JP7035348B2 - 角形二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は角形二次電池及びその製造方法に関する。
電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）等の駆動用電源において、アルカリ二次電池や非水電解質二次電池等の角形二次電池が使用されている。
これらの角形二次電池では、開口を有する有底角筒状の角形外装体と、その開口を封口する封口板により電池ケースが構成される。電池ケース内には、正極板、負極板及びセパレータからなる電極体が電解液と共に収納される。封口板には正極端子及び負極端子が取り付けられる。正極端子は正極集電体を介して正極板に電気的に接続され、負極端子は負極集電体を介して負極板に電気的に接続される。
正極板は、金属製の正極芯体と、正極芯体表面に形成された正極活物質合剤層を含む。正極芯体の一部には正極活物質合剤層が形成されない正極芯体露出部が形成される。そして、この正極芯体露出部に正極集電体が接続される。また、負極板は金属製の負極芯体と、負極芯体表面に形成された負極活物質合剤層を含む。負極芯体の一部には負極活物質合剤層が形成されない負極芯体露出部が形成される。そして、この負極芯体露出部に負極集電体が接続される。
例えば特許文献１においては、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有する巻回電極体を用いた角形二次電池が提案されている。また、特許文献２においては、一方の端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部が設けられた電極体を用いた角形二次電池が提案されている。
特開２００９－０３２６４０号公報 特開２００８－２２６６２５号公報
車載用二次電池、特にＥＶやＰＨＥＶ等に用いられる二次電池に関しては、より体積エネルギー密度が高く、より電池容量の大きな二次電池の開発が求められる。上記特許文献１に開示されている角形二次電池の場合、電池ケース内には、巻回された正極芯体露出部及び巻回された負極芯体露出部が配置される左右のスペース、及び封口板と巻回電極体の間の上部のスペースが必要であり、二次電池の体積エネルギー密度を増加させることが困難である原因となっている。
これに対し、上記特許文献２に開示されている角形二次電池のように、一方の端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部が設けられた電極体を用いると、体積エネルギー密度の高い角形二次電池が得られ易くなる。
また、集電体に、過剰な大電流が流れた際に溶断するヒューズ部を設けることが考えられる。
本発明は、高い体積エネルギー密度を有し、より信頼性の高い角形二次電池を提供する
ことを目的とする。
本発明の一様態の角形二次電池は、開口を有する角形外装体と、前記開口を封口する封口板と、前記角形外装体内に配置された正極板及び負極板を含む電極体と、前記正極板又は前記負極板に接続されたタブと、前記タブに接続された集電体と、前記集電体に電気的に接続されており、前記封口板を貫通する端子と、前記端子及び前記集電体の少なくとも一方と前記封口板の間に配置された内部側絶縁部材と、を備えた角形二次電池であって、前記電極体には複数の前記タブからなる第１タブ群が接続され、前記第１タブ群は前記封口板と前記電極体の間に配置され、前記集電体は、ベース部と、前記ベース部の端部から折り返されたタブ接続部を有し、前記集電体は前記タブ接続部において前記第１タブ群と接続されており、前記集電体にはヒューズ部が形成されており、前記ベース部と前記タブ接続部の間には絶縁部材が配置され、前記絶縁部材は前記内部側絶縁部材に接続されている。
本発明の一様態の角形二次電池では、第１タブ群が電極体の封口板側に配置される。したがって、より体積エネルギー密度が高い角形二次電池となる。また、集電体にヒューズ部が設けられているため信頼性の高い角形二次電池となる。さらに、集電体のベース部とタブ接続部の間には絶縁部材が配置されているため、ヒューズ部が溶断した後、切断された導電経路が再度接続されることを防止できる。そして、絶縁部材が内部側絶縁部材に接続されているため、絶縁部材の位置ズレを防止できる。
前記端子は前記封口板よりも前記電極体側にフランジ部を有し、前記集電体の前記ベース部は前記フランジ部の電極体側の面に接続されていることが好ましい。
前記ヒューズ部は、前記ベース部と前記タブ接続部の境界部に形成されていることが好ましい。これにより、ヒューズ部が溶断した後、切断された導電経路が再度接続されることをより効果的に防止できる。
前記角形外装体と前記封口板からなる電池ケース内の圧力が所定値以上となったときに作動し、前記正極板と前記負極板を前記電極体の外部で短絡させる短絡機構を備えることが好ましい。
前記絶縁部材は、前記封口板の長手方向に延びる第１領域と、前記第１領域から前記封口板の短手方向に延びる第２領域を有し、前記第２領域の少なくとも一部が、前記ベース部と前記タブ接続部の間に配置されることが好ましい。
前記絶縁部材は、本体部と、前記本体部から前記封口板に向かって延びる腕部を有し、前記腕部が前記内部側絶縁部材に接続されることが好ましい。
本発明の一様態の角形二次電池の製造方法は、開口を有する角形外装体と、前記開口を封口する封口板と、前記角形外装体内に配置された正極板及び負極板を含む電極体と、前記正極板又は前記負極板に接続されたタブと、複数の前記タブからなる第１タブ群と、前記集電体に電気的に接続されており、前記封口板を貫通する端子と、前記端子及び前記集電体の少なくとも一方と前記封口板の間に配置された内部側絶縁部材と、を備え、前記第１タブ群は前記封口板と前記電極体の間に配置され、前記集電体は、ベース部と、前記ベース部の端部から折り返されたタブ接続部を有し、前記集電体にはヒューズ部が形成され、前記ベース部と前記タブ接続部の間には絶縁部材が配置された角形二次電池の製造方法であって、
前記封口板に前記内部側絶縁部材、前記端子及び前記集電体を取り付ける取り付け工程
と、前記集電体に前記第１タブ群を接続するタブ群接続工程と、前記取り付け工程及び前記タブ群接続工程の後、前記絶縁部材を前記内部側絶縁部材に接続する絶縁部材接続工程を有する。
前記絶縁部材接続工程の後、前記集電体を折り曲げる曲げ工程を有することが好ましい。
本発明によれば、より高い体積エネルギー密度を有し、より信頼性の高い角形二次電池を提供できる。
実施形態に係る角形二次電池の斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 実施形態に係る正極板の平面図である。 実施形態に係る負極板の平面図である。 実施形態に係る電極体の平面図である。 各部品を取り付けた後の封口板の電極体側の面を示す図である。 集電体にタブ群を接続した後の封口板の電極体側の面と電極体を示す図である。 内部側絶縁部材に第１絶縁部材を接続した後の封口板の電極体側の面と電極体を示す図である。 集電体を折り返した後の封口板の電極体側の面と電極体を示す図である。 内部側絶縁部材に第２絶縁部材を接続した後の封口板の電極体側の面と電極体を示す図である。 図１におけるＸＩ－ＸＩ線に沿った正極端子近傍の断面図である。 変形例１に係る角形二次電池の電極体を取り付けた後の封口板の電極体側の面と電極体を示す図である。 変形例１に係る角形二次電池の内部側絶縁部材にカバー部を取り付けた後の封口板の電極体側の面と電極体を示す図である。 変形例１に係る角形二次電池の正極端子近傍の封口板の長手方向に沿った断面図である。 変形例１に係る角形二次電池のガス排出弁近傍の封口板の長手方向に沿った断面図である。 変形例２に係る角形二次電池の各部品を取り付けた後の封口板の電極体側の面を示す図である。 変形例２に係る角形二次電池の封口板の短手方向に沿った正極端子近傍の断面図であり、正極集電体を折り曲げる前の状態を示す図である。 変形例２に係る角形二次電池の封口板の短手方向に沿った正極端子近傍の断面図であり、正極集電体を折り曲げた後の状態を示す図である。 図１９Ａは短絡機構を備えた角形二次電池における負極端子近傍の構造を示す図である。図１９Ｂは短絡機構を備えた角形二次電池における正極端子近傍の構造を示す図である。
実施形態に係る角形二次電池２０の構成を以下に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
図１及び図２に示すように角形二次電池２０は、開口を有する有底角筒状の角形外装体１と、角形外装体１の開口を封口する封口板２からなる電池ケース１００を備える。角形
外装体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、正極板、負極板及びセパレータを含む電極体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の間には絶縁シート１６が配置されている。
電極体３の封口板２側の端部には、複数の正極タブからなる正極タブ群４０、及び複数の負極タブからなる負極タブ群５０が設けられている。正極タブ群４０は正極集電体６を介して正極端子７に電気的に接続されている。正極端子７は封口板２を貫通して、封口板２の電池外部側に配置された正極外部導電部材８に接続されている。負極タブ群５０は負極集電体９を介して負極端子１０に電気的に接続されている。負極端子１０は封口板２を貫通して、封口板２の電池外部側に配置された負極外部導電部材１１に接続されている。
正極端子７はフランジ部７ａ及び挿入部７ｂを有する。正極端子７の挿入部７ｂが電池内部側から、封口板２の正極端子取り付け孔２ａ及び正極外部導電部材８の貫通孔に挿入され、挿入部７ｂの先端側が正極外部導電部材８上にカシメられている。これによりカシメ部７ｃが形成されている。負極端子１０はフランジ部１０ａ及び挿入部１０ｂを有する。負極端子１０の挿入部１０ｂが電池内部側から、封口板２の負極端子取り付け孔２ｂ及び負極外部導電部材１１の貫通孔に挿入され、挿入部１０ｂの先端側が負極外部導電部材１１上にカシメられている。これによりカシメ部１０ｃが形成されている。
封口板２と正極端子７の間には、樹脂製の内部側絶縁部材１２が配置されている。封口板２と正極外部導電部材８の間には、樹脂製の外部側絶縁部材１３が配置されている。封口板２と負極端子１０の間には、樹脂製の内部側絶縁部材１４が配置されている。封口板２と負極外部導電部材１１の間には、樹脂製の外部側絶縁部材１５が配置されている。
正極集電体６、正極端子７及び正極外部導電部材８は、それぞれ金属製であることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることがより好ましい。
負極集電体９、負極端子１０及び負極外部導電部材１１は、それぞれ金属製であることが好ましい。負極集電体９は銅又は銅合金製であることが好ましい。また、負極集電体９の表面にニッケル層を設けることができる。負極端子１０は、銅、銅合金、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。また、負極端子１０の表面にニッケル層を設けることができる。負極外部導電部材１１は、銅、銅合金、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。また、負極外部導電部材１１の表面にニッケル層を設けることができる。
なお、負極端子１０を少なくとも２種の金属からなるものとし、電池内部側の部分を銅又は銅合金製とし、電池外部側の部分をアルミニウム又はアルミニウム合金製とすることが特に好ましい。そして、負極端子１０においてアルミニウム又はアルミニウム合金製の部分にアルミニウム又はアルミニウム合金製の負極外部導電部材１１を接続することが好ましい。また、負極端子１０において銅又は銅合金製の部分に銅又は銅合金製の負極集電体９を接続することが好ましい。
封口板２には注液孔１７が設けられており、注液孔１７から電池ケース１００内に電解液を注液した後、封止栓１８により封止される。封口板２には電池ケース１００内の圧力が所定値以上となった際に破断し、電池ケース１００内のガスを電池ケース１００外に排出するガス排出弁１９が設けられている。ガス排出弁１９と電極体３の間には、金属製の遮蔽部材６０が配置される。遮蔽部材６０は封口板２の電極体３側の面に溶接接続されている。
次に角形二次電池２０の製造方法について説明する。
[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－２－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の帯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ＮＭＰ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。
図３は、上述の方法で作製した正極板４の平面図である。図３に示すように、正極板４は、矩形状の正極芯体の両面に正極活物質合剤層４ａが形成された本体部を有する。正極板４には正極タブ４ｂが設けられている。本体部の端辺から正極芯体が突出しており、この突出した正極芯体が正極タブ４ｂを構成する。正極タブ４ｂの根元近傍の正極芯体上に正極保護層４ｃを設けることが好ましい。正極保護層４ｃは正極活物質合剤層４ａよりも電気伝導性が低い層である。正極保護層４ｃ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４ｃは、炭素材料等の導電性粒子を含むこともできる。なお、図３に示すように、正極保護層４ｃの幅（図３における左右方向の幅）は、正極タブ４ｂの幅よりも大きくすることができる。例えば、正極板４の一つの端部の全領域に亘って正極保護層４ｃを設けることができる。
[負極板の作製]
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の帯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。
図４は、上述の方法で作製した負極板５の平面図である。図４に示すように、負極板５は、矩形状の負極芯体の両面に負極活物質合剤層５ａが形成された本体部を有する。負極板５には負極タブ５ｂが設けられている。本体部の端辺から負極芯体が突出しており、この突出した負極芯体が負極タブ５ｂを構成する。
[電極体の作製]
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矩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５に示すように、電極体３は、一方の端部に、複数の正極タブ４ｂが積層された正極タブ群４０と、複数の負極タブ５ｂが積層された負極タブ群５０を有する。電極体３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。
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よりも大きくすることが好ましい。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。なお、電極体３を作製するに当たり、帯状のセパレータを用い、帯状のセパレータを九十九折状にしながら正極板４及び負極板５を積層することもできる。また、帯状のセパレータを用い、帯状のセパレータを巻回しながら正極板４及び負極板５を積層することもできる。
[封口体の組立て]
図２及び図６を用いて、封口板２への正極端子７、正極外部導電部材８、負極端子１０及び負極外部導電部材１１の取り付け方法を説明する。
封口板２の正極端子取り付け孔２ａの周囲の電池外部側の面に外部側絶縁部材１３及び正極外部導電部材８を配置し、正極端子取り付け孔２ａの周囲の電池内部側の面に内部側絶縁部材１２を配置する。次に、正極端子７の挿入部７ｂを、内部側絶縁部材１２の貫通孔、封口板２の正極端子取り付け孔２ａ、外部側絶縁部材１３の貫通孔及び正極外部導電部材８の貫通孔に挿入し、挿入部７ｂの先端側を正極外部導電部材８上にカシメる。これによりカシメ部７ｃが形成される。そして、正極端子７、内部側絶縁部材１２、外部側絶縁部材１３及び正極外部導電部材８が封口板２に取り付けられる。なお、正極端子７のカシメ部７ｃと正極外部導電部材８とを、レーザ溶接等により溶接接続することが好ましい。
封口板２の負極端子取り付け孔２ｂの周囲の電池外部側の面に外部側絶縁部材１５及び負極外部導電部材１１を配置し、負極端子取り付け孔２ｂの周囲の電池内部側の面に内部側絶縁部材１４を配置する。次に、負極端子１０の挿入部１０ｂを、内部側絶縁部材１４の貫通孔、封口板２の負極端子取り付け孔２ｂ、外部側絶縁部材１５の貫通孔及び負極外部導電部材１１の貫通孔に挿入し、挿入部１０ｂの先端側を負極外部導電部材１１上にカシメる。これにより、これによりカシメ部１０ｃが形成される。そして、負極端子１０、内部側絶縁部材１４、外部側絶縁部材１５及び負極外部導電部材１１が封口板２に取り付けられる。なお、負極端子１０のカシメ部１０ｃと負極外部導電部材１１とを、レーザ溶接等により溶接接続することが好ましい。
封口板２の電池内面側には、アルミニウム又はアルミニウム合金製の遮蔽部材６０が溶接接続されている。遮蔽部材６０は封口板２から離して配置される遮蔽部６０ａと、遮蔽部６０ａの端部から封口板２に向かって延びる複数の接続腕部６０ｂを有する。そして、複数の接続腕部６０ｂがそれぞれ封口板２に溶接接続されている。なお、接続腕部６０ｂ同士の間にガスの流路となる隙間が形成されている。
内部側絶縁部材１２は、封口板２に沿って配置される絶縁部材ベース部１２ａと、封口板２の長手方向における絶縁部材ベース部１２ａの端部に形成される絶縁部材側壁部１２ｂを有する。内部側絶縁部材１４は、封口板２に沿って配置される絶縁部材ベース部１４ａと、封口板２の長手方向における絶縁部材ベース部１４ａの端部に形成される絶縁部材側壁部１４ｂを有する。
[集電体とタブの接続]
図７に示すように、正極集電体６と正極タブ群４０が溶接接続され、接続部３０が形成される。また、負極集電体９と負極タブ群５０が溶接接続され、接続部３１が形成される。なお、溶接接続は、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ等のエネルギー線により溶接等が考えられる。
［端子と集電体の接続］
正極集電体６と正極端子７のフランジ部７ａが溶接接続され、接続部３２が形成される。負極集電体９と負極端子１０のフランジ部１０ａが溶接接続され、接続部３３が形成される。
なお、端子と集電体の接続、集電体とタブ群の接続はいずれを先に行ってもよい。予め正極端子７と正極集電体６、負極端子１０と負極集電体９をそれぞれ接続しておき、その後、正極集電体６と正極タブ群４０、負極集電体９と負極タブ群５０を接続してもよい。
この場合、集電体にタブ群を接続する前に、集電体を予め曲げ加工しておくことができる。
正極集電体６は、ベース部６ａとタブ接続部６ｂを有する。ベース部６ａには正極端子７が接続され、タブ接続部６ｂには正極タブ群４０が接続されている。また、ベース部６ａとタブ接続部６ｂの境界部にヒューズ部６ｃが設けられている。なお、ヒューズ部６ｃは、ヒューズ孔６ｄを設けることにより断面積が小さくされた部分である。なお、ヒューズ孔６ｄに加えて、あるいはヒューズ孔６ｄに代えて、切り欠き部や溝部等を設けることもできる。負極集電体は、ベース部９ａとタブ接続部９ｂを有する。ベース部９ａには負極端子１０が接続され、タブ接続部９ｂには負極タブ群５０が接続されている。
［絶縁部材の接続］
図８に示すように、樹脂製の第１絶縁部材６１を内部側絶縁部材１２及び内部側絶縁部材１４に接続することができる。第１絶縁部材６１は、封口板２の長手方向に延びる第１絶縁部材第１領域６１ａと、第１絶縁部材第１領域６１ａに設けられた第１絶縁部材第２領域６１ｂと、第１絶縁部材第１領域６１ａに設けられた第１絶縁部材第３領域６１ｃを有する。なお、第１絶縁部材６１を内部側絶縁部材１２のみに接続するようにしてもよい。
第１絶縁部材６１の第１絶縁部材第１領域６１ａは、絶縁部材側壁部１２ｂ及び絶縁部材側壁部１４ｂに接続されている。接続方法としては、接着、あるいは嵌合等が考えられる。例えば、第１絶縁部材第１領域６１ａに凹部及び凸部の一方を設け、絶縁部材側壁部１２ｂ及び絶縁部材側壁部１４ｂに凹部及び凸部の他方を設け、凹部と凸部を嵌合することができる。
第１絶縁部材６１の第１絶縁部材第２領域６１ｂは、正極集電体６のベース部６ａと対向するように配置される。また、第１絶縁部材６１の第１絶縁部材第３領域６１ｃは、遮蔽部材６０と対向するように配置される。なお、封口板２に対して垂直な方向において、封口板２と第１絶縁部材第３領域６１ｃの距離は、封口板２と第１絶縁部材第２領域６１ｂの距離よりも大きいことが好ましい。
図９に示すように、正極集電体６はベース部６ａとタブ接続部６ｂの境界部で折り返され、負極集電体９はベース部９ａとタブ接続部９ｂの境界部で折り返される。これにより、正極集電体６のベース部６ａとタブ接続部６ｂの間に、絶縁部材としての第１絶縁部材第２領域６１ｂが配置された状態となる。
なお、正極集電体６及び負極集電体９を折り返した後、第１絶縁部材６１を内部側絶縁部材１２及び内部側絶縁部材１４に接続するとともに、正極集電体６のベース部６ａとタブ接続部６ｂの間に、絶縁部材としての第１絶縁部材第２領域６１ｂを配置してもよい。
次に、樹脂製の第２絶縁部材６２を内部側絶縁部材１２及び内部側絶縁部材１４に接続することができる。第２絶縁部材６２は、封口板２の長手方向に延びる第２絶縁部材第１領域６２ａと、第２絶縁部材第１領域６２ａに設けられた第２絶縁部材第２領域６２ｂと、第２絶縁部材第１領域６２ａに設けられた第２絶縁部材第３領域６２ｃを有する。
第２絶縁部材第１領域６２ａは、絶縁部材側壁部１２ｂ及び絶縁部材側壁部１４ｂに接続される。第２絶縁部材６２の第２絶縁部材第２領域６２ｂは、正極集電体６のタブ接続部６ｂと対向するように配置される。また、第２絶縁部材６２の第２絶縁部材第３領域６２ｃは、負極集電体９のタブ接続部９ｂと対向するように配置される。
図１１は、図１におけるＸＩ－ＸＩ線に沿った正極端子近傍の断面図である。図１１に示すように、絶縁部材としての第１絶縁部材第２領域６１ｂが正極集電体６のベース部６ａとタブ接続部６ｂの間に配置されている。したがって、ヒューズ部６ｃが溶断した後、ベース部６ａとタブ接続部６ｂあるいは正極タブ群４０が接触することによりベース部６ａとタブ接続部６ｂが電気的に接続されることを防止できる。また、第１絶縁部材６１は、封口板２に固定された内部側絶縁部材１２に接続されているため、衝撃や振動等により位置ズレすることを効果的に防止されている。
封口板２の短手方向において、第１絶縁部材第１領域６１ａの一方の端部（図１１において左側の端部）は正極端子７のフランジ部７ａの端部よりも角形外装体１側に位置し、他方の端部（図１１において右側の端部）は接続部３２よりもヒューズ部６ｃ側に位置している。なお、封口板２の短手方向において、第１絶縁部材第１領域６１ａの一方の端部（図１１において左側の端部）は正極端子７のフランジ部７ａの端部よりも角形外装体１側に位置し、他方の端部（図１１において右側の端部）は正極端子７のフランジ部７ａの端部よりもヒューズ部６ｃ側に位置していることがより好ましい。なお、封口板２に対して垂直な方向から見たとき、第１絶縁部材第２領域６１ｂは、タブ接続部６ｂと重なる位置に配置されることが好ましい。
正極タブ群４０は、ベース部６ａとタブ接続部６ｂの間に配置され、タブ接続部６ｂのベース部６ａ側の面に溶接接続されていることが好ましい。これにより、振動や衝撃により電極体３が動いても、正極タブ群４０と正極集電体６の接続部３０が損傷することを防止できる。このような場合、図１１に示すように、封口板２の短手方向において、第１絶縁部材第２領域６１ｂにおけるヒューズ部６ｃ側の端部は、正極タブ群４０におけるヒューズ部６ｃ側の端部よりも、ヒューズ部６ｃ側に位置することがより好ましい。これにより、ヒューズ部６ｃが溶断した後、ベース部６ａと正極タブ群４０が電気的に接続されることをより確実に防止できる。
図１１に示すように、第２絶縁部材６２が配置されることにより、ヒューズ部６ｃが溶断した際、溶融した金属が飛散することを効果的に抑制できる。但し、第２絶縁部材６２を省略することもできる。
金属製の遮蔽部材６０と電極体３との間には樹脂製の第１絶縁部材６１の第１絶縁部材第３領域６１ｃが配置されている。このため、電極体３が衝撃や振動等で封口板２側に移動しても、電極体３と封口板２、あるいは電極体３と正極集電体６ないし負極集電体９が直接接触することを効果的に防止できる。第２絶縁部材第１領域６２ａに、遮蔽部材６０を覆う第２絶縁部材第４領域を設けることもできる。
≪変形例１≫
変形例１に係る角形二次電池は、内部側絶縁部材の形状が上述の実施形態に係る角形二次電池２０と異なる。図１２は、変形例１に係る角形二次電池の電極体を取り付けた後の封口板の電極体側の面と電極体を示す図である。内部側絶縁部材１１２は、封口板２に沿って配置される絶縁部材ベース部１１２ａと、封口板２の長手方向における絶縁部材ベース部１１２ａの端部に形成される絶縁部材第１側壁部１１２ｂ及び絶縁部材第２側壁部１１２ｃを有する。内部側絶縁部材１１４は、封口板２に沿って配置される絶縁部材ベース部１１４ａと、封口板２の長手方向における絶縁部材ベース部１１４ａの端部に形成される絶縁部材第１側壁部１１４ｂ及び絶縁部材第２側壁部１１４ｃを有する。
図１３に示すように、カバー部７０が、正極集電体６のベース部６ａと対向するように配置される。カバー部７０は、内部側絶縁部材１１２に接続される。また、カバー部７１が、負極集電体９のベース部９ａと対向するように配置される。カバー部７１は、内部側
絶縁部材１１４に接続される。カバー部７０及びカバー部７１をそれぞれ、内部側絶縁部材１１２及び内部側絶縁部材１１４に接続した後、正極集電体６及び負極集電体９が折り返される。
図１４は、変形例１に係る角形二次電池のカバー部７０近傍の封口板の長手方向の断面図である。図１４に示すように、カバー部７０は、カバー本体部７０ａと、カバー本体部７０ａの端部から封口板２に向かって突出する第１腕部７０ｂ及び第２腕部７０ｃを有する。そして、第１腕部７０ｂと第２腕部７０ｃがそれぞれ、内部側絶縁部材１１２の絶縁部材第１側壁部１１２ｂと絶縁部材第２側壁部１１２ｃに接続される。なお、接続方法としては、嵌合による接続が好ましく、スナップフィットがより好ましい。 カバー部７０及びカバー部７１はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。なお、カバー部７１を省略し、カバー部７０のみを用いてもよい。
図１３に示すように、遮蔽部材６０の電極体３側の面に樹脂製の遮蔽部絶縁部材８０が配置されることが好ましい。遮蔽部絶縁部材８０は、遮蔽部材６０に取り付けられることが好ましい。図１５に示すように、遮蔽部絶縁部材８０は、遮蔽部材６０の遮蔽部６０ａの電極体３側の面に対向する本体部８０ａと、本体部８０ａに設けられた固定部８０ｂを有する。固定部８０ｂは、遮蔽部６０ａに引っ掛け固定されている。なお、遮蔽部材６０に遮蔽部絶縁部材８０が接着やモールドにより接続されていてもよい。
図１５に示すように、封口板２に対して垂直な方向において、封口板２と遮蔽部絶縁部材８０の電極体３側の面の間の距離をＤ１とする。封口板２に対して垂直な方向において、封口板２と正極集電体６のタブ接続部６ｂの電極体３側の面６ｂ１の間の距離をＤ２とする。封口板２に対して垂直な方向において、封口板２と負極集電体９のタブ接続部９ｂの電極体３側の面９ｂ１の間の距離をＤ３とする。このとき、Ｄ１がＤ２よりも大きいことが好ましい。また、Ｄ１がＤ３よりも大きいことが好ましい。これにより、衝撃や振動により電極体３が封口板２側に動いたとしても、電極体３が集電体とタブ群の接続部や、ヒューズ部等を損傷させることを防止できる。なお、カバー部７０と遮蔽部絶縁部材８０は別部品であり、互いに直接接していない構成とすることができる。
あることが好ましい。
変形例１に係る角形二次電池では、正極集電体６のベース部６ａとタブ接続部６ｂの間に絶縁性のカバー部７０が配置される。よって、正極集電体６に設けられたヒューズ部６ｃが溶断した後、正極集電体６のベース部６ａとタブ接続部６ｂあるいは正極タブ群４０が接触し、再び導電経路が形成されることを防止できる。また、カバー部７０は、安定的に内部側絶縁部材１１２に接続された状態となり、振動や衝撃等によりカバー部７０が位置ズレすることを効果的に防止できる。
≪変形例２≫
変形例２に係る角形二次電池は、内部側絶縁部材の形状が変形例１に係る角形二次電池とは異なる。図１６は、各部品を取り付けた後の封口板２の電極体側の面を示す図である。封口板２の電池内部側の面には、内部側絶縁部材２１２を介して正極端子７のフランジ部７ａ及び正極集電体６が配置されている。また、封口板２の電池内部側の面には、内部側絶縁部材２１４を介して負極端子１０のフランジ部１０ａ及び負極集電体９が配置されている。
内部側絶縁部材２１２は、封口板２に沿って配置される絶縁部材ベース部２１２ａと、絶縁部材ベース部２１２ａから電極体３に向かって突出する絶縁部材第１側壁部２１２ｂ、絶縁部材第２側壁部２１２ｃ、絶縁部材第３側壁部２１２ｄ、及び絶縁部材第４側壁部２１２ｅを有する。内部側絶縁部材２１４は、封口板２に沿って配置される絶縁部材ベー
ス部２１４ａと、絶縁部材ベース部２１４ａから電極体３に向かって突出する絶縁部材第１側壁部２１４ｂ、絶縁部材第２側壁部２１４ｃ、絶縁部材第３側壁部２１４ｄ、及び絶縁部材第４側壁部２１４ｅを有する。なお、正極集電体６及び負極集電体９は予め折り曲げられた状態で正極端子７及び負極端子１０に接続されている。
その後、図１７に示すように、正極集電体６のタブ接続部６ｂに正極タブ群４０を溶接接続する。また、負極集電体９のタブ接続部９ｂに負極タブ群５０を溶接接続する。その後、内部側絶縁部材２１２にカバー部７０を接続し、内部側絶縁部材２１４にカバー部７１を接続する。カバー部７０の第１腕部７０ｂを絶縁部材第１側壁部２１２ｂに接続し、第２腕部７０ｃを絶縁部材第２側壁部２１２ｃに接続することが好ましい。
その後、図１８に示すように、正極集電体６をベース部６ａとタブ接続部６ｂの境界部で、更に折り曲げる。なお、ベース部６ａとタブ接続部６ｂの境界部にはヒューズ部６ｃが設けられている。内部側絶縁部材２１２の絶縁部材第３側壁部２１２ｄは、ヒューズ部６ｃと対向する位置に配置される。封口板２に対して垂直な方向において、絶縁部材第３側壁部２１２ｄの電極体３側の端部が、ヒューズ部６ｃよりも電極体３側に位置することが好ましい。これにより、ヒューズ部６ｃが溶断した際に溶融した金属が角形外装体１側に飛散することを防止できる。なお、絶縁シート１６を絶縁部材第３側壁部２１２ｄに、接着剤や熱溶着により接着することができる。封口板２に対して垂直な方向において、絶縁シート１６の封口板２側の端部は、絶縁部材第３側壁部２１２ｄの電極体３側の端部よりも封口板２側に位置することが好ましい。
［短絡機構］
角形二次電池には、過充電により電池ケース内の圧力が所定値以上となった時に作動する短絡機構を設けることが好ましい。この短絡機構が作動し、正極板と負極板が電極体の外部で電気的に短絡する。これにより過充電の進行を抑制できる。更に、正極集電体等にヒューズ部を設けることが好ましい。短絡機構が作動し、角形二次電池に短絡電流が流れ、ヒューズ部が溶断する。これにより、過充電の進行の進行をより確実に防止できる。
図１９Ａは、短絡機構を備えた角形二次電池の負極端子１０の近傍の封口板１０２の長手方向に沿った断面図である。図１９Ｂは、短絡機構を備えた角形二次電池の正極端子７の近傍の封口板１０２の長手方向に沿った断面図である。
図１９Ａに示すように、封口板１０２には変形部１０３が設けられている。負極集電体９には負極タブ群５０が接続されている。負極端子１０のフランジ部１０ａの電極体３側の面には負極集電体９が接続されている。負極端子１０の挿入部１０ｂは、内部側絶縁部材１４の貫通孔、封口板１０２の負極端子取り付け孔、外部側絶縁部材１５の貫通孔及び負極外部導電部材１１１の貫通孔に挿入され、挿入部１０ｂの先端側が負極外部導電部材１１１上にカシメられている。負極外部導電部材１１１は、封口板１０２の変形部１０３と対向する位置まで延びている。なお、負極外部導電部材１１１とは別の導電部材を用いて、この導電部材を、負極端子１０と電気的に接続するとともに、変形部１０３と対向する位置に配置することもできる。
図１９Ｂに示すように、正極外部導電部材８は封口板１０２上に直接配置されている。したがって、正極板４は、正極タブ群４０、正極集電体６、正極端子７、正極外部導電部材８を介して封口板１０２と電気的に接続されている。なお、正極外部導電部材８と封口板１０２の間に導電性の部材を配置してもよい。あるいは、正極集電体６を封口板１０２に直接溶接接続することもできる。
電池ケース内の圧力が所定値以上となったとき、変形部１０３が負極外部導電部材１１
１に近づくように変形し、変形部１０３と負極外部導電部材１１１が電気的に接続される。これにより、封口板１０２及び変形部１０３を介して正極板４と負極板５が電気的に短絡する。そして、角形二次電池に短絡電流が流れ、正極集電体６に設けられたヒューズ部が溶断する。これにより、角形二次電池が過充電状態となった場合の信頼性が向上する。なお、短絡機構が作動する圧力は、ガス排出弁１９が作動する圧力よりも低い値とする。
＜その他＞
上述の実施形態においては、電極体が積層型電極体である例を示した。電極体を、帯状の正極板と帯状の負極板を、帯状のセパレータを介して巻回した巻回型電極体とすることもできる。また、電極体が複数の巻回型電極体を含むようにしてもよい。
樹脂性の内部側絶縁部材の一部を折り返して、内部側絶縁部材の一部を集電体のベース部とタブ接続部の間に配置されるようにすることも考えられる。
２０・・・角形二次電池
１００・・・電池ケース
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
３・・・電極体
４・・・正極板
４ａ・・・正極活物質合剤層
４ｂ・・・正極タブ
４ｃ・・・正極保護層
４０・・・正極タブ群
５・・・負極板
５ａ・・・負極活物質合剤層
５ｂ・・・負極タブ
５０・・・負極タブ群
６・・・正極集電体
６ａ・・・ベース部
６ｂ・・・タブ接続部
６ｃ・・・ヒューズ部
６ｄ・・・ヒューズ孔
７・・・正極端子
７ａ・・・フランジ部
７ｂ・・・挿入部
７ｃ・・・カシメ部
８・・・正極外部導電部材
９・・・負極集電体
９ａ・・・ベース部
９ｂ・・・タブ接続部
１０・・・負極端子
１０ａ・・・フランジ部
１０ｂ・・・挿入部
１０ｃ・・・カシメ部
１１・・・負極外部導電部材
１２・・・内部側絶縁部材
１２ａ・・・絶縁部材ベース部
１２ｂ・・・絶縁部材側壁部
１３・・・外部側絶縁部材
１４・・・内部側絶縁部材
１４ａ・・・絶縁部材ベース部
１４ｂ・・・絶縁部材側壁部
１５・・・外部側絶縁部材
１６・・・絶縁シート
１７・・・注液孔
１８・・・封止栓
１９・・・ガス排出弁

３０、３１、３２、３３・・・接続部

６０・・・遮蔽部材
６０ａ・・・遮蔽部
６０ｂ・・・接続腕部

６１・・・第１絶縁部材
６１ａ・・・第１絶縁部材第１領域
６１ｂ・・・第１絶縁部材第２領域
６１ｃ・・・第１絶縁部材第３領域

６２・・・第２絶縁部材
６２ａ・・・第２絶縁部材第１領域
６２ｂ・・・第２絶縁部材第２領域
６２ｃ・・・第２絶縁部材第３領域

１１２・・・内部側絶縁部材
１１２ａ・・・絶縁部材ベース部
１１２ｂ・・・絶縁部材第１側壁部
１１２ｃ・・・絶縁部材第２側壁部

１１４・・・内部側絶縁部材
１１４ａ・・・絶縁部材ベース部
１１４ｂ・・・絶縁部材第１側壁部
１１４ｃ・・・絶縁部材第２側壁部
７０・・・カバー部
７０ａ・・・カバー本体部
７０ｂ・・・第１腕部
７０ｃ・・・第２腕部
７１・・・カバー部
８０・・・遮蔽部絶縁部材
８０ａ・・・本体部
８０ｂ・・・固定部

１０２・・・封口板
１０３・・・変形部
１１１・・・負極外部導電部材

２１２・・・内部側絶縁部材
２１２ａ・・・絶縁部材ベース部
２１２ｂ・・・絶縁部材第１側壁部
２１２ｃ・・・絶縁部材第２側壁部
２１２ｄ・・・絶縁部材第３側壁部
２１２ｅ・・・絶縁部材第４側壁部

２１４・・・内部側絶縁部材
２１４ａ・・・絶縁部材ベース部
２１４ｂ・・・絶縁部材第１側壁部
２１４ｃ・・・絶縁部材第２側壁部
２１４ｄ・・・絶縁部材第３側壁部
２１４ｅ・・・絶縁部材第４側壁部

Claims (8)

  1. 開口を有する角形外装体と、
    前記開口を封口する封口板と、
    前記角形外装体内に配置された正極板及び負極板を含む電極体と、
    前記正極板又は前記負極板のうち一方の電極は、芯体と、この芯体の表面の一部に塗布された合剤層と、前記芯体の合剤層が塗布されていない部分に形成されたタブとを有し、
    前記タブに接続された集電体と、
    前記集電体に電気的に接続されており、前記封口板を貫通する端子と、
    前記端子及び前記集電体の少なくとも一方と前記封口板の間に配置された内部側絶縁部材と、を備えた角形二次電池であって、
    前記電極体には複数の前記タブからなる第１タブ群が接続され、
    前記第１タブ群は前記封口板と前記電極体の間に配置され、
    前記集電体は、ベース部と、前記ベース部の端部から折り返されたタブ接続部を有し、
    前記集電体は前記タブ接続部において前記第１タブ群と接続されており、
    前記集電体にはヒューズ部が形成されており、
    前記ベース部と前記タブ接続部の間には第１絶縁部材が配置され、
    前記第１タブ群は、前記タブ接続部と反対側に折り返され、前記第１タブ群の折り返された部分が前記タブ接続部と接続し、
    前記内部側絶縁部材と接続し、前記ヒューズ部を覆い、前記第１タブ群の折り返した部分と前記合剤層の間に位置する第２絶縁部材とを有する、
    角形二次電池。
  2. 前記端子は前記封口板よりも前記電極体側にフランジ部を有し、
    前記集電体の前記ベース部は前記フランジ部の電極体側の面に接続された請求項１に記載の角形二次電池。
  3. 前記ヒューズ部は、前記ベース部と前記タブ接続部の境界部に形成された請求項１又は２に記載の角形二次電池。
  4. 前記角形外装体と前記封口板からなる電池ケース内の圧力が所定値以上となったときに
    作動し、前記正極板と前記負極板を前記電極体の外部で短絡させる短絡機構を備えた請求項１～３のいずれかに記載の角形二次電池。
  5. 前記第１絶縁部材は、前記封口板の長手方向に延びる第１領域と、
    前記第１領域から前記封口板の短手方向に延びる第２領域を有し、
    前記第２領域の少なくとも一部が、前記ベース部と前記タブ接続部の間に配置された請求項１～４のいずれかに記載の角形二次電池。
  6. 前記第１絶縁部材は、本体部と、前記本体部から前記封口板に向かって延びる腕部を有し、
    前記腕部が前記内部側絶縁部材に接続された請求項１～４のいずれかに記載の角形二次電池。
  7. 開口を有する角形外装体と、
    前記開口を封口する封口板と、
    前記角形外装体内に配置された正極板及び負極板を含む電極体と、
    前記正極板又は前記負極板のうち一方の電極は、芯体と、この芯体の表面の一部に塗布された合剤層と、前記芯体の合剤層が塗布されていない部分に形成されたタブとを有し、
    複数の前記タブからなる第１タブ群と、
    集電体に電気的に接続されており、前記封口板を貫通する端子と、
    前記端子及び前記集電体の少なくとも一方と前記封口板の間に配置された内部側絶縁部材と、を備え、
    前記第１タブ群は前記封口板と前記電極体の間に配置され、
    前記集電体は、ベース部と、前記ベース部の端部から折り返されたタブ接続部を有し、
    前記集電体にはヒューズ部が形成され、
    前記ベース部と前記タブ接続部の間には絶縁部材が配置され、前記第１タブ群は、前記タブ接続部と反対側に折り返され、前記第１タブ群の折り返された部分が前記タブ接続部と接続し、
    前記内部側絶縁部材と接続し、前記ヒューズ部を覆い、前記タブと前記合剤層の間に位置する絶縁部材とを有する、
    角形二次電池の製造方法であって、
    前記封口板に前記内部側絶縁部材、前記端子及び前記集電体を取り付ける取り付け工程と、
    前記集電体に前記第１タブ群を接続するタブ群接続工程と、
    前記取り付け工程及び前記タブ群接続工程の後、前記絶縁部材を前記内部側絶縁部材に接続する絶縁部材接続工程と、
    前記絶縁部材接続工程の後、前記集電体の前記タブ接続部と前記第１タブ群とを折り曲げる曲げ工程と、を有し、
    前記曲げ工程において、前記タブ接続部の折り曲げ方向と、前記第１タブ群の折り曲げ方向は互いに反対方向である、
    角形二次電池の製造方法。
  8. 開口を有する角形外装体と、
    前記開口を封口する封口板と、
    前記角形外装体内に配置された正極板及び負極板を含む電極体と、
    前記正極板又は前記負極板のうち一方の電極において、前記封口板側の端部で突出した芯体からなる第１タブと、
    前記正極板又は前記負極板のうち他方の電極において、前記封口板側の端部で突出した芯体からなる第２タブと、
    前記第１タブに接続された第１集電体と、
    前記第２タブに接続された第２集電体と、
    前記第１集電体に電気的に接続されており、前記封口板を貫通する第１端子と、
    前記第２集電体に電気的に接続されており、前記封口板を貫通する第２端子と、
    前記第１端子及び前記第１集電体の少なくとも一方と前記封口板の間に配置された内部側絶縁部材と、を備えた角形二次電池であって、
    前記電極体には複数の前記第１タブからなる第１タブ群と複数の前記第２タブからなる第２タブ群とが接続され、
    前記第１タブ群、前記第２タブ群は前記封口板と前記電極体の間に並んで配置され、
    前記第１集電体および前記第２集電体は、ベース部と、前記ベース部の端部から折り返されたタブ接続部を有し、
    前記第１集電体では前記タブ接続部が前記第１タブ群と接続されており、
    前記第２集電体では前記タブ接続部が前記第２タブ群と接続されており、
    前記第１集電体にはヒューズ部が形成されており、
    前記第１集電体の前記ベース部と前記タブ接続部の間には絶縁部材が配置され、
    前記絶縁部材は前記内部側絶縁部材に接続され、
    前記第１集電体のベース部の端部と、前記第２集電体のベース部の端部とが、前記第１タブ群と前記第２タブ群とが並ぶ方向と垂直な方向における一端側に位置する、
    角形二次電池。
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