JP6522418B2 - 角形二次電池及びそれを用いた組電池、並びにその製造方法 - 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、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された集電体と、
開口、底部、一対の大面積側壁、及び一対の小面積側壁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、を備える角形二次電池であって、
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、
前記集電体は集電体本体部及び集電体接続部を含み、
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、前記変形板の電極体側に配置され前記変形板に接続された前記集電体本体部を含み、
前記集電体接続部は前記電流遮断機構と前記大面積側壁の間に配置され、
前記正極タブ部又は前記負極タブ部は前記集電体接続部に接続され、
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。
弱部を設けてもよい。
前記第1集電体接続部は、前記一対の大面積側壁のうちの一方と前記電流遮断機構の間に配置され、
前記第2集電体接続部は、前記一対の大面積側壁のうちの他方と前記電流遮断機構の間に配置されることが好ましい。
前記正極タブ部又は前記負極タブ部は、前記集電体接続部と前記受け部品に挟みこまれた状態で前記集電体接続部に接続されていることが好ましい。
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、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された集電体と、
開口、底部、一対の大面積側壁、及び一対の小面積側壁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、
前記集電体は集電体本体部及び集電体接続部を含み、
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、前記変形板の電極体側に配置され前記変形板に接続された前記集電体本体部を含み、
前記集電体接続部は前記電流遮断機構と前記大面積側壁の間に配置され、
前記正極タブ部又は前記負極タブ部は前記集電体接続部に接続され、
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の製造方法であって、
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を接続するタブ接続工程と、
前記タブ接続工程の後、前記集電体接続部を前記集電体本体部に対して曲げる曲げ工程と有する。
された状態で封口板2に取り付けられている。また、負極端子9は絶縁部材12及び絶縁性のガスケット13により封口板2と電気的に絶縁された状態で封口板2に取り付けられている。絶縁部材10及び12、ガスケット11及び13はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
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6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7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。
成された突出部42aが挿入される。また、絶縁板第1側壁43bの内面は、絶縁部材第1側壁部10bの外面と対向するように配置される。そして、凸部10cが凹部43eと嵌合することにより、絶縁部材10と絶縁板43が接続される。なお、この凹部43eを貫通穴としてもよい。
封口板2の長手方向(図8における左右方向)において、集電体接続部6bの長さを、集電体本体部6aの長さよりも小さくすることもできる。
3d3、第4突起43d4を、それぞれ、正極集電体6に形成された第1固定用貫通穴6y1、第2固定用貫通穴6y2、第3固定用貫通穴6y3、第4固定用貫通穴6y4に挿入する。そして第1突起43d1、第2突起43d2、第3突起43d3、第4突起43d4の先端を拡径することにより、絶縁板43に正極集電体6を固定する。これにより第1固定部80a、第2固定部80b、第3固定部80c、第4固定部80dが形成される。なお、各突起を固定用貫通穴に圧入することにより、固定部を形成してもよい。
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。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に溶接する。
図7に示すように、積層された正極タブ部4cを第1集電体接続部6b1上及び第2集電体接続部6b2上に配置する。そして、積層された正極タブ部4cと第1集電体接続部6b1を接合し、積層された正極タブ部4cと第2集電体接続部6b2を接合する。この際、第1集電体接続部6b1と
絶縁板第1側壁43bの間、及び第2集電体接続部6b2と絶縁板第1側壁43bの間には、隙間100を設けておくことが好ましい。これにより、溶接時に発生する熱が絶縁板43に悪影響を与えることを抑制できる。あるいは、第1集電体接続部6b1と絶縁板第1側壁43bの間、及び第2集電体接続部6b2と絶縁板第1側壁43bの間に耐熱部材を配置してもよい。耐熱部材としては、絶縁板43の融点よりも高い融点を有する部材が好ましい。
積層された負極タブ部5cを負極集電体8の第1集電体接続部8b1上及び第2集電体接続部8b2上にそれぞれ配置し、負極タブ部5cと第1集電体接続部8b1、負極タブ
部5cと第2集電体接続部8b2をそれぞれ接合する。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を用いた溶接等を用いることができる。
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。
図2〜4に示すように、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、図1に示すように角形二次電池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。
び第2集電体接続部6b2の封口板2側の端部よりも封口板2側まで延びるように配置することが好ましい。これにより、角形外装体1と正極集電体6が接触することを防止できる。
封口板2と正極集電体6が接触することを防止できる。なお、角形二次電池20においては、絶縁部材10が延在部10eを有し、この延在部10eが第1集電体接続部6b1の封口板2側の端部と封口板2の間、及び第2集電体接続部6b2の封口板2側の端部と封口板2の間に配置されている。
図12は変形例1に係る角形二次電池の図7に対応する断面図である。図12に示すように、受け部品60を用い、受け部品60と第1集電体接続部6b1で正極タブ部4cを挟み込んだ状態で、第1集電体接続部6b1と正極タブ部4cを接続し、また、受け部品60と第2集電体接続部6b2で正極タブ部4cを挟み込んだ状態で、第2集電体接続部6b2と正極タブ部4cを接続することができる。このように受け部品60を用いることにより、正極タブ部4cと正極集電体6の接続部を補強することができる。なお、高エネルギー線の照射により正極タブ部4cと正極集電体6を接合する場合は、受け部品60にスリットないし薄肉部を設け、このスリットないし薄肉部において接合することができる。
図13は変形例2に係る角形二次電池の製造過程を示す図であり、図7に対応する断面図である。図13に示すように、変形例2に係る角形二次電池の製造方法では、曲げ加工が施されていない正極集電体6を絶縁板43及び反転板42に固定し、この正極集電体6に正極タブ部4cを接続する。その後、
それぞれ正極タブ部4cが接続された第1集電体接続部6b1及び第2集電体接続部6b2を集電体本体部6aに対して折り曲げる。このような方法によると、正極集電体6と正極タブ部4cの接続がより容易になる。特にこのような方法によると、超音波溶接や抵抗溶接が行い易くなる。なお、このような方法を用いる場合は、正極集電体6の折り曲げ部70の両端に切欠き部を設けたり、折り曲げ部70上に薄肉部や貫通穴を設けることが好ましい。
図14は変形例3に係る角形二次電池の図7に対応する断面図である。図14に示すように、集電体本体部6aに対する第1集電体接続部6b1の角度、集電体本体部6aに対する第2集電体接続部6b2の角度を、角形二次電池20よりも小さくすることができる。
体接続部6b1周辺の拡大図である。集電体本体部6aに対する集電体接続部(第1集電体接続部6b1、第2集電体接続部6b2)の角度θ1は、集電体本体部6aにおいて電極体側の面6mと集電体接続部(第1集電体接続部6b1、第2集電体接続部6b2)において大面積側壁2b側の面6nのなす角とする。角度θ1は、225°〜300°とすることが好ましい。なお、図7において角度θ1は270°である。
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
6b1・・・第1集電体接続部 6b2・・・第2集電体接続部
6c・・・薄肉部
6d・・・溝部
6m・・・電極体側の面
6n・・・大面積側壁側の面
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
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 8b1・・・第1集電体接続部 8b2・・・第2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・・・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
31・・・予備接合部
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
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・・・絶縁板第1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
60・・・受け部品
70・・・折り曲げ部(折り曲げ線)
80a・・・第1固定部 80b・・・第2固定部 80c・・・第3固定部 80d・・・第4固定部
100・・・隙間
Claims (8)
- 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、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された集電体と、
開口、底部、一対の大面積側壁、及び一対の小面積側壁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、を備える角形二次電池であって、
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、
前記集電体は集電体本体部及び集電体接続部を含み、
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、前記変形板の電極体側に配置され前記変形板に接続された前記集電体本体部を含み、
前記集電体接続部は前記電流遮断機構と前記大面積側壁の間に配置され、
前記正極タブ部又は前記負極タブ部は前記集電体接続部に接続され、
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。 - 前記集電体接続部は前記集電体本体部の端部から前記封口板側に延びる請求項1に記載の角形二次電池
- 前記脆弱部は、前記集電体本体部における前記変形板との接続部の周囲に形成された請求項1又は2に記載の角形二次電池。
- 前記集電体は、前記集電体接続部として第1集電体接続部と第2集電体接続部を有し、
前記第1集電体接続部は、前記一対の大面積側壁のうちの一方と前記電流遮断機構の間に配置され、
前記第2集電体接続部は、前記一対の大面積側壁のうちの他方と前記電流遮断機構の間に配置される請求項1〜3のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記集電体本体部に対する前記集電体接続部の角度が225°〜 300°である請求項1〜4のいずれかに記載の角形二次電池。
- 受け部品を備え、
前記正極タブ部又は前記負極タブ部は、前記集電体接続部と前記受け部品に挟みこまれた状態で前記集電体接続部に接続された請求項1〜5のいずれかに記載の角形二次電池。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の角形二次電池を複数個含む組電池。
- 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、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された集電体と、
開口、底部、一対の大面積側壁、及び一対の小面積側壁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、
前記集電体は集電体本体部及び集電体接続部を含み、
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、前記変形板の電極体側に配置され前記変形板に接続された前記集電体本体部を含み、
前記集電体接続部は前記電流遮断機構と前記大面積側壁の間に配置され、
前記正極タブ部又は前記負極タブ部は前記集電体接続部に接続され、
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の製造方法であって、
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を接続するタブ接続工程と、
前記タブ接続工程の後、前記集電体接続部を前記集電体本体部に対して曲げる曲げ工程と有する角形二次電池の製造方法。
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