JP6522417B2 - 角形二次電池及びそれを用いた組電池 - Google Patents
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Description
正極タブ部を有する正極板と、
負極タブ部を有する負極板と、
前記正極板と前記負極板を含む電極体と、
開口を有し前記電極体を収納する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた正極端子と、
前記負極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた負極端子と、
前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路に設けられた感圧式の電流遮断機構と、を備え
前記正極タブ部及び前記負極タブ部は、前記電極体の前記封口板側の端部に配置され、
前記電流遮断機構は、前記電極体側に開口部を有する導電部材と、前記開口部を封止する変形板と、前記変形板に接続された集電体とを含み、
電池内圧が所定値以上となったとき前記変形板が変形し、前記変形板の変形に伴い脆弱部が破断することにより、前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路が切断される角形二次電池であって、
前記集電体は、前記変形板の電極体側に配置され前記変形板と接続される集電体本体部と、前記集電体本体部よりも前記封口板側に位置する集電体延在部と、前記集電体延在部の端部から折り曲げられた、ないし折り返され集電体接続部を有し、
前記集電体接続部に前記正極タブ部又は前記負極タブ部が接続されている。
前記集電体連結部は、前記集電体本体部に対して傾斜しているとともに、前記集電体延在部に対して傾斜していることが好ましい。
前記絶縁部材は前記導電部材と前記集電体連結部の間に配置される壁部を有することが好ましい。
前記絶縁部材と前記集電体延在部が固定されていることが好ましい。
長さ。図1において左右方向の長さ。)が9cmとすることができる。なお、本発明は、角形二次電池の幅に対する高さの割合が、2以上のときに特に効果的である。本発明は、角形二次電池の幅が10cm以下であり、角形二次電池の高さが17cm以上の場合特に有効である。また、本発明は、電池容量が30Ah以上の場合特に有効である。なお、電池容量の値は、設計容量即ち電池の製造業者が規定する公称容量の値とすることができる。
正極活物質としてのコバルト酸リチウム、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電材としての炭素材料、及びN−メチルピロリドン(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N−メチルピロリドンを取り除き、正極芯体上に正極活物質層を形成する。その後、正極活物質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裁断する。
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層を形成する。その後、負極活物質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裁断する。
100枚の正極板4及び101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3を作製する。図7に示すように、積層型の電極体3は、一方の端部において、各正極板4の正極タブ部4cが積層され、各負極板5の負極タブ部5cが積層されるように作製される。積層型の電極体3の両外面にはセパレータが配置され、テープ18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好ましい。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。なおセパレータの平面視の大きさは負極板5と同じ、あるいは負極板5よりも大きくする。2枚のセパレータの間に正極板4を配置し、セパレータの周縁を熱溶着した状態とした後、正極板4と負極板5を積層してもよい。
図8は図2における電流遮断機構40の周辺の拡大図である。図9は図3における電流
遮断機構40の周辺の拡大図である。次に正極端子7の封口板2への取り付け及び電流遮断機構40の組み立て方法について説明する。
7xを通じ電池外部側からガスを送り込み、変形板42を正極集電体6の集電体本体部6aに押し付けた状態とする。この状態で、集電体本体部6aに設けられた接続用貫通穴6xの縁部と変形板42をレーザ溶接等により接合する。なお、接続用貫通穴6xは必須の構成ではなく、接続用貫通穴6xを有していない集電体本体部6aを変形板42に接合することもできる。なお、端子貫通穴7xは栓体7yで封止する。
封口板2には、負極端子取り付け孔2bが形成されている。負極端子取り付け孔2bの電池外面側にガスケット13を配置し、電池外面側に絶縁部材12及び負極集電体8を配置する。ここで、負極集電体8は、予め集電体本体部8aに対して集電体接続部8bが略90°折り曲げられたものを用いる。そして、ガスケット13、封口板2、絶縁部材12及び負極集電体8のそれぞれに形成された貫通穴に電池外部側から負極端子9を挿入し、負極端子9の先端を負極集電体8上に加締める。そして、負極端子9において加締められた部分を負極集電体8に溶接接続する。
図15に示すように、積層された正極タブ部4cを正極集電体6の集電体接続部6c上に配置し、積層された正極タブ部6cと集電体接続部6cを接合する。これにより接合部30が形成される。なお、積層された正極タブ部4cを正極集電体6に接続する前に、予め正極タブ部4c同士を接合しておくこともできる。接合方法は特に限定されず、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ等の高エネルギー線による溶接等を用いることができる。特に抵抗溶接を用いることが好ましい。また、積層された正極タブ部4cの積層方向における最外面であって集電体接続部6cが配置される面と反対側の面に受け部品を配置し、集電体接続部6cと受け部品で積層された正極タブ部4cを挟み込んだ状態で接合を行うこともできる。
封口板2に接続された電極体3を箱状に成形した絶縁シート14内に配置し、角形外装体1に挿入する。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質を封口板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。
角形二次電池20では、電極体3の封口板2側の端部に正極タブ部4c及び負極タブ部5cがそれぞれ配置される構成となっている。したがって、角形外装体1内において、発電に関与しない部材が配置されるスペースを削減でき、体積エネルギー密度が高い角形二次電池となる。更に、角形二次電池20では、角形外装体1及び封口板2により構成される電池ケースの6面のうち最も小さい面積の面に封口板2を配置している。即ち、封口板2及び角形外装体1の底部1aの面積が、角形外装体1の4つの側壁(一対の大面積側壁1b及び一対の小面積側壁1c)よりも小さくなっている。よって、より体積エネルギー密度が高い角形二次電池となる。但し、角形二次電池20に用いられる角形外装体1において、開口に対応する位置に側壁を有し、一方の小面積側壁1cに対応する部分に開口を有する有底筒状の角形外装体を用い、この開口を封口板で封口するような形態の角形二次電池とすることもできる。
、折り返し部70aに弾性を持たせることができる。このような構成であると、正極タブ部4cが電極体3側に引っ張られたとしても、折り返し部70aにおいて負荷を吸収できるため、脆弱部等に負荷が加わることを抑制できる。このような効果を得るためには、正極集電体6の厚みを2.0mm以下とすることが好ましく、1.5mm以下とすることが好ましく、1.2mm以下とすることがより好ましい。但し、正極集電体6にはある程度の剛性が必要であるため、正極集電体6の厚みは、0.5mm以上とすることが好ましい。なお、正極集電体6の厚みとは、薄肉部や溝部等が形成されていない基材部分の厚みとする。
図16は、変形例1に係る角形二次電池に用いる曲げ加工前の正極集電体60の平面図であり、電極体3側の面を示す図である。正極集電体60は、基本的には正極集電体6と同様の構成を有する。図16において、正極集電体6と共通の構成については正極集電体6と同じ符号を付与している。正極集電体60は、集電体延在部6bに延在部固定穴65が設けられている点で正極集電体6と異なる。
66aで示す集電体延在部6bの端辺に引っ掛け固定部10yを引っ掛けることにより、集電体延在部6bを絶縁部材10に固定することもできる。あるいは、図16において66bで示す集電体延在部6bの端辺に絶縁部材10の引っ掛け固定部を引っ掛けるようにしてもよい。
図19は変形例2に係る角形二次電池の断面図であり、図8に対応する図である。図19に示すように、正極集電体6の集電体本体部6aと、集電体連結部61d、集電体延在部61b及び集電体接続部61cを別の部品とすることができる。この場合、集電体連結部61dの先端側を集電体本体部6aに接合すればよい。これにより接合部90が形成される。
図20は変形例3に係る角形二次電池の断面図であり、図8に対応する図である。図20に示すように、正極集電体6の集電体本体部6a及び集電体連結部6dと、集電体延在部62b及び集電体接続部62cを別の部品とすることができる。この場合、集電体連結部6dの先端側を集電体延在部62bに接合すればよい。これにより接合部90が形成される。
電池内に電池が過充電状態となった場合にガスを発生する過充電抑制剤を含有させることが好ましい。非水電解質二次電池の場合、正極活物質層に炭酸リチウムを含有させる、あるいは非水電解質中にシクロヘキシルベンゼン等を含有させることが好ましい。
2・・・封口板 2a・・・正極端子取り付け孔 2b・・・負極端子取り付け孔
3・・・電極体
4・・・正極板
4a・・・正極活物質層 4b・・・正極芯体露出部 4c・・・正極タブ部 4d・・・保護層
5・・・負極板
5a・・・負極活物質層 5b・・・負極芯体露出部 5c・・・負極タブ部
6・・・正極集電体
6a・・・集電体本体部 6b・・・集電体延在部 6c・・・集電体接続部 6d・・・集電体連結部
6f・・・薄肉部 6g・・・溝部
6x・・・接続用貫通穴
6y1・・・第1固定用貫通穴 6y2・・・第2固定用貫通穴 6y3・・・第3固定用貫通穴
6y4・・・第4固定用貫通穴
6z・・・切欠き部
65・・・延在部固定穴
66a、66b・・・端辺
7・・・正極端子
7x・・・端子貫通穴 7y・・・栓体
8・・・負極集電体
8a・・・集電体本体部 8b・・・集電体接続部
9・・・負極端子
10・・・絶縁部材
10a・・・絶縁部材本体部 10b・・・絶縁部材第1側壁 10c・・・凸部
10d・・・絶縁部材第2側壁 10e・・・絶縁部材延在部
12・・・絶縁部材
11、13・・・ガスケット
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液孔
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
18・・・テープ
20・・・角形二次電池
30・・・接合部
40・・・電流遮断機構
41・・・導電部材 41a・・・ベース部 41b・・・筒状部 41c・・・フランジ部
42x・・・開口部
42・・・変形板 42a・・・突出部
43・・・絶縁板
43a・・・絶縁板本体部 43b・・・絶縁板第1側壁 43c・・・絶縁板貫通穴
43d1・・・第1突起 43d2・・・第2突起 43d3・・・第3突起 43d4・・・第4突起
43x・・・導電部材固定部
70a、70b、70c、70d・・・折り返し部(折り返し線)
80a・・・第1固定部 80b・・・第2固定部 80c・・・第3固定部 80d・・・第4固定部
90・・・接合部
Claims (10)
- 正極タブ部を有する正極板と、
負極タブ部を有する負極板と、
前記正極板と前記負極板を含む電極体と、
開口を有し前記電極体を収納する角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた正極端子と、
前記負極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた負極端子と、
前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路に設けられた感圧式の電流遮断機構と、を備え
前記正極タブ部及び前記負極タブ部は、前記電極体の前記封口板側の端部に配置され、
前記電流遮断機構は、前記電極体側に開口部を有する導電部材と、前記開口部を封止する変形板と、前記変形板に接続された集電体とを含み、
電池内圧が所定値以上となったとき前記変形板が変形し、前記変形板の変形に伴い脆弱部が破断することにより、前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路が切断される角形二次電池であって、
前記集電体は、前記変形板の電極体側に配置され前記変形板と接続される集電体本体部と、前記集電体本体部よりも前記封口板側に位置する集電体延在部と、前記集電体延在部の端部から折り曲げられた、ないし折り返され集電体接続部を有し、
前記集電体接続部に前記正極タブ部又は前記負極タブ部が接続された角形二次電池。 - 前記集電体延在部は、前記封口板の長手方向において前記集電体本体部からずれた位置に配置された請求項1に記載の角形二次電池。
- 前記集電体接続部は、前記集電体延在部の端部から折り返されている請求項1又は2に記載の角形二次電池。
- 前記集電体延在部と前記集電体接続部のそれぞれの対向する面のなす角は60°以下である請求項3に記載の角形二次電池。
- 前記集電体接続部は、前記集電体延在部の端部から折り曲げられ、前記電極体に向かって延びる請求項1又は2に記載の角形二次電池。
- 前記集電体は、前記集電体本体部と前記集電体延在部を繋ぐ集電体連結部を有し、
前記集電体連結部は、前記集電体本体部に対して傾斜しているとともに、前記集電体延在部に対して傾斜している請求項1〜5のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記封口板と前記導電部材の間には絶縁部材が配置されており、
前記絶縁部材は前記導電部材と前記集電体連結部の間に配置される壁部を有する請求項6に記載の角形二次電池。 - 前記封口板と前記集電体延在部の間には絶縁部材が配置され、
前記絶縁部材と前記集電体延在部が固定されている請求項1〜6のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記集電体本体部に前記脆弱部が設けられている請求項1〜8のいずれかに記載の角形二次電池。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の角形二次電池を複数備えた組電池。
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