JP2016143618A - Rectangular secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池缶の内部に捲回群が収納され、その捲回群から集電板を介して電力を取り出す二次電池に関し、具体的にはその集電板の構造を改良した角形二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery in which a winding group is housed in a battery can and power is taken out from the winding group through a current collecting plate, and more specifically, a prismatic battery with an improved structure of the current collecting plate. Next battery.
近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度が高い電池である円筒形および角形二次電池の開発が進められている。これらのうち、角形二次電池で多く採用されている技術として、(特許文献1)がある。この公報には、「端子部の腐食が抑制され各端子部と電極群との接続状態を長期に亘って良好に維持することができると共に歩留まりを向上することができる非水電解質二次電池及びその製造方法を提供することを目的とする。」と記載されている(要約参照)。この集電板と端子は一体の単一金属により作られていた。 In recent years, cylindrical and prismatic secondary batteries, which are batteries with high energy density, have been developed as power sources for electric vehicles and the like. Among these, there is (Patent Document 1) as a technique that is widely used in prismatic secondary batteries. In this publication, “a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of suppressing the corrosion of the terminal portion and maintaining the connection state between each terminal portion and the electrode group over a long period of time and improving the yield and The object is to provide a manufacturing method thereof ”(see abstract). The current collector plate and the terminal were made of an integral single metal.
角形二次電池では、大容量化の要求があり、捲回群の重量が増加してきた。しかし、集電板は、銅やアルミニウムにより構成されているため、電気伝導性には優れているが、剛性不足が問題になってきた。 In the square secondary battery, there is a demand for a large capacity, and the weight of the wound group has increased. However, since the current collector plate is made of copper or aluminum, it has excellent electrical conductivity, but lack of rigidity has become a problem.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、集電板の剛性を向上させることができる角形二次電池を提供することである。 This invention is made | formed in view of said point, The place made into the objective is to provide the square secondary battery which can improve the rigidity of a current collecting plate.
上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、電極を捲回した捲回群と、該捲回群を収容する電池容器と、該電池容器内で前記捲回群の電極に接続されて前記捲回群を支持する集電板とを有する角形二次電池であって、前記集電板は、母材と、該母材よりもヤング率が高い部材とをクラッド接合させたクラッド材により構成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-described problem is a winding group in which an electrode is wound, a battery container that houses the winding group, and an electrode of the winding group that is connected in the battery container. A prismatic secondary battery having a current collector for supporting the wound group, wherein the current collector is made of a clad material obtained by clad joining a base material and a member having a higher Young's modulus than the base material. It is characterized by being composed.
本発明によれば、集電板の剛性を向上させることができる。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, the rigidity of the current collector plate can be improved. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、本発明が適用される実施例について図面を用いて説明する。なお、以下の各実施例では、角形二次電池がリチウムイオン二次電池である場合を例に説明するが、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、他の電池にも適用できる。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. In each of the following embodiments, a case where the square secondary battery is a lithium ion secondary battery will be described as an example. However, the present invention is not limited to the lithium ion secondary battery, and can be applied to other batteries.
[実施例1]
図1は、角形二次電池の外観斜視図、図2は、角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池100は、扁平状の捲回群3を有する扁平捲回形の電池であり、捲回群3を収容する電池容器を備えている。電池容器は、有底角形の電池缶1と、電池缶1の上部に開口する開口部1aを閉塞する電池蓋6を有する。電池缶1は、相対的に面積の大きい一対の対向する幅広側面1bと、相対的に面積の小さい一対の対向する幅狭側面1cと、矩形の底面1dとを有しており、上部には上方に向かって解放された開口部1aが形成されている。
[Example 1]
FIG. 1 is an external perspective view of a prismatic secondary battery, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the prismatic secondary battery.
The prismatic
電池缶1内には、捲回群3が収容され、電池缶1の開口部1aが電池蓋6によって封止されている。電池蓋6は、略矩形平板状であって、電池缶1の上方開口部1aを塞ぐように溶接されて電池缶1が封止されている。電池蓋6には、正極外部端子14と、負極外部端子12が設けられている。正極外部端子14と負極外部端子12を介して捲回群3に充電され、また外部負荷に電力が供給される。電池蓋6には、ガス排出弁10が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁10が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池100の安全性が確保される。
A
捲回群3は、絶縁保護フィルム2に覆われた状態で電池缶1内に収容されている。捲回群3は、扁平形状に捲回されているため、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲面部と、これら一対の湾曲面部の間に連続して形成される平坦面部とを有している。捲回群3は、捲回軸方向が電池缶1の横幅方向に沿うように、一方の湾曲面部側から電池缶1内に挿入され、他方の湾曲面部側が電池缶1の上部である開口部1a側に配置される。
The
捲回群3の正極金属箔露出部34bは、正極集電板44に接合されており、正極集電板44を介して電池蓋6に設けられた正極外部端子14と電気的に接続されている。また、捲回群3の負極金属箔露出部32bは、負極集電板24に接合されており、負極集電板24を介して電池蓋6に設けられた負極外部端子12と電気的に接続されている。これにより、正極集電板44および負極集電板24を介して捲回群3から外部負荷へ電力が供給され、正極集電板44および負極集電板24を介して捲回群3へ外部発電電力が供給され充電される。
The positive electrode metal foil exposed
正極集電板44と負極集電板24、及び、正極外部端子14と負極外部端子12を、それぞれ電池蓋6から電気的に絶縁するために、ガスケット5および絶縁板7が電池蓋6に設けられている。また、注液口9から電池缶1内に電解液を注入した後、電池蓋6に注液栓11をレーザ溶接により接合して注液口9を封止し、角形二次電池100を密閉する。
In order to electrically insulate the positive electrode
ここで、正極外部端子14および正極集電板44の形成素材としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金が挙げられ、負極外部端子12および負極集電板24の形成素材としては、例えば銅や銅合金が挙げられる。また、絶縁板7およびガスケット5の形成素材としては、例えばポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。
Here, examples of a material for forming the positive electrode
また、電池蓋6には、電池容器内に電解液を注入するための注液口9が設けられており、この注液口9は、電解液を電池容器内に注入した後に注液栓11によって封止される。ここで、電池容器内に注入される電解液としては、例えば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を適用することができる。
In addition, the battery lid 6 is provided with a liquid injection port 9 for injecting an electrolytic solution into the battery container. The liquid injection port 9 is provided with an
正極外部端子14、負極外部端子12は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、電池蓋6から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が電池蓋6の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋6と平行になる構成を有している。正極外部端子14には、正極集電板44との間を電気的に接続する正極接続部14aが一体に形成され、負極外部端子12には、負極集電板24との間を電気的に接続する負極接続部12aが一体に形成されている。
The positive
正極接続部14aと負極接続部12aは、正極外部端子14と負極外部端子12の下面からそれぞれ突出して先端が電池蓋6の正極側貫通孔47と負極側貫通孔27に挿入可能な円柱形状を有している。正極接続部14aと負極接続部12aは、電池蓋6を貫通して正極集電板44と負極集電板24のそれぞれの基部44a、24aよりも電池缶1の内部側に突出しており、先端がかしめられて、正極外部端子14及び負極外部端子12と、正極集電板44及び負極集電板24を電池蓋6に一体に固定している。正極接続部14aと負極接続部12aのかしめ部は、正極集電板44と負極集電板24の基部44a、24aにそれぞれ溶接接合されており、導電性の確保と固定強度の向上が図られている。正極外部端子14及び負極外部端子12と電池蓋6との間には、ガスケット5が介在されており、正極集電板44及び負極集電板24と電池蓋6との間には、絶縁板7が介在されている。
The positive
正極集電板44及び負極集電板24は、電池蓋6の裏面に対向して配置される矩形板状のそれぞれの基部44a、24aと、それぞれの基部44a、24aの側端で折曲されて、電池缶1の幅広側面1bに沿って底面1d側に向かって延出し、捲回群3の正極金属箔露出部34b及び負極金属箔露出部32bに対向して重ね合わされた状態で接続される溶接部44b及び溶接部24bを有している。それぞれの基部44a、24aには、正極接続部14a及び負極接続部12aが挿通される開口穴44c、24cがそれぞれ形成されている。
The positive electrode
捲回群3の周囲には、絶縁保護フィルム2が巻き付けられている。絶縁保護フィルム2は、捲回群3の扁平面に沿う方向でかつ捲回群3の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として捲回群3に巻き付けられている。絶縁保護フィルム2は、例えばPP(ポリプロピレン)などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、捲回群3の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けた場合に、少なくとも1周以上巻き付けて全体を完全に覆うことができる大きさを有している。
An insulating protective film 2 is wound around the
図3は、捲回群の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
捲回群3は、負極電極32と正極電極34を間にセパレータ33、35を介して扁平状に捲回することによって構成されている。セパレータ33、35は、正極電極34と負極電極32との間を絶縁する役割を有している。捲回群3は、最外周の電極が負極電極32であり、さらにその外側にもセパレータ33、35が捲回される。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a state in which a part of the wound group is developed.
The winding
正極電極34は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる正極金属箔と、正極金属箔の両面に正極活物質を含む正極合剤が塗工されて形成された正極合剤層34aを有しており、正極金属箔の幅方向一方側の端部には、正極合剤を塗工しない正極金属箔露出部34bが設けられている。
The
負極電極32は、銅または銅合金からなる負極金属箔と、負極金属箔の両面に負極活物質を含む負極合剤が塗工されて形成された負極合剤層32aを有しており、負極金属箔の幅方向他方側の端部には、負極合剤を塗工しない負極金属箔露出部32bが設けられている。
正極金属箔露出部34bと負極金属箔露出部32bは、正極金属箔及び負極金属箔の金属面が露出した領域であり、捲回群3は、捲回軸方向の一方側と他方側の位置に正極金属箔露出部34bと負極金属箔露出部32bとが分かれて配置されるように重ね合わされた状態で捲回される。
The
The positive electrode metal foil exposed
負極電極32の負極合剤層32aが塗布された部分は、正極電極34の正極合剤層34aが塗布された部分よりも幅方向に大きく、正極合剤層34aが塗布された部分は、必ず負極合剤層32aが塗布された部分に挟まれるように重ね合わされる。正極金属箔露出部34b及び負極金属箔露出部32bは、平坦面部で束ねられて溶接により集電板44、24の溶接部44b、24bに接合される。尚、セパレータ33、35は幅方向で負極合剤層32aが塗布された部分よりも広いが、正極金属箔露出部34b及び負極金属箔露出部32bで端部の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 portion where the negative
負極電極32に関しては、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の負極金属箔の両面に溶接部分となる負極未塗工部を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、負極金属箔を含まない負極活物質塗布部の厚さが70μmの負極電極32を得た。
Regarding the
尚、本実施形態では、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やSiやSnなどの化合物(例えば、SiO、TiSi2等)、またはそれの複合材料でもよく、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。 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. Natural graphite capable of inserting and removing lithium ions and various artificial graphite materials , Carbonaceous materials such as coke, compounds such as Si and Sn (for example, SiO, TiSi 2 etc.), or composite materials thereof may be used. It is not limited.
正極電極34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の正極金属箔の両面に溶接部分となる正極未塗工部を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、正極金属箔を含まない正極活物質塗布部厚さ90μmの正極電極34を得た。
Regarding the
また、本実施例では、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 this example, 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 or layered in which a part is substituted or doped with a metal element A lithium cobalt oxide or lithium titanate having a crystal structure, or a lithium-metal composite oxide obtained by substituting or doping a part thereof with a metal element may be used.
また、本実施例では、正極電極、負極電極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。また、軸芯としては例えば、正極金属箔、負極金属箔、セパレータ33、35のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。捲回群3は、軸芯を有していない構造であってもよい。
Further, in this example, the case where PVDF is used as the binder of the coating portion in the positive electrode and the negative electrode is exemplified, but polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polystyrene, polybutadiene, butyl rubber, nitrile rubber, styrene Use polymers such as butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, various latexes, acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene fluoride, acrylic resins, and mixtures thereof. Can do. Moreover, as a shaft core, what was comprised by winding the resin sheet whose bending rigidity is higher than any of positive electrode metal foil, negative electrode metal foil, and
図4は実施例1における蓋組立体の分解斜視の概念図、図5は実施例1における蓋組立体のかしめ部断面の概念図である。図6は、実施例1における正極集電板の構成を説明する概念図であり、図中(a)は、正極集電板を模式的に示す斜視図、(b)は、(a)のb方向矢視図、(c)は、(a)のc方向矢視図、(d)は、(a)のd方向矢視図である。 FIG. 4 is a conceptual diagram of an exploded perspective view of the lid assembly according to the first embodiment, and FIG. 5 is a conceptual diagram of a caulking section of the lid assembly according to the first embodiment. FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the positive electrode current collector plate in Example 1. In FIG. 6, (a) is a perspective view schematically showing the positive electrode current collector plate, and (b) is a diagram of (a). b direction arrow view, (c) is a c direction arrow view of (a), (d) is a d direction arrow view of (a).
蓋組立体は、図4に示すように、電池蓋6と、電池蓋6に設けられる正極外部端子14及び負極外部端子12と、正極外部端子14により電池蓋6に一体にかしめ固定される正極集電板44と、負極外部端子12により電池蓋6に一体にかしめ固定される負極集電板24を有している。捲回群3の正極金属箔露出部34b及び負極金属箔露出部32bは、平坦面部で捲回群3の厚さ方向に束ねられて、正極集電板44と負極集電板24の溶接部44b、24bにそれぞれ溶接接合されている。溶接接合の方法としては、例えば超音波溶接、レーザ溶接、抵抗溶接などが用いられる。
As shown in FIG. 4, the lid assembly includes a battery lid 6, a positive electrode
正極集電板44と負極集電板24は、母材45、25と、母材45、25よりもヤング率の高い金属材料からなる部材46、26とをクラッド接合させたクラッド材により構成されている。したがって、従来の母材のみで構成されたものと比較して、正極集電板44および負極集電板24の剛性を向上させることができる。したがって、重量が大きい捲回群を支持することが可能となり、例えば角形二次電池100をPHEV(プラグインハイブリッド自動車)やEV(電気自動車)に用いた場合等において、振動や衝撃への耐性を高くする効果が得られる。
The positive electrode
正極集電板44は、捲回群3に対向する面に母材45が配置され、電池蓋6および電池缶1に対向する面に部材46が配置されている。そして、溶接部44bの母材45が捲回群3の正極金属箔露出部34bに溶接接合されている。正極集電板44の母材45は、基部44aと溶接部44bとの間に亘って連続して配置されており、正極集電板44の部材46は、基部44aの少なくとも一部と溶接部44bの少なくとも一部との間に亘って連続して配置されている。本実施例では、母材45は、基部44aの捲回群3に対向する面の全面と、溶接部44bの捲回群3に対向する面の全面に亘って連続して配置されており、部材46は、基部44aの電池蓋6に対向する面の全面と、溶接部44bの電池缶1内で幅広側面1bに対向する面の全面に亘って連続して配置されている。
In the positive electrode
部材46は、基部44aと溶接部44bとの間に亘って連続して配置されているので、正極集電板44の中で最も大きな力が作用する箇所である基部44aと溶接部44bとの境界部分を補強することができる。したがって、正極集電板44によって捲回群3を支持するための支持剛性を向上させることができ、電池容器内における捲回群3の揺れや振動を効果的に防ぐことができる。
Since the
負極集電板24は、捲回群3に対向する面の全面に亘って母材25が配置され、電池蓋6および電池缶1に対向する面の全面に亘って部材26が配置されている。そして、溶接部24bの母材25が捲回群3の負極金属箔露出部32bに溶接接合されている。負極集電板24の母材25は、基部24aと溶接部24bとの間に亘って連続して配置されており、負極集電板24の部材26は、基部24aの少なくとも一部と溶接部24bの少なくとも一部との間に亘って連続して配置されている。本実施例では、母材25は、基部24aの捲回群3に対向する面の全面と、溶接部24bの捲回群3に対向する面の全面に亘って連続して配置されており、部材26は、基部24aの電池蓋6に対向する面の全面と、溶接部24bの電池缶1内で幅広側面1bに対向する面の全面に亘って連続して配置されている。
In the negative electrode
部材26は、基部24aと溶接部24bとの間に亘って連続して配置されているので、負極集電板24の中で最も大きな力が作用する箇所である基部24aと溶接部24bとの境界部分を補強することができる。したがって、負極集電板24によって捲回群3を支持するための支持剛性を向上させることができ、電池容器内における捲回群3の揺れや振動を効果的に防ぐことができる。
Since the
正極集電板44の母材45には、正極金属箔と同種の金属材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられており、部材46には、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりもヤング率の高い金属材料としてステンレスが用いられている。そして、負極集電板24の母材25には、負極金属箔と同種の金属材料である銅または銅合金が用いられており、部材26には、銅または銅合金よりもヤング率の高い金属材料としてステンレスが用いられている。したがって、正極集電板44と捲回群3の正極金属箔露出部34bとの溶接、および、負極集電板24と捲回群3の負極金属箔露出部32bとの溶接は、それぞれ同種の金属材料同士の溶接となり、従来の溶接方法での接合が可能であり、容易に溶接することができる。
The
また、正極外部端子14は、正極接続部14aのかしめ部において正極集電板44に溶接接合されており、負極外部端子12は、負極接続部12aのかしめ部において負極集電板24に溶接接合されている。正極外部端子14には、正極集電板44の母材45と同種の金属材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられ、負極外部端子12には、負極集電板24の母材25と同種の金属材料である銅または銅合金が用いられている。したがって、正極外部端子14の正極接続部14aのかしめ部と正極集電板44との溶接、および、負極外部端子12の負極接続部12aのかしめ部と負極集電板24との溶接も、それぞれ同種の金属材料同士の溶接となり、従来の溶接方法での接合が可能であり、容易に溶接することができる。
The positive
表1は、アルミニウムと他金属の材料比率ごとのヤング率を示している。表1に示すように、ステンレス、チタン、クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、タンタル、ニオブなど、アルミニウムよりも高いヤング率を持つ金属材料を部材として用い、アルミニウムを母材45としてクラッド材を構成することで、アルミニウムまたはアルミニウム合金のみで正極集電板を構成するよりも高い剛性を持つことができる。
表2は、アルミニウム合金のヤング率を示している。本実施例では、アルミニウム(純アルミ)の代わりにアルミニウム合金を母材としてクラッド材を構成することもできる。
アルミニウムまたはアルミニウム合金を母材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりも安価な金属材料を部材としたクラッド材により正極集電板を構成した場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金のみからなる正極集電板よりも安価な集電板が得られる。したがって、材料費を低く抑えることができ、角形二次電池100を安価に提供することができる。
When the positive electrode current collector plate is made of a clad material that uses aluminum or an aluminum alloy as a base material and a metal material that is less expensive than aluminum or an aluminum alloy as a member, it is less expensive than a positive electrode current collector plate made of only aluminum or an aluminum alloy. A current collector plate is obtained. Therefore, the material cost can be kept low, and the prismatic
アルミニウムまたはアルミニウム合金を母材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりも軽量な金属材料を部材としたクラッド材により正極集電板を構成した場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金のみからなる正極集電板よりも軽量な集電板が得られる。したがって、角形二次電池100全体の軽量化を図ることができる。
When the positive electrode current collector plate is made of a clad material using aluminum or an aluminum alloy as a base material and a metal material lighter than aluminum or an aluminum alloy as a member, it is lighter than a positive electrode current collector plate made of only aluminum or an aluminum alloy. A current collector plate is obtained. Accordingly, the overall weight of the square
本実施例は負極集電板24にも適用可能である。表3は、銅と他金属の材料比率ごとのヤング率を示している。表3に示すように、ステンレス、チタン、クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、タンタルなど、銅よりも高いヤング率を持つ金属が接合された負極集電板24は、銅または銅合金のみで負極集電板を構成するよりも高い剛性を持つことができる。
表4は、銅合金のヤング率を示している。本実施例では、銅(純銅)の代わりに銅合金を母材としてクラッド材を構成することもできる。
銅または銅合金を母材25とし、銅または銅合金よりも安価な金属材料を部材26としたクラッド材により負極集電板24を構成した場合、銅または銅合金のみからなる正極集電板よりも安価な集電板が得られる。したがって、材料費を低く抑えることができ、角形二次電池100を安価に提供することができる。銅または銅合金を母材とし、銅または銅合金よりも軽量な金属材料を部材としたクラッド材により負極集電板を構成した場合、銅または銅合金のみからなる正極集電板よりも軽量な集電板が得られる。したがって、角形二次電池100全体の軽量化を図ることができる。
When the negative electrode
正極集電板44および負極集電板24の製造方法としては、例えば母材45、25と部材46、26とをクラッド接合させたクラッド材を、プレス機により略L字状に切り抜く。そして、基部44a、24aと溶接部44b、24bとの境界部分で母材45が内側となるように直角に曲げることにより、製造することができる。
As a manufacturing method of the positive electrode
本実施例では、正極集電板44と負極集電板24の両方ともクラッド材により構成された場合を例に説明しているが、正極集電板44のみ、あるいは、負極集電板24のみをクラッド材により構成してもよい。例えば、アルミニウムを正極集電板に使用しかつ銅を負極集電板に使用している従来品と比較した場合、正極集電板44のみをクラッド材により構成すると、銅よりもアルミニウムの方が柔らかいので、正極集電板44および負極集電板24の全体剛性を底上げすることができる。また、負極集電板24のみをクラッド材により構成した場合には、表3に記載のSUSやTi族、V属、Cr族のような表面に不動態酸化膜を生成する表面が銅より電気化学的に安定な部材を用いると、過放電時に電池の不具合につながる銅の溶出に関る部材中の銅表面積が小さくなるというメリットがある。
In this embodiment, the case where both the positive electrode
また、本実施例では、正極集電板44の母材45にアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用し、部材46にステンレスなどのアルミニウムまたはアルミニウム合金以外の金属材料を使用する場合について説明したが、部材46は、母材45よりもヤング率が高いものであればよく、例えば母材45にアルミニウムを用い、部材46にアルミニウムよりもヤング率が高いアルミニウム合金を用いてもよい。負極集電板24についても同様であり、母材25に銅を用い、部材26に銅よりもヤング率が高い銅合金を用いてもよい。
In this embodiment, the case where aluminum or an aluminum alloy is used for the
[実施例2]
次に、実施例2について図7を用いて説明する。
図7は、実施例2における集電板の構成を説明する概念図であり、図中(a)は、正極集電板を模式的に示す斜視図、(b)は、(a)のb方向矢視図、(c)は、(a)のc方向矢視図、(d)は、(a)のd方向矢視図である。なお、上述の実施例1と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。また、以下の説明では、正極集電板について説明し、負極集電板については正極集電板と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。
[Example 2]
Next, Example 2 will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the current collector plate in Example 2. In FIG. 7, (a) is a perspective view schematically showing the positive electrode current collector plate, and (b) is b in (a). (C) is a c direction arrow view of (a), (d) is a d direction arrow view of (a). Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, in the following description, the positive electrode current collector plate will be described, and the negative electrode current collector plate has the same configuration as the positive electrode current collector plate, and thus detailed description thereof will be omitted.
本実施例において特徴的なことは、実施例1の正極集電板44の構成に対して、基部44aの一部をクラッド材により構成したことである。正極集電板44の溶接部44bは、一定幅Wを有しており、捲回群3に対向する面の全面に亘って母材45が配置され、電池缶1に対向する面の全面に亘って部材46が配置されている。
What is characteristic in the present embodiment is that a part of the
正極集電板44の基部44aは、捲回群3に対向する面の全面に亘って母材45が配置され、電池蓋6に対向する面には、開口穴44c側に母材45が配置され、溶接部44b側に部材46が配置されている。すなわち、正極集電板44の溶接部44bは、全体が母材45と部材46のクラッド材からなり、基部44aは、その一部である溶接部44b側の部分が母材45と部材46からなり、開口穴44c側の部分が母材45単体からなる。
The base 44 a of the positive electrode
基部44aの開口穴44c側の部分は、正極接続部14aにかしめ固定されて溶接接合される部分である。かかる部分を母材45単体で構成することにより、実施例1の作用効果に加えて、正極集電板44の電流抵抗を実施例1よりも低くし、発熱を抑えることができる。また、正極集電板44全体における部材46の使用量を減らすことで、重量を軽くすることができる。
The portion of the
[実施例3]
図8は、実施例3における集電板の構成を説明する概念図であり、図中(a)は、正極集電板を模式的に示す斜視図、(b)は、(a)のb方向矢視図、(c)は、(a)のc方向矢視図、(d)は、(a)のd方向矢視図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。また、以下の説明では、正極集電板について説明し、負極集電板については正極集電板と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。
[Example 3]
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the current collector plate in Example 3. In FIG. 8, (a) is a perspective view schematically showing the positive electrode current collector plate, and (b) is b in (a). (C) is a c direction arrow view of (a), (d) is a d direction arrow view of (a). Note that the same components as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, in the following description, the positive electrode current collector plate will be described, and the negative electrode current collector plate has the same configuration as the positive electrode current collector plate, and thus detailed description thereof will be omitted.
本実施例において特徴的なことは、実施例2の正極集電板44の構成に対して、部材46の幅W2を溶接部44bにおける母材45の幅W1よりも狭くしたことである。本実施例によれば、実施例1の作用効果に加えて、正極集電板44における部材46の使用量を実施例2よりもさらに減らすことができ、作用効果をさらに向上させることができる。
What is characteristic in the present embodiment is that the width W2 of the
[実施例4]
図9は、実施例4における集電板の構成を説明する概念図であり、図中(a)は、正極集電板を模式的に示す斜視図、(b)は、(a)のb方向矢視図、(c)は、(a)のc方向矢視図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。また、以下の説明では、正極集電板について説明し、負極集電板については正極集電板と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。
[Example 4]
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the current collector plate in Example 4, in which (a) is a perspective view schematically showing the positive electrode current collector plate, and (b) is b in (a). A direction arrow view, (c) is a c direction arrow view of (a). Note that the same components as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Further, in the following description, the positive electrode current collector plate will be described, and the negative electrode current collector plate has the same configuration as the positive electrode current collector plate, and thus detailed description thereof will be omitted.
本実施例において特徴的なことは、実施例1の正極集電板44の構成に対して溶接部44bを一対としたことである。正極集電板44は、基部44aの側端で折曲されて互いに対向する一対の溶接部44bを有している。正極集電板44は、捲回群3に対向する面に母材45が配置され、電池蓋6および電池缶1に対向する面に部材46が配置されている。母材45は、基部44aの捲回群3に対向する面の全面と、溶接部44bの捲回群3に対向する面の全面に亘って連続して配置されており、部材46は、基部44aの電池蓋6に対向する面の全面と、溶接部44bの電池缶1内で幅広側面1bに対向する面の全面に亘って連続して配置されている。
What is characteristic in the present embodiment is that the welded
一対の溶接部44bを有する正極集電板44は、特に重量が大きい捲回群3を支持するのに適している。一対の溶接部44bは、例えば捲回群3を2つ重ねて配置した構成において捲回軸方向一方側に突出する2つの正極箔露出部にそれぞれ溶接接合され、あるいは、1つの捲回群3の正極金属箔露出部34bを捲回群3の厚さ方向一方側と他方側の2つに分けて束ねて、それぞれに溶接接合される。
The positive electrode
正極集電板44の母材45には、正極金属箔と同種の金属材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられており、部材46には、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりもヤング率の高い金属材料としてステンレスが用いられている。したがって、正極集電板44と捲回群3の正極金属箔露出部34bとの溶接は、それぞれ同種の金属材料同士の溶接となり、従来の溶接方法での接合が可能であり、容易に溶接することができる。
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 電池缶
3 捲回群
6 電池蓋
12 負極外部端子
14 正極外部端子
24 負極集電板
24a 基部
24b 溶接部
25 母材
26 部材
32 負極電極
32a 負極合剤層
32b 負極金属箔露出部
33 セパレータ
34 正極電極
34a 正極合剤層
34b 正極金属箔露出部
35 セパレータ
44 正極集電板
44a 基部
44b 溶接部
45 母材
46 部材
100 角形二次電池
1 Battery can
3 Twist group
6 Battery cover
12 Negative external terminal
14 Positive external terminal
24 Negative current collector
24a base
24b weld
25 Base material
26 parts
32 Negative electrode
32a Negative electrode mixture layer
32b Negative metal foil exposed part
33 Separator
34 Positive electrode
34a Positive mix layer
34b Exposed part of positive metal foil
35 Separator
44 Positive current collector
44a base
44b weld
45 Base material
46 parts
100 square rechargeable battery
Claims (9)
前記集電板は、母材と、該母材よりもヤング率が高い部材とをクラッド接合させたクラッド材により構成されていることを特徴とする角形二次電池。 A square having a winding group in which the electrodes are wound, a battery container that houses the winding group, and a current collector plate that is connected to the electrode of the winding group in the battery container and supports the winding group. A secondary battery,
The current collector plate is composed of a clad material obtained by clad joining a base material and a member having a higher Young's modulus than the base material.
前記集電板の母材は、前記金属箔と同種の金属材料からなり、前記金属箔と溶接接合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。 The electrode has a metal foil,
2. The prismatic secondary battery according to claim 1, wherein a base material of the current collector plate is made of the same metal material as the metal foil and is welded to the metal foil.
前記電池容器を貫通して前記外部端子と前記集電板との間を電気的に接続する接続部と、を有し、
該接続部は、前記集電板の母材と同種の金属材料からなり、前記集電板の母材に溶接接合されていることを特徴とする請求項2に記載の角形二次電池。 An external terminal exposed to the outside of the battery case;
A connection part that penetrates through the battery container and electrically connects the external terminal and the current collector plate, and
The prismatic secondary battery according to claim 2, wherein the connecting portion is made of the same metal material as the base material of the current collector plate and is welded to the base material of the current collector plate.
前記集電板は、前記電池蓋の裏面に沿って対向して配置される基部と、該基部の側端で折曲されて前記電池缶の側面に沿って前記電池缶の底面に向かって延出し、前記金属箔に溶接される溶接部と、を有し、
前記集電板の部材は、前記基部の少なくとも一部と前記溶接部の少なくとも一部との間に亘って連続して配置されていることを特徴とする請求項3に記載の角形二次電池。 The battery container has a bottomed rectangular battery can and a battery lid that closes an opening that opens at the top of the battery can.
The current collector plate has a base portion disposed opposite to the back surface of the battery lid, and is bent at a side end of the base portion and extends toward the bottom surface of the battery can along the side surface of the battery can. And having a weld to be welded to the metal foil,
The prismatic secondary battery according to claim 3, wherein the members of the current collector plate are continuously arranged between at least a part of the base and at least a part of the welded part. .
前記集電板は、前記正極電極に接続されて前記捲回群を支持する正極集電板と、前記負極電極に接続されて前記捲回群を支持する負極集電板とを有し、
前記正極集電板と前記負極集電板の少なくとも一方が前記クラッド材により構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。 The wound group has a positive electrode and a negative electrode,
The current collector plate has a positive electrode current collector plate that is connected to the positive electrode and supports the wound group, and a negative electrode current collector plate that is connected to the negative electrode and supports the wound group,
2. The prismatic secondary battery according to claim 1, wherein at least one of the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate is formed of the clad material.
前記正極集電板の母材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記正極金属箔と溶接接合されていることを特徴とする請求項5に記載の角形二次電池。 The positive electrode has a positive metal foil made of aluminum or an aluminum alloy,
The prismatic secondary battery according to claim 5, wherein a base material of the positive electrode current collector plate is made of aluminum or an aluminum alloy and is welded to the positive electrode metal foil.
前記負極集電板の母材は、銅または銅合金からなり、前記負極金属箔と溶接接合されていることを特徴とする請求項5に記載の角形二次電池。 The negative electrode has a negative metal foil made of copper or a copper alloy,
The prismatic secondary battery according to claim 5, wherein a base material of the negative electrode current collector plate is made of copper or a copper alloy, and is welded to the negative electrode metal foil.
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