５ＢＴ 接触面 ５ＡＳ、５ＢＳ 垂直接触端部
６ 発電要素群 ６Ａ 正極集電部
６Ｂ 負極集電部 ６ＲＡ 正極未塗工部
６ＲＢ 負極未塗工部 １０ 容器
１１ 電池缶 １２ 電池蓋
２０ 注液口 ２２ 注液栓（栓部材）
２６ つば部 ４１ 座ざぐり
１１０Ｂ 短手帯状側壁
１１１ 底壁 １１３ 開口部
１１５ 端子取付用開口

Claims (9)

1. 上部に開口部を、側部に側壁を有する扁平有底形状の電池缶、および前記開口部を封止する電池蓋とで構成される電池容器と、
   前記電池容器に収容され、正極、負極、正極集電部、および負極集電部を有する発電要素群と、
   前記電池缶の前記側壁に設けた端子取付用開口に装着される外部端子であって、前記側壁に沿って延在するとともに前記側壁よりも厚い所定厚さを有し、、前記電池容器の内側には、前記正極集電部および負極集電部が接続される集電部接続面が形成されている正極外部端子および負極外部端子と、
   前記正極集電部と正極外部端子とを接続する正極接続部材、および前記負極集電部と負極外部端子とを接続する負極接続部材とを備え、
   前記正負極外部端子のいずれか一方には前記電池容器の内外を連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔は挿入された栓部材を溶接して封止されていることを特徴とする二次電池。
2. 請求項１記載の二次電池において、
   前記貫通孔には、前記栓部材のつば部を収容する大きさ、深さの座ぐりが設けられていることを特徴とする二次電池。
3. 請求項１または２記載の二次電池において、
   前記貫通孔は注液口であることを特徴とする二次電池。
4. 請求項１または２記載の二次電池において、
   前記栓部材は安全弁装置であることを特徴とする二次電池。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池において、
   前記正極接続部材および負極接続部材のそれぞれは、前記電池容器の底壁と平行に延在し、かつ、対応する極性の外部端子の横幅と略同幅に形成され、前記正極集電部または前記負極集電部が固着される水平基部と、前記水平基部に連続しつつ前記外部端子の前記集電部接続面に沿って形成された垂直接触端部とを備え、
   前記垂直接触端部を前記集電部接続面に接触させ、前記電池缶の外部からの溶接で両者を固着することを特徴とする二次電池。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二次電池において、
   前記発電要素群を前記正負極集電部方向に位置決めする水平方向位置決め手段をさらに備えることを特徴とする二次電池。
7. 請求項６に記載の二次電池において、
   前記水平方向位置決め手段は前記正極接続部材および前記正極外部端子に設けられ、
   前記正極接続部材および前記正極外部端子には、相互に前記正負極集電部方向に当接する接触面がそれぞれ形成され、前記負極接続部材および前記負極外部端子にも、相互に前記正負極集電部方向に当接する接触面がそれぞれ形成され、前記発電要素群の前記正負極集電部方向の位置決めを行うことを特徴とする二次電池。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の二次電池において、
   前記発電要素群を電池缶深さ方向について位置決めする深さ方向位置決め手段をさらに備えることを特徴とする二次電池。
9. 請求項８に記載の二次電池において、
   前記電池缶深さ方向位置決め手段は前記正極接続部材および前記正極外部端子に設けられ、
   前記正極接続部材および前記正極外部端子には、相互に前記電池深さ方向に当接する接触面がそれぞれ形成され、前記負極接続部材および前記負極外部端子にも、相互に前記電池深さ方向に当接する接触面がそれぞれ形成され、前記発電要素群の前記電池深さ方向の位置決めを行うことを特徴とする二次電池。
   

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