JP2013157099A - 角形二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】集電体と外部端子との間に電流遮断機構を備え、振動・落下等により電池に衝撃が加わっても、電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池を提供する。
【解決手段】正極集電体１６の第1領域１６aと反転板３３との間に、貫通孔３４ａを有する第２絶縁部材３４が配置され、この貫通孔３４ａを介して正極集電体１６の第1領域１６aと反転板３３とが電気的に接続され、第２絶縁部材３４に形成された貫通孔３４ａの周囲に形成された第１〜第３突起３４ｂ〜３４ｄがそれぞれ正極集電体１６の第１領域１６ａに形成された第１〜第３開孔１６ｇ〜１６ｊに嵌合されてその頂部が拡径され、第１〜第３固定部３０ａ〜３０ｃが形成されている。これにより、正極集電体１６の第１領域と第２絶縁部材３４との間が強固に結合され、振動・落下等により電池に衝撃が加わっても、電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池が得られる。
【選択図】図５

Description

本発明は、内部に電流遮断機構を備えた、非水電解質二次電池、ニッケル−水素二次電池等の角形二次電池に関する。
スマートフォンを含む携帯電話機、携帯型コンピュータ、ＰＤＡ、携帯型音楽プレイヤー等の携帯型電子機器の駆動電源として、ニッケル−水素電池に代表されるアルカリ二次電池やリチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池が多く使用されている。さらに、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）の駆動用電源、太陽光発電、風力発電等の出力変動を抑制するための用途や夜間に電力をためて昼間に利用するための系統電力のピークシフト用途等の定置用蓄電池システムにおいても、アルカリ二次電池や非水電解質二次電池が多く使用されている。特に、ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ用途ないし定置用蓄電池システムでは、高容量及び高出力特性が要求されるので、個々の電池が大型化されると共に、多数の電池を直列ないし並列に接続して使用されるが、スペース効率の点から角形二次電池が汎用されている。
このような用途に使用される電池は、特に非水電解質二次電池を用いる場合においては極めて反応性に富む材料が使用されているので、携帯用の小型機器に用いる二次電池と比較して格段に高い安全性が要求されている。そのため、上記のような用途に使用される角形二次電池においては、例えば下記特許文献１〜３に示されているように、電池外装体内の圧力が高まったときに内圧を開放するガス排出弁を設けるだけでなく、外部端子と外装体内部の電極体との間の電気的接続を遮断する電流遮断機構が設けられている。
例えば、下記特許文献１には、図８Ａに示したように、電流遮断機構５１と角形二次電池５０の外側空間とを連通する貫通穴５２が設けられた外部端子５３を備えており、外装体５４内の圧力が高まった際に確実に電流遮断機構５１が作動するようにした角形二次電池５０の発明が開示されている。また、下記特許文献２には、図８Ｂに示したように、電流遮断機構６１と角形二次電池６０の外側空間とを連通する貫通穴６２が設けられた外部端子６３を備え、外装体６４内の圧力が高まった際に電流遮断機構６１が作動するようになすと共に、この貫通穴６２から水分や酸素が入り込んで電流遮断機構６１が劣化することを防止するために、貫通穴６２を樹脂製の膜栓６５によって封止した角形二次電池６０の発明が開示されている。
下記特許文献１及び２に開示されている角形二次電池の貫通穴は、いずれも電流遮断機構の電池外側に対応する側の空間と電池外部とが通じていることにより、外装体内の圧力が上昇した際に電流遮断機構が作動しやすくなるために設けられているものである。しかしながら、何等かの原因によって外装体内の圧力が増加しても、異常時に電池内部で発生するガス圧は非常に大きく、電流遮断機構の電池外側に対応する側の密閉空間内の圧力が同時に同様に増加することはないため、電流遮断機構の電池外側に対応する側の空間が密閉されていても開放されていても、電流遮断機構の動作に実質的に大きな差異は生じない。
そのため、下記特許文献３には、図９に示したように、製造時に電解液や洗浄液が電流遮断機構内に侵入し難くなるようにする目的で、外装体（図示省略）の開口を封口する封口体７１と、封口体７１に取り付けられた接続端子７２を有する角形二次電池７０において、接続端子７２と電極体（図示省略）とを電気的に接続する集電体７３との間に外装体内部の圧力の上昇に対応して電流を遮断する電流遮断機構７４が設けられ、接続端子７２は、その内部に電流遮断機構７４の電池外側に対応する側の空間に連なる貫通穴７５が形成され、貫通穴７５は、電流遮断機構７４との間に密閉空間が形成されるように、弾性部材からなる端子栓７６によって封止された構成の角形二次電池７０が開示されている。
この電流遮断機構７４は弁体の機能を果たす反転板７７と集電体７３の薄肉部７３ａとによって形成されており、集電体７３の薄肉部７３ａには環状に溝７３ｂが形成されていると共に、薄肉部７３ａの中央部において反転板７７と溶接されている。なお、反転板７７の外周側の縁部７７ａは、タブ部材７８の筒状部の下端側に形成されたフランジ部７８ａの内周側に溶接されている。また、接続端子７２は、上部第１絶縁部材７９及び下部第１絶縁部材８０を介して封口体７１と電気的に絶縁されており、タブ部材７８の筒状部の上端側と電気的に接続されている。また、電流遮断機構７４の周囲の反転板７７と集電体７３との間には樹脂製の第２絶縁部材８１が配置され、この第２絶縁部材８１は下部第１絶縁部材８０とラッチ固定部８１ａで固定されて一体化されている。そのため、外装体内部の圧力が増大すると、反転板７７が封口体７１側に変形して集電体７３の薄肉部７３ａが溝７３ｂ部分で切断され、集電体７３と反転板７７との間の電気的接続が遮断されてそれ以上の電池の充電あるいは放電が停止されるという作用を奏するものである。
特開２００８− ６６２５４号公報 特開２００８− ６６２５５号公報 特開２０１０−２１２０３４号公報
上記特許文献３に開示されている角形二次電池の発明によれば、電流遮断機構を備えているので安全性が高く、しかも、製造時に非水電解液や洗浄液等が電流遮断機構内に侵入し難いので、信頼性の高い接続端子を備えた角形非水電解質二次電池が得られるという優れた効果を奏する。
しかしながら、電池は、振動・落下等により衝撃が加わった場合、電極体が移動する場合がある。上記特許文献３に開示されている角形二次電池７０においては、電極体が移動すると集電体７３が引っ張られて、集電体７３と反転板７７との間の接続部が破断したり、クラックが生じたりすることがある。また、タブ部材７８の筒状部の下端側に形成されたフランジ部７８ａと反転板７７の溶接部が破断したり、クラックが生じたりする可能性がある。このように、電流遮断機構７４を構成する各部が破損した場合、集電体７３と接続端子７２の間の導電経路が切断されたり、あるいは電流遮断機構７４が正常に作動しなくなる虞がある。例えば、反転板７７とフランジ部７８ａとの間の溶接部に破断部やクラックが存在すると、電極体近傍で発生したガスが、破断部やクラックを通じてタブ部材７８の筒状部の内部空間に侵入し、外装体内の圧力が上昇しても反転板７７が封口体７１側に変形せず電流遮断機構７４が正常に作動しなくなる虞がある。
発明者等は、このような角形二次電池における電流遮断機構７４の破損を防止することができる構成について種々確認実験を行った結果、反転板７７のフランジ部７７ａと集電体７３との間に配置されている第２絶縁部材８１と集電体７３とを一体に結合することによって解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
すなわち、本発明は、集電体と外部端子との間に電流遮断機構を備えた角形二次電池において、振動・落下等により電池に衝撃が加わっても、電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の角形二次電池は、
開口を有する有底筒状の角形外装体と、
前記角形外装体内に収容された、正極極板及び負極極板を有する電極体と、
前記正極極板に電気的に接続された正極集電体と、
前記負極極板に電気的に接続された負極集電体と、
前記外装体の開口を封止する封口体と、
前記封口体に設けられた貫通孔に第１絶縁部材を介して前記封口体と電気的に絶縁された状態で挿通された少なくとも１つの外部端子と、
筒状部を有する導電部材と、
電池内部の圧力が予め定めた所定値よりも大きくなると変形する導電性材料からなる反転板と、
前記反転板と前記正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方との間に介在された貫通孔が形成された第２絶縁部材と、
前記正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方が前記第２絶縁部材に形成された貫通孔を介して前記反転板に接続されており、
前記導電部材の筒状部は、一方の端部が前記外部端子に電気的に接続され、他方の端部が前記反転板によって封止されている角形二次電池において、
前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方は、前記封口体と平行な第１領域と、前記第１領域から前記電極体の方向に延びて前記正極極板又は前記負極極板と接続されている第２領域とを有し、
前記第１領域には、前記反転板との接続部と、少なくとも一部が前記接続部の中心を通る前記封口板の長辺方向に沿った中心線上に位置し、前記接続部の両側に形成された第１開孔及び第２開孔と、前記中心線から離間した位置に形成された少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きを有し、
前記第２絶縁部材には、前記第１領域に形成された前記第１開孔、前記第２開孔及び前記少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きに対応する位置にそれぞれ突起が形成され、
前記第１領域に形成された前記第１開孔、前記第２開孔及び前記少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きは、それぞれ前記第２絶縁部材に形成された突起と係合されて第１固定部、第２固定部及び第３固定部が形成されていることを特徴とする。
本発明の角形二次電池においては、筒状部を有する導電部材と、反転板と、第２の絶縁部材と、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方とにより、安全手段としての圧力感応式電流遮断機構を形成している。すなわち、外装体内部の圧力が増大すると、反転板が変形するので、集電体と反転板との間の接続部あるいは集電体に設けた薄肉部や溝部等の脆弱部が破断するため、集電体と反転板との間の電気的接続が遮断され、角形二次電池と外部回路との間には電流が流れなくなる。これにより、安全性に優れた角形二次電池が得られる。
しかも、本発明の角形二次電池においては、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に形成された第１開孔、第２開孔及び少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きと第２絶縁部材に形成された突起とが係合されているため、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方と第２絶縁部材とは強固に一体化されている。そのため、例え電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動し、それに引きずられて集電体の第２領域が引っ張られても、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方と反転板との間の接続部等の破損が抑制される。これにより、振動・落下等により角形二次電池に衝撃が加わっても、電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池が得られる。
なお、本発明の角形二次電池は、非水電解質二次電池に対しても、ニッケル−水素二次電池等のアルカリ二次電池に対しても適用可能であり、さらに、電極体として正極極板と負極極板をセパレータを介して互いに絶縁した状態で偏平状に巻回した電極体や積層した電極体に対しても適用可能である。また、本発明は、正極側及び負極側の何れか一方に対して適用すれば所定の作用効果が奏されるが、両方側に対して適用してもよい。
また、本発明の角形二次電池においては、前記第２絶縁部材に形成された突起は頂部に他の部分よりも径が大きい拡径部が形成されており、前記第１固定部、前記第２固定部及び前記第３固定部は、前記拡径部により前記第２絶縁部材の突起と前記第１領域に形成された前記第１開孔、前記第２開孔及び前記少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きに係合させることにより形成されていることが好ましい。
このような構成とすると、一度両者を一体化した後は、拡径部が抜け止めとして機能するので、両者が容易に離間しないようになる。これにより、電池に振動・落下等により衝撃が加わっても、より電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池が得られる。なお、突起の頂部の拡径部は、例えば単に突起を対応する正極集電体ないし負極集電体の第１領域に形成されている開孔に挿入した後に突起の先端部を加熱ないし押圧して拡径することにより形成できる。また、突起の頂部の拡径部として、爪部等の係合部を設け、この係合部を開孔に挿入することにより、両者を強固に互いに一体することができる。
なお、少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きは、角形二次電池の短辺の幅が広い時は開孔とし、短辺の幅が狭い時は切り欠きとすればよく、何れの場合であっても正極集電体ないし負極集電体と第２絶縁部材との間の結合強度を強くできるようになる。また、切り欠きを採用する場合には、この切り欠きの中心は必ずしも第１領域内に存在しなくてもよい。
また、本発明の角形二次電池においては、前記接続部、前記第１固定部及び前記第２固定部は、前記中心線上に一直線に配置されており、前記第３固定部は、前記中心線と直交する方向において前記中心線よりも前記第１領域と前記第２領域との間の境界部に近い領域に設けられているものとすることが好ましい。
接続部と第１固定部及び第２固定部とが一直線上に配置されていれば、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られても、接続部に加わるストレスは接続部の両側においてより効果的に抑制される。しかも、第３固定部が接続部の中心を通る封口板の長辺方向に沿った中心線と直交する方向において中心線よりも第１領域と第２領域との間の境界部に近い領域に設けられているので、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際に集電体側から加わるストレスは第３固定部によってもより効果的に抑制される。これにより、振動・落下等により角形二次電池に衝撃が加わっても、より電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池が得られる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記第２領域は２箇所が前記中心線に対して互いに反対側の位置に設けられており、前記第３固定部は前記中心線とは直交する方向の両側に各１箇所設けられているものとすることができる。
正極極板ないし負極極板に接続されている集電体の第２領域が２箇所であると、第１領域と２箇所の第２領域との間に形成された境界部は中心線の両側に存在しているため、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することにより集電体の第２領域が引っ張られても、第１領域が変形し難くなる。しかも、本発明の角形二次電池では、第３固定部が中心線と直交する方向の両側に設けられているので、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することがあっても第１領域が変形し難くなり、より電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池が得られる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記第２領域は１箇所のみ設けられているものとしてもよい。
正極極板ないし負極極板に接続されている集電体の第２領域が１箇所のみであると、１箇所の第２領域は中心線から離間した１箇所に設けられるので、第１領域は中心線に対して第１領域と第２領域との間の境界部が存在する側が変形し易くなる。本発明の角形二次電池によれば、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた場合には、第１領域は第１固定部の中心と第２固定部の中心を結ぶ線に対して第２領域側が変形し易くなる。本発明の角形二次電池では、１箇所の第３固定部が接続部の中心を通る封口板の長辺方向に沿った中心線と直交する方向において中心線よりも第１領域と第２領域との間の境界部に近い領域に設けられているので電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られても、これらの間に生じた応力は第３固定部によって抑制されるので、より電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池が得られる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記接続部は、前記第１固定部と前記第２固定部のうちの前記境界部に近い方の中心と前記第３固定部の中心とを結んだ線に対して、前記境界部から遠い側に形成されていることが好ましい。
接続部が、第１固定部と第２固定部のうちの境界部に近い方の中心と第３固定部の中心とを結んだ線に対して境界部から遠い側に配置されていると、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際には、第１固定部と第２固定部のうちの境界部に近い方の中心と第３固定部の中心とを結んだ線に沿って変形し易くなるが、接続部にはストレスが加わり難くなる。そのため、本発明の角形二次電池によれば、より電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池が得られるようになる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記第３固定部は、前記接続部よりも前記第２領域側であって、前記接続部と前記境界部とを結ぶ領域から離間した位置に形成されていることが好ましい。
第１領域を流れる電流の電流密度は接続部と境界領域を結ぶ領域が最も高くなるが、本発明の角形非水電解質二次電池では、第３固定部が接続部と境界領域とを結ぶ領域から離間した位置に設けられているので、第３固定部を設けても内部抵抗が高くならない角形二次電池が得られる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記第３固定部は、前記第１固定部に対応する位置と前記第２固定部に対応する位置の間に形成されていることが好ましい。
このような構成によると、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際のストレスは、一旦第３固定部よって抑制された後に接続部に印加されるようになるので、より電流遮断機構が破損し難い、信頼性の高い角形二次電池が得られるようになる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記第３固定部は、前記第１固定部及び前記第２固定部よりも径が小さいことが好ましい。
第３固定部を設けると、導電経路の断面積が小さくなるために内部抵抗増加の要因となる。また、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動し、それに引きずられて集電体が変形することによるストレスは、第１固定部ないし第２固定部よりも第３固定部の方が小さい。そのため、第３固定部の径を第１固定部及び第２固定部の径よりも小さくすると、電流遮断機構が破損し難く、且つ内部抵抗の低い角形二次電池が得られる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記第１領域及び前記第２領域は、一枚の板材を折り曲げることにより形成されたものであることが好ましい。
このような構成によると、集電体の第１領域及び第２領域の形成が容易であり、かつ第１領域と第２領域の境界部の強度が高くなるので、容易により信頼性の高い角形二次電池が得られる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記第１領域及び前記第２領域は剛性を有する導電性材料で形成されていることが好ましい。
集電体の第１領域及び第２領域が剛性を有する導電性材料で形成されていると、振動・落下等により電池に衝撃が加わっても、電極体が外装体内で移動することを抑制できるため好ましい。なお、剛性を有する導電性材料としては、厚さ０．３ｍｍ以上の金属材料が好ましく、厚さ０．５ｍｍ以上の金属材料がより好ましい。
また、本発明の角形二次電池においては、前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方の前記反転板との接続部の周囲には、薄肉部及び／又は溝が形成されているものとすることが好ましい。
正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方の前記反転板との接続部の周囲に、薄肉部や溝等の脆弱部が形成されていれば、反転板が変形した際にこの脆弱部が容易に破断するので、安全性が向上する。また、この脆弱部の厚さや形成領域を適宜設定することにより、電流遮断機構の作動圧を所定値に設定することができるので、信頼性も向上する。なお、前記正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方の前記反転板との接続部の周囲に厚さの薄い薄肉部を設け、この薄肉部に接続部を囲むように環状の溝部を設けることがより好ましい。
また、本発明の角形二次電池においては、前記外部端子には電池外部と前記導電部材の筒状部の内面側の空間との間を連通する貫通孔が形成されており、前記外部端子の前記貫通孔は封止部材によって封止されていることが好ましい。
外部端子に形成されている貫通孔は組立途中で電流遮断機構のリーク検査を実施するためのものであるが、電解液の注液時や洗浄時に電解液や洗浄水が外部端子の貫通孔内に侵入してしまうことがある。貫通孔内に電解液や洗浄水が侵入すると、電流遮断機構が腐食されてしまうために電流遮断機構が正常に作動しなくなる可能性がある。本発明の角形二次電池によれば、貫通孔は封止部材によって封止されており、しかも、貫通孔と電流遮断機構との間の空間は密閉空間とされているため、貫通孔内に電解液や洗浄水が侵入することがなくなるので、電流遮断機構が腐食されて電流遮断機構が正常に作動しなくなることがなくなり、高信頼性の角形二次電池が得られる。なお、封止部材としては、弾性部材からなる封止栓を用いることができる。また、封止部材として金属部材を用い、金属部材を貫通孔に嵌合し、この嵌合部にレーザー等の高エネルギー線を照射し溶接することにより、貫通孔を封止することもできる。また、樹脂製の封止部材や、弾性部材及び金属部材からなる封止部材を用いることもできる。
また、本発明の角形二次電池においては、前記電極体は、偏平形電極体であり、一方側の端部に複数枚積層された正極芯体露出部を有し、他方側の端部に複数枚積層された負極芯体露出部を有し、前記正極芯体露出部が前記角形外装体の一方側の側壁に対向し、前記負極芯体露出部が前記角形外装体の他方側の側壁に対向するように配置され、前記正極集電体は前記正極芯体露出部に接続され、前記負極集電体は前記負極芯体露出部に接続されているものとすることができる。
角形外装体の両側端側にそれぞれ正極芯体露出部及び負極芯体露出部が配置されていると、正極集電体と負極集電体との間の距離を大きくすることができるので容量が大きい角形二次電池とすることができる。また角形二次電池の組立が容易となる。加えて、本発明の角形二次電池では、複数枚積層された芯体露出部に集電体を接続しているので、出力特性に優れた電池となる。
図１Ａは実施形態１にかかる角形非水電解質二次電池の断面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図であり、図１Ｃは図１ＡのＩＣ−ＩＣ線に沿った断面図である。 図１に示した角形非水電解質二次電池の正極側に設けた電流遮断機構部の外装体短辺方向の断面図である。 図１に示した角形非水電解質二次電池の正極側に設けた電流遮断機構部の外装体長辺方向の断面図である。 図４Ａは図１に示した角形非水電解質二次電池の正極集電体を展開した状態の正面図であり、図４Ｂは側面図である。 図１に示した角形非水電解質二次電池の正極集電体の第１領域と第２絶縁部材との固定状態を説明するための模式平面図である。 図６Ａは実施形態２の角形非水電解質二次電池の正極集電体を展開した状態の正面図であり、図６Ｂは側面図であり、図６Ｃは実施形態２の角形非水電解質二次電池の図１Ｂに対応する断面図である。 実施形態２の正極集電体の第１領域と第２絶縁部材との固定状態を説明するための模式平面図である。 図８Ａは従来例の角形二次電池の電流遮断機構部の断面図であり、図８Ｂは別の従来例の角形二次電池の電流遮断機構部の断面図である。 さらに別の従来例の角形二次電池の外部端子の断面図である。
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す各実施形態は、本発明の技術思想を理解するために角形二次電池としての角形非水電解質二次電池を例示するものであって、本発明をこの角形非水電解質二次電池に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。なお、本発明に係る角形二次電池は、正極極板と負極極板とをセパレータを介して積層又は巻回することにより偏平状とした電極体を有するものに対して適用できるが、以下においては、偏平状の巻回電極体を用いたものに代表させて説明する。
［実施形態１］
最初に、実施形態１の角形非水電解質二次電池を図１〜図５を用いて説明する。なお、図１Ａは実施形態１にかかる角形非水電解質二次電池の断面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図であり、図１Ｃは図１ＡのＩＣ−ＩＣ線に沿った断面図である。図２は、図１に示した角形非水電解質二次電池の正極側に設けた電流遮断機構部の外装体短辺方向の断面図である。図３は図１に示した角形二次電池の正極側に設けた電流遮断機構部の外装体長辺方向の断面図である。図４Ａは図１に示した角形非水電解質二次電池の正極集電体を展開した状態の正面図であり、図４Ｂは側面図である。図５は正極集電体の第１領域と第２絶縁部材との固定状態を説明するための模式平面図である。
本実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａは、正極極板と負極極板とがセパレータ（何れも図示省略）を介して巻回された偏平状の巻回電極体１１を有している。正極極板は、アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に正極活物質合剤を塗布し、乾燥及び圧延した後、アルミニウム箔が一方の端部に長手方向に沿って帯状に露出するようにスリットすることにより作製されている。また、負極極板は、銅箔からなる負極芯体の両面に負極活物質合剤を塗布し、乾燥及び圧延した後、銅箔が一方の端部に長手方向に沿って帯状に露出するようにスリットすることによって作製されている。
そして、上述のようにして得られた正極極板及び負極極板を、正極極板のアルミニウム箔露出部と負極極板の銅箔露出部とがそれぞれ対向する電極の活物質層と重ならないようにずらして、ポリエチレン製微多孔質セパレータを介して巻回することで、巻回軸方向の一方の端には複数枚重なった正極芯体露出部１４を備え、他方の端には複数枚重なった負極芯体露出部１５を備えた偏平状の巻回電極体１１が作製されている。
複数枚の正極芯体露出部１４は積層されて正極集電体１６を介して正極外部端子１７に電気的に接続され、同じく複数枚の負極芯体露出部１５は積層されて負極集電体１８を介して負極外部端子１９に電気的に接続されている。また、正極外部端子１７、負極外部端子１９はそれぞれ絶縁部材２０、２１を介して封口体１３に固定されている。この実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａでは、正極集電体１６と正極外部端子１７の間、あるいは負極集電体１８と負極外部端子１９の間に感圧式の電流遮断機構が介在されているが、この電流遮断機構の具体的な構成については後述する。
実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａは、上述のようにして作製された偏平状の巻回電極体１１の封口体１３側を除く周囲に絶縁性の樹脂シート２３を介在させて角形の電池外装体１２内に挿入した後、封口体１３を電池外装体１２の開口部にレーザ溶接し、その後、電解液注液孔２２ａから非水電解液を注液し、この電解液注液孔２２ａを密閉することにより作製されている。なお、封口体１３には、電流遮断機構の作動圧よりも高いガス圧が加わったときに開放されるガス排出弁２２ｂも設けられている。
なお、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａにおいては、偏平状の巻回電極体１１は、正極極板側では、積層された複数枚の正極芯体露出部１４が２分割されてその間に２個の正極用中間導電部材２４が挟まれており、同じく負極極板側では、積層された複数枚の負極芯体露出部１５が２分割されてその間に２個の負極用中間導電部材２５が挟まれている。これらの２個の正極用中間導電部材２４及び２個の負極用中間導電部材２５はそれぞれ１個の樹脂材料からなる絶縁性中間部材２４ｐ、２５ｐに保持されている。
そして、正極用中間導電部材２４の両側に位置する正極芯体露出部１４の最外側の両側の表面にはそれぞれ正極集電体１６が配置されており、負極用中間導電部材２５の両側に位置する負極芯体露出部１５の最外側の両側の表面にはそれぞれ負極集電体１８が配置されている。なお、正極用中間導電部材２４は正極芯体と同じ材料であるアルミニウム製であり、負極用中間導電部材２５は負極芯体と同じ材料である銅製であるが、正極用中間導電部材２４及び負極用中間導電部材２５の形状は共に実質的に同一のものを使用し得る。これらの正極集電体１６と正極芯体露出部１４との間及び正極芯体露出部１４と正極用中間導電部材２４との間は共に抵抗溶接されており、また、負極集電体１８と負極芯体露出部１５との間及び負極芯体露出部１５と負極用中間導電部材２５との間は、共に抵抗溶接によって接続されている。
なお、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａにおいては、正極用中間導電部材２４及び負極用中間導電部材２５としてそれぞれ２個ずつ用いた例を示したが、これらの正極用中間導電部材２４及び負極用中間導電部材２５は、要求される電池の出力等に応じて１個ずつでもよく、あるいは３個ずつないしはそれ以上としてもよい。２個以上用いる構成であれば、これらの正極用中間導電部材２４及び負極用中間導電部材２５が１個の樹脂材料からなる絶縁性中間部材に保持されているので、２分割された側の芯体露出部の間に安定な状態で位置決め配置できるようになる。
次に、偏平状の巻回電極体１１の正極芯体露出部１４及び正極集電体１６に対する正極用中間導電部材２４の抵抗溶接方法、負極芯体露出部１５及び負極集電体１８に対する負極用中間導電部材２５の抵抗溶接方法を説明する。しかしながら、実施形態１においては、正極用中間導電部材２４の形状及び負極用中間導電部材２５の形状は実質的に同一とすることができ、しかも、それぞれの抵抗溶接方法も実質的に同様であるので、以下においては正極極板側のものに代表させて説明することとする。
まず、偏平状の巻回電極体１１のアルミニウム箔からなる正極芯体露出部１４を積層し、この積層した正極芯体露出部１４を巻回中央部分から両側に２分割し、巻回電極体１１の厚みの１／４を中心として正極芯体露出部１４を集結させる。そして、正極芯体露出部１４の最外周側の両側に正極集電体１６、内周側に正極用中間導電部材２４を、正極用中間導電部材２４の両側の円錐台状の凸部がそれぞれ正極芯体露出部１４と当接するように、配置する。ここで、集結させたアルミニウム箔の厚さは，例えば片側約６６０μｍであり、総積層数は８８枚（片側４４枚）である。また、正極集電体１６は厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板を打ち抜き、曲げ加工等にて製作したものを用いた。
次いで、図示省略したが、上下に配置された一対の抵抗溶接用電極間に正極集電体１６及び正極用中間導電部材２４が配置された偏平状の巻回電極体１１を配置し、一対の抵抗溶接用電極をそれぞれ正極芯体露出部１４の最外周側の両側に配置された正極集電体１６に当接させ、一対の抵抗溶接用電極間に適度の圧力で押圧力を印加し、予め定めた一定の条件で抵抗溶接を実施する。これにより、正極用中間導電部材２４の凸部はプロジェクションとして作用するため、一対の抵抗溶接用電極間に配置されている正極集電体１６及び２分割された正極芯体露出部１４は良好に発熱するので、大きなナゲットが形成され、正極集電体１６と２分割された正極芯体露出部１４との間、各正極芯体露出部１４の間、及び２分割された正極芯体露出部１４と正極用中間導電部材２４との間の溶接強度は非常に強くなる。
しかも、この抵抗溶接時には、正極用中間導電部材２４は２分割された正極芯体露出部１４の間に安定的に位置決めされた状態で配置されているので、正確にかつ安定した状態で抵抗溶接することが可能となり、溶接強度がばらつくことが抑制され、溶接部の低抵抗化を実現でき、大電流充放電が可能な角形二次電池を製造することができるようになる。この抵抗溶接を用いた正極用中間導電部材２４の数だけ繰り返すことにより、全ての正極集電体１６と２分割された正極芯体露出部１４との間、各正極芯体露出部１４の間、及び２分割された正極芯体露出部１４と正極用中間導電部材２４との間の抵抗溶接が行われる。なお、この抵抗溶接は、負極側についても同様に行われる。
ここで、正極集電体１６と正極外部端子１７の間、あるいは負極集電体１８と負極外部端子１９の間に介在される感圧式の電流遮断機構について説明するが、この電流遮断機構は、正極側にのみ設けても、負極側にのみ設けても、さらには正極側及び負極側の両方に設けてもよいものであり、以下では正極側にのみ設けるものとして、図２〜図５を参照しながら説明する。
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、巻回電極体１１の一方の側端面側に配置された複数の正極芯体露出部１４には正極集電体１６が接続されており、この正極集電体１６は正極外部端子１７に電気的に接続されている。この正極集電体１６は、展開した状態の正面図である図４Ａ、同じく側面図である図４Ｂに示したように、封口体１３と平行に配置される第１領域１６ａと、この第１領域１６ａから互いに反対方向に延在されており、破線部分（境界部１６ｆ）で折り曲げられて正極芯体露出部１４に接続される一対の第２領域１６ｂとを有している。この正極集電体１６は、厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板を打ち抜きにより作製したものを使用しているので、剛性を有しており、小さな力では折れ曲がらないようになっている。なお、図４Ａでは、境界部１６ｆの両側に切り欠き部分が形成されているが、この切り欠き部分は正極集電１６を境界部１６ｆに沿って折り曲げやすくするために形成されているものである。
なお、正極集電体１６は、第１領域１６ａには、中央部に接続部形成用孔１６ｃが形成され、この接続部形成用孔１６ｃの中心を通り、封口板１３の長辺方向に沿った中心線ｃ上であって、接続部形成用孔１６ｃの両側に第１開孔１６ｇ及び第２開孔１６ｈがそれぞれ形成され、この中心線ｃに垂直な方向の両側には第３開孔１６ｊが２箇所に形成されている。なお、ここでは、第１開孔１６ｇ及び第２開孔１６ｈの径は同一とされ、２箇所の第３開孔１６ｊの径は、共に同一であり、第１開孔１６ｇ及び第２開孔１６ｈの径よりも小さく設定されている。また、第２領域１６ｂには正極芯体露出部１４の根元側と対向する側にリブ１６ｄが形成されている。このリブ１６ｄは、正極集電体１６と正極芯体露出部１４との間の位置決め、巻回電極体１１と電池外装体１２との間の位置決め、正極集電体１６を正極芯体露出部１４に抵抗溶接する際に発生したスパッタが巻回電極体１１内に侵入するのを防止する等の役割を果たす。また、第１領域１６ａの接続部形成用孔１６ｃの周囲部分は、環状に他の部分よりも厚さが薄くされた薄肉領域１６ｅとされている。
正極外部端子１７は、筒状部１７ａを備え、内部に貫通孔１７ｂが形成されている。そして、正極外部端子１７の筒状部１７ａは、ガスケット等の上部第１絶縁部材２０ａ、封口体１３及び下部第１絶縁部材２０ｂ及び筒状部３２ａを有する導電部材３２にそれぞれ形成された孔内に挿入され、その先端部１７ｃがカシメられて互いに一体に固定されている。なお、導電部材３２は、電池内部側に筒状部３２ａが形成されており、電池外部側すなわち封口体１３側は内径が狭められて正極外部端子１７の筒状部１７ａが挿入される開孔３２ｂを形成している。そして、正極外部端子１７の筒状部１７ａの先端部１７ｃは導電部材３２の開孔３２ｂの近傍でカシメられており、正極外部端子１７の筒状部１７ａの先端部１７ｃと導電部材３２の接続部はレーザ溶接されている。これにより、正極外部端子１７は、上部第１絶縁部材２０ａ及び下部第１絶縁部材２０ｂによって封口体１３とは電気的に絶縁された状態で、導電部材３２と電気的に接続された状態となっている。これらの上部第１絶縁部材２０ａ及び下部第１絶縁部材２０ｂの両者が本発明の第１絶縁部材に相当する。
また、導電部材３２の筒状部３２ａの電池内部側の先端には、反転板３３の周囲が気密に溶接されて封止されている。反転板３３は、周囲から中心側に向かって電池内部側に僅かに突出する形状、すなわち、封口体１３とは傾斜した配置関係となる形状とされている。この反転板３３は、導電性材料で形成されており、電池外装体１２内の圧力が高くなると電池の外部側に向かって変形する弁の機能を有するものである。そして、反転板３３の中心部には、正極集電体１６の第１領域１６ａが当接され、第１領域１６ａに形成されている薄肉領域１６ｅの接続部形成用孔１６ｃの内壁部分と反転板３３の表面とが複数箇所においてレーザ溶接されている。なお、図示は省略したが、この薄肉領域１６ｅの接続部形成用孔１６ｃの内壁部分と反転板３３の表面との溶接されている箇所が、本発明の接続部に対応する。
なお、正極集電体１６の第1領域１６aと反転板３３との間には、貫通孔３４ａを有する第２絶縁部材３４が配置されており、この貫通孔３４ａを介して正極集電体１６の第1領域１６aと反転板３３が電気的に接続されている。この第２絶縁部材３４の貫通孔３４ａの周囲には、正極集電体１６の第１領域１６ａの第１開孔１６ｇに対応する位置に第１突起３４ｂが、第２開孔１６ｈに対応する位置に第２突起３４ｃが、第３開孔１６ｊに対応する位置に第３突起３４ｄが、それぞれ形成されている。
第２絶縁部材３４の第１〜３突起３４ｂ〜３４ｄをそれぞれ正極集電体１６の第１領域１６aに形成された第１〜３開孔１６ｇ〜１６ｊ内に挿入し、第１〜３突起３４ｂ〜３４ｄの先端部を加熱し拡径することにより第２絶縁部材３４と正極集電体１６の第１領域１６aが互いに固定されている。そのため、第２絶縁部材３４の第１〜３突起３４ｂ〜３４ｄはそれぞれに形成された拡径部によって正極集電体１６の第１領域１６aに形成された第１〜３開孔１６ｇ〜１６ｊから抜け止めされた状態となり、第２絶縁部材３４と正極集電体の第１領域１６ａとは強固に結合された状態となっている。なお、これらの正極集電体１６の第１領域１６aに形成された第１〜３開孔１６ｇ〜１６ｊと第２絶縁部材３４の第１〜３突起３４ｂ〜３４ｄとによって形成された固定部がそれぞれ本発明における第１固定部３０ａ〜第３固定部３０ｃに対応する。なお、第２絶縁部材３４と第１絶縁部材を構成する下部第１絶縁部材２０ｂとを係合により固定することが好ましい。固定方法は特に限定されないが、ここではラッチ固定部３４ｇにより第２絶縁部材３４と第１絶縁部材を構成する下部第１絶縁部材２０ｂとを固定している。
したがって、正極芯体露出部１４は、正極集電体１６の第２領域１６ｂ、正極集電体１６の第１領域１６ａ及び薄肉領域１６ｅ、反転板３３及び導電部材３２を介して正極外部端子１７と電気的に接続されていることになる。また、ここでは、これらの導電部材３２の筒状部３２ａ、反転板３３、第２絶縁部材３４及び正極集電体１６の第１領域１６ａに形成された薄肉領域１６ｅによって本実施形態１の電流遮断機構３５が形成されている。
すなわち、反転板３３は、電池外装体１２内の圧力が増加すると正極外部端子１７の貫通孔１７ｂ側に膨れるようになっており、反転板３３の中央部には正極集電体１６の第１領域１６ａの薄肉領域１６ｅが溶接されているため、電池外装体１２内の圧力が所定値を超えると正極集電体１６の第１領域１６ａが薄肉領域１６ｅの部分で破断するため、反転板３３と正極集電体１６の第１領域１６ａとの間の電気的接続が遮断されるようになっている。
このように薄肉領域１６ｅが存在していると、反転板３３が変形した際に薄肉領域１６ｅ部分で破断しやすくなり、電池内部の圧力が上昇した際にはこの薄肉領域１６ｅ部分で確実に破断するようになるので、角形非水電解質二次電池１０Ａの安全性が向上する。また、この薄肉領域１６ｅ部分の厚さや形成領域を適宜設定することにより、この薄肉領域１６ｅ部分が破断する圧力を所定値に設定することができるので、信頼性も向上する。
なお、ここでは、第１領域１６ａの接続部形成用孔１６ｃの周囲部分に環状に他の部分よりも厚さが薄くされた薄肉領域１６ｅを形成した例を示したが、薄肉領域１６ｅに接続部形成用孔１６ｃを囲むように環状の溝を設けることがより好ましい。この溝は、環状に間欠的に形成してもよい。また、第１領域１６ａの接続部形成用孔１６ｃの周囲部分の厚さを他の部分と同じ厚さとして、環状ないし環状に間欠的に溝を形成することによって薄肉領域１６ｅを形成してもよい。なお、薄肉領域１６ｅ及び溝は必須の構成ではなく、薄肉領域１６ｅ及び溝を設けずに反転板３３と正極集電体１６の接続強度を調節し、反転板３３が変形した場合に反転板３３と正極集電体１６の接続が切断されるようにしてもよい。
なお、正極集電体１６は、剛性を有し、小さな力では折れ曲がらないものからなっているので、振動・落下等により巻回電極体１１が封口体１３側に移動した際に正極集電体１６の第１領域１６ａに加わる力は、第２領域１６ｂ部分によって吸収されるために小さくなる。そのため、振動・落下等により巻回電極体１１が封口体１３側に移動した際に、第１領域１６ａに加わる力は小さいので、薄肉領域１６ｅが破断する可能性が抑制され、感圧式の電流遮断機構３５の動作に対する影響は少なくなり、安全性及び信頼性に優れた非水電解質二次電池１０Ａが得られる。
ここで、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａにおける第１固定部３０ａ〜第３固定部３０ｃの具体的配置状態について、図５を用いて説明する。第３固定部３０ｃは、第１固定部３０ａ及び第２固定部３０ｂの配置が定まっている場合、第１固定部３０ａ及び第２固定部３０ｂと重ならない位置であれば一応任意の位置を取り得る。しかしながら、図５において、第３固定部３０ｃが中心線ｃに対する接続部形成用孔１６ｃの中心を通る垂線よりも左側（封口体１３の長手方向における中心側）に形成される場合、第３固定部３０ｃの形成位置が左側に行くに従って、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際の第３固定部３０ｃによる接続部へのストレス抑制効果は低下する。第３固定部３０ｃの形成位置が第１固定部３０ａに対応する位置よりも更に左側になると、第３固定部３０ｃによるストレス抑制効果は小さくなるため好ましくない。したがって、第３固定部３０ｃの中心は、中心線ｃに対する第１固定部３０ａの右側（封口体１３の長手方向における端部側）端部を通る垂線よりも右側（封口体１３の長手方向における端部側）とすることが好ましい。
また、中心線ｃに対する接続部形成用孔１６ｃの中心を通る垂線よりも右側（封口体１３の長手方向における端部側）に第３固定部３０ｃが形成される場合、第３固定部３０ｃの形成位置が右側に行くに従って、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際の接続部へのストレス抑制効果は大きくなる。しかしながら、第３固定部３０ｃの形成位置が、第２固定部３０ｂに対応する位置よりも更に右側（封口体の長辺方向における端部側）になると、第３固定部３０による接続部へのストレス抑制効果は低下する。したがって、第３固定部３０ｃの中心は、中心線ｃに対する第２固定部３０ｂの右側（封口体１３の長手方向における端部側）端部を通る垂線よりも左側（封口体１３の長手方向における中心側）とすることが好ましい。更に、内部抵抗が増加しないようにするためには、第３固定部３０ｃの中心を、中心線ｃに対する第２固定部３０ｂの左側（封口体１３の長手方向における中心側）端部を通る垂線よりも左側（封口体１３の長手方向における中心側）とすることがより好ましい。以上のように、第３固定部３０ｃは、第１固定部３０ａに対応する位置と第２固定部３０ｂに対応する位置の間に形成されていることが好ましい。
ここで、図５に示したように、第２固定部３０ｂの中心と第３固定部３０ｃの中心とを結ぶ線分をＬ１とし、接続部形成用開孔１６ｃの接線であって境界部１６ｆの両端部のそれぞれを結ぶ２本の線分をＬ２及びＬ３とする。そして、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａでは、接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃは、図５における線分Ｌ１の左側、すなわち、線分Ｌ１に対して第１領域１６ａと第２領域１６ｂとの境界部１６ｆから遠い側に配置されている。このような構成とすると、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際には、線分Ｌ１に沿って変形し易くなるが、接続部を構成する接続部形成用開孔１６ｃ部分にはストレスが加わり難くなる。それに対し、接続部形成用開孔１６ｃが線分Ｌ１に対して右側に存在する状態となると、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られてた際のストレスが接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃに直接印加されるので、電流遮断機構３５が破損し易くなる。そのため、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａにおいては、接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃは、第２固定部３０ｂの中心と第３固定部３０ｃの中心とを結んだ線分Ｌ１に対して、境界部１６ｆから遠い側に形成されていることが好ましい。
また、第３固定部３０ｃが線分Ｌ２と線分Ｌ３の間に配置されていると、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際のストレスが直接接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃに印加され難くなるので、電流遮断機構３５が破損し難くなるが、正極集電体１６の第１領域１６ａの第３固定部３０ｃに対応する位置には第３開孔１６ｊ（図４参照）が設けられているので、導電経路の断面積が小さくなり、電池内部抵抗の増大に繋がる。
そのため、第３固定部３０ｃは、接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃよりも第２領域１６ｂ側であって、接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃと境界部１６ｆとを結ぶ線分Ｌ２及びＬ３で挟まれた領域から離間した位置、すなわち、接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃと境界部１６ｆとを結ぶ領域から離間した位置に形成されていることが好ましいことが分かる。
また、正極外部端子１７の頂部の貫通孔１７ｂは、電流遮断機構３５を構成する反転板３３の周囲が気密に溶接されているか否かの試験に用いられるが、このままの状態でも使用可能である。しかしながら、貫通孔１７ｂの内部に腐食性気体や液体が侵入して反転板３３が腐食されてしまうと、電流遮断機構３５が正常に動作しないおそれが生じるので、正極外部端子１７の貫通孔１７ｂは密閉することが好ましい。そこで、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａでは、正極外部端子１７に形成された貫通孔１７ｂは、電池外装体１２の外部側に大径部が、前記電池外装体１２の内部側に小径部がそれぞれ形成されていることを利用し、正極外部端子１７の貫通孔１７ｂ内に、例えばゴム製の端子栓３６によって強固に封止されているものとしている。この端子栓３６が本発明の封止部材に対応する。
この端子栓３６は、上端部に正極外部端子１７の貫通孔１７ｂの小径部よりも大径で貫通孔１７ｂの大径部よりも小径の頭部３６ａと、下端部に頭部３６ａよりも小径で貫通孔１７ｂの小径部よりも大径の突出部３６ｂと、この突出部３６ｂよりテーパー状にすぼまるように形成された係止部３６ｃと、中間に正極外部端子１７の貫通孔１７ｂの小径部と略同一径でこの小径部の長さと実質的に同一の長さの連結部３６ｄと、を備えている。
そして、端子栓３６は、頭部３６ａが正極外部端子１７の貫通孔１７ｂの大径部側に位置し、係止部３６ｃが正極外部端子１７の貫通孔１７ｂの小径部の端部より突出するように、貫通孔１７ｂに取り付けられている、なお、端子栓３６の頭部３６ａの表面には、頭部３６ａの厚さを薄くしても強度を大きくするため、例えばアルミニウム金属製の金属板３７が設けられている。この金属板３７は、例えばレーザ溶接によって正極外部端子１７に溶接固定することができる。端子栓３６は、弾性部材から構成されているので、振動等で抜け落ちる可能性があるが、金属板３７を正極外部端子１７に溶接固定することにより、より強固に端子栓３６によって貫通孔１７ｂを封止することができるようになる。
なお、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａでは、電流遮断機構３５の外部に対応する側の空間は完全に密閉されているが、何等かの原因によって電池外装体１２内の圧力が増加しても、異常時には電池内部で発生するガス圧が非常に大きくなり、電流遮断機構３５の電池の外部側の密閉空間内の圧力が同時に同様に増加することはないため、電流遮断機構３５の動作は、電池の外部側の空間が密閉されていても問題とならない。
［実施形態２］
実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａでは、正極集電体１６の第１領域１６ａの幅が広く、第２領域１６ｂが２箇所、第１領域１６ａに対して互いに反対方向に形成されており、第３固定部３０ｃが中心線ｃとは直交する方向の両側に各１箇所、計２箇所に設けられている例を示した。しかしながら、角形非水電解質二次電池では、正極集電体の第２領域を１箇所のみ形成した幅が狭いものも存在する。そこで、実施形態２の角形非水電解質二次電池１０Ｂとして、正極集電体１６の第１領域１６ａの幅が狭く、第２領域１６ｂが１箇所しか形成されていないものについて図６及び図７を用いて説明する。
なお、図６Ａは実施形態２の角形非水電解質二次電池の正極集電体を展開した状態の正面図であり、図６Ｂは側面図であり、図６Ｃは実施形態２の角形非水電解質二次電池の図１Ｂに対応する断面図である。図７は実施形態２の正極集電体の第１領域と第２絶縁部材との固定状態を説明するための模式平面図である。また、実施形態２の角形非水電解質二次電池１０Ｂは、実施形態１の角形非水電解質二次電地１０Ａと構成が大きく相違する点は、正極集電体１６の構成及びそれに伴う正極芯体露出部１４（図１参照）と正極集電体１６との溶接部分であるので、適宜図１〜図３を援用し、また、同一構成部分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。
実施形態２の角形非水電解質二次電池１０Ｂで用いられている正極集電体１６は、図６Ａ及び図６Ｂに示したように、封口体１３と平行に配置される第１領域１６ａと、この第１領域１６ａから電極体にまで延在された１つの第２領域１６ｂを備えており、第２領域１６ｂは破線部分（境界部１６ｆ）で折り曲げられて正極芯体露出部１４に接続されている。この正極集電体１６は、厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板を打ち抜きにより作製したものを使用しているので、剛性を有しており、小さな力では折れ曲がらないようになっている。なお、図６Ａでは、境界部１６ｆの両側に切り欠き部分が形成されているが、この切り欠き部分は正極集電１６を境界部１６ｆに沿って折り曲げやすくするために形成されているものである。
なお、正極集電体１６は、第１領域１６ａには、中央部に接続部形成用孔１６ｃが形成され、この接続部形成用孔１６ｃの中心を通り、封口板１３の長辺方向に沿った中心線ｃ上であって、接続部形成用孔１６ｃの両側に第１開孔１６ｇ及び第２開孔１６ｈがそれぞれ形成され、この中心線ｃに垂直な方向の片側には第３開孔１６ｊが形成されている。なお、ここでは、第１開孔１６ｇ及び第２開孔１６ｈの径は同一とされ、第３開孔１６ｊは切り欠き状とされており、その径は第１開孔１６ｇ及び第２開孔１６ｈの径よりも小さく設定されている。このように第３開孔１６ｊを切り欠き状とすることにより、第２領域１６ｂから接続部形成用孔１６ｃへの導電経路の断面積が小さくなることを避けることができる。
また、第２領域１６ｂには正極芯体露出部１４の根元側と対向する側にリブ１６ｄが形成されている。また、第１領域１６ａの接続部形成用孔１６ｃの周囲部分は、環状に他の部分よりも厚さが薄くされた薄肉領域１６ｅが形成されている。
さらに、図６Ｃに示したように、正極芯体露出部１４の正極集電体１６の第２領域１６ｂが当接されている箇所の反対側の面には、正極集電体１６と同様の材料で形成された正極集電受け部材１６ｒが当接されている。この正極集電受け部材１６ｒは、正極外部端子１７には直接電気的に接続されてはおらず、正極集電体１６の第２領域１６ｂと正極芯体露出部１４との間の抵抗溶接時に一対の抵抗溶接用電極の一方側を受け止める役割を果たす。また、この正極集電受け部材１６ｒにもリブ１６ｓが形成されている。
なお、正極集電体１６の第1領域１６aと反転板３３との間には、貫通孔３４ａを有する第２絶縁部材３４が配置されており、この貫通孔３４ａを介して正極集電体１６の第1領域１６aと反転板３３が電気的に接続されている。この第２絶縁部材３４の貫通孔３４ａの周囲には、正極集電体１６の第１領域１６ａの第１開孔１６ｇに対応する位置に第１突起３４ｂが、第２開孔１６ｈに対応する位置に第２突起３４ｃが、第３開孔１６ｊに対応する位置に第３突起３４ｄが、それぞれ形成されている。
第２絶縁部材３４の第１〜３突起３４ｂ〜３４ｄをそれぞれ正極集電体１６の第１領域１６aに形成された第１〜３開孔１６ｇ〜１６ｊ内に挿入し、第１〜３突起３４ｂ〜３４ｄの先端部を加熱し拡径することにより第２絶縁部材３４と正極集電体１６の第１領域１６aが互いに固定されている。そのため、第２絶縁部材３４の第１〜３突起３４ｂ〜３４ｄはそれぞれに形成された拡径部によって正極集電体１６の第１領域１６aに形成された第１〜３開孔１６ｇ〜１６ｊから抜け止めされた状態となり、第２絶縁部材３４と正極集電体の第１領域１６ａとは強固に結合された状態となっている。なお、これらの正極集電体１６の第１領域１６aに形成された第１〜３開孔１６ｇ〜１６ｊと第２絶縁部材３４の第１〜３突起３４ｂ〜３４ｄとによって形成された固定部がそれぞれ本発明における第１〜３固定部３０ａ〜３０ｃに対応する。
ここで、実施形態２の角形非水電解質二次電池１０Ｂにおける第１〜３固定部３０ａ〜３０ｃの具体的配置状態について、図７を用いて説明する。第３固定部３０ｃは、第１固定部３０ａ及び第２固定部３０ｂの配置が定まっている場合、中心線ｃを基準とした場合の接続部１６ｆ側であって、第１固定部３０ａ及び第２固定部３０ｂと重ならない位置であれば一応任意の位置を取り得る。しかしながら、図７において、第３固定部３０ｃが中心線ｃに対する接続部形成用孔１６ｃの中心を通る垂線よりも左側（封口体１３の長手方向における中心側）に形成される場合、第３固定部３０ｃの形成位置が左側に行くに従って、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際の第３固定部３０ｃによる接続部へのストレス抑制効果は低下する。第３固定部３０ｃの形成位置が第１固定部３０ａに対応する位置よりも更に左側になると、第３固定部３０ｃによるストレス抑制効果は小さくなるため好ましくない。したがって、第３固定部３０ｃの中心は、中心線ｃに対する第１固定部３０ａの右側（封口体１３の長手方向における端部側）端部を通る垂線よりも右側（封口体１３の長手方向における端部側）とすることが好ましい。
また、中心線ｃに対する接続部形成用孔１６ｃの中心を通る垂線よりも右側（封口体１３の長手方向における端部側）に第３固定部３０ｃが形成される場合、第３固定部３０ｃの形成位置が右側に行くに従って、電池に振動・落下等により衝撃が加わって電極体が移動することによって集電体の第２領域が引っ張られた際の接続部へのストレス抑制効果は大きくなる。しかしながら、第３固定部３０ｃの形成位置が、第２固定部３０ｂに対応する位置よりも更に右側（封口体の長辺方向における端部側）になると、第３固定部３０による接続部へのストレス抑制効果は低下する。したがって、第３固定部３０ｃの中心は、中心線ｃに対する第２固定部３０ｂの右側（封口体１３の長手方向における端部側）端部を通る垂線よりも左側（封口体１３の長手方向における中心側）とすることが好ましい。更に、内部抵抗が増加しないようにするためには、第３固定部３０ｃの中心を、中心線ｃに対する第２固定部３０ｂの左側（封口体１３の長手方向における中心側）端部を通る垂線よりも左側（封口体１３の長手方向における中心側）とすることがより好ましい。以上のように、第３固定部３０ｃは、第１固定部３０ａに対応する位置と第２固定部３０ｂに対応する位置の間に形成されていることが好ましい。
また、実施形態２の角形非水電解質二次電池１０Ｂにおいても、実施形態１の角形非水電解質二次電地１０Ａの場合と同様に、接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃは、第２固定部３０ｂの中心と第３固定部３０ｃの中心とを結んだ線分に対して、境界部１６ｆから遠い側に形成されていることが好ましく、また、第３固定部３０ｃは、接続部を形成している接続部形成用開孔１６ｃと境界部１６ｆとを結ぶ領域から離間した位置に形成されていることが好ましいことが分かる。
なお、上記実施形態１及び２の角形非水電解質二次電池１０Ａ、１０Ｂでは、正極集電体１６と正極芯体露出部１４の接続方法として抵抗溶接法を用いた例を示したが、抵抗溶接に限定されず、レーザ溶接あるいは超音波溶接でもよい。また、正極芯体露出部１４の先端側の端面に正極集電体１６を接続することも可能である。さらに、上記実施形態１及び２の角形非水電解質二次電池１０Ａ、１０Ｂでは、正極外部端子１７の貫通孔１７ｂを密閉する端子栓３６として金属板３７が設けられたゴム製のものを用いた例を示したが、樹脂製のものであってもよく、さらには金属板３７のみで貫通孔１７ｂを密閉してもよい。
さらに、上記実施形態１及び２の角形非水電解質二次電池１０Ａ、１０Ｂでは、正極外部端子１７側の構成について説明したが、負極外部端子１９側の構成としても採用することもできる。ただし、正極外部端子１７側に上述の電流遮断機構３５を備えている構成を採用した場合、負極外部端子１９側には電流遮断機構を採用する必要はないので負極外部端子１９側としてはより簡単な構成のものを採用し得る。
１０Ａ、１０Ｂ…角形非水電解質二次電池 １１…巻回電極体 １２…電池外装体 １３…封口体 １４…正極芯体露出部 １５…負極芯体露出部 １６…正極集電体 １６ａ…第１領域 １６ｂ…第２領域 １６ｃ…接続部形成用孔 １６ｄ…リブ １６ｅ…薄肉領域 １６ｆ…境界部 １６ｇ…第１開孔 １６ｈ…第２開孔 １６ｊ…第３開孔 １６ｒ…正極集電受け部材 １６ｓ…（正極集電受け部材の）リブ １７…正極外部端子 １７ａ…筒状部 １７ｂ…貫通孔 １７ｃ…先端部 １８…負極集電体 １９…負極外部端子 ２０、２１…絶縁部材 ２０ａ…上部第１絶縁部材 ２０ｂ…下部第１絶縁部材 ２２ａ…電解液注液孔 ２２ｂ…ガス排出弁 ２３…樹脂シート ２４…正極用中間導電部材 ２４ｐ…絶縁性中間部材 ２５ｐ…絶縁性中間部材 ３０ａ…第１固定部 ３０ｂ…第２固定部 ３０ｃ…第３固定部 ３２…導電部材 ３２ａ…（導電部材の）筒状部 ３２ｂ…（導電部材の）開孔 ３３…反転板 ３４…第２絶縁部材 ３４ａ…貫通孔 ３４ｂ…第１突起 ３４ｃ…第２突起 ３４ｄ…第３突起 ３５…電流遮断機構 ３６…端子栓 ３６ａ…頭部 ３６ｂ…突出部 ３６ｃ…係止部 ３６ｄ…連結部 ３７…金属板

Claims (14)

  1. 開口を有する有底筒状の角形外装体と、
    前記角形外装体内に収容された、正極極板及び負極極板を有する電極体と、
    前記正極極板に電気的に接続された正極集電体と、
    前記負極極板に電気的に接続された負極集電体と、
    前記外装体の開口を封止する封口体と、
    前記封口体に設けられた貫通孔に第１絶縁部材を介して前記封口体と電気的に絶縁された状態で挿通された少なくとも１つの外部端子と、
    筒状部を有する導電部材と、
    電池内部の圧力が予め定めた所定値よりも大きくなると変形する導電性材料からなる反転板と、
    前記反転板と前記正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方との間に介在された貫通孔が形成された第２絶縁部材と、
    前記正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方が前記第２絶縁部材に形成された貫通孔を介して前記反転板に接続されており、
    前記導電部材の筒状部は、一方の端部が前記外部端子に電気的に接続され、他方の端部が前記反転板によって封止されている角形二次電池において、
    前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方は、前記封口体と平行な第１領域と、前記第１領域から前記電極体の方向に延びて前記正極極板又は前記負極極板と接続されている第２領域とを有し、
    前記第１領域には、前記反転板との接続部と、前記接続部の中心を通る前記封口板の長辺方向に沿った中心線上であって、前記接続部の両側に形成された第１開孔及び第２開孔と、前記中心線から離間した位置に形成された少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きを有し、
    前記第２絶縁部材には、前記第１領域に形成された前記第１開孔、前記第２開孔及び前記少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きに対応する位置にそれぞれ突起が形成され、
    前記第１領域に形成された前記第１開孔、前記第２開孔及び前記少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きは、それぞれ前記第２絶縁部材に形成された突起と係合されて第１固定部、第２固定部及び第３固定部が形成されていることを特徴とする角形二次電池。
  2. 前記第２絶縁部材に形成された突起は頂部に他の部分よりも径が大きい拡径部が形成されており、前記第１固定部、前記第２固定部及び前記第３固定部は、前記拡径部により前記第２絶縁部材の突起と前記第１領域に形成された前記第１開孔、前記第２開孔及び前記少なくとも１つの第３開孔又は切り欠きに係合させることにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
  3. 前記接続部、前記第１固定部及び前記第２固定部は、前記中心線上に一直線に配置されており、前記第３固定部は、前記中心線と直交する方向において前記中心線よりも前記第１領域と前記第２領域との間の境界部に近い領域に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の角形二次電池。
  4. 前記第２領域は２箇所が前記中心線に対して互いに反対側の位置に設けられており、前記第３固定部は前記中心線とは直交する方向の両側に各１箇所設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の角形二次電池。
  5. 前記第２領域は１箇所のみ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の角形二次電池。
  6. 前記接続部は、前記第１固定部と前記第２固定部のうちの前記境界部に近い方の中心と前記第３固定部の中心とを結んだ線に対して、前記境界部から遠い側に形成されていること特徴とする請求項１又は２に記載の角形二次電池。
  7. 前記第３固定部は、前記接続部よりも前記第２領域側であって、前記接続部と前記境界部とを結ぶ領域から離間した位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の角形二次電池。
  8. 前記第３固定部は、前記第１固定部に対応する位置と前記第２固定部に対応する位置の間に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の角形二次電池。
  9. 前記第３固定部は、前記第１固定部及び前記第２固定部よりも径が小さいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の角形二次電池。
  10. 前記第１領域及び前記第２領域は、一枚の板材を折り曲げることにより形成されたものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の角形二次電池。
  11. 前記第１領域及び前記第２領域は剛性を有する導電性材料で形成されたものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の角形二次電池。
  12. 前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方の前記接続部の周囲には、薄肉部及び／又は溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の角形二次電池。
  13. 前記外部端子には外部と前記導電部材の筒状部の内面側との間を連通する貫通孔が形成されており、前記外部端子の前記貫通孔は封止部材によって封止されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の角形二次電池。
  14. 前記電極体は、偏平形電極体であり、一方側の端部に複数枚積層された正極芯体露出部を有し、他方側の端部に複数枚積層された負極芯体露出部を有し、前記正極芯体露出部は前記角形外装体の一方側の側壁に対向し、前記負極芯体露出部が前記角形外装体の他方側の側壁に対向するように配置され、前記正極集電体は前記正極芯体露出部に接続され、前記負極集電体は前記負極芯体露出部に接続されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の角形二次電池。
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