JP7118242B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本開示は、二次電池に関する。
従来から充放電を行う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に記載された角形二次電池は、扁平状の捲回群と、その捲回群に接続された集電板が絶縁保護フィルムで覆われて電池缶に収容されている。この従来の角形二次電池は、絶縁保護フィルムと集電板との間に耐熱フィルムが設けられていることを特徴としている（同文献、請求項１等を参照）。
上記従来の角形二次電池は、上記構成により、捲回群の電池缶への挿入性を低下させることなく、かつ絶縁保護フィルムの溶融を防止して絶縁信頼性を向上させることができるという優れた効果を奏することができる（同文献、第０００８段落等を参照）。
特開２０１５－１０３２７７号公報
上記従来の角形二次電池において、絶縁保護フィルムは、合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、捲回群の平坦面に沿う方向でかつ捲回群の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として捲回群の周囲に巻き付けられている（同文献、第００２２段落および図２等を参照）。
しかし、絶縁保護フィルムが巻き付けられた捲回群を電池缶へ挿入すると、絶縁保護フィルムが電池缶との接触により電池蓋側にずれて電池蓋と電池缶との間に挟み込まれるおそれがある。このような状態で電池蓋と電池缶とを溶接すると、電池蓋と電池缶との間の溶接が不十分になり、電池容器の気密性が低下するおそれがある。
本開示は、従来よりも確実に電池容器の気密性を確保することが可能な二次電池を提供する。
本開示の一態様は、正極電極と負極電極とがセパレータが介在されて捲回された捲回体と、前記正極電極と前記負極電極にそれぞれ接続された一対の集電板と、前記捲回体および前記集電板を収容する電池缶と、前記電池缶の開口部に接合された電池蓋と、前記集電板と前記電池蓋との間に配置された絶縁板と、前記電池缶の内部で前記捲回体および前記集電板を覆う絶縁シートと、各々の前記集電板に接続されるとともに前記絶縁板および前記電池蓋を貫通して前記電池蓋の外側に露出した一対の外部端子と、を備え、前記電池蓋に隣接する前記絶縁シートの端部が前記絶縁板に固定されていることを特徴とする二次電池である。
本開示の上記一態様によれば、電池蓋と電池缶との間に絶縁シートの端部が挟み込まれることを防止することができる。これにより、電池蓋と電池缶によって構成される電池容器の気密性を従来よりも確実に確保することが可能な二次電池を提供することができる。
本開示の実施形態１に係る二次電池の斜視図。 図１に示す二次電池の分解斜視図。 図２に示す二次電池の捲回体の分解斜視図。 図１に示す二次電池のIV－IV線に沿う模式的な断面図。 図１に示す二次電池のV－V線に沿う模式的な断面図。 本開示の実施形態２に係る二次電池の図４に相当する模式的な断面図。 本開示の実施形態２に係る二次電池の図５に相当する模式的な断面図。 本開示の実施形態３に係る二次電池の図４に相当する模式的な断面図。 本開示の実施形態３に係る二次電池の図５に相当する模式的な断面図。 本開示の実施形態４に係る二次電池の絶縁シートの展開図。 本開示の実施形態４に係る二次電池の図５に相当する模式的な断面図。 図１１に示す二次電池の絶縁板の近傍の拡大図。
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。図３は、図２に示す二次電池１００の捲回体３０の分解斜視図である。図４は、図１に示す二次電池１００のIV－IV線に沿う模式的な断面図である。図５は、図１に示す二次電池１００のV－V線に沿う模式的な断面図である。なお、図４および図５では、二次電池１００の各部と絶縁シート５０との位置関係を明確にするために、絶縁シート５０は破線で外形のみを示している。
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車載用の角形二次電池である。より詳細には、二次電池１００は、たとえば、角形リチウムイオン二次電池である。二次電池１００は、気密性をより確実に確保することが要求される。詳細については後述するが、本実施形態の二次電池１００は、以下の構成を特徴としている。
二次電池１００は、捲回体３０と、一対の集電板４０と、電池缶１１と、電池蓋１２と、絶縁板１４と、絶縁シート５０と、一対の外部端子２０と、を備えている。捲回体３０は、正極電極３１と負極電極３２とが、セパレータ３３，３４が介在されて捲回されている。一対の集電板４０は、正極電極３１と負極電極３２にそれぞれ接続されている。電池缶１１は、捲回体３０および集電板４０を収容している。電池蓋１２は、電池缶１１の開口部１１ａに接合されている。絶縁板１４は、集電板４０と電池蓋１２との間に配置されている。絶縁シート５０は、電池缶１１の内部で捲回体３０および集電板４０を覆っている。一対の外部端子２０は、各々の集電板４０に接続されるとともに、絶縁板１４および電池蓋１２を貫通して、電池蓋１２の外側に露出している。二次電池１００は、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが、絶縁板１４に固定されていることを特徴としている。
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の幅方向に平行なＸ軸、厚さ方向に平行なＹ軸、高さ方向に平行なＺ軸からなる三次元の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、前後などの方向は、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ず、二次電池１００の使用時の方向を限定するものでもない。
二次電池１００は、たとえば、電池容器１０と、外部端子２０と、捲回体３０と、集電板４０と、絶縁シート５０と、を備えている。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から蓄電要素である捲回体３０が内部に挿入されている。電池容器１０は、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内に注入する非水電解液としては、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用いることができる。
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、捲回体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、たとえば、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、捲回体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、捲回体３０の正極集電部３１ｃまたは負極集電部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。
捲回体３０は、たとえば、正極電極３１と、負極電極３２と、これらの電極を絶縁する絶縁体である第１のセパレータ３３および第２のセパレータ３４とを備えている。捲回体３０は、第１のセパレータ３３、正極電極３１、第２のセパレータ３４、および負極電極３２が積層され、捲回方向Ｒに捲回された構成を有する捲回電極群である。捲回体３０は、扁平な角形の電池缶１１に収容するための扁平な形状に成形され、平坦部３０ａと、その平坦部３０ａの両端に設けられた一対の湾曲部３０ｂとを有している。
平坦部３０ａにおいて、正極電極３１、負極電極３２、およびセパレータ３３，３４は、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｚ方向）におおむね平行な平面状に捲回されている。一方、湾曲部３０ｂにおいて、捲回体３０を構成する正極電極３１、負極電極３２、およびセパレータ３３，３４は、二次電池１００の幅方向、すなわち捲回軸３０Ａにおおむね平行な軸を中心とする半円筒状に湾曲して捲回されている。捲回体３０において、たとえば、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の外周にさらに第１のセパレータ３３が捲回されている。
負極電極３２は、負極集電箔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から負極集電箔３２ａが露出した部分である負極集電部３２ｃとを有している。負極電極３２の負極集電部３２ｃは、長尺帯状の負極電極３２の幅方向（Ｘ方向）、すなわち捲回体３０の捲回軸方向Ｄの一側に設けられている。負極集電箔３２ａは、たとえば約６μｍから約１２μｍの厚さの銅箔を使用することができ、好ましくは８μｍ程度の電解銅箔である。
負極合剤層３２ｂは、たとえば、負極集電箔３２ａの表裏両面に、負極集電部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が形成された負極集電箔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。負極集電箔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は、たとえば、次のように調製することができる。負極活物質である１００重量部の非晶質炭素粉末に対し、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を添加する。この混合物に、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、負極合剤のスラリーとして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、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料、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集電箔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から正極集電箔３１ａが露出した部分である正極集電部３１ｃとを有している。正極電極３１の正極集電部３１ｃは、長尺帯状の正極電極３１の幅方向（Ｘ方向）、すなわち捲回体３０の捲回軸方向Ｄにおいて、負極電極３２の負極集電部３２ｃと反対側の一側に設けられている。正極集電箔３１ａは、たとえば約１０μｍから約２０μｍの厚さのアルミニウム箔を使用することができ、好ましくは１５μｍ程度の厚さのアルミニウム箔である。
正極合剤層３１ｂは、たとえば、正極集電箔３１ａの表裏両面に、正極集電部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が形成された正極集電箔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。正極集電箔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は、たとえば、次のように調製することができる。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とを添加する。この混合物に、分散溶媒としてＮＭＰを添加して混練したものを、正極合剤のスラリーとして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、これらの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。
セパレータ３３，３４は、たとえば、多孔質のポリエチレン樹脂もしくはポリプロピレン樹脂またはそれらを複合させた樹脂によって製作され、正極電極３１と負極電極３２との間に介在してこれらを電気的に絶縁する。また、最外周に捲回された負極電極３２の外側にもセパレータ３３，３４が捲回される。図示は省略するが、捲回体３０は、負極電極３２、第１のセパレータ３３、正極電極３１、および第２のセパレータ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、正極集電箔３１ａ、負極集電箔３２ａ、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、捲回体３０は、捲回軸方向Ｄ（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。
捲回体３０において、正極電極３１の正極集電部３１ｃと負極電極３２の負極集電部３２ｃは、それぞれ、図３に示すように捲回軸方向Ｄ（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、正極集電部３１ｃ、負極集電部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、捲回軸方向Ｄ（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、それぞれ、正極集電部３１ｃ、負極集電部３２ｃの端部よりも、捲回軸方向Ｄ（Ｘ方向）における内側の位置に配置されている。そのため、正極集電部３１ｃおよび負極集電部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。
図２および図４に示すように、本実施形態の二次電池１００は、たとえば、電池蓋１２の長手方向、すなわち二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）の一端と他端に離隔して配置された一対の絶縁板１４を備えている。より詳細には、一対の絶縁板１４のうち、一方の絶縁板１４は正極外部端子２０Ｐと正極集電板４０Ｐとの間に配置され、他方の絶縁板１４は負極外部端子２０Ｎと負極集電板４０Ｎとの間に配置されている。そして、一対の絶縁板１４の間には、絶縁板１４が配置されていない空間がある。
集電板４０の基部４１は、絶縁板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、絶縁板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と絶縁板１４を介して電気的に絶縁された状態で固定され、蓋組立体としてアッセンブリ化されている。ガスケット１３および絶縁板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。
また、アッセンブリ化された蓋組立体においては、集電板４０の延在部４２の接合部４２ａが、捲回体３０の正極集電部３１ｃ、負極集電部３２ｃのそれぞれの積層部３５に接合されている。これにより、捲回体３０を構成する正極電極３１および負極電極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。捲回体３０は、集電板４０に接合されることで、集電板４０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である。また、図示は省略するが、絶縁シート５０は、たとえば、複数の部分絶縁シートを有してもよい。絶縁シート５０は、集電板４０が接合された捲回体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。絶縁シート５０は、捲回体３０および集電板４０と、電池缶１１との間に介在し、これらの間を電気的に絶縁する。
絶縁シート５０は、図４および図５に示すように捲回体３０を覆った状態で、図２に示す電池缶１１の開口部１１ａの開口縁に沿う電池缶１１の周方向において、捲回体３０を全周に亘って覆うとともに、電池缶１１の周方向の端部５０ｓ，５０ｓが重なり合う。より具体的には、絶縁シート５０は、図２に示すように平面に展開した状態で、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）すなわち捲回体３０の捲回軸３０Ａに沿う長さ５０Ｌが、電池缶１１の周方向における捲回体３０の周長よりも長くなっている。ここで、捲回体３０の周長は、正極集電部３１ｃおよび負極集電部３２ｃにそれぞれ集電板４０が接合された状態で、捲回体３０および集電板４０の外表面と、電池缶１１の周方向に沿って、捲回体３０を一周する長さである。
より具体的には、図２に示すように絶縁シート５０を平面に展開した状態で、捲回体３０の捲回軸３０Ａに沿う絶縁シート５０の長さ５０Ｌは、二次電池１００の幅方向における捲回体３０の長さ３０Ｌの二倍と、捲回体３０の平坦部３０ａの厚さ３０Ｔの二倍との合計よりも大きい。これにより、絶縁シート５０は、たとえば、図２に示す折線５０ｆに沿って折り曲げられると、図４および図５に示すように捲回体３０の全体を覆う。この状態で、絶縁シート５０は、前述の長さ５０Ｌを有することで、電池缶１１の開口部１１ａの開口縁に沿う電池缶１１の周方向において、捲回体３０を全周に亘って覆うとともに、電池缶１１の周方向の端部５０ｓ，５０ｓが重なり合う。なお、これら電池缶１１の周方向における絶縁シート５０の端部５０ｓ，５０ｓは、一対の絶縁板１４と重ならない位置に配置される。すなわち、絶縁板１４が配置されていない空間に、電池缶１１の周方向における絶縁シート５０の端部５０ｓ，５０ｓが配置される。
また、図４および図５に示す状態で、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）において、絶縁シート５０の高さ５０Ｈは、捲回体３０の一方の湾曲部３０ｂの頂点から他方の湾曲部３０ｂの頂点までの高さ３０Ｈよりも大きい。また、図４および図５に示す状態で、二次電池１００の高さ方向において、絶縁シート５０の高さ５０Ｈは、絶縁板１４の側面に対向する位置から、電池容器１０の底面１０ｂに隣接する捲回体３０の湾曲部３０ｂの頂点までの距離ｄよりも大きい。これにより、絶縁シート５０は、二次電池１００の高さ方向において、捲回体３０の一方の湾曲部３０ｂの頂点から他方の湾曲部３０ｂの頂点までの全体を覆う。また、絶縁シート５０は、電池蓋１２に隣接する捲回体３０の一方の湾曲部３０ｂの頂点から電池蓋１２へ向けて延び、電池蓋１２に隣接する端部５０ｅが、絶縁板１４の側面に対向する。
本実施形態の二次電池１００は、前述のように、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが、絶縁板１４に固定されていることを特徴としている。より具体的には、本実施形態の二次電池１００において、絶縁シート５０の端部５０ｅは、図４および図５に示すように、溶着部Ｗを介して絶縁板１４に固定されている。溶着部Ｗは、たとえば、熱可塑性の樹脂材料からなる絶縁シート５０と絶縁板１４とを密着させ、これらの少なくとも一方を樹脂材料の融点を超える温度まで加熱して加圧することで、絶縁シート５０と絶縁板１４とが一体化して接合された部分である。
図４および図５に示すように、たとえば、複数の点状の溶着部Ｗが、電池缶１１の開口部１１ａの開口縁に沿う電池缶１１の周方向に沿って間隔をあけて設けられる。より具体的には、複数の溶着部Ｗは、たとえば、図４に示すように、電池容器１０の広側面１０ｗに対向する絶縁板１４の側面に、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）に間隔をあけて設けられている。図４に示す例において、溶着部Ｗは、二次電池１００の幅方向に三箇所が等間隔に設けられている。また、複数の溶着部Ｗは、たとえば、図５に示すように、電池容器１０の狭側面１０ｎに対向する絶縁板１４の側面に、二次電池１００の厚さ方向（Ｙ方向）に間隔をあけて設けられている。図５に示す例において、溶着部Ｗは、二次電池１００の厚さ方向に三箇所が等間隔に設けられている。
なお、溶着部Ｗは、電池容器１０の狭側面１０ｎに対向する絶縁板１４の側面のみに設けられていてもよく、電池容器１０の広側面１０ｗに対向する絶縁板１４の側面のみに設けられていてもよい。また、絶縁板１４の各側面に設けられる溶着部Ｗの数は、一箇所であってもよく、二箇所または四箇所以上であってもよい。また、溶着部Ｗは、点状でなくてもよく、たとえば、絶縁板１４の各側面に沿って線状に設けられていてもよく、点状の溶着部Ｗと線状の溶着部Ｗを組み合わせてもよい。さらに、絶縁板１４の側面全体と絶縁シート５０の端部５０ｅとの間に、溶着部Ｗが形成されていてもよい。
以上のように、本実施形態の二次電池１００において、絶縁シート５０は、捲回体３０および集電板４０を覆った状態で、電池蓋１２に隣接する端部５０ｅが、たとえば溶着部Ｗを介して、絶縁板１４に固定されている。これにより、電池蓋１２と、ガスケット１３と、絶縁板１４と、一対の外部端子２０と、一対の集電板４０と、捲回体３０とによって構成された蓋組立体に、捲回体３０および集電板４０を覆う絶縁シート５０が取り付けられる。
この蓋組立体は、捲回体３０の捲回軸方向Ｄが二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）に沿うように、捲回体３０の下端の湾曲部３０ｂから、電池缶１１の開口部１１ａに挿入される。これにより、捲回体３０は、上方側の湾曲部３０ｂが電池蓋１２に対向し、下方側の湾曲部３０ｂが電池容器１０の底面１０ｂに対向した状態になる。また、電池蓋１２によって電池缶１１の開口部１１ａが閉じられる。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を構成する。その後、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と図示を省略する外部機器とを、図示を省略するバスバーおよびケーブルなどを介して接続することができる。二次電池１００は、外部機器から外部端子２０へ電力が供給されることで、集電板４０を介して外部端子２０に接続された捲回体３０の正極電極３１と負極電極３２の間に電気エネルギーが蓄積されて充電される。また、充電された二次電池１００は、電気エネルギーが蓄積された捲回体３０の正極電極３１と負極電極３２とにそれぞれ集電板４０を介して接続された一対の外部端子２０に起電力を生じさせ、外部機器へ電力を供給することができる。
以下、本実施形態の二次電池１００の作用を説明する。
本実施形態の二次電池１００は、前述のように、次の各構成を備えている。正極電極３１と負極電極３２とがセパレータ３３，３４が介在されて捲回された捲回体３０。正極電極３１と負極電極３２にそれぞれ接続された一対の集電板４０。捲回体３０および集電板４０を収容する電池缶１１。電池缶１１の開口部１１ａに接合された電池蓋１２。集電板４０と電池蓋１２との間に配置された絶縁板１４。電池缶１１の内部で捲回体３０および絶縁板１４を覆う絶縁シート５０。各々の集電板４０に接続されるとともに絶縁板１４および電池蓋１２を貫通して電池蓋１２の外側に露出した一対の外部端子２０。そして、本実施形態の二次電池１００は、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが絶縁板１４に固定されていることを特徴としている。
この構成により、前述のように二次電池１００を組み立てるときに、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが、電池蓋１２と電池缶１１との間に挟み込まれるのを防止することができる。より具体的には、二次電池１００を組み立てるときには、たとえば、前述のように、電池蓋１２と、ガスケット１３と、絶縁板１４と、一対の外部端子２０と、一対の集電板４０と、捲回体３０とを一体化させた、蓋組立体が組み立てられる。絶縁シート５０は、この蓋組立体の捲回体３０を覆うように配置され、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが絶縁板１４に固定される。そして、絶縁シート５０によって覆われた蓋組立体の捲回体３０が、下方側の湾曲部３０ｂから電池缶１１の開口部１１ａに挿入される。
このとき、捲回体３０を覆う絶縁シート５０が電池缶１１の内面に接触し、絶縁シート５０を電池蓋１２へ向けて移動させる力が作用するおそれがある。しかし、本実施形態の二次電池１００は、前述のように、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが絶縁板１４に固定されている。そのため、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが、電池蓋１２へ向けて移動することが防止され、電池蓋１２と電池缶１１との間に挟み込まれることが防止される。これにより、従来よりも確実に電池蓋１２と電池缶１１との間の溶接を行うことができ、従来よりも確実に電池容器１０の気密性を確保することができる。
また、本実施形態の二次電池１００は、前述のように、電池蓋１２の一端と他端に離隔して配置された一対の絶縁板１４を備えている。
この構成により、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅは、電池蓋１２の一端と他端で絶縁板１４に固定され、一対の絶縁板１４の間では固定されていない自由な状態になる。これにより、一対の絶縁板１４の間で、絶縁シート５０にしわができるのを防止して、絶縁シート５０の損傷を防止することができる。より具体的には、前述のように、絶縁シート５０によって覆われた捲回体３０を電池缶１１の開口部１１ａに挿入するときに、電池蓋１２の一端と他端から電池蓋１２の中央部へ向けて力が作用するおそれがある。このような場合でも、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅは、一対の絶縁板１４の間で固定されていない自由な状態であることから、比較的に自由にたわむことができ、絶縁シート５０の端部５０ｅにしわが発生するのを防止できる。
これに対し、たとえば、絶縁板１４が電池蓋１２の一端から他端まで連続し、絶縁シート５０の端部５０ｅが全周にわたって絶縁板１４の側面に固定されている場合を想定する。この場合、絶縁シート５０の端部５０ｅに対し、電池蓋１２の一端と他端から電池蓋１２の中央部へ向けて力が作用すると、絶縁シート５０の端部５０ｅが自由にたわむことができず、絶縁シート５０の端部５０ｅにしわが発生するおそれがある。このような絶縁シート５０の端部５０ｅのしわは、絶縁シート５０に作用する応力を集中させ、絶縁シート５０を損傷させるおそれがある。一方、本実施形態の二次電池１００によれば、前述のように、絶縁シート５０の端部５０ｅにしわが発生するのを防止することができ、絶縁シート５０の損傷を防止することができる。
また、本実施形態の二次電池１００において、絶縁シート５０は、前述のように、電池缶１１の開口部１１ａの開口縁に沿う電池缶１１の周方向において、捲回体３０を全周に亘って覆っている。また、絶縁シート５０は、周方向の端部５０ｓが一対の絶縁板１４と重ならない位置に配置されている。そして、この電池缶１１の周方向における絶縁シート５０の一方の端部５０ｓと他方の端部５０ｓとが重なり合っている。
この構成により、絶縁シート５０は、電池缶１１の周方向において捲回体３０の全周を覆うとともに、電池缶１１の周方向に、ある程度、自由に動くことができる。そのため、絶縁シート５０によって覆われた捲回体３０を電池缶１１の開口部１１ａに挿入するときに、たとえば、絶縁シート５０に対して電池缶１１の周方向の力が作用しても、絶縁シート５０が電池缶１１の周方向に移動して、絶縁シート５０にしわが発生するのを防止することができる。なお、十分な絶縁性を確保できれば、電池缶１１の周方向における絶縁シート５０の端部５０ｓ，５０ｓは、必ずしも重なり合っていなくてもよい。
また、本実施形態の二次電池１００において、絶縁シート５０は、複数の部分絶縁シートを有する場合がある。換言すると、絶縁シート５０は、複数の部分絶縁シートに分割される場合がある。
この場合、絶縁シート５０を構成する複数の部分絶縁シートによって、捲回体３０の全周を覆うとともに、互いに隣接する部分絶縁シートと部分絶縁シートとの間の相対的な移動が可能になる。そのため、絶縁シート５０によって覆われた捲回体３０を電池缶１１の開口部１１ａに挿入するときに、絶縁シート５０に対して力が作用しても、複数の部分絶縁シートが相対的に移動して、絶縁シート５０にしわが発生するのを防止することができる。また、各々の部分絶縁シートは、捲回体３０の一部を覆うだけでよい。そのため、一枚の絶縁シート５０によって捲回体３０の全体を覆う場合よりも、複数の部分絶縁シートによって捲回体３０の全体を容易に覆うことができる。
また、本実施形態の二次電池１００において、絶縁シート５０の端部５０ｅは、溶着部Ｗを介して絶縁板１４に固定されている。
この構成により、絶縁シート５０と絶縁板１４の少なくとも一方を加熱および加圧することによって、絶縁シート５０の端部５０ｅを絶縁板１４に固定することができる。また、溶着部Ｗを介した絶縁シート５０と絶縁板１４の接合は、別途の接合材料を必要とせず、生産性に優れている。したがって、二次電池１００の生産性を向上させ、製造コストを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、絶縁シート５０の端部５０ｅが電池缶１１と電池蓋１２との間に挟まれるのを防止し、従来よりも確実に電池容器１０の気密性を確保することが可能な二次電池１００を提供することができる。
（実施形態２）
次に、図１から図３を援用し、図６および図７を参照して、本開示の二次電池の実施形態２を説明する。図６は、本開示の実施形態２に係る二次電池１００Ａの図４に相当する模式的な断面図である。図７は、本開示の実施形態２に係る二次電池１００Ａの図５に相当する模式的な断面図である。
本実施形態の二次電池１００Ａは、絶縁シート５０の端部５０ｅが、接着部Ａを介して絶縁板１４に固定されている点で、前述の実施形態１に係る二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池１００Ａのその他の点は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の二次電池１００Ａは、絶縁シート５０の端部５０ｅが接着部Ａを介して絶縁板１４に固定されている。これにより、前述のように、二次電池１００Ａを組み立てるときに、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが、電池蓋１２と電池缶１１との間に挟み込まれるのを防止することができる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、従来よりも確実に電池容器１０の気密性を確保することが可能な二次電池１００Ａを提供することができる。
接着部Ａは、たとえば、アクリル系の接着剤または粘着剤を絶縁シート５０と絶縁板１４の少なくとも一方に塗布し、絶縁シート５０と絶縁板１４との間で乾燥または硬化させることによって形成することができる。たとえば、電池缶１１の開口部１１ａの開口縁に沿う電池缶１１の周方向において、複数の接着部Ａを間隔をあけて配置してもよいが、図６および図７に示すように、絶縁板１４の側面に沿って線状、帯状、または面状に接着部Ａを配置することが好ましい。これにより、接着部Ａによる接着面積を増加させ、絶縁シート５０の端部５０ｅを絶縁板１４に対してより強固に固定することができる。また、接着部Ａは、点状、線状、帯状、および面状の配置のうち、二以上の配置を任意に組み合わせることも可能である。
（実施形態３）
次に、図１から図３を援用し、図８および図９を参照して、本開示の二次電池の実施形態３を説明する。図８は、本開示の実施形態３に係る二次電池１００Ｂの図４に相当する模式的な断面図である。図９は、本開示の実施形態３に係る二次電池１００Ｂの図５に相当する模式的な断面図である。
本実施形態の二次電池１００Ｂは、絶縁シート５０の端部５０ｅが、粘着テープＴによって絶縁板１４に固定されている点で、前述の実施形態１に係る二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池１００Ｂのその他の点は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の二次電池１００Ｂは、絶縁シート５０の端部５０ｅが粘着テープＴによって絶縁板１４に固定されている。これにより、前述のように、二次電池１００Ｂを組み立てるときに、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが、電池蓋１２と電池缶１１との間に挟み込まれるのを防止することができる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、従来よりも確実に電池容器１０の気密性を確保することが可能な二次電池１００Ｂを提供することができる。
粘着テープＴとしては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどの樹脂基材の表面に、アクリル系の粘着層を有するものを用いることができる。粘着テープＴは、たとえば、電池容器１０の広側面１０ｗに対向する絶縁板１４の側面と、電池容器１０の狭側面１０ｎに対向する絶縁板１４の側面に貼着されている。なお、粘着テープＴは、電池容器１０の狭側面１０ｎに対向する絶縁板１４の側面のみに貼着されていてもよく、電池容器１０の広側面１０ｗに対向する絶縁板１４の側面のみに貼着されていてもよい。
また、粘着テープＴを用いることで、絶縁シート５０および絶縁板１４を加熱および加圧することなく、絶縁シート５０の端部５０ｅを絶縁板１４に固定することができる。また、粘着テープＴを用いることで、接着剤を塗布する工程および塗布した接着剤を乾燥または硬化させる工程を省略することができる。したがって、二次電池１００の製造工程を簡潔にして、二次電池１００の生産性を向上させることができる。
（実施形態４）
次に、図１から図３を援用し、図１０から図１２を参照して、本開示の二次電池の実施形態４を説明する。図１０は、本開示の実施形態４に係る二次電池１００Ｃの絶縁シート５０Ｃの展開図である。図１１は、本開示の実施形態４に係る二次電池１００Ｃの図５に相当する模式的な断面図である。図１２は、図１１に示す二次電池１００Ｃの絶縁板１４の近傍の拡大図である。
本実施形態の二次電池１００Ｃは、絶縁シート５０Ｃの端部５０ｅが、集電板４０と絶縁板１４との間または電池蓋１２と絶縁板１４との間に挟まれて、絶縁板１４に固定されている点で、前述の実施形態１に係る二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池１００Ｃのその他の点は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の二次電池１００Ｃは、図１２に示すように、絶縁シート５０Ｃの端部５０ｅが、電池蓋１２と絶縁板１４との間に挟まれて、絶縁板１４に固定されている。なお、絶縁シート５０Ｃの端部５０ｅは、集電板４０と絶縁板１４との間に挟まれて、絶縁板１４に固定されていてもよい。このような構成により、前述のように、二次電池１００Ｃを組み立てるときに、電池蓋１２に隣接する絶縁シート５０の端部５０ｅが絶縁板１４に固定され、電池蓋１２と電池缶１１との間に挟み込まれるのを防止することができる。したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、従来よりも確実に電池容器１０の気密性を確保することが可能な二次電池１００Ｃを提供することができる。
また、本実施形態の二次電池１００Ｃにおいて、絶縁シート５０Ｃは、たとえば、図１０に示すように、電池蓋１２に隣接する端部５０ｅに一対のタブ部５０ｅｔが設けられている。タブ部５０ｅｔは、絶縁シート５０の端部５０ｅのその他の部分よりも突出したタブ状に設けられている。一対のタブ部５０ｅｔは、一対の絶縁板１４に対応する間隔で設けられている。タブ部５０ｅｔの突出方向の幅は、たとえば、二次電池１００Ｃの厚さ方向（Ｙ方向）における絶縁板１４の幅におおむね等しい。また、絶縁シート５０の端部５０ｅの端縁に沿うタブ部５０ｅｔの長さは、たとえば、二次電池１００Ｃの幅方向（Ｘ方向）における絶縁板１４の長さにおおむね等しい。このような構成により、絶縁シート５０の端部５０ｅに設けられたタブ部５０ｅｔを、集電板４０と絶縁板１４との間または電池蓋１２と絶縁板１４との間に挟み込み、端部５０ｅを絶縁板１４に固定することができる。
また、本実施形態の二次電池１００Ｃにおいて、タブ部５０ｅｔは、たとえば、外部端子２０の接続部２２を挿通させる貫通孔５０ｈを有している。この構成により、タブ部５０ｅｔが集電板４０と絶縁板１４との間または電池蓋１２と絶縁板１４との間から抜け落ちることが防止され、絶縁シート５０の端部５０ｅをより確実に絶縁板１４に固定することができる。なお、タブ部５０ｅｔは、貫通孔５０ｈに代えて、外部端子２０の接続部２２を挿通させる切欠きを有してもよい。なお、タブ部５０ｅｔは、突出方向の幅が狭く、外部端子２０の接続部２２と干渉しなければ、接続部２２を挿通させる貫通孔５０ｈおよび切欠きを有しなくてもよい。
また、本実施形態の二次電池１００Ｃにおいて、絶縁シート５０の端部５０ｅは、たとえば、一対のタブ部５０ｅｔの間に凹状の切欠き部５０ｅｃを有してもよい。たとえば、一対のタブ部５０ｅｔを集電板４０と絶縁板１４との間または電池蓋１２と絶縁板１４との間に挟み込んだときに、一対のタブ部５０ｅｔの間で絶縁シート５０の端部５０ｅがたわむおそれがある。このような場合でも、一対のタブ部５０ｅｔの間の切欠き部５０ｅｃによって、絶縁シート５０の端部５０ｅを電池蓋１２から遠ざけることができる。これにより、一対のタブ部５０ｅｔの間で絶縁シート５０の端部５０ｅがたわんでも、絶縁シート５０の端部５０ｅが電池缶１１と電池蓋１２との間に挟み込まれるのを防止することができる。
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、具体的な構成はこの実施形態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。
１１ 電池缶
１１ａ 開口部
１２ 電池蓋
１４ 絶縁板
２０ 外部端子
３０ 捲回体
３１ 正極電極
３２ 負極電極
３３ セパレータ
３４ セパレータ
４０ 集電板
５０ 絶縁シート
５０ｅ 端部
５０ｓ 端部
１００ 二次電池
１００Ａ 二次電池
１００Ｂ 二次電池
１００Ｃ 二次電池
Ａ 接着部
Ｔ 粘着テープ
Ｗ 溶着部

Claims (6)

  1. 正極電極と負極電極とがセパレータが介在されて捲回された捲回体と、
    前記正極電極と前記負極電極にそれぞれ接続された一対の集電板と、
    前記捲回体および前記集電板を収容する電池缶と、
    前記電池缶の開口部に接合された電池蓋と、
    前記集電板と前記電池蓋との間に配置された絶縁板と、
    前記電池缶の内部で前記開口部の開口縁に沿う前記電池缶の周方向の全周に亘って前記捲回体および前記集電板を覆う絶縁シートと、
    各々の前記集電板に接続されるとともに前記絶縁板および前記電池蓋を貫通して前記電池蓋の外側に露出した一対の外部端子と、を備え、
    前記電池蓋に隣接する前記絶縁シートの端部が前記絶縁板に固定されており、
    前記電池蓋の一端と他端に離隔して配置された一対の前記絶縁板を備え、
    前記絶縁シートは、前記開口部の開口縁に沿う前記電池缶の周方向において、前記捲回体を覆うとともに、前記周方向の端部が一対の前記絶縁板と重ならない位置に配置されていることを特徴とする二次電池。
  2. 前記絶縁シートは、複数の部分絶縁シートを有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記絶縁シートの前記端部は、溶着部を介して前記絶縁板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  4. 前記絶縁シートの前記端部は、接着部を介して前記絶縁板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  5. 前記絶縁シートの前記端部は、粘着テープによって前記絶縁板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
  6. 前記絶縁シートの前記端部は、前記集電板と前記絶縁板との間または前記電池蓋と前記絶縁板との間に挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
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