JP6863710B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本開示は、二次電池に関する。
一対の電極が複数積層されてなる積層電極体を備えた二次電池が知られている。かかる二次電池の一例としては、正極、負極、及びセパレータを複数有し、正極及び負極がセパレータを介して交互に積層されたリチウムイオン電池が挙げられる。リチウムイオン電池において所謂積層型の電極構造を採用した場合、充放電に伴う電極の膨張収縮による応力が電極積層方向に均一に発生し易く、例えば巻回型の電極構造と比べて電極体の歪みを小さくでき、電池反応の均質化、電池の長寿命化等を実現し易い。
特許文献１には、電極体が巻回型である構成が記載されている。この構成では、外部から釘などの導電性を有する異物が侵入した場合における安全性である、釘刺し安全性を高めるために、電極体の巻回方向と直交する方向の外端に配置される正極無地部に、比較的面積が大きい第１金属板（導電板）が溶接される。正極無地部は、正極において正極活物質がコーティングされていない部分である。これにより導電性を有する異物が侵入した場合には、第１金属板がケースと短絡することで、発火することなく蓄電した電流を放電できると記載されている。
特許文献２には、特許文献１に記載された構成と同様に電極体の第１の電極の無地部に第１の導電板が溶接で接続される構成が記載されている。この構成では、第２の電極の無地部に第２の導電板が溶接で接続されている。そして、第１の電極と第２の電極とが絶縁板を介して配置されている。この構成では、二次電池の貫通で第１の導電板及び第２の導電板が直接電気的に短絡されることで、短絡時に熱をほとんど発生させないと記載されている。
特許第５２９７４４１号公報 特許第５２４１８１３号公報
しかしながら、特許文献１及び特許文献２にそれぞれ開示された二次電池において、電極構造に積層型を採用した場合には、電極構造において、積層方向で電極体の正極及び負極がそれぞれ複数枚積み重なった、最表面の電極の電極タブに金属板が溶接されることになる。これにより、電極タブが積層方向で連続しないので、外部からの異物の侵入または外部からの応力によって強制的に短絡させる場合において、金属板と電極体との接続部において、強制短絡時の抵抗が高くなり、導電板に流れる電流が抑制される。このため、短絡電流を迂回させる効果が低いおそれがある。また、特に大きな外部応力が掛かった場合、表面の電極タブが破断することによって、金属板と集電体との導通が途切れ、短絡電流の迂回効果を得ることが困難である。
本開示の一態様である二次電池は、アルミニウムを主成分とする金属から形成されるケースと、ケースに収容され、複数の正極と複数の負極がセパレータを介して積層された積層電極体と、負極及び負極端子を電気的に接続する負極集電体と、正極及び正極端子を電気的に接続する正極集電体と、ケース及び積層電極体の間に配置された第１金属板と、ケース及び第１金属板の間に配置された絶縁材製のスペーサとを備える二次電池であって、ケースが正極に電気的に接続されるか、または第１金属板に絶縁部材を介して配置された第２金属板が正極に電気的に接続されており、かつ、負極集電体と第１金属板とが接触することによって電気的に接続されている。
本開示の一態様によれば、積層電極体を備える構成において、外部から異物が侵入した場合、または、外部応力が掛かった場合に短絡電流を迂回させる効果を高くできる。これにより、蓄電されたエネルギーをより安全に放出できる二次電池を実現できる。
実施形態の１例である二次電池の外観を示す斜視図である。 図１に示す二次電池からケース本体を取り外して示す斜視図である。 図２Ａに示す構成において、第１金属板を取り付ける状態を示す分解斜視図である。 図２ＡのＡ−Ａ断面を概略的に示す図である。 図３Ａにおいて、正極及び負極の積層数を多くして示している図３ＡのＢ部拡大相当図である。 積層電極体において、負極側のタブと集電板との接続部を示す概略斜視図である。 積層電極体における正極及び負極と第１金属板との大きさの関係の１例を示す図である。 二次電池の外側から釘が侵入する状態を示す模式図である。 負極集電体と第１金属板との接続構造の別例を示す模式図である。 負極集電体と第１金属板との接続構造の別例を示す模式図である。 負極集電体と第１金属板との接続構造の別例を示す模式図である。 負極集電体と第１金属板との接続構造の別例を示す模式図である。 実施形態の別例において、図２Ａに対応する図である。 図９の構成で用いられる第１金属板の展開図である。 図９の構成において、積層電極体と蓋板との間に第１金属板が配置された状態を示す斜視図である。 図９のＣ−Ｃ断面を概略的に示す図である。 第１金属板の接続構造の別例を示す斜視図である。 図１３Ａの第１金属板の内側に積層電極体が配置された構成を示している図１２に対応する図である。 実施形態の別例において、図６に対応する図である。
以下、実施形態の１例である二次電池について詳細に説明する。実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において「略〜」との記載は、略同一を例に挙げて説明すると、完全に同一および、実質的に同一と認められるものを含む意図である。また、「端部」の用語は対象物の端及びその近傍を意味するものとする。また、以下で説明する形状、材料、個数などは説明のための例示であって、二次電池の仕様により変更が可能である。以下では同様の構成には同一の符号を付して説明する。
以下で説明する二次電池は、例えば電気自動車またはハイブリッド車の駆動電源、または太陽光発電、風力発電等の出力変動を抑制するための用途や夜間に電力を蓄電して昼間に利用するための系統電力のピークシフト用の定置用蓄電システムに利用される。
以下、図１〜図５を用いて、実施形態の一例である二次電池１０について詳説する。図１は、二次電池１０の外観を示す斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１０からケース本体１３を取り外して示す斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示す構成において、第１金属板５０，５４を取り付ける状態を示す分解斜視図である。図３Ａは、図２ＡのＡ−Ａ断面を概略的に示す図である。図３Ｂは、図３Ａにおいて、正極及び負極の積層数を多くして示している図３ＡのＢ部拡大相当図である。以下では、説明の便宜上、ケース１２の蓋板１４側を上、蓋板１４と反対側を下として説明する。
二次電池１０は、一対の電極が複数積層された積層電極体３０を備える。具体的には、積層電極体３０は、セパレータ３１を介して複数の正極３２及び複数の負極３４が積層されることによって形成された所謂積層型の電極構造を有する。各セパレータ３１には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。二次電池１０の好適な一例は、リチウムイオン電池であって、発電要素として積層電極体３０と、非水電解質とを含む。実施形態では、ケース１２の内側に積層電極体３０が収容される。ケース１２は、略箱形状のケース本体１３の上端開口部を蓋板１４で塞ぐことにより形成される。ケース本体１３及び蓋板１４は、後述のようにアルミニウムを主成分とする金属から形成される。主成分とは、正極活物質を構成する材料のうち最も含有量が多い成分を意味する。
また、二次電池１０では、ケース１２が正極３２に電気的に接続されている。例えば、正極端子１６において、ケース１２の蓋板１４の上面から突出する部分と、蓋板１４との間に配置される後述する中間部材１８ａを除去する、またはこの中間部材１８ａの一部または全部を金属などの導電性材料により形成することによって、ケース１２が正極３２に電気的に接続されている。第１金属板５０，５４は、負極３４に電気的に接続されている。例えば、負極３４に接続された負極集電板４０と第１金属板５０、５４とが接触することによって、第１金属板５０，５４が負極３４に電気的に接続されている。負極集電板４０と第１金属板５０との接触部については、後で詳しく説明する。これにより、ケース１２の外部から釘などの導電性を有する異物の、釘刺しなどによる内側への侵入や、外部応力が掛かった場合に缶や電極体が変形した際に、積層電極体３０内部での短絡電流を迂回させる効果を高くできるので、蓄電されたエネルギーをより安全に放出できる。
積層電極体３０を構成する正極３２、負極３４、及び各セパレータ３１は、例えばいずれも平面視略矩形形状を有し、それらが積層されてなる積層電極体３０は略直方体形状を有する。図２Ｂに示すように、各正極３２の長手方向（図２Ｂの左右方向）における一端部（図２Ｂの左端部）には正極タブ３３が設けられ、各負極３４の長手方向一端部（図２Ｂの右端部）には負極タブ３５が設けられる。実施形態では、略直方体形状を有する積層電極体３０の長手方向に直交する幅方向（図２Ｂの上下方向）における一端（図２Ｂの上端）から正極タブ３３及び負極タブ３５が延出している。
複数の正極タブ３３は、積層電極体３０の積層方向一方側（図２Ｂの紙面の裏側）に偏って集まって積み重なっている。複数の負極タブ３５は、積層電極体３０の積層方向一方側に偏って集まって積み重なっている。
図４は、積層電極体３０において、負極３４側のタブ（負極タブ３５）と負極集電板４０との接続部を示す概略斜視図である。負極タブ３５は、各負極３４の幅方向（短辺方向）一端（図４の右端）から延出され、電極積層方向Ｘに積み重なってタブ積層体３６を形成する。そして、タブ積層体３６が、負極集電板４０の厚み方向一方面（図４の上側面）に重なって接合される。
負極集電板４０は、金属製の板材により形成され、ケース１２（図１）の蓋板１４（図１）と略平行な上端板部４１と、上端板部４１から略直角に折れ曲がって連続する下側板部４２とを含む断面Ｌ字形である。負極集電板４０は、負極集電体に相当する。このとき、タブ積層体３６は、例えば超音波溶接等により、負極集電板４０の下側板部４２の下端部（図４の左端部）において、厚み方向一方側面に溶接で接合される。これにより、複数の負極３４の端部から延出する負極タブ３５が負極集電板４０上に集合されて溶接されて、タブ積層体３６は負極集電板４０に電気的に接続される。正極タブ３３も、負極タブ３５と同様に断面Ｌ字形で金属製の正極集電板４５に溶接で接合される。これにより、複数の正極３２の端部から延出する正極タブ３３が正極集電板４５上に集合されて溶接されて、正極タブ３３の積層体は正極集電板４５に電気的に接続される。正極集電板４５は、正極集電体に相当する。
正極３２は、例えば正極芯材３２ａ（図２Ｂ）と、当該芯材３２ａ上に形成された正極合材層とで構成される。正極芯材３２ａには、アルミニウムなどの正極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極タブ３３は、例えば正極芯材３２ａの一部を突出させて形成されており、正極芯材３２ａと一体化している。正極合材層は、正極活物質の他に、導電材及び結着材を含み、正極芯材３２ａの両面に形成されていることが好適である。正極３２は、例えば正極芯材３２ａ上に正極活物質、結着材等を含む正極合材スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧延して正極合材層を正極芯材３２ａの両面に形成することにより作製できる。
正極活物質には、例えばリチウム含有複合酸化物が用いられる。リチウム含有複合酸化物は、特に限定されないが、一般式Ｌｉ1+xＭaＯ2+b（式中、ｘ＋ａ＝１、−０．２＜ｘ≦０．２、−０．１≦ｂ≦０．１、Ｍは少なくともＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、及びＡｌのいずれかを含む）で表される複合酸化物であることが好ましい。好適な複合酸化物の一例としては、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ系のリチウム含有複合酸化物が挙げられる。
負極３４は、例えば負極芯材３４ａ（図２Ｂ）と、当該芯材３４ａ上に形成された負極合材層とで構成される。負極芯材３４ａには、銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極タブ３５は、例えば負極芯材３４ａの一部を突出させて形成されており、負極芯材３４ａと一体化している。負極合材層は、負極活物質の他に、結着材を含むことが好適である。負極３４は、例えば負極芯材３４ａ上に負極活物質、結着材等を含む負極合材スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧延して負極合材層を芯材の両面に形成することにより作製できる。
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料であればよく、一般的には黒鉛が用いられる。負極活物質には、ケイ素、ケイ素化合物、又はこれらの混合物を用いてもよく、ケイ素化合物等と黒鉛等の炭素材料を併用してもよい。ケイ素化合物等は、黒鉛等の炭素材料と比べてより多くのリチウムイオンを吸蔵できることから、負極活物質にこれらを適用することで電池の高エネルギー密度化を図ることができる。ケイ素化合物の好適な一例は、ＳｉＯx（０．５≦ｘ≦１．５）で表されるケイ素酸化物である。また、ＳｉＯxは粒子表面が非晶質炭素等の導電被膜で覆われていることが好ましい。
非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、及びこれらの２種以上の混合溶媒等を用いることができる。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含んでいてもよい。電解質塩は、リチウム塩であることが好ましい。
上記のように、ケース１２を形成するケース本体１３及び蓋板１４は、アルミニウムを主成分とする金属から形成される。この金属は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウム合金としては、アルミニウムと鉄を含む合金が例示される。ケース本体１３と蓋板１４とは、溶接によって電気的に接触した状態で結合される。厚みは、５０μｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましい。５０μｍ未満の場合、短絡が発生した際にケースが溶融してしまい、導電板に十分に電流が流れない恐れがあり、１ｍｍ以上の場合は電池のエネルギー密度が小さくなってしまう。
また、蓋板１４の両端部には、正極端子１６及び負極端子１７をそれぞれ挿入する貫通孔１４ａが形成される。正極端子１６及び負極端子１７は、蓋板１４の貫通孔１４ａにそれぞれ挿入された状態で、中間部材１８ａ、１８ｂを介して蓋板１４に固定される。正極端子１６及び負極端子１７において、蓋板１４より上側に突出した部分には上側結合部材１９がネジ結合等により固定される。上側結合部材１９と蓋板１４との間には中間部材１８ａが挟まれる。中間部材１８ａ、１８ｂは、ガスケットとすることができる。負極端子１７と蓋板１４との間はガスケットとしての中間部材により絶縁される。また、正極端子１６側で中間部材１８ａ、１８ｂの一部または全部を金属により形成することでケース１２と正極端子１６とを電気的に接続することが可能である。
図３Ａに示すように、負極集電板４０の上端板部４１には負極端子１７の下端部が溶接によって結合され、電気的に接続される。負極端子１７の上端部は、蓋板１４の上面から突出する。負極集電板４０の上端板部４１とケース１２の蓋板１４との間には、樹脂材料などの絶縁材料製の絶縁部材２０が配置される。
負極端子１７側、または正極端子１６側、またはそれらの両側には電流遮断機構が形成されてもよい。電流遮断機構としては、例えば電池内の内圧が上昇した際に電流を遮断する感圧式の電流遮断機構を用いることができ、例えば正極集電体と正極端子の接続経路に設置することができる。電流遮断機構としては、感圧式の電流遮断機構の他にヒューズ等を用いてもよい。
また、上記のように負極集電板４０には、負極タブ３５のタブ積層体３６が溶接によって電気的に接続される。これにより、負極３４及び負極端子１７は、負極集電板４０によって電気的に接続される。
また、正極集電板４５（図２Ｂ）には、正極タブ３３の積層体が溶接によって電気的に接続される。これにより、正極３２及び正極端子１６は、正極集電板４５によって電気的に接続される。
さらに、二次電池１０は、ケース１２と積層電極体３０との間に配置された一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４と、ケース１２及び各第１金属板５０，５４の間にそれぞれ配置された絶縁材製のスペーサ６０とを備える。一方側第１金属板５０は、積層電極体３０の一方側（図３Ａの左側）に配置され、他方側第１金属板５４は、積層電極体３０の他方側（図３Ａの右側）に配置される。
図２Ｂに示すように、一方側第１金属板５０は、矩形状の本体部５１と、延出部５２とを含む。延出部５２は、本体部５１の幅方向一端（図２Ｂの上端）において、長手方向一端部（図２Ｂの左端部）を除く部分から連続して積層電極体３０の積層方向Ｘに向いて略直角に折れ曲がって延出される。延出部５２の先端には、上方に向かって略直角に曲げられた接触片５３が形成される。
他方側第１金属板５４は、矩形状の本体部５５と、本体部５５の幅方向一端において、長手方向一端部（図２Ｂの左端部）を除く部分から連続して積層電極体３０の積層方向Ｘに向いて略直角に折れ曲がって延出された延出部５６とを含む。延出部５６の先端には、上方に向かって略直角に曲げられた接触片５７が形成される。一方側第１金属板５０の延出部５２の積層方向Ｘ長さは、他方側第１金属板５４の延出部５６の積層方向Ｘ長さより大きい。
そして図３Ａに示すように、一方側第１金属板５０の接触片５３と他方側第１金属板５４の接触片５７とが、負極集電板４０の下側板部４２の厚み方向両側面において、タブ積層体３６よりも上側で、それぞれ面接触している。これにより、一方側、他方側第１金属板５０，５４は、積層電極体３０を積層方向の両側から挟むように、負極集電板４０に接続される。これによって、負極集電板４０と各第１金属板とが電気的に接続される。例えば、各第１金属板５０，５４は、負極集電板４０に溶接されることが好ましい。
各第１金属板５０，５４は、積層電極体３０の負極３４を構成する負極芯材と同じ材料により形成される。例えば負極芯材が銅により構成される場合には、各第１金属板５０，５４も銅により形成することができる。また、各第１金属板５０，５４は、ステンレス合金、ニッケルなどの他の金属材料により形成されてもよい。各第１金属板５０，５４の厚みは、負極芯材の厚みよりも十分に大きい。例えば、各第１金属板５０，５４の厚みは、５０μｍ以上で１ｍｍ以下とする。５０μｍ未満の場合、外部応力によってケースと第１金属板が短絡した際に、短絡電流によって第１金属板が溶融してしまい、電流迂回効果を十分に発揮することが出来ない恐れがある。１ｍｍ以上の場合、電池のエネルギー密度を十分に高めることが出来ない恐れがある。また、各第１金属板５０，５４の本体部５１，５５は、積層電極体３０の正極３２を構成する正極芯材より大きくする。各第１金属板５０，５４の本体部５１，５５の大きさは、負極３４を構成する負極芯材と略同一の大きさ、または負極芯材より小さくしてもよい。
図５は、積層電極体３０における正極３２及び負極３４と第１金属板５０，５４との大きさの関係の１例を示す図である。負極３４を構成する負極芯材３４ａの矩形状部分は、正極３２を構成する正極芯材３２ａの矩形状部分より大きくすることが好ましい。また、正極芯材３２ａにおける正極活物質層の塗布部は、負極芯材３４ａにおける負極活物質層の塗布部に対し完全に覆われる大きさとすることが好ましい。一方、各第１金属板５０，５４の矩形状の本体部５１，５５は、正極芯材３２ａの矩形状部分より大きくすることが好ましい。このとき、本体部５１，５５は、長手方向及び幅方向の両方において、正極芯材３２ａの矩形状部分より大きくすることが好ましい。この好ましい構成によれば、後述するようにケース１２（図１）の外側から内側に釘が刺された場合において、釘が第１金属板５０，５４を介さずに正極３２に刺さることを防止できる。これにより、積層電極体３０において釘が正極３２及び負極３４の両方を貫通して短絡させることが生じにくくなる。また、各第１金属板５０，５４の矩形状の本体部５１，５５の小型化を図る面からは、本体部５１，５５は、矩形状の負極芯材３４ａより小さくすることが好ましい。
そして、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４が負極集電板４０に接続された状態で、一方側、他方側第１金属板５０、５４の内側空間に積層電極体３０が配置される。各第１金属板５０，５４の本体部５１，５５の内側面と、積層電極体３０の積層方向両側面との間には、それぞれセパレータ３１が挟まれて配置される。
そして、ケース１２の内側には、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４と積層電極体３０とが収容される。このとき、各第１金属板５０、５４の本体部５１、５５の外側面とケース本体１３の内側面との間には樹脂材料などの絶縁材製のスペーサ６０（図３Ａ）が挟まれて配置される。スペーサ６０は、箱状であり、電極体及び金属板を収容するように配置されている。例えばスペーサ６０は、樹脂フィルムまたは樹脂シートなどにより形成される。図２では、スペーサの図示を省略している。なお、スペーサを平板状として、第１金属板上に貼り付けてもよい。
また、スペーサ６０の融点は２００℃以下とし、かつスペーサ６０は熱収縮性を有する構成とすることが好ましい。例えば、スペーサ６０には、ポリプロピレンやポリエチレンが用いられる。
上記の二次電池１０によれば、積層電極体３０を備える構成において、外部から釘等の導電性を有する異物が侵入する場合、または、外部応力が掛かった場合に、短絡電流を迂回させる効果を高くできる。これについて、図６を用いて説明する。
図６は、二次電池１０の外側から釘６２が侵入する状態を示す模式図である。実施形態では、ケース１２が正極に電気的に接続され、ケース１２のケース本体１３の内側に、スペーサ６０を介して他方側第１金属板５４の本体部５５が面している。また、他方側第１金属板５４は、負極集電板４０（図３Ａ、図３Ｂ）に接合され、かつ、負極集電板４０には複数の負極の負極タブ３５（図３Ａ、図３Ｂ）が接合されている。このとき、ケース本体１３及び他方側第１金属板５４の外側から釘６２が刺された場合には、ケース１２と他方側第１金属板５４とが短絡する。他方側第１金属板５４の厚みは相対的に大きく、電気抵抗は小さい。これによって、ケース１２と他方側第１金属板５４との短絡時に発生する熱は小さく、大電流を迅速に消費できる。このため、積層電極体３０の複数の正極及び負極が短絡されて多くの熱が発生することがなく、蓄電されていたエネルギーをケース１２と他方側第１金属板５４との短絡経路で安全に放出させることができる。上記では、他方側第１金属板５４について説明したが、一方側第１金属板５０（図３Ａ）についても同様である。
一方、特許文献１及び特許文献２に記載された構成では、電極体の正極または負極を形成する金属薄膜の正極無地部において、巻回方向と直交する方向の外端に導電板が溶接により固定されている。このような構成では、基本的に電極体が巻回型である場合についてのものであり、電極体が実施形態のような積層構造に適用した場合には、１枚の金属薄膜にしか導電板が溶接されない。このとき、導電板と、複数の正極または負極の他の金属薄膜との間では電気抵抗が大きくなる。これによって、導電板に外側から釘が刺された場合に、短絡点と電極体との接続部において、強制短絡時の抵抗が高くなり、導電板に流れる電流が抑制されるので、短絡電流を迂回させる効果が低くなり内部での発熱が大きくなるおそれがある。これについて、上記の実施形態では積層電極体３０を備える構成において、外部から釘が刺された場合に短絡電流を迂回させる効果を高くできるので、このような不都合を防止できる。さらに、外部応力による缶変形等によるケース等と導電板の強制短絡をする場合は、特許文献１及び特許文献２に記載された構成を積層電極体に適用すると、導電板が溶接された金属薄膜が破断する、または、金属薄膜と導電板間の接続が剥がれたりするおそれがある。これについても、上記実施形態では積層電極体３０を備える構成において、外部応力による短絡時も、短絡電流を迂回させる効果を高くすることが出来る。
また、実施形態において、スペーサ６０の融点を２００℃以下とし、スペーサ６０を熱収縮性を有する構成とすることができる。この構成では、釘６２がスペーサ６０を貫通しながら第１金属板５０，５４に刺されて強制短絡をさせた場合において、短絡時の熱によって、スペーサ６０に生じた貫通孔を熱収縮で広げやすい。これにより、強制短絡がスペーサ６０で邪魔されにくくなるという効果を得られる。
図７Ａ〜図７Ｃを用いて負極集電板４０と第１金属板７０との接続構造の別例を示す模式図である。図７Ａ〜図７Ｃの例では、１枚の第１金属板７０が筒状に形成されて、その周方向両端部で負極集電板４０の下側板部４２を挟んで溶接によって接合されている。そして、第１金属板７０の筒状部分の内側に積層電極体３０（図３Ａ参照）が配置される。図７Ａの例では、下側板部４２の一方側面（図７Ａの左側面）には第１金属板７０の周方向一端部に形成された折り曲げ片７１が接合される。また、下側板部４２の他方側面（図７Ａの右側面）には第１金属板７０の周方向他端側で筒状部分を形成する平面部７２の上端部が接合される。
図７Ｂの例では、負極集電板７４は、上端板部７５の下側に、断面クランク形に２個所位置で略直角に曲げられた下側板部７６が形成される。そして、下側板部７６の一方側面（図７Ｂの左側面）には第１金属板７０の周方向一端側で筒状部分を形成する平面部７２ａの上端部が接合される。また、下側板部７６の他方側面（図７Ｂの右側面）には第１金属板７０の周方向他端部に形成された折り曲げ片７１ａが接合される。折り曲げ片７１ａは、上端部で外側に略直角に曲げられている。
図７Ｃの例では、負極集電板７７は、上端板部７８の下側に、断面クランク形に２個所位置で略直角に曲げられた下側板部７９が形成される。そして、下側板部７９の中間部で上端板部７８と略平行に伸びる部分の下側面及び上側面において、第１金属板７０の周方向両端部に略平行に形成された平板部７３ａ、７３ｂがそれぞれ接合される。第１金属板７０の周方向他端部の平板部７３ｂは、下側板部７９の中間部と上端板部７８とで挟まれる。
図８は、負極集電体８０と一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４との接続構造の別例を示す模式図である。負極集電体８０は、逆Ｕ字型形状に形成される。そして、負極集電体８０の上端に負極端子１７が接続される。また、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４の上端部に形成された延出部５２，５６の先端が負極集電体８０の外側面に負極集電体８０を挟むように接合されている。各第１金属板５０，５４の延出部５２，５６の先端部には略直角に折り曲げられた接触片５３，５７（図３Ａ参照）は形成されていないが、接触片５３，５７が形成されてもよい。
そして、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４の本体部５１，５５に面するように、それらの内側に２つの積層電極体３０が配置される。図８では、各積層電極体３０のうち、複数の負極３４のみを図示している。各負極３４の上端部に形成された負極タブ３５は、負極集電体８０の対応する側の外側面にそれぞれ集合し積み重なって接合されている。
図９〜図１２を用いて実施形態の別例を説明する。図９は、実施形態の別例において、図２Ａに対応する図である。図１０は、図９の構成で用いられる第１金属板８２の展開図である。図１１は、図９の構成において、積層電極体３０と蓋板１４との間に第１金属板８２が配置された状態を示す斜視図である。図１２は、図９のＢ−Ｂ断面を概略的に示す図である。
別例の構成では、二次電池は、図１〜図６に示した構成において、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４の代わりに、１枚の第１金属板８２を用いている。具体的には、第１金属板８２は、平板状の金属板材がＵ字形に曲げられることにより形成される。第１金属板８２は、積層電極体３０の上端面及び積層方向両側面を覆うように配置される。
図１０に示すように第１金属板８２は、展開状態で略矩形の平板形状である。そして、第１金属板８２の展開状態における長手方向一端縁（図１０の左端縁）において、正極端子１６及びその周辺部を避けるように凹部８３が形成される。また、第１金属板８２の展開状態における長手方向他端縁（図１０の右端縁）の中間部には、長手方向と略平行で幅の狭い２つの溝部８４が形成される。凹部８３及び溝部８４によって、展開状態の第１金属板８２をＵ字形に曲げやすくなる。また、２つの溝部８４のうち、一方の溝部８４に負極集電板４０の下側板部４２が挿入される。そして、この状態で、第１金属板８２において、溝部８４に挟まれた板面と上端板部４１とが接合される。
このような第１金属板８２は、図１１に示すように、展開状態で蓋板１４と積層電極体３０との間に中間部が差し込まれた状態で、両側部分が下側に略直角に曲げられて積層電極体３０の周囲を覆う。このとき、第１金属板８２において、積層電極体３０の積層方向外側に配置される部分が矩形状の本体部８２ａとなる。また、本体部８２ａと積層電極体３０とでセパレータ３１（図１２）を挟んでいる。これにより、第１金属板８２は、積層電極体３０における正極端子１６及び負極端子１７の側である上側において、積層電極体３０の積層方向の全長にわたって跨ぐように配置される。その他の構成及び作用は、図１〜図６の構成と同様である。
図１３Ａは、第１金属板５０，５４の接続構造の別例を示す斜視図である。図１３Ｂは、図１３Ａの第１金属板５０，５４の内側に積層電極体３０が配置された構成を示している図１２に対応する図である。
図１３Ａ、図１３Ｂに示す別例の構成では、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４の上端部で負極集電板４０の上端板部４１と略平行な延出部５２，５６が上下方向に重ねられている。そして、他方側第１金属板５４の延出部の長手方向端縁（図１３Ａの右端縁）には溝部５８が形成され、この溝部５８に負極集電板４０の下側板部４２が挿入される。上端板部４１と第１金属板５０の延出部５２の上面部とが接合される。また、他方側第１金属板５４の延出部５６の上面部は、第１金属板５０の延出部５２の下面部に接合される。このとき、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４からなる部材は、積層電極体３０の上側において、積層電極体３０の積層方向の全長にわたって跨ぐように配置される。その他の構成及び作用は、図１〜図６の構成と同様である。
なお、図１３Ａ、図１３Ｂの構成において、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４の代わりに１枚の第１金属板を筒状に形成したものを用いることもできる。このとき、この第１金属板の筒状部分の内側に積層電極体３０が配置される。
図１４は、実施形態の別例において、図６に対応する図である。本例の構成では、図１〜図６の構成において、ケース１２を正極に電気的に接続しない。その代わりに一方側第１金属板５０（図示せず）及び他方側第１金属板５４のそれぞれとケース１２との間に、一方側第２金属板（図示せず）及び他方側第２金属板９０がそれぞれ配置されている。図１４では、二次電池において、一方側第１金属板５０及び他方側第１金属板５４のうち、他方側第１金属板５４の側の端部を示している。以下、他方側第１金属板５４は、第１金属板５４と記載し、他方側第２金属板９０は、第２金属板９０と記載する場合がある。
第２金属板９０は、絶縁部材９５を介して、第１金属板５４の外側（図１４の右側）に配置される。絶縁部材９５は、例えば樹脂フィルムまたは樹脂シートである。第２金属板９０は、第１金属板５４と同様に平板状の本体部９１を有し、本体部９１の幅方向一端（図１４の上端）で長手方向一端部に延出部（図示せず）が積層電極体３０の積層方向に延出するように形成される。そして延出部の先端には、第１金属板５４と同様に、接触片が形成される。そして、第２金属板９０の接触片が正極集電板に溶接で接合されることにより、第２金属板９０が正極に電気的に接続される。一方側第２金属板も正極集電板に接合される側が異なるだけで、他方側第２金属板９０と同様である。また、各第２金属板９０とケース１２との間には、絶縁部材９５が挟まれて配置される。
また、第２金属板９０は、積層電極体３０の正極を構成する正極芯材と同じ材料により形成される。例えば正極芯材がアルミニウムの箔により形成される場合には、各第２金属板９０もアルミニウムにより形成することができる。各第２金属板９０の厚みは、正極芯材の厚みよりも十分に大きい。例えば、各第２金属板９０の厚みは、５０μｍ以上で１ｍｍ以下とし、第１金属板よりも厚いことが好ましい。また、各第２金属板９０の矩形状の本体部は、正極芯材より大きくし、負極を構成する負極芯材より小さくすることが好ましい。
このような構成では、ケース１２が中性極となるが、釘６２がケース１２に外側から刺された場合に、第１金属板５４及び第２金属板９０に貫通することにより、強制短絡することができる。これにより、短絡電流を迂回させる効果を高くできるので、短絡により生じるエネルギーを安全に放出できる。その他の構成及び作用は、図１〜図６の構成と同様である。なお、積層電極体３０の積層方向において、第１金属板５４及び第２金属板９０の配置は逆としてもよい。
１０ 二次電池、１２ ケース、１２ａ 底板部、１３ ケース本体、１４ 蓋板、１４ａ 貫通孔、１６ 正極端子、１７ 負極端子、１８ａ，１８ｂ 中間部材、１９ 上側結合部材、２０ 絶縁部材、３０ 積層電極体、３１ セパレータ、３２ 正極、３２ａ 正極芯材、３３ 正極タブ、３４ 負極、３４ａ 負極芯材、３５ 負極タブ、３６ タブ積層体、４０ 負極集電板、４１ 上端板部、４２ 下側板部、４５ 正極集電板、５０ 一方側第１金属板、５１ 本体部、５２ 延出部、５３ 接触片、５４ 他方側第１金属板、５５ 本体部、５６ 延出部、５７ 接触片、５８ 溝部、６０ スペーサ、６２ 釘、７０ 第１金属板、７１，７１ａ 折り曲げ片、７２，７２ａ 平面部、７３ａ，７３ｂ 平板部、７４ 負極集電板、７５ 上端板部、７６ 下側板部、７７ 負極集電板、７８ 上端板部、７９ 下側板部、８０ 負極集電体、８１ 絶縁板、８２ 第１金属板、８３ 凹部、８２ａ 本体部、８４ 溝部、９０ 他方側第２金属板、９１ 本体部、９５ 絶縁部材。

Claims (6)

  1. アルミニウムを主成分とする金属から形成されるケースと、
    前記ケースに収容され、複数の正極と複数の負極がセパレータを介して積層された積層電極体と、
    前記負極及び負極端子を電気的に接続する負極集電体と、
    前記正極及び正極端子を電気的に接続する正極集電体と、
    前記ケース及び前記積層電極体の間に配置された第１金属板と、
    前記ケース及び前記第１金属板の間に配置された絶縁材製のスペーサとを備える二次電池であって、
    前記ケースが前記正極に電気的に接続されており、
    かつ、前記負極集電体と前記第１金属板とが接触することによって電気的に接続されており、
    前記第１金属板が前記積層電極体の一方側に配置される、一方側第１金属板であり、
    前記積層電極体の他方側に配置される他方側第１金属板を備え、
    前記一方側第１金属板及び前記他方側第１金属板は、前記積層電極体を両側から挟むように、前記負極集電体に接続されており、
    前記一方側第１金属板及び前記他方側第１金属板は、それぞれ前記負極集電体に対し前記積層電極体の積層方向に重なった状態で溶接されている、二次電池。
  2. アルミニウムを主成分とする金属から形成されるケースと、
    前記ケースに収容され、複数の正極と複数の負極がセパレータを介して積層された積層電極体と、
    前記負極及び負極端子を電気的に接続する負極集電体と、
    前記正極及び正極端子を電気的に接続する正極集電体と、
    前記ケース及び前記積層電極体の間に配置された第１金属板と、
    前記ケース及び前記第１金属板の間に配置された絶縁材製のスペーサとを備える二次電池であって、
    前記ケースが前記正極に電気的に接続されるか、または前記第１金属板に絶縁部材を介して配置された第２金属板が前記正極に電気的に接続されており、
    かつ、前記負極集電体と前記第１金属板とが接触することによって電気的に接続されており、
    前記第１金属板は、前記積層電極体における前記正極端子及び前記負極端子の側において、前記積層電極体の積層方向の全長にわたって跨ぐように配置されている、二次電池。
  3. アルミニウムを主成分とする金属から形成されるケースと、
    前記ケースに収容され、複数の正極と複数の負極がセパレータを介して積層された積層電極体と、
    前記負極及び負極端子を電気的に接続する負極集電体と、
    前記正極及び正極端子を電気的に接続する正極集電体と、
    前記ケース及び前記積層電極体の間に配置された第１金属板と、
    前記ケース及び前記第１金属板の間に配置された絶縁材製のスペーサとを備える二次電池であって、
    前記ケースが前記正極に電気的に接続されるか、または前記第１金属板に絶縁部材を介して配置された第２金属板が前記正極に電気的に接続されており、
    かつ、前記負極集電体と前記第１金属板とが接触することによって電気的に接続されており、
    前記正極は、正極芯材上に正極活物質層が形成され、
    前記負極は、負極芯材上に負極活物質層が形成され、
    前記正極芯材における前記正極活物質層は、前記負極芯材における前記負極活物質層により覆われる大きさであり、
    前記第１金属板は、前記正極芯材より大きい、二次電池。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載の二次電池において、
    前記負極集電体及び前記第１金属板が溶接されている、二次電池。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか１に記載の二次電池において、
    複数の前記負極の端部から延出する負極タブが前記負極集電体上に集合されて溶接されており、
    かつ、複数の前記正極の端部から延出する正極タブが前記正極集電体上に集合されて溶接されている、二次電池。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか１に記載の二次電池において、
    前記スペーサの融点は２００℃以下であり、かつ、前記スペーサは熱収縮性を有する、二次電池。
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