JP2018125239A - 角型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】積層型電極体を備えた二次電池であって、車両搭載時においても良好な構造安定性を有し且つハイレート充放電特性に優れ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は、積層型電極体を備え、正負極集電体の露出部は、それぞれ、該電極体の積層方向に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、ここで、該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、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。）を超えないように設定されている。【選択図】図８

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。）を備えた角型二次電池が挙げられる。
積層型電極体は、単位容積当たりの電池容量が比較的大きいため、高容量、高出力が望まれる車両駆動用電源として好適であり、積層する正負極シート数の増減によって、電池サイズ或いは電池容量の調整を容易に行うことができる。例えば、特許文献１には、矩形シート状のセパレータを間に介在させつつ同じく矩形シート状の正極シートおよび負極シートを交互に積層した幅広面が矩形状であり所定の厚みを有する積層型電極体を備えたラミネートフィルム封止タイプの二次電池の一例が開示されている。

また、積層型電極体を採用した二次電池における上記ラミネートフィルム封止タイプとは異なる他の一形態として、典型的には金属製である角型（箱型）の電池ケース内に積層型電極体を収容し、当該ケースの開口部を溶接等によって封止し密閉した構造の角型二次電池が挙げられる。かかる構成の二次電池は、当該電極体が角型電池ケース内に収容されていることから、上記ラミネートフィルム封止タイプと比較して、電池自体が外部からの衝撃に強い物理的強度を有しており、保安上の観点から好ましい形態の電池といえる。
また、使用する角型（箱形）電池ケースのサイズや容量を変更することによって、収容する電極体のサイズや容量も容易に変更することができる。このため、高容量の二次電池を容易に提供することができる。例えば、特許文献２には、この種の角型（箱形）電池ケースに幅広面が矩形状である積層型電極体を収容してなる密閉構造の二次電池が記載されている。

特開２０１５−１１５２６８号公報 特開２０１５−２１０９２２号公報

積層型電極体を角型電池ケースに収容した構成の角型二次電池では、上記ラミネートフィルム封止タイプの電池と比較して、当該ケース内における積層型電極体自体の構造安定性をより向上させる工夫が必要である。即ち、積層型電極体は、セパレータを間に介在させつつ正極シートと負極シートとが交互に積層する構造であるため、金属製その他の硬い材質および形状の電池ケース内における構造安定性は比較的低い。このため、車両駆動用電源として好適なハイレート充放電を長期にわたって維持するには、電池ケース内で当該積層型電極体の構造が安定的に保持されていることが重要である。
特に、積層された正負極シート間において位置ずれを生じさせないため、積層型電極体の積層方向における正負極シートとセパレータとの間で高い保持力を実現する必要がある。例えば、上述の特許文献２に開示される電極体では、積層された正負極シート間において位置ずれを生じさせないため、積層型電極体の積層面（積層型電極体における正負極シート積層方向の側面をいう。以下同じ。）をわたるようにして一方の幅広面（正負極シートの形状に対応する積層型電極体の積層方向の両端のいずれか一方の外表面をいう。以下同じ。）から他方の幅広面にかけて保持テープが貼り付けられている。
さらには、特許文献１や特許文献２に記載されるような態様の積層型電極体の集電構造（具体的には、電極体の周縁の一部から張り出された集電タップ構造）は、振動をともなう走行時に比較的大電流で急速なハイレート充放電を行う必要のある車両駆動用電源として十分とはいえず、かかる集電構造にも改良の余地がある。
本発明は、積層型電極体を備える二次電池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、特に車両駆動用電源（車両搭載用二次電池）として適する、高容量化を実現し得る積層型電極体を備えた角型二次電池であって、車両搭載時においても良好な構造安定性を有し、且つ、ハイレート充放電特性に優れる集電構造を有す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、
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と、を備えた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は、
前記ケースの内部には、外部接続端子と電気的に接続された正極集電端子および負極集電端子がそれぞれ設けられており、
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は、それぞれ、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、且つ、該複数の集電束のそれぞれは、個々別々に同じ極側の前記集電端子と接合されている。
そして、ここで開示される角型二次電池では、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。
なお、本明細書において上記の「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が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、具体的には蓋体と平行な方向を横および直交する方向を縦としたときの積層型電極体の幅広面が縦長の矩形状であるときと横長の矩形状であるとき）によっても相違することを新たに見出した。

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、隣接する集電束にそれぞれ属する区画電極体積層部分間における好ましくない位置ずれを効果的に抑制し得ることを見出し、本発明を創出するに至った。
即ち、ここで開示される角型二次電池によると、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しかねない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及び／又はセパレータの相対的な位置ずれが抑制され、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。

ここで開示される角型二次電池の好適な一態様は、
前記正極集電端子および負極集電端子には、同じ極側の前記複数の集電束のそれぞれを個々別々に接合するための集電部が、該複数の集電束と同数、相互に間隔をあけて設けられていることを特徴とする。
このように、複数の集電束と同数の集電部が相互に間隔をあけて設けられている正極集電端子および負極集電端子を使用することにより、隣接する各集電束が相互に障害にならずに効果的に集電を行うことができる。したがって、効率の良い集電（導電）経路が容易に形成され、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。

一実施形態に係る密閉構造の角型二次電池（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に示す角型二次電池に備えられる積層型電極体の構成を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る集電構造を模式的に説明する図である。 一実施形態に係る積層型電極体の正負極側それぞれの複数の集電束を模式的に説明する断面図である。 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複数の集電束を模式的に説明する図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、相互に集電部（集電プレート）の数が異なる集電端子の例を示す斜視図である。 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。 （ａ）および（ｂ）は、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）および（ｃ）は、相互にスリット数が異なる集電端子の例を示す斜視図である。 図１０（ａ）に示す集電端子を用いて構築した集電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。

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、積層型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角型二次電池である。
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端子である負極端子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（図示せず）が形成されている。
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、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、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０における集電構造について説明する。
図３に示すように、電池ケース１２内に収容された積層型電極体５０の正極集電体露出部５２Ａおよび負極集電体露出部５６Ａには、それぞれ、正極集電端子３２および負極集電端子３６の集電部（集電プレート）３３，３７が溶接（符号Ｓは溶接部分を指す。）によって接合されている。正極集電端子３２および負極集電端子３６は、さらに蓋体１６に設けられた正極端子２０および負極端子１８とそれぞれ電気的に接続している。かかる正極集電端子３２および負極集電端子３６を介する集電構造により、積層型電極体５０と正極端子２０および負極端子１８とをつなぐ電気的経路が構成されている。

図４に示すように、積層型電極体５０は、正極シート５１、負極シート５５およびセパレータ５８を所望するセット数だけ積層することにより構築される。本実施形態では、リチウムイオン二次電池の特性を考慮し、積層方向の両端がいずれも負極シート５５Ａ，５５Ｚとなるように、正極シート５１よりも負極シート５５の方が１枚多く積層される。また、電池ケース１２内での絶縁性をより高めるべく、積層方向の一方の端にある負極シート５５Ａの外表面側にさらにセパレータ５８を配置し、同様に、他方の端にある負極シート５５Ｚの外表面側にもさらにセパレータ５８を配置している。或いはまた、かかる最外表面のセパレータ５８に代えて、絶縁性合成樹脂（例えばポリオレフィン）製のフィルム（図示せず）を、積層型電極体５０とケース１２の内壁との間に配置してもよい。
また、セパレータ５８の材質は特に限定されず、従来からこの種の角型二次電池（リチウムイオン二次電池）において多用されている材質のものを使用することができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン製の多孔質シートからなるセパレータが挙げられる。

図４に示すように、本実施形態に係る積層型電極体５０の集電構造では、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つ以上に分割されて束ねられた複数の集電束８０，９０を構成している。なお、図４では、集電構造をシンプルにして分かり易く説明するために正負極側それぞれ２つの集電束８０，９０であるが、これに限られず、より多くの分割数とすることができる。例えば、図５に示す積層型電極体５０では、正極側が３つの集電束８０および負極側が４つの集電束９０に分割されているが、このように正負極側それぞれの分割数は一致させる必要はなく、相互に異なっていてもよい。
なお、図４に示すように、本実施形態に係る積層型電極体５０では、積層方向の一方の端にある負極シート５５Ａと該積層方向の他方の端にある負極シート５５Ｚとの間に存在する正負極間セパレータ５８のいずれもが、正極集電束８０のいずれか、及び／又は、負極集電束９０のいずれかに内包された状態で配置されている。このため、図４中の縦向き矢印で示すように、積層方向の両端の集電体露出部５２Ａ，５６Ａ、即ち当該集電束８０，９０の外表面を構成する２つの集電体露出部５２Ａ，５６Ａに挟まれた状態の正負極シート５１，５５およびセパレータ５８には、当該集電束８０，９０の形成のために複数の集電体（露出部）を束ねることによって生じる応力として正負極積層方向に圧力を生じさせる。かかる圧力は、当該集電束の内部に積層する正負極シート５１，５５およびセパレータ５８の保持力を高め、当該集電束の内部に積層する正負極およびセパレータの積層方向に対する横方向への位置ずれを抑制することができる。

本実施形態に係る正極集電端子３２および負極集電端子３６は、複数の集電束８０，９０のそれぞれを個々別々に接合するための集電部（集電プレート）３３，３７が集電束と同数、相互に間隔をあけて設けられている。好適な一形態を図６に示す。なお、図６には、正負極用集電端子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃの好適例を示している。正極集電端子および負極集電端子のいずれにも使用することができる。
図６の（ａ）〜（ｃ）に示す集電端子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、対応する各集電束８０，９０の外表面を構成する正負極集電体露出部５２Ａ，５６Ａの一部と溶接により接合される。具体的には、本実施形態に係る集電端子３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、大まかにいって、蓋体１６のケース内面側に配置される接続部３４と、蓋体１６のケース外面側に配置される外部接続端子である上記正極端子２０と接続（嵌合）される接続突起３５と、対応する集電束８０，９０の収束された先端部分（以下「収束部分８１，９１」という。）の外表面に配置され、当該集電束８０，９０の収束部分８１，９１の外表面の一部と溶接により接合されるプレート状の集電部（集電プレート）３３とを備えている。そして、集電部３３は、好ましくは等間隔に、相互に間隔をあけて必要な数、即ち、対応する集電束と同数だけ設けられている。図示されるように、複数設けられた集電部３３は、いずれも接続部３４とつながっている。
かかる構成により、集電束８０，９０の数に限定なく、一つの正極（負極）集電端子によって、当該正極（負極）側の集電構造を形成することができる。また、隣接する各集電束が相互に障害にならずに効果的に集電を行うことができる。

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詳細に調べた。図７は、その結果を示すグラフである。

図７に示す結果から明らかなように、幅広面が矩形状の積層型電極体に関し、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、位置ずれが生じ得ることが判る。
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）以上にすればよいことが判る。

次に、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８に示す。
図８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８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。
なお、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。これにより、上記式（１）におけるＷを、正極活物質層および負極活物質層のうちの蓋体と平行になる方向のいずれか長い方の辺長（Ｗ’：ｍｍ）と置き換えることもできる。

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。
なお、各集電束に属する区画された電極体積層部分の厚みは、上記Ｍ値を上回らない限りにおいて、均等である必要はない。この場合、好ましくは、図９(ａ)（ｂ）に示す電極体のように、区画電極体積層部分の厚みが相対的に薄い正負極集電束８０，９０が存在する場合は、それらを積層方向の外側に配置する方がより高い位置ずれ耐性を発揮し得るため、好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、かかる説明した形態に本発明の技術思想は限定されない。例えば、上記式（１）の利用によって、好適な区画電極体積層部分の厚みとなるように分割して集電束数を決定すればよく、セパレータ（好適にはポリオレフィン製多孔質シート）の表面に接着材を付与した接着材付きセパレータを使用してもよい。かかる接着材を有することにより、積層する正極シートおよび負極シートの少なくともいずれか一方（または両方）との接着力をより増大させることができる。

また、使用する正負極集電端子は、上述したプレート状の集電部を備えるものに限定されない。以下、正負極集電端子のさらに好適な一実施形態として、集電束の収束部分を挿入し溶接可能とするスリットを集電部として複数備える正負極集電端子について図面を参照しつつ説明する。

図１０に示す本実施形態に係る正負極用の集電端子６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃは、大まかにいって、蓋体１６のケース内面側に配置される接続部６３と、蓋体１６のケース外面側に配置される外部接続端子である上記正負極端子２０，１８と接続（嵌合）される接続突起６５と、対応する集電束８０，９０の収束部分８１，９１と溶接により接合されるスリット６４が形成された接合プレート６２とを備えている。
かかるスリット６４が本実施形態に係る集電部に相当する。即ち、図１０の（ａ）〜（ｃ）に示すように、対応する集電束８０，９０の数に対応する数（ここでは６つ、４つ、３つ）のスリット６４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６４が形成された接合プレート６２は、櫛歯状に形成されている。各スリット６４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６４の開口幅は、収束部分８１，９１を挿入するために当該収束部分８１，９１の厚み以上の幅にそれぞれ形成されている。
そして、各スリット６４に対応する集電束８０，９０の各収束部分８１，９１を挿入する。このとき、各収束部分８１，９１の先端が各スリット６４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。そして、各収束部分８１，９１の先端部分と接合プレート６２（具体的には、スリット６４の周縁部分）とを超音波溶接等により溶接し、各収束部分８１，９１と集電端子６１Ａとを接合する。即ち、正負極それぞれ、各収束部分８１，９１と集電端子６１Ａとを電気的に接続する。

以上に説明した実施形態では、複数のスリット（例えば図１０に示すように、６つ、４つまたは３つ）が１つの接合プレート６２に形成されているので、集電束８０，９０の数に限定なく、一つの正極（負極）集電端子によって、当該正極（負極）側の集電構造を形成することができる。また、隣接する各集電束が相互に障害にならずに効果的に集電を行うことができる。
さらに上述の図９に示すような集電束数や収束部分の間隔が正負極間で相互に異なる場合でも、対応する数のスリットを所定の間隔で有する集電端子を使用することで、当該集電端子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。 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端子および負極集電端子は、スリットの数を調整することによって、集電端子全体の形状やサイズを変化（例えば大型化）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、正負極集電端子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、正負極集電端子の重量が軽くなるともいえる。したがって、角型二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）の大型化、重量増大を抑止することができる。

また、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、正負極集電端子６１Ａの接合プレート６２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６２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１１（ａ）に示すように、正負極集電端子６１Ａ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６２の厚みに相当する大きさのみでよい。このため、比較的コンパクトなサイズの正負極集電体露出部５２Ａ，５６Ａ（ひいては集電束）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。

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 リチウムイオン二次電池
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
３２，３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ 正極集電端子
３３ 集電部
３４ 接続部
３５ 接続突部
３６ 負極集電端子
３７ 集電部
５０ 積層型電極体
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
５８ セパレータ
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ 集電端子
６２ 接合プレート
６３ 接続部
６４ スリット（集電部）
６５ 接続突部
８０ 正極集電束
８１ 収束部分
９０ 負極集電束
９１ 収束部分
Ｓ 溶接部分

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、
   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と、
   を備えた角型二次電池であって、
   前記ケースの内部には、外部接続端子と電気的に接続された正極集電端子および負極集電端子がそれぞれ設けられており、
   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は、それぞれ、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、且つ、該複数の集電束のそれぞれは、個々別々に同じ極側の前記集電端子と接合されており、
   ここで、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、角型二次電池。
2. 前記正極集電端子および負極集電端子には、同じ極側の前記複数の集電束のそれぞれを個々別々に接合するための集電部が、該複数の集電束と同数、相互に間隔をあけて設けら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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