JP2022065143A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
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の矩形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。
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の矩形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。
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(3a、3b)を作製する。図5に示すように、積層型の電極体要素(3a、3b)は、一方の端部において、各正極板4の正極タブ40が積層され、各負極板5の負極タブ50が積層されるように作製される。電極体要素(3a、3b)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。
図2、図6~図8を用いて、封口板2への正極端子7及び第1正極集電体6a等の取り付け方法、及び正極端子7の近傍の構成について説明する。図6は、組立て前の正極端子7、外部側絶縁部材11、封口板2、第1絶縁部材10、導電部材61の斜視図である。図7は、各部品が取り付けられた後の封口板2の電池内面側を示す図である。なお、図7においては、正極タブ40及び負極タブ50は図示していない。図8Aは、図7におけるVIIIA-VIIIA線に沿った正極端子7近傍の断面図である。図8Bは、図7におけるVIIIB-VIIIB線に沿った正極端子7近傍の断面図である。図8Cは、図7におけるVIIIC-VIIIC線に沿った正極端子7近傍の断面図である。
の導電部材開口部61fが変形板62により密閉される。なお、導電部材61及び変形板62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であることがより好ましい。
貫通孔7cを通じて導電部材61の内部側にガスを送り込むことにより、導電部材61と変形板62に溶接部のリーク検査を行える。端子貫通孔7cは、端子封止部材7xにより封止される。なあ、端子封止部材7xは、金属部材7yとゴム部材7zからなることが好ましい。
図2及び図13を用いて、封口板2への負極端子9及び第1負極集電体8aの取り付け方法を説明する。封口板2に設けられた負極端子取り付け孔2bの近傍の電池外面側に外部側絶縁部材13を配置し、負極端子取り付け孔2bの近傍の電池内面側に内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aを配置する。次に、負極端子9を、外部側絶縁部材13の貫通孔、封口板2の負極端子取り付け孔2b、内部側絶縁部材12の貫通孔及び第1負極集電体8aの貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、負極端子9の先端を第1負極集電体8a上にカシメる。これにより、外部側絶縁部材13、封口板2、内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aが固定される。なお、負極端子9においてカシメられた部分と第1負極集電体8aはレーザ溶接等により溶接接続されることが好ましい。また、内部側絶縁部材12及び外部側絶縁部材13はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
図14は、第2正極集電体6bへの正極タブ40の接続方法、第2負極集電体8bへの負極タブ50の接続方法を示す図である。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。
0a、第2正極タブ群40b、第1負極タブ群50a、第2負極タブ群50b)と集電体(第2正極集電体6b、第2負極集電体8b)の接続は、レーザ溶接で接続することもできる。
図2、図7、図8等に示すように、第1正極集電体6aの集電体突起6xが、第2正極集電体6bの集電体第1開口6y内に位置するようにして、第2正極集電体6bを第2絶縁部材63上に配置する。そして、第1正極集電体6aの集電体突起6xと第2正極集電体6bの集電体第1開口6yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これにより、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが接続される。なお、集電体第1凹部6mにおいて、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが溶接接続されていることが好ましい。
図13に示すように、第2負極集電体8bは、集電体第1領域8b1と集電体第2領域8b2を有する。集電体第1領域8b1には負極タブ50が接続される。集電体第2領域8b2には、集電体第1開口8yが設けられている。集電体第1領域8b1と集電体第2領域8b2は、集電体第3領域8b3により繋がれている。
図15は、各部品が取り付けられた封口板2とカバー部80の斜視図である。なお、図15においては、正極タブ40は図示されていない。カバー部80は、第1正極集電体6aと対向するように配置されるカバー部本体80aと、カバー部本体80aの封口板2の短手方向における両端部から封口板2に向かって延びる一対の腕部80bを有する。カバー部80は、カバー部本体80aの封口板2の長手方向における端部から封口板2に向かって延びるカバー壁部80eを有する。腕部80bの内側の面には、接続突起80cが設けられている。カバー部本体80aにおいて、腕部80bの根元近傍には、根元開口80dが設けられている。カバー壁部80eには壁部開口80fが設けられている。
須の構成ではない。
図14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絶縁シート14内に配置して、一つに纏めることが好ましい。
封口板2に取り付けられた電極体3を絶縁シート14で覆い、角形外装体1に挿入する。なお、絶縁シート14は平板上のものを箱状ないし袋状に曲げ成形したものであることが好ましい。そして、封口板2と角形外装体1をレーザ溶接等により接合し、角形外装体1の開口を封口する。その後、電解質溶媒及び電解質塩を含有する非水電解液を封口板2に設けられた電解液注液孔15より注液する。そして、電解液注液孔15を封止栓16で封止する。これにより、角形二次電池20が作製される。
図8、図17及び図18に示すように、導電部材61において第1絶縁部材10と対向する部分に第1絶縁部材10に向かって突出する押圧突起61eが設けられている。これにより、押圧突起61eが第1絶縁部材10を封口板2に対してより強く押圧する。このため、電極体3の周囲に存在するガスが、封口板と第1絶縁部材の間ないし第1絶縁部材と導電部材の間を通じて導電部材と端子の接続部近傍に移動することを抑制できる。よって、ガスが、導電部材61と正極端子7の間を通じて、導電部材61と変形板62により形成される空間内に移動することを抑制できる。このため、角形二次電池20に異常が生じ、角形外装体1内の圧力が上昇したときに、より安定的に電流遮断機構60を作動させることが可能となる。よって、より信頼性の高い角形二次電池20となる。
歪み封口板2と第1絶縁部材10の間ないし第1絶縁部材10と導電部材61の間に隙間が生じる虞がある。このような課題は、第1絶縁部材10において封口板2と導電部材61の間に配置される部分であって、第1絶縁部材10の第2端子挿入孔10dの径方向において押圧突起61eよりも外側に溝部を設けることにより解消できる。例えば、第1絶縁部材10において、封口板2と対向する面に第1溝部10xを設けることが好ましい。また、第1溝部10xに加えて、あるいは、第1溝部10xに代えて、第1絶縁部材10において、導電部材61に対向する面に第2溝部10yを設けることが好ましい。なお、第1絶縁部材10に、第1溝部10xと第2溝部10yのいずれか一方のみを設けてもよい。また、第1絶縁部材10において、封口板2と対向する面に第2溝部10yを設け、導電部材61に対向する面に第1溝部10xを設けることもできる。なお、第1溝部10x及び第2溝部10yは必須の構造ではない。
、一つの嵌合部におけるずれ防止用孔6eの内径とずれ防止用突起63gの外径の差と、他の嵌合部におけるずれ防止用孔6eの内径とずれ防止用突起63gの外径の差とを、異なる値とすることができる。
この腕部80bが第1絶縁部材10に接続されるようにすることが好ましい。また、カバー部本体80aにカバー壁部80eを設け、このカバー壁部80eを第2絶縁部材63に接続することが好ましい。
6cの内径よりも大きく、第1突出部62a1の電極体3側の面が第1正極集電体6aの上面6iと接した状態となる。このような構成であると、変形板62の第2突出部62a2と第1正極集電体6aの接続用孔6cの接続部にレーザ等のエネルギー線を照射した場合、エネルギー線が第1突出部62a1と第1正極集電体6aの接続用孔6cの側壁の間をすり抜け、第1正極集電体6aの上面側で、エネルギー線が散乱することを防止できる。これにより、各部品がエネルギー線により損傷・破損することを確実に防止できる。また、段付き突起62aにおいて、封口板2側の面に段付き凹部が設けられていることが好ましい。また、段付き凹部の底部62dが第1正極集電体6aの上面6iよりも封口板2側に位置することが好ましい。
変形例1に係る角形二次電池は、カバー部の形状を除いては、実施形態に係る角形二次電池20と同様の構造を有する。図19A及び図19Bに示すように、変形例1に係るカバー部81は、第1正極集電体6aと対向するように配置されるカバー部本体81aと、カバー部本体81aの封口板2の短手方向における両端部から封口板2に向かって延びる一対の腕部81bを有する。カバー部本体81aの封口板2の長手方向における端部から封口板2に向かって延びるカバー壁部81eを有する。腕部81bの内面側には接続突起が設けられている。この接続突起が、第1絶縁部材10の第2接続部10fに接続される。
上述の実施形態に係る角形二次電池20においては、導電部材61において第1絶縁部材10と対向する部分に押圧突起61eを設ける例を示した。変形例2に係る角形二次電池は、導電部材に押圧突起を設ける代わりに、封口板において第1絶縁部材10と対向する部分に押圧突起を設ける以外は、上述の実施形態に係る角形二次電池20と同様の構成を有する。
変形板の変形に伴い破断する破断予定部は、集電部材に設けられた脆弱部、集電部材と変形板の接続部、ないし、変形板に設けられた脆弱部とすることが好ましい。脆弱部としては、薄肉部やノッチ等が好ましい。
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
4d・・・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・・・正極集電部材
6a・・・第1正極集電体
6c・・・接続用孔
6d・・・固定用孔
6d1・・・小径部
6d2・・・大径部
6e・・・ずれ防止用孔
6f・・・薄肉部
6g・・・ノッチ
6h・・・接続リブ
6i・・・上面
6x・・・集電体突起
6w・・・集電体第2凹部
6b・・・第2正極集電体
6b1・・・集電体第1領域
6b2・・・集電体第2領域
6b3・・・集電体第3領域
6k・・・ターゲット孔
6m・・・集電体第1凹部
6y・・・集電体第1開口
6z・・・集電体第2開口
7・・・正極端子
7a・・・鍔部
7b・・・挿入部
7c・・・端子貫通孔
7d・・・カシメられた部分
7x・・・端子封止部材
7y・・・金属部材
7z・・・ゴム部材
8・・・負極集電部材
8a・・・第1負極集電体
8x・・・集電体突起
8w・・・集電体第2凹部
8b・・・第2負極集電体
8b1・・・集電体第1領域
8b2・・・集電体第2領域
8b3・・・集電体第3領域
8e・・・ターゲット孔
8f・・・集電体第1凹部
8y・・・集電体第1開口
9・・・負極端子
10・・・第1絶縁部材
10a・・・第1絶縁部材本体部
10b・・・第1側壁
10c・・・第2側壁
10d・・・第2端子挿入孔
10e・・・第1接続部
10f・・・第2接続部
10g・・・凹部
10x・・・第1溝部
10y・・・第2溝部
11・・・外部側絶縁部材
11a・・・第1端子挿入孔
12・・・内部側絶縁部材
13・・・外部側絶縁部材
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液孔
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
60・・・電流遮断機構
61・・・導電部材
61a・・・導電部材ベース部
61b・・・管状部
61c・・・第3端子挿入孔
61d・・・フランジ部
61e・・・押圧突起
61f・・・導電部材開口部
61g・・・テーパー部
62・・・変形板
62a・・・段付き突起
62a1・・・第1突出部
62a2・・・第2突出部
62b・・・環状リブ
62c・・・環状薄肉部
62d・・・段付き凹部の底部
63・・・第2絶縁部材
63x・・・絶縁部材第1領域
63a・・・絶縁部材第1開口
63b・・・第3壁部
63c・・・第4壁部
63d・・・第3接続部
63e・・・第4接続部
63f・・・固定用突起
63f1・・・拡径部
63g・・・ずれ防止用突起
63h・・・爪部
63y・・・絶縁部材第2領域
63i・・・絶縁部材第2開口
63k・・・絶縁部材環状リブ
63z・・・絶縁部材第3領域
80・・・カバー部
80a・・・カバー部本体
80b・・・腕部
80c・・・接続突起
80d・・・根元開口
80e・・・カバー壁部
80f・・・壁部開口
81・・・カバー部
81a・・・カバー部本体
81b・・・腕部
81d・・・根元開口
81e・・・カバー壁部
81f・・・壁部開口
81x・・・カバー部開口
90・・・溶接接続部
102・・・封口板
102x・・・押圧突起
161・・・導電部材
Claims (7)
- 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、
前記電極体側に開口部を有し、前記封口板の前記電極体側に第1絶縁部材を介して配置された導電部材と、
前記開口部を封止し、前記外装体内の圧力の上昇により変形する変形板と、
前記正極板又は前記負極板と、前記変形板とを電気的に接続する集電部材と、
前記集電部材、前記変形板、及び前記導電部材を介して、前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された端子を備え、
前記端子は、前記封口板に設けられた端子取り付け孔、前記第1絶縁部材に設けられた端子挿入孔、及び前記導電部材に設けられた端子挿入孔に挿入されると共に、前記導電部材に接続され、
前記導電部材及び前記封口板の少なくとも一方は、前記第1絶縁部材と対向する部分に、前記第1絶縁部材に向かって突出する押圧突起を有し、
前記第1絶縁部材は、前記封口板と前記導電部材の間に配置される部分であって、前記押圧突起で押圧された部分よりも前記第1絶縁部材に設けられた端子挿入孔から離れた位置に、第1溝部を有し、
前記端子の電極体側の端部が前記導電部材にカシメ固定され、前記封口板の厚さ方向に対して垂直な面方向において、前記第1溝部は、前記端子のかしめられた部分の外周縁より前記端子の外側に配置され、
前記変形板の変形に伴い、前記正極板又は前記負極板と前記端子の間の導電経路が切断される、
二次電池。 - 前記端子が前記導電部材に溶接接続された、
請求項1に記載の二次電池。 - 前記第1絶縁部材は、前記封口板と前記導電部材の間に配置される部分であって、前記押圧突起で押圧された部分よりも前記第1絶縁部材に設けられた端子挿入孔から離れた位置に第2溝部を有し、
前記第1溝部は、前記第1絶縁部材において、前記封口板及び前記導電部材の内の一方と対向する面に設けられ、
前記第2溝部は、前記第1絶縁部材において、前記封口板及び前記導電部材の内の他方と対向する面に設けられた、
請求項1又は請求項2に記載の二次電池。 - 前記第2溝部は、前記第1溝部よりも前記第1絶縁部材に設けられた端子挿入孔から離れた位置に設けられた請求項3に記載の二次電池。
- 前記第1絶縁部材を平面視したとき、前記第1溝部の一部と前記第2溝部の一部が重なるように前記第1溝部及び前記第2溝部が形成された
請求項3又は4に記載の二次電池。 - 前記導電部材に、前記押圧突起が設けられた、
請求項1~5のいずれかに記載の二次電池。 - 前記導電部材は、前記封口板に対向するように配置される導電部材ベース部と、前記導電部材ベース部から前記電極体に向かって延びる管状部を有し、
前記導電部材ベース部に前記押圧突起が設けられた、
請求項6に記載の二次電池。
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