JP2018125238A - 角型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極体の正負極集電体露出部をいくつかに分割して複数の集電束を形成した二次電池であって、正負極集電部材の形状、容積をコンパクトに抑制した集電構造を備える角型二次電池を提供すること。【解決手段】本発明により提供される角型二次電池１０は、上記集電部材３２，３６として、複数のスリット３２Ｃが形成された接合プレート３２Ａ，３６Ａを備えた集電部材を備えており、該複数のスリットのそれぞれに、上記複数の集電束の収束部分８１，９１のそれぞれが挿入され接合されていることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、角型二次電池に関する。詳しくは、複数の正負極が交互に積層された構造の電極体と集電構造を備える角型二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源用途のみならず、近年は車両駆動用電源として好ましく用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）等の車両の駆動用高出力電源として好ましく、今後も需要が拡大するものと期待されている。
この種の二次電池の典型的な形態として、矩形シート状の正極および負極を、セパレータを間に介在させつつ交互に多数積層した構造のいわゆる積層型電極体を備えた角型二次電池（即ち、各面が矩形状である直方体構造の電池ケースを備える二次電池をいう。以下同じ。）、あるいは長尺シート状の正極および長尺シート状の負極をセパレータを間に介在させつつ重ね合わせて何重にも捲回しさらに扁平化して幅広な表面が矩形状の捲回電極体を備えた角型二次電池が挙げられる。

積層型電極体あるいは扁平な捲回電極体を備える角型二次電池における従来の集電構造は、典型的には図７に示すとおりである。即ち、この種の角型構造の二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）１００は、角型の電池ケース１０１と、当該ケース１０１（本体）の一方の面（図では上面）に形成された開口部を封止する蓋体１０２と、当該ケース１０１に収容された積層型電極体１０３（捲回電極体でも同様である。）とを備える。
積層型電極体１０３は、正極集電体１０４Ａの両面に正極活物質層（図示せず）が形成された正極１０４と、負極集電体１０５Ａの両面に負極活物質層１０５Ｂが形成された負極１０５とが、図示しないセパレータを間に介在させつつ多数積層した構造を有する。かかる積層型電極体１０３における蓋体１０２と平行になる長辺方向（図中の横方向）の一方の端部には、正極活物質層が形成されていない正極集電体露出部１０４Ｃが積層、配置される。同方向の他方の端部には、負極活物質層１０５Ｂが形成されていない負極集電体露出部１０５Ｃが積層、配置される。

そして、当該積層、配置された正極集電体露出部１０４Ｃおよび負極集電体露出部１０５Ｃには、それぞれ、正極集電部材１０６Ａおよび負極集電部材１０７Ａが溶接（符号１０８，１０９は溶接部分を指す。）によって接合されている。正極集電部材１０６Ａおよび負極集電部材１０７Ａは、さらに蓋体１０２の一部に設けられた外部接続用の正極端子１０６Ｅおよび負極端子１０７Ｅとそれぞれ電気的に接続している。かかる集電構造により、電極体１０３と正極端子１０６Ｅおよび負極端子１０７Ｅとをつなぐ電気的経路が構成されている。例えば、特許文献１には、この種の二次電池に備えられる正負極集電部材の一例が記載されている。

特開２０１５−０５６２８８号公報

駆動源として車両に搭載する用途の角型二次電池では、できるだけ大電流密度での充放電（ハイレート充放電）が行えることが好ましく、そのための集電構造として、上記積層された正極集電体露出部１０４Ｃおよび負極集電体露出部１０５Ｃを、それぞれ、その積層方向に２つ以上に分割し、各々を束ねて複数の集電束を構成し、該複数の集電束それぞれの表面に対して、上述した図７に示すようなプレート状の集電部材１０６Ａ，１０７Ａを溶接で接合することが挙げられる。
例えば、上記特許文献１に記載される集電部材は、積層する正極（負極）集電体露出部が２つに分割されて形成された集電束のそれぞれを装着する第１集電部および第２集電部を枝分かれ形状に有する。

ところで、駆動源として車両に搭載する用途の角型二次電池では、１個あたりの電池（単セル）の容量をできるだけ高容量化することが望ましく、そのためには、正負極の活物質層形成部分をできるだけ広くし、正負極集電体露出部をできるだけ狭くすることが好ましい。
しかしながら、上記複数の集電束それぞれの表面に対して、図７に示すようなプレート状の集電部材１０６Ａ，１０７Ａを溶接で接合する形態の集電構造、あるいは特許文献１に記載の形態の集電部材を備える従来の集電構造では、集電束の数が増加するに従って、電池ケースの内部における集電部材全体のスケールや専有容積が大きくなってしまう。かかる電池ケースの内部における集電部材全体のスケールアップや専有容積アップは、電池自体の重量増を招くばかりでなく、それに対応して正負極集電体露出部の割合が大きくなりがちである一方、正負極活物質層形成部分の容積は小さくなりがちであり、電池の高容量化を阻む要因となり得るため好ましくない。

そこで、本発明は、角型二次電池の集電構造に関する上記課題を解決するべく創出されたものであり、電極体の正負極集電体露出部をいくつかに分割して複数の集電束を形成した角型二次電池であって、正負極集電部材の形状、容積をコンパクトに抑制した集電構造を備える角型二次電池を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、本発明は、
一対の幅広面を有し、該幅広面に隣接する側面の一つに開口部が形成されている有底直方体状のケース本体と、該開口部を塞ぐ矩形プレート状の蓋体とから構成される角型の電池ケースと、
正極集電体と該正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、負極集電体と該負極集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極と、がセパレータを間に介在させつつ交互に積層された構造であり且つ幅広面が矩形状である電極体と、
外部接続用の正極端子および負極端子とそれぞれ電気的に接続されるとともに前記電極体の正極および負極とそれぞれ接続された正極集電部材および負極集電部材と、
を備える角型二次電池を提供する。
ここで開示される角型二次電池では、前記積層された正極それぞれの前記蓋体と平行になる方向の一方の端部には、前記正極活物質層を有しない正極集電体露出部が前記蓋体と直交する方向に沿って形成されており、前記積層された負極それぞれの前記蓋体と平行になる方向の一方の端部には、前記負極活物質層を有しない負極集電体露出部が前記蓋体と直交する方向に沿って形成されており、
前記蓋体と平行になる方向の一方の端部に前記正極集電体露出部が積層され、且つ、前記蓋体と平行になる方向の他方の端部に前記負極集電体露出部が積層されており、
前記積層された正極集電体露出部および負極集電体露出部の少なくとも一方は、該積層方向に２つ以上に分割されて束ねられた複数の集電束を構成している。
そして、ここで開示される角型二次電池では、該複数の集電束のそれぞれは、同じ極側の前記集電部材と接合されており、
該集電部材は、接合プレートを備えており、該接合プレートには、前記正負極の積層方向と直交し且つ前記蓋体と直交する方向に沿う複数のスリットを有しており、前記複数のスリットのそれぞれに、前記複数の集電束のそれぞれが挿入され接合されていることを特徴とする。

上記のとおり、ここで開示される角型二次電池では、上記集電部材の接合プレートに設けられた複数のスリットを介して上記電極体の正負極（即ち正負極の集電体露出部をいくつかに束ねた複数の集電束）と電気的に接続することができる。このため、従来の集電部材（例えば図７に示す集電部材や特許文献１に開示される集電部材）とは異なり、形成するスリット数の増減によって、集電部材それ自体の全体のスケールや専有容積を顕著に大きくすることなく、集電束数に対して容易に対応することができる。したがって、電極体の正負極集電体露出部の分割数（即ち集電束数）が増加した場合であっても、集電部材の重量が増加せず、それによる大型化を抑制してコンパクトな形状の角型二次電池を提供することができる。

また、ここで開示される角形二次電池の好適な一態様では、
前記電極体は、矩形シート状の正極集電体と該集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、矩形シート状の負極集電体と該集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極とが、矩形シート状のセパレータを間に介在させつつ交互に積層された構造の積層型電極体であり、
前記正負極側それぞれの集電束の数は、各集電束に属する区画された電極体積層部分の厚みが、いずれも、以下の式（１）で求められる区画電極体最大許容厚みＭ（ｍｍ）：
Ｍ＝１８．７×Ｈ／Ｗ＋１．４ （１）
（式中のＨは、前記正極集電体の前記蓋体と直交する方向の辺長（ｍｍ）であり、
Ｗは、前記セパレータの前記蓋体と平行になる方向の辺長（ｍｍ）である。）
を超えないように設定されていることを特徴とする。
本明細書において「集電束に属する区画された電極体積層部分」とは、正負極側いずれか一の集電束において、該集電束を構成する正極（負極）集電体のうちの電極体積層方向のもっとも外側にある２つ（積層方向両端）の正極（負極）集電体の間に配置される電極体積層部分をいう。

本発明者は、積層型電極体において、積層する正極（負極）の集電体露出部をいくつかに分割して複数の集電束を形成する場合の良好な集電束数を検討した。分割数が少なすぎる（即ち、個々の集電束に属する区画された電極体積層部分がいずれも比較的分厚い場合）と、各集電束に属する区画された電極体積層部分の自重やサイズの影響により隣接する集電束に属する区画された電極体積層部分間において相対的な位置ずれ（シートずれ）が生じる虞がある。かかる位置ずれは、電極体自体の機械的強度を低下させ、集電機能等の電気的性能の低下も招く虞もあるため好ましくない。また、発明者の検討により、上記位置ずれが発生し易くなる集電束に属する区画された電極体積層部分の厚みは、積層型電極体を構成する矩形シート状の正負極集電体ならびにセパレータの形状（例えば縦長の矩形状と横長の矩形状）によって相違することも見出した。
かかる観点から種々検討した結果、矩形状の積層型電極体においては、各集電束に属する区画された電極体積層部分の厚みが上記式（１）において導き出される区画電極体最大許容厚みＭ（ｍｍ）を上回らないように、集電束数を決定することにより、好ましくない位置ずれを抑制し得ることを創出した。
即ち、本態様によると、積層型電極体の機械的特性及び／又は電気的特性に悪影響を及ぼす隣接する集電束に属する区画された電極体積層部分間における矩形シート状の正負極およびセパレータの相対的な位置ずれが抑制され、且つ、高容量化およびハイレート充放電を良好に実現し得る集電構造（ここで開示される集電部材）を備える角型二次電池を提供することができる。
好ましくは、上記セパレータの蓋体と平行になる方向の辺長Ｗ（ｍｍ）は、上記正極活物質層および負極活物質層の同方向における何れか長い方の長さとほぼ等しい。

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。 図１に示すリチウムイオン二次電池に備えられた積層型電極体の構成を模式的に示す斜視図である。 図２に示す積層型電極体の正負極側それぞれの集電構造（複数の集電束）を模式的に示す断面図である。 図１に示すリチウムイオン二次電池の内部構造を模式的に示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は正極側の側面図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、相互にスリット数が異なる正極集電部材の例を示す斜視図である。 正極集電部材と集電束とを電気的に接続するための接合プロセスを示す説明図であり、（ａ）は正極集電部材の各スリットに各集電束の収束部分を挿入しようとする段階の説明図、（ｂ）は正極集電部材の各スリットに各集電束の収束部分が挿入された状態を示す説明図、（ｃ）は正極集電部材の各スリットに挿入された各収束部分をクランプする手法を示す説明図、（ｄ）は正極集電部材の各スリットに挿入された各収束部分がスリット周縁に溶接された状態を示す説明図である。 角型二次電池（リチウムイオン二次電池）の集電構造を模式的に説明する図である。 他の一実施形態に係る積層型電極体の正負極側それぞれの集電構造（複数の集電束）を模式的に説明する図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、相互に集電部の数が異なる集電端子（比較対象）の例を示す斜視図である。 一実施形態に係る集電部材および比較対象とした集電端子に関し、積層型電極体の集電体露出部の分割数と集電部材（集電端子）重量との関係を示すグラフである。 所定加速度の振動入力を付与したときの電極体厚みおよびＨ／Ｗ比と、位置ずれを生じない集電体露出部の分割数（集電束数）との関係を示すグラフである。 区画電極体最大許容厚みＭ（ｍｍ）と、積層型電極体におけるＨ／Ｗ比との関係を示すグラフである。

以下、ここで開示される角型二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池の好適な一実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は、説明の理解しやすさを重視しているため、実際の寸法関係を正確に反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
以下の実施形態に示すリチウムイオン二次電池に限られず、正負極が積層構造をとる電極体を装備し得る他の角型二次電池、例えば電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、ナトリウムイオン二次電池等においても本発明を好適に実施することができる。
本明細書において「活物質」とは、正極側または負極側において電荷担体（例えばリチウムイオン二次電池においてはリチウムイオン）の吸蔵および放出に関与する物質をいう。なお、本明細書中の数値範囲Ａ〜Ｂ（Ａ、Ｂは任意の数）は、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。

図１に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０は、扁平形状の積層型電極体５０（図２）が、図示しない電解質（ここでは非水電解液）とともに、当該積層型電極体５０の形状に対応する扁平な角型の電池ケース１２（即ちリチウムイオン二次電池１０の外装容器）に収容されて構成される密閉構造の二次電池である。
電池ケース１２は、幅広面に隣接する一側面（リチウムイオン二次電池１０の通常の使用状態において上面に相当する。）に開口部が形成されている箱形（即ち有底直方体状）のケース本体１４と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ矩形プレート状の蓋体１６とから構成される。かかる蓋体１６がケース本体１４の開口部周縁に溶接されることにより、扁平形状の積層型電極体５０の矩形状の幅広面に対向する一対のケース幅広面と、該ケース幅広面に隣接する４つの幅狭な矩形状の側面（即ち、そのうちの一つは蓋体１６により構成される。）との六面体（直方体）形状の密閉構造の電池ケース１２が構成される。
特に制限するものではないが、この種の電池の電池ケースの好適なサイズとして、ケース本体１４および蓋体１６の長辺側の長さ：８０ｍｍ〜２００ｍｍ、ケース本体１４および蓋体１６の短辺側の長さ（即ち電池ケース１２の厚み）：５ｍｍ〜５０ｍｍ（例えば８ｍｍ〜４０ｍｍ）、電池ケース１２の高さ：７０ｍｍ〜１５０ｍｍを例示することができる。積層型電極体５０のサイズは、使用する電池ケースに収容できるサイズに規定されればよく、特に限定されない。
電池ケース１２（ケース本体１４および蓋体１６）の材質は、従来のこの種の二次電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき銅等が例示される。

図１に示すように、蓋体１６の外面側には外部接続用の負極端子１８および正極端子２０が一体に形成されている。蓋体１６には、電池ケース１２の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁４０、および、非水電解液を供給するための注液口４２が形成されている。図１は注液完了後の状態であり、注液口４２は封止材４３により封止されている。なお、安全弁４０の機構、注液口４２の封止形態は、従来のこの種の電池と同様でよく、特別な構成は要しない。

図２に示すように、本実施形態に係る積層型電極体５０は、矩形シート状の正極（以下「正極シート５１」という。）と、該正極シート５１と同様の矩形シート状の負極（以下「負極シート５５」という。）とを、同様の矩形シート状のセパレータ５８（図３）を間に介在させつつ交互に積層することにより構成されている。
正極シート５１は、矩形シート状の正極集電体５２の両面に正極活物質層（図示せず）が形成されており、一方、負極シート５５は、矩形シート状の負極集電体５６の両面に負極活物質層５７（図示せず）が形成されている。
図示されるように、矩形状の正極集電体５２の蓋体１６と平行になる方向（以下「長辺方向」ともいう。）の一方の端部には、蓋体１６と直交する方向（以下「短辺方向」ともいう。）に沿って帯状に正極活物質層５３を有しない正極集電体露出部５２Ａが形成されている。同様に、矩形状の負極集電体５６の長辺方向の他方の端部には、短辺方向に沿って帯状に負極活物質層５７を有しない負極集電体露出部５６Ａが形成されている。

図２に示すように、正極シート５１と負極シート５５とは、長辺方向に位置をややずらしてセパレータ５８の長辺方向の一方の端部から正極集電体露出部５２Ａがはみ出し、且つ、他方の端部から負極集電体露出部５６Ａがはみ出すように積層される。その結果、積層型電極体５０の長辺方向の一方の端部および他方の端部に、それぞれ、正極集電体露出部５２Ａが積層された部分および負極集電体露出部５６Ａが積層された部分が形成される。これら正極集電体露出部５２Ａおよび負極集電体露出部５６Ａのそれぞれにおいて上述した複数の集電束を形成するのであるが、このことは後述する。

なお、リチウムイオン二次電池を構成する積層型電極体５０の正負極を構成する材料（正極活物質、負極活物質、導電材、バインダ等）や構成部材（正極集電体、負極集電体、セパレータ等）ならびに電解質（非水電解液を構成する溶媒、リチウム塩、等）は、従来の一般的なリチウムイオン二次電池を構成するために使用されるものと同様であればよく、本発明を何ら特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。

次に、本実施形態に係る集電構造について説明する。
図３に示すように、電極体５０の蓋体１６と平行になる長辺方向の一方の端部に正極集電体露出部５２Ａが積層され、且つ、他方の端部に負極集電体露出部５６Ａが積層される。そして、かかる正極集電体露出部５２Ａおよび負極集電体露出部５６Ａは、それぞれ、積層方向に２つ以上に分割され束ねられた複数の集電束８０Ａ，９０Ａを構成している。本実施形態においては、正負極とも６つに分割される。図３では、そのうちの正負極側２つずつを模式的に示している。
図示される正極集電束８０Ａおよび負極集電束９０Ａの収束部分（タブ）８１，９１は、それぞれ、溶接によって後述する正極集電部材３２および負極集電部材３６の接合プレート３２Ａ，３６Ａ（図４，図５）に接合される。かかる電極体５０の正負極からの複数の集電束８０Ａ，９０Ａが個々別々に同極側の集電部材３２，３６に接合して導電経路を形成するため、比較的大電流での充放電（ハイレート充放電）を好適に行うことができる。

図４（ａ）（ｂ）および図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る正極集電部材３２は、電極体５０の蓋体１６と平行になる長辺方向の端部において、該長辺方向と直交する方向に幅広面が拡がる接合プレート３２Ａと、該接合プレート３２Ａに連なり、電極体５０の長辺方向に沿うプレート状の接続部３２Ｂとを備える。また、接続部３２Ｂの蓋体１６と対向する上面側には、外部接続用正極端子２０と接続する接続突起３２Ｄが形成されている。そして、正極集電部材３２は、接続部３２Ｂが蓋体１６のケース内面側に配置され、接続突起３２Ｄが蓋体１６を貫通して外部接続用正極端子２０と接続する状態で蓋体１６に装着される。
また、正極集電部材３２の接合プレート３２Ａには、正極集電束８０Ａの数に対応する複数（本実施形態では６つ）のスリット３２Ｃが正負極積層方向と直交し且つ電極体５０の短辺方向に形成されている。具体的には、複数のスリット３２Ｃが形成された正極集電部材３２の接合プレート３２Ａは、櫛歯状に形成されている。各スリット３２Ｃは、各収束部分８１の配置間隔に対応する間隔にて形成されている。各スリット３２Ｃの開口幅は、収束部分８１を挿入するために当該収束部分８１の厚み以上の幅にそれぞれ形成されている。
なお、負極側の集電構造も正極側と同様であり、同様の形状の接合プレート３６Ａ、接続部、複数のスリット、接続突起を含む負極集電部材３６（図４（ａ））を備えている。以下、正極側の集電構造について説明し、重複する負極側の説明は省略する。

次に、同じ極側の集電部材３２，３６と集電束８０Ａ，９０Ａ（収束部分８１，９１）との接合（溶接）方法について図面を参照しつつ説明する。
先ず、図６（ａ）に示すように、積層型電極体５０の複数の正極集電束８０Ａの各収束部分８１の間にスプリッタ７０を介在させ、各収束部分８１間の間隔を確保、保持しておく。次に、各収束部分８１の上端（蓋体１６に近接する側の先端）と、正極集電部材３２（接合プレート３２Ａ）の各スリット３２Ｃとを対向させ、正極集電部材３２を電極体５０の方向（図面において矢印Ｆ１で示す方向）へ移動させ、図６（ｂ）に示すように、各スリット３２Ｃに各収束部分８１を挿入する。このとき、正極集電部材３２の移動方向には、各収束部分８１の先端部分を保持するとともに該先端部分の挿入量を規制するための保持部材７１が配置され、その保持部材７１に各収束部分８１の先端部分が当接するまで正極集電部材３２を移動させる。これにより、各スリット３２Ｃに所定の位置まで各収束部分８１を確実に挿入することができる。

図６（ｃ）では、各収束部分８１が正極集電部３２Ａの各スリット３２Ｃに挿入された状態の積層型電極体５０をケース底面方向から見た状態を示している。同図に示すように、各収束部分８１が保持部材７１によって保持された状態で、クランプ７２によって接合プレート３２Ａの両端を挾持し、スプリッタ７０を待避させ、矢印Ｆ２，Ｆ３にて示すように、接合プレート３２Ａの幅方向（即ち、スリット３２Ｃ長さ方向と直交する方向）の両端を押圧する。これにより、各収束部分８１は、各スリット３２Ｃの内壁間によって挾持、固定される。このとき、図示されるように、各収束部分８１の先端が各スリット３２Ｃから少し突出した状態になるようにすることが好ましい。
接合プレート３２Ａの両端を押圧するとき、各収束部分８１は保持部材７１によって保持されているため、各スリット３２Ｃによって挾持された各収束部分８１の挾持位置がずれないようにすることができる。

次に、保持部材７１を待避させ、図６（ｄ）に示すように、各収束部分８１の先端部分と接合プレート３２Ａ（具体的には、スリット３２Ｃの周縁部分）とを溶接し、各収束部分８１と正極集電部材３２とを接合する。即ち、各収束部分８１と正極集電部３２Ａとを電気的に接続する。図６（ｄ）において、符号６０にて示す部分は溶接部分６０を示す。詳細には説明しないが、負極集電部材３６の接合プレート３６Ａと負極側の各収束部分９１との接合についても同様である。

以上に説明した実施形態では、６つのスリット３２Ｃが１つの接合プレート３２Ａに形成されているが、これに限られない。例えば、電極体５０の正負極の集電体露出部が積層方向に４分割あるいは３分割され、収束部分がそれぞれ４つあるいは３つずつ形成されている場合は、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、４つまたは３つのスリット３２Ｃが形成された接合プレート３２Ａを有する集電部材６１，６２を用い、上述した接合（溶接）方法により、各スリット３２Ｃに各収束部分８１を接合することができる。
さらに図８に示すように、正極側の集電束１８０Ａの数（本図では３つ）と、負極側の集電束１９０Ａの数（本図では４つ）とを、相互に異ならせた積層型電極体１５０の場合でも、対応する数のスリットを有する集電部材を使用することで集電部材自体が占める容積を増大させることなく容易に集電構造を構築することができる。例えば、図８に示す積層型電極体１５０の場合であれば、正極側の３つの集電束１８０Ａの収束部分１８１に対して上述した図５（ｃ）に示す集電部材６２を接合し、負極側の４つの集電束１９０Ａの収束部分１９１に対して図５（ｂ）に示す集電部材６１を接合することで、正負極で相互に集電束数が異なる積層型電極体１５０に容易に対応することができる。

上述したように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０の集電構造を構成する正極集電部材および負極集電部材は、スリットの数を調整することによって、集電部材全体の形状やサイズを変化させることなく、積層型電極体の正負極集電体露出部の積層方向における分割数に容易に対応することができる。このため、正負極集電体露出部の積層方向における分割数が増加しても、正負極集電部材の重量が増加することがない。逆に、分割数が増加すると、スリットの数が増えるため、その分、正負極集電部材の重量が軽くなるともいえる。このことをさらに詳細に説明する。

上述のとおり、複数の集電束それぞれの表面に対して、図７に示すようなプレート状の集電部材１０６Ａ，１０７Ａを溶接で接合する形態の集電構造では、集電束の数が増加するに従って、電池ケースの内部における集電部材全体のスケールや専有容積が大きくなってしまう。このことは、電池ケース内部の重量増の要因ともなり好ましくない。
具体的には、比較対象とする図９の（ａ）〜（ｄ）に示す集電端子１２０〜１２３の形態から明らかなように、各集電束の表面に接合される集電部１２６（図７に示すプレート状の集電部材１０６Ａ，１０７Ａに相当する。）の数は、接合対象の集電束の数に応じて増やす必要があり、図示されるように、集電束の数に対応する数の集電部１２６が櫛歯状に形成され、結果、集電部１２６の数が増えるだけ、集電端子１２０〜１２３は重く且つ大型にならざるを得ない。即ち、図１０のグラフに示すように、図９の（ａ）〜（ｄ）に示す集電端子１２０〜１２３は、集電部１２６が増えるに従い、換言すれば、正負極集電体露出部の積層方向における分割数（即ち、集電束数）が増えるに従い、集電端子１２０〜１２３は比例的に重くなっていく。
これに対し、ここで開示される集電部材３２，６１，６２は、図５に示すように、スリット３２Ｃの数を調整することによって、集電部材３２，６１，６２全体の形状やサイズを変化させることなく、積層型電極体の正負極集電体露出部の積層方向における分割数（終電束の数） に容易に対応することができる。このため、正負極集電体露出部の積層方向における分割数（集電束数）が増加しても、集電部材の重量が増加することがない。逆に、分割数が増加することにより、スリット３２Ｃの数が増えるため、その分だけ正負極集電部材の重量が僅かではあるが軽くなることが、図１０のグラフから読み取れる。さらに、正負極集電体露出部の積層方向における分割数が増加しても、スリット数が増加するのみであり、正負極集電部材のサイズは変化しないため、正負極集電部材が大型化することもない。即ち、リチウムイオン二次電池の大型化を抑止することができる。

また、図４（ａ）（ｂ）に示すように、正負極集電部材３２，３６の接合プレート３２Ａ，３６Ａが正負極集電体露出部５２Ａ，５６Ａと重なる範囲は、当該接合プレート３２Ａ，３６Ａの厚みと実質同じといえる。
したがって、正負極集電体露出部をあまり大きくすることなく集電構造を構成することができる。即ち、図４（ａ）に示すように、正負極集電部材３２，３６と正負極集電体露出部５２Ａ，５６Ａとを接合するために必要な面積は、接合プレート３２Ａ，３６Ａの厚みに相当する大きさのみでよい。このため、図４（ａ）と図７の正負極集電体露出部を比較すれば明らかなように、比較的コンパクトなサイズの正負極集電体露出部５２Ａ，５６Ａを形成すればよいから、正負極活物質層の面積を長辺方向に広げることができる。これにより、電池容量を増加させることができる。

次に、積層型電極体の正（負）極集電体露出部をいくつかに分割して複数の集電束を形成する場合における好適な集電束数の決定方法について説明する。
上述した図２中の符号ＨおよびＷは、それぞれ、正極集電体の蓋体と直交する方向（即ち図中の縦方向）の辺長：Ｈ（ｍｍ）およびセパレータの蓋体と平行になる方向（即ち図中の横方向）の辺長：Ｗ（ｍｍ）を示している。
本発明者は、積層型電極体５０の幅広面の形状（具体的にはＨ／Ｗ比）および電極体５０の厚み（図２中のＤ：ｍｍ）を様々に変更したものを試験サンプルとし、位置ずれに対する耐性と、正負極集電体露出部の積層方向における分割数（即ち集電束数）との関係を調べた。具体的には、試験電極体に対して所定加速度の振動入力を与え集電束間に位置ずれが生じるか否かを調べた。図１１は、その結果を示すグラフである。
図１１から明らかなように、同じ電極体厚み（Ｄ：ｍｍ）であっても、Ｈ／Ｗ比が異なることにより、所定加速度の振動入力を付与したときの位置ずれを生じない集電体露出部の分割数（集電束数）が異なる。例えば、Ｈ／Ｗ比が０．２５である電極体では、電極体厚みが４０ｍｍ（５０ｍｍ）の場合、分割数（集電束数）を、６つ（８つ）以上にしないと、位置ずれが生じる。一方、Ｈ／Ｗ比が１である電極体では、電極体厚みが４０ｍｍ（５０ｍｍ）の場合、分割数（集電束数）を、３つ（５つ）以上にすればよい。

上記結果をベースに、位置ずれに対して耐性を示す一の集電束に属する区画された電極体積層部分の厚み（ｍｍ）とＨ／Ｗ比との関係についてプロットしたグラフを作成した。結果を図１２に示す。
図１２に示す結果から明らかなように、位置ずれに対して耐性を示す一の集電束に属する区画された電極体積層部分の厚みの最大値、即ち、区画電極体最大許容厚みＭ（ｍｍ）は、積層型電極体におけるＨ／Ｗ比との関係において相関があることが判った。即ち、図１２に示す結果より、以下の式（１）が導き出される。
Ｍ＝１８．７×Ｈ／Ｗ＋１．４ （１）
ここで、式中のＭは、区画電極体最大許容厚み（ｍｍ）であり、Ｈは、正極集電体の蓋体と直交する方向の辺長（ｍｍ）であり、Ｗは、セパレータの蓋体と平行になる方向の辺長（ｍｍ）である。
好ましくは、上記セパレータの蓋体と平行になる方向の辺長Ｗ（ｍｍ）は、上記正極活物質層および負極活物質層の同方向における何れか長い方の長さとほぼ等しい。

かかる式（１）に基づき、各集電束に属する区画された電極体積層部分の厚みが上記Ｍを上回らないようにすることにより、隣接する集電束に属する区画された電極体積層部分間の相対的な位置ずれ（シートずれ）が生じるのを抑制することができる。したがって、積層型電極体の機械的特性及び／又は電気的特性に悪影響を及ぼす矩形シート状の正負極およびセパレータの相対的な位置ずれが抑制され、且つ、高容量化およびハイレート充放電を良好に実現し得る集電構造（即ち、ここで開示される集電部材を備える集電構造）を備える角型二次電池を提供することができる。

上述のとおり、ここで開示されるリチウムイオン二次電池等の角型二次電池は、電池の高容量化およびハイレート充放電を良好に実現し得る集電構造を備える。このため、車両駆動用電源（車両搭載用二次電池）として好適に利用することができる。

１０，１００ 二次電池
１２ 電池ケース
１４ ケース本体
１６ 蓋体
１８ 負極端子
２０ 正極端子
３２ 正極集電部材
３２Ａ 接合プレート
３２Ｂ 接続部
３２Ｃ スリット
３２Ｄ 接続突部
３６ 負極集電部材
３６Ａ 接合プレート
５０，１５０ 電極体
５１ 正極シート
５２ 正極集電体
５２Ａ 正極集電体露出部
５５ 負極シート
５６ 負極集電体
５６Ａ 負極集電体露出部
６０ 溶接部分
６１，６２ 集電部材
７０ スプリッタ
７１ 保持部材
８０Ａ，１８０Ａ 正極集電束
８１，１８１ 収束部分
９０Ａ，１９０Ａ 負極集電束
９１，１９１ 収束部分
１２０，１２１，１２２，１２３ 集電端子
１２６ 集電部

Claims (2)

1. 一対の幅広面を有し、該幅広面に隣接する側面の一つに開口部が形成されている有底直方体状のケース本体と、該開口部を塞ぐ矩形プレート状の蓋体とから構成される角型の電池ケースと、
   正極集電体と該正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、負極集電体と該負極集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極と、がセパレータを間に介在させつつ交互に積層された構造であり且つ幅広面が矩形状である電極体と、
   外部接続用の正極端子および負極端子とそれぞれ電気的に接続されるとともに前記電極体の正極および負極とそれぞれ接続された正極集電部材および負極集電部材と、
   を備える角型二次電池であって、
   前記積層された正極それぞれの前記蓋体と平行になる方向の一方の端部には、前記正極活物質層を有しない正極集電体露出部が前記蓋体と直交する方向に沿って形成されており、
   前記積層された負極それぞれの前記蓋体と平行になる方向の一方の端部には、前記負極活物質層を有しない負極集電体露出部が前記蓋体と直交する方向に沿って形成されており、
   前記蓋体と平行になる方向の一方の端部に前記正極集電体露出部が積層され、且つ、該方向の他方の端部に前記負極集電体露出部が積層されており、
   前記積層された正極集電体露出部および負極集電体露出部の少なくとも一方は、該積層方向に２つ以上に分割されて束ねられた複数の集電束を構成しており、
   該複数の集電束のそれぞれは、同じ極側の前記集電部材と接合されており、
   ここで、該集電部材は、接合プレートを備えており、該接合プレートには、前記正負極の積層方向と直交し且つ前記蓋体と直交する方向に沿う複数のスリットを有しており、
   前記複数のスリットのそれぞれに、前記複数の集電束のそれぞれが挿入され接合されていることを特徴とする、角型二次電池。
2. 前記電極体は、矩形シート状の正極集電体と該集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、矩形シート状の負極集電体と該集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極とが、矩形シート状のセパレータを間に介在させつつ交互に積層された構造の積層型電極体であり、
   前記正負極側それぞれの集電束の数は、各集電束に属する区画された電極体積層部分の厚みが、いずれも以下の式（１）で求められる区画電極体最大許容厚みＭ（ｍｍ）：
   Ｍ＝１８．７×Ｈ／Ｗ＋１．４ （１）
   （式中のＨは、前記正極集電体の前記蓋体と直交する方向の辺長（ｍｍ）であり、
   Ｗは、前記セパレータの前記蓋体と平行になる方向の辺長（ｍｍ）である。）
   を超えないように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の角型二次電池。
   

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