JP2014139904A - Square secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載用途等に使用される角形二次電池に関する。 The present invention relates to a prismatic secondary battery used for in-vehicle applications and the like.
従来から、車両やその他の機器に搭載される密閉型のリチウムイオン二次電池などにおいては、過充電や過昇温、外力による破損などによって、内部にガスが溜まり、そのガスによって、電池内部の圧力が上昇する場合がある。そのため、密閉型電池の電池ケースには、安全のための脆弱箇所が形成される。 Conventionally, in a sealed lithium ion secondary battery mounted on a vehicle or other equipment, gas is accumulated inside due to overcharge, excessive temperature rise, damage due to external force, etc. Pressure may increase. Therefore, a weak point for safety is formed in the battery case of the sealed battery.
例えば、電池ケースの一部の箇所に、電池の内圧によって変形する部材が用いられ、その部材の変形によって脆弱部分が破損するようにされているものがある。脆弱部分の破損によって、電流経路が遮断されるものや、密閉型電池の内外が連通されてガスを排出するものなどが提案されている。 For example, there is a battery case in which a member that is deformed by the internal pressure of the battery is used at a part of the battery case, and the fragile portion is damaged by the deformation of the member. There have been proposed ones in which a current path is interrupted due to breakage of a fragile portion, and ones in which the inside and outside of a sealed battery are communicated to discharge gas.
特許文献1には、外部電極端子と内部集電タブの間に封口体リードとダイアフラムを備えてあり、電池蓋に対して垂直方向に延びる筒状の封口体リードにダイアフラムの周縁が密閉され、電池内圧が上昇するとダイアフラムが変形し、脆弱箇所が破断され、それによって電流の経路を遮断するとされている。
In
しかしながら、前述した従来の技術では、例えば電池蓋に対して垂直方向に延びる筒状の封口体リードにダイアフラムの周縁を密閉しようとした場合、ダイアフラムを溶接する封口体リードの厚み部分、もしくはさらに加工を加えた部分は形状が複雑になり平面性が出しにくいことから溶接が不安定になる可能性がある。 However, in the above-described conventional technology, for example, when the periphery of the diaphragm is sealed with a cylindrical sealing body lead extending in a direction perpendicular to the battery lid, the thickness portion of the sealing body lead to which the diaphragm is welded, or further processing Since the shape of the part to which is added becomes complicated and the flatness is difficult to be obtained, there is a possibility that the welding becomes unstable.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内圧が上昇した際には確実に安定して電流経路を遮断することができる角形二次電池を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a prismatic secondary battery that can reliably and stably interrupt a current path when the internal pressure increases. It is.
上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、扁平の電極群を内蔵する電池容器と、該電池容器を密閉する電池蓋と、該電池蓋に開口する開口部に挿通される接続端子と、前記電池容器内に配置されて前記接続端子に接続されるリードと、該リードに接続されて前記接続端子を貫通する貫通孔を閉塞し、前記電池容器の内部圧力の上昇により変形するダイアフラムとを有し、前記ダイアフラムが、電極群に電気的に接続された集電板に接続され、電池容器内部の圧力の上昇により、接続端子と電極群の導通を切断する電流遮断構造を有する角形二次電池であって、前記ダイアフラムは、前記リードにかしめ固定されていることを特徴としている。 The prismatic secondary battery of the present invention that solves the above problems includes a battery container containing a flat electrode group, a battery lid that seals the battery container, and a connection terminal that is inserted through an opening that opens in the battery lid. A lead disposed in the battery container and connected to the connection terminal; a diaphragm connected to the lead and penetrating the connection terminal; and a diaphragm deformed by an increase in internal pressure of the battery container; The diaphragm is connected to a current collector plate electrically connected to the electrode group, and has a current blocking structure that cuts off the electrical connection between the connection terminal and the electrode group when the pressure inside the battery container increases. In the secondary battery, the diaphragm is caulked and fixed to the lead.
本発明によれば、内圧が上昇した際には確実に安定して電流遮断を行う角形二次電池を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to obtain a rectangular secondary battery that reliably and stably cuts off current when the internal pressure increases. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
次に、本発明の実施形態について図面を用いて以下に説明する。なお、以下の説明では、角形二次電池の例として、電気自動車やハイブリッド自動車の電源として用いられる角形のリチウムイオン二次電池の場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、他の角形二次電池にも適用できるものである。 Next, embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, as an example of a prismatic secondary battery, a case of a prismatic lithium ion secondary battery used as a power source for an electric vehicle or a hybrid vehicle will be described as an example, but the present invention is not limited thereto. The present invention can also be applied to other prismatic secondary batteries.
[第1実施の形態]
図1は、本実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図、図2は、図1に示される角形二次電池の分解斜視図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an external perspective view of a prismatic secondary battery according to the present embodiment, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the prismatic secondary battery shown in FIG.
角形二次電池であるリチウムイオン二次電池1は、図1及び図2に示すように、電池容器2内に電極群3を収容した構成を有している。電池容器2は、開口部11aを有する電池缶11と、電池缶11の開口部11aを封口する電池蓋21とを有する。電極群3は、正極板33と負極板31との間にセパレータ32、34を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回し、テープ35で固定した構造である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion
電池缶11及び電池蓋21は、共にアルミニウム合金で製作されており、電池蓋21は、レーザー溶接によって電池缶11に溶接される。電池蓋21には、正極端子構成部50と負極端子構成部60が設けられており、蓋組立体4を構成している。
The battery can 11 and the
正極端子構成部50と負極端子構成部60は、正極接続端子52と負極接続端子62(一対の電極端子)を有している。正極接続端子52は、電池蓋21との間に正極外部絶縁部材22を介して配設され、負極接続端子62は、電池蓋21との間に負極外部絶縁部材23を介して配設されている。
The positive
なお、電池蓋21には、正極端子構成部50及び負極端子構成部60の他に、電池容器2内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器2内のガスを排出するガス排出弁71と、電池容器2内に電解液を注入するための注液口72が配置されている。
In addition to the positive
正極接続端子52及び負極接続端子62は、電池蓋21の長手方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極接続端子52と負極接続端子62は、それぞれ電池蓋21の外側に配置される正極外部端子51と負極外部端子61を有している。正極接続端子52は、アルミニウム合金で製作され、負極接続端子62は、銅合金で製作されている。
The positive
正極端子構成部50及び負極端子構成部60は、電池蓋21の内側から電池缶11の底部に向かって延出して電極群3に導通接続される正極集電板53と負極集電板63をそれぞれ有している。電極群3は、正極集電板53と負極集電板63との間に配置されて支持されており、蓋組立体4及び電極群3によって、発電要素組立体5が構成されている。
The positive
図3は、図2に示された電極群3の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図である。
電極群3は、正極板33、セパレータ32、負極板31、セパレータ34の順に重ねて扁平状に捲回することによって構成される。電極群3は、図3に示すように、最外周の電極板が負極板31であり、さらにその外側にセパレータ34が捲回される。
FIG. 3 is an external perspective view showing the details of the
The
セパレータ32、34は、正極板33と負極板31を絶縁する役割を有している。負極板31の負極塗工部31aは、正極板33の正極塗工部33aよりも幅方向に大きく、これにより正極塗工部33aは、必ず負極塗工部31aに挟まれるように構成されている。
The
正極未塗工部33b、負極未塗工部31bは、平面部分で束ねられて溶接等により正負極外部端子51、61につながる各極の集電板53、63に接続される。尚、セパレータ32、34は、幅方向で負極塗工部31aよりも広いが、正極未塗工部33b、負極未塗工部31bで金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。
The positive electrode uncoated
正極板33は、正極集電体である正極電極箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極塗工部33aを有し、正極電極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極未塗工部(箔露出部)33bが設けられている。
The
負極板31は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極塗工部31aを有し、正極電極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極未塗工部(箔露出部)31bが設けられている。正極未塗工部33bと負極未塗工部31bは、電極箔の金属面が露出した領域であり、図3に示すように、捲回軸方向(X方向)一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。
The
負極板31においては、負極活物質として非晶質炭素粉末100重量部に対して、結着剤として10重量部のポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFという。)を添加し、これに分散溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMPという。)を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ10μmの銅箔(負極電極箔)の両面に集電部(負極未塗工部31b)を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ70μmの負極板31を得た。
In the
なお、本実施の形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、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。しかし、いずれの炭素質材料でもリチウムイオンの吸蔵により、負極活物質塗布部は膨張する。 In this embodiment, the case where amorphous carbon is used as the negative electrode active material is exemplified, but the present invention is not limited to this, and natural graphite capable of inserting and removing lithium ions and various artificial graphites are not limited thereto. The material may be a carbonaceous material such as a material or coke, and the particle shape is not particularly limited to a scale shape, a spherical shape, a fiber shape, a lump shape, or the like. However, in any carbonaceous material, the negative electrode active material application portion expands due to occlusion of lithium ions.
正極板33に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム(化学式LiMn2O4)100重量部に対し、導電材として10重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として10重量部のPVDFとを添加し、これに分散溶媒としてNMPを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔(正極電極箔)の両面に無地の集電部(正極未塗工部33b)を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ90μmの正極板33を得た。
For
また、本実施の形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the case where lithium manganate is used as the positive electrode active material is exemplified, but other lithium manganate having a spinel crystal structure or a lithium manganese composite oxide partially substituted or doped with a metal element or A lithium cobalt oxide or lithium titanate having a layered crystal structure, or a lithium-metal composite oxide in which a part thereof is substituted or doped with a metal element may be used.
また、本実施の形態では、正極板33、負極板31における塗工部の結着材としてPVDFを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、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、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。
Moreover, in this Embodiment, although illustrated about the case where PVDF is used as the binder of the coating part in the
図4は、図2に示される蓋組立体の分解斜視図、図5は、角形二次電池の断面図、図6は、角形二次電池の平面図及び平面図のA−A線断面図、図7は、図5に示す蓋組立体4の正極端子構成部の部分断面図、図8は、負極端子構成部の部分断面図である。また、図9は、図7に示す正極端子構成部の電流遮断構造が作動する前の状態を示す断面図、図10は、電流遮断構造が作動した後の状態を示す断面図である。
4 is an exploded perspective view of the lid assembly shown in FIG. 2, FIG. 5 is a sectional view of the prismatic secondary battery, and FIG. 6 is a plan view of the prismatic secondary battery and a sectional view taken along line AA of the plan view. 7 is a partial cross-sectional view of the positive electrode terminal constituting portion of the
正極端子構成部50は、図4に示すように、正極外部端子51、正極接続端子52、ガスケット26、正極外部絶縁部材22、リード41、シール部材43、ダイアフラム42、正極内部絶縁部材24、正極集電板53を有している。正極接続端子52は、電池蓋21との間にガスケット26、正極内部絶縁部材24、リード41が介在されており、電池蓋21から電気的に絶縁され、固定軸52cの先端を外径側に折り曲げて、かしめ加工することで前記介在部品を保持している。
As shown in FIG. 4, the positive
正極集電板53は、図5及び図6に示すように、正極内部絶縁部材24を介して電池蓋21に固定されている。電池蓋21には、正極内部絶縁部材24の固定孔24bに挿入してかしめることにより正極内部絶縁部材24を電池蓋21に固定する凸部21aが設けられている。凸部21aは、例えば図6のA−A線断面図に示すように、電池蓋21の電池内側面に2箇所設けられており、正極内部絶縁部材24の固定孔24bに入れ、凸部21aの先端をかしめ固定することで正極内部絶縁部材24を保持する。
As shown in FIGS. 5 and 6, the positive electrode
正極内部絶縁部材24には、正極集電板53の基部53dに穿設された支持穴53cに挿入してかしめることにより正極集電板53を正極内部絶縁部材24に固定するピン状の保持部24aが設けられている。保持部24aは、例えば4箇所設けられており、正極集電板53の支持穴53c(図4を参照)に挿入して、熱を加えて先端を変形させることで正極集電板53を保持する。
The positive electrode
電池蓋21と正極内部絶縁部材24は凸部21aにより互いに固定され、正極内部絶縁部材24と正極集電板53は保持部24aにより互いに固定されており、電池蓋21と正極内部絶縁部材24と正極集電板53が一体化されている。
The
負極端子構成部60は、図4に示すように、負極外部端子61、負極接続端子62、ガスケット26、負極外部絶縁部材23、負極内部絶縁部材25、負極集電板63を有している。負極接続端子62は、電池蓋21との間にガスケット26、負極内部絶縁部材25、負極集電板63が介在されており、電池蓋21から電気的に絶縁され、固定軸62cの先端を外径側に折り曲げて、かしめ加工することで前記介在部品を保持している。負極接続端子62と負極集電板63は例えばレーザー溶接で接合され、電気的に接続されている。
As shown in FIG. 4, the negative
正極端子構成部50は、電池内圧の上昇により電流を遮断する電流遮断構造を有している。電流遮断構造は、正極接続端子52から正極集電板53までの電流経路に設けられている。
The positive
正極接続端子52は、図7に示すように、電池蓋21との間にガスケット26、正極内部絶縁部材24、リード41を介してかしめ固定されている。リード41は、電池蓋21の内側で正極接続端子52にかしめられて電気的に接続されている。リード41には、図9に示すように、シール部材43を介してダイアフラム42がかしめ固定されている。
As shown in FIG. 7, the positive
ダイアフラム42は、湾曲面部42aの中央部と正極集電板53の接合部53aとが、例えば、レーザ溶接で接合されており、互いに電気的に接続されている。ダイアフラム42は、リード41に接続されて正極接続端子52の貫通孔52dを閉塞し、電池容器2の内部圧力の上昇により変形する。
In the
正極集電板53の接合部53aの周囲には、脆弱部53bが設けられている。非正常的な電池内圧の上昇によって、正極接続端子52のダイアフラム42が変形する際に、正極集電板53の脆弱部53bが破断することによって、電気的接続を遮断する。これにより、電池内の密閉性を保ちつつ、電池の非正常的な作動を確実かつ安全に停止することができる。
A
ダイアフラム42は、電池内側に向かって凸となるドーム状を有しており、電池内圧の上昇により頂部である中央部の高さが低くなる方向に変形して、正極集電板53の接合部53aを基部53dに直交する方向である電池外側(図4で上方)に向かって付勢し、脆弱部53bを破断させて接合部53aを基部53dから分離し、正極集電板53との間の電気的な接続を遮断するように構成されている。
The
次に、本実施形態における正極端子構成部50の構成について詳細に説明する。
正極接続端子52は、図4に示すように、電池蓋21の外側である上面に沿って配置される平板部52aと、平板部52aに開口して正極外部端子51を挿通支持する挿通孔52bと、電池蓋21の開口部21bに挿通されて電池蓋21を貫通し先端が電池蓋21の裏面側である電池内側に突出する固定軸52cを有しており、固定軸52cには、その中心を軸方向に貫通する貫通孔52dが設けられている。
Next, the structure of the positive electrode
As shown in FIG. 4, the positive
正極外部端子51は、正極接続端子52の挿通孔52bに挿通される軸部51aと、平板部52aと正極外部絶縁部材22との間に介在されて支持される矩形平板状のヘッド部51bとを有している。軸部51aは、ナットと螺合してバスバーを締結可能なネジ山が螺設されている。
The positive electrode
正極外部絶縁部材22は、正極外部端子51のヘッド部51bと電池蓋21の上面との間に介在される絶縁性の板状部材からなり、電池蓋21の開口部21bに連通して正極接続端子52の固定軸52cを挿通するための開口部22aを有している。
The positive electrode external insulating
ガスケット26は、正極接続端子52の固定軸52cに外嵌される断面L字状のリング形状を有しており、電池蓋21の開口部21bに挿入されて正極接続端子52の固定軸52cと電池蓋21との間を絶縁しかつシールする端子封止部を構成する。ガスケット26は、正極接続端子52の固定軸52cの先端をかしめることによって、所定の圧縮力で圧縮された状態で正極接続端子52の平板部52aと電池蓋21との間に介在される。
The
正極内部絶縁部材24は、電池蓋21の下面に沿って配置される合成樹脂製材料からなる絶縁性の板状部材によって構成されており、電池蓋21とリード41との間、及び、電池蓋21と正極集電板53との間に介在されて、これらの間を絶縁する。正極内部絶縁部材24は、所定の板厚を有しており、電池蓋21の開口部21bに連通して固定軸52cが挿通される貫通孔24cが設けられている。正極内部絶縁部材24は、その一部がリード41と電池蓋21との間に介在されており、固定軸52cの先端をかしめることによって、正極接続端子52と共に電池蓋21に一体にかしめ固定されている。
The positive electrode internal insulating
そして、正極内部絶縁部材24には、貫通孔24cに連通しかつリード41とダイアフラム42が収容される凹部24dが設けられている。凹部24dは、図7に示すように、正極内部絶縁部材24の下面に凹設されており、電池内側の他の空間部分と連通している。
The positive electrode internal insulating
正極内部絶縁部材24は、図4に示すように、その上面に、正極内部絶縁部材24を電池蓋21に固定するための固定孔24bが複数設けられており、電池蓋21の下面でかつ固定孔24bに対向する位置には、固定孔24bに挿通される凸部21aが設けられている。
As shown in FIG. 4, the positive electrode internal insulating
正極内部絶縁部材24は、固定孔24bに電池蓋21の凸部21aを挿入して、正極内部絶縁部材24の上面を電池蓋21の下面に接面させた状態で、固定孔24bから突出する凸部21aの先端を加圧変形させて拡径することにより電池蓋21にかしめて係合される(図6を参照)。電池蓋21の凸部21aは、予めプレス加工により電池外側を凹にして、その分だけ、電池内側を凸にすることによって形成される。
The positive electrode internal insulating
正極内部絶縁部材24の下面には、正極集電板53を固定するための保持部24aが複数凸設されている(図4及び図6を参照)。複数の保持部24aは、正極集電板53の基部53dに設けられている複数の支持穴53cにそれぞれ挿入され、各支持穴53cから突出した先端を加熱変形させて拡径させることによりかしめられる。また、複数の保持部24aを加熱する際に、集電板53も一緒に加熱して基部53dを正極内部絶縁部材24に熱溶着する。したがって、正極集電板53は、正極内部絶縁部材24に一体に固定される。
A plurality of holding
ダイアフラム42は、軸方向に移行するにしたがって漸次縮径するドーム状の湾曲面部42aと、湾曲面部42aの外周縁部から径方向外側に向かって拡がるフランジ部42bとを有している。フランジ部42bは、径方向外側に向かって一平面上に沿って拡がり、全周に亘って一定幅で連続し、後述するリード41の凹溝41b内に配置されるリング形状を有している。
The
ダイアフラム42は、湾曲面部42aが固定軸52cの下端に開口する貫通孔52dの開口端に対向してこれを覆い、フランジ部42bがリード41にかしめ固定されて、リードとの間を密閉封止し、貫通孔52dによって連通されている電池外側の空間と電池内側の空間との間を区画している。
The
湾曲面部42aは、電池容器2の内圧が予め設定された上限値よりも上昇した場合に、電池容器2の外部との圧力差により、中央部の高さが低くなる方向に塑性変形し、正極集電板53の脆弱部53bを破断させ、内圧が低下した後も接合部53aを正極集電板53の基部53dから完全に切り離した位置に保持するように、材料、板厚、断面形状等が設定されている。湾曲面部42aの頂部である中央部は、レーザー溶接によって正極集電板53の接合部53aに接合されている。中央部の接合は、レーザー溶接の他、抵抗溶接、超音波溶接によって行ってもよい。
When the internal pressure of the
湾曲面部42aは、フランジ部42bに連続して中心軸方向に沿ってリード41から離反する方向に移行するにしたがって漸次縮径し、断面が直線形状となる第1傾斜面部と、第1傾斜面部に連続して折曲されて第1傾斜面部とは異なる傾斜角度で延在し断面が直線形状となる第2傾斜面部とを軸方向に並べて組み合わせた立体形状を有している。
The
湾曲面部42aは、電池内圧の上昇により第1傾斜面部が拡径する方向に移動し、第2傾斜面部が中央部の高さ位置を低くする方向に移動するように変形する。第1傾斜面部は、湾曲面部42aの中心軸方向に対して45°よりも小さくなる傾斜角度を有しており、第2傾斜面部は、第1傾斜面部に対して外角が180°よりも大きくなる傾斜角度を有している。
The
正極集電板53は、図4に示すように、電池蓋21の下面に対向して平行に延在する平板状の基部53dを有しており、複数の支持穴53cが例えば四隅位置など、互いに所定間隔をおいて配置されるように貫通して形成されている。
As shown in FIG. 4, the positive electrode
これら複数の支持穴53cには、正極内部絶縁部材24の下面に凸設されている複数の保持部24aがそれぞれ挿入されてかしめられており、正極集電板53が正極内部絶縁部材24に一体にかしめ固定されている。
A plurality of holding
基部53dには、一対の長辺に沿って電池蓋21から離反する方向に折り曲げて形成された一対のエッジが設けられており、平面形状を保つように剛性の向上が図られている。正極集電板53の一対の接合片53eは、各エッジに連続して突出するように設けられている。
The
正極集電板53には、ダイアフラム42の中央部に接合される接合部53aが設けられている。接合部53aは、図9に示すように、基部53dの一部を薄肉化した薄肉部によって構成されている。脆弱部53bは、接合部53aの周囲を囲むように薄肉部に溝部を設けることによって構成されており、電池内圧が上昇したときに電池外方向(図9では上側)に変形するダイアフラム42によって脆弱部53bで破断されて、基部53dから接合部53aを分離できるようになっている。
The positive electrode
脆弱部53bは、電池容器2の内圧の上昇によるダイアフラム42の変形に伴い、電池蓋21側に引っ張る方向の力が作用した際に破断する一方、走行中の振動などの通常の使用環境下では破断しない強度となるように、その寸法形状等が設定されている。ダイアフラム42の中央部と正極集電板53の接合部53aとの接合は、レーザー溶接により行われるが、その他に、抵抗溶接、超音波溶接なども可能である。
The
上記構成を有する電流遮断構造は、電池容器2の内圧が予め設定された上限値よりも上昇した場合に、電池容器2の外部との圧力差により、突出高さが低くなる方向にダイアフラム42が変形し、正極集電板53の脆弱部53bで囲まれた接合部53aを基部53dに直交する方向に引っ張り、正極集電板53の脆弱部53bを破断させる。そして、図10に示すように、接合部53aを基部53dから分離して、正極接続端子52と正極集電板53との間の電流経路を遮断する。
In the current interrupting structure having the above-described configuration, when the internal pressure of the
リード41は、導電性の円板部材からなり、その中心位置には、電池蓋21の開口部21bに連通して正極接続端子52の固定軸52cを挿通するための開口部41a(図4を参照)が設けられている。
The
リード41は、図7及び図9に示すように、電池蓋21との間に正極内部絶縁部材24を介在させた状態で電池蓋21の下面に対向して配置されており、開口部41aから突出する固定軸52cの先端を径方向外側に拡げてかしめることにより、正極接続端子52に電気的に接続され且つ電池蓋21から絶縁された状態で電池蓋21に一体に固定されている。リード41は、開口部41aから固定軸52cの先端のかしめ部52eが突出しており、電池外側に連通する貫通孔52dが電池内側に向かって開口している。
As shown in FIGS. 7 and 9, the
図11は、第1実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図であり、図9のB部を拡大して示す図である。
リード41には、図11に示すように、ダイアフラム42をかしめ固定するかしめ部41dが設けられている。かしめ部41dは、ダイアフラム42のフランジ部42bをダイアフラム42の軸方向両側から挟み込むことによってかしめ固定している。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a caulking portion in the first embodiment, and is an enlarged view of a portion B in FIG.
As shown in FIG. 11, the
リード41は、電池内側に露出する平坦面41gに周状に連続して凹設されてダイアフラム42のフランジ部42bが挿入される凹溝41bと、凹溝41bの径方向外側位置でフランジ部42bの外周端面に対向して立ち上がる外周壁部41cを有している。
The
かしめ部41dは、フランジ部42bとの間にシール部材43を介して、凹溝41bにフランジ部42bを挿入し、外周壁部41cの先端側を全周に亘って径方向内側に折り曲げることによって形成される。かしめ部41dは、凹溝41bの溝底と平行に延在し、凹溝41bの溝底との間にフランジ部42bを挟み込む。
The
リード41は、かしめ部41dによってフランジ部42bをかしめ固定することにより、ダイアフラム42との間が密閉封止される。リード41は、フランジ部42bの内周端部42cに当接する当接面41fを有しており、ダイアフラム42と電気的に接続されている。
The
シール部材43は、フランジ部42bをダイアフラム42の軸方向両側から挟み込む断面コ字状を有しており、フランジ部42bと凹溝41bの溝底との間、フランジ部42bと外周壁部41cとの間、フランジ部42bとかしめ部41dとの間に介在される。シール部材43のうち、フランジ部42bとかしめ部41dとの間に介在される部分は、かしめ部41dの先端よりも湾曲面部42a側に突出する大きさを有している。
The
かしめ部41dは、かしめ部41dの基端側よりもフランジ部42bに接近する側に折り曲げられた先端部41eを有しており、先端部41eの一部をシール部材43に食い込ませている(図11に矢印で示す)。したがって、最もシール部材43を押圧する押圧ポイントを形成し、凹溝41bから押圧ポイントまでの間に亘ってシール部材43をフランジ部42bに押圧することができ、確実にシールすることができる。
The
図12から図15は、ダイアフラムをリードにかしめ固定する方法を説明する断面図である。
リード41は、正極接続端子52のかしめ部52eによって電池蓋21との間に正極内部絶縁部材24を介してかしめ固定されている。
12 to 15 are sectional views for explaining a method of caulking and fixing the diaphragm to the lead.
The
図12に示すように、リード41の下側から、シール部材43とダイアフラム42を接近させ、図13に示すように、間にシール部材43を介して凹溝41b内にダイアフラム42のフランジ部42bを挿入する。シール部材43は、図12及び図13に示すように、フランジ部42bの上面に接面する平面部と、平面部の外周端縁で折曲されて起立する外周壁部とを有する、断面が略L字状のリング形状を有している。
As shown in FIG. 12, the
そして、図14に示すように、外周壁部41cの先端側を全周に亘って径方向内側に折り曲げて、フランジ部42bを軸方向両側から挟み込み、図15に示すように、凹溝41bの溝底とかしめ部41dとの間に挟持する。
14, the distal end side of the outer
上記した構成によれば、ダイアフラム42のフランジ部42bをかしめにより固定したので、ダイアフラム42をリード41に簡単且つ確実に固定し、密閉封止することができる。
According to the configuration described above, since the
例えばダイアフラムとリードとの間を周状に溶接する従来方法の場合は、溶接距離が長く、溶接不良が発生しやすいという問題がある。また、ダイアフラムの真円度や溶接箇所の径のずれによって密閉の信頼性が損なわれるおそれがあるという問題がある。これに対して、本実施の形態では、かしめにより固定しているので、上記した溶接時の問題が発生することはなく、密閉の信頼性が高いという特徴を有している。 For example, in the case of the conventional method in which the diaphragm and the lead are welded in a circumferential shape, there is a problem that the welding distance is long and poor welding is likely to occur. Moreover, there exists a problem that the reliability of sealing may be impaired by the roundness of a diaphragm and the shift | offset | difference of the diameter of a welding location. On the other hand, in this embodiment, since it is fixed by caulking, the above-described problem during welding does not occur, and the sealing reliability is high.
次に、上記構成を有する正極端子構成部50を作製する方法について説明する。
(1)正極接続端子52、正極外部絶縁部材22、正極内部絶縁部材24等と電池蓋21との接合
まず、電池蓋21の電池外側にて、正極外部絶縁部材22とガスケット26を電池蓋21の開口部21bに位置合わせして配置する。そして、正極外部端子51のヘッド部51bを正極外部絶縁部材22に設けられた凹部に挿入し、正極接続端子52の挿通孔52bに正極外部端子51の軸部51aを挿入する。
Next, a method for producing the positive
(1) Joining of the positive
そして、電池蓋21の電池内側にて、電池蓋21とリード41との間に正極内部絶縁部材24を介在させて重ね合わせ、正極内部絶縁部材24の貫通孔24cとリード41の開口部41aが同心円上に配置されるように、正極内部絶縁部材24とリード41とを配置する。そして、電池蓋21の凸部21aを正極内部絶縁部材24の固定孔24bに挿入して、凸部21aの先端を固定孔24bから突出させた状態とする。
Then, inside the
そして、正極接続端子52を電池蓋21の電池外側である上方から接近させて、正極外部絶縁部材22の上に正極接続端子52の平板部52aを重ね合わせ、かつ、正極接続端子52の固定軸52cを電池蓋21の外側から順番に、正極外部絶縁部材22の開口部22a、ガスケット26、電池蓋21の開口部21b、正極内部絶縁部材24の貫通孔24c、リード41の開口部41aに挿通してから、固定軸52cの先端をかしめる。ガスケット26は、固定軸52cと電池蓋21との間に介在されて、これらの間を絶縁及びシールする。
Then, the positive
固定軸52cのかしめ加工と共に、電池蓋21の凸部21aをかしめる加工が行われる。凸部21aは、正極内部絶縁部材24の固定孔24bから突出している先端がかしめにより拡径され、正極内部絶縁部材24を電池蓋21に固定する。正極内部絶縁部材24は、固定軸52cのかしめと、凸部21aのかしめとの2種類のかしめによって電池蓋21に固定される。
Along with the caulking of the fixed
(2)リード41とダイアフラム42との接合
リード41の凹溝41b内に、ダイアフラム42のフランジ部42bを挿入し、かしめにより互いに接合し、密閉封止する。リード41は、正極接続端子52のかしめ部52eを避けるようにドーム形状をしており、より少ないスペースでダイアフラム42の表面積を、より大きく確保できるようになっている。したがって、電池容器2の内圧が上昇したときに、ダイアフラム42が変形しやすくなり、より低圧にて確実な電流遮断が可能になる。
(2) Joining between the lead 41 and the
(3)正極集電板53と正極内部絶縁部材24、ダイアフラム42との接合
正極集電板53は、基部53dに数箇所の支持穴53cが設けられており、正極内部絶縁部材24の下面である電池内側平面部でかつ支持穴53cに対向する位置には、支持穴53cに挿通される保持部24aが設けられている。正極集電板53は、保持部24aを支持穴53cに挿入して保持部24aの先端を加熱変形させて拡径する熱溶着により、正極内部絶縁部材24に係合され、基部53dの上面が正極内部絶縁部材24の下面に接面した状態で固定される。
(3) Joining of the positive electrode
そして、正極集電板53の接合部53aをダイアフラム42の中央部に接合する。正極集電板53の接合部53aは、ダイアフラム42の中央部に溶接によって接合される。このダイアフラム42の中央部と正極集電板53の接合部53aとの接合は、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接、摩擦攪拌接合などが可能である。正極端子構成部50は、上記した(1)、(2)、(3)の工程を経て作製される。
Then, the
正極集電板53は、保持部24aによって正極内部絶縁部材24に固定され、正極内部絶縁部材24は、凸部21aによって電池蓋21に係合されているので、正極集電板53に加わる外部からの振動や衝撃を、正極集電板53から正極内部絶縁部材24に伝達し、正極内部絶縁部材24から電池蓋21に伝達して電池容器2全体に拡散することができ、ガスケット26、脆弱部53b、接合部53aなどの脆弱箇所への悪影響を抑えることが可能である。
The positive electrode
なお、正極集電板53と正極内部絶縁部材24の固定に関しては、加工工程が容易であることから保持部24aを加熱変形させて係合させ、熱溶着する場合を例に述べたが、さらに強固な固定が必要である場合は、加熱変形の代わりに、あるいは加熱変形と併せて、ネジやリベット、接着剤の少なくともいずれか一つを使用して固定することも可能である。同様に、電池蓋21と正極内部絶縁部材24の固定に関しては、電池蓋21に設けた凸部21aを正極内部絶縁部材24の固定孔24bに挿入して凸部21a先端を加圧変形させることによって正極内部絶縁部材24を係合する場合を例に説明したが、凸部21a先端の加圧変形の代わりに、あるいは加圧変形と併せて、ネジやリベット、接着剤の少なくともいずれか一つを使用して正極内部絶縁部材24を固定することも可能である。
In addition, regarding the fixing of the positive electrode
本実施形態では、正極集電板53、ダイアフラム42、リード41は、アルミニウム、またはアルミニウム合金により形成されている。リチウムイオン二次電池1は、正極側がアルミニウム合金により構成され、負極側が銅合金により構成されている場合、アルミニウム合金の方が銅合金よりも変形し易く、破断も容易である。したがって、本実施形態では、正極側に電流遮断構造を設けている。
In the present embodiment, the positive electrode
リチウムイオン二次電池1を組み立てるには、上記方法により作製された正極端子構成部50を有する蓋組立体4を組み立てた後に、正極集電板53の接合片53eと負極集電板63の接合片63eに、捲回電極群3を接合し、発電要素組立体5を組み立てる。そして、捲回電極群3の周りを、正極集電板53、負極集電板63ごと、絶縁シート(図示せず)で覆って電池缶11に挿入し、電池缶11の開口部11aを電池蓋21で閉塞して、レーザー溶接によって電池蓋21を電池缶11に接合して封止する。
In order to assemble the lithium ion
そして、注液口72から電池容器2内に電解液を注液し、注液口72を注液栓73で閉塞してレーザー溶接により電池蓋21に接合して封止する。上記した組立作業により組み立てられたリチウムイオン二次電池1は、正極接続端子52と正極外部端子51、および負極接続端子62と負極外部端子61によって接続された外部電子機器に対して、充放電が可能となる。
Then, an electrolytic solution is injected into the
リチウムイオン二次電池1は、次の作用効果を奏することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、リード41にダイアフラム42をかしめ固定して、リード41とダイアフラム42との間を密閉封止する構成を有している。したがって、従来と比較して、簡単且つ確実に密閉することができ、密閉の信頼性を向上させることができる。そして、フランジ部42bと凹溝41bの溝底との間、及び、フランジ部42bとかしめ部41dとの間の両方にシール部材43が介在されているので、高いシール性を有する。
The lithium ion
The lithium ion
そして、かしめ部41dは、かしめ部41dの基端側よりもフランジ部42bに接近する側に折り曲げられた先端部41eを有しており、先端部41eの一部をシール部材43に食い込ませている。したがって、最もシール部材43を押圧する押圧ポイントを形成することができ、凹溝41bから押圧ポイントまでの間に亘ってシール部材43をフランジ部42bに押圧することができ、シール性を高めることができる。
The
本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、ダイアフラム42の湾曲面部42aがドーム形状を有しているので、平板状のものと比較して、電池内圧上昇によってより広い面積で圧力を受けることができ、限られたスペースの中でダイアフラム42を変形させて脆弱部53bを破断させるだけの応力を容易に得ることができる。したがって、同じ破断圧力の設定でも脆弱部53bの剛性を比較的強くすることができ、振動や衝撃によって脆弱部53bが破断するのを防ぐとともに、内圧が上昇した際には確実に安定して電流経路を遮断することができる。
In the lithium ion
リチウムイオン二次電池1は、電池蓋21を貫通する正極接続端子52の固定軸52cをかしめて、電池蓋21の外側の正極接続端子52と電池蓋21の内側の正極集電板53との間を電気的に接続すると共に、これら正極接続端子52と正極集電板53とを電池蓋21に一体に固定する構造を有している。そして、固定軸52cによるかしめ固定に加えて、凸部21aによって電池蓋21に正極内部絶縁部材24を係合し、保持部24aによって正極内部絶縁部材24に正極集電板53を固定する構造を有している。
In the lithium ion
したがって、正極集電板53に加わる外部からの振動や衝撃を正極集電板53から正極内部絶縁部材24に伝達し、正極内部絶縁部材24から電池蓋21に伝達することができ、正極接続端子52の固定軸52cによるかしめ固定のみの場合と比較して、ガスケット26やかしめ部52eなどの脆弱箇所に負荷が与えられるのを防ぐことができ、密閉性を維持することができる。
Therefore, external vibration and impact applied to the positive electrode
正極内部絶縁部材24は、電池外部側が電池蓋21に固定され、電池内部側が正極集電板53に固定されており、このような正極内部絶縁部材24の電池内外両面での固定は、リチウムイオン二次電池1に加わる外圧からの振動や衝撃が、正極集電板53を通じて電流遮断構造の脆弱部53bや密閉性を保っているガスケット26の圧縮部に悪影響を与えるときの抑止として、大きな効果となる。
The positive electrode internal insulating
電流遮断構造は、捲回電極群3と正極接続端子52との間の電流経路に介在されており、例えば過充電などの不測の事態に電流遮断構造の脆弱部が破断することによって、高い安全性を保つことができるが、脆弱部や溶接接合した部分のみで固定されている場合、脆弱部や溶接接合した部分が外部からの振動や衝撃により破断するなどして密閉性を損ねてしまい、誤動作や品質劣化を起こす可能性もある。
The current interrupting structure is interposed in the current path between the
本実施の形態によれば、正極内部絶縁部材24の電池内外両面での固定により、基部53dの脆弱部53bや接合部53aに振動や衝撃が加えられるのを抑制して、意図しない状況での接合部53aの剥離や脆弱部53bの破断の発生を防止することができる。したがって、振動、衝撃に対して剛性を高めた電流遮断構造を持ったリチウムイオン二次電池1を得ることができる。
According to the present embodiment, by fixing the positive electrode internal insulating
本実施形態では、正極端子構成部50に、電流遮断構造を設けた場合について述べてきたが、同様に負極端子構成部60に電流遮断構造を設けることも可能である。
In the present embodiment, the case where the positive
[第2実施の形態]
次に、第2実施の形態について図16を用いて以下に説明する。なお、第1実施の形態と同様の構成要素については、同様の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described below with reference to FIG. In addition, about the component similar to 1st Embodiment, the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
図16は、第2実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図であり、図9のB部に対応する図である。
本実施の形態において特徴的なことは、フランジ部42bの湾曲面部42a側にのみシール部材44を介在させた構成としたことである。
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a caulking portion in the second embodiment, and corresponds to a portion B in FIG.
What is characteristic in the present embodiment is that the
シール部材44は、フランジ部42bの湾曲面部42a側の面である下面に沿って周状に連続する断面矩形のリング形状を有している。シール部材44は、フランジ部42bの下面とかしめ部41dとの間にのみ介在される。リード41は、凹溝41bの溝底にフランジ部42bの上面が当接しており、ダイアフラム42に電気的に接続されている。
The
上記した構成によれば、第1実施の形態と同様に、ダイアフラム42のフランジ部42bをかしめにより固定したので、ダイアフラム42をリード41に簡単且つ確実に固定し、密閉封止することができる。そして、第1実施の形態と比較して、かしめ荷重を小さくすることができ、組立作業を容易化することができる。また、シール部材44が正規の位置に配置されていることを確認しながら、リード41をかしめることができ、シール部材44の位置ずれを防ぐことができる。したがって、密閉の信頼性をさらに高めることができる。
According to the configuration described above, as in the first embodiment, the
[第3実施の形態]
次に、第3実施の形態について図17を用いて以下に説明する。なお、第1及び第2実施の形態と同様の構成要素については、同様の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described below with reference to FIG. In addition, about the component similar to 1st and 2nd embodiment, the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
図17は、第3実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図であり、図9のB部に対応する図である。
本実施の形態において特徴的なことは、フランジ部42bと凹溝41bの溝底との間にのみシール部材45を介在させた構成としたことである。
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a caulking portion in the third embodiment, and corresponds to a portion B in FIG.
What is characteristic in the present embodiment is that the
シール部材45は、フランジ部42bの湾曲面部42aと反対側の面である上面に沿って周状に連続する断面矩形のリング形状を有している。シール部材45は、フランジ部42bの上面と凹溝41bの溝底との間にのみ介在される。リード41は、かしめ部41dにフランジ部42bの下面が当接しており、ダイアフラム42に電気的に接続されている。
The
上記した構成によれば、第1及び第2実施の形態と同様に、ダイアフラム42のフランジ部42bをかしめにより固定したので、ダイアフラム42をリード41に簡単且つ確実に固定し、密閉封止することができる。そして、シール部材45は、第2実施の形態と比較して、フランジ部42bの上面と凹溝41bの溝底という、いずれもフラットな面の間に介在されるので、均一に押圧され、高いシール性を得ることができる。
According to the configuration described above, as in the first and second embodiments, the
また、ダイアフラム42の第1傾斜面部にシール部材45が当接するおそれがないので、シール部材45の寸法形状や位置の精度を高める必要がなく、製造コストを抑え、実施を容易化することができる。
Further, since there is no possibility that the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1 角形二次電池
2 電池容器
3 電極群
4 蓋組立体
5 発電要素組立体
11 電池缶
11a 開口部
21 電池蓋
22 正極外部絶縁部材
23 負極外部絶縁部材
24 正極内部絶縁部材
24a 保持部
25 負極内部絶縁部材
26 ガスケット
31 負極板
31a 負極塗工部
31b 負極未塗工部
32 セパレータ
33 正極板
33a 正極塗工部
33b 正極未塗工部
34 セパレータ
35 テープ
41 リード
42 ダイアフラム
43、44、45 シール部材
51 正極外部端子
52 正極接続端子
52a 平板部
53 正極集電板
53a 接合部
53b 脆弱部
61 負極外部端子
62 負極接続端子
63 負極集電板
71 ガス排出弁
72 注液口
73 注液栓
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記電池容器内に配置されて前記接続端子に接続されるリードと、
該リードに接続されて前記接続端子を貫通する貫通孔を閉塞し、前記電池容器の内部圧力の上昇により変形するダイアフラムと、
を有し、
前記ダイアフラムは、前記リードにかしめ固定されていることを特徴とする角形二次電池。 A prismatic secondary battery having a battery container containing a flat electrode group, a battery lid for sealing the battery container, and a connection terminal inserted into an opening opened in the battery lid,
A lead disposed in the battery container and connected to the connection terminal;
A diaphragm that is connected to the lead and closes the through-hole penetrating the connection terminal, and is deformed by an increase in internal pressure of the battery container;
Have
The rectangular secondary battery, wherein the diaphragm is fixed by caulking to the lead.
前記リードは、前記フランジ部を前記ダイアフラムの軸方向両側から挟み込むことによってかしめ固定するかしめ部を有することを特徴とする請求項1に記載の角形二次電池。 The diaphragm has a dome-shaped curved surface portion that gradually decreases in diameter as it moves in the axial direction, and a flange portion that expands radially outward from the outer peripheral edge of the curved surface portion,
2. The prismatic secondary battery according to claim 1, wherein the lead includes a caulking portion that is caulked and fixed by sandwiching the flange portion from both axial sides of the diaphragm.
前記かしめ部は、前記凹溝に前記フランジ部を挿入し、前記外周壁部の先端側を径方向内側に折り曲げることによって形成されることを特徴とする請求項2に記載の角形二次電池。 The lead is continuously recessed in a flat shape on the flat surface of the lead so that the flange portion is inserted, and the lead is opposed to the outer peripheral end surface of the flange portion at a radially outer position of the groove. An outer peripheral wall that rises,
3. The prismatic secondary battery according to claim 2, wherein the caulking portion is formed by inserting the flange portion into the concave groove and bending the distal end side of the outer peripheral wall portion radially inward.
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