JP5261029B2 - 角形電池 - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質二次電池、ニッケル水素電池等の角形電池に関し、特に、一方の端部に正極芯体露出部が形成され、他方の端部に負極芯体露出部が形成された偏平状の電極体が角形の電池外装缶内に収容された角形電池に関する。
携帯電話機、携帯型パーソナルコンピュータ、携帯型音楽プレイヤー等の携帯型電子機器の駆動電源として、ニッケル水素電池に代表されるアルカリ二次電池やリチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池が多く使用されている。更に、環境保護運動の高まりを背景として二酸化炭素ガス等の排出規制が強化されているため、自動車業界では、ガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車だけでなく、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が活発に行われている。加えて、近年の化石燃料の価格の急激な高騰はこれらのＥＶやＨＥＶの開発を進める追い風となっている。
これらの非水電解質二次電池には円筒形のもの及び角形のものが存在する。特にＥＶ用ないしＨＥＶ用の電池は、多数個が直列及び並列に接続されて使用されるため、スペース効率の良い角形電池が求められている。このような角形電池として、例えば角形非水電解質二次電池は以下のようにして作製される。
すなわち、細長いシート状の銅箔等からなる負極芯体（集電体）の両面に負極活物質を含有する負極合剤を塗布して負極極板を作製する。また、細長いシート状のアルミニウム箔等からなる正極芯体の両面に正極活物質を含有する正極合剤を塗布した正極極板を作製する。そして、負極極板と正極極板との間に、微多孔性ポリエチレンフィルム等からなるセパレータを配置し、負極極板及び正極極板をセパレータにより互いに絶縁した状態で円柱状の巻き芯に渦巻状に巻回して、円筒状巻き取り電極体を作製する。次いで、この円筒状巻き取り電極体をプレス機で押し潰し、角形の電池外装缶に挿入できるような偏平状巻き取り電極体に成形した後、これを角形の電池外装缶に収容し、電解液を注液して角形非水電解質二次電池としている。なお、負極極板及び正極極板をそれぞれセパレータにより互いに絶縁した状態で積層した積層電極体を用いる場合もある。そこで、以下においては、偏平状の巻回電極体及び偏平状の積層電極体の両者を含む意味で、偏平状の電極体という用語を用いて説明することにする。
ところで、上述のようにして作製された偏平状の電極体を角形金属製の電池外装缶の内部に収容するとき、偏平状の電極体が電池外装缶の縁に触れて傷が付く虞がある。また、偏平状の電極体の外周側に位置する極板と角形金属製の電池外装缶との間を電気的に絶縁する必要がある場合もある。そのため、従来から偏平状の電極体の外周に保護部材ないし絶縁部材を形成し、偏平状の電極体が電池外装缶の縁に触れても偏平状の電極体の表面に傷が付かないようにすること及び偏平状の電極体と電池外装缶との間の電気的絶縁性を確保することが行われている。ここで、このような保護部材ないし絶縁部材を有する従来例の角形電池の構成を図６を用いて説明する。
なお、図６Ａは下記特許文献１に開示されている偏平状の電極体の分解側面図であり、図６Ｂは電極体に絶縁枠を取り付ける状態を示す正面図であり、図６Ｃは偏平状の電極体に絶縁枠を取り付けて角形金属製の電池外装缶内に挿入する状態を示す正面図である。
下記特許文献１に開示されている角形電池は、巻回軸方向の両端部にそれぞれ正極合剤及び負極合剤が塗布されていない正極芯体露出部８１及び負極芯体露出部８２を備えている偏平状の電極体８３に対し、正極芯体露出部８１及び負極芯体露出部８２を束ね、束ねられた正極芯体露出部８１及び負極芯体露出部８２にそれぞれ正極集電体８４及び負極集電体８５を溶接し（図６Ａ参照）、これらの正極芯体露出部８１、負極芯体露出部８２、正極集電体８４及び負極集電体８５を被覆するように断面形状がコ字状でかつ外形形状がコ字状の絶縁枠８６で被覆し（図６Ｂ参照）、電池外装缶８７内に収容した構成を備えている。
特開２００７−２２６９８９号公報 特開２０００−１５０３０６号公報
上記特許文献１に開示されている角形電池８０では、束ねられた正極芯体露出部８１及び負極芯体露出部８２にそれぞれ正極集電体８４及び負極集電体８５が溶接されているので、正極集電体８４と正極芯体との間及び負極集電体８５と負極芯体との間の電気抵抗を非常に小さくすることができる。しかも、正極極板、負極極板、正極芯体露出部８１および負極芯体露出部８２と電池外装缶８７との間の電気的絶縁性も良好となる。そのため、この角形電池８０は、多数の電池を直列及び並列に接続して使用されるとともに大電流が流れるＥＶ用ないしＨＥＶ用に非常に適している。
しかしながら、この角形電池８０の正極集電体８４及び負極集電体８５は、例えば図７に示したように、正極芯体露出部８１及び負極芯体露出部８２のそれぞれ平坦部分が束ねられて偏平状の電極体８３よりも薄くなるように成形ないし溶接された正極芯体溶接部８１ａ及び負極芯体溶接部８２ａに溶接される。
なお、図７は図６の偏平状の電極体部分の斜視図である。
そうすると、正極集電体８４及び負極集電体８５は、それぞれ偏平状の電極体８３の平坦面より中心側に位置するようになるので、偏平状の電極体８３の平坦面と正極集電体８４及び負極集電体８５との間には段差が生じている。そのため、偏平状の電極体８３を外形形状がコ字状の絶縁シートからなる絶縁枠８６で被覆して角形の電池外装缶８７内に挿入すると、絶縁枠８６と正極集電体８４及び負極集電体８５との間には隙間が生じてしまう。
ＥＶ用ないしＨＥＶ用の電池は、振動が多い箇所で使用されるため、絶縁枠８６と正極集電体８４及び負極集電体８５との間に隙間が生じていると、電池外装缶８７内の偏平状の電極体８３が振動することがあるので好ましくない。このような電池外装缶８７内の偏平状の電極体８３の振動を抑制するためには、正極集電体８４及び負極集電体８５に固定部となる突出部を設け、この突出部を電池外装缶８７内の絶縁枠８６を形成する絶縁シートに接触させるようにすることが考えられる。しかしながら、従来の突出部は、偏平状の電極体８３よりも電池外装缶８７側に絶縁枠８６を形成する絶縁シートの厚さよりも大きく突出していた。そのため、偏平状の電極体８３を角形の電池外装缶８７内に挿入した際、電池外装缶８７の幅方向の中心線に対して偏平状の電極体８３の中心線が少しでもずれると、正極集電体８４ないし負極集電体８５の突出部が絶縁枠８６の絶縁シートを貫通し、電池外装缶８７との間に短絡が生じてしまうことがある。
このような正極集電体８４ないし負極集電体８５の突出部が絶縁枠８６の絶縁シートを貫通することを抑制するためには、突出部の表面の面積を大きくして突出部と絶縁シートとの間の接触面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、突出部と絶縁シートとの間の接触面積を大きくすると、偏平状の電極体８３を絶縁枠８６と共に角形の電池外装缶８７内に挿入する際に抵抗が大きくなり、偏平状の電極体８３の缶挿入性が悪化し、角形電池の製造効率に影響する。
なお、上記特許文献２には、図８Ａに示したように、電池ないしキャパシタ９０の集電方式として、挟扼集電部材９１に、挟扼する部分の先端をＵ字状に折返して拘止部９２を設け、この拘止部９２を偏平状の電極体９３とケース本体９４の内壁の両方に接し、拘止部９２の有する弾性力で、偏平状の電極体９３の集電箔積層部９５の挟扼を強いものとした例が示されている。この電池ないしキャパシタ９０においては、ケース本体９４が導電性材料からなるとき、拘止部９２とケース本体９４の内壁との接触部を絶縁するため、拘止部９２を絶縁物で被覆ないしケース本体９４の内面を絶縁フィルムにて被覆する方法、更には、図８Ｂに示したように、ケース本体９４側の接触部に、樹脂製の突状片９６を設けるようにしている。
なお、図８Ａは上記特許文献２に開示されている集電端子部の断面図であり、図８Ｂは図８Ａの変形例の部分拡大図である。
この電池ないしキャパシタ９０の挟扼集電部材９１は、Ｕ字状に折返した拘止部９２の弾性によって偏平状の電極体９３の集電箔積層部９５の挟扼を強いものとしている。そのため、Ｕ字状に折返した拘止部９２の先端は偏平状の電極体９３よりもケース本体９４側に大きく突出することとなり、体積効率が悪くなる。しかも、Ｕ字状に折返した拘止部９２とケース本体９４との間に使用される絶縁物には大きな圧縮応力が印加されるので、絶縁物としては厚さが薄い絶縁フィルムを使用することが困難であり、このことも体積効率の悪化に繋がる。加えて、ケース本体９４内に図８Ｂに示したような樹脂製の突状片９６を設けることは、体積効率の悪化だけでなく、電池等の製造効率に悪影響を及ぼす。そのため、上記特許文献２に示されているような電池ないしキャパシタ９０の集電方式そのままＥＶ用ないしＨＥＶ用角形電池の偏平状の電極体の固定用として採用することは困難である。
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、正極集電体ないし負極集電体に形成する位置決め用の突出部の形状を改良することにより偏平状の電極体の缶挿入性が良好となるようにし、しかも、たとえ電池外装缶の幅方向の中心線に対して挿入された偏平状の電極体の中心線がずれても、正極集電体ないし負極集電体と電池外装缶との間の短絡故障が抑制され、安全性に優れたＥＶ用ないしＨＥＶ用として最適な角形電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の角形電池は、端部に正極芯体露出部が形成された正極極板及び端部に負極芯体露出部が形成された負極極板が、前記正極芯体露出部と負極芯体露出部とが互いに反対方向となるようにセパレータを介して互いに絶縁された状態で巻回又は積層された偏平状の電極体を有し、前記正極芯体露出部は束ねられて正極集電部材が溶接され、前記負極芯体露出部は束ねられて負極集電部材が溶接され、前記正極集電部材及び負極集電部材が角形の電池外装缶内の両側端側に位置するように前記偏平状の電極体が前記電池外装缶内に収容された角形電池であって、
前記正極集電部材及び負極集電部材の少なくともいずれか一方に、絶縁シートと接触して前記偏平状の電極体と前記外装缶の位置を固定する固定部が設けられており、
前記固定部と前記電池外装缶との間に前記絶縁シートが配置されていると共に、
前記固定部は、前記正極極板において正極芯体上に正極活物質合剤層が形成された部分と前記負極極板において負極芯体上に負極活物質合剤層が形成された部分とが、前記セパレータを介して積層されている領域のうち最も厚い部分よりも、前記電池外装缶側に前記絶縁シートの厚さよりも小さい高さだけ突出していることを特徴とする。
本発明の角形電池は、端部に正極芯体露出部が形成された正極極板及び端部に負極芯体露出部が形成された負極極板が、前記正極芯体露出部と負極芯体露出部とが互いに反対方向となるようにセパレータを介して互いに絶縁された状態で巻回又は積層された偏平状の電極体を有し、前記正極芯体露出部は束ねられて正極集電部材が溶接され、前記負極芯体露出部は束ねられて負極集電部材が溶接され、前記正極集電部材及び負極集電部材が角形の電池外装缶内の両側端側に位置するように前記偏平状の電極体が前記電池外装缶内に収容されている。このような構成を備えていると、正極集電体と正極芯体露出部及び負極集電体と負極芯体露出部が非常に強固に固定されると共に、正極集電体と正極芯体との間及び負極集電体と負極芯体との間の内部抵抗が非常に小さくなる。そのため、本発明の角形電池は、大電流で充放電を行っても良好な特性が得られるようになる。
また、本発明の角形電池においては、前記正極集電部材及び負極集電部材の少なくともいずれか一方に、絶縁シートと接触して前記偏平状の電極体と前記外装缶の位置を固定する固定部が設けられている。そのため、本発明の角形電池によれば、角形電池に振動が加わっても、偏平状の電極体が電池外装缶内で動き難くなる。
しかも、本発明の角形電池においては、前記固定部は、前記正極極板において正極芯体上に正極活物質合剤層が形成された部分と前記負極極板において負極芯体上に負極活物質合剤層が形成された部分とが、前記セパレータを介して積層されている領域のうち最も厚い部分よりも、前記電池外装缶側に前記絶縁シートの厚さよりも小さい高さだけ突出している。そうすると、固定部は、偏平状の電極体が電池外装缶の幅方向の中心線に対して中心がズレた状態で挿入された場合でも、固定部が絶縁シートを貫通する前に偏平状の電極体が絶縁シートに接触するため、固定部が絶縁シートを貫通し難くなる。そのため、本発明の角形電池によれば、振動が加わる条件下で使用しても、従来例の角形電池に比して正極集電体及び負極集電体が電池外装缶と短絡故障を起こすことが少なくなって信頼性が向上し、しかも、大電流で充放電可能な角形電池が得られるから、ＥＶ用ないしＨＥＶ用の角形電池として最適となる。

また、本発明の角形電池においては、前記固定部は、前記偏平状の電極体よりも前記電池外装缶側には突出しない第１の突出部と、前記第１の突出部上に形成され、前記偏平状の電極体よりも前記絶縁シートの厚さよりも小さい高さだけ突出し、且つ前記絶縁シートの厚さよりも小さい高さの第２の突出部が設けられていることが好ましい。
本発明の角形電池においては、第１の突出部は偏平状の電極体よりも電池外装缶側には突出しておらず、しかも、第２の突出部は、第１の突出部上に形成されているから、第１の突出部よりも絶縁シートとの接触面積が小さくなっている。そのため、本発明の角形電池によれば、偏平状の電極体の電池外装缶内への挿入性及び固定性が良好となり、角形電池の製造効率が向上する。また、第２の突出部は、前記偏平状の電極体よりも前記絶縁シートの厚さよりも小さい高さだけ突出しているため、たとえ偏平状の電極体が電池外装缶の幅方向の中心線に対して中心がズレた状態で挿入された場合でも、第２の突出部が絶縁シートを貫通する前に偏平状の電極体が絶縁シートに接触するため、第２の突出部が絶縁シートを貫通し難くなる。
更に、第２の突出部の高さは絶縁シートの厚さよりも小さいので、集電体が、偏平状の電極体の中心位置からずれて芯体露出部に溶接され、第１の突出部が偏平状の電極体よりも前記電池外装缶側に突出した状態が生じた場合となっても、第２の突出部の高さは絶縁シートの厚さよりも小さいため、第１の突出部は第２の突出部の周囲で絶縁シートに当接するので、第２の突出部が絶縁シートを貫通し難くなる。そのため、本発明の角形電池によれば、振動が加わる条件下で使用しても、従来例の角形電池に比して正極集電体及び負極集電体が電池外装缶と短絡故障を起こすことがより少なくなって信頼性が向上し、しかも、大電流で充放電可能な角形電池が得られるから、ＥＶ用ないしＨＥＶ用の角形電池として最適となる。
また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記第１の突出部は前記正極集電部材及び負極集電部材の少なくともいずれか一方の表面に形成されていることが好ましい。
正極集電部材及び負極集電部材自体は、それらの面積を大きくして束ねられた正極芯体露出部及び負極芯体露出部との接触面積を大きくできるので、第１の突出部の面積を大きくとることができる。そのため、第２の突出部が絶縁シートに食い込んでも、第１の突出部も第２の突出部の周囲で広い面積で絶縁シートに当接するので、より第２の突出部が絶縁シートを貫通し難くなる。そのため、係る態様の角形電池によれば、より正極集電部材及び負極集電部材が電池外装缶と短絡故障を起こすことが少なくなって信頼性が向上する。なお、本発明の角形電池においては、固定部は正極集電部材及び負極集電部材の何れ一方に少なくとも１箇所以上設けられていれば、上述のような所定の効果を奏することができる。
また、本発明の角形電池においては、前記第１の突出部は前記正極集電部材及び負極集電部材の少なくともいずれか一方の折り曲げ部により形成されているものとすることもできる。
本発明の角形電池によれば、正極集電体及び負極集電体を単に折り曲げるのみで、その先端部を第１の突出部として利用することができるため、極めて容易に第１の突出部、延いては固定部を形成することができるようになる。
また、本発明の角形電池においては、前記絶縁性シートは絶縁樹脂製シートからなることが好ましい。
絶縁樹脂製シートは、柔軟であるため、折り畳んで偏平状の電極体の表面全面を覆うようにすることも、断面コ字状の絶縁樹脂シートとして偏平状の電極体の側面を覆うようにすることもできる。従って、本発明の角形電池によれば、構造が簡単で、製造も容易となり、絶縁シートを安価に製造することができるようになる。
また、本発明の角形電池によれば、絶縁樹脂製シートは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ナイロンから選択された１種の樹脂からなるものを使用することができる。
本発明の角形電池によれば、これらの絶縁性樹脂製シートは、強度が強く、耐熱性も良好であるため、上記効果を良好に奏する角形電池が得られる。
以下、実施例、比較例及び図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための角形電池を例示するものであって、本発明をこの角形電池に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。
図１は各実施例及び比較例に共通する角形電池の電池外装缶及び絶縁シートを透視して表した正面図である。図２Ａは比較例１の角形電池に対応する図１のIIA−IIA線に沿った断面図であり、図２Ｂは正常に挿入された場合の図２ＡのIIＢ部分の拡大図であり、図２Ｃはずれて挿入された場合の図２ＡのIIＢ部分の拡大図である。図３Ａは実施例１の角形電池のIIIA−IIIA線に沿った断面図であり、図３Ｂは実施例１の負極集電体の左側面図、平面図及び正面図を纏めて示す図である。図４Ａは実施例２の角形電池の図１のIIA−IIA線に沿った断面図であり、図４Ｂは図４ＡのIVB部分の拡大断面図である。図５Ａは実施例３の角形電池の図３Ａに対応する断面図であり、図５Ｂは実施例３の負極集電体の左側面図、平面図及び正面図を纏めて示す図である。
各実施例及び比較例の角形電池は、正極集電体及び負極集電体の固定部の構成が相違しているのみであって、他の構成部分は全て共通しているので、最初に図１によって各実施例及び比較例に共通する角形電池としての非水電解質二次電池を説明する。ただし、図１においては固定部の構成は概略的に示されている。
この角形電池１０としての非水電解質二次電池は、正極極板（図示せず）と負極極板（図示せず）とがセパレータ（図示せず）を介して巻回された偏平状の電極体１１を、周辺部及び底部を断面がコ字状の絶縁シート３２によって被覆した後、角形の電池外装缶１２の内部に収容し、封口板１３によって電池外装缶１２を密閉したものである。
この偏平状の電極体１１は、巻回軸方向の両端部に正極合剤、負極合剤を塗布しない正極芯体露出部１４、負極芯体露出部１５を備えている。正極芯体露出部１４は正極集電部材１６を介して正極端子１７に接続され、負極芯体露出部１５は負極集電部材１８を介して負極端子１９に接続されている。また、正極端子１７、負極端子１９はそれぞれ絶縁板２０、２１を介して封口板１３に固定されている。なお、正極集電部材１６及び負極集電部材１８は同様の構成を備えているので、以下においては負極集電部材１８に代表させてその詳細な構成を説明することとし、正極集電部材１６の具体的構成については詳細な説明は省略する。
この角形の非水電解質二次電池は、偏平状の電極体１１を電池外装缶１２内に挿入した後、封口板１３を電池外装缶１２の開口部にレーザ溶接し、その後電解液注液孔（図示せず）から非水電解液を注液して、この電解液注液孔を密閉することにより作製される。なお、電解液としては、例えばエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比で３：７となるように混合した溶媒に対し、ＬｉＰＦ６を１モル／Ｌとなるように溶解した非水電解液を使用し得る。この偏平状の電極体１１の具体的製造方法の一例は以下のとおりである。
［正極極板の作製］
正極極板は次のようにして作製した。まず、正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）粉末９４質量％と、導電剤としてのアセチレンブラックあるいはグラファイト等の炭素系粉末３質量％と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）よりなる結着剤３質量％とを混合し、得られた混合物にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる有機溶剤を加えて混練して正極活物質合剤スラリーを調製した。次いで、アルミニウム箔（例えば、厚さが２０μｍのもの）からなる正極芯体を用意し、上述のようにして作製した正極活物質合剤スラリーを正極芯体の両面に、均一に塗布して正極活物質合剤層を塗布した。
この際、正極活物質合剤層の一方側には、正極活物質合剤スラリーの塗布されていない所定幅（ここでは１０ｍｍとした）の非塗布部が正極芯体の幅方向の一方側の端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、正極活物質合剤層を形成した正極芯体を乾燥機中を通過させて、スラリー作製時に必要であったＮＭＰを除去して乾燥させた。乾燥後に、ロールプレス機により厚さが０．０６ｍｍとなるまで圧延して正極極板を作製した。このようにして作製した正極極板を幅が５５．５ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が１０ｍｍの帯状のアルミニウム箔露出部（正極芯体露出部１４）を設けた正極極板を得た。
［負極極板の作製］
負極極板は次のようにして作製した。まず、負極活物質としての天然黒鉛粉末９８質量％と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）及びスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）をそれぞれ１質量％ずつ混合し、水を加えて混練して負極活物質合剤スラリーを調製した。次いで、銅箔（例えば、厚さが１２μｍのもの）からなる負極芯体を用意し、上述のようにして作製した負極活物質合剤スラリーを負極芯体の両面に均一に塗布して、負極活物質合剤層を形成した。この場合、負極活物質合剤層の幅方向の一方端側に沿って負極活物質合剤スラリーの塗布されていない所定幅（ここでは１０ｍｍとした）の非塗布部が負極芯体の端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、負極活物質合剤層を形成した負極芯体を乾燥機中を通過させて乾燥させた。乾燥後に、ロールプレス機により厚さが０．０５ｍｍとなるまで圧延して負極極板を作製した。このようにして作製した負極極板を幅が５５．５ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が１０ｍｍの帯状の銅箔露出部（負極芯体露出部１５）を設けた負極極板を得た。
［巻回電極体の作製］
上述のようにして得られた正極極板の正極芯体露出部１４と負極極板の負極芯体露出部１５とがそれぞれ対向する電極の活物質合剤層と重ならないようにずらして、ポリエチレン製の多孔質セパレータ（厚さが０．０２２ｍｍのもの）を介して巻回し、両側にそれぞれ複数のアルミニウム箔からなる正極芯体露出部１４と、銅箔からなる負極芯体露出部１５が形成された実施例及び比較例で使用する偏平状の電極体１１を作製した。その際、偏平状の電極体１１の最外周側が多孔質セパレータで覆われるようにして、偏平状の電極体１１の正極極板及び負極極板と電池外装缶とが電気的に絶縁されている状態とした。
［集電体の抵抗溶接］
なお、比較例１及び実施例２の角形電池では、正極集電部材１６は正極集電体２２及び正極集電体受け部品（図示せず）から構成され、また、負極集電部材１８は負極集電体２５及び負極集電体受け部品２６から構成されているものを例にとって説明し、更に、実施例１及び実施例３の角形電池では、正極集電部材１６及び負極集電部材１８はそれぞれ同一形状の一対の正極集電体２２Ａ（もう一方は図示省略）及び負極集電体２５Ａ及び２５Ｂから構成されているものを例にとって説明する。
比較例１及び実施例２の角形電池においては、正極集電部材１６及び負極集電部材１８の取り付けは、上述のようにして作製された偏平状の電極体１１の正極芯体露出部１４にアルミニウム製の正極集電体２２及び正極集電体受け部品（図示せず）を抵抗溶接によって取り付け、同じく負極芯体露出部１５に銅製の負極集電体２５及び負極集電体受け部品２６を抵抗溶接によって取り付けるが、以下においては、負極芯体露出部１５に銅製の負極集電体２５及び負極集電体受け部品２６を抵抗溶接によって取り付ける場合について説明する。なお、負極集電体２５としては、固定部として機能する所定高さの２箇所の突出部２９を有すると共に、負極端子１９との間の電気的接続用負極リード２７を有するものを用いた。更に、負極集電体受け部品２６としては、それぞれ突出部３０を有するものを用い、この突出部３０の高さは負極集電部体２５の２箇所の突出部２９と同じ高さとなるようにした。
まず、銅製の負極芯体露出部１５を束ね、その上側から銅製の負極集電体２５を配置し、同じく下側から負極集電体２５の２箇所の突出部２９に対応する位置に負極集電体受け部品２６を配置した。次いで、負極集電体２５の突出部２９及び負極集電体受け部品２６を挟むように上下から抵抗溶接装置（図示せず）の銅製の電極棒を当接し、両方の電極棒を互いに押圧してわずかに短絡した状態としてから、両電極棒の間に短時間予め実験的に定めた最適溶接電流（例えば４ｋＡ）を流して抵抗溶接を行った。もう一方の負極集電体の突出部２９及び負極集電体受け部品２６との間も同様にして抵抗溶接を行った。また、正極集電体２２及び正極集電体受け部品（図示せず）との間の抵抗溶接も、負極集電体２５と負極集電体受け部品２６の場合と同様にして行なった。
その後、正極集電体２２の正極リード２３及び負極集電体２５の負極リード２７を封口板１３及び絶縁板２０、２１、ガスケット（図示せず）を介してそれぞれ正極端子１７及び負極端子１９にかしめ接合した。
［絶縁シートの作製］
比較例１及び実施例１の角形電池で使用する絶縁シート３２としては、例えば厚さが５０μｍのＰＰ製シートを用い、断面コ字状となるように折り曲げて成形した。この折り曲げた絶縁シート３２で形成される空間内に封口板１３と一体化された偏平状の電極体１１を、正極集電部材１６及び負極集電部材１８がそれぞれ横方向となるように挿入した。そうすると、正極集電部材１６及び負極集電部材１８が存在する箇所は、折り曲げた絶縁シート３２によって被覆される。このような絶縁シート３２が取り付けられ、封口板１３と一体化された偏平状の電極体１１を角形金属製の電池外装缶１２内に収納し、封口板の周囲と電池外装缶の接合部をレーザ溶接し、電解液注入口から上記組成の非水電解液を注入した後、電解液注入口を密閉することにより、比較例１及び実施例２の角形電池を得た。
なお、絶縁シート３２としては、ＰＰ製のもの以外に、ＰＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ナイロンから選択された１種の樹脂等、機械的強度が強く、耐熱性も良好なものからなるものを使用することができる。
［比較例１］
次に、本発明の角形電池の効果を確認するために、比較例１の角形電池の固定部の構成について図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。比較例１の角形電池は、負極集電部材１８は、１個の負極集電体２５及び２個の負極集電体受け部品２６とからなり、負極集電体２５の表面には２箇所突出部２９が形成されており、２個の負極集電体受け部品２６にはそれぞれ突出部３０が形成されている。この突出部２９及び３０の高さは、絶縁シート３２と接触して固定部として作用させるため、偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側に絶縁シート３２の厚さよりも大きく突出している。この比較例１の角形電池における固定部としての突出部２９及び３０は、それぞれ電池外装缶１２の底側が鈍角をなすようにされ、頂面が平坦面となるように形成されている。このような構成とすると、偏平状の電極体１１を絶縁シート３２と共に電池外装缶１２内に挿入しやすくなる。
この偏平状の電極体１１を絶縁シート３２と共に電池外装缶１２内に挿入したとき、電池外装缶１２の幅方向の中心線に対して偏平状の電極体１１の中心線が正確に一致するように挿入された状態、すなわち正常に挿入された状態が図２Ｂに示されている。このように、正常に挿入された状態では、固定部としての突出部２９及び３０は、力が均等に加わっているので、絶縁シート３２を貫通し難い。しかしながら、偏平状の電極体１１を絶縁シート３２と共に電池外装缶１２内に挿入したとき、電池外装缶１２の幅方向の中心線に対して偏平状の電極体１１の中心線が一方向側にずれると、突出部２９及び３０が偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側に突出しているため、図２Ｃに示したように、例えば負極集電体受け部品２６の突出部３０が絶縁シート３２を貫通してしまい、負極集電体受け部品２６と電池外装缶１２とが短絡することがある。
実施例１の角形電池の固定部の構成を図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。なお、この実施例１の角形電池においては、正極側の固定部を形成する正極集電部材１６及び負極側の固定部を形成する負極集電部材１８は同様の構成を備えているので、負極側の固定部を形成する負極集電部材１８に基づいて詳細に説明することとし、正極集電部材１６の構成についてはその説明を省略する（以下、実施例２及び実施例３においても同じ。）。
この実施例１の角形電池の負極集電部材１８は、同一形状の一対の負極集電体２５Ａ及び２５Ｂを備えている。そして、負極集電体２５Ａ及び２５Ｂともに、折り曲げられて負極芯体露出部１５側から電池外装缶１２側に向かって立ち上がっているとともに、偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側には突出しない第１の突出部２９Ａａ及び２９Ｂａが形成されており、この第１の突出部２９Ａａ及び２９Ｂａの先端部に第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂが形成されている。この第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂは、図３Ｂに示したように、折り曲げられた負極集電体２５Ａ及び２５Ｂの先端部表面に沿って細長い形状に形成されている。このような構成を備えていると、第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂは、それぞれ第１の突出部２９Ａａ及び２９Ｂａ上に形成されているから、第１の突出部２９Ａａ及び２９Ｂａよりも絶縁シート３２との接触面積が小さくなっているので、偏平状の電極体１１の電池外装缶１２内への挿入性及び固定性が良好となり、角形電池の製造効率が向上する。
そして、実施例１の角形電池の負極集電部材１８においては、第１の突出部２９Ａａ及び２９Ｂａの高さは偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側には突出しない状態となされているとともに、第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂの偏平状の電極体１１よりも突出している部分の高さが絶縁シート３２の厚さよりも低くなるようにされている。すなわち、偏平状の電極体１１の厚みをＤ、負極芯体露出部１５の厚さを含めた負極集電部材１８の総厚みをＷ、絶縁シート３２の厚さをｔとすると、この実施例１の角形電池では、（Ｗ−Ｄ）／２＜ｔとなるように選択されている。この条件を満たしている限り、第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂ自体の高さｈは絶縁シート３２の厚さよりも大きくてもよい。
このような条件が満たされていると、偏平状の電極体１１が電池外装缶１２の中心線に対して中心がズレた状態で挿入されて負極集電体２５の第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂが絶縁シート３２内に食い込むことがあっても、第２の突出部２９Ａｂないし２９Ｂｂが絶縁シート３２を貫通する前に偏平状の電極体１１が絶縁シート３２に接触するため、これらの第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂが絶縁シート３２を貫通し難くなる。そのため、実施例１の角形電池によれば、振動の大きい用途で使用されることがあっても、正極集電部材１６ないし負極集電部材１８が電池外装缶１２と短絡故障を起こすことが少なくなり、安全性に優れたＥＶないしＨＥ用途に最適な角形電池が得られる。
実施例２の角形電池における固定部の構成について、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。なお、実施例２の角形電池の負極集電部材１８は、比較例１の固定部の場合と同様に、負極集電体２５及び２個の負極集電体受け部品２６とからなり、負極集電体２５の表面には２箇所突出部２９が形成されており、２個の負極集電体受け部品２６にはそれぞれ突出部３０が形成されている。このうち、負極集電体２５の表面に２箇所形成された突出部２９は、それぞれ負極集電体２５の表面側の面積が広い第１の突出部２９ａと、第１の突出部２９ａの表面に形成された第１の突出部よりも面積が狭い第２の突出部２９ｂとを備えている。また、負極集電体受け部品２６の表面に形成された突出部３０は、負極集電体受け部品２６の表面側の面積が広い第１の突出部３０ａと第１の突出部３０ａの表面に形成された第１の突出部３０ａよりも面積が狭い第２の突出部３０ｂとを備えている。
そして、負極集電体２５の表面に２箇所形成された突出部２９及び負極集電体受け部品に形成された突出部３０においては、第１の突出部２９ａ及び３０ａは偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側には突出しない状態となされ、第２の突出部２９ｂ及び３０ｂは、偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側に突出しているが、それぞれの高さが絶縁シート３２の厚さよりも低くなされている。すなわち、偏平状の電極体１１の厚みをＤ、負極芯体露出部１５の厚さを含めた負極集電部材１８の総厚みをＷ、絶縁シート３２の厚さをｔ、第２の突出部２９ｂ及び３０ｂの高さをｈとすると、この実施例２の角形電池では、（Ｗ−Ｄ）／２＜ｔかつｔ＞ｈとなるように選択されている。
このような条件が満たされていると、偏平状の電極体１１が電池外装缶１２の中心線に対して中心がズレた状態で挿入されて負極集電体２５の第２の突出部２９ｂないし負極集電体受け部品２６の第２の突出３０ｂが絶縁シート３２内に食い込むことがあっても、これらの第２の突出部２９ｂないし３０ｂの偏平状の電極体１１から突出している部分の高さが絶縁シート３２の厚さよりも小さいために、これらの第２の突出部２９ｂないし３０ｂが絶縁シート３２を貫通する前に偏平状の電極体１１が絶縁シート３２に接触するため、これらの第２の突出部２９ｂないし３０ｂが絶縁シートを貫通し難くなる。
また、第２の突出部２９ｂないし３０ｂ自体の高さは絶縁シート３２の厚さよりも小さいので、たとえ負極集電部材１８が、偏平状の電極体１１の中心位置からずれて負極芯体露出部１５に溶接され、第１の突出部２９ａないし２９ｂが偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側に突出した状態が生じた場合となっても、第１の突出部２９ａ及び３０ａが第２の突出部の周囲で絶縁シート３２に当接するので、第２の突出部２９ｂないし３０ｂが絶縁シート３２を貫通し難くなる。そのため、本発明の角形電池によれば、振動が加わる条件下で使用しても、従来例の角形電池に比して正極集電体及び負極集電体が電池外装缶と短絡故障を起こすことがより少なくなって信頼性が向上し、しかも、大電流で充放電可能な角形電池が得られるから、ＥＶ用ないしＨＥＶ用の角形電池として最適となる。
実施例３の角形電池における固定部の構成について、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。実施例３の角形電池の負極集電部材１８は、負極集電体２５Ａ及び２５Ｂともに、折り曲げられて負極芯体露出部１５側に向かって立ち上がっており、偏平状の電極体１１よりも電池外装缶側１２には突出しない第１の突出部２９Ａａ及び２９Ｂａが形成されており、この第１の突出部２９Ａａ及び２９Ｂａの先端部に第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂが偏平状の電極体１１より突出するように形成されている点では、実施例１の角型電池の場合と同様である。しかしながら、実施例３の角形電池の負極集電部材１８は、実施例２の角形電池の場合と同様に、第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂ自体の高さが絶縁シート３２の厚さよりも低くなっている点で、実施例１の角形電池の負極集電部材１８とは構成が相違している。すなわち、偏平状の電極体１１の厚みをＤ、負極芯体露出部１５の厚さを含めた負極集電部材１８の総厚みをＷ、絶縁シート３２の厚さをｔ、第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂの高さをｈとすると、この実施例３の角形電池では、（Ｗ−Ｄ）／２＜ｔかつｔ＞ｈとなるように選択されている。
このような構成の実施例３の角形電池によれば第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂが絶縁シート３２内に食い込むことがあっても、第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂの偏平状の電極体１１より突出している部分の高さが絶縁シート３２の厚さよりも小さいため、これらの第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂが絶縁シート３２を貫通する前に偏平状の電極体１１が絶縁シート３２に接触するので、これらの第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂが絶縁シート３２を貫通し難くなる。また、第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂ自体の高さが絶縁シート３２の厚さよりも小さいので、たとえ負極集電部材１８が、偏平状の電極体１１の中心位置からずれて負極芯体露出部１５に溶接され、第１の突出部２９Ａａないし２９Ｂａが偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側に突出した状態が生じた場合となっても、第１の突出部２９Ａａないし２９Ｂａが第２の突出部の周囲で絶縁シート３２に当接するので、第２の突出部２９Ａｂ及び２９Ｂｂが絶縁シート３２を貫通し難くなる。そのため、実施例３の角形電池によれば、実施例１の角形電池の場合同様に、振動の大きい用途で使用されることがあっても、正極集電部材１６ないし負極集電部材１８が電池外装缶１２と短絡故障を起こすことが少なくなり、安全性に優れたＥＶないしＨＥ用途に最適な角形電池が得られる。
なお、上述した実施例１〜実施例３においては、絶縁シート３２として断面コ字状となるように折り曲げて形成したものを用いた例を示したが、これに限られるものではない。すなわち、絶縁シート３２は少なくとも正極集電部材１６及び負極集電部材１８を被覆するものであればよいので、例えば、折り畳むことによって正極集電部材１６及び負極集電部材１８の表面を被覆することができるものであれば任意形状のものを使用し得る。
また、上述した実施例１〜実施例３においては、正極集電部材１６及び負極集電部材１８として、それぞれ４箇所ずつ突出部が形成されているもの（実施例２）ないし２箇所ずつ突出部が形成されているもの（実施例１及び実施例３）を示した。しかしながら、この突出部は、正極集電部材１６及び負極集電部材１８の少なくとも何れか一方に、１箇所以上形成されていれば所定の効果を奏する。更に、上述した実施例１〜実施例３においては、正極集電部材１６及び負極集電部材１８としてそれぞれ第１の突起及び第２の突起を有するものについて説明したが、この突起は、偏平状の電極体１１よりも電池外装缶１２側に絶縁シートの厚さよりも小さい高さだけ突出しているものであれば、１つの突起からなるものであっても、突起が絶縁シート３２を貫通する前に偏平状の電極体１１が絶縁シートに当接するため、上述のような所定の効果を奏することができる。
また、上述した実施例１〜実施例３においては、本発明を非水電解液二次電池に適用する例について説明したが、本発明の角形電池は、非水電解液二次電池に限らず、一方の端部に正極芯体露出部が形成され、他方の端部に負極芯体露出部が形成された電極群が角形金属製の電池外装缶内に収容された角形電池であれば、ニッケル−水素蓄電、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池やその他の蓄電池に適用できる。更に、上述した実施例１〜実施例３においては、巻回状電極体を押しつぶして偏平状の電極体としたものを用いる例について説明したが、電極体としは偏平状であれば本発明を適用することが可能であり、例えば、平板状の正極極板及び負極極板をセパレータを介して積層した偏平状の電極体などを適用できることも明らかである。
各実施例及び比較例に共通する角形電池の電池外装缶及び絶縁シートを透視して表した正面図である。 図２Ａは比較例１の角形電池に対応する図１のIIA−IIA線に沿った断面図であり、図２Ｂは正常に挿入された場合の図２ＡのIIＢ部分の拡大図であり、図２Ｃはずれて挿入された場合の図２ＡのIIＢ部分の拡大図である。 図３Ａは実施例１の角形電池のIIIA−IIIA線に沿った断面図であり、図３Ｂは実施例１の負極集電体の左側面図、平面図及び正面図を纏めて示す図である。 図４Ａは実施例２の角形電池の図１のIIA−IIA線に沿った断面図であり、図４Ｂは図４ＡのIVB部分の拡大断面図である。 図５Ａは実施例３の角形電池の図３Ａに対応する断面図であり、図５Ｂは実施例３の負極集電体の左側面図、平面図及び正面図を纏めて示す図である。 図６Ａは従来例の偏平状の電極体の分解側面図であり、図６Ｂは電極体に絶縁枠を取り付ける状態を示す正面図であり、図６Ｃは偏平状の電極体に絶縁枠を取り付けて角形金属製の電池外装缶内に挿入する状態を示す正面図である。 図６の偏平状の電極体部分の斜視図である。 図８Ａは別の従来例の集電端子部の断面図であり、図８Ｂは図８Ａの変形例の部分拡大図である。
符号の説明
１０：角形電池 １１：偏平状の電極体 １２：電池外装缶 １３：封口板 １４：正極芯体露出部 １５：負極芯体露出部 １６：正極集電部材 １７：正極端子 １８：負極集電部材 １９：負極端子 ２０、２１：絶縁板 ２２、２２Ａ：正極集電体 ２３：正極リード ２５、２５Ａ：負極集電体 ２６：負極集電体受け部品 ２７：負極リード ２９、２９Ａ、２９Ｂ：（負極集電体の）突出部 ２９ａ、２９Ａａ、２９Ｂａ：第１の突出部 ２９ｂ、２９Ａｂ、２９Ｂｂ：第２の突出部 ３０：（負極集電体受け部品の）突出部 ３２：絶縁シート

Claims (6)

  1. 端部に正極芯体露出部が形成された正極極板及び端部に負極芯体露出部が形成された負極極板が、前記正極芯体露出部と負極芯体露出部とが互いに反対方向となるようにセパレータを介して互いに絶縁された状態で巻回又は積層された偏平状の電極体を有し、前記正極芯体露出部は束ねられて正極集電部材が溶接され、前記負極芯体露出部は束ねられて負極集電部材が溶接され、前記正極集電部材及び負極集電部材が角形の電池外装缶内の両側端側に位置するように前記偏平状の電極体が前記電池外装缶内に収容された角形電池であって、
    前記正極集電部材及び負極集電部材の少なくともいずれか一方に、絶縁シートと接触して前記偏平状の電極体と前記外装缶の位置を固定する固定部が設けられており、
    前記固定部と前記電池外装缶との間に前記絶縁シートが配置されていると共に、
    前記固定部は、前記正極極板において正極芯体上に正極活物質合剤層が形成された部分と前記負極極板において負極芯体上に負極活物質合剤層が形成された部分とが、前記セパレータを介して積層されている領域のうち最も厚い部分よりも、前記電池外装缶側に前記絶縁シートの厚さよりも小さい高さだけ突出していることを特徴とする角形電池。
  2. 前記固定部は、前記偏平状の電極体よりも前記電池外装缶側には突出しない第１の突出部と、前記第１の突出部上に形成され、前記偏平状の電極体よりも前記電池外装缶側に前記絶縁シートの厚さよりも小さい高さだけ突出し、且つ前記絶縁シートの厚さよりも小さい高さの第２の突出部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
  3. 前記第１の突出部は前記正極集電部材及び負極集電部材の少なくともいずれか一方の表面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の角形電池。
  4. 前記第１の突出部は前記正極集電部材及び負極集電部材の少なくともいずれか一方の折り曲げ部により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の角形電池。
  5. 前記絶縁性シートは絶縁樹脂製シートからなることを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
  6. 前記絶縁樹脂製シートは、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、ポリエーテル・エーテル・ケトン、ナイロンから選択された１種の樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載の角形電池。
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