JP2019009015A - 角形二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い体積エネルギー密度を有し、信頼性の高い角形二次電池を提供する。【解決手段】角形外装体１と封口板２からなる電池ケース１００内には、正極板と負極板を含む電極体３が収容される。電極体３の封口板２側には、複数の正極タブからなる第１正極タブ群４０ａと、複数の正極タブからなる第２正極タブ群４０ｂが配置され、封口板２の長手方向において、第１正極タブ群４０ａと第２正極タブ群４０ｂがずらして配置され、第１正極タブ群４０ａと第２正極タブ群４０ｂはそれぞれ、正極集電体６において異なる位置に接続されている。【選択図】図８

Description

本発明は角形二次電池に関する。
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、開口を有する有底角筒状の角形外装体と、そ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納される。封口板には正極端子及び負極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。
正極板は、金属製の正極芯体と、正極芯体表面に形成された正極活物質合剤層を含む。正極芯体の一部には正極活物質合剤層が形成されない正極芯体露出部が形成される。そして、この正極芯体露出部に正極集電体が接続される。また、負極板は金属製の負極芯体と、負極芯体表面に形成された負極活物質合剤層を含む。負極芯体の一部には負極活物質合剤層が形成されない負極芯体露出部が形成される。そして、この負極芯体露出部に負極集電体が接続される。
例えば特許文献１においては、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有する巻回電極体を用いた角形二次電池が提案されている。また、特許文献２においては、一方の端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部が設けられた電極体を用いた角形二次電池が提案されている。
特開２００９−０３２６４０号公報 特開２００８−２２６６２５号公報
車載用二次電池、特にＥＶやＰＨＥＶ等に用いられる二次電池に関しては、より体積エネルギー密度が高く、より電池容量の大きな二次電池の開発が求められる。上記特許文献１に開示されている角形二次電池の場合、電池ケース内には、巻回された正極芯体露出部及び巻回された負極芯体露出部が配置される左右のスペース、及び封口板と巻回電極体の間の上部のスペースが必要であり、二次電池の体積エネルギー密度を増加させることが困難である原因となっている。
これに対し、上記特許文献２に開示されている角形二次電池のように、一方の端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部が設けられた電極体を用いると、体積エネルギー密度の高い角形二次電池が得られ易くなる。
本発明の一つの目的は、高い体積エネルギー密度を有し、より信頼性の高い角形二次電池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、開口を有する角形外装体と、前記開口を封口する封口板と、前記角形外装体内に配置された正極板及び負極板を含む電極体と、前記正極板又は前記負極板に接続されたタブと、前記タブに接続された集電体と、前記集電体に電気的に接続され、前記封口板から電池外部側に突出する端子と、を備えた角形二次電池であって、前記電極体には、複数の前記タブからなる第１タブ群と、複数の前記タブからなる第２タブ群が接続されており、前記第１タブ群及び前記第２タブ群は前記封口板と前記電極体の間に配置され、前記封口板の長手方向において、前記第１タブ群と前記第２タブ群がずらして配置され、前記第１タブ群と前記第２タブ群は、前記集電体における異なる位置に接続されている。
本発明の一様態の角形二次電池では、第１タブ群及び第２タブ群が封口板と電極体の間に配置される。よって、より体積エネルギー密度が高い角形二次電池となりやすい構成となる。さらに、第１タブ群と第２タブ群がずらして配置され、第１タブ群と第２タブ群がそれぞれ別の位置に接続される。このため、一度に接続されるタブの積層数を低減できるため、タブ群と集電体の接続部をより安定的に強固にすることができる。よって、信頼性の高い角形二次電池となる。
前記電極体は、第１の電極体要素と、第２の電極体要素を含み、前記第１タブ群は前記第１の電極体要素に接続され、前記第２タブ群は前記第２の電極体要素に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、第１タブ群と第２タブ群をそれぞれ束ねやすい。
前記第１の電極体要素及び前記第２の電極体要素は、それぞれ帯状の正極板と帯状の負極板を帯状のセパレータを介して巻回した巻回型の電極体要素であることが好ましい。このような構成であると、第１タブ群と第２タブ群をそれぞれ束ねやすい。
前記タブは前記負極板に接続された負極タブであり、前記第１の電極体要素において、前記第１の電極体要素の厚み方向における前記負極板の積層数よりも、前記第１タブ群に含まれる前記負極タブの積層数が少ないことが好ましい。このような構成であると、負極タブ群と負極集電体の接続部をより安定的に強固にすることができる。
前記電極体は、第３タブ群が接続された巻回型の第３の電極体要素と、第４タブ群が接続された巻回型の第４の電極体要素をさらに含み、前記第３タブ群は前記第１タブ群に重ねられて前記集電体に接続され、前記第４タブ群は前記第２タブ群に重ねられて前記集電体に接続されることが好ましい。このような構成であると、電極体要素がそれぞれ巻回型のものであるとき、電池ケース内のスペースをより有効に使用でき、より体積エネルギー密度の角形二次電池となる。
前記集電体において、前記端子に接続された部分と前記第１タブ群に接続された部分の間、及び前記端子に接続された部分と前記第２タブ群に接続された部分の間に、それぞれヒューズ部が形成されることが好ましい。
前記端子は、フランジ部と、前記フランジ部に設けられた挿入部を有し、前記フランジ部は前記封口板よりも前記電極体側に配置され、前記挿入部は前記封口板の端子取り付け孔を貫通し、前記封口板よりも電池外部側でカシメられ、前記フランジ部の前記電極体側の面に前記集電体が接続されることが好ましい。
前記集電体は、ベース部と、前記ベース部の端部から折り返されたタブ接続部を有し、前記ベース部と前記端子が接続され、前記タブ接続部と前記タブが接続されることが好ましい。
本発明によれば、より高い体積エネルギー密度を有し、より信頼性の高い角形二次電池を提供できる。
実施形態に係る角形二次電池の斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 実施形態に係る正極板の平面図である。 実施形態に係る負極板の平面図である。 実施形態に係る電極体要素の平面図である。 各部品を取り付けた後の封口板の電極体側の面を示す図である。 実施形態に係る電極体のタブ群が配置された側の面を示す図である。 電極体を取り付けた後の封口板の電極体側の面を示す図である。 図１におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った正極端子近傍の断面図である。 変形例１に係る角形二次電池の正極集電体及び正極タブ群を示す図である。 変形例１に係る角形二次電池の図９に対応する図である。 変形例１に係る角形二次電池の正極集電体及び正極タブ群を示す図である。 変形例２に係る角形二次電池の正極集電体及び正極タブ群を示す図である。 図１４Ａは短絡機構を備えた角形二次電池における負極端子近傍の構造を示す図である。図１４Ｂは短絡機構を備えた角形二次電池における正極端子近傍の構造を示す図である。 変形例３に係る角形二次電池の電極体を取り付けた後の封口板の電極体側の面を示す図である。 絶縁シートの展開図である。
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、開口を有する有底角筒状の角形外装体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１００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、正極板と負極板を含む電極体３が電解液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１６が配置されている。
電極体３の封口板２側の端部には、第１正極タブ群４０ａ、第２正極タブ群４０ｂ、第１負極タブ群５０ａ及び第２負極タブ群５０ｂが設けられている。第１正極タブ群４０ａ及び第２正極タブ群４０ｂは正極集電体６を介して正極端子７に電気的に接続されている。正極端子７は封口板２を貫通して、封口板２の外面側に配置される正極外部導電部材８に接続されている。第１負極タブ群５０ａ及び第２負極タブ群５０ｂは負極集電体９を介して負極端子１０に電気的に接続されている。負極端子１０は封口板２を貫通して、封口板２の外面側に配置される負極外部導電部材１１に接続されている。
正極端子７のフランジ部７ａは、封口板２よりも電極体３側に配置される。正極端子７の挿入部７ｂが、電極体３側から封口板２に設けられた正極端子取り付け孔２ａ及び正極外部導電部材８の貫通孔に挿入され、挿入部７ｂの先端側が正極外部導電部材８上にカシメられている。正極端子７においてカシメられた部分はカシメ部７ｃとなっている。負極端子１０のフランジ部１０ａは、封口板２よりも電極体３側に配置される。負極端子１０
の挿入部１０ｂが、電極体３側から封口板２に設けられた負極端子取り付け孔２ｂ及び負極外部導電部材１１の貫通孔に挿入され、挿入部１０ｂの先端側が負極外部導電部材１１上にカシメられている。負極端子１０においてカシメられた部分はカシメ部１０ｃとなっている。封口板２と正極端子７の間には、樹脂製の内部側絶縁部材１２が配置されている。封口板２と正極外部導電部材８の間には、樹脂製の外部側絶縁部材１３が配置されている。封口板２と負極端子１０の間には、樹脂製の内部側絶縁部材１４が配置されている。封口板２と負極外部導電部材１１の間には、樹脂製の外部側絶縁部材１５が配置されている。
正極集電体６、正極端子７及び正極外部導電部材８は、それぞれ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より好ましい。
負極集電体９、負極端子１０及び負極外部導電部材１１は、それぞれ金属製であることが好ましい。負極集電体９は銅又は銅合金製であることが好ましい。また、負極集電体９の表面にニッケル層を設けるができる。負極端子１０は、銅、銅合金、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。また、負極端子１０の表面にニッケル層を設けるができる。負極外部導電部材１１は、銅、銅合金、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。また、負極外部導電部材１１の表面にニッケル層を設けるができる。
なお、負極端子１０を少なくとも２種の金属からなるものとし、電池内部側の部分を銅又は銅合金製とし、電池外部側の部分をアルミニウム又はアルミニウム合金製とすることが特に好ましい。そして、負極端子１０においてアルミニウム又はアルミニウム合金製の部分にアルミニウム又はアルミニウム合金製の負極外部導電部材１１を接続することが好ましい。また、負極端子１０において銅又は銅合金製の部分に銅又は銅合金製の負極集電体９を接続することが好ましい。
封口板２には注液孔１７が設けられており、注液孔１７から電池ケース１００内に電解液を注液した後、封止栓１８により封止される。
封口板２には電池ケース１００内の圧力が所定値以上となった際に破断し、電池ケース１００内のガスを電池ケース１００外に排出するガス排出弁１９が設けられている。
次に角形二次電池２０の製造方法について説明する。
[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）を含む正極スラリーを作製する。この正極スラリーを、正極芯体としての厚さ１５μｍの帯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、正極スラリー中のＮＭＰを取り除き、正極芯体上に正極活物質合剤層を形成する。その後、正極活物質合剤層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた正極板を所定の形状に切断する。
図３は、上述の方法で作製した正極板４の平面図である。図３に示すように、正極板４は、帯状の正極芯体の両面に正極活物質合剤層４ａが形成された本体部を有する。正極板４の幅方向の端部には、間隔をおいて複数の正極タブ４ｂが設けられている。正極タブ４ｂは、正極芯体の一部とすることが好ましい。
正極タブ４ｂの根元近傍の正極芯体上に正極保護層４ｃを設けることが好ましい。正極
保護層４ｃは正極活物質合剤層４ａよりも電気伝導性が低い層である。正極保護層４ｃは、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミック粒子、及びバインダーを含むことが好ましい。また、正極保護層４ｃは、炭素材料等の導電性粒子を含むこともできる。
[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）、及び水を含む負極スラリーを作製する。この負極スラリーを、負極芯体としての厚さ８μｍの帯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、負極スラリー中の水を取り除き、負芯体上に負極活物質合剤層を形成する。その後、負極活物質合剤層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた負極板を所定の形状に切断する。
図４は、上述の方法で作製した負極板５の平面図である。図４に示すように、負極板５は、帯状の負極芯体の両面に負極活物質合剤層５ａが形成された本体部を有する。負極板５の幅方向の端部には、間隔をおいて複数の負極タブ５ｂが設けられている。負極タブ５ｂは、負極芯体の一部とすることが好ましい。
[電極体要素の作製]
上述の方法で作製した正極板４と負極板５をポリオレフィン製の帯状のセパレータを介して巻回し電極体要素を作製する。図５Ａは、巻回型の第１の電極体要素３ａ及び巻回型の第３の電極体要素３ｃの平面図である。図５Ｂは、巻回型の第２の電極体要素３ｂ及び巻回型の第４の電極体要素３ｄの平面図である。第１の電極体要素３ａは一つの端部に複数の正極タブ４ｂからなる第１正極タブ群４０ａと複数の負極タブ５ｂからなる第１負極タブ群５０ａとを有する。第２の電極体要素３ｂは一つの端部に複数の正極タブ４ｂからなる第２正極タブ群４０ｂと複数の負極タブ５ｂからなる第２負極タブ群５０ｂとを有する。なお、各電極体要素に用いる各正極板及び各負極板において、それぞれ正極タブ及び負極タブを形成する位置を変えることにより、各電極体要素における正極タブ群及び負極タブ群の位置を変えることができる。
[封口体の組立て]
図２及び図６を用いて、封口板２への正極端子７、正極外部導電部材８、負極端子１０及び負極外部導電部材１１の取り付け方法を説明する。封口板２における正極端子取り付け孔２ａの周囲の外面側に外部側絶縁部材１３及び正極外部導電部材８を配置し、正極端子取り付け孔２ａの周囲の内面側に内部側絶縁部材１２を配置する。次に、正極端子７の挿入部７ｂを、内部側絶縁部材１２の貫通孔、封口板２の正極端子取り付け孔２ａ、外部側絶縁部材１３の貫通孔及び正極外部導電部材８の貫通孔に挿入する。そして、挿入部７ｂの先端側を正極外部導電部材８上にカシメる。これにより、正極端子７、内部側絶縁部材１２、外部側絶縁部材１３及び正極外部導電部材８が封口板２に取り付けられる。なお、正極端子７のカシメ部７ｃと正極外部導電部材８とを、レーザ溶接等により溶接接続することが好ましい。
封口板２における負極端子取り付け孔２ｂの周囲の外面側に外部側絶縁部材１５及び負極外部導電部材１１を配置し、負極端子取り付け孔２ｂの周囲の内面側に内部側絶縁部材１４を配置する。次に、負極端子１０の挿入部１０ｂを、内部側絶縁部材１４の貫通孔、封口板２の負極端子取り付け孔２ｂ、外部側絶縁部材１５の貫通孔及び負極外部導電部材１１の貫通孔に挿入する。そして、挿入部１０ｂの先端側を負極外部導電部材１１上にカシメる。これにより、負極端子１０、内部側絶縁部材１４、外部側絶縁部材１５及び負極外部導電部材１１が封口板２に取り付けられる。なお、負極端子１０のカシメ部１０ｃと負極外部導電部材１１とを、レーザ溶接等により溶接接続することが好ましい。
[電極体]
図７は、電極体３のタブ群が配置された側の面を示す図である。電極体３は、第１の電極体要素３ａ、第２の電極体要素３ｂ、第３の電極体要素３ｃ及び第４の電極体要素３ｄを積層したものである。なお、積層された各電極体要素は高いに固定されなくてもよい。但し、接着層やテープ等により互いに固定してもよい。
第１の電極体要素３ａでは、第１の電極体要素３ａの厚み方向において、第１の電極体要素３ａの第１巻回中央部３ａ１よりも一方側（図７では上方側）に第１正極タブ群４０ａと第１負極タブ群５０ａが形成されている。第２の電極体要素３ｂでは、第２の電極体要素３ｂの厚み方向において、第２の電極体要素３ｂの第２巻回中央部３ｂ１よりも他方側（図７では下方側）に第２正極タブ群４０ｂと第２負極タブ群５０ｂが形成されている。第３の電極体要素３ｃでは、第３の電極体要素３ｃの厚み方向において、第３の電極体要素３ｃの第３巻回中央部３ｃ１よりも他方側（図７では下方側）に第３正極タブ群４０ｃと第３負極タブ群５０ｃが形成されている。第４の電極体要素３ｄでは、第４の電極体要素３ｄの厚み方向において、第４の電極体要素３ｄの第４巻回中央部３ｄ１よりも一方側（図７では上方側）に第４正極タブ群４０ｄと第４負極タブ群５０ｄが形成されている。
電極体３では、第１正極タブ群４０ａと第３正極タブ群４０ｃ、第２正極タブ群４０ｂと第４正極タブ群４０ｄ、第１負極タブ群５０ａと第３負極タブ群５０ｃ、第２負極タブ群５０ｂと第４負極タブ群５０ｄがそれぞれ近接した位置に配置されている。
なお、一つの電極体要素において、正極タブ群と負極タブ群の間の距離を大きく設けることが好ましい。したがって、第１の電極体要素３ａと第２の電極体要素３ｂにおいては、第１正極タブ群４０ａ及び第１負極タブ群５０ａが、それぞれ、第２正極タブ群４０ｂ及び第２負極タブ群５０ｂに対して、同じ方向（図７においては左側）にずれて形成されている。
巻回型の電極体要素において、巻回中央部よりも一方側にのみ正極タブ群及び負極タブ群が形成されていると、集電体に接続されるタブ群の積層数を少なくすることができる。よって、より容易且つ確実にタブ群を集電体に溶接接続できる。なお、電極体要素の厚み方向において、正極板の積層数よりも正極タブの数を少なくすることが好ましい。また、正極板の積層数に対する正極タブの数の割合が、０．６以下であることが好ましく、０．５以下であることがより好ましい。負極側についても同様である。
[タブ群と集電体の接続]
図８に示すように、第１の電極体要素３ａの第１正極タブ群４０ａと第３の電極体要素３ｃの第３正極タブ群４０ｃを束ねて正極集電体６に溶接接続する。また、第２の電極体要素３ｂの第２正極タブ群４０ｂと第４の電極体要素３ｄの第４正極タブ群４０ｄを束ねて正極集電体６に溶接接続する。これにより、接続部３０が形成される。第１の電極体要素３ａの第１負極タブ群５０ａと第３の電極体要素３ｃの第３負極タブ群５０ｃを束ねて負極集電体９に溶接接続する。第２の電極体要素３ｂの第２負極タブ群５０ｂと第４の電極体要素３ｄの第４負極タブ群５０ｄを束ねて負極集電体９に溶接接続する。これにより、接続部３１が形成される。なお、溶接接続は、超音波溶接又は抵抗溶接で行われることが好ましい。
[端子と集電体の接続]
図８に示すように、正極端子７のフランジ部７ａに正極集電体６を溶接接続する。これにより、接続部３２が形成される。また、負極端子１０のフランジ部１０ａに負極集電体９を溶接接続する。これにより、接続部３３が形成される。なお、溶接接続は、レーザ溶
接等のエネルギー線の照射による溶接が好ましい。また、接続部３２及び接続部３３は、それぞれ複数個所に設けられることが好ましい。但し、接続部３２及び接続部３３はそれぞれ１箇所でもよい。
次に、正極集電体６及び負極集電体９を曲げ加工する。これにより、正極集電体６及び負極集電体９が折り返されて、正極タブ群及び負極タブ群が湾曲した状態となる。
なお、正極端子７に正極集電体６を接続した後、正極集電体６に正極タブ群を接続することもできる。負極端子１０に負極集電体９を接続した後、負極集電体９に負極タブ群を接続することもできる。このとき、折り曲げ加工された正極集電体６及び負極集電体９を正極端子７及び負極集電体９に接続することもできる。
電極体３を、樹脂シートを折り曲げて箱状とした絶縁シート１６内に配置する。そして、絶縁シート１６で包まれた電極体３を角形外装体１内に挿入する。その後、封口板２の外周部を角形外装体１に溶接接続し、角形外装体１の開口を封口する。
図９は、図１におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った正極端子７の近傍の断面図である。角形二次電池２０においては、電極体３の封口板２側に正極タブ群と負極タブ群が配置されている。よって、電池ケース１００内において、電極体３が占めるスペースをより大きくすることができ、体積エネルギー密度が高い角形二次電池となる。
また、角形二次電池２０においては、第１正極タブ群４０ａ及び第３正極タブ群４０ｃと、第２正極タブ群４０ｂ及び第４正極タブ群４０ｄが、封口板２の長手方向において、ずらして配置されている。そして、第１正極タブ群４０ａ及び第３正極タブ群４０ｃと、第２正極タブ群４０ｂ及び第４正極タブ群４０ｄが、正極集電体６において異なる位置に溶接接続されている。よって、正極集電体６に一度に溶接接続される正極タブ４ｂの積層数が増加することを抑制できるため、正極集電体６と正極タブ４ｂの接続部の接続品質をより高いものとできる。なお、負極側についても同様である。但し、正極側と負極側の少なくとも一方において、タブ群がずれて配置されていれば良い。
正極集電体６は、ベース部６ａ及びタブ接続部６ｂを有する。タブ接続部６ｂはベース部６ａから折り返された部分である。ベース部６ａが正極端子７に接続されている。タブ接続部６ｂに第１正極タブ群４０ａ、第２正極タブ群４０ｂ、第３正極タブ群４０ｃ、及び第４正極タブ群４０ｄに接続されている。なお、図９においては、ベース部６ａとタブ接続部６ｂは略平行に配置されている。タブ接続部６ｂがベース部６ａに対して、０度〜６０度傾いていてもよい。但し、ベース部６ａに対するタブ接続部６ｂの角度は、４５度以下であることが好ましく、３０度以下であることがより好ましく、１５度以下であることがさらに好ましい。
角形二次電池２０においては、電池ケース１００内に、４つの巻回型の電極体要素が、それぞれの巻回軸が封口板２に対して垂直となる方向で収容されている。このため、電池ケース１００内のスペースを効率良く使用することができ、体積エネルギー密度がより高い角形二次電池となる。
＜変形例１＞
変形例１に係る角形二次電池は、上述の角形二次電池２０とは、正極集電体の形状のみ異なる。図１０は、変形例１に係る角形二次電池の正極集電体及び正極タブ群を示す図である。正極集電体６０は、ベース部６０ａと、ベース部６０ａの端部に設けられた二つのタブ接続部６０ｂを有する。二つのタブ接続部６０ｂは、封口板２の長手方向において離間して配置されている。ベース部６０ａにおいて、正極集電体６０のベース部６０ａは、
正極端子７のフランジ部７ａに溶接接続され、接続部３２が形成される。タブ接続部６０ｂにおいて、正極集電体６０は、第１正極タブ群４０ａ、第２正極タブ群４０ｂ、第３正極タブ群４０ｃ及び第４正極タブ群４０ｄに溶接接続され、接続部３０が形成される。
第１正極タブ群４０ａ及び第３正極タブ群４０ｃと正極集電体６０の接続部３０と、正極集電体６０と正極端子７のフランジ部７ａの接続部３２との間にヒューズ部６０ｃが設けられている。また、第２正極タブ群４０ｂ及び第４正極タブ群４０ｄと正極集電体６０の接続部３０と、正極集電体６０と正極端子７のフランジ部７ａの接続部３２との間にヒューズ部６０ｃが設けられている。ヒューズ部６０ｃは、角形二次電池に過剰な電流が流れたときに溶断する。正極集電体６０にヒューズ孔６０ｄを設けることによりヒューズ部６０ｃとされている。なお、ヒューズ孔６０ｄに代えて、あるいはヒューズ孔６０ｄに加えて、切り欠き部を設けることもできる。
正極集電体６０は、ベース部６０ａとタブ接続部６０ｂの境界部で折り返される。なお、ベース部６０ａとタブ接続部６０ｂの境界部にヒューズ孔６０ｄが設けられることが好ましい。
図１１は、変形例１に係る角形二次電池の正極端子７近傍の封口板２の短手方向に沿った断面図である。正極集電体６０において、ベース部６０ａとタブ接続部６０ｂの間に絶縁部材７０が配置されることが好ましい。これにより、ヒューズ部６０ｃが溶断した後、ベース部６０ａとタブ接続部６０ｂないし正極タブ群が接触し、導電経路が形成されることを防止できる。なお、絶縁部材は、樹脂シートや絶縁テープ、樹脂板、あるいはセラミック板とすることができる。
図１２に示すように、正極集電体６０のヒューズ部６０ｃを覆うように、正極集電体６０に絶縁テープ７１を貼り付けることができる。これにより、ヒューズ部６０ｃが溶断した際、溶融した金属が飛散することを抑制できる。あるいは、ヒューズ部６０ｃが溶断した後、正極集電体６０のベース部６０ａと正極タブ群ないしタブ接続部６０ｂが電気的に接続されることを防止できる。絶縁テープ７１は、正極タブ群にも貼り付けられていることが好ましい。また、一枚の絶縁テープ７１が、二つのタブ接続部６０ｂに跨って貼り付けられることが好ましい。これにより、振動や衝撃等により各正極タブ群が個別に動きヒューズ部６０ｃが損傷することを防止できる。
＜変形例２＞
変形例２に係る角形二次電池は、正極集電体の形状のみ、変形例１に係る角形二次電池と異なる。図１３は、変形例２に係る角形二次電池の正極集電体及び正極タブ群を示す図である。正極集電体６１は、ベース部６１ａと、ベース部６１ａの端部に設けられた二つのタブ接続部６１ｂを有する。二つのタブ接続部６１ｂは、封口板２の長手方向において離間して配置されている。ベース部６１ａにおいて、正極集電体６１は正極端子７のフランジ部７ａに溶接接続され、接続部３２が形成される。タブ接続部６１ｂにおいて、正極集電体６１は、第１正極タブ群４０ａ、第２正極タブ群４０ｂ、第３正極タブ群４０ｃ及び第４正極タブ群４０ｄに溶接接続され、接続部３０が形成される。
第１正極タブ群４０ａ及び第３正極タブ群４０ｃと正極集電体６１の接続部３０と、正極集電体６１と正極端子７のフランジ部７ａの接続部３２との間にヒューズ部６１ｃが設けられている。また、第２正極タブ群４０ｂ及び第４正極タブ群４０ｄと正極集電体６１の接続部３０と、正極集電体６１と正極端子７のフランジ部７ａの接続部３２との間にヒューズ部６１ｃが設けられている。ヒューズ部６１ｃは、角形二次電池に過剰な電流が流れたときに溶断する。ヒューズ部６１ｃはヒューズ孔６１ｄを設けることにより形成されている。
［短絡機構］
角形二次電池には、過充電等により電池ケース内の圧力が所定値以上となった時に作動する短絡機構を設けることが好ましい。この短絡機構が作動し、正極板と負極板が電極体の外部で電気的に短絡するようにする。そして、短絡により大電流が流れ、大電流により正極集電体等に設けたヒューズ部が溶断するようにすることが好ましい。
図１４Ａは、短絡機構を備えた角形二次電池の負極端子１０の近傍の封口板１０２の長手方向に沿った断面図である。図１４Ｂは、短絡機構を備えた角形二次電池の正極端子７の近傍の封口板１０２の長手方向に沿った断面図である。
図１４Ａに示すように、封口板１０２には変形部１０３が設けられている。負極集電体９には第１負極タブ群５０ａ及び第２負極タブ群５０ｂが接続されている。負極端子１０のフランジ部１０ａの電極体３側の面には負極集電体９が接続されている。負極端子１０の挿入部１０ｂは、内部側絶縁部材１４の貫通孔、封口板１０２の貫通孔、外部側絶縁部材１５の貫通孔及び負極外部導電部材１１１の貫通孔に挿入され、挿入部１０ｂの先端側がカシメられカシメ部１０ｃが形成されている。負極外部導電部材１１１は、封口板１０２の変形部１０３と対向する位置まで延びている。
図１４Ｂに示すように、正極外部導電部材８は封口板１０２上に直接配置されている。したがって、正極板４は、第１正極タブ群４０ａ及び第２正極タブ群４０ｂ、正極集電体６、正極端子７、正極外部導電部材８を介して封口板１０２と電気的に接続されている。なお、正極外部導電部材８と封口板１０２の間に導電性の部材を配置してもよい。
電池ケース内の圧力が所定値以上となったとき、封口板１０２に設けられた変形部１０３が負極外部導電部材１１１に近づくように変形し、変形部１０３と負極外部導電部材１１１が電気的に接続される。これにより、封口板１０２及び変形部１０３を介して正極板４と負極板５が電気的に短絡する。そして、角形二次電池に短絡電流が流れ、正極集電体６等に設けられたヒューズ部が溶断する。これにより、角形二次電池が過充電状態となった場合の信頼性が向上する。なお、短絡機構が作動する圧力は、ガス排出弁１９が作動する圧力よりも低い値とする。
＜変形例３＞
短絡機構を備えた変形例３に係る角形二次電池を、図１５を用いて説明する。図１５は、封口板２０２に各部品を取り付けた後の封口板２０２の電極体３側の面、及び電極体３を示す図である。封口板２０２には、電池ケース内の圧力が所定値以上となったときに変形する変形部２０３が設けられている。また、封口板２０２にはガス排出弁２１９及び注液孔２１７が設けられている。
封口板２０２上には内部側絶縁部材２１２が配置され、内部側絶縁部材２１２上には正極集電体２０６が配置されている。正極集電体２０６はベース部２０６ａ及びタブ接続部２０６ｂを有する。ベース部２０６ａは正極端子に接続され、正極端子は封口板２０２に電気的に接続されている。タブ接続部２０６ｂには、第１正極タブ群４０ａ及び第２正極タブ群４０ｂが接続されている。内部側絶縁部材２１２において、注液孔２１７に対応する位置には絶縁部材開口２１２ａが設けられている。正極集電体２０６において、ベース部２０６ａとタブ接続部２０６ｂの境界部であって、折り曲げ部となる部分にヒューズ部２０６ｘが設けられている。なお、ヒューズ孔２０６ｙを設けることによりヒューズ部２０６ｘとされている。
封口板２０２上には内部側絶縁部材２１４が配置され、内部側絶縁部材２１４上には負
極集電体２０９が配置されている。負極集電体２０９はベース部２０９ａ及びタブ接続部２０９ｂを有する。ベース部２０９ａは負極端子に接続され、封口板２０２よりも電池外部側において負極外部導電部材と電気的に接続されている。また、負極外部導電部材は、変形部２０３と対向する位置に配置されている。タブ接続部２０９ｂには、第１負極タブ群５０ａ及び第２負極タブ群５０ｂが接続されている。内部側絶縁部材２１４において、変形部２０３に対応する位置には絶縁部材開口２１４ａが設けられている。なお、絶縁部材開口２１４ａの面積は変形部２０３の面積より小さく、内部側絶縁部材２１４は変形部２０３と対向する部分を有する。
正極集電体２０６及び負極集電体２０９はそれぞれ、図１５において破線が付与されている部分で折り曲げられる。
封口板２０２の長手方向において、ベース部２０９ａの長さが、タブ接続部２０９ｂの長さよりも小さい。そして、ベース部２０９ａが変形部２０３と対向しない。このような構成であると、変形部２０３と負極集電体２０９の間に大きな隙間が確実に形成され、変形部２０３の下部にガスがスムーズに到達するため好ましい。
なお、変形例３の角形二次電池において、電極体３が、第３の電極体要素及び第４の電極体要素を含むようにしてもよい。
［絶縁シート］
図１６は、電極体３を包む樹脂製の絶縁シート１６の展開図である。図１６において破線部の部分を折り曲げることにより、絶縁シート１６が箱状に成形される。そして、箱状に成形された絶縁シート１６内に電極体３を配置する。絶縁シート１６は、底部１６ａ、第１側面１６ｂ、第２側面１６ｃ、第３側面１６ｄ、第４側面１６ｅ、第１ガイド部１６ｆ、第２ガイド部１６ｇ、第５側面１６ｈ及び第６側面１６ｉを有することが好ましい。底部１６ａは電極体３と角形外装体１の底部の間に配置される。第１側面１６ｂは、電極体３と角形外装体１の一方の大面積の側面の間に配置される。第２側面１６ｃは、電極体３と角形外装体１の他方の大面積の側面の間に配置される。第３側面１６ｄ、第１ガイド部１６ｆ、及び第５側面１６ｈは、重なるようにして、電極体３と角形外装体１の一方の小面積の側面の間に配置されている。第４側面１６ｅ、第２ガイド部１６ｇ、及び第６側面１６ｉは、重なるようにして、電極体３と角形外装体１の他方の小面積の側面の間に配置されている。
底部１６ａには、補強部材１１６が取り付けられている。補強部材１１６は、絶縁性であり、樹脂シート、樹脂板、あるいはセラミック板からなることが好ましい。補強部材１１６の配置される位置は、底部１６ａの上面であってもよいし下面であってもよい。また、補強部材１１６は、底部１６ａに接着、あるいは溶着等されていることが好ましい。
電極体３が複数の電極体要素を含む場合、特に電極体３が４つ以上の巻回型の電極体要素を含む場合、絶縁シート１６内に配置した電極体３を角形外装体１内に挿入する際、絶縁シート１６の底部１６ａが撓み、底部１６ａと第３側面１６ｄの間、及び底部１６ａと第４側面１６ｅの間に隙間が生じ、第３側面１６ｄあるいは第４側面１６ｅが角形外装体１の開口の縁に引っ掛かりやすくなる虞がある。図１６に開示の絶縁シート１６では、底部１６ａに補強部材１１６が取り付けられており、且つ、底部１６ａに繋がる第１ガイド部１６ｆ及び第２ガイド部１６ｇが設けられている。したがって、底部１６ａが撓み難く、底部１６ａと第３側面１６ｄの間、及び底部１６ａと第４側面１６ｅの間に隙間が生じ難く、第３側面１６ｄあるいは第４側面１６ｅが角形外装体１の開口の縁に引っ掛かることを確実に防止できる。なお、このような効果は、複数の正極タブ群をずらすことなく一つに纏めて正極集電体に接続し、複数の負極タブ群をずらすことなく一つに纏めて負極集
電体に接続した場合でも得られる。なお、第１ガイド部１６ｆは、第３側面１６ｄ及び第５側面１６ｈよりも外側（角形外装体１の小面積の側面側）に配置されることが好ましい。第２ガイド部１６ｇは、第４側面１６ｅ及び第６側面１６ｉよりも外側（角形外装体１の小面積の側面側）に配置されることが好ましい。
＜その他の発明＞
各電極体要素は、帯状の正極板と帯状の負極板を用いた巻回型の電極体要素に限定されない。複数の正極板と複数の負極板を用いた積層型の電極体要素とすることもできる。
上述の実施形態に係る角形二次電池２０においては電極体３が４つの電極体要素を含む例を示したが、電極体要素の数は限定されない。但し、電極体３が３つ以上の巻回型の電極体要素を含むことが好ましく、電極体３が４つ以上の巻回型の電極体要素を含むことがより好ましい。
端子のフランジ部を封口板よりも電池外部側に配置し、端子を封口板より電極体側においてカシメてもよい。この場合、集電体のベース部に設けた貫通孔を貫通させた端子の先端部をカシメることが好ましい。
２０・・・角形二次電池
１００・・・電池ケース
１・・・角形外装体
２・・・封口板
２ａ・・・正極端子取り付け孔
２ｂ・・・負極端子取り付け孔
３・・・電極体
３ａ・・・第１の電極体要素
３ａ１・・・第１巻回中央部
３ｂ・・・第２の電極体要素
３ｂ１・・・第２巻回中央部
３ｃ・・・第３の電極体要素
３ｃ１・・・第３巻回中央部
３ｄ・・・第４の電極体要素
３ｄ１・・・第４巻回中央部
４・・・正極板
４ａ・・・正極活物質合剤層
４ｂ・・・正極タブ
４ｃ・・・正極保護層
４０ａ・・・第１正極タブ群
４０ｂ・・・第２正極タブ群
４０ｃ・・・第３正極タブ群
４０ｄ・・・第４正極タブ群
５・・・負極板
５ａ・・・負極活物質合剤層
５ｂ・・・負極タブ
５０ａ・・・第１負極タブ群
５０ｂ・・・第２負極タブ群
５０ｃ・・・第３負極タブ群
５０ｄ・・・第４負極タブ群
６・・・正極集電体
６ａ・・・ベース部
６ｂ・・・タブ接続部
７・・・正極端子
７ａ・・・フランジ部
７ｂ・・・挿入部
７ｃ・・・カシメ部
８・・・正極外部導電部材
９・・・負極集電体
１０・・・負極端子
１０ａ・・・フランジ部
１０ｂ・・・挿入部
１０ｃ・・・カシメ部
１１・・・負極外部導電部材
１２・・・内部側絶縁部材
１３・・・外部側絶縁部材
１４・・・内部側絶縁部材
１５・・・外部側絶縁部材
１６・・・絶縁シート
１６ａ・・・底部
１６ｂ・・・第１側面
１６ｃ・・・第２側面
１６ｄ・・・第３側面
１６ｅ・・・第４側面
１６ｆ・・・第１ガイド部
１６ｇ・・・第２ガイド部
１６ｈ・・・第５側面
１６ｉ・・・第６側面
１７・・・注液孔
１８・・・封止栓
１９・・・ガス排出弁

３０、３１、３２、３３・・・接続部

６０・・・正極集電体
６０ａ・・・ベース部
６０ｂ・・・タブ接続部
６０ｃ・・・ヒューズ部
６０ｄ・・・ヒューズ孔
６１・・・正極集電体
６１ａ・・・ベース部
６１ｂ・・・タブ接続部
６１ｃ・・・ヒューズ部
６１ｄ・・・ヒューズ孔
７０・・・絶縁部材
７１・・・絶縁テープ

１０２・・・封口板
１０３・・・変形部
１１１・・・負極外部導電部材
２０２・・・封口板
２０３・・・変形部
２０６・・・正極集電体
２０６ａ・・・ベース部
２０６ｂ・・・タブ接続部
２０６ｘ・・・ヒューズ部
２０６ｙ・・・ヒューズ孔
２０９・・・負極集電体
２０９ａ・・・ベース部
２０９ｂ・・・タブ接続部
２１２・・・内部側絶縁部材
２１２ａ・・・絶縁部材開口
２１４・・・内部側絶縁部材
２１４ａ・・・絶縁部材開口
２１７・・・注液孔
２１９・・・ガス排出弁

Claims (8)

  1. 開口を有する角形外装体と、
    前記開口を封口する封口板と、
    前記角形外装体内に配置された正極板及び負極板を含む電極体と、
    前記正極板又は前記負極板に接続されたタブと、
    前記タブに接続された集電体と、
    前記集電体に電気的に接続され、前記封口板から電池外部側に突出する端子と、を備えた角形二次電池であって、
    前記電極体には、複数の前記タブからなる第１タブ群と、複数の前記タブからなる第２タブ群が接続されており、
    前記第１タブ群及び前記第２タブ群は前記封口板と前記電極体の間に配置され、
    前記封口板の長手方向において、前記第１タブ群と前記第２タブ群がずらして配置され、
    前記第１タブ群と前記第２タブ群は、前記集電体における異なる位置に接続された角形二次電池。
  2. 前記電極体は、第１の電極体要素と、第２の電極体要素を含み、
    前記第１タブ群は前記第１の電極体要素に接続され、
    前記第２タブ群は前記第２の電極体要素に接続された請求項１に記載の角形二次電池。
  3. 前記第１の電極体要素及び前記第２の電極体要素は、それぞれ帯状の正極板と帯状の負極板を帯状のセパレータを介して巻回した巻回型の電極体要素である請求項２に記載の角形二次電池。
  4. 前記タブは前記負極板に接続された負極タブであり、
    前記第１の電極体要素において、前記第１の電極体要素の厚み方向における前記負極板の積層数よりも、前記第１タブ群に含まれる前記負極タブの積層数が少ない請求項３に記載の角形二次電池。
  5. 前記電極体は、第３タブ群が接続された巻回型の第３の電極体要素と、第４タブ群が接続された巻回型の第４の電極体要素をさらに含み、
    前記第３タブ群は前記第１タブ群に重ねられて前記集電体に接続され、
    前記第４タブ群は前記第２タブ群に重ねられて前記集電体に接続された請求項３又は４に記載の角形二次電池。
  6. 前記集電体において、前記端子に接続された部分と前記第１タブ群に接続された部分の間、及び前記端子に接続された部分と前記第２タブ群に接続された部分の間に、それぞれヒューズ部が形成された請求項１〜５のいずれかに記載の角形二次電池。
  7. 前記端子は、フランジ部と、前記フランジ部に設けられた挿入部を有し、
    前記フランジ部は前記封口板よりも前記電極体側に配置され、
    前記挿入部は前記封口板の端子取り付け孔を貫通し、前記封口板よりも電池外部側でカシメられ、
    前記フランジ部の前記電極体側の面に前記集電体が接続された請求項１〜６のいずれかに記載の角形二次電池。
  8. 前記集電体は、ベース部と、前記ベース部の端部から折り返されたタブ接続部を有し、
    前記ベース部と前記端子が接続され、前記タブ接続部と前記タブが接続された請求項１〜７のいずれかに記載の角形二次電池。
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