JP2019106273A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
正極板及び負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記封口板に取り付けられた端子と、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子とを電気的に接続する集電体とを備え、
前記正極板又は前記負極板はタブを有し、
前記集電体は、前記タブが接続された部分と、前記端子が接続された部分を有し、
前記集電体において、前記タブが接続された部分と前記端子が接続された部分の間にはヒューズ部が設けられ、
前記集電体と前記電極体の間及び前記封口板と前記集電体の間の少なくとも一方には絶縁部材が配置され、
前記集電体において前記ヒューズ部よりも前記端子が接続された部分に近い領域を第1領域とし、
前記集電体において前記ヒューズ部よりも前記タブが接続された部分に近い領域を第2領域とし、
前記ヒューズ部が溶断した後に前記第2領域が、前記封口板及び前記第1領域の少なくとも一方に近づくように移動することを抑制する移動抑制構造を有し、
前記移動抑制構造が前記第2領域と前記絶縁部材により構成される。
ヒューズ部よりもタブが接続された部分に近い領域である第2領域が電池ケース内で動くことを抑制できる。よって、ヒューズ部が溶断した後、第2領域が電池ケース内で移動し、封口板ないし第1領域と電気的に接続されることを抑制できる。よって、ヒューズ部が溶断した後、導電経路が形成されることが防止された信頼性の高い二次電池となる。
前記貫通孔又は切り欠き部の内部に前記絶縁部材の一部が配置された構成とすることができる。これにより、ヒューズ部が溶断した後、第2領域が電池ケース内で移動することを効果的に抑制できる。
前記突出部の一部が前記第2領域の前記封口板側の面よりも前記封口板側に位置する構成とすることができる。これにより、ヒューズ部が溶断した後、第2領域が封口板と接触することをより効果的に防止できる。
前記貫通孔又は切り欠き部の内部に前記絶縁部材の一部が配置された構成とすることができる。これにより、ヒューズ部が溶断した後、第2領域が電池ケース内で移動することを効果的に抑制できる。
前記端子貫通孔内に前記端子が配置された構成とすることができる。
ブ群を有し、
前記第1タブ群と前記第2タブ群は異なる方向に湾曲した構成とすることができる。これにより、より体積エネルギー密度の高い二次電池となる。
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された電極体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の間には樹脂製の樹脂シートからなる電極体ホルダー15が配置されている。
負極端子11及び負極外部導電部材12は金属製であることが好ましい。負極外部導電部材12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。負極端子11は、銅又は銅合金製であることがより好ましい。あるいは、負極端子11は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分と、銅又は銅合金からなる部分を有するようにしてもよい。この場合、銅又は銅合金からなる部分を負極集電体10に接続し、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分を負極外部導電部材12に接続することが好ましい。封口板2と負極端子11の間には内部側絶縁部材13が配置されている。封口板2と負極外部導電部材12の間には外部側絶縁部材14が配置されている。
図3は、正極板4の平面図である。正極板4は、矩形状の正極芯体4aの両面に正極活物質を含む正極活物質合剤層4bが形成された本体部を有する。本体部の端辺から正極芯体4aが突出しており、この突出した正極芯体4aが正極タブ40を構成する。なお、正極タブ40は、図3に示すように正極芯体4aの一部であっても良いし、他の部材を正極芯体4aに接続し、正極タブ40としてもよい。また、正極タブ40において正極活物質合剤層4bと隣接する部分には、正極活物質合剤層4bの電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有する正極保護層4cが設けられることが好ましい。なお正極芯体4aとしてはアルミニウム箔、アルミニウム合金箔等の金属箔を用いることが好ましい。正極活物質としてはリチウム遷移金属複合酸化物等を用いることが好ましい。
図4は、負極板5の平面図である。負極板5は、矩形状の負極芯体5aの両面に負極活物質を含む負極活物質合剤層5bが形成された本体部を有する。本体部の端辺から負極芯体5aが突出しており、この突出した負極芯体5aが負極タブ50を構成する。なお、負極タブ50は、図4に示すように負極芯体5aの一部であっても良いし、他の部材を負極芯体5aに接続し、負極タブ50としてもよい。なお負極芯体5aとしては銅箔、銅合金箔等の金属箔を用いることが好ましい。負極活物質としては炭素材料やシリコン材料等を用いることが好ましい。
50枚の正極板4及び51枚の負極板5を上述の方法で作製し、これらをポリオレフィン製の方形状のセパレータを介して積層し積層型の電極体要素を作製する。図5に示すように、積層型の電極体要素(第1の電極体要素3a、第2の電極体要素3b)は、一方の端部に、各正極板4の正極タブ40が積層された正極タブ群(第1正極タブ群40a、第2正極タブ群40b)、各負極板5の負極タブ50が積層された負極タブ群(第1負極タブ群50a、第2負極タブ群50b)を有する。電極体要素の両外面にはセパレータが配置され、テープ等により各極板及びセパレータが積層された状態に固定することができる。あるいは、セパレータに接着層を設け、セパレータと正極板4、セパレータと負極板5がそれぞれ接着されるようにしてもよい。
上述の方法で2つの電極体要素を作製し、それぞれ第1の電極体要素3a、第2の電極体要素3bとする。なお、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bは全く同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。ここで、第1の電極体要素3aの複数枚の正極タブ40が第1正極タブ群40aを構成する。第1の電極体要素3aの複数枚の負極タブ50が第1負極タブ群50aを構成する。第2の電極体要素3bの複数枚の正極タブ40が第2正極タブ群40bを構成する。第2の電極体要素3bの複数枚の負極タブ50が第2負極タブ群50bを構成する。
図7(a)〜図7(c)を用いて、封口板への各部材の取り付け方法について説明する。図7(a)に示すように、封口板2は、正極端子取り付け孔2aと負極端子取り付け孔2bを有する。正極端子取り付け孔2aの周囲の電池外面側に正極外部導電部材8を配置
し、正極端子取り付け孔2aの周囲の電池内面側に内部側絶縁部材9を配置する。そして、正極端子7を電池内面側から、内部側絶縁部材9の貫通穴、正極端子取り付け孔2a及び正極外部導電部材8の貫通穴に挿入する。そして、正極端子7の先端をカシメることにより、図2及び図7(b)に示すように、正極端子7を封口板2に取り付ける。
負極端子取り付け孔2bの周囲の電池外面側に外部側絶縁部材14と負極外部導電部材12を配置し、負極端子取り付け孔2bの周囲の電池内面側に内部側絶縁部材13を配置する。そして、負極端子11を電池内面側から、内部側絶縁部材13の貫通穴、負極端子取り付け孔2b、外部側絶縁部材14の貫通穴、及び負極外部導電部材12の貫通穴に挿入する。そして、負極端子11の先端をカシメることにより、負極端子11を封口板2に取り付ける。
図2及び図8に示すように、正極集電体6と正極端子7を接続し、負極集電体10と負極端子11を接続する。正極端子7のフランジ部7aに設けられた接続突起7dを、正極集電体6に設けられた接続穴6a内に配置し、正極集電体6と正極端子7をレーザ溶接等により溶接し、溶接部70が形成される。負極端子11のフランジ部11aに設けられた接続突起11dを、負極集電体10に設けられた接続穴10a内に配置し、負極集電体10と負極端子11をレーザ溶接等により溶接し、溶接部70が形成される。
に設けられていてもよい。また、正極集電体6に段差部6dを設けなくてもよい。
図8における第1の電極体要素3aの上面と第2の電極体要素3bの上面とが直接ないし他の部材を介して接するように第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を湾曲させる。これにより、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを纏めて、一つの電極体3とする。なお、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを、テープ等により一つに纏めることが好ましい。あるいは、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを、箱状ないし袋状に成形した電極体ホルダー15内に配置して、一つに纏めることが好ましい。
電極体ホルダー15内に配置された電極体3を角形外装体1内に挿入し、封口板2と角形外装体1を溶接する。これにより角形外装体1の開口が封口板2により封口される。封口板2に設けられた電解液注液孔17を通じて電解液を電池ケース100内に注液した後、電解液注液孔17を封止部材18により封止する。これにより角形二次電池20が完成する。
図11A及び図11Bは、変形例1に係る角形二次電池の図9A及び図9Bに対応する図である。変形例1に係る角形二次電池は、上述の実施形態に係る角形二次電池20と、正極集電体と絶縁プレートの形状のみ異なる。
絶縁プレート180は、電極体3の封口板2側の面に沿って配置される本体部180aを有する。本体部180aは第1突出部180bを有する。正極集電体6の第2領域6cに第1突出部180bが接続されている。
正極集電体6及び負極集電体10を、正極端子7及び負極端子11にそれぞれ接続する前に、正極集電体6及び負極集電体10に絶縁プレートを接続することができる。図12は、正極集電体6及び負極集電体10に絶縁プレート280を接続した状態を示す図である。
280y2を有する。
正極集電体と絶縁プレートの接続方法について、他の例を説明する。説明を行わない部分については、上述の実施形態に係る角形二次電池20と同様の構成とすることができる。
図14Aに示すように、正極集電体306においてヒューズ部よりも正極タブが接続される側の領域である第2領域306cに貫通孔306xを設けることができる。そして、絶縁プレート380の本体部380aには突出部380bが設けられている。そして、突出部380bが貫通孔306xに嵌合されて、正極集電体306と絶縁プレート380が接続されている。
図14Bに示すように、突出部380bの先端を熱カシメ等により拡径し、拡径部380cを設けてもよい。
変形例3に係る角形二次電池は、正極端子近傍の構成が上述の実施形態に係る角形二次電池20と異なる。なお、説明を行わない部分については、角形二次電池20と同様の構成とすることができる。
封口板2と正極端子7の間には絶縁性のシール部材109が配置されている。また、封口板2と正極集電体6の間には樹脂製の絶縁部材119が配置されている。絶縁部材119は封口板2に沿って配置される本体部119aを有する。本体部119aにおいて電解液注液孔17と対向する位置には絶縁部材開口119bが設けられている。絶縁部材開口119bの周囲には本体部119aから電極体3に向かって突出する管状の突出部119cが設けられている。そして、突出部119cは、正極集電体6の第2領域6cに設けられた集電体開口6e内に配置されている。このような構成であると、ヒューズ部6xが溶断した後、第2領域6cが第1領域6b側に移動することを防止できる。なお、封口板2の長手方向において、集電体開口6eの内面と突出部119cの外面の間の距離は、ヒューズ部6xが溶断した際に第1領域6bと第2領域6cの間に生じる隙間の大きさよりも小さいことが好ましい。
変形例4に係る角形二次電池は、正極端子近傍の構成が上述の実施形態に係る角形二次電池20と異なる。なお、説明を行わない部分については、角形二次電池20と同様の構成とすることができる。
変形例5に係る角形二次電池は、正極端子近傍の構成が上述の実施形態に係る角形二次電池20と異なる。なお、説明を行わない部分については、角形二次電池20と同様の構成とすることができる。
封口板2と正極端子7の間には絶縁性のシール部材109が配置されている。また、封口板2と正極集電体506の間には樹脂製の絶縁部材319が配置されている。絶縁部材319は封口板2に沿って配置される本体部319aを有する。本体部319aには、本体部319aから電極体3に向かって突出する突出部319bを有する。正極集電体506はヒューズ部506xを有する。ヒューズ部506xは樹脂部材90により覆われている。正極集電体506は、ヒューズ部506xよりも正極端子7が接続された部分側に位置
する第1領域506bと、ヒューズ部506xよりも正極タブが接続された部分側に位置する第2領域506cを有する。第2領域506cには、切り欠き部506yが設けられている。突出部319bは、切り欠き部506yの内部に配置されている。このような構成であると、ヒューズ部506xが溶断した後、第2領域506cが第1領域506b側に移動することを防止できる。なお、封口板2の長手方向において、切り欠き部506yの内面と突出部319bの外面の間の距離は、ヒューズ部506xが溶断した際に第1領域506bと第2領域506cの間に生じる隙間の大きさよりも小さいことが好ましい。
上述の実施形態においては、電極体3が二つの電極体要素からなる例を示したが、これに限定されない。電極体3が三つ以上の電極体要素から構成されてもよい。電極体要素は、それぞれ積層型電極体に限定されず、長尺状の正極板と長尺状の負極板を長尺状のセパレータを介して巻回した巻回型電極体であってもよい。また、電極体3は一つの積層型電極体であってもよい。また、電極体3は一つの巻回型電極体であってもよい。
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
100・・・電池ケース
3・・・電極体
3a・・・第1の電極体要素
3b・・・第2の電極体要素
4・・・正極板
4a・・・正極芯体
4b・・・正極活物質合剤層
4c・・・正極保護層
40・・・正極タブ
40a・・・第1正極タブ群
40b・・・第2正極タブ群
5・・・負極板
5a・・・負極芯体
5b・・・負極活物質合剤層
50・・・負極タブ
50a・・・第1負極タブ群
50b・・・第2負極タブ群
6・・・正極集電体
6a・・・接続穴
6b・・・第1領域
6c・・・第2領域
6d・・・段差部
6e・・・集電体開口
6x・・・ヒューズ部
6y・・・貫通孔
7・・・正極端子
7a・・・フランジ部
7b・・・挿入部
7c・・・カシメ部
7d・・・接続突起
8・・・正極外部導電部材
9・・・内部側絶縁部材
10・・・負極集電体
10a・・・接続穴
10b・・・端子接続部
10c・・・タブ接続部
10d・・・接続部
11・・・負極端子
11a・・・フランジ部
11b・・・挿入部
11c・・・カシメ部
11d・・・接続突起
12・・・負極外部導電部材
13・・・内部側絶縁部材
14・・・外部側絶縁部材
15・・・電極体ホルダー
16・・・ガス排出弁
17・・・電解液注液孔
18・・・封止部材
19・・・絶縁シート
19a・・・第1開口部
19b・・・第2開口部
19c・・・第3開口部
19d・・・第4開口部
19x・・・絶縁シート第1領域
19y・・・絶縁シート第2領域
19z・・・絶縁シート第3領域
21・・・外部側絶縁部材
60・・・溶接部
70・・・溶接部
80・・・絶縁プレート
80a・・・本体部
80b・・・第1突出部
80b1・・・第1縦壁
80b2・・・第1爪部
80c・・・第1開口
80d・・・管状突出部
80e・・・第2突出部
80f・・・第3突出部
80f1・・・第3縦壁
80f2・・・第3爪部
106・・・正極集電体
106b・・・第1領域
106c・・・第2領域
106x・・・ヒューズ部
106y・・・切り欠き部
180・絶縁プレート
180a・・・本体部
180b・・・第1突出部
180b1・・・第1縦壁
180b2・・・第1爪部
180c・・・第1開口
180d・・・管状突出部
180e・・・第2突出部
280・絶縁プレート
280a・・・本体部
280b・・・第1開口
280c・・・第2開口
280d・・・第3開口
280e・・・第4開口
280x・・・第1突出部
280x1・・・第1縦壁
280x2・・・第1爪部
280y・・・第2突出部
280y1・・・第2縦壁
280y2・・・第2爪部
280z・・・切り欠き部
306・・・正極集電体
306c・・・第2領域
306x・・・貫通孔
380・・・絶縁プレート
380a・・・本体部
380b・・・突出部
380c・・・拡径部
480・・・絶縁プレート
480a・・・本体部
480b・・・突出部
480c・・・拡径部
480d・・・凹部
109・・・シール部材
119・・・絶縁部材
119a・・・本体部
119b・・・絶縁部材開口
119c・・・突出部
219・・・絶縁部材
219a・・・本体部
219b・・・突出部
319・・・絶縁部材
319a・・・本体部
319b・・・突出部
406・・・正極集電体
406b・・・第1領域
406c・・・第2領域
406x・・・ヒューズ部
406y・・・開口
506・・・正極集電体
506b・・・第1領域
506c・・・第2領域
506x・・・ヒューズ部
506y・・・切り欠き部
580・・・絶縁プレート
580a・・・本体部
580x・・・第1突出部
Claims (14)
- 正極板及び負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記封口板に取り付けられた端子と、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子とを電気的に接続する集電体とを備え、
前記正極板又は前記負極板はタブを有し、
前記集電体は、前記タブが接続された部分と、前記端子が接続された部分を有し、
前記集電体において、前記タブが接続された部分と前記端子が接続された部分の間にはヒューズ部が設けられ、
前記集電体と前記電極体の間及び前記封口板と前記集電体の間の少なくとも一方には絶縁部材が配置され、
前記集電体において前記ヒューズ部よりも前記端子が接続された部分に近い領域を第1領域とし、
前記集電体において前記ヒューズ部よりも前記タブが接続された部分に近い領域を第2領域とし、
前記ヒューズ部が溶断した後に前記第2領域が、前記封口板及び前記第1領域の少なくとも一方に近づくように移動することを抑制する移動抑制構造を有し、
前記移動抑制構造が前記第2領域と前記絶縁部材により構成される二次電池。 - 前記タブは、前記電極体の前記封口板側の面に配置された請求項1に記載の二次電池。
- 前記絶縁部材は前記集電体と前記電極体の間に配置された請求項1又は2に記載の二次電池。
- 前記第2領域には貫通孔又は切り欠き部が設けられ、
前記貫通孔又は切り欠き部の内部に前記絶縁部材の一部が配置された請求項3に記載の二次電池。 - 前記封口板と前記第2領域の間には絶縁シートが配置された請求項3又は4に記載の二次電池。
- 前記絶縁部材は、前記第1領域に接続された請求項3〜5のいずれかに記載の二次電池。
- 前記絶縁部材は、前記電極体の前記封口板側の面に沿って配置される本体部と、前記本体部から前記封口板に向かって突出する突出部を有し、
前記突出部の一部が前記第1領域の前記封口板側の面よりも前記封口板側に位置する請求項3〜6のいずれかに記載の二次電池。 - 前記突出部の一部が前記第1領域と前記封口板の間に配置された請求項7に記載の二次電池。
- 前記絶縁部材は前記封口板と前記集電体の間に配置された請求項1又は2に記載の二次電池。
- 前記第2領域には貫通孔又は切り欠き部が設けられ、
前記貫通孔又は切り欠き部の内部に前記絶縁部材の一部が配置された請求項9に記載の二次電池。 - 前記絶縁部材は端子貫通孔を有し、
前記端子貫通孔内に前記端子が配置された請求項9又は10に記載の二次電池。 - 前記絶縁部材は、前記端子と前記封口板の間に挟持された請求項9〜11のいずれかに記載の二次電池。
- 前記ヒューズ部は樹脂部材により覆われた請求項1〜12のいずれかに記載の二次電池。
- 前記電極体は、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タブ群を有し、
前記第1タブ群と前記第2タブ群は異なる方向に湾曲した請求項1〜13のいずれかに記載の二次電池。
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