JP2018101569A - 角形二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性の高い角形二次電池を提供する。
【解決手段】
正極板と負極板を含む電極体３と、電極体３を収容する角形外装体と、角形外装体の開口を封口する金属製の封口板２と、正極板及び封口板２に電気的に接続された正極集電体６とを備え、正極集電体６は封口板２に対向するように配置されるベース部６ａと、ベース部６ａの端部から電極体３に向かって延びるリード部６ｂを有する。封口板２と正極集電体６のベース部６ａの接続部５０は、封口板２の短手方向において、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０は封口板２の中心よりも一方側に位置し、封口板２と正極集電体６のベース部６ａの接続部５０は封口板２の中心よりも他方側にずれている。
【選択図】図１０
【解決手段】
正極板と負極板を含む電極体３と、電極体３を収容する角形外装体と、角形外装体の開口を封口する金属製の封口板２と、正極板及び封口板２に電気的に接続された正極集電体６とを備え、正極集電体６は封口板２に対向するように配置されるベース部６ａと、ベース部６ａの端部から電極体３に向かって延びるリード部６ｂを有する。封口板２と正極集電体６のベース部６ａの接続部５０は、封口板２の短手方向において、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０は封口板２の中心よりも一方側に位置し、封口板２と正極集電体６のベース部６ａの接続部５０は封口板２の中心よりも他方側にずれている。
【選択図】図１０
Description
本発明は角形二次電池及びその製造方法に関する。
電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）等の駆動用電源において、アルカリ二次電池や非水電解質二次電池等の角形二次電池が使用されている。
これらの角形二次電池では、開口を有する有底筒状の角形の外装体と、外装体の開口を封口する封口板により電池ケースが構成される。電池ケース内には、正極板、負極板及びセパレータからなる電極体が電解液と共に収容される。封口板にはそれぞれ絶縁部材を介して正極外部端子及び負極外部端子が取り付けられる。正極端子は正極集電体を介して正極板に電気的に接続され、負極端子は負極集電体を介して負極板に電気的に接続される。
また、下記特許文献１のように、正極集電体を封口板の電池内面に接続し、電池ケースが正極端子を兼ねる構成とする二次電池が提案されている。このような構成とすると、部品点数を削減できる等のメリットがある。しかしながら、正極集電体と封口板の接続方法について詳細には検討されていない。
電気自動車やハイブリッド電気自動車等の駆動用電源等に用いられる二次電池においては、強い衝撃や振動が加わった場合でも、電極体から電池外部への導電経路が破損・損傷し難い構造とすることが求められる。
本願発明の一つの目的は、より信頼性の高い角形二次電池及びその製造方法を提供することである。
本発明の一様態の角形二次電池は、
第１電極板と第２電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第１電極板に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部と、
前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有し、
前記封口板と前記ベース部は接続され、
前記封口板の短手方向において、前記ベース部と前記リード部の境界部は前記封口板の中心よりも一方側に位置し、前記封口板と前記ベース部の接続部は、前記封口板の中心よりも他方側にずれている。
第１電極板と第２電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第１電極板に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部と、
前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有し、
前記封口板と前記ベース部は接続され、
前記封口板の短手方向において、前記ベース部と前記リード部の境界部は前記封口板の中心よりも一方側に位置し、前記封口板と前記ベース部の接続部は、前記封口板の中心よりも他方側にずれている。
封口板に集電体が直接接続されていると、密閉性に関する信頼性がより高く、部品点数が削減された角形二次電池となる。しかしながら、発明者はこのような形態の角形二次電池において、以下の課題が存在することを見出した。
集電体のベース部において、封口板の短手方向における端部にリード部が設けられている場合、より簡単な構成の角形二次電池となる。しかしながら、角形二次電池に強い衝撃や振動が加わり、電極体が角形外装体内で動くように力が加わった場合、集電体が電極体により引っ張られ封口板と集電体の接続部に負荷が加わり、当該接続部が損傷・破損する虞がある。
本発明の一様態の角形二次電池では、封口板の短手方向において、集電体のベース部と集電体のリード部の境界部が封口板の中心よりも一方側に位置し、封口板と集電体の接続部が封口板の中心よりも他方側にずれている。このため、封口板と集電体の接続部が、集電体のベース部とリード部の境界部からより離れた位置に存在する。よって、集電体が電極体により引っ張られた場合でも、封口板と集電体の接続部に負荷が加わることを抑制できる。よって、封口板と集電体の接続部の損傷や破損が抑制された信頼性の高い角形二次電池となる。
前記ベース部には接続用開口が形成され、前記封口板の前記電極体側の面には突起が形成され、前記突起は前記接続用開口内に配置され、前記突起と前記ベース部が溶接され、
前記突起及び前記接続用開口により前記接続部が構成されていることが好ましい。このような構成であると、封口板と集電体がより強固に接続される。よって、より信頼性の高い角形二次電池となる。
前記突起及び前記接続用開口により前記接続部が構成されていることが好ましい。このような構成であると、封口板と集電体がより強固に接続される。よって、より信頼性の高い角形二次電池となる。
前記封口板の短手方向において、前記突起の全体が、前記封口板の中心よりも他方側に位置することが好ましい。これにより、より効果的に封口板と集電体の接続部の損傷・破損を防止できる。
前記突起の先端には先端凹部が形成されることが好ましい。
前記接続用開口の周囲には環状薄肉部が設けられ、前記接続用開口の縁部には環状突起が形成され、前記環状突起が前記ベース部に溶接されることが好ましい。
前記リード部には、それぞれ前記封口板の長手方向に延びる第１折れ曲がり部と第２折れ曲がり部が設けられ、前記第１折れ曲がり部は、前記封口板に対して垂直な方向において、前記第２折れ曲がり部よりも前記封口板側に位置し、前記第１折れ曲がり部は、前記封口板の短手方向において、前記第２折れ曲がり部よりも外側に位置することが好ましい。このような構成であると、第１折れ曲がり部及び第２折れ曲がり部において、電極体が集電体を引っ張る力を吸収できるため、封口板と集電体の接続部に負荷が加わることをより効果的に抑制できる。よって、より信頼性の高い角形二次電池となる。
本発明の一様態の角形二次電池の製造方法は、
第１電極板と第２電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第１電極板に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部と、
前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有し、
前記封口板と前記ベース部が接続された角形二次電池の製造方法であって、
前記封口板の短手方向において、前記封口板と前記ベース部の接続部が前記封口板の中心からずれた位置に形成されるように、前記封口板と前記ベース部を接続する第１工程と、
前記第１工程の後、前記集電体を折り曲げ、前記封口板の短手方向において、前記ベー
ス部と前記リード部の境界部が前記封口板の中心よりも一方側に位置し、前記接続部が前記封口板の中心よりも他方側にずれた状態とする第２工程と、
前記第２工程の後、前記リード部に前記第１電極板を接続する第３工程と、を有する。
第１電極板と第２電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第１電極板に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部と、
前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有し、
前記封口板と前記ベース部が接続された角形二次電池の製造方法であって、
前記封口板の短手方向において、前記封口板と前記ベース部の接続部が前記封口板の中心からずれた位置に形成されるように、前記封口板と前記ベース部を接続する第１工程と、
前記第１工程の後、前記集電体を折り曲げ、前記封口板の短手方向において、前記ベー
ス部と前記リード部の境界部が前記封口板の中心よりも一方側に位置し、前記接続部が前記封口板の中心よりも他方側にずれた状態とする第２工程と、
前記第２工程の後、前記リード部に前記第１電極板を接続する第３工程と、を有する。
予めベース部に対してリード部を曲げ加工した集電体を封口板に接続する場合に比べ、曲げ加工する前の集電体を封口板に接続することが好ましい。このような方法によると、集電体においてリード部となる部分が、集電体を封口板に接続する工程を阻害することを防止できる。そのため、封口板と集電体の接続部の品質をより高品質とし易い。
また、本発明の一様態の角形二次電池の製造方法では、封口板の短手方向において、集電体のリード部と集電体のベース部の境界部が封口板の中心よりも一方側に位置し、封口板と集電体のベース部の接続部が封口板の中心よりも他方側にずれている。このため、ベース部とリード部の境界部となる位置で集電体を折り曲げた際、封口板と集電体の接続部に負荷が加わることを抑制できる。よって、封口板と集電体の接続部の損傷や破損が抑制された信頼性の高い角形二次電池となる。
前記第１工程において、前記ベース部に接続用開口が形成された前記集電体と、突起が形成された前記封口板を用い、前記突起を前記接続用開口内に配置し、前記突起と前記ベース部を溶接することが好ましい。
前記封口板の短手方向において、前記突起の全体が、前記封口板の中心よりも他方側に位置することが好ましい。
前記リード部には、それぞれ前記封口板の長手方向に延びる第１折れ曲がり部と第２折れ曲がり部が設けられ、前記第１折れ曲がり部は、前記封口板に対して垂直な方向において、前記第２折れ曲がり部よりも前記封口板側に位置し、前記第１折れ曲がり部は、前記封口板の短手方向において、前記第２折れ曲がり部よりも外側に位置することが好ましい。
本発明によれば、より信頼性の高い角形二次電池となる。
実施形態に係る角形二次電池２０の構成を以下に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
図１は角形二次電池２０の斜視図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示すように角形二次電池２０は、開口を有する有底筒状の角形外装体１と、角形外装体１の開口を封口する封口板２からなる電池ケースを備える。角形外装体１及び封口板２は、それぞれ金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製とすることが好ましい。角形外装体１内には、正極板と負極板がセパレータを介して積層ないし巻回された電極体３が電解質と共に収容されている。電極体３と角形外装体１の間には絶縁シート１４が配置されている。
電極体３を構成する正極板には、正極集電体６が接続されている。正極集電体６は封口板２の電池内部側の面に接続されている。これにより、正極板は正極集電体６を介して封口板２に電気的に接続されている。正極集電体６は金属製であることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。
電極体３を構成する負極板には、負極集電体７が接続されている。負極集電体７は、負極外部端子８に接続されている。負極集電体７と封口板２の間には内部側絶縁部材９が配置されている。負極外部端子８と封口板２の間には外部側絶縁部材１０が配置されている。これにより、負極集電体７及び負極外部端子８は、封口板２と絶縁されている。負極集電体７は金属製であることが好ましく、銅又は銅合金製であることが好ましい。内部側絶縁部材９及び外部側絶縁部材１０は樹脂製であることが好ましい。負極外部端子８は金属製であることが好ましく、銅又は銅合金製であることが好ましい。また、図２に示すように負極外部端子８は、電池内部側に配置される第１金属部８ａと電池外部側に配置される第２金属部８ｂからなることが好ましい。このとき、第１金属部８ａは銅又は銅合金製であることが好ましい。第２金属部８ｂはアルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。このような構成であると、複数の角形二次電池を用いて組電池を作製する際、一方の角形二次電池の正極端子と他方の角形二次電池の負極端子を接続するバスバーとして、アルミニウム又はアルミニウム合金製のバスバーを好適に使用することができる。なお、第１金属部８ａの表面にはニッケル層が形成されていることが好ましい。
封口板２には電池ケース内の圧力が所定値以上となった際に破断し、電池ケース内のガスを電池ケース外に排出するガス排出弁１７が設けられている。封口板２には電解液注液孔１５が設けられており、電池ケース内に電解液を注液した後、封止栓１６により封止される。
次に角形二次電池２０の製造方法について説明する。なお、実施形態に係る角形二次電池２０においては、正極板が第１電極板であり、負極板が第２電極板である。
[正極板の作製]
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、導電剤としての炭素材料、及び分散媒としてのＮ−メ
チル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を含む正極合剤スラリーを作製する。この正極合剤スラリーを、正極芯体としての厚さ１５μｍの長尺状のアルミニウム箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、正極合剤スラリー中のＮＭＰを取り除き、正極芯体上に正極活物質層を形成する。その後、正極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行った後、所定の形状に裁断する。このようにして得られた正極板は、長尺状の正極芯体の幅方向の端部に、正極芯体の長手方向に沿って両面に正極活物質合剤層が形成されていない正極芯体露出部４を有する。
[正極板の作製]
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、導電剤としての炭素材料、及び分散媒としてのＮ−メ
チル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を含む正極合剤スラリーを作製する。この正極合剤スラリーを、正極芯体としての厚さ１５μｍの長尺状のアルミニウム箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、正極合剤スラリー中のＮＭＰを取り除き、正極芯体上に正極活物質層を形成する。その後、正極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行った後、所定の形状に裁断する。このようにして得られた正極板は、長尺状の正極芯体の幅方向の端部に、正極芯体の長手方向に沿って両面に正極活物質合剤層が形成されていない正極芯体露出部４を有する。
[負極板の作製]
負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及び分散媒としての水を含む負極合剤スラリーを作製する。この負極合剤スラリーを、負極芯体としての厚さ８μｍの長尺状の銅箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、負極合剤スラリー中の水を取り除き、負芯体上に負極活物質層を形成する。その後、負極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行った後、所定の形状に裁断する。このようにして得られた負極板は、長尺状の負極芯体の幅方向の端部に、負極芯体の長手方向に沿って両面に負極活物質合剤層が形成されていない負極芯体露出部５を有する。
負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及び分散媒としての水を含む負極合剤スラリーを作製する。この負極合剤スラリーを、負極芯体としての厚さ８μｍの長尺状の銅箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、負極合剤スラリー中の水を取り除き、負芯体上に負極活物質層を形成する。その後、負極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行った後、所定の形状に裁断する。このようにして得られた負極板は、長尺状の負極芯体の幅方向の端部に、負極芯体の長手方向に沿って両面に負極活物質合剤層が形成されていない負極芯体露出部５を有する。
[電極体の作製]
上述の方法で作製した正極板と負極板をセパレータを介して巻回することにより巻回型の電極体３を作製する。図３に示すように電極体３は、巻回軸方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部４を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部５を有する。なお、電極体３の最外周はセパレータで覆われていることが好ましい。
上述の方法で作製した正極板と負極板をセパレータを介して巻回することにより巻回型の電極体３を作製する。図３に示すように電極体３は、巻回軸方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部４を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部５を有する。なお、電極体３の最外周はセパレータで覆われていることが好ましい。
[負極集電体及び負極外部端子の封口板への取り付け]
封口板２に設けられた負極端子取り付け孔２ｄの周囲において、封口板２の電池内面側に内部側絶縁部材９と負極集電体７のベース部７ａを配置し、封口板２の電池外面側に外部側絶縁部材１０を配置する。次に、負極外部端子８を、外部側絶縁部材１０、封口板２、内部側絶縁部材９及び負極集電体７のベース部７ａのそれぞれに設けられた貫通孔に挿入し、負極外部端子８の先端部を負極集電体７のベース部７ａ上にカシメる。これにより、図２、図４に示すように、負極外部端子８、外部側絶縁部材１０、内部側絶縁部材９及び負極集電体７が封口板２に固定される。なお、負極外部端子８においてカシメられた部分と負極集電体７のベース部７ａを更にレーザ溶接等により溶接接続し、溶接接続部を形成することが好ましい（図示は省略）。
封口板２に設けられた負極端子取り付け孔２ｄの周囲において、封口板２の電池内面側に内部側絶縁部材９と負極集電体７のベース部７ａを配置し、封口板２の電池外面側に外部側絶縁部材１０を配置する。次に、負極外部端子８を、外部側絶縁部材１０、封口板２、内部側絶縁部材９及び負極集電体７のベース部７ａのそれぞれに設けられた貫通孔に挿入し、負極外部端子８の先端部を負極集電体７のベース部７ａ上にカシメる。これにより、図２、図４に示すように、負極外部端子８、外部側絶縁部材１０、内部側絶縁部材９及び負極集電体７が封口板２に固定される。なお、負極外部端子８においてカシメられた部分と負極集電体７のベース部７ａを更にレーザ溶接等により溶接接続し、溶接接続部を形成することが好ましい（図示は省略）。
[正極集電体の封口板への取り付け]
図５に示すように、封口板２の電池内部側の面には、突起２ａが設けられている。突起２ａは、封口板２の短手方向において、封口板２の中心線Ｃよりも一方側（図５においては上方）にずれている。なお、中心線Ｃは、封口板２の短手方向における封口板２の中心を通り、封口板２の長手方向に延びる。突起２ａの先端には、先端凹部２ｂが設けられている。突起２ａの平面視の形状は長円形状である。突起２ａは、直線状の突起直線部２ａ１を有する。
図５に示すように、封口板２の電池内部側の面には、突起２ａが設けられている。突起２ａは、封口板２の短手方向において、封口板２の中心線Ｃよりも一方側（図５においては上方）にずれている。なお、中心線Ｃは、封口板２の短手方向における封口板２の中心を通り、封口板２の長手方向に延びる。突起２ａの先端には、先端凹部２ｂが設けられている。突起２ａの平面視の形状は長円形状である。突起２ａは、直線状の突起直線部２ａ１を有する。
図６に示すように、正極集電体６のベース部６ａには、接続用開口６ｘが設けられている。接続用開口６ｘの平面視の形状は長円形状である。接続用開口６ｘの周囲には、環状の環状薄肉部６ｃが設けられている。また、接続用開口６ｘの縁部には環状突起６ｄが設けられている。なお、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０の端部には、切り欠き部６ｆ及び切り欠き部６ｇが設けられている。接続用開口６ｘは直線部６ｙを有する。
図７は、封口板２上に正極集電体６を配置した状態を示す図である。なお、図７におい
ては、リード部６ｂはベース部６ａに対して曲げ加工されていない。封口板２に設けられた突起２ａが、正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘに嵌合される。接続用開口６ｘは、封口板２の短手方向において、封口板２の中心線Ｃよりも一方側（図７においては上方）にずれている。なお、図７及び図８Ａに示すように、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０を折り曲げる前の状態の正極集電体６を封口板２上に配置することが好ましい。但し、曲げ加工を行った後の正極集電体６を封口板２上に配置してもよい。
ては、リード部６ｂはベース部６ａに対して曲げ加工されていない。封口板２に設けられた突起２ａが、正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘに嵌合される。接続用開口６ｘは、封口板２の短手方向において、封口板２の中心線Ｃよりも一方側（図７においては上方）にずれている。なお、図７及び図８Ａに示すように、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０を折り曲げる前の状態の正極集電体６を封口板２上に配置することが好ましい。但し、曲げ加工を行った後の正極集電体６を封口板２上に配置してもよい。
図８Ａ及び図９Ａにおいて、封口板２の突起２ａとベース部６ａにおける接続用開口６ｘの縁部にレーザ等のエネルギー線を照射する。これにより図８Ｂ及び図９Ｂに示すように、溶接接続部３０が形成され、封口板２の突起２ａとベース部６ａが溶接接続される。なお、溶接接続部３０は、ベース部６ａに設けられた環状突起６ｄと封口板２の突起２ａに形成されることが好ましい。
なお、溶接接続部３０は、正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘの縁部の全周に亘って形成されることが好ましい。この場合、平面視で環状に溶接接続部３０が形成される。但し、接続用開口６ｘの縁部において、全周ではなく、それぞれ離間した複数個所に溶接接続部３０を形成してもよい。
なお、封口板２に設けられた突起２ａの先端には、先端凹部２ｂが形成されることが好ましい。このような構成であると、封口板２の突起２ａと正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘの縁部をエネルギー線の照射等により溶接する際、より大きな溶接接続部３０が形成される。したがって、封口板２と正極集電体６がより強固に接続される。よって、より信頼性の高い角形二次電池となる。なお、先端凹部２ｂは必須の構成ではない。
正極集電体６のベース部６ａにおいて、接続用開口６ｘの周囲には環状の環状薄肉部６ｃが設けられている。また、接続用開口６ｘの縁部には環状突起６ｄが設けられている。このような構成であると、封口板２の突起２ａと正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘの縁部をエネルギー線の照射等により溶接する際、より大きな溶接接続部が形成される。したがって、封口板２と正極集電体６がより強固に接続される。なお、環状突起６ｄの先端（図８Ａにおいては上端）は、正極集電体６のベース部６ａの電極体３側の面（図８Ａにおいては上面）よりも突出していないことが好ましい。なお、環状薄肉部６ｃ及び環状突起６ｄは必須の構成ではない。
図８Ａ及び図９Ａに示すように、正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘの封口板２側の端部（図８Ａにおいては下端）にテーパー部６ｅが形成されていることが好ましい。これにより、接続用開口６ｘ内に突起２ａを挿入する際、突起２ａが損傷することを防止できる。
なお、図１及び図２に示すように、封口板２の電池外部側の面において、突起２ａと対向する位置に凹部２ｃが形成されていることが好ましい。また、封口板２の電池外部側の面には、封口板２の長手方向に延びる一対の第１溝部２ｅと、封口板２の短手方向に延びる一対の第２溝部２ｆが設けられていることが好ましい。
[正極集電体及び負極集電体の折り曲げ]
封口板２に接続された正極集電体６について、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０で曲げ加工を行う。このとき、ベース部６ａを封口板２に押し付けた状態で、リード部６ｂをベース部６ａに対して曲げることが好ましい。
封口板２に接続された正極集電体６について、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０で曲げ加工を行う。このとき、ベース部６ａを封口板２に押し付けた状態で、リード部６ｂをベース部６ａに対して曲げることが好ましい。
ここで、封口板２の短手方向において、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０（折り曲げられる部分）は、封口板２の中心線Ｃよりも一方側に位置し、封口板２と正極集電体６の接続部５０は封口板２の中心線Ｃよりも他方側にずれている。このため、封口板２と正極集電体６の接続部５０が、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０（折り曲げられる部分）からより離れた位置に存在する。したがって、ベース部６ａに対してリード部６ｂを折り曲げる際、封口板２と正極集電体６の接続部５０に負荷が加わることを抑制できる。よって、封口板２と正極集電体６の接続部５０が損傷・破損することを防止できる。
なお、図７に示すように、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０となる部分には、幅方向の端部に切り欠き部６ｇ及び切り欠き部６ｆを設けておくことが好ましい。これにより、正極集電体６を折り曲げ加工する際、封口板２と正極集電体６の接続部５０に負荷が加わることを抑制できる。
負極集電体７についても、ベース部７ａとリード部７ｂの境界部で折り曲げ加工を行う。
なお、正極集電体６及び負極集電体７は、封口板２に取り付けられるときは、平板状のものであることが好ましい。
[正極集電体及び負極集電体と電極体の接続]
正極集電体６のリード部６ｂを電極体３の巻回された正極芯体露出部４の最外面に溶接接続する。負極集電体７のリード部７ｂを電極体３の巻回された負極芯体露出部５の最外面に溶接接続する。なお、接続方法としては、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ溶接等を用いることができる。
正極集電体６のリード部６ｂを電極体３の巻回された正極芯体露出部４の最外面に溶接接続する。負極集電体７のリード部７ｂを電極体３の巻回された負極芯体露出部５の最外面に溶接接続する。なお、接続方法としては、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ溶接等を用いることができる。
[角形二次電池の組立て]
封口板２に正極集電体６及び負極集電体７を介して接続された電極体３の周囲を絶縁シート１４で覆う。次に、絶縁シート１４で覆われた電極体３を角形外装体１に挿入する。そして、角形外装体１と封口板２をレーザ溶接することにより、角形外装体１の開口を封口板２により封口する。その後、封口板２に設けられた電解液注液孔１５から角形外装体１内に非水溶媒と電解質塩を含む非水電解液を注入し、電解液注液孔１５を封止栓１６により封止する。封止栓１６としてはブラインドリベットを用いることが好ましい。なお、金属製の封止栓１６を封口板２に溶接接続することも可能である。
封口板２に正極集電体６及び負極集電体７を介して接続された電極体３の周囲を絶縁シート１４で覆う。次に、絶縁シート１４で覆われた電極体３を角形外装体１に挿入する。そして、角形外装体１と封口板２をレーザ溶接することにより、角形外装体１の開口を封口板２により封口する。その後、封口板２に設けられた電解液注液孔１５から角形外装体１内に非水溶媒と電解質塩を含む非水電解液を注入し、電解液注液孔１５を封止栓１６により封止する。封止栓１６としてはブラインドリベットを用いることが好ましい。なお、金属製の封止栓１６を封口板２に溶接接続することも可能である。
［角形二次電池２０］
図１０に示すように、角形二次電池２０では、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０が封口板２の中心線Ｃよりも一方側（図１０において左側）に位置し、封口板２と正極集電体６の接続部５０は封口板２の中心線Ｃよりも他方側（図１０において右側）にずれている。このため、封口板２と正極集電体６の接続部５０が、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０からより離れた位置に存在する。したがって、角形二次電池２０に強い衝撃や振動が加わり、電極体３が角形外装体１内で動くように力が加わり、電極体３に接続された正極集電体６が引っ張られたとしても、封口板２と正極集電体６の接続部５０に負荷が加わり難い形態となっている。このため、より信頼性の高い角形二次電池となる。
図１０に示すように、角形二次電池２０では、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０が封口板２の中心線Ｃよりも一方側（図１０において左側）に位置し、封口板２と正極集電体６の接続部５０は封口板２の中心線Ｃよりも他方側（図１０において右側）にずれている。このため、封口板２と正極集電体６の接続部５０が、ベース部６ａとリード部６ｂの境界部４０からより離れた位置に存在する。したがって、角形二次電池２０に強い衝撃や振動が加わり、電極体３が角形外装体１内で動くように力が加わり、電極体３に接続された正極集電体６が引っ張られたとしても、封口板２と正極集電体６の接続部５０に負荷が加わり難い形態となっている。このため、より信頼性の高い角形二次電池となる。
なお、封口板２と正極集電体６の接続部５０の全体が、封口板２の短手方向における中止よりも他方側（境界部４０とは反対側）に位置する必要はない。但し、封口板２と正極集電体６の接続部５０の全体が、封口板２の短手方向における中心よりも他方側（境界部４０とは反対側）に位置する方がより効果的である。
図７等に示すように、接続部５０がベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘと封口板２に設けられた突起２ａにより構成され、平面視における突起２ａの中心が、封口板２の短手方向における中心よりも他方側（境界部４０とは反対側）に位置することが好ましい。また、突起２ａの全体が、封口板２の短手方向における中心よりも他方側（境界部４０とは反対側）に位置することがより好ましい。
角形二次電池２０では、図７に示すように、封口板２に設けられた突起２ａが、正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘに嵌合されている。このため、封口板２と正極集電体６が強固に接続される。更に、正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘの縁部は、リード部６ｂ側に封口板２の長手方向に延びる直線部６ｙを有する。このため、電極体３により正極集電体６が角形外装体１の底部方向に引っ張られた際、負荷が封口板２と正極集電体６の接続部５０における１点に集中することを抑制できる。よって、封口板２とベース部６ａの接続部５０が損傷あるは破損することをより効果的に抑制できるため好ましい。但し、直線部６ｙは必須の構成ではない。
なお、直線部６ｙにおいて、正極集電体６のベース部６ａと封口板２の突起２ａが溶接接続されていることが好ましい。このような構成であると、封口板２と正極集電体６の接続部５０が損傷・破損することをより効果的に防止できる。また、突起２ａにおいてベース部６ａの直線部６ｙに対向する部分は、直線状の突起直線部２ａ１であることが好ましい。
また、正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘの縁部は、それぞれ封口板２の長手方向に延びる二つの直線部を有することが好ましい。また、封口板２の突起２ａは、平面視でその外周縁に、封口板２の長手方向に延びる二つの直線部を有することが好ましい。そして、接続用開口６ｘの縁部の二つの直線部が、それぞれ突起２ａの二つの直線部に対向するように配置されることが好ましい。このような構成であると、封口板２と正極集電体６の接続部５０がより損傷・破損し難くなる。
なお、封口板２に設けられる突起２ａの平面視の形状は特に限定されないが、長円形状や方形状、楕円形状等であることが好ましい。なお、方形状の場合、角部がＲ形状となっていてもよい。また、正極集電体６のベース部６ａに設けられた接続用開口６ｘの平面視の形状は特に限定されないが、長円形状や方形状、楕円形状等であることが好ましい。なお、方形状の場合、角部がＲ形状となっていてもよい。
更に、正極集電体６のリード部６ｂには、第１折れ曲がり部４１と第２折れ曲がり部４２が形成されている。正極集電体６が電極体３に引っ張られた際、第１折れ曲がり部４１と第２折れ曲がり部４２が負荷を吸収するため、封口板２と正極集電体６の接続部５０に負荷が加わることをより効果的に抑制できる。なお、第１折れ曲がり部４１と第２折れ曲がり部４２は、それぞれ線状であり、それぞれ封口板２の長手方向に沿って延びている（図１０においては、手前‐奥の方向）。封口板２に対して垂直な方向において、第１折れ曲がり部４１は、第２折れ曲がり部４２よりも封口板２側に位置している。また、封口板２の短手方向において、第１折れ曲がり部４１は、第２折れ曲がり部４２よりも外側、即ち、角形外装体１の側壁に近い側に位置している。第１折れ曲がり部４１と第２折れ曲がり部４２は、正極集電体６を封口板２に接続する前に形成しても良いし、正極集電体６を封口板２に接続した後に形成しても良い。また、第１折れ曲がり部４１と第２折れ曲がり部４２は必ずしも設けなくてもよい。
[変形例１]
上述の実施形態に係る角形二次電池２０においては、封口板２に設けられる突起２ａの平面視の形状が長円形状であり、正極集電体６のベース部６ａに設けられる接続用開口６
ｘの平面視の形状が長円形状である例を示した。変形例１は、封口板に設けられる突起の形状及び、正極集電体のベース部に設けられた接続用開口の形状が異なる以外は、上述の実施形態に係る角形二次電池２０と同様の構成を有する。
上述の実施形態に係る角形二次電池２０においては、封口板２に設けられる突起２ａの平面視の形状が長円形状であり、正極集電体６のベース部６ａに設けられる接続用開口６
ｘの平面視の形状が長円形状である例を示した。変形例１は、封口板に設けられる突起の形状及び、正極集電体のベース部に設けられた接続用開口の形状が異なる以外は、上述の実施形態に係る角形二次電池２０と同様の構成を有する。
図１１Ａに示すように、変形例１に係る封口板２の電池内部側の面には、平面視が真円形状の突起１０２ａが設けられている。突起１０２ａの先端には、先端凹部１０２ｂが設けられている。
図１１Ｂに示すように、変形例１に係る正極集電体１０６が封口板１０２の電池内部側の面上に配置される。正極集電体１０６は封口板１０２と対向するように配置されるベース部１０６ａと、ベース部１０６ａの端部に設けられたリード部１０６ｂを有する。正極集電体１０６のベース部１０６ａには、接続用開口１０６ｘが設けられている。封口板１０２の突起１０２ａが、ベース部１０６ａに設けられた接続用開口１０６ｘ内に配置される。なお、接続用開口１０６ｘの周囲には、環状薄肉部１０６ｃが設けられている。また、接続用開口１０６ｘの縁部には環状突起１０６ｄが設けられている。なお、図１１Ｂは、正極集電体１０６がベース部１０６ａとリード部１０６ｂの境界部１４０で折り曲げられる前の状態である。
変形例１に係る角形二次電池では、封口板１０２の短手方向において、正極集電体１０６のベース部１０６ａとリード部１０６ｂの境界部１４０が封口板１０２の中心線Ｃよりも一方側（図１１Ｂにおいては下方）に位置し、封口板１０２と正極集電体１０６の接続部１５０が封口板１０２の中心線Ｃよりも他方側（図１１Ｂにおいては上方）にずれている。したがって、角形二次電池に強い衝撃や振動が加わり、電極体３が角形外装体１内で動くように力が加わり、正極集電体１０６が引っ張られた場合でも、封口板１０２と正極集電体１０６の接続部１５０に負荷が加わることを抑制できる。
[変形例２]
上述の実施形態及び変形例１においては、封口板に突起を設け、当該突起を正極集電体のベース部に設けた接続用開口と嵌合する例を示した。しかしながら、封口板の突起及び正極集電体のベース部の接続用開口は必須の構成ではない。
上述の実施形態及び変形例１においては、封口板に突起を設け、当該突起を正極集電体のベース部に設けた接続用開口と嵌合する例を示した。しかしながら、封口板の突起及び正極集電体のベース部の接続用開口は必須の構成ではない。
図１２は、変形例２に係る角形二次電池の図８Ｂに対応する断面図である。変形例２においては、封口板２０２に突起が設けられておらず、正極集電体２０６のベース部２０６ａには接続用開口が設けられていない。なお、変形例２は、封口板の形状及び正極集電体のベース部の形状が異なる以外は、上述の実施形態に係る角形二次電池２０と同様の構成を有する。
変形例２では、封口板２０２上に正極集電体２０６のベース部２０６ａが重ねられた状態で封口板２０２と正極集電体２０６のベース部２０６ａが溶接され、溶接接続部２３０が形成される。変形例２に係る角形二次電池では、封口板２０２の短手方向において、正極集電体２０６のベース部２０６ａとリード部２０６ｂの境界部２４０が封口板２０２の中心線Ｃよりも一方側に位置し、封口板２０２と正極集電体２０６の接続部２５０が封口板２０２の中心線Ｃよりも他方側にずれている。したがって、角形二次電池に強い衝撃や振動が加わり、電極体３が角形外装体１内で動くように力が加わり、正極集電体２０６が引っ張られた場合でも、封口板２０２と正極集電体２０６の接続部２５０に負荷が加わることを抑制できる。
なお、正極集電体２０６のベース部２０６ａには薄肉部２０６ｘが設けられ、この薄肉部２０６ｘが封口板２０２と溶接接続されることが好ましい。正極集電体２０６のベース部２０６ａに、開口を設け、当該開口の縁部と封口板２０２を溶接接続することも考えら
れる。
れる。
[変形例３]
封口板に設ける突起を、正極集電体のベース部上にカシメ固定することも可能である。図１３Ａは、変形例３に係る溶接前の封口板３０２と正極集電体３０６の封口板３０２の短手方向に沿った断面図である。図１３Ｂは、変形例３に係る溶接後の封口板３０２と正極集電体３０６の封口板３０２の短手方向に沿った断面図である。
封口板に設ける突起を、正極集電体のベース部上にカシメ固定することも可能である。図１３Ａは、変形例３に係る溶接前の封口板３０２と正極集電体３０６の封口板３０２の短手方向に沿った断面図である。図１３Ｂは、変形例３に係る溶接後の封口板３０２と正極集電体３０６の封口板３０２の短手方向に沿った断面図である。
図１３Ａに示すように、封口板３０２は突起３０２ａを有する。正極集電体３０６はベース部３０６ａとリード部３０６ｂを有する。ベース部３０６ａには接続用開口３０６ｘが設けられている。封口板３０２の突起３０２ａが、接続用開口３０６ｘと嵌合されるように、正極集電体３０６が封口板３０２上に配置される。そして、突起３０２ａの先端がベース部３０６ａ上にカシメられてカシメ部３０２ｘが形成される。なお、ベース部３０６ａにおいて接続用開口３０６ｘの周囲には環状薄肉部３０６ｃが設けられることが好ましい。このとき、カシメ部３０２ｘが、ベース部３０６ａの電極体側の面（図１３Ａにおいては上方の面）から電極体側に突出しないことが好ましい。
その後、突起３０２ａの先端に設けられたカシメ部３０２ｘとベース部３０６ａが溶接接続され、図１３Ｂに示すように溶接接続部３３０が形成される。このような構成であると、封口板３０２と正極集電体３０６がより強固に接続される。よってより信頼性の高い角形二次電池となる。なお、変形例３において、封口板３０２の短手方向において、正極集電体３０６のベース部３０６ａとリード部３０６ｂの境界部３４０が封口板２０２の中心線Ｃよりも一方側に位置し、封口板３０２と正極集電体３０６の接続部３５０が封口板３０２の中心線Ｃよりも他方側にずれている。したがって、角形二次電池に強い衝撃や振動が加わり、電極体が角形外装体内で動くように力が加わり、正極集電体３０６が引っ張られた場合でも、封口板３０２と正極集電体３０６の接続部３５０に負荷が加わることを抑制できる。
≪その他≫
上述の実施形態及び変形例においては、封口板と正極集電体を接続する例を示した。しかしながら、封口板と負極集電体を同様の方法で接続することができる。この場合、封口板と正極集電体は絶縁する。
上述の実施形態及び変形例においては、封口板と正極集電体を接続する例を示した。しかしながら、封口板と負極集電体を同様の方法で接続することができる。この場合、封口板と正極集電体は絶縁する。
電極体の形態は特に限定されず、巻回電極体であっても良いし、積層型電極体であってもよい。
正極板、負極板、セパレータ、電解液等の構成は、公知の構成とすることができる。
上述の角形二次電池を複数個用いて組電池とすることができる。この場合、各角形二次電池において、角形外装体の一対の大面積側壁が両側から押圧され、一対の大面積側壁により電極体が挟持される状態とすることが好ましい。このような構成であると、角形二次電池に強い衝撃や振動が加わったとき、電極体が角形外装体内で動くことを抑制できる。したがって、封口板と正極集電体の接続部に負荷が加わることを抑制できる。
２０・・・角形二次電池
１・・・角形外装体
２・・・封口板
２ａ・・・突起
２ａ１・・・突起直線部
２ｂ・・・先端凹部
２ｃ・・・凹部
２ｄ・・・負極端子取り付け孔
２ｅ・・・第１溝部
２ｆ・・・第２溝部
３・・・電極体
４・・・正極芯体露出部
５・・・負極芯体露出部
６・・・正極集電体
６ａ・・・ベース部
６ｂ・・・リード部
６ｃ・・・環状薄肉部
６ｄ・・・環状突起
６ｅ・・・テーパー部
６ｆ・・・切り欠き部
６ｇ・・・切り欠き部
６ｘ・・・接続用開口
６ｙ・・・直線部
７・・・負極集電体
７ａ・・・ベース部
７ｂ・・・リード部
８・・・負極外部端子
８ａ・・・第１金属部
８ｂ・・・第２金属部
９・・・内部側絶縁部材
１０・・・外部側絶縁部材
１４・・・絶縁シート
１５・・・電解液注液孔
１６・・・封止栓
１７・・・ガス排出弁
３０・・・溶接接続部
４０・・・境界部
４１・・・第１折れ曲がり部
４２・・・第２折れ曲がり部
５０・・・接続部
１０２・・・封口板
１０２ａ・・・突起
１０２ｂ・・・先端凹部
１０６・・・正極集電体
１０６ａ・・・ベース部
１０６ｂ・・・リード部
１０６ｃ・・・環状薄肉部
１０６ｄ・・・環状突起
１０６ｘ・・・接続用開口
１４０・・・境界部
１５０・・・接続部
２０２・・・封口板
２０６・・・正極集電体
２０６ａ・・・ベース部
２０６ｂ・・・リード部
２０６ｘ・・・薄肉部
２３０・・・溶接接続部
２４０・・・境界部
２５０・・・接続部
３０２・・・封口板
３０２ａ・・・突起
３０２ｘ・・・カシメ部
３０６・・・正極集電体
３０６ａ・・・ベース部
３０６ｂ・・・リード部
３０６ｃ・・・環状薄肉部
３０６ｘ・・・接続用開口
３３０・・・溶接接続部
３４０・・・境界部
３５０・・・接続部
１・・・角形外装体
２・・・封口板
２ａ・・・突起
２ａ１・・・突起直線部
２ｂ・・・先端凹部
２ｃ・・・凹部
２ｄ・・・負極端子取り付け孔
２ｅ・・・第１溝部
２ｆ・・・第２溝部
３・・・電極体
４・・・正極芯体露出部
５・・・負極芯体露出部
６・・・正極集電体
６ａ・・・ベース部
６ｂ・・・リード部
６ｃ・・・環状薄肉部
６ｄ・・・環状突起
６ｅ・・・テーパー部
６ｆ・・・切り欠き部
６ｇ・・・切り欠き部
６ｘ・・・接続用開口
６ｙ・・・直線部
７・・・負極集電体
７ａ・・・ベース部
７ｂ・・・リード部
８・・・負極外部端子
８ａ・・・第１金属部
８ｂ・・・第２金属部
９・・・内部側絶縁部材
１０・・・外部側絶縁部材
１４・・・絶縁シート
１５・・・電解液注液孔
１６・・・封止栓
１７・・・ガス排出弁
３０・・・溶接接続部
４０・・・境界部
４１・・・第１折れ曲がり部
４２・・・第２折れ曲がり部
５０・・・接続部
１０２・・・封口板
１０２ａ・・・突起
１０２ｂ・・・先端凹部
１０６・・・正極集電体
１０６ａ・・・ベース部
１０６ｂ・・・リード部
１０６ｃ・・・環状薄肉部
１０６ｄ・・・環状突起
１０６ｘ・・・接続用開口
１４０・・・境界部
１５０・・・接続部
２０２・・・封口板
２０６・・・正極集電体
２０６ａ・・・ベース部
２０６ｂ・・・リード部
２０６ｘ・・・薄肉部
２３０・・・溶接接続部
２４０・・・境界部
２５０・・・接続部
３０２・・・封口板
３０２ａ・・・突起
３０２ｘ・・・カシメ部
３０６・・・正極集電体
３０６ａ・・・ベース部
３０６ｂ・・・リード部
３０６ｃ・・・環状薄肉部
３０６ｘ・・・接続用開口
３３０・・・溶接接続部
３４０・・・境界部
３５０・・・接続部
Claims (10)
- 第１電極板と第２電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第１電極板に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部と、
前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有し、
前記封口板と前記ベース部は接続され、
前記封口板の短手方向において、前記ベース部と前記リード部の境界部は前記封口板の中心よりも一方側に位置し、前記封口板と前記ベース部の接続部は、前記封口板の中心よりも他方側にずれている角形二次電池。 - 前記ベース部には接続用開口が形成され、
前記封口板の前記電極体側の面には突起が形成され、
前記突起は前記接続用開口内に配置され、
前記突起と前記ベース部が溶接され、
前記突起及び前記接続用開口により前記接続部が構成された請求項１に記載の角形二次電池。 - 前記封口板の短手方向において、前記突起の全体が、前記封口板の中心よりも他方側に位置する請求項２に記載の角形二次電池。
- 前記突起の先端には先端凹部が形成された請求項２又は３に記載の角形二次電池。
- 前記接続用開口の周囲には環状薄肉部が設けられ、
前記接続用開口の縁部には環状突起が形成され、
前記環状突起が前記ベース部に溶接された請求項２〜４のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記リード部には、それぞれ前記封口板の長手方向に延びる第１折れ曲がり部と第２折れ曲がり部が設けられ、
前記第１折れ曲がり部は、前記封口板に対して垂直な方向において、前記第２折れ曲がり部よりも前記封口板側に位置し、
前記第１折れ曲がり部は、前記封口板の短手方向において、前記第２折れ曲がり部よりも外側に位置する請求項１〜５のいずれかに記載の角形二次電池。 - 第１電極板と第２電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第１電極板に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部と、
前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有し、
前記封口板と前記ベース部が接続された角形二次電池の製造方法であって、
前記封口板の短手方向において、前記封口板と前記ベース部の接続部が前記封口板の中心からずれた位置に形成されるように、前記封口板と前記ベース部を接続する第１工程と、
前記第１工程の後、前記集電体を折り曲げ、前記封口板の短手方向において、前記ベース部と前記リード部の境界部が前記封口板の中心よりも一方側に位置し、前記接続部が前記封口板の中心よりも他方側にずれた状態とする第２工程と、
前記第２工程の後、前記リード部に前記第１電極板を接続する第３工程と、
を有する角形二次電池の製造方法。 - 前記第１工程において、前記ベース部に接続用開口が形成された前記集電体と、突起が形成された前記封口板を用い、前記突起を前記接続用開口内に配置し、前記突起と前記ベース部を溶接する請求項７に記載の角形二次電池の製造方法。
- 前記封口板の短手方向において、前記突起の全体が、前記封口板の中心よりも他方側に位置する請求項８に記載の角形二次電池の製造方法。
- 前記リード部には、それぞれ前記封口板の長手方向に延びる第１折れ曲がり部と第２折れ曲がり部が設けられ、
前記第１折れ曲がり部は、前記封口板に対して垂直な方向において、前記第２折れ曲がり部よりも前記封口板側に位置し、
前記第１折れ曲がり部は、前記封口板の短手方向において、前記第２折れ曲がり部よりも外側に位置する請求項７〜９のいずれかに記載の角形二次電池の製造方法。
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