JP6410833B2 - 角形二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池缶の内部に捲回群が収納され、その捲回群から集電板を介して電力を取り出す二次電池に関し、具体的にはその集電板の構造を改良した角形二次電池に関する。

近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度が高い電池である円筒形および角形二次電池の開発が進められている。これらのうち、角形二次電池で多く採用されている技術として、特許文献１がある。この公報には、「複数の電極群が接合された集電板を折り曲げて各電池群を予め設定された配置位置に配置した際に、各電極群に位置ずれが発生するのを防止して、電池全体の小型化を図ることができる二次電池をうること。」と記載されている（要約参照）。この集電板は多くは板金をプレス加工により作られており、厚さは一定であった。

特開2013-122842号公報

角形二次電池では、大電流化の要求があり、セル内部の集電板での発熱が問題になってきた。しかし、集電板は板金で作製する方法が主流であり、集電板全体の厚みが一定である。そのため、集電板の発熱の抑制は制約を受けていた。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、集電板の発熱を抑制できる角形二次電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、金属箔露出部を有する電極が捲回された扁平状の捲回群と、該捲回群を収納する電池缶と、該電池缶を封口する電池蓋と、該電池蓋に設けた外部端子と、該外部端子と前記捲回群を電気的に接続する集電板とを有し、前記集電板は、電池蓋に固定される固定部と、前記捲回群の金属箔露出部に溶接される溶接部と、前記固定部と前記溶接部との間を接続する接続部を有する角形二次電池であって、前記接続部は、前記固定部及び前記溶接部の電流経路に直交する断面の長手方向の幅より小さい幅であり、かつ前記固定部または前記溶接部よりも厚い厚さ部分を有することを特徴とする。

本発明によれば、集電板の発熱を抑制することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

角形二次電池の外観斜視図。 図１に示す角形二次電池の分解斜視図。 捲回群の分解斜視図。 実施例１における蓋組立体の分解斜視図。 実施例１における正極集電板の構成を説明する図。 実施例１の集電板における温度分布を示す図。 実施例２における集電板の構成を説明する図。 実施例３における集電板の構成を説明する図。 電池容器内における実施例３の集電板と捲回群との配置状態を説明する図。 実施例４における集電板の構成を説明する図。 実施例５における集電板の構成を説明する図。 実施例１（ｂ）と実施例５（ａ）の集電板における電流の流れを説明する図。 実施例５の集電板における温度分布を示す図。 実施例６における集電板の構成を説明する図。 実施例６の集電板における温度分布を示す図。 実施例７における集電板の構成を説明する図。 実施例８における集電板の構成を説明する図。

以下、本発明が適用される実施例について図面を用いて説明する。なお、以下の各実施例では、角形二次電池がリチウムイオン二次電池である場合を例に説明するが、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、他の電池にも適用できる。

［実施例１］
図１は、角形二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示す角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池１００は、扁平状の捲回群３を有する扁平捲回形の電池であり、捲回群３を収容する電池容器を構成する電池缶１と電池蓋６とを備える。電池缶１は、相対的に面積の大きい一対の対向する幅広側面１ｂと相対的に面積の小さい一対の対向する幅狭側面１ｃとを有する側面と、矩形の底面１ｄを有しており、上部には上方に向かって解放された開口部１ａを有している。

電池缶１内には、捲回群３が収納され、電池缶１の開口部１ａが電池蓋６によって封止されている。電池蓋６は、略矩形平板状であって、電池缶１の上方開口部１ａを塞ぐように溶接されて電池缶１が封止されている。電池蓋６には、正極外部端子１４と、負極外部端子１２が設けられている。正極外部端子１４と負極外部端子１２を介して捲回群３に充電され、また外部負荷に電力が供給される。電池蓋６には、ガス排出弁１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池１００の安全性が確保される。

電池缶１内には、絶縁保護フィルム２を介して捲回群３が収容されている。
捲回群３は、扁平形状に捲回されているため、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部と、これら一対の湾曲部の間に連続して形成される平面部とを有している。捲回群３は、捲回軸方向が電池缶１の横幅方向に沿うように、一方の湾曲部側から電池缶１内に挿入され、他方の湾曲部側が上部開口側に配置される。

捲回群３の正極金属箔露出部３４ｂは、正極集電板４４を介して電池蓋６に設けられた正極外部端子１４と電気的に接続されている。また、捲回群３の負極金属箔露出部３２ｂは、負極集電板２４を介して電池蓋６に設けられた負極外部端子１２と電気的に接続されている。これにより、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回群３から外部負荷へ電力が供給され、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回群３へ外部発電電力が供給され充電される。

正極集電板４４と負極集電板２４、及び、正極外部端子１４と負極外部端子１２を、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７が電池蓋６に設けられている。また、注液口９から電池缶１内に電解液を注入した後、電池蓋６に注液栓１１をレーザ溶接により接合して注液口９を封止し、角形二次電池１００を密閉する。

ここで、正極外部端子１４および正極集電板４４の形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極外部端子１２および負極集電板２４の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、絶縁板７およびガスケット５の形成素材としては、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が挙げられる。

また、電池蓋６には、電池容器内に電解液を注入するための注液口９が穿設されており、この注液口９は、電解液を電池容器内に注入した後に注液栓１１によって封止される。ここで、電池容器内に注入される電解液としては、例えばエチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を適用することができる。

正極外部端子１４、負極外部端子１２は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、電池蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が電池蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋６と平行になる構成を有している。

正極接続部１４ａと負極接続部１２ａは、正極外部端子１４と負極外部端子１２の下面からそれぞれ突出して先端が電池蓋６の正極側貫通孔４６と負極側貫通孔２６に挿入可能な円柱形状を有している。正極接続部１４ａと負極接続部１２ａは、電池蓋６を貫通して正極集電板４４と負極集電板２４の固定部４４ａと固定部２４ａよりも電池缶１の内部側に突出しており、先端がかしめられて、正極外部端子１４及び負極外部端子１２と、正極集電板４４及び負極集電板２４を電池蓋６に一体に固定している。正極外部端子１４及び負極外部端子１２と電池蓋６との間には、ガスケット５が介在されており、正極集電板４４及び負極集電板２４と電池蓋６との間には、絶縁板７が介在されている。

正極集電板４４及び負極集電板２４は、電池蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の固定部４４ａ及び固定部２４ａと、固定部４４ａ及び固定部２４ａの側端で折曲されて、電池缶１の幅広側面１ｂに沿って底面１ｄ側に向かって延出し、捲回群３の正極金属箔露出部３４ｂ及び負極金属箔露出部３２ｂに対向して重ね合わされた状態で接続される溶接部４４ｃ及び溶接部２４ｃを有している。固定部４４ａ及び固定部２４ａには、正極接続部１４ａ及び負極接続部１２ａが挿通される正極側開口穴４３及び負極側開口穴２３がそれぞれ形成されている。

捲回群３の周囲には、絶縁保護フィルム２が巻き付けられている。絶縁保護フィルム２は、捲回群３の扁平面に沿う方向でかつ捲回群３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として捲回群３に巻き付けられている。絶縁保護フィルム２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、捲回群３の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けた場合に、少なくとも１周以上巻き付けて全体を完全に覆うことができる大きさを有している。

図３は、捲回群の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
捲回群３は、負極電極３２と正極電極３４を間にセパレータ３３、３５を介して扁平状に捲回することによって構成されている。捲回群３は、最外周の電極が負極電極３２であり、さらにその外側にセパレータ３３、３５が捲回される。セパレータ３３、３５は、正極電極３４と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。

負極電極３２の負極合剤層３２ａが塗布された部分は、正極電極３４の正極合剤層３４ａが塗布された部分よりも幅方向に大きく、正極合剤層３４ａが塗布された部分は、必ず負極合剤層３２ａが塗布された部分に挟まれるように重ね合わされる。正極金属箔露出部３４ｂ及び負極金属箔露出部３２ｂは、平面部分で束ねられて溶接等により接続される。尚、セパレータ３３、３５は幅方向で負極合剤層３２ａが塗布された部分よりも広いが、正極金属箔露出部３４ｂ及び負極金属箔露出部３２ｂで端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。

正極電極３４は、正極集電体である正極金属箔の両面に正極活物質を含む正極合剤が塗工されて形成された正極合剤層３４ａを有しており、正極金属箔の幅方向一方側の端部には、正極合剤を塗工しない正極金属箔露出部３４ｂが設けられている。負極電極３２は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質を含む負極合剤が塗工されて形成された負極合剤層３２ａを有しており、負極金属箔の幅方向他方側の端部には、負極合剤を塗工しない負極金属箔露出部３２ｂが設けられている。正極金属箔露出部３４ｂと負極金属箔露出部３２ｂは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回群３は、捲回軸方向の一方側と他方側の位置に正極金属箔露出部３４ｂと負極金属箔露出部３２ｂとが配置されるように捲回される。

負極電極３２に関しては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、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。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極金属箔）の両面に溶接部分となる負極未塗工部を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部の厚さが７０μｍの負極電極３２を得た。

尚、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、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、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ_２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

正極電極３４に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極金属箔）の両面に溶接部分となる正極未塗工部を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極３４を得た。

また、本実施例では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施例では、正極電極、負極電極における塗工部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、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およびこれらの混合体などを用いることができる。また、軸芯としては例えば、正極金属箔、負極金属箔、セパレータ３３、３５のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。捲回群３は、軸芯を有していない構造であってもよい。

図４は、実施例１における蓋組立体の分解斜視図であり、図５は、実施例１における正極集電板の構成を説明する図である。図５の（ａ）は、正極集電板を模式的に示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のｂ方向矢視図、（ｃ）は、（ａ）のｃ方向矢視図である。

蓋組立体は、図４に示すように、電池蓋６と、電池蓋６に設けられる正極外部端子１４及び負極外部端子１２と、正極外部端子１４により電池蓋６に一体にかしめ固定される正極集電板４４と、負極外部端子１２により電池蓋６に一体にかしめ固定される負極集電板２４を有している。正極集電板４４は、固定部４４ａ、接続部４４ｂ、溶接部４４ｃを有しており、負極集電板２４は、固定部２４ａ、接続部２４ｂ、溶接部２４ｃを有している。なお、実際には固定部４４ａ、２４ａには正極側開口穴４３と負極側開口穴２３が設けられているが、図示を省略している。

固定部４４ａ、２４ａは、電池蓋６に対向して固定される。溶接部４４ｃ、２４ｃは、捲回群３に溶接される。接続部４４ｂ、２４ｂは、固定部４４ａ、２４ａと溶接部４４ｃ、２４ｃとの間をつないで電池缶１の側壁に対向する。

正極集電板４４及び負極集電板２４は、接続部４４ｂ、２４ｂの幅ｗ２、ｗ５が、溶接部４４ｃ、２４ｃの幅ｗ３、ｗ６及び固定部４４ａ、２４ａの幅ｗ１、ｗ４以下である。本実施例では、固定部４４ａ、２４ａの幅ｗ１、ｗ４が最も大きく、接続部４４ｂ、２４ｂの幅ｗ２、ｗ５と溶接部４４ｃ、２４ｃの幅ｗ３、ｗ６が同じ幅を有している。正極集電板４４は、接続部４４ｂが固定部４４ａ及び溶接部４４ｃの幅以下の幅部分と、固定部４４ａまたは溶接部４４ｃよりも厚い厚さ部分を有する。

負極集電板２４は、固定部２４ａと接続部２４ｂと溶接部２４ｃのすべてにおいて一定の板厚ｔ４を有しているのに対して、本発明の特徴構成である正極集電板４４は、固定部４４ａ及び溶接部４４ｃの板厚ｔ１、ｔ３よりも接続部４４ｂの板厚ｔ２の方が厚くなっている。

正極集電板４４は、鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製される。正極集電板４４は、例えばアルミニウムもしくはアルミニウム合金を鋳造することによって作製される。負極集電板２４は、正極集電板４４と同様に鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製してもよく、また、一定の厚みの板材を折り曲げて作製してもよい。

正極集電板４４は、鋳造で作製されている場合、溶接部４４ｃを捲回群３の正極金属箔露出部３４ｂに容易に溶接できるようにするために、溶接部４４ｃの表面には研磨加工が施されている。

正極集電板４４は、固定部４４ａの厚みｔ１、接続部４４ｂの厚みｔ２、溶接部４４ｃの厚みｔ３の関係において、ｔ２＞ｔ１またはｔ２＞ｔ３のいずれかの関係となる部分を有する。本実施例では、図５に示すように、接続部４４ｂの厚みｔ２が最も厚く、固定部４４ａと溶接部４４ｃの厚みｔ１、ｔ３が同じ厚さを有している。

上述のように、正極集電板４４は、接続部４４ｂの幅ｗ２が固定部４４ａの幅ｗ１及び溶接部４４ｃの幅ｗ３以下で、接続部４４ｂの厚さｔ２が固定部４４ａの厚さｔ１及び溶接部４４ｃの厚さｔ３よりも厚くなっており、その断面積は、接続部４４ｂの断面積Ｓ２が最も大きく、次いで固定部４４ａの断面積Ｓ１及び溶接部４４ｃの断面積Ｓ３の順となっている。

正極集電板４４の固定部４４ａは、正極外部端子１４に接続されており、正極外部端子１４に熱を直接伝達して放熱することができ、放熱性が良い。そして、溶接部４４ｃは、熱容量の大きい捲回群３に接続されており、捲回群３に熱を直接伝達して放熱することができ、温度が上昇しにくい。これに対して、接続部４４ｂは、熱を直接伝達できるものがなく、正極集電板４４の中で最も高温になりやすい。したがって、接続部４４ｂの発熱を抑制することが最も効果的である。

本実施例では、接続部４４ｂの厚みｔ２を固定部４４ａの厚みｔ１及び溶接部４４ｃの厚みｔ３よりも厚くしている。したがって、固定部４４ａ及び溶接部４４ｃと比較して接続部４４ｂの電流抵抗値を低くすることができ、接続部４４ｂの発熱を抑制することができる。

接続部４４ｂ全体が厚いと最も発熱抑制の効果が大きくなるが、一部分だけが厚くても、その部分で発熱抑制の効果が得られる。例えば、固定部４４ａの厚さと接続部４４ｂの厚さがそれぞれ一定ではなく、各々厚さの大きい部分と小さい部分を有している場合に、固定部４４ａの最大厚ｔ１ｍａｘと接続部４４ｂの最大厚ｔ２ｍａｘは、ｔ２ｍａｘ＞ｔ１ｍａｘの関係を有し、固定部４４ａの最小厚ｔ１ｍｉｎと接続部４４ｂの最小厚ｔ２ｍｉｎは、ｔ２ｍｉｎ≧ｔ１ｍｉｎの関係を有する。固定部４４ａに対して接続部４４ｂ全体がｔ２＞ｔ１の厚さ関係を有する場合よりも、発熱抑制効果は小さくなるが、重量を軽くすることと、材料費を安くすることができる。

また、溶接部４４ｃの最大厚ｔ３ｍａｘと接続部４４ｂの最大厚ｔ２ｍａｘは、ｔ２ｍａｘ＞ｔ３ｍａｘの関係を有し、溶接部４４ｃの最小厚ｔ３ｍｉｎと接続部４４ｂの最小厚ｔ２ｍｉｎは、ｔ２ｍｉｎ≧ｔ３ｍｉｎの関係を有する。溶接部４４ｃに対して接続部４４ｂ全体がｔ２＞ｔ３の厚さ関係を有する場合よりも、発熱抑制効果は小さくなるが、重量を軽くすることと、材料費を安くすることができる。

なお、本実施例では、正極集電板４４の接続部４４ｂが固定部４４ａ及び溶接部４４ｃよりも厚い場合（ｔ２＞ｔ１またはｔ２＞ｔ３）について説明したが、正極集電板４４の代わりに、負極集電板２４の接続部２４ｂが固定部２４ａ及び溶接部２４ｃよりも厚い場合でもよく、また、正極集電板４４と負極集電板２４の両方において接続部４４ｂ、２４ｂが厚くなっている構成であってもよい。また、上述の実施例では、接続部４４ｂの断面形状が矩形である場合について説明したが、例えば、円形や楕円形、多角形であってもよい。

図６は、実施例１の集電板における温度分布を示す図であり、目盛り１℃の等温線図である。図６及び下記の表１は、正極集電板４４に電流５００Ａを流した際のジュール発熱のシミュレーション結果を示している。固定部４４ａと溶接部４４ｃは、外部に熱が逃げやすい設定である。

ｍａｘＴ ：集電板の最大温度（℃）
ｍｅａｎＴ：集電板全体の平均温度（℃）
ｍａｘ−ｍｅａｎ：最大温度と平均温度の差
Ｓ１＝４０（ｍｍ^２）

固定部４４ａの寸法は、厚みｔ１＝２．０ｍｍ、幅Ｗ１＝２０ｍｍ、断面積Ｓ１＝４０ｍｍ^２となっている。従来品は、接続部の厚みｔ２＝２．０ｍｍ、幅Ｗ２＝１５ｍｍ、断面積Ｓ２＝３０ｍｍ^２の寸法に設定し、実施例１は、厚みｔ２＝４．０ｍｍ、幅Ｗ２＝１５ｍｍ、断面積Ｓ２＝６０ｍｍ^２の寸法に設定した。すなわち、従来品は、固定部、接続部、溶接部の厚さが互いに一定であるのに対して、実施例１の集電板は、接続部４４ｂの厚さが固定部４４ａ及び溶接部４４ｃの厚さの２倍になっている。

従来品のシミュレーション結果によれば、通電時の発熱最大箇所は接続部であり、その最大温度は１１３．１℃、平均温度との差は１０℃であった。一方、実施例１のシミュレーション結果によれば、通電時の発熱最大箇所は接続部４４ｂであり、最大温度は８８．２℃、平均温度との差は４．２℃であった。

実施例１は、接続部４４ｂの厚みを、固定部４４ａよりも厚くすることで断面積が大きくなり、電気抵抗が小さくなることで、通電時の発熱最大温度と平均温度との差を従来品よりも抑制することができたことがわかる。

［実施例２］
次に、実施例２について図７を用いて説明する。
図７は、実施例２における集電板の構成を説明する図である。なお、上述の実施例１と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、実施例１の構成に対して、正極集電板１４４の溶接部の厚さも厚くし、実施例１の作用効果に加えて、溶接部の発熱も抑制できる構成としたことである。

正極集電板１４４は、実施例１の正極集電板４４と同様に、鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製される。正極集電板１４４は、固定部４４ａの厚みｔ１、接続部４４ｂの厚みｔ２、溶接部１４４ｃの厚みｔ３の関係において、ｔ２＞ｔ１かつｔ３＞ｔ１の関係となる部分を有する。すなわち、溶接部１４４ｃが固定部４４ａよりも厚い厚さ部分を有している。本実施例では、接続部４４ｂの厚みｔ２と溶接部１４４ｃの厚みｔ３を同じ厚さでかつ固定部４４ａの厚みｔ１よりも厚くしている。したがって、接続部４４ｂと溶接部１４４ｃの抵抗値が低下し、接続部４４ｂと溶接部１４４ｃの発熱を抑制することができる。

本実施例では、接続部４４ｂの厚みｔ２と溶接部１４４ｃの厚みｔ３を、固定部４４ａの厚みｔ１よりも厚くしているので、固定部４４ａと比較して接続部４４ｂと溶接部１４４ｃの電流抵抗値を低くすることができ、接続部４４ｂの発熱を抑制することができる。

また、溶接部１４４ｃが厚いので、捲回群３の正極金属箔露出部３４ｂに溶接する場合に、レーザ溶接では溶け込み量を増やすことができ、超音波溶接ではアンビルとホーンで挟むときに力をかけやすく、正極金属箔露出部３４ｂの重ねる枚数を多くすることができる。

［実施例３］
次に、実施例３について図８及び図９を用いて説明する。
図８は、実施例３における集電板の構成を説明する図、図９は、角形二次電池の電池容器内における集電板と捲回群との配置状態を説明する図である。図９（ａ）は、角形二次電池の一部を正面から示す図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）のｃ−ｃ線断面図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、正極集電板２４４の接続部２４４ｂの厚さを固定部４４ａ及び溶接部４４ｃよりも厚くすると共に、接続部２４４ｂの幅を固定部４４ａ及び溶接部４４ｃよりも狭くしたことである。

正極集電板２４４は、実施例１の正極集電板４４と同様に、鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製される。正極集電板２４４は、特に図８（ｃ）に示すように、接続部２４４ｂの幅Ｗ２が溶接部４４ｃの幅Ｗ３よりも狭められている。そして、図８（ｂ）に示すように、接続部２４４ｂの厚さｔ２が固定部４４ａの厚さｔ１及び溶接部４４ｃの厚さｔ３よりも厚くなっている。接続部２４４ｂは、図８（ｃ）に示すように、固定部４４ａの長辺方向一方側に寄せるように幅が狭められている。本実施例では、固定部４４ａ、接続部２４４ｂ、溶接部４４ｃのうち、接続部２４４ｂの厚さｔ２が最も厚くなっており、接続部２４４ｂの幅Ｗ２が最も小さくなっている。

正極集電板２４４は、接続部２４４ｂの電流経路に対して直交する方向の断面積の最小部が、固定部４４ａ及び溶接部４４ｃの電流経路に対して直交する方向の断面積の各最小部の少なくとも一方よりも大きくなっている。より詳しくは、正極集電板２４４は、固定部４４ａの電流経路に対して直交する方向の最小断面積Ｓ１および幅Ｗ１と、接続部２４４ｂの電流経路に対して直交する方向の最小断面積Ｓ２および幅Ｗ２と、溶接部４４ｃの電流経路に対して直交する方向の最小断面積Ｓ３および幅Ｗ３との関係において、Ｓ２＞Ｓ１かつＷ２＜Ｗ１、または、Ｓ２＞Ｓ３かつＷ２＜Ｗ３の関係となる部分を有する。

正極集電板２４４は、接続部２４４ｂの幅が狭められているので、角形二次電池１００として組み立てた場合に、図９（ｂ）に示すように、その分だけ電池缶１の内部にはスペースが形成され、捲回群３の正極金属箔露出部３４ｂに干渉する位置を、捲回群３の捲回軸方向外側寄り位置に配置することができる。したがって、捲回群３における正極金属箔露出部３４ｂの幅をより短くすることができ、正極合剤層３４ａと負極合剤層３２ａの幅を広くすることができる。

また、正極集電板２４４は、固定部４４ａ、接続部２４４ｂ、溶接部４４ｃのうち、接続部２４４ｂの厚さｔ２が最も厚くなっている。したがって、接続部２４４ｂの電気抵抗を低下させて発熱を抑制できるという実施例１と同様の作用効果に加えて、接続部２４４ｂの幅ｗ２が狭くなったことで生じた電池缶内部の空間を利用して角形二次電池１００の容量を増加させることができるという作用効果を奏することができる。

［実施例４］
次に、実施例４について図１０を用いて説明する。
図１０は、実施例４における集電板の構成を説明する図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、実施例３の構成に対して、正極集電板３４４の溶接部３４４ｃの厚さも厚くしたことである。

正極集電板３４４は、実施例３の正極集電板２４４と同様に、鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製される。正極集電板３４４は、固定部４４ａの厚みｔ１、接続部３４４ｂの厚みｔ２、溶接部３４４ｃの厚みｔ３の関係において、ｔ２＞ｔ１かつｔ３＞ｔ１の関係となる部分を有する。

正極集電板３４４は、溶接部３４４ｃの電流経路に対して直交する方向の断面積の最小部が、固定部４４ａの電流経路に対して直交する方向の断面積の最小部よりも大きくなっている。より詳しくは、正極集電板３４４は、固定部４４ａの電流経路に対して直交する方向の最小断面積Ｓ１および幅Ｗ１、接続部３４４ｂの電流経路に対して直交する方向の最小断面積Ｓ２および幅Ｗ２、溶接部３４４ｃの電流経路に対して直交する方向の最小断面積Ｓ３および幅Ｗ３の関係において、Ｓ２＞Ｓ１かつＷ２＜Ｗ１かつＳ３＞Ｓ１かつＷ３＜Ｗ１の関係を有する。

本実施例では、接続部３４４ｂの厚みｔ２と溶接部３４４ｃの厚みｔ３を、固定部４４ａの厚みｔ１よりも厚くしているので、接続部３４４ｂと溶接部３４４ｃの抵抗値が低下し、接続部３４４ｂと溶接部３４４ｃの発熱が抑制される。したがって、角形二次電池１００の容量を増加させることができるという実施例３の作用効果に加えて、固定部４４ａと比較して接続部３４４ｂと溶接部３４４ｃの電流抵抗値を低くすることができ、接続部３４４ｂの発熱を抑制することができるという作用効果を有する。

また、溶接部３４４ｃが厚いので、捲回群３の正極金属箔露出部３４ｂに溶接する場合に、レーザ溶接では溶け込み量を増やすことができ、超音波溶接ではアンビルとホーンで挟むときに力をかけやすく、正極金属箔露出部３４ｂの重ねる枚数を多くすることができる。

［実施例５］
次に、実施例５について図１１から図１３を用いて説明する。
図１１は、実施例５における集電板の構成を説明する図、図１２（ａ）は、図１１（ｃ）のｄ−ｄ線断面図、図１２（ｂ）は、実施例１における対応図、図１３は、実施例５の集電板における温度分布を示す図であり、目盛り１℃の等温線図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、図１１（ｂ）に示すように、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分の厚さを溶接部４４ｃ寄りの厚さよりも厚い構成としたことである。

正極集電板４４４は、実施例１の正極集電板４４と同様に、鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製される。正極集電板４４４は、実施例１の構成に対して、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分に、接続部４４ｂの厚さｔ２が漸次増大するＲ部４４４ｄが設けられている。Ｒ部４４４ｄは、固定部４４ａに接近するにしたがって厚さｔ２が漸次増大して、固定部４４ａの表面に滑らかに連続するように形成されている。

実施例１では、図１２（ｂ）に示すように、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分がほぼ直角に形成されている。そして、固定部４４ａと接続部４４ｂとでは断面積が異なっているので、それぞれを流れる電流密度も異なっている。したがって、例えば固定部４４ａから接続部４４ｂに向かって大電流が流れた場合に、角部に電流集中が発生して角部が発熱するおそれがある。これに対して、本実施例では、図１２（ａ）に示すように、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分にＲ部４４４ｄが設けられているので、固定部４４ａと接続部４４ｂとの接続部分における電流集中が緩和され、接続部分の発熱が抑制される。

したがって、接続部４４ｂの電気抵抗を低下させて発熱を抑制できるという実施例１と同様の作用効果に加えて、さらに固定部４４ａと接続部４４ｂとの接続部分の発熱を効果的に抑制できるという作用効果を奏することができる。

図１３及び表２は、正極集電板４４４に電流５００Ａを流した際のジュール発熱のシミュレーション結果を示している。

実施例５は、Ｒ部４４４ｄの曲率半径ｒ１を６ｍｍの寸法に設定した。すなわち、従来品は、Ｒ部を設けていないのに対して、実施例５の正極集電板４４４は、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分に、接続部４４ｂの厚さｔ２が漸次厚くなり、固定部４４ａの表面に滑らかに連続するＲ部４４４ｄを有している。

実施例１のシミュレーション結果によれば、通電時の発熱最大箇所は接続部４４ｂであり、その最大温度は８８．２℃、平均温度との差は４．２℃であった。一方、実施例５のシミュレーション結果によれば、通電時の発熱最大箇所は接続部４４ｂであり、最大温度は８６．０℃、平均温度との差は３．８℃であった。

実施例５では、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分にＲ部４４４ｄを設けて接続部分における電流集中を緩和することで、通電時の発熱最大温度と平均温度との差を実施例１よりも抑制することができたことがわかる。

［実施例６］
次に、実施例６について図１４及び図１５を用いて説明する。
図１４は、実施例６における集電板の構成を説明する図、図１５は、実施例６の集電板における温度分布を示す図であり、目盛り１℃の等温線図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、図１４（ｃ）に示すように、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分の幅を溶接部４４ｃ寄りの幅よりも大きい構成としたことである。

正極集電板５４４は、実施例１の正極集電板４４と同様に、鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製される。正極集電板５４４は、実施例１の構成に対して、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分に、接続部４４ｂの幅Ｗ２が漸次増大するＲ部５４４ｅが設けられている。Ｒ部５４４ｅは、固定部４４ａに接近するにしたがって幅Ｗ２が漸次増大して、固定部４４ａの表面に滑らかに連続するように形成されている。

本実施例では、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分にＲ部５４４ｅが設けられているので、固定部４４ａと接続部４４ｂとの接続部分における電流集中が緩和され、接続部分の発熱が抑制される。また、接続部分の幅を広げたため、捲回群３に干渉することなく断面積を広げることができる。

したがって、接続部４４ｂの電気抵抗を低下させて発熱を抑制できるという実施例１と同様の作用効果に加えて、さらに固定部４４ａと接続部４４ｂとの接続部分の発熱を効果的に抑制でき、捲回群の容積に影響を与えることがない、という作用効果を奏することができる。

図１５及び表３は、正極集電板５４４に電流５００Ａを流した際のジュール発熱のシミュレーション結果を示している。

実施例６は、Ｒ部５４４ｅの曲率半径ｒ２を６ｍｍの寸法に設定した。すなわち、従来品は、Ｒ部を設けていないのに対して、実施例６の正極集電板５４４は、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分に、接続部４４ｂの幅Ｗ２が漸次大きくなり、固定部４４ａの表面に滑らかに連続するＲ部５４４ｅを有している。

実施例１のシミュレーション結果によれば、通電時の発熱最大箇所は接続部４４ｂであり、その最大温度は８８．２℃、平均温度との差は４．２℃であった。一方、実施例６のシミュレーション結果によれば、通電時の発熱最大箇所は接続部４４ｂであり、最大温度は８６．１℃、平均温度との差は４．０℃であった。

実施例６では、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分にＲ部５４４ｅを設けて接続部分における電流集中を緩和することで、通電時の発熱最大温度と平均温度との差を実施例１よりも抑制することができたことがわかる。

［実施例７］
次に実施例７について図１６を用いて説明する。
図１６は、実施例７における集電板の構成を説明する図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、図１６（ｂ）に示すように、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分の厚さを溶接部４４ｃ寄りの厚さよりも厚い構成とし、かつ、図１６（ｃ）に示すように、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分の幅を溶接部４４ｃ寄りの幅よりも大きい構成としたことである。

正極集電板６４４は、実施例１の正極集電板４４と同様に、鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製される。正極集電板６４４は、実施例１の構成に対して、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分に、接続部４４ｂの厚さｔ２が漸次増大するＲ部６４４ｄと、接続部４４ｂの幅Ｗ２が漸次増大するＲ部６４４ｅとが設けられている。Ｒ部６４４ｄは、固定部４４ａに接近するにしたがって厚さｔ２が漸次増大して、固定部４４ａの表面に滑らかに連続するように形成されている。Ｒ部６４４ｅは、固定部４４ａに接近するにしたがって幅Ｗ２が漸次増大して、固定部４４ａの表面に滑らかに連続するように形成されている。

本実施例では、図１６（ｂ）、（ｃ）に示すように、接続部４４ｂの固定部４４ａとの接続部分にＲ部６４４ｄ、６４４ｅが設けられているので、固定部４４ａと接続部４４ｂとの接続部分における電流集中が緩和され、接続部分の発熱が抑制される。また、接続部分の幅を広げたため、捲回群３に干渉することなく断面積を広げることができる。したがって、接続部４４ｂの電気抵抗を低下させて発熱を抑制できるという実施例１と同様の作用効果に加えて、さらに固定部４４ａと接続部４４ｂとの接続部分の発熱を効果的に抑制でき、捲回群の容積に影響を与えることがない、という作用効果を奏することができる。

［実施例８］
次に実施例８について図１７を用いて説明する。
図１７は、実施例８における集電板の構成を説明する図である。なお、上述の各実施例と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施例において特徴的なことは、実施例１の構成に対して、正極集電板７４４の固定部の厚さも厚くし、実施例１の作用効果に加えて、固定部の発熱も抑制できる構成としたことである。

正極集電板７４４は、実施例１の正極集電板４４と同様に、鋳造、鍛造またはこれらを組み合わせた方法で作製される。正極集電板７４４は、固定部７４４ａの厚みｔ１、接続部４４ｂの厚みｔ２、溶接部４４ｃの厚みｔ３の関係において、ｔ２＞ｔ３かつｔ１＞ｔ３の関係となる部分を有する。したがって、接続部４４ｂと固定部７４４ａの抵抗値が低下し、固定部７４４ａと接続部４４ｂの発熱を抑制することができる。

本実施例では、固定部７４４ａの厚みｔ１と接続部４４ｂの厚みｔ２を、溶接部４４ｃの厚みｔ３よりも厚くしているので、溶接部４４ｃと比較して固定部７４４ａと接続部４４ｂの電流抵抗値を低くすることができ、接続部４４ｂの発熱を抑制することができる。また、固定部７４４ａが厚いので剛性が高く、かしめ固定により電池蓋６に固定する際に、より強固に固定できる。

なお、上述の各実施例では、本発明の構成を正極電極に適用した場合について説明したが、正極電極の代わりに、負極電極に適用してもよく、また、正極電極と負極電極の両方に適用することもできる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

1 電池缶
3 捲回群
6 電池蓋
12 負極外部端子
14 正極外部端子
24 負極集電板
32 負極電極
32a 負極合剤層
32b 負極金属箔露出部
33 セパレータ
34 正極電極
34a 正極合剤層
34b 正極金属箔露出部
35 セパレータ
44 正極集電板
100 角形二次電池

Claims (7)

1. 金属箔露出部を有する電極が捲回された扁平状の捲回群と、該捲回群を収納する電池缶と、該電池缶を封口する電池蓋と、該電池蓋に設けた外部端子と、該外部端子と前記捲回群を電気的に接続する集電板とを有し、前記集電板は、電池蓋に固定される固定部と、前記捲回群の金属箔露出部に溶接される溶接部と、前記固定部と前記溶接部との間を接続する接続部を有する角形二次電池であって、
   前記接続部は、前記固定部及び前記溶接部の電流経路に直交する断面の長手方向の幅より小さい幅であり、かつ前記固定部または前記溶接部よりも厚い厚さ部分を有することを特徴とする角形二次電池。
2. 前記溶接部が前記固定部よりも厚い厚さ部分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. 前記接続部は、電流経路に対して直交する方向の断面積の最小部が、前記固定部及び前記溶接部の電流経路に対して直交する方向の断面積の各最小部の少なくとも一方よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の角形二次電池。
4. 前記溶接部は、電流経路に対して直交する方向の断面積の最小部が、前記固定部の電流経路に対して直交する方向の断面積の最小部よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
5. 前記集電板は、前記接続部の前記固定部との接続部分の厚さが前記溶接部寄りの厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
6. 前記集電板は、前記接続部の前記固定部との接続部分の幅が前記溶接部寄りの幅よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
7. 前記集電板は、正極用に使用され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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