JP7171183B2 - 二次電池及びそれを用いた組電池 - 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、前記電極体を収納する外装体と、
前記開口を封口する金属製の封口板と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された端子と、を備えた二次電池であって、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子の間の導電経路には、電流遮断機構又はヒューズ部が設けられ、
前記端子は、樹脂製の絶縁部材を介して前記封口板に取り付けられており、
前記端子の少なくとも一部は前記封口板よりも電池外部側に配置され、
前記端子と前記封口板の間には電気絶縁性の耐熱層又は電気絶縁性の耐熱部材が配置されている。
二次電池が並列接続されていると、一つの二次電池の内部で正負極の短絡が生じた場合、短絡が生じた二次電池に並列接続された他の二次電池から電流が流れ込む。このため、二次電池が並列接続されている場合、二次電池が並列接続されていない場合と比較し、短絡が生じた二次電池はより高温状態となり易い。二次電池が高温状態になると、電解質の分解により電池ケース内のガス圧が上昇し、電流遮断機構が作動する。電流遮断機構が作
動すると電極体と端子の間の導電経路が切断されるため、他の二次電池から短絡が生じた二次電池への電流の流れ込みはストップされる。
また、二次電池にヒューズ部が設けられていると、一つの二次電池の内部で正負極の短絡が生じた場合、短絡電流によりヒューズ部が溶断し、電極体と端子の間の導電経路が切断される。よって、他の二次電池から短絡が生じた二次電池への電流の流れ込みはストップされる。
巻回された負極芯体露出部5は中央部から2分割され、その間に金属製の中間導電部材52が配置されている。2つの中間導電部材52は樹脂製の保持部材53により保持されている。負極集電体8、負極芯体露出部5及び中間導電部材52の接続部には溶接部(図示省略)が形成されている。
金属箔からなる正極芯体の両面に正極活物質を含む正極活物質合剤層を形成し帯状の正極板とする。正極板は、幅方向の端部に長手方向に沿って両面に正極活物質合剤層が形成されない正極芯体露出部4を有する。なお、正極芯体としてはアルミニウム箔やアルミニウム合金箔等を用いることが好ましい。正極活物質としてはリチウム遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。正極活物質合剤層は、炭素材料等からなる導電剤と、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤を含有することが好ましい。
金属箔からなる負極芯体の両面に負極活物質を含む負極活物質合剤層を形成し帯状の負極板とする。負極板は、幅方向の端部に長手方向に沿って両面に負極活物質合剤層が形成されない負極芯体露出部5を有する。なお、負極芯体としては銅箔や銅合金箔等を用いることが好ましい。負極活物質としては炭素材料やケイ素材料等を用いることが好ましい。負極活物質合剤層は、カルボキシメチルセルロース(CMC)やスチレンブタジエンゴム(SBR)等の結着剤を含有することが好ましい。
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、扁平状に成形して扁平状の電極体3とする。電極体3において、巻回軸が延びる方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部4が配置され、他方の端部に巻回された負極芯体露出部5が配置されるようにする。なお、セパレータとしては微多孔膜を用いることが好ましい。また、ポリオレフィン製のセパレータを用いることが好ましい。
図3及び図4を用いて、封口板2への正極端子7の取り付け方法、及び電流遮断機構30の作製方法及びその構成を説明する。
封口板2の正極端子取り付け孔2aの周囲の電池外部側に外部側絶縁部材10を配置する。封口板2の正極端子取り付け孔2aの周囲の電池内部側に第1絶縁部材31及び導電部材32を配置する。そして、電池外部側から正極端子7を外部側絶縁部材10の貫通孔、正極端子取り付け孔2a、第1絶縁部材31の貫通孔及び導電部材32の貫通孔に挿入する。そして、正極端子7の先端を導電部材32上にカシメる。これにより、正極端子7、外部側絶縁部材10、第1絶縁部材31及び導電部材32が封口板2に固定される。正極端子7は、封口板2よりも電池外部側に配置されるフランジ部7aと、フランジ部7aから電池内部側に延びる挿入部7bと、挿入部7bの先端側に形成されたカシメ部7cを有する。カシメ部7cを導電部材32に溶接することが好ましい。第1絶縁部材31は樹脂製の部材である。外部側絶縁部材10及び第1絶縁部材31により、封口板2と正極端子7及び導電部材32が電気的に絶縁されている。
導電部材32は、金属製のカップ状の導電部材である。導電部材32は、封口板2に対して平行に配置される領域と、筒状の領域を有する。筒状の領域は電極体3側に開口部を有する。なお、封口板2に対して平行な方向における筒状の領域の断面形状は円形であっても良いし、方形状であってもよい。
30内にガスを流し込み、各接続部のリークチェックを行うことができる。なお、端子貫通孔7dはゴム部材71により封止される。ゴム部材71の外面には金属板72が取り付けられていることが好ましい。
封口板2の負極端子取り付け孔の周囲の電池外部側に外部側絶縁部材11を配置する。封口板2の負極端子取り付け孔の周囲の電池内部側に内部側絶縁部材12及び負極集電体8を配置する。そして、電池外部側から負極端子9を外部側絶縁部材11の貫通孔、負極端子取り付け孔、内部側絶縁部材12の貫通孔及び負極集電体8の貫通孔に挿入する。そして、負極端子9の先端を負極集電体8上にカシメる。これにより、負極端子9、外部側絶縁部材11、内部側絶縁部材12及び負極集電体8が封口板2に固定される。なお、負極端子9においてカシメられた部分と負極集電体8を溶接することが好ましい。
巻回された正極芯体露出部4の両外面に正極集電体6を溶接する。また、巻回された負極芯体露出部5の両外面に負極集電体8を溶接する。
電極体3を箱状に折り曲げ成形した絶縁シート16で覆い、角形外装体1に挿入する。角形外装体1に封口板2を溶接し、角形外装体1の開口を封口板2により封口する。その後、封口板2の電解液注液孔13から電池ケース100内に電解液を注入する。その後、電解液注液孔13をブラインドリベット等からなる封止部材14で封止する。これにより角形二次電池20が完成する。
上述の実施形態に係る角形二次電池20を複数個並列接続して組電池とすることができる。図6は、並列接続された2つの角形二次電池20のユニットが、3つ直接接続された
2並列×3直列の組電池200の上面図である。各角形二次電池20の正極端子7ないし負極端子9が金属製のバスバー201により接続されている。なお、図示は省略するが、組電池200の両端にはエンドプレートを配置し、エンドプレート同士をバインドバーで接続することができる。また、隣接する角形二次電池20同士の間に絶縁シート等の絶縁スペーサを配置することができる。なお、並列接続される角形二次電池20の数は適宜変更できる。また、直列接続される並列接続された角形二次電池20のユニットの数も適宜変更できる。また、組電池が並列接続された角形二次電池20のみから構成されてもよい。
内部短絡が生じた角形二次電池20では、電池ケース100内の圧力が上昇することにより電流遮断機構30が作動する。このため、正極板と正極端子7の間の導電経路が切断され、他の角形二次電池20から内部短絡が生じた角形二次電池20への電流の流れ込みはストップされる。
図7に示すように、変形例1に係る角形二次電池では、正極端子107と封口板2の間
に電気絶縁性の耐熱部材としてのセラミック部材81が配置されている。セラミック部材81はアルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、ガラス等からなることが好ましい。
なお、封口板2に対して垂直な方向から見たとき、樹脂製の外部側絶縁部材110において、正極端子107と接する領域と封口板2と接する領域が少なくとも一部は重なるようにすることが好ましい。
図8に示すように、変形例2に係る角形二次電池では、樹脂製の外部側絶縁部材210の内部に電気絶縁性の耐熱層82が配置されている。電気絶縁性の耐熱層82としてはアルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、又はガラス等からなるセラミック層が好ましい。
変形例3に係る角形二次電池では、封口板102の表面に電気絶縁性の耐熱層83が設けられている。
変形例4に係る角形二次電池では、図10に示すように、封口板102の電池外部側には金属製の正極端子207が配置される。導電部材132は、封口板102よりも電極体3側に配置される本体部132aと、本体部132aから電池外部側に延びる挿入部132bを有する。挿入部132bの先端側は、正極端子207に設けられた貫通孔に挿入され、正極端子207上にカシメられてカシメ部132cが形成されている。
内面において、樹脂製の第1絶縁部材31を介して導電部材132の本体部132aと対向する領域には電気絶縁性の耐熱層83が設けられている。
変形例5に係る角形二次電池は、電流遮断機構を有しておらず、正極集電体にヒューズ部が設けられている。
図11に示すように、封口板2の正極端子取り付け孔2aの周囲の電池外部側に外部側絶縁部材10が配置される。封口板2の正極端子取り付け孔2aの周囲の電池内部側に内部側絶縁部材111と正極集電体106のベース部106aが配置される。外部側絶縁部材10及び内部側絶縁部材111はそれぞれ樹脂製である。正極端子307は、封口板2よりも電池外部側に配置されるフランジ部307aと、フランジ部307aから電池内部側に延びる挿入部307bを有する。挿入部307bは、電池外部側から、外部側絶縁部材10の貫通孔、正極端子取り付け孔2a、内部側絶縁部材111の貫通孔及び正極集電体106のベース部106aの貫通孔に挿入され、先端側がカシメられカシメ部307cが形成される。なお、カシメ部307cとフランジ部307aは溶接されることが好ましい。
変形例5に係る角形二次電池では、正極端子307において外部側絶縁部材10を介して封口板2と対向する領域には、電気絶縁性の耐熱層84が設けられている。このため、外部側絶縁部材10が溶融しても、正極端子307と封口板2が電気的に接続されることを抑制できる。
変形例5に係る角形二次電池では正極端子307に電気絶縁性の耐熱層84が設けられているのに対し、変形例6に係る角形二次電池では封口板102に電気絶縁性の耐熱層83が設けられている。図12に示すように、正極端子407は、フランジ部407a、挿入部407b及びカシメ部407cを有する。封口板102の外面において、外部側絶縁部材10を介して正極端子407と対向する領域には電気絶縁性の耐熱層83が設けられている。封口板102の正極端子取り付け孔102aの内面には電気絶縁性の耐熱層83が設けられている。封口板102の内面において、内部側絶縁部材111を介して正極集電体106のベース部106aと対向する領域には電気絶縁性の耐熱層83が設けられている。
変形例7に係る角形二次電池は、図13に示すように、封口板102よりも電池外部側に正極端子207が配置される。封口板102と正極端子207の間には樹脂製の外部側絶縁部材10が配置される。正極集電体306は、封口板102と電極体3の間に配置されるベース部306aと、ベース部306aから電池外部側に延びる挿入部306bを有する。挿入部306bは、樹脂製の内部側絶縁部材111の貫通孔、正極端子取り付け孔102a、外部側絶縁部材10の貫通孔、及び正極端子207の貫通孔に挿入され、正極
端子207上にカシメられ、カシメ部306cが形成されている。正極集電体306は、ベース部306aから電極体3に向かって延びるリード部306dを有する。正極集電体306は、ヒューズ部306xを有する。
正極端子と封口板の間に配置される樹脂製の外部側絶縁部材(10、110)にセラミック粒子あるいはセラミック繊維を含有させることができる。例えば、外部側絶縁部材10において正極端子7に接する面の近傍及び外部側絶縁部材10において封口板2に接する面の近傍に含まれるセラミック粒子あるいはセラミック繊維の含有割合を、外部側絶縁部材10の厚み方向の中央部に含まれるセラミック粒子あるいはセラミック繊維の含有割合よりも小さくすることが好ましい。このような構成であると、角形二次電池の密閉性が低下することをより効果的に抑制できる。
また、外部側絶縁部材10が多層構造であり、中央層にセラミック粒子あるいはセラミック繊維が含有され、両外面層にセラミック粒子あるいはセラミック繊維が含有されないようにしてもよい。あるいは、両外面層におけるセラミック粒子あるいはセラミック繊維の含有割合を、中央層におけるセラミック粒子あるいはセラミック繊維の含有割合よりも小さくしてもよい。例えば、両外面層におけるセラミック粒子あるいはセラミック繊維の含有割合が、中央層におけるセラミック粒子あるいはセラミック繊維の含有割合の1/3以下とすることが好ましく、1/5以下とすることがより好ましい。
上述の実施形態及び変形例1~8においては、正極側に電気絶縁性の耐熱層を設ける例及び電気絶縁性の耐熱部材を配置する例を示した。しかしながら、負極側に電気絶縁性の耐熱層を設けてもよいし、負極側に電気絶縁性の耐熱部材を配置してもよい。即ち、正極端子と封口板の間及び負極端子と封口板の間の少なくとも一方に樹脂製の絶縁部材が配置されており、当該絶縁部材が溶融した場合でも、正極端子-封口板-負極端子という導電経路が形成されなければよい。
介して巻回した電極体であってもよいし、複数枚の正極板と複数枚の負極板をセパレータを介して積層した積層型電極体であってもよい。また、電池ケース内に複数個の電極体が配置されていてもよい。
1・・・角形外装体
2・・・封口板
2a・・・正極端子取り付け孔
2x・・・凹部
3・・・電極体
4・・・正極芯体露出部
5・・・負極芯体露出部
6・・・正極集電体
6a・・・ベース部
6b・・・固定用開口
6c・・・薄肉部
6d・・・集電体開口
7・・・正極端子
7a・・・フランジ部
7b・・・挿入部
7c・・・カシメ部
7d・・・端子貫通孔
8・・・負極集電体
9・・・負極端子
10・・・外部側絶縁部材
11・・・外部側絶縁部材
12・・・内部側絶縁部材
13・・・電解液注液孔
14・・・封止部材
15・・・ガス排出弁
16・・・絶縁シート
30・・・電流遮断機構
31・・・第1絶縁部材
32・・・導電部材
33・・・変形板
34・・・第2絶縁部材
34a・・・固定用突起
50・・・中間導電部材
51・・・保持部材
52・・・中間導電部材
53・・・保持部材
60・・・溶接部
71・・・ゴム部材
72・・・金属板
80、82、83、84・・・電気絶縁性の耐熱層
81・・・セラミック部材
102・・・封口板
102a・・・正極端子取り付け孔
106・・・正極集電体
106a・・・ベース部
106b・・・リード部
106x・・・ヒューズ部
107・・・正極端子
107a・・・フランジ部
107b・・・挿入部
107c・・・カシメ部
107d・・・端子貫通孔
110・・・外部側絶縁部材
111・・・内部側絶縁部材
132・・・導電部材
132a・・・本体部
132b・・・挿入部
132c・・・カシメ部
200・・・組電池
201・・・バスバー
207・・・正極端子
210・・・外部側絶縁部材
306・・・正極集電体
306a・・・ベース部
306b・・・挿入部
306c・・・カシメ部
306d・・・リード部
306x・・・ヒューズ部
307・・・正極端子
307a・・・フランジ部
307b・・・挿入部
307c・・・カシメ部
407・・・正極端子
407a・・・フランジ部
407b・・・挿入部
407c・・・カシメ部
Claims (8)
- 正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収納する外装体と、
前記開口を封口する金属製の封口板と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された端子と、を備えた二次電池であって、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子の間の導電経路には、電流遮断機構又はヒューズ部が設けられ、
前記端子は、樹脂製の絶縁部材を介して前記封口板に取り付けられており、
前記端子の少なくとも一部は前記封口板よりも電池外部側に配置され、
前記端子と前記封口板の間には電気絶縁性の耐熱層又は電気絶縁性の耐熱部材が配置され、
前記耐熱層又は前記耐熱部材の融点は、前記絶縁部材の融点よりも高く、
前記封口板の表面上に突起が形成され、
前記絶縁部材は、前記耐熱層又は前記耐熱部材より前記突起に近く、
前記絶縁部材は前記突起と当接する二次電池。 - 前記電流遮断機構は、前記外装体と前記封口板により構成される電池ケースの内部の圧力が所定値以上となったときに作動する感圧式の電流遮断機構である請求項1に記載の二次電池。
- 前記耐熱層は、前記端子、前記絶縁部材および前記封口板の少なくとも一つの表面に形成された請求項1又は2に記載の二次電池。
- 前記耐熱部材は、前記端子と前記封口板の外面の間に配置された請求項1又は2に記載の二次電池。
- 前記絶縁部材は、前記端子と前記封口板の外面の間に配置される部分を有し、
前記端子の径方向において、前記耐熱部材は前記絶縁部材の外側に配置された請求項4に記載の二次電池。 - 前記耐熱層又は前記耐熱部材の400℃における抵抗率が1.0×104Ω・cm以上である請求項1~5のいずれかに記載の二次電池。
- 前記耐熱層又は前記耐熱部材の融点は、400℃以上である請求項1~6のいずれかに記載の二次電池。
- 請求項1~7のいずれかに記載された二次電池を複数個含む組電池であって、
少なくとも二つの前記二次電池が並列接続された組電池。
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