JP6750438B2 - 角形二次電池 - Google Patents
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Description
正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、を備えた角形二次電池であって、
前記封口板にはガス排出弁が設けられ、
前記封口板と前記電極体の間であって、前記ガス排出弁と対向する位置には金属製の遮蔽部材が配置され、
前記遮蔽部材は樹脂部材に固定されている角形二次電池。
装体1及び封口板2は、それぞれ金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製とすることが好ましい。角形外装体1内には、複数の正極板と複数の負極板がセパレータを介して積層された積層型の電極体3が電解液と共に収容されている。電極体3と角形外装体1の間には樹脂製の絶縁シート14が配置されている。
[正極板の作製]
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電剤としての炭素材料、及び分散媒としての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合剤層を形成する。その後、正極活物質合剤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切断する。
本体部の端辺から正極芯体4aが突出しており、この突出した正極芯体4aが正極タブ40を構成する。なお、正極タブ40は、図3に示すように正極芯体4aの一部であっても良いし、他の部材を正極芯体4aに接続し、正極タブ40としてもよい。また、正極タブ40において正極活物質合剤層4bと隣接する部分には、正極活物質合剤層4bの電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有する正極保護層4dが設けられることが好ましい。この正極保護層4dは、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミック粒子、及びバインダーを含むことが好ましい。また、正極保護層4dは、炭素材料等の導電性粒子を含むことが更に好ましい。
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合剤層を形成する。その後、負極活物質合剤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切断する。
50枚の正極板4及び51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要素(3a、3b)を作製する。図5に示すように、積層型の電極体要素(3a、3b)は、一方の端部において、各正極板4の正極タブ40が積層され、各負極板5の負極タブ50が積層されるように作製される。電極体要素(3a、3b)の両外面にはセパレータが配置され、テープ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できる。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。
図2、図6〜図8を用いて、封口板2への正極外部端子7及び第1正極集電体6aの取り付け方法及び電流遮断機構60の構成を説明する。
封口板2に設けられた正極端子取り付け孔2aの外面側に外部側絶縁部材11を配置し、正極端子取り付け孔2aの内面側に内部側絶縁部材10及びカップ形状を有する導電部材61を配置する。次に、正極外部端子7を、外部側絶縁部材11の貫通孔、封口板2の正極端子取り付け孔2a、内部側絶縁部材10の貫通孔及び導電部材61の貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、正極外部端子7の先端を導電部材61上にカシメる。これにより、正極外部端子7、外部側絶縁部材11、封口板2、内部側絶縁部材10及び導電部材
61が固定される。なお、正極外部端子7においてカシメられた部分と導電部材61はレーザ溶接等により溶接されることが好ましい。また、内部側絶縁部材10及び外部側絶縁部材11はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
封口板2に設けられた負極端子取り付け孔2bの外面側に外部側絶縁部材13を配置し、負極端子取り付け孔2bの内面側に内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aを配置する。次に、負極外部端子9を、外部側絶縁部材13の貫通孔、封口板2の負極端子取り付け孔2b、内部側絶縁部材12の貫通孔及び第1負極集電体8aの貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、負極外部端子9の先端を第1負極集電体8a上にカシメる。これにより、外部側絶縁部材13、封口板2、内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aが固定される。なお、負極外部端子9においてカシメられた部分と第1負極集電体8aはレーザ溶接等により溶接されることが好ましい。また、内部側絶縁部材12及び外部側絶縁部材13はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
図10は、第2正極集電体6bへの正極タブ40の接続方法、第2負極集電体8bへの負極タブ50の接続方法を示す図である。上述の方法で2つの電極体要素を作製し、それぞれ第1の電極体要素3a、第2の電極体要素3bとする。なお、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bは全く同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。ここで、第1の電極体要素3aの複数枚の正極タブ40が第1正極タブ群40aを構成する。第1の電極体要素3aの複数枚の負極タブ50が第1負極タブ群50aを構成する。第2の電極体要素3bの複数枚の正極タブ40が第2正極タブ群40bを構成する。第2の電極体要素3bの複数枚の負極タブ50が第2負極タブ群50bを構成する。
素3bの第2正極タブ群40bは、第2正極集電体6bにおいて、第2正極集電体6bの幅方向における中央部よりも他方側に接続されている。
第2の電極体要素3bの第1負極タブ群50aは、第2負極集電体8bにおいて、第2負極集電体8bの幅方向における中央部よりも一方側に接続されている。第2の電極体要素3bの第2負極タブ群50bは、第2正極集電体6bにおいて、第2正極集電体6bの幅方向における中央部よりも他方側に接続されている。
図6及び図7に示すように、第1正極集電体6aには、集電体突起6xが設けられている。そして、図10に示すように、第2正極集電体6bには集電体開口6yが設けられている。図7及び8に示すように、第1正極集電体6aの集電体突起6xが、第2正極集電体6bの集電体開口6y内に位置するようにして、第2正極集電体6bを第3絶縁部材63上に配置する。そして、第1正極集電体6aの集電体突起6xと第2正極集電体6bの集電体開口6yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これにより、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが接続される。なお、第2正極集電体6bの集電体開口6yの周囲には集電体第1凹部6fが設けられている。即ち、集電体第1凹部6fの中央に、集電体開口6yが形成されている。集電体第1凹部6fにおいて、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが溶接接続されている。
bの幅方向において、直線上に集電体開口6yとターゲット孔6eが並ぶように配置することが好ましい。
図6及び図7に示すように、第1負極集電体8aには、集電体突起8xが設けられている。そして、図9及び図10に示すように、第2負極集電体8bには集電体開口8yが設けられている。図9に示すように、第1負極集電体8aの集電体突起8xが、第2負極集電体8bの集電体開口8y内に位置するようにして、第2負極集電体8bを内部側絶縁部材12上に配置する。そして、第1負極集電体8aの集電体突起8xと第2負極集電体8bの集電体開口8yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これにより、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bが接続される。なお、図10に示すように、第2負極集電体8bの集電体開口8yの周囲には集電体第1凹部8fが設けられている。即ち、集電体第1凹部8fの中央に、集電体開口8yが形成されている。集電体第1凹部8fにおいて、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bが溶接接続されている。また、第2負極集電体8bには、第2正極集電体6bと同様にターゲット孔8eが設けられている。
上述のように正極タブ40と正極外部端子7とを電気的に接続し、負極タブ50と負極外部端子9とを電気的に接続した後、第1絶縁部材と第2絶縁部材を接続することが好ましい。
図10における第1の電極体要素3aの上面と第2の電極体要素3bの上面とが直接ないし他の部材を介して接するように第1正極タブ群40a、第2正極タブ群40b、第1負極タブ群50a及び第2負極タブ群50bを湾曲させる。これにより、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを纏めて、一つの電極体3とする。なお、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを、テープ等により一つに纏めることが好ましい。あるいは、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを、箱状ないし袋状に成形した絶縁シート14内に配置して、一つに纏めることが好ましい。
封口板2に取り付けられた電極体3を絶縁シート14で覆い、角形外装体1に挿入する。なお、絶縁シート14は平板上のものを箱状ないし袋状に曲げ成形したものであることが好ましい。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液を封口板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においては、封口板2に固定された第1絶縁部材としての内部側絶縁部材12に、第2絶縁部材80が接続されている。したがって、角形二次電池20に振動や衝撃が加わった際に、第2絶縁部材80が電池ケース100内で大きく動くことを抑制できる。よって、第2絶縁部材80の位置ズレにより生じる可能性がある予期しない短絡を、確実に防止できる。あるいは、第2絶縁部材80が電池ケース100内部で動き、第2絶縁部材80が正極タブ40ないし負極タブ50を損傷させることを防止できる。
2絶縁部材80の幅狭部80a2により、第1負極タブ群50aないし第2負極タブ群50bが損傷することを確実に防止できる。
図15は、変形例1に係る二次電池における、封口板2、遮蔽部材としてのステンレス製の金属板181、及び樹脂製の第2絶縁部材180の封口板2の短手方向に沿った断面図である。
図15に示すように、金属板181が、封口板2と電極体3の間であって、ガス排出弁17と対向する位置に配置される。金属板181は、封口板2に対向するように配置される遮蔽部材本体部181aと、遮蔽部材本体部181aの両端部から封口板2に向かって延びる一対の遮蔽部材側壁部181bを有する。遮蔽部材本体部181aは、封口板2に対して略平行に配置される。例えば、封口板2に対して遮蔽部材本体部181aの傾きを、−10°〜10°程度とすることができる。遮蔽部材側壁部181bは遮蔽部材本体部181aの封口板2の短手方向における端部に設けられている。なお、遮蔽部材本体部181aにおいて、封口板2の長手方向における両端部側には側壁部は形成されていない。
絶縁部材側壁部180bは第2絶縁部材本体部180aの封口板2の短手方向における端部に設けられている。遮蔽部材本体部181aは第2絶縁部材本体部180aの内部に配置され、遮蔽部材側壁部181bは絶縁部材側壁部180bの内部に配置されている。図15に示すように、絶縁部材側壁部180bは、封口板2においてガス排出弁17とは異なる位置に接触している。
図16は、変形例2に係る角形二次電池における、封口板2、遮蔽部材としてのステンレス製の金属板281、及び樹脂製の第2絶縁部材280の封口板2の短手方向に沿った断面図である。図16に示すように、金属板281が、第2絶縁部材280の封口板2側の面に取り付けられている。
金属板281は、封口板2に対向するように配置される遮蔽部材本体部281aと、遮蔽部材本体部281aの両端部から封口板2に向かって延びる一対の遮蔽部材側壁部281bを有する。遮蔽部材本体部281aは、封口板2に対して略平行に配置される。遮蔽部材側壁部281bは遮蔽部材本体部281aの封口板2の短手方向における端部に設けられている。
また、第2絶縁部材280は、封口板2に対向するように配置される第2絶縁部材本体部280aと、第2絶縁部材本体部280aの両端部から封口板2に向かって延びる一対
の絶縁部材側壁部280bを有する。第2絶縁部材本体部280aは、封口板2に対して略平行に配置される。
絶縁部材側壁部280bは第2絶縁部材本体部280aの封口板2の短手方向における端部に設けられている。
なお、金属板281の第2絶縁部材280への取り付け方法は特に限定されない。接着剤等により、金属板281を第2絶縁部材280に貼り付けても良い。また、金属板281を第2絶縁部材280に嵌合接続しても良い。
図17は、変形例3に係る角形二次電池における、封口板2、遮蔽部材としてのステンレス製の金属板381、及び樹脂製の第2絶縁部材380の封口板2の短手方向に沿った断面図である。
図17に示すように、金属板381が、第2絶縁部材380の電極体3側の面に取り付けられている。金属板381は、封口板2に対向するように配置される遮蔽部材本体部381aを有する。
また、第2絶縁部材380は、封口板2に対向するように配置される第2絶縁部材本体部380aと、第2絶縁部材本体部380aの両端部から封口板2に向かって延びる一対の絶縁部材側壁部380bを有する。絶縁部材側壁部380bは第2絶縁部材本体部380aの封口板2の短手方向における端部に設けられている。
なお、金属板381の第2絶縁部材380への取り付け方法は特に限定されない。接着剤等により、金属板381を第2絶縁部材380に貼り付けても良い。また、金属板381を第2絶縁部材380に嵌合接続しても良い。
図18は、変形例4に係る角形二次電池における、封口板2、遮蔽部材としてのステンレス製の金属板481、及び樹脂製の第2絶縁部材480の封口板2の短手方向に沿った断面図である。
図18に示すように、金属板481が、第2絶縁部材480内に配置されている。金属板481は樹脂製の第2絶縁部材480内にモールドされていることが好ましい。第2絶縁部材480の電極体3側の面には開口482が形成されており、開口482が設けられた部分で、金属板481が露出している。
図19は、変形例5に係る角形二次電池における、遮蔽部材としての金属板581の斜視図である。金属板581は、遮蔽部材本体部581aと、遮蔽部材本体部581aから封口板2に向かって延びる第1遮蔽部材側壁部581b1、第2遮蔽部材側壁部581b2、第3遮蔽部材側壁部581b3及び第4遮蔽部材側壁部581b4を有する。第1遮蔽部材側壁部581b1、第2遮蔽部材側壁部581b2、第3遮蔽部材側壁部581b3及び第4遮蔽部材側壁部581b4はそれぞれ離れた位置に形成されている。このような金属板581を用いることにより、より確実にガスの流路を確保することができる。
おいて、第1遮蔽部材側壁部581b1と第2遮蔽部材側壁部581b2の間に位置する部分や、第3遮蔽部材側壁部581b3と第4遮蔽部材側壁部581b4の間に位置する部分に開口を設けることができる。
図20は、変形例6に係る角形二次電池における、内部に遮蔽部材としての金属板681が配置された第2絶縁部材680の下面(電極体3側の面)を示す図と、長手方向に沿った断面図である。なお、図20において破線で示された部分は金属板681の外周縁の位置である。第2絶縁部材680は、封口板2に対向するように配置される第2絶縁部材本体部680aを有する。第2絶縁部材本体部680aは、幅広部680a1と、幅広部680a1の両側に設けられた幅狭部680a2を有する。
金属製の遮蔽部材の表面のうち、50%以上が樹脂部材により覆われていることが好ましく、70%以上が樹脂部材により覆われていることが好ましい。
このような場合、負極板における負極活物質合剤層の封口板2側の端部よりも、セパレータの封口板2側の端部が、封口板2側に突出していることが好ましい。また、電極体3において、正極板における正極活物質合剤層の封口板2側の端部よりも、セパレータの封口板2側の端部が、封口板2側に突出していることが好ましい。また、正極板とセパレータが接着層により接着され、負極板とセパレータが接着層により接着されていることが好ましい。このような構成であると、第2絶縁部材に、正極活物質合剤層及び負極活物質合剤層が接触し、正極活物質層ないし負極活物質層が損傷することを確実に防止できる。
上述の実施形態に示すように、正極板と正極外部端子7の間の導電経路に電流遮断機構が形成されていることが好ましい。このような場合、第2絶縁部材を、負極側の第1絶縁部材のみに接続されるようにすることができる。
1・・・角形外装体
2・・・封口板
2a・・・正極端子取り付け孔
2b・・・負極端子取り付け孔
100・・・電池ケース
3・・・電極体
3a・・・第1の電極体要素
3b・・・第2の電極体要素
4・・・正極板
4a・・・正極芯体
4b・・・正極活物質合剤層
4d・・・正極保護層
40・・・正極タブ
40a・・・第1正極タブ群
40b・・・第2正極タブ群
5・・・負極板
5a・・・負極芯体
5b・・・負極活物質合剤層
50・・・負極タブ
50a・・・第1負極タブ群
50b・・・第2負極タブ群
6・・・正極集電部材
6a・・・第1正極集電体
6c・・・薄肉部
6x・・・集電体突起
6w・・・集電体第2凹部
6b・・・第2正極集電体
6b1・・・集電体第1領域
6b2・・・集電体第2領域
6b3・・・集電体第3領域
6e・・・ターゲット孔
6f・・・集電体第1凹部
6y・・・集電体開口
6z・・・開口部
7・・・正極外部端子
7a・・・端子封止部材
7x・・・金属部材
7y・・・ゴム部材
7b・・・端子貫通孔
8・・・負極集電部材
8a・・・第1負極集電体
8x・・・集電体突起
8w・・・集電体第2凹部
8b・・・第2負極集電体
8b1・・・集電体第1領域
8b2・・・集電体第2領域
8b3・・・集電体第3領域
8e・・・ターゲット孔
8f・・・集電体第1凹部
8y・・・集電体開口
9・・・負極外部端子
10・・・内部側絶縁部材
11・・・外部側絶縁部材
12・・・内部側絶縁部材
12a・・・第1絶縁部材本体部
12b・・・第1側壁
12c・・・第2側壁
12d・・・貫通孔
12e・・・接続用凹部
13・・・外部側絶縁部材
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液孔
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
60・・・電流遮断機構
61・・・導電部材
62・・・変形板
63・・・第3絶縁部材
63b・・・絶縁部材開口
63c・・・絶縁部材突起
63x・・・絶縁部材第1領域
63y・・・絶縁部材第2領域
63z・・・絶縁部材第3領域
70・・・固定部
80・・・第2絶縁部材
80a・・・第2絶縁部材本体部
80a1・・・幅広部
80a2・・・幅狭部
80b・・・側壁
80c・・・接続部
80c1・・・縦壁
80c2・・・突出部
81・・・金属板
90・・・溶接接続部
180・・・第2絶縁部材
180a・・・第2絶縁部材本体部
180b・・・絶縁部材側壁部
181・・・金属板
181a・・・遮蔽部材本体部
181b・・・遮蔽部材側壁部
280・・・第2絶縁部材
280a・・・第2絶縁部材本体部
280b・・・絶縁部材側壁部
281・・・金属板
281a・・・遮蔽部材本体部
281b・・・遮蔽部材側壁部
380・・・第2絶縁部材
380a・・・第2絶縁部材本体部
380b・・・絶縁部材側壁部
381・・・金属板
381a・・・遮蔽部材本体部
480・・・第2絶縁部材
481・・・金属板
482・・・開口
581・・・金属板
581a・・・遮蔽部材本体部
581b1・・・第1遮蔽部材側壁部
581b2・・・第2遮蔽部材側壁部
581b3・・・第3遮蔽部材側壁部
581b4・・・第4遮蔽部材側壁部
680・・・第2絶縁部材
680a・・・第2絶縁部材本体部
680a1・・・幅広部
680a2・・・幅狭部
680x・・・開口
681・・・金属板
682・・・露出部
683・・・貫通孔
Claims (8)
- 正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、を備えた角形二次電池であって、
前記封口板にはガス排出弁が設けられ、
前記封口板と前記電極体の間であって、前記ガス排出弁と対向する位置には金属製の遮蔽部材が配置され、
前記遮蔽部材は、樹脂部材に固定され、
前記樹脂部材は、前記封口板に対向するように配置される樹脂部材本体部と、前記樹脂部材本体部の両端から前記封口板に向かって延びる一対の樹脂部材側壁部を有し、
前記樹脂部材本体部に前記遮蔽部材が固定された角形二次電池。 - 前記正極板に設けられた正極タブと、
前記負極板に設けられた負極タブと、
前記正極タブに電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた正極外部端子と、
前記負極タブに電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた負極外部端子と、
前記正極タブと前記正極外部端子を電気的に接続する正極集電部材と、
前記負極タブと前記負極外部端子を電気的に接続する負極集電部材と、を備え、
前記正極タブ及び前記負極タブは、前記電極体における前記封口板側の端部に配置され、
複数枚の前記正極タブが積層された状態で前記正極集電部材に接続され、
複数枚の前記負極タブが積層された状態で前記負極集電部材に接続された請求項1に記載の角形二次電池。 - 前記遮蔽部材は前記樹脂部材の内部に配置された請求項1又は2に記載の角形二次電池。
- 前記遮蔽部材の一部が露出する状態で、前記遮蔽部材は前記樹脂部材により覆われている請求項1〜3のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記遮蔽部材を構成する材料の融点は、前記封口板を構成する材料の融点よりも高い請求項1〜4のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記遮蔽部材は、前記封口板に対向するように配置される遮蔽部材本体部と、前記遮蔽部材本体部の両端から前記封口板に向かって延びる一対の遮蔽部材側壁部を有する請求項1〜5のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記遮蔽部材は、前記封口板に直接接していない状態で前記外装体内に配置された請求項1〜6のいずれかに記載の角形二次電池。
- 正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、を備えた角形二次電池であって、
前記封口板にはガス排出弁が設けられ、
前記封口板と前記電極体の間であって、前記ガス排出弁と対向する位置には金属製の遮蔽部材が配置され、
前記遮蔽部材は、樹脂部材に固定され、前記封口板に対向するように配置される遮蔽部材本体部と、前記遮蔽部材本体部の両端から前記封口板に向かって延びる一対の遮蔽部材側壁部を有する角形二次電池。
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