JP7842719B2 - 二次電池および二次電池の製造方法 - Google Patents

二次電池および二次電池の製造方法

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Description

本技術は、二次電池および二次電池の製造方法に関する。
特許第4537353号公報(特許文献1)には、両端に開口部(14a,14b)を有するケース(14)に電極群(25)が収納され、開口部(14a,14b)を封口するキャッププレート(33,33’)に電極端子(21,23)を各々取り付けた角形の二次電池が示されている。
特許第4537353号公報
二次電池のエネルギー密度および信頼性を向上させることが求められている。これらの観点から、特許文献1に記載の二次電池には、依然として改善の余地がある。
本技術の目的は、エネルギー密度が高く、かつ信頼性が高い二次電池および二次電池の製造方法を提供することにある。
本技術は、以下の二次電池および二次電池の製造方法を提供する。
[1]第1電極、前記第1電極とは極性が異なる第2電極、および前記第1電極に電気的に接続された第1電極タブを含む電極体と、第1開口を有するケース本体、および前記第1開口を封口する第1封口板を含み、前記電極体を収容するケースと、前記第1電極タブに電気的に接続された第1集電部材と、前記第1集電部材に接続された第2集電部材と、前記第2集電部材に電気的に接続され、前記第1封口板上に設けられた第1電極端子とを備えた二次電池の製造方法であって、前記電極体を前記ケース本体内に挿入する工程と、前記電極体を前記ケース本体内に挿入した後に、前記第1電極タブを介して前記第1電極に電気的に接続された前記第1集電部材と、前記第1電極端子に電気的に接続された前記第2集電部材とを接合する工程とを備え、前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合する工程は、前記ケース本体と前記第1封口板との間から、前記第1集電部材および前記第2集電部材の少なくとも一方に対して高エネルギー線を照射し、前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合することを含む、二次電池の製造方法。
[2]前記ケース本体は、前記第1開口に対向する位置に第2開口を有し、前記第2開口は第2封口板により封口され、前記第2封口板上に第2電極端子が設けられ、前記電極体の前記第1封口板側の端部に前記第1電極タブが設けられ、前記電極体の前記第2封口板側の端部に前記第2電極に電気的に接続された第2電極タブが設けられ、前記第2電極タブを前記第2電極端子に電気的に接続する工程をさらに備えた、[1]に記載の二次電池の製造方法。
[3]前記電極体を前記ケース本体内に挿入する前に、前記第2封口板上に設けられた前記第2電極端子と前記第2電極タブとを電気的に接続する、[2]に記載の二次電池の製造方法。
[4]前記第2電極は、第2電極芯体と、前記第2電極芯体上に形成された第2電極活物質層とを有し、前記電極体を前記ケース本体に挿入する工程は、前記電極体の一部を前記ケース本体に挿入し、かつ、前記第2電極活物質層における前記第2開口側の端部が前記ケース本体の外部に配置された状態とする第1工程と、前記第1工程の後、前記第2電極活物質層における前記第2開口側の端部が前記ケース本体の内部に配置された状態とする第2工程とを含み、前記第1工程の後、かつ前記第2工程の前に、前記第2封口板上に設けられた前記第2電極端子と前記第2電極タブとを電気的に接続する、[2]に記載の二次電池の製造方法。
[5]前記第1電極は、第1電極芯体と、前記第1電極芯体上に形成された第1電極活物質層とを有し、前記第1電極活物質層における前記第1開口側の端部が前記ケース本体の内部に配置された状態で、前記第1集電部材と前記第2集電部材とが接合される、[1]から[4]のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
[6]前記第1封口板に対して直交する方向において、前記高エネルギー線を照射する位置と前記電極体の本体との間に樹脂部材が配置された状態で前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合する、[1]から[5]のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
[7]前記第2集電部材の厚みが前記第1集電部材の厚みよりも大きい、[1]から[6]のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
[8]前記第1集電部材は、前記第1封口板に沿って延びる第1領域と、前記第1封口板に対して交差する方向に延びる第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられた第1折り曲げ部とを有し、前記第2集電部材は、前記第1封口板に沿って延びる第3領域と、前記第1封口板に対して交差する方向に延びる第4領域と、前記第3領域と前記第4領域との間に設けられた第2折り曲げ部とを有し、前記第1領域と前記第3領域とが重ねて配置され、前記第1領域は前記第3領域よりも前記電極体側に位置し、前記第1領域に前記第1電極タブが接続され、前記第2領域と前記第4領域とが接合される、[1]から[7]のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
[9]前記第1集電部材の端部と前記第2集電部材の端部とがずれるように配置されることにより形成された前記第1集電部材と前記第2集電部材との境界に高エネルギー線を照射する、[1]から[8]のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
[10]前記第1集電部材と前記第2集電部材とが当接する当接面と、前記当接面の端部に設けられ、前記第1集電部材と前記第2集電部材とが離間する離間部とが形成され、前記離間部を介して前記当接面の端部に高エネルギー線を照射する、[1]から[8]のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
[11]前記第2集電部材における前記第1封口板との間に隙間が形成された領域に高エネルギー線を照射する、[1]から[10]のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
[12]第1電極、前記第1電極とは極性が異なる第2電極、および前記第1電極に電気的に接続された第1電極タブを含む電極体と、第1開口を有するケース本体、および前記第1開口を封口する第1封口板を含み、前記電極体を収容するケースと、前記第1電極タブに電気的に接続された第1集電部材と、前記第1集電部材に接続された第2集電部材と、前記第2集電部材に電気的に接続され、前記第1封口板上に設けられた第1電極端子とを備え、前記第1集電部材と前記第2集電部材とが当接する当接面が形成され、前記当接面の端部において前記第1集電部材と前記第2集電部材とが接合される、二次電池。
本技術によれば、エネルギー密度が高く、かつ信頼性が高い二次電池および二次電池の製造方法を提供することができる。
実施の形態1に係る二次電池の構成を示す正面図である。 図1に示す二次電池を矢印II方向からみた状態を示す図である。 図1に示す二次電池を矢印III方向からみた状態を示す図である。 図1に示す二次電池を矢印IV方向からみた状態を示す図である。 図1に示す二次電池を矢印V方向からみた状態を示す図である。 図1に示す二次電池の正面断面図である。 負極板が成形される前の負極原板を示す正面図である。 図7に示す負極原板のVIII-VIII断面図である。 負極原板から形成された負極板を示す正面図である。 正極板が成形される前の正極原板を示す正面図である。 図10に示す正極原板のXI-XI断面図である。 正極原板から形成された正極板を示す正面図である。 図1に示す二次電池のXIII-XIII断面図である。 図1に示す二次電池のXIV-XIV断面図である。 実施の形態1に係る二次電池の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態1に係る二次電池が備える2つの電極体が重なる前の状態を示す斜視図である。 図16に示す電極体および集電体のXVII-XVII断面図である。 電極体にホルダおよびスペーサが取り付けられた状態を示す斜視図である。 負極側の集電体に封口板が取り付けられた状態を示す斜視図である。 図19に示す電極体および集電体のXX-XX断面図である。 ケース本体に電極体を挿入している状態を示す斜視図である。 正極側の集電体に封口板が取り付けられた状態を示す斜視図である。 図22に示す電極体および集電体のXXIII-XXIII断面図である。 図22に示す集電体を矢印XXIV方向からみた状態を示す図である。 図24に示す集電体のXXV-XXV断面図である。 実施の形態1に係る二次電池の構成を示す斜視図である。 実施の形態2に係る二次電池の構成を示す断面図である。 実施の形態3に係る二次電池が備える集電体の構成を示す斜視図である。 図28に示す集電体のXXIX-XXIX断面図である。 実施の形態4に係る二次電池が備える集電体の構成を示す斜視図である。 図30に示す集電体のXXXI-XXXI断面図である。 実施の形態5に係る二次電池が備える集電体の構成を示す斜視図である。 図32に示す集電体のXXXIII-XXXIII断面図である。 実施の形態6に係る二次電池が備える集電体の構成を示す斜視図である。 図34に示す集電体のXXXV-XXXV断面図である。 実施の形態7に係る二次電池が備える集電体の構成を示す断面図である。
以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
なお、本明細書において、「備える(comprise)」および「含む(include)」、「有する(have)」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。
また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め45°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、1つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向(たとえば機構全体を上下反転させる等)により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。
本明細書において、「二次電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池およびナトリウムイオン電池などの他の二次電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。
なお、図面においては、二次電池が備える電極体の巻回軸に沿う方向をX方向、X方向から見て電極体の短手方向をY方向、X方向から見て電極体の長手方向をZ方向とする。また、発明の理解を容易にするため、図面における各構成の寸法は実寸法から変更して示している箇所がある。
本願明細書においては、第1の方向(X方向)を二次電池ないしケース本体の「幅方向」と称し、同じく第2の方向(Y方向)を二次電池ないしケース本体の「厚み方向」と称し、同じく第3の方向(Z方向)を二次電池ないしケース本体の「高さ方向」と称する場合がある。
(実施の形態1)
以下、実施の形態1に係る二次電池1について説明する。
(電池の全体構成)
図1は、本実施の形態に係る二次電池1の正面図である。図2ないし図5は、各々、図1に示す二次電池1を矢印II方向、矢印III方向、矢印IV方向、矢印V方向からみた状態を示す図である。図6は、図1に示す二次電池1の正面断面図である。
二次電池1は、電気自動車(BEV:Battery Electric Vehicle)、プラグインハイブリッド車(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、およびハイブリッド車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)などに搭載可能である。ただし、二次電池1の用途は、車載用に限定されるものではない。
図1ないし図6に示すように、二次電池1は、ケース100と、電極体200と、電極端子300と、集電体400とを含む。ケース100は、ケース本体110と、封口板120と、封口板130とを含む。
二次電池1を含む組電池を構成するときは、複数の二次電池1が、それらの厚み方向に積層される。積層された二次電池1は、拘束部材により積層方向(Y方向)に拘束されて電池モジュールとされてもよいし、拘束部材を用いることなく、電池パックのケースの側面に組電池が直接的に支持されてもよい。
ケース本体110は、筒状、好ましくは角筒状の部材からなる。これにより、角形の二次電池1が得られる。ケース本体110は、金属製である。具体的には、ケース本体110は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄または鉄合金などにより構成されている。
図1,図2に示すように、ケース本体の両端部に封口板120(第2壁)および封口板130(第1壁)が各々設けられる。ケース本体110は、たとえば、曲げ加工を施した板状部材の端辺どうしを当接させ(図2に例示する接合部115)、互いに接合(たとえばレーザ溶接)することで、角筒状に形成され得る。「角筒状」の角部はR形状を有してもよい。
本実施の形態において、ケース本体110は、二次電池1の幅方向(X方向)において、二次電池1の厚み方向(Y方向)および高さ方向(Z方向)よりも長く形成される。ケース本体110のX方向の寸法(幅)は、好ましくは30cm以上程度である。これにより、比較的大型(高容量)の二次電池1を構成することができる。ケース本体110のZ方向の寸法(高さ)は、好ましくは20cm以下程度であり、より好ましくは15cm以下程度であり、さらに好ましくは10cm以下程度である。これにより、比較的高さの低い(低ハイト)の二次電池1を構成することができ、たとえば車両への搭載性が向上する。
ケース本体110は、一対の第1側面部111と、一対の第2側面部112とを含む。一対の第1側面部111は、ケース100の側面の一部を構成している。一対の第2側面部112は、ケース100の底面部および上面部を構成している。一対の第1側面部111および一対の第2側面部112の各々は、互いに交差するように設けられている。一対の第1側面部111および一対の第2側面部112は、各々の端部において接続されている。一対の第1側面部111の各々は、一対の第2側面部112の各々より面積が大きいことが望ましい。
図5に示すように、一対の第2側面部112のうちの一方の第2側面部112Aには、ガス排出弁150が設けられている。ガス排出弁150は、二次電池1の幅方向(X方向)に延びている。ガス排出弁150は、X方向におけるケース本体110の中央から両端に達しない程度に、X方向に延びている。ガス排出弁150は適宜変更され得る。
ガス排出弁150における板状部材の厚みは、ケース本体110のガス排出弁150以外の板状部材の厚みに比較して薄肉である。これにより、ガス排出弁150は、ケース100内の圧力が所定値以上になったときに、ケース本体110のうちの他の部分に比べて優先的に破断し、ケース100内のガスを外部に排出する。
図2に示すように、一対の第2側面部112のうちの他方の第2側面部112Bには、接合部115が形成されている。接合部115は、二次電池1の幅方向(X方向)に延びている。接合部115において、ケース本体110を構成する板状部材の端辺どうしが接合されている。
図3に示すように、ケース本体110の第1の方向(X方向)における第1の側の端部には、開口113(第2開口)が設けられている。開口113は、封口板120により封口される。開口113に接合部115が形成されて、開口113が封口される。開口113および封口板120は、Y方向が短手方向、Z方向が長手方向となる略矩形形状を有する。なお、略矩形形状には、矩形形状、または矩形形状の角部がR化されたもの等の実質的に矩形形状のものが含まれる。
封口板120(第2封口板)上には、負極端子301が設けられる。負極端子301の位置は適宜変更され得る。
図4に示すように、ケース本体110の第1の方向(X方向)における第1の側と反対側の第2の側の端部には、開口114(第1開口)が設けられる。すなわち、開口114は、開口113とは反対側の端部に位置し、開口113,114は互いに対向する。開口114は、封口板130により封口される。開口114に接合部115が形成されて、開口114が封口される。開口114および封口板130は、Y方向が短手方向、Z方向が長手方向となる略矩形形状を有する。
封口板130(第1封口板)上には、正極端子302と、注液孔134とが設けられる。正極端子302および注液孔134の位置は適宜変更され得る。
封口板120および封口板130は、金属製である。具体的には、封口板120および封口板130は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄または鉄合金などにより構成されている。
負極端子301(第2電極端子)は、電極体200の負極に電気的に接続される。負極端子301は、封口板120、すなわちケース100に取り付けられる。
正極端子302は、電極体200の正極に電気的に接続される。正極端子302は、封口板130、すなわちケース100に取り付けられる。
負極端子301(第1電極端子)は、導電性素材(より具体的には金属)により構成され、たとえば銅または銅合金などにより構成され得る。負極端子301の外側表面部分にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部分ないし層を設けてもよい。
正極端子302は、導電性素材(より具体的には金属)により構成され、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金などにより構成され得る。
注液孔134は、封止部材(図示せず)により封止される。封止部材としては、たとえばブラインドリベットおよびその他の金属部材を用いることができる。
電極体200は、後述する正極板および負極板を有する扁平形状の電極体である。具体的には、電極体200は、図示しない帯状のセパレータを介して帯状の正極板および帯状の負極板がともに巻回された巻回型電極体である。ただし、本明細書において「電極体」は巻回型電極体に限定されず、複数枚の正極板と複数枚の負極板とが交互に積層された積層型電極体であってもよい。帯状のセパレータは、たとえばポリオレフィン性の微多孔膜により構成することができる。電極体が複数の正極板と複数の負極板を含み、各正極板に設けられた正極タブが積層されて正極タブ群を構成してもよく、各負極板に設けられた負極タブが積層されて負極タブ群を構成してもよい。なお、電極体200は、複数の巻回型電極体を含んでもよく、あるいは、複数の積層型電極体を含んでもよい。
図6に示すように、ケース100は、電極体200を収容する。図6においては、後述する第1電極体201について例示する。第1電極体201は、その巻回軸がX方向と平行になるようにケース100内に収容される。
具体的には、ケース100内に配置された後述の絶縁シート700の内側に、単数または複数の巻回型電極体が図示しない電解液(電解質)とともに収容されている。電解液(非水電解液)としては、たとえば、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、およびジエチルカーボネート(DEC)とを、体積比(25℃)30:30:40の割合で混合した非水溶媒に、LiPFを1.2モル/Lの濃度で溶解させたものを用いることができる。なお、電解液に代えて、固体電解質が用いられてもよい。
第1電極体201は、本体部(正極板と負極板とがセパレータを介して積層された部分)と、負極タブ群220(第2電極タブ群)と、正極タブ群250(第1電極タブ群)とを含む。
本体部は、後述する負極板210および正極板240により構成されている。負極タブ群220は、本体部に対して第1の方向(X方向)における第1電極体201の第1の側の端部に位置する。本実施の形態における第1の側は、封口板120側である。正極タブ群250は、本体部に対して第1の方向(X方向)における第1電極体201の第2の側の端部に位置する。本実施の形態における第2の側は、封口板130側である。
負極タブ群220および正極タブ群250は、電極体200の中央部分から各々封口板120または封口板130に向かって突出するように形成される。
集電体400は、負極集電体400Aと正極集電体400Bとを含む。負極集電体400Aおよび正極集電体400Bは、各々板状部材からなる。電極体200は、集電体400を介して負極端子301および正極端子302に電気的に接続される。
負極集電体400Aは、樹脂製の絶縁部材を介して、封口板120上に配置されている。負極集電体400Aは、負極タブ群220および負極端子301に電気的に接続される。負極集電体400Aは、導電性素材(より具体的には金属)により構成され、たとえば銅または銅合金などにより構成され得る。なお、負極集電体400Aの詳細については後述する。
正極集電体400Bは、樹脂製の絶縁部材を介して、封口板130上に配置されている。正極集電体400Bは、正極タブ群250および正極端子302に電気的に接続される。正極集電体400Bは、導電性素材(より具体的には金属)により構成され、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金などにより構成され得る。なお、正極タブ群250を直接、または正極集電体400Bを介して封口板130に電気的に接続してもよい。この場合、封口板130が正極端子302の役割を果たしてもよい。また、正極集電体400Bの詳細については後述する。
(電極体200の構成)
図7は、負極板210が成形される前の負極原板210Sを示す正面図であり、図8は、図7に示す負極原板210SのVIII-VIII断面図であり、図9は、負極原板210Sから形成された負極板210を示す正面図である。
負極板210は、負極原板210Sを加工することにより製造される。図7および図8に示すように、負極原板210Sは、負極芯体211(第2電極芯体)と、負極活物質層212とを含む。負極芯体211は、銅箔または銅合金箔である。
負極芯体211には、両面の一方側の端部を除いて負極活物質層212が形成されている。負極活物質層212は、負極活物質層スラリーをダイコータによって塗布することにより形成される。
負極活物質層スラリーは、負極活物質としての黒鉛、結着材としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース(CMC)、および、分散媒としての水を、黒鉛:SBR:CMCの質量比が約98:1:1となるように混練することによって作製される。
負極活物質層スラリーが塗布された負極芯体211を乾燥させ、負極活物質層スラリーに含まれる水を除去することにより、負極活物質層212が形成される。さらに、負極活物質層212を圧縮することにより、負極芯体211および負極活物質層212を含む負極原板210Sが形成される。負極原板210Sを所定の形状に切断することにより、負極板210が成形される。負極原板210Sは、エネルギー線の照射によるレーザ加工、金型加工、または、カッター加工などにより切断することができる。
図9に示すように、負極原板210Sから成形された負極板210の幅方向の一方端部には、負極芯体211からなる負極タブ230(第2電極タブ)が複数設けられている。負極板210を巻回したとき、複数の負極タブ230が積層されて負極タブ群220となる。これにより、負極タブ群220は、負極板210に接続された状態となる。複数の負極タブ230の各々の位置および突出方向の長さは、負極タブ群220が負極集電体400Aに接続される状態を考慮して適宜調整される。なお、負極タブ230の形状は図8に例示するものに限定されない。
図10は、正極板240が成形される前の正極原板240Sを示す正面図であり、図11は、図10に示す正極原板240SのXI-XI断面図であり、図12は、正極原板240Sから形成された正極板240を示す正面図である。
第2電極である正極板240は、第1電極である負極板210と異なる極性を有している。正極板240は、正極原板240Sを加工することにより製造される。図10および図11に示すように、正極原板240Sは、正極芯体241(第1電極芯体)と、正極活物質層242と、正極保護層243とを含む。正極芯体241は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔である。
正極芯体241には、両面の一方側の端部を除いて正極活物質層242が形成されている。正極活物質層242は、正極活物質層スラリーをダイコータによって塗布することにより正極芯体241上に形成される。
正極活物質層スラリーは、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、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電材としての炭素材料、および、分散媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物:PVdF:炭素材料の質量比が約97.5:1:1.5となるように混練することによって作製される。
正極保護層243は、正極芯体241に接し、正極活物質層242の幅方向の一方側の端部に形成されている。正極保護層243は、正極保護層スラリーをダイコータによって塗布することにより正極芯体241上に形成される。正極保護層243は、正極活物質層242の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有する。
正極保護層スラリーは、アルミナ粉末、導電材としての炭素材料、結着材としてのPVdF、および、分散媒としてのNMPを、アルミナ粉末:炭素材料:PVdFの質量比が約83:3:14となるように混練することによって作製される。
正極活物質層スラリーおよび正極保護層スラリーが塗布された正極芯体241を乾燥させ、正極活物質層スラリーおよび正極保護層スラリーに含まれるNMPを除去することにより、正極活物質層242および正極保護層243が形成される。さらに、正極活物質層242を圧縮することにより、正極芯体241、正極活物質層242および正極保護層243を含む正極原板240Sが形成される。正極原板240Sを所定の形状に切断することにより、正極板240が成形される。正極原板240Sは、エネルギー線の照射によるレーザ加工、金型加工、または、カッター加工などにより切断することができる。
図12に示すように、正極原板240Sから成形された正極板240の幅方向の一方端部には、正極芯体241からなる正極タブ260(第1電極タブ)が複数設けられている。正極板240を巻回したとき、複数の正極タブ260が積層されて正極タブ群250となる。これにより、正極タブ群250は、正極板240に接続された状態となる。複数の正極タブ260の各々の位置および突出方向の長さは、正極タブ群250が正極集電体400Bに接続される状態を考慮して適宜調整される。なお、正極タブ260の形状は図12に例示するものに限定されない。
複数の正極タブ260の各々の根元には、正極保護層243が設けられている。正極タブ260の根元に必ずしも正極保護層243が設けられていなくてもよい。
典型的な例では、負極タブ230(1枚)の厚みは、正極タブ260(1枚)の厚みよりも小さい。この場合、負極タブ群220の厚みは、正極タブ群250の厚みよりも小さい。
(電極体200と集電体400との接続構造)
図13は、図1に示す二次電池のXIII-XIII断面図である。図13に示すように、電極体200は、第1電極体201および第2電極体202を含んでいる。第1電極体201および第2電極体202の各々は、正極(第1電極)および負極(第2電極)を含んでいる。なお、電極体200は3つ以上の電極体により構成されてもよい。
電極体200は、第1電極体201および第2電極体202を重ねることによって形成されている。第1電極体201および第2電極体202は、第1電極体201および第2電極体202の厚み方向(Y方向)に並んでいる。
第1電極体201は、負極タブ群220を含んでいる。負極タブ群220は、X方向における第1の端部205において集電体410(負極集電体)に電気的に接続されている。第2電極体202は、負極タブ群270を含んでいる。負極タブ群270は、X方向における第3の端部207において集電体430(負極集電体)に電気的に接続されている。
負極タブ群220は、湾曲部221と、先端部222とを有している。湾曲部221は、先端部222に対して、第1電極が接続される側において負極タブ群220が湾曲している部分である。先端部222は、負極タブ群220のうちの第1電極が接続される側とは反対側の端部に位置する部分である。
負極タブ群270は、湾曲部271と、先端部272とを有している。湾曲部271は、先端部272に対して、第1電極が接続される側において負極タブ群270が湾曲している部分である。先端部272は、負極タブ群270のうちの第1電極が接続される側とは反対側の端部に位置する部分である。
負極タブ群220および負極タブ群270の各々は、先端部222,272が互いに近づくように、相反する方向に湾曲している。なお、本実施の形態においては、先端部222,272は、離間しているが、この構成に限定されず、先端部222,272どうしが接触していてもよい。
負極集電体400Aは、負極端子301と負極タブ群220および負極タブ群270とを電気的に接続する。本実施の形態における負極集電体400Aは、電極体200と封口板120との間において負極端子301と接続されている。
負極集電体400Aは、集電体410および集電体430(第3集電部材)と、集電体440(第4集電部材)とを含んでいる。
集電体410は、板状部材である。集電体410は、Z方向に長手方向を有し、Y方向に短手方向を有している。集電体430は、板状部材である。集電体430は、Z方向に長手方向を有し、Y方向に短手方向を有している。集電体410および集電体430は、X方向において並列に並んでいる。このように、集電体410および集電体430は、別々の部品により構成されている。
負極タブ群220は、後述する接合箇所411において集電体410に接合されている。負極タブ群270は、後述する接合箇所431において集電体430に接合されている。接合箇所411,431は、たとえば超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接、カシメ等により形成し得る。本実施の形態において、負極タブ群220および集電体410、ならびに負極タブ群270および集電体430は、たとえば超音波接合により接合される。
集電体440は、Z方向の端部に位置する接合箇所(不図示)において、集電体410および集電体430に接合されている。集電体440は、負極端子301に接続されている。集電体440と負極端子301との接続は、たとえばカシメおよび/または溶接により形成し得る。
負極端子301は、封口板120の外側に露出し、かつ、封口板120の内面側に設けられた負極集電体400Aの集電体440に達するように設けられる。負極端子301は、板状部材303に接続されている。
板状部材303は、封口板120の外側に位置している。板状部材303は、封口板120に沿うように配置されている。板状部材303は、導電性を有している。板状部材303は、二次電池1と隣接する他の二次電池とを電気的に接続するバスバー等との接続面積を確保するなどのために配置される。負極端子301と板状部材303との接続は、たとえばレーザ溶接などによって形成し得る。
板状部材303と封口板120との間には、絶縁部材510が配置される。負極端子301と封口板120との間には、絶縁部材520が配置される。集電体440と封口板120との間には、絶縁部材530が配置される。
ただし、負極端子301は封口板120に電気的に接続されていてもよい。また、封口板120が負極端子301の役割を果たしてもよい。
封口板120と電極体200の本体部(負極タブ群220は含まれない。)との間には、スペーサ600が配置されている。スペーサ600は、絶縁性を有する樹脂部材により構成されている。スペーサ600は、第1部品610と、第2部品620とを含む。第1部品610および第2部品620は、Z方向の両端における係合部(不図示)において互いに係合している。
第1部品610および第2部品620は、X方向における電極体200側の端部側において、Y方向に突出している。これにより、スペーサ600は、湾曲部221,271を湾曲させる際に、湾曲部221,271が湾曲しやすいようにガイドの役割を果たす。
電極体200とケース本体110との間には、樹脂製の絶縁シート700(電極体ホルダ)が配置される。絶縁シート700は、たとえば樹脂により構成し得る。より具体的には、絶縁シート700の材質は、たとえば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリイミド(PI)またはポリオレフィン(PO)である。
図14は、図1に示す二次電池のXIV-XIV断面図である。本実施の形態における二次電池1の正極側における電極体200と集電体400との接続構造は、負極側における集電体410および集電体430に相当する部分が一部品により構成されていることが、負極側の構成と異なる。
第1電極体201は、正極タブ群250を含んでいる。正極タブ群250は、X方向における第2の端部206において集電体420(正極集電体)に電気的に接続されている。第2電極体202は、正極タブ群280を含んでいる。正極タブ群280は、X方向における第4の端部208において集電体420(正極集電体)に電気的に接続されている。
正極タブ群250は、湾曲部251と、先端部252とを有している。湾曲部251は、先端部252に対して、第2電極が接続される側において正極タブ群250が湾曲している部分である。先端部252は、正極タブ群250のうちの第2電極が接続される側とは反対側の端部に位置する部分である。
正極タブ群280は、湾曲部281と、先端部282とを有している。湾曲部281は、先端部282に対して、第2電極が接続される側において正極タブ群280が湾曲している部分である。先端部282は、正極タブ群280のうちの第2電極が接続される側とは反対側の端部に位置する部分である。
正極タブ群250および正極タブ群280の各々は、先端部252,282が互いに近づくように、相反する方向に湾曲している。なお、本実施の形態においては、先端部252,272は、離間しているが、この構成に限定されず、先端部252,282どうしが接触していてもよい。
正極集電体400Bは、正極端子302と正極タブ群250および正極タブ群280とを電気的に接続する。本実施の形態における正極集電体400Bは、電極体200と封口板130との間において正極端子302と接続されている。
正極集電体400Bは、集電体420(第1集電部材)と、集電体450(第2集電部材)とを含んでいる。
集電体420は、板状部材である。集電体420は、Z方向に長手方向を有し、Y方向に短手方向を有している。集電体420は、一体の1つの部品により構成されている。
正極タブ群250と正極タブ群280とは、後述する接合箇所421において1つの部品により構成される集電体420に接合されている。接合箇所421は、たとえば超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接、カシメ等により形成し得る。本実施の形態において、正極タブ群250および正極タブ群280と集電体420とは、たとえば超音波接合により接合される。
集電体450は、Z方向の端部に位置する接合箇所(不図示)において、集電体420に接合されている。集電体450は、正極端子302に接続されている。集電体450と正極端子302との接続は、たとえばカシメおよび/または溶接により形成し得る。
正極端子302は、封口板130の外側に露出し、かつ、封口板130の内面側に設けられた正極集電体400Bの集電体450に達するように設けられる。正極端子302は、板状部材304に接続されている。
板状部材304は、封口板130の外側に位置している。板状部材304は、封口板130に沿うように配置されている。板状部材304は、導電性を有している。板状部材304は、二次電池1と隣接する他の二次電池とを電気的に接続するバスバー等との接続面積を確保するなどのために配置される。正極端子302と板状部材304との接続は、たとえばレーザ溶接などによって形成し得る。
板状部材304と封口板130との間には、絶縁部材510が配置される。正極端子302と封口板130との間には、絶縁部材520が配置される。集電体450と封口板130との間には、絶縁部材530が配置される。
ただし、正極端子302は封口板130に電気的に接続されていてもよい。また、封口板130が正極端子302の役割を果たしてもよい。
封口板130と電極体200の本体部(正極タブ群250,280は含まれない。)との間には、スペーサ600が配置されている。スペーサ600は、絶縁性を有する樹脂部材により構成されている。スペーサ600は、第1部品610と、第2部品620とを含む。第1部品610および第2部品620は、Z方向の両端における係合部(不図示)において互いに係合している。
第1部品610および第2部品620は、X方向における電極体200側の端部側において、Y方向に突出している。これにより、スペーサ600は、湾曲部251,281を湾曲させる際に、湾曲部251,281が湾曲しやすいようにガイドの役割を果たす。
電極体200とケース本体110との間には、樹脂製の絶縁シート700(電極体ホルダ)が配置される。
(二次電池1の製造工程)
以下、本実施の形態に係る二次電池の製造方法について説明する。図15は、実施の形態1に係る二次電池の製造方法を示すフローチャートである。図16は、実施の形態1に係る二次電池が備える2つの電極体が重なる前の状態を示す斜視図である。図17は、図16に示す電極体および集電体のXVII-XVII断面図である。
図15に示すように、本実施の形態に係る二次電池の製造方法においては、まず、第1電極体201および第2電極体202を作製する(S1工程)。負極タブ群220、正極タブ群250、負極タブ群270および正極タブ群280の各々は、先端の長さが束ねたときに同じ長さになるように先端の一部が切断される。
図15~図17に示すように、第1電極体201および第2電極体202を作製した後に、集電体410に負極タブ群220を接合する(S2工程)。負極タブ群220は、接合箇所411において、集電体410に接合される。次に、集電体430に負極タブ群270を接合する(S3工程)。負極タブ群270は、接合箇所431において、集電体430に接合される。
次に、第1電極体201、集電体420および第2電極体202をこの順で第1の方向(DR1方向)に並べて配置する。集電体420の第1の方向(DR1方向)の一方側に正極タブ群250を配置する。集電体420の第1の方向(DR1方向)の他方側に正極タブ群280を配置した状態で、集電体420に正極タブ群250および正極タブ群280を接合する(S4工程)。正極タブ群250および正極タブ群280は、接合箇所421において、集電体420に接合される。
第1電極体201および第2電極体202の高さ方向において、集電体410、集電体420および集電体430は、第1電極体201および第2電極体202の中央よりも一方側に偏って配置されている。これにより、集電体を短く構成することができるため、集電体を小型にすることができる。
なお、集電体410、集電体420および集電体430は、この構成に限定されない。集電体410、集電体420および集電体430は、第1電極体201および第2電極体202の高さ方向において、第1電極体201および第2電極体202の中央に配置されてもよい。この場合、第1電極体201および第2電極体202の高さ方向において、集電体410、集電体420および集電体430に合わせて、負極タブ群220、正極タブ群250、負極タブ群270および正極タブ群280の各々が第1電極体201および第2電極体202の中央に配置される。
また、第1電極体201および第2電極体202に対して、集電体410、集電体420および集電体430の各々を接合する工程の順番は、上記に限定されず、順番が変わってもよい。第1電極体201および第2電極体202に対して、集電体410および集電体430の各々を接合する工程は、後述する第1電極体201および第2電極体202を重ね合わせる工程の前に行なうことが好ましく、第1電極体201および第2電極体202に対して集電体420を接合する工程の前に行なうことが好ましい。
次に、正極タブ群250および正極タブ群280を集電体420に接合した後に、第1電極体201および第2電極体202の厚み方向(図16および図17のDR1方向に直交する方向)において、正極タブ群250および正極タブ群280を折り曲げて、第1電極体201および第2電極体202を重ね合わせる(S5工程)。つまり、第1電極体201および第2電極体202を纏める。
「第1電極体および第2電極体を重ね合わせる」とは、第1電極体および第2電極体が直接重ね合わされてもよいし、第1電極体および第2電極体の間に他の部材が配置されていてもよい。また、第1電極体および第2電極体がテープ等により固定していてもよいし、固定されていなくてもよい。さらに、第1電極体、集電体および第2電極体は、第1の方向(DR1方向)に直線上に配置されていなくてもよく、集電体に対して、第1電極体または第2電極体が第1の方向(DR1方向)に対して傾斜していてもよい。
正極タブ群250および正極タブ群280は、互いの先端部が向かい合うように折り曲げられる。また、負極タブ群220および負極タブ群270も、互いの先端部が向かい合うように折り曲げられる。
図15および図18は、電極体にホルダおよびスペーサが取り付けられた状態を示す斜視図である。図18に示すように、次に、電極体200にスペーサ600および絶縁シート700を組み付ける(S6工程)。
なお、絶縁シート700は、必ずしも電極体200の全面を覆う必要はない。絶縁シート700は、好ましくは電極体の外表面の50%以上程度、より好ましくは70%以上程度の面積を覆う。絶縁シート700は、略直方体状(扁平形状)の電極体200の6面のうち、少なくとも負極タブ群220および正極タブ群250が各々形成された2面以外の4面の全体を覆うことが好ましい。
図19は、負極側の集電体に封口板120が取り付けられた状態を示す斜視図である。図20は、図19に示す電極体および集電体のXX-XX断面図である。
図15、図19および図20に示すように、負極タブ群220を集電体410に接合し、負極タブ群270を集電体430に接合し、および第1電極体201および第2電極体202を重ね合わせた後に、集電体410および集電体430を、集電体440を介して負極端子301に電気的に接続する(S7工程)。なお、S6工程の前に、S7工程を行うこともできる。
具体的には、負極タブ群220および負極タブ群270は、先端部222,272どうしが互いに向かい合うように折り曲げられる。
封口板120に絶縁部材を介して負極端子301および集電体440を取り付ける。集電体440を集電体410および集電体430にX方向において当接させる。なお、負極端子301への板状部材303の接続は、いずれのタイミングでもよい。集電体440と集電体410および集電体430とを封口板120と絶縁シート700との間からレーザ溶接することによって接合する。
図21は、ケース本体に電極体を挿入している状態を示す斜視図である。図15および図21に示すように、次に、第1電極体201および第2電極体202を重ね合わせた後に、第1電極体201および第2電極体202を、集電体420側を先頭に、開口113からケース本体110に挿入する(S8工程)。
封口板120と電極体200(第1電極体201及び第2電極体202)の本体部とを近づけることにより、負極タブ群220および負極タブ群270を湾曲させる。なお、封口板120と、ケース本体110内に配置された電極体200の本体部とを近づけることにより、封口板120とケース本体110が近づくようにすることが好ましい。図13に示すように、湾曲部221,271の折り返される部分がY方向においてケース本体110に近づくように、負極タブ群220および負極タブ群270をスペーサ600の形状に沿って湾曲させる。
封口板120をケース本体110に当接させた後、封口板120をケース本体110に仮接合する。仮接合により、封口板120がケース本体110の開口113に部分的に接合される。これにより、ケース本体110に対して封口板120が位置決めされる。
電極体200をケース本体110に挿入する際、電極体200は、集電体420側から引っ張られてもよいし、集電体410および集電体430側から押されてもよい。電極体200が集電体410および集電体430側から押される場合、同時に負極タブ群220および負極タブ群270を湾曲させることができる。
図22は、正極側の集電体に封口板130が取り付けられた状態を示す斜視図である。図23は、図22に示す電極体および集電体のXXIII-XXIII断面図である。図24は、図22に示す集電体を矢印XXIV方向からみた状態を示す図である。図25は、図24に示す集電体のXXV-XXV断面図である。なお、図23においては、ケース本体110を省略している。
図15および図22~図25に示すように、第1電極体201および第2電極体202をケース本体110に挿入した後に、集電体420を正極端子302に電気的に接続する(S9工程)。
具体的には、封口板130に絶縁部材を介して正極端子302および集電体450を取り付ける。第1電極体201および第2電極体202をケース本体110に挿入した後に、開口114から突出した集電体420に集電体450をX方向において当接させる。なお、正極端子302への板状部材304の接続は、いずれのタイミングでもよい。
図25に示すように、集電体420(第1集電部材)は、封口板130に沿って延びる第1領域10と、封口板130に対して直交する方向に延びる第2領域20と、第1領域10および第2領域20の間に位置する中間部15(第1折り曲げ部)とを有する。集電体450(第2集電部材)は、封口板130に沿って延びる第3領域30と、封口板130に対して直交する方向に延びる第4領域40と、第3領域30および第4領域40の間に位置する中間部35(第2折り曲げ部)とを有する。第2領域20および第4領域40は、第1領域10および第3領域30の端部から電極体200に向かって延びる。
図25の例では、中間部15,35において集電体420,450が各々略直角に折り曲げられる。ただし、集電体420,450の折り曲げ角度は90°に限定されない。好ましくは、45°以上135°以下程度の折り曲げ角度を採用し得る。なお、集電体420,450の折り曲げ部の幅方向(Y方向)の両端部に切り欠きを設けて折り曲げ加工を行いやすくしてもよい。折り曲げ加工部は、R加工部を含み得る。
集電体420の第1領域10と集電体450の第3領域30とが重ねて配置される。第1領域10は第3領域30よりも電極体200側に位置する。集電体420の第1領域10に正極タブ群250,280が接続される。
第1領域10と第3領域30とは、X方向からみて重なっていればよく、必ずしも当接する必要はない。ただし、第1領域10と第3領域30とは、ある程度近くに配置されていることが好ましく、たとえばその隙間は5.0mm以下程度であることが好ましく、3.0mm以下程度であることがより好ましく、1.0mm以下程度であることがさらに好ましい。
封口板130に対して直交するX方向からみたとき、第1領域10と第3領域30との重なり部の面積は100mm以上程度であることが好ましい。X方向からみたとき、第3領域30の面積は、第1領域10の面積よりも大きく形成し得る。ここで、第1領域10と第3領域30との重なり部の面積は、第3領域30の面積の50%以上程度であることが好ましく、70%以上程度であることがより好ましい。また、第1領域10と第3領域30との間に絶縁部材を設けてもよい。第1領域10と第3領域30との間に設けられる絶縁部材は、たとえば絶縁性テープないし樹脂プレートなどにより構成し得る。
集電体420または集電体450には、貫通孔、薄肉部(溝部)、または切り欠き等からなるヒューズ部を形成し得る。これにより、外部短絡等が生じたときにヒューズ部が溶断し、電流を遮断することができる。なお、ヒューズ部は、第1領域10、第2領域20、第3領域30、および第4領域40のいずれに設けてもよい。
集電体420の第2領域20と集電体450の第4領域40とが重ねて配置される。これにより、集電体420と集電体450とが互いに重なる当接領域R11が形成される。
集電体420を集電体450に接続するときには、封口板130とケース本体110の開口114側の端部の間から、当接領域R11に位置する集電体420および集電体450の少なくとも一方に高エネルギー線2を照射する。また、封口板130とケース本体110の開口114側の端部の間から、集電体440および集電体450の少なくとも一方に高エネルギー線2を照射する。高エネルギー線2は、たとえばレーザ光である。この結果、当接領域R11の溶接位置P1において集電体420と集電体450とが溶接接続される。
一例において、集電体420および集電体450を接合するとき、正極活物質層242(第1電極活物質層)における開口114側の端部はケース本体110の内部に配置された状態にある。
集電体420と集電体450との溶接方式は、たとえば、貫通溶接である。集電体450に薄肉部が設けられ、薄肉部において集電体どうしが溶接されてもよいし、集電体450に貫通孔が設けられ、貫通孔から離れた位置で集電体どうしが溶接されてもよい。
本実施の形態において、当接領域R11は、X-Y平面方向に延びるように形成されている。したがって、集電体420と集電体450とを接合するための高エネルギー線2をZ方向に対して平行な方向から照射することができる。この結果、高エネルギー線2がケース本体110または封口板130に干渉しにくい構成にすることができる。
なお、封口板120側(負極側)における集電体どうしの接続についても、封口板130側(正極側)における集電体どうしの接続と同様に構成され得る。また、封口板130側(正極側)の集電体420について、封口板120側(負極側)の集電体410,430のように複数(2つ)の部材に分けて構成してもよい。
図23に示すように、集電体420に接続された正極タブ群250および正極タブ群280は、先端部252,282どうしが互いに向かい合うように折り曲げられている。図23ないし図25に示す状態から、封口板130をケース本体110に当接させる。このとき、封口板130と電極体200の本体部を近づけることにより、正極タブ群250および正極タブ群280を湾曲させる。図14に示すように、湾曲部251,281の折り返される部分がY方向においてケース本体110に近づくように、正極タブ群250および正極タブ群280をスペーサ600の形状に沿って湾曲させる。
封口板130をケース本体110に当接させた後、封口板130をケース本体110に仮溶接する。仮接合により、封口板130がケース本体110の開口114に部分的に接合される。これにより、ケース本体110に対して封口板130が位置決めされる。
図26は、実施の形態1に係る二次電池の構成を示す斜視図である。図15および図26に示すように、次に、封口板120および封口板130がケース本体110に接合される(S10工程)。封口板120は、ケース本体110の開口113を封口し、封口板130は、ケース本体110の開口114を封口する。これにより、ケース100に第1電極体201および第2電極体202が収容される。
上述の工程を経た後、リーク検査などの検査を行なう(S11工程)。リーク検査後、ケース100内の水分を除去するために二次電池1を乾燥させる。そして、ケース100の内部に注液孔134から電解液を注液する。電解液の注液時、封口板130を上方に、封口板120を下方にしてケース100を傾斜させ、封口板130の注液孔134からケース100の内部に電解液を注液する。その後、ガス抜き充電を行なう。ガス抜き充電の際、注液孔134が仮封止されてもよい。その後、注液孔134を封止し、二次電池1が完成する。
なお、電極体200の挿入工程と集電体どうしの接続工程との順序は、上述した例に限定されるものではない。たとえば、負極活物質層212(第2電極活物質層)における開口113側の端部がケース本体110の外部に配置された状態となるように、電極体200の一部のみをケース本体110に挿入(第1工程)した後に、封口板120(第2封口板)上に設けられた負極端子301(第2電極端子)と負極タブ群220,270(第2電極タブ)とを電気的に接続し、さらにその後に、負極活物質層212における開口113側の端部がケース本体110の内部に配置された状態になるまで電極体200をケース本体110に挿入(第2工程)してもよい。すなわち、電極体200のケース本体110への挿入工程の途中に負極端子301と電極体200とを電気的に接続し得る。
本実施の形態においては、第1電極体201に負極タブ群220および正極タブ群250を設け、第2電極体202に負極タブ群270および正極タブ群280を設けることによって、第1電極体201および第2電極体202において別々の電極タブを有する構成にすることができる。この構成によって、第1電極体201および第2電極体202によりひとまとめの電極タブを形成し、この電極タブを折り曲げる場合と比較して、電極タブを短くすることができる。その結果、電極タブの占有体積を小さくすることができるため、二次電池1のエネルギー密度を向上させることができる。また、第1電極体201および第2電極体202において別々の電極タブを設ける構成は、第1電極体201および第2電極体202によりひとまとめの電極タブを形成する場合と比較して、電極タブが折り曲げやすいため、電極タブと集電体との接合をしやすく安定的に二次電池を製造することができる。特に、安定的に二次電池1を製造することができることによって、電極タブと集電体との接続部の信頼性を高くすることができる。
本実施の形態においては、当接領域R11を設けることによって、集電体どうしの接合可能な領域を確保して、集電体どうしを安定的に接続することができる。ケース本体110の開口114と封口板130との間から高エネルギー線2を照射して集電体どうしを接続する場合に、開口113と開口114とが並ぶ第1の方向に交差する第2の方向(Z方向)からの高エネルギー線2の照射に対して、集電体どうしの溶接可能範囲を確保しやすくすることができる。
さらに、封口板130とケース本体110の開口114側の端部の間から、集電体420および集電体450の少なくとも一方に高エネルギー線2を照射して、集電体420および集電体450を溶接することによって、電極体200をケース本体110に挿入した後において、開口114側における集電体どうしを安定的に接続することができる。
本実施の形態においては、封口板130に対して直交するX方向において、高エネルギー線2を照射する溶接位置P1と電極体200の本体部との間にスペーサ600(樹脂部材)が配置されている。このため、集電体420と集電体450との接合時にレーザ光の反射ないし金属スパッタが電極体200にあたることを抑制し、電極体200を効果的に保護することができる。
以下、実施の形態2~7に係る二次電池について説明する。実施の形態2~7に係る二次電池について、実施の形態1に係る二次電池1と同様である構成、および実施の形態2~7間で同様である構成については説明を繰り返さない。
実施の形態2~7においては、封口板130側における集電体どうしの接続について説明するが、封口板120側における集電体どうしの接続についても、封口板130側における集電体どうしの接続と同様に構成され得る。
(実施の形態2)
図27は、実施の形態2に係る二次電池の構成を示す断面図である。図27に示すように、実施の形態2に係る二次電池において、負極タブ群220Aおよび負極タブ群270Aの各々は、Y方向において先端部222A,272Aが同じ方向に折り曲げられている。
その後、ケース本体に第1電極体201Aおよび第2電極体202Aを挿入し、ケース本体に封口板120を当接させる。これにより、負極タブ群220Aおよび負極タブ群270Aの各々は、先端部222A,272Aが同じ方向を向くように、同じ方向に湾曲する。先端部222A,272Aを同じ方向に湾曲させやすくするために、スペーサ600Aの第3部品630Aが負極タブ群220Aおよび負極タブ群270Aの間に設けられる。
負極タブ群220Aおよび負極タブ群270Aの先端部222A,272Aが、Y方向において同じ方向に湾曲している状態にすることで、集電体410が取り付けられた第1電極体201と、集電体430が取り付けられた第2電極体202とを同じ構成で準備することができる。これにより、集電体410が取り付けられた第1電極体201と、集電体430が取り付けられた第2電極体202とを1種類として構成することができるので、製造プロセスを簡素化することができる。
(実施の形態3)
図28は、実施の形態3に係る二次電池が備える集電体の構成を示す斜視図である。図29は、図28に示す集電体のXXIX-XXIX断面図である。
図29に示すように、集電体420B(第1集電部材)は、封口板130に沿って延びる第1領域10Bと、封口板130に対して交差する方向に延びる第2領域20Bと、第1領域10Bおよび第2領域20Bの間に位置する中間部15B(第1折り曲げ部)とを有する。集電体450B(第2集電部材)は、封口板130に沿って延びる第3領域30Bと、封口板130に対して交差する方向に延びる第4領域40Bと、第3領域30Bおよび第4領域40Bの間に位置する中間部35B(第2折り曲げ部)とを有する。
集電体420Bの第1領域10Bと集電体450Bの第3領域30Bとが重ねて配置される。第1領域10Bは第3領域30Bよりも電極体200側に位置する。集電体420Bの第1領域10Bに正極タブ群250,280が接続される。
集電体420Bの第2領域20Bおよび集電体450Bの第4領域40Bは略L字形状を有する。第2領域20Bおよび第4領域40Bは、YZ平面から傾斜してケース本体110に向かって凸形状を有するように折り返されている。
第2領域20Bは、第1領域10Bよりも電極体200側に突出する第1突出領域を構成し、第4領域40Bは、第3領域30Bよりも電極体200側に突出する第2突出領域を構成する。第2領域20Bと第4領域40Bとが重ねて配置される。これにより、集電体420Bと集電体450Bとが互いに重なる当接領域R31が形成される。
第4領域40B(第2突出領域)における第3領域30Bから遠い側の端部(先端部)は、絶縁部材530に接触している。
第1領域10Bおよび第3領域30Bにおいて、集電体420Bと集電体450Bとの間には隙間G1があいていることが好ましい。これにより、当接領域R31において、集電体どうしを優先的に接触させやすい。また、電極タブが折り曲げられたことによる反力が集電体420Bに作用することにより、集電体420Bと集電体450Bとを密着させることができる。隙間G1の大きさ(X方向)は、2.0mm以下程度であることが好ましく、1.0mm以下程度であることがより好ましい。
本実施の形態においては、当接領域R31を設けることによって、集電体どうしの接合可能な領域を確保して、集電体どうしを安定的に接続することができる。ケース本体110の開口114と封口板130との間から高エネルギー線2を照射して集電体どうしを接続する場合に、開口113と開口114とが並ぶ第1の方向に交差する方向からの高エネルギー線2の照射に対して、集電体どうしの溶接可能範囲を確保しやすくすることができる。
(実施の形態4)
図30は、実施の形態4に係る二次電池が備える集電体の構成を示す斜視図である。図31は、図30に示す集電体のXXXI-XXXI断面図である。
図31に示すように、集電体420C(第1集電部材)は、封口板130に沿って延びる第1領域10Cおよび第2領域20Cと、第1領域10Cおよび第2領域20Cの間に位置する中間部15Cとを有する。集電体450C(第2集電部材)は、封口板130に沿って延びる第3領域30Cおよび第4領域40Cと、第3領域30Cおよび第4領域40Cの間に位置する中間部35Cとを有する。
集電体420Cの第1領域10Cおよび集電体450Cの第4領域40Cにおいて、集電体420Cと集電体450Cとが第1の方向(X方向)において当接する当接領域R41が形成される。
集電体420Cの端部と集電体450Cの端部とがZ方向にずれるように配置され、この境界部分に高エネルギー線2が照射され、溶接位置P1となる。すなわち、当接領域R41の端部において、集電体420Cと集電体450Cとが溶接接続される。
当接領域R41は、集電体420Cと集電体450Cとの当接面を含む。当接領域R41は、第1の方向(X方向)に交差する面上に広がっている。当接領域R41は、Y方向およびZ方向にそれぞれ延びている。当接領域R41は、封口板130に沿うように配置されることが好ましい。
第4領域40Cにおいて、集電体450Cと絶縁部材530との間には隙間G2があいている。これにより、集電体450Cと絶縁部材530との距離をあけることができるため、集電体どうしを高エネルギー線2で接合する際の熱を絶縁部材530に伝わり難くすることができる。
隙間G2の大きさ(X方向)は、たとえば0.1mm以上程度であることが好ましく、0.5mm以上程度であることがより好ましく、1.0mm以上程度であることがさらに好ましい。隙間G2の大きさ(X方向)は、たとえば5.0mm以下程度であることが好ましく、2.0mm以下程度であることがより好ましく、1.0mm以下程度であることがさらに好ましい。
本実施の形態においては、当接領域R41を設けることによって、集電体どうしの接合可能な領域を確保して、集電体どうしを安定的に接続しやすくすることができる。特に、接合する集電体どうしの互いの位置決めを高精度にすることなく、集電体どうしの接合箇所を確保することができる。
また、集電体420Cの端部と集電体450Cの端部とをZ方向にずらして配置した部分を溶接位置P1としているため、X方向において集電体が占有するスペースを低減して、二次電池1のエネルギー密度を向上させることができる。
(実施の形態5)
図32は、実施の形態5に係る二次電池が備える集電体の構成を示す斜視図である。図33は、図32に示す集電体のXXXIII-XXXIII断面図である。
図33に示すように、集電体420D(第1集電部材)は、封口板130に沿って延びる第1領域10Dと、第2領域20Dと、第1領域10Dおよび第2領域20Dの間に位置する中間部15Dとを有する。集電体450D(第2集電部材)は、封口板130に沿って延びる第3領域30Dと、第4領域40Dと、第3領域30Dおよび第4領域40Dの間に位置する中間部35Dとを有する。
集電体420Dの第2領域20Dおよび集電体450Dの第4領域40Dにおいて、集電体420Dと集電体450Dとが第1の方向(X方向)において当接する当接領域R51が形成される。
当接領域R51の端部において、集電体420Dおよび集電体450Dは、互いに離間する方向に屈曲している。この離間部を介して当接領域R51の端部に高エネルギー線2が照射され、溶接位置P1となる。すなわち、当接領域R51の端部において、集電体420Dと集電体450Dとが溶接接続される。図33の構造においては、溶接ダレが発生しにくい。
当接領域R51は、集電体420Dと集電体450Dとの当接面を含む。当接領域R51は、第1の方向(X方向)に交差する面上に広がっている。当接領域R51は、Y方向およびZ方向にそれぞれ延びている。当接領域R51は、封口板130に沿うように配置されることが好ましい。
第4領域40Dにおいて、集電体450Dと絶縁部材530との間には隙間G2があいている。これにより、集電体450Dと絶縁部材530との距離をあけることができるため、集電体どうしを高エネルギー線2で接合する際の熱を絶縁部材530に伝わり難くすることができる。
(実施の形態6)
図34は、実施の形態6に係る二次電池が備える集電体の構成を示す斜視図である。図35は、図34に示す集電体のXXXV-XXXV断面図である。
図35に示すように、本実施の形態における集電体450Eは、集電体420Eに対して、X方向の厚みが厚い。これにより、集電体どうしを高エネルギー線2で接合する際の熱の許容量を集電体450Eにおいて多く確保することができるため、集電体どうしを高エネルギー線で接合する際の熱が絶縁部材530に伝わり難くすることができる。
たとえば、集電体450Eの厚みは、集電体420Eの厚みの1.2倍以上程度であることが好ましく、1.5倍以上程度であることがより好ましく、2.0倍以上程度であることがさらに好ましい。なお、各集電体の厚みの比較は、各集電体のベース部(凹凸が形成されていない一般的な厚みの部分)の厚みを比較することが好ましい。
集電体420Eには、ヒューズ部422Eが設けられている。集電体が過度に発熱した場合、正極集電体のうちの絶縁部材からできるだけ離れたヒューズ部422Eにおいて優先的に集電体が溶融する。
本実施の形態においても、実施の形態5と同様に、当接領域R61の端部において、集電体420Eと集電体450Eとが離れる離間部が形成されている。この離間部を介して当接領域R61の端部に高エネルギー線2が照射され、溶接位置P1となる。すなわち、当接領域R61の端部において、集電体420Eと集電体450Eとが溶接接続される。
(実施の形態7)
図36は、実施の形態7に係る二次電池が備える集電体の構成を示す断面図である。
図36に示すように、集電体420F(第1集電部材)は、封口板130に沿って延びる第1領域10Fおよび第2領域20Fと、第1領域10Fおよび第2領域20Fの間に位置する中間部15Fとを有する。集電体450F(第2集電部材)は、封口板130に沿って延びる第3領域30Fおよび第4領域40Fと、第3領域30Fおよび第4領域40Fの間に位置する中間部35Fとを有する。
集電体420Fの第2領域20Fおよび集電体450Fの第4領域40Fにおいて、集電体420Fと集電体450Fとが第1の方向(X方向)において当接する当接領域R71が形成される。なお、集電体450Fの厚みは、集電体420Fの厚みよりも大きい。なお、各集電体の厚みの比較は、各集電体のベース部(凹凸が形成されていない一般的な厚みの部分)の厚みを比較することが好ましい。
本実施の形態においても、実施の形態5および実施の形態6と同様に、当接領域R71の端部において、集電体420Fと集電体450Fとが離れる離間部が形成されている。この離間部を介して当接領域R71の端部に高エネルギー線2が照射され、溶接位置P1となる。すなわち、当接領域R71の端部において、集電体420Fと集電体450Fとが溶接接続される。
当接領域R71は、集電体420Fと集電体450Fとの当接面を含む。当接領域R71は、第1の方向(X方向)に交差する面上に広がっている。当接領域R71は、Y方向およびZ方向にそれぞれ延びている。当接領域R71は、封口板130に沿うように配置されることが好ましい。
第4領域40Fにおいて、集電体450Fと絶縁部材530との間には隙間G2があいている。これにより、集電体450Fと絶縁部材530との距離をあけることができるため、集電体どうしを高エネルギー線2で接合する際の熱を絶縁部材530に伝わり難くすることができる。
本実施の形態4~7においても、当接領域R41,R51,R61,R71を設けることによって、集電体どうしの接合可能な領域を確保して、集電体どうしを安定的に接続しやすくすることができる。特に、接合する集電体どうしの互いの位置決めを高精度にすることなく、集電体どうしの接合箇所を確保することができる。
なお、封口板120,130は、それぞれ、互いに平行に配置される一対の長端辺と、互いに平行に配置される一対の長端辺よりも短い短端辺を有することが好ましい。ここで、長端辺が延びる方向が長手方向となる。
上述した実施の形態1~7においては、高エネルギー線2を照射して集電体どうしを接続する工程において、封口板130がYZ平面に略平行に配置され、かつ、封口板130をX方向に沿って開口114上に投影したときに開口114の面積の略100%と重なる例について説明したが、本技術はこれに限定されない。たとえば、上記工程において、封口板130がYZ平面に対して傾斜した状態でもよく、たとえば、30°以下程度(より好ましくは15°以下程度、さらに好ましくは10°以下程度)傾斜してもよい。また、封口板130をX方向に沿って開口114上に投影したときに開口114の面積の60%以上程度(好ましくは80%以上程度、より好ましくは90%以上程度)重なる状態とすることが好ましい。
以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 二次電池、2 高エネルギー線、10,10B,10C,10D,10F 第1領域、15,15B,15C,15D,15F,35,35B,35C,35D,35F 中間部、20,20B,20C,20D,20F 第2領域、30,30B,30C,30D,30F 第3領域、40,40B,40C,40D,40F 第4領域、100 ケース、110 ケース本体、111 第1側面部、112,112A,112B 第2側面部、113,114 開口、115 接合部、120,130 封口板、134 注液孔、150 ガス排出弁、200,200A 電極体、201,201A 第1電極体、202,202A 第2電極体、205 第1の端部、206 第2の端部、207 第3の端部、208 第4の端部、210 負極板、210S 負極原板、211 負極芯体、212 負極活物質層、220,220A,270,270A 負極タブ群、221,271 湾曲部、222,222A,272,272A 先端部、230 負極タブ、240 正極板、240S 正極原板、241 正極芯体、242 正極活物質層、243 正極保護層、250,280 正極タブ群、251,281 湾曲部、252,282 先端部、260 正極タブ、300 電極端子、301 負極端子、302 正極端子、303,304 板状部材、400,410,420,420B,420C,420D,420E,420F,430,440,450,450B,450C,450D,450E,450F 集電体、400A 負極集電体、400B 正極集電体、411,421,431 接合箇所、422E ヒューズ部、510,520,530 絶縁部材、600,600A スペーサ、610 第1部品、620 第2部品、630A 第3部品、700 絶縁シート。

Claims (17)

  1. 第1電極、前記第1電極とは極性が異なる第2電極、および前記第1電極に電気的に接続された第1電極タブを含む電極体と、
    第1の方向における第1の側の端部に設けられた第1開口を有するケース本体、および前記第1開口を封口する第1封口板を含み、前記電極体を収容するケースと、
    前記第1電極タブに電気的に接続された第1集電部材と、
    前記第1集電部材に接続された第2集電部材と、
    前記第2集電部材に電気的に接続され、前記第1封口板上に設けられた第1電極端子とを備えた二次電池の製造方法であって、
    前記電極体を前記ケース本体内に挿入する工程と、
    前記電極体を前記ケース本体内に挿入した後に、前記第1電極タブを介して前記第1電極に電気的に接続された前記第1集電部材と、前記第1電極端子に電気的に接続された前記第2集電部材とを接合する工程とを備え、
    前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合する工程は、前記第1の方向において前記第1封口板を前記第1開口上に投影したとき、前記第1開口の面積の60%以上が重なる状態で、前記ケース本体と前記第1封口板との間から、前記第1集電部材および前記第2集電部材の少なくとも一方に対して高エネルギー線を照射し、前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合することを含む、二次電池の製造方法。
  2. 前記ケース本体は、前記第1開口に対向する位置に第2開口を有し、前記第2開口は第2封口板により封口され、
    前記第2封口板上に第2電極端子が設けられ、
    前記電極体の前記第1封口板側の端部に前記第1電極タブが設けられ、前記電極体の前記第2封口板側の端部に前記第2電極に電気的に接続された第2電極タブが設けられ、
    前記第2電極タブを前記第2電極端子に電気的に接続する工程をさらに備えた、請求項1に記載の二次電池の製造方法。
  3. 前記電極体を前記ケース本体内に挿入する前に、前記第2封口板上に設けられた前記第2電極端子と前記第2電極タブとを電気的に接続する、請求項2に記載の二次電池の製造方法。
  4. 前記第2電極は、第2電極芯体と、前記第2電極芯体上に形成された第2電極活物質層とを有し、
    前記電極体を前記ケース本体に挿入する工程は、
    前記電極体の一部を前記ケース本体に挿入し、かつ、前記第2電極活物質層における前記第2開口側の端部が前記ケース本体の外部に配置された状態とする第1工程と、
    前記第1工程の後、前記第2電極活物質層における前記第2開口側の端部が前記ケース本体の内部に配置された状態とする第2工程とを含み、
    前記第1工程の後、かつ前記第2工程の前に、前記第2封口板上に設けられた前記第2電極端子と前記第2電極タブとを電気的に接続する、請求項2に記載の二次電池の製造方法。
  5. 前記第1電極は、第1電極芯体と、前記第1電極芯体上に形成された第1電極活物質層とを有し、
    前記第1電極活物質層における前記第1開口側の端部が前記ケース本体の内部に配置された状態で、前記第1集電部材と前記第2集電部材とが接合される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
  6. 前記第1封口板に対して直交する方向において、
    前記高エネルギー線を照射する位置と前記電極体の本体との間に樹脂部材が配置された状態で前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
  7. 前記第2集電部材の厚みが前記第1集電部材の厚みよりも大きい、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
  8. 前記第1集電部材は、前記第1封口板に沿って延びる第1領域と、前記第1封口板に対して交差する方向に延びる第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられた第1折り曲げ部とを有し、
    前記第2集電部材は、前記第1封口板に沿って延びる第3領域と、前記第1封口板に対して交差する方向に延びる第4領域と、前記第3領域と前記第4領域との間に設けられた第2折り曲げ部とを有し、
    前記第1領域と前記第3領域とが重ねて配置され、前記第1領域は前記第3領域よりも前記電極体側に位置し、
    前記第1領域に前記第1電極タブが接続され、
    前記第2領域と前記第4領域とが接合される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
  9. 前記第1集電部材の端部と前記第2集電部材の端部とがずれるように配置されることにより形成された前記第1集電部材と前記第2集電部材との境界に高エネルギー線を照射する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
  10. 前記第1集電部材と前記第2集電部材とが当接する当接面と、前記当接面の端部に設けられ、前記第1集電部材と前記第2集電部材とが離間する離間部とが形成され、
    前記離間部を介して前記当接面の端部に高エネルギー線を照射する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
  11. 前記第2集電部材における前記第1封口板との間に隙間が形成された領域に高エネルギー線を照射する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
  12. 第1電極、前記第1電極とは極性が異なる第2電極、および前記第1電極に電気的に接続された第1電極タブを含む電極体と、
    第1開口を有するケース本体、および前記第1開口を封口する第1封口板を含み、前記電極体を収容するケースと、
    前記第1電極タブに電気的に接続された第1集電部材と、
    前記第1集電部材に接続された第2集電部材と、
    前記第2集電部材に電気的に接続され、前記第1封口板上に設けられた第1電極端子とを備えた二次電池の製造方法であって、
    前記電極体を前記ケース本体内に挿入する工程と、
    前記電極体を前記ケース本体内に挿入した後に、前記第1電極タブを介して前記第1電極に電気的に接続された前記第1集電部材と、前記第1電極端子に電気的に接続された前記第2集電部材とを接合する工程とを備え、
    前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合する工程は、前記第1開口の開口面に対する前記第1封口板の傾斜角度が30°以下程度の状態で、前記ケース本体と前記第1封口板との間から、前記第1集電部材および前記第2集電部材の少なくとも一方に対して高エネルギー線を照射し、前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合することを含む、二次電池の製造方法。
  13. 第1電極、前記第1電極とは極性が異なる第2電極、および前記第1電極に電気的に接続された第1電極タブを含む電極体と、
    第1開口を有するケース本体、および前記第1開口を封口する第1封口板を含み、前記電極体を収容するケースと、
    前記第1電極タブに電気的に接続された第1集電部材と、
    前記第1集電部材に接続された第2集電部材と、
    前記第2集電部材に電気的に接続され、前記第1封口板上に設けられた第1電極端子とを備えた二次電池の製造方法であって、
    前記電極体を前記ケース本体内に挿入する工程と、
    前記電極体を前記ケース本体内に挿入した後に、前記第1電極タブを介して前記第1電極に電気的に接続された前記第1集電部材と、前記第1電極端子に電気的に接続された前記第2集電部材とを接合する工程とを備え、
    前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合する工程において、前記第1封口板はその外周縁に一対の第1端辺と一対の第2端辺を有し、前記第1端辺は前記第2端辺よりも短く、前記第1開口の縁部は一対の第3端辺と一対の第4端辺を有し、記第3端辺は前記第4端辺より短く、前記第1端辺と前記第3端辺の間から、前記第1集電部材および前記第2集電部材の少なくとも一方に対して高エネルギー線を照射し、前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合することを含む、二次電池の製造方法。
  14. 第1電極、前記第1電極とは極性が異なる第2電極、および前記第1電極に電気的に接続された第1電極タブを含む電極体と、
    第1開口を有するケース本体、および前記第1開口を封口する第1封口板を含み、前記電極体を収容するケースと、
    前記第1電極タブに電気的に接続された第1集電部材と、
    前記第1集電部材に接続された第2集電部材と、
    前記第2集電部材に電気的に接続され、前記第1封口板上に設けられた第1電極端子とを備えた二次電池の製造方法であって、
    前記電極体を前記ケース本体内に挿入する工程と、
    前記電極体を前記ケース本体内に挿入した後に、前記第1電極タブを介して前記第1電極に電気的に接続された前記第1集電部材と、前記第1電極端子に電気的に接続された前記第2集電部材とを接合する工程とを備え、
    前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合する工程は、前記ケース本体と前記第1封口板との間から、前記第1集電部材および前記第2集電部材の少なくとも一方に対して高エネルギー線を照射し、前記第1集電部材と前記第2集電部材とを接合することを含み、
    前記第1集電部材と前記第2集電部材とが当接する当接領域が形成され、
    前記当接領域は、前記第1封口板に対して垂直な方向に対して交差する方向に延び、
    前記当接領域における前記第1封口板の外周縁側の端部において、前記第1集電部材と前記第2集電部材とが溶接接続される、二次電池の製造方法。
  15. 前記当接領域の端部は、前記第1封口板の長手方向における端部である、請求項14に記載の二次電池の製造方法。
  16. 前記第1集電部材と前記第2集電部材との境界部に前記高エネルギー線が照射される、請求項14または請求項15に記載の二次電池の製造方法。
  17. 第1電極、前記第1電極とは極性が異なる第2電極、および前記第1電極に電気的に接続された第1電極タブを含む電極体と、
    第1開口を有するケース本体、および前記第1開口を封口する第1封口板を含み、前記電極体を収容するケースと、
    前記第1電極タブに電気的に接続された第1集電部材と、
    前記第1集電部材に接続された第2集電部材と、
    前記第2集電部材に電気的に接続され、前記第1封口板上に設けられた第1電極端子とを備え、
    前記第1集電部材と前記第2集電部材とが当接する当接面が形成され、
    前記当接面は、前記第1封口板に対して垂直な方向に対して交差する方向に延び、
    前記当接面における前記第1封口板の外周縁側の端部において前記第1集電部材と前記第2集電部材とが溶接接合される、二次電池。
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