JP2020184518A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】溶着部の開裂を防止する保護部材が設けられた二次電池において、製造工程における電池性能の低下を防止する技術を提供する。【解決手段】ここに開示される二次電池１は、端子接続部１４を有する電極体１０と、外周縁部に溶着部が形成された外装体と、端子接続部１４と接続された電極端子３０とを備えている。この二次電池１は、外装体と電極体１０との間に配置され、幅方向Ｘの中央に向かう外装体の収縮変形を規制する保護部材４０を備えている。そして、ここに開示される二次電池１は、保護部材４０の移動を規制する移動規制手段をさらに備えている。例えば、この移動規制手段は、保護部材４０と電極端子３０とを係合させる係合部Ｅである。この移動規制手段が幅方向Ｘの中央への保護部材４０の移動を規制することによって、保護部材４０の接触による電極体１０の破損を防止し、製造工程における電池性能の低下を防止できる。【選択図】図４

Description

本発明は、ラミネートフィルム製の外装体の内部に電極体が収容された二次電池に関する。
近年、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、リチウムイオン二次電池は、軽量で高エネルギー密度が得られるため、車両搭載用の高出力電源として好ましく用いられている。この種の二次電池の一例として、ラミネートフィルム製の外装体の内部に電極体が収容された二次電池（以下「ラミネート電池」ともいう）が挙げられる。かかるラミネート電池を構築する際には、一対のラミネートフィルムの間に電極体を挟み込んだ状態で当該ラミネートフィルムの外周縁部を溶着する。これにより、外周縁部に溶着部を有する外装体が形成され、当該外装体の内部に電極体が密閉状態で収容される。このようなラミネート電池の例が特許文献１〜５に開示されている。
ところで、二次電池では、製造工程中の減圧処理や充放電に伴うガス発生などによって電池内圧が変化することがある。ラミネート電池では、このような電池内圧の変化に伴って外装体に膨張・収縮等の変形が生じ得る。そして、この外装体の変形量が大きくなると、変形時の応力によって外装体の溶着部が開裂するおそれがある。このため、ラミネート電池では、内圧変化による外装体の変形を規制して溶着部の開裂を防止する保護部材を外装体の内部に収容することが提案されている。特許文献１には、このような保護部材（変形規制部材）を備えたラミネート電池が開示されている。
特開２００５−３１７３１２号公報 特開２００１−５７１９０号公報 特開２００３−９２１３２号公報 特開２００１−２８３７９８号公報 特開２０００−１９５４７５号公報
しかしながら、特許文献１のような保護部材を外装体の内部に設けると、電池性能が大幅に低下した電池が製造される頻度が高くなり、不良品の廃棄による生産効率の低下が問題となることがあった。本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、溶着部の開裂を防止する保護部材が設けられた二次電池において、製造工程における電池性能の低下を防止する技術を提供することを目的とする。
本発明者らは、上述の目的を達成するために、保護部材を設けたラミネート電池の製造において電池性能が大幅に低下する原因を検討した結果、以下の知見を見出した。
図９に示すように、保護部材１４０を備えた二次電池１００では、外装体１２０の側縁部１２０ａと電極体１１０との間に保護部材１４０が配置される。この保護部材１４０によって、幅方向Ｘの中央に向かう外装体１２０の収縮（図中の矢印Ａ参照）を規制できるため、収縮時の応力によって外装体１２０の溶着部１２６が開裂することを防止できる。しかし、二次電池の製造では、外装体１２０の内部を真空にする減圧処理が行われることがある。この減圧処理では、外装体１２０が大きく収縮して保護部材１４０を幅方向Ｘの中央に向かって押圧するため、図中の矢印Ｂに示すように、保護部材１４０が幅方向Ｘの中央に移動して電極体１１０と接触する可能性がある。本発明者らは、かかる保護部材１４０の接触によって電極体１１０が破損することが、製造工程において電池性能の低下が生じる原因であると考えた。
ここに開示される二次電池は、上述の知見に基づいてなされたものである。かかる二次電池は、複数層の集電箔が相互に接合された端子接続部を有する電極体と、電極体を挟んで対向した一対のラミネートフィルムで構成され、当該一対のラミネートフィルムが溶着された溶着部が外周縁部に形成された外装体と、幅方向に沿って延びる板状の導電部材であって、一端が端子接続部に接続され、他端が外装体の外部に露出する電極端子とを備えている。そして、ここに開示される二次電池は、電極端子を挿通させる端子挿通孔を有しており、幅方向における外装体の側縁部と電極体との間に配置され、幅方向の中央に向かう外装体の収縮変形を規制する保護部材と、保護部材の幅方向の中央への移動を規制する移動規制手段とをさらに備えている。
ここに開示される二次電池では、移動規制手段によって、幅方向の中央（電極体側）への保護部材の移動が規制されているため、減圧処理等によって外装体が大きく収縮した場合でも、保護部材と電極体とが接触することを防止できる。このため、ここに開示される二次電池によると、保護部材が設けられているにも関わらず、電極体の破損による電池性能の低下を防止できる。
また、ここに開示される二次電池の好適な一態様では、移動規制手段として、保護部材と電極端子とを係合させる係合部が少なくとも１つ形成されている。これにより、幅方向の中央への保護部材の移動を適切に規制し、保護部材との接触による電極体の破損を好適に防止できる。
上記移動規制手段として係合部を形成する態様において、係合部は、保護部材の端子挿通孔の内壁から奥行方向の内方に突出した凸部と、電極端子の両側縁部から奥行方向の内方に窪んだ凹部とを嵌合させることによって形成されていることが好ましい。これにより、幅方向の中央への保護部材の移動を適切に規制できる。
上記移動規制手段として係合部を形成する態様において、係合部は、電極端子の両側縁部から奥行方向の外方に突出した凸部と、保護部材の端子挿通孔の内壁から奥行方向の外方に窪んだ凹部とを嵌合させることによって形成されていることが好ましい。本態様においても、幅方向の中央への保護部材の移動を適切に規制できる。
上記移動規制手段として係合部を形成する態様において、保護部材は、奥行方向の中央部に両端部よりも厚みが薄い段差部が形成された下側部材と、下側部材の両端部の上面と面接触する平坦な下面を有する上側部材とを備えていることが好ましい。このように２つの部材に分割された保護部材を用いることによって、端子挿通孔の内部で保護部材と電極端子とを容易に係合させることができるため、製造効率の向上に貢献することができる。
ここに開示される二次電池の好適な他の態様では、移動規制手段として、保護部材を端子接続部に係止させる係止部材が形成されている。このように、電極体の端子接続部に保護部材を係止させた場合でも、幅方向の中央への保護部材の移動を規制し、電極体の破損による電池性能の低下を防止することができる。
上記移動規制手段として係止部材を取り付ける態様において、係止部材は、電極端子を挟んで奥行方向に延びるように、端子接続部の幅方向の外側の端部に一対取り付けられていることが好ましい。これにより、端子接続部に保護部材を好適に係止させ、幅方向の中央への保護部材の移動を規制することができる。
また、上記電極端子を挟むように一対の係止部材を取り付ける態様では、一方の係止部材の端部から他方の係止部材の端部までの寸法Ｌ１が、端子挿通孔の奥行方向の寸法Ｌ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）ことが好ましい。これにより、幅方向の中央への保護部材の移動をより確実に規制できる。
ここに開示される二次電池の好適な他の態様では、移動規制手段として、外装体の内壁面に保護部材を接着する接着層が設けられている。このように、外装体と保護部材とを接着した場合でも、幅方向の中央への保護部材の移動を規制し、電極体の破損を防止することができる。
ここに開示される二次電池の好適な他の態様では、保護部材は、電極端子を高さ方向において挟持するリブ部を備えている。従来公知の二次電池では、外装体の外部に露出した電極端子に対して高さ方向に沿った外力が加わると、電極端子が高さ方向に往復動して当該電極端子と電極体との接続箇所が破損することがある。これに対して、本態様では、電極端子を挟持する保護部材のリブ部によって、高さ方向に沿った電極端子の往復動を規制することができる。このため、本態様によると、電極端子と電極体との接続箇所が破損することを防止できる。
また、上記保護部材のリブ部で電極端子を挟持する態様において、リブ部は、端子挿通孔の内部に位置する電極端子の奥行方向の全域を挟持すると好ましい。これによって、外力による電極端子の往復動を確実に規制し、電極端子と電極体との接続箇所の破損を好適に防止できる。また、本態様では、リブ部によって端子挿通孔が塞がれるため、外装体の溶着部が開放された際に、電池の外部へ異物（微細な活物質粒子など）が放出されることも防止できる。
また、上記保護部材のリブ部で電極端子を挟持する態様では、外装体の内部の圧力が標準大気圧と比較して１０ｋＰａ以上減圧されていると好ましい。これによって、外装体の外部から保護部材が加圧されるため、リブ部においてより好適に電極端子を挟持することができる。
ここに開示される二次電池の好適な他の態様では、保護部材に、外装体の内部空間と連通する内部空洞が形成されている。二次電池は、電極体からのガスの発生などによって外装体の内圧が増加する傾向がある。このため、保証期間を超えた二次電池を長期間使用し続けると、内圧上昇によって外装体が膨張して溶着部が開裂する可能性がある。これに対して、本態様では、外装体の内部空間と連通する内部空洞を保護部材に形成しているため、外装体の内部においてガスを収容できる容積が増加している。これによって、外装体が膨張するまでの期間を伸ばすことができるため、電池の保証期間の延長に貢献できる。
ここに開示される二次電池の好適な他の態様では、保護部材の電極体側の端面と電極体との間に隙間が形成されている。従来の二次電池では、保護部材と電極体との接触による破損を防止するために、保護部材の電極体側の端面を電極体に沿うような形状にし、保護部材の電極体側の端面と電極体とを接触させる必要があった。一方、ここに開示される二次電池では、保護部材と電極体との接触を防止できるため、保護部材の電極体側の端面と電極体との間に隙間を形成できる。この結果、外装体内部の容積が増加するため、外装体が膨張による溶着部の開裂を抑制できる。
本発明の第１の実施形態に係る二次電池を模式的に示す平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る二次電池の移動規制手段を説明する平面図である。 本発明の第１の実施形態における保護部材の上部を示す底面図である。 本発明の第１の実施形態における保護部材の下部を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る二次電池の移動規制手段を説明する平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る二次電池の移動規制手段を説明する平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る二次電池の移動規制手段を説明する断面図である。 従来の二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る二次電池における電極端子と保持部材との寸法関係を説明する斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す断面図である。 従来の二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す断面図である。
以下、ここに開示される二次電池の一例としてリチウムイオン二次電池を説明する。なお、ここで開示される二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、例えば、ニッケル水素電池などであってもよい。また、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本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体、外装体、電極端子、電解質の材料等）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。
なお、本明細書にて示す図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。そして、各図における符号Ｘは「幅方向」を示し、符号Ｙは「奥行方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示す。なお、これらの方向は説明の便宜上定めた方向であり、ここに開示される二次電池の設置態様を限定することを意図したものではない。
ここに開示される二次電池は、外装体の内部に収容された保護部材が幅方向の中央（電極体側）に移動することを規制する移動規制手段を有している。これによって、減圧処理中に外装体が大きく収縮したとしても、保護部材と電極体とが接触することを防止できるため、電極体の破損による電池性能の低下を防止することができる。
かかる移動規制手段には、二次電池の構造等に応じた種々の構造を採用することができる。以下、移動規制手段を有する二次電池の例として、第１〜第４の実施形態に係る二次電池を説明する。
１．第１の実施形態
図１は第１の実施形態に係る二次電池を模式的に示す平面図である。図２は図１中のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。また、図３は第１の実施形態に係る二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す平面図である（換言すると、図３は図２中の上側のラミネートフィルム２２を剥がした状態の平面図である）。また、図４は第１の実施形態に係る二次電池の移動規制手段を説明する平面図である（換言すると、図４は図２中の外装体２０と上側部材４２を取り外した状態の平面図である）。
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る二次電池１は、電極体１０と、外装体２０と、電極端子３０と、保護部材４０とを備えている。以下、各部材について説明する。なお、本実施形態に係る二次電池１では、幅方向Ｘにおける右側と左側とで略同等の構造が設けられているが、便宜上、以下では左側の電極端子３０近傍の構造を主に説明する。
（１）電極体
図２〜図４に示すように、幅方向Ｘにおける電極体１０の側縁部には、複数層の集電箔が相互に接合された端子接続部１４が形成されている。詳細な図示は省略するが、電極体１０は、正極と負極とからなる電極シートを備えている。各々の電極シートは、箔状の金属部材である集電箔と、当該集電箔の表面に塗工された電極合材層とを備えている。そして、各々の電極シートの一方の側縁部には、電極合材層が塗工されずに集電箔が露出した未塗工部が形成される。そして、正極側の電極シートの未塗工部が一方の側縁部からはみ出し、かつ、負極側の電極シートの未塗工部が他方の側縁部からはみ出すように、正極および負極の電極シートを複数層重ねることによって電極体１０が形成されている。この電極体１０の幅方向Ｘの中央部には、正極および負極の電極合材層が重ねられたコア部１２が形成される。そして、幅方向Ｘの両側縁部には、複数層の未塗工部（集電箔）が重ねられた領域が形成される。この集電箔が重ねられた領域の端部を挟み込み、集電箔同士を接合することによって端子接続部１４が形成される。なお、図２に示すように、コア部１２と端子接続部１４との間には、接合されていない状態の集電箔が端子接続部１４に向かって収束した収束部１３が形成される。
なお、端子接続部が形成されていれば、電極体の詳細な構造は特に限定されない。例えば、電極体は、長尺な電極シートを巻き重ねた捲回電極体であってもよいし、矩形の電極シートを複数枚積層させた積層型電極体であってもよい。また、電極体を構成する各部材（例えば、集電箔や電極合材層等）の材料は、この種の二次電池に使用され得るものを特に制限なく使用でき、ここに開示される技術を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
（２）外装体
外装体２０は、電極体１０を挟んで対向した一対のラミネートフィルム２２、２４によって構成されている。図１に示すように、外装体２０の外周縁部には、上記一対のラミネートフィルムが溶着された溶着部２６が形成されている。これによって、外装体２０の内部に電極体１０が密閉状態で収容される。
（３）電極端子
電極端子３０は、幅方向Ｘに沿って延びる板状の導電部材である。電極端子３０の一端３２は、電極体１０の端子接続部１４の下面１４ａに接続されている。また、電極端子３０の他端３４は、外装体２０の外部に露出している。この電極端子３０が外装体２０を貫通している部分では、一対のラミネートフィルム２２、２４の間に電極端子３０が挟み込まれており、電極端子３０の表面にラミネートフィルム２２、２４が溶着されている。具体的には、図３に示すように、幅方向Ｘにおける電極端子３０の中央近傍には、奥行方向Ｙに沿って延びる溶着フィルム３６が付与されている。かかる溶着フィルム３６は、ポリプロピレンなどの熱溶着性の樹脂材料によって構成されている。この溶着フィルム３６とラミネートフィルム２２、２４の外周縁部とが重なるように各部材を配置して溶着処理を行うことによって、電極端子３０の表面にラミネートフィルム２２、２４を好適に溶着させることができる。
（４）保護部材
図２に示すように、本実施形態に係る二次電池１では、外装体２０の内部に保護部材４０が収容されている。かかる保護部材４０には端子挿通孔４６が形成されており、当該端子挿通孔４６を挿通した電極端子３０が外装体２０の外部に露出している。また、保護部材４０は、幅方向Ｘにおける外装体２０の側縁部２０ａと電極体１０との間に配置されている。この保護部材４０によって、幅方向Ｘの中央に向かう外装体２０の収縮変形を規制できるため、収縮時の応力によって外装体２０の溶着部２６が開裂することを防止できる。なお、保護部材４０は、所定の強度を有する樹脂材料によって構成されていると好ましい。かかる保護部材４０を構成する樹脂材料には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を好ましく使用できる。
また、本実施形態における保護部材４０は、上側部材４２と下側部材４４の２つの部材に分割されており、これらを組み合わせることによって構築される。この保護部材４０の上側部材４２の底面図を図５Ａに示し、下側部材４４の平面図を図５Ｂに示す。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、上側部材４２および下側部材４４の平面視（底面視）における形状は略Ｕ字状である。また、上側部材４２の底面の両端部には、円形の窪み４２ａが形成されている。一方、下側部材４４の上面の両端部には、円形の突起４４ａが形成されている。そして、上側部材４２の窪み４２ａに下側部材４４の突起４４ａが挿入されるように、下側部材４４の上面と上側部材４２の底面とを面接触させることによって保護部材４０が構築されている。このとき、奥行方向Ｙにおける下側部材４４の中央部には、両端部よりも厚みが薄い段差部４４ｂが設けられているため、下側部材４４と上側部材４２とを組み合わせて保護部材４０を構築すると、段差部４４ｂに対応した位置に端子挿通孔４６が形成される。かかる構成の保護部材４０では、下側部材４４の段差部４４ｂの上に電極端子３０を配置した後に上側部材４２を組み合わせるだけで、端子挿通孔４６に電極端子３０が挿通された構造を容易に構築できる。
（５）移動規制手段
上述したように、ここに開示される二次電池は、保護部材の幅方向の中央への移動を規制する移動規制手段を備えている。図４に示すように、本実施形態に係る二次電池１では、この移動規制手段として、保護部材４０と電極端子３０とを係合させる係合部Ｅが形成されている。具体的には、本実施形態における電極端子３０の両側縁部には、奥行方向Ｙの内方へ窪んだ凹部３８が形成されている。一方、保護部材４０の端子挿通孔４６の内壁４６ａには、奥行方向Ｙの内方に突出した凸部４６ｃが形成されている。そして、本実施形態では、この電極端子３０の凹部３８と保護部材４０の凸部４６ｃとが嵌合することによって係合部Ｅが形成される。上述のように、電極端子３０は、端子接続部１４に接続（固定）されているため、電極体１０に対して移動しない。このように固定された部材である電極端子３０に保護部材４０が係合されているため、幅方向Ｘの中央側（電極体１０側）に保護部材４０が移動することを好適に規制できる。このため、本実施形態によると、減圧処理等において外装体２０が大きく収縮した場合でも、保護部材４０の接触による電極体１０の破損を防止できるため、製造工程における電池性能の低下を防止できる。
また、本実施形態に係る二次電池１では、上側部材４２と下側部材４４の２つの部材を組み合わせることによって保護部材４０が形成されている。このため、端子挿通孔４６の内壁４６ａに形成された凸部４６ｃを電極端子３０の凹部３８に嵌合させることができる。このため、本実施形態によると、端子挿通孔４６と電極端子３０との組付けを容易にし、製造効率を向上させることにも貢献できる。
なお、凹部３８と凸部４６ｃの寸法は、保護部材４０と電極端子３０とを係合させることができれば特に限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。このとき、電極端子３０の凹部３８と保護部材４０の凸部４６ｃとの間の隙間（クリアランス）が１ｍｍ以上になるように、各々の寸法を調整することが好ましい。これによって、電極端子３０の凹部３８と保護部材４０の凸部４６ｃとを容易に嵌合させることができる。また、保護部材４０の端子挿通孔４６の内壁４６ａとの接触による電極体１０（端子接続部１４）の破損を防止するという観点から、上記クリアランスの上限は２ｍｍ以下にすることが好ましい。例えば、電極端子３０の凹部３８の深さが３ｍｍの場合、保護部材４０の凸部４６ｃの突出寸法を１ｍｍ〜２ｍｍにすることが好ましい。
また、図９に示すような従来の二次電池１００では、電極体１１０の破損を防止するために、保護部材１４０の電極体側の端面１４０ａを電極体１１０に沿うような形状にし、当該端面１４０と電極体１１０とを接触させる必要がある。これに対して、図２に示すように、本実施形態に係る二次電池１では、幅方向Ｘにおける保護部材４０の移動を規制できるため、保護部材４０の電極体側の端面４０ａと電極体１０の収束部１３との間に隙間Ｓを形成できる。これによって、この結果、外装体２０内部の容積が増加するため、外装体２０の膨張による溶着部２６の開裂を抑制できる。
２．第２の実施形態
上述した第１の実施形態に係る二次電池１では、電極端子３０の凹部３８と、保護部材４０の凸部４６ｃとを嵌合させることによって係合部Ｅを形成している。しかし、係合部の構造は、上述の実施形態に限定されない。図６は、第２の実施形態に係る二次電池の移動規制手段を説明する平面図である。
図６に示すように、第２の実施形態に係る二次電池１Ａでは、電極端子３０の両側縁部に形成された凸部３７と、保護部材４０の端子挿通孔４６の内壁４６ａに形成された凹部４６ｂとを嵌合させることによって係合部Ｅ１が形成されている。このように、第２の実施形態では、凹部と凸部が形成される部材が第１の実施形態と逆になっている。このような構造でも、電極端子３０と保護部材４０とを係合させて幅方向Ｘの中央への保護部材４０の移動を規制できるため、電極体１０の破損による電池性能の低下を防止できる。
なお、上述した第１、第２の実施形態では、１つの係合部によって電極端子と保護部材とが係合されている。しかし、係合部の数は、特に限定されず、少なくとも１つ形成されていればよい。当該係合部の数を増加させるにつれて、電極端子と保護部材とが強固に係合され、保護部材の移動が規制されやすくなる傾向がある。一方、係合部の数を減少させるにつれて、電極端子と保護部材との組み付けが容易になって生産効率が向上する傾向がある。これらの観点から、電極端子と保護部材との間に形成される係合部の数は、１個〜３個程度（例えば２個）が好ましい。
３．第３の実施形態
上述の第１、第２の実施形態では、移動規制手段として、電極端子と保護部材とを係合させた係合部を形成している。しかし、移動規制手段の具体的な構造は、このような係合部に限定されず、種々の構造を採用できる。係合部以外の移動規制手段を有する二次電池の一例として、第３の実施形態に係る二次電池を説明する。図７は第３の実施形態に係る二次電池の移動規制手段を説明する平面図である。
図７に示すように、第３の実施形態に係る二次電池１Ｂでは、保護部材４０を端子接続部１４に係止させる係止部材５２、５４が設けられている。第３の実施形態では、この係止部材５２、５４が移動規制手段として機能し、幅方向Ｘの内側への保護部材４０の移動を規制する。具体的には、係止部材５２、５４は、電極端子３０を挟むように、端子接続部１４の幅方向Ｘの外側の端部に一対取り付けられている。そして、係止部材５２、５４は、奥行方向Ｙに外方に向かって延びている。本実施形態では、一方の係止部材５２の端部５２ａから他方の係止部材５４の端部５４ａまでの寸法Ｌ１が、端子挿通孔４６の奥行方向Ｙの寸法Ｌ２よりも長くなる（すなわち、Ｌ１＞Ｌ２となる）ように、各部材の寸法が調節されている。これによって、端子接続部１４に保護部材４０が係止され、幅方向Ｘの中央への保護部材４０の移動が規制される。この結果、減圧処理等によって外装体が大きく収縮した場合でも、保護部材４０との接触による電極体１０（コア部１２、収束部１３）の破損を防止できる。
なお、係止部材は、保護部材を端子接続部に係止させることができればよく、上述の構造に限定されない。かかる係止部材の他の例として、保護部材の端子挿通孔の高さ寸法よりも大きな厚みを有する係止部材が挙げられる。すなわち、端子挿通孔に挿通されない寸法を有する係止部材を端子接続部に取り付けることによって、端子接続部に対して保護部材が自由に移動することを規制できるため、保護部材との接触による電極体の破損を防止できる。
４．第４の実施形態
次に、係合部や係止部材以外の移動規制手段を有する二次電池の一例として、第４の実施形態に係る二次電池を説明する。図８は第４の実施形態に係る二次電池の移動規制手段を説明する断面図である。この第４の実施形態に係る二次電池１Ｃでは、外装体２０の内壁面２０ｂに保護部材４０を接着する接着層６２、６４が設けられており、これらの接着層６２、６４が移動規制手段として機能する。本実施形態では、この接着層６２、６４を介して保護部材４０が外装体２０の内壁面２０ｂに接着されているため、幅方向Ｘの中央への保護部材４０の移動が規制されている。このため、本実施形態においても、電極体１０の破損による電池性能の低下を防止することができる。なお、接着層６２、６４には、電極端子３０の溶着フィルム３６（図３参照）と同種の樹脂材料を使用できる。
５．第５の実施形態
上述した各実施形態における移動規制手段は、幅方向Ｘへの保護部材４０の移動を規制する。ここに開示される二次電池は、かかる移動規制手段に加え、高さ方向Ｚへの電極端子３０の往復動を規制する構造を有していてもよい。図１０は、第５の実施形態に係る二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す断面図である。図１１は、第５の実施形態に係る二次電池における電極端子と保持部材との寸法関係を説明する斜視図である。また、図１３は、従来の二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す断面図である。
具体的には、図１３に示すように、従来の二次電池１００は、外部機器との接続や使用中の振動などによって、外装体１２０の外部に露出した電極端子１３０の他端１３４に高さ方向Ｚに沿った外力Ｃ１が加わることがある。この場合、電極体１１０の端子接続部１１４と接続された電極端子１３０の一端１３２が高さ方向Ｚに沿って往復動（図１３中の符号Ｃ２参照）する。この高さ方向Ｚに沿った往復動Ｃ２が繰り返されると、電極端子１３０の一端１３２と端子接続部１１４との接続箇所が破損する可能性がある。
これに対して、図１０および図１１に示すように、第５の実施形態に係る二次電池１Ｄの保護部材４０は、電極端子３０を高さ方向Ｚにおいて挟持するリブ部４８を備えている。具体的には、本実施形態に係るリブ部４８は、保護部材４０の上側部材４２から下側部材４４に向かって突出した突起である。端子挿通孔４６に挿通された電極端子３０は、リブ部４８と下側部材４４との間に挟持されるため、高さ方向Ｚに沿った往復動が規制される。これによって、電極端子３０の他端３４に高さ方向Ｚの外力Ｃ１が繰り返し加わったとしても、電極端子３０と電極体１０との接続箇所の破損を好適に防止できる。
また、本実施形態においては、図１１に示す各寸法を下記の式（１）に従って設定することが好ましい。これによって、高さ方向Ｚに沿った電極端子３０の往復動を確実に規制し、電極端子３０と電極体１０との接続箇所の破損を防止できる。
Ｆ×Ｘ１／Ｙ１＜Ｐ×Ｒ×ｒ／Ｙ２ （１）
Ｆ ：想定される高さ方向Ｚの外力Ｃ１の荷重（Ｎ）
Ｘ１ ：電極端子３０の端部から溶着部２６の中心までの距離（ｍｍ）
Ｙ１：電極端子３０の幅（ｍｍ）
Ｐ ：外装体２０の内外の差圧（ＭＰａ）
Ｒ ：外装体２０と接触する保持部材４０の幅（ｍｍ）
ｒ ：溶着部２６の中心からリブ部４８の中心までの距離（ｍｍ）
Ｙ２：保護部材４０の幅（ｍｍ）
また、本実施形態における電極端子３０の厚みｔ１は、リブ部４８と下側部材４４に挟持された箇所を支点として電極端子３０が湾曲変形して電極端子３０と外装体２０との溶着部２６に負荷が掛かることを防止するという観点で設定されていることが好ましい。一例として、電極端子３０にアルミニウム（ヤング率：７０ＧＰａ）を使用した場合の電極端子３０の厚みｔ１は、０．２ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましく、０．４ｍｍ以上がさらに好ましい。また、アルミニウム以外の金属材料（銅やニッケル等）を使用する場合には、当該使用金属のヤング率の比率（Ｘ ＧＰａ）と、上記アルミニウムのヤング率との比率を求め、当該ヤング率比率に基づいて電極端子３０の厚みｔ１を調節することが好ましい（下記式（２）参照）。
ｔ１＝０．２ｍｍ×（Ｘ／７０） （２）
また、リブ部４８は、端子挿通孔４６の内部に位置する電極端子３０の奥行方向（図１０の紙面に対して垂直な方法）の全域を挟持するように形成されていると好ましい。これによって、電極端子３０をより強固に挟持し、外装体２０内部での電極端子３０の往復動を確実に規制できる。また、奥行方向の全域において電極端子３０を挟持するようなリブ部４８を形成すると、端子挿通孔４６がリブ部４８によって塞がれる。これによって、外装体２０の溶着部２６が開放された際に電池外部へ異物（微細な活物質粒子など）が放出されることも防止できる。
さらに、本実施形態のように、保護部材４０にリブ部４８を形成し、当該リブ部４８によって電極端子３０を挟持する場合、外装体２０の内部の圧力が標準大気圧（１０１．３２５ｋＰａ）と比較して１０ｋＰａ以上減圧されていると好ましい。換言すると、外装体２０の内部の圧力は９０ｋＰａ以下が好ましい。このように外装体２０の内部を減圧することによって、外装体２０の外部から内部に向けて保護部材４０を加圧することができる（図１０中の矢印Ａ１参照）。この結果、リブ部４８が電極端子３０をより好適に挟持し、電極端子３０と電極体１０との接続箇所の破損を好適に防止できる。なお、リブ部４８における端子保持力をより向上させるという観点から、外装体２０の内部の圧力は、標準大気圧から５０ｋＰａ以上減圧されているとより好ましく、１００ｋＰａ以上減圧されているとさらに好ましい。
なお、リブ部は、電極端子を挟持して高さ方向に沿った往復動を規制できればよく、図１０に示す構造に限定されない。例えば、図１０に示すリブ部４８は、電極端子３０を直接挟持している。しかし、リブ部は、電極体（典型的には、端子接続部）を介して電極端子を挟持するように形成されていてもよい。また、図１０に示す構造では、保護部材４０の上側部材４２にリブ部４８が形成されている。しかし、リブ部は、下側部材に形成されていてもよい。
６．第６の実施形態
図１２は、第６の実施形態に係る二次電池の電極端子近傍の内部構造を模式的に示す断面図である。この図１２に示すように、保護部材４０には、外装体２０の内部空間と連通する内部空洞４９が形成されていると好ましい。一般的な二次電池は、電極体からのガスの発生などによって、使用に伴って外装体の内圧が増加する傾向がある。このため、保証期間を超えた二次電池を長期間使用し続けると、内圧上昇によって外装体が膨張して溶着部が開裂する可能性がある。これに対して、本実施形態では、外装体２０の内部空間と連通する内部空洞４９が保護部材４０に形成されているため、外装体２０の内部においてガスが収容される容積が増加している。これによって、外装体２０が膨張して溶着部２６が開裂するまでの期間を伸ばすことができるため、電池の保証期間の延長に貢献できる。
かかる保護部材４０の内部空洞４９の容積は、１．５ｍｍ３以上が好ましい。このような容積を有する内部空洞４９を形成することによって、圧力上昇による溶着部の開裂を十分に長い期間防止できるようになる。なお、本発明者らの予測によると、３ｍｍ３以上（より好ましくは、４．５ｍｍ３以上）の内部空洞４９を形成することによって、外装体の膨張による溶着部の開裂をさらに長期間防止できることが期待できる。
また、本実施形態のように保護部材４０に内部空洞４９を形成する場合、上記第５の実施形態のように、保護部材４０にリブ部４８が形成されており、かつ、外装体の内部が減圧されているとより好ましい。上述した通り、リブ部４８による電極端子３０の保持をより好適に行うという観点から、外装体２０の内部は減圧されていることが好ましい。このとき、保護部材４０に内部空洞４９が形成されていると、外装体２０の内部が減圧された状態を長期間維持できるため、高さ方向Ｚに沿った電極端子３０の往復動による接続箇所の破損をより長期間防止することができる。
７．適用対象
以上、ここに開示される技術の一例を説明した。なお、ここに開示される技術は、種々の構造の二次電池に特に制限なく適用できる。すなわち、ここに開示される技術は、電解質として固体電解質を使用する全固体電池や、ポリマー電解質を使用するポリマー電池、非水電解液を使用する非水電解液二次電池の何れにも適用することができる。なお、ここに開示される技術は、これらの二次電池の中でも、全固体電池およびポリマー電池に特に好適に適用できる。非水電解液二次電池のような液状の電解質が使用される電池では、電池内部に余剰電解液が存在しており、当該余剰電解液が緩衝材として機能するため、減圧処理等における外装体の大幅な収縮が抑制される。一方、全固体電池やポリマー電池では、電池内部に余剰電解液が存在しておらず、減圧処理等において外装体が大幅に収縮するため、保護部材の接触による電極体の損傷が生じやすい。ここに開示される技術によると、このような全固体電池やポリマー電池においても、保護部材の接触による電極体の損傷を好適に防止できる。
また、非水電解液二次電池においても、近年のコスト削減の要請から電解液の注液量が減少しており、保護部材の接触による電極体の損傷が増加する傾向がある。ここに開示される技術によると、このような電解液の注液量が少ない非水電解液二次電池においても、保護部材の接触による電極体の損傷を好適に防止できる。具体的には、外装体の内部の空き領域の全体積に対する余剰電解液の体積の割合が２０％以下である場合、減圧処理における電極体の損傷が特に生じやすくなる。ここに開示される技術は、このような余剰電解液の体積割合が２０％以下の非水電解液二次電池においても、保護部材の接触による電極体の損傷を好適に防止できる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１００ 二次電池
１０、１１０ 電極体
１２ コア部
１３ 収束部
１４ 端子接続部
１４ａ 端子接続部の下面
２０、１２０ 外装体
２０ａ、１２０ａ 外装体の側縁部
２２、２４ ラミネートフィルム
２６、１２６ 溶着部
３０、１３０ 電極端子
３６ 溶着フィルム
３７、４６ｃ 凸部
３８、４６ｂ 凹部
４０、１４０ 保護部材
４２ 上側部材
４２ａ 窪み
４４ 下側部材
４４ａ 突起
４４ｂ 段差部
４６ 端子挿通孔
４６ａ 端子挿通孔の内壁
４８ リブ部
４９ 内部空洞
５２、５４ 係止部材
６２、６４ 接着層
Ｅ 係合部

Claims (14)

  1. 複数層の集電箔が相互に接合された端子接続部を有する電極体と、
    前記電極体を挟んで対向した一対のラミネートフィルムで構成され、当該一対のラミネートフィルムが溶着された溶着部が外周縁部に形成された外装体と、
    幅方向に沿って延びる板状の導電部材であって、一端が前記端子接続部に接続され、他端が前記外装体の外部に露出する電極端子と
    を備えた二次電池であって、
    前記電極端子を挿通させる端子挿通孔を有しており、前記幅方向における前記外装体の側縁部と前記電極体との間に配置され、前記幅方向の中央に向かう前記外装体の収縮変形を規制する保護部材と、
    前記保護部材の前記幅方向の中央への移動を規制する移動規制手段と
    をさらに備えている、二次電池。
  2. 前記移動規制手段として、前記保護部材と前記電極端子とを係合させる係合部が少なくとも１つ形成されている、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記係合部は、前記保護部材の前記端子挿通孔の内壁から奥行方向の内方に突出した凸部と、前記電極端子の両側縁部から奥行方向の内方に窪んだ凹部とを嵌合させることによって形成されている、請求項２に記載の二次電池。
  4. 前記係合部は、前記電極端子の両側縁部から奥行方向の外方に突出した凸部と、前記保護部材の前記端子挿通孔の内壁から奥行方向の外方に窪んだ凹部とを嵌合させることによって形成されている、請求項２または請求項３に記載の二次電池。
  5. 前記保護部材は、奥行方向の中央部に両端部よりも厚みが薄い段差部が形成された下側部材と、前記下側部材の両端部の上面と面接触する平坦な下面を有する上側部材とを備えている、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の二次電池。
  6. 前記移動規制手段として、前記保護部材を前記端子接続部に係止させる係止部材が形成されている、請求項１に記載の二次電池。
  7. 前記係止部材は、前記電極端子を挟んで奥行方向に延びるように、前記端子接続部の幅方向の外側の端部に一対取り付けられている、請求項６に記載の二次電池。
  8. 一方の係止部材の端部から他方の係止部材の端部までの寸法Ｌ１が、前記端子挿通孔の奥行方向の寸法Ｌ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）、請求項７に記載の二次電池。
  9. 前記移動規制手段として、前記外装体の内壁面に前記保護部材を接着する接着層が設けられている、請求項１に記載の二次電池。
  10. 前記保護部材は、前記電極端子を高さ方向において挟持するリブ部を備えている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の二次電池。
  11. 前記リブ部は、前記端子挿通孔の内部に位置する前記電極端子の奥行方法の全域を挟持する、請求項１０に記載の二次電池。
  12. 前記外装体の内部の圧力が標準大気圧と比較して１０ｋＰａ以上減圧されている、請求項１０に記載の二次電池。
  13. 前記保護部材に、前記外装体の内部空間と連通する内部空洞が形成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の二次電池。
  14. 前記保護部材の前記電極体側の端面と前記電極体との間に隙間が形成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の二次電池。
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