JP2019153440A - 二次電池及びそれを用いた組電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性の高い二次電池及びそれを用いた組電池を提供する。【解決手段】封口板２は正極端子取り付け孔２ａを有し、正極端子７は正極端子取り付け孔２ａを貫通し、正極端子７において封口板２よりも電池外部側に位置する部分に外部導電部材８５が接続され、正極板と正極端子７の間の導電経路には、電流遮断機構が設けられ、封口板２と正極端子７の間には樹脂製の第１絶縁部材１０が配置され、外部導電部材８５と封口板２の間には第１絶縁部材１０よりも耐熱性の高い第２絶縁部材８０が配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池及びそれを用いた組電池に関する。
電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）の駆動用電源、太陽光発電や風力発電等の出力変動を抑制するための用途や夜間に電力を蓄えて昼間に利用するための系統電力のピークシフト用途等の定置用蓄電池システムにおいて非水電解質二次電池が利用されている。これらの用途においては、複数の二次電池が並列に接続されて使用される。
また、これらの二次電池は、信頼性を向上させるために電極体から端子の間の導電経路に、電池ケース内の圧力の上昇により作動する電流遮断機構や、大電流が流れたときに溶断するヒューズ部を設ける技術が提案されている（下記特許文献１、２）。
特開２０１６−１１９２１０号公報 特開２０１３−０８９５９２号公報
二次電池及びそれを用いた組電池には、二次電池内部で短絡が生じた場合の高い信頼性が求められる。
本発明の一つの目的は、より信頼性の高い二次電池及びそれを用いた組電池を提供することである。
本発明の一形態の二次電池は、
正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収納する外装体と、
前記開口を封口する金属製の封口板と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された端子と、を備えた二次電池であって、
前記封口板は端子取り付け孔を有し、
前記端子は前記貫通孔を貫通し、
前記端子において前記封口板よりも電池外部側に位置する部分に外部導電部材が接続され、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子の間の導電経路には、電流遮断機構及びヒューズ部の少なくとも一方が設けられ、
前記封口板と前記端子の間には樹脂製の第１絶縁部材が配置され、
前記外部導電部材と前記封口板の間には前記第１絶縁部材よりも耐熱性の高い第２絶縁部材が配置される。
発明者は、電極体と端子の間の導電経路に電流遮断機構及びヒューズ部の少なくとも一方を有する二次電池を複数個並列接続した組電池において、以下の課題が存在することを見出した。
二次電池が並列接続されていると、一つの二次電池の内部で正負極の短絡が生じた場合
、短絡が生じた二次電池に並列接続された他の二次電池から電流が流れ込む。このため、二次電池が並列接続されている場合、二次電池が並列接続されていない場合と比較し、短絡が生じた二次電池はより高温状態となり易い。二次電池が高温状態になると、電解質の分解により電池ケース内のガス圧が上昇し、電流遮断機構が作動する。電流遮断機構が作動すると電極体と端子の間の導電経路が切断されるため、他の二次電池から短絡が生じた二次電池への電流の流れ込みはストップされる。
また、二次電池にヒューズ部が設けられていると、一つの二次電池の内部で正負極の短絡が生じた場合、短絡電流によりヒューズ部が溶断し、電極体と端子の間の導電経路が切断される。よって、他の二次電池から短絡が生じた二次電池への電流の流れ込みはストップされる。
しかしながら、他の二次電池から短絡が生じた二次電池への電流の流れ込みがストップされた場合であっても、短絡が生じた二次電池は電池内部の化学反応等により高温状態が維持され、あるいはより温度が上昇することがある。そして、二次電池が高温状態となった場合、端子と封口板の間を絶縁している樹脂製の絶縁部材が溶融する虞がある。正極端子と封口板の間に配置された樹脂製の絶縁部材と、負極端子と封口板の間に配置された樹脂製の絶縁部材がそれぞれ溶融すると、正極端子と封口板、負極端子と封口板がそれぞれ電気的に接続される。これにより、正極端子−封口板−負極端子という導電経路が形成されることにより、並列接続された二次電池間に閉回路が形成される。そして、並列接続された二次電池間に電流が流れ、短絡が生じた二次電池と並列接続された二次電池に大電流が流れ、短絡が生じた二次電池と並列接続された二次電池に異常が生じる虞がある。
上述の一形態の二次電池の構成では、端子と封口板の間に配置される樹脂製の第１絶縁部材の耐熱性よりも、端子に接続された外部導電部材と封口板の間に配置される第２絶縁部材の耐熱性が高い。よって、二次電池が高温状態となり第１絶縁部材が溶融した場合であっても、第２絶縁部材が端子に接続された外部導電部材と封口板との距離が小さくなることを抑制できる。よって、外部導電部材に接続された端子が封口板側に移動して端子と封口板が接触することを抑制できる。このため、並列接続された二次電池の内部で短絡が生じたとしても、短絡が生じた二次電池とは別の二次電池に異常が生じることを効果的に抑制できる。
なお、第２絶縁部材の耐熱性が第１絶縁部材の耐熱性よりも高いとは、第２絶縁部材が外部導電部材と封口板の間の間隔を保持できる最高温度が、第１絶縁部材が端子と封口板の間隔を保持できる最高温度よりも高いことを意味する。
例えば、第１絶縁部材を構成する部材の融点よりも高い融点を有する部材からなる第２絶縁部材を用いることが考えられる。
なお、外部導電部材は、組電池において二次電池同士を電気的に接続するバスバーが接続される部材とすることができる。この場合、導電部材にボルト部を接続し、このボルト部により外部導電部材とバスバーを固定することができる。また、外部導電部材にバスバーを溶接接続することができる。この場合は、ボルト部は不要である。
また、二次電池同士を電気的に接続するバスバーを外部導電部材としてもよい。
本発明によると、信頼性の高い二次電池及びそれを用いた組電池を提供できる。
図１Ａは実施形態に係る角形二次電池の上面図である。図１Ｂは実施形態に係る角形二次電池の側面図である。 図２Ａは図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線の断面図である。図２Ｂは、図２ＡにおけるＩＩＢ−ＩＩＢ線の断面図である。図２Ｃは、図２ＡにおけるＩＩＣ−ＩＩＣ線の断面図である。 電流遮断機構近傍の封口板の短手方向に沿った断面図である。 電流遮断機構近傍の封口板の長手方向に沿った断面図である。 実施形態に係る角形二次電池を複数個含む組電池の上面図である。 変形例１に係る角形二次電池の図４に対応する図である。 変形例２に係る角形二次電池の図４に対応する図である。 変形例３に係る角形二次電池の図４に対応する図である。 変形例４に係る角形二次電池の図４に対応する図である。 変形例５に係る角形二次電池の図４に対応する図である。
実施形態に係る二次電池としての角形二次電池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１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ〜図２Ｃ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、正極板と負極板がセパレータを介して巻回された扁平状の電極体３が電解液と共に収容されている。
電極体３は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。正極芯体露出部４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に取り付けられた正極端子７に電気的に接続されている。負極芯体露出部５には負極集電体８が接続されている。負極集電体８は封口板２に取り付けられた負極端子９に電気的に接続されている。正極集電体６、正極端子７、負極集電体８、負極端子９はそれぞれ金属製である。
正極端子７と封口板２の間には樹脂製の第１絶縁部材１０が配置されている。負極端子９と封口板２の間には樹脂製の第１絶縁部材１１が配置されている。封口板２と負極集電体８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には電解液注液孔１３が設けられており、電解液注液孔１３は封止部材１４により封止されている。封口板２は、電池ケース１００内の圧力が所定値以上となった場合に破断し、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１５を有する。
角形外装体１と電極体３の間には樹脂製の絶縁シート１６が配置されている。絶縁シート１６は、袋状あるいは箱状に成形されており、内部に電極体３が配置されている。
正極板と正極端子７の間の導電経路には電流遮断機構３０が設けられている。角形二次電池２０に異常が生じ電池ケース１００内の圧力が所定値以上となったとき、電流遮断機構３０が作動する。電流遮断機構３０が作動すると、正極板と正極端子７の間の導電経路が切断される。なお、電流遮断機構３０の作動圧は、ガス排出弁１５の作動圧よりも低い値とする。電流遮断機構３０は、負極板と負極端子９の間の導電経路に設けることもできる。
巻回された正極芯体露出部４は中央部から２分割され、その間に金属製の中間導電部材５０が配置されている。２つの中間導電部材５０は樹脂製の保持部材５１により保持され
ている。正極集電体６、正極芯体露出部４及び中間導電部材５０の接続部には溶接部６０が形成されている。
巻回された負極芯体露出部５は中央部から２分割され、その間に金属製の中間導電部材５２が配置されている。２つの中間導電部材５２は樹脂製の保持部材５３により保持されている。負極集電体８、負極芯体露出部５及び中間導電部材５２の接続部には溶接部（図示省略）が形成されている。
次に角形二次電池２０の製造方法及び各部構成の詳細を説明する。
[正極板]
金属箔からなる正極芯体の両面に正極活物質を含む正極活物質合剤層を形成し帯状の正極板とする。正極板は、幅方向の端部に長手方向に沿って両面に正極活物質合剤層が形成されない正極芯体露出部４を有する。なお、正極芯体としてはアルミニウム箔やアルミニウム合金箔等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を用いることが好ましい。正極活物質合剤層は、炭素材料等からなる導電剤と、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤を含有することが好ましい。
[負極板]
金属箔からなる負極芯体の両面に負極活物質を含む負極活物質合剤層を形成し帯状の負極板とする。負極板は、幅方向の端部に長手方向に沿って両面に負極活物質合剤層が形成されない負極芯体露出部５を有する。なお、負極芯体としては銅箔や銅合金箔等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ケイ素材料等を用いることが好ましい。負極活物質合剤層は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の結着剤を含有することが好ましい。
［電極体］
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、扁平状に成形して扁平状の電極体３とする。電極体３において、巻回軸が延びる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が配置され、他方の端部に巻回された負極芯体露出部５が配置されるようにする。なお、セパレータとしては微多孔膜を用いることが好ましい。また、ポリオレフィン製のセパレータを用いることが好ましい。
［電流遮断機構］
図３及び図４を用いて、封口板２への正極端子７の取り付け方法、及び電流遮断機構３０の作製方法及びその構成を説明する。
封口板２の正極端子取り付け孔２ａの周囲の電池外部側に第１絶縁部材１０を配置する。封口板２の正極端子取り付け孔２ａの周囲の電池内部側に第３絶縁部材３１及び導電部材３２を配置する。そして、電池外部側から正極端子７を第１絶縁部材１０の貫通孔、正極端子取り付け孔２ａ、第３絶縁部材３１の貫通孔及び導電部材３２の貫通孔に挿入する。そして、正極端子７の先端を導電部材３２上にカシメる。これにより、正極端子７、第１絶縁部材１０、第３絶縁部材３１及び導電部材３２が封口板２に固定される。正極端子７は、封口板２よりも電池外部側に配置されるフランジ部７ａと、フランジ部７ａから電池内部側に延びる挿入部７ｂと、挿入部７ｂの先端側に形成されたカシメ部７ｃを有する。カシメ部７ｃを導電部材３２に溶接することが好ましい。第３絶縁部材３１は樹脂製の部材である。第１絶縁部材１０及び第３絶縁部材３１により、封口板２と正極端子７及び導電部材３２が電気的に絶縁されている。
導電部材３２は、金属製のカップ状の導電部材である。導電部材３２は、封口板２に対して平行に配置される領域と、筒状の領域を有する。筒状の領域は電極体３側に開口部を有する。なお、封口板２に対して平行な方向における筒状の領域の断面形状は円形であってもよいし、方形状であってもよい。
正極端子７には、端子貫通孔７ｄが設けられている。端子貫通孔７ｄから電流遮断機構３０内にガスを流し込み、各接続部のリークチェックを行うことができる。なお、端子貫通孔７ｄはゴム部材７１により封止される。ゴム部材７１の外面には金属板７２が取り付けられていることが好ましい。
導電部材３２の電極体３側の開口部は、金属製の変形板３３により密閉される。変形板３３の電極体３側の面には正極集電体６が接続される。変形板３３と正極集電体６の間には樹脂製の第４絶縁部材３４が配置される。第４絶縁部材３４は第３絶縁部材３１と接続されていることが好ましい。
正極集電体６は封口板２と電極体３の間に配置されるベース部６ａを有する。ベース部６ａには固定用開口６ｂが設けられている。そして、第４絶縁部材３４に設けられた固定用突起３４ａが、固定用開口６ｂに挿入されている。固定用突起３４ａの先端が熱カシメ等により拡径されており、第４絶縁部材３４と正極集電体６のベース部６ａが固定されている。
正極集電体６のベース部６ａには薄肉部６ｃが設けられている。薄肉部６ｃの中央には集電体開口６ｄが設けられている。正極集電体６は、集電体開口６ｄの縁部において変形板３３と溶接接続されている。
電池ケース１００内の圧力が所定値以上となったとき、変形板３３の中央部が正極端子７に近づくように変形板３３が変形する。これにより、正極集電体６の薄肉部６ｃが破断し、正極板と正極端子７の間の導電経路が切断される。なお、薄肉部６ｃには環状のノッチ部を設け、ノッチ部が破断するようにすることが好ましい。
［負極端子の封口板への取り付け］
封口板２の負極端子取り付け孔の周囲の電池外部側に第１絶縁部材１１を配置する。封口板２の負極端子取り付け孔の周囲の電池内部側に内部側絶縁部材１２及び負極集電体８を配置する。そして、電池外部側から負極端子９を第１絶縁部材１１の貫通孔、負極端子取り付け孔、内部側絶縁部材１２の貫通孔及び負極集電体８の貫通孔に挿入する。そして、負極端子９の先端を負極集電体８上にカシメる。これにより、負極端子９、第１絶縁部材１１、内部側絶縁部材１２及び負極集電体８が封口板２に固定される。なお、負極端子９においてカシメられた部分と負極集電体８を溶接することが好ましい。
［集電体への電極体の取り付け］
巻回された正極芯体露出部４の両外面に正極集電体６を溶接する。また、巻回された負極芯体露出部５の両外面に負極集電体８を溶接する。
［角形二次電池の組立て］
電極体３を箱状に折り曲げ成形した絶縁シート１６で覆い、角形外装体１に挿入する。角形外装体１に封口板２を溶接し、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の電解液注液孔１３から電池ケース１００内に電解液を注入する。その後、電解液注液孔１３をブラインドリベット等からなる封止部材１４で封止する。これにより角形二次電池２０が完成する。
［第２絶縁部材及び外部導電部材の取り付け］
図３及び図４に示すように、封口板２上に第２絶縁部材８０を介して、外部導電部材８５が配置される。正極端子７において封口板２よりも電池外部側に位置する部分に外部導電部材８５を接続する。外部導電部材８５は金属製である。外部導電部材８５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。外部導電部材８５は、貫通孔を有し、当該貫通孔内に正極端子７を配置し、外部導電部材８５と正極端子７を溶接接続することが好ましい。なお、正極端子７を外部導電部材８５上にカシメてもよい。外部導電部材８５は正極端子７のフランジ部７ａ上に配置されている。外部導電部材８５には金属製のボルト部８６が接続されている。
第２絶縁部材８０は封口板２と嵌合されていることが好ましい。
図１Ａ及び図４に示すように、封口板２は電池外面に、第１突起２ｂと第２突起２ｃを有する。第２絶縁部材８０は絶縁部材第１凹部８０ａと絶縁部材第２凹部８０ｂを有する。そして、第１突起２ｂは絶縁部材第１凹部８０ａ内に配置され、第２突起２ｃは絶縁部材第１凹部８０ａ内に配置されている。
また、封口板２は、第１突起２ｂの周囲に環状の第１凹部２ｄを有し、第２突起２ｃの周囲に環状の第２凹部２ｅを有する。そして、第２絶縁部材８０の環状の絶縁部材第１突起８０ｃが第１凹部２ｄ内に配置され、第２絶縁部材８０の環状の絶縁部材第２突起８０ｄが第２凹部２ｅ内に配置されることが好ましい。
なお、封口板２に凹部を設け、当該凹部に第２絶縁部材８０に設けた突起を嵌合してもよい。この場合、例えば、封口板２の長手方向に延びる線状の凹部とすることができる。また、当該凹部を複数設けることができる。例えば、平行に配置された２つの凹部、あるいは平行に配置された４つの凹部を封口板２に設けることができる。なお、封口板２に設ける凹部は、点状、環状等としてもよい。
負極端子９において封口板２より電池外部側に位置する部分には外部導電部材８８が接続される。外部導電部材８８と封口板２の間には、第２絶縁部材８１が配置される。外部導電部材８８は金属製である。外部導電部材８８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。なお、負極端子９が銅又は銅合金製の場合は、外部導電部材８８において負極端子９と接続される領域を銅又は銅合金製とし、ボルト部８６が接続される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できる。また、負極端子９が銅又は銅合金からなる部分と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分を有することもできる。この場合、負極端子９のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分にアルミニウム又はアルミニウム合金製の外部導電部材８８を接続することが好ましい。また、負極端子９の銅又は銅合金からなる部分に、銅又は銅合金製の負極集電体８を接続することが好ましい。封口板２は電池外面に、第３突起２ｆと第４突起２ｇを有する。また、封口板２は、第３突起２ｆの周囲に第３凹部２ｈを有し、第４突起２ｇの周囲に第４凹部２ｉを有する。第２絶縁部材８１も封口板２と嵌合されることが好ましい。
なお、実施形態に係る角形二次電池２０では、正極端子７側において樹脂製の第１絶縁部材１０の耐熱性よりも第２絶縁部材８０の耐熱性が高く、負極端子９側において樹脂製の第１絶縁部材１１の耐熱性よりも第２絶縁部材８１の耐熱性が高い。しかしながら、正極端子７側及び負極端子９側の両方において第２絶縁部材の耐熱性を樹脂製の第１絶縁部材の耐熱性よりも高くする必要はない。即ち、正極端子７側及び負極端子９側の少なくとも一方側において、第２絶縁部材の耐熱性を樹脂製の第１絶縁部材の耐熱性よりも高くすればよい。
［組電池］
上述の実施形態に係る角形二次電池２０を複数個並列接続して組電池とすることができる。図５は、並列接続された２つの角形二次電池２０のユニットが、３つ直接接続された２並列×３直列の組電池２００の上面図である。各角形二次電池２０の外部導電部材８５ないし外部導電部材８８に設けられたボルト部８６及びナット８７により金属製のバスバー９０が締結固定されている。バスバー９０により隣接する角形二次電池２０同士が電気的に接続されている。バスバー９０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。なお、図示は省略するが、組電池２００の両端にはエンドプレートを配置し、エンドプレート同士をバインドバーで接続することができる。また、隣接する角形二次電池２０同士の間に絶縁シート等の絶縁スペーサを配置することができる。なお、並列接続される角形二次電池２０の数は適宜変更できる。また、直列接続される並列接続された角形二次電池２０のユニットの数も適宜変更できる。また、組電池が並列接続された角形二次電池２０のみから構成されてもよい。
従来の組電池において、並列接続された角形二次電池２０のうちの一つにおいて内部短絡が生じた場合、次のような現象が生じる虞がある。
内部短絡が生じた角形二次電池２０は、急激に温度上昇すると共に、電池ケース１００内の圧力が上昇する。また、複数の角形二次電池２０が並列接続されているため、内部短絡が生じた角形二次電池２０には、他の角形二次電池２０から電流が流れ込む。このため、並列接続された角形二次電池２０において内部短絡が生じた場合は、並列接続されていない角形二次電池２０において内部短絡が生じた場合より、角形二次電池２０がより急激に高温になり易く、また、より高温となり易い。
内部短絡が生じた角形二次電池２０では、電池ケース１００内の圧力が上昇することにより電流遮断機構３０が作動する。このため、正極板と正極端子７の間の導電経路が切断され、他の角形二次電池２０から内部短絡が生じた角形二次電池２０への電流の流れ込みはストップされる。
しかしながら、内部短絡が生じた角形二次電池２０が非常に高温となる場合があり、正極端子７と封口板２を絶縁する樹脂製の第１絶縁部材１０と、負極端子９と封口板２を絶縁する樹脂製の第１絶縁部材１１が溶融する虞がある。第１絶縁部材１０と第１絶縁部材１１が溶融すると、正極端子７及び負極端子９がそれぞれ封口板２と接触する。そうすると、正極端子７−封口板２−負極端子９という導電経路が形成され、並列接続された複数の角形二次電池２０において閉回路が形成される。これにより、並列接続された複数の角形二次電池２０に再度大電流が流れ、内部短絡が生じた角形二次電池２０とは別の角形二次電池２０に異常が生じる虞がある。
実施形態に係る角形二次電池２０においては、正極端子７と接続された外部導電部材８５と封口板２の間に、第１絶縁部材１０よりも耐熱性の高い第２絶縁部材８０が配置されている。よって、角形二次電池２０が高温状態となって第１絶縁部材１０が溶融することがあっても、第２絶縁部材８０が外部導電部材８５と封口板２が離れた状態を維持する。このため、外部導電部材８５に接続された正極端子７が封口板２側に移動することが抑制される。そのため、正極端子７が封口板２と電気的に接続されることを防止できる。よって、上述のように、並列接続された角形二次電池２０において内部短絡が生じたとしても、電流遮断機構３０が作動した後に、別途導電経路が形成され、他の角形二次電池２０に大電流が流れることを防止することが可能となる。
なお、正極端子７と封口板２の間に配置される第１絶縁部材１０と、外部導電部材８５と封口板２の間に配置される第２絶縁部材８０を別部品とすることにより、より簡単な方法で、角形二次電池２０の密閉性が低下することを効果的に防止しながら、上述の課題を解決できる。
第２絶縁部材は、第１絶縁部材よりも耐熱性の高い部材とすることが好ましい。
例えば、第２絶縁部材の融点を、第１絶縁部材の融点よりも高くすることが考えられる。第２絶縁部材としては、液晶ポリマーが好ましい。液晶ポリマーとしては、パラヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸等を基本とした構造を有するものを用いることができる。なお、液晶ポリマーにセラミック繊維やセラミック粒子を含有させるこ
とができる。セラミックとしては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、ガラス等が好ましい。
あるいは、第２絶縁部材を、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、ガラス等のセラミック製部材とすることもできる。
また、第２絶縁部材として、ガラス繊維等のセラミックフィラーを含む樹脂製部材とすることができる。樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることができる。
第１絶縁部材としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニレンサリファイド（ＰＰＳ）、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等からなるものとすることが好ましい。これにより、封口板と端子の間のシール性をより確実に保つことができる。
なお、上述の実施形態に係る角形二次電池２０においては、正極板と正極端子７の間に感圧式の電流遮断機構３０を設ける例を示した。しかしながら、感圧式の電流遮断機構３０は必須の構成ではない。感圧式の電流遮断機構３０に代えて、ヒューズ部を設けることができる。
上述の実施形態においては、外部導電部材にボルト部を設ける例を示した。外部導電部材にボルト部を設けず、外部導電部材にバスバーを溶接接続することもできる。また、バスバーを外部導電部材とし、端子にバスバーを直接溶接してもよい。
上述の実施形態に係る角形二次電池２０においては、端子を封口板の電池外部側から挿入し、電池内部側でカシメる例を示した。端子を封口板の電池内部側から挿入し、電池外部側で外部導電部材上にカシメることもできる。
［変形例１］
図６に示すように、変形例１に係る角形二次電池では、正極端子７に接続される外部導電部材１８５にボルト部が設けられていない。外部導電部材１８５にバスバー１９０が直接溶接接続されている。なお、負極端子９に接続される外部導電部材にもバスバー１９０を直接溶接接続することが好ましい。
［変形例２］
図７に示すように、変形例２に係る角形二次電池では、正極端子７に直接バスバー２９０が接続されている。バスバー２９０は正極端子７に直接溶接されている。このような構成であると、より軽量でより抵抗値の低い組電池となる。
バスバー２９０の貫通孔に正極端子７の一部が挿入されている。バスバー２９０は正極端子７のフランジ部７ａ上に配置されている。
バスバー２９０と封口板２の間には第２絶縁部材２８０が配置されている。第２絶縁部材２８０の耐熱性は、第１絶縁部材１０の耐熱性よりも高いものとする。第２絶縁部材２８０は封口板２と嵌合されていることが好ましい。
［変形例３］
変形例３に係る角形二次電池は、電流遮断機構を有しておらず、正極集電体１０６にヒューズ部１０６ｘが設けられている。
図８に示すように、封口板２の正極端子取り付け孔２ａの周囲の電池外部側に第１絶縁部材１０が配置される。封口板２の正極端子取り付け孔２ａの周囲の電池内部側に内部側
絶縁部材１１１と正極集電体１０６のベース部１０６ａが配置される。第１絶縁部材１０及び内部側絶縁部材１１１はそれぞれ樹脂製である。正極端子１０７は、封口板２よりも電池外部側に配置されるフランジ部１０７ａと、フランジ部１０７ａから電池内部側に延びる挿入部１０７ｂを有する。挿入部１０７ｂは、電池外部側から、第１絶縁部材１０の貫通孔、正極端子取り付け孔２ａ、内部側絶縁部材１１１の貫通孔及び正極集電体１０６のベース部１０６ａの貫通孔に挿入され、先端側がカシメられる。これにより、挿入部１０７ｂに、カシメ部１０７ｃが形成される。なお、カシメ部１０７ｃとベース部１０６ａは溶接されることが好ましい。
正極集電体１０６は、ベース部１０６ａから電極体３側に延び、正極芯体露出部４に接続されるリード部１０６ｂを有する。正極集電体１０６にはヒューズ部１０６ｘが設けられている。正極集電体１０６に開口、切り欠き部、薄肉部等を設けることにより他の部分よりも断面積が小さい部分を設けヒューズ部１０６ｘとすることができる。
並列接続された角形二次電池からなる組電池において、一つの角形二次電池で内部短絡が生じた場合、内部短絡が生じた角形二次電池に他の角形二次電池から電流が流れ込みヒューズ部１０６ｘが溶断する。しかしながら、内部短絡が生じた角形二次電池が高温状態となり、正極側の第１絶縁部材１０及び負極側の第１絶縁部材１１が溶融し、正極端子−封口板−負極端子という導電経路が形成される可能性がある。
変形例３に係る角形二次電池では、正極端子１０７に接続されたバスバー２９０と封口板２の間には、第１絶縁部材１０よりも耐熱性が高い第２絶縁部材２８０が配置されている。よって、角形二次電池が高温状態となっても、第２絶縁部材によりバスバー２９０と封口板２の間隔が保持される。よって、第１絶縁部材１０が溶融した場合でも、バスバー２９０に接続された正極端子１０７が封口板２側に移動することを抑制できる。このため、正極端子１０７が封口板２と電気的に接続されることを抑制できる。
［変形例４］
図９に変形例４に係る角形二次電池の図４に対応する図を示す。
正極集電体２０６は、封口板２と電極体３の間に配置されるベース部２０６ａと、ベース部２０６ａから電池外部側に延びる挿入部２０６ｂを有する。正極集電体２０６は、ベース部２０６ａから電極体３に向かって延び、正極芯体露出部４に接続されるリード部２０６ｄを有する。また、ベース部２０６ａにはヒューズ部２０６ｘが設けられている。正極集電体２０６の挿入部２０６ｂが正極端子の役割を果たす。挿入部２０６ｂと封口板２の間には樹脂製の第１絶縁部材１１０が配置されている。第１絶縁部材１１０により封口板２と挿入部２０６ｂの間がシールされている。封口板２の電池外面上には第２絶縁部材３８０が配置されている。そして、第２絶縁部材３８０上には外部導電部材３８５が配置されている。正極集電体２０６の挿入部２０６ｂは外部導電部材３８５の貫通孔に挿入され、外部導電部材３８５上にカシメられている。これにより、カシメ部２０６ｃが形成されている。外部導電部材３８５にはバスバー３９０が溶接接続されている。
変形例４に係る角形二次電池を並列接続した組電池では、角形二次電池が高温状態となり第１絶縁部材１１０が溶融した場合でも、第２絶縁部材３８０により外部導電部材３８５と封口板２の間隔が保持される。よって、外部導電部材３８５に接続された正極端子としての挿入部２０６ｂが封口板２側に移動することを抑制できる。このため、正極端子としての挿入部２０６ｂが封口板２と電気的に接続されることを抑制できる。
［変形例５］
変形例５に係る角形二次電池は、変形例４に係る角形二次電池と、第１絶縁部材、第２絶縁部材及びバスバーの構成が異なる。
図１０に示すように変形例５に係る角形二次電池では、バスバー４９０と封口板２の間
に第２絶縁部材４８０が配置されている。第２絶縁部材４８０は、封口板２と嵌合されている。正極端子としての挿入部２０６ｂと封口板２の間には第１絶縁部材１０が配置されている。第２絶縁部材４８０の耐熱性は、第１絶縁部材１０の耐熱性よりも高い。
変形例５に係る角形二次電池を並列接続した組電池では、角形二次電池が高温状態となり第１絶縁部材１０が溶融した場合でも、第２絶縁部材４８０によりバスバー４９０と封口板２の間隔が保持される。よって、外部導電部材３８５を介してバスバー４９０に接続された正極端子としての挿入部２０６ｂが封口板２側に移動することを抑制できる。このため、正極端子としての挿入部２０６ｂが封口板２と電気的に接続されることを抑制できる。
≪その他≫
上述の変形例１〜５においては、正極端子側について第２絶縁部材の耐熱性を第１絶縁部材の耐熱性よりも高くすることを例示した。しかしながら、負極端子側について第２絶縁部材の耐熱性を第１絶縁部材の耐熱性よりも高くすることもできる。正極端子側及び負極端子側の少なくとも一方で、第２絶縁部材の耐熱性を第１絶縁部材の耐熱性よりも高くすればよい。
上述の実施形態及び変形例１〜５においては、正極端子及び負極端子が封口板と電気的に絶縁されている例を示した。しかしながら、正極端子及び負極端子の一方が封口板と電気的に接続されていてもよい。
変形例１〜５において特に説明のない部分については、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。
電極体の構成は特に限定されない。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電極体であってもよいし、複数枚の正極板と複数枚の負極板をセパレータを介して積層した積層型電極体であってもよい。また、電池ケース内に複数個の電極体が配置されていてもよい。
本発明に係る二次電池は、組電池を構成する二次電池が全て直列接続される場合にも使用できる。但し、本発明に係るに二次電池は、少なくとも二つの二次電池が並列接続される組電池に使用された場合、非常に効果的である。
二次電池としては、非水電解質二次電池が好ましく、リチウムイオン二次電池が特に好ましい。正極板、負極板、セパレータ、電解質等については公知の材料を用いることができる。
第２絶縁部材の融点は、２５０℃以上であることが好ましく、２８０℃以上であることがより好ましく、３００℃以上であることがさらに好ましい。
第２絶縁部材の荷重たわみ温度は、第１絶縁部材の荷重たわみ温度よりも高いことが好ましい。第２絶縁部材の荷重たわみ温度は、２５０℃以上であることが好ましく、２８０℃以上であることがより好ましく、３００℃以上であることがさらに好ましい。
第２絶縁部材として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の高融点の樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂中にセラミック繊維やセラミック粒子を含有させたものを用いてもよい。あるいはこれらの樹脂中にセラミック部材を配置することも考えられる。
封口板と電流遮断機構を構成する導電部材の間に配置される第３絶縁部材と、第１絶縁部材とを一つの部品とすることもできる。封口板と集電体の間に配置される内部側絶縁部材と、第１絶縁部材とを一つの部品とすることもできる。
封口板と電流遮断機構を構成する導電部材の間に配置される第３絶縁部材の耐熱性を、第１絶縁部材の耐熱性よりも高くすることができる。また、封口板と集電体の間に配置される内部側絶縁部材の耐熱性を、第１絶縁部材の耐熱性よりも高くすることができる。
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・・・第１突起
２ｃ・・・第２突起
２ｄ・・・第１凹部
２ｅ・・・第２凹部
２ｆ・・・第３突起
２ｇ・・・第４突起
２ｈ・・・第３凹部
２ｉ・・・第４凹部
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・・・固定用開口
６ｃ・・・薄肉部
６ｄ・・・集電体開口
７・・・正極端子
７ａ・・・フランジ部
７ｂ・・・挿入部
７ｃ・・・カシメ部
７ｄ・・・端子貫通孔
８・・・負極集電体
９・・・負極端子
１０・・・第１絶縁部材
１１・・・第１絶縁部材
１２・・・内部側絶縁部材
１３・・・電解液注液孔
１４・・・封止部材
１５・・・ガス排出弁
１６・・・絶縁シート
３０・・・電流遮断機構
３１・・・第３絶縁部材
３２・・・導電部材
３３・・・変形板
３４・・・第４絶縁部材
３４ａ・・・固定用突起
５０・・・中間導電部材
５１・・・保持部材
５２・・・中間導電部材
５３・・・保持部材
６０・・・溶接部
７１・・・ゴム部材
７２・・・金属板
８０・・・第２絶縁部材
８０ａ・・・絶縁部材第１凹部
８０ｂ・・・絶縁部材第２凹部
８０ｃ・・・絶縁部材第１突起
８０ｄ・・・絶縁部材第２突起
８１・・・第２絶縁部材
８５、８８・・・外部導電部材
８６・・・ボルト部
８７・・・ナット

２００・・・組電池
９０・・・バスバー

１８５・・・外部導電部材
１９０・・・バスバー

１１１・・・内部側絶縁部材
１０６・・・正極集電体
１０６ａ・・・ベース部
１０６ｂ・・・リード部
１０６ｘ・・・ヒューズ部
１０７・・・正極端子
１０７ａ・・・フランジ部
１０７ｂ・・・挿入部
１０７ｃ・・・カシメ部
２８０・・・第２絶縁部材
２９０・・・バスバー

２０６・・・正極集電体
２０６ａ・・・ベース部
２０６ｂ・・・挿入部
２０６ｃ・・・カシメ部
２０６ｄ・・・リード部
２０６ｘ・・・ヒューズ部
３８５・・・外部導電部材
３９０・・・バスバー
３８０・・・第２絶縁部材
１１０・・・第１絶縁部材

４８０・・・第２絶縁部材
４９０・・・バスバー

Claims (9)

  1. 正極板と負極板を含む電極体と、
    開口を有し、前記電極体を収納する外装体と、
    前記開口を封口する金属製の封口板と、
    前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された端子と、を備えた二次電池であって、
    前記封口板は端子取り付け孔を有し、
    前記端子は前記貫通孔を貫通し、
    前記端子において前記封口板よりも電池外部側に位置する部分に外部導電部材が接続され、
    前記正極板又は前記負極板と、前記端子の間の導電経路には、電流遮断機構及びヒューズ部の少なくとも一方が設けられ、
    前記封口板と前記端子の間には樹脂製の第１絶縁部材が配置され、
    前記外部導電部材と前記封口板の間には前記第１絶縁部材よりも耐熱性の高い第２絶縁部材が配置された二次電池。
  2. 前記電流遮断機構を備え、
    前記電流遮断機構は、前記外装体と前記封口板により構成される電池ケースの内部の圧力が所定値以上となったときに作動する感圧式の電流遮断機構である請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記第２絶縁部材は、前記第１絶縁部材を構成する樹脂の融点よりも高い融点を有する樹脂製部材である請求項１又は２に記載の二次電池。
  4. 前記第２絶縁部材は液晶ポリマーからなる請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池。
  5. 前記第２絶縁部材は、セラミックフィラーを含む樹脂製部材である請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池。
  6. 前記第２絶縁部材は、セラミック製の部材である請求項１又は２に記載の二次電池。
  7. 前記外部導電部材にはボルト部が接続された請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池。
  8. 前記外部導電部材は、バスバーである請求項１〜７のいずれかに記載の二次電池。
  9. 請求項１〜８のいずれかに記載された二次電池を複数個含む組電池であって、
    少なくとも二つの前記二次電池が並列接続された組電池。
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