JP7160435B2 - 角形二次電池及びその製造方法 - 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角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板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、
前記負極板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、
前記正極板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、
前記負極板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、
前記正極集電部材及び前記負極集電部材の少なくとも一方と、前記封口板の間に配置され、前記封口板に固定された第1絶縁部材と、
前記封口板と前記電極体の間に配置された第2絶縁部材と、を備え、
前記第2絶縁部材は前記第1絶縁部材に接続されている。
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、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ることが好ましい。
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、
前記正極板又は前記負極板に設けられたタブと、
前記タブに電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた外部端子と、
前記タブと前記外部端子を電気的に接続する集電部材と、
前記集電部材と前記封口板の間に配置され前記封口板に固定された第1絶縁部材と、
前記封口板と前記電極体の間に配置された第2絶縁部材と、を備え、
前記タブは、前記電極体における前記封口板側の端部に配置された角形二次電池の製造方法であって、
前記封口板に、前記外部端子、前記集電部材及び前記第1絶縁部材を固定する固定工程と、
前記固定工程の後、前記第1絶縁部材に前記第2絶縁部材を接続する絶縁部材接続工程を有する。
[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。
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。
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。
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。
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に係る二次電池における、第2絶縁部材280の上面(封口板2側の面)図である。
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を有する。第2絶縁部材本体部280aは、幅広部280a1と、幅広部280a1の両側に配置される一対の幅狭部280a2を有する。幅広部280a1の封口板2の短手方向に沿った幅は、幅狭部280a2の封口板2の短手方向に沿った幅よりも大きい。幅広部280a1は、封口板2に設けられたガス排出弁17と対向する位置に配置される。
特に図2に示すように、封口板2に設けられた電解液注液孔15の下方近傍に電極板のタブ(正極タブ40又は負極タブ50)が位置する場合、電解液注液孔15の下方に第2絶縁部材が配置される場合、電解液注液孔15から注液された電解液が、溝部286内を移動し、絶縁部材貫通孔285を通じて電極体3内へ注液されるようにすることが好ましい。
電極体3を構成するセパレータの封口板2側の端部と、第2絶縁部材80の間には隙間を設けることができる。即ち、電極体3を構成するセパレータの封口板2側の端部が、第2絶縁部材80と接しないようにすることができる。
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、正極活物質合剤層ないし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。
Claims (13)
- 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角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板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、
前記負極板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、
前記正極板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、
前記負極板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、
前記正極集電部材及び前記負極集電部材の少なくとも一方と、前記封口板の間に配置され、前記封口板に固定された第1絶縁部材と、
前記封口板と前記電極体の間に配置された第2絶縁部材と、を備え、
前記第2絶縁部材は前記第1絶縁部材に接続され、
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、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角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板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、
前記負極板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、
前記正極板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、
前記負極板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、
前記正極集電部材及び前記負極集電部材の少なくとも一方と、前記封口板の間に配置され、前記封口板に固定された第1絶縁部材と、
前記封口板と前記電極体の間に配置された第2絶縁部材と、を備え、
前記第2絶縁部材は、前記封口板に対向するように配置される第2絶縁部材本体部と、
前記第2絶縁部材本体部から前記封口板に向かって延びる一対の接続部を有し、
前記一対の接続部がそれぞれ前記第1絶縁部材に接続され、
前記接続部は、前記第2絶縁部材本体部から前記封口板に向かって延びる縦壁と、前記縦壁から前記第1絶縁部材側に突出する突出部を有し、
前記突出部が前記第1絶縁部材に嵌合接続され、
前記封口板には、ガス排出弁が設けられ、
前記第2絶縁部材の一部は、前記ガス排出弁と対向する角形二次電池。 - 前記接続部は、前記第2絶縁部材本体部から前記封口板に向かって延びる縦壁と、前記縦壁から前記第1絶縁部材側に突出する突出部を有し、
前記突出部が前記第1絶縁部材に嵌合接続された請求項2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角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板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、
前記負極板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、
前記正極板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、
前記負極板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、
前記正極集電部材及び前記負極集電部材の少なくとも一方と、前記封口板の間に配置され、前記封口板に固定された第1絶縁部材と、
前記封口板と前記電極体の間に配置された第2絶縁部材と、を備え、
前記第2絶縁部材は、前記封口板に対向するように配置される第2絶縁部材本体部と、
前記第2絶縁部材本体部から前記封口板に向かって延びる一対の接続部を有し、
前記一対の接続部がそれぞれ前記第1絶縁部材に接続され、
前記第2絶縁部材本体部は、前記第2絶縁部材本体部から前記封口板に向かって延びる一対の側壁を有し、
前記側壁は、前記封口板の長手方向において前記接続部から離間した位置に設けられた角形二次電池。 - 複数枚の前記正極タブからなる第1正極タブ群と、
複数枚の前記正極タブからなる第2正極タブ群と、
複数枚の前記負極タブからなる第1負極タブ群と、
複数枚の前記負極タブからなる第2負極タブ群と、を備え、
前記封口板の短手方向において、前記第1正極タブ群と前記第2正極タブ群の間、及び前記第1負極タブ群と前記第2負極タブ群の間に前記第2絶縁部材が配置された請求項1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、
前記正極板又は前記負極板に設けられたタブと、
前記タブに電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた外部端子と、
前記タブと前記外部端子を電気的に接続する集電部材と、
前記集電部材と前記封口板の間に配置され前記封口板に固定された第1絶縁部材と、
前記封口板と前記電極体の間に配置された第2絶縁部材と、を備え、
前記タブは、前記電極体における前記封口板側の端部に配置された角形二次電池の製造方法であって、
前記封口板に、前記外部端子、前記集電部材及び前記第1絶縁部材を固定する固定工程と、
前記固定工程の後、前記第1絶縁部材に前記第2絶縁部材を接続する絶縁部材接続工程を有する角形二次電池の製造方法。 - 前記絶縁部材接続工程の前に、積層された複数枚の前記タブを前記集電部材に溶接接続するタブ接続工程を有する請求項6に記載の角形二次電池の製造方法。
- 前記正極板及び前記負極板を含む第1の電極体要素と、前記正極板及び前記負極板を含む第2の電極体要素とを作製する電極体要素作製工程を備え、
前記タブ接続工程において、前記集電部材の一方側に前記第1の電極体要素を配置して、前記第1の電極体要素の前記タブを前記集電部材に接続し、前記集電部材の他方側に前記第2の電極体要素を配置して、前記第2の電極体要素の前記タブを前記集電部材に接続し、
前記タブ接続工程の後、前記第1の電極体要素と前記第2の電極体要素を纏めて、前記電極体とし、前記電極体を前記外装体に挿入する工程を有する請求項7に記載の角形二次電池の製造方法。 - 前記第1の電極体要素と前記第2の電極体要素を纏めて前記電極体とし、前記電極体を
絶縁シートで覆った後、前記絶縁シートに覆われた前記電極体を前記外装体に挿入する請求項8に記載の角形二次電池の製造方法。 - 前記第2絶縁部材は、前記封口板に対向するように配置される第2絶縁部材本体部と、前記第2絶縁部材本体部から前記封口板に向かって延びる一対の接続部を有し、
前記接続部が前記第1絶縁部材に接続される請求項6~9のいずれかに記載の角形二次電池の製造方法。 - 前記接続部は、前記第2絶縁部材本体部から前記封口板に向かって延びる縦壁と、前記縦壁から前記第1絶縁部材に向かって突出する突出部を有し、
前記突出部が前記第1絶縁部材に嵌合接続される請求項10に記載の角形二次電池の製造方法。 - 前記集電部材は、第1集電部材と第2集電部材を含み、
前記第2集電部材に前記タブを接続した後、前記封口板に固定された前記第1集電部材に前記第2集電部材を接続する工程を有する請求項6~11のいずれかに記載の角形二次電池の製造方法。 - 前記外部端子は負極外部端子であり、
前記タブは前記負極板に設けられた負極タブであり、
前記集電部材は負極集電部材であり、
さらに、前記正極板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、
前記正極板に設けられた正極タブと、
前記正極タブと前記正極外部端子とを電気的に接続する正極集電部材を備え、
前記正極タブは、前記電極体における前記封口板側の端部に配置された請求項6~12のいずれかに記載の角形二次電池の製造方法。
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