JP7065965B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
本開示は、二次電池に関する。
従来から電池缶の内部に捲回群が収納され、その捲回群から集電板を介して電力を取り出す二次電池において、集電板の構造を改良した角形二次電池に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。
特許文献１に記載された従来の角形二次電池は、金属箔露出部を有する電極が捲回された扁平状の捲回群と、その捲回群を収納する電池缶と、その電池缶を封口する電池蓋と、その電池蓋に設けた外部端子と、その外部端子と捲回群を電気的に接続する集電板とを有している。この従来の角形二次電池は、集電板の次の構成に特徴を有している。すなわち、集電板は、電池蓋に固定される固定部と、捲回群の金属箔露出部に溶接される溶接部と、固定部と溶接部との間を接続する接続部を有し、接続部が固定部および溶接部の幅以下の幅部分と、固定部または溶接部よりも厚い厚さ部分を有している（同文献、請求項１等を参照）。
このように、接続部の厚みを固定部の厚みまたは溶接部の厚みよりも厚くすることで、固定部または溶接部と比較して接続部の電流抵抗値を低くすることができ、接続部の発熱を抑制することができる（同文献、第０００７段落、第００３９段落、第００５１段落、第００５８段落、第００６３段落、第００９１段落等を参照）。
前記従来の角形二次電池は、集電板の接続部の発熱を抑制することができ、大電流の充放電に耐え得る点で優れた効果を発揮する。しかし、集電板の接続部が固定部または溶接部の厚みよりも厚い厚さ部分を有する場合には、集電板の体積および重量が過大になり、角形二次電池の小型軽量化が困難になるおそれがある。
本開示は、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供する。
本開示の一態様は、角形の電池容器と、該電池容器に収容された蓄電要素と、該蓄電要素に接続された一対の集電板と、該一対の集電板にそれぞれ接続され前記電池容器の外部に露出した一対の外部端子と、を備えた二次電池であって、前記集電板は、前記外部端子に接続された基部と、該基部に交差する方向に延びる延在部と、該延在部の前記蓄電要素に接合された接合部と前記基部との間に設けられた屈曲部と、を有し、前記屈曲部は、前記蓄電要素に対向する前記延在部の表面に直交しかつ前記延在部の延在方向に沿う断面において、前記蓄電要素と反対側に円弧状の湾曲面を有し、前記湾曲面の曲率円の直径は、前記延在部の厚さおよび前記基部の厚さ以上であり、前記屈曲部の厚さは、前記延在部の厚さまたは前記基部の厚さ以上であることを特徴とする二次電池である。
本開示によれば、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供することができる。
以下、図面を参照して本開示に係る二次電池の実施形態を説明する。
（実施形態１）
図１は、本開示の実施形態１に係る二次電池１００の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。本実施形態の二次電池１００は、たとえば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の蓄電装置に使用される角形二次電池であり、より詳細には、たとえば、角形のリチウムイオン二次電池である。
図１は、本開示の実施形態１に係る二次電池１００の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。本実施形態の二次電池１００は、たとえば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の蓄電装置に使用される角形二次電池であり、より詳細には、たとえば、角形のリチウムイオン二次電池である。
詳細については後述するが、本実施形態の二次電池１００は、次の構成を主要な特徴としている。二次電池１００は、角形の電池容器１０と、その電池容器１０に収容された蓄電要素３０と、その蓄電要素３０に接続された一対の集電板４０と、その一対の集電板４０にそれぞれ接続されて電池容器１０の外部に露出した一対の外部端子２０と、を備えている。集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、蓄電要素３０に接続された延在部４２の接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。屈曲部４３は、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂに直交しかつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面（図４を参照。）において、蓄電要素３０と反対側に円弧状の湾曲面４３ａを有している。湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の直径ｄ１は、屈曲部４３に連続する延在部４２の厚さＴ２および基部４１の厚さＴ１以上である。屈曲部４３の厚さＴ３は、延在部４２の厚さＴ２または基部４１の厚さＴ１以上である。
以下、本実施形態の二次電池１００の各部の構成を詳細に説明する。なお、各図面では、扁平角形の二次電池１００の幅方向をＸ方向、厚さ方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて、二次電池１００の各部の構成を説明する場合がある。また、以下の説明における上下左右の方向は、図面に基づいて二次電池１００の各部の構成を説明するための便宜的な方向であり、鉛直方向や水平方向に限定されない。
電池容器１０は、たとえば扁平な矩形箱形の形状を有する金属製の容器である。電池容器１０は、幅方向（Ｘ方向）に沿う一対の広側面１０ｗと、厚さ方向（Ｙ方向）に沿う一対の狭側面１０ｎと、細長い長方形の上面１０ｔおよび底面１０ｂを有している。これら広側面１０ｗ、狭側面１０ｎ、上面１０ｔおよび底面１０ｂのうち、広側面１０ｗが最大の面積を有している。
電池容器１０は、たとえば、高さ方向（Ｚ方向）の一端が開放された扁平角形の電池缶１１と、その電池缶１１の開口部１１ａを閉塞する長方形板状の電池蓋１２とを有している。電池容器１０は、電池缶１１の開口部１１ａから蓄電要素３０が内部に挿入され、たとえばレーザ溶接によって電池缶１１の開口部１１ａの全周にわたって電池蓋１２が溶接されることで、電池缶１１の開口部１１ａが電池蓋１２によって封止されている。
電池蓋１２は、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）である長手方向の両端部に外部端子２０の一部を挿通させる貫通孔１２ａを有している。また、電池蓋１２は、長手方向の中央部にガス排出弁１５を有している。ガス排出弁１５は、たとえば、電池蓋１２の一部をプレス加工して薄肉化し、スリットを形成した部分であり、電池蓋１２と一体的に設けられている。ガス排出弁１５は、電池容器１０の内圧が所定の圧力まで上昇したときに開裂して、電池容器１０の内部のガスを排出することで、電池容器１０の内圧を低減して二次電池１００の安全性を確保する。
電池蓋１２は、たとえば貫通孔１２ａとガス排出弁１５との間に注液孔１６を有している。注液孔１６は、電池蓋１２の内部に電解液を注入するために設けられ、電解液の注入後に、たとえばレーザ溶接によって注液栓１７を接合することによって封止される。電池容器１０内に注入される電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を使用することができる。
一対の外部端子２０は、電池蓋１２の外面すなわち電池容器１０の上面１０ｔの長手方向に離隔して配置され、電池蓋１２を貫通して電池容器１０の内部でそれぞれ一対の集電板４０の基部４１に接続されている。外部端子２０は、正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎを含んでいる。正極外部端子２０Ｐの素材は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。負極外部端子２０Ｎの素材は、たとえば銅または銅合金である。
外部端子２０は、たとえばバスバーに接合される接合部２１と、集電板４０に接続される接続部２２とを有している。接合部２１は、おおむね直方体形状の矩形のブロック状の形状を有し、電気絶縁性を有するガスケット１３を介して電池蓋１２の外面すなわち電池容器１０の上面１０ｔに配置される。接続部２２は、電池蓋１２に対向する接合部２１の底面から電池蓋１２を貫通する方向に延びる円柱状または円筒状の部分である。
集電板４０は、図２に示すように、所定の形状に屈曲された板状の部材であり、蓄電要素３０に接続されている。集電板４０は、正極電極３１と正極外部端子２０Ｐとを接続する正極集電板４０Ｐと、負極電極３２と負極外部端子２０Ｎとを接続する負極集電板４０Ｎとを含む。正極集電板４０Ｐの素材は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。負極集電板４０Ｎの素材は、たとえば銅または銅合金である。
集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、蓄電要素３０に接合された延在部４２の接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。基部４１は、電池蓋１２の内面に沿って配置され、延在部４２は、電池蓋１２の内面に直交する方向へ向けて延びている。延在部４２の接合部４２ａは、蓄電要素３０の箔露出部３１ｃ，３２ｃが捲回されて扁平に積層された積層部３５に対して、たとえば、超音波接合によって接合されている。
図３は、図２に示す二次電池１００の電池容器１０の内部に収容された蓄電要素３０の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。蓄電要素３０は、たとえば電極３１，３２と、この電極３１，３２間を絶縁する絶縁体であるセパレータ３３，３４とを備え、これら電極３１，３２とセパレータ３３，３４とが交互に積層されて捲回された構成を有する捲回電極群である。より具体的には、蓄電要素３０は、たとえば正極電極３１と、セパレータ３３と、負極電極３２と、セパレータ３４とを備え、これらが積層されて捲回された構成を有している。蓄電要素３０において、最内周と最外周に捲回された電極は負極電極３２であり、最外周に捲回された負極電極３２の外周にさらにセパレータ３３，３４が捲回されている。
負極電極３２は、負極集電体である負極金属箔３２ａと、その表裏両面に形成された負極合剤層３２ｂと、その負極合剤層３２ｂから負極金属箔３２ａが露出した部分である箔露出部３２ｃとを有している。負極電極３２の箔露出部３２ｃは、長尺帯状の負極電極３２の幅方向（Ｘ方向）、すなわち蓄電要素３０の捲回軸３０Ａ方向の一側に設けられている。負極金属箔３２ａは、たとえば厚さが約１０μｍ程度の銅箔である。
負極合剤層３２ｂは、たとえば、負極金属箔３２ａの表裏両面に、箔露出部３２ｃを除いてスラリー状の負極合剤を塗布し、塗布された負極合剤を乾燥させてプレスすることで形成されている。その後、負極合剤層３２ｂが形成された負極金属箔３２ａを、適宜、裁断することによって負極電極３２を製作することができる。負極金属箔３２ａを含まない負極合剤層３２ｂの厚さは、たとえば約７０μｍ程度である。負極合剤のスラリーとしては、たとえば、負極活物質である１００重量部の非晶質炭素粉末に対し、結着剤である１０重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を添加し、さらに分散溶媒としてＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加して混練したものを用いることができる。
なお、負極合剤層３２ｂに含まれる負極活物質は、前述の非晶質炭素に限定されない。たとえば、負極活物質として、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（たとえば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２など）、またはこれらの複合材料を用いてもよい。また、負極活物質の粒子形状は特に制限されず、たとえば、鱗片状、球状、繊維状、塊状などであってもよい。
正極電極３１は、正極集電体である正極金属箔３１ａと、その表裏両面に形成された正極合剤層３１ｂと、その正極合剤層３１ｂから正極金属箔３１ａが露出した部分である箔露出部３１ｃとを有している。正極電極３１の箔露出部３１ｃは、長尺帯状の正極電極３１の幅方向（Ｘ方向）、すなわち蓄電要素３０の捲回軸３０Ａ方向において、負極電極３２の箔露出部３２ｃと反対側の一側に設けられている。正極金属箔３１ａは、たとえば厚さが約２０μｍ程度のアルミニウム箔である。
正極合剤層３１ｂは、たとえば、正極金属箔３１ａの表裏両面に、箔露出部３１ｃを除いてスラリー状の正極合剤を塗布し、塗布された正極合剤を乾燥させてプレスすることで形成されている。その後、正極合剤層３１ｂが形成された正極金属箔３１ａを、適宜、裁断することによって正極電極３１を製作することができる。正極金属箔３１ａを含まない正極合剤層３１ｂの厚さは、たとえば約９０μｍ程度である。正極合剤のスラリーとしては、たとえば、正極活物質である１００重量部のマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）に対し、導電材である１０重量部の鱗片状黒鉛と、結着剤である１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、さらに分散溶媒としてＮＭＰを添加して混練したものを用いることができる。
なお、正極合剤層３１ｂに含まれる正極活物質は、前述のマンガン酸リチウムに限定されない。たとえば、正極活物質として、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、一部を金属元素で置換またはドープしたリチウムマンガン複合酸化物を用いることができる。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム－金属複合酸化物を用いてもよい。
また、負極合剤および正極合剤に用いられる結着剤は、ＰＶＤＦに限定されない。結着剤としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。
図示は省略するが、蓄電要素３０は、負極電極３２、セパレータ３３、正極電極３１、およびセパレータ３４を積層させて捲回するための軸芯を有してもよい。軸芯としては、たとえば、正極金属箔３１ａ、負極金属箔３２ａ、およびセパレータ３３，３４よりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回したものを用いることができる。また、蓄電要素３０は、捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）において負極合剤層３２ｂの寸法が正極合剤層３１ｂの寸法よりも大きく、正極合剤層３１ｂが必ず負極合剤層３２ｂの間に挟まれるように構成されている。
蓄電要素３０において、正極電極３１の箔露出部３１ｃと負極電極３２の箔露出部３２ｃは、それぞれ、図３に示すように捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）の一端と他端で捲回されて積層されている。さらに、箔露出部３１ｃ，３２ｃは、それぞれ、図２に示すように扁平に束ねられ、たとえば超音波接合や抵抗溶接によって集電板４０の延在部４２の接合部４２ａに接合されている。
なお、捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）において、セパレータ３３，３４の寸法は、負極合剤層３２ｂの寸法よりも大きい。しかし、セパレータ３３，３４の端部は、正極電極３１および負極電極３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃの端部よりも、捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）における内側の位置に配置されている。そのため、正極電極３１および負極電極３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃを束ねて、それぞれ、正極集電板４０Ｐおよび負極集電板４０Ｎの延在部４２の接合部４２ａに接合する際に支障はない。
集電板４０の基部４１は、板状の絶縁部材１４を介して電池蓋１２に固定され、外部端子２０に電気的に接続されている。より詳細には、外部端子２０の接続部２２が、たとえば、ガスケット１３の貫通孔１３ａと、電池蓋１２の貫通孔１２ａと、絶縁部材１４の貫通孔１４ａと、集電板４０の基部４１の貫通孔４１ａに挿通され、集電板４０の基部４１の下面で先端を拡径させるように塑性変形させてかしめられている。
これにより、外部端子２０と集電板４０とが、互いに電気的に接続され、電池蓋１２に対してガスケット１３と絶縁部材１４を介して電気的に絶縁された状態で固定されている。また、集電板４０の延在部４２の接合部４２ａが、蓄電要素３０の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に接合されることで、蓄電要素３０を構成する電極３１，３２が、集電板４０を介して外部端子２０に電気的に接続されている。ガスケット１３および絶縁部材１４の素材は、たとえばポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂などの電気絶縁性を有する樹脂である。
蓄電要素３０は、集電板４０に接合され、集電板４０を介して電池蓋１２に固定された状態で、電気絶縁性を有する樹脂製の絶縁シート５０によって覆われて、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１内に挿入される。絶縁シート５０は、たとえばポリプロピレンなどの合成樹脂を素材とする一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなる。絶縁シート５０は、集電板４０が接合された蓄電要素３０のおおむね全体を集電板４０とともに覆うことができる寸法および形状を有している。
図３に示すように、蓄電要素３０は、扁平形状に捲回され、電池容器１０の高さ方向の両端部に設けられた半円筒状の湾曲部３０ｂと、これら湾曲部３０ｂの間の平坦な平坦部３０ａとを有している。蓄電要素３０は、捲回軸３０Ａ方向が二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）に沿うように、一方の湾曲部３０ｂから電池缶１１内に挿入され、他方の湾曲部３０ｂが電池蓋１２に対向して配置される。その後、前述のように、電池蓋１２を電池缶１１の開口部１１ａの全周にわたって接合して電池容器１０を構成し、注液孔１６を介して電池容器１０内に電解液を注入し、注液孔１６に注液栓１７を接合して封止する。
以上の構成により、二次電池１００は、外部端子２０と集電板４０を介して蓄電要素３０の電極３１，３２に電力を供給することで充電され、蓄電要素３０の電極３１，３２から集電板４０および外部端子２０を介して外部へ電力を供給することができる。
図４は、図２に示す二次電池１００の集電板４０の断面図である。より詳細には、図４は、図２に示す集電板４０、すなわち正極集電板４０Ｐおよび負極集電板４０Ｎの屈曲部４３の断面図であり、延在部４２の蓄電要素３０に対向する表面４２ｂに直交し、かつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面における断面図である。
前述のように、集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、その延在部４２の蓄電要素３０に接合された接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。図４に示すように、屈曲部４３は、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂに直交し、かつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面において、蓄電要素３０と反対側に円弧状の湾曲面４３ａを有している。湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の直径ｄ１は、屈曲部４３に連続する延在部４２の厚さＴ２および基部４１の厚さＴ１以上である。屈曲部４３の厚さＴ３は、延在部４２の厚さＴ２または基部４１の厚さＴ１以上である。
より具体的には、本実施形態の二次電池１００において、集電板４０は、基部４１の厚さＴ１が、延在部４２の厚さＴ２よりも厚く、屈曲部４３の厚さＴ３が、延在部４２の厚さＴ２以上かつ基部４１の厚さＴ１以下である。屈曲部４３の厚さＴ３は、たとえば、延在部４２との境界Ｂ２から基部４１との境界Ｂ１へ向けて、漸次、厚くなっている。基部４１の厚さＴ１と屈曲部４３の厚さＴ３は、たとえば、基部４１と屈曲部４３との境界Ｂ１で等しくなっている。同様に、屈曲部４３の厚さＴ３と延在部４２の厚さＴ２は、たとえば、屈曲部４３と延在部４２との境界Ｂ２で等しくなっている。
図４に示すように、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂに直交し、かつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面において、屈曲部４３の厚さＴ３は、たとえば、蓄電要素３０と反対を向く屈曲部４３の外表面４３ｂ上の各点における接線ＴＬに垂直な方向の寸法である。図４に示す例において、屈曲部４３の外表面４３ｂは、湾曲面４３ａと、湾曲面４３ａと延在部４２の外表面４２ｃとの間の平坦面４３ｃと、を含んでいる。すなわち、屈曲部４３の厚さＴ３は、たとえば、湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の径方向または平坦面４３ｃの法線方向における屈曲部４３の寸法である。
本実施形態の二次電池１００において、集電板４０の屈曲部４３は、湾曲面４３ａと反対側に肉盛部４３ｄを有している。図４に示す断面において、肉盛部４３ｄは、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂの延長線Ｌ２および蓄電要素３０に対向する基部４１の内表面４１ｂの延長線Ｌ１よりも蓄電要素３０に向けて張り出している。また、図４に示す例において、蓄電要素３０に対向する屈曲部４３の内表面は、円弧状の凹曲面４３ｅである。屈曲部４３の凹曲面４３ｅの曲率円Ｃ２の直径ｄ２は、屈曲部４３の外表面４３ｂの湾曲面４３ａの曲率円Ｃ２の直径ｄ１よりも小さい。
本実施形態の二次電池１００において、屈曲部４３は、基部４１と延在部４２との間に設けられている。二次電池１００は、正極集電板４０Ｐと負極集電板４０Ｎの双方に屈曲部４３を有してもよいが、正極集電板４０Ｐと負極集電板４０Ｎの少なくとも一方に屈曲部４３を有していればよい。また、集電板４０の延在部４２は、図２に示すように、接合部４２ａと基部４１との間に、複数の屈曲部４３，４４，４５を有してもよい。この場合、屈曲部４４，４５は、屈曲部４３と同様の湾曲面を有し、その湾曲面の曲率円の直径が、延在部４２の厚さＴ２および基部４１の厚さＴ１以上であり、屈曲部４４，４５の厚さが延在部４２の厚さＴ２または基部４１の厚さＴ１以上であってもよい。
集電板４０は、たとえば、次のように製造することができる。まず、集電板４０の母材である金属板をプレス加工によって所定の形状に打ち抜き、たとえばプレス成型により基部４１、延在部４２、屈曲部４３となる部分の厚さを調整する。次に、所定の形状に打ち抜かれて厚さが調整された材料を、プレス加工によって所定の形状に曲げ加工を行って、集電板４０を製造する。さらに、たとえばろう付けなどの肉盛加工によって肉盛部４３ｄを形成してもよい。
以下、本実施形態の二次電池１００の作用を、従来の角形二次電池との対比に基づいて説明する。
本実施形態の二次電池１００は、前述のように、たとえばＥＶやＨＥＶの蓄電装置に使用され、外部から供給された電力を、一対の外部端子２０および一対の集電板４０を介して蓄電要素３０に充電する。また、蓄電要素３０に充電された電力を、一対の集電板４０および一対の外部端子２０を介して外部へ供給する。
このように、たとえば、蓄電要素３０に充電された電力を、一対の集電板４０および一対の外部端子２０を介して外部へ供給するときに、集電板４０に電流が流れる。より具体的には、正極集電板４０Ｐでは、蓄電要素３０の正極電極３１の箔露出部３１ｃに接合された延在部４２の接合部４２ａから、正極外部端子２０Ｐに接続された基部４１へ向けて電流が流れる。
前述のように、特許文献１に記載された従来の角形二次電池は、集電板が、電池蓋に固定される固定部と、捲回群の金属箔露出部に溶接される溶接部と、固定部と溶接部との間を接続する接続部を有している。そして、接続部が固定部および溶接部の幅以下の幅部分と、固定部または溶接部よりも厚い厚さ部分を有している。この厚さ部分を有することで、集電板の接続部の発熱を抑制することができ、大電流の充放電に耐え得る角形二次電池を提供することができる。
しかし、この従来の角形二次電池は、集電板の接続部が固定部または溶接部の厚みよりも厚い厚さ部分を有するため、集電板の体積および重量が過大になり、角形二次電池の小型軽量化が困難になるおそれがある。より具体的には、捲回群と反対を向く厚さ部分の外表面側において、電流密度が疎になり、電流が流れない部分が存在するおそれがある。集電板の厚さ部分に電流が流れない部分が多くなると、集電板の体積および重量が必要以上に増加し、角形二次電池の小型軽量化を阻害するおそれがある。
これに対し、本実施形態の二次電池１００は、前述のように、角形の電池容器１０と、その電池容器１０に収容された蓄電要素３０と、その蓄電要素３０に接続された一対の集電板４０と、その一対の集電板４０にそれぞれ接続されて電池容器１０の外部に露出した一対の外部端子２０と、を備えている。集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、蓄電要素３０に接続された延在部４２の接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。屈曲部４３は、図４に示すように、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂに直交しかつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面において、蓄電要素３０と反対側に円弧状の湾曲面４３ａを有している。湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の直径ｄ１は、屈曲部４３に連続する延在部４２の厚さＴ２および基部４１の厚さＴ１以上である。屈曲部４３の厚さＴ３は、延在部４２の厚さＴ２または基部４１の厚さＴ１以上である。
この構成により、集電板４０の屈曲部４３において、厚さＴ３を十分に厚くして電気抵抗が増加するのを抑制することができ、発熱を抑制して大電流の充放電に耐え得る二次電池１００を提供することができる。さらに、屈曲部４３の蓄電要素３０と反対の外表面４３ｂ側の電流密度が疎になる部分を除去することで、屈曲部４３の全体において電流密度を均一化することができ、集電板４０の体積および重量が必要以上に増加するのを抑制することができる。
図５は、図４に示す断面における集電板４０の屈曲部４３の前後の電流分布のシミュレーション結果である。なお、図５は、発熱の大小をグレースケールの濃淡で示しており、より濃色の部分がより発熱が大きいことを示している。図５に示すように、屈曲部４３の蓄電要素３０と反対の外表面４３ｂ側が湾曲面４３ａを有することで、電流密度が疎になる延在部４２と基部４１との間の屈曲部４３の外表面４３ｂの角部を除去することができ、屈曲部４３の全体において電流分布が均一化され、発熱が抑制されている。したがって、本実施形態によれば、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐え得る二次電池１００を提供することができる。
また、本実施形態の二次電池１００において、集電板４０の基部４１の厚さＴ１は延在部４２の厚さＴ２よりも厚く、屈曲部４３の厚さＴ３は延在部４２の厚さＴ２以上かつ基部４１の厚さＴ１以下である。この構成により、屈曲部４３の厚さＴ３が延在部４２の厚さＴ２よりも小さくなって電気抵抗が増加するのを防止することができる。また、屈曲部４３の厚さＴ３が基部４１の厚さＴ１の厚さよりも厚くなって集電板４０の体積および重量が必要以上に増加するのを抑制することができる。したがって、本実施形態の二次電池１００によれば、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐えることが可能になる。
また、本実施形態の二次電池１００において、集電板４０の屈曲部４３は、湾曲面４３ａと反対側に肉盛部４３ｄを有している。この構成により、屈曲部４３の厚さＴ３を増加させ、屈曲部４３の電気抵抗を低減することが可能になる。また、蓄電要素３０に対向する屈曲部４３の内表面が凹曲面４３ｅを有することで、集電板４０の体積および重量が必要以上に増加するのを抑制することができる。したがって、本実施形態の二次電池１００によれば、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐えることが可能になる。
また、本実施形態の二次電池１００において、集電板４０の屈曲部４３は、基部４１と延在部４２との間に設けられている。この構成により、延在部４２の複数の屈曲部４３，４４，４５のうち、比較的に電流密度が疎になる部分が発生しやすい基部４１と延在部４２との間の屈曲部４３において、電流密度が疎になる部分を除去することができる。したがって、本実施形態の二次電池１００によれば、集電板４０の体積および重量をより効果的に低減することができる。
また、本実施形態の二次電池１００において、電池容器１０は、一端が開放された扁平角形の電池缶１１と、その電池缶１１の開口部１１ａを閉塞する長方形板状の電池蓋１２とを有している。また、一対の外部端子２０は、電池蓋１２の外面の長手方向に離隔して配置され、電池蓋１２を貫通して電池容器１０の内部でそれぞれ一対の集電板４０の基部４１に接続されている。また、集電板４０の基部４１は、電池蓋１２の内面に沿って配置され、集電板４０の延在部４２は、電池蓋１２の内面に直交する方向へ向けて延びている。この構成により、屈曲部４３を有しない場合、基部４１と延在部４２はおおむね直角になり、基部４１と延在部４２との角部において電流密度が疎になる部分が発生する。しかし、本実施形態の二次電池１００は、集電板４０が屈曲部４３を有し、屈曲部４３が湾曲面４３ａを有することで、電流密度が疎になる部分を除去することができる。したがって、本実施形態の二次電池１００によれば、集電板４０の体積および重量をより効果的に低減することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐え得る二次電池１００を提供することができる。
（実施形態２）
次に、本開示の実施形態２に係る二次電池について、図１から図３を援用し、図６を用いて説明する。図６は、本開示の実施形態２に係る二次電池の図４に相当する集電板４０の断面図である。本実施形態の二次電池において、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の部分には、実施形態１に係る二次電池１００と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
次に、本開示の実施形態２に係る二次電池について、図１から図３を援用し、図６を用いて説明する。図６は、本開示の実施形態２に係る二次電池の図４に相当する集電板４０の断面図である。本実施形態の二次電池において、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の部分には、実施形態１に係る二次電池１００と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
本実施形態の二次電池は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様に、角形の電池容器１０と、その電池容器１０に収容された蓄電要素３０と、その蓄電要素３０に接続された一対の集電板４０と、その一対の集電板４０にそれぞれ接続されて電池容器１０の外部に露出した一対の外部端子２０と、を備えている。集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、蓄電要素３０に接続された延在部４２の接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。屈曲部４３は、図６に示すように、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂに直交しかつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面において、蓄電要素３０と反対側に円弧状の湾曲面４３ａを有している。湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の直径ｄ１は、屈曲部４３に連続する延在部４２の厚さＴ２および基部４１の厚さＴ１以上である。屈曲部４３の厚さＴ３は、延在部４２の厚さＴ２または基部４１の厚さＴ１以上である。
より具体的には、本実施形態の二次電池において、集電板４０は、基部４１の厚さＴ１と、延在部４２の厚さＴ２と、屈曲部４３の厚さＴ３とが、おおむね等しくなっている。屈曲部４３の厚さＴ３は、たとえば、延在部４２との境界Ｂ２から基部４１との境界Ｂ１まで一定である。この構成により、前述の実施形態１の二次電池１００と同様に、屈曲部４３の全体において電流分布が均一化されて発熱が抑制されるだけでなく、前述の実施形態１の二次電池１００と比較して集電板４０の体積および重量を低減し、二次電池をより小型軽量化することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供することができる。
（実施形態３）
次に、本開示の実施形態３に係る二次電池について、図１から図３を援用し、図７を用いて説明する。図７は、本開示の実施形態３に係る二次電池の図４に相当する集電板４０の断面図である。本実施形態の二次電池において、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の部分には、実施形態１に係る二次電池１００と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
次に、本開示の実施形態３に係る二次電池について、図１から図３を援用し、図７を用いて説明する。図７は、本開示の実施形態３に係る二次電池の図４に相当する集電板４０の断面図である。本実施形態の二次電池において、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の部分には、実施形態１に係る二次電池１００と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
本実施形態の二次電池は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様に、角形の電池容器１０と、その電池容器１０に収容された蓄電要素３０と、その蓄電要素３０に接続された一対の集電板４０と、その一対の集電板４０にそれぞれ接続されて電池容器１０の外部に露出した一対の外部端子２０と、を備えている。集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、蓄電要素３０に接続された延在部４２の接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。屈曲部４３は、図７に示すように、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂに直交しかつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面において、蓄電要素３０と反対側に円弧状の湾曲面４３ａを有している。湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の直径ｄ１は、屈曲部４３に連続する延在部４２の厚さＴ２および基部４１の厚さＴ１以上である。屈曲部４３の厚さＴ３は、延在部４２の厚さＴ２または基部４１の厚さＴ１以上である。
より具体的には、本実施形態の二次電池において、蓄電要素３０の反対を向く屈曲部４３の外表面４３ｂにおける湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の直径ｄ１は、蓄電要素３０に対向する屈曲部４３の内表面である円弧状の凹曲面４３ｅの曲率円Ｃ２の直径ｄ２よりも小さい。この場合、図７に示す断面において、屈曲部４３の厚さＴ３は、たとえば、屈曲部４３の内表面である凹曲面４３ｅ上の各点の接線に垂直な方向、すなわち屈曲部４３の内表面である凹曲面４３ｅの曲率円Ｃ２の径方向における屈曲部４３の寸法である。
このような構成により、前述の実施形態１の二次電池１００と同様に、屈曲部４３の全体において電流分布が均一化されて発熱を抑制することができ、集電板４０の体積および重量を低減することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供することができる。
また、本実施形態の二次電池において、集電板４０の屈曲部４３の最大厚さＴ３’は、基部４１の厚さＴ１および延在部４２の厚さＴ２よりも厚い。この構成により、前述の実施形態１の二次電池１００と比較して、屈曲部４３の電気抵抗をより低減することができる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１の二次電池１００と比較して、屈曲部４３の発熱をより抑制することができ、より大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供することができる。
（実施形態４）
次に、本開示の実施形態４に係る二次電池について、図１から図３を援用し、図８を用いて説明する。図８は、本開示の実施形態４に係る二次電池の図４に相当する集電板４０の断面図である。本実施形態の二次電池において、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の部分には、実施形態１に係る二次電池１００と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
次に、本開示の実施形態４に係る二次電池について、図１から図３を援用し、図８を用いて説明する。図８は、本開示の実施形態４に係る二次電池の図４に相当する集電板４０の断面図である。本実施形態の二次電池において、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の部分には、実施形態１に係る二次電池１００と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
本実施形態の二次電池は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様に、角形の電池容器１０と、その電池容器１０に収容された蓄電要素３０と、その蓄電要素３０に接続された一対の集電板４０と、その一対の集電板４０にそれぞれ接続されて電池容器１０の外部に露出した一対の外部端子２０と、を備えている。集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、蓄電要素３０に接続された延在部４２の接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。屈曲部４３は、図８に示すように、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂに直交しかつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面において、蓄電要素３０と反対側に円弧状の湾曲面４３ａを有している。湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の直径ｄ１は、屈曲部４３に連続する延在部４２の厚さＴ２および基部４１の厚さＴ１以上である。屈曲部４３の厚さＴ３は、延在部４２の厚さＴ２または基部４１の厚さＴ１以上である。
より具体的には、本実施形態の二次電池において、蓄電要素３０に対向する集電板４０の屈曲部４３の肉盛部４３ｄの内表面は、平坦な傾斜面４３ｆである。この場合、図８に示す断面において、屈曲部４３の厚さＴ３は、たとえば、蓄電要素３０と反対を向く屈曲部４３の外表面４３ｂ上の各点の接線に垂直な方向、すなわち湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の径方向または平坦面４３ｃの法線方向における屈曲部４３の寸法である。
このような構成により、前述の実施形態１の二次電池１００と同様に、屈曲部４３の全体において電流分布が均一化されて発熱を抑制することができ、集電板４０の体積および重量を低減することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供することができる。
また、本実施形態の二次電池において、集電板４０の屈曲部４３の最大厚さＴ３’は、基部４１の厚さＴ１および延在部４２の厚さＴ２よりも厚い。この構成により、前述の実施形態１の二次電池１００と比較して、屈曲部４３の電気抵抗をより低減することができる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１の二次電池１００と比較して、屈曲部４３の発熱をより抑制することができ、より大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供することができる。
（実施形態５）
次に、本開示の実施形態５に係る二次電池について、図１から図３を援用し、図９を用いて説明する。図９は、本開示の実施形態５に係る二次電池の図４に相当する集電板４０の断面図である。本実施形態の二次電池において、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の部分には、実施形態１に係る二次電池１００と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
次に、本開示の実施形態５に係る二次電池について、図１から図３を援用し、図９を用いて説明する。図９は、本開示の実施形態５に係る二次電池の図４に相当する集電板４０の断面図である。本実施形態の二次電池において、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の部分には、実施形態１に係る二次電池１００と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
本実施形態の二次電池は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様に、角形の電池容器１０と、その電池容器１０に収容された蓄電要素３０と、その蓄電要素３０に接続された一対の集電板４０と、その一対の集電板４０にそれぞれ接続されて電池容器１０の外部に露出した一対の外部端子２０と、を備えている。集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、蓄電要素３０に接続された延在部４２の接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。屈曲部４３は、図９に示すように、蓄電要素３０に対向する延在部４２の表面４２ｂに直交しかつ延在部４２の延在方向ＤＬに沿う断面において、蓄電要素３０と反対側に円弧状の湾曲面４３ａを有している。湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の直径ｄ１は、屈曲部４３に連続する延在部４２の厚さＴ２および基部４１の厚さＴ１以上である。屈曲部４３の厚さＴ３は、延在部４２の厚さＴ２または基部４１の厚さＴ１以上である。
より具体的には、本実施形態の二次電池において、蓄電要素３０に対向する集電板４０の屈曲部４３の肉盛部４３ｄの内表面は、蓄電要素３０へ向けて凸の円弧状の凸曲面４３ｇである。この場合、図９に示す断面において、屈曲部４３の厚さＴ３は、たとえば、蓄電要素３０と反対を向く屈曲部４３の外表面４３ｂ上の各点の接線に垂直な方向、すなわち湾曲面４３ａの曲率円Ｃ１の径方向または平坦面４３ｃの法線方向における屈曲部４３の寸法である。
このような構成により、前述の実施形態１の二次電池１００と同様に、屈曲部４３の全体において電流分布が均一化されて発熱を抑制することができ、集電板４０の体積および重量を低減することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、従来よりも小型軽量化が可能であり、かつ大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供することができる。
また、本実施形態の二次電池において、集電板４０の屈曲部４３の最大厚さＴ３’は、基部４１の厚さＴ１および延在部４２の厚さＴ２よりも厚い。この構成により、前述の実施形態１の二次電池１００と比較して、屈曲部４３の電気抵抗をより低減することができる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１の二次電池１００と比較して、屈曲部４３の全体において電流分布がより均一化されて発熱をより抑制することができ、より大電流の充放電に耐え得る二次電池を提供することができる。
以上、図面を用いて本開示に係る二次電池の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は前述の実施形態に係る二次電池に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。たとえば、延在部の厚さは、集電板の基部の厚さよりも厚くてもよい。
１０ 電池容器
１１ 電池缶
１１ａ 開口部
１２ 電池蓋
２０ 外部端子
３０ 蓄電要素
４０ 集電板
４１ 基部
４２ 延在部
４２ａ 接合部
４２ｂ 表面
４３ 屈曲部
４３ａ 湾曲面
４３ｄ 肉盛部
１００ 二次電池
Ｃ１ 曲率円
ＤＬ 延在方向
ｄ１ 直径
Ｔ１ 基部の厚さ
Ｔ２ 延在部の厚さ
Ｔ３ 屈曲部の厚さ
Ｔ３’ 屈曲部の最大厚さ
１１ 電池缶
１１ａ 開口部
１２ 電池蓋
２０ 外部端子
３０ 蓄電要素
４０ 集電板
４１ 基部
４２ 延在部
４２ａ 接合部
４２ｂ 表面
４３ 屈曲部
４３ａ 湾曲面
４３ｄ 肉盛部
１００ 二次電池
Ｃ１ 曲率円
ＤＬ 延在方向
ｄ１ 直径
Ｔ１ 基部の厚さ
Ｔ２ 延在部の厚さ
Ｔ３ 屈曲部の厚さ
Ｔ３’ 屈曲部の最大厚さ
Claims (6)
- 角形の電池容器と、該電池容器に収容された蓄電要素と、該蓄電要素に接続された一対の集電板と、該一対の集電板にそれぞれ接続され前記電池容器の外部に露出した一対の外部端子と、を備えた二次電池であって、
前記集電板は、前記外部端子に接続された基部と、該基部に交差する方向に延びる延在部と、該延在部の前記蓄電要素に接合された接合部と前記基部との間に設けられた屈曲部と、を有し、
前記屈曲部は、前記蓄電要素に対向する前記延在部の表面に直交しかつ前記延在部の延在方向に沿う断面において、前記蓄電要素と反対側に円弧状の湾曲面を有し、
前記湾曲面の曲率円の直径は、前記延在部の厚さおよび前記基部の厚さ以上であり、
前記屈曲部の厚さは、前記延在部の厚さまたは前記基部の厚さ以上であることを特徴とする二次電池。 - 前記基部の厚さは前記延在部の厚さよりも厚く、前記屈曲部の厚さは前記延在部の厚さ以上かつ前記基部の厚さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記屈曲部の最大厚さは、前記基部の厚さおよび前記延在部の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記屈曲部は、前記湾曲面と反対側に肉盛部を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記屈曲部は、前記基部と前記延在部との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記電池容器は、一端が開放された扁平角形の電池缶と、該電池缶の開口部を閉塞する長方形板状の電池蓋とを有し、
前記一対の外部端子は、前記電池蓋の外面の長手方向に離隔して配置され、前記電池蓋を貫通して前記電池容器の内部でそれぞれ前記一対の集電板の前記基部に接続され、
前記基部は、前記電池蓋の内面に沿って配置され、
前記延在部は、前記電池蓋の前記内面に直交する方向へ向けて延びていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP2018135324 | 2018-07-18 | ||
| JP2018135324 | 2018-07-18 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020530890A Active JP7065965B2 (ja) | 2018-07-18 | 2019-03-14 | 二次電池 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7065965B2 (ja) |
| WO (1) | WO2020017096A1 (ja) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2012124007A (ja) | 2010-12-08 | 2012-06-28 | Panasonic Corp | 二次電池およびその製造方法 |
| JP2013134893A (ja) | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Toyota Industries Corp | 接続構造、二次電池、及び車両 |
| WO2016047199A1 (ja) | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 角形二次電池 |
-
2019
- 2019-03-14 JP JP2020530890A patent/JP7065965B2/ja active Active
- 2019-03-14 WO PCT/JP2019/010438 patent/WO2020017096A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2012124007A (ja) | 2010-12-08 | 2012-06-28 | Panasonic Corp | 二次電池およびその製造方法 |
| JP2013134893A (ja) | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Toyota Industries Corp | 接続構造、二次電池、及び車両 |
| WO2016047199A1 (ja) | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 角形二次電池 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2020017096A1 (ja) | 2021-03-11 |
| WO2020017096A1 (ja) | 2020-01-23 |
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