JP6328271B2 - 角形二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、車載用途等に使用される角形二次電池に関する。
従来から、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車両に搭載された電気モーター等に電力を供給する車載用電源又はその他の機器の電源として、例えば、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電等の角形二次電池が用いられている。角形二次電池は、角形の電池容器に、発電要素である扁平の捲回電極体を収容している。発電要素には、シート状の絶縁フィルムが巻き付けられ、電池容器と発電要素との間が電気的に絶縁されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。
国際公開第２０１３／０２７２９６号
前記特許文献１によれば、電池容器と発電要素との間に絶縁保護フィルムを簡単に介在させることができ、絶縁保護フィルムの装着作業の自動化を容易とし、生産性に優れた構造を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。しかし、このリチウムイオン二次電池では、電池容器内に注入された電解液が、発電要素が存在する絶縁フィルムによって覆われた空間と、絶縁保護フィルムの外側の電池容器との間の空間との間を、絶縁保護フィルムの隙間を介して比較的自由に流通する。
そのため、発電要素の電極間に電解液を十分に含浸させるためには、絶縁保護フィルムと発電要素との間だけでなく、絶縁保護フィルムと電池容器との間の空間を適度に満たす電界液を電池容器内に注入する必要がある。この場合、例えば、角形二次電池の大容量化に伴って電池容器の容積が増加すると、発電要素と電池容器との間の空間が増大して、電解液の量が増加する虞がある。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも電解液の量を減少させることができる角形二次電池を提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明の角形二次電池は、正負の電極を捲回した扁平な電極群と、該電極群を収容する扁平角形の電池缶と、該電池缶の開口部を封止する電池蓋と、該電池蓋に固定されて前記電池缶内に収容された絶縁部材とを備えた角形二次電池であって、前記電池缶よりも容積が小さく、前記電池缶に収容されて前記電極群を電解液とともに収容する袋状の絶縁シートからなる収容部材を備え、前記絶縁部材は、前記電池蓋に密着して該電池蓋との間を封止するとともに、前記収容部材の開口部に接合されて該開口部を封止することを特徴とする。
本発明の角形二次電池によれば、電池缶よりも容積が小さい袋状の絶縁シートからなる収容部材に電極群とともに電解液を収容し、絶縁部材によって収容部材の開口を封止することで、電池缶と収容部材との間の空間を満たす余分な電解液をなくして、収容部材内の電解液を電極群に効率よく含浸させることができる。したがって、本発明によれば、従来よりも電解液の量を減少させることができる角形二次電池を提供することができる。
本発明の角形二次電池の実施形態１を示す外観斜視図。 図１に示す角形二次電池の分解斜視図。 図１に示す角形二次電池のIII−III線に沿う断面図。 図２に示す電極群の分解斜視図。 図２及び図３に示す絶縁部材の平面図。 図５に示す絶縁部材の変形例１を示す平面図。 図５に示す絶縁部材の変形例２を示す平面図。 本発明の角形二次電池の実施形態２を示す分解斜視図。 図８に示す絶縁部材の平面図。 図８に示す絶縁部材の変形例を示す平面図。
（実施形態１）
以下、図面を参照して本発明の角形二次電池の実施形態１について説明する。
図１は、本実施形態の角形二次電池１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す角形二次電池１００の分解斜視図である。図３は、図１に示す角形二次電池のIII−III線に沿う断面図である。
本実施形態の角形二次電池１００は、正負の電極を捲回した扁平な電極群４０と、該電極群４０を収容する扁平角形の電池缶１１と、該電池缶１１の開口部１１ａを封止する電池蓋１２と、該電池蓋１２に固定されて電池缶１１に収容される絶縁部材３とを備えている。
詳細は後述するが、本実施形態の角形二次電池１００は、電池缶１１よりも容積が小さく、電池缶１１に収容されて電極群４０を電解液とともに収容する袋状の絶縁シートからなる収容部材４を備えること、及び、絶縁部材３が電池蓋１２に密着して電池蓋１２との間を封止するとともに、収容部材４の開口部４ａに接合されて開口部４ａを封止することを最大の特徴としている。以下、本実施形態の角形二次電池１００の構成について、詳細に説明する。
電池缶１１は、例えば、アルミニウム合金等の金属材料に深絞り加工を施すことによって製作され、上部に矩形の開口部１１ａを有する扁平な有底角筒状の形状を有している。すなわち、電池缶１１は、厚さ方向の両側に最大面積の広側壁１１ｂを有し、幅方向の両側に比較的面積が小さい狭側壁１１ｃを有し、底部に幅方向を長辺とする長方形の底壁１１ｄを有する、概ね直方体の箱型の筐体である。
電池蓋１２は、例えば、アルミニウム合金等の金属材料によって製作された概ね長方形の板状の部材である。電池蓋１２は、例えば、レーザ溶接によって、全周に亘って電池缶１１の開口部１１ａに接合されることで、電池缶１１の開口部１１ａを封止し、電池缶１１とともに電池容器１０を構成している。電池蓋１２の長手方向の両端には、正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂが設けられている。
正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、導電板２１と、ボルト２２と、接続端子２３とを備えている。正極外部端子２０Ａの導電板２１、ボルト２２、及び接続端子２３は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって製作されている。負極外部端子２０Ｂの導電板２１、ボルト２２、及び接続端子２３は、例えば、銅又は銅合金によって製作されている。以下、正極外部端子２０Ａと負極外部端子２０Ｂとを特に区別する必要がないときは、これらを一括して外部端子２０と表記する。
導電板２１は、電池蓋１２の長手方向を長辺方向とする概ね長方形の矩形板状の部材であり、絶縁部材２を介して電池蓋１２上に配置されている。導電板２１は、長手方向の中間部にくびれを有し、長手方向の一端にボルト２２を挿通させる貫通孔を有し、長手方向の他端に接続端子２３を挿通させる貫通孔を有している。ボルト２２は、頭部が絶縁部材２と導電板２１との間に配置され、導電板２１を下方から貫通して上方に突出し、導電板２１と電気的に接続されている。接続端子２３は、正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂを、それぞれ正負の集電板３０Ａ，３０Ｂに電気的に接続する円筒状の部材である。
電池蓋１２の長手方向の中間部には、ガス排出弁１３と注液口１４とが設けられている。ガス排出弁１３は、例えば、電池蓋１２を薄肉化して溝部１３ａを形成することによって設けられ、電池容器１０の内圧が所定値を超えて上昇した時に開裂して内部のガスを放出することで、電池容器１０の内圧を低下させる安全弁である。注液口１４は、電池容器１０の内部に電解液を注入するのに用いられ、例えばレーザ溶接によって注液栓１５が溶接されて封止されている。
電池蓋１２の下面、すなわち電池缶１１の内側を向く面には、絶縁部材３と、正負の集電板３０Ａ，３０Ｂとが固定されている。絶縁部材２，３は、例えば、ポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作されている。正極集電板３０Ａは、例えば、アルミニウム又はルミニウム合金によって製作され、負極集電板３０Ｂは、例えば、銅または銅合金によって製作されている。以下、正極集電板３０Ａと負極集電板３０Ｂを特に区別する必要がないときは、これらを一括して集電板３０と表記する。
絶縁部材３は、電池蓋１２の長手方向を長辺方向とする概ね長方形の矩形板状の部材であり、接続端子２３を挿通させる貫通孔３ａと、ガス排出弁１３及び注液口１４を露出させる開口部３ｂとを有している。また、本実施形態の絶縁部材３は、収容部材４の開口部４ａに対向する下面側に、環状接合部３ｃを有している。環状接合部３ｃは、例えば、収容部材４の開口部４ａの内側に接合され、収容部材４の開口部４ａを封止する。
集電板３０は、電池蓋１２に略平行な矩形板状の基部３１と、基部３１の一側で曲折され、電池缶１１の底壁１１ｄに向けて広側壁１１ｂに沿って延びる矩形板状の端子部３２とを有している。集電板３０の基部３１は、外部端子２０の接続端子２３を挿通させる貫通孔３１ａを有している。正負の集電板３０Ａ,３０Ｂの端子部３２は、例えば、超音波圧接又は抵抗溶接等によって、それぞれ、電極群４０のタブ部４１ｃ，４２ｃに接合され、電極群４０の正負の電極４１，４２（図４参照）に電気的に接続されている。
外部端子２０、絶縁部材２及び絶縁部材３、並びに、集電板３０は、外部端子２０の接続端子２３によって、電池蓋１２にかしめ固定されている。具体的には、例えば、以下の手順によって、各部材を電池蓋１２にかしめ固定することができる。まず、接続端子２３を、外部端子２０の導電板２１の貫通孔、絶縁部材２の貫通孔、電池蓋１２の貫通孔、絶縁部材３の貫通孔３ａ、及び、集電板３０の基部３１の貫通孔３１ａに挿通させる。
次に、接続端子２３の一端を、外部端子２０の導電板２１の上面で塑性変形させて拡径し、かしめ部２３ａを形成する。同様に、接続端子２３の他端を、集電板３０の基部３１の下面で塑性変形させて拡径し、かしめ部２３ｂを形成する。なお、接続端子２３は、一端が導電板２１と一体に設けられ、他端のみにかしめ部２３ｂが形成されてもよいし、他端が集電板３０の基部３１と一体に設けられ、一端のみにかしめ部２３ａが形成されてもよい。
以上により、正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂ、絶縁部材２及び絶縁部材３、並びに、正負の集電板３０Ａ，３０Ｂは、接続端子２３によって、電池蓋１２にかしめ固定される。また、正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、接続端子２３によって、正負の集電板３０Ａ，３０Ｂに電気的に接続される。また、外部端子２０及び集電板３０は、絶縁部材２及び絶縁部材３を介して電池蓋１２に固定されることで、電池蓋１２に対して電気的に絶縁される。また、絶縁部材３は、電池蓋１２に密着して電池蓋１２との間が封止される。
図４は、図２に示す電極群４０の一部を展開した分解斜視図である。
電極群４０は、捲回軸Ａを中心に正負の電極４１，４２を捲回して、それぞれの集電体露出部に形成されたタブ部４１ｃ，４２ｃを、捲回軸Ａ方向の一端に配置した扁平な捲回電極群である。より詳細には、電極群４０は、セパレータ４３，４４を介在させて積層した正負の電極４１，４２を、捲回軸Ａに平行な軸芯の周りに捲回して扁平形状に成形した捲回電極群である。セパレータ４３，４４は、例えば、多孔質のポリエチレン樹脂によって製作され、正極電極４１と負極電極４２との間を絶縁すると共に、最外周に捲回された負極電極４２の外側にもセパレータ４４が捲回されている。
電極群４０は、例えば、以下の手順で製作することができる。まず、図示しない軸芯に、セパレータ４３，４４の各々の捲回の始端部を溶着し、セパレータ４３，４４と正負の電極４１，４２とを交互に重ねて捲回する。このとき、正極電極４１の始端部を負極電極４２の始端部よりも軸芯側に配置して捲回する。これにより、捲回後の電極群４０において、正極電極４１の捲回の始端部は、負極電極４２の捲回の始端部よりも軸芯側に位置している。
本実施形態において、電極群４０は、正負の電極４１，４２が電池蓋１２に垂直な捲回軸Ａを中心に捲回されている。電極群４０は、正負の電極４１，４２が平坦に捲回された平坦部４０ａと、該平坦部４０ａの両側で正負の電極４１，４２が湾曲して捲回された湾曲部４０ｂとを有している。電極群４０は、平坦部４０ａが電池缶１１の広側壁１１ｂに対向し、平坦部４０ａの両側の湾曲部４０ｂが、電池缶１１の狭側壁１１ｃに対向して配置される。
正極電極４１は、正極集電体である正極箔４１ａと、正極箔４１ａの両面に塗布された正極活物質合剤からなる正極合剤層４１ｂとを有している。正極電極４１の幅方向の一側は、正極合剤層４１ｂが形成されず、正極箔４１ａが露出した集電体露出部とされ、集電体露出部が切り欠かれて複数のタブ部４１ｃが形成されている。タブ部４１ｃは、正極電極４１の幅方向に突出し、セパレータ４３，４４の幅方向の端部から突出している。正極電極４１の複数のタブ部４１ｃは、電極群４０の捲回後に、正極集電板３０Ａの端子部３２に対応する位置で一括して束ねられるように、タブ部４１ｃ同士の間隔が調整されている。
正極電極４１は、例えば、正極活物質に導電材、結着剤及び分散溶媒を添加して混練した正極活物質合剤を、幅方向の一側を除いて正極箔４１ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。正極箔４１ａとしては、例えば、厚さ約１５μｍのアルミニウム箔を用いることができる。正極箔４１ａの厚みを含まない正極合剤層４１ｂの厚さは、例えば、約７０μｍである。
正極活物質合剤の材料としては、例えば、正極活物質として層状結晶構造を有するニッケルコバルト酸リチウム（化学式ＬｉＮｉxＣｏyＡｌ1-x-yＯ2）を１００重量部と、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛を、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を、分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を、それぞれ用いることができる。正極活物質は、前記したニッケルコバルト酸リチウムに限定されず、例えば、三元系活物質と呼ばれる層状ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（化学式Ｌｉ（ＮｉxＣｏyＭｎ1-x-y）Ｏ２）や、一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を用いてもよい。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、及びこれらの一部を金属元素で置換又はドープしたリチウム−金属複合酸化物を混合して用いてもよい。高容量を得るために、より好ましくはニッケル含有率の多い遷移金属複合酸化物を用いることができる。
負極電極４２は、負極集電体である負極箔４２ａと、負極箔４２ａの両面に塗布された負極活物質合剤からなる負極合剤層４２ｂとを有している。負極電極４２の幅方向の一側は、負極合剤層４２ｂが形成されず、負極箔４２ａが露出した集電体露出部とされ、集電体露出部が切り欠かれてタブ部４２ｃが形成されている。タブ部４２ｃは、負極電極４２の幅方向に突出し、セパレータ４３，４４の幅方向の端部から突出している。負極電極４２の複数のタブ部４２ｃは、電極群４０の捲回後に、負極集電板３０Ｂの端子部３２に対応する位置で一括して束ねられるように、タブ部４２ｃ同士の間隔が調整されている。
負極電極４２は、例えば、負極活物質に結着剤及び分散溶媒を添加して混練した負極活物質合剤を、幅方向の一側を除く負極箔４２ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。負極箔４２ａとしては、例えば、厚さ約１０μｍの銅箔を用いることができる。負極箔４２ａの厚みを含まない負極合剤層４２ｂの厚さは、例えば、約４０μｍである。
負極活物質合剤の材料としては、例えば、負極活物質として１００重量部の黒鉛質炭素粉末を、増粘調整剤としてＣＭＣ水溶液を添加、混合後に、結着剤として１重量部のＳＢＲを添加し、混練後に粘度調整して負極スラリーを製作する。負極活物質は、前記した黒鉛質炭素１種類を用いることに限定されず、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、ソフトカーボンやハードカーボンなどの非晶質炭素材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２等）、又はそれらの複合材料を用いてもよい。負極活物質の粒子形状についても特に限定されず、鱗片状、球状、繊維状又は塊状等の粒子形状を適宜選択することができる。高容量を得るために、より好ましくは高密度な活物質合剤層を形成できるように黒鉛質炭素に異種活物質を複合化して用いることが好ましい。
なお、前記した正極及び負極の合剤層４１ｂ，４２ｂに用いる結着材は、ＰＶＤＦに限定されない。前記した結着材として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体及びこれらの混合体などを用いてもよい。
また、セパレータ４３，４４を介在させて正極電極４１及び負極電極４２を重ねて捲回する際の軸芯は、例えば、正極箔４１ａ、負極箔４２ａ、セパレータ４３，４４のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回したものを用いることができる。
電極群４０の捲回軸Ａ方向において、負極電極４２の負極合剤層４２ｂの幅は、正極電極４１の正極合剤層４１ｂの幅よりも広くなっている。また、電極群４０の最内周と最外周には負極電極４２が捲回されている。これにより、正極合剤層４１ｂは、電極群４０の最内周から最外周まで負極合剤層４２ｂの間に挟まれている。
電極群４０は、正負の電極４１，４２の集電体露出部であるタブ部４１ｃ，４２ｃが、例えば、超音波圧接又は抵抗溶接等によって、それぞれ、正負の集電板３０Ａ，３０Ｂの端子部３２に接合される。これにより、電極群４０は、集電板３０を介して外部端子２０と電気的に接続されるとともに、絶縁部材３を介して電池蓋１２に固定される。なお、電極群４０の捲回軸Ａ方向において、セパレータ４３，４４の幅は負極合剤層４２ｂの幅よりも広いが、正極電極４１及び負極電極４２のタブ部４１ｃ，４２ｃは、それぞれセパレータ４３，４４の幅方向端部よりも幅方向外側に突出している。したがって、セパレータ４３，４４は、タブ部４１ｃ，４２ｃを束ねて溶接する際の支障にはならない。
電極群４０は、集電板３０に接合された後、袋状の絶縁シートからなる収容部材４に収容される。収容部材４は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の絶縁シートによって製作されている。収容部材４は、底部４ｂと側部４ｃが閉じられて、上部に開口部４ａを有する袋状に形成されている。
図３に示すように、収容部材４は、電池缶１１よりも容積が小さく、電池缶１１に収容されて、電極群４０を電解液とともに収容する。収容部材４の開口部４ａは、例えば、熱溶着、接着剤又は機械的な保持構造等によって絶縁部材３に接合され、絶縁部材３によって密閉及び封止されている。収容部材４は、例えば上下が開放された筒状の絶縁シートの底部を、例えば、熱溶着によって接合することで、袋状に形成することができる。また、収容部材４は、２枚の絶縁シートを重ねて、側端部と下端部を、例えば、熱溶着によって接合することで、袋状に形成することができる。
図５は、電池缶１１の底壁１１ｄ側から電極群４０の捲回軸Ａに平行な方向に見た絶縁部材３の平面図である。
絶縁部材３は、電極群４０の捲回軸Ａに平行な方向から見た電極群４０の外形に沿う環状接合部３ｃを有している。本実施形態において、環状接合部３ｃは、図３に示すように、絶縁部材３の下面、すなわち絶縁部材３の電池缶１１の内側を向く面から、電池缶１１の底壁１１ｄに向けて突出する突起部３ｄの外周面である。
環状接合部３ｃは、角形二次電池１００の高さ方向、すなわち電池蓋１２に垂直な方向に所定の高さを有し、例えば、熱溶着、接着剤、又は機械的な保持構造によって、収容部材４の開口部４ａの内側に接合されている。なお、絶縁部材３に突起部３ｄを設けない場合には、電池缶１１の広側壁１１ｂ及び狭側壁１１ｃに対向する絶縁部材３の外周面を環状接合部３ｃとしてもよい。
図５に示すように、環状接合部３ｃは、捲回軸Ａに平行な方向から見て、電極群４０の平坦部４０ａに沿う直線部３ｃ１と、電極群４０の湾曲部４０ｂに沿う曲線部３ｃ２とを有している。収容部材４を電極群４０よりも大きくして、収容部材４に電極群４０を収容しやすくする観点から、電池蓋１２の長手方向において、環状接合部３ｃの幅Ｗ３は、図２に示す電極群４０の幅Ｗ４０以上であることが好ましい。同様に、電池蓋１２の短手方向に沿う環状接合部３ｃの奥行きＤ３は、図２に示す電極群４０の厚さＴ４０以上であることが好ましい。本実施形態では、環状接合部３ｃの幅Ｗ３及び奥行きＤ３は、電極群４０の幅Ｗ４０及び厚さＴ４０よりも僅かに大きくなっている。
一方、収容部材４の容積を小さくして、収容部材４に収容される電解液の量を少なくする観点からは、電池蓋１２の長手方向において、環状接合部３ｃの幅Ｗ３は、電極群４０の幅Ｗ４０以下であることが好ましい。同様に、電池蓋１２の短手方向に沿う環状接合部３ｃの奥行きＤ３は、電極群４０の厚さＴ４０以下であることが好ましい。
この場合、電極群４０よりも一回り大きい熱可塑性樹脂からなる収容部材４に、電極群４０を収容した後、収容部材４の一部又は全部を加熱して収縮させ、開口部４ａを環状接合部３ｃに接合することが好ましい。例えば、収容部材４の開口部４ａを環状接合部３ｃに接合する際に加熱して収縮させると、図２に示すように、開口部４ａの周長４ａＬが、開口部４ａと底部４ｂとの間の中間部である側部４ｃの周長４ｃＬよりも縮小される。
絶縁部材３は、環状接合部３ｃの内側で、電池蓋１２の注液口１４に対応する位置に開口部３ｂを有している。また、絶縁部材３は、環状接合部３ｃの内側で安全弁であるガス排出弁１３に対応する位置に、開口部３ｂを有している。本実施形態において、絶縁部材３の開口部３ｂは、注液口１４に対応する位置とガス排出弁１３に対応する位置の双方を含む大きさの矩形状に形成されている。
図２及び図３に示すように、収容部材４は、開口部４ａが絶縁部材３に接合されて電極群４０を収容した状態で、電池缶１１の開口部１１ａに挿入され、電池缶１１に収容される。その後、電池缶１１の開口部１１ａを電池蓋１２によって閉鎖し、例えば、レーザ溶接によって、電池蓋１２の全周を電池缶１１の上端に溶接して、電池缶１１の開口部１１ａを電池蓋１２によって封止することで、電池容器１０が構成される。
その後、電池蓋１２の注液口１４を介して収容部材４の内部に非水電解液を注入し、例えば、レーザ溶接によって注液栓１５を注液口１４に接合して封止する。これにより、電極群４０及び電解液を収容した収容部材４が密閉される。電解液の内部に注入する非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。
以上の構成により、本実施形態の角形二次電池１００は、発電機等から供給された電力を、外部端子２０及び集電板３０を介して電極群４０に蓄積し、電極群４０に蓄積した電力を、集電板３０及び外部端子２０を介して外部のモーター等に供給する。
以下、本実施形態の角形二次電池１００の作用について説明する。
本実施形態の角形二次電池１００は、前述のように、電池缶１１よりも容積が小さく、電池缶１１に収容され、電極群４０を電解液とともに収容する袋状の絶縁シートからなる収容部材４を備えている。また、絶縁部材３は、電池蓋１２に密着して、電池蓋１２との間を封止するとともに、収容部材４の開口部４ａに接合されて該開口部４ａを封止している。
そのため、電池蓋１２の注液口１４を介して収容部材４の内部に非水電解液を注入する際に、電池缶１１と収容部材４との間の空間に電解液が流出するのを防止して、従来よりも少ない量の電解液で電極群４０の正負の電極４１，４２の間に電解液を十分に浸透及び含浸させることができる。したがって、本実施形態の角形二次電池１００によれば、従来よりも電解液の量を減少させることが可能になる。また、角形二次電池１００の高容量化、高出力化等に伴って、電池缶１１の容積が増加して電極群４０と電池缶１１との間の空間が増加した場合であっても、電解液の使用量が増加するのを抑制することができる。
また、本実施形態の角形二次電池１００は、正負の電極４１，４２が電池蓋１２に垂直な捲回軸Ａを中心に捲回され、電極群４０の捲回軸Ａ方向の電池蓋１２側の端部に正負の電極４１，４２のタブ部４１ｃ，４２ｃが突出している。これにより、電極群４０の捲回軸Ａが電池蓋１２と平行に配置される場合と比較して、集電板３０の端子部３２の長さを短くして電池缶１１内のスペースを増加させ、その分、電極群４０の体積を増加させ、角形二次電池１００を高容量化することができる。
また、本実施形態において、絶縁部材３は、捲回軸Ａに平行な方向から見た電極群４０の外形に沿う環状接合部３ｃを有している。そのため、環状接合部３ｃに接合された収容部材４を、電極群４０の外形に沿って配置することができ、電極群４０と収容部材４との間の空間を減少させ、電解液の量を減少させることができる。また、本実施形態において、環状接合部３ｃは、収容部材４の開口部４ａの内側に接合されている。したがって、収容部材４の開口部４ａを環状接合部３ｃに接合する際に、環状接合部３ｃの外側に収容部材４を被せるように配置して、接合を容易かつ確実に行うことができる。
また、電極群４０は、正負の電極４１，４２が平坦に捲回された平坦部４０ａと、該平坦部４０ａの両側で正負の電極４１，４２が湾曲して捲回された湾曲部４０ｂとを有している。そして、環状接合部３ｃは、捲回軸Ａに平行な方向から見て、電極群４０の平坦部４０ａに沿う直線部３ｃ１と、電極群４０の湾曲部４０ｂに沿う曲線部３ｃ２とを有している。これにより、環状接合部３ｃに接合された収容部材４を、電極群４０の平坦部４０ａと湾曲部４０ｂに沿って配置することができ、電極群４０と収容部材４との間の空間を減少させ、電解液の量を減少させることができる。
また、絶縁部材３は、環状接合部３ｃの内側で、電池蓋１２の注液口１４に対応する位置に開口部３ｂを有しているため、絶縁部材３によって収容部材４内への電解液の注入が妨げられることがない。また、絶縁部材３は、環状接合部３ｃの内側で安全弁であるガス排出弁１３に対応する位置に開口部３ｂを有しているため、電池容器１０の内圧が上昇したときに、絶縁部材３によってガス排出弁１３の作動が妨げられることがない。
収容部材４の開口部４ａの周長が、収容部材４の開口部４ａと底部４ｂとの間の中間部である側部４ｃの周長よりも縮小されている。この場合、例えば、熱可塑性樹脂からなる収容部材４の開口部４ａを電極群４０よりも一回り大きくしておき、収容部材４に電極群４０を収容し、その後、開口部４ａを絶縁部材３の環状接合部３ｃに被せて加熱によって収縮させることができる。したがって、収容部材４への電極群４０の収容を容易にすることができる。
以上説明したように、本実施形態の角形二次電池１００によれば、従来よりも電解液の量を減少させ、高容量化、高出力化等に伴って電極群４０と電池缶１１との間の空間が増加した場合であっても、電解液の使用量の増加を抑制することができる。
なお、本実施形態では、絶縁部材３が、ガス排出弁１３と注液口１４に対応する位置に矩形の開口部３ｂを有する構成について説明したが、絶縁部材３は、この構成に限定されない。以下、絶縁部材３の変形例１及び２について説明する。
図６は、図５に示す絶縁部材３の変形例１を示す平面図である。本変形例の絶縁部材３Ａは、電池蓋１２を露出させる開口部３ｅが、環状接合部３ｃの内側で集電板３０の基部３１が固定される領域の間に形成されている。これにより、開口部３ｅの開口面積を拡大することができ、ガス排出弁１３及び注液口１４の配置の自由度が向上する。また、絶縁部材３の材料の使用量を減少させることができる。
図７は、図５に示す絶縁部材３の変形例２を示す平面図である。本変形例の絶縁部材３Ｂは、変形例１の絶縁部材３Ａと同様に、電池蓋１２を露出させる開口部３ｅが、環状接合部３ｃの内側で集電板３０の基部３１が固定される領域の間に形成されている。さらに、絶縁部材３Ｂは、開口部３ｅを補強するリブ部３ｆを有している。これにより、絶縁部材３Ｂの開口部３ｅの近傍において、剛性及び機械的強度を向上させることができる。
（実施形態２）
以下、本発明の角形二次電池の実施形態２について、図４を援用し、図８から図１０を用いて説明する。
図８は、本実施形態の角形二次電池１００’の分解斜視図である。図９は、図８に示す電極群４０’の捲回軸Ａ’に垂直な方向から見た本実施形態の絶縁部材３’の平面図である。図１０は、図９に示す絶縁部材３’の変形例を示す平面図である。
本実施形態の角形二次電池１００’は、電極群４０’の正負の電極４１，４２が電池蓋１２に平行な捲回軸Ａ’を中心に捲回されている点、及び、外部端子２０’及び集電板３０’の構成が実施形態１の角形二次電池１００と異なっている。本実施形態の角形二次電池１００’のその他の点は、実施形態１の角形二次電池１００と同様であるので、同様の部分には同様の符号を付して、説明を適宜省略する。
本実施形態において、電極群４０’の正負の電極４１，４２の集電体露出部４１ｃ’，４２ｃ’には、タブ部が形成されていない。正負の電極４１，４２は、集電体露出部４１ｃ’，４２ｃ’が、それぞれ捲回軸Ａ’と平行な正負の電極４１，４２の幅方向の一端と他端に配置され、セパレータ４３，４４と交互に重ねられて、捲回軸Ａ’を中心に捲回されている。これにより、電極群４０’は、捲回軸Ａ’方向の一端に正極電極４１の集電体露出部４１ｃ’が配置され、捲回軸Ａ’方向の他端に負極電極４２の集電体露出部４２ｃ’が配置されている。
外部端子２０’は、概ね直方体形状のブロック状の溶接接合部２１’を備えている。溶接接合部の下面には、実施形態１の接続端子２３と同様の円筒状の接続端子部が設けられている。正極外部端子２０Ａ’は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって製作され、負極外部端子２０Ｂ’は、例えば、銅又は銅合金によって製作されている。
集電板３０’は、実施形態１の集電板３０と同様に、基部３１’と端子部３２’とを有している。集電板３０’の基部３１’は、実施形態１の集電板３０と同様に、絶縁部材２’、電池蓋１２、絶縁部材３’及び基部３１’の貫通孔を貫通した外部端子２０’の接続端子部によって、電池蓋１２にかしめ固定されている。
集電板３０’の端子部３２’は、基部３１’の一側で曲折され、電池缶１１の一方の広側壁１１ｂに沿って底壁１１ｄに向けて延び、途中で電極群４０の厚さ方向に屈曲され、再び底壁１１ｄに向けて延びている。正負の集電板３０Ａ’，３０Ｂ’の端子部３２’の屈曲された部分の下方側は、例えば、超音波圧接又は抵抗溶接によって、電極群４０’の捲回軸Ａ’方向の一端と他端で束ねられた集電体露出部４１ｃ’，４２ｃ’にそれぞれ接合される。
これにより、電極群４０’は、集電板３０’及び絶縁部材３’を介して電池蓋１２に固定され、正負の電極４１，４２が電池蓋１２に平行な捲回軸Ａ’を中心に捲回された状態に支持される。電極群４０’は、実施形態１の電極群４０と同様に、平坦部４０ａと湾曲部４０ｂを有する扁平な捲回電極群である。したがって、捲回軸Ａ’に垂直でかつ電池蓋１２に垂直な方向から見た電極群４０’の外形は、概ね長方形の矩形状になる。図９に示すように、本実施形態の絶縁部材３’は、捲回軸Ａ’に垂直な方向から見た電極群４０’の外形に沿う矩形状の環状接合部３ｃ’を有している。
本実施形態の角形二次電池１００’は、実施形態１の角形二次電池１００と同様に、電池缶１１よりも容積が小さく、電池缶１１に収容されて電極群４０’を電解液とともに収容する袋状の絶縁シートからなる収容部材４を備えている。そして、絶縁部材３’は、電池蓋１２に密着して該電池蓋１２との間を封止するとともに、収容部材４の開口部４ａに接合されて該開口部４ａを封止している。
したがって、本実施形態の角形二次電池１００’によれば、実施形態１の角形二次電池１００と同様に、従来よりも電解液の量を減少させ、高容量化、高出力化等に伴って電極群４０’と電池缶１１との間の空間が増加した場合であっても、電解液の使用量の増加を抑制することができる。また、絶縁部材３’は、捲回軸Ａ’に垂直な方向から見た電極群４０’の外形に沿う矩形状の環状接合部３ｃ’を有しているので、環状接合部３ｃ’に接合された収容部材４を、電極群４０’の外形に沿って配置することができ、電極群４０’と収容部材４との間の空間を減少させ、電解液の量を減少させることができる。
なお、絶縁部材３’の環状接合部３ｃ’の構成は、図９に示す構成に限定されない。例えば、図１０に示す変形例のように、絶縁部材３Ａ’は、矩形状の環状接合部３ｃ’の角部が曲面状に形成されて、角部に曲面部ｒを有していてもよい。これにより、環状接合部３ｃ’に収容部材４の開口部４ａを接合する際に、矩形の環状接合部３ｃ’の角部の近傍において、環状接合部３ｃ’と収容部材４との間に隙間を生じ難くさせ、環状接合部３ｃ’と収容部材４とを密着させ易くすることができる。したがって、本変形例によれば、環状接合部３ｃ’と収容部材４との接合を容易にして、収容部材４の開口部４ａの密閉性を向上させることができる。
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
３，３Ａ，３Ｂ，３’，３Ａ’…絶縁部材、３ｂ，３ｂ’，３ｅ…開口部、３ｃ，３ｃ’…環状接合部、３ｆ…リブ部、３ｃ１…直線部、３ｃ２…曲線部、４…収容部材、４ａ…開口部、１１…電池缶、１１ａ…開口部、１２…電池蓋、１３…ガス排出弁（安全弁）、１４…注液口、２０，２０’…外部端子、３０，３０’…集電板、４０，４０’…電極群、４０ａ…平坦部、４０ｂ…湾曲部、４１…電極（正極電極）、４１ｃ…タブ部（集電体露出部）、４１ｃ’…集電体露出部、４２…電極（負極電極）、４２ｃ…タブ部（集電体露出部）、４２ｃ’…集電体露出部、１００，１００’…角形二次電池、Ａ，Ａ’…捲回軸

Claims (6)

  1. 正負の電極を捲回した扁平な電極群と、該電極群を収容する扁平角形の電池缶と、該電池缶の開口部を封止する電池蓋と、該電池蓋に固定されて前記電池缶内に収容された絶縁部材とを備えた角形二次電池であって、
    前記電池缶よりも容積が小さく、前記電池缶に収容されて前記電極群を電解液とともに収容する袋状の絶縁シートからなる収容部材を備え、
    前記電極群は、前記正負の電極が前記電池蓋に垂直な捲回軸を中心に捲回され、前記正負の電極が平坦に捲回された平坦部と、該平坦部の両側で前記正負の電極が湾曲して捲回された湾曲部とを有し、
    前記絶縁部材は、前記捲回軸に平行な方向から見た前記電極群の外形に沿う環状接合部を有し、前記電池蓋に密着して該電池蓋との間を封止するとともに前記収容部材の開口部に接合されて該開口部を封止し、
    前記環状接合部は、前記捲回軸に平行な方向から見て、前記平坦部に沿う直線部と、前記湾曲部に沿う曲線部とを有することを特徴とする角形二次電池。
  2. 前記電池蓋は、前記電解液を注入する注液口を備え、
    前記絶縁部材は、前記環状接合部の内側で前記注液口に対応する位置に開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
  3. 前記電池蓋は、前記電池缶の内圧が所定値まで上昇した時に開放される安全弁を備え、
    前記絶縁部材は、前記環状接合部の内側で前記安全弁に対応する位置に開口部を有することを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
  4. 前記絶縁部材は、該絶縁部材の前記開口部を補強するリブ部を有することを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
  5. 前記収容部材の前記開口部の周長は、前記収容部材の前記開口部と底部との間の中間部の周長よりも縮小されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
  6. 前記電池蓋に設けられた外部端子と、該外部端子に接続されるとともに前記絶縁部材を介して前記電池蓋に固定された集電板と、を備え、
    前記電極群は、前記正負の電極の集電体露出部が前記集電板に接合され、前記集電板を介して前記外部端子と電気的に接続されるとともに前記電池蓋に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
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